DE102013104644B4

DE102013104644B4 - Schichtelektrode für Berührungsbildschirme

Info

Publication number: DE102013104644B4
Application number: DE102013104644.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ullmann; Manfred Walter
Original assignee: PolylC GmbH and Co KG
Current assignee: PolylC GmbH and Co KG
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: DE102013104644A1; CN105190503B; US20160154517A1; KR20160004295A; US9921698B2; WO2014180862A1; CN105190503A

Abstract

Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90)für einen Berührungsbildschirm, vier Ecken und entsprechend auch vier Seiten (O, U, R, L) aufweisend, wobei jeweils zwei Seiten (O, U und R, L) sich gegenüber liegen und dadurch innerhalb der Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) jeweils zu zwei gegenüberliegenden Seiten parallele Zeilen und Spalten vorgeben, wobei die Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) eine nutzbare Fläche hat, die unterteilt ist in eine aktive, also mit Elektrodenfeldern(1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134) belegte, Fläche und eine inaktive, also mit Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87' 101, 102, 103, 132) oder galvanischen Trennungen (137) zwischen den Elektrodenfeldern(30, 40, 50, 60, 70, 90) oder den Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87' 101, 102, 103, 132) belegte, Fläche, wobei das Verhältnis von aktiver zu inaktiver Fläche im Randbereich, also in den äußersten Spalten und in den äußersten Zeilen zumindest 1 ist, vorteilhafterweise aber größer 1 und die Anordnung der Elektrodenfelder (1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134), der Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87' 101, 102, 103, 132)und/oder der galvanischen Trennungen (137) dazwischen so gewählt ist, dass neben der Kontaktierung der Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87’, 101) auf einer Seite der Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) eine Kontaktierung auf zwei weiteren Seiten (O, U, R, L) vorgesehen ist, wobei eine erste Art Senderelektrodenfelder (65) von einer ersten Seite (O, U) aus gesehen auf der nutzbaren Fläche zu einem Mittenbereich hin weiter innen liegen, die erste Zuleitungen (66) haben, welche so verlaufen, dass weiter außen liegende Senderelektrodenfelder (63, 61) der Senderelektroden (61, 62, 63, 64, 65) einer zweiten Art in zwei galvanisch voneinander getrennte Senderelektroden (61, 63) aufgeteilt sind, wobei diese galvanisch getrennten Senderelektrodenfelder(61, 63) separat über zweite Zuleitungen angeschlossen sind, wobei die ersten und die zweiten Zuleitungen kollinear und als Bündel (66) zueinander verlaufen, und gekennzeichnet durch eine zweite Art Senderelektroden (c,d,e,e'), welche von der ersten Seite aus gesehen weiter innen liegen als alle Senderelektroden (61, 62, 63, 64, 65) der ersten Art und welche dritte Zuleitungen (37,47,67, 67', 87, 87') haben, welche senkrecht zu den ersten und zweiten Zuleitungen oder Bündel an Zuleitungen (32, 33, 34, 35, 36, 44, 45, 46, 66, 82, 82', 83, 85, 85', 86, 101) verlaufen, und gekennzeichnet durch Empfängerelektroden (a,b), welche ohne Zuleitungen aufweisend spaltenartig ausgebildet sind, und wobei diese Spalten im Wesentlichen parallel zu den ersten und zweiten Zuleitungen (32, 33, 34, 35, 36, 44, 45, 46, 66, 82, 82', 83, 85, 85', 86, 101) verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtelektrode für Berührungsbildschirme, insbesondere eine, die sich zum Aufbau von kapazitiven Berührungsbildschirmen (Touchscreens) eignet.
Derartige Schichtelektroden umfassen regelmäßig einen ersten und zweiten leitfähigen Bereich der Empfängerelektroden, die benachbart, aber durch galvanische Trennungen voneinander beabstandet sind und einen leitfähigen Bereich der Senderelektroden. Die jeweiligen Elektroden belegen die gesamte benutzbare Fläche des Berührungsbildschirms, sind durch Zuleitungen kontaktierbar, die gebündelt einer entsprechenden Steuerungselektronik zugeführt werden. Die benutzbare Fläche des Berührungsbildschirms unterteilt sich entsprechend in eine aktive Elektrodenfeld-Fläche, die der Fläche entspricht, die mit Sender- und Empfängerelektroden belegt ist und eine inaktive Fläche, die mit den jeweiligen Zuleitungen zu den Elektrodenflächen und galvanischen Trennungen zwischen leitfähigen Bereichen belegt ist.
Aus der DE 10 2012 217 341 A1 und der DE 20 2012 101 480 U1 ist ein Berührungssensor bekannt, der mehrere Erstelektrodenreihen und mehrere Zweitelektrodenreihen hat, die jeweils auf einer Seite eines Substrates angeordnet sind und im Wesentlichen in zwei Richtungen, die senkrecht zueinander verlaufen, angeordnet sind.
Aus der US 2010/0253646 A1 ist ein Eingabegerät bekannt, das einseitig mit zwei Arten von Elektrodenfeldern in zwei unterschiedlichen Richtungen belegt ist.
Nachteilig an den bisher bekannten Anordnungen von Elektrodenfeldern auf Schichtelektroden ist ihre hohe Anfälligkeit für Störsignale im Randbereich die durch Zuleitungen, insbesondere durch Bündel von Zuleitungen ausgelöst werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Anordnung von Elektrodenfeldern auf einer Schichtelektrode zu schaffen, bei der die Anzahl von Störsignalen im Randbereich verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
Da die Zuleitungen sämtlicher Elektrodenfelder im Bündel galvanisch gegeneinander isoliert werden, ist die inaktive Fläche, die durch Zuleitungen belegt wird, bei größeren Berührungsbildschirmen nicht mehr vernachlässigbar, sondern wächst mit zunehmender Bildschirmgröße, vor allem im Randbereich, zu einem Störfaktor heran.
Daher ist es sinnvoll, eine Anordnung von Empfänger- und Senderelektroden zu schaffen, die mit möglichst wenig Flächenverlust durch Belegung mit Zuleitungen auf der benutzbaren Fläche des Berührungsbildschirms auskommt.
Insbesondere das Verhältnis von aktiver zu inaktiver Fläche auf der benutzbaren Fläche bei großen Berührungsbildschirmen mit einer hohen Anzahl von Empfänger- und Senderelektroden, sollte durch die Anordnung der Elektrodenfelder zugunsten der Größe der aktiven Fläche gegenüber den bekannten Anordnungen verschoben werden.
Allgemeine Erkenntnis der Erfinder ist es, dass es Anordnungen oder Layouts für eine Schichtelektrode für einen Berührungsbildschirm gibt, die die Kontaktierung der Zuleitungen über den gesamten Randbereich der Schichtelektrode verteilen, wobei die Verteilung auch darin bestehen kann, dass neben der üblichen Kontaktierung entlang einer Seite oben und/oder unten nur eine weitere Kontaktierung auf einer weiteren Seite der Schichtelektrode vorgesehen ist.
Somit ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine vier Ecken und entsprechend auch vier Seiten aufweisende Schichtelektrode für einen Berührungsbildschirm, wobei jeweils zwei Seiten sich gegenüber liegen und dadurch innerhalb der Schichtelektrode jeweils zu zwei gegenüberliegenden Seiten parallele Zeilen und Spalten vorgeben, wobei die Schichtelektrode auf einem transparenten Substrat eine nutzbare Fläche hat, die unterteilt ist in eine aktive, also mit Elektrodenfeldern belegte, Fläche und eine inaktive, also mit Zuleitungen oder galvanischen Trennungen zwischen den Elektrodenfeldern oder den Zuleitungen belegte, Fläche, wobei das Verhältnis von aktiver zu inaktiver Fläche im Randbereich, also in den äußersten Spalten und in den äußersten Zeilen zumindest 1 ist, vorteilhafterweise aber größer 1 und die Anordnung der Elektrodenfelder, der Zuleitungen und/oder der galvanischen Trennungen dazwischen so gewählt ist, dass neben der Kontaktierung der Zuleitungen auf einer Seite der nutzbaren Fläche eine Kontaktierung auf zumindest einer weiteren Seite und insbesondere eine Kontaktierung auf zwei weiteren Seiten der nutzbaren Fläche der Schichtelektrode vorgesehen ist.
Als Schichtelektrode wird vorliegend eine Elektrode zur Verwendung in einem Berührungsbildschirm oder Touchscreen, bezeichnet, die in einer einzigen Lage ausgebildet ist, wobei Empfänger- und Senderelektroden auf dem transparenten Träger nur durch galvanische Trennung, beispielsweise Schnitte oder Schlitze, separiert vorliegen. Die durch die Anordnung der Elektroden und/oder Zuleitungen belegte Fläche soll einen möglichst hohen Grad an Transparenz haben, deshalb sind Elektrodenmaterialien wie ITO und die aus der eigenen Anmeldung DE 10 2009 014 757 A1 bekannten, leitfähigen transparenten Folien hier bevorzugte Elektrodenmaterialien. Die in der DE 10 2009 014 757 A1 enthaltene Offenbarung wird hiermit vollinhaltlich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung erklärt. Insbesondere wird hiermit auf die dort angegebenen Größendimensionen der Leiterbahnen, Leiterbahnsegmente und Abstände für galvanische Trennungen, sowie die Schichtdicke, die Durchmesser der Leiterbahnen und die Flächenbelegung des transparenten Trägers mit Leiterbahnen zur Erzielung einer ausreichenden Leitfähigkeit Bezug genommen.
Die Flächenbelegung der transparenten Folie mit Leiterbahnen liegt im Bereich 1 bis 20% und insbesondere bevorzugt im Bereich von 5 bis 10%.
Die Schichtelektrode erzeugt durch die Sender- und Empfängerfelder eine Matrix an Pixel, die als Eingabeelement für den Berührungsbildschirm dienen. Je komplexer das Eingabeelement ausgeführt wird, desto höher die Anzahl an Pixel in der Matrix. Die Schichtelektrode umfasst neben der nutzbaren Fläche, die die Matrix bildet, noch die Kontaktfläche, das heißt einen Randbereich um die nutzbare Fläche herum, an der die Zuleitungen und Kontakte zu den einzelnen Sensorfeldern gebündelt und kontaktiert werden. Dieser Randbereich der Schichtelektrode muss nicht transparent sein.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die nutzbare Fläche der Schichtelektrode eine Matrix mit Pixel beispielsweise 7 × 6 Pixel, 8 × 6 Pixel, oder 7 × 12 Pixel, oder 8 × 12 Pixel oder 10 × 16 Pixel oder sogar 16 × 25 oder mehr Pixel.
Ein Pixel entspricht grundsätzlich dem Kreuzungsbereich einer Zeile mit einer Spalte.
Vorteilhafterweise wird zumindest ein Teil der Zuleitungen der im Inneren der nutzbaren Fläche der Schichtelektrode liegenden Empfänger- und/oder Senderelektrodenflächen der Schichtelektrode so verlegt, dass die Zuleitungen jeweils entlang der kürzesten Strecke zwischen der Lage der jeweiligen Elektrodenfläche und der am nächsten liegenden Seite der nutzbaren Fläche der Schichtelektrode verlegt sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, die ausgewählte Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert:

1 zeigt den Stand der Technik gemäß der DE 10 2012 112 445 A1
2 zeigt Beispiele zur Gestaltung der galvanischen Trennung der Elektrodenfelder und/oder Zuleitungen untereinander.
3 a zeigt eine 4 × 6 Pixelmatrix, die einem Eingabeelement des Berührungsbildschirms zugrunde liegt.
3 b zeigt eine Belegung mit Empfängerelektrodenfelder um die Pixelmatrix gemäß 3a zu realisieren.
3 c zeigt eine Belegung mit Senderelektrodenfelder um die Pixelmatrix gemäß 3a zu realisieren.
3 d zeigt eine resultierende Hälfte einer Schichtelektrode, zusammengesetzt aus den Teilansichten gemäß den 3 a bis 3 c.
4a zeigt eine 4 × 6 Pixelmatrix,
4 b zeigt eine Belegung mit Empfängerelektrodenfelder um die Pixelmatrix gemäß 4a zu realisieren.
4c zeigt eine Belegung mit Senderelektrodenfelder um die Pixelmatrix gemäß 4a zu realisieren, und
4d analog zu 3d eine resultierende Hälfte einer Schichtelektrode, zusammengesetzt aus den Teilansichten gemäß den 4a bis 4c.
5a zeigt eine Pixelmatrix von 6 × 8 Pixel,
5 b die Verteilung der Empfängerelektrodenfelder auf einer Schichtelektrode für 6 × 8 Pixel,
5c die Verteilung der Senderelektrodenfelder auf einer Schichtelektrode für 6 × 8 Pixel und
5d, analog zu 4 d und 3 d, die zusammengesetzte Schichtelektrode.
6a zeigt wieder eine Pixelmatrix mit 7 × 6 Pixel und 6b bis 6 d entsprechend die Empfänger- und Senderelektroden mit dem Gesamtbild der Schichtelektrode.
7a bis 7d entsprechend die Zusammenführung der Schichtelektroden-Hälften- Darstellungen aus 6a bis 6d.
8a bis 8d zeigen eine Matrix mit 8 × 6 Pixel, sowie die entsprechenden Schichtelektroden-Hälften-Darstellungen mit Zuleitungen,
9 a bis 9d entsprechend die Zusammenführung der beiden Hälften aus 8.
10 b bis 10 d zeigen entsprechende Darstellungen einer Ausführungsform einer Schichtelektrode mit 16 × 10 Pixel.
11 b bis 11 d zeigen entsprechende Darstellungen einer Ausführungsform einer Schichtelektrode mit 25 × 16 Pixel.
12 a zeigt eine Ausführungsform, bei der die Empfängerelektrodenfeld-Fläche als Rechteck über einen Steg gestaltet und mit der Zuleitung verbunden sind und
12b eine Matrix mit den Empfängerelektrodenflächen aus 12 a und entsprechende Senderelektrodenflächen, die zusammen eine Matrix von 7 × 10bilden.

1 zeigt den regelmäßigen Aufbau einer Schichtelektrode 10 gemäß dem Stand der Technik. Zu erkennen sind Empfängerelektroden 11 und 12, die mäanderförmig ausgebildet sind und Senderelektroden 13, die ebenfalls mäanderförmig in die Empfängerelektroden 11 und 12 eingreifen. Hier wird beispielhaft die obere Hälfte 10 einer Schichtelektrode gezeigt, die über eine Zeile 6 an die andere Hälfte (nicht gezeigt) angrenzt.
Zu erkennen ist in 1, wie Zuleitungen 14 aus der Mitte der Schichtelektrode, beispielsweise der Zeile 6 heraus zu einer Seite O (für oben) führen. Dabei verringert sich das Verhältnis von aktiver, also mit Elektrodenfeld belegter, Fläche zu inaktiver, also mit Zuleitungen belegter, Fläche sukzessive von Zeile 6 bis Zeile 1, wo dieses Verhältnis am kleinsten ist und entsprechend die eingegebenen Signale am schwächsten. Die Störsignale sind hier am stärksten.
Problematisch ist dabei, dass die durch eine Berührung in den Randbereichen, also beispielsweise entlang der Zeile 1, ausgelösten Signale schwächer als die Signale der Zeilen 5 und 6 sind, weil die Senderelektroden 13 der Zeilen 2 und 3 durch ein Bündel an Zuleitungen 14 getrennt werden und dabei geringere Elektrodenflächen als in den Zeilen 5 und 6 zur Verfügung stehen.
Die 2 a bis 2 c zeigen eine Detailansicht aus einer der 3 bis 11, wobei die möglichen galvanischen Trennungen zwischen den Elektrodenfeldern und/oder den Zuleitungen gezeigt sind. Zwei aneinandergrenzende leitfähige Bereiche auf der Schichtelektrode können beispielsweise gemäß den hier gezeigten Mustern 2a bis 2c realisiert werden.
Insbesondere sind die galvanisch trennenden Schlitze entweder mäanderförmig, zick-zack-förmig oder geradlinig und ausreichend breit, so dass ein Kurzschluss vermieden werden kann. Die Breite dieser Schlitze liegt im Bereich von 20µm bis 1 mm, damit eine Abdeckung der Touchscreens mit einer Dicke oder Höhe von 1mm bis 6mm realisierbar ist. Insbesondere wird hier mit Breiten der Schlitze von 175µm bis 500µm gearbeitet, bevorzugt mit einer Breite von 200 bis 300 µm.
In 3 erkennt man die Schichtelektrode 30, die eine Pixelmatrix, wie in 3a gezeigt, von 4 × 6 Eingabefelder umfasst. Die Pixelmatrix ist nur symbolhaft und soll verdeutlichen, dass bestimmten geometrischen Orten zugehörige Positionssignale zuordenbar sind. Demgemäß ist die virtuelle Pixelmatrix 31 der 3a auch in der 3d symbolhaft überlagert, ohne dass den Feldern der Pixelmatrix 31 reale und gegenständliche Felder entsprechen. Die Pixel werden vielmehr durch die Kreuzungspunkte der Spalten und Zeilen der realen Elektroden der 3b und 3c gebildet und mittels der Darstellung der 3a symbolisiert. In 3b sieht man nur die Verteilung der Empfängerelektrodenfelder a und b, die jeweils spaltenförmig untereinander und mit den Zuleitungen 32 oder 33 galvanisch verbunden sind. Die Senderelektrodenfelder werden in dieser 3b und in allen weiteren mit „b“ gekennzeichneten Figuren der Übersichtlichkeit halber weggelassen, ebenso wie in 3c und in allen weiteren mit „c“ bezeichneten Figuren die Empfängerelektrodenfelder.
In 3 b ist die galvanische Abtrennung der Empfänger-Elektrodenfelder a und b gegenüber den benachbarten Empfängerelektrodenfeldern b und a entlang der gestrichelten Linie erkennbar. Die Linie ist der Einfachheit halber gerade dargestellt, kann aber im Detail so wie in 2 gezeigt, ausgeführt sein. Die Trennung bewirkt, wie gesagt, eine galvanische Isolation und die dadurch belegte Fläche der Schichtelektrode steht nicht als Eingabeelement zur Verfügung. Zur Fertigstellung der Schichtelektrode 50 werden die beiden Hälften 30 und 40 aneinander gesetzt. Anhand der Senderelektrodenfelder c und d, die jeweils eine Senderelektrodenfeld-Zeile c und d ergeben, wie in den 3c, 4c und 5c gezeigt, erkennt man, wie die in den 3c und 4c gezeigten Ausschnitte der Schichtelektrode zusammengesetzt werden, damit die in 5c gezeigten Schichtelektrode entsteht. So erkennt man in der gezeigten Darstellung am Rand O der Schichtelektrode 30 die jeweiligen Zuleitungen 32 und 33 zu den Spalten, die nach Fertigstellung nach oben hin, zur Seite O, kontaktiert werden.
In 3c erkennt man die Aufteilung der Senderelektrodenfelder 1, 2, 3 und c, die jeweils zu einer Zeile zusammengesetzt sind. Dabei gehören die Zuleitungen 34, 35, 36 zu den Senderelektrodenfeldern der Zeilen 3 bzw. 1 bzw. 2 Die Zuleitungen 34,35 und 36 führen zur Seite O hin.
Die Senderelektrodenfelder 2 liegen innerhalb der Zeile 2, die Senderelektrodenfelder 3 liegen innerhalb der Zeile 3 und die Senderelektrodenfelder 1 innerhalb der Zeile 1.
Die 3b zeigt die entsprechenden Empfängerelektrodenfelder a und b, die jeweils innerhalb einer Spalte untereinander galvanisch verbunden sind. Ebenso ist in 3b dargestellt, wie die Zuleitungen 32, 33 der Empfängerelektroden aus 3b zur Seite O hin führen.
Dies entspricht auch den bekannten Zuleitungen nach dem Stand der Technik. Im Gegensatz dazu werden die in 3 c gezeigten Zuleitungen 37 zu den Senderelektrodenfeldern c nicht parallel zu den anderen Zuleitungen geführt, sondern im rechten Winkel dazu. Insbesondere ist leicht zu erkennen, wie die Zuleitungen 32, 33, 34, 35 und 36 im rechten Winkel zur Zuleitung 37 der Senderelektrodenfelder c stehen und die Zuleitung 37 zur Seite L hin führt.
Damit reduziert sich die Dichte der Zuleitungen, die zur Seite O hinführen. Es ergibt sich eine Anzahl von 3 Zeilen Senderelektrodenfeldern, die alle ungeteilt sind, weil die Zuleitungen 34, 35 und 36 nur die äußerste, also hier die Senderelektrodenfelder 1 der Zeile 1 zur Seite O hin durchteilen. Somit werden die Senderelektrodenfelder gemäß der 3c durch die Zuleitungen entweder gar nicht oder nur einmal durchteilt und damit ein dort ausgelöstes Signal nur minimal, entsprechend dem Signal der Zeile 5 aus 1, die den Stand der Technik zeigt, geschwächt.
In 3d ist die Schichtelektrode 30, zusammengesetzt aus allen einzeln gezeigten Elektrodenfeldern der 3a bis 3c zu sehen. Auf der Seite O sind die Zuleitungen 32 bis 36 zu erkennen, wobei die Zuleitungen 34 die Senderelektrodenfelder 1 der äußersten Zeile hälftig durchtrennen. Dadurch werden die auf den entsprechenden Matrixpixeln ausgelösten Signale gegenüber den in Zeile 2,3 oder c ausgelösten Signalen zwar noch geschwächt, aber das weitaus weniger als bei den entsprechenden Zeilen in 1. Die Seite U ist hier nicht gezeigt, da eine Schichtelektrode grundsätzlich aus zwei Schichtelektrodenhälften, beispielsweise 30 und 40, die über die Seite H aneinandergrenzen, zusammengesetzt wird.
Die 4a bis 4d zeigen entsprechende Darstellungen der anderen Hälfte 40 der Schichtelektrode mit 8 × 6 Pixeln, die zusammen mit den in 3 gezeigten die Schichtelektrode 50, umfassend Schichtelektroden 30 und 40, ergeben. 4a entspricht der 3a und zeigt die Verteilung der Pixel in einer gleichmäßigen rechteckigen Matrix. 4b zeigt die Empfängerelektrodenverteilung, die sich über die gemeinsame Seite H an die Empfängerelektroden der 3b anschließt. 4c zeigt wieder die Senderelektroden, die zeilenförmig angeordnet sind, wobei analog zu 3c die Senderelektrodenfelder d der obersten Zeile d Zuleitungen 47 hat, die im rechten Winkel zu den Zuleitungen der Zeilen 1 bis 3 stehen. 4d zeigt wieder eine Zusammenfassung der 4 a bis 4 c als Schichtelektrode 40.
5 zeigt die gesamte Schichtelektrode 50 aus den beiden in 3 und 4 gezeigten Hälften zusammengesetzt. Dabei gibt 5a die Pixelmatrix mit 6 × 8 Pixeln wieder, 5b zeigt die Empfängerelektrodenfelderverteilung, entsprechend einer Zusammenführung der beiden 3 b und 4 b und 5c zeigt die Senderelektrodenfelderverteilung bei der die beiden Zeilen c und d stirnseitig aneinandergrenzen. Diese beiden Senderelektrodenfelderzeilen c und d haben Zuleitungen 37 und 47, die im rechten Winkel zu den Zuleitungen 14, 32, 33, 34, 35, 36, 44, 45, 46 aus den der Senderelektrodenfelder der Zeilen 1 bis 3 stehen.
Zu erkennen ist in den 5b, 5c und 5d, dass die Schichtelektrode 50 die beiden Hälften 30 und 40 umfasst, wobei beide Hälften in Bezug auf die Belegung mit Elektrodenfeldern, also Empfänger- und Senderelektrodenfeldern, Zuleitungen und galvanischen Trennungen gleichartig, aber um eine halbe Sender- und/oder Empfängerelektrodenfeld-Fläche versetzt aufgebaut sind.
5 d zeigt die Schichtelektrode 50 mit den Seitenangaben O, U, R und L für oben, unten, links und rechts.
6 a bis 6d zeigt eine Erweiterung auf eine Matrix 60 mit 6 × 7 Pixel mit der entsprechenden Darstellung der Empfängerelektrodenfelderverteilung in 6b, Senderelektrodenfelderverteilung in 6c. Anders als bei den vorhergehenden 3 und 4 werden hier die einzelnen Elektrodenfelder nicht beschriftet, sondern die entsprechenden Zuordnungen werden am Rand der Zeilen und Spalten angegeben.
In 6c ist wieder zu erkennen, dass hier die Zuleitungen 67 der obersten Zeile e der Senderelektrodenfelder zu den Seiten L und R hin erfolgt. Die Zuleitungen zu den Senderelektrodenfeldern der Zeilen 1 bis 5 erfolgt nach der Seite U, wohingegen die Zuleitung der Senderelektrodenfelder der Zeile e im rechten Winkel dazu zu den Seite R und L hin erfolgt.
7 a bis 7 d zeigt die Zusammenlegung zweier Schichtelektrodenhälften wie in 6 a bis 6 d gezeigt zu einer einzigen Schichtelektrode 70 mit einer Pixelmatrix von 12 × 7 Feldern. 7c zeigt die Zusammenlegung zweier Zeilen e und e' mit Senderelektrodenfeldern, deren Zuleitungen 67 und 67' nach den Seiten R und L hin verlaufen. Wieder, vergleichbar zur 5c, ist die Schichtelektrode 70 aus zwei Hälften aufgebaut, wobei beide Hälften in Bezug auf die Belegung mit Elektrodenfeldern, also Empfänger- und Senderelektrodenfeldern, Zuleitungen und galvanischen Trennungen gleichartig, aber um eine halbe Sender- und/oder Empfängerelektrodenfeld-Fläche versetzt entlang der Linie der Zuleitungen 67 und 67' aneinandergrenzen.
Die 8 a bis 8 d zeigt wieder eine Erweiterung auf eine 6 × 8 Pixelmatrix.
Dabei wird in 8b erstmals gezeigt, dass nicht nur die Zuleitungen von Senderelektrodenfeldern einer Zeile im rechten Winkel zueinander angeordnet sein können, sondern wie die Zuleitungen von Empfängerelektrodenfeldern im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Gemäß 8b gehen die Zuleitungen 81 nach unten, zur Seite U hin, die Zuleitungen 82 nach rechts zur Seite R hin und die Zuleitungen 83 nach links zur Seite L hin.
Zu erkennen ist in 8 c, dass bei dieser Erweiterung der Matrix die Zuleitungen von den Senderelektrodenfeldern der Zeilen 2, 3 und 4 teilweise innerhalb einer Zeile im rechten Winkel zueinander stehen, da die Zuleitungen 84 der inneren Senderelektrodenfelder einer Zeile nach unten oder oben, also zu den Seiten U oder O hin verlaufen und die Zuleitungen 85 der äußeren Senderelektrodenfelder der rechten Seite nach rechts also zu der Seite R erfolgt, während die Zuleitungen 86 der äußeren Senderelektrodenfelder der gleichen Zeile der linken Seite nach links also zu der Seite L hin verlaufen. Innerhalb der in dieser Darstellung 8 c obersten Zeile verlaufen die Zuleitungen 87 über die ganze Senderelektrodenzeile hinweg gleich zu den Seiten R und L.
8d zeigt wieder eine überlagerte Darstellung der 8a bis 8c, die den gesamten Aufbau der Schichtelektrodenhälfte der 6 × 8 Matrix zeigt.
9 zeigt die aus beiden durch 8 dargestellten Hälften aufgebaute Schichtelektrode 9d, die aus der Matrix 90 mit 8 × 12 Pixel gemäß 9a aufgebaut ist. Zu erkennen sind die Empfängerelektrodenfelderverteilung gemäß 9b mit den zu den Seiten R und L hin verlaufenden Zuleitungen 82 und die Senderelektrodenfelderverteilung gemäß 9c mit den zu den Seiten R und L hin verlaufenden Zuleitungen 85.
10 b bis 10 d zeigen die Erweiterung des aus den 3 bis 9 bekannten Schemas auf eine 10 × 16 Matrix. In 10 b erkennt man, wie innerhalb einer Spalte an Empfängerelektrodenfeldern die galvanische Kopplung aufgehoben ist und die Zuleitungen 101 bis 106 eine Spalte kontaktieren, wobei beispielsweise die Zuleitung 101 der Spalte a im rechten Winkel zu den Zuleitungen 102 und 103 der gleichen Spalte a steht. Ebenso verhält es sich mit den Zuleitungen, die in 10 c zu erkennen sind, wo wieder Zuleitungen einer Zeile an Senderelektrodenfelder im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, wie aus 8c bekannt.
In 10 d ist wieder eine mit den 3 d bis 9d vergleichbare Ansicht gezeigt, wobei Pixelmatrix, Empfängerelektrodenfelderverteilung, Senderelektrodenverteilung und Zuleitungen erkennbar sind.
Die 11 b bis 11 d zeigen die Erweiterung des Systems auf eine 16 × 25 Matrix.
Die 12 a und 12 b zeigen eine andere Ausführungsform, insbesondere im Hinblick auf die Gestalt und Form der einzelnen Sender- und Empfängerelektrodenfelder. Hier ist zumindest ein Teil der Elektrodenfeld-Flächen in Form rechtwinkliger Vielecke 131, die über einen Steg 134 an eine Verbindungsleitung 135 angeschlossen sind, gestaltet. Hierbei ist ein EmpfängerElektrodenfeld a oder b als rechtwinkliges Viereck 131 über einen Steg 134 mit dem nächsten Empfängerelektrodenfeld der gleichen Spalte verknüpft, wohingegen die Senderelektrodenfelder 133 die Fläche um die Empfängerelektrode herum, wie durch die Schraffur gezeigt, belegt. Die Sender- und Empfängerelektrodenfelder sind durch Abstände 137 voneinander getrennt, die galvanische Trennungen bilden. Die Senderelektrodenfeld-Fläche 133 (Schraffur) entspricht in der Ausführungsform der Fläche, die nicht von den Empfängerelektrodenfeldern 131, 134, Zuleitungen und/oder galvanischen Trennungen 137 belegt ist.
Die 12 a zeigt den Aufbau einer Schichtelektrode mit derartigen Elektrodenfeldern, wobei eine Zuleitung 132 nach rechts hinaus geführt wird, während andere Zuleitungen nach oben und unten hin geführt werden.
Durch die Erfindung wird erstmals eine Anordnung von Zuleitungen innerhalb einer vergrößerten Pixelmatrix vorgestellt, durch die die äußeren Elektrodenfelder möglichst groß bleiben, da nur wenige Zuleitungen durch sie hindurch geführt werden.
Die Erfindung betrifft eine Schichtelektrode für Berührungsbildschirme, insbesondere eine, die sich zum Aufbau von kapazitiven Berührungsbildschirmen (Touchscreens) eignet. Bei wachsender Anzahl von Pixel innerhalb der Schichtelektrode werden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, den Flächenverlust innerhalb eines äußeren Elektrodenfeldes durch die Durchführung von Zuleitungen zu inneren Elektrodenfeldern zu verringern. Dazu werden Lösungen angegeben, um die Form der Elektrodenfelder, die Form der galvanischen Trennungen zwischen den Elektrodenfeldern und schließlich die Anordnung der Zuleitungen zu den Elektrodenfeldern so zu verändern, dass die Signale der äußeren Elektrodenfelder eine zu den Signalen der inneren Elektrodenfeldern vergleichbare Stärke behalten.

Claims

Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90)für einen Berührungsbildschirm, vier Ecken und entsprechend auch vier Seiten (O, U, R, L) aufweisend, wobei jeweils zwei Seiten (O, U und R, L) sich gegenüber liegen und dadurch innerhalb der Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) jeweils zu zwei gegenüberliegenden Seiten parallele Zeilen und Spalten vorgeben, wobei die Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) eine nutzbare Fläche hat, die unterteilt ist in eine aktive, also mit Elektrodenfeldern(1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134) belegte, Fläche und eine inaktive, also mit Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87' 101, 102, 103, 132) oder galvanischen Trennungen (137) zwischen den Elektrodenfeldern(30, 40, 50, 60, 70, 90) oder den Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87' 101, 102, 103, 132) belegte, Fläche, wobei das Verhältnis von aktiver zu inaktiver Fläche im Randbereich, also in den äußersten Spalten und in den äußersten Zeilen zumindest 1 ist, vorteilhafterweise aber größer 1 und die Anordnung der Elektrodenfelder (1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134), der Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87' 101, 102, 103, 132)und/oder der galvanischen Trennungen (137) dazwischen so gewählt ist, dass neben der Kontaktierung der Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87’, 101) auf einer Seite der Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) eine Kontaktierung auf zwei weiteren Seiten (O, U, R, L) vorgesehen ist, wobei eine erste Art Senderelektrodenfelder (65) von einer ersten Seite (O, U) aus gesehen auf der nutzbaren Fläche zu einem Mittenbereich hin weiter innen liegen, die erste Zuleitungen (66) haben, welche so verlaufen, dass weiter außen liegende Senderelektrodenfelder (63, 61) der Senderelektroden (61, 62, 63, 64, 65) einer zweiten Art in zwei galvanisch voneinander getrennte Senderelektroden (61, 63) aufgeteilt sind, wobei diese galvanisch getrennten Senderelektrodenfelder(61, 63) separat über zweite Zuleitungen angeschlossen sind, wobei die ersten und die zweiten Zuleitungen kollinear und als Bündel (66) zueinander verlaufen, und gekennzeichnet durch eine zweite Art Senderelektroden (c,d,e,e'), welche von der ersten Seite aus gesehen weiter innen liegen als alle Senderelektroden (61, 62, 63, 64, 65) der ersten Art und welche dritte Zuleitungen (37,47,67, 67', 87, 87') haben, welche senkrecht zu den ersten und zweiten Zuleitungen oder Bündel an Zuleitungen (32, 33, 34, 35, 36, 44, 45, 46, 66, 82, 82', 83, 85, 85', 86, 101) verlaufen, und gekennzeichnet durch Empfängerelektroden (a,b), welche ohne Zuleitungen aufweisend spaltenartig ausgebildet sind, und wobei diese Spalten im Wesentlichen parallel zu den ersten und zweiten Zuleitungen (32, 33, 34, 35, 36, 44, 45, 46, 66, 82, 82', 83, 85, 85', 86, 101) verlaufen.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90)nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenfelder (1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134) transparent ausgebildet und auf einer transparenten Folie angeordnet sind, und wobei die Elektrodenfelder (1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134) insbesondere aus gitterförmig angeordneten metallischen Leiterbahnen ausgebildet sind.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Berührungsbildschirm eine Matrix von 7 × 6 Pixel, oder 8 × 6 Pixel, oder 7 × 12 Pixel, oder 8 × 12 Pixel oder 10 × 16 Pixel umfasst.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87' 101) zu Elektrodenfeldern (1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134) parallel und im rechten Winkel zueinander verlaufen.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die zwei Hälften (30, 40, 60) umfasst, wobei beide Hälften (30, 40, 60) in Bezug auf die Belegung mit Elektrodenfeldern (1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134), also Empfänger- und Senderelektrodenfeldern, Zuleitungen und galvanischen Trennungen gleichartig, aber um eine halbe Sender- und/oder Empfängerelektrodenfeld-Fläche versetzt aufgebaut sind.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach Anspruch 5, bei der die beiden Hälften jeweils zumindest zwei Reihen und/oder Spalten Sender- und/oder Empfängerelektroden haben, deren Zuleitungen im rechten Winkel zueinander stehen.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90)nach Anspruch 5, wobei die beiden Hälften so aneinandergrenzen, dass die aneinandergrenzenden Zuleitungen (37,47,67, 67', 87, 87') parallel verlaufen.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Zuleitungen zu den Elektrodenfeldern auf allen vier Seiten der Schichtelektrode nach außen geführt sind.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Zuleitungen auf zwei Seiten gebündelt und auf zwei Seiten einzeln von den Elektrodenfeldern nach außen geführt sind.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die galvanische Trennung der Elektrodenfelder-Flächen geradlinig, im Zickzackmuster und/oder mäanderförmig verläuft.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Sender- und/oder Empfängerelektrodenfeld-Flächen als Vielecke aufgebaut sind.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach Anspruch 11, bei der die Sender- und/oder Empfängerelektrodenfeld-Flächen rechteckig, insbesondere quadratisch, aufgebaut sind.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Sender- und/oder Empfängerelektrodenfelder als unregelmäßige, also nicht rechtwinklige, Vielecke aufgebaut sind.
Schichtelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zumindest ein Teil der Elektrodenfeld-Flächen in Form rechtwinkliger Vielecke (131), die über einen Steg (134) an eine Verbindungsleitung (135) angeschlossen sind, gestaltet sind.
Schichtelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 14, bei der die Senderelektrodenfeld-Flächen (133) die durch die Empfängerelektrodenfelder (131, 134), die Zuleitungen und galvanischen Trennungen (137) nicht belegte Flächebelegen.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Verhältnis von aktiver zu inaktiver Fläche im Randbereich, also in den äußersten Spalten und in den äußersten Zeilen im Bereich von 1,5 : 1 bis 4: 1 liegt.
Schichtelektrode (30, 40, 50, 60, 70, 90) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87', 101)der im Inneren der nutzbaren Fläche der Schichtelektrode liegenden Empfänger- und/oder Senderelektrodenflächen der Schichtelektrode so verlegt sind, dass die Zuleitungen (14, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 66, 67, 67' 82, 82', 83, 85, 85', 86, 87, 87', 101) jeweils entlang der kürzesten Strecke zwischen der Lage der jeweiligen Elektrodenfelder (1, 2, 3, a, b, c, d, e, e', 12, 13, 131, 133, 134) und der am nächsten liegenden Seite (O, U, R, L) der nutzbaren Fläche der Schichtelektrode verlegt sind.
Schichtelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Reihe oder Spalte an Elektrodenfeldern (1, 2, 3, 4, 5, a, b, 131, 133, 134) vorgesehen ist, innerhalb derer die Zuleitungen (81, 83, 84, 85, 86) im rechten Winkel zueinander stehen.