JP6858774B2 - フレキシブルエレクトロニクス機器及びそのための製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、フレキシブルエレクトロニクスの分野に関し、特に、フレキシブルエレクトロニクス機器及びその製造方法に関する。
フレキシブルエレクトロニクスは、フレキシブル基板に基づくエレクトロニクス技術である。その固有の可撓性及び伸展性により、本技術は、情報、エネルギー、医療及び国防等の分野において広く適用される可能性がある。フレキシブルエレクトロニクス技術を使用して製造されるフレキシブルエレクトロニクス機器は、軽量で薄く、任意の形状に湾曲又は丸めることができ、例えば、フレキシブルプリント基板、フレキシブルチップ及びフレキシブルディスプレイを含む。
従来のフレキシブルエレクトロニクス機器は、一般的にフレキシブル基板とフレキシブル基板上に組み立てられた機器層とを含む。機器層は、半導体構造とワイヤ構造とを含む。半導体構造はスイッチとして機能し、ワイヤ構造は他の機器に電気的に接続するために使用される。ワイヤ構造の一部は、半導体構造とマッチするために半導体構造のチャネル方向に平行な方向に延びている。
図１を参照すると、先行技術におけるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。図１に示すように、従来のフレキシブルエレクトロニクス機器１００は、フレキシブル基板１１０とフレキシブル基板１１０上に形成される機器層とを有する。機器層は、半導体構造１２０と半導体構造１２０とマッチするワイヤ構造１３０とを含み、ワイヤ構造１３０の延在方向は半導体構造１２０のチャネル方向（双方向点線矢印によって示す）に平行である。
フレキシブルエレクトロニクス機器１００が曲げられると、フレキシブル基板１１０及び機器層は両方とも応力の影響を受ける。図２を参照すると、先行技術において応力を受けるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。図２に示すように、フレキシブルエレクトロニクス機器１００にかけられる応力の方向が半導体構造１２０のチャネル方向に平行な場合、半導体構造１２０はチャネル方向に沿った張力及び張力方向に垂直な収縮力を受ける。２つの力の影響下で半導体構造１２０は変形し、結果として半導体構造１２０を流れる電流の変化を招く。さらに、ワイヤ構造１３０の延在方向が応力方向と同じであるため、ワイヤ構造１３０は、張力がかけられた後、より薄く、より長くなり、そのため、容易に破損しやすくなる。
上記からわかるように、従来のフレキシブルエレクトロニクス製品１０の半導体構造１２０及びワイヤ構造１３０は、応力の影響下において構造に変化が起こり得、これにより、結果として機器層１００の電気的特性及び可撓性の劣化を招くおそれがある。
本発明の目的は、従来のフレキシブルエレクトロニクス機器の電気的特性及び可撓性が応力の影響下で低下するという問題を解決するようなフレキシブルエレクトロニクス機器及びその製造方法を提供することである。
上述の技術問題を解決するため、本発明は、フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に形成される機器層とを備えるフレキシブルエレクトロニクス機器を提供する。
前記機器層は、半導体構造と、前記半導体構造に接続され、前記半導体構造のチャネル方向と同じ延在方向に延在する第１ワイヤ構造とを備える。
前記第１ワイヤ構造の前記延在方向は、前記フレキシブル基板の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成する。
あるいは、前記フレキシブルエレクトロニクス機器において、前記第１ワイヤ構造の前記延在方向と前記フレキシブル基板の前記伸張方向との間に形成される前記夾角は４０°乃至７０°の範囲内にある。
あるいは、前記フレキシブルエレクトロニクス機器において、前記機器層は、さらに、前記フレキシブル基板の縁上に設けられ、前記フレキシブル基板の稜線に平行な延在方向を有する第２ワイヤ構造を備える。
前記フレキシブルエレクトロニクス機器において、前記第２ワイヤ構造は、平行四辺形形状に形成され、前記平行四辺形形状の対角線が前記フレキシブル基板の前記伸張方向と同じ方向に沿って延びている複数の貫通穴を形成する。
前記フレキシブルエレクトロニクス機器において、前記フレキシブルエレクトロニクス機器は、複数のピクセル単位を有し、前記ピクセル単位の境界が平行四辺形形状に形成され、前記平行四辺形形状の対角線が前記フレキシブル基板の前記伸張方向と同じ方向に沿って延びているフレキシブル平坦パネル表示装置である。
前記フレキシブルエレクトロニクス機器において、前記平行四辺形形状の側縁と前記平行四辺形形状の前記対角線との間に形成される夾角は４０°乃至７０°の範囲内にある。
前記フレキシブルエレクトロニクス機器において、前記フレキシブルエレクトロニクス機器は、フレキシブル液晶ディスプレイである。
前記フレキシブルエレクトロニクス機器において、前記フレキシブルエレクトロニクス機器は、フレキシブル有機発光ディスプレイである。
本発明は、また、フレキシブルエレクトロニクス機器の製造方法も提供する。前記製造方法は、フレキシブル基板を提供し、半導体構造とワイヤ構造とをそれぞれ前記フレキシブル基板上に形成し、前記半導体構造は、前記ワイヤ構造の延在方向と同じチャネル方向を有し、前記半導体構造の前記チャネル方向は前記フレキシブル基板の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成する。
本発明は、また、フレキシブルエレクトロニクス機器の製造方法も提供する。前記製造方法は、フレキシブル基板を提供し、複数のピクセル単位と、第１ワイヤ構造と、第２ワイヤ構造とをそれぞれ前記フレキシブル基板上に形成し、前記ピクセル単位は半導体構造を有し、前記半導体構造が前記第１ワイヤ構造の延在方向と同じチャネル方向を有し、前記半導体構造の前記チャネル方向が前記フレキシブル基板の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成する。
前記第２ワイヤ構造は前記フレキシブル基板の縁上に設けられ、前記第２ワイヤ構造は前記フレキシブル基板の稜線に平行な延在方向を有する。前記第２ワイヤ構造は、複数の貫通穴を形成し、前記貫通穴は平行四辺形形状に形成され、前記平行四辺形形状の対角線は前記フレキシブル基板の前記伸張方向と同じ方向に沿って延びている。
本発明の実施形態に係る前記フレキシブルエレクトロニクス機器及びその製造方法では、半導体構造及び第１ワイヤ構造への応力の影響が最も小さくなるように、半導体構造のチャネル方向と第１ワイヤ構造の延在方向とが調整されるため、前記フレキシブルエレクトロニクス機器の電気的特性及び可撓性が確保される。
先行技術におけるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。 先行技術において応力を受けるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。 本発明の実施形態１におけるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。 本発明の実施形態において応力を受けるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。 本発明の実施形態２におけるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。 本発明の実施形態２における第２ワイヤ構造の概略構成図である。
以下、本発明に係るフレキシブルエレクトロニクス機器及びその製造方法を、添付の図面及び具体的な実施形態を参照して、さらに詳細に説明する。以下の説明及び請求項により、本発明の利点及び特徴がより明確になるであろう。なお、添付の図面はすべて、非常に簡略化された形態及び不正確な縮尺で示され、本発明の実施形態を容易で明確に説明する目的のみで使用される。
実施形態１
図３を参照すると、本発明の実施形態におけるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。図３に示すように、フレキシブルエレクトロニクス機器２００はフレキシブル基板２１０とフレキシブル基板２１０上に形成される機器層とを備える。機器層は、互いに接続される半導体構造２２０と第１ワイヤ構造２３０とを備え、第１ワイヤ構造２３０の延在方向は半導体構造２２０のチャネル方向と同じである。第１ワイヤ構造２３０の延在方向は、フレキシブル基板２１０の伸張方向に対し９０°より小さい夾角を形成する。本発明の実施形態における半導体構造は、薄膜トランジスタ構造であり、具体的には、ゲート、ドレイン（不図示）及びチャネルを含む。
具体的には、フレキシブルエレクトロニクス機器２００において、機器層は、互いに接続される半導体構造２２０と第１ワイヤ構造２３０とを備える。半導体構造２２０はスイッチとして機能する。ワイヤ構造２３０は、半導体構造２２０とマッチし、他の機器への電気的接続を形成するために使用される。図３に示すように、半導体構造２２０のチャネル方向（双方向点線矢印によって示す）は、第１ワイヤ構造２３０の延在方向に平行である。
さらに、第１ワイヤ構造２３０の延在方向は、フレキシブル基板２１０の稜線Ｌの延在方向に対し平行でも垂直でもない。すなわち、第１ワイヤ構造２３０の延在方向は、フレキシブル基板２１０の伸張方向（稜線Ｌの延在方向と同じ）に対して９０°より小さい夾角を形成する。
第１ワイヤ構造２３０の延在方向とフレキシブル基板２１０の伸張方向との間に形成される夾角は、４０°乃至７０°の範囲であることが好ましい。例えば、第１ワイヤ構造２３０の延在方向及びフレキシブル基板２１０の伸張方向は、４５°、５０°、５５°、６０°又は６５°の夾角を形成する。
図４を参照すると、本発明の実施形態において応力を受けるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。図４に示すように、フレキシブルエレクトロニクス機器２００が力の下で曲げられると、半導体構造２２０のチャネル方向（双方向点線矢印によって示す）及び第１ワイヤ構造２３０の延在方向は、フレキシブル基板２１０にかけられる力の方向（白抜き矢印によって示す）と合致しない。すなわち、第１ワイヤ構造２３０の延在方向とフレキシブル基板２１０にかけられる力の方向との間に夾角が存在する。そのため、図３を図４と比較すると、半導体構造２２０及び第１ワイヤ構造２３０は（図３の応力のない元の位置ｌ１から応力のある新たな位置ｌ２まで）角度θ分だけ回転するのみで変形しないことがわかる。変形しないということは、この場合、半導体構造２２０及び第１ワイヤ構造２３０の応力は最小となり、フレキシブルエレクトロニクス機器２００の電気的特性及び可撓性は最適なままであるということを意味する。
従来のフレキシブルエレクトロニクス機器１００では、半導体構造のチャネル方向及びワイヤ構造の延在方向は、両方とも、フレキシブル基板にかけられる力の方向と同じである（すなわち、角度０°が形成される）。これに対して、本実施形態では、半導体構造２２０のチャネル方向及び第１ワイヤ構造２３０の延在方向は、フレキシブル基板２１０にかけられる力の方向と合致せず、夾角が形成される。
従来のフレキシブルエレクトロニクス機器１００及び本実施形態に係るフレキシブルエレクトロニクス機器２００に対して、それぞれ同じ応力を使用して引張試験が行なわれる。試験から、本実施形態に係るフレキシブルエレクトロニクス機器２００は、従来のフレキシブルエレクトロニクス機器１００に比べて、受ける最大応力が小さく、最大応力の分布面積も非常に小さいことがわかる。
以上のように、本実施形態に係るフレキシブルエレクトロニクス機器２００における半導体構造２２０及び第１ワイヤ構造２３０は相対的に小さな応力を受け、そのため、応力はフレキシブルエレクトロニクス機器２００の電気的特性及び可撓性に実質的に影響を与えない。よって、従来のフレキシブルエレクトロニクス機器１００に比べて、フレキシブルエレクトロニクス機器２００の電気的特性及び可撓性は良好である。
本実施形態はさらに、フレキシブルエレクトロニクス機器を製造する方法も提供する。図３を引き続き参照する。フレキシブルエレクトロニクス機器の製造方法は、
ステップ１：フレキシブル基板２１０を提供し、
ステップ２：グラフィックプロセスによってフレキシブル基板２１０上に半導体構造２２０及び第１ワイヤ構造２３０をそれぞれ形成し、
半導体構造２２０のチャネル方向は、第１ワイヤ構造２３０の延在方向と同じであり、フレキシブル基板２１０の伸張方向（すなわち、稜線Ｌの延在方向）に対し９０°より小さい夾角を形成する。
具体的には、まず、フレキシブル基板２１０が提供される。フレキシブル基板２１０は、通例では透明プラスチック基板である。
次に、半導体構造２２０及び第１ワイヤ構造２３０がそれぞれフレキシブル基板２１０上に形成される。半導体構造２２０及び第１ワイヤ構造２３０は両方ともパターニング処理を使用して形成される。パターニング処理を使用して製造された半導体薄膜パターンの長辺方向（すなわち、チャネル方向）は、ワイヤ薄膜パターンの延在方向に平行で、フレキシブル基板２１０の伸張方向（図４の白抜き矢印により示す）に対し６０°の夾角を形成する。
このようにして、フレキシブルエレクトロニクス機器２００は形成される。フレキシブルエレクトロニクス機器２００の機器層は、半導体構造２２０と第１ワイヤ構造２３０とを有する。半導体構造２２０のチャネル方向は、第１ワイヤ構造２３０の延在方向と同じで、フレキシブル基板２１０の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成する。
実施形態２
図５を参照すると、本発明の実施形態２におけるフレキシブルエレクトロニクス機器の概略構成図である。図５に示すように、フレキシブルエレクトロニクス機器３００は、フレキシブル基板３１０とフレキシブル基板３１０上に形成される機器層３３０とを備える。機器層３３０は、互いに接続した半導体構造（不図示）と第１ワイヤ構造（不図示）とを備え、第１ワイヤ構造の延在方向は半導体構造のチャネル方向と同じである。第１ワイヤ構造の延在方向は、フレキシブル基板３１０の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成する。
具体的には、フレキシブルエレクトロニクス機器３００では、機器層３３０は複数のピクセル単位３０及び第１ワイヤ構造を備える。複数のピクセル単位３０は、配列内に配置され、各ピクセル単位３０は、スイッチとして機能する半導体構造（不図示）を有する。第１ワイヤ構造は半導体構造とマッチし、他の機器との電気的接続を形成するために使用される。第１ワイヤ構造の延在方向は、半導体構造のチャネル方向と同じである。
第１ワイヤ構造の延在方向は、フレキシブル基板３１０の稜線Ｌに対し平行でも垂直でもない。すなわち、第１ワイヤ構造の延在方向は、フレキシブル基板３１０の伸張方向に対し平行でも垂直でもなく、第１ワイヤ構造とフレキシブル基板３１０との間には９０°より小さい夾角が形成される。よって、フレキシブル基板３１０に張力が働いている時に、第１ワイヤ構造及び半導体構造は相対的に小さな応力を受ける。半導体構造及び第１ワイヤ構造は角度分だけ回転するのみで、変形しない。
本実施形態では、ピクセル単位３０の境界のパターンは平行四辺形で、平行四辺形の１つの対角線はフレキシブル基板３１０の伸張方向（双方向点線矢印によって示す）と同じ方向に沿って延びている。
平行四辺形形状の側縁と平行四辺形形状の対角線との間に形成される夾角は、４０°乃至７０°の範囲内にあることが好ましい。本実施形態では、平行四辺形形状の側縁と平行四辺形形状の対角線との間に形成される夾角は６０°に等しい。
機器層３３０は、第２ワイヤ構造（不図示）をさらに備え、第２ワイヤ構造はフレキシブル基板３１０の縁上に形成され、第２ワイヤ構造の延在方向はフレキシブル基板３１０の稜線に平行である。
図５及び図６も参照し、第２ワイヤ構造は複数の貫通穴４０を形成し、貫通穴４０は第２ワイヤ構造の延在方向に沿って均等に配置される。各貫通穴４０は平行四辺形形状でもよく、平行四辺形の対角線はフレキシブル基板３１０の伸張方向（双方向点線矢印によって示す）と同じ方向に沿って延びている。
第２ワイヤ構造の延在方向は、フレキシブル基板３１０の伸張方向に平行又は垂直でなくてはならない。よって、平行四辺形状の貫通穴は、第２ワイヤ構造の延在方向に配置されるので、外部からかけられた応力がワイヤに集中することを効果的に防ぎ、第２ワイヤ構造の可撓性を改善する。
平行四辺形形状の側縁と平行四辺形形状の対角線との間に形成される夾角は４０°乃至７０°の範囲にあることが好ましい。本実施形態では、平行四辺形形状の側縁と平行四辺形形状の対角線との間に形成される夾角は６０°である。
本実施形態では、フレキシブルエレクトロニクス機器３００はフレキシブル平坦パネル表示装置である。本発明は、フレキシブル平坦パネル表示装置のタイプを特に指定しておらず、フレキシブルＬＣＤ、フレキシブルＯＬＥＤ又はその他のタイプのフレキシブル平坦パネル表示装置であり得ることは、当業者に認識されるであろう。
本実施形態はさらに、フレキシブルエレクトロニクス機器の製造方法を提供する。図３を引き続き参照すると、フレキシブルエレクトロニクス機器の製造方法は、
ステップ１：フレキシブル基板３１０を提供し、
ステップ２：複数のピクセル単位３０と第１ワイヤ構造とをそれぞれフレキシブル基板３１０上に形成し、
各ピクセル単位３０は、半導体構造を有し、半導体構造のチャネル方向は第１ワイヤ構造の延在方向と同じで、フレキシブル基板３１０の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成する。
具体的には、まずフレキシブル基板３１０が提供される。フレキシブル基板３１０は、通例では透明プラスチック基板である。
次に、複数のピクセル単位３０が配列内に配置され、第１ワイヤ構造はそれぞれフレキシブル基板３１０上に形成される。各ピクセル単位３０は半導体構造を有する。半導体構造及び第１ワイヤ構造２３０は、両方ともパターニング処理を使用して形成される。パターニング処理を使用して製造された半導体薄膜パターンの長辺方向（すなわち、チャネル方向）は、ワイヤ薄膜パターンの延在方向に平行で、フレキシブル基板３１０の伸張方向に対し６０°の夾角を形成する。
機器層をフレキシブル基板３１０上に製造する処理中、第２ワイヤ構造もまた、パターニング処理を使用してフレキシブル基板３１０上に形成される。第２ワイヤ構造は、フレキシブル基板の縁上に形成される。第２ワイヤ構造の延在方向はフレキシブル基板の稜線に平行である。第２ワイヤ構造は複数の貫通穴を形成する。貫通穴は平行四辺形形状であり、平行四辺形の対角線はフレキシブル基板の伸張方向と同じ方向に沿って延びている。
このようにして、フレキシブルエレクトロニクス機器３００は形成される。フレキシブルエレクトロニクス機器３００の機器層は、半導体構造と、第１ワイヤ構造と、第２ワイヤ構造とを備える。半導体構造のチャネル方向は、第１ワイヤ構造の延在方向と同じであり、フレキシブル基板３１０の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成する。第２ワイヤ構造の延在方向は、フレキシブル基板３１０の伸張方向に平行又は垂直のいずれかである。応力の影響を低減できる平行四辺形状の貫通穴は、第２ワイヤ構造上に設けられる。
まとめると、本発明の実施形態に係るフレキシブルエレクトロニクス機器及びその製造方法では、半導体構造及び第１ワイヤ構造への応力の影響が最も小さくなるように、半導体構造のチャネル方向と第１ワイヤ構造の延在方向とが調整されるため、フレキシブルエレクトロニクス機器の電気的特性及び可撓性が確保される。
上記は、本発明の好適な実施形態を説明したにすぎず、本発明の適用範囲を限定する意図はない。当業者による上記の開示に従ったいかなる変更及び改良もすべて本請求の権利範囲内にある。

Claims (7)

  1. フレキシブルエレクトロニクス機器であって、
    フレキシブル基板と、
    前記フレキシブル基板上に形成される機器層と、
    を備え、
    前記機器層は、半導体構造と、前記半導体構造に接続され、前記半導体構造のチャネル方向と同じ延在方向に沿って延在する第１ワイヤ構造とを備え、
    前記第１ワイヤ構造の前記延在方向は、前記フレキシブル基板の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成し、
    前記半導体構造は、トランジスタであり、前記第１ワイヤ構造は接続配線であり、
    前記機器層は、さらに前記フレキシブル基板の縁上に設けられ、前記フレキシブル基板の稜線に平行な延在方向を有する第２ワイヤ構造を備え、
    前記第２ワイヤ構造は、平行四辺形形状に形成され、前記平行四辺形形状の対角線が前記フレキシブル基板の前記伸張方向と同じ方向に沿って延びている複数の貫通穴を形成することを特徴とする、
    フレキシブルエレクトロニクス機器。
  2. 前記第１ワイヤ構造の前記延在方向と前記フレキシブル基板の前記伸張方向との間に形成される前記夾角は、４０°乃至７０°の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルエレクトロニクス機器。
  3. 前記フレキシブルエレクトロニクス機器は、複数のピクセル単位を有し、前記ピクセル単位の境界が平行四辺形形状に形成され、前記平行四辺形形状の対角線が前記フレキシブル基板の前記伸張方向と同じ方向に沿って延びているフレキシブル平坦パネル表示装置であることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルエレクトロニクス機器。
  4. 前記平行四辺形形状の側縁と前記平行四辺形形状の前記対角線との間に形成される夾角は、４０°乃至７０°の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は３に記載のフレキシブルエレクトロニクス機器。
  5. 前記フレキシブルエレクトロニクス機器は、フレキシブル液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項３に記載のフレキシブルエレクトロニクス機器。
  6. 前記フレキシブルエレクトロニクス機器は、フレキシブル有機発光ディスプレイであることを特徴とする請求項３に記載のフレキシブルエレクトロニクス機器。
  7. フレキシブルエレクトロニクス機器の製造方法であって、
    フレキシブル基板を提供し、
    複数のピクセル単位と、第１ワイヤ構造と、第２ワイヤ構造とをそれぞれ前記フレキシブル基板上に形成し、
    前記ピクセル単位は、半導体構造を有し、
    前記半導体構造は、トランジスタであり、前記第１ワイヤ構造及び前記第２ワイヤ構造は接続配線であり、
    前記半導体構造が前記第１ワイヤ構造の延在方向と同じチャネル方向に延在し、前記半導体構造の前記チャネル方向が前記フレキシブル基板の伸張方向に対して９０°より小さい夾角を形成し、
    前記第２ワイヤ構造は前記フレキシブル基板の縁上に設けられ、前記第２ワイヤ構造は前記フレキシブル基板の稜線に平行な延在方向を有し、前記第２ワイヤ構造は、複数の貫通穴を画定し、前記貫通穴は平行四辺形形状に形成され、前記平行四辺形形状の対角線は前記フレキシブル基板の前記伸張方向と同じ方向に沿って延びている製造方法。
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