WO2017144459A1 - Berührungsbildschirm und verfahren zum betreiben eines berührungsbildschirms - Google Patents

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WO2017144459A1
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nitride light
light source
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Tobias Meyer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials

Definitions

  • a touchscreen is displayed.
  • This task is among others by a
  • a control signal designated to detect touches and / or pressure on the touch screen by a user and in a signal, in particular a control signal
  • the touch screen is thus provided as a data input device and user console.
  • Touch screen a vehicle In the carrier can
  • the carrier may be mechanically rigid or mechanically flexible.
  • the touchscreen is preferably also mechanically flexible and in total intended use non-destructive and reversibly bendable.
  • Pixels also referred to as pixels, are single
  • the pixels are preferably arranged next to one another on the support as seen in plan view.
  • all the pixels or at least some of the pixels each have at least one nitride light source.
  • the nitride light source is based on the material system Al n In ] __ n _ m Ga m N with 0 -S n ⁇ 1,
  • the nitride light source may comprise a plurality of semiconductor layers, all based on this material system, but different
  • the nitride light source is designed to generate light, for example to produce blue and / or green light.
  • the nitride light sources can emit other light colors such as cyan or yellow. That is, in the normal operation of the touch screen, the nitride light source emits light, in particular visible light or exclusively visible light.
  • all pixels are of identical construction. This can mean that within a pixel the existing light sources have the same structure and / or the same arrangement.
  • each of the pixels comprises exactly one of the nitride light sources or exactly two of the nitride light sources.
  • the nitride light sources or exactly two of the nitride light sources.
  • the measuring units are designed to be an electrical
  • all or only part of the nitride light sources are connected to one of the measuring units.
  • the relevant nitride light sources and the associated measuring units.
  • each of the measuring units only measures the voltage at exactly one of the nitride light sources.
  • the measurement units are each configured to determine, via an electrical voltage measured at the associated nitride light source, whether the touch screen is being touched at the relevant location of the corresponding nitride light source, such that these nitride light sources are touch-sensitive.
  • a pressure measurement is undertaken via the voltage measurement Incident.
  • the voltage measurement and thus the pressure measurement can be done on each of the pixels or only on a part of the pixels.
  • Touchscreen a support, a plurality of individually controllable pixels side by side on the support and a plurality of measuring units to an electric
  • the pixels each comprise at least one nitride light source based on the material system
  • nitride light sources are each connected to one of the measuring units, so that there is a one-to-one correspondence between the relevant nitride light sources and the measuring units.
  • the measurement units are each set up by a measured at the associated nitride light source
  • portable electronic devices such as mobile phones, tablet computers, notebooks and the like have
  • Touch screens also referred to as touch screens.
  • the light source is usually a thin-film transistor unit, also referred to as TFT, with a backlight source and with a liquid crystal mask or a pixelated organic light emitting diode, OLED short used, even in combination with a liquid crystal mask.
  • TFT thin-film transistor unit
  • OLED organic light emitting diode
  • arrangements of inorganic light-emitting diodes, LEDs for short are conceivable as light sources, with blue, green and red-emitting LEDs being combined in each case to form a pixel, also referred to as a pixel.
  • These conventional touch screens have in common that on the one hand a unit for generating light and on the other hand a unit for touch detection
  • matrix-arranged LEDs are used, which are based at least in part on a nitride semiconductor material. For example, for blue or green emitting LEDs
  • Nitride semiconductors exhibit a piezo effect, that is, a pressure leads to an electric voltage or
  • semiconductor materials based on AlInGaN can in principle be used as pressure sensors.
  • the individual LEDs are installed in the touch screen described here so that when touching the screen, a pressure on at least a portion of the LEDs based on AlInGaN is exercised. If pressure is exerted on these LEDs, then their electrical change
  • Properties of the LEDs can thus be measured the pressure on the LEDs, so that a touch is recognizable.
  • the LEDs formed by the nitride light sources simultaneously act as a light source and a touch detection unit.
  • components and thus costs and space can be saved and also one
  • the corresponding electronic device can be reduced, particularly for portable devices. According to at least one embodiment, the
  • Touch screen continues to be a translucent
  • the cover is located on a side of the pixels facing away from the carrier.
  • the cover is the Preferably, pixels arranged downstream and preferably integrally formed.
  • the pixels and thus the light-generating units are located between the carrier and the cover.
  • the cover is adapted to be irradiated by the light generated during operation, so that a light-emitting surface of the
  • Touchscreen can then be formed by the cover.
  • the cover can also consist of several parts.
  • a power connector for the light sources may be routed over the cover or covered by the cover.
  • the cover may include other optical sensors, pressure sensors, touch sensors and / or components such as optical filters.
  • the cover is set up by a user as intended
  • the cover is preferably designed scratch resistant.
  • the cover in the case of a mechanically flexible support and the cover can be made mechanically flexible. It is possible for the cover to have opaque subareas, for example to hide conductor tracks on the carrier or edge regions.
  • the cover has a structuring on a side facing the carrier.
  • the structuring is formed, for example, by bulges and / or projections, which over remaining parts of the
  • only a part of the pixels is touch-sensitive. This share of
  • touch-sensitive pixels at the pixels in total is preferably at most 10% or 1% or 2% or
  • all or a predominant part of the pixels are touch-sensitive.
  • At least 70% or 80% or 90% of the pixels are touch-sensitive. This means, for example, that the cover touches all pixels or at least 95% or 90% or 85% of the pixels. If no cover is present, the corresponding pixels can be touch-sensitive by direct contact, for example with a finger.
  • the pixels include one or more additional ones in addition to the nitride light source
  • the at least one further light source is configured to generate light of a different color than the nitride light source, in particular green, yellow and / or red light.
  • the cover does not touch the further light sources. That is, the cover is mounted at a distance from the other light sources. Alternatively, it is possible that the cover also touches part or all of the other light sources.
  • At least one embodiment is located in the pixels, in particular in the touch-sensitive
  • Pixels an upper side facing away from the carrier of one or more or of all the other light sources closer to the carrier as a top side facing away from the carrier of the associated nitride light sources.
  • the further light sources have a smaller thickness than the nitride light sources and / or the nitride light sources are mounted on pedestals. This is
  • the nitride light source is located furthest away from the carrier.
  • the nitride light source and the other light sources are directed away from the carrier in accordance with their
  • Emission wavelengths are arranged. This is the light source with the largest emission wavelength
  • the carrier preferably closest to the carrier and the light source having the smallest emission wavelength farthest from the carrier.
  • the pixels are each arranged for the independent emission of red, green and blue light.
  • the pixels are through RGB units formed.
  • the pixels additionally comprise a further, yellow light emitting light source or that the yellow light emitting light source is present as a substitute for the green and red emitting light sources. It is also possible that a further light source for generating white light is present.
  • a further light source for generating white light is present.
  • Pixels constructed as RGB units are located on a common semiconductor chip.
  • the semiconductor chip comprises at least the nitride light sources and optionally also the other light sources. Through several pixels, in a common semiconductor chip.
  • Semiconductor chip are integrated, can reduce assembly costs for the touch screen.
  • Time windows in which the corresponding light source is switched off and not intended for generating radiation are switched off and not intended for generating radiation.
  • the measurement of the voltage for touch detection by the measuring units then takes place while the associated nitride light source is light emitted. That is, the voltage measurement is in particular while the associated nitride light source is turned on during a PWM period. According to at least one embodiment, the measurement of the voltage by the measuring units then takes place while the associated nitride light source is switched off, in particular during the time window in a PWM period in which the associated nitride light source is not operated. For measuring the
  • Voltage flows preferably through a current through the nitride light source, which amounts to at most 5% or 1% or 0.1% of the current flowing during normal operation in the on state during the PWM periods through the nitride light sources. At such a low
  • Operation of the nitride light sources is combined with a voltage measurement outside the operation of the nitride light sources.
  • all measuring units are taken together or groups of measuring units in addition
  • the nitride light sources will show a certain voltage drop during operation. Since, for example, the temperature does not fluctuate significantly or not significantly over a plurality of the light sources, these nitride light sources can become Voltage base value are determined. If the voltage of individual nitride light sources in a certain area deviates from the voltage base value, the corresponding one is
  • the touch screen is relatively insensitive to full-area touch, which is usually rarely or rarely seen during normal operation, whereas sensitivity to local touch is increased. It is not mandatory
  • Measurement units and nitride light sources away is determined, but it can also be predetermined several sub-areas or groups of nitride light sources, each having its own voltage base value.
  • further contact sensors are present.
  • the other touch sensors for example, operate capacitively and / or are not based on the AlInGaN material system. It is possible that the other touch sensors and the measuring units with the nitride light sources too
  • touching the touch screen has no effect on the touch screen
  • Emission characteristics of nitride light sources That is, by touching, the displayed image is not or not significantly changed, especially not in one Touch force dependent way. Exceptions may be the targeted, for example, temporarily fading in
  • Be touch marks similar to a mouse pointer, with which a user is made to know exactly where the screen is touched.
  • Activation program causes and not by the touch itself.
  • At least a portion of the nitride light sources are each connected to one of the measuring units, so that a one-to-one
  • FIGS 1A, 2, 3, 4, 5 and 6 are schematic
  • Figure 1B is a schematic plan view of a
  • Figures 7 and 8 are schematic sectional views of
  • FIG. 1A schematically shows a pixel 3 for a
  • the pixel 3 comprises a plurality of semiconductor chips 7
  • Semiconductor chips 7 are mounted on a common carrier 2.
  • the carrier 2 measuring units 5 can be integrated to a voltage determination and driver electronics 6, in Figure 1 only greatly simplified.
  • the pixels 3 are constructed as RGB units. So
  • the pixels 3 comprise a nitride light source 31, B for generating blue light and two further light sources 32, R, G for generating red and green light.
  • B for generating blue light
  • R, G for generating red and green light.
  • Nitride light source 31 B includes, as well as the other light sources 32, a chip substrate 35.
  • Semiconductor layer sequence of the nitride light source 31, B is based on the AlInGaN material system.
  • This material system is piezoelectric and thus has an altered electrical voltage drop when pressure is applied. This effect is described for example in the document Vaschenko et al. , Dominant Role of the Piezoelectric Field Specified in the Pressure Behavior of InGaN / GaN Quantum Wells
  • the pixels 3 are arranged in a matrix, see FIG. 1B. All pixels 3 can be constructed the same. Unlike shown in Figure 1A as well as in all others
  • Light sources 31, 32 are disposed within a pixel 3 is not linearly adjacent to each other, but can also within one of the pixels 3 in a triangular or
  • the contact pressure can be applied directly to the nitride light source 31.
  • the nitride light sources 31 extend farther away from the carrier 2 than the other light sources 32, other than drawn.
  • Light sources 31, 32 on a common chip substrate 35 The individual pixels 3 can thus each on a single chip substrate 35 as a mechanical unit
  • the nitride light source 31, B is located farthest from the carrier 2.
  • the order of the light sources 31, 32 may be relative to the carrier 2, but also in the opposite direction or in a different order than in FIG. 3.
  • the light sources 31, B over several of the pixels 3 on a time away
  • the RGB units of the pixels 3 are arranged closely adjacent and for several of the pixels 3 on the common chip substrate 35 attached.
  • light sources 31, B, 32, G based on AlInGaN are present for generating the blue and green light
  • the light source 32, R for red light is based on the material system InAlGaAs or AlInGaP ,
  • the pixels 3 is covered within one of the pixels 3 with a phosphor 9, R for generating red light and another of the units with a phosphor 9, G for generating green light.
  • a phosphor 9, R for generating red light
  • another of the units with a phosphor 9, G for generating green light.
  • several of the pixels 3 can be combined on a chip substrate 35 or, as shown in FIGS. 1A and 2, per pixel 3 on exactly one chip substrate 35 or even per light source 31, 32 on exactly one chip substrate.
  • FIG. 7 schematically shows the transmission of a force F from the cover 4 to one of the pixels 3.
  • Each of the pixels 3 is assigned a driver electronics 6, of the measuring unit 5 may be connected in parallel to the voltage measurement, wherein for ease of illustration in Figure 7, only a driver electronics 6 and a measuring unit 5 are located.
  • Light source 31, 32 is operated. According to FIG. 7, the light source 31, G is used to generate green light for voltage measurement, whereby this light source 31, G is located between the two further light sources 32, B, R.
  • the measuring unit 5 and the driver electronics 6 are preferably integrated in the carrier 2.
  • Structuring 44 has. Due to the structuring 44, the cover 4 presses only on a part of the nitride light sources 31, G, 31, B. As a result, the force F on the cover 4 on the structuring 44 on the specific nitride light sources 31, G, B can be concentrated. Notwithstanding the illustration in FIG. 8, the structurings 44, seen in cross section, can be designed not only rectangular or square but also parabolic or triangular or trapezoidal, in particular with a cross section tapering in the direction of the light sources 31, 32. It is also possible that the structuring 44
  • the force F in particular caused by a finger on the cover 4, is typically of the order of 0.01 N, a contact surface is approximately 2 x 2 mm 2 .
  • the tops 33 of the light sources 31 are each about 100 ym 2 . This results in a pressure on the light sources in the order of 0.1 GPa. At a piezoelectric constant of about 30 meV / GPa for InGaN, this corresponds to a change in the forward voltage of about 3 mV.
  • an additional touch sensor 8 is present.
  • the touch sensor 8 may be on an outer side or, unlike drawn, on an inner side of the cover 4
  • the additional touch sensor 8 can be measured by the additional touch sensor 8 with high resolution, whether a touch takes place.
  • a strength of the pressure is measurable, for which a lower spatial resolution may be sufficient.
  • nitride light sources 31 In the case of the nitride light sources 31 described here, it may be the case in each case that a light-emitting diode structure and / or active zone comprise quantum wells made of irGgN and barriers
  • Al x ⁇ -'- n y B ⁇ aN comprises or consists thereof, wherein preferably: y_Q - y_B> 0.1 - 0.3 * x_B.
  • the quantum wells have a thickness of at least 2.7 nm, preferably of at least 3.0 nm.

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Abstract

Es umfasst der Berührungsbildschirm (1) einen Träger (2), eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Bildpunkten (3) nebeneinander auf dem Träger (2) und eine Mehrzahl von Messeinheiten (5) zu einer elektrischen Spannungsmessung. Die Bildpunkte (3) umfassen je mindestens eine Nitrid-Lichtquelle (31), basierend auf dem Materialsystem AlnIn1-n-mGamN mit 0 ≤ n ≤ 1, 0 < m ≤ 1 und n + m ≤ 1, die zur Erzeugung von Licht vorgesehen ist. Zumindest ein Teil der Nitrid-Lichtquellen (31) ist je an eine der Messeinheiten (5) angeschlossen, sodass eine eineindeutige Zuordnung zwischen den betreffenden Nitrid-Lichtquellen (31) und den Messeinheiten (5) vorliegt. Die Messeinheiten (5) sind je dazu eingerichtet, durch eine an der zugehörigen Nitrid-Lichtquelle (31) gemessenen elektrischen Spannung zu bestimmen, ob der Berührungsbildschirm (1) an der betreffenden Stelle berührt wird, sodass die entsprechenden Nitrid-Lichtquellen (31) berührungssensitiv wirken.

Description

Beschreibung
Berührungsbildschirm und Verfahren zum Betreiben eines
Berührungsbildschirms
Es wird ein Berührungsbildschirm angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines solchen
Berührungsbildschirms angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
Berührungsbildschirm anzugeben, der einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen
Berührungsbildschirm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
Berührungsbildschirm, englisch auch als Touchscreen
bezeichnet, dazu eingerichtet, Berührungen und/oder Druck auf den Berührungsbildschirm durch einen Benutzer zu detektieren und in ein Signal, insbesondere ein Steuersignal,
umzuwandeln. Beispielsweise ist der Berührungsbildschirm damit als Dateneingabegerät und Benutzerkonsole vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Berührungsbildschirm einen Träger. In dem Träger können
Leiterbahnen und elektronische Komponenten des
Berührungsbildschirms untergebracht sein. Der Träger kann mechanisch starr oder auch mechanisch flexibel sein. Im Falle eines mechanisch flexiblen Trägers ist bevorzugt auch der Berührungsbildschirm insgesamt mechanisch flexibel und im bestimmungsgemäßen Gebrauch zerstörungsfrei und reversibel biegbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Berührungsbildschirm eine Vielzahl von Bildpunkten. Die
Bildpunkte, auch als Pixel bezeichnet, sind einzeln
ansteuerbar. Ferner sind die Bildpunkte bevorzugt auf dem Träger in Draufsicht gesehen nebeneinander angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen alle Bildpunkte oder weist zumindest ein Teil der Bildpunkte je mindestens eine Nitrid-Lichtquelle auf. Die Nitrid-Lichtquelle basiert auf dem Materialsystem AlnIn]__n_mGamN mit 0 -S n < 1,
0 < m < 1 und n + m < 1. Dabei kann die Nitrid-Lichtquelle mehrere Halbleiterschichten umfassen, die alle auf diesem Materialsystem basieren, aber unterschiedliche
Materialzusammensetzungen innerhalb dieses Materialsystems aufweisen. Die Nitrid-Lichtquelle ist zur Erzeugung von Licht vorgesehen, beispielsweise zur Erzeugung von blauem und/oder grünem Licht. Ebenso können die Nitrid-Lichtquellen auch andere Lichtfarben wie cyan oder gelb emittieren. Das heißt, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Berührungsbildschirms wird von der Nitrid-Lichtquelle Licht, insbesondere sichtbares Licht oder ausschließlich sichtbares Licht, emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Bildpunkte baugleich aufgebaut. Das kann bedeuten, dass innerhalb eines Bildpunkts die vorhandenen Lichtquellen gleich aufgebaut und/oder gleich angeordnet sind. Beispielsweise umfasst somit jeder der Bildpunkte genau eine der Nitrid-Lichtquellen oder genau zwei der Nitrid-Lichtquellen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Berührungsbildschirm eine Mehrzahl von Messeinheiten auf. Die Messeinheiten sind dazu eingerichtet, eine elektrische
Spannung zu messen, insbesondere an den Nitrid-Lichtquellen, etwa deren Vorwärtsspannung und/oder einen zeitlichen
Spannungstransienten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle oder ist nur ein Teil der Nitrid-Lichtquellen an je eine der Messeinheiten angeschlossen. Zwischen den betreffenden Nitrid-Lichtquellen und den zugehörigen Messeinheiten besteht somit bevorzugt eine eineindeutige Zuordnung. Insbesondere misst jede der Messeinheiten nur die Spannung an genau einer der Nitrid- Lichtquellen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Messeinheiten je dazu eingerichtet, durch eine an der zugehörigen Nitrid- Lichtquelle gemessenen elektrischen Spannung zu bestimmen, ob der Berührungsbildschirm an der betreffenden Stelle der entsprechenden Nitrid-Lichtquelle gerade berührt wird, sodass diese Nitrid-Lichtquellen berührungssensitiv sind. Mit anderen Worten wird über die Spannungsmessung Inzident eine Druckmessung vorgenommen. Die Spannungsmessung und somit die Druckmessung kann an jedem der Bildpunkte oder nur an einem Teil der Bildpunkte erfolgen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
Berührungsbildschirm einen Träger, eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Bildpunkten nebeneinander auf dem Träger und eine Mehrzahl von Messeinheiten zu einer elektrischen
Spannungsmessung. Die Bildpunkte umfassen je mindestens eine Nitrid-Lichtquelle, basierend auf dem Materialsystem
AlnIn]__n_mGamN mit 0 ^ n < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1, die zur Erzeugung von Licht vorgesehen ist. Zumindest ein Teil der Nitrid-Lichtquellen ist je an eine der Messeinheiten angeschlossen, sodass eine eineindeutige Zuordnung zwischen den betreffenden Nitrid-Lichtquellen und den Messeinheiten vorliegt. Die Messeinheiten sind je dazu eingerichtet, durch eine an der zugehörigen Nitrid-Lichtquelle gemessenen
elektrischen Spannung zu bestimmen, ob der
Berührungsbildschirm an der betreffenden Stelle berührt wird, sodass die entsprechenden Nitrid-Lichtquellen
berührungssensitiv wirken.
Insbesondere tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Tablet Computer, Notebooks und ähnliche haben
Berührungsbildschirme, auch als Touchscreens bezeichnet.
Dabei handelt es sich bisher in der Regel um einen
Bildschirm, der mit einem zusätzlichen flächigen Sensor kombiniert ist, der Berührungen registriert. Als Lichtquelle wird meist eine Dünnfilm-Transistoreinheit, auch als TFT bezeichnet, mit einer Hintergrundbeleuchtungsquelle und mit einer Flüssigkristallmaske oder eine pixelierte organische Leuchtdiode, kurz OLED, verwendet, auch in Kombination mit einer Flüssigkristallmaske. Ebenso sind Anordnungen aus anorganischen Leuchtdioden, kurz LEDs, als Lichtquellen denkbar, wobei jeweils blau, grün und rot emittierende LEDs zu einem Bildpunkt, auch als Pixel bezeichnet, kombiniert werden. Diese herkömmlichen Berührungsbildschirme haben gemeinsam, dass einerseits eine Einheit zur Lichterzeugung und andererseits eine Einheit zur Berührungsdetektion
miteinander kombiniert sind. Hierdurch weisen solche
Berührungsbildschirme eine vergleichsweise große Anzahl von Komponenten auf und sind relativ aufwändig zusammengestellt. Bei dem hier beschriebenen Berührungsbildschirm werden matrixförmig angeordnete LEDs verwendet, die zumindest zum Teil auf einem Nitrid-Halbleitermaterial basieren. Etwa für blau oder grün emittierende LEDs werden
Halbleiterschichtenfolgen auf Basis von AlInGaN verwendet. Nitrid-Halbleiter zeigen einen Piezo-Effekt auf, das heißt, ein Druck führt zu einer elektrischen Spannung oder
Spannungsänderung .
Aufgrund des Piezo-Effekts können Halbleitermaterialien auf Basis von AlInGaN prinzipiell als Drucksensoren herangezogen werden. Die einzelnen LEDs werden bei dem hier beschriebenen Berührungsbildschirm so verbaut, dass bei Berührung des Bildschirms ein Druck auf zumindest einen Teil der LEDs, die auf AlInGaN basieren, ausgeübt wird. Wird Druck auf diese LEDs ausgeübt, so ändern sich deren elektrische
Eigenschaften. Insbesondere ändert sich eine
Vorwärtsspannung. Durch die Messung der elektrischen
Eigenschaften der LEDs kann somit der Druck auf die LEDs gemessen werden, sodass eine Berührung erkennbar ist.
Somit wirken die durch die Nitrid-Lichtquellen gebildeten LEDs gleichzeitig als Lichtquelle und als Detektionseinheit für die Berührung. Hierdurch können Komponenten und somit Kosten und Platz eingespart werden und auch ein
Energieverbrauch des entsprechenden elektronischen Geräts kann verringert werden, bedeutsam insbesondere für tragbare Geräte . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Berührungsbildschirm weiterhin eine lichtdurchlässige
Abdeckung. Die Abdeckung befindet sich an einer dem Träger abgewandten Seite der Bildpunkte. Die Abdeckung ist den Bildpunkten bevorzugt gemeinsam nachgeordnet und bevorzugt einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten befinden sich die Bildpunkte und somit die Licht erzeugenden Einheiten zwischen dem Träger und der Abdeckung. Dabei ist die Abdeckung dazu eingerichtet, von dem im Betrieb erzeugten Licht durchstrahlt zu werden, sodass eine Licht emittierende Fläche des
Berührungsbildschirms dann durch die Abdeckung gebildet sein kann . Die Abdeckung kann auch Laus mehreren Teilen bestehen. Zum Beispiel kann ein Stromanschluss für die Lichtquellen über die Abdeckung geführt werden oder von der Abdeckung umfasst sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Abdeckung weitere optische Sensoren, Drucksensoren, Berührungssensoren und/oder Bauteile wie optische Filter beinhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckung dazu eingerichtet, von einem Benutzer im bestimmungsgemäßen
Betrieb des Berührungsbildschirms berührt zu werden.
Entsprechend ist die Abdeckung bevorzugt kratzfest gestaltet. Insbesondere im Falle eines mechanisch flexiblen Trägers kann auch die Abdeckung mechanisch flexibel gestaltet sein. Es ist möglich, dass die Abdeckung lichtundurchlässige Teilgebiete aufweist, beispielsweise um Leiterbahnen an dem Träger oder Randbereiche zu verbergen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Abdeckung an einer dem Träger zugewandten Seite eine Strukturierung auf. Die Strukturierung ist beispielsweise durch Auswölbungen und/oder Vorsprünge gebildet, die über restliche Teile der
Abdeckung hinausstehen, in Richtung hin zu dem Träger. Dabei ist es möglich, dass nur diese Strukturierung in Kontakt zu den Bildpunkten steht und die Bildpunkte oder einen Teil der Bildpunkte berührt. Ferner ist es möglich, dass durch diese Strukturierungen ein Berührdruck auf die Abdeckung hin zu den Nitrid-Lichtquellen verstärkt wird, beispielsweise um
mindestens einen Faktor 2 oder 5 oder 10 oder 30 oder 100 oder 500.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist nur ein Teil der Bildpunkte berührungssensitiv. Dieser Anteil der
berührungssensitiven Bildpunkte an den Bildpunkten insgesamt beträgt bevorzugt höchstens 10 % oder 1 % oder 2 % oder
0,2 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle oder ein überwiegender Teil der Bildpunkte berührungssensitiv.
Beispielsweise sind mindestens 70 % oder 80 % oder 90 % der Bildpunkte berührungssensitiv. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Abdeckung alle Bildpunkte oder mindestens 95 % oder 90 % oder 85 % der Bildpunkte berührt. Ist keine Abdeckung vorhanden, so können die entsprechenden Bildpunkte durch direkte Berührung, etwa mit einem Finger, berührungssensitiv wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Bildpunkte zusätzlich zur Nitrid-Lichtquelle eine oder mehrere weitere
Lichtquellen. Die zumindest eine weitere Lichtquelle ist dazu eingerichtet, Licht einer anderen Farbe zu erzeugen als die Nitrid-Lichtquelle, insbesondere grünes, gelbes und/oder rotes Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform berührt die Abdeckung die weiteren Lichtquellen nicht. Das heißt, die Abdeckung ist von den weiteren Lichtquellen beabstandet angebracht. Alternativ ist es möglich, dass die Abdeckung einen Teil oder alle der weiteren Lichtquellen ebenso berührt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich in den Bildpunkten, insbesondere in den berührungssensitiven
Bildpunkten, eine dem Träger abgewandte Oberseite von einer oder von mehreren oder von allen der weiteren Lichtquellen näher an dem Träger als eine dem Träger abgewandte Oberseite der zugehörigen Nitrid-Lichtquellen. Beispielsweise weisen die weiteren Lichtquellen dann eine geringere Dicke auf als die Nitrid-Lichtquellen und/oder es sind die Nitrid- Lichtquellen auf Sockeln angebracht. Hierdurch ist
erreichbar, dass etwa durch die Abdeckung eine effiziente Druckweiterleitung hin nur zu den Nitrid-Lichtquellen
gewährleistet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in jedem der
Bildpunkte oder in zumindest einem Teil der Bildpunkte die Nitrid-Lichtquelle und die mindestens eine weitere
Lichtquelle übereinandergestapelt angeordnet, in Richtung weg von dem Träger. Hierbei befindet sich bevorzugt die Nitrid- Lichtquelle am weitesten weg von dem Träger. Alternativ ist es möglich, dass die Nitrid-Lichtquelle und die weiteren Lichtquellen in Richtung weg von dem Träger gemäß ihrer
Emissions-Wellenlängen angeordnet sind. Dabei befindet sich die Lichtquelle mit der größten Emissions-Wellenlänge
bevorzugt dem Träger am nächsten und die Lichtquelle mit der kleinsten Emissions-Wellenlänge am weitesten vom Träger entfernt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Bildpunkte je zur unabhängigen Emission von rotem, grünem und blauem Licht eingerichtet. Mit anderen Worten sind die Bildpunkte durch RGB-Einheiten gebildet. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass die Bildpunkte zusätzlich eine weitere, gelbes Licht emittierende Lichtquelle umfassen oder dass die gelbes Licht emittierende Lichtquelle als Ersatz für die grün und rot emittierenden Lichtquellen vorhanden ist. Ebenso ist es möglich, dass eine weitere Lichtquelle zur Erzeugung von weißem Licht vorhanden ist. Bevorzugt jedoch sind die
Bildpunkte als RGB-Einheiten aufgebaut. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich eine oder mehrere der Bildpunkte auf einem gemeinsamen Halbleiterchip. Der Halbleiterchip umfasst dabei zumindest die Nitrid- Lichtquellen und optional auch die weiteren Lichtquellen. Durch mehrere Bildpunkte, die in einem gemeinsamen
Halbleiterchip integriert sind, lässt sich ein Montageaufwand für den Berührungsbildschirm reduzieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Bildpunkte im Betrieb mit Impulsweitenmodulation, englisch Pulse Width Modulation oder kurz PWM, angesteuert. Dabei wird während einer bestimmten Zeit ein konstanter Strom an den
Lichtquellen angelegt. Abhängig von der einer bestimmten Lichtquelle zugeordneten Helligkeit zur Erzeugung einer bestimmten Farbe wird die jeweilige Lichtquelle entsprechend lange bestromt. Mit anderen Worten wechseln Zeiten, in denen die entsprechende Lichtquelle betrieben wird, mit
Zeitfenstern ab, in denen die entsprechende Lichtquelle ausgeschaltet und nicht zur Strahlungserzeugung vorgesehen ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Messung der Spannung zur Berührungsdetektion durch die Messeinheiten dann, während die zugehörige Nitrid-Lichtquelle Licht emittiert. Das heißt, die Spannungsmessung erfolgt insbesondere, während die zugehörige Nitrid-Lichtquelle während einer PWM-Periode angeschaltet ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Messung der Spannung durch die Messeinheiten dann, während die zugehörige Nitrid-Lichtquelle ausgeschaltet ist, insbesondere während des Zeitfensters in einer PWM-Periode, in der die zugehörige Nitrid-Lichtquelle nicht betrieben wird. Zum Messen der
Spannung fließt dabei bevorzugt ein Strom durch die Nitrid- Lichtquelle, der höchstens 5 % oder 1 % oder 0,1 % desjenigen Stroms beträgt, der beim bestimmungsgemäßen Betrieb im angeschalteten Zustand während der PWM-Perioden durch die Nitrid-Lichtquellen fließt. Bei einem solch geringen
Messstrom erfolgt keine oder im Wesentlichen keine
Lichtabstrahlung durch die Nitrid-Lichtquellen.
Es ist möglich, dass eine Spannungsmessung während des
Betriebs der Nitrid-Lichtquellen mit einer Spannungsmessung außerhalb des Betriebs der Nitrid-Lichtquellen kombiniert wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Messeinheiten zusammengenommen oder Gruppen von Messeinheiten dazu
eingerichtet, einen Spannungsgrundwert zu ermitteln. Das Messen der Spannung einzelner Messeinheiten wird dann
bevorzugt auf diesen Spannungsgrundwert referenziert .
Beispielsweise zeigen in druckfreiem Zustand, also wenn der Berührungsbildschirm nicht berührt wird, in Abhängigkeit etwa von der Temperatur die Nitrid-Lichtquellen im Betrieb einen bestimmten Spannungsabfall auf. Da etwa die Temperatur über mehrere der Lichtquellen hinweg nicht oder nicht signifikant schwankt, kann aus diesen Nitrid-Lichtquellen ein Spannungsgrundwert ermittelt werden. Weicht die Spannung von einzelnen Nitrid-Lichtquellen in einem bestimmten Gebiet von dem Spannungsgrundwert ab, so ist die entsprechende
Spannungsdifferenz insbesondere auf eine lokale Druckerhöhung durch die Berührung zurückzuführen.
In einem solchen Betriebsmodus ist der Berührungsbildschirm relativ unempfindlich gegenüber ganzflächigen Berührungen, die im normalen Betrieb üblicherweise kaum oder nur sehr selten vorkommen, hingegen ist eine Empfindlichkeit gegenüber lokalen Berührungen gesteigert. Es ist nicht zwingend
erforderlich, dass der Spannungsgrundwert über alle
Messeinheiten und Nitrid-Lichtquellen hinweg bestimmt wird, sondern es können auch mehrere Teilgebiete oder Gruppen von Nitrid-Lichtquellen vorgegeben sein, die jeweils ihren eigenen Spannungsgrundwert aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zusätzlich zu den Messeinheiten und zu den berührungssensitiven Nitrid- Lichtquellen noch weitere Berührungssensoren vorhanden. Die weiteren Berührungssensoren arbeiten beispielsweise kapazitiv und/oder basieren nicht auf dem Materialsystem AlInGaN. Es ist möglich, dass die weiteren Berührungssensoren und die Messeinheiten mit den Nitrid-Lichtquellen zu
unterschiedlichen Zeitpunkten oder ergänzend zueinander aktiv sind, beispielsweise um einen besonders Strom sparenden
Betrieb eines mobilen elektronischen Geräts zu ermöglichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform hat die Berührung des Berührungsbildschirms keinen Einfluss auf die
Emissionscharakteristik der Nitrid-Lichtquellen. Das heißt, durch das Berühren wird das angezeigte Bild nicht oder nicht signifikant verändert, insbesondere nicht in von einer Berührkraft abhängigen Art und Weise. Davon ausgenommen kann das gezielte, zum Beispiel zeitweise Einblenden von
Berührmarken sein, ähnlich einem Mouse-Zeiger, mit dem einem Benutzer erkennbar gemacht wird, wo genau der Bildschirm berührt wird. Jedoch wird die Darstellung einer solchen
Berührmarke bevorzugt lediglich durch eine gezielte
Ansteuerung der Bildpunkte und/oder durch ein
Ansteuerprogramm bewirkt und nicht durch die Berührung an sich .
Der hier beschriebene Berührungsbildschirm wird
beispielsweise in einem Mobiltelefon, einer Smartwatch oder einem Tablet Computer verwendet. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines
Berührungsbildschirms angegeben, insbesondere eines
Berührungsbildschirms, wie in Verbindung mit einer oder mehreren der oben genannten Ausführungsformen angegeben.
Merkmale des Verfahrens sind daher auch für den
Berührungsbildschirm offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens ist mindestens ein Teil der Nitrid-Lichtquellen je an eine der Messeinheiten angeschlossen, sodass eine eineindeutige
Zuordnung zwischen den betreffenden Nitrid-Lichtquellen und den Messeinheiten vorliegt. Die Messeinheiten messen
zeitweilig oder dauerhaft je eine elektrische Spannung an den zugehörigen Nitrid-Lichtquellen. Durch die Messung der elektrischen Spannung wird dauerhaft oder zeitweilig
bestimmt, ob der Berührungsbildschirm an der betreffenden Stelle berührt wird. Nachfolgend werden ein hier beschriebener
Berührungsbildschirm und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1A, 2, 3, 4, 5 und 6 schematische
Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von Bildpunkten für hier beschriebene
Berührungsbildschirme,
Figur 1B eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Berührungsbildschirms, und
Figuren 7 und 8 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Berührungsbildschirmen . In Figur 1A ist schematisch ein Bildpunkt 3 für einen
Berührungsbildschirm 1, siehe Figur 1B, illustriert. Der Bildpunkt 3 umfasst mehrere Halbleiterchips 7. Die
Halbleiterchips 7 sind auf einem gemeinsamen Träger 2 angebracht. In dem Träger 2 können Messeinheiten 5 zu einer Spannungsbestimmung sowie Treiberelektroniken 6 integriert sein, in Figur 1 nur stark vereinfacht. Die Bildpunkte 3 sind als RGB-Einheiten aufgebaut. So
umfassen die Bildpunkte 3 eine Nitrid-Lichtquelle 31, B zur Erzeugung von blauem Licht sowie zwei weitere Lichtquellen 32, R, G zur Erzeugung von rotem und grünem Licht. Die
Nitrid-Lichtquelle 31, B umfasst dabei, wie auch die weiteren Lichtquellen 32, ein Chipsubstrat 35. Eine
Halbleiterschichtenfolge der Nitrid-Lichtquelle 31, B basiert auf dem Materialsystem AlInGaN. Dieses Materialsystem ist piezoelektrisch und weist somit beim Ausüben von Druck einen veränderten elektrischen Spannungsabfall auf. Dieser Effekt ist beispielsweise in der Druckschrift Vaschenko et al . , Dominant Role of the Piezoelectric Field in the Pressure Behaviour of InGaN/GaN Quantum Wells angegeben,
veröffentlicht in Applied Physics Letters, Volume 78, Seite 640, aus dem Jahr 2001. Der Offenbarungsgehalt dieser
Druckschrift hinsichtlich des piezoelektrischen Effekts wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Die Bildpunkte 3 sind matrixförmig angeordnet, siehe Figur IB. Alle Bildpunkte 3 können gleich aufgebaut sein. Anders als in Figur 1A dargestellt sowie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen möglich, müssen die einzelnen
Lichtquellen 31, 32 innerhalb eines Bildpunkts 3 nicht linear nebeneinander angeordnet sein, sondern können auch innerhalb von einem der Bildpunkte 3 in einem dreieckigen oder
viereckigen Muster arrangiert sein, in Draufsicht gesehen.
Durch die Messeinheiten 5 an den Nitrid-Lichtquellen 31, B wird ein Spannungsabfall bestimmt. Ändert sich bei Berührung ein Druck auf die Nitrid-Lichtquellen 31, so ändert sich bei gleich bleibendem Strom aufgrund des piezoelektrischen
Effekts ein Spannungsabfall. Hierdurch ist detektierbar, ob der entsprechende Bildpunkt 3 berührt wird. Somit ist durch die Lichtquellen 31 in den Bildpunkten 3 selbst ein
Berührsensor realisiert.
Optional befindet sich auf den Lichtquellen 31, 32 der
Bildpunkte 3 eine Abdeckung 4, beispielsweise in Form einer lichtdurchlässigen, dünnen Folie. Eine Berührung auf der Abdeckung 4 wird auf die Nitrid-Lichtquelle 31 übertragen und nachfolgend detektiert. Ist keine solche Abdeckung 4
vorhanden, so kann der Berührdruck direkt auf die Nitrid- Lichtquelle 31 ausgeübt werden.
In Figur 1 sind alle Lichtquellen 31, 32 gleich dick
eingezeichnet. Um eine Sensitivität der Nitrid-Lichtquelle 31 zu erhöhen, ist es möglich, dass die Nitrid-Lichtquellen 31 sich weiter weg vom Träger 2 erstrecken als die weiteren Lichtquellen 32, anders als gezeichnet.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 befinden sich die
Lichtquellen 31, 32 auf einem gemeinsamen Chipsubstrat 35. Die einzelnen Bildpunkte 3 können somit jeweils auf einem einzigen Chipsubstrat 35 als mechanische Einheit
zusammengefasst sein.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind die einzelnen
Lichtquellen 31, 32 in Richtung weg von dem Träger 2
übereinandergestapelt angeordnet. Dabei befindet sich gemäß Figur 3 die Nitrid-Lichtquelle 31, B am weitesten vom Träger 2 entfernt. Die Reihenfolge der Lichtquellen 31, 32 kann, bezogen auf den Träger 2, aber auch genau anders herum oder in einer anderen Reihenfolge als in Figur 3 gezeichnet vorliegen . Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 sind die Lichtquellen 31, B über mehrere der Bildpunkte 3 hinweg auf einem
gemeinsamen Chipsubstrat 35 aufgebracht. Somit reicht ein einziger Halbleiterchip 7 aus, um die Lichtquellen für mehrere der Bildpunkte 3 bereitzustellen. Entsprechendes kann auch für mehrfarbige Bildpunkte 3 gelten und nicht nur für die monochromen Bildpunkte 3, wie in Figur 4 dargestellt, siehe auch Figur 5. Gemäß Figur 5 sind die RGB-Einheiten der Bildpunkte 3 eng benachbart angeordnet und für mehrere der Bildpunkte 3 auf dem gemeinsamen Chipsubstrat 35 angebracht. Dabei, wie auch in den Figuren 1 bis 3 gezeichnet, liegen zur Erzeugung des blauen und grünen Lichts Lichtquellen 31, B, 32, G auf Basis von AlInGaN vor, wohingegen die Lichtquelle 32, R für rotes Licht auf dem Materialsystem InAlGaAs oder AlInGaP basiert.
Demgegenüber ist in Figur 6 gezeigt, dass alle Lichtquellen innerhalb der Bildpunkte 3 je eine Einheit 31, B zur
Erzeugung von blauem Licht aufweisen, wobei pro Bildpunkt drei solcher Einheiten vorliegen und je eine Einheit
innerhalb von einem der Bildpunkte 3 mit einem Leuchtstoff 9, R zur Erzeugung von rotem Licht und eine andere der Einheiten mit einem Leuchtstoff 9, G zur Erzeugung von grünem Licht abgedeckt ist. Wiederum können mehrere der Bildpunkte 3 auf einem Chipsubstrat 35 zusammengefasst sein oder auch, wie in den Figuren 1A und 2 dargestellt, pro Bildpunkt 3 auf genau ein Chipsubstrat 35 oder auch pro Lichtquelle 31, 32 auf genau ein Chipsubstrat aufgebracht sein.
In Figur 7 ist schematisch die Übertragung einer Kraft F von der Abdeckung 4 auf einen der Bildpunkte 3 gezeigt. Dabei ist jedem der Bildpunkte 3 eine Treiberelektronik 6 zugeordnet, der die Messeinheit 5 zur Spannungsmessung parallelgeschaltet sein kann, wobei zur Vereinfachung der Darstellung in Figur 7 lediglich eine Treiberelektronik 6 und eine Messeinheit 5 eingezeichnet sind. Die Spannungsmessung über die Messeinheit 5 erfolgt beispielsweise, während die entsprechende
Lichtquelle 31, 32 betrieben wird. Gemäß Figur 7 wird dabei die Lichtquelle 31, G zur Erzeugung von grünem Licht zur Spannungsmessung herangezogen, wobei diese Lichtquelle 31, G sich zwischen den beiden weiteren Lichtquellen 32, B, R befindet. Die Messeinheit 5 und die Treiberelektronik 6 sind bevorzugt in dem Träger 2 integriert.
In Figur 8 ist gezeigt, dass die Abdeckung 4 eine
Strukturierung 44 aufweist. Aufgrund der Strukturierung 44 drückt die Abdeckung 4 nur auf einen Teil der Nitrid- Lichtquellen 31, G, 31, B. Hierdurch ist die Kraft F auf die Abdeckung 4 über die Strukturierung 44 auf die bestimmten Nitrid-Lichtquellen 31, G, B konzentrierbar. Abweichend von der Darstellung in Figur 8 können die Strukturierungen 44 im Querschnitt gesehen nicht nur rechteckig oder quadratisch, sondern auch parabelförmig oder dreieckig oder trapezförmig gestaltet sein, insbesondere mit einem sich in Richtung hin zu den Lichtquellen 31, 32 verjüngenden Querschnitt. Ebenso ist es möglich, dass die Strukturierungen 44
beispielsweise nur auf den Lichtquellen 31, G für grünes Licht oder nur auf den Lichtquellen 31, B für blaues Licht oder auch auf allen drei Lichtquellen 31, 32 innerhalb von einem Bildpunkt 3 gleichmäßig aufdrücken.
Die Kraft F, insbesondere verursacht durch einen Finger auf der Abdeckung 4, liegt typischerweise in der Größenordnung von 0,01 N, eine Berührungsfläche beträgt ungefähr 2 x 2 mm2. Die Oberseiten 33 der Lichtquellen 31 liegen je bei ungefähr 100 ym2. Damit resultiert ein Druck auf die Lichtquellen in der Größenordnung von 0,1 GPa. Bei einer piezoelektrischen Konstante von ungefähr 30 meV/GPa für InGaN entspricht dies einer Änderung der Vorwärtsspannung um ungefähr 3 mV.
Optional ist, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, ein zusätzlicher Berührungssensor 8 vorhanden. Der Berührungssensor 8 kann an einer Außenseite oder auch, anders als gezeichnet, an einer Innenseite der Abdeckung 4
aufgebracht sein. Über den zusätzlichen Berührungssensor 8 ist eine größere räumliche Auflösung möglich als über die Strukturierung 44, wie in Figur 8 dargestellt. Der weitere Berührungssensor 8 arbeitet beispielsweise kapazitiv.
Zum Beispiel kann durch den zusätzlichen Berührungssensor 8 mit hoher Auflösung gemessen werden, ob eine Berührung stattfindet. Durch die Berührungserkennungsmethode,
vermittelt durch die Nitrid-Lichtquellen 31, ist zusätzlich eine Stärke des Drucks messbar, wobei hierfür auch eine geringere räumliche Auflösung ausreichen kann.
Bei den hier beschriebenen Nitrid-Lichtquellen 31 kann jeweils gelten, dass eine Leuchtdiodenstruktur und/oder aktive Zone Quantentröge aus Iriy gGaN und Barrieren aus
Alx ß-'-ny B^aN umfasst oder hieraus besteht, wobei bevorzugt gilt: y_Q - y_B > 0,1 - 0.3*x_B. Dabei haben die Quantentröge insbesondere eine Dicke von mindestens 2,7 nm, bevorzugt von mindestens 3,0 nm.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 103 337.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Berührungsbildschirm
2 Träger
3 Bildpunkt
31 Nitrid-Lichtquelle
32 weitere Lichtquelle
33 Oberseite der Nitrid-Lichtquelle beziehungsweise der weiteren Lichtquelle
35 Chipsubstrat
4 Abdeckung
5 Messeinheit zur Spannungsbestimmung
6 Treiberelektronik
7 Halbleiterchip
8 zusätzlicher Berührungssensor
9 Leuchtstoff
Kraft
rot, grün beziehungsweise blau emittierende Lichtquelle

Claims

Patentansprüche
Berührungsbildschirm (1) mit
- einem Träger (2),
- einer Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Bildpunkten (3) nebeneinander auf dem Träger (2), und
- einer Mehrzahl von Messeinheiten (5) zu einer
elektrischen Spannungsmessung,
wobei
- die Bildpunkte (3) je mindestens eine Nitrid- Lichtquelle (31), basierend auf dem Materialsystem AlnIn]__n_mGamN mit 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1, zur Erzeugung von Licht aufweisen,
- zumindest ein Teil der Nitrid-Lichtquellen (31) je an eine der Messeinheiten (5) angeschlossen ist, sodass eine eineindeutige Zuordnung zwischen den betreffenden Nitrid-Lichtquellen (31) und Messeinheiten (5)
vorliegt, und
- die Messeinheiten (4) je dazu eingerichtet sind, durch eine an der zugehörigen Nitrid-Lichtquelle (31) gemessenen elektrischen Spannung zu bestimmen, ob der Berührungsbildschirm (1) an der betreffenden Stelle berührt wird, sodass diese Nitrid-Lichtquellen (31) berührungssensitive Drucksensoren sind und über die Spannungsmessung eine Druckmessung vorgenommen wird.
Berührungsbildschirm (1) nach dem vorhergehenden
Anspruch,
ferner umfassend eine lichtdurchlässige Abdeckung (4) an einer dem Träger (2) abgewandten Seite der Bildpunkte (3) , die den Bildpunkten (3) gemeinsam nachgeordnet ist, wobei die Abdeckung (4) dazu eingerichtet ist, von einem Benutzer im bestimmungsgemäßen Betrieb des Berührungsbildschirm (1) berührt zu werden.
Berührungsbildschirm (1) nach dem vorhergehenden
Anspruch,
bei dem die Abdeckung (4) an einer dem Träger (2) zugewandten Seite eine Strukturierung (44) aufweist, sodass die Abdeckung nur höchstens 1 % der Bildpunkte
(3) berührungssensitiv ist und sodass ein Berührdruck auf die Abdeckung (4) hin zu den Nitrid-Lichtquellen
(31) um mindestens einen Faktor 30verstärkt wird.
Berührungsbildschirm (1) nach Anspruch 2,
bei dem die Abdeckung (4) bei mindestens 90 % der
Bildpunkte (3) die Nitrid-Lichtquellen (31) berührt, sodass mindestens 80 % der Bildpunkte (3)
berührungssensitiv sind.
Berührungsbildschirm (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
bei dem die Bildpunkte (3) zusätzlich zur Nitrid- Lichtquelle (31) je mindestens eine weitere Lichtquelle (32, R, G, B) umfassen,
wobei die Abdeckung (4) bei den berührungssensitiven Bildpunkten (3) je von zumindest einer der weiteren Lichtquellen (32, R, G, B) beabstandet angebracht ist.
Berührungsbildschirm (1) nach dem vorhergehenden
Anspruch,
bei dem sich in den Bildpunkten (3) je eine dem Träger (2) abgewandte Oberseite (33) von zumindest einer der weiteren Lichtquellen (32, R, G, B) näher an dem Träge (2) befindet als eine Oberseite (33) der zugehörigen Nitrid-Lichtquelle (31)
Berührungsbildschirm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem in jedem der Bildpunkte (3) die Nitrid- Lichtquelle (31) und die mindestens eine weitere
Lichtquelle (32, R, G, B) übereinandergestapelt
angeordnet sind, in Richtung weg vom Träger (2) .
Berührungsbildschirm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Bildpunkte (3) je zur unabhängigen Emission von rotem, grünem und blauem Licht eingerichtet sind, wobei die Nitrid-Lichtquellen (31) je zur Emission von grünem und/oder blauem Licht eingerichtet sind und weitere Lichtquellen (32) für grünes und/oder rotes Licht (R) je nicht berührungssensitiv sind.
Berührungsbildschirm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem mehrere oder alle Bildpunkte (3) auf einem gemeinsamen Halbleiterchip (7), der zumindest die
Nitrid-Lichtquellen (31) und optional die weiteren Lichtquellen (32) umfasst, integriert sind.
Berührungsbildschirm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Bildpunkte (3) im Betrieb mit
Impulsweitenmodulation angesteuert werden, wobei die Messung der Spannung durch die Messeinheiten (5) erfolgt, während die zugehörige Nitrid-Lichtquelle (31) Licht emittiert.
11. Berührungsbildschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem die Bildpunkte (3) im Betrieb mit
Impulsweitenmodulation angesteuert werden, wobei die Messung der Spannung durch die Messeinheiten (5) erfolgt, während die zugehörige Nitrid-Lichtquelle (31) ausgeschaltet ist, sodass durch die Nitrid-Lichtquelle (5) ein Strom von höchstens 5 % desjenigen Stroms fließt, bei dem bestimmungsgemäß Licht erzeugt wird.
12. Berührungsbildschirm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem alle oder mehrere Messeinheiten (5)
zusammengenommen dazu eingerichtet sind, einen
Spannungsgrundwert zu ermitteln, bezogen auf dem das Messen der Spannung einzelner Messeinheiten (5)
referenziert wird.
13. Berührungsbildschirm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem zusätzlich zu den Messeinheiten (5) und zu den berührungssensitiven Nitrid-Lichtquellen (31) noch kapazitiv arbeitende Berührungssensoren (8) vorhanden sind .
14. Berührungsbildschirm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Berührung des Berührungsbildschirms (1) keinen Einfluss auf die Emissionscharakteristik der Nitrid-Lichtquellen (31) hat.
15. Verfahren zum Betreiben eines Berührungsbildschirm (1), wobei der Berührungsbildschirm (1) einen Träger (2), eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Bildpunkten (3) nebeneinander auf dem Träger (2) und eine Mehrzahl von Messeinheiten (5) zu einer elektrischen Spannungsmessung umfasst, wobei
- die Bildpunkte (3) je mindestens eine Nitrid- Lichtquelle (31), basierend auf dem Materialsystem
AlnIn]__n_mGamN mit 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1, zur Erzeugung von Licht aufweisen,
- zumindest ein Teil der Nitrid-Lichtquellen (31) je an eine der Messeinheiten (5) angeschlossen ist, sodass eine eineindeutige Zuordnung zwischen den betreffenden Nitrid-Lichtquellen (31) und Messeinheiten (5) vorliegt,
- die Messeinheiten (4) mindestens zeitweilig je eine elektrische Spannung an der zugehörigen Nitrid- Lichtquelle (31) messen, und
- durch die Messung der elektrischen Spannung bestimmt wird, ob der Berührungsbildschirm (1) an der
betreffenden Stelle berührt wird.
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