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Die Erfindung betrifft ein kapazitives Sensorelement mit ein oder mehreren von in einem ersten Bereich angeordneten Touch-Sensorfeldern.
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Für die Herstellung von sensorisch gesteuerten Touch-Screens wird bisher üblicherweise ein mehrlagiger Aufbau eingesetzt, der mindestens zwei Leiterbahnebenen aufweist, die durch einen Isolator getrennt sind. Die Leiterbahnebenen werden hierbei aus einem transparenten leitfähigen Material wie ITO gebildet und die Sende- und Empfangselektroden des kapazitiven Sensors sind in unterschiedlichen Leiterbahnebenen ausgebildet.
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Aus der
DE 10 2009 044 110 A1 ist eine Verglasung mit integrierter Schaltvorrichtung bekannt, die eine elektrisch leitfähige Schicht mit einer durch Isolationsbereiche gebildeten Elektrode beschreibt, bei der die Isolationsbereiche eine Breite von 5µm bis 5mm aufweisen.
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Aus der
DE 10 2007 025 947 B4 ist eine integrierte kapazitive Sensorschaltung, die auf einem Halbleitersubstrat aufgebaut ist, bekannt, mit einer obersten Metallisierungsschicht, zwei in der obersten Metallisierungsschicht angeordneten Elektroden, einem Referenzkondensator mit einer variablen Ruhekapazität und einem kapazitiven Sensor, der zusammen mit dem Referenzkondensator mit einer Auswerteschaltung zum Feststellen einer Kapazitätsänderung gekoppelt ist.
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Aus der
DE 60 2004 009 916T2 ist ein kapazitives System zur Detektion von Objekten bekannt, das mittels kreuzkapazitiver Detektion und zumindest einer Ladungspumpschaltung mit Kondensator, dessen Sättigungsspannung sich über die Nähe eines Objektes messbar verändert, funktioniert.
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Aus der
WO 2009/086161 A1 ist eine transparente leitfähige Beschichtung bekannt, die transparente leitfähige nanoskalige Füllstoffe enthält.
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Aus der
GB 2487579 A ist eine interaktive Karte, wie eine Glückwunschkarte, bekannt, die einen interaktiven Berührungsschalter umfasst.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, einen verbesserten Aufbau eines kapazitiven Sensorelements anzugeben.
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Diese Aufgabe wird von einem kapazitiven Sensorelement mit ein oder mehreren von in einem ersten Bereich angeordneten Touch-Sensorfeldern gelöst, wobei das kapazitive Sensorelement ein insbesondere im ersten Bereich transparentes Trägersubstrat und eine auf dem Trägersubstrat vorgesehene elektrisch leitfähige Schicht aufweist, wobei im Bereich zumindest eines der Touch-Sensorfelder in der elektrisch leitfähigen Schicht ein Sendebereich und ein Empfangsbereich ausgebildet sind, die galvanisch voneinander getrennt beidseits eines diese, also den Sende- von dem Empfangsbereich trennenden Spalts angeordnet sind und der Spalt zumindest in einem ersten Abschnitt einen spiralförmigen Verlauf besitzt, wobei der Sendebereich zumindest abschnittsweise in Form einer spiralförmig verlaufenden ersten Bahn und der Empfangsbereich zumindest abschnittsweise in Form einer spiralförmig verlaufenden zweiten Bahn ausgeformt sind, die spiralförmig verlaufende erste und zweite Bahn ineinander gewunden und durch den Spalt getrennt im jeweiligen Touch-Sensorfeld angeordnet sind, wobei die erste und / oder zweite spiralförmige Bahn nicht vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt ist und wobei die an den Spalt angrenzenden Längskanten der ersten und zweiten spiralförmigen Bahn zumindest bereichsweise parallel zueinander angeordnet sind.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich durch die Verwendung eines Spalts mit spiralförmigem Verlauf ein kapazitives Sensorelement ausbilden lässt, welches nur eine Leiterbahnebene benötigt und dennoch über exzellente Eigenschaften bezüglich der kapazitiven Erfassung von Eingabemitteln, beispielsweise eines menschlichen Fingers verfügt. Durch die spiralförmige Anordnung des Spalts ist weiter eine besonders gleichmäßig und genau definierte Erfassung des Eingabemittels erzielbar. Weiter eröffnet diese Ausgestaltung auch die Möglichkeit, anstelle eines transparenten leitfähigen Materials auch dickere, an sich opake Metallschichten als elektrisch leitfähige Schicht einzusetzen und dennoch ein für das menschliche Auge transparentes Erscheinungsbild des kapazitiven Sensorelements im ersten Bereich zu erzielen, wie weiter unten auch noch näher erläutert.
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Die Ausformung des Spalts sowie der Sende- und Empfangsbereiche bezieht sich hierbei auf eine Betrachtung in Draufsicht, d. h. der Ausformung in der von der elektrisch leitfähigen Schicht aufgespannten Ebene.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
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Vorzugsweise hat der Spalt eine bahnförmige Formgebung, wobei sich die Bahn je nach Laufrichtung von einem Punkt im Zentrum des Touch-Sensorfelds entfernt oder sich diesem annähert.
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Der erste Abschnitt, in welchem der Spalt einen spiralförmigen Verlauf besitzt, kann hierbei einen kurvenförmigen Verlauf besitzen, sich somit aus einzelnen, kurvenförmigen Segmenten zusammensetzen. Es ist jedoch auch möglich, dass der erste Abschnitt sich aus zumindest bereichsweise geradlinig verlaufenden Teilabschnitten zusammensetzt. Bevorzugt schließen hierbei aufeinanderfolgende geradlinig verlaufende Teilabschnitte einen Winkel von 90 oder 135° ein, sodass die einzelnen Windungen des spiralförmig verlaufenden Abschnitts eine rechteckförmige, vorzugsweise quadratische oder sechseckige Formgebung besitzen. Es ist jedoch auch möglich, dass die einzelnen Windungen des spiralförmigen Abschnittes des Spalts die Formgebung eines beliebigen anderen Vielecks, beispielsweise eine dreieckförmige oder achteckförmige Formgebung besitzen. Weiter ist es auch möglich, dass der spiralförmige Abschnitt des Spalts sich aus Teilabschnitten zusammensetzt, von denen einige einen kurvenförmigen Verlauf besitzen und die anderen einen geradlinigen Verlauf besitzen, sich beispielsweise aus Kreisbogen und Geraden zusammensetzt.
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Neben dem ersten Abschnitt, der einen spiralförmigen Verlauf besitzt, kann der Spalt noch einen zweiten Abschnitt besitzen, in dem dieser beispielsweise ebenfalls einen spiralförmigen Verlauf besitzt oder die Form einer Gerade, die Form eines U, usw. aufweist. Weiter ist es auch möglich, dass der gesamte Spalt einen spiralförmigen Verlauf besitzt und somit lediglich aus dem ersten Abschnitt besteht.
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Unter dem spiralförmigen Verlauf kann insbesondere ein Verlauf gemäß einer Archimedischen Spirale, einer logarithmischen Spirale, einer Fermatschen Spirale, einer hyperbolischen Spirale, einer aus Kreisbögen zusammengesetzten Spirale, einer Fibonacci Spirale, einer Streckenspirale oder einer Wurzelspirale zu verstehen sein. Es kann jedoch auch jeder beliebige andere ebene spiralförmige Verlauf vorgesehen sein, welcher insbesondere auch über eine geometrische Kombination der vorgenannten beispielhaften spiralförmigen Verläufe gebildet sein kann und / oder sich aus den geometrischen Grundformen der vorgenannten beispielhaften spiralförmigen Verläufe ableiten kann.
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Vorzugsweise umfasst der erste Abschnitt des Spalts, in welchem der Spalt einen spiralförmigen Verlauf besitzt, zwischen 1 und 10 Windungen, weiter bevorzugt zwischen 1 und 3 Windungen.
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Die Breite des Spalts beträgt vorzugsweise zwischen 100 µm und 500 µm, weiter bevorzugt zwischen 200 µm und 300 µm.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Sendebereich zumindest abschnittsweise in Form einer spiralförmig verlaufenden ersten Bahn und der Empfangsbereich zumindest abschnittsweise in Form einer spiralförmig verlaufenden zweiten Bahn ausgeformt. Die spiralförmig verlaufende erste und zweite Bahn sind ineinandergewunden und durch den Spalt getrennt im jeweiligen Touch-Sensorfeld angeordnet. Auch hier ist es, wie bereits oben bezüglich des Spalts ausgeführt, möglich, dass die erste Bahn und / oder die zweite Bahn einen kurvenförmigen Verlauf besitzt, sich aus bereichsweise geradlinig verlaufenden Teilabschnitten zusammensetzt, oder sich aus einer Kombination von kurvenförmigen Teilabschnitten und geradlinigen Teilabschnitten zusammensetzt. Vorzugsweise entspricht hierbei die Formgebung des kurvenförmigen Verlaufs der ersten und zweiten Bahn der des Spalts.
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Die spiralförmig verlaufende erste Bahn und / oder die spiralförmig verlaufende zweite Bahn besitzt bevorzugt eine Breite zwischen 200 µm und 3 mm, weiter bevorzugt zwischen 500 µm und 1,5 mm Weiter weist die spiralförmig verlaufende erste Bahn und / oder die spiralförmig verlaufende zweite Bahn bevorzugt über ihre Länge eine konstante Breite oder eine Breite auf, die nicht mehr als 10%, weiter bevorzugt nicht mehr als 5% variiert. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die Breite der ersten und / oder zweiten Bahn über den Bahnverlauf verändert, insbesondere linear breiter und / oder schmäler wird.
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Die Länge der ersten und / oder zweiten spiralförmig verlaufenden Bahn beträgt bevorzugt zwischen 5 mm und 70 mm, weiter bevorzugt zwischen 10 mm und 30 mm.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die an die Spalte angrenzenden Längskanten der ersten und zweiten spiralförmigen Bahnen zumindest bereichsweise parallel zueinander angeordnet, sodass der Spalt in diesem Abschnitt eine konstante Spaltbreite aufweist. Vorzugsweise sind die an den Spalt angrenzenden Längskanten der ersten und zweiten spiralförmigen Bahn zumindest 70%, insbesondere 90% des Verlaufs des spiralförmigen ersten Abschnitts des Spalts parallel zueinander angeordnet.
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Es ist weiter jedoch auch möglich, dass sich die Spaltbreite entlang des Verlaufs des spiralförmigen ersten Abschnitts des Spalts verändert. Es ist insbesondere vorteilhaft, dass sich die Spaltbreite des Spalts in benachbarten Windungen des Spalts unterscheidet, wodurch die Sensitivität des Sensors über den Verlauf des Touch-Sensorfelds weiter optimiert werden kann. Die Spaltbreite kann hierbei monoton, insbesondere linear, oder sprunghaft verändert werden.
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Vorzugsweise grenzen zumindest in einem Teilabschnitt der ersten spiralförmigen Bahn und / oder der zweiten spiralförmigen Bahn beide gegenüberliegende Längskanten der jeweiligen Bahn an den Spalt an. Dieser Teilabschnitt der ersten spiralförmigen Bahn besitzt damit zwei in Bezug auf die sensorische Erfassung des Eingabemittels relevante Flanken, was die Effektivität der Erfassung weiter verbessert.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die gesamte Fläche der ersten und / oder zweiten spiralförmigen Bahn mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn als elektrisch leitfähiges Material ein transparentes elektrisch leitfähiges Material eingesetzt wird, da so eine möglichst hohe Flächenleitfähigkeit erzielt wird. Besonders vorteilhaft ist es weiter, bei dieser Ausführungsform die Breite und Beabstandung der ersten und / oder zweiten spiralförmigen Bahn so zu wählen, dass die erste und / oder die zweite Bahn und insbesondere der Sendebereich und Empfangsbereich für das menschliche Auge auch bei opaker Ausgestaltung der elektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise als opake Metallschicht transparent ist. Zur Erzielung dieses Effekts wird die Breite der ersten und / oder zweiten spiralförmigen Bahn vorzugsweise zwischen 1µm und 50µm, bevorzugt zwischen 5µm und 25µm gewählt. Bei einer derartigen Ausgestaltung sowie der Verwendung eines metallischen Materials für die elektrisch leitfähige Schicht wird ein kapazitives Sensorelement bereitgestellt, welches sich durch eine hohe Transmissivität und eine ausgezeichnete Sensitivität bezüglich der Erfassung des Eingabemittels auszeichnet.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste und / oder zweite spiralförmige Bahn nicht vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt. Die erste und / oder zweite spiralförmige Bahn ist vielmehr mit einem Leiterbahnmuster bestehend aus einer Vielzahl sich vorzugsweise kreuzenden Leiterbahnen belegt, welche die Fläche innerhalb der Außenkonturen der ersten und / oder zweiten spiralförmigen Bahn ausfüllt. Hierbei ist die Breite und / oder Beabstandung dieser Leiterbahnen vorzugsweise ebenfalls so gewählt, dass für den menschlichen Betrachter die erste bzw. zweite spiralförmige Bahn und insbesondere der Sende- und Empfangsbereich transparent erscheint. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Breite der das Leiterbahnmuster ausbildenden Leiterbahnen zwischen 1µm und 50µm, bevorzugt zwischen 5 und 25µm gewählt ist. Weiter wird bei einer derartigen Ausgestaltung vorzugsweise ein metallisches Material für die elektrisch leitfähige Schicht verwendet.
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Vorzugsweise ist hierbei die Fläche der ersten und / oder zweiten spiralförmigen Bahn zwischen 5% und 15% mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt.
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Hierbei ist es möglich, dass das Leiterbahnmuster bis zu den Kanten der ersten und / oder zweiten Bahn geführt ist und so die Kanten der spiralförmig verlaufenden Bahn ein gemäß dem Leiterbahnmuster substrukturierten Kantenverlauf besitzen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste und / oder zweite spiralförmige Bahn zwei im Bereich der Längskanten der jeweiligen Bahn verlaufenden, mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegte Grenzleiterbahnen auf, die am Kopfende der jeweiligen Bahn miteinander verbunden sind. Hierdurch wird zum Einen der Vorteil erzielt, dass die Spaltbreite durch die Grenzleiterbahnen bestimmt ist und so nicht beispielsweise der durch das Leiterbahnmuster bestimmten Variationen unterliegt. Diese Variationen sind recht gering. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Variationen sich dennoch negativ auf die Sensitivität des Sensorelements auswirken, sodass durch eine derartige Ausgestaltung eine erhebliche Verbesserung der Sensitivität erzielt werden kann. Weiter wird so sichergestellt, dass auch bei Zerstörung einer der beiden Grenzleiterbahnen der ersten bzw. zweiten Bahn das Sensorelement noch betriebsbereit bleibt, sodass sich insbesondere die Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüsse und auch die Ausschussrate bei der Produktion erheblich verbessert.
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Die Grenzleiterbahnen weisen hierbei vorzugsweise eine Breite zwischen 1 µm und 40 µm, weiter bevorzugt zwischen 5 µm und 25 µm auf. Die beiden Grenzleiterbahnen der ersten Bahn sind vorzugsweise zwischen 200 µm und 3 mm voneinander beabstandet, weiter bevorzugt zwischen 500 µm und 1,5 mm voneinander beabstandet. Das gleiche gilt vorteilhafterweise für die Beabstandung der beiden Grenzleiterbahnen der zweiten Bahn.
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Weiter ist es vorteilhaft, dass zwischen den im Bereich der Längskanten der jeweiligen Bahn verlaufenden Grenzleiterbahnen ein Muster von Verbindungsleiterbahnen vorgesehen ist, die mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt sind. Diese Verbindungsleiterbahnen sind vorzugsweise als Quersteg ausgeführt, welche die beiden Grenzleiterbahnen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen miteinander galvanisch verbinden. Durch eine derartige Ausgestaltung wird die Anfälligkeit gegen Umwelteinflüsse sowie die Ausschussrate weiter verringert.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Sendebereich und / oder der Empfangsbereich eine mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegte Grenzleiterbahn auf, die im Bereich einer an den Spalt angrenzenden Kante des Sendebereichs bzw. Empfangsbereichs verläuft und deren zum Spalt orientierte Kante zumindest einen Teilabschnitt der den Sendebereich bzw. Empfangsbereich vom Spalt abgrenzenden Kante des Sendebereichs bzw. Empfangsbereichs ausbildet. Auch bei dieser Ausgestaltung wird der Vorteil erzielt, dass in dem Bereich des Sendebereichs und / oder Empfangsbereichs, in dem die Grenzleiterbahn vorgesehen ist, die Breite des Spalts durch die Grenzleiterbahn bestimmt ist und somit deutlich geringer variiert, als wenn der Sendebereich und / oder der Empfangsbereich lediglich mit einem Leiterbahnmuster versehen ist. Wie bereits oben ausgeführt, wird hierdurch die Sensitivität des kapazitiven Sensorelements deutlich verbessert. Das Auftreten von unerwünschten elektrischen Feldspitzen an Enden des Leiterbahnmusters wird durch die Grenzleiterbahn zuverlässig verhindert. Es lässt sich ein gleichmäßiger und definierter Feldverlauf zwischen Sende- und Empfangsbereichen erzielen.
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Vorzugsweise sind die Grenzleiterbahnen nicht nur in einem Teilabschnitt des Sendebereichs und / oder Empfangsbereichs vorgesehen, sondern sind entlang der gesamten den Sendebereich bzw. Empfangsbereich vom Spalt abgrenzenden Kante des Sendebereichs bzw. Empfangsbereichs vorgesehen, oder zumindest über 10%, weiter bevorzugt zumindest 70% dieser Kante vorgesehen.
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Auch hier hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Sendebereich und / oder Empfangsbereich ein an die Grenzleiterbahn anschließendes Muster von Verbindungsleiterbahnen aufweist, die mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt sind. Hierdurch wird der Einfluss von Umwelteinflüssen sowie die Ausschussrate deutlich verringert.
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Vorzugsweise ist die Grenzleiterbahn des Sendebereichs zumindest bereichsweise parallel zur Grenzleiterbahn des Empfangsbereichs angeordnet. Durch diese Anordnung wird in dem entsprechenden Bereich eine konstante Ausbildung der Breite des Spalts erzielt, wodurch die oben beschriebenen Vorteile erreicht werden. Weiter ist es auch möglich, dass die Grenzleiterbahnen abschnittsweise parallel zueinander verlaufen, die Spaltbreite sich in diesen Abschnitten jedoch voneinander unterscheidet, wie bereits oben ausgeführt.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrisch leitfähige Schicht aus einem metallischen Material gebildet und die Breite und / oder die Beabstandung der Grenzleiterbahn oder der Grenzleiterbahnen sowie der Verbindungsbahn bzw. Verbindungsbahnen so gewählt, dass die Sendebereiche und Empfangsbereich im ersten Bereich für das menschliche Auge transparent sind, trotz der Verwendung eines Materials, welches bei vollflächiger Ausbildung an sich für den menschlichen Betrachter opak erscheint.
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Zur Erreichung dieses Effekts wird die Breite der Grenzleiterbahn bzw. der Grenzleiterbahnen und / oder der Verbindungsleiterbahnen zwischen 1µm bis 40µm, bevorzugt zwischen 5µm und 25µm gewählt.
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Die elektrisch leitfähige Schicht besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, vorzugsweise aus Silber oder Kupfer. Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schicht wird hierbei vorzugsweise zwischen 10nm und 1µm, besonders bevorzugt zwischen 30nm und 100nm, gewählt.
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Das im Bereich des Sendebereichs bzw. Empfangsbereichs gegebenenfalls vorgesehene Muster von Leiterbahnen oder das Leiterbahnmuster besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von Leiterbahnen, welche ein oder mehrere Kreuzungspunkte aufweisen, die jeweils zwei oder mehrere Leiterbahnen miteinander galvanisch verbinden. Die Leiterbahnen des Leiterbahnmusters sind hierbei bevorzugt gemäß einem 2-dimensionalen Raster mit einem Leiterbahnabstand zwischen 10µm und 5mm, insbesondere zwischen 300µm und 1mm angeordnet. Die Leiterbahnen des Leiterbahnmusters weisen bevorzugt einen wellenlinienförmigen Verlauf auf und sind vorzugsweise in einem nicht regelmäßigen Leiterbahnabstand voneinander positioniert.
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Jedes der Touchfelder des kapazitiven Sensorelements besitzt vorzugsweise eine Breite und / oder eine Länge zwischen 2 mm und 20 mm, weiter bevorzugt zwischen 4 mm und 10 mm. Weiter ist bevorzugt jedes der Touch-Sensorfelder des kapazitiven Sensorelements wie oben beschrieben mit einem Sendebereich und einem Empfangsbereich ausgebildet, wobei der den Sendebereich und Empfangsbereich trennende Spalt zumindest in einem ersten Abschnitt einen spiralförmigen Verlauf besitzen. Es ist jedoch auch möglich, ein oder mehrere der Touch-Sensorfelder des kapazitiven Sensorelements in einer anderen Form mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht zu belegen und beispielsweise andersartig ausgeformte Sende- und Empfangsbereiche dort vorzusehen.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Sende- und Empfangsbereiche jeweils mit einem Verbindungsbereich verbunden sind, welcher den Sendebereich mit einem außerhalb des ersten Bereichs angeordneten Anschlusselement oder mit einem Sendebereich bzw. Empfangsbereich eines anderen Touch-Sensorfelds verbindet. Vorzugsweise weist jeder der Empfangsbereiche und Sendebereiche des kapazitiven Sensorelements hierbei einen diesem zugeordneten Verbindungsbereich auf und die Verkopplung von einem oder mehreren Sendebereichen bzw. Empfangsbereichen des kapazitiven Sensorelements wird außerhalb des ersten Bereichs realisiert.
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Die mit dem Sendebereich und dem Empfangsbereich verbundenen Verbindungsbereiche können hierbei in dieselbe Richtung in Richtung außerhalb des ersten Bereichs geführt sein, können im 90°-Winkel verlaufen oder in einem 180°-Winkel zueinander verlaufen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein kapazitives Sensorelement.
- 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des kapazitiven Sensorelements nach 1.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung der Ausformung eines Sendebereichs und eines Empfangsbereichs eines der Touch-Sensorfelder des kapazitiven Sensorelements nach 1.
- 4 zeigt eine schematische Darstellung der Ausformung des Sendebereichs und Empfangsbereichs eines Touch-Sensorfelds.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung der Ausformung des Sendebereichs und Empfangsbereichs eines Touch-Sensorfelds.
- 6 zeigt eine schematische Darstellung der Ausformung des Sendebereichs und Empfangsbereichs eines Touch-Sensorfelds.
- 7 zeigt eine schematische Darstellung der Ausformung der Sendebereiche und Empfangsbereiche mehrerer nebeneinander angeordneter Touch-Sensorfelder.
- 8a zeigt eine schematische Darstellung der Ausformung der Sende- und Empfangsbereiche mehrerer nebeneinander angeordneter Touch-Sensorfelder.
- 9 zeigt eine schematische Darstellung der Ausformung der Sende- und Empfangsbereiche mehrerer nebeneinander angeordneter Touch-Sensorfelder.
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1 zeigt eine Draufsicht und 2 eine Schnittdarstellung eines kapazitiven Sensorelements 1. Das kapazitive Sensorelement 1 weist ein Trägersubstrat 10, eine elektrisch leitfähige Schicht 11, eine dielektrische Schicht 12, eine elektrisch leitfähige Schicht 13 und eine dielektrische Schicht 14 auf.
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Es ist auch möglich, dass das kapazitive Sensorelement nicht sämtliche der vorgenannten Schichten aufweist, sondern lediglich aus dem Trägersubstrat 10 und der elektrisch leitfähigen Schicht 11 besteht. Weiter ist es auch möglich, dass das kapazitive Sensorelement neben diesen Schichten noch weitere Schicht umfasst, beispielsweise ein oder mehrere Dekorschichten oder weitere elektrisch leitfähige Schichten umfasst.
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Das kapazitive Sensorelement 1 weist einen Bereich 2 auf, in dem das kapazitive Sensorelement 1 für den menschlichen Betrachter transparent erscheint. In dem umgebenen Bereich kann das kapazitive Sensorelement 1 opak, semi-transparent oder gegebenenfalls ebenfalls transparent ausgebildet sein. Weiter weist das kapazitive Sensorelement 1 einen Kontaktierungsbereich 4 auf, in welchem ein Kontaktverbinder mit mehreren Kontaktfeldern 41 vorgesehen ist, welcher eine elektrische Kontaktierung des kapazitiven Sensorelements 1 ermöglicht. Es ist jedoch auch möglich, dass das kapazitive Sensorelement 1 nicht über einen derartigen Konaktverbinder verfügt und die Kontaktierung von elektrisch leitfähigen Schichten des kapazitiven Sensorelements mittels elektrisch leitfähiger Klebeverbindung, Bondverbindungen, Löt- oder Schweißverbindungen erfolgt.
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Das Trägersubstrat 10 besteht vorzugsweise aus einer flexiblen Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester (PE) und / oder Polycarbonat (PC). Diese Folie weist vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 15µm und 300µm, bevorzugt zwischen 23 und 100µm auf.
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Das Trägersubstrat 10 ist zumindest in den Bereich 2 transparent ausgebildet. Vorzugsweise ist das Trägersubstrat 10 jedoch vollflächig transparent ausgebildet und besteht so beispielsweise aus einer transparenten Kunststofffolie.
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Weiter ist es auch möglich, dass das Trägersubstrat 10 aus mehreren Schichten besteht und beispielsweise neben der vorgenannten transparenten Kunststofffolie noch ein oder mehrere weitere Schichten, beispielsweise Haftvermittlungsschichten oder Schutzschichten umfasst.
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Die elektrisch leitfähige Schicht 11 besteht vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold. Diese Metallschicht wird bevorzugt in einer Schichtdicke zwischen 20nm und 100nm auf das Trägersubstrat 10 aufgebracht und strukturiert. Die Strukturierung erfolgt hierbei vorzugsweise mittels eines Ätz- oder Waschverfahrens. Weiter ist es jedoch auch möglich, dass die elektrisch leitfähige Schicht 11 aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Material wie ITO besteht.
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In der elektrisch leitfähigen Schicht 11 sind in den Bereich 2 eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Sendebereichen, Empfangsbereichen und Verbindungsbereichen ausgebildet. Hierbei sind in jedem der Touch-Sensorfelder 20 jeweils ein Sendebereich und ein Empfangsbereich ausgebildet, die galvanisch voneinander getrennt beidseits eines diese trennenden Spalts angeordnet sind. Die Verbindungsbereiche verbinden jeweils ein oder mehrere der Sendebereiche oder Empfangsbereiche mit außerhalb des Bereichs 2 angeordneten Kontaktbereichen. Kontaktbereiche können hierbei von den Kontaktfeldern 41 des Kontaktverbinders des Anschlussbereichs 4 ausgebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Kontaktbereich einen Bereich darstellt, in dem die erste elektrisch leitfähige Schicht 11, beispielsweise über eine Via, mit anderen elektrisch leitfähigen Schichten, beispielsweise der elektrisch leitfähigen Schicht 13 kontaktiert wird. So werden die Verbindungsbereiche beispielsweise in dem den Bereich 2 umgebenen Bereich miteinander und / oder mit den Kontaktfeldern 41 über in der elektrisch leitfähigen Schicht 11 und elektrisch leitfähigen Schicht 13 vorgesehene Verbindungsleiterbahnen, vorzugsweise unter Zuhilfenahme von ein oder mehreren Vias verbunden.
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Die Ausformung der Sendebereiche und Empfangsbereiche innerhalb der Touch-Sensorfelder 20 wird im Folgenden anhand der Figuren 3 bis 9 beispielhaft beschrieben.
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3 zeigt beispielhaft einen der Touch-Sensorfelder 20, in welchem die elektrisch leitfähige Schicht 11 in Form eines Sendebereichs 21 und eines Empfangsbereichs 22 ausgebildet ist. Der Sendebereich 21 und der Empfangsbereich 22 sind, wie in 3 gezeigt, galvanisch voneinander getrennt beidseits eines diese trennenden Spalts 30 angeordnet. Der Spalt 30 weist hierbei zwei Abschnitte 31 und 32 auf, welche einen spiralförmigen Verlauf besitzen. Der Sendebereich 21 ist, wie in 3 gezeigt, in Form einer spiralförmig verlaufenden Bahn ausgeformt. Ebenfalls ist der Empfangsbereich 22 in Form einer spiralförmig verlaufenden Bahn ausgeformt. Der Sendebereich 21 und der Empfangsbereich 22 weisen hierbei jeweils diese Bahnen begrenzende Kanten 211 und 212 bzw. 221 und 222 auf. Innerhalb dieser Kante ist der Sendebereich 21 bzw. Empfangsbereich 22 vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 belegt oder weist ein leitfähiges Muster von ein oder mehreren Leiterbahnen auf, die mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt sind und so eine gewisse Flächenleitfähigkeit in dem Sendebereich 21 bzw. Empfangsbereich 22 bereitstellen. Bezüglich der Möglichkeiten der Ausformung der elektrisch leitfähigen Schicht 21 und 22 wird auf die folgenden Ausführungen verwiesen.
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Zwischen dem Sendebereich 21 und dem Empfangsbereich 22 ist der Spalt 30 vorgesehen. Im Bereich des Spalts 30 ist kein Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 vorgesehen, sodass der Spalt 30 den Sendebereich 21 von dem Empfangsbereich 22 galvanisch trennt.
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Die den Sendebereich 21 ausbildende spiralförmige Bahn weist vorzugsweise eine Breite 51 zwischen 200 µm und 3 mm, weiter bevorzugt zwischen 500 µm und 1,5 mm auf und die den Empfangsbereich 22 ausbildende spiralförmige Bahn eine Breite 52 zwischen 200 µm und 3 mm, weiter bevorzugt zwischen 500 µm und 1,5 mm. auf. Der zwischen diesen Bahnen angeordnete Spalt 30 weist vorzugsweise eine Breite 53 zwischen 100 µm und 500 µm, weiter bevorzugt zwischen 200 µm und 300 µm auf.
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Vorzugsweise umfasst der Abschnitt des Spalts, in welchem der Spalt einen spiralförmigen Verlauf besitzt, d. h. die Abschnitte 31 und 32 zwischen 1 bis 10 Windungen, weiter bevorzugt zwischen 1 und 3 Windungen. Die beiden Abschnitte 31 und 32 des Spalts sind hierbei im Zentrum der Spiralen, gemäß derer der Sendebereich 21, der Empfangsbereich 22 und der Spalt 30 ausgeformt ist, miteinander verbunden, sodass der Sendebereich 21 und der Empfangsbereich 22 auch in diesem Bereich galvanisch voneinander durch den Spalt 30 getrennt sind. Wie bereits oben ausgeführt, ist unter spiralförmigem Verlauf nicht nur der in 3 angedeutete Verlauf zu verstehen, in welchem der Spalt sowie die den Sendebereich als auch Empfangsbereich ausbildenden spiralförmigen Bahnen einen kurvenförmigen Verlauf besitzen, sondern auch jeglicher andersartig verlaufende Verlauf zu verstehen, bei dem der Spalt bzw. die Bahnen einen zentralen Punkt zumindest bereichsweise umgreifen und sich je nach Laufrichtung von dem zentralen Punkt entfernt oder sich diesem annähert. So ist es auch möglich, dass der Spalt 30 nicht nur einen kurvenförmigen Verlauf besitzt, sondern auch den Verlauf eines Vielecks mit aufeinanderfolgenden geradlinigen Teilabschnitt besitzt oder einen in eine Raumrichtung gestauchten bzw. gestreckten Verlauf besitzt.
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Vorzugsweise sind die Kanten 212 und 221 bzw. 222 und 211 des Sendebereichs 21 und des Empfangsbereichs 22 parallel zueinander orientiert, sodass die Breite des Spalts 30 über den gesamten spiralförmigen Verlauf konstant ist.
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Weiter ist es zum Einen möglich, dass, wie in 4 angedeutet, die Sendebereiche 21 und 22 jeweils vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 belegt sind und damit der Sendebereich und der Empfangsbereich beispielsweise jeweils von einer spiralförmig angeordneten, vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 belegten Leiterbahnen gebildet wird, wobei zwischen diesen Leiterbahnen der Spalt 30 in einer vorzugsweise konstanten Spaltbreite 53 ausgebildet ist.
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Bei dieser Ausführungsform weist der Sendebereich 21 vorzugsweise eine Leiterbahnbreite zwischen 1 µm und 40 µm, weiter bevorzugt zwischen 5 µm und 25 µm auf. Der Empfangsbereich 22 weist ebenfalls eine Leiterbahnbreite zwischen 1 µm und 40 µm, weiter bevorzugt zwischen 5 µm und 25 µm auf. Der Spalt 30 weist weiter vorzugsweise eine Spaltbreite zwischen 100 µm und 500 µm, weiter bevorzugt zwischen 200 µm und 300 µm auf. Durch diese Ausformung des Sendebereichs 21 und des Empfangsbereichs 22 wird erreicht, dass das Touch-Sensorfeld 20 für den menschlichen Betrachter transparent erscheint, obwohl die elektrisch leitfähige Schicht 11 an sich bei vollflächiger Ausformung opak erscheinen würde.
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5 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform des in den Touch-Sensorfeldern 20 angeordneten Sendebereichs 21 bzw. Empfangsbereichs 22.
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Der Sendebereich 21 weist hier eine mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 belegte Grenzleiterbahn 215 auf, die im Bereich der an den Spalt 30 angrenzenden Innenkante 211 des Sendebereichs 21 verläuft und eine mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegte Grenzleiterbahn 214 auf, die im Bereich der Außenkante 212 des Sendebereichs 22 verläuft. Weiter weist der Empfangsbereich 22 ein mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 belegte Grenzleiterbahn 224 auf, die im Bereich der an der Spalte angrenzenden Außenkante 221 des Empfangsbereichs 22 verläuft und eine mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegte Grenzleiterbahn 225 auf, die im Bereich der an die Spalte 30 angrenzende Innenkante 222 des Empfangsbereichs 22 verläuft. Die zum Spalt 30 orientierten Kanten der Grenzleiterbahnen 224, 225, 214 und 215 bilden zumindest einen Teilabschnitt der den Sendebereich 22 bzw. den Empfangsbereich 23 vom Spalt 30 abgrenzenden Kanten 211, 212, 221 und 222 aus.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 5 weist der Sendebereich 21 und der Empfangsbereich 22 jeweils zwei Grenzleiterbahnen 214 und 215 bzw. 224 und 225 auf, welche weiter auch am Kopfende 217 bzw. 227 der den Sendebereich 221 bzw. Empfangsbereich 222 ausbildenden spiralförmigen Bahn miteinander verbunden sind, wie dies in 5 dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Sendebereich 21 bzw. der Empfangsbereich 22 lediglich über eine derartige Grenzleiterbahn verfügt, welche eine an den Spalt 30 angrenzende Kante des Sendebereichs 21 bzw. Empfangsbereich 22 ausbildet, und / oder dass diese Grenzleiterbahnen oder die Grenzleiterbahnen 214, 215, 224 und 225 nicht entlang des gesamten Verlaufs der spiralförmigen Abschnitte 31 und 32 des Spalts 30 vorgesehen sind, sondern lediglich über 10% bis 95%, weiter bevorzugt über 70% bis 90% des Verlaufs des jeweiligen spiralförmigen Abschnitts vorgesehen sind.
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Vorzugsweise sind die jeweils beidseits des Spalts 30 angeordneten Grenzleiterbahnen des Sendebereichs 21 und des Empfangsbereichs 22, d. h. beispielsweise die Grenzleiterbahnen 215 und 224 bzw. 214 und 225, parallel zueinander bzw. in einem konstanten Abstand zueinander verlaufend angeordnet.
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Weiter ist es vorteilhaft, dass der Sendebereich 21 und / oder der Empfangsbereich 22 eine an die Grenzleiterbahn 214 und / oder 215 bzw. 224 und / oder 225 anschließendes Muster von Verbindungsleiterbahnen 216 bzw. 226 aufweist, die mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegt sind.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 5 wird dieses Muster hierbei jeweils von den in 5 angedeuteten Verbindungsleiterbahnen 216 bzw. 226 gebildet, welche als Stege zwischen den Grenzleiterbahnen 214 und 215 bzw. 224 und 225 ausgeformt sind. Es ist jedoch auch möglich, dass das Muster von Verbindungsleiterbahnen deutlich komplexer ist und so beispielsweise aus einer Vielzahl von sich kreuzenden, und in einem regelmäßigen und / oder unregelmäßigen Raster angeordneten Verbindungsleiterbahnen besteht, die vorzugsweise auch ein oder mehrere Kreuzungspunkte aufweisen, welche Verbindungsleiterbahnen 216 bzw. 226 miteinander galvanisch verbinden. So ist es beispielsweise möglich, dass zwischen den Grenzleiterbahnen 214 und 215 bzw. 224 und 225 eine netzförmige Anordnung von Verbindungsleiterbahnen vorgesehen ist. Das Muster von Verbindungsleiterbahnen weist vorzugsweise eine Vielzahl von Verbindungsleiterbahnen auf, welche mit beiden Grenzleiterbahnen 214 und 215 bzw. 224 und 225 galvanisch kontaktiert sind und somit eine galvanische Verbindung zwischen den Grenzleiterbahnen 214 und 215 bzw. 224 und 225 herstellt.
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Die Grenzleiterbahnen 214, 215, 224, 225 sowie die Verbindungsleiterbahnen 216 und 226 weisen vorzugsweise eine Leiterbahnbreite zwischen 1 und 40µm, weiter bevorzugt zwischen 5 und 25µm auf.
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Weiter weist die den Sendebereich 22 ausbildende spiralförmige Bahn vorzugsweise eine Breite 51 zwischen 200 µm und 3 mm, weiter bevorzugt zwischen 500 µm und 1,5 mm auf und die den Empfangsbereich 22 ausbildende spiralförmige Bahn eine Breite 52 zwischen 200 µm und 3 mm, weiter bevorzugt zwischen 500 µm und 1,5 mm auf.
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Weiter sind die Grenzleiterbahnen 214 und 215 des Sendebereichs und / oder die Grenzleiterbahnen 224 und 225 des Empfangsbereichs 22 vorzugsweise zwischen 1 µm und 40 µm, weiter bevorzugt zwischen 5 µm und 25 µm voneinander beabstandet.
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Die Verbindungsleiterbahnen 216 und 226 sind bevorzugt zwischen 200 µm und 3 mm voneinander beabstandet angeordnet und vorzugsweise in einem 1- oder 2-dimensionalen Raster angeordnet.
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In dem Spalt 30 sind zwischen dem Sendebereich 21 und dem Empfangsbereich 22 Blindleiterbahnen 25 angeordnet, welche zu einer Verbesserung des optischen Erscheinungsbilds des Touch-Sensorfeldes 20 führen. Die Blindleiterbahnen 25 haben keine elektrische Funktionalität und sind auch nicht galvanisch mit dem Sendebereich 21 und dem Empfangsbereich 22 verbunden. Sie sind parallel zu den Verbindungsleiterbahnen 216 bzw. 226 angeordnet und ansonsten gleichartig wie diese ausgebildet.
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6 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausformung des Sendebereichs 21 und des Empfangsbereichs 22 in einem Touch-Sensorfeld 20.
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Der Sendebereich 21 besteht hier aus zwei spiralförmig verlaufenden Bahnen 218 und 219, welche im Kopfpunkt 217 miteinander verbunden sind. Der Empfangsbereich 22 besteht ebenfalls aus zwei spiralförmig verlaufenden Bahnen 228, 229, welche ebenfalls im Kopfpunkt 227 miteinander verbunden sind. Der Spalt 30 besteht aus zwei spiralförmig verlaufenden Abschnitten 31 und 32, wobei der Abschnitt 31 zwischen der spiralförmigen Bahn 219 und 228 und der Abschnitt 32 zwischen den spiralförmig verlaufenden Bahnen 229 und 218 angeordnet ist. Die Bahnen 218, 219, 228 und 229 sind wie vorhergehend anhand der Figuren 4 oder 5 beschrieben ausgebildet, d. h. sie können jeweils aus einer vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 belegten Leiterbahnen bestehen oder mit einem Leiterbahnmuster belegt sein, wie dies eingehend anhand von 5 für den Sendebereich 21 und Empfangsbereich 22 beschrieben worden ist.
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Der große Vorteil an der Ausbildung gemäß 6 besteht darin, dass der Sendebereich 21 und der Empfangsbereich 22 nicht nur an einer Seite, sondern an zwei Seiten mit Anschlussbereichen 23 bzw. 24 verbunden werden können, wodurch sich die Kontaktierung der Sendebereiche und Empfangsbereiche innerhalb des Touch-Sensorelements vereinfacht.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher die Ausformung der Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 mehrerer nebeneinander angeordneter Touch-Sensorfelder 20 beispielhaft gezeigt ist. Weiter ist dort auch die Kontaktierung der Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 mittels Verbindungsbereichen 23 bis 24 gezeigt und weiter auch Blindleiterbahnen 25 angedeutet, welche zu einer Verbesserung des optischen Erscheinungsbilds des Bereichs 2 führen.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ebenfalls die Ausformung der Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 mehrerer Touch-Sensorfelder 20 sowie der jeweilige Anschluss der Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 mittels Anschlussbereichen 23 bzw. 24 gezeigt ist.
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Bei der Ausführungsform nach 8 besitzt der Spalt 30 hierbei einen spiralförmigen Verlauf, wobei sich der spiralförmig verlaufende Abschnitt 31 des Spalts 30 hierbei aus Teilabschnitten 311 zusammensetzt, welche jeweils geradlinig verlaufen. Aufeinanderfolgende geradlinig verlaufende Teilabschnitte 311 schließen hierbei einen Winkel von etwa 135° auf, um so einen spiralförmigen, sechseckförmigen Verlauf des Spalts und auch der die Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 ausbildenden spiralförmigen Bahnen zu erzielen.
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9 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher die Ausformung der Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 mehrerer nebeneinander angeordneter Touch-Sensorfelder 20 gezeigt ist. Weiter ist noch die Verbindung der Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 mittels Anschlussbereichen 23 und 24 verdeutlicht. Auch hier setzt sich der eine spiralförmig verlaufende Abschnitt 31 des Spalts 30 aus geradlinig verlaufenden Teilabschnitten 311 zusammen. Aufeinanderfolgende Teilabschnitte 311 schließen hierbei einen Winkel von 90° ein, sodass jeder Spalt einen spiralförmig verlaufenden, rechteckförmigen Verlauf besitzt.
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Die Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 gemäß den Ausführungsbeispielen nach 7 bis 9 können entweder vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht 11 belegt sein oder nur teilweise mit diesem Material belegt sein und insbesondere mit einem Muster von Leiterbahnen belegt sein, wie dies oben insbesondere anhand der 3 bis 5 erläutert worden ist. Bezüglich der Ausgestaltung der Sendebereiche 21 und Empfangsbereiche 22 sowie bezüglich der Ausgestaltung des Spalts 30 wird somit hier auf die obigen Ausführungen zu den Figuren 3 bis 5 verwiesen. Die Anschlussbereiche 23 und 24 können ebenfalls entweder von vollflächig mit dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht belegten Leiterbahnen gebildet werden, oder von Bahnen gebildet sein, welche mit einem Muster von dünnen Leiterbahnen entsprechend den Verbindungsleiterbahnen 216 bzw. 226 belegt sind. Auch diesbezüglich wird auf die vorhergehenden Ausführungen zu den Figuren 3 bis 5 verwiesen.
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Die mit Bezug auf 5 beschriebenen Blindleiterbahnen 25 können auch zwischen den Sendebereichen 21 und den Empfangsbereichen 22, welche mit Bezug auf die 3, 4, 6, 7, 8 und 9 beschrieben sind, in Analogie zu jenen der in 5 dargestellten ausgebildet sein, so dass ein noch besserer homogener optischer Eindruck erzielt wird.
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