DE202011111083U1

DE202011111083U1 - Positionserfassungs- und Krafterfassungspaneel

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Publication number: DE202011111083U1
Application number: DE202011111083.8U
Authority: DE
Original assignee: Neodron Ltd
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2019-06-03
Anticipated expiration: 2021-12-02
Also published as: US20190187855A1; DE102011087565A1; US9223445B2; US20120139864A1; US20190012035A1; TW201237681A; US10146351B2; US10365747B2; CN102591519A; US20160117036A1

Abstract

Eine elektronische mobile Vorrichtung, die umfasst:
ein Gehäuse,
ein kapazitives Berührungspositions-Erfassungspaneel (1), das umfasst:
ein Substrat (3) mit einer ersten Fläche,
eine Vielzahl von Treiberelektroden (4(X)) oder Messelektroden (5(Y)) eines Berührungssensors, die auf der ersten Fläche angeordnet ist,
eine Vielzahl von Treiberelektroden oder Messelektroden des Berührungssensors, die auf einer zweiten Fläche angeordnet ist,
wobei die Vielzahl von Messelektroden auf der zweiten Fläche angeordnet ist, wenn die Vielzahl von Treiberelektroden auf der ersten Fläche angeordnet ist,
wobei die Vielzahl von Treiberelektroden auf der zweiten Fläche angeordnet ist, wenn die Vielzahl von Messelektroden auf der ersten Fläche angeordnet ist,
wobei die Vielzahl von Treiberelektroden aus einem durchsichtigen leitenden Material ausgebildet ist,
ein Display (2),
eine Deckschicht (7), wobei die erste Fläche des Substrats so konfiguriert ist, dass die erste Fläche und die Deckschicht einander zugewandt sind, und
eine transparente Klebeschicht (6), welche zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Deckschicht vorgesehen ist,
eine Steuereinheit (20), die einen Spannungstreiber und eine Integratorschaltung (22) umfasst, wobei der Spannungstreiber eingerichtet ist, um eine alternierende Spannung bereitzustellen,
ein erstes variables Widerstandselement (30, 30a), das zwischen einem Spannungstreiberausgang (26, 26a) und einem Eingang (21) der Integratorschaltung (22) verbunden ist,
wobei die Integratorschaltung betrieben werden kann, um einen Parameter des ersten variablen Widerstandselements zu messen,
wobei das erste variable Widerstandselement betrieben werden kann, um mit der alternierenden Spannung des Spannungstreibers zugeführt zu werden,
wobei das erste variable Widerstandselement zwischen dem Berührungspositions-Erfassungspaneel und dem Gehäuse angeordnet ist,
die Steuereinheit (20), welche eingerichtet ist, um die auf einen Erfassungsbereich ausgeübte Kraft basierend auf dem gemessenen Parameter zu bestimmen, und
die Steuereinheit (20), die des Weiteren eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen ersten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein erstes Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den ersten Schwellwert überschreitet.

Description

Ein Positionssensor kann das Vorhandensein und die Position einer Berührung durch einen Finger oder ein Objekt wie etwa einen Eingabestift innerhalb einer Fläche an einer externen Schnittstelle des Positionssensors erfassen. Bei einer berührungsempfindlichen Anzeige ermöglicht der Positionssensor unter Umständen eine direkte Interaktion mit den auf dem Bildschirm angezeigten Informationen, sodass es nicht erforderlich ist, eine Maus oder ein Touchpad zu verwenden. Positionssensoren können an Geräten mit einem Display angebracht werden oder als Bestandteil derselben vorgesehen werden. Beispiele für derartige Geräte mit Anzeigen sind etwa Computer, PDAs, Satellitennavigationsgeräte, Mobiltelefone, tragbare Medien-Player, tragbare Spielekonsolen, öffentliche Informationstafeln und Kassensysteme. Positionssensoren werden auch in Steuerpaneelen für verschiedene Geräte verwendet.
Es gibt verschiedene Typen von Positionssensoren. Zum Beispiel kann es sich um resistive Berührungsbildschirme, Oberflächenakustikwellen-Berührungsbildschirme, kapazitive Berührungsbildschirme usw. handeln. Ein kapazitiver Berührungsbildschirm kann zum Beispiel einen Isolator enthalten, der mit einem transparenten Leiter in einem bestimmten Muster beschichtet ist. Wenn ein Objekt wie etwa ein Finger oder ein Eingabestift die Oberfläche des Bildschirms berührt, verändert sich die Kapazität. Diese Kapazitätsänderung wird zu einer Steuereinrichtung gesendet, die mittels einer Verarbeitung die Berührungsposition bestimmt.
Bei einer Betriebskapazitäts-Konfiguration kann zum Beispiel eine Anordnung aus leitenden Treiberelektroden oder Treiberleitungen und leitenden Messelektroden oder Messleitungen verwendet werden, um einen Berührungsbildschirm mit kapazitiven Knoten zu bilden. Ein Knoten kann an jedem Schnittpunkt einer Treiberelektrode und einer Messelektrode gebildet werden. Die Elektroden kreuzen einander an den Schnittpunkten, sind aber durch einen Isolator voneinander getrennt, sodass kein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Auf diese Weise sind die Messelektroden an den Schnittpunktknoten kapazitiv mit den Treiberelektroden gekoppelt. Eine an einer Treiberelektrode angelegte gepulste oder alternierende Spannung induziert also eine Ladung an den Messelektroden, die die Treiberelektrode kreuzen. Die induzierte Ladungsmenge unterliegt externen Einflüssen wie etwa der Nähe eines Fingers. Wenn sich ein Objekt der Oberfläche des Bildschirms nähert, kann die Kapazitätsänderung an jedem einzelnen Knoten auf dem Gitter gemessen werden, um die Position des Objekts zu bestimmen.
Es werden verschiedene Beispiele für einen Berührungssensor angegeben, der einen beispielhaften Schaltungsaufbau für eine Krafterfassung enthält. Der Krafterfassungs-Schaltungsaufbau kann verwendet werden, um die auf den Sensor angewendete Kraftgröße zu bestimmen.
Die Figuren zeigen eine oder mehrere, beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassende Implementierungen gemäß den vorliegenden Lehren. In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um jeweils identische oder ähnliche Elemente anzugeben.

1 ist eine schematische Querschnittansicht eines berührungsempfindlichen Paneels.
2 ist eine schematische Draufsicht auf Leiter des berührungsempfindlichen Positionserfassungspaneels von 1 und auf eine Steuereinrichtung für ein berührungsempfindliches Paneel.
3 ist ein Schaltungsdiagramm zu einem ersten Beispiel eines Kraftsensors, der in Verbindung mit der Steuereinrichtung für einen Berührungssensor verwendet werden kann.
4 ist ein Schaltungsdiagramm zu einem zweiten Beispiel eines Kraftsensors, der in Verbindung mit der Steuereinrichtung für einen Berührungssensor verwendet werden kann.
5 ist ein Schaltungsdiagramm zu einem dritten Beispiel eines Kraftsensors, der in Verbindung mit der Steuereinrichtung für einen Berührungssensor verwendet werden kann.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zahlreiche Details beispielhaft erläutert, um die zugrundeliegende Lehre zu verdeutlichen. Der Deutlichkeit halber werden dem Fachmann wohlbekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und/oder Schaltungsaufbauten im Folgenden nicht näher beschrieben.
Die Beispiele werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Ein Berührungspositions-Erfassungspaneel kann über ein Display gelegt werden, um eine berührungsempfindliche Anzeigevorrichtung zu implementieren. Das Display kann verschiedene Formen aufweisen. Zum Beispiel kann es sich um ein Flüssigkristalldisplay wie etwa ein Aktivmatrix-Flüssigkristalldisplay, ein elektroluminiszentes Display, ein elektrophoretisches Display, ein Plasmadisplay, ein Kathodenstrahldisplay, ein OLED-Display oder ähnliches handeln. Es ist zu beachten, dass das von dem Display emittierte Licht, mit einer minimalen Absorption oder Behinderung durch das Positionserfassungspaneel hindurchgehen sollte.
1 zeigt ein beispielhaftes Berührungspositions-Erfassungspaneel 1, das über einem Display 2 liegt. Die Krafterfassung kann auch in Berührungssensoren verwendet werden, die andere Typen von Berührungserfassung implementieren, wobei für die vorliegende Beschreibung ein Beispiel eines Aufbaus gezeigt wird, der verwendet werden kann, um ein berührungsempfindliches Paneel des Betriebskapazitätstyps zu implementieren.
In dem gezeigten Beispiel umfasst das Paneel 1 ein Substrat 3 mit jeweils einer Fläche auf jeder Seite. Das Paneel 1 umfasst eine erste Anzahl von Elektroden 4(X) und eine zweite Anzahl von Elektroden 5(Y), die auf den gegenüberliegenden Flächen des Substrats 3 vorgesehen sind. Das Substrat 3 ist in Nachbarschaft zu dem Display 2 angeordnet, sodass die Elektroden 4(X) zwischen dem Display 2 und dem Substrat 3 vorgesehen sind. Ein Luftspalt ist zwischen dem Display 2 und jeder ersten Elektrode 4(X) vorgesehen. Eine transparente Klebeschicht 6 ist zwischen jeder zweiten Elektrode 5(Y) und einer transparenten Deckschicht 7 vorgesehen.
In anderen Beispielen kann das Berührungspositions-Erfassungspaneel 1 ein zweites Substrat (nicht gezeigt) aufweisen. Wenn ein zweites Substrat vorgesehen ist, kann das Berührungspositions-Erfassungspaneel ein transparentes Paneel, eine erste Kleberschicht auf dem Paneel, eine erste Elektrodenschicht für die ersten Elektroden, ein erstes Substrat, eine zweite Kleberschicht, eine zweite Elektrodenschicht für die zweiten Elektroden und das zweite Substrat umfassen. In einem derartigen Beispiel ist die erste leitende Elektrodenschicht an dem ersten Substrat angebracht und ist die zweite leitende Elektrodenschicht an dem zweiten Substrat angebracht.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel kann das Substrat 3, das einen Kern des beispielhaften berührungsempfindlichen Positionserfassungspaneels 1 bildet, aus einem transparenten, nicht-leitenden Material wie etwa Glas oder Kunststoff ausgebildet werden. Beispiele für geeignete Substratmaterialien aus Kunststoff sind etwa Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polycarbonat (PC).
In dem hier beschriebenen Betriebskapazitätsbeispiel sind die Elektroden 4(X) Treiberelektroden, die auf einer Fläche des Substrats 3 vorgesehen sind, und sind die Elektroden 5(Y) Messelektroden, die auf der gegenüberliegenden Fläche des Substrats 3 vorgesehen sind. Kapazitive Erfassungskanäle sind an den kapazitiv gekoppelten Knoten ausgebildet, die in lokalisierten Bereichen um die Kreuzungspunkte zwischen den ersten und zweiten Elektroden 4(X) und 5(Y) herum vorgesehen sind, und sind durch das nicht-leitende Substrat 3 voneinander getrennt.
Die transparente Deckschicht 7 ist über dem Substrat 3 vorgesehen, wobei die Elektroden 5(Y) auf verschiedene Weise mit derselben verbunden werden können. In einer beispielhaften Implementierung wird ein druckempfindlicher Kleber verwendet. In einem Beispiel kann die Deckschicht 7 aus Glas, Polycarbonat oder PMMA ausgebildet sein.
Indiumzinnoxid (ITO) ist ein Beispiel für ein durchsichtiges, leitendes Material, das verwendet werden kann, um einen oder beide Sätze von Elektroden 4(X) und 5(Y) in dem Beispiel von 1 auszubilden. Alternativ hierzu kann auch ein anderes durchsichtiges, leitendes Material wie zum Beispiel ein anorganisches oder ein organisches leitendes Material wie etwa Antimonzinnoxid (ATO), Zinnoxid, PEDOT oder ein anderes leitendes Polymer, eine Kohlenstoff-Nanoröhre oder ein mit einem Metall-Nanodraht imprägniertes Material oder ähnliches verwendet werden. Weiterhin können opake Leiter aus einem Metall wie etwa Kupfer, Silber oder aus einem anderen leitenden Material für ein leitendes Netz verwendet werden.
In 2 werden die Treiberelektroden 4(X) und die Messelektroden 5(Y) durch solide Bereiche aus ITO gebildet. Der Erfassungsbereich 10 des Positionserfassungspaneels 1, der in 2 durch eine Strichlinie angegeben wird, umfasst eine Anzahl von Kreuzungen 11, die durch die Treiberelektroden 4(X) und die Messelektroden 5(Y) gebildet werden. In dem Beispiel sind die Zwischenräume zwischen benachbarten X-Elektrodenriegeln schmal. Dadurch kann die Abschirmung der Elektroden 4(X) gegenüber einem Rauschen, das aus dem wie in 1 gezeigt darunter liegenden Display 2 stammt, verbessert werden. In einigen Beispielen sind 90% oder mehr des Erfassungsbereichs 10 durch ITO bedeckt. In einem Beispiel wie dem in 2 gezeigten kann der Zwischenraum zwischen benachbarten Treiberelektroden 4(X) zum Beispiel 200 Mikrometer oder weniger betragen.
In einem Beispiel bildet jede Treiberelektrode 4(X) Kanäle mit einer Anzahl von Messelektroden 5(Y) in einer benachbarten Ebene. Wie zuvor genannt, sind Kreuzungen 11 dort vorgesehen, wo die Treiberelektroden 4(X) die Messelektroden 5(Y) kreuzen.
Eine Treiberelektroden-Verbindungsleitung 12 ist mit jeder entsprechenden Treiberelektrode 4(X) verbunden. Eine Messelektroden-Verbindungsleitung 13 ist mit jeder entsprechenden Messelektrode 5(Y) verbunden. Die gezeigten Muster der Verbindungsleitungen sind lediglich beispielhaft aufzufassen. Die Treiberelektroden-Verbindungsleitungen 12 und die Messelektroden-Verbindungsleitungen 13 sind mit einer Steuereinheit 20 verbunden.
In einigen Beispielen kann die bei einer Berührung der Oberfläche des Paneels 1 durch ein Objekt verursachte Kapazitätsänderung an einem an einer Kreuzung 11 einer Treiberelektrode 4(X) und einer Messelektrode 5(Y) gebildeten Knoten durch die Steuereinheit 20 erfasst werden. Die Steuereinheit 20 legt gepulste oder alternierende Spannungen über die Treiberelektroden-Verbindungsleitungen 12 an den Treiberelektroden 4(X) an. Die Steuereinheit 20 misst die an den Messelektroden 5(Y) induzierte Ladungsmenge über die Messelektroden-Verbindungsleitungen 13. Die Steuereinheit 20 bestimmt das Auftreten und die Position einer Berührung auf der Basis von an einem oder mehreren der Knoten 11 erfassten Kapazitätsänderungen.
In einigen Beispielen kann die an einem Messknoten 5(Y) induzierte Ladungsänderung durch eine in der Steuereinheit 20 integrierte Stromintegratorschaltung 22 gemessen werden. Die Stromintegratorschaltung 22 kann die an einem Kondensator akkumulierte Ladung zu fixen Zeitintervallen messen. Die beispielhafte Steuereinrichtung 20 enthält eine Anzahl „n“ von Stromintegratoren 22a, 22b,... 22n und einen Prozessor 23. Einige der Integratoren werden für die Verarbeitung der Signale aus den Erfassungskanälen verwendet, um eine Berührung an dem Berührungspositions-Erfassungspaneel 1 zu erfassen.
Einige Anwendungen für einen Berührungssensor können die auf das Berührungspositions-Erfassungspaneel 1 ausgeübte Kraftgröße messen. Für eine derartige Anwendung des Berührungssensors kann ein Kraftsensor mit dem Berührungspositions-Erfassungspaneel 1 und der Steuereinrichtung 20 assoziiert werden. Der Kraftsensor misst in einigen Beispielen die auf die transparente Deckschicht 7 des Berührungspositions-Erfassungspaneels 1 ausgeübte Kraftgröße. Der Kraftsensor kann verwendet werden, um Berührungsereignisse zu quantifizieren oder zwischen verschiedenen Typen von Berührungsereignissen zu unterscheiden. Zum Beispiel kann der Kraftsensor die ausgeübte Kraftgröße messen und die Ausübung einer ersten Funktion veranlassen, wenn die Kraft kleiner oder gleich einem Schwellwert ist. Der Kraftsensor kann auch die ausgeübte Kraftgröße messen und die Ausübung einer zweiten Funktion veranlassen, wenn die Kraft den Schwellwert überschreitet.
Wie in 1 gezeigt, kann ein resistives, druckempfindliches Element 30 verwendet werden, um die auf das Paneel ausgeübte Kraftgröße zu messen. In einem Beispiel kann das resistive, druckempfindliche Element 30 zwischen dem Berührungspositions-Erfassungspaneel 1 und einem Halteaufbau (nicht gezeigt) angeordnet sein. In einem anderen Beispiel ist das Berührungspositions-Erfassungspaneel 1 in einem tragbaren Gerät integriert, wobei das resistive, druckempfindliche Element 30 zwischen dem Berührungspositions-Erfassungspaneel 1 und einem Gehäuse des Geräts angeordnet ist.
Das resistive, druckempfindliche Element 30 kann zum Beispiel aus einem Quantentunnelverbundmaterial (QTC) ausgebildet sein. Der Gleichstromwiderstand des QTC-Materials variiert in Abhängigkeit von der ausgeübten Kraft. In einem Beispiel kann das druckempfindliche Element 30 durch das Drucken einer das QTC-Material enthaltenden Tinte ausgebildet werden.
Wie in 2 gezeigt, kann das resistive, druckempfindliche Element 30 in einigen Beispielen den Stromfluss in eine Stromintegratorschaltung 22 der Steuereinheit 20 modulieren. Die Steuereinheit 20 kann eine oder mehrere Stromintegratorschaltungen 22 enthalten, die nicht für Berührungserfassungsoperationen verwendet werden. Eine beispielhafte Steuereinrichtung 20 wird unter der Bezeichnung mXT224 von Atmel Corporation in San Jose, Kalifornien, verkauft. Die Verwendung einer derartigen Steuereinrichtung 20 vereinfacht die Krafterfassung durch den bestehenden Schaltungsaufbau der Steuereinheit 20. In einigen Beispielen kann eine Krafterfassung erzielt werden, ohne dass hierfür ein zusätzlicher dedizierter elektronischer Konditionierungsschaltungsaufbau mit Vorspannungsnetzen, Verstärkern, Analog/Digital-Wandlern usw. vorgesehen werden muss.
3 zeigt eine erste beispielhafte Schaltung 32, die ein resistives, druckempfindliches Element 30 enthält. Die Schaltung 32 ist mit einem Stromintegrator 22 der Steuereinheit 20 verbunden. Die Steuereinheit 20 ist mit einer Erdungsschiene 19 und einer Fixspannungs-Zuführschiene 23 mit einer darauf geführten Spannung Vdd verbunden. Ein resistives, druckempfindliches Element 30 mit einem Wert RQ ist zwischen der Fixspannungs-Zuführschiene 23 und dem Stromintegratoreingang 21 der Steuereinheit 20 verbunden. Der Stromintegratoreingang 21 wirkt als eine virtuelle Erde mit einer Spannung Vn. Das resistive, druckempfindliche Element 30 und die Steuereinheit 20 sind beide mit derselben Spannungszuführschiene 23 verbunden, sodass der Schaltungsaufbau in der Steuereinheit 20 zum Messen des integrierten Stromwerts auf die Spannungszuführschiene Bezug nehmen kann. Bei dieser Konfiguration kann die Messung aber auch ratiometrisch und im Wesentlichen entkoppelt von Änderungen in der Zuführschienenspannung Vdd vorgenommen werden. Die Zuführschienenspannung Vdd ist eine fixierte Spannung, wobei aber ungewollte Fluktuationen in der Zuführschienenspannung Vdd enthalten sein können.
Ein Begrenzungswiderstand 24 mit einem Wert RL ist in Reihe mit dem resistiven, druckempfindlichen Element 30 zwischen der Fixspannungs-Zuführschiene 23 und dem Stromintegratoreingang 21 verbunden. Der Begrenzungswiderstand kann zum Beispiel einen Widerstandswert im Bereich von 100 Ω bis 500 Ω aufweisen. Der Begrenzungswiderstand 24 RL begrenzt zum Beispiel den maximalen Stromfluss durch das resistive, druckempfindliche Element 30 zu dem Stromintegratoreingang 21, wenn der Widerstand des resistiven, druckempfindlichen Elements 30 auf einen niedrigen Wert fällt. Diese Konfiguration kann verhindern, dass der Strom einen Maximalwert überschreitet, der durch den Stromintegrator 22 angenommen und gemessen werden kann. Der Widerstand einiger QTC-Materialien kann auf einen relativ niedrigen Wert fallen, wenn eine große Kraft auf sie ausgeübt wird.
Ein Vorspannungswiderstand 25 mit einem Wert RB ist zwischen der Fixspannungs-Zuführschiene 23 und dem Begrenzungswiderstand 24 parallel zu dem resistiven, druckempfindlichen Element 30 verbunden. In einigen Fällen kann der Widerstand einiger QTC-Materialien auf einen hohen Wert steigen, wenn keine Kraft auf sie ausgeübt wird. Der Vorspannungswiderstand 25 sieht einen Gleichstrompfad vor, wenn der Widerstand des resistiven, druckempfindlichen Elements 30 auf einen sehr hohen Wert steigt. Der Vorspannungswiderstand 25 kann zum Beispiel einen Widerstandswert von 1 MΩ oder mehr aufweisen.
In dieser Konfiguration liegt der Wert des Stromflusses In in den Integratoreingang 21 bei ungefähr: In = (Vdd - Vn)/(((RQ ·RB)/(RQ + RB)) + RL).
In diesem Beispiel sind die anderen Werte in der Gleichung außer In und RQ fixiert. Der Strom In ist jedoch von einer Änderung in dem druckempfindlichen Widerstand RQ abhängig. Dementsprechend kann der Widerstandswert RQ des resistiven, druckempfindlichen Elements aus dem Wert der akkumulierten Ladung bestimmt werden, der durch die Integration von In über eine fixe Zeitdauer wie an dem Stromintegratoreingang 22 gemessen erhalten wird. Der Wert der ausgeübten Kraft kann wiederum aus dem Widerstandswert RQ des resistiven, druckempfindlichen Elements bestimmt werden. Die Kraft kann auf der Basis der Kennlinie des QTC-Materials unter Verwendung des berechneten Widerstands berechnet werden. In einigen Anwendungen muss die ausgeübte Kraft nicht genau berechnet werden. Stattdessen kann ein einfacher Schwellwert für die Ausgabe des die Kraftmessung durchführenden Integrators ausreichen, um Informationen für das Host-System bereitzustellen.
Die bestimmte Kraft kann verwendet werden, um zu veranlassen, dass in Reaktion darauf bestimmte Ereignisse ausgeführt werden. Wenn das tragbare Gerät zum Beispiel ein Mobiltelefon ist und die auf eine Fläche des Berührungspositions-Erfassungspaneels 1 ausgeübt Kraft einen Schwellwert überschreitet, dann kann das Mobiltelefon eine erste Aktion ausüben. Zum Beispiel kann das Menü des Mobiltelefons zu einem Ausgangsanzeigeinhalt zurückkehren. Wenn die Kraft den Schwellwert nicht überschreitet, dann kann das Menü nicht wechseln oder es kann eine andere Aktion ausgeführt werden. Außerdem können mehr als ein Schwellwert verwendet werden, um verschiedene Ereignisse auszulösen. Einige Ereignisse können ausgelöst werden, wenn ein Schwellwert erreicht und überschritten wird. Andere Ereignisse können ausgelöst werden, wenn die Kraft kleiner oder gleich dem Schwellwert ist. Einige Ereignisse können ausgelöst werden, wenn der Schwellwert überschritten wird. Andere Ereignisse können eintreten, wenn die Kraft unter dem Schwellwert liegt. Weitere Aktionen können direkt auf der Grundlage der ausgeübten Kraft ausgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Zoom-Aktion ausgeführt werden, wobei der Zoomwert proportional zu der ausgeübten Kraft ist.
4 zeigt eine andere Schaltung 33, die ein resistives, druckempfindliches QTC-Element 30 enthält. Das resistive, druckempfindliche Element 30 ist mit einer Steuereinheit 20 verbunden. Die Steuereinheit 20 ist mit einer Erdungsschiene 19 und einer Fixspannungs-Zuführschiene 23 mit einer darauf geführten Spannung Vdd verbunden.
In diesem Beispiel weist das resistive, druckempfindliche Element 30 einen Widerstand RQ auf und ist zwischen einem Spannungstreiberausgang 26 der Steuereinheit 20 und einem Eingang 21 eines Stromintegrators 22 der Steuereinheit 20 verbunden. Der Spannungstreiberausgang 26 führt eine alternierende Spannung zu, die zwischen einer hohen Spannung und einer niedrigen Spannung variiert, während der Stromintegratoreingang 21 als eine virtuelle Erde bei einer Spannung in der Mitte zwischen den hohen und niedrigen Spannungen wirkt. Insbesondere führt der Spannungstreiberausgang 26 eine alternierende Spannung zu, die zwischen einer hohen Spannung, die im Wesentlichen gleich der Zuführschienenspannung Vdd ist, und einer niedrigen Spannung von im Wesentlichen null Volt bei der Erde variiert, während der Stromintegratoreingang 21 als eine virtuelle Erde bei einer Spannung Vn, die ungefähr halb so groß wie Vdd ist, wirkt. Obwohl die alternierende Spannung eine positive Spannung relativ zu der Erdungsspannung ist, ist die alternierende Spannung eine alternierende bipolare Spannung relativ zu der virtuellen Erde an dem Stromintegratoreingang. Der Spannungstreiber kann auch eine oder mehrere Treiberelektroden 4(X) treiben.
In diesem Beispiel liegt die Spannung des Stromintegratoreingangs 21 nominell in der Mitte zwischen den hohen und niedrigen Spannungen der alternierenden Spannung. Es können jedoch auch andere Werte der Stromintegratoreingangsspannung zwischen den hohen und niedrigen Spannungen verwendet werden. Der Wert der Stromintegratoreingangsspannung hängt davon ab, wie die alternierende Spannung in der Zeit variiert.
In einigen Beispielen kann der Spannungstreiberausgang 26 der Steuereinheit 20 zum Zuführen der alternierenden Spannung zu dem resistiven, druckempfindlichen Element 30 auch verwendet werden, um eine Treiberelektrode 4(X) des Berührungspositions-Erfassungspaneels 1 zu treiben. In einer derartigen Konfiguration kann der Kraftsensor 30 abgeschirmt werden, indem er hinter einer leitenden Erdungsebene angeordnet wird. Es können aber auch andere Formen von Abschirmung verwendet werden. Die Abschirmung kann eine kapazitive Kopplung verhindern, die dazu führen kann, dass das Krafterfassungselement nicht nur druckempfindlich, sondern auch berührungsempfindlich wird. In verschiedenen Anwendungen kann dies unvorteilhaft sein, weil der Kraftsensor auf die ausgeübte Kraft und nicht auf die Nähe des die Kraft ausübenden Objekts reagieren soll.
Indem eine alternierende Spannung mit Werten über und unter der Spannung des Stromintegratoreingangs 21 zu dem druckempfindlichen Element 30 zugeführt werden, können die Schaltungen in der Steuereinheit 20 verwendet werden, um den integrierten Stromwert zu messen und auf diese Weise eine Differentialmessung zu dem Stromfluss durch das resistive, druckempfindliche Element 30 durchzuführen. Eine derartige Differentialmessung kann eine Rauschaufhebung für bestimmte Typen von Rauschen vereinfachen.
Ein Begrenzungswiderstand 24 mit einem Widerstandswert RL ist zwischen dem Spannungstreiberausgang 26 und dem Stromintegratoreingang 21 verbunden. Der Begrenzungswiderstand 21 ist in Reihe mit dem resistiven, druckempfindlichen Element 30 verbunden.
Ein Vorspannungswiderstand 25 mit einem Widerstandswert RB ist zwischen dem Spannungstreiberausgang 26 und dem Begrenzungswiderstand 24 verbunden. Der Vorspannungswiderstand 25 ist parallel zu dem resistiven, druckempfindlichen Element 30 verbunden.
Der Widerstandswert RQ des resistiven, druckempfindlichen Elements kann aus den durch die Differentialstrommessung an dem Eingang 21 des Stromintegrators 21 gemessenen Stromwerten bestimmt werden. Der Wert der ausgeübten Kraft kann wiederum aus dem Widerstandswert RQ des resistiven, druckempfindlichen Elements bestimmt werden. Die Kraft kann auf der Basis der Eigenschaften des QTC-Materials unter Verwendung des berechneten Widerstands bestimmt werden.
In 5 ist ein weiteres Beispiel einer Schaltung 34 gezeigt. Die Schaltung 34 enthält drei resistive, druckempfindliche QTC-Elemente 30a, 30b und 30c, die mit der Steuereinheit 20 verbunden sind. Weiterhin ist die Steuereinheit 20 mit einer Erdungsschiene 22 und einer Fixspannungsschiene 23 mit einer darauf geführten Spannung Vdd verbunden.
In diesem Beispiel ist jedes der resistiven, druckempfindlichen Elemente 30a, 30b, 30c mit einem entsprechenden Spannungstreiberausgang 26a, 26b, 26c der Steuereinheit 20 verbunden. Alle resistiven, druckempfindlichen Elemente 30a, 30b, 30c sind auch mit einem Eingang 21 eines Stromintegrators 22 der Steuereinheit 20 verbunden. Jeder Spannungstreiberausgang 26a, 26b, 26c führt periodisch eine alternierende Spannung zu, die zwischen einer hohen Spannung und einer niedrigen Spannung variiert. Der Stromintegratoreingang 21 wirkt als eine virtuelle Erde bei einer Spannung in der Mitte zwischen den hohen und niedrigen Spannungen. Insbesondere führt jeder Spannungstreiberausgang 26a, 26b, 26c eine alternierende Spannung zu, die zwischen einer hohen Spannung gleich der Zuführschienenspannung Vdd und einer niedrigen Spannung von null Volt bei der Erde variiert. Außerdem wirkt der Stromintegratoreingang 21 als eine virtuelle Erde bei einer Spannung Vn, die halb so groß wie Vdd ist. In einigen Beispielen kann jeder Spannungstreiberausgang 26a, 26b, 26c der Steuereinheit 20 zum Zuführen der alternierenden Spannung zu einem resistiven, druckempfindlichen Element 30a, 30b, 30c auch verwendet werden, um eine Treiberelektrode des Berührungspositions-Erfassungspaneels zu treiben.
Der Zeitablauf des periodischen Betriebs der drei Spannungstreiberausgänge 26a, 26b, 26c kann derart synchronisiert werden, dass immer nur einer der drei Spannungstreiberausgänge 26a, 26b, 26c eine alternierende Spannung ausgibt. Dementsprechend kann ein einzelner Stromintegratoreingang 21 den Stromfluss jeweils durch eines der resistiven, druckempfindlichen Elemente 30a, 30b, 30c messen.
Ein entsprechender Begrenzungswiderstand 24a, 24b, 24c ist zwischen jedem Spannungstreiberausgang 26a, 26b, 26c und dem Stromintegratoreingang 21 in Reihe mit einem entsprechenden resistiven, druckempfindlichen Element 30a, 30b, 30c verbunden.
Ein entsprechender Vorspannungswiderstand 25a, 25b, 25c ist zwischen jedem Spannungstreiberausgang 26a, 26b, 26c und einem entsprechenden Begrenzungswiderstand 24a, 24b, 24c parallel zu einem entsprechenden resistiven, druckempfindlichen Element 30a, 30b, 30c verbunden.
Der Widerstandswert jedes resistiven, druckempfindlichen Elements 30a, 30b, 30c kann aus den entsprechenden Stromwerten bestimmt werden, die durch die Differentialstrommessung an dem Stromintegratoreingang 21 während der entsprechenden Treiberintervalle bestimmt werden. Für jedes Krafterfassungselement 30a, 30b, 30c kann die Größe der ausgeübten Kraft wiederum aus dem bestimmten Widerstandswert des entsprechenden resistiven, druckempfindlichen Elements bestimmt werden. Die Kraft kann auf der Basis der Eigenschaften des QTC-Materials unter Verwendung des berechneten Widerstands bestimmt werden.
In diesem Beispiel werden die Widerstandswerte der drei resistiven, druckempfindlichen Elemente 30a, 30b, 30c unter Verwendung eines einzelnen Stromintegratoreingangs 21 gemessen. Es können aber auch andere Anzahlen von Stromintegratoren 22 verwendet werden.
Wie gezeigt, werden die Widerstandswerte mehrerer resistiver, druckempfindlicher Elemente 30a, 30b, 30c unter Verwendung von mehreren Spannungstreiberausgängen 26a, 26b, 26c und eines einzelnen Stromintegratoreingangs 21 gemessen. In anderen Beispielen können auch nur ein Spannungstreibereingang 26 und mehrere Stromintegratoreingänge 21 verwendet werden. In weiteren Beispielen können mehrere Spannungstreiberausgänge 26 und mehrere Stromintegratoreingänge 21 verwendet werden. Zum Beispiel können N Spannungstreiberausgänge 26 und M Stromintegratoreingänge 21 angeordnet sein, um N × M resistive, druckempfindliche Elemente 30 zu messen.
In den vorstehend erläuterten Beispielen werden Begrenzungswiderstände 26 verwendet. Es müssen aber keine Begrenzungswiderstände 26 vorgesehen werden, wenn die Eigenschaften des resistiven, druckempfindlichen Elements 30 derart beschaffen sind, dass der Widerstand des resistiven, druckempfindlichen Elements ausreichend hoch ist, sodass der maximale Stromfluss durch das resistive, druckempfindliche Element für den Stromintegrator 22 annehmbar ist. Weiterhin müssen keine Begrenzungswiderstände 26 in den gezeigten Schaltungen verwendet werden, wenn die Stromintegratoren 22 einen integrierten Begrenzungswiderstand enthalten.
In den hier erläuterten Beispielen werden Vorspannungswiderstände 25 verwendet. Es müssen aber keine Vorspannungswiderstände 25 vorgesehen werden, wenn die Eigenschaften des resistiven, druckempfindlichen Elements 30 derart beschaffen sind, dass der Widerstand des resistiven, druckempfindlichen Elements 30 ausreichend niedrig ist, sodass ein Gleichstrompfad durch das resistive, druckempfindliche Element vorgesehen ist.
In den gezeigten Beispielen bilden die resistiven, druckempfindlichen Elemente 30 einen Kraftsensor. Es können aber auch andere Typen von resistiven Elementen verwendet werden, um zusätzliche Erfassungsfunktionen zu erfüllen. Zum Beispiel können lichtabhängige Widerstandselemente, infrarotabhängige Widerstandselemente oder temperaturabhängige Widerstandselemente verwendet werden. Jeder dieser Typen von Elementen sieht eine oder mehrere zusätzliche Erfassungsfunktionen zusätzlich zu der Positionserfassung der Treiberelektroden 4(X) und der Messelektroden 5(Y) vor.
In dem gezeigten Beispiel können die Treiberelektroden 4(X) und die Messelektroden 5(Y) in zwei separaten Schichten vorgesehen sein. Es sind jedoch auch andere Anordnungen möglich. Der Betriebskapazitäts-Berührungspositionssensor kann alternativ hierzu auch als eine einschichtige Einrichtung ausgebildet sein, in dem koplanare Treiberelektroden und Messelektroden auf derselben Fläche eines einzelnen Substrats ausgebildet sind.
In den gezeigten Beispielen können die Treiberelektroden 4(X) und die Messelektroden 5(Y) jeweils in der Form von rechteckigen Streifen ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Anordnungen möglich. Die Form der Treiber- und Messelektroden und die Verbindung zwischen den Kanälen jeder Elektrode können in Übereinstimmung mit dem durch das Erfassungspaneel zu erfassenden Berührungstyp modifiziert werden. Zum Beispiel können die Streifen sägezahn- oder diamantförmige Ränder mit entsprechenden Abständen zwischen den Streifen aufweisen, um eine Feldinterpolation für eine Glättung der Positionsantwort zu unterstützen.
Die gezeigte Anzahl der Treiber- und Messelektroden ist lediglich beispielhaft aufzufassen, wobei auch eine beliebige andere Anzahl derselben verwendet werden kann.
In der vorstehenden Beschreibung wurde ein Betriebskapazitätsansatz für die beispielhaften Sensoren mit den darin enthaltenen Kraftsensoren verwendet, wobei aber auch ein Selbstkapazitätsansatz verwendet werden könnte, um eine Krafterfassung in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Techniken zu erzielen.
Es können verschiedene Modifikationen an den vorstehend beschriebenen Beispielen vorgenommen werden und es können in verschiedenen anderen Ausführungsformen beliebige ähnliche Techniken eingesetzt werden, ohne dass deshalb der durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Eine elektronische mobile Vorrichtung, die umfasst: ein Gehäuse, ein kapazitives Berührungspositions-Erfassungspaneel (1), das umfasst: ein Substrat (3) mit einer ersten Fläche, eine Vielzahl von Treiberelektroden (4(X)) oder Messelektroden (5(Y)) eines Berührungssensors, die auf der ersten Fläche angeordnet ist, eine Vielzahl von Treiberelektroden oder Messelektroden des Berührungssensors, die auf einer zweiten Fläche angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Messelektroden auf der zweiten Fläche angeordnet ist, wenn die Vielzahl von Treiberelektroden auf der ersten Fläche angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Treiberelektroden auf der zweiten Fläche angeordnet ist, wenn die Vielzahl von Messelektroden auf der ersten Fläche angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Treiberelektroden aus einem durchsichtigen leitenden Material ausgebildet ist, ein Display (2), eine Deckschicht (7), wobei die erste Fläche des Substrats so konfiguriert ist, dass die erste Fläche und die Deckschicht einander zugewandt sind, und eine transparente Klebeschicht (6), welche zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Deckschicht vorgesehen ist, eine Steuereinheit (20), die einen Spannungstreiber und eine Integratorschaltung (22) umfasst, wobei der Spannungstreiber eingerichtet ist, um eine alternierende Spannung bereitzustellen, ein erstes variables Widerstandselement (30, 30a), das zwischen einem Spannungstreiberausgang (26, 26a) und einem Eingang (21) der Integratorschaltung (22) verbunden ist, wobei die Integratorschaltung betrieben werden kann, um einen Parameter des ersten variablen Widerstandselements zu messen, wobei das erste variable Widerstandselement betrieben werden kann, um mit der alternierenden Spannung des Spannungstreibers zugeführt zu werden, wobei das erste variable Widerstandselement zwischen dem Berührungspositions-Erfassungspaneel und dem Gehäuse angeordnet ist, die Steuereinheit (20), welche eingerichtet ist, um die auf einen Erfassungsbereich ausgeübte Kraft basierend auf dem gemessenen Parameter zu bestimmen, und die Steuereinheit (20), die des Weiteren eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen ersten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein erstes Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den ersten Schwellwert überschreitet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Messelektroden auf der ersten Fläche des Substrats angeordnet ist und die Vielzahl von Treiberelektroden auf der zweiten Fläche angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat des Weiteren die zweite Fläche umfasst, die erste Fläche sich gegenüber der zweiten Fläche befindet, und die zweite Fläche und das Display einander zugewandt sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Parameter des ersten variablen Widerstandselements über eine Zeitdauer hinweg gemessen wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das durchsichtige leitende Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Indiumzinnoxid (ITO), Antimonzinnoxid (ATO), Zinnoxid, und ein leitendes Polymer umfasst, das Substrat, das aus wenigstens einem der folgenden Materialien ausgebildet ist: Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polycarbonat (PC), und die Deckschicht (7), das aus wenigstens einem der folgenden Materialien ausgebildet ist: Glas, Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA).
Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Display ein organische Leuchtdiode-Display (OLED-Display) ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Ereignis aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Zurückkehren zu einem Ausgangsanzeigeinhalt und eine Zoom-Aktion von einem bestimmten Bereich des Displays umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit, die des Weiteren eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen zweiten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein zweites Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den zweiten Schwellwert überschreitet, wobei das zweite Ereignis sich von dem ersten Ereignis unterscheidet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit, die des Weiteren eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen dritten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein drittes Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den dritten Schwellwert überschreitet, wobei das dritte Ereignis sich von dem ersten und dem zweiten Ereignis unterscheidet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der gemessene Parameter ein Strom ist, der durch das erste variable Widerstandselement fließt.
Eine elektronische mobile Vorrichtung, ein kapazitives Berührungspositions-Erfassungspaneel (1), das umfasst: eine Deckschicht (7), eine transparente Klebeschicht (6), eine Vielzahl von Messelektroden (5(Y)) eines Berührungssensors, wobei die Vielzahl von Messelektroden aus einem leitenden metallischen Netz besteht, und ein Display (2), eine Steuereinheit (20), die einen Spannungstreiber und eine Integratorschaltung (22) umfasst, wobei der Spannungstreiber eingerichtet ist, um eine alternierende Spannung bereitzustellen, ein erstes variables Widerstandselement (30, 30a), das zwischen einem Spannungstreiberausgang (26, 26a) und einem Eingang (21) der Integratorschaltung (22) verbunden ist, wobei die Integratorschaltung betrieben werden kann, um einen Parameter des ersten variablen Widerstandselements zu messen, und wobei das erste variable Widerstandselement betrieben werden kann, um mit der alternierenden Spannung des Spannungstreibers zugeführt zu werden, die Steuereinheit (20), welche eingerichtet ist, um die auf einen Erfassungsbereich ausgeübte Kraft basierend auf dem gemessenen Parameter zu bestimmen, und um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen ersten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein erstes Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den ersten Schwellwert überschreitet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das leitende metallische Netz Kupfer oder Silber enthält.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Display ein organische Leuchtdiode-Display (OLED-Display) ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das erste Ereignis aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Zurückkehren zu einem Ausgangsanzeigeinhalt und eine Zoom-Aktion von einem bestimmten Bereich des Displays umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit, die des Weiteren eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen zweiten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein zweites Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den zweiten Schwellwert überschreitet, wobei das zweite Ereignis sich von dem ersten Ereignis unterscheidet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der gemessene Parameter ein Strom ist, der durch das erste variable Widerstandselement fließt.
Eine elektronische mobile Vorrichtung, die umfasst: ein Gehäuse, ein kapazitives Berührungspositions-Erfassungspaneel (1), das umfasst: eine Deckschicht (7), eine transparente Klebeschicht (6), eine Vielzahl von Treiberelektroden (4(X)) eines Berührungssensors und eine Vielzahl von Messelektroden (5(Y)) des Berührungssensors, wobei die Vielzahl von Treiberelektroden und die Vielzahl von Messelektroden aus einem leitenden metallischen Netz bestehen, und ein Display (2), eine Steuereinheit (20), die einen Spannungstreiber und eine Integratorschaltung (22) umfasst, wobei der Spannungstreiber eingerichtet ist, um eine alternierende Spannung bereitzustellen, ein erstes variables Widerstandselement (30, 30a), das zwischen einem Spannungstreiberausgang (26, 26a) und einem Eingang (21) der Integratorschaltung (22) verbunden ist, wobei die Integratorschaltung betrieben werden kann, um einen Parameter des ersten variablen Widerstandselements zu messen, und wobei das erste variable Widerstandselement betrieben werden kann, um mit der alternierenden Spannung des Spannungstreibers zugeführt zu werden, und wobei das erste variable Widerstandselement zwischen dem Berührungspositions-Erfassungspaneel und dem Gehäuse angeordnet ist, und die Steuereinheit (20), welche eingerichtet ist, um die auf einen Erfassungsbereich ausgeübte Kraft basierend auf dem gemessenen Parameter zu bestimmen, und um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen ersten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein erstes Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den ersten Schwellwert überschreitet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das leitende metallische Netz Kupfer oder Silber enthält.
Die Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuereinheit, die des Weiteren eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die ausgeübte Kraft einen zweiten Schwellwert überschreitet, und um die elektronische mobile Vorrichtung zu veranlassen, ein zweites Ereignis auszulösen, wenn die ausgeübte Kraft den zweiten Schwellwert überschreitet, wobei das zweite Ereignis sich von dem ersten Ereignis unterscheidet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der gemessene Parameter ein Strom ist, der durch das erste variable Widerstandselement fließt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Display ein organische Leuchtdiode-Display (OLED-Display) ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das erste Ereignis aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Zurückkehren zu einem Ausgangsanzeigeinhalt und eine Zoom-Aktion von einem bestimmten Bereich des Displays umfasst.