GLASTASTATUR, SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER GLASTASTATUR

Die Erfindung betrifft eine Glastastatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Glastastatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15 (siehe, zum Beispiel, US-A-4 975 676).

Derartige Druckschaltelemente sind als Touch-Panels in Anzeige-Displays bekannt. Die Touch-Panels bestehen 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 luftdicht mit den Kunststoff-Folien zur Stabilisierung des inneren Luftdrucks verschweißt wird und dadurch gleichzeitig die obere Folie abstützt. Innerhalb des Kontaktbereichs sind zusätzlich elastische Spacer angeordnet, um eine Rückstellung der Folien zu gewährleisten. Das bekannte Druckschaltelement 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 eine geringere Transmission aufweisen und im übrigen nicht antistatisch sind. Auch besteht bei größeren Temperaturschwankungen die Gefahr einer Rißbildung in der elektrisch leitenden Schicht aufgrund erheblich unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen der leitenden Schicht und dem Kunststoffträger.

Aus der EP 0 546 003 B1 ist ein aus einem Glaslaminat gebildetes Druckschaltelement bekannt, daß aus einer flexiblen Dünnglasscheibe und mindestens einer Trägerglasscheibe gebildet ist, die auf den einander zugewandten Flächen jeweils eine elektrisch leitende Schicht aufweisen. Die sich gegenüberstehenden elektrisch leitenden Schichten sind mit Hilfe eines Abstandhalters auf Abstand gehalten. Die elektrisch leitenden Schichten berühren sich bei Druckbelastung der flexiblen Dünnglasschicht an der im wesentlichen punktuellen Druckbelastungsstelle.

Bei derartigen Druckschaltelementen ist es bekannt, die Elektrodenanschlüsse der elektrisch leitenden Schichten an einer überstehenden Kante der Trägermaterialscheibe vorzusehen.

Dabei wird die elektrisch leitende Schicht auf der Dünnglasscheibe mittels eines elektrisch leitenden Spacers auf die stärkere Trägerglasscheibe kontaktiert und dann an der überstehenden Kante mit einem flexiblen Mehrfachkabel verklebt. Nachteilig ist dabei, daß durch die Membranwirkung der Dünnglasscheibe bei Druckbelastung in dem elektrisch leitenden Spacer Mikrorisse entstehen, welche zu Funkionsstörungen führen.

Aus der US-A-4975676 ist eine Glastastatur mit einer flexiblen Glasmembran bekannt, die über eine die elektrische Schicht mit einer Tragstruktur verklebt ist. Gedruckte Schaltungen sind auf die Oberfläche der oberen flexiblen Glasmembran und an den entsprechenden Stellen der Tragstruktur aufgedruckt. Durch Druckbelastung der oberen flexiblen Glasmembran kann ein Kontakt mit der Schaltung auf der Tragstruktur hergestellt werden. Diese Tragstruktur kann auch aus Glas bestehen. An einer Seitenkante der Glastastatur ist ein flexibles Flachbandkabel herausgeführt, das mit dem aufgedruckten Schaltungen kontaktiert ist. Das Flachbandkabel ist zwischen der flexiblen Glasmembran und der Tragstruktur angeordnet.

Aus der US-A-5228562 geht ein Membranschalter hervor, mit einer oberen Membrane, mit einer unteren leitenden Oberfläche, sowie eine untere Membrane mit einer oberen leitenden Oberfläche. Ein dielektrischer Abstandhalter ist zwischen diesen Membranen angeordnet.

Die Membrane bestehen aus flexiblen dielektrischen Polyesterfilmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Glastastatur zu schaffen, die mit einem verringerten Aufwand herstellbar ist und eine hohe Kontaktsicherheit bezüglich der elektrischen Anschlüsse aufweist.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, daß die elektrisch leitenden Schichten auf der Dünnglasscheibe und der Trägermaterialscheibe mit Leiterbahnen verbunden sind, die an einer Seitenkante der Tastaturoberfläche herausgeführt sind, daß ein flexibles Flachband-Mehrfachkabel mit den Leiterbahnen auf der Dünnglasscheibe und auf der Trägermaterialscheibe elektrisch verbunden ist, und daß das Flachband-Mehrfachkabel zwischen der Dünnglasscheibe und der Trägermaterialscheibe angeordnet ist und dass der Rand der Dünnglasscheibe mit einem ausgehärteten Kunststoff stabilisiert ist.

Auf diese Weise werden die Leiterbahnen der Dünnglasscheibe in einem geschützten Bereich innerhalb der Glastastatur kontaktiert, wobei das Mehrfach-Flachbandkabel auf der den Leiterbahnen abgewandten Seite isolierend beschichtet sind.

Die Schnittkante der Dünnglasscheibe weist mehrere von der Kante nach innen gehende Mikrorisse auf, die durch den Schnittprozeß entstanden sind. Von diesen Mikrorissen kann sehr leicht ein Riß ausgehen, der die gesamte Dünnglasscheibe zerstört. Der Rand der Dünnglasscheibe ist daher vorzugweise mit einem ausgehärteten Kunststoff stabilisiert. Hierzu wird die Dünnglasscheibe mit ihren Begrenzungskanten beispielsweise in einen noch dünnflüssigen Kunststoff getaucht. Aufgrund von Kapillarwirkung werden die Mikrorisse mit dem zunächst flüssigen Kunststoff ausgefüllt und anschließend der Kunststoff ausgehärtet. Nachdem der Kunststoff ausgehärtet ist, weist die Dünnglasscheibe eine erheblich höhere Stabilität auf, da ein Einreißen der Dünnglasscheibe bei Druck- oder Stoßbelastung von ihren Rändern aus nicht mehr auftreten kann.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren, mit dem es möglich ist, Glastastaturen herzustellen, bei denen eine Dünnglasscheibe auf Abstand mit der Trägermaterialscheibe verklebt wird, wobei gleichzeitig in zwei Ebenen ein Flachband-Mehrfachkabel kontakt- und bruchsicher mit den elektrisch leitenden Schichten verbunden wird.

Vorzugsweise ist ein erstes Flachband-Mehrfachkabel mit der Dünnglasscheibe elektrisch leitend verklebt, während ein zweites Flachband-Mehrfachkabel mit der Trägermaterialscheibe elektrisch leitend verklebt ist. Auf der jeweiligen Rückseite ist das folienartige Flachband-Mehrfachkabel isoliert.

Die Dicke des folienartigen flexiblen Flachband-Mehrfachkabels entspricht der Dicke des vorzugsweise aus einem Kleber bestehenden Abstandhalters zwischen der Dünnglasscheibe und der Trägermaterialscheibe, so daß die Flachband-Mehrfachkabel in vorteilhafter Weise als Abstandhalter an einer Seitenkante der Glastastatur eingefügt werden können.

Die Flachband-Mehrfachkabels werden mit seitlichem Abstand voneinander zwischen der Dünnglasscheibe und der Trägermaterialscheibe angeordnet. Die Zwischenräume werden mit einem Klebemittel, vorzugsweise einem unter UV-Licht aushärtenden Kunststoff, ausgefüllt.

Auch zwischen den mit den Leiterbahnen verbundenen Kontakten eines Flachband-Mehrfachkabels können Aussparungen freigelassen sein. Auch diese Aussparungen werden mit einem unter UV-Licht aushärtenden Kleber ausgefüllt. Die Verklebung in den Aussparungen und Zwischenräumen bewirken, daß mechanischer Druck in diesem Bereich der Dünnglasscheibe nicht zu Glasrissen führt, da das Klebemittel als Abstandhalter dient und darüber hinaus unterschiedliche Folienmaterialstärken des Flachband-Mehrfachkabels ausgleicht.

Die Flachband-Mehrfachkabel sind an ihren freien Enden mit einem Mehrfachstecker verbunden. Ein Mikroprozessor kann in die Flachband-Mehrfachkabel oder in den Mehrfachstecker integriert sein.

Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, daß die Trägermaterialscheibe relativ zu der flexiblen Dünnglasscheibe geringfügig größer ist, so daß der Randbereich der Trägermaterialscheibe relativ zu dem Randbereich der Dünnglasscheibe übersteht. Der überstehende Rand der Trägermaterialscheibe schützt die empfindliche Randkante der Dünnglasscheibe, so daß auf diese Weise die Glasbruchgefahr bei der Dünnglasscheibe reduziert werden kann.

Der ebene zurückspringende Rand der Dünnglasscheibe ist dabei unter Zwischenschaltung eines Klebemittels als Abstandhalter im Randbereich mit dem Randbereich der Trägermaterialscheibe verklebt. Der überstehende Rand der Trägermaterialscheibe dient dabei auch zur Aufnahme einer Klebstoffwulst, die ebenfalls die empfindliche Kante der Dünnglasscheibe schützt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1

die erfindungsgemäße Glastastatur,

Fig. 2

einen Querschnitt durch die Glastastatur der Fig. 1,

Fig. 3

eine Seitenkante der Glastastatur mit Leiterbahnanschlüssen,

Fig. 4

das Zusammenkleben der Glastastatur, und

Fig. 5

ein Flachband-Mehrfachkabel als Abstandhalter zwischen Dünnglasscheibe und Trägermaterialscheibe.

Die in den Fign. 1 und 2 gezeigte Glastastatur besteht aus einer unteren relativ dicken Trägermaterialscheibe 6 und einer mit Hilfe eines Abstandhalters 12 in parallelem Abstand zu der Trägermaterialscheibe 6 gehaltenen Dünnglasscheibe 2. Die Dünnglasscheibe 2 und die Trägermaterialscheibe 6 sind auf den einander gegenüberliegenden Innenflächen mit elektrisch leitenden Schichten 8,10 versehen, die Elektroden bilden und die bei gegenseitiger Berührung einen Schaltkontakt herstellen. Hierzu kann die flexible Dünnglasscheibe 2 durch im wesentlichen punktuelle Druckbeaufschlagung so verformt werden, daß ein elektrischer Kontakt zwischen den leitenden Schichten 8,10 hergestellt wird.

Ein derartiger Aufbau der Glastastatur ist sowohl für analoge Glastastaturen, bei denen die elektrisch leitenden Schichten 8,10 im wesentlichen die gesamte Tastaturoberfläche 4 überdecken, als auch für digitale Glastastaturen verwendbar, bei denen die elektrisch leitenden Schichten 8,10 strukturiert sind und beispielsweise aus einer Vielzahl von zueinander parallelen Leiterbahnen bestehen. Dabei verlaufen die Leiterbahnen auf der elektrisch leitenden Schicht 8 vorzugsweise rechtwinklig zu den Leiterbahnen auf der elektrisch leitenden Schicht 10. Zur Vereinfachung sind in den Zeichnungen nur die Anschlüsse 62,66 der Leiterbahnen dargestellt.

Die Dünnglasscheibe 2 wird aus einer gezogenen Dünnglasfolie geschnitten und weist eine Dicke zwischen ca. 0,1 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen ca. 0,175 und 0,4 mm, auf. Gefloatetes Glas gleicher Dicke weist einen zinnfilm auf, der zu einer Versprödung des Glases führt und daher für diesen Einsatzzweck nicht geeignet ist. Nur Dünnglasscheiben, die aus einer gezogenen Glasfolie hergestellt werden, weisen eine ausreichende Flexibilität und Bruchfestigkeit auf, um auch größere Tastaturoberflächen 4 herzustellen. Desweiteren kommt es auf eine hohe Gleichmäßigkeit der Glasdicke an.

Die Dünnglasscheibe 2 wird geringfügig konvex nach außen gewölbt und in diesen Zustand unter Zwischenschaltung des Abstandhalters 12 mit der Trägermaterialscheibe 6 verklebt. Hierzu wird die Dünnglasscheibe 2 tiefgezogen, wobei ein ebener Randbereich 20 verbleibt. Der Abstandhalter wird vorzugsweise aus dem die beiden Scheiben 2,6 verbindenden Kleber gebildet, wobei ein Verkleben nur an der Kante des Randbereichs 20 der Dünnglasscheibe 2 erfolgt. Die Trägermaterialscheibe 6 steht allseitig relativ zu der Dünnglasscheibe 2 über und ermöglicht dadurch einen effektiven Schutz der empfindlichen Außenkanten der Dünnglasscheibe 2. Gleichzeitig bildet der überstehende Rand der Trägermaterialscheibe 6 eine Stützfläche für eine aus dem Kleber gebildete Klebewulst 14, die bis zur Oberkante der Dünnglasscheibe 2 reicht. Diese Klebewulst 14 schützt zusätzlich die empfindliche Außenkante der Dünnglasscheibe 2.

Die konvexe Krümmung der Dünnglasscheibe 2 nach außen hat den Vorteil, daß höhere Rückstellkräfte entstehen, und daß die Dünnglasscheibe 2 ohne weitere Abstandhalter im Bereich der Tastaturoberfläche 4 auskommt. Es ist wesentlich, daß keine Abstandhalter im Schaltbereich 24 der Tastaturoberfläche 4 enthalten sind, da im Bereich solcher Abstandhalter ein Schaltkontakt nicht herstellbar wäre. Die hier beschriebene Glastastatur ist dagegen an jeder beliebigen Stelle der Tastaturoberfläche 4 bedienbar.

Ein weiterer Vorteil der konvexen Überhöhung der Dünnglasscheibe 2 nach außen, besteht darin, daß die Bildung von Newton'schen Ringen verhindert wird, die bei transparten Tastaturen unerwünscht sind.

Die Dünnglasscheibe 2 kann mit einer Kantenstabilisierung versehen sein. Die Kantenstabilisierung wird dadurch erreicht, daß die aus einer gezogenen Dünnglasfolie geschnittene Dünnglasscheibe 2 mit ihren Schnittkanten in einen hochviskosen, aushärtbaren Kunststoff getaucht wird. Das Klebemittel übt mehrere Funktionen aus, nämlich die Funktion eines Abstandhalters 12 zwischen der Dünnglasscheibe 2 und der Trägermaterialscheibe 6, die Funktion als Kantenstabilisator durch Eindringen des Klebers in Mikrorisse im Kantenbereich 20 der Dünnglasscheibe 2 und die Funktion als äußerer Kantenschutz für die Dünnglasscheibe 2 durch Bildung einer Klebewulst 14 auf dem überstehenden Rand der Trägermaterialscheibe 6. Die Klebewulst 14 wird dabei vorzugsweise in einem zweiten Arbeitsgang erzeugt.

Der Rand der Trägermaterialscheibe 6 steht beispielsweise um ca. 1 mm relativ zu den Außenkanten der Dünnglasscheibe 2 über und bildet damit auch in Verbindung mit der Klebewulst 14 einen effektiven Stoßschutz am Außenrand der Glastastatur.

Als Klebemittel wird vorzugsweise ein unter UV-Licht aushärtender Kunststoff verwendet. Ein derartiger Kleber hat den Vorteil, daß der Zeitpunkt der Aushärtung genau gesteuert werden kann, was den Fertigungsprozeß erheblich vereinfacht.

Fig. 3 zeigt die Seitenkanten der Trägermaterialscheibe 6 und der Dünnglasscheibe 2 mit den im Kantenbereich 20 bzw. 28 endenden Leiterbahnen 62,66, die die Anschlußleitungen der elektrisch leitenden Schichten 8,10 bilden.

Die Leiterbahnen 62,66 können mit Anschlußkontakten 74,75 an den Enden flexibler, folienartiger Flachband-Mehrfachkabel verklebt werden. Vorzugsweise ist wie aus Fig. 3 ersichtlich sowohl für die Trägermaterialscheibe 6 als auch für die Dünnglasscheibe 2 jeweils ein Flachband-Mehrfachkabel 64,68 vorgesehen. Es wäre allerdings auch möglich, ein einziges folienartiges Flachband-Mehrfachkabel vorzusehen, das beidseitig Kontakte 74,75 aufweist, so daß ein einziges Flachband-Mehrfachkabel sowohl mit der Dünnglasscheibe 2 als auch mit der Trägermaterialscheibe 6 kontaktiert werden kann. Dabei kann auch vorgesehen sein, daß bei gegenüberliegenden Kontakten 74,75 die Kontakte für die Dünnglasscheibe 2 mittels einer isolierenden Zwischenschicht von den Kontakten 75 für die Trägermaterialscheibe 6 isoliert sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird das Flachband-Mehrfachkabel 64 mit der Dünnglasscheibe 2 elektrisch leitend verklebt, während das Flachband-Mehrfachkabel 68 elektrisch leitend mit der Trägermaterialscheibe 6 verklebt wird. Vorzugsweise werden die Flachband-Mehrfachkabel 64,68 vor dem Zusammenfügen der Trägermaterialscheibe 6 mit der Dünnglasscheibe 2 mit den jeweiligen Scheiben 2,6 verklebt. In einem zweiten Schritt werden dann die beiden Scheiben 2,6 in üblicher Weise miteinander verklebt. Dabei werden die Aussparungen 70 mit Klebemittel ausgefüllt, das gemeinsam mit den kontaktierenden Enden der Flachband-Mehrfachkabel 64,68 einen Abstandhalter bildet.

Die Flachband-Mehrfachkabel 64,68 sind an einen Mehrfachstecker 72 angeschlossen, der aus zwei zusammenfügbaren Steckerleisten bestehen kann, so daß jedes Flachband-Mehrfachkabel an eine Steckerleiste angeschlossen ist.

In das Flachband-Mehrfachkabel oder in den Stecker kann ein Mikroprozessor 76 integriert sein, der eine Steuerung für die Glastastatur enthält.