JP2004536723A - フレキシブル回路を含むptf積層体用紫外線硬化性インキ - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本願は、2001年6月19日付け米国仮出願第60/299,598号(発明の名称:UV-CURABLE INKS FOR PTF LAMINATES (INCLUDING FLEXIBLE CIRCUITYR))の優先権を主張する。
【0002】
本願は、2001年10月10日に出願され、本願の出願人へ譲渡され、現在係属中の米国特許出願第09/974,941号(発明の名称:TRANSLUCENT LAYER INCLUDING METAL/METAL OXIDE DOPANT SUSPENDED IN GEL RESON)の一部継続出願である。
【0003】
本願はまた、1996年5月30日に出願され、本願の出願人へ譲渡され、現在米国特許第5,856,029号となっている、米国特許出願第08/656,435号(発明の名称:ELECTROLUMINESCENT SYSTEM IN MONOLITHIC STRUCTURE)の継続出願である、1998年10月15日に出願され、本願の出願人へ譲渡され、現在係属中の米国特許出願第09/173,521号(発明の名称:TRANSLUCENT LAYER INCLUDING METAL/METAL OXIDE DOPANT SUSPENDED IN GEL RESON)の一部継続出願である。
【0004】
本願はまた、1996年12月30日に出願され、本願の出願人へ譲渡され、現在米国特許第5,856,030号となっている、米国特許出願第08/774,743号(発明の名称:ELASTOMERIC ELECTROLUMINESCENT LAMP)の分割出願である、1998年10月15日に出願され、本願の出願人へ譲渡され、現在係属中の米国特許出願第09/173,404号(発明の名称:METHOD FOR CONSTRUCTION OF ELASTOMERIC ELECTROLUMINESCENT LAMP)の一部継続出願である。
【技術分野】
【0005】
本発明は、一般的に、硬化済みインキ(例えば、ELシステムの製造に有用なような)のポリマー厚膜(PTF)に関し、さらに詳細には、紫外線硬化性インキのPTF積層体に関する。
【背景技術】
【0006】
本明細書中の用語「インキ」は、所定の方法で流動させて展開できるように一時的に流体の性質を有するものと当該技術分野において理解されている物質を含む。インキは、展開されると硬化して、所定の機能を有する硬化済み層を形成させる。本願の開示は、特に、硬化してポリマー厚膜(PTF)層になるインキに向けられている。
【0007】
親出願である米国特許出願第09/173,521号に記載された発明の実施例は、一体的なキャリアの層がモノリシック構造を形成するエレクトロルミネッセンス(EL)装置に係るものである。この装置の好ましい一体的なキャリアはビニル樹脂である。このモノリシックなエレクトロルミネッセンス装置の1つの利点は、その層をスクリーン印刷法または他の適当な方法により多種多様な基体上にインキとして展開できることである。
【0008】
このビニル系モノリシック構造は、親出願である米国特許出願第09/173,404号に記載された膜状エレクトロルミネッセンス装置の実施例に開示されている。詳述すると、この特許出願第09/173,404号は、2つの膜状ウレタン外被層の間に展開されるエレクトロルミネッセンス積層体としてのビニル系モノリシック構造体の使用を教示している。
【0009】
米国特許出願第09/173,521号及び09/173,404号に記載されたELシステムは有用であることが判明しているが、特許出願第09/173,404号のEL積層体がウレタンキャリア中に浮遊する層を備えている場合、モノリシック構造というさらに別の利点が得られることがわかる。このように、特許出願09/173,404号に記載された膜状ELデバイスは、EL積層体中に周囲のウレタン外被層とモノリシックな一体性を有する層を備えている。係属中の同日出願である米国仮特許出願第60/239,507号(発明の名称:MEMBRANOUS MENOLITHIC EL STRUCTURE WITH URETHANE CARRIER)は、1つの実施例として、そのモノリシックな相が硬化時触媒作用により一体的なウレタンキャリアに変質する一体的なビニルゲル樹脂キャリアを用いて展開された一連の隣接するEL層より成る膜状モノリシックウレタンEL構造を提供することによりこのニーズに対処している。
【0010】
親出願である米国特許出願第09/239,508号は、エレクトロルミネッセンス装置の層が硬化してビニルかまたはウレタンか(もしくは他の任意のポリマー)になるかには無関係に、周囲の膜状外被層が従来方式で熱硬化されることを開示している。通常、米国特許出願第09/173,404号に記載された膜状ランプでは、展開したウレタン外被層につき約105℃で約35分の熱硬化が必要である。外被層の厚さが展開した幾つかの個々のウレタン層より成る構造体では、硬化相は35分の硬化を多数回行う必要があるため、その構造体の製造サイクル時間が有意に増加する。
【0011】
さらに、親出願である米国特許出願第09/239,508号に記載されるように、熱硬化は個々に展開した層の高さを収縮させることが判明している。従って、外被層全体の高さを得るためにはさらに多くの層を展開する必要があるが、これは硬化のための製造サイクル時間をさらに増加させる。
【0012】
親出願第60/239,508号は、膜状EL構造の外被層を従来方式で熱硬化させるのではなく紫外線硬化プロセスの使用を開示している。有利なことに、かかる紫外線方式によると、硬化サイクル時間が減少し、展開される個々の層の高さの収縮が最小限に抑えられる。
【0013】
1.PTFインキ技術の創造的な利用が広がるにつれて、親出願第60/239,508号に記載された外被層紫外線硬化プロセスをより広い用途に利用すると特に有利であることがわかるようになるであろう。例えば、親出願第60/230,508号に記載された外被層内のELシステムの層も紫外線硬化させることができれば硬化サイクル時間が減少するというさらに別の利点が他の利点と共に得られることがわかるであろう。加えて、係属中の特許出願第60/239,507号に記載されたモノリシックなウレタンEL構造を最初に紫外線硬化性ウレタンインキとして展開すればさらに別の利点が得られることがわかるであろう。このように、EL層及び外被層を含むモノリシックで膜状のEL構造全体を一体的で迅速な硬化プロセスにより硬化させることができるであろう。
【0014】
従って、ポリマー厚膜積層体に用いる汎用性の高い紫外線硬化性インキが当該技術分野において求められている。汎用性のあるかかる紫外線硬化性インキの用途は、EL構造だけに限定されないであろう。汎用性のあるかかる紫外線硬化性インキは、例えば、親出願第60/230,508号及び係属中の出願第60/230,507号に記載されたEL構造のEL層及び外被層の展開及び硬化に有利であるが、汎用性のあるかかる紫外線硬化性インキは、EL構造だけでなく非EL積層体を含む全てのPTF積層体の展開にとって有利であることがわかる。非EL積層体のグループに含まれるものとして、例えば、半透明導電層を有するPTFあるいはフレキシブル印刷回路を提供するPTF積層体が含まれる。
【発明の概要】
【0015】
本発明は、PTF層用紫外線硬化性インキを提供することにより上述の目標を達成するものである。本明細書に記載した実施例において、PTF型のEL構造は、紫外線硬化性(光開始)アクリラート/アクリラートモノマーより成るキャリアの層を含む。キャリアは、所望の層機能に従って活性成分を選択的にドーピングされている。本明細書に記載した1つの実施例では、紫外線硬化性ウレタンアクリラート/アクリラートモノマーが、展開される積層体の全てのインキのキャリアとして使用される。別の実施例では、紫外線硬化性エポキシアクリラート/アクリラートモノマーが、EL構造の電極層のような高い導電性を必要とするインキのキャリアとして使用される。エポキシアクリラート/アクリラートモノマーの遊離基は、展開された層が硬化するとその層の導電性を増加させるものと考えられる。
【0016】
米国特許出願第09/173,404号(発明の名称:METHOD FOR CONSTRUCTION OF ELASTOMERIC ELECTROLUMINESCENT LAMP)に発明の概念が記載された膜状EL構造では、紫外線硬化の利点を外被層及び/またはEL層についても得ることができる。本発明の一実施例では、全ての層は各々が紫外線硬化性ウレタンキャリアを含むインキより成るのが好ましくい。あるいは、後方電極層が紫外線硬化性エポキシキャリアを含むようにしてもよい。層状に展開して紫外線に露光すると、インキは数秒で硬化するが、層の高さは有意に収縮しない。製造サイクル時間は、従来の熱硬化プロセスと比較して有意に最適化される。
【0017】
本発明の他の実施例では、紫外線硬化層は、半透明の導電層を有するPTF積層体のような非EL積層体またはPTF型のフレキシブル印刷回路を形成するように展開することができる。
【0018】
紫外線硬化インキを使用する製造サイクル時間の最適化は、個々に展開される層の硬化サイクル時間が分のオーダーから秒のオーダーへ減少することで記録されている。かかる硬化サイクル時間の減少により製造上の固有の利点が得られるだけでなく、かかるサイクル時間の減少により、多くの用途の製造プロセスをバッチ硬化システムから連続硬化システムへ転換することが可能になる。本発明の実施例では、当該技術分野において良く知られているような紫外線硬化コンベアシステム上で硬化を行うことが可能である。これは、現在の製造方法で一般的に行われているEL構造の「バッチ」を層毎にオーブンで熱硬化させる方法とは対照的である。
【0019】
さらに、複数の層を迅速に展開して硬化できるため、EL構造の選択された層あるいは全部の層の印刷をパッド印刷、ロール印刷及びカローセル印刷のようなスクリーン印刷プロセス以外の方法により行うことができる。スクリーン印刷にかわるこれらの方法の利点は当該技術分野で良く知られている。例えば、パッド印刷は三次元の表面への印刷に適しており、カローセル及びロール印刷は連続製造プロセスに適している。これらの局面については、本発明の利点と共に明らかになるであろう。
【0020】
従って、本発明の技術的な利点は、本発明のインキの硬化サイクル時間が劇的に減少することである。
【0021】
本発明のさらに別の技術的利点は、展開される層の高さの収縮が減少することである。その結果、所望の全厚を有するPTF層を得るために必要な個別に展開される層の数が少なくなる。
【0022】
本発明のさらに技術的利点は、現行のバッジ法とは対照的に連続硬化法を製造プロセスに使用できることである。さらに、パッド印刷、カローセル印刷及びロール印刷のような従来の連続印刷法の利点がPTF層の展開に得られる。
【0023】
本発明のさらに別の技術的利点は、紫外線硬化性インキをPTF積層体に実質的に汎用的に使用できる点である。本発明のインキを使用すると、PTF型のEL構造及びPTF型の非EL構造の両方に種々の利点が得られる。
【0024】
本発明のさらに別の技術的利点は、紫外線硬化性インキによりPTF積層体に膜状及びモノリシック特性を付与できる点にある。膜状特性については、本明細書に述べる実施例は、全てがウレタンのキャリアかまたはエポキシキャリアを含む導電層を有する構造の何れかを用いることにより良好な膜状特性を有することが判明している。モノリシック特性については、本明細書に記載される実施例は隣接する層が共通のキャリアにより展開される時は必ず高いモノリシック特性を有することが判明している。
【0025】
以上において、以下の詳細な説明を理解しやすくするため本発明の特徴及び技術的利点を概略的に述べた。本発明の特許請求の範囲の主題を構成する本発明のさらに別の特徴及び利点について後述する。当業者は、本明細書に述べる発明思想及び特定の実施例を容易に利用して変形または設計することにより同一目的を達成する他の構造体を想到することができるであろう。当業者はまた、かかる等価的構成が特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱するものではないことを理解されたい。
【実施例】
【0026】
図1は、本発明に従って紫外線硬化性インキを用いて展開されたEL構造の断面図である。図2は図1の斜視図である。図1及び2の全ての層は、転写剥離フィルム102上に展開されていることがわかる。しかしながら、本明細書に述べる紫外線硬化性インキを含むPTF積層体は、転写剥離フィルム上への展開に限定されず、最終的な基体上に直接展開することも可能であることがわかるであろう。また、上述したように、本発明はEL構造を形成するような展開に限定されないこともわかるであろう。
【0027】
図1に示す実施例において、転写剥離フィルム102は、Burkhardt Freemanにより製造される部品番号1806Cのシリコン/PET型フィルムである。部材102を形成するにあたり、例えば、転写剥離紙をフィルムの代わりに用いてもよいこともわかるであろう。かかる実施例において使用可能な転写剥離紙として、Midland Paperによる市販されているAquatron転写紙がある。
【0028】
図1及び2(並びに後続の図面)に示すそれ以外の全ての層は、スクリーン印刷または当該技術分野で知られた他の印刷法により展開すると有利である。しかしながら、紫外線硬化性インキはそれらの層を展開するにあたり任意特定の印刷法に限定されないことがわかるであろう。スクリーン印刷は有用な選択肢の1つである。さらに、紫外線硬化は硬化速度がが速いため、他の印刷法を用いることができる。例えば、三次元表面への直接印刷には特にパッド印刷が利用可能である。あるいは、カローセルまたはロール印刷を、紫外線硬化性インキの硬化速度が速いため可能になる連続製造プロセスの一部として利用できる。
【0029】
図1及び2に示す実施例において、全ての層104乃至116は紫外線硬化性インキを用いて展開すると有利である。しかしながら、本発明は積層体の全ての層が紫外線硬化性インキにより展開される用途に限定されないことがわかるであろう。選択された層だけを紫外線硬化性インキを用いて展開する用途も、本発明の範囲内に含まれるであろう。
【0030】
図1及び2に示す第1の外被層104について説明する。しかしながら、第1の外被層104についての以下の説明は、図1及び2に示す第2の外被層114にも当てはまることが分かるであろう。
【0031】
第1の外被層104は、転写剥離フィルム102上に印刷される。第1の外被層104を幾つかの中間層として印刷して所望の全厚を得るようにすると有利であろう。一連の中間層として第1の外被層104を展開すると、自然光によるELランプの所望の外観を得るための特定の層の染色または他の着色が容易になる。しかしながら、本願に示すように、紫外線硬化性インキを使用すると、硬化時における展開済み層の厚さの収縮が減少する傾向がある。したがって、紫外線硬化性インキを使用すると、展開済み層の全厚をより正確に所望の値にすることができる。
【0032】
図1及び2に示す実施例において、第1の外被層104は、Nazdar 651818PSのような紫外線硬化性ウレタンアクリラート/アクリラートモノマーを含む。これは、スクリーン印刷及び他の印刷法に好適な紫外線硬化性ウレタンインキである。Nazdar 651818PSインキは、紫外線に露光されると硬化及び橋かけを開始する。このインキは、硬化すると展性及び延性が極端に大きいため、米国特許出願第09/173,404号(発明の名称:METHOD FOR CONSTRUCTION OF ELASTOMERIC ELECTROLUMINESCENT LAMP)に発明の概念が記載されている膜状EL構造を形成するための有意な特性を呈する。このインキはまた、EL構造の他のコンポーネントに対する化学的安定性を有し、さらに硬化後モノリシックな最終厚さにするために多数の層としての展開に適している。このインキはまた、実質的に無色で一般的に透明であるため、その層にさらに染色または他の着色処理をし易く(さらに後述する)、EL構造を形成するように展開すると、自然光における外観が柔らかな光の中で活性光の外観と補い合うように設計された積層体を提供する。
【0033】
しかしながら、本発明は、この製品Nazdar 651818PSによる実施に限定されないことがわかるであろう。本発明の範囲には、PTFを形成するように展開されるインキとしての使用に好適な任意の紫外線硬化性製品が含まれる。
【0034】
Nazdar 651818PSのような紫外線硬化性ウレタンアクリレート/アクリレートモノマーの層として実現する場合、図1及び2に示す第1の外被層104は、好ましくは、厚さが20乃至40ミクロンの範囲の一連の個々の層として展開される。50乃至100ミクロンの全厚は、ほとんどの用途において第1の外被層104としては一般的に受け入れ可能である。
【0035】
第1の外被層104上の個々の層は、スクリーン印刷または他の適当な技術により順次展開される。スクリーン印刷を使用する場合、83ポリエステル(単綾)スクリーン及び140ポリエステル(単綾)スクリーンが満足な結果を与えることが判明している。スクリーン印刷の代わりに利用可能な方法には、パッド印刷、カローセル印刷またはロール印刷が含まれる。
【0036】
各層は、一旦展開されると、次の層を展開する前に紫外線により硬化させる。硬化は、好ましくは従来の紫外線硬化コンベヤを用いて行うが、それにより連続製造プロセスの利用が可能になる。
【0037】
当業者は、所望の層硬化が得られる紫外線の最適露光態様を決定するために何らかの実験または調整が必要であると考えるであろう。紫外線の波長及び強度、紫外線源から硬化すべき層までの距離、硬化すべき層の厚さ及び使用する特定の紫外線硬化性ポリマーのような変数が最適露光時間の決定に影響を与えることがわかるであろう。かかる実験は、通常行われるものであり、任意の紫外線硬化コンベヤプロセスに予想されるものとして知られている。しかしながら、一例として、波長360−380nmの紫外線を3秒間照射すると、約500−600mJの強度が得られ、これは厚さ約20ミクロンのNazdar 651818PSの層を満足な結果で硬化できることが判明している。当該技術分野で「H」バルブとしてよく知られている水銀紫外線ランプに露光させると有用な結果が得られる。適当な水銀紫外線ランプとしてUVPSにより製造されるモデル番号25CC300の製造者仕様によると、約250nm乃至400nmの波長の紫外線が発生される。紫外線硬化をさらに速くするかさらに厚い層の硬化を得るために大きい振幅及びエネルギーが求められる場合は、他の紫外線源を利用することができる。かかる状況では、当該技術分野で「D」バルブとしても知られている鉄紫外線ランプにより発生される紫外線を用いると有用な結果が得られる。適当な鉄紫外線ランプとしてUVPSにより製造されるモデル番号25CC300Iの製造者仕様によると、約250nm乃至400nmの波長で紫外線を発生することができる。
【0038】
さらに、本発明は、本明細書に述べる紫外線硬化性インキを硬化させるための任意特性の紫外線源に限定されないことがわかるであろう。上述した水銀紫外線ランプ及び鉄紫外線ランプと共にそれ以外の適当な紫外線源の例として、ガリウム紫外線ランプ、イリジウム紫外線ランプ、UVレーザーが含まれる。幾つかのタイプの紫外線レーザーが市販されていることに注意されたい。それらの例として、以下のタイプ、HeCd(325nm)、窒素(337.1nm)、XeF及びアルゴンイオン(351nm)、(325nm)、Nd−YAG第3調波(355nm)、アルゴンイオン(364nm)、アレキサンドライト第2調波(360−430nm同調可能)及びチタン第2調波(360−460nm同調可能)が含まれる。
【0039】
図1及び2を再び参照して、第1の外被層104は、境界105にEL装置の層106−112の端縁部が存在しないように転写剥離フィルム102の上に印刷されることが分かる。これは、第2の外被層114がEL装置を完全に封止し橋かけするように結合できる領域を提供できるようにするためである。
【0040】
図1及び2に示す実施では、次に、EL装置を第1の外被層104の上に印刷する。図1及び2からわかるように、ELランプは「下向き」に構成される。しかしながら、これは本発明を限定するものでなく、「上向き」に構成することも容易であろう。
【0041】
図1及び2に示す本発明の実施例において、EL層106−112は、紫外線硬化PTF層を次々に展開することにより形成されるELシステムより成る。1つの実施例において、EL層106−112はそれぞれウレタンキャリアコンパウンドを含むため、全体的にモノリシックな膜状構造が得られる可能性が最適化される。別の実施例において、後方電極層112は導電特性が改善されたエポキシキャリアコンパウンドを含む。この別の実施例は、全部がウレタンの実施例に匹敵する膜状特性を備えることが判明している。
【0042】
全てがウレタンの実施例において、EL層106−112は、第1及び第2の外被層104、114との組み合わせにより膜状でモノリシックの特性を有するEL構造を提供する。さらに図1及び2に示す実施例では、EL層106−112を形成するために展開されるインキの一部、好ましくは全部が、EL構造全体に上述した紫外線硬化の利点を付与するように紫外線硬化性であると有利である。
【0043】
かかる膜状でモノリシックなウレタンEL構造体において、半透明電極層106、発光層108、誘電体層110及び後方電極層112を構成する層のうちの1またはそれ以上、好ましくは全ての層を、最初に活性成分(以下、「ドーパント」と呼ぶ)が紫外線硬化性ウレタンキャリアに浮遊するものとして展開される。本明細書に記載の実施例は全ての層が浮遊状態にある紫外線硬化性ウレタンキャリアを使用しているが、別の実施例として全べての層が浮遊状態にあるわけではないものもある。
【0044】
かくして、図1また図2に示す全てがウレタンの実施例では、EL層106、108、110、112が硬化すると、隣接するウレタン層がそれら自体とだけでなく周囲の外被層104、114と橋かけするため、ウレタンの最終的な積層体に大きなモノリシック性が得られることがわかるであろう。ウレタンの最終的なモノリシック積層体は、膜状特性とそれに付随する高いフレキシビリティを備えることがわかるであろう。
【0045】
再び図1及び2を参照して、半透明電極層106は最初に第1の外被層104の上に展開される。半透明電極層106は、粒状の適当な半透明導電体をドーピングした紫外線硬化性ウレタンアクリラート/アクリラートモノマーキャリアより成る。図1及び2に示す実施例において、このドーパントは例えば、Acroniumから部品番号ITO 6699で市販されている粉末状のインジウム−スズ−酸化物(ITO)である。このキャリアは、Allied Photo Chemicalから部品番号EXGH−AADJで市販されている。
【0046】
半透明電極層106は、展開するにあたり、通常は、196ポリエステル単綾スクリーンを用いてスクリーン印刷することができる。しかしながら、上述したように、パッド印刷、カローセル印刷またはロール印刷のような他のタイプの印刷法も利用可能である。図1及び2を参照して説明する実施例において、半透明電極層106は15ミクロンを超えない厚さにすると有利である。第1の外被層104について上述したように、紫外線硬化が可能である。3秒間300mjの紫外線を照射すると、上述したような半透明電極層106を十分に硬化させられると思われる。
【0047】
半透明電極層106の設計は、幾つかの変数について行う必要がある。半透明電極層106の性能は、使用するITOの濃度だけでなくITOドーパント中のスズに対する酸化インジウム酸化物の比率に影響されることがわかるであろう。半透明電極層106に使用するITOの正確な濃度を決定するにあたり、エレクトロルミネッセンスランプのサイズ及び利用可能な電力のようなファクターを考慮しなければならない。混合物中のITOが多ければ多いほど半透明電極層106の導電性が高くなる。しかしながら、これには半透明電極層106の半透明性が低くなるという犠牲が伴う。電極の半透明性が低くなると、十分なエレクトロルミネッセンス光を発生するために必要な電力が大きくなる。一方、半透明電極層106の導電性が高くなればなるほどEL装置106−112全体の抵抗が低くなり、エレクトロルミネッセンス光の発生に必要な電力が少なくなる。従って、設計仕様を満足する性能を発揮させるためには、ITO中のスズに対するインジウム酸化物の比率、浮遊液中のITOの濃度及び層の全厚をすべて注意深くバランスさせなければならないことが容易にわかるであろう。半透明電極層106の設計の選択を支援するためだけの例として、上述した半透明電極層106の実施例は約30%の光出力損失を発生させ、上述したAcronium/Allied Photoのインキ配合物を重量比でITO7−8部、キャリア10部の比率で使用すると対応する抵抗が3キロオームを超えない値になることに注意されたい。
【0048】
図1及び2を再び参照すると、該図に示す前方バスバー107は、半透明電極層106と電源(図示せず)とを電気的に接触させるために半透明電極層106上に展開されることがわかる。図1及び2に示す実施例において、前方バスバー107は、半透明電極106を第1の外被層104上に展開した後に半透明電極層106と接触する関係に配設する。しかしながら、半透明電極106を展開させる前に前方バスバー107を半透明電極層106の上に展開してもよいことが分かるであろう。
【0049】
前方バスバー107は、後方バスバー112について後述すると同じインキ及ぶ方法を用いることにより紫外線硬化PTF層として展開するのが好ましい。あるいは、前方バスバー107を、例えば、銀または銅より成る薄い金属バーとして展開してもよい。前方バスバー107が薄い金属バーであれば、硬化前に前方バスバー107を半透明電極層106に適用して前方バスバー107がモノリシック構造の一部となるようにし、前方バスバー107と半透明電極層106との間の電気的接触が最適化されるようにすることが好ましいが、これは必要条件ではない。
【0050】
その後、発光層108を半透明電極層106及び前方バスバー107の上に印刷する。発光層108は、エレクトロルミネッセンス等級のカプセル化したリンをドーピングした紫外線硬化性ウレタンキャリアより成る。実験により、重量比で55%のリンと、45%のキャリアとを含む浮遊液を約38乃至45ミクロンの厚さに適用すると、有用な発光層108が得られることがわかっている。図1及び2に示す実施例において、キャリアは再び、第1の外被層104に関連して上述したNazdar 651818PS紫外線硬化性ウレタンインキであるのが好ましい。リンは、Osram Sylvaniaの製品ANE430であるのが好ましい。さらに、Nazdar 65354PS製品をウレタンインキに加えるとオプションとしての利点も得られる。Nazdar 65354PSは、粘性が非常に低い紫外線硬化性ウレタンアクリラート/アクリラートモノマーである。Nazdar 65354PSをNazdar 651818PSに添加すると、結合製品の粘性が減少し、それにより得られるキャリア混合物がより多くの粉末を受容できるようになることが判明している。Nazdar 65354PS(使用する場合)をNazdar 651818PSと、重量比で65354PS約1部に対し651818PS約10部の好ましい比率で混合する。リンはキャリアと、約10−15分間、重量比でANE430約3部とNazdar 651818PS約2部の好ましい比率で混合すると有利である。混合方法としては、個々のリン粒子への損傷を最小限に抑える方法によるのが好ましい。
【0051】
発光の色は発光層108に用いるリンの色に左右され、さらに染料を用いて変化できることがわかるであろう。所望の色の染料をリンを添加する前にキャリアに混合すると有利である。例えば、発光層108のキャリアにローダミンを添加すると、白色光が発生する。着色混合物の量は所望される効果により異なる。
【0052】
実験によると、チタン酸バリウムのような適当な混合物が発光層108の性能を向上させることがわかっている。チタン酸バリウムのような混合物は、発光層108中で浮遊状態のエレクトロルミネッセンス等級リンより粒子構造が小さい。その結果、混合物は浮遊液のコンシステンシーを一つにして、発光層108がより均一におさまるようにすると共に浮遊液中のリンをより均等に分布させるのに役立つ。混合物の小さい粒子は、発光性リンの粒状の外観を改善する光拡散手段として作用する傾向がある。最後に、実験によると、チタン酸バリウム混合物が実際、光子放出速度を刺激することにより分子レベルにおけるリンの発光を増加させることがわかる。
【0053】
好ましい実施例に用いるチタン酸バリウム混合物は、以下に延べるように、誘電体層110に用いるチタン酸バリウムと同じである。後述するように、このチタン酸バリウムは、ブラジルのCertronic社から粉末として手に入れることができる。好ましい実施例において、チタン酸バリウム(使用する場合)をキャリアと、Nazdar 65354PS(使用する場合)をNazdar 651818PSに混合した後、しかしながらリンを添加する前に、予め混合する。チタン酸バリウムは、重量比でチタン酸バリウム1部に対してNazdar 651818PS10部の比率で添加するのが好ましい。
【0054】
上述の成分を用いて発光層108を展開する場合、その結果得られるインキは、280ポリエステル単綾スクリーンを用いると38ミクロンの層に容易に印刷できることが判明している。あるいは、230ポリエステル単綾スクリーンを用いると密度の高い45ミクロンの層が得られる。その後、展開した層を、約3秒間300mjの紫外線を照射して硬化させればよい。
【0055】
上述した発光層108の実施例では、「ウェットオンウェット」式に印刷する、換言すれば、第1の層を印刷した直後にその印刷を繰り返すのが有利であることに注意されたい。この方法を用いると、リンの大きな粒子が突き固められてインキのリン密度がさらに増加することが判明している。
【0056】
図1及び2を再び参照して、誘電体層110は発光層108上に展開される。誘電体層110は、粒状の誘電体をドーピングした紫外線硬化性キャリアを含むインキより成る。好ましい実施例において、このキャリアは再び紫外線硬化性ウレタン製品Nazdar 651818PSであり、発光層108に関連して説明したように、オプションとして、低粘度の紫外線硬化性ウレタン製品Nazdar 65354PSと混合されている。Nazdar 65354PSを誘電体層110に用いる場合(推奨される)、重量比で651818PS約4部と65354PS約1部の比率で混合する必要がある。誘電体層110のドーパントはチタン酸バリウム粉末であり、ブラジルのCertronicかまたはTam Ceramicから手に入れることが出来る。一体的なキャリアが推奨通りNazdar 65354PSを重量比で20%含む場合、チタン酸バリウムをキャリアに、重量比でチタン酸バリウム約5部、651818PS約3部の比率で添加すればよい。
【0057】
使用可能な混合法として、最初に粉末をゆっくりとキャリアに混合する。その後、インキを「3ロールミル」に別個に通して粉砕することにより、非常に一様な、塊のない混合物が得られるようにする。この方法によると、硬化した後のインキ層の容量特性が増加する。容量特性が増加するとランプの輝度が高くなる。
【0058】
誘電体層110についての上述した「調理法」に従うと、固体の含有量が高いため誘電体層110を単一の層として展開できることが判明している。このようにして展開された層は、固体の含有量が高いためピンホールを形成しない傾向があることがわかっている。誘電体層110を、305単綾スクリーンにより約18ミクロンの厚さに展開すると有利である。再び、この層を展開した後、約3秒間約300mjの紫外線を照射して硬化させる。
【0059】
さらに、誘電体層110のドーピング剤は、他の誘電材料から独自に、または混合物として選択できることがわかるであろう。かかる他の材料には、二酸化チタン、またはマイラー、テフロンもしくはポリスチレンの誘導体が含まれる。
【0060】
もう一度、図1及び2を参照して、後方電極層112が誘電体層110上に展開されることが分かる。全てがウレタンの実施例では、この後方電極層112は、銀のような導電性成分をドーピングした紫外線硬化性ウレタンキャリアを含むインキより成る。銀をドーピングした紫外線硬化性ウレタンアクリラート/アクリラートモノマーより成る適当なインキは、Allied Chemicalの製品EXGH-AADSとして市販されている。
【0061】
別の実施例において、後方電極層112は、銀のような導電性材料をドーピングした紫外線硬化性エポキシキャリアコンパウンドより成る。銀をドーピングした紫外線硬化性エポキシアクリラート/アクリラートモノマーより成る適当なインキは、Allied Photo Chemicalの製品UVAG 0022として市販されている。しかしながら、後方電極層112のドーパントは金、亜鉛、アルミニウム、グラファイト及び銅またはその組み合わせを含む(それらに限定されない)任意の導電性材料でよいことを理解されたい。エポキシキャリアコンパウンドは高い導電性を与えることが判明している。エポキシキャリアコンパウンドの遊離基は、導電性ドーパントにより提供される導電性を増加すると思われる。
【0062】
ウレタンまたはエポキシキャリアの何れかを用いる実施例について、層厚を約8乃至12ミクロンにすると有用な結果が得られるが、厚さ及び導電性をさらに増加したい場合には展開する層の数をさらに増やせばよいことが研究により判明している。
【0063】
後方電極層112は、標準のスクリーン印刷により8乃至12ミクロンの厚さに展開すればよい。一例として、305ポリエステル単綾スクリーンを用いると、上述したUVAG 0022製品の8ミクロンの層を成功裏に展開できることが判明している。展開後、3秒未満の時間、800mjの紫外線を照射した結果、最適な硬化が得られたことが判明している。上述した好ましい実施例の後方電極層112は時間と共に「後硬化」する傾向があり、その間にその層の粒子の接着が増加することが判明している。その結果、層の抵抗が減少し、層の機械的強度が「後硬化」の進行に従って増加する。
【0064】
図1及び2を再び参照して、その後、第2の外被層114が後方電極層112上に展開される。オプションではあるが、この第2の外被層114で封止する前に、用心のために、最初にEL106−112の性能をテストすればよい。
【0065】
図1及び2から、ELシステムの層106−112を展開すると、境界部分105が何もない状態になることがわかる。これにより、境界部分105の周りで第2の外被層114が第1の外被層104に接合するように展開することが可能と成るため、(1)ELシステムを外被層内に電気的に隔離されるように封止し、(2)第2の外被層114をELシステムの硬化済みウレタン層106−112の端部と橋かけし、(3)積層体全体を実質的に湿気を通さないものにするのが可能となる。上述したように、また本発明に従って、第2の外被層114を第1の外被層104と同一の材料で、また同じ態様で形成するのが好ましい。さらに、また上述したように、第2の外被層114を一連の中間層として展開すると所望の厚さを得ることが可能となる。
【0066】
図1及び2に示す最後(頂部)の層は、オプションとしての接着剤層116である。上述したように、本発明の1つの用途は基体へ固着化可能な転写シートとしての用途である。この場合、転写シートは熱接着剤により固着できるが、接触接着剤のような他の固着手段を使用してもよい。熱接着剤は、組立体の他の層と同じ製造プロセスにより印刷できるという利点があり、転写シートは簡単な熱プレス法により基体に後で接着することができる状態で貯蔵してもよい。この場合、図1及び2に示すように、接着剤層116は第2の外被層114の上に印刷する。
【0067】
もちろん、EL構造が別の製品の自蔵コンポーネントかまたは最終の基体上に直接展開されている本発明の他の用途があるが、かかる用途では、オプションとしての接着剤層116は不要であるかまたは望ましい場合がある。
【0068】
図1及び2に示すさらに別の特徴として、一対の後方接点窓118A、118Bがある。EL装置106−112を作動させる電力を供給するために、この後方接点窓118Aは接着剤層116及び第2の外被層114を介して後方電極層112に到達しなければならないことが明らかである。同様に、接着剤層116、第2の外被層114、後方電極層112、誘電体層110及び発光層108を介して前方バスバー107に到達するさらに別の窓が必要である。この別の窓は図示を簡略にするため図1には示さないが、図2において前方バスバー107へ到達するために全ての層を貫通してそのバスバーへの給電を可能にするための窓118Bとして示されている。
【0069】
図3は、完成後であって転写剥離フィルム102から剥ぎ取る準備ができた状態における上述した組立体を示す。膜状ELランプ300(図1及び2に示す層及びコンポーネント104−116より成る)は、基体に固着するための準備段階として転写剥離フィルム102から引き剥がされる段階にある。後方及び前方接点窓118A、118Bも示してある。
【0070】
図示はしないが、本発明は、多数の同一デザインのランプを必要とする状況では従来のELランプ製造プロセスに比べて製造コストをさらに軽減できることがわかる。スクリーン印刷技術により、多数のELランプ300を転写剥離フィルム102の1枚のシートの上に同時に構成することができる。これらのランプ300の位置を1枚の転写フィルム102の上に見当合わせした後、適当な大型パンチにより同時にあるいは連続してパンチングする。その後、個々のランプ300を貯蔵して後で使用するようにすればよい。多数のランプ300を転写剥離フィルムの単一または連続シート102上に印刷するこの利点により、当該技術分野で知られている紫外線硬化コンベヤシステムを用いて紫外線硬化性インキを迅速に硬化させる利点がさらに強調される。
【0071】
上述したように、本発明によると、自然光でのELランプ300の前方の外観を、第1の外被層104の選択した中間層の上に染色または他の技術を用いることにより設計及び調製することができる。かかる技術に従って、図3は、ELランプ300を引き剥がす際にロゴ301の第1の部分が明らかになる状態を示している。ロゴ301の好ましい調製方法の特徴は、以下に詳述する。
【0072】
しかしながら、最初に、ELランプに電力を供給する2つの好ましい代替手段についてさらに述べる。図4を参照して、ELランプ300は後方及び前方接点窓118A、118Bを見えるようにするため右側が上方にめくれ、反対方向に巻いた形になっている。電力は、例えば、当該技術分野で知られるように、銀をポリエステル上に印刷した印刷回路であるフレキシブルバス401により遠隔の電源から供給する。あるいは、フレキシブルバス401をポリウレタンの薄い条片上に印刷した導体(銀のような)で構成してもよい。フレキシブルバス401はコネクター402で終端するが、そのサイズ及び形状は後方及び前方接点窓118A及び118Bと係合するように予め決定されている。コネクター402は、各々が後方及び前方接点窓118A及び118Bに嵌合する2つの接点403より成り、接点403は、機械的圧力を加えると、ELランプ300内のEL装置へ必要な電力を供給する。
【0073】
好ましい実施例において、接点403は、フレキシブルバス401の端部を後方及び前方接点窓118A及び118B内の電気接点に接続するための導電性シリコーンゴム接点パッドより成る。この構成は、ELランプ300を熱接着剤により基体に固着する場合、特に有用である。転写シートを基体に固着するために熱プレスを用いると、シリコーンゴムの接点パッドと接点窓118A、118B内の接点403上の接点表面との間の電気的接触を増加させる機械的圧力が発生する。接点表面の間にシリコン接着剤を適用すると、電気的接触がさらに増加する。シリコーンゴムの接点パッドはChromericsにより製造され、その製造業者により「導電性シリコーンゴム」と呼ばれている。有用なシリコーン接着剤はChromerics 130である。
【0074】
シリコーンゴム接点パッドを用いる特別な利点は、パッドがELランプ300とコネクター402との間の相対的せん断変位を吸収する傾向があることである。例えば、エポキシで接着した機械的接続部と比較されたい。転写シート300とコネクター402との間の接着は本質的に非常に強力であるが、その接着が剛性的で柔軟性がないと、転写シート300とコネクター402との間の相対的なせん断変位が2つのコンポーネントのうちの一方または両方へ直接伝達される。その結果、エポキシで接着した界面(エポキシとランプ300の間またはエポキシとコネクター400との間)の一方または他方が剥離する可能性がある。
【0075】
しかしながら、これとは対照的に、シリコーンゴム接点パッドは、その可撓性によりシリコーンゴムの界面のかかる相対的せん断変位を吸収し、その際パッドも電気機械的接合部も劣化しない。かくして、電気的接点が破壊的なせん断応力を受けることによりELランプ300への給電が早い時期に断たれる可能性が最小限に抑えられる。
【0076】
図5は、ELランプに電力を供給する別の好ましい手段を示す。この場合、前方バスバー107及び後方電極層112を展開させる時(図1を参照して上述した)、ELランプ300の境界を越えて、また後続の印刷バス501上に延長部を展開させる。後続の印刷バス501のための適当な基体は、例えば、第1または第2の外被層104、114から延びるポリウレタンの「尾部」である。さらに、所望であれば、後続の印刷バス501の導体を第1及び第2の外被層104、114の両方から後に続く延長部内に封止すればよいことがわかる。その後、後続の印刷バス501によりランプ300から離れた所で電源に接続できる。
【0077】
好ましい実施例の電源は非常に薄いバッテリー/インバーター印刷回路を使用することに注意されたい。例えば、シリコンチップを用いるインバーターは、非常に薄く小型である。このため、電源のこれらのコンポーネントは、本発明のELランプを使用する製品中に容易且つ安全に、また目障りにならないように隠すことができる。例えば、衣料では、これらの電源コンポーネントを特別のポケットに効果的に隠すことが可能である。ポケットは安全のために密封してもよい。当該技術で標準の6ボルトリチウム電池のような電源は、バッテリーを衣料と共に折曲げることができるような展性及び延性を有する。さらに、図4に示すようなフレキシブルバス401または図5に示すような後続の印刷バス501は、完全な電気的隔離のための封止が容易であり、製品の構造内に便宜的に隠すことができる。
【0078】
印刷技術については、本発明は、自然光での外観とエレクトロルミネッセンスによる外観とが相補的になるように設計されたELランプ(膜状ELランプを含む)を製造するELランプ印刷技術を改良するものである。かかる相補的方式は、ELランプの自然光での外観がエレクトロルミネッセンスによる外観と実質的に同じように見えるように設計することにより、ELランプが、点灯中か点灯中でないかに拘らず、少なくとも画像及び色相の点で同じように見えるようにする。あるいは、ランプを一定の画像を表示するように設計するが、その一部が点灯中と点灯中でない時とで色相を変化させるようにすることができる。あるいは、ELランプの外観を点灯すると変化するように設計してもよい。
【0079】
これらの効果を実現するために組合せて使用できる印刷技術には、(1)発光層108に用いるリンのタイプ(とりわけ発光色)を変化させ、(2)発光層108の上に展開された層を着色する染料を選択し、(3)ドットサイジング印刷法により点灯時及び非点灯時のELランプの見かけ上の色相を徐々に変化させることが含まれる。
【0080】
図6は、これらの方法を説明するための図である。これらの方法は、紫外線硬化性インキを展開するための本明細書で提案される代替的印刷プロセスの全てに一般的に利用可能であることがわかる。かかる代替的印刷プロセスには、スクリーン印刷、パッド印刷、カローセル印刷及びロール印刷が含まれる。これら代替的印刷法の全ては当該技術分野において周知である。
【0081】
図6を参照して、ELランプの切欠き部分601は発光層108を示している。切欠き部分601には3つの別個のエレクトロルミネッセンス領域602B、602W、602Gがあるが、各領域は異なる色の光(それぞれ青、白及び緑)を発するリンを含むエレクトロルミネッセンス材料を用いて印刷されている。上述したように、当該技術において知られたスクリーン印刷法によると、3つの別個の領域602B、602W、602Gを展開できることがわかる。このようにして、種々の色の光を発する種々の領域を展開し、必要に応じて、発光しない領域(即ち、エレクトロルミネッセンス材料が展開されていない領域)と組合せることにより、発光層108が作動されると表示される任意のデザイン、ロゴまたは情報を表すようにすることができる。
【0082】
その後、作動時における発光層108の外観を、ELランプの発光層108と前面との間の層を選択的に着色(染色が有利である)することにより、さらに変化させることができる。かかる選択的着色は、発光層108の上方の選択領域だけの着色層を印刷することによりさらに制御することが可能である。
【0083】
図6を再び参照して、ELランプ300は第1の外被層104が発光層108に亘って配設されているが、図1及び2を参照して説明したように、第1の外被層104は、複数の中間層をその上に形成することにより所望の厚さに展開することができる。これらの層のうち1またはそれ以上の層が、所定の色に染色され展開された層を含むようにして、その色が作動時における下方からの活性光による外観を相補うようにすることができる。予め着色したNazdarの紫外線硬化性ウレタン製品は、3500及び3900シリーズとして市販されている。その結果、ELランプの点灯または非点灯状態を交番させると全体的に所望の効果が得られる。
【0084】
例えば、図6において、領域603Bが青に着色され、領域603Xが着色されず、領域603Rが赤に着色され、領域603Pが紫に着色されていると仮定する。ELランプ300の自然光での外観は、実質的に、赤と紫のストライプのデザイン605が青の境界606に接したものであろう。赤の領域603Rと紫の領域603Pとはその下の領域602Wの白の色相を変化させ、無着色領域603Xはその下の領域602Bのベイジュの色相を変化させず、また青の領域603Bはその下の領域602Gの軽い緑/ベイジュの色相を変化させて、わずかに暗い青の外観を与える。さらに領域603Bを青色に選択すると、その下の領域602Gの緑と結合されて自然光での外観は実質的に同じ青になることがわかるであろう。
【0085】
しかしながら、ELランプ300を作動すると、領域603R、603P、603Xは依然としてそれぞれ赤、紫、青であり、一方、領域603Bは下からの強い緑のリンの光が領域603Bの青により変化するため青緑色になる。従って、画像の一部は膜状ELランプ300が点灯状態か非点灯状態かに拘らず事実上同じであるが、画像の別の部分は作動時に外観が変化するように設計された例示的な効果が生じる。
【0086】
従って、リンによる種々の着色領域をその上の種々の着色領域と組合せて印刷することにより、ランプ点灯時の外観と非点灯時の外観とを相関させるデザインの無限の可能性が生じることがわかるであろう。かかる点灯時/非点灯時における外観の設計の融通性及び範囲は、種々の着色領域を精密に印刷するかまたはモノリシックな厚さ構造内の中間層として印刷するのが困難な従来のEL製造方法では得られないことが分かるであろう。
【0087】
さらに、上述した着色方法では、例えば、ペイントまたは他の着色層の使用とは対照的に、蛍光着色染料を着色すべき材料に配合すると有利であることを強調したい。かかる染色技術を使用すると、反射する自然光及び作動時のEL光において視覚的に等価の色相を容易に得ることができる。色の混合は、「試行錯誤」によるか、例えば、ペイントカラーの混合に関して当該技術において従来から知られているコンピューターによる色の混合を行うことにより可能になる。
【0088】
さらに図6を参照して、該図は、領域603Bと603Xとの間の移行領域620を示している。移行領域620は、領域603Bの暗い青の色相(ELランプ300の作動時)が徐々に領域603Xの明るい青の色相に変化する領域を表すように意図されている。
【0089】
印刷業界では、「ドット印刷」は標準の技術である。さらに、「ドット印刷」技術はスクリーン印刷により容易に実現できることがわかる。「ドット印刷」により隣接する2つの印刷領域の境界を「融合」させて見かけ上の移行領域を形成する。これは、各隣接領域から移行領域へドットを延ばし、移行領域内へ延びるに従ってドットのサイズを減少させ、間隔を増加させることにより行う。このようにして、移行領域におけるドットパターンをオーバーラップまたは重畳させると、1つの隣接領域から次の隣接領域への移行領域において効果が徐々に変化する。
【0090】
この効果は、本発明により容易に実現可能であることがわかるであろう。図6を再び参照して、領域603Bに特定の色相を与える染色層を展開させ、ドットが移行領域620内へ延びるにつれてドットのサイズが減少し間隔が増加するようにしてもよい。領域603Xにおいて特定の色相を与える染色層をその上に展開させ、ドットが移行領域620内へ相互に延びるように印刷してもよい。自然光及び作動時の光の両方での正味の効果は、移行領域620が1つの色相から次の色相へ徐々に変化する。
【0091】
特に図1及び2を参照して、上記実施例を、転写剥離フィルム102上に形成されたEL構造の例示的なPTF積層体として説明したことがわかるであろう。しかしながら、本明細書に述べた紫外線硬化性インキは、転写剥離フィルム上への展開に限定されず、最終のまたは目標となる基体上に直接展開してもよいことがわかるであろう。図7は、クロス、皮、織物のような多孔性及び/または繊維質の基体700または多孔性または繊維質の他の任意の表面上に展開したものを示す。図7の場合、本発明の実施例を説明する目的で、前の図と同様にELランプ750を例示的に使用することがわかるであろう。しかしながら、図1及び2とは対照的に、図7のELランプ750は、作動されると基体700のバックグラウンドへ向けて発光するように「下向き」でなく「上向き」に最適態様で形成されている。
【0092】
図7を参照して、ベースとなる外被層701は、図1及び2の第1の外被層104に関連して上述した態様で基体700上に直接展開されている。図7の実施例では、ベースとなる外被層701は、上述したNazdar 651818PS製品のような紫外線硬化性ウレタンインキより成る。ベースとなる外被層701は、展開後紫外線硬化させると有利である。
【0093】
多孔性または繊維質の基体700と一体化してそれに適当に固定される層の最終厚さを得るためには、ベースとなる外被層701にさらに別の中間層を展開させる必要があり、さらに別の層を展開させるための電気的に安全で非多孔性且つ非繊維質の表面が提供されることがわかるであろう。当業者は、特に多孔性または繊維質が多種多様である場合に基体700の材料に適応するベースとなる外被層701のインキ粘性及び全厚を選択するために何らかの実験が必要であると考えるであろう。一例として、固定を適当に行い、電気的安全性を確保し、孔部及び繊維を隔離するためにはNazdar 651818PSを20−50ミクロンの全厚に展開する必要があることが判明している。
【0094】
特に繊維質の基体700を扱う場合には、繊維が基体となる外被層701を貫通しないように注意を払う必要があることを想起されたい。ベースとなる外被層701の上に層を堆積させる際に、ベースとなる外被層701を繊維が貫通するとそれらの上層の性能が劣化する傾向があることがわかるであろう。
【0095】
さらに図7を参照すると、ELランプ750は図1及び2を参照して上述した紫外線硬化性インキを用いてPTF層を次々に展開することにより形成される。後方電極層702は、図1及び2の後方電極層112に関連して上述した態様でベースとなる外被層702の上に展開される。その後、誘電体層703が、図1及び2の誘電体層110に関連して上述した態様で後方電極層702の上に展開される。その後、発光層704が、図1及び2の発光層108に関連して上述した態様で誘電体層703の上に展開される(もっとも別の実施例では、バスバー705を半透明電極層706の上に展開してもよい)。次いで、バスバー705が、図1及び2の前方バスバー107に関連して上述した態様で発光層704の上に展開される。その後、半透明電極層706が、図1及び2の半透明電極層106に関連して上述した態様で発光層704の上に且つバスバー705を覆うように展開される。次いで、上部外被層707が、図1及び2の第2の外被層114に関連して上述した態様で半透明電極層706の上に展開される。図7から、図1及び2の部材105と同様に、境界部分708がベースとなる外被層701の上に残されるため、上部外被層707がベースとなる外被層701及び中間層702−706の端部と接触し、橋かけして、封止できることがわかる。このように、図7のELランプ750は、多孔性で且つ/または繊維質の基体700と直接一体化され固定されたEL構造である。ELランプ750の層は、好ましくはその全部が、製造の利点を最適化し且つ上述したように他の関連の利点を得ることができるように紫外線硬化されているのが好ましい。
【0096】
図8乃至14は、本明細書に述べる紫外線硬化性インキのさらに別の実施例を示す。この実施例において、インキはフレキシブル印刷回路を実現するPTF積層体として展開させると有利である。図8から、回路800は層801を積み重ねたものであることがわかる。これらの層801は、中間の絶縁部分803の間に一般的に展開される導電性通路802より成る。絶縁部分803は、導電性通路802を良く電気的に隔離するのが好ましいことがわかるであろう。しかしながら、以下に詳述するように、ある特定の設計では、電気的隔離作用が完全とは言えない層またはその一部を絶縁部分803の代わりに使用して、例えば、導電性通路802間に抵抗性、誘電性、誘導性または半導電性通路を形成すると有利であることも容易に理解されるであろう。
【0097】
回路800は、本明細書に述べる方法及び紫外線硬化性インキを用いて展開すると有利である。このようにすると、回路800を膜状及びモノリシック構造として構成することが可能となり、それにより上述した付随する利点が得られる。一般的に、上述したインキを用いて、層801を次々に展開させて紫外線硬化させることにより、上述の紫外線硬化法の利点を全て得ることができるEL及び非EL積層体を構成できることがわかるであろう。事実、図8乃至14を、上述した紫外線硬化性インキを含む好ましい実施例に関連して説明する。しかしながら、上述したフレキシブル回路は紫外線硬化性インキを用いる展開に決して限定されないことがわかるであろう。当業者は、図8乃至14の回路800を、本願の出願人が所有する米国特許第5,856,029号及び5,856,030号に記載されたものを含む従来のインキ、印刷法及び硬化法を用いて構成できることがわかるであろう。
【0098】
図8乃至14の回路800の個々の層801は、それが隔離されるか、接続されるか、完全に導電性かもしくは半導電性か、容量性か誘導性かなどとは無関係に、電気的通路の所望のレイアウトを実現するように個々に展開できることがわかるであろう。インキ及びインキが各層801に展開されるパターンを選択することにより、その層により形成される電気的通路の性質及び「地理」が決定されるであろう。さらに、層801は互いにその上に展開されるため、層間の電気的通路が互いに電気的に接続または相互作用するようにして、全体として回路800の三次元性質及び「地理」を形成するように設計することが可能である。さらに、図9及び10に示すように、層801の一部を、その層を設計するにあたりオープンな(展開させない)状態のままに設計できる。かかるオープンな部分を有する層801を次々に展開させると、積層体に、回路800にさらに別の機能を与えるための表面実装コンポーネント(SMC)を接続する開口が形成される。SMCには、例えば、抵抗、インダクタ、キャパシタ、変圧器、半導体または集積回路が含まれる。全体として、回路800は印刷コンポーネント及びSMCを接続する電気的通路が三次元的に「埋め込まれた」ものになる。
【0099】
回路800の上述した可能性については、図8乃至14を参照してさらに詳述する。図8だは、層801はその上に導電性通路802を展開させる第1の絶縁層803を含むことがわかる。第1の絶縁体803の目的は、導電性通路802を外部環境から封止し絶縁することがわかるであろう。また、導電性通路802の一部を露出させたい場合、第1の絶縁層803の選択された部分を展開させないでおくか、またはマスキングすることにより、導電性通路802を露出させる必要があることがわかるであろう。
【0100】
紫外線硬化性インキを用いる実施例では、第1の絶縁層803は、図1及び2に示す第1及び第2の紫外線硬化外被層104、114に関連して上述したようにNazdar 651818PSのような紫外線硬化性ウレタンアクリラート/アクリラートモノマーを用いて展開させてもよい。その後、導電性通路802を、銀または他の導体をドーピングした紫外線硬化性インキを用いて第1の絶縁層803の上に展開させる。例えば、Allied Photo Chemicalsの製品UVAG 2202を用いて導電性通路802を展開させてもよい。このインキは、図1及び2に示す後方電極層112に関連して詳述したものである。
【0101】
図8にはただ1つまたは2つの導電性通路802を示すが、層801のサイズの限界内で任意の数の導電性通路802を所定の設計に従って展開させることが可能なことがわかるであろう。また、図8から、所望であれば、SMC接点パッド804を導電性通路802内に所定の位置に印刷できることがわかるであろう。SMC接点パッド804の目的は、最終的にSMC(図8には図示せず)を後の段階で導電性通路802と接触させることであることがわかるであろう。
【0102】
図9を参照して、第2の絶縁層805は、第1の絶縁層803、導電性通路802及びSMC接点パッド804の上に展開されていることがわかるであろう。再び、紫外線硬化性インキを用いる実施例において、第2の絶縁層805は上述のNazdar 651818PSのような紫外線硬化性インキを用いて展開される。第2の絶縁層805には開口806が展開されない状態で残されるため、その下の第1の絶縁層803上の接点パッド804が露出することがわかるであろう。上述したように、これは、最終的に、SMC(図9に図示せず)が第2の絶縁層805を貫通して接点パッド804により第1の絶縁層803上の導電性通路802と接触できるようにするためである。
【0103】
図示を明瞭にするために、図9には、第2の絶縁層805の上に導電性通路が展開されるものと図示されていない。しかしながら、実際には、空間と設計の限界が許容すれば、第2の絶縁層805の上に多数の導電性通路を展開できることがわかるであろう。再び、紫外線硬化性の実施例では、Allied Photo Chemicals製品UVAG 0022のような銀または他の導体をドーピングした紫外線硬化性インキを用いることができる。さらに、所望であれば、設計に従って、第2の絶縁層805の上に展開されるかかる導電性通路を第1の絶縁層803の上の導電性通路802に所定の予め設計した接続点で接続できることがわかるであろう。かかる接続点は、導電性通路のインキを第2の絶縁層805の開口を覆うように展開させて第1の絶縁層803の上に展開される導電性通路802と導電接触できるようにすると実現されることがわかるであろう。
【0104】
図10を参照すると、SMC807が開口806内に展開中であることがわかる。図10のアプリケーターAは暫定的なものであり、SMC807の開口806への展開を支援するために使用されることがわかるであろう。このアプリケーターAは、SMC807を開口806内に展開させた後に除去されるように意図されている。SMC807は、第1の絶縁層803の上の露出した接点パッド804と最終的に導電接触するための接点808を提供する。図10に示すように、導電性接着剤Cを用いて接点808と接点パッド804との間の接触を改善することができる。導電性接着剤Cはまた、開口806内へ展開されるSMC807の堅牢性を増加させる。
【0105】
図11はさらに、図10に示す実施例の変形例を示すものである。図11の実施例において、SMC807Aは4層801A−801Dの一番上の層801Dの上に展開されていることがわかる。図11において、SMC807Aからのコネクター808A、808B及び808Cは、層801B乃至801Dの開口806Aを通過してその上に展開された導電性通路802A、B及びCと導電接触する。従って、図11の実施例では、図10の実施例とは対照的に、小さな開口806A、B及びCが必要とされ、これらは恐らく図10の対応部分よりも小さい正確度で配置することができる。さらに、一旦SMC807Aを層801D上に展開させ、コネクター801A、B及びCを形成した後、図12に関連して以下に述べる態様でさらに別の層(図示せず)を展開させることにより、開口806A、B及びCを充填し、SMC807Aを封止できることがわかるであろう。
【0106】
図12を参照して、また図8乃至10も参照して、第3の絶縁層809が第2の絶縁層805の上に展開されていることがわかる。再び、紫外線硬化性インキを用いる実施例では、第3の絶縁層809は上述したNazdar 651818PSのような紫外線硬化性インキを用いて展開される。図12は、第3の絶縁層809が第2の絶縁層805の開口806内のSMC807を封止した状態を示す。
【0107】
再び、図示を明瞭にするために、図12には、第3の絶縁層809の上に展開されるものとして導電性通路が示されていない。しかしながら、実際には、また第2の導電層805に関連して上述したように、空間と設計の限界が許す限り、できるだけ多数の導電性通路を第3の絶縁層809の上に展開できることがわかるであろう。再び、紫外線硬化の実施例では、Allied Photo Chemicals製品UVAG 0022のような銀または他の導体をドーピングした紫外線硬化性インキを用いることができる。さらに、所望であれば、設計に従って、第3の絶縁層809の上に展開させたかかる導電性通路を第2の絶縁層805及び/または第1の絶縁層803の上の導電性通路に選択された所定の且つ予め設計した接続点で接続できることがわかるであろう。かかる接続点は、第3及び/または第2の絶縁層809、805の上に導電性通路のインキを展開させて、その下に展開された導電性通路と導電接触できるようにすると実現可能なことがわかるであろう。
【0108】
このようにすると、三次元的に配線され且つ埋め込まれた導電性通路及びSMCより成る積層体をフレキシブル回路の設計を実現するように構成できることがわかるであろう。たった3つの層803、805、809を図8乃至12に関連して図示説明したが、特定のフレキシブル回路を設計するために必要に応じてさらに別の層を展開できることがわかるであろう。また、硬化済み積層体に膜状及びモノリシックな性質を与えるインキを用いることによりフレキシブル回路を展開できることがわかるであろう。
【0109】
さらに、上述したフレキシブル回路の範囲内において、他の局面及び特徴を利用できることがわかるであろう。例えば、フレキシブル回路は、図8乃至12を参照して上述した層間のSMCより成る「ハードウェアコンポーネント」の展開に限定されない。図13を参照すると、該図は、導電性通路802間の各活性領域810へインキを展開させる例を示す。活性領域810及び導電性通路802は、例えば図8乃至13に示すように、絶縁層803または805もしくは809の構造内に依然として本質的に介在することが分かる。しかしながら、図13を見ると、活性領域810はその硬化した展開物が抵抗、容量、インダクタンス、半導電性のような所定の電気的機能または他の何らかの所定の機能を有するインキより成ることがわかるであろう。このように、活性領域810は、硬化すると、層状に展開されたフレキシブル回路コンポーネントとして機能する。多数の活性領域810を所定の層上に(または所定の層間に導電接続されるものとして)展開させると、フレキシブル回路の処理機能を豊富にすることが可能である。さらに、活性領域810をSMCと併用して全体設計を実現することが可能である。
【0110】
フレキシブル回路は、活性領域810の任意特定の実施例に限定されないことがわかるであろう。当業者は、展開させ硬化させると特定のコンポーネントの特定の場所における設計基準を満たすインキを設計することができる。かかるインキは当該技術分野において周知である。一例として、EL構造の誘電機能を与えるために使用するようなチタン酸バリウムのインキは、図13に示すような活性領域810を展開させるインキとして有用でもあることがわかるであろう。再び、紫外線硬化性の実施例では、チタン酸バリウムをドーピングした紫外線硬化性ウレタンインキを使用することができる。図1及び2に示すような誘電体層110についての上記説明を参照されたい。誘電体層110に関して述べたようなインキを用い、図13に示すような、例えば容量性または抵抗性の活性領域810を展開させることができる。ドーパントの特性、ドーパントの濃度、キャリアの特性、層の厚さ及びゾーンのサイズ及び形状は、展開させ硬化させる特定の活性領域810の総合的電気特性に影響を与えることがわかるであろう。当業者は、活性領域810の設計をコンポーネントの所望の特性にマッチさせるには何らかの実験が必要であることがわかるであろう。
【0111】
上述した回路のフレキシブルな性質(及び所望であれば膜状特性)は、従来の平板回路がオプションでない用途に役に立つ。例えば、インテリア照明、ダッシュボード、コンソール、屋根ライニング、頭受け及びセルラー電話のような空間需要が大きい物品は、従来型回路を収容するように設計しなければならない。上述したようにフレキシブル回路を三次元的に展開できることは、回路が利用可能な空間に適応するように三次元的に調整できるこれらの装置にとって特に好適である。実際、用途によっては、上述フレキシブル回路の層をダッシュボード、コンソール、屋根ライニング、頭受け、セルラー電話などのような三次元の物体上に直接展開させるとさらに有利であろう。
【0112】
上述したフレキシブル回路のさらに別の用途として、「スマート」衣料及び他の服飾品、履物、かぶり物及び衣料がある。将来において、フレキシブル(及びさらに膜状)回路を展開できる身に付けるもの(例えば、かぶり物、衣料及び履物)には多くの可能性がある。GPS、通信または情報ディスプレイのような機能を実現するために、軍事用被服または警察用被服にコンピューター及び他のプロセッサーを展開させることが可能である。似たような民間の用途もあろう。ファッション及び娯楽業界では、フレキシブル回路のさらに別の多くの用途が提案されるであろう。
【0113】
本願に開示されるようなフレキシブル回路は、EL機能を有する一体的領域を含むようにしてもよいことがわかるであろう。当業者は、上記開示に従って、特定の層のある特定の領域を、作動されるとそれらが組み合わされてEL発光するように展開できることがわかるであろう。このEL機能は、非EL機能を有する他のフレキシブル回路と一体化させると有用である。上述したフレキシブル回路設計にモノリシック性を付与できると、ELと非EL機能の両方をボード上に一体的に備えたフレキシブルまたは膜状回路の堅牢性が増加することがわかるであろう。
【0114】
図14は、本願に示すフレキシブル回路のさらに別の変形例である。図8乃至13に示す実施例では、導電性通路802及び活性領域810は第1、第2及び第3の絶縁層803、805、809の上面に展開されることがわかるであろう。しかしながら、図14に示す実施例では、導電性通路811、活性領域812及び絶縁領域813を全て互いに隣接して展開させることにより、単一の多機能層814が形成される。この方法によると、フレキシブル回路にさらに別の利点がもたらされることがわかるであろう。第1に、最終的なフレキシブル回路の全厚をさらに薄くすることが可能であるため、フレキシブル特性が増加することになる。第2に、図14に示すような多機能層814を用いると、層に開口を設けなくても層間の接続性及び機能性が改善される。図14に示すような多機能層184は、他の隣接する多機能層と組み合わせて、及び/または図8乃至13に示す第1、第2及び第3の絶縁層803、805、809のような隣接する従来型層と組み合わせて展開できることがわかるであろう。何れにしても、隣接する層を選択された多機能層814を用いて設計することにより、導電性通路811、活性領域812及び絶縁層813より成る、展開層が一般的な平面に限定されないフレキシブル回路を形成できる。
【0115】
電子回路及びコンポーネント支持用の印刷PTF基板
1)電子回路及びコンポーネント支持用の印刷PTF基板;
2)導電インキのトラッキングに完全な「印刷回路」の性能を発揮させるために再使用可能な剥離キャリアシート上に印刷された膜状支持媒体;
3)後で完全な均質構造を提供するように気密封止可能なSMCコンポーネント用の凹部を形成できるため多層能力が増強された印刷PTF層;
4)完全な膜状キーボードを、層着色グラフィック及び照明を含む、耐性ポリウレタンのPTF多層構造により形成することが可能である;
5)自動車用インテリア照明−説明文やカラーグラフィックスを三次元の膜状マットで形成し、ダッシュボード及び中央コンソールシステムの輪郭に合致させることができる。屋根のライニング、頭受けなど;
6)スマート衣料。
【0116】
カテゴリー:最新型印刷回路技術
全てが印刷された膜状支持媒体または基板。各層は硬化処理を受ける。完全な回路トラッキング及びコンポーネントの装着が可能である。全印刷技術により、局部的な厚さだけでなく基板の輪郭フォーマットの変更を瞬時に行うことができる。コンパクトな印刷回路の組み立てのための折りたたみ可能な部分に好適である。
【0117】
この全印刷技術による層毎の形成は、適当な再使用可能剥離シートまたはロール上にポリウレタンインキの膜状ベースを印刷することにより開始する。この最初の層に、主要な回路を形成する導電性回路トラッキングをオーバープリントすることが出来る。さらに必要に応じて、抵抗、キャパシタなどを印刷すればよい。EL照明も同様である。
【0118】
以下のポリウレタンインキ層は、トラッキングの有意な部分をオーバープリントするが、後でICを含むSMCを装着するためのコンポーネント用凹部を形成するための領域を空所のままにする。その後、印刷済みパッド上の定位置に接着剤を適用し、コンポーネントをその凹部に取り付ける。
【0119】
SMC及びICのようなコンポーネントはこの段階で硬化させるか、または回路にポリウレタン被覆層をオーバープリントして印刷回路を環境から封止することができる。
【0120】
ポリウレタンインキの最新の配合は以下の組み合わせでよい。
【0121】
1)単一成分、熱硬化型で光学的に透明なインキ;
2)二成分、即ち、ベースと触媒より成り、熱硬化型で光学的に透明なインキ;
3)多成分、熱硬化型で光学的に透明なインキ;
4)単一成分、紫外線硬化型で光学的に透明なインキ;
5)多成分、紫外線硬化型で光学的に透明なインキ。
【0122】
インキ配合物は揺変性であるため、SMCコンポーネントを収容する印刷凹部の形成が容易になる。
【0123】
ある層構造は、インキ配合物が自由に移動するため凹部へのSMCコンポーネントの充填が容易になるという利点がある。
【0124】
印刷フォーマット/層の形成
PTFEシート、シリコーン処理紙、ガラス繊維またはクロス上の再使用可能剥離フィルム基板もしくは同様な剥離層材料を用いて、ポリウレタン(EP)膜状印刷フィルムを印刷回路にする。
【0125】
ポリウレタンインキの印刷層は、熱硬化または紫外線硬化若しくはそれらの組み合わせにより層毎に形成される。ベースとなる適当な膜状フィルムは、回路の第1の層に銀インキを適用する前に作製する。これらの最初の回路は、必要に応じてSMCを受容する適当な印刷パッドを支持する。あるいは、印刷された銀トラッキングにより膜状キーボードを形成する。EP印刷フィルムを後で積層することにより、SMCを後で配置する場所に「レセプタホール」または凹部が形成できるようにインキのない領域を残す。これらの層が硬化すると、基板上のフィルム(EP)フィルムは、SMCを接着するためにSMCを取り上げて配置する機械へ移動された後、SMCが配置される。SMCが硬化しテストされた後、(EP)フィルムを印刷機械へ戻して、被覆用(EP)フィルムをさらに別の印刷ステップで適用する。
【0126】
回路密度が必要とすれば、または空間の制約によりコンパクトな構造が必要であれば、多層化を行うことができる。
【0127】
膜状ポリウレタンELランプ
単一の構造内に回路とEL照明を組み合わせて設ける必要がある場合、ELランプの印刷ステップを、印刷済み銀回路層の所与の段階またはその先で実施することができる。SMCコンポーネントは、適当な直流電源からELランプへ給電するために必要であり、全てが膜状外被層/膜状ポリウレタン外被層内に位置するIC及び駆動回路を含むことが可能である。
【0128】
膜状構造に印刷されるものとして、キーボードの仕切り板を表すグラフィックス、広告または特別な照明のためのグラフィックスがある。印刷ELによるバックライト付きかまたはバックライトなしの色またはデータの多層構造を印刷できる。
【0129】
ポリウレタン膜状キーボードは、上述したようなキーボード層内のインジケーターとして適当に配置されたSMC、LEDコンポーネントを含むことが可能であり、両方が必要であればEL照明の間に配置することが可能である。
【0130】
本発明及びその利点を詳細に説明したが、頭書の特許請求の範囲により規定された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変形例及び設計変更を想到できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0131】
【図1】本発明による紫外線硬化性インキを用いて展開させた膜状EL構造の断面図である。
【図2】図1の断面図の斜視図である。
【図3】転写剥離フィルム102を引き剥がした状態で示す本発明の膜状ELランプの斜視図である。
【図4】本発明の膜状ELランプの給電を可能にする好ましい方法を示す。
【図5】本発明の膜状ELランプの給電を可能にする別の好ましい方法を示す。
【図6】所定の照明なし部分/照明部分の外観を与えるために層の種々の着色法をサポートする切欠き部601を有する膜状ELランプ300の領域を示す。
【図7】本発明による紫外線硬化性インキを用いて繊維質または多孔性の基体(織物のような)の上に展開させた膜状EL構造の断面図である。
【図8】本明細書に述べる種々の特徴部分を説明するフレキシブル回路800を示す。
【図9】本明細書に述べる種々の特徴部分を説明するフレキシブル回路800を示す。
【図10】本明細書に述べる種々の特徴部分を説明するフレキシブル回路800を示す。
【図11】本明細書に述べる種々の特徴部分を説明するフレキシブル回路800を示す。
【図12】本明細書に述べる種々の特徴部分を説明するフレキシブル回路800を示す。
【図13】本明細書に述べる種々の特徴部分を説明するフレキシブル回路800を示す。
【図14】本明細書に述べる種々の特徴部分を説明するフレキシブル回路800を示す。
Claims (27)
- PTF積層体の構成方法であって、
(a)紫外線硬化性インキを用いて積層体の選択されたPTF層を展開させ、
(b)紫外線に露光させることにより紫外線硬化性インキの層を硬化させるステップより成るPTF積層体の構成方法。 - 紫外線硬化性インキは、
(a)紫外線硬化性ウレタンアクリラート/アクリラートモノマー、及び
(b)紫外線硬化性エポキシアクリラート/アクリラートモノマーより成る群から選択される請求項1の方法。 - PTF積層体は、作動されるとEL発光するように予め設計されたEL層を含み、
選択されたEL層は紫外線硬化性ウレタンインキを用いて展開され、紫外線に露光させることにより硬化される請求項1の方法。 - PTF積層体は、硬化すると膜状特性を有する請求項1の方法。
- PTF積層体は、硬化すると膜状特性を有する請求項2の方法。
- PTF積層体は、硬化すると膜状特性を有する請求項3の方法。
- PTF積層体の選択された隣接する隣接層は、硬化してモノリシック構造を形成する請求項1の方法。
- PTF積層体の選択された隣接する隣接層は、硬化してモノリシック構造を形成する請求項2の方法。
- PTF積層体の選択された隣接する隣接層は、硬化してモノリシック構造を形成する請求項3の方法。
- PTF積層体は一時的な基体上に構成され、この方法はさらに、
(c)一時的な基体を除去するステップを含む請求項1の方法。 - PTF積層体は一時的な基体上に構成され、この方法はさらに、
(c)一時的な基体を除去するステップを含む請求項2の方法。 - PTF積層体は一時的な基体上に構成され、この方法はさらに、
(c)一時的な基体を除去するステップを含む請求項3の方法。 - PTF積層体は最終の目標となる基体上に直接構成される請求項1の方法。
- PTF積層体は最終の目標となる基体上に直接構成される請求項2の方法。
- PTF積層体は最終の目標となる基体上に直接構成される請求項3の方法。
- 最終の目標となる基体は三次元の表面である請求項13の方法。
- 最終の目標となる基体は三次元の表面である請求項14の方法。
- 最終の目標となる基体は三次元の表面である請求項15の方法。
- 最終の目標となる基体は多孔性及び/または繊維質である請求項13の方法。
- 最終の目標となる基体は多孔性及び/または繊維質である請求項14の方法。
- 最終の目標となる基体は多孔性及び/または繊維質である請求項15の方法。
- 請求項1乃至21のうち任意の請求項の方法による製品。
- 各々が硬化済みインキより成る順次展開された層のPTF積層体であって、
PTFの層を形成するように展開された絶縁領域と、
PTFの層を形成するように展開された導電性通路とより成り、
絶縁領域と導電性通路は、全ての層が硬化すると導電性通路より成る所定の回路を形成するように協働して展開されているPTF積層体。 - PTFの層の開口内に展開され、PTFの層を形成するように展開された導電性通路に結合されたSMCをさらに備え、
SMC、絶縁領域及び導電性通路は、全ての層が硬化すると導電性通路及びSMCより成る所定の回路を形成するように協働して展開されている請求項23の積層体。 - PTFの層を形成するように展開された活性領域をさらに備え、これらの活性領域は予め設計した電気的機能を与える硬化済みインキを含み、
活性領域、絶縁領域及び導電性通路は、全ての層が硬化すると導電性通路及び活性領域より成る所定の回路を形成するように協働して展開されて請求項23の積層体。 - PTF積層体は、硬化すると膜状特性を有する請求項23の積層体。
- PTF積層体の選択した隣接層は、硬化するとモノリシック構造を形成する請求項23の積層体。
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