DE102012102804B3 - Schaltelemente mit überlappenden Leiterbahnen und Verfahren zum Ausbilden einer Schaltungskonfiguration - Google Patents

Schaltelemente mit überlappenden Leiterbahnen und Verfahren zum Ausbilden einer Schaltungskonfiguration Download PDF

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Abstract

Durch Ausbilden eines Schaltelements, bei welchem eine auf einer ersten Substratschicht ausgebildete und mit einem elektrischen Verbraucher verbundene erste Leiterbahn mit einer auf einer zweiten Substratschicht ausgebildeten und mit einer elektrischen Spannungsquelle verbundenen zweiten Leiterbahn im Bereich eines Abstandselements überlappt, lassen sich schaltbare flexible Displays zu geringen Kosten und mit großer Genauigkeit herstellen. Insbesondere erfordert das erfindungsgemäße Schaltelement keine nachfolgende elektrische Kontaktierung, sondern lässt sich in einem Arbeitsgang fertigen. Die Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zum Ausbilden eines solchen Schaltelements und zugehöriger Schaltungskonfigurationen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf druckbare Schaltungskonfigurationen, insbesondere für elektrochrome Displays, sowie Verfahren zum Ausbilden solcher Schaltungskonfigurationen.
  • Hintergrund und Stand der Technik
  • In vielen Anwendungen, beispielsweise für Kinderspielzeug und Gesellschaftsspiele ebenso wie für Grußkarten oder für Magazine, besteht der Bedarf nach einem flexiblen, dünnen elektronischen Anzeigeelement, welches preisgünstig in großer Zahl hergestellt werden kann und auf Knopfdruck aktiviert werden kann, um eine Schrift, ein Bild oder einen Bewegungsablauf darzustellen. Im Stand der Technik sind zu diesem Zweck elektrochrome Displays und elektrolumineszente Displays entwickelt worden, deren Komponenten einschließlich des Anzeigeelements, einer elektrochemischen Batterie zur Spannungsversorgung und der Leiterbahnen und Schaltelemente sämtlich in einem Druckverfahren, beispielsweise einem Siebdruckverfahren, ausgebildet werden können. Solche Displays und Herstellungsverfahren sind beispielsweise in der Patentschrift US 6,369,793 B1 beschrieben. Dabei werden ein Anodenelement der Batterie, das elektrochrome Anzeigeelement und eine das Anodenelement und das Anzeigeelement verbindende erste Leiterbahn auf einen ersten Teilbereich eines flexiblen Kunststoffsubstrats gedruckt. Ein Kathodenelement der Batterie und eine zweite Leiterbahn werden auf einen zweiten Teilbereich des Substrats gedruckt. Die Anode ist nach dem Drucken zunächst noch von der Kathode getrennt, so dass keine Elektrolytreaktion stattfindet und die Batterie inaktiv ist. Durch Falten des Substrats entlang einer vorbestimmten Faltlinie kann das Kathodenelement in einem nachfolgenden Schritt mit dem Anodenelement über eine auf die Anode gedruckte Elektrolytschicht in Kontakt gebracht werden, so dass die Batterie aktiviert wird. Durch Kontaktieren der zweiten Leiterbahn mit dem Anzeigeelement kann dann der Stromkreis geschlossen und das Anzeigeelement aktiviert werden. In der ersten Leiterbahn oder zweiten Leiterbahn können zusätzlich Unterbrechungen vorgesehen sein, die über Druckkontaktschalter, welche gleichfalls auf dem ersten bzw. zweiten Substrat aufgedruckt werden können, geschlossen werden können. Dies ermöglicht ein reversibles Aktivieren des elektrochromen Displays.
  • Der Einsatz flexibler Substrate und der Siebdrucktechnologie, wie sie in der US'793 beschrieben sind, ermöglichen eine Fertigung dünner elektrochromer Displays für eine große Vielzahl von Anwendungen und zu verhältnismäßig geringen Kosten. Nachteilig am Stand der Technik ist jedoch der zusätzliche Kontaktierungsschritt, welcher nach dem Falten des zweiten Teilbereichs des Substrats über den ersten Teilbereich des Substrats erforderlich ist, um die zweite Leiterbahn mit dem Anzeigeelement zu verbinden. Dieser Kontaktierungsschritt erhöht die Fertigungszeiten und ist in der Praxis auch fehlerbehaftet. Eine zuverlässige Kontaktierung erfordert einen großen Herstellungsaufwand, wodurch sich die Fertigungszeiten und Fertigungskosten signifikant erhöhen. Das Ausbilden der Schaltelemente erhöht den Produktionsaufwand zusätzlich.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, Schaltelemente und zugehörige Schaltungskonfigurationen sowie Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die eine schnelle, kostengünstige und zuverlässige Fertigung elektrochromer oder ähnlicher Anzeigeelemente ermöglichen.
  • Überblick über die Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch eine Schaltgruppe nach Anspruch 1 bzw. durch die Verfahren zum Ausbilden einer Schaltgruppe bzw. zum Ausbilden einer Schaltungskonfiguration nach den Ansprüchen 7 und 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Eine erfindungsgemäße Schaltgruppe umfasst eine erste Substratschicht, insbesondere eine flexible erste Substratschicht, auf welcher eine erste Leiterbahn ausgebildet ist, wobei die erste Leiterbahn mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, und eine zweite Substratschicht, insbesondere eine flexible zweite Substratschicht, auf welcher eine zweite Leiterbahn ausgebildet ist, wobei die zweite Leiterbahn mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist und die erste Leiterbahn zumindest teilweise überlappt. Die erfindungsgemäße Schaltgruppe umfasst ferner ein Schaltelement mit einem Abstandselement, welches in einer offenen Schalterstellung des Schaltelements die zweite Leiterbahn von der ersten Leiterbahn räumlich und elektrisch trennt, wobei das Abstandselement derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement durch Ausüben einer Druckkraft auf die erste Substratschicht und/oder die zweite Substratschicht in eine geschlossene Schalterstellung übergeht, in welcher die zweite Leiterbahn die erste Leiterbahn berührt.
  • Die zweite Leiterbahn kann in der erfindungsgemäßen Schaltgruppe der ersten Leiterbahn zugewandt sein. Insbesondere kann die erste Leiterbahn auf einer Oberseite der ersten Substratschicht ausgebildet sein, welche einer Unterseite der zweiten Substratschicht, auf der die zweite Leiterbahn ausgebildet ist, zugewandt ist bzw. gegenüberliegt. Das Abstandselement kann zwischen der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn und/oder zwischen der ersten Substratschicht und der zweiten Substratschicht ausgebildet sein. Die erste Substratschicht und die zweite Substratschicht sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn können also zwischen der ersten Substratschicht und der zweiten Substratschicht in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sein, welche in der offenen Schalterstellung durch das im Überlappungsbereich zwischen der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn ausgebildete Abstandselement räumlich und elektrisch getrennt sind. Durch Ausüben einer Druckkraft auf die erste Substratschicht und/oder zweite Substratschicht in eine Richtung normal zu den Substratoberflächen im Überlappungsbereich der zweiten Leiterbahn mit der ersten Leiterbahn kann der Abstand zwischen den Ebenen bzw. Leiterbahnen überwunden werden, so dass die zweite Leiterbahn die erste Leiterbahn berührt und der Schalter in die geschlossene Schalterstellung übergeht.
  • Ein Vorteil dieser Konfiguration gegenüber dem Stand der Technik liegt insbesondere darin, dass das erste Leiterelement und das zweite Leiterelement bei der Herstellung auf unterschiedlichen Substratschichten ausgebildet werden können, so dass sie bereits im Fertigungsprozess mit den entsprechenden elektrischen Komponenten, d. h. dem elektrischen Verbraucher bzw. der elektrischen Spannungsquelle, fest verbunden werden können. Durch das Verbinden der zweiten Substratschicht mit der ersten Substratschicht, beispielweise durch ein Falten des Substrats, wie es vorangehend mit Bezug auf die US'793 beschrieben wurde, können die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn dann in Überlapp gebracht werden, wobei sich im Überlappbereich, in welchem das Abstandselement ausgebildet ist, ein Druckschalter zum reversiblen Schalten ausbildet.
  • Das Schaltelement kann dabei zumindest einen Teilbereich der ersten Substratschicht mit der darauf ausgebildeten ersten Leiterbahn und zumindest einen Teilbereich der zweiten Substratschicht mit der darauf ausgebildeten zweiten Leiterbahn im Überlappungsbereich der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn sowie das zwischen der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn ausgebildete Abstandselement umfassen.
  • Die erfindungsgemäße Schaltgruppe ermöglicht es insbesondere, alle Komponenten eines elektrochromen oder elektrolumineszenten Displays, d. h. insbesondere das Anzeigeelement, die Leiterbahnen, die Batterie und den Schalter, in einem einzigen Arbeitsgang zu fertigen, in welchem auch bereits alle notwendigen Kontaktierungen vorgenommen werden. Dadurch entfällt der aufwendige nachgelagerte Schritt einer sicheren elektrischen Kontaktierung des Anzeigeelements mit dem Schalter und/oder der Batterie. Die Erfindung ermöglicht es daher, Anzeigeelemente schneller, kostengünstiger und mit niedriger Fehlerrate bzw. hoher Genauigkeit herzustellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Abstandselement auf der ersten Leiterbahn und/oder auf der zweiten Leiterbahn auf. Insbesondere kann das Abstandselement vollständig auf der ersten Leiterbahn und/oder vollständig auf der zweiten Leiterbahn aufliegen. Auf diese Weise wird im Überlappungsbereich der Leiterbahnen in der offenen Schalterstellung eine zuverlässige räumliche und elektrische Trennung der Leiterbahnen erreicht, bei Ausüben einer Druckkraft auf die erste Substratschicht und/oder zweite Substratschicht jedoch ein ebenso zuverlässiges Schließen des Schalters ermöglicht.
  • Vorzugsweise überlappen die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn ausschließlich im Bereich des Abstandselements. Auf diese Weise wird ein unbeabsichtigter Kurzschluss des Schaltelements wirkungsvoll vermieden.
  • Das Abstandselement kann insbesondere ein elektrisch isolierendes und/oder dielektrisches Abstandselement sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abstandselement ein Ringelement, insbesondere ein Kreisringelement. Ein Ringelement im Sinne der Erfindung kann insbesondere ein einfach zusammenhängender Körper sein, welcher in seinem Inneren eine Öffnung freilässt, durch welche hindurch bei dem Ausüben der Druckkraft die Kontaktierung zwischen der zweiten und der ersten Leiterbahn erfolgt.
  • Das Abstandselement kann auch mehrere räumlich voneinander getrennte Abstandshalter umfassen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Abstandselement gestanzten oder gedruckten Kunststoff.
  • Das Abstandselement kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Schaltelement beim Zurücknehmen der Druckkraft in die offene Schalterstellung zurückkehrt. Dadurch lässt sich der Schalter reversibel öffnen und schließen.
  • Insbesondere können die erste Substratschicht und/oder die zweite Substratschicht zumindest im Überlappungsbereich der zweiten Leiterbahn mit der ersten Leiterbahn ein Formgedächtnis-Material, insbesondere ein Formgedächtnis-Polymer, umfassen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schaltgruppe ein Arretierelement zum Arretieren des Schaltelements in der geschlossenen Schalterstellung. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn das Schaltelement nur zum einmaligen oder erstmaligen Aktiveren des elektrischen Verbrauchers eingesetzt werden soll, der elektrische Verbraucher nach dem Zurücknehmen der Druckkraft aktiviert bleiben soll und ein reversibles Schalten nicht erforderlich oder nicht erwünscht ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Arretierelement ein Klebeelement, beispielsweise einen Klebstoff, umfassen. Der Klebstoff kann beispielsweise zwischen der ersten Substratschicht und der zweiten Substratschicht im Überlappungsbereich der Leiterbahnen angeordnet sein, um die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn auch nach dem Zurücknehmen der Druckkraft dauerhaft in Kontakt zu halten.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Leiterbahn über ein zweites Schaltelement mit dem elektrischen Verbraucher verbunden, wobei das zweite Schaltelement vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Schaltelement mit einem oder allen der vorgenannten Merkmale ist.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Leiterbahn über ein drittes Schaltelement mit der elektrischen Spannungsquelle verbunden sein, wobei das dritte Schaltelement vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Schaltelement mit einem oder allen der vorangehend genannten Merkmale ist.
  • Das zweite Schaltelement bzw. das dritte Schaltelement kann insbesondere ein Abstandselement umfassen, welches in einer offenen Schalterstellung die erste Leiterbahn bzw. die zweite Leiterbahn von einer weiteren Leiterbahn räumlich und elektrisch trennt. Das Abstandselement kann derart ausgebildet sein, dass das zweite Schaltelement bzw. dritte Schaltelement durch Ausüben einer Druckkraft auf die erste Substratschicht und/oder zweite Substratschicht in eine geschlossene Schalterstellung übergeht, in welcher die zuvor getrennten Leiterbahnen einander berühren.
  • Das Abstandselement kann auf den entsprechenden Leiterbahnen aufliegen, insbesondere vollständig auf ihnen aufliegen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abstandselement ein Ringelement, insbesondere ein Kreisringelement.
  • Das Abstandselement kann auch mehrere räumlich voneinander getrennte Abstandshalter umfassen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Abstandselement gestanzten oder gedruckten Kunststoff.
  • Das Abstandselement kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Schaltelement beim Zurücknehmen der Druckkraft in die offene Schalterstellung zurückkehrt. Dadurch lässt sich der Schalter reversibel öffnen und schließen.
  • Insbesondere können die erste Substratschicht und/oder die zweite Substratschicht zumindest im Überlappungsbereich der Leiterbahnen ein Formgedächtnis-Material, insbesondere ein Formgedächtnis-Polymer, umfassen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das zweite und/oder dritte Schaltelement auch ein Arretierelement zum Arretieren des zweiten bzw. dritten Schaltelements in der geschlossenen Schalterstellung. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn das Schaltelement nur zum einmaligen oder erstmaligen Aktivieren des elektrischen Verbrauchers eingesetzt werden soll, der elektrische Verbraucher nach dem Zurücknehmen der Druckkraft aktiviert bleiben soll und ein reversibles Schalten nicht erforderlich oder nicht erwünscht ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Arretierelement ein Klebeelement, beispielsweise einen Klebstoff, umfassen. Der Klebstoff kann beispielsweise zwischen der ersten Substratschicht und der zweiten Substratschicht im Überlappungsbereich der Leiterbahnen angeordnet sein, um die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn auch nach dem Zurücknehmen der Druckkraft dauerhaft in Kontakt zu halten.
  • Der Einsatz mehrerer erfindungemäßer Schaltelemente ermöglicht beispielsweise UND-Schaltungen oder ODER-Schaltungen, wie sie für einige kombinatorische Anwendungen gewünscht sein können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Schaltelement und das zweite Schaltelement bzw. das Schaltelement und das dritte Schaltelement zwischen dem elektrischen Verbraucher und der elektrischen Spannungsquelle in Reihe geschaltet. Auf diese Weise lässt sich eine UND-Schaltung bereitstellen.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Schaltelemente auf der ersten Substratschicht und/oder auf der zweiten Substratschicht parallel geschaltet. Auf diese Weise lassen sich ODER-Schaltungen ausbilden.
  • Die Schaltgruppe kann eine dritte Leiterbahn umfassen, welche auf der ersten Substratschicht ausgebildet ist und den elektrischen Verbraucher mit der Spannungsquelle elektrisch verbindet. Die dritte Leiterbahn kann dann im Zusammenwirken mit der ersten und der zweiten Leiterbahn den Stromkreis zwischen dem elektrischen Verbraucher und der elektrischen Spannungsquelle schließen.
  • Die erste Substratschicht und/oder die zweite Substratschicht können ein Polycarbonat und/oder Papier umfassen. Als Substratschicht besonders geeignet sind beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbontat (PC), Polyethylennaphthalat (PEN) und Polypropylen (PP) ebenso wie Papier, Pappe oder Karton und deren Verbundmaterialien. Diese Stoffe sind flexibel, leicht und einfach zu bedrucken und daher für die erfindungsgemäße Schaltgruppe sehr geeignet. Die erste Substratschicht und/oder die zweite Substratschicht können jeweils aus mehreren Teilschichten ausgebildet sein, die aufeinander und/oder nebeneinander angeordnet sind. Neben den vorangehend genannten Materialien können die Teilschichten auch Barriereschichten aus Aluminium, Siliziumoxid, Ethylen-Vinylalkohol-Kopolymeren (EVOH) und/oder Polyvinylidenchlorid (PVDC) umfassen.
  • Die erste Substratschicht und die zweite Substratschicht können Teilbereiche einer zusammenhängenden gefalteten Substratschicht sein. Die Komponenten der Schaltgruppe können dann alle in einem Arbeitsgang auf der Substratschicht ausgebildet werden. Zum Herstellen des Schaltelements können dann die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn durch Falten der Substratschicht entlang einer vorbestimmten Faltlinie zuverlässig, schnell und genau in Überlapp gebracht werden.
  • Die erste Leiterbahn und/oder die zweite Leiterbahn und/oder die dritte Leiterbahn können Kohlenstoff und/oder Silber und/oder Kupfer umfassen. Solche Leiterbahnen lassen sich im Druckverfahren, insbesondere im Siebdruckverfahren, schnell und zuverlässig ausbilden. Weitere druckbare Materialien sind leitfähige Polymere, beispielsweise Poly-3,4-Ethylendioxy-Thiophen (PEDOT:PSS). Die Leiterbahnen können auf der ersten Substratschicht und/oder der zweiten Substratschicht auch auf Basis von aufgedampftem Indiumzinnoxid (ITO) mit anschließender Strukturierung durch Abdecken oder Lasern hergestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der elektrische Verbraucher ein elektrisches Anzeigeelement, vorzugsweise ein elektrochromes Display oder ein elektrolumineszentes Display oder eine organische Leuchtdiode.
  • Die elektrische Spannungsquelle umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine elektrochemische Spannungsquelle, vorzugsweise eine gedruckte Batterie.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist der elektrische Verbraucher zumindest teilweise auf der ersten Substratschicht ausgebildet. Ebenso kann auch die elektrische Spannungsquelle zumindest teilweise auf der zweiten Substratschicht ausgebildet sein. Diese Konfiguration ermöglicht das Ausbilden eines kompakten elektrochromen Displays, bei welchem alle Komponenten in einem Arbeitsgang gefertigt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die elektrische Spannungsquelle eine erste Komponente mit einer ersten Elektrode, welche auf der ersten Substratschicht ausgebildet ist, und eine zweite Komponente mit einer zweiten Elektrode, welche auf der zweiten Substratschicht ausgebildet ist. Eine solche elektrische Spannungsquelle lässt sich aktivieren, indem die erste Substratschicht derart mit der zweiten Substratschicht verbunden wird, dass die erste Komponente mit der zweiten Komponente elektrisch in Kontakt tritt, insbesondere die erste Elektrode über eine Elektrolytschicht mit der zweiten Elektrode in Kontakt tritt.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Schaltgruppe mit den Schritten des Ausbildens einer ersten Leiterbahn und eines elektrischen Verbrauchers auf einer ersten Substratschicht, des Ausbildens einer zweiten Leiterbahn und zumindest eines Teils einer elektrischen Spannungsquelle auf einer zweiten Substratschicht, des Aufbringens eines Abstandselements auf die erste Leiterbahn und/oder zweite Leiterbahn sowie des Verbindens zumindest eines Teils der zweiten Substratschicht mit zumindest einem Teil der ersten Substratschicht derart, dass die zweite Leiterbahn mit der ersten Leiterbahn im Bereich des Abstandselements zumindest teilweise überlappt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verbinden der zweiten Substratschicht mit der ersten Substratschicht das Ausbilden eines Schaltelements, insbesondere eines Druckkontaktschalters im Überlappungsbereich der zweiten Leiterbahn mit der ersten Leiterbahn.
  • In einer Weiterbildung wird nur ein Teil der Fläche der zweiten Substratschicht mit nur einem Teil der Fläche der ersten Substratschicht unter Überlappung der entsprechenden Leiterbahnen verbunden.
  • Die erste Substratschicht und/oder die zweite Substratschicht können in einer Weiterbildung auch jeweils als Verbund aus mehreren aufeinander angeordneten Teilschichten ausgebildet sein. Das teilweise Verbinden der zweiten Substratschicht mit der ersten Substratschicht kann sich dann auch auf einzelne dieser Teilschichten beziehen.
  • Vorzugsweise werden die erste Leiterbahn und/oder der elektrische Verbraucher auf die erste Substratschicht gedruckt.
  • Ebenso können die zweite Leiterbahn und/oder die elektrische Spannungsquelle auf die zweite Substratschicht gedruckt werden.
  • In einer Weiterbildung wird das Abstandselement auf die erste Leiterbahn und/oder zweite Leiterbahn gedruckt.
  • Das Drucken kann jeweils vorzugsweise ein Siebdrucken umfassen. Das Drucken kann alternativ auch im Flexodruck, Offsetdruck, Tiefdruck oder Inkjetdruck erfolgen.
  • Die Leiterbahnen können auch geprägt, insbesondere kaltgeprägt, werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt des Verklebens und/oder Verschweißens der zweiten Substratschicht mit der ersten Substratschicht.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine erste Komponente der elektrischen Spannungsquelle, welche eine erste Elektrode umfasst, auf der ersten Substratschicht ausgebildet, vorzugsweise gedruckt, und eine zweite Komponente der elektrischen Spannungsquelle, welche eine zweite Elektrode umfasst, wird auf der zweiten Substratschicht ausgebildet, vorzugsweise gedruckt, wobei die zweite Komponente der elektrischen Spannungsquelle vorzugsweise elektrisch mit der zweiten Leiterbahn verbunden wird.
  • Die zweite Substratschicht kann dabei mit der ersten Substratschicht derart verbunden werden, dass die zweite Komponente zumindest teilweise mit der ersten Komponente in elektrischen Kontakt gebracht wird, um auf diese Weise die elektrische Spannungsquelle zu aktivieren. Die elektrische Spannungsquelle kann insbesondere eine elektrochemische Spannungsquelle sein, welche durch das Inkontaktbringen der zweiten Komponente mit der ersten Komponente aktiviert wird.
  • In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren zusätzlich das Ausbilden, vorzugsweise Drucken, einer dritten Leiterbahn auf die erste Substratschicht, sowie das elektrische Verbinden der ersten Komponente der Spannungsquelle mit der dritten Leiterbahn an einem ersten Ende der dritten Leiterbahn und das elektrische Verbinden des Verbrauchers mit der dritten Leiterbahn an einem dem ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende der dritten Leiterbahn.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Substratschicht und die zweite Substratschicht Teilbereiche einer zusammenhängenden Substratschicht, wobei der Schritt des Verbindens das zumindest teilweise Falten des zweiten Teilbereichs der Substratschicht über den ersten Teilbereich der Substratschicht umfasst.
  • Das zumindest teilweise Falten kann das Falten eines Teilabschnitts des zweiten Teilbereichs der Substratschicht über einen Teilabschnitt des ersten Teilbereichs der Substratschicht umfassen. Das teilweise Falten kann sich auch auf ein Falten einer Teilschicht des zweiten Teilbereichs der Substratschicht über den ersten Teilbereich der Substratschicht beziehen, wenn beispielsweise die zweite Substratschicht mehrere aufeinanderliegende Teilschichten umfasst. Beispielsweise kann die zweite Substratschicht einen PET-Al-PP-Verbund umfassen, wobei die Aluminium-Schicht als Barriere für die Batterie verwendet wird. Beim Falten der gesamten Substratschicht würde sie jedoch das Display abdecken. Im Bereich des Displays kann daher beispielsweise ausschließlich die PP-Teilschicht über den zweiten Teilbereich der Substratschicht gefaltet werden.
  • In einer Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte des Ausbildens zumindest einer elektrischen Spannungsquelle auf der ersten und/oder zweiten Substratschicht, des Ausbildens mehrerer elektrischer Verbraucher auf der ersten und/oder zweiten Substratschicht, des Ausbildens mehrerer Leiterbahnen auf der ersten und/oder zweiten Substratschicht, wobei die Leiterbahnen die jeweiligen elektrischen Verbraucher mit der elektrischen Spannungsquelle elektrisch verbinden, und den Schritt des selektiven Durchtrennens einzelner vorbestimmter Leiterbahnen.
  • Diese Ausführungsform ermöglicht das einfache und kostengünstige Ausbilden elektrochromer Displays mit mehreren Anzeigeelementen, welche jeweils über eigene Leiterbahnen von der elektrischen Spannungsquelle versorgt werden. Die Anzeigeelemente können Segmente eines zusammengesetzten Displays, beispielsweise Segmente einer 7-Segmentanzeige sein, wie sie zur Darstellung von Zahlen und Buchstaben in elektrochromen oder elektrolumineszenten Displays weite Verbreitung finden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, solche Anzeigeelemente zunächst in einem Arbeitsschritt und daher mit geringem Aufwand in einer Konfiguration herzustellen, in welcher alle Segmente aktiviert sind. Dafür kann ein standardisiertes Verfahren eingesetzt werden. In dem Beispiel der 7-Segmentanzeige können nach diesem Schritt beispielsweise alle Segmente aktiviert sein. Die Anpassung des Displays an den darzustellenden Schriftzug bzw. ein darzustellendes Bild kann dann in einem nachgelagerten Produktionsschritt, welcher räumlich und/oder zeitlich von dem Drucken des Displays und der Schaltungskonfiguration getrennt sein kann, erfolgen, bei welchem einzelne Leiterbahnen selektiv getrennt werden, um dadurch einzelne Segmente der 7-Segmentanzeige zu deaktivieren. Dieses Verfahren ist für eine Massenproduktion elektrochromer und elektrolumineszenter Anzeigeelemente besonders geeignet. Darin liegt ein unabhängiger Aspekt der Erfindung.
  • Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Schaltungskonfiguration mit den Schritten des Ausbildens zumindest einer elektrischen Spannungsquelle auf einer Substratschicht, insbesondere einer flexiblen Substratschicht, des Ausbildens mehrerer elektrischer Verbraucher auf der Substratschicht, des Ausbildens mehrerer Leiterbahnen, welche die jeweiligen elektrischen Verbraucher mit der elektrischen Spannungsquelle verbinden, und des selektiven Trennens einzelner vorbestimmter Leiterbahnen.
  • Das Trennen einzelner vorbestimmter Leiterbahnen kann beispielsweise mittels Schaltelementen erfolgen, insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Druckkontaktschalter.
  • In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das Durchtrennen der Leiterbahnen mittels eines Lasers, insbesondere mittels eines Festkörperlasers, vorzugsweise mittels eines YAG-Lasers.
  • Durch Einsatz geeigneter Festkörperlaser, insbesondere die Verwendung von YAG-Lasern, in Verbindung mit geeigneten Substratmaterialien, lässt sich erreichen, dass der Laser nur auf die gedruckten Leiterbahnen wirkt, während das Substratmaterial nicht verletzt wird. Die Einkapselung der gesamten Display-Einheit bleibt daher auch bei der Strukturierung erhalten.
  • Eine Strukturierung des Displays mittels eines Lasers lässt sich schnell, kostengünstig und dennoch mit großer Genauigkeit ausführen. Sie ist deshalb für eine Massenproduktion elektrochromer oder elektrolumineszenter Displays in besonderer Weise geeignet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die mehreren elektrischen Verbraucher einzelne Komponenten eines elektrischen Anzeigeelements, insbesondere eines elektrochromen Displays oder eines elektrolumineszenten Displays.
  • Vorzugsweise werden die elektrische Spannungsquelle und/oder die elektrischen Verbraucher und/oder die Leiterbahnen auf die Substratschicht gedruckt. Das Drucken umfasst vorzugsweise ein Siebdrucken.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Die Merkmale und zahlreiche Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltgruppe bzw. der erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren lassen sich am besten anhand einer detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die anliegenden Figuren verstehen, in denen:
  • 1 eine schematische Aufsicht einer auf einem Substrat aufgedruckten Schaltgruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem Zwischenschritt vor dem Falten des Substrats zeigt;
  • 2 eine schematische Aufsicht der erfindungsgemäßen Schaltgruppe der 1 nach dem Falten zeigt;
  • 3 einen schematischen Querschnitt der erfindungsgemäßen Schaltgruppe der 2 zeigt;
  • 4 einen schematischen Querschnitt einer UND-Schaltung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zeigt;
  • 5a eine schematische Aufsicht einer Schaltungskonfiguration gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei welcher mehrere elektrische Anzeigeelemente zu einem Display zusammengesetzt sind; und
  • 5b die Schaltungskonfiguration der 5a nach dem selektiven Trennen einzelner Leiterbahnen zeigt.
  • Die erfindungsgemäße Schaltgruppe mit überlappenden Leiterbahnen bzw. die Verfahren zum Ausbilden einer solchen Schaltungskonfiguration werden nachfolgend am Beispiel eines gedruckten elektrochromen Displays beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern überall dort mit Gewinn einsetzbar, wo die Fertigung einer Schaltungskonfiguration mit Spannungsquellen und elektrischen Verbrauchern auf einem Substrat, insbesondere einem flexiblen Substrat, vereinfacht werden soll. Insbesondere ist die Erfindung auch auf andere Arten von Displays, beispielsweise auf elektrolumineszente Displays oder organische Leuchtdioden, anwendbar. Gegenüber LEDs und organischen LEDs haben elektrochrome Displays jedoch gegenwärtig den Vorteil, dass sie besser an Luft gedruckt werden und besser mit Leiterbahnen verbunden werden können.
  • 1 zeigt eine Schaltgruppe 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem Zwischenschritt der Fertigung. Die fertiggestellte Schaltgruppe 10 ist in 2 gezeigt. Auf einem Substrat 12, welches durch eine gedachte oder vorgestanzte Faltlinie 14 in einen ersten Teilbereich 12a und einen zweiten Teilbereich 12b geteilt ist, sind ein elektrochromes Anzeigeelement 16 sowie eine erste Komponente 18a einer elektrochemischen Spannungsquelle, welche eine Anode enthält, und eine zweite Komponente 18b einer elektrochemischen Spannungsquelle, welche eine Kathode enthält, ausgebildet. Das Substrat 12 kann beispielsweise ein Papiersubstrat oder auch ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein Polycarbonat, Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polypropylen (PP) sein. Insbesondere kann das Substrat 12 vollständig oder teilweise aus einem durchscheinenden oder durchsichtigen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Alternativ kann auch im Bereich des Anzeigeelements 16 ein passendes Fenster im ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 und/oder im zweiten Teilbereich 12b des Substrats 12 teilweise oder vollständig ausgestanzt werden. Auch eine Abtrennung des opaken Anteils des Substratmaterials in diesem Bereich ist möglich.
  • Das elektrochrome Anzeigeelement 16 kann auf dem Substrat 12 im Siebdruckverfahren ausgebildet werden. Ein solches elektrochromes Anzeigeelement 16 kann beispielsweise zwei planare transparente Elektroden aus ITO (Indium-Zinn-Oxid) umfassen, zwischen denen ein elektrochrom aktives Material aufgenommen ist.
  • Das Anodenelement 18a und das Kathodenelement 18b der elektrochemischen Batterie können auf dem Substrat 12 gleichfalls im Siebdruckverfahren ausgebildet werden. Das Anodenelement 18a kann beispielsweise unter Verwendung einer Mangandioxid(MnO2)-Tinte ausgebildet werden und an seiner Oberseite eine Elektrolytschicht, beispielsweise ein polymerisches Gel oder ein Hydrogel, umfassen. Das Kathodenelement 18b kann beispielsweise unter Verwendung einer Zinn-basierten Tinte gedruckt werden.
  • Das Drucken elektrochromer Displays und das Drucken von Batterieelementen auf flexible Substrate sind dem Fachmann geläufig, so dass hier auf eine detailliertere Beschreibung verzichtet werden kann. Zu den Einzelheiten der Ausbildung elektrochromer Anzeigeelemente bzw. räumlich getrennter Batterieelemente wird auf die Patentschrift US 6,369,793 B1 verwiesen. Ein elektrochromes organisches Anzeigeelement samt Herstellungsverfahren ist auch in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 024 641 A1 beschrieben. Zur Ausbildung von Batterieelementen im Siebdruckverfahren wird ergänzend auf die Patentschrift US 6,576,364 B1 verwiesen.
  • Eine erste Leiterbahn 20 erstreckt sich von dem elektrochromen Anzeigeelement 16 aus im ersten Teilbereich 12a und steht an einem ersten Ende 20a mit einem Anschlusselement (nicht gezeigt) des elektrochromen Anzeigeelements 16 in elektrischem Kontakt, während das dem ersten Ende 20a entgegengesetzte zweite Ende 20b der ersten Leiterbahn 20 frei im ersten Teilbereich 12a endet. Entsprechend ist auf dem zweiten Teilbereich 12b des Substrats 12 eine zweite Leiterbahn 22 ausgebildet, welche an einem ersten Ende 22a mit einem Anschlusselement (nicht gezeigt) des Kathodenelements 18b elektrisch in Kontakt steht. Das dem ersten Ende 22a entgegengesetzte zweite Ende 22b der zweiten Leiterbahn 22 ragt in den zweiten Teilbereich 12b des Substrats hinein und endet dort frei. Die Längen der ersten Leiterbahn 20 und der zweiten Leiterbahn 22 sind dabei derart gewählt, dass sich die Projektionen ihrer freien Enden 20b und 22b überlappen.
  • In dem ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 ist darüber hinaus auch eine dritte Leiterbahn 24 ausgebildet, welche an einem ersten Ende 24a mit einem Anschlusselement (nicht gezeigt) des Anodenelements 18a und an einem dem ersten Ende 24a entgegengesetzten zweiten Ende 24b der dritten Leiterbahn 24 über ein weiteres Anschlusselement (nicht gezeigt) mit dem elektrochromen Anzeigeelement 16 elektrisch verbunden ist.
  • Die Leiterbahnen 20, 22 und 24 sind jeweils voneinander beabstandet und durch das nichtleitende Substrat 12 elektrisch isoliert. Sie können auf dem Substrat 12 zusammen mit den Anschlusselementen, dem Anzeigeelement 16 und den Batterieelementen 18a, 18b im Siebdruckverfahren ausgebildet werden. Das Drucken der Leiterbahnen kann beispielsweise mit silberhaltiger oder kupferhaltiger Tinte erfolgen. Auch Kohlenstoff-basierte Leiterbahnen können gedruckt werden.
  • Leiterbahnen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in unterschiedlichen Abmessungen auf dem ersten Teilbereich 12a bzw. auf dem zweiten Teilbereich 12b ausgebildet werden. Ihre Länge kann von einigen Mikrometern über wenige Zentimeter bis zu einigen Metern variieren, je nach der Größe des Substrats und der Anwendung. Typische Breiten liegen für die Leiterbahn zwischen 20 μm und 10 mm, wobei die Breite im Allgemeinen sowohl unter Berücksichtigung der Anwendung und des auf dem Substrat 12 zur Verfügung stehenden Raumes als auch in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des eingesetzten Materials gewählt werden kann. Typische Höhen der Leiterbahnen hängen vom Druckverfahren und der Zahl der Druckdurchgänge ab und liegen üblicherweise zwischen 0,7 μm und 30 μm. Bevorzugt sind Dicken zwischen 5 μm und 15 μm.
  • Zu den Einzelheiten des Druckens von Leiterbahnen, welche dem Fachmann wohlbekannt sind, wird ergänzend wiederum auf die Patentschrift US 6,369,793 B1 verwiesen.
  • Das elektrochrome Anzeigeelement 16, das Anodenelement 18a, die erste Leiterbahn 20 und die dritte Leiterbahn 24 sind alle auf dem ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 ausgebildet, während das Kathodenelement 18b und die zweite Leiterbahn 22 auf dem zweiten Teilbereich 12b des Substrats 12 ausgebildet sind. Die Anordnung des Anodenelements 18a und des Kathodenelements 18b kann auch vertauscht sein, d. h. das Anodenelement 18a kann anstelle des Kathodenelements 18b im zweiten Teilbereich 12b auf dem Substrat 12 ausgebildet sein, und das Kathodenelement 18b kann anstelle des Anodenelements 18a im ersten Teilbereich 12a auf dem Substrat 12 ausgebildet sein.
  • Nach dem Ausbilden der ersten Leiterbahn 20 wird im Bereich des freien zweiten Endes 20b der ersten Leiterbahn 20 ein Abstandselement 26 auf dem Substrat 12a und/oder auf der ersten Leiterbahn 20 ausgebildet. Das Abstandselement 26 kann auf das Substrat 12a und/oder die erste Leiterbahn 20 aufgedruckt werden, insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens. Das Abstandselement 26 kann jedoch auch ein separates Bauteil sein, welches nach dem Drucken der ersten Leiterbahn 20 auf die erste Leiterbahn 20 und/oder das Substrat 12 aufgelegt und dort gegebenenfalls durch Kleben befestigt wird. Das Abstandselement 26 kann aus einem dielektrischen Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet bzw. gedruckt sein. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Abstandselement 26 ein Kreisringelement, welches mit seinem Umfangsbereich teilweise auf der ersten Leiterbahn 20 im Bereich des zweiten Endes 20b und teilweise auf der benachbarten Substratoberfläche aufliegt. Das Ringelement 26 weist eine Öffnung 28 auf, welche einen Teil der ersten Leiterbahn 20 im Bereich des zweiten Endes 20b der ersten Leiterbahn 20 freigibt.
  • Alternativ könnte das Abstandselement 26 auch in gleicher Weise im Bereich des freien zweiten Endes 22b der zweiten Leiterbahn 22 auf dem zweiten Teilbereich 12b und/oder auf der zweiten Leiterbahn 22 ausgebildet werden.
  • Zum Fertigstellen des elektrochromen Displays wird nun der zweite Teilbereich 12b des Substrats entlang der Faltlinie 14 mitsamt dem Kathodenelement 18b und der zweiten Leiterbahn 22 auf den ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 gefaltet. Das Anodenelement 18a, das Kathodenelement 18b, die erste Leiterbahn 20 und die zweite Leiterbahn 22 sind derart auf dem Substrat positioniert, dass beim Falten entlang der Faltlinie 14 das Kathodenelement 18b auf der Oberseite des Anodenelements 18a zu liegen kommt und die zweite Leiterbahn 22 im Bereich des zweiten Endes 22b der zweiten Leiterbahn 22 und des zweiten Endes 20b der ersten Leiterbahn 20 mit der ersten Leiterbahn 20 überlappt. In der in 2 gezeigten überlappenden Konfiguration kommt die zweite Leiterbahn 22 im Bereich des zweiten Endes 22b der zweiten Leiterbahn 22 auf der Oberseite des Abstandselements 26 zu liegen und wird daher im Überlappungsbereich durch das Abstandselement 26 räumlich und elektrisch von der darunterliegenden ersten Leiterbahn 20 getrennt.
  • Nach dem Falten entlang der Faltlinie 14 kann der zweite Teilbereich 12b des Substrats entlang einer Umfanglinie mit dem ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 fest verbunden werden, beispielsweise entlang des Randes geschweißt oder geklebt werden.
  • Eine schematische Schnittansicht durch die gefaltete Konfiguration der 2 im Bereich der ersten Leiterbahn 20 und zweiten Leiterbahn 22 ist in 3 gezeigt. Der erste Teilbereich 12a des Substrats 12 und der zweite Teilbereich 12b des Substrats 12 liegen nach dem Falten annähernd parallel zueinander und formen einen Zwischenbereich, in welchem das elektrochrome Anzeigeelement 16, das Anodenelement 18a und das Kathodenelement 18b sowie die erste Leiterbahn 20 und die zweite Leiterbahn 22 aufgenommen sind. Die erste Leiterbahn 20 ist auf dem ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 ausgebildet und liegt daher nach dem Falten unterhalb der auf dem zweiten Teilbereich 12b des Substrats 12 ausgebildeten zweiten Leiterbahn 22. Die erste Leiterbahn 20 ist im Überlappungsbereich von der zweiten Leiterbahn 22 durch das Abstandselement 26 getrennt. Die Höhe des Abstandselements 26 bzw. der Abstand zwischen der ersten Leiterbahn 20 und der zweiten Leiterbahn 22 im Überlappungsbereich kann im Allgemeinen 20 bis 1000 μm, vorzugsweise 100 bis 600 μm betragen.
  • Beim Falten wird das Kathodenelement 18b über einen auf der Oberseite des Anodenelements 18a ausgebildeten Elektrolytbereich (nicht gezeigt) mit dem Anodenelement 18a in Kontakt gebracht. Wie in der US 6,369,793 B1 in weiteren Einzelheiten beschrieben ist, wird dadurch die elektrochemische Spannungsquelle aktiviert. Der Stromkreis zu dem elektrochromen Anzeigeelement 16 ist jedoch in der in 3 gezeigten Konfiguration noch nicht geschlossen, weil die zweite Leiterbahn 22 von der ersten Leiterbahn 20 im Bereich des Abstandselements 26 durch die Öffnung bzw. den Spalt 28 getrennt ist. Der Stromkreises kann geschlossen werden, indem durch Ausüben einer Druckkraft auf den ersten Teilbereich 12a und/oder den zweiten Teilbereich 12b im Bereich des Abstandselements 26 entlang der in 3 gezeigten Pfeile der Spalt 28 überwunden wird und die zweite Leiterbahn 22 mit der ersten Leiterbahn 20 in räumlichen und elektrischen Kontakt gebracht wird. Das Inkontaktbringen stellt einen geschlossenen Stromkreis von dem Kathodenelement 18b über die zweite Leiterbahn 22 und die erste Leiterbahn 20 zu dem elektrochromen Anzeigeelement 16 und zurück über die dritte Leiterbahn 24 zu dem Anodenelement 18a der elektrochemischen Spannungsquelle her.
  • Beim Zurücknehmen der Druckkraft bewegen sich der erste Teilbereich 12a und der zweite Teilbereich 12b des Substrats 12 mit der ersten Leiterbahn 20 und der zweiten Leiterbahn 22 aufgrund einer von der ersten Substratschicht 12a und/oder der zweiten Substratschicht 12b ausgeübten Rückstellkraft wieder in die in der 3 dargestellte Ausgangsposition zurück, so dass der Stromkreis erneut unterbrochen wird. Durch Ausüben der Druckkraft entlang der in 3 gezeigten Pfeile lässt sich daher das Anzeigeelement 16 reversibel aktivieren und deaktivieren. Durch das Falten des Substrats wird auf diese Weise im Bereich der überlappenden Leiterbahnen ein Schaltelement als Druckkontaktschalter 30 ausgebildet, welcher einen Teilbereich der ersten Substratschicht 12a und der ersten Leiterbahn 20 sowie einen Teilbereich der zweiten Substratschicht 12b und der zweiten Leiterbahn 22 im Bereich des Überlapps sowie das Abstandselement 26 umfasst.
  • In einer Weiterbildung kann auch ein Arretierelement (nicht gezeigt) vorgesehen werden, um die erste Leiterbahn 20 und die zweite Leiterbahn 22 nach dem ersten Ausüben der Druckkraft in der geschlossenen Schalterstellung des Schalters 30 zu arretieren. Beispielsweise kann die Arretierung mit Hilfe eines Klebemittels erfolgen, welches im Bereich des Abstandselements 26 bzw. in Nähe des Überlappungsbereichs auf den ersten Teilbereich 12a und/oder den zweiten Teilbereich 12b des Subtrats 12 aufgebracht, insbesondere gedruckt, wird und den ersten Teilbereich 12a des Substrats und den zweiten Teilbereich 12b des Substrats in der geschlossenen Schalterstellung fixiert.
  • Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungskonfiguration gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass das elektrochrome Anzeigeelement 16, die Leiterbahnen 20, 22, 24, die Batterieelemente 18a und 18b sowie das Abstandselement 26 in der entfalteten Konfiguration der 1 sämtlich in einem Arbeitsgang gefertigt werden können. Das Aktivieren der elektrochemischen Spannungsquelle erfolgt dann durch Falten entlang der Faltlinie 14, wobei durch Überlappen der zweiten Leiterbahn 22 mit der ersten Leiterbahn 20 im Bereich des Abstandselements 26 gleichzeitig der Druckschalter 30 in seiner offenen Schalterstellung ausgebildet wird. Die Überwindung des Höhenunterschieds bzw. vertikalen Abstands zwischen der im ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 ausgebildeten ersten Leiterbahn 20 und der im zweiten Teilbereich 12b des Substrats 12 ausgebildeten zweiten Leiterbahn 22 erfolgt im Bereich des Schaltelements 30 und wird synergetisch zum reversiblen Schalten des elektrochromen Anzeigeelements 16 genutzt. Eine nachfolgende elektrische Kontaktierung des elektrochromen Anzeigeelements 16 mit einem Schaltelement 30 und der Batterie 18a/18b ist nicht erforderlich. Dadurch werden bei der Fertigung Prozessschritte eingespart und die Herstellungskosten gesenkt. Zudem kann bereits im Produktionsprozess die Qualität der gesamten Einheit kontrolliert werden.
  • Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung können auch mehrere der vorangehend mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Schaltelemente 30 auf einem gemeinsamen Substrat 12 ausgebildet sein. Dadurch lassen sich komplexere Schaltungskonfigurationen erzeugen. Das Beispiel einer UND-Schaltung mit zwei erfindungsgemäßen Schaltelementen 30, 30' in Reihenschaltung ist in 4 in einer schematischen Querschnittsansicht gezeigt. 4 zeigt nur die Leiterbahnen und Schalter; die elektrische Spannungsquelle und die elektrischen Verbraucher sind in 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Im ersten Teilbereich 12a des Substrats 12 ist die erste Leiterbahn 20 ausgebildet, welche teilweise mit einer zweiten Leiterbahn 22, welche auf dem zweiten Teilbereich 12b des Substrats ausgebildet ist, überlappt und von der zweiten Leiterbahn 22 im Überlappungsbereich durch das Abstandselement 26 getrennt ist, wie vorangehend mit Bezug auf die 1 und 3 beschrieben wurde. Im Gegensatz zu der Konfiguration der 1 bis 3 ist die zweite Leiterbahn 22 an ihrem ersten Ende 22a jedoch nicht mit einem Batterieelement verbunden, sondern endet frei auf dem zweiten Teilbereich 12b des Substrats 12 und überlappt in diesem Bereich mit einer vierten Leiterbahn 32, welche wiederum auf dem ersten Teilbereich 12a des Substrats 12, aber getrennt von der ersten Leiterbahn 20, ausgebildet ist. Im Überlappungsbereich der zweiten Leiterbahn 22 mit der vierten Leiterbahn 32 ist ein zweites Abstandselement 26' ausgebildet, welches in seinem Aufbau und seiner Ausbildung dem Abstandselement 26 vollständig entspricht und einen Spalt 28' zwischen der zweiten Leiterbahn 22 und der vierten Leiterbahn 32 freilässt, durch den die zweite Leiterbahn 22 von der vierten Leiterbahn 30 räumlich und elektrisch getrennt ist. Dadurch wird ein zweites Schaltelement 30' ausgebildet, welches in seinem Aufbau und seiner Funktion dem ersten Schaltelement 30 entspricht. Ein Schließen des Stromkreises erfordert nun das Schließen beider Schaltelemente 30, 30', d. h. das Ausüben einer Druckkraft an zwei Stellen, nämlich in dem durch das erste Pfeilpaar angedeuteten Bereich des ersten Abstandselements 26 und gleichzeitig in dem durch das zweite Pfeilpaar angedeuteten Bereich des zweiten Abstandselements 26'. Auf diese Weise lässt sich eine UND-Schaltung implementieren.
  • Auf ähnliche Weise lässt sich durch Parallelschaltung zweier Schaltelemente 30, 30' eine ODER-Schaltung ausbilden.
  • Eine Displayeinheit kann in der Praxis eine Vielzahl von Anzeigeelementen umfassen, welche jeweils mit eigenen Spannungsquellen über Leiterbahnen und gegebenenfalls zusätzlich über jeweils zugehörige Schaltelemente verbunden sein können und die Komponenten eines zusammengesetzten Displays bilden. In 5a ist ein Beispiel gezeigt, bei welchem sieben separate elektrochrome Anzeigelemente 34a bis 34g zusammen eine 7-Segmentanzeige ausbilden. Die elektrochromen Anzeigeelemente 34a bis 34g sind auf dem flexiblen Substrat 12 ausgebildet und über jeweils separate Leiterbahnen 36a bis 36g mit entsprechenden elektrochemischen Spannungsquellen 38a bis 38g verbunden.
  • Die elektrochromen Anzeigeelemente 34a bis 34g, Leiterbahnen 36a bis 36g und die elektrochemischen Spannungsquellen 38a bis 38g können auf dem Substrat 12 durch Drucken ausgebildet werden, vorzugsweise mittels des vorangehend mit Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen Verfahrens im Siebdruck mit nachfolgender Faltung zur Aktivierung der Batterie. In jeder der Leiterbahnen 36a bis 36g können erfindungsgemäße Schaltelemente 30, 30' ausgebildet sein, wie sie vorangehend mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben wurden. Sie sind in der Darstellung der 5a aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
  • Die Ausbildung der 7-Segmentanzeige der 5a kann derart erfolgen, dass nach der Fertigstellung des Anzeigeelements bzw. nach der Aktivierung der elektrochemischen Spannungsquellen 38a bis 38g zunächst alle elektrochromen Anzeigeelemente 34a bis 34g aktiviert, d. h. mit Strom versorgt werden bzw. über die Schaltelemente aktivierbar sind. Dieser Zustand ist in 5a gezeigt. Die elektrochromen Anzeigeelemente 34a bis 34g zeigen dann in der Zusammenschau die Zahl 8. Im Allgemeinen können auf diese Weise, gegebenenfalls durch zusätzliche 7-Segmentanzeigen, eine Vielzahl von Ziffern und/oder Muster und/oder Buchstaben auf dem Substrat 12 dargestellt werden.
  • In einem nachfolgenden Prozessschritt kann die Displayeinheit mit Hilfe eines Lasers strukturiert werden, um einzelne der elektrochromen Anzeigeelemente 34a bis 34g selektiv zu deaktivieren und mit den verbliebenen Anzeigeelementen ein gewünschtes Muster bzw. eine gewünschte Konfiguration darzustellen. Zur Strukturierung werden mit Hilfe des Lasers einzelne der Verbindungen zwischen den Anzeigeelementen 34a bis 34g und den zugehörigen elektrochemischen Spannungsquellen 38a bis 38g getrennt. Der Laser kann entweder die Schichten des Displays oder die entsprechenden Leiterbahnen 36a bis 36g durchtrennen. Bei Einsatz eines geeigneten Lasers, insbesondere eines YAG-Lasers (Yttrium-Aluminium-Granat-Lasers), lässt sich erreichen, dass der Laser nur die entsprechenden gedruckten Schichten, nicht jedoch das Substratmaterial 12 strukturiert. YAG-Laserstrahlen zeigen im Allgemeinen keine Wechselwirkung mit transparenten Materialien, wie beispielsweise PET-Folie, PP-Folie oder PE-Folie, werden jedoch durch schwarze oder metallische Leiterschichten absorbiert. Die Leiterbahnen werden daher durchtrennt, während die darüber liegende durchsichtige Folie unbeschädigt bleibt. Eine ähnliche Technik, jedoch für den Einsatz in Laserdruckern, und geeignete Folien sind in der Gebrauchsmusterschrift DE 200 17 501 U1 in weiteren Einzelheiten beschrieben. Die Strukturierung des Displayelements kann auf diese Weise ohne Oberflächenverletzung erfolgen, und die Einkapselung der gesamten Display-Einheit bleibt erhalten.
  • Ein selektives Trennen einzelner Leiterbahnen kann auch unter Verwendung eines CO2-Lasers oder durch Stanzen erfolgen. Die vorangehend mit Bezug auf den YAG-Laser beschriebene Materialselektion besteht hier nicht. Jedoch kann die Eindringtiefe gesteuert werden, so dass selektiv jeweils nur einzelne Schichten eines Verbundes durchtrennt werden können.
  • Die Trennung einzelner Leiterbahnen 36a bis 36g kann anstelle eines Lasers oder durch Stanzen auch unter Verwendung von elektrischen Schaltelementen erfolgen, welche die entsprechenden Anzeigelemente 34a bis 34g mit den elektrochemischen Spannungsquellen 38a bis 38g verbinden.
  • In der in 5b gezeigten Darstellung sind mit Hilfe eines YAG-Lasers oder Schalters beispielhaft die erste Leiterbahn 36a und die zweite Leiterbahn 36b unterbrochen, so dass die zugehörigen Anzeigeelemente 34a und 34b deaktiviert werden. Die 7-Segmentanzeige stellt dann anstelle der Zahl 8, die in 5a als Ausgangskonfiguration gezeigt ist, die Zahl 6 dar.
  • Die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und die Figuren dienen nur der Veranschaulichung der Erfindung und der mit ihr erzielten vorteilhaften Effekte, sollen die Erfindung aber nicht beschränken. Der Umfang der Erfindung ergibt sich allein aus den nachfolgenden Ansprüchen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Schaltgruppe
    12
    Substrat
    12a
    erster Teilbereich des Substrats 12
    12b
    zweiter Teilbereich des Substrats 12
    14
    Faltlinie
    16
    elektrochromes Anzeigeelement
    18a
    Anodenelement
    18b
    Kathodenelement
    20
    erste Leiterbahn
    20a
    erstes Ende der ersten Leiterbahn 20
    20b
    zweites Ende der ersten Leiterbahn 20
    22
    zweite Leiterbahn
    22a
    erstes Ende der zweiten Leiterbahn 22
    22b
    zweites Ende der zweiten Leiterbahn 22
    24
    dritte Leiterbahn
    24a
    erstes Ende der dritten Leiterbahn 24
    24b
    zweites Ende der dritten Leiterbahn 24
    26, 26'
    Abstandselemente
    28, 28'
    Öffnung/Spalt des Abstandselements 26 bzw. 26'
    30, 30'
    Schaltelemente
    32
    vierte Leiterbahn
    32a
    erstes Ende der vierten Leiterbahn 30
    34a–34g
    elektrochrome Anzeigeelemente
    36a–36g
    Leiterbahnen
    38a–38g
    elektrochemische Spannungsquellen

Claims (15)

  1. Schaltgruppe (10) mit: einer ersten Substratschicht (12a), auf welcher eine erste Leiterbahn (20) ausgebildet ist, wobei die erste Leiterbahn (20) mit einem elektrischen Verbraucher (16) verbunden ist; einer zweiten Substratschicht (12b), auf welcher eine zweite Leiterbahn (22) ausgebildet ist, wobei die zweite Leiterbahn (22) mit einer elektrischen Spannungsquelle (18a, 18b) verbunden ist und die erste Leiterbahn (20) zumindest teilweise überlappt; einem Schaltelement (30, 30') mit einem Abstandselement (26, 26'), welches in einer offenen Schalterstellung des Schaltelements (30, 30') die zweite Leiterbahn (22) von der ersten Leiterbahn (20) räumlich und elektrisch trennt; wobei das Abstandselement (26, 26') derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement (30, 30') durch Ausüben einer Druckkraft auf die erste Substratschicht (12a) und/oder zweite Substratschicht (12b) in eine geschlossene Schalterstellung übergeht, in welcher die zweite Leiterbahn (22) die erste Leiterbahn (20) berührt.
  2. Schaltgruppe nach Anspruch 1, bei welchem das Abstandselement (26, 26') auf der ersten Leiterbahn (20) und/oder auf der zweiten Leiterbahn (22) aufliegt.
  3. Schaltgruppe nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Abstandselement (26, 26') ein Ringelement, insbesondere ein Kreisringelement, ist.
  4. Schaltgruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die erste Leiterbahn (20) über ein zweites Schaltelement (30, 30') mit dem elektrischen Verbraucher (16) verbunden ist und/oder die zweite Leiterbahn (22) über ein drittes Schaltelement (30, 30') mit der elektrischen Spannungsquelle (18a, 18b) verbunden ist, wobei das zweite Schaltelement (30, 30') und/oder das dritte Schaltelement (30, 30') vorzugsweise ein Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
  5. Schaltgruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der elektrische Verbraucher (16) zumindest teilweise auf der ersten Substratschicht (12a) ausgebildet ist und/oder die elektrische Spannungsquelle (18a, 18b) zumindest teilweise auf der zweiten Substratschicht (12b) ausgebildet ist.
  6. Schaltgruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die erste Substratschicht (12a) und die zweite Substratschicht (12b) Teilbereiche einer zusammenhängenden gefalteten Substratschicht (12) sind.
  7. Verfahren zum Ausbilden einer Schaltgruppe mit folgenden Schritten: Ausbilden einer ersten Leiterbahn (20) und eines elektrischen Verbrauchers (16) auf einer ersten Substratschicht (12a); Ausbilden einer zweiten Leiterbahn (22) und zumindest eines Teils (18b) einer elektrischen Spannungsquelle auf einer zweiten Substratschicht (12b); Aufbringen eines Abstandselement (26, 26') auf die erste Leiterbahn (20) und/oder zweite Leiterbahn (22); und Verbinden zumindest eines Teils der zweiten Substratschicht (12b) mit zumindest einem Teil der ersten Substratschicht (12a) derart, dass die zweite Leiterbahn (22) mit der ersten Leiterbahn (20) im Bereich des Abstandselements (26, 26') zumindest teilweise überlappt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die erste Leiterbahn (20) und/oder der elektrische Verbraucher (16) auf die erste Substratschicht (12a) gedruckt werden und/oder bei welchem die zweite Leiterbahn (20) und/oder die elektrische Spannungsquelle (18b) auf die zweite Substratschicht (12b) gedruckt werden und/oder bei welchem das Abstandselement (26, 26') auf die erste Leiterbahn (20) und/oder zweite Leiterbahn (22) gedruckt wird, wobei das Drucken jeweils vorzugsweise ein Siebdrucken umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem eine erste Komponente (18a) der elektrischen Spannungsquelle, welche eine erste Elektrode umfasst, auf der ersten Substratschicht (12a) ausgebildet wird, vorzugsweise gedruckt wird, und eine zweite Komponente (18b) der elektrischen Spannungsquelle, welche eine zweite Elektrode umfasst, auf der zweiten Substratschicht (12b) ausgebildet wird, vorzugsweise gedruckt wird, wobei die zweite Komponente (18b) der elektrischen Spannungsquelle mit der zweiten Leiterbahn (22) verbunden wird und die zweite Substratschicht (12b) mit der ersten Substratschicht (12a) derart verbunden wird, dass die zweite Komponente (18b) zumindest teilweise mit der ersten Komponente (18a) in Kontakt gebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9 mit zusätzlich den Schritten des Ausbildens, vorzugsweise Druckens, einer dritten Leiterbahn (24) auf der ersten Substratschicht (12a) und des elektrischen Verbindens der ersten Komponente (18a) der Spannungsquelle mit der dritten Leiterbahn (24) an einem ersten Ende (24a) der dritten Leiterbahn (24) und des elektrischen Verbindens des Verbrauchers (16) mit der dritten Leiterbahn (24) an einem dem ersten Ende (24a) entgegengesetzten zweiten Ende (24b) der dritten Leiterbahn (24).
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welchem die erste Substratschicht (12a) und die zweite Substratschicht (12b) Teilbereiche einer zusammenhängenden Substratschicht (12) sind, wobei der Schritt des Verbindens das zumindest teilweise Falten des zweiten Teilbereichs (12b) der Substratschicht (12) über den ersten Teilbereich (12a) der Substratschicht (12) umfasst.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 mit folgenden Schritten: Ausbilden zumindest einer elektrischen Spannungsquelle (18a, 18b; 38a–38g) auf der ersten (12a) und/oder zweiten (12b) Substratschicht; Ausbilden mehrerer elektrischer Verbraucher (16; 34a–34g) auf der ersten (12a) und/oder zweiten (12b) Substratschicht; Ausbilden mehrerer Leiterbahnen (20, 22, 24; 36a–36g) auf der ersten (12a) und/oder zweiten (12b) Substratschicht, wobei die Leiterbahnen (20, 22, 24; 36a–36g) die jeweiligen elektrischen Verbraucher (16; 34a–34g) mit der elektrischen Spannungsquelle (18a, 18b; 38a–38g) verbinden; und selektives Trennen einzelner vorbestimmter Leiterbahnen (20, 22, 24; 36a–36g).
  13. Verfahren zum Ausbilden einer Schaltungskonfiguration mit folgenden Schritten: Ausbilden zumindest einer elektrischen Spannungsquelle (18a, 18b; 38a–38g) auf einer Substratschicht (12); Ausbilden mehrerer elektrischer Verbraucher (16; 34a–34g) auf der Substratschicht (12); Ausbilden mehrerer Leiterbahnen (20, 22, 24; 36a–36g), welche die jeweiligen elektrischen Verbraucher (16; 34a–34g) mit der elektrischen Spannungsquelle (18a, 18b; 38a–38g) verbinden; und selektives Trennen einzelner vorbestimmter Leiterbahnen (20, 22, 24; 36a–36g).
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem das Trennen der Leiterbahnen (20, 22, 24; 36a–36g) mittels eines Lasers, insbesondere mittels eines Festkörperlasers, besonders vorzugsweise mittels eines YAG-Lasers, erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welchem die mehreren elektrischen Verbraucher einzelne Komponenten (34a–34g) eines elektrischen Anzeigeelements, insbesondere eines elektrochromen Displays oder eines elektrolumineszenten Displays, bilden.
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