DE4020472C2

DE4020472C2 -

Info

Publication number: DE4020472C2
Application number: DE19904020472
Authority: DE
Inventors: Kiyosi Yagita; Masahisa Kamakura Jp Kobukuro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1993-03-04
Also published as: DE4020472A1; GB2233499B; GB9013635D0; GB2233499A

Description

Die Erfindung betrifft einen Flächenschalter, umfassend eine erste Elektrode in Form eines Flächenkörpers, bestehend aus einer ersten nicht-leitfähigen flexiblen Schicht und einer ersten leitfähigen Schicht auf einer Oberfläche der ersten nicht-leitfähigen Schicht; eine zweite Elektrode in Form eines Flächenkörpers, bestehend aus einer zweiten nicht-leitfähigen Schicht und einer zweiten leitfähigen Schicht auf einer Oberfläche der zweiten nicht-leitfähigen Schicht, die der ersten leitfähigen Schicht der ersten Elektrode gegenüberliegt; und eine Vielzahl von nicht-leitfähigen Abstandshaltern, die zwischen den kontaktierbaren elektrisch leitfähigen Schichten der beiden Elektroden vorgesehen sind.

Ein derartiger herkömmlicher Flächenschalter ist aus der Veröffentlichung "Nyuryoku-sohchi kaihatsu, sekkei, ohyo no yoten" ("The point of research, design, application of an input equipment"), vom 30. November 1985, Seite 170 ff. des Japan Industry Engineering Center bekannt.

Die Konfiguration des herkömmlichen Flächenschalters ist in Fig. 10 dargestellt. Dabei trägt eine lichtdurchlässige und flexible erste nicht-leitfähige Schicht 1 eine dünne Metall- oder Metalloxidschicht auf einer Oberfläche, und Anschlußelemente 2A und 2B, die mit der leitfähigen Schicht 1A an beiden Endteilen verbunden sind, sind an der ersten nicht leitfähigen Schicht 1 befestigt. Eine zweite nichtleitfä hige Schicht 3 ist so vorgesehen, daß sie der Oberfläche der leitfähigen Schicht 1A der ersten nichtleitfähigen Schicht 1 gegenübersteht. Die zweite nichtleitfähige Schicht 3 besteht bevorzugt z. B. aus einer lichtdurchläs sigen harten Glasplatte. Eine lichtdurchlässige leitfähige Schicht 3A ist auf der zweiten nichtleitfähigen Schicht 3 geformt, und die Oberfläche der leitfähigen Schicht 3A steht der ersten nichtleitfähigen Schicht 1 gegenüber. Wie Fig. 11 zeigt, sind an beiden Endteilen der leitfähigen Schicht 3A Anschlußelemente 5A und 5B angeordnet.

Eine Vielzahl von im wesentlichen halbkugeligen Abstands haltern 4, die aus einem nichtleitfähigen Material beste hen, sind zweidimensional auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht 3A in jeweils vorbestimmten Abständen angeordnet. Die Abstandshalter 4 sind im Siebdruckverfahren herge stellt, sie haben einen Durchmesser von 150-500 µm und eine Höhe von 15-50 µm. Die erste nichtleitfähige Schicht 1 ist unter Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Abstands zur zweiten nichtleitfähigen Schicht 3 durch die Abstandshalter 4 gehalten, und die leitfähigen Schichten 1A und 3A sind voneinander beabstandet.

Fig. 11 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration beim Gebrauch des konventionellen Flächenschalters zeigt. Die positive Klemme 6A einer Konstantstromquelle 6 ist mit dem Anschlußelement 2A über einen Stromdetektor 7A und außerdem über einen Stromdetektor 7B mit dem Anschlußele ment 2B verbunden. Die negative Klemme 6B der Stromquelle 6 ist mit dem Anschlußelement 5A über einen Stromdetektor 7C und außerdem mit dem Anschlußelement 5B über einen Strom detektor 7D verbunden. Wie Fig. 11 zeigt, sind die An schlußelemente 2A und 2B senkrecht zu den Anschlußelementen 5A und 5B ausgerichtet. Fig. 11 zeigt zwar die erste nicht leitfähige Schicht 1 in beträchtlichem Abstand von der zweiten nichtleitfähigen Schicht 3, bei dem gebauten Flä chenschalter kontaktiert jedoch die erste nichtleitfähige Schicht 1 die zweite nichtleitfähige Schicht 3 an jedem Abstandshalter 4, wie Fig. 10 zeigt.

Wenn, wie Fig. 12 zeigt, die Oberfläche der ersten nicht leitfähigen Schicht 1 mit einem spitzen Gegenstand 8, z. B. einem Kugelschreiber, gedrückt wird, wird die erste nicht leitfähige Schicht 1 nach unten durchgebogen, und die leit fähige Schicht 1A kontaktiert die leitfähige Schicht 3A der zweiten nichtleitfähigen Schicht 3. Infolgedessen wird eine Strombahn zwischen den leitfähigen Schichten 1A und 3A gebildet. Bei dem Schaltkreis von Fig. 11 wird ein Strom, der von der positiven Klemme 6A zur negativen Klemme 6B der Stromquelle über die Anschlußelemente 2A und 2B, die leit fähige Schicht 1A, die leitfähige Schicht 3A und die An schlußelemente 5A und 5B fließt, von den vier Stromdetek toren 7A, 7B, 7C und 7D detektiert. Eine Position, in der die leitfähige Schicht 1A die leitfähige Schicht 3A kon taktiert, wird auf der Basis der von den jeweiligen Strom detektoren 7A-7D detektierten Ströme berechnet. Die X- und Y-Koordinaten der Position sind gegeben durch

mit
a: ein Abstand zwischen den Anschlußelementen 2A und 2B,
b: ein Abstand zwischen den Anschlußelementen 5A und 5B,
I: Gesamtstrom,
i1: ein vom Stromdetektor 7A gemessener Strom,
i2: ein vom Stromdetektor 7B gemessener Strom,
i3: ein vom Stromdetektor 7C gemessener Strom und
i4: ein vom Stromdetektor 7D gemessener Strom.

Bei dem obigen bekannten Beispiel wird zwar als Stromquelle 6 die Konstantstromquelle verwendet, aber es ist auch eine Konstantspannungsquelle anwendbar, und die Position wird in gleicher Weise wie oben beschrieben berechnet.

Bei dem vorgenannten Stand der Technik beträgt der Durch messer der Abstandshalter 4 150-500 µm und ihre Höhe 15-50 µm. Da die Abstandshalter 4 durch Siebdrucken gebil det sind, ist es schwierig, kleinere als die obengenannten Größen für die Abstandshalter 4 vorzusehen.

Bei dem bekannten Flächenschalter kann daher die leitfähige Schicht 1A die leitfähige Schicht 3A innerhalb eines Durch messers von 500-1500 µm der Umfangsfläche des Abstandshal ters 4 nicht kontaktieren, wenn die erste nichtleitfähige Schicht 1 mit dem spitzen Gegenstand 8 gedrückt wird. Die Zone wird als Unempfindlichkeitszone bezeichnet. Da in der Unempfindlichkeitszone keine Schaltfunktion erhalten wird, ist die Lageerfassung unmöglich.

Aus dem DE-Fachbuch "Handbuch der Leiterplattentechnik", von G. Herrmann, 1982, Seiten 152 bis 158 ist es bekannt, wie Fotoresiste verwendet und verarbeitet werden, wenn mit der sogenannten Ätztechnik gearbeitet wird. Zu diesem Zweck stehen beispielsweise Flüssig-Resiste und Trocken-Resiste zur Verfügung, die nach entsprechender Reinigung eines Substrates aufgebracht werden, um damit gewünschte Muster zu realisieren.

Diese Literaturstelle befaßt sich allerdings nur allgemein mit Fotoresisten und deren Verwendung. Nähere Angabe über die Herstellung von Abstandshaltern für irgendwelche Schalter, insbesondere Flächenschalter, lassen sich dieser Druckschrift nicht entnehmen. Insbesondere lassen sich dieser Druckschrift keine Anregungen entnehmen, mit welchen Abmessungen ein Flächenschalter der eingangs genannten Art auszubilden ist, um einerseits eine Lageerfassung und Koordinatenbestimmung zu ermöglichen und andererseits einen zuverlässigen Betrieb auch über einen langen Zeitraum zu gewährleisten.

In der DE 37 14 382 A1 ist eine Schalteinheit für ein Drucktastenfeld beschrieben, wobei die einzelnen Orte vorher exakt festgelegt sind, an denen ein Kontakt durch eine Drucktaste gebildet werden kann. Zu diesem Zweck ist dort auf einer gedruckten Schaltungsplatte eine Vielzahl von paarweise angeordneten, feststehenden Kontaktpunkten vorgesehen, welche jeweils einem beweglichen Kontaktpunkt im schalenförmigen Bereich einer Drucktaste derart gegenüberliegen, daß zwischen ihnen ein geeigneter Abstand bleibt. Die schalenförmigen Drucktasten haben dabei elastisch verformbare Wände, so daß sie sich gegen das Substrat der Schalteinheit drücken lassen. Auf diese Weise kann ein beweglicher Kontakpunkt gegen ein Paar von festen Kontaktpunkten gedrückt werden, um dadurch einen Kontakt herzustellen. Bei der Schalteinheit gemäß der DE 37 14 383 A1 werden die einzelnen Kontakte aus elektrisch leitenden Silikongummi-Zusammensetzungen gebildet, die an den vorgegebenen Orten der einzelnen Drucktasten montiert werden. Die Konstruktion eines Flächenschalters, bei dem eine Kontaktierung an einer beliebigen Stelle erfolgen kann, ist in dieser Druckschrift nicht in Betracht gezogen.

In der DE 29 12 049 C2 ist eine Tastenanordnung für flache elektronische Geräte beschrieben. Auf einem isolierenden Substrat sind Paare von Elektroden im Abstand voneinander angeordnet, über denen sich ein anisotrop leitendes Blatt aus makromolekularem Material mit eingeschlossenen Metallteilchen befindet. Wenn an dem vorgegebenen Ort der beiden Elektroden ein geeigneter Druck auf das Blatt ausgeübt wird, so werden die beiden Elektroden über das Blatt elektrisch miteinander verbunden. Bei dieser herkömmlichen Tastenanordnung kann ein Kontakt nur an solchen Positionen realisiert werden, an denen derartige Paare von Elektroden vorgesehen sind. Eine Lageerfassung oder Koordinatenbestimmung ist mit der Anordnung gemäß der DE 29 12 049 C2 nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flächenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der einen zuverlässigen Langzeitbetrieb und eine genaue Positionsbestimmung hinsichtlich der Koordinaten des Ortes ermöglicht, an dem durch Aufbringen von Druck eine Kontaktierung stattfindet.

Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, einen Flächenschalter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Abstandshalter in vorgegebenen Abständen voneinander angeordnete, mit einem Fotoresistverfahren auf die zweite leitfähige Schicht aufgebrachte Vorsprünge sind und daß die Abstandshalter eine Höhe von maximal 15 µm und einen Durchmesser von maximal 50 µm haben, so daß die Unempfindlichkeitszone am Umfang der Abstandshalter einen Durchmesser von maximal 70 µm hat.

In Weiterbildung eines derartigen Flächenschalters ist vorgesehen, daß auf der ersten leitfähigen Schicht der ersten Elektrode eine leitfähige Beschichtung als Schutzbeschichtung aufgebracht ist, die aus Kunststoff besteht und eingelagerte feine Teilchen aus Metall oder Metalloxid enthält, und daß die leitfähige Beschichtung entweder eine Dicke von weniger als 10 µm und einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 10³ bis 10¹⁰ Ohm/cm² oder eine Dicke von etwa 1 µm und einen spezifischen Volumenwiderstand von mindestens 10¹⁴ Ohm/cm² aufweist.

In Weiterbildung eines derartigen Flächenschalters ist vorgesehen, daß die leitfähige Beschichtung lichtdurchlässig ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, einen Flächenschalter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht der ersten und zweiten Elektroden auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen mit einer Widerstandsschicht versehen sind, die aus Kunststoff besteht, in welchem feine Teilchen aus Metall oder Metalloxid sowie Glas- oder Kunststoffkugeln eingebettet sind, die einen Durchmesser von 5 bis 10 µm und eine metallische Dünnschicht auf ihren Oberflächen haben.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flächenschalters gemäß der zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der spezifische Oberflächenwiderstand der Widerstandsschicht einen Wert von 10³ bis 10¹³ Ohm/cm² hat.

Bei einer speziellen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flächenschalters ist vorgesehen, daß die Widerstandsschicht auf der zweiten leitfähigen Schicht der zweiten Elektrode nur in Teilbereichen ausgebildet ist und daß die Abstandshalter der zweiten Elektrode auf diesen Widerstandsschichten in den Teilbereichen vorgesehen sind.

Bei einer anderen speziellen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flächenschalters ist vorgesehen, daß die Widerstandsschichten auf den ersten und zweiten leitfähigen Schichten der beiden Elektroden nur in Teilbereichen ausgebildet sind und die jeweiligen Abstandshalter tragen.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flächenschalters ist vorgesehen, daß die Abstandshalter mit einem Fotoresistverfahren aufgebrachte Vorsprünge in vorgegebenen Abständen sind und daß die Abstandshalter eine Höhe von maximal 15 µm und einen Durchmesser von maximal 50 µm haben, so daß die Unempfindlichkeitszone am Umfang der Abstandshalter einen Durchmesser von maximal 79 µm hat.

Bei speziellen Bauformen des erfindungsgemäßen Flächenschalters ist vorgesehen, daß die ersten und zweiten nicht-leitfähigen Schichten der beiden Elektroden lichtdurchlässig sind. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flächenschalters ist vorgesehen, daß die leitfähigen Schichten des Flächenschalters lichtdurchlässig sind. Bei einer speziellen Bauform der erfindungsgemäßen Flächenschalter ist schließlich vorgesehen, daß die Widerstandsschicht lichtdurchlässig ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Flächenschalter wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Insbesondere hat der Flächenschalter nur eine kleine Unempfindlichkeitszone, so daß die gewünschte genaue Positionsbestimmung realisiert werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Flächenschalters nach der Erfindung;

Fig. 2 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht, die den Betrieb des Flächenschalters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 3 eine Perspektivansicht, die den Anschluß des Flächenschalters verdeutlicht;

Fig. 4 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Flächenschalters;

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des Flächenschalters von Fig. 3;

Fig. 6 ein Diagramm einer Druckempfindlichkeits-Charakteristik des Flächenschalters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Flächenschalters;

Fig. 8 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Flächenschalters;

Fig. 9 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des Flächenschalters;

Fig. 10 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht des bekannten Flächenschalters;

Fig. 11 die Schaltung des bekannten Flächenschalters; und

Fig. 12 eine teilweise Seitenansicht, die den Betrieb des bekannten Flächenschalters zeigt.

Nach Fig. 1, die im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels zeigt, besteht eine erste Elektrode 9A aus einer ersten nichtleitfähigen Schicht 10 aus einer flexiblen und lichtdurchlässigen Kunststoffschicht oder einer Glasplatte (dabei wird meistens Polyester eingesetzt), und eine lichtdurchlässige leitfähige Schicht 10A ist auf einer ihrer Oberflächen gebildet. Die leitfähige Schicht 10A ist eine Dünnschicht mit einer Dicke von ca. 100 nm, die z. B. aus Gold, Nickel, Palladium, Chrom, Zinnoxid, Indiumzinnoxid, Zinn- oder Iodkupfer besteht.

Die leitfähige Schicht 10A weist Anschlußelemente 11A und 11B an beiden Enden auf.

Eine zweite Elektrode 9B steht der Oberfläche der leitfähigen Schicht 10A der ersten nichtleitfähigen Schicht 10 ge genüber. Die zweite Elektrode 9B besteht aus einer zweiten nichtleitfähigen Schicht 12, auf deren einer Oberfläche eine leitfähige Schicht 12A gebildet ist, und die die leitfähige Schicht 12A tragende Oberfläche steht der leitfähigen Schicht 10A der ersten nichtleitfähigen Schicht 10 gegenüber. Die leitfähige Schicht 12A ist eine metallische Dünnschicht oder eine Metalloxidschicht, die aus ähnlichen Materialien wie die leitfähige Schicht 10A besteht. Die zweite nichtleitfähige Schicht 12 besteht allgemein aus einer Hartkunststoffplatte oder einer harten Glasplatte. Bevorzugt sind die erste und die zweite nichtleitfähige Schicht 10 und 12 für den allgemeinen Gebrauch lichtdurch lässig, aber für spezielle Anwendungen kann eine lichtun durchlässige nichtleitfähige Schicht verwendet werden.

Auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht 12A sind in vor bestimmten Abständen eine Vielzahl Abstandshalter 14 an geordnet. Diese werden auf der leitfähigen Schicht 12A mit dem nachstehend erläuterten Verfahren gebildet. Zuerst wird die Oberfläche der leitfähigen Schicht 12A mit einem Foto resist, der ein lichtempfindlicher Kunststoff ist, be schichtet, und dann wird der Fotoresist durch eine Maske, deren Muster die als Abstandshalter 14 dienenden Teile freiläßt, belichtet. Anschließend wird der Fotoresist mit Ausnahme der den Abstandshaltern 14 entsprechenden Teile in einem chemischen Prozeß weggeätzt.

Die Abstandshalter 14 haben z. B. einen Durchmesser von 50 µm und weniger und eine Höhe von 15 µm und weniger und sind halbkugelförmig, zylindrisch, kubisch, kegelförmig und dergleichen. Die Abstandshalter 14 sind auf der Gesamtober fläche der zweiten Elektrode 9B in vorbestimmten Abständen angeordnet. Es genügt, die Abstandshalter 14 auf einer der beiden Elektroden 9A bzw. 9B vorzusehen. Anschlußelemente 13A und 13B sind ebenfalls an beiden Enden der leitfähigen Schicht 12A in ähnlicher Weise wie die leitfähige Schicht 10A vorgesehen, wie Fig. 3 zeigt.

Für den Gebrauch dieses Flächenschalters werden, wie Fig. 3 zeigt, die erste und die zweite Elektrode 9A und 9B so zu sammengebaut, daß die Anschlußelemente 11A und 11B senk recht zu den Anschlußelementen 13A und 13B stehen. Die po sitive Klemme 6A einer Konstantstromquelle 6 ist mit dem Anschlußelement 11A über einen Stromdetektor 7A und außerdem mit dem Anschlußelement 11B über einen Stromdetektor 7B verbunden. Die negative Klemme 6B der Stromquelle 6 ist mit dem Anschlußelement 13A über einen Stromdetektor 7C und ferner mit dem Anschlußelement 13B über einen Stromdetektor 7D verbunden.

Im Bereich des Flächenschalters wird, wie Fig. 2 zeigt, die Oberfläche der ersten nichtleitfähigen Schicht 10 mit einem spitzen Gegenstand 8, z. B. einem Kugelschreiber, gedrückt. Infolgedessen wird die erste nichtleitfähige Schicht 10 nach unten durchgebogen, und die leitfähige Schicht 10A kontaktiert die leitfähige Schicht 12A. Die Detektierung der Position, auf die der spitze Gegenstand 8 drückt, entspricht dem eingangs beschriebenen Verfahren.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Flächenschalters beträgt der Durchmesser der Abstandshalter 50 µm und weni ger und die Höhe 15 µm und weniger. Diese Werte sind we sentlich kleiner als bei dem Abstandshalter 4 des bekannten Flächenschalters. Dadurch wird die Fläche der Unempfind lichkeitszone am Umfang des Abstandshalters 14 auf ca. 70 µm Durchmesser vermindert. Die Positionsauflösung bei dem ersten Ausführungsbeispiel liegt bei 4-5 Zeilen/mm. Die erste nichtleitfähige Schicht 10 kann aus einer biegsamen Glasplatte einer Dicke von 0,2 mm oder weniger bestehen.

Fig. 4 ist im Schnitt eine teilweise Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des Flächenschalters. Dabei ist auf der leitfähigen Schicht 10A der ersten Elektrode 9A eine leitfähige Beschichtung 15 vorgesehen. Die leitfähige Beschichtung 15 dient als Schutzbeschichtung für die leitfähige Schicht 10A, und dabei ist ein Kunststoff wie z. B. Polyester, Epoxid oder Acryl, der feine Metall- oder Me talloxidteilchen ähnlich der leitfähigen Schicht 10A ent hält, auf die Oberfläche der leitfähigen Schicht 10A mit gleichmäßiger Dicke aufgebracht. Der spezifische Oberflächenwiderstand der leitfähigen Beschichtung 15 beträgt 10³-10¹⁰Ω/cm². Die Konfiguration der zweiten Elektrode 9B entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.

Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild des Flächenschalters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Dabei ent spricht ein Widerstand 16 der leitfähigen Schicht 10A, und ein Widerstand 17 entspricht der leitfähigen Schicht 12A. Ein Stellwiderstand 18 stellt den Widerstandswert eines Kontaktpunkts zwischen den leitfähigen Schichten 10A und 12A dar.

Das Diagramm von Fig. 6 zeigt eine Druckempfindlichkeits- Charakteristik des zweiten Ausführungsbeispiels entspre chend einer Änderung des Widerstandswerts des Stellwider stands 18 je nach dem auf die Oberfläche der ersten nicht leitfähigen Schicht 10 mit dem spitzen Gegenstand 8 aufge brachten Druck. Wie das Diagramm zeigt, vermindert sich der Widerstandswert von ca. 50 MΩ auf ca. 2 kΩ aufgrund von zunehmendem Druck.

Wenn bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die leitfähige Schicht 10A die leitfähige Schicht 12A kontaktiert, liegt zwischen beiden die leitfähige Beschichtung 15. Dadurch wird ein Verschleiß beider leitfähiger Schichten 10A und 12A verhindert. Bevorzugt ist die leitfähige Beschichtung 15 eine lichtdurchlässige leitfähige Beschichtung mit einer Dicke von weniger als 10 µm. Der spezifische Oberflächen widerstand der leitfähigen Beschichtung 15 liegt bevorzugt bei 10³ Ω/cm² oder höher.

Eine der beschriebenen Funktionsweise gleichartige Funk tionsweise kann erreicht werden, indem auf der leitfähigen Schicht 10A anstelle der leitfähigen Beschichtung 15 eine einen hohen Widerstand aufweisende Schicht einer Dicke von ca. 1 µm mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10¹⁴Ω · cm oder mehr gebildet wird. Wenn in diesem Fall ein Druck zwischen den leitfähigen Schichten 10A und 12A auf gebracht wird, nimmt der Widerstand zwischen den beiden leitfähigen Schichten 10A und 12A aufgrund des bekannten "Tunnel- oder Schottky-Effekts" ab. Das Prinzip der Wider standsverringerung gleicht dem Betrieb eines Halbleiter bauelements, und eine Gleichspannung von 5 V oder mehr muß an beide leitfähigen Schichten 10A und 12A angelegt werden.

Die erste nichtleitfähige Schicht 10 besteht bei der Erfin dung bevorzugt aus Glas, Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polybutylenterephthalat, Polycarbonat, Polyethersulfon, Polysulfon, Epoxid oder Acryl.

Die leitfähigen Schichten 10A und 12A haben bevorzugt einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 10-10⁴Ω/cm² und eine Lichtdurchlässigkeit von 30% oder höher.

Die Anschlußelemente 11A, 11B, 13A und 13B bestehen bevor zugt aus Kupfer oder Silber, das einen relativ niedrigeren Widerstandswert hat.

Fig. 7 zeigt im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Flächenschalters. Dabei weist die erste Elektrode 9A die leitfähige Schicht 10A auf einer Oberfläche der nichtleitfähigen Schicht 10 auf, und ferner ist auf der leitfähigen Schicht 10A eine Widerstands schicht 20 vorgesehen. Zusätzlich ist eine Vielzahl Ab standshalter 21 auf der Widerstandsschicht 20 in vorbe stimmten Abständen vorgesehen. Der spezifische Oberflächen widerstand der Widerstandsschicht 20 beträgt 10³-10¹³Ω/cm², und ihre Dicke beträgt ca. 10 µm. Die Widerstandsschicht 20 wird durch Beschichten der leitfähigen Schicht 10A mit einem Kunststoff wie Polyester, Acryl oder Epoxid, der Metallteilchen oder Metalloxidteilchen ähnlich dem Metall oder Metalloxid der leitfähigen Schicht 10A und durchsichtige Kugeln wie Glas- oder Kunststoffkugeln mit einem Durchmesser von 5-10 µm und einer dünnen Beschichtung aus Nickel, Gold, Ag oder dergleichen auf ihrer Oberfläche enthält, hergestellt. Da die lichtdurchlässigen Kugeln einen Durchmesser von 5-10 µm haben, werden auf der Oberfläche der Widerstandsschicht 20 konvexe und konkave Ausbildungen mit einer Höhe von 5-10 µm gebildet.

Die Abstandshalter 21, die auf der Oberfläche der Wider standsschicht 20 gebildet sind, sind mit dem Material und der Methode entsprechend den Abstandshaltern des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels hergestellt.

Bei der zweiten Elektrode 9B sind ähnlich wie bei der ersten Elektrode 9A die Widerstandsschicht 20 und die Ab standshalter 21 auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht 12A gebildet.

Da bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Widerstands schicht 20 auf den Oberflächen beider leitfähiger Schichten 10A und 12A gebildet ist, wird die Isolierung zwischen den leitfähigen Schichten 10A und 12A verbessert. Infolgedessen kann die Höhe der Abstandshalter 21 verringert werden. Wenn die nichtleitfähige Schicht 10 mit dem spitzen Gegenstand 8 gedrückt wird, nimmt der Widerstand zwischen den leitfähi gen Schichten 10A und 12A entsprechend dem Druckempfindlich keitsverlauf von Fig. 6 ab. Da die Widerstandsschicht 20 einen direkten Kontakt zwischen den leitfähigen Schichten 10A und 12A verhindert, wird die Lebensdauer beider leit fähiger Schichten 10A und 12A verbessert. Da die Abstands halter 21 auf der konvex/konkaven Oberfläche der Wider standsschicht 20 angeordnet sind, wird die Haftung der Ab standselemente 21 auf der Widerstandsschicht 20 verbessert, und ein Herausfallen der Abstandshalter 21 wird verhindert.

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Flächenschalters. Dabei ist die erste Elektrode 9A identisch mit derjenigen von Fig. 7 ausgeführt.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist die Widerstands schicht 22 teilweise auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht 12A der zweiten Elektrode 9B mit vorbestimmten Abständen ausgebildet. Material und Zusammensetzung der Widerstandsschicht 22 entsprechen der Widerstandsschicht 20. Die Widerstandsschicht 22 ist auf der Oberfläche der leit fähigen Schicht 12A mit vorbestimmten Zwischenräumen gebil det. Abstandshalter 21 sind auf der nur teilweise gebilde ten Widerstandsschicht 22 angeordnet. Da bei diesem Aus führungsbeispiel die leitfähige Schicht 12A der zweiten Elektrode 9B freiliegt, wird gegenüber dem dritten Ausfüh rungsbeispiel der Kontaktwiderstand zwischen den leitfähi gen Schichten 10A und 12A verringert.

Fig. 9 ist im Schnitt eine teilweise Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des Flächenschalters. Dabei sind die Widerstandsschichten 22 auf beiden leitfähigen Schichten 10A und 11A der ersten bzw. der zweiten Elektrode 9A bzw. 9B teilweise ausgebildet. Die Abstandshalter 21 sind dann auf den Widerstandsschichten 22 beider leitfähi ger Schichten 10A und 12A angeordnet. Die Herstellung der Widerstandsschichten 22 und der Abstandshalter 21 ent spricht dem vierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 8.

Da bei dem fünften Ausführungsbeispiel beide leitfähigen Schichten 10A und 12A freiliegen, ist der Kontaktwiderstand zwischen den leitfähigen Schichten 10A und 12A relativ ge ringer. Andererseits ist die Lebensdauer der leitfähigen Schichten 10A und 12A derjenigen des dritten oder vierten Ausführungsbeispiels etwas unterlegen aufgrund des direk ten Kontakts zwischen den leitfähigen Schichten 10A und 12A. Daher eignet sich der Flächenschalter des fünften Ausführungsbeispiels für geringe Betätigungsfrequenz und niedrigen Kontaktwiderstand. Da die Abstandshalter 21 auf den Widerstandsschichten 22, die eine rauhe Oberfläche aufweisen, gebildet sind, wird das Haftvermögen der Ab standshalter 21 an der Oberfläche der leitfähigen Schichten 10A und 12A erhöht, wodurch ein Herausfallen der Abstands halter 21 verhindert wird.

Claims

1. Flächenschalter, umfassend

- eine erste Elektrode (9A) in Form eines Flächenkörpers, bestehend aus einer ersten nicht-leitfähigen flexiblen Schicht (10) mit einer ersten leitfähigen Schicht (10A) auf einer Oberfläche der ersten nicht-leitfähigen Schicht (10),
- eine zweite Elektrode (9B) in Form eines Flächenkörpers, bestehend aus einer zweiten nicht-leitfähigen Schicht (12) und einer zweiten leitfähigen Schicht (12A) auf einer Oberfläche der zweiten nicht-leitfähigen Schicht (12), die der ersten leitfähigen Schicht (10A) der ersten Elektrode (9A) gegenüberliegt, und
- eine Vielzahl von nicht-leitfähigen Abstandshaltern (14), die zwischen den kontaktierbaren elektrisch leitfähigen Schichten der beiden Elektroden (9A, 9B) vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (14) in vorgegebenen Abständen voneinander angeordnete, mit einem Fotoresistverfahren auf die zweite leitfähige Schicht (12A) aufgebrachte Vorsprünge sind und daß die Abstandshalter (14) eine Höhe von maximal 15 µm und einen Durchmesser von maximal 50 µm haben, so daß die Unempfindlichkeitszone am Umfang der Abstandshalter (14) einen Durchmesser von maximal 70 µn hat.

2. Flächenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der ersten leitfähigen Schicht (10A) der ersten Elektrode (9A) eine leitfähige Beschichtung (15) als Schutzbeschichtung aufgebracht ist, die aus Kunststoff besteht und eingelagerte feine Teilchen aus Metall oder Metalloxid enthält,
und daß die leitfähige Beschichtung (15) entweder eine Dicke von weniger als 10 µm und einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 10³ bis 10¹⁰ Ohm/cm² oder eine Dicke von etwa 1 µm und einen spezifischen Volumenwiderstand von mindestens 10¹⁴ Ohm · cm aufweist.

3. Flächenschalter, umfassend

- eine erste Elektrode (9A) in Form eines Flächenkörpers, bestehend aus einer ersten nicht-leitfähigen flexiblen Schicht (10) und einer ersten leitfähigen Schicht (10A) auf einer Oberfläche der ersten nicht-leitfähigen Schicht (10),
- eine zweite Elektrode (9B) in Form eines Flächenkörpers, bestehend aus einer zweiten nicht-leitfähigen Schicht (12) und einer zweiten leitfähigen Schicht (12A) auf einer Oberfläche der zweiten nicht-leitfähigen Schicht (12), die der ersten leitfähigen Schicht (10A) der ersten Elektrode (9A) gegenüberliegt, und
- eine Vielzahl von nicht-leitfähigen Abstandshaltern (14), die zwischen den kontaktierbaren elektrisch leitfähigen Schichten der beiden Elektroden (9A, 9B) vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitfähige Schicht (10A) und die zweite leitfähige Schicht (12A) der ersten und zweiten Elektroden (9A, 9B) auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen mit einer Widerstandsschicht (20, 22) versehen sind, die aus Kunststoff besteht, in welchen feine Teilchen aus Metall oder Metalloxid sowie Glas- oder Kunststoffkugeln eingebettet sind, die einen Durchmesser von 5 bis 10 µm und eine metallische Dünnschicht auf ihren Oberflächen haben.

4. Flächenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Oberflächenwiderstand der Widerstandsschicht (20, 22) einen Wert von 10³ bis 10¹³ Ohm/cm² hat.

5. Flächenschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (22) auf der zweiten leitfähigen Schicht (12A) der zweiten Elektrode (9B) nur in Teilbereichen ausgebildet ist und daß die Abstandshalter (21) der zweiten Elektrode (9B) auf diesen Widerstandsschichten (22) in den Teilbereichen vorgesehen sind.

6. Flächenschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschichten (22) auf den ersten und zweiten leitfähigen Schichten (10A, 12A) der beiden Elektroden (9A, 9B) nur in Teilbereichen ausgebildet sind und die jeweiligen Abstandshalter (21) tragen.

7. Flächenschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (21) mit einem Fotoresistverfahren aufgebrachte Vorsprünge in vorgegebenen Abständen sind und daß die Abstandshalter (21) eine Höhe von maximal 15 µm und einen Durchmesser von maximal 50 µm haben, so daß die Unempfindlichkeitszone am Umfang der Abstandshalter (21) einen Durchmesser von maximal 70 µm hat.

8. Flächenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten nicht-leitfähigen Schichten (10, 12) der beiden Elektroden (9A, 9B) lichtdurchlässig sind.

9. Flächenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Schichten (10A, 12A) lichtdurchlässig sind.

10. Flächenschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Beschichtung (15) lichtdurchlässig ist.

11. Flächenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (20, 22) lichtdurchlässig ist.