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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensorbildschirm, auch als Touchscreen bezeichnet.
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Sensorbildschirme finden als Benutzerschnittstelle für komplexe Geräte immer weitere Verbreitung, da sie rein durch Programmierung, ohne jegliche Veränderung ihres Aufbaus, für beliebige Eingabevorgänge angepasst werden können. Es besteht daher großes Interesse an Sensorbildschirmen, bei einfachem, preiswert realisierbarem Aufbau eine hohe Qualität der Bildanzeige und Berührungserfassung erreichen.
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Die Ablesbarkeit eines Bildschirms ist stark beeinträchtigt, wenn sich Gegenstände der Umgebung an seiner Oberfläche spiegeln. Bei Sensorbildschirmen kommt hinzu, dass sie ihrer Zweckbestimmung gemäß mit dem Finger berührt werden müssen und auch Fingerspuren an der Oberfläche, wenn sie die Reflexion des Umgebungslichts beeinflussen, die Ablesbarkeit beeinträchtigen. Eine einfache Möglichkeit, dieses Problem wenigstens zu lindern, ist, die Oberfläche des Sensorbildschirms aufzurauen. Wenn die Oberfläche Strukturen aufweist, deren Abmessungen größer als die Wellenlänge des Lichts, aber kleiner als das Auflösungsvermögen des Auges sind, erscheint sie dem Auge zwar eben, spiegelt aber das Licht nicht wie eine geometrisch ebene Fläche, so dass sowohl Spiegelbilder von Objekten der Umgebung als auch Fingerspuren nicht mehr sichtbar sind.
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Aus
DE 10 2013 012 110 A1 ist ein Sensorbildschirm bekannt, der eine oberflächlich aufgeraute starre Deckscheibe, eine Polarisationsschicht, eine Berührungssensorschicht und eine Anzeigebaugruppe umfasst, die untereinander jeweils durch Kleberschichten verbunden sind.
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Der Aufbau der Anzeigebaugruppe ist in
DE 10 2013 012 110 A1 nicht weiter beschrieben. Herkömmlicherweise umfasst die Anzeigebaugruppe eine Flüssigkristallschicht, die zwischen zwei strukturierten Elektrodenschichten angeordnet ist und eine durch ein von den Elektrodenschichten erzeugtes elektrisches Feld veränderbare Doppelbrechung aufweist. Die Sensorschicht ist in eine Vielzahl von Kondensatorelementen strukturiert, und die Berührungserfassung durch die Sensorschicht basiert auf einer Änderung der Kapazität einiger dieser Kondensatorelemente, wenn sich der Finger eines Benutzers in der Nähe befindet. Wenn die elektrischen Felder der Anzeigebaugruppe die Messung der Kapazität der Kondensatorelemente beeinflussen, kann dies zu Fehlern oder Ungenauigkeiten bei der Berührungserfassung führen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Sensorbildschirm zu schaffen, der bei einfachem Aufbau unempfindlich gegen Wechselwirkungen zwischen Anzeige- und Sensorschicht ist.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst, indem bei einem Sensorbildschirm mit einer Anzeigebaugruppe, die zwei Elektrodenschichten und eine dazwischen angeordnete Flüssigkristallschicht umfasst, und einer Deckscheibe mit rauer Außenfläche, die ein festes Substrat und wenigstens eine Dünnschicht umfasst, die wenigstens eine Dünnschicht auf eine Außenseite des Substrats aufgebracht ist, um eine berührungsempfindliche Sensorschicht und die raue Außenfläche zu bilden.
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Das Substrat der Deckscheibe gewährleistet einen Mindestabstand zwischen der Sensorschicht und den Elektrodenschichten der Anzeigebaugruppe, der den Einfluss von störenden Feldern der Elektrodenschichten auf die Sensorschicht verringert.
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Die Rauheit der Außenfläche vermindert die Sichtbarkeit von anhaftendem Schmutz, insbesondere von Fingerabrücken, und trägt so zu einer guten Anzeigequalität bei.
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Die raue Außenseite kann durch Aufrauen der auf dem Substrat aufgebrachten wenigstens einen Dünnschicht erhalten werden, allerdings setzt dies voraus, dass die Dünnschicht stark genug ist, um durch das Aufrauen nicht durchlöchert oder gar abgetragen zu werden. Bevorzugt ist daher, dass die Außenseite des Substrats selber rau ist und die Rauheit der Außenfläche sich dadurch ergibt, dass die Dünnschicht diese Rauheit nicht ausgleicht. Dass dies nicht geschieht, kann sich bereits dadurch ergeben, dass Vertiefungen in der Oberfläche des Substrats für das die wenigstens eine Dünnschicht bildende Material schlecht zugänglich ist und das Schichtwachstum an erhabenen Stellen der Substratoberfläche deshalb schneller ist.
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Um die Schichtbildung in vertretbarer Zeit zum Abschluss zu bringen, sollte die Dicke der wenigstens einen Dünnschicht deutlich kleiner als die Dicke des Substrats sein.
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Die Entstehung einer ebenen Außenfläche ist sicher ausgeschlossen, wenn die Dicke der wenigstens einen Dünnschicht kleiner als die Oberflächenrauheit des Substrats ist.
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Damit die Vorteile der Erfindung zum Tragen kommen, sollte die Außenfläche der Deckscheibe berührbar freiliegen. Dies schließt aber natürlich nicht aus, dass der erfindungsgemäße Sensorbildschirm so eingebaut werden kann, dass eine Berührung der Außenfläche nicht möglich ist, dass ein Benutzer sie z. B. durch Anbringen einer Displayschutzfolie verhindert oder dass der Sensorbildschirm zum Schutz vor Beschädigung mit einer Schutzfolie auf der Außenfläche an einen Anwender oder Kunden ausgeliefert wird.
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Um die Strapazierfähigkeit des Sensorbildschirms zu verbessern, sollten wenigstens zwei Dünnschichten auf dem Substrat aufgebracht sein, zum einen die Sensorschicht und zum andern eine auf die Sensorschicht aufgebrachte Schutzschicht. Geeignete Schutzschichten, die hochgradig abriebfest, transparent und reflexarm sind, sind aus der Brillenoptik bekannt und können in gleicher Weise wie auf Brillengläsern auch auf dem Substrat und der Sensorschicht des erfindungsgemäßen Sensorbildschirms zum Einsatz kommen.
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In üblicher Weise definieren die Elektrodenschichten eine Struktur der Flüssigkristallschicht, in der Pixel einzeln ansteuerbar sind und das elektrische Feld, das von einem solchen Pixel ausgeht, verschieden von dem eines Nachbarpixels sein kann. Derartige Inhomogenitäten des elektrischen Feldes gleichen sich mit zunehmendem Abstand von der Elektrodenschicht schnell aus und haben daher nur noch geringen Einfluss auf die Berührungserfassung, wenn der Abstand zwischen der Flüssigkristallschicht und der Sensorschicht ein Mehrfaches des Pixelabstands beträgt.
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In der Praxis sollte die Dicke des Substrats für eine ausreichende Festigkeit wenigstens 0,5 mm betragen.
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Die Elektrodenschichten sollten jeweils ein transparentes Substrat und auf dem Substrat strukturierte Leiterbahnen umfassen.
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Um die örtlich veränderliche Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht in ein sichtbares Bild umzuwandeln, sollten Polarisatoren auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht vorhanden sein. Ein solcher Polarisator kann einerseits an einer der Elektrodenschichten und andererseits an der Deckscheibe flächendeckend verklebt sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur.
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1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sensorbildschirm.
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Der in 1 im Schnitt gezeigte Sensorbildschirm ist vorgesehen zum Einbau in einem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs. Die am tiefsten im Innern des Armaturenbretts liegende Komponente des Sensorbildschirms ist ein Leuchtschirm 1, der selbstleuchtend sein oder von einer nicht dargestellten Lichtquelle angestrahlt sein kann, um die davor liegenden Komponenten gleichmäßig auszuleuchten.
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Zum Leuchtschirm 1 nächstbenachbart ist ein Polarisatorfilter 2, der von dem vom Leuchtschirm 1 ausgehenden unpolarisierten Licht jeweils nur eine linear polarisierte Komponente durchlässt. Der Polarisatorfilter 2 ist eine Kunststofffolie, die auf eine darüberliegende Glasscheibe auflaminiert ist.
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Diese Glasscheibe bildet gleichzeitig ein Substrat 4 einer unteren Elektrodenschicht 3. Leiterbahnen, Elektroden 5 und Dünnschicht-Halbleiterbauelemente zum Steuern des Potentials der Elektroden sind auf dem Substrat 4 strukturiert und zwischen dem Substrat 4 und dem Polarisatorfilter 2 eingeschlossen.
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Zwischen dem Substrat 3 und einer oberen Elektrodenschicht 8 sind eine Flüssigkristallschicht 6 und ein sie umschließender Rahmen 7 angeordnet. Der Rahmen 7 ist an den Substraten 4 beider Elektrodenschichten 3, 8 dicht verklebt. Elektroden 5 der unteren und der oberen Elektrodenschicht 3, 8 liegen einander paarweise gegenüber und unterteilen die Flüssigkristallschicht 6 in eine Matrix von Pixeln, in denen das elektrische Feld zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden 5 unabhängig von den benachbarten Pixeln steuerbar ist. Anzeigebaugruppen, in denen eine Flüssigkristallschicht und zwei Elektrodenschichten zusammengefasst sind, sind im Handel verfügbar; bevorzugt sind hier Anzeigebaugruppen, bei denen der Abstand der Pixel voneinander kleiner als 0,15 mm ist.
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Leiterbahnen, Elektroden 5 und Dünnschicht-Halbleiterbauelemente der oberen Elektrodenschicht 8 sind von einem zweiten Polarisatorfilter 11 überdeckt. Die von diesem Polarisatorfilter 11 durchgelassene Lichtmenge ist abhängig von der Polarisationsdrehung, die das Licht in der Flüssigkristallschicht 6 erfährt, und damit von dem elektrischen Feld zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden 5.
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Der zweite Polarisatorfilter 11 ist durch eine Kleberschicht 10 an der oberen Elektrodenschicht 8 und durch eine Kleberschicht 12 an einem Substrat 13 einer Deckscheibe 14 befestigt. Die Kleberschichten 10, 12 sind glasklar. Um Grenzschichtreflexionen zu minimieren, sollte ihr Brechungsindex gleich dem der angrenzenden Substrate 4, 13 oder dem des Polarisatorfilters 11 sein oder zwischen diesen Werten liegen. Da der Sensorbildschirm zwischen Polarisatorfilter 2 und dem Substrat 13 frei von Luftschichten ist, an deren Grenzen der Brechungsindex sich stark ändert, werden im Innern des Sensorbildschirms keine reflexionsmindernden Beschichtungen benötigt.
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Die von der Kleberschicht 12 abgewandte Oberseite 15 des Substrats 13 ist durch Ätzen, Sandstrahlen oder dergleichen aufgeraut und trägt eine Sensorschicht 16 aus aufgedampftem und zu Kondensatorelementen und zugehörigen Leiterbahnen strukturiertem Indium-Zinn-Oxid. Indem die Sensorschicht 16 an der Außenseite des Substrats 13 angebracht wird, wird der bei gegebener Gesamtdicke des Sensorbildschirms größtmögliche Abstand zwischen der Sensorschicht 16 und eventuell von der Elektrodenschicht 8 ausgehenden Störeinflüssen realisiert.
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Die Dicke der Sensorschicht 16 ist abhängig vom gewünschten Flächenwiderstand und liegt typischerweise in einem Bereich von 15–300 nm. Auf der Sensorschicht 16 ist flächendeckend eine harte, kratzfeste Schutzschicht 17, z. B. auf Grundlage von Aluminium- oder Zirkonoxid, aufgebracht. Um sicherzustellen, dass die Rauheit der Oberseite 15 durch das Auftragen der Sensorschicht 16 und der Schutzschicht 17 nicht eingeebnet wird, sondern auch die von der Schutzschicht 17 gebildete Außenfläche 18 der Deckscheibe 14 noch die zum Vermindern der Sichtbarkeit eines Fingerabdrucks nötige Rauheit aufweist, wird die RMS-Rauheit der Oberseite 15 größer als die Summe der Dicken von Sensorschicht 16 und Schutzschicht 17 gewählt.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leuchtschirm
- 2
- Polarisatorfilter
- 3
- Elektrodenschicht
- 4
- Substrat
- 5
- Elektrode
- 6
- Flüssigkristallschicht
- 7
- Rahmen
- 8
- Elektrodenschicht
- 9
- Pixel
- 10
- Kleberschicht
- 11
- Polarisatorfilter
- 12
- Kleberschicht
- 13
- Substrat
- 14
- Deckscheibe
- 15
- Oberseite
- 16
- Sensorschicht
- 17
- Schutzschicht
- 18
- Außenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013012110 A1 [0004, 0005]
