-
Die Erfindung betrifft ein kapazitives Sensorelement mit einer Vielzahl von Sensorfeldern.
-
Die räumliche Position eines Eingabeelements, beispielsweise eines Fingers eines Bedieners, lässt sich mithilfe sogenannter Touchscreens erfassen. Hierbei sind zum einen resistive Touchscreens bekannt, bei denen das Eingabeelement die Oberfläche eines Touchscreens direkt berühren muss und der auf die Oberfläche ausgeübte Druck eine entsprechende Änderung des Widerstands im entsprechenden Touch-Sensorfeld bewirkt. Weiter sind kapazitive Touchscreens bekannt, die die Anwesenheit des Eingabeelements in der Nähe der Oberfläche des Touchscreens bereits dann erkennt, wenn noch keine Berührung stattgefunden hat. Bekannte kapazitive Touchscreens weisen zwei voneinander elektrisch isolierte Elektroden-Ebenen auf, wobei sich im Bereich eines Sensorfeldes eine obere und eine untere Elektrode überdecken. Die beiden überdeckenden Elektroden bilden einen Kondensator mit einer spezifischen elektrischen Kapazität aus. Durch die Anwesenheit des Eingabeelements wird die Kapazität des Kondensators verändert, sodass auf die Anwesenheit des Eingabeelements rückgeschlossen werden kann.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, ein verbessertes kapazitives Sensorelement bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird von einem kapazitiven Sensorelement mit einer Vielzahl von in einem ersten Bereich angeordneten Sensorfeldern gelöst, welches eine partiell ausgeformte erste elektrisch leitfähige Schicht aufweist, die in dem ersten Bereich m elektrisch leitfähige erste Elektrodensegmente aufweist, wobei m ≥ 2 ist, eine partiell ausgeformte zweite elektrisch leitfähige Schicht aufweist, die im ersten Bereich n elektrisch leitfähige Elektrodensegmente aufweist, wobei n ≥ 2 ist, und eine zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht angeordnete dielektrische Schicht aufweist, wobei sich bei Betrachtung senkrecht zu einer von der ersten elektrisch leitfähigen Schicht aufgespannten Ebene im Bereich jedes Sensor-Felds eines der ersten und eines der zweiten Elektrodensegmente überlappt und wobei die ersten und/oder die zweiten Elektrodensegmente im Bereich der Sensor-Felder jeweils in Form eines Leiterbahnmusters aus mindestens P in der ersten elektrisch leitfähigen Schicht bzw. zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgeformten Leiterbahn ausgebildet sind, wobei P ≥ 2 ist.
-
Damit ist zumindest eines der beiden Elektrodensegmente im Bereich der Sensorfelder nicht vollflächig ausgebildet, sondern in Form eines Leiterbahnmusters mit mehreren Leiterbahnen strukturiert. Untersuchungen haben gezeigt, dass durch eine derartige Ausgestaltung der Elektrodensegmente im Bereich eines Sensorfelds ein gegenüber vollflächig ausgebildeten Elektroden veränderter Feldlinienverlauf erzielt werden kann, bei dem sich die Feldlinien über die gesamte Breite des durch das Leiterbahnmuster strukturierten Elektrodensegments in den Raumbereich oberhalb bzw. unterhalb dieses Elektrodensegments erstrecken. Dies führt zu einer Verbesserung der Sensitivität des Sensorelements gegenüber Sensorelementen, welche vollflächig ausgeformte Elektrodenpaare verwenden.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Leiterbahnmuster von, gegenüber der Breite des jeweiligen Elektrodensegments schmalen und quasi 1-dimensionalen Leiterbahnen gebildet, deren elektrische Feldlinien gebogen verlaufen. Besonders bewährt hat sich hierbei der Einsatz von Leiterbahnen mit einer Breite von 1 μm bis 40 μm, bevorzugt von 5 μm bis 25 μm, weiter bevorzugt von 5 μm bis 15 μm. Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung derart schmaler Leiterbahnen die Sensitivität des Sensorelements weiter verbessert werden kann.
-
Vorzugsweise weisen die ersten und/oder zweiten Elektrodensegmente im Bereich jedes Sensorfeldes mehr als 4 und insbesondere mehr als 6 Leiterbahnen auf, vorzugsweise zwischen 4 und 16 Leiterbahnen auf. Die Verteilung der Leiterbahnen im Bereich des jeweiligen Sensorfeldes ist hierbei vorzugsweise so gewählt, dass die Breite des jeweiligen Elektrodensegments im Wesentlichen gleichmäßig mit den Leiterbahnen bedeckt ist. Durch die zumindest vier Leiterbahnen ist sichergestellt, dass auch bei elektrischer Unterbrechung einer der Leiterbahnen die elektrische Leitfähigkeit des jeweiligen Elektrodensegments weiterhin gegeben ist. Auf diese Art wird ein hohes Maß an Zuverlässigkeit des Sensorelements auch im Fall von Verschleiß sichergestellt. Die Ausbeute an funktionsfähigen Sensorelementen im Herstellungsprozess ist sehr hoch.
-
Vorzugsweise sind die Leiterbahnen des Leiterbahnmusters elektrisch parallel zueinander verschaltet.
-
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die im Bereich der Touchfelder vorgesehenen Leiterbahnmuster der ersten und/oder der zweiten Elektrodensegmente jeweils ein oder mehrere Kreuzungspunkte aufweisen, die jeweils zwei oder mehr der Leiterbahnen miteinander galvanisch verbinden. Durch solche, auch im Bereich der Touchfelder ausgebildeten Kreuzungspunkte und galvanischen Verbindungen der Leiterbahnen miteinander ist es möglich, die Ausschussrate bei der Herstellung des kapazitiven Sensorelements deutlich zu verringern und die Lebensdauer des kapazitiven Sensorelements deutlich zu erhöhen. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit deutlich verringert, dass die elektrisch Leitfähigkeit des jeweiligen Elektrodensegments beispielsweise durch Kratzer oder durch Fehler im Herstellungsprozess entstehende unvollständige Leiterbahnen etc. unterbrochen wird. Dies führt zu einem geringeren Ausschuss im Herstellungsprozess und ermöglicht die Herstellung von robusten und kostengünstigen Sensorelementen.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mindestens P der Leiterbahnen des Leiterbahnmusters gemäß einem 1- oder 2-dimensionalen Raster mit einem Leiterbahnabstand zwischen 10 μm und 5 mm, insbesondere zwischen 300 μm und 1 mm angeordnet. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Beabstandung der Leiterbahnen voneinander zwar eine Abschirmung eines Abtastsignals im Gigahertzbereich stattfindet, bei Verwendung eines Abtastsignals im Kilohertzbereich jedoch keine nennenswerten Abschirmungserscheinungen auftreten. Weiter haben Untersuchungen gezeigt, dass bei einer derartigen Ausgestaltung des Leiterbahnmusters eine hohe Sensitivität des Sensorelements in dem jeweiligen Sensorfeld über die gesamte Breite des durch das Leiterbahnmuster strukturierten Elektrodensegments erzielt werden kann. Weitere Vorteile werden somit bei Verwendung eines Abtastsignals im Kilohertzbereich, d. h. zwischen 1 und 100 kHz. Besonders vorteilhaft ist es so, wenn das kapazitive Sensorelement eine Treiberschaltung aufweist oder mit einer Treiberschaltung verwendet wird, welche ein Abtastsignal in diesem Frequenzbereich generiert.
-
Vorzugsweise sind zwei oder mehr erste der Leiterbahnen des Leiterbahnmusters im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und/oder verlaufen im Wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Elektrodensegments. Unter im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Leiterbahnen werden Leiterbahnen verstanden, deren Beabstandung innerhalb einer Schwankungsbreite von +/–25% konstant ist. Unter im Wesentlichen in Längsrichtung des jeweiligen Elektrodensegments verlaufenden Leiterbahnen werden Leiterbahnen verstanden, deren mittlere Längsachse um nicht mehr als 30° von der mittleren Längsachse des Elektrodensegments abweicht.
-
Es ist jedoch auch möglich, dass zwei oder mehr der ersten Leiterbahnen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, jedoch nicht in Längsrichtung des jeweiligen Elektrodensegments verlaufen.
-
Vorzugsweise weist das Leiterbahnmuster zwischen 4 und 16 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Leiterbahnen im jeweiligen Sensorfeld auf.
-
Das Leiterbahnmuster wird bevorzugt von einem Gittermuster gebildet, welches einander kreuzende Leiterbahnen aufweist. Im einfachsten Fall wird ein solches Gittermuster durch geradlinig verlaufende, einander kreuzende Leiterbahnen gebildet, beispielsweise durch zwei oder mehr erste, zueinander im Wesentlichen parallel angeordnete Leiterbahnen und mehrere zweite, parallel zueinander angeordnete Leiterbahnen, wobei die Längsachse der ersten und zweiten Leiterbahnen einen Winkelversatz zueinander aufweist und so ein Gittermuster generiert wird.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die ersten, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Leiterbahnen keinen geradlinigen Verlauf, sondern einen wellenlinienförmigen und insbesondere sinusförmigen Verlauf auf. Vorzugsweise ist die Periode der Wellenfunktion bzw. der Sinusfunktion, welche den Verlauf der ersten Leiterbahnen bestimmt, kleiner als die Breite und/oder die Länge des Touchfeldes gewählt und beträgt weiter bevorzugt zwischen 500 μm und 3000 μm, weiter bevorzugt zwischen 1000 μm und 1500 μm. Die Amplituden der Wellen- bzw. Sinusfunktion beträgt vorzugsweise zwischen 50 μm und 1000 μm, weiter bevorzugt zwischen 150 μm und 300 μm Es hat sich gezeigt, dass durch einen derartigen wellenförmigen Verlauf von im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Leiterbahnen eine besonders gleichmäßige Empfindlichkeit im Bereich der Sensorfelder erzielt werden kann.
-
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Leiterbahnmuster zwei oder mehr zweite Leiterbahnen auf, welche als Querstege ausgebildet sind. Diese Querstege verbinden bevorzugt zwei benachbarte erste Leiterbahnen miteinander, d. h. zwei benachbarte Leiterbahnen miteinander, welche im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt verbindet jeder Quersteg lediglich zwei Leiterbahnen. Die Querstege verbinden die beiden benachbarten ersten Leiterbahnen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen. Die Querstege verlaufen bevorzugt senkrecht zur Verlaufsrichtung der beiden benachbarten ersten Leiterbahnen. Durch eine derartige Anordnung von Leiterbahnen in dem Leiterbahnmuster wird zum Einen der bereits oben beschriebene Vorteil erzielt, den Ausschuss im Herstellungsprozess zu verringern und ein besonders robustes und kostengünstiges Sensorelement bereitzustellen. Im Weiteren wird hierdurch – insbesondere auch bei einer unregelmäßigen Anordnung der Querstege und der Verwendung von Querstegen, welche lediglich zwei benachbarte Leiterbahnen verbinden, der Vorteil erzielt, eine besonders gleichmäßige Sensorempfindlichkeit über den Bereich des jeweiligen Sensorfeldes zu erzielen.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind nicht nur die ersten Elektrodensegmente, sondern auch die zweiten Elektrodensegmente in Form des Leiterbahnmusters ausgebildet. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass räumliche Positionen des Eingabeelements unabhängig davon erfasst werden können, ob sich das Eingabeelement oberhalb oder unterhalb des Sensorelements befindet. Somit ist eine beidseitige Detektionsempfindlichkeit realisierbar. Bei einer derartigen Ausbildung der ersten und zweiten Elektrodensegmente ergeben sich weitere Vorteile bei der Verwendung des oben beschriebenen wellenlinienförmigen Verlaufs der ersten Leiterbahnen der Leiterbahnmuster, da sich hierdurch gegebenenfalls auftretende optische Moiré-Effekte zuverlässig vermeiden lassen. Auch durch die Verwendung der oben beschriebenen unregelmäßig angeordneten Querstege lässt sich ein ungestörter und homogener optischer Eindruck erzielen.
-
Weitere Vorteile ergeben sich bei der Erfindung dadurch, dass durch die Wahl der Beabstandung der Leiterbahnen der ersten und/oder zweiten Elektrodensegmente die Sensitivität und die Reichweite des Sensorelements in dem jeweiligen Sensorfeld beeinflussen lässt. Bevorzugt wird hierbei die Beabstandung der Leiterbahnen der ersten Leiterbahnen des Leiterbahnmusters im Bereich zwischen 10 μm bis 5 mm, bevorzugt zwischen 300 μm bis 1 mm gewählt. Durch Veränderung der Beabstandung der ersten Leiterbahnen innerhalb dieser Bereiche kann hierbei die Reichweite des Sensors gezielt verändert werden. Dieser Effekt kann vorzugsweise auch dazu ausgenutzt werden, die Sensitivität oder die Reichweite des Sensorelements durch entsprechend unterschiedliche Wahl der Gitter/Strukturabstände in den ersten und zweiten Elektrodensegmenten oberhalb des Sensorelements und unterhalb des Sensorelements unterschiedlich auszubilden oder in unterschiedlichen Sensorfeldern unterschiedlich auszubilden. Es ist so bevorzugt, im Bereich eines Sensorfeldes das erste Elektrodensegment und das zweite Elektrodensegment in Form von unterschiedlichen Leiterbahnmustern auszubilden, welche sich insbesondere in der Beabstandung der Leiterbahnen, insbesondere in der Beabstandung der ersten Leiterbahnen unterscheiden. Weiter ist es vorteilhaft, in zwei unterschiedlichen Sensorfeldern das erste und/oder zweite Elektrodensegment in Form von unterschiedlichen Leiterbahnmustern auszubilden, welche sich insbesondere in der Beabstandung der Leiterbahnen, insbesondere in der Beabstandung der ersten Leiterbahnen unterscheiden.
-
Weiter ist es jedoch auch möglich, dass die ersten und/oder die zweiten Elektrodensegmente jeweils im gesamten ersten Bereich ein einheitliches Leiterbahnmuster aufweisen, welches aus mindestens P in der ersten elektrisch leitfähigen Schicht bzw. in der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildeten Leiterbahnen gebildet ist.
-
Gemäß einer bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besitzen die ersten und/oder zweiten Elektrodensegmente im ersten Bereich jeweils eine streifenförmige Außenkontur. Unter streifenförmiger Außenkontur wird hierbei eine Außenkontur verstanden, deren Breite erheblich kleiner als deren Länge ist, insbesondere deren Breite um mindestens den Faktor 10 kleiner als deren Länge ist. Die Elektrodensegmente besitzen hierbei vorzugsweise eine Breite zwischen 500 μm und 15 mm.
-
Die Breite der ersten Elektrodensegmente unterscheidet sich von der Breite der zweiten Elektrodensegmente bevorzugt um nicht mehr als 50%, weiter bevorzugt um nicht mehr als 20%. Dann ist sichergestellt, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Elektrodensegmente allein durch ihre Breite zuverlässig vor einer unerwünschten elektrischen Unterbrechung durch Defekte, Kratzer und Verschleiß geschützt sind.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind benachbarte erste Elektrodensegmente im ersten Bereich voneinander galvanisch getrennt ausgebildet und zwischen 1 μm und 1 mm voneinander beabstandet angeordnet. Weiter sind bevorzugt auch benachbarte zweite Elektrodensegmente im ersten Bereich voneinander galvanische getrennt ausgebildet und zwischen 1 μm und 1 mm voneinander beabstandet angeordnet.
-
Die erste und zweite elektrisch leitfähige Schicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 20 nm und 1 μm auf. Bevorzugt ist die erste und/oder die zweite elektrisch leitfähige Schicht hierbei aus einem metallischen Material, vorzugsweise aus Silber oder Kupfer gebildet. Die Leiterbahnen des Leiterbahnmusters bestehen so bevorzugt aus einem metallischen Material. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste und/oder zweite elektrisch leitfähige Schicht aus einem transparenten leitfähigen Material, beispielsweise aus ITO besteht.
-
Vorzugsweise beträgt im Bereich der ersten und/oder zweiten Elektrodensegmente und/oder der Sensorfelder das Verhältnis der von den Leiterbahnen des Leiterbahnmusters belegte Fläche und der gesamten Fläche des jeweiligen Elektrodensegments bzw. Touchfeldes zwischen 1% und 15%.
-
Bevorzugt weist die dielektrische Schicht eine Schichtdicke zwischen 1 μm und 200 μm μm auf, weiter bevorzugt zwischen 5 μm und 100 μm μm. Die dielektrische Schicht besitzt vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante zwischen 2 und 4, weiter bevorzugt zwischen 2,5 und 3,5.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Sensorelement weiter ein Trägersubstrat auf, welches zumindest im ersten Bereich transparent ausgebildet ist. Bei dem Trägersubstrat handelt es sich bevorzugt um eine Kunststoff-Folie, beispielsweise eine PET-Folie mit einer Schichtdicke zwischen 18 μm und 450 μm.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Sensorelement als Touchscreen-Sensorelement ausgebildet, welches im ersten Bereich für das menschliche Auge transparent ausgebildet ist. In diesem Fall besteht die dielektrische Schicht aus einem dielektrischen Material, welches in dem für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich transparent ist. Weiter ist in diesem Fall das erste und zweite Elektrodensegment für das menschliche Auge transparent ausgebildet, was zum Einen durch die Verwendung eines entsprechenden transparenten elektrisch leitfähigen Materials für die erste oder zweite elektrisch leitfähige Schicht und/oder durch eine entsprechende Wahl der Breite der Leiterbahnen der Leiterbahnmuster realisiert werden kann, derart dass diese unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges liegt und insbesondere eine Breite von weniger als 50 μm, bevorzugt von weniger als 25 μm aufweisen.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
-
1a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Sensorelement.
-
1b zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Sensorelements nach 1a.
-
2a zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer ersten Elektrodenschicht mit zwei Elektrodensegmenten.
-
2b zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer zweiten Elektrodenschicht mit zwei Elektrodensegmenten.
-
2c zeigt eine schematische Darstellung einer Überlagerung der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht nach 2a bzw. 2b.
-
3a zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer ersten elektrischen leitfähigen Schicht mit zwei Elektrodensegmenten.
-
3b zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht mit zwei Elektrodensegmenten.
-
3c zeigt eine schematische Darstellung einer Überlagerung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht nach 3a bzw. 3b.
-
4a zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht mit zwei Elektrodensegmenten.
-
4b zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht mit zwei Elektrodensegmenten.
-
4c zeigt eine schematische Darstellung einer Überlagerung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht nach 4a bzw. 4b.
-
1a und 1b zeigen den Aufbau eines kapazitiven Sensorelements 1.
-
Das kapazitives Sensorelement 1 weist eine Trägerschicht 10, eine erste elektrisch leitfähige Schicht 11, eine dielektrisch Schicht 13 und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 12 auf.
-
Bei der Trägerschicht 10 handelt es sich vorzugsweise um eine Kunststofffolie, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 14 μm und 450 μm. Bei der Kunststofffolie handelt es sich beispielsweise um eine PET- oder BOPP-Folie.
-
Weiter ist es auch möglich, dass die Trägerschicht 10 aus einem starren Material, beispielsweise einer Glasscheibe besteht. Weiter ist es auch möglich, dass die Trägerschicht 10 aus mehreren Schichten aufgebaut ist. Vorzugsweise ist die Trägerschicht 10 in dem für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich transparent ausgebildet und besteht so beispielsweise aus einem Material, welches in diesem Wellenlängenbereich transparent ist.
-
Die elektrisch leitfähigen Schichten 11 und 12 sind nicht vollflächig ausgeformt, sondern, wie weiter unten beschrieben lediglich partiell vorgesehen. Die elektrisch leitfähigen Schichten 11 und 12 bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material, beispielsweise Silber, Gold oder Kupfer. Bei dem metallischen Material kann es sich auch um eine Legierung handeln. Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schichten 11 und 12 beträgt vorzugsweise zwischen 40 nm und 1 μm. Weiter ist es auch möglich, dass die elektrisch leitfähigen Schichten 11 und 12 aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus ITO bestehen.
-
Die elektrisch leitfähigen Schichten 11 und 12 werden vorzugsweise vollflächig auf die jeweils darunterliegende Schicht, beispielsweise die Trägerschicht 10 oder die dielektrische Schicht 13, aufgebracht und anschließend mittels eines Strukturierungsverfahrens strukturiert. Dies kann beispielsweise durch Positiv-/Negativätzen, durch Ablation, beispielsweise mechanisch oder mittels eines Lasers, oder durch ein Waschverfahren erfolgen.
-
Die dielektrische Schicht 13 weist vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 1 μm und 200 μm, weiter bevorzugt zwischen 5 μm und 100 μm auf. Die dielektrische Schicht 13 weist bevorzugt eine Dielektrizitätskonstante zwischen 2 und 4, weiter bevorzugt zwischen 2,5 und 3,5 auf. Die dielektrische Schicht 13 besteht weiter vorzugsweise aus einem Material, welches in dem für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich transparent ist.
-
Die dielektrische Schicht 13 besteht beispielsweise aus einer transparenten Kunststofffolie, insbesondere aus ... oder aus einem Lack, welcher im Tiefdruck, Siebdruck oder Offsetdruck aufgebracht wird.
-
Wie in 1a gezeigt, ist die elektrisch leitfähige Schicht 11 in einem Bereich 2 des Sensorelements 1 so ausgeformt, dass sie m Elektrodensegmente 6 ausbildet. In dem Ausführungsbeispiel nach 1a ist m = 4 ausgebildet, sodass die elektrisch leitfähige Schicht 11 im Bereich 2 in Form von vier Elektrodensegmenten 6 ausgeformt ist.
-
Wie in 1a gezeigt, ist die elektrisch leitfähige Schicht 12 in dem Bereich 2 in Form von n Elektrodensegmenten 7 ausgeformt. In dem Ausführungsbeispiel nach 1a ist n = 4 gewählt, sodass die elektrisch leitfähige Schicht 12 im Bereich 2 in Form von vier Elektrodensegmenten 7 vorliegt.
-
Die elektrisch leitfähigen Schichten 11 und 12 weisen außerhalb des Bereichs 2 vorzugsweise elektrische Verbindungsleitungen auf, mittels denen die Elektrodensegmente 6 bzw. 7 beispielsweise mit einem Kontaktverbinder oder mit einer Treiberschaltung elektrisch leitend verbunden sind.
-
Bei Betrachtung in einer Betrachtungsrichtung 21, welche senkrecht auf der von der ersten oder zweiten elektrisch leitfähigen Schicht aufgespannten Ebenen steht, überlappen sich jeweils Teilbereiche der Elektrodensegmente 6 und 7 und stellen in dem jeweiligen Überlappungsbereich ein Sensorfeld 5 bereit. Von dem Sensorelement 1 werden so in dem Bereich 2 n × m Sensorfelder 5, d. h. 16 Sensorfelder 5 bereitgestellt.
-
Die Elektrodensegmente 6 und 7 weisen bevorzugt eine Breite 22 bzw. 24 zwischen 500 μm und 15 mm, weiter bevorzugt zwischen 3 mm und 10 mm auf. Der Abstand 23 zwischen zwei benachbarten Elektrodensegmenten 6 und/oder der Abstand 25 zwischen zwei benachbarten Elektrodensegmenten 7 beträgt vorzugsweise zwischen 1 μm und 1 mm, bevorzugt zwischen 10 μm und 40 μm.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach 1a und 1b sind die Elektrodensegmente 6 und 7 im ersten Bereich nicht vollflächig ausgebildet, sondern im Bereich jedes Sensorfeldes 5 jeweils in Form eines Leiterbahnmusters 60 bzw. 70 aus mindestens P in der elektrisch leitfähigen Schicht 11 bzw. elektrisch leitfähigen Schicht 12 ausgeformten Leiterbahnen ausgebildet, wobei P ≥ 2 ist. Dadurch, dass die Elektrodensegmente 6 und 7 nicht vollflächig vorliegen, sondern vorzugsweise aus einer Vielzahl voneinander beabstandeter, sehr schmaler Leiterbahnen gebildet werden, erstrecken sich die Feldlinien 3 über die gesamte Breite der Elektrodensegmente 6 bzw. 7 in den Raum oberhalb und unterhalb des jeweiligen Sensorfeldes 5, wie dies in 1b gezeigt ist. Im Gegensatz zu einem Sensorelement, welches nach Art eines Platten-Kondensators aufgebaut ist, bei dem die Feldlinien hauptsächlich zwischen den beiden Platten verlaufen und lediglich nur zum geringeren Teil in den Randbereichen der Platten sich in den oberhalb des Platten-Kondensators angeordneten Raum erstrecken, verlaufen aufgrund der wie oben beschriebenen Strukturierung der Elektrodensegmente 6 und 7 Feldlinien auch in dem Raum oberhalb bzw. unterhalb des zentralen Bereichs der Elektrodensegmente. Die Feldlinien können insbesondere auch die Trägerschicht 10 durchdringen, so dass eine Erfassung eines Eingabeelements 4 auch dann möglich ist, wenn sich dieses auf der der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 11 abgewandten Seite der Trägerschicht 10 befindet. Hierdurch wird es möglich, die Breite 22 und 24 der Elektrodensegmente 6 bzw. 7 relativ breit im Verhältnis zur Beabstandung 23 bzw. 25 der Elektrodensegmente 6 bzw. 7 zu wählen und die Sensitivität des Sensorelements so auch entsprechend zu verbessern, wie oben erläutert.
-
Weiter ist es auch möglich, dass lediglich die Elektrodensegmente 6 oder lediglich die Elektrodensegmente 7 wie oben beschrieben im Bereich der Sensorfelder 5 in Form der Leiterbahnmuster 60 und 70 ausgebildet sind und das andere Elektrodensegment, d. h. das Elektrodensegment 7 bzw. das Elektrodensegment 6, vollflächig ausgebildet ist, d. h. die elektrisch leitfähige Schicht 12 bzw. 11 im Bereich des Elektrodensegments 7 bzw. 6 vollflächig ausgebildet ist. In diesem Fall erstrecken sich die Feldlinien lediglich in dem oberhalb bzw. unterhalb des Sensorelements angeordneten Raum, sodass die räumliche Position des Eingabeelements 4 lediglich oberhalb bzw. unterhalb des Sensorelements erfassbar ist.
-
Wie bereits oben dargelegt, kann die Sensitivität des Sensorelements 1 in dem jeweiligen Sensorfeld 5 bzw. die Sensitivität des Sensorelements 1 im Bereich der Oberseite bzw. Unterseite des Sensorelements 1 durch die Beabstandung der Leiterbahnen der Leiterbahnmuster 60 und 70 verändert und festgelegt werden.
-
Besonders hat es sich hier weiter bewährt, wenn die Breite der Leiterbahnen des Leiterbahnmusters zwischen 1 μm und 40 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 25 μm gewählt ist und der Abstand der Leiterbahnen des Leiterbahnmusters zwischen 10 μm und 5 mm, bevorzugt zwischen 300 μm und 1 mm gewählt ist.
-
Mögliche, vorteilhafte Ausgestaltungen der Leiterbahnmuster 60 bzw. 70 der Elektrodensegmente 6 und 7 werden nun im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren 2a bis 4c erläutert.
-
2a zeigt einen Ausschnitt der elektrisch leitfähigen Schicht 11 mit zwei Elektrodensegmenten 6.
-
Die Elektrodensegmente 6 weisen zum Einen jeweils sechs Leiterbahnen 61 auf, welche einen wellenlinienförmigen Verlauf besitzen und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die Breite der Leiterbahnen 61 beträgt hierbei vorzugsweise zwischen 5 μm und 25 μm. Die Leiterbahnen 61 sind vorzugsweise gemäß einem regelmäßigen 1-dimensionalen Raster angeordnet und benachbarte Leiterbahnen 61 weisen zueinander einen im Wesentlichen konstanten Leiterbahnabstand vorzugsweise im Bereich zwischen 10 μm und 5 mm, weiter bevorzugt zwischen 300 μm und 1 mm auf. Weiter sind jeweils zwei der benachbarten Leiterbahnen 61 mittels Leiterbahnen 62 miteinander verbunden, welche als Querstege zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen 61 ausgebildet sind. Wie in 2a angedeutet, werden durch die Leiterbahnen 62 die beiden benachbarten Leiterbahnen 61 in unregelmäßigen Abständen miteinander elektrisch leitend verbunden. An den Schnittstellen der Leiterbahnen 61 und 62 sind weiter jeweils Kreuzungspunkte 65 ausgebildet, an denen sich diese Leiterbahnen schneiden und so diese Leiterbahnen miteinander galvanisch verbunden sind.
-
Weiter sind in einem Bereich des Sensorelements 1 außerhalb des Bereichs 2 noch Leiterbahnen 64 vorgesehen, welche die Leiterbahnen 61 miteinander kontaktieren und so damit dafür sorgen, dass die Leiterbahnen 61 miteinander parallel elektrisch verbunden sind. Die Leiterbahnen 64 befinden sich hierbei außerhalb der Sensorfelder 5 und besitzen vorzugsweise eine um mindestens den Faktor 10 breitere Leiterbahnbreite als die Leiterbahnen 61. Weiter sind noch Blindstrukturen 63 vorgesehen, welche mit keinem der Elektrodensegmente 6 elektrisch leitend verbunden sind. Durch sie lässt sich ein homogener optischer Eindruck erzielen, so dass insbesondere Spaltbereiche zwischen benachbarten Elektrodensegmenten 6 bzw. 7 für das menschliche Auge nicht auffällig in Erscheinung treten. Bei Einsatz des kapazitiven Sensorelements 1 in einem Touchscreen ergibt sich auf diese Art eine hohe Akzeptanz durch eine Bedienperson und eine sehr gute Bedienbarkeit.
-
Die Elektrodensegmente 6 bestehen so jeweils aus mehreren Leiterbahnen 61, welche miteinander durch die Leiterbahnen 62 und die Leiterbahnen 64 verbunden sind. In den Bereichen der Sensorfelder 5 werden die Elektrodensegmente von einem Leiterbahnmuster 60 gebildet, welches, wie in 2a gezeigt, von den Leiterbahnen 61 und 62 gebildet ist. Die Elektrodensegmente 6 sind galvanisch voneinander getrennt und in dem Abstand 23 voneinander beabstandet angeordnet. Die Breite der Elektrodensegmente 6 wird, wie dies in 2 angedeutet ist, durch den Abstand der Außenkontur des jeweiligen Elektrodensegments 6 bestimmt, d. h. durch die Beabstandung der jeweils äußeren Kante der äußersten Leiterbahnen des jeweiligen Elektrodensegments 6 bestimmt, welche die Außenkontur des Elektrodensegments 6 bilden. Die Beabstandung 23 der Elektrodensegmente 6 voneinander wird ebenso durch die Beabstandung der Außenkontur der Elektrodensegmente 6 voneinander bestimmt, wie dies auch in 2b angedeutet ist.
-
2b zeigt die entsprechende Ausgestaltung der Elektrodensegmente 7, welche ebenfalls von zueinander im Wesentlichen parallel angeordneten, wellenlinienförmig verlaufenden Leiterbahnen 71, Querstege ausbildende Leiterbahnen 72 und einer Querverbindung ausbildende Leiterbahn 74 gebildet werden. Weiter zeigt 2b auch Kreuzungspunkte 75 zwischen Leiterbahnen 71 und 72 und zeigt auch zwischen den Leiterbahnen 71 angeordnete Blindstrukturen 73. Die Elektrodensegmente 7 werden im Bereich der Sensorfelder 5 von einem Leiterbahnmuster 70 aus den Leiterbahnen 71 und 72 gebildet. Bezüglich der Ausgestaltung der Leiterbahnen 71, 72 und 74 wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zu den Leiterbahnen 61, 62 und 64 nach 2b verwiesen.
-
Die Elektrodensegmente 6 sind bei dieser Ausführungsform in dem gesamten Bereich 2 gemäß dem in 2a gezeigten Leiterbahnmuster 60 und die Elektrodensegmente 7 gemäß dem in 2b gezeigten Leiterbahnmuster 70 ausgebildet. In jedem der Sensorfelder 5 ist das Elektrodensegment 6 weiter gemäß dem Leiterbahnmuster 60 mit mehreren Leiterbahnen 61 und mehreren Leiterbahnen 62 ausgebildet. In jedem der Sensorfelder 5 ist weiter das Elektrodensegment 7 in Form des Leiterbahnmusters 70 mit mehreren Leiterbahnen 71 und mehreren Leiterbahnen 72 ausgebildet.
-
2c zeigt nun die Überlagerung zweier Elektrodensegmente 6 und zweier Elektrodensegmente 7 und damit die entsprechende Anordnung der Leiterbahnen der Leiterbahnmuster 60 und 70 im Bereich von vier Touch-Sensorfeldern 5. Wie in 2c gezeigt, verlaufen hierbei die Leiterbahnen 61 und 71 im Wesentlichen in Längsrichtung der jeweiligen Elektrodensegmente 6 bzw. 7, sodass sich das in 2c gezeigte Überlappungs-Muster ausbildet. Das Überlappungsmuster ist frei von Moiré-Effekten.
-
3a bis 3c zeigen weitere Ausführungsformen der Leiterbahnmuster 60 und 70, gemäß denen die Elektrodensegmente 6 bzw. 7 ausgebildet sind. Die Leiterbahnmuster 60 und 70 gemäß 3a bis 3c unterscheiden sich von den Leiterbahnmustern 60 und 70 gemäß 2a bis 2c lediglich dadurch, dass die Leiterbahnen 62 und 72, welche als Querstege ausgebildet sind, durch Leiterbahnen 66 bzw. 76 ersetzt sind. Die Leiterbahnen 66 und 76 sind hierbei nicht mehr im 90°-Winkel quer zu den Leiterbahnen 61 bzw. 71 orientiert, sondern sind zur mittleren Längsrichtung dieser Leiterbahnen in einem Winkel zwischen 80° und 10° orientiert. Hierdurch wird der Vorteil erwirkt, dass durch die Querstege die vollständige Abdeckung einzelner Bildpixel eines darunterliegenden Display-Elements weitgehend vermieden wird.
-
Im Übrigen wird auf die Ausführungen nach 2a bis 2c verwiesen.
-
Die Leiterbahnmuster 60 und 70 des Ausführungsbeispiels nach 4a bis 4c entspricht dem Leiterbahnmuster 60 bzw. 70 nach 2a bis 2c mit dem Unterschied, dass die Leiterbahnen 62 bzw. 72 durch Leiterbahnen 68 bzw. 78 ersetzt sind. Die Leiterbahnen 68 sind hierbei ebenfalls wellenlinienförmig oder gebogen ausgebildet und bilden jeweils Querstege, die zwei oder drei benachbarte Leiterbahnen 61 bzw. 71 elektrisch miteinander kontaktieren. Durch eine derartige Ausgestaltung der Querstege wird der bereits anhand der Figuren 3a bis 3c erläuterte Vorteil bewirkt sowie zusätzlich die Ausbildung von optischen Störeffekten weiter vermindert.
-
Im Übrigen wird auch bezüglich der Ausgestaltung der Elektrodensegmente 6 und 7 nach 4a bis 4c auf die diesbezüglichen Ausführungen nach 2a bis 2c verwiesen.
-
Mittels der Erfindung ist es erstmals möglich, einen kapazitiven, zweilagigen Touchscreen mit im Wesentlichen gleichartigen Elektrodensegmenten 6 und 7 in den elektrisch leitfähigen Schichten 11 bzw. 12 zu realisieren, deren Breite 22 bzw. 24 erheblich größer als ihr jeweiliger Abstand 23 bzw. 25 ist. Würden alle Elektrodensegmente 6 und 7 durch ein vollflächig ausgebildetes, leitfähiges Material realisiert, wäre aufgrund der Begrenzung der Feldlinien 3 auf den Raumbereich zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 11 bzw. 12 eine kapazitive Erfassung des Eingabeelements 4 nicht möglich. Wäre dagegen beispielsweise der Abstand 25 größer oder in etwa gleich der Breite 24 der vollflächig ausgebildeten Elektrodensegmente 7 (bei gleichzeitiger Beibehaltung der Geometrie der Elektrodensegmente 6, so dass deren Breite 22 erheblich größer als deren Abstand 23 ist), ließe sich zwar ein zweilagiger, kapazitiver Touchscreen realisieren; die Ausfallwahrscheinlichkeit der Elektrodensegmente 7 durch galvanische Kappungen aufgrund sich über die geringe Breite 24 erstreckende Unterbrechungen der leitfähigen Schicht wäre dagegen so hoch, dass eine praktische Herstellbarkeit eines solchen Touchscreens nicht mehr gegeben wäre. Dadurch, dass das kapazitive Sensorelement 1 mit Elektrodensegmenten 6 und 7 ausgebildet wird, welche zumindest teilweise ein Leiterbahnmuster 60 bzw. 70 aufweisen, wird dagegen sichergestellt, dass eine kapazitive Erfassung des Eingabeelements 4 auch im Falle breiter Elektrodensegmente 6 bzw. 7 (und damit geringer Wahrscheinlichkeit für eine galvanische Unterbrechung des jeweiligen Elektrodensegments) möglich ist.
