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KR20140148366A - 정전용량식 터치패널 - Google Patents

정전용량식 터치패널 Download PDF

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Publication number
KR20140148366A
KR20140148366A KR1020147014016A KR20147014016A KR20140148366A KR 20140148366 A KR20140148366 A KR 20140148366A KR 1020147014016 A KR1020147014016 A KR 1020147014016A KR 20147014016 A KR20147014016 A KR 20147014016A KR 20140148366 A KR20140148366 A KR 20140148366A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
input operation
detection
input
detection electrodes
electrode
Prior art date
Application number
KR1020147014016A
Other languages
English (en)
Inventor
모토토시 난부
Original Assignee
에스에무케이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스에무케이 가부시키가이샤 filed Critical 에스에무케이 가부시키가이샤
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Abstract

개구부의 개구를 덮도록 개구부내의 입력조작영역이 투명체로 형성된 투명입력 조작판을 절연지지체상에 지지하고, 개구부의 주위에서 투명입력 조작판에 접촉하도록 절연지지체에 복수의 검출전극을 배치하고, 발신수단으로부터 입력조작체와 각 검출전극간의 상대전위가 변동하는 교류검출신호를 발신한다. 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨은, 그 검출전극과 입력조작체간의 거리에 반비례하는 정전용량에 비례하기 때문에, 개구부에서 대향하는 1조의 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨의 상대비로부터 대향방향의 입력조작체의 입력조작위치를 검출한다. 입력조작영역에, 입력조작위치를 검출하기 위한 검출전극을 배치하지 않으므로, 투명도전재료를 사용하지 않고 검출전극을 형성할 수 있다.

Description

정전용량식 터치패널{CAPACITIVE TOUCH PANEL}
본 발명은 디스플레이(display)상에 배치되고, 디스플레이에 표시되는 아이콘(icon) 등을 지표(指標)로 입력조작하는 입력조작체(入力操作體)의 입력조작위치를 검출하는 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 입력조작체가 접근하여 손가락과의 정전용량이 증대되는 검출전극의 배치위치로부터 입력조작위치를 검출하는 정전용량식 터치패널에 관한 것이다.
전자기기의 디스플레이에 표시된 아이콘 등을 지시하여 입력하는 포인팅 디바이스(pointing device)로서 사용되는 터치패널에는, 입력조작위치의 검출방법의 차이로부터 정전용량방식(靜電容量方式), 저항막방식(抵抗膜方式), 광학식(光學式) 등 다양한 검출방식의 터치패널이 알려져 있다. 이 중에서 저항방식 터치패널은, 단위길이당 저항값이 균일하게 되는 저항피막(抵抗皮膜)을 입력조작면을 따라 배치하고, 검출전극과 입력조작위치와의 저항값으로부터 양자(兩者)의 거리를 특정하여 입력조작위치를 검출한다.
저항방식 터치패널은, 그 배면측에 설치되는 디스플레이가 육안으로 보일 수 있도록, 입력조작면의 표면 또는 배면을 따라 배치되는 검출전극이나 저항막을 비싼 투명재료로 형성할 필요가 있으며, 투명재료로서도 그 투과율에는 한계가 있기 때문에 터치패널을 통한 디스플레이가 보기 어려워진다는 문제가 있다.
또한 정전용량식 터치패널은, 입력조작에 의하여 입력조작체가 접근하는 검출전극의 부유용량(浮遊容量)(입력조작체와 검출전극간의 정전용량)이 증대되는 것에 착안하여, 입력조작체와 검출전극간의 정전용량의 변화로부터 검출전극이 배치된 입력조작면에 대한 입력조작위치를 검출하는 것으로서 예를 들면 다수의 Ｘ측 검출전극과 Ｙ측 검출전극을 절연기판의 표리(表裏)에서 교차하도록 매트릭스(matrix) 모양으로 형성하고, 손가락 등의 입력조작체를 접근시킨 부근에서 정전용량이 증가하는 Ｘ측 검출전극 및 Ｙ측 검출전극의 배치위치로부터 입력조작체에 의한 입력조작위치를 검출하는 정전용량식 터치패널이 알려져 있다(특허문헌1).
입력조작체가 특정의 검출전극에 접근하는 것에 의한 정전용량의 변화는 미소하며 또한 입력조작체와 검출전극간과의 거리에 반비례하기 때문에, 특허문헌1에 관한 정전용량식 터치패널에서는 정전용량의 변화를 검출하는 다수의 Ｘ측 검출전극 및 Ｙ측 검출전극을 입력조작위치의 근방이 되는 입력조작영역에 접근하여 배치하는 것이며, 배면측의 디스플레이를 육안으로 볼 수 있도록 이들 검출전극을 투명재료로 형성하기 때문에, 저항방식 터치패널과 마찬가지로 고비용이 되며 또한 투과율이 저하하여 디스플레이가 보기 어려워진다는 문제가 있었다.
한편 광학식 터치패널은, 입력조작면의 주위에 여러 쌍의 발광소자와 수광소자를 설치해서 입력조작면을 따라 격자상(格子狀)의 광로(光路)를 형성하고, 입력조작에 의하여 광로가 차단된 쌍이 되는 발광소자와 수광소자의 설치위치로부터 입력조작위치를 검출하고 있다. 이 광학식 터치패널에서는 입력조작면의 주위에 입력조작위치를 검출하는 검출소자(檢出素子)가 배치되기 때문에, 글라스 기판 등의 투명판의 표면을 입력조작영역으로 할 수 있으며, 투명판을 통하여 그 배면측의 디스플레이의 표시를 보면서 입력조작이 가능하게 된다.
특허문헌1 ; 일본국 공개특허 특개2005-337773호 공보
상기한 바와 같이 종래의 저항방식 터치패널이나 정전용량식 터치패널에서는, 배면측에 설치되는 디스플레이를 보면서 입력조작체를 접근시키는 입력조작영역에 투명재료로 형성되는 저항막이나 검출전극을 배치하기 때문에, 제조비용이 상승함과 아울러 투명도전체(透明導電體)로서도 완전한 투명체가 아니기 때문에 배면측의 디스플레이의 시인성(視認性)이 떨어진다는 문제가 있었다.
광학식 터치패널에 의하면 이러한 문제는 발생하지 않지만, 입력조작영역의 주위에 다수의 발광소자와 수광소자를 설치하기 때문에 간단하게 저항막이나 검출전극을 형성하는 구조에 비하여 훨씬 고가이며 또한 구조도 복잡하고 대형화되기 때문에 휴대단말(携帶端末) 등의 지시입력장치로서 사용할 수는 없었다.
또한 광학식 터치패널에서는, 발광소자와 수광소자의 배치 피치(配置 pitch)에 의하여 입력조작위치를 검출하는 검출 정밀도가 정해지기 때문에, 고정밀도로 입력조작위치를 검출하기 위해서는 다수의 발광소자와 수광소자를 더 협피치(挾pitch)로 배치할 필요가 있어, 제조비용이 상승함과 아울러 검출 정밀도를 높이는 것에 한계가 있었다.
또한 포인팅 디바이스로서 사용되는 터치패널에서는, 디스플레이에 표시된 커서(cursor) 등을 이동제어하기 위한 입력조작위치를 검출해서 출력하지만, 어떠한 검출방법의 터치패널이더라도 이 입력조작위치의 출력과 더불어 마우스의 스위치 입력에 상당하는 결정입력을 출력하는 것이 바람직하다.
그래서 종래의 터치패널에서는, 입력조작면에 대한 누르기에 의하여 응답하여 동작하는 스위치를 별도로 설치하여 스위치에 대한 누르기 조작에 의하여 결정입력을 출력하거나, 입력조작면을 입력조작체에 의하여 가볍게 두드리는 탭핑 조작(tapping 操作)을 결정입력의 입력조작으로 정하여 결정입력을 출력하고 있다. 그러나 전자(前者)의 방법은 스위치를 입력조작영역의 주위에 별도로 설치할 필요가 있으며 또한 후자(後者)의 방법은 조작자가 터치패널마다 정해진 조작방법으로 입력조작을 해야 하며, 결정입력을 출력하면서 입력조작위치를 출력하는 것과 같은 드래그 조작(drag 操作)을 하기 위해서는, 더 복잡한 조작순서로 입력조작을 할 필요가 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 고려해서 이루어진 것으로서, 입력조작영역에 투명재료로 형성되는 저항체나 검출전극을 배치하지 않고, 저렴하고 시인성이 우수한 정전용량식 터치패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 전체를 박형화(薄型化)가 가능한 간단한 구성으로서, 입력조작영역을 투명입력 조작판의 일부에 형성할 수 있는 정전용량식 터치패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 저항체나 검출전극이 형성되어 있지 않은 투명입력 조작판의 입력조작영역에 접촉하는 것만의 터치 조작으로 결정입력을 출력할 수 있는 정전용량식 터치패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 청구항1의 정전용량식 터치패널은, 서로 절연되어 복수의 검출전극이 배치되고, 각 검출전극의 배치위치와 각 검출전극과 입력조작체와의 정전용량으로부터 입력조작체의 입력조작위치를 검출하는 정전용량식 터치패널로서,
개구부를 구비하는 절연지지체와, 상기 개구부의 개구를 덮도록 절연지지체에 지지되어 적어도 상기 개구부상의 입력조작영역이 투시가능한 투명체에 의하여 형성된 투명입력 조작판과, 상기 투명입력 조작판에 접하고 상기 개구부의 주위에서 투명입력 조작판 또는 절연지지체에 서로 절연되어 배치되는 복수의 검출전극과, 입력조작체와 복수의 각 검출전극간의 상대전위가 변동하는 교류검출신호를 발신하는 발신수단과, 상기 각 검출전극과 입력조작체간의 정전용량을 통하여 상기 각 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨을 검출하는 신호검출수단과, 상기 신호검출수단이 상기 각 검출전극마다 검출한 교류검출신호의 수신레벨을 바탕으로 입력조작체와 상기 각 검출전극의 배치위치와의 상대거리를 비교하여 입력조작체의 입력조작영역상의 입력조작위치를 검출하는 입력위치검출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
개구부의 주위에서 투명입력 조작판에 접촉하는 검출전극과 입력조작체간의 정전용량(Ｃｍ)은, 검출전극과 입력조작체간의 거리를 d, 그 사이의 투명입력 조작판 또는 투명입력 조작판과 공기의 유전율을 ε, 검출전극과 입력조작체와의 대향면적을 s로 하여, Ｃｍ = ε·ｓ/d로 나타내고, 교류검출신호의 수신레벨은 검출전극과 입력조작체간의 거리(d)에 반비례한다.
검출전극과 입력조작체간의 유전율(ε)이나 검출전극과 입력조작체와의 대향면적(s)은 이미 알고 있으며, 신호검출수단이 각 검출전극마다 검출하는 교류검출신호의 수신레벨(Ｖｉ)은 각 검출전극과 입력조작체간의 거리(d)에 반비례하기 때문에, 입력위치검출수단은 각 검출전극마다 검출한 교류검출신호의 수신레벨(Ｖｉ)로부터 각 검출전극과 입력조작체간의 상대거리를 비교하여, 입력조작체의 입력조작영역상의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
복수의 검출전극은, 절연지지체의 개구부 주위에 배치되기 때문에 입력조작영역을 가로막지 않아, 불투명한 도전재료로 형성하더라도 입력조작영역을 통하여 배면의 디스플레이를 시인할 수 있다.
청구항2의 정전용량식 터치패널은, 어느 하나의 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨이 직전의 수신레벨에 비하여 소정의 임계치 이상의 비율로 상승했을 때에, 입력조작체가 투명입력 조작판에 접촉되는 터치입력으로 판정하는 터치입력검출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
검출전극과 입력조작체간에는, 입력조작체가 투명입력 조작판에 접촉하기 전의 상태에서 투명입력 조작판과 공기가 삽입되고, 입력조작체가 투명입력 조작판에 접촉하면 투명입력 조작판만이 삽입된다. 투명입력 조작판의 비유전율은 거의 1인 공기의 비유전율에 비하여 적어도 몇 배 이상 높기 때문에, 입력조작체가 투명입력 조작판에 접촉되는 터치입력이 있으면 검출전극과 입력조작체간의 정전용량(Ｃｍ)은 급격하게 상승하고, 각 검출전극에 나타나는 수신레벨은 그 직전에 신호검출수단에 의하여 검출되는 수신레벨에 비하여 몇 배 상승한다. 따라서 그 배율 이하의 소정의 배율을 임계치로 하고, 터치입력검출수단은 어느 하나의 검출전극에 나타나는 수신레벨이 임계치를 넘는 배율로 상승했을 때에 터치입력으로 판정할 수 있다.
청구항3의 정전용량식 터치패널은, 상기 터치입력검출수단이 터치입력으로 판정할 때까지 상기 신호검출수단은 어느 하나 또는 둘 이상의 특정 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨만을 검출하고, 상기 터치입력검출수단이 터치입력으로 판정한 후에 상기 신호검출수단은 모든 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨을 검출하고, 입력위치검출수단은 상기 각 검출전극마다 검출한 교류검출신호의 수신레벨을 바탕으로 입력조작체가 투명입력 조작판에 접촉되는 입력조작의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.
터치입력검출수단이 터치입력으로 판정할 때까지의 입력조작을 대기하는 대기중에는, 신호검출수단이 한정된 수의 특정 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨만을 검출한다. 조작자가 입력조작체를 입력조작영역에 접촉해서 입력조작을 하면, 터치입력검출수단이 터치입력으로 판정하고, 신호검출수단은 모든 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨을 검출하고, 입력위치검출수단은 모든 검출전극마다 검출한 교류검출신호의 수신레벨을 바탕으로 입력조작위치를 검출한다.
청구항4에 기재된 정전용량식 터치패널은, 직교하는 XY방향 중에서 어느 하나의 방향으로 대향하는 상기 개구부의 양측에 각각 대향방향과 직교하는 방향을 따라 하나 또는 둘 이상의 검출전극이 배치되고, 상기 입력위치검출수단은, 상기 양측에 배치되는 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨을 바탕으로 입력조작체와 상기 개구부의 양측과의 상대거리를 비교하여, XY평면을 따른 입력조작영역상의 상기 대향방향의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.
대향방향과 직교하는 방향을 따라 배치되는 각 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨의 총합계는, 대체로 각 검출전극과 입력조작체간의 유전율과 입력조작체를 향하는 각 검출전극의 면적의 총합계에 비례하고, 각 검출전극과 입력조작체간의 거리에 반비례한다. 개구부의 일측(一側)의 각 검출전극과 타측(他側)의 각 검출전극의 입력조작체와의 유전율은 거의 같고, 일측의 각 검출전극과 타측의 각 검출전극의 대향 면적비는 이미 알고 있기 때문에, 일측의 각 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨의 총합계와 타측의 각 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨의 총합계의 비로부터, 일측과 타측에 있어서 각 검출전극이 배치된 개구부가 대향하는 양측으로부터 입력조작체까지의 거리의 비가 얻어진다.
입력조작체가 입력조작영역으로부터 현저하게 상방으로 이간(離間)하지 않고 있으면, 입력조작체를 XY평면을 따른 입력조작영역에 투영시킨 입력조작위치까지의 개구부의 양측으로부터의 거리의 비는, 개구부가 대향하는 양측으로부터 입력조작체까지의 거리의 비와 거의 동일하여, 양측에 배치되는 각 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨의 총합계의 비와, 이미 알고 있는 개구부의 대향방향의 거리로부터 입력조작영역상의 대향방향의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
청구항5에 기재된 정전용량식 터치패널은, 상기 검출전극은 Z방향으로 기립하고, 상기 대향방향과 면하는 기립면을 구비하는 것을 특징으로 한다.
검출전극의 입력조작체와의 대향면적이 커져서 입력조작체와의 정전용량이 증대되기 때문에, 각 검출전극에 나타나는 수신레벨이 상승하여 더 정밀하게 대향방향의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
청구항6에 기재된 정전용량식 터치패널은, 상기 검출전극이 투명입력 조작판의 단면에 증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
투명입력 조작판의 제조공정중에 기립면을 구비하는 검출전극을 형성할 수 있다.
청구항7에 기재된 정전용량식 터치패널은, 상기 검출전극에 있어서 상기 입력조작영역과 직교하는 상방이, 절연지지체에 지지된 실드판으로 덮어지는 것을 특징으로 한다.
입력조작위치를 입력하는 입력조작체의 상방의 부분과 검출전극 사이에 실드판이 삽입되기 때문에, 입력조작위치에 있는 입력조작체와 검출전극간의 정전용량에 입력조작체의 상방의 부분과 검출전극이 정전결합(靜電結合)하는 영향이 없어서, 입력조작체의 상방의 부분을 입력조작위치로 오검출(誤檢出)하지 않는다.
청구항8에 기재된 정전용량식 터치패널은, 상기 절연지지체에 지지되는 상기 투명입력 조작판이, 입력조작영역을 윈도우 구멍으로부터 상방과 면하게 하는 기기의 프레임내에 배치되고, 상기 윈도우 구멍 주위의 상기 프레임의 표면 또는 이면에, 상기 검출전극의 상방을 덮는 실드층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
입력조작위치를 입력하는 입력조작체의 상방의 부분과 검출전극 사이에 실드층이 삽입되기 때문에, 입력조작위치에 있는 입력조작체와 검출전극간의 정전용량에 입력조작체의 상방의 부분과 검출전극이 정전결합하는 영향이 없어서, 입력조작체의 상방의 부분을 입력조작위치로 오검출하지 않는다.
청구항9에 기재된 정전용량식 터치패널은, 상기 개구부 주위의 XY방향 중에서 어느 하나의 방향을 따라 배치되는 복수의 각 검출전극을 배치방향 검출전극으로 하고, 상기 입력위치검출수단은, 각 배치방향 검출전극의 수신레벨을 비교하여 XY평면을 따른 입력조작영역상의 배치방향의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.
각 배치방향 검출전극이 동일한 형상과 동일한 방향으로 배치되어 있다고 하면, 입력조작체로부터 배치방향과 직교방향으로 배치되는 배치방향 검출전극이 다른 배치방향 검출전극과 비교해서 입력조작체와의 거리가 가장 짧고 또한 입력조작체와의 대향면적이 커지게 되기 때문에, 그 배치방향 검출전극에 나타나는 수신레벨이 최대가 되며, 입력조작체로부터 배치방향으로 떨어져서 배치되는 배치방향 검출전극일수록 그 배치방향 검출전극에 나타나는 수신레벨은 저하된다. 따라서 각 배치방향 검출전극의 수신레벨을 비교하여, 최대의 수신레벨이 나타나는 배치방향의 위치를 입력조작영역상의 입력조작위치로서 검출한다.
개구부의 일측의 배치방향을 따라 배치되는 각 검출전극을 배치방향 검출전극으로 함으로써, 입력조작영역상의 배치방향의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
청구항10에 기재된 정전용량식 터치패널은, 상기 입력위치검출수단이, 상기 각 배치방향 검출전극의 수신레벨을 비교하여, 최대의 수신레벨이 검출된 상기 배치방향 검출전극의 배치위치로부터 배치방향의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.
최대의 수신레벨이 나타나는 배치방향 검출전극의 배치위치는 입력조작영역상의 배치방향의 입력조작위치와 동일하거나 근접한 위치이므로, 각 배치방향 검출전극의 수신레벨을 비교하여 최대의 수신레벨이 나타나는 배치방향 검출전극의 배치위치로부터 입력조작영역상의 배치방향의 입력조작위치를 검출한다.
청구항11에 기재된 정전용량식 터치패널은, 상기 개구부의 윤곽은, XY방향을 따른 직사각형 모양이며, XY방향 중에서 어느 하나의 방향으로 대향하는 상기 개구부의 양측에만 대향방향과 직교하는 방향을 따라 복수의 검출전극이 배치되고, 상기 개구부의 적어도 일측에 대향방향과 직교하는 방향을 따라 배치된 복수의 검출전극을 배치방향 검출전극으로 하는 것을 특징으로 한다.
개구부의 양측에 배치하는 검출전극의 적어도 그 일측에 배치되는 각 검출전극을 배치방향 검출전극으로 하는 것만으로, 입력조작영역상의 XY방향의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
청구항1의 발명에 의하면, 투명입력 조작판에 형성되는 입력조작영역에 입력조작위치를 검출하기 위한 투명전극이나 투명저항체를 배치하지 않기 때문에, 입력조작영역의 투과율이 내려가지 않아 배면측에 배치되는 디스플레이가 쉽게 보인다.
복수의 검출전극이나 검출전극을 신호검출수단으로 접속하는 인출선(引出線)은 절연지지체의 개구부의 주위에 형성되기 때문에, 범용의 불투명한 도전재료를 사용해서 저렴하게 형성할 수 있다.
각 검출전극과 입력조작체와의 상대거리(相對距離)로부터 입력조작위치를 검출하기 때문에, 손가락 등의 입력조작체를 입력조작판에 접촉시키는 입력조작뿐만 아니라, 입력조작영역의 상방으로 입력조작체를 접근시키는 것만의 비접촉 입력조작의 입력조작위치도 검출할 수 있다.
청구항2의 발명에 의하면, 터치입력을 검출하기 위해서 입력조작영역에 검출전극이나 검출저항을 형성하지 않기 때문에, 입력조작영역을 통하여 배면측에 배치되는 디스플레이의 시인성이 우수하다.
또한 입력조작영역이 설정된 투명입력 조작판에 접촉하는 것만의 조작으로 터치입력이 검출된다.
또한 입력조작위치의 검출에 사용되는 신호검출수단을 사용하여 신호검출수단에 의하여 검출되는 수신레벨로부터 터치입력을 검출할 수 있기 때문에, 검출 스위치 등의 터치입력을 검출하기 위한 다른 검출수단을 설치할 필요가 없다.
청구항3의 발명에 의하면, 입력조작을 하지 않고 있는 대기중에는 신호검출수단이 한정된 수의 특정 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨만을 검출하기 때문에, 대기중의 소비전력을 절약할 수 있다.
조작자가 손가락 등의 입력조작체를 투명입력 조작판에 접촉해서 입력조작위치를 입력하는 일련의 입력조작의 과정에 의하여 자연스럽게 그 입력조작이 검출되기 때문에, 대기중의 동작을 벗어나기 위한 다른 조작을 할 필요가 없다.
청구항4의 발명에 의하면, XY방향으로 대향(對向)하는 개구부의 양측에 검출전극을 배치함으로써 투명입력 조작판에 입력조작체를 접촉시키는 입력조작인지 비접촉의 입력조작인지에 관계없이, 입력조작영역상의 대향방향의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
또한 각 검출전극에 나타나는 수신레벨의 절대값을 비교함으로써 접촉 입력조작과 비접촉 입력조작을 식별할 수 있기 때문에, 서로 다른 2종류의 입력조작에 의한 입력조작위치를 출력할 수 있다.
청구항5의 발명에 의하면, 검출전극에 기립면(起立面)을 형성하는 간단한 가공에 의하여 입력조작위치의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
청구항6의 발명에 의하면, 검출전극의 절곡가공(折曲加工)이나 투명입력 조작판에 대한 부착공정을 마련하지 않고, 글라스 기판 등의 투명입력 조작판의 제조공정중에 기립면을 구비하는 검출전극을 형성할 수 있다.
청구항7의 발명에 의하면, 입력조작체의 입력조작위치를 정확하게 검출할 수 있다.
청구항8의 발명에 의하면, 윈도우 구멍 주위의 프레임의 표면 또는 이면(裏面)에 실드층(shield層)을 형성하는 간단한 구성에 의하여 입력조작체의 입력조작위치의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
청구항9의 발명에 의하면, 개구부의 일방향(一方向)으로 대향하는 양측에 검출전극을 배치하는 것만으로 입력조작영역상의 XY방향의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
청구항10의 발명에 의하면, 최대의 수신레벨이 나타나는 배치방향 검출전극의 배치위치로부터 용이하게 입력조작영역상의 배치방향의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
청구항11의 발명에 의하면, 개구부에서 대향하는 양측에 검출전극을 배치하는 것만으로 입력조작영역의 XY방향의 입력조작위치를 검출할 수 있기 때문에, 대향방향과 직교하는 방향의 개구부의 양측에 검출전극을 배치하지 않고, 프레임을 가는 폭으로 하여 휴대전화기 등 세로로 긴 케이스에 대형의 입력조작영역이나 표시영역을 확보할 수 있다.
[도1] 본 발명의 제1실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(1)의 일부를 절단한 평면도이다.
[도2] 정전용량식 터치패널(1)과 표시장치(40)의 측면도이다.
[도3] 도1의 Ａ-Ａ선 확대 단면도이다.
[도4] 검출전극(11)의 배치상태를 나타내는 부분확대 사시도이다.
[도5] 정전용량식 터치패널(1)의 종단면도이다.
[도6] 실드판(32)을 제외한 터치패널(1)의 평면도이다.
[도7] 정전용량식 터치패널(1)의 블럭도이다.
[도8] 정전용량식 터치패널(1)의 전원회로의 등가 회로도이다.
[도9] 도7의 신호처리회로(13)와 적분처리회로(14)의 상세를 나타내는 회로도이다.
[도10] 정전용량식 터치패널(1)의 검출전극(11) 주위의 등가 회로도이다.
[도11] 본 발명의 제2실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(50)의 평면도이다.
[도12] 본 발명의 제3실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(51)의 평면도이다.
[도13] 본 발명의 다른 실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(52)의 종단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 제1실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)(이하 터치패널이라고 한다)(1)을 도1 내지 도10을 사용하여 설명한다. 터치패널(1)은, 도1, 도5에 나타나 있는 바와 같이 가로가 긴 직사각형의 개구부(開口部)(21)가 중앙에 형성된 직사각형 프레임 모양의 절연기판(絶緣基板)(20)과, 개구부(21)의 주변을 따라 절연기판(20)상에 형성되는 다수의 검출전극(檢出電極)(11, 11··)과, 개구부(21)의 개구를 덮도록 검출전극(11)을 사이에 두고 절연기판(20)상에 재치(載置)되는 투명한 글라스 기판(glass 基板)(31)과, 검출전극(11)의 상방(上方)을 덮고 절연기판(20)에 고정되는 실드판(shield板)(32)을 구비하고 있다.
터치패널(1)의 하방(下方)에는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 소정의 커서(cursor), 아이콘(icon) 등을 표시하는 액정표시소자(液晶表示素子)(40)가 적층(積層)하여 배치되어, 개구부(21)내의 투명한 글라스 기판(31)을 통하여 액정표시소자(40)를 육안으로 볼 수 있도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 개구부(21)로 둘러싸인 글라스 기판(31)의 표면을, 조작자(操作者)가 액정표시소자(40)의 표시를 보면서 손가락(30)을 접근 또는 접촉시켜 입력조작을 하는 입력조작영역(E)으로 하고 있다. 도6에 나타나 있는 바와 같이 직사각형의 윤곽(輪郭)을 따른 방향을 서로 직교하는 Ｘ방향 및 Y방향으로 하고, XY평면을 따른 입력조작영역(E)상의 입력조작위치를 ｘｙ위치 좌표로 검출하기 위해서, X방향으로 대향하는 개구부(21)의 일측(一側)의 주변을 따라 다수의 검출전극(X01, X02··X0n)이, 타측(他側)의 주변을 따라 다수의 검출전극(X11, X12··X1n)이, Y방향으로 대향하는 개구부(21)의 일측의 주변을 따라 다수의 검출전극(Y01, Y02··Y0n)이, 타측의 주변을 따라 다수의 검출전극(Y11, Y12··Y1n)이 각각 배치되어 있다. 각 검출전극(11)(X0, X1, Y0, Y1)은, 개구부(21)의 각 주변을 따른 Ｘ, Y방향(이하 배치방향이라고 한다)으로 소정의 피치로 균일하게 배치되고, 이에 따라 입력조작영역(E)의 어느 위치에 있더라도, 입력조작하는 손가락(30)이 X방향과 Y방향의 각 방향으로 적어도 1조의 검출전극(X0n과 X1n 또는 Y0n과 Y1n)과 대향하도록 되어 있다.
절연기판(20)은 프린트 배선기판(print 配線基板)이며, 각 검출전극(11)(X0, X1, Y0, Y1)의 평면전극(平面電極)(11a)은 각각 프린트 배선기판상의 가늘고 긴 띠 모양의 도전패턴(導電pattern)으로 형성되고, 도6에 나타나 있는 바와 같이 인출배선패턴(35)에 의하여 후술하는 멀티플렉서(multiplexer)(12)의 각 입력단자에 접속되어 있다.
본 실시형태에서는, 입력조작영역(E)에 접근시키는 손가락(30)과의 대향면적을 확대하여 손가락(30)과의 정전용량(靜電容量)(Ｃｍ)을 증대시키기 위해서, 각 검출전극(11)(X0, X1, Y0, Y1)은 도3에 나타나 있는 바와 같이 절연기판(20)의 스루홀(through hole)(20a)에 삽입되고, 배치방향을 따라 세워진 상태에서 지지되는 기립전극(起立電極)(1lb)을 구비하고 있다. 기립전극(1lb)은 그 다리부가 스루홀(20a)내에서 평면전극(11a)으로부터 인출되는 인출배선패턴(35)에 솔더(solder) 접속됨으로써 검출전극(11)에 기립면이 형성되는 것으로서, 기립전극(1lb)의 내측의 기립면이 개구부(21)와 면(面)함으로써 입력조작영역(E)에 접근하는 손가락(30)과의 대향면적이 확대된다.
도1, 도3에 나타나 있는 바와 같이 실드판(32)은, 기립전극(1lb)의 외측에서 기립하도록 절연기판(20)에 고정되고, 개구부(21)의 상방을 향해서 절연기판(20)과 평행하게 절곡(折曲)되어 있다. 절곡된 내단(內端)은 연직방향으로 평면전극(11a)보다 개구부(21)측으로 약간 돌출되고, 이에 따라 평면전극(11a)과 기립전극(1lb)으로 이루어지는 검출전극(11)의 연직방향의 전체가 덮어져 있다. 실드판(32)은 절연기판(20)상의 배선패턴을 통하여 후술하는 저압진동전원선(低壓振動電源線)(ＳＧＮＤ)에 접속되어, 진동측 회로기판(3)상에 접지되어 있다. 따라서 입력조작체(30)가 조작자의 손가락인 경우에 손가락으로부터 상방의 조작자의 일부와 각 검출전극(11)과의 사이에 실드판(32)을 삽입하여, 입력조작위치를 지시하여 입력하는 손가락의 부분과 각 검출전극(11)과의 사이에 있어서 후술하는 정전용량(Ｃｍ)에 손가락 이외의 부분이 영향을 주지 않아, 정전용량(Ｃｍ)으로부터 손가락의 입력조작위치를 정확하게 검출할 수 있다.
절연기판(20)상에 재치되는 글라스 기판(31)은, 도5에 나타나 있는 바와 같이 절연기판의 표면을 따라 형성되는 평면전극(11a)상에 배치되고, 그 단면(端面)이 각 기립전극(1lb)의 기립면에 접촉하여 다수의 기립전극(1lb)의 내측에 위치결정되어 지지된다. 따라서 각 검출전극(11)마다 평면검출전극(11a)과 기립전극(1lb)이 글라스 기판(31)의 저면(底面)과 단면에 접촉하고, 도면에 나타나 있는 바와 같이 입력조작영역(E)에 손가락(30)이 접근하면, 손가락(30)과의 사이에 글라스 기판(31)을 유전체(誘電體)로 하는 정전용량(Ｃｍａ)과 공기를 유전체로 하는 정전용량(Ｃｍｂ)이 직렬로 접속된 정전용량(Ｃｍ)이 형성된다.
본 실시형태에서는, 각 검출전극(11)에서 나타나는 교류검출신호의 수신레벨(Ｖｉ)로부터 대향하도록 배치되는 각 검출전극(11)과 손가락(30)과의 정전용량(Ｃｍ)의 상대비(相對比)를 구하여 대향방향의 입력조작위치를 검출하는 것으로서, 이하에서 입력조작위치를 검출하기 위한 회로의 구성을 설명한다.
도7에 나타나 있는 바와 같이 각 검출전극(11)을 포함하는 터치패널(1)을 구성하는 주요 회로부품은, 2종류의 비진동측 회로기판(2)과 진동측 회로기판(3)으로 나누어 탑재되어 있다. 비진동회로기판(2)에는, 접지전위(接地電位)로 된 저압기준전원선(ＧＮＤ)과 고압기준전원선(ＶＣＣ)으로 이루어지는 기준전원회로(基準電源回路)(4)가 배선되고, 저압기준전원선(ＧＮＤ)과 고압기준전원선(ＶＣＣ)간에 직류전압(Ｖｃｃ)을 인가하는 ＤＣ전원(5)이 접속되어 있다. 이에 따라 비진동회로기판(2)에 탑재되는 인터페이스 회로(interface 回路)(6) 등의 각 회로부품을 기준전원회로(4)에 접속하여, ＤＣ전원(5)의 출력전압(Ｖｃｃ)에 의하여 구동시키고 있다.
또한 진동측 회로기판(3)에는, 저압진동전원선(ＳＧＮＤ)과 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)으로 이루어지는 진동전원회로(振動電源回路)(7)가 배선되어 있다. 저압진동전원선(ＳＧＮＤ)은 저압기준전원선(ＧＮＤ)과, 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)은 고압기준전원선(ＶＣＣ)과 각각 코일(8, 9)을 통하여 접속되어 있다. 코일(8)과 코일(9)의 인덕턴스(inductance)는, 모두 후술하는 고유주파수(f)의 교류검출신호(ＳＧ)에 대하여 하이 임피던스(high impedance)가 되는 값으로 설정되고, 여기에서는 동일한 인덕턴스(L)의 코일(8, 9)을 사용하고 있다.
교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수(f)를 발신하는 발신수단이 되는 발진회로(發振回路)(15)는, 진동측 회로기판(3)에 탑재되고 두 갈래로 분기되어 각각 직류전압을 차단하는 용량(C')의 콘덴서(17, 18)를 통하여 교류검출신호(ＳＧ)를 기준전원회로(4)의 저압기준전원선(ＧＮＤ)과 고압기준전원선(ＶＣＣ)에 접속되어 있다. 이에 따라 기준전원회로(4)의 저압기준전원선(ＧＮＤ)과 고압기준전원선(ＶＣＣ)으로 고유주파수(f)의 교류검출신호(ＳＧ)를 동기(同期)시켜 출력하면, 기준전원회로(4)의 저압기준전원선(ＧＮＤ)이 접지되어 안정된 전위에 있기 때문에 진동전원회로(7)의 저압진동전원선(ＳＧＮＤ)과 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)의 전위가 동기되어 고유주파수(f)로 변동하여, 양자(兩者)간의 전압은 기준전원회로(4)와 동일한 직류출력전압(Ｖｃｃ)이 된다. 교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수(f)는 임의로 조정할 수 있지만, 여기에서는 187kHz의 고유발진주파수의 교류검출신호(ＳＧ)를 출력한다.
고유주파수(f)의 교류검출신호(ＳＧ)가 기준전원회로(4)와 진동전원회로(7)에 흐르는 경우에, 저압기준전원선(ＧＮＤ)과 고압기준전원선(ＶＣＣ)간 및 저압진동전원선(ＳＧＮＤ)과 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)간이 근접해서 배선되고, 고유주파수(f)의 대역(帶域)에서 이들 전원선간은 단락되어 있다고 하면, 기준전원회로(4)와 진동전원회로(7)는 도8의 등가 회로도로 나타낸다.
도8에 나타나 있는 바와 같이 진동전원회로(7)측의 발진회로(15)의 출력과 기준전원회로(4) 사이에는 병렬로 용량(C')의 콘덴서(17, 18)가 접속되어 있기 때문에, 그 합성용량은 2C'이며 또한 기준전원회로(4)와 진동전원회로(7) 사이에 병렬로 접속되는 코일(8, 9)의 합성 인덕턴스는 L/2이 된다. 이들 캐패시터(capacitor)와 인덕터(inductor)는, 고유주파수(f)의 교류검출신호(ＳＧ)가 흐르는 폐회로(閉回路)에 있어서 직렬로 접속되고, 교류검출신호(ＳＧ)의 진폭(레벨)을 Ｖｓｇ, 코일(8, 9) 양단의 기준전원회로(4)와 진동전원회로(7) 사이의 전압을 Ｖｓ, 2πf로 나타내는 각속도(角速度)를 ω(ｒａｄ/ｓｅｃ)라고 하면,
Ｖｓ = [ω 2 ＬＣ'／（ω 2 ＬＣ'－1)]Ｖｓｇ···(1)식
으로 나타낸다.
여기에서 도8에 나타내는 회로는 ω 2 ＬＣ' ＝ 1에서 직렬공진하고, 그때의 주파수(f 0 )는,
f 0 = 1 / [ 2π(ＬＣ'） 1/2 ]···(2)식
이 된다.
즉 (2)식의 관계로부터 얻어지는 공진주파수(f 0 )를 교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수(f)라고 하면, 교류검출신호(ＳＧ)의 레벨에 대하여 (1)식으로부터 이론상 진동전원회로(7)의 전위가 무한대(無限大)로 진동하여, 진동전원회로(7)에 접속되는 각 검출전극(11)의 전위도 무한대로 진동시킬 수 있다. 실제의 터치패널(1)에서는, 기준전원회로(4)와 진동전원회로(7)의 인덕턴스, 부유용량(浮遊容量) 등의 영향 때문에, (2)식으로부터 얻는 주파수(f 0 )로 공진하지 않으며 또한 기준전원회로(4)와 진동전원회로(7)에 교류검출신호(ＳＧ)가 흐를 때의 에너지 로스(energy loss) 특히 코일(8, 9)의 내부저항에 의한 전력소비에 의하여 진동전원회로(7)는 교류검출신호(ＳＧ)의 레벨(Ｖｓｇ)에 대하여 유한배율(有限倍率)로 확대된 진폭(Ｖｓ)으로 진동한다.
한편 조작자의 손가락(30)이 글라스 기판(31)을 통하여 접촉되는 각 검출전극(11)에 큰 전압을 가할 수 없기 때문에, 발진회로(15)의 출력과 콘덴서(17, 18)와의 사이에 도면에 나타나 있지 않은 저항을 접속하여, 각 검출전극(11)이 상대적으로 진동하는 교류검출신호(ＳＧ)의 출력레벨(Ｖｓ)을 여기에서는 5V로 하고 있다. 이 교류검출신호(ＳＧ)의 출력레벨(Ｖｓ)은, 교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수(f)를 공진주파수(f 0 )의 근방으로 조정하여 저하시켜도 좋다.
또한 교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수(f)에 대해서도 임의의 주파수로 할 수 있지만, 상용교류전원선(商用交流電源線)의 주위에서는 입력조작체(30)가 정전위(定電位)가 아니라 상용교류전원의 주파수의 커먼모드 노이즈(common mode noise)가 중첩되는 경우가 있기 때문에, 각 검출전극(11)으로부터 상용교류전원의 주파수와 식별해서 고유주파수(f)의 교류검출신호(ＳＧ)를 검출할 필요가 있어, 상용교류전원의 주파수와 그 고조파(高調波)를 제외한 주파수로 하고 있다.
상기의 각 검출전극(11)은, 진동전원회로(7)의 저압진동전원선(ＳＧＮＤ)과 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)중에서 어느 하나의, 여기에서는 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)에 접속되어 있다. 모든 각 검출전극(11)이 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)에 접속됨으로써 교류검출신호(ＳＧ)의 출력레벨(Ｖｓ)로서 고유주파수(f)로 진동하는 한편, 발밑 등의 일부가 접지되어 있는 조작자의 손가락(30)의 전위는 정전위이기 때문에 양자 사이에는 교류검출신호(ＳＧ)의 출력레벨(Ｖｓ)의 전압이 발생하고, 이것을 고유주파수(f)로 진동하는 진동전원회로(7)로부터 보면, 정전위의 검출전극(11)에 대하여 입력조작체인 손가락(30)이 교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수(f)로 진동하는 신호발생원(信號發生源)이 된다. 따라서 손가락(30)이 접근하여 손가락(30)과의 정전용량(Ｃｍ)이 증대되는 검출전극(11)에서는, 검출전극(11)으로부터 손가락(30)으로 정전용량(Ｃｍ)을 통하여 고유주파수(f)의 교류검출신호(ＳＧ)가 나타난다.
각 검출전극(11)과 손가락(30) 사이의 정전용량(Ｃｍ)은, 검출전극(11)과 손가락(30) 사이의 거리를 d, 진공의 유전율을 ε 0 , 그 사이의 유전체의 비유전율(比誘電率)을 ε 1 , 손가락(30)과 검출전극(11)의 대향면적을 s라고 하면, Ｃｍ = ε 0 ·ε 1 ·s / d로 나타낸다. 도5에 나타나 있는 바와 같이 손가락(30)이 글라스 기판(31)에 접촉하지 않고 있는 상태에서는, 손가락(30)과 검출전극(11) 사이의 정전용량(Ｃｍ)은, 상기한 바와 같이 직렬로 접속되는 글라스 기판(31)을 유전체로 하는 정전용량(Ｃｍａ)과 공기를 유전체로 하는 정전용량(Ｃｍｂ)으로 이루어지므로, 정전용량(Ｃｍ)은 Ｃｍａ·Ｃｍｂ / (Ｃｍａ + Ｃｍｂ)로 나타낸다.
본 실시형태에서는, 손가락(30)과 X, Y중에서 어느 하나의 방향(도5에서는 X방향)으로 대향하는 검출전극(11 0 , 11 1 )에 있어서의 손가락(30)과의 사이의 정전용량(Ｃｍ 0 , Ｃｍ 1 )의 상대비로부터 대향방향에 있어서의 손가락(30)의 입력조작위치를 검출하는 것이지만, 입력조작위치의 산정을 용이하게 하기 위해서 기립전극(1lb)을 포함하는 모든 검출전극(11)을 동일한 형상으로 하고 있기 때문에, 대향방향의 1조의 검출전극(11 0 , 11 1 )에 있어서 손가락(30)과의 대향면적(s)은 동일하게 되어 있다. 또한 글라스 기판(31)의 비유전율(ε r )은 약 1인 공기의 비유전율에 비하여 충분히 높기 때문에, 손가락(30)과 글라스 기판(31)과의 거리가 떨어져 있지 않으면, 검출전극(11 0 , 11 1 )과 손가락(30)의 입력조작위치에 관계없이 정전용량(Ｃｍ 0 , Ｃｍ 1 )의 상대비의 산정에 있어서 공기를 유전체로 하는 양자의 정전용량(Ｃｍｂ)은 거의 동일하다고 간주할 수 있다. 따라서 손가락(30)이 글라스 기판(31)에 접촉하고 있는지의 여부에 관계없이 입력조작위치는, 글라스 기판(31)을 유전체로 하는 정전용량(Ｃｍａ)의 비(比) 즉 Ｃｍ = ε 0 ·ε ｒ ·ｓ / d로부터 산정되는 정전용량(Ｃｍ 0 , Ｃｍ 1 )의 상대비로부터 검출할 수 있다. 교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수가 f이므로, 이 정전용량(Ｃｍ)의 교류검출신호에 대한 리액턴스(Ｘｃ)는, Ｘｃ = 1 / (2π·ｆ·Ｃｍ)에서 Ｘｃ = d / (ω·ε 0 ·ε ｒ ·ｓ)로 나타낸다.
도10은 검출전극(11)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)을 검출하는 신호검출회로부 전체의 등가 회로도로서, 도면중에 Ｃｐ는 검출전극(11)과 저압진동전원선(ＳＧＮＤ)간의 부유용량, ｒｐ는 검출전극(11)의 내부저항값, R4는 출력저항의 저항값이다. 도면중의 등가 회로도에서는,
i 1 = i 2 + i 3 ···(3)식
Ｖｓ = i 1 / (jω·Ｃｍ) + i 2 / (jω·Ｃｐ) ···(4)식
-i 2 / (jω·Ｃｐ) + i 3 ·ｒｐ + i 3 ·R4 = 0 ···(5)식
i3·R4 = Ｖｉ ···（6)식
의 관계가 성립하여, (3)식 내지 (6)식으로부터
Ｖｉ = [jω·Ｃｍ / {1 / R4 + jω(Ｃｍ+Ｃｐ)(ｒｐ/ R4 + 1)}]·Ｖｓ ···(7)식
의 관계가 얻어진다.
내부저항(ｒｐ)을 0으로 하고, R4가 멀티플렉서(multiplexer)(12)를 통하여 후술하는 적분용 연산증폭기 A/D(積分用 演算增幅器 A/D)(25)에 접속되므로 무한대라고 하면, (7)식은
Ｖｉ = Ｃｍ / (Ｃｐ+Ｃｍ)·Ｖｓ
로 치환되고, 또한 부유용량(Ｃｐ)에 비하여 정전용량(Ｃｍ)은 매우 작으므로 (7)식은 또한
Ｖｉ = (Ｃｍ/Ｃｐ)·Ｖｓ ···（8)식
으로 나타낸다.
상기한 바와 같이 입력조작체(30)와 검출전극(11)의 정전용량(Ｃｍ)은, Ｃｍ = ε 0 ·ε ｒ ·ｓ / d로 나타내지므로, 이것을 (8)식에 대입해서 변형하면,
Ｖｉ = {ε 0 ·ε ｒ ·ｓ/ (ｄ·Ｃｐ)}·Ｖｓ ···（9)식
이 되며, (9)식 중의 (ε 0 ·ε ｒ ·ｓ/Ｃｐ)는 정수(定數)이므로 이것을 1/k로 두면, 검출전극(11)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)은,
Ｖｉ = Ｖｓ / (ｄ·ｋ) ···(10)식
으로 나타내고, 손가락(30)과의 거리(d)가 가까운 검출전극(11)일수록 수신레벨(Ｖｉ)이 교류검출신호(ＳＧ)의 출력레벨(Ｖｓ)에 근접하는 큰 값이 된다. 다만 손가락(30)이 검출전극(11)에 근접하여 그 사이의 정전용량(Ｃｍ)이 부유용량(Ｃｐ)에 비하여 무시할 수 없는 정도로 커진 경우에는, (10)식을 적용할 수 없으며 수신레벨(Ｖｉ)은 최대로서 출력레벨(Ｖｓ)이 된다.
(10)식을 사용하면, 복수의 각 검출전극(11)에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨(Ｖｉ)을 비교하여 손가락(30)과 각 검출전극(11) 사이의 거리를 비교할 수 있으며, 본 실시형태에서는 각 검출전극(11)(X0, X1, Y0, Y1)의 배치위치와 각 검출전극(11)(X0, X1, Y0, Y1)의 수신레벨(Ｖｉ)로부터 입력조작영역(E)과 평행한 XY방향의 입력조작위치(x, y)를 검출한다.
이 입력조작위치(x, y)를 검출하기 위해서 진동측 회로기판(3)에는, 아날로그 멀티플렉서(analog multiplexer)(12), 신호처리회로(信號處理回路)(13), 적분처리회로(積分處理回路)(14), A/D 컨버터(A/D converter)(19), ＭＰＵ(마이크로프로세서 유닛;microprocessor unit)(10) 및 발진회로(15)의 각 회로소자가 탑재되고, 모두 진동전원회로(7)의 저압진동전원선(ＳＧＮＤ)과 고압진동전원선(ＳＶＣＣ)에 접속되어, ＤＣ전원(5)으로부터 출력전압(Ｖｃｃ)을 받아 동작하고 있다.
아날로그 멀티플렉서(12)는, ＭＰＵ(10)로부터의 절환제어(切換制御)에 의하여 일정한 주기(周期), 여기에서는 200ｍｓｅｃ마다 각 검출전극(11)을 신호처리회로(13)로 절환하여 접속하고, 각 검출전극(11)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)를 순차적으로 신호처리회로(13)로 출력하고 있다. 즉 X방향으로 대향하는 검출전극(X01, X02··, X11, X12··), Y방향으로 대향하는 검출전극(Y01, Y02··, Y11, Y12··)의 순서로 1주사 주기내에 모든 검출전극(11)이 신호처리회로(13)에 접속된다.
도9에 나타나 있는 바와 같이 신호처리회로(13)는, 교류검출신호(ＳＧ)의 고유주파수(f)를 중심으로 하는 주파수대역의 신호를 통과시키는 공진회로(共振回路)(23)와, 임피던스 변환용의 증폭회로(24)와, 이들 사이에 직렬로 접속되는 제1아날로그 스위치(第1analog switch)(ＡＳＷ1)로 이루어져 있다. 공진회로(23)는, 아날로그 멀티플렉서(12)를 통하여 접속되는 검출전극(11)에 나타나는 신호로부터 직류신호 등의 저주파성분(低周波成分)과 커먼모드 노이즈 등의 고주파 노이즈(高周波 noise)를 차단하여, 교류검출신호(ＳＧ)만을 후단(後段)의 증폭회로(24)로 출력한다. 증폭회로(24)는, 입력 임피던스가 무한대에 가깝고 출력 임피던스가 미소값인 임피던스 변환소자로서, 검출전극(11)에 나타나는 미약한 교류검출신호(ＳＧ)이더라도 그 출력측에 접속되는 적분처리회로(14)가 동작하도록 하고 있다.
제1아날로그 스위치(ＡＳＷ1)는, ＭＰＵ(10)에 의하여 개폐제어(開閉制御)되고, 적분처리회로(14)가 후술하는 적분동작을 하고 있는 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)중에 공진회로(23)와 증폭회로(24) 사이를 접속하고, 후술하는 오프셋 조정기간(offset 調整期間)(Ｔｓｅｔ)중에 차단한다. 이에 따라 오프셋 조정기간(Ｔｓｅｔ)중에 교류검출신호(ＳＧ)가 적분처리회로(14)에 출력되지 않도록 하고 있다.
적분처리회로(14)는, 상호간의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)를 접속시킨 클램프 다이오드 회로(clamp diode 回路)(28)와, 신호처리회로(13)의 출력 전위를 소정의 전위로 끌어올리는 풀업저항(pull-up抵抗)(29)과, 적분용 연산증폭기(25)와, 신호처리회로(13)의 출력과 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자 사이에 접속된 적분용 저항(R1)과, 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자와 출력단자 사이에 접속된 적분용 콘덴서(C1)와, 적분용 콘덴서(C1)에 병렬로 접속되고 ＭＰＵ(10)에 의하여 개폐제어되는 제2아날로그 스위치(ＡＳＷ2)를 구비하고 있다.
클램프 다이오드 회로(28)는, 신호처리회로(13)의 출력 즉 교류검출신호(ＳＧ)의 전압을 풀업저항(29)으로 끌어올린 전위를 중심으로, 한 쌍의 다이오드의 순방향전압의 범위내에서 진동하도록 클램프하여 적분용 저항(R1)으로 출력한다.
적분용 저항(R1)을 통하여 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자에 입력되는 교류검출신호의 전압을 Ｖｉｎ, 적분용 연산증폭기(25)의 출력단자로부터 출력되는 전압을 Ｖｏｕｔ, 적분용 저항(R1)의 저항값을 R, 적분용 콘덴서(C1)의 용량을 C라고 하면,
Ｖｏｕｔ = - 1 / ＣＲ·∫Ｖｉｎｄｔ ···（11)식
으로 나타내고, 적분용 연산증폭기(25)의 출력단자로부터 입력전압(Ｖｉｎ)을 적분한 전압(Ｖｏｕｔ)이 출력된다.
제2아날로그 스위치(ＡＳＷ2)는, 오프셋 조정기간(Ｔｓｅｔ) 시작후의 짧은 시간에 ＭＰＵ(10)에 의하여 폐쇄 제어되어, 적분처리회로(14)의 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)에 적분용 콘덴서(C1)에 축적된 전하(電荷)를 신속하게 방전하여, 그 직전의 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)에 적분용 콘덴서(C1)에 충전된 충전전압이 후술하는 적분처리회로(14)의 오프셋 조정기간(Ｔｓｅｔ)의 오프셋 동작에 영향을 주지 않도록 하고 있다.
이 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자와 비반전입력단자 사이에는, 적분용 연산증폭기(25)의 오프셋 전압이나 그 이외의 요인에 의한 직류성분의 오차가 있으며, 이들을 합친 오차전압을 오프셋 전압(Δv)으로 나타내면 (11)식은,
Ｖｏｕｔ = - 1/ＣＲ·∫（Ｖｉｎ + Δv)ｄｔ ···（12)식
으로 나타내고, 오프셋 전압(Δv)은 직류성분이므로 (12)식은,
Ｖｏｕｔ = - 1/ＣＲ·∫Ｖｉｎｄｔ - Δｖ·ｔ/ＣＲ ···（13)식
으로 나타내고, 시간(t)이 경과함에 따라 출력전압(Ｖｏｕｔ)중에 있어서 오프셋 전압(Δv)에 의한 오차가 확대된다.
그래서 상기 오프셋 전압(Δv)에 의한 영향을 실질적으로 해소시킬 목적으로 적분처리회로(14)에 피드백 회로부(feedback 回路部)를 더 설치하고 있다. 이 피드백 회로부는, 도9에 나타나 있는 바와 같이 귀환용 연산증폭기(歸還用 演算增幅器)(26)와, 귀환용 연산증폭기(26)의 출력과 적분용 연산증폭기(25)의 비반전입력단자 사이에 접속된 제3아날로그 스위치(ＡＳＷ3)와, 제3아날로그 스위치(ＡＳＷ3)와 적분용 연산증폭기(25)의 비반전입력단자 사이에 접속되고 귀환용 연산증폭기(26)의 출력전압에 의하여 충전되는 홀드용 콘덴서(hold用 condenser)(27)로 구성된다.
귀환용 연산증폭기(26)의 반전입력단자는 저항(R2)을 통하여 적분용 연산증폭기(25)의 출력에 접속되고, 비반전입력단자는 적분용 저항(R1)의 입력측에 접속되어 있다. 귀환용 연산증폭기(26)의 반전입력단자와 출력단자 사이에 접속된 저항(R3)과 저항(R2)의 저항값은 같고, 따라서 귀환용 연산증폭기(26)는 제3아날로그 스위치(ＡＳＷ3)가 폐쇄 제어되고 있는 사이에, 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자에 입력되는 입력전압(Ｖｉｎ)을 기준전위(基準電位)로 하여 입력전압(Ｖｉｎ)에 대한 적분용 연산증폭기(25)의 출력전압(Ｖｏｕｔ)의 차이를 이득 -1로 증폭하여 적분용 연산증폭기(25)의 비반전입력단자로 귀환하도록 작용한다.
ＭＰＵ(10)에 의하여 제어되는 오프셋 조정기간(Ｔｓｅｔ)중에 제3아날로그 스위치(ＡＳＷ3)가 폐쇄 제어됨과 아울러, 적분용 저항(R1)의 입력과 각 검출전극(11)은 개방 제어되는 제1아날로그 스위치(ＡＳＷ1)에 의하여 차단되기 때문에, 적분용 저항(R1)의 입력측에는 교류검출신호(ＳＧ)가 입력되지 않아, 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자의 전위는 일정한 입력전압(Ｖｉｎ)으로 유지된다.
적분용 연산증폭기(25)의 비반전입력단자에 대하여 반전입력단자에 상기 오프셋 전압(Δv)이 발생하고 있는 것으로 하면, Δｔ후에 그 적분값 -(Ｖｉｎ + Δｖ)·Δt/ＣＲ가 출력되지만, 귀환용 연산증폭기(26)에 의하여 적분용 연산증폭기(25)의 비반전입력단자에 Ｖｉｎ + (Ｖｉｎ + Δｖ)·Δt/ＣＲ가 입력되고, Δt/ＣＲ가 1보다 충분히 작으므로 이것을 반복함으로써 적분용 연산증폭기(25)의 출력은 오프셋 전압(Δv)에 수렴하여 안정된다. 이 상태에서 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자에 오프셋 전압(Δv)을 가한 전위는 비반전입력단자의 전위와 동일하게 되어, 홀드용 콘덴서(27)에는 오프셋 전압(Δv)의 영향을 포함해서 비반전입력단자와 반전입력단자 사이의 차이전압을 0으로 하는 보정전압(補正電壓)이 충전되어 있다. 따라서 오프셋 조정기간(Ｔｓｅｔ)은, 적분용 연산증폭기(25)의 출력(Ｖｏｕｔ)이 오프셋 전압(Δv)에 도달해서 안정되는 충분한 시간으로 설정하고, 홀드용 콘덴서(27)는, 적분용 연산증폭기(25)의 출력(Ｖｏｕｔ)이 안정된 때에는 포화되는 캐패시터의 콘덴서를 사용한다.
오프셋 조정기간(Ｔｓｅｔ)의 경과후에, ＭＰＵ(10)는 제1아날로그 스위치(ＡＳＷ1)를 폐쇄 제어함과 아울러 제3아날로그 스위치(ＡＳＷ3)를 개방 제어하여 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)으로 이행(移行)한다. 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)에서는 제1아날로그 스위치(ＡＳＷ1)가 폐쇄 제어됨으로써, 아날로그 멀티플렉서(12)에 의하여 선택해서 접속된 검출전극(11)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)가 적분용 연산증폭기(25)의 반전입력단자에 입력된다. 또한 제3아날로그 스위치(ＡＳＷ3)가 개방 제어되기 때문에, 오프셋 조정기간(Ｔｓｅｔ)중에 홀드용 콘덴서(27)에 충전된 상기 보정전압이 적분용 연산증폭기(25)의 비반전입력단자에 입력되어, 오프셋 전압(Δv)을 포함한 적분용 연산증폭기(25)의 비반전입력단자와 반전입력단자 사이의 차이전압이 0이 됨으로써, 적분용 연산증폭기(25)의 출력(Ｖｏｕｔ)에 (13)식으로 나타내는 오프셋 전압(Δv)을 적분한 오차 -Δｖ·ｔ/ＣＲ가 포함되지 않는다.
그 결과, 미소한 교류검출신호(ＳＧ)의 전압(Ｖｉｎ)만이 적분해서 확대되어 적분용 연산증폭기(25)의 출력(Ｖｏｕｔ)으로서 나타난다. ＭＰＵ(10)는, 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)의 시작시부터 각 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)에서 동일한 시간 경과후로서 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)이 종료되기 직전인 판정시(判定時)(t1)에, 판정시(t1)의 출력(Ｖｏｕｔ)을 후단에 접속된 Ａ/D 컨버터(Ａ/D converter)(19)로 출력한다. 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)은, ＣＲ에 의하여 정해지는 적분용 콘덴서(C1)의 포화시간보다 충분히 짧고 또한 교류검출신호(ＳＧ)의 전압(Ｖｉｎ)을 판정시(t1)에 그 적분값인 적분용 연산증폭기(25)의 출력(Ｖｏｕｔ)으로부터 판별가능한 기간으로 설정한다.
A/D 컨버터(19)는, 판정시(t1)의 적분용 연산증폭기(25)의 출력(Ｖｏｕｔ)을 양자화(量子化)해서 ＭＰＵ(10)로 출력한다.
A/D 컨버터(19)로부터 출력되는 양자화 데이터는, 그 적분동작기간(Ｔｉｎｔ)중에 아날로그 멀티플렉서(12)가 선택해서 접속된 각 검출전극(11)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)을 나타내고, 입력위치검출수단으로서 작용하는 ＭＰＵ(10)는, 배치방향마다 검출전극(11)(X0, X1, Y0, Y1)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계를 산정하고, 배치방향마다의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계로부터 손가락(30)의 XY방향의 입력조작위치를 검출한다.
X방향으로 대향하는 1조의 검출전극(X0, X1) 사이의 거리를 Ｌｘ라고 하고, 손가락(30)이 도5에 나타내는 입력조작위치(P(x))에 있었다라고 하여, 임의의 검출전극(X0n)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ0)과, 검출전극(X0n)에 X방향으로 대향하는 위치에 배치된 검출전극(X1n)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ1)과는, (10)식으로부터 각각
Ｖｉ0 = Ｖｓ/ (ｘ·ｋ) ···(14)식
Ｖｉ1 = Ｖｓ/ ((Ｌｘ - ｘ)·ｋ) ···(15)식
으로 나타내고, 양자의 비 Ｖｉ0/Ｖｉ1은,
Ｖｉ0/Ｖｉ1 = (Ｌｘ - x)/x ···（16)식
으로 나타낸다.
이 관계는 X방향으로 대향하는 모든 각 조의 검출전극(X0, X1)에 대해서 성립하므로, 1주사 주기내에 각 검출전극(X0)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계를 Ｖｘ0, 각 검출전극(X1)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계를 Ｖｘ1이라고 하면,
Ｖｘ0/Ｖｘ1 = (Ｌｘ - x)/x ···（17)식
이며, x에 대해서 풀면,
x = Ｌｘ·Ｖｘ1/ (Ｖｘ0 + Ｖｘ1) ···(18)식
이 된다.
마찬가지로 Y방향에 대해서도, Y방향으로 대향하는 1조의 검출전극(Y0, Y1) 사이의 거리를 Ｌｙ라고 하면, 임의의 검출전극(Y0n)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ0)과, 검출전극(Y0n)에 Y방향으로 대향하는 위치에 배치된 검출전극(Y1n)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ1)과의 관계는,
Ｖｉ0/Ｖｉ1 = (Ｌｙ - y)/y ···（19)식
으로 나타내고, 1주사 주기내에 각 검출전극(Y0)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계를 Ｖｙ0, 각 검출전극(Y1)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계를 Ｖｙ1로 하여,
y = Ｌｙ·Ｖｙ1/ (Ｖｙ0 + Ｖｙ1) ···(20)식
의 관계가 얻어지므로, Ｖｘ0, Ｖｘ1, Ｖｙ0, Ｖｙ1로부터 입력조작영역(E)상의 XY방향의 입력위치(x, y)가 용이하게 얻어진다.
ＭＰＵ(10)에 의하여 검출된 입력조작위치(x, y)를 포함하는 입력조작 데이터는, 직류가 절연된 신호선(16)을 통하여 비진동회로기판(2)에 탑재되는 인터페이스 회로(6)에 출력되고, 인터페이스 회로(6)로부터 ＵＳＢ통신, I 2 C통신 등에서 입력조작 데이터를 이용하는 상위기기(上位機器)에 출력된다.
상기의 실시형태에서는 각 배치방향의 검출전극(11)마다 각 검출전극(X0, X1, Y0, Y1)에 나타나는 교류검출신호(ＳＧ)의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계(Ｖｘ0, Ｖｘ1, Ｖｙ0, Ｖｙ1)를 구하여 (18)식과 (20)식으로부터 입력조작위치(x, y)를 검출하였지만, 각 배치방향의 검출전극(11)중에서 최대의 수신레벨(Ｖｉ)이 나타난 검출전극(11)에 대해서 그 수신레벨(Ｖｉ0)과, 대향해서 배치된 검출전극(11)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ1)을 비교하여 (16)식 혹은 (19)식으로부터 입력조작위치(x, y)를 검출하더라도 좋다.
또한 배치방향을 따른 복수의 검출전극으로 구성되는 상기의 4종류의 검출전극(X0, X1, Y0, Y1)은 어느 하나 또는 둘 이상의 검출전극(11)을, 배치방향을 길이방향으로 하는 한 장의 검출전극(11)으로 구성할 수도 있으며, 이렇게 한 장의 검출전극(11)으로 구성하는 경우에는 그 검출전극(11)의 수신레벨(Ｖｉ)을, 배치방향을 따른 각 검출전극(11)의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계로 간주하여, (18)식과 (20)식으로부터 입력조작위치(x, y)를 검출할 수 있다.
또한 상기의 XY방향을 따라 배치되는 4종류의 검출전극(X0, X1, Y0, Y1)중에서 어느 한쪽의 2종류의 검출전극(11)을 생략하더라도 입력조작영역(E)에 대한 입력조작위치(x, y)를 검출할 수 있다. 도11은, X방향으로 대향하는 검출전극(X0, X1)을 생략한 제2실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(50)의 평면도이다.
이 터치패널(50)에서는, X방향을 따라 배치되는 다수의 검출전극(Y0)을 배치방향 검출전극(Y01, Y02··Y0n)으로 하고, 제1실시형태에 있어서 검출전극(Y0)과 대향시켜서 배치한 복수의 검출전극(Y11, Y12··Y1n)을 단일(單一)의 검출전극(Y1)으로 구성하고 있다. 도11에 나타나 있는 바와 같이 배치방향(X방향)을 따라 배치된 다수의 배치방향 검출전극(Y0n)중에서, 손가락(30)으로부터 배치방향과 직교하는 방향으로 배치된 배치방향 검출전극(Y05)이 손가락(30)에 가장 접근하고 또한 손가락(30)과의 대향면적(s)도 커지게 되므로, 그 검출전극(Y05)에 최대값이 되는 수신레벨(Ｖｉ)이 나타난다. 따라서 X방향으로 대향하는 검출전극(X0, X1)이 배치되어 있지 않은 터치패널(50)이더라도 배치방향 검출전극(Y0n)중에서 최대값의 수신레벨(Ｖｉ)이 나타난 배치방향 검출전극(Y05)의 배치위치로부터 X방향의 입력조작위치(x)를 검출할 수 있다. 이 Ｘ방향의 입력조작위치(x)는, 최대값의 수신레벨(Ｖｉ)이 나타난 검출전극(Y05)과, 그 주위의 배치방향 검출전극(Y0n)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)을 비교하여 더 정확하게 검출할 수도 있다.
Y방향의 입력조작위치(y)는, 한 장의 검출전극(Y1)의 수신레벨(Ｖｉ)을 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계(Ｖｙ1)로 간주하고, 배치방향 검출전극(Y0n)의 수신레벨(Ｖｉ)의 총합계(Ｖｙ0)로부터 (20)식을 사용해서 검출할 수 있다.
이 제2실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(50)에 의하면, X방향으로 대향하는 검출전극(X0, X1)을 배치하지 않고 X방향의 입력조작위치(x)를 검출할 수 있기 때문에 X방향폭을 축소할 수 있다. 예를 들면 세로로 길고 가로폭에 충분한 여유가 없는 휴대전화기 등의 케이스이더라도 가로폭 방향으로 검출전극(11)을 배치하지 않고 가로폭 방향의 입력조작위치를 검출할 수 있기 때문에, 한정된 케이스내에 더 큰 입력조작영역(E)을 구비하는 터치패널(50)을 부착할 수 있다.
도12는, 2종류의 검출전극(X0, Y1)을 생략한 제3실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(51)의 평면도이다. 이 터치패널(51)에서는, 검출전극(Y0)을 X방향을 배치방향으로 하는 복수의 배치방향 검출전극(Y01, Y02··Y0n)과, 검출전극(X1)을 Y방향을 배치방향으로 하는 복수의 배치방향 검출전극(X11, X12··X1n)으로 구성하고 있다.
도면에서 나타내는 위치에 입력을 조작하는 손가락(30)이 있었다고 하면, X방향에서는 검출전극(Y05)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)이 최대가 되며, Y방향에서는 검출전극(X14)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)이 최대가 되므로, 각각의 배치위치로부터 입력조작위치(x, y)를 검출할 수 있다.
제3실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(51)에 의하면, 기기의 프레임의 모서리에 틈새를 두지 않고 입력조작영역(E)을 면하게 한 터치패널(51)을 배치할 수 있다.
상기의 각 실시형태에서는, 손가락(30)과 X, Y중에서 어느 하나의 방향으로 대향하는 검출전극(11 0 , 11 1 )에 있어서 손가락(30)과의 사이의 정전용량(Ｃｍ 0 , Ｃｍ 1 )의 상대비는, 손가락(30)을 글라스 기판(31)상에 투영시킨 XY평면상의 입력조작위치(x, y)와 대향하는 검출전극(11 0 , 11 1 )까지의 대향방향의 거리에 반비례하는 비와 거의 동일하므로, 손가락(30)이 글라스 기판(31)에 접촉하고 있는지 여부에 관계없이 입력조작영역(E)상의 입력조작위치(x, y)를 검출할 수 있다. 그러나 손가락(30)이 글라스 기판(31)과 접촉하지 않는 입력조작에서는, 비유전율이 약 1로 낮은 공기를 유전체로 하는 정전용량(Ｃｍｂ)이 삽입하게 되므로, 동일한 입력조작위치이더라도 각 검출전극(11)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)은 크게 저하된다. 따라서 ＭＰＵ(10)에 입력되는 특정의 검출전극(11)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)을 1주사 주기마다 비교하여, 수신레벨(Ｖｉ)이 소정의 임계치를 넘는 비율로 상승했을 때에 손가락(30)이 글라스 기판(31)에 접촉되는 터치입력과, 소정의 임계치를 넘는 비율로 하강했을 때에 손가락(30)이 글라스 기판(31)으로부터 분리된 조작으로 판별할 수 있으며, 2종류의 입력조작에 의한 입력조작위치를 출력할 수 있다.
또한 특정의 검출전극(11)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)을 감시하는 것만으로 터치입력을 판정할 수 있기 때문에, 입력조작을 대기하는 대기시간중에는 특정의 검출전극(11)에 나타나는 수신레벨(Ｖｉ)만을 일정한 주기로 검출하는 간헐검출 모드(間歇檢出 mode)로 하고, 터치입력을 검출하였을 경우에 모든 회로를 동작시켜서 입력조작위치를 검출하는 검출 모드로 함으로써 대기시간중의 전력소비를 삭감할 수 있다.
상기의 실시형태에서는 각 검출전극(11)의 상방을 덮는 실드판(32)을 절연기판(20)으로부터 세워진 상태에서 지지하고 있지만, 도13에 나타나 있는 바와 같이 터치패널(52)의 입력조작영역(E)을 윈도우 구멍(42)을 통하여 외측과 면하게 하는 기기의 프레임(43)의 내저면(內底面)에 접지된 실드층(44)을 형성하여, 실드층(44)에 의하여 검출전극(11)의 상방을 덮도록 하더라도 좋다. 또한 동일한 목적으로 실드층(44)은, 프레임(43)의 표면측에 형성하더라도 좋다.
또한 상기의 실시형태에서 검출전극(11)은, 절연기판(20)의 표면의 도전패턴으로 형성되거나 절연기판(20)의 스루홀(20a)에 세워진 상태에서 지지되는 금속 플레이트(金屬 plate)로 형성되어 있지만, 글라스 기판 등의 투명입력 조작판(31)의 저면이나 단면에 증착시킨 도전층(導電層)으로 형성할 수도 있다.
또한 상기의 실시형태에서는, 검출전극(11)을 입력조작체(30)에 대하여 교류검출신호(ＳＧ)의 출력레벨(Ｖｓ)로 진동시켜서 양자 사이에 출력레벨(Ｖｓ)의 상대전위를 발생시켰지만, 검출전극(11)측을 정전위로 하여 입력조작체(30)의 전위를 교류검출신호(ＳＧ)의 출력레벨(Ｖｓ)로 변동시켜도 좋다.
또한 입력조작체(30)는, 조작자가 입력조작을 하는 손가락(30)으로 설명하였지만, 조작자가 손에 쥐는 전용 입력 펜 등과 같이 조작자와 다른 조작체이더라도 좋다.
또한 직사각형 모양의 윤곽으로 형성된 개구부(21)는, 직사각형의 윤곽뿐만 아니라 임의의 형상으로 할 수 있다.
또한 2종류로 나눈 비진동측 회로기판(2)과 진동측 회로기판(3)은, 기준전원회로(4)와 진동전원회로(7)가 나누어져 배선되어 있으면 1매의 회로기판으로 하더라도 좋다.
본 발명은 입력조작영역을 통한 배면측에 표시소자가 배치되고, 입력조작영역에 대한 입력조작체의 입력조작위치를 검출하는 정전용량식 터치패널에 적합하다.
1 ; 정전용량식 터치패널(제1실시형태)
10 ; ＭＰＵ(입력위치검출수단, 터치입력검출수단)
11 ; 검출전극
14 ; 적분처리회로(신호검출수단)
15 ; 발진회로(발신수단)
20 ; 절연기판(절연지지체)
21 ; 개구부
30 ; 손가락(입력조작체)
31 ; 글라스 기판(투명입력 조작판)
32 ; 실드판
42 ; 윈도우 구멍
43 ; 프레임
44 ; 실드층
E ; 입력조작영역
ＳＧ ; 교류검출신호
Ｖｉ ; 교류검출신호의 수신레벨
Y01, Y02··Y0n ; 배치방향 검출전극
X11, X12··X1n ; 배치방향 검출전극

Claims (11)

  1. 서로 절연되어 복수의 검출전극(檢出電極)이 배치되고, 각 검출전극의 배치위치와 각 검출전극과 입력조작체(入力操作體)와의 정전용량으로부터, 입력조작체의 입력조작위치를 검출하는 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)로서,
    개구부(開口部)를 구비하는 절연지지체(絶緣支持體)와,
    상기 개구부의 개구를 덮도록 절연지지체에 지지되고, 적어도 상기 개구부상의 입력조작영역이 투시가능한 투명체에 의하여 형성된 투명입력 조작판(透明入力 操作板)과,
    상기 투명입력 조작판에 접하고, 상기 개구부의 주위에서 투명입력 조작판 또는 절연지지체에 서로 절연되어 배치되는 복수의 검출전극과,
    입력조작체와 복수의 각 검출전극간의 상대전위(相對電位)가 변동하는 교류검출신호(交流檢出信號)를 발신하는 발신수단(發信手段)과,
    상기 각 검출전극과 입력조작체간의 정전용량을 통하여, 상기 각 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨(受信level)을 검출하는 신호검출수단(信號檢出手段)과,
    상기 신호검출수단이 상기 각 검출전극마다 검출한 교류검출신호의 수신레벨을 바탕으로 입력조작체와 상기 각 검출전극의 배치위치와의 상대거리(相對距離)를 비교하여, 입력조작체의 입력조작영역상의 입력조작위치를 검출하는 입력위치검출수단(入力位置檢出手段)을
    구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  2. 제1항에 있어서,
    어느 하나의 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨이, 직전의 수신레벨에 비하여 소정의 임계치(臨界値) 이상의 비율로 상승했을 때에, 입력조작체가 투명입력 조작판에 접촉되는 터치입력으로 판정하는 터치입력검출수단(touch入力檢出手段)을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 터치입력검출수단이 터치입력으로 판정할 때까지, 상기 신호검출수단은, 어느 하나 또는 둘 이상의 특정 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨만을 검출하고,
    상기 터치입력검출수단이 터치입력으로 판정한 후에, 상기 신호검출수단은, 모든 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨을 검출하고, 입력위치검출수단은, 상기 각 검출전극마다 검출한 교류검출신호의 수신레벨을 바탕으로 입력조작체가 투명입력 조작판에 접촉되는 입력조작의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    직교하는 XY방향 중에서 어느 하나의 방향으로 대향(對向)하는 상기 개구부의 양측에 각각 대향방향과 직교하는 방향을 따라 하나 또는 둘 이상의 검출전극이 배치되고,
    상기 입력위치검출수단은, 상기 양측에 배치되는 검출전극에 나타나는 교류검출신호의 수신레벨을 바탕으로, 입력조작체와 상기 개구부의 양측과의 상대거리를 비교하고, XY평면을 따른 입력조작영역상의 상기 대향방향의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출전극은 Z방향으로 기립(起立)하고, 상기 대향방향과 면(面)하는 기립면을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검출전극은, 투명입력 조작판의 단면(端面)에 증착(蒸着)하여 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  7. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 검출전극에 있어서 상기 입력조작영역과 직교하는 상방(上方)은, 절연지지체에 지지된 실드판(shield板)으로 덮어지는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  8. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 절연지지체에 지지되는 상기 투명입력 조작판은, 입력조작영역을 윈도우 구멍으로부터 상방과 면하게 하는 기기의 프레임(frame)내에 배치되고, 상기 윈도우 구멍 주위의 상기 프레임의 표면(表面) 또는 이면(裏面)에, 상기 검출전극의 상방을 덮는 실드층(shield層)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 개구부 주위의 XY방향 중에서 어느 하나의 방향을 따라 배치되는 복수의 각 검출전극을 배치방향 검출전극으로 하고,
    상기 입력위치검출수단은, 각 배치방향 검출전극의 수신레벨을 비교하여 XY평면을 따른 입력조작영역상의 배치방향의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 입력위치검출수단은, 상기 각 배치방향 검출전극의 수신레벨을 비교하고, 최대의 수신레벨이 검출된 상기 배치방향 검출전극의 배치위치로부터 배치방향의 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 개구부의 윤곽은, XY방향을 따른 직사각형 모양이며,
    XY방향 중에서 어느 하나의 방향으로 대향하는 상기 개구부의 양측에만, 대향방향과 직교하는 방향을 따라 복수의 검출전극이 배치되고,
    상기 개구부의 적어도 일측(一側)에 대향방향과 직교하는 방향을 따라 배치된 복수의 검출전극을 배치방향 검출전극으로 하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
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