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Technischer Bereich
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Die Erfindung bezieht sich auf Touchscreens (Berührungsbildschirme) im Allgemeinen und insbesondere auf redundante Elektroden in einem Touchscreen.
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Hintergrund
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Touchscreenanzeigen sind in der Lage, eine Berührung innerhalb eines aktiven Bereichs oder eines Anzeigebereichs zu detektieren, wie z. B. zu detektieren, ob ein Finger vorhanden ist, der einen dauerhaft angezeigten Touchscreenbutton drückt, oder die Gegenwart und Position eines Fingers auf einer größeren Touchscreenanzeige zu detektieren. Manche Touchscreens können auch die Gegenwart von anderen Elementen, als wie Fingern, wie z. B. einen Stift detektieren, der verwendet wird, um eine digitale Unterschrift zu erzeugen, Objekte auszuwählen, oder andere Funktionen auf einer Touchscreenanzeige auszuführen.
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Die Verwendung eine Touchscreens als Teil einer Anzeige ermöglicht es einem elektronischen Gerät, ein Anzeigebild zu ändern, das verschiedene Buttons, Bilder oder andere Bereiche darstellt, die durch eine Berührung ausgewählt, manipuliert oder aktiviert werden können. Touchscreens können daher eine effektive Benutzerschnittstelle für Mobiltelefone, GPS-Geräte, persönliche digitale Assistenten (PDAs), Computer, Geldautomaten und andere Geräte zur Verfügung stellen.
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Touchscreens verwenden verschiedene Techniken, um eine Berührung durch einen Finger oder einen Stift zu erfassen, wie z. B. resistive, kapazitive, Infrarot- und akustische Sensoren. Resistive Sensoren beruhen darauf, dass eine Berührung dazu führt, dass zwei widerstandsbehaftete Elemente, die der Anzeige überlagert sind, einander berühren und einen widerstandsbehafteten Stromkreis schließen, wohingegen kapazitive Sensoren darauf beruhen, dass die Kapazität eines Fingers eine Kapazität verändert, die durch ein Feld von Elementen detektiert wird, die dem Anzeigegerät überlagert ist. Infrarot und akustische Berührungsbildschirme beruhen in ähnlicher Weise darauf, dass ein Finger oder Stift infrarote oder akustische Wellen über dem Bildschirm unterbricht, wodurch das Vorhandensein und die Position einer Berührung angegeben wird.
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Kapazitive und resistive Touchscreens verwenden häufig transparente Leiter, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO), oder transparente leitfähige Polymere, wie z. B. wie PEDOT, um ein Feld über dem Anzeigebild zu bilden, so dass das Anzeigebild durch die leitfähigen Elemente, die zur Erfassung der Berührung verwendet werden, hindurch gesehen werden kann. Die Größe, Form und das Muster der Schaltkreise haben Auswirkungen sowohl auf die Genauigkeit des Touchscreens, als auch auf die Sichtbarkeit der Schaltkreise, die die Anzeige überlagern. Obgleich eine einzige Schicht bestgeeignetster leitfähiger Elemente schwer zu sehen ist, wenn sie eine Anzeige überlagert, können mehrere Schichten für einen Benutzer sichtbar sein, sowie dies auch bei großen Elementen, die ein opaqueres Material, wie z. B. Metall verwenden, der Fall sein kann.
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Metalldrähte und feine Metallleitungen werden daher als Touchscreenelemente oder Elektroden in manchen Touchscreenentwürfen verwendet, die häufig Breiten im ein- oder zweistelligen Mikrometerbereich haben, um ihre Sichtbarkeit zu reduzieren. Obgleich Leitungen mit geringerer Breite weniger sichtbar sind, sind sie anfälliger für Herstellungsfehler oder Brüche aufgrund ihrer verringerten Größe. Zwischen der Sichtbarkeit und der Ausbeute bzw. der Haltbarkeit der feinen Metalllinienelektroden besteht daher stets ein Kompromiss und es ist wünschenswert, effiziente und effektive Entwürfe derartiger Elektroden zu berücksichtigen, wenn eine Touchscreenanzeige entworfen wird.
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Zusammenfassung
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Eine Tochscreenbaugruppe hat ein Substrat und Elektroden, die über einem aktiven Touchscreenbereich des Substrats verteilt sind. Zumindest eine der Elektroden beinhaltet ein redundantes Paar von Elektrodenlinien, die miteinander an mehreren Punkten entlang der Elektrodenlinie elektrisch gekoppelt sind. In einem weiteren Beispiel besteht das redundante Paar von Elektroden aus feinen Metalllinien, die im Wesentlichen parallel und 10 Mikrometer oder weniger breit sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine zweischichtige Gegenkapazitäts-Touchscreen-Baugruppe gemäß dem Stand der Technik.
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2 illustriert eine beispielhafte Touchscreen-Elektrodenkonfiguration gemäß dem Stand der Technik.
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3 zeigt die Touchscreenelektrodenanordnung aus 2 mit parallelen redundanten feinen Metaillinienelektroden, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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4 zeigt die beispielhafte zweischichtige Gegenkapazitäts-Touchscreenkonfiguration aus 1 mit parallelen redundanten feinen Metalllinienelektroden, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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5 zeigt eine alternative parallele redundante feine Metalllinienkonfiguration, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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6A und 6B illustrieren eine Touchscreenanzeigebaugruppe, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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7 zeigt ein Mobiltelefon mit einer Touchscreenanzeige, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung
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Touchscreens werden häufig als Schnittstelle für kleine elektronische Geräte, Vorrichtungen und andere elektronische Systeme verwendet, da die Anzeige hinter dem Touchscreen leicht dazu eingerichtet werden kann, Anweisungen für den Benutzer zur Verfügung zu stellen und verschiedene Arten von Eingaben zu empfangen, wodurch eine intuitive Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden kann, die ohne großen Trainingsaufwand effektiv benutzt werden kann. Kostengünstige und effiziente Touchscreentechniken ermöglichen die Aufnahme von Touchscreens in kostengünstige kommerzielle Geräte, aber diese kostengünstigen Techniken sollten zugleich haltbar und vergleichsweise unempfindlich gegenüber Rauschen, oder Schmutz oder anderen unbeabsichtigten Betätigungen sein, um Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer der Touchscreenbaugruppe sicherzustellen. Darüber hinaus sollte die Touchscreentechnik minimale Störungen mit einer darunter liegenden Anzeige verursachen, damit ein angezeigtes Bild ungestört durch das Touchscreen betrachtet werden kann.
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Touchscreenanzeigen werden daher häufig aus relativ schmalen Elektroden gebildet, wie z. B. Metalldrähten oder feinen Metalllinien, die schwer zu sehen sind, wenn sie ein angezeigtes Bild überlagern. Die Konfiguration der Elektroden variiert deutlich zwischen den Entwürfen, und beinhaltet Einzel- und Mehrfachschichttouchscreens, Eigenkapazitäts- und Gegenkapazitätstouchscreens, und eine breite Vielfalt von Elektrodenmustern.
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In typischen Gegenkapazitätstouchscreens wird die Kapazität zwischen Ansteuerelektroden und verschiedenen Empfangs- oder Ausleseelektroden überwacht und eine Änderung in der wechselseitigen Kapazität zwischen den Elektroden gibt die Gegenwart und die Position eines Fingers an. Gegenkapazitätssensorschaltungen messen die Kapazität zwischen den Ansteuerelektroden und den Empfangselektroden, die von einem dielektrischen Abdeckungsmaterial bedeckt sind, das ein abgedichtetes Gehäuse zur Verfügung stellt. Wenn ein Finger in der Nähe ist, wird die Feldkopplung zwischen den Ansteuer- und Empfangselektroden abgeschwächt, da der menschliche Körper einen Teil des Feldes zwischen den Ansteuer- und Empfangsleitungen wegleitet. Dies reduziert die gemessene kapazitive Kopplung zwischen den Ansteuer- und den Empfangselektroden.
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Wenn sich in ähnlicher Weise ein Finger einer Eigenkapazitätstouchscreenelektrode nähert, wird der Finger kapazitiv mit der Touchscreenelektrode gekoppelt und die resultierende Erhöhung in der gemessenen Kapazität der Eigenkapazitätselektrode wird durch die Touchscreenschaltung erfasst.
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Die Touchscreenelektroden, die eine Anzeige überdecken, werden typischerweise aus einem leitfähigen Material, wie z. B. Metalldrahtbahnen oder feinen Metalllinien, oder Leitern, wie z. B. Indiumzinnoxid, die durchsichtig und in dünnen Schichten relativ leitfähig sind. gebildet. Andere Materialien, wie z. B. PEDOT (Polyethylendioxytiophen), leitfähige Tinten, und andere leitfähige Polymere sind ebenfalls vergleichsweise transparent und werden in manchen Touchscreens verwendet.
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Das in 1 gezeigte beispielhafte Touchscreen verwendet ein Feld von leitfähigen Bahnen als Touchscreenelektroden, wobei X und Y-Elektroden in verschiedenen Schichten angeordnet sind. Die Elektroden in diesem Beispiel sind annähernd gleichmäßig über die Touchscreenanzeige verteilt und in verschiedene Elektroden 1 bis 3 sowohl für die X- und die V-Elektrodenlinien aufgeteilt. Bei Verwendung in einem Gegenkapazitätsmodus steuern drei verschiedene Ansteuersignale X1 bis X3 die drei getrennten Felder von vertikalen X-Ansteuerelektroden an, wie bei 101 angedeutet. Die diese Linien ansteuernden Signale sind kapazitiv mit den horizontalen Empfangselektroden Y1 bis Y3, gezeigt bei 102 gekoppelt. Wenn ein Finger das Touchscreen z. B. bei der Stelle 103 berührt, interagiert der Finger wünschenswerter Weise mit mehreren Elektroden, die die X2 und X3-Ansteuerelektroden und die Y1 und Y2 Empfangselektroden schneiden, so dass die Position des Fingers auf dem Touchscreen aus dem Grad der Interferenz mit der kapazitiven Kopplung jeder der Ansteuer- und Empfangszone bestimmt werden kann.
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Beim Betrieb als Gegenkapazitätstouchscreen werden unterschiedliche Serien von Impulsen über die X1 bis X3-Ansteuerleitungen gesendet, so dass die Gegenkapazität zwischen den verschiedenen X-Ansteuerleitungen und Y-Empfangsleitungen separat bestimmt werden kann, indem z. B. eine Änderung in der RC Zeitkonstante beobachtet wird, oder durch ein anderes geeignetes Verfahren. Wenn die Gegenwart eines Fingers das Feld zwischen der X und Y Ansteuer- und Empfangslinie unterbricht, z. B. durch starke Annäherung an einen Abschnitt des Touchscreens, so wird eine Reduktion in der gemessenen Kapazität zwischen den Elektroden beobachtet.
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Ein den Bereich 103 berührender Finger interferiert etwas stärker mit der kapazitiven Kopplung zwischen den X3-Ansteuerelektroden und den Empfangselektroden als mit der Kopplung zwischen den X2-Ansteuerelektroden und den Empfangselektroden. In ähnlicher Weise interferiert er etwas mehr mit der Kopplung zwischen den Y1-Empfangselektroden und den Ansteuerelektroden als mit der kapazitiven Kopplung zwischen den Y2-Empfangselektroden und Ansteuerelektroden. Dies zeigt an, dass die Berührung des Fingers zwischen X2 und X3, aber etwas näher an X3, und zwischen Y1 und Y2, aber etwas näher an Y1, auf dem durch die Ansteuer- und Empfangselektroden gebildeten Gitter stattfindet.
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Im Betrieb als Eigenkapazitätstouchscreen erhöht ein Fingerberührungsbereich 103 die gemessene Selbstkapazität der Elektroden X3 und X2 sowie die gemessene Selbstkapazität der Elektroden Y1 und Y2, wodurch in ähnlicher Weise die zweidimensionale Position des Fingers auf dem Elektrodengitter angezeigt wird.
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Obwohl jede Elektrode in diesem Beispiel mehrere Linien umfasst, kann in anderen Beispielen jede andere Elektrode auch eine einzige Linie, eine größere Anzahl von Linien, oder irgendeine andere geometrische Konfiguration haben. Die Touchscreenanzeige aus 1 ist mit drei verschiedenen vertikalen Elektroden und drei verschiedenen horizontalen Elektroden dargestellt, aber in anderen Ausführungsformen, wie z. B. in einer typischen Computer- oder Smartphone-Anwendung, können auch deutlich mehr Elektroden, als in diesem Beispiel gezeigt, verwendet werden.
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Der Einfluss des Fingers auf mehrere Elektroden ermöglicht es der Touchscreenanzeige, die vertikale und horizontale Position eines Fingers auf der Touchscreenanzeige mit sehr guter Genauigkeit zu detektieren, und zwar weit genauer als in einer einfachen Feststellung, in welchem der drei gezeigten vertikalen und horizontalen Bereichen sich der Finger befindet. Um dieses Ergebnis zu erzielen, ist der Elektrodenlinienabstand hier für einen Fingerabdruck, der ungefähr 8 mm von oben bis unten hat, eingerichtet. In diesem Beispiel sind die Linien ungefähr 2 mm beabstandet, so dass eine typische Berührung mit zumindest drei oder vier vertikalen und horizontalen Linien interagiert.
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2 zeigt eine andere beispielhafte Touchscreenelektrodenanordnung, die dem Stand der Technik entspricht. Dabei ist ein Feld von Touchscreenelektroden, wie z. B. 201 und 203, mit abwechselnden externen elektrischen Verbindungen konfiguriert, wie z. B. die Verbindung 202 der Elektrode 201 links von dem Touchscreen die Verbindung 204 der Elektrode 203 rechts von dem Touchscreen. Die Verbindungen 202 und 204 sind nicht Teil des aktiven Touchscreenbereichs, sondern dienen der Kopplung der Elektroden mit einer externen Beschaltung. Obwohl hier eine Gruppe von Elektroden gezeigt ist, sind typischerweise andere Elektroden und Verbindungen erforderlich, um ein nützliches Touchscreengerät zu bilden, darunter in manchen Ausführungsformen zusätzliche Elektrodenschichten, die von der gezeigten Schicht elektrisch isoliert sind. Manche Elektrodenkonfigurationen, wie das hier gezeigte Beispiel, können mit einer einzigen Schicht erzeugt werden, wodurch sich eine Kostenreduktion aufgrund der Herstellungseffizienz ergibt. Verschiedene Muster von Ansteuerelektroden oder Ansteuer- und Empfangselektroden können verwendet werden, um eine Vielzahl von verschiedenen Selbstkapazitäts- oder Gegenkapazitätstouchscreens zu schaffen, wobei vergleichsweise schmale Elektrodenlinien, wie z. B. feine Metalllinienelektroden oder Metalldrähte verwendet werden.
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Wenn die Linien aus einem Material gebildet werden, das besonders dünn oder schmal ist, wie es häufig wünschenswert ist, so dass die Linien für einen Benutzer nicht sichtbar sind, so können die Linien anfällig sein für gelegentliche Herstellungsfehler oder Brüche, wodurch die Fähigkeit des Touchscreens begrenzt wird, die Position einer Berührung im Bereich der gebrochenen oder beschädigten Elektroden genau zu bestimmen. Feine Linienmetallelemente, die in einer beispielhaften Ausführungsform verwendet werden, haben eine Linienbreite von 10 oder weniger Mikrometer und eine Liniendichte von 7 Prozent oder weniger der gesamten Bildschirmfläche. Da feine Linienbahnen häufig eine Breite im einstelligen Mikrometerbereich haben, um die Sichtbarkeit zu reduzieren, wird die Empfindlichkeit gegenüber Herstellungsfehlern oder Brüchen aufgrund ihrer reduzierten Größe zu einem Problem.
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Brüche einer Linienmetallelektrode in der Größenordnung einzelner Mikrometer können während der Produktion aufgrund der Handhabung, oder durch Staub und andere Kontaminationen auftreten. In ähnlicher Weise kann Schmutz oder Staub auf den Fotomasken Defekte verursachen, wenn sie verwendet werden, um feine Linienmetallelemente unter Verwendung von Lithografie oder ähnlichen Prozessen zu drucken, wodurch unbeabsichtigte Schaltungsunterbrechungen in feinen Linien verursacht werden. Sowie die Linienbreite schmaler wird, nimmt ihre Empfindlichkeit gegenüber physikalischer Beschädigung und Bruch aufgrund anderer Faktoren, wie z. B. Maskenfehlern, weiter zu, wodurch die Integrität der feinen Metalllinien zu einem noch größeren Problem wird.
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Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zielt daher darauf ab, eine hohe Haltbarkeit und Ausbeute bei der Verwendung dünner feiner Linienmetallelektroden zur Verfügung zu stellen, indem eine interne Redundanz vorgesehen wird. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Touchscreenelektrodenfeldes, das redundante Elektroden, die an mehreren Punkten verbunden sind, verwendet. Die hier beim Bezugszeichen 300 gezeigte Elektrodenkonfiguration entspricht der Elektrodenkonfiguration aus 2, wobei aber jede Elektrode der 2 mit einer im Wesentlichen parallelen zweiten Elektrode, die an mehreren Punkten gekoppelt ist, ergänzt wird. Die Elektrode 301 ist beispielsweise nahezu und im Wesentlichen parallel zur Elektrode 302 und die Elektroden 301 und 302 sind sowohl an der externen Verbindung 303 und am Ende der Linien gegenüber der externen Verbindung gekoppelt. Darüber hinaus ist eine Zahl von „Leitersprossen” oder Zwischenbrücken zwischen den Elektroden ausgebildet, wie bei 304 und 305 gezeigt.
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Die Brückenelemente 304 und 305 sind in diesem Beispiel gestaffelt, so dass sie nicht vertikal ausgerichtet sind und zu einer sichtbaren vertikalen Streifenbildung beitragen, wenn sie einer Touchscreenanzeige überlagert werden. In anderen Ausführungsformen sind die Brückenelemente randomisiert, geneigt, gekrümmt oder in anderer Weise konfiguriert, um redundante Elektroden zu verbinden, so dass sie nicht zu sichtbaren Artefakten beitragen, wenn sie einer Touchscreenanzeige überlagert werden.
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Da die redundanten feinen Linienmetalltouchscreenelemente an verschiedenen Stellen verbunden sind, inklusive an den externen Schaltungsverbindungen und an dem Ende der Elektroden, das von der externen Schaltungsverbindung am weitesten entfernt ist, kann das redundante Elektrodenpaar einem einzelnen Bruch an irgendeiner Stelle standhalten und dabei vollständig elektrisch gekoppelt bleiben.
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Genauer gesagt, mit jeder Elektrode eines Paars benachbarter, paralleler Elektroden, die miteinander an nur einem Ende mit einer externen Schaltung gekoppelt sind, würde ein Einzelfehler in einer der Elektroden die verbleibende Elektrode intakt und betriebsbereit lassen, ein elektrisches Signal über ihre Länge zu steuern oder auszulesen. Wenn jedoch eine des Paar von redundanten Elektroden in der Nähe ihrer Verbindung mit der externen Schaltung versagt, so wird der Großteil von einer des redundanten Paars von Elektroden nicht mit der externen Schaltung verbunden sein, wodurch nur die zweite Elektrode für die Ansteuerung oder den Empfang eines Touchscreen-Auslesesignals übrigbleibt. Da es wünschenswert ist, dass Elektroden Signale in fester Stärke und festem Verhältnis emittieren und auslesen, kann das parallele Paar redundante Elektroden auch an ihrem fernen Ende, das von der externen Schaltungsverbindung am weitesten entfernt ist, ebenfalls verbunden sein, wodurch die Leitfähigkeit durch beide Elektroden des Paars auch im Fall einer einzelnen elektrischen Unterbrechung in einer der beiden Elektroden gesichert bleibt.
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In der in 3 gezeigten Beispielelektrode 301 werden zusätzliche Überbrückungsverbindungen 304 zwischen den redundanten Elektroden verwendet, so dass die redundanten parallelen Elektroden einer Leiter mit großem Sprossenabstand ähneln. Dies dient dazu, eine Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte Fälle von Mehrfachunterbrechungsfehlern längs der Elektroden zur Verfügung zu stellen. So lange nicht mehr als eine Unterbrechung in einer der redundanten parallelen Linien zwischen Leitersegmenten oder anderen Verbindungen zwischen den redundanten Elektroden auftreten, stellen die Verbindungen zwischen den Elektroden sicher, dass beide Elektroden vollständig mit der externen Schaltung gekoppelt bleiben.
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Damit wird eine größere Robustheit gegenüber zufällig verteilten Fehlern, wie z. B. Staubteilchen auf dem Substrat oder der Maske, und gegen lokale Brüche von einer der beiden Elektroden zur Verfügung gestellt. Je größer die Zahl von Leiterelementen ist, desto widerstandsfähiger werden die redundanten Linien gegenüber mehrfachen Unterbrechungsfehlern, was jedoch auf Kosten einer größeren Metalldichte im aktiven Bereich des Touchscreen und insbesondere im Bereich des redundanten Linienpaars geht. In einem detaillierteren Beispiel ist der Abstand groß gegenüber der Linienbreite, z. B. ein Leiterelement alle 1 mm bei feinen Linienmetallelementen mit einer Breite in der Größenordnung von 10 Mikrometern.
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Die Fehlerrate der ausgewählten Linienbreite und der Herstellungsprozess können verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit von Mehrfachbrüchen im gleichen Abschnitt der redundanten Elektroden zwischen zwei Überbrückungssegmenten statistisch zu modellieren oder experimentell zu bestimmen und diese dann zu verwenden, um die Ausbeute vorherzusagen, oder um Entwurfsentscheidungen auf Basis akzeptabler Ausbeuteraten zu treffen.
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Die Aufnahme von Leiter- oder Brückenverbindungen zwischen den redundanten parallelen Elektroden kann auch den Widerstand zwischen der externen elektrischen Verbindung und der Bruchstelle verringern. Man betrachte dazu ein Beispiel, das mit Ausnahme der Elektrodenenden keine Leitersprossen oder Brücken hat, in dem eine der beiden Elektroden in der Nähe der externen elektrischen Verbindung gebrochen ist und der einzig verbleibende Pfad zur Energieversorgung der gebrochenen Elektrode bis zur Unterbrechung über nahezu die gesamte Länge der beiden redundanten Elektroden verläuft. Unter Berücksichtigung der geringen Breite und der vergleichsweise langen Länge der Elektroden können Leiterelemente den Widerstand bis zum Bruch deutlich verringern, indem ein alternativer Pfad zum Bruch deutlich näher an der externen elektrischen Verbindung, als am gegenüberliegenden Ende des redundanten Elektrodenpaars zur Verfügung gestellt wird.
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In einem detaillierteren Beispiel sind die feinen Linienmetallelemente wünschenswerter Weise schmaler als 10 Mikrometer, so dass die Linien für einen Benutzer praktisch unsichtbar sind, wenn sie einer Anzeige überlagert sind. Die Gesamtliniendichte liegt darüber hinaus wünschenswerter Weise unter 10%, so dass die darüberliegenden Touchscreenlinienelemente keine merkliche Reduktion in der Helligkeit der Anzeige verursachen. Ein Entwurf kann z. B. Linien mit 5 Mikrometer Breite umfassen und eine 5%ige Liniendichte in dem positionsempfindlichen Berührungsbereich der Anzeige anstreben.
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In ähnlicher Weise ist es wünschenswert, den Abstand zwischen den redundanten Paaren von Elektrodenlinien so einzurichten, dass sie nicht als einzeln größere Linie erscheinen, wenn sie einer Anzeige überlagert werden. Wie zuvor diskutiert, können Linien mit einer Breite von mehr als ungefähr 10 Mikrometer für den Benutzer sichtbar sein, so dass es bei einer Verwendung von Elektrodenlinien mit einer Breite von 5 bis 10 Mikrometern besonders wünschenswert ist, die Linien deutlich weiter als die Elektrodenlinienbreite zu beabstanden, um zu verhindern, dass sie als einzelne dickere Linie erscheinen. In manchen Anwendungen ist es auch wünschenswert, die Linien relativ dicht beieinanderzuhalten, so dass sie sich im wesentlichen an der gleichen Stelle befinden, um die Berührungsposition zu bestimmen. In einem Entwurfsbeispiel haben die Linien einen festen Abstand von 100 bis 200 Mikrometern, wohingegen in einem anderen Entwurf der Abstand zwischen den Linienelementen ein Vielfaches der feinen Linienelementbreite beträgt, wie z. B. das 5 bis 50fache, das 10fache oder ein anderes Vielfaches der Linienbreite.
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Wie in 3 gezeigt, können redundante Pfade, die durch gekoppelte Paare von feinen Linienmetallelementen gebildet werden, einen Grad an Robustheit gegenüber Unterbrechungsfehlern in Linienelektroden in Touchscreenanzeigen zur Verfügung stellen. 4 illustriert ein Elektrodenmuster, wie es in 1 illustriert war, aber unter Verwendung von redundanten Linienelektroden anstelle von einzelnen Elektrodenlinien. Dabei haben die bei 401 gezeigten X-Elektroden jeweils drei Paare von redundanten Elektrodenlinien, inklusive Brücken zwischen den Elektrodenlinien in häufigen Abständen. Ein Feld von Y-Elektroden überlagert die X-Elektrode in einer Richtung, die im Wesentlichen senkecht zu den bei 402 gezeigten X-Elektrodenlinien ist, wodurch eine Positionsbestimmung in zwei Dimensionen ermöglicht wird. De Elektroden können in ein oder zwei Schichten angeordnet sein, so dass die Schichten elektrisch voneinander isoliert sind.
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4 illustriert auch eine Vielzahl von Arten der Verbindung von redundanten Paaren von Elektroden, die mit der gleichen externen elektrischen Verbindung gekoppelt sind. Die bei 402 gezeigte elektrische Y1-Verbindung verwendet eine breite Metalltraverse zur Verteilung des elektrischen Signals auf die drei Y1-Paare redundanter Elektrodenlinien, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die breite Metalltraverse von einem Unterbrechungsfehler betroffen ist, als die dünneren Elektrodenlinien. Eine einzelne dünne Linie wird verwendet, um die entfernten Enden des Y1-Elektrodenpaars bei 403 zu verbinden, ist aber fehleranfälliger gegenüber eines Fehlers in der Linie. Die X-Elektrodengruppe bei 401 ist durch eine Traverse verbunden, die als redundantes Elektrodenpaar gebildet ist, wie sie für die Bildung der Elektrodenlinie verwendet wird. Die bei 402 gezeigte breite Metalltraverse ist geeignet zur Verbindung der verbundenen entfernten Enden von verbundenen Elektrodenpaaren, wenn die Traverse nicht im aktiven Bereich des Touchscreens liegt, kann aber sichtbar sein, wenn sie in dem aktiven Touchscreenbereich verwendet wird. Eine feine Metalllinienstruktur, wie z. B. die bei 401 gezeigte Traverse aus dem redundanten Elektrodenpaar, kann daher vorteilhafter Weise verwendet werden, um Elektrodenpaare im aktiven Bereich des Touchscreens zu verbinden.
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In dem Beispiel der 4 ist eine Unterbrechung bei 404 gezeigt, die illustriert, wie die redundante Elektrode oberhalb der Unterbrechung und die Leitersprossen, die die Elemente auf beiden Seiten der Unterbrechung brücken, eine Zelle bilden, die dazu dient, redundante elektrische Verbindungen zu der Elektrode auf beiden Seiten der Unterbrechung zur Verfügung zu stellen.
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Eine Elektrodenkonfiguration wie die der 4 kann bis zu einer derartigen Unterbrechung pro Zelle tolerieren und kann Mehrfachunterbrechungen pro Zelle an manchen Stellen aufgrund der durch die Traversen, wie z. B. der Traverse 403, die die drei Paare von Elektroden an den Enden verbindet, zur Verfügung gestellten Redundanz tolerieren.
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5 illustriert eine alternative Elektrodenkonfiguration mit einer Gruppe von drei redundanten Wellenlinienelektroden, die durch Brückenelemente an verschiedenen Stellen längs der Elektroden verbunden sind. In diesem Beispiel sind die Brückenelemente zwischen der obersten Elektrodenlinie 501 und der mittleren Elektrodenlinie 502 nicht mit den Brückenelementen, die die mittlere Elektrodenlinie 502 mit der untersten Elektrodenlinie 503 verbinden, ausgerichtet, wie dies bei 404 und 405 dargestellt ist. Durch Beabstandung der Brückenelemente voneinander in horizontaler und vertikaler Richtung wird die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung sichtbarer Artefakte verringert, wenn ein Feld von Touchscreenelektroden einer Anzeige überlagert wird. Das Wellenelektrodenlinienmuster trägt in ähnlicher Weise dazu bei, die Sichtbarkeit des Touchscreenelektrodenmusters zu reduzieren.
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Ein Touchscreenanzeigepanel der 4, kann verwendet werden, um eine Anzeige, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeige oder eine OLED-Anzeige, wie in 6A gezeigt, zu überlagern. Der Touchscreenbaugruppenstapel 601 enthält zwei Ausleseschichten, z. B. wie sie zur Implementierung eines zweischichtigen Touchscreenentwurfs, wie er in 4 gezeigt ist, verwendet werden kann. Es werden zwei Schichten von Plastikfilm 602 und 603 mit jeweils darauf angeordneten Elektroden 604 und 605 verwendet, die mit Klebeschichten 606, 607 und optional 608 über einen Laminierungsprozess zu einem Panel 609, und möglicherweise auch zu einer Anzeige 610 zusammengesetzt werden. Elektroden, wie z. B. 604 und 605, werden auf unterschiedliche Weise in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet, inklusive durch Tintenstrahldrucken von leitfähiger oder metallischer Tinte, verschiedene andere Metalldruck- oder Lithografieprozesse oder andere geeignete Techniken.
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6B zeigt den zusammen laminierten Schichtenstapel der 6A, aber ohne die Klebeschicht 608 und stattdessen mit einem Luftspalt 611.
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Touchscreenanzeigen, wie die in 6B gezeigte, werden häufig in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, wie z. B. Geldautomaten, Haushaltsgeräten, persönlichen digitalen Assistenten und Mobiltelefonen, und anderen derartigen Geräten. Ein derartiges beispielhaftes Mobiltelefon und PDA-Gerät ist in 7 illustriert. Das Mobiltelefon 701 enthält dabei eine Touchscreenanzeige 702, die einen wesentlichen Teil der großen Oberfläche des Geräts einnimmt. Die großen Abmessungen des Touchscreens ermöglichen es dem Touchscreen, eine große Vielzahl von Daten darzustellen, inklusive einer Tastatur, eines Tastenfelds, Programm- oder Anwendungsicons, und beliebigen anderen Schnittstellen.
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Der Benutzer kann mit dem Gerät interagieren, indem er es mit einem einzelnen Finger berührt, um z. B. ein auszuführendes Programm auszuwählen oder einen Buchstaben auf einer auf der Touchscreenanzeigebaugruppe 702 angezeigten Tastatur zu tippen, oder er kann mehrfache Berührungen verwenden, um z. B. beim Betrachten eines Dokuments oder Bildes herein- oder herauszuzoomen. In anderen Geräten, wie z. B. Haushaltsgeräten, kann sich die Anzeige nicht oder nur geringfügig während des Betriebs ändern und lediglich einzelne Berührungen erkennen.
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Obgleich die beispielhafte Touchscreenanzeige in 4 als regelmäßiges Gitter konfiguriert ist, sind auch andere Konfigurationen im Rahmen der Erfindung, wie z. B. ein Berührungsrad, ein Linearschieberegler, Knöpfe mit rekonfigurierbarer Anzeige, und andere derartige Konfigurationen. Redundante feine Linienmetallelektroden zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Unterbrechungsfehler können auf derartige Konfigurationen angewendet werden und die Erfindung ist nicht auf die hier präsentierten Beispielkonfigurationen beschränkt.
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Viele Materialien sind für die Ausbildung von Touchscreens geeignet, wie z. B. die hier beschriebenen, und die Materialien können in einer einzigen Baugruppe auch gemischt werden. So können z. B. transparentes Indiumzinnoxid, feine Metalllinien, leitfähige Polymere oder Tinten und andere Materialien in verschiedenen Kombinationen verwendet werden, um Touchscreens, wie die hier in den Zeichnungen illustrierten, zu bilden. In vielen Ausführungsformen ist es wünschenswert, dass die leitfähigen Materialien entweder transparent sind, wie z. B. Indiumzinnoxid oder transparente leitfähige Polymere, oder so klein sind, dass sie nur unmerklich die Sichtbarkeit der Anzeige beeinträchtigen, wie z. B. die hier diskutierten Metalllinienelektroden.
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In einem weiteren Beispiel werden feine Linienmetalldrähte nicht nur zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Touchscreenelektroden verwendet, sondern auch für elektrische Verbindungen zu und zwischen den Elektroden. Obwohl die leitfähigkeitsverbesserten Touchscreenanzeigen mit feinen Metalllinienelementen beim Betrieb im Allgemeinen auf der Selbstkapazität oder Gegenkapazität beruhen, können andere Ausführungsformen der Erfindung andere Techniken, inklusive andere Kapazitätsmessungen, resistive oder andere derartige Sensortechniken verwenden.
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Die beispielhaften Touchscreenbaugruppen illustrieren, wie redundante Paare von feinen Linienmetallelementen verwendet werden können, um Linienbrüche an einer oder an mehreren Stellen zu umgehen. Obwohl hier konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, versteht es sich für den Fachmann, dass jede Anordnung, die den gleichen Zweck, Aufbau oder Funktion erzielt, die spezifischen Ausführungsformen ersetzen kann. Diese Anmeldung ist gedacht, jegliche Anpassung oder Variation der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung mit zu umfassen. Es ist beabsichtigt, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt wird.
