Electroluminescent lamp membrane switch

本発明は薄膜スイッチに係わり、より具体的には、薄膜スイッチの製造に要する労力と時間を軽減する集積エレクトロルミネセント・ランプ・システム及び薄膜スイッチに係わる。

従来の薄膜スイッチは、多くの場合、両面接着シートを介在させて複数の独立した素子をラミネート加工することによって1個ずつ製造される。 製造過程において、打ち抜き加工、ラミネート加工、組立のステップを繰返すから、多大の労力を要し、生産速度が低くなる。 薄膜スイッチの典型的な構成素子はグラフィック層、ラミネート加工用接着剤、エンボス加工された電気的接触器、スペーサ、電気接点、ラミネート接着剤、裏張りなどである。 これらの素子は個別に製造され、個別に打ち抜き加工され、1層ずつ順次積層される。 しかも多くの場合、スイッチを背後から照明するためのエレクトロルミネセント・ランプ及び/またはLEDを付加する際には、さらに別のステップが必要になる。 メタル・ドーム、ポリ・ドームまたは磁気スイッチを利用して触知性を可能にするにも別のステップが必要であり、インジケータ・ライト、及び数字またはアルファベット・ディスプレイも薄膜スイッチの一部として、またはスイッチに隣接する態様で使用されることが多い。

図１には、エレクトロルミネセント・ランプ技術を利用する公知の薄膜スイッチを分解斜視図で示し、一括して参照番号20を付してある。 層22はグラフィック素子24がプリントされている基板である。 典型的な基板層22は厚さ3乃至7ミルのポリエステルまたはポリカーボネートから成る。 グラフィック素子24は多くの場合、基板22がグラフィック素子24を保護するように底面に位置する。 グラフィック・プリンティングはバッチプロセスで仕上げられることが多い。 プリント工程は打ち抜き作業によって中断される。 典型的には基板層22とグラフィック素子24を含むこのうち抜かれた部分はグラフィック・オーバーレイと呼称される。

層26はインジウム錫酸化物(ITO)スパッタ加工された基板にプリントされたエレクトロルミネセント・ランプである。 基板は、多くの場合、厚さ3乃至5ミルのポリエステルまたはポリカーボネートから成る。 基板にはITOがスパッタされる。 ITOスパッタ加工された基板には下記の層がスクリーン・プリントされる：厚さ0.5乃至1.0ミルの銀インク・バス・バー、厚さ1乃至1.5ミルの燐、厚さ0.2乃至0.6ミルのチタン酸バリウムを含有する誘電層、厚さ0.5乃至1ミルの銀またはグラファイト充填インクから成る後方電極、及び厚さ2乃至6ミルの絶縁層。 ランプ層26が適正にプリントされると、基板から打ち抜かれる。

層22とランプ層26とはラミネート加工工程において互いに接合される。 層28は両面ラミネート加工用接着剤であり、層22及びランプ層26と同じサイズに打ち抜かれる。 両面ラミネート加工用接着剤層28がランプ層26を層22に固定する。 位置合わせと気泡の除去はラミネート加工工程における重要な課題であり、欠陥製品を生む深刻な要因である。

導電性接触素子層30はスイッチを作動させるのに利用される。 この層は導電層で被覆されたメタル・ドーム、ポリマー・ドームまたはフラットな電気的接触器を含むことができる。 簡単な電気的接触が必要な場合に使用される。 メタル・ドームやポリマー・ドームの使用目的はスイッチを押下すると触知性応答を与えることにある。 導電層30は接着剤層32を使用してランプ層26に接合される。

スイッチのための層34、電気回路及び接点はポリエステルまたはポリカーボネートを材料とする厚さ3乃至7ミルの基板から成る。 導電性インクの第1層が基板にプリントされる。 これらのインクはその導電性元素として銀またはグラファイトを含有することが多い。 複数の導電層が必要な場合には、絶縁層をプリントすることによって第1導電層を保護する。 次いで、第2導電層をプリントする。 これらの工程が適正に完了した後、回路層34を打ち抜き加工する。

スペーサ相36もダイカット加工される。 スペーサ層36はメタル・ドームとほぼ同じ厚さを有し、両面に接着剤を有する。 スペーサ層36を打ち抜いた後、層36及び回路層34がラミネート加工される。 次いで、手作業で、または摘持・配置装置でスペーサ層36の孔40にメタル・ドーム38を配置する。 スペーサ層36に導電層30を重ね、ラミネート加工して一体化する。

ラミネート加工用両面接着剤層メタル・ドーム38及び回路層34を導電層30に積層する。 ラミネート加工前に接着剤層36を適正なサイズに切り抜く。

最終ラミネート加工用接着剤層42を回路層34に貼り付ける。 ラミネート加工用接着剤層42を所要の形状に打ち抜き、回路層34の裏面に貼り付ける。 完成した薄膜スイッチ20を回路盤または電子機器筐体の最終位置に貼り付けるまでは、ラミネート加工用接着剤上に剥離裏打ち層44をそのまま残す。

これら多くの異なる層（図1）を一体化するのに要する労力もさることながら、公知の薄膜スイッチを製造するのに必要なラミネート加工の工程に起因する品質上及び製法上の深刻な問題がある。 例えば、打ち抜き位置合わせ、種々の層の位置合わせ、ラミネート処理中に生ずる気泡の除去などである。 薄膜スイッチは打ち抜きされるから、薄膜スイッチは1個ずつ処理しなければならない。

さらにまた、例えば、発光ダイオードのような微小な照明素子の配置、導電性ポリマーを介してこれらの素子を回路部分に接続する作業、及びこれらのポリマーの硬化などはいずれも多大の労力を必要とする。 これらの作業が薄膜スイッチの製造ラインに含まれない場合もある。 その場合、メーカーはこれらの作業を第三者の供給メーカーに外注することになり、その結果、本来あるべき一貫工程が中断されることになる。

エレクトロルミネセント・ランプによる照明を採用する場合、グラフィックもランプも変形自在な基板の背後に配置することが好ましい。 変形自在な基板は多くの場合、環境条件に対して極めて安定性の高いポリエステルまたはポリカーボネートから成る。 従来のエレクトロルミネセント・ランプを照明の光源として使用した場合、グラフィックを基板とランプの透明な導電層との間に直接プリントすることもITOとランプのその他の層との間にプリントすることも不可能である。 その理由は、グラフィック層は基板面に使用されることが多いITO導電層との電気的接続を妨げること及び/またはグラフィック層がITOの代わりに使用されることがある他の透明導電層を汚染する可能性にある。

従って、エレクトロルミネセント・ランプ技術と薄膜スイッチを組み合わせることによって、ラミネート加工工程に使用される従来のバッチ操作と、グラフィックを保護しながら、スイッチの層一体化に必要な労力とを不要にすることが要望されている。

発明の概要

本発明は薄膜スイッチ及びエレクトロルミネセント・ランプの層を、これらの層を停止させて打ち抜いた後、一体化するのではなく、1つの連続した操作で1層ずつプリントすることによって上記問題の解決に取組むものである。 1つの実施態様として、それぞれの層は主として紫外線硬化インクによるスクリーン・プリントで形成されるこの種のインクを層状に展開させて紫外線に露光させると、インクは忽ち硬化するから、作業のサイクルタイムが短縮され、連続処理が可能になる。 連続処理とは、コンベア・システムにおいてそれぞれの層を数秒間で硬化させ、処理過程中の薄膜スイッチ構成素子を他の工程、例えば、打ち抜き工程や一体化工程へ搬送することなく先行の層に間髪を入れずに次の層をプリントできることを意味する。 しかも、スイッチはそれぞれが複数のスイッチを含むシートに対して加工され、所与のシートにおけるすべてのスイッチが同時に同じ加工を施される。 層の形状はスクリーン・プリントの過程で形成されるから、打ち抜きや一体化の工程を必要としない。 グラフィック層、ランプ層、これら両者の電気的素子、電気的接触手段または回路、絶縁層、スペーサ層及び接点用接着剤層の間でラインを停止させる必要がない。 即ち、これらの層は1つの連続工程でプリントすることができる。 打ち抜きや多大の労力を要するラミネート加工工程が不要になるからサイクルタイムが短縮される。 それぞれの層が数秒間でプリントされ、硬化するから、連続的なシステムを利用することによって操業時間が最適化される。 スイッチを1個ずつ個別に加工するのではなく、多数のスイッチを含むシートごと薄膜が加工される。 さらにまた、打ち抜き加工の回数は1回または2回に限定される。 個々のランプ毎に打ち抜き、ラミネート加工及び一体化を行なう従来の方法に比べて製造が著しく最適化される。

サイクルタイムを短縮し、打ち抜き工程及び一体化工程を省くことでバッチ処理方式を連続処理方式に変えることができる。 この処理方式では、公知のプリント加工部間において紫外線コンベア・システム上で硬化処理を施すことができる。 本発明ではそれぞれの層を数秒間でプリントし、硬化させることがきるから、打抜き工程と多大のコスト及び労力を必要とするラミネート加工工程を省くことでサイクルタイムが短縮され；連続方式を採用することで操業時間が最適化される。 従って、本発明の技術的利点は、本発明の薄膜スイッチの製造に要するサイクルタイムを著しく短縮できることにある。

本発明では、押下可能な基板をグラフィック層で被覆し、さらに引き続いて、グラフィック層にポリウレタン絶縁層が形成されているエレクトロルミネセント・ランプで被覆する。 この構造はグラフィック層及びエレクトロルミネセント・ランプが基板の背後に保護されることにある。 ポリウレタン絶縁層も敏感なエレクトロルミネセント層をグラフィック・インクによる汚染から保護する。

グラフィック層とエレクトロルミネセント・ランプによる照明とを組み合わせてディスプレイ素子を形成する態様も本発明の利点である。 これらのディスプレイ素子は状態、数値データまたはアルファベット・データのような情報の伝送に利用することができる。 ディスプレイ素子はランプ及びグラフィックと同時にプリントすることができ、追加の工程を設ける必要はないから、これらのディスプレイ素子を設ける限界費用は極めて低い。
本発明は層及びこれらの層に含まれる基板の総数を減らし、連続プリンティング及び紫外線硬化処理を採用することによって複数の一体化工程を省くことになる。 層及びこれらの層に含まれる基板の総数を減らすことによって、完成デバイスにおける薄膜スイッチの総厚を縮小するだけでなく、製造コスト及び処理時間を軽減することができる。

本発明とその利点がより完全に理解されるように、添付の図面を参照しながら好ましい実施例を以下に説明する。

図２には本発明の連続的にプリントされたエレクトロルミネセント・ランプ薄膜スイッチ複合体を示し、一括して参照番号50を付してある。 スイッチ50は一括して参照番号52で表わすエレクトロルミネセント・ランプ薄膜システム、一括して参照番号54で表わす薄膜スイッチ、及びグラフィック層56を含む。 ランプ・システム52は頂部絶縁層58及び底部絶縁層60を含む。 頂層58は前面58a及び背面58bを有する。 底部絶縁層60は前面60a及び背面60bを含む。 両絶縁層58、60間にはエレクトロルミネセント・ランプ62が介在する。 ランプ62は図8に関連して後述するような種々の層を含む。 ランプ62は、例えば、参考のため本願明細書中に引用する米国特許第5,856,030号明細書に図示、記述されているエレクトロルミネセント・ランプを含むことができる。

ランプ・システム52の頂部絶縁層58はグラフィック層56に直接刷り込まれている。 グラフィック層56は、例えば、紫外線硬化ポリウレタン・インクのような多様なインクを使用してプリントできる、例えば、アルファベット数字から成るインディシアを含むことができる。 ランプ・システム52のグラフィック層56と絶縁層58の組み合わせを形成するのにダイカットもラミネート加工も不要である。 絶縁層58、60は、例えば、紫外線硬化ポリウレタン・インクで形成することができる。

薄膜スイッチ54としては、スイッチを作動させたか否かをユーザーに知覚させる触知性フィードバック素子として作用する2つの電極を含む種々のタイプの薄膜スイッチが考えられる。 薄膜スイッチ54を構成する種々の構成素子を図8-13に示す。 薄膜スイッチ54はプリント可能な接着層を利用する絶縁層60の背面60bに取り付けることができる。 薄膜スイッチ54は、スイッチの所要のタイプ及び所要の触感量に応じて、エレクトロルミネセント・ランプに素子を直接プリントすることによって連続的に製造するか、またはラミネート加工またはプリント可能な接着剤によってランプ・システムに取り付ければよい。

図３には、例えば、ポリカーボネートまたはポリエステルの層から成る変形自在な基板66上に一体形成された状態でスイッチ50を示す。 グラフィック層56は基板66に直接プリントされ、グラフィック層56の背面に絶縁層58が重なっている。 ユーザーは変形自在な基板66の一部表面を押下することによってスイッチ54を作動させる。 グラフィック層56は変形自在な基板66と絶縁層58の間に介在するから、変形自在な基板66によって保護される。

図４に示すように、グラフィック層68を変形自在な基板66の外面に刷り込む実施態様も可能である。

図５に示すように、複数のグラフィック層がスイッチ50に含まれる実施態様も可能であり、この場合、両グラフィック層56、68が利用され、変形自在な基板66の内外面にそれぞれ刷り込まれる。 この態様では、複数のグラフィック・インディシアがスイッチ50と併用され、ランプ・システム52によって照明されることになる。 上述したように、グラフィック層56、68は種々のインディシアを含むとともに種々の多色グラフィック・デザインをも含むことができる。

図６は絶縁層58を省き、ランプ62を変形自在な基板66に直接刷り込んだスイッチ50の実施態様を示す。

図７は変形自在な基板66をランプ・システム52と薄膜スイッチ54の間に介在させたスイッチ50の実施態様を示す。

図８にはエレクトロルミネセント・ランプ62の実施例を示すが、図示のランプ62は飽くまでも説明のための実施例であって本発明がこの実施例によって制限されるものではない。 ランプ62は絶縁層58にプリントされたバス・バー74を含む。 次いで、透明な導電性前方電極76を絶縁層58にプリントする。 この前方電極76に蛍光体層78をプリントする。 次いで、層78に高誘電率層80をプリントする。 層80の組成は多様であり、例えば、チタン酸バリウムを含有することができる。 層80に後方電極82をプリントする。 電極82は導電性インク、典型的には銀またはフラファイトを含有する導電性インクを含むことができる。 ランプ62を構成する種々の層のプリントに使用されるインクは紫外線硬化インクを含むことができる。 電極82に絶縁層60をプリントすることによってランプ・システム52が完成する。 電源84から電極74、82に給電される。

図８は絶縁層60に刷り込まれる導電性パッド86を含む薄膜スイッチ54の構成素子をも示す。

図９-１３は薄膜スイッチ54内の構成素子を示す。 図９は絶縁層60上に配置され、スイッチ回路の一部を構成する導電性トレース86a間に介在する絶縁層88を示す。 スイッチ回路の他の半体としてトレース86aと対向するように補足の導電性パッド90も示されている。 図１０はスイッチ54内にスペーサ素子92が使用される実施態様を示す。

図１１に示すように、スペーサ素子92間にスナップ・ドーム94が介在して、本発明のスイッチ50のユーザーに対して触知性フィードバックを提供する。

図１２はスペーサ92に接着剤層96が付加されている実施態様を示す。 接着剤層96はスイッチ54の残りの外層100（図１３）を固定する機能を果す。

図１３は完成状態のスイッチ54を示す。 ユーザー102が変形自在な基板66から圧力を加えると、スナップ・ドーム94が圧縮されて導電性パッド86、90間に回路を完成させ、スイッチ54が閉となる。

図１４はグラフィック層56、68及び62に含まれるグラフィック・インディシアの例を示す。 ディスプレイ104は数字ディスプレイ106及びアルファベット・ディスプレイ108を含む。 ディスプレイ104はディスプレイ106及び108内の部分を照明するのに必要な電子回路をも含む。 ディスプレイ104はインジケータ・ライト110をも含む。

上記以外の態様でも本発明を実施できることは本願明細書の開示内容に照らして当業者に明白な事実であり、ここに開示した本発明の範囲は発明者が法的な権限に基づいて作成した後記請求項の最広義解釈によってのみ制限される。

エレクトロルミネセント・ランプを含む公知の薄膜スイッチを示す分解斜視図である。

本発明のエレクトロルミネセント・ランプ薄膜スイッチの断面図である。

本発明の他の実施例の断面図である。

本発明の他の実施例の断面図である。

本発明の他の実施例の断面図である。

本発明の他の実施例の断面図である。

本発明の他の実施例の断面図である。

本発明のエレクトロルミネセント・ランプ及び薄膜スイッチの一部の構造を示す断面図である。

本発明のエレクトロルミネセント・ランプ及び薄膜スイッチの一部の構造を示す断面図である。

本発明のエレクトロルミネセント・ランプ及び薄膜スイッチの一部の構造を示す断面図である。

本発明のエレクトロルミネセント・ランプ及び薄膜スイッチの一部の構造を示す断面図である。

本発明のエレクトロルミネセント・ランプ及び薄膜スイッチの一部の構造を示す断面図である。

本発明のエレクトロルミネセント・ランプ及び薄膜スイッチの一部の構造を示す断面図である。

本発明と併用されるグラフィック・ディスプレイの説明図である。