DE202012104599U1 - Berührungselektrodengerät - Google Patents

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Abstract

Ein Berührungselektrodengerät, bestehend aus: einer Trägerplatine (21); mindestens einer transparenten Elektrodenschicht (22), die auf einer Oberfläche der Trägerplatine (21) befestigt ist und die aus mehreren Nanodrähten aus Metall besteht.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Umfeld der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft generell ein Berührungselektrodengerät, insbesondere ein flexibles Berührungselektrodengerät mit Nanodrähten aus Metall.
  • 2. Beschreibung der bekannten Ausführungsform
  • Ein berührungsempfindlicher Bildschirm wird als ein Eingabe-/Ausgabegerät verwendet, das mit der Abtasttechnologie und einem Display ausgerüstet ist und das meistens zusammen mit Elektronikgeräten, z.B. als tragbare oder am Ohr zu haltende Elektronikgeräte, verwendet wird.
  • Eine kondensatorbasierte Berührungskonsole ist eine allgemein gebräuchliche Berührungskonsole, die zum Erkennen einer Position des Kontaktes durch Berühren einen kapazitiven Ankoppelungseffekt anwendet. Die Kapazität, die der Kontaktposition entspricht, verändert sich, so dass diese beim Berühren einer Oberfläche der Berührungskonsole mit dem Finger erkannt wird.
  • Die 1A zeigt eine Draufsicht einer Berührungskonsole nach der herkömmlichen Ausführungsform. Die 1B zeigt eine Querschnittansicht des in der 1A dargestellten Querschnittes 1B-1B’ entlang. Insbesondere sind die ersten Elektroden 12 auf einer oberen Fläche einer Trägerplatine 10 gebildet, während die zweiten Elektroden 14 auf einer Unterseite der Trägerschicht 10 gebildet sind. Die ersten Elektroden 12 und die zweiten Elektroden 14 können im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sein.
  • Die ersten Elektroden 12 und die zweiten Elektroden 14 der oben genannten Berührungskonsole sind generell aus einem transparenten und leitfähigen Material hergestellt, z.B. aus Indium-Zinnoxid (ITO). Das ITO wird unter Anwendung eines komplizierten Verfahrens gebildet. Des weiteren bricht das ITO, wenn dieses gebogen wird. Daher eignet sich das ITO kaum zur Herstellung einer flexiblen Berührungskonsole.
  • Aus dem Grund, dass die Berührungskonsole nach der herkömmlichen Ausführungsform unter Anwendung eines komplizierten Herstellverfahrens hergestellt werden muss und dabei keine flexible Berührungskonsole geschaffen werden kann, bedarf es eines neuartigen Berührungselektrodengerätes, um die Nachteile der Berührungskonsole nach der herkömmlichen Ausführungsform zu umgehen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Angesichts der oben beschriebenen Nachteile besteht ein Ziel der erfindungsgemäßen Ausführungsform in der Schaffung eines Berührungselektrodengeräts für die Herstellung eines flexiblen Berührungselektrodengeräts oder in der Vereinfachung eines solchen Verfahrens durch eine direkte Anwendung der Fotolithographie.
  • Laut einem Ausführungsbeispiel besteht ein Berührungselektrodengerät aus einer Trägerplatine und aus mindestens einer transparenten Elektrodenschicht. Diese transparente Elektrodenschicht wird direkt oder indirekt auf eine Oberfläche der Trägerplatine aufgebracht, wobei die transparente Elektrodenschicht aus mehreren Nanodrähten aus Metall besteht.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1A zeigt eine Draufsicht einer Berührungskonsole nach der herkömmlichen Ausführungsform;
  • 1B zeigt eine Querschnittansicht des in der 1A dargestellten Querschnittes 1B-1B’ entlang;
  • 2A zeigt eine Draufsicht einer Berührungskonsole nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2B zeigt eine Querschnittansicht des in der 2A dargestellten Querschnittes 2-2’ entlang;
  • 2C zeigt eine Querschnittansicht eines modifizierten Berührungselektrodengeräts;
  • 3A zeigt eine Draufsicht eines Berührungselektrodengeräts mit einem einseitigen und doppelschichtigen Aufbau;
  • 3B zeigt eine Querschnittansicht des in der 3A dargestellten Querschnittes 3-3’ entlang;
  • 4A zeigt eine Draufsicht eines Berührungselektrodengeräts mit einem doppelschichtigen Aufbau;
  • 4B zeigt eine Querschnittansicht des in der 4A dargestellten Querschnittes 4-4’ entlang;
  • 5A und 5B zeigen Querschnittansichten der berührungsempfindlichen Displays nach dem Ausführungsbeispiel; und
  • 6 zeigt eine Querschnittansicht einer Berührungskonsole nach dem Ausführungsbeispiel.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die 2A zeigt eine Draufsicht eines Berührungselektrodengeräts 200 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 2B zeigt eine Querschnittansicht einer in der 2A dargestellten Schnittlinie 2-2’ entlang. Die Zeichnungen zeigen lediglich die Bauteile des Ausführungsbeispiels. Das Berührungselektrodengerät 200 des Ausführungsbeispiels besteht aus einer Trägerplatine 21 und aus mindestens einer Elektrodenschicht 22, die auf (z.B. einer oberen Fläche) der Trägerplatine 21 befestigt sein kann (dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein). Nach einem Aspekt des Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht die transparente Elektrodenschicht 22 aus mehreren Nanodrähten aus Metall mit einem Durchmesser in Nanometern (z.B. einem Durchmesser zwischen einigen Nanometers und mehreren Hundert Nanometern). Die Nanodrähte aus Metall sind mit Kunststoffmaterial (z.B. Harz) in der transparenten Elektrodenschicht 22 befestigt. Da die Nanodrähte aus Metall zu dünn sind, um für das bloße Auge sichtbar zu sein, weist die aus den Nanodrähten aus Metall bestehende transparente Elektrodenschicht 22 einen hohen Lichtdurchlässigkeitsgrad auf, wobei die Gesamtdicke des Berührungselektrodengeräts 200 ebenfalls reduziert sein kann. Diese Nanodrähte aus Metall sind flach verteilt angeordnet, wobei diese aus den Nanodrähten aus Metall bestehende transparente Elektrodenschicht 22 über eine isotrope Leitfähigkeit verfügt, die im wesentlichen hinsichtlich der Richtung konstant ist.
  • Nach einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels kann die transparente Elektrodenschicht 22 ebenfalls aus fotoresistivem Material (z.B. Acrylstoff) bestehen, das mit einem fotolithografischen Verfahren strukturiert werden kann. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren unter Anwendung von ITO zum Formen der Elektrodenschicht kann die transparente Elektrodenschicht 22 dieses Ausführungsbeispiels direkt mit einem fotolithografischen Verfahren bearbeitet werden, um zur Reduzierung des Kostenaufwandes das gesamte Herstellverfahren zu vereinfachen.
  • Nach den Aspekten des oben genannten Ausführungsbeispiels wird in einem Ausführungsbeispiel die transparente Elektrodenschicht 22 mit den Nanodrähten aus Metall und dem fotoresistiven Material zuerst vorbereitet. Beim Herstellen des Berührungselektrodengeräts 200 wird die vorbereitete transparente Elektrodenschicht 22 auf die Oberfläche der Trägerplatine 21 beschichtet, die danach direkt mit einem fotolithografischen Verfahren verarbeitet wird, um die strukturierte transparente Elektrodenschicht 22 mit dem angeforderten Muster zu erhalten.
  • In diesem Ausführungsbeispiel kann die Trägerplatine 21 beispielsweise aus Glas, Polyester oder ein flexibles Material bestehen. Da die oben genannten Nanodrähte aus Metall einen sehr dünnen Durchmesser aufweisen, können die Nanodrähte aus Metall für die Trägerplatine 21 verwendet sein, um ein flexibles Berührungselektrodengerät 200 zu bilden. Im Gegensatz dazu kann das Indium-Zinnoxid (ITO), das herkömmlich als ein transparentes leitfähiges Material verwendet wird, leicht brechen, so dass sich das ITO kaum zur Herstellung eines flexiblen Berührungselektrodengeräts 200 eignet. Das heißt, dass das ITO eine Flexibilität aufweist, die wesentlich niedriger ist als die transparente Elektrodenschicht 22 mit den Nanodrähten aus Metall des Ausführungsbeispiels.
  • Die 2C zeigt eine Querschnittansicht eines modifizierten Berührungselektrodengeräts 200, das weiter aus einer Isolierschicht 23 zwischen der Trägerplatine 21 und der transparenten Elektrodenschicht 22 besteht, um die transparente Elektrodenschicht 22 indirekt auf die Oberfläche der Trägerplatine 21 zu befestigen. In einem Ausführungsbeispiel kann das Isolierschicht 23 aus fotoresistivem Material bestehen, welches danach mit Hilfe eines fotolithografischen Verfahrens zusammen mit der transparenten Elektrodenschicht 22 strukturiert werden kann.
  • Das in der 2B und in der 2C gezeigte Berührungselektrodengerät 200 weist einen einseitigen und einschichtigen Aufbau auf, d.h. eine einzelne transparente Elektrodenschicht 22 ist auf einer einzelnen Oberfläche der Trägerplatine 21 befestigt. Das Ausführungsbeispiel kann jedoch einen anderen Aufbau aufweisen, beispielsweise einen einseitigen und doppelschichtigen Aufbau oder einen doppelseitigen Aufbau. Die 3A zeigt eine Draufsicht eines Berührungselektrodengeräts 300 mit einem einseitigen und doppelschichtigen Aufbau. Die 3B zeigt eine Querschnittansicht einer in der 3A dargestellten Schnittlinie 3-3’ entlang. Genauer ausgedrückt heißt das, dass eine erste transparente Elektrodenschicht 22A und eine zweite transparente Elektrodenschicht 22B der Reihe nach auf einer Oberfläche der Trägerplatine 21 gebildet sind, wobei die erste transparente Elektrodenschicht 22A und die zweite transparente Elektrodenschicht 22B mit einer Isolierschicht 23 voneinander isoliert sind. Die erste/zweite transparente Elektrodenschicht 22A/22B können aus Nanodrähten aus Metall bestehen. Alternativ kann die erste/zweite transparente Elektrodenschicht 22A/22B teilweise aus einem anderen Material bestehen, z.B. Indium-Zinnoxid (ITO).
  • Die 4A zeigt eine Draufsicht eines Berührungselektrodengeräts 400 mit einem doppelseitigen Aufbau. Die 4B zeigt eine Querschnittansicht einer in der 4A dargestellten Schnittlinie 4-4’ entlang. Genauer ausgedrückt heißt das, dass die erste transparente Elektrodenschicht 22A und die zweite transparente Elektrodenschicht 22B auf je einer der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatine 21 gebildet sind. Die erste/zweite transparente Elektrodenschicht 22A/22B kann aus Nanodrähten aus Metall bestehen. Alternativ kann die erste/zweite transparente Elektrodenschicht 22A/22B teilweise aus einem anderen Material bestehen, z.B. Indium-Zinnoxid (ITO).
  • Im Vergleich mit den herkömmlichen Berührungselektrodengeräten besteht das Berührungselektrodengerät 200/300/400 des Ausführungsbeispiels aus der transparenten Elektrodenschicht 22 mit Nanodrähten aus Metall, so dass dieser Aufbau flexibel ist. Das oben beschriebene Berührungselektrodengerät 200/300/400 kann an eine Vielfalt an berührungsempfindlichen Aufbauten (insbesondere kondensatorbasierte berührungsempfindliche Aufbauten) angepaßt werden, wie beispielsweise an Berührungskonsolen oder berührungsempfindlichen Displays, um die oben erwähnten Vorteile anhand von einigen unten beschriebenen Beispielen darzustellen.
  • Die 5A zeigt eine Querschnittansicht eines berührungsempfindlichen Displays 3 nach dem Ausführungsbeispiel. Aus Gründen der Klarheit sind nur die Bauteile dieses berührungsempfindlichen Displays 3 gezeigt. Die 5A zeigt, dass das berührungsempfindliche Display 3 durch Aufeinanderstapeln einer Bildschirmanzeige 301 und einer Berührungskonsole 310 gebildet ist. Die Bildschirmanzeige 301 besteht dabei in erster Linie aus einer Flüssigkristallschicht (LC) 31 und aus einem Farbfilter (CF) 32. Die Berührungskonsole 310 besteht im wesentlichen aus einem Polarisator 33 und aus einer transparenten Elektrodenschicht 22, die auf einer oberen Fläche des Polarisators 33 befestigt ist, wobei der Polarisator 33 als die in der 2A bis 4B gezeigte Trägerplatine 21 verwendet wird. Die in der 5A gezeigte transparente Elektrodenschicht 22 kann aus einer einzelnen transparenten Elektrodenunterschicht oder aus mehreren transparenten Elektrodenunterschichten bestehen (z.B. die oben genannte erste transparente Elektrodenschicht 22A und die zweite transparente Elektrodenschicht 22B). Die Bildschirmanzeige 301 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels kann als eine flexible Bildschirmanzeige 301 ausgeführt sein, die zum Bilden eines flexiblen berührungsempfindlichen Displays 3 mit einer flexiblen Berührungskonsole 310 kombiniert sein kann.
  • Die 5B zeigt eine Querschnittansicht eines weiteren berührungsempfindlichen Displays 3’ nach dem Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von jedem, das in der 5A gezeigt ist, dadurch, dass die in der 5B gezeigte transparente Elektrodenschicht 22 auf einer Unterseite des Polarisators 33 befestigt ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel und weiter mit Bezugnahme auf die 5B ist die transparente Elektrodenschicht 22 auf einer oberen Fläche des Farbfilters (CF) 32 befestigt, wobei dieser Farbfilter (CF) 32 als die in der 2A bis 4B gezeigte Trägerplatine 21 verwendet wird.
  • Die 6 zeigt eine Querschnittansicht einer Berührungskonsole 5 nach dem Ausführungsbeispiel. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die erste transparente Elektrodenschicht 22A, die Isolierschicht 23 und die zweite transparente Elektrodenschicht 22B der Reihe nach auf einer Unterseite des Deckglases 51 befestigt. Das Deckglas 51 wird als die in der 2A bis 4B gezeigte Trägerplatine 21 verwendet, wobei das Deckglas 51 ein zweidimensionales oder dreidimensionales Profil aufweisen kann, das für ein zweidimensionales bzw. dreidimensionales berührungsempfindliches Display verwendet werden kann. Die berührungsempfindlichen Displays 3, 3’ und 5 für die Berührungselektrodengeräte 200, 300 und 400 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sollen lediglich als Beispiel für einige Anwendungsweisen dargestellt werden. Es ist selbstverständlich, dass die transparente Elektrodenschicht 22 in unterschiedlichen flexiblen oder starren berührungsempfindlichen Aufbauten anstelle der herkömmlichen Elektrodenschicht verwendet werden kann.
  • Trotz der Darstellung und der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele ist es selbstverständlich, dass die Fachleute auf diesem Gebiet verschiedene Modifizierungen vornehmen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der nur durch die nachstehend beschriebenen Schutzansprüche eingeschränkt sein soll.

Claims (16)

  1. Ein Berührungselektrodengerät, bestehend aus: einer Trägerplatine (21); mindestens einer transparenten Elektrodenschicht (22), die auf einer Oberfläche der Trägerplatine (21) befestigt ist und die aus mehreren Nanodrähten aus Metall besteht.
  2. Das Gerät nach Anspruch 1, weiter bestehend aus einer Isolierschicht (23) zwischen der transparenten Elektrodenschicht (22) und der Trägerplatine (21).
  3. Das Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (23) aus einem Isoliermaterial besteht.
  4. Das Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine transparente Elektrodenschicht (22) aus einer ersten transparenten Elektrodenschicht (22A) und aus einer zweiten transparenten Elektrodenschicht (22B) besteht, die auf einer gleichen Fläche der Trägerplatine (21) befestigt ist, wobei sich für die elektrische Isolierung zwischen der ersten transparenten Elektrodenschicht (22A) und der zweiten transparenten Elektrodenschicht (22B) zwischen diesen eine Isolierschicht (23) befindet.
  5. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine transparente Elektrodenschicht (22) aus einer ersten transparenten Elektrodenschicht (22A) und aus einer zweiten transparenten Elektrodenschicht (22B) besteht, wobei diese beiden Elektrodenschichten auf je eine der gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatine (21) befestigt sind.
  6. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodrähte aus Metall Silber enthalten.
  7. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nanodraht aus Metall einen Durchmesser zwischen einigen Nanometern und mehreren Hundert Nanometern aufweist.
  8. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Elektrodenschicht (22) weiter aus einem Kunststoffmaterial besteht, um mit diesem die Nanodrähte aus Metall in dieser transparenten Elektrodenschicht (22) zu befestigen.
  9. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodrähte aus Metall flach verteilt angeordnet sind.
  10. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatine (21) aus einem flexiblen Material besteht.
  11. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Elektrodenschicht (22) weiter aus einem fotoresistiven Material besteht.
  12. Das Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (23) aus einem fotoresistiven Material besteht.
  13. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatine (21) aus einem Polarisator (33) besteht, wobei die transparente Elektrodenschicht (22) auf einer oberen Fläche oder auf einer Unterseite des Polarisators (33) befestigt ist.
  14. Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatine (21) aus einem Farbfilter (32) besteht, wobei die transparente Elektrodenschicht (22) auf einer oberen Fläche des Farbfilters (32) befestigt ist.
  15. Das Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatine (21) aus einem Deckglas (51) besteht, wobei die mindestens eine transparente Elektrodenschicht (22) auf einer Unterseite dieses Deckglases (51) befestigt ist.
  16. Das Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine transparente Elektrodenschicht (22) aus einer ersten transparenten Elektrodenschicht (22A) und aus einer zweiten transparenten Elektrodenschicht (22B) besteht, wobei diese erste transparente Elektrodenschicht (22A), die Isolierschicht (23) und die zweite transparente Elektrodenschicht (22B) der Reihe nach auf einer Unterseite des Deckglases (51) befestigt sind.
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