一种功能显示器、操作元件和用于机动车辆的方向盘的制作方法

本发明涉及一种用于选择性显示至少一个代表开关功能和/或多个开关状态的符号的功能显示器。

背景技术：

1、例如，在多功能操作元件的情况下，需要此类功能显示器使连接到操作元件的开关功能和/或开关状态可视化。为此常用电子像素矩阵显示器，但它们相对成本较高并因其主要形状为矩形而限制了创意设计和安置。另外，电子像素矩阵显示器在显示静态显示内容时经常遭受“烧屏”，也就是说，即使在显示器因光学上可感知显示器成像层的损坏而关闭时，显示内容仍保持不合需的持续可见性。另外，此类电子像素矩阵显示器的功耗较高。在某些应用中，由于例如在头部撞击的情况下可能存在受伤的风险，也会禁用传统的电子像素矩阵显示器。作为像素矩阵显示器的替代，已知通过用作显示面的主面上的表面结构选择性耦出从光源耦入到光导体端面的光，其中仅局部提供设有表面结构的区域并再现符号等。其缺陷在于，尽管光源已关闭，符号却在入射光下是可见的，例如当阳光照射到车辆内室时。这会导致观察者、尤其是车辆驾驶员例如错误判断了实际的开关状态。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明的目的是提供一种功能显示器，其中在光源的关闭状态下，符号不会被识别或至少是不太明显的，同时却不会影响到功能显示器设计中的创意余地，生产成本低廉，节能且可靠和/或尤其是在头部撞击的情况下降低受伤风险。

2、本发明涉及一种尤其是用于机动车辆的功能显示器，用于选择性显示至少一个代表开关功能和/或多个开关状态的符号。“选择性显示”不仅理解为从数个预定义符号中选择性显示不同的符号，这在本发明技术方案中通过从大量光源中选择性选取并通电一个或多个光源来实现，而且还可以开启和关闭光源，以便选择性通过激活背光使符号在观察者来看表观可见或者通过关闭背光使符号在观察者来看几乎消失。

3、根据本发明的功能显示器包括由至少一种透明或半透明的第一材料制成的至少一个平面光导体，其具有两个相对的主面和至少一个端面，其中一个主面是显示面，当功能显示器按预期布置时面对观察者，诸如车辆驾驶员，而另一个主面背对观察者。光导体具有例如两个相对、优选地相互平行的主面，这两个主面经由端面相连接，这些端面与光导体的主面例如在光导体的窄侧和纵侧形成公共边。例如，端面与光导体的至少一个或两个主面正交。

4、例如，第一材料为塑料，优选为热塑性塑料，诸如聚乙烯(pe)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚酰胺(pa)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，或玻璃材料。“主面”应理解为例如光导体中具有最大表面积的那些表面。优选地，主面除了下述表面结构化之外采取基本上平坦的设计。光导体可以设置有透明或半透明涂层，诸如漆层。

5、根据本发明，功能显示器包括至少一个光源，该光源布置为使得来自光源的光穿过光导体的端面耦入到光导体中，以便不会使观察者目眩。为了改善光的耦入和/或使光源的发光特性适应于让光进入光导体的端面，优选地光导体与光源之间布置有透镜和/或光阑和/或光通道。光阑或光通道例如还设计为阻止光传递到观察者、除相关联的光导体之外的其他层或光导体。

6、根据本发明，光导体的至少一个主面通过多个引入相应主面的光折射和/或光散射作用的微结构得以表面结构化。“微结构”应理解为例如主面上单个凸起或主面上单个凹陷。例如每个微结构的最大尺寸范围为1μm至50μm。优选地，微结构间隔均匀地分布到主面的整个表面结构化区域上。面对观察者的主面优选地设置有微结构。例如，微结构成型为棱锥形或棱柱形。优选地，微结构呈均等构型，更优选地，微结构不仅具有一致的形状而且具有一致的取向。例如，在主面平坦的情况下，如果每个微结构可以通过唯一假想平移的假想位移而映射到相邻的微结构，则会产生一致的取向。更优选地，微结构设计为使得它们由源自光源且先前已经过端面进入光导体的光产生从光导体出射的准直光束。根据本发明，表面结构化区域精确地对应于至少一个连贯无涂层的表面结构化符号区域，即与该区域相符或包含该区域，从而后者代表子区域。

7、当光源被激活时，无涂层的表面结构化符号区域中的光折射和/或光散射导致耦入到光导体中的光作用于观察者的方向，使得观察者能够看到无涂层的表面结构化符号区域所产生的发光符号。表面结构通过光折射和/或光散射使得例如与相关主面的平坦设计相比增强的光朝观察者的方向出射。例如，通过微结构使得光以不符合全反射条件的角度照射到微结构设定的边界面上，以使光在微结构区域内离开光导体。

8、根据本发明，还设置了由至少一种透明或半透明的第二材料制成的平面隐蔽层，该隐蔽层平行于光导体延伸，使得隐蔽层的主面之一面对光导体的主面之一，这二者通过气隙或一层较薄的光学材料相间隔，且其中，在隐蔽层的至少一个主面中引入多个光折射和/或光散射作用的隐蔽微结构并与相关主面的所属间隙整体上定义了第一表面结构化隐蔽区域和第二表面结构化隐蔽区域，其中，从观察者的视角来看，尤其是垂直于充当显示面并面对观察者的光导体主面观察时，隐蔽微结构的至少一部分侧向错置进而看似置于符号区域之外。因此隐蔽层就会确保当光导体的光源被关闭时，尤其是外来光入射时，符号区域以其微结构在光学上隐蔽在隐蔽层的隐蔽微结构的背景下，进而在光学上不再呈现，从而排除了观察者关于与符号区域再现的符号相关联的开关状态的错误判断。所述功能显示器实现简单且成本低廉，给设计者赋予很大程度上的设计自由度，这也包括功能显示器的安置。所述功能显示器几乎没有光辐射造成的老化迹象，而且相对来说比较节能。无涂层的表面结构化符号区域例如将符号正面再现为图像、其反向表示或其轮廓。

9、从观察者角度来看，隐蔽层优选地布置于光导体下方。优选地将隐蔽微结构引入到隐蔽层面对观察者的表面上或表面中。

10、对于表面结构化区域不完全对应于无涂层的表面结构化符号区域而是包含其作为部分区域的变型方案，还优选地，由透明或半透明的第三材料制成的涂层仅局部施加到主面的结构化区域上。在此情形下，涂层配置为使得涂层的表面结构化区域中设有的微结构被涂层填充。涂层优选地形成围绕主面的无涂层表面结构化符号区域的连续表面。在此情形下，除了主面的至少一个连贯无涂层的表面结构化符号区域之外，表面结构化区域中仍保留至少一个有涂层的表面结构化区域。至少一个有涂层的表面结构化区域优选地围绕无涂层的表面结构化符号区域。这样涂层就“中和”了微结构的光折射和/或光散射效应。

11、故在前一变型中，涂层设定了无涂层的表面结构化符号区域、尤其是其边界(即无涂层的表面结构化符号区域与有涂层的表面结构化区域之间的边界设计)、其位置及其尺寸，这些仅取决于涂覆工艺的选择，而不再取决于表面结构化工艺的类型和实施方式的选择。这样不仅简化了制造过程，而且通过使用表面涂层作为实现符号设计规范的措施会提高表示符号的创意自由度。这还创造了能够为大量符号预制光导体而不强制分配给特定符号的可能性。

12、可以通过激光烧蚀向光导体中引入表面结构化。优选地通过压印和/或模制产生光导体中的表面结构化区域(即微结构)以及隐蔽层中的表面结构化区域(即隐蔽微结构)。例如，借助工具通过真空成型或注射成型将微结构或隐蔽微结构引入到相关的主面或表面中，其中工具的成型表面指定了要转移到光导体或隐蔽层的结构。

13、为了避免内部反射，第一材料和第三材料的折射率优选为彼此相差不超过0.2，更优选为0.1。

14、第三材料优选为透明硬化漆或透明硬化胶或透明硬化树脂。胶优选为热固化胶，将其引入成型工具中以产生含第一材料的光导体，例如通过选择工具温度将胶温度设定为例如高于280℃，从而实现胶的固化或硬化。“固化”应理解为例如胶的化学和/或物理硬化，诸如胶的交联增强。

15、根据优选设计方案，将由透明或半透明的第四材料制成的第二涂层施加到隐蔽层，由此通过该第二涂层填充隐蔽微结构的一部分。例如，当垂直观察时，位于无涂层的表面结构化符号区域下方的隐蔽层的相关主面的表面结构化部分区域涂覆有第四材料，以形成第二涂层。第四材料优选为透明硬化漆或透明硬化胶或透明硬化树脂。

16、根据优选设计方案，光导体的表面结构化区域具有均等构型的三维微结构，第一表面结构化隐蔽区域和第二表面结构化隐蔽区域具有均等构型的三维隐蔽微结构。在此情形下，微结构的形状可以不同于隐蔽微结构的形状。但更优选地，不仅微结构和隐蔽微相互构型均等，而且微结构和隐蔽微结构的形状也相对应。

17、还更优选地，它们的均值密度范围为每平方毫米500至7000个，优选范围为每平方毫米1000至4000个。经证实，这样的密度值在光源开启状态下会产生足以光学识别的亮度分布，而另一方面，当光源被关闭时，则在光学上不显眼，以至于表面结构化区域在预期的观看距离上不能“肉眼”识别，尤其是功能显示器的可能视图呈现清晰。更优选地，微结构和隐蔽微结构的均值密度选择为基本上相同，二者之间的最大偏差是指小于每平方毫米100个。

18、优选地，微结构和隐蔽微结构各自的最大尺寸范围为1μm至25μm。

19、优选地，全部无涂层的表面结构化符号区域在光导体的相关主面的总表面结构化区域中的面积占比小于0.5，优选地小于0.3。

20、光导体不必一体成型，它可以由多个组件组装而成。在一设计方案中，光导体均具有至少一层膜，例如多层膜结构。例如，光导体通过将透明膜(例如pc膜或pe膜)与第一材料(尤其是热塑性塑料)背注塑而成。

21、优选地，功能显示器在无涂层的表面结构化符号区域之外的显示面区域中对观察者是透明的，以允许查看功能显示器后面的区域，诸如车辆或其他显示器情况下的路线。

22、为了防止光非期望地在光导体和/或隐蔽层中传播，尤其是当暴露于外来光时，根据优选实施例，光导体和/或隐蔽层在至少一个端面、优选地在与面对光源的端面相反的端面上具有防反射涂层，这又常称为抗反射涂层或护层。其目的在于，例如通过涂层中的光吸收，即与无涂层端面相比减少有涂层端面上反射到光导体中的光量。它可以朝周向传播，例如除了为来自光源的光提供的光入射区域之外。该防反射涂层的光学折射率例如在数值上介于空气折射率与光导体或隐蔽层的材料折射率之间。

23、本发明还涉及一种包括任一上述实施例中的功能显示器的操作元件。所述操作元件例如具有支脚，用于将操作元件固定至车辆部件上，诸如机动车辆的仪表板、客舱镶板或尤其是方向盘上。在此情形下，用作显示面的主面配置为用于触摸或致动的操作元件的操作部分的操作面或者集成于操作部分中。操作部分例如配置为至少一个悬臂式杠杆臂。悬臂式杠杆臂例如在一侧通过固体接头安置于支脚上，以便在垂直作用于操作面的操作力作用下使操作部分克服相对于支脚的复位力而绕假想枢轴枢转。例如，还设置了用于检测操作部分与支脚之间枢转度的机构。固体接头一般是指部件中允许通过弯曲在两个刚体区域之间枢转的区域。通过固体接头实现了操作部分无游隙地安置于支脚上，从而不会发出嘎嘎声。例如，支脚和操作部分由热塑性塑料制成，诸如聚乙烯(pe)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚酰胺(pa)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。根据本发明的操作元件特别适用于这样的设计，即围绕假想枢轴从非致动的静止位到最大致动的枢转位的最大枢转度小于10°，优选地小于5°。

24、本发明还涉及一种方向盘，例如具有方向盘轮毂、至少一个方向盘辐条以及由方向盘辐条承载的方向盘轮缘。根据本发明的方向盘还包括任一上述实施例中的功能显示器。功能显示器优选为附接到方向盘的操作元件的组成部分。例如，操作元件的支脚以抗转动方式固定至方向盘轮缘上。功能显示器的显示面优选地布置于方向盘轮缘与方向盘轮毂或覆盖方向盘轮毂的方向盘缓冲鼓之间。