DE102009030317A1

DE102009030317A1 - Displayanordnung und Verfahren zum Betreiben eines Displayelements

Info

Publication number: DE102009030317A1
Application number: DE200910030317
Authority: DE
Inventors: Jan Hesse; Claus Luber; Christian Kirchhof
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Eine Displayanordnung (2), mit einem Displayelement (4), das ausgebildet ist, um in einem ersten Betriebsmodus elektromagnetische Strahlung zu emittieren und um in einem zweiten Betriebsmodus eine sich in Abhängigkeit einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung verändernde physikalische Eigenschaft aufzuweisen, wird von einer dem Displayelement (4) zugeordneten Ansteuereinrichtung (6) innerhalb einer ersten Zeitperiode (8) in dem ersten Betriebsmodus und innerhalb einer zweiten Zeitperiode (10) in dem zweiten Betriebsmodus betrieben, wobei in dem zweiten Betriebsmodus die sich physikalisch verändernde Eigenschaft des Displayelements (4) erfasst wird, sodass die Displayanordnung auch dazu dienen kann, eine Berührung des Displayelements nachzuweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Displayanordnung bzw. mit einem Verfahren zum Ansteuern eines Displayelements, dass es ermöglicht, Elemente eines Displays derart zu betreiben, dass diese gleichzeitig zu der Detektion einer Berührung des Displays verwendet werden können.
In letzter Zeit haben Displays, die auf Berührung eines Benutzers als Eingabe reagieren können bzw. die Berührung des Displays an einer vorbestimmten Stelle nachweisen können, zunehmend Bedeutung erlangt. Diese berührungssensitiven Displays werden dabei beispielsweise in Geräten der Unterhaltungselektronik, der Telekommunikation oder auch als Serviceterminals für verschiedenste Dienstleistungen eingesetzt. Die Kombination von Ein- und Ausgabegeräten der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) spielt also eine immer größere Rolle. Die so mögliche direkte Bedienung von Displays (sog. Touchscreens) ohne ein zusätzliches externes Eingabegerät, wie z. B. eine Computermaus ermöglicht eine einfache und komfortablere Steuerung eines IKT-Systems.
Bislang werden nach verschiedenen Verfahren hergestellte Displays mit zusätzlichen Vorrichtungen versehen, die unabhängig von dem Display eine Berührung auf der Oberfläche des Displays nachweisen können.
Als Displays werden dabei häufig transmissive LCD-Displays und seit Neuerem auch sog. OLED-Displays verwendet. Ein solches OLED-Display ist ein auf einem organischen Material basierendes selbstleuchtendes Display, bei dem aus einer Grenzschicht zwischen zwei organischen Halbleitermaterialien Licht emittiert wird, das durch Rekombination angeregter Elektronen erzeugt wird. Ein typischer Aufbau einer solchen OLED (organic light emitting diode) beinhaltet beispielsweise eine TCO-Schicht (z. B. Indium-Zinn-Oxid: ITO), die als Anode wirkt und beispielsweise auf einem Glassubstrat aufgebracht sein kann, eine organische Schicht (welche bis beliebig viele Sublagen aufweisen kann) und eine metallische Kathode, die häufig als Aluminium besteht. Die zur Erzeugung einer Lichtemission verwendete Halbleiter-Grenzschicht wird dabei innerhalb der organischen Sublagen gebildet. Die gesamte Struktur wird üblicherweise verkapselt, was mit einer Dünnschicht Verkapselung oder mittels eines aufgeklebten Deckglases erfolgen kann. Angesteuert können einzelne Pixel eines solchen Displays beispielsweise in der Aktiv-Matrix-Technolgie werden, bei der jedes Pixel über einen eigenen Leistungstransistor zur Steuerung des in den Pixel eingeprägten Stromes verfügt. Weithin verbreitete Displays basieren auch auf der LCD-Technik, bei der eine Hintergrundbeleuchtung durch eine Filtermatrix strahlt, wobei die Transmission durch die einzelnen Pixel (Subpixel) durch eine Flüssigkristallschicht gesteuert werden kann, um so die Helligkeit der einzelnen Pixel zu variieren.
Bei den zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird nun auf der als Display wirkenden Schicht beziehungsweise auf dem Display selbst (also beispielsweise auf einer OLED-Struktur) eine weitere Struktur, welche die Position eines Gegenstands auf deren Oberfläche feststellen kann und die somit also eine berührungssensitive Struktur wirkt, aufgebracht. Diese Struktur umfasst meist wiederum eine Trägerschicht(~substrat), eine TCO-Schicht sowie eine Schutzschicht.
Ergänzend zu den eigentlichen Displays kommen eine Reihe unterschiedlichster Berührungssensorarten zum Einsatz.
Bei resistiven Touchscreens kommen zwei TCO beschichtete Substrate zum Einsatz, die übereinander angeordnet sind, wobei die beschichteten Seiten einander zugewandt sind. Diese TCO Schichten werden mit einer konstanten Gleichspannung angesteuert. Zwischen den Schichten befinden sich Abstandshalter, die für eine Trennung der beiden Schichten sorgen. Wird der Touchscreen an einer bestimmten Stelle berührt, so werden an dieser Stelle die beiden TCO-Schichten aufeinander gedrückt, wodurch ein elektrischer Kontakt hervorgerufen wird. Der Kontakt besitzt an jeder Stelle einen spezifischen Widerstand und bewirkt somit an jeder Stelle eine unterschiedliche Spannung. Diese Spannungsänderung wird zur Bestimmung der X-/Y-Koordinaten von einer Auswerteelektronik benutzt.
Bei kapazitiven Touchscreens kommt lediglich ein – beispielsweise mit TCO – beschichtetes Substrat zum Einsatz. Hierbei ist die Beschichtung in Form eines Gitters aufgebracht, wobei dieses Gitter in der ersten Richtung (X-Richtung) einen Sender, in der zweiten Richtung (Y-Richtung) einen Empfänger darstellt, und ein Kapazitätsfeld erzeugt. Wird dieses Kapazitätsfeld durch ein anderes Kapazitätsfeld (z. B. der Finger eines Menschen) beeinflusst, so tritt eine Änderung in der Sinus-Kurven-Charakteristik des Gitterfeldes auf. Von einer Auswerteelektronik wird diese Änderung an den Gitterenden ausgelesen und deren Position bestimmt.
Bei der Surface Acoustic Wave-Technologie werden Ultraschallwellen über die Touchscreen-Oberfläche geschickt. Wird es berührt, wird ein Teil dieser Wellen absorbiert. Die Änderung der Ultraschallwellen lasst Rückschlüsse auf den Berührungspunkt zu, der von einer Auswerteelektronik berechnet wird. Diese Touchscreen-Technologie ist jedoch anfällig auf Beschädigungen und Verunreinigungen der Oberfläche.
Bei Infrarot-Touchscreen-Panels, einer optischen Detektionsmethode, werden zwei Detektionsmethoden unterschieden. Bei der ersten Methode wird die thermisch induzierte Änderung des Oberflächenwiderstandes gemessen und ausgewertet. Diese Methode ist jedoch langsam und erfordert warme Hände. Die zweite Methode ist die Bestimmung des Berührungspunktes über eine vertikale und horizontale Anordnung von IR-Emittern und gegenüberliegenden Detektoren, welche eine Unterbrechung eines modulierten Lichtstrahles an der Bildschirmoberfläche detektieren. IR-Touchscreens haben eine sehr robuste Oberfläche, sind aber ungeeignet für Anwendungen mit heller Umgebung oder in direktem Sonnenlicht. Darüber hinaus besitzen sie einen hohen Energieverbrauch.
Bei der Optical Imaging Technologie sind zwei oder mehr Kameras an den Kanten bzw. Ecken des Bildschirms angebracht. Eine Infrarot-Hintergrundbeleuchtung befindet sich im Kamera-Blickfeld auf der gegenüberliegenden Seite des Bildschirms. Eine Berührung erzeugt einen Schatten. Jedes Kamerapaar wird dann trianguliert, um die Position der Berührung zu bestimmen.
Die Dispersive Signal Technologie nutzt Sensoren, die die mechanische Energie registriert, die bei einer Berührung auf das Glas wirkt. Ein spezieller Algorithmus berechnet die Position der Berührung. Bei dieser Technologie sind keine zusätzlichen Elemente auf dem Bildschirm erforderlich, wodurch Einschränkung im Transmissionsgrad der Anzeige vermieden werden. Der Nachteil dieser Technologie ist, dass nach der ersten Berührung des Fingers ein still stehender Finger nicht registriert wird. Auch ist die erzielbare Ortsauflösung gering ist. Das heißt, ein Ort einer Berührung kann nur mit deutlich geringerer Auflösung nachgewiesen werden, als ein grafischer Inhalt angezeigt werden kann (Pixelgröße), was die Anwendungsmöglichkeiten – beispielsweise als Grafiktablett – erheblich einschränkt.
Bei der Acoustic Pulse Recognition befinden sich Piezowandler beispielsweise an den Ecken des Bildschirms, welche die mechanische Energie (Vibration) einer Berührung in ein elektrisches Signal umwandeln. In der Auswerteelektronik ist für jede Berührungsposition des Bildschirms ein Profil abgespeichert. Das Signalprofil einer Berührung wird nun mit den abgespeicherten Profilen verglichen und verrät somit die Position der Berührung. Bei dieser Technologie sind ebenfalls keine zusätzlichen Elemente auf dem Bildschirm erforderlich, wodurch Einschränkung im Transmissionsgrad der Anzeige vermieden werden. Der Nachteil dieser Technologie ist jedoch ebenso, dass nach der ersten Berührung des Fingers ein still stehender Finger nicht erkannt wird und dass die erzielbare Ortsauflösung gering ist.
Am verbreitetsten für die Integration von Berührungssensoren in Anzeigen sind bisher LCD-basierte Touchscreens. Ebenso wurden bereits OLED Displays verwendet.
Eine weitere Möglichkeit, die Darstellung von graphischen Inhalten mit einer Steuerungsfunktion zu verbinden, besteht darin, mechanische Tasten mit Displayeinrichtungen, wie beispielsweise mit OLEDs, zu hinterlegen, so dass die durch die Taste ausgelöste Funktion mittels des Displays dargestellt werden kann. Solche Tasten können auch als Einzeltasten einer (variablen) Computertastatur verwendet werden.
Eine weitere Alternative, Bewegungen auf der Oberfläche eines Displays festzustellen, besteht darin, die Oberfläche mittels zumindest zweier Kameras zu filmen, um durch Angulation Gegenstände auf der Anzeigenoberfläche zu erkennen. Diese Lösung eignet sich nur für statistische Displays und ist mechanisch extrem aufwendig.
Eine weitere im Stand der Technik bekannte Maßnahme, Bewegungen bzw. Berührungen auf Displays nachzuweisen, sind die sog. bidirektionalen Anzeigen. Bei bidirektionalen Anzeigen werden neben den emittierenden Pixeln (beispielsweise OLED oder LCD) zusätzliche lichtsensitive Zellen (LSZ), die beispielsweise auch aus einem organischen Material bestehen können, angeordnet. Eine Positionsbestimmung eines Gegenstands auf der Oberfläche der bidirektionalen Anzeige erfolgt hierbei, indem das von den Pixeln emittierte und von einem Gegenstand reflektierte Licht durch die – beispielsweise matrixartig angeordneten – lichtsensitiven Zellen detektiert wird. Bei Verwendung von RGB-Matrix-Displays werden LSZ's beispielsweise als viertes Subpixel eines RGB-Pixels implementiert. Diese Technologie hat jedoch den Nachteil, dass zur Detektion des Lichtes mit den LSZ auf der Displayoberfläche speziell, nur für die Detektion von Licht geeigneten Pixelelemente vorgesehen werden müssen, die unweigerlich die aktive leuchtende Fläche des Displays verkleinern und somit zu einer Schwächung der Leuchtendichte des Displays führen. Darüber hinaus ist die Herstellung eines solchen Displays komplizierter und somit teurer, da je herzustellendem Pixel eine zusätzliche Strukturierung eines weiteren Subpixels auf der Oberfläche eines Substrats erforderlich ist.
Sofern Berührungssensoren losgelöst von der variablen Darstellung von Inhalten verwendet werden, wenn also lediglich berührungssensitive Taster verwendet werden sollen, ist die kapazitive Technologie weit verbreitet.
Der gemeinsame Nachteil, den sämtliche oben beschriebenen Berührungsempfindlichen Systeme aufweisen, besteht jedoch darin, das zur Positionsbestimmung auf der eigentlichen Displayoberfläche eine zusätzliche Vorrichtung entwickelt und produziert werden muss. Bei Systemen, die eine höhere Ortsauflösung (in der Größenordnung einiger Pixel des Displays) besitzen, besteht diese üblicherweise aus mehreren transparenten Schichten, die vor dem Display angebracht werden müssen. Dies führt zum einen dazu, dass die Leuchtkraft des Bildschirms selbst unweigerlich geschwächt wird. Ferner werden die Display/Sensoreinheiten durch die zusätzliche Vorrichtung dicker und verbrauchen nicht zuletzt auch mehr Energie, was besonders bei mobilen Endgeräten erhebliche Nachteile sind.
Es besteht somit ein großer Bedarf danach, eine Berührungsdetektion für Displays auf effizientere Art und Weise zu ermöglichen bzw. Touchscreendisplays zur Verfügung zu stellen, die effizienter implementiert sind.
Dies wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dadurch ermöglicht, dass eine Displayanordnung, bestehend aus einem Displayelement und einer das Displayelement betreibenden Ansteuereinrichtung verwendet wird, wobei das Displayelement zum einen in der Lage ist, in einem ersten Betriebsmodus elektromagnetische Strahlung zu emittieren, als auch in einem zweiten Betriebsmodus elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Das heißt, das Displayelement verändert im zweiten Betriebsmodus eine physikalische Eigenschaft in Abhängigkeit der einfallenden elektromagnetischen Strahlung bzw. in Abhängigkeit der Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung. Wird das Displayelement von der ihm zugeordneten Ansteuereinrichtung so angesteuert, dass es innerhalb einer ersten Zeitperiode in dem ersten lichtemittierenden Betriebsmodus arbeitet und darüber hinaus innerhalb einer zweiten weiteren Zeitperiode in dem zweiten Betriebsmodus betrieben, kann durch das ein- und dasselbe Displayelement sowohl Strahlung emittiert werden als auch Strahlung nachgewiesen werden.
Wird die Strahlungsintensität, die während der zweiten Zeitperiode von dem Displayelement erfasst bzw. nachgewiesen wird, einer Auswerteeinrichtung zugänglich gemacht, kann mittels eines geeigneten Algorithmus bzw. einer geeigneten Auswerteregel eine Berührung bzw. eine näherungsweise Berührung des Displayelements erfasst bzw. nachgewiesen werden. Mit anderen Worten kann ein berührungsempfindliches Display gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung implementiert werden, wenn ein Displayelement abwechselnd oder in beliebig vorgegebenen relativen Zeitverhältnissen (Zeitperioden) in den vorgehend beschriebenen ersten und zweiten Betriebsmodi angesteuert bzw. betrieben wird.
Somit kann das zur Lichterzeugung verwendete Anzeigeelement (Pixel) ebenfalls zum Nachweis von Strahlung verwendet werden. Somit sind bei der Produktion keine zusätzlichen Komponenten erforderlich, was eine solche Displayanordnung, die die Erfassung einer Berührung ermöglicht, deutlich günstiger macht als bislang im Stand der Technik. Ferner werden keine zusätzlichen Bauelemente bzw. Schichten auf dem Display erforderlich und die Höhe bzw. Dicke eines Touchscreens kann Vergleich zum Stand der Technik erheblich verringert werden, wodurch sehr dünne Touchscreens realisierbar werden. Ferner hat eine erfindungsgemäße Displayanordnung einen intrinsisch höheren Transmissions-Wirkungsgrad, da vor dem eigentlichen Display keine zusätzlichen Schichten bzw. Strukturen zur Bewegungserkennung angebracht werden müssen. Dadurch kann entweder die Helligkeit erhöht werden bzw. die Lebensdauer der Anzeige kann verlängert werden, da bei gleicher zu erzielender Gesamthelligkeit die Helligkeit, mit der die Pixel bzw. Displayelemente leuchten müssen, verringert werden kann, wenn keine Transmissionsverluste durch vorgelagerte Schichten auftreten. Bei gleicher vom Benutzer wahrgenommenen Displayhelligkeit kann dadurch die Lebensdauer des Displays erheblich verlängert werden. Offensichtlich ergeben sich, wie bereits oben angesprochen, durch die geringe Anzahl der zu formenden Strukturen im Display und durch den geringeren Materialaufwand auch Vorteile in den Produktionskosten eines solchen Displayelements.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in denen eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Displayanordnungen innerhalb eines Displays verwendet werden, das dynamische Bildinhalte wiedergeben kann, kann somit der Nachweis einer Berührung des Displays bzw. der Annäherung an das Display mit einer außerordentlich hohen Ortsauflösung, die im wesentlichen der geometrischen Auflösung der Displayelemente entspricht, vorgenommen werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden als Displayelemente, die in den beiden Betriebsmodi betreibbar sind, Schichtstrukturen verwendet, wie sie bei verschiedensten OLED-Displays verwendet werden. Dafür eignen sich sämtliche Material- bzw. Schichtzusammensetzungen, die für OLEDs verwendet werden können. Allgemein gesprochen sind sämtliche Displayelemente geeignet, die in einem ersten Betriebsmodus elektromagnetische Strahlung emittieren können und die in einem zweiten Betriebsmodus eine sich in Abhängigkeit der einfallenden elektromagnetische Strahlung verändernde physikalischen Eigenschaften aufweisen. Dies können beispielsweise neben den OLEDs auch Displayelemente aus anorganischen Halbleitermaterialien sein, die eine Sperrschicht bzw. eine Raumladungszone bilden.
Bei Verwendung einer Mehrzahl von Displayanordnungen in einem Display, in dem die einzelnen Displayelemente beispielsweise in Form einer Matrix angeordnet sein können, ist es ferner möglich bzw. es ist sogar eine intrinsische Eigenschaft eines solchen Displays, die Anwesenheit bzw. die Berührung mehrerer Gegenstände gleichzeitig nachweisen zu können. Displays, die von den erfindungsgemäßen Displayanordnungen Gebrauch machen, sind somit intrinsisch multitouch-fähig. Ferner müssen solche Displays nicht geeicht werden, um die relative Position der berührungsempfindlichen Elemente zu den eigentlichen Displayelementen festlegen zu können, da die Berührung per se mit der Genauigkeit der physikalischen Größe der Anzeigeelemente an deren Position erfolgt.
Mit anderen Worten ist eine besondere Eigenschaft der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, dass die Fähigkeit, Gegenstände auf der Oberfläche des Displays bzw. der Anzeige (der OLED-Anzeige) nachzuweisen, durch die Displayanordnungen, welche das Display bilden, selbst erreicht wird, sofern sie von einer geeigneten Ansteuereinrichtung angesteuert bzw. betrieben werden. Auf zusätzliche Sensoren, Kameras, Gitterstrukturen oder dedizierte sensitive Pixelelemente zur Feststellung von Positionen von Gegenständen (beispielsweise der Fingerposition eines Bedieners) auf der Oberfläche einer Anzeige kann somit verzichtet werden. Durch die Verwendung erfindungsgemäßer Displayanordnungen wird also ein intrinsisch berührungssensitives Display bzw. eine intrinsisch berührungssensitive Anzeige realisiert, die beispielsweise auf OLEDs ohne zusätzlichen Komponenten basieren kann.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die vom Displayelement im zweiten Betriebsmodus empfangene Strahlungsintensität abgeschätzt, indem ein Strom der durch die in Sperrrichtung betriebene Halbleiter-Schichtstruktur eines OLED-Schichtaufbaus nachgewiesen wird. Dabei ist der nachgewiesene Strom der empfangenen bzw. der detektierten Strahlung proportional, so dass basierend auf der bestimmten Stromstärke eine Strahlungsintensität abgeleitet werden kann, die von dem im zweiten Betriebsmodus betriebenen Pixel empfangen wird. Mit anderen Worten wird dort als veränderliche physikalische Eigenschaft von der Ansteuereinrichtung die Stromleitung durch das Pixel erfasst. Eine Auswerteeinrichtung kann dann anhand einer Auswerteregel bestimmen, welche Stromstärken bzw. welche Änderung der physikalischen veränderlichen Eigenschaft im zweiten Betriebsmodus als eine Berührung des Displayelements bzw. als eine als Berührung zu wertenden Annäherung eines Gegenstands an das Displayelement gewertet wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird dabei dasjenige Licht detektiert, das von den Displayanordnungen, die in dem ersten Betriebsmodus betrieben werden, emittiert wird und welches von einem sich auf der Oberfläche befindlichen bzw. sich der Oberfläche nähernden Gegenstand reflektiert wird, so dass das reflektierte Licht von den im zweiten Betriebsmodus befindlichen Anzeigeelementen detektiert werden kann. Dabei wird bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Berührung dann angenommen, wenn die Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf das Displayelement einen vorbeschriebenen Schwellwert überschreitet, das heißt, wenn genügend Licht reflektiert wird. Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Schwellwert nicht fest, sondern passt sich variabel an die Umgebungsbedingungen, dabei insbesondere an die Intensität des Umgebungslichts an. Das heißt mit anderen Worten, bei hellerer Umgebung wird der Schwellwert insgesamt höher liegen als bei dunklerer Umgebung.
Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann auch dann auf eine Berührung geschlossen werden, wenn das im zweiten Betriebsmodus betriebene Displayelement teilweise oder vollständig abgeschattet ist, das heißt, wenn von diesem eine geringere Intensität detektiert wird. Auch hierbei kann die Umgebungslichtintensität bei der Bestimmung des Schwellwerts berücksichtigt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird beispielsweise bei besonders hoher Lichtintensität als Kriterium für den Nachweis einer Berührung das Unterschreiten eines Schwellwerts verwendet. Dies kann dann, wenn die Umgebungshelligkeit so hoch ist, dass die intrinsische Leuchtstärke der Displayelemente zu gering ist, um über den zusätzlichen reflektierten Anteil eine Gesamtintensität zu erzeugen, die so deutlich über der Intensität des Hintergrundlichtes liegt, dass eine Schwellwertentscheidung noch fehlerfrei möglich ist, von Vorteil sein. Mit anderen Worten wird gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bei besonders hoher Umgebungshelligkeit bei Unterschreiten eines bestimmten Intensitätsschwellwerts, der von den Displayelementen im zweiten Betriebsmodus nachgewiesen wird, auf eine Berührung des Displayelementes geschlossen.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird dabei die Umgebungsintensität durch Auswerten der Intensitäten aller Displayelemente des Displays bzw. einiger vorbestimmter Displayelemente, die eine Auswerteumgebung definieren, bestimmt. Dies geschieht gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung beispielsweise dadurch, dass der Mittelwert der von den Displayelementen empfangenen Intensitäten elektromagnetischer Strahlung gebildet wird, welcher ein Maß für die Intensität der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Lichts in der Umgebung der auszuwertenden Displayelemente darstellt.
Dabei kann ein Schwellwert in diesem Betriebsmodus beispielsweise als vorbestimmter Bruchteil der Intensität der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Lichts in der Umgebung des Displayelements sein.
Mit anderen Worten hängt der Nachweis einer Berührung bzw. einer signifikanten Annäherung an die Oberfläche des Displayelements bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung davon ab, dass eine Schwellenbedingung erfüllt ist. Diese kann wiederum, abhängig von der Umgebungshelligkeit, entweder in dem Überschreiten einer vorbestimmten Schwelle oder einem Unterschreiten einer vorbestimmten Schwelle bestehen, wobei, abhängig von der Umgebungshelligkeit, auch zwischen den Kriterien des Überschreitens und des Unterschreitens einer Schwelle gewechselt werden kann.
Durch die Art der Auswertung bzw. durch die erfindungsgemäße Implementierung der Displayelemente sowie der geeigneten Auswertealgorithmen ist auch die Detektion von Objekten bzw. Gegenständen möglich, die bei einem kapazitiven Display keine ausreichende Kapazitätsänderung hervorrufen bzw. die bei einem resistiven Display keinen ausreichenden mechanischen Druck auf die Oberfläche de Anzeige ausüben können.
Anhand der folgenden Figuren werden einige spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Displayanordnung, die in zwei Betriebsmodi betrieben wird;
2 ein Beispiel eines Displays, bestehend aus mehreren Displayanordnungen;
3 eine Möglichkeit der Ansteuerung von Displayelementen der 2;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ansteuerung von Displayelementen des Ausführungsbeispiels von 2;
5 ein Ausführungsbeispiel eines Displays unter Verwendung mehrerer Displayanordnungen, die jeweils unterschiedlichen Spektralbereichen zugeordnet sind;
5a eine schematische Darstellung eines ein Ausführungsbeispiel der Erfindung implementierendes OLED-Pixel;
5b ein Beispiel eines Timings für eine Ansteuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Displayelements von 6a;
6 ein Beispiel für die Charakteristiken der Displayelemente im ersten und zweiten Betriebsmodus;
7 eine Visualisierung eines Beispiels für eine Auswerteeinrichtung zum Erzeugen eines Berührungssignals; und
8 ein Ausführungsbeispiel einer Methode zum Betreiben eines Displayelements.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Displayanordnung 2, welche ein Displayelement 4 sowie eine dem Displayelement zugeordnete Ansteuereinrichtung 6 aufweist. Das Displayelement ist ausgebildet, um in einem ersten Betriebsmodus, der auf der linken Bildhälfte visualisiert ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, während es in einem zweiten Betriebsmodus, der in der rechten Bildhälfte illustriert ist, eine sich in Abhängigkeit der einfallenden elektromagnetischen Strahlung verändernde physikalische Eigenschaft aufweist. Als solches Displayelement können beispielsweise OLED-Schichtstrukturen sowie anorganische Halbleitergrenzschichtstrukturen verwendet werden, sowie jede weitere Substanz, die in den beiden soeben beschriebenen Betriebsmodi betrieben werden kann.
1 illustriert, dass die dem Display zugeordneten Ansteuereinrichtung 6 das Displayelement 4 innerhalb einer ersten Zeitperiode 8 in dem ersten Betriebsmodus und innerhalb einer zweiten Zeitperiode 10 in dem zweiten Betriebsmodus betreibt. Dabei müssen die erste und die zweite Zeitperiode, nicht, wie es anhand von 1 lediglich exemplarisch dargestellt ist, unmittelbar aneinander angrenzen. Vielmehr kann zwischen den beiden Zeitperioden auch eine Zeitperiode liegen, an der das Displayelement 4 in keiner der beiden Modi betrieben wird.
Während der zweiten Zeitperiode 10 erfasst die Ansteuereinrichtung 6 zudem die sich unter Einfluss einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung verändernde physikalische Eigenschaft des Displayelements 4. Bei Verwendung von OLED-Schichtstrukturen bzw. Halbleiterübergängen kann diese physikalische Eigenschaft bzw. ein durch das Displayelement fließender Sperrstrom sein, das heißt, der Strom der durch ein in Sperrichtung gepoltes Displayelement fließt und der von der freien Ladungsträgern herrührt, die in der Raumladungszone durch die einfallende elektromagnetische Strahlung erzeugt werden.
Dabei kann je nach verwendeten Materialien die elektromagnetische Strahlung prinzipiell beliebige Wellenlänge haben. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung emittieren die Sensorelemente Licht im sichtbaren Spektralbereich, so dass sie auch primär auf diesen Spektralbereich empfindlich sind. Gemäß einigen weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Displayelement 4 einem besonderen Spektralbereich zugeordnet, das heißt, das Licht, das Displayelement 4 emittiert, befindet sich innerhalb eines bestimmten Spektralbereichs, so dass dieses im Wesentlichen einer Farbe entspricht. Einzelne Farben können bei Verwendung von OLED-Displays vergleichsweise flexibel gewählt werden, indem organische Substanzen verwendet werden, die in Kontakt zu einer Bandlücke führen, deren Energiedifferenz in etwa der Farbe des gewünschten Lichts entspricht. Durch das Betreiben des Displayelements in den beiden unterschiedlichen Betriebsmodi, das durch die Ansteuereinrichtung 6 vorgenommen wird, wird es somit möglich, durch Auswertung der von der Ansteuereinrichtung 6 erfassten veränderlichen physikalischen Eigenschaft des Displayelements 4 zu bestimmen, ob eine Berührung des Displayelements stattgefunden hat bzw. ob eine als Berührung zu wertende Annäherung eines Gegenstands an das Displayelement 4 stattgefunden hat.
2 zeigt ein Beispiel für ein Displayelement, das eine Mehrzahl von Displayanordnungen gemäß 1 aufweist. Aus Gründen der Darstellbarkeit sind hier lediglich zwei Displayelemente 4 bzw. 14 und die jeweils zugeordneten Ansteuereinrichtungen 6 bzw. 16 dargestellt. Dabei gilt es zunächst zu bewerken, dass nicht jedes Displayelement exklusiv eine eigene Ansteuereinrichtung aufweisen muss, vielmehr können mehrere Displayelemente einer einzigen Ansteuereinrichtung zugeordnet sein, wie es in 2 durch die optionale Verbindung 18 angedeutet ist. Mit anderen Worten könnte die erste Displayanordnung des in 2 gezeigten Displays aus dem Displayelement 4 sowie der dem Displayelement 4 zugeordneten Ansteuereinrichtung 6 gebildet sein. Alternativ zum in 2 dargestellten Fall könnte die zweite Displayanordnung das Displayelement 14 umfassen, wobei dem Displayelement 14 ebenfalls Ansteuereinrichtung 6 zugeordnet ist. Beide Alternativen werden also von den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen umfasst. Das Display 12 kann selbstverständlich aus einer wesentlich größeren Anzahl von Displayelementen bzw. Displayanordnungen als in der in 2 gezeigten bestehen. Darüber hinaus kann das Display ein Monochromdisplay sein, also aus Displayanordnungen bestehen, die sämtlich elektromagnetische Strahlung bzw. Licht im selben Wellenlängenbereich bzw. derselben spektralen Zusammensetzung emittieren. Alternativ kann das Display ein Farbdisplay sein, wie es später anhand von 5 erläutert werden wird, so dass unterschiedliche Displayanordnungen mit ihnen jeweils unterschiedlichen zugeordneten Spektralbereichen innerhalb des Displays Verwendung finden. 2 zeigt ferner eine weiterhin optionale Auswerteeinrichtung 20, die die von den Ansteuereinrichtungen 6 und 16 erfasste veränderliche physikalische Eigenschaft der Sensorelemente 4 und 14 auswertet bzw. analysiert, um aus der veränderlichen physikalischen Eigenschaft abzuleiten, ob eine Berührung des Sensorelements im zweiten Betriebsmodus stattgefunden hat oder nicht.
Wird mittels des in 2 gezeigten Displays ein Bildinhalt dargestellt, wird von den jeweils im zweiten Betriebsmodus, also im „Strahlungsdetektionsmodus” betriebenen Displayelementen keine Strahlung emittiert. Die 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Vielzahl von Möglichkeiten, mehrere Displayelemente anzusteuern, um mögliche Helligkeitsfluktuationen der Anzeige bei der Wiedergabe zu vermeiden.
Dabei wird zunächst der Einfachheit halber von einem einfarbigen Display ausgegangen, wobei, wie später erläutert, die Ansteuerungen auch auf mehrfarbige Displays anwendbar sind.
Bei einem in 3 illustrierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird, um die Gesamthelligkeit während der ersten und der zweiten Zeitperiode konstant zu halten, während der ersten Zeitperiode 8 das erste Displayelement 4 in dem ersten Betriebsmodus und das zweite Displayelement 14 in dem zweiten Betriebsmodus betrieben, wobei während der zweiten Zeitperiode 10 das erste Displayelement in dem zweiten Betriebsmodus und das zweite Displayelement in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird. Mit anderen Worten werden die beiden in 2 exemplarisch dargestellten Displayelemente 4 und 14 alternierend im ersten und zweiten Betriebsmodus betrieben, so dass von dem in 2 dargestellten Display 12 zur selben Zeit lediglich die Hälfte aller Pixel Licht emittieren. Dadurch wird bei Reduzierung der physikalischen Auflösung erreicht dass die Gesamthelligkeit des von dem Display 12 wiedergegebenen Bildinhalts über die Zeit konstant bleibt. Gleichzeitig werden die Displayelemente in dem in 3 gezeigten Timing lediglich die Hälfte der Zeit im Emissionsmodus betrieben, so dass insgesamt die Lebensdauer des Displays steigt und gleichzeitig eine permanent aktive Berührungserfassung möglich ist. Da permanent Displayelemente im zweiten Betriebsmodus betrieben werden, eignet sich in solchen Konfigurationen beispielsweise auch für Anwendungen, in denen eine Berührung sofort, das heißt mit minimaler Latenz erfasst werden soll.
Obwohl in 3 gezeigt, ist es selbstverständlich nicht zwingend erforderlich, dass die erste Zeitperiode 8 und die zweite Zeitperiode 10 gleich lang sind. Vielmehr ist jedes mögliche andere Verhältnis ebenso möglich, ohne dass es bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zu einer Fluktuation der Helligkeit kommt. Bei Darstellung von Beweg- oder Standbildern mittels OLEDs oder Matrixdisplays aus anorganischen Dioden, kann dabei beispielsweise sowohl die erste Zeitperiode 8 als auch die zweite Zeitperiode 10 zeitlich einem Refresh-Zyklus des Displays entsprechen, also derjenigen Zeitspanne, in der das Display den Bildinhalt unverändert darstellt.
4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei der lediglich eines der Displayelemente während der ersten Zeitperiode (8) oder der zweiten Zeitperiode (10) im zweiten Betriebsmodus betrieben wird. Dabei kann beispielsweise, wie in 4 gezeigt, die erste und die zweite Zeitperiode ein Subintervall eines Refresh-Zyklus des Displays sein. Dies ist jedoch nur eine von vielen Möglichkeiten, die erste und die zweite Zeitperiode zu implementieren. Prinzipiell können die Sequenzen aus erster und zweiter Zeitperiode auch nicht deckungsgleich mit den Grenzen der Refresh-Zyklen der Displays bzw. der Bildwiederholfrequenz des darzustellenden Bildinhalts sein. Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die jeweils den Displayelementen 4 und 14 zugeordneten Ansteuereinrichtungen ausgebildet, um während der ersten Zeitperiode 8 das erste Displayelement 4 und das zweite Displayelement 14 in dem ersten Betriebsmodus zu betreiben, und um während der zweiten Zeitperiode 10 das erste Displayelement 4 im ersten Betriebsmodus und das zweite Displayelement 14 im zweiten Betriebsmodus zu betreiben. Das heißt in anderen Worten, lediglich eines der benachbarten Pixel wird im zweiten Betriebsmodus zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung bzw. zur Berührungserkennung benutzt, während das andere Displayelement (Displayelement 4) sowohl während der ersten Zeitperiode 8 als auch in der zweiten Zeitperiode 10 zur Darstellung von Bildinhalten verwendet wird. Da eines der Bildelemente permanent leuchtet, ist eine Schwankung der Strahlungsintensität durch den zweiten Betriebsmodus des Bildelements 14 in der zweiten Zeitperiode 10 zunächst weniger auffällig als bei einem vollständigen Abschalten eines Bildelements. Ist die zweite Zeitperiode kurz, ist Sie eventuell sogar nicht bemerkbar.
Gemäß einem weiteren optionalen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedoch, um die Helligkeitsschwankung weiter zu reduzieren, das zweite Displayelement 14 während der ersten Zeitperiode 8 derart betrieben, dass das vom zweiten Displayelement in dieser Zeitperiode emittierte Licht eine höhere Intensität aufweist als das vom ersten Displayelement 4 emittierte Licht. Sind die Zeitperioden 8 und 10 hinreichend kurz gewählt, so dass das Auge aufgrund seiner Trägheit die beiden Zeitperioden nicht unterscheiden kann, wird vom menschlichen Auge nur die integrale Intensität in den Zeitperioden 8 und 10 wahrgenommen, so dass keine Helligkeitsschwankung erkennbar sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches in 4 anhand der dritte Zeitperiode 22 und der vierten Zeitperiode 24 dargestellt ist, wird die Ansteuerung der ersten und der zweiten Displayelemente im nächsten Zyklus umgedreht, so dass nunmehr in der vierten Zeitperiode 24 das erste Displayelement 4 im zweiten Betriebsmodus arbeitet. Dadurch wird erreicht, dass integral über die Laufzeit des Displays sämtliche Displayelemente die gleiche Zeit mit erhöhter Intensität betrieben werden, so dass eine ungleichmäßige Alterung der unterschiedlichen Displayelemente vermieden werden kann.
Wenngleich in 2 zunächst von Displayelementen ausgegangen wurde, die sämtlich mit derselben Farbe emittieren, sind die anhand der 3 und 4 dargestellten Timings auch auf mehrfahrige Displays übertragbar, die eine Mehrzahl von Displayanordnungen aufweisen, die jeweils unterschiedlichen Spektralbereichen zugeordnet sind, wie dies beispielsweise anhand von 5 illustriert ist. Dieselben Vorteile bei der Auslese ergeben sich auch für ein solches Displays, wenn die in den 3 und 4 gezeigten Timings entsprechend für sämtliche Ansteuereinrichtungen der Displayanordnungen jeweils einer Farbe angewendet werden.
Anhand von 5 ist eine weitere Möglichkeit illustriert, ein erfindungsgemäßes Farbdisplay mit Berührungserkennung zu betreiben und einer möglichen vorzeitigen Alterung einzelner Displayelemente vorzubeugen.
5 zeigt eine mögliche Implementierung eines mehrfahrigen Displays, bei dem die Farbe eines (Super-)Pixels 30 mittels dreier Displayanordnungen 32a, 32b, und 32c zusammengemischt wird, wobei jede der Displayanordnungen 32a, 32b und 32c jeweils einem Spektralbereich zugeordnet ist. Exemplarisch sind in 5 der rote (32a) der grüne (32b) und der blaue (32c) Spektralbereich gewählt, wie sie häufig zur Mischung von Echtfarben verwendet werden. Die Anordnung der Displayanordnungen bzw. der den Displayanordnungen zugeordneten Displayelemente in 5 ist lediglich exemplarisch zu verstehen, die Displayelemente, die jeweils in Farbmischungen ein farbiges Bildelement bilden können, können auch beliebig anders angeordnet sein, beispielsweise untereinander oder diagonal.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich die Ansteuereinrichtung der dem grünen Spektralbereich (G) zugeordneten Displayanordnung ausgebildet, das ihr zugeordnete Displayelement 32b innerhalb der ersten Zeitperiode 8 in dem ersten Betriebsmodus und innerhalb der zweiten Zeitperiode 10 im zweiten Betriebsmodus zu betreiben, während die Ansteuereinrichtungen der übrigen Spektralbereiche (R und B) ausgebildet sind, um die ihnen jeweils zugeordneten Displayelemente 32a und 32c sowohl in der ersten Zeitperiode 8 als auch in der zweiten Zeitperiode 10 im ersten Betriebsmodus zu betreiben, wie es in 5 anhand der Timings schematisch dargestellt ist. Wenn gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 5 ebenfalls illustriert ist, das Displayelement, das dem grünen Spektralbereich zugeordnet ist (Displayelement 32b) während der ersten Zeitperiode 8 mit höherer Intensität I₁ betrieben wird als die Intensitäten I₂ der übrigen Displayelemente 32a und 32c, um eine Farbverschiebung der Displaydarstellung zu vermeiden, kann beispielsweise bei der Verwendung von OLED-Displays eine vorzeitige Alterung des Displays verhindert werden, selbst wenn die im grünen Spektralbereich leuchtenden OLED-Displayelemente höher belastet werden als die übrigen, da grüne OLEDs besonders langlebig sind. Diese Art der Ansteuerung ist jedoch lediglich beispielhaft für momentan erhältliche Displays zu verstehen.
Allgemein gesprochen wird bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, bei denen Displays eingesetzt werden, die eine Mehrzahl von jeweils einem Spektralbereich zugeordneten Displayanordnungen umfassen, lediglich für einen vorbestimmten Spektralbereich das entsprechende Displayelement innerhalb der zweiten Zeitperiode 10 im zweiten Betriebsmodus betrieben. Dabei wird gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorbestimmte Spektralbereich so gewählt, dass die ihm zugeordneten Displayelemente die alterungsbeständigsten Displayelemente sind, so dass der Leuchtzyklus mit erhöhter Intensität in der ersten Zeitperiode 8, der dem Auslesezyklus bzw. der zweiten Zeitperiode 10 vorausgeht, keine vorzeitige Alterung und somit eine Farbverfälschung des gesamten Displays bewirken kann.
Die 5a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das erfindungsgemäße Konzept in eine OLED-Pixelstruktur implementiert ist. 5b zeigt ein Beispiel eines Timings, das von einer Ansteuereinrichtung, die der OLED-Struktur in 5a zugeordnet ist, verwendet werden kann, um die OLED-Struktur von 5a zu betreiben.
5a zeigt dabei schematisch in einer Schnittansicht eine OLED-Struktur, bestehend aus einer undurchsichtigen Elektrode 40 (beispielsweise einer Kathode aus Aluminium) sowie einer transparenten Elektrode 42 (beispielsweise einer transparenten TCO-Schicht), die auf einem Glassubstrat 44 aufgebracht ist.
Die hier schematisch dargestellte organische Schicht 46 ist, beispielsweise wie in 5 gezeigt, in R-, G- und B-Anteile unterteilt, die mit den ihnen jeweils zugeordneten Wellenlängen Licht emittieren können.
Die Ansteuereinrichtung, die jedem der Anzeigeelemente unterschiedlicher Emissionsfarbe zugeordnet ist, enthält jeweils eine (Impuls-)Stromquelle 47, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nur einmal dargestellt ist und welche über jeweils unterschiedliche Leitungen 47a bzw. 47b mit den R-, G- und B-emittierenden Pixeln verbunden ist. Die Ansteuereinrichtung für das grün-leuchtende OLED-Anzeigeelement umfasst ferner eine Steuerungslogik 48a sowie eine Auswerteeinrichtung bzw. Berührungserkennung 48b, die das von der Auswerteeinrichtung im zweiten Betriebsmodus erfasste Signal auswertet, um daraus eine Berührung zu erkennen.
In 5 ist ein Beispiel für ein Timing dargestellt, wobei in willkürlichen Einheiten auf der x-Achse die Zeit und auf der y-Achse für die R- und die B-emittierenden Anzeigeelemente die Dauer des ersten Betriebsmodus (der Leuchtphase) sowie für das grün-emittierende Anzeigeelement G die Dauer des ersten Betriebsmodus 49a (der Leuchtphase) und des zweiten Betriebsmodus 49b (der Berührungserkennung) aufgetragen sind. Wie anhand der 5a und 5b ersichtlich, wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das grün-emittierende Anzeigeelement der OLED-Struktur von 5 die Hälfte der Zeit im ersten Betriebsmodus, also im leuchtenden Betriebsmodus in die zweite Hälfte der Zeit im zweiten Betriebsmodus, also im Berührungserkennungsmodus betrieben. Während des Berührungserkennungsmodus wird durch die Auswerteeinrichtung 48b bzw. durch die Berührungserkennung die empfangene Lichtintensität des dem grünen Spektralbereich zugeordneten Pixels ausgewertet, um zu detektieren, ob eine Berührung des Displays stattgefunden hat oder nicht.
Es wird erneut darauf hingewiesen, das das grüne Displayelement hier lediglich als Beispiel für dieses soeben allgemein definierte Displayelement dient, da andere Displaytechnologien unterschiedliche besonders robuste Displayelemente aufweisen können (beispielsweise rote oder blaue).
Wie bereits anhand von 2 dargestellt, umfassen einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Auswerteeinrichtung 20, die mit der Ansteuereinrichtung 6 kommunizieren kann und die ausgebildet ist, die erfasste veränderliche physikalische Eigenschaft des Displayelements 4 auszuwerten, um ein Berührungssignal 21 zu erzeugen, das eine Berührung des Displayelements 4 bzw. eine zumindest teilweise Überdeckung des Displayelements 4 mit einem Gegenstand anzeigt. Dazu wird bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung zunächst von der Auswerteeinrichtung 20 die Intensität der auf das Displayelement 4 einfallenden elektromagnetischen Strahlung abgeschätzt oder bestimmt.
Wird ein auf einem Halbleiterübergang basierendes Displayelement verwendet, kann, wie oben erwähnt, die zu erfassende physikalische Eigenschaft im zweiten Betriebsmodus der Strom durch den Halbleiterübergang in Sperrpolung sein. 6b zeigt einen idealisierten einfachen Zusammenhang zwischen der Intensität des Umgebungslichts, die auf der X-Achse 50 aufgetragen ist und dem detektierten Strom 52 auf der Y-Achse, wobei der Einfachheit halber beide Achsen dimensionslos dargestellt sind. 6b zeigt vereinfachend einen linearen Zusammenhang zwischen detektiertem Strom 52 und Intensität der Strahlung 50, die auf das Displayelement einwirkt. Wenngleich diese Darstellung idealisiert ist, ist in der Realität der detektierte Strom 52 zumindest proportional zur Strahlungsintensität 50, so dass bei erhöhtem Strom 52 auf eine erhöhte Strahlungsintensität 50 geschlossen werden kann.
Demgegenüber zeigt 6a exemplarisch einen idealisierten Zusammenhang zwischen der erzeugten Intensität 54 der elektromagnetischen Strahlung im ersten Betriebsmodus, die dimensionslos auf der Y-Achse 54 aufgetragen ist, abhängig vom Steuerstroms 56, mit der das Displayelement 4 (beispielsweise die OLED) beaufschlagt wird, um elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Auch hier ist vereinfacht ein linearer Zusammenhang angenommen, wenngleich allgemein lediglich eine Proportionalität zugrunde zu legen sein wird.
Entscheidend ist, das die Auswerteeinrichtung 20, beispielsweise basierend auf dem in 6b schematisch dargestellten Zusammenhang zwischen Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des Displayelements 4 und der Intensität der elektromagnetischen Strahlung der Umgebung auf die Strahlungsintensität schließen kann, die auf das Displayelement 4 einwirkt. Die Auswerteeinrichtung 20 erzeugt das Berührungssignal 21, das anzeigt, dass das Displayelement 4 berührt oder – allgemeiner formuliert – aktiviert oder beinahe berührt wurde, wenn die auf das Displayelement 4 einwirkende Intensität eine Schwellenbedingung erfüllt. Dabei kann die Schwellenbedingung von der Umgebungshelligkeit, das heißt, von der Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung des betrachteten Displayelements abhängig sein. 7 zeigt ein Beispiel für einen möglichen Intensitätsverlauf, wie er auf das Displayelement einwirken und von der Auswerteeinrichtung rekonstruiert werden kann. Dabei ist die Zeit auf der X-Achse in willkürlichen Einheiten und die vom Displayelements erfasste Intensität auf der Y-Achse ebenfalls in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Eine variable Schwellenbedingung 60 ist exemplarisch anhand der horizontal verlaufenden Linie gezeigt. Der Intensitätsverlauf 62 überschreitet die Schwelle 60 zu einem ersten Zeitpunkt 64 und unterschreitet die Schwelle 60 zu einem zweiten Zeitpunkt 66 wieder.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird der Auswertung das physikalische Modells zugrundegelegt, dass die Displayelemente im zweiten Betriebsmodus das Licht registrieren, das von anderen Displayelementen zur gleichen Zeit ausgesendet wird und welches von einem Gegenstand, der sich auf der Oberfläche des Displays oder kurz oberhalb des Displays befindet, reflektiert wird. Bei diesem Modell erhöht sich die detektierte Lichtintensität, wenn sich der Gegenstand der Displayoberfläche nähert, da dann ein höherer Bruchteil des Lichts zurück auf das Display bzw. auf das Displayelement reflektiert wird.
Bei dem in 7 exemplarisch gezeigten Intensitätsverlauf 62 wird die Auswerteeinrichtung somit zwischen dem Zeitpunkt 64 und dem Zeitpunkt 66 das Berührungssignal 21 erzeugen und dadurch anzeigen, dass das Displayelement 4 von einem Gegenstand berührt wird. Aufgrund der Art der Auswertung kann somit auf vorteilhafte Art und Weise auch während der gesamten Dauer der Berührung das Berührungssignal erzeugt werden, was bei anderen Verfahren oftmals technisch nicht möglich ist.
Bei einigen alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Schwellenbedingung von der Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung des gerade auszuwertenden Detektorelements abhängig gesetzt. Ist die Umgebungsintensität wesentlich höher als die mittels des Displays erzeugbare Maximalhelligkeit bzw. Intensität kann das zusätzlich von einem Gegenstand auf der Oberfläche des Displays reflektierte Licht des Displays selbst die Gesamtintensität möglicherweise nicht mehr derart stark erhöhen, dass ein Schwellenkriterium, wie es in 7 gezeigt ist, zu reproduzierbaren Ergebnissen führt. Daher ist bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung (beispielsweise wenn eine äußerst hohe Umgebungslichtintensität vorherrscht) die Schwellenbedingung, dass die von dem Displayelement im zweiten Betriebsmodus erfasste Strahlungsintensität geringer sein soll, als eine vorbestimmte Schwellenintensität. Diese Schwellenbedingung basiert auf der Annahme, dass unter Anderem bei hohen Umgebungshelligkeiten nur noch die Abschattung des Umgebungslichts zuverlässig detektierbar ist. Dabei kann die zu unterscheidende Schwelle ebenfalls in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit variabel nachgeführt werden.
Bei Verwendung eines Displays mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Displayanordnungen kann dabei ein Maß für die Umgebungshelligkeit bzw. die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung durch die Auswerteeinrichtung 21 unmittelbar selbst bestimmt werden, indem die von sämtlichen Displayanordnungen erfassten Intensitäten berücksichtigt werden. Ein Beispiel, ein Maß für die Intensität der elektromagnetischen Strahlungen der Umgebung zu gewinnen, ist dabei, den Mittelwert über alle nachgewiesenen Intensitäten zu bilden. Dies ist jedoch lediglich eines von vielen möglichen Implementierungen. Beispielsweise können auch eine geringere Anzahl von Pixeln bzw. Displayelementen in einer näheren Umgebung um das momentan zu untersuchende Pixel betrachtet werden, um eine zuverlässige Information über die Umgebungshelligkeit zu erhalten, und um basierend auf dieser Information eine geeignete Schwellenbedingung festzulegen.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist die Auswerteeinrichtung ferner ausgebildet, basierend auf der bestimmten Intensität der elektromagnetischen Strahlung der Umgebung bzw. der Umgebungshelligkeit ein Verhältnis der Zeitdauern der ersten Zeitperiode 8 und der zweiten Zeitperiode 10 zu variieren, um die Anzeigeeigenschaften des Displays automatisch zu optimieren. Beispielsweise wird bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bei einer nachgewiesenen hohen Umgebungshelligkeit zum Einen die Intensität der Emission aller Displayanordnungen erhöht, wozu die Auswerteeinrichtung die Ansteuereinrichtungen, die den jeweiligen Displayelementen zugeordnet sind, diesbezüglich steuert.
Ferner kann zusätzlich oder alternativ bei erhöhter Helligkeit die Dauer der ersten Zeitperiode relativ zur Dauer der zweiten Zeitperiode erhöht werden, um so die integrale Strahlungsintensität, die die das Display erzeugt wird, weiter zu erhöhen. Dies ist insbesondere unproblematisch, da dann bevorzugt eine Abschattung detektiert wird und zur Detektion einer Abschattung eine kurze Auslesedauer, also eine kurze zweite Zeitperiode, in der die Displayanordnung im zweiten Betriebsmodus betrieben werden, ausreichend ist.
8 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Ansteuern eines Displayelements, das ausgebildet ist, um in einem ersten Betriebsmodus elektromagnetische Strahlung zu emittieren und um in einem zweiten Betriebsmodus eine sich in Abhängigkeit einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung verändernde physikalische Eigenschaft aufzuweisen. Während eines Anzeigeschritts 100 wird das Displayelement innerhalb einer ersten Zeitperiode in dem ersten Betriebsmodus angesteuert bzw. betrieben. Während eines Detektionsschritts 102 wird das Displayelement innerhalb einer zweiten Zeitperiode in dem zweiten Betriebsmodus betrieben und es wird parallel dazu die sich verändernde physikalische Eigenschaft des Displayelements erfasst.
Zusammengefasst können also beispielsweise auf Basis organischer Leuchtdioden (organic light emitting diodes, OLED) Vorrichtungen in Form von selbstleuchtenden Anzeigen oder beliebigen anderen leuchtenden Strukturen verwirklicht werden, die sich durch Berührung der Vorrichtungsoberfläche steuern (z. B. ein- bzw. ausschalten) lassen. Aufgrund des Aufbaus von OLEDs kann diese Funktion über die vorhandene Struktur realisiert werden, sofern geeignete Ansteuereinrichtungen, das heißt eine geeignete Ansteuer- und Auswerteelektronik verwendet wird. Werden Displays durch Kombinationen erfindungsgemäßer Anzeigeelemente gebildet, kann eine Steuerung über ein Sensorfeld, welches die OLED-Struktur selbst bereitstellt, erfolgen. Da hierbei entweder jedes emittierende Pixel ein lichtsensitives Sub-Pixel enthält bzw. selbst als lichtsensitives Pixel angesteuert wird, ist eine solche OLED-Struktur bzw. eine solche Displaystruktur auch multitouchfähig, das heißt, dass mehrere Gegenstände (beispielsweise Finger) auf der Oberfläche gleichzeitig erkannt werden können. Somit kann durch Implementierung des erfindungsgemäßen Konzepts eine – beispielsweise auf OLEDs basierende – intrinsische berührungssensitive Anzeige hergestellt werden, die die Position eines auf der Anzeige bzw. dem Substrat befindlichen Gegenstands ermittelt und an eine Auswerteelektronik übertragen kann. Dabei kann die Positionsbestimmung des Gegenstands über die Detektion des von einem Gegenstand reflektierten Lichts, welches von der OLED selbst emittiert wird, erfolgen. Dabei führen die OLED-Pixel die Detektion selbst aus, indem die lichtsensitive Eigenschaft einer OLED-Struktur ausgenutzt wird. Für diese Art der Positionsbestimmung kann die OLED gepulst angesteuert werden, so dass diese in hohen Frequenzen abwechselnd lichtemittiert und detektiert. Die notwendige Ansteuerung wird dabei von der Ansteuerelektronik übernommen. Alternativ kann auch die Abschattung des Umgebungslichts zur Detektion der auf der Oberfläche des OLEDs befindlichen Gegenstände verwendet werden.
Für die Ansteuerung der Pixel selbst gibt es, allgemein gesprochen, mehrere Möglichkeiten:
Ausgehend von einer definierten Leuchtdauer des Pixels bis zum Bildwechsel (ein Takt) kann in einer ersten Variante nach der halben Leuchtdauer (erste Takthälfte) jedes zweite Pixel vom Emissionsmodus in einen Detektionsmodus versetzt werden. Hierbei wird das Licht, welches von den noch leuchtenden OLEDs emittiert wird von auf der Substratoberfläche befindlichen Gegenständen reflektiert und erzeugt in den im Detektionsmodus befindlichen Pixeln einen von der Auswerteelektronik detektierbaren Strom. Die Taktzeit bzw. das Verhältnis von Emissions- und Detektionsmodus kann so gewählt werden, das der Betrachter ein durchgehendes Leuchten der Vorrichtung wahrnimmt. Um einen möglichst hohen Kontrast und Helligkeit des Bildes zu erreichen, kann die Helligkeit der verbliebenen leuchtenden Pixel in der zweiten Takthälfte erhöht werden. Um eine ungleichmäßige Degradierung de Pixel zu vermeiden, können diese in der zweiten Takthälfte abwechselnd in Emissions- und Detektionsmodus versetzt werden.
Bei einer weiteren Variante dieser Pixelstruktur können nur die grünen Subpixel in der zweiten Takthälfte abgeschaltet werden. Diese besitzen also eine geringere (evtl. die halbe) Leuchtdauer wie die roten und blauen Subpixel, leuchten in dieser Zeit jedoch heller (doppelt so hell). Dies ist unproblematisch, da grüne OLEDs eine höhere Effizienz und eine längere Lebensdauer besitzen. Für den Betrachter wird dadurch aber eine gleichmäßigere Helligkeit der drei Farben erzielt. Während der zweiten Takthälfte, in der die grünen Subpixel ausgeschalten sind, werden diese in den Detektionsmodus versetzt und detektieren – auch aufgrund der sog. Stoke's Shift – das Licht, welches von den blauen Subpixeln emittiert und von einem Gegenstand auf der Oberfläche des Substrates reflektiert wird.
Die in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen Displayanordnungen bzw. Displays können auf vielfältigste Weise und äußerst flexibel eingesetzt werden. Beispielsweise ist es von großem Vorteil, bei mobilen Endgeräten, wie beispielsweise Mobiltelefonen oder mobilen Mediaplayern solche Displays zu verwenden, die sowohl lichtemittierend als auch berührungserkennend wirken können. Dadurch sinkt zum einen der Stromverbrauch, die Komplexität und Baugröße des mobilen Gerätes und das mobile Geräte kann aufgrund seines Displays selbst beispielsweise die Helligkeit der Anzeige an die Variationen der Umgebungslichtbedingungen anpassen. Gerade bei der Verwendung von OLED-Displayzellen ist dies ein großer Vorteil, da diese selbstleuchtend sind und somit in der Lage sind, hohe Beleuchtungsintensitäten zu erzeugen, deren Anpassung an das Umgebungslicht vom Display selbst auf effiziente Art und Weise vorgenommen werden kann. Dabei kann vom Display die Umgebungshelligkeit sogar lokal auf dem Display angepasst werden, wenn, beispielsweise in einer Anwendung im KFZ, nur Teile des Displays abgeschattet sind. Da die Helligkeit im Prinzip mit einer den Anzeigeelementen entsprechenden Ortsauflösung bestimmt werden kann, kann dann eine lokale Korrektur der Leuchtdichte vorgenommen werden, um den Kontrast über das gesamte Display konstant zu halten und so die Ablesbarkeit signifikant zu verbessern.
Abhängig von den Gegebenheiten können Ausführungsbeispiele des Verfahrens zum Betreiben eines Displayelements in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Betreiben eines Displayelements ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.

Claims

Displayanordnung (2), mit folgenden Merkmalen: Einem Displayelement (4), das ausgebildet ist, um in einem ersten Betriebsmodus elektromagnetische Strahlung zu emittieren; und um in einem zweiten Betriebsmodus eine sich in Abhängigkeit einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung verändernde physikalische Eigenschaft aufzuweisen; und eine dem Displayelement (4) zugeordneten Ansteuereinrichtung (6), die ausgebildet ist, das Displayelement (4) innerhalb einer ersten Zeitperiode (8) in dem ersten Betriebsmodus und innerhalb einer zweiten Zeitperiode (10) in dem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, sowie in dem zweiten Betriebsmodus, die sich physikalisch verändernde Eigenschaft des Displayelements (4) zu erfassen.
Displayanordnung (2) gemäß Anspruch 1, bei der das Displayelement eine OLED-Schichtstruktur umfasst.
Display (12), umfassend zumindest eine erste und eine zweite Displayanordnung mit einem ersten (4) und einem zweiten Displayelement (14), gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2.
Display gemäß Anspruch 3, wobei die den Displayelementen (4; 14) jeweils zugeordneten Ansteuereinrichtungen derart ausgebildet sind, dass während der ersten Zeitperiode (8) das erste Displayelement (4) in dem ersten Betriebsmodus und das zweite Displayelement (14) in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird; und dass während der zweiten Zeitperiode (10) das erste Displayelement (4) in dem zweiten Betriebsmodus und das zweite Displayelement (14) in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird.
Display gemäß Anspruch 3, wobei die jeweils den Displayelementen zugeordneten Ansteuereinrichtungen derart ausgebildet sind, dass während der ersten Zeitperiode (8) das erste Displayelement (4) und das zweite Displayelement (14) in dem ersten Betriebsmodus betrieben werden; und dass während der zweiten Zeitperiode (10) das erste Displayelement (4) im ersten Betriebsmodus und das zweite Displayelement (14) im zweiten Betriebsmodus betrieben wird.
Display gemäß Anspruch 5, bei dem die dem zweiten Displayelement (14) zugeordnete zweite Ansteuereinrichtung (16) derart ausgebildet ist, dass während der ersten Zeitperiode (8) das zweite Displayelement (14) derart betrieben wird, dass eine Intensität der von dem zweiten Displayelement (14) emittierten elektromagnetischen Strahlung größer ist als eine Intensität der von dem ersten Displayelement (4) in der ersten Zeitperiode (8) emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Display gemäß Anspruch 6, bei dem die Ansteuereinrichtungen ausgebildet sind, das in der zweiten Zeitperiode (10) das zweite Displayelement (14) derart betrieben wird, dass ein Verhältnis der Intensitäten der emittierten elektromagnetischen Strahlung des zweiten Displayelements (14) und des ersten Displayelements (4) während der ersten Zeitperiode (8) proportional zum Verhältnis aus der Summe der Dauer der beiden Zeitperioden und der Dauer der ersten Zeitperiode (8) ist.
Display gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Ansteuereinrichtungen derart ausgebildet sind, dass während einer dritten (22) auf die zweite Zeitperiode (10) folgenden Zeitperiode das erste (4) und das zweite Displayelement (14) im ersten Betriebsmodus betrieben werden, und dass während einer vierten (24) auf die zweite Zeitperiode (10) folgenden Zeitperiode das erste Displayelement (4) im zweiten Betriebsmodus und das zweite Displayelement (14) im ersten Betriebsmodus beschrieben werden.
Display umfassend eine Mehrzahl von jeweils einem Spektralbereich zugeordnete Displayanordnungen (32a, 32b, 32c) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ansteuereinrichtung einer einem vorbestimmten Spektralbereich zugeordneten Displayanordnung (32b) derart ausgebildet ist, das ihr zugeordnete Displayelement (32b) innerhalb der ersten Zeitperiode (8) im ersten Betriebsmodus und innerhalb der zweiten Zeitperiode (10) im zweiten Betriebsmodus zu betreiben, während die Ansteuereinrichtung zumindest einer der den übrigen Spektralbereichen zugeordneten Displayanordnungen (32a, 32c) ausgebildet ist, um das ihr zugeordnete Displayelement sowohl in der ersten Zeitperiode (8) als auch in der zweiten Zeitperiode (10) im ersten Betriebsmodus zu betreiben.
Display gemäß Anspruch 9, bei dem die Ansteuereinrichtung der dem vorbestimmten Spektralbereich zugeordneten Displayanordnung (32b) ausgebildet ist, das ihr zugeordnet Displayelement innerhalb der ersten Zeitperiode (8) derart zu betreiben, dass eine Intensität der von dem zugeordneten Displayelement (32b) emittierten elektromagnetischen Strahlung größer ist als eine Intensität der von dem zumindest einen der übrigen Displayelemente in der ersten Zeitperiode (8) emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Display gemäß Anspruch 9 oder 10, welches Displayanordnungen aufweist, die dem roten, grünen und blauen Spektralbereich zugeordnet sind, wobei die Ansteuereinrichtung der dem grünen Spektralbereich zugeordneten Displayanordnung derart ausgebildet ist, das ihr zugeordnete Displayelement (32b) innerhalb der ersten Zeitperiode derart zu betreiben, dass eine Intensität der von dem Displayelement (32b) emittierten elektromagnetischen Strahlung größer ist als eine Intensität der in der ersten Zeitperiode (8) emittierten elektromagnetischen Strahlung zumindest eines der den roten oder blauen Spektralbereichen (32a, 32c) zugeordneten Displayelemente (32a, 32c).
Displayanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die sich verändernden physikalischen Eigenschaft ein Sperrstrom durch das Displayelement (4) ist, der in einer Sperrpolung eines im Displayelement (4) enthaltenen Halbleiterübergangs durch das Displayelement (4) fließt.
Displayanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Auswerteeinrichtung (20), die derart ausgebildet ist, dass sie unter Verwendung der erfassten sich verändernden physikalischen Eigenschaft mittels einer Auswerteregel ein Berührungssignal (21) erzeugt, welches eine zumindest teilweise Überdeckung des Displayelements (4) durch einen Gegenstand anzeigt.
Displayanordnung gemäß Patentanspruch 13, bei dem die Auswerteeinrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass aus der sich verändernden physikalischen Eigenschaft eine Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf das Displayelement (4) bestimmt wird.
Displayanordnung gemäß Patentanspruch 14, bei dem die Auswerteeinrichtung (20) derart ausgebildet ist, das bei einem eine Erhöhung des Sperrstroms in dem Displayelement auf eine Erhöhung der Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung geschlossen wird.
Displayanordnung gemäß einem de Ansprüche 14 oder 15, bei dem die Auswerteeinrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass das Berührungssignal erzeugt wird, wenn die Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung eine Schwellenbedingung erfüllt.
Displayanordnung gemäß Anspruch 16, bei der die Schwellenbedingung zeitlich variabel ist und von der Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung des Displayelements (4) abhängt.
Displayanordnung gemäß Anspruch 17, bei der die Schwellenbedingung erfüllt ist, wenn die Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung einen Schwellwert übersteigt.
Displayanordnung gemäß Anspruch 16, bei dem die Schwellenbedingung erfüllt ist, wenn die Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung geringer ist als ein von der Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung des Displayelements (4) abhängiger Schwellwert.
Displayanordnung gemäß Anspruch 19, bei der der Schwellwert ein Bruchteil der Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung des Displayelements (4) ist.
Displayanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der die Auswerteeinrichtung ferner ausgebildet ist, um bei einem Display, welches mehrere Displayanordnungen umfasst, die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung des Displayelements (4) aus den erfassten veränderlichen physikalischen Eigenschaften weiterer Displayanordnungen in einer Umgebung des Displayelements (4) zu bestimmen.
Displayanordnung gemäß Patentanspruch 21, bei der die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet, dass die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in der Umgebung des Displayelements (4) durch den Mittelwert der Intensitäten de elektromagnetischen Strahlung der Displayelemente in der Umgebung des Displayelements (4) gebildet wird.
Displayanordnung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, bei der die Auswerteeinrichtung (21) derart ausgebildet ist, dass sie ein Steuersignal erzeugt, das die Ansteuereinrichtung (6) derart steuert, dass ein Verhältnis der ersten Zeitperiode (8) und der zweiten Zeitperiode (10) einem durch das Steuersignal beschriebenem Sollverhältnis entspricht.
Displayanordnung gemäß Patentanspruch 23, bei der das Steuersignal abhängig von der Umgebungshelligkeit ist.
Displayanordnung gemäß einem der Patentansprüche 22 oder 23, bei der ein Steuersignal erzeugt wird, das ein größeres Verhältnis zwischen der ersten Zeitperiode (8) und der zweiten Zeitperiode (10) beschreibt, wenn sich die Umgebungshelligkeit erhöht.
Verfahren zum Betreiben eines Displayelements, das ausgebildet ist, um in einem ersten Betriebsmodus elektromagnetische Strahlung zu emittieren und um in einem zweiten Betriebsmodus eine sich in Abhängigkeit einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung verändernden physikalischen Eigenschaften aufzuweisen, mit folgenden Schritten: Betreiben des Displayelements innerhalb einer ersten Zeitspanne in dem ersten Betriebsmodus; und Betreiben des Displayelements innerhalb einer zweiten Zeitperiode in einem zweiten Betriebsmodus, sowie Erfassen der sich verändernden physikalischen Eigenschaften des Displayelements in der zweiten Zeitperiode.