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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Anzeigebedienfelder. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein leitfähiges Feld und ein Verfahren
zum Bilden eines leitfähigen Feldes, das eine mehrachsige,
mehrdimensionale Oberflächenkrümmung aufweist.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die
Technologie der Anzeigebedienfelder in der Autoindustrie ist im
Begriff, von herkömmlichen nicht interaktiven Displays
und mechanischen Schaltern auf berührungsempfindliche Bildschirme
und elektronische Sensorschalter überzugehen. Aufgrund
der Sensormaterialien und Montageeinschränkungen ist der
derzeitige Stand der Technik auf eine einfache Geometrie beschränkt
(flach oder Krümmung in eine Richtung). Eine einfache Geometrie
ist nicht mit den Industriedesign- und Leistungserwartungen der
Autoindustrie vereinbar, die Oberflächen mit mehrachsigen
komplexen Krümmungen sowie optisch annehmbare Displaylinsen
mit Hintergrundbeleuchtungseigenschaften wünscht.
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Der
derzeitige Stand der Technik umfasst getrennte elektrisch leitfähige
Materialien (Kohlenstoff, metallische und Metalloxide) und dielektrische
Materialien (Polymere), die auf diversen Trägern, zu denen
durchsichtige Folien gehören, abgeschieden werden. Derzeit
werden Folien aus metallischen Oxiden gebildet, die Einschränkungen
bezüglich des Belastungsgrads aufweisen, dem das Material
standhalten kann. Derartige Folien sind in einer Fähigkeit, in
flacher Form auf Oberflächen mit zusammengesetzter Krümmung
geklebt zu werden, ohne optische Defekte zu zeigen, eingeschränkt,
insbesondere bei Anwendungen wie etwa dreidimensionalen Berührungsbildschirmlinsen.
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Zudem
erfordern die elektrischen Zusammenschaltungsverfahren für
dreidimensionale dekorative Displays und Steuerfeldanwendungen typischerweise
mehrere getrennte ebene Elemente (z. B. Leiterplatten und Steckverbinder)
oder flexible Leiterplatten, die sich nicht der komplexen Krümmung des
dekorativen Anzeige- oder Bedienfeldes anpassen.
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Es
wäre wünschenswert, ein leitfähiges Feld und
ein Verfahren zum Bilden eines leitfähigen Feldes zu entwickeln,
wobei das leitfähige Feld und das Verfahren ein berührungsempfindliches
Feld bereitstellen, das eine komplexe Form und Kontur mit einer mehrachsigen
Krümmung aufweist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit und gemäß der vorliegenden Erfindung wurden überraschenderweise ein
leitfähiges Feld und ein Verfahren zum Bilden eines leitfähigen
Feldes entdeckt, wobei das leitfähige Feld und das Verfahren
ein berührungsempfindliches Feld bereitstellen, das eine
komplexe Form und Kontur mit einer mehrachsigen Krümmung
aufweist.
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Bei
einer Ausführungsform umfasst ein leitfähiges
Feld folgendes: eine Folienschicht, die in eine vorherbestimmte
Form gebildet wird, die eine mehrachsige, mehrdimensionale Oberflächenkrümmung aufweist;
eine leitfähige Schaltmatrix, die eine Vielzahl von elektrischen
Bahnen aufweist, die durch ein dielektrisches Material voneinander
isoliert sind, wobei die leitfähige Schaltmatrix neben
der Folienschicht angeordnet ist; und ein Substrat, das neben mindestens
einer der Folienschicht und der leitfähigen Schaltmatrix
angeordnet ist, um das leitfähige Feld zu tragen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform umfasst ein leitfähiges
Feldsystem folgendes: eine Folienschicht, die in eine vorherbestimmte
Form gebildet wird; eine leitfähige Schaltmatrix, die eine
Vielzahl von elektrischen Bahnen aufweist, die durch ein dielektrisches
Material voneinander isoliert sind, wobei die leitfähige
Schaltmatrix neben der Folienschicht angeordnet ist; und ein Substrat,
das neben mindestens einer der Folienschicht und der leitfähigen Schaltmatrix
angeordnet ist, um das leitfähige Feld zu tragen, wobei
das Substrat gebildet ist, um eine elektrische Zusammenschaltungsvorrichtung
aufzunehmen, um eine elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen
Schaltmatrix und einer sekundären Vorrichtung bereitzustellen.
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Die
Erfindung stellt auch Verfahren zum Bilden eines leitfähigen
Feldes bereit.
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Ein
Verfahren umfasst folgende Schritte: Bilden einer Folienschicht
in eine gewünschte Form; Abscheiden einer leitfähigen
Schaltmatrix auf einer Oberfläche der Folienschicht, wobei
die leitfähige Schaltmatrix eine Vielzahl von elektrisch
leitfähigen Bahnen umfasst, die durch ein dielektrisches
Material voneinander isoliert sind; und Bereitstellen eines Substrats
neben mindestens einer der Folienschicht und der leitfähigen
Schaltmatrix, um eine steife Unterlage für die Folienschicht
bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für den Fachmann ohne Weiteres aus der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hervorgehen,
wenn sie mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gesehen wird.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines leitfähigen Feldes nach einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 eine
senkrechte Draufsicht des leitfähigen Feldes aus 1.
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3 eine
senkrechte Seitenansicht des leitfähigen Feldes aus 1.
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4 eine
senkrechte Vorderansicht des leitfähigen Feldes aus 1.
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5 eine
Ausschnittsansicht im Querschnitt des leitfähigen Feldes
aus 4, an der Linie 5-5 aus 4 entlang.
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6 eine
Ausschnittsansicht im Querschnitt eines leitfähigen Feldes
nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 eine
Ausschnittsansicht im Querschnitt eines leitfähigen Feldes
nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
an der Linie 7-7 aus 4 entlang.
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8 eine
Ausschnittsansicht im Querschnitt eines leitfähigen Feldes
nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 eine
Ausschnittsansicht im Querschnitt eines leitfähigen Feldes
nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 eine
Ausschnittsansicht im Querschnitt eines leitfähigen Feldsystems,
das ein leitfähiges Feld nach einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst.
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11 eine
Querschnittsansicht des leitfähigen Feldes aus 10 nach
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
wobei das leitfähige Feld mit einer flexiblen Leiterplatte
gekoppelt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
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Die
nachstehende ausführliche Beschreibung und die beiliegenden
Zeichnungen beschreiben und erläutern verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung. Die Beschreibung und Zeichnungen dienen dazu, es
dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung durchzuführen
und zu benutzen, und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung
auf irgendeine Art und Weise einzuschränken. Mit Bezug auf
die offenbarten Verfahren sind die vorgestellten Schritte beispielhaft,
und somit ist die Reihenfolge der Schritte weder notwendig noch
ausschlaggebend.
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1 bis 4 bilden
ein leitfähiges Feld 10 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab. Das leitfähige
Feld 10 ist beispielsweise ein hintergrundbeleuchtetes
berührungsempfindliches Feld mit dekorativen Elementen.
Als anderes Beispiel mag das leitfähige Feld 10 ein
elektrolumineszentes (EL) Leuchtfeld oder ein Streifenleiterantennenfeld
sein. Das leitfähige Feld 10 weist eine gekrümmte
erste Oberfläche 12 mit einer mehrachsigen konvexen
Kontur und eine zweite Oberfläche 14 auf. Das
leitfähige Feld 10 kann jedoch eine beliebige
Gestalt, Krümmung, Form und Größe aufweisen,
wozu eine komplexe Krümmung gehört, wobei eine
komplexe Krümmung eine mehrachsige, mehrdimensionale Oberflächenkrümmung,
wie z. B. eine Kuppelform, umfasst.
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Das
leitfähige Feld 10 umfasst ein Anzeigefenster 16 und
eine Vielzahl von darin gebildeten Markierungen 18. Das
Anzeigefenster 16 ist eine optische Linse, die ein Mittel
bereitstellt, um eine (nicht gezeigte) hintergrundbeleuchtete Anzeigevorrichtung
zu betrachten, die neben der zweiten Oberfläche 14 des
leitfähigen Feldes 10 angeordnet ist. Eine leitfähige
Schaltmatrix 20 ist neben dem Anzeigefenster 16 und
jeder der Markierungen 18 angeordnet, um eine kapazitive
Sensorfunktion für das Anzeigefenster 16 und die
Markierungen 18 bereitzustellen. Wie gezeigt, umfasst die
leitfähige Schaltmatrix 20 eine X-Bahnschicht 22,
die eine Vielzahl von ersten parallelen leitfähigen Bahnen 24 aufweist,
und eine Y-Bahnschicht 26, die eine Vielzahl von zweiten parallelen
leitfähigen Bahnen 28 aufweist. Zudem umfasst
die leitfähige Schaltmatrix 20 eine Vielzahl von
diskreten Sensorkontaktstellen 29, die mit jeder der Markierungen 18 verknüpft
sind, um eine kapazitive Sensorfunktion für die Markierungen 18 bereitzustellen.
Es versteht sich, dass beliebige Mittel zum Bereitstellen einer
Sensorfunktion verwendet werden können, wie z. B. das Messen
einer Änderung der Kapazität der leitfähigen
Schaltmatrix 20. Es versteht sich ferner, dass die leitfähigen
Bahnen 24, 28 einen wesentlichen Widerstand aufweisen
können, was die Verwendung der verschiedensten Materialien
und Prozesse für die Fertigung ermöglicht.
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Als
nicht einschränkendes Beispiel kann die leitfähige
Schaltmatrix 20 für Anwendungen, bei denen die
leitfähigen Materialien undurchsichtig sein können
(d. h. sich nicht direkt auf dem Lichtweg der hintergrundbeleuchteten
Elemente befinden), aus mindestens einem von leitfähigen
Kohlenstofftinten, Metallteilchentinten (z. B. Silber) und kupferplattierten
Bahnen (additiv oder subtraktiv aufgetragen) gebildet werden.
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Für
transluzente oder im Wesentlichen transparente Anwendungen kann
die leitfähige Schaltmatrix 20 aus Metalloxiden,
wie etwa InSnO2, aus leitfähigen
Polymeren, wie etwa Poly(3,4-Ethylendioxythiophen) (PEDOT), aus
Kohlenstoffnanoröhrchen, wobei leitfähige Kohlenstoffnanoröhrchen
in einem flüssigen Material zur Abscheidung dispergiert
werden, und eine Bedampfung des flüssigen Materials zu
einer leitfähigen transparenten Folie führt, aus
Silberdispersionen, wobei fein dispergierte Nanosilberteilchen in
einer Emulsion auf eine Oberfläche aufgetragen werden und
eine sorgfältige Bedampfung zu einer einheitlichen Beschichtungsdichte
führt, die eine transparente leitfähige Folie
bereitstellt, und aus sehr feinem abgeschiedenen Kupfer, wobei extrem
dünne Kupferdrähte additiv oder subtraktiv auf
eine Oberfläche aufgetragen werden, gebildet werden.
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Zusätzlich
zu herkömmlichen Prozessen kann ein Rolle-zu-Rolle-System,
das kombinierte Tintenstrahl- und Plattierungssysteme aufweist,
verwendet werden, um sehr dünne leitfähige Bahnlinien
abzuscheiden, die mit dem menschlichen Auge kaum zu erkennen sind,
um für Anzeigeberührungsbildschirme Transparenz
zu simulieren. Ein ähnlicher Prozess wird derzeit von Conductive
Inkjet Technologies, http://www.conductiveinkjet.com,
einer Tochtergesellschaft von Carlco Plc., verwendet.
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Wie
es 5 deutlicher zeigt, umfasst das leitfähige
Feld 10 ferner eine Folienschicht 30, ein dielektrisches
Material 32, eine dekorative Schicht 34 und ein
Substrat 36. Wie gezeigt, wird die dekorative Schicht 34 auf
dem Substrat 36 angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass
das Filtern durch die Verwendung von Pigmenten und Farbstoffen erreicht
werden kann, die in der Folie 30 enthalten sind, um die
Komplexität der Verarbeitung der dekorativen Schicht 34 zu
minimieren oder aufzuheben. Das dielektrische Material 32 wird
zwischen die leitfähige Schaltmatrix 20 eingeschoben,
um die X-Bahnschicht 22 von der Y-Bahnschicht 26 zu
isolieren. Zudem mag das dielektrische Material 32 eingeschoben
werden, um die leitfähige Schaltmatrix 20 von
angrenzenden Schichten zu isolieren. Die leitfähige Schaltmatrix 20,
die das eingeschobene dielektrische Material 32 umfasst,
wird auf der dekorativen Schicht 34 angeordnet, und die
Folienschicht 30 wird auf der leitfähigen Schaltmatrix 20 angeordnet,
um das mehrschichtige leitfähige Feld 10 zu bilden.
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Die
Folienschicht 30 stellt eine umformbare Oberfläche
bereit, die zu einem geeigneten Konturmodell geformt werden kann.
Die Folienschicht 30 kann jedoch eine beliebige Gestalt,
Krümmung, Form und Größe aufweisen, wozu
eine komplexe Krümmung gehört, die eine mehrachsige,
mehrdimensionale Oberflächenkrümmung, wie z. B.
eine Kuppelform, aufweist. Die Folienschicht 30 wird typischerweise
aus einem im Wesentlichen transparenten PET (Polyester) oder PC
(Polykarbonat) gebildet. Es können jedoch andere Kunststoffe
und Harze, wie etwa PEN (Polyethylen) und PES (Polyethersulfon) verwendet
werden. Es versteht sich, dass die Folienschicht 30 auch
aus einem Material gebildet werden kann, das sich z. B. für
Sauerstoff- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, einen geringen
Wärmeausdehnungskoeffizienten, hohe Temperaturfestigkeit
für die Verarbeitung und Doppelbrechung eignet.
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Das
dielektrische Material 32 wird zwischen mindestens eines
von dem Substrat 36 und der leitfähigen Schaltmatrix 20,
der leitfähigen Schaltmatrix 20 und der dekorativen
Schicht 34, und der Folienschicht 30 und der leitfähigen
Schaltmatrix 20 eingeschoben, um dazwischen einen Isolierstoff
bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel ist
das dielektrische Material 32 eine dielektrische Tinte.
Es versteht sich, dass dielektrische Tinten auf Polymeren basieren,
unter Verwendung eines Lösemittels, das entweder durch
Bedampfung oder durch ultraviolette Photoinitiierung ausgehärtet
wird.
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Die
Schicht aus dielektrischem Material 32 mag auch ein Sperrmaterial
umfassen. Es versteht sich, dass Sperrmaterialien dazu dienen, die
Migrationsrate von Sauerstoff und Feuchtigkeit einzuschränken,
welche die Leistung beeinträchtigen können. Beispielsweise
erfordern bestimmte elektronische Sensormaterialien, wie etwa organische Leuchtdioden
(OLED) und elektrolumineszente (EL) Phosphoren, einen besseren Sperrschutz
gegen Sauerstoff und Wasserdampf. Entsprechend kann das dielektrische
Material 32 Glas umfassen, das im Wesentlichen für
Sauerstoff und Wasserdampf undurchlässig ist. Als weiteres
nicht einschränkendes Beispiel kann das dielektrische Material 32 eine
einlagige Gassperrfolie, wie etwa anorganische SiOx-, AlOx-Materialien
umfassen, die auf ein Polymerfoliensubstrat abgeschieden werden,
und mehrlagige Gassperrfolien umfassen. Insbesondere werden mehrere
Lagen von anorganischem AlOx und organischen (Acrylat-)Polymeren
verwendet, um die begrenzte Leistung von einlagigen Folien, die
durch mikroskopische Defekte der Beschichtung verursacht wird, zu
verbessern.
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Die
dekorative Schicht 34 umfasst typischerweise Tinten für
undurchsichtige, transluzente und gefilterte transparente Anwendungen.
Die dekorativen Tinten erfordern Materialeigenschaften, um sie zu
befähigen, dem In-Mold-Prozess standzuhalten und den Formgebungsbelastungen
standzuhalten, ohne Lichtlecks und Qualitätsverlust im
Erscheinungsbild aufzuweisen. Die tatsächliche Leistung
ist davon abhängig, ob es sich bei der Anwendung um Drucken
auf der Vorderseite oder auf der Rückseite handelt, insbesondere
bei Drucken auf der Rückseite, weil das spritzgegossene
Harz bei Hitze und Druck die Tinten berührt. Dekorative
Tinten basieren typischerweise auf Polyester oder Polykarbonat,
das den hohen Temperaturen und Drücken des Gießprozesses
ohne Auswaschen standhalten kann.
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Das
Substrat 36 wird typischerweise aus Harzen für
transparente und/oder hintergrundbeleuchtete Anwendungen gebildet,
wobei das Kunststoffharz eine geeignete Transparenz aufweisen muss
und PC und PMMA (Acryl) typische Hauptmaterialien sind, die derzeit
bei In-Mold-Dekorationsprozessen verwendet werden.
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Im
Gebrauch werden die leitfähige Schaltmatrix
20 und
die Beschichtungen aus dielektrischem Material auf die Folienschicht
30 aufgetragen.
Die Folienschicht
30 wird in eine vorherbestimmte Form gebildet,
die eine geeignete Kontur und Krümmung aufweist. Zudem
kann die dekorative Schicht
34 aufgetragen werden, um dem
beabsichtigten Aussehen gerecht zu werden, wozu undurchsichtige
Farben, Anzeigelinsenfilter, Markierungen und hintergrundbeleuchtete
Diffusionsbeschichtungen gehören. Das im Wesentlichen durchsichtige
Substrat
36 wird dann hinter der gebildeten Folienschicht
30 aufgetragen, um
strukturelle und andere feldbezogene Funktionsmerkmale bereitzustellen,
die für das leitfähige Feld
10 benötigt
werden. Das Abscheiden der leitfähigen Schaltmatrix
20 und
des dielektrischen Materials
32 kann vor dem Bilden der
Folienschicht
30 oder nach dem Bilden erfolgen, je nach
der Technologie, die für die leitfähige Schaltmatrix
20 verwendet
wird, und den Eigenschaften des dielektrischen Materials
32. Es
versteht sich, dass diverse Formgebungsprozesse verwendet werden
können, um die Folienschicht
30 zu formen, wie
etwa das Thermoformen, das in den
US-Patenten
Nr. 2,365,637 ,
2,377,946 und
2,368,697 beschrieben wird,
das Hochdruckformen, das in den
US-Patenten
Nr. 5,217,563 und
6,257,866 beschrieben
wird, das Hydroformen, das in dem
US-Patent
Nr. 2,348,921 beschrieben wird, und die In-Mold-Dekorationsprozesse,
die in dem
US-Patent Nr. 3,122,598 beschrieben
werden, die jeweils hier zur Bezugnahme vollständig übernommen
werden. Es versteht sich, dass andere Formgebungsprozesse und Verfahren
verwendet werden können, wie z. B. Kaltprägen
und Varianten des Thermoformens, des Hochdruckformens, des Hydroformens
und des In-Mold-Formens.
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Nachdem
es in die gewünschte Kontur und Form gebildet wurde, stellt
das leitfähige Feld 10 für einen Benutzer
eine Sensorfunktion auf einer gekrümmten Oberfläche
bereit. Insbesondere sind die leitfähigen Bahnen 24, 28 durch
das dielektrische Material 32 elektrisch voneinander isoliert.
Es besteht eine Betriebskapazität zwischen jeder der leitfähigen
Bahnen 24, 28, und es besteht eine Streukapazität
zwischen jeder der leitfähigen Bahnen 24, 28 und
einer Erdung. Ein Finger, der in der Nähe der leitfähigen
Schaltmatrix 20 positioniert wird, ändert die Werte
der Betriebskapazität und der Streukapazität der
leitfähigen Bahnen 24, 28. Das Ausmaß der Änderung
ist von der Position des Fingers im Verhältnis zu den leitfähigen
Bahnen 24, 28 abhängig. Bei bestimmten
Ausführungsformen kann die leitfähige Schaltmatrix 20 dazu
geeignet sein, mit einer elektrolumineszenten (EL) Phosphorschicht
zusammenwirken, um eine Beleuchtungsfunktion bereitzustellen. Bei
anderen Ausführungsformen kann die leitfähige Schaltmatrix 20 dazu
geeignet sein, als Streifenleiterantenne zu dienen.
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6 bildet
eine Querschnittsansicht eines leitfähigen Feldes 10' gemäß einer
alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ab, ähnlich wie das leitfähige Feld 10 aus 1 bis 5,
außer wie nachstehend beschrieben. Der Aufbau, der sich aus
der Beschreibung von 1 bis 5 wiederholt,
umfasst die gleichen Bezugsnummern. Wie gezeigt, umfasst das leitfähige
Feld 10' die dekorative Schicht 34, die neben
der Folienschicht 30 angeordnet ist, so dass die dekorative
Schicht 34 sich zwischen der Folienschicht 30 und
der leitfähigen Schaltmatrix 20 befindet. Es versteht
sich, dass ein Filtern durch die Verwendung von Pigmenten und Farbstoffen
erreicht werden kann, die in der Folienschicht 30 enthalten
sind, um die Komplexität der Verarbeitung der dekorativen
Schicht 34 zu minimieren oder aufzuheben. Zudem ist das
dielektrische Material 32 zwischen der leitfähigen
Schaltmatrix 20 und dem Substrat 36 für
eine geeignete Isolierung angeordnet.
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Im
Gebrauch werden die leitfähige Schaltmatrix 20,
die Beschichtungen aus dielektrischem Material und die dekorative
Schicht 34 auf die Folienschicht 30 aufgetragen.
Die Folienschicht 30 wird in eine vorherbestimmte Form
gebildet, die eine geeignete Kontur und Krümmung aufweist.
Das im Wesentlichen durchsichtige Substrat 36 wird dann
hinter der gebildeten Folienschicht 30 aufgetragen, um strukturelle
und andere feldbezogene Funktionsmerkmale bereitzustellen, die für
das leitfähige Feld 10' benötigt werden.
Das Abscheiden der leitfähigen Schaltmatrix 20 und
des dielektrischen Materials 32 und der dekorativen Schicht 34 kann
vor dem Bilden der Folienschicht 30 oder nach dem Bilden
erfolgen, je nach der Technologie, die für die leitfähige
Schaltmatrix 20 verwendet wird, und den Eigenschaften des
dielektrischen Materials 32 und der dekorativen Schicht.
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7 bildet
eine Querschnittsansicht eines leitfähigen Feldes 10'' entlang
der Linie 7-7 aus 4 gemäß einer
anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab, ähnlich
wie das leitfähige Feld 10 aus 1 bis 5,
außer wie nachstehend beschrieben. Der Aufbau, der sich
aus der Beschreibung von 1 bis 5 wiederholt,
umfasst die gleichen Bezugsnummern. Die Änderungen des
in 1 bis 5 gezeigten Aufbaus umfassen
die gleichen Bezugsnummern und zwei Striche ('').
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Das
leitfähige Feld 10'' umfasst eine dekorative Schicht 34'',
die eine undurchsichtige Filterbeschichtung 37 aufweist.
Wie gezeigt, wird die dekorative Schicht 34'' neben der
Folienschicht 30 angeordnet, so dass die dekorative Schicht 34'' zwischen
der leitfähigen Schaltmatrix 20 und der Folienschicht 30 eingeschoben
wird.
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Im
Gebrauch blockiert die undurchsichtige Filterbeschichtung 37 im
Wesentlichen das Licht, das von der hintergrundbeleuchteten Vorrichtung
durch die Folienschicht 30 entweicht. Wie gezeigt, wird
ein Abschnitt der dekorativen Schicht 34'' gebildet, um Licht
durch die dekorative Schicht 34'' und in die Folienschicht 30 durchzulassen.
Als nicht einschränkendes Beispiel kann man das Licht eine
grafische Markierung 18'' beleuchten lassen, die in der
dekorativen Schicht 34'' gebildet ist, während
man Licht außerhalb der Markierung 18'' blockiert.
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8 bildet
eine Querschnittsansicht eines leitfähigen Feldes 10''' gemäß einer
alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ab, ähnlich wie das leitfähige Feld 10'' aus 7,
außer wie nachstehend beschrieben. Der Aufbau, der sich
aus der Beschreibung von 7 wiederholt, umfasst die gleichen
Bezugsnummern.
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Wie
gezeigt, umfasst das leitfähige Feld
10''' eine
Erdungsschicht
38 in elektrischer Verbindung mit der leitfähigen
Schaltmatrix
20, um die Anfälligkeit für
elektrisches Rauschen zu minimieren. Zudem wird eine elektrolumineszente
(EL) Schicht
39 zwischen einer ersten Elektrode
40 und
einer zweiten Elektrode
41 angeordnet, um eine EL-Leuchtanwendung
bereitzustellen, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist.
Es versteht sich, dass eine beliebige EL-Leuchtvorrichtung und ein
beliebiger Aufbau enthalten sein können, wie etwa die Leuchten,
die in den
US-Patenten Nr. 5,051,654 und
5,811,930 beschrieben werden,
die jeweils hier zur Bezugnahme vollständig übernommen
werden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die erste
Elektrode
40 von der Erdungsschicht
38 beabstandet
und das dielektrische Material
32 ist dazwischen angeordnet.
Es versteht sich, dass andere Anordnungen des dielektrischen Materials
32,
der Erdungsschicht
38 und der EL-Schicht
39 verwendet
werden können. Die EL-Schicht
39 kann aus einem
elektrolumineszenten Material, wie etwa elektrolumineszenten Phosphoren,
die mit den elektrischen Funktionen der Elektroden
40,
41 zusammenwirken,
gebildet werden, um die EL-Leuchtanwendung bereitzustellen. Die
erste Elektrode
40 wird typischerweise aus einem im Wesentlichen
transparenten leitfähigen Material ähnlich wie
die leitfähige Schicht
20 (z. B. PEDOT) gebildet. Die
zweite Elektrode
41 wird typischerweise aus einem gedruckten
leitfähigen Metall, wie z. B. Metallnanoröhrchen
und dispergierten Silberteilchen, gebildet.
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Im
Gebrauch werden die leitfähige Schaltmatrix 20,
die Beschichtungen aus dielektrischem Material 32 und die
Erdungsschicht 38 auf die Folienschicht 30 aufgetragen.
Die Folienschicht 30 wird in eine vorherbestimmte Form
gebildet, die eine geeignete Kontur und Krümmung aufweist.
Zudem kann die dekorative Schicht 34'' aufgetragen werden,
um dem beabsichtigten Aussehen gerecht zu werden, wozu undurchsichtige
Farben, Anzeigelinsenfilter, Markierungen und hintergrundbeleuchtete
Diffusionsbeschichtungen gehören. Die EL-Schicht 39,
die zwischen die Elektroden 40, 41 gelegt ist,
wird auf die gebildete Folienschicht 30 aufgetragen, um
die EL-Leuchtfunktionalität hinzuzufügen. Schließlich wird
das im Wesentlichen durchsichtige Substrat 36 dann hinter
der gebildeten Folienschicht 30 aufgetragen, um strukturelle
und andere feldbezogene Funktionsmerkmale bereitzustellen, die für
das leitfähige Feld 10''' benötigt werden.
Das Abscheiden der leitfähigen Schaltmatrix 20 und
des dielektrischen Materials 32, der Erdungsschicht 38 und
der EL-Schicht 39 kann vor dem Bilden der Folienschicht 30 oder nach
dem Bilden erfolgen, je nach der Technologie, die für die
leitfähige Schaltmatrix 20 verwendet wird, den
Eigenschaften des dielektrischen Materials 32, dem Material,
das für die Erdungsschicht 38 verwendet wird,
und der EL-Schicht 39. Nachdem sie gebildet wurden, befinden
sich die Elektroden 40, 41 in elektrischer Verbindung
mit der EL-Schicht 39, um einen elektrischen Strom für
die EL-Schicht 39 bereitzustellen, um Licht aus dem leitfähigen
Feld 10''' zu erzeugen und zu emittieren.
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9 bildet
eine Querschnittsansicht eines leitfähigen Feldes 10'''' gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab, ähnlich
wie das leitfähige Feld 10 aus 1 bis 5,
außer wie nachstehend beschrieben. Der Aufbau, der sich
aus der Beschreibung von 1 bis 5 wiederholt, umfasst
die gleichen Bezugsnummern. Die Änderungen des in 1 bis 5 gezeigten
Aufbaus umfassen die gleichen Bezugsnummern und vier Striche ('''').
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Wie
gezeigt, wird die dekorative Schicht 34 auf der Folienschicht 30 angeordnet,
so dass die Folienschicht 30 zwischen der dekorativen Schicht 34 und
der leitfähigen Schaltmatrix 20 eingeschoben ist. Zudem
wird eine Schutzschicht 42 auf der dekorativen Schicht 34 angeordnet,
um eine Oberflächensperre bereitzustellen, um Schäden
für die darunterliegenden Schichten zu minimieren.
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Im
Gebrauch werden die leitfähige Schaltmatrix 20 und
die Beschichtungen aus dielektrischem Material auf die Folienschicht 30 aufgetragen.
Die Folienschicht 30 wird in eine vorherbestimmte Form gebildet,
die eine geeignete Kontur und Krümmung aufweist. Zudem
kann die dekorative Schicht 34 auf die Folienschicht 30 aufgetragen
werden, um dem beabsichtigten Aussehen gerecht zu werden, wozu undurchsichtige
Farben, Anzeigelinsenfilter, Markierungen und hintergrundbeleuchtete
Diffusionsbeschichtungen gehören. Das im Wesentlichen durchsichtige
Substrat 36 wird dann hinter der gebildeten Folienschicht 30 aufgetragen,
um strukturelle und andere feldbezogene Funktionsmerkmale bereitzustellen,
die für das leitfähige Feld 10'''' benötigt
werden. Das Abscheiden der leitfähigen Schaltmatrix 20,
des dielektrischen Materials 32 und der dekorativen Schicht 34 kann
vor dem Bilden der Folienschicht 30 oder nach dem Bilden
erfolgen, je nach der Technologie, die für die leitfähige
Schaltmatrix 20 verwendet wird, und den Eigenschaften des
dielektrischen Materials 32. Das Platzieren der dekorativen
Schicht 34 auf der Folienschicht 30 stellt ein
Mittel bereit, um die leitfähige Schaltmatrix 20 und
andere elektronische Schichten durch die Filter und Beschichtungen
zu verdecken, die in der dekorativen Schicht 34 enthalten
sind. Zudem kann der Herstellungsprozess in getrennte Phasen unterteilt
werden, zu denen eine elektronische Herstellungsphase, bei der die
leitfähige Schaltmatrix 20 auf die Folienschicht 30 aufgetragen wird,
und eine dekorative Phase, bei der die dekorative Schicht 34 auf
die Folienschicht 30 aufgetragen wird, gehören,
wodurch eine effiziente Herstellungslogistik bereitgestellt wird.
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10 bildet
eine Querschnittsansicht eines leitfähigen Feldsystems 100 nach
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab. Wie
gezeigt, umfasst das leitfähige Feldsystem 100 ein
leitfähiges Feld 110, ähnlich wie das
leitfähige Feld 10 aus 1 bis 5,
außer wie nachstehend beschrieben. Der Aufbau, der sich
aus der Beschreibung von 1 bis 5 wiederholt,
umfasst die gleichen Bezugsnummern.
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Wie
gezeigt, umfasst das leitfähige Feld 110 ein Zierleistenelement 43,
das auf der Folienschicht 30 angeordnet ist, um ästhetische
Unstimmigkeiten zu maskieren, die durch eine Öffnung 44 verursacht werden,
die sich in dem Substrat 36 bildet. Zudem stellt das Zierleistenelement 43 eine
strukturelle Abstützung für das leitfähige
Feld 110 bereit. Alternativ kann sich die Öffnung 44 an
einer ästhetisch unwichtigen Stelle des leitfähigen
Feldes 110 befinden, damit kein Zierleistenelement 43 notwendig
ist. Die Öffnung 44 ist dazu geeignet, um eine
elektrische Zusammenschaltungsvorrichtung 45 aufzunehmen,
um eine elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen
Feld 110 und einer sekundären Vorrichtung 46 bereitzustellen,
wie z. B. einer elektrischen Energiequelle, einer Kapazitätsmessvorrichtung
und einem Prozessor.
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Die
elektrische Zusammenschaltungsvorrichtung 45 umfasst eine
Vielzahl von elektrischen Zuleitungen 47, ein Stromkabel 48 und
Befestigungsmittel 50. Als nicht einschränkendes
Beispiel ist die elektrische Zusammenschaltungsvorrichtung 45 ein herkömmlicher
elektrischer Steckverbinder. Als weiteres Beispiel ist die elektrische
Zusammenschaltungsvorrichtung 45 eine flexible Leiterplatte.
Es können andere Zusammenschaltungsvorrichtungen zum Bereitstellen
elektrischer Querverbindungen verwendet werden.
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Die
elektrischen Zuleitungen 47 werden mit einem Abschnitt
der leitfähigen Matrix 20 gekoppelt, um eine elektrische
Verbindung zwischen der leitfähigen Matrix 20 und
der sekundären Vorrichtung 46 bereitzustellen.
Ein elektrisch leitfähiges Epoxidharz 52 wird
zwischen den elektrischen Zuleitungen 47 und der leitfähigen
Schaltmatrix 20 aufgetragen. Als nicht einschränkendes
Beispiel kann das leitfähige Epoxidharz 52 ein
bei niedriger Temperatur aushärtendes Epoxidharz sein.
Als weiteres Beispiel kann das leitfähige Epoxid ein EP-600
mit Silber gefüllter Epoxidklebstoff sein, wie er von Conductive
Compounds hergestellt wird. Es können andere elektrisch
leitfähige Epoxidmaterialien verwendet werden.
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Das
Stromkabel 48 steht mit der elektrischen Zusammenschaltungsvorrichtung 45 und
der sekundären Vorrichtung 46 in elektrischer
Verbindung. Das Stromkabel 48 kann eine beliebige Vorrichtung,
ein Draht oder eine elektrische Leitung sein, um elektrischen Strom
zu übertragen, wie z. B. ein Flachkabel.
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Das
Befestigungsmittel 50 koppelt die elektrische Zusammenschaltungsvorrichtung 45 selektiv mit
dem Substrat 36 und stellt dabei eine Ausrichtungsfunktion
und eine Zugentlastungsfunktion an der Verbindung aus Epoxidharz 52 zwischen
den Zuleitungen 47 und der leitfähigen Schaltmatrix 20 bereit.
Die Befestigungsmittel 50 können ein beliebiges Element
oder eine beliebige Vorrichtung zum Ausrichten und Koppeln der elektrischen
Zusammenschaltungsvorrichtung 45 mit dem Substrat 36 des leitfähigen
Feldes 110 sein, wie z. B. Nieten, Schrauben und Halteklammern.
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Im
Gebrauch stellt die elektrische Zusammenschaltungsvorrichtung 45 ein
Mittel für die elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen
Schaltmatrix 20 und der sekundären Vorrichtung 46 bereit, das
mit diversen Modellen und Krümmungen des leitfähigen
Feldes 110 kompatibel ist. Zusammen mit dem leitfähigen
Epoxidharz 52 koppelt das Befestigungsmittel 50 die
elektrische Zusammenschaltungsvorrichtung 45 sicher mit
dem Substrat 36 und richtet dabei die Zuleitungen 47 der
elektrischen Zusammenschaltungsvorrichtung 45 auf einen
geeigneten Abschnitt der leitfähigen Schaltmatrix 20 aus.
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11 zeigt
das leitfähige Feld 110 aus 10,
das mit einer flexiblen Leiterplatte 54 gekoppelt ist,
gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Der Aufbau, der sich aus der Beschreibung von 10 wiederholt,
umfasst die gleichen Bezugsnummern. Wie gezeigt, ist die flexible
Leiterplatte 54 mit dem Substrat 36 des leitfähigen Feldes 110 durch
eine Vielzahl von Halteelementen 56 gekoppelt. Es versteht
sich, dass beliebige Mittel zum Ausrichten und Koppeln der flexiblen
Leiterplatte 54 mit dem Substrat 36 verwendet
werden können, wie z. B. Klammern.
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Im
Gebrauch stellt die flexible Leiterplatte 54 ein Mittel
für die elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen
Schaltmatrix 20 und der sekundären Vorrichtung 46 bereit,
das mit diversen Modellen und Krümmungen des leitfähigen
Feldes 110 kompatibel ist. Zusammen mit dem leitfähigen
Epoxidharz 52 koppeln die Halteelemente 56 die
flexible Leiterplatte 54 sicher mit dem Substrat 36 und
richten dabei die flexible Leiterplatte 54 auf einen geeigneten
Abschnitt der leitfähigen Schaltmatrix 20 aus.
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Das
leitfähige Feld 10, 10', 10'', 10''', 10'''', 110 vereint
auf wirksame Art und Weise ein dekoratives Erscheinungsbild und
eine elektronische Verarbeitung, um ein hintergrundbeleuchtungsfähiges
Display mit elektronischen Funktionen, wie etwa kapazitives Abtasten,
integrale EL Beleuchtung und Streifenleiterantennen, hervorzubringen.
Die Verwendung diverser Formgebungsprozesse, die Wärme
und Druck umfassen, die in der Lage sind, eine mehrachsige Belastung
auf die Folienschicht 30 auszuüben, stellen die
Erzeugung einer variablen Geometrie bereit, die von ebenen und einfachen
einachsigen Modellen bis zu Modellen mit komplexer Krümmung
und Kontur reicht. Der Ausgleich von elektronischen Leistungsänderungen
(z. B. der Kapazität), die während und nach dem
Formgebungsprozess auftreten, wird durch mindestens eines von Materialabscheidungseinstellungen,
wie etwa eine Änderung der Vorlagenlinienbreite und der
Tiefe der leitfähigen Bahnen 24, 28 in
selektiven Bereichen, und der Messung von Eigenschaftsänderungen
nach der Formgebung für Berechnungen zum Kalibrieren der
Kapazität und nachfolgende Modifikationen erreicht.
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Die
Vereinigung von Dekor- und Sensortechnologien mit der Folienschicht 30 beseitigt
eine optische Schnittstelle zwischen den dekorativen und den elektronischen
Sensorelementen. Der derzeitige Stand der Technik für die
getrennte Verarbeitung der dekorativen und elektronischen Sensorfunktionen wird
durch das Hinzufügen einer optischen Klebeschicht erreicht,
die inhärente optische Verluste, wie etwa Trübung,
Transmission und Farbverschiebung, oder eine Luftschnittstelle umfasst,
welche die Transmission minimiert und interne Reflexionen maximiert.
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Die
Vereinigung der Dekor- und Sensortechnologien mit der Folienschicht 30 verbessert
auch die Sensorleistung, indem der dielektrische Abstand reduziert
wird, um den die leitfähige Schaltmatrix 20 von
der Vorderseite des leitfähigen Feldes 10', 10'', 10''', 10'''', 110 im
Vergleich zum derzeitigen Stand der Technik entfernt ist, der aus
Struktur- und Herstellungsgründen ein relativ dickes Feld
vor der Sensormatrix benötigt.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung kann der Fachmann ohne Weiteres die
wesentlichen Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ermitteln und,
ohne ihren Geist und Umfang zu verlassen, diverse Änderungen
und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen
Anwendungen und Verhältnissen anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2365637 [0035]
- - US 2377946 [0035]
- - US 2368697 [0035]
- - US 5217563 [0035]
- - US 6257866 [0035]
- - US 2348921 [0035]
- - US 3122598 [0035]
- - US 5051654 [0043]
- - US 5811930 [0043]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - http://www.conductiveinkjet.com [0028]