DE202007018891U1

DE202007018891U1 - Berührungsloser Bildschirm in Drucktechnik

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Publication number: DE202007018891U1
Application number: DE202007018891U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: DE102007048222A1

Abstract

Berührungsempfindlicher Bildschirm in Drucktechnik, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine kapazitive Sensortaste als Flächenelektrode (8) auf einer transparenten Trägerplatte (6) in Drucktechnik hergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen berührungsempfindlichen Bildschirm in Drucktechnik.
Aus dem Stand der Technik sind seit Langem berührungsempfindliche Bildschirme (sog. Touchscreens) bekannt. Anwendung finden diese als Mensch-Maschinen-Schnittstellen z. B. bei Verkaufsautomaten für Waren, Automaten für Fahrkarten oder Parkscheine, Bankautomaten oder industriellen Eingabesystemen in der Fabrikautomation. Neuerdings werden auch Kraftfahrzeug-Navigationssysteme, Videomonitore, Mobiltelefone sowie Spielzeuge mit berührungsempfindlichen Bildschirmen ausgerüstet.
In DE 10 2006 041 993 A1 wird beschrieben, wie die Funktion der berührungsempfindlichen Flächen durch Einblendung von Tastensymbolen in das vom Bildschirm dargestellte Motiv jederzeit dem jeweiligen Kontext dynamisch angepasst werden kann (sog. Softkeys).
Bei einem berührungsempfindlichen Bildschirm kann daher auf konventionelle Bedienelemente wie z. B. Tasten oder Schalter verzichtet werden. Ein solcher berührungsempfindlicher Bildschirm ist z. B. in EP 04225777A2 offenbart.
Nach dem Stand der Technik sind berührungsempfindliche Bildschirme bekannt, die einen auf der Vorderseite des Bildschirmes befindlichen resistiven oder kapazitiven Touchscreen aufweisen (z. B. Fa. 3M, Neuss, Micro Touch^TM). Nachteilig ist das Aufbringen des Touchscreens als letzte äußere Schicht. Die Zuleitungen müssen dann im Falle einer Anwendung mit höherer Gehäuseschutzart wie z. B. IP65 durch die Dichtheitsebene zwischen dem Gehäuse und dem Touchscreen geführt werden. Außerdem sind die verwendeten Materialien im Gegensatz zu Glas wesentlich höherem mechanischem Verschleiß unterworfen.
In vielen Fallen sind aber nur eine begrenzte Anzahl Tastenfunktionen erforderlich, bei denen ein kompletter Touchscreen bzw. dessen Auswerteschaltung zu aufwändig ist.
Aus DE9403322U1 ist bekannt, eine konventionelle Leiterplatte mit in einer Kupfer-Außenlage befindlichen Flächenelektroden als Sensortasten hinter eine transparente Platte zu kleben. Nachteilig ist die aufwändige Klebemontage der Leiterplatte auf die Rückseite der transparenten Platte, die mit relativ hoher Präzision an der gewünschten Stelle erfolgen muss.
Bekannt sind weiterhin metallisierte Flächenelektroden als kapazitive Sensortasten für Tastaturen hinter Glas. Nachteilig ist die Verwendung von metallisierten Flächenelektroden, die außerhalb des Bildbereiches des Bildschirmes liegen müssen. Die im dargestellten Motiv eingeblendeten Tastensymbole sind daher neben der eigentlichen Bedienfläche angeordnet. Dies erschwert die intuitive Bedienung der Tasten.
Die Flächenelektroden werden durch eine kapazitive Auswerteschaltung detektiert. Dabei wird durch die transparente Platte hindurch eine Berührung der Platte von der Vorderseite her durch die Kapazitätszunahme zwischen einer Elektrodenfläche und einem sich nähernden Körperteiles einer Person detektiert. Eine geeignete Auswerteschaltung stellt z. B. die Fa. STMicroelectronics, Genf, als elektrisches Bauteil (Integrierte Schaltung QST108) zur Verfügung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen einfachen berührungsempfindlichen Bildschirm zu schaffen, der mitsamt der notwendigen Auswertelektronik ohne nasschemische Prozessschritte in Drucktechnik auf der Rückseite einer transparenten Platte gefertigt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 die Verwendung von transparenten Flächenelektroden als kapazitive Sensortasten sowie Leiterbahnen für die Auswerteschaltung vorgeschlagen, die in reiner Drucktechnik auf die Rückseite einer transparenten Platte aufgedruckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 18.
Eine weitere Beschreibung der Erfindung und deren Vorteile erfolgt nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in Zeichnungsfiguren dargestellt sind.
Es zeigen in nicht maßstäblicher, schematischer, Darstellung:
1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen berührungsempfindlichen Bildschirmes mit Gehäuse (1), Trägerplatten-Baugruppe (5), Bildschirm (2) und Flächenelektroden (8).
2 eine Rückseitenansicht der Trägerplatten-Baugruppe (5) mit einer Flächenelektrode (8), elektrischen Bauteilen (19) und Kontaktflächen (20).
3 einen vergrößert dargestellten Schnitt durch die Trägerplatten-Baugruppe (5) mit verschiedenen Druckebenen (12; 14) und einem elektrischen Bauteil (19).
4 eine Detailansicht der Kontaktflächen (20) und der externen Federkontakte (21).
5 eine Detailansicht der Projizierung eines Ein/Aus-Motivs (26).
Als Trägerplatte (6) für den erfindungsgemäßen berührungsempfindlichen Bildschirm in Drucktechnik eignet sich jedes transparente Material wie z. B. Glas, Polycarbonat (sog. Makrolon^®) oder Polymethylmethacrylat (sog. Plexiglas^®) wobei besonders Glas eine extrem harte und widerstandsfähige Oberfläche besitzt, die vorteilhaft bei Anwendungen in der Öffentlichkeit als Vandalismusgeschützter Bildschirm Verwendung finden kann. Ebenso lassen sich Sicherheitsgläser (sog. ESG oder VSG) oder beschichtete Gläser (z. B. mit Antireflex-Beschichtung) einsetzten.
Die Flächenelektroden (8) werden mit leitfähigem transparentem Lack (z. B. Fa. Agfa-Gevaert N. V., Mortsel, Orgacon^TM) auf die der Bedienungsseite gegenüberliegenden Rückseite der transparenten Trägerplatte (6) aufgedruckt. Ein Teil der Fläche wird als Verlängerung (9) außerhalb des Bildbereiches (3) ausgeführt, an der die Flächenelektroden (8) elektrisch weiter verbunden werden können. Die Transparenz der Flächenelektroden (8) kann nochmals erhöht werden, indem deren Flächen als Gitternetz bzw. gerastert ausgeführt werden.
Die Bedruckung kann dabei in allen üblichen Druckverfahren wie z. B. im Siebdruck oder Tampondruck erfolgen.
Die zur elektronischen Auswertung der Flächenelektroden (8) benötigten elektrischen Bauteile (18) werden mittels weiterer Leiterbahnen (11) elektrisch verbunden. Diese befinden sich Vorteilhafterweise außerhalb des sichtbaren Bildbereiches (3) und können daher mit nicht-transparentem Leitlack (z. B. z. B. Fa. Lackwerke Peters, Kempen, Karbonlack SD2841HAL-IR) aufgedruckt werden. Alternativ kann diese Leiterbahn-Druckebene 1 (12) zusammen mit den Flächenelektroden (8) gedruckt werden.
Um Brücken von Leiterbahnen zu ermöglichen (analog zu einer konventionellen Mehrlagen-Leiterplatte), können die Leiterbahnen der Druckebene 1 (12) mit Aufdruck eines geeigneten nicht-leitenden Lackes abgedeckt werden (z. B. Fa. Lackwerke Peters, Kempen, SD 2402 NB-M). Dadurch entsteht eine Isolationslage (13). Vorteilhaft kann ein transparenter nicht-leitender Lack verwendet werden, mit dem auch die Flächenelektroden (8) zum Schutz gegen Umwelteinflüsse überdruckt werden können.
Wird die transparente Trägerplatte (6) aus Gründen der optischen Gestaltung mit einer mehrfarbigen Hinterdruckung (7) versehen, z. B. zur Abdeckung der Klebefläche zum Gehäuse (1) oder als Beschriftung bzw. Rahmen um den eigentlichen Bildschirmausschnitt, kann die Isolationslage (13) auch durch die Hinterdruckung (7) ausgebildet werden.
Auf die Isolationslage (13) kann dann die nächste Leiterbahn-Druckebene 2 (14) aus Leitlack aufgedruckt werden. Sollen Verbindungen zwischen Leiterbahnen der ersten und zweiten Lage hergestellt werden, werden in der Isolationslage (13) die gewünschten Verbindungspunkte ausgespart. Es entstehen dadurch elektrisch leitende Durchkontaktierungen (15) (sog. Vias). Weitere Druckebenen Leiterbahnen/Isolation können analog dazu ausgeführt werden.
Auf die oberste – im vereinfachten Fall zweite – Leiterbahn-Druckebene 2 (14) wird im Bereich der Bauteil-Anschlüsse (19) (sog. Pads) ein Leitkleber (z. B. Fa. W. C. Heraeus, Hanau, PC3001) aufgebracht. Die für Oberflächenmontage geeigneten elektrischen Bauteile (18) (sog. SMD) der Auswerteschaltung werden dann auf der Trägerplatten-Baugruppe (5) platziert und durch Aushärtung des Leitklebers mechanisch und elektrisch mit der gedruckten Schaltung verbunden.
Zur Verbindung der elektronischen Auswerteschaltung mit einer externen Elektronik kann in allen Leiterbahn-Druckebenen (12; 14) eine Reihe von Kontaktflächen (20) ausgebildet werden, die zusammen mit externen Federkontakten (21) oder Felderleisten einen Anschluss der kompletten Trägerplatten-Baugruppe (5) ermöglichen.
Zum Schutz der elektrischen Bauteile (18) und der Leiterbahnen (11) gegen Umwelteinflüsse kann dieser Bereich der mit einem nicht-leitenden Schutzlack (22) überlackiert werden, wobei die Kontaktflächen (20) und die Flächenelektroden (8) ausgespart werden.
Für die Markierung einer Ein/Aus-Taste kann bei ausgeschaltetem Bildschirm (2) – und damit Ausfall der im Bildbereich (3) eingeblendeten Tastensymbole (4) – eine Leuchtdiode (23) als elektrisches Bauteil auf die oberste – im vereinfachten Fall zweite – Leiterbahn-Druckebene 2 (14) aufgebracht werden, deren Hauptabstrahlrichtung (24) üblicherweise seitlich oder vertikal zur Flächenelektrode (8) gewünschten Ein/Aus-Taste zeigt.
Durch einen der Leuchtdiode (23) vorgesetzten bzw. in deren Gehäuse integrierten Lichtleiterkörper (25) z. B. aus transparentem Kunststoff kann die Hauptstrahlrichtung (24) der Leuchtdiode (23) direkt auf die Flächenelektrode für die Ein/Aus-Taste (27) umgelenkt werden. Ein Vorteilhafterweise im Strahlengang (24) des Lichtleitkörpers (25) befindliches Ein/Aus-Motiv (26) projiziert dabei auf die Ein/Aus-Taste (27) ein virtuelles Tastensymbol. Dadurch kann die Flächenelektrode der Ein/Aus-Taste (27) auch bei ausgeschaltetem Bildschirm (2) visualisiert werden. Das Ein/Aus-Motiv (26) kann durch Gravur, Aufdrucken oder durch die Spritzgussform des Lichtleitkörpers (25) hergestellt werden.
Alternativ kann das Ein/Aus-Motiv (26) auch direkt auf die Oberfläche des Bildschirmes (2) innerhalb dessen Bildbereiches (3) projiziert werden.
In analoger Weise können auch sonstige Informationen wie z. B. ein Logo oder Warnhinweise in den Bildbereich (3) auch außerhalb der Flächenelektroden (8) eingeblendet werden.

1: Gehäuse
2: Bildschirm
3: Bildbereich
4: Ein/Aus-Taste
5: Trägerplatten-Baugruppe
6: Transparente Trägerplatte
7: Hinterdruckung
8: Flächenelektrode
9: Verlängerung der Flächenelektrode
10: Auswerteschaltung
11: Leiterbahn
12: Leiterbahn-Druckebene 1
13: Isolationslage
14: Leiterbahn-Druckebene 2
15: Durchkontaktierung
16: Anschlussfläche für elektrisches Bauteil
17: Leitkleber
18: Elektrisches Bauteil
19: Bauteilanschluss
20: Kontaktfläche für planaren Steckverbinder
21: Externer Federkontakt
22: Schutzlack
23: Leuchtdiode
24: Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdiode
25: Lichtleitkörper
26: Ein/Aus-Motiv am Lichtleitkörper
27: Flächenelektrode für Ein/Aus-Taste

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006041993 A1 [0003]
- EP 04225777 A2 [0004]
- DE 9403322 U1 [0007]

Claims

Berührungsempfindlicher Bildschirm in Drucktechnik, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine kapazitive Sensortaste als Flächenelektrode (8) auf einer transparenten Trägerplatte (6) in Drucktechnik hergestellt wird.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Trägerplatte (6) aus Glas oder Kunststoff ist.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Trägerplatte (6) vor einem Bildschirm (2) positioniert ist.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelektroden (8) mit transparentem Leitlack auf der der Bedienungsseite gegenüberliegenden Rückseite der transparenten Trägerplatte (6) gedruckt werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm in Drucktechnik, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrischen Bauteile (18) und die Leiterbahnen (11) der elektronischen Auswerteschaltung auf der der Bedienungsseite gegenüberliegenden Rückseite der transparenten Trägerplatte (6) befinden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterbahnen (11) der elektronischen Auswerteschaltung in Drucktechnik mit transparentem oder nicht-transparentem Leitlack auf die transparente Trägerplatte (6) gedruckt werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Isolationslage (13) der elektronischen Auswerteschaltung mit transparentem oder nicht-transparentem Lack auf die Leiterbahnen (11) einer Druckebene gedruckt wird.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Durchkontaktierungen (15) von Leiterbahnen (11) auf verschiedenen Druckebenen durch Aussparungen in mindestens einer Isolierlage (13) hergestellt werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anschlussflächen (16) der elektrischen Bauteile (18) auf mindestens einer oder mehreren Druckebenen der Leiterbahnen (12; 14) befinden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Bauteile (18) der elektronischen Auswerteschaltung mittels Leitkleber auf den Anschlussflächen der elektrischen Bauteile (16) geklebt werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterbahnen (11) auf mindestens einer oder mehreren Druckebenen als Kontaktflächen (20) für eine planare Steckverbindung ausgeführt werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (20) mit externen Federkontakten (21) kontaktiert werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelektroden (8) mit aufgedrucktem nicht-leitenden, transparentem, Lack gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (11) und elektrischen Bauteile (18) mit transparentem oder nicht-transparentem, elektrisch nicht-leitendem Schutzlack (22) gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.
Berührungsempfindlicher Bildschirm in Drucktechnik, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flächenelektrode (8) oder ein Teil des Bildbereiches (3) des Bildschirmes (2) durch eine Leuchtdiode (23) beleuchtet wird.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flächenelektrode (8) oder ein Teil des Bildbereiches (3) des Bildschirmes (2) beleuchtet wird, wenn der Bildschirm (2) abgeschaltet ist.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich vor mindestens einer Leuchtdiode (23) ein Lichtleitkörper (25) zur Lichtumlenkung befindet.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leuchtdiode (23) einen in ihrem Gehäuse integrierten Lichtleitkörper (25) zur Lichtumlenkung befindet.
Berührungsempfindlicher Bildschirm nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtleitkörper (25) ein eingraviertes, aufgedrucktes oder spritzgegossenes Motiv (26) hat, welches durch das Licht der Leuchtdiode (23) auf eine Flächenelektrode (8) oder ein Teil des Bildbereiches (3) des Bildschirmes (2) projiziert wird.