DE19942376A1

DE19942376A1 - Druckschaltelement und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE19942376A1
Application number: DE1999142376
Authority: DE
Inventors: Thomas Zenker; Michael Kettler
Original assignee: SCHOTT INTERACTIVE GLASS GmbH; Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1999-09-04
Filing date: 1999-09-04
Publication date: 2001-04-12
Also published as: EP1208530A1; AU6842300A; WO2001018744A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckschaltelement mit mindestens einer aus einer flexiblen Trägermaterialscheibe gebildeten Tastaturoberfläche und mindestens einer weiteren Trägermaterialscheibe, die auf den einander zugewandten Flächen jeweils wenigstens eine elektrisch leitende Schicht aufweisen, wobei die sich gegenüberstehenden elektrisch leitenden Schichten mit Hilfe einer Halterung auf Abstand gehalten sind und wobei sich die elektrisch leitenden Schichten bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe an der im wesentlichen punktuellen Druckbelastungsstelle berühren. Bei dem Druckschaltelement ist u. a. weiterhin vorgesehen, daß wenigstens eine der elektrisch leitenden Schichten in beliebig strukturierte, flächige Bereiche (Matrixelemente) unterteilt ist, wobei bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe eine abgestufte Spannung, ein abgestufter Strom und/oder ein abgestufter Widerstandswert des flächigen Bereichs, der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten meßbar ist, wobei der Meßwert charakteristisch für den Ort des jeweiligen flächigen Bereichs ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckschaltelement mit mindestens einer aus einer flexiblen Trägermaterialscheibe gebildeten Tastaturoberfläche und mindestens einer weiteren Trägermaterialscheibe, die auf den einander zugewandten Flächen jeweils wenigstens eine elektrisch leitende Schicht aufweisen, wobei die sich gegenüberstehenden elektrisch leitenden Schichten mit Hilfe einer Halterung auf Abstand gehalten sind und wobei sich die elektrisch leitenden Schichten bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe an der im wesentlichen punktuellen Druckbelastungsstelle berühren. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Druckschaltelements.

Derartige Druckschaltelemente auch Touch-Panels genannt sind bekannt. Insbesondere transparente Druckschaltelemente werden heute vielfach als Eingabemedien in Form eines Vorsatzmoduls vor Flachbildschirmen oder Fernsehbildschirmen eingesetzt. Darüber hinaus werden Touch-Panels auch ohne Kombination mit einem Flachbildschirm oder Fernsehbildschirm als Bedienterminal anstelle einer klassischen Tastatur eingesetzt.

Auf dem Markt sind verschiedene Bauformen transparenter Touch-Panels erhältlich. Allen Bauformen ist gemeinsam, daß der Ort der Berührung der Oberfläche des Touch-Panels durch einen Finger oder ein Hilfswerkzeug (Stift o. ä.) in elektrische Signale umgewandelt wird. Auf Basis dieser Signale wird der Berührungsort der Oberfläche des Touch-Panels detektiert. Durch eine zentrale Recheneinheit, die sowohl die Signale des Touch-Panels aufnimmt und auswertet als auch den Flachbildschirm steuert, wird eine besonders bedienerfreundliche Rechnerkommunikation ermöglicht.

Für den Benutzer sichtbar und zum Teil auch bei der Bedienung "erfühlbar" weisen die unterschiedlichen Touch-Panels verschiedene Bedienoberflächen auf. Auf kapazitiven Wirkprinzipien basierende Touch-Panels weisen eine bei der Bedienung mechanisch nicht nachgiebige Glasoberfläche auf. Das Funk tionsprinzip basiert darauf, daß sich aufgrund der unterschiedlichen Dielek trizität des Fingers oder des Hilfswerkzeugs im Vergleich zur Luft eine Kapazitätsänderung um den Berührungspunkt ausbildet und die Funktion nur auf solche Dielektrika beschränkt ist. Nachteilig ist hier, daß auch eine Kontamination um den Berührungspunkt irrtümlicherweise als Berührung gedeutet werden kann. Da die Oberfläche aus dickem Glas (einige Millimeter) besteht, besitzen kapazitive Displays eine hohe mechanische, physikalische und chemische Resistenz. Kapazitive Displays werden daher, beispielsweise in Kommunikationsterminals in Banken, Informationsterminals o. ä. eingesetzt.

Auf vergleichbaren optischen oder elektrischen Wirkprinzipien basieren Ultra schall-Touch-Panels, Infrarot-Touch-Panels und Feldeffekt-Touch-Panels. Auch hier kann die Oberfläche aus Glas bestehen. Kontaminationen sind auch hier kritisch, so daß derartige Bauformen in ähnliche Anwendungsbereiche zielen wie kapazitive Panels. Allerdings ist deren Marktanteil wesentlich geringer als der kapazitiver Panels.

Resistive Touch-Panels basieren demgegenüber darauf, einen leitfähig beschichteten ebenen Träger, dessen Grundmaterial aus einigen Millimeter dicken Glas- oder Kunststoffscheiben besteht, mit einer ebenfalls leitfähig beschichteten dünnen, verformbaren Folie planparallel zu beabstanden. Bei Berührung der Folie führt deren Verformung zur lokalen Kontaktierung der beiden gegenüberliegenden leitfähigen Schichten. Prinzipiell existieren zwei Ausführungsformen resistiver Touch-Panels:

- Analog-Touch-Panels: Die leitfähigen Schichten müssen hierbei einen sehr homogenen, örtlich konstanten Flächenwiderstand besitzen. Durch Auslesen der elektrischen Spannungswerte kann wegen des sehr homogenen Flächenwiderstandes auf den Ort der Berührung geschlossen werden.
- Digital-Touch-Panels: Die elektrisch leitfähigen Schichten von Träger und Folie sind strukturiert, so daß diskrete flächige Strukturen entstehen und durch die Überlagerung von mindestens einer strukturierten Schicht überlagerte diskrete flächige Bereiche (Matrixelemente) definiert sind. Durch Berührung des Touch-Panels entsteht ein lokaler Kurzschluß zwischen den diskreten Strukturen, wodurch im Rahmen der Strukturgröße der Strukturen auf den Berührungsort in einem diskreten flächigen Bereich geschlossen werden kann. Mit steigender Anzahl an diskreten Strukturen und dadurch erhöhter Ortsauflösung des Touch-Panels steigt sowohl der Herstellungsaufwand des Touch-Panels als auch der Aufwand für die Auswertung der einzelnen Signale aus der Vielzahl der Anschlussbahnen zu den diskreten Strukturen sehr stark an.

Der Vorteil eines Digital-Touch-Panels gegenüber einem Analog-Touch-Panel besteht darin, daß die Anforderungen an die Homogenität und Kalibrierung des aktiven Bedienbereiches geringer sind.

Das in der US 5,283,558 beschriebene resistive Touch-Panel weist sowohl Elemente eines Analog- als auch eines Digital-Touch-Panels auf. So besteht das Touch-Panel aus einem ersten Träger, dessen Oberfläche mit parallel angeordneten, ortssensitiven, elektrisch leitenden Streifen versehen ist, wobei die Streifen an deren einem Ende über einen Widerstandsstreifen kontaktiert sind. Weiterhin besteht das Touch-Panel aus einem zweiten Träger, dessen Oberfläche analog zum ersten Träger gestaltet ist. Die Oberfläche des ersten oder zweiten Trägers ist zusätzlich mit elektrisch leitenden Erdungsstreifen versehen, die in unmittelbarer Nachbarschaft zu den ortssensitiven Streifen angeordnet sind. Erster und zweiter Träger sind derart übereinander angeordnet, daß die ortssensitiven Streifen der beiden Träger orthogonal zueinander sind. Bei Druckbelastung eines Trägers kommt es am Ort der Druckbelastung zum Kontakt der ortssensitiven Streifen und des Erdungsstreifens. Der Widerstand zwischen den ortssensitiven Streifen und den Erdungsstreifen ist dabei abhängig vom Ort der Druckbelastung. Die Widerstandsstreifen und Erdungsstreifen sind jeweils mit Analog-Digital- Wandlern verbunden um die x- und y-Koordinate der Druckbelastungsstelle zu bestimmen. Im Vergleich zu bekannten Digital- oder Analog-Touch-Panels besitzt dieses Touch-Panel einen außerordentlich komplexen und aufwendigen Aufbau.

Als Folienmaterial werden bei den derzeit vorwiegend am Markt erhältlichen Touch-Panels transparente Kunststoffe eingesetzt. Diese werden über Ab standhalter zu dem Trägermaterial auf Abstand gehalten, so daß eine Fehl schaltung (Berührung der leitfähigen Schichten) ohne Betätigung ausge schlossen ist. Im Vergleich zu anderen Bauformen von Touch-Panels besteht ein Vorteil resistiver Touch-Panels darin, daß zur Betätigung eine, wenn auch geringe mechanische Deformationskraft auf die Folie ausgeübt werden muß. Daher ist deren Empfindlichkeit gegenüber Kontaminationen wesentlich geringer, weshalb in sicherheitsrelevanten Bereichen wie Medizintechnik und Industrieautomation fast ausschließliche resistive Touch-Panels eingesetzt werden.

Nachteilig bei der Verwendung von Kunststoffen als Folienmaterial ist die im Vergleich zu Glasbedienoberflächen wesentlich geringere physikalische und chemische Beständigkeit. So kann bedingt durch mechanische Verkratzung, Eintrübung, UV-Bestrahlung oder Oberflächenschädigung durch Chemikalien usw. eine Verschlechterung der Transparenz eintreten. Weiterhin ist die Oberflächensterilisierbarkeit eingeschränkt. Ein weiterer Nachteil beim Einsatz von Kunststoffen liegt in der geringeren thermischen Beständigkeit (Erweichung, Aufwellung) und den starken thermischen Dehnungen im Vergleich zu Glas. So ist bedingt durch Aufwellungen der Kunststoffe die Größe der Touch-Panels stark eingeschränkt. Relativ einfach und damit kostengünstig beherrschbar sind derartige Phänomene in kleineren resistiven Touch-Panels wie sie beispielsweise in elektronischen Terminplanern eingesetzt werden.

Neuartige Bauformen resistiver Touch-Panels gehen dazu über, als Folie eine Dünnglasscheibe einzusetzen, die bei einer Dicke von 0,15 mm bis 0,4 mm eine genügende Verformbarkeit aufweist. Eine derartige Oberfläche besitzt die Vorteile der chemischen und physikalischen Resistenz von Glas bei geringer Gefahr von Fehlschaltungen.

Aus der EP 0 546 003 B1 ist ein aus einem Glaslaminat gebildetes Druck schaltelement bekannt, daß aus einer flexiblen Dünnglasscheibe und min destens einer Trägermaterialscheibe gebildet ist, die auf den einander zuge wandten Flächen jeweils eine elektrisch leitende Schicht aufweisen. Die sich gegenüberstehenden elektrisch leitenden Schichten werden mit Hilfe eines Abstandhalters auf Abstand gehalten. Die elektrisch leitenden Schichten be rühren sich bei Druckbelastung der flexiblen Dünnglasschicht an der im wesentlichen punktuellen Druckbelastungsstelle. Ein im Aufbau vergleichbares Druckschaltelement ist aus der US 4,901,074 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckschaltelement zu finden, das mit verringertem Herstellungsaufwand herstellbar und dessen Signale mit geringem Aufwand ausgewertet und dem Ort einer Druckbelastung zugeordnet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Druckschaltelement (1) mit mindestens einer aus einer flexiblen Trägermaterialscheibe (2) gebildeten Tastaturoberfläche (4) und mindestens einer weiteren Trägermaterialscheibe (3), die auf den einander zugewandten Flächen jeweils wenigstens eine elektrisch leitende Schicht (5, 6) aufweisen, wobei die sich gegenüberstehenden elektrisch leitenden Schichten (5, 6) mit Hilfe einer Halterung (7) auf Abstand gehalten sind und wobei sich die elektrisch leitenden Schichten (5, 6) bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterial scheibe (2) an der im wesentlichen punktuellen Druckbelastungsstelle berühren. Bei diesem Druckschaltelement (1) ist vorgesehen,
daß wenigstens eine der elektrisch leitenden Schichten (5, 6) in beliebig strukturierte, flächige Bereiche (8) (Matrixelemente) unterteilt ist,
daß wenigstens zwei flächige Bereiche (8) jeweils einer elektrisch leitenden Schicht (5, 6) über elektrisch leitende Verbindungselemente (9) kontaktiert sind, so daß die kontaktierten flächigen Bereiche (8) Teil eines Widerstandsnetzwerks sind,
daß sich beim Anlegen einer äußeren Spannung und/oder eines äußeren Stroms an ein Widerstandsnetzwerk eine abgestufte Spannung und/oder ein abgestufter Strom an jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) des Widerstandsnetzwerks einstellt,
daß jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) ein abgestufter Widerstandswert zuordenbar ist, und
daß bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüber liegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten (5, 6) meßbar ist, wobei der Meßwert charakteristisch für den Ort des jeweiligen kontaktierten flächigen Bereichs (8) ist.

Zumindest der Teil der elektrisch leitenden Schicht (5, 6), der wenigstens teil weise innerhalb eines Bedienfeldes (10) eines erfindungsgemäßen Druckschaltelements (1) liegt, kann dabei beispielsweise wie ein bekanntes digitales Druckschaltelement strukturiert sein - wenigstens eine der elektrisch leitenden Schichten (5, 6) ist in beliebig strukturierte, flächige Bereiche (8) (Matrixelemente) unterteilt. Dadurch, daß wenigstens zwei flächige Bereiche (8) jeweils einer elektrisch leitenden Schicht (5, 6) über Verbindungselemente (9), die bevorzugt als Spannungs- und/oder Stromverteiler wirken, kontaktiert sind, so daß die kontaktierten flächigen Bereiche (8) Teil eines Widerstandsnetzwerks sind, kann jedoch auf die Vielzahl von, für jedes einzelne Matrixelement notwendigen, Anschlußleitungen eines digitalen Druckschaltelement verzichtet werden.

Weiterhin kann die Auswertung der Signale (meßbare Spannungen, Ströme, Widerstandswerte) so einfach wie bei einem analogen Druckschaltelement vorgenommen werden. Es werden jedoch weit geringere Anforderungen an die Homogenität des Flächenwiderstands der leitenden Schicht gestellt als bei bekannten analogen Druckschaltelementen, da sich beim Anlegen einer äußeren Spannung und/oder eines äußeren Stroms an ein Widerstandsnetz werk eine abgestufte Spannung und/oder ein abgestufter Strom an jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) des Widerstandsnetzwerks einstellt und da jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) ein abgestufter Widerstandswert oder ein Widerstandsbereich zuordenbar ist.

Aufgrund der verringerten Anzahl an notwendigen Anschlußleitungen, der geringeren Anforderungen an die Homogenität der elektrisch leitenden Schichten sowie aufgrund des geringen Auswerteaufwands der anfallenden Signale ist der Herstellungsaufwand und/oder Materialanforderungen für ein erfindungsgemäßes Druckschaltelement weitaus geringer als bei bekannten Druckschaltelementen.

Bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) ist die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten (5, 6) meßbar. Der Meßwert ist dabei charakteristisch für den Ort des jeweiligen flächigen Bereichs (8) einer Schicht (5, 6). Über einen oder mehrere Meßwerte kann dabei der Ort der Druckbelastung bestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Glastastatur ist wesentlich einfacher aufgebaut als das im US-Patent 5,283,558 beschriebene Touch-Panel, insbesondere auf die für die Funktion des Touch-Panels notwendigen Erdungstreifen kann vollständig verzichtet werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im folgenden erläutert.

Vorzugsweise ist bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten (5, 6) mittels eines Analog-Digital-Wandlers meßbar, wobei der Analog-Digital-Wandler die jeweiligen Meßwerte in digitale Positionen übersetzt.

Die Meßwerte (Signale) werden über wenigstens einen Analog-Digital- Wandler, bevorzugt als Teil wenigstens eines Analog-Kontrollers, dem Ort des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, und letztendlich dem Ort der Druckbelastungsstelle zugeordnet. Der Analog-Kontroller hat neben dem ana logen Messvorgang zusätzlich die Aufgabe, die Abfolge von mindestens einem Messvorgang zur eindeutigen Ortsbestimmung des Druckbelastungs stelle zu steuern. Dies erfolgt im allgemeinen durch mindestens eine Aktivierung des Druckschaltelementes (1) mit einer Spannungs- oder Stromquelle, bei mehreren Aktivierungen, über wechselnde Anschlusspunkte (11) des Druckschaltelementes (1). Weiterhin hat der Analog-Kontroller die Aufgabe der Übertragung der Messinformationen (Signale) an eine Steuereinheit.

Wenigstens zwei flächige Bereiche (8) sind über Verbindungselemente (9) in Reihen- und/oder Parallelschaltung kontaktiert, so daß die kontaktierten flächigen Bereiche (8) Teil eines Widerstandnetzwerks sind. Die Verbindungselemente (9) wirken dabei bevorzugt als Spannungs- und/oder Stromverteiler und bilden zusammen mit den kontaktierten flächigen Bereichen (8) ein Widerstandsnetzwerk.

Die Verbindungselemente (9) und/oder die flächigen Bereiche (8) sind bevorzugt elektrische Widerstände oder sie weisen einen elektrischen Widerstandswert auf. Besonders bevorzugt weisen die Verbindungselemente (9) und/oder die flächigen Bereiche (8) einen elektrischen Flächenwiderstand auf

Ebenfalls bevorzugt sind die Verbindungselemente (9) Widerstandsbrücken oder weisen Widerstandsbrücken auf, wobei die Verbindungselemente (9) bevorzugt elektronische Widerstandsbauteile und/oder Schichtwiderstände, insbesondere Dünnschicht- und/oder Dickschicht-Widerstände, sind oder aufweisen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Druckschaltelements (1) sind die Verbindungselemente (9) auf dem Druckschaltelement (1), insbeson dere auf der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und/oder der Trägermaterial scheibe (3) angeordnet, wobei besonders bevorzugt die Verbindungs elemente (9) aus der elektrisch leitenden Schicht (5, 6) strukturiert sind.

Die Strukturierung bzw. Unterteilung der Verbindungselemente (9) und/oder der flächigen Bereiche (8) zu einem Netzwerk kann beispielsweise mittels ab tragender Verfahren, insbesondere mittels Strukturierung der elektrisch leiten den Schicht (5, 6) mit einem Laserstrahl oder mittels photolithographischer Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht (5, 6) erfolgen.

Weiterhin ist es möglich, die flächigen Bereiche (8) und/oder die Verbindungselemente (9) mittels auftragender Verfahren, insbesondere mittels Streich-, Sprüh-, Druck- oder Sputter-Verfahren, zu erzeugen.

Auftragende und abtragende Verfahren können auch kombiniert eingesetzt werden.

Die flächigen Bereiche (8) sind bevorzugt in Form von Streifen, Ringen und/oder Ringsegmenten strukturiert, bevorzugt sind die flächigen Bereiche (8) vorzugsweise in einer gewählten Koordinatenrichtung eines gewählten Koordinatensystems (z. B. Polarkoordinaten, karthesische Koordinaten) zueinander ausgerichtet.

Besonders bevorzugt sind dabei die flächigen Bereiche (8) der Schichten (5, 6) in Form von parallelen Streifen strukturiert, wobei die Streifen der Schicht (5) bevorzugt orthogonal zu den Streifen der Schicht (6) angeordnet sind und so ein karthesisches Koordinatensystem (x, y-Koordinaten) aufspannen.

Je nach bevorzugtem Aufbau des Druckschaltelements (1) werden bestimmte flächige Bereiche (8) nicht über Verbindungselemente (9) kontaktiert. Diese Bereiche (8) sind elektrisch inaktiv und können beispielsweise die Funktion reiner Trennbereiche übernehmen.

Die flächigen Bereiche (8) liegen bevorzugt wenigstens teilweise innerhalb eines Bedienfeldes (10) des Druckschaltelements (1).

Das Druckschaltelement (1) weist bevorzugt wenigstens zwei Anschlußstellen oder Anschlußpunkte (11) zur Spannungs- und/oder Stromversorgung eines oder mehrerer Widerstandsnetzwerke auf. Befindet sich beispielsweise ein Widerstandsnetzwerk auf der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und ein anderes Widerstandsnetzwerk auf der Trägermaterialscheibe (3) so kann jede elektrisch leitende Schicht (5, 6) zwei Anschlußstellen (11) aufweisen.

Es kann sich aber auch eine Anschlußstelle (11) an der Schicht (5) der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und die andere Anschlußstelle (11) an der Schicht (6) der Trägermaterialscheibe (3) befinden. Wobei das Anlegen einer äußeren Spannung und/oder eines äußeren Stroms an ein Widerstandsnetz werk bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) erfolgt und sich dabei eine abgestufte Spannung und/oder ein abgestufter Strom an jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) des Widerstandsnetzwerks einstellt. Gleichzeitig ist die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten (5, 6) meßbar.

Insgesamt weisen die elektrisch leitenden Schichten (5, 6) wenigstens zwei Anschlußstellen (11) zum Anlegen einer äußeren Spannung und/oder eines äußeren Stroms an wenigstens ein Widerstandsnetzwerk auf.

Die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, ist bevorzugt über die Anschlußstellen (11) und/oder über wenigstens eine zusätzliche Kontaktstelle (13) der Schichten (5, 6) meßbar. Befinden sich wenigstens zwei Anschlußstellen (11) auf jeweils einer Schicht (5, 6), so befindet sich dabei wenigstens eine Kontaktstelle (13) auf der jeweils gegenüberliegenden Schicht (5, 6).

Bevorzugt ist mindestens ein Widerstandsnetzwerk auf der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und/oder der Trägermaterialscheibe (3) lokalisiert und oder mindestens ein Widerstandsnetzwerk ist auf der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und der Trägermaterialscheibe (3) lokalisiert und bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit vollständig kontaktiert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die flexible Trägermaterial scheibe (2) eine Dünnglasscheibe, die Trägermaterialscheibe (3) eine Glasscheibe und/oder die elektrisch leitende Schicht (5, 6) eine transparente, elektrisch leitende Schicht, insbesondere eine ITO-, eine Fe₂O₃- oder eine SnO₂-Schicht.

Vorzugsweise ist das Druckschaltelement (1) eine Glastastatur.

Das erfindungsgemäße Druckschaltelement (1) findet vorzugsweise Verwen dung zur Bedienung, Steuerung, Regelung und/oder Kontrolle von im wesentlichen elektrisch bedienbaren Vorrichtungen und/oder Geräten, insbesondere aus den Bereichen Haushalt, Haustechnik, Banken, Dienstleistung, E-Commerce, Multimedia, Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Medizin, Fitneß, Freizeit, Verkehr, Industrie, Wissenschaft und Meßtechnik.

In Verbindung mit einem Monitor, insbesondere einem Flachbildmonitor, findet ein erfindungsgemäßes im wesentlichen transparentes Druckschaltelement (1) bevorzugt Verwendung zur Bedienung, Steuerung, Regelung und/oder Kontrolle von im wesentlichen elektrisch bedienbaren Vorrichtungen und/oder Geräten, insbesondere aus den Bereichen Haushalt, Haustechnik, Banken, Dienstleistung, E-Commerce, Multimedia, Unter haltungselektronik, Telekommunikation, Medizin, Fitneß, Freizeit, Verkehr, Industrie, Wissenschaft und Meßtechnik.

Die beschriebene Verwendung des erfindungsgemäßen Druckschaltelements (1) zielt insbesondere auf die Kombination eines transparenten Druckschaltelements (1) mit einem Anzeigeelement, beispielsweise einem Hindergrundbild oder einem Flachbildschirm (TFT (Thin Film Transistor), STN (Super Twisted Neumatic), LCD (Liquid Cristal Display), Palc (Plasma Adressed Liquid Display), PDP (Plasma Display Panel), EL (Electro Luminescence)). Eine Kombination mit einem Fernsehbildschirm ist auch möglich, wenn es sich um ein sogenanntes Flat-Panel handelt. Diese Art der Fernsehbildschirme kommt in jüngster Zeit auf den Markt. Gegenüber klassischen Fernsehbildschirmen besitzen sie eine flache anstelle einer klassischen gewölbten Front.

Die Oberfläche eines Bildschirms kann weiterhin als Trägermaterialscheibe (3) des Druckschaltelements (1) dienen, was u. a. eine besonders kompakte und integrierte Bauweise erlaubt.

Dadurch, daß die Bedienoberfläche des Druckschaltelements (1) bevorzugt aus einer Dünnglasscheibe gebildet oder das Druckschaltelement (1) gar eine Glastastatur ist, ergeben sich weitere Vorteile für die Verwendung der Erfindung, wie z. B. eine leichte und einfache Reinigung und Sterilisierbarkeit und dadurch verbesserte Hygiene, eine hohe Kratzfestigkeit, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen eine Vielzahl von Chemikalien sowie Lösungs- und Reinigungsmitteln, eine hohe Transparenz und UV-Beständigkeit, eine sehr gute Dichtheit insbesondere gegenüber Flüssigkeiten und Gasen sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit.

Ein erfindungsgemäßes Druckschaltelement (1), insbesondere wenn das Druckschaltelement (1) eine Glastastatur ist, ist bevorzugt in die elektrisch bedienbare Vorrichtung oder das Gerät integriert bzw. auf oder an einer solchen Vorrichtung angeordnet, wobei besonders bevorzugt das Druckschaltelement in ein Sichtfenster der elektrisch bedienbaren Vorrichtung integriert bzw. auf oder an einem solchen Sichtfenster angeordnet ist.

Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Druckschaltelement (1), insbesondere ein transparentes Druckschaltelement (z. B. die Glastastatur) und besonders bevorzugt in Verbindung mit einem Anzeigeelement, wenigstens in ein Teil eines Haushaltgerätes, insbesondere in eine Tür, in ein Sichtfenster oder in eine Bedienblende integriert bzw. auf oder an einer solchen Tür, einem Sichtfenster oder einer Bedienblende angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere der für eine ursprüngliche Bedieneinheit vorgesehene Platz eingespart oder anderweitig genutzt werden. Zusätzlich ergeben sich durch diese Art der Anordnung weitere gestalterische Möglichkeiten. So kann beispielsweise ein erfindungsgemäßes Druckschaltelement zum Bedienen eines Mikrowellengerätes oder eines Backofens direkt in die Mikrowellengerätetür oder in die Backofentür integriert sein. Der Platz für die ursprünglich am seitlichen vorderen Randbereich der Geräte angeordneten Bedienelemente kann somit entweder entfallen, die Geräte sind entsprechend kompakter ausführbar oder der freiwerdende Platz kann beispielsweise als zusätzlicher Garraum genutzt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein entsprechendes Druckschaltelement die Sichttür oder das Sichtfenster eines Haushaltgeräts bildet bzw. an oder auf einer Sichttür oder einem Sichtfenster derart angeordnet ist, daß diese/dieses vollständig überlagert wird. Bevorzugt ist dabei im wesentlichen nur ein Teil des Druckschaltelements mit einem Anzeigeelement hinterlegt ist, so daß die ursprüngliche Funktion der Sichttür oder des Sichtfensters erhalten bleibt.

Durch diese Art der Anordnung wird zusätzlich ein besonders homogener Gesamteindruck des Haushaltgerätes hervorgerufen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungs beispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Ein erfindungsgemäßes Druckschaltelement im Querschnitt.

Fig. 2a: Eine flexible Trägermaterialscheibe aus Dünnglas eines erfindungsgemäßen Druckschaltelements mit Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht in Aufsicht und eine Ausschnitts vergrößerung der strukturierten Verbindungselemente und flächigen Bereiche.

Fig. 2b: Eine Trägermaterialscheibe aus Glas eines erfindungsgemäßen Druckschaltelements mit Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht in Aufsicht.

Fig. 2c: Eine übereinanderliegende Anordnung der flexiblen Trägermaterial scheibe nach Fig. 2a und der Trägermaterialscheibe nach Fig. 2b eines erfindungsgemäßen Druckschaltelements mit Strukturierung der elektrisch leitenden Schichten in Aufsicht.

Fig. 2d: Ein Ersatzschaltbild mit elektrischen Widerständen der Strukturierung nach Fig. 2a oder 2b. Die Anschlußpunkte A, B und die Verbindungsstellen C₁-C_n zwischen den Widerständen finden sich in den Strukturen der Fig. 2a und 2b wieder.

Fig. 2e: Ersatzschaltbild für zwei strukturierte übereinanderliegende Träger glasscheiben (vgl. Fig. 2c), die angedeutet durch einen Doppelpfeil über eine Druckbelastungsstelle leitend verbunden sind.

Fig. 2f: Ersatzschaltbild für einen Spannungsmessvorgang nach Fig. 2e über zwei Anschlußpunkte A und B zum Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines Stromes und einem zusätzlichen Anschlußpunkt D.

Fig. 2g: Ersatzschaltbild für einen Spannungs- oder Strommessvorgang nach Fig. 2e über zwei Anschlusspunkte A und D.

Fig. 3a: Eine Trägermaterialscheibe aus Glas oder flexiblem Dünnglas eines erfindungsgemäßen Druckschaltelements mit Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht in parallel zueinander angeordneten flächigen Bereich (Streifen), wobei die Streifen an ihren beiden Enden über streifenförmige Verbindungselemente kontaktiert sind. Ein Druckschaltelement enthält sinngemäß nach Fig. 2a-c mindestens eine solch strukturierten Schicht.

Fig. 3b: Ein Ersatzschaltbild mit elektrischen Widerständen der Struktur nach Fig. 3a. Die Anschlußpunkte A, B, B' und die Verbindungsstellen C₁- C_n zwischen den Widerständen finden sich in den Strukturen der Fig. 3a wieder. Die Anschlusspunkte B und B' sind in diesem Ausführungsbeispiel extern elektrisch verbunden.

Fig. 3c: Ersatzschaltbild für zwei strukturierte übereinanderliegende Glas scheiben nach Fig. 3a, die angedeutet durch einer Doppelpfeil an einer Druckbelastungsstelle (Kontaktstelle) leitend verbunden sind.

Fig. 3d: Ersatzschaltbild für einen Spannungsmessvorgang nach Fig. 3c für den Fall, daß die Widerstände R_AC1 und R_AC1' sowie R_CkCl und R_Ck'Cl' den gleiche Wert aufweisen. Über zwei Anschlusspunkte A und B ist eine elektrische Spannung oder ein Strom angelegt und über einen zusätzlichen Anschlußpunkt D wird die Messung vollzogen.

Fig. 3e: Ersatzschaltbild für einen Spannungsmessvorgang wie unter Fig. 3d aber für den Fall, daß die Widerstände R_AC1 und R_AC1' sowie R_CkCl und R_Ck'Cl' nicht den gleiche Wert aufweisen.

Fig. 3f: Ersatzschaltbild für einen Spannung- oder Strommessvorgang nach Fig. 3c über zwei Anschlusspunkte A und D.

Fig. 4a: Ein Ausführungsbeispiel einer Strukturierung einer elektrisch leiten den Schicht einer Trägermaterialscheibe aus Glas oder flexiblem Dünnglas eines erfindungsgemäßen Druckschaltelements, die schon flächige Druckschaltbereiche (Matrixelemente) vorzugsweise auf einer Trägermaterialscheibe definiert.

Fig. 4b: Ein Ersatzschaltbild mit elektrischen Widerständen der Struktur nach Fig. 4a. Die Anschlußpunkte A, B, C, D und die Verbindungsstellen E_kl zwischen den Widerständen finden sich in den Strukturen der Fig. 4a wieder.

Fig. 4c: Ersatzschaltbild für eine strukturierte Schicht einer Träger glasscheiben nach Fig. 4a, die angedeutet durch einen Doppelpfeil über eine Druckbelastungsstelle (Kontaktstelle) mit einer vorzugsweise unstrukturierten zweiten Scheibe leitend verbunden ist, die mit einem zusätzlichen Anschlußpunkt F versehen ist.

Fig. 4d: Ersatzschaltbild für einen Spannungsmessvorgang nach Fig. 4c über die zwei Anschlusspunkte A und B zum Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines Stromes und den zusätzlichen Anschlußpunkt F.

Fig. 4e: Ersatzschaltbild für einen Spannung- oder Strommessvorgang nach Fig. 4c über zwei Anschlusspunkte A und F.

Ausführungsbeispiel 1

Das in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemäße Druckschaltelement (1) besteht aus einer oberen, flexiblen Dünnglasscheibe (2) gebildeten Tastaturober fläche (4) und einer unteren, relativ dicken Trägermaterialscheibe (3) aus Glas. Die beiden Scheiben (2, 3) weisen auf den einander zugewandten Flächen jeweils eine transparente, elektrisch leitende ITO-Schicht (5, 6) auf, wobei die sich gegenüberstehenden elektrisch leitenden Schichten (5, 6) mit Hilfe einer Halterung (7) auf Abstand gehalten sind und wobei sich die elektrisch leitenden Schichten (5, 6) bei Druckbelastung der flexiblen Dünnglasscheibe (2) an der im wesentlichen punktuellen Druckbelastungs stelle berühren.

Die elektrisch leitenden Schichten (5, 6) sind in flächige Bereiche (8) (streifenförmige Matrixelemente) unterteilt, und die flächigen Bereiche (8) jeweils einer elektrisch leitenden Schicht (5, 6) sind über elektrisch leitende Verbindungselemente (nicht dargestellt), die als Spannungs- und/oder Stromverteiler wirken, kontaktiert, so daß die kontaktierten flächigen Bereiche (8) Teil eines Widerstandsnetzwerks sind.

Beim Anlegen einer äußeren Spannung und/oder eines äußeren Stroms an ein Widerstandsnetzwerk stellt sich eine abgestufte Spannung und/oder ein abgestufter Strom an jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) des Widerstandsnetzwerks ein.

Jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) ist ein abgestufter Widerstandswert zuordenbar.

Bei Druckbelastung der flexiblen Dünnglasscheibe (2) ist die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten (5, 6) meßbar ist, wobei der Meßwert charakteristisch für den Ort des jeweiligen flächigen Bereichs (8) ist.

Fig. 2a zeigt die flexible Dünnglasscheibe (2), Fig. 2b zeigt die Trägerglas scheibe (3) sowie die jeweilige Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht (5, 6) in flächige Bereiche (8), Verbindungselemente (9), Zuleitungverbindun gen (12) und Anschlußstellen (11).

In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Strukturierung mittels eines Laserstrahls durchgeführt, dabei wurde die elektrisch leitende Schicht (5, 6) entlang der dünnen Trennlinien vollständig entfernt. Mit anderen Herstellungsverfahren kann die Strukturierung auch mit zwei oder mehreren alternierenden Schichten erzeugt werden, die unterschiedliche Flächenwiderstände aufweisen.

Die elektrisch leitende Schicht (5, 6) ist innerhalb des Bedienfeldes (10) des Druckschaltelements (1) in parallel zueinander angeordnete flächige Bereiche (8) (streifenförmige Matrixelemente) unterteilt.

Die flächigen Bereiche (8) sind jeweils an ihrem einen schmalen Ende über Verbindungselemente (9), die ebenfalls aus der elektrisch leitenden Schicht (5, 6) strukturiert sind, verbunden, so daß die verbundenen flächigen Bereiche (8) in Reihenschaltung kontaktiert sind. Die Verbindungsstellen zwischen den flächigen Bereichen (8) und den Verbindungselementen (9) sind die schmalen, leitenden Durchbrüche in der Trennlinie bei den Punkten C, bis C₂₉ in Fig. 2a bzw. C₁ bis C₃₆ in Fig. 2b. Der Widerstandswert eines Verbindungselementes ergibt sich aus dem Abstand zwischen den Verbindungsstellen C_i und C_i+1, der Breite des Verbindungselementes (9) und dem Flächenwiderstand der leitenden Schicht (5, 6).

Die Verbindungselemente (9) sind in Fig. 2a und 2b über Zuleitungsverbin dungen (12) und zwei Anschlußstellen (11) (Anschlußpunkte A, B) zur Spannungs- und/oder Stromversorgung kontaktiert, wobei sich beim Anlegen einer äußeren Spannung oder eines äußeren Stromes an die Anschlußstellen (11) abgestufte meßbare Spannungen und/oder Ströme der einzelnen flächigen Bereiche (8) einstellen.

Bei einem Flächenwiderstand R_Q von etwa 20 Ω/_Q der jeweiligen elektrisch leitenden Schicht (5, 6) ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel für die elektrisch leitende Schicht (6) (Fig. 2b) zwischen den Anschlußstellen (11) ein Anschlußwiderstand von etwa 900 Ω. Dabei entfallen 495 Ω auf die flächigen Bereiche (8) und auf die Verbindungselemente (9) über die die flächigen Bereiche (8) untereinander kontaktiert sind sowie 455 Ω auf die Zuleitungsverbindungen (12) zwischen den Verbindungselementen (9) und den Anschlußstellen (11), so daß der aktive analoge Auswertebereich mit 495 Ω auf etwa 52% des Anschlußwertes beschränkt ist. Eine alternative Ausführung ist die Verwendung von hochleitenden aufgedruckten Busverbin dungen zwischen den Verbindungselementen (9) und dem Anschlußbereich (11), so daß der Auswertebereich auf nahe 100% gesteigert wird.

Auf dem Markt befindliche Analog-Kontroller können in der Regel Wider stände in der genannten Größenordnung verarbeiten, so daß die Glastastatur (1) ohne weitere Modifikation an solche Kontroller angeschlossen werden kann.

In Fig. 2c sind die flexible Dünnglasscheibe (2) nach Fig. 2a und die Träger glasscheibe (3) nach Fig. 2b übereinanderliegend dargestellt. Die flächigen Bereiche (8) (Matrixelemente) der einen Schicht (5) sind orthogonal zur denen der anderen Schicht (6) angeordnet und so zu einer Gesamtmatrix zusammengeführt. Dabei repräsentieren beispielsweise die flächigen Bereich der Schicht (5) die x-Koodinaten und die flächigen Bereiche (8) der Schicht (6) die y-Koordinaten der Gesamtmatrix, wobei die Größe der resultierenden quadratischen Bereiche die Auflösung des Druckschaltelements (1) im wesentlichen bestimmt.

Bei Druckbelastung der flexiblen Dünnglasscheibe (2) sind die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch den jeweils gegenüberliegenden flächigen Bereich (8) der Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten (5, 6) meßbar ist, wobei der Meßwert charakteristisch für den Ort des jeweiligen flächigen Bereichs (8) ist. Kennt die abgestuften Spannungen, Ströme und/oder Widerstandswerte der einander berührenden flächigen Bereiche (8), so ist der Ort der Druckbelastungsstelle (Kontaktpunkt) eindeutig bestimmt.

Die jeweiligen Meßwerte (Signale) werden über einen Analog-Digital-Wandler im Analog-Kontroller ausgewertet.

Ein Ersatzschaltbild aufgebaut aus elektrischen Widerständen für die Strukturen der elektrisch leitenden Schichten in Fig. 2a und 2b ist in Fig. 2d gezeigt. Die einzelnen Anschlußpunkte A, B und die Verbindungsstellen C₁ bis C_{n(n = 29 oder 36)} sind in Fig. 2a und 2b markiert. Die Verbindungselemente bilden ein lineares Widerstandsnetzwerk zwischen C₁ und C_n (horizontale Widerstände). Die flächigen Bereiche stellen sich als jeweils ein Widerstand dar, der nur einseitig kontaktiert ist (vertikale Widerstände).

In Fig. 2e ist ein Schalt- und Spannungsmeßvorgang dargestellt (bei Druckbelastung). Der Schaltpunkt in einem Matrixelement ist durch den geschwungenen Doppelpfeil angedeutet, in dem der Schaltkontakt zwischen den zwei gegenüberliegenden flächigen Bereichen hergestellt ist. Eine der leitenden Schichten ist über die Anschlußpunkte A und B mit einer elektrischen Spannungsquelle aktiviert, so daß die Widerstandskette (Reihenschaltung) der Verbindungselemente als Spannungsteiler arbeitet. Über die andere gegenüberliegende leitende Schicht wird über einen zusätzlichen Anschlußpunkte D (dies kann beispielsweise auch ein Anschlußpunkt A, B dieser Schicht sein), ein Analog-Digital-Wandler zur Spannungsmessung angeschlossen und als Meßsensor benutzt. Über den abgestuften Meßwert kann auf den Ort des bei Druckbelastung kontaktierten flächigen Bereichs geschlossen werden. Das vereinfachte Ersatzschaltbild ist in Fig. 2f dargestellt. Der Widerstand zwischen C₁ und D (R_C1D) spielt für den Meßvorgang keine Rolle, da ein Spannungsmesser immer mit einem hochohmigen Eingangswiderstand (R_i) arbeitet, der sehr groß gegenüber R_C1D sein wird. Der meßbare Spannungswert stellt sich allein über die Widerstandskette zischen den Anschlußpunkten A bis B ein. Es sind immer mindestens zwei Meßvorgänge notwendig, bei denen zwischen verschieden en Anschlußpunkten A-D eine Spannungs-(Strom-)quelle angelegt wird, um eine eindeutige zweidimensionale Kontaktposition (Druckbelastungsstelle) zu bestimmen.

In Fig. 2g ist ein Meßvorgang angedeutet, bei dem zwischen den beiden leitenden Schichten zwischen den Anschlußpunkten A und D über den Kontaktpunkt (Druckbelastungsstelle) eine Spannungs-(Strom-)quelle ange legt und der zugehörige Strom-(Spannungs-)Wert und/oder Widerstandswert über die Widerstandskette A-D gemessen wird. Ist der Widerstand C_i - D immer kleiner als ein Verbindungswiderstand zwischen C_i und C_i+1, so kann den flächigen Bereichen immer ein abgestufter Strom-(Spannungs-)Wert und/oder Widerstandswert zugeordnet werden. Es sind immer mindestens zwei Meßvorgänge notwendig, bei denen zwischen verschiedenen Anschlußpunkten A-D eine Spannungs-(Strom-)quelle angelegt wird, um eine eindeutige zweidimensionale Kontaktposition zu bestimmen.

Ausführungsbeispiel 2

In einer alternativen Ausführung wird erfindungsgemäß wie in Ausführungs beispiel 1 eine Trägerscheibe (3) und eine flexible Dünnglasscheibe (2) ver wendet, wobei eine der Scheiben mit einer strukturierten elektrisch leitenden Schicht (5, 6) versehen ist, zum Beispiel ähnlich der Ausführung in Fig. 2a (flächige Bereiche (8)), und die andere Scheibe vorzugsweise mit einer unstrukturierten elektrisch leitenden Schicht (5, 6) mit einem Anschlußpunkt D versehen ist. Der Meßvorgang ist in Fig. 2g verdeutlicht, wobei zwischen den beiden leitenden Schichten (5, 6) zwischen den Anschlußpunkten A und D über den Kontaktpunkt eine Spannungs-(Strom-)quelle angelegt ist und der zugehörige Strom-(Spannungs-)Wert und/oder Widerstandswert über die Widerstandskette A-D meßbar ist. Ist der Widerstand C_i - D immer kleiner als ein Verbindungswiderstand zwischen C_i und C_i+1 und ist zusätzlich der Widerstand zwischen dem Kontaktpunkt und der Anschlußstelle D auf der vorzugsweise unstrukturierten Scheibe immer sehr klein im Vergleich zu dem Widerstand des flächigen Bereiches zwischen dessen Anschlußpunkt und dem von diesem am weitesten entfernten Ende, so kann den flächigen Bereichen immer ein Strom-(Spannungs-)bereich und/oder ein Widerstandsbereich zugeordnet werden, der verschieden zu denen der anderen flächigen Bereiche ist und einen flächigen Bereich eindeutig in abgestufter Weise identifiziert. Zusätzlich kann die orthogonale Koordinate der Kontaktposition in diesem flächigen Bereich über den Strom-(Spannungs- )Wert und/oder Widerstandswert in kontinuierlicher, nicht abgestufter Weise festgestellt werden, der in den Grenzen des Strom-(Spannungs-)bereich und/oder Widerstandsbereichs des flächigen Bereichs liegt. Der Strom- (Spannungs-)Wert und/oder Widerstandswert wird desto größer sein, je weiter der Kontaktpunkt von der Verbindungsstelle zu dem Verbindungselement entfernt ist. Auf diese Weise kann durch Kombination einer strukturierten Schicht und einer vorzugsweise unstrukturierten mit einem einzigen Meßvorgang eine zweidimensionale Druckposition bestimmt werden, in abgestufter Weise in einer Koordinate und in kontinuierlicher Weise in der dazu orthogonalen Koordinate. Der Meßvorgang erfordert kein Umschalten der Spannungs-(Strom-)quelle zwischen zwei Anschlußpaaren und kann mit einer einzelnen analogen Messung vereinfacht vorgenommen werden. Eine spezielle Anwendung wäre die Realisierung eines einzelnen oder einer Gruppe von mindestens zwei Schiebereglern.

Ausführungsbeispiel 3

Die Strukturierung einer der leitenden Schichten (5, 6) eines erfindungsgemäßen Druckschaltelements (1), wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, ist nach Fig. 3a ausgeführt. Die flächigen Bereiche (8) sind hier an beiden Enden mit Verbindungselementen (9) kontaktiert. Die Strukturierung der zweiten leitenden Schicht (5, 6) ist entsprechend Ausführungsbeispiel 1 vorzugsweise orthogonal dazu angeordnet. Das Ersatzschaltbild dieser Strukturierung ist in Fig. 3b gezeigt. Die Anschlußpunkte B und B' liegen vorzugsweise auf gleichem Potential und sind extern verbunden.

In Fig. 3c ist ein Schalt- und Spannungsmeßvorgang dargestellt. Der Schalt punkt in einem Matrixelement ist durch den geschwungenen Doppelpfeil angedeutet, in dem der Schaltkontakt zwischen den zwei gegenüberliegenden flächigen Bereichen hergestellt ist. Eine der leitenden Schichten ist über die Anschlußpunkte A und B mit einer elektrischen Spannungsquelle aktiviert, so daß die Widerstandskette der Verbindungselemente als Spannungsteiler arbeitet. Über die andere, gegenüberliegende leitende Schicht ist über einen zusätzlichen Anschlußpunkt D ein Analog-Digital-Wandler zur Spannungs messung angeschlossen und als Meßsensor benutzt. Ist das zweireihige Widerstandsnetzwerk symmetrisch aufgebaut, so daß sich an den Punkten C_i und C_i' das gleiche elektrische Potential U_Ci = U_Ci' einstellt, dann ist das vereinfachte Ersatzschaltbild mit Fig. 3d dargestellt. Der Widerstand zwischen C₁C₁' und D (R_C1D) spielt für die hochohmige Spannungsmessung keine Rolle. Der gemessenen Spannungswert stellt sich allein über die Widerstandskette A-B ein. Es sind immer mindestens zwei Meßvorgänge notwendig, bei denen zwischen verschiedenen Anschlußpunkten A-D eine Spannungs- (Strom-)quelle angelegt wird, um eine eindeutige zweidimensionale Kontaktposition zu bestimmen.

Ausführungsbeispiel 4

In diesem Beispiel ist eine der leitenden Schichten ähnlich einer Schicht in Ausführungsbeispiel 3 strukturiert und die andere Schicht ist vorzugsweise unstrukturiert. Weiterhin ist das Widerstandsnetzwerk der strukturierten Seite unsymmetrisch aufgebaut, in einer Weise, daß sich die Spannungspotentiale bei Aktivierung des Netzwerkes in aufsteigender oder absteigender Reihenfolge gemäß C₁, C₁', C₂, C₂', . . ., C_n, C_n' einstellen. Eine Spannungs messung über den Anschlußpunkt D der vorzugsweise unstrukturierten Scheibe ist in Fig. 3e verdeutlicht. Es bilden sich nicht überlappende Spannungsbereiche in den einzelnen flächigen Bereichen C₁, . .C_n aus. Mit einer einzigen analogen Spannungsmessung kann die zweidimensionale Koordinate der Druckposition eindeutig ermittelt werden, in einer Form, daß die flächigen Bereiche abgestuften Spannungsbereichen zuordenbar sind und die dazu orthogonale Position in einem flächigen Bereich über den nicht abgestuften Spannungswert innerhalb des zugehörigen Spannungsbereiches zuordenbar ist. Auf diese Weise kann durch Kombination einer strukturierten Schicht und einer vorzugsweise unstrukturierten mit einem einzigen Meßvorgang eine zweidimensionale Druckposition bestimmt werden, in abgestufter Weise in einer Koordinate und in kontinuierlicher Weise in der dazu orthogonalen Koordinate.

Ausführungsbeispiel 5

Das Druckschaltelement ist wie in Ausführungsbeispiel 4 aufgebaut. Hingegen ist zwischen den Anschlußpunkten A und D über den Kontaktpunkt (Druckbelastungsstelle) eine Spannungs-(Strom-)quelle angelegt. Eine Darstellung des Meßvorgangs ist in Fig. 3f erläutert. Die Strom-(Spannungs- )messung und/oder Widerstandsmessung über das Widerstandsnetzwerk A- D läßt eine eindeutige Zuordnung des flächigen Bereiches zu, wenn der Widerstand zwischen dem Kontaktpunkt und dem Anschlußpunkt aufgrund unterschiedlicher Druckpositionen nicht mehr als der Widerstandswert eines Verbindungselementes C_i - C_i+1 schwankt. Mindestens zwei Messungen über verschiedene Anschlußpunkte A-C und D sind für eine zweidimensionale Positionsbestimmung notwendig.

Sind zusätzlich die Schwankungen des Widerstands zwischen dem Kontakt punkt und dem Anschlußpunkt aufgrund unterschiedlicher Druckpositionen vernachlässigbar klein gegenüber dem der geforderten Auflösung entspre chenden Teilwiderstandswertes eines Verbindungselementes C_i - C_i+1, so kann die zweidimensionale Position eindeutig bestimmt werden. Auf diese Weise kann durch Kombination einer strukturierten Scheibe und einer vorzugsweise unstrukturierten mit einem einzigen Meßvorgang eine zwei dimensionale Druckposition bestimmt werden, in abgestufter Weise in einer Koordinate und in kontinuierlicher Weise in der dazu orthogonalen Koordinate.

Ausführungsbeispiel 6

Die Strukturierung einer der leitenden Schichten (5, 6) eines erfindungs gemäßen Druckschaltelementes (1), wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrie ben, ist nach Fig. 4a ausgeführt. Die Strukturierung erfolgt in diesem Beispiel in einzelne flächige, hier quadratische Bereiche (8), die schon eine komplette zweidimensionale Matrixstruktur aufweisen. Benachbarte flächige Bereiche (8) sind durch Verbindungselemente (9) verbunden, die als strukturierte Kanäle ausgeführt sind, aus deren Form sich ihre vorzugsweise gleichen Widerstandswerte ergeben. Die Struktur besitzt vier, sich vorzugsweise paarweise gegenüberliegende Anschlußpunkte A-D. Der Widerstand eines Verbindungselementes (9) ergibt sich aus dessen Breite, Länge und dem Flächenwiderstand der leitenden Schicht (5, 6). Die andere gegenüberliegen de leitende Schicht (5, 6) ist vorzugsweise unstrukturiert und besitzt mindestens einen Anschlußpunkt F.

Das Ersatzschaltbild der strukturierten Schicht (5, 6) ist in Fig. 4b dargestellt, und eine Spannungsmessung ist in Fig. 4c erläutert. Zwischen zwei der Anschlußpunkte A-D wird eine elektrische Spannung und/oder ein Strom angelegt und über den Kontaktpunkt wird der Spannungswert innerhalb des Widerstandnetzwerkes am Kontaktpunkt über den Messkontakt F analog ausgewertet.

Das Schaltbild des Messvorgangs reduziert sich weiter zu der in Fig. 4d dargestellten Widerstandsschaltung, wobei der Widerstand zwischen den Punkten A(B) und E₂₃ der Gesamtwiderstand ist, der sich zwischen diesen Punkten im Netzwerk einstellt. Dann sind mindestens zwei Meßvorgänge mit verschiedenen Anschlußpunkten A-D und F notwendig, um die Druckposition eindeutig zu bestimmen.

Ausführungsbeispiel 7

Das Druckschaltelement ist wie in Ausführungsbeispiel 6 aufgebaut, wird aber über einen der Anschlußpunkte (A-D) auf der strukturierten Scheibe und dem Anschlußpunkt F auf der vorzugsweise unstrukturierten Scheibe mit einer Spannungs-(Strom-)quelle aktiviert (Fig. 4e). Der Widerstand R_FEkl zwischen F und E_kl ist vorzugsweise klein im Vergleich zu dem Unterschied zwischen zwei beliebigen Widerstandsketten R_FEkl und R_FEmn. Wenn nun F vorzugsweise deckungsgleich mit Anschlußpunkt B auf der anderen Trägerscheibe liegt, dann bilden die Linie A-F eine Symmetrieachse auf der Struktur nach Fig. 4a-c und Druckkontakte auf den Punkten E_kl und E_lk liefern den gleich Strom-(Spannungs-)meßwert und/oder Widerstandswert. Dann sind mindestens zwei Meßvorgänge mit verschiedenen Anschlußpunkten A- D und F notwendig, um die Druckposition eindeutig zu bestimmen.

Ausführungsbeispiel 8

Die Ausführung ist wie unter Ausführungsbeispiele 7 beschrieben, aber im Gegensatz dazu liegt der Anschlußpunkt F vorzugsweise deckungsgleich mit Anschlußpunkt C oder D oder einem anderen Punkt, so daß eine Linie A-F keine Symmetrieachse auf dem Widerstandsnetzwerk nach Fig. 4a-c bildet. Wenn zudem der Widerstand R_FEkl zwischen F und E_kl klein ist im Vergleich zu dem Unterschied zwischen zwei beliebigen Widerstandsketten R_FEkl und R_FEmn, dann reicht unter diesen Bedingungen eine einmalige analoge Strom- (Spannungs-)messung und/oder Widerstandsmessung, um eine Druck position E_kl eindeutig zu bestimmen. Auf diese Weise kann die zweidi mensionale Koordinate einer Druckposition in abgestufter und eindeutiger Weise durch eine einmalige Strom-(Spannungs-)messung und/oder Widerstandsmessung bestimmt werden.

Bezugszeichenliste

1

Druckschaltelement

2

flexible Trägermaterialscheibe

3

Trägermaterialscheibe

4

Tastaturoberfläche

5

,

6

elektrisch leitende Schicht

7

Halterung

8

flächige Bereiche

9

Verbindungselemente

10

Bedienfeld

11

Anschlußstellen oder -punkte

12

Zuleitungsverbindungen

Claims

1. Druckschaltelement (1) mit mindestens einer aus einer flexiblen Träger materialscheibe (2) gebildeten Tastaturoberfläche (4) und mindestens einer weiteren Trägermaterialscheibe (3), die auf den einander zuge wandten Flächen jeweils wenigstens eine elektrisch leitende Schicht (5, 6) aufweisen, wobei die sich gegenüberstehenden elektrisch leitenden Schichten (5, 6) mit Hilfe einer Halterung (7) auf Abstand gehalten sind und wobei sich die elektrisch leitenden Schichten (5, 6) bei Druckbe lastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) an der im wesentlichen punktuellen Druckbelastungsstelle berühren, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine der elektrisch leitenden Schichten (5, 6) in beliebig strukturierte, flächige Bereiche (8) (Matrixelemente) unterteilt ist,
daß wenigstens zwei flächige Bereiche (8) jeweils einer elektrisch leitenden Schicht (5, 6) über elektrisch leitende Verbindungselemente (9) kontaktiert sind, so daß die kontaktierten flächigen Bereiche (8) Teil eines Widerstandsnetzwerks sind,
daß sich beim Anlegen einer äußeren Spannung und/oder eines äußeren Stroms an ein Widerstandsnetzwerk eine abgestufte Spannung und/oder ein abgestufter Strom an jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) des Widerstandsnetzwerks einstellt,
daß jedem über Verbindungselemente (9) kontaktierten flächigen Bereich (8) ein abgestufter Widerstandswert zuordenbar ist, und
daß bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über wenigstens eine der Schichten (5, 6) meßbar ist, wobei der Meßwert charakteristisch für den Ort des jeweiligen kontaktierten flächigen Bereichs (8) ist.

2. Druckschaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert mittels eines Analog-Digital-Wandlers meßbar ist, wobei der Analog-Digital-Wandler die jeweiligen Meßwerte in digitale Positionen übersetzt.

3. Druckschaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei flächige Bereiche (8) jeweils einer elektrisch leitenden Schicht (5, 6) über Verbindungselemente (9) in Reihen- und/oder Parallelschaltung kontaktiert sind.

4. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (9) und/oder die flächigen Bereiche (8) elektrische Widerstände sind oder einen elektrischen Widerstandswert aufweisen.

5. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (9) und/oder die flächigen Bereiche (8) einen elektrischen Flächenwiderstand aufweisen.

6. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (9) elektrische Widerstandsbauteile sind oder aufweisen.

7. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (9) Schichtwiderstände, insbesondere Dünnschicht- und/oder Dickschicht-Widerstände, sind oder aufweisen.

8. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (9) auf dem Druckschaltelement (1), insbe sondere auf der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und/oder der Träger materialscheibe (3), angeordnet sind.

9. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (9) aus der elektrisch leitenden Schicht (5, 6) strukturiert sind.

10. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bereiche (8) und/oder die Verbindungselemente (9) mittels abtragender Verfahren, insbesondere mittels Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht (5, 6) mit einem Laserstrahl oder mittels photolithographischer Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht (5, 6), unterteilt sind.

11. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bereiche (8) und/oder die Verbindungselemente (9) mittels auftragender Verfahren, insbesondere mittels Streich-, Sprüh-, Druck- oder Sputter-Verfahren, aufgetragen sind.

12. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bereiche (8) in Form von Streifen, Ringen, Ringsegmenten und/oder beliebigen Formen strukturiert sind.

13. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bereiche (8) vorzugsweise in einer gewählten Koordi natenrichtung zueinander ausgerichtet sind.

14. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bereiche (8) wenigstens teilweise innerhalb eines Bedienfelds (10) des Druckschaltelements (1) liegen.

15. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (5, 6) insgesamt wenigstens zwei Anschußstellen (11) zum Anlegen einer äußeren Spannung und/oder eines äußeren Stroms an wenigstens ein Widerstandsnetzwerk aufweisen.

16. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestufte Spannung, der abgestufte Strom und/oder der abgestufte Widerstandswert des flächigen Bereichs (8), der durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit kontaktiert ist, über die Anschlußstellen (11) und/oder über wenigstens eine zusätzliche Anschlußstelle der Schichten (5, 6) meßbar ist.

17. Druckschaltelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Anschlußstellen (11) auf jeweils einer Schicht (5, 6) sind und wenigstens eine zusätzlich Anschlußstelle auf der jeweils gegenüberliegenden Schicht (5, 6) ist.

18. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Widerstandsnetzwerk auf der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und/oder der Trägermaterialscheibe (3) lokalisiert ist.

19. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Widerstandsnetzwerk auf der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) und der Trägermaterialscheibe (3) lokalisiert und bei Druckbelastung der flexiblen Trägermaterialscheibe (2) durch die jeweils gegenüberliegende Schicht (5, 6) berührt und somit vollständig kontaktiert ist.

20. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Trägermaterialscheibe (2) eine Dünnglasscheibe ist.

21. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägermaterialscheibe (3) eine Glasscheibe ist.

22. Druckschaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (5, 6) eine transparente, elektrisch leitende Schicht, insbesondere eine ITO-, Fe₂O₃- oder SnO₂-Schicht ist.

23. Verwendung eines Druckschaltelements (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, zur Bedienung, Steuerung, Regelung und/oder Kontrolle von im wesentlichen elektrisch bedienbaren Vorrichtungen und/oder Geräten, insbesondere aus den Bereichen Haushalt, Haustechnik, Banken, Dienstleistung, E-Commerce, Multimedia, Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Medizin, Fitneß, Freizeit, Verkehr, Industrie, Wissenschaft und Meßtechnik.

24. Verwendung eines Druckschaltelements (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, in Verbindung mit einem Monitor, insbesondere einem Flachbildmonitor, zur Bedienung, Steuerung, Regelung und/oder Kontrolle von im wesentlichen elektrisch bedienbaren Vorrichtungen und/oder Geräten, insbesondere aus den Bereichen Haushalt, Haus technik, Banken, Dienstleistung, E-Commerce, Multimedia, Unter haltungselektronik, Telekommunikation, Medizin, Fitneß, Freizeit, Verkehr, Industrie, Wissenschaft und Meßtechnik.