DE9012407U1 - Pressure switch element - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Druckschaltelement aus mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten Trägermaterialschichten, die mindestens einseitig elektrisch leitend beschichtet sind und zwischen den einander zugewandten elektrisch leitenden Schichten einen elastischen Abstandhalter aufweisen, wobei sich die elektrisch leitenden Schichten bei Druckbelastung der oberen flexiblen Trägermaterialschicht in einem Kontaktbereich berühren.The invention relates to a pressure switch element made of at least two carrier material layers arranged at a distance from one another, which are coated with an electrically conductive coating on at least one side and have an elastic spacer between the electrically conductive layers facing one another, wherein the electrically conductive layers touch one another in a contact area when the upper flexible carrier material layer is subjected to pressure.
Derartige Druckschaltelemente sind als Touch-Panels in Anzeige-Displays bekannt. Die Touch-Panels bestehenSuch pressure switch elements are known as touch panels in display screens. The touch panels consist
15 üblicherweise aus transparenten Kunststoff-Folien, deren Innenoberflächen elektrisch leitend beschichtet sind. Zum Abstützen dieser Folien werden im Luftzwischenraum Abstandhalter eingeklebt, wobei ein außen an dem Kontaktbereich umlaufender Abstandhalter luftdicht15 usually made of transparent plastic films, the inner surfaces of which are coated with an electrically conductive coating. To support these films, spacers are glued into the air gap, with a spacer running around the outside of the contact area providing airtight
20 mit den Kunststoff-Folien zur Stabilisierung des inneren Luftdrucks verschweißt wird und dadurch gleichzei-20 is welded to the plastic foils to stabilize the internal air pressure and thereby
Telefon: (02 21) 131041 Telex: 888 2307 dopa d Telefax: (02 21)134297 (0221)134881 Telegramm: Dompatent KölnTelephone: (02 21) 131041 Telex: 888 2307 dopa d Fax: (02 21)134297 (0221)134881 Telegram: Dompatent Köln
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tig die obere Folie abstützt. Innerhalb des Kontaktbereichs sind zusätzlich elastische Spacer angeordnet, um eine Rückstellung der Folien zu gewährleisten. Das bekannte Druckschalteleraent hat den Nachteil, einen hermetisch abgeschlossenen Luftraum zu benötigen, der keinen Druckausgleich zuläßt. Bei erheblichen Abweichungen vom normalen atmosphärischen Druck, z.B. bei der Anwendung in Unterwasserfahrzeugen oder in der Luft- und Raumfahrt, und bei hohen Temperaturen erzeugen die Luftdruckveränderungen Haarrisse in der aufgedampften elektrisch leitfähigen Kontaktschicht, was zu einem Funktionsausfall führt. In großen Höhen dehnt sich der Spacer im Kontaktbereich aus. Dadurch wird der Schaltweg der Kontaktfolie verändert und die vorgegebenen elektronischen und mechanischen Parameter, wie z.B. Druckpunkt, werden nicht eingehalten. Weitere Nachteile der bekannten Touch-Panels bestehen darin, daß die Kunststoff-Folien mechanisch und chemisch nur eine begrenzte Widerstandsfähigkeit aufweisen und im übrigen nicht antistatisch sind. Auch besteht bei größeren Temperaturschwankungen die Gefahr einer Rißbildung in der elektrisch leitenden Schicht auf Grund erheblich unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen der leitenden Schicht und dem Kunststoffträger.supports the upper foil. Elastic spacers are also arranged within the contact area to ensure that the foils return to their original position. The known pressure switch element has the disadvantage of requiring a hermetically sealed air space that does not allow pressure equalization. In the case of significant deviations from normal atmospheric pressure, e.g. when used in underwater vehicles or in aerospace, and at high temperatures, the changes in air pressure cause hairline cracks in the vapor-deposited electrically conductive contact layer, which leads to a malfunction. At high altitudes, the spacer in the contact area expands. This changes the switching path of the contact foil and the specified electronic and mechanical parameters, such as the pressure point, are not maintained. Other disadvantages of the known touch panels are that the plastic foils have only limited mechanical and chemical resistance and are not antistatic. In the event of large temperature fluctuations, there is also a risk of cracks forming in the electrically conductive layer due to significantly different expansion coefficients between the conductive layer and the plastic carrier.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckschaltelement zu schaffen, dessen Funktionsfähigkeit auch bei hohen Druck- und Temperaturschwankungen zuverlässig gewährleistet ist.The invention is based on the object of creating a pressure switching element whose functionality is reliably guaranteed even in the event of high pressure and temperature fluctuations.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, To solve this problem, the invention provides
daß das Trägermaterial aus Glas besteht,
daß eine Trägermaterialschicht aus einer dünnen Deckscheibe und die andere Trägermaterialschichtthat the carrier material is made of glass,
that one carrier material layer consists of a thin cover plate and the other carrier material layer
aus einer dicken Trägerscheibe besteht und
daß der Abstandhalter aus einer Zwischenschicht aus elastischem Kunststoff besteht.consists of a thick carrier disc and
that the spacer consists of an intermediate layer made of elastic plastic.
Die Verwendung einer elastischen Zwischenschicht zwischen einer Trägerscheibe aus relativ dickem Glas und einer Deckscheibe aus relativ dünnem Glas ermöglicht es in vorteilhafter Weise, ein Druckschaltelement aus Glas zu schaffen, das ohne Glasbruch betätigt werden kann.The use of an elastic intermediate layer between a carrier plate made of relatively thick glass and a cover plate made of relatively thin glass advantageously makes it possible to create a pressure switch element made of glass that can be actuated without breaking the glass.
Auf Grund des natürlichen Rückstellverhaltens der Deckscheibe aus relativ dünnem Glas wird kein Spacer benötigt. Der elastische Abstandhalter im Umfeld des Kontaktbereiches kann derart verkleinert werden, daß eine Folie als Zwischenschicht genügt. Die Verwendung von Glas als Trägermaterial hat des weiteren den Vorteil, ein kratzfestes Druckschaltelement zu schaffen, das eine hohe chemische Beständigkeit aufweist und antistatisch ist. Die Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten und das Verformungsverhalten unter Druck von Glas und elektrisch leitender Schicht weisen einen geringeren Unterschied im Vergleich zu Kunststoff-Folien auf, so daß die Gefahr einer Rißbildung in der elektrisch leitenden Schicht erheblich verringert ist.Due to the natural recovery behavior of the cover plate made of relatively thin glass, no spacer is required. The elastic spacer in the area surrounding the contact area can be reduced in size so that a film is sufficient as an intermediate layer. The use of glass as a carrier material also has the advantage of creating a scratch-resistant pressure switch element that has a high chemical resistance and is antistatic. The temperature expansion coefficients and the deformation behavior under pressure of glass and electrically conductive layer show a smaller difference compared to plastic films, so that the risk of cracks forming in the electrically conductive layer is significantly reduced.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Verhältnis der Trägerscheibendicke zur Deckscheibendicke ca. 8 bis 16, vorzugsweise 12 beträgt. Bei diesem Verhältnis läßt sich für die Deckscheibe eine ausreichende Elastizität und für die Trägerscheibe eine ausreichende Steifheit erzielen.Preferably, the ratio of the carrier disk thickness to the cover disk thickness is approximately 8 to 16, preferably 12. With this ratio, sufficient elasticity can be achieved for the cover disk and sufficient rigidity for the carrier disk.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Deckscheibe eine Dicke von ca. 0,3 mm bis 0,7 mm, vorzugsweise 0,5 mm aufweist. Eine derartige Deckscheibendicke ist geeignet, um ein bruchsicheres Druckschaltelement für manuelle Betätigung zu schaffen.In a preferred embodiment, the cover plate has a thickness of approximately 0.3 mm to 0.7 mm, preferably 0.5 mm. Such a cover plate thickness is suitable for creating a shatter-proof pressure switch element for manual actuation.
Die elastische Zwischenschicht kann zum Druckausgleich an mindestens einer Seite offengehalten sein. Auf diese Weise ist die Betätigung des Druckschaltelementes von den atmosphärischen Druckbedingungen unabhängig. Die Rückstellung des Druckschaltelementes erfolgt allein auf Grund der Elastizität des Glasträgermaterials, gegebenenfalls mit der Unterstützung des elastischen Abstandhalters.The elastic intermediate layer can be kept open on at least one side to equalize pressure. In this way, the actuation of the pressure switching element is independent of the atmospheric pressure conditions. The reset of the pressure switching element occurs solely due to the elasticity of the glass carrier material, if necessary with the support of the elastic spacer.
Die Träger- und/oder die Deckscheibe können thermisch oder chemisch gehärtet sein. Dies erhöht die Druckstabilität des Druckschaltelementes aus Glas.The carrier and/or cover plate can be thermally or chemically hardened. This increases the pressure stability of the glass pressure switch element.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Randbereich von Träger- und Deckscheibe mit einer Randabdeckung abgedichtet ist.In a further development of the invention, it is provided that the edge area of the carrier and cover plate is sealed with an edge cover.
Vorzugsweise ist dabei die Randabdeckung mit Belüftungsöffnungen versehen, die einen Druckausgleich mit der Umgebung ermöglichen.Preferably, the edge cover is provided with ventilation openings that allow pressure equalization with the environment.
Dabei kann zwischen Träger- bzw. Deckscheibe und Randabdeckung ein Filtermaterial angeordnet sein. Dieses rückseitig auf die Randabdeckung eingearbeitete Filtermaterial schützt das Druckschaltelement vor Verschmutzung. A filter material can be arranged between the carrier or cover plate and the edge cover. This filter material, which is incorporated into the back of the edge cover, protects the pressure switch element from contamination.
Außerdem kann zwischen Träger bzw. Deckscheibe und Randabdeckung ein Entfeuchtungsmittel, z.B. Silikagel, angeordnet sein. Dieser Entfeuchter schützt vor einer Korrosion der elektrisch leitenden Schichten.In addition, a dehumidifying agent, e.g. silica gel, can be placed between the carrier or cover plate and the edge cover. This dehumidifier protects against corrosion of the electrically conductive layers.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Zwischenraum über die Zwischenschicht im Kontaktbereich hermetisch abgedichtet ist. Dabei können in der Trägerscheibe Durchlässe zum Zwischenraum angeordnet sein, die einen Druckausgleich ermöglichen. Ein solches Druckschaltelement eignet sich zur Verwendung in aggressiver Umgebung z.B. bei hoher Luftfeuchte.In one embodiment, it is provided that the intermediate space is hermetically sealed via the intermediate layer in the contact area. In this case, passages to the intermediate space can be arranged in the carrier disk, which enable pressure equalization. Such a pressure switching element is suitable for use in aggressive environments, e.g. in high humidity.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die elektrisch leitenden Schichten bei einer Mittelkontaktierung im Randbereich eine isolierende Unterbrechung aufweisen. Die Unterbrechungen dienen zur Vermeidung von Korrosion der elektrisch leitenden Schichten an der Klebekante der elastischen Zwischenschicht durch Wasserdampfdiffusion, die zur Zerstörung der Schaltmatrix führen kann. Die umlaufende isolierende Unterbrechung weist vorzugsweise eine Breite von ca. 150 bis 500 &mgr;&pgr;&igr; auf.In a further embodiment, it is provided that the electrically conductive layers have an insulating interruption in the edge area when there is central contact. The interruptions serve to prevent corrosion of the electrically conductive layers at the adhesive edge of the elastic intermediate layer due to water vapor diffusion, which can lead to the destruction of the switching matrix. The circumferential insulating interruption preferably has a width of approximately 150 to 500 μιλ.
Die Trägerscheibe kann im Verhältnis zur Deckscheibe im Kontaktbereich konkav gekrümmt sein. Eine derartige Gestaltung der Trägerscheibe ist bei einem hermetisch abgedichteten Druckschaltelement vorteilhaft, wobei die Wölbung in einem bestimmten Verhältnis zum LuftvolumenThe carrier disk can be concavely curved in relation to the cover disk in the contact area. Such a design of the carrier disk is advantageous for a hermetically sealed pressure switch element, whereby the curvature is in a certain ratio to the air volume
3Q des Systems steht.3Q of the system.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Trägerscheibe unterhalb des Kontaktbereiches auf der derIn a further development, it is provided that the carrier disc is positioned below the contact area on the
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Deckscheibe entgegengesetzten Seite beleuchtete Sacklochbohrungen aufweist. Die Sacklöcher können mit einer seitlichen oder senkrechten Lichtquelle beleuchtet sein, wodurch auf Grund der Lichtbrechung an den Innenwänden des Sackloches eine beleuchtete Schaltermarkierung erzeugt wird.Cover plate has illuminated blind holes on the side opposite. The blind holes can be illuminated with a lateral or vertical light source, whereby an illuminated switch marking is created due to the refraction of light on the inner walls of the blind hole.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. 10In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings. 10
einen Querschnitt durch das Druckschaltelement, a cross-section through the pressure switch element,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das DruckschaltelementFig. 2 a cross section through the pressure switch element
gemäß Fig. 1 bei Druckausübung auf die Deckscheibe, according to Fig. 1 when pressure is applied to the cover plate,
ein zweites Ausführungsbeispiel mit konkav
gekrümmter Trägerscheibe,a second embodiment with concave
curved carrier disc,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit in der Randabdichtung vorgesehenen Belüftungsöffnungen,
die Anwendung der Druckschaltelemente in einer Anzeigetafel,
einen Querschnitt durch eine TrägerscheibeFig. 4 an embodiment with ventilation openings provided in the edge seal,
the application of pressure switch elements in a display panel,
a cross section through a carrier disc
mit zwei Druckschaltelementen undwith two pressure switches and
ein weiteres Ausführungsbeispiel.another embodiment.
Das Druckschaltelement 1 besteht aus einer unteren relativ dicken Trägerscheibe 12 und einer parallel dazu und mit Abstand von der Trägerscheibe 12 verlaufenden Deckscheibe 14 aus Glas, zwischen denen eine Zwischenschicht 10 vorzugsweise aus einer Polyvinylbutyralfolie alsThe pressure switch element 1 consists of a lower, relatively thick carrier disk 12 and a cover disk 14 made of glass running parallel to it and at a distance from the carrier disk 12, between which an intermediate layer 10 preferably made of a polyvinyl butyral film as
Abstandhalter 6 angeordnet ist. Als Zwischenschicht 10 kann auch ein doppelseitig klebendes, vorzugsweise transparentes Band verwendet werden. Die Zwischenschicht 10 läßt zwischen der Trägerscheibe 12 und der Deckscheibe 14 einen Kontaktbereich 22 frei, der in der Draufsicht vorzugsweise kreisförmig aber auch anders z.B. rechteckig oder quadratisch gestaltet sein kann.Spacer 6 is arranged. A double-sided adhesive, preferably transparent tape can also be used as the intermediate layer 10. The intermediate layer 10 leaves a contact area 22 free between the carrier disk 12 and the cover disk 14, which in plan view can preferably be circular but can also be designed differently, e.g. rectangular or square.
Die Trägerscheibe 12 und die Deckscheibe 14 sind auf den einander gegenüberliegenden Innenflächen mit elektrisch leitenden Schichten 2,3 versehen, die bei Berührung einen Schaltvorgang ermöglichen. Hierzu kann, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die relativ dünne Deckscheibe 14 durch Druckbeaufschlagung in dem Kontaktbereich 22 soweit eingedrückt werden, daß sich die elektrisch leitenden Schichten 2,3 berühren. Bei einer Deckscheibe 14 mit ca. 0,5 mm Dicke und einer Trägerscheibe 12 mit einer Dicke von ca. 6 mm beträgt die Dicke der Zwischenschicht 10 0,3 bis 0,5 mm, vorzugsweise ca. 0,38 mm.The carrier disk 12 and the cover disk 14 are provided with electrically conductive layers 2, 3 on the inner surfaces facing each other, which enable a switching process when they come into contact. To this end, as can be seen from Fig. 2, the relatively thin cover disk 14 can be pressed in by applying pressure in the contact area 22 until the electrically conductive layers 2, 3 come into contact. With a cover disk 14 with a thickness of approx. 0.5 mm and a carrier disk 12 with a thickness of approx. 6 mm, the thickness of the intermediate layer 10 is 0.3 to 0.5 mm, preferably approx. 0.38 mm.
Dabei ist wesentlich, daß die den Abstandhalter 6 bildende Zwischenschicht 10 elastisch ist und dadurch die Glasbruchgefahr bei der dünnen Deckscheibe 14 verringert. It is essential that the intermediate layer 10 forming the spacer 6 is elastic and thus reduces the risk of glass breakage in the thin cover pane 14.
Die Zwischenschicht 10 weist einen Durchlaß 30 nach außen auf, so daß bei Betätigung des Druckschaltelementes 1 ein Druckausgleich im Raum des Kontaktberei-2Q ches erfolgen kann.The intermediate layer 10 has a passage 30 to the outside, so that when the pressure switch element 1 is actuated, a pressure equalization can take place in the space of the contact area 2Q.
Zur zusätzlichen Druckstabilität des Druckschaltelementes 1 können Träger- und Deckscheibe 12,14 thermisch oder chemisch gehärtet sein.For additional pressure stability of the pressure switching element 1, the carrier and cover plates 12,14 can be thermally or chemically hardened.
Schließt die Zwischenschicht 10 den Zwischenraum 4 im Kontaktbereich hermetisch ab, ist die Trägerscheibe 12 vorzugsweise relativ zur Deckscheibe 14, wie aus Fig. 3 ersichtlich, konkav gewölbt.If the intermediate layer 10 hermetically seals the gap 4 in the contact area, the carrier disk 12 is preferably concavely curved relative to the cover disk 14, as can be seen from Fig. 3.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist eine Randabdeckung 16 für das Druckschaltelement 1 dargestellt, das beispielsweise aus einem Randabdeckband bestehen kann. Das Randabdeckband weist Lüftungsöffnungen 18 auf, die in Verbindung mit einem oder mehreren Durchlässen 3 0 einen Druckausgleich in dem Zwischenraum 4 im Kontaktbereich 22 ermöglichen.In the embodiment of Fig. 4, an edge cover 16 is shown for the pressure switch element 1, which can consist of an edge cover strip, for example. The edge cover strip has ventilation openings 18, which in conjunction with one or more passages 30 enable pressure equalization in the intermediate space 4 in the contact area 22.
Zwischen dem Randabdeckband, das sowohl Träger- als auch Deckscheibe 12,14 umfaßt und dem Druckschaltelement 1 kann zusätzlich ein streifenförmiges Filtermaterial 2 0 eingebracht sein, das die Belüftungsöffnungen 18 und den Spalt zwischen Träger- und Deckscheibe 12,14 abdeckt.Between the edge cover strip, which encompasses both the carrier and cover disk 12,14, and the pressure switch element 1, a strip-shaped filter material 20 can additionally be introduced, which covers the ventilation openings 18 and the gap between the carrier and cover disk 12,14.
Anstelle des Filtermaterials 20 oder auch zusätzlich zu dem Filtermaterial kann zwischen Abdeckband und Druckschaltelement 1 auch ein Entfeuchtungsmittel vorgesehen sein, daß die elektrisch leitenden Schichten vor Korrosion schützt.Instead of the filter material 20 or in addition to the filter material, a dehumidifying agent can also be provided between the cover strip and the pressure switch element 1, which protects the electrically conductive layers from corrosion.
Das Druckschaltelement 1 wird vorzugsweise in Glasflächen vor Anzeigeeinrichtungen, z.B. Bildschirmen, verwendet, wobei es dort z.B. für eine frei programmier-3q bare Menüauswahl eingesetzt werden kann.The pressure switch element 1 is preferably used in glass surfaces in front of display devices, eg screens, where it can be used eg for a freely programmable menu selection.
Als großflächigeres Druckschaltelement in digitaler Ausführung können eine oder mehrere DruckpositionenAs a larger-area pressure switch element in digital design, one or more pressure positions
—» Q ——» Q —
innerhalb des Kontaktbereiches mit Hilfe einer X-Y-Matrix in der elektrisch leitenden Schicht festgestellt werden.within the contact area using an X-Y matrix in the electrically conductive layer.
Das Druckschaltelement 1 kann durch Tönung der Trägerund/ oder Deckscheibe 12,14 bzw. des Kontaktbereichs 22 auch farbig gestaltet sein.The pressure switch element 1 can also be colored by tinting the carrier and/or cover plate 12, 14 or the contact area 22.
Um Doppelspiegelung des vorzugsweise transparenten Druckschaltelementes 1 vor einer Glasoberfläche der Anzeigeoberfläche zu vermeiden, werden die äußeren Oberflächen der Träger- und Deckscheibe 12,14 vorzugsweise zusätzlich mit aufgedampften Schichten oder geätzten Oberflächen entspiegelt.In order to avoid double reflection of the preferably transparent pressure switch element 1 in front of a glass surface of the display surface, the outer surfaces of the carrier and cover plate 12, 14 are preferably additionally anti-reflective with vapor-deposited layers or etched surfaces.
Die Trägerscheibe 12 kann, wie aus Fig.6 ersichtlich, auf der der Deckscheibe 14 gegenüberliegenden Seite Sacklochbohrungen 24 aufweisen, die von einer seitlich und/oder unter der Trägerscheibe 12 angeordneten Lichtquelle 2 6 beleuchtet werden. Durch die Lichtbrechung an den Innenwänden der Sacklochbohrungen 24 wird eine beleuchtete Druckpunktmarkierung im Kontaktbereich 22 in der transparenten Glasfläche des Druckschaltelementes 1 erzeugt.As can be seen from Fig. 6, the carrier disk 12 can have blind holes 24 on the side opposite the cover disk 14, which are illuminated by a light source 26 arranged laterally and/or under the carrier disk 12. The refraction of light on the inner walls of the blind holes 24 creates an illuminated pressure point marking in the contact area 22 in the transparent glass surface of the pressure switch element 1.
Zur Verwendung in aggressiver Umgebung, z.B. bei hoher Luftfeuchte, wird die elastische Zwischenschicht 10 luftdicht ausgeführt. Der benötigte Druckausgleich im Druckschaltelement 1 wird durch mindestens zwei Durchlasse 32 in der rückwärtigen Trägerscheibe 12 hergestellt. Diese Durchlässe 32 können auch aus Langlöchern bestehen und dienen gleichzeitig zur Durchführung derFor use in aggressive environments, e.g. in high humidity, the elastic intermediate layer 10 is made airtight. The required pressure equalization in the pressure switch element 1 is achieved by at least two openings 32 in the rear carrier disk 12. These openings 32 can also consist of elongated holes and are also used to carry out the
Kontaktieranschlüsse auf den elektrisch leitenden Flächen 2,3. Die Belüftung kann ähnlich wie bei dem Durchlaß 3 0 durch ein Filtermaterial 2 0 hindurch erfolgen.Contact connections on the electrically conductive surfaces 2,3. Ventilation can be carried out through a filter material 2 0 in a similar way to the passage 3 0.
Zur Vermeidung von Korrosion der elektrisch leitenden Schichten 2,3 an der Klebekante der elastischen Zwischenschicht 10 durch Wasserdampfdiffusion an der kritischen Stelle 34, die zur Zerstörung der Schaltmatrix führt, wird bei einer Mittelkontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 2,3 die leitende Schicht 2,3 im Randbereich umlaufend durch eine isolierende Unterbrechung 35 in einer Breite von ca. 150 bis 500 &mgr;&idiagr;&eegr; geschützt. To avoid corrosion of the electrically conductive layers 2,3 at the adhesive edge of the elastic intermediate layer 10 due to water vapor diffusion at the critical point 34, which leads to the destruction of the switching matrix, the conductive layer 2,3 is protected in the edge area by an insulating interruption 35 with a width of approximately 150 to 500 μm when the electrically conductive layers 2,3 are contacted in the middle.
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