CN117242424A - 印刷触摸板 - Google Patents

Abstract

本申请描述了一种无缝集成到人造皮革基材中的丝网印刷层压多层电容式触摸板，其允许用户进行多点触摸交互。印刷触摸板旨在在人造皮革制品上提供触摸、多点触摸和手势识别，从而使集成在汽车内饰应用中成为可能。触摸板装置包括人造皮革制品，其中，借助于使用绝缘膜在所述人造皮革制品的结构上具有完全物理集成的印刷触摸板，这也确保了对装置的保护，从而有利于其耐用性。

Description

印刷触摸板

技术领域

本申请描述了一种无缝集成到皮革基材中的丝网印刷的层压多层电容式触摸板。

背景技术

目前，关于传感器领域的大多数已知的现有技术都与为了适用范围广泛(例如，显示屏上的移动光标)而通过印刷技术开发触摸板传感器有关。然而，移动光标在数字屏幕应用范围之外的应用尚不得知。

迄今为止，在模拟屏或数字屏上移动光标的过程主要依赖于使用外部装置(外部鼠标或集成鼠标)，或使用显示装置自己的屏幕。从目前的现有技术来看，尚不了解使用其他基础结构来实施上述动作。

本发明旨在弥补这一开发缺陷，从而允许实现触摸板在柔性纺织产品上的无缝物理集成，该柔性纺织产品与皮革应用尤其相关而且重量特别轻且厚度特别薄。

发明内容

本发明公开了一种用于汽车内饰表面的触摸板装置，其特征在于，所述触摸板装置包括：具有正面和背面的人造皮革制品；印刷触摸板；以及绝缘膜；其中，印刷触摸板物理地集成在人造皮革制品的背面，并且绝缘膜位于印刷触摸板上，以保证与人造皮革制品的集成并且保护印刷触摸板。

在本发明提出的实施例中的一个实施例中，印刷触摸板包括印刷电极组；以及作为介电层的柔性聚合物基材。

在本发明的另一实施例中，印刷电极组包括顶部印刷电极和底部印刷电极。

在又一实施例中，柔性聚合物基材作为介电层布置在顶部印刷电极和底部印刷电极之间。

在又一实施例中，顶部印刷电极和底部印刷电极包括薄膜电阻介于10mΩ/sq/mil和20mΩ/sq/mil之间的导电银墨。

在又一实施例中，顶部印刷电极和底部印刷电极独立地印刷在聚合物丝网上。

在又一实施例中，柔性基材包括厚度大约为50μm的聚合物基材，所述聚合物基材也用作介电层。

在又一实施例中，绝缘膜包括厚度大约低于50μm的聚合物基材。

本发明还公开了一种用于在人造皮革制品上集成印刷触摸板的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：印刷触摸板；将人造皮革制品、印刷触摸板和绝缘膜以夹层排列结构从上到下布置；将夹层排列结构同时置于3巴至4巴之间的压力范围和130℃至160℃之间的温度范围内至少30秒的时间段。

在本方法所提出的实施例中的一个实施例中，触摸板的印刷包括以下步骤：在柔性聚合物基材上以水平位移的方式丝网印刷顶部电极；在热烘箱中以约110℃的温度热固化所获得的第一印刷基材约15分钟；在柔性聚合物基材的相对侧上以竖直位移的方式丝网印刷底部电极；在热烘箱中以约110℃的温度热固化第二印刷层约15分钟。

综述

本申请描述了集成了交互式表面装置、触摸板和反馈技术的纺织结构的开发情况。

本公开的主要焦点涉及纺织结构上的印刷电子装置的开发和制造，所述印刷电子装置将产生智能功能(触摸板、发光、触觉反馈和声音反馈)。这一成果通过印刷电子器件和传统层压工艺相结合来实现，以确保该装置对皮革基产品的灵活性和适应性，从而允许经由卷对卷印刷处理升级类似的装置。

当前技术发展的主要优点之一在于其允许在人造皮革制品中应用触摸板装置来检测触摸、多点触摸和手势。本文公开并且在这些触摸板传感器的开发中使用的生产技术允许改进和减小总体重量和厚度，并且允许在人造皮革基材中实现更高的集成度。

因此，在优选的应用形式之一中，最终实现的解决方案将与电容式印刷触摸板相关，该电容式印刷触摸板具有高灵活性，完全能够在物理上全部集成到人造皮革背衬中，从而产生智能皮革制品(例如汽车内饰应用)并且能够通过触摸和手势与用户进行交互。在该应用领域中，例如在汽车内饰中具有触摸和/或多点触摸/手势识别的皮革制品和器具可以被考虑并且被包括在例如乘客座椅、控制台、扶手等中。

附图说明

为了更好地理解本申请，在此附上表示优选实施例的附图，但是，这些附图并不旨在限制本文所公开的技术。

图1-示出了所提出的集成在端部基材中的触摸板装置(100)。附图标记涉及：

1-人造皮革制品；

2-印刷触摸板；

3-绝缘膜；

4-印刷电极组。

图2-示出了印刷触摸板(2)的构造。附图标记涉及：

5-底部印刷电极层；

6-顶部印刷电极层；

7-柔性聚合物基材。

图3-示出了已开发的印刷触摸板(2)的侧视图/竖直剖面图。附图标记涉及：

5-底部印刷电极层；

6-顶部印刷电极层；

7-柔性聚合物基材。

具体实施方式

现在参考附图更详细地描述一些实施例，但是所述实施例并不旨在限制本申请的范围。

本申请描述了一种触摸板装置(100)，所述触摸板装置包括无缝集成在结构上的全印刷电容式触摸板(2)，同时保持该结构的主要原始特征，例如机械灵活性和适应性，在所提出的实施例之一中，所述结构是人造皮革制品(1)或表面。

印刷触摸板(2)包括布置在两个印刷导电层：顶部印刷电极层(6)和底部印刷电极层(5)上的印刷电极组(4)。均借助薄膜电阻介于10mΩ/sq/mil和20mΩ/sq/mil之间的导电银墨(DuPont 5025)印刷两个电极层(5，6)。通过丝网印刷处理在90×40网格(90根纱线/厘米和40μm的纱线直径)上印刷需要完全且正确对准的这些独立层。该印刷处理不受限制，原因在于所述印刷处理还可以通过借助其他现有技术(如，喷墨、PVD或溅射)来实现。该网格基于聚合物丝网，这允许银墨以预定图案通过。为了获得完整的印刷触摸板(2)，需要两个单独的印刷处理，每个所述印刷处理用于每个电极层的沉积，其中每一层(5，6)沉积在柔性聚合物基材(7)的相对侧上。当墨在聚合物基材(7)上分层之后，该组在温度约为110℃的热烘箱中固化约15分钟。所提及的处理用于顶部印刷电极(6)和底部印刷电极(5)两者的开发。

在柔性聚合物基材(7)上开发印刷触摸板(2)，其特征在于厚度约为50μm并且用于为在印刷电极组(4)上使用的导电墨提供灵活性和良好的粘附力，所述印刷电极组包括底层(5)和顶层(6)。柔性聚合物基材(7)还作为介电层以确保底部电极(5)和顶部电极(6)两者之间的电容。

在所提出的实施例之一中，印刷触摸板(2)的每一层，即，底部电极(5)和顶部电极(6)包括呈8×6显示排列的48个电极。该显示排列适合预定的设计图案，但是印刷触摸板(2)可以获得具有任意数量的电极和布局。因此，可以根据所需印刷电极组(4)的尺寸和/或分辨率的需要，以更大或更小的尺寸来执行。每层的电极(5，6)均放置在它们之间的固定距离内，从而可以在不干扰相邻电极的情况下很好地映射触摸。

通过图1的分析能够确定的是电极组(4)类似于均匀分布的正方形网格或矩阵。该组(4)通过上下两层(4，6)的重叠来实现。如图2所示，在一个可行的实施例中，上层(6)包括水平迹线布局，其中所有行都均匀地布置在它们之间的相同距离内，并且每个水平行均包括一组均匀间隔的圆形接触点。对于底层(5)而言，在对置且垂直的布置中，为了完成电极组(4)的方阵格式，底层包括竖直迹线布局，其中，所有行都均匀布置成所述行之间的距离相等并且每个竖直行都包括一组均匀间隔的圆形接触点。

在已开发的印刷触摸板(2)中，印刷电极组(4)的每行和每列都连接到控制电子器件中的单独位置。两个印刷层(5，6)所产生的电容场中的干扰会激活特定的行(在一层(6)中)和特定的列(在另一层(5)中)，从而限定触摸区域。

印刷触摸板(2)被印刷在柔性薄基材(7)上，所述柔性薄基材可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺中的一种，以允许最终的触摸板装置(100)解决方案在确保原有的柔性特征的同时减小厚度。

印刷触摸板(2)生产完成后，通过借助使用厚度低于50μm的聚合物膜(3)经由过热压工艺(130℃温度、3巴压力持续30秒)以确保印刷触摸板(2)正确固定到人造皮革制品(1)实现所述印刷触摸板集成在人造皮革制品(1)中。所述印刷触摸板(2)放置在人造皮革制品(1)和聚合物膜(3)之间。通过使用这种方法，聚合物膜会改变其特性并且与人造皮革融合，从而以物理方式封装印刷触摸板(2)。上述特定的集成和融合条件使得印刷触摸板(2)能够正确固定到人造皮革(1)上，而同时又不损害所开发的印刷触摸板(2)的机械、电气和化学性能，特别是其原有的质感和柔性。此外，本发明中应用的材料在机械、电气、热和化学性能方面都经过专门选择，以便不仅确保解决方案的功能性而且还确保人造皮革触摸板设备(1)的外观。

通过这种集成方法，厚度在100μm至150μm之间的传感装置完全能够全部集成在人造皮革器具(1)中。在人造皮革(1)最终产品之下，从上到下依次排列有顶部印刷层(6)、PET基材(7)、底部印刷层(5)和聚合物膜(3)。

这种集成使得印刷触摸板(2)能够良好且持久地固定到人造皮革制品(1)，所述人造皮革制品可以结合到汽车内部以作为控制面板。所使用的基于热塑性聚氨酯(TPU)基材的聚合物膜(3)用于集成印刷触摸板(2)并且也作为覆盖层，所述覆盖层有助于保护印刷触摸板，从而使解决方案持续更长时间，而同时又不会损失任何初始特性。膜(3)也很薄且高度柔韧，从而在最终解决方案中保留了这些特性。该应用中使用的聚合物膜在人造皮革粘合和集成方面取得了令人满意的结果，并且进行了不同的标准测试，即，热收缩、热老化、伸长率(100N)、燃烧速率、光老化和德默西亚疲劳测试(Di Mattia fatigue tests)。所有这些标准测试都表明膜完全附着在人造皮革制品上，从而满足本申请的要求。

印刷触摸板(2)集成的另一种可行的方法是应用粘合剂溶液将印刷触摸板(2)直接集成到人造皮革制品(1)中。采用该解决方案可以为最终产品带来额外的刚性，从而保证集成的触摸板装置(100)的完美粘附性和耐用性。封装触摸板(2)需要额外的刚性，从而确保墨免受腐蚀或机械事件的影响，由此保证触摸板的耐用性。用于封装印刷触摸板的额外聚合物薄膜层将最终装置的厚度增加到150μm至200μm之间。

整体解决方案的集成还意味着其控制电子器件的集成。通过印刷电路的延伸迹线确保触摸板(2)与这些电子器件的连接，从而形成印刷扁平电缆。在该扁平电缆的端点处，连接器确保与其余控制电子器件的连接。

通过在触摸板(2)中使用电容式传感器，集成应在人造皮革(1)的背衬中，从而保留该正面材料的所有视觉和纹理特性。

集成后的最终解决方案，即，触摸板装置(100)将导致产生物理集成在人造皮革器具中的全印刷且高度柔性的触摸板。灵活性和耐用性允许本发明应用于多种场景，这是因为其多功能性允许本发明用于完全不同的目的。

在所提出和开发的解决方案之一中，印刷触摸板(2)包括基于矩阵的印刷电极组(4)，该矩阵具有可以执行单独检测的48个不同的检测点。这使得该印刷触摸板可以用作单个或多个方向的滑块、区域探测器或传统的鼠标垫。印刷触摸板(2)可以连接到车辆系统并且用于控制该环境或功能的不同方面。此外，所开发的装置与热压工艺兼容使得能够快速有效地集成在人造皮革/纺织品的背衬中。

Claims (10)

1.一种用于汽车内饰表面的触摸板装置(100)，其特征在于，所述触摸板装置包括：

具有正面和背面的人造皮革制品(1)；

印刷触摸板(2)；和

绝缘膜(3)；

其中

所述印刷触摸板(2)物理集成在所述人造皮革制品(1)的所述背面中，并且所述绝缘膜(3)位于所述印刷触摸板(2)上以确保集成在所述人造皮革制品(1)中并且保护所述印刷触摸板(2)。

2.根据权利要求1所述的触摸板装置(100)，其特征在于，所述印刷触摸板(2)包括：

印刷电极组(4)；和

作为介电层的柔性聚合物基材(7)。

3.根据前述权利要求所述的触摸板装置(100)，其特征在于，所述印刷电极组(4)包括：

顶部印刷电极(6)，和

底部印刷电极(5)。

4.根据前述权利要求所述的触摸板装置(100)，其特征在于，所述柔性聚合物基材(7)作为介电层布置在所述顶部印刷电极(6)和所述底部印刷电极(5)之间。

5.根据前述权利要求所述的触摸板装置(100)，其特征在于，所述顶部印刷电极(6)和所述底部印刷电极(5)包括薄膜电阻介于10mΩ/sq/mil和20mΩ/sq/mil之间的导电银墨。

6.根据前述权利要求所述的触摸板装置(100)，其特征在于，所述顶部印刷电极(6)和所述底部印刷电极(5)独立地印刷在聚合物丝网上。

7.根据前述权利要求所述的触摸板装置(100)，其特征在于，所述柔性聚合物基材(7)包括厚度大约为50μm的聚合物基材，所述聚合物基材也作为所述介电层。

8.根据前述权利要求所述的触摸板装置(100)，其特征在于，所述绝缘膜(3)包括厚度大约低于50μm的聚合物基材。

9.将根据前述权利要求中任一项所述的印刷触摸板(2)集成在人造皮革制品(1)上的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

印刷触摸板(2)；

从上到下将人造皮革制品(1)、所述印刷触摸板(2)和绝缘膜(3)呈夹层排列结构布置；

将所述夹层排列结构同时置于3巴至4巴之间的压力范围内和130℃至160℃之间的温度范围内至少30秒的时间段。

10.根据前述权利要求所述的将印刷触摸板(2)集成在人造皮革制品(1)上的方法，其特征在于，所述触摸板(2)的印刷包括以下步骤：

在柔性聚合物基材(7)上以水平位移的方式丝网印刷顶部电极(6)；

在热烘箱中以约110℃的温度热固化所获得的第一印刷基材(7)约15分钟；

在所述柔性聚合物基材(7)的相对侧上以竖直位移的方式丝网印刷底部电极(5)；

在热烘箱中以约110℃的温度热固化第二印刷层(5)约15分钟。