JP6546297B2 - 柔軟性入出力構成要素を備えた電子デバイス - Google Patents
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Description
本願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年３月１５日出願の特許出願第１５／０７０，４９８号、２０１６年３月１１日出願の米国特許出願第１５／０６８，３７２号、及び２０１５年６月３０日付けの仮特許出願第６２／１８６，７８５号に対する優先権を主張する。
本願は全般的に、電子デバイスに関し、より詳細には、電子デバイス用の入出力構成要素に関するものである。
本願は全般的に、電子デバイスに関し、より詳細には、電子デバイス用の入出力構成要素に関するものである。
セルラー電話機、コンピュータ、及びその他の電子デバイスなどの電子デバイスは、集積回路及び他の電気構成要素を含んでいる。ディスプレイ及びタッチセンサなどの入出力デバイスは電子デバイス内に使用され、ユーザに出力を提供するとともに、ユーザからの入力を収集することができる。
電子デバイスに入出力デバイスを組み込むことは困難を伴う可能性がある。フォームファクタの検討事項、信頼性の検討事項、及び様々な他の要因により、従来の入出力構成要素を特定のデバイス内で使用するのが困難又は不可能になる場合がある。一例として、電子デバイスが屈曲可能な部分を有する場合、そのデバイス内に実装された従来のディスプレイ及びタッチセンサは、応力が引き起こす故障を受けやすくなる場合がある。
そこで、入出力デバイスを改良した電子デバイスを提供することができることが望ましいであろう。
電子デバイスは、入出力デバイスに連結された制御回路を有する場合がある。ディスプレイ又は統合されたセンサ及び触覚出力を備えたディスプレイなどの可撓性のある入出力デバイスは、エラストマ基板層から形成することができる。基板層は、電気構成要素のアレイが実装され得る信号経路を有することができる。開口部又は薄膜エリアは、信号経路間のエラストマ基板層内に形成されてもよい。１次元以上に伸張され得るメッシュ状基板を作成するために、貫通孔開口部のアレイが基板内に形成される場合がある。電気構成要素を相互接続する開口部間に延在する信号経路は、伸張を収容するのに有用な蛇状形状を有することができる。
電気構成要素はそれぞれ、エラストマ基板にはんだ付けされたはんだパッドを有するインターポーザを含むことができる。マイクロ発光ダイオードなどの電気デバイスがインターポーザにはんだ付けされ得る。電気構成要素はセンサ及びアクチュエータなどの電気デバイスを含むこともできる。メッシュ状基板上の構成要素のアレイは、マイクロ発光ダイオード及び／又はレーザダイオードを含む構成要素などの発光構成要素と、タッチセンサ、力センサ、温度センサ、加速度計、及びその他のセンサなどのセンサ構成要素と、振動器又は触知フィードバックを提供する他のデバイスと、を含むことができる。入出力デバイスは、光を入出力デバイスに透過させることができる透明基板などの透明構成要素を有することができる。
電子デバイス内のディスプレイ又は他の構成要素は、伸張可能な照明構造体を有することができる。伸張可能な照明ユニットは、例えば、エラストマ材料のシートから形成された伸張可能な光ガイドと、伸張可能な光源とを有することができる。伸張可能な光源は、蛇状信号線から形成された信号経路などの伸張可能な信号経路を用いて互いに連結された発光ダイオードから形成されてもよい。
可撓性入出力デバイスを備え得るタイプの例示的な電子デバイスを、図１に示す。図１に示すように、電子デバイス１０は制御回路１６を有することができる。制御回路１６は、デバイス１０の動作をサポートする記憶及び処理回路を含むことができる。記憶及び処理回路としては、ハードディスクドライブ記憶装置、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ、又はソリッドステートドライブを形成するように構成された他の電気的にプログラム可能な読み出し専用メモリ）、揮発性メモリ（例えば、静的又は動的なランダムアクセスメモリ）などの記憶装置を挙げることができる。デバイス１０の動作を制御するために、制御回路１６内の処理回路を使用することができる。処理回路は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ベースバンドプロセッサ、電力管理ユニット、音声チップ、特定用途向け集積回路などに基づき得る。
デバイス１０へのデータの供給、及びデバイス１０から外部デバイスへのデータの提供を可能にするために、入出力デバイス２２などの、デバイス１０内の入出力回路を使用することができる。入出力デバイス２２としては、ボタン、ジョイスティック、スクロールホイール、タッチパッド、キーパッド、キーボード、マイク、スピーカ、音源、振動器（例えば、圧電式振動部品など）、カメラ、センサ、発光ダイオード及び他のステータスインジケータ、データポートなどを挙げることができる。ユーザは、入出力デバイス２２を通じてコマンドを供給することによって、デバイス１０の動作を制御することができ、入出力デバイス２２の出力リソースを使用して、デバイス１０からステータス情報及び他の出力を受けることができる。
入出力デバイス２２は、ディスプレイ１４など１つ以上のディスプレイを含むことができる。ディスプレイ１４は、ユーザからのタッチ入力を収集するためのタッチセンサを含むタッチスクリーンディスプレイであってもよいし、又はディスプレイ１４は、タッチに反応しなくてもよい。ディスプレイ１４のタッチセンサは、容量性タッチセンサ電極、音響式タッチセンサ構造体、抵抗性タッチ構成要素、力覚タッチセンサ構造体、光学式タッチセンサ、又は他の適切なタッチセンサ構成のアレイに基づき得る。所望であれば、ディスプレイ１４は、触知フィードバックをユーザに提供するアクチュエータを含むことができる。
入出力デバイス２２内のセンサ１８としては、歪みゲージセンサ、近接センサ、周辺光センサ、タッチセンサ、力センサ、温度センサ、圧力センサ、磁気センサ、加速度計、ジャイロスコープ、及び向きを測定する他のセンサ（例えば、位置センサ、向きセンサ）、微小電気機械システムセンサ、及び他のセンサを挙げることができる。センサ１８は、光ベースのセンサ（例えば、近接センサ又は光を放出かつ／又は検出する他のセンサ）、静電容量式センサ（例えば、容量測定を用いて力イベント及び／又はタッチイベントを測定するセンサ）とすることができる。歪みゲージ、圧電素子、静電容量式センサ、及び他のセンサは印加された力を測定するのに使用されてもよく、それによってそれを使用してユーザの指又は他の圧力の外部源からの入力を収集することができる。静電容量式タッチセンサは、容量測定を行って、ユーザの指（単数又は複数）の位置を検出することができる。所望であれば、センサ１８は、オーディオ信号を収集するマイクを含むことができる。センサ１８はディスプレイ１４内に組み込まれてもよい。例えば、ディスプレイ１４は、発光ダイオード及びセンサ１８のアレイを有してもよく、並びに／又はアクチュエータ構成要素が、ユーザに画像を表示する能力に加えて、ユーザ入力を感知し触知フィードバックを提供する能力をディスプレイ１４に与えるよう、そのアレイに組み込まれてもよい。
制御回路１６は、オペレーティングシステムコード及びアプリケーションなど、デバイス１０上でソフトウェアを実行するのに使用され得る。デバイス１０の動作中、制御回路１６上で実行されるソフトウェアは、ユーザ入力を収集し、センサ１８を用いて環境測定を行う際に使用されてもよく、ディスプレイ１４及び入出力デバイス２２内の他の出力源を用いてユーザに出力を提供する際に使用されてもよい。
デバイス１０は、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、組み込み型コンピュータを含むモニタ、組み込み型コンピュータを含まないモニタ、コンピュータと一緒に使用するためのディスプレイ若しくはディスプレイの外にある他の機器、セルラー電話機、メディアプレーヤ、腕時計デバイス若しくは他のウェアラブル電子機器、家具に統合された機器、車両内に統合された機器、窓若しくは建物の中の建築要素、キヨスク、座席、衣類、バック若しくは携帯時計用のストラップ、ペンダント型デバイスを支持するためのランヤード若しくは他の構造体、携帯型デバイス（例えば、バック、コンピュータケース、電話機ケース、タブレットコンピュータカバーなど）用のカバー若しくは他のエンクロージャに内蔵された機器、又は他の好適なデバイスの全部若しくは一部を形成してもよい。
ディスプレイ１４としては、有機発光ダイオード、個々の結晶発光ダイオードダイ（マイクロ発光ダイオード又はマイクロＬＥＤと呼ばれる場合がある）、又は他の好適な画素素子に基づく発光画素を含むことができる。センサ１８としては、個々のセンサ及び、素子のアレイ（例えば、歪みセンサのアレイ、光ベースのセンサのアレイなど）から形成されたセンサを含むことができる。
所望であれば、入出力デバイス２２は、種々の非平面形状に曲げられるか、又は別の方法で変形可能な可撓性デバイス（柔軟性のある又は曲げることが可能なデバイスと呼ばれる場合がある）を含むことができる。これらのデバイスは、ディスプレイ１４などのディスプレイ、センサパネル、並びに／又はセンサ１８及び／若しくはアクチュエータを組み込んだディスプレイとすることができる。
例示的な可撓性入出力デバイスを図２及び図３に示す。図２に示すように、可撓性入出力デバイス２０は、波状の平面形状を形成するよう様々な曲げ軸２６の周りに屈曲する（曲げる）ことができる。図３は、可撓性入出力デバイス２０がどれくらい十分な可撓性があり、複数の次元に変形し得るかを示す。図２及び図３に示すタイプの変形により、入出力デバイス２０は、ユーザの手首又は胸などの人間の体の一部分に共形であることができる。
図２及び図３に示すように、可撓性入出力デバイスは、１つ以上の異なるタイプの電気構成要素２４のアレイを含むことができる。構成要素２４としては、発光ダイオード（例えば、マイクロ発光ダイオード）、有機発光ダイオード、振動器若しくは他の電気的に制御されたアクチュエータ、センサ１８、音生成構成要素、及び／又は他の電気デバイスを挙げることができる。
構成要素２４は、プラスチックパッケージ、セラミックパッケージ、構成要素２４をフレキシブルプリント配線基板及び他の電路上の金属トレースに連結するはんだパッド及び他の接点を有するパッケージ、並びに／又は他のパッケージ類内に実装された回路を含むことができる。図４に示す一例示的構成では、構成要素２４などの構成要素は、基板３２などの基板上に実装された複数の電気デバイス３０を含むことができる。基板３２は、成形プラスチック、リジッドプリント配線基板材料（例えば、ＦＲ４などのガラス繊維充填エポキシ材料又は他のプリント配線基板誘電体）、フレキシブルプリント配線基板材料（例えば、ポリイミドのシート又は他のポリマーの可撓性層）、セラミック基板、及び／又は他の基板材料から形成することができる。基板３２は、誘電体からなる層で分離された金属トレースの１つ以上の層を含むことができる。金属トレースの層は信号相互接続経路を形成することができる。これらの経路は、電気デバイス３０などの構成要素を、互いにかつ基板３２上の接触パッドに連結することができる。電気デバイス３０は、所望であれば、ポリマー（例えば、透明なポリマー）内に、又は他のカプセル化層３８などのカプセル材内にカプセル化されてもよい。
電気デバイス３０は、例えば、構成要素３４及び集積回路３６などの１つ以上の集積回路を含むことができる。集積回路３６は各基板３２内の相互配線を用いて構成要素３４に連結されてもよい。集積回路３６はまた、（図５の構成要素２４の後面斜視図に示す）接点５６’などのインターポーザ接点を用いて入出力デバイス２０内の信号経路に連結されてもよい。各構成要素２４に対する任意の好適な数の接点５６’（例えば、２個〜１０個、４個〜２０個、２個〜８個、１０個よりも少ない、１０個よりも多い、２０個よりも少ない、５個よりも多い、など）が存在しても良い。集積回路３６は、これらの信号経路を用いて、構成要素２４を用いてユーザに出力されることになる制御回路１６からの情報（例えば、発光構成要素２４のアレイを用いて表示する画像データ）を受信することができる。集積回路３６は、これらの信号経路を用いて、構成要素２４を用いて制御回路１６にキャプチャされたセンサデータ又は他の入力（例えば、構成要素２４内のセンサで収集されたユーザタッチセンサ及び力センサ入力）を送ることもできる。
構成要素３４は、発光ダイオード（例えば、マイクロ発光ダイオード）、センサ１８、振動器、他のアクチュエータ、及び／又は他の回路などの電気デバイスとすることができる。所望であれば、構成要素２４は出力デバイス（例えば、発光ダイオード、アクチュエータなど）と入力構成要素（力センサ、タッチセンサ、温度センサ、加速度計など）の両方を含んでもよい。構成要素３４（及び／又回路３６）は、高周波通信回路（例えば、高周波送受信機回路、ＲＦＩＤ（radio-frequency identification）チップ、又は無線通信を取扱可能な他の集積回路）とすることができる。各構成要素２４が１つ以上の出力デバイス（例えば、発光ダイオード）のセット又は１つ以上の入力デバイス（例えば、センサ）のセットのいずれかを含む構成は、一例として本明細書に記載される場合がある。好適な一構成では、構成要素２４はそれぞれ、複数のマイクロ発光ダイオード（例えば、赤色、緑色、及び青色発光ダイオード）のセットを含むことができる。冗長な発光ダイオードが構成要素２４内に含まれてもよく、テスト中に欠陥のある発光ダイオードの検出に応じて使用を切り替えられてもよい。各インターポーザ基板３２上の発光ダイオードの１つの冗長なセット、２つの冗長なセット、３つの冗長なセット、又は３つよりも多い冗長なセットがあってもよい。
所望であれば、欠陥のある回路を含む構成要素２４は、製造リワーク作業中に取り替えることができる。例えば、ピックアンドプレースツール（例えば、エラストマ又は電磁マグネットピックヘッドに基づくツール）、はんだ接合を加熱するレーザ、ホットバー、赤外線加熱素子、若しくは他の加熱デバイスを備えたツール、熱圧着ボンディング機器、又は他の機器は、欠陥のある構成要素と入出力デバイス２０内の信号経路との間のはんだ接続を溶融させることによって欠陥のある構成要素を取り除くことができる。欠陥のある構成要素が取り除かれると、ピックアンドプレースツール又は他の機器は、取替用構成要素を、取り除かれた欠陥のある構成要素の代わりに信号経路上にはんだ付けするのに使用されてもよい。
変形（例えば、１つ以上の次元の曲げ及び／又は伸張）を収容するために、構成要素２４のアレイを可撓性基板に実装することで、入出力デバイス２０を形成してもよい。可撓性基板は、ひび割れなしに基板の変形を収容する信号経路を有することができる。
図６及び図７は、デバイス２０が対応する信号経路４２によって相互接続された構成要素２４のアレイを含み得る様子を示すデバイス２０の例示的な上面図である。経路４２は構成要素２４のそれぞれの対の間に延在するセグメントを有してもよい。経路４２の全体形状はメッシュ（すなわち、グリッド）を形成してもよい。信号経路は、直線状としてもよいし（例えば、図６の経路４２参照）、伸張を収容するのに有用な蛇状としてもよいし（例えば、図７の経路４２参照）、（例えば、図７のページの内外の）垂直起伏を有してもよいし、他の好適な形状を有してもよい。
デバイス２０を形成する際に使用される構成要素２４のアレイは、行及び列を有してもよい。また構成要素２４を、他のパターン（例えば、六角形パターン、三角形要素を有するアレイ、ペンローズ・タイル、擬似ランダムパターンなど）に編成してもよい。図６及び図７の例では、入出力デバイス２０は、構成要素２４及び縦横に走る経路４２の矩形アレイを有する。所望であれば、他の構成を使用してもよい。
信号経路４２は、１本以上の信号線を含むことができる。例えば、各信号経路４２は、２〜１０本の信号線を含んでもよいし、１０本よりも少ない信号線を含んでもよいし、５〜２０本の信号線を含んでもよいし、４本よりも多い信号線を含んでもよい。誘電体（例えば、絶縁ポリマーなどの有機薄膜、シリコン酸化物、窒化ケイ素、金属酸化物などの無機膜など）が、経路４２内の信号線を互いに電気的に絶縁するのに使用されてもよい。
信号経路４２を構成する導電線は、金属（例えば、アルミニウム、銅など）、透明導電材料（例えば、インジウムスズ酸化物）、カーボン・ナノチューブ若しくは他のナノチューブ、銀ナノワイヤ、カーボンナノワイヤ若しくは他のナノワイヤ、グラフェン及びグラフェンの誘導体、又は他の導電トレース材料などの導電材料から形成することができる。これらの導電トレースは、導電インクなどの伸張可能な材料（例えば、銀粒子、銅粒子、ニッケル粒子、若しくは他の金属粒子、ナノチューブ、又は伸張可能なポリマーマトリックスなどのポリマーマトリックスを用いて支持されたナノワイヤなどの導電性粒子）から形成されてもよい。
入出力デバイス２０の基板を変形している間、図７の経路４２などの蛇状経路は、蛇状経路を形成する導電材料にひびを入れることなく、伸張を収容できるように変形可能なばねとして作用することができる。したがって、蛇状経路又は他の起伏している経路（デバイス２０内の構成要素２４のアレイの平面内で前後に蛇行する、かつ／又は構成要素２４のアレイの平面外で前後に蛇行する経路）は、直線経路よりも大きな変形を収容できる場合が多い。
蛇状経路及び伸長性を向上させた直線経路などの他の経路を提供するには、伸張可能な導電材料及び伸張可能な誘電体から直線状経路及び蛇状経路４２を形成することが望ましい場合がある。一例として、経路４２内の導電線を互いに絶縁する際に使用される誘電体は、シリコーン、ポリウレタン、アクリル、又は破断することなく伸張可能な他のエラストマ（低モジュラス）ポリマーなどの伸張可能なポリマーから形成することができる。所望であれば、伸張可能な誘電体は、複合材料（例えば、無機粒子又は他の粒子で充填されたポリマー）又はハイブリッド材料（例えば、ポリマーと繊維の組合せを含む材料）とすることができる。経路４２の信号線を形成する伸張可能な導電材料は、伸張可能な導電インク（例えば、伸張可能なポリマーマトリックス内の導電性粒子）を含むことができる。蛇状形状又は他の伸張収容形状の経路４２が経路４２内の信号線を構成する材料を著しく伸張せずに伸張を収容できる状況では、経路４２の誘電体及び導電線材料は、低い伸長性を呈する材料（例えば、金属、無機誘電体など）から形成されてもよい。
入出力デバイス２０の可撓性を向上させるために、構成要素２４を、薄膜化部分又は開口部を有する基板上に実装することが望ましい場合がある。例えば、構成要素２４を可撓性ポリマー基板層にはんだ付けするか、若しくは別の方法で実装する前、又はその後において、打抜き、レーザ切断、エッチング、又は他の処理技法を用いてポリマー基板層の部分を取り除いてもよい。これにより、変形を収容可能なメッシュ（グリッド）形状を有する基板層を提供することができる。ポリマー基板層の取り除かれた部分は、矩形、円形、又は楕円としてもよいし、直線状縁部及び／又は湾曲した縁部を有する他の形状を有してもよいし、すべて同じ形状としてもよいし、種々の異なる形状を有してもよいし、すべて同じ大きさを有してもよいし、複数の異なる大きさを有してもよいし、不規則なメッシュを作成する形状及び／又は大きさの混合を有してもよいし、基板を完全に通り抜ける（すなわち、貫通孔開口部を形成する）部分、及び／又は基板を完全には通り抜けずに基板を薄くする部分を有してもよいし、あるいは、入出力デバイス２０の可撓性を向上させる他の好適な構成を有してもよい。
メッシュ用の開口部を形成するように薄膜化又は取り除かれていない入出力デバイス２０用の基板の部分（すなわち、構成要素２４に取り付けられたままのメッシュの部分）は、信号経路４２を形成する際に使用されてもよい。このタイプの構成を図８に示す。図８は、構成要素２４（例えば、インターポーザ上に実装された電気デバイス）が基板４４などの基板にどう実装され得るかを示す入出力デバイス２０の一部の上面図である。基板４４のセグメントは、それぞれの構成要素２４の間に延在するとともに、金属トレース及び／若しくは導電インクから形成された信号線、透明導電体、ナノワイヤ、ナノチューブ、グラフェン並びに／又は、他の導電材料を含むものである。これらの信号線は、基板４４の誘電材料（例えば、シリコーン、ポリウレタン、アクリル、他のエラストマポリマー、複合材料、ハイブリッド材料など）を用いて互いに絶縁されてもよく、図８の構成要素のアレイを形成するよう構成要素２４を相互接続する信号経路４２を形成してもよい。信号経路４２は、（図８の例に示す）蛇状形状、又は他の好適な形状を有することができる。
基板４４の可撓性を増進するために、信号経路４２を形成する際に使用されない基板４４の部分４６は、経路４２を形成する基板４４の部分よりも薄くしてもよい。例えば、部分４６は、薄膜化又は完全に取り除かれて、基板４４内の開口部を形成することができる。構成要素２４が基板４４に実装された後、かつ経路４２間を延在する貫通孔開口部のアレイを有するメッシュを形成するよう基板４４を処理した後（又は薄膜化された部分を有する基板を形成した後）、構成要素２４及び基板４４が、支持構造体上に実装されてもよいし、ポリマー又は他の材料の層内に埋め込まれるか、若しくはそれによってコーティングされてもよいし、又は、デバイス２０の形成を完了すべく、材料の層の間に積層されるか、若しくは別の方法で構造体内に組み込まれてもよい。その後、デバイス２０は電子デバイス１０内に組み込まれてもよい。
所望であれば、メッシュ状基板４４及び局所的に薄膜化された部分４６を有する基板４４は、付加的なプロセスを用いて（例えば、領域４６内の基板４４から材料を取り除くことに加えて、又はその代わりに基板４４に追加された導電層及び／又は誘電体層から信号経路４２を増強することによって）形成されてもよい。領域４６を取り除くか、若しくは薄膜化する、かつ／又は領域４２を増強するのに使用され得る技法は、（例えば、パルスレーザ又は他の好適なレーザを用いた）レーザアブレーション、ドライ又はウェットエッチングを用いたフォトリソグラフィ、サンドブラスト、ウォータジェット切断、又は他の物理的除去技法、打抜き、印刷（例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア、ステンシル印刷など）、感光性ポリマー層のブランケット堆積とそれに続くマスクを通じた露光、及び後続する現像、シャドーマスク堆積などが挙げられる。
図９は、構成要素２０が基板４４上にどう実装され得るかを示す入出力デバイス２０の一部の側面断面図である。図９に示すように、基板４４は、パターン化された金属トレース又は相互配線５０を形成する導電線からなる１つ以上の層を含むことができる。基板４４の金属トレース又は他の導電性構造体は、基板はんだパッド５０’などの接点を含むことができる。構成要素２４はインターポーザ基板３２を有することができる。基板３２は金属トレース、又は相互配線５６を形成する他の構造体を含むことができる。相互配線５６ははんだパッド５６’などのインターポーザ接点を含むことができる。はんだ５４（例えば、リフローされたはんだ又は熱圧着ボンディング技法又は他のはんだ付け技法を施されたときに接合を形成するはんだ）は、パッド５６’を基板４４上のパッド５０’に連結するのに使用され得る。ポリマーアンダーフィルは、はんだ５４に環境保護を付与するようにインターポーザ３２の下に配置されてもよい。相互配線５６は、インターポーザ基板３２の上面のはんだパッド５６’’などの接点を形成する部分を含むことができる。構成要素３０（例えば、発光ダイオードダイ又は他の電気デバイスなどの半導体デバイス）ははんだパッド６０を有することができる。はんだ５８は、パッド６０を基板３２上のパッド５６’’に連結するのに使用される場合がある。カプセル材３８は、構成要素３０をカプセル化するよう基板３２の上面に形成されてもよい。
入出力デバイス２０の透過性を向上させることが望ましい場合がある。透過性は、透明材料から図９に示すタイプの構造体を形成することによって向上させることができる。一例としては、基板４４及び３２は、透明誘電体（例えば、透明ポリマー、ガラス、透明セラミックなど）から形成されてもよい。信号経路４２、相互配線５０及び／又は相互配線５６用の導電線は、インジウムスズ酸化物、透明導電性ポリマー、又は他の透明導電材料から形成されてもよい。透明導電接着剤などの透明材料は、はんだ５８及び／又ははんだ５４の代わりに使用されてもよい。カプセル材３８は、透明ポリマー又は他の透明誘電体から形成されてもよい。構成要素２４及び基板４４を追加の構造体に統合して入出力デバイス２０を形成する際には、追加の構造体（例えば、プラスチック層、ファブリック層など）も透明とすることができる。透明構造体は、高透明性（例えば、９０％超の透過率を有する）であってもよいし、部分的な透明性（例えば、５０％超の又は他の下限値超の透過率を有する）であってもよい。
入出力デバイス２０に１種類よりも多い構成要素２４を付与することが望ましい場合もある。例えば、構成要素２４のいくつかは、マイクロ発光ダイオード（例えば、赤色、緑色及び青色ダイオード、並びに赤色、緑色及び青色ダイオードの冗長なセット）が取り込まれたインターポーザなどの発光構成要素とすることができるが、他の構成要素２４はセンサ（例えば、力センサ、タッチセンサ、温度センサ、加速度計など）とすることができる。しかし、他の構成要素２４は、振動器又は、触知フィードバック若しくは他の機械的出力をユーザに提供する他のアクチュエータとしてもよい。このタイプの構成では、入出力デバイス２０は、（力センサ及び／又はタッチセンサから形成された）統合タッチセンサを有する（発光ダイオードによって形成された画素を備えた）ディスプレイとすることができ、（作動構成要素からの）任意の触知フィードバックを有することができる。所望であれば、複数のタイプの構成要素２４をデバイス２０に組み合わせた他の構成が使用されてもよい。任意の力フィードバックを有するタッチ感知式ディスプレイデバイスを形成するために発光ダイオード及びセンサを使用することは単なる例示にすぎない。
センサ及び発光ダイオードを、デバイス２０を形成する構成要素のアレイに組み込む一方法は、（例えば、複数の異なるタイプの構成要素３４をインターポーザ３２に実装することによって）発光ダイオード及びセンサの両方を共有のインターポーザに組み込むことを伴う。異なるタイプのデバイスを入出力デバイス２０に組み込む別の例示的技法は、異なるタイプの構成要素２４を基板４４上に実装することを伴う。基板４４上の構成要素２４のアレイが異なる２つのタイプの構成要素（例えば、構成要素２４Ａ及び構成要素２４Ｂ）を含むデバイス２０の構成例を図１０及び図１１に示す。
構成要素２４Ａは（一例として）マイクロ発光ダイオード又は他の発光ダイオードとすることができる。構成要素２４Ｂはセンサ及び／又は機械的アクチュエータとすることができる。図１０の例では、構成要素２４Ａはチェッカー盤パターンに構成要素２４Ｂとともに点在している。図１１の構成要素のアレイは構成要素２４Ａに囲まれた構成要素２４Ｂからなる矩形のサブアレイを有している。所望であれば、異なるタイプの混合された構成要素２４からなる他のパターンが使用されてもよい。図１０及び図１１の構成は単なる例示にすぎない。
基板４４から部分４６を薄膜化する若しくはそれを取り除くことによって、かつ／又は経路４２を増強することによって形成されたメッシュは、製造中の基板４４の取扱いを難しくする場合がある。図１２は、部分４６が薄膜化された後、かつ／又は基板４４から取り除かれた後、転写テープ又は他のキャリア（キャリア６２）などの一時的なキャリア層が、構成要素２４及び基板４４を適所に保持するためにどう使用され得るかを示す。基板４４を形成かつパターン化するとともに、構成要素２４をはんだ又は他の導電材料で基板４４に実装する際に使用されるガラスキャリア又は他の一時的な支持構造体から基板４４を剥がすのを助けるようにキャリア６２を使用することができる。
図１２の構造体を形成した後（例えば、取り付けられた構成要素２４を有するメッシュ基板を形成した後）、メッシュ基板は、図１３、図１４、図１５、及び図１６の例示的な入出力デバイス２０が示すように、入出力デバイス２０を形成するように他の構造体と組み合わされてもよい。
図１３の例では、入出力デバイス２０は、基板４４及びデバイス２４をキャストポリマー樹脂内に入れることによって形成されることによって、基板４４及び構成要素２４が埋め込まれたポリマー層６４などのポリマーカプセル化層を形成するものである。ポリマー６４は、透明シリコーン、ポリウレタン、アクリル、複合材料、ハイブリッド材料、又は構成要素２４に、かつ／又はそれから光を通過させる他の透明エラストマ材料とすることができる。
図１４の例では、基板４４及び構成要素２４は支持構造体６６上に実装されている。構造体６６は、プラスチック、金属、ガラス、サファイア若しくは他の結晶性材料、セラミック、ファブリック、又は他の材料からなる層とすることができる。接着剤は、基板４４を層６６に取り付ける際に使用されてもよいし、又は基板４４は、熱及び／又は圧力を用いて層６６に取り付けられてもよい。
図１５は、層６８などのカプセル化層が構成要素２４上のコーティング及び基板２４上の上面としてどのように堆積され得るかを示す。層６８の一部は、開口部４６内に進入してもよい。層６８は、（一例として）透明シリコーン、ポリウレタン、アクリル、複合材料、ハイブリッド材料、又は他の弾性ポリマーなどの透明なポリマーから形成されてもよい。層６８などのコーティング層はまた、ファブリック又は他の好適な材料から形成されてもよい。
図１６は、（例えば、基板４４の上面上の構成要素２４を覆うために）材料７２の上部層及び／又は下部層が基板４４に積層されたシナリオにおける入出力デバイス２０の例示的な構成の側面断面図である。接着剤７０が、層７２を基板４４に取り付けるのを助けるよう、層７２のそれぞれと基板４４の間に介在してもよい。層７２のそれぞれは、プラスチック、金属、ガラス、サファイア若しくは他の結晶性材料、セラミック、ファブリック、又は他の材料の層とすることができる。
所望であれば、基板４４内の開口部４６と整列した開口部などの開口部が、層６４、６６、６８及び／又は層７２の一方若しくは両方内に形成されてもよい。開口部はまた、構成要素２４の一部又は全部と整列した層６４、層６６、層６８及び／又は層７２内に形成されてもよい。一例として、光を構成要素２４から放出できるように、穿孔が構成要素２４に重畳する材料の１つ以上の層内に形成されてもよい。構成要素２４は基板４４の片面又は両面上に形成されてもよい。
入出力デバイス２０を形成した後、入出力デバイス２０は駆動システム及び感知システムなどの他のデバイスと統合されてもよい。異方性導電膜ボンディング、はんだ付け、溶接、圧着接続、１つ以上のコネクタを基板４４に実装するために、これらの技法を用いることによって形成された接続などを用いてデバイス２０とデバイス１０内の他のリソースの間に接続が形成されてもよい。デバイス２０をデバイス１０内の他の回路と相互接続するための信号経路としては、リボンケーブル、フレキシブルプリント回路ケーブル、同軸ケーブル及び他の高周波伝送線路、並びに他の信号経路を挙げることができる。
図１３、図１４、図１５及び図１６に示すタイプの構成において基板４４及び構成要素２４に付加された材料は環境保護を付与することができ、また入出力デバイス２０の中立応力平面を経路４２内の信号線及び構成要素２４と位置合わせすることによって、構成要素２４及び基板４４の相互配線への応力を低減することを確実にするのに有用な場合がある。これらの追加材料は、デバイス１０の曲げにより、過度に応力がデバイス２０に加えられるのを防止するのに有用な応力リミッタ構造体として作用することもできる。
入出力デバイス２０は、電子デバイス１０の一部又は全部を形成する際に使用されてもよい。基板４４内の開口部によってもたらされる可撓性、経路４２の形状（例えば、それぞれの構成要素２４の間にばねを形成する蛇状形状）、及び基板４４内の相互配線５０（例えば、経路４２内の相互配線）を形成する際に使用される伸張可能な材料により、デバイス２０を広範囲の形状に変形することができる。デバイス２０を、１次元に沿って屈曲してもよいし（例えば、デバイス２０を曲げ軸に沿って曲げることができる）、複数の次元に沿って屈曲してもよい（例えば、デバイス２０を、デバイス筐体又は支持構造体内の複心曲線に従うように変形してもよいし、複数の次元に変形してもよい）。所望であれば、デバイス２０は、座屈させずに１つ以上の次元に沿って変形されてもよい。
領域４６を取り除いた後、基板４４はメッシュを形成することができる。メッシュは、構成要素２４の下に走る（かつ、パッド５０’を介して構成要素２４に連結された）トレース５０と、構成要素２４間の経路４２に沿って延在するトレース５０とを含むことができる。構成要素２４（電気ユニット又は島と呼ばれる場合がある）は、経路４２の導電線にわたって伝達されるシリアル信号及び／又はパラレル信号を用いて相互接続することができる。
経路４２のために蛇状構造体を使用することにより、別の方法でリジッド薄膜金属又は誘電材料が２次元又は３次元に十分に変形して、入出力デバイス１０の変形中に生成される機械的応力を収容できるようにすることができる。変形中に薄膜に引き起こされた歪みは相対的に低い可能性がある。経路４２は、変形を収容できるアコーデオン形状、ジグザグ形状、８の字形状、又は他の形状を有することができる。
構成要素２４はデータ及び制御信号を、経路４２を介して構成要素２４に送信することで個々にアドレス指定可能とすることができる。発光ダイオード、他の半導体ダイ及び他の構成要素３０などの潜在的に小さい構成要素をインターポーザ３２上に実装することで、基板４４にはんだ付けされたパッドのサイズは、パッド６０に関連付けられたよりも小さいサイズ（例えば、５〜１０マイクロメートル未満、１５マイクロメートル未満など）から、インターポーザパッド５６’に関連付けられた大きいサイズ（例えば、５０マイクロメートル、２５マイクロメートル超過、１００マイクロメートル未満など）まで効果的に増大させることができる。
所望であれば、各構成要素２４は、制御回路１６によってその構成要素に供給された画像データ又は他の画素データに応じて赤色光、緑色光及び／又は青色光を放出するようにアドレス指定可能とすることができる。製造中にテストして、不良の構成要素２４を選択して取り替えることにより、歩留まりを向上させることができる。触知システム及びタッチ感知式システムは、感知式構成要素及び／又は作動構成要素を、基板４４上に実装された構成要素２４内に組み込むことで入出力デバイス２０内に組み込まれてもよい。構成要素２４は、一般に、タッチ、力、温度、加速を感知するか、触知フィードバックを生成するか、又は他のタイプの感知能力作動能力を有する構成要素を含むことができる。これらなどの構成要素２４は、発光ダイオードを備えた共通のインターポーザ基板３２上に実装されたデバイス３０から形成されてもよいし、発光ダイオードを実装するために使用された基板とは別個のインターポーザ基板３２上に実装されたデバイス３０から形成されてもよい。
構成要素２４は比較的小さい場合がある。例えば、構成要素３０は、約１０×１０マイクロメートルの寸法（又は２〜１００マイクロメートルの範囲の他の寸法、若しくは他の好適なサイズ）を有することができる。図４の例示的な集積回路３６などの集積回路の外形は、約１５０×５０マイクロメートル（又は２〜５００マイクロメートルの範囲の他の好適な寸法、１０マイクロメートル超過、若しくは１００マイクロメートル未満）とすることができる。インターポーザ３２（及びゆえに構成要素２４）は、約２００×５００マイクロメートル、１００マイクロメートル超、１０００マイクロメートル未満、若しくは他の好適なサイズの寸法を有することができる。潜在的に小さいサイズの構成要素２４は、構成要素２４内の不透明構造体によって少量の光しか遮断されないのを確実にするのに有効である可能性があることによって、入出力デバイス２０が所望のアプリケーション（例えば、透明ディスプレイ及び／又はセンサアプリケーション）に対して十分に透明であることを確実にするのに有効である。小さいサイズの構成要素２４は、高密度の構成要素２４を形成するのも可能にすることができる（例えば、構成要素は、１００以上、１０以上、３００以上、５０〜５００などのｄｐｉ（dot-per-inch）値で実装されてもよい）。
所望であれば、入出力デバイス２２は、ディスプレイバックライトユニットなどのデバイス１０用の照明構造体、装飾トリムとして作用するか、あるいは（例えば、キーボード用の）文字若しくは記号を形成するパターン化された光を供給する構造体、光ベースのセンサ構造体、エンクロージャ用の照明、又は伸張可能な光ガイド層に基づく他の照明構造体を含んでもよい。図１７に示すように、入出力デバイス２２は伸張可能な照明ユニット１００などの伸張可能な照明構造体を含むことができる。
伸張可能な照明ユニット１００は、光を生成する光源１０２などの伸張可能な光源を形成する構成要素（例えば、構成要素２４）を含むことができる。この光は、赤外光、紫外光又は可視光とすることができる。光が可視光である例を一例として本明細書に記載する場合がある。光源１０２からの光は、伸張可能な光ガイド層１０４などの伸張可能な光ガイド構造体に与えられてもよい。層１０４は、材料の１つ以上の層（例えば、伸張可能なポリマー層、光散乱機構を有する層、クラッド層として作用する層、スペース層、カプセル材層、及び材料の他の層などの透明エラストマ材料のシート）から形成されてもよい。信号経路４２（例えば、伸張可能な蛇状金属配線）は、光源１０２内に形成されてもよく、信号を構成要素２４に送るように構成要素２４に連結されてもよい。
光が伸張可能な光ガイド１０４の中に放たれた後、光は、全内部反射の原理により、光ガイド１０４の内部に（例えば、透明なエラストマ材料のシートの上面と下面との間で）伝播することができる。光散乱機構、又はユーザの指若しくは他の外部物体からの圧力の印加による局所変形により、光ガイド１０４内の光を光ガイド１０４の外へ散乱させることができる。散乱光は、フレキシブルディスプレイ用のバックライト（例えば、ユーザに画像を表示する画素の配列を形成するディスプレイ層）として用いられてもよいし、装飾照光トリム構造体を形成するのに用いられてもよいし、指センサ（例えば、光ベースのタッチセンサ及び／又は光ベースの力センサなど）の部分を形成してもよいし、ラベル（例えば、アイコン、英数字、ロゴなど）の部分を形成してもよいし、フラッシュ光又は周辺照明構造体用の照光源として作用してもよいし、カメラ用のフラッシュとして作用してもよいし、又はデバイス１０用の他の好適な照光構造体を形成してもよい。
所望であれば、デバイス１０及び／又は入出力デバイス２２は、例示的な光学構成要素１０６（例えば、光拡散体、プリズム、レンズなど）、機械的構造体１０８（例えば、歪み制限膜、保護コーティング層、筐体構造体など）、及び電子構成要素（例えば、制御回路、センサ、バッテリ、エネルギーハーベストシステムに基づくエネルギー源、太陽電池など）などの追加の構造体、並びに他の構造体を含むことができる。
図１８は例示的な伸張可能な照明構造体の斜視図である。図１８に示すように、伸張可能な光ユニット（構造体）１００は、伸張可能な光源１０２と伸張可能な光ガイド１０４を含むことができる。伸張可能な光ガイド１０４は層１１２などの伸張可能な透明層から形成されてもよい。層１１２は、伸張可能な透明なプラスチック（例えば、シリコーンなど）などの透明エラストマのシートから形成されてもよい。光は、層の縁部（縁面）１１６に沿って層１１２の内部に放出されてもよいし、別の方法で層１１２の中に放たれてもよい。図１８の例では、光源１０２は、経路４２（例えば、伸張可能な蛇状信号経路又は他の伸張可能な信号経路）を用いて制御回路１６に、かつ／又は互いに電気的に接続された縁部１１６上の複数の発光構成要素２４（例えば、発光ダイオード及び／又は他の回路を含む構成要素）を有する。光源１０２内の構成要素２４からの光は層（光ガイド層）１１２内に放たれ、全内部反射によって層１１２全体にわたって分散される。
層１１２の全部又は選択された部分は、図１８の光散乱機構１１４などの光散乱構造体を備えてもよい。光散乱機構１１４は、突起、凹み、層１１２の表面上のパターン化されたコーディング材料、埋込みマイクロビーズ、他の光散乱粒子、若しくは他の埋込み構造体、及び／又は、層１１２の外に（例えば、層１１２の平面の外に）光を散乱する他の構造体から形成されてもよい。図１８に示すように、光散乱機構１１４は、層１１２の前面上の機構１１４、層１１２内に埋め込まれた機構１１４、及び／又は層１１２の背面１１２Ｒ上に形成された機構１１４を含むことができる。
伸張可能な光源１０２は、伸張可能な信号経路４２を用いて形成されているので、伸張可能な光源１０２は、層１１２の伸張を収容するように伸張することができる。図１９は、層１１２を伸張するのにユーザの手及び指１１８をどう使用し得るかを示す。図２０は層１１２を横方向に伸張し得る様子を示す。図２１は層１１２を縦方向に伸張し得る様子を示す。層１１２はまた、（例として）対角線上にも伸張することができ、かつ／又は複心曲線を有する表面を覆うように伸張することができる。製造中に層１１２を伸張し、その後、デバイス１０内の固定の位置に維持してもよいし、あるいは、デバイス１０の動作中、層１１２をユーザが動的に伸張してもよい。
図２２は例示的な伸張可能な照明ユニットの側面断面図である。図２２に示すように、照明ユニット１００は、伸張可能な光源１０２と伸張可能な光ガイド１０４を有することができる。伸張可能な光源１０２は、発光ダイオードから、又は光ガイド１０４の伸張可能な層１１２の中に光１２４を放出する他の発光構成要素２４から形成されてもよい。光１２４は全内部反射により層１１２内に伝播することができる。光散乱機構１１４は、層１１２の所望のエリアで層１１２の外に光１２４を散乱させるのに使用されてもよい。図２３は伸張可能な光ガイド層１１２がコア層１１２−１及びクラッド層１１２−２を有し得る様子を示す。コア層１１２−１は、全内部反射を促進するために層１１２−２から形成されたコーディングの屈折率よりも高い屈折率を有してもよい。層１１２−１及び１１２−２は、（一例として）透明なエラストマポリマーから形成されてもよい。
図２４及び図２５は、構成要素２４がインターポーザ３２などの基板上に実装された発光ダイオード又は他の発光構成要素３４を含み得る様子を示す。構成要素２４は、蛇状経路４２−１（図２４）及び蛇状経路４２−２（図２５）のように伸張可能な信号経路によって互いに、かつ制御回路１６に電気的に連結されてもよい。図２４及び図２５の構造体は、図２６の光源１０２のように２層の伸張可能な光源を形成するように積み重ねられてもよい。図２７は図２６の光源１０２の上部層の側面図であり（すなわち、図２７は図２５の構造体の側面図である）、また図２８は図２６の光源１０２の下部層の側面図である（すなわち、図２８は図２４の構造体の側面図である）。
図２９は、光源１０２内の発光構成要素が異なる色の光を放出し得る様子を示す伸張可能な層１１２の縁部の斜視図である。赤色光は、赤色発光構成要素２４Ｒにより放出され得、緑色光は緑色発光構成要素２４Ｇにより放出され得、青色光は青色発光構成要素２４Ｂにより放出され得る。構成要素２４Ｒ、２４Ｇ及び２４Ｂなどの構成要素は、蛇状経路４２を用いて任意の好適な順番で連結されてもよい。所望であれば、他の色の光が構成要素２４によって放出されてもよい。
図３０は、発光ダイオード又は他の発光構成要素３４がインターポーザ３２などの基板上に実装され得る様子を示す例示的な発光構成要素２４の上面図である。図３０の構成要素３４は（一例として）単一色の発光ダイオードとすることができる。図３１の構成では、赤色発光ダイオード３４Ｒ、緑色発光ダイオード３４Ｇ、及び青色発光ダイオード３４Ｂはインターポーザ３２上に実装されている。図３２の構成では、赤色発光ダイオード３４Ｒ、緑色発光ダイオード３４Ｇ、青色発光ダイオード３４Ｂ、及び白色発光ダイオード３４Ｗはインターポーザ３２上に実装されている。制御回路はまたインターポーザ上に実装されてもよい。
図３３、図３４、図３５、図３６、図３７、図３８及び図３９は、様々な光ガイド及び光源の構成を有する例示的な伸張可能な光ガイドユニット１００の上面図である。図３３の例では、層１１２は矩形であり、光源１０２は層１１２の縁部のうち一つに沿って位置している。図３４の例では、光源１０２は層１１２の、反対側にある縁部に沿った構成要素のアレイ２４を含む。層１１２の３つの縁部は、図３５の例では発光構成要素２４を備えており、層１１２の４つの縁部は、図３６の例では発光構成要素２４を備えている。図３７は、層１１２は円形とし、光源１０２が層１１２の周囲を走る発光構成要素２４を有し得る様子を示す。図３８は、層１１２は八角形とし、層１１２の８辺のそれぞれが発光構成要素２４を有し得る様子を示す。図３９は、光源１０２の発光構成要素２４のいくつかが層１１２内に埋め込まれ得る様子、及び光源１０２の発光構成要素２４のいくつかが層１１２の露出された外縁部表面上に実装され得る様子を示す。一般に、層１１２は任意の好適な形状（すなわち、１つ以上の湾曲した縁部及び／又は１つ以上の直線状の縁部を有する形状など）を有することができ、また構成要素２４は層１１２の任意の好適な部分上又はその内部に実装され得る。層１１２は光抽出機構１１４を含んでも、含まなくてもよい。
図４０、図４１及び図４２の例示的な構成に示すように、伸張可能な光源１００は、ボンディング材料１２８（例えば、シリコーン接着剤又は他の好適なボンディング層などの透明なエラストマ接着剤）を用いて光ガイド材料からなる複数の小さいエリア（例えば、矩形のシート又は他の形状のシート）を縫い合わすことによって形成された伸張可能な光ガイド層１１２を有することができる。ボンディング材料１２８は、反射を抑制するために層１１２の屈折率と一致する屈折率（例えば、層１１２の屈折率の＋／−０．１以内の）を有することができる。層１１２のパネルは、直線状に縫い合わせてもよいし（図４０）、矩形タイル構成に縫い合わせてもよいし（図４１）、又は他の好適な形状に縫い合わせてもよい（例えば、図４２の例示的なレイアウト参照）。
図４３の例示的な伸張可能な光ガイドユニット１００が示すように、層１１２は、球状物体１３０の表面又は複心曲線を有する他の表面などの曲面に共形となるように伸張され得る（例えば、層１１２は両手１１８で方向１３２に伸張され得る）。接着剤又は他の取付構造体は、ユニット１００を構造体１３０に取り付けるのに使用されてもよいし（すなわち、構造体１３０はデバイス１０内の支持構造体として作用することができる）、ユニット１００はデバイス１０を使用中に動的に伸張されてもよい。
図４４は構成要素２４及び伸張可能な信号経路４２が層１１２の縁面上に実装され得る様子を示す。図４５に示すように、構成要素２４の一部又は全部が層１１２内に埋め込まれてもよい。
所望であれば、光１２４は、周波数がダウンコンバートされてもよい（例えば、短波長から長波長に変換されてもよい）。例えば、伸張可能な光ガイドユニット１００内のエラストマ材料内にダウンコンバート剤を混合することでダウンコンバージョン層を形成することによって光１２４をダウンコンバートすることができる。図４６に示すように、ダウンコンバート剤１３８を、層１１２上の層１３６などのカプセル化層の中に混合して、ダウンコンバージョン層を形成してもよい。剤１３８などのユニット１００のダウンコンバージョン材料は、蛍光体、量子ドット、又は光１２４をダウンコンバートする他の剤を含むことができる。例えば、剤１３８は、発光構成要素２４からの青色光１２４を、ユニット１００が放出する場合、赤色光、緑色光、及び青色光に変換できるように、赤色及び緑色の量子ドットを含んでもよいし、（例として）青色光を白色光に変換する蛍光体を含んでもよい。所望であれば、ダウンコンバート剤１３８は、層１１２の中に混合されてもよく、構成要素２４内の発光ダイオード構造体の中に混合されてもよく、かつ／又は他のコーティング、ユニット１００内の材料の層、又はデバイス１０内の他の構造体の中に混合されてもよい。層１３６（例えば、透明なエラストマポリマー又は他のカプセル化層）が剤１３８などのダウンコンバージョン材料を備えている図４６の例示的な構成は単なる例示にすぎない。
図４７は、光散乱機構１１４が表面実装構造体を含む例示的な構成のユニット１００の側面図である。層１１２上の表面実装構造体は、コーティング層を層１１２上に印刷するか、又は別の方法でパターン化することによって形成されてもよいし（例えば、パターン化した光散乱コーディング１１４Ｃ参照）、接着剤１１４Ａ’を用いて構造体１１４Ａなどの光散乱構造体を層１１２に取り付けることによって形成されてもよいし、又は他の光散乱構造体を層１１２に取り付けることによって形成されてもよい。光抽出構造体は、永続的に光ガイド層１１２に取り付けてもよいし、感圧接着剤又は他の一時的なボンディング剤を用いて一時的に取り付けてもよいし、又は他の実装技法を用いて取り付けてもよい。図４７の機構１１４などの光抽出構造体は、レンズ、拡散光散乱構造体（例えば、曇った材料又はテクスチャ加工された材料）、又は光２４に着色する着色材料を形成する光学構造体を含むことができる。図４７に示すタイプの構造体１１４又は他の光抽出機構は、文字、ロゴ、アイコン、他の記号又は他のパターンを形成するようにパターン化されてもよい。このタイプの光散乱機構は、機能的な目的のため（例えば、所望とされる場所でディスプレイに対してバックライトを散乱させるために）、装飾的目的のため（例えば、装飾トリムを形成するために）、又はボタン、力センサ、タッチセンサなどの場所などの入出力デバイスの場所をユーザに知らせる記号又は他のラベルを形成するために、選択して層１１２のエリアに適用することができる。
図４８及び図４９は複数の伸張可能な光ガイド層が伸張可能な照明ユニット１００を形成する際に使用され得る様子を示す。図４８の例に示すように、分離層１４０は、上部光ガイド層１１２Ｔと下部光ガイド層１１２Ｂの間に介在してもよい。層１４０は、層１４０が光学クラッド層として作用するように層１１２Ｔ及び層１１２Ｂの屈折率よりも低い屈折率を有することができる。確実に層１１２Ｔと層１１２Ｂとの間の隙間を均一にするため、任意のスペーサ１４２（例えば、微粒子、ポリマーのカラム、又は他のスペーサ構造体）が層１４０の中に組み込まれてもよい。層１１２Ｔ及び層１１２Ｂはそれぞれ発光構成要素２４のそれぞれのアレイと伸張可能な経路４２を有することができる。発光構成要素は、層１１２Ｔ及び層１１２Ｂのそれぞれの中に光１２４を放出することができ、光散乱構造体１１４によりユニット１００の外に散乱される。図４９の例では、クラッド層１４０の２つは光ガイド層１１２Ａ、１１２Ｂ及び１１２Ｃを分離する際に使用されている。
図４８及び図４９の層１４０は、液体、ゲル（例えば、変形可能なゾルゲル材料）、又は（一例として）外圧により圧縮され得る他の好適な材料などの変形可能な材料から形成されてもよい。スペーサ１４２は、層１４０の屈折率と一致する屈折率を有することができる（例えば、スペーサ１４２は、＋／−０．１未満、又は層１４０の屈折率から他の好適な量しかはずれていない屈折率を有することができる）。所望であれば、層１４０は透明なエラストマポリマーから形成されてもよい。
図５０は、光散乱剤１４４などの光散乱材料を含む例示的な構成のユニット１００の側面断面図である。光散乱剤１４４としては、光散乱粒子、光散乱球微粒子、微細空孔（例えば、空気又は他のガスの泡）、又は光散乱を向上させる他の機構を挙げることができる。剤１４４は、カプセル化層１４６などの伸張可能な透明なポリマー層（例えば、シリコーン層又は他のエラストマポリマー層）内に埋め込まれてもよい。任意のスペーサ１４２を有する層１４０などの分離層は、伸張可能なカプセル化層１４６を光ガイド層１１２の光ガイド層１１２’から分離するのに使用されてもよい。
図５０の構造体１００などの構造体は、ユーザの指（指１１８）又は他の外部物体によって圧力が加えられると、変形させることができる。構造体１００が変形したときに生成された放出光は、ユーザに視覚的フィードバックを提供することができるし、又は、（例えば、構造体１００が、圧力センサ、力センサ、タッチセンサ、ボタン、又は加えられた力に反応する他のセンサ内の光ベースの構造体の部分として使用されるとき）検出されてもよい。
指１１８によって圧力が加えられたときの構造体１００の変形を図５１に示す。層（単数又は複数）１４０は層１１２’よりも低い屈折率を有してもよい。層１４６は、層１４６が層１１２’に接触するとき、光漏れを促進するため、層１１２’の屈折率と一致する屈折率を有してもよいし、他の好適な屈折率の値を有してもよい。
図５１に示すように、層１４６及び層１４０などの構造体１００を構成する層は指１１８からの圧力によって変形することができることによって、局所的に光１２４の全内部反射を無効にしたり、局所的に層１１２の層１１２’及びユニット１００から光１２４を逃げ出させたりすることができるようになる。このように層１１２から抽出された光は、光散乱構造体１４４による層１４８内の光散乱により、指１１８と層１１２との間の接触点の周りにグロー効果を引き起こすことができるし、あるいは、別の方法でデバイス１０のユーザに見えるものとすることができる。所望であれば、光抽出機構１１４を、このタイプの伸張可能な照明ユニット（例えば、図５２参照）の中に組み込んでもよい。
実施形態によれば、メッシュ形状を有する伸張可能な基板と、伸張可能な基板上に実装された構成要素のアレイであって、各構成要素がインターポーザ基板、及びインターポーザ基板に実装された電気デバイスを有する構成要素のアレイと、を含む装置が提供される。
別の実施形態によれば、構成要素のアレイは、伸張可能な基板内の信号経路を用いて相互接続されている。
別の実施形態によれば、信号経路が、伸張可能な基板の蛇状セグメントから形成されており、蛇状セグメントのそれぞれは、構成要素のアレイ内のそれぞれの構成要素の一対の間を延在している。
別の実施形態によれば、伸張可能な基板はエラストマポリマーから形成されている。
別の実施形態によれば、構成要素は、少なくともいくつかの発光構成要素を含む。
別の実施形態によれば、発光構成要素のインターポーザ基板に実装された電気デバイスは発光ダイオードを含む。
別の実施形態によれば、各発光構成要素の発光ダイオードのうちのいくつかは異なる色を有する。
別の実施形態によれば、各発光構成要素の発光ダイオードのうちのいくつかは冗長な発光ダイオードであり、エラストマポリマー材料は、シリコーン、ポリウレタン、及びアクリルからなる群から選択される材料を含む。
別の実施形態によれば、構成要素はセンサ構成要素を含む。
別の実施形態によれば、センサ構成要素のインターポーザ基板に実装された電気デバイスは、力センサ、タッチセンサ、温度センサ及び加速度計からなる群から選択されるセンサを含む。
別の実施形態によれば、構成要素はアクチュエータ構成要素を含む。
別の実施形態によれば、構成要素のそれぞれのインターポーザは、インターポーザを基板にはんだ付けしたはんだパッドを有し、各構成要素の電気デバイスはそれぞれ、その構成要素のインターポーザにはんだ付けされたはんだパッドを有する。
別の実施形態によれば、発光ダイオードは、それぞれが別個の半導体ダイから形成されているマイクロ発光ダイオードを含む。
別の実施形態によれば、装置は、基板に取り付けられた材料の層を含む。
別の実施形態によれば、装置は、材料の第１及び第２の層を含み、基板は材料の第１の層と第２の層の間に介在している。
実施形態によれば、開口部のアレイを有するとともに、開口部の間に延在する蛇状信号経路を有するメッシュ状エラストマ基板層であって、蛇状信号経路に連結されたはんだパッドを有するメッシュ状エラストマ基板層と、メッシュ状エラストマ基板層上のアレイ内の複数の電気構成要素であって、各電気構成要素が電気デバイスを有するとともに、第１及び第２のインターポーザはんだパッドを備えるインターポーザを有する複数の電気構成要素と、を含み、第１のインターポーザはんだパッドがメッシュ状エラストマ基板層のはんだパッドにはんだ付けされ、電気デバイスがインターポーザ上の第２のインターポーザはんだパッドにはんだ付けされている、入出力デバイスが提供される。
別の実施形態によれば、電気デバイスはマイクロ発光ダイオードを含む。
別の実施形態によれば、入出力デバイスは、追加の電気構成要素のインターポーザ基板に実装されたセンサを含む追加の電気構成要素を含み、追加の電気構成要素のインターポーザは、メッシュ状エラストマ基板層のはんだパッドにはんだ付けされている。
別の実施形態によれば、追加の電気構成要素は、温度センサ、加速度計、力センサ、タッチセンサ及びアクチュエータからなる群から選択される電気デバイスを含む。
実施形態によれば、制御回路と、制御回路に連結された入出力デバイスであって、開口部のアレイを有するとともに、開口部の間を走る蛇状信号経路を有するメッシュ状エラストマ基板層を含む入出力デバイスと、を含む電子デバイスが提供され、メッシュ状エラストマ基板層は、蛇状信号経路に連結されたはんだパッドと、このエラストマ基板層上にアレイ状に配設された複数の発光電気構成要素を有し、各発光電気構成要素は、エラストマ基板層のはんだパッドにはんだ付けされた第１のインターポーザはんだパッドと、インターポーザ上の第２のインターポーザはんだパッドにはんだ付けされた複数の発光ダイオードを備えたインターポーザを有する。
別の実施形態によれば、メッシュ状エラストマ基板層は透明である。
別の実施形態によれば、信号経路は透明導電材料を含む。
実施形態によれば、伸張可能な光ガイドと、伸張可能な光ガイドの中に光を放出する、複数の発光ダイオードを含む伸張可能な光源と、を含む、装置が提供される。
別の実施形態によれば、伸張可能な光源は、発光ダイオードの間に連結された蛇状信号経路を含む。
別の実施形態によれば、伸張可能な光ガイドは縁面を含み、伸張可能な光源は、縁面上に実装されているとともに、縁面を介して伸張可能な光ガイドの中に光を放出するものである。
別の実施形態によれば、複数の発光ダイオードは伸張可能な光ガイド内に埋め込まれている。
別の実施形態によれば、伸張可能な光ガイドは光散乱構造体を含む。
別の実施形態によれば、光散乱構造体は、突起及び凹みからなる群から選択される構造体を含む。
別の実施形態によれば、光散乱構造体は伸張可能な光ガイドの表面に取り付けられた構造体を含む。
別の実施形態によれば、伸張可能な光ガイドは第１の屈折率を有するポリマーシートと、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するポリマーシート上のポリマーコーティングと、を含む。
別の実施形態によれば、光源は、互いに積み重ねられた複数の層の発光ダイオードを含む。
別の実施形態によれば、発光ダイオードは異なる色の発光ダイオードを含む。
別の実施形態によれば、装置は、発光ダイオードが実装されているインターポーザを含む。
別の実施形態によれば、伸張可能な光ガイドは、透明ボンディング材料を用いて接合された縁部を有する、材料の複数のシートを含む。
別の実施形態によれば、伸張可能な光ガイドは透明エラストマシートを含むとともに、透明エラストマシート上にエラストマコーティングを含む。
別の実施形態によれば、光は第１の波長を有し、装置は第１の波長の光を第１の波長よりも長い第２の波長の光に変換するエラストマコーティング内のダウンコンバージョン材料を更に含む。
別の実施形態によれば、伸張可能な光ガイドは光を案内する第１及び第２の透明エラストマ層を含み、伸張可能な光源は、光の第１の部分を第１の透明エラストマ層の中に放出する第１のセットの発光ダイオードと、光の第２の部分を第２の透明エラストマ層の中に放出する第２のセットの発光ダイオードと、を含む。
別の実施形態によれば、装置は、第１の透明エラストマ層と第２の透明エラストマ層との間の分離層を含む。
別の実施形態によれば、装置は、第１の透明エラストマ層と第２の透明エラストマ層との間の隙間を画定する分離層内のスペーサを含む。
別の実施形態によれば、分離層は液体層及びゲル層からなる群から選択される層を含む。
別の実施形態によれば、伸張可能な光ガイドはエラストマシート及びエラストマシート上の光散乱コーティングを含む。
実施形態によれば、発光構成要素と、発光構成要素から光を受ける伸張可能な光ガイド層と、エラストマ層と、伸張可能な光ガイド層とエラストマ層との間の分離層と、を含む伸張可能なデバイスが提供される。
別の実施形態によれば、伸張可能なデバイスは、エラストマ層と伸張可能な光ガイド層との間の隙間を画定する分離層内のスペーサを含む。
別の実施形態によれば、分離層は液体層、ゲル層、並びにガス状物質及びスペーサ構造体を有する層からなる群から選択された層を含む。
別の実施形態によれば、伸張可能なデバイスは、伸張可能な光ガイド上の光散乱構造体を含み、発光構成要素は、発光ダイオード及びレーザダイオードからなる群から選択される発光構成要素を含む。
実施形態によれば、光散乱構造体を有するエラストマポリマーのシートから形成される伸張可能な光ガイドと、発光ダイオードと発光ダイオードの間に連結された伸張可能な信号経路を有する伸張可能な光源と、を含み、発光ダイオードは光をエラストマポリマーのシートの中に放出し、この光は光散乱構造体によってエラストマポリマーのシートの外に散乱する、伸張可能な照明ユニットが提供される。
別の実施形態によれば、光散乱構造体は、エラストマポリマーのシートの突起部及びエラストマポリマーのシート内の凹部からなる群から選択される構造体を含む。
別の実施形態によれば、エラストマポリマーのシートは、反対側にある第１及び第２の表面を有し、光散乱構造体は、エラストマポリマーのシートの第１の表面に取り付けられた構造体を含む。
前述の内容は単なる例示にすぎず、説明した実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者によって種々の修正を行うことができる。前述の実施形態を個々に又は任意の組合せで実施することができる。
Claims (8)
- メッシュ形状を有する伸張可能な基板であって、前記伸張可能な基板は、第１の厚さを有する第１の領域及び第２の厚さを有する第２の領域を含み、前記第１の厚さは前記第２の厚さよりも大きい、伸長可能な基板と、
前記伸張可能な基板上に実装された構成要素のアレイと、
を備え、各構成要素は、インターポーザ基板と、前記インターポーザ基板に実装された電気デバイスとを有し、前記構成要素のアレイは、前記第１の領域において前記伸張可能な基板内に埋め込まれた信号経路を用いて相互接続されており、前記インターポーザ基板は、前記信号経路と前記電気デバイスとの間に介在している、装置。 - 前記信号経路は、前記伸張可能な基板の蛇状セグメントから形成されており、前記蛇状セグメントのそれぞれは、前記構成要素のアレイ内の個別の構成要素の一対の間に延在している、請求項１に記載の装置。
- 前記伸張可能な基板はエラストマポリマーから形成されており、前記構成要素は少なくともいくつかの発光構成要素を含み、前記発光構成要素の前記インターポーザ基板に実装された前記電気デバイスは発光ダイオードを含み、各発光構成要素の前記発光ダイオードのいくつかは異なる色を有し、各発光構成要素の前記発光ダイオードのいくつかは冗長な発光ダイオードであり、前記エラストマポリマー材料は、シリコーンと、ポリウレタンと、アクリルとからなる群から選択される材料を含む、請求項２に記載の装置。
- 前記構成要素はセンサ構成要素を更に含み、前記センサ構成要素の前記インターポーザ基板に実装された前記電気デバイスは力センサと、タッチセンサと、温度センサと、加速度計とからなる群から選択されるセンサを含み、前記構成要素はアクチュエータ構成要素を更に含み、前記構成要素のそれぞれの前記インターポーザは前記インターポーザを前記基板にはんだ付けしたはんだパッドを有し、各構成要素の前記電気デバイスはそれぞれ、当該構成要素の前記インターポーザにはんだ付けされたはんだパッドを有する、請求項２に記載の装置。
- 前記発光ダイオードは、それぞれが別個の半導体ダイから形成されるマイクロ発光ダイオードを含み、
前記装置は、材料の第１及び第２の層を更に備え、前記基板は材料の前記第１の層と前記第２の層の間に介在している、請求項３に記載の装置。 - 開口部のアレイを有するとともに前記開口部の間に延在する蛇状信号経路を有するメッシュ状エラストマ基板層であって、メッシュ状エラストマ基板層は前記蛇状信号経路と連結されたはんだパッドを有し、前記開口部は前記メッシュ状エラストマ基板層を完全に通って延在している、メッシュ状エラストマ基板層と、
前記メッシュ状エラストマ基板層上のアレイ内の複数の電気構成要素であって、各電気構成要素は電気デバイスを有するとともに、第１及び第２のインターポーザはんだパッドを備えたインターポーザを有し、前記第１のインターポーザはんだパッドは前記メッシュ状エラストマ基板層の前記はんだパッドにはんだ付けされており、前記電気デバイスは前記インターポーザ上の前記第２のインターポーザはんだパッドにはんだ付けされている、複数の電気構成要素と
を備える入出力デバイス。 - 前記電気デバイスはマイクロ発光ダイオードを含み、
前記入出力デバイスは、追加の電気構成要素のインターポーザ基板に実装されたセンサを含む前記追加の電気構成要素を更に備え、前記追加の電気構成要素の前記インターポーザは前記メッシュ状エラストマ基板層の前記はんだパッドにはんだ付けされており、前記追加の電気構成要素は、温度センサと、加速度計と、力センサと、タッチセンサと、アクチュエータとからなる群から選択される電気デバイスを含む、請求項６に記載の入出力デバイス。 - 制御回路と、
前記制御回路に連結された入出力デバイスであって、
開口部のアレイを有するとともに、前記開口部の間及び周りに走る蛇状信号経路を有するメッシュ状エラストマ基板層であって、前記メッシュ状エラストマ基板層は前記蛇状信号経路に連結されたはんだパッドを有し、前記メッシュ状エラストマ基板層は透明であり、前記蛇状信号経路は透明導電材料を含む、メッシュ状エラストマ基板層、及び
前記エラストマ基板層上にアレイ状に配設された複数の発光電気構成要素であって、各発光電気構成要素が、前記エラストマ基板層の前記はんだパッドにはんだ付けされた第１のインターポーザはんだパッドを有するインターポーザと、前記インターポーザ上の第２のインターポーザはんだパッドにはんだ付けされた複数の発光ダイオードとを備える、複数の発光電気構成要素、
を含む入出力デバイスと
を備える電子デバイス。
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