CN101490776A - 场致发光灯薄膜开关 - Google Patents

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Abstract

通过连续印刷制造组合的单片场致发光灯(52)和薄膜开关(50)。在可变形基底(66)上压印图形标记(56)。将场致发光灯(52)压印到图形标记层(56)上，并将薄膜开关(50)形成在所述灯上。所述单片开关(50)具有利用电阻变化、电容变化或磁场变化来感测开关的致动的层(120)。

Description

场致发光灯薄膜开关
相关申请
本申请是2006年5月22提交的名称为“Electroluminescent LampMembrane Switch”的美国专利申请No.11/438182的部分继续申请，而该申请又是2005年6月9日提交的美国专利申请No.11/148216(现在已为2006年5月23日颁发的美国专利No.7049536)的继续申请。
技术领域
本公开内容涉及薄膜开关，更具体而言，涉及降低了薄膜开关制造的劳务成本和周期时间的集成场致发光灯系统和薄膜开关。
背景技术
常规薄膜开关通常是通过将几个独立的元件与内插的双面粘合薄片层压在一起而单独制造的。在制造过程中要多次重复冲切、层压和组装的步骤，从而导致了劳动密集、处理缓慢。常规薄膜开关的典型元件包括图形层、层压粘合剂、压花电接触器、间隔体、电触点、层压粘合剂和衬层。这些元件单独制造、单独冲切，并逐层组装。此外，在很多种情况下，在添加场致发光灯和/或LED从而为所述开关提供背光时，需要额外的步骤。需要采取额外的步骤利用金属圆顶、聚合物圆顶或磁开关来提供触觉。指示器灯以及数字或字母显示器也经常被用作薄膜开关的部分，或者被设置到所述开关的附近。
参考图1，其示出了采用场致发光灯技术的常规薄膜开关的分解图，采用附图标记20对其进行标识。层22是具有印刷图形元件24的基底。典型的基底层22由厚度为3到7密耳的聚酯或聚碳酸酯构成。图形元件24往往处于底面上，这样基底22将保护图形元件24。典型地，通过成批处理完成图形打印。印刷流程将被冲切操作分隔开。将这一通常包括基底层22和图形元件24的切割块称为图形盖层。
层26是印刷在溅镀了氧化铟锡(TIO)的基底上的场致发光灯。所述基底通常是厚度为3到5密耳的聚酯或聚碳酸酯。所述基底溅镀有ITO。将下述层丝网印刷到溅镀了ITO的基底上：0.5到1.0密耳厚的银墨母线、1到1.5密耳厚的磷光体、0.2到0.6密耳厚的含有钛酸钡的电介质层、0.5到1密耳厚的由银墨或填充了石墨的墨水构成的背面电极、2到6密耳厚的绝缘层。一旦成功地印刷了灯层26，就将其从基底上冲切下来。
在层压步骤中使层22与灯层26结合到一起。层28是双面层压粘合剂，其被冲切成与层22和灯层26相同的尺寸。双面层压粘合剂层28将灯层26附着到了层22上。在层压步骤中气泡的对准和消除很关键，而气泡正是严重的缺陷来源。
采用导电接触元件层30使开关致动。该层可以包括金属圆顶、涂覆有导电层的聚合物圆顶或者平面电接触器。在需要简单的电接触时，采用所述电接触器。所述金属圆顶和聚合物圆顶的作用在于在按下开关时提供触觉响应。采用粘合层32将导电层30连接至灯层26。
层34，即用于开关的电路和接触点由3到7密耳厚的聚酯或聚碳酸酯基底构成。将第一层导电墨水印刷到基底上。这些墨水往往是以银或石墨作为导电元构成的。如果需要一个以上的导电层，那么就接着印刷绝缘层以保护所述第一导电层。之后，印刷第二导电层。在成功地完成这些步骤之后，对电路层34进行冲切。
还对间隔体层36进行冲切。间隔体层36具有与金属圆顶大约相同的厚度，并且两面都具有粘合剂。在对间隔体层36进行冲切之后，将层36和电路层34层压到一起。之后，通过人工方式或者通过拾取和放置装置将金属圆顶38放到间隔体层36的孔40内。将导电层30施加在间隔体层36上，并将其层压到适当位置。
采用双面层压粘合剂层36将金属圆顶38和电路层34层压到导电层30上。在所述层压步骤之前将粘合层36冲切成适当尺寸。
将最终的层压粘合剂层42施加到电路层34上。将层压粘合剂层42冲切成预期的形状，并施加至电路层34的背面。将释放衬垫层44保留在所述层压粘合剂上，直到在电路板或电子外壳上将所完成的薄膜开关20施加至其最终位置为止。
除了组装上述诸多层(图1)所需的劳动量之外，还可能涉及田制造常规薄膜开关所需的层压步骤引出的重要的质量和制造问题。这些问题包括但不限于冲切对准、不同层的对准以及层压过程中存留的空气的去除。由于所述薄膜开关需要得到冲切，因而必须每次处理每一单个的薄膜开关。
此外，诸如发光二极管的小型照明元件的放置、这些元件与导电迹线的借助导电聚合物的连接以及这些聚合物的固化都是劳动非常密集的操作。这些操作步骤可能并非是薄膜开关制造商的处理的部分。因而，制造商可能把这些操作外包给第三方，从而导致正常制造流程的中断。
在采用场致发光灯照明时，有利的做法是将图形和灯二者均置于可变形基底的后面。所述可变形基底通常由聚酯或者聚碳酸酯材料构成，所述材料对于环境条件而言非常结实耐用。普通的场致发光灯照明源不允许将图形直接印刷在基底和灯的光学透射导电层之间，它们也不允许将图形层印刷在ITO和灯的其他层之间。这是因为，图形层与基底上经常采用的ITO导电层的电连接相干扰，和/或图形层可能污染可能采用的除了ITO之外的其他透明导电层。
因此，存在将场致发光灯技术和薄膜开关元件结合到连续制造过程中的需求，从而去除用于层压步骤的常规批量处理和组装开关的各个层所需的劳动，同时提供对图形的保护。
发明内容
本公开内容通过在单个连续过程中一层接一层地印刷薄膜开关和场致发光灯的层而解决了上述问题，这时无需停止操作并对这些层进行冲切和组装。随着层的铺设和固化，使它们通过共价键结合，从而创建一个单片结构。在实施例中，所述层主要采用可UV固化的墨水来丝网印刷。当这些墨水以层的形式配置并暴露于UV辐射时，所述墨水将迅速固化，由此缩短了加工周期时间，并实现连续处理。在其他实施例中，可以采用通过诸如热能或电子束辐射等其他手段固化的墨水。
所述连续过程是根据这样一种能力定义的，即在传送机系统上能够在数秒内使每一层固化，并且能够紧接着前一层印刷下一层，而无需将处理中的薄膜开关部件转至诸如冲切和组装的其他步骤。此外，在各包含多个开关的片上对所述开关进行处理，其中，位于任何指定片上的所有开关都同时接受相同的处理步骤。层的形状是在丝网印刷过程中形成的，因而消除了对冲切和组装处理步骤的需求。没有必要在图形层、灯层、二者的电学元件、电接触器或电路、绝缘层、间隔体层(如果有的话)和接触粘合层(如果有的话)之间停止该过程；能够在单个连续过程中印刷所有的这些部件。由于去除了冲切和昂贵的劳动密集型层压步骤，因而减少了周期时间。通过使用连续系统优化了处理时间，因为现在能够在短短数秒内对每一层进行印刷和固化。针对含有很多开关的片对薄膜开关进行处理，而不是单独处理每一开关。此外，如果将所述开关和灯作为一个单片对象-即不可分的印刷层进行印刷，那么能够将冲切操作的数量减少为一次、两次或者无需冲切操作。相对于传统的针对独立的灯进行冲切、层压和组装的步骤而言，制造得到了显著优化。
周期时间的缩短以及冲切步骤和组装步骤的去除能够将批处理转换为连续处理。所述过程可能涉及在处于印刷站之间的传送机系统上的固化，这是本领域公知的。通过去除冲切以及高成本的劳动密集型层压步骤，缩短了周期时间，因为现在能够在短短数秒内对每一侧进行印刷和固化；通过连续系统使得处理时间得到了优化。相应地，本公开的技术优势在于，显著降低了本发明的薄膜开关制造过程的周期时间。
根据本公开内容，可压下的基底覆盖有图形层，并且在连续过程中，采用具有形成于所述图形层上的聚氨酯绝缘层的场致发光灯进一步涂覆所述可压下的基底。这一结构提供了使所述图形层和所述场致发光灯在所述基底的后面而受到保护的优点。所述聚氨酯绝缘层还保护所述灵敏场致发光层，使之避免受到图形墨水的污染。
有利地，还可以通过结合所述图形层和场致发光灯来形成显示元件。可以采用这些显示元件传达诸如状态、数字或字母数据等信息。提供这些显示元件的边际成本是非常低的，因为可以在不添加额外的加工步骤的情况下与所述灯和图形一起印刷这些显示元件。
刚刚描述的过程减少了总层数以及这些层内含有的基底的数量，并通过连续的印刷和UV固化处理去除了多个组装步骤。所述数量的减少不仅降低了最终器件中的薄膜开关的总厚度，而且降低了生产成本和加工时间。
附图说明
现在将参考结合附图给出的下述对优选实施例的描述，在附图中：
图1是示出了包括场致发光灯的常规薄膜开关的构造的分解透视图；
图2是本发明的场致发光灯薄膜开关的截面图；
图3是另一实施例的截面图；
图4是另一实施例的截面图；
图5是另一实施例的截面图；
图6是另一实施例的截面图；
图7是另一实施例的截面图；
图8是示出了场致发光灯和薄膜开关的部分的构造的实施例的截面图；
图9是示出了场致发光灯和薄膜开关的部分的构造的实施例的截面图；
图10是示出了场致发光灯和薄膜开关的部分的构造的实施例的截面图；
图11是示出了场致发光灯和薄膜开关的部分的构造的实施例的截面图；
图12是示出了场致发光灯和薄膜开关的部分的构造的实施例的截面图；
图13是示出了单片场致发光灯和薄膜开关的构造的优选实施例的截面图；
图14是所公开的实施例的图形显示器的图示。
具体实施方式
参考图2，其示出了本发明的连续印刷场致发光灯薄膜开关组合，通过附图标记50对其予以一般性标识。开关50包括以附图标记52一般性标识的场致发光灯薄膜系统、以附图标记54一般性标识的薄膜开关和图形层56。灯系统52包括顶部绝缘层58和底部绝缘层60。顶层58具有前表面58a和后表面58b。底部绝缘层60包括前表面60a和后表面60b。在绝缘层58和60之间设置场致发光灯62。灯62包括接下来将参考图8予以说明的各个层。例如，灯62可以包括美国专利No.5856030给出了图示和说明的场致发光灯，在此引入相关的公开内容和附图以供参考。
将灯系统52的顶部绝缘层58直接压印到图形层56上。例如，图形层56可以包括字母数字标记，可以采用各种各样的墨水，例如，可以采用UV-固化聚氨酯墨水来印刷所述标记。不需要冲切和层压来形成灯系统52的组合的图形层56和绝缘层58。例如，绝缘层58和60可以包括可UV固化的聚氨酯墨水以及通过其他方式固化的墨水。
在图8-13中示出了薄膜开关54的各个部件。可以在如上所述的连续印刷过程中构建所述薄膜开关54，因而不需要对层进行切割，或对其进行人工处理，由此能够建立按照单个结构制造的单片开关。在这种情况下，将层120印刷成处于第一和第二导电层或迹线86a和90之间的开关，其用于感测开关54的致动。用于感测致动的层120可以是用于感测电容变化(例如，由接触开关的用户的手指造成的)或因用户执行的按压动作而产生的电阻变化的传感器，或者所述层120可以是用于检测磁场的传感器，例如，磁触针的传感器。在图13中示出了优选实施例的图示。
所述单片薄膜开关的用于感测致动的层120可以是可固化聚合物，例如，尿烷、环氧树脂、不饱和和饱和丙烯酸系树脂以及处于基础树脂复合物内的硅酮。根据所期望的致动方法，用于印刷感测致动的层120的聚合物将包括(例如)用于感测电阻变化的浸渍了碳的粉状橡胶、铟、氧化铟锡、碳粉、纳米碳粉或者纳米银粉；用于进行磁感测的涂覆了银的铜、涂覆了铁的颗粒或者低碳钢颗粒；用于感测电容变化的诸如钛酸钡的铁电复合物；以及就所有情况而言的他们的等价物。
现在，参考图3，开关50被示为以集成的方式形成于可变形基底66上，所述基底66可以包括(例如)一层聚碳酸酯或聚酯。将图形层56直接印刷在基底66上，随后是绝缘层58。基底66为用户提供了通过压下可变形基底66的一部分而致动开关54的表面。图形层56受到可变形基底66的保护，因为图形层56设置于可变形基底66和绝缘层58之间。
或者，如图4所示，可以将图形层68压印在可变形基底66的外表面上。
如图5所示，开关50中可以包括多个具有图形的层，在开关50中，采用了图形层56和68二者，它们被压印到了可变形基底66的内表面和外表面上。通过这种方式，可以将多个图形标记用于开关50，并利用灯系统52对所述多个图形标记进行照明。如前所述，图形层56和68可以包括各种标记，此外其还可以包括各种多色图形设计。
图6还示出了开关50的另一实施例，其中，去除了绝缘层58，并且将灯62直接压印到可变形基底66上。
图7示出了开关50的另一实施例，其中，将可变形基底66设置到灯系统52和薄膜开关54之间。
现在参考图8，其示出了场致发光灯62的例子，应当理解，这里只是出于举例说明的目的而非出于限定性的目的示出了灯62。灯62包括印刷在绝缘层58上的母线74。之后，将透明导电正面电极76印刷到绝缘层58上。在正面电极76上印刷并设置磷光体层78。之后，将高介电常数层80印刷到层78上。层80可以含有(例如)钛酸钡以及其他成分。将背面电极82压印到层80上。电极82可以包括通常含有银或石墨的导电墨水。用于印刷灯62的各个层的墨水可以包括UV可固化墨水。将绝缘层60印刷到电极82上，这样就完成了灯系统52。从电源84向电极74和82提供电能。
图8还示出了薄膜开关54的部件，包括压印到绝缘层60上的导电焊盘86。
图9-13进一步示出了薄膜开关54内的部件。图9示出了设置在绝缘层60上的绝缘层88，以及位于二者之间的作为电子开关电路的一部分的导电层(通常为迹线)86a。图中还示出了额外的导电层(通常为焊盘)90，该额外导电层是与迹线86a相对设置的所述开关电路的另一半。图10示出了在开关54内进一步使用间隔体元件92。(注意，在通过连续过程印刷的单片开关内不需要间隔体元件92)
如图11所示，在间隔体元件92之间设置搭扣圆顶94，其为开关50的用户提供触觉反馈。
图12示出了将粘合层96添加至间隔体92。粘合层96的作用在于粘附开关54的其余外层100(图13)。(注意，薄膜开关54的单片实施例不具有粘合层，因为无需通过组装单独制造的层来制造薄膜开关)
图13示出了已完成的根据优选实施例的单片开关54和场致发光灯62。开关54的闭合是通过用户102从可变形基底66施加压力而完成的，在所述开关的用于感测致动的层120包括电阻变化的情况下，所述闭合将导致所述开关通过常规感测电路(未示出)而致动。在其他实施例中，如上文所述，用于感测致动的层120包括用于感测电容变化或者磁场变化的材料。图13将用于感测致动的层120示为任选地具有区域125，该区域125对于同一单片开关54内的独立的开关电路有着特定的灵敏度。
图14示出了图形层56、68和62内可以包含的图形标记的例子。显示器104包括数字显示器106和字母显示器108。显示器104还包括用于对显示器106和108内的部分照明的必要的电子线路。显示器104还包括指示器灯110。
由于本领域技术人员能够对上述具体实施例进行修改，因而旨在使权利要求的释义范围覆盖这样的修改和等价方案。

Claims (23)

1、一种单片薄膜开关，包括：
可变形基底；
第一导电层；
第二导电层；以及
压印在所述第一和第二导电层之间的用于感测所述开关的致动的层。
2、根据权利要求1所述的单片薄膜开关，其中，所述用于感测所述开关的致动的层包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由浸渍了碳的粉状橡胶、铟、氧化铟锡、碳粉、纳米碳粉和纳米银粉构成的集合的复合物。
3、根据权利要求1所述的单片薄膜开关，其中，所述用于感测所述开关的致动的层包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
铁电复合物。
4、根据权利要求1所述的单片薄膜开关，其中，所述用于感测所述开关的致动的层包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由涂覆了银的铜、涂覆了铁的颗粒和低碳钢颗粒构成的集合的复合物。
5、根据权利要求1所述的单片薄膜开关，还包括压印在所述可变形基底的表面上的图形标记。
6、一种组合的单片薄膜开关和场致发光灯，包括：
可变形基底；
所述可变形基底具有正表面和背表面；
第一导电层；
第二导电层；
压印在所述第一和第二导电层之间的用于感测所述开关的致动的层；以及
场致发光灯；所述场致发光灯具有正表面和背表面；所述场致发光灯的所述正表面压印在所述可变形基底的所述背表面上。
7、根据权利要求6所述的组合的单片薄膜开关和场致发光灯，其中，所述用于感测所述开关的致动的层包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由浸渍了碳的粉状橡胶、铟、氧化铟锡、碳粉、纳米碳粉和纳米银粉构成的集合的复合物。
8、根据权利要求6所述的组合的单片薄膜开关和场致发光灯，其中，所述用于感测所述开关的致动的层包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
铁电复合物。
9、根据权利要求6所述的组合的单片薄膜开关和场致发光灯，其中，所述用于感测所述开关的致动的层包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由涂覆了银的铜、涂覆了铁的颗粒和低碳钢颗粒构成的集合的复合物。
10、根据权利要求6所述的组合的单片薄膜开关和场致发光灯，还包括压印在所述可变形基底的表面上的图形标记。
11、根据权利要求6所述的组合的单片薄膜开关和场致发光灯，其中，所述灯的正表面包括绝缘层。
12、根据权利要求6所述的组合的薄膜开关和场致发光灯，其中，所述灯的背表面包括绝缘层。
13、根据权利要求6所述的组合的薄膜开关和场致发光灯，还包括形成于所述灯的正表面上的图形标记。
14、一种通过连续印刷制造单片薄膜开关的方法，包括：
印刷第一导电层；
印刷用于感测所述开关的致动的层；以及
印刷第二导电层。
15、根据权利要求14所述的方法，还包括：
提供用于印刷所述用于感测所述开关的致动的层的墨水，其中，所述墨水包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由浸渍了碳的粉状橡胶、铟、氧化铟锡、碳粉、纳米碳粉和纳米银粉构成的集合的复合物。
16、根据权利要求14所述的方法，还包括：
提供用于印刷所述用于感测所述开关的致动的层的墨水，其中，所述墨水包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
铁电复合物。
17、根据权利要求14所述的方法，还包括：
提供用于印刷所述用于感测所述开关的致动的层的墨水，其中，所述墨水包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由涂覆了银的铜、涂覆了铁的颗粒和低碳钢颗粒构成的集合的复合物。
18、根据权利要求14所述的单片薄膜开关，还包括：
提供用于所述开关的可变形基底；以及
在所述可变形基底的表面上印刷图形标记。
19、一种用于通过连续印刷制造组合的单片薄膜开关和场致发光灯的方法，包括：
印刷第一导电层；
印刷用于感测所述开关的致动的层；
印刷第二导电层；以及
印刷场致发光灯的层。
20、根据权利要求19所述的方法，还包括：
提供用于印刷所述用于感测所述开关的致动的层的墨水，其中，所述墨水包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由浸渍了碳的粉状橡胶、铟、氧化铟锡、碳粉、纳米碳粉和纳米银粉构成的集合的复合物。
21、根据权利要求19所述的方法，还包括：
提供用于印刷所述用于感测所述开关的致动的层的墨水，其中，所述墨水包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
铁电复合物。
22、根据权利要求19所述的方法，还包括：
提供用于印刷所述用于感测所述开关的致动的层的墨水，其中，所述墨水包括：
基础树脂；
可固化聚合物；以及
选自由涂覆了银的铜、涂覆了铁的颗粒和低碳钢颗粒构成的集合的复合物。
23、根据权利要求19所述的方法，还包括：
提供用于所述组合的单片薄膜开关和场致发光灯的可变形基底；以及
在所述可变形基底的表面上印刷图形标记。
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