JP2021535463A - 埋め込み検知機能を有する多層構造体および関連製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の側および反対側の第2の側を有する、任意選択的には実質的に電気絶縁性の材料を任意に含む、例えば成形または鋳造された層を含む、少なくとも1つのプラスチック層、
少なくとも1つのプラスチック層の第1の側および第2の側の両方に設けられた、少なくとも1つの、任意選択的にはプラスチックの、フィルム層、例えば各側にある1つまたは2つのフィルム層、を備え、
少なくとも1つのプラスチック層の第1の側上の少なくとも1つのフィルム層は、有利には、任意選択的には構造体に対する外部物体のタッチまたは近接を示す、1つ以上の選択された標的量、または具体的には、質の、検知、任意選択的には予測キャパシタンスなどの容量性および/または誘導性の検知と、代表的電気信号へのその変換とのためのリアクタンス検知エレクトロニクスを組み込む、エレクトロニクスを備え、リアクタンス検知のための検知エレクトロニクスは、少なくとも、電極と、好ましくは少なくとも1つの電極を駆動する関連制御回路に電極を接続するための、好ましくはガルバニック接続要素とを備え、構造体は、任意選択的に、制御回路の少なくとも一部をホストし、
少なくとも1つのプラスチック層の第2の側上の少なくとも1つのフィルム層は、少なくとも1つの(電気)伝導性特徴部を含む1つ以上の特徴部を備え、1つ以上の特徴部は、少なくとも1つのプラスチック層の第1の側上の検知エレクトロニクスの、検知応答、任意選択的には感度および/または指向性を適合させるように構成される。
a.検知エリア、検知ボリューム、またはトレースを、外的または内的な電磁障害または干渉から遮蔽するためのEMIまたはESDの遮蔽体などの電磁遮蔽体であって、遮蔽体は、任意選択的に、フローティング、アース接続、または回路グランドに接続される、電磁遮蔽体、および
b.任意選択的に指向性の、検知ボリュームの感度を、制御エレクトロニクスによって制御されたときに、任意選択的には検知ボリュームへの電流または電位を動的に誘導することによって能動的に、調整するための電磁場または電場のアジャスタ。
少なくとも1つの、任意選択的にはプラスチックの、フィルムを得ることと、
少なくとも1つのフィルム、任意選択的には少なくとも1つのフィルムのうちの第1のフィルムを、1つ以上の選択された標的量および/または質を検知し、それを代表的な電気信号へ変換するためのリアクタンス検知エレクトロニクスと共に構成することであって、検知エレクトロニクスは、少なくとも1つの電極と、それを、好ましくは少なくとも1つの電極を駆動(制御)する関連制御回路に接続する、好ましくはガルバニック接続要素とを含む、構成することと、任意選択的に、少なくとも1つのフィルムに、統合制御回路などの制御回路の少なくとも部分をさらに設けることと、
少なくとも1つのフィルム、任意選択的には少なくとも1つのフィルムのうちの第2のフィルムを、少なくとも1つの導電性特徴部を含む1つ以上の特徴部と共に構成することであって、1つ以上の特徴部は、検知エレクトロニクスの検知応答、任意選択的には感度および/または指向性を適合させるように構成され、構成することは、少なくとも1つのフィルムをパターン化すること、および/または材料をその上に、好ましくは印刷エレクトロニクス技術またはメッキもしくは他の形態のコーティングによって、付加することを任意選択的に含む、構成することと、
少なくとも1つのフィルムに対して、実質的に電気絶縁性の材料を好ましくは含む、少なくとも1つの有利にはプラスチックの層を、任意選択的には成形または鋳造によって、配置し、かつ、少なくとも1つのプラスチック層が、検知エレクトロニクスと、少なくとも1つのフィルムによってホストされた、検知応答を適合させる1つ以上の特徴部との間に、好ましくは実質的に統合された、中間層を画定するように構成することであって、少なくとも1つのフィルムのうちの少なくとも1つのフィルムは、選択された3次元形状を呈するように任意選択的に形成され、さらに任意選択的には、検知エレクトロニクスまたは1つ以上の特徴部の少なくとも一部をそれに提供した後に、形成される、配置かつ構成することと、を含む。
本発明の有用性は、実施形態に応じて、複数の問題から生じる。
−例えば異なるフィルム層上に設けられる場合、今は容量センサなどのより高感度の特徴部からさらに離れて配置され得る、スイッチ式LED、データバストレースおよび電源回路、または高ノイズと見なされる他の特徴部;
−グランド面が、例えば星形結線を有し、直接流れることがないときに、他のフィルム層に効率的に結合することができないノイズ電流。電流ループは、第2のフィルムを通過しない;
−実質的に排除することができる、わずかに導電性の材料(多くの黒色インクなど、ミネラル充填インクはその傾向にある)を介したノイズの直接結合。これにより、より広範なさまざまな材料を、例えば装飾および場整形を含む、異なる目的に使用することが可能になる;
−美的または視覚的な懸念:多層解決策は、例えば、機能化された装飾グラフィックス要素を、例えば容量センサまたはアンテナラジエータとしても使用することを可能にする。加えて、例えば相互キャパシタンスセンサは、例えば構造体の裏側または他の意図された受動側を介して、望まれない作動化に耐性があるように実装することができる。例えば、所望のRXパターンをそれぞれの表面(複数可)上に設けることができるので、解決策は、表側(意図される作動)表面または方向でのタッチに対して依然として高度に感受性でありながら、TXハッチを、事前画定された裏側フィルム上に設けることができる;
−一般的な誤作動/検出:タッチ感度が必要とされる所望の検知エリア上でのみ開口するように印刷または別様に製造された広範な遮蔽体を有することを使用して、それぞれの側を介して、電極またはトレースなどの検知回路上の「ゴースト」作動および誤検出を効果的にマスキングすることができる。例えば構造体の表側またはユーザ入力側に設けられるこの遮蔽体は、「被駆動遮蔽体」としても使用することができ、システムグランドは、水を介しての結合から大体はマスキングすることができるので、システムを、例えば水による誤作動に対して潜在的に高度に耐性とする;
−空間的懸念および寸法制約:例えばタッチボタンを画定するタッチ感受性エリアなどの密な間隔の検知特徴部が、信号の視点からさらに離れているように思わせるために、または製造された構造体が、場を吸収して、例えば構造体によって発せられるEMIを制限することができるようにするために、1つの、例えば表側の、フィルム上に異なる電気または磁気パラメータを有する材料を製造(印刷、分配など)することを、場の整形に使用することができる;および/または
−最適機能および製造課題:例えば印刷特徴部などの遮蔽特徴部の利用は、遮蔽体が、遮蔽される構造体の「上を流動する」ことができるとき、より有意義または実用的となり得る。単一層内に遮蔽体および保護すべきトレースの両方を有することは、配線層と遮蔽体、潜在的にはグランド負荷容量または他のセンサとの間に誘電体を過度に、例えば印刷する必要なしに、それらを互いの上に有するほど効率的ではない。
電極などの検知特徴部は、例えば、構造体100の環境において電場、磁場、または一般的には電磁場を確立するように制御され得る。
さまざまな補足的または代替的な実施形態において、好ましくは、例えば層104の異なる側の特徴部116、124などの複数の特徴部は、相互キャパシタンス検知のための電極を画定し得る。ここで、制御エレクトロニクスは、そのうちの少なくとも1つが被駆動/送信電極であり、少なくとも別の1つが検知/受信電極である、少なくとも2つ、第1および第2の電極間の相互キャパシタンスの、物体に起因する低下などの変化を測定するように構成される。したがって、特徴部116は、層104の第1の側上の第1の電極を画定し得、一方、例えば、特徴部124は、構造体100内の第2の反対側の第2の電極を画定し得、両方が、測定/制御エレクトロニクスの回路に接続される。
いくつかの実施形態では、フィルム102Cのさらに汎用性のある曲げを実施して、例えば構造体200の3つの層をそれから確立し得る(上層、中層、および下層を有する「S」型曲げ)。
a)印刷導電性ハッチ(コストが最適化された標的当たり充填比)、および/または
b)構造体の装飾的局面の一部も確立し得る、印刷導電性インク層であり得る。
1.トレースおよび電極が1つのフィルム層(例えば、ユーザ/使用環境の観点からの裏側フィルム)の上側に存在し、グランド接続遮蔽体が、(トレースの上方、すなわち検知入力エリア/ボリュームとトレースとの間の)別の表側フィルム層の下側に存在する、例示されたシナリオ
2.上記と同じであるが、(グランド接続されていない)フローティング遮蔽体を使用する
3.上記と同じであるが、信号が遮蔽体にも送られ(被駆動遮蔽体)、被駆動遮蔽体がセンサ電極を包囲する場合、例えば液体許容範囲を増大させ得る
4.例えば第1のフィルム層(例えば、底部層102)の下側のセンサ電極、例えば別のフィルム層(例えば、102B)の上側のグランド電極+別のフィルム層の上に配置された追加オーバーレイ705。オーバーレイは、例えば電気絶縁材料を含む、さまざまな材料を含むかまたはそれらからなり得る。オーバーレイは、例えば、
a.ベニヤ(例:木材);
b.布地、および/または
c.例えば第2のショットの表面射出成形の結果として得られる成形材料または一般的にはプラスチック材料(層104は、前に考察されたように良好に成形され得る)を含み得る
5.トレース上方の他のフィルム層(表側/上側フィルム層)上のグランド遮蔽体で保護された、フィルム層(裏側/下側フィルム層)の2つの側の2層タッチ表面または一般的には検知パターン
6.表側フィルム層の下側および裏側フィルム層のいずれかの側の多層タッチ表面パターン。グランド電極は、上側/表側フィルムの上側に設けられ得、潜在的オーバーレイが表側フィルムの上に追加される
7.遮蔽体は、局所的であってもよいし、または例えば検知エリア(複数可)のために設けられた開口部(複数可)を有する、標的表面全体にわたって延在してもよい。
始動中、材料、コンポーネントおよびツールの選択、取得、較正などの必要なタスクと、他の構成タスクとが行われ得る。個々の要素および材料の選択が一緒に機能し、選択された製造および設置プロセスを乗り切るように特別な注意が必要であり、それは、当然ながら、製造プロセス仕様およびコンポーネントデータシートに基づいて、または例えば、製造されたプロトタイプを調査および試験することによって、事前にチェックされるのが好ましい。
項目1108〜1114は、明確化のために、別個にかつ特定の順序で開示されているが、当業者は、各特定の使用シナリオに応じて、項目の相互の順序が柔軟に変更されてもよく、例えば、それらが交互にかつ繰り返し実行されてもよいし、統合されてもよいし、またはより小さなアンサンブルに分割されてもよいことを容易に理解するべきである。その上、1つ以上の項目は、選択的に、実施態様から省略され得る。
例えば2つのフィルム/フィルム層が使用される場合、それらの両方が、それら自体の成形半型に挿入され、プラスチック層はそれらの間に注入される。あるいは、第2および潜在的なさらなるフィルムが、その後、好適な積層技術によって、第1のフィルムおよびプラスチック層の集合体に取り付けられ得る。
Claims (20)
- 流体表面レベルまたは流れ検知など、任意選択的にはタッチ、近接、ジェスチャ、力、圧力、歪み、物質における、検知用途での使用に好適な統合多層構造体であって、前記多層構造体は、
第1の側および反対側の第2の側を有する、任意選択的には実質的に電気絶縁性の材料を含む、少なくとも1つの、任意選択的には成形または鋳造された、プラスチック層(104)、
前記少なくとも1つのプラスチック層の第1の側および第2の側の両方に設けられた、少なくとも1つの、任意選択的にはプラスチックの、フィルム(102、102B)層、を備え、
前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第1の側上の前記少なくとも1つのフィルム層(102)は、任意選択的には前記構造体に対する外部物体のタッチまたは近接を示す、1つ以上の選択された標的量、または具体的には、質の、検知、任意選択的には予測キャパシタンス検知などの容量検知および/または誘導検知と、代表的電気信号へのその変換とのためのリアクタンス検知エレクトロニクスを組み込むエレクトロニクス(103、110、112、114、116、305、404、405、505、506、508、510、606、606B、608、706、708、1010、1012)を備え、前記検知エレクトロニクスは、少なくとも1つの電極と、好ましくは前記少なくとも1つの電極を駆動する関連制御回路に前記電極を接続するための、好ましくはガルバニック接続要素とを備え、前記構造体は、任意選択的に、前記制御回路の少なくとも一部をホストし、
前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層(102B)は、少なくとも1つの導電性特徴部を含む1つ以上の特徴部(105、118、120、124、126、128、306、408、512、606C、608C、710、810、1002)を備え、前記1つ以上の特徴部は、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第1の側上の前記検知エレクトロニクスの、検知応答、任意選択的には感度および/または指向性を適合させるように構成されている、多層構造体。 - 前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第1の側上の前記少なくとも1つのフィルム層は、任意選択的に導電性コーティング(608)が設けられた、電気絶縁材料を含む、請求項1に記載の多層構造体。
- 前記検知エレクトロニクスは、任意選択的には前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第1の側上に、前記少なくとも1つのフィルム層上に製造された、任意選択的には印刷された、堆積された、コーティングされた、および/または取り付けられた、電子部品などの1つ以上の要素を含む、請求項1または2に記載の多層構造体。
- 前記検知エレクトロニクスの前記少なくとも1つの電極は、少なくとも1つの電極パターン(508、510)を画定し、前記電極パターンの要素は、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第1の側上の前記少なくとも1つのフィルム層の1つの側または互いに対して反対側にある両側の1つ以上の層内に設けられている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記パターンは、複数の送受信機電極の相互キャパシタンス検知パターン、または複数の検知電極と任意選択的に基準パターンとの自己キャパシタンス検知パターン、を含む、請求項4に記載の多層構造体。
- 前記少なくとも1つのフィルム層は、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第1の側上の第1のフィルム(102)と、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の第2のフィルム(102B)とを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の多層構造体。
- フィルム(102C)を備え、前記フィルム(102C)の第1のセクションは、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第1の側上の前記少なくとも1つのフィルム層(102)の少なくとも部分を画定し、前記フィルム(102C)の第2のセクションは、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層(102B)の少なくとも部分を画定し、前記第1のセクションおよび第2のセクションは、前記2つの間に延在する第3のセクションによって接続され、前記第3のセクションは、任意選択的に、前記第1のセクションと前記第2のセクションとの間に延在してそれらを電気接続する、1つ以上の、好ましくは印刷された導体をその上にホストする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記1つ以上の特徴部は、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の、パターン化形状など、前記少なくとも1つのフィルム層のうちのあるフィルムの材料によって局所的に画定された、少なくとも1つの導電性または絶縁性の機能要素を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記1つ以上の特徴部は、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層のうちのあるフィルムの少なくとも部分を構成する導電性材料を含み、前記フィルムは、任意選択的に、実質的に均一または不均一の組成である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記1つ以上の特徴部は、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層のうちのあるフィルム上に設けられた、任意選択的には印刷またはコーティングされた、追加の導電性または絶縁性の材料によって画定された少なくとも1つの導電性および/もしくは熱伝導性または絶縁性の要素を含み、前記少なくとも1つの要素のうちの少なくとも1つの要素は、任意選択的に、少なくとも、前記少なくとも1つの成形プラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層のうちのあるフィルムの、前記少なくとも1つのプラスチック層に対面する側上に、または前記少なくとも1つのプラスチック層とは反対側上に画定されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記要素は、前記フィルム上に局所的に延在して、任意選択的に、選択されたパターンを画定する、請求項10に記載の多層構造体。
- 前記要素は、前記フィルムの少なくとも1つの側上の、その主要部分または実質的に表面全体にわたって、任意選択的には金属コーティングまたはメッキ層などのコーティングとして、延在する、請求項10に記載の多層構造体。
- 前記1つ以上の特徴部のうちの少なくとも1つは、着色導電性材料、任意選択的には顔料着色または染料着色の塗料またはインクを含み、前記材料は、任意選択的に、銀、塩、貴金属、カーボンナノチューブ、カーボンナノバッド、または導電性ポリマーを、前記少なくとも1つの成形プラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層のうちのあるフィルム上に含み、前記材料は、任意選択的に、装飾的および/または情報提供的性質の記号、数字、文字、写真、エリアもしくはボタン形状、幾何学的形状またはテキストなどのグラフィック特徴部を画定するように構成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記1つ以上の特徴部のうちの少なくとも1つは、前記構造体内に設けられた、少なくとも1つの電極と、さらなる電極またはグランドなどの基準パターンとによって確立された事前画定感知エリアまたは感知ボリュームに隣接して配置され、かつ/または前記検知エレクトロニクスの導電トレースの上に少なくとも部分的に重ねて配置され、前記少なくとも1つの特徴部は、
a.検知エリア、検知ボリューム、または前記トレースを、外部または内部の電磁障害または干渉から遮蔽するためのEMIまたはESDの遮蔽体などの電磁遮蔽体(710)であって、前記遮蔽体は、任意選択的に、フローティング、アース接続、または回路グランドに接続されている、電磁遮蔽体、および
b.任意選択的に指向性の、前記検知ボリュームの感度を、制御エレクトロニクスによって制御されたときに、前記検知ボリュームへの電流または電位を動的に導くことによって任意選択的に能動的に調整するための電磁場または電場のアジャスタ(408)、からなる群から選択される少なくとも1つの機能要素を画定する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の多層構造体。 - 前記検知エレクトロニクスおよび前記1つ以上の特徴部は、前記少なくとも1つのプラスチック層の両側上に1つ以上の検知エリアまたはボリュームを画定し、前記構造体は、前記少なくとも1つのプラスチック層内に中間フィルム(102D)をさらに含み、前記中間フィルムは、電磁遮蔽体またはグランド層を画定する導電性材料で少なくとも部分的に作製されるかまたはそれが提供されて、両側の前記検知機能部間の相互電磁干渉を低減させる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記1つ以上の特徴部は、前記検知エレクトロニクスの前記少なくとも1つの電極と共に相互キャパシタンス検知構成を確立するように構成された電極または電極パターン、前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層のうちのあるフィルムの、前記少なくとも1つのプラスチック層に対面する側にあって、前記検知エレクトロニクスの前記少なくとも1つの電極と共に相互キャパシタンス検知構成を確立するように構成された電極または電極パターン、接触または非接触の検知領域、NCVMコーティング、無電解メッキベースのコーティング、PVDコーティング、容量結合される電磁場または電場のアジャスタ、寄生結合ベースの検知特徴部、基準電極、能動的または受動的に結合される基準プレート、グランド電極、およびフローティンググランド、アース接続、または回路グランド接続されたグランド電極、からなる群から選択される少なくとも1つの要素を画定する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記少なくとも1つのプラスチック層は、前記検知エレクトロニクスの前記少なくとも1つの電極の上に、および/または前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層上の事前画定された検知領域の下方に局所的に設けられた、任意選択的には、約5の閾値以上の、および/または前記少なくとも1つのプラスチック層の一次材料の比誘電率を実質的に超える比誘電率の、弾性材料のボリュームを含み、前記ボリュームは、前記少なくとも1つのフィルム層を通して受ける外力に応答して圧縮するように構成されている、請求項1〜16のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記プラスチック層を貫いて、または前記構造体の縁部または周囲に延在する少なくとも1つの導電性要素によって任意選択的に提供される、導電性ばね、接触スタッド、または可撓性接続部材などのガルバニック接続要素を、前記検知エレクトロニクスと前記1つ以上の特徴部との間に備える、請求項1〜17のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 前記少なくとも1つのプラスチック層の前記第2の側上の前記少なくとも1つのフィルム層の上に少なくとも1つの保護および/または装飾的オーバーレイ層を備え、前記オーバーレイ層は、ベニヤ、木材、織物、布地、天然バイオ材料、成形材料、射出成形材料、およびプラスチックからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載の多層構造体。
- 検知用途のための統合多層構造体を製造するための方法(1100)であって、
少なくとも1つの、任意選択的にはプラスチックの、フィルム(1104)を得ることと、
前記少なくとも1つのフィルム、任意選択的には前記少なくとも1つのフィルムのうちの第1のフィルムを、1つ以上の選択された標的量または質の検知と、代表的電気信号へのその変換とのためのリアクタンス検知エレクトロニクスと共に構成すること(1108、1110、1112)であって、前記検知エレクトロニクスは、少なくとも1つの電極と、それを、好ましくは前記少なくとも1つの電極を駆動する関連制御回路に接続する、好ましくはガルバニック接続要素とを含む、構成することと、任意選択的に、前記少なくとも1つのフィルムに前記制御回路の少なくとも部分をさらに設けることと、
前記少なくとも1つのフィルム、任意選択的には前記少なくとも1つのフィルムのうちの第2のフィルムを、少なくとも1つの導電性特徴部を含む1つ以上の特徴部と共に構成すること(1108、1110、1112)であって、前記1つ以上の特徴部は、前記検知エレクトロニクスの検知応答、任意選択的には感度および/または指向性を適合させるように構成され、構成することは、任意選択的に、前記少なくとも1つのフィルムをパターン化すること、および/あるいは材料をその上に、任意選択的には印刷エレクトロニクス技術またはメッキもしくは他の形態のコーティングによって、添加することを含む、構成することと、
前記少なくとも1つのフィルムに対して、好ましくは実質的に電気絶縁性の材料を含む、少なくとも1つのプラスチック層を、任意選択的には成形または鋳造によって、配置し(1116)、かつ、前記少なくとも1つのプラスチック層が、前記検知エレクトロニクスと、前記少なくとも1つのフィルムによってホストされた、前記検知応答を適合させる1つ以上の特徴部との間に、統合中間層を画定するように、前記少なくとも1つのプラスチック層を構成することであって、前記少なくとも1つのフィルムのうちの少なくとも1つのフィルムは、任意選択的に、選択された3次元形状を呈するように形成され、さらに任意選択的には、前記検知エレクトロニクスまたは前記1つ以上の特徴部の少なくとも一部をそれに提供した後に、形成される、配置かつ構成することと、を含む方法。
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