JP2000512800A - 光電子能動素子を有する多機能プリント回路板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも１つの層、すなわち１面が導電膜で被覆されているＰＣＢとなるように構成された多機能プリント回路板であって、同じ又は異なる波長の、１つ以上の光電子能動素子が設けられている当該プリント回路板に関するものである。本発明によれば、光電子能動素子を、プリント回路板中に集積化された発光領域となるように構成し、この発光領域は、プリント回路板の製造処理中に、プリント回路板の適切に構造化された導電層上に又はその上方に直接スクリーン印刷する。このようにすることにより、プリント回路板の製造の進行中に、後に設けるべき個別の素子と協同する適切な光学素子をこのプリント回路板に直接設けることができる。本発明により光学素子が設けられたプリント回路板には、通常のはんだ処理を用いてはんだ付けを行うことができること勿論である。

Description

【発明の詳細な説明】 光電子能動素子を有する多機能プリント回路板 本発明は、エレクトロルミネッセンスシステムに基づく１つ以上の光電子能動 素子を有するプリント回路板であって、これら能動素子は適切な電源電圧を印加 することにより光を放出することができ、従って、素子を相互接続する受動プリ ント回路板を能動多機能プリント回路板に変換する当該プリント回路板に関する ものであり、本発明は更に、このようなプリント回路板の適応及び製造方法にも 関するものである。 従って、本発明は、適切な電圧及び周波数を与えることにより光を放出するよ うに形成されたエレクトロルミネッセンス発光領域を有するプリント回路板に関 するものである。 既知の印刷技術によりエレクトロルミネッセンス装置を製造するためのエレク トロルミネッセンス着色物質は既知であり、一般にこれらは、通常Ｃｕ，Ｍｎ， Ａｇ等がドーピングされた、すなわち、活性化された特に高純粋のＺｎＳ，Ｃｄ Ｓ，Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳ等のような無機物質、すなわち、周期律表のII及びVI属の化 合物に基づいて調製されでいる。通常の色には、黄、緑、緑がかった青、青味を 帯びた緑及び白が含まれる。 従来技術によれば、直径が代表的に１５μｍ〜６０μｍの範囲にあるこのよう なエレクトロルミネッセンス顔料に、ＺｎＳ顔料の特定の吸湿特性を考慮して、 種々の印刷染料をマイクロカプセル化又は非カプセル化形態で混合する。使用す る結合剤はいわゆる導電性ＩＴＯ膜（インジウム-錫酸化物膜）に良好に固着し 、これらは良好な絶縁体であり、誘電特性を高め、従って、高電界強度での絶縁 耐力を改善する。更に、結合剤は硬化状態で良好な耐水蒸気特性を呈し、発光体 （燐光体）顔料を保護し、耐用年数を長くする必要がある。 通常、発光体ペーストとも称されているこのようなエレクトロルミネッセンス 染料は、スクリーン印刷により、又はスプレッドコーティング、ローラーコーテ ィングのような他の塗布方法により透明な合成樹脂箔又はガラスに被着される。 合成樹脂箔等は見る側の電極として作用するほぼ透明な導電性被膜を有する。続 いて、誘電体及び後側の電極が印刷及び／又は積層技術により形成される。この ようなエレクトロルミネッセンス装置は、例えば、ドイツ連邦共和国特許公開Ｄ Ｅ-Ａ-４４３０９０７号明細書から既知である。 製造処理の順序は、例えばドイツ連邦共和国特許公開ＤＥ-Ａ-４３１９４４１ 号に記載されているように、しばしば逆にされ、まず最初に後側の電極が形成さ れるか、或いは誘電体が被膜の形態で被着される又は既に存在している後側の電 極が用いられる。続いて、発光体ペースト及び透明な導電性上側電極が例えば、 ＩＴＯペーストの形態で設けられる。通常、このようなシステムは更に、これを 水蒸気及び機械的な損傷から保護する透明なカバー箔で被覆される。 スクリーン印刷により設げられる通常のＩＴＯペースト被膜は(又は酸化錫等 の被膜も)、これらを殆どいかなる所望の形状に設けることができるという利点 を有するも、これらには、蒸着された又はスパッタリングされた透明な導電膜に 比べてこれらの光透過性が小さく、一般に数百Ω／□のこれらの表面導電度がＩ ＴＯポリエステル箔の場合の数十Ω／□や、ＩＴＯ被着ガラスの場合の数Ω／□ に比べてかなり小さいという欠点もある。ガラスの場合には、追加的にペースト 、例えば５００℃よりも高い温度で熱する必要があるＩｎ₂Ｏ₃／ｓｎＯ₂を用い ることができるも、この場合、ほんの０．２５μｍの膜厚でしか９５％を越える 光透過度を得ることができず且つ単一被膜の場合５００〜１０００Ω／□の導電 度しか得ることができない。 本発明の目的は、集積化した光電子素子を有する多機能プリント回路板であっ て、耐用年数が長く、利用可能な電流供給状態での発光出力及び機能性が高く、 現在のＰＣＢ（プリント回路板）製造処理での集積化を可能にする当該多機能プ リント回路板を価格的に有効に製造することにある。 この目的は、請求の範囲の請求項１の特徴部分に記載した構成及び請求項６の 特徴部分に記載したこの構成の製造方法により達成される。 本発明の場合、プリント回路板産業の方法及び処理、特に、いわゆる片面、両 面及び多層プリント回路板を製造するスクリーン印刷技術を用いる。プリント回 路板に対し一般に用いられでいる材料、すなわち、型番ＸＰＣ，ＦＲ-１，ＦＲ -２，ＦＲ-３，ＦＲ-４，ＣＥＭ-１〜３のいわゆる銅-クラッド積層体、ポリイ ミドやフリース及び曲げることのできる可撓性箔が基部基板を構成する。 発光領域に対する基部電極や透明上側電極（カバー電極）に対する接続電極は 一般に、代表的には１７，３５又は７０μｍの厚さとした銅箔を構造化すること により形成する。銅箔は、通常のエッチング処理によりいかなる所望の構造にも することができる。誘電体を形成するには、適切に絶縁性とし且つ一般に適切に 反射性としたスクリーン印刷用染料を用いることができるも、特にプリント回路 板の製造中、完全にエッチングされた導体通路を保護するために設けたいわゆる はんだ止めラッカーを用いることができる。この関係で、より厳しい分野に用い るには１成分ＵＶ硬化ラッカーや２成分熱硬化ラッカーが極めて適しているとい うことを確かめた。 絶縁耐力を高くするには、異なるふるいを採用した２種類の印刷処理が用いら れ、或いはまた、半透明で、着色した（例えば白の）或いは適切に反射性のある スクリーン印刷顔料／はんだ止めラッカーの組合せを用いることができる。この ようなラッカーの絶緑耐力は膜厚の１μｍ当りほぼ３０ボルトよりも高くなり( 代表的に１００Ｖ／μｍとなり)、従って、硬化状態で１５〜２５μｍの範囲内 の通常の膜厚の場合、１つの絶縁膜を用いることにより充分な絶縁耐力が得られ る。しかし、処理、機能及び耐用年数に関連する理由で、一般に２つの膜を設け る。 特別な例では、スクリーン印刷又はカーテンコーティングにより被着した感光 性の又は光加工可能なはんだ止めラッカーを用いて、可能な限り最大の絶縁耐力 を有する高品質で連続する薄肉の誘電体膜を得るようにすることもできる。 エレクトロルミネッセンス顔料（発光体ペースト）は、一般に、スクリーン印 刷によって設けられ、所望の幾何学的形状及び色は図示設計的に設定しうる。特 別なカラー効果を達成するには、着色した半透明な、図示設計的に形成したマス クと、例えば昼光色の発光顔料又はその他の発光染料と混合した特別調製ペース トとを用いて、適切な発光スペクトルを得るようにしうる。任意ではあるが、こ れらの染料を透明な保護膜中に入れることもできる。 上側電極（カバー電極）の製造も代表的には発光体ペースト上へのスクリーン 印刷により行われる。一般には、比較的低い温度、例えば１２０℃の温度で熱硬 化させることができ、７０〜８５％の範囲内の光透過度をもたらしうる、いわゆ るＩＴＯペーストが用いられる。表面積又は長さ寸法が比較的小さい場合には、 銅接続電極の一方の面上にのみ電気接続を行うことができるも、この面からは酸 化膜を除去する必要があること勿論である。発光領域がより複雑であるか、より 大きな表面積を有する場合には、一般に、いわゆる母線接続が用いられる。この 場合、銅箔の形態の接続電極が発光領域の輪郭に沿ってＩＴＯ膜と接触し、発光 領域全体に亙る電界が均一となる。 本発明の変形例によれば、カバー電極を透明なＩＴＯ膜を以て構成せず、導電 性ペーストの合成樹脂により被覆された銅箔をスキージー等により設けたものを 以て構成する。このカバー電極と基部電極との間に形成される電界がその中間の 発光膜から光を発生させる。発生されたこの光は、例えば微細な格子となるよう に構造化したカバー電極中の露出領域から放出させることができる。任意ではあ るが、発光膜は構造化したカバー電極上に印刷することができ、この場合構造化 したカバー電極の露出領域に存在する発光体粒子が光を放出する。 導電性でほぼ透明な上側電極の形成後、図示設計処理を行うことができる。こ の処理では、半透明な染料及び不透明な染料或いは燐光性又は蛍光性の染料を設 けた膜を所望の図示設計に応じた印刷により設ける。次に、多機能プリント回路 板の設計に当っての最後の工程で、保護的な透明なはんだ止めマスクを設けるこ とができ、この場合も 銅接続点は被覆しないままにする。 本発明の重要な利点は、素子導入及びはんだ付け処理の前にプリント回路板に 発光領域を集積化しうるということである。発光領域を設けたプリント回路板上 に、これら発光領域を損傷せしめることなく通常のようにして素子を導入しては んだ付けすることができる。これら発光領域は、ＰＣＢ配線内とＰＣＢ上に導入 した素子内との双方又はいずれか一方に簡単に集積化しうる。 従って、遠隔制御装置、光スイッチの照明、ビデオレコーダや洗濯機のフロン トパネルの照明、避難路指示パネルの照明のようなあらゆる種類の表示素子に対 する低価格の代替え手段が得られる。特に、照明が極めて均一で、信号効果が良 好で、熱が生ぜず、電流消費が極めて低い能動発光領域を、現存のプリント回路 板システムに設けることができる。更に、エレクトロルミネッセンス領域を上述 したように構成すれば、これらを主電源で、すなわち１００〜２４０ボルト及び ５０又は６０Ｈｚで動作させることができ、必要な交流電圧への変換を行う通常 のインバータ素子を用いれば、これらを数ボルトの低直流電圧で動作させること もできる。 このような製品に対しては、周期律表のII及びVI属の化合物であって適切にド ーピングした化合物に基づいた、特にＣｕ，Ｍｎ，Ａｇ等をドーピングしたＺｎ Ｓ顔料の形態とした発光体顔料、特にマイクロカプセル化した顔料（しかし、カ プセル化しない顔料でもよい）を有するスクリーン印刷ペーストをプリント回路 板基板と組台せて用いるのが極めて適している。他の発光染料、特にエレクトロ ルミネッセンス放射のために光励起をもたらし広帯域又は狭帯域のスペクトルを 有する対応する放射を放出する発光染料との混合が極めて現実的で有効である。 これにより、はんだ浴に耐える多機能システムを製造できる。このことはこれま でポリエステル箔の解決策では不可能であった。 他の例では、プリント回路板を通常の方法でマスクしてエッチングし、その後 所望の発光領域を印刷、コーティング又は接着により膜構造の形態でプリント回 路板上に設ける。このようにすることにより、得られる空間が最適に用いられる 。その理由は、発光領域と導入素子とを導体通路上に配置でき、従ってこれらが これら自体の全ての表面領域を必要とするものではない為である。 他の代表的な例は、２つの電気接続体を有する発光領域を具えるばかりではな く、複数の他の領域、例えば異なる色で発光する、又は文字及び／又は記号を有 する領域をも具える。 発光領域を有するこのようなプリント回路板の他の例としては、これを注入型 成形機で形成することができる。この方法では、所望の形状を達成するのに、透 明で着色した熱可塑性合成樹脂を用いる。その他の材料例は、特に、透明及び半 透明な着色したポリカーボネート（ＰＣ）及びポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭ Ａ）や着色した熱可塑性合成樹脂である。エレクトロルミネッセンス発光効果を 高めるには、光学レンズ又は光導波システムがしばしば形成される。 本発明の上述した特徴及びその他の特徴は、以下の実施例の説明から明らかと なるであろう。図中、 図１は、プリント回路板上のエレクトロルミネッセンス領域の一実施例を示す 断面図であり、 図２は、図１によるエレクトロルミネッセンス領域を有するプリント回路板を 示す平面図であり、 図３は、プリント回路板に対する支持板（基板）を誘電体として用ている、プ リント回路板上のエレクトロルミネッセンス領域を示す断面図であり、 図４は、カバー電極を、条件に応じて構成しうる導電面（不透明）となるよう に形成した、エレクトロルミネッセンス領域を示す断面斜視図であり、 図５は、発光領域を、現存するＰＣＢのレイアウト（銅細条）上に重畳させた エレクトロルミネッセンス領域を示す断面図であり、 図６は、発光面を、現存するＰＣＢのレイアウト（銅細条）上に重畳させたエ レクトロルミネッセンス領域を示す断面図である。 図１において、プリント回路基板１には、構造化した銅導体細条２及び３を設 け、導体細条２はエレクトロルミネッセンス面１０の基部電極を構成し、導体細 条３はカバー電極に対する接続細条を構成する。基部電極２にはまず最初に、反 射効果が良好で、好ましくは絶縁性すなわち誘電体とした２つの膜４及び５を設 ける。これら絶縁膜４，５には、エレクトロルミネッセンス領域の所望形状に応 じてエレクトロルミネッセンス染料の膜６を設ける。次に、インジウム-錫酸化 物膜（ＩＴＯ膜）７を設ける。一般には、全表面を被覆し、銅接続面まで延在す る保護膜を設けるものであり、この場合は、透明なはんだ止めラッカーを用いる のが好ましい。その理由は、このようにすることにより、耐はんだ浴特性が得ら れるとともに、水蒸気に対ずる追加の遮蔽が得られる為である。実施例の種類に 応じて種々の絶縁性すなわち誘電体の膜を加えたり、省略したりすることができ る。発光領域の放射の主方向を矢印１２で示す。エレクトロルミネッセンス装置 の全体を適切な（パターン化した）カバー膜１３で被覆することができる。 図２は、発光領域とその両側の銅接続面２，３とを有する代表的な単一プリン ト回路板素子１の平面図である。銅接続面２は発光領域１０の基部電極を構成し 、 この銅接続面にまず最初に誘電体材料の１つ又は２つの膜４，５を印刷する。銅 接続面２のある領域は印刷されないままにする。この領域は銅電極２との接点個 所とする。次に、誘電体膜４，５にエレクトロルミネッセンス膜６を設ける。カ バー電極７は、本例では、エレクトロルミネッセンス膜６を被覆するインジウム -錫酸化物を以て構成し、このカバー電極を接点形成のために銅電極３に接続す る。 図３は、ＰＣＢ支持板（基板）１が誘電体として作用するエレクトロルミネッ センス素子を示す断面図である。支持板１の一方の面上に被膜、すなわち、銅細 条２を被着することにより、一方の電極を形成する。次に、支持板１の反対側の 面にエレクトロルミネッセンス膜６を設ける。このエレクトロルミネッセンス膜 を、例えばＩＴＯ膜より成りカバー電極を構成する他の膜７により被覆する。発 光放射１２は、エレクトロルミネッセンス膜６が被着されているプリント回路板 の面から放出される。 図４に示すカバー電極は、例えば図１と相違して、透明ＩＴＯ膜を以て形成せ ず、スキージー等により設けられた導電性ペーストの合成樹脂により被覆された 銅箔より成る構造化した導電面８，９を以て形成する。このカバー電極８，９と 基部電極２との間に形成される電界により中間のエレクトロルミネッセンス膜６ が光を発生するようにする。発生された光は、構造化したカバー電極中の露出領 域から放出でき、カバー電極は本例では、微細な格子となるように構成されてい る。随意ではあるが、エレクトロルミネッセンス膜６は、構造化したカバー電極 ８，９上に印刷することもでき、この場合構造化されたカバー電極の露出領域に 存在する発光体粒子が励起されて光を放出する。随意ではあるが、エレクトロル ミネッセンス膜６とカバー電極８，９との間に他の絶縁膜を配置することができ る。 図５は、銅細条２を有する現存のＰＣＢレイアウト１上に重畳させたエレクト ロルミネッセンス素子を示す断面図である。この現存のレイアウト１，２に（特 別なはんだ止めラッカーより成る）絶縁膜４と、導電性ペースト（銀、カーボン 、銅等）を用いて印刷により形成した基部電極９とを設ける。他の構成は図１に つき説明したのと同様である。 図６では、現存のＰＣＢレイアウト１，２上に、スキージーにより合成樹脂被 覆銅箔８を設け、この箔を適切に構成して発光領域の基部電極を形成する。発光 領域の他の構成は図１につき説明したのと同様である。図面に用いた符号の説明 １ プリント回路板の基板 ２ 銅箔（基部電極） ３ 銅箔（基部電極） ４ 絶縁膜１ ５ 絶縁膜２ ６ エレクトロルミネッセンス膜（＝Ｅ．Ｌ．発光領域） ７ カバー電極（ＩＴＯ膜） ８ 合成樹脂被覆銅箔（基部又はカバー電極） ９ 銅、銀又はカーボンの導電性ペースト １０ 発光領域 １１ 発光領域 １２ 放射方向 １３ （パターン化した）カバー膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも上、すなわち、１つの面に導電膜が被覆された多機能プリント回 路板であって、このプリント回路板は、同じ又は異なる波長の１つ以上の光電 子能動素子を有し、当該能動素子はプリント回路板中に集積化された発光領域 の形態をとるように構成されている当該多機能プリント回路板において、 発光領域全体が、ＰＣＢ製造処理の進行中に、プリント回路板（１）の、適 切に構造化した導電膜（２，３，８）上に直接スクリーン印刷され、スクリー ン印刷可能なカバー電極（７）が銅接続面（３）に直接接触するように配置さ れ、発光領域全体（１０；１１）に透明な絶縁膜又はいわゆるはんだ止めマス クが被覆され、従って、この発光領域を周囲の影響から保護するとともに、通 常のはんだ処理を用いうるようになっていることを特徴とする多機能プリント 回路板。 ２.請求の範囲１に記載の多機能プリント回路板において、前記発光領域（１０ ；１１）は、互いに電気絶縁された２つの電極、すなわち、間にエレクトロル ミネッセンス膜（６）が配置された基部電極（２；８；９）及びカバー電極（ ７；８；９）からほぼ成っているエレクトロルミネッセンス領域であることを 特徴とする多機能プリント回路板。 ３．請求の範囲１又は２に記載の多機能プリント回路板において、基部電極（２ ）がプリント回路板（１）の導電膜より成っていることを特徴とする多機能プ リント回路板。 ４．請求の範囲１に記載の多機能プリント回路板において、基部又はカバー電極 に対する銅接続面（２，３）がＰＣＢの配線内に直接集積化されていることを 特徴とする多機能プリント回路板。 ５．請求の範囲１〜４のいずれか一項に記載の多機能プリント回路板において、 ＰＣＢの支持板（１）が誘電体として作用し、基部電極（２）及びカバー電極 （７）がプリント回路板の両面にそれぞれ配置されていることを特徴とする多 機能プリント回路板。 ６．少なくとも１つの層上に配置した１つ以上の光電子能動素子を有する、請求 の範囲１〜５のいずれか一項に記載の、少なくとも１面又は単層のプリント回 路板を製造するに当り、 エッチング処理中マスクを行い、且つ基部電極及び電極接続部を製造するた めに、導電膜で被覆されたＰＣＢの支持板上に耐食構造体を設ける工程と、 少なくとも、絶縁度が適切なスクリーン印刷染料を用いたスクリーン印刷処 理により、絶縁システムを被着する工程と、 スクリーン印刷によりエレクトロルミネッセンス染料を被着する工程と、 スクリーン印刷により導電性でほぼ透明なカバー電極をエレクトロルミネッ センス染料に被着し、このカバー電極がエレクトロルミネッセンス染料を横方 向にオーバーラップして、このカバー電極が、プリント回路板の導体細条に接 続すべき電極接続体に接続する工程と、 半透明な耐はんだカバー層を設ける工程と、 他の処理工程に対する電気的な保護及び遮蔽のために、印刷されたはんだ止 めマスクの形態で透明な保護膜を設ける工程と を具えることを特徴とするプリント回路板の製造方法。 ７．請求の範囲６に記載のプリント回路板の製造方法において、透明なカバー電 極の代わりに、適切に構造化した不透明な導電性電極を設け、この導電性電極 は例えば、銅箔、銅ペースト、銀ペースト、カーボンペースト等から形成する ことを特徴とするプリント回路板の製造方法。 ８．請求の範囲６に記載のプリント回路板の製造方法において、少なくとも１つ の電極を、スキージーにより合成樹脂被覆銅箔を被着することにより形成する ことを特徴とするプリント回路板の製造方法。