触摸面板的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2015年2月9日提交到USPT0的第62/113,697号美国临时专利申 请以及于2014年8月27日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0112467号韩国专利申 请、于2015年6月5日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0080201号韩国专利申请和于 2015年7月3日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0095482号韩国专利申请的权益，每 个申请的全部公开通过引用包含于此。
技术领域
[0002] 本公开涉及一种触摸面板和具有该触摸面板的坐标测量系统。更具体地讲，本公 开涉及一种能够测量触控笔的输入位置的触摸面板和具有该触摸面板的坐标测量系统。
【背景技术】
[0003] 最近，智能电话或平板个人计算机（PC)的普及已活跃地进行，针对内嵌的触摸位 置确定设备的技术的开发也已活跃地进行。智能电话或平板PC包括触摸屏，用户可利用手 指或触控笔来指定触摸屏的特定坐标。用户可通过指定触摸屏的特定坐标向智能电话输入 特定信号。
[0004] 触摸屏可基于电气方案、红外线方案及超声波方案而被操作，电气操作方案的示 例可包括电阻式触摸屏或电容式触摸屏。
[0005] 根据现有技术，能够同时识别用户的手指和触控笔的电阻式触摸屏已被广泛使 用。然而，电阻式触摸屏具有因氧化铟锡（ΙΤ0)层之间的空气层的反射而导致的问题。
[0006] 因此，电容式触摸屏最近已被广泛使用。这里，电容式触摸屏是指通过感测由对象 的触摸所产生的透明电极的电容之差的方法来操作的触摸屏。然而，在电容式触摸屏的情 况下，由于物理上难以将手与笔彼此区分，因此电容式触摸屏具有如下缺点：在使用笔时可 产生因手的无意识的触摸而导致的操作上的误差。
[0007] 根据用于解决上述缺点的现有技术，利用如下方法来区分手与笔：仅使用根据触 摸区域区分手与笔的软件来执行处理的方法；除电容式触摸屏之外，包括诸如电磁共振 (EMR)方案的单独的位置确定设备的方法。
[0008] 然而，软件方案可能无法完全缓解由手的无意识的触摸而导致的错误，并且由于 EMR方案包括单独的位置确定设备，因此该方案具有安装空间、重量以及成本增加的问题。
[0009] 因此，已需要一种在不添加单独的位置确定设备的情况下能够区分手与笔的技术 的开发。
[0010] 同时，对于触控笔而言，在由于电池更换的不便、费用和重量而优选为以被动方案 操作触控笔的方面，也已需要在没有内部电源的情况下能够确保用于感测触控笔的信号的 触控笔灵敏度的提高。
[0011] 将以上信息仅呈现为背景信息以帮助对本公开的理解。关于上面的任何信息是否 可以作为针对本公开的现有技术，没有作出确定，并且没有作出断言。
【发明内容】
[0012] 本公开的各方面在于至少解决上面提到的问题和/或缺点，并且至少提供以下优 点。因此，本公开的一方面在于提供一种能够提高用于检测触控笔的位置的信号灵敏度的 触摸面板和具有该触摸面板的坐标测量系统。
[0013] 根据本公开的一方面。提供了一种触摸面板。所述触摸面板包括：信道电极单元， 被配置为包括沿第一方向布置的多个第一电极和沿与第一方向交叉的第二方向布置的多 个第二电极的电极；控制单元被配置为以多个电极为单位将驱动信号施加到信道电极单元 中的电极，通过电容耦合将驱动信号传输到接近所述触摸面板的触控笔的谐振电路，并从 多个电极中的每个电极接收从触控笔的谐振电路生成的响应信号以确定包括谐振电路的 触控笔的位置。
[0014] 信道电极单元可在触摸对象的接近期间检测多个第一电极和多个第二电极之间 的电容，控制单元可计算在形成于多个第一电极与多个第二电极之间的多个电极交叉点处 的各个电极之间的电容的变化量，并且基于计算的电容的变化来确定触摸对象的位置。
[0015] 控制单元可基于从多个第一电极接收到的响应信号之间的比率和从多个第二电 极接收到的响应信号之间的比率来确定包括谐振电路的触控笔的位置。
[0016] 控制单元可将相同的驱动信号施加到所有的多个第一电极。
[0017] 多个第一电极以连续布置的多个电极为单位被分类为多个子组，控制单元还可同 时将相同的驱动信号施加到一个子组中的所有第一电极。
[0018] 控制单元可将驱动信号同时施加到多个第一电极中的接收最大响应信号的电极 以及在接收最大响应信号的电极的预设距离以内的电极。
[0019] 控制单元可将驱动信号同时施加到多个第一电极中的至少一个第一电极以及多 个第二电极中的至少一个第二电极。
[0020] 所述触摸面板还可包括：驱动单元，被配置为将驱动信号施加到多个第一电极中 的至少两个第一电极；接收单元，被配置为在驱动信号未被施加的区间接收多个第一电极 和多个第二电极中的每个电极的响应信号，其中，控制单元基于从接收单元接收的响应信 号来确定包括谐振电路的触控笔的位置。
[0021] 接收单元可顺序地接收多个第一电极和多个第二电极中的每个电极的响应信号。
[0022] 控制单元可控制驱动单元和接收单元，使得针对多个第一电极的相同驱动信号的 施加和针对多个第一电极和多个第二电极中的每个电极的响应信号的接收被交替地执行。
[0023] 接收单元可包括：放大单元，被配置为对接收的响应信号进行放大并输出放大的 响应信号；模数转换（ADC)单元，被配置为将放大的响应信号转换为数字信号；信号处理单 元，被配置为从转换为数字信号的响应信号提取预设的频率分量。
[0024] 接收单元可以以多个信道为单位并行地接收多个第一电极和多个第二电极中的 每个电极的响应信号。
[0025] 接收单元可从多个第一电极中的至少一个第一电极以及多个第二电极中的至少 一个第二电极同时接收响应信号。
[0026] 接收单元可包括：并行放大单元，被配置为对从多个第一电极和多个第二电极接 收的响应信号中的每个响应信号进行放大；模数转换单元，被配置为将多个放大的响应信 号中的每个响应信号转换为数字信号；信号处理单元，被配置为从转换为数字信号的多个 响应信号之差提取预设的频率分量。
[0027]接收单元可包括：差分放大单元，被配置为对多个第一电极和多个第二电极中的 两个电极的响应信号之差进行差分放大并输出差分放大的信号。
[0028]接收单元可包括：差分放大单元，被配置为对多个第一电极和多个第二电极中的 两个电极的响应信号之差进行差分放大并输出差分放大的信号；模数转换单元，被配置为 将差分放大的响应信号转换为数字信号；信号处理单元，被配置为从转换为数字信号的响 应信号提取预设的频率分量。
[0029] 控制单元可控制信道电极单元，以使多个第一电极和多个第二电极中的至少一个 电极在响应信号被接收的区间被接地。
[0030] 控制单元可控制信道电极单元，以使除驱动信号被施加的电极以外的至少一个电 极在驱动信号被施加的区间被接地。
[0031] 控制单元可将相同的第一驱动信号施加到连续布置的多个第一电极，并且将与第 一驱动信号具有180°相位差的第二驱动信号施加到多个第一电极中的除第一驱动信号被 施加的第一电极之外的至少一个第一电极。
[0032]控制单元可基于接收最大响应信号的电极将多个电极顺序地分类为第一子组、第 二子组和第三子组，将相同的第一驱动信号施加到第一子组中的电极，使第二子组中的电 极接地或者浮置，并且将具有与第一驱动信号的相位相反的相位的第二驱动信号施加到第 三子组中的电极。
[0033]控制单元可确定触控笔的位置和触摸对象的位置，将相同的驱动信号施加到与触 控笔的位置对应的多个电极，并且将与第一驱动信号具有180°相位差的第二驱动信号施 加到与触摸对象的位置对应的多个电极。
[0034]控制单元可将具有不同的相位的驱动信号同时施加到多个第一电极中的至少一 个第一电极以及多个第二电极中的至少一个第二电极。
[0035]控制单元可根据第一驱动信号和第二驱动信号被施加的第一电极和第二电极的 位置，确定施加到第一电极的第一驱动信号与施加到第二电极的第二驱动信号之间的相位 差。
[0036] 所述触摸面还可包括：第一驱动单元，被配置为在触控笔被感测时将驱动信号同 时施加到多个电极中的至少两个电极；第二驱动单元，被配置为在触摸对象被感测时将驱 动信号施加到多个第一电极；第一接收单元，被配置为在触控笔被感测时在驱动信号未被 施加的区间从多个电极中的每个电极接收响应信号；第二接收单元，被配置为在触摸对象 被感测时在驱动信号被施加的区间从多个第二电极接收响应信号。
[0037]根据本公开的另一方面，提供了一种坐标测量系统。所述坐标测量系统包括：触摸 面板，以多个电极为单位并行地施加驱动信号；触控笔，被配置为与多个电极中的至少一个 电极形成电容，并通过形成的电容接收用于谐振的能量，其中，触摸面板从多个电极中的每 个电极接收从接近触摸面板的触控笔产生的响应信号以确定触控笔的位置。
[0038] 从公开了本公开的各种实施例的结合附图进行的以下详细描述，本公开的其他方 面、优点和显著特征将对本领域技术人员变得清楚。
【附图说明】
[0039] 从结合附图进行的以下描述，本公开的特定实施例的以上和其他方面、特征和优 点将更加清楚，其中：
[0040] 图1是示出根据本公开的实施例的坐标测量系统的配置的框图；
[0041] 图2是示出图1的触摸面板的详细配置的框图；
[0042] 图3是图1的触摸面板的电路图；
[0043] 图4是示出根据本公开的实施例的信道电极单元的驱动信号的施加操作的示图；
[0044] 图5是示出根据本公开的实施例的根据驱动信号被输入的电极的数量的触控笔 的生成信号的大小的示图；
[0045] 图6是示出根据本公开的实施例的确定触摸对象的位置的操作的示图；
[0046] 图 7A、图 7B、图 8A、图 8B、图 8C、图 8D、图 8E、图 8F、图 8G、图 8H、图 81、图 8J、图 8K、图8L、图9A、图9B、图9C和图9D是示出根据本公开的各种实施例的确定具有谐振电路 的对象的位置的操作的示图；
[0047] 图10和图11是示出根据本公开的各种实施例的触摸面板与触控笔之间的连接状 态的示图；
[0048] 图12是根据本公开的实施例的触控笔被布置在多个电极之间的情况的等效电路 图；
[0049] 图13是在图12的等效电路图中电容值足够大的情况的等效电路图；
[0050] 图14是示出根据本公开的实施例的触摸面板、手和触控笔之间的连接状态的示 图；
[0051] 图15A和图15B是示出根据本公开的各种实施例的在理想情况和实际情况下施加 多个驱动信号的方案的示图；
[0052] 图16是示出根据本公开的实施例的传输到手的响应信号的影响的示图；
[0053] 图17是示出根据本公开的实施例的用手触摸的情况的驱动信号的施加操作的示 图；
[0054] 图18A至图18C是示出如图17所示的施加操作的效果的示图；
[0055] 图19是示出来自具有如图3所示的形式的信道电极的驱动信号施加操作的示 图；
[0056] 图20是示出根据本公开的实施例的来自电极的驱动信号传输的延迟的影响的示 图；
[0057] 图21A和图21B是示出如图20所示的施加操作的效果的示图；
[0058] 图22是示出根据本公开的第一实施例的接收单元的配置的示图；
[0059] 图23是示出根据本公开的第二实施例的接收单元的配置的示图；
[0060] 图24和图25是示出图23的差分放大器的操作的示图；
[0061] 图26是示出根据本公开的第三实施例的接收单元的配置的示图；
[0062] 图27是示出根据本公开的第四实施例的接收单元的配置的示图；
[0063] 图28是示出根据本公开的第五实施例的接收单元的配置的示图；
[0064] 图29是示出根据本公开的第六实施例的接收单元的配置的示图；
[0065] 图30是示出根据本公开的第七实施例的接收单元的配置的示图；
[0066] 图31是示出根据本公开的第八实施例的接收单元的配置的示图；
[0067] 图32是示出根据本公开的第九实施例的接收单元的配置的示图；
[0068]图33是示出根据本公开的第十实施例的接收单元的配置的示图；
[0069] 图34是示出根据本公开的第十一实施例的接收单元的配置的示图；
[0070] 图35是示出根据本公开的第十二实施例的接收单元的配置的示图；
[0071] 图36是示出根据本公开的第十三实施例的接收单元的配置的示图；
[0072] 图37A、图37B和图37C是示出根据本公开的第四实施例至第十三实施例的接收单 元的操作的示图；
[0073]图38是示出根据本公开的第十四实施例的接收单元的操作的示图；
[0074]图39A和图39B是示出根据本公开的各种实施例的接收响应信号的情况的连接单 元的操作的示图；
[0075] 图40是示出图1的触控笔的详细配置的示图；
[0076] 图41是图1的触控笔的电路图；
[0077] 图42是根据本公开的实施例的触控笔的电路图；
[0078] 图43是根据本公开的实施例的触控笔的电路图；
[0079] 图44是根据本公开的实施例的用于控制触摸面板的方法的流程图。
[0080] 贯穿附图，相同的标号将被理解为指示相同的部件、组件和结构。
【具体实施方式】
[0081]提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物所限定的本公开的各 种实施例的全面理解。以下描述包括各种具体细节以帮助理解，但这些细节应被视为仅仅 是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况 下，可对这里所描述的各种实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，可省略对 公知的功能和构造的描述。
[0082] 在以下描述和权利要求中使用的术语和词汇不限于书面含义，而是仅由发明人使 用以使得本公开能够得到清楚和一致的理解。因此，本领域的技术人员应该清楚，提供对本 公开的各种实施例的以下描述只是为了说明的目的而不是为了限制由权利要求及其等同 物所限定的本公开的目的。
[0083]要理解的是，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式包括复数指示物。因此， 例如，参照"组件表面"包括参照这样的表面中的一个或更多个。
[0084] 虽然在此可使用术语第一、第二等来描述各种组件，但是这些组件不应被这些术 语限制。这些术语仅用于将一组件与其它组件进行区分。
[0085] 在本公开中，术语"包括"和"由...组成"指示在说明书中记载有特征、整体、操 作、组件、元件或它们的组合的存在，但不排除一个或更多个特征、整体、操作、组件、元件或 它们的组合的存在或附加的可能性。
[0086] 在本公开的各种实施例中，"模块"或"单元"执行至少一种功能或操作，并且可用 硬件、软件或硬件和软件的组合来实施。此外，除了已用特定的硬件实施的"模块"或"单元" 以外，多个"模块"或多个"单元"可被集成为至少一个模块，并且可用至少一个处理器（未 示出）来实施。
[0087] 以下，将参照附图来描述本公开。
[0088] 图1示出根据本公开的实施例的坐标测量系统的配置的框图。
[0089] 参照图1，坐标测量系统300包括触摸面板100和触控笔200。
[0090] 触摸面板100可确定触摸的对象是具有谐振电路的触控笔200还是诸如手（或者 更具体地讲，手指）的触摸对象。此外，触摸面板100可用与确定的对象的种类对应的位置 确定方案来确定驱动信号的驱动方案和响应信号的处理方案，从而执行与每个对象对应的 合适的位置确定。这里，在触摸对象和触控笔被同时触摸的情况下，触摸面板100可忽视触 摸对象的触摸且可以仅确定触控笔的位置。
[0091] 触摸面板100可用与确定的对象对应的方案来确定对象的位置。具体地讲，在确 定触摸的对象为触控笔的情况下，触摸面板100可用与识别触摸对象的方案不同的方案来 确定触控笔200的位置。具体地讲，触摸面板100包括多个电极且将驱动信号施加到电极， 从而可通过电容耦合将驱动信号传输到接近触摸面板100的触控笔的谐振电路。这里，触 摸面板100可将驱动信号同时施加到多个电极。在这种情况下，触摸面板100可将具有相 同的相位的驱动信号施加到多个电极，或者还可通过考虑触控笔200的位置来将具有不同 的相位的驱动信号施加到每个电极。
[0092] 此外，触摸面板100可从多个电极中的每个电极接收由触控笔200的谐振电路所 引发的响应信号以确定包括谐振电路的触控笔200的位置。将在下面参照图2对触摸面板 100的详细配置和操作进行描述。这里，触摸面板100可以是触摸板、触摸屏、或者包括触摸 板或触摸屏的笔记本电脑、移动电话、智能电话、便携式媒体播放器（PMP)、动态图像专家组 相位1或相位2 (MPEG-1或MPEG-2)音频层面3 (MP3)播放器等。
[0093] 此外，在确定触摸的对象为诸如手的触摸对象的情况下，触摸面板100可利用因 触摸对象的接近引起的多个第一电极与多个第二电极之间的电容的变化来确定触摸对象 的位置。将在下面参照图6对以上所述的确定触摸对象的位置的操作进行描述。
[0094] 此外，在确定触控笔200和手同时触摸的情况下，触摸面板100可将在手所位于的 区域中的电极接地或浮置以使发送到触控笔200的驱动信号不会被传输到手，或者可将具 有与对应的驱动信号的相位不同的相位的驱动信号施加到在手所位于的区域中的电极。将 在下面参照图10至图19对以上所述的触摸面板100的操作进行描述。
[0095] 触控笔200可与触摸面板100中的多个电极中的至少一个电极形成电容，并且可 通过形成的电容接收用于谐振的能量。
[0096] 此外，触控笔200可将由谐振电路引起的响应信号传输到触摸屏100中的至少一 个电极。以上提及的触控笔200可以以笔的形状来实现，但不限于此。将在下面参照图40 至图43对触控笔200的详细配置和操作进行描述。
[0097] 如上所述，在根据本公开的本实施例的坐标测量系统300中，由于触摸面板100通 过电容耦合将驱动信号提供给触控笔200,因此即使触控笔200不是自供电的也可被操作。
[0098] 同时，虽然图1示出触摸面板100仅确定包括谐振电路的触控笔200的位置的情 况，但触摸面板100还可通过感测基于手指的位置的电极的电容的变化或者由电容的变化 引起的信号大小变化来确定手指的位置。将在下面参照图6对以上所述的确定手指的位置 的操作进行说明。
[0099] 同时，虽然图1示出一支触控笔200连接到触摸面板100的情况，但在实现坐标测 量系统时，一个触摸面板100可连接到多个触控笔。在这种情况下，触摸面板100可感测所 述多个