FI124221B - Käyttäjäsyötejärjestely ja siihen liittyvä valmistusmenetelmä - Google Patents

Käyttäjäsyötejärjestely ja siihen liittyvä valmistusmenetelmä Download PDF

Info

Publication number
FI124221B
FI124221B FI20095458A FI20095458A FI124221B FI 124221 B FI124221 B FI 124221B FI 20095458 A FI20095458 A FI 20095458A FI 20095458 A FI20095458 A FI 20095458A FI 124221 B FI124221 B FI 124221B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
light
detectors
substrate
emitters
light guide
Prior art date
Application number
FI20095458A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20095458A (fi
FI20095458A0 (fi
Inventor
Janne Aikio
Kari Rönkä
Antti Keränen
Original Assignee
Valtion Teknillinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valtion Teknillinen filed Critical Valtion Teknillinen
Priority to FI20095458A priority Critical patent/FI124221B/fi
Publication of FI20095458A0 publication Critical patent/FI20095458A0/fi
Priority to US13/265,875 priority patent/US8847925B2/en
Priority to PCT/FI2010/050339 priority patent/WO2010122233A1/en
Priority to JP2012506540A priority patent/JP5663560B2/ja
Priority to KR1020117025858A priority patent/KR20120030040A/ko
Priority to CN2010800180907A priority patent/CN102414651A/zh
Priority to EP10766707A priority patent/EP2422268A4/en
Publication of FI20095458A publication Critical patent/FI20095458A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI124221B publication Critical patent/FI124221B/fi

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G02B6/0021Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces for housing at least a part of the light source, e.g. by forming holes or recesses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065Manufacturing aspects; Material aspects
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0066Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3522Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element enabling or impairing total internal reflection
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3596With planar waveguide arrangement, i.e. in a substrate, regardless if actuating mechanism is outside the substrate
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04109FTIR in optical digitiser, i.e. touch detection by frustrating the total internal reflection within an optical waveguide due to changes of optical properties or deformation at the touch location

Description

KÄYTTÄJÄSYÖTEJÄRJESTELY JA SIIHEN LIITTYVÄ VALMISTUSMENETELMÄ KEKSINNÖN ALA 5
Yleisesti esillä oleva keksintö liittyy optiikkaan ja elektroniikkaan. Erityisesti, ei kuitenkaan yksinomaisesti, keksintö koskee käyttöliittymiä (UI, user interface), jotka sisältävät TIR-ilmiötä (Total internal reflection, sisäinen kokonaisheijastus) hyödyntävän kosketusnäyttöjärjestelyn.
10
TAUSTAA
Kosketusnäytöt voivat hyödyntää erilaisia teknologioita kosketusherkän toiminnallisuuden saavuttamiseksi. Muiden potentiaalisten vaihtoehtojen lisäksi esimerkiksi 15 kapasitiiviset, resistiiviset, infrapuna-, optisen kuvantamisen (kamerapohjaiset), akustiset ja hybridisovellukset ovat käyttökelpoisia.
Huomattavan moni nykyisistä infrapunaratkaisuista toteuttaa esteettömän optisen yhteyden valolähteiden ja - vastaanottimien välillä, minkä johdosta ruutua ja ha-20 vaintojärjestelyn valosäteitä peittävä ruudun suoja (screen cover) sitä sormella tai osoitinkynällä vääntämällä katkaisee yhden tai useamman säteen paikkadetektointi-tarkoitusta varten, tai vaihtoehtoisesti sormi tai osoitinkynä saattaa suoraan katkaista säteen/säteet niissä versioissa, joissa ei ole läpinäkyvää päällilevyä. Infrapunarat-kaisun kyky havaita kosketus saattaa myös riippua FTIR-ilmiöstä (frustroitu sisäi-25 nen kokonaisheijastus, frustrated total internal reflection), jossa detektoriin saapuvan valon määrä ja jakauma on riippuvainen valonjohtimen pintaan esim. sormen-$2 pään tai osoitinkynän avulla ohjaussyötetarkoituksiin suunnatusta häiriöstä, jonka c\j ansiosta tapahtuu FTIR-ilmiö, ts. (valo)energian vuotaminen.
i
CO
o g 30 Kuvio la havainnollistaa FTIR-ilmiötä valojohtimen yhteydessä. Hahmotelman 102 x skenaariossa valonsäde 104 sisäänkytketään valojohtimeen 106 toisesta päästä siten, että se etenee valojohtimen sisällä kokonaisheijastuen 108 johtimen seinistä. Säde S 104 poistuu lopulta valojohtimesta 106 sen kaukopäässä. Seuraavassa, hahmotelin man 110 skenaariossa sormenpää 112 sijoitetaan valojohtimen yläpinnalle siten, että ° 35 ainakin osa valosta absorboituu (sormeen), heijastuu diffusiivisesti ja/tai taittuu 115 ko. kontaktikohdassa eri suuntiin, esimerkiksi valojohtimen 106 ulkopuolelle, ja mahdollisesti vain osa alkuperäisestä säteestä heijastuu spekulaarisesti lopulta saavuttaen kaukopään kuten aikaisemmin. On huomattava, että kuviossa säde 104 esi- 2 tetään alkuperäisessä etenemissuunnassa ohuempana interaktiokohdan 114 jälkeen, mitä käytetään esittämään edellä mainittua energiahäviöefektiä (tähti ja pienet nuolet kuviossa), joka on tapahtuneen FTIR:n ansiota. FTIR-pohjainen valo-vuoto/häviö voidaan tämän jälkeen havaita ja sitä voidaan hyödyntää paikanhavait-5 semissovelluksissa kuten kosketusnäytöissä, jotka yleisesti hyödyntävät valon TIR-efektiä.
Seuraavaksi johdetaan lyhyesti joitakin (F)TIR-ilmiön takana olevia teoreettisia aspekteja tunnetusta Snellin laista. Ajateltaessa lain peruse sitystä, ts. 10 η1ΞΪηθ1 = η2είηθ2, jossa n:t esittävät taitekertoimia väliainerajapinnan molemmilla puolilla, jolloin 0:t esittävät tulokulmia suhteessa väliaineraj apinnan normaaliin, vastaavasti, ja asettamalla silloin taittuneeseen valoon viittaava θ2 arvoon 90°, saamme ns. kriittisen kulman tulokulmalle Θ1 modifioidun Snellin yhtälön n1sind1 = n2 kautta. Tyypillisesti kun valo saapuu kahden väliaineen raja-alueelle, 15 osa valosta taittuu ja osa heijastuu. Kriittistä kulmaa suuremmilla tulokulmilla valo kuitenkin oleellisesti täysin heijastuu rajapinnasta, jolloin tulokulma vastaa heijas-tuskulmaa heijastuslain mukaisesti. Yleinen edellytys sisäisen kokonaisheijastuksen tapahtumiselle on valon kulkusuunta korkeamman taitekertoimen väliaineesta (optisesti tiheämpi aine) matalamman taitekertoimen aineeseen (ts. vähemmän tiheä ai-20 ne), ts. nt > n2.
Mm. sijoittamalla kuvion la esimerkissä sormi valojohtimelle voidaan naapuriväli-aineen taitekerrointa radikaalisti muuttaa (olettaen, että alkuperäinen naapuriväliai-ne 2 on esimerkiksi ilmaa, jonka taitekerroin on noin yksi, kun taas esimerkiksi ih-25 misihon taitekerroin voi olla noin 1,4-1,5) aiheuttaen mahdollisesti huomattavan kytkentähäviön valojohtimen sisäänkytkentä- ja uloskytkentäpäiden välillä kriittisen ” kulman suurentumisen ja mahdollisesti jopa kokonaisheijastusehdon n1 > n2 toteu- tumatta jäämisen takia, minkä takia monet, vanhan ja uuden kriittisen kulman väliin o jäävään alueeseen kuuluvat, säteet saattavat nyt taittua heijastumisen sijaan. Käy- ς 30 tännössä esimerkiksi valojohtimen pinnan karkeus vaikuttaa siihen, ettei valojoh- x teen ja samaten epäsäännöllisyyksiä sisältävän sormen välinen tiiviys ole täydelli- nen, ts. niiden väliin jää jonkin verran ilmaa. Vaimenevan aallon kytkeytymisen an-siosta (evanescent wave coupling), jossa vaimenevat aallot ulottuvat valojohtimesta S valojohdin-ulkoinen väliaine (esimerkiksi lasi-ilma -rajapinta) -rajapinnan poikki £3 35 toiseen lähellä olevaan (suuruusluokkaa valon aallonpituuksia) aineeseen kuten ih- missormeen, jolla on suurempi taitekerroin välissä olevaan aineeseen kuten ilmaan nähden, ja välittävät samaten siihen energiaa kvanttitunneloinnin tapaan, täydellistä 3 tiiviyttä ei edes vaadita kytkentätarkoituksiin. Näin ollen sisäisen kokonaisheijastuksen voidaan sanoa olevan ’’frustroitu”.
Julkaisu US20060114237 esittää FTIR-kosketusnäytön infiupunalähettimil-5 lä/vastaanottimilla varustettuna. Julkaisun ratkaisun konsepti on visualisoitu kuviossa Ib isometrisenä luonnoksena. Esitetty järjestely hyödyntää strobing-tyyppistä (välähdys) skannausta, jossa joukko valoemittereitä 120, 122 ja vastaanottimia 118,124 on järjestetty valojohtimen 106 reunoille ja ne aktivoidaan/deaktivoidaan sekventiaalisesti lähetin-vastaanotin-pareina (huomaa katkoviivat, jotka havainnol-10 listavat valon etenemisen pääsuuntaa erään parin lähettimen ja vastaanottimen välillä) siten, että kosketus eräässä paikassa valojohtimella voidaan havaita vähentyneestä valon määrästä aktiivisen lähetin-vastaanotin-parin vastaanottimessa FTIR-ilmiön takia.
15 US6972753 esittää kosketuspaneelin, joka käyttää optista sensoria havaitsemaan syötesijainnin. Valonsäteet etenevät valojohdepaneelin sisällä kohti vastakkaisia sivuja samalla kokonaisheijastuen ja ne vastaanotetaan optisten sensorimuodostelmi-en avulla. Kun syötekynä tai sormenpää koskettaa valojohdepaneelin pintaa, valot taittuvat tai imeytyvät kosketussa sijainnissa ja siten optisten sensorimuodostelmien 20 vastaanottama valo vähenee.
W02008004101 esittää optisen kosketuslevyjärjestelmän, joka voidaan integroida eri sovelluksiin. Valovuota ensimmäisestä valojohdekerroksesta kosketuksen aiheuttamana detektoidaan sensorin avulla, joka sensori monitoroi toista kerrosta, johon 25 vuotanut valo johdetaan.
£2 Ilman minkäänlaista tarkoitusta kiistää nykyisin käytettävissä olevien kosketusnäyt- ° tö- tai vastaavien ratkaisujen etuja ja hyötyjä konventionaalisia vaihtoehtoja kuten i o näppäimistöjä tai hiiriä hienostuneempien Ul-välineiden tarjoamisessa niissä on silti g 30 tiettyjä ongelmia toki aina käyttötapauksesta riippuen. Esimerkiksi perinteiset kos- x ketusnäytöt ovat usein melko hinnakkaita toteuttaa ja valmistaa, ja ne vaativat myös huomattavan määrän tilaa lopputuotteessa unohtamatta niistä aiheutuvaa ylimääräis-S tä painoa, jotka tekijät täytyy siten ottaa huomioon aivan koko R&D-projektin alku- o) vaiheessa. Esimerkiksi mobiililaitteiden kontekstissa kosketusnäytöt voivat jopa ku- £3 35 luttaa yllättävän määrän energiaa. Lisäksi saatetaan tarvita ylimääräisiä rakenteita kuten valon sisäänkytkentä- ja uloskytkentärakenteita kuten prismoja, reflektoreita, hiloja jne., joita voidaan tarvita kanavoimaan valo valolähteestä valojohtimeen ja/tai valojohtimesta vastaanottimeen, vastaavasti. Ko. ratkaisut vaativat jonkin verran 4 enemmän suunnittelutyötä ja saattavat lisätä lopputuotteen painoa, kytkentähäviöitä ja hintaa muiden tekijöiden ohella.
KEKSINNÖN YHTEENVETO
5
Esillä olevan keksinnön suoritusmuotojen tavoitteena on ainakin lieventää yhtä tai useampaa edellä mainittua tekniikan tason ratkaisujen ilmeistä epäkohtaa TIR-ilmiötä hyödyntävien käyttöliittymien kontekstissa sisältäen esimerkiksi erilaisia FTIR-pohjaisia kosketusnäyttösovelluksia. Tavoite saavutetaan yleisesti järjestelyllä 10 käyttäjäsyotteen hankkimiseksi, jossa valojohdin laminoidaan substraatille, joka substraatti sisältää yhden tai useamman kerroksen sekä tarvittavan elektroniikan sisältäen erilaisia optoelektronisia komponentteja.
Täten esillä olevan keksinnön erään näkökulman mukaisesti järjestely käyttä-15 jäsyötelaitetta kuten kosketusnäyttöä tai kosketuslevyä varten sisältää: -substraatin, kuten esimerkiksi optisesti oleellisesti läpinäkyvän joustavan kalvon tai monikerroskalvon, mainitun substraatin sisältäessä apuelektroniikkaa, kuten esimerkiksi rullalta-rullalle prosessoitua painettua elektroniikkaa sisältäen lukumäärän 20 painettuja johtimia, virran järjestämiseksi, ohjauksen järjestämiseksi ja/tai viestintäyhteyden muihin elektronisiin komponentteihin järjestämiseksi, -lukumäärän emittereitä ja detektoreita substraattiin apuelektroniikan kanssa yhteyteen järjestettynä valon emittoimiseksi ja detektoimiseksi, vastaavasti, ja 25 -valojohtimen substraatille laminoituna siten, että mainitut emitterit ja detektorit on £2 optisesti kytketty valojohdinmateriaaliin, valojohtimen ominaisuuksien, jotka sisäl- cvj tävät valojohdinmateriaalin taitekertoimen, ollessa valittuja ja emitterien sekä detek- o torien ollessa konfiguroituja siten, että ne mahdollistavat käyttötilanteessa valon 5 30 TIR-tyyppisen etenemisen valojohtimessa emitterien ja detektorien välissä sekä x kosketuksen tunnistamisen detektoidusta valosta määritetyn TIR-suorituskyvyn las kun perusteella.
CO
LO
ti- g Eräässä suoritusmuodossa valojohdin, joka saattaa toimia myös (muovisena) ruudun ° 35 suojana (screen cover), laminoidaan substraatille, esimerkiksi elektroniikkakalvolle siten, että emitterit ja/tai detektorit ovat valojohtimen ulkopuolella, esimerkiksi fyysisesti valojohtimen vieressä, mutta silti enabloituja lähettämään valoa etenemään johtimessa ja vastaanottamaan johtimen läpi edennyttä valoa, vastaavasti. Lisäksi tai 5 vaihtoehtoisesti, emitterit ja detektorit sekä valinnaisesti ainakin osa apuelektronii-kasta ’’upotetaan” valojohdinmateriaaliin, ts. ainakin osa emittereistä ja detektoreista voidaan sijoittaa yhteen tai useampaan ennalta valmistettuun koloon, onkaloon tai aukkoon valojohtimen substraattia päin sijoittuvassa pinnassa.
5
Eräässä suoritusmuodossa ainakin osa edellä esitetystä järjestelystä on konfiguroitu toimimaan näytön päällyskerroksena (overlay) siten, että näyttönäkymä voidaan näytön käyttäjän toimesta nähdä katsomalla järjestelyn (osan) läpi, esim. koske-tusalueosan tai järjestelyn ’’ikkunaosan” läpi, ennalta määriteltyjen katselukulmien 10 sisällä. Järjestely voidaan siten sijoittaa näytön päälle järjestämään kosketusliityntä. Järjestely voidaan lisäksi integroida näyttörakenteeseen siten, että nämä kaksi (valojohtimen kosketusalue/alla oleva substraattiosa ja näyttö) ovat oleellisesti fyysisessä kontaktissa. Vaihtoehtoisesti ne voivat olla fyysisesti erillisiä, ts. niiden välissä voi olla esimerkiksi ilmaa, kunhan vain toiminnallinen yhteys yhä järjestetään.
15 Näin ollen edullisessa suoritusmuodossa substraatti kuten joustava kalvo on optisesti oleellisesti läpinäkyvä, jotta näyttö tai jokin muu valonlähde/reflektori voi järjestää valoa sen lävitse kohti käyttäjää. Vaadittu läpinäkyvyyden aste riippuu kyseisestä käyttötapauksesta. Eräässä suoritusmuodossa edullinen transmittanssi suhteessa 20 ennalta määrättyihin valon aallonpituuksiin (esimerkiksi infrapuna) voi täten olla esimerkiksi välillä n. 80 - 95 %. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa substraatti on läpikuultava niin, että se läpäisee valoa diffuusisti. Eräässä toisessa vaihtoehdossa substraatti voi jopa olla oleellisesti valoa läpäisemätön, minkä johdosta esillä olevan keksinnön mukainen järjestely ei sovellu päästämään valoa lävitseen, mutta voi silti 25 soveltua käytettäväksi esimerkiksi ohjaus(kosketus)syötevälineinä erilaisissa muissa tarkoituksissa kuten kannettavien tietokoneiden, sisältäen kädessä pidettävät tieto-” koneet, kosketuslevyissä. Vielä eräässä suoritusmuodossa osa substraatista kuten w keskiosa voidaan järjestää aukolla, joka saattaa oleellisesti määrittää läpireiän siten, o että esimerkiksi näytön valo voi edetä sen ja valojohdinmateriaalin lävitse. Niinpä 5 30 substraatti voi tässä tapauksessa olla joko läpinäkyvä, läpikuultava tai valoa lä- x päisemätön, mikä pätee myös skenaarioihin, jossa järjestely on tarkoitus toteuttaa “ näytön päällyskerroksena (overlay).
oo io g Eräässä suoritusmuodossa kosketuslevy sisältää esillä olevan keksinnön mukaisen cm 35 järjestelyn. Valinnaisesti kosketuslevy sisältää elementin kuten lukumäärän LEDejä tai muita valonlähteitä niin sijoitettuina, että ne kykenevät emittoimaan näkyvää valoa oleellisesti valojohtimen lävitse (esimerkiksi ilman kokonaisheijastuksia) kohti kosketuslevyn käyttäjää. Esimerkiksi elementti voidaan sijoittaa kosketuslevyn 6 käyttäjän näkökulmasta valojohtimen alle ollen täten sijoitettu substraatille tai, mikäli substraatti sisältää läpireiän, muulle kantajalle (carrier), joka on järjestetty siten, että elementti voi emittoida valoa substraatin läpireiän kautta ja valojohtimen läpi kohti käyttäjää. Ohjaamalla elementin valoemissiota (esim. sen itsenäisiä valonläh-5 teitä kuten LEDejä) ja/tai valinnaista yhtä tai useampaa optisen polun välielement-tiä, kuten halutun designin (esim. muodot, kuviot jne., jotka voidaan saavuttaa lävistämällä (perforation)) omavaa (mustaa) kalvoa, lukumäärää ikoneja tai muita symboleja (grafiikkaa, kirjaimia jne.) voidaan muodostaa ja näyttää käyttäjälle. Ikonit tai muut symbolit voivat siten olla dynaamisia, ne voidaan esimerkiksi aktivoi- 10 da/deaktivoida ja/tai muuttaa dynaamisesti aktivoimalla/deaktivoimalla assosioidut valonlähteet ja valinnaisesti välielementit. Painamalla vastaavaa sijaintia valojohti-mella näytettyyn ikoniin tai muuhun symboliin liittyvä toiminto kuten sähköpostiohjelmiston aktivointi voidaan hipaista.
15 Edellisissä tai muissa suoritusmuodoissa ainakin osa apuelektroniikasta kuten joh-timista saattaa sisältää painettua elektroniikkaa (printed electronics).
Samaten edellisissä tai muissa suoritusmuodoissa ainakin osa muusta elektroniikasta kuten emittereistä, detektoreista ja/tai muista komponenteista ja elementeistä voi- 20 daan painaa substraatille valittua painotekniikkaa hyödyntäen tai kiinnittää valmiina entiteetteinä, esimerkiksi SMT- (surface mounting technology, pintaliitostekniikka) ja/tai flip chip -entiteetteinä, substraatille esimerkiksi liiman tai muun sideaineen avulla.
25 Esillä olevan keksinnön eri suoritusmuodoissa voidaan kosketustoiminnolla viitata käyttöelementin kuten sormen tai osoitinkynän sijoittamiseen oleellisesti yhteyteen £2 valojohtimen kanssa, ts. valojohtimen tai sen päälle asetetun uloimman materiaalini kerroksen, mikäli sellainen löytyy, kanssa. Yhteys saattaa esimerkiksi sisältää, kus- 0 takin suoritusmuodosta ja esimerkiksi siihen liittyvästä detektorien herkkyydestä 5 30 riippuen, lyhyen etäisyyden yhteyden pelkän vaimenevan aallon kytkeytymisen 1 kautta, tai todellisen fyysisen kontaktin, tai näiden yhdistelmän.
CL
S Edellisissä tai muissa suoritusmuodoissa järjestely voidaan kalibroida siten, että o kontaktin rekisteröimiseksi varsinaisena ’’kosketuksena” esillä olevan keksinnön o 35 mukaisen kosketusnäyttöjärjestelyn käyttäjien tulee fyysisesti koskettaa päällysker-rospintaa (overlay surface), ts. ei vain luottaa vaimenevan aallon kytkentään, joko sormella tai osoitinkynällä, jotta kosketus, joka on katsottu tunnistetuksi TIR- 7 suorituskyvyn laskusta, on helposti havaittavissa ärsyttävien väärien detektointien jne. välttämiseksi.
Tyypillisesti kosketus pannaan vireille ohjaussyötetarkoituksiin kuten toiminnon 5 laukaisemiseen kohdelaitteessa, joka on ainakin toiminnallisesti kytketty kosketus-näyttöj ärj estelyyn.
Yksi tai useampi valojohtimen ominaisuus kuten esimerkiksi taitekerroin edullisesti valitaan ja/tai suunnitellaan toimimaan kooperatiivisesti ennalta määrätyn ulkoisen 10 väliaineen kuten ilman tai valikoiman ennalta määrättyjä väliaineita, valinnaisesti sisältäen ilman, kanssa järjestämään TIR-efekti sisäänkytketylle valolle. Ilman sijaan viereinen ulkoinen väliaine voi sisältää esimerkiksi materiaalikerroksen, joka on järjestetty valojohtimen yhdelle tai useammalle, esimerkiksi ylä- ja ala- tai kaikille (käytettäessä) sivulle/sivuille. Materiaalikerros voi olla järjestetty tarpeeksi 15 ohueksi mahdollistamaan vaimeneva kytkeytyminen sen lävitse käyttöelementtiin ja siten kosketuksen havaitseminen FTIR-efektin kautta, kun TIR-efekti voi jo tapahtua valojohdin-materiaalikerros -rajapinnassa. Toisessa suoritusmuodossa materiaalikerroksen ja valonjohtimen yksi tai useampi optinen ominaisuus kuten taiteker-toimet valitaan osapuilleen samoiksi, jotta TIR-ehdon mukaisesti valojohtimen si-20 säilä etenevä valo ei oleellisesti reagoi rajapintaan ja TIR tapahtuu materiaalikerros-ulkoinen väliaine (esimerkiksi ilma) -rajapinnassa. Materiaalikerros voidaan esimerkiksi konfiguroida parantamaan kosketustuntumaa tai parantamaan/laskemaan käyttöelementin liukumista esimerkiksi säätelemällä kitkaa valonjohtimen kosketuspinnalla. Materiaalikerros voi vaihtoehtoisesti tai lisäksi toimia suojaavana ker-25 roksena fyysisiä tai kemiallisia ärsykkeitä vastaan. Valojohtimen pinnoilla voi olla joukko (erilaisia) materiaalikerroksia, kunhan TIR ja FTIR -efektit voidaan silti £2 saada aikaan. Eräässä suoritusmuodossa valojohdemateriaali valitaan tarpeeksi kes- cm täväksi toimimaan ruudun suojana alla olevalle näyttöelementille.
i
CO
o £ 30 Substraatin (ohut kalvo tai paksumpi substraatti) ominaisuudet voidaan valita niin, x että valo käyttäytyy ennalta määrätyllä halutulla tavalla valojohdin-substraatti - rajapinnassa. Eräässä suoritusmuodossa substraatin ja valojohtimen yksi tai useampi uj> optinen omaisuus kuten taitekertoimet valitaan osapuilleen samoiksi, jotta TIR- σ> ehdon mukaisesti valojohtimessa etenevä valo ei oleellisesti reagoi rajapintaan. Toi- ^ 35 sessa suoritusmuodossa substraatin ja valojohtimen mainittu yksi tai useampi opti nen omaisuus, esimerkiksi taitekerroin, valitaan siten, että TIR-etenevä valo heijastuu, edullisesti niin paljon kuin mahdollista, valojohdin-substraatti -rajapinnasta. Joka tapauksessa jos kosketusnäyttöjärjestelyn kosketusnäyttöpäällyskerros (over- 8 lay) sijoitetaan näytön päälle, joka todellakin on tavanomainen käyttöskenaario, substraatti valitaan niin, että se pysyy optisesti läpinäkyvänä valolle, ts. läpinäkyvänä näkyvälle valolle (sen aallonpituuksille), jota käytetään valaisemaan näytöllä esitetyt detaljit käyttäjälle järjestelyn lävitse.
5
Detektointitasot TIR-suorituskyvyn riittävän putoamisen havaitsemiseksi, mikä indikoi tarkoituksellista kosketusta, voidaan määrittää testaamalla vastetta ja/tai sen muutosta detektorissa a) kun emitteri on jatkuvasti päällä ja b) kun ennalta määrätty käyttöelementti tai valikoima elementtejä kuten sormenpää (iho) tuodaan kontaktiin 10 valojohtimen kanssa tai ainakin vaimenevan aallon kantaman sisälle. Detektointi-kynnys voi olla kiinteä tai adaptoituva. Eräässä suoritusmuodossa adaptiivinen de-tektointikynnyksen analysaattori määrittää muutoksen havaitussa valon intensiteetissä adaptiiviseen perusintensiteettitasoon nähden absoluuttiarvojen sijaan kosketuksen tunnistamiseksi. Perustaso voidaan mitata pidempää aikaikkunaa käyttäen 15 joko jatkuvasti tai ajastetusti, esimerkiksi ajoittain.
Emitterit saattavat sisältää optoelektronisia komponentteja kuten esimerkiksi LEDe-jä (light emitting diode) tai OLEDejä (orgaaninen LED).
20 Detektorit saattavat sisältää optoelektronisia komponentteja kuten esimerkiksi foto-diodeja tai fototransistoreita. Lisäksi tai vaihtoehtoisesti kuva-antureita kuten CCD (charge coupled device)- tai MOS (metal-oxide semiconductor)- tai muunlaisia sensoreita voidaan hyödyntää.
25 Valojohdinmateriaali voi sisältää esimerkiksi muovia. Se saattaa sisältää esimerkiksi PC:tä (polycarbonate, polykarbonaatti), PMMA.ta (polymethyl methacrylate, po-£2 lymetyylimetakrylaatti), PA:ta (polyamidi, nylon), COC:ta (cyclo olefin copolymer, ° syklo-olefiinipolymeeri) ja/tai COP:ia (cyclo olefin polymer, syklo- o olefiinipolymeeri).
o 30 x Vastaavasti substraattimateriaali voi sisältää esimerkiksi PET:iä (polyethylene te- rephthalate, polyeteenitereftalaatti), PC:tä, PEN:iä (polyethylene naphtalate, poly-SB etyleeniaftalaatti), PI:tä (polyimidi), LCP:tä (liquid crystal polymer, nestekidepoly- σ) meeri), PE:tä (polyethylene, polyeteeni) ja/tai PP:tä (polypropyleeni), o
c\j J J
Emitterien ja detektorien lukumäärä voi olla, mutta ei tarvitse olla, sama. Eräässä suoritusmuodossa emitterit ja detektorit on organisoitu pareiksi, minkä johdosta yk- 9 si pari voi, eräänä aktivointivaihtoehtona, olla aktivoituna samaan aikaan. Minimi-tapauksessa substraatille järjestetään yksi emitteri ja detektori.
Esillä olevan keksinnön toisessa näkökulmassa menetelmä käyttäjäsyötejärjestelyn 5 kuten esimerkiksi kosketusnäytön tai kosketuslevyn valmistamiseksi sisältää: -hankitaan substraatti kuten esimerkiksi optisesti oleellisesti läpinäkyvä kalvo, -järjestetään apuelektroniikkaa, kuten esimerkiksi painettua elektroniikkaa sisältäen 10 lukumäärän painettuja johtimia, virran järjestämiseksi, ohjauksen järjestämiseksi ja/tai viestintäyhteyden muihin elektronisiin komponentteihin järjestämiseksi, -järjestetään lukumäärä emittereitä ja detektoreita substraatille apuelektroniikan kanssa yhteyteen järjestettynä valon emittoimiseksi ja detektoimiseksi, vastaavasti, 15 ja -laminoidaan valojohdin substraatille siten, että mainitut emitterit ja detektorit on optisesti kytketty valojohdinmateriaaliin, valojohtimen ominaisuuksien, jotka sisältävät valojohdinmateriaalin taitekertoimen, ollessa valittuja ja emitterien sekä detek-20 torien ollessa konfiguroituja siten, että ne mahdollistavat käyttötilanteessa valon TIR-tyyppisen etenemisen valojohtimessa emitterien ja detektorien välissä sekä kosketuksen tunnistamisen detektoidusta valosta määritetyn TIR-suorituskyvyn laskun perusteella.
25 Eräässä suoritusmuodossa sähkövedot (electrical wiring) kuten johtimet painetaan joustavalle kalvosubstraatille, jonka jälkeen optoelektroniset komponentit kuten ” emitterit ja detektorit kiinnitetään kalvoon, tai sähköiset komponentit kuten apu- ° elektroniikka, emitterit ja/tai detektorit voidaan laminoida monikerroskalvoraken- 0 teeseen, ja lopulta valojohdin (muovi) laminoidaan kalvolle tai kalvorakennesubst- g 30 raatille. Valojohdin voi toimia ruudun suojana.
CC
Laminoinnin sijaan esillä olevan keksinnön mukainen kosketusnäyttöjärjestely voi- 00 täisiin hankkia valamalla kuten ruiskuvalulla, jossa substraatti kuten joustava kalvo g järjestetään elektroniikalla sisältäen apuelektroniikan sekä muita elektronisia konien 35 ponentteja kuten optoelektroniset emitterit ja detektorit, ja substraattia käytetään in- serttinä ruiskuvaluprosessissa, jonka aikana valojohdinmateriaali ylivaletaan elektroniikalle ja tähän liittyvälle substraattipinnalle. Edullisesti yhtä tai useampaa kyt-kentäentiteettiä kuten liittimiä tai koskettimia, jotka on jo voitu järjestää substraatti- 10 le yhdistämään järjestely ulkoisiin elementteihin kuten isäntälaitteen emolevyyn, ei kokonaan ylivaleta tai ne ainakin puhdistetaan jälkeenpäin.
Kuten edellä on vihjattu, esillä olevan keksinnön eri aspektien hyödyllisyys juontaa 5 juurensa useasta asiasta kustakin eri suoritusmuodosta riippuen. Esilläolevan keksinnön mukaisen kosketusnäyttöjärjestelyn tuottamiseen liittyvät valmistuskustannukset voidaan pitää alhaisina edullisten ja helposti saatavilla olevien materiaalien, komponenttien ja prosessiteknologian melkoisen laajan hyödyntämisen ansiosta. Käytettävä prosessiteknologia mahdollistaa myös järjestelyn nopean teollisen mitta-10 kaavan valmistuksen pelkkien prototyyppiskenaarioiden lisäksi. Järjestely voidaan pitää ohuena, kevyenä ja energiaa säästävänä sopien moniin käyttöskenaarioihin ja vaatien vain pieniä muutoksia ympäröiviin elementteihin ja muotoihin. Emitterien, valojohtimen ja detektorien välinen kytkentähäviö voidaan minimoida, sillä ulkoisia, tyypillisesti häviöllisiä valonohjaamisvälineitä kuten hiloja ei välttämättä tarvi-15 ta. Järjestelyn eri suoritusmuotojen kosketuksentunnistamiskyky on hyvä ja se on epäherkkä esimerkiksi lialle kosketuspinnalla, ja jopa monikosketussovelluksia (multi-touch applications) voidaan rakentaa. Järjestely voidaan helposti yhdistää olemassa olevaan näyttö- tai laite sommitelmaan (layout) sekä sopivasti yhdistää ulkoiseen kohde-entiteettiin kuten isäntälaitteen emolevyyn (main board) esimerkiksi 20 fleksikaapelin (flex cable) avulla, mikä mahdollistaa myös järjestelyn helpon uudelleensijoittamisen jatkossa. Järjestely voidaan lisäksi tehdä robustiksi ulkoisten iskujen osalta käytetyistä materiaaleista riippuen, missä tapauksessa järjestely toimii myös, valinnaisesti vaihdettavissa olevana, ruudun suojana alla olevalle näyttöele-mentille. Lisäksi järjestely sopii erityisen hyvin erilaisiin teollisiin sovelluksiin si-25 sältäen esimerkiksi teolliset automaatio/elektroniikan ohjauslaitteet, sillä se voi järjestää hermeettisen (esim. roiskesuojatun) eristyksen epäedullisesta käyttöympäris-” töstä kuten kosteasta ja/tai pölyisestä ilmasta. Keksinnön suoritusmuotoja voidaan ° hyödyntää esimerkiksi erilaisissa kädessä pidettävissä laitteissa, rannelaitteissa, pe- o lilaitteissa, kodinkoneissa, urheilulaitteissa ja autotuotteissa.
o 30 x Ilmaisulla “lukumäärä” (a number of) voidaan tässä tekstissä viitata mihin tahansa positiiviseen kokonaislukuun alkaen luvusta yksi (1). Ilmaisulla ’’joukko” (a plurali-ty of) voidaan viitata mihin tahansa positiiviseen kokonaislukuun alkaen luvusta S kaksi (2) vastaavasti.
CVJ
Eräässä tässä tekstissä myöhemmin tarkemmin kuvattavassa suoritusmuodossa järjestetään aiemmin esitettyjä perusperiaatteita noudattava kosketusnäyttöjärjestely samalla monia vaihtoehtoisia piirteitä esittäen.
11
Esillä olevan keksinnön erilaisia suoritusmuotoja esitetään myös oheisissa epäitsenäisissä vaatimuksissa.
5
KUVIOIDEN LYHYT ESITTELY
Seuraavassa esillä olevan keksinnön suoritusmuotoja esitellään tarkemmin viitaten 10 oheisiin kuvioihin, joissa
Kuvio la havainnollistaa sisäistä kokonaisheijastusilmiötä sekä sen hyödyntämistä kosketusnäytöissä; 15 Kuvio Ib havainnollistaa erästä tekniikan tason kosketusnäyttöjärjestelyä sisältäen useamman emitterin ja detektorin valojohtimen sivuilla;
Kuvio 2a havainnollistaa esillä olevan keksinnön erästä suoritusmuotoa; 20 Kuvio 2b havainnollistaa kuviossa 2a esitetyn suoritusmuototyypin esimerkinomaista poikkileikkausta pitkin viivaa A-A;
Kuvio 3a havainnollistaa yleisesti erästä suoritusmuotoa esillä olevan keksinnön ko sketusnäyttöj ärj e stelyn valmi stamiseksi; 25
Kuvio 3b on vuokaavio esillä olevan keksinnön mukaisen kosketusnäytön valmis-£2 tamisen eräästä suoritusmuodosta; δ c\j i 0 Kuvio 4 havainnollistaa esillä olevan keksinnön mukaisen kosketusnäyttöjärjestelyn i g 30 erään suoritusmuodon ylä-ja alanäkymiä;
CC
Kuvio 5a on lohkokaavio esillä olevan keksinnön mukaisen kosketusnäyttöjärjeste- lyn sisältävän laitteen eräästä suoritusmuodosta; m O) o ^ 35 Kuvio 5b on lohkokaavio esillä olevan keksinnön mukaisen kosketusnäyttöjärjeste lyn eräästä suoritusmuodosta; 12
Kuvio 6 esittää kahta suoritusmuotoa ajoituskaavioista emitterien ja detektorien sekventiaaliseksi ajamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisessa kosketusnäyttöjär-jestelyssä.
5 SUORITUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
Kuviot la ja Ib käsiteltiin jo tässä tekstissä aikaisemmin keksinnön taustan kuvaamisen yhteydessä.
10 Viitaten nyt kuvioon 2a kosketusnäyttöjärjestelyn suoritusmuodon perspek-tiivinäkymää 202 on hahmoteltu siinä. Kosketusnäyttöjärjestely, joka voidaan toteuttaa näytön päällyksenä (overlay), sisältää substraatin kuten esimerkiksi (joustavan) kalvon 206 käsittäen elektroniikkaa 204 kuten apuelektroniikkaa, esimerkiksi johtimia ja/tai ohjauspiirin, ja sekä myös muita elektronisia elementtejä kuten opto-15 elektronisen valoemitterin/emitterejä, detektorin/detektoreja ja valinnaisesti muita komponentteja. Valojohdin 208 on järjestetty substraatille.
Esimerkiksi integrointia voidaan hyödyntää siten, että valojohdinmateriaalikerros laminoidaan substraatilla sijaitsevan elektroniikan päälle, jossa kerros sisältää auk-20 koja tai muita pinnanmuotoja majoittaakseen ainakin osan elektroniikasta kuten op-toelektronisista komponenteista laminoinnin hetkellä ja sen jälkeen. Vaihtoehtoisesti ainakin osa optoelektronisista komponenteista voitaisiin jättää laminoidun kerroksen ulkopuolelle ollen kuitenkin sijoitettuja ja konfiguroituja (esimerkiksi orientaationsa osalta) siten, että säilyvät optisesti kytkettyinä kerrokseen nähden. Tämän tu-25 loksena suoritusmuodosta riippumatta kerros toimii valojohtimena emitterien ja detektorien välillä sekä järjestää tiivistyksen/eristyksen myös alla oleville elementeil- «2 le.
δ
CvJ
o Järjestelyn dimensiot X, Y ja Z voidaan valita niin, että se sopivat kuhunkin valmis- £ 30 tus- ja käyttöskenaarioon (esim. isäntälaite ja näyttösommitelma) mahdollisimman x hyvin. Substraatin koko voisi esimerkiksi olla noin 150 mm (X) x 150 mm (Y) x 125 pm (Z), josta pienempi dedikoitu osa voidaan edelleen määrittää ylivalettavaksi S tai laminoitavaksi, mikäli niin halutaan. Substraatin paksuus (Z) voi luonnollisesti g vaihdella suoritusmuodosta riippuen ja sisältyä esimerkiksi vaihteluväliin n. 50 - ° 35 500 pm. Valojohtimen 208 paksuus voi samaten vaihdella käyttötapauskohtaisesti ja olla esimerkiksi noin 1-10 mm. <=1 mm:n paksuus voi olla toivottavaa sovelluksissa, joissa detektoinnin herkkyyttä ja vastetta suositaan jäykkyyden kustannuksella. Toisaalta paksuudet yli 5 mm voivat sopia erityisen hyvin skenaarioihin, jois 13 sa vaaditaan jäykkyyttä ja tähän liittyvää ylimääräistä lujuutta. Välillä 1,5-2 mm olevat paksuudet voivat myös sopia moniin eri sovelluksiin, esimerkiksi matkapuhelimiin ja PDA-laitteisiin.
5 Järjestelyn ja sen rakenneosien muodot, esimerkiksi valojohdin 208 ja substraatti 206, voidaan määrittää käytetyn valmistusmenetelmän ja halutun kohdemuo-don/muotojen perusteella. Havainnollistetulla, kuitenkin pelkästään esimerkinomaisella, järjestelyllä on oleellisesti suorakulmainen (kuutiomainen) muoto, mikä toimii erityisen hyvin esim. rullalta-rullalle - valmistusmenetelmien ja tavanomaisten 10 näyttösovellusten kanssa, mutta myös esimerkiksi pyöristetyt muodot ovat mahdollisia ja saavutettavissa esimerkiksi asianmukaisen leikkaamisen avulla. Havainnollistetussa esimerkissä edelleen esitetään Y-akselin suuntaiset, käyttöasennossa hieman alaspäin taivutetut, reunat mahdollistamaan parempi sovitus kohdelaitteeseen, joka voi olla esimerkiksi matkapuhelin, PDA, musiikkisoitin, multimediasoitin tai 15 teollinen elektroniikka- ja/tai automaatiolaite.
Kuvio 2b esittää kuvion 2a suoritusmuototyypin esimerkinomaisen poikkileikkauksen pitkin viivaa A-A. Tässä esimerkissä valojohdin 208 peittää suurimman osan substraatin 206 pinnasta, jolle elektroniikka 204 sisältäen emitterit/detektorit 210 ja 20 apuelektroniikkaa 212 on järjestetty. Emitterit/detektorit 210 voidaan sijoittaa valo-johtimen 208 koloihin ja aukkoihin, jotka on muodostettu substraattia vasten sijoittuvalle pintaosalle. Elektroniikan 204 ei kuitenkaan tarvitse sijaita valojohtimen 208 eristämänä. Tätä tosiasiaa havainnollistetaan valojohtimesta 208 oikealle sijaitsevan yksittäisen elektronisen komponentin 204 ja johdinosan avulla, jossa johdinta on 25 havainnollistettu paksummalla vaakasuoralla viivalla, joka kulkee substraatin 206 ja valojohtimen 208 rajaviivaa pitkin. Elektroniikka 204 voi sisältää erikokoisia ele-£2 menttejä, mitä kuviossa havainnollistetaan poikkileikkausten vaihtelevien korkeuk- ° sien ja leveyksien avulla.
CO
0 i 5 30 Eräässä suoritusmuodossa emitterit ja detektorit 210 sijoittuvat valojohtimen 208 1 reunan lähelle ollen edullisesti sijoitettuja siten, että valo etenee oleellisesti koko “ valojohtimen pituuden lävitse ennalta määrätyssä suunnassa lähdettyään emitteristä jg ja ennen detektoriin päätymistä. Esimerkiksi kaksi emitteririviä voidaan sijoittaa va- σ> lojohtimen kahden, toisiaan vierustavan sivun suuntaisiksi ja niiden lähelle vastaa- ^ 35 vasti, ts. kuviossa 1 tasojen YZ ja XZ suuntaisille toisiaan vierastaville sivuille, ja kaksi detektoririviä voidaan vastaavasti sijoittaa vastakkaisten vierekkäisten sivujen suhteen, jotta ennalta määrätyn emitterin lähettämä valo tavoittaa yhden tai useamman ennalta määrätyn detektorin lähellä vastakkaista sivua. Muissa suoritusmuo- 14 doissa ainakin osa emittereistä ja/tai detektoreista 210 voidaan sijoittaa muulla tavoin. Esimerkiksi ne 210 voidaan sijoittaa radiaalisesti niin, että detektorimuodos-telmalla on tietty ensimmäinen säde (etäisyys) ennalta määrätystä keskipisteestä tai viivasta, kun taas emittereillä on muu, toinen säde samaan referenssiin nähden. 5 Kulmikkaan valojohtimen tapauksessa detektorit/emitterit 210 voidaan myös sijoittaa lähelle sen kärkipisteitä (reunapisteitä).
Eräässä suoritusmuodossa substraatin 206 osio, tässä esimerkissä erityisesti keskusosa, järjestetään läpireiällä. Tämän johdosta esimerkiksi näytön valo voi edetä sen 10 lävitse ja tämän jälkeen läpäistä valojohdinmateriaalin 208 matkalla kohti käyttäjää.
Niinpä substraatti 206 voi tässä tapauksessa olla joko läpinäkyvää, läpikuultavaa tai läpinäkymätöntä, mikä pätee myös skenaarioihin, joissa järjestely on tarkoitus implementoida näytön päällysosana (overlay).
15 Kuvio 3a esittää erittäin yleisessä mielessä esillä olevan kosketusnäyttöjärjestelyn valmistamisen erästä suoritusmuotoa. Vaiheessa 302 substraatti varustetaan tarvittavalla elektroniikalla kuten esimerkiksi johtimilla, detektoreilla, emittereillä ja tarvittavalla ohjauspiiristöllä, mitä havainnollistetaan rotatoivan varren tai substraatti-pinnalla työskentelevän suukappaleen avulla. Varsi saattaisi kuulua esimerkiksi flip-20 chip bonding -laitteeseen (nystysirun liittämislaite) tai mustesuihkutulostimeen. Vaiheessa 304 valojohdin järjestetään substraatti/elektroniikka-aggregaatille esimerkiksi laminoimalla. Edullisesti ainakin osa elektroniikasta ’’upotetaan” valojoh-timeen, esimerkiksi sijoitetaan tämän koloihin, joka johdin siten kapseloi mainitun osan, mikä voidaan nähdä vaiheesta 306 esittäen erästä suoritusmuotoa kosketus-25 näyttöjärjestelystä, jota on mahdollista käyttää esimerkiksi näytön päällysosana. Päällinen voi olla valmiiksi asennettu isäntälaitteeseen (koteloon) tai se voidaan jär- £2 jestää laitteen näytölle ja kytkeä toiminnallisesti siihen vasta tarpeen vaatiessa, o
CvJ
0 Kuvio 3b on yksityiskohtaisempi vuokaavio eräästä suoritusmuodosta esillä olevan g 30 keksinnön mukaisen kosketusnäyttöjärjestelyn valmistamiseksi.
CC
Vaiheessa 308, mikä viittaa käynnistysvaiheeseen, tarpeelliset tehtävät kuten mate- 00 naalien, komponenttien ja laitteen valinta sekä hankinta tapahtuvat. Määritettäessä g emitteri- ja sensorityyppejä tai esimerkiksi muuta elektroniikkaa ja substraat- £3 35 ti/valojohdin/johdin-materiaaleja ja -muotoja on oltava erityisen huolellinen siitä, että yksittäiset elementit ja materiaalivalinnat toimivat yhteen ja selviytyvät koko-naisjärjestelylle valitusta valmistamisprosessista, mikä edullisesti tarkistetaan etukä- 15 teen esimerkiksi valmistusprosessia komponenttien datataulukoihin vertaamalla tai analysoimalla valmistettuja prototyyppejä.
Viitenumeraali 322 viittaa yleisesti valmistusvaiheisiin, joiden aikana alkuperäinen 5 substraatti järjestetään elektroniikalla sisältäen niin apuelektroniikan optoelektronis-ten elementtien jne. ajamiseksi kuin todelliset optoelektroniset elementit. Tuloksena oleva (yhdistelmä-)substraatti voi olla monikerroskalvo sisältäen edellä mainitun elektroniikan ja elementit eri kerroksiin jaettuina. Sisäiset vaiheet 310 ja 312 voidaan suorittaa vaihtuvassa järjestyksessä, joka parhaiten sopii kyseessä olevaan επί 0 tyiseen käyttöskenaarioon. Edelleen, näytettyjen vaiheiden sisäisiä tehtäviä voidaan reallokoida vaiheiden 310, 312 välillä, mikäli se koetaan edulliseksi.
Käytetty substraatti voi sisältää esimerkiksi polymeerejä kuten PET- tai PC-kalvon. Soveltuva substraatti tulee yleisesti ottaen valita niin, että halutut joustavuus-, kes-15 tävyys- ja muut vaatimukset kuten kiinnittymisominaisuudet (adhesion properties) elektroniikan ja valojohdinmateriaalin, tai esimerkiksi käytettävissä olevien valmis-tustekniikoiden, osalta täyttyvät.
Valittua substraattia voidaan myös esikäsitellä ennen havainnollistettuja prosessoin-20 tivaiheita ja/tai niiden aikana. Substraattia voidaan esikäsitellä esimerkiksi adheesio-ominaisuuksien kasvattamiseksi toisten materiaalien kuten laminoitujen tai ruis-kuvalettujen valojohdinmuovien suhteen.
Vaiheessa 310 apuelektroniikkaa kuten sähköjohtimia ja -piiristöä voidaan painaa 25 tai muuten muodostaa substraatille, yhdelle tai useammalle (esimerkiksi ennalta määrätylle käytössä ollessaan ylä- ja/tai ala-)sivupinnalle. Käyttökelpoiset tekniikat £2 elektroniikan järjestämiseksi yleisesti sisältävät silkkipainon (screen printing), ro- ° taatiosilkkipainon, gravuuripainon, fleksopainon, mustesuihkutulostamisen, tampo- 0 painatuksen, etsaamisen (kuten PWB-substraatit), siirtolaminoinnin, ohutkalvode- g 30 position jne.
CC
Esimerkiksi johtavien pastojen tapauksessa hopeapohjaista PTF-pastaa (Polymer S Thick Film) voitaisiin hyödyntää piirikaavion painamiseksi substraatille. Myös esi- g merkiksi kupari- tai hiilipohjaisia PTF-pastoja voidaan käyttää. Vaihtoehtoisesti ku- ° 35 pari/alumiinikerroksia voidaan saavuttaa etsauksen avulla. Lisävaihtoehtona johta via LTCC (low temperature co-fired ceramic)- tai HTCC-pastoja (high temperature co-fired ceramic) voidaan sintrata substraatille. Substraatin ominaisuudet on syytä huomioida valittaessa materiaali johtimille. Esimerkiksi LTCC-pastojen sintraus- 16 lämpötila voi olla noin 850-900 °C, mikä voi vaatia keraamisten substraattien käyttämistä. Lisäksi hopea/kultapohjaisia nanohiukkasmusteita voitaisiin käyttää johtimien tuottamisessa.
5 Käyttökelpoisiin painotekniikoihin palataksemme pasta/muste tulee valita yhdessä painotekniikan ja substraattimateriaalin kanssa, sillä eri painotekniikat vaativat esimerkiksi käytetyltä musteelta/pastalta erilaisia Teologisia ominaisuuksia. Lisäksi erilaiset painotekniikat tuottavat eri määriä mustetta/pastaa per aikayksikkö, mikä usein vaikuttaa saavutettavissa oleviin johtavuusarvoihin.
10
Elektroniset SMT-komponentit ja -piirit tai (nysty)sirut voidaan kiinnittää substraattiin esimerkiksi sideaineen (adhesive) kuten epoksi-liima-aineen avulla. Sekä johtavia (sähköisen kontaktin luomiseksi) että johtamattomia (pelkkään kiinnittämiseen) sideaineita voidaan hyödyntää. Ko. elementit valitaan edullisesti kestämään 15 käytetyn valojohdinmuodostusprosessin, esimerkiksi laminoinnin tai ruiskuy li valu-prosessin, paineja lämpötila.
Vaiheessa 312 optoelektroniset elementit sisältäen valoemitterin/emitterit ja -detektorin/detektorit bondataan substraattiin esimerkiksi sideaineen avulla. Niinpä 20 sopivia painotekniikoita voidaan hyödyntää. Esimerkiksi OLEDejä voidaan painaa substraatille mustesuihkutulostimen tai muun soveltuvan laitteen avulla.
Alan ammattimies ymmärtää sen tosiseikan, että optoelektronisten ja muiden sähköisten elementtien järjestäminen substraatille voidaan esillä olevan keksinnön mo-25 liinaisissa muissa suoritusmuodoissa jakaa myös eri tavoin, mikäli ollenkaan, havainnollistettujen ja pelkästään esimerkinomaisten vaiheiden 310 ja 312 välillä, ja ” tähän liittyvää tuotantovaiheiden lukumäärää voidaan vastaavasti adaptoida. Esi- merkiksi suurin osa komponenteista sisältäen sekä apukomponentteja että optoelekt- 0 ronisia komponentteja voidaan lisätä valmiiksi muodostettuun, pelkkien johtimien ς 30 muodostamaan piirimalliin joko saman tai useamman perättäisen tuotantovaiheen 1 aikana.
CC
CL
S Joustavien materiaalien käyttäminen edullisesti mahdollistaa ainakin yhden kohdan S 322, 310, 312 tai muiden kohtien suorittamisen rullalta-rullalle -menetelmillä, jotka ^ 35 voivat tuottaa lisäetuja aika-, kustannus- ja jopa tilamielessä ajateltaessa esimerkiksi kuljettamista ja varastointia. Rullalta-rullalle- (tai ’’kelalta-kelalle”) -menetelmissä halutut elementit kuten optiset ja/tai sähköiset elementit voidaan sijoittaa jatkuvalle ’’rulla-substraatille”, joka voi olla sekä pitkä että leveä, joka rulla etenee lähtörullas- 17 ta tai -rullista tasaisella tai dynaamisella nopeudella kohderullaan proseduurin aikana. Täten substraatti voi sisältää useamman tuotteen, jotka on tarkoitus leikata erilleen myöhemmin. Rullalta-rullalle-valmistaminen edullisesti mahdollistaa nopean ja kustannustehokkaan esillä olevan keksinnön mukaisten tuotteiden valmistamisen.
5 Rullalta-rullalle -prosessin aikana useita materiaalikerroksia voidaan liittää yhteen ’’lennossa” ja edellä mainitut elementit kuten elektroniikka voidaan muodostaa niille ennen varsinaista liittämishetkeä, hetken yhteydessä tai sen jälkeen. Lähtökerrokset ja muodostuva nauhamainen aggregaattientiteetti voidaan lisäksi alistaa erilaisille käsittelyille prosessin aikana. Kerrospaksuudet (ohuemmat kerrokset kuten ’’kalvot” 10 ovat yleisesti suositumpia rullalta-rullalle -prosessin helpottamiseksi) ja valinnaisesti myös muita ominaisuuksia tulee valita niin, että ne mahdollistavat rullalta-rullalle -prosessin halutussa laajuudessa.
Kohdassa 314 valojohdin muodostetaan substraatille niin, että ainakin osa elektro-15 nilkasta ’’upotetaan” valojohtimen sisään, esimerkiksi valojohtimen koloihin. Täten valojohdin voi toimia elektroniikan kuorena ja valonkuljetusväliaineena (TIR) emit-terin/emitterien ja detektorin/detektorien välillä.
Eräässä suoritusmuodossa valojohdin sisältää muovimateriaalia kuten PC:tä, joka 20 laminoidaan tai ylivaletaan substraatin kuten lämpöplastisen polymeerikalvon, esimerkiksi PET-kalvon, päälle, jolla kalvolla on valmiiksi järjestettyä elektroniikkaa. Valussa substraattia voidaan hyödyntää ruiskuvalulaitteen muottiin sisällytettävänä inserttinä, jotta PET valetaan substraatille. Valojohdinmateriaali ja käytetty kiinnitysmenetelmä tulee edullisesti valita siten, että elektroniikka substraatilla säilyy va-25 hingoittumattomana prosessin aikana, kun taas valojohdinmateriaali asianmukaisesti kiinnittyy substraattiin ja sen optiset ominaisuudet ovat halutunlaiset, co cm Kohdissa 316 ja 320 valinnaisesti tarkistetaan, tarvitaanko valojohdin-substraatti- i § aggregaatin lisäkäsittelyä ja mikäli näin on, suoritetaan tarpeelliset vaiheet vastaa- i ς 30 vasti. Esimerkiksi lisämateriaalikerroksia voidaan lisätä kosketusnäyttöjärjestelyyn.
x Eräässä suoritusmuodossa ainakin osa järjestelystä kuten esimerkiksi (osa) valojoh- timesta voidaan varustaa kovapinnoitteella, joka suojaa naarmuja vastaan. Lisäksi S tai vaihtoehtoisesti muita toiminnallisia tai dekoratiivisia kerroksia tai käsittelyjä S voidaan järjestää kuten kerros kosketuspinnan tuntuman parantamiseksi käyttäjän o ^ 35 näkökulmasta. Lisäksi vaihe 318 voi viitata lisä- ja/tai ulkoisten elementtien kuten liittimien tai (fleksi)kaapelien liittämiseen järjestelyyn, ja jopa järjestelyn sijoittamiseen kohdetuotteeseen kuten matkapuhelimeen tai ohjausnäyttöön. Lisäksi erilaisia 18 laatutarkistuksia ja testejä koskien laminoitujen tai ylivalettujen elementtien, valo-johtimen ja/tai muiden entiteettien toimintaa voidaan suorittaa.
On ymmärrettävä, että vaihe 316 ei välttämättä viittaa reaaliaikaiseen tarkastukseen 5 esimerkiksi reaaliajassa monitoroidun järjestelyn ominaisuuden kuten elektroniikan tai valojohtimen toimivuuden pohjalta, sillä ’’tarkastus” voi myös viitata ennalta määrättyyn prosessin ohjausparametrin arvoon (esimerkiksi lisää kovapinnoi-te=TOSI), joka on koodattu prosessin ohjausdataan ja jota sitten käytetään määrittämään käsittely, jolle järjestely altistetaan.
10
Vaiheessa 318 menetelmän suorittaminen päättyy ja hankittu kosketusnäyttöjärjes-tely/järjestelyt voidaan siirtää eteenpäin.
Kuvio 4 havainnollistaa ylä- ja alanäkymiä erään kosketusnäyttöjärjestelyn suori-15 tusmuodon kaaviohahmotelmasta esillä olevan keksinnön mukaisesti. Kohdassa 402 esitetään ’’yläpuolen näkymä” ja kohdassa 404 alapuolen näkymä. Johtimet, liittimet, sirut ja muut komponentit ovat kuviossa tunnistettavissa, jossa emitte-ri/detektoriryhmät ympäröivät suorakulmaista, oleellisesti neliön muotoista koske-tusnäyttöikkunaa, jota on tarkoitus käyttää esimerkiksi näytön kosketusaluepäällise-20 nä (overlay).
Kuvio 5a on yleinen lohkokaavio laitteen 501 eräästä suoritusmuodosta sisältäen esillä olevan keksinnön mukaisen kosketusnäyttö- (ja/tai kosketuslevy)järjestelyn. Laitteessa voi olla tai se voi olla matkapuhelin, PDA, ohjauslaite teollisiin sovelluk-25 siin, yleistietokone (pöytäkone/kannettava/kämmen) jne. Ollen selvää alan ammattimiehelle laitteen 501 eri elementtejä voidaan suoraan integroida samaan koteloon £2 tai ne voidaan ainakin varustaa toiminnallisella yleistettävyydellä, esimerkiksi lan- c3 gallisella tai langattomalla yleistettävyydellä, toistensa suhteen. Esimerkiksi näyttö i 0 514 ja tähän liittyvä kosketusnäyttö 502 voidaan sisällyttää laitteeseen 501 integroi- i 5 30 tuina tai erillisinä elementteinä. 1 2 3 4 5 2
CC
3
Eräs mahdollinen, jos ei perustavaa laatua oleva, toiminnallinen, laitteeseen sisälly 4 in tettävä elementti on muisti 506, joka voidaan jakaa yhden tai useamman fyysisen 5 muistisirun ja/tai -kortin osalle ja joka saattaa sisältää tarpeellisen koodin esimer- o ° 35 kiksi tietokoneohjelman/sovelluksen muodossa laitteen ohjauksen ja toiminnan mahdollistamiseksi ja lisäksi sisältää muuta dataa, esimerkiksi sen hetkiset asetukset ja käyttäjädataa. Muisti 506 voi sisältää esimerkiksi ROM (read only memory, lu-kumuisti)- tai RAM-tyyppisiä (random access memory, työmuisti) implementaatioi- 19 ta. Muisti 506 voi lisäksi viitata edullisesti irrotettavaan muistikorttiin/tikkuun, levykkeeseen, optiseen levyyn kuten CD-ROM:iin tai kiinteään/irrotettavaan kovalevyyn.
5 Prosessointivälineet 504, esimerkiksi prosessointi/ohjausyksikkö kuten mikroprosessori, DSP (digitaalinen signaaliprosessori), mikrokontrolleri tai ohjelmoitava logiikkapiirit), valinnaisesti sisältäen joukon kooperatiivisia tai rinnakkaisia (ali)yksikköjä, voivat olla tarpeellisia sovelluskoodin varsinaiseksi suorittamiseksi, joka koodi voidaan tallentaa muistiin 506. Näyttö 514 ja näppäimistö/sormio 512 tai 10 muut lisäohjausvälineet kuten näppäimet, napit, nupit, ääniohjausliitäntä, liukukyt-kimet, keinukytkimet jne. voivat järjestää laitteen 501 käyttäjälle datan visualisoin-tivälineet ja ohjaussyötevälineet näytön 514 yhteydessä olevan kosketusnäytön 502 (käyttöliittymä, UI) lisäksi. Prosessori 504 voi ohjata kosketusnäyttöjärjestelyä tai tarkoitukseen voidaan vaihtoehtoisesti tai lisäksi käyttää erityisiä ohjausvälineitä. 15 Dataliitäntä 508, esimerkiksi langaton lähetinvastaanotin (GSM (Global System for Mobile Communications), WLAN (Wireless Local Area Network, langaton lähiverkko), Bluetooth, inlfapuna jne.) ja/tai liitäntä kiinteää/langallista yhteyttä varten kuten USB (Universal Serial Bus) -portti, LAN-liitäntä (esimerkiksi Ethernet) tai Firewirem mukainen liitäntä (esimerkiksi IEEE 1394) tavallisesti vaaditaan viestin-20 tään muiden laitteiden kanssa. Laite saattaa esimerkiksi sisältää eri lisäelementtejä 510, joita voidaan käyttää kosketusnäyttöjärjestelyn 50 kanssa. On itsestään selvää, että laitteeseen voidaan lisätä enemmän toiminnallisuuksia ja edellä mainitut toiminnallisuudet ovat modifioitavissa kustakin tietystä suoritusmuodosta riippuen.
25 Kuvio 5b on lohkokaavio esillä olevan keksinnön mukaisen kosketusnäyttöjärjestelyn 502 eräästä suoritusmuodosta. Kosketusnäyttöjärjestely voi käytännössä sisältää £2 oman, ulkoisen ja/tai jaetun ohjaus- tai muun välineen kuten prosessorin 524 lopun ° laitteen 501 tai vastaavan isäntäjärjestelmän näkökulmasta. Esimerkiksi prosessori § 504 voisi ohjata myös kosketusnäyttöä 502, ts. prosessori 504=524, mikäli se varus- 5 30 tettaisiin tarvittavalla yhteydellä valojohdin/substraattijärjestelyn apuelektroniik- x kaan.
CC
CL
S Järjestely 502 voi sisältää ohjauskytkimen, esimerkiksi ’’demultiplekserin” 516, jo- c£ ka ajaa varsinaisen kosketusnäyttöpäällisen 522 emitterejä, ts. toiminnallista osaa ^ 35 sisältäen ennalta määrätyn kosketuspinta(alueen) ja emitteri/detektoriryhmät tai muut kuviot, ja sitä ohjataan prosessorin 524 avulla, millä voidaan lisäksi tai vaihtoehtoisesti viitata jaettuun yksikköön 504, joka ohjaa myös laitteen 501 muita toimintoja edellä kuvatusti. Järjestettyä ohjausta havainnollistetaan LED SELector- ja 20 LED DRiVer -signaalien avulla. Myös detektoreja voidaan ohjata prosessorin 524 tai jonkin muun prosessointivälineen, esimerkiksi multiplekserikytkimen 518, avulla. Järjestettyä ohjausta havainnollistetaan DETECTOR SELECT -signaalin avulla. Hankittu detektorisignaali/signaalit kuten havainnollistettu SIGNAL DATA -5 signaali voidaan esiprosessoida kuten vahvistaa, suodattaa ja/tai A/D -muuntaa 520 ennen prosessorille 524 tai jollekin muulle prosessointivälineelle kuten prosessorille 504 välittämistä. Havainnollistetut toiminnalliset elementit voivat sisältää muitakin yhteyksiä esimerkiksi liittimien tai johtimien mahdollisesti sisältäen datakaapeleita kautta elementteihin, jotka ovat kosketusnäyttöjärjestelylle ulkoisia tai samalle sub-10 straatille implementoituja. Eräs tämänlainen yhteys on havainnollistettu POSITION OUT:n avulla kuviossa.
Alan ammattimies ymmärtää, että kuvioissa 5a ja 5b visualisoidut toiminnallisuudet voidaan käytännön tapauksissa eritavoin jakaa esitettyjen ja/tai muiden entiteettien 15 välillä suoritusmuodosta riippuen.
Kuvio 6 esittää kahden suoritusmuodon joitakin pelkästään esimerkinomaisia ajoituskaavioita kosketusnäytön emitterien ja detektorien sekventiaaliseksi ajamiseksi. Esimerkissä, joka on merkattu viitenumerolla 602, LED tai muun tyyppinen emitteri 20 ja vastaava detektori kuten fototransistori tai fotodiodi ovat aktiivisia olennaisesti samanaikaisesti, mitä visualisoidaan ohjaussignaalien ylä- ja alaosioiden avulla. Emitteri/detektori-parit aktivoidaan sekventiaalisesti jatkuvalla tavalla siten, että vain yksi pari on kerrallaan aktiivinen. Tämä tehdään kosketusten havaitsemiseksi ja paikallistamiseksi.
25
Konkreettisena esimerkkinä voidaan määrittää kanava emitteri-detektori -parina X-$2 tai Y-suunnassa, jossa X ja Y määrittävät kaksi ortogonaalista akselia kunkin olles- cm sa yhdensuuntainen emitterien ja detektorien ympäröimän suorakulmaisen koske- i o tusnäyttöalueen (ikkunan) 606 kahden reunaviivan kanssa. Signaali tietyllä paik- 5 30 kasidonnaisella kanavalla perustuu täten tietyn emitterin lähettämän ja vastaavassa x detektorissa havaitun valon intensiteettitasoon. Havainnollistuksessa on kolme emit-
CC
teriä ja detektoria sijoitettuna X- ja Y-akselien suhteen yhdensuuntaisesti kosketusko näyttöalueen 606 vastakkaisille puolille, mitä havainnollistetaan vertikaalisten ja g horisontaalisten katkoviivojen avulla valojohdinpinnan läpi kulkevia ’’kanavia” ° 35 merkiten, vastaavasti.
Pitämällä kaikki emitterit ja detektorit jatkuvasti päällä ja tiettyyn kanavaan assosioidun alueen kosketuksen tapauksessa, joka kanava liittyy tiettyyn kosketuspinta- 21 kaistaleeseen ulottuen tietyn emitterin ja vastaavan detektorin välille valojohtimen koko kosketusalueella, detektori silti vastaanottaa erittäin paljon valoa muista aktiivisista emittereistä, mikä luonnollisesti vähentää järjestelyn kosketuksentunnistus-ja paikallistamiskykyä sekä -herkkyyttä. Siksi emitterejä tulisi edullisesti pulssittaa 5 kanava kerrallaan: • Laita LED Xl päälle ajaksi tp ja lue signaali sensorilta Xl samanaikaisesti • Käytä tarvittaessa latenssiperiodia tl •Laita LED X2 päälle ajaksi tp ja lue signaali sensorilta X2 samanaikaisesti 10 · Käytä tarvittaessa latenssiperiodia tl • Laita LED Y1 päälle ajaksi tp ja lue signaali sensorilta Y1 samanaikaisesti • 15 Mikäli ratkaisevaa signaalivaimenemaa havaitaan suhteessa kanavaristeykseen (Xt, Yt), kosketuksen sijainti voidaan ohjelmallisesti kuvata vastaavaan pisteeseen asiaan liittyvällä näytöllä. Samaten useampi risteys voidaan kuvata diskreeteiksi samanaikaisiksi kosketuksiksi tai kosketukseen isolla sormella tai osoitinkynällä.
20 Tavanomaiset optoelektronisten komponenttien nousu/laskuajat voivat olla muutamien mikrosekuntien suuruusluokkaa. Täten pulssijaksot alle noin 0,5 ms saavutetaan laitteiston näkökulmasta helposti. Testatussa esimerkkikokoonpanossa (12 kanavaa) yhden täydellisen sekvenssin kokonaisaika pystyttiin painamaan alle noin 0,01 sekunnin. Tämä on useimmissa sovelluksissa tarpeeksi nopeaa.
25
Viitenumerolla 604 merkatussa esimerkissä ’’cross-talk” (läpikuuluminen) -£2 sekvensointia käytetään siten, että yksittäinen LED assosioidaan useamman, tässä ° esimerkissä kolmen, detektorin kanssa, ts. LED:lle suoraan vastakkaisen detektorin i o eli ’’päädetektorin” kanssa ja kahden vierekkäisen detektorin kanssa. Sekvensoinnin i ^ 30 ja tietyn emitterin aktiivisen jakson aikana tähän liittyvien kolmen detektorin detek- x tointisignaalit voidaan esitetyllä tavalla lukea ennen seuraavaan emitterin ja kolmen detektorin ryhmään siirtymistä. Osa detektoreista voidaan assosioida useampaan *o emitteriin, ts. ryhmät ovat osittain päällekkäisiä detektorien suhteen. Tämän prose- σ) duurin avulla voidaan saavuttaa kaksinkertainen resoluutio molemmissa suunnissa o ^ 35 (X/Y) ainakin näytön keskustaa lähellä olevilla alueilla, sillä sekä ajallinen että si- jainnillinen valojakauma detektorien vastaanottamana (paikallinen ajallinen intensi-teettitaso ryhmän kussakin detektorissa) on käytettävissä analyysia varten. Muut 22 ryhmäkonfiguraatiot (esimerkiksi monta emitteriä - monta detektoria per ryhmä) ovat myös mahdollisia.
Kosketuksen tunnistamisen ja lokalisoinnin aspektien lisäksi kosketusintensiteettiä 5 tai -painetta, ts. kuinka kovaa sormi tai osoitinkynä painetaan valojohtimelle, voidaan monitoroida kohdelaitteen lisäohjausta varten. Paine voidaan esimerkiksi päätellä FTIR-pohjaisen valon intensiteettihäviön määrän ja valinnaisesti luonteen detektorissa avulla (ts. suurempi FTIR:n aiheuttama häviö indikoi suurempaa koske-tuspainetta).
10
Pohdittaessa esillä olevaa keksintöä siihen liittyvien prosessiparametrien ja kokoonpanon valossa voidaan antaa joitakin muitakin suuntaviivoja suoritettujen testien perusteella. Kun substraatti on PET ja sen päälle esimerkiksi valettava valojohdin-muovi on PC, sulaneen PC:n lämpötila voi olla noin 280-320 °C ja muotin lämpöti-15 la noin 20-95 °C, esimerkiksi noin 80 °C. Käytetty substraatti(kalvo) ja prosessipa-rametrit tulee valita siten, että substraatti ei sula ja säilyy oleellisesti kiinteänä prosessin ajan. Substraatti tulee sijoittaa muottiin niin, että se pysyy asianmukaisesti kiinnitettynä. Samaten esiasennettu elektroniikka tulee kiinnittää substraattiin siten, että se pysyy liikkumattomana valun aikana.
20
Joissakin suoritusmuodoissa nollannen asteen polku (suora polku ilman heijastumia) valoemitterin ja vastaavan valodetektorin välillä voidaan sulkea tiettyä emitte-ri/detektori-kohdistusta samaan tarkoitukseen käyttämisen lisäksi tai sen sijaan, erityisellä sulkurakenteella (blocking structure) kuten maskilla TIR-edenneen valon 25 suhteelliseksi kasvattamiseksi detektorissa, mikä voi edelleen helpottaa FTIR-pohjaisen häviön havaitsemista, kun TIR-ilmiötä valojohtimen pinnalla (tai tähän £2 liittyvän pinnoitteen pinnalla) häiritään sormen(pään) tai muun osoitinvälineen ° avulla.
co cp g 30 Vastaavasti detektori/detektoreja voidaan suojata ulkoiselta ei-toivotulta valolta x (esimerkiksi auringonvalolta tai näyttövalolta) sulkurakenteen avulla.
CL
S Keksinnön suoja-ala määräytyy oheisten vaatimusten ja niiden ekvivalenttien perused teella. Alan ammattimiehet edelleen ymmärtävät, että eksplisiittisesti esitetyt suori-
O
^ 35 tusmuodot laadittiin vain havainnollistamista varten ja suoja-ala kattaa muitakin suoritusmuotoja, suoritusmuotojen yhdistelmiä, variaatioita ja ekvivalentteja, jotka paremmin sopivat kuhunkin keksinnön käyttötapaukseen. Esimerkiksi eräässä ratkaisussa ainoastaan apuelektroniikka tai sen osa ja/tai osa emittereistä/detektoreista 23 voitaisiin peittää valojohdinmateriaalilla. Tässä tapauksessa jäljelle jäävät emitte-rit/detektorit (osat) voisivat sijaita muualla, edullisesti silti mainitulla substraatilla, siten, että ne olisivat ainakin optisesti kytkettyjä ylivalettuun valojohtimeen. Kytkeytyminen voisi tapahtua suoraan emitterien/detektorien ja valojohtimen välillä 5 (esimerkiksi pieni rako tai suora kontakti emitterien/detektorien ja valojohtimen välillä) tai dedikoitujen sisäänkytkentä- ja tai uloskytkentärakenteiden kuten hilojen kautta.
CO
δ
C\J
co cp δ
X
X
α- οο
LO
LO
O
O
o
C\J

Claims (10)

24
1. Järjestely (202, 502) kosketusnäyttöä varten sisältäen: 5 -substraatin (206), kuten esimerkiksi optisesti oleellisesti läpinäkyvän joustavan kalvon tai monikerroskalvon, mainitun substraatin sisältäessä apuelektroniikkaa (212), kuten esimerkiksi painettua, valinnaisesti rullal-ta-rullalle prosessoitua elektroniikkaa sisältäen lukumäärän painettuja johtimia, virran järjestämiseksi, ohjauksen järjestämiseksi ja/tai viestmtäyh-10 teyden muihin elektronisiin komponentteihin (210) järjestämiseksi, -lukumäärän emittereitä ja detektoreja (210) substraattiin apuelektroniikan kanssa yhteyteen järjestettynä valon emittoimiseksi ja detektoimiseksi, vastaavasti, tunnettu siitä, että järjestely lisäksi sisältää 15 -valojohtimen (208) substraatille laminoituna siten, että mainitut emitterit ja detektorit on optisesti kytketty valojohdinmateriaaliin, valojohtimen ominaisuuksien, jotka sisältävät valojohdinmateriaalin taitekertoimen, ollessa valittu ja emitterien sekä detektorien ollessa konfiguroitu siten, että 20 ne mahdollistavat käyttötilanteessa valon TIR-tyyppisen (total internal reflection, sisäinen kokonaisheijastus) etenemisen valojohtimessa emitterien ja detektorien välillä sekä kosketuksen tunnistamisen detektoidusta valosta määritetyn TIR-suorituskyvyn laskun perusteella havaitsemalla vastaanotetun valon vähentyminen detektorissa.
2. Vaatimuksen 1 mukainen järjestely, jossa substraatti on moniker-ro s substraatti sisältäen apuelektroniikan, emitterit ja detektorit ainakin ° kahteen substraatin kerrokseen jaettuna. i CVJ o g 30
3. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestely, jossa valojoh- x dinpinta, joka on substraattia kohden, on varustettu kololla tai aukolla ai- nakin osan ainakin yhdestä emitteristä tai detektorista majoittamiseksi. CO LO o?
4. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestely, jossa ainakin £3 35 ennalta määrätty valojohtimen kosketuspinta (606) on varustettu suojaa- valla lisämateriaalikerroksella tai kerroksella, joka on konfiguroitu parantamaan kosketustuntumaa. 25
5. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestely, jossa konfiguraatio mahdollistaa kosketuksen tunnistamisen, valinnaisesti kosketuksen paikallistamisen ja edelleen valinnaisesti kosketuspaineen määrittämisen, FTIR:n (frustrated TIR, frustroitu sisäinen kokonaisheijastus) aikaansaa-5 masta laskusta valon intensiteettitasossa ja/tai -jakaumassa yhden tai useamman detektorin vastaanottamana verrattuna ennalta määrättyyn tai adaptiivisesti määritettyyn perusvastaanottotasoon ja/tai jakaumaan TIR-tilanteen aikana.
6. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestely, jossa emitterit sisältävät ainakin yhden LEDin (light emitting diode, loistediodi) tai OLEDin (orgaaninen LED).
7. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestely, jossa detektorit 15 sisältävät ainakin yhden elementin valittuna ryhmästä: fotodiodi, fototran- sistori ja kuvasensori.
8. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestely, sisältäen joukon emittereitä ja detektoreja konfiguroituna sekventiaalisesti aktivoitumaan ja 20 deaktivoitumaan (604) ryhmissä siten, että yhdessä ryhmässä ainakin yksi emitteri on assosioitu useampaan detektoriin kosketuksen paikallistamisen resoluution parantamiseksi suhteessa valojohtimen pintaan.
9. Elektroninen laite (501) sisältäen jonkin edellisen vaatimuksen mu-25 kaisen järjestelyn ja valinnaisesti sisältäen järjestelyyn liittyvän näytön ja/tai kosketuslevyn, jossa mainittu laite lisäksi valinnaisesti sisältää ainakin yhden elementin seuraavista: matkapuhelin, henkilökohtainen digitaa-o linen assistentti, musiikkisoitin, multimediasoitin, kannettava tietokone, CM ^ pöytätietokone, kämmentietokone, kannettava radio ja ohjauslaite teolli- ° 30 seen sovellukseen. CO o
10. Menetelmä järjestelyn valmistamiseksi kosketusnäyttöä varten si- oo sältäen: m m o 35 -hankitaan substraatti (308) kuten esimerkiksi optisesti oleellisesti lä- ^ pinäkyvä kalvo, 26 -järjestetään apuelektroniikkaa (302, 322, 310), kuten esimerkiksi painettua elektroniikkaa sisältäen lukumäärän painettuja johtimia, virran järjestämiseksi, ohjauksen järjestämiseksi ja/tai viestintäyhteyden muihin elektronisiin komponentteihin järjestämiseksi, 5 -järjestetään lukumäärä emittereitäja detektoreja (302, 322, 312) substraatille apuelektroniikan kanssa yhteyteen järjestettynä valon emittoimiseksi ja detektoimiseksi, vastaavasti, menetelmän ollessa tunnettu siitä, että 10 -laminoidaan valojohdin substraatille (304, 314) siten, että mainitut emit-terit ja detektorit on optisesti kytketty valojohdinmateriaaliin, valojohti-men ominaisuuksien, jotka sisältävät valojohdinmateriaalin taitekertoi-men, ollessa valittuja ja emitterien sekä detektorien ollessa konfiguroituja siten, että ne mahdollistavat käyttötilanteessa valon TIR-tyyppisen (total 15 internal reflection, sisäinen kokonaisheijastus) etenemisen valojohtimessa emitterien ja detektorien välissä sekä kosketuksen tunnistamisen detek-toidusta valosta määritetyn TIR-suorituskyvyn laskun perusteella havaitsemalla vastaanotetun valon vähentyminen detektorissa. 20 't δ c\j C\l cp CO O X DC CL CO LO 't LO O) O O CM 27 Krav
FI20095458A 2009-04-24 2009-04-24 Käyttäjäsyötejärjestely ja siihen liittyvä valmistusmenetelmä FI124221B (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20095458A FI124221B (fi) 2009-04-24 2009-04-24 Käyttäjäsyötejärjestely ja siihen liittyvä valmistusmenetelmä
US13/265,875 US8847925B2 (en) 2009-04-24 2010-04-26 User input arrangement and related method of manufacture
PCT/FI2010/050339 WO2010122233A1 (en) 2009-04-24 2010-04-26 User input arrangement and related method of manufacture
JP2012506540A JP5663560B2 (ja) 2009-04-24 2010-04-26 ユーザ入力装置及びその製造方法
KR1020117025858A KR20120030040A (ko) 2009-04-24 2010-04-26 유저 입력 장치 및 이를 제조하는 방법
CN2010800180907A CN102414651A (zh) 2009-04-24 2010-04-26 用户输入装置及相关的制造方法
EP10766707A EP2422268A4 (en) 2009-04-24 2010-04-26 USER INPUT ARRANGEMENT AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20095458 2009-04-24
FI20095458A FI124221B (fi) 2009-04-24 2009-04-24 Käyttäjäsyötejärjestely ja siihen liittyvä valmistusmenetelmä

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20095458A0 FI20095458A0 (fi) 2009-04-24
FI20095458A FI20095458A (fi) 2010-10-25
FI124221B true FI124221B (fi) 2014-05-15

Family

ID=40590337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20095458A FI124221B (fi) 2009-04-24 2009-04-24 Käyttäjäsyötejärjestely ja siihen liittyvä valmistusmenetelmä

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8847925B2 (fi)
EP (1) EP2422268A4 (fi)
JP (1) JP5663560B2 (fi)
KR (1) KR20120030040A (fi)
CN (1) CN102414651A (fi)
FI (1) FI124221B (fi)
WO (1) WO2010122233A1 (fi)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE533704C2 (sv) 2008-12-05 2010-12-07 Flatfrog Lab Ab Pekkänslig apparat och förfarande för drivning av densamma
KR20130027829A (ko) * 2011-09-08 2013-03-18 삼성전자주식회사 터치 스크린 패널의 저항막 방식 터치 센서 및 그의 제작 방법
WO2013081894A1 (en) 2011-11-28 2013-06-06 Corning Incorporated Optical touch-screen systems and methods using a planar transparent sheet
WO2013081896A1 (en) 2011-11-28 2013-06-06 Corning Incorporated Robust optical touch-screen systems and methods using a planar transparent sheet
GB2500006A (en) * 2012-03-06 2013-09-11 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Optical touch screen using cameras in the frame.
US9880653B2 (en) 2012-04-30 2018-01-30 Corning Incorporated Pressure-sensing touch system utilizing total-internal reflection
US10168835B2 (en) 2012-05-23 2019-01-01 Flatfrog Laboratories Ab Spatial resolution in touch displays
GB2505170A (en) * 2012-08-20 2014-02-26 Tactotek Inc Touch panel with printed or deposited electronic circuits
US9041686B2 (en) * 2012-08-30 2015-05-26 Amazon Technologies, Inc. Electronic device component stack
US9086763B2 (en) 2012-09-11 2015-07-21 Flatfrog Laboratories Ab Touch force estimation in an FTIR-based projection-type touch-sensing apparatus
US9557846B2 (en) 2012-10-04 2017-01-31 Corning Incorporated Pressure-sensing touch system utilizing optical and capacitive systems
CN103796446B (zh) * 2012-11-01 2016-12-21 上海品奇数码科技有限公司 大规模阵列式光电收发传感器的制作方法
US8877558B2 (en) 2013-02-07 2014-11-04 Harris Corporation Method for making electronic device with liquid crystal polymer and related devices
US10019113B2 (en) 2013-04-11 2018-07-10 Flatfrog Laboratories Ab Tomographic processing for touch detection
US9293438B2 (en) 2013-07-03 2016-03-22 Harris Corporation Method for making electronic device with cover layer with openings and related devices
US9874978B2 (en) 2013-07-12 2018-01-23 Flatfrog Laboratories Ab Partial detect mode
KR102444269B1 (ko) * 2013-09-27 2022-09-16 택토텍 오와이 전기기계의 구조를 제작하기 위한 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 배열
US10126882B2 (en) 2014-01-16 2018-11-13 Flatfrog Laboratories Ab TIR-based optical touch systems of projection-type
WO2015108479A1 (en) 2014-01-16 2015-07-23 Flatfrog Laboratories Ab Light coupling in tir-based optical touch systems
US10161886B2 (en) 2014-06-27 2018-12-25 Flatfrog Laboratories Ab Detection of surface contamination
KR102277902B1 (ko) * 2014-09-05 2021-07-15 삼성전자주식회사 피검체 접촉압력 측정기와 그 제조 및 측정방법
US11182023B2 (en) 2015-01-28 2021-11-23 Flatfrog Laboratories Ab Dynamic touch quarantine frames
US10318074B2 (en) 2015-01-30 2019-06-11 Flatfrog Laboratories Ab Touch-sensing OLED display with tilted emitters
CN107209609A (zh) 2015-02-09 2017-09-26 平蛙实验室股份公司 包括在传输面板上方和内部投射和检测光束的装置的光学触摸系统
WO2016140612A1 (en) 2015-03-02 2016-09-09 Flatfrog Laboratories Ab Optical component for light coupling
CN108369470B (zh) 2015-12-09 2022-02-08 平蛙实验室股份公司 改进的触控笔识别
US20170364173A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 Peigen Jiang Optical touch sensor
WO2018096430A1 (en) 2016-11-24 2018-05-31 Flatfrog Laboratories Ab Automatic optimisation of touch signal
PT3667475T (pt) 2016-12-07 2022-10-17 Flatfrog Lab Ab Dispositivo tátil curvo
US10963104B2 (en) 2017-02-06 2021-03-30 Flatfrog Laboratories Ab Optical coupling in touch-sensing systems
US10481737B2 (en) 2017-03-22 2019-11-19 Flatfrog Laboratories Ab Pen differentiation for touch display
CN110663015A (zh) 2017-03-28 2020-01-07 平蛙实验室股份公司 触摸感应装置和用于组装的方法
GB2562476A (en) * 2017-05-12 2018-11-21 Delphi Tech Inc Backlight unit for a display module and manufacturing method thereof
CN117311543A (zh) 2017-09-01 2023-12-29 平蛙实验室股份公司 触摸感测设备
WO2019172826A1 (en) 2018-03-05 2019-09-12 Flatfrog Laboratories Ab Improved touch-sensing apparatus
US11943563B2 (en) 2019-01-25 2024-03-26 FlatFrog Laboratories, AB Videoconferencing terminal and method of operating the same
CN115039063A (zh) 2020-02-10 2022-09-09 平蛙实验室股份公司 改进的触摸感测设备

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06324784A (ja) * 1993-05-14 1994-11-25 Casio Comput Co Ltd 加圧スイッチ装置の製造方法
US6972753B1 (en) 1998-10-02 2005-12-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Touch panel, display device provided with touch panel and electronic equipment provided with display device
JP4059620B2 (ja) * 2000-09-20 2008-03-12 株式会社リコー 座標検出方法、座標入力/検出装置及び記憶媒体
US6927384B2 (en) 2001-08-13 2005-08-09 Nokia Mobile Phones Ltd. Method and device for detecting touch pad unit
US7432893B2 (en) 2003-06-14 2008-10-07 Massachusetts Institute Of Technology Input device based on frustrated total internal reflection
WO2005026938A2 (en) 2003-09-12 2005-03-24 O-Pen Aps A system and method of determining a position of a radiation scattering/reflecting element
EP1668483A2 (en) * 2003-09-22 2006-06-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light guide touch screen
GB2409515A (en) * 2003-12-24 2005-06-29 Nokia Corp Analogue navigation device utilising differing refractive indices
US8599140B2 (en) 2004-11-17 2013-12-03 International Business Machines Corporation Providing a frustrated total internal reflection touch interface
EP2005282B1 (en) * 2006-03-30 2013-01-30 FlatFrog Laboratories AB A system and a method of determining a position of a scattering/reflecting element on the surface of a radiation transmissive element
US8094136B2 (en) * 2006-07-06 2012-01-10 Flatfrog Laboratories Ab Optical touchpad with three-dimensional position determination
US8031186B2 (en) 2006-07-06 2011-10-04 Flatfrog Laboratories Ab Optical touchpad system and waveguide for use therein
US20080007541A1 (en) * 2006-07-06 2008-01-10 O-Pen A/S Optical touchpad system and waveguide for use therein
US9063617B2 (en) 2006-10-16 2015-06-23 Flatfrog Laboratories Ab Interactive display system, tool for use with the system, and tool management apparatus
US8587559B2 (en) * 2007-09-28 2013-11-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Multipoint nanostructure-film touch screen
JP4881329B2 (ja) * 2008-01-22 2012-02-22 日東電工株式会社 光導波路デバイスの製法およびそれによって得られる光導波路デバイス、並びにそれに用いられる光導波路接続構造
FI121862B (fi) 2008-10-24 2011-05-13 Valtion Teknillinen Järjestely kosketusnäyttöä varten ja vastaava valmistusmenetelmä
KR20110096041A (ko) * 2008-11-12 2011-08-26 플라트프로그 라보라토리즈 에이비 터치 감지 일체형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP2422268A1 (en) 2012-02-29
JP2012524926A (ja) 2012-10-18
US20120038593A1 (en) 2012-02-16
WO2010122233A1 (en) 2010-10-28
US8847925B2 (en) 2014-09-30
FI20095458A (fi) 2010-10-25
CN102414651A (zh) 2012-04-11
WO2010122233A4 (en) 2011-01-06
EP2422268A4 (en) 2012-08-29
FI20095458A0 (fi) 2009-04-24
JP5663560B2 (ja) 2015-02-04
KR20120030040A (ko) 2012-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI124221B (fi) Käyttäjäsyötejärjestely ja siihen liittyvä valmistusmenetelmä
FI121862B (fi) Järjestely kosketusnäyttöä varten ja vastaava valmistusmenetelmä
US10042499B2 (en) Touch-sensitive module
KR100998724B1 (ko) 터치센서용 키 유닛 및 센싱유닛
JP2010157513A (ja) 近接センサーを用いた感知装置及び携帯端末機の近接センサー利用方法
KR20100056019A (ko) 터치 스크린 패널을 구비하는 휴대 단말기
US20140085860A1 (en) Light guide module for keypad
TW201351243A (zh) 以姿勢為基礎的控制輸入的使用者介面及相關方法
US9542018B2 (en) Touch panel and electronic apparatus
US8692146B2 (en) Touchpad of an electronic apparatus and method for manufacturing the same
RU2619204C2 (ru) Тонкая ito-пленка и терминальное устройство
CN104979124A (zh) 应用于键盘背光具有遮蔽效果的软性电路板
CN106484164B (zh) 触控面板
WO2012172167A1 (en) User input arrangement and related method of manufacture
KR101084869B1 (ko) 터치스크린
JP3188529U (ja) 可撓性タッチ装置及びそのシステム
CN207557904U (zh) 触摸模组及电子装置
KR101356234B1 (ko) 터치패널용 복합형 유도전극 구조
TWM452387U (zh) 觸控模組
CN109901736A (zh) 触摸模组及电子装置
TW201443716A (zh) 輸入模組
KR20110040279A (ko) 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 124221

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed