DE102012112112B4

DE102012112112B4 - Mehrschichtkörper

Info

Publication number: DE102012112112B4
Application number: DE102012112112.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ullmann; Jürgen Krumm; Mathias Maul; Tobias Menger
Original assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: DE102012112112A1

Abstract

Mehrschichtkörper (1) mit einer Trägerschicht (300) und auf der Trägerschicht (300) zumindest einer Leitungsschicht (31) mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen (40), wobei der Mehrschichtkörper (1) einen ersten Bereich (10, 41) und einen zweiten Bereich (20, 42) aufweist, wobei sowohl in dem ersten Bereich (10, 41) als auch in dem zweiten Bereich (20, 42) jeweils Leiterbahnen (40) dadurch galvanisch miteinander gekoppelt sind, dass sie in einer Anordnung bereitgestellt sind, in welcher die Leiterbahnen (40) jeweils eine oder mehrere andere Leiterbahnen (40) berühren, und wobei die beiden Bereiche durch einen dritten Bereich (30) voneinander galvanisch getrennt sind, und wobei in dem dritten Bereich (30) die Leiterbahnen (40) fortgeführt sind, wobei aus den Leiterbahnen (40) derart Abschnitte (71) ausgespart sind, dass Trennungsstellen gebildet sind, und wobei die ausgesparten Abschnitte (71) durch an oder neben den Trennungsstellen angeordnete, insbesondere leitfähige Ersatzstücke (405, 407, 408, 409) ersetzt sind, welche so angeordnet sind, dass eine durch das Aussparen bewirkte galvanische Trennung des ersten und des zweiten Bereichs (10, 20; 41, 42) aufrecht erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (71) an Kreuzungspunkten der Leiterbahnen (40) bereitgestellt sind und die Ersatzstücke (405; 407; 408; 409) an jeweils zumindest einem Leiterbahnpaar (406) angesetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtkörper mit einer Trägerschicht und zumindest einer auf der Trägerschicht angeordneten Leitungsschicht, wobei die Leitungsschicht vorliegend elektrisch leitfähige Bahnen („Leiterbahnen“) aufweisen soll. Ein solcher Mehrschichtkörper kann insbesondere zur Bereitstellung einer Tastfeldfunktionalität eingesetzt werden. Er kann auch als Heizeinrichtung genutzt werden.
Bei einem Tastfeld umfasst ein gesamter Feldbereich eine Mehrzahl von Teilbereichen, nämlich einzelnen Flächenbereichen, in denen jeweils eine Messeinrichtung vorgesehen ist, um ein Berühren oder zumindest Sichannähern eines Tastgegenstandes wie beispielsweise eines Fingers zu erfassen. Insbesondere bei einer kapazitiv arbeitenden Tastfeldvorrichtung werden die einzelnen Tastfelder durch zwei zusammenwirkende Flächenbereiche gebildet. Damit sie kapazitiv oder über ein elektromagnetisches Wechselfeld zusammenwirken können, müssen diese Flächenbereiche galvanisch voneinander getrennt sein. Die Leiterbahnen (also die elektrisch leitfähigen Elemente) des einen Flächenbereichs wirken auskoppelnd, entweder kapazitiv oder über ein elektromagnetisches Feld, und die entsprechenden Leiterbahnen des anderen Flächenbereichs wirken einkoppelnd, und somit kann von dem einen Flächenbereich in den anderen Flächenbereich eine Kopplung erfolgen. Insbesondere wirkt der eine Flächenbereich als Sendebereich, d. h. ist zum Einsatz als ein ein elektromagnetisches Feld aussendender Bereich vorgesehen, und der andere Flächenbereich wirkt dann als Empfangsbereich, empfängt also das elektromagnetische Feld.
Es hat sich für Tastfelder bewährt, wenn die Leiterbahnen eine (insbesondere gleichmäßige) Breite aus dem Intervall von 1 µm und bis 300 µm aufweisen, bevorzugt aus dem Intervall von 5 µm bis 50 µm aufweisen. Solche Leiterbahnen sind dann für das menschliche Auge ohne Hilfsmittel nicht auflösbar und vermindern lediglich geringfügig die Transparenz des Mehrschichtkörpers (etwa bei stark transparenter Trägerschicht), gegebenenfalls können sie auch leicht reflektieren (z. B. wenn sie aus einem stark reflektierenden Metall wie etwa Silber und dergleichen ausgebildet sind).
Diese Verminderung der Transparenz oder leichte reflektierende Eigenschaft fällt jedoch üblicherweise wenig auf. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Leiterbahnen in einer Anordnung bereitgestellt sind, in welcher sie jeweils eine oder mehrere andere Leiterbahnen berühren, sodass die Anordnung ein regelmäßiges Muster aufweist; oder alternativ, wenn die Anordnung durch eine, insbesondere stochastische, Variation eines zu einem regelmäßigen Muster definierten Parameters (wie etwa Abstand oder Winkel) aus einem regelmäßigen Muster hervorgeht.
Ein Problem in der Bereitstellung der galvanischen Trennung zwischen unterschiedlichen derart durch Bereitstellung eines Musters von Leiterbahnen definierte Bereiche besteht darin, dass in der zumindest einen Leitungsschicht und damit in dem Mehrschichtkörper in einzelnen Flächenbereichen Aussparungen vorgesehen werden müssen. Gerade bei einer kapazitiven Kopplung zwischen einzelnen Arten von Tastfeldbereichen muss die Lücke relativ groß sein. Man kann sich hier damit behelfen, auch die Lücke durch Leiterbahnen in demselben Muster auszufüllen; aber auch dann werden für einen Betrachter die für die galvanische Entkopplung notwendigen Trennungsstellen als solches sichtbar.
Dieselbe Problematik besteht auch bei Heizelementen mit oder aus einem Mehrschichtkörper mit den genannten Eigenschaften: Auch dort kann es erwünscht sein, dass die eigentlichen elektrischen Leitungen nicht sichtbar sind und in Form von Leiterbahnen mit den oben genannten Abmessungen ihrer Breite vorgesehen sind. Auch bei solchen für Heizelemente genutzten Leiterbahnmustern muss es notwendigerweise eine galvanische Trennung von unterschiedlichen Bereichen geben, die aber für den Betrachter nicht sichtbar sein soll.
Aus der DE 10 2010 043 055 A1 ist ein Mehrschichtkörper mit einer Trägerschicht und auf der Trägerschicht zumindest einer Leitungsschicht mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 bekannt.
Aus der DE 10 2009 014 757 A1 ist ein eine elektrische Funktionsschicht mit verbundenen Leiterstrukturen bekannt.
Aus der WO 2011 / 062 301 A1 ist ein Mehrschichtkörper mit einer elektrischen Funktionsschicht bekannt, wobei die Leiterbahnen in Gittern angeordnet sind und die einen dritten Bereich zeigt, der eine galvanische Trennung bewirkt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrschichtkörper mit einer Trägerschicht und auf der Trägerschicht zumindest einer Leitungsschicht mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen bereitzustellen, der über mehrere, galvanisch voneinander getrennte Bereiche hinweg eine derart gleichmäßige Transparenz aufweist und/oder derart gleichmäßig reflektiert, dass die galvanischen Trennungsstellen den optischen Eindruck möglichst wenig beeinträchtigen, insbesondere dass ein menschlicher Betrachter den Mehrschichtkörper als im Wesentlichen homogen ausgebildet ansieht, obwohl die galvanischen Trennungsstellen vorhanden sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Mehrschichtkörper mit einer Trägerschicht und auf der Trägerschicht zumindest einer Leitungsschicht mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen, wobei der Mehrschichtkörper einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei sowohl in dem ersten Bereich als auch in dem zweiten Bereich jeweils Leiterbahnen dadurch galvanisch miteinander gekoppelt sind, dass sie in einer Anordnung bereitgestellt sind, in welcher die Leiterbahnen jeweils eine oder mehrere andere Leiterbahnen berühren, und wobei die beiden Bereiche durch einen dritten Bereich voneinander galvanisch getrennt sind, und wobei in dem dritten Bereich die Leiterbahnen fortgeführt sind, wobei aus den Leiterbahnen derart Abschnitte ausgespart sind, dass Trennungsstellen gebildet sind, und wobei die ausgesparten Abschnitte durch an oder neben den Trennungsstellen angeordnete, insbesondere leitfähige Ersatzstücke ersetzt sind, welche so angeordnet sind, dass eine durch das Aussparen bewirkte galvanische Trennung des ersten und des zweiten Bereichs aufrecht erhalten bleibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussparungen an Kreuzungspunkten der Leiterbahnen bereitgestellt sind und die Ersatzstücke an jeweils zumindest einem Leiterbahnpaar angesetzt sind.
Durch das Bereitstellen der Ersatzstücke fällt somit nicht einfach Material für eine Leiterbahn jeweils im Bereich eines ausgesparten Abschnittes weg. Wegen des Vorhandenseins der Ersatzstücke ist es möglich, die Folgen des Wegfalls der ausgesparten Abschnitte zumindest teilweise auszugleichen, um den optischen Eindruck, den der Mehrschichtkörper auf einen Betrachter macht, im Sinne einer Vergleichmäßigung der Wirkung (hinsichtlich Transparenz bzw. Transmission und/oder hinsichtlich der reflektierenden Eigenschaft) zu verbessern.
Bevorzugt sind die Leiterbahnen in dem ersten und dem zweiten Bereich derart angeordnet, dass die Anordnung ein Muster aufweist. Dieses Muster kann insbesondere ein regelmäßiges Muster sein oder durch eine (beispielsweise stochastische) Variation eines zu einem solchen regelmäßigen Muster definierten Parameters aus diesem regelmäßigen Muster hervorgehen. Aufgrund einer geeigneten Ausgestaltung eines solchen Musters kann für eine gleichmäßige mittlere Belegung des Mehrschichtkörpers mit Leiterbahnen gesorgt werden, sodass der visuelle Eindruck homogen ist. Die mittlere Belegung kann insbesondere über Flächeneinheiten definiert sein, die in einer Erstreckungsrichtung zwischen 10 und 300 µm, bevorzugt zwischen 20 und 80 µm lang sind.
Bei der Gestaltung des Musters in einem Layoutprogramm ist es vorteilhaft, wenn in beiden Bereichen dasselbe Muster zugrunde liegt, wobei dann dieses selbe Muster in dem dritten Bereich fortgeführt ist.
Diese bevorzugte Ausführungsform lässt sich angeben als ein Mehrschichtkörper mit einer Trägerschicht und auf der Trägerschicht zumindest einer Leitungsschicht mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen, wobei der Mehrschichtkörper einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei sowohl in dem ersten Bereich als auch in dem zweiten Bereich jeweils Leiterbahnen dadurch galvanisch miteinander gekoppelt sind, dass sie in einer Anordnung bereitgestellt sind, in welcher die Leiterbahnen jeweils eine oder mehrere andere Leiterbahnen berühren, sodass die Anordnung ein regelmäßiges Muster aufweist oder durch eine (insbesondere stochastische) Variation eines zu einem regelmäßigen Muster definierten Parameters (Abstand zwischen zwei Leiterbahnen oder Winkel zwischen zwei Leiterbahnen) aus einem regelmäßigen Muster hervorgeht, wobei in beiden Bereichen dasselbe Muster zugrunde liegt, und wobei die beiden Bereiche durch einen dritten Bereich (eine Art Übergangsbereich) voneinander galvanisch getrennt sind, und wobei in dem dritten Bereich die Leiterbahnen derart angeordnet sind, dass das in den ersten und zweiten Bereichen zugrunde liegende Muster fortgeführt ist (oder wenigstens an sich fortgeführt ist), aber aus dem Muster derart Abschnitte ausgespart sind, dass Trennungsstellen in zumindest einer Leiterbahn gebildet sind, und wobei die ausgesparten Abschnitte durch an oder neben den Trennungsstellen angeordnete leitfähige Ersatzstücke ersetzt sind, welche so angeordnet sind, dass eine durch das Aussparen der Abschnitte bewirkte galvanische Trennung des ersten und des zweiten Bereichs aufrecht erhalten bleibt.
Die Abmessungen der einzelnen Komponenten hängen naturgemäß von dem Verwendungszweck des Mehrschichtkörpers ab; dies insbesondere davon, aus welcher Entfernung der Mehrschichtkörper im Gebrauch betrachtet wird: Wird der Mehrschichtkörper für eine Tastfeldfunktionalität in einem Mobilfunktelefon (etwa Smartphone) eingesetzt, dann beträgt der Abstand zum Betrachterauge ca. 80 cm. Wird der Mehrschichtkörper als Heizelement an einer Zimmerwand eingesetzt, beträgt der typische Betrachtungsabstand gegebenenfalls mehrere Meter.
Vorteilhaft ist es allerdings, wenn die Leiterbahnen auch schon bei Nahbetrachtung nicht als solche paarweise voneinander unterschieden werden können; dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Leiterbahnen eine, insbesondere gleichmäßige, Breite von zwischen 1 µm und 300 µm, bevorzugt von zwischen 5 µm und 50 µm aufweisen, und wenn die Ersatzstücke um höchstens das Dreifache, besonders um höchstens das Zweifache dieser Breite von den Leiterbahnen beabstandet sind.
Die Wirkung einer Vergleichmäßigung hinsichtlich der Transparenz/Transmission oder hinsichtlich des Anteils des reflektierten Lichts wird bei folgender Maßnahme erzielt: Die Ersatzstücke werden so nahe an den Trennungsstellen angeordnet, dass eine mittlere Belegung der Trägerschicht mit Material in der zumindest einen Leitungsschicht (also insbesondere mit elektrisch leitfähigem Material) über die ersten, dritten und zweiten Bereiche hinweg nicht mehr als um 15 %, bevorzugt nicht mehr als um 10 % und besonders bevorzugt nicht mehr als um 5 % schwankt. Die mittlere Belegung wird hierbei jeweils zu Flächeneinheiten (Einheitsquadraten oder Kreisen) mit einer Abmessung von zwischen 10 und 300 µm, bevorzugt von zwischen 20 und 80 µm in einer Erstreckungsrichtung ermittelt (die Abmessung wäre dann die Seitenlänge eines Quadrats bzw. der Durchmesser eines Kreises). Wenn das Material in der zumindest einen Leitungsschicht homogen ist, schwankt damit die Transparenz auch nicht mehr als um die genannten Prozentsätze. Sind die Ersatzstücke aus dem selben Material gebildet wie die Leiterbahnen (was herstellungstechnisch besonders einfach zu realisieren ist), schwankt auch der Anteil an reflektierendem Licht nicht mehr als um die genannten Prozentwerte.
Die ausgesparten Abschnitte können entweder Kreuzungspunkte bzw. Knotenpunkte von Leiterbahnen umfassen oder jenseits von solchen Kreuzungspunkten bzw. Knotenpunkten liegen. Mit anderen Worten sind bei der bevorzugten Ausführungsform die Aussparungen an Kreuzungspunkten in dem Muster bereitgestellt oder zwischen Kreuzungspunkten in dem Muster bereitgestellt.
Bei der Variante, dass die Aussparungen an Kreuzungspunkten bereitgestellt sind, sind bevorzugt die Ersatzstücke an jeweils zumindest einem Leiterbahnpaar angesetzt. Auf diese Weise kann die Anordnung symmetrisch um den noch virtuell vorhanden Kreuzungspunkt herum oder zumindest eine Spiegelachse in dem Muster ausgebildet werden. Kreuzungspunkte sind ein Bereich mit einer leichten Verdichtung in der mittleren Flächenbelegung, wo die Ersatzstücke besonders wenig auffallen.
Andererseits kann man dadurch, dass die Aussparungen zwischen Kreuzungspunkten bereitgestellt sind, die Ersatzstücke auf vielfältige Art und Weise jeweils passend, z. B. zu dem bevorzugt vorgesehenen Muster und insbesondere dem Verwendungszweck des Mehrschichtkörpers anordnen.
Bei einer ersten Ausführungsform, bei der die Aussparungen zwischen Kreuzungspunkten in dem Muster bereitgestellt sind, sind die Ersatzstücke (im bevorzugten Fall gegenüber den Leiterbahnen des zugrunde liegenden Musters) voneinander weg verkippte Leiterbahnteile. Bevorzugt werden die beiden Leiterbahnteile um den selben Winkel voneinander weg verkippt, jeweils von ihren Ansatzstücken her, sodass zum Beispiel bei geradlinigen Leiterbahnen diese verkippten Leiterbahnteile parallel zueinander stehen können; dann fällt einem Betrachter der jeweils ausgesparte Abschnitt nicht sonderlich auf.
Bei dieser Ausführungsform gibt es zwei Varianten: In einer Variante sind die Leiterbahnteile jeweils gegenüber Kreuzungspunkten verkippt. Man hat somit als „Knickstelle“ keine zusätzliche Stelle, sondern besagten Kreuzungspunkt. Dies kann man sehr unauffällig gestalten.
Bei einer anderen Variante sind die verkippten Leiterbahnteile jeweils gegenüber von den Kreuzungspunkten wegstehenden anderen Leiterbahnteilen verkippt. Die „Knickpunkte“ liegen daher zwischen zwei Kreuzungspunkten. Durch das Wegknicken der Leiterbahnteile in zuvor nicht von Leiterbahnteilen erfüllte Flächenbereiche hinein kann sogar in erhöhtem Maße für eine Vergleichmäßigung der Flächenbelegung in dem dritten Bereich gesorgt werden.
Um unerwünschte Beugungseffekte zu vermeiden, können hierbei die verkippten Leiterbahnteile in genau demselben Winkel verkippt sein, in dem die Leiterbahnen oder auch Leiterbahnteile von dem Kreuzungspunkt wegstehen. Die verkippten Leiterbahnteile verlaufen daher parallel zu den anderen Leiterbahnen bzw. Leiterbahnteilen und erzeugen daher keine störenden Beugungseffekte, die außerhalb des dritten Bereichs nicht auftreten.
Eine weitere Ausführungsform, bei der die Aussparungen zwischen Kreuzungspunkten in den Leiterbahnen bereitgestellt sind, sieht vor, dass die Ersatzstücke neben Leiterbahnteile gesetzt sind.
Alternativ können sie an die Leiterbahnteile angesetzt sein, insbesondere unter Bildung einer T-Form oder einer Pfeilform oder einer Stulpenform.
Bei allen genannten Ausführungsformen, bei denen die Aussparungen zwischen Kreuzungspunkten bereitgestellt sind, kann man in dem dritten Bereich folgende Maßnahme treffen, die in besonderem Maße für eine Vergleichmäßigung des visuellen Eindrucks des Mehrschichtkörpers sorgt: Zumindest zwei Aussparungen in benachbarten Leiterbahnen (des Musters) im dritten Bereich sind hierbei jeweils zwischen einem Paar von Kreuzungspunkten unterschiedlich von zwei zueinander benachbarten Kreuzungspunkten beabstandet. Dies lässt sich insbesondere dazu nutzen, die Möglichkeit auszuschließen, durch mehrere Aussparungen hindurch eine gerade Linie zu ziehen; eine solche gerade Linie wäre auch dann, wenn die Aussparungen in sehr schmalen Leiterbahnen über eine geringe Länge vorgesehen sind, noch für einen Betrachter erkennbar.
Das zugrunde liegende Muster der Leiterbahnen kann ein Gittermuster mit viereckigen, insbesondere quadratischen oder rautenförmigen Zellen sein; genauso gut sind auch dreieckige Zellen oder sechseckige Zellen möglich, bei denen die Leiterbahnen in einem Winkel von 60° bzw. 120° aufeinandertreffen.
Eine ganz andere Art von Muster beinhaltet regelmäßige ungeradlinige Teilmuster, in denen die Abschnitte ausgespart sind; die Ersatzstücke werden dann dadurch bereitgestellt, dass die regelmäßigen ungeradlinigen Teilmuster gestaucht werden, sich aber letztlich über dieselbe Anzahl von (Teil-)Perioden erstrecken. Der durch die Stauchung gewonnene Raum wird dann durch die Trennungsstelle eingenommen.
Das Teilmuster kann insbesondere wellenförmig sein, insbesondere sogar sinusförmig.
Nach an sich bekannter Art und Weise kann der Mehrschichtkörper als erster und zweiter Bereich eine Mehrzahl von Sendebereichen (z. B. als erster Bereich) und Empfangsbereichen (z. B. als zweiter Bereich) zur Bereitstellung einer Tastfeldfunktionalität aufweisen. Es sind auch weitere Arten von Bereichen möglich, wie z. B. Verbindungsbereiche, über die mehrere Sendebereiche oder mehrere Empfangsbereiche miteinander galvanisch gekoppelt werden. Die Erfindung bezieht sich in diesem Falle auch auf die galvanische Trennung zwischen solchen weiteren Bereichen (als zweite Bereiche) und den ersten Bereichen oder solchen weiteren Bereichen (als ersten Bereichen) und den zweiten Bereichen; jeweils befinden sich dann dritte Bereiche als Übergangsbereiche zwischen diesen Paarungen von Bereichen.
Die eingangs genannten Verwendungen gelten bevorzugt für den Mehrschichtkörper: Bei einer ersten Verwendung ist der Mehrschichtkörper eine Tastfeldeinrichtung oder Teil einer solchen. Bei einer zweiten Verwendung ist er ein Heizelement. Andere Verwendungen sind möglich.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in welcher

1a eine schematische Draufsicht auf einen Mehrschichtkörper zeigt,
1b eine schematische Schnittdarstellung eines Mehrschichtkörpers zeigt,
2a-2d schematische Darstellungen eines Ausschnitts aus einem Muster von elektrisch leitfähigen nicht transparenten Bahnen zeigen,
3a eine vergrößerte Darstellung von Leiterbahnen in einem Muster nach Art von 2a ist und
3b einen solchen Ausschnitt mit einer Mehrzahl von ausgesparten Abschnitten in den Leiterbahnen veranschaulicht, die in ihrer Gesamtheit visuell erkennbar und daher störend sind,
4 einen Ausschnitt aus einem Muster von Leiterbahnen veranschaulicht, bei dem eine mögliche Lösung des technischen Problems verwirklicht ist,
8 einen Ausschnitt aus einem Muster von Leiterbahnen veranschaulicht, bei dem eine Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist,
9 einen Ausschnitt aus einem Muster von Leiterbahnen veranschaulicht, bei dem eine weitere Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist,
10a und 10b anhand der Lage der ausgesparten Abschnitte eine bei mehreren Varianten einsetzbare Lösung des technischen Problems erläutert,
11a-11e verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, bei denen in einem Knotenpunkt von Leiterbahnen ein Abschnitt ausgespart ist und ein Ersatzstück bereitgestellt ist.

1a zeigt eine Draufsicht und 1b eine Schnittdarstellung eines Mehrschichtkörpers 1. Der Mehrschichtkörper 1 weist ein Trägersubstrat 30 auf, das man auch als Trägerschicht 300 ansehen kann. Auf dem Trägersubstrat 30 befindet sich eine erste elektrisch leitfähige Schicht 31, darauf eine dielektrische Schicht 32, eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 33 sowie eine dielektrische Schicht 34.
Es ist auch möglich, dass der Mehrschichtkörper 1 nicht sämtliche der vorgenannten Schichten aufweist, sondern lediglich aus der Trägerschicht 300 und der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 31 (Leitungsschicht) besteht. Weiter ist es möglich, dass der Mehrschichtkörper 1 neben den in 1b gezeigten Schichten noch weitere Schichten umfasst, beispielsweise eine oder mehrere Dekorschichten oder weitere elektrisch leitfähige Schichten.
Der Mehrschichtkörper 1 weist einen Bereich 11 auf, in welchem der Mehrschichtkörper 1 für den menschlichen Betrachter transparent erscheint; und er weist einen Bereich 12 auf, in dem der Mehrschichtkörper 1 für den menschlichen Betrachter entweder ebenfalls transparent erscheint, oder auch semi-transparent oder opak ausgebildet sein kann. Weiter weist der Mehrschichtkörper 1 einen Kontaktverbinder 21 mit mehreren Kontaktfeldern 21' auf, über welchen eine elektrische Kontaktierung des Mehrschichtkörpers möglich ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Mehrschichtkörper 1 nicht über einen derartigen Kontaktverbinder verfügt, und dass die Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht bzw. Schichten des Mehrschichtkörpers mittels elektrisch leitfähigen Klebeverbindungen, Bondverbindungen, Löt- oder Schweißverbindungen erfolgt.
Der Bereich 11 lässt sich grob in einen Randbereich R und einen zentralen Bereich Z unterteilen.
Das Trägersubstrat 300 besteht vorzugsweise aus einer flexiblen Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvenylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester (PE) und/oder Polycarbonat (PC). Die flexible Kunststofffolie weist vorzugsweise Schichtdicken von zwischen 15 µm und 300 µm auf, bevorzugt von zwischen 23 µm und 100 µm. Das Trägersubstrat 300 ist zumindest in dem Bereich 11 transparent ausgebildet; vorzugsweise ist das Trägersubstrat jedoch vollflächig ausgebildet und besteht so beispielsweise aus einer transparenten Kunststofffolie.
Die erste elektrisch leitfähige Schicht 31 besteht vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Chrom, Silber oder Gold. Diese Metallschicht ist bevorzugt in einer Schichtdicke von zwischen 20 nm und 100 nm auf das Trägersubstrat 30 aufgebracht und strukturiert. Es kann ein Verfahren des Druckens zum Strukturieren eingesetzt werden. Das Aufbringen und Strukturieren kann auch in einem Schritt erfolgen, z. B. wenn eine Aufbringungsmaske eingesetzt wird.
Zwischen dem Trägersubstrat 300 und der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 31 kann auch eine Haftvermittlungsschicht angeordnet sein, welche das Anhaften der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 31 an dem Trägersubstrat 300 verbessert. Eine derartige Haftvermittlungsschicht ist vorzugsweise ebenfalls aus einem transparenten Material ausgebildet.
In der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 31 sind in dem Bereich 11 eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Bereichen 41 erster Klasse vorgesehen, eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Bereichen 42 zweiter Klasse vorgesehen, und Verbindungsbereiche 43. Die elektrisch leitfähigen Bereiche 41 der ersten Klasse und die elektrisch leitfähigen Bereiche 42 der zweiten Klasse sind galvanisch voneinander getrennt, damit die elektrisch leitfähigen Bereiche 41 der ersten Klasse als Sendebereiche dienen können, welche ein elektromagnetisches Feld aussenden, und die elektrisch leitfähigen Bereiche 42 der zweiten Klasse als Empfangsbereiche dienen können, die von einem Bereich der ersten Klasse ein elektromagnetisches Feld empfangen. Die elektrisch leitfähigen Bereiche 41, 42 und 43 bestehen jeweils aus einem Muster von elektrisch leitfähigen, nicht-transparenten Leiterbahnen 40, deren Breite im ersten Bereich 11 so gewählt ist, dass die elektrisch leitfähigen Bereiche erster und zweiter Klasse und die Verbindungsbereiche für das menschliche Auge transparent erscheinen. Die Bahnen 40 besitzen so beispielsweise eine Breite von zwischen 1 µm und 300 µm, bevorzugt von zwischen 5 µm und 50 µm. Die Verbindungsbereiche 43 verbinden jeweils einen oder mehrere der Bereiche 41 der ersten Klasse oder der Bereiche 42 der zweiten Klasse mit einem außerhalb des Bereichs 11 angeordneten Kontaktbereich. Dabei ist es auch möglich und vorteilhaft, dass die Verbindungsbereiche 43 außerhalb des Bereichs 11 vollflächig mit der elektrisch leitfähigen Schicht 31 belegt sind, oder mit einem Muster von elektrisch leitfähigen, nicht-transparenten Bahnen 40 belegt sind, deren Breite so gewählt ist, dass die Bereiche 43 in diesem Bereich 12 für das menschliche Auge nicht transparent erscheinen. Hierdurch ist es möglich, in dem Bereich 12 die Leitfähigkeit der Bereiche 43 zu erhöhen, dies auf Kosten der Transparenz, die jedoch in diesem Bereich nicht mehr von Relevanz ist.
Kontaktbereiche können hierbei von den Kontaktfeldern 21' des Kontaktverbinders 21 ausgebildet werden, es ist hier jedoch auch möglich, dass ein Kontaktbereich einen Bereich darstellt, in dem die erste leitfähige Schicht 31, beispielsweise über ein Via, mit einer anderen elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird; der Kontaktbereich kann auch von einem Bereich der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 31 ausgebildet werden, in dem eine (für den menschlichen Betrachter opak erscheinende) Verbindungsbahn der elektrisch leitfähigen Schicht 31 in einen (für den menschlichen Betrachter transparent erscheinenden) Bereich 43 der ersten Klasse übergeht.
Wie in 1b angedeutet, sind in der ersten leitfähigen Schicht 31 auch die Kontaktfelder 21' des Kontaktverbinders 21 ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kontaktfelder 21' nicht in der elektrisch leitfähigen Schicht 31, sondern in einer anderen elektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise in der elektrisch leitfähigen Schicht 33 ausgebildet sind. Im Bereich der Kontaktfelder 21 kann hierbei die erste elektrisch leitfähige Schicht 31 über eine größere Schichtdicke verfügen oder auch mit einem anderen oder dem gleichen elektrisch leitfähigen Material nachverstärkt sein.
Auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 31 wird sodann die dielektrische Schicht 32 aufgebracht. Bei der dielektrischen Schicht 32 handelt es sich vorzugsweise um einen transparenten Lack, der mittels eines Druckverfahrens in einer Schichtdicke von 1 µm bis 40 µm auf die elektrisch leitfähige Schicht 31 aufgebracht wird. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn bereits beim Aufbringen der dielektrischen Schicht 32 in den Bereichen, in denen später Vias 35 vorzusehen sind, kein Material aufgebracht wird.
Weiter wird sodann die elektrisch leitfähige Schicht 33 aufgebracht. Bei der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 33 handelt es sich vorzugsweise um eine Schicht, welche mittels Druckens eines elektrisch leitfähigen Druckstoffes, beispielsweise Carbon-Black oder Leitsilber aufgebracht ist. Hierbei können beim Aufdrucken gleichzeitig die in der dielektrischen Schicht 32 vorgesehenen Ausnehmungen mit dem Druckstoff befüllt werden und so gleichzeitig die Vias 35 durch die dielektrische Schicht 32 mit leitfähigem Material befüllt werden. Die leitfähige Schicht 33 ist vorzugsweise so strukturiert, dass mittels dieser Schicht mehrere der Verbindungsbereiche 43 der elektrisch leitfähigen Schicht 31 miteinander elektrisch verbunden werden und so die Anzahl der Kontaktfelder 21 des Kontaktverbinders 20 reduziert werden kann.
Vorzugsweise sind in dem Bereich 11 neben der elektrisch leitfähigen Schicht 31 keine weiteren elektrisch leitfähigen Schichten in dem Mehrschichtkörper 1 vorgesehen.
Die elektrisch leitfähigen Bahnen 40 in den drei Arten von Bereichen 41, 42, 43 sind bevorzugt gemäß einem der in den 2a bis 2d verdeutlichten Muster angeordnet. 2a und 2b verdeutlichen ein regelmäßiges Muster mit Kreuzungspunkten. Wie in den 2c und 2d gezeigt, sind die elektrisch leitfähigen Bahnen 40 hierbei zur Vermeidung von Beugungs- und Moire-Effekten möglichst nicht parallel zueinander angeordnet und weisen eine Vielzahl von Kreuzungspunkten auf, um so eine möglichst gleichfähige Flächenleitfähigkeit in den Bereichen 41, 42 und 43 bereit zu stellen. Die Muster gemäß 2c und 2d gehen durch stochastische Variation eines Gitterparameters (Gitterabstand, Winkel zwischen Leiterbahnen 40) aus einem regelmäßigen Muster hervor.
Die elektrisch leitfähigen Bahnen 40 grenzen jeweils einen Flächenbereich ab. Die Abgrenzung erfolgt dadurch, dass eine jeweils äußere leitfähige Bahn 40 zur leitfähigen Bahn 40 eines anderen Flächenbereichs beabstandet ist und galvanisch von diesem getrennt ist. Die einzelnen Flächenbereiche haben eine Fläche von zwischen 0,25 und 10 cm². Die Breite und Beabstandung der leitfähigen opaken Bahnen in den einzelnen Flächenbereichen ist so gewählt, dass diese Bereiche eine mittlere Flächenleitfähigkeit zwischen 5 Ohm (Ohm square) und 100 Ohm (Ohm square), bevorzugt zwischen 10 Ohm (Ohm square) und 40 Ohm (Ohm square) aufweisen.
In 1b sind die einzelnen Flächenbereiche 41 und 42 als erste und zweite Bereiche so weit voneinander beabstandet gezeigt, dass allein durch die Weglassung von Leiterbahnen eine galvanische Trennung erfolgen kann.
Man ist nun dazu übergegangen, Muster nach Art der in 2a bis 2d gezeigten Muster zunächst durchgehend zu planen und bei der Planung sodann einzelne Abschnitte auszusparen, durch welche eine galvanische Trennung eines ersten Bereichs (etwa Flächenbereich 41) von einem zweiten Bereich (etwa Flächenbereich 42) bereitgestellt wird. Die vorliegende Erfindung befasst sich nun mit der Fragestellung, wie solche Aussparungen möglichst unauffällig, den Betrachtungseindruck des Mehrschichtkörpers 1 möglichst wenig beeinflussend, bereitgestellt werden können.
3a zeigt nochmals in vergrößerter Darstellung die Leiterbahnen 40 gemäß dem Muster nach 2a. Das hier Beschriebene gilt aber entsprechend auch für andere Muster, etwa den in 2b bis 2d gezeigten, wobei diese Muster entweder regelmäßig sein können oder durch, insbesondere stochastische, Variationen eines Musterparameters wie etwa Abstand zwischen Leiterbahnen 40 und Winkel, in welchem sie in einem Knotenpunkt aufeinander treffen, erzeugt sein kann.
Das Muster gemäß 3a hat den Vorteil einer im Wesentlichen gleichmäßigen Flächenbelegung, wenn diese Flächenbelegung über Bereiche ermittelt wird, die mehrere Zellen des gezeigten Gitters umfassen. 3a zeigt nun einen Übergangsbereich zwischen einem ersten Bereich 10 und einem zweiten Bereich 20, die galvanisch voneinander getrennt sein sollen. Der Übergangsbereich ist hierbei mit 30 bezeichnet.
In dem Übergangsbereich 30 wird das Muster aus dem ersten Bereich 10 und dem zweiten 20 (an sich) fortgesetzt. Vorliegend wird lediglich in Leiterbahnen 40 jeweils eine Aussparung 51 vorgesehen. Die Aussparungen 51 fluchten, sodass für den Betrachter schon von weitem her eine Unterbrechung in der Flächenbelegung nach Art eines durchsichtigen strichförmigen Bereichs zu erkennen ist. Die Erfindung möchte es hingegen vermeiden, dass solche ausgesparten Abschnitte 51 für den Betrachter erkennbar sind.
4 zeigt eine mögliche Lösung des technischen Problems, bei der in einem Übergangsbereich 30 unter Erzeugung einer Aussparung 51 die ausgesparten Abschnitte durch Ersatzstücke 52 ersetzt werden, die genau dieselbe Größe haben wie die ausgesparten Abschnitte. Dies lässt sich z. B. sehr leicht in einem Steuerprogramm zum Herstellen der Leiterbahnen 40 verwirklichen, indem zunächst (in einem ersten sog. „Layer“) die Aussparungen definiert werden, wobei Abschnitte herausgeschnitten werden, und wobei genau diese Abschnitte 52 dann lediglich etwas verschoben werden (und in einem zweiten „Layer“ bereitgestellt werden). Dadurch, dass die ausgesparten Abschnitte lediglich verschoben werden, sind die Ersatzstücke nichts anderes als die ausgesparten Abschnitte selbst und naturgemäß gleich groß wie diese. Bei der Erfindung ist es jedoch sowohl bei der ersten Ausführungsform gemäß 4 als auch bei allen weiteren Ausführungsformen an sich möglich, dass die Ersatzstücke größer oder kleiner sind als die ausgesparten Abschnitte. Bevorzugt variieren sie allerdings nicht um +/- 50 %, besonders bevorzugt nicht mehr als um +/- 20 % in ihrer Flächenausdehnung hinsichtlich der ausgesparten Abschnitte.
Eine Ausführungsform der Erfindung, die anhand von 8 erläutert wird, macht Gebrauch von einem etwas anderen Prinzip: Hier werden Leiterbahnteile 521, 522 zunächst herausgeschnitten, sodass der ausgesparte Abschnitt 51 relativ groß ist. Sodann werden die herausgeschnittenen Leiterbahnteile 521, 522 als Ersatzstücke wieder eingesetzt, aber gegenüber ihrer ursprünglichen Lage verkippt eingesetzt, und zwar jeweils um denselben Winkel bezüglich der Leiterbahnteile 401 und 402, die zwischen den Knotenpunkten 601 und 602 verblieben sind. Die galvanische Trennung ergibt sich aufgrund der Verkippung durch den Abstand d zwischen den Leiterbahnteilen 521 und 522.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist nichts anderes als eine Variante der Ausführungsform gemäß 8: Hier sind keine Leiterbahnteile 401 und 402 mehr übrig, sondern es werden sogleich Leiterbahnteile 521, 522 an den Knotenpunkten 601, 602 abgetrennt. Die Aussparung 51 hat somit die Länge einer Gitterkonstanten. In der Aussparung 51 werden nun die beiden ausgesparten Teilabschnitte, also die Leiterbahnteile 521 und 522, ebenfalls wieder verkippt eingesetzt.
Bei der Wahl des Verkippungswinkels kann darauf geachtet werden, dass unerwünschte Beugungseffekte vermieden werden. Insbesondere bei einem unregelmäßigen Gitter können die Leiterbahnteile 521, 522 im verkippten Zustand parallel zu anderen Leiterbahnen 40 verlaufen. (Dies ist in der Figur nicht veranschaulicht)
Bei allen vorgenannten Ausführungsformen sind die Aussparungen 51 jeweils zwischen zwei Knoten- bzw. Kreuzungspunkten angeordnet. Ihnen war aber bisher gemeinsam, dass die Aussparungen 51 auf einer geraden Linie liegen. Dies ist anhand der Ausführungsform gemäß 4 nochmals in 10a veranschaulicht, vergleich die Pfeile P.
Nun kann, in 10b veranschaulicht für die mögliche Lösung des angegebenen technischen Problems gemäß 4, aber vorgesehen sein, dass zumindest zwei Aussparungen 513, 514 in benachbarten Leiterbahnen 403, 404 zwischen jeweils einem Paar von Kreuzungspunkten 603; 604 einerseits bzw. 603; 605 andererseits jeweils unterschiedlich von den zueinander benachbarten Kreuzungspunkten 604 und 605 beabstandet sind. Die Aussparung 513 liegt auf etwas weniger als der Hälfte einer Gitterperiode d_P im Abstand d₁ vom Knotenpunkt 605 entfernt. Hingegen liegt die Aussparung 514 in einem Abstand d₂ vom Knotenpunkt 604 entfernt, der sich über mehr als die Hälfte einer Gitterperiode d_P erstreckt.
Dieses anhand von 10b erläuterte Prinzip ist auf die genannten Ausführungsformen gemäß 8 und 9 sämtlich anwendbar.
Neben diesen Ausführungsformen mit Aussparungen zwischen jeweils zwei Knotenpunkten können Aussparungen auch an dem Kreuzungs- bzw. Knotenpunkt vorgesehen sein, der Knotenpunkt kann also einfach entfallen. Entsprechende Ausführungsformen sind in den 11a bis 11e dargestellt:

Bei einer Ausführungsform gemäß 11 a sind Aussparungen 71 in einem Knoten- bzw. Kreuzungspunkt vorgesehen, das Vorhandensein dieser Aussparungen wird jedoch durch das Ansetzen von kleinen Dreiecken 405 an die Leiterbahnteile 406, die zu dem entfallenen Kreuzungspunkt führen, ersetzt.

Bei der Ausführungsform gemäß 11b sind dieselben Dreiecke in die Kehlen zwischen die Leiterbahn 406 als Ersatzstücke 407 eingesetzt.
Die Ausführungsformen gemäß 11a und 11b sind vorliegend für rautenförmige Gitterzellen dargestellt, können jedoch auch grundsätzlich für quadratische Gitterzellen eingesetzt werden.
Bei quadratischen Gitterzellen gibt es ferner noch die Ausführungsform gemäß 11c, 11d und 11e: Bei der Ausführungsform gemäß 11c wird von allen vier Leiterbahnteilen 406 ein Stück herausgeschnitten, um die Aussparung 71 zu bilden. An einer Seite werden zwei größere Ersatzstücke 408 eingesetzt derart, dass sie die Aussparung 71 aufrecht erhalten. Ferner werden auch noch kleinere Ersatzstücke 409 vorgesehen.
Die Ausführungsform gemäß 11d ist gewissermaßen eine Kombination der Ausführungsformen gemäß 11a und 11b mit einem größeren Ersatzstück 407 in einer Kehle zwischen zwei Leiterbahnen 406 und ansonsten kleineren Ersatzstücken 405 in dreieckiger Form.
Bei Ausführungsform gemäß 11e ist eine Rotationssymmetrie gegeben, zu jeder Leiterbahn 406 werden zwei kleine dreieckige Ersatzstücke 409 vorgesehen.
Weitere Abwandlungen, die sich beispielsweise an den Ausführungsformen gemäß 8 und 9 orientieren, sind ebenfalls möglich.

Claims

Mehrschichtkörper (1) mit einer Trägerschicht (300) und auf der Trägerschicht (300) zumindest einer Leitungsschicht (31) mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen (40), wobei der Mehrschichtkörper (1) einen ersten Bereich (10, 41) und einen zweiten Bereich (20, 42) aufweist, wobei sowohl in dem ersten Bereich (10, 41) als auch in dem zweiten Bereich (20, 42) jeweils Leiterbahnen (40) dadurch galvanisch miteinander gekoppelt sind, dass sie in einer Anordnung bereitgestellt sind, in welcher die Leiterbahnen (40) jeweils eine oder mehrere andere Leiterbahnen (40) berühren, und wobei die beiden Bereiche durch einen dritten Bereich (30) voneinander galvanisch getrennt sind, und wobei in dem dritten Bereich (30) die Leiterbahnen (40) fortgeführt sind, wobei aus den Leiterbahnen (40) derart Abschnitte (71) ausgespart sind, dass Trennungsstellen gebildet sind, und wobei die ausgesparten Abschnitte (71) durch an oder neben den Trennungsstellen angeordnete, insbesondere leitfähige Ersatzstücke (405, 407, 408, 409) ersetzt sind, welche so angeordnet sind, dass eine durch das Aussparen bewirkte galvanische Trennung des ersten und des zweiten Bereichs (10, 20; 41, 42) aufrecht erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (71) an Kreuzungspunkten der Leiterbahnen (40) bereitgestellt sind und die Ersatzstücke (405; 407; 408; 409) an jeweils zumindest einem Leiterbahnpaar (406) angesetzt sind.
Mehrschichtkörper (1) mit einer Trägerschicht (300) und auf der Trägerschicht (300) zumindest einer Leitungsschicht (31) mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen (40), wobei der Mehrschichtkörper (1) einen ersten Bereich (10, 41) und einen zweiten Bereich (20, 42) aufweist, wobei sowohl in dem ersten Bereich (10, 41) als auch in dem zweiten Bereich (20, 42) jeweils Leiterbahnen (40) dadurch galvanisch miteinander gekoppelt sind, dass sie in einer Anordnung bereitgestellt sind, in welcher die Leiterbahnen (40) jeweils eine oder mehrere andere Leiterbahnen (40) berühren, und wobei die beiden Bereiche durch einen dritten Bereich (30) voneinander galvanisch getrennt sind, und wobei in dem dritten Bereich (30) die Leiterbahnen (40) fortgeführt sind, wobei aus den Leiterbahnen (40) derart Abschnitte (51) ausgespart sind, dass Trennungsstellen gebildet sind, und wobei die ausgesparten Abschnitte (51) durch an oder neben den Trennungsstellen angeordnete, insbesondere leitfähige Ersatzstücke (521, 522) ersetzt sind, welche so angeordnet sind, dass eine durch das Aussparen bewirkte galvanische Trennung des ersten und des zweiten Bereichs (10, 20; 41, 42) aufrecht erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen zwischen Kreuzungspunkten (601, 602) der Leiterbahnen (40) bereitgestellt sind, und dass die Ersatzstücke (521, 522) voneinander weg, bevorzugt um denselben Winkel voneinander weg, verkippte Leiterbahnteile (521, 522) sind.
Mehrschichtkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem die Leiterbahnen (40) eine insbesondere gleichmäßige Breite von zwischen 1 µm und 300 µm, bevorzugt von zwischen 5 µm und 50 µm aufweisen und die Ersatzstücke (521, 522; 405, 407, 408, 409) um höchstens das Dreifache, besonders um höchstens das Zweifache dieser Breite von den Leiterbahnen beabstandet sind.
Mehrschichtkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem die Ersatzstücke (521, 522; 405, 407, 408, 409) so nahe an den Trennungsstellen angeordnet sind, dass eine mittlere Belegung der Trägerschicht (300) mit elektrisch leitfähigem Material, die jeweils zu Flächeneinheiten (B, B') mit einer Abmessung von zwischen 20 µm und 80 µm in einer Erstreckungsrichtung ermittelt wird, über die ersten, dritten und zweiten Bereiche hinweg nicht mehr als um 15 %, bevorzugt nicht mehr als um 10 % schwankt, besonders bevorzugt nicht mehr als um 5 % schwankt.
Mehrschichtkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnteile (521, 522) jeweils gegenüber Kreuzungspunkten (601, 602) verkippt sind.
Mehrschichtkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verkippten Leiterbahnteile (521, 522) jeweils gegenüber von den Kreuzungspunkten wegstehenden anderen Leiterbahnteilen (401, 402) verkippt sind und vorzugsweise in demselben Winkel verkippt sind, wie Leiterbahnen oder Leiterbahnteile von dem Kreuzungspunkt wegstehen.
Mehrschichtkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Leiterbahnen (40) ein regelmäßiges Muster aufweist oder durch eine, insbesondere stochastische Variation eines zu einem regelmäßigen Muster definierten Parameters aus einem regelmäßigen Muster hervorgeht.
Mehrschichtkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein Gittermuster mit viereckigen, insbesondere quadratischen oder rautenförmigen Zellen, oder mit dreieckigen Zellen oder sechseckigen Zellen ist.