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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft eine Berührungsschalteinrichtungmit mindestens einer kapazitiven Berührungs- oder Touchsensorelektrode(10), die an der dem Bediener (12) abgewandten Seite (14) einerdurchgängigen,ein dielektrisches Trägermaterial(16) aufweisenden Bedienblende (18) im Bedienbereich (22) angeordnetist. An der dem Bediener (12) abgewandten Seite (14) der Bedienblende(18) ist eine elektrisch leitende Schicht angeordnet, welche inmindestens einen elektrisch isolierten flächigen Bereich bzw. elektrischisolierte flächigeBereiche (10, 24, 26) strukturiert ist, durch welche die mindestenseine kapazitive Berührungs-oder Touchsensorelektrode (10) definiert ist. An Kontaktbereichen(26), die zur Touchsensorelektrode (10) gehören, wird eine Schaltelektronik über eineAnschlussschicht (30) durch eine elektrisch nichtleitende, dielektrischeSchicht (28) kapazitiv angekoppelt.
    公开号:DE102004026672A1
    申请号:DE200410026672
    申请日:2004-05-28
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Thomas Dr. Zenker
    申请人:Schott AG；
    IPC主号:H03K17-955
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Berührungsschalteinrichtungmit mindestens einer kapazitiven Berührungs- oder Touchsensorelektrode,die an der dem Bediener abgewandten Seite einer durchgängigen, eindielektrisches Trägermaterialaufweisenden Bedienblende im Bedienbereich angeordnet ist.
    [0002] Ausdem Stand der Technik sind kapazitive Berührungsschalter bekannt. DerartigeBerührungsschalterwerden im allgemeinen eingesetzt, um Schaltvorgänge durch eine durchgängige Fläche aus Glasoder Kunststoff hindurch auslösenzu können. DerartigeFlächenerlauben bedienungs- und reinigungsfreundliche Systeme zu entwickeln,die zudem einen breiten Gestaltungsspielraum hinsichtlich einer Dekorierung,Hinterleuchtung und Hinterlegung mit Displayeinheiten erlauben.Dazu werden die Berührungsschalterhinter der Fläche,die beispielsweise die Bedienflächefür einelektrisches oder elektronisch ansteuerbares Gerät, eine Glaskeramik-Kochfläche odereine sonstige Eingabeeinheit beispielsweise von Geräten im öffentlichenBereich, wie Verkaufsautomaten und Informations- oder Bedienterminals,bei Automobilen, Computern und in der Medizin darstellt, angeordnet.Durch Berührender Flächeim Bereich des Berührungsschalterswird dann der Schaltvorgang ausgelöst, wobei die eigentliche Schaltfunktionvon elektronischen Schaltern oder Relais ausgeführt wird.
    [0003] Diekapazitiven Berührungsschalterweisen zumindest eine aktive Elektrode auf, die hinter einer durchgängigen Abdeckungim Bereich der Schaltflächeangeordnet ist. Die Schaltfunktion wird ausgelöst, wenn sich ein ausreichendgroßer,leitfähiger Körper, beispielsweiseein menschlicher Finger in der Näheder Elektrode befindet.
    [0004] Die DE 197 06 168 A1 beschreibtein derartiges kapazitives System, bei dem als Sensoren zum BeispielMetallfedern oder leitfähigeKunststofftasten von der dem Benutzer abgewandten Seite an die Bedienblendebzw. das Bedienfeld gedrücktsind.
    [0005] Ausder EP 0 795 233 B1 istbekannt, flächigeSensorelemente direkt auf die die Elektronik tragende Leiterplatineaufzubringen, welche wiederum unmittelbar hinter der Bedienblendeangeordnet ist. Dazu werden flächigeSensorelemente direkt auf eine elektronische Leiterplatine aufgebracht,welche wiederum unmittelbar hinter der Bedienblende angeordnet wird,insbesondere angedrücktoder flächig verklebt.Beim Andrückenoder ankleben muss nachhaltig ein Luftspalt vermieden werden, damitsich unter Feuchtigkeitseinwirkung die Toucheigenschaften nichtverändernkönnen.
    [0006] Ausder EP 0 042 167 B1 istbekannt, zwei Elektroden auf der dem Bediener abgewandten Seite derBedienblende anzuordnen. Auf der dem Bediener zugewandten Seiteist eine weitere Elektrode angeordnet, welche die beiden unteren Elektroden überdeckt.Die beiden unteren Elektroden werden von einer Elektronik so angesteuert,dass sie als Reihenschaltung zweier Kapazitäten wirken. Die Kopplung erfolgtdabei überdie obere Elektrode. Berührt derBediener die obere Elektrode, wird diese auf Masse gelegt und dieKopplung des Signals wird stark geschwächt.
    [0007] Beiden Berührungsschalteinrichtungnach Stand der Technik ergeben sich häufig Probleme hinsichtlicheiner klimatisch und dielektrisch stabilen Anbringung der Sensorelektrodenan die Bedienblende. Zudem ist stets ein aufwendiges Positionierender Sensorelektroden relativ zur Dekorierung der Blende notwendig,wobei auch die Kontaktierung zwischen den Sensorelektroden und denelektronischen Platinen und die Ansteuerung und Auswertung der Sensorelektrodenoftmals sehr aufwendig und somit kostenintensiv ist.
    [0008] Esist Aufgabe der Erfindung, eine Berührungsschalteinrichtung anzugeben,bei welchem die vorstehend gekannten Nachteile vermieden werden. Darüber hinaussoll bei möglichstkompakter Bauform eine elektrische Ankopplung weiterer Elektronik, insbesondereder Bedienelektrodenauswertung an die Elektrodenflächen kostenmäßig undverfahrenstechnisch vorteilhaft möglich sein.
    [0009] DieAufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. VorteilhafteWeiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    [0010] Demgemäss ist ander dem Bediener abgewandten Seite der Bedienblende eine elektrischleitende Schicht angeordnet. Die elektrisch leitende Schicht istin elektrisch isolierte flächigeBereiche strukturiert, durch welche die mindestens eine kapazitiveBerührungs-oder Touchsensorelektrode definiert ist. Die elektrisch isoliertenflächigenBereiche könnendabei leitende Teilschichten zur Ausbildung von Touchsensorelektroden,Zuleitungen, Kontaktzonen oder dergleichen elekt risch leitendenStrukturen definieren.
    [0011] DieSensorelektroden lassen sich mit diesem Aufbau über automatisierte, standardisierteDruck-, Beschichtungs- und Abtragprozesse in dekorierte Bedienblendenintegrieren. Es ist kein aufwendiges Positionieren und Aufklebenseparater Touchelektrodenmodule erforderlich, die auf das jeweiligeBedienblendenlayout angepasst sein müssen. Das Positionieren derElektronik an die Kontaktflächender Bedienblende kann in einem kompakten Layout und standardisiertenVerfahrensschritt und damit kostengünstiger erfolgen.
    [0012] Diemindestens eine kapazitive Berührungs- oderTouchsensorelektrode kann dabei als Einzelsensor oder Teil eineskapazitiven Touchscreens ausgebildet sein, so dass moderne Anwendungen realisiertwerden können.In die Bedienblende lassen sich bereits Elektrodenflächen alsTeil von Bediensensoren integrieren, ohne dass die mechanischen Abmessungen,die Transparenz, das Dekor und die Stabilität der Bedienblende verändert werdenmüssen.Weiterhin soll dabei ein aufwendiges Positionieren der Sensorelektrodenrelativ zur Dekorierung der Blende überflüssig werden.
    [0013] Eslassen sich auf einfache Weise insbesondere transparente elektrischleitende Schichten herstellen, wobei die elektrisch leitende Schichtbzw. die elektrisch leitende Strukturen Sn-oxid, In-Sn-oxid (ITO)oder dergleichen elektrisch leitendes Metalloxid aufweisen. Alternativkönnendie elektrisch leitenden Strukturen ein feines, für das menschlicheAuge nicht oder kaum sichtbares Metallgitter oder eine dünne, imsichtbaren Wellenlängenbereichquasi-transparente Metallflächeaufweisen.
    [0014] Zudesignerischen Zwecken lässtsich an der dem Bediener zugewanden Seite des Trägermaterials eine Dekor- und/oderSchutzschicht anordnen. Wenn die elektrisch leitende Schicht bzw.die elektrisch leitende Strukturen im Bereich des Trägermaterialangeordnet sind, lassen sich diese für den Bediener durch die Dekor-und/oder Schutzschicht abdecken.
    [0015] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform istan der dem Bediener abgewandten Seite der elektrisch leitenden Schichtbzw. der elektrisch leitenden Strukturen eine elektrisch isolierendeSchutzschicht als Schutz vor mechanischen, chemischen oder dergleichendie BerührungsschalteinrichtunggefährdendenBeanspruchungen angeordnet.
    [0016] Besonderedesignerische Möglichkeiten werdendadurch eröffnet,dass das Trägermaterial derBedienblende und die elektrisch leitende Schicht transparent und/odertransluzent ausgebildet sind und gleichzeitig die elektrisch isolierendeSchutzschicht als Dekorschicht zur optischen Gestaltung ausgebildetist. Zu diesem Zweck kann die Schutz- und Dekorschicht Träger undFarbpigmente keramischer Farbmischungen aufweisen.
    [0017] Dabeikann das Trägermaterialder Bedienblende und die elektrisch leitende Schicht bzw. die elektrischleitende Strukturen zu > 90%im sichtbaren Wellenlängenbereichtransparent und/oder transluzent ausgebildet sein.
    [0018] Beider Verwendung von Glas als Trägermaterialkann es notwendig sein, dieses einem Vorspannprozess bei hohen Temperaturenzu unterzeihen. Deshalb sollen die elektrisch leitende Schicht bzw.die elektrisch leitenden Strukturen und/oder die Schutz- und Dekorschichtderart ausgebildet sein, dass deren Eigenschaften durch den Vorspannprozessbei Temperaturen von >650°C vollständig oder weitgehenderhalten bleiben.
    [0019] Alternativkann jedoch auch der Vorspannprozess dazu dienen, die gewünschten Eigenschaftender elektrisch leitenden Schicht bzw. der elektrisch leitenden Strukturenund/oder der Schutz- und Dekorschicht einzustellen.
    [0020] Inder elektrisch leitenden Schicht bzw. den elektrisch leitenden Strukturenlassen sich die ausgebildeten Zuleitungen von benachbarten Referenz- und/oderMasseelektroden umgeben und somit abschirmen, so dass entlang dieserZuleitungen keine Auslösungder angebundenen Touchsensorfunktion erfolgen kann. Die Lücken zwischenden benachbarten Referenz- und/oder Masseelektrodenteilflächen, indenen die Zuleitung verläuft,könnendabei vorzugsweise eine Breite von < 5mm aufweisen, so dass die Zuleitungenund die Referenz- und/oder Masseelektroden bei Annäherung einesFingers ausreichend bedeckt werden, um eine Auslösung des Schalters schaltungstechnischzu unterbinden.
    [0021] ZumSchutz vor Beschädigungund zum Zwecke der elektrischen Isolierung kann die Schutz- undDekorschicht auf der dem Bediener abgewandten Seite der elektrischleitenden Schicht ganz- oder teilflächig die elektrisch leitendenStrukturen elektrisch isolierend abdecken.
    [0022] Gemäß einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist an der dem Bedienerabgewandten Seite der Schutz- bzw. Dekorschicht eine elektrischleitende, ganzflächigeoder strukturierte Anschlussschicht zum kapazitiven oder elektrischen Ankoppelnder elektrisch leitenden Schicht bzw. der elektrisch leitenden Strukturenangeordnet, wobei die jeweilige Kontaktzone flächig ausgebildet ist. Dies stellteine einfache Kontaktierung der Sensorelektroden über diekapazitive Ankopplung an den Kontaktzonen dar. Es ist somit keinestabil galvanischleitende Verbindung, z.B. mittels Löten, elektrischleitendes Kleben oder Heatsealing, erforderlich.
    [0023] Eswird somit eine kosten- und verfahrenstechnisch günstige Lösung zurKontak tierung zwischen Sensorelektroden und elektronischen Platinen,die Ansteuerung und Auswertung der Sensorelektroden leisten, bereitgestellt.Zudem soll somit die Bedienblende mit den angebrachten oder integriertenSensorflächenräumlichvon der Auswerteelektronik vorteilhaft entkoppelt werden, um weiterenSpielraum fürBeleuchtung, hinterlegter Displaytechnik und Montage zu gewähren.
    [0024] Dabeikönnenzumindest Flächenbereiche derelektrisch leitende Anschlussschicht planparallel zu den an derelektrisch leitenden Schicht bzw. der elektrisch leitenden Strukturendefinierten Kontaktzone an der dem Bediener abgewandten Seite der Schutz-und Dekorschicht angeordnet sein, die elektrisch leitend mit einerelektronischen Schaltungsanordnung verbunden sind.
    [0025] ZurAnsteuerung und Auswertung der mindestens einen kapazitiven Berührungs- oder Touchsensorelektodeist die elektrische leitende Anschlussschicht mit einer elektronischenSchaltungsanordnung verbunden. Alternativ kann die Anschlussschichtauch Bestandteil der Schaltungsanordnung sein.
    [0026] Umeine besonders stabile und gleichzeitig praktikable Befestigungvorzusehen, ist die elektrisch leitende Anschlussschicht und/oderdie elektronische Schaltungsanordnung an der dem Bediener abgewandtenSeite der Schutz- bzw. Dekorschicht mittels einer teil- oder ganzflächigen Klebeverbindungoder einer mechanischen Verbindung bzw. mechanischem Andrücken oderdurch ein Chip-on-Glas-Verfahrendirekt angebracht sein. Insbesondere wird hierdurch eine klimatischund dielektrisch stabile Anbringung der Sensorelektroden an dieBedienblende gewährleistet,wobei die Schaltungsanordnung für denBediener nicht sichtbar ist.
    [0027] Beider erfindungsgemäßen Berührungsschalteinrichtungist es nicht notwendig, dass die elektrisch leitende Schicht bzw.die elektrisch leitenden Strukturen direkt an dem durch die mindestens einekapazitive Berührungs-oder Touchsensorelektrode definierten Bedienbereiches kapazitivgekoppelt ist bzw. sind. Vielmehr kann die kapazitive Ankopplungaußerhalbdes Bedienbereiches erfolgen.
    [0028] Einebesonders einfache und standartisierte Art der Kopplung wird dadurchrealisiert, dass die elektrisch leitende Schicht bzw. die elektrischleitenden Strukturen an in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnetenAnschlussbereichen mit der Anschlussschicht kapazitiv gekoppeltist bzw. sind.
    [0029] Umeine besonders gute Ankopplung zu ermöglichen kann die Anschlussschichtals Metallschicht ausgebildet sein.
    [0030] Gemäß einerweiterführendenAusführungsformkann an der mindestens einen kapazitiven Berührungs- oder Touchsensorelektodeein Nachweissystem wirksam ist, bei dem die Sensorelektroden durchOszillatorsignals angeregt werden.
    [0031] Mitder erfindungsgemäßen Berührungsschalteinrichtungist eine Entkopplung von Sensorelektroden und deren Designeinbindungvon der Sensorelektronik und damit eine größere Freiheit im Systemaufbauund in Design möglich.Insbesondere ergeben sich deutliche Vorteile in Verbindung mit Hinterleuchtungder transparenten oder transluzenten Sensorflächen oder deren Hinterlegungmit Displayeinheiten.
    [0032] Dietransparenten, einen Sensor umgebenden Bereiche die nicht durcheine Dekor- und/oder Schutzschicht vollständig lichtdeckend abgedeckt sind,könnenmit einer LCD- oder OLED-Anordnung oder dergleichen Anzeigeeinrichtungoder einer LED-Anordnung mit oder ohne Lichtführung, einer Anordnung flächiger OLED-oder EL-Leuchten oder dergleichen Beleuchtungseinrichtung hinterlegtsein.
    [0033] Nachfolgendwird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme aufdie beigefügtenZeichnungen nähererläutert.
    [0034] Eszeigen:
    [0035] 1 inschematischer Ansicht und im Schnitt den schematischen Aufbau einerBerührungsschalteinrichtungmit einer integrierten elektrisch leitenden Touch-Elektrode;
    [0036] 2 inschematischer Seitenansicht und im teilweise transparenten Schnittden detaillierten Aufbau einer Berührungsschalteinrichtung;
    [0037] 3 einelektronisches Ersatzschaltbild zu der in 2 gezeigtenBerührungsschalteinrichtung;
    [0038] 4 inschematischer Draufsicht eine Berührungsschalteinrichtung ohneDekorschicht gemäß einerersten Ausführungsform;
    [0039] 5 inschematischer Draufsicht die in 4 dargestellteBerührungsschalteinrichtungmit angebrachter Dekorschicht;
    [0040] 6 inschematischer Seitenansicht die in 5 gezeigtenBerührungsschalteinrichtungin Schnittansicht entlang der in 5 mit VI-VIbezeichneten Schnittlinie;
    [0041] 7 inschematischer Draufsicht eine mit mehreren als 2-Elektroden-Touchsensoren ausgeführten Einzelschalternaufgebaute Berührungsschalteinrichtungohne Dekorschicht gemäß einer zweiten Ausführungsform;und
    [0042] 8 inschematischer Draufsicht eine als analoger kapazitiver Touchscreenaufgebaute Berührungsschalteinrichtungohne Dekorschicht gemäß einerdritten Ausführungsform.
    [0043] 1 zeigtin schematischer Ansicht und im Schnitt den schematischen Aufbaueiner Berührungsschalteinrichtungmit einer integrierten elektrisch leitenden Touch-Elektrode 10,die zwischen einem Trägermaterial 16 undeiner Dekorschicht 28 angeordnet ist. Die Touch-Elektrode 10 ist über eineAnschlussschicht 30 kapazitiv an eine Elektronikplatine 34 gekoppelt,die z.B. die Ansteuerung und Auswertung der Touch-Elektrode 10 trägt.
    [0044] 2 zeigtin schematischer Seitenansicht und im teilweise transparenten Schnittden Aufbau einer Berührungsschalteinrichtung.Der Aufbau zeigt das dielektrische, transparente und/oder transluzenteTrägermaterial 16,eine elektrisch leitende, strukturierte Schicht, welche eine Touchelektrode 10,eine Leiterbahn 24 und eine Kontaktzone 26 bilden,eine Dekor- und Isolierschicht 28 sowie eine Elektronikplatine 34 miteiner damit verbundenen Kontaktzone 32 zur kapazitivenAnkopplung an die Kontaktzone 26 der transparenten Leiterschicht.
    [0045] DieBedienblende 18 der Berührungsschalteinrichtungbesteht bevorzugt aus einem überwiegendtransparenten oder einem transluzenten, dielektrische Trägermaterial 16 miteiner auf der einem Bediener 12 abgewandten Seite 14 überwiegend transparenten,elektrisch leitenden Schicht, welche die Touchelektrode 10,die Leiterbahn 24 und die Kontaktzone 26 bilden.Dahinter liegt eine elektrisch nicht-leitenden Dekorschicht 28,so dass die elektrisch leitende Schicht als kapazitive Sensorfläche durchdas Trägermaterialhindurch genutzt werden kann.
    [0046] DieDekorschicht 28 kann fürden Bediener 12 das Erscheinungsbild der Blende weitestgehend bestimmen.
    [0047] Dieelektrisch leitende Schicht ist vorzugsweise in elektrisch isolierteflächigeBereiche 10, 24, 26 strukturiert, sodass verschiedene Strukturen und Anordnungen von leitenden Teilschichtendargestellt werden können,die als Touchsensorelektrode 10, Zuleitung 24 undAnkoppelzone 26 in verschiedenen Anordnungen genutzt werdenkönnen.
    [0048] Dabeisind Anordnungen von Einzelschaltern oder als analoger kapazitiverTouchscreen, als Anordnungen von 1-Elektroden oder Mehr-ElektrodenTouchsensoren möglich.
    [0049] DieZuleitungen sind vorzugsweise bei (nicht gezeigten) 1-ElektrodenSystemen von Masseelektroden und bei Mehr-Elektroden Systemen vonReferenz- oder Masseelektroden umgeben und abgeschirmt, so dassentlang dieser Zuleitungen keine Auslösung der angebundenen Touchsensorfunktion erfolgenkann.
    [0050] DieDekor- oder Schutzschicht 28 ist ganzflächig oder teilflächig aufgebracht,derart dass die flächigen,elektrisch leitenden Strukturen 10, 24, 26 vollständig undelektrisch isolierend abdeckt werden. Besteht das Trägermaterial 16 ausGlas oder Glaskeramik, so sind die elektrisch leitende Schicht unddie Dekorschicht 28 vorzugsweise aus Materialien aufgebaut,die einem Vorspannprozess dieses Gesamtsystems standhalten.
    [0051] Derelektrische Anschluss an die elektrisch leitenden (Teil-)Schichtenerfolgt kapazitiv mit elektrisch leitenden flächigen Materialien 30,die unter die Dekorschicht 28 angebracht sind. Die ankoppelnde Fläche 32 istTeil eines elektronischen Schaltungsaufbaus 34, der einenSchaltungsträgermit elektronischen Bauteilen umfasst und zur Ansteuerung und Auswertungder Touchsensorelektrode 10 dient.
    [0052] DieAnkopplungskapazitätZK der Kopplung zwischen der Ankoppelzone 26 derelektrisch leitenden Schicht und der ankoppelnde Fläche 32 istvorzugsweise größer alsdie sich bei Bedienung des Elektrodenbereiches ausbildende Kapazität ZS zwischen der Touchelektrode 10 unddem Finger des Bedieners 12. Die Aufbringung dieser Anschlussflächen kannnachträglich,nach Fertigstellung der Bedienblende, z.B. bei der Integration derBedienblende in das Geräterfolgen. Dabei kann der elektronische Schaltungsträger 34,z.B. eine handelüblicheElektronikplatine, durch mechanisches Andrücken, vorzugsweise durch flächiges Klebenangebracht werden. Die Gestaltung der transparenten Elektrodenfläche 10 undZuleitungsbereiche 24 kann verschieden gestaltet sein,so dass die kapazitive Ankopplung über die später aufgebrachten Anschlussfläche 32 auch vorzugsweiseaußerhalbdes Bedienbereiches 22 erfolgen kann Alternativ können vorzugsweisemehrere Anschlussbereiche in einem standardisierten, regelmäßigen Abstandangeordnet sein.
    [0053] DieZuleitung 24 ist in einem transparenten oder transluzentenBereich der Bedienblende 16 angeordnet. Die Zuleitung 24 sindmit einem transparenten oder transluzenten elektrisch leitendenMaterial, vorzugsweise Metalloxid oder einer entsprechenden organischenVerbindung ausgeführt.Für denFall, dass die Zuleitung 24 durch die Dekorierung der Blendefür denBediener nicht sichtbar abgedeckt ist, so kann die Zuleitung 24 oderauch die Kontaktfläche 26 zusätzlich oderausschließlichdurch Metallschichten dargestellt sein, um zusätzliche Impedanzen ZP insbesonderein der Zuleitung 24 zu vermeiden.
    [0054] Dieim Vergleich zu herkömmlichkontaktierten Sensorelektroden zusätzlich auftretenden ImpedanzenZP und ZK sind imZusammen mit der Sensorelektronik so gestaltet, dass die Funktionsweisedes Touchsensors 10 nicht beeinträchtigt wird.
    [0055] DieAnkoppelkapazitätZK ist groß gegenüber der Bedienkapazität von ZS gehalten, damit die Touchauslösung über ZS nichtdurch eine kleinere in Serie geschaltete Kapazität von ZK beeinträchtigt wird.Dies kann erfindungsgemäß in einfacherWeise durch eine genügendgroßeFlächeder Ankoppelzone 32 und einem genügend kleinen Abstand zwischenden Ankoppelschichten 26 und 30 erreicht werden.
    [0056] 3 zeigtein elektronisches Ersatzschaltbild zu der in 2 gezeigtenBerührungsschalteinrichtung.Dabei ist mit dem Bezugszeichen 10 die Touchelektrode,mit 26 und 30 die Ankoppelschichten und mit 34 dieTouch-Elektronik bezeichnet.
    [0057] Fallszusätzlichein (nicht gezeigtes) Nachweissystem zur Anwendung kommt, bei demdie Sensorelektroden durch Oszillatorsignal angeregt werden, mussgewährleistetsein, dass die fürdie Anregung und den Nachweis charakteristische Frequenz des Systemsdurch die zusätzlichenImpedanzen ZP und ZK nicht maßgeblichbeeinträchtigtwird. Die charakteristische Frequenz des Nachweissystems wird beiharmonischen Oszillatoranregungen im Allgemeinen die Oszillatorfrequenzselbst sein, insbesondere bei gepulsten Anregungen, bei denen der Nachweis über dieFlankensteilheit, Spannungsniveaus im Pulsanstieg oder eine Phasenverschiebung geführt wird,ist die charakteristische Frequenz im wesentlichen durch das inverseZeitintervall zwischen Pulsanfang und Nachweiszeitpunkt gegeben.
    [0058] BeiNachweissystemen, die ein Spannungs- oder Stromniveau über einenSpannungs- bzw. Stromteiler führen,ist zu beachten, dass die im wesentlichen Ωschen und kapazitiven Komponenten vonZP und ZK kleiner als die Komponenten der Teiler bleiben oder alsTeil dieser Teiler mit dimensioniert werden. Die Einstellung dererforderlichen Ωschen undkapazitiven Werte kann erfindungsgemäß in einfacher Weise durchAuswahl eines geeigneten elektrisch leitenden Materials und derdielektrischen Zwischenschichten als auch durch Dimensionierungin Form und Schichtdicke der Zuleitungen, Ankoppelzonen und derisolierenden und klebenden Schichten geschehen.
    [0059] Sensorsysteme,die auf kapazitiven Veränderungenin den Sensorfeldern beruhen, arbeiten im allgemeinen mit charakteristischenFrequenzen oberhalb von 100 kHz. Bei Bedienkapazitäten von ≤1 pF ergebensich charakteristische Widerständevon ≥1 MΩ. Die Koppelkapazität ZK kann leicht ≥10 pF eingestellt werden undmit elektrisch leitfähigen, transparentenMaterialien, die handelsüblichtypisch einen Flächenwiderstandvon 20-300 Ω/sq.tragen, bleiben selbst bei Zuleitungen im Längen-zu-Breitenverhältnis von100 die Widerständeunter ~2-30 kΩ. Handeltes sich um niederohmige, schnelle Eingangsstufen, mit Eingangswiderständen Z,etwa im kΩ-Bereich,was Messintervallen im nsec-Bereicn (GHz) entspricht, so dürfen dieseWerte durch zusätzlicheohmsche Anteile von ZP im Zuleitungsbereichnicht wesentlich überschrittenwerden. Auch hier lassen sich immer noch ausreichend lange Zuleitungendarstellen, zum Beispiel mit 20 Ω/sq.Beschichtungen Leiter im Längen-zu-Breitenverhältnis vonetwa 50.
    [0060] 4 zeigtin schematischer Draufsicht eine Berührungsschalteinrichtung ohneDekorschicht 28 gemäß einerersten Ausführungsform. 5 zeigtin schematischer Draufsicht die in 4 dargestellte Berührungsschalteinrichtungmit angebrachter Dekorschicht 28. 6 zeigtin schematischer Seitenansicht die in 5 gezeigtenBerührungsschalteinrichtungin Schnittansicht entlang der in
    [0061] 5 mitVI-VI bezeichneten Schnittlinie;
    [0062] DieBerührungsschalteinrichtunggemäß der 4 weistdie integrierte elektrisch leitenden Touch-Elektrode 10 auf,die zwischen dem Trägermaterial 16 undeiner (in 4 ausgelassenen, in 5 angebrachtenDekorschicht 28) angeordnet ist. Die Dekorschicht 28 zeigteine Schalterbeschriftung fürdie Schalterstellungen „ON/OFF". Die Touch-Elektrode 10 ist über dieZuleitungsschicht 24 mit dem Kontaktbereich 26 elektrischleitend verbunden. Der Kontaktbereich ist mit der drunter leigenden Anschlussschicht 30 kapazitivan eine Elektronikplatine 34 gekoppelt, die z.B. die Ansteuerungund Auswertung der Touch-Elektrode 10 trägt. DieElektronikplatine 34 ist mit einer Klebeschicht 29 ander Dekorschicht angebracht.
    [0063] In 4 istdie transparente leitende Schicht 10, 24, 26 isthier als ein 1-ElektrodenTouchsensor ausgeführt.Die Sensitivitätsoll hier beispielhaft so eingestellt sein, dass die Schaltschwellebei einer Aufliegeflächevon d = 6mm des Fingers erreicht wird, so dass ein Auslösen des „Touches" im zentralen Schaltfeld 10 möglich ist,jedoch nicht im Zuleitungsbereich 24 oder in der Kontaktzone 26,die jeweils nur eine Breite von 3mm aufweisen.
    [0064] AlsRechenbeispiel werden folgende Größen angenommen: Berührfläche desFingers: AF = 0,28 cm2 (d= 6mm), Flächeder Kontaktzonen 26 und 30: AK =0,15 cm2, Abstand des Fingers zur Touchelektrode 10:dF = 0,4 cm, Abstand der Kontaktflächen 26 zu30: dK = 10um (bestehend aus 5μm Dekordruckund 5μmKlebeschicht 29), die relative Dielektrizitätskonstantevereinfacht für alleSchichten: εr = 1,5.
    [0065] Dannergibt sich fürZS = 0,1 pF (bei d = 6mm) und für ZK = 20 pF und damit ZK » ZS.
    [0066] 7 zeigtin schematischer Draufsicht eine mit mehreren als 2-Elektroden-Touchsensoren ausgeführten Einzelschalternaufgebaute Berührungsschalteinrichtungohne Dekorschicht gemäß einer zweitenAusführungsform.
    [0067] Hiersind beispielhaft Einzelschalter zugrunde gelegt, die als 2-Elektroden-System dargestellt sind.Die Schalter sind so ausgelegt, dass eine Auslösung jedes Schalters dann erfolgt,wenn die Berührfläche aufder inneren Elektrode 10 größer als die auf der äußeren Elektrodeist. Der Zuleitungsbereich 24 und der Anschlussbereich 26 sindvon den Abmessungen derart gestaltet, dass hier keine Auslösung desSchalters geschehen kann. Dies ist geometrisch derart gelöst, dasseine Berührungmit dem Finger auf der äußeren Elektrodeoder deren Zuleitungen 24 und Kontaktzonen 26 immereine mindestens gleich großeBerührfläche bildetwie auf den leitenden Flächen,die zur inneren Elektrode 10 gehören. Die Größe der Elektronikplatine 34 mitden Kontaktflächen 30 reduziertsich auf eine kleinere Fläche imVergleich zu einer herkömmlichenLösung,bei der die Touchelektroden 10 auf der Platine 34 integriert wären. Diesführt zuerheblichen Vorteilen in Bezug auf Kosten, Design und Transparenzin Verbindung mit Hinterleuchtung der Schaltbereiche 10.
    [0068] 8 zeigtin schematischer Draufsicht eine als analoger kapazitiver Touchscreenaufgebaute Berührungsschalteinrichtungohne Dekorschicht gemäß einerdritten Ausführungsform.
    [0069] Derdargestellte analoge kapazitive Touchscreen besitzt Anschlusspunktein den Ecken des Bedienfeldes 10. Die Zuleitungen 24 verbindendie Anschlusspunkte mit Kontaktzonen 26, unter denen erfindungsgemäß in einfacherWeise eine entsprechende Elektronikplatine 34 zur Ansteuerungund Auswertung des Touchscreens angebracht ist. Die Zuleitungen 24 liegenunter einer Dekorierung 28 verborgen und können alsdünne metallischeLeiterbahnen dargestellt werden. Vorteilhaft ist in dieser Anwendunginsbesondere die einfache Anbringung der Platine 34 mitden Kontaktzonen 26, so dass eine aufwendigere Kontaktierung über Löten, leitendes Klebenoder Heat-sealing von Anschlussleitern und den entsprechenden Verbindernzu den Anschlussleitern auf der Platine entfällt.
    权利要求:
    Claims (28)
    [1] Berührungsschalteinrichtungmit mindestens einer kapazitiven Berührungs- oder Touchsensorelektrode (10),die an der dem Bediener (12) abgewandten Seite (14)einer durchgängigen,ein dielektrisches Trägermaterial(16) aufweisenden Bedienblende (18) im Bedienbereich(22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dassan der dem Bediener (12) abgewandten Seite (14)der Bedienblende (18) eine elektrisch leitende Schichtangeordnet ist, welche in mindestens einen elektrisch isoliertenflächigenBereich bzw. elektrisch isolierte flächige Bereiche (10, 24, 26)strukturiert ist, durch welche die mindestens eine kapazitive Berührungs-oder Touchsensorelektrode (10) definiert ist.
    [2] Berührungsschalteinrichtungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isoliertenflächigenBereiche leitende Teilschichten zur Ausbildung von Touchsensorelektroden(10), Zuleitungen (24), Kontaktzonen (26)oder dergleichen elektrisch leitenden Strukturen definieren.
    [3] Berührungsschalteinrichtungnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestenseine kapazitive Berührungs-oder Touchsensorelektrode (10) als Einzelsensor oder Teileines kapazitiven Touchscreen ausgebildet ist.
    [4] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schichtbzw. die elektrisch leitende Strukturen (10, 24, 26)Sn-oxid, In-Sn-oxid (ITO) oder dergleichen elektrisch leitendesMetalloxid aufweist.
    [5] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schichtbzw. die elektrisch leitende Strukturen (10, 24, 26)ein feines, fürdas menschliche Auge nicht oder kaum sichtbares Metallgitter aufweist.
    [6] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schichtbzw. die elektrisch leitende Strukturen (10, 24, 26)eine dünne,im sichtbaren Wellenlängenbereichquasi-transparente Metallflächeaufweist.
    [7] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Bediener zugewandenSeite des Trägermaterialseine Dekor- und/oderSchutzschicht angeordnet ist.
    [8] Berührungsschalteinrichtungnach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitendeSchicht bzw. die elektrisch leitende Strukturen im Bereich des Trägermaterialangeordnet und für denBediener (12) durch die Dekor- und/oder Schutzschicht abgedecktist.
    [9] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Bediener (12)abgewandten Seite (14) der elektrisch leitenden Schicht bzw. derelektrisch leitenden Strukturen (10, 24, 26)eine elektrisch isolierende Schutzschicht (28) als Schutzvor mechanischen, chemischen oder dergleichen die BerührungsschalteinrichtunggefährdendenBeanspruchungen angeordnet ist.
    [10] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (16) derBedienblende und die elektrisch leitende Schicht transparent und/oder transluzentausgebildet sind und/oder die elektrisch isolierende Schutzschicht(28) als Dekorschicht zur optischen Gestaltung ausgebildetist.
    [11] Berührungsschalteinrichtungnach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch isolierendeSchutz- und Dekorschicht (28) Träger und Farbpigmente keramischerFarbmischungen aufweist.
    [12] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (16) derBedienblende (18) und die elektrisch leitende Schicht bzw.die elektrisch leitende Strukturen (10, 24, 26)zu > 90% im sichtbaren Wellenlängenbereichtransparent und/oder transluzent ausge bildet sind.
    [13] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem Glas-,Glaskeramik- oder Kunststoffmaterial besteht.
    [14] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schichtbzw. die elektrisch leitenden Strukturen (10, 24, 26)und/oder die Schutz- und Dekorschicht (28) derart ausgebildetsind, dass deren Eigenschaften bei Verwendung von Glas- oder Glaskeramikals Trägermaterialbei einer Temperaturbehandlung von >650°Coder bei Verwendung von Glas als Trägermaterial bei einem Vorspannprozess vollständig oderweitgehend erhalten bleiben.
    [15] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschten Eigenschaften der elektrischleitenden Schicht bzw. der elektrisch leitenden Strukturen (10, 24, 26)und/oder der Schutz- und Dekorschicht (28) bei Verwendungvon Glas- oder Glaskeramik als Trägermaterial durch eine Temperaturbehandlung von >650°C oder bei Verwendung von Glasals Trägermaterialdurch einen Vorspannprozess einstellbar sind.
    [16] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrisch leitendenSchicht bzw. der elektrisch leitenden Strukturen (10, 24, 26)ausgebildete Zuleitungen von benachbarten Referenz- und/oder Masseelektrodenumgeben und abgeschirmt sind.
    [17] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücken zwischen den benachbartenReferenz- und/oder Masseelektrodenteilflächen, in denen die Zuleitungverläuft,eine Breite von < 5mmaufweist.
    [18] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutz- und Dekorschicht(28) auf der dem Bediener (12) abgewandten Seite(14) der elektrisch leitenden Schicht ganz- oder teilflächig dieelektrisch leitenden Strukturen (10, 24, 26)elektrisch isolierend abdecken.
    [19] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Bediener (12)abgewandten Seite (14) der Schutz- bzw. Dekorschicht (28)eine elektrisch leitende, ganzflächigeoder strukturierte Anschlussschicht (30) zum kapazitivenoder elektrischen Ankoppeln der elektrisch leitenden Schicht bzw.der elektrisch leitenden Strukturen (26) angeordnet ist, wobeidie jeweilige Kontaktzone (32) flächig ausgebildet ist.
    [20] Berührungsschalteinrichtungnach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Flächenbereicheder elektrisch leitende Anschlussschicht (30) planparallelzu den an der elektrisch leitenden Schicht bzw. der elektrisch leitendenStrukturen (26) definierten Kontaktzone (32) ander dem Bediener (12) abgewandten Seite (14) derSchutz- und Dekorschicht angeordnet sind, die elektrisch leitend miteiner elektronischen Schaltungsanordnung (34) verbundensind.
    [21] Berührungsschalteinrichtungnach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischeleitende Anschlussschicht (30) mit einer elektronischenSchaltungsanordnung (34) zur Ansteuerung und Auswertungder mindestens einen kapazitiven Berührungs- oder Touchsensorelektode(10) ver bunden oder Teil derselben ist.
    [22] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische leitendeAnschlussschicht (30) und/oder die elektronische Schaltungsanordnung (34)an der dem Bediener (12) abgewandten Seite (14)der Schutz- bzw. Dekorschicht (28) mittels einer teil-oder ganzflächigenKlebeverbindung (29) oder einer mechanischen Verbindungbzw. mechanischem Andrückenangebracht ist.
    [23] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungsanordnung(34) durch ein Chip-on-Glas-Verfahren direkt auf der dem Bediener(12) abgewandten Seite (14) der Schutz- bzw. Dekorschicht(28) angebracht ist und für den Benutzer nicht sichtbarist.
    [24] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schichtbzw. die elektrisch leitenden Strukturen (26) außerhalb(Kontaktzone 32) des durch die mindestens eine kapazitiveBerührungs-oder Touchsensorelektrode (10) definierten Bedienbereiches(22) mit der Anschlussschicht (30) kapazitiv gekoppeltist bzw. sind.
    [25] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitendeSchicht bzw. die elektrisch leitenden Strukturen an in regelmäßigen Abständen zueinanderangeordneten Anschlussbereichen mit der Anschlussschicht kapazitivgekoppelt ist bzw. sind.
    [26] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschicht (30)als Metallschicht ausgebildet ist.
    [27] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen kapazitivenBerührungs- oderTouchsensorelektode ein Nachweissystem wirksam ist, bei dem dieSensorelektroden durch Oszillatorsignals angeregt werden.
    [28] Berührungsschalteinrichtungnach einem der Ansprüche7 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten, einenSensor (10) umgebenden Bereiche die nicht durch eine Dekor-und/oder Schutzschicht vollständiglichtdeckend abgedeckt sind, mit einer LCD- oder OLED-Anordnungoder dergleichen Anzeigeeinrichtung oder einer LED-Anordnung mitoder ohne Lichtführung,einer Anordnung flächigerOLED- oder EL-Leuchten oder dergleichen Beleuchtungseinrichtunghinterlegt sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004026672B4|2007-05-03|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-10-31| 8364| No opposition during term of opposition|
    2009-03-26| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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