DE102009017418A1

DE102009017418A1 - Kapazitiver Sensorbildschirm mit Rauschunterdrückung

Info

Publication number: DE102009017418A1
Application number: DE102009017418A
Authority: DE
Inventors: Peter Timothy Sleeman; Samuel Brunet; Matthew Trend; Harald Philipp
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: US9322633B2; US20190265814A1; US9823784B2; US20190286262A1; US20100045632A1; US20150042615A1; US20180052546A1; DE102009017419A1; US20190302926A1; US20100044122A1; CN101673162A; DE102009017418B4; US20160162073A1; TW201008118A; US8830180B2; DE102009017419B4; CN101672660B; US10088960B2; TW201005613A; CN101672660A

Abstract

Geschaffen wird ein kapazitiver Berührungssensor, bei dem das berührungsempfindliche Feld Ansteuerelektroden, die an der unteren Seite eines Substrats angeordnet sind, und Erfassungselektroden aufweist, die an der oberen Seite angeordnet sind. Die Ansteuerelektroden sind so geformt und bemessen, dass sie die berührungsempfindliche Fläche im Wesentlichen vollständig einnehmen, wobei einzelne Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume voneinander getrennt sind und die Zwischenräume so klein sind, dass sie praktisch unsichtbar sind. Die nahezu vollständige Abdeckung durch Ansteuerelektroden dient auch dazu, Störung von Rauschquellen unterhalb der Ansteuerelektrodenschicht, wie beispielsweise Ansteuersignalen für eine darunterliegende Anzeigeeinrichtung, abzuschirmen, um so Rauschaufnahme durch die Erfassungselektroden zu unterdrücken, die über den Ansteuerelektroden angeordnet sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Im Folgenden wird eine neue Erfindung auf dem Gebiet kapazitiver Sensorbildschirme bzw. zweidimensionaler kapazitiver Wandlersensoren (2-dimensional capacitive transducing (2DCT) sensors) beschrieben. US 6,452,514 [1], US 7,148,704 [2] sowie US 5,730,165 [3] offenbaren eine kapazitive Messmethode, die es ermöglicht, berührungsempfindliche transparente oder opake Erfassungsbereiche zu schaffen, die menschliche Berührung durch mehrere Millimeter Kunststoff oder Glas hindurch erfassen können. Im Folgenden wird eine neue Struktur für einen Sensorbildschirm beschrieben, die erhebliche Verbesserung sowohl der Funktion als auch des äußeren Erscheinungsbildes des Sensors ermöglicht.
US-Patent 6,452,514 [1] beschreibt eine kapazitive Messmethode, die hiermit durch Verweis einbezogen wird und bei der ein Sende-Empfangs-Prozess angewendet wird, um Ladung über den Zwischenraum zwischen einer emittierenden Elektrode und einer erfassenden Elektrode (dem Sender bzw. dem Empfänger, auch als X und Y bezeichnet) zu induzieren. Das im US-Patent 6,452,514 [1] beschriebene kapazitive Erfassen lässt sich mit wechselseitigen kapazitiven oder aktiven zweidimensionalen kapazitiven Wandlersensoren beschreiben. Wenn eine Fingerberührung in Interaktion mit dem resultierenden elektrischen Feld zwischen den Sende- und Empfangselektroden tritt, ändert sich der Betrag der Ladung, der von Sender zu Empfänger gekoppelt wird. Ein spezielles Merkmal der Messmethode besteht darin, dass der Großteil der elektrischen Ladung dazu neigt, sich in der Nähe scharfer Ecken und Kanten zu konzentrieren (ein bekannter Effekt in der Elektrostatik). Die Streufelder zwischen Sender- und Empfängerelektroden dominieren die Ladungskopplung. Daher neigt die Elektrodenkonstruktion dazu, sich auf die Ränder und die Zwischenräume zwischen benachbarten Sender- und Empfängerelektroden zu konzentrieren, um Kopplung zu maximieren und auch die Fähigkeit einer Berührung zu maximieren, das elektrische Feld zwischen den beiden zu unterbrechen, wodurch es zu der größten relativen Änderung der gemessenen Ladung führt. Starke Änderungen sind vorteilhaft, da sie mit höherer Auflösung und auch besserem Signal-Rausch-Verhältnis gleichzusetzen sind.
Ein speziell aufgebauter Steuer-Chip kann diese Ladungsänderungen erfassen. Diese Ladungsänderungen kann man sich der Einfachheit halber als Änderungen der gemessenen Kopplungskapazität zwischen Sender- und Empfängerelektroden vorstellen (Ladung lässt sich schwerer visualisieren). Der Chip verarbeitet die relativen Beträge kapazitiver Änderung von verschiedenen Positionen um den Sensorbildschirm herum und verwendet diese, um die absolute Position der Berührung als Gruppe von x- und y-Koordinaten zu berechnen. Damit dies möglich ist, muss eine Gruppe räumlich verteilter Elektroden eingesetzt werden. Üblicherweise müssen diese Elektroden transparent sein, so dass der Sensorbildschirm vor einer Anzeigeeinrichtung, wie beispielsweise einem Flüssigkristall-Bildschirm (LCD) oder einem Anzeigebildschirm eines anderen Typs, beispielsweise organischen Leuchtanzeige-Bildschirmen (organic light emitting diode – OLED), arbeiten kann. Um dies zu erreichen, werden Elektroden häufig aus einem Material hergestellt, das als Indium-Zinnoxid (ITO) bekannt ist, jedoch sind auch andere transparente leitende Materialien geeignet. ITO hat optisch vorteilhafte Eigenschaften, kann jedoch erheblichen Widerstand aufweisen, was eine negative Auswirkung auf kapazitive Messungen haben kann, wenn die Kombination aus Widerstand und Kapazität zu Zeitkonstanten führt, die rechtzeitiges Einschwingen des Ladungsübertragungsprozesses verhindern.
Ein weiterer beispielhafter zweidimensionaler kapazitiver Wandlersensor wird in US 20070062739 A1 [8] offenbart.
Um einen Sensor zu schaffen, der die absoluten Koordinaten der Position der Berührung (oder mehr als einer Berührung) an der Oberfläche des Sensors oder der darüber liegenden Kunststoff- oder Glasscheibe melden kann, muss die Elektrodenanordnung speziell konstruiert sein, um die folgenden Aspekte zu optimieren:

• Genauigkeit der gemeldeten Berührungsposition, d. h. Entsprechung zwischen realer physischer Position und gemeldeter Position. Dies ist im Allgemeinen als „Linearität” oder „Nichtlinearität” bekannt, wenn auf den Messfehler Bezug genommen wird,
• Unempfindlichkeit des Sensors gegenüber externen Quellen von elektrischem Rauschen,
• Empfindlichkeit des Sensors für menschliche Berührung, d. h., seine Fähigkeit, eine Berührung durch dickere Plattenmaterialien hindurch zu erfassen oder eine leichtere oder geringfügigere Berührung zu erfassen,
• räumliche Auflösung des Sensors, d. h., seine Fähigkeit, geringfügige Änderung der Berührungsposition zu melden,
• Qualität der Ausgabe hinsichtlich der Rausch- oder Jitter-Amplitude an der gemeldeten Position,
• optische Qualität des Sensors bezüglich des Durchlassens von Licht, bezüglich Faktoren, wie beispielsweise seiner Transparenz, seines Farbtons, seiner Trübung, der Sichtbarkeit der Elektrodenstruktur insgesamt usw.,
• optisches Verhalten des Sensors gegenüber im flachen Winkel reflektiertem Licht, d. h. die Sichtbarkeit der Elektrodenstruktur, und etwaiger Farbverschiebungen des reflektierten Lichtes,
• Minimierung jeglicher Fehler der gemeldeten Position, die durch geringfügiges mechanisches Biegen bei menschlicher Berührung verursacht werden, durch das eine Änderung des Abstandes zwischen dem Sensor und einer darunter liegenden Anzeigeeinrichtung oder einer anderen mechanisch geerdeten Struktur verursacht wird, die wiederum kapazitive Veränderungen verursacht, die einer Berührung ähneln,
• Reduzieren des elektrischen Widerstandes der Elektroden, um effiziente kapazitive Erfassung innerhalb einer akzeptablen Zeit zu ermöglichen (häufig muss die Gesamt-Messzeit des Sensorbildschirms 10 ms oder weniger betragen, um das Maß der Einschwingzeit zu begrenzen, die zum Durchführen jeder Messung verwendet werden kann),
• Reduzieren der Anzahl von Schichten bei der physischen Konstruktion, um die Herstellungskosten zu minimieren und optische Eigenschaften zu verbessern,
• Verringerung von Nebeneffekten bezüglich der Qualität gemeldeter Koordinaten oder der Fähigkeit des Sensors, eine Berührung in der Nähe der Ränder des Sensors zu erfassen, wobei dieser Bereich häufig erhebliche Herausforderungen in dieser Hinsicht aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Elektrodenstruktur (ihrer Enden) und der Tatsache mit sich bringt, dass sich häufig verbindende Bahnen an den Rändern des Sensors befinden,
• Reduzieren der Gesamtzahl verwendeter Elektroden, da jede Elektrode eine Verbindung mit dem Steuerchip erfordert und so mehr Elektroden mit einem komplexeren Chip und damit höheren Kosten gleichzusetzen sind.

Für die Optimierung der Linearität ist die Konstruktion der Elektrodenstruktur ausschlaggebend. Linearität ist eines der primären Maße für die Qualität eines Sensorbildschirms, da es, wenn die Linearität abnimmt, schwieriger wird, eine genaue Berührungsposition in einigen Bereichen des Bildschirms zu melden. Eine Sensor-Konstruktion, die ausgezeichnete inhärente Linearität aufweist, ist daher ein Hauptziel. Obwohl es möglich ist, derartige Nichtlinearität mittels bekannter Verfahren, wie beispielsweise einer Verweistabelle oder einer stückweisen linearen Korrektur, mathematisch zu korrigieren, bedeutet jedes dieser Verfahren eine Einschränkung der räumlichen Auflösung bezüglich der erfassten Linearität, und stellt daher stets einen Kompromiss dar.
Beim Konstruieren der Elektroden besteht ein Hauptziel darin, dafür zu sorgen, dass das elektrische Feld, das sich von Sender zu Empfänger ausbreitet, dies so tut, dass eine allmähliche und zunehmende Abstufung von einer Elektrode zur nächsten vorliegt. Dadurch ändert sich, wenn sich eine Berührung von Zone zu Zone bewegt, die durch den Steuer-Chip gemessene kapazitive Änderung ebenfalls allmählich und zunehmend und trägt daher zu guter Eigenlinearität bei. Die Berührung selbst beeinflusst diesen Prozess erheblich und neigt dazu, die Felder von benachbarten Elektroden zu „mischen”. Dies trägt insgesamt zur Allmählichkeit des Übergangs bei, bewirkt jedoch tendenziell auch eine gewisse Abweichung der Linearität in Abhängigkeit von der Größe der wirkenden Berührung. Wiederum muss die Elektrodenkonstruktion sorgfältig geplant werden, um die Linearität über einen Bereich von Berührungsgrößen zu optimieren.
Die Qualität des Ausgangs bezüglich der Rausch- oder Jitter-Amplitude der gemeldeten Position sollte, wie oben beschrieben, optimiert werden. Zweidimensionale kapazitive Wandlersensoren können jedoch empfindlich für externe Erdlast sein. Des Weiteren kann von LCD-Bildschirmen erzeugtes elektrisches Rauschen Kapazitätsmessungen stören, wenn sich ein zeigendes Objekt dem Bildschirm nähert. Bekannte Verfahren zum Minimieren der Auswirkungen von Rauschen auf kapazitive Kopplung bestehen darin, die Trennung bzw. einen Luftspalt zwischen einem LCD-Bildschirm und einem darüber liegenden zweidimensionalen kapazitiven Wandlersensor zu vergrößern. Als Alternative dazu kann eine Abschirmschicht zwischen den LCD-Bildschirm und einen zweidimensionalen kapazitiven Wandlersensor integriert werden, um das durch den LCD-Bildschirm bewirkte Rauschen zu reduzieren oder zu blockieren.
WO 2009/027629 [4], veröffentlich am 5. März 2009, beschreibt einen kapazitiven Berührungssensor, der eine dielektrische Platte umfasst, die eine Ansteuerelektrode mit zwei Er fassungselektroden überdeckt. Eine der Erfassungselektroden ist so angeordnet, dass sie durch die erste Erfassungselektrode gegenüber der Ansteuerelektrode abgeschirmt ist, so dass die erste Erfassungselektrode einen Großteil der von der Ansteuerelektrode gekoppelten Ladung empfängt und die zweite Elektrode primär Rauschen erfasst. Eine Erfassungsschaltung, die zwei Detektorkanäle enthält, ist mit der ersten (gekoppelten) und zweiten (Rausch-) Erfassungselektrode verbunden, um jeweils Signal-Abtastwerte zu empfangen. Die Erfassungsschaltung kann so betrieben werden, dass sie ein Abschlusssignal ausgibt, das gewonnen wird, indem der zweite Signal-Abtastwert von dem ersten Signal-Abtastwert subtrahiert wird, um Rauschen zu unterdrücken.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren nehmen jedoch die Größe und Dicke zu und die Auflösung einer Vorrichtung, die einen Anzeigebildschirm mit einem zweidimensionalen kapazitiven Wandlersensor enthält, wird möglicherweise verringert, wenn es aktueller oder wünschenswerter ist, kleinere Geräte herzustellen. Des Weiteren sind zusätzliche Schritte bei der Herstellung erforderlich, und daher entstehen höhere Kosten, da weitere Bauteile erforderlich sind.
Das europäische Patent EP 1821175 [5] beschreibt eine alternative Lösung zur Reduzierung des an einem zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Berührungssensor erfassten Rauschens. EP 1821175 [5] offenbart eine Anzeigevorrichtung mit einem Berührungssensor, die so eingerichtet ist, dass der zweidimensionale Berührungssensor über einer Anzeigevorrichtung liegt, um einen berührungsempfindlichen Anzeigebildschirm zu erzeugen. Die Anzeigevorrichtung verwendet eine LCD-Anordnung mit vertikalem und horizontalem Schalten der LCD-Pixel. Die Berührungserfassungsschaltung enthält eine Stromerfassungsschaltung, eine Rauschbeseitigungsschaltung sowie eine Abtastschaltung für jeden einer Vielzahl von Sensoren, die so angeordnet sind, dass sie die zweidimensionale Sensoranordnung bilden. Die Stromerfassungsschaltung empfängt ein Strobe-Signal, das aus den horizontalen und vertikalen Schaltsignalen des LCD-Bildschirms erzeugt wird. Das Strobe-Signal wird verwendet, um eine Austastung der Stromerfassungsschaltung während einer Periode auszulösen, in der das Spannungssignal zum horizontalen Umschalten die durch die Erfassungsschaltung durchgeführte Messungen beeinflussen kann.
WO 2009/016382 [6], veröffentlicht am 5. Februar 2009, beschreibt einen Sensor, der eingesetzt wird, um einen zweidimensionalen Berührungssensor herzustellen, der auf einem Flüssigkristallanzeige(LCD)-Bildschirm angeordnet werden kann. Die Auswirkungen von Schaltrauschen auf die Erfassung eines Objektes, das durch ein gemeinsames Spannungs signal des LCD-Bildschirms verursacht werden, können reduziert werden. Der Sensor umfasst eine Kapazitätsmessschaltung, die so betrieben werden kann, dass sie die Kapazität des Erfassungselementes misst, sowie eine Steuerschaltung, die Ladezyklen der Kapazitätsmessschaltung steuert. Die Steuerschaltung ist so konfiguriert, dass sie Ladezyklen zu einer vorgegebenen Zeit und synchron zu einem Rauschsignal erzeugt. Die Ladeübertragungszyklen bzw. „Bursts” können beispielsweise während bestimmter Stufen des von dem Anzeigebildschirm ausgegebenen Rausch-Ausgangssignals durchgeführt werden, d. h., in Stadien, in denen das Rauschen die durchgeführte Kapazitätsmessung nicht nennenswert beeinflusst. Der Sensor kann daher so eingerichtet sein, dass er effektiv das von einem Anzeigebildschirm ausgegebene Rauschen aufnimmt und die Ladungsübertragungs-Bursts automatisch so synchronisiert, dass sie in Stadien des Rauschausgabezyklus auftreten.
Jedoch erfordern Rauschverringerungsmethoden, wie die oben beschriebenen, komplexere Messschaltungen. Dadurch wird die Messschaltung teurer, und die Zeit zum Abschließen eines Erfassungszyklus kann sich verlängern.
Es wäre daher vorteilhaft, eine Elektrodenstruktur zu schaffen, die für einen wechselseitigen kapazitiven oder aktiven zweidimensionalen kapazitiven Wandlersensor geeignet ist, der mit einer Elektrodenstruktur mit reduzierter Rauschaufnahme ausgeführt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein kapazitiver Berührungssensor geschaffen, der ein berührungsempfindliches Feld umfasst, das eine Vielzahl von Ansteuerelektroden, die an Seite eines Substrats in einer ersten Schicht angeordnet sind, und eine Vielzahl von Erfassungselektroden aufweist, die an der anderen Seite des Substrats in einer zweiten Schicht so angeordnet sind, dass die Erfassungselektroden die Ansteuerelektroden an einer Vielzahl von Schnittpunkten schneiden, die um die Dicke des Substrats zueinander versetzt sind, wobei die Ansteuerelektroden die erste Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen und einzelne der Ansteuerelektroden von benachbarten Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume getrennt sind.
Dieses Verfahren weist mehrere wichtige Vorteile auf. Für die Funktion des Berührungssensors sind nur die zwei oben aufgeführten Elektrodenschichten erforderlich, so dass eine dritte Rauschunterdrückungsschicht, wie sie bei einigen Konstruktionen nach dem Stand der Technik eingesetzt wird, überflüssig ist. Eine zweischichtige Konstruktion führt darüber hinaus zu verbesserter optischer Durchlässigkeit, geringerer Gesamttiefe und geringeren Kosten als bei Konstruktionen mit einer größeren Anzahl von Schichten. Die flächenfüllende Konstruktion der Ansteuerelektroden mit kleinen Zwischenräumen ermöglicht eine nahezu unsichtbare Ansteuerelektrodenstruktur, wenn beispielsweise ITO eingesetzt wird, und isoliert darüber hinaus die Erfassungsleitungen gegenüber kapazitiven Effekten unterhalb der ersten Schicht, so beispielsweise Rauschen von einem darunter liegenden LCD-Modul oder einer anderen Quelle von Rauschen. Das „Überziehen” der ersten Schicht mit leitendem Material ermöglicht es auch, dass die zweite Schicht mit schmalen Erfassungselektroden implementiert wird, d. h. weitaus schmaler als die Ausdehnung des Erfassungsobjektes. Die zweite Schicht kann auch unsichtbar gemacht werden, indem entweder mit Inseln aus Elektrodenmaterial zwischen den Erfassungselektroden ausgefüllt wird, um die zweite Schicht ebenfalls „zu überziehen”, oder als Alternative dazu, indem die Erfassungselektroden sehr dünn oder weit auseinanderliegend verteilt ausgeführt werden, wobei Leitungsbreiten so klein sind, dass sie unsichtbar sind. Dieses Verfahren der weit auseinanderliegenden Verteilung unter Verwendung von Netzen wird weiter unten beschrieben. Die verringerte Erfassungselektrodenfläche reduziert auch die Anfälligkeit gegenüber Kopplungsrauschen von Berührungen.
Die Ansteuerelektroden sind vorzugsweise um eine Teilung getrennt, die mit der Berührungsgröße des berührenden Objektes vergleichbar ist, für das der Sensor bestimmt ist. Das berührende Objekt, für das Sensor bestimmt ist, kann ein Finger sein, beispielsweise mit einer Berührungsgröße von 8–10 mm im Durchmesser, und die Teilung beträgt ungefähr 8 mm oder weniger. Es könnte auch ein Eingabestift verwendet werden.
Die kleinen Zwischenräume zwischen aneinandergrenzenden Ansteuerelektroden sind vorzugsweise so bemessen, dass sie ausreichend klein sind, um unsichtbar oder nahezu unsichtbar zu sein, beispielsweise kleiner als ungefähr 100 μm, und haben vorzugsweise Abmessungen von wenigen 10 μm.
Die Erfassungselektroden sind verglichen mit der Größe des berührenden Objektes vorteilhafterweise schmal. Die Erfassungselektroden können beispielsweise eine Leitungsbereite von einem Viertel der Größe des berührenden Objektes oder weniger haben. In einer Ausführungsform ist das berührende Objekt, für das der Sensor bestimmt ist, ein Finger mit einer Berührungsgröße von 8–10 mm im Durchmesser, und die Erfassungselektroden haben eine Leitungsbreite von 2 mm oder weniger, beispielsweise 0,5 mm. Die Erfassungselektroden können eine Leitungsbreite von einem Viertel der Teilung der Ansteuerelektroden oder weniger haben.
In einigen Ausführungsformen nimmt die zweite Schicht zusätzlich isolierte Elemente auf, die zwischen den Erfassungselektroden so angeordnet sind, dass die Erfassungselektroden und die isolierten Elemente zusammen die zweite Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen und einzelne der Erfassungselektroden und der isolierten Elemente durch kleine Zwischenräume voneinander getrennt sind. Die kleinen Zwischenräume haben vergleichbare Funktion und Abmessungen wie die kleinen Zwischenräume zwischen den Ansteuerelektroden.
Die erste und die zweite Schicht von Elektroden können, wie oben erwähnt, die einzigen Elektrodenschichten sein, wobei eine zweischichtige Elektrodenkonstruktion zur verbesserter Lichtdurchlässigkeit für transparente Ausführungsformen, wie sie beispielsweise für berührungsempfindliche Anzeigeeinrichtungen eingesetzt werden, zu dünnerer Gesamtkonstruktion und geringeren Kosten führt.
Die Ansteuerelektroden nehmen vorzugsweise die erste Schicht vollständig ein, so dass die Erfassungselektroden in der zweiten Schicht im Wesentlichen gegenüber kapazitiven Effekten unterhalb der ersten Schicht isoliert sind.
Eine wichtige Kombination ist der oben definierte kapazitive Berührungssensor mit einem Anzeigemodul. Das Anzeigemodul, beispielsweise ein LCD- oder OLED-Anzeigefeld, ist normalerweise unter der ersten Schicht und vor der Berührungsfläche angeordnet, so dass von oben nach unten bzw. von der Außenseite der Vorrichtung zu ihrer Innenseite hin die Bestandteile die Folgenden sind: dielektrische Schicht, deren obere Fläche die Berührungsfläche ist, Schicht 2, Substrat, Schicht 1, Anzeigefeld, wobei sich das Anzeigefeld im inneren des Vorrichtungsgehäuses bzw. der äußeren Schale befindet. Beim Einsatz bei einer Anzeigeeinrichtung bestehen die Elektroden voraussichtlich aus ITO.
In einigen Ausführungsformen besteht jede Ansteuer- und/oder Erfassungselektrode aus einer durchgehenden Lage aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise ITO oder einem Metall. In anderen Ausführungsformen besteht jede Ansteuer- und/oder Erfassungselektrode aus einem Netz oder einer filigranen Struktur miteinander verbundener Leitungen aus stark leitendem Material, die zusammen jede Elektrode bilden. Bei weiteren Ausführungsformen werden durchgehende Lagen für einen der Elektrodentypen und Netzstrukturen für den anderen Elektrodentyp eingesetzt. Bei dem Einsatz von Netzstrukturen haben die miteinander verbundenen Leitungen vorzugsweise eine so geringe Breite, dass sie unsichtbar oder nahezu unsichtbar sind. Sie können dann aus einem Material bestehen, das nicht inhärent unsichtbar ist, z. B. einem Metall, wie beispielsweise Kupfer, jedoch dennoch praktisch unsichtbar bleiben.
Die Erfindung kann so implementiert werden, dass sie ein kartesisches „xy”-Gitter aus Berührungssensor-Positionen bildet. Insbesondere die Ansteuerelektroden können sich in einer ersten linearen Richtung erstrecken, und die Erfassungselektroden in einer zweiten linearen Richtung quer zu der ersten linearen Richtung, so dass die Vielzahl von Schnittpunkten ein Gittermuster bilden, so beispielsweise ein Quadrat, ein rhombisches oder ein rechteckiges Gitter. Die Erfindung kann auch so implementiert werden, dass sie ein polares „rθ”-Gitter bildet, in dem sich die Ansteuerelektroden bogenförmig erstrecken und sich die Erfassungselektroden radial erstrecken, so dass die Vielzahl von Schnittpunkten auf einem oder mehreren bogenförmigen Weg/en liegen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein berührungsempfindliches Feld für einen kapazitiven Berührungssensor, wobei das berührungsempfindliche Feld eine Vielzahl von Ansteuerelektroden, die an einer Seite eines Substrats in einer ersten Schicht angeordnet sind, und eine Vielzahl von Erfassungselektroden aufweist, die an der anderen Seite des Substrats in einer zweiten Schicht angeordnet sind, so dass die Erfassungselektroden die Ansteuerelektroden an einer Vielzahl von Schnittpunkten schneiden, die um die Dicke des Substrats zueinander versetzt sind, wobei die Ansteuerelektroden im Wesentlichen die erste Schicht vollständig abdecken, und einzelne der Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume von benachbarten Ansteuerelektroden getrennt sind. Die erste und die zweite Schicht können an einander gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrats um die Dicke des Substrats zueinander versetzt angeordnet sein. Als Alternative dazu können die erste und die zweite Schicht an verschiedenen Substraten angeordnet sein, die dann in Eingriff miteinander zusammengesetzt werden, um eine Versetzung der zwei Schichten zueinander zu erzeugen, die in Abhängigkeit davon, an welcher Seite der Substrate die Elektroden angeordnet sind, der Dicke eines der Substrate oder beider entspricht.
Das berührungsempfindliche Feld weist eine Vielzahl von Ansteuerelektroden, die an einer Seite eines Substrats in einer ersten Schicht angeordnet sind, und eine Vielzahl von Erfassungselektroden auf, die an der anderen Seite des Substrats in einer zweiten Schicht so angeordnet sind, dass die Erfassungselektroden die Ansteuerelektroden an einer Vielzahl von Schnittpunkten schneiden, die um die Dicke des Substrats zueinander versetzt sind, wobei die Ansteuerelektroden die erste Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen und einzelne der Ansteuerelektroden von benachbarten Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume getrennt sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines berührungsempfindlichen Feldes für einen kapazitiven Berührungssensor, das umfasst:
Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten und einer zweiten Seite;
Abscheiden einer ersten Schicht aus leitendem Material auf der ersten Seite des Substrats in einer ersten Struktur, die eine Vielzahl von Ansteuerelektroden bildet, wobei die Ansteuerelektroden die erste Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen und einzelne der Ansteuerelektroden von benachbarten Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume getrennt sind; und
Abscheiden einer zweiten Schicht aus leitendem Material auf der zweiten Seite des Substrats in einer zweiten Struktur, die eine Vielzahl von Erfassungselektroden bildet, so dass die Erfassungselektroden die Ansteuerelektroden an einer Vielzahl von Schnittpunkten schneiden, die um die Dicke des Substrats zueinander versetzt sind.
Die Erfindung kann auch durch ein berührungsempfindliches Feld definiert werden, das eine Elektrodenstruktur aufweist, die eine Vielzahl von Ansteuerelektroden umfasst, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und in einer zweiten Richtung beabstandet sind, wobei die Ansteuerelektroden um eine Strecke von weniger als 100 μm beabstandet sind und eine Teilung von 8 mm oder weniger haben.
Die Ansteuerelektroden können um eine Strecke von 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 oder 10 μm beabstandet sein. Die Teilung der Ansteuerelektroden kann 5 mm oder weniger betragen.
Die gleiche Ausdehnung jeder Ansteuerelektrode kann unter Verwendung eines Widerstandes mit angrenzenden Ansteuerelektroden gekoppelt sein. Die normalen Widerstandswerte, die angewendet werden, reichen von wenigen KΩ bis zu mehreren 10 KΩ. Die Widerstände können separate Widerstände, siebgedruckte Widerstandselemente oder mäandernde Strukturen sein, die unter Verwendung des gleichen Materials wie das der Ansteuerelektroden ausgebildet werden.
Die Breite der Ansteuerelektroden an den äußeren Rändern der Elektrodenstruktur kann die Hälfte der Breite der anderen Ansteuerelektroden betragen.
Die Elektrodenstruktur kann des Weiteren eine Vielzahl von Erfassungselektroden umfassen, die sich in einer zweiten Richtung erstrecken und in der ersten Richtung, die die Ansteuerelektroden schneidet, beabstandet sind.
Die Erfassungselektroden können durch eine Vielzahl isolierter Elektroden beabstandet sein, wobei sie in der ersten und der zweiten Richtung die gleiche Ausdehnung haben wie die Breite der Erfassungselektroden. Der Abstand bzw. die Zwischenräume zwischen den isolierten Elektroden liegt/liegen in der Größenordnung von einigen 10 μm.
Die Breite der Erfassungselektroden kann erheblich kleiner sein als die Breite der Ansteuerelektroden. Die Breite der Ansteuerelektrode liegt normalerweise im Bereich von 100 bis 1000 μm.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein zweidimensionaler Positionssensor geschaffen, der die Elektrodenstruktur aus Ansteuerelektroden und Erfassungselektroden umfasst, wobei die Ansteuerelektroden und die Erfassungselektroden an einander gegenüberliegenden Flächen eines Substrats angeordnet sein können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein zweidimensionaler Positionssensor geschaffen, der das Elektrodenmuster aus Ansteuerelektroden und Erfassungselektroden umfasst, wobei die Ansteuerelektroden und die Erfassungselektroden an einer Fläche zweier verschiedener Substrate angeordnet sein können.
Der zweidimensionale Positionssensor kann des Weiteren eine Steuereinheit umfassen, die eine Ansteuereinheit zum Anlegen von Ansteuersignalen an die Ansteuerelektroden und eine Erfassungseinheit zum Messen von von jeder der jeweiligen Erfassungselektrode empfangenen Erfassungssignalen umfasst, die einen Grad kapazitiver Kopplung der Ansteuersignale zwischen den Ansteuerelektroden und jeder der Erfassungselektroden darstellen.
Die Steuereinheit kann des Weiteren eine Verarbeitungseinheit umfassen, mit der eine Position von Wechselwirkung mit dem empfindlichen Bereich anhand einer Analyse der Erfassungssignale berechnet wird, die gewonnen werden, indem Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden angelegt werden.
Die Verarbeitungseinheit kann so betrieben werden, dass sie die Position in der ersten Richtung durch eine Interpolation zwischen Erfassungssignalen bestimmt, die von jeder der Vielzahl von Erfassungselektroden bezogen werden.
Die Verarbeitungseinheit kann so betrieben werden, dass sie eine Position in der zweiten Richtung durch eine Interpolation zwischen Erfassungssignalen bestimmt, die gewonnen werden, indem sequenziell jede der Vielzahl von Ansteuerelektroden mit entsprechenden Ansteuersignalen angesteuert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein zweidimensionaler Positionssensor geschaffen, der die Elektrodenstruktur aus Ansteuerelektroden umfasst, und der des Weiteren eine Vielzahl von Erfassungselektroden umfasst, die sich in einer zweiten Richtung erstrecken und in der ersten Richtung, die die Ansteuerelektroden schneidet, beabstandet sind, wobei die Ansteuerelektroden und die Erfassungselektroden an einander gegenüberliegenden Flächen eines Substrats angeordnet sind und der zweidimensionale Sensor des Weiteren eine Steuereinheit umfasst, die eine Ansteuereinheit zum Anlegen von Ansteuersignalen an die Ansteuerelektroden umfasst, wobei die Ansteuerelektroden in einer Teilgruppe von Ansteuerelektroden so zusammengefasst sind, dass die Ansteuereinheit so betrieben werden kann, dass sie Ansteuersignale an die am weitesten außenliegende Ansteuerelektrode jeder Teilgruppe von Ansteuerelektroden anlegt, und eine Erfassungseinheit zum Messen von Ansteuersignalen, die von jeder der entsprechenden Erfassungselektroden empfangen werden und einen Grad kapazitiver Kopplung der Ansteuersignale zwischen den Ansteuerelektroden und jeder der Erfassungselektrode darstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer Position einer Betätigung eines zweidimensionalen Positionssensors geschaffen, der eine Vielzahl von Ansteuerelektroden umfasst, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und in einer zweiten Richtung beabstandet sind, wobei die Ansteuerelektroden um eine Strecke von weniger als 100 μm beabstandet sind und eine Teilung von 8 mm oder weniger haben, eine Vielzahl von Erfassungselektroden, die sich in der zweiten Richtung erstrecken und in der ersten Richtung beabstandet sind, die die Ansteuerelektroden schneidet, wobei die Ansteuerelektroden und die Erfassungselektroden an einander gegenüberliegenden Flächen eines Substrats angeordnet sind und das Verfahren Anlegen von Ansteuersignalen an die Ansteuerelektroden, Messen von Erfassungssignalen, die von jeder der entsprechenden Ansteuerelektroden empfangen werden und einen Grad kapazitiver Kopplung der Ansteuersignale zwischen den Ansteuerelektroden und jeder der Erfassungselektroden darstellen, Bestimmen einer Position in der ersten Richtung durch eine Interpolation zwischen Erfassungssignalen, die von jeder der Vielzahl von Erfassungselektroden bezogen werden, und Bestimmen einer Position in einer zweiten Richtung durch eine Interpolation zwischen Erfassungssignalen umfasst, die durch sequenzielles Ansteuern je der der Vielzahl von Ansteuerelektroden mit jeweiligen Ansteuersignalen gewonnen werden.
Die Erfindung kann als Alternative dazu durch einen zweidimensionalen Sensorbildschirm definiert werden, der ein Substrat, eine Vielzahl angesteuerter Elektroden, die sich in einer ersten Richtung an einer ersten Fläche des Substrats erstrecken, und eine Vielzahl von Y-Elektroden umfasst, die sich in einer zweiten Richtung, die senkrecht zu der ersten Richtung ist, an einer zweiten Fläche des Substrats erstrecken, die der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegt, wobei die Vielzahl angesteuerter Elektroden beispielsweise im Wesentlichen eine Flächenausdehnung der ersten Fläche des Substrats ausfüllen.
Zweidimensionale Sensorbildschirme werden normalerweise als Schicht über einem Anzeigebildschirm eingesetzt. Die flächenfüllende Konstruktion der angesteuerten Elektroden führt zu einer nahezu unsichtbaren Elektrodenstruktur. Die flächenfüllende Konstruktion bewirkt des Weiteren teilweise Abschwächung von Rauschen, das von einem darunter liegenden LCD-Modul oder einer anderen Rauschquelle gekoppelt wird.
Der zweidimensionale Sensorbildschirm kann des Weiteren eine Teilgruppe angesteuerter Elektroden umfassen, die zwei am weitesten außenliegende angesteuerte Elektroden und zwei oder mehr dazwischenliegende angesteuerte Elektroden umfasst, die unter Verwendung einer Vielzahl von Widerstandselementen miteinander verbunden sind. Dadurch wird die verbindende Verdrahtung zwischen dem Sensorbildschirm und dem Steuerchip reduziert.
Die Breite der zwei am weitesten außenliegenden angesteuerten Elektroden kann die Hälfte der Breite der anderen angesteuerten Elektroden betragen, um die Linearität der gemessenen Kapazität insgesamt zu verbessern.
Die Breite der Y-Elektroden kann im Wesentlichen kleiner sein als die Breite der angesteuerten Elektroden, so dass die Y-Elektroden für das menschliche Auge nicht ohne Weiteres sichtbar sind und schmalere Elektroden bessere Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen bewirken.
Der Abstand zwischen allen der Vielzahl angesteuerter Elektroden kann weniger als 100 μm betragen, um die Struktur im Wesentlichen unsichtbar für das menschliche Auge zu machen.
Die Teilung der Ansteuerelektroden und der Y-Elektroden kann 8 mm oder weniger betragen, um gute Eigenlinearität zu erzielen und der Größe einer typischen Fingerberührung zu entsprechen.
Der Bereich zwischen allen Y-Elektroden kann mit isoliertem leitenden Material ausgefüllt werden, so dass es möglich ist, schmale Y-Elektroden auszubilden und dabei gleichzeitig eine Struktur herzustellen, die im Wesentlichen unsichtbar für das menschliche Auge ist und die Anfälligkeit für Kopplungsrauschen durch eine Berührung reduzieren kann.
Die Y-Elektroden des zweidimensionalen Sensorbildschirms können des Weiteren eine Vielzahl gleich angeordneter Querelemente umfassen, die in der ersten Richtung verlaufen. Dadurch können gleichmäßige Feldstrukturen erzielt werden, die in allen Bereichen des Sensorbildschirms symmetrisch sind, wodurch gute Linearität entsteht. Diese Querelemente bewirken effektive Verteilung des elektrischen Feldes weiter über die primäre Y-Elektrode hinaus, so dass der Bereich überlappt wird, der das elektrische Feld abstufen kann.
Gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Berührungsposition an einen zweidimensionalen Berührungsbildschirm angrenzend geschaffen, der ein Substrat; eine Vielzahl angesteuerter Elektroden, die sich in einer ersten Richtung an einer ersten Fläche des Substrats erstrecken, und eine Vielzahl von Y-Elektroden umfasst, die sich in einer zweiten Richtung, die senkrecht zu der ersten Richtung ist, an einer zweiten Fläche des Substrats erstrecken, die der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegt, wobei die Vielzahl angesteuerter Elektroden im Wesentlichen eine Flächenausdehnung der ersten Fläche des Substrats ausfüllen und das Verfahren die Schritte des Anlegens eines Potenzials an jede der angesteuerten Elektroden, während die anderen angesteuerten Elektroden auf einem Null-Potenzial gehalten werden, Messen der Kapazität an jedem Schnittpunkt, der zwischen den angesteuerten Elektroden und den Y-Elektroden ausgebildet ist; Erzeugen von Messungen an jedem Schnittpunkt, der zwischen den angesteuerten Elektroden und den Y-Elektroden ausgebildet ist, und Berechnen der Berührungsposition auf Basis der erzeugten Messungen umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird im Folgenden als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei:
1A eine Seitenansicht eines kapazitiven Berührungsbildschirms mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
1B eine Perspektivansicht eines kapazitiven Berührungsbildschirms mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
1C eine Seitenansicht eines kapazitiven Berührungsbildschirms mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
1D eine Seitenansicht eines kapazitiven Berührungsbildschirms mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
1E eine Seitenansicht eines kapazitiven Berührungsbildschirms mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A eine Elektrodenstruktur von Ansteuerelektroden mit Widerstandselementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2B einen Teil der in 2A gezeigten Elektrodenstruktur mit einem Mäandermuster aus Elektrodenmaterial zeigt;
2C einen Teil der in 2A gezeigten Elektrodenstruktur mit siebgedruckten Widerständen zeigt;
2D einen Teil der in 2A gezeigten Elektrodenstruktur mit separaten Widerständen zeigt;
3 einen Teil der in 26 gezeigten Elektrodenstruktur zeigt;
4 einen Teil der Elektrodenstruktur von Ansteuerelektroden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5A einen Teil der in 2A gezeigten Elektrodenstruktur zeigt;
5B eine typische Fingerspitze zeigt;
6 eine Elektrodenstruktur von Ansteuerelektroden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7A eine Elektrodenstruktur von Erfassungselektroden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7B einen kapazitiven Berührungsbildschirm mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Ansteuer- und Erfassungseinheiten zeigt, die über Kanäle mit einer Steuereinheit verbunden sind;
8A schematisch in Draufsicht einen Teil der in 7A gezeigten Elektrodenstruktur mit Ausfüllelektroden zeigt;
8B ein Schnitt durch einen Teil von 8A ist, der kapazitive Wege zwischen Auffüllelektroden und einer X-Elektrode darstellt;
9 eine Handabschattung zeigt, die durch eine nahe Position der Handfläche, des Daumens und des Handgelenks usw. an einem Berührungsbildschirm verursacht wird, wenn der Benutzer ihn mit einem Finger berührt;
10 einen Abschnitt der in 7A gezeigten Elektrodenstruktur mit Ausfüllelektroden zeigt;
11 einen Abschnitt einer Elektrodenanordnung von Erfassungselektroden zeigt;
12 einen kapazitiven Sensorbildschirm mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
13 einen kapazitiven Sensorbildschirm mit zwei Elektrodenschichten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Ansteuer- und Erfassungseinheiten zeigt, die über Kanäle mit einer Steuereinheit verbunden sind.
Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden wird eine Konstruktion mit zwei Elektrodenschichten für einen kapazitiven Berührungsbildschirm bzw. einen zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Sensor beschrieben.
1A und 1B sind als Seitenansicht bzw. Perspektivansicht ausgeführte und schematische Zeichnungen einer Konstruktion mit zwei Elektrodenschichten für einen kapazitiven Berührungsbildschirm bzw. einen zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Sensor. Die Schichten 101 können allgemein aus jedem beliebigen leitenden Material bestehen, und die Schichten können so angeordnet sein, dass sie einander an zwei Seiten jedes beliebigen isolierenden Substrats 102, wie beispielsweise Glas, PET, FR4 usw. gegenüberliegen. Die Dicke des Substrats 103 ist nicht ausschlaggebend. Dünnere Substrate bewirken stärkere kapazitive Kopplung zwischen den Schichten, die in dem Steuerchip verringert werden muss. Durch dickere Substrate wird die Kopplung von Schicht zu Schicht geringer, und sie werden aus diesem Grund im Allgemeinen bevorzugt (da die gemessene Änderung der Kapazität ein größerer Teil der Kapazität von Schicht zu Schicht ist und so das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird). Typische Substratdicken reichen von mehreren 10 bis mehreren 100 μm. Des Weiteren liegt auf der Hand, dass eine dielektrische bzw. isolierende Schicht so angeordnet sein kann, dass sie auf Schicht 2 über der Konstruktion mit zwei Elektrodenschichten liegt, um zu verhindern, dass ein an den zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Sensor angrenzendes Objekt mit der Oberfläche der Schichten in Kontakt kommt. Diese isolierende Schicht kann eine Glas- oder Kunststoffschicht sein.
1C zeigt die Seitenansicht einer alternativen Anordnung der Konstruktion mit zwei Elektrodenschichten für den kapazitiven Berührungsbildschirm bzw. den zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Sensor, der in 1A dargestellt ist, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1C sind die Schichten 101 durch eine Isolierungsschicht 108 getrennt auf der gleichen Fläche des isolierenden Substrats 102 angeordnet. Eine zusätzliche dielektrische oder isolierende Schicht 104 ist auf den Elektrodenschichten angeordnet, um zu verhindern, dass ein an den zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Sensor angrenzendes Objekt mit der Oberfläche der Schicht in Kontakt kommt.
1D zeigt die Seitenansicht einer alternativen Anordnung der Konstruktion mit zwei Elektrodenschichten für den in 1A gezeigten kapazitiven Berührungsbildschirm bzw. zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Sensor gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1D sind die Schichten 101, durch eine Isolierschicht 108 getrennt, auf der gleichen Fläche des isolierenden Substrats 102 angeordnet. Die Elektrodenschichten 101 sind jedoch an der Fläche des isolierenden Substrats angeordnet, die von der Berührungsfläche 106 am weitesten entfernt ist. Ein Anzeigefeld 100 ist ebenfalls unterhalb des Substrats 102, das die Elektrodenschichten 101 trägt, angeordnet dargestellt (schraffiert). Es versteht sich, dass das Anzeigefeld in Kombination mit dem Berührungssensor einen Berührungsbildschirm bildet. Auch ein Anzeigefeld könnte in eine Anordnung, wie sie oben in 1C dargestellt ist, eingesetzt werden.
1E zeigt die Seitenansicht einer alternativen Anordnung der Konstruktion mit zwei Elektrodenschichten für den in 1A gezeigten kapazitiven Berührungsbildschirm bzw. zweidimensionalen kapazitiven Wandler-Sensor gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1E ist jede der Schichten 101 auf einer Oberfläche zweier verschiedener isolierender Substrate 102 angeordnet. Die zwei isolierenden Substrate werden so zusammengebracht, dass die zwei Elektrodenschichten 101 von der Berührungsfläche 106 getrennt sind und durch eines der isolierenden Substrate getrennt sind. Ein Anzeigefeld könnte ebenfalls in eine Anordnung, wie sie in 1E dargestellt ist, eingesetzt werden.
2A zeigt eine Elektrodenstruktur von Ansteuerelektroden mit Widerstandselementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Schicht 1 ist die Schicht, die von der Berührungsfläche am weitesten entfernt ist. Auf Schicht 1 befindet sich, wie in 2A gezeigt, eine Anordnung von Sendeelektroden. Die Elektroden 201 sind als eine Reihe durchgehender Streifen angeordnet, die entlang einer ersten Achse 202 bzw. einer ersten Richtung verlaufen. Eine Teilgruppe der Streifen 203 ist mit dem Steuer-Chip so verbunden, dass sie als der Sender in der oben beschriebenen Sende-Empfangs-Anordnung angesteuert werden können. Die angesteuerten Streifen 203 enthalten die am weitesten außen liegenden Streifen und dann einen gleichmäßigen Zwischenraum 204 zwischen den verbleibenden angesteuerten Streifen. Die innenliegenden Streifen 205 sind unter Verwendung von Widerstandselementen 206 in einer Kette 210 verbunden, wobei die Enden der Kette mit zwei benachbarten, angesteuerten Streifen 203 verbunden sind. Die angesteuerten Streifen 203 werden als die angesteuerten X-Streifen bezeichnet, und die resistiv verbundenen Streifen 205 werden als die Widerstands-X-Streifen bezeichnet.
2B, 2C und 2D zeigen drei verschiedene Möglichkeiten der Ausbildung der Widerstandselemente 206. Das heißt, die Widerstandselemente 206 können unter Verwendung des Eigenwiderstandes des Elektrodenmaterials selbst in einem „mäanderförmigen” Muster 207 am Rand des Berührungsbildschirms ausgebildet werden (siehe 2B), oder können im Siebdruck an dem Rand aufgetragenes Widerstandsmaterial 208 sein (siehe 2C) oder können physisch separate Widerstände 209 entweder am Rand des Musters (2D) oder in einer separaten Schaltung sein. Durch letztere Option nimmt die verbindende Verdrahtung erheblich zu, sie kann jedoch in einigen Ausführungen von Vorteil sein.
Die Widerstandskette 210 dient als ein klassischer Spannungsteiler, so dass die Amplitude des Sendesignals zwischen einem angesteuerten X-Streifen und dem angrenzenden angesteuerten X-Streifen zunehmend abgeschwächt wird. Die beschriebene Gruppe von angesteuerten und Widerstands-Streifen wird als ein „Segment” 211 beschrieben. Wenn unter Verwendung dieser Kette beispielsweise der angesteuerte X-Streifen #1 303 mit einer Impulsfolge 305 relativ zu 0 V 306 und einer Spitze-Spitze-Spannung V 307 angesteuert wird und der angesteuerte X-Streifen #2 304 auf 0 V angesteuert wird, werden die Widerstands-X-Streifen zwischen diesen beiden ratiometrisch abgeschwächt.
3 zeigt einen Teil der in 2B gezeigten Elektrodenstruktur, bei der beispielsweise, wenn zwei Widerstands-X-Streifen 205 vorhanden sind und die Widerstands-Teilerkette 210 aus Elementen R308 mit gleichen Werten besteht, der Widerstands-X-Streifen #1 301 eine Spitze-Spitze-Spannung von 0,66666 V hat und Widerstands-X-Streifen #2 eine Spitze-Spitze-Spannung von 0,33333 V hat. Dadurch wird das elektrische Feld, das von diesen Widerstandselektroden emittiert wird, zunehmend geschwächt, und erzeugt so einen interpolierenden Effekt für die kapazitiven Änderungen innerhalb des Segmentes zwischen angesteuerten X-Streifen. Dadurch wird die Linearität der kapazitiven Änderungen bei Bewegung innerhalb eines Segmentes verbessert. Betrieb ohne Widerstands-X-Streifen ist möglich, jedoch ist die Linearität gering, da das elektrische Feld mit dem Abstand stark nichtlinear abnimmt. Indem gleichmäßig beabstandete Widerstands-Emissionseinrichtungen eingesetzt werden, die eine Amplitude emittieren, die ein linearer Teil von dem dazugehörigen angesteuerten X-Streifen ist, neigt das Feld zum „Ausfüllen” und erzeugt eine bessere Näherung an ein lineares System.
In der obenstehenden Beschreibung ist Schicht 1 eine Struktur aus Sendeelektroden, die auch als Ansteuerelektroden bezeichnet werden können. Die Elektrodenstruktur von Schicht 1 kann auch als X-Elektroden bezeichnet werden. Die Ansteuerelektroden schließen die angesteuerten X-Streifen 203 und die innenliegenden X-Streifen 205 bzw. Widerstands-X-Streifen ein. Des Weiteren sind die angesteuerten bzw. Ansteuer-Elektroden so definiert, dass sie aus den äußeren angesteuerten X-Streifen 202 und dazwischenliegenden X-Streifen oder Widerstands-X-Streifen 205 bestehen, die unter Verwendung von Widerstandselementen 206 in einer Kette 210 verbunden sind. Die äußeren X-Streifen werden als angesteuerte X-Streifen 203 bezeichnet. Es liegt jedoch auf der Hand, dass alle X-Streifen angesteuerte X-Streifen sein können, ohne dass Widerstandselemente zum Einsatz kommen.
Typische Widerstandselemente 206 haben Widerstandswerte, die von wenigen KΩ bis zu hohen Werten von mehreren 10 KΩ reichen. Niedrigere Werte erfordern mehr Strom (und damit Energie) zum Ansteuern von dem Steuer-Chip, ermöglichen jedoch schnellere kapazitive Messungen, da sie geringere Zeitkonstanten haben und daher schneller geladen und entladen werden können. Höhere Werte erfordern weniger Strom (und damit Energie) zum Ansteuern, haben jedoch größere Zeitkonstanten und müssen daher langsamer ge- und entladen werden. Größere Werte tragen auch dazu bei, dass Widerstand, der in einer Verbindungsverdrahtung entsteht, einen geringeren Spannungsabfall an der Stärke des emittierten Feldes von den X-Streifen bewirken und bilden daher ein effizienteres System. Aus diesem Grund werden im Allgemeinen höhere Werte bevorzugt.
Ein weiterer Hauptgrund dafür, die Widerstands-X-Streifen einzusetzen, besteht darin, dass das Segment dadurch skalierbar wird, d. h. indem mehr Widerstands-X-Streifen hinzugefügt werden, kann das Segment vergrößert werden. Dies geht auf Kosten der räumlichen Auflösung, d. h., das Segment verwendet die gleichen zwei angesteuerten X-Streifen, und damit muss die Auflösung der Messung grundsätzlich die gleiche sein, jedoch ist das Segment jetzt über eine größere Zone ausgedehnt, so dass die räumliche Auflösung abnimmt. Wenn das Segment skalierbar gemacht wird, werden weniger angesteuerte X-Streifen und damit weniger Verbindungen mit dem Steuer-Chip benötigt. Indem der Kompromiss zwischen räumlicher Auflösung und Kosten für die Verbindung/Komplexität ins Gleichgewicht gebracht wird, kann für jede Auslegung eine optimale Lösung gefunden werden.
Insgesamt können die Streifen in Schicht 1 als im Wesentlichen. flächendeckend gesehen werden, d. h., nahezu die gesamte Oberfläche ist mit Elektroden überzogen. Die Zwischenräume zwischen den Streifen 205 können beliebig klein ausgeführt werden, und unter dem Aspekt der Sichtbarkeit ist es umso besser, je kleiner sie sind. Wenn die Zwischenräume größer als ungefähr 100 μm sind, ist dies nicht ideal, da dies zu stärkerer Sichtbarkeit des Zwischenraums für das menschliche Auge führt, und häufig besteht ein Hauptziel darin, dass ein Berührungsbildschirm möglichst unsichtbar ist. Durch einen größeren Zwischen raum nimmt auch die Möglichkeit eines erheblichen elektrischen Streufeldes in der Nähe des Zwischenraums zu Elektroden in Schicht 2 zu, wodurch die Nichtlinearität verstärkt wird. Zwischenräume von wenigen 10 μm sind verbreitet, da sie nahezu unsichtbar sind und leicht in Massenproduktion erzeugt werden können, so beispielsweise Zwischenräume zwischen 20 und 50 μm.
4 zeigt einen Teil der Elektrodenstruktur von Ansteuerelektroden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, ist es auch vorteilhaft, einen Zwischenraum mit einer kleinen an- und absteigenden Wellenstruktur 402 zwischen angesteuerten X-Streifen 402 und Widerstands-X-Streifen 403 einzusetzen, da dies hilft, den Zwischenraum bei Betrachtung durch Schicht 2 mit dem zusätzlichen Effekt der Parallaxe zu verbergen, die durch die Dicke des Substrats verursacht wird. Es können verschiedene Strukturen eingesetzt werden, um den Zwischenraum bei Betrachtung auf diese Weise zu verbergen, beispielsweise könnten eine Sinuswelle, eine Dreieckwelle oder eine Rechteckwelle eingesetzt werden. Die Frequenz und die Amplitude werden so gewählt, dass der ansonsten lange lineare Zwischenraum bei Betrachtung durch die komplexe, jedoch regelmäßige Struktur in Schicht 2 hindurch aufgeteilt wird. Die Amplitude muss auf ein Minimum verringert werden, um Fehler bei der gemeldeten Berührungskoordinate zu vermeiden.
5A zeigt einen Abschnitt der in 2A gezeigten Elektrodenstruktur.
5B zeigt eine typische Fingerspitze.
Die Elektrodenstreifen (beide Typen) sind im Allgemeinen so gestaltet, dass sie eine Grundteilung von 8 mm oder weniger haben, wie dies in 5A gezeigt ist, vorzugsweise 5 mm. Dies berücksichtigt, dass, wie in 5B gezeigt, eine typische Fingerberührung 501 eine im Allgemeinen kreisförmige Zone 502 (in 5B schraffiert dargestellt) von ungefähr 8 bis 10 mm Durchmesser erzeugt, und so Anpassung der Elektrodenteilung an die Berührungsgröße den Interpolationseffekt der Berührung optimiert. Wenn die Teilung der Elektroden größer ist als 8 mm, kann dies ausgeprägte Nichtlinearität im Ansprechen bewirken, da die Interpolation weniger als ideal ist. Das heißt, wenn die Elektrodenstreifen zu breit werden, neigt, wenn sich der berührende Finger senkrecht zu den Streifen bewegt, sein Einfluss zu „Sättigung” über einer Elektrode, bevor er nennenswert mit der nächsten Elektrode in Wechselwirkung tritt. Wenn die Teilung optimiert wird, verursacht der Finger einen stetig abnehmenden Einfluss auf einen Streifen, während er bereits eine ausgeglichene Zunahme an dem benachbarten Streifen zu erzeugen beginnt, wobei der Spitzeneinfluss räumlich recht ausgeprägt ist, d. h. auf eine stetige Zunahme unmittelbar eine stetige Abnahme ohne nennenswerten Übergangsabstand von Zunahme zu Abnahme (oder umgekehrt) folgt.
6 zeigt eine Elektrodenstruktur von Ansteuerelektroden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die angesteuerten X-Streifen 601 an den äußeren Rändern von Schicht 1 haben, wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, die Hälfte der Breite aller anderen Streifen 601. Die Konstruktion insgesamt setzt sich im Wesentlichen aus mehreren identischen verknüpften Segmenten 603 zusammen, und die angesteuerten X-Streifen an der Innenseite der Schicht 604 haben ebenfalls die halbe Breite, stoßen jedoch an dem benachbarten Segment mit seinem äußeren Streifen halber Breite an, so dass angesteuerte X-Streifen innerhalb der Struktur volle Breite zu haben scheinen. 6 zeigt die virtuelle Teilung der inneren Streifen 604 mit einer gestrichelten Linie, in der Praxis bestehen die Streifen 604 natürlich aus einem Stück. Durch die Streifen halber Breite an den zwei äußeren Rändern der Struktur wird Linearität insgesamt verbessert, d. h., wenn die Struktur unendlich wäre, wäre die Linearität diesbezüglich vollkommen, aber natürlich muss die Struktur enden, und daher liegt an den Rändern natürliche Nichtlinearität vor.
7A zeigt eine Elektrodenstruktur von Erfassungselektroden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Schicht 2 ist die Schicht, die sich am Nächsten an der Berührungsfläche befindet. Unter Bezugnahme auf die einfachste Form in 7A ist zu sehen, dass die Elektroden an Schicht 2 eine gleichmäßig beabstandete Reihe schmaler Leitungen sind, die an einer zweiten Achse um nominell 90 Grad zu der ersten Achse entlang verlaufen, die in Schicht 1 verwendet wird und hier als eine X-Richtung bezeichnet wird. Das heißt, die Schicht-1- bzw. Ansteuerelektroden schneiden die Schicht-2- bzw. Erfassungs-Elektroden. Die Elektroden auf Schicht 2 werden als die Erfassungselektroden, y-Elektroden, Y-Leitungen oder Empfangselektroden bezeichnet. Sie sind so angeordnet, dass sie direkt und vollständig über dem Bereich 703 liegen, der von dem X-Streifen darunter eingenommen wird. Der Abstand zwischen Y-Leitungen hat einen ähnlichen Einfluss auf die Linearität wie der Abstand der X-Streifen. Dies bedeutet, dass die Y-Leitungen mit einer Teilung 704 von 8 mm oder weniger, vorzugsweise 5 mm, beabstandet sein müssen, um beste Eigenlinearität zu bewirken. Auf ähnliche Weise wie die Schicht 1 mit ihren äußeren X-Streifen halber Breite beträgt der Abstand von dem Rand der Struktur von Schicht 2 zu der ersten Leitung die Hälfte dieser Teilung 705, um die Linearität zu verbessern. Die Breite der Y-Leitungen 706 ist wichtig. Sie müssen schmal genug sein, so dass sie für das menschliche Auge nicht einfach sichtbar sind, jedoch breit genug, um einen Widerstand (an ihrem „entfernten En de”) zu haben, der niedrig genug ist, um kompatibel mit kapazitiven Messungen zu sein. Wenn sie schmaler sind, ist dies auch besser hinsichtlich der Rauschfestigkeit, da die Flächenausdehnung der Y-Leitung einen direkten Einfluss darauf hat, wie viel elektrisches Rauschen durch eine Fingerberührung in die Y-Leitungen gekoppelt werden kann. Wenn die Y-Leitungen schmaler sind, bedeutet dies auch, dass die kapazitive Kopplung zwischen der X- und der Y-Schicht auf ein Minimum verringert wird, was, wie bereits erwähnt, dazu beiträgt, das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren.
7B zeigt einen Berührungssensor 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der in der Figur gezeigte Sensor 10 kombiniert die Elektrodenstrukturen aus 2A und 7A. Der Sensor 10 umfasst ein Substrat 102, das eine Elektrodenstruktur 30 trägt, die einen empfindlichen Bereich bzw. eine Erfassungszone des Sensors bildet, sowie eine Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 ist mit den Elektroden innerhalb der Elektrodenstruktur über eine Reihe elektrischer Verbindungen gekoppelt, die im Folgenden beschrieben werden. Die Elektrodenstruktur 30 besteht aus Elektroden von Schicht 1 und Elektroden von Schicht 2 an einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats 102, wie dies in 1B gezeigt ist.
Die Steuereinheit 20 erfüllt, wie unter Bezugnahme auf 7B erläutert, die Funktion einer Ansteuereinheit 12, mit der Teilen der Elektrodenstruktur 30 Ansteuersignale zugeführt werden, einer Erfassungseinheit 14, mit der Signale von anderen Abschnitten der Elektrodenstruktur 30 erfasst werden, und einer Verarbeitungseinheit 16, mit der eine Position auf Basis der verschiedenen Erfassungssignale berechnet wird, die durch Ansteuersignale erzeugt werden, die an verschiedene Abschnitte der Elektrodenstruktur angelegt werden. Die Steuereinheit 20 steuert so die Funktion der Ansteuer- und der Erfassungseinheit sowie die Verarbeitung von Reaktionen von der Erfassungseinheit 14 in der Verarbeitungseinheit 16, um die Position eines Objektes, beispielsweise eines Fingers oder eines Eingabestiftes, an den Sensor 10 angrenzend zu bestimmen. Die Ansteuereinheit 12, die Erfassungseinheit 14 und die Verarbeitungseinheit 16 sind in 7B schematisch als separate Elemente innerhalb der Steuereinheit dargestellt. Im Allgemeinen werden jedoch die Funktion dieser Elemente durch einen einzelnen integrierten Schaltkreis erfüllt, beispielsweise einen entsprechend programmierten Mehrzweck-Mikroprozessor, ein anwenderprogrammierbares Gate-Array oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, insbesondere in einem Mikrokontrollerformat.
In der Figur ist eine Anzahl von Ansteuerelektroden 60 vorhanden, die durch Längsstreifen dargestellt sind, die sich, wie oben beschrieben, in der X-Richtung erstrecken und in 2A dargestellt sind. An der gegenüberliegenden Fläche des Substrats 102 ist eine Anzahl von Erfassungselektroden 62 vorhanden, die Elektrodenschicht 2 bilden, wie sie in 7A dargestellt und oben beschrieben sind, und die die Ansteuerelektroden 60 von Schicht 1 in der y-Richtung schneiden.
Die Erfassungselektroden werden dann über Verbindungen bzw. Bahnen 76 mit der Erfassungseinheit 14 verbunden, und die Ansteuerelektroden werden über Verbindungen bzw. Bahnen 72 mit der Ansteuereinheit 12 verbunden. Die Verbindungen mit den Ansteuer- und Erfassungselektroden sind in 7B schematisch dargestellt. Es liegt jedoch auf der Hand, dass andere Methoden zum Führen der Verbindungen oder Bahnen eingesetzt werden können. Alle Bahnen können zur Verbindung mit der Steuereinheit 20 zu einem einzelnen Verbinderblock an dem Rand des Substrats 102 geführt werden.
Die Funktion des in 7B gezeigten Sensors 10 wird im Folgenden beschrieben. Es gibt, wie zu sehen ist, Konflikte zwischen den Anforderungen an die Y-Leitungen hinsichtlich ihrer Breite. Die wichtigste Anforderung ist tendenziell die Minimierung des Widerstandwertes der Y-Leitung, um erfolgreich kapazitive Messung innerhalb einer annehmbaren Gesamt-Messzeit zu gewährleisten. Dadurch entstehen breitere Elektroden, normalerweise im Bereich von 100 μm bis 1000 μm. Wenn die Sichtbarkeit der Elektroden entweder kein Problem ist oder die Elektroden praktisch unsichtbar gemacht werden können (beispielsweise index-angepasstes ITO auf PET), lassen sich die Widersprüche recht einfach lösen, und die einfachste Wahl ist die Vergrößerung der Breite. Wenn jedoch die Sichtbarkeit ein Problem darstellt und die Elektroden mit dem zur Herstellung eingesetzten Verfahren nicht ausreichend unsichtbar gemacht werden können (beispielsweise nicht index-angepasstes ITO auf Glas), muss eine alternative Anordnung gefunden werden. In diesem Fall kann ein als Ausfüllen (in-filling) bezeichnetes Verfahren angewendet werden, wie es im Folgenden beschrieben und dargestellt ist.
8A zeigt einen Teil der in 7A gezeigten Elektrodenstruktur mit Ausfüll-Elektroden. Mit diesem Verfahren wird der gesamte „ungenutzte” Raum 801 mit isolierten Quadraten 802 aus Leitermaterial (beispielsweise ITO) gefüllt, die durch Zwischenräume 803 von ihren Nachbarn getrennt sind, die so klein sind, dass sie praktisch unsichtbar sind, und so klein, dass nennenswerte Kapazität von Quadrat zu Quadrat verursacht wird. Ein weiterer Schlüsselfaktor beim Gestalten der isolierten Elemente bzw. Inseln besteht darin, sie auf jeder Achse in der gleichen Größe 804 wie die Breite der Y-Leitungen 805 auszuführen. So ist die Gleichmäßigkeit der Gesamtstruktur optimal, und die einzige Unregelmäßigkeit liegt in der Länge der Y-Leitungen. Diese Struktur ist für das menschliche Auge im Wesentlichen nicht sichtbar. Die Zwischenräume zwischen benachbarten Quadraten und die Zwischenräume zwischen Quadraten und benachbarten Y-Leitungen können beliebig klein ausgeführt werden, normalerweise im Bereich von einigen 10 μm, da sie nahezu unsichtbar sind, und leicht in Massenproduktion hergestellt werden können. Die Füllung wird bei der Herstellung zur gleichen Zeit und mit den gleichen Verfahrensschritten wie die Erfassungselektroden hergestellt, so dass sie aus dem gleichen Material bestehen und die gleiche Dicke sowie gleiche elektrische Eigenschaften wie die Erfassungselektroden haben. Dies ist praktisch, jedoch nicht ausschlaggebend. Das Ausfüllen könnte im Prinzip auch separat ausgeführt werden.
Die isolierten Quadrate 802 dienen dazu, die Gesamtstruktur zu verbergen, sie dienen jedoch auch als kapazitive Interpolationseinrichtung (in gewisser Weise analog zu dem Widerstands-Interpolator, der in Schicht 1 eingesetzt wird). Der so ausgebildete kapazitive Interpolator beeinflusst die Streufelder zwischen der Y-Leitung und dem darunterliegenden X-Streifen nur minimal. Dies ist wichtig, da das Feld von den Rändern der Y-Leitungen her ausreichend bis zu den X-Streifen verteilt werden muss, um einen wesentlichen Berührungseinfluss über wenigstens die Hälfte der Teilung der Y-Leitungen zu ermöglichen. Dies gilt, solange die Kapazität von Quadrat zu Quadrat wesentlich höher ist (wenigstens 2-fach) als die Kapazität eines Quadrats zu den X-Streifen. Der Grund dafür besteht darin, dass das elektrische Feld unter diesen Bedingungen dazu neigt, sich leichter von Quadrat zu Quadrat auszubreiten als dass es zu der X-Schicht nebengeschlossen wird. Dadurch sind die Feldverteilungen einer Konstruktion ohne Ausfüllung verglichen mit einer Konstruktion mit Ausfüllung ähnlich genug, um die Linearität aufrechtzuerhalten. Wenn die Zwischenräume von Quadrat zu Quadrat vergrößert werden, nimmt die Linearität ab, da das Feld dazu neigt, über das erste Paar von Quadraten von einer Y-Leitung weg nach unten zu den X-Streifen zu wandern und sich so nicht weit von der Y-Leitung ausbreitet.
8B stellt diese kapazitiven Wege zwischen beispielhaften Ausfüllelektroden sowie zwischen einer beispielhaften Ausfüllelektrode und einer beispielhaften X-Elektrode dar. Kapazität von Quadrat 808 zu Quadrat 808 ist mit nominellen Kondensatoren 806 dargestellt, und Kapazität von einem der Quadrate 808 zu einem angrenzenden X-Streifen 809 ist mit dem nominellen Kondensator 807 dargestellt.
Es sollte bemerkt werden, dass das Ausfüllen bei dieser Konstruktion nicht wirklich notwendig ist, es kann jedoch eingesetzt werden, um die Sichtbarkeit der Struktur zu minimieren, ohne die Linearität des Ausgangs zu beeinträchtigen.
In Funktion werden die Sende- bzw. Ansteuerelektroden gestaffelt so betrieben, dass jeweils nur ein angesteuerter X-Streifen 203 aktiv ist, wobei alle anderen auf ein Null-Potenzial angesteuert werden. Das emittierte Feld strahlt daher jeweils nur von einem Segment aus. Das ausgestrahlte Feld wird lokal in alle der Y-Leitungen 701 oberhalb des betreffenden Segmentes gekoppelt. Der Steuerchip führt dann eine kapazitive Messung für jeden der „Schnittpunkte” bzw. jede „Kreuzung” aus, die zwischen den X- und den Y-Elektroden in diesem Segment gebildet werden. Jeder XY-Schnittpunkt ist auch als ein Knoten bekannt. Nacheinander wird jeder angesteuerte X-Streifen aktiviert und alle anderen werden auf Null-Potenzial gehalten. Auf diese Weise wird jedes Segment sequenziell abgetastet. Wenn dies für alle Segmente abgeschlossen ist, sind insgesamt N × M Knoten gemessen worden, wobei N die Anzahl angesteuerter X-Streifen ist und M die Anzahl von Y-Leitungen ist. Es ist zu betonen, dass die Knoten-Messungen unabhängig voneinander stattfinden, so dass es möglich wird, gleichzeitig mehrere Berührungspositionen zu erfassen. Ein weiterer wichtiger Aspekt des Verfahrens zum Abtasten der XY-Anordnung besteht darin, dass, weil jeweils nur ein Segment aktiv ist und die anderen auf Null-Potenzial angesteuert werden, nur Berührungen in dem aktiven Segment die gemessenen Knoten-Kapazitäten in diesem Segment (oder wenigstens eine erste Näherung) beeinflussen können. Dies bedeutet, dass ein als „Handabschattung” bekannter Effekt stark minimiert wird. Bei Handabschattung handelt es sich um einen Effekt, der durch die Nähe der Handfläche, des Daumens, des Handgelenks usw. zu dem Berührungsbildschirm bewirkt wird, wenn der Benutzer diesen mit einem Finger berührt.
9 zeigt eine Handabschattung, die durch eine Nähe der Handfläche, des Daumens, des Handgelenks usw. zu einem Berührungsbildschirm verursacht wird, wenn der Benutzer Berührung mit einem Finger durchführt. Es liegt in der Natur der kapazitiven Messung, dass die elektrischen Felder dazu neigen, von der Oberfläche der Vorrichtung weg zu strahlen und so auch durch Objekte beeinflusst werden können, die nicht in direktem Kontakt mit der Oberfläche sind. Durch diesen Einfluss wird normalerweise die gemeldete Berührungsposition verfälscht, da die kombinierten kapazitiven Messungen des Fingers zusammen mit den durch die „Handabschattung” bewirkten Messungen die berechneten Koordinaten geringfügig verfälschen, die durch den Steuer-Chip berichtet werden. Indem jeweils nur ein Segment aktiviert wird, wird dieser normalerweise problematische Effekt drastisch verringert.
Wenn der gesamte Berührungsbildschirm abgetastet worden ist und N × M Knoten-Messungen generiert worden sind, ist die Berechnung der Berührungsposition eines oder mehrerer Objekte auf beiden Achsen eine einfache Aufgabe, wie es in der US-Patentanmeldung 60/949,376, veröffentlicht als WO 2009/007704 [7] am 15. Januar 2009, beschrieben ist, wobei eine Kombination aus logischer Verarbeitung zum Ermitteln des Knotens am ungefähren Mittelpunkt jeder Berührung und von standardmäßigen mathematischen Schwerpunktberechnungen der relativen Signalstärken um jede erfasste Berührung herum angewendet wird. Die Berührungsposition entlang der ersten Achse wird unter Verwendung des Signals des Mittelknotens der Berührung und des Signals des an jeder Seite unmittelbar angrenzenden Knotens aufgelöst, die auf der ersten Achse liegen. Desgleichen wird die Position auf der zweiten Achse unter Verwendung des Mittelknotens und der Signale der unmittelbar angrenzenden Knoten aufgelöst, die auf der zweiten Achse liegen.
Dadurch, dass die gesamte Schicht 1 nahezu vollständig mit emittierenden X-Elektroden bedeckt bzw. überzogen ist, ergibt sich ein wichtiger Konstruktionsvorteil insofern, als, da diese Elektroden praktisch immun gegenüber Änderungen parasitärer, kapazitiver Belastung sind (sie sind Ansteuereinrichtungen mit relativ niedriger Impedanz, d. h. selbst die widerstandsgekoppelten X-Streifen haben nur Gleichstromwiderstände von wenigen 10 KΩ und können so etwaige moderate parasitäre Elemente sehr schnell laden und entladen), jegliche Änderung des Abstands zwischen der Rückseite (Nicht-Berührungsseite) von Schicht 1 und einer nahegelegenen Erdlast die gemessenen Kapazitäten der Knoten nicht ändert. Der Berührungsbildschirm ist daher nur auf einer Seite, d. h. Schicht 2, berührungsempfindlich. Dies bringt erhebliche Vorteile mit sich, wenn geringfügig flexible vordere Abdeckungen eingesetzt werden, die sich relativ zu einem LCD biegen können, das unterhalb des Berührungsbildschirms angeordnet ist. Die Trennung zwischen Schicht 1 und Schicht 2 wird durch das Substratmaterial fixiert, und daher ist die Kapazität zwischen diesen beiden selbst dann unveränderlich, wenn das Substrat bei Berührung gebogen wird und die Rückseite von Schicht 1 eine Änderung ihrer Umgebungsbedingungen erfährt.
Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der flächendeckenden X-Konstruktion besteht darin, dass sie einen inhärenten Grad an Rauschunterdrückung für ausgestrahlte Emissionen gewährleistet, die hinter Schicht 1 vorhanden sind. Dies tritt verbreitet bei LCD-Modulen auf, bei denen häufig an ihren äußeren Schichten Ansteuersignale mit großer Amplitude vorhanden sind. Diese Ansteuer-Wellenformen werden normalerweise in die Y-Leitungen gekoppelt und verfälschen die aktuelle berichtete Kapazität der dazugehörigen Knoten. Da die Y-Leitungen jedoch durch die flächendeckende X-Schicht effektiv abgeschirmt werden, bleibt als einziger Mechanismus zum Koppeln des Rauschens in die Y-Leitungen nur kapazitives Koppeln über die X-Schicht selbst. Die X-Streifen haben, wir bereits beschrieben, entsprechend niedrigen Widerstand und können so durch die störende Rausch-Wellenform nur proportional zum Verhältnis der Impedanz der Rauschkopplung zu der Impedanz des X-Streifens gestört werden. Daher wird der Betrag des Rauschens, das in die Y-Leitungen gekoppelt wird, um dieses Verhältnis abgeschwächt. Das Koppeln der Rausch-Wellenform in die X-Streifen ist rein kapazitiv, und daher trägt Verringerung dieser Kopplungs-Kapazität dazu bei, die Interferenz noch weiter abzuschwächen. Dies kann erreicht werden, indem ein Luftspalt zwischen dem LCD und der Rückseite von Schicht 1 angeordnet wird oder indem eine transparente dielektrische Abstandshalteschicht anstelle des Luftspalts eingesetzt wird, die zu höherer Kapazität der Kopplung führt, jedoch den Vorteil hat, dass sie mechanisch robust ist. Bei einem herkömmlichen kapazitiven Berührungsbildschirm muss häufig eine vollständige zusätzliche „Abschirm”-Schicht unter Schicht 1 eingesetzt werden, um dieses LCD-Rauschen zu verringern. Diese Schicht wird häufig auf Null-Potenzial angesteuert oder wird aktiv mit einer Nachbildung oder Kopie der kapazitiven Erfassungswellenform angesteuert, die dazu dient, das Rauschen gegenüber dem kapazitiven Knoten zu isolieren. Dies hat den Nachteil, dass die Kosten und die Komplexität zunehmen, die optischen Eigenschaften verschlechtert werden, und es bewirkt auch, dass das Maß der Änderung der Kapazität bei Berührung verringert wird (was zu niedrigerer Auflösung und schlechterem Signal-Rausch-Verhältnis führt). Die hier beschriebene flächendeckende X-Konstruktion erzeugt häufig ausreichend Eigendämpfung des gekoppelten Rauschens, so dass keine zusätzliche Schicht erforderlich ist, was einen erheblichen ökonomischen Vorteil darstellt.
Ein weiterer Vorteil, den diese Konstruktion aufweist, besteht darin, dass die Y-Leitungen im Vergleich zur Größe des berührenden Objektes schmal ausgeführt werden können. Das heißt, die Y-Leitungen können eine Breite von einem Viertel oder weniger der Größe des berührenden Objektes oder äquivalent zu der Teilung der X-Elektroden haben. Eine Breite der Y-Leitung von 0,5 mm ist beispielsweise 16 mal kleiner als die Breite einer typischen Fingerberührung. Dies hat Auswirkungen auf die Flächenausdehnung, die zur Interaktion mit dem berührenden Finger verfügbar ist. Eine schmale Y-Leitung hat eine sehr kleine Flächenausdehnung zur kapazitiven Kopplung mit dem Berührungsobjekt, bei dem aufgeführten Beispiel beträgt die gekoppelte Fläche verglichen mit der gesamten „kreisförmigen” Berührungsfläche von ungefähr 50 mm² ungefähr 4 mm². Bei einer derartigen mit der Berührung gekoppelten Fläche wird das Maß des von dem Finger in die Y-Leitung gelangenden Rauschens minimiert, da die Kopplungskapazität gering ist. Dies hat eine abschwächende Auswirkung auf jegliches Differenzrauschen zwischen dem Berührungsobjekt und der Vorrichtung, bei der der Berührungsbildschirm eingesetzt wird. Des Weiteren wird der Widerstand reduziert, wenn die Y-Leitungen schmal sind. Verringerung des Widerstandes der Y-Leitungen verkürzt die Erfassungszeiten und verringert den Leistungsverlust.
Zusammengefasst sind die Vorteile des oben beschriebenen Berührungsbildschirmes die folgenden:

1. Es sind nur zwei Schichten für die Konstruktion erforderlich, was a) verbesserte optische Durchlässigkeit, b) dünnere Gesamtkonstruktion und c) niedrigere Kosten bewirkt.
2. Flächenfüllende Konstruktion für Elektroden auf Schicht 1, die a) nahezu unsichtbare Elektrodenstruktur beim Einsatz von ITO, b) Isolierung der Y-Leitungen auf Schicht 2 gegenüber kapazitiven Effekten unterhalb von Schicht 1, c) teilweise Dämpfung von Rauschen, das von einem darunter gelegenen LCD-Modul oder einer anderen Quelle von Rauschen gekoppelt wird, bewirkt.
3. Schmale Y-Leitungen auf Schicht 2 mit optionalen Flächen füllenden isolierten Quadraten, die a) nahezu unsichtbare Elektrodenstruktur beim Einsatz von ITO, b) verringerte Elektrodenfläche, die Anfälligkeit gegen Kopplungsrauschen von Berührung reduziert, bewirkt.

Bei einigen Konstruktionen kann es vorteilhaft sein, die Anzahl von Y-Leitungen zu minimieren, die über Achse 1 eingesetzt werden, die in 7A als die erste Achse gekennzeichnet ist. Dies führt im Allgemeinen zu einem kostengünstigeren Steuer-Chip und vereinfacht die Verbindung der Elektroden miteinander. Bei der beschriebenen Ausführung der Y-Leitungen muss die Grundteilung zwischen den Leitungen 8 mm oder weniger betragen, um gute Linearität zu erreichen. Wenn die Leitungen weiter beabstandet sind, wird die Linearität auf Achse 1 schnell beeinträchtigt. Um den Y-Leitungen eine größere „Reichweite” zu verleihen, kann die folgende Anpassung an der Konstruktion von Schicht 2 vorgenommen werden.
10 zeigt einen Abschnitt der in 7A gezeigten Elektrodenstruktur mit ausfüllenden Elektroden gemäß einer ersten Variante. Die in 10 gezeigte erste Variante besteht darin, dass die bereits beschriebene Methode mit kapazitiver Interpolationseinrichtung ange wendet wird, wobei der Zwischenraum 1001 von Quadrat zu Quadrat verringert ist, so dass sich das elektrische Feld weiter von der Y-Leitung aus ausbreiten kann und so eine größere Teilung 1002 zwischen Y-Leitungen 1003 möglich ist. Diese Methode kann es erforderlich machen, dass das Verhältnis der Kapazität zwischen Quadraten und Quadraten und X-Streifen sorgfältig reguliert werden muss, um beste Linearität zu erreichen.
11 zeigt einen Abschnitt einer Elektrodenanordnung von Erfassungselektroden einer zweiten Variante und einer entsprechend flexibleren Variante, bei der die Konstruktion der Y-Leitung 1101 so abgewandelt ist, dass eine Reihe von Querelementen 1102 hinzugefügt wird, die entlang der ersten Achse 1103 verlaufen und mit gleicher Abmessung 1104 so angeordnet sind, dass sie um die Y-Leitung herum zentriert sind. Die Querelemente überspannen ungefähr ½ bis ¾ des Zwischenraums zu der nächsten Y-Leitung 1105 in beiden Richtungen. Die Querelemente an jeder aufeinanderfolgenden Y-Leitung sind so angeordnet, dass sie die Querelemente derjenigen an den benachbarten Y-Leitungen 1102 überlappen, wobei der Zwischenraum 1107 zwischen den überlappenden Abschnitten, so ausgewählt wird, dass er wenige 10 μm beträgt, um die Sichtbarkeit zu minimieren und um zu verhindern, dass sich nennenswerte Streufelder an der Innenseite des überlappenden Bereiches ausbilden. Die Querelemente sind um eine Strecke 1108 entlang der Y-Leitung mit einer Teilung von 8 mm oder weniger beabstandet, und idealerweise sind sie so beabstandet, dass sie eine einheitliche Beziehung zu den Zwischenräumen in den darunterliegenden X-Streifen haben. Dadurch ist gewährleistet, dass die Feldstrukturen in allen Bereichen des Berührungsbildschirmes einheitlich und symmetrisch sind, wodurch sich gute Linearität ergibt. Die Querelemente verteilen das elektrische Feld effektiv weiter über die primäre Y-Leitung hinaus, und die überlappte Zone trägt dazu bei, das Feld von einer Y-Zone zur nächsten linear abzustufen.
In 2A, 7A, 7B und 10 gezeigte Ausführungsformen der Erfindung können des Weiteren Verbindungen zu beiden Verlängerungen der Ansteuer- und Erfassungselektroden bzw. Sendeelektroden und Y-Leitungen umfassen. Das heißt, dass eine Verbindung an beiden Enden jeder der Ansteuer- und Erfassungselektroden vorhanden ist. Dadurch kann die Linearität des elektrischen Feldes entlang der Ansteuerelektroden erhöht werden und die Abschirmung der flächendeckenden Elektrodenkonstruktion kann verbessert werden.
Ausführungsformen der Erfindung können auch für Einsatzzwecke ohne Display verwendet werden, so beispielsweise Touchpads an einem Laptop-Computer oder Bedienfelder an Haushaltsgeräten.
12 zeigt einen Sensor 80, der eine Elektrodenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst. Der Einfachheit halber enthält die in der Figur gezeigte Elektrodenkonstruktion keine Schaltungen. Es liegt jedoch auf der Hand, dass Ansteuer- und Erfassungsschaltungen ebenso wie oben für die Ausführungsform in 7B eingesetzt werden können. Die Figur zeigt eine Elektrodenstruktur an einander gegenüberliegenden Seiten eines Substrats 82, von oben betrachtet, um die relative Position der Elektrodenstrukturen zu zeigen.
Die Elektrodenstruktur umfasst zwei ringförmige Elektroden des oben beschriebenen, als Schicht 1 bezeichneten Typs bzw. Sendeelektroden. Die Sendeelektroden können auch als Ansteuerelektroden bezeichnet werden. Die in der Figur gezeigten Ansteuerelektroden sind effektiv die in 2A gezeigten Sendeelektroden und sind bogenförmig gewickelt, um einen vollständigen oder nahezu vollständigen Ring zu bilden, wie er beispielsweise von einem Scroll-Rad-Sensor verwendet werden kann. Mit jeder der Ansteuerelektroden ist eine Verbindung bzw. Bahn verbunden, um ein Ansteuersignal von einer entsprechenden Ansteuereinheit (nicht dargestellt) bereitzustellen. Es kann die oben beschriebene Ansteuereinheit eingesetzt werden. Die Elektrodenstruktur umfasst des Weiteren eine Anzahl von Erfassungselektroden, die oben als Schicht-2-Elekroden 86 bezeichnet werden und die sich radial von einem Mittelpunkt aus erstrecken. Die Schicht-2-Elektroden können auch als Erfassungselektroden oder Empfangselektroden bezeichnet werden. Die Erfassungselektroden 86 haben die in 10 gezeigte und oben beschriebene Form. Die Erfassungselektroden sind mit einer Erfassungseinheit (nicht dargestellt) über Verbindungen bzw. Bahnen (nicht dargestellt) verbunden. Die Funktion des Sensors 80 gleicht der oben beschriebenen. Jedoch ist der Ausgabevorgang von einer Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt), die mit der Ansteuer- und der Erfassungseinheit verbunden ist, anders. Die Ausgabe der Verarbeitungseinheit gibt eine polare Koordinate eines an den Sensor 80 angrenzenden Objektes an. Der in 12 gezeigte Sensor 80 kann dort eingesetzt werden, wo üblicherweise zwei kreisförmige Bedienelemente in Kombination eingesetzt werden, beispielsweise die Bass- und Höhen-Einstellelemente oder die Links-/Rechts- und Vorn-/Hinten-Fade-Bedienelemente eines HiFi-Verstärkers. Es liegt auf der Hand, dass weitere ringförmige Ansteuerelektroden in dem in der Figur gezeigten Sensor 80 montiert sein können. Für diese Ausführungsform lässt sich daher zusammenfassend sagen, dass sie im Unterschied zu den anderen Ausführungsformen, die auf einem kartesischen Koordinatengitter basieren, bei dem sich die beiden Elektrodentypen entlang der X- und der Y-Achse erstrecken, auf einem polaren Koordinatengitter basiert, bei dem sich die beiden Elektrodentypen radial und bogenförmig erstrecken.
In einer Abwandlung der Konstruktion in 12 kann der bogenförmige Weg über einen kleineren Winkel verlaufen, so beispielsweise über einen Viertel- oder einen Halbkreis anstelle eines Vollkreises, oder über einen anderen Winkelbereich.
13 ist eine Ansicht einer Vorderseite eines Positionssensors 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie in 76 verwendet werden, werden, wo zutreffend, für den in 13 gezeigten Sensor 10 verwendet. Der in 13 gezeigte Positionssensor entspricht dem in 7B gezeigten Sensor bezüglich der Konstruktion und der Funktion. Der in der Figur gezeigte Positionssensor weist jedoch eine alternative Anordnung von Elektroden auf. Die in der Figur gezeigten Steuer- und Erfassungselektroden bestehen aus dünnen Drähten oder einem Drahtnetz anstelle der in 7B gezeigten durchgehenden Schicht aus Elektrodenmaterial. Die Ansteuerelektroden 60 bestehen aus einem rechteckigen Rand, der die Form der Ansteuerelektrode definiert, wobei eine Reihe diagonaler Leitungen quer zu dem rechteckigen Rand verlaufen. Die diagonalen Leitungen sind normalerweise in einem Winkel, vorzugsweise ungefähr 45° ± 15° zu einer Achse angeordnet, die in der x-Richtung verläuft. Die diagonalen Leitungen und der rechteckige Rand jeder Ansteuerelektrode sind elektrisch verbunden und über die Ansteuerkanäle 72 mit der Ansteuereinheit 12 verbunden. Die Drähte bzw. das Netz werden aus stark elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Metalldrähten, hergestellt, wobei das Metall vorzugsweise Kupfer ist, jedoch auch Gold, Silber oder ein anderes stark elektrisch leitendes Material sein könnte. Die Erfassungselektroden werden auf ähnliche Weise unter Verwendung dünner Metallbahnen hergestellt, die dem Rand der in 7B gezeigten Erfassungselektrodenstruktur folgen. Die Erfassungselektroden 62 sind verglichen mit den Ansteuerelektroden 60 relativ schmal, so dass es nicht notwendig ist, mit diagonalen Leitungen auszufüllen. Es werden jedoch einige zusätzliche Drähte innerhalb der Erfassungselektroden-Netzstruktur hinzugefügt, wie dies in 13 mit Leitungen 64 dargestellt ist, die Überbrückung zwischen Randdrähten in jeder Elektrode bewirken. Diese Überbrückungsdrähte verleihen der Struktur dahingehend Redundanz, dass wenn ein Defekt an einem Randdraht an einer Stelle auftritt, der Strom einen alternativen Weg entlang der Elektrode hat. Mit Defekt ist ein Bruch, eine örtlich begrenzte Verdünnung oder eine andere Erscheinung gemeint, die eine erhebliche Verringerung der lokalen Leitfähigkeit entlang eines Drahtes bewirkt. Derartige Defekte können beispielsweise aufgrund von Fehlern bei dem Prozess der Elektrodenstrukturierung auftreten. Wenn beispielsweise ein Defekt in der opti schen Maske auftritt, die verwendet wird, um die Drähte zu strukturieren, oder wenn sich bei der Verarbeitung Rückstände auf der Oberfläche der Drähte befinden, können Defekte auftreten.
Es versteht sich, dass das Ausbilden jeder Elektrode aus einer Vielzahl miteinander verbundener dünner Leitungen aus stark leitendem Draht oder Bahnen in dem „Netz”- oder „Filigran”-Verfahren entweder für Schicht 1 (flächendeckend, X, Ansteuerung) oder Schicht 2 (Y, Erfassung) oder beide eingesetzt werden kann. In der Ausführungsform in 13 werden Netze für beide Schichten eingesetzt. Eine besonders bevorzugte Kombination für Display-Einsatzzwecke oder andere Einsatzzwecke, bei denen Unsichtbarkeit wichtig ist, ergibt sich, wenn Schicht 1 nicht aus Netz bestehendem, d. h. „massiven” Elektroden mit den kleinen unsichtbaren Zwischenräumen, beispielsweise aus ITO, besteht und Schicht 2 aus Netz-Elektroden, beispielsweise aus Kupfer, besteht, die Leitungsbreiten haben, die so klein sind, dass sie ebenfalls unsichtbar sind.
Es versteht sich auch, dass das „Netz”-Verfahren in 13 in einer Konstruktion der in 11 und 12 dargestellten Art angewendet wird, bei der die Erfassungselektroden überlappende Verzweigungen haben.
Bezugsbeispiele

1. US 6,452,514
2. US 7,148,704
3. US 5,730,165
4. WO 2009/027629
5. EP 1821175
6. WO 2009/016382
7. WO 2009/007704
8. US 20070062739 A1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6452514 [0001, 0002, 0002, 0123]
- US 7148704 [0001, 0123]
- US 5730165 [0001, 0123]
- US 20070062739 A1 [0004, 0123]
- WO 2009/027629 [0009, 0123]
- EP 1821175 [0011, 0011, 0123]
- WO 2009/016382 [0012, 0123]
- WO 2009/007704 [0108, 0123]

Claims

Kapazitiver Berührungssensor, der ein berührungsempfindliches Feld umfasst, das eine Vielzahl von Ansteuerelektroden, die an einer Seite eines Substrats in einer ersten Schicht angeordnet sind, und eine Vielzahl von Erfassungselektroden aufweist, die an der anderen Seite des Substrats in einer zweiten Schicht so angeordnet sind, dass die Erfassungselektroden die Ansteuerelektroden an einer Vielzahl von Schnittpunkten schneiden, die um die Dicke des Substrats zueinander versetzt sind, wobei die Ansteuerelektroden die erste Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen und einzelne der Ansteuerelektroden von benachbarten Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume getrennt sind.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerelektroden eine Teilung haben, deren Abmessung mit der Berührungsgröße des berührenden Objektes vergleichbar ist, für das der Sensor bestimmt ist.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 2, wobei das berührende Objekt, für das der Sensor bestimmt ist, ein Finger ist, und die Teilung ungefähr 8 mm oder weniger beträgt.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei die kleinen Zwischenräume so bemessen sind, dass sie ausreichend klein sind, um unsichtbar oder nahezu unsichtbar zu sein.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei die kleinen Zwischenräume zwischen Ansteuerelektroden kleiner sind als ungefähr 100 μm.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei die Erfassungselektroden verglichen mit der Größe des berührenden Objektes schmal sind.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 2, wobei die Erfassungselektroden eine Leitungsbreite von einem Viertel der Teilung der Ansteuerelektroden oder weniger haben.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 3, wobei die Erfassungselektroden eine Leitungsbreite von einem Viertel der Teilung der Ansteuerelektroden oder weniger haben.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht zusätzlich isolierte Elemente aufnimmt, die zwischen den Erfassungselektroden so angeordnet sind, dass die Erfassungselektroden und die isolierten Elemente zusammen die zweite Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen, und einzelne der Erfassungselektroden und der isolierten Elemente durch kleine Zwischenräume voneinander getrennt sind.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schicht von Elektroden die einzigen vorhandenen Elektrodenschichten sind
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, der des Weiteren ein Anzeigemodul umfasst, das unter der ersten Schicht angeordnet ist.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei jede Ansteuer- und/oder Erfassungselektrode aus einer durchgehenden Lage aus elektrisch leitendem Material besteht.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei jede Ansteuer- und/oder Erfassungselektrode aus einer Netz- oder Filigran-Struktur miteinander verbundener Leitungen aus stark leitendem Material besteht, die zusammen jede Elektrode bilden.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 13, wobei die miteinander verbundenen Leitungen ausreichend geringe Breite haben, um unsichtbar oder nahezu unsichtbar zu sein.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei sich die Ansteuerelektroden in einer ersten linearen Richtung erstrecken und sich die Erfassungselektroden in einer zweiten linearen Richtung quer zu der ersten linearen Richtung so erstrecken, dass die Vielzahl von Schnittpunkten eine Gitterstruktur bilden.
Kapazitiver Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei sich die Ansteuerelektroden bogenförmig erstrecken und sich die Erfassungselektroden radial erstrecken, so dass die Vielzahl von Schnittpunkten auf einem oder mehreren bogenförmigen Weg/en liegen.
Berührungsempfindliches Feld für einen kapazitiven Berührungssensor, wobei das berührungsempfindliche Feld eine Vielzahl von Ansteuerelektroden, die in einer Schicht angeordnet sind, und eine Vielzahl von Erfassungselektroden aufweist, die in einer zweiten Schicht so angeordnet sind, dass die Erfassungselektroden die Ansteuerelektroden an einer Vielzahl von Schnittpunkten schneiden, die zueinander versetzt sind, und wobei die Erfassungselektroden die erste Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen und einzelne der Ansteuerelektroden von benachbarten Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume getrennt sind.
Feld nach Anspruch 17, wobei die erste und die zweite Schicht an einander gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrats um die Dicke des Substrats zueinander versetzt angeordnet sind.
Feld nach Anspruch 17, wobei die erste und die zweite Schicht an einem ersten bzw. zweiten Substrat angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen eines berührungsempfindlichen Feldes für einen kapazitiven Berührungssensor, das umfasst: Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten und einer zweiten Seite; Abscheiden einer ersten Schicht aus leitendem Material auf der ersten Seite des Substrats in einer ersten Struktur, die eine Vielzahl von Ansteuerelektroden bildet, wobei die Ansteuerelektroden die erste Schicht im Wesentlichen vollständig einnehmen und einzelne der Ansteuerelektroden von benachbarten Ansteuerelektroden durch kleine Zwischenräume getrennt sind; und; Abscheiden von einer zweiten Schicht aus leitendem Material auf der zweiten Seite des Substrats in einer zweiten Struktur, die eine Vielzahl von Erfassungselektroden bildet, so dass die Erfassungselektroden die Ansteuerelektroden an einer Vielzahl von Schnittpunkten schneiden, die um die Dicke des Substrats zueinander versetzt sind.