觸摸面板的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求于2015年2月9日提交到USPT0的第62/113,697號美國臨時專利申 請以及于2014年8月27日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第10-2014-0112467號韓國專利申 請、于2015年6月5日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第10-2015-0080201號韓國專利申請和于 2015年7月3日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第10-2015-0095482號韓國專利申請的權(quán)益，每 個申請的全部公開通過引用包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及一種觸摸面板和具有該觸摸面板的坐標(biāo)測量系統(tǒng)。更具體地講，本公 開涉及一種能夠測量觸控筆的輸入位置的觸摸面板和具有該觸摸面板的坐標(biāo)測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 最近，智能電話或平板個人計算機（PC)的普及已活躍地進行，針對內(nèi)嵌的觸摸位 置確定設(shè)備的技術(shù)的開發(fā)也已活躍地進行。智能電話或平板PC包括觸摸屏，用戶可利用手 指或觸控筆來指定觸摸屏的特定坐標(biāo)。用戶可通過指定觸摸屏的特定坐標(biāo)向智能電話輸入 特定信號。
[0004] 觸摸屏可基于電氣方案、紅外線方案及超聲波方案而被操作，電氣操作方案的示 例可包括電阻式觸摸屏或電容式觸摸屏。
[0005] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，能夠同時識別用戶的手指和觸控筆的電阻式觸摸屏已被廣泛使 用。然而，電阻式觸摸屏具有因氧化銦錫（ΙΤ0)層之間的空氣層的反射而導(dǎo)致的問題。
[0006] 因此，電容式觸摸屏最近已被廣泛使用。這里，電容式觸摸屏是指通過感測由對象 的觸摸所產(chǎn)生的透明電極的電容之差的方法來操作的觸摸屏。然而，在電容式觸摸屏的情 況下，由于物理上難以將手與筆彼此區(qū)分，因此電容式觸摸屏具有如下缺點：在使用筆時可 產(chǎn)生因手的無意識的觸摸而導(dǎo)致的操作上的誤差。
[0007] 根據(jù)用于解決上述缺點的現(xiàn)有技術(shù)，利用如下方法來區(qū)分手與筆：僅使用根據(jù)觸 摸區(qū)域區(qū)分手與筆的軟件來執(zhí)行處理的方法；除電容式觸摸屏之外，包括諸如電磁共振 (EMR)方案的單獨的位置確定設(shè)備的方法。
[0008] 然而，軟件方案可能無法完全緩解由手的無意識的觸摸而導(dǎo)致的錯誤，并且由于 EMR方案包括單獨的位置確定設(shè)備，因此該方案具有安裝空間、重量以及成本增加的問題。
[0009] 因此，已需要一種在不添加單獨的位置確定設(shè)備的情況下能夠區(qū)分手與筆的技術(shù) 的開發(fā)。
[0010] 同時，對于觸控筆而言，在由于電池更換的不便、費用和重量而優(yōu)選為以被動方案 操作觸控筆的方面，也已需要在沒有內(nèi)部電源的情況下能夠確保用于感測觸控筆的信號的 觸控筆靈敏度的提高。
[0011] 將以上信息僅呈現(xiàn)為背景信息以幫助對本公開的理解。關(guān)于上面的任何信息是否 可以作為針對本公開的現(xiàn)有技術(shù)，沒有作出確定，并且沒有作出斷言。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本公開的各方面在于至少解決上面提到的問題和/或缺點，并且至少提供以下優(yōu) 點。因此，本公開的一方面在于提供一種能夠提高用于檢測觸控筆的位置的信號靈敏度的 觸摸面板和具有該觸摸面板的坐標(biāo)測量系統(tǒng)。
[0013] 根據(jù)本公開的一方面。提供了一種觸摸面板。所述觸摸面板包括：信道電極單元， 被配置為包括沿第一方向布置的多個第一電極和沿與第一方向交叉的第二方向布置的多 個第二電極的電極；控制單元被配置為以多個電極為單位將驅(qū)動信號施加到信道電極單元 中的電極，通過電容耦合將驅(qū)動信號傳輸?shù)浇咏鲇|摸面板的觸控筆的諧振電路，并從 多個電極中的每個電極接收從觸控筆的諧振電路生成的響應(yīng)信號以確定包括諧振電路的 觸控筆的位置。
[0014] 信道電極單元可在觸摸對象的接近期間檢測多個第一電極和多個第二電極之間 的電容，控制單元可計算在形成于多個第一電極與多個第二電極之間的多個電極交叉點處 的各個電極之間的電容的變化量，并且基于計算的電容的變化來確定觸摸對象的位置。
[0015] 控制單元可基于從多個第一電極接收到的響應(yīng)信號之間的比率和從多個第二電 極接收到的響應(yīng)信號之間的比率來確定包括諧振電路的觸控筆的位置。
[0016] 控制單元可將相同的驅(qū)動信號施加到所有的多個第一電極。
[0017] 多個第一電極以連續(xù)布置的多個電極為單位被分類為多個子組，控制單元還可同 時將相同的驅(qū)動信號施加到一個子組中的所有第一電極。
[0018] 控制單元可將驅(qū)動信號同時施加到多個第一電極中的接收最大響應(yīng)信號的電極 以及在接收最大響應(yīng)信號的電極的預(yù)設(shè)距離以內(nèi)的電極。
[0019] 控制單元可將驅(qū)動信號同時施加到多個第一電極中的至少一個第一電極以及多 個第二電極中的至少一個第二電極。
[0020] 所述觸摸面板還可包括：驅(qū)動單元，被配置為將驅(qū)動信號施加到多個第一電極中 的至少兩個第一電極；接收單元，被配置為在驅(qū)動信號未被施加的區(qū)間接收多個第一電極 和多個第二電極中的每個電極的響應(yīng)信號，其中，控制單元基于從接收單元接收的響應(yīng)信 號來確定包括諧振電路的觸控筆的位置。
[0021] 接收單元可順序地接收多個第一電極和多個第二電極中的每個電極的響應(yīng)信號。
[0022] 控制單元可控制驅(qū)動單元和接收單元，使得針對多個第一電極的相同驅(qū)動信號的 施加和針對多個第一電極和多個第二電極中的每個電極的響應(yīng)信號的接收被交替地執(zhí)行。
[0023] 接收單元可包括：放大單元，被配置為對接收的響應(yīng)信號進行放大并輸出放大的 響應(yīng)信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC)單元，被配置為將放大的響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；信號處理單 元，被配置為從轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的響應(yīng)信號提取預(yù)設(shè)的頻率分量。
[0024] 接收單元可以以多個信道為單位并行地接收多個第一電極和多個第二電極中的 每個電極的響應(yīng)信號。
[0025] 接收單元可從多個第一電極中的至少一個第一電極以及多個第二電極中的至少 一個第二電極同時接收響應(yīng)信號。
[0026] 接收單元可包括：并行放大單元，被配置為對從多個第一電極和多個第二電極接 收的響應(yīng)信號中的每個響應(yīng)信號進行放大；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，被配置為將多個放大的響應(yīng)信 號中的每個響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；信號處理單元，被配置為從轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的多個 響應(yīng)信號之差提取預(yù)設(shè)的頻率分量。
[0027]接收單元可包括：差分放大單元，被配置為對多個第一電極和多個第二電極中的 兩個電極的響應(yīng)信號之差進行差分放大并輸出差分放大的信號。
[0028]接收單元可包括：差分放大單元，被配置為對多個第一電極和多個第二電極中的 兩個電極的響應(yīng)信號之差進行差分放大并輸出差分放大的信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，被配置為 將差分放大的響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；信號處理單元，被配置為從轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的響 應(yīng)信號提取預(yù)設(shè)的頻率分量。
[0029] 控制單元可控制信道電極單元，以使多個第一電極和多個第二電極中的至少一個 電極在響應(yīng)信號被接收的區(qū)間被接地。
[0030] 控制單元可控制信道電極單元，以使除驅(qū)動信號被施加的電極以外的至少一個電 極在驅(qū)動信號被施加的區(qū)間被接地。
[0031] 控制單元可將相同的第一驅(qū)動信號施加到連續(xù)布置的多個第一電極，并且將與第 一驅(qū)動信號具有180°相位差的第二驅(qū)動信號施加到多個第一電極中的除第一驅(qū)動信號被 施加的第一電極之外的至少一個第一電極。
[0032]控制單元可基于接收最大響應(yīng)信號的電極將多個電極順序地分類為第一子組、第 二子組和第三子組，將相同的第一驅(qū)動信號施加到第一子組中的電極，使第二子組中的電 極接地或者浮置，并且將具有與第一驅(qū)動信號的相位相反的相位的第二驅(qū)動信號施加到第 三子組中的電極。
[0033]控制單元可確定觸控筆的位置和觸摸對象的位置，將相同的驅(qū)動信號施加到與觸 控筆的位置對應(yīng)的多個電極，并且將與第一驅(qū)動信號具有180°相位差的第二驅(qū)動信號施 加到與觸摸對象的位置對應(yīng)的多個電極。
[0034]控制單元可將具有不同的相位的驅(qū)動信號同時施加到多個第一電極中的至少一 個第一電極以及多個第二電極中的至少一個第二電極。
[0035]控制單元可根據(jù)第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號被施加的第一電極和第二電極的 位置，確定施加到第一電極的第一驅(qū)動信號與施加到第二電極的第二驅(qū)動信號之間的相位 差。
[0036] 所述觸摸面還可包括：第一驅(qū)動單元，被配置為在觸控筆被感測時將驅(qū)動信號同 時施加到多個電極中的至少兩個電極；第二驅(qū)動單元，被配置為在觸摸對象被感測時將驅(qū) 動信號施加到多個第一電極；第一接收單元，被配置為在觸控筆被感測時在驅(qū)動信號未被 施加的區(qū)間從多個電極中的每個電極接收響應(yīng)信號；第二接收單元，被配置為在觸摸對象 被感測時在驅(qū)動信號被施加的區(qū)間從多個第二電極接收響應(yīng)信號。
[0037]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種坐標(biāo)測量系統(tǒng)。所述坐標(biāo)測量系統(tǒng)包括：觸摸 面板，以多個電極為單位并行地施加驅(qū)動信號；觸控筆，被配置為與多個電極中的至少一個 電極形成電容，并通過形成的電容接收用于諧振的能量，其中，觸摸面板從多個電極中的每 個電極接收從接近觸摸面板的觸控筆產(chǎn)生的響應(yīng)信號以確定觸控筆的位置。
[0038] 從公開了本公開的各種實施例的結(jié)合附圖進行的以下詳細(xì)描述，本公開的其他方 面、優(yōu)點和顯著特征將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得清楚。
【附圖說明】
[0039] 從結(jié)合附圖進行的以下描述，本公開的特定實施例的以上和其他方面、特征和優(yōu) 點將更加清楚，其中：
[0040] 圖1是示出根據(jù)本公開的實施例的坐標(biāo)測量系統(tǒng)的配置的框圖；
[0041] 圖2是示出圖1的觸摸面板的詳細(xì)配置的框圖；
[0042] 圖3是圖1的觸摸面板的電路圖；
[0043] 圖4是示出根據(jù)本公開的實施例的信道電極單元的驅(qū)動信號的施加操作的示圖；
[0044] 圖5是示出根據(jù)本公開的實施例的根據(jù)驅(qū)動信號被輸入的電極的數(shù)量的觸控筆 的生成信號的大小的示圖；
[0045] 圖6是示出根據(jù)本公開的實施例的確定觸摸對象的位置的操作的示圖；
[0046] 圖 7A、圖 7B、圖 8A、圖 8B、圖 8C、圖 8D、圖 8E、圖 8F、圖 8G、圖 8H、圖 81、圖 8J、圖 8K、圖8L、圖9A、圖9B、圖9C和圖9D是示出根據(jù)本公開的各種實施例的確定具有諧振電路 的對象的位置的操作的示圖；
[0047] 圖10和圖11是示出根據(jù)本公開的各種實施例的觸摸面板與觸控筆之間的連接狀 態(tài)的示圖；
[0048] 圖12是根據(jù)本公開的實施例的觸控筆被布置在多個電極之間的情況的等效電路 圖；
[0049] 圖13是在圖12的等效電路圖中電容值足夠大的情況的等效電路圖；
[0050] 圖14是示出根據(jù)本公開的實施例的觸摸面板、手和觸控筆之間的連接狀態(tài)的示 圖；
[0051] 圖15A和圖15B是示出根據(jù)本公開的各種實施例的在理想情況和實際情況下施加 多個驅(qū)動信號的方案的示圖；
[0052] 圖16是示出根據(jù)本公開的實施例的傳輸?shù)绞值捻憫?yīng)信號的影響的示圖；
[0053] 圖17是示出根據(jù)本公開的實施例的用手觸摸的情況的驅(qū)動信號的施加操作的示 圖；
[0054] 圖18A至圖18C是示出如圖17所示的施加操作的效果的示圖；
[0055] 圖19是示出來自具有如圖3所示的形式的信道電極的驅(qū)動信號施加操作的示 圖；
[0056] 圖20是示出根據(jù)本公開的實施例的來自電極的驅(qū)動信號傳輸?shù)难舆t的影響的示 圖；
[0057] 圖21A和圖21B是示出如圖20所示的施加操作的效果的示圖；
[0058] 圖22是示出根據(jù)本公開的第一實施例的接收單元的配置的示圖；
[0059] 圖23是示出根據(jù)本公開的第二實施例的接收單元的配置的示圖；
[0060] 圖24和圖25是示出圖23的差分放大器的操作的示圖；
[0061] 圖26是示出根據(jù)本公開的第三實施例的接收單元的配置的示圖；
[0062] 圖27是示出根據(jù)本公開的第四實施例的接收單元的配置的示圖；
[0063] 圖28是示出根據(jù)本公開的第五實施例的接收單元的配置的示圖；
[0064] 圖29是示出根據(jù)本公開的第六實施例的接收單元的配置的示圖；
[0065] 圖30是示出根據(jù)本公開的第七實施例的接收單元的配置的示圖；
[0066] 圖31是示出根據(jù)本公開的第八實施例的接收單元的配置的示圖；
[0067] 圖32是示出根據(jù)本公開的第九實施例的接收單元的配置的示圖；
[0068]圖33是示出根據(jù)本公開的第十實施例的接收單元的配置的示圖；
[0069] 圖34是示出根據(jù)本公開的第十一實施例的接收單元的配置的示圖；
[0070] 圖35是示出根據(jù)本公開的第十二實施例的接收單元的配置的示圖；
[0071] 圖36是示出根據(jù)本公開的第十三實施例的接收單元的配置的示圖；
[0072] 圖37A、圖37B和圖37C是示出根據(jù)本公開的第四實施例至第十三實施例的接收單 元的操作的示圖；
[0073]圖38是示出根據(jù)本公開的第十四實施例的接收單元的操作的示圖；
[0074]圖39A和圖39B是示出根據(jù)本公開的各種實施例的接收響應(yīng)信號的情況的連接單 元的操作的示圖；
[0075] 圖40是示出圖1的觸控筆的詳細(xì)配置的示圖；
[0076] 圖41是圖1的觸控筆的電路圖；
[0077] 圖42是根據(jù)本公開的實施例的觸控筆的電路圖；
[0078] 圖43是根據(jù)本公開的實施例的觸控筆的電路圖；
[0079] 圖44是根據(jù)本公開的實施例的用于控制觸摸面板的方法的流程圖。
[0080] 貫穿附圖，相同的標(biāo)號將被理解為指示相同的部件、組件和結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0081]提供參照附圖的以下描述以幫助對由權(quán)利要求及其等同物所限定的本公開的各 種實施例的全面理解。以下描述包括各種具體細(xì)節(jié)以幫助理解，但這些細(xì)節(jié)應(yīng)被視為僅僅 是示例性的。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不脫離本公開的范圍和精神的情況 下，可對這里所描述的各種實施例進行各種改變和修改。此外，為了清楚和簡潔，可省略對 公知的功能和構(gòu)造的描述。
[0082] 在以下描述和權(quán)利要求中使用的術(shù)語和詞匯不限于書面含義，而是僅由發(fā)明人使 用以使得本公開能夠得到清楚和一致的理解。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，提供對本 公開的各種實施例的以下描述只是為了說明的目的而不是為了限制由權(quán)利要求及其等同 物所限定的本公開的目的。
[0083]要理解的是，除非上下文另外清楚地指示，否則單數(shù)形式包括復(fù)數(shù)指示物。因此， 例如，參照"組件表面"包括參照這樣的表面中的一個或更多個。
[0084] 雖然在此可使用術(shù)語第一、第二等來描述各種組件，但是這些組件不應(yīng)被這些術(shù) 語限制。這些術(shù)語僅用于將一組件與其它組件進行區(qū)分。
[0085] 在本公開中，術(shù)語"包括"和"由...組成"指示在說明書中記載有特征、整體、操 作、組件、元件或它們的組合的存在，但不排除一個或更多個特征、整體、操作、組件、元件或 它們的組合的存在或附加的可能性。
[0086] 在本公開的各種實施例中，"模塊"或"單元"執(zhí)行至少一種功能或操作，并且可用 硬件、軟件或硬件和軟件的組合來實施。此外，除了已用特定的硬件實施的"模塊"或"單元" 以外，多個"模塊"或多個"單元"可被集成為至少一個模塊，并且可用至少一個處理器（未 示出）來實施。
[0087] 以下，將參照附圖來描述本公開。
[0088] 圖1示出根據(jù)本公開的實施例的坐標(biāo)測量系統(tǒng)的配置的框圖。
[0089] 參照圖1，坐標(biāo)測量系統(tǒng)300包括觸摸面板100和觸控筆200。
[0090] 觸摸面板100可確定觸摸的對象是具有諧振電路的觸控筆200還是諸如手（或者 更具體地講，手指）的觸摸對象。此外，觸摸面板100可用與確定的對象的種類對應(yīng)的位置 確定方案來確定驅(qū)動信號的驅(qū)動方案和響應(yīng)信號的處理方案，從而執(zhí)行與每個對象對應(yīng)的 合適的位置確定。這里，在觸摸對象和觸控筆被同時觸摸的情況下，觸摸面板100可忽視觸 摸對象的觸摸且可以僅確定觸控筆的位置。
[0091] 觸摸面板100可用與確定的對象對應(yīng)的方案來確定對象的位置。具體地講，在確 定觸摸的對象為觸控筆的情況下，觸摸面板100可用與識別觸摸對象的方案不同的方案來 確定觸控筆200的位置。具體地講，觸摸面板100包括多個電極且將驅(qū)動信號施加到電極， 從而可通過電容耦合將驅(qū)動信號傳輸?shù)浇咏|摸面板100的觸控筆的諧振電路。這里，觸 摸面板100可將驅(qū)動信號同時施加到多個電極。在這種情況下，觸摸面板100可將具有相 同的相位的驅(qū)動信號施加到多個電極，或者還可通過考慮觸控筆200的位置來將具有不同 的相位的驅(qū)動信號施加到每個電極。
[0092] 此外，觸摸面板100可從多個電極中的每個電極接收由觸控筆200的諧振電路所 引發(fā)的響應(yīng)信號以確定包括諧振電路的觸控筆200的位置。將在下面參照圖2對觸摸面板 100的詳細(xì)配置和操作進行描述。這里，觸摸面板100可以是觸摸板、觸摸屏、或者包括觸摸 板或觸摸屏的筆記本電腦、移動電話、智能電話、便攜式媒體播放器（PMP)、動態(tài)圖像專家組 相位1或相位2 (MPEG-1或MPEG-2)音頻層面3 (MP3)播放器等。
[0093] 此外，在確定觸摸的對象為諸如手的觸摸對象的情況下，觸摸面板100可利用因 觸摸對象的接近引起的多個第一電極與多個第二電極之間的電容的變化來確定觸摸對象 的位置。將在下面參照圖6對以上所述的確定觸摸對象的位置的操作進行描述。
[0094] 此外，在確定觸控筆200和手同時觸摸的情況下，觸摸面板100可將在手所位于的 區(qū)域中的電極接地或浮置以使發(fā)送到觸控筆200的驅(qū)動信號不會被傳輸?shù)绞?，或者可將?有與對應(yīng)的驅(qū)動信號的相位不同的相位的驅(qū)動信號施加到在手所位于的區(qū)域中的電極。將 在下面參照圖10至圖19對以上所述的觸摸面板100的操作進行描述。
[0095] 觸控筆200可與觸摸面板100中的多個電極中的至少一個電極形成電容，并且可 通過形成的電容接收用于諧振的能量。
[0096] 此外，觸控筆200可將由諧振電路引起的響應(yīng)信號傳輸?shù)接|摸屏100中的至少一 個電極。以上提及的觸控筆200可以以筆的形狀來實現(xiàn)，但不限于此。將在下面參照圖40 至圖43對觸控筆200的詳細(xì)配置和操作進行描述。
[0097] 如上所述，在根據(jù)本公開的本實施例的坐標(biāo)測量系統(tǒng)300中，由于觸摸面板100通 過電容耦合將驅(qū)動信號提供給觸控筆200,因此即使觸控筆200不是自供電的也可被操作。
[0098] 同時，雖然圖1示出觸摸面板100僅確定包括諧振電路的觸控筆200的位置的情 況，但觸摸面板100還可通過感測基于手指的位置的電極的電容的變化或者由電容的變化 引起的信號大小變化來確定手指的位置。將在下面參照圖6對以上所述的確定手指的位置 的操作進行說明。
[0099] 同時，雖然圖1示出一支觸控筆200連接到觸摸面板100的情況，但在實現(xiàn)坐標(biāo)測 量系統(tǒng)時，一個觸摸面板100可連接到多個觸控筆。在這種情況下，觸摸面板100可感測所 述多個