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WO2021139951A1 - Fahrzeugscheibenanordnung mit kapazitiver sensorelektrode - Google Patents

Fahrzeugscheibenanordnung mit kapazitiver sensorelektrode Download PDF

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Publication number
WO2021139951A1
WO2021139951A1 PCT/EP2020/085214 EP2020085214W WO2021139951A1 WO 2021139951 A1 WO2021139951 A1 WO 2021139951A1 EP 2020085214 W EP2020085214 W EP 2020085214W WO 2021139951 A1 WO2021139951 A1 WO 2021139951A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle window
electrically conductive
sensor electrode
protective layer
window arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/085214
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francois HERMANGE
Clément BOTTOIS
Rayan Hammoud
Patrick Weber
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint-Gobain Glass France filed Critical Saint-Gobain Glass France
Priority to CN202080004731.7A priority Critical patent/CN113365814A/zh
Publication of WO2021139951A1 publication Critical patent/WO2021139951A1/de

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    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/960765—Details of shielding arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle window arrangement with at least one capacitive sensor electrode.
  • capacitive switching areas can be formed by a sensor electrode or by an arrangement of two coupled sensor electrode areas such as a first sub-area and a surrounding area. If an object approaches the sensor electrode, the capacitance of the sensor electrode to earth or the capacitance of the capacitor formed by the two coupled sensor electrode areas changes.
  • sensor electrodes are known, for example, from US 2016/0313587 A1, US 6654070 B1, US 2010/179725 A1, WO 2015/086599 A1, WO 2016/116372 A1, US 6654 070 B1 and US 2006/275599 A1.
  • the sensor electrode is to be connected to the capacitive sensor electronics via a connection cable.
  • Ribbon cables are currently used for this purpose in composite panes with laminated sensor electrodes. Such a ribbon cable is typically led out of the space between the two laminated individual disks.
  • the ribbon cable is sensitive to external electromagnetic influences, for example when the ribbon cable comes into contact with the metallic vehicle body. This can trigger an unintentional switching process or capacitive variables can be coupled in in an undesired manner, which can lead to incorrect evaluations. For example, in the case of proximity sensors, the distance can change.
  • WO 99/05008 A1 discloses a passenger detection system consisting of electrodes in different configurations.
  • the electrodes may be positioned near an airbag door, with each electrode providing a signal corresponding to the proximity of the passenger.
  • the electrodes include a comparator for comparing the signals used.
  • the electrodes can be formed in one piece on a vehicle window.
  • US 2014/0060921 A1 discloses a flat conductor connection element for an antenna structure which is arranged on a pane.
  • the connection element comprises a flat conductor with a base layer, a conductor track, a first dielectric layer, a shield, which is arranged in sections above the first dielectric layer. A second dielectric layer is arranged above the shield.
  • the flat conductor runs outwards over the edge of the pane, the shielding being capacitively coupled to a reference ground via a metallic frame.
  • the vehicle window arrangement comprises a vehicle window and at least one sensor electrode which is suitably designed to detect a capacitive change and which is attached to the vehicle window or laminated into the vehicle window.
  • the vehicle window arrangement also includes capacitive sensor electronics for electrical detection of touching the sensor electrode or approaching the sensor electrode, as well as a connecting cable that electrically connects the sensor electrode and the capacitive sensor electronics with one another.
  • the sensor electrode serves as a touch-sensitive control button for switching or controlling a functional element, for example an electro-optical functional element that is integrated into the vehicle window.
  • the sensor electrode can generate an electric field which is disturbed by a human body part, such as a finger or a hand, so that a touch of the sensor electrode or an approach to the sensor electrode can be detected.
  • Electro-optical functional elements the luminosity of which can be controlled by an electrical voltage signal, preferably contain one or more OLED layer systems (OLED, organic light emitting diode) or display films, particularly preferably OLED display films, as the electro-optical functional layer and very particularly preferably transparent OLED display films.
  • OLED layer systems OLED, organic light emitting diode
  • display films particularly preferably OLED display films, as the electro-optical functional layer and very particularly preferably transparent OLED display films.
  • Sensor electrodes according to the invention can be designed in one or more parts and, for example, consist of a first sub-area of the sensor electrode and a second sub-area.
  • the second sub-area can also be understood as a surrounding area or a mass area.
  • the sensor electrode is formed from a printed and burnt-in electrically conductive paste, preferably a silver-containing screen printing paste.
  • the printed and baked electrically conductive paste advantageously has a thickness of 3 pm to 20 pm and a sheet resistance of 0.001 ohm / square to 0.03 ohm / square, preferably from 0.002 ohm / square to 0.018 ohm / square.
  • Such sensor electrodes are easy to integrate in the industrial manufacturing process and can be manufactured inexpensively.
  • the sensor electrode consists of an electrically conductive structure which is electrically isolated from the surrounding layer by an electrically conductive layer by a coating-free separation area, in particular a coating-free separation line.
  • the width of the dividing lines is from 30 ⁇ m to 200 ⁇ m and preferably from 70 ⁇ m to 140 ⁇ m. Such thin dividing lines allow a reliable and sufficiently high electrical insulation and at the same time do not interfere with the view through the composite pane or only slightly.
  • the electrically conductive layer is preferably transparent.
  • the electrically conductive layer can be arranged directly on an inside surface of the vehicle window or an intermediate layer or on an additional carrier film, preferably a transparent carrier film.
  • polymeric carrier films made of, for example, polyimide or polyethylene terephthalate (PET) are preferred.
  • PET polyethylene terephthalate
  • Suitable electrically conductive layers are known, for example, from DE 20 2008 017611 U1, EP 0 847 965 B1 or WO2012 / 052315 A1. They typically contain one or more, for example two, three or four electrically conductive, functional nelle layers.
  • the functional layers preferably contain at least one metal, for example silver, gold, copper, nickel and / or chromium, or a metal alloy.
  • the functional layers particularly preferably contain at least 90% by weight of the metal, in particular at least 99.9% by weight of the metal.
  • the functional layers can consist of the metal or the metal alloy.
  • the functional layers particularly preferably contain silver or an alloy containing silver.
  • Such functional layers have a particularly advantageous electrical conductivity with simultaneous high transmission in the visible spectral range.
  • the thickness of a functional layer is preferably from 5 nm to 50 nm, particularly preferably from 8 nm to 25 nm. In this range for the thickness of the functional layer, an advantageously high transmission in the visible spectral range and a particularly advantageous electrical conductivity are achieved.
  • This layer structure is generally obtained through a sequence of deposition processes that are carried out using a vacuum process such as vacuum evaporation or PVD (physical vapor deposition) processes such as magnetic field-supported cathode sputtering or CVD (chemical vapor deposition) processes.
  • a vacuum process such as vacuum evaporation or PVD (physical vapor deposition) processes
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • ITO indium tin oxide
  • Sn0 2 : F fluorine-doped tin oxide
  • ZnO: Al aluminum-doped zinc oxide
  • the electrically conductive layer can in principle be any coating that can be electrically contacted. If the composite pane according to the invention is intended to enable transparency, as is the case, for example, with panes in the window area, the electrically conductive layer is preferably transparent. In an advantageous embodiment, the electrically conductive layer is a layer or a layer structure of several individual layers with a total thickness of less than or equal to 2 ⁇ m, particularly preferably less than or equal to 1 ⁇ m.
  • An advantageous transparent electrically conductive layer according to the invention has a surface resistance of 0.4 ohms / square to 200 ohms / square.
  • the electrically conductive layer according to the invention has a sheet resistance of 0.5 ohm / square to 20 ohm / square.
  • the electrically conductive layer preferably contains a transparent, electrically conductive coating.
  • Transparent here means permeable to electromagnetic radiation with a wavelength of 300 nm to 1,300 nm and, in particular, to visible light.
  • the electrically conductive layer can also be significantly thicker than in the case of be designed transparent electrically conductive layers. Such thicker layers can have a significantly low surface resistance.
  • sensor electrodes made of the aforementioned configuration forms such as printed paste, electrically conductive film or wires and separated electrically conductive layer, can be combined with one another.
  • the first sub-area can consist of an electrically conductive film, for example, and the second sub-area or surrounding area can consist of a printed paste, etc.
  • the sensor electrode or at least the first partial area of the sensor electrode has an area of 1 cm 2 to 200 cm 2 , particularly preferably 1 cm 2 to 9 cm 2 .
  • the length of the contact area is preferably from 1 cm to 14 cm and particularly preferably from 1 cm to 3 cm.
  • the maximum width of the contact area is preferred from 1 cm to 14 cm and particularly preferably from 1 cm to 3 cm.
  • the sensor electrode or at least the first partial area of the sensor electrode can in principle have any shape. Circular, elliptical or teardrop-shaped configurations are particularly suitable. Alternatively, angular shapes are possible, for example triangles, squares, rectangles, trapezoids or other quadrangles or polygons of a higher order. In general, it is particularly advantageous if any corners are rounded.
  • the sensor electrode can also contain a line-shaped element, for example a wire, which is designed in the form of a spiral, a comb or a grid and whose external extension enlarges the capacitive coupling surface of the sensor electrode.
  • the capacitance of the sensor electrode is measured by the capacitive sensor electronics.
  • the capacitance of the sensor electrode changes with respect to earth when a body (for example a human body) comes near it or, for example, touches an insulating layer over the sensor electrode.
  • the change in capacitance is measured by the sensor electronics and a switching signal is triggered when a threshold value is exceeded.
  • the sensor electrode is made in several parts and preferably in two parts. That is to say, the sensor electrode has a first partial area and a surrounding area. Both the first sub-area and the surrounding area can be connected to the capacitive sensor electronics.
  • the first sub-area and the surrounding area form two electrodes which are capacitively coupled to one another.
  • the capacitance of the capacitor formed by the electrodes changes when a body approaches, for example a human body part.
  • the change in capacitance is measured by the sensor electronics and a switching signal is triggered when a threshold value is exceeded.
  • touch is understood to mean any interaction with the switching area that leads to a measurable change in the measurement signal, that is to say in the capacitance in this case.
  • the output switching signals can be arbitrary and adapted to the requirements of the respective use.
  • the switching signal can have a positive voltage, for example 12 V, mean, no switching signal mean, for example, 0 V and another switching signal mean, for example + 6V.
  • the switching signals can also correspond to the common voltages CAN_High and CAN_Low on a CAN bus and change by a voltage value in between.
  • the switching signal can also be pulsed and / or digitally coded.
  • the sensor electrode is connected to one or more flat conductors and the flat conductor is led out of the pane.
  • the integrated disk arrangement can then be connected particularly easily at the point of use with a voltage source and a signal line that evaluates the switching signal of the sensor circuit, for example in a vehicle via a CAN bus.
  • the first pane and / or second pane preferably contain glass, particularly preferably flat glass, very particularly preferably float glass, such as soda-lime glass, borosilicate glass or quartz glass, or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene , Polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures thereof.
  • the first pane and / or second pane are preferably transparent, in particular for the use of the panes as a windshield or rear window of a vehicle or other uses in which a high level of light transmission is desired.
  • Transparent in the context of the invention is then understood to mean a pane which has a transmission in the visible spectral range of greater than 70%.
  • the transmission can also be much lower, for example greater than 5%.
  • the thickness of the first pane and / or the second pane can vary widely and can thus be excellently adapted to the requirements of the individual case.
  • Standard thicknesses are preferred from 1.0 mm to 25 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm for vehicle glass and preferably from 4 mm to 25 mm for furniture, appliances and buildings, in particular for electric radiators, are used.
  • the size of the disks can vary widely and depends on the size of the use according to the invention.
  • the first pane and the second pane have areas of 200 cm 2 to 20 m 2, which are common in vehicle construction and architecture, for example.
  • the first pane and the second pane are connected to one another by at least one intermediate layer, preferably by a first and a second intermediate layer.
  • the intermediate layer is preferably transparent.
  • the intermediate layer preferably contains at least one plastic, preferably polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) and / or polyethylene terephthalate (PET).
  • the intermediate layer can also, for example, polyurethane (PU), polypropylene (PP), polyacrylate, polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyacetate resin, casting resins, acrylates, fluorinated ethylene propylenes, polyvinyl fluoride and / or ethylene -Tetrafluoroethylene, or copolymers or mixtures thereof.
  • the intermediate layer can be formed by one or also by several films arranged one above the other, the thickness of a film preferably being from 0.025 mm to 1 mm, typically 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the electrical supply line that connects the flat electrodes and / or the sensor electrode to external control electronics or sensor electronics is preferably designed as a foil conductor or a flexible foil conductor (flat conductor, ribbon conductor).
  • Foil conductor is understood to mean an electrical conductor whose width is significantly greater than its thickness.
  • a foil conductor is, for example, a strip or tape containing or consisting of copper, tin-plated copper, aluminum, silver, gold or alloys thereof.
  • the foil conductor has, for example, a width of 2 mm to 16 mm and a thickness of 0.03 mm to 0.1 mm.
  • the film conductor can have an insulating, preferably polymeric sheathing, for example based on polyimide.
  • Foil conductors which are suitable for contacting electrically conductive coatings in panes, only have a total thickness of, for example, 0.3 mm. Such thin film conductors can be embedded between the individual disks in the thermoplastic intermediate layer without difficulty.
  • a foil conductor strip can contain several conductive layers that are electrically isolated from one another.
  • thin metal wires can also be used as an electrical lead.
  • the metal wires contain in particular copper, tungsten, gold, silver or aluminum or alloys at least two of these metals.
  • the alloys can also contain molybdenum, rhenium, osmium, iridium, palladium or platinum.
  • connection area of an electrically conductive layer on a carrier film and the electrical supply line is preferably made using electrically conductive adhesives, which enable a secure and permanent electrical line connection between the connection area and the supply line.
  • electrical line connection can also be made by clamping, since the clamping connection is fixed by the lamination process so that it does not slip.
  • the supply line can also be printed onto the connection area, for example by means of an electrically conductive printing paste that contains metal and in particular contains silver.
  • the stripping of individual dividing lines in the electrically conductive layer is preferably carried out by a laser beam.
  • Methods for structuring thin metal films are, for example, from EP 2 200 097 A1 or EP 2 139 049 A1 are known.
  • the width of the stripping is preferably 10 pm to 1000 pm, particularly preferably 30 pm to 200 pm and in particular 70 pm to 140 pm. In this area, a particularly clean and residue-free stripping takes place using the laser beam.
  • the stripping by means of a laser beam is particularly advantageous, since the stripped lines are optically very inconspicuous and only slightly impair the appearance and transparency.
  • the stripping of a line with a width that is wider than the width of a laser cut is carried out by repeatedly tracing the line with the laser beam. The process duration and the process costs therefore increase as the line width increases.
  • the stripping can be carried out by mechanical removal as well as by chemical or physical etching.
  • the connecting cable is partially laminated into a vehicle window constructed as a composite window.
  • a part of the connecting cable arranged outside the vehicle window advantageously has the electrically conductive protective layer. This advantageously enables existing vehicle window arrangements to be retrofitted. In addition, material and costs can be saved.
  • the laminated part of the connecting cable is typically less susceptible to malfunctions, so that a good improvement can already be achieved by this measure compared to conventional vehicle window arrangements.
  • the conductive protective layer is connected to a ground potential.
  • the second partial area of the electrically conductive structure is preferably connected to the ground potential (active shielding).
  • a ground plane is placed in the vicinity of the sensor electrode (passive shielding).
  • the electrically conductive protective layer is preferably connected to a vehicle ground or to a ground potential provided by the capacitive sensor electronics.
  • the ground potential is particularly preferably provided by the vehicle window. It is also possible that the electrically conductive protective layer is connected to an interference suppression / compensation signal provided by the capacitive sensor electronics.
  • the electrically conductive protective layer in particular in the form of an aluminum or copper foil, is wrapped around the at least one signal line, thereby achieving efficient shielding against external influences.
  • the conductive protective layer is covered by an insulating material. This has the technical advantage, for example, that short circuits through the connecting cable are prevented. In addition, the underlying structures are protected from mechanical influences.
  • the conductive protective layer is glued onto the signal line. This has the technical advantage, for example, that the conductive protective layer is prevented from becoming detached.
  • the vehicle window is a windshield, a rear window or a side window.
  • the technical advantage is achieved that the vehicle window arrangement is used in particularly suitable locations.
  • FIG. 1 is a schematic view of a vehicle window arrangement
  • FIG. 4 shows a further sectional view through a connecting cable in the longitudinal direction.
  • the vehicle window arrangement 100 comprises a sensor electrode, denoted overall by the reference number 101, and capacitive sensor electronics 105, which are used for capacitive detection of a touch or approach of a human body part, such as a hand or a finger, which, for example, triggers an electrical switching function.
  • the sensor electrode 101 is electrically conductively connected to the capacitive sensor electronics 105 by a connecting cable 107, here a ribbon conductor.
  • the connecting cable 107 is led out of the area between the two laminated individual panes of the vehicle pane 113.
  • a switching or control process is activated by changes in the electromagnetic field by touching or approaching. However, switching operations can also be caused by disturbances, for example when the connecting cable 107 touches the metallic vehicle body.
  • the connecting cable 107 is protected by a metallic shield, such as a foil made of aluminum or copper, which is connected to a ground potential.
  • a connecting cable 107 is therefore arranged between the sensor electrode 101 and the capacitive sensor electronics 105, which connects the sensor electrode 101 and the capacitive sensor electronics 105 and which comprises at least one signal line 109 and a conductive protective layer 111 for electromagnetic shielding of the signal line 109.
  • the conductive protective layer 111 surrounds the signal line 109 at least partially, in particular completely dig.
  • the capacitive sensor electrode 101 reacts to a changed capacitance when touched or approached.
  • a touch control is activated by changes in the electromagnetic field by touching or approaching a human body part in the contact area 125 provided.
  • the connecting cable 107 is protected by an electrically conductive protective layer 111 surrounding the signal line 109 for electromagnetic shielding.
  • the conductive protective layer 111 can be formed by a metal foil made of aluminum or copper, which is connected to the ground potential.
  • an electrically insulating layer of insulating mate rial 119 can be arranged, such as polyvinyl or polyamide. Another electrically insulating layer of insulating material 119 is located between the electromagnetic shield 111 and the signal line 109, so that there is no electrical contact between the signal line 109 and the electromagnetic shield. In this structure, too, the connection cable 107 is protected from electromagnetic interference, so that no unintentional switching can be triggered by touching or contacting the signal line 109 with metal.
  • a conductive protective layer 111-2 is glued onto the insulating material 119-2 by means of the adhesive layer 121-5 on the other side.
  • Another insulating material 119-4 is glued to the conductive protective layer 111-2 by means of the adhesive layer 121-4, so that the conductive protective layer 111-1 is insulated from the outside.
  • the conductive protective layers 111-1 and 111-2 can be connected to a ground potential.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the connecting cable 107 in a sectional view in the longitudinal direction.
  • the protective layers 111-1 and 111-2 are glued to the signal conductor 109 by means of electrically insulating adhesive layers 121-1 and 121-2, respectively.
  • the conductive protective layers 111-1 and 111-2 are electrically insulated from the outside with layers of insulating material 119-1 and 119-2. In this construction, the layers of insulating material 119-1 and 119-2 shown in FIG. 3 are not present.

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibenanordnung (100) mit einer Fahrzeugscheibe (113), mindestens einer Sensorelektrode (101), einer kapazitiven Sensorelektronik (105) zum elektrischen Erfassen einer Berührung oder Annäherung der Sensorelektrode (101), einem Verbindungskabel (107), das die Sensorelektrode (101) und die kapazitive Sensorelektronik (105) elektrisch verbindet, welches mindestens eine Signalleitung (109) und eine elektrisch leitende Schutzschicht (111) zum elektromagnetischen Abschirmen der mindestens einen Signalleitung (109) umfasst, wobei das Verbindungskabel (107) zumindest teilweise in die Fahrzeugscheibe (113) laminiert ist.

Description

Fahrzeugscheibenanordnung mit kapazitiver Sensorelektrode
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibenanordnung mit mindestens einer kapa zitiven Sensorelektrode.
Es ist bekannt, dass kapazitive Schaltbereiche durch eine Sensorelektrode oder durch eine An ordnung von zwei gekoppelten Sensorelektrodenbereichen wie einen ersten Teilbereich und ei nen Umgebungsbereich, ausgebildet werden können. Nähert sich ein Objekt der Sensorelektrode an, so ändert sich die Kapazität der Sensorelektrode gegen Erde oder die Kapazität des von den zwei gekoppelten Sensorelektrodenbereichen gebildeten Kondensators. Derartige Sensorelekt roden sind beispielsweise aus US 2016/0313587 A1 , US 6654070 B1, US 2010/179725 A1, WO 2015/086599 A1 , WO 2016/116372 A1 , US 6654 070 B1 und US 2006/275599 A1 bekannt.
Die Kapazitätsänderung wird über eine Schaltungsanordnung oder Sensorelektronik gemessen, wobei bei Überschreiten eines Schwellwerts ein Schaltsignal ausgelöst wird. Schaltungsanord nungen für kapazitive Sensoren sind beispielsweise aus DE 202006 006 192 U 1 , EP 0 899 882 A1, US 6,452,514 B1 und EP 1 515211 A1 bekannt.
Die Sensorelektrode ist über ein Verbindungskabel mit der kapazitiven Sensorelektronik zu ver binden. In Verbundscheiben mit laminierten Sensorelektroden werden gegenwärtig zu diesem Zweck Flachbandkabel verwendet. Ein solches Flachbandkabel wird typischer Weise aus dem Zwischenraum der beiden laminierten Einzelscheiben herausgeführt. Jedoch ist das Flachband kabel störungsempfindlich gegenüber äußeren elektromagnetischen Einflüssen, beispielsweise wenn eine Berührung des Flachbandkabels mit der metallischen Fahrzeugkarosserie erfolgt. Hierdurch kann ein unbeabsichtigter Schaltvorgang ausgelöst werden oder kapazitive Größen können in unerwünschter Weise eingekoppelt werden, was zu falschen Auswertungen führen kann. Beispielsweise kann sich bei Annäherungssensoren der Abstand verändern.
WO 99/05008 A1 offenbart ein Passagiererfassungssystem bestehend aus Elektroden in ver schiedenen Konfigurationen. Die Elektroden können in der Nähe einer Airbagklappe positioniert sein, wobei jede Elektrode ein Signal liefert, das der Nähe des Passagiers entspricht. Die Elekt roden umfassen einen Komparator zum Vergleich der verwendeten Signale. Die Elektroden kön nen einstückig an einem Fahrzeugfenster ausgebildet sein. US 2014/0060921 A1 offenbart ein Flachleiter-Anschlusselement für eine Antennenstruktur, die an einer Scheibe angeordnet ist. Das Anschlusselement umfasst einen Flachleiter mit einer Grundschicht, einer Leiterbahn, einer ersten dielektrischen Schicht, einer Abschirmung, die ab schnittsweise oberhalb der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist. Eine zweite dielektrische Schicht ist oberhalb der Abschirmung angeordnet. Der Flachleiter verläuft über den Rand der Scheibe nach außen, wobei die Abschirmung kapazitiv über einen metallischen Rahmen mit einer Bezugsmasse gekoppelt ist.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Fahr zeugscheibenanordnung zur Verfügung zu stellen, mit der die vorgenannten Nachteile vermieden werden können.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Fahrzeug scheibenanordnung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibenanordnung umfasst eine Fahrzeugscheibe und min destens eine zum Erfassen einer kapazitiven Änderung geeignet ausgebildete Sensorelektrode, die an der Fahrzeugscheibe angebracht oder in die Fahrzeugscheibe laminiert ist. Die Fahrzeug scheibenanordnung umfasst weiterhin eine kapazitive Sensorelektronik zum elektrischen Erfas sen einer Berührung der Sensorelektrode oder Annäherung an die Sensorelektrode, sowie ein Verbindungskabel, das die Sensorelektrode und die kapazitive Sensorelektronik elektrisch mitei nander verbindet. Beispielsweise dient die Sensorelektrode als berührungsempfindlicher Steuer knopf zum Schalten bzw. Steuern eines Funktionselements, beispielsweise ein elektrooptisches Funktionselement, das in die Fahrzeugscheibe integriert ist.
Wie dem Fachmann bekannt ist, kann die Sensorelektrode ein elektrisches Feld erzeugen, wel ches durch ein menschliches Körperteil, wie ein Finger oder eine Hand, gestört wird, so dass eine Berührung der Sensorelektrode oder eine Annäherung an die Sensorelektrode erfasst werden kann.
Das Verbindungskabel umfasst mindestens eine Signalleitung. Erfindungsgemäß ist wesentlich, dass das Verbindungskabel eine elektrisch leitende Schutzschicht zum elektromagnetischen Ab schirmen der mindestens einen Signalleitung aufweist. Die mindestens eine Signalleitung und die elektrisch leitende Schutzschicht sind voneinander elektrisch isoliert. Durch die elektrisch leitende Schutzschicht der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung können in vorteilhafter Weise elektromagnetische Störeinflüsse auf das Verbindungskabel vermieden werden, so dass beispielsweise ein unbeabsichtigter Schaltvorgang verhindert wird und generell Störsignale nicht eingekoppelt werden, wobei das Verbindungskabel zumindest teilweise in die Fahrzeugscheibe laminiert ist.
Die Sensorelektrode dient beispielsweise zum Schalten bzw. Steuern eines elektrooptischen Funktionselements. Hierbei handelt es sich um ein flächenhaftes Funktionselement mit elektrisch regelbaren optischen Eigenschaften. Das heißt, seine optischen Eigenschaften und insbesondere seine Transparenz, sein Streuverhalten oder seine Leuchtkraft sind durch ein elektrisches Span nungssignal steuerbar. Elektrooptische Funktionselemente, deren Transparenz sich durch ein elektrisches Spannungssignal steuern lassen, enthalten als elektrooptische Funktionsschicht be vorzugt eine oder mehrere SPD-Folien (SPD = Suspended particle device), Flüssigkristall-haltige Folien, wie PDLC-Folien (PDLC = Polymer dispersed liquid crystal) oder elektrochrome Schicht systeme. Elektrooptische Funktionselemente, deren Leuchtkraft sich durch ein elektrisches Span nungssignal steuern lassen, enthalten als elektrooptische Funktionsschicht bevorzugt eine oder mehrere OLED-Schichtsystems (OLED, englisch organic light emitting diode; organische Leucht diode) oder Display-Folien, besonders bevorzugt OLED-Display-Folien und ganz besonders be vorzugt transparente OLED-Display-Folien.
Erfindungsgemäße Sensorelektroden können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein und beispiels weise aus einem ersten Teilbereich der Sensorelektrode und einem zweiten Teilbereich beste hen. Der zweite Teilbereich kann auch als Umgebungsbereich oder Massebereich aufgefasst werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Sensorelektrode aus einer gedruckten und einge brannten elektrisch leitfähigen Paste, bevorzugt eine silberhaltige Siebdruckpaste, gebildet. Die gedruckte und eingebrannte elektrisch leitfähige Paste hat vorteilhafterweise eine Dicke von 3 pm bis 20 pm und einen Flächenwiderstand von 0,001 Ohm/Quadrat bis 0,03 Ohm/Quadrat, bevor zugt von 0,002 Ohm/Quadrat bis 0,018 Ohm/Quadrat. Derartige Sensorelektroden sind im indust riellen Fertigungsprozess leicht zu integrieren und kostengünstig herzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Sensorelektrode aus einer elektrisch leitfähigen Folie, bevorzugt einer Metallfolie und insbesondere einer Kupfer-, Silber-, Gold- oder Aluminiumfolie. Die elektrisch leitfähige Folie weist vorteilhafterweise eine Dicke von 50 pm bis 1000 pm und bevorzugt von 100 pm bis 600 pm auf. Die elektrisch leitfähige Folie hat vorteilhaf terweise eine Leitfähigkeit von 1*106 S/m bis 10*107 S/m und bevorzugt von 3,5*107 S/m bis 6,5*107 S/m.
Es versteht sich, dass derartige Folien auch auf Trägerfolien, beispielsweise polymeren Träger folien wie Polyimid oder Polyethylenterephthalat (PET), angeordnet sein können. Derartige Sen sorelektroden auf Trägerfolien sind besonders vorteilhaft, da auch mehrteilige Sensorelektroden aus beispielsweise einem ersten Teilbereich der Sensorelektrode und einem Umgebungsbereich (Massebereich) aus einer Einheit hergestellt werden kann und während der Fertigung bequem und positionsgenau in die Fahrzeugscheibe eingelegt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Sensorelektrode aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Draht, bevorzugt einem Metalldraht und insbesondere einem Wolfram-, Kup fer-, Silber-, Gold- oder Aluminiumdraht. Es versteht sich, dass derartige Drähte auch auf den beispielsweise oben genannten Trägerfolien angeordnet sein können. Der elektrisch leitfähige Draht ist bevorzugt mit einer elektrischen Isolation umgeben, beispielsweise mit einem Kunst stoffmantel. Besonders geeignete Drähte haben eine Dicke von 10 pm bis 200 pm, bevorzugt von 20 pm bis 100 pm und besonders bevorzugt von 30 pm oder 70 pm.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Sensorelektrode aus einer elektrisch leitfähigen Struktur, die aus einer elektrisch leitfähigen Schicht durch einen beschichtungsfreien Trennbereich, insbesondere eine beschichtungsfreie Trennlinie, von der umgebenden Schicht elektrisch isoliert ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Breite der Trennlinien von 30 pm bis 200 pm und bevorzugt von 70 pm bis 140 pm. Derartig dünne Trennlinien erlauben eine sichere und ausreichend hohe elektrische Isolierung und stören gleichzeitig die Durchsicht durch die Verbundscheibe nicht oder nur geringfügig.
Die elektrisch leitfähige Schicht ist bevorzugt transparent. Die elektrisch leitfähige Schicht kann unmittelbar auf einer innenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe oder einer Zwischenschicht oder auf einer zusätzlichen Trägerfolie, bevorzugt einer transparenten Trägerfolie angeordnet werden. Bevorzugt sind beispielsweise polymere Trägerfolie aus beispielsweise Polyimid oder Polyethylenterephthalat (PET). Geeignete elektrisch leitfähige Schichten sind beispielsweise aus DE 20 2008 017611 U1, EP 0 847 965 B1 oder WO2012/052315 A1 bekannt. Sie enthalten ty pischerweise eine oder mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier elektrisch leitfähige, funktio- nelle Schichten. Die funktionellen Schichten enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, beispiels weise Silber, Gold, Kupfer, Nickel und oder Chrom, oder eine Metalllegierung. Die funktionellen Schichten enthalten besonders bevorzugt mindestens 90 Gew. % des Metalls, insbesondere min destens 99,9 Gew. % des Metalls. Die funktionellen Schichten können aus dem Metall oder der Metalllegierung bestehen. Die funktionellen Schichten enthalten besonders bevorzugt Silber oder eine silberhaltige Legierung. Solche funktionelle Schichten weisen eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger hoher Transmission im sichtbaren Spektra Ibereich auf. Die Dicke einer funktionellen Schicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm. In diesem Bereich für die Dicke der funktionellen Schicht wird eine vorteilhaft hohe Transmission im sichtbaren Spektra Ibereich und eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit erreicht.
Typischerweise ist jeweils zwischen zwei benachbarten funktionellen Schichten zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet. Bevorzugt ist unterhalb der ersten und/oder oberhalb der letz ten funktionellen Schicht eine weitere dielektrische Schicht angeordnet. Eine dielektrische Schicht enthält zumindest eine Einzelschicht aus einem dielektrischen Material, beispielsweise enthal tend ein Nitrid wie Siliziumnitrid oder ein Oxid wie Aluminiumoxid. Dielektrische Schicht können aber auch mehrere Einzelschichten umfassen, beispielsweise Einzelschichten eines dielektri schen Materials, Glättungsschichten, Anpassungsschichten, Blockerschichten und / oder Antire flexionsschichten. Die Dicke einer dielektrischen Schicht beträgt beispielsweise von 10 nm bis 200 nm.
Dieser Schichtaufbau wird im Allgemeinen durch eine Folge von Abscheidevorgängen erhalten, die durch ein Vakuumverfahren wie Vakuumverdampfung oder PVD (physical vapour deposition) -Verfahren wie die magnetfeldgestützte Kathodenzerstäubung oder CVD (Chemical vapour depo- sition)-Verfahren durchgeführt werden.
Weitere geeignete elektrisch leitfähige Schichten enthalten bevorzugt Indium-Zinnoxid (ITO), flu ordotiertes Zinnoxid (Sn02:F) oder aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:AI) oder bestehen daraus.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann prinzipiell jede Beschichtung sein, die elektrisch kontaktiert werden kann. Soll die erfindungsgemäße Verbundscheibe die Durchsicht ermöglichen, wie es beispielsweise bei Scheiben im Fensterbereich der Fall ist, so ist die elektrisch leitfähige Schicht bevorzugt transparent. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Schicht eine Schicht oder ein Schichtaufbau mehrerer Einzelschichten mit einer Gesamtdicke von kleiner oder gleich 2 pm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 pm.
Eine vorteilhafte erfindungsgemäße transparente elektrisch leitfähige Schicht weist einen Flä chenwiderstand von 0,4 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Schicht einen Flächenwiderstand von 0,5 Ohm/Quadrat bis 20 Ohm/Quadrat auf.
Die elektrisch leitfähige Schicht enthält bevorzugt eine transparente, elektrisch leitfähige Be schichtung. Transparent bedeutet hier durchlässig für elektromagnetische Strahlung einer Wel lenlänge von 300 nm bis 1.300 nm und insbesondere für sichtbares Licht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Breite ti der Trennlinien mit denen die elektrisch leitfähige Schicht elektrisch unterteil ist von 30 pm bis 200 pm und bevorzugt von 70 pm bis 140 pm. Derartig dünne Trennlinien erlauben eine sichere und ausreichend hohe elektrische Iso lierung und stören gleichzeitig die Durchsicht durch die Verbundscheibe nicht oder nur geringfü gig.
Falls es nicht erforderlich ist, dass die elektrisch leitfähige Schicht transparent ausgestaltet ist, weil die Sensorelektrode beispielsweise in einem Bereich einer Fahrzeugscheibe angeordnet ist, in dem die Durchsicht durch einen Abdeckdruck oder ein Kunststoffgehäuse verhindert ist, kann die elektrisch leitfähige Schicht auch deutlich dicker als bei transparenten elektrisch leitfähigen Schichten ausgestaltet sein. Derartige dickere Schichten können einen deutlich niedrigen Flä chenwiderstand aufweisen.
Es versteht sich, dass Sensorelektroden aus den genannten Ausgestaltungformen, wie gedruckte Paste, elektrisch leitfähige Folie oder Drähte und abgetrennte elektrisch leitfähige Schicht, mitei nander kombiniert werden können. Das heißt, dass der erste Teilbereich beispielsweise aus einer elektrisch leitfähigen Folie bestehen kann und der zweite Teilbereich bzw. Umgebungsbereich aus einer gedruckten Paste, usw.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die Sensorelektrode oder zumindest der erste Teilbereich der Sensorelektrode eine Fläche von 1 cm2 bis 200 cm2, besonders bevorzugt von 1 cm2 bis 9 cm2. Die Länge des Berührungsbereichs beträgt bevorzugt von 1 cm bis 14 cm und besonders bevorzugt von 1 cm bis 3 cm. Die maximale Breite des Berührungsbereichs beträgt bevorzugt von 1 cm bis 14 cm und besonders bevorzugt von 1 cm bis 3 cm. Die Sensorelektrode oder zu mindest der erste Teilbereich der Sensorelektrode kann prinzipiell jede beliebige Form aufweisen. Besonders geeignete sind kreisförmige, elliptische oder tropfenförmige Ausgestaltungen. Alter nativ sind eckige Formen möglich, beispielsweise Dreiecke, Quadrate, Rechtecke, Trapeze oder anders geartete Vierecke oder Polygone höherer Ordnung. Allgemein ist es besonders vorteilhaft, wenn etwaige Ecken abgerundet sind. Die Sensorelektrode kann auch ein linienförmiges Ele ment, beispielsweise einen Draht enthalten, das spiral-, kämm- oder rasterförmig ausgestaltet ist und dessen äußere Ausdehnung die kapazitive Kopplungsfläche der Sensorelektrode vergrößert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensorelektrode einteilig ausgebildet.
Über die kapazitive Sensorelektronik wird die Kapazität der Sensorelektrode gemessen. Die Ka pazität der Sensorelektrode ändert sich gegen Erde, wenn ein Körper (beispielsweise ein menschlicher Körper), in ihre Nähe kommt oder beispielsweise eine Isolatorschicht überder Sen sorelektrode berührt. Die Kapazitätsänderung wird durch die Sensorelektronik gemessen und bei Überschreiten eines Schwellwerts wird ein Schaltsignal ausgelöst.
Alternativ ist die Sensorelektrode mehrteilig und bevorzugt zweitteilig ausgebildet. Das heißt die Sensorelektrode weist einen ersten Teilbereich und einen Umgebungsbereich auf. Sowohl der erste Teilbereich als auch der Umgebungsbereich können mit der kapazitiven Sensorelektronik verbunden werden.
In einer solchen Anordnung bilden der erste Teilbereich und der Umgebungsbereich zwei Elekt roden aus, die kapazitiv miteinander gekoppelt sind. Die Kapazität des von den Elektroden gebil deten Kondensators ändert sich bei Annäherung eines Körpers, beispielsweise eines menschli chen Körperteils. Die Kapazitätsänderung wird durch die Sensorelektronik gemessen und bei Überschreiten eines Schwellwerts wird ein Schaltsignal ausgelöst.
Es versteht sich, dass die Berührung des Berührungsbereichs auch mit mehreren Fingern oder einem anderen menschlichen Körperteil erfolgen kann. Unter Berührung wird im Rahmen dieser Erfindung jegliche Wechselwirkung mit dem Schaltbereich verstanden, die zu einer messbaren Änderung des Mess-Signals, also hier der Kapazität, führt.
Die ausgegebenen Schaltsignale können beliebig und den Erfordernissen der jeweiligen Verwen dung angepasst sein. So kann das Schaltsignal eine positive Spannung, beispielsweise 12 V, bedeuten, kein Schaltsignal beispielsweise 0 V bedeuten und ein anderes Schaltsignal beispiel weise + 6V bedeuten. Die Schaltsignale können auch den bei einem CAN-Bus üblichen Span nungen CAN_High und CAN_Low entsprechen und um einen dazwischen liegenden Spannungs wert wechseln. Das Schaltsignal kann auch gepulst und/oder digital codiert sein.
Die Empfindlichkeit der Sensorelektronik kann in Abhängigkeit der Größe des erweiterten kapa zitiven Schaltbereichs und in Abhängigkeit der Dicke von erster Scheibe, Zwischenschicht(en) und gegebenenfalls zweiter Scheibe im Rahmen einfacher Experimente ermittelt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Sensorelektrode mit einem oder mehreren Flachleitern verbunden und der Flachleiter ist aus der Scheibe herausgeführt. Die integrierte Scheibenanord nung kann dann besonders einfach am Verwendungsort mit einer Spannungsquelle und einer Signalleitung verbunden werden, die das Schaltsignal der Sensorschaltung auswertet, beispiels weise in einem Fahrzeug über einen CAN-Bus.
Vorzugsweise ist die Fahrzeugscheibe eine Verbundscheibe, welche eine erste Scheibe und zweite Scheibe, die durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander ver bunden sind, umfasst. Als Scheiben sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeig net, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe thermisch und chemisch stabil sowie dimensionsstabil sind.
Die erste Scheibe und/oder zweite Scheibe enthalten bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas ganz besonders bevorzugt Floatglas, wie Kalk-Natron-Glas Borosilikatglas oder Quarz glas, oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvi nylchlorid und/oder Gemische davon. Die erste Scheibe und/oder zweite Scheibe sind bevorzugt transparent, insbesondere für die Verwendung der Scheiben als Windschutzscheibe oder Rück scheiben eines Fahrzeugs oder anderen Verwendungen bei denen eine hohe Lichttransmission erwünscht ist. Als transparent im Sinne der Erfindung wird dann eine Scheibe verstanden, die eine Transmission im sichtbaren Spektra Ibereich von größer 70 % aufweist. Für Scheiben, die nicht im verkehrsrelevanten Sichtfeld des Fahrers liegen, beispielsweise für Dachscheiben, kann die Transmission aber auch viel geringer sein, beispielsweise größer als 5 %.
Die Dicke von erster Scheibe und/oder zweiter Scheibe kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Standardstärken von 1 ,0 mm bis 25 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm für Fahrzeugglas und bevorzugt von 4 mm bis 25 mm für Möbel, Geräte und Gebäude, insbesondere für elektrische Heizkörper, ver wendet. Die Größe der Scheiben kann breit variieren und richtet sich nach der Größe der erfin dungsgemäßen Verwendung. Die erste Scheibe und zweite Scheibe weisen beispielsweise im Fahrzeugbau und Architekturbereich übliche Flächen von 200 cm2 bis zu 20 m2 auf.
Die Verbundscheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Vorzugsweise hat die dreidimensionale Form keine Schattenzonen, so dass sie beispielsweise durch Kathodenzer stäubung beschichtet werden kann. Bevorzugt sind die Scheiben planar oder leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen. Insbesondere werden planare Substrate verwendet. Die Scheiben können farblos oder gefärbt sein.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe werden durch mindestens eine Zwischenschicht, be vorzugt durch eine erste und eine zweite Zwischenschicht miteinander verbunden. Die Zwischen schicht ist bevorzugt transparent. Die Zwischenschicht enthält vorzugsweise mindestens einen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und / oder Polyethylen- terephthalat (PET). Die Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polyurethan (PU), Po lypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvi nylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder Copolymere oder Gemische davon enthalten. Die Zwi schenschicht kann durch eine oder auch durch mehrere übereinander angeordnete Folien aus gebildet werden, wobei die Dicke einer Folie bevorzugt von 0,025 mm bis 1 mm beträgt, typi scherweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die Zwischenschichten können bevorzugt thermoplastisch sein und nach der Lamination die erste Scheibe, die zweite Scheibe und eventuelle weitere Zwi schenschichten miteinander verkleben. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Verbundscheibe ist die erste Zwischenschicht als Klebeschicht aus einem Kleb stoff ausgebildet, mit der die Trägerfolie auf der ersten Scheibe aufgeklebt ist. In diesem Fall hat die erste Zwischenschicht bevorzugt die Abmessungen der Trägerfolie.
Die Begriffe "erste Scheibe" und "zweite Scheibe" sind zur Unterscheidung der beiden Scheiben bei einer Verbundscheibe gewählt. Mit den Begriffen ist keine Aussage über die geometrische Anordnung verbunden. Ist die Verbundscheibe beispielsweise dafür vorgesehen, in einer Öff nung, beispielsweise eines Fahrzeugs oder eines Gebäudes, den Innenraum gegenüber der äu ßeren Umgebung abzutrennen, so kann die erste Scheibe dem Innenraum oder der äußeren Umgebung zugewandt sein. Transparent bedeutet hier durchlässig für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektro magnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1.300 nm und insbesondere für sicht bares Licht.
Die elektrische Zuleitung, die die Flächenelektroden und/oder die Sensorelektrode mit einer äu ßeren Steuerelektronik beziehungsweise Sensorelektronik verbindet, ist bevorzugt als Folienlei ter oder flexibler Folienleiter (Flachleiter, Flachbandleiter) ausgebildet. Unter Folienleiter wird ein elektrischer Leiter verstanden, dessen Breite deutlich größer ist als seine Dicke. Ein solcher Fo lienleiter ist beispielsweise ein Streifen oder Band enthaltend oder bestehend aus Kupfer, ver zinntem Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Legierungen davon. Der Folienleiter weist beispiels weise eine Breite von 2 mm bis 16 mm und eine Dicke von 0,03 mm bis 0,1 mm auf. Der Folien leiter kann eine isolierende, bevorzugt polymere Ummantelung, beispielsweise auf Polyimid-Ba sis aufweisen. Folienleiter, die sich zur Kontaktierung von elektrisch leitfähigen Beschichtungen in Scheiben eignen, weisen lediglich eine Gesamtdicke von beispielsweise 0,3 mm auf. Derart dünne Folienleiter können ohne Schwierigkeiten zwischen den einzelnen Scheiben in der ther moplastischen Zwischenschicht eingebettet werden. In einem Folienleiterband können sich meh rere voneinander elektrisch isolierte, leitfähige Schichten befinden.
Alternativ können auch dünne Metalldrähte als elektrische Zuleitung verwendet werden. Die Me talldrähte enthalten insbesondere Kupfer, Wolfram, Gold, Silber oder Aluminium oder Legierun gen mindestens zweier dieser Metalle. Die Legierungen können auch Molybdän, Rhenium, Os mium, Iridium, Palladium oder Platin enthalten.
Die elektrische Leitungsverbindung zwischen dem Anschlussbereich einer elektrisch leitfähigen Schicht auf einer Trägerfolie und der elektrischen Zuleitung erfolgt bevorzugt über elektrisch leit fähige Kleber, die eine sichere und dauerhaft elektrische Leitungsverbindung zwischen An schlussbereich und Zuleitung ermöglichten. Alternativ kann die elektrische Leitungsverbindung auch durch Klemmen erfolgen, da die Klemmverbindung durch den Laminiervorgang verrut- schungssicher fixiert wird. Alternativ kann die Zuleitung auch auf den Anschlussbereich aufge druckt werden, beispielsweise mittels einer metallhaltigen und insbesondere silberhaltigen, elektrisch leitfähigen Druckpaste.
Die Entschichtung einzelner Trennlinien in der elektrisch leitfähigen Schicht erfolgt vorzugsweise durch einen Laserstrahl. Verfahren zum Strukturieren dünner Metallfilme sind beispielsweise aus EP 2 200 097 A1 oder EP 2 139 049 A1 bekannt. Die Breite der Entschichtung beträgt bevorzugt 10 pm bis 1000 pm, besonders bevorzugt 30 pm bis 200 pm und insbesondere 70 pm bis 140 pm. In diesem Bereich findet eine besonders saubere und rückstandsfreie Entschichtung durch den Laserstrahl statt. Die Entschichtung mittels Laserstrahl ist besonders vorteilhaft, da die ent- schichteten Linien optisch sehr unauffällig sind und das Erscheinungsbild und die Durchsicht nur wenig beeinträchtigen. Die Entschichtung einer Linie mit einer Breite, die breiter ist als die Breite eines Laserschnitts, erfolgt durch mehrmaliges Abfahren der Linie mit dem Laserstrahl. Die Pro zessdauer und die Prozesskosten steigen deshalb mit zunehmender Linienbreite an. Alternativ kann die Entschichtung durch mechanisches Abtragen sowie durch chemisches oder physikali sches Ätzen erfolgen.
Das Verbindungskabel ist bei einer als Verbundscheibe ausgebildeten Fahrzeugscheibe teilweise einlaminiert. Hierbei weist vorteilhaft nur ein außerhalb der Fahrzeugscheibe angeordneter Teil des Verbindungskabels die elektrisch leitende Schutzschicht auf. Die ermöglicht in vorteilhafter Weise bereits bestehende Fahrzeugscheibenanordnungen nachzurüsten. Zudem können Mate rial und Kosten eingespart werden. Der laminierte Teil des Verbindungskabels ist typische Weise weniger anfällig für Störungen, so dass durch diese Maßnahme schon eine gute Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugscheibenanordnungen erreicht werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Sensorelektrode einen kreisförmigen ersten Teilbereich und einen ringförmigen zweiten Teilbereich (Umgebungsbereich), wodurch eine Be rührung oder Annäherung zuverlässig erkannt werden kann. Zudem kann ein derartiger Berüh rungssensor in einfacher Weise ausgebildet werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fahrzeugscheibenanordnung ist die leitende Schutzschicht mit einem Massepotential verbunden. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass sich Störeinflüsse weiter eliminieren oder verringern lassen. Vorzugsweise ist der zweite Teilbereich der elektrisch leitenden Struktur mit dem Massepotential verbunden (aktive Schir mung). Denkbar ist jedoch auch, dass eine Massefläche in der Nähe der Sensorelektrode ange bracht wird (passive Schirmung).
Vorzugsweise ist die elektrisch leitende Schutzschicht mit einer Fahrzeugmasse oder mit einem von der kapazitiven Sensorelektronik bereitgestellten Massepotential verbunden. Besonders be vorzug wird das Massepotential von der Fahrzeugscheibe bereitgestellt. Möglich ist auch, dass die elektrisch leitende Schutzschicht mit einem von der kapazitiven Sen sorelektronik bereitgestellten Entstör-/Kompensationssignal verbunden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung enthält oder besteht die elektrisch leitende Schutz schicht aus einer Aluminium- oder Kupferfolie. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass kostengünstige, gut verfügbare Materialien mit einer hohen elektrischen Leitfähig keit verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrisch leitende Schutzschicht, insbeson dere in Form einer Aluminium- oder Kupferfolie, um die mindestens eine Signalleitung gewickelt, wodurch eine effiziente Abschirmung gegen externe Einflüsse erzielt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die leitende Schutzschicht von einem Isolierma terial bedeckt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Kurzschlüsse durch das Verbindungskabel verhindert werden. Zudem sind die darunter liegenden Strukturen von mechanischen Einwirkungen geschützt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die leitende Schutzschicht auf die Signalleitung geklebt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Ablösen der leiten den Schutzschicht verhindert wird.
Wie bereits ausgeführt, kann neben der Möglichkeit die Sensorelektrode als Patch (Folie plus elektrisch leitfähige Schicht) auszubilden, die Sensorelektrode auch in eine elektrisch leitfähige Beschichtung der Fahrzeugscheibe eingearbeitet sein, beispielsweise in eine Heiz- oder Anten nenschicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fahrzeugscheibe eine Windschutzscheibe, eine Heck scheibe oder eine Seitenscheibe. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Fahrzeugscheibenanordnung an besonders geeigneten Orten verwendet wird.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinati onen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläutern den Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombi nationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu ver lassen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugscheibenanordnung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch ein Verbindungskabel;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch ein Verbindungskabel in Längsrichtung; und
Fig. 4 eine weitere Schnittansicht durch ein Verbindungskabel in Längsrichtung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibenanordnung 100, die eine Fahrzeugscheibe 113, hier beispielsweise ein aus zwei Einzelscheiben durch Laminieren hergestellte Windschutzscheibe, umfasst. Die Fahrzeug scheibenanordnung 100 umfasst eine insgesamt mit der Bezugszahl 101 bezeichnete Sensorel ektrode und eine kapazitive Sensorelektronik 105, die zum kapazitiven Erfassen einer Berührung oder Annäherung eines menschlichen Körperteils, wie eine Hand oder ein Finger, dient, wodurch beispielsweise eine elektrische Schaltfunktion ausgelöst wird. Die Sensorelektrode 101 ist durch ein Verbindungskabel 107, hier ein Flachbandleiter, mit der kapazitiven Sensorelektronik 105 elektrisch leitend verbunden. Das Verbindungskabel 107 ist aus dem Zwischenbereich der beiden laminierten Einzelscheiben der Fahrzeugscheibe 113 herausgeführt. Ein Schalt- bzw. Steuervor gang wird durch Veränderungen des elektromagnetischen Feldes durch Berührung oder Annä herung aktiviert. Jedoch können Schaltvorgänge auch durch Störungen verursacht werden, bei spielsweise wenn das Verbindungskabel 107 die metallische Fahrzeugkarosserie berührt.
Daher wird das Verbindungskabel 107 durch eine metallische Abschirmung, wie beispielsweise eine Folie aus Aluminium oder Kupfer, geschützt, die mit einem Massepotential verbunden ist. Zwischen der Sensorelektrode 101 und der kapazitiven Sensorelektronik 105 ist daher ein Ver bindungskabel 107 angeordnet, das die Sensorelektrode 101 und die kapazitive Sensorelektronik 105 verbindet und das mindestens eine Signalleitung 109 und eine leitende Schutzschicht 111 zum elektromagnetischen Abschirmen der Signalleitung 109 umfasst. Zu diesem Zweck umgibt die leitende Schutzschicht 111 die Signalleitung 109 zumindest teilweise, insbesondere vollstän dig. Die kapazitive Sensorelektrode 101 reagiert auf eine veränderte Kapazität bei einer Berührung oder Annäherung. Eine Berührungssteuerung wird durch Veränderungen des elektromagneti schen Feldes durch Berührung oder Annäherung eines menschlichen Körperteils im vorgesehe nen Berührungsbereich 125 aktiviert.
Der Sensorelektrode 101 ist hier beispielsweise in Form eines vorkonfektionierten Patches 123 ausgebildet. Hierbei ist auf eine Folie aus beispielsweise PET (Polyethylenterephthalat) eine elektrisch leitfähige Schicht, beispielsweise aus Silber (Ag) aufgebracht, wobei in die leitfähige Schicht die Sensorelektrode 101 eingearbeitet ist, beispielsweise mittels Laser. Der Patch 123 ist in die transparente Fahrzeugscheibe 113, hier eine Windschutzscheibe, einlaminiert. Denkbar ist auch, dass der Patch 123 auf die Fahrzeugscheibe geklebt wird. Die Sensorelektrode 101 kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein elektrooptisches Funktionselement, wie ein PDLC- Funktionselement (Polymer Dispersed Liquid Crystal) oder ein SPD-Funktionselement (Suspen- ded Particle Device) zu steuern oder zu schalten.
Denkbar wäre auch, an Stelle des Patches 123 die Sensorelektrode 101 in eine elektrisch leitfä hige Beschichtung der Fahrzeugscheibe 113 einzubringen.
Der Sensorelektrode 101 umfasst einen kreisförmigen ersten Teilbereich 115, welcher den Be rührungsbereich 125 zum Erfassen einer Berührung oder Annäherung bildet. Der kreisförmige erste Teilbereich 115 ist von einem zweiten Teilbereich 127 umgeben, der typischer Weise mit einem Massepotential verbunden ist. Hier ist der zweite Teilbereich 127 mit der elektrisch leiten den Schutzschicht 111 des Verbindungskabels 107 verbunden. Die Sensorelektrode 101 ist mit der kapazitiven Sensorelektronik 105 über das Verbindungskabel 107 verbunden.
Das Verbindungskabel 107 ist hier beispielsweise ein dreiadriges Flachbandkabel. Die leitende Schutzschicht 111 zum elektromagnetischen Abschirmen der Signalleitung 109 kann direkt auf dem Verbindungskabel 107 angeordnet sein und mit einem Massepotential GND verbunden sein. Eine entsprechende Kontaktierung kann durch einen Steckverbinder 129 mit drei Stiften erzielt werden. Im Allgemeinen kann jedoch auch jede andere Art von Verbindungskabel 107 verwendet werden, bei dem die Signalleitung 109 durch eine leitende Schutzschicht 111 abgeschirmt ist.
Mittels der Abschirmung kann der Sensorelektrode 101 vor Störungen geschützt werden. Im Falle mehrerer Sensorelektroden 101 können diese mittels der Abschirmung untereinander abge- schirmt werden, so dass sich deren Schaltfunktionen untereinander nicht stören oder beeinflus sen. Durch die Abschirmung des Verbindungskabels 107 mit der leitenden Schutzschicht 111 , die mit dem Massepotential verbunden ist, treten keine unbeabsichtigten Änderungen der Schalt zustände auf. Durch die Fahrzeugscheibenanordnung 100 kann somit ein unbeabsichtigtes Schalten der Sensorelektrode 101, wie beispielsweise ein berührungssensitiver Knopf (Button), verhindert werden.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Ausgestaltung des Verbindungskabels 107. Das Verbindungskabel 107 ist durch eine die Signalleitung 109 umgebende, elektrisch leitende Schutzschicht 111 zur elektromagnetischen Abschirmung geschützt. Die leitende Schutzschicht 111 kann durch eine Metallfolie aus Aluminium oder Kupfer gebildet sein, die mit dem Massepo tential verbunden ist.
Um die magnetische Abschirmung 111 kann eine elektrisch isolierende Schicht aus Isoliermate rial 119 angeordnet sein, wie beispielsweise aus Polyvinyl oder Polyamid. Zwischen der elektro magnetischen Abschirmung 111 und der Signalleitung 109 befindet sich eine weitere elektrisch isolierende Schicht aus Isoliermaterial 119, so dass kein elektrischer Kontakt zwischen der Sig nalleitung 109 und der elektromagnetischen Abschirmung besteht. Auch bei diesem Aufbau ist das Verbindungskabel 107 vor elektromagnetischen Störungen geschützt, so dass kein unge wolltes Schalten durch eine Berührung oder einen Kontakt der Signalleitung 109 mit Metall aus gelöst werden kann.
Fig. 3 zeigt eine weitere Querschnittsansicht durch eine Ausgestaltung des elektrischen Verbin dungskabels 107 in Längsrichtung.
Bei diesem Aufbau des Verbindungskabels 107 ist elektrisches Isoliermaterial 119-1 und 119-2 mittels der Klebeschichten 121-1 und 121-2 auf dem Signalleiter 109 aufgeklebt. Zusätzlich ist auf der einen Seite eine leitfähige Schutzschicht 111-1 mittels der Klebeschicht 121-3 auf dem Isoliermaterial 119-1 aufgeklebt. Ein weiteres Isoliermaterial 119-3 ist mittels der Klebeschicht 121-4 auf der leitfähigen Schutzschicht 111-1 aufgeklebt, so dass die leitfähige Schutzschicht 111-1 nach außen isoliert ist.
In entsprechender Weise ist auf der anderen Seite eine leitfähige Schutzschicht 111-2 mittels der Klebeschicht 121-5 auf dem Isoliermaterial 119-2 aufgeklebt. Ein weiteres Isoliermaterial 119-4 ist mittels der Klebeschicht 121-4 auf der leitfähigen Schutzschicht 111-2 aufgeklebt, so dass die leitfähige Schutzschicht 111-1 nach außen isoliert ist. Die leitfähigen Schutzschichten 111-1 und 111-2 können mit einem Massepotential verbunden sein.
Auf diese Weise entsteht eine Abschirmung, durch die der Signalleiter 109 vor elektromagneti- sehen Störeinflüssen gut geschützt wird, so dass keine Veränderungen des elektromagnetischen Feldes bei einer Berührung des Verbindungskabels 107 auftreten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine Schaltfunktion lediglich dann elektrisch aktiviert wird, wenn der Sensorelekt rode 101 berührt wird und keine unbeabsichtigten Schaltvorgänge ausgelöst werden. Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Verbindungskabels 107 in einer Schnittansicht in Längsrichtung. Bei diesem Aufbau sind die Schutzschichten 111-1 und 111-2 jeweils mittels elektrisch isolierender Klebeschichten 121-1 und 121-2 auf den Signalleiter 109 aufgeklebt. Nach außen hin sind die leitfähigen Schutzschichten 111-1 und 111-2 mit Schichten aus Isoliermaterial 119-1 und 119-2 elektrisch isoliert. In diesem Aufbau sind die Schichten aus Isoliermaterial 119- 1 und 119-2, die in Fig. 3 gezeigt sind, nicht vorhanden.
Durch Abschirmen des Verbindungskabels 107 mit den leitenden Schutzschichten 111-1 und 111-2, die mit dem Massepotential verbunden sein können, wird eine Veränderung des elektri schen Felds durch elektromagnetische Störungen verhindert.
Bezugszeichenliste
100 Fahrzeugscheibenanordnung
101 Sensorelektrode
105 kapazitive Sensorelektronik
107 Verbindungskabel
109 Signalleitung
111 Schutzschicht
113 Fahrzeugscheibe
115 erster Teilbereich
117 Steuerschaltung
119 Isoliermaterial
121 Klebeschicht
123 Patch
125 Berührungsbereich 127 zweiter Teilbereich 129 Steckverbinder

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugscheibenanordnung (100), umfassend: eine Fahrzeugscheibe (113), mindestens eine Sensorelektrode (101) an oder in der Fahrzeugscheibe (113), eine kapazitive Sensorelektronik (105) zum elektrischen Erfassen einer Berührung der oder An näherung an die Sensorelektrode (101), ein Verbindungskabel (107), das die Sensorelektrode (101) und die kapazitive Sensorelektronik (105) elektrisch verbindet, welches mindestens eine Signalleitung (109) und eine elektrisch lei tende Schutzschicht (111) zum elektromagnetischen Abschirmen der mindestens einen Signal leitung (109) umfasst, wobei das Verbindungskabel (107) zumindest teilweise in die Fahrzeugscheibe (113) laminiert ist.
2. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach Anspruch 1, bei welcher nur ein außerhalb der Fahrzeugscheibe (113) angeordneter Teil des Verbindungskabels (107) die elektrisch leitende Schutzschicht (105) aufweist.
3. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die Sensorelektrode (101) eine gedruckte und eingebrannte elektrisch leitfähige Paste, insbesondere eine silberhal tige Siebdruckpaste und/oder eine elektrisch leitfähige Folie, insbesondere eine Metallfolie und insbesondere einer Kup fer-, Silber-, Gold- oder Aluminiumfolie und/oder einen elektrisch leitfähigen Draht, insbesondere einen Metalldraht, insbesondere einen Wolfram-, Kupfer-, Silber-, Gold- oder Aluminiumdraht, insbesondere einen Metalldraht mit elektrischer Isolierung und/oder eine elektrisch leitfähige Schicht, die auf der Fahrzeugscheibe (113) oder auf einer Träger folie angeordnet ist, enthält oder daraus besteht.
4. Fahrzeugscheibenanordnung (101) nach Anspruch 3, bei welcher die Sensorelektrode (101) einen elektrisch leitfähigen ersten Teilbereich (115) sowie einen elektrisch leitfähigen zwei ten Teilbereich (127) umfasst.
5. Fahrzeugscheibenanordnung (101) nach Anspruch 4, bei welcher der erste Teilbereich (115) der Sensorelektrode (101) eine rechteckförmige, quadratische, trapezförmige, dreiecksför mige, kreisförmige, elliptische oder tropfenförmige Form oder abgerundete Ecken aufweist.
6. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die elektrisch leitende Schutzschicht (111) mit einem Massepotential, insbesondere mit einer Fahrzeugmasse oder mit einem von der kapazitiven Sensorelektronik (105) bereitge stellten Massepotential, verbunden ist.
7. Fahrzeugscheibenanordnung (101) nach Anspruch 6, bei welcher das Massepotential von der Fahrzeugscheibe (113) bereitgestellt wird.
8. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die elektrisch leitende Schutzschicht (111) mit einem von der kapazitiven Sensorel ektronik (105) bereitgestellten Entstör-/Kompensationssignal verbunden ist.
9. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die elektrisch leitende Schutzschicht (111) um die mindestens eine Signalleitung (105) gewickelt ist.
10. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die elektrisch leitende Schutzschicht (111) von einem Isoliermaterial (119) bedeckt ist.
11. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die elektrisch leitende Schutzschicht (111) auf die Signalleitung (109) geklebt ist.
12. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11 , bei welcher das Verbindungskabel (107) ein Flachbandkabel ist.
13. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die elektrisch leitende Schutzschicht (111) eine Aluminium- oder Kupferfolie enthält oder hieraus besteht.
14. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, bei welcher die Fahrzeugscheibe (113) eine Windschutzscheibe, eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe ist.
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