CN105900050A - 电容传感器元件以及用于制造电容传感器元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有与例如触摸屏上的排列对应的多个传感器阵列的电容传感器元件。该电容传感器元件包括至少一个多层体，所述至少一个多层体由两个结构化导电层和位于所述两个结构化导电层中间的绝缘层组成。本发明提供用于交叉导电带的排列的具有冗余导电带的布局，由于该布局，特别地相对于将连接线连接到在使用此类传感器元件的模块的边缘区域中的插头而言，减少了在层电极的两层层叠中的对于记录精确度的需求。

Description

电容传感器元件以及用于制造电容传感器元件的方法
技术领域
本发明涉及具有多个传感器区域的电容传感器元件，所述多个传感器区域例如与触摸屏上的排列对应。该电容传感器元件包括至少一个多层体，该多层体由两个结构化导电层和在所述两个结构化导电层中间的绝缘层组成。本发明也涉及用于制造这样的传感器的方法。
背景技术
这样的电容传感器元件从DE 10 2011 115 851 A1中已知。其中公开的传感器元件包括例如根据“棒(bar)和带(stripe)”原则被排列为电极的导电带。例如，宽导电带，即再例如在x方向上延伸的“棒”或棒状电极，位于第一下导电层上；以及窄导电带，即在y方向上延伸的“带”或带状电极，位于被排列在第一导电层上面的第二导电层上。两个导电层由绝缘层电隔离。在棒和带的交叉点处，形成所谓的触摸区域的触摸传感器区域。
由于第一和第二导电层的导电带之间的电场线的穿过，对如同棒和带的电极的不同几何形成是有利的。由于如同“带”的第二导电层的形成，存在贯穿传感器元件上面的空间的许多场线并且这些场线通过与输入元件接触而被中断。穿过的场线的中断与输入对应并且可以由大量被中断的场线更可靠地确定。
根据先前公知的用于电容传感器元件的导电层的布局，诸如例如从DE10 2011 115 851 A1已知的布局，读取第一和第二导电层的一者精确地位于另一者的顶部之上的输入信号是必要的。在棒状和带状电极上，连接部(connection)被设置为经由在包括传感器元件的模块的边缘区域中对应的插头来传输来自传感器区域的信号，结果，能够清楚地指定和可靠地读取输入。
在此“模块”意味着例如智能电话、平板电脑或其他触摸屏。传感器元件形成触摸屏的输入区域的至少一部分并且优选地被形成为是透明的。
连接部纳入被设置在传感器元件的边缘区域中的插头(plug)。为了在组装期间插头也可靠地与连接部接触并且由此能够经由连接部读取所有输入，在传感器元件的组装期间导电层的一者精确地位于另一者的顶部上对传感器元件的可靠性是必要的或至少是有利的。具体地，两个导电层的位置与它们的理论指定的位置(在该处提供与插头的接触)例如相差少于200μm，更好地相差少于100μm。在先前公知的传感器元件的组装期间的公差极限能够因此被指示为200μm或更小。
此对制造方法的要求在经济上难以满足，该方法也使组装变得非常昂贵。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供在导电层上具有连接部和导电带的排列的传感器元件，其中用于使连接部与插头接触的两个导电层的组装的公差极限被设定为在开始处所提及的值。具体地，本发明的一个目标是提供一种适合大规模生产并且能够被廉价地制造出的传感器元件。
本发明主题和所述目标的解决方案因此为一种电容传感器元件，其包括至少一个多层体，所述至少一个多层体由两个结构化导电层和在所述两个结构化导电层中间的绝缘层组成，其中第一和第二导电层的结构包括导电带，在每种情况下所述导电带均被彼此电隔离，所述导电带中的仅一些导电带被连接至连接部，其中所述第一和第二导电层的所述连接部位于一个平面并且所述绝缘层未在整个表面上将所述两个结构化导电层彼此分隔开。
本发明基于以下常识：在单个导电层平面中使导向边缘区域中的插头的连接部放置在一起允许为个体层的放置留出较大的范围。
根据一个有益实施例，导电带，具体地说，带状电极(3a、……3k)交替地与连接部(6)连接和不与连接部(6)连接。
根据另一有益实施例，两个相邻导电带之间的距离(在导电层平面上包括或不包括一个导电带的宽度)在将形成所述多层体的个体层的一者放置在另一者之上时预先确定容许的记录(register)不准确性。
根据所述传感器元件的另一有益实施例，所述带状电极的所述导电带以有规律的模式被周期性地彼此间隔开。
所述第一和/或第二导电层优选地具有在20nm与1μm之间的层厚。
在此，所述第一和/或第二导电层优选地由透明导电材料制成，优选地由使用银或铜的薄并且因此透明的层以结构化方式涂覆(例如印刷)的透明膜制成。然而，所述第一和/或第二导电层也可以由透明导电材料制成。
根据一个有益实施例，所述连接部与宽导电带(所谓的具有棒状和带状电极图案的“棒”电极)一起位于所述第一导电层上。如果所有连接部均位于第一导电层上，则为特别有益的。
特别优选的是这样的实施例：其中不与导向所述插头的连接部一起位于平面中的所述导电带能够经由导电垫被连接以与所述连接部接触。在此，“导电垫”意味着第一导电层的经由电接触直接与第二导电层的电极连接的导电区域。
在所述连接部位于所述第一导电层上的情况下，导电垫为位于所述传感器元件的所述透明区域的内部和/或外部的小电极部分并且未通过所述绝缘层而与所述第二导电层电隔离。
根据一个有益实施例，窄导电带，即所述带状电极位于所述第二导电层上。
另外，所述带状电极作为连续导电材料带被附加在优选透明的无尽的带上能够是有益的。所述带的这种附加能够例如具体地在卷到卷工艺(roll-to-roll process)中通过印刷而被执行。
在通过印刷制造所述导电带和/或连接部期间，如果存在弹性塑料的带状支撑材料是有益的，所述导电带和/或连接部能够在所述卷到卷工艺中使用导电材料而被印刷出。
如果在所述卷到卷工艺中的支撑带的行进方向上至少一个导电带被印刷为无尽的带，这已被证明为特别经济有利的。
根据另一实施例，在所述带的行进方向上存在较宽的棒状电极导电带。
所述绝缘层优选地具有在1μm至200μm的范围中的层厚，进一步优选地具有在5μm与100μm之间的层厚。所述绝缘层为电介质并且优选地具有2与4之间，进一步优选地为2.5与3.5之间的介电常数。
透明支撑材料特别优选地作为支撑材料。可以使用例如诸如PET膜的塑料膜。
支撑膜的层厚为例如在18μm与450μm之间，特别地为在50与300μm之间以及特别优选地为在100与200μm之间。
可以通过印刷，特别优选地在所述卷到卷工艺中处理的材料优选地用作导电材料。这里可以使用例如具体为金属性的导电胶、所有导电聚合物和/或已知的诸如ITO和ATO的导电透明金属氧化物、以及特别优选地从DE 10 2009 014 757.8和/或DE 10 2011 115 851已知的透明导电材料“金属网”。所谓的金属网材料的特征在于，其包括具有非透明材料的导体迹线的透明塑料膜并且其对于人眼是透明的。该弹性材料的迹线的特征在于具有5μm至25μm的范围内的宽度以及1％与20％之间的范围内的透明膜的覆盖范围，优选地为1％至15％的范围内的表面覆盖范围。此材料已在上述两个专利申请描述，上述两个专利申请的内容在此作为本发明的公开。
根据本发明的一个优选实施例的示例，所述传感器元件被形成为触摸屏传感器元件，所述触摸屏传感器元件被形成在对人眼透明的的输入区域中。
在此情况下，介电绝缘层由在对人眼可见的波长范围中透明的材料构成。
此外，例如根据从DE 10 2009 014 757.8和/或DE 10 2011 115 851已知的技术，使所述第一和第二导电层被形成为对人眼是透明的，这在一方面能够通过针对所述第一和/或第二导电层使用相应透明导电材料而被实现，以及/或者通过导体迹线的宽度和厚度的相应选择(产生透明支撑上的导电带的导电性)而被实现。特别优选地，这些迹线的宽度在人眼的分辨能力之下，例如，为少于50μm的宽度，优选地少于25μm。迹线在导电带之内每单位面积的覆盖范围为1％与20％之间，特别地为1％与15％之间。
附图说明
下面参考附图更详细地说明本发明：
图1a和1b示出根据现有技术的导电带的排列的布局；
图2a、2b和2c示出根据本发明的一个实施例示例的与图1比较的图；
图2d示出图2a、2b和2c的横截面；
图3a和3b示出图2中的导电垫的细节；
图4a和4b示出根据本发明的另一实施例示例的导电带的排列的布局，该布局为相似的但被旋转90°；
图5a示出图4中的导电垫的细节；
图5b示出图4中的导电垫的细节的一个备选实施例。
具体实施方式
图1a示出在膜支撑部1上的不同平面中通过透明介电绝缘膜4而电隔离的两个导电层2和3(一者位于另一者的顶部)上的导电带的“棒”和“带”排列的现有技术。在此，绝缘层4跨传感器元件的整个透明输入区域，该绝缘层4被边缘区域9包围。在位于透明输入区域外部的边缘区域9中，导电带2a…和3a…的连接部5和6导向连接器插头8，经由连接器插头8进行与相应模块的接触。为了使连接部5和6与插头8接合以便接触，两个导电层的位置必须精确地为一者位于另一者的顶部。这在图1b中被例示出。
图1b示出当两个导电层的个体层的一者位于(例如层叠于)另一者的顶部时的最小记录不准确性“a”。带状电极3相对于棒状电极2移位长度“a”。如果带状电极层的连接部6(同样移动距离“a”)未终止于边缘区域中，这是可容许的。然而，由于连接部6终止于边缘区域(同样移动了距离“a”)，所以不再可能经由插头8做出接触并且由此尺寸“a”的记录不准确性不能被容许。“a”指至少100μm至200μm或更长的长度。
图2示出根据本发明的一个优选实施例如何解决此问题。为此，图2a仅示出其上具有绝缘膜4的第一导电层。可以看到如已在图1a中看到的相同的棒状电极2a至2d。这些棒状电极2a至2d经由连接部5与插头8接触。棒状电极被绝缘膜4覆盖。在第一导电层上被绝缘膜4覆盖的外部，还可以看到经由连接部6被连接到另一插头8的导电垫7a至7e。与示出现有技术的图1不同，这里，连接部6与连接部5在同一层平面上。
在该实施例中，为了避免短路，连接部6至少部分被绝缘膜4覆盖。
图2b示出与图1a对应的第二导电层在绝缘膜4上的整体图。第二导电层包括多个带状电极3a至3k，其中并非带状电极3a至3k中的每一个都与连接部6连接。从实用的角度看，每个第二带状电极是冗余的，例如未被连接并且因此为多余的。然而，对于根据具有冗余的该实施例的带状电极层，冗余原理允许大的记录公差，因为任何带状电极都已精确到位，因此也被连接。
带状电极3a至3k至少部分地位于第一导电层的导电垫上，因为导电垫未被绝缘膜4覆盖。在图2b所示的第二导电层的位置的情况下，带状电极3a、3c、3e、3g和3i处于电接触。由此，在传感器元件的制造期间位于第一导电层的导电垫7a至7e的一者上的带状电极3与导向插头8的连接部6具有直接导电连接。
图2c示出与图1b相比较的图。由于使个体导电层的一者精确地位于另一者的顶部上的难度，在此也产生第二导电层相对于第一导电层的长度为“a”的移动。然而，如第一眼直接看到的，对由插头8进行的接触不再有任何影响，因为到插头8的连接部5和6均位于一个层平面上，由此精确地适合插头8。
根据图2c，仅带状电极3b、3d、3f、3h和3j仍经由导电垫7a至7e和连接部6与插头8连接，并且由此被连接至被控模块。
根据图2b被接触的带状电极3a、3c、3g、3i和3k位于第一电极层上的导电垫7a至7e的外部并且由此不再导向任何连接部6。这些带状电极因此为冗余的并且不对传感器元件的操作做出贡献。然而，它们对传感器元件的大规模生产的适用性是决定性的，因为冗余存在的电极在制造期间产生相对于必要记录不准确性的自由空间。此外，冗余的导电带也不是扰乱的，相反，它们可能视觉上有助于更均一的外观，以及更统一的传输。
其中冗余导电带始终被例如周期性地均等间隔开的实施例为特别优选的。
导电层的导电带(即，特别是棒状电极2a至2d和带状电极3a至3k)能够以不同尺寸形成并且能够在传感器元件的不同区域上延伸。例如这些棒状和带状电极至少在传感器元件的透明区域上延伸，而且也可以在传感器元件的在特定情况下为不透明的边缘区域上或者在几个传感器元件上延伸任何期望的距离，直到最长形成(即，连续设计，其中它们被形成为无尽带，直到卷到卷工艺的完整带材料)。为了制造传感器元件，两个或更多个印刷的带被相应地切割，使一者位于另一者的顶部以形成多层体并且被结合或层叠在一起。
根据本发明的一个优选实施例，带状电极3沿着印刷方向延伸。当在连续印刷工艺中带状电极被具有成本效益地印刷在支撑带的整个长度上时，这在卷到卷印刷工艺中特别有益。这对于设置有冗余带状电极的本发明的实施例和没有冗余带状电极的本发明的实施例均能实现。在任何情况下，带状电极在印刷版的整个长度上沿印刷方向延伸。
图2d示出通过根据图2所示的本发明的一个实施例的传感器元件的一部分的横截面。图2d示出沿着带状电极3a超过棒状电极2a在支撑部1上通过图2b中的导电垫7a的横截面。特别地，图2d也示出绝缘膜4的位置，该绝缘膜4将带状电极3a与棒状电极2a电隔离，但不将与棒状电极2a位于同一平面的导电垫7a与直接连接导电垫7a的带状电极3a电隔离。
图3a和3b示出不同的冗余度。在图3a中，带状电极3之间的距离“b”与导电垫7a与7b之间的距离相等。导电垫7a与7b的宽度也与此长度“b”对应。以此方式，确保单个带状电极3始终也与导电垫7中的一者连接。因此，图2b和3a中的长度“b”代表冗余带状电极的周期性和间隙S1至S5的宽度。长度“e”代表两个导电垫之间的距离。
图3b概略地示出另一优选配置。带状电极3之间的距离“c”显著小于间隙S1至S5的宽度并且小于导电垫的宽度和导电垫之间的距离。以此方式，例如，间隙S1(图2b)由带状电极3a至3c一起形成。
在导电垫的假定的宽度“b”的情况下，能够容纳1至10个带状电极，优选地为1至7个带状电极。宽度“b”例如与根据现有技术(图1a)的带状电极的宽度对应。“b”能够例如处于0.5至3mm的范围中，优选地为2mm。
包括两个相邻带状电极之间的距离加上一个带状电极的宽度的长度“c”例如处于0.1至5mm的范围中，优选地在0.2至3mm之间，特别优选地在0.4至1mm之间。长度“c”与冗余地排列的电极的周期性对应。
为了保证两个相邻导电带之间的电隔离，仅描述两个相邻带状电极之间的距离的长度“d”例如处于5μm至20μm之间的范围中。
两个相邻导电垫之间的距离“e”取决于传感器区域的尺寸；距离“e”例如处于1至10mm的范围中，有利的处于2至8mm的范围中以及特别地为大约4至5mm。
图4a和4b示出另一个实施例示例，该实施例示例在连续卷到卷印刷工艺的情况下就工艺而言是高度相关的。在根据图2的实施例示例中，绝缘膜4覆盖棒状电极2a至2d和连接部6，但不覆盖位于不一定为透明的边缘区域9中的输入区域4外部的导电垫7a至7e。
在根据图2的实施例示例中，以结构化方式对应地附加绝缘层4。与之对照的是图4所示的实施例示例，其中能够在没有结构化的情况下在连续工艺中附加绝缘膜4，因为导电垫7a至7e在可印刷支撑带的行进方向“R”上位于绝缘膜4的带宽度以外。根据该实施例示例，在支撑带的行进方向上附加(例如印刷)棒状电极2a至2d。
图4b示出其中带状电极3叠加在棒状电极上的完整传感器元件，所述带状电极通过连续绝缘膜4在连接部5和6的区域中被电隔离(如图4a所示)。在此，带状电极3在所示实施例的棒状电极2a至2d的区域和连接部5和6的区域两者中为冗余的，其被应用为带状电极3’。这就工艺而言可以比结构化附加在技术上更具成本效益，并且如在上面已提及的，这并不中断功能性，而且在有些情况下甚至改善视觉外观。
导电垫7的接触和连接部6的同时绝缘能够一方面通过绝缘膜4的结构化而发生，但另一方面也能够通过使用导电贯通触点和/或导电粘接材料取代导电垫7的位置处的绝缘材料4而发生。
特别地，也可以经由被指定为粘接层的绝缘层4将第一导电层与棒状电极2a至2d以及将第二导电层与带状电极3a至3k结合(例如层叠)在一起，其中在导电垫的区域中，在同一时间施加所谓的“各向异性导电膜”粘接剂。在所述工艺中，该导电粘接剂能够与用于形成绝缘膜4的绝缘粘接剂一起再次被印刷在印刷带的整个宽度上。
在导电垫7与带状电极3或棒状电极2(这相应地取决于实施例)之间的区域中，未设置材料或导电材料。
图5a和5b详细地示出图4b中的区域A。图5a(如图4b的顶视图)示出带状电极3如何横跨位于其下方的由绝缘膜4(这里未示出)隔开的棒状电极2并且然后与导电垫7接触。连接部6(这里未示出)从导电垫7延伸至插头8(同样为了清晰而未示出)。
棒状电极2在图5a中被实现为一个完整的矩形。在图5b中示出另一实施例，其中棒状电极2在与带状电极3的跨接区域中变窄。这导致改进的场线路线(field line course)(因为其覆盖更多空间)并且因此导致在读取输入时增加可靠性。该变窄形成至少一个间隙11，为了优化场线路线，间隙11精确地占据位于同一层平面中的导电垫的宽度。
在本发明的情况下，图5b所示的实施例为特别优选的，因为其只能与在此首次提出的布局一起被合理地使用，在该布局中，特别是在以冗余方式附加电极的情况下，保证增加的记录精确度公差。
本发明提供用于交叉导电带的排列的具有冗余导电带的布局，通过该布局，特别相对于将连接部连接到使用对应传感器元件的模块的边缘区域中的插头而言，减少了在层电极的两层层叠中对于记录精确度的要求。

Claims (24)

1.一种电容传感器元件(1)，其包括至少一个多层体，所述至少一个多层体由两个结构化导电层(2，3)和在所述两个结构化导电层(2，3)中间的绝缘层(4)组成，其中第一和第二导电层的结构包括导电带(2a，2b，2c，2d，3a…3k)，在每种情况下所述导电带均被彼此电隔离，所述导电带中的仅一些导电带被连接至连接部(5，6)，其中所述第一和第二导电层的所述连接部(5，6)位于一个平面并且所述绝缘层(4)未在整个表面上将所述两个结构化导电层(2，3)彼此分隔开。
2.根据权利要求1所述的传感器元件，其中带状电极(3a，…3k)的导电带交替地与连接部(6)连接和不连接。
3.根据权利要求2所述的传感器元件，其中在带状电极(3a，…3k)的两个相邻导电带之间的距离(“b”)或(“c”)预先确定与和不与连接部连接的诸如带状电极(3a，…3k)的导电带在导电层上彼此相邻的周期性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器元件，其中所述带状电极(3a，…3k)的所述导电带以有规律的模式被周期性地彼此间隔开。
5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，其中所述第一和/或第二导电层具有在20nm与1μm之间的层厚。
6.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，其中所述连接部(6)与宽导电带、棒状电极一起位于第一导电层平面(2)中。
7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，其中不与导向插头(8)的所述连接部(5，6)位于一个平面中的所述导电带(2a，2b，2c，2d，3a…3k)经由导电垫(7a至7e)被连接以与所述连接部(5，6)接触。
8.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，所述传感器元件包括被形成的透明区域。
9.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，其中设置至少一个导电垫，所述导电垫位于所述传感器元件的所述透明区域的内部。
10.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，其中设置一个导电垫，所述导电垫位于所述传感器元件的所述透明区域的外部。
11.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，所述传感器元件包括能够通过支撑带(1)的印刷而被制造出的至少一个层。
12.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，所述传感器元件包括能够通过在连续工艺中的印刷而被制造出的至少一个层。
13.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，所述传感器元件包括能够在卷到卷工艺中被制造出的至少一个层。
14.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，所述传感器元件能够通过几个层的层叠而被制造出。
15.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，所述传感器元件能够通过借助绝缘粘接层(4)将第二导电层(3)层叠在第一导电层(2)上而被制造出。
16.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，特别地根据权利要求13，所述传感器元件能够通过借助以结构化方式施加的绝缘粘接层(4)将第二导电层(3)层叠在第一导电层(2)上而被制造出。
17.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，特别地根据权利要求14，所述传感器元件能够通过借助在所述第一导电层(2)和所述连接部(5，6)上的所述电极(2a，…2d)的上方以结构化方式施加的绝缘粘接层(4)以及借助以结构化方式在所述导电垫(7a…7e)的上方施加的导电粘接剂将第二导电层(3)层叠在第一导电层(2)上而被制造出。
18.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，其中所述第一导电带(2a至2d)在与所述第二导电带(3a至3k)的交叉点区域中具有不是导电区域的间隙(11)。
19.根据上述权利要求中任一项所述的传感器元件，其中所述间隙(11)适应于所述导电垫(7a至7e)处的尺寸。
20.一种用于通过连续工艺中的印刷来制造一层根据权利要求1至18中任一项所述的传感器元件的方法。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述印刷在所述卷到卷工艺中发生。
22.一种用于制造根据权利要求1至19中任一项所述的传感器元件的方法，所述方法包括将至少两个导电层中的一者层叠在另一者的顶部并且在所述至少两个导电层中间具有绝缘层。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述绝缘层为粘接层。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述导电层的未被绝缘粘接层覆盖的区域通过施加导电粘接剂而被连接。
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