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Die Erfindung betrifft eine Schichtelektrode für einen Touchscreen, insbesondere eine, die die Bewegung eines Eingabeelements, wie beispielsweise eines Fingers, erkennt und in elektrische Signale umsetzt.
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In Touchscreens, die die Bewegung von Eingabeelementen, wie beispielsweise einem Finger, erkennen, lösen sich innerhalb eines bestimmten Segments Elektroden verschiedener Anschlüsse ab, so dass an dem Verhältnis der Signalstärke des einen und anderen Anschlusses erkannt werden kann, wo sich das Eingabeelement innerhalb eines x,y-Koordinatensystems befindet.
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Eine völlig neue Art leitfähiger transparenter Folien wurde durch die
DE 10 2009 014 757.8 bekannt, weil dort eine elektrische Funktionsschicht offenbart ist, die transparent ist, wobei die Leitfähigkeit durch leitfähige, nicht transparente Bahnen erzeugt wird, die parallel zur Oberfläche eines transparenten Trägers ein Muster bildend so angeordnet sind, dass in dem Muster ein Leiterbahnabstand realisiert ist, der Leitfähigkeit der Folie bei gleichzeitiger Transparenz gewährleistet. Diese leitfähigen Folien sind in Berührungsbildschirmen ebenso wie die transparenten leitfähigen Materialien auf der Basis von Metalloxiden, wie dem Indium-Zinn-Oxid (ITO), als Elektroden, insbesondere als Schichtelektroden, einsetzbar.
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Für den Einsatz transparenter Schichtelektroden allgemein und insbesondere auch der aus der
DE 10 2009 014 757.8 bekannten Folie in Touchscreens besteht der Bedarf, ein Muster aus Sensorfeldern zu schaffen, durch das die Bewegung eines Eingabeelements, wie eines Fingers, elektrisch umsetzbar ist. Dies gilt insbesondere für Bewegungen des Eingabeelements entlang eines rechteckig aufgespannten Koordinatensystems, also eines x,y-Koordinatensystems.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine transparente Schichtelektrode zur Verfügung zu stellen, durch die in Sensorspalten, also Reihen von Sensorfeldern, die Bewegung eines Eingabeelements wie eines Fingers bestimmbar ist.
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Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine transparente Schichtelektrode die Sensorspalten, zumindest zwei Subsensorspalten, jeweils mehrere Sensorfelder umfassend, hat, wobei die Sensorspalten entlang einer Seite der Schichtelektrode angeordnet sind, eine bestimmte Gesamtflächenleitfähigkeit haben, jeweils die gesamte Länge oder Breite der Schichtelektrode bedecken und eine Mehrzahl galvanisch verbundener erster Sensorfelder und eine Mehrzahl galvanisch verbundener zweiter Sensorfelder umfassen, die zu unterschiedlichen Anschlüssen führen, wobei die ersten und zweiten Sensorfelder innerhalb einer Sensorspalte so angeordnet sind, dass an zwei gegenüberliegenden Enden einer Sensorspalte die Flächen und/oder die Flächenbelegung der zu einem ersten Anschluss gehörenden ersten Sensorfelder einerseits ein Minimum und andererseits ein Maximum erreichen.
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Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer derartigen Schichtelektrode in einem Touchscreen und/oder in einem Berührungsbildschirm.
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Als „Sensorspalte“ wird hier eine Einheit, zumindest zwei „Subsensorspalten“ umfassend, bezeichnet. Eine Subsensorspalte umfasst eine Reihe von Sensorfeldern, die untereinander und mit einem Anschluss leitend verbunden sind. Die zumindest zwei Subsensorspalten einer Sensorspalte sind mit zwei verschiedenen Anschlüssen verbunden. Eine Subsensorspalte umfasst mehrere erste oder zweite Sensorfelder. Die Sensorfelder sind die kleinste Einheit, aus diesen setzt sich eine Subsensorspalte zusammen, zumindest zwei Subsensorspalten bilden eine Sensorspalte. Die Geometrie der Subsensorspalten verläuft bevorzugt geradlinig, insbesondere bevorzugt sind die Subsensorspalten rechteckig oder zumindest in ihrer Grundform mit einer rechteckförmigen einhüllenden virtuellen Begrenzungslinie umschreibbar.
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Als „Fläche“ eines Sensorfeldes, einer Subsensorspalte oder einer Sensorspalte wird der sensoraktive Bereich bezeichnet. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die „Flächenzu- oder Flächenabnahme“ als Zu- oder Abnahme der „Flächenbelegung“ einer transparenten Folie mit galvanisch verbundenen leitfähigen Bahnen bezeichnet.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Sensorspalten der Schichtelektrode alternierend so angeordnet, dass sich entlang zweier sich gegenüberliegender Schichtelektrodenseiten Maxima und Minima der ersten und zweiten Sensorfelder abwechseln.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorfelder und/oder die Sensorspalten rechteckig.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorspalten voneinander elektrisch isoliert, also galvanisch getrennt.
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Die Sensorspalten sind entlang einer Seite der Schichtelektrode beispielsweise alternierend so angeordnet, dass sich Maxima und Minima der Sensorfelder des ersten oder zweiten Anschlusses entlang der Seite abwechseln. Entsprechend sind die Sensorfelder innerhalb der jeweiligen Sensorspalte so angeordnet, dass die Richtung der Änderung der Fläche der ersten oder zweiten Sensorfelder von einer Sensorspalte zur angrenzenden Sensorspalte gegenläufig ist. Die Sensorspalten oder Sensorfelder bilden beispielsweise die Touchsensoren eines Touchscreens.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorspalten, in die die Schichtelektrode unterteilt ist, untereinander geometrisch zumindest ähnlich, insbesondere bevorzugt haben die Sensorspalten jeweils eine gleiche Fläche und/oder eine gleiche Form.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung haben die Sensorfelder innerhalb einer Sensorspalte unterschiedliche Form und/oder Fläche. Die Differenz der Fläche eines Sensorfeldes von einer Sensoreinheit zur nächsten kann entweder über die Sensorspalte hinweg ungefähr konstant sein, oder aber verschieden. So können beispielsweise gerätebedingte periodisch auftretende Fehler oder Positionsverzerrungen durch die Wahl geeigneter Flächendifferenzen zu einem Anschluss gehörender Sensorfelder innerhalb einer Sensorspalte diese ungewollten gerätebedingten Verzerrungen ausschließen oder zumindest verringern.
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Die Sensorfelder bilden beispielsweise die Grundzellen des Musters, aus dem die Schichtelektrode eines Touchscreens aufgebaut ist.
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Nach einer ganz bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden sich die Bereiche innerhalb eines Sensorfelds dadurch, dass die Maschen des leitfähigen und leitend verbundenen Netzes aus nicht transparenten Bahnen auf einem transparenten Substrat in ihrer Größe variieren, so dass ein Bereich mit hoher Leitfähigkeit ein Netz mit kleinen Maschen hat und ein Bereich mit niedriger Leitfähigkeit ein Netz mit großen Maschen und die Übergänge durch unterbrochene, z.B. gekappte, einzelne Verbindungsleitungen entstehen.
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Andererseits und ergänzend können die einzelnen Sensorfelder einer Sensorspalte sich auch durch ihre Flächenbelegung mit nicht transparenten leitfähigen Bahnen auf transparentem nichtleitfähigem Substrat unterscheiden, so dass ein maximal leitfähiger Bereich beispielsweise eine Flächenbelegung mit leitfähigen, galvanisch oder leitend verbundenen nicht transparenten Bahnen von etwa 30%, bevorzugt von etwa 25% und insbesondere bevorzugt von etwa 15 % bis 20% hat und ein minimal leitfähiger Bereich beispielsweise eine Flächenbelegung mit leitfähigen, leitend verbundenen und nicht transparenten Bahnen von etwa 3%, bevorzugt von 2% und insbesondere bevorzugt von nur 1% hat. Die restlichen leitfähigen nicht transparenten Bahnen sind beispielsweise weiterhin in dem betreffenden Sensorfeld vorhanden, jedoch nicht mehr leitend verbunden (in 10 grau gezeichnet)
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten oder zweiten Sensorfelder jeweils untereinander leitend und mit einem ersten oder zweiten Anschluss verbunden.
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Nachfolgend wird die Erfindung noch anhand einzelner Ausführungsformen der Erfindung, die beispielhaft als Figuren hier gezeigt sind, näher erläutert.
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Die 1 bis 7 zeigen immer wieder die gleiche Darstellung einer Schichtelektrode 1 mit Anschlüssen 5 und 6 sowie den Sensorspalten 2, Subsensorspalten 13, 14 und ersten und zweiten Sensorfeldern 3,4, jeweils in unterschiedlichen Mustern als beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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8 zeigt eine alternative Darstellung der Schichtelektrode. 9 und 10 zeigen Ausführungsformen der Erfindung bei denen die einzelnen Sensorfelder einer Subsensorspalte sich durch die Flächenbelegung mit leitend verbundenen leitfähigen Bahnen unterscheiden.
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1 zeigt eine rechteckige Schichtelektrode 1 mit spaltenförmigen, ebenfalls rechteckigen Sensorspalten 2, die in eine Mehrzahl erster Sensorfelder 3a, 3b, 3c, ... und eine Mehrzahl zweiter Sensorfelder 4a, 4b, 4c, ... unterteilt sind. Ebenfalls gezeigt sind Anschlüsse 5 und 6 der Subsensorspalten 13 und 14. Die Subsensorspalten 13 und 14 sind gestrichelt gezeichnet, weil sie nicht den gesamten umrandeten Bereich umfassen, sondern die Subsensorspalte 13 nur die ersten Sensorfelder 3a, 3b, 3c, ... innerhalb dieses gestrichelt umrandeten Bereichs und die Subsensorspalte 14 nur die zweiten Sensorfelder 4a, 4b, 4c, ... innerhalb des gestrichelt umrandeten Bereichs. Die ersten und zweiten Sensorfelder 3a, 3b, 3c, ... oder 4a, 4b, 4c, ... unterscheiden sich hinsichtlich ihres Anschlusses 5 oder 6. Es sind die dunkleren Bereiche 4a, 4b, 4c, ... mit dem Anschluss 6 verbunden und die helleren Bereiche 3a, 3b, 3c, ... mit dem Anschluss 5.
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Durch die Ab- oder Zunahme an Fläche der ersten und zweiten Sensorfelder 3a, 3b, 3c, ... und 4a, 4b, 4c, ... ändert sich der Anteil an jeweils durch kapazitive Abdeckung durch Berührung mit beispielsweise einem Finger aktivierten leitfähigen Fläche, die an den ersten oder zweiten Anschluss gekoppelt ist. Dadurch kann genau erkannt werden, wo sich das Bedienelement befindet.
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Innerhalb einer Sensorspalte 2 von oben nach unten ändert sich die relative Flächengröße eines zum Anschluss 5 oder 6 führenden Sensorfeldes von einem Minimum zu einem Maximum. Dabei ist die Änderung der Fläche von einer Sensoreinheit zur nächsten nicht zwangsläufig gleich, sondern kann beliebig gewählt und eingestellt werden. Beispielsweise lässt sich durch geeignete Wahl dieser Flächendifferenz eine Verzerrung in der Erfassung der Fingerposition, die beispielsweise durch eine Ungleichmäßigkeit in der Dicke der Verkapselung und/oder der Abdeckung des Touchfeldes hervorgerufen sein könnte, kompensieren. Die Flächendifferenz innerhalb einer Sensorspalte 2 oder innerhalb einer Subsensorspalte 13 oder 14 kann konstant, bereichsweise konstant oder durchgängig verschieden gewählt sein.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ändern sich die Sensorfeldflächen mittensymmetrisch innerhalb der Sensorspalte, was wiederum eine vorteilhafte Ausführungsform zeigt. Dabei wird der Flächenverlust der ersten Sensorfelder 3 den Flächen der zweiten Sensorfelder 4 hinzugefügt.
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In der Darstellung werden aufeinandergestapelt dreizehn Sensoreinheiten 9, die jeweils eine Zeile bilden, gezeigt.
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2 zeigt die gleiche Darstellung wie 1, aber eine andere Ausführungsform, bei der mithilfe von orthogonalen Fingern bezüglich der Grundzellenrichtung, also der Richtung der Sensorfelder 3a, 3b, 3c, ... und 4a, 4b, 4c, ..., deren Abstand fließend geändert wird.
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3 ist wieder die gleiche Darstellung wie die 1 und 2, wobei hier wieder der Flächenverlust der ersten Sensorfelder 3a, 3b, 3c, ... durch entsprechende Flächenvergrößerung der zweiten Sensorfelder 4a, 4b, 4c, ... kompensiert wird.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem zwei Subsensorspalten einzelne Reihen oder Spalten 7 und 8 bilden. Diese ergeben zusammen eine Sensorspalte 2. Ebenso gut könnten mehr einzelne Reihen oder Spalten zu Sensorspalten zusammengefasst werden. Je kleiner der Auflösung der Sensorspalte, desto höher die Genauigkeit, mit der die Lage des Bedienelemente erkannt werden kann.
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Hier erstrecken sich die Subsensorspalten
13 und
14 über mehrere, zumindest zwei Spalten
7 und
8. Der Flächenverlust in der Subsensorspalte der ersten Sensorfelder
3a,
3b,
3c, ... wird durch Herauskappen erzeugt und in der benachbarten Spalte durch eine entsprechende Fläche des zweiten Sensorfeldes
4a,
4b,
4c, ... kompensiert. Es können auf diese Weise zumindest zwei, aber auch drei oder bis zu
10 Subsensorspalten miteinander zu einer Sensorspalte verbunden werden. Die Breite der Subsensorspalten wird dann angeglichen. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Sensorfelder
3a,
3b,
3c, ... und
4a,
4b,
4c, ... durch transparente leitfähige Folien gemäß der
DE 10 2009 014 757.8 ausgeführt sind, ist das herausgekappte, also abgeschnittene und nicht leitend verbundene Gitter tatsächlich beispielsweise als Blindgitter ausgeführt um ein optisch homogenes Erscheinungsbild zu gewährleisten.
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5 zeigt in der wieder gleichen Darstellung der Schichtelektrode 1 eine Ausführungsform mit Sensorspalten 2, mehrere Subsensorspalten umfassend, wie aus 4 bekannt, wobei das Muster grundsätzlich Ähnlichkeiten zu dem aus 3 bekannten Muster hat.
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6 zeigt eine weitere Gestaltungsmöglichkeit für ein Muster, bei dem ähnlich wie in 1 die ersten Sensorfelder 3a, 3b, 3c, ... innerhalb einer Sensorspalte 2 eine stufenweise geringer werdende Fläche zugunsten der Flächen der zweiten Sensorfelder 4a, 4b, 4c, ... belegen.
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7 zeigt wieder eine Flächengewinn-/Flächenverslustverlauf innerhalb von Sensorspalten 2. Allerdings liegt hier über oder unter der gesamten Schichtelektrode 1 eine weitere leitfähige Schicht 8, die entweder das gesamte Touchfeld oder einen Teilbereich des Touchfeldes überzieht und auf GND gelegt ist. Dadurch kann die Genauigkeit des Touchscreens verbessert werden, da es sich um eine deaktivierte Fläche handelt. Die Schicht 8 kann über einen Anschluss 10 auf Masse gelegt werden.
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8 zeigt eine mit den 1 bis 7 vergleichbare Darstellung, allerdings mit verdoppelter Fläche, wo die Schichtelektrode 1 stirnseitig aneinandergrenzend zweimal dargestellt ist.
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Während alle in 1 bis 7 gezeigten Schichtelektroden 12 + 12 Anschlüsse haben und gegenläufig abnehmende / zunehmende Flächen der ersten und zweiten Sensorfelder anbieten, ist diese in 8 gezeigte zweifache Schichtelektrode nun mit 12 + 12 + 12 Anschlüssen bei doppelter Fläche und gleicher Genauigkeit ausgeführt. Hier reichen 3 Anschlüsse aus, um eine doppelte Fläche bei gleicher Genauigkeit zu versorgen. Ohne die spezielle Aneinanderreihung des Musters würden bei regulärer Verdoppelung der Schichtelektrodenfläche natürlich 2 + 2 also 4 Anschlüsse bei gleichbleibender Genauigkeit resultieren.
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Die in 8 gezeigte Systematik der Aneinanderreihung von Mustern ist vom Prinzip her für alle Muster der 1 bis 7 anwendbar. Dies dient beispielsweise dazu, durch das Layout oder Muster entweder die Genauigkeit oder die Fläche zu steigern.
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9 und 10 zeigen Ausführungsformen der Erfindung wo nicht durch sukzessive Verkleinerung der ersten Sensorfelder und sukzessive Vergrößerung der zweiten Sensorfelder innerhalb einer Sensorspalte die Ab- oder Zunahme der Flächen erreicht wird, sondern wo durch sukzessive Vergrößerung der Maschen eines leitfähig verbundenen Leitfähigkeitsnetzes die Ab- und Zunahme der Leitfähigkeit innerhalb einer Sensorspalte erzielt wird. Hier ist die Zu- oder Abnahme der Flächenbelegung mit leitfähigen, leitend verbundenen Bahnen mit der Zu- oder Abnahme an Fläche der Sensorfelder aus den 1 bis 7 vergleichbar.
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9 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schichtelektrode, der die um 90°gedrehten Sensorspalten
2 mit dem Verlauf der Leitfähigkeit zeigt. Hier ist die Ausführungsform zu sehen, bei der durch sukzessive Erweiterung der Netzmaschen der Leitfähigkeitsgitter auf der transparenten leitfähigen Folie aus der
DE 10 2009 014 757.8 ein Zu- oder Abnehmen der Leitfähigkeit innerhalb einer Sensorspalte
2 erzielt wird. In der gezeigten Ausführungsform entspricht der dunkle Bereich einer dichten kleinmaschigen Belegung mit nicht transparenten leitfähigen und leitend verbundenen Bahnen und die hellen Bereiche entsprechen einer großmaschigen Belegung mit nicht transparenten leitfähigen und leitend verbundenen Bahnen.
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Beispielsweise ist hier angegeben, dass die dunklen Bereiche einer Flächenbelegung mit leitfähigen und verbundenen Bahnen von 20% entspricht und die hellen Bereiche einer derartigen Flächenbelegung von ca. 1 %. Eine Sensorspalte 2 umfasst hier wieder zwei Zeilen, wobei die Abnahme der Leitfähigkeit der einen Zeile durch eine entsprechende Zunahme der Leitfähigkeit der angrenzenden Zeile kompensiert wird.
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10 zeigt beispielhaft, wie eine kleinmaschige und eine großmaschige Belegung der Schichtelektrode als Leitfähigkeitsnetz ausgeführt ist. Beispielsweise entsprechen in der 10 der links dargestellte Bereich einer Flächenbelegung von 20% und der rechts dargestellte Bereich einer Flächenbelegung von 1 %.
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11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Differenz der Fläche benachbarter erster und/oder benachbarter zweiter Sensorfelder innerhalb einer Sensorspalte bereichsweise konstant ist. Eine derartige Ausführung der Erfindung wird eingesetzt, um beispielsweise gerätebedingte periodisch auftretende Fehler oder Positionsverzerrungen durch die Wahl geeigneter Flächendifferenzen zu einem Anschluss gehörender Sensorfelder auszugleichen. Bezug nehmend auf 11 ist eine mit 1 vergleichbare Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei, anders als bei 1, die Differenzen der Flächen nicht konstant, sondern bereichsweise konstant sind. Die Differenzen D betragen im Randbereiche jeweils 10 und im mittigen Bereich liegen sie höher und betragen jeweils 40. Dies kann beispielsweise eine besonders günstige Ausführungsform darstellen, wenn die Verkapselung oder Abdeckung des Touchfeldes entsprechende Dickenunterschiede aufweist, die ohne Angleichung der Differenzen der Flächen der Sensorfelder zu einer Verzerrung der Positionsbestimmung eines Eingabeelements führen würden.
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Die Erfindung betrifft eine Schichtelektrode für einen Touchscreen, insbesondere eine, die die Bewegung eines Eingabeelements, wie beispielsweise eines Fingers, erkennt und in elektrische Signale umsetzt. Dazu ist die Schichtelektrode in einzelne Sensorspalten aufgeteilt, die wiederum einzelne erste und zweite Sensorfelder umfassen, wobei durch die Größe der Fläche der ersten und zweiten Sensorfelder erkennbar ist, wo sich das Bedienelement befindet, da die ersten Sensorfelder an einen ersten Anschluss und die zweiten Sensorfelder an einen zweiten Anschluss angeschlossen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009014757 [0003, 0004, 0031, 0039]
