DE3628812C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine tastempfindliche Kontaktauflage, mit zwei im unbetätigten Zustand durch Abstandshalter voneinander parallel beabstandeten, transparenten und elastisch verformbaren Schichten, die auf ihren einander zugewandten Oberflächen mit Strukturen aus leitfähigem Material versehen sind, welche durch Druck auf die Oberseite der Kontaktauflage miteinander in kontaktgebende Berührung bringbar sind, und mit einer Stützplatte auf der Unterseite der Kontaktauflage, die im unbetätigten Zustand zu den Schichten parallel ist, und die beträchtlich steifer als die beiden darüberliegenden transparenten Schichten ist.

Tastempfindliche Kontaktauflagen werden häufig zusammen mit Tastaturen oder Tastbildschirmen von Rechnern verwendet. Sie umfassen typischerweise wenigstens zwei Schichten aus flexiblem Kunststoff, die in sehr geringem Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet sind. Das elektrisch leitfähige Material kann beispielsweise aus im Vakuum aufgedampftem Gold bestehen. Wird auf eine der Folien von außen Druck ausgeübt, z. B. durch den Benutzer mit einem Finger, wird der Freiraum zwischen den beiden flexiblen Schichten überbrückt und zwischen den Strukturen aus elektrisch leitfähigen Werkstoffen wird ein elektrischer Kontakt hergestellt. Auf diese Weise wird ein verarbeitbares Signal erzeugt, das kodiert werden kann. Hinter den flexiblen, elektrisch leitfähig beschichteten transparenten Schichten ist eine durchsichtige feste Unterlage in Form einer Stützplatte vorgesehen, welche die beiden Schichten beim Zusammenpressen abstützt. Die Schichten sowie die Stützplatte sind alle mit geringem Zwischenabstand angeordnet und an den Außenumfängen zusammengehalten. Die elektrisch leitfähigen Abschnitte sind, damit die Kontaktauflage betriebsfähig ist, mit einer elektrischen Schaltung verbunden.

Eine tastempfindliche Kontaktauflage der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US-PS 40 17 848 bekannt, bei der lediglich die obere transparente Schicht aus elastischem Material gebildet ist und die untere Schicht aus elastischem Material besteht, das eine Abstützung der von dem Benutzer mit seinem Finger aufgebrachten Druckkräfte ermöglicht. In dieser Druckschrift ist ferner offenbart, daß auch die untere Schicht aus flexiblem Material sein kann, welche dann aber durch eine weitere feste Schicht in der eingangs genannten Art und Weise gestützt werden müßte.

Aus der US-PS 44 49 023 ist eine tastempfindliche Kontaktauflage mit zwei im unbetätigten Zustand zueinander parallelen, transparenten und elastisch verformbaren Schichten bekannt, die auf ihren einander zugewandten Oberflächen mit Leiterbahnen versehen sind, derart, daß die Leiterbahnen durch Druck auf die Oberseite der Kontaktauflage - beispielsweise durch den Benutzer mit seinem Finger - in kontaktgebende Berührung miteinander bringbar sind. Im Ruhezustand, d. h. bei fehlender Betätigung, sind die beiden Schichten durch Abstandshalter voneinander distanziert.

Der Nachteil dieser bekannten tastempfindlichen Kontaktauflagen der eingangs beschriebenen Art besteht insbesondere darin, daß sich in vielen Anwendungsfällen, z. B. wenn Licht von einem Rechner-Bildschirm durch die Kontaktauflage betrachtet wird, Newtonsche Ringe zwischen der Stützplatte und der ihr benachbarten transparenten (Schalt-)Schicht um die Stelle herum bilden, an welcher der Benutzer zum Erzeugen von Signalen gegen die tastempfindliche Auflage drückt. Newtonsche Ringe sind ein mehrfarbiges Streifenmuster, das durch Interferenzen zwischen Lichtwellen, die durch sehr dünne Bereiche um eine Stelle größter Annäherung zwischen transparenten Schichten hindurchgehen, hervorgerufen wird. Je nach den transparenten Werkstoffen, den Schichtdicken und dem Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen können Newtonsche Ringe auch ohne Ausübung einer örtlich begrenzten Kraft beobachtet werden. Die Newtonschen Ringe beeinträchtigen oder stören somit ein von der Kontaktauflage durchgelassenes, optisch wahrnehmbares Signal und stören damit den Benutzer.

In diesem Zusammenhang ist es aus der EP 01 11 879 A2 bekannt, elektrisch nicht leitfähiges Material in Form von kleinen Erhebungen oder Buckeln nach irgendeinem Muster zwischen die beiden transparenten Schichten der tastempfindlichen Kontaktauflage zu bringen, um das Entstehen von Newtonschen Ringen zwischen den beiden flexiblen (Schalt-)Schichten zu verhindern. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch die Vermeidung von Newtonschen Ringen zwischen der hintersten transparenten Schicht und der transparenten Stützplatte, die einen Teil der tastempfindlichen Kontaktauflage bildet.

Zu einem anderen technischen Gebiet ist es aus der DE-OS 21 09 752 zur Verhinderung von Newtonschen Ringen in transparenten Schichtstrukturen bekannt, ein organisches oder anorganisches Pigment eines bestimmten Durchmessers in einem Bindemittel suspendiert auf eine Folienoberfläche aufzubringen. Aus der DE-OS 15 96 817, welche ebenfalls ein entfernteres technisches Gebiet betrifft, ist bekannt, eine Oberfläche - dort die Oberfläche einer Glasscheibe - zur Erzeugung einer diffusen Reflektion und zur Verhinderung von Newtonschen Ringen ebenfalls mit einer unregelmäßigen Struktur zu versehen, und zwar durch Ätzen von unregelmäßigen Vertiefungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer tastempfindlichen Kontaktauflage der eingangs genannten Art das Auftreten von Newtonschen Ringen zwischen der untersten (Schalt-)Schicht und der festen Stützplatte zu verhindern, sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.

Diese Aufgabe wird bei einer tastempfindlichen Kontaktauflage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Stützplatte und der darüberliegenden Schicht Teilchen unregelmäßiger Größe innerhalb eines vorbestimmten Größenbereichs unregelmäßig verteilt sind, und daß die größeren Teilchen die beiden einander zugewandten Oberflächen der Stützplatte bzw. der darüberliegenden Schicht gleichzeitig berühren.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen zum einen insbesondere darin, daß die Anordnung der Teilchen zwischen Stützplatte und darüberliegender Schicht eine maximale Lichtdurchlässigkeit gewährleisten und zum anderen darin, daß die unregelmäßige Größe der Teilchen eine signifikante Reduzierung des Auftretens von Newtonschen Ringen bewirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

So ist nach einem vorteilhaften Lösungsgedanken der Erfindung vorgesehen, daß die zwischen der (Schalt-)Schicht und der Stützplatte angeordneten Teilchen eine Größe zwischen 3 und 100 µm besitzen und so aufgebracht sind, daß die größten von ihnen in Zufallsverteilung mit einer bestimmten Dichte, insbesondere im Bereich von 40 bis 500, bevorzugt 46 bis 460 und ganz bevorzugt 155 bis 460 Teilchen je cm² verteilt sind.

Vorzugsweise bestehen die Teilchen aus elektrisch nichtleitendem Material, wofür beispielhaft braune Tonerde oder Glasperlen alternativ vorgesehen werden können.

Um die Anhaftung der Teilchen zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Stützplatte einerseits und der darüberliegenden (Schalt-)Schicht andererseits sicherzustellen, ist es vorteilhaft, daß die Teilchen beim Aufbringen in einem flüssigen Trägermedium suspendiert sind. Als vorteilhafte Alternativen für dieses Trägermedium werden entweder Wasser oder die wäßrige Lösung eines Chloridsalzes eines Erdalkalimetalls bevorzugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine typische herkömmliche tastempfindliche Kontaktauflage mit Verdrahtun­ gen zu oberen und unteren elektrisch leitfähi­ gen transparenten Schichten,

Fig. 2 einen zur Zeichnungsebene der Fig. 1 recht­ winkligen Schnitt durch die zusammengefügten Schichten, Räume und eine transpa­ rente Stützplatte, die eine tastemp­ findliche Kontaktauflage bilden,

Fig. 3 eine Darstellung der Art und Weise, wie New­ tonsche Ringe entstehen, wenn der Benutzer mit einem Finger gegen die Vorderseite einer tast­ empfindlichen Kontaktauflage drückt,

Fig. 4 eine Darstellung der Art und Weise, wie in ei­ nem flüssigen Trägermedium suspendierte Teil­ chen auf eine der zwei Flächen aufgesprüht wird, die beim Zusammenpressen Newtonsche Ringe entstehen lassen,

Fig. 5 in einer vergrößerten Draufsicht eine Darstel­ lung der erfindungsgemäßen Zufallsverteilung der Teilchen auf der behandelten Fläche, und

Fig. 6 einen zu einer tastempfindlichen Kontaktauflage gemäß der Erfindung rechtwink­ ligen Schnitt durch dieselbe.

An die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche, ebene tastempfindliche Kontaktauflage 11 z.B. für einen Bildschirm sind Drähte 12 und 13 angeschlossen, die zu einer Decodierschaltung 14 führen. Gemäß Fig. 2 stehen die Drähte 12 in Kontakt mit elektrisch leit­ fähigen senkrechten Strukturen 18 auf der Un­ terseite der obersten transparenten Schicht 15. In ähn­ licher Weise sind die Drähte 13 mit zugehörigen waage­ rechten Schichten aus elektrisch leitfähigem Material 23 verbunden, die gemäß Fig. 2 auf die Oberseite einer unter der Schicht 15 angeordneten transparenten Schicht 20 aufgebracht sind. Die Decodierschaltung 14 ist mit einem aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellten Rechner elektrisch verbunden oder ihm zugeordnet.

Andere Geometrien mit in geringem Abstand voneinander angeordneten Flächen von z.B. zylindrischer oder sphä­ rischer Gestalt sind ausführbar und gelegentlich wün­ schenswert. Die Geometrie der Flächen im allgemeinen oder ihre spezielle Anwendung, z.B. bei einer analogen Bedientafel, stellt keinerlei Beeinträchtigung der Nützlichkeit dar, welche die vorliegende Erfindung für eine signifikante Reduzierung von New­ tonschen Ringen hat.

Gemäß Fig. 2 hat die obere transparente Schicht 15 eine Oberseite 16. Bei der Benutzung der Kontaktauflage 11 drückt der Benutzer auf eine bestimmte Stelle auf der Oberseite 16. Die Ausübung von Druck durch den Benutzer entsprechend Fig. 2 nach unten auf die Oberseite 16 bewirkt, daß eine Fläche 19 einer elektrisch leitfähi­ gen Schicht 18 eine Fläche 22 örtlich berührt, welche die Oberseite der unteren elektrisch leitfähigen Schicht 23 ist. Herkömmlicherweise sind über die aktive Fläche der Kontakt-Auflage 11 kleine Erhebungen oder Buckel 25 aus elektrisch nichtleitendem Material gleichmäßig verteilt, um die obere und die untere elek­ trisch leitfähige Fläche im Abstand voneinander zu hal­ ten, außer wenn sie vom Benutzer örtlich zusammenge­ preßt werden. Ein typisches Anordnungsmuster für solche Buckel 25 ist in Fig. 1 zu erkennen.

Gemäß Fig. 2 hat eine aus dem Stand der Technik bekannte Kontaktauflage 11 eine Schicht 30, die häufig eine Stützplatte aus durchsich­ tigem Acrylharz-Kunststoff ist. Die Stützplatte 30 hat eine Oberseite 31. Für eine solche Stützplatte können auch andere transparente Werkstoffe, z.B. Glas oder Polycar­ bonate, verwendet werden. Zwischen der Stützplatte 30 und der unteren durchsichtigen Schicht 20 ist eine Schicht 32 angeordnet, welche typischerweise aus einem das Entstehen von Newtonschen Ringen verhindernden Ma­ terial ist, das auf die Fläche 31 oder eine Fläche 21 aufgebracht ist. Die Schicht 32 dient dazu, das Ent­ stehen von Newtonschen Ringen zwischen der Schicht 20 und der Stützplatte 30 zu verhindern. Eine solche Schicht 32, die an der Unterseite 21 der Schicht 20 und an der Oberseite 31 der Stützplatte 30 anhaftet, ver­ ringert die Lichtmenge, die durch eine Kontakt-Auflage­ tafel hindurchgehen kann, und erschwert und verteuert die Montage der Auflagetafel 11.

In Fig. 3 ist die Art und Weise dargestellt, wie New­ tonsche Ringe 42 an der Stelle entstehen, an der der Benutzer mit seinem Finger 41 auf die Oberseite der Auflagetafel 11 drückt. Die Newtonschen Ringe 41 sind ein einem Regenbogen sehr ähnliches mehrfarbiges Strei­ fenmuster, das von Interferenz zwischen dem von benach­ barten darunterliegenden Schichten durchgelassenen Licht herrührt.

Bei Benutzung der Kontaktauflage 11 in der in Fig. 3 dar­ gestellten Weise wird die Entstehung von Newtonschen Ringen dadurch verhindert, daß Teilchen aus einem aus­ gewählten Material und in einem vorbestimmten Größenbe­ reich, der vorzugsweise zwischen 3 und 100 Mikrometer liegt, zwischen der Unterseite 21 der unteren durch­ sichtigen Schicht 20 und der Oberseite 31 der durch­ sichtigen Stützplatte 30 verteilt sind. Ein besonders geeignetes Material für solche Teilchen ist braune Tonerde (mit etwa 96% Al₂O₃). Eine zweckdienliche Dich­ te für die Teilchenverteilung in diesem Größenbereich ist 40 bis 500, bevorzugt 46 bis 460 und ganz bevorzugt 155 bis 460 Teilchen je Quadratzentimeter behandelter Fläche.

In Fig. 4 ist eine Technik zur Erzielung der gewünschten Teilchenverteilung am Beispiel der Oberseite 31 der Stützplatte 30 dargestellt. Zur Erzie­ lung der gewünschten Dichte wird auf die Oberseite 31 mittels einer Sprühvorrichtung 51 mit einer einstell­ baren Sprühdüse 52 ein Sprühstrahl 34 gerichtet, der sich aus Teilchen 53 und einem flüssigen Trägermedium 54 zusammensetzt. Es ist wichtig, daß die Teilchen 53 beim Aufbringen auf die Fläche, an der sie haften sol­ len, benetzt sind, z.B. durch Suspension in dem flüs­ sigen Trägermedium. Es ist ebenfalls wichtig, daß die Teilchenverteilung in dem Sinne gleichmäßig ist, als die Zufallsverteilung der verschieden großen Teilchen im gewählten Größenbereich über der Fläche 31 sich nicht signifikant verändert. Eine gleichermaßen wir­ kungsvolle Alternative bestünde darin, die Fläche 21 der Schicht 20 zu besprühen.

Als geeignete Trägerflüssigkeiten hat sich Freon (R) oder entionisiertes Wasser herausgestellt, in denen Teilchen aus brauner Tonerde zum Aufsprühen suspendiert werden können. Es hat ferner sich herausgestellt, daß braune Tonerde eine natürliche Neigung hat, an für solche An­ wendungen als allgemein geeignet betrachteten Werkstof­ fen, z.B. Glas, Polycarbonaten, Acrylharz-Kunststoffen und Folien aus Polyterephthalat, zu haften, unabhängig davon, ob auf diese Flächen elektrisch leitfähiges Metall oder Oxid aufgebracht ist. Braune Tonerde ist bekanntlich elektrisch nicht leitfähig. Braune Tonerde ist ferner in der zusammengebauten Kontaktauflage praktisch unsichtbar, anders als die Folie, die bei herkömmlichen Auflagen nach dem Stand der Technik unklare Bilder verursacht.

Bei Verwendung von Teilchen aus einem anderen Material, z.B. von Glasperlen, kann es vorteilhaft sein, eine wässrige Lösung eines Chloridsalzes eines Erdalkali­ metalls, z.B. von NaCl, KCl o.dgl., zu verwenden.

Nach dem Verdampfen der Trägerflüssigkeit und mit der gewählten Verteilung der Teilchen 53 auf der behandel­ ten Fläche wird die nächste oder benachbarte Schicht von oben aufgelegt. Dadurch wird sichergestellt, daß beide sich gegenüberliegende Oberflächen, die den geschlos­ senen Raum begrenzen, in welchem die Teilchen 53 ent­ halten sind, von den größeren Teilchen 53 gleichzeitig berührt werden. Es leuchtet ein, daß auf der behandel­ ten Fläche zwischen den größeren Teilchen 53 viele kleinere Teilchen 53 verstreut sind, welche die beiden sich gegenüberliegenden transparenten Schichten 20 und 30 nicht gleichzeitig berühren.

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Abschnitt der Fläche 31 der Stützplatte 30, auf der die größten Teilchen 53 in einer Zufallsverteilung zwischen kleineren Teilchen an­ geordnet sind.

In Fig. 6 ist insbesondere die Art und Weise zu erken­ nen, in der die größeren Teilchen 53 mit der Unterseite 21 der Schicht 20 und der Oberseite 31 der Stützplatte 30 gleichzeitig in Berührung stehen. Es wird angenom­ men, daß die gewünschte Wirkung einer signifikanten Re­ duzierung von Newtonschen Ringen oder ihre vollständige Beseitigung beim Betasten der tastempfindlichen Auflage 11 auf die ungleichmäßige Größe der auf die behandelten Flächen aufgebrachten Teilchen zurückgeht.

Zur Erzielung der beschriebenen Ergebnisse ist das Auf­ bringen von Teilchen auf andere Weise und mit oder ohne Verwendung einer Suspension oder eines flüssigen Trä­ germediums möglich.

Claims (10)

1. Tastempfindliche Kontaktauflage, mit zwei im unbetätigten Zustand durch Abstandshalter (25) voneinander parallel beabstandeten, transparenten und elastisch verformbaren Schichten (15, 20), die auf ihren einander zugewandten Oberflächen (17, 22) mit Strukturen (18, 23) aus leitfähigem Material versehen sind, welche durch Druck auf die Oberseite (16) der Kontaktauflage in kontaktgebende Berührung miteinander bringbar sind, und mit einer Stützplatte (30) auf der Unterseite (21) der Kontaktauflage, die im unbetätigten Zustand zu den Schichten (15, 20) parallel ist und die beträchtlich steifer als die beiden darüberliegenden transparenten Schichten (15, 20) ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stützplatte (30) und der darüberliegenden Schicht (20) Teilchen (53) unregelmäßiger Größe innerhalb eines vorbestimmten Größenbereichs unregelmäßig verteilt sind und daß die größeren Teilchen (53) die beiden einander zugewandten Oberflächen der Stützplatte (30) bzw. der darüberliegenden Schicht (20) gleichzeitig berühren.

2. Auflage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Größenbereich der Teilchen (53) 3 bis 100 µm ist.

3. Auflage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (53) chemisch inert sind.

4. Auflage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (53) elektrisch nicht leitend sind.

5. Auflage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (53) in Zufallsverteilung mit einer Dichte von 40 bis 500, bevorzugt 46 bis 460 und ganz bevorzugt 155 bis 466 Teilchen je cm² verteilt sind.

6. Auflage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (53) aus brauner Tonerde bestehen.

7. Auflage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Glasperlen bestehen.

8. Auflage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Schichten (15, 20) aus einem Polyterephthalat bestehen.

9. Auflage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (30) aus Acrylharz-Kunststoff besteht.

10. Verfahren zur Herstellung einer Auflage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (53) Glasteilchen sind, die beim Aufbringen auf die Fläche, an der sie haften sollen, in einem flüssigen Trägermedium (54) suspendiert sind, welches die wäßrige Lösung eines Chloridsalzes eines Erdalkalimetalls ist.