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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Anzeigetechnologie, insbesondere ein berührungssensitives Anzeigefeld mit integrierter Force-Touch-Funktion.
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HINTERGRUND
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Mit der Entwicklung der Anzeigetechnologie in den vergangenen Jahren hat der Einsatz von Anzeigefeldern mit einer Berührungssteuerungsfunktion in verschiedenen Produkten, wie z.B. Mobiltelefonen, Tablets, GPS-Geräten usw., stark zugenommen. Durch die Berührung eines Symbols auf dem Anzeigefeld mittels eines Fingers kann der Benutzer das elektronische Gerät bedienen, so dass er nicht mehr von Eingabegeräten, wie z.B. einer Tastatur oder Maus abhängig ist, was die Mensch-Computer-Interaktion bequemer macht. Um den Benutzerkomfort weiter zu verbessern und unterschiedliche Benutzeranforderungen zu erfüllen, müssen die Anzeigefelder nicht nur in der Lage sein, Berührungspositionsdaten zu erfassen, sondern sie müssen aufgrund der unterschiedlichen Kraft oder dem Druck, der an die Berührungsposition angelegt wird, auch unterschiedliche Betriebsanweisungen ausführen können.
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Bei berührungssensitiven Anzeigefeldern handelt es sich gegenwärtig oft um eingebettete Systeme, die bestimmte Vorteile haben, wie z.B. eine hohe Integrierbarkeit, sie sind dünn und leicht usw. Aufgrund der gegenwärtigen Struktur zur Erkennung der Berührungsposition ist es bei einem eingebetteten berührungssensitiven Anzeigefeld oft notwendig, zwei Schichten von Kraftsensorelektroden in dem berührungssensitiven Anzeigefeld hinzuzufügen, um die Anforderungen hinsichtlich der Force-Touch-Funktion zu erfüllen. Wie in 1 dargestellt, umfasst ein berührungssensitives Anzeigefeld 1 ein Matrixsubstrat 110, ein Hintergrundlichtmodul 130 und ein zwischen dem Matrixsubstrat 110 und dem Hintergrundlichtmodulgruppe 130 angeordnetes Luftmedium 120.
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An einer Seite des Matrixsubstrats 110, die sich nahe der Hintergrundlichtmodulgruppe 130 befindet, ist eine erste Kraftsensorelektrode 102 angeordnet, und an der Seite der Hintergrundlichtmodulgruppe 130, die sich nahe dem Matrixsubstrat 110 befindet, ist eine zweite Kraftsensorelektrode 104 angeordnet. Wenn eine Spannung mit einer bestimmten Potentialdifferenz zwischen der ersten Kraftsensorelektrode 102 und der zweiten Kraftsensorelektrode 104 angelegt wird, bilden die erste Kraftsensorelektrode 102, die zweite Kraftsensorelektrode 104 und das Luftmedium 20 gemeinsam einen Kondensator.
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Da Luft ein komprimierbares Medium ist, ändert sich auch der Abstand zwischen der ersten Kraftsensorelektrode 102 und der zweiten Kraftsensorelektrode 104, wenn sich die angelegte externe Berührungskraft ändert, demzufolge ändert sich die Kapazität zwischen der ersten Kraftsensorelektrode und der zweiten Kraftsensorelektrode. Anhand der Kapazitätswerte kann die Höhe des Berührungsdruckes gemessen werden.
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Da es jedoch aufgrund der Struktur des berührungssensitiven Anzeigefeldes 1 erforderlich sein kann, zur Erkennung des Berührungsdruckes zwei zusätzliche Filmschichten für die Kraftsensorelektroden vorzusehen, wird die Dicke des berührungssensitiven Anzeigefeldes vergrößert, so dass die dünne und leichte Ausführung des berührungssensitiven Anzeigefeldes beeinträchtigt wird.
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Mittels der offenbarten Gerätestruktur sollen ein oder mehrere der oben genannten Probleme sowie andere Probleme gelöst werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein berührungssensitives Anzeigefeld. Das berührungssensitive Anzeigefeld umfasst ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, das dem ersten Substrat gegenüberliegend angeordnet ist, sowie eine Halbleiterschicht mit einer Vielzahl aktiver Bereiche und eine zwischen dem ersten Substrat und der Halbleiterschicht eingepresste lichtabschirmende Metallschicht. Die lichtabschirmende Metallschicht weist einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, der von dem ersten Bereich isoliert ist. Eine vertikale Projektion des ersten Bereichs auf das erste Substrat ist gleich oder größer als eine vertikale Projektion der aktiven Bereiche auf das erste Substrat, wobei der zweite Bereich eine Vielzahl erster Kraftsensorelektroden umfasst.
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Anhand der Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung können Fachleute weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung erkennen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die folgenden Zeichnungen sind lediglich Beispiele, anhand derer die verschiedenen offenbarten Ausgestaltungen veranschaulicht werden sollen und beschränken nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung.
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1 zeigt eine Vorderansicht eines herkömmlichen berührungssensitiven Anzeigefeldes;
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2 zeigt ein beispielhaftes berührungssensitives Anzeigefeld gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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2A zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in 2 dargestellten gestrichelten Bereichs gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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2B zeigt eine Schnittdarstellung eines in 2 dargestellten berührungssensitiven Anzeigefeldes gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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2C zeigt beispielhafte berührungssensitive Elektroden, die eine Berührungspositionserkennung in einem berührungssensitiven Anzeigefeld gemäß den offenbarten Ausgestaltungen ausführen;
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines beispielhaften berührungssensitiven Anzeigefeldes auf der Basis einer kapazitiven Force-Touch-Funktion gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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3A zeigt eine in 3 dargestellte beispielhafte lichtabschirmende Metallschicht gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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3B zeigt eine Schnittdarstellung einer in 3 dargestellten beispielhaften Hintergrundlichtmodulgruppe gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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3C zeigt eine in 3B dargestellte beispielhafte zweite Kraftsensorelektrode gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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3D zeigt eine weitere beispielhafte, in 3B dargestellte zweite Kraftsensorelektrode gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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3E zeigt eine beispielhafte Verbindung der in 3C dargestellten zweiten Kraftsensorelektrode mit einer externen Schaltung gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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4A zeigt eine in 3 dargestellte beispielhafte lichtabschirmende Metallschicht gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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4B zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten beispielhaften Hintergrundlichtmodulgruppe gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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4C zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten beispielhaften Hintergrundlichtmodulgruppe gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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4D zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten beispielhaften Hintergrundlichtmodulgruppe gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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4E zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten beispielhaften Hintergrundlichtmodulgruppe gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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5 zeigt ein beispielhaftes berührungssensitives Anzeigefeld auf der Basis einer resistiven Force-Touch-Funktion gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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5A zeigt eine beispielhafte Wheatstone-Brücke, die aus ersten in 5 dargestellten Kraftsensorelektroden gemäß den offenbarten Ausgestaltungen gebildet wird;
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5B zeigt eine beispielhafte resistive Wheatstone-Brücke für eine Druckmessung gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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5C zeigt eine in 5A dargestellte beispielhafte Brückenschaltung an einem Schnittpunkt A gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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6A zeigt eine andere Form einer in 5 dargestellten beispielhaften ersten Kraftsensorelektrode gemäß den offenbarten Ausgestaltungen;
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6B zeigt eine andere Form einer in 5 dargestellten beispielhaften ersten Kraftsensorelektrode gemäß den offenbarten Ausgestaltungen; und
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6C zeigt eine andere Form einer in 5 dargestellten beispielhaften ersten Kraftsensorelektrode gemäß den offenbarten Ausgestaltungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen werden im Folgenden die darin veranschaulichten beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung detailliert beschrieben. Soweit möglich wurden in den Zeichnungen für gleiche oder ähnliche Elemente die gleichen Referenznummern benutzt. Bei den beschriebenen Ausgestaltungen handelt es sich nur im einige und nicht um alle Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Anhand der offenbarten Ausgestaltungen kann der Durchschnittsfachmann andere Ausgestaltungen herleiten, die mit der vorliegenden Offenbarung im Einklang stehen, ohne dass dies über den Umfang der vorliegenden Erfindung hinausgeht. Darüber hinaus können die offenbarten Ausgestaltungen und die Merkmale der offenbarten Ausgestaltungen unter den entsprechenden Bedingungen in Kombination oder einzeln angewandt werden.
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2 zeigt ein beispielhaftes berührungssensitives Anzeigefeld gemäß den offenbarten Ausgestaltungen. Wie in 2 dargestellt, umfasst ein berührungssensitives Anzeigefeld 2 eine Vielzahl von Datenleitungen 202, die sich in einer ersten Richtung X1 erstrecken, eine Vielzahl von Abtastleitungen 204, die sich in einer zweiten Richtung X2 erstrecken, und eine Vielzahl von Pixeleinheiten 206, die durch die Schnittpunkte der Datenleitungen 202 und der Abtastleitungen 204 bestimmt sind.
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Die Datenleitungen 202 können mit einer Datentreibereinheit 291 verbunden sein, und die Abtastleitungen 204 können mit einer Gateelektrodentreibereinheit 292 verbunden sein. Die Gateelektrodentreibereinheit 292 kann insbesondere über die Abtastleitungen 204 die Pixeleinheiten 206 einer bestimmten Reihe einschalten, und die Datentreibereinheit 291 kann über die Datenleitungen 202 Datensignale an die eingeschalteten Pixeleinheiten 206 senden, so dass die Bildanzeige des berührungssensitiven Anzeigefeldes 2 gesteuert wird.
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2A zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in 2 dargestellten gestrichelten Bereichs. Wie in 2A dargestellt, umfasst jede Pixeleinheit 206 eine Pixelelektrode 222, die mittels einer Schalteinheit 208 mit einer Datenleitung 202 und einer Abtastleitung 204 verbunden ist. Die Schalteinheit 208 umfasst eine Gateelektrode 201, eine Sourceelektrode 203, eine Drainelektrode 205 und einen aktiven Bereich 207. Jede Schalteinheit 208 ist mittels der Gateelektrode 201 mit der Abtastleitung 204 verbunden, die Sourceelektrode 203 ist mit der Datenleitung 202 verbunden, die Drainelektrode 205 ist mittels Durchkontaktierung mit einer Pixelelektrode 222 verbunden, und die Sourceelektrode 203 und die Drainelektrode 205 sind mittels Durchkontaktierungen mit dem aktiven Bereich 207 verbunden.
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Wenn eine Gateelektrodentreibereinheit 292 ein Auswahlsignal an die Abtastleitungen 204 sendet, wird die Gateelektrode 201 der Schalteinheit 208 eingeschaltet, und die Datentreibereinheit 291 kann über die Datenleitung 202 Datensignale an die Sourceelektrode 203 der eingeschalteten Schalteinheit 208 senden. Da die Sourceelektrode 203 und die Drainelektrode 205 der eingeschalteten Schalteinheit 208 eine elektrische Schaltung bilden, kann die eingeschaltete Schalteinheit 208 das an die Sourceelektrode 203 der Schalteinheit 208 gesendete Datensignal an die Drainelektrode 205 weiterleiten. Über die Drainelektrode 205 kann das Datensignal an die Pixelelektrode 222 weitergeleitet werden. Die Pixelelektrode 222 führt entsprechend den Datensignalen eine Bildanzeige aus.
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2B zeigt eine Schnittdarstellung eines in 2 dargestellten berührungssensitiven Anzeigefeldes gemäß den offenbarten Ausgestaltungen. Wie in 2B dargestellt, kann das berührungssensitive Anzeigefeld 2 ein erstes Substrat 22 und ein zweites Substrat 24 umfassen, die einander zugewandt oder gegenüberliegend angeordnet sind, wobei an einer Seite des ersten Substrats 22, von dem zweiten Substrat 24 abgewandt, eine Hintergrundlichtmodulgruppe 26 angeordnet sein kann. Auf dem ersten Substrat 22 können zudem eine lichtabschirmende Metallschicht 220, eine Halbleiterschicht 230, eine Metallleitungsschicht 270 und eine berührungssensitive Elektrodenschicht 280 ausgebildet sein.
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Die lichtabschirmende Metallschicht 220 kann einen ersten Bereich 212 und einen zweiten Bereich 213 aufweisen, der von dem ersten Bereich 212 isoliert angeordnet ist. Die Halbleiterschicht 230 kann einen aktiven Bereich 207 umfassen, die Metallleitungsschicht 270 kann berührungssensitive Elektrodenleitungen 233 umfassen und die berührungssensitive Elektrodenschicht 280 kann berührungssensitive Elektroden 231 umfassen.
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Überdies kann der Raum zwischen dem ersten Substrat 22 und dem zweiten Substrat 24 mit Elektrolumineszenzmaterialien, wie z.B. Flüssigkristall oder organischem Leuchtstoff usw., gefüllt sein.
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Der Raum zwischen dem ersten Substrat 22 und der Hintergrundlichtmodulgruppe 26 kann zudem mit einem komprimierbaren Medium, wie etwa Luft oder einem Polymer dispergiertem Flüssigkristallfilm (PDLC) (z.B. Polymermaterial: Polyethylenterephthalat PET, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyimid oder Polyäthylen), gefüllt sein.
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Wie in 2B dargestellt, kann die Gateelektrode 201 des berührungssensitiven Anzeigefeldes über dem aktiven Bereich 207 angeordnet sein (an der Seite nahe dem zweiten Substrat 24), so dass eine Top-Gate-Struktur gebildet wird, oder die Gateelektrode 201 ist unter dem aktiven Bereich 207 angeordnet, so dass eine Bottom-Gate-Struktur gebildet wird.
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Wie in 2B dargestellt, sind die Sourceelektrode 203 und die Drainelektrode 205 in der Schalteinheit 208 mittels Durchkontaktierungen 211 mit dem aktiven Bereich 207 verbunden, um das Ein- oder Ausschalten der Schalteinheit 208 zu bewirken. Die Pixelelektrode 222 ist mittels der Durchkontaktierung 225 mit der Drainelektrode 205 verbunden, um die Datensignale der Datenleitung 202 an die Pixelelektrode 222 zu senden, so dass die Bildanzeige des berührungssensitiven Anzeigefeldes gesteuert wird.
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2C ist eine Draufsicht beispielhafter berührungssensitiver Elektroden, die eine Berührungspositionserkennung in dem in 2 dargestellten berührungssensitiven Anzeigefeldes gemäß den offenbarten Ausgestaltungen ausführen. Wie in 2C dargestellt, umfasst eine berührungssensitive Elektrodenschicht 280 eine Vielzahl von berührungssensitiven Blockelektroden 231, die in einer Matrix angeordnet sind. Jede berührungssensitive Elektrode 231 ist mittels der Durchkontaktierung 232 mit einer berührungssensitiven Elektrodenleitung 233 verbunden und kann über die berührungssensitive Elektrodenleitung 233 zudem mit einer Berührungssteuereinheit 293 verbunden sein. Im Betriebszustand können die berührungssensitiven Blockelektroden 231 sowohl als berührungssensitive Treiberelektroden als auch als berührungssensitive Erfassungselektroden verwendet werden. Die Berührungssteuereinheit 293 kann über die berührungssensitive Elektrodenleitung 233 ein Berührungstreibersignal an die berührungssensitive Elektroden 231 senden. Bei einer Berührung mit einem Finger ändert sich die Kapazität der berührungssensitive Elektrode 231, und diese Änderung kann zur Bestimmung einer Berührungsposition mittels der berührungssensitive Elektrode 231 erkannt werden.
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Die berührungssensitive Elektrodenschicht 280 kann zudem als gemeinsame Elektrodenschicht des berührungssensitiven Anzeigefeldes 2 gemultiplext sein, und die berührungssensitive Blockelektroden 231 können gemeinsame Blockelektroden sein. Zudem kann die berührungssensitive Elektrodenschicht 280 nur als berührungssensitive Elektrodenschicht dienen, und die gemeinsame Elektrodenschicht kann getrennt ausgebildet sein.
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Das in 2C dargestellte eigenkapazitive Berührungsanzeigefeld 2 dient nur der Veranschaulichung und begrenzt nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung hinsichtlich der Berührungspositionserkennung. Bei dem berührungssensitiven Anzeigefeld 2 kann es sich auch um ein Anzeigefeld mit gegenseitiger Kapazität handeln, das die Berührungspositionserkennung ausführt.
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Handelt es sich bei dem berührungssensitiven Anzeigefeld 2 um ein Anzeigefeld mit gegenseitiger Kapazität, so können die berührungssensitiven Treiberelektroden und die berührungssensitiven Erkennungselektroden getrennt angeordnet sein, wobei die berührungssensitiven Treiberelektroden und die berührungssensitiven Erkennungselektroden auf dem ersten Substrat 22 oder auf dem zweiten Substrat 24 angeordnet sein können. In einer Ausgestaltung sind entweder die berührungssensitiven Treiberelektroden oder die berührungssensitiven Erkennungselektroden auf dem ersten Substrat 22 angeordnet und die jeweils anderen Elektroden auf dem zweiten Substrat 24.
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Wenn es sich bei dem berührungssensitiven Anzeigefeld 2 um ein Anzeigefeld mit gegenseitiger Kapazität handelt, das die Berührungspositionserkennung ausführt, können die Erstreckungsrichtungen der berührungssensitiven Treiberelektroden und der berührungssensitive Erkennungselektroden entsprechend der spezifischen Anwendung festgelegt werden. Beispielsweise können sich die berührungssensitive Treiberelektroden parallel zu den Datenleitungen erstrecken, und die berührungssensitive Erkennungselektroden können sich parallel zu den Abtastleitungen erstrecken; oder die berührungssensitive Treiberelektroden erstrecken sich parallel zu den Abtastleitungen, und die berührungssensitive Erkennungselektroden erstrecken sich parallel zu den Datenleitungen.
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Zur Berührungspositionserkennung kann das in 2 dargestellte berührungssensitive Anzeigefeld 2 zudem eine Force-Touch-Funktion umfassen. Einerseits kann das offenbarte berührungssensitive Anzeigefeld die Krafterkennung auf der Basis einer kapazitiven Force-Touch-Funktion ausführen: Die ersten Kraftsensorelektroden der kapazitiven Force-Touch-Funktion können auf der lichtabschirmenden Metallschicht 220 angeordnet sein, und die zweite Kraftsensorelektrode kann mit der optischen Schicht oder der elektrisch leitfähigen Einheit in der Hintergrundlichtmodulgruppe 26 gemultiplext sein.
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Darüber hinaus kann das offenbarte berührungssensitive Anzeigefeld die Krafterkennung auf der Basis einer resistiven Force-Touch-Funktion ausführen: Die Kraftsensorelektroden der resistiven Force-Touch-Funktion können auf der lichtabschirmenden Metallschicht 220 angeordnet sein. Eine Kraftsensorelektrode kann eine erste Unterelektrode, eine zweite Unterelektrode, eine dritte Unterelektrode und eine vierte Unterelektrode umfassen. Die erste Unterelektrode, die zweite Unterelektrode, die dritte Unterelektrode und die vierte Unterelektrode bilden mindestens eine Wheatstone-Brücke.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines berührungssensitiven Anzeigefeldes auf der Basis einer kapazitiven Force-Touch-Funktion. 3A zeigt eine Draufsicht der lichtabschirmenden Metallschicht 220 in 3, und 3B zeigt eine Schnittdarstellung der Hintergrundlichtmodulgruppe 26 in 3.
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Wie in 3A dargestellt, kann die lichtabschirmende Metallschicht 220 eine Vielzahl erster Bereiche 212 aufweisen, die dazu bestimmt sind, zu verhindern, dass die Abschwächungsgrad der aktiven Bereich 207 durch das von der Hintergrundlichtmodulgruppe 26 erzeugte Licht beeinträchtigt wird. Bei dem Stoff in dem aktiven Bereich 207 kann es sich um Niedertemperatur-Polysilizium (LTPS) handeln. Da LTPS ein lichtempfindliches Material ist, kann das LTPS ohne weiteres Ladungsträger unter dem Licht erzeugen und so die Konzentration der Ladungsträger in dem aktiven Bereich beeinflussen.
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Um den Einfluss des in der Hintergrundlichtmodulgruppe 26 erzeugten Lichts auf die Abschwächungsgrad des aktiven Bereichs 207 zu verhindern, kann demzufolge auf dem ersten Substrat 22 eine lichtabschirmende Metallschicht 220 ausgebildet sein, wobei an den Stellen, die jedem aktiven Bereich 207 auf der lichtabschirmenden Metallschicht 220 entsprechen, ein erster Bereich 212 vorgesehen sein kann. Um das Problem der durch Photonen erzeugten Träger in dem aktiven Bereich 207 ausreichend zu verhindern, kann die vertikale Projektion des ersten Bereichs 212 auf das erste Substrat 22 gleich oder größer sein als die vertikale Projektion des aktiven Bereichs 207 auf das erste Substrat 22.
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Wie ebenfalls in 3A dargestellt, kann auf der lichtabschirmenden Metallschicht 220 ein zweiter Bereich 213 angeordnet sein, der von dem ersten Bereich 212 isoliert ist, um sicherzustellen, dass der erste Bereich 212 und der zweite Bereich 213 elektrisch voneinander isoliert sind. Der zweite Bereich 213 kann eine Vielzahl der sich in der ersten Richtung X1 erstreckenden ersten Kraftsensorelektroden 216 aufweisen.
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Wie in 3B dargestellt, umfasst die Hintergrundlichtmodulgruppe 26 eine Lichtquelle 271, eine Reflektorplatte 272, eine Lichtleitschicht 273, eine Diffusorschicht 274 und eine Antireflektionsschicht 275. An der Seite der Reflektorplatte 272, die sich nahe dem ersten Substrat 22 befindet, kann eine zweite Kraftsensorelektrode 217 vorgesehen sein. Um sicherzustellen, dass das Licht an dem Reflektor 272 nicht durch die zweite Kraftsensorelektrode 217 beeinträchtigt wird, kann diese aus einem transparenten leitfähigen ITO-Material bestehen.
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In einer Ausgestaltung kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 an der Seite der Reflektorplatte 272 angeordnet sein, die sich entfernt von dem ersten Substrat 22 befindet. Die zweite Kraftsensorelektrode 217 kann ebenflächig sein, wie in 3C dargestellt, oder streifenförmig, wie in 3D dargestellt (d.h., eine Vielzahl streifenförmiger Elektroden). Die zweite Kraftsensorelektrode 217 kann sich parallel zu der ersten Kraftsensorelektrode 216 erstrecken, und die zweite Kraftsensorelektrode 217 kann entsprechend jeder ersten Kraftsensorelektrode 216 angeordnet sein.
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Die erste Kraftsensorelektrode 216 kann über eine erste Leitung mit einer kraftmessenden Steuereinheit 294 verbunden sein. Wie in 3A dargestellt, können in dem Nichtanzeigebereich des berührungssensitiven Anzeigefeldes 2 Kraftsensorleitungen 234 angeordnet sein, wobei jede erste Kraftsensorelektrode 216 mittels einer individuellen kraftmessenden Leitung 234 mit der kraftmessende Steuereinheit 294 verbunden sein kann.
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In bestimmten Ausgestaltungen kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 durch ein elektrisch leitfähiges Medium mit einer flexiblen Leiterplatte (FPC) verbunden sein und mittels der FPC wiederum mit einer externen Schaltung. Mittels der externen Schaltung kann eine Spannung an die zweite Kraftsensorelektrode 217 angelegt werden. Dabei kann eine Seite der zweiten Kraftsensorelektrode 217, die sich nahe der FPC 282 befindet, wie in 3E dargestellt, mittels eines anisotrop leitfähigen Klebstoffs 281 mit einem Ende der FPC 282 verbunden sein, und die andere Seite kann über das andere Ende der FPC 282 mit der externen Schaltung 283 verbunden sein.
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Wenn mittels der kraftmessenden Einheit 294 und einer externen Schaltung 283 Spannungen mit bestimmten Potentialunterschieden an die erste Kraftsensorelektrode 216 bzw. die zweite Kraftsensorelektrode 217 angelegt werden, können, wie in 3 dargestellt, die erste Kraftsensorelektrode 216, die zweite Kraftsensorelektrode 217 und das Füllmedium 25 einen Kondensator C bilden. Entsprechend der Gleichung C = εS/d ist der C-Wert umgekehrt proportional zum Abstand d zwischen der ersten Kraftsensorelektrode 216 und der zweiten Kraftsensorelektrode 217.
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Ändert sich die angelegte externe Kraft, so ändert sich auch der Abstand d zwischen der ersten Kraftsensorelektrode 216 und der zweiten Kraftsensorelektrode 217, so dass sich auch die Kapazität C entsprechend ändert. Indem die kraftmessende Einheit 294 die Kapazität C detektiert, kann sie demzufolge den Wert der angelegten externen Kraft F detektieren und somit die Krafterkennungsfunktion ausführen.
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In einer Ausgestaltung können die Kraftsensorleitungen 234 mittels desselben Verfahrens und mit denselben Materialien hergestellt werden wie die ersten Kraftsensorelektroden 216.
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In einer Ausgestaltung können die Kraftsensorleitungen 234 mittels desselben Verfahrens und mit denselben Materialien hergestellt werden wie die Datenleitungen 202, wobei die Kraftsensorleitungen 234 mittels Durchkontaktierungen mit den ersten Kraftsensorelektroden 216 verbunden sind.
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In einer Ausgestaltung können die Kraftsensorleitungen 234 mittels desselben Verfahrens und mit denselben Materialien hergestellt werden wie die Abtastleitungen 204, wobei die Kraftsensorleitungen 234 mittels Durchkontaktierungen mit den ersten Kraftsensorelektroden 216 verbunden sind.
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In einer Ausgestaltung können die Kraftsensorleitungen 234 mittels desselben Verfahrens und mit denselben Materialien hergestellt werden wie die berührungssensitiven Leitungen 233, wobei die Kraftsensorleitungen 234 mittels Durchkontaktierungen mit der ersten Kraftsensorelektrode 216 verbunden sind.
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Überdies kann die externe Schaltung 283 ein konstantes Spannungssignal an die zweite Kraftsensorelektrode 217 senden, oder die externe Schaltung 283 sendet ein Erdungssignal an die zweite Kraftsensorelektrode 217.
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4A ist eine Draufsicht einer anderen lichtabschirmende Metallschicht 220 in 3. Mit Bezug auf die lichtabschirmende Metallschicht 220 in 3A können sich die ersten in 4A dargestellten Kraftsensorelektroden 216 in einer zweiten Richtung X2 erstrecken, wobei die erste Kraftsensorelektrode 216 über die Kraftsensorleitungen 234 mit der kraftmessenden Steuereinheit 294 verbunden sein kann.
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4B zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten Hintergrundlichtmodulgruppe 26. Mit Bezug auf die in 3B dargestellte zweite Kraftsensorelektrode kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 in 4B an einer Seite der Lichtleitschicht 273 angeordnet sein, die sich nahe dem ersten Substrat 22 befindet.
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In einer Ausgestaltung kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 auch an einer Seite der Lichtleitschicht 273 angeordnet sein, die von dem ersten Substrat 22 abgewandt ist. Die zweite Kraftsensorelektrode 217 kann ebenflächig sein, wie in 3C dargestellt, oder streifenförmig, wie in 3D dargestellt (d.h., eine Vielzahl streifenförmiger Kraftsensorelektroden). Überdies kann mittels der externen Schaltung 283 – ähnlich der in 3E dargestellten Verbindung – ein Spannungssignal an die zweite Kraftsensorelektrode 217 angelegt werden.
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4C zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten Hintergrundlichtmodulgruppe 26. Mit Bezug auf die zweite Kraftsensorelektrode in 3B kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 in 4C an einer Seite der Diffusorschicht 274 angeordnet sein, die sich nahe dem ersten Substrat 22 befindet.
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In einer Ausgestaltung kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 an der Seite der Diffusorschicht 274 angeordnet sein, die von dem ersten Substrat 22 entfernt ist. Die zweite Kraftsensorelektrode 217 kann, wie in 3C dargestellt, ebenflächig sein oder streifenförmig, wie in 3D dargestellt. Überdies kann mittels der externen Schaltung 283 bei Verwendung einer ähnlichen Struktur wie in 3E ein Spannungssignal an die zweite Kraftsensorelektrode 217 angelegt werden.
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4D zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten Hintergrundlichtmodulgruppe 26. Mit Bezug auf die in 3B dargestellte zweite Kraftsensorelektrode kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 in 4D an einer Seite einer Antireflektionsschicht 275 angeordnet sein, die sich nahe dem ersten Substrat 22 befindet.
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In einer Ausgestaltung kann die zweite Kraftsensorelektrode 217 an einer Seite der Antireflektionsschicht 275 angeordnet sein, die sich entfernt von dem ersten Substrat 22 befindet. Die zweite Kraftsensorelektrode 217 kann, wie in 3C dargestellt, ebenflächig sein oder streifenförmig, wie in 3D dargestellt. Mittels der externen Schaltung 283 kann bei Verwendung einer ähnlichen Struktur wie in 3E ein Spannungssignal an die zweite Kraftsensorelektrode 217 angelegt werden.
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4E zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren in 3 dargestellten Hintergrundlichtmodulgruppe 26. Mit Bezug auf die zweite Kraftsensorelektrode in 3B kann die Hintergrundlichtmodulgruppe 26 einen Metallrahmen 276 umfassen, der als zweite Kraftsensorelektrode 217 gemultiplext ist. Wenn der Metallrahmen 276 als zweite Kraftsensorelektrode 217 verwendet wird, kann er direkt an Masse angeschlossen sein, oder er überträgt mittels der externen Schaltung 283 bei Verwendung einer ähnlichen Struktur wie in 3E ein Spannungssignal an die zweite Kraftsensorelektrode 217.
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Zudem kann die Antireflektionsschicht 275 der Hintergrundlichtmodulgruppe 26 eine erste Antireflektionsschicht und eine zweite Antireflektionsschicht umfassen, wobei die lichtemittierende Richtung der ersten Antireflektionsschicht senkrecht zur lichtemittierenden Richtung der zweiten Antireflektionsschicht verlaufen kann.
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Zudem können die Datentreibereinheit 291, die Gateelektrodentreibereinheit 292, die berührungssensitive Steuereinheit 293 und die kraftmessende Steuereinheit 294 einzeln und getrennt angeordnet oder in einer Steuereinheit integriert sein. Bei der externen Schaltung 283 kann es sich um die integrierte Schaltung (IC) des berührungssensitiven Anzeigefeldes 2 oder um die Hauptplatine einer berührungssensitiven Anzeigevorrichtung (Tablet, Mobiltelefon) in dem berührungssensitiven Anzeigefeld 2 handeln.
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Wenn die lichtabschirmende Metallschicht als erste Kraftsensorelektrodenschicht gemultiplext ist und die optische Schicht und die elektrisch leitfähige Einheit in der Hintergrundlichtmodulgruppe als zweite Kraftsensorelektrodenschicht gemultiplext sind, kann die kapazitive Force-Touch-Funktion des berührungssensitiven Anzeigefeldes ausgeführt werden. Mit dem offenbarten kapazitiven berührungssensitiven Anzeigefeld mit Force-Touch-Funktion kann die Nutzung verschiedener Schichten eines berührungssensitiven Anzeigefeldes wesentlich verbessert werden, ohne dass es notwendig ist, zwei zusätzliche Schichten für die Kraftsensorelektroden hinzuzufügen, wodurch die Dicke des berührungssensitiven Anzeigefeldes verringert wird.
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Das offenbarte berührungssensitive Anzeigefeld kann die Force-Touch-Funktion zudem auf der Basis einer resistiven Force-Touch-Funktion ausführen. 5 zeigt ein beispielhaftes berührungssensitives Anzeigefeld auf der Basis einer resistiven Force-Touch-Funktion.
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Wie in 5 dargestellt, kann ein berührungssensitives Anzeigefeld 3 eine lichtabschirmende Metallschicht 320 umfassen. Die lichtabschirmende Metallschicht 320 umfasst eine Vielzahl erster Bereiche 312 und eine Vielzahl zweiter Bereiche 313, die von den ersten Bereichen 312 isoliert sind. Die zweiten Bereiche 313 können eine Vielzahl der ersten Kraftsensorelektroden 316 aufweisen. Dabei kann die erste Kraftsensorelektrode 316 streifenförmig sein und sich in einer ersten Richtung X1 erstrecken und eine erste Unterelektrode 3161, eine zweite Unterelektrode 3162, eine dritte Unterelektrode 3163 und eine vierte Unterelektrode 3164 umfassen, die, wie in 5A dargestellt, eine Wheatstone-Brücke bilden.
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Die erste Kraftsensorelektrode 316 kann aus einem metallischen Dehnungsmessstreifen bestehen, dessen Widerstand sich mit dem Verformungsgrad ändert. Die erste Kraftsensorelektrode 316 kann mittels der gebildeten Wheatstone-Brücke die angelegte externe Kraft detektieren.
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5B zeigt eine resistive Wheatstone-Brücke, die zur Messung einer externen Kraft dient. Die vier Widerstände R1, R2, R3 und R4 bilden ein Viereck ABCD, das die vier Arme der Brücke darstellt. In der Diagonale BD des Vierecks ABCD ist ein Galvanometer angeordnet, und die andere Diagonale AC kann mit einer Stromquelle E verbunden sein. Wird die Stromquelle E eingeschaltet, so kann durch jeden Zweig der Brückenschaltung Strom fließen. Wenn die Widerstände R1, R2, R3 und R4 die Beziehung R1/R4 = R2/R3 erfüllen, ist die Wheatstone-Brücke abgeglichen und der Strom des Galvanometers ist null. Wenn die vier Widerstände die Beziehung R1/R4 = R2/R3 nicht erfüllen, sind die Spannungen an B und D ungleich, und der Strom des Galvanometers ist ungleich null. Anhand des Ausgabewertes des Galvanometers G kann die Beziehung zwischen den vier Widerständen R1, R2, R3 und R4 berechnet werden.
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Wie in 5A dargestellt, kann ein Arm der offenbarten Wheatstone-Brückenstruktur mit einer ersten Kraftsensorelektrode 316 oder zwei oder mehreren ersten in Reihe verbundenen Kraftsensorelektroden 316 gebildet sein. Wie in 5A dargestellt, können eine erste Unterelektrode 3161, eine zweite Unterelektrode 3162, eine dritte Unterelektrode 3163 und eine vierte Unterelektrode 3164 vier Arme der Wheatstone-Brücke bilden. Dabei können das Eingangsende der ersten Unterelektrode 3161 und das Eingangsende der zweiten Unterelektrode 3162 mit einem ersten Verbindungsdraht 361 elektrisch verbunden sein und über diesen mit dem ersten Detektionseingangsende 365.
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Das Signaleingangsende der dritten Unterelektrode 3163 und das Signaleingangsende der vierten Unterelektrode 3164 können mit einem zweiten Verbindungsdraht 362 elektrisch verbunden sein und über diesen mit dem zweiten Detektionseingangsende 366. Die Signalausgangsenden der ersten Unterelektrode 3161 und der vierten Unterelektrode 3164 können mit einem dritten Verbindungsdraht 363 elektrisch verbunden sein und über diesen mit einem ersten Detektionsendende 367. Die Signalausgangsenden der zweiten Unterelektrode 3162 und der dritten Unterelektrode 3163 können mit einem vierten Verbindungsdraht 364 elektrisch verbunden sein und über diesen mit einem zweiten Detektionsende 368.
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Wie ebenfalls in 5 dargestellt, können die erste Unterelektrode 3161, die zweite Unterelektrode 3162, die dritte Unterelektrode 3163 und die vierte Unterelektrode 3164 im Betriebszustand über das erste Detektionseingangsende 365 und das zweite Detektionseingangsende 366 elektrische Signale empfangen. Wird keine externe Kraft an das berührungssensitive Anzeigefeld 3 angelegt, so ist die Wheatstone-Brücke abgeglichen, und das Ausgangssignal zwischen dem ersten Detektionsende 367 und dem zweiten Detektionsausgangsende 368 ist gleich null.
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Wenn eine externe Kraft F an das berührungssensitive Anzeigefeld 3 angelegt wird, so verformt es sich und die Widerstände der ersten Unterelektrode 3161, der zweiten Unterelektrode 3162, der dritten Unterelektrode 3163 und der vierten Unterelektrode 3164 ändern sich entsprechend. Zu diesem Zeitpunkt ist die Wheatstone-Brücke nicht mehr abgeglichen, das Ausgangssignal zwischen dem ersten Detektionsausgangsende 367 und dem zweiten Detektionsausgangsende 368 ist ungleich null, und der Wert der Kraft F kann durch das Auslesen und Berechnen des Ausgangssignal ermittelt werden.
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In einer Ausgestaltung können das erste Detektionseingangsende 365, das zweite Detektionseingangsende 366, das erste Detektionsausgangsende 375 und das zweite Detektionsausgangsende 368 sämtlich mit der kraftmessende Steuereinheit 394 verbunden sein. Das erste Detektionseingangsende 365 und das zweite Detektionseingangsende 366 senden mittels der kraftmessenden Steuereinheit 394 ein Eingangsspannungssignal, während das erste Detektionsausgangsende 367 und das zweite Detektionsausgangsende 368 entsprechend dem Wert der detektierten externen Kraft Stromsignale an die kraftmessende Steuereinheit 394 senden.
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Wie in 5A dargestellt, können der erste Verbindungsdraht 361, der zweite Verbindungsdraht 362, der dritte Verbindungsdraht 363 und der vierte Verbindungsdraht 364 sich überlappende oder überschneidende Bereiche aufweisen (die Bereiche A, B und C in 5A). Der erste Verbindungsdraht 361, der zweite Verbindungsdraht 362, der dritte Verbindungsdraht 363 und der vierte Verbindungsdraht 364 können durch eine Brückenschaltung verbunden sein. Die 5C zeigt eine Schnittdarstellung einer Brückenschaltung am Schnittpunkt A.
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Um zwischen dem zweiten Verbindungsdraht 362 und dem dritten Verbindungsdraht 363 am Schnittpunkt A einen Kurzschluss zu verhindern, kann der dritte Verbindungsdraht 363 – wie in 5C dargestellt – am Schnittpunkt A getrennt und mit einem Brückenleiter 371 verbunden sein. In einer Ausgestaltung kann der Brückenleiter 371 mittels desselben Verfahrens und mit denselben Materialien gefertigt werden wie die Abtastleitungen 204. Der Brückenleiter 371 kann auch mittels desselben Verfahrens und mit denselben Materialien gefertigt werden wie die Datenleitungen 202 oder wie die berührungssensitiven Leitungen 233.
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Die in der 5 dargestellten ersten Kraftsensorelektroden 316 können sich optional auch in der zweiten Richtung X2 erstrecken. Die 6A veranschaulicht eine solche Konfiguration.
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Wie in 6A dargestellt, erstrecken sich die ersten Kraftsensorelektroden 316 in der zweiten Richtung X2. Obwohl die ersten Kraftsensorelektroden 316 in dem berührungssensitiven Anzeigefeld gemäß 6A eine andere Erstreckungsrichtung aufweisen als in dem berührungssensitiven Anzeigefeld in 5, können andere Strukturen und Funktionen gleich bleiben, so dass sie an dieser Stelle nicht im Einzelnen beschrieben werden.
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Zudem kann die erste Kraftsensorelektrode 316 in 5, wie in 6B dargestellt, auch kammförmig sein. In anderen Ausgestaltungen kann die erste Kraftsensorelektrode 316, wie in 6C dargestellt, spiralförmig sein.
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Überdies kann auf dem zweiten Substrat auch eine Schwarzmatrix vorgesehen sein, wobei die vertikale Projektion der Schwarzmatrix auf die Fläche des ersten Substrats gleich oder größer sein kann als die vertikale Projektion der ersten Kraftsensorelektrode auf die Fläche des ersten Substrats.
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Bei den hierin offenbarten Ausgestaltungen handelt es sich nur um Beispiele, die den Umfang der Offenbarung nicht beschränken. Fachleute werden erkennen, dass diese Offenbarung hinsichtlich der technischen Lösungen der offenbarten Ausgestaltungen verschiedene Kombinationen, Modifizierungen oder Äquivalente umfassen kann. Solche Modifizierungen, Äquivalente oder Verbesserungen der offenbarten Ausgestaltungen sind im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten, ohne dass von dem Konzept und Umfang der Erfindung abgewichen wird.
