JP2007505517A - 本体および電子装置 - Google Patents

Abstract

本体（１０）は、透明材料の第１の部分を含み、埋め込まれる光学素子および他の素子（１２、１３、２２、１６）とそれらの素子（１２、１３、２２、１６）を相互接続し電気コーティングするために使用される導体パターン１５とが設けられる。この第１の部分は、光学素子（１２）から本体（１０）に埋め込まれたまたはその表面に存在する他の光電気素子または電気光学素子への光路を構成する。電気光学素子は、たとえば液晶ディスプレイ（２０）であり、光学素子（１２）は、ディスプレイ（２０）の背景照明として使用されるたとえば発光ダイオードである。本体（１０）は、その用途から導出される３次元形状を有し、好ましくは、装置（１００）をともに構成する外部部品の機械的取付けに適合される。

Description

本発明は、その用途から導出される３次元形状を有するとともに光学素子への光路を構成する透明な電気絶縁材料を有する第１の部分を含む本体に関する。

本発明はさらに、かかる本体および光学素子を備える電子装置に関する。

斯かる本体および斯かる電子装置は、移動電話の一部として知られている。具体的には、移動電話の本体は光導波路構造を構成しており、光学素子は発光ダイオードである。さらに、ディスプレイが存在する。この既知の電子装置について、概略斜視分解図である図１を参照しながら詳細に説明される。

装置１００は、光導波路および機械的支持体として働く透明な本体１０を含む。ディスプレイ２０は、両面テープ２１によって本体１０に取り付けられている。ディスプレイ２０は、この例では、液晶ディスプレイであり、ドライバＩＣ２２としても知られるアドレス指定用集積回路が取り付けられるガラス面が設けられている。さらに、様々な部品が取り付けられるフレキシブル・プリント回路基板１１が設けられている。これらの部品のうちの少なくとも２つは、レンズが設けられた発光ダイオード１２（図示せず）である。ディスプレイ２０およびコネクタ１３も、フレキシブル・プリント回路基板１１に電気的に接続される。このコネクタ１３を通じて、ディスプレイおよびその他の部品にエネルギーおよび信号が供給される。装置１００はさらに、スピーカ３０と、この場合はゴムでオーバーモールドされたベゼルであるケーシング４０と、所要の機械的安定性を得るためのフォーム・テープ２７とを含む。さらに、黒いステッカ２３が設けられている。透明な本体１０には、スピーカ３０を機械的に取り付けるための孔１８および締付け手段１９、ケーシング４０、ならびに図示されていないボタンが設けられている。

既知の装置の欠点は、得られる光学性能が最適ではないことである。フレキシブル基板１１上に発光ダイオード１２が存在すると、たとえば、それらの指向性の誤差範囲が比較的広くなる。これは、望ましいものほどには均一でないディスプレイの背面照明に通じる。

したがって、本発明の一目的は、改善された光学性能を有する冒頭で述べたような装置を提供することである。
もう１つの目的は、そのような装置に適した本体を提供することである。

本体に関する本発明の目的は、本体に電気導体のパターンが設けられ、前記本体内に少なくとも１つの光学素子が埋め込まれ、この光学素子が導体パターンに電気的に接続され、導体パターンには光学素子に対して横方向に変位する電気接続手段が設けられることで達成される。

装置に関する本発明の目的は、装置が本発明の本体とその表面に取り付けられる光電気素子または電気光学素子とを備えることで達成される。

本発明は、以前には別個のプリント回路基板に存在していた光学素子および導体が本体自体の中に埋め込まれるという洞察に基づいている。これは、光学性能に関して多くの利点を有する。第１に、関連する全ての部品が、本体である同一のキャリアに直接取り付けられる。それによって、部品の基板への取付けと基板の本体への取付けの両方によって生じる従来技術の誤差範囲が低減される。第２に、光学素子とディスプレイとの間の光路内のインタフェース数が削減される。これは、本体内に光学素子を含めることによってもたらされる。さらに、導体パターンの設計は、光学素子がディスプレイに対してできるだけ好都合な位置に置かれるように最適化することができる。

本発明の一利点は、得られる装置の機械的安定性が良好なことであり、これは、本体が部品のカプセル封じとして働くためと考えられる。このカプセル封じ機能の結果として、本体は、装置全体の寸法を増大させずにより厚くすることができる。

本発明の他の利点は、組立工程数が削減されることである。実際には、組立工程は、光学素子や、そのように望むなら任意の他の電子素子がキャリア上に設けられる第１段階と本体の表面にいくつかのより大きな素子を組み付ける第２段階とに限定される。キャリアに素子を設けた後、本体は、インサート成形などの成形技術を用いて形成される。その後、解放可能な層が箔から除去され、導体パターンだけが本体の一部として残る。

他の利点は、本発明が従来技術から知られる装置よりもずっと広い範囲の製品に適用され得ることである。従来技術の装置は、発光ダイオードとディスプレイとを組み合わせたものを含む。考えられる応用例としては、光伝送と、センサの入力に基づく最適光出力と、コピー防止用集積回路を含む光ディスクと、光学的およびその他の機能を有する集積回路、カメラおよびモジュールにエネルギー伝達するフォトダイオードとがある。

英国特許第2229864号から、所望の３次元形状を有し電気導体のパターンが設けられる成形プリント回路基板が知られている。前記文献は、材料の第１の部分を透明とすることができることも任意の要素を本体に埋め込むことができることも開示していない。提案された製造方法を使用すると、装置の光学性能が向上するという提案はない。さらに、この成形基板が支持機能を有し装置内で構造要素として働くことができるのかどうかは明らかでない。

欧州特許第1207685号から、導体パターンおよび集積回路が１つの本体内に埋め込まれているチップ規模のパッケージが知られている。しかし、この本体は、透明材料部分を含んでいない。さらに、このパッケージの形状は、その用途からは導出されず、単純なブロック形状である。また、そのパターン内のコンタクト・パッドは、電気素子に対して横方向には変位しない。

光路は、光学素子と本体内または本体表面上の他の部品との間に存在することができる。あるいは、光路は、光学素子から本体の表面へ通じることもできる。したがって、光路の設計は用途に依存する。

第１の実施形態では、光路は、光学素子と光電気素子または電気光学素子の組付けに適した本体の表面領域との間に存在する。この場合、光学素子および他の素子は、光学的に相互接続される。特に光電気素子または電気光学素子がユーザに対するインタフェースを含む場合、表面でのこの位置は好ましい。これに関する一例は、液晶ディスプレイといくつかの背面照明用ダイオードとを組み合わせたものであり、ダイオードが埋込み光学素子であり、ディスプレイが電気光学素子である。他の例は、たとえばエレクトロウェッティング原理に基づく電動レンズとイメージ・センサとを備えるカメラである。一般に、レンズとセンサとの間の光路は、貫通孔で実現される。しかし、レンズが完全に埋め込まれている場合には、第１の部分は、レンズ・パッケージおよび光路として働き、それによってインタフェースを除去することができる。

特に電気光学素子が液晶ディスプレイである場合、本体表面の導体と表面の電気光学素子との間に電気接触をもたらす様々な方法がある。１つの選択肢は、後に可撓性部分とディスプレイとの間に圧力がかけられ加熱硬化される異方性導電膜を用いてディスプレイに熱融着されてもよい可撓性部分を、本体の縁部に設けることである。これに関する小さな欠点は、可撓性部分を設けるための追加工程段階である。もう１つの選択肢は、本体をディスプレイに直接熱融着させることである。この場合、電気絶縁材料は、耐熱性でなければならない。これは、材料の選択を剛性材料に限定し、成形工程内での表面粗さの許容値に対するさらなる要件を決める。第３の望ましい選択肢は、ディスプレイが異方性導電接着剤を用いて本体の透明部分に直接接着されることである。この接着剤は、後に紫外線を使用して硬化される。この接着剤は、積層フィルムとして塗布されてもよい。これに代わる好ましい方法は、導電性粒子を有するペーストが導体を備える本体上に分注されるものである。このペーストは、後に、本体を通過したまたはディスプレイの一部を通過した紫外線に曝される。この組立方法の利点は、作製される接点の数を非常に多くすることができるとともに、ピッチを小さくできることである。したがって、ディスプレイ・ドライバ集積回路が本体に埋め込まれることが可能になる。これにより、ドライバ集積回路がディスプレイに組み付けられる代替実施形態に比べて組立段階数が削減される。

第２の実施形態では、光路は、光学素子とやはり本体に埋め込まれ導体パターンに電気的に接続される光電気素子または電気光学素子との間に存在する。これに関する応用例は、ディスプレイおよびイメージ・センサも本体内に組み込まれる実施形態を含む。しかし、データ光伝送の分野に別の応用範囲がある。第１の応用例は、２波長光送受信モジュールにおけるレーザ・ダイオードとフォトダイオードとの組合せである。この応用例は、それ自体が欧州特許第733288号から知られている。もう１つの応用例は、２つの半導体素子間の光通信である。この応用例は、欧州特許未公開出願02079915.1(PHNL021172)に記載されている。本体には外部部品および特に光ファイバを取り付ける取付け手段が設けられることが好ましい。光ファイバをフォトダイオードに良好に接続することは、光信号をファイバからフォトダイオードへ適切に伝送するために非常に重要である。これは、様々なモジュールにフォトダイオードを組み込む際の限定因子となる。しかし、３次元形状により、良好でありながら簡単な接続が可能となる。まず、Ｖ字形の溝が、光ファイバ用に存在することができる。次に、相補形状をベースにした締付け手段または他の適切な取付け手段が、ファイバの端部がフォトダイオードとうまく位置合せされることを可能にするように使用されてもよい。

第３の実施形態では、光路は光学素子と本体の表面領域との間に存在し、別の電気素子が導体パターンに電気的に接続され、導体パターンが別の電気素子と光学素子との間の相互接続を含む。この実施形態では、それらの素子は、相互に電気的に接続されるだけである。この実施形態の応用例は、光学素子がその中で光電センサであるシステムを含み、別の素子は、発光ダイオードやディスプレイなどの電気光学素子である。したがって、センサの出力は、別の素子の入力として使用される。さらに、光学素子がその中でエネルギーおよび任意に信号を受け取るために使用されるシステムも含まれ、別の素子がそのエネルギーを用いて信号を処理する。一例が、送電およびデータ伝送用フォトダイオードが設けられた光ディスクまたは光カードに組み込まれる集積回路である。他の例では、光学素子は太陽電池であり、別の素子はマイクロプロセッサであり、本体全体がクロックや無線などであり、この本体にはさらに、全ての必要な機能および場合により太陽電池からのエネルギーが蓄えられる充電式電池が設けられる。これを実施する利点は、２つある。第１に、本体が、所望の製品の形状を有することができる。第２に、導体パターンが、電気損失を最小限に抑えるように設計されてもよい。

本体内の導体の詳細については、以下に考察される。
本発明の本体の第１の部分は、完成した本体と同じ大きさにすることができる。最小寸法は、連続する光路の要件が源になる。この第１の部分は、本体がたとえば２つのチャンバで型を用いて複数の成形作業が行われる工程内で形成される特定領域に限定されてもよい。第１の部分は、どの方向にも限定されてもよい。一例では、透明な第１の部分は、非透明プラスチックで完全にまたはほぼ完全にオーバーモールドされる。

導体パターンは、成形作業後に除去される犠牲層によって本体内に設けられる。しかし、導体パターンがそれによって本体内に部分的または完全に埋め込まれてもよい要領がいくつかある。第１に、犠牲層を除去した後にさらなる成形段階またはコーティング段階が実施されてもよい。第２に、第１の領域にある犠牲層は、成形段階前に導体パターンを傷付けずにほぼ除去されてもよい。次いで、導体は、第１の領域内の本体内部に設けられる。犠牲層の除去は切断によって実現され、それによって個々の導体に分離することができる。犠牲層の一部は、本体内に導体と共に保持され埋め込まれることができ、またそうされることになる。第３に、異なる幅の導体と組み合わせて導体パターンのアンダーエッチングを用いることが可能である。アンダーエッチングによって形成された空間は、本体の材料で充填される。導体パターンはさらに、本体内に封入される前に、それを本体の第１および第２の面に沿って設けるようにさらには両側に存在するデバイスと接触するように折り重ねられてもよい。

横方向に変位する接続手段は、キャリア、コネクタまたは部品との接触に使用される。接続手段の例としては、流電結合用コンタクト・パッドまたは接触領域、無線接続用アンテナ、および静電結合用コンデンサ極板がある。コネクタが使用される場合、コネクタは、オーバーモールドすることによって本体に固定されることが好ましい。コネクタは、本体が形成される前に導体パターン上に位置付けられるが、本体内に完全には埋め込まれない。フレックス箔(flex foil)の接続が望ましい場合、このフレックス箔は、本体に弾性材料部分を設けることによって本体の中に組み込まれてもよい。

好ましい一実施形態では、導体は、本体内に機械的に固定される。この機械的な固定は、導体が成形段階前にブロック形状にされるのではなく別の形状を有することで実現される。第１の例では、導体は、犠牲層の中にまで延び、犠牲層中では直径が小さくなっている。これは、アンダーエッチングによって実現される。第２の例では、キノコ形の導体が設けられる。これは、導体が所望のパターンになるように使用されたレジストの上に延びる範囲で導体に電気めっきを施すことによって実現される。第３の例では、導体は、基本的に３層積層であり、中間層が上下層とは異なる（著しく小さい）直径を有する。この直径の差異は、たとえば、中間層の材料を他の層と比較して選択的にエッチングすることで実現される。

特に本体の１つまたは複数の材料がインサート成形によって成形される場合、金属と高分子材料との間の接着力を高めるために追加のコーティングを使用することがさらに好ましい。そのようなコーティングは、たとえば、アルキルアクリレートとアクリル酸との共重合体をベースとしている。

本体に少なくとも１つの外部部品を機械的に取り付けるための手段が設けられることがさらに好ましい。そのような部品は、ディスプレイなどの電気部品、レンズなどの光学部品、およびケーシングなどの機械部品とすることができる。これらの機械的取付け手段は、空洞、貫通孔、締付け手段、ロッカーやキー機構を可能にするような対応形状、ねじ山など、それ自体既知のものを含む。外部部品に適合する空洞は特に好ましい。

光学素子のほかに別の素子があっても、本体内に組み込まれ導体パターンに電気的に接続されてもよい。これらの別の素子は、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、フィルタ、ダイオードなどの補助部品とすることができる。しかし、ディスプレイ・ドライバ集積回路などの信号処理ユニットも、本体内に設けられてもよい。後者は、たとえばアルミニウム犠牲層をベースにした箔を受けることができる導体パターンのピッチおよび本体内に機械的に固定される銅の導体パターンに対する追加要件を決める。

本発明の本体および装置の、これらおよびその他の態様について、添付図を参照しながらさらに詳細に説明される。

図は、（完全には）原寸に比例して描かれておらず、異なる図における同じ参照番号は類似部分を示す。

図２は、本発明の装置の概略斜視分解図を示す。この装置は、その用途から導出される３次元形状を有する本体１０を含む。この場合、本体は、移動電話のユーザ・インタフェース側にある全ての部品に機械的支持として適するように成形されている。この目的のために、スピーカ３０、ケーシング４０および図示されていないボタンを機械的に取り付けるための孔１８および締付け手段１９が存在する。導体パターン１５は、本体１０の表面に存在する。発光ダイオード１２、ディスプレイ・ドライバ集積回路２２、および他の素子１６は、本体１０に埋め込まれ、パターン１５の少なくともいくつかの導体に電気的に接続される。本体１０には、ディスプレイ２０が両面テープ２１によって取り付けられ、またスピーカ４０が取り付けられている。本体１０は、美的理由によりケーシング４０で覆われている。

図３および５は、本発明の本体１０を製造する２つの段階を示す。第１の段階では、犠牲層５１と図３に具体的には示されていないが、図４に示されている導体パターン１５とを含む箔５０が提供される。この例では、箔５０は、アルミニウム犠牲層５１および銅導体を含む。導体１５の上には、はんだ付け性を向上させるためにＮｉＡｕ層が設けられる。この例での箔は、エッチング段階および切断段階を使用して用意される。エッチング段階では、最初に銅層が、たとえば塩化第二鉄を用いて導体パターン１５にエッチングされる。その後、このエッチングは、アルミニウムにまで続けられ、所望のアンダーエッチングが形成される。アルミニウムは、水酸化ナトリウム溶液を使用して銅に対して選択的にエッチングされてもよい。切断段階では、犠牲層５１は、全体的な輪郭が本体の所望の形状に適合するように部分的に切り取られる。発光ダイオード１２、ディスプレイ・ドライバ集積回路２２、および他の素子１６、この場合は表面実装可能な抵抗器およびコンデンサ、が設けられる。さらに、コネクタ１３が設けられる。コネクタ１３は、それが導体パターンに取り付けられる端部にフックが設けられ、オーバーモールド作業後に確実に固定される。

図４は、導体パターン１５のレイアウトが示されている概略上面図を示す。この図から明らかなように、約２２度の相互角度で配置された２つの発光ダイオード１２がある。本体が形成された後、放射光は、本体の中に直行し、ディスプレイ２０の下に存在する本体の一部を均一かつ完全に照らす。パッケージなしにまた集光目的のレンズなしに発光ダイオードが使用されてもよいことは、当該の埋め込むことの利点である。しかし、パッケージ化された発光ダイオードも同様に使用されてもよい。さらにこの図から明らかなように、コネクタに接触するコンタクト・パッド１４は、光学素子すなわち発光ダイオード１２に対してもディスプレイ・ドライバ集積回路２２に対しても、横方向に変位する。コンタクト・パッド１４の直径は、パターン１５の残りの部分の直径よりも大きい。

図５は、本体の概略斜視図を示す。この本体は、当業者に既知の方法で、ポリカーボネートのインサート成形によって形成される。その後、犠牲層５１はエッチングによって除去され、コネクタ１３のフィンガは曲げられる。本体は、これで使用できる状態となり、装置１００の中に組み込まれる。ディスプレイ２０およびスピーカ３０は、導体パターン１５が表面に存在する側に取り付けられてもよい。

図６は、本発明の装置の一部の概略断面図を示す。これは、ディスプレイ２０が本体１０に取り付けられた状態を明らかにしている。ここには図示されていないが、本体１０は、ディスプレイ２０に対する機械的支持体として働くように延在することが望ましい。ディスプレイ２０および本体１０は、本体１０の表面の選択された領域に塗布された異方性導電接着剤２９で互いに取り付けられている。この目的のために、ディスプレイ２０にはガラス製縁部２８が設けられ、ガラス製縁部２８の表面には、この例ではインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）の透明導電体が存在する。接着剤２９は、ディスプレイ２０のガラス縁部２８か本体１０のどちらかを通じて硬化される。

図７〜１１は、本発明の第２の実施形態の概略斜視図を示す。第１の実施形態との最初の相違点は、ディスプレイ・ドライバ２２が本体内には組み込まれずディスプレイ２０に取り付けられていることである。もう１つの相違点は、他の素子１６およびコネクタ１３が特定のカプセル６０内に封入されていることである。そのお蔭で、追加の耐薬品性および機械的強度をもたらすように、カプセル選択に際して更なる自由が実現される。さらに、このカプセル６０には、機械的接着力を高めるために空洞６１，６２が設けられる。他の相違点は、箔５０がその縁部５２で曲げられていることである。これにより、ディスプレイとの接続が向上する。

図７は、素子１２，１６およびコネクタ１３を備える箔５０を示す。導体パターン１５は部分的に示されており、追加の貫通孔、いわゆるパイロット孔５３，５４が設けられている。この段階で、箔５０は、縁部５２を形成するように曲げられる。

図８は、他の素子１６およびコネクタ１３が部分的にオーバーモールドされた後の箔５０を示す。成形材料には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が使用されている。しかし、その他のエンジニアリング・プラスチックが代わりに使用されることもできる。形成されるカプセル６０には、機械的取付け性を向上させるために空洞６１，６２が設けられ、それが光路内に存在しないような（？）形状が与えられる。

図９は、第２の成形材料を適用することによって形成された本体１０を示す。本体１０には、機械的取付け用貫通孔１８および空洞が設けられている。第２の成形材料として透明材料、この場合はポリカーボネートが使用され、その中に発光ダイオード１２が封入されている。ポリカーボネートのＰＰＳへの取付け性は、ＰＰＳが最初に表面処理されること、ＰＰＳに機械的に粗い面を設けるようにＰＰＳの型を適切に選択すること、両成形材料間に接着をもたらす加熱処理を行うことなどによって、改善されてもよい。

図１０は、図９とは反対側からの、犠牲基層５１がエッチングによって除去された後の本体１０を示す。他の素子１６、ダイオード１２およびコネクタばね１３に接続する導体は、表面に露出している（図示せず）。

図１１は、ディスプレイ・ドライバＩＣ２２が取り付けられたディスプレイ２０が本体１０上に設けられた後に得られた装置１００を示す。このとき、ダイオード１２は、本体１０を介して光路内で輝き、これがディスプレイ２０のバックライトとなる。このような光導波路の挙動を最適化するため、本体１０には適切な表層構造が設けられる。

従来技術の装置の概略斜視分解図である。 本発明の装置の概略斜視分解図である。 成形前の部品を備える箔の概略斜視図である。 導体パターンのレイアウトの概略上面図である。 本体の概略斜視図である。 本発明の装置の一部の概略断面図である。 本発明の箔、本体および装置の第２の実施形態の概略斜視図である。 本発明の箔、本体および装置の第２の実施形態の概略斜視図である。 本発明の箔、本体および装置の第２の実施形態の概略斜視図である。 本発明の箔、本体および装置の第２の実施形態の概略斜視図である。 本発明の箔、本体および装置の第２の実施形態の概略斜視図である。

Claims (11)

1. 電気導体のパターンが設けられるとともに少なくとも１つの光学素子が埋め込まれる、用途から導出される３次元形状を有する電気絶縁材料の本体であって、前記光学素子が前記導体パターンに電気的に接続され、前記導体パターンには前記光学素子に対して横方向に変位する電気接続手段が設けられており、前記光学素子への光路を構成する透明な電気絶縁材料を有する第１の部分を含む本体。
2. 前記光路が、前記光学素子と光電気素子または電気光学素子の組付けに適した表面領域との間に存在する、請求項１に記載の本体。
3. 前記光路が、前記光学素子とやはり埋め込まれ前記導体パターンに電気的に接続される光電気素子または電気光学素子との間に存在する、請求項１に記載の本体。
4. 前記光路が、前記光学素子と表面領域との間に存在し、
   別の電気素子が前記導体パターンに電気的に接続され、前記導体パターンが前記別の電気素子と前記光学素子との間の相互接続を含む、請求項１に記載の本体。
5. 前記光学素子と前記別の電気素子の一方が感光素子であり他方が電気光学素子であり、第２の光路が前記別の素子と表面領域との間に存在する、請求項４に記載の本体。
6. 前記導体パターンが表面に少なくとも部分的に設けられ、前記導体パターンには前記表面に組み付けられる素子に対する電気接触を確立するためのコンタクト・パッドが設けられる、請求項１または２に記載の本体。
7. 前記導体が機械的に固定される、請求項６に記載の本体。
8. 少なくとも１つの外部部品を機械的に取り付けるための手段を含む３次元形状を有する、請求項１に記載の本体。
9. 前記手段が、前記外部部品に適合する空洞を含む、請求項８に記載の本体。
10. 前記請求項のいずれかに記載の本体と前記本体の表面に取り付けられる光電気素子または電気光学素子とを含む電子装置。
11. 前記埋込み光学素子が発光ダイオードであり、前記電気光学素子がディスプレイであり、前記発光ダイオードが前記ディスプレイの背景照明として使用され、前記光路が前記発光ダイオードと前記ディスプレイとの間に存在する、請求項１０に記載の電子装置。

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