DE69025575T2

DE69025575T2 - Berührungsempfindliches Anzeigegerät

Info

Publication number: DE69025575T2
Application number: DE69025575T
Authority: DE
Inventors: John Stuart Beeteson; Adrian Mark Clitheroe; Griffith John Lewis; Edward Trevor Shepherd
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2010-12-15
Also published as: GB8928557D0; EP0434314B1; EP0434314A3; US5835080A; GB2239376A; EP0434314A2; DE69025575D1; JPH0571971B2; JPH03191419A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anzeigegerät und insbesondere ein berührungsempfindliches Anzeigegerät mit einer auf Berührungsreize reagierenden Druckplatte, die mit einer transparenten, klebenden, elastischen Mischung auf einem Bildschirm aufgeklebt ist.
Ein geläufiges Beispiel für einen Anzeigebildschirm, der in einem berührungsempfindlichen Anzeigegerät verwendet werden kann, ist eine Kathodenstrahlröhre (CRT, Cathode Ray Tube). Zur Erkennung von Berührungsreizen sind an der CRT zusätzliche Vorrichtungen angebracht. Ein solches Anzeigegerät ist meist Teil eines Computersystems, das auf Anweisungen reagiert, die durch Berührungsreize gegeben werden. Bisher werden berührungsempfindliche Anzeigegeräte unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Technologien zur Erkennung von Berührungsreizen implementiert. Bei einer solchen Technologie wird eine transparente Auflage über einen CRT-Bildschirm gelegt. Die Auflage enthält eine Matrix aus elektromechanischen Kraftsensoren, die in der Form entweder resistiv, konduktiv oder kapazitiv sind. Die Sensoren sind in Reihen und Spalten angeordnet, die die Fläche des CRT- Bildschirms umspannen. Jeder Sensor korrespondiert daher mit einer bestimmten Position auf dem Bildschirm. Ein Signal von einem solchen Sensor gibt daher eine bestimmte Berührungsposition an. Allerdings können diese Sensoren ein Bild, das auf dem Bildschirm dargestellt ist, teilweise verbergen. Außerdem werden die Sensormaterialien im allgemeinen auf einem zerbrechlichen wafer-ähnlichen Substrat gefertigt, das bei der Montage leicht beschädigt werden kann.
Eine weitere Technologie beruht auf der Verarbeitung eines optischen Signals, das über einen CRT-Bildschirm hinweg abgetastet wird, um eine Berührungsposition zu bestimmen. Im allgemeinen gibt es bei diesen Technologien Probleme, die mit der optischen Parallaxe zu tun haben. Außerdem kann die Erkennung eines optischen Signals durch Fremdkörper in der Nähe des CRT-Bildschirms verhindert werden.
Eine weitere Technologie beruht auf einer Matrix kraftempfindlicher Aufnehmer, die um einen CRT-Bildschirm herum montiert sind. Jeder Aufnehmer erzeugt ein elektrisches Signal als Reaktion auf und als Vertretung für einen Berührungsreiz, der auf den CRT-Bildschirm gegeben wird. Die relativen Größen dieser Signale können verarbeitet werden, um die Position auf dem CRT-Bildschirm zu bestimmen, auf die der Reiz gegeben wurde. Ein Problem bei dieser Anordnung besteht darin, daß die Kraftaufnehmer für störschwingungen des Anzeigegeräts empfindlich sind. Außerdem sind die Kraftaufnehmer exzentrischen Kräften ausgesetzt, die bei der Montage des Anzeigegeräts innerhalb der CRT-Konstruktion entstehen können. Solche unerwünschten Effekte lassen sich reduzieren, indem die Matrix der Kraftaufnehmer um eine transparente Druckplatte herum angebracht wird, die so geformt ist, daß sie den Konturen des CRT-Bildschirms entspricht, ohne jedoch mit ihm in Kontakt zu kommen. Ein Nachteil bei dieser Anordnung besteht darin, daß durch die Druckplatte über dem CRT-Bildschirm ein visuell störender optischer Parallaxeneffekt hervorgerufen wird. Ein weiterer Nachteil bei dieser Anordnung ist, daß zwischen dem CRT- Bildschirm und der Druckplatte interne Reflexionen auftreten können. Außerdem erfordert diese Anordnung allgemein Beschläge für die Druckplatte, die widerstandsfähig genug sind, um wiederholte Berührungsvorgänge im Rahmen der normalen Produktlebensdauer zu überstehen, aber nicht so starr sind, daß sie die Bewegung der Druckplatte gegenüber dem CRT-Bildschirm einschränken.
EP 256 251 beschreibt ein Beispiel für ein berührungsempfindliches Anzeigegerät mit einer Druckplattenanordnung, die der oben beschriebenen ähnelt. Die berührungsempfindliche Bildschirmeinheit umfaßt einen Rahmen mit Öffnungen zur Ausrichtung an Montageklammern, die von einem Anzeigebildschirm wie etwa einer CRT ausgehen. Der Rahmen hält eine starre transparente Druckplatte, die dem Anzeigegerät zugewandt ist. Eine Matrix aus kraftempfindlichen Aufnehmern ist an der Seite der Druckplatte, die dem Anzeigegerät zugewandt ist, montiert. Die Berührungsbildschirmeinheit wird durch verformbare Glieder festgehalten, die sowohl mit den Öffnungen an dem Rahmen als auch mit den Klammern an dem Anzeigeausgabegerät verbunden sind. Die verformbaren Glieder sorgen für die Wiederholbarkeit von Messungen während der normalen Lebensdauer des Anzeigegeräts. Allerdings sind die verformbaren Glieder im Verhältnis zu konventionellen CRT- Montageschrauben groß. Außerdem kann diese Anordnung ebenfalls empfindlich auf Schwingungen des Anzeigegeräts reagieren, und daher ist eine komplexe Verarbeitung der elektronischen Signale erforderlich, um die Signale von den Aufnehmern aufzubereiten. Im allgemeinen sind Störungen durch solche Schwingungskräfte dort erheblicher, wo die Kraftaufnehmer so angeordnet sind, daß sie die Last des Anzeigebildschirms tragen. Bei diesen Anordnungen bewegen Schwingungen meist nicht den Anzeigebildschirm, sondern das Anzeigegerät.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Berührungsanzeigegerät bereitzustellen, das nicht durch Schwingungskräfte beeinflußt wird und das ferner optische Probleme vermeidet, die durch Parallaxen oder interne Reflexionen entstehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein Anzeigegerät bereitgestellt, umfassend einen Anzeigebildschirm, eine Platte aus starrem transparentem Material, ein Befestigungsmittel zum Befestigen der Platte an dem Anzeigebildschirm, ein Berührungssensormittel, das mit dem Befestigungsmittel zusammenwirkt, um mehrere elektrische Signale als Reaktion auf und als Vertretung für eine Kraft zu erzeugen, die auf die Platte gegeben wird; wobei die Kraft mit einem Berührungsreiz der Platte korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel eine Schicht umfaßt, die aus einer transparenten, elastischen, klebenden Mischung mit ähnlichem Brechungsindex wie dem des Anzeigebildschirms besteht, wobei die Mischung zwischen der Platte und dem Anzeigebildschirm aufgebracht ist, so daß sie die Platte auf dem Anzeigebildschirm festklebt.
Dies löst vorteilhafterweise die obengenannten Probleme der Parallaxe und der internen Reflexion, die bei konventionellen kraftempfindlichen Berührungsbildschirmanzeigegeräten auftreten können. Darüber hinaus verhindert diese Anordnung, daß Kräfte, die bei der Montage des Anzeigegeräts entstanden sind, die Anordnung in unerwünschter Weise vorspannen. Dies liegt daran, daß die Druckplatte nicht durch die Aufnehmer getragen wird, sondern durch die Mischung. Außerdem sind die Aufnehmer in dieser Anordnung im Vergleich zu obengenannten Anordnungen, bei denen die Aufnehmer den gesamten Anzeigebildschirm tragen, einer wesentlich geringeren Masse ausgesetzt. Dieses System ist daher wesentlich weniger empfindlich für störschwingungen. Weiter macht diese Anordnung es möglich, daß der Berührungsbildschirm ein kompaktes, abgedichtetes Gehäuse darstellt, und vereinfacht somit die Herstellung des berührungsempfindlichen Anzeigegeräts.
Wenn es sich bei dem Anzeigebildschirm um eine CRT handelt, besteht ein weiterer Vorteil dieser Anordnung darin, daß empfindliche und nicht abriebsfeste Beschichtungen des CRT- Bildschirms, etwa zur Reduktion elektrostatischer Felder (ESF-Beschichtungen), auf den Bildschirm aufgebracht werden können, ohne daß diese sich während der Lebensdauer des Bildschirms abnutzen können.
Vorzugsweise weist die Schicht eine Dicke auf, bei der die Druckplatte sich als Reaktion auf einen Berührungsreiz sowohl auf das Anzeigegerät zu als auch von ihm weg bewegen kann. Ein Vorteil hiervon ist, daß die Empfindlichkeit des Berührungsbildschirms für Berührungsreize während der gesamten Lebensdauer des berührungsempfindlichen Anzeigegeräts gleich bleibt. Außerdem wirkt die Schicht als selektives Dämpfungsmittel, das den Berührungsbildschirm gegen Schwingungen des Anzeigegeräts immun macht.
Ein besonders bevorzugtes Beispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:
Figur 1 ist ein Blockdiagramm eines Computersystems, das ein Berührungsanzeigegerät der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Figur 2 ist ein Blockdiagramm einer Aufnehmeranordnung für ein Berührungsanzeigegerät der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht einer CRT-Baugruppe, auf die eine Druckplatte gemäß der vorliegenden Erfindung aufgeklebt ist.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für ein Computersystem mit einem berührungsempfindlichen Anzeigegerät der vorliegenden Erfindung. Das Computersystem umfaßt eine Zentraleinheit (CPU, Central Processing Unit) 1 zur Ausführung von Programmanweisungen.
Eine Busarchitektur 2 stellt eine Datenkommunikationsbahn zwischen der CPU und anderen Komponenten des Computersystems dar. Ein ROM 3 (Read Only Memory, Nur-Lese-Speicher) stellt einen sicheren Datenspeicher dar. Ein schneller RAM 4 (Random Access Memory, Speicher mit wahlfreiem Zugriff) stellt einen temporären Datenspeicher dar. Die Datenkommunikation mit einem Host-Computersystem 5 wird durch einen Kommunikationsadapter 6 ermöglicht. Ein I/O-Adapter 7 stellt ein Mittel für die Übertragung von Daten zu und von einer Massenspeichervorrichtung 8 dar.
Ein Benutzer kann das Computersystem mit Hilfe einer Tastatur 9 bedienen, die über einen Tastaturadapter 10 an die Busarchitektur angeschlossen ist. Ein Berührungsbildschirm 11 der vorliegenden Erfindung liefert eine visuelle Ausgabe von dem Computersystem. Die visuelle Ausgabe wird durch einen Anzeigeadapter 12 erzeugt. Der Benutzer kann das Computersystem auch bedienen, indem er auf einen Berührungsbildschirm auf dem Berührungsanzeigegerät einen Berührungsreiz gibt. Ein Berührungsbildschirmadapter 13 verbindet die Signale von dem Berührungsbildschirm mit der Busarchitektur des Computersystems.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 umfaßt der Berührungsbildschirm einen Aufnehmer mit vier kraftempfindlichen Aufnehmern 21,22,23,24, die an den vier Ecken einer rechteckigen transparenten Druckplatte 20 aufgeklebt sind. Die Aufnehmer 21,22,23,24 erzeugen vier diskrete elektrische Signale 25,26,27,28. Jedes elektrische Signal wird von einem anderen Aufnehmer erzeugt. Die vier elektrischen Signale 25,26,27,28 werden separat von einem Signalaufbereitungs- und Analog- Digital- (A-D-) Wandlerteil 29 des Berührungsbildschirmadapters 13 verarbeitet. Der Signalaufbereitungs- und A-D-Wandlerteil 29 erzeugt somit eine binäre Datenausgabe 30, die die relativen Kräfte anzeigt, die von den vier Aufnehmern 21,22,23,24 gemessen werden. Die binäre Datenausgabe vertritt daher eine Position auf dem Anzeigegerät, auf die der Berührungsreiz gegeben wird.
Unter Bezugnahme auf Figur 3 ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Druckplatte 20 mit Hilfe einer einförmigen Schicht 41 einer klebenden, elastischen, transparenten Mischung, die nachstehend als Gel bezeichnet wird, auf die Vorderseite der CRT 40 aufgeklebt. Ein im Handel erhältliches Beispiel für ein solches Gel ist das dielektrische Silikongel Sylgard (eingetragenes Warenzeichen) 527 A und B.
In diesem besonderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Aufnehmermatrix 21,22,23,24 auf der Druckplatte 20 befestigt, wie in Figur 3 durch den Aufnehmer 21 dargestellt, der das elektrische Signal 25 erzeugt.
Ein berührungsempfindliches Anzeigegerät mit einer Kathodenstrahlröhre wurde nun anhand eines Beispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es dürfte jedoch auf der Hand liegen, daß andere Beispiele der vorliegenden Erfindung andere Anzeigegeräte wie etwa Flüssigkristallbildschirme oder Gasplasmabildschirme umfassen können. Außerdem umfaßt das oben beschriebene berührungsempfindliche Anzeigegerät eine Aufnehmermatrix, die darauf reagiert, daß eine Zugkraft auf die Druckplatte angewandt wird. Die Zugkraft erzeugt eine Verformung des Gels, die im wesentlichen rechtwinklig zur Vorderseite der CRT verläuft. Es dürfte jedoch auf der Hand liegen, daß die vorliegende Erfindung ebenso nützlich in einem berührungsempfindlichen Anzeigegerät ist, das auf die Anwendung einer Drehkraft auf die Druckplatte reagiert. In einem solchen Anzeigegerät wird die Drehkraft durch einen Berührungsreiz erzeugt, der die Druckplatte gegenüber dem Anzeigebildschirm schräg zieht.
Ferner dürfte auf der Hand liegen, daß zwar ein Beispiel für die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein berührungsempfindliches Anzeigegerät mit einer Matrix aus piezoelektrischen Kraftaufnehmern beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung in der Anwendung jedoch nicht allein auf diesen Aufnehmertyp beschränkt ist. Die gegenwärtige Erfindung wird auch in berührungsempfindlichen Anzeigegeräten nützlich sein, die eine Matrix aus konduktiven, resistiven oder kapazitiven Sensoren umfassen, wie sie in den obengenannten Auflageverfahren verwendet werden.

Claims

1. Ein berührungsempfindliches Anzeigegerät, umfassend einen Anzeigebildschirm (40), eine Platte (20) aus starrem transparentem Material, ein Befestigungsmittel (41) zum Befestigen der Platte an dem Anzeigebildschirm (40), ein Berührungssensormittel (21,22,23,24), das mit dem Befestigungsmittel (41) zusammenwirkt, um mehrere elektrische Signale (25,26,27,28) als Reaktion auf und als Vertretung fur eine Kraft zu erzeugen, die auf die Platte gegeben wird; wobei die Kraft mit einem Berührungsreiz der Platte (20) korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (41) eine Schicht (41) umfaßt, die aus einer transparenten, elastischen, klebenden Mischung mit ähnlichem Brechungsindex wie dem des Anzeigebildschirms (40) besteht, wobei die Mischung zwischen der Platte (20) und dern Anzeigebildschirm aufgebracht ist, so daß sie die Platte auf dem Anzeigebildschirm (40) festklebt.

2. Ein Anzeigegerät nach Anspruch 1, bei dem die Mischung (41) eine Elastizität aufweist, die gegen bleibende Verformungen in der Dicke der Schicht durch wiederholte Berührungsreize der Platte (20) widerstandsfähig ist.

3. Ein Anzeigegerät nach Anspruch 2, bei dem die Schicht (41) eine Dicke aufweist, die es zuläßt, daß sich die Druckplatte (20) als Reaktion auf den Berührungsreiz sowohl auf den Anzeigebildschirm (40) zu als auch von ihm weg bewegt, damit das Berührungssensormittel den Berührungsreiz erkennen kann.

4. Ein Anzeigegerät nach Anspruch 3, bei dem das Berührungssensormittel (21,22,23,24) eine Matrix kraftempfindlicher Aufnehmer (21,22,23,24) umfaßt.

5. Ein Anzeigegerät nach Anspruch 4, bei dem die Mischung ein dielektrisches Silikongel ist.

6. Ein Anzeigegerät nach Anspruch 5, bei dem das Gel ein Kopolymer erster und zweiter Mischungen ist.

7. Ein Anzeigegerät nach Anspruch 6, bei dem die Matrix der kraftempfindlichen Aufnehmer (21,22,23,24) so angeordnet sind, daß sie den Berührungsreiz entdecken, der eine Zugbelastung in dem Gel erzeugt.

8. Ein Anzeigegerät nach Anspruch 6, bei dem die Matrix der kraftempfindlichen Aufnehmer (21,22,23,24) so angeordnet sind, daß sie den Berührungsreiz entdecken, der eine Drehbelastung in dem Gel erzeugt.

9. Ein Anzeigegerät nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Anzeigebildschirm einen Kathodenstrahlröhren- Anzeigebildschirm (40) umfaßt.

10. Ein Anzeigegerät nach einem der Ansprüche vor Anspruch 9, bei dem der Anzeigebildschirm einen Flüssigkristall- Anzeigebildschirm umfaßt.