DE19702977C2

DE19702977C2 - Verfahren zur Herstellung von Bedien-, Dekor- oder Anzeigeelementen mittels Laserstrahlung

Info

Publication number: DE19702977C2
Application number: DE1997102977
Authority: DE
Inventors: Bernhard Beer; Georg Wallscheid
Original assignee: IBS Brocke GmbH and Co KG
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: DE19702977A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Bedien-, Dekor- oder Anzeigeelementen mittels Laserstrah lung, wobei auf ein transparentes Substrat 1 eine Farbschicht 2 aufgebracht wird, und diese Farbschicht 2 teilweise, mit tels Laserstrahlung zur Erzeugung einer Beschriftung oder ei nes Dekors, entfernt wird.

Beschriftungsverfahren, die mittels Laserstrahlung durchge führt werden, sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Der Vorteil der Verwendung von Laserstrahlung ist im allge meinen die Möglichkeit einer sehr exakten Beschriftung. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, ein derartiges Be schriftungsverfahren in einem laufenden kontinuierlichen in dustriellen Prozeß durchzuführen.

Bei der Herstellung von Bedien- und Anzeigeelementen für Haushaltsgeräte wurden Laserverfahren bisher nur in geringem Umfang eingesetzt. Bisher werden diese Bedien- und Anzeige elemente ohne die Verwendung von Laser hergestellt. Dabei wird im allgemeinen ein transparenter Formkörper aus Poly methylmethacrylat mit den notwendigen Schriften mittels ein facher Druckverfahren versehen. Anschließend wird darauf eine Hintergrundschicht, die im allgemeinen weiß gestaltet ist, aufgebracht. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es jedoch notwendig, für jede einzelne Schrift verschiedene Druckvorla gen herzustellen.

In neuerer Zeit sind für diese Zwecke jedoch auch einige Ver fahren bekannt geworden, die sich der Lasertechnik bedienen. So beschreibt die DE 41 34 271 C1 ein Verfahren zur Dekoration oder Beschriftung einer Oberfläche mittels Laserstrahlung, bei dem auf einen Grundkörper eine erste und eine darüberlie gende zweite Farblackschicht aufgebracht werden. Durch Laser bestrahlung wird dann die obere der beiden Lackschichten an den für die Beschriftung erforderlichen Stellen entfernt, so daß bei der Durchsicht durch den Grundkörper von der unbe schichteten Seite eine Beschriftung oder ein Dekor erkennbar ist.

Hierbei besteht jedoch der große Nachteil, daß es bei übli cherweise aufgebrachten Lackschichten aufgrund der Dickenva riation der Lackschicht zu einem ungleichmäßigen Abtrag die ser Schicht mittels des Laserstrahls kommt. Verwendet man hö here Laserleistungen, so kann es auch zu einer Beschädigung der darunterliegenden innenliegenden Lackschicht kommen, so daß auf diese Art und Weise kein scharfes und kontrastreiches Schrift- oder Dekorbild mehr erzeugt werden kann.

Es ist daher notwendig, bei den Verfahren des Standes der Technik diese Lackschichten möglichst in gleichmäßiger Dicke aufzutragen. Hierzu schlägt die DE 41 34 271 C1 als Verbesserung vor, daß die Farblackschichten in einem Transferverfahren von einem Träger auf die zu dekodierende Oberfläche übertragen werden. Dazu werden beispielsweise Heißprägefolien einge setzt, die eine Trägerschicht und bereits zwei gleichmäßige übereinanderliegende Farbschichten besitzen. Diese Folien werden dann direkt auf den Grundkörper aufgebracht und so die beiden Farbschichten auf den Grundkörper übertragen. Mit die sem Verfahren soll gewährleistet sein, daß beide Farbschich ten eine gleichmäßige Dicke aufweisen und somit mit den ent sprechenden Lasern gleichmäßiger abgetragen werden können.

Als weitere Maßnahme wird in dieser Druckschrift vorgeschla gen, zum Schutz der innenliegenden Farblackschicht vor oder nach der Laserbearbeitung eine transparente Schutzlackschicht aufzubringen, die eine möglichst hohe mechanische Festigkeit aufweist und somit beim Bearbeiten mit dem Laser nicht abge tragen wird.

Die DE 42 12 423 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Bedienelementen mit hinterleuchtbaren Symbo len, bei dem Laserstrahlung eingesetzt wird. Dabei wird ein transparenter Grundkörper mit drei Lackschichten versehen, wobei die mittlere Lackschicht klar-transparent ist und zum Schutz der innenliegenden Lackschicht dient.

Das Verfahren wird durchgeführt, indem auf einen transparen ten Grundkörper von innen nach außen eine diffus-transparente Schicht, eine klar-transparente Schutzschicht und darüber ei ne lichtundurchlässige Schicht aufgebracht wird. Die lichtun durchlässige Schicht wird an den Bereichen, wo die Beschrif tung erscheinen soll, mittels Laserstrahlung abgetragen. Hierdurch kommt es häufig zur Beschädigung der diffustranspa renten Lackschicht oder sogar des Grundkörpers, was sich für den Kontrast und die Schärfe der Beschriftung nachteilig aus wirkt. Dies soll gemäß der Druckschrift dadurch verhindert werden, daß zwischen diese Schicht eine sogenannte Schutz schicht eingebaut wird, die ebenfalls klartransparent ist und verhindern soll, daß die Laserstrahlung den Grundkörper oder die diffustransparente Schicht in irgendeiner Weise beschä digt, so daß ausschließlich die außenliegende lichtundurch lässige Schicht abgetragen wird.

DE 44 11 106 A1 beschreibt ein Verfahren zur Beschriftung von Formkörpern auf der Basis von Oxymethylenpolymerisaten, Poly alkylenterephthalaten und Methylmethacrylat-Polymerisaten mittels UV-Strahlung im Bereich von 150 bis 400 nm. Das Be schriften erfolgt direkt auf dem Formkörper oder über eine Maske.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Laserbeschriftungs verfahren besitzen den Nachteil, daß es aufgrund des Überei nanderliegens mehrerer Farbschichten äußerst schwierig ist, mit Laserstrahlung gezielt nur die außenliegende Farbschicht abzutragen. Um eine Beschädigung der darunterliegenden Farb schichten oder des Grundkörpers zu vermeiden, werden aufwen dige Maßnahmen getroffen, beispielsweise entsprechende Schutzschichten eingeführt, wie in der DE 42 12 423 A1 beschrie ben oder wie im Falle der DE 41 34 271 C1 Prägefolien einge setzt, die eine gleichmäßige Dicke der Farbschicht gewährlei sten und so ebenfalls zu einem gleichmäßigen Farbabtrag bei tragen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die technische Aufgabe ge stellt, ein Verfahren zur Herstellung von Bedien-, Dekor- oder Anzeigeelementen mittels Laserstrahlung zur Verfügung zu stellen, das die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist und insbesondere auf einfache Weise in einem industriellen Prozeß handhabbar ist. Weiterhin soll der Einsatz von zusätz lichen Verfahrensschritten, wie das Aufbringen von Schutz schichten, vermieden werden.

Diese technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren ge mäß Anspruch 1 des Patentes.

Hierdurch wird derselbe Effekt erzielt, wie bei den Verfahren des Standes der Technik. Die aufgebrachte Schrift- oder De korfarbe bildet Buchstaben oder das Dekor, währenddessen die Farbschicht 2 die Hintergrundfarbe darstellt.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die Laserbestrahlung von übereinanderliegenden Farbschichten vermieden werden kann und somit die Probleme, wie sie bei den Verfahren im Stand der Technik bisher auftraten, nicht mehr relevant sein kön nen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es mit die sem Verfahren auch möglich, Bedien- und Anzeigeelemente im sogenannten Tag/Nacht-Design herzustellen. Dazu wird nach der Bearbeitung mit Laserstrahlung als Schrift- oder Dekorfarbe 3 eine diffus-transparente Klarlackschicht verwendet oder di rekt ein Substrat 1 eingesetzt, das ein diffus-transparenter Formkörper ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Farbschicht 2 vollflächig auf dem Substrat 1 aufgebracht. Das Substrat 1 kann ein transparenter Formkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bedien-, Dekor- oder Anzeigeelementen wird nachstehend ausführlich be schrieben.

Zunächst wird das transparente Substrat 1, das bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, gefer tigt. Dies erfolgt im allge meinen in einem Spritzgußverfahren.

Die Farb schicht wird mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens auf das Sub strat aufgebracht.

Nachdem das Substrat 1 auf einer Seite mit einer solchen Farbschicht A2 versehen ist, erfolgt die weitere Bearbeitung durch Laserbestrahlung. Hierbei können prinzipiell alle be kannten Lasertypen verwendet werden. Hierzu gehören Excimer- Laser, Nd-YAG-Laser und CO₂-Laser. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Excimer-Lasern, insbesondere bei Wellenlängen im UV-Bereich. Dabei werden Pulsfolgefrequenzen zwischen 50 und 200 Hz verwendet und Energiedichten von 50 bis 500 mJ/cm². Die Wellenlängen der Laserstrah lung liegen zwischen 200 und 700 nm.

Die Bestrahlung erfolgt bevorzugt durch eine Lasermaske, die auf der unbeschichteten Seite des Substrates liegt und darauf fixiert ist. Diese Anordnung ist auf einer Verfahreinheit fi xiert, und die Verfahreinheit wird dann über den Laserstrahl linear hinweggeführt. Während dieser Fahrt der Verfahreinheit wird der Laser getriggert, und die Laserstrahlung tritt nun, durch die in der Maske befindlichen offenen Strukturen, in das Substrat 1 und ablatiert auf der anderen Seite des Sub strates die Farbschicht an den entsprechenden Stellen. Bei Verwendung von transparenten Substraten 1 tritt bei diesem Verfahren keine Schädigung oder Veränderung des Substrates 1 ein, vielmehr passiert die Laserstrahlung das Substrat, ohne absorbiert zu werden. In einem daran anschließenden Schritt wird auf dem Substrat, über der Farbschicht A2, eine weitere Farbschicht B3 als Schrift- oder Dekorfarbe aufgebracht. Dies erfolgt in derselben Weise, wie auch die Farb schicht A2 aufgebracht wird. Die durch die Laserstrahlen ausgesparten Bereiche der Farbschicht A2 werden nun von der Farbschicht B3 abgedeckt und sind von der Vorderseite des Bedien- oder Anzeigeelementes als Schrift oder Dekor sicht bar.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, beliebige Dekor- oder Schriftanordnungen auf einem Bedien- oder Anzeigeelement herzustellen. Weiterhin können auch be liebige Farbzusammenstellungen von Hintergrund und Schrift farbe auf einem Element erzeugt werden, da die Farbschichten A2 und B3 getrennt aufgetragen werden und hier keine Vermi schung eintritt.

Es ist weiterhin auch möglich, die Farbschichten A2 und B3 nicht vollflächig in einer Farbe aufzutragen, sondern nur in Teilbereichen, wobei die anderen Teilbereiche dann in anderen Farben ausgeführt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform besteht bei dem erfindungs gemäßen Verfahren auch die Möglichkeit, Bedien- oder Anzeige elemente herzustellen mit einem sogenannten Tag/Nacht-Design. Diese Anwendung wird bevorzugt in Bereichen eingesetzt, wo es notwendig ist, Bedien- und Anzeigeelemente auch im Dunkeln oder bei schlechten Lichtverhältnissen abzulesen. Hierzu wer den die Schriften oder Skalen auf den Bedien- und Anzeigeele menten hinterleuchtet. Damit es nicht zu einer Blendung des Betrachters kommt, werden nicht rein-transparente Substrate 1 eingesetzt, sondern diffus-transparente Substrate 1, die die Blendwirkung des durchscheinenden Lichts herabsetzen und für den Betrachter nur einen matten Lichtschein zeigen. Diese Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß bei Einsatz ei nes klar-transparenten Substrates 1 nach dem Entfernen der Farbschicht A2 eine Farbschicht B3 aufgebracht wird, die eine diffus-transparente Klarlackschicht ist. Bei dieser Vor gehensweise wird ebenfalls erreicht, daß die hinterleuchteten Bedien- oder Anzeigeelemente den Betrachter nicht blenden.

Die nachstehenden Figuren sollen die Erfindung näher erläu tern.

Fig. 1 zeigt eine Verfahrensanordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor der Laserbestrahlung. Die Ziffer 1 zeigt das Substrat 1 mit der darauf aufgebrachten Farbschicht A2. Die Ziffer 4 bezeichnet die Laserquelle und Ziffer 5 die Maske.

Fig. 2 zeigt den Zustand des Bedien- oder Anzeigeelementes nach der Bestrahlung. Die Ziffer 4 ist wiederum die Laser quelle, Ziffer 5 die Maske mit den Maskenöffnungen, und die Ziffer 2 zeigt die bestrahlten Bereiche, in denen die Farb schicht abgetragen ist.

Fig. 3 zeigt den nächsten Verfahrensschritt, nämlich das Auftragen einer weiteren Farbschicht B3, die die Funktion einer Schrift- oder Dekorfarbe hat. Mit der Ziffer 2 ist wie derum die Farbschicht bezeichnet, die durch die Laserstrah lung in Teilbereichen abgetragen wurde. Ziffer 1 bezeichnet das Substrat.

Fig. 4 beschreibt eine alternative Ausführungsform zu Fig. 3. Dabei wird zur Erzeugung eines sogenannten Tag/Nacht- Designs, nach der Laserbestrahlung auf die Farbschicht A2, eine diffus-transparente Klarlackschicht 6 aufgebracht. Dies bewirkt, daß, bei einer Hinterleuchtung des Bedien- oder An zeigeelementes auf der der Schicht 6 zugewandten Seite für den Betrachter des Bedienelementes, die Schriften oder Dekor formen ohne Blendwirkung matt hinterleuchtet erscheinen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bedien-, Dekor- oder Anzeigeelementen mittels Laserstrahlung weist aufgrund einer völlig unterschiedlichen Verfahrensweise die Nachteile der Laserverfahren des Standes der Technik nicht auf. Bei den bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik muß durch Laserbestrahlung immer die obere von zwei überei nanderliegenden Farbschichten abgetragen werden, was, auf grund der Ungleichmäßigkeit der Schichten und der Empfind lichkeit der darunter liegenden Farbschicht, nur sehr schwer möglich ist.

Die in der DE 42 12 423 A1 und der DE 41 34 271 C1 vorgeschlagenen Maßnahmen sollen die Abtragung dieser oberen Farbschicht ver einfachen und die darunterliegende Farbschicht schützen. Der artige aufwendige Maßnahmen sind jedoch bei dem erfindungsge mäßen Verfahren aufgrund der unterschiedlichen Verfahrensfüh rung nicht mehr notwendig. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher den Verfahren des Standes der Technik weit überlegen, da es erheblich kostengünstiger durchzuführen ist und auf Zwischenschichten oder Schutzschichten verzichtet werden kann. Ein weiteres Problem bei den Verfahren des Standes der Technik ist es, daß es insbesondere bei der Abtragung von hellen Farben häufig zu Abplatzeffekten in der Farbschicht kommt, wodurch der Kontrast und die Schärfe der Beschriftung oder des Dekors erheblich verringert wird. Auch dieses Pro blem tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf.

Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern.

Beispiel

Es wird ein Bedienfeld für Haushaltsgeräte hergestellt. Der Grundkörper 1 besteht aus einem transparenten Formkörper aus PMMA. Dieser Formkörper wird zunächst auf der Rückseite mit tels Siebdruckverfahrens vollständig bedruckt und so die Farbschicht A2 erzeugt. Im Anschluß hieran wird das PMMA- Bedienfeld mit der nicht beschichteten Seite auf die Schicht seite einer Lasermaske aufgelegt und fixiert. Die Lasermaske liegt dabei auf einer Verfahreinheit. Die Verfahreinheit wird über den Laserstrahl linear hinweggeführt. Während dieser Fahrt wird der Laser getriggert. Die Laserstrahlung tritt nun, durch die in der Maske befindlichen offenen Strukturen, in das PMMA ein und ablatiert auf der Rückseite des PMMA- Bedienfelds, entsprechend den Strukturen der Maske, die Far be. Bei diesem Prozeß findet keine Schädigung des PMMA- Materials durch die Laserstrahlung statt. Die Bestrahlung er folgt mit einem Excimer-Laser bei einer Pulsfolgefrequenz von 150 Hz und einer Wellenlänge von 351 nm. Es wurde eine Ener giedichte von 380 mJ/cm² verwendet.

Im darauffolgenden Schritt wird die Farbschicht B3 als Schriftfarbe vollflächig auf die bereits bedruckte Seite auf gedruckt. Die durch Laserstrahlung ausgesparten Bereiche sind nun von der Vorderseite als Schrift für den Betrachter sicht bar. Die vor der Laserbestrahlung aufgebrachte Farbschicht A2 erscheint als Hintergrund, die Farbschicht B3 als Schrift.

Bezugsziffern

1

Substrat

2

Farbschicht A

3

Farbschicht B

4

Laser

5

Maske

6

diffus-transparente Klarlackschicht

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Bedien-, Dekor- oder Anzeigeelementen mittels Laserstrahlung, wobei auf ein transparentes Substrat (1) ausge wählt aus der Gruppe Polymethylmethacrylat, Polyolefin, Polyamid, Poly methacrylat, Polystyrol, Polyvinylacetat, Polyurethan oder Copolymere hiervon eine Farbschicht A(2) aufgebracht wird und diese Farbschicht A (2) teilweise mittels Laserstrahlung zur Erzeugung einer Beschriftung oder eines Dekors entfernt wird, wobei der Laserstrahl durch eine Maske von der nicht farbbeschichteten Seite durch das Substrat (1) hindurch auf die Farbschicht A(2) geführt wird, und wobei Laserstrahlung mit einer Pulsfolgefrequenz von 50-200 Hz, einer Energiedichte von 50-500 mJ/cm² und einer Wellenlänge von 200 bis 700 nm eingesetzt wird und nach dem teilweisen Ablösen der Farbschicht A(2) zur Erzeugung eines vom Hinter grund farblich abgesetzten Schriftbildes oder Dekors, eine Farbschicht B (3) auf die Farbschicht A(2) aufgebracht wird, wobei die Farbschichten A und B mittels Sieddruckverfahren auf das Substrat aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht A(2) vollflächig auf dem Substrat (1) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein transparenter Formkörper aus einem thermoplasti schen Kunststoff ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß als Farbschicht B(3) eine diffus-transparente Klarlackschicht aus Schrift- oder Dekorfarbe verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (1) ein diffus-transparenter Formkörper verwendet wird.