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Title:
TOUCHSCREEN AND METHOD FOR OPERATING A TOUCHSCREEN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/144459
Kind Code:
A1
Abstract:
The touchscreen (1) comprises a support (2), a plurality of pixels (3), which can be actuated individually, next to one another on the support (2), and a plurality of measuring units (5) for measuring an electric voltage. Each pixel (3) comprises at least one nitride light source (31), which is based on the material system AlnIn1-n-mGamN, where 0 ≤ n ≤ 1, 0 < m ≤ 1, and n + m ≤ 1, and which is provided for generating light. At least some of the nitride light sources (31) are connected to a respective measuring unit (5) such that a unique assignment is provided between the pertinent nitride light sources (31) and the measuring units (5). The measuring units (5) are designed to determine whether the touchscreen (1) is being contacted at the pertinent position by means of an electric voltage measured at the corresponding nitride light source (31) such that the corresponding nitride light sources (31) operate in a touch-sensitive manner.

Inventors:
MEYER, Tobias (Frauendorferstr. 5, Regensburg, 93051, DE)
Application Number:
EP2017/053926
Publication Date:
August 31, 2017
Filing Date:
February 21, 2017
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (Leibnizstr. 4, Regensburg, 93055, DE)
International Classes:
G06F3/0488; G06F1/16; G06F3/041; H01L33/32
Foreign References:
US20140354597A12014-12-04
Other References:
CAOFENG PAN ET AL: "High-resolution electroluminescent imaging of pressure distribution using a piezoelectric nanowire LED array", NATURE PHOTONICS, vol. 7, no. 9, 11 August 2013 (2013-08-11), UK, pages 752 - 758, XP055365537, ISSN: 1749-4885, DOI: 10.1038/nphoton.2013.191
VASCHENKO ET AL.: "Dominant Role of the Piezoelectric Field in the Pressure Behaviour of InGaN/GaN Quantum Wells angegeben", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 78, 2001, pages 640
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (Schloßschmidstr. 5, München, 80639, DE)
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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.

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 Al n In ] __ n _ m Ga m N 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

Al n In ] __ n _ m Ga m N 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 mm 2 . Die Oberseiten 33 der Lichtquellen 31 liegen je bei ungefähr 100 ym 2 . 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

Al x ß-'- n y 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