KR102153775B1 - 전자 제품을 제조하는 방법, 관련된 장치 및 제품 - Google Patents

전자 제품을 제조하는 방법, 관련된 장치 및 제품 Download PDF

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Abstract

전자 제품을 제조하는 방법은, 광학적으로 실질적으로 투명하거나 또는 반투명한 유연한 기판 시트를 획득하는 단계, 미리 한정된 회로도에 따라 소정 개수의 전기 전도체를 상기 기판 시트 상에 인쇄하는 단계, 상기 회로도에 따라 광전자 발광 부품, 바람직하게는 LED(light-emitting diode)를 포함하는 소정 개수의 전자 부품을 상기 기판 시트 상에 인쇄하거나 또는 배치하는 단계로서, 상기 인쇄된 전도체의 적어도 일부는 전기 전류를 제공하도록 구성된, 상기 전자 부품을 인쇄하거나 또는 배치하는 단계, 및 기능적인 다층 구조물을 수립하기 위해, 광학적으로 실질적으로 투명한 유연한 광가이드 시트를 상기 기판에 부착하는 단계로서, 상기 발광 부품에 의해 방출된 광은 상기 광가이드로 인커플링되고, 상기 광가이드 내에서 전파되고, 상기 기판 시트를 통해 환경으로 적어도 부분적으로 아웃커플링되는, 상기 광가이드시트를 부착하는 단계를 포함한다. 관련된 장치와 전자 디바이스가 제공된다.

Description

전자 제품을 제조하는 방법, 관련된 장치 및 제품{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRONIC PRODUCTS, RELATED ARRANGEMENT AND PRODUCT}
일반적으로 본 발명은 전자 제품 및 관련된 제품의 상황에서 제조 공정에 관한 것이다. 특히, 그러나 예시적으로, 본 발명은 인쇄 전자(printed electronics) 및 광전자 부품(optoelectronic component)을 수반하는 제조 공정에 관한 것이다.
전자 제품을 제조하는데 널리 사용되는 트렌드는 소형화이다. 추가적으로, 제조 비용이 최소로 유지되어야 하는데, 이는 다른 인자 중에서 처리 단계의 수와 물질의 낭비를 줄여서 상대적으로 간단하고 높은 수율을 제공하는 공정을 의미한다.
보다 전통적인 전자 요소, 예를 들어, PCB(printed circuit board), 전도체, SMD(surface-mount device)와 같은 부품 등은 사이즈와 중량이 감소되었지만, 이들 중 많은 것은 여전히 인쇄 전자에 비해 상대적으로 부피가 크고 강성이며/유연성이 없다. 인쇄 전자는 일반적으로 얇고, 가볍고, 유연하거나/벤딩가능하며 신속히 제조되는 구조물을 생산하는 방식을 제시하였다.
현대 광학적 솔루션 또는 광전자 솔루션은 일반적으로 전술된 트렌드를 따른다. 모바일 전자 회로와 디지털 엔터테인먼트로부터 시작하여 디지털 사이니지(digital signage)와 자동차 산업에 이르는 여러 상이한 응용에서 발광, 투과, 커플링 등을 제어하는 것이 점점 더 많이 요구되고 있다. 전통적으로, 광 투과를 제어하는 것은 상대적으로 복잡한 커플링 및 필터링 구조물을 사용할 것을 요구하여, 이에 의해, 우수한 수율로 제조하는 것이 곤란하다는 것 외에, 공간을-소비하고, 취약하고, 손실이 있고 값이 비쌌다.
따라서, 많은 경우에, 인쇄 전자에 의해 제공되는 기회를 사용하거나 또는 이 인쇄 전자를 포함하는 여러 제조 기술을 결합하여, 원하는 특성, 수율 및 비용을 갖는 제품을 획득하는 것이 실용적일 수 있다. 현대 대다수의 광학적 응용에서, 예를 들어 스마트폰, 태블릿, 및 패블릿과 같은 여러 장치에 내장된, 작은 사이즈의 가전 등급의 터치 패널을 제조하는 것을 고려하여, 사이즈, 비용, 및 신뢰성 요구조건이 오히려 엄격해지고 있다. 이러한 응용에서 광을 충분한 레벨로 제어하는 물리학 및 광학 분야에서의 이론은 이제까지 수 년 동안 잘 알려져 있지만, 많은 제조 솔루션은 복잡성 및 취약성과 같은 다수의 전술된 단점을 가지고 있다.
본 발명의 실시예의 목적은 유연한 기판, 전도체 및 광전자 부품을 포함하는 전자 제품을 제조하는 상황에서 종래 기술의 장치에 명백한 전술된 단점 중 하나 이상의 단점을 적어도 완화하는 것이다.
상기 목적은 일반적으로 제조 방법 및 이 제조 방법으로 획득된 전자 제품에 의해 달성된다.
하나의 측면에서, 전자 제품을 제조하는 방법은,
- 광학적으로 실질적으로 투명하거나 또는 반투명한 유연한 기판 시트를 획득하는 단계,
- 미리 한정된 회로도에 따라 상기 기판 시트 상에 소정 개수의 전기 전도체를 인쇄하는 단계,
- 상기 회로도에 따라 상기 기판 시트 상에 광전자 발광 부품, 선택적으로 LED를 포함하는 소정 개수의 전자 부품을 인쇄하거나 또는 배치하는 단계로서, 상기 인쇄된 전도체의 적어도 일부는 전기 전류를 제공하도록 구성된, 상기 전자 부품을 인쇄하거나 또는 배치하는 단계, 및
- 기능적인 다층 구조물을 수립하기 위해, 광학적으로 실질적으로 투명한 유연한 광가이드 시트를 상기 기판에 부착하는 단계로서, 사용시, 상기 발광 부품에 의해 방출된 광은 상기 광가이드로 인커플링(incoupled)되고, 상기 광가이드 내에서 전파되고, 상기 기판 시트를 통해 환경으로 적어도 부분적으로 아웃커플링(outcoupled)되는, 상기 광가이드 시트를 상기 기판에 부착하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 광가이드 시트에는, 예를 들어, 상기 광전자 부품의 적어도 일부를 수용하고 내장하기 위해, 다수의 리세스(recess), 홈(flute), 그루브(groove), 사면(bevel), 및/또는 홀(hole), 예를 들어, 관통-홀이 절단 장비 또는 드릴링 장비를 사용하여 제공될 수 있다.
또 다른 측면에서, 전자 제품 또는 디바이스를 위한 제조 장치는,
- 미리 한정된 회로도에 따라, 소정 개수의 전기 전도체를, 광학적으로 실질적으로 투명하거나 또는 반투명한 유연한 기판 시트 상에 인쇄하는 동작,
- 상기 회로도에 따라, 광전자 발광 부품, 선택적으로 LED를 포함하는 소정 개수의 전자 부품을 상기 기판 시트 상에 제공하는 동작으로서, 상기 인쇄된 전도체의 적어도 일부는 전기 전류를 제공하도록 구성된, 상기 전자 부품을 제공하는 동작, 및
- 기능적인 다층 라미네이트 구조물을 수립하기 위해, 광학적으로 실질적으로 투명한 유연한 광가이드 시트를 상기 기판에 부착하는 동작으로서, 사용시, 상기 발광 부품에 의해 방출된 광은 상기 광가이드로 인커플링되고, 상기 광가이드 내에서 전파되고, 상기 기판 시트를 통해 환경으로 적어도 부분적으로 아웃커플링되는, 상기 광가이드 시트를 부착하는 동작
을 수행하도록 구성된 장비를 포함한다.
선택적으로, 상기 장치의 인쇄 장비는 상기 전도체, 즉 전도성 잉크의 전도성 트레이스(conductive trace)를 상기 기판 상에 인쇄하는 스크린 인쇄 또는 잉크젯 장치와 같은 인쇄 장치를 포함한다.
특정 실시예에서, LED와 같은 광전자 부품을 포함하는 상기 부품들 중 적어도 일부는 상기 전도체를 인쇄하는데 사용되는 것과 동일하거나 또는 추가적인 인쇄 장비(printing gear)를 사용하여 인쇄될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 실장 장비, 선택적으로 픽앤플레이스 기계(pick and place machine)는 전술된 광전자 부품을 포함하는 표면-실장가능한 전자 부품을 상기 기판 상에 배치하고 정렬하는데 사용될 수 있다.
상기 장치의 부착 장비는 예를 들어 상기 광가이드 시트를 상기 기판에 고정하는 접착제 층 또는 접착제 도트(들)를 제공하는 접착제 분배 장치를 포함할 수 있다. 상기 접착제는 초기에 상기 기판 시트 및/또는 광가이드 시트 상에 제공될 수 있다. 선택적으로, 상기 광가이드 시트는, 부착시, 예를 들어 상기 부착 장비에 포함된 몰딩 장치에 의해 수립될 수 있다. 예를 들어, 상기 부품이 제공된 기판 시트를 오버몰딩하여, 이 부품을 상기 몰딩된 물질, 바람직하게는 플라스틱 내에 적어도 부분적으로 캡슐화할 수 있다.
그러나, 상기 장치는 건조/가열/경화 장비, 절단기, 카빙(carving) 장비 또는 드릴링 장비 등과 같은 소정 개수의 추가적인 요소를 포함할 수 있다. 상기 장치의 하나 이상의 요소는 함께 선택적으로 통합될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 장비 또는 실장 장비는 또한 접착제를 제공하도록 구성될 수 있다. 극단적인 경우에, 상기 장치는 단일 장치로 고려될 수 있는 장비로 구현된다.
추가적인 측면에서, 전자 제품, 또는 디바이스는,
소정 개수의 전기 전도체가 상부에 인쇄되어 제공된, 광학적으로 실질적으로 투명하거나 또는 반투명한 유연한 기판 시트,
상기 기판 시트 상에 배열된 광전자 발광 부품, 선택적으로 LED를 포함하는 소정 개수의 전자 부품으로서, 상기 인쇄된 전도체의 적어도 일부는 전기 전류를 제공하도록 구성된, 상기 전자 부품, 및
바람직하게는 접착제 층 또는 접착제 도트를 통해 상기 기판에 부착된, 광학적으로 실질적으로 투명한 유연한 광가이드 시트로서, 사용시, 상기 발광 부품에 의해 방출된 광은 상기 광가이드로 인커플링되고, 상기 광가이드 내에서 전파되고, 상기 기판 시트를 통해 환경으로 적어도 부분적으로 아웃커플링되도록 구성된, 상기 광가이드 시트
를 포함하는 광학적으로 기능적인 다층 구조물을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 전자 디바이스는 모바일 통신 디바이스, 예를 들어, 스마트폰(smart phone), 태블릿, 패블릿, 게임 액세서리, 예를 들어, 게임 제어기, UI(user interface) 디바이스, 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 산업적 장치, 디스플레이 디바이스, 조명 디바이스, 전력 공구, 자동차, 차량, 자동차 디스플레이 디바이스, 착용가능한 전자장치, 리스톱(wristop) 디바이스, 또는 스마트 고글(smart goggle) 또는 다른 스마트 (디지털) 헤드기어 중 적어도 일부이거나 적어도 일부를 구성할 수 있다.
상기 디바이스는 실질적으로 평면이거나 또는 3차원일 수 있다. 3차원 경우에, 초기에 선택적으로 평면인 기판 필름에 부품이 제공되고 나서 그 위에 광가이드 시트를 제공하기 전에, 제공할 때, 또는 제공한 후에, 타깃 3d-형상으로 벤딩된 것일 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법의 여러 실시예는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해되는 바와 같이 필요한 부분만 약간 수정하여 상기 장치 및 제품에 유연하게 적용될 수 있고 또 그 역으로도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예의 사용은 다수의 상이한 문제로부터 나온다. 획득된 전자 제품은 강인하고, 콤팩트하며, 얇을 뿐만 아니라 바람직하게는 유연하거나 또는 벤딩가능하고, 여러 의도된 사용 시나리오를 제공하는데 광학적으로 적어도 충분히 효율적이고, 여기서 LED와 같은 광 소스와 타깃 위치 또는 영역 사이에 광을 투과하는 것이 조명 목적 및/또는 미적인 목적을 위해 요구된다. 제조 비용이 낮고 사용된 물질, 부품, 및 장비, 및 관련된 부재들이 용이하게 획득가능하다. 상기 방법은 상대적으로 표준 장비를 사용하여 구현될 수 있고, 시제품 제작(prototyping)에서부터 시작하여 대량 생산에 이르기까지 스케일링가능하다.
그러나, 상이한 정보성 지시자 및/또는 미적인 시각적 지시자, 예를 들어 그래픽스는, 라미네이트 구조물을 내장하는 - 제안된 광 소스에 의해 시각적으로 식별가능하게 조명되거나 또는 제시될 수 있으나, 이 지시자 그 자체는 광가이드 내로부터 광을 아웃커플링하는데 분명히 사용될 수 있다.
"소정 개수의(a number of)"라는 표현은 본 명세서에서 1로부터 시작하는 임의의 양의 정수를 말할 수 있다.
"복수의"라는 표현은 각각 2로부터 시작하는 양의 정수를 말할 수 있다.
본 발명의 상이한 실시예는 또한 첨부된 종속 청구항에 개시된다.
다음으로, 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 개시하는 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 전체 개념을 도시하는 도면.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자 제품 또는 전자 디바이스를 제조하는 하나의 실현가능한 실시예의 흐름도가 도시된다.
102에서, 시작 단계를 참조하면, 물질, 요소 및 공구의 일반적인 선택, 취득, 구성, 및 물질의 전-처리와 같은 필요한 준비 동작이 일어날 수 있다. 회로의 레이아웃은 제품 사양 및 다른 제약사항을 고려하여 한정될 수 있다. 공정 파라미터는 테스트되고, 수정되고, 최적화될 수 있다.
예를 들어, 바람직하게는, 상이한 인쇄 기술은, 예를 들어, 사용되는 잉크로부터 상이한 유동 특성을 요구하기 때문에, 사용되는 잉크(들)는 이용가능한 인쇄/배치 기술 및 기판 물질과 연관하여 선택되어야 한다. 나아가, 상이한 인쇄 기술은 단위 시간당 잉크의 양을 가변시켜, 달성가능한 전도율 수치(figures)에 종종 영향을 미친다.
104에서, 기판 시트가 획득되고 선택적으로 전-처리된다. 미리 한정된, 원하는 크기를 갖는 시트는 더 큰 부재로부터 절단될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 롤-투-롤 처리(roll-to-roll processing)가 적용될 수 있다.
이 시트는 바람직하게는 플라스틱을 포함하거나 플라스틱으로 구성된다. 이 시트는, 예를 들어 유연한 플라스틱 필름일 수 있다. 적어도 초기에 이 시트는 실질적으로 평탄할 수 있다. 이 기판은 플라스틱, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 글리콜화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 및 아크릴 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
선택적으로, 항목(108)으로 지시된 바와 같이, 기판 시트에는 광 커플링(인커플링 및/또는 아웃커플링) 또는 투과를 제어하는 특징부가 제공될 수 있다. 이 특징부는, 예를 들어, 엠보싱 또는 스탬핑을 통해 제조될 수 있는 표면 요철(surface relief) 형태를 포함할 수 있다. 이 특징부는 기판 외부로부터 볼 수 있는 인쇄된 그래픽스, 예를 들어 로고(들)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이를 제조하는데 인몰드 장식(in-mold decoration) 또는 라벨링(labelling)이 사용될 수 있다.
기판의 두께는 최종 제품에 요구되는 물질 강도, 유연성, 탄력성, 투명성(예를 들어, 혼탁도와 시감 투과율을 통해 측정된 것) 및/또는 사이즈와 같은, 필름에 요구되는 특성에 따라 변할 수 있다. 기판의 두께는 실시예에 따라 선택될 수 있다. 이 두께는 예를 들어 10분의 1 밀리미터 또는 10분의 몇(few) 밀리미터만이거나, 보다 큰, 수(several) 밀리미터일 수 있다.
106A에서, 전기 배선 또는 전도체가 기판 상에 제공된다. 바람직하게는 전도체는 인쇄 전자의 카테고리 하에 있는 인쇄 방법에 의해 인쇄된다. 예를 들어, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소 인쇄(플렉소그래피), 그라비어(gravure) 인쇄, 로터리(rotary) 인쇄, 탬포(tampo) 인쇄, 또는 오프셋 인쇄(offset printing)가 사용될 수 있다.
106A에서 또는 시작(102) 동안 수행될 수 있는 인쇄 장비의 준비는 여러 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄와 연관하여, 제일 먼저 소정 개수의 양화 필름(film positive)이 제조될 원하는 회로 레이아웃에 따라 생성될 수 있다. 이후 적절한 노출 절차 등을 사용하여 스크린(들)에 필름 이미지(들)가 제공되고, 이후 경화된 스크린(들)이 인쇄 기계 또는 '프레스'에 제공된다.
전력/전류 및 예를 들어 데이터 신호를 기판 상의 부품으로 전달하거나 이 부품으로부터 전달하거나 이 부품들 사이에 전달하는 미리 한정된 회로도(즉, 회로, 그 위치 및 연결에 관한 레이아웃/평면도/다이아그램)에 따르는 전도체가 하나 이상의 전도성 잉크의 전도성 트레이스를 포함하거나 실질적으로 이 전도성 트레이스로 형성될 수 있다. 잉크(들)는 비-접착성 또는 접착성일 수 있다. 접착성 특성이 잉크에 요구되지 않을 수 있고, 일부 실시예에서, 일반적으로 내구성과 제어가능성 면에서 문제를 야기할 때에는 요구되지 않을 수 있다.
전도체 또는 전도체로서 고려되는 트레이스에 더하여, 예를 들어, 표면-실장가능한 부품과 같은 전자 부품의 접촉부(리드, 핀, 패드, 등)를 위한 전도성 접촉 영역 또는 '접촉 패드'가 기판 상에 형성될 수 있다. 이 영역은 전도체와 일체일 수 있다. 이 영역은 또한 인쇄에 의해 전도성 잉크에 의해 형성될 수 있다.
전도체 영역과 부품 접촉 영역 또는 '패드'는 잉크의 구성성분, 잉크 층의 두께, 크기 등 면에서 선택적으로 서로 상이할 수 있다. 그러나, 미리 한정된 (스키마(schema)에 따르는) 접촉 영역은 예를 들어 형상 또는 사용되는 잉크에 대해 전도체 영역과 반드시 상이해야 하는 것은 아니고, 이 2개는, 기판 상에 적어도 국부적으로 실질적으로 동일한, 즉 균일하거나 또는 균질한 것으로 나타날 수 있는 것으로 이해된다.
일반적으로 이용가능한 전도성 잉크의 예는 예를 들어 DuPont 5000 ™ 및 Asahi SW1600C ™ 를 포함한다. 일부 실시예에서, 사용된 잉크는 예를 들어 많은 전도성 접착제와 대조적으로 수동적이고, 방출(ejection) 또는 압착(squeezing), 즉 잉크 분배/인쇄 동안에는 충분히 유동할 수 있으나, 이후에는 잉크가 인접한 물질과 구조물 내로 매우 용이하게 확산되는 것을 방지하는, 유동 특성, 예를 들어 점성 또는 표면 장력을 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 건조 특성은 최적화될 수 있다. 인쇄된 잉크의 바람직한 시트 저항율은 (약 10 ㎛의 인쇄 두께에서) 약 80 mOhm/sq 이하, 예를 들어, 보다 유리하게는 약 50 mOhm/sq 이하일 수 있다.
바람직하게는, 전도성 잉크는 생성된 트레이스가 응력 하에서 그 전도율과 잠재적인 다른 바람직한 특성을 유지하도록 스트레칭과 같은 필요한 양의 변형을 견디도록 선택된다. 기판은 (예를 들어, (기판) 성형을 고려하여) 전자 제품의 제조 공정 동안 또는 나중에 사용 동안 응력을 받을 수 있다.
전도성 잉크는 나노입자와 같은 전도성 입자를 포함할 수 있다. 입자는 금속 나노입자와 같은 금속 입자일 수 있으나, 대안적으로 또는 추가적으로, 전도성 폴리머 잉크가 사용될 수 있다.
잉크는, 예를 들어, 전도성 물질로서, 실버(silver), 골드(gold), 구리 또는 탄소를 포함할 수 있다. 투명한 잉크는 예를 들어 기판/부품(들) 위에 몰딩된 물질이 투명하거나 또는 반투명하고 하부 전도성 트레이스가 명확히 보이지 않아야 하는 응용에 사용될 수 있다.
추가적인 예로서, 실버-기반 PTF(Polymer Thick Film) 페이스트 유형의 잉크와 같은 PTF는 필름 상에 원하는 회로 설계를 (스크린) 인쇄하는데 사용될 수 있다. 또한 예를 들어 구리 또는 탄소-기반 PTF 페이스트가 사용될 수 있다.
선택적으로, 복수의 전도성 잉크가 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 잉크가 모든 전도체 또는 선택된 전도체를 인쇄하는데 사용될 수 있는 반면, 하나 이상의 다른 잉크가 전도성 실장 위치(접촉 영역)의 적어도 일부를 인쇄하는데 사용될 수 있다.
106B에서, 적어도 하나의 광전자 발광 (즉, 바람직하게는 볼 수 있는 가시광선을 방출하지만, 사용 시나리오에 따라 추가적으로 또는 대안적으로 볼 수 없는 전자기 복사선을 방출하는) 부품, 바람직하게는 LED(light-emitting diode)와 같은 소정 개수의 전자 부품이 기판 상에 배열된다. 이들 부품은 표면-실장가능한, 예를 들어 표면-실장가능한 IC(integrated circuit)이거나, 및/또는 전도체를 제공하는데 사용된 것과 동일하거나 또는 다른 인쇄 장비를 사용하여 인쇄될 수 있다. 또한 예를 들어 표면 실장된 플립칩(flip chip)을 고려하여 하이브리드 부품도 실현가능하다.
LED(들)는, 예를 들어, OLED(들)(Organic LED)일 수 있다.
LED(들)는, 예를 들어, 측면 방출 또는 '측면 사출(side shooting)' 일 수 있다(또한 측면LED라고 언급될 수 있다).
그러나, LED(들)는 SMD(surface-mount device) 패키지로 제공되거나 및/또는 리드-기반으로 제공될 수 있다.
LED 패키지는 미리 한정된 컬러일 수 있다. 따라서, 생성된 광을 전송하고 방출하는 수지는 컬러가 없거나/투명하거나 또는 컬러가 있을 수 있다. 따라서, 이 수지는 광학적으로 실질적으로 투명하거나 또는 확산성일 수 있다.
제공된 부품(들)의 전기 접촉부는 기판 상에 미리 한정된 접촉 영역과 만나서 이들 사이에 원하는 전기적 연결을 수립한다.
추가적으로, 기판과 부품(들) 사이에 물리적 결합은 접착제의 사용을 통해 강화되거나 또는 달성될 수 있다. 접착제는, 예를 들어, 단일-부분 표면 실장 에폭시일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다중-부품 접착제가 사용될 수 있다. 사용된 전도성 잉크는 이전에 언급된 접착제일 수 있다.
선택적으로, 이들 부품의 적어도 일부 및/또는 부분은 기판 내에, 즉 기판의 표면 아래에 내장될 수 있다.
110에서, 광가이드 시트가 획득된다. 이 시트는 더 큰 부재로부터 절단되거나 또는 예를 들어 롤-투-롤 방법이 적용될 수 있다. 광가이드 시트는 플라스틱, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리아미드(PA), 사이클로 올레핀 코폴리머(COC), 사이클로 올레핀 폴리머(COP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 및 폴리비닐 염화물(PVC)로 구성된 그룹으로부터 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 그 두께는, 예를 들어 10분의 수 밀리미터 이하일 수 있다.
바람직하게는, 광가이드 시트는 광학적으로 실질적으로 투명하거나 또는 적어도, 반투명한 물질이다. 여러 물질의 혼탁도와 시감 투과율이 원하는 광학적 특성을 갖는 광가이드 물질을 선택하기 위한 가이드라인으로 사용될 수 있다.
광가이드 시트에는, 전술된 광전자 부품과 같은 하나 이상의 부품의 적어도 일부를 수용하는, 소정 개수의 리세스, 그루브, 또는 홀, 선택적으로 관통-홀이 제공될 수 있다. 기계적인 펀칭, 드릴링 또는 예를 들어 정밀 레이저 드릴링이 이 목적에 사용될 수 있다. 대안적으로, 광가이드 시트는 원하는 리세스 또는 홀을 포함하도록 몰딩될 수 있다.
선택적으로, 항목(108)에 의해 지시된 바와 같이, 광가이드 시트에는 특히 광 커플링(인커플링 및/또는 아웃커플링) 또는 투과를 제어하는 특징부가 제공될 수 있다. 이 특징부는 예를 들어, 엠보싱 또는 스탬핑을 통해 제조될 수 있는 표면 요철 형태를 포함할 수 있다. 이 특징부는 제품 외부로부터 볼 수 있는 인쇄된 그래픽스, 예를 들어 로고(들)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이를 제조하는데 인몰드 장식 또는 라벨링이 사용될 수 있다.
112에서, 광가이드 시트는 기판 시트 상에 적절히 위치되어 배열된다. 예를 들어, 만약 있다면, 시트의 홀은 발광 부품의 위치와 일치하여, 이 부품이 이 홀에 잘 끼워져서, 사용시, 이 발광 부품으로부터 방출된 광이 원하는 효율과 예를 들어 입사 각도로 광가이드로 커플링되도록 한다.
접착제 층 또는 도트는 기판과 광가이드 시트 사이에 제공될 수 있다. 접착제가 제일 먼저 선택된 부분(예를 들어 발광 부품 부근 에지 부분 및/또는 영역)에 하나의 시트 또는 두 시트에 분배될 수 있고, 이후 시트들이 함께 결합되어 부품과 전도체가 내장된 다층 라미네이트 구조물을 형성할 수 있다. 접착제에 더하여, 이 결합을 개선시키기 위해 적절한 온도 및/또는 압력이 사용될 수 있다.
대안적인 시나리오에서, 광가이드는 이 단계에서 연관된 물질을 기판 상에 몰딩하는 것에 의해 형성되고 부착될 수 있다.
선택적으로, 이 홀에는, 인가가능한 광학적으로 경화되는 접착제 및/또는 보호 특성을 갖는 수지/접착제와 같은 적절한 물질이 충전된다.
기판과는 반대 방향을 향하는 광가이드 측을 통해 광이 누설되는 것을 방지하기 위해 반사성 시트와 같은 추가적인 요소가 다층 구조물에 제공될 수 있다. 대안적으로, 이러한 요소는 기판에 부착하기 전에 광가이드 시트에 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 다층 구조물은, 예를 들어, 원하는 3차원 형상을 나타내도록 열성형에 의해 성형될 수 있다.
획득된 구조물은, 예를 들어 호스트 디바이스를 위한 조명 배열을 수립하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 이 구조물은 UI 또는 일반적으로 센싱 구조물을 수립하고, 발광기(들)에 더하여, 외부에서 수신되거나 또는 내부에서 전파되는 광을 캡처하는 검출기(들)를 또한 포함하도록 구성될 수 있다.
114에서, 방법 실행이 종료된다. 방법 항목의 잠재적으로 반복적인 특성은 도면에서 점선으로 지시된 루프백(loop-back) 화살표로 지시된다.
120에서, 방법을 실행하는 일 장치의 일 실시예의 하이-레벨의 블록도가 도시된다.
적어도 하나의 자동화된 인쇄 프레스 또는 잉크젯 프린터와 같은 인쇄 장비(122)가 전도체("와이어") 및/또는 OLED와 같은 부품을 인쇄하는데 사용된다. 예를 들어 픽앤플레이스 기계를 포함하는 실장 장비(124)가 전자 부품, 예를 들어, 집적 회로, SMD, 예를 들어, SMD LEDS, 리드-기반 LED 등을 기판 상에 및 선택적으로 광가이드 상에 제공하는데 사용될 수 있다. 실장 장비(124) 대신에 또는 이 실장 장비에 더하여, 인쇄 장비(122) 또는 추가적인 인쇄 장비가 기판 상에 및 선택적으로 광가이드 상에 인쇄 부품을 직접 인쇄하는데 사용될 수 있다.
부착 장비(128)는 기판 시트와 광가이드 시트를 함께 통합한다. 부착 장비(128)는 예를 들어 접착제 분배, 라미네이션, 및/또는 몰딩 기계(들)를 포함할 수 있다.
항목(126)은 실시예에 따라 장치에서 찾을 수 있는 잠재적인 추가적인 요소를 말한다. 드릴링 기계, 절단기, 라벨링 디바이스, 경화 장비(예를 들어 리플로우 오븐(reflow oven)) 등이 적용될 수 있다.
도 2에서, 본 발명의 전체 개념은 일 실시예에 의해 더 설명된다.
202에서, 전도체(211)가 그 위에 제공된 단일 층 또는 다층 기판일 수 있는 기판 시트(210)가 도시된다. 그러나, 접촉 영역 또는 '패드'(211a)가 SMD/IC 또는 개별 부품과 같은 회로 부품의 접촉 요소를 그 위에 수용하기 위해 기판 상에 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 기판(210)(및 선택적으로 광가이드(212a, 212b))은 열성형가능할 수 있고, 이에 따라 선택적으로 (통합 전에 또는 통합시/통합 후에) 원하는 형상을 생성하도록 열성형될 수 있다.
204에서, 기판(210)은, 그 위에 배치되거나 및/또는 인쇄된 LED와 같은 광전자 부품과 같은 부품(218)을 더 포함한다. 부품(218)의 전기 접촉 패드 또는 다른 대응하는 특징부는, 이전에 설명된 바와 같이 전도체(211)에 의해 선택적으로 형성된, 기판(210) 위의 타깃 접촉 영역과 일치하여야 한다.
배치된 부품에 대해, 표면 실장 접착제와 같은 접착제가 적어도 하나의 부품을 기판에 물리적으로 고정하는데 적용될 수 있다. 나아가, 코팅 또는 팟팅(potting)과 같은 글럽탑(glop-topping) 또는 일반적으로 여러 적절한 패키지 기술이 부품을 보호하거나 및/또는 고정하는데 선택적으로 사용될 수 있다.
기판과 부품 사이에 전기적 결합 및/또는 물리적 결합이 예를 들어 리플로우 오븐과 같은, 목적에 적절한 오븐을 사용하여 건조, 가열 및/또는 경화에 의해 고정될 수 있다.
206에서,2개의 실시예의 광가이드 시트(212a, 212b)가 도시된다.
제1 실시예는, 기판에 적절히 부착될 때, 부품(218)을 커버하거나 또는 이 부품을 실제로 둘러싸는 크기의 광가이드(212a)를 포함한다. 부품(218)을 수용하기 위해, 부품 레이아웃과 일치하는 관통-홀 또는 리세스와 같은 홀(220)이 이전에 설명된 예를 들어 적절한 드릴링 수단을 사용하여 광가이드 물질에 수립될 수 있다.
제2 실시예는 부품(218), 레이아웃, 또는 '부품(218) 원(circle)'/'LED 원'내에 실질적으로 끼워지는 사이즈, 즉 기판의 중심 영역에 있는 부품에 인접하지만, 이 부품을 커버하지는 않는 사이즈의 광가이드 시트(212b)를 포함하여, 연관된 LED(218) 등을 내장하는 홀을 광가이드 시트에 제공할 필요성이 없다.
208a에서, 통합된 기판(210)과 광가이드(212a) 시트를 갖는 하나의 실시예가 라인 A-A를 따른 단면도로 도시된다. 접착제(219)는 시트(210, 212a)들을 부착하는데 사용된다. LED와 같은 광전자 부품(218)에 의해 방출된 광(218a)은 광가이드(212a)로 인커플링되고, 기판(210)을 향하는 표면을 통해 기판(210)을 통과한 후 환경으로 아웃커플링할 때까지, 바람직하게는 실질적으로 전반사에 의해 광가이드 내에서 전파된다. 아웃커플링은, 인몰드 라벨링 또는 장식을 통해 잠재적으로 획득된, 예를 들어 접착제, 및/또는 다른 아웃커플링에 영향을 미치는 요소, 예를 들어 인쇄된 그래픽스(216)를, 기판/광가이드 인터페이스 상의 또는 층(210, 212a) 내의 원하는 위치에, 놓는 것에 의해 선택적으로 제어되거나 또는 개선될 수 있다.
그래픽스(216)는, 바람직하게는, 시각적 장식성 기능 및/또는 정보성 기능 외에, 광 커플링을 제어하는데 사용된다. 그래픽스의 물질은, 예를 들어, 광가이드(212b) 및/또는 기판(210) 물질에 대해, 광 아웃커플링이 원하는 위치와 각도에서 일어나도록 선택된 굴절률을 구비할 수 있다. 따라서, 그래픽스(216), 예를 들어 그 윤곽 및/또는 내부 부분이 조명될 수 있고, 그리하여, 시각적 효과가 예를 들어 그래픽스의 더 나은 가시성을 위해 생성된다.
일반적으로, 제공된 잉크와 같은 그래픽스(216)는 실질적으로 광학적으로 투명하거나, 반투명하거나 또는 불투명할 수 있다.
선택적으로, 디퓨저(diffuser) 또는 (거울 반사) 미러(mirror)와 같은 반사 요소(214)가 광가이드(212a)의 반대 표면 또는 '바텀(bottom)' 표면을 통해 초과 광이 누설되는 것을 방지하기 위해 제공될 수 있다. 요소(214)는 광가이드(212a)와 라미네이트될 수 있다.
208b에서, 광가이드(212b)를 포함하는 다른 실시예가 대응하여 제시된다. 광가이드(212b)는 그 주위에서, 즉 'LED 원'에서 부품(218)들이 걸쳐 있는 구역 내에 끼워지기 때문에, 이 광가이드에는 LED와 같은 부품(218)의 리세스/홀이 없다. 부품(219)에 연결되거나 부품에 인접한 접착제 영역(219), 또는 이 부품으로부터 원격으로 위치된 접착제 영역, 예를 들어, 광가이드(212b) 또는 기판(210)의 중심 부분에 있는 접착제 영역을 사용하여, 이 부품(218)으로부터 광가이드(212b)로 인커플링하거나 및/또는 이 광가이드로부터 기판(210)을 통해 환경 및 잠재적인 사용자(들) 쪽으로 아웃커플링하는 것을 포함하여 광 커플링을 제어할 수 있다.
명료함을 위해 명시적으로 도시되지는 않았지만, 반사 요소(214)가 또한 208b의 실시예에 존재할 수 있다. 그러나, 208a의 실시예는 고정/부착을 위한 목적에 더하여 광 커플링을 제어하는데 사용되는 접착제 부분을 포함할 수 있다.
상기 실시예에 기초하여 명백한 바와 같이, 접착제 층(219)은 광가이드(212a, 212b) 부근 또는 기판(210) 에지 부근 LED(218)와 같은 부품을 실질적으로 둘러싸는 접착제 프레임을 한정할 수 있다. 접착제(219)는 선택된 장소에 배치되어, 광가이드 시트(212a, 212b)에 대해 광을 인커플링하거나, 투과하거나, 및/또는 아웃커플링하는 것을 개선시키거나 또는 일반적으로 제어할 수 있다.
기판(210) 및 광가이드(212a, 212b)와 같은 요소의 형상과 크기는 실시예에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 광가이드(212a, 212b)와 기판 시트(210)는, 예를 들어, 직사각형, 정사각형 또는 원형 형상일 수 있다.
본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 함께 균등범위에 의해 결정된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 개시된 실시예는 단지 예시를 위한 목적으로 제공된 것일 뿐, 본 명세서에 개시된 혁신적 설명은, 본 발명의 각 특정 사용 경우에 더 잘 맞는, 추가적인 실시예, 실시예의 조합, 변형, 및 균등물을 포함할 수 있다는 것을 더 이해할 수 있을 것이다.

Claims (23)

  1. 전자 제품을 제조하는 방법으로서,
    광학적으로 투명하거나 또는 반투명한 유연한 기판 시트를 획득하는 단계;
    부가 인쇄 전자 공정에 의해, 상기 기판 시트 상에 복수의 전기 전도체를 인쇄하는 단계;
    발광 부품을 포함하는 복수의 전자 부품을 상기 기판 시트 상에 인쇄하거나 또는 배치하는 단계 ― 인쇄된 상기 전도체의 적어도 일부는 전기 전류를 제공하도록 구성됨 ―; 및
    다층 구조물을 수립하기 위해 광학적으로 투명한 유연한 광가이드 시트를 상기 기판 시트에 부착시키는 단계 ― 상기 발광 부품에 의해 방출된 광은 상기 광가이드 시트에 의해 수용되고, 상기 광가이드 시트 내에서 전파되고, 상기 기판 시트를 통해 상기 다층 구조물의 외부로 적어도 부분적으로 방출됨 ―;를 포함하며,
    상기 발광 부품에 의해 방출된 광은, 아웃커플링(outcoupling)에 영향을 미치는 요소를 통해 아웃커플링에 의해 상기 다층 구조물의 외부로 적어도 부분적으로 방출될 때까지 전반사에 의해 상기 광가이드 시트 내에 완전히 포함되며,
    상기 아웃커플링에 영향을 미치는 요소는 접착제를 포함하는,
    전자 제품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다층 구조물을, 원하는 3-D 형상으로 열성형하는 단계를 더 포함하는,
    전자 제품을 제조하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부착시키는 단계 전에 상기 기판 시트 및 상기 광 가이드 시트 중 하나 이상을, 원하는 3-D 형상으로 열성형하는 단계를 더 포함하는,
    전자 제품을 제조하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부착시키는 단계는 상기 기판 시트와 광가이드 시트 사이에 접착제 층, 접착제 영역 또는 접착제 도트를 사용하는 것을 포함하고, 사용된 상기 접착제는 광학적으로 투명하거나 또는 적어도 반투명한.
    전자 제품을 제조하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 상기 발광 부품은 적어도 일 측면 방출 LED를 포함하는,
    전자 제품을 제조하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광가이드 시트에는, 상기 발광 부품 중 하나 이상을 수용하기 위한 복수의 리세스 또는 관통-홀이 제공되는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 시트 또는 광가이드 시트에는, 발광을 제어하고 광에 의해 조명되도록, 볼 수 있고 시각적으로 식별가능한 특징부가 제공되는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 시트 또는 광가이드 시트에는, 발광을 제어하고 광에 의해 조명되도록, 볼 수 있고 시각적으로 식별가능한 특징부가 제공되며,
    인몰드 라벨링(in-mold labelling) 또는 장식을 사용하여, 상기 기판 시트 상에 몰딩된 물질의 외부 표면 아래에, 상기 볼 수 있고 시각적으로 식별가능한 특징부를 생성하는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반사 요소가 상기 광가이드 시트에 인접하게 제공되어, 상기 광가이드 시트로부터 누설된 광을 다시 상기 광가이드 시트를 향해 반사하는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반사 요소가 상기 광가이드 시트에 인접하게 제공되어, 상기 광가이드 시트로부터 누설된 광을 다시 상기 광가이드 시트를 향해 반사하며,
    상기 반사 요소는 입사 광을 거울 반사하는 미러인,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반사 요소가 상기 광가이드 시트에 인접하게 제공되어, 상기 광가이드 시트로부터 누설된 광을 다시 상기 광가이드 시트를 향해 반사하며,
    상기 반사 요소는 입사 광을 산란시키는 디퓨저인,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 접착제 층, 영역 또는 도트는 상기 광가이드 시트에 인접한 위치에서 상기 광가이드 시트로부터 광의 방출을 제어하거나 개선시키도록 구성되는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 시트는 플라스틱, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 글리콜화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 및 아크릴 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광가이드 시트는 플라스틱, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리아미드(PA), 사이클로 올레핀 코폴리머(COC), 사이클로 올레핀 폴리머(COP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 및 폴리비닐 염화물(PVC)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 시트의 두께는 1 밀리미터 이하인,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광가이드 시트의 두께는 0.5 mm 미만인,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부착시키는 단계는 접착제, 압력 및/또는 가열에 의해 라미네이션하는 단계를 포함하는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부착시키는 단계는 몰딩시키는 단계를 포함하는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전기 전도성 잉크가 인쇄를 위해 사용되는,
    전자 제품을 제공하는 방법.
  20. 전자 제품 또는 전자 장치를 제조하는 시스템으로서,
    상기 시스템은 장비를 포함하며,
    상기 장비는:
    부가 인쇄 전자 공정에 의해, 소정의 레이아웃에 따라 광학적으로 투명하거나 또는 반투명한 유연한 기판 시트 상에 복수의 전기 전도체를 인쇄하고;
    소정의 레이아웃에 따라 발광 부품을 포함하는 복수의 전자 부품을 상기 기판 시트 상에 제공하고 ― 인쇄된 상기 전도체의 적어도 일부는 전기 전류를 제공하도록 구성됨 ―; 그리고
    기능적인 다층 라미네이트 구조물을 수립하기 위해 광학적으로 투명한 미리-준비된 유연한 광가이드 시트를 상기 기판 시트와 부착시키도록 ― 상기 발광 부품에 의해 방출된 광은 상기 광가이드 시트에 의해 수용되고, 상기 광가이드 시트 내에서 전파되고, 발광 부품이 제공되는 동일한 기판 시트를 통해 다층 구조물의 외부로 적어도 부분적으로 방출됨 ―; 구성되며,
    상기 발광 부품에 의해 방출된 광은, 아웃커플링에 영향을 미치는 요소를 통해 아웃커플링에 의해 상기 다층 구조물의 외부로 적어도 부분적으로 방출될 때까지 전반사에 의해 상기 광가이드 시트 내에 완전히 포함되며,
    상기 아웃커플링에 영향을 미치는 요소는 접착제를 포함하는,
    전자 제품 또는 전자 장치를 제조하는 시스템.
  21. 전자 시스템으로서,
    상기 전자 시스템은 광학적으로 기능적인 다층 구조물을 포함하며,
    상기 광학적으로 기능적인 다층 구조물은:
    그 상에 인쇄된 복수의 전기 전도체가 제공되는 광학적으로 투명하거나 또는 반투명한 유연한 기판 시트;
    상기 기판 시트 상에 배열된 발광 부품을 포함하는 복수의 전자 부품 ― 인쇄된 상기 전도체의 적어도 일부는 전기 전류를 제공하도록 구성됨 ―; 및
    상기 발광 부품에 의해 방출된 광이 광가이드 시트에 의해 수용되고, 상기 광가이드 시트 내에서 전파되고, 발광 부품이 제공되는 동일한 기판 시트를 통해 상기 다층 구조물의 외부로 적어도 부분적으로 방출되도록 구성되고 상기 기판 시트에 부착되는 광학적으로 투명한 미리-준비된 유연한 광가이드 시트;를 포함하며,
    상기 발광 부품에 의해 방출된 광은, 아웃커플링에 영향을 미치는 요소를 통해 아웃커플링에 의해 상기 다층 구조물의 외부로 적어도 부분적으로 방출될 때까지 전반사에 의해 상기 광가이드 시트 내에 완전히 포함되며,
    상기 아웃커플링에 영향을 미치는 요소는 접착제를 포함하는,
    전자 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 광가이드 시트는 미리-준비된 단일 층 광가이드 시트인,
    전자 제품을 제조하는 방법.
  23. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 전자 부품은 상기 열성형하는 단계 전에 기판 상에 인쇄되거나 배치되는,
    전자 제품을 제조하는 방법.
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