DE202008017988U1

DE202008017988U1 - Transparente Anzeigevorrichtung mit Leiterbahnen, die mit undurchsichtiger Beschichtung versehen sind

Info

Publication number: DE202008017988U1
Application number: DE200820017988
Authority: DE
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: EP2128845A1

Abstract

Transparente Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein ”Head-up”-Display für Kraftfahrzeuge, die umfasst:
– ein Substrat (2) aus transparentem Material,
– eine oder mehrere elektrisch gespeiste Lichtquelle/n (4), beispielsweise vom Chip-LED-Typ, die auf das Substrat (2) aufgebracht ist/sind,
– eine Vielzahl elektrisch leitender Bahnen (5), die den Lichtquellen (4) Strom zuzuführen, aus nichttransparentem leitendem Material bestehen und auf das Substrat (2) aufgebracht sind,
– eine transparente Schicht (6) aus Kunstharz, die über dem Substrat (2) aufgebracht ist und in die die Lichtquellen (4) sowie die leitenden Bahnen (5) integriert sind, und
– einen Überzug (7) aus transparentem Material, der über der Harzschicht (6) aufgebracht ist,
wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens einige der leitenden Bahnen (5) mit einer undurchsichtigen Schicht oder einer Schicht abgedeckt sind, die eine erhebliche Absorption im sichtbaren Spektrum (8) aufweist, um so Reflektion von Lichtstrahlen, die aus den Lichtquellen (4) austreten und...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft transparente Anzeigevorrichtungen, beispielsweise ”Head-up”-Displays für Kraftfahrzeuge des Typs, der umfasst:

– ein Substrat aus transparentem Material,
– eine oder mehrere elektrisch gespeiste Lichtquelle/n, beispielsweise vom Chip-LED-Typ, die auf das Substrat aufgebracht ist/sind,
– eine Vielzahl elektrisch leitender Bahnen, die den Lichtquellen Strom zuführen, aus nichttransparentem leitendem Material bestehen und auf das Substrat aufgebracht sind,
– eine transparente Schicht aus Kunstharz, die über dem Substrat aufgebracht ist und in die die Lichtquellen sowie die leitenden Bahnen integriert sind, und
– einen Überzug aus transparentem Material, der über der Schicht aus Harz aufgebracht ist.

Bei Anzeigevorrichtungen bzw. Displays des oben dargestellten Typs tritt das Problem der Minimierung der Sichtbarkeit der leitenden Bahnen auf, die für Speisung der Lichtquellen erforderlich sind. In einigen Fällen wird dieses Problem gelöst, indem ein transparentes leitendes Material für die leitenden Bahnen eingesetzt wird, so beispielsweise ITO (Indium-Zinnoxid). ITO ist jedoch ein Material, dessen Leitfähigkeit erheblich niedriger ist als die von Metallen, wie beispielsweise Gold, Silber oder Kupfer. Aus diesem Grund muss die Bahn aus ITO, um die Spannung zuzuführen, die erforderlich ist, um die Lichtquelle zu speisen, eine Breite im Millimeter-Bereich haben, d. h. eine erheblich größere Breite als die Breite einer Bahn aus Metall, die im μm-Bereich liegt. Durch die größeren Abmessungen von ITO-Bahnen verringert sich jedoch die mögliche Anzahl von Bahnen pro Flächeneinheit, wodurch die Anzahl von Lichtquellen und die Gesamtmenge übertragbarer Informationen verringert werden. Daher kann ITO, davon abgesehen, dass es teuer ist, nicht eingesetzt werden, wenn große Menge an Informationen angezeigt werden müssen, so dass es in diesem Fall unvermeidlich ist, auf leitende Bahnen zurückzugreifen, die aus nichttransparenten Metallmaterialien, wie beispielsweise Gold, Silber oder Kupfer, bestehen.
Bei nichttransparenten leitenden Bahnen besteht das Ziel darin, die Sichtbarkeit dieser Bahnen auf ein Minimum zu verringern, indem ihre Breite auf Abmessungen von nicht mehr als 20 μm verringert wird. Mit dieser Lösung wird der Nachteil nicht umgangen, dass durch die Lichtquellen in dem Display emittierte Lichtstrahlen, die nicht aus dem Display austreten, sondern sich durch Reflektion/Brechung zwischen dem Substrat und dem Überzug (durch die Schicht aus transparentem Harz bzw. Kunststoff hindurch) ausbreiten, von den leitenden Wege reflektiert und durch sie nach außen gestreut werden.
Die oben beschriebene Erscheinung ist in 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt, die eine Schnittansicht eines Displays 1 nach dem Stand der Technik zeigt. Display 1 umfasst ein Substrat 2 aus transparentem Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff, auf das über dazwischen befindliche Metallkontakte 3 eine oder mehrere Lichtquelle/n 4, beispielsweise in Form von Chip-LED, aufgebracht sind.
Des Weiteren sind auf Substrat 2 leitende Bahnen 5, die beispielsweise aus Gold bestehen, für die Stromzufuhr zu den verschiedenen Lichtquellen 4 aufgebracht. Die Lichtquellen 4 und die Bahnen 5 sind in eine Schicht aus transparentem Kunststoff 6 eingebettet, auf die ein transparenter Überzug 7 aus Glas oder Kunststoff aufgebracht ist. Die von jeder Lichtquelle 4 mit einer Neigung α, die geringer ist als ein vorgegebener Schwellenwinkel (beispielsweise in der Größenordnung von 42°) emittierten Strahlen werden, wie in 1 zu sehen ist, zur Außenseite des Display 1 gebrochen. Strahlen mit einem Neigungswinkel, der größer ist als der oben erwähnte Schwellenwinkel, werden hingegen durch Totalreflektion zwischen den Außenflächen von Substrat 2 und Überzug 7 reflektiert. Diese Lichtstrahlen breiten sich daher zwischen den Flächen 2 und 7 aus, und wenn sie auf die Oberseite der leitenden Bahnen 5 auftreffen, werden sie von ihnen reflektiert. Da diese Fläche keine spiegelglatte Fläche ist, verursacht sie Diffusion des reflektierten Lichts in verschiedene Richtungen A, B, C, D, so dass die Bahnen 5 sofort sichtbar werden und von dem Benutzer wahrgenommen werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu überwinden.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung daher eine transparente Anzeigevorrichtung, die alle zum Beginn der vorliegenden Beschreibung aufgeführten Eigenschaften hat und des Weiteren dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens einige der leitenden Metallbahnen mit einer undurchsichtigen Schicht abgedeckt sind, durch die Reflektion von Lichtstrahlen, die aus den Lichtquellen austreten und sich durch Reflektion und Brechung zwischen dem Substrat und dem Überzug ausbreiten, durch die leitenden Bahnen vermieden oder wesentlich reduziert wird.
In der vorliegenden Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen soll der Ausdruck ”undurchsichtige Schicht” eine Schicht benennen, die eine erhebliche Absorption der sichtbaren Strahlung bewirkt.
Die oben erwähnte undurchsichtige Beschichtung besteht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer Schicht aus Metalloxid, beispielsweise Kupferoxid. In einer zweiten Ausführungsform besteht die undurchsichtige Schicht aus einer Schicht aus Photoresist.
In einer besonders interessanten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nur einige der leitenden Bahnen mit einer undurchsichtigen Schicht abgedeckt, während ausgewählte Bereiche anderer leitender Bahnen frei bleiben, und dadurch werden diese Zonen zusätzliche Lichtquellen, die beispielsweise dazu dienen können, Icons zu beleuchten, die auf dem Überzug des Display ausgebildet sind.
Die Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren für die Herstellung einer transparenten Anzeigevorrichtung des oben beschriebenen Typs, das die in den Ansprüchen 6 bzw. 10 aufgeführten Merkmale aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den von Anspruch 6 abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die lediglich als nichteinschränkendes Beispiel dienen, wobei:
1 wie bereits erläutert, eine Schnittansicht einer transparenten Anzeigevorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,
2 und 3 zwei Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung darstellen, und
4 und 5 schematische Darstellungen sind, die die verschiedenen Phasen des Verfahrens gemäß der Erfindung in zwei verschiedenen Ausführungsformen darstellen.
In 2 sind die Teile, die die gleichen sind wie in 1, mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Hauptunterschied zwischen der Vorrichtung gemäß der Erfindung in 2 und der Vorrichtung nach dem Stand der Technik, wie sie in 1 dargestellt ist, besteht in der Tatsache, dass einige oder alle der leitenden Bahnen 5 mit einer undurchsichtigen Schicht 8 abgedeckt sind, die die Reflektion von aus Lichtquellen 4 austretenden Lichtstrahlen (durch Bahnen 5), die nach Ausbreitung durch Totalreflektion zwischen Substrat 2 und Überzug 7 auf die leitenden Bahnen 8 auftreffen, aufhebt oder wesentlich reduziert.
Die undurchsichtige Schicht 8 wirkt im sichtbaren Spektrum im Wesentlichen absorbierend und besteht (beispielsweise) aus einem Metalloxid (beispielsweise einem Kupferoxid) oder auch (beispielsweise) aus einer Schicht aus Photoresist, die mit einer Methode hergestellt wird, die im Folgenden ausführlich erläutert wird. Die Farbe der undurchsichtigen Schicht 8 ist im Wesentlichen dunkel, so dass sie dazu neigt, die auf sie auftreffende Lichtenergie zu absorbieren.
Aufgrund der oben aufgeführten Eigenschaft sind bei der Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung die leitenden Bahnen 5, die aus nichttransparentem leitendem Material bestehen, für den Benutzer im Wesentlichen unsichtbar, da die in 1 dargestellte Erscheinung von Reflektion und Diffusion des Lichtes zur Außenseite der Anzeigevorrichtung 1 durch leitende Bahnen 5 umgangen wird.
In einer besonders wichtigen Variante der Erfindung, die in 3 dargestellt ist, werden Darstellungen 9 von Symbolen, Icons oder dergleichen auf Überzug 7 mittels jeder beliebigen bekannten Methode aufgebracht, wobei sich diese Darstellungen über Abschnitten leitender Bahnen 5 befinden. In der Nähe dieser Abschnitte sollten die leitenden Bahnen nicht mit der undurchsichtigen Schicht 8 versehen sein. Auf diese Weise ist der Großteil des Verlaufs der leitenden Bahnen 5 für den Benutzer nicht sichtbar, da sie mit der undurchsichtigen Schicht 8 abgedeckt sind, während die Bereiche der leitenden Bahnen, die sich unter den Darstellungen 9 befinden, nicht durch die undurchsichtige Schicht abgedeckt werden, und daher wirken sie als zusätzliche Lichtquellen, mit denen die Abbildungen 9 beleuchtet werden.
In einer konkreten Ausführungsform beträgt die Dicke der Substrate 2 und 7 ungefähr 1 mm. Die Schicht 6 aus transparentem Harz hat eine Dicke in der Größenordnung von mehreren Hundert μm. Die leitenden Bahnen 5 aus Metall haben eine Dicke in der Größenordnung von mehreren Hundert nm und eine Breite in der Größenordnung von 20–100 μm. Die undurchsichtige Schicht 8 hat eine Dicke, die in Abhängigkeit von dem eingesetzten Material von wenigen Hundert nm bis zu mehreren μm reicht.
Das Verfahren zum Auftragen des abdeckenden Materials hängt von dem Typ des verwendeten Materials sowie dem Prozess zum Herstellen des transparenten Displays ab. Im Allgemeinen wird, um Bahnen einer Breite unter 100 μm zu erzeugen, ein fotolithografisches Verfahren eingesetzt, mit dem, wie in 4 zu sehen ist, das transparente Substrat 2 hergestellt wird (Stufe A) und eine einheitliche Schicht 5' aus leitendem Material, beispielsweise Gold, darauf mittels eines Prozesses des Sputterns oder Aufdampfens über die gesamte Oberfläche des transparenten Substrats 2 aufgebracht wird (Stufe B). Bei dem Verfahren wird im Verlauf von Stufe B eine durchgehende Schicht 8' aus Metall, beispielsweise Kupfer, über der Schicht 5' aus leitendem Material aufgebracht. Auf den wie oben beschrieben gefertigten Schichten wird dann eine Schicht aus Photoresist 10 abgeschieden (Stufe C). Dann wird auf die Photoresist-Schicht 10 eine Maske aufgebracht (nicht dargestellt), die nur bestimmte Bereiche von Schicht 10 unbedeckt lässt, und danach werden diese Bereiche aufgrund von Belichtung mit UV-Strahlung entfernt, um Abschnitte von Photoresist 10' zu erhalten, die in einem gewünschten Muster angeordnet sind (Stufe D). Die verbleibenden Abschnitte 10' aus Photoresist werden dann als eine Maske zum Ausführen eines Vorgangs des chemischen Ätzens verwendet, mit dem zunächst die freiliegenden Abschnitte der Schicht aus Kupfer (Stufe E) und dann die freiliegenden Abschnitte der Schicht aus Gold (Stufe F) entfernt werden.
Nach der anschließenden Entfernung der Schicht aus Photoresist (Stufe G) auf dem transparenten Substrat 2 bleiben die leitenden Bahnen 5 und die Abschnitte aus Kupfer 8 zurück, die diese Bahnen abdecken. Die Abschnitte aus Kupfer 8 werden einem Vorgang der Oxidation durch Erhitzen in einer sauerstoffreichen Atmosphäre ausgesetzt, durch den die Oberfläche dieser Schichten 8 ihren Glanz verliert und undurchlässig für Lichtstrahlen wird (Stufe H).
5 stellt eine besonders interessante Variante dieses Verfahrens dar, bei der das Auftragen der Metallschicht 8' weggelassen wird. Dementsprechend wird, nachdem das Substrat 2 gefertigt worden ist (Stufe A), nur die Schicht aus leitendem Metall, beispielsweise Gold, darauf aufgetragen (Stufe B), und auf diese wird die Photoresist-Schicht aufgetragen (Stufe C). Dann werden ausgewählte Abschnitte der Photoresist-Schicht 10 entfernt, indem diese Schicht UV-Strahlung ausgesetzt wird, wobei sich eine Maske (nicht dargestellt) dazwischen befindet, die die Herstellung des gewünschten Musters ermöglicht (Stufe D). Entfernung der nicht maskierten Abschnitte aus Gold wird dann mittels eines Prozesses des chemischen Ätzens ausgeführt (Stufe E), so dass die leitenden Bahnen 5 und die darauf aufgebrachten Photoresist-Schichten 10' entstehen. Diese Schichten 10' werden nicht entfernt und dienen als undurchsichtige Schichten, die die leitenden Bahnen abdecken.
Natürlich schließt die Erfindung die Möglichkeit nicht aus, die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit anderen Methoden herzustellen, so beispielsweise mittels eines Siebdruckprozesses, der jedoch aufgrund der Größe der Maschen in den Sieben nicht zulässt, dass die Breite der leitenden Bahnen weniger als 100 μm beträgt, oder beispielsweise mittels der Abscheidung dünner Linien aus leitendem und/oder abdeckendem Material unter Verwendung von Tintenstrahltechnologie. Die zuletzt genannte Technologie ist besonders interessant für die industrielle Herstellung, möglicherweise in Verbindung mit Ätzprozessen zur Verringerung der Breite der Bahnen. In diesem Fall können die eingesetzten abdeckenden Materialien vom oxidierbaren Metalltyp sein oder allgemeine Polymere sein, die eine hohe Deckkraft und eine geringere Alterungsgeschwindigkeit aufweisen, wenn sie in das Harz eingebettet sind, das die Schaltungen und Lichtquellen in dem Display schützt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, Reflektionen an den leitenden Bahnen auf ein Minimum zu verringern, ermöglicht es, die Gleichmäßigkeit der Lichtemission zu verbessern und ermöglicht es, den austretenden Lichtstrahl zu steuern, beispielsweise mit Lösungen des Typs, der in 3 dargestellt ist, wie dies oben beschrieben ist.
Natürlich können, ohne Beeinträchtigung des Prinzips der Erfindung die konstruktiven Details sowie die Ausführungsformen gegenüber den beschriebenen und dargestellten stark variieren, ohne dadurch vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Transparente Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein ”Head-up”-Display für Kraftfahrzeuge, die umfasst: – ein Substrat (2) aus transparentem Material, – eine oder mehrere elektrisch gespeiste Lichtquelle/n (4), beispielsweise vom Chip-LED-Typ, die auf das Substrat (2) aufgebracht ist/sind, – eine Vielzahl elektrisch leitender Bahnen (5), die den Lichtquellen (4) Strom zuzuführen, aus nichttransparentem leitendem Material bestehen und auf das Substrat (2) aufgebracht sind, – eine transparente Schicht (6) aus Kunstharz, die über dem Substrat (2) aufgebracht ist und in die die Lichtquellen (4) sowie die leitenden Bahnen (5) integriert sind, und – einen Überzug (7) aus transparentem Material, der über der Harzschicht (6) aufgebracht ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens einige der leitenden Bahnen (5) mit einer undurchsichtigen Schicht oder einer Schicht abgedeckt sind, die eine erhebliche Absorption im sichtbaren Spektrum (8) aufweist, um so Reflektion von Lichtstrahlen, die aus den Lichtquellen (4) austreten und sich durch Reflektion und Brechung zwischen dem Substrat (2) und dem Überzug (7) ausbreiten, durch die leitenden Bahnen (5) zu vermeiden oder erheblich zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtige Schicht aus einer Schicht aus Metalloxid, beispielsweise Kupferoxid, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtige Schicht (8) aus einer Schicht aus Photoresist besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtige Schicht (8) aus einer Schicht aus Polymermaterial besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einige Abschnitte der leitenden Bahnen (5) keine undurchsichtige Schicht (8) aufweisen und so als zusätzliche Lichtquellen dienen, mit denen Darstellungen von Symbolen oder Icons (9) beleuchtet werden, die auf dem transparenten Überzug (7) ausgebildet sind.