JP5199248B2 - 光透過性部分を有するパネルの製造方法及びその方法を用いて製造されたパネル - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年６月２日に出願された米国仮特許出願６０／８１０、３８０および２００６年１０月１８日に出願された米国仮特許出願６０／８５２、５９２の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、各々は参照によりその全文を本明細書に組み込まれるものとする。本出願は「光透過性ビア充填のための方法（ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＶＩＡ ＦＩＬＬＩＮＧ）」Ａｔｔｙ．Ｄｏｃ．Ｎｏ．ＥＳＩ−１６０−Ｂ．と題する同時に出願され、同一譲受人に譲渡された米国特許出願に関連する。
本技術的主題の分野は、穿孔前に基板を薄くするため、および／または、穿孔後にビアパターンを有する薄くされた基板を構造的に補強するための方法に関する。

情報を提供するためにハウジングを貫通して投光することは、一般的である。例には、「Ｃａｐｓ Ｌｏｃｋ」または「Ｎｕｍ Ｌｏｃｋ」のような機能のための表示灯を含むコンピュータのキーボード、「ｏｎ／ｏｆｆ」灯を含むコンピュータのモニタ、加熱されるシートが入もしくは切の状態であるかどうか、または、エアバッグが入もしくは切の状態であるかどうかを表示するための灯火を含む自動車、表示灯を有するテレビ、および、他の消費者向け電気製品の多くが含まれるが、これらに限定されない。

このような照明を提供するための一般的な方法は、灯火が切の状態の場合は可視で、それが入の状態の場合は明るく点灯する投光を提供することである。光の一群または光のための孔は、工業デザイナの目的物にとって破壊的な影響を与える場合がある。

貫通孔ビアを有する基板の強度および耐久性を実質的に低減することなく、基板すなわちパネルを薄くすることにより、光透過性およびレーザー穿孔スループットを向上させるための方法が開示される。

本明細書に示される、光透過性材料で基板中のビアを充填する一方法は、基板中にくぼみを形成するステップを含み、そのくぼみは第２の厚さを有する。第２の厚さは基板の第１の厚さよりも小さい。この例での方法は、くぼみ中に少なくとも１つのビアを穿孔するステップ、および、光透過性材料でビアを充填するステップをさらに含む。
本方法によって形成される生産物も本明細書に示す。このような生産物の一例、たとえばパネルは、第１の厚さを有し、第１の厚さよりも小さい第２の厚さを有する部分を含む。パネルは、第２の厚さを有するパネルのその部分中に形成される光透過性の部分をさらに含み、この光透過性の部分は、光透過性材料で充填される少なくとも１つのビアによって形成される。
本発明のうち請求項１に係る方法は、パネルに光透過性の領域を形成するための方法であって、前記パネルに減厚された領域を形成するステップであって、前記減厚された領域が第１表面を有し、該第１表面は、前記パネルの第１外部表面に対して、前記パネルの反対側の第２外部表面が前記パネルの前記第１外部表面に対するよりも近接しているステップと、前記減厚された領域の前記第１表面と前記パネルの前記第１外部表面との間で減厚された領域においてごく小さな孔のパターンを穿孔するステップであって、レーザ光のレーザスポットを適用することによって前記光透過性の領域を画定して前記孔の各々を形成し、前記孔の開口は、前記パネルの前記第１外部表面が裸眼に対して連続的なパネル表面を形成するように、寸法設定され、前記パネルの材料は非光透過性であるステップと、光透過性材料で前記減厚された領域の前記孔を前記減厚された領域の前記第１表面から前記パネルの前記第２外部表面に充填し、前記孔を充填した後に前記光透過性材料を硬化するステップとを含むことを特徴とする。
本発明のうち請求項２に係る方法は、請求項１に記載の方法において、前記パネルの厚さは前記減厚された領域以外のところで４００マイクロメートルに等しいかまたはそれよりも大きく、前記減厚された領域における前記パネルの厚さは１００マイクロメートルに等しいかまたはそれよりも小さいことを特徴とする。
本発明のうち請求項３に係る方法は、請求項１に記載の方法において、前記孔は円錐形に形成され、前記孔の各々は、前記減厚された領域の前記第１表面において９０マイクロメートルから１００マイクロメートルの間の第１の直径を有する第１の端部、および、前記パネルの前記第１外部表面において３０マイクロメートルから４０マイクロメートルの間の第２の直径を有する第２の端部を含むことを特徴とする。
本発明のうち請求項４に係る方法は、請求項１に記載の方法において、前記ごく小さな孔のパターンを穿孔するステップは、前記レーザスポットを前記減厚された領域の前記第１表面に適用するステップと、前記パネルの前記第１外部表面まで穿孔するステップとを備え、前記光透過性材料は液体形状の硬化可能なポリマーであり、前記光透過性材料で前記孔を充填するステップは、前記液体形状の硬化可能なポリマーを前記減厚された領域における前記パネルの前記第１外部表面に適用するステップを備えることを特徴とする。
本発明のうち請求項５に係る方法は、請求項４に記載の方法において、前記硬化可能なポリマーを紫外線光源を用いて硬化させるステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明のうち請求項６に係る方法は、請求項５に記載の方法において、前記硬化可能なポリマーを硬化させるステップの後に、光透過性材料で前記減厚された領域を前記減厚された領域の前記第１表面から前記パネルの前記第２外部表面に充填するステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明のうち請求項７に係る方法は、請求項６に記載の方法において、前記硬化可能なポリマーを硬化させるステップの前に、光透過性材料で前記減厚された領域を前記減厚された領域の前記第１表面から前記パネルの前記第２外部表面に充填するステップをさらに含み、前記硬化可能なポリマーを硬化させるステップは、前記紫外線光源を、前記光透過性材料が充填された前記減厚された領域における前記パネルの前記第２外部表面に向けるステップを含むことを特徴とする。
また、本発明のうち請求項８に係るパネルは、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の方法を用いて製造されたことを特徴とする。

本開示のこれらの態様の詳細、および、他の発明の特徴は、図面を参照にして以下に説明される。
説明は、本明細書で添付の図面を参照しており、複数の図面を通して、同じ参照符号は同じ部分を参照している。

本明細書に示す方法に従って製作される貫通孔ビア（それらの比較的小さい大きさのため本明細書においてマイクロ−ビアとも称される）を有する薄くされた基板すなわちパネルを図１に示す。基板は標準的な機械加工を使用して薄くでき、または、減少した厚さを含む部分を有する基板が用意されてもよい。基板は、図２に示すように基板表面にマイクロ−ビアのパターン配列１０を含むことができる。マイクロ−ビアのパターン配列１０が基板１２に穿孔された後に、透明または半透明の材料の充填材３２が穿孔されたマイクロ−ビアに塗布できる。そして、透明または半透明の、および、強化する特性を有する材料が、図３および図４に示すように薄くされた基板の強度を補強するために、穿孔されたマイクロ−ビアの基板表面に塗布できる。補強材料３６は、穿孔された表面に接合される固体、または、硬化して固体を形成する液体もしくは粘質物のいずれでもよい。マイクロ−ビアを用いて、作り出されることを意図する用途において、補強材料は、着色、拡散、または、レンズ効果もしくは他の芸術的照明効果のために使用することもできる。

図３から図６を参照して、光透過性材料を伴うビア１０を有する薄い基板１２を補強するための方法、および、その方法を用いて製造される生産物を以下に示し説明する。光透過性材料を伴うビアを有する薄い基板を、構造的に補強するための方法およびステップは図５および図６に例示される。パネルすなわち基板１２が用意される。基板１２は、陽極酸化アルミニウムのような材料の比較的薄い連続したシートである。基板１２は、第１の表面すなわち穿孔表面１４、および、対向する第２の表面すなわち出口表面１８を含み、それらは基板の厚さ２０を画定する。典型的には、基板がアルミニウムである場合、基板の穿孔表面１４にビア配列１０が穿孔された後に、基板１２が構造的完全性を保持するために、この基板１２は、厚さ約４００マイクロメートル（μｍ）であるべきである。本発明の一例では、図３に示すように、用意されたアルミニウム基板１２は薄い厚さ２０ａを有し、それは４００マイクロメートル（μｍ）よりも小さい厚さである。あるいは、約４００マイクロメートル（μｍ）の厚さ２０を有するアルミニウム基板１２が用意された場合、図４に示すように、基板１２の一部分は、穿孔表面１４上において、より薄い厚さ２０ａまで薄くすることができる。

４００マイクロメートル（μｍ）の厚さを有するアルミニウム基板１２が用意される適用において、本方法は、穿孔表面１４上のくぼみ範囲２２を、約１００マイクロメートル（μｍ）のより薄い厚さ２０ａまで薄くするステップを含む。図４に示すように、薄くされたくぼみ範囲２２は、穴あけ機または他の機械加工の装置を使用して機械加工することができる。薄くされたくぼみ範囲２２の大きさは、要求されるビア配列パターン１０を収容するように十分に大きくなくてはならない。薄くされたくぼみ範囲２２は、円形の形状を有する状態で図４に示されるが、薄くされたくぼみ範囲２２は他の形状および形態であってよいことは理解される。基板１２の薄くされた範囲２２は光透過性を向上させ、ビアのレーザー穿孔時間を削減する。

図５に示す本方法の一適用において、操作（以下ではＳと称する）１は、薄くされた基板１２を貫通して、１つまたは複数のマイクロ−ビアすなわち孔２４を穿孔するステップを含む。図１に示すように、一態様では、ビア２４は、側壁２６、ならびに、基板の穿孔表面１４中の第１の開口２８、および、基板の出口表面１８上の対向する第２の開口３０を有する円錐形である。第１のビア開口２８は、直径について、第２のビア開口３０を超える大きさである。たとえば基板１２がアルミニウムである場合、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１のビア開口２８は、直径について約９０マイクロメートルから１００マイクロメートル（μｍ）であり、第２のビア開口３０は、直径について約３０マイクロメートルから４０マイクロメートル（μｍ）である。より大きい開口またはより小さい開口、ならびに、他のビア形状および形態が使用できることが理解される。図１Ａおよび図１Ｂのビア２４は、ダイオード励起固体パルスレーザー４０のようなレーザーを使用して、円形またはらせん状のパターンに基板から穿孔または機械加工される。

任意選択で、機械加工方法中に形成される任意のデブリまたは付着物を取り除くために、穿孔されたビア２４を洗浄することができる。二酸化炭素スノージェット洗浄およびイソプロピルはビアの洗浄において効果があることが示されている。当業者に既知の他のビア洗浄技術も使用できる。たとえば超音波槽を使用する、超音波洗浄が使用できる。また、スノージェットのように、ビアを洗浄するために、穿孔機４０と同様な方法で移動可能に配置される吹出しから、高圧空気を適用することができる。

図５に示すＳ２では、本開示される方法は、ビア２４内に充填材料の被覆３２を塗布するステップを含むことができる。充填材料３２は可視光透過性材料であってよい。例示的なＵＶ硬化性充填材料３２は、硬化されると実質的に透明である。図１に最良に示すように、充填材料３２は、ビア２４の第２の開口すなわちより小さい開口３０の上部を覆って基板の第２の表面１８に塗布され、図５に示すようにビア２４を充填する。図示のように、充填材料３２はシリンジ型の装置３４を用いて塗布される。マイクロ−ビアを充填するステップが図５に示されるが、本方法は、充填材料３２でマイクロ−ビアを充填することなく、Ｓ３に進むことができる。

図５を参照すると、Ｓ３では、補強材料３６が薄い基板１２に塗布される。透明または半透明の特性を有する補強材料３６は、薄くされた基板１２の強度を補強するために、穿孔されたマイクロ−ビアの基板表面１４に塗布される。図５に示すように、補強材料３６は、プラスチックまたはガラスのような透明または半透明の特性を有する、予備形成された固体および／または予備硬化された材料であってよい。適切な大きさの固体の透明な補強材料３６が、図３に示すように薄い基板に、または、図４および図５に示すように基板の薄くされたくぼみ範囲２２に塗布される。補強材料３６は、アルミニウムでは４００マイクロメートル（μｍ）の厚さである、通常の厚さを有する基板の構造的支持の完全性を基板１２にもたらす。

Ｓ２においてビアが充填された場合、および／または、補強材料３６が予備硬化されなかった場合、本方法はＳ４に進んでよく、そして、好ましくは、ＵＶに透明な充填材３２および／または補強材料３６は、透明な補強材料３６を貫通するＵＶ光に充填材料３２を露光することによって硬化される。硬化された場合、充填材料３２は、充填材料３２、補強材料３６、および、ビア２４を通って基板１２を貫通する可視光の、光学的に透明な許容経路である。ＵＶに透明な充填材料３２を硬化することで、補強材料３６は基板１２に接合する。

他の例では、図６に示す本方法は、Ｓ１１において、薄くされた基板１２を貫通して、１つまたは複数のマイクロ−ビア２４を穿孔するステップを含む。図１に示すように、ビア２４は、上記の説明のように、側壁２６、ならびに、基板の第１の表面１４中の第１の開口２８、および、基板の第２の表面１８上の対向する第２の開口３０を有する円錐形である。より大きい開口またはより小さい開口、ならびに、他のビア形状および形態を使用できることが理解される。機械加工方法中に形成される任意のデブリまたは付着物を取り除くために、穿孔されたビア２４は洗浄することができる。

充填材料３２は可視光に透過な材料であってよい。例示的なＵＶ硬化性充填材料３２は、硬化された場合、実質的に透明である。また、充填材料３２は、基板１２の厚さ２０を通過する可聴音の透過性より、より良好な充填材料３２を通過する可聴音の透過性を有することができる。図１に最良に示すように、充填材料３２は、ビア２４の第２の開口すなわちより小さい開口３０の上部を覆って基板の第２の表面１８に塗布され、図５に示すようにビア２４を充填する。図示されるように、充填材料３２は、シリンジ型の装置３４を用いて塗布される。マイクロ−ビアを充填するステップが図５に示されるが、本方法は、充填材料３２でマイクロ−ビアを充填することなく、Ｓ３に進むことができる。

図６に示すＳ１２では、本開示される方法は、ビア２４に、透明なＵＶ硬化性エポキシのような液体の充填材料の被覆３２を塗布するステップを含むことができる。図６に示すように、充填材料３２は、シリンジ型の装置３４を用いて、ビア２４の第２の開口すなわちより小さい開口３０の上部を覆って基板の第２の表面１８に塗布される。当業者に既知の他の、充填材料３２の塗布装置および技術が利用できる。たとえば、硬化性液体充填材料よりもむしろ、薄い材料の膜がアルミニウム基板１２の穿孔表面１８に塗布でき、その結果として実質的に非充填のビアが生じる。

液体の硬化性充填材料３２がマイクロ−ビア２４に塗布された場合、本方法はＳ１３に進み、そして、充填材料３２は、ＵＶ光に充填材料３２を露光することによって硬化される。任意の過剰なまたは硬化されない充填材料が基板１２から取り除かれる。必要ならば、本方法は、たとえば、簡単なイソプロパノール拭取りによって過剰な充填材料が取り除かれた後に、追加的な硬化するステップを含んでよい。

Ｓ１４では、図４および図６に示すように、補強材料３６は基板の薄くされたくぼみ範囲２２に塗布される。補強材料３６は、硬化して固体材料を形成する液体または粘質材料であってよい。透明なエポキシのような液体の透明な補強材料、または、他の補強材料は薄くされた基板範囲に構造的支持をもたらす。図示されるように、充填材料３６はシリンジ型の装置３８を用いて塗布される。当業者に既知の他の塗布装置および技術が利用できる。補強材料３６は、硬化されると、従来の厚さを有する基板の構造的完全性と同様な、一様な構造的完全性を基板にもたらす。

ビア２４ならびに光学的に透明な補強材料３６および／または充填材料３２を使用することで、肉眼に滑らかで連続した基板表面が生じ、それは内部の照明からビアを貫通する制御された像を表示することができる。結果として得られる基板１２は、あらゆる適法方法で使用できる。本開示された方法および結果として得られる基板は、視覚的に連続した途切れない基板表面が、利用者のために点灯したメッセージ、像または他の知覚可能な特質を生じさせる性能を有することを要求される、実質的にあらゆる用途に適応可能である。

たとえば、図３および図４の基板１２はパネルの形状をしている。パネル１２は、上記に述べたように従来のハウジング内に取り込むことができ、または、ハウジングと一体化することができる。パネル１２が、ハウジングの一部として、ＬＥＤ、蛍光灯、白熱灯または他の照明装置を用いて背後から照明される場合、ビアから放出される光は、観察者に視覚可能なパターンを形成する。

他の例では、基板は、補強材料を薄くされた範囲に塗布することなく、小さい範囲で薄くすることができる。この例では、基板の小さい範囲を薄くすることで、基板の構造的強度を低減させてはならず、補強材料の必要性を排除する。一体として基板の構造的完全性を保持するために、基板中で可能な、薄くされる範囲の大きさは、穿孔されるマイクロ−ビア配列の密集度、基板材料の強度および／または穿孔されるビアの形状等によって決まる。

本方法は、現在最も実現的で好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明されたが、本方法が、開示された実施形態に限られるのではなく、むしろそれとは反対に、本発明および添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な改良および等価なステップおよび配置を網羅することを意図することを理解するべきである。

ビア形状の略図であり、図１Ａは裏面すなわち穿孔表面から撮られたビアの配列の顕微鏡写真であり、図１Ｂは表面すなわち出口表面から撮られたビアの配列の顕微鏡写真である。 ビアが、約４００μｍの標準的な厚さを有する基板を貫通して穿孔された、適用の略図である。 ビアが、約１００μｍのより薄い厚さを有する基板を貫通して穿孔された、適用の略図である。 ビアが、基板の薄くされたくぼみ範囲の内側に穿孔された、適用の略図である。 固体の補強材料によって補強された、薄くされたくぼみ範囲を有する基板についての一連の方法ステップの略図である。 液体の補強材料によって補強された、薄くされたくぼみ範囲を有する基板についての一連の方法ステップの略図である。

Claims (8)

1. パネルに光透過性の領域を形成するための方法であって、
   前記パネルに減厚された領域を形成するステップであって、前記減厚された領域が第１表面を有し、該第１表面は、前記パネルの第１外部表面に対して、前記パネルの反対側の第２外部表面が前記パネルの前記第１外部表面に対するよりも近接しているステップと、
   前記減厚された領域の前記第１表面と前記パネルの前記第１外部表面との間で減厚された領域においてごく小さな孔のパターンを穿孔するステップであって、レーザ光のレーザスポットを適用することによって前記光透過性の領域を画定して前記孔の各々を形成し、前記孔の開口は、前記パネルの前記第１外部表面が裸眼に対して連続的なパネル表面を形成するように、寸法設定され、前記パネルの材料は非光透過性であるステップと、
   硬化可能なポリマーである光透過性材料で前記減厚された領域の前記孔を前記減厚された領域の前記第１表面から前記パネルの前記第２外部表面に充填し、前記孔を充填した後に前記光透過性材料を硬化するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記パネルの厚さは前記減厚された領域以外のところで４００マイクロメートルに等しいかまたはそれよりも大きく、前記減厚された領域における前記パネルの厚さは１００マイクロメートルに等しいかまたはそれよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記孔は円錐形に形成され、前記孔の各々は、前記減厚された領域の前記第１表面において９０マイクロメートルから１００マイクロメートルの間の第１の直径を有する第１の端部、および、前記パネルの前記第１外部表面において３０マイクロメートルから４０マイクロメートルの間の第２の直径を有する第２の端部を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ごく小さな孔のパターンを穿孔するステップは、前記レーザスポットを前記減厚された領域の前記第１表面に適用するステップと、前記パネルの前記第１外部表面まで穿孔するステップとを備え、前記光透過性材料は液体形状の硬化可能なポリマーであり、前記光透過性材料で前記孔を充填するステップは、前記液体形状の硬化可能なポリマーを前記減厚された領域における前記パネルの前記第１外部表面に適用するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記硬化可能なポリマーを紫外線光源を用いて硬化させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記硬化可能なポリマーを硬化させるステップの後に、光透過性材料で前記減厚された領域を前記減厚された領域の前記第１表面から前記パネルの前記第２外部表面に充填するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記硬化可能なポリマーを硬化させるステップの前に、光透過性材料で前記減厚された領域を前記減厚された領域の前記第１表面から前記パネルの前記第２外部表面に充填するステップをさらに含み、
   前記硬化可能なポリマーを硬化させるステップは、前記紫外線光源を、前記光透過性材料が充填された前記減厚された領域における前記パネルの前記第２外部表面に向けるステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の方法を用いて製造されたことを特徴とするパネル。

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