DE202010000017U1

DE202010000017U1 - Integriertes Kabelmodul für Kraftsensoren und druckempfindliches Berührungs-Bedienfeld

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Publication number: DE202010000017U1
Application number: DE202010000017U
Authority: DE
Original assignee: TPK Touch Solutions Inc
Current assignee: TPK Touch Solutions Inc
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: US20120026120A1; CN102043501B; CN102043501A; JP3158304U; US10133387B2; WO2011050506A1

Abstract

Integriertes Kabelmodul für Kraftsensoren (28), welches aufweist:
ein integriertes Kabel (26), das eine Mehrzahl von Signalleitungen zum Übertragen von Sensorsignalen einer Mehrzahl der Kraftsensoren (28) aufweist, wobei das integrierte Kabel (26) eine Mehrzahl von Zweigen (260, 262) und ein Vereinigungsstück (264) zum Vereinigen der Signalleitungen der Zweige (260, 262) aufweist; und
einen Kabelrahmen (24), der eine Fensteröffnung (240) aufweist, wobei der Kabelrahmen (24) eine Nut (242) zum Anordnen des integrierten Kabels 26) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein druckempfindliches Berührungs-Bedienfeld und insbesondere ein integriertes Kabelmodul für Kraftsensoren.
Berührungs-Bedienfelder oder Berührungs-Bildschirme sind in elektronischen Geräten häufig verwendet worden, insbesondere in tragbaren und in der Hand gehaltenen elektronischen Geräten, beispielsweise persönlichen digitalen Assistenten (PDA) und Mobiltelefonen. Berührungs-Bedienfelder vereinigen Sensortechnologie (beispielsweise Drucksensor-Technologie, Widerstandssensor-Technologie, Kapazitivsensor-Technologie oder Optiksensor-Technologie) und Anzeige-Technologie. Fortschreitende Flüssigkristall-Anzeige(LCD)-Entwicklungen ermöglichen ferner die Integration der Sensortechnologien mit der LCD.
1 ist eine Explosionsdarstellung eines herkömmlichen druckempfindlichen Berührungs-Bedienfelds. Die Kraftsensoren 10 sind üblicherweise auf dem Metallgehäuse eines Flüssigkristall-Anzeige(LCD)-Panels 12 angeordnet und mit einem Berührungsglas 14 bedeckt. Beim Auffinden des Berührungspunktes werden die Sensorsignale der Kraftsensoren 10 zu dem LCD-Panel 12 jeweils über verschiedene Signalleitungen 16 übertragen. Da die Sensorsignale normalerweise eine geringe Stärke aufweisen, können die in den Signalleitungen übertragenen Sensorsignale durch die Störung von dem LCD-Panel 12 verschlechtert werden. Da ferner die Signalleitungen 16 in einer unregelmäßigen Weise geführt und angeordnet sind, werden die Sensorsignale durch die Störung jeweils in unterschiedlichem Ausmaß beeinträchtigt, was zu einer Ungleichmäßigkeit von elektrischem Stromfluss führt und dadurch die Genauigkeit der Berührungserfassung vermindert. Gemäß dem Aufbau des herkömmlichen druckempfindlichen Berührungs-Bedienfelds macht die Integration der Kraftsensoren 10 und des LCD-Panels 12 in einem Modul die Montage und den Test umständlich. Ferner ist es umständlich und zeitaufwändig, bei der Wartung fast alles in dem Berührungs-Bedienfeld auszubauen.
Demgemäß ist eine Notwendigkeit entstanden, ein neues druckempfindliches Berührungs-Bedienfeld vorzuschlagen, um das Leitungsanordnungs-Problem und den elektrischen Stromfluss der Sensorsignale zu verbessern und die Herstellung, den Test, die Montage und die Wartung zu ermöglichen.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen stellen Ausführungsformen der Erfindung ein druckempfindliches Berührungs-Bedienfeld bereit, insbesondere ein integriertes Kabelmodul für die Kraftsensoren, so dass die Leitungsanordnung zwischen den Kraftsensoren und dem Flüssigkristall-Modul (LCM) geregelt werden kann, der elektrische Stromfluss der Sensorsignale verbessert werden kann und die Herstellung, der Test, die Montage und die Wartung bequemer werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein druckempfindliches Berührungs-Bedienfeld ein Berührungsglas, ein integriertes Kabelmodul und ein Flüssigkristall-Modul (LCM) auf. Insbesondere weist das integrierte Kabelmodul einen Kabelrahmen, ein integriertes Kabel und Kraftsensoren auf. Der Kabelrahmen weist eine Fensteröffnung und eine Nut zum Anordnen des integrierten Kabels auf. Das integrierte Kabel weist eine Anzahl von Zweigen und ein Vereinigungsstück zum Vereinigen der Signalleitungen der Zweige auf. Die Kraftsensoren sind auf dem Kabelrahmen zum Erfassen einer Berührung auf dem Berührungsglas angeordnet und übertragen dementsprechend die Sensorsignale zu dem integrierten Kabel. Das LCM empfängt die Sensorsignale von dem Vereinigungsstück des integrierten Kabels, um einen Berührungspunkt aufzufinden.
Viele Aspekte der Erfindung können unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verstanden werden. Die Bauelemente in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht, stattdessen ist der Schwerpunkt auf die deutliche Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarungen gelegt. Ferner bezeichnen in den Zeichnungen überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugsziffern übereinstimmende Teile.
1 ist eine Explosionsdarstellung eines herkömmlichen druckempfindlichen Berührungs-Bedienfelds;
2 ist eine Explosionsdarstellung eines druckempfindlichen Berührungs-Bedienfelds gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt ein Querschnitt des Berührungs-Bedienfelds gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt einen anderen Querschnitt des Berührungs-Bedienfelds gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
5 zeigt einen weiteren Querschnitt des Berührungs-Bedienfelds gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Explosionsdarstellung eines druckempfindlichen Berührungs-Bedienfelds gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform weist das druckempfindliche Berührungs-Bedienfeld (kurz: Berührungs-Bedienfeld) Bauelemente, die sich der Reihe nach wie folgt zusammensetzen: ein vorderes Gehäuse 20, ein Berührungsglas 22, einen Kabelrahmen 24, ein integriertes Kabel 26, Kraftsensoren 28, ein Flüssigkristall-Modul (LCM) 30 und ein hinteres Gehäuse 32.
Das vordere Gehäuse 20 weist eine Fensteröffnung 200 auf, welche einen Teil des Berührungsglases 22 freigibt und dadurch einen Berührungsbereich zum Ermöglichen einer Berührung eines Benutzers begrenzt. Das vordere Gehäuse 20 kann mittels herkömmlicher Kunststoff-Formtechnik hergestellt sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein wasserdichter Rahmen (nicht gezeigt in 2), beispielsweise ein wasserdichter Kunststoffrahmen, kann zwischen dem vorderen Gehäuse 20 und dem Berührungsglas 22 eingesetzt sein, um zu vermeiden, dass Wasser oder Partikel von außerhalb in das Berührungs-Bedienfeld gelangen. Das vordere Gehäuse 20 ist mit dem hinteren Gehäuse 32 zusammengebracht und der resultierende Raum, welcher zwischen dem vorderen Gehäuse 20 und dem hinteren Gehäuse 32 ausgebildet ist, wird zum Aufnehmen des Berührungsglases 22, des Kabelrahmens 24, des integrierten Kabels 26, der Kraftsensoren 28 und des Flüssigkristall-Moduls (LCM) 30 verwendet.
In der Ausführungsform ist der Kabelrahmen 24 ein ebener Rahmen, der eine Fensteröffnung 240 aufweist, welche die Fensteröffnung 200 annähernd überlappt und eine Größe ungefähr gleich der Größe der Fensteröffnung 200 hat, was aber nicht unbedingt notwendig ist. Der Kabelrahmen 24 kann aus metallischem Material hergestellt sein, aber ohne dass er darauf beschränkt ist. Die Oberseite des Kabelrahmens 24 weist eine Nut 242 zum Anordnen des integrierten Kabels 26 auf. Obwohl sich die Nut 242 in der Ausführungsform auf der von dem Berührungsglas 22 abgewandten Seite befindet, kann sich die Nut 242 aber in einer anderen Ausführungsform auf der dem Berührungsglas 22 zugewandten Seite befinden. Die vier Ecken des Kabelrahmens 24, welche mit den Kraftsensoren 28 korrespondieren, weisen jeweils Öffnungen 244 auf, durch welche die Sensorfläche des Kraftsensors 28 das Berührungsglas 22 kontaktieren kann. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Öffnungen 244 vorgesehen sind, können die Öffnungen 244 in einer anderen Ausführungsform weggelassen werden, durch direktes Anordnen der Kraftsensoren 28 auf dem Kabelrahmen 24 in Richtung des Berührungsglases 22.
In der Ausführungsform ist das integrierte Kabel 26 ein U-förmiges flexibles Flachkabel (FFC) oder eine flexible gedruckte Schaltungsplatine (FPCB), ohne darauf beschränkt zu sein. Einige Vorteile der Verwendung des FFC sind sein niedriger Kontaktwiderstand, sein geringes Gewicht, seine dünne Form und seine Flexibilität. Infolgedessen erleidet das integrierte Kabel 26 kaum eine Beeinflussung und Einwirkung von dem Kabelrahmen 24 und dem LCM 30. Ferner weist das FFC eine geringere Signaldämpfung als andere Übertragungsleitungen auf. In der Ausführungsform weist das integrierte Kabel 26 zwei Zweige auf: einen linken Zweig 260 und einen rechten Zweig 262, von denen jeder verwendet wird, um die Sensorsignale zweier zugehöriger Kraftsensoren 28 zu übertragen. Die Sensorsignale des linken Zweigs 260 und des rechten Zweigs 262 werden durch ein Vereinigungsstück 264 vereinigt und dann zu dem LCM 30 übertragen. Obwohl das integrierte Kabel 26 in der vorliegenden Ausführungsform U-förmig ist, kann das integrierte Kabel 26 aber eine geschlossene Form aufweisen. Die vier Ecken des integrierten Kabels, welche jeweils mit den Kraftsensoren 28 korrespondieren, können hervorstehende Eingangs-/Ausgangs-Schnittstellen 266 aufweisen, welche üblicherweise als Goldfinger bekannt sind, durch welche Signale von den Kraftsensoren 28 oder zu Kraftsensoren 28 übertragen werden können. Obwohl die Kraftsensoren 28 in der vorliegenden Ausführungsform auf den vier Ecken des Berührungs-Bedienfelds angeordnet sind, sind die Positionen der Kraftsensoren 28 nicht auf die vier Ecken beschränkt, und die Anzahl der Kraftsensoren 28 ist nicht auf vier beschränkt.
In der Ausführungsform kann das integrierte Kabel 26 an der Nut 242 des Kabelrahmens 24 durch Klebstoff oder Klebeband befestigt sein und die Kraftsensoren 28 können an dem Kabelrahmen 24 durch eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB) (nicht gezeigt in 2) befestigt sein. Dementsprechend können die Sensorsignale von den Kraftsensoren 28 zu dem LCM 30 über das integrierte Kabel 26 übertragen werden und diese Signale können dann durch einen Prozessor und zugehörige Software/Firmware verarbeitet werden, um den Berührungspunkt aufzufinden. Da gemäß der Ausführungsform die Übertragungsleitungen zum Übertragen der Sensorsignale in das einzelne integrierte Kabel 26 integriert sind, existiert das in dem herkömmlichen Berührungs-Bedienfeld angetroffene Leitungs-Anordnungsproblem nicht länger. Da ferner die schwachen Signale durch das einzelne Übertragungsmedium (d. h. das integrierte Kabel 26) übertragen werden, weisen alle Sensorsignale eine gleichmäßige Signaldämpfung und einen gleichmäßigen elektrischen Stromfluss auf, wodurch die Berührungserfassungs-Genauigkeit erhöht wird. Da außerdem die Kraftsensoren 28, das integrierte Kabel 26 und der Kabelrahmen 24 in ein Modul integriert sind, werden Herstellung, Test und Montage bequemer, und die Wartung wird durch das Entfernen lediglich der integrierten Kraftsensoren 28/des integrierten Kabels 26/des Kabelrahmens 24 ebenfalls bequem.
3 zeigt einen Querschnitt des Berührungs-Bedienfelds gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Der Kraftsensor 28 ist auf einer gedruckten Schaltungsplatine 280 angeordnet, welche auf dem Kabelrahmen 24 durch eine Druckvorrichtung 282 und eine Schraube 284 festgeschraubt ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Kraftsensor 28 an dem Kabelrahmen 24 durch ein anderes Mittel als die Druckvorrichtung 282 und die Schraube 284 befestigt sein. Die gedruckte Schaltungsplatine 280 kann mit dem integrierten Kabel 26 durch ein Verbindungsstück 286 verbunden sein. Die Sensorfläche des Kraftsensors 28 kann eine Kugel 288 aufweisen, welche das Berührungsglas 22 elastisch berührt, das dem Kraftsensor 28 gegenüberliegt. Die Kugel 288 stellt dafür einen Bewegungshub zwischen dem Berührungsglas 22 und dem Kraftsensor 28 bereit. 3 zeigt außerdem eine Feder 202, die an der Innenseite des vorderen Gehäuses 20 und an dem Berührungsglas 22 befestigt ist.
4 zeigt einen anderen Querschnitt des Berührungs-Bedienfelds gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Diese Figur zeigt eine andere Ausrichtung des vorderen Gehäuses 20, des Berührungsglases 22, des Kabelrahmens 24, der Kraftsensoren 28, der gedruckten Schaltungsplatine 280, der Druckvorrichtung 282, der Kugel 288 und des LCM 30. Ferner zeigt die Figur einen wasserdichten Rahmen 21, der zwischen dem vorderen Gehäuse 20 und dem Berührungsglas 22 angeordnet ist, zum Vermeiden, dass Wasser oder Partikel von außerhalb in das Berührungs-Bedienfeld gelangen.
5 zeigt einen weiteren Querschnitt des Berührungs-Bedienfelds gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Diese Figur zeigt eine weitere Ausrichtung des vorderen Gehäuses 20, des Berührungsglases 22, ders Kabelrahmens 24, des integrierten Kabels 26, der Kraftsensoren 28, der gedruckten Schaltungsplatine 280, der Druckvorrichtung 282, des Verbindungsstücks 286, der Kugel 288 und des LCM 30. Ferner zeigt die Figur einen Sicherungsmechanismus, das heißt, eine Sicherungsschraube 220 und eine Sicherungsmutter 222 in der vorliegenden Ausführungsform. Das Ende der Sicherungsschraube 220 kommt in Kontakt mit dem Berührungsglas 22, wenn ein Benutzer das Berührungsglas 22 mit einer Kraft über einem vorgegebenen Betrag drückt, wodurch der Kraftsensor 28 davor geschützt wird, beschädigt zu werden.
Obwohl spezielle Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, werden die Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen, welcher ausschließlich durch die angehängten Ansprüche begrenzt werden soll.

Claims

Integriertes Kabelmodul für Kraftsensoren (28), welches aufweist: ein integriertes Kabel (26), das eine Mehrzahl von Signalleitungen zum Übertragen von Sensorsignalen einer Mehrzahl der Kraftsensoren (28) aufweist, wobei das integrierte Kabel (26) eine Mehrzahl von Zweigen (260, 262) und ein Vereinigungsstück (264) zum Vereinigen der Signalleitungen der Zweige (260, 262) aufweist; und einen Kabelrahmen (24), der eine Fensteröffnung (240) aufweist, wobei der Kabelrahmen (24) eine Nut (242) zum Anordnen des integrierten Kabels 26) aufweist.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei das integrierte Kabel (26) U-förmig ist.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei das integrierte Kabel (26) ein flexibles Flachkabel (FFC) oder eine flexible gedruckte Schaltungsplatine (FPCB) ist.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei die Zweige (260, 262) des integrierten Kabels einen linken Zweig (260) und einen rechten Zweig (262) aufweisen, von denen jeder die Sensorsignale von zwei der Kraftsensoren (28) überträgt.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei das integrierte Kabel (26) eine Mehrzahl von Eingangs-/Ausgangs-Schnittstellen (266) aufweist, die zum Übertragen von Signalen von den Kraftsensoren (28) oder zu den Kraftsensoren (28) eingerichtet sind.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei das integrierte Kabel (26) an der Nut (242) des Kabelrahmens (24) durch Klebstoff oder Klebeband befestigt ist.
Modul gemäß Anspruch 1, wobei der Kabelrahmen (24) Öffnungen (244) jeweils an Positionen aufweist, die mit den Kraftsensoren (28) korrespondieren.
Modul gemäß Anspruch 1, welches ferner eine gedruckte Schaltungsplatine (280) aufweist, die zum Koppeln des Kraftsensors (28) an den Kabelrahmen (24) eingerichtet ist.
Modul gemäß Anspruch 8, welches ferner eine Druckvorrichtung (282) zum Befestigen der gedruckten Schaltungsplatine (280) an dem Kabelrahmen (24) aufweist.
Modul gemäß Anspruch 8, welches ferner ein Verbindungsstück (286) aufweist, das zum Koppeln der gedruckten Schaltungsplatine (280) an das integrierte Kabel (26) eingerichtet ist.
Modul gemäß Anspruch 1, welches ferner eine Sicherungseinrichtung aufweist, die auf dem Kabelrahmen (24) angeordnet ist.
Modul gemäß Anspruch 11, wobei die Sicherungseinrichtung eine Sicherungsschraube (220) und eine Sicherungsmutter (222) aufweist, so dass die Sicherungsschraube (220) vermeidet, dass die Kraftsensoren (28) beschädigt werden, wenn ein Benutzer eine Kraft über einem bestimmten Betrag ausübt.
Druckempfindliches Berührungs-Bedienfeld, welches aufweist: ein Berührungsglas (22); einen Kabelrahmen (24), der auf dem Berührungsglas (22) angeordnet ist, wobei der Kabelrahmen (24) eine Fensteröffnung (240) und eine Nut (242) aufweist; ein integriertes Kabel (26), das in der Nut (242) angeordnet ist, wobei das integrierte Kabel (26) eine Mehrzahl von Zweigen (260, 262) und ein Vereinigungsstück (264) zum Vereinigen von Signalleitungen der Zweige (260, 262) aufweist; eine Mehrzahl von Kraftsensoren (28), die auf dem Kabelrahmen (24) angeordnet sind, wobei die Kraftsensoren (28) eine Berührung auf dem Berührungsglas (22) erfassen und dann Sensorsignale zu den Signalleitungen des integrierten Kabels (26) übertragen; und ein Flüssigkristall-Modul (LCM) (30), welches zum Aufnehmen der Sensorsignale von dem Vereinigungsstück (264) des integrierten Kabels (26) eingerichtet ist, wodurch ein Berührungspunkt aufgefunden wird.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei die Nut (242) an einer Seite des Kabelrahmens (24), die von dem Berührungsglas (22) abgewandt ist, angeordnet ist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei das integrierte Kabel (26) an der Nut (242) des Kabelrahmens (24) durch Klebstoff oder Klebeband befestigt ist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei der Kabelrahmen (24) Öffnungen (244) jeweils an Positionen aufweist, die mit den Kraftsensoren (28) korrespondieren, so dass die Kraftsensoren (28) durch die Öffnungen (244) das Berührungsglas (22) kontaktieren und abtasten.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei das integrierte Kabel (26) U-förmig ist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei das integrierte Kabel (26) ein flexibles Flachkabel (FFC) oder eine flexible gedruckte Schaltungsplatine (FPCB) ist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei die Zweige (260, 262) des integrierten Kabels (26) einen linken Zweig (260) und einen rechten Zweig (262) aufweisen, von denen jeder die Sensorsignale von zwei der Kraftsensoren (28) überträgt.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei das integrierte Kabel (26) eine Mehrzahl von Eingangs-/Ausgangs-/Schnittstellen (266) aufweist, die zum Übertragen von Signalen von den Kraftsensoren (28) oder zu den Kraftsensoren (28) eingerichtet sind.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, welches ferner eine gedruckte Schaltungsplatine (280) aufweist, die zum Koppeln des Kraftsensors (280) an den Kabelrahmen (24) eingerichtet ist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 21, welches ferner eine Druckvorrichtung (282) zum Befestigen der gedruckten Schaltungsplatine (280) an dem Kabelrahmen (24) aufweist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 21, welches ferner ein Verbindungsstück (286) aufweist, das zum Koppeln der gedruckten Schaltungsplatine (280) an das integrierte Kabel (26) eingerichtet ist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, welches ferner eine Sicherungseinrichtung aufweist, die an dem Kabelrahmen (24) angeordnet ist.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 24, wobei die Sicherungseinrichtung eine Sicherungsschraube (220) und eine Sicherungsmutter (222) aufweist, so dass ein Ende der Sicherungsschraube (220) das Berührungsglas (22) kontaktiert, so dass vermieden wird, dass die Kraftsensoren (28) beschädigt werden, wenn ein Benutzer eine Kraft über einem bestimmten Betrag ausübt.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, wobei der Kraftsensor (28) ferner eine Kugel (288) aufweist, die das Berührungsglas (22) elastisch berührt und dem Berührungsglas (22) zugewandt ist, wodurch ein Bewegungshub zwischen dem Berührungsglas (22) und dem Kraftsensor (28) bereitgestellt wird.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 13, welches ferner aufweist: ein vorderes Gehäuse (20), das eine Fensteröffnung (200) aufweist, welche einen Teil des Berührungsglases (22) freilegt und ein Berührungs-Feld begrenzt, und ein hinteres Gehäuse (32), wobei ein Raum zwischen dem vorderen Gehäuse (20) und dem hinteren Gehäuse (32) ausgebildet wird, welcher das Berührungsglas (22), den Kabelrahmen (24), das integrierte Kabel (26), die Kraftsensoren (28) und das LCM (30) aufnimmt.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 27, welches ferner einen wasserdichten Rahmen (21) aufweist, der zwischen dem vorderen Gehäuse (20) und dem Berührungsglas (22) angeordnet ist, wodurch vermieden wird, dass Wasser oder Partikel von außerhalb in den ausgebildeten Raum zwischen dem vorderen Gehäuse (20) und dem hinteren Gehäuse (22) gelangen.
Berührungs-Bedienfeld gemäß Anspruch 27, welches ferner eine Feder (202) aufweist, die an der Innenseite des vorderen Gehäuses (20) und an dem Berührungsglas (22) befestigt ist.