DE112009003562T5

DE112009003562T5 - Sensor für Sensorbildschirm

Info

Publication number: DE112009003562T5
Application number: DE112009003562T
Authority: DE
Inventors: Harald Philipp
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2008-11-15
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2013-04-04
Also published as: US9244568B2; TW201023014A; CN102216891B; KR20110089423A; JP2012508937A; US20100123670A1; WO2010057059A1; CN102216891A

Abstract

Ein zweidimensionaler Berührungssensor umfasst mehrere Elektroden, die in einem Netzmuster auf einem Substrat angeordnet sind. Jede Elektrode ist aus einem verbundenen Netz aus Metallspuren ausgebildet ist, wobei das Metall intrinsisch opak ist, wobei aber die Metallspuren ausreichend schmal sind, um praktisch unsichtbar zu sein. Die Elektroden können über einen Druckprozess additiv abgeschieden werden, z. B. unter Verwendung von Kupfer als das Metall. Die schmale Breite der Spuren erlaubt, dass der Film im hohen Grade transparent ist, weil bewirkt werden kann, dass sich das in kapazitiven Sensorbildschirmen verwendete elektrische Feld bei sehr niedrigen Metalldichten ausbreitet.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil nach 35 U. S. C., 119(e), der vorläufigen US-Patentanmeldung, lfd. Nr. 61/115.032, eingereicht am 15. November 2008, und der US-Anmeldung, lfd. Nr. 12/421.696, eingereicht am 10. April 2009, die durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung und die Anwendung von kapazitiven Sensorbildschirm-Elektrodenschichten durch die Verwendung von auf ein Substrat gedruckten einschichtigen feinlinigen Metallnetzelektroden. Das Verfahren enthält eine einfache Art, um den Selbsttest der Elektroden von einem Verbinder auszuführen, um den Bedarf an ausgearbeiteteren Testmethodologien zu vermeiden.
Heute verwenden die meisten Sensorbildschirme, kapazitive oder andere, eine gesputterte Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO), die auf einem dünnen Kunststoffilm (wie z. B. einem PET-Film) oder direkt auf einer Glasschicht abgeschieden ist. Das ITO wird gleichmäßig abgeschieden und dann unter Verwendung eines subtraktiven Prozesses geätzt, der zahlreiche Prozessschritte umfasst. Schließlich werden Schichten aus Silbertinte und ein Dielektrikum verwendet, um die Verbindungen mit dem ITO auf dem Film oder dem Glas herzustellen, was noch mehr Prozessschritte hinzufügt.
Die ITO-Filme sind zu etwa 92% (Einzelschicht) klar, besitzen aber einen relativ hohen Widerstand, wobei bekannt ist, dass sie ziemlich zerbrechlich sind. Ein relativ hoher Prozentsatz der Filme wird während der Herstellung beschädigt, was eine teure und zeitaufwendige Teststufe erfordert. Außerdem sind die ITO-Filme teuer, wobei es nur einige Lieferanten gibt, die derartige, Filme kompetent herstellen können, was für die Benutzer dieser Filme logistische Probleme verursacht. Schließlich ist Indium ein knappes Metall mit einem zunehmenden Bedarf, wobei die Produktion dieses Metalls durch die wenigen Minen, die es herstellen, begrenzt ist.
Andere Materialien können diese Filme ersetzen, wie z. B. Poly(3,4-Ethylendioxythiophen) oder ein leitendes PEDOT-Polymer. PEDOT ist jedoch optisch nicht so klar wie ITO, schwierig gleichmäßig abzuscheiden und verschlechtert sich schnell unter ungünstigen Umweltbedingungen.
Deshalb gibt es einen Bedarf an einem neuen Material und/oder einem neuen Verfahren zum Herstellen von Sensorbildschirmen, die die obigen Einschränkungen überwinden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft einen verbesserten Berührungssensor, der ein Substrat mit einem empfindlichen Bereich umfasst, das durch ein Muster leitender Elektroden definiert ist, die in einem Netzmuster angeordnet sind.
Die Erfindung umfasst in ihrer preiswertesten Form die Verwendung gedruckten feinlinigen Metalls, das über einen Druckprozess auf einer PET-Schicht additiv abgeschieden wird. Es ist nun möglich, Metallspuren, die unter Verwendung von Kupfer im hohen Grade leitfähig sind und die 10 μm oder weniger breit sind, preiswert zu drucken. Die schmale Breite dieser Spuren erlaubt, dass der Film im hohen Grade transparent ist, weil bewirkt werden kann, dass sich das in kapazitiven Sensorbildschirmen verwendete elektrische Feld bei sehr niedrigen Metalldichten ausbreitet. In Tests ist festgestellt wurden, dass die feinlinigen Elektroden, die weniger als 5% Metallabdeckung des gesamten Bildschirmbereichs umfassen, beim Ausbreiten der Felder fast so effektiv wie die massiven Oberflächen sind, die sie ersetzen. Zusätzlich zu Kupfer können außerdem andere Metalle oder ihre Legierungen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden, z. B. Silber oder Gold.
Im Ergebnis kann ein Netz aus feinen Metallinien von etwa 10 μm Breite auf ein Substrat, wie z. B. einen PET-Film, der 98% klar ist, besser als ITO, aufgebracht werden. Die Metallinien sind so schmal, um optisch unsichtbar zu sein. Außerdem erlaubt die Netzkonfiguration eine robuste Leistung, weil ein Bruch in dem Metall durch alternative Wege um die Fehlstelle 'geheilt' wird. Außerdem ist Kupfer ungleich zu ITO umformbar und kann ohne Schaden leicht gebogen oder geknickt werden. Ungleich zu PEDOT besitzt feinliniges Kupfer keine Probleme mit der umweltbedingten Verschlechterung unter den normalen Bedingungen der erwarteten Benutzung.
Das Verfahren gilt für einschichtige und zweischichtige Filmkonstruktionen, wobei die Letztere gewöhnlich für höhere Auflösung und für Multi-Touch-Abtastanwendungen verwendet wird. Es kann eine Anzahl von Musterausführungen verwendet werden.
Der Selbsttest ist außerdem optional durch die Verwendung des Rückschleifen-Testens, das in einen Film eingebaut ist, enthalten, wie im Folgenden beschrieben wird.
Ein Aspekt der Erfindung schafft einen zweidimensionalen Berührungssensor, der mehrere Elektroden umfasst, die in einem Muster auf einem Substrat angeordnet sind, wobei jede Elektrode aus einem verbundenen Netz aus Metallspuren ausgebildet ist, wobei das Metall intrinsisch opak ist, wobei aber die Metallspuren ausreichend schmal sind, um praktisch unsichtbar zu sein.
Die Metallspuren besitzen vorzugsweise eine Breite, die kleiner als oder gleich 10 μm oder alternativ kleiner als oder gleich 50 μm, 40 μm, 30 μm, 20 μm oder 5 μm ist.
Die Metallspuren belegen vorzugsweise weniger als oder gleich 5% des Bereichs jeder Elektrode oder alternativ weniger als oder gleich 10%, 8%, 6%, 4%, 2% oder 1% des Bereichs jeder Elektrode.
In einigen Ausführungsformen sind die Elektroden in einer einzelnen Schicht angeordnet. In weiteren Ausführungsformen sind die Elektroden in zwei Schichten angeordnet, wobei die zwei Schichten durch ein Dielektrikum getrennt sind.
Benachbarte Elektroden können durch mehrere Inseln beabstandet sein, die außerdem aus untereinander verbundenen Metallspuren hergestellt sind, wobei die Metallspuren der Inseln visuell und elektrisch ähnlich zu den Metallspuren der Elektroden sind. Diese Inseln sind eine Füllung zwischen den Elektroden, um die visuelle Kontinuität zu schaffen.
Um die Selbsttestfähigkeit zu schaffen, ist jede Elektrode vorzugsweise insofern in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt, als die Metallspuren vom oberen und vom unteren Teil nur an einem distalen Ende der Elektrode verbunden sind, wobei es keine Verbindung zwischen den Metallspuren im oberen und im unteren Teil vom distalen Ende zum ersten und zum zweiten proximalen Ende der Elektrode gibt. Die erste und die zweite elektrische Verbindung für jede Elektrode sind mit ihrem jeweiligen ersten und zweiten proximalen Ende verbunden. Falls das Elektrodenmuster um einen Winkel von 90 Grad gedreht ist, kann der obere bzw. der untere Teil jeder Elektrode als der linke bzw. der rechte Teil bezeichnet werden.
In einigen Ausführungsformen gibt es mehrere X-Elektroden, die von mehreren Y-Elektroden beabstandet sind. Das zweite proximale Ende jeder X-Elektrode ist über ein Widerstandselement mit dem ersten proximalen Ende der benachbarten X-Elektrode elektrisch verbunden. Das zweite proximale Ende jeder Y-Elektrode ist mit dem ersten proximalen Ende der benachbarten Y-Elektrode elektrisch verbunden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Berührungssensors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Schaffen eines Substrats; und Abscheiden mehrerer Elektroden auf wenigstens einer Seite des Substrats, wobei jede Elektrode aus einem verbundenen Netz von Metallspuren gebildet ist, wobei das Metall intrinsisch opak ist, wobei aber die Metallspuren ausreichend schmal sind und eine niedrige visuelle Dichte besitzen, um praktisch unsichtbar zu sein.
Jede Elektrode ist vorteilhaft vorzugsweise insofern in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt, als die Metallspuren vom oberen und vom unteren Teil nur an einem distalen Ende der Elektrode verbunden sind, wobei es keine Verbindung zwischen den Metallspuren im oberen und im unteren Teil vom distalen Ende zum ersten und zum zweiten proximalen Ende der Elektrode gibt. Der obere bzw. der untere Teil jeder Elektrode kann außerdem als der linke bzw. der rechte Teil bezeichnet werden.
Die Erfindung überdeckt in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Testen eines kapazitiven Berührungssensors, der wie oben hergestellt ist, das umfasst: Anlegen einer ersten Spannung an das erste proximale Ende einer der mehreren Elektroden, während die proximalen Enden aller anderen Elektroden mit Masse verbunden sind, und Messen einer zweiten Spannung am zweiten proximalen Ende der einen Elektrode; Wiederholen des vorhergehenden Schritts für alle anderen Elektroden; und Verwerfen des Sensors, falls für irgendeine der Elektroden die zweite Spannung im Vergleich zur ersten Spannung anomal niedrig ist, und Bestehenlassen des Sensors andernfalls. Dies schafft einen Selbsttest durch die Verwendung des Rückschleifen-Testens um die durch jede 'aufgespaltene' Elektrode gebildete Schleife.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
1A zeigt eine einschichtige Konstruktion gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1B zeigt das gleiche Muster wie in 1A, aber lediglich zum Zweck der Demonstration mit einer Schattierung über den Elektroden, um den Leser beim Betrachten der Elektrodenbereiche zu unterstützen;
2A zeigt eine Metallnetzkonfiguration mit eingebautem Selbsttest unter Verwendung des Rückschleifen-Prinzips.
2B zeigt das in 2A gezeigte Elektrodenmuster, das mit einem Prozessor verbunden ist;
2C zeigt einen Ablaufplan zum Testen des Durchgangs des in 2A gezeigten Elektrodenmusters;
2D zeigt einen Ablaufplan zum Testen des Durchgangs des in 2A gezeigten Elektrodenmusters;
3A zeigt ein 2-schichtiges Rautenmuster (oder ein 1-schichtiges Muster mit Überkreuzungspunkten), das unter Verwendung des Verfahrens einschließlich der Verwendung der Selbsttest-Rückschleifen-Wege implementiert ist;
3B zeigt das in 3A gezeigte Elektrodenmuster, das mit einem Prozessor verbunden ist;
4A zeigt das gleiche Muster wie 2A, aber mit zwei Abschlusswiderständen an den Y-Leitungen, das ein Verfahren zum Verringern der Verbindungszahl mit den Elektroden für Selbsttestzwecke bietet;
4B zeigt das in 4A gezeigte Elektrodenmuster, das mit einem Prozessor verbunden ist; und
4C zeigt einen Ablaufplan zum Testen des Durchgangs des in 4A gezeigten Elektrodenmusters.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Vor kurzem sind Prozesse entwickelt worden, die das Drucken ultrafeiner Metallspuren auf Kunststoff und Glas erlauben, die 10 μm oder dünner sind. Die verwendeten Metalle enthalten Kupfer, das im hohen Grade leitfähig ist und eine dunklere Farbe als andere Metalle, z. B. Chrom, besitzt. Die Technologie ist unter Verwendung der photolithographischen Standardprozesse entwickelt worden und kann verwendet werden, um Filme in einem Roll-to-Roll-Prozess bei äußerst niedrigen Kosten herzustellen. Es werden keine teuren, seltenen oder exotischen Materialien bei der Herstellung dieser Metallspuren verwendet. Die Technologie ist spezifisch für die Verwendung in Mikroschaltungsanwendungen, z. B. RFID-Etiketten, Chipkarten, Anzeigen und dergleichen, entwickelt worden.
Diese feinen Metallspuren können außerdem verwendet werden, um feldemittierte Strukturen unter Verwendung einer dünnen Netzkonfiguration zu entwickeln, von der gezeigt worden ist, dass sie reiche Mengen des elektrischen Felds emittiert, fast die gleichen wie eine massive Elektrodenform. Ein dünnes Netz erlaubt eine hohe optische Klarheit; falls die Spuren 10 μm oder kleiner sind, überdeckt das Netz nur 5% des Oberflächenbereichs, wobei die optischen Eigenschaften denen der besten verfügbaren ITO-Filme gleichen oder dieses übersteigen, die nur 93% Lichtdurchlässigkeit erreichen können. Visuell erscheint der Film nur so, dass er einen äußerst leichten Grauschatten besitzt, der für das ungeübte Auge nicht wahrnehmbar ist. Bei 10 μm sind die Metallspuren für das bloße Auge unsichtbar. Eine gleichmäßige Dichte oder eine gleichmäßige dünne Verteilung dieser Spuren über die Oberfläche eines Sensorbildschirms würde kein wahrnehmbares sichtbares Muster erzeugen.
Es ist jedoch gewöhnlich ratsam, eine beträchtliche Lücke zwischen den Elektroden zu besitzen, um die richtige Feldausbreitung zu ermöglichen. Diese Lücken können einen sichtbaren Effekt erzeugen, indem sie sich als hellere Bereiche abheben; als eine Folge ist es erwünscht, diese Bereiche mit feinen Linien mit einer ähnlichen Dichte wie die Elektrodenbereiche 'auszufüllen'. Der Vorbehalt ist, dass diese Füllbereiche von den Elektroden getrennt und in kleine Inseln aufgebrochen oder aus isolierten kleinen Metallspuren hergestellt sein sollten, so dass die durchschnittliche Dichte über den Schirmbereich visuell ähnlich ist.
1A zeigt ein Grundmuster gemäß der Erfindung mit horizontalen Stäben des Netzes, die mit X beschriftet sind und die miteinander verbunden sind, um eine der Feldelektrodengruppierungen zu bilden, und zwei Sätze von Netzdreiecken, wobei sich einer von jeder Seite erstreckt, die mit Y0 und Y1 beschriftet sind. Die Stäbe X und die Dreiecke Y0, Y1 sind massive Netzelektroden 6. Außerdem sind Abstandshalterbereiche gezeigt, die aus einem nicht verbundenen Netz 4 gebildet sind, die eine Bereichsdichte besitzen, die die Elektrodennetzbereiche approximiert. Wo Einschnitte in das Netz hergestellt worden sind, um jede kleine Zelle zu isolieren, ist etwas Metalltrassierung [engl.: metall tracking] hinzugefügt, um das in den Einschnitten fehlende Metall zu kompensieren. Das Muster besitzt, wie es gezeigt ist, immer noch sichtbare Lückenbereiche, die durch die Verwendung von mehr wohlüberlegter Druckvorlagenausführung behoben werden können.
Die Dreiecke Y0, Y1 und die Stäbe X des Metallmaterials 6 sind in der Figur zusammen mit den Abstandshalterbereichen gezeigt. Die Abstandshalterbereiche können angefüllt oder frei von jedem Metallmuster sein, um es zu ermöglichen, dass sich die elektrischen Felder während der Verwendung optimal in eine darüberliegende Platte ausbreiten. Das Metallnetz würde jedoch, während es größtenteils transparent ist, unter bestimmten Lichtbedingungen verursachen, dass die Lücken- oder Abstandshalterbereiche wahrnehmbarer werden, selbst wenn die Linien selbst zu fein sind, um sichtbar zu sein.
Demgemäß können die Abstandshalterbereiche optional mit einem Metallmuster 4 gefüllt sein, das die Elektrodenbereiche des Metallnetzes nachahmt, aber auf eine derartige Art, um eine elektrische Unterbrechung mit den Elektrodenbereichen zu schaffen. Die Abstandshalterbereiche 4 enthalten eine Metallfüllung, die 'getrennt' ist, so dass alle kleinen Metallsegmente schwebend sind. Das Metall ist so geformt, dass die durchschnittliche Dichte der Abstandshalterbereiche etwa die gleiche wie die der Elektrodenbereiche ist, so dass die Abstandshalterbereiche visuell eingemischt sind und von den Elektroden nicht unterschieden werden können.
1B zeigt graphisch die Elektroden selbst unter Verwendung einer Schattierung, um die Stäbe (Xs) und die Dreiecke (Ys) zu umreißen. Die nicht schattierten Bereiche sind die Lückenfüllerbereiche, die die getrennten Inseln des Materials enthalten, deren Bereichsdichte an die Elektroden angepasst ist, um eine visuelle Kontinuität zu schaffen.
Die Zuverlässigkeit der Elektroden ist sehr wichtig und kann durch Mikrobrüche der Elektroden oder einen fehlerhaften Metalldruckprozess beeinträchtigt sein. Deshalb ist es ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung, dass die elektrischen Wege der Elektrodenanordnung von Ende zu Ende getestet werden. Unter Verwendung feinliniger Verbindungen und einer Technik der aufgespaltenen Elektroden kann dies leicht erreicht werden, wie in 2A gezeigt ist und im Folgenden erörtert wird. Hier ist das gleiche Grundmuster gezeigt, wie es in 1A gezeigt ist, die Elektroden sind jedoch auf eine derartige Art geschnitten, um einen 'U'-förmigen Verbindungsweg zu erzeugen; der erste X-Stab und das erste Y-Dreieck in dieser Figur besitzen die hervorgehobenen Einschnitte (Schnittlinien). Jede Elektrode besitzt außerdem zwei Verbindungen, eine für jeden Endpunkt des 'U'. Auf diese Art kann ein elektrischer Strom durch jede Elektrodenform geleitet werden, um zu bestimmen, ob es einen Durchgang gibt oder nicht. Dies wird im Folgenden weiter erörtert.
2A zeigt die 'X'-Leitungen, wobei es eine übliche Praxis ist, für den Zweck der Interpolation des emittierten Feldes mehrere Elektroden zusammen zu verdrahten. Es werden Widerstände (Rxa, Rxb, Rxc) verwendet, um diese Elektroden untereinander zu verbinden, um einen Potentialgradienten zu schaffen. Für Testzwecke können diese Widerstände auf eine derartige Art mit den aufgespaltenen Elektroden verdrahtet werden, um alle 'X'-Elektroden in einem Schritt ohne eine hinzugefügte Anzahl äußerer Verbindungen testen zu können. Wie gezeigt ist, bilden die Leitungen Xa und Xb unter Verwendung von drei Widerständen (Rxa, Rxb, Rxc) durch die vier X-Elektroden eine Schleife, so dass, falls irgendeine Elektrode einen Fehler besitzt, die elektrische Unterbrechung und der Fehler erfasst und der Film und/oder die Vorrichtung aussortiert werden kann. 2A zeigt eine Metallnetzkonfiguration mit eingebautem Selbsttest unter Verwendung des Rückschleifen-Prinzips. In dem Fall der 'Y'-Leitungen Y0, Y1 ist es typisch, dass diese als Spalten zusammen verdrahtet sind. In dem Fall nach 2A gibt es zwei 'Spalten' aus Dreiecken, eine linke und eine rechte. Um den Durchgang dieser Dreiecke mit einem Minimum an externen Verbindungen zu testen, ist es möglich, die Tatsache auszunutzen, dass sie während der Verwendung als ein Sensorbildschirm typischerweise sowieso miteinander verbunden sind, indem die Enden der Dreiecke in Reihe geschaltet werden. 2A zeigt die Leitungen Y0a, Y0b und Y1a und Y1b; jedes Paar ist unter Verwendung einer Reihe von Verbindungen der Leitungen 2 mit seiner jeweiligen Spalte verbunden. Durch das Messen des Durchgangs zwischen den Paarenden (d. h. zwischen Y0a, Y0b und Y1a, Y1b) können alle Dreiecke in einem Schirm gleichzeitig getestet werden. Diese Anordnung erfordert pro Y-Elektroden-Satz aber eine zusätzliche Verbindung mit der Vorrichtung; in dem Fall nach 2A gibt es deshalb nur zwei Verbindungen, die mehr als normal herzustellen sind.
Es sollte außerdem erwähnt werden, dass die in 2A gezeigte Anordnung außerdem verwendet werden kann, um Kurzschlüsse zwischen benachbarten Elektroden zu bestimmen, z. B. aufgrund einer unabsichtlich abgeschiedenen Metallverbindung einer X-Elektrode mit einer Y-Elektrode. Die Art eines derartigen Testens sollte für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens werden die Elektroden entlang ihrer langen Achse aufgeschnitten und am distalen Ende von den Verbindungen 'zurückgeschleift', so dass der Sensorbildschirm-Prozessor die Integrität aller Metallnetzelektroden sowohl auf Kurzschlüsse als auch auf offene Stromkreise testen kann. Um dies auszuführen, sind nur einige hinzugefügte Verbindungsleitungen oder Testpunkte erforderlich.
2B zeigt die in 2A gezeigte Elektrodenanordnung, die mit einem Prozessor 10 verbunden ist. Der Prozessor 10 könnte ein für den Zweck hergestellter Testprozessor sein oder könnte z. B. der gleiche Prozessor sein, der verwendet wird, um das Elektrodenmuster in einem Sensorbildschirm zu betreiben. Ein Testprozessor könnte während der Herstellung verwendet werden, um zu testen, ob das Elektrodenmuster irgendwelche Kurzschlüsse oder offenen Stromkreise enthält, die zu einem schlechten oder zu keinem Betrieb des Elektrodenmusters führen würden, wenn es als ein Teil eines Sensorbildschirms verwendet wird. Falls während der Herstellung ein offener Stromkreis oder ein Kurzschluss erfasst wird, könnte das Elektrodenmuster verworfen werden. Alternativ könnte ein Sensorbildschirm-Prozessor das Elektrodenmuster während der Verwendung testen, z. B. während der Inbetriebnahme. Falls in dem Elektrodenmuster ein Kurzschluss oder ein offener Stromkreis erfasst wird, könnte der Benutzer informiert werden.
Der in 2B gezeigte Prozessor ist als ein einzelner Mikroprozessor gezeigt, es ist aber klar, dass mehrere separate Schaltungen kombiniert werden könnten, um den Prozessor zu bilden, wie z. B. Treibereinheiten, Abtasteinheiten einschließlich eines oder mehrerer ADCs und Komparatoren. Jede der Verbindungen Y0a, Y0b, Y1a, Y1b, Xa und Xb des Prozessors 10 könnte in Abhängigkeit von der Teststrategie, die verwendet wird, als Eingang oder Ausgang oder beides konfiguriert sein.
Das Vorhandensein von Kurzschlüssen und offenen Stromkreisen kann mit den in den 2C und 2D gezeigten Schritten unter Verwendung des Prozessors 10 erfasst werden.
2C zeigt die Schritte zum Testen der Dreieckselektroden Y0. Im Schritt S12 werden die Stabelektroden (d. h. die Verbindungen Xa und Xb) und die Dreieckselektroden Y1 (d. h. die Verbindungen Y1a und Y1b) geerdet. Im Schritt S14 wird eine Spannung an die Verbindung Y0a angelegt oder mit ihr verbunden. Im Schritt S16 wird die Spannung an der Verbindung Y0b erfasst oder gemessen. Im Schritt S18 gibt es, falls an der Verbindung Y0b keine Spannung erfasst oder gemessen wird, entweder einen offenen Stromkreis im Elektrodenmuster Y0 oder es gibt einen geschlossenen Stromkreis zu den Stabelektroden X oder den Dreieckselektroden Y1. Das heißt, falls die an der Verbindung Y0b gemessene Spannung im Vergleich zu der an die Verbindung Y0a angelegten Spannung anomal niedrig ist, wird keine Spannung gemessen oder erfasst.
Um die Dreieckselektroden Y1 zu testen, werden die gleichen Schritte verwendet, wie sie oben beschrieben worden sind, mit Ausnahme, dass die Verbindungen zu den Dreieckselektroden Y0 und Y1 umgekehrt sind. Zuerst werden die Stabelektroden (d. h. die Verbindungen Xa und Xb) und die Dreieckselektroden Y0 (d. h. die Verbindungen Y0a und Y0b) geerdet oder mit einer Masseverbindung verbunden. Dann wird an Y1A eine Spannung angelegt. Die Spannung wird dann an der Verbindung Y1b gemessen. Falls an Y1b keine Spannung erfasst wird, gibt es entweder einen offenen Stromkreis im Elektrodenmuster Y1 oder es gibt einen geschlossenen Stromkreis zu den Stabelektroden X oder den Dreieckselektroden Y0. Das heißt, falls die an der Verbindung Y1b gemessene Spannung im Vergleich zu der an die Verbindung Y1a angelegten Spannung anomal niedrig ist, wird an der Verbindung Y1b keine Spannung gemessen oder erfasst.
2D zeigt die Schritte, um die Stabelektroden X zu testen. Im Schritt S20 werden die Dreieckselektroden Y0, Y1 (d. h. die Verbindungen Y0a, Y0b, Y1a und Y1b) geerdet. Im Schritt S22 wird eine Spannung an die Verbindung Xa angelegt oder mit ihr verbunden. Im Schritt S24 wird die Spannung an der Verbindung Xb gemessen. Im Schritt S26 gibt es, falls an der Verbindung Xb keine Spannung erfasst wird, entweder einen offenen Stromkreis im Elektrodenstreifenmuster X oder es gibt einen geschlossenen Stromkreis zu den Dreieckselektroden Y0, Y1. Das heißt, falls die an der Verbindung Xb gemessene Spannung im Vergleich zu der an die Verbindung Xa angelegten Spannung anomal niedrig ist, wird an der Verbindung Xb keine Spannung gemessen oder erfasst.
Um außerdem die Widerstände Rxa, Rxb, Rxc zu testen, kann ein Lastwiderstand Rxd an den Anschluss Xb nach Masse angelegt werden, wobei in einem letzten Schritt die Spannung über ihm gemessen wird. Rxd dient dazu, eine Spannung zu erzeugen, die in Übereinstimmung mit dem Ohmschen Gesetz mit dem Widerstand der anderen Widerstände in einer inversen Beziehung steht, so dass ihre Werte ermittelt werden können, um sicherzustellen, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Toleranzstreifens richtig sind.
Im Obigen wird klar, dass die Spannungen in gleicher Weise an die Verbindungen Xb, Y0b oder Y1b angelegt werden könnten und die Spannung an Xa, Y0a bzw. Y1a erfasst werden konnte. Falls die Widerstände Rxa, Rxb, Rxc unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens optional getestet werden würden, würde der Widerstand Rxb mit dem Anschluss Xa nach Masse verbunden werden.
3A zeigt eine herkömmlichere 2-schichtige Geometrie der Elektroden, die aus Rautenmustern besteht, wie sie in der Technik wohlbekannt ist, die aber aus einem Umriss der Elektrodenformen unter Verwendung feinlinigen Metalls ausgebildet ist. Bei diesem Muster gibt es vertikale Spalten 32, 40 und horizontale Zeilen 34, 42 der Rauten, die untereinander verbunden sind, um sowohl in der x- als auch in der y-Achse einen verschachtelten Elektrodensatz zu bilden. Es wird unter Verwendung von nach innen gehenden 'Spitzen' aus Metall 38, die von jeder Ecke ausgehen, etwas Lückenfüller verwendet, um den effektiven Oberflächenbereich zu vergrößern, wie gezeigt ist. Diese Figur zeigt beide Schichten überlagert, es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass es zwischen dem vertikalen und dem horizontalen Satz der rautenförmigen Elektroden eine isolierende Schicht gibt. Wie bei 2A besitzt jeder der Elektrodensätze zwei Verbindungen und eine Rückschleifen-Struktur 30, die das Testen auf Durchgang und Kurzschlüsse erlaubt.
3B zeigt die in 3A gezeigte Elektrodenanordnung, die mit einem Prozessor 36 verbunden ist. Der Prozessor 36 besitzt eine ähnliche Struktur und einen ähnlichen Betrieb wie der in 2A gezeigte Prozessor.
Die in den 2C und 2D gezeigte Teststrategie kann auf das in 3B gezeigte Elektrodenmuster unter Verwendung des Prozessors 36 angewendet werden. Um z. B. die vertikale Spaltenelektrode 32 zu testen, werden die Verbindungen (X1a, X1b, Y0a, Y0b, Y1a und Y1b) der anderen Elektroden mit Masse verbunden. An die Verbindung X0a wird eine Spannung angelegt oder mit ihr verbunden, wobei dann die Spannung an der Verbindung X0b gemessen wird. Falls an der Verbindung Xb keine Spannung gemessen wird, gibt es entweder einen offenen Stromkreis in der vertikalen Spaltenelektrode 32 oder es gibt einen Kurzschluss zu einer der anderen Elektroden. Das heißt, falls die an der Verbindung Xb gemessene Spannung im Vergleich zu der an die Verbindung Xa angelegten Spannung anomal niedrig ist, wird an der Verbindung Xb keine Spannung gemessen oder erfasst.
4A zeigt ein Verfahren zum Verringern der erforderlichen Anzahl der hinzugefügten externen Verbindungen, die erforderlich sind, um den Rückschleifen-Test an den 'Y'-Leitungen bezüglich des Elektrodenmusters nach 2A auszuführen. Die Widerstände Ryt0 und Ryt1 sind zu den Endpunkten jedes Satzes der Y-Dreiecke hinzugefügt und miteinander verbunden, um die Verbindung Yt zu bilden. Diese eliminiert einen der Enddrähte der Y-Leitung für jedes Paar der Y-Dreieckssätze. Die Widerstände besitzen vorzugsweise einen hohen Wert, um keine Störung mit der Abtastfunktion der Elektroden zu verursachen. Die Widerstände können z. B. 100 kΩ oder größer sein.
4B zeigt das in 4A gezeigte Elektrodenmuster, das mit dem Prozessor 40 verbunden ist. Der Prozessor 40 besitzt eine ähnliche Struktur und einen ähnlichen Betrieb wie die, die für den in 2B gezeigten Prozessor beschrieben worden sind. Wie oben beschrieben worden ist, gibt es jedoch eine verringerte Anzahl von Verbindungen, die Verbindungen Y0b und Y1b sind nämlich durch eine einzige Verbindung Yt ersetzt.
Die Teststrategie zum Testen der Stabelektroden ist ähnlich zu der, die in dem Ablaufplan in 2D gezeigt ist. Die Verbindungen Yt, Y0 und Y1 werden z. B. alle mit Masse verbunden. Dann wird an die Verbindung Xa eine Spannung angelegt. Dann wird die Spannung an Xb gemessen. Falls an der Verbindung Xb keine Spannung gemessen wird, gibt es entweder einen offenen Stromkreis im Stabelektrodenmuster oder es gibt einen geschlossenen Stromkreis zu den Dreieckselektroden. Das heißt, falls die an der Verbindung Xb gemessene Spannung im Vergleich zu der an die Verbindung Xa angelegten Spannung anomal niedrig ist, wird an der Verbindung Xb keine Spannung gemessen oder erfasst.
Die Testprozedur zum Testen der Y-Leitungen nach 4A umfasst:

1) Erden aller X-Verbindungen, dann
2) Anlegen einer Spannung an die Verbindung Yt, dann
3) Messen der Spannung sowohl an Y0 als auch an Y1, dann
4) Erden von Y0, während die Spannung an Yt gehalten wird, dann
5) Messen der Ausgabe von Y1.

Falls es im Schritt 3 entweder an Y0 oder an Y1 keine Spannung gibt, gibt es einen Fehler, entweder aufgrund eines Kurzschlusses von einer Y-Elektrode zu einer X-Elektrode oder aufgrund eines offenen Stromkreises im Y-Elektrodenmuster. Falls es im Schritt 5 keine Spannung an Y1 gibt, gibt es einen Kurzschluss zwischen Y1 und Y0. Der obige Ablauf testet alle bekannten Kombinationen der möglichen Fehler.
Die oben für das Testen der Y-Leitungen beschriebenen Schritte sind in den Schritten S1 bis S5 in 4C zusammengefasst. Es ist klar, dass nach den obigen Schritten 3 oder 5 (d. h. S3 oder S5) das Elektrodemuster verworfen werden könnte. Das heißt, falls die im Schritt 3 an der Verbindung V0 oder Y1 oder im Schritt 5 an Y1 gemessene Spannung im Vergleich zu der im Schritt 2 oder 4 an die Verbindung Yt angelegten Spannung anomal niedrig ist, wird das Elektrodemuster als misslungen betrachtet, wobei es verworfen werden könnte, wobei andernfalls der Sensor, der das Elektrodemuster trägt, als bestanden betrachtet wird.
Die Erfindung kann außerdem verwendet werden, um Widerstandsschirme und elektroluminiszente Lampen (EL-Lampen) herzustellen, weil die Metalldichte hoch genug ist, dass diese Anwendungen immer noch im Vergleich zu ITO- oder PEDOT-basierten Elektroden mit einer verbesserten Transparenz funktionieren können.
Mit der Erfindung können verschiedene Abtasttechniken verwendet werden, um die Änderungen der Kapazität und das Vorhandensein oder das Fehlen eines Benutzers in der Nähe des Berührungssensors zu bestimmen. Die Vorrichtungen und Verfahren, die in US 6.466.036 und US 6.452.514 beschrieben sind, können z. B. mit der Erfindung verwendet werden und werden in ihrer Gesamtheit hierin eingefügt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6466036 [0063]
US 6452514 [0063]

Claims

Zweidimensionaler Berührungssensor, der mehrere Elektroden umfasst, die in einem Muster auf einem Substrat angeordnet sind, wobei jede Elektrode aus einem verbundenen Netz aus Metallspuren ausgebildet ist, wobei das Metall intrinsisch opak ist, wobei aber die Metallspuren ausreichend schmal sind, um praktisch unsichtbar zu sein.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 1, wobei die Metallspuren eine Breite besitzen, die kleiner als oder gleich 10 μm ist.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 1, wobei die Metallspuren weniger als oder gleich 5% des Bereichs jeder Elektrode belegen.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 1, wobei die Elektroden in einer einzigen Schicht angeordnet sind.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 1, wobei die Elektroden in zwei Schichten angeordnet sind, die durch ein Dielektrikum getrennt sind.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 1, wobei benachbarte Elektroden durch mehrere Inseln beabstandet sind, die außerdem aus untereinander verbundenen Metallspuren hergestellt sind, wobei die Metallspuren der Inseln visuell und elektrisch ähnlich zu den Metallspuren der Elektroden sind.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 1, wobei jede Elektrode insofern in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt ist, als die Metallspuren vom oberen und vom unteren Teil nur an einem distalen Ende der Elektrode verbunden sind, wobei es keine Verbindung zwischen den Metallspuren im oberen und im unteren Teil vom distalen Ende zum ersten und zum zweiten proximalen Ende der Elektrode gibt.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 7, der ferner eine erste und eine zweite elektrische Verbindung für jede Elektrode umfasst, die mit ihrem jeweiligen ersten und zweiten proximalen Ende verbunden ist.
Zweidimensionaler Sensor nach Anspruch 8, wobei die Elektroden mehrere X-Elektroden umfassen, die von mehreren Y-Elektroden beabstandet sind; wobei das zweite proximale Ende jeder X-Elektrode über ein Widerstandselement mit dem ersten proximalen Ende der benachbarten X-Elektrode elektrisch verbunden ist; und wobei das zweite proximale Ende jeder Y-Elektrode mit dem ersten proximalen Ende der benachbarten Y-Elektrode elektrisch verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Berührungssensors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Schaffen eines Substrats; und Abscheiden mehrerer Elektroden auf wenigstens einer Seite des Substrats, wobei jede Elektrode aus einem verbundenen Netz von Metallspuren gebildet ist, wobei das Metall intrinsisch opak ist, wobei aber die Metallspuren ausreichend schmal sind, um praktisch unsichtbar zu sein.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Metallspuren eine Breite besitzen, die kleiner als oder gleich 10 μm ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Metallspuren weniger als oder gleich 5% des Bereichs jeder Elektrode belegen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei jede Elektrode insofern in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt ist, als die Metallspuren vom oberen und vom unteren Teil nur an einem distalen Ende der Elektrode verbunden sind, wobei es keine Verbindung zwischen den Metallspuren im oberen und im unteren Teil vom distalen Ende zum ersten und zum zweiten proximalen Ende der Elektrode gibt.
Verfahren zum Testen eines kapazitiven Berührungssensors, der nach Anspruch 13 hergestellt ist, das umfasst: Anlegen einer ersten Spannung an das erste proximale Ende einer der mehreren Elektroden, während die proximalen Enden aller anderen Elektroden mit Masse verbunden sind, und Messen einer zweiten Spannung am zweiten proximalen Ende der einen Elektrode; wiederholen des vorhergehenden Schritts für alle anderen Elektroden; und Verwerfen des Sensors, falls für irgendeine der Elektroden die zweite Spannung im Vergleich zur ersten Spannung anomal niedrig ist, und Bestehenlassen des Sensors andernfalls.