DE112020004715T5

DE112020004715T5 - Berührungssensor, elektronisches gerät und verfahren zur herstellung eines berührungssensors

Info

Publication number: DE112020004715T5
Application number: DE112020004715.6T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Tomooka; Yasushi Sakai
Original assignee: Sekisui Polymatech Co Ltd
Current assignee: Sekisui Polymatech Co Ltd
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-06-09
Also published as: JP2021184311A; CN114174964B; WO2021065715A1; US11599230B2; US20220269371A1; JP6938073B1; CN114174964A; JPWO2021065715A1

Abstract

Es wird ein Berührungssensor mit einem Ausläufer bereitgestellt, das eine Anschlussschutzschicht aufweist, die ein reibungsloses Einsetzen in eine Leiterplatte oder ein Entfernen von einer Leiterplatte ermöglicht, ohne ein Problem zu verursachen, das bei einer typischen Anschlussschutzschicht auftreten kann, die auf einem Anschluss an einem distalen Ende eines Ausläufers eines Berührungssensors vorgesehen ist, der beispielsweise für Eingabevorgänge verschiedener elektronischer Geräte verwendet wird. Ein Berührungssensor (1) mit einer Vielzahl von Sensorelektroden (12) und einer Vielzahl von Drähten (13) auf einer einzigen Substratfolie (11) weist einen Körper (A) mit einem flachen Abschnitt (A1) und einem verformten Abschnitt (A2) auf, der relativ zu dem den verformten Abschnitt (A2) umgebenden flachen Abschnitt (A1) dreidimensional geformt ist und eine Bedienoberfläche (A3) mit den Sensorelektroden (12) und einen Ausläufer (B) aufweist, das von dem Körper (A) absteht und einen Anschluss (B2) zur Verbindung der Drähte (13) mit einer Leiterplatte aufweist. Der Anschluss (B2) weist eine Anschlussschutzschicht (15) zum Schutz der Drähte (13) auf. Die Substratfolie (11) umfasst einen Teil (T1), der sich innerhalb des Anschlusses (B2) befindet und eine Dicke (t1) aufweist. Die Dicke (t1) ist die maximale Dicke der gesamten Substratfolie (11).

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Berührungssensor, der zum Beispiel für Eingabevorgänge verschiedener elektronischer Geräte verwendet wird, ein elektronisches Gerät, das den Berührungssensor enthält, und ein Verfahren zur Herstellung des Berührungssensors.
Stand der Technik
Berührungssensoren werden für Eingabevorgänge verschiedener elektronischer Geräte verwendet. Ein solcher Berührungssensor umfasst ein aus einer Harzfolie gebildetes Substrat, einen Teil, der als Erfassungsbereich mit Sensorelektroden dient, und ein Ende bzw. einen Ausläufer, bei dem es sich um einen Teil handelt, in dem von dem Erfassungsbereich ausgehende Drähte gebündelt sind. Das Ende hat an seinem distalen Ende einen Anschluss, der in eine Leiterplatte, die ein separates Bauteil ist, eingesetzt oder daraus entfernt werden kann. Der Anschluss wird zur leitenden Verbindung in die Leiterplatte eingesetzt. Die Oberfläche des Anschlusses ist in der Regel mit einer leitenden Kohlenstoffschicht bedeckt, die als Schutzschicht für den Anschluss dient. Eine solche Technik wird beispielsweise in der nationalen Neuveröffentlichung der internationalen PCT-Veröffentlichung der Patentanmeldung Nr. WO 2015/147323 (PTL 1) beschrieben.
Zitierungsliste
Patentliteratur
PTL 1: Nationale Wiederveröffentlichung der internationalen PCT-Publikation der Patentanmeldung Nr. WO 2015/147323 .
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Kohlenstoffschicht ist auf dem Ende eines Berührungssensors so angebracht, dass Segmente der Kohlenstoffschicht einzelne Drähte in dem im Allgemeinen dünn geformten Ende abdecken, um eine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Drähten zu verhindern. Die Segmente der Kohlenstoffschicht, die aus einer dünnen Überzugsschicht besteht, sind in einem geringen Abstand angeordnet. In einem Berührungssensor als Endprodukt kann die Kohlenstoffschicht einen Defekt aufweisen, wie zum Beispiel einen Riss oder einen zu großen Abstand der Drähte, der durch die Art der Herstellung des Berührungssensors verursacht wird.
Die vorliegende Anmeldung offenbart einen Berührungssensor mit geringem oder keinem Defekt in einer Anschlussschutzschicht, die auf einem Anschluss an einem distalen Ende eines Endes vorgesehen ist.
Lösung des Problems
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Berührungssensor mit einer Vielzahl von Sensorelektroden und einer Vielzahl von Drähten auf einer Substratfolie bereit, wobei der Berührungssensor einen Körper, der einen dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind, und einen Ausläufer umfasst, der aus dem Körper herausragt und einen Anschluss aufweist, um die Drähte mit einem Verbindungsziel zu verbinden. Der Anschluss ist mit einer Anschlussschutzschicht versehen, die die Drähte schützt. Die Substratfolie umfasst einen Teil T1, der sich innerhalb des Anschlusses befindet und eine Dicke t1 aufweist, und die Dicke t1 ist eine maximale Dicke der gesamten Substratfolie.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Berührungssensor mit den Sensorelektroden und den Drähten auf der Substratfolie den Körper, der den dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt enthält, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind, und den Ausläufer, der aus dem Körper herausragt und den Anschluss aufweist, um die Drähte mit dem Verbindungsziel zu verbinden. Bei dem Berührungssensor mit einer solchen Konfiguration dient der Abschnitt, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind, als Erfassungsbereich, den ein Benutzer mit einem Finger oder einem anderen Objekt berühren kann, um eine Eingabe durchzuführen. Da der Anschluss über die Anschlussschutzschicht verfügt, die die Drähte schützt, können die Drähte an dem Anschluss geschützt werden, um eine Verbindung mit dem Verbindungsziel herzustellen. Die Dicke t1 des Teils T1 der Substratfolie, der sich innerhalb des Anschlusses befindet, ist eine maximale Dicke der gesamten Substratfolie. Dies führt dazu, dass der Teil der Substratfolie an dem Anschluss weniger gedehnt wird als andere Teile der Substratfolie. Dies führt zu einer geringen Dehnung der Drähte und der Drahtschutzschicht an dem Anschluss. Dadurch weist der Berührungssensor an dem Anschluss einen kleinen oder gar keinen Riss und eine geringe oder gar keine Zunahme des Drahtabstands auf.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Berührungssensor mit einer Vielzahl von Sensorelektroden und einer Vielzahl von Drähten auf einer Substratfolie bereit, wobei der Berührungssensor einen Körper umfasst, der einen dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt aufweist, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind, und einen Ausläufer, der aus dem Körper herausragt und einen Anschluss aufweist, um die Drähte mit einem Verbindungsziel zu verbinden. Der Anschluss ist mit einer Anschlussschutzschicht versehen, die die Drähte schützt. Die Substratfolie umfasst einen Teil T1, der sich innerhalb des Anschlusses befindet und eine Dicke t1 aufweist, und einen von dem Teil T1 unterschiedlichen, flachen Teil T0, der sich innerhalb des Anschlusses befindet und eine maximale Dicke aufweist, wobei eine Differenz zwischen der Dicke t1 und einer Dicke t0 an jeder Position des flachen Teils T0 weniger als oder gleich 10% beträgt.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Berührungssensor mit den Sensorelektroden und den Drähten auf der Substratfolie den Körper, der den dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt enthält, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind, und den Ausläufer, der aus dem Körper herausragt und den Anschluss aufweist, um die Drähte mit dem Verbindungsziel zu verbinden. Bei dem Berührungssensor mit einer solchen Konfiguration dient der Abschnitt, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind, als Erfassungsbereich, den ein Benutzer mit einem Finger oder einem anderen Objekt berühren kann, um eine Eingabe durchzuführen. Da der Anschluss über die Anschlussschutzschicht verfügt, die die Drähte schützt, können die Drähte an dem Anschluss geschützt werden, um eine Verbindung mit dem Verbindungsziel herzustellen. Der Unterschied zwischen der Dicke t1 des Teils T1 der Substratfolie, der sich innerhalb des Anschlusses befindet, und der Dicke t0 an einer beliebigen Position des flachen Teils T0, die sich von dem Teil T1 unterscheidet und eine maximale Dicke aufweist, ist kleiner als oder gleich 10 %. Dies führt zu einer geringen Dehnung bzw. Verlängerung des Teils der Substratfolie an der Anschlussstelle und auch zu einer geringen Dehnung der Drähte und der Drahtschutzschicht an der Anschlussstelle. Dadurch weist der Berührungssensor einen Anschluss mit wenig oder keinem Riss und wenig oder keinem Anstieg des Drahtabstandes auf. Die Angabe „eine beliebige Position des flachen Teils T0, die sich von dem Teil T1 unterscheidet und eine maximale Dicke aufweist“, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf einen beliebigen Teil der Substratfolie, der sich in dem flachen Teil mit Ausnahme des Anschlusses befindet und der eine maximale Dicke aufweist. Der Dickenunterschied zwischen dem Teil der Substratfolie, der sich innerhalb des Anschlusses befindet, und jedem Teil der Substratfolie, der eine maximale Dicke aufweist und als Referenz dient, ist kleiner oder gleich 10%.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Berührungssensor ferner eine Seitenwand aufweisen, die sich an einer Grenze mit dem Ausläufer befindet und von dem Ausläufer absteht. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Berührungssensor die Seitenwand, die sich zwischen dem Körper und dem Ausläufer befindet und von dem Ausläufer zum Körper hin erhöht bzw. angehoben ist. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, dass der Körper mit einer Bedienoberfläche auf einem höheren Niveau als der Ausläufer liegt. Dadurch kann ein Raum unter einer hinteren Oberfläche gegenüber der Bedienoberfläche geschaffen werden, so dass der Ausläufer gefaltet und in dem Raum aufgenommen werden kann, oder alternativ kann jede andere Komponente in dem Raum aufgenommen werden. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Oberfläche des Berührfelds im Gegensatz zu einer einfachen flachen Oberfläche dekorativ ist, was zu einem guten Aussehen des Berührfelds führt.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Substratfolie den Teil T1, der sich innerhalb des Anschlusses befindet und die Dicke t1 aufweist, einen Teil T2, der sich in dem Ausläufer und 5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer und dem Körper entfernt befindet und eine Dicke t2 aufweist, und einen Teil T3, der sich an der Seitenwand befindet und eine Dicke t3 aufweist, umfassen, und die Dicke t1 kann größer als die Dicken t2 und t3 sein.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Substratfolie den Teil T1, der sich innerhalb des Anschlusses befindet und die Dicke t1 aufweist, den Teil T2, der sich in dem Ausläufer und 5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer und dem Körper entfernt befindet und die Dicke t2 aufweist, und den Teil T3, der sich an der Seitenwand befindet und die Dicke t3 aufweist, wobei die Dicke t1 größer als die Dicken t2 und t3 ist. Eine solche Konfiguration des Berührungssensors führt zu einer geringen Dehnung des Teils der Substratfolie an dem Anschluss und führt auch zu einer geringen Dehnung der Drähte und der Drahtschutzschicht an dem Anschluss. Somit weist der Berührungssensor einen Anschluss mit wenig oder keinem Riss und wenig oder keinem Anstieg des Drahtabstandes auf.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Berührungssensor ferner eine isolierende Resistschicht bzw. Abdeckschicht bzw. Lackschicht umfassen, die die Drähte bedeckt, die an dem von dem Anschluss entfernten Ausläufer angeordnet sind. Gemäß diesem Aspekt sind die Drähte, die an dem von dem Anschluss abweichenden Ende angeordnet sind, von der isolierenden Resistschicht bedeckt. Eine solche Konfiguration eliminiert oder minimiert Korrosion, Rissbildung und Ablösung der Drähte.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Anschlussschutzschicht eine Kohlenstoffschicht sein, die leitfähiges Kohlenstoffpulver enthält und eine Bleistifthärte von 2H oder höher aufweist. Gemäß diesem Aspekt wird die Anschlussschutzschicht aus einer Kohlenstoffschicht gebildet, die leitfähiges Kohlenstoffpulver enthält und eine Bleistifthärte von 2H oder höher aufweist. Eine solche Konfiguration schützt die Drähte an dem Anschluss und verringert so die Wahrscheinlichkeit, dass die Drähte sich abnutzen oder sich lösen, wenn der Anschluss in die Leiterplatte eingesetzt oder aus ihr entfernt wird.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Drähte aus einer leitfähigen Überzugsschicht gebildet werden oder eine leitfähige Überzugsschicht aufweisen, die einen Silberfüllstoff enthält. Gemäß diesem Aspekt werden die Drähte aus einer leitfähigen Überzugsschicht gebildet, die einen Silberfüllstoff enthält. Eine solche Konfiguration ermöglicht eine einfache und genaue Bildung der Drähte und ermöglicht auch die Drähte, um eine hohe Leitfähigkeit haben.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Berührungssensor außerdem eine nicht dehnbare Folie aufweisen, die den Anschluss bedeckt. Da der Berührungssensor die nicht dehnbare Folie aufweist, die den Anschluss bedeckt, kann der Anschluss durch die nicht dehnbare Folie geschützt werden, bis der Berührungssensor in ein Produkt eingebaut wird. Dadurch wird verhindert, dass Schmutz oder Staub an dem Anschluss haften bleibt.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die nicht dehnbare Folie aus einem hitzebeständigen Harz mit einer Verformungstemperatur unter Last von 200 °C oder höher hergestellt werden. Da die nicht dehnbare Folie aus einem hitzebeständigen Harz mit einer Verformungstemperatur unter Last von 200 °C oder höher besteht, kann die Substratfolie an dem Anschluss kaum verformt werden, wenn die Substratfolie mit der nicht dehnbaren Folie einer Verformung unterzogen wird. Eine solche Konfiguration eliminiert oder minimiert die Rissbildung der Drähte und der Schutzschicht des Anschlusses, die an dem Anschluss vorgesehen ist, sowie eine Änderung des Drahtabstands.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine elektronische Vorrichtung bereit, die ein Gehäuse und einen der oben beschriebenen Berührungssensoren aufweist, wobei der Berührungssensor in dem Gehäuse angeordnet ist. Gemäß diesem Aspekt, weist die elektronische Vorrichtung, da die elektronische Vorrichtung das Gehäuse und einen der oben beschriebenen Berührungssensoren aufweist, die in dem Gehäuse angeordnet sind, den Berührungssensor mit dem Anschluss auf, der eine hohe Verschleißfestigkeit und hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Berührungssensors vor, der so geformt ist, dass er einen Körper aufweist, der einen dreidimensional ausgebildeten, verformten Abschnitt mit einer Arbeitsfläche, in der eine Vielzahl von Sensorelektroden angeordnet sind, und ein von dem Körper abstehendes Ende mit einem Anschluss zum Verbinden von Drähten mit einer Leiterplatte aufweist, wobei die Sensorelektroden und die Drähte auf einer einzigen Substratfolie angeordnet sind und der Anschluss eine Anschlussschutzschicht zum Schutz der Drähte aufweist. Das Verfahren umfasst das Ausbilden der Sensorelektroden, der Drähte und der Anschlussschutzschicht auf einer einzigen flachen Substratfolie, das Anbringen einer nicht dehnbaren Folie auf einem Bereich, der zumindest den Anschluss nach dem Ausbilden der Sensorelektroden, die Drähte und die Anschlussschutzschicht aufweist, sowie das dreidimensionale Ausbilden eines Teils der Substratfolie zu dem verformten Abschnitt.
Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines Berührungssensors, der so geformt ist, dass er einen Körper aufweist, der einen dreidimensional ausgebildeten, verformten Abschnitt mit einer Betätigungsfläche, in der eine Vielzahl von Sensorelektroden angeordnet sind, und einen Ausläufer aufweist, der aus dem Körper herausragt und einen Anschluss aufweist, um Drähte mit einer Leiterplatte zu verbinden, wobei die Sensorelektroden und die Drähte auf einer einzigen Substratfolie angeordnet sind und der Anschluss eine Anschlussschutzschicht hat, die die Drähte schützt.
Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung eines dreidimensional geformten Berührungssensors. Das Verfahren umfasst das Ausbilden der Sensorelektroden, der Drähte und der Anschlussschutzschicht auf einer einzigen flachen Substratfolie, das Anbringen einer nicht dehnbaren Folie auf einem Bereich, der zumindest den Anschluss nach dem Ausbilden der Sensorelektroden, die Drähte und die Anschlussschutzschicht aufweist, und das dreidimensionale Ausbilden eines Teils der Substratfolie zu dem verformten Abschnitt. Da die Sensorelektroden, die Drähte und die Schutzschicht für den Anschluss mit diesem Verfahren auf einer einzigen flachen Substratfolie bereitgestellt werden können, können diese Komponenten leicht auf jede Art und Weise, einschließlich Drucken, gebildet werden. Da das Verfahren das Anbringen einer nicht dehnbaren Folie auf bzw. an einem Bereich, der zumindest den Anschluss aufweist, und das dreidimensionale Formen eines Abschnitts der Substratfolie zu dem verformten Abschnitt aufweist, verhindert oder minimiert die nicht dehnbare Folie, die zumindest den Anschluss bedeckt, die Dehnung der Substratfolie an dem Anschluss, wenn die Substratfolie während des dreidimensionalen Formens gedehnt wird. Auf diese Weise werden Risse in den Drähten und in der Anschlussschutzschicht sowie eine Änderung des Drahtabstandes verhindert.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das dreidimensionale Ausbilden das Ausbilden einer Seitenwand gleichzeitig mit dem Ausbilden des verformten Abschnitts umfassen, wobei die Seitenwand an der Grenze zwischen dem Körper und dem Ausläufer angeordnet ist und von dem Ausläufer angehoben wird. Da die Seitenwand, die sich an der Grenze zwischen dem Körper und dem Ausläufer befindet und von dem Ausläufer abgehoben ist, gleichzeitig mit der Bildung des verformten Abschnitts gebildet werden kann, kann die Substratfolie auf einfache Weise dreidimensional gebildet werden. Obwohl sich die Seitenwand näher an dem Endstück befindet als der verformte Abschnitt, kann das Endstück, das von der nicht dehnbaren Folie bedeckt ist, selbst bei einer solchen Form, bei der die Seitenwand durch Verformung eines sich nahe an dem Endstück befindenden Abschnitts der Substratfolie gebildet wird, kaum verformt werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Berührungssensors bereit, wobei das Verfahren einen ersten Schritt des Ausbildens einer Vielzahl von Sensoren, einer Vielzahl von Drähten, die sich von den Sensorelektroden aus erstrecken, und einer Anschlussschutzschicht, die die Drähte schützt, auf einer flachen Substratfolie, einen zweiten Schritt des Anbringens einer nicht dehnbaren Folie an einem Bereich, der mindestens einen auf der Substratfolie vorgesehenen Anschluss aufweist, wobei der Anschluss so konfiguriert ist, dass er die Drähte mit einem Verbindungsziel verbindet, und einen dritten Schritt des dreidimensionalen Ausbildens eines Abschnitts der Substratfolie zu einem dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt mit den Sensorelektroden umfasst. Nach diesem Verfahren wird, nachdem die nicht dehnbare Folie im zweiten Schritt an dem Anschluss befestigt wurde, im dritten Schritt eine dreidimensionale Formung durchgeführt. Dadurch wird eine Dehnung der Substratfolie an dem mit der nicht dehnbaren Folie bedeckten Anschluss verhindert, wodurch ein Reißen der Drähte und der an dem Anschluss vorgesehenen Schutzschicht für den Anschluss sowie eine Änderung des Drahtabstandes vermieden wird. Dieses Verfahren kann ferner vor oder nach einem der Schritte das Schneiden der Substratfolie in eine Form umfassen, die einen Körper mit den Sensorelektroden und ein von dem Körper abstehendes Ende mit dem Anschluss aufweist.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der dritte Schritt das dreidimensionale Ausbilden eines Abschnitts der Substratfolie, der sich an einer Grenze zwischen einem Körper, der den Eingabeerfassungsabschnitt enthält, und einem Ausläufer, der den Anschluss aufweist, befindet, zu einer Seitenwand aufweist, die von dem Ausläufer angehoben ist. Gemäß diesem Aspekt kann die Substratfolie leicht in eine Form gebracht werden, die den Körper mit dem dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt, das Ende mit dem Anschluss und die von dem Ende erhabene Seitenwand aufweist. Obwohl die Seitenwand von dem Ausläufer abgehoben ist, kann der Anschluss, der mit der nicht dehnbaren Folie bedeckt ist, kaum verformt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Der Berührungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Anschlussschutzschicht, die dünn ist und Segmente umfasst, die in einem geringen Abstand angeordnet sind, und weist eine geringe Verformung der Substratfolie an dem Anschluss auf. Das elektronische Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Berührungssensor mit dem Anschluss, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Das Verfahren zur Herstellung des Berührungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung verringert oder beseitigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Anschluss des dreidimensional geformten Berührungssensors verformt werden kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Berührungssensors gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine schematische Draufsicht auf den Berührungssensor von 1.
3 ist eine Schnittdarstellung des Berührungssensors entlang der Linie III-III aus 1.
4 ist eine zu 3 äquivalente Schnittdarstellung eines Berührungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, äquivalent zu 1, eines Berührungssensors gemäß einer dritten Ausführungsform.
6 zeigt eine schematische Ausführung eines Berührungssensors gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei der Teil 6A eine Draufsicht des Berührungssensors ist und der Teil 6B eine Schnittansicht des Berührungssensors entlang der Linie 6B-6B in dem Teil 6A ist.
7 zeigt Dickenmessstellen in einer Substratschicht eines in Beispiel 1 hergestellten Berührungssensors.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die Ausführungsformen werden im Folgenden beschrieben. Komponenten, die den Ausführungsformen gemeinsam sind, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um redundante Beschreibungen zu vermeiden. Eine redundante Beschreibung gemeinsamer Materialien, Vorgänge und Vorteile wird ebenfalls weggelassen. Wie hierin und in den Ansprüchen verwendet, werden die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ verwendet, um zwischen verschiedenen Komponenten zu unterscheiden, und sind nicht dazu gedacht, eine bestimmte Reihenfolge oder einen Vorrang zu beschreiben.
Erste Ausführungsform (Figuren 1 bis 3)
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Berührungssensors 1, der in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird. 2 ist eine schematische Draufsicht auf den Berührungssensor 1. 3 ist eine schematische Schnittdarstellung des Berührungssensors 1. Bei der in den 1 bis 3 dargestellten Form des Berührungssensors 1 umfasst der Berührungssensor 1 einen Körper A mit einer Bedienoberfläche A3, die ein Benutzer mit einem Finger oder einem anderen Gegenstand berührt, um eine Betätigung auszuführen, und ein Ende bzw. ein Endstück bzw. einen Ausläufer B, in dem Drähte 13 gesammelt und gebündelt und in hoher Dichte angeordnet sind, die aus dem Körper A herausragen und mit einer Leiterplatte verbunden werden sollen.
Der Körper A umfasst einen flachen Abschnitt A1 wie ein flaches Blatt ohne Unregelmäßigkeiten. Der Körper A weist in seinem mittleren Teil einen verformten Abschnitt A2 auf, der von dem flachen Abschnitt A1 um den verformten Abschnitt A2 herum vorsteht und eine dreidimensionale Form aufweist. Die Bedienoberfläche A3 mit einer Vielzahl von Sensorelektroden 12 befindet sich innerhalb des verformten Abschnitts A2. Der verformte Abschnitt A2 und die Bedienoberfläche A3 fungieren als „Eingabeerfassungsabschnitt“, um eine Eingabe auf dem Berührungssensor 1 zu erfassen. Die Bedienoberfläche A3 ist eine flache, kreisförmige Fläche, die sich im oberen Teil des verformten Abschnitts A2 befindet. Der Ausläufer B ist ein Vorsprung, der von einem Ende A4 des Körpers A absteht. Der Ausläufer B hat an seinem distalen Ende einen Anschluss B2, der in eine Leiterplatte (nicht abgebildet) eingesetzt oder daraus entfernt werden kann und als separates Element dient. Der Ausläufer B ist ein rechteckiger Vorsprung, kann aber auch jede andere Form haben. Es können ein oder mehrere Ausläufer B vorgesehen sein.
Der Berührungssensor 1 weist funktionell die in der Bedienoberfläche A3 angeordneten Sensorelektroden 12 auf. Die Drähte 13, die mit den Sensorelektroden 12 verbunden sind, erstrecken sich durchgehend von dem Körper A zu dem Ausläufer B und erstrecken sich über einen Drahtbündelabschnitt B1 zu dem Anschluss B2. An dem Anschluss B2 sind die Drähte 13 mit einer Anschlussschutzschicht 15 bedeckt, die beispielsweise aus einer Kohlenstoffschicht 15a besteht.
Bezüglich der Struktur des Berührungssensors 1 sind der Körper A und das Ende B auf einer einzigen Substratschicht 11 ausgebildet. In dem verformten Abschnitt A2, der ein erhabener Teil der Substratfolie 11 ist, sind die Sensorelektroden 12 zum Erfassen einer Berührung, zum Beispiel eines Fingers, auf einer vorderen Oberfläche a und einer hinteren Oberfläche b der Substratfolie 11 angeordnet, wie in einer in 3 enthaltenen vergrößerten Teilansicht dargestellt ist. Die Sensorelektroden 12 sind durch Resistschichten 14 abgedeckt und somit zum Beispiel gegen äußere Kräfte geschützt. Die Sensorelektroden 12 haben jeweils ein Ende, das mit den Drähten 13 an der Grenze zwischen dem verformten Abschnitt A2 und dem flachen Abschnitt A1 verbunden ist. Wie in einer weiteren vergrößerten Teilansicht in 3 dargestellt, sind die in dem flachen Abschnitt A1 angeordneten Drähte 13 durch die Resistschichten 14 abgedeckt und geschützt. Eine Verbindung, bei der die Sensorelektroden 12 in elektrischer Verbindung mit den Drähten 13 stehen, kann am Umfang des flachen Abschnitts A1 oder einer Seitenwand A5 oder neben dem Ausläufer B angeordnet sein.
In dem Ausläufer B werden die Drähte 13, die sich kontinuierlich von dem Körper A erstrecken, gesammelt und gebündelt. Die auf der Rückseite b der Substratfolie 11 angeordneten Drähte 13 erstrecken sich durch Durchgangslöcher (nicht dargestellt) in der Substratfolie 11 und dienen als die auf der Vorderseite a angeordneten Drähte 13. Der an dem distalen Ende des Ausläufers B befindliche Anschluss B2 ist in ein „Anschlussziel“ einzuführen oder aus diesem zu entfernen. Wie in einer weiteren in 3 enthaltenen vergrößerten Teilansicht dargestellt, liegt die Schutzschicht 15 zum Schutz der Drähte 13 über den Drähten 13 an dem Anschluss B2. Ein nicht einschränkendes Beispiel für ein „Anschlussziel“ ist ein Steckverbinder einer Leiterplatte in einem elektrischen Gerät.
Im Folgenden werden Materialien, Funktionen und andere Merkmale der in dem Berührungssensor 1 enthaltenen Komponenten beschrieben. Die Substratfolie 11 ist ein Substrat des Berührungssensors 1. Wenn das Substrat transparent sein soll, kann es aus einer transparenten Harz- bzw. Kunststofffolie hergestellt werden. Die Substratfolie 11 sollte so transparent sein, dass ein auf der Rückseite des Berührungssensors 1 angeordneter Anzeigebereich durch die Vorderseite a des Berührungssensors 1 sichtbar ist.
Die Harzfolie ist vorzugsweise bis zu einem gewissen Grad steif, weil die Harzfolie die Drähte 13 und die Sensorelektroden 12 trägt. Beispiele für das Material der Harzfolie sind unter anderem Polyethylenterephthalat (PET)-Harz, Polyethylennaphthalat (PEN)-Harz, Polycarbonat (PC)-Harz, Polymethylmethacrylat (PMMA)-Harz, Polypropylen (PP)-Harz, Polyurethan (PU)-Harz, Polyamid (PA)-Harz, Polyethersulfon (PES)-Harz, Polyetheretherketon (PEEK)-Harz, Triacetylcellulose (TAC)-Harz, Polyimid (PI)-Harz, Cycloolefinpolymer (COP) und eine Mischung oder Legierung, die eines der oben beschriebenen Harze enthält.
Die Substratfolie 11 weist eine Dicke von vorzugsweise 10 bis 300 µm auf, um die Form des Berührungssensors 1 beizubehalten. Die Substratfolie 11 kann einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden, zum Beispiel mit einer Grundierungsschicht, um die Haftung auf leitenden Polymeren zu verbessern, einer Oberflächenschutzschicht oder einer Überzugsschicht, um zum Beispiel den Aufbau statischer Elektrizität zu verhindern.
Die Sensorelektroden 12 werden aus einer leitfähigen Schicht gebildet, die eine leitfähige Tinte oder ein leitfähiges Polymer enthält. Ein leitfähiges Polymer kann verwendet werden, um eine Beschichtungsflüssigkeit herzustellen, welche die Herstellung durch Drucken ermöglicht. Die Sensorelektroden 12 können vorzugsweise durch Drucken mit einer solchen Beschichtungsflüssigkeit zu geringeren Kosten als zum Beispiel unter Verwendung von ITO hergestellt werden. Wenn die Sensorelektroden 12 nicht transparent sein müssen, können die Sensorelektroden 12 unter Verwendung einer Silbertinte oder -paste, die einen Silberfüllstoff enthält, oder einer leitfähigen Tinte, wie einer Kohlenstoffpaste, hergestellt werden. Eine Silbertinte oder Silberpaste ermöglicht einen niedrigen Widerstand und eine hohe Empfindlichkeit der Sensorelektroden 12. Mit einer Kohlenstoffpaste können die Sensorelektroden 12 zu geringeren Kosten als mit einem leitfähigen Polymer hergestellt werden und weisen eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit auf.
Um die Sensorelektroden 12 als transparente Schicht auszubilden, wird ein transparentes leitfähiges Polymer verwendet. Beispiele für ein solches leitfähiges Polymer sind unter anderem Polyparaphenylen, Polyacetylen und Poly (3,4-ethylendioxythiophen)-polystyrolsulfonat (PEDOT-PSS). Alternativ kann eine leitfähige Tinte, die einen Silberfüllstoff in Form von nanoskaligen feinen Partikeln oder Fasern enthält, zur Bildung einer transparenten Schicht verwendet werden.
Die Schicht, die die Sensorelektroden 12 bildet, weist eine Dicke von vorzugsweise 0,04 bis 1,0 µm, besonders bevorzugt von 0,06 bis 0,4 µm. Eine Schichtdicke von weniger als 0,04 µm bedeutet, dass die Sensorelektroden 12 einen höheren Widerstand aufweisen können. Eine Schichtdicke von mehr als 1,0 µm bedeutet, dass die Sensorelektroden 12 eine geringere Transparenz aufweisen können. Die Schichtdicke der auf der Substratfolie 11 gebildeten Sensorelektroden 12 kann mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops (AFM) gemessen werden.
Die Drähte 13 ermöglichen es, die Sensorelektroden 12 über den Anschluss B2 leitend mit der Leiterplatte des elektrischen Geräts zu verbinden. Die Drähte 13 sind vorzugsweise als leitfähige Beschichtung aus einer leitfähigen Paste oder Tinte ausgebildet, die ein hochleitfähiges Metall wie Kupfer, Aluminium, Silber oder eine diese Metalle enthaltende Legierung enthält. Unter diesen Metallen und Legierungen wird vorzugsweise Silber zur Herstellung der Drähte verwendet, da Silber eine hohe Leitfähigkeit aufweist und weniger leicht oxidiert wie Kupfer.
Die Drähte 13 weisen eine Dicke von vorzugsweise 1,0 bis 20 µm auf. Eine Dicke von weniger als 1,0 µm bedeutet, dass der Widerstand der Drähte 13 ansteigen kann, was zu Rauschen führt. Eine Dicke von mehr als 20 µm vergrößert die von den Drähten 13 definierten Stufen und ermöglicht es, dass Luftblasen zwischen die Resistschicht 14 und die Drähte 13 eindringen können, wenn die Resistschicht 14 auf den Drähten gebildet wird.
Die Drähte 13 weisen einen Widerstand von vorzugsweise 500 Ω oder weniger auf. Ein Widerstand von mehr als 500 Ω bedeutet, dass das Rauschen zunehmen kann, was zu einer geringeren Empfindlichkeit führt.
Die Resistschicht 14 ist eine isolierende Folie, die vorgesehen ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den Sensorelektroden 12 zu verhindern und die Sensorelektroden 12 beispielsweise vor ultravioletten Strahlen und Kratzern zu schützen, und die transparent sein sollte. Darüber hinaus ist die Resistschicht 14 geeignet, die Sulfonierung der Drähte 13 zu verhindern, die aus einer Silbertinte oder einer Silberpaste oder aus Metall bestehen.
Zur Bildung der Resistschicht 14 wird ein hartes Harz bzw. ein harter Kunststoff gewählt. Beispiele für ein solches Harz sind Acryl, Urethan, Epoxid, Polyolefin und andere Harze.
Die Resistschicht 14 weist eine Dicke von typischerweise 1 bis 30 µm, vorzugsweise von 5 bis 20 µm, auf. Der Grund dafür ist folgender: Eine Dicke von mehr als 30 µm führt dazu, dass die Resistschicht 14 wenig flexibel ist. Eine Dicke von weniger als 1 µm kann dazu führen, dass die Resistschicht 14 die Sensorelektroden 12 möglicherweise nicht ausreichend schützt.
Die Anschlussschutzschicht 15 ist eine leitende Schicht, die eine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist, um die Drähte 13 zu schützen. Wenn die Drähte 13 freiliegen, kann es zu einer Oxidation oder Migration der Drähte 13 kommen. Unter Bedingungen, bei denen die Drähte 13 freiliegen, kann ein wiederholtes Einstecken bzw. Entfernen in bzw. aus dem Verbinder, der als Verbindungsziel dient, die Drähte 13 abnutzen, was zu einem Anstieg des Widerstands und einer instabilen leitenden Verbindung führt. Die Anschlussschutzschicht 15 wird vorzugsweise durch die Kohlenstoffschicht 15a gebildet, die hart und verschleißfest ist. Die Kohlenstoffschicht 15a kann aus einer Beschichtung gebildet werden, die leitfähiges Kohlenstoffpulver enthält. Die Kohlenstoffschicht 15a hat eine Bleistifthärte, gemessen gemäß JIS K 5600-5-4, von vorzugsweise 2H oder höher, besonders bevorzugt 3H oder höher. Eine Bleistifthärte von 2H ist äquivalent zu einer Mohs-Härte von 2.
Eine nicht dehnbare Folie 16 kann aus einem Material hergestellt werden, das die gleiche Dehnbarkeit aufweist wie die Substratfolie 11. Die nicht dehnbare Folie 16, die über der Substratfolie 11 liegt, führt zu einer größeren Dicke als die der reinen Substratfolie 11 und hemmt somit die Dehnung der Substratfolie 11. Die nicht dehnbare Folie 16 wird jedoch vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das weniger dehnbar ist als die Substratfolie 11. Die nicht dehnbare Folie 16 kann aus einem Material gebildet werden, das beispielsweise aus den oben beschriebenen Materialien für die Harzfolie, welche die Substratfolie 11 bildet, Papier, Zellulose, Zellophan und Metallfolie ausgewählt wird. Die nicht dehnbare Folie 16 hat eine nach JIS K 7127 gemessene Dehnung von vorzugsweise 100 % oder weniger, besonders bevorzugt 80 % oder weniger. Die nicht dehnbare Folie 16, die aus einem anisotropen Material, wie zum Beispiel einer orientierten Folie, hergestellt ist, hat vorzugsweise eine Dehnung, die in mindestens einer Richtung kleiner oder gleich der oben beschriebenen Dehnung ist.
Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung des Berührungssensors 1 beschrieben. Die Rohstoffe für die Funktionsschichten, die auf der Vorderseite a der Substratfolie 11 aufgebracht werden sollen, oder die Rohstoffe für die Sensorelektroden 12, die Drähte 13, die Resistschicht 14 und die Anschlussschutzschicht 15 werden als flüssige Zusammensetzungen hergestellt, so dass diese Funktionsschichten durch Drucken auf der Substratfolie 11 gebildet werden können. Diese Funktionsschichten können leicht durch Drucken dieser flüssigen Zusammensetzungen auf der einzelnen flachen Substratfolie 11 gebildet werden.
Die nicht dehnbare Folie 16 wird dann an der Substratfolie 11 befestigt, um mindestens eine der Vorder- und Rückseiten mindestens eines Abschnitts zu bedecken, der den Anschluss B2 bildet. Danach wird die Substratfolie 11 mit der nicht dehnbaren Folie 16 in eine Form gelegt, um die Substratfolie 11 dreidimensional zu formen, so dass sich die Bedienoberfläche A3 an dem verformten Abschnitt A2 mit einer dreidimensionalen Form befindet. Schließlich wird die nicht dehnbare Folie 16 von der Substratfolie 11 entfernt, wodurch der Berührungssensor 1 entsteht. Ein Rohmaterial der Substratfolie 11 kann vor dem Drucken der Funktionsschichten, nach dem Drucken der Funktionsschichten, nach dem Anbringen der nicht dehnbaren Folie 16 oder nach dem dreidimensionalen Formen der Bedienoberfläche A3 in eine Form, die den Körper A und den Ausläufer B aufweist, geschnitten werden.
Der Berührungssensor 1 umfasst die Anschlussschutzschicht 15, die dünn ist und Segmente aufweist, die in einem geringen Abstand angeordnet sind, ohne dass der Anschluss B2 und die Anschlussschutzschicht 15 durch Dehnung reißen und ohne einen zu großen Abstand. Mit anderen Worten: Der Anschluss B2 wird während des Schritts der dreidimensionalen Formung der aus einem einzigen Folienmaterial gebildeten Substratfolie 11 durch die nicht dehnbare Folie 16 geschützt. Dadurch wird verhindert, dass der Anschluss B2 gedehnt wird, wenn das Ende B durch Dehnung der Substratfolie 11 während der dreidimensionalen Verformung (des verformten Abschnitts A2 und der Bedienoberfläche A3) mit dem Formwerkzeug gezogen wird. Für die nach der dreidimensionalen Verformung gemessenen Dicken von Teilen der Substratfolie 11 weist ein Teil (mit dem Anschluss korrespondierender Teil T1) der Substratfolie 11, der sich innerhalb eines Bereichs T1 des Anschlusses B2 befindet, eine Dicke t1 auf, und die Dicke t1 kann eine maximale Dicke der gesamten Substratfolie 11 sein. Alternativ kann die Differenz zwischen der Dicke t1 des mit dem Anschluss korrespondierenden Teils (T1) und einer Dicke t0 an einer beliebigen Position eines flachen Teils T0 der Substratfolie 11, der unterschiedlich von dem mit dem Anschluss korrespondierenden Teil T1 ist und eine maximale Dicke aufweist, 10 % oder weniger betragen.
In ähnlicher Weise kann der Berührungssensor 1 so ausgebildet sein, dass die Substratfolie 11 den mit dem Anschluss korrespondierenden Teil T1 mit der Dicke t1, einen Teil T2, der sich in dem Ausläufer B und 5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer B und dem Körper A entfernt befindet und eine Dicke t2 aufweist, und einen Teil T3 aufweist, der sich an einer beliebigen Position in dem Körper A befindet und eine Dicke t3 aufweist, wobei die Dicke t1 größer ist als die Dicken t2 und t3. Da der Berührungssensor 1 die Substratfolie 11 mit derartigen Dicken aufweist, weist der Berührungssensor 1 den Anschluss B2 auf, der eine hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf Dicke, Drahtabstand und Leitfähigkeit aufweist und auch eine hohe Empfindlichkeit zeigt.
Zweite Ausführungsform (Fig. 4)
4 ist eine Schnittansicht eines Berührungssensors 2 ähnlich wie 3, der in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird. Wie in einer vergrößerten Teilansicht in 4 dargestellt, enthält der Berührungssensor 2 die nicht dehnbare Folie 16, die als Oberflächenschicht des Anschlusses B2 dient. Insbesondere wird die bei der Herstellung verwendete, nicht dehnbare Folie 16 von dem Berührungssensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform entfernt, während die nicht dehnbare Folie 16 als Bestandteil des Berührungssensors 2 enthalten ist. Die nicht dehnbare Folie 16 überlagert die Anschlussschutzschicht 15 an dem Anschluss B2.
Für die nicht dehnbare Folie 16 kann zum Beispiel eine hitzebeständige, nicht dehnbare Harzfolie verwendet werden. Der Begriff „hitzebeständig“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, einer Erwärmungstemperatur beim dreidimensionalen Formen der Substratfolie 11 zu dem Berührungssensor 2, der einen beabsichtigten Vorsprung oder eine Vertiefung aufweist, zu widerstehen oder einer Formungstemperatur beim integralen Formen des Berührungssensors 2 mit einem aus Harz geformten Produkt zu widerstehen, das zum Beispiel ein äußeres Bauteil, wie ein Gehäuse, sein soll. Bei der Substratfolie 11, die beispielsweise aus Polycarbonat besteht, kann die nicht dehnbare Folie 16, die aus einem hitzebeständigen Harz mit einer Verformungstemperatur unter Last von 200 °C oder höher besteht, der Hitze bei der Bildung der Substratfolie 11 standhalten. Was das Material der nicht dehnbaren Folie 16 betrifft, so haben eine Polyimidfolie und eine orientierte PET-Folie eine Verformungstemperatur unter Belastung von 200 °C oder höher. Vorzugsweise wird ein Polyimid-Klebeband verwendet, das zum Beispiel einen Acrylklebstoff enthält. Die in der zweiten Ausführungsform beschriebene, nicht dehnbare Folie 16 kann bei der Herstellung des Berührungssensors 1 nach der ersten Ausführungsform verwendet werden. Eine Durchbiegungstemperatur unter Last wird mit einer Last von 1,80 MPa gemäß JIS K 7191 gemessen.
Der Berührungssensor 2 kann in ähnlicher Weise hergestellt werden wie der Berührungssensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Anschlussschutzschicht 15 auf der Oberfläche des Anschlusses B2 oder der Oberfläche desselben, die der Oberfläche mit der Anschlussschutzschicht 15 gegenüberliegt, wird von der nicht dehnbaren Folie 16 bedeckt, die so bemessen ist, dass sie zumindest die Anschlussschutzschicht 15 bedeckt. Die nicht dehnbare Folie 16 ist in dem als Endprodukt dienenden Berührungssensor 2 enthalten, ohne dass sie während der Produktion entfernt wird.
Der Berührungssensor 2 gemäß einer solchen Ausführung hat die gleichen Vorteile wie der Berührungssensor 1. Darüber hinaus verhindert die in dem Berührungssensor 2 enthaltene, nicht dehnbare Folie 16, dass sich vor der eigentlichen Verwendung des Berührungssensors 2 Schmutz auf dem Anschluss B2 festsetzt. Die nicht dehnbare Folie 16 wird entfernt, wenn der Anschluss B2 in den Verbinder eingeführt wird.
Abwandlung
Der Berührungssensor 2 kann so ausgebildet sein, dass die nicht dehnbare Folie 16 auf der hinteren Fläche b gegenüber der Fläche mit den Drähten 13 an dem Anschluss B2 vorgesehen ist. Der Berührungssensor 2 gemäß einer solchen Ausführung hat die gleichen Vorteile wie der Berührungssensor 1.
Dritte Ausführungsform (Fig. 5)
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Berührungssensors 3, der in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Körper des Berührungssensors 3 eine Seitenwand A5, die sich zwischen dem flachen Abschnitt A1 des Körpers A und dem Ausläufer B befindet und von dem Ausläufer B zu dem flachen Abschnitt A1 erhöht ist. Der Berührungssensor 3 unterscheidet sich von dem Berührungssensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die keine Seitenwand A5 aufweist, dadurch, dass der Berührungssensor 3 die Seitenwand A5 aufweist.
Die Seitenwand A5 kann gleichzeitig mit der Bildung des verformten Abschnitts A2 gebildet werden. Die Seitenwand A5, die durch Verformung der Substratfolie 11 gebildet wird, befindet sich näher an dem Anschluss B2 als der verformte Abschnitt A2. Die Substratfolie 11 kann verformt werden, während der Anschluss B2 mit der nicht dehnbaren Folie 16 bedeckt ist, und zwar in der gleichen Weise wie bei der in der ersten und zweiten Ausführungsform beschriebenen Herstellung. Dies verhindert eine Dehnung der Substratfolie 11 an dem Anschluss B2 und ermöglicht eine hohe Zuverlässigkeit des Anschlusses B2 des Berührungssensors 3 hinsichtlich Dicke, Drahtabstand und Leitfähigkeit.
Vierte Ausführungsform (Fig. 6)
6 zeigt einen schematischen Aufbau eines Berührungssensors 4, der in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird, und verdeutlicht die Form des Berührungssensors 4. Der Teil 6A ist eine Draufsicht auf den Berührungssensor 4. Der Teil 6B ist eine Schnittdarstellung des Berührungssensors 4. Wie in 6 dargestellt, enthält der Körper A des Berührungssensors 4 keinen flachen Abschnitt. Im Gegensatz zu dem Ausläufer B, der flach ist, weist der Körper A eine kuppelartige, gekrümmte Gesamtform auf. Der Berührungssensor 4 unterscheidet sich von den Berührungssensoren 1, 2 und 3 gemäß den anderen Ausführungsformen dadurch, dass der Berührungssensor 4 keinen flachen Abschnitt aufweist. In 6, die nur die Form des Berührungssensors 4 beschreibt, wird auf die Darstellung der Funktionsteile, wie die Drähte 13 und die Sensorelektroden 12, verzichtet. Der Berührungssensor 4 kann auf die gleiche Weise hergestellt werden wie die in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Berührungssensoren 1, 2 und 3.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele für die vorliegende Erfindung und sollten nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden. Die vorliegende Erfindung umfasst alle Abwandlungen, zum Beispiel der Formen und Materialien der Komponenten und der Verfahren zur Herstellung der Komponenten, die im Rahmen der Idee und des Schutzsbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
Bei der dreidimensionalen Formung der Substratfolie 11 kann die Substratfolie 11 beispielsweise einstückig bzw. integral mit einem Außenbauteil geformt werden, bei dem es sich um ein Kunstharzformteil handelt, wie zum Beispiel einen Außenrahmen oder ein Gehäuse. Ein solches Außenbauteil mit dem Berührungssensor kann beispielsweise als Teil einer Instrumententafel, einer Mittelkonsole, einer Türarmlehne oder einer Türverkleidung eines Fahrzeugs verwendet werden, einschließlich des Berührungssensors 1, 2, 3 oder 4, der als Eingabeeinheit dient.
Obwohl die erste bis dritte Ausführungsform die Beispiele illustrieren, in denen der verformte Abschnitt A2 ringförmig und die Bedienoberfläche A3 kreisförmig ist, kann der verformte Abschnitt A2 polygonal und die Bedienoberfläche A3 kann eine polygonale Oberfläche sein. Obwohl die erste bis dritte Ausführungsform die Beispiele illustrieren, in denen die Bedienoberfläche A3 eine flache Form aufweist und sich an einem oberen Ende des verformten Abschnitts A2 erstreckt, kann die Bedienoberfläche A3 ein Hohlraum in dem oberen Ende des verformten Abschnitts A2 sein. Obwohl die vierte Ausführungsform das Beispiel illustriert, in dem der Körper A eine Kugelform hat, kann der Körper A statt einer Kugelform auch eine Form wie ein Trapez oder ein Pyramidenstumpf haben.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Ein Berührungssensor mit der in 5 dargestellten Form wurde hergestellt. Die Dicken vorbestimmter Teile einer Substratfolie, die später im Detail beschrieben werden, wurden gemessen. Der Berührungssensor wurde wie folgt hergestellt: Es wurde eine Polycarbonatfolie mit einer Dicke von 250 µm verwendet, und 34 Drähte, die sich von einem Körper zu einem Ende erstrecken, wurden durch Drucken mit einer Silberpaste gebildet, so dass die Drähte in dem Ausläufer eine Breite von 0,1 mm und einen Abstand von 0,5 mm hatten.
In dem Ausläufer wurde ein Anschluss derart vorgesehen, dass er ein proximales Ende in einem Abstand von 26,5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer und dem Körper und ein distales Ende in einem Abstand von 30 mm von der Grenze hatte. Eine Schutzschicht für das Endstück wurde dann durch Bedrucken mit einer Kohlenstoffpaste gebildet, so dass jeder Draht in einem Bereich, der dem Endstück entsprach, von der Kohlenstoffpaste mit einer Breite von 0,3 mm bedeckt war. Das Ende hatte eine Breite von 22 mm.
Drei nicht dehnbare Folien, die jeweils aus einem Polyimid-Klebeband mit einem Acrylklebstoff gebildet waren und eine Dicke von 150 µm aufwiesen, wurden gestapelt und auf einer Oberfläche des Anschlusses mit der Schutzschicht des Anschlusses so angebracht, dass der gesamte Anschluss von den nicht dehnbaren Folien bedeckt war, die sich von einer Position aus erstreckten, die 12 mm näher an dem Körper lag als das proximale Ende des Anschlusses. Die Probe 1 wurde auf die oben beschriebene Weise hergestellt. Die Probe 2 wurde ohne die nicht dehnbare Folie hergestellt.
Dann wurden die Probe 1 und die Probe 2 jeweils in eine Form zur Vakuumformung gelegt und auf diese Weise ein Berührungssensor geformt. Jeder der Berührungssensoren von Probe 1 und Probe 2 bestand aus Seitenwänden und einem Körper, der von den Seitenwänden umgeben war und einen flachen Abschnitt und einen verformten Abschnitt in seinem mittleren Teil enthielt. Die Seitenwände hatten eine Höhe von 9 mm und eine Abmessung von 75 mm in einer Richtung entlang der Breite des Ausläufers. Die Oberseite des verformten Abschnitts, der aus dem flachen Abschnitt herausragte, hatte eine Höhe von 1 mm. In diesem Experiment wurde zur Vereinfachung auf die Bildung von Sensorelektroden und Resistschichten verzichtet.
Für diese auf die oben beschriebene Weise erhaltenen Proben wurden die Dicken der Teile jeder Substratschicht gemessen. Wie in 7 dargestellt, entsprachen die Messstellen einem Teil, der sich innerhalb des Anschlusses befand (T1: der oben beschriebene „dem Anschluss entsprechende Teil“), einem Teil (T2), der sich in dem Ausläufer befand und 5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer und dem Körper entfernt war, einem Teil (T3), der sich an der Seitenwand befand, und einem Teil (T4), der sich in dem flachen Abschnitt und im Mittelpunkt einer imaginären Linie befand, die den verformten Abschnitt mit einer Ecke oder einem Schnittpunkt zwischen den Seitenwänden verbindet. Mit t1, t2, t3 und t4 sind die Dicken der Teile T1, T2, T3 bzw. T4 der Substratfolie bezeichnet. An jeder dieser Stellen wurden die Dicken an drei zufällig ausgewählten Positionen gemessen. In der folgenden Tabelle sind die Durchschnittswerte der Messungen an den einzelnen Stellen aufgeführt.

[Tabelle 1]

	Messstelle	Vor dem Formen (µm)	Nach dem Formen (µm)	Veränderung	Abweichung von der maximalen Dicke des Teils außer T1
Probe 1	T1	250	237	-5%	3%
	T2	250	196	-22%	-15%
	T3	250	191	-24%	-17%
	T4	250	231	-8%	0%
Probe 2	T1	250	209	-17%	-11 %
	T2	250	192	-23%	-18%
	T3	250	203	-19%	-13%
	T4	250	234	-6%	0%

Bei jeder der Proben 1 und der Probe 2 wurden jeweils die Dicken der Teile der Substratfolie an den verschiedenen Stellen des Berührungssensors gemessen. Der Teil T4 war ein anderer Teil als der Teil T1, der sich innerhalb des Anschlusses befand und der eine maximale Dicke der Substratfolie aufwies.
Wie in Tabelle 1 dargestellt, zeigen die gemessenen Dicken der Substratfolie in Probe 1, dass in dem Berührungssensor, der unter Verwendung der nicht dehnbaren, den Anschluss bedeckenden Folie hergestellt wurde, die Differenz zwischen der Dicke t1 des Teils T1 der Substratfolie, die sich innerhalb des Anschlusses befindet, und der Dicke t0 des „Teils (T4), der sich in dem flachen Abschnitt und in der Mitte der imaginären Linie befindet, die den verformten Abschnitt mit der Ecke oder dem Schnittpunkt zwischen den Seitenwänden verbindet“, oder des Teils, der unterschiedlich von dem Teil T1 war und eine maximale Dicke der Substratfolie hatte, weniger als oder gleich 10 % ist. Der Vergleich zwischen der Dicke t1 des Teils T1 der Substratfolie, der sich in dem Endstück befindet, der Dicke t2 des Teils T2 der Substratfolie, der sich in dem Endstück und 5 mm von der Grenze zwischen Endstück und Körper entfernt befindet, und der Dicke t3 des Teils T3 der Substratfolie an der Seitenwand zeigt, dass die Dicke t1 größer ist als die Dicken t2 und t3. Der Berührungssensor der Probe 1 wies vor und nach der dreidimensionalen Formung der Substratfolie keinen Bruch und keine Dehnung der Schutzschicht des Anschlusses auf, die an dem Anschluss vorgesehen war und durch die Kohlenstoffschicht gebildet wurde, und wies auch keine Änderung des Drahtabstandes auf.
Im Gegensatz dazu ist bei dem Berührungssensor der Probe 2, der ohne die Verwendung der nicht dehnbaren Folie zur Abdeckung des Anschlusses hergestellt wurde, der Unterschied zwischen der Dicke t1 des Teils T1 der Substratfolie, der sich innerhalb des Anschlusses befindet, und der Dicke t0 des „Teils (T4), der sich in dem flachen Abschnitt und in der Mitte der imaginären Linie befindet, die den verformten Abschnitt mit der Ecke oder dem Schnittpunkt zwischen den Seitenwänden verbindet“, oder des Teils, der unterschiedlich von dem Teil T1 war und eine maximale Dicke der Substratfolie hatte, größer als 10 %. Der Berührungssensor der Probe 2 wies Brüche und Verlängerungen einiger Segmente der Schutzschicht des Anschlusses auf, die an dem Anschluss vorgesehen ist und durch die Kohlenstoffschicht gebildet wird, die die Drähte vor und nach der dreidimensionalen Formung der Substratfolie bedeckt, und wies auch eine Zunahme des Drahtabstandes auf.
BEISPIEL 2
Ein Berührungssensor mit der in 6 dargestellten Form wurde auf die gleiche Weise wie in BEISPIEL 1 hergestellt. Die Dicken von Teilen einer Substratschicht des Berührungssensors wurden gemessen. Ein Ausläufer hatte die gleiche Größe und Form wie in BEISPIEL 1. Die Größe und die Form des Körpers waren in der Draufsicht kreisförmig, hatten einen Durchmesser von 70 mm und waren kuppelförmig, so dass die Oberseite des Körpers 10 mm höher war als der Ausläufer. Wie in BEISPIEL 1 wurde der Berührungssensor mit nicht dehnbaren Folien als Probe 3 und der Berührungssensor ohne nicht dehnbare Folie wurde als Probe 4 hergestellt.

Für die Proben 3 und 4, die auf die oben beschriebene Weise hergestellt wurden, wurden die Dicken der Teile jeder Substratfolie auf die gleiche Weise wie in BEISPIEL 1 gemessen. Die Messung für T4 wurde ausgelassen, weil die Substratfolie keinen Teil hatte, der dem Teil T4 entsprach. Der Teil T3 befand sich in dem Körper und war 5 mm von der Grenze zwischen dem Körper und dem Ausläufer entfernt. Mit t1, t2 und t3 sind die Dicken der Teile T1, T2 bzw. T3 der Substratfolie bezeichnet. An jeder dieser Stellen wurden die Dicken an drei zufällig ausgewählten Positionen gemessen. In der folgenden Tabelle sind die Mittelwerte der Messungen an den einzelnen Stellen angegeben. [Tabelle 2]

	Messstelle	Vor dem Formen (µm)	Nach dem Formen (µm)	Veränderung	Abweichung von der maximalen Dicke des Teils außer T1
Probe 3	T1	250	237	-5%	0%
	T2	250	196	-22%	-17%
	T3	250	191	-24%	-19%
Probe 4	T1	250	209	-17%	0%
	T2	250	192	-23%	-8%
	T3	250	203	-19%	-3%

Bei jeder der Probe 3 und der Probe 4 wurden jeweils die Dicken der Teile der Substratschicht an den verschiedenen Stellen des Berührungssensors gemessen. Der Teil T1, der sich innerhalb des Anschlusses befand, hatte eine größere Dicke als die anderen Teile. Für die gemessenen Dicken der Substratfolie in der Probe 3 oder des Berührungssensors, der unter Verwendung der nicht dehnbaren, den Anschluss bedeckenden Folie hergestellt wurde, wie in Tabelle 2 dargestellt, ist der Vergleich zwischen der Dicke t1 des Teils T1 der Substratfolie, der sich innerhalb des Anschlusses befindet, und der Dicke t2 des Teils T2, der Substratfolie, der sich in dem Ausläufer befindet und 5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer und dem Körper entfernt ist, und der Dicke t3 des Teils T3 der Substratfolie, der sich in dem Körper befindet und 5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer und dem Körper entfernt ist, zeigt, dass die Dicke t1 größer ist als die Dicken t2 und t3. Der Berührungssensor der Probe 3 wies vor und nach der dreidimensionalen Formung der Substratfolie keinen Bruch und keine Dehnung der Schutzschicht des Anschlusses auf, die an dem Anschluss vorgesehen war und durch die Kohlenstoffschicht gebildet wurde, und hatte auch keine Änderung des Drahtabstandes.
Die Beziehung zwischen den Dicken an den drei Stellen der Probe 3 ist T1 > T2 > T3, während die Beziehung zwischen den Dicken an den drei Stellen der Probe 4 T1 > T3 > T2 ist, was darauf hinweist, dass die Beziehung zwischen der Dicke t2 des Teils T2 der Folie an dem Ende, das nicht der Anschluss ist, und der Dicke t3 des Teils T3 der Folie an der Seitenwand umgekehrt war. Der Berührungssensor der Probe 4 wies Brüche und Verlängerungen einiger Segmente der Schutzschicht des Anschlusses auf, die an dem Anschluss vorgesehen ist und durch die Kohlenstoffschicht gebildet wird, die die Drähte vor und nach der dreidimensionalen Formung der Substratfolie bedeckt, und wies auch eine Zunahme des Drahtabstandes auf.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3, 4: Berührungssensor
A: Körper
A1: flacher Abschnitt
A2: verformter Abschnitt (Eingabeerfassungsabschnitt)
A3: Bedienoberfläche (Eingabeerfassungsabschnitt)
A4: Ende
A5: Seitenwand
B: Ausläufer
B1: Drahtbündelabschnitt
B2: Anschluss
11: Substratschicht
12: Sensorelektrode
13: Draht
14: Resistschicht
15: Anschlussschutzschicht
15a: Kohlenstoffschicht
16: nicht dehnbare Folie
a: Vorderseite
b: hintere Oberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/147323 [0002, 0003]

Claims

Berührungssensor mit einer Vielzahl von Sensorelektroden und einer Vielzahl von Drähten auf einer Substratfolie, wobei der Berührungssensor Folgendes aufweist: einen Körper mit einem dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind; und ein Ende bzw. einen Ausläufer, das bzw. der aus dem Körper herausragt und einen Anschluss aufweist, um die Drähte mit einem Verbindungsziel zu verbinden, wobei der Anschluss eine Anschlussschutzschicht aufweist, die die Drähte schützt, und wobei die Substratfolie einen Teil (T1) enthält, der sich innerhalb des Anschlusses befindet und eine Dicke (t1) aufweist, und wobei die Dicke (t1) eine maximale Dicke der gesamten Substratfolie ist.
Berührungssensor mit einer Vielzahl von Sensorelektroden und einer Vielzahl von Drähten auf einer Substratfolie, wobei der Berührungssensor Folgendes aufweist: einen Körper mit einem dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt, in dem die Sensorelektroden angeordnet sind; und ein Ende bzw. einen Ausläufer, das aus dem Körper herausragt und einen Anschluss aufweist, um die Drähte mit einem Verbindungsziel zu verbinden, wobei der Anschluss eine Anschlussschutzschicht aufweist, die die Drähte schützt, und wobei die Substratfolie einen Teil (T1) mit einer Dicke (t1), der sich innerhalb des Anschlusses befindet, und einen flachen Teil (T0) mit einer maximalen Dicke, die von der des Teils (T1) abweicht, aufweist, und wobei eine Differenz zwischen der Dicke (t1) und einer Dicke (t0) an irgendeiner Position des flachen Teils (T0) weniger als oder gleich 10% beträgt.
Berührungssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Körper eine Seitenwand aufweist, die sich an einer Grenze mit dem Ausläufer befindet und von dem Ausläufer absteht.
Berührungssensor nach Anspruch 3, wobei die Substratfolie den Teil (T1), der sich innerhalb des Anschlusses befindet und die Dicke (t1) aufweist, einen Teil (T2), der sich in dem Ausläufer und 5 mm von der Grenze zwischen dem Ausläufer und dem Körper entfernt befindet und eine Dicke (t2) aufweist, und einen Teil (T3), der sich an der Seitenwand befindet und eine Dicke (t3) aufweist, umfasst, und wobei die Dicke (t1) größer ist als die Dicken (t2) und (t3).
Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher des Weiteren Folgendes aufweist: eine isolierende Resistschicht, die die Drähte bedeckt, die an dem von dem Anschluss unterschiedlichen Ausläufer angeordnet sind.
Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anschlussschutzschicht eine Kohlenstoffschicht ist, die leitfähiges Kohlenstoffpulver enthält und eine Bleistifthärte von 2H oder höher aufweist.
Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Drähte eine leitfähige Überzugsschicht aufweisen, die einen Silberfüllstoff enthält.
Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welcher des Weiteren Folgendes aufweist: eine nicht dehnbare Folie, die den Anschluss bedeckt.
Berührungssensor nach Anspruch 8, wobei die nicht dehnbare Folie ein hitzebeständiges Harz mit einer Verformungstemperatur unter Last von 200 °C oder höher aufweist.
Elektronische Vorrichtung, welcher Folgendes aufweist: ein Gehäuse; und den Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der in dem Gehäuse angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Berührungssensors, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: einen ersten Schritt des Ausbildens einer Vielzahl von Sensorelektroden, einer Vielzahl von Drähten, die sich von den Sensorelektroden aus erstrecken, und einer Anschlussschutzschicht, die die Drähte schützt, auf einer flachen Substratfolie, einen zweiten Schritt des Anbringens einer nicht dehnbaren Folie an einem Bereich, der mindestens einen auf der Substratfolie vorgesehenen Anschluss aufweist, wobei der Anschluss so konfiguriert ist, dass er die Drähte mit einem Verbindungsziel verbindet; und einen dritten Schritt des dreidimensionalen Ausbildens eines Abschnitts der Substratfolie zu einem dreidimensional geformten Eingabeerfassungsabschnitt mit den Sensorelektroden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der dritte Schritt das dreidimensionale Ausbilden eines Abschnitts der Substratfolie, der sich an einer Grenze zwischen einem Körper, der den Eingabeerfassungsabschnitt enthält, und einem Ausläufer, der den Anschluss aufweist, befindet, zu einer Seitenwand aufweist, die von dem Ausläufer angehoben ist.