KR20050086839A - 가요성 전자 회로 및 디스플레이 - Google Patents

가요성 전자 회로 및 디스플레이 Download PDF

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KR20050086839A
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피터 티 카즐라스
조안나 에프 오
유 천
네이던 알 케인
데이브드 존 콜
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이 잉크 코포레이션
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Abstract

관통하여 연장되는 복수의 개구를 가지고, 하나 이상의 면이 절연 폴리머 재료 (104, 106; 108) 로 코팅되며, 상기 절연 폴리머 재료 (104, 106; 108) 상에 제공되는 복수의 박막 전자 장치 (302; 402) 를 가지는 패턴화 금속 포일 (102) 을 포함하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인 (100; 200; 300; 400).

Description

가요성 전자 회로 및 디스플레이{FLEXIBLE ELECTRONIC CIRCUITS AND DISPLAYS}
본 발명은 가요성 전자 회로 및 디스플레이에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 전기-광학 매체를 사용하는 가요성 회로 및 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명은 또한 굴곡된 표면들 상의 전기-광학 디스플레이의 제조에 관한 것이며; 이러한 표면들은 1 차원 또는 2 차원으로 굴곡될 수 있다. 본 발명은 캡슐화 전기영동 매체를 사용하는 전기-광학 디스플레이에 관련된 것에 특별히 한정된 것은 아니다.
재료 또는 디스플레이에 적용되는 용어 "전기-광학" 은, 이 명세서에서 이미징 기술의 종래 의미로 하나 이상의 광학 특성이 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태를 가지는 재료를 지시하는데 사용되며, 재료는 재료에 전기장을 인가함으로써, 제 1 디스플레이 상태에서 제 2 디스플레이 상태로 변경된다. 광학 특성은 일반적으로 인간의 눈으로 감지할 수 있는 일반적인 색채이지만, 광학 전송, 반사, 발광, 또는, 기계적 판독을 의도한 디스플레이의 경우에, 가시 범위 외의 전자기 파장의 반사율의 변화의 감지의 의사 색채와 같은 것이 다른 광학 특성이 될 수 있다.
용어 "쌍안정 (bistable)" 및 "쌍안정성 (bistablity)" 은 이 명세서에서 당업계에서 종래 의미로 하나 이상의 광학 특성이 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태를 가지는 디스플레이 요소를 포함하는 디스플레이를 지시하는데 사용되며, 주어진 요소가 구동된 후에, 유한한 지속 시간의 어드레싱 펄스를 이용하여, 제 1 또는 제 2 디스플레이 상태 각각을 추정하도록, 어드레싱 펄스가 종료된 후에, 상태는 디스플레이 요소의 상태를 변경하는데 요구되는 어드레싱 펄스의 여러번 이상의, 예를 들어 4 번 이상의, 최소 지속 시간을 유지할 것이다. 몇몇의 입자 기반의 그레이 스케일이 가능한 전자영동 디스플레이들은 극단적인 흑과 백 상태뿐만 아니라 중간적인 회색 상태에서도 안정적 일 수 있으며, 전기-광학 디스플레이의 몇몇의 다른 유형들에도 동일하게 적용될 수 있다는 것이 공개된 미국 특허 출원 제 2002/0180687 호 (또한 상응하는 국제 출원 공보 제 02/079869 호) 에 나타난다. 이러한 유형의 디스플레이는 쌍안정 외에 "다중-안정의 (multi-stable)" 이라 불리는 것이 적합하나, 편의상 용어 "쌍안정" 은 이 명세서에서 쌍안정 디스플레이 및 다중-안정의 디스플레이 모두를 포괄하도록 사용될 수 있다.
몇몇 유형의 전기-광학 디스플레이들은 공지되어 있다. 한 유형의 전기-광학 디스플레이는 회전 중크롬산 멤버 유형으로서, 예를 들어 미국 특허 제 5,808,783 호; 제 5,777,782 호; 제 5,760,761 호; 제 6,054,071 호; 제 6,055,091 호; 제 6,097,531 호; 제 6,128,124 호; 제 6,137,467 호; 및 제 6,147,791 호 (이 유형의 디스플레이는 종종 "회전 중크롬산 구(ball)" 디스플레이로 인용되기도 하지만, 상기 언급된 몇몇의 특허에서는 회전 멤버가 구형 (spherical) 이 아니기 때문에 용어 "회전 중크롬산 멤버"가 보다 정확한 것으로 선호된다). 이러한 디스플레이는 상이한 광학 특징을 가진 2 개 이상의 섹션을 가지는 많은 수의 작은 몸체들 (일반적으로 직사각형 또는 원기둥형) 과 내부 쌍극자 (dipole) 를 사용한다. 이러한 몸체들은 매트릭스의 액체로 채워진 액포 (vacuoles) 에 매달리며, 액포는 몸체가 회전이 자유롭도록 액체로 채워진다. 디스플레이의 외관은 그곳에 인가되는 전기장으로 변화되고 다양한 위치로 몸체를 회전시키고 몸체들의 섹션들이 관찰면을 통하여 보이게 변화한다.
다른 유형의 전기-광학 매체는 유기 재료로부터 형성되는 복수의 다이오드를 통하여 전류를 통과시킴으로써 광 발생이 달성되는 유기 광 방출 다이오드 (OLED; organic light emitting diode) 이다.
다른 유형의 전기-광학 매체는 일렉트로크로믹 (electrochromic) 매체, 예를 들어, 적어도 부분적으로 반도체 금속 산화물로 형성된 전극 및 전극에 부착된 가역적 색채 변환 가능한 복수의 색조 분자를 포함하는 나노크로믹 (nanochromic) 막의 형태의 일렉트로크로믹 매체를 사용하며, 예컨대, O'Regan, B. 외, Nature 1991, 353,737; 및 Wood, D., Information Display, 18(3), 24 (March 2002) 에 개시되어 있다. 또한 Bach, U. 외, Adv. Mater., 2002, 14(11), 845 에도 개시되어 있다. 이 유형의 나노크로믹 막은 또한 예를 들어, 미국 특허 제 6,301,038호, 국제 출원 공보 제 WO 01/27690 호, 및 2003년 3월 18일에 출원된 동시 계속 출원 번호 제 10/249,128 호에 기술되어 있다.
수년동안 열성적인 연구 및 개발의 주제가 되어온 다른 유형의 전기-광학 디스플레이는, 복수의 충전된 입자가 전기 장의 영향 아래에서 부유하는 유동체 (fluid) 를 통해 이동하는, 입자-기반 전기영동 디스플레이이다. 전기영동 디스플레이는 액정 디스플레이 (LCD) 와 비교하여, 우수한 명도 및 대비, 넓은 시야각, 상태 쌍안정성, 및 낮은 전력 소모의 특질을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 디스플레이의 장기 이미지 품질에 대한 문제가 이 디스플레이들이 널리 사용되는 것을 막아왔다. 예를 들어, 전기영동 디스플레이를 만드는 입자는 정착하려고 하는 경향이 있어서, 이 디스플레이에 대하여 적합하지 않은 서비스-수명을 초래한다.
Massachusetts Institute of Technology (MIT) 및 E Ink Corporation 에게 양도되거나 그 명의로 출원된 다수의 특허 및 출원은 최근에 공개되어 캡슐화 전기영동 매체를 기술하고 있다. 이러한 갭슐화 매체는 각각 액체 부유 매체에 부유하는 전기영동적으로 이동가능한 입자를 포함하는 내부 상 (internal phase), 및 내부 상을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함하는 다수의 작은 캡슐을 포함한다. 일반적으로, 캡슐은 2 개의 전극 사이에 위치하는 밀착된 층을 형성하도록 폴리머 바인더 (polymeric binder) 에서 고정된다. 이 유형의 캡슐화 매체는 예를 들어, 미국 특허 제 5,930,026 호; 제 5,961,804 호; 제 6,017,584 호; 제 6,067,185 호; 제 6,118,426 호; 제 6,120,588 호; 제 6,120,839 호; 제 6,124,851 호; 제 6,130,773 호; 제 6,130,774 호; 제 6,172,798 호; 제 6,177,921 호; 제 6,232,950 호; 제 6,249,721 호; 제 6,252,564 호; 제 6,262,706 호; 제 6,262,833 호; 제 6,300,932 호; 제 6,312,304 호; 제 6,312,971 호; 제 6,323,989 호; 제 6,327,072 호; 제 6,376,828 호; 제 6,377,387 호; 제 6,392,785 호; 제 6,392,786 호; 제 6,413,790 호; 제 6,422,687 호; 제 6,445,374 호; 제 6,445,489 호; 제 6,459,418 호; 제 6,473,072 호; 제 6,480,182 호; 제 6,498,114 호; 제 6,504,524 호; 제 6,506,438 호; 제 6,512,354 호; 제 6,515,649 호; 제 6,518,949 호; 제 6,521,489 호; 제 6,531,997 호; 제 6,535,197 호; 제 6,538,801 호; 제 6,545,291 호; 제 6,580,545 호; 및 제 6,639,578 호; 및 미국 특허 출원 공보 제 2002/0019081 호; 제 2002/0021270 호; 제 2002/0053900 호; 제 2002/0060321 호; 제 2002/0063661 호; 제 2002/0063677 호; 제 2002/0090980 호; 제 2002/0106847 호; 제 2002/0113770 호; 제 2002/0130832 호; 제 2002/0131147 호; 제 2002/0145792 호; 제 2002/0171910 호; 제 2002/0180687 호; 제 2002/0180688 호; 제 2002/0185378 호; 제 2003/0011560 호; 제 2003/0011867 호; 제 2003/0011868 호; 제 2003/0020844 호; 제 2003/0025855 호; 제 2003/0034949 호; 제 2003/0038755 호; 제 2003/0053189 호; 제 2003/0076573 호; 제 2003/0096113 호; 제 2003/0102858 호; 제 2003/0132908 호; 제 2003/0137521 호; 제 2003/0137717 호; 및 제 2003/01151702 호; 및 국제 출원 공보 제 WO 99/67678 호; 제 WO 00/05704 호; 제 WO 00/38000 호; 제 WO 00/38001 호; 제 WO 00/36560 호; 제 WO 00/67110 호; 제 WO 00/67327 호; 제 WO 01/07961 호; 및 제 WO 01/08241 호에서 설명된다.
상술한 많은 특허들 및 출원들은, 캡슐화 전기영동 매체의 분리된 (discrete) 마이크로캡슐을 둘러싸는 벽이 연속적인 상에 의해 교체될 수 있어, 전기영동 매체가 복수의 분리된 전기영동 유동체의 드롭플릿 (droplet) 및 폴리머 재료의 연속적인 (continuous) 상을 포함하는 소위 폴러머-분산 전기영동 디스플레이를 제조한다는 것과 이러한 폴리머 분산 전기영동 디스플레이내에서의 전기영동 프루이드의 분리된 드롭플릿은, 어떠한 분별된 캡슐 맴브레인 (membrane) 도 각각의 드롭플릿에 관련없더라도 캡슐 또는 마이크로캡슐로서 간주될 수 있다는 것을 인식하며, 예를 들어 위에 언급된 제 2002/0131147 호에서 설명된다. 따라서, 본 출원의 목적으로, 이러한 폴리머-분산 전기영동 매체는 캡슐화 전기영동 매체의 하위 형태 (sub-species) 로 간주될 수 있다.
캡슐화 전기영동 디스플레이는 일반적으로, 전통적인 전기영동 장치의 크러스터링과 세틀링 실패 모드를 겪지 않고, 여러가지의 유연하고 고정된 기판 상에 디스플레이를 프린트 또는 코팅하는 능력과 같은 추가적인 이점을 제공한다.( 단어 "프린팅" 의 사용은 제한 없이, 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 직렬 코팅, 커튼 코팅과 같은 선-측정 (pre-metered coating) 코팅; 나이프 오버 롤 코팅, 전 및 후 롤 코팅과 같은 롤 코팅; 그라비아 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 매니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러쉬 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 스크린 프린팅 프로세스; 정전기 프린팅 프로세스; 열 프린팅 프로세스; 잉크 젯 프린팅 프로세스; 및 다른 유사 기술을 포함하는 프린팅 및 코팅의 모든 형태를 포함하도록 지시된다.) 따라서, 완성된 디스플레이는 가요성이 있을 수 있다. 또한, 디스플레이 매체가 (다양한 방법을 이용하여) 프린팅될 수 있기 때문에, 디스플레이 자체가 저렴하게 제조될 수 있다.
관련된 유형의 전기영동 디스플레이는 소위 "마이크로셀 전기영동 디스플레이 (microcell electrophoretic display)" 이다. 마이크로셀 전기영동 디스플레이이에서, 충전된 입자 및 부유하는 유동체는 마이크로캡슐에서 캡슐화하지 않지만 대신에 수송 매체, 일반적으로 폴리머 막에서 형성된 복수의 공동 (cavity) 에서 유지된다. 예를 들어, Sipix Imaging, Inc 에 양도된 2 개의 국제 출원 공보 제 WO 02/01281 호, 및 공개된 미국 출원 제 2002/0075556 호 에서 나타낸다.
이미 언급했던 것처럼, 위에서 논의된 많은 전기-광학 매체의 하나의 주된 장점은 여러가지의 유연하고 고정된 기판 상에서 프린팅되거나 코팅되는 능력이다. 위에서 언급한 미국특허공보 제 US2002/0019081 호는 폴리머층으로 스테인리스 스틸 (또는 유사한 금속) 포일을 코팅하고, 폴리머에 박막 트랜지스터를 형성하고 액티브 매트릭스 디스플레이를 형성하도록 캡슐화 전기영동 매체로 트랜지스터를 코팅하므로써, 형성된 가요성 캡슐화 전기영동 디스플레이를 기술한다. 유사한 디스플레이에 관련되는 다른 문헌들은:
Chen, Y, 외의 SID Intl, Symp. Digest Tech. Papers, San Jose 2001 (Society of Information Display, San Jose), p. 157;
Kazlas, P, 외, 22nd Intl. Display Research Conference Nice 2002 (Society of Information Display, San Jose); 및
Au, J., 외, 9nd Intl. Display Workshops Hiroshima 2002 (Society of Information Display, San Jose) 를 포함한다.
이러한 문헌들에 기술된 바람직한 가요성 디스플레이는 기판으로서 얇은 (75-250 ㎛) 연속 스테인리스 스틸 포일을 사용한다. 스틸은, 초기 트랜지스터 프로세서부터 최종 디스플레이 작동까지의 전반적인 성능 때문에 트랜지스터 기판 재료로서 선택된다. 고-품질, 저-비용 스틸 포일은 큰 부피로 입수가 가능하고 스틸의 고-온 및 우수한 차원 안정성 특성은 종래의 TFT 제조 기술을 이용하는 어떠한 전-처리과정 (pre-processing; 예를 들어, 베이크-아웃 (bake out) 또는 박막 캡핑 (capping)) 이 없이 박막 트랜지스터 (TFT) 의 형성을 가능하게 한다. 전단 및 후단 프로세싱을 통하여, 스틸 포일 기판은 재료의 강도, 평평함 및 (프로세싱 중, 기판 상에 정전기 전하의 축척에 의한 문제를 회피하는) 도전성 때문에 우수한 취급 특성을 나타낸다.
다만, 스테인리스 스틸 및 유사한 금속 포일은 플라스틱과 같은 다른 가능한 기판 재료보다 본질적으로 밀도가 높다는 단점을 가진다. 결과적으로, 상기 문헌들에 기술된 이러한 유형의 금속 기판을 이용한 가요성 디스플레이들은 동일한 두께의 플라스틱 기판 상에 형성된 디스플레이보다 무거울 것이다.
하나의 양태에서, 본 발명은 전기-광학 디스플레이에서 사용되기 위한, 금속 기판을 사용하지만 상술한 금속 기반의 기판보다 가벼운 백플레인을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 양태에서, 본 발명은 전기-광학 디스플레이의 조립에 관한 것이고, 특히 1 또는 2 차원으로 굴곡된 표면 상의 캡슐화 전기영동 디스플레이의 조립에 관한 것이다. 이러한 굴곡된 표면은 예를 들어, 시계, 전기 면도기, 휴대 전화 및 다양한 다른 가전 제품에서 발견된다. 평평한 기판 상에 전기영동 매체를 코팅하고, 그 후 요구되는 굴곡되는 설계로 전기영동 매체의 층을 변형시킴으로써 굴곡된 표면 상에 캡슐화 전기영동 디스플레이를 형성하도록 시도한다면, 요구되는 정확하게 굴곡된 설계에 따라 전기영동 매체에 실질적인 손상이 발생할 것이다. 이러한 손상은 대비 비율 및 작동 수명의 단축을 포함하는, 그 결과 발생하는 열등한 전기-광학 성능을 가지는, 전기영동 매체의 불-균일한 스위칭, 및/또는 몇몇 캡슐의 깨짐을 나타내는 장애 (creep) 을 포함할 수 있다. 유사한 문제는 다른 유형의 전기-광학 매체에서도 겪을 수 있다.
본 발명은 상기 문제들을 감소시키거나 제거하는 한편, 굴곡된 기판 상에 전기-광학 디스플레이의 조립을 가능하게 하는 프로세스를 제공한다.
따라서, 일 양태에서 본 발명은, 관통하여 연장되는 복수의 개구를 가지고, 적어도 하나의 면이 절연 폴리머 재료로 코팅되며, 상기 절연 폴리머 재료 상에 제공되는 복수의 박막 전자 장치들을 가지는 패턴화 금속 포일을 포함하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인을 제공한다. 본 발명의 이 양태는 이 명세서에서 "패턴화 금속 포일 백플레인 (patterned metal foil backplane)" 이라 할 것이다.
이 백플레인에 있어서, 개구는 직사각형 (rectangular) 그리드 상에 배열되고, 패턴화 금속 포일의 면적의 적어도 약 30 퍼센트를 차지하며, 바람직하게는 상기 패턴화 금속 포일의 면적의 적어도 약 60 퍼센트를 차지할 수 있다. 일반적으로, 패턴화 금속 포일은 양면이 절연 폴리머 재료로 코팅된다; 패턴화 금속 포일은 양면이 동일한 절연 폴리머 재료로 코팅되거나 상이한 절연 폴리머 재료로 코팅될 수도 있다.
본 발명의 몇몇 백플레인에서, 각각의 박막 전자 장치는 상기 금속 포일 내의 하나의 개구의 영역 전부에 위치한다. 다른 백플레인에서, 각각의 상기 박막 전자 장치는 상기 금속 포일 내의 복수의 개구를 가로질러 연장된다.
본 발명은 본 발명의 백플레인을 포함하는 전기-광학 디스플레이, 특히 이러한 캡슐화 전기영동 전기-광학 매체를 포함하는 전기-광학 디스플레이로 확장된다.
다른 양태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 면이 절연 폴리머 재료로 코팅되고 상기 절연 폴리머 재료 상에 복수의 박막 전자 장치를 가지는 금속 포일을 포함하고, 폴리머 재료를 관통하여 연장되고 하나 이상의 박막 전자 장치를 금속 포일에 전기적으로 접속하는 하나 이상의 도전성 비아를 더 포함하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인을 제공한다. 본 발명의 이 양태는 이 명세서에서 "도전성 비아 백플레인" 이라 할 것이다.
도전성 비아 백플레인에서, 금속 포일은 적어도 하나의 안테나, 인덕터 루프, 파워 플레인, 캐패시터, 캐패시터 컨택, 픽셀 전극, 및 전자기 유도 차폐 (shielding) 로서 기능한다.
본 발명은 본 발명의 도전성 비아 백플레인을 포함하는 전기-광학 디스플레이로 확장된다. 이러한 전기-광학 디스플레이는 형태상 그 위에 전기-광학 디스플레이를 가지는 스마트 카드일 수 있고, 금속 포일은 상기 카드와 카드 판독 장치간의 통신하도록 제공된다.
다른 양태에서, 본 발명은 도전층, 절연층 및 도전층으로부터 절연층의 대향하는 면에 배치되는 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 백플레인을 구동하는 프로세스로서, 프로세스는 트랜지스터의 게이트에 인가된 전압을 변경하는 단계 및 그로 인해 트랜지스터를 온 (on) 상태와 오프 (off) 상태 사이로 스위칭하는 단계를 포함하고, 프로세스는 도전층을 접지와 상이하고 백플레인의 구동 중에 상기 트랜지스터의 소스에 인가되는 전압의 범위 내의 전압으로 유지하는 단계를 더 포함하는, 백플레인을 작동하는 프로세스를 제공한다. 본 발명의 이 양태를 이하에서 "제어 전압 도전층" 이라 할 수도 있다.
일반적으로, 이 프로세스에서, 도전층에 인가되는 전압은, Vmax 와 Vmin 이 각각 작동 중의 소스에 인가되는 최대 전압과 최소 전압이고, Vc 가 도전층에 인가되는 전압인 경우에, 관계식 (3*Vmax+Vmin)/4>Vc>(Vmax+3*Vmin)/4 를 만족한다. 바람직하게는, 도전층에 인가되는 상기 전압은, 관계식 (3*Vmax + 2*Vmin)/5 > Vc > (2*Vmax + 3*Vmin)/5 를 만족한다.
가장 바람직하게는 전압은, 관계식 Vc = (Vmax + Vmin)/2 를 실질적으로 만족한다.
다른 양태에서, 본 발명은, 금속 기판을 코팅하는 폴리머 재료 상에 복수의 전자 부품을 형성하는 프로세스로서, 프로세스는 상기 금속 기판 상에 복수의 폴리머 재료 개별 영역을 형성하고 그 후 상기 폴리머 재료의 개별 영역 상에 복수의 전자 부품을 형성하는, 프로세스를 제공한다. 아래에서 설명되는 이유로 인해, 본 발명의 이 양태를 이하에서 "메사 프로세스" 라고 할 것이다.
이 메사 프로세스에서, 폴리머 재료의 연속층은 상기 금속 기판상에 형성되고 그 후 이 연속층이 분리되어 상기 폴리머 재료 개별 영역을 형성한다. 바람직하게는, 폴리머 재료 개별 영역의 에지중 적어도 일부는 언더컷팅 (undercut) 된다; 이러한 폴리머 재료의 개별 영역의 에지의 언더컷팅은 에칭 단계에 의해 성취될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은, 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이로서, 디스플레이는 전기-광학 재료 및 상기 전기-광학 재료 상에 이미지를 기록하는 수단을 포함하는 중심 부분, 및 상기 중심 부분의 주변의 적어도 일부분 주위로 연장되는 주변 부분을 가지고, 주변 부분은 상기 금속 기판을 관통하여 연장된 복수의 개구를 가짐으로써, 전기-광학 디스플레이는 가요성 매체에 스티칭 (stitch) 될 수 있는, 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이를 제공한다. 본 발명의 이 양태를 이하에서 "스티칭될 수 있는 디스플레이" 라고 할 것이다.
이러한 스티칭될 수 있는 디스플레이에서, 디스플레이의 주변 부분은 바람직하게는 전기-광학 재료가 없다. 주변 부분은 상기 중심 부분 주위에 완전하게 연장되어서 전기-광학 디스플레이의 주변 전체는 섬유 또는 다른 가요성 재료로 스티칭될 수 있다.
다른 양태에서, 이 발명은, 적어도 하나의 픽셀 전극을 가지는 백플레인을 제공하는 단계로서, 백플레인은 1 차원적으로 굴곡되는, 단계;
전기-광학 매체층 및 광-투과성 전기적-도전층을 포함하는 적층을 상기 백플레인에 부착하는 단계로서, 적층은 전기-광학 매체가 백플레인과 전기적-도전층 사이에 위치하도록, 부착되는 단계; 및
가열 및/또는 압력으로 백플레인에 적층을 접착하는 단계를 포함하는, 1 차원적으로 굴곡되는 기판 상에 전기-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스를 제공한다.
본 발명의 이 양태를 이하에서 "제 1 1 차원 굴곡되는 프로세스" 라 할 것이다. 이 프로세스에서, 적층은 전기-광학 매체층에 씌우는 적층 접착층을 더 포함하고, 적층 접착층은 상기 백플레인에 접촉된다.
다른 양태에서, 본 발명은, 하나 이상의 픽셀 전극을 가지는 백플레인을 제공하는 단계로서, 백플레인은 1 차원적으로 굴곡되는, 단계;
서로 대향하는 면 상에 제 1 및 제 2 접착층을 가지는 고체 전기-광학 매체층을 포함하는 2중 릴리즈 (release) 막을 제공하는 단계로서, 하나 이상의 접착층은 릴리즈 시트 (sheet) 에 의해 커버되는, 단계;
제 1 및 제 2 접착층의 하나를 노출하고 백플레인에 상기 이중 릴리즈 시트을 적층하는 단계; 및
제 1 및 제 2 접착층의 다른 하나를 노출하고 전기적 도전층에 상기 노출된 접착층을 적층하는 단계를 포함하는, 1 차원적으로 굴곡되는 기판 상에 전기-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스를 제공한다.
본 발명의 이 양태를 이하에서 "제 2 1 차원-굴곡되는 프로세스"라 할 것이다.
마지막으로, 본 발명은, 백플레인의 표면 상에 코팅 가능한 전기-광학 매체를 부착하여 그 위에 전기-광학 매체의 간섭층을 형성하는 단계;
백플레인 상의 전기-광학 매체의 표면 상에 투명한 전기적-도전층을 부착하여 그 위에 전기적-도전층의 간섭층을 형성하는 단계; 및
전기적-도전층의 표면 상에 투명한 캡슐화제를 부착하여 그 위에 캡슐화제의 간섭층을 형성하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 픽셀 전극을 가지는 굴곡되는 백플레인 상에 전자-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스를 제공한다.
본 발명의 이 양태는 이 명세서에서 "2D-굴곡되는 프로세스"라 할 것이다. 이 프로세스는, 디스플레이의 에지의 적어도 일부분 주위에 에지 씰링제 (sealant) 를 부착하는 단계를 더 포함한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 패턴화 금속 포일 백플레인의 개략적인 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 패턴화 금속 포일 백플레인의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 4 는 본 발명의 제 3 및 4 패턴화 금속 포일 백플레인의 개략적인 평면도이다.
도 5a 내지 5d 는 본 발명의 도전성 비아 백플레인의 형성에서 상이한 단계를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 하나의 제어 전압 도전층 백플레인의 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 메사 프로세스에 의해 준비되는 백플레인의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 8a 및 8b 는 본 발명의 메사의 에지가 언더컷팅되는 제 2 메사 프로세스에서 상이한 단계를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 9 는 본 발명의 스티칭 가능한 디스플레이의 개략적인 평면도이다.
도 10 은 도 9 에 도시된 스티칭 가능한 디스플레이의 개략적인 단면도이다.
도 11 내지 13 은 본 발명의 제 1 1 차원-굴곡된 프로세스에서 상이한 단계를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 14 는 본 발명의 2D-굴곡된 프로세스의 개략적인 쓰리 쿼터도 (three quarter view) 이다.
위에서 지적한 것처럼, 본 발명은 전기-광학 디스플레이를 위한 백플레인의 개선을 제공하고, 이러한 백플레인과 디스플레이의 형성을 위한 프로세스의 개선을 제공하는 여러 상이한 양태를 가진다. 이해를 쉽게 하기 위해, 본 발명의 다양하고 상이한 양태가 이하 개별적으로 설명될 것이지만, 단일 백플레인 또는 디스플레이는 본 발명의 하나 이상의 양태를 사용할 수 있음을 이해해야 한다; 예를 들어, 본 발명의 1 차원-굴곡된 프로세스는 본 발명의 패턴화 금속 포일 백플레인을 이용하여 수행될 수 있다.
패턴화 금속 포일 백플레인
이미 언급된 것처럼, 일 양태에서, 본 발명은 하나의 면 또는 양면이 절연 폴리머 재료로 코팅되며, 절연 폴리머 재료 상에 제공되는 복수의 박막 전자 장치를 가지는 패턴화 금속 포일을 포함하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인을 제공한다. 완성된 백플레인은 무게는 가볍지만 연속되는 금속 포일의 차원적 안정성을 실질적으로 유지한다.
첨부되는 도면의 도 1 은 본 발명의 바람직한 패턴화 금속 포일 백플레인 (전반적으로 100으로 지시되는) 의 개략적인 단면도이다. 이 백플레인 (100) 은, 바람직하게는 직사각형 또는 정방형 그리드의 형태로 패턴화되고, 폴리머 재료 (104) 로 양면이 코팅되며, 폴리머 재료 (104) 의 하나의 노출된 표면 상에 TFT 및/또는 다른 전자 부품을 포함하는 전자층 (106) 을 가지는 패턴화 금속 포일 (102) 을 포함한다. 폴리머 재료 (104) 는 예를 들어, HD 마이크로시스템 5878G 와 같은 고온 폴리이미드 (polyimide) 인 것이 바람직한 반면, 포일 (102) 는 스틸 포일, 바람직하게는 스테인리스 스틸 포일로 이루어진다. 포일 (102) 는 패턴화 롤러 (patterned roller), 스탬핑, 레이저 패턴닝 또는 포토-에칭 상에 냉 롤링 용융 스틸 (cold rolling molten steel) 을 포함하는 많은 방법으로 패턴화될 수 있다. 다른 방법으로, 패턴화 금속 포일은 가는 금속 섬유를 제작하고 다양한 패턴으로 엮음으로써 제조될 수 있다. 임의의 습식 코팅 또는 프린팅 방법은 폴리머 재료 (104) 를 패턴화 포일 (102) 에 적용시키도록 사용될 수 있다. 다른 방법으로, 예를 들어, Upilex VT 와 같은 폴리머 재료는 금속 포일에 적층될 수 있다. 폴리머 재료는 전통적인 열 또는 UV-중합화 방법에 의해 중합될 수 있다. 몇몇 응용에서는, 폴리머 재료로 금속 포일의 한 면만을 코팅하는 것으로도 충분할 수 있다.
첨부되는 도면 중 도 2 는 2 개의 상이한 재료가 금속 포일 (102) 를 캡슐화하기 위해 사용되는 본 발명의 제 2 백플레인 (일반적으로 200으로 지시되는) 의 개략적인 단면도이다. 제 1 재료 (204) 는 포일 (102) 와 전자층 (106) 사이에 사용되며, 반면에 제 2 재료 (208) 는 포일 (102) 의 대향하는 면에 사용된다. 재료 (204 및 208) 은 넓게 다양한 폴리머 및 무기질 재료로부터 선택될 수 있다. 이 방법으로 2 개의 상이한 재료 (204 및 208) 의 사용은 불가능하지는 않지만, 도 1 에 도시된 단일 폴리머 재료만을 사용하여 달성하기에는 어려울 수도 있는 전반적인 특성을 백플레인이 달성하도록 한다. 예를 들면, 재료 (208) 는 가스 및 습기에 우수한 장벽 특성 때문에 선택될 수 있는 반면에, 재료 (204) 는 최적의 평면화 특성 때문에 선택될 수 있었다. 이 제 2 실시형태에서, 포일 (102) 는 또한 결정적인 차원적 안정성 및 기계적 강도를 제공한다.
본 발명의 백플레인에 사용되는 금속 포일의 패턴닝은 백플레인이 합체될 디스플레이 유형에 따라서 다양하게 달라질 수 있다. 첨부되는 도면 중 도 3 및 4 는 본 발명에서 2 개의 상이한 백 플레인의 배열 및 본 발명에서 유용한 패턴화 금속 포일을 도시한다. 도 3 은 각각의 백플레인 (302) 의 전자 부품 영역은 금속 포일 그리드의 하나의 셀에 완전히 놓여 있도록 정렬된 다중 백플레인 (302) 을 포함하는 시트 (300) 를 도시한다. 도시된 실시형태에서, 전자 부품 영역은 그리드에서 단일 개구에 위치한다. 이 실시형태에서, 전자 부품을 형성하도록 사용되는 프로세스 동안에, 금속 포일 메시가 각각의 개별적인 백플레인을 효율적으로 프레임하고, 그 결과로서, 전자 부품들을 지지하는 폴리머 재료의 차원적 불안정성은 메시의 하나의 개구를 가지는 영역으로 제한된다. 전자 부품이 형성된 후에 (그리고 선택적으로 전기-광학 매체가 부품 상에 코팅된 후에), 개별적인 백플레인을 프레임하는 금속 포일은 오직 폴리머 재료에 의해 지지되는 전자 부품을 남기도록 예를 들어, 시어링 (sheaing) 함으로써 제거될 수 있다. 다른 방법으로, 다중 백플레인 시트 (300) 는 금속 포일 그리드의 중간 라인을 따라 분할될 수 있고, 그 후 금속 프레임을 각각의 백플레인에 남긴다; 이러한 금속 프레임의 존재는 사용되는 전자 장치에서 최종 디스플레이를 실장시키는데 유용할 수 있다.
반대로, 도 4 는 백플레인 (402) 는 각각의 차원에서 여러 셀을 가로질러 연장되도록 2 개의 차원에서 금속 포일 그리드의 하나 이상의 셀보다 대체로 큰 단일 백플레인 (402) 을 포함하는 시트 (400) 를 도시한다. 이 실시형태에서, 백플레인의 차원적 안정성은 연속적인 금속 포일 상에 형성된 비교 가능한 백플레인의 그것과 본질적으로 동일 할 것이고, 다만, 도 4 의 백플레인은 본질적으로 무게가 낮을 것이다.
임의의 특정 응용에서 선호되는 도 3 및 4 의 실시형태 중 하나가 디스플레이의 크기 및 기계적 조작의 양 및/또는 일어나기 쉬운 오용을 포함하는 다수의 요인에 따라 변할 것이다. 예를 들어, 전술한 미국 특허 출원 제 2002/0090980 호는 종래의 차원의 작은 내부의 디스플레이 및 전화기의 내부에 위치하는 롤-업 저장 위치와 전화기 옆면에 평평하게 놓인 연결 위치 사이에 이동될 수 있는 큰 가요성 외부 디스플레이를 가지는 휴대 전화를 기술하며, 무엇보다도 긴 이메일 메세지를 읽는데 유용한 큰 스크린을 제공한다. 이러한 전화기에 있어서, 위치가 내부에 있고 고정된 전화기에 의해 보호되는 내부 스크린은 도 3 의 실시형태를 사용할 수 있고, 반면에 연장된 위치에 있고 반복적 작동하기 쉬운 경우에는 보호되지 않는 외부 디스플레이는 도 4 의 실시형태를 사용할 수 있다.
본 발명의 패턴화 금속 포일 백플레인은 전기-광학 디스플레이의 백플레인의 실질적인 중량 감소를 허용하는 반면에, 스틸 또는 다른 강한 금속 포일을 기초하는 이러한 백플레인의 차원적 안정성 및 구조적 통합성을 유지한다. 본 발명의 백플레인은, 스틸이 패턴으로 롤링될 수 있고 폴리머 재료 또는 무기질 슬러리 (slurry) 는 습식 코팅되거나 연속적인 방법으로 적층될 수 있기 때문에 저렴하게 제조될 수 있다. 본 발명은 또한 제조 유연성을 제공하고 종래의 재료를 사용하게 한다.
도전성 비아 백플레인
다만, 전기-광학 디스플레이의 백플레인에서 기판으로서 금속 포일을 사용하는 것의 장점은 기계적 지지에 제한되지 않는다는 것이다. 전자 부품의 형성 중에 기계적 지지 및 차원적 안정성을 추가적으로 제공하기 위해, 이러한 금속 포일은 백플레인의 전자 회로의 부분으로서 사용될 수 있다.
따라서, 이미 언급한 것처럼, 본 발명은, 백플레인이 일면 또는 양면이 절연 폴리머 재료로 코팅되고 상기 절연 폴리머 재료 상에 복수의 박막 전자 장치들을 가지는 금속 포일을 포함하고, 폴리머 재료를 관통하여 연장되고 하나 이상의 상기 박막 전자 장치를 상기 금속 포일에 전기적으로 접속하는 하나 이상의 도전성 비아를 더 포함하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인을 제공한다. 이러한 백플레인에서, 금속 포일은 비아의 형성을 위해 요구되는 임의의 개구를 넘어 패턴화될 수도 있고, 없을 수도 있다.
본 발명의 도전성 비아 백플레인을 형성하는 바람직한 프로세스는 첨부되는 도면들 중 도 5a-5d 에 도시되며, 프로세스의 연속적인 단계에서 백플레인의 개략적인 단면도를 도시한다. 제 304 호 스테인리스 스틸 또는 베릴륨 (beryllium) 구리로 형성될 수 있는 금속 포일 기판 (502) 으로 프로세싱을 시작한다. 이 포일 (502) 는 예를 들어, 전에 언급한 HD 마이크로시스템 5878G 와 같은 절연 폴리머 재료 (504) 로 하나 이상의 표면이 코팅되며, 폴리머 재료는 도 5a 에 도시된 구조를 형성하도록 경화된다.(다른 방법으로는, 폴리머 재료는 포일 (502) 에 적층 될 수 있다.) 그 후, 트랜지스터 및 다이오드와 같은 전자 부품 (506) 은 도 5b 에 도시된 구조를 형성하기 위해 종래의 반도체 제조 기술을 사용하여 폴리머 재료 (504) 의 노출된 표면 상에 제조된다. 다음으로, 포일 (502) 는 예를 들어 도 5c 에 도시된 것처럼 패턴화 금속층 (502A) 을 형성하도록 포토리소그래피 (photolithography) 또는 레이저 스크라이빙 (laser scribing) 을 사용하여 패턴화된다; 이 단계에서, 포일 (502) 의 남겨지는 부분 및/또는 폴리머 재료 (504) 의 노출된 영역은, 바람직하다면, 요구되는 두께 또는 중량에 비해 얇아질 수 있다. 또한, 이 시점에서 추가적인 도전성, 반도전성 또는 절연성 재료가 증착될 수 있고 개략적으로 508 로 지시되는 것처럼 폴리머 재료 (504) 의 노출된 표면 상에 수동 또는 능동 부품들을 생성하도록 패턴화될 수 있다.
프로세스의 마지막 단계는 폴리머 재료 (504) 를 관통하여 비아 개구를 형성하고 전자 부품 (506) 과 패턴화 금속층 (502A), 선택적으로 도 5d 에 도시된 구조를 형성하는 추가적 부품 (508) 를 접속하는 비아 (510) 를 형성하도록 도전성 재료를 가지는 이 비아 개구를 필링 (filling) 하는 단계이다. 비아 개구는, 전자 부품 (506) 의 이전에는 숨겨져 있던 표면의 영역을 노출시키도록, 예를 들어, 폴리머 재료 (504) 를 관통하여 에칭, 펀칭 또는 레이저-드릴링될 수 있다. 그 후, 비아 개구는 도전성 수지의 프린팅 (예를 들어, 잉크-젯, 스크린, 또는 오프셋 프린팅) 장치, 쉐도우-마스크 증착 또는 종래의 포토리소그래피 방법을 포함하는 다양한 재료 및 기술을 이용하여 필링될 수 있다. 또한, 단순한 전기 접속들도 두꺼운 필름 도전체를 사용하는 기판의 에지를 따라 만들어 질수 있다.
이 프로세스의 마지막 2 개의 단계 (즉, 포일을 패턴화하는 단계와 비아 개구를 필링하는 단계) 동안에, 손상을 막기 위해 노출된 전자 부품 (506) 를 보호하거나 보호막을 입히는 것이 필요하거나 요구될 수 있다. 반도체 제조 기술의 당업자는 예를 들어, 안전 또는 보호 막으로 전자 부품 (506) 를 커버링하여, 나중에 부품 그 자체에 손상 없이 에칭할 수 있는 이러한 보호 및/또는 보호막 입히기에 대한 종래 기술을 인식할 것이다. 특히 패턴화 금속층 (502A) 및/또는 폴리머 재료 (504) 의 노출된 영역이 얇아진다면, 이 프로세스의 마지막 2 개의 단계 동안에 유연성이 없는 운반기 또는 기판에 도 5b 에 도시된 구조를 부착하는 것이 또한 필요하거나 바람직할 수 있다.
도 5d 에 도시된 구조를 제조하기 위한 다른 프로세스는, 예를 들어 25-30 ㎛ (어떠한 부착된 금속층이 없는) 폴리이미드 포일과 같은 두꺼운 폴리머 포일로 부터 시작한다. 이 다른 프로세스의 제 1 단계에서, 전자 부품은 폴리머 포일의 하나의 표면 상에서 제조된다. 그 후, 금속 도전체 및 임의의 요구되는 추가적인 전자 부품은 포일의 대향하는 표면상에 형성되고, 전에 설명한 기술에 의한 비아 개구의 형성이 뒤따르며, 최종적으로 비아 개구는 비아를 형성하도록 필링된다. 이 다른 프로세스는 양면 가요성 회로 보드의 제조에 대한 특정 이전 기술 프로세스와 비슷하나, 전자 부품이ㅜ 가요성 회로 보드의 경우에는 그 위에 위치하는 것과 반대인 것처럼, 폴리머 포일 상에 직접적으로 제조되는 것 부터가 상이하다. 이 다른 프로세스에서, 폴리머 포일은 전자 부품 (506) 과 폴리머 포일의 대향하는 면 상의 회로 사이에서 오직 절연체로서 작동한다; 그러나, 요구된다면, 폴리머 포일은 아래에서 보다 상세하게 설명되는 것처럼, 폴리머의 상부 및 하부 표면 상에 2 개의 오버랩핑 도전층 사이에서 형성된 캐패시터의 유전층으로서 기능할 수 있다.
패턴화 금속층 (502A) 및 연관된 회로는, 예를 들어, 안테나, 인덕터 루프, 파워 플레인, 캐패시터, 캐패시터 컨택, 픽셀 전극, 및 전자기 유도 차폐 (shielding) 와 같은 다양한 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 도전성 비아 백플레인은 전용은 아니지만 특히, 소위 "스마트 카드" 의 사용에 의도된다. 이러한 스마트 카드에서, 카드의 전면 (도 5d 의 상부 표면에 일치) 상의 전자 부품은 전기-광학 디스플레이를 구동하도록 수행할 수 있는 반면에, 카드의 후면 상에 패턴화 금속층 및 연관된 회로는 안테나 루프, 신호 선 및 카드와 카드 판독/기록 장치 사이에 통신하는 다른 부품로서 기능할 수 있다.
본 발명의 도전성 비아 백플레인은 기판의 후면을 사용함으로써 향상된 전자 부품 통합과 저렴한 비용의 이점을 제공하고, 또한 더욱 소형의 (얇은) 패키징을 제공한다. 이러한 향상된 통합은 특히 스마트 및 신용 카드, 및 전자 라벨 응용에서 유용하다.
제어 전압 도전층
이미 지적한 것처럼, 본 발명의 제 3 양태는 도전층, 절연층 및 도전층으로부터 절연층의 대향하는 면에 배치되는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 백플레인에 인가되는 전압 제어에 관한 것으로서, 백플레인에는 트랜지스터의 게이트에 인가된 전압을 변경하고 그로 인해 트랜지스터를 온 (도전성) 상태와 오프 (비-도전성) 상태 사이로 스위칭하는 수단이 더 제공된다. 본 발명의 이 양태에 따르면, 도전층은 접지와 상이하고 백플레인의 스캔닝 중에 트랜지스터의 소스에 인가되는 전압의 범위 내의 전압으로 유지된다. 스캔닝 중에 소스에 인가되는 최대 전압과 최소 전압이 Vmax 와 Vmin 이고, 도전층에 인가되는 전압이 Vc 인 경우에, 바람직하게는 이러한 전압은 관계식 (3*Vmax+Vmin)/4 > Vc > (Vmax+3*Vmin)/4 를 만족해야 하고, 보다 바람직하게는 관계식 (3*Vmax+2*Vmin)/5 > Vc > (2*Vmax+3*Vmin)/5 를 만족해야 하며, 최적으로는 관계식 Vc = (Vmax+ Vmin)/2 를 대체적으로 만족해야 한다.
대부분의 전기-광학 디스플레이의 전력 소비의 주된 비중은, C 가 관련된 캐패시턴스, V 가 캐패시터 부하들 사이의 전압차이고 f 가 구동 주파수인 경우에, P = 0.5 CV2f 의 수식의 캐패시터 스위칭 항들의 급수에 의해 계산된다. 이 유형의 분리된 항들은, 소스 선 캐패시턴스, 게이트 선 캐패시턴스 및 픽셀 캐패시턴스 때문에 일어난다. 다만, 일반적으로 소스 선 캐패시턴스 (행에 대한 게이트 선, 열에 대한 소스 선 및 픽셀 전극에 대한 드레인 선의 종래의 할당을 간주하는 열 전극 캐패시턴스) 가 디스플레이의 전력 소비보다 우세하다. 예를 들면, 60Hz 의 프레임 속도로 스캔닝되는 SVGA (800×600) 액티브 매트릭스 디스플레이에서, 소스 선은 28.8 MHz 에서 변조되고, 게이트 선은 36 kHz 에서 변조되며, 픽셀은 60 Hz 에서 변조되고, 또는 달리 표현하면, 매번 디스플레이이의 새 라인 (line) 이 기록되는 것과 같은 방법으로, 오직 하나의 로우 (row) 전극이 고 (high) 에서 저 (low) 로 그리고 저에서 고로 스위칭되어야 하는 반면에, 모든 800 개의 컬럼 (column) 전극은 기록되는 이미지에서 각각의 픽셀의 값에 따라 결정되는 임의의 값들 사이에서 스위칭되어야 한다.
첨부된 도면 중 도 6 은 본 발명의 백플레인의 (일반적으로 600으로 지시되는) 부분, 즉 오직 단일 트랜지스터를 포함하는 부분 (600) 의 개략적인 단면도이다. 백플레인은 금속 포일 (602) 및 폴리머 재료 절연층 (604) 을 포함한다. 박막 유형이고 폴리머 재료 (604) 의 노출된 표면 상에 직접적으로 형성된 트랜지스터는 게이트 전극 (606), 실리콘 질화물로 형성된 게이트 유전층 (608), 비결정질 실리콘 반도체층 (610) 및 소스와 드레인 전극 (612 및 614) 을 각각 포함하고, n+ 비결정질 실리콘 (612' 및 614') 은 종래의 방법으로 소스 및 드레인 전극과 반도체층 (610) 사이에 각각 제공된다. 반도체층 (610) 은 위에서 언급한 제 WO 00/67327 호에서 설명한 것처럼 인접한 트랜지스터들 사이에서 연속적으로 연장된다.
도 6 에 도시된 트랜지스터는, 소스 전극 (612) 는 컬럼 전극 (도시되지 않음) 상에 데이터 신호에 접속되고, 드레인 전극 (614) 는 픽셀 전극 (또한 도시되지 않음) 에 접속되고, 게이트 전극은 로우 전극 (또한 도시되지 않음) 상에 선택 신호와 접속되는 종래의 방법으로 로우 및 컬럼 드라이버에 접속된다. 최종 전기-광학 디스플레이에서, 픽셀 전극은 전기-광학 매체의 층에 인접하여 위치하고, 모든 디스플레이의 픽셀에 걸쳐 연장된 투명한 전면 전극은 전기-광학 매체의 대향하는 면 상에 위치하고 관찰자가 디스플레이를 보도록 하는 관찰 표면을 형성한다.
게이트 전압은 일반적으로 트랜지스터의 오프 (off) 상태에서 5V 이고 온 (on) 상태에서 30V 이지만, 소스 전압은 약 10V 로 세팅된 투명한 공통 전극에서 0V 와 20V 사이에서 일반적으로 변화한다.
위에서 말한 것으로부터, 디스플레이의 전력 소모에 영향을 미치는 하나의 주된 요소는 소스 전극 (612) 와 금속 포일 (602) 사이에 캐패시턴스로 인한 에너지 손실이다. 보통의 경우처럼, 폴리머 재료 (604) 의 두께가 로우 및 컬럼 전극 및/또는 픽셀 전극의 폭 이하인 경우에는, 이 캐패시터의 손실로 인한 전력 소모는 상당할 수 있다. 위에서 말한 것처럼, 이 에너지 소모는 소스 라인 전압과 금속 포일 (602) 의 전압의 전압 차의 제곱에 비례하고, 소스 라인 전압은 구동 범위 내에서 임의로 분배되는 것이 논리적으로 가정될 수 있기 때문에, 금속 포일이 단순히 부유하도록 허용되거나 접지 전위 근처의 전위에 있는 경우에, 전압의 평균적인 차이는 상당할 것이어서 에너지 손실도 상당할 것이다. 에너지 손실을 줄이기 위해, 금속 포일 (602) 는, 이 경우에는 10V 인, 소스 라인 전압의 범위의 중간에 있거나 근처로 유지해야 한다. 이는 금속 포일 (602) 을 공통 전면 전극의 전압에 묶음으로써 편리하게 만들 수 있다.
금속 포일 (602) 이 높은 도전성을 가지지 않는 금속 (예를 들어, 몇몇의 스테인리스 스틸) 로 이루어진다면, 예를 들어 알루미늄 같은 더 도전성 있는 금속의 박층은, 폴리머 재료 (604) 가 그 위에 증착되기 전에 생성될 수 있다. 더 도전성 있는 층은 디스플레이의 작동 중에 금속 포일을 가로질러 전압 균일성을 개선하도록 제공한다.
상술한 것으로부터, 본 발명의 제어 전압 도전층은 액티브 매트릭스 전기-광학 디스플레이에서 전력 소모를 실질적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제어 전압 도전층은 금속 포일상의 전압이 부유하도록 허용될 때 백플레인에 사용되는 금속 포일 내에서 유도되는 전압과 관련된다고 관찰되고 믿어지는 (하지만, 본 발명은 이 믿음으로 제한되지 않는) 노이즈 및 몇몇의 디스플레이 아티팩트 (artifact) 를 제거하거나 줄이는데 효과적일 수 있다.
메사 프로세스 (Mesa process)
본 발명의 메사 프로세스는 이러한 어레이가 폴리머-코팅된 금속 기판 상에 형성되는 경우에 전자 부품 (배타적이지는 않지만, 특히 전기-광학 디스플레이를 위한 백플레인) 의 어레이를 형성하는 도중에 박막 스트레인 (strain) 과 이 막의 크랙킹 (cracking) 을 감소시키는 방법을 제공한다. 이 최근 가공방법들에서, 디스플레이 기판은 1 평방 미터의 면적일 수 있고, 박막 스트레인은 이 크기의 면적의 폭으로 축소하는 것이 중요하다.
이미 지적한 것처럼, 본 발명의 메사 프로세스에 따라서, 금속 기판 상에 폴리머 재료의 연속적인 층을 형성하는 대신에, 폴리머 재료의 복수의 분리 (discrete) 영역 (이하, "메사") 은 금속 기판 상에 형성되고, 바람직하게는 전기-광학 디스플레이를 위한 백플레인을 포함하는 전자 부품은 각각의 분리 영역 상에 형성된다. 메사 프로세스의 바람직한 형태에서, 폴리머 재료의 연속적인 층은 금속 기판의 한 표면의 모든 부분 상에 형성되고, 이 연속적인 층은 분리된 메사를 형성하도록 나눠진다.
아래의 도 7 은 본 발명의 바람직한 메사 프로세스를 설명한다. 도 7 에 도시된 구조체 (일반적으로 700으로 지시) 는 일반적으로 1 제곱 미터인 실제 면적의 금속 포일 기판 (702) 을 포함한다. 전기-광학 디스플레이를 위한 백플레인 (706) 에 각각 형성된 2 개의 메사 (704; 도 7 은 설명의 편의를 위해 단순화되었다. 실제로 많은 메사가 당연히 제공되고, 각각의 기판 상에 최대 개수의 제품의 제조를 가능하게 제공되며, 메사 간의 간격은 당연히 도 7 에 도시된 것보다 실제로는 더 작게 될 수 있을 것이다. 구조체 (700) 은 두꺼운 (6~8 ㎛) 폴리이미드 또는 다른 폴리머 층을 가지는 포일 (702) 전부를 제 1 코팅함으로써 형성되고, 분리된 메사 (704) 를 형성하도록 이 폴리머 층을 패턴화하여서 종래의 방법으로 백플레인 (706) 을 제조한다. 패턴닝은 습식 또는 건식 에칭 기술 또는 레이저 패턴닝을 이용한 포토리소그래피를 포함하는 다수의 방법으로 수행될 수 있다.
메사 (704) 는 백플레인 제조 중에 각각의 백플레인 (706) 을 다른 백플레인으로부터 분리하여서, 박막 스트레인은 기판 (702) 전부의 메사 영역보다 작은 메사 영역의 기능이 된다. 금속 기판 (702) 은 여전히 차원적 안정성이 유지되게 보증한다.
반도체 제조 기술의 당업자는 이러한 제조 방법에 이용되는 다수의 박막 증착 기술이, 도 7 의 구조체에 적용되는 경우에, 분리된 메사 (704) 사이의 영역을 포함하는 기판 (702) 의 전체 영역 상에 막을 증착한다. 인접한 메사들 사이에서 연장되는 이러한 막의 존재는 메사 상에 형성되는 부품들 상의 박막 스트레인을 증가시키는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다. 증착된 막에 의해 기판의 비-메사 영역의 이러한 "브리징"을 막기 위해서, 일반적으로 포토리지스트 패턴화 후 백플레인 (706) 의 제조에 사용되는 프로세스의 하나 이상의 에칭 단계 동안 오버-에칭함으로써 메사를 언더커팅하는 것이 바람직하다.
도 8a 및 8b 는 이러한 "오버-에칭" 프로세스를 설명한다. 도 8a 는 도 7 의 구조체와 일반적으로 유사한 구조체 (800) 를 도시하지만, 백플레인 (706) 의 제조의 중간 상태에서, 박막 (802) 는 메사 (704) 를 이동시키는 기판 (702) 상에 증착된다. 도 8a 에 도시된 것처럼, 박막 (802) 는 메사 (704) 의 상부를 가로질러 연장될 뿐만 아니라 인접한 메사들 사이에서 연장되고, 그 후 메사를 브리징하고 박막 스트레인을 증가시킨다 (박막 (802) 는 2 개의 메사 (704) 사이 뿐만 아니라 에지 (edge) 에 인접한 기판 (702) 의 다른 노출된 부분 상에도 제공될 수 있지만, 박막 (802) 의 이 부분은 이해를 용이하게 하기 위해 도 8a 및 8b 에서 생략된다). 도 8b 는 도 8a 의 구조체를 오버-에칭하고, 그 후 메사 (704) 를 언더커팅하고, 메사와 박막 (802) 의 삽입된 부분 사이에 물리적 연결을 깨뜨린 결과물을 도시한다. 오버-에칭이 메사 (704) 와 박막 (802) 의 삽입된 부분 사이에 접촉을 깨뜨리고, 그 후 다른 하나로부터 메사 (704) 가 기계적으로 분리되고 이후 제조 단계 동안 과도한 박막 스트레인을 피하게 하는 것이, 도 8b 로 부터 도시된다.
본 발명의 일반적인 메사 프로세스는 다음과 같다:
(a) 금속 포일 기판을 세정한다;
(b) 6-8 ㎛의 폴리이미드 (예를 들어, 상술한 HD 마이크로시스템 5878G) 로 금속 포일 기판을 코팅한다;
(c) 용매를 없애기 위해 100℃ 에서 폴리이미드를 베이킹한다;
(d) 가하고, 사전-베이킹하고, (원하는 메사 패턴을 형성하도록) 패턴화하고, 현상하고, 포토리지스트를 사후-베이킹한다;
(e) 메사의 언더컷팅과 함께 또는 없이 폴리이미드 메사를 습식-에칭한다;
(f) 300℃ 에서 폴리이미드층을 경화한다;
(g) TFT 제조 프로세스의 남아있는 단계들을 진행한다.
이미 지적한 것처럼, 본 발명의 메사 프로세스는 기판 전체의 영역 대신에 메사 영역 (필수적으로 각각의 개별적인 백플레인 또는 다른 전자 어레이의 영역) 의 기능을 회로가 스트레인하게 만듬으로써 큰 기판에 박막 스트레인을 감소하게 하고, 디스플레이 및 다른 응용에 가요성 마이크로일렉트로닉스의 경제적인 대량 생산을 가능하게 한다.
스티칭 가능한 디스플레이 (Stitchable displays)
이미 지시한 것처럼, 본 발명의 추가된 양태는 섬유, 직물 재료, 및 다른 유사한 특성을 가진 가요성 재료 (예를 들어, 가죽 또는 옷에 사용되는 폴리머 막) 에 가요성 전기-광학 디스플레이의 합체하는 방법에 관한 것이다. 섬유 및 유사한 재료에 이러한 가요성 전기-광학 디스플레이를 접착시키는 가장 실용적인 방법은 스티칭에 의하는 것이지만, 가요성 전기-광학 디스플레이는 쉽게 스티칭될 수 없다. 폴리머 또는 금속 층의 피어싱 (piercing) 은 이러한 층에서 유해한 얽힘이 생길 수 있거나 디스플레이의 부분을 형성하는 깨지기 쉬운 박막 회로에 크랙이 생기게 할 수 있다.
개구가 제공된 금속 포일의 사용이 가요성 전기-광학 디스플레이를 접착할 경우의 문제점의 해답을 제공하는 것이 인식되어 있다.
따라서, 본 발명은 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이로서, 디스플레이는 전기-광학 재료 및 전기-광학 재료 상에 이미지를 기록하는 수단을 포함하는 중심 부분, 및 상기 중심 부분의 주변의 적어도 일부분 (part) 주위로 연장되는 주변 부분을 가지고, 상기 주변 부분은 상기 금속 기판을 관통하여 연장된 복수의 개구를 가짐으로써, 상기 전기-광학 디스플레이는 가요성 매체에 스티칭될 수 있는, 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이를 제공한다. 매우 바람직하게는, 이러한 디스플레이의 주변 부분은 전기-광학 재료가 없다. 본 발명의 바람직한 형태에서, 주변 부분은 상기 중심 부분 주위에 완전하게 연장되어서 전기-광학 디스플레이의 주변 전체는 섬유 또는 다른 가요성 재료로 스티칭될 수 있다.
본 발명의 바람직한 스티칭 가능한 디스플레이는, 각각 스티칭 가능한 전기-광학 디스플레이의 평면도 및 단면도인 도 9 및 10 에 도시된다.
도 9 는 이미지가 디스플레이되는 전기-광학 재료를 포함하는 중심 부분 (902) 을 가지는 전기-광학 디스플레이 (일반적으로 900으로 지시됨) 를 도시한다. 중심 부분 (902) 는, 전기-광학 재료가 없지만 전기-광학 디스플레이가 섬유 또는 다른 가요성 재료에 스티칭될 수 있는 방법으로써 복수의 개구 (906) 를 제공하는 주변 부분에 의해 완전히 둘러싸인다.
디스플레이 (900) 의 구성은 도 10 에서 보다 상세하게 도시된다. 도시를 쉽게하기 위해, 디스플레이의 두께는 도 10 에서 크게 과장되며, 도 9 및 10 은 도 10 의 특정한 상세한 구조를 도시하기 위해 엄격하게 동일한 스케일이 아니다. 이 도면으로부터 디스플레이 (900) 은 개구 (906) 를 통과하는 주변 부분을 통하여 금속 포일 기판 (908) 을 포함한다는 것이 잘 도시된다. 기판 (908) 의 상부 표면 (도 10) 은 디스플레이 (900) 의 백플레인을 형성하는 TFT 어레이 (912) 가 형성된 상부 표면 상에서, 폴리머 재료 (910) 의 층으로 커버된다. 전기-광학 재료 (914) 의 층은 TFT 어레이 (912) 상에 증착되고, 단일 연속 전극 (도시되지 않음) 의 하부 표면 상에 위치하는 전면 보호층 (916) 은 전기-광학 재료 (914) 상에 증착된다. 보호층 (916) 의 상부 표면은 디스플레이의 보이는 표면을 형성한다. 에지 씰 (918, edge seal) 은 전기-광학 재료 (914) 의 표면 주위로 연장되고 전기-광학 재료 (914) 에 습기가 들어가는 것을 막는다; 여러 유형의 전기-광학 매체는 습도에 민감하다. 결합된 집적 회로 (920) 는 에지 씰 (918) 외부로 전기-광학 재료 (914) 상에 증착된 것으로 도시된다. 도 9 에서 생략한 이러한 회로 (920) 는 예를 들어, TFT 어레이 (912) 에 데이터를 전송하는 데 사용되는 회로일 수 있다.
이미 언급한 것처럼, 전기-광학 재료 (914) 는 디스플레이 (900) 의 주변 부분 (904) 을 커버하지 않으며, 즉, 에지 씰 (918) 은 개구 (906) 에 의해 정의되는 직사각형에 완전히 위치한다. 다만, 폴리머 재료 (910) 는 금속 포일 (908) 의 상부 표면 전체 상에 연장된다. 도 10 에서, 개구 (906) 은 금속 포일 (908) 과 폴리머 재료 (910) 모두를 통하여 연결되는 것처럼 도시된다. 하지만, 이것은 필수적이지 않으며, 폴리머 재료 (910) 은 디스플레이의 중심 부분 (902) 의 손상의 위험 없이 디스플레이 (900) 의 스위칭 동안 피어싱될 수 있기 때문에, 개구는 금속 포일 (908) 을 통하여 연장되는 것만이 필요하다. 개구 (906) 는 예를 들어, 레이저 제거 (ablation), 스탬핑 (stamping) 또는 포토-에칭에 의하여 형성될 수 있다. 다른 방법으로, 전기-광학 디스플레이는 본 발명의 패턴화 금속 포일 백플레인을 사용하며, 이 경우에 전기-광학 재료의 에지 위로 연장된 금속 포일의 추가적인 주변 영역을 단순히 남기는 것이 스티칭에 필요한 개구를 제공할 것이다.
본 발명의 스티칭 가능한 디스플레이는 의류 (clothing) 에 적용하도록 예정된 전기-광학 디스플레이에 유용할 뿐만 아니라, 다중 "타일 (tile) 를" (더 작은 디스플레이) 로 형성되는 대 면적 가요성 디스플레이의 구성에도 유용할 수 있다.
위에 언급으로부터, 본 발명의 스티칭 가능한 디스플레이는 접착제의 사용없이 섬유에 금속 포일 및 유사한 가요성 재료를 사용하는 가요성 디스플레이의 부착을 준비하고 단순하게 하는 것이 보여질 것이어서, 가요성 디스플레이의 많은 응용에 이해될 것이다.
1차원- 굴곡된 프로세스
이미 언급한 것처럼, 본 발명은 1 차원으로 굴곡된 기판 상에 전기-광학 디스플레이를 형성하는 (제 1) 프로세스를 제공한다. 이 프로세스는 하나 이상의 픽셀 전극을 포함하는 1 차원으로 굴곡되는 백플레인으로 시작한다. 백플레인은 이 굴곡된 구성으로 사전-형성되거나, 바람직하게는 영구적으로, 1 차원으로 굴곡되는 표면에 접착될 수 있다. 그 후, 전기-광학 매체층 및 광-투과성 전기적-도전층을 포함하는 적층을 백플레인에 부착하며, 적층은 부착되어서 상기 전기-광학 매체는 상기 백플레인과 상기 전기적-도전층 사이에 결국 위치한다. 적층은 또한 일반적으로 전기-광학 매체층에 씌우는 적층 접착층을 더 포함하고, 적층 접착층은 백플레인에 순간 접촉되도록 프로세스를 수행한다. 그 후, 적층은 예를 들어, 블래더 (bladder) 프레스 또는 가열된 롤 적층기를 이용하여 전기-광학 매체가 전기-광학 매체 상의 백플레인에 최소 스트레스로 접착하도록 가열 및/또는 압축 하에서 백플레인을 접착한다. 전기-광학 매체 내의 임의의 내부 스트레스는 접착 프로세스 중에 재료가 흐르도록 하는 것처럼 완화될 수도 있다. 프로세스가 끝난 후에 결과적으로, 마무리된 디스플레이 내의 이후의 재료 뒤틀림 (creep) 은 최소화된다. 마지막으로, 적층 및 백플레인의 에지는 적당한 씰링제를 이용하여 컷팅 및/또는 씰링 될 수 있다.
이 프로세스에서 사용된 적층은 2003년 5월 23일 출원된 동시 계속 출원 PCT/US03/16433 에 기술된 것처럼 "프론트 플레인 적층" 에서 릴리즈 시트를 제거함으로서 준비될 수 있다. 다른 방법으로서, 본 발명의 제 2 의 1 차원-굴곡된 프로세스와 대응하여, 이 프로세스는 2003년 9월 2일 출원된 PCT/US03/27686 에 기술된 것처럼 "2 중 릴리즈 막" 을 사용하도록 수정될 수 있다. 이러한 2 중 릴리즈 막은 양 옆에 접착층을 가지는 고체의 전기-광학 매체층 ("고체의" 는, 액체 또는 기체로 채워진 내부 공동을 가질 수도 있지만, 고체의 외부 표면을 가지는 의미이다.) 을 포함한다. 이러한 하나 또는 두개의 접착층은 릴리즈 시트에 의해 커버될 수 있다. 프로세스에서 이러한 2 중 릴리즈 막을 사용하여, 하나의 접착층은 노출되고 2 중 릴리즈 시트는 이미 설명한 방법으로 백플레인에 적층된다. 그 후, 제 2 접착층은 노출되고, (일반적으로 보호 및/또는 필터 층으로 커버되는) 전기적-도전층은 제 2 적층 단계에서 전기-광학 매체층 상에 적층된다.
첨부된 도면의 도 11 내지 13 은 본 발명의 제 1 의 1 차원 굴곡된 프로세스의 바람직한 변형을 도시한다. 이미 설명한 것처럼, 이 프로세스는 1 차원으로 굴곡된 백플레인 (1000; 도 11) 으로부터 시작한다; 도시된 백플레인 (1000) 은 중공의 반원기둥의 형태를 실질적으로 가지지만, 명백하게 1 차원으로 굴곡된 다른 형태는 예를 들어 큰 직경 원기둥의 작은 호, 빗기둥의 부분 등이 사용될 수 있다. 백플레인 (1000) 은 사전-형성될 수도 있고, 평평한 형태일 수도 있고, 굴곡된 형태일 수도 있거나, 1 차원 으로 굴곡된 표면에 영구히 접착될 수도 있다. 또한, 백플레인은 복수의 픽셀 전극과 각각의 픽셀 전극에 독립적으로 가하는 전압을 변화시키는 회로를 가지는 다이렉트 드라이브 유형이거나, 또는 액티브 매트릭스 유형일 수 있다.
프로세스의 제 1 단계에서, 도 12 에 도시된 것과 같이, 접착층 (1002; 이 층은, "외부의" 접착층의 사용없이 백플레인 (1000) 에 접착할 수 있는 유형이며 사용되는 전기-광학 매체에서 생략될 수 있다), 전기-광학 층 (1004; 캡슐화 전기영동 층은 바인더 내에 복수의 캡슐을 포함하는 것처럼 도시되었지만, 전기-광학 매체의 다른 유형도 물론 사용될 수 있다) 및 광-투과성 전기적-도전층 (1006) 을 포함하는 적층은 (도 12 에서 화살표로 지시된) 압력 하에 상승하는 온도에서, 백플레인 (1000) 의 표면에 적층된다. 일반적으로, 광-투과성 전기적-도전층 (1006) 은 도 12 에서 도시된 것 외의 다른 층에 비하여 매우 얇을 것이지만, 투명한 기판 (도시되지 않음) 상에 제공될 것이다. 예를 들어, 전기적-도전층 (1006) 은 인듐 주석 산화물 (ITO) 층 또는 폴리머 막 상에 형성된 도전성 폴리머의 형태를 가진다. ITO-코팅된 폴리머 막은 상용되고 전기적-도전성 층 (1006) 및 투명한 기판으로서 사용될 수도 있다. 투명한 기판은 기계적 지지 및 상대적으로 얇고 깨지기 쉬운 전기적-도전층 (1006) 의 보호를 제공한다.
도 12 에 도시된 적층 프로세스는 블래더 프레스 또는 가열된 롤 적층기를 이용하여 편리하게 달성된다. 굴곡된 구성의 백플레인을 가지는 적층을 수행함으로써, 전기-광학 매체는 최소의 스트레인으로 백플레인에 접착된다. 일반적으로, 백플레인에 전기-광학 매체의 적층은 전기-광학 매체 내에 존재하는 바인더의 유리 전이 온도보다 높은 적층 접착층 (1002) 의 경화 온도로 달성되어서, 전기-광학 층 내의 내부 스트레스는 전기-광학 매체가 흐르도록 하는 것처럼 적층 과정 중에 완화된다. 결과적으로, 도 12 에 도시된 적층 후에 전기-광학 매체에 뒤틀림은 줄어들고, 이러한 뒤틀림에 관련된 문제도 또한 줄어든다.
도 12 에 도시한 적층 단계 후에, 전기-광학 매체층 및 백플레인의 에지는 (도 13 의 1008 에 도시된 것 같은) 적당한 캡슐화제를 이용하여 컷팅되고 씰링될 수 있다.
2 차원- 굴곡된 프로세스
마지막으로, 이미 설명한 것처럼,본 발명은 굴곡된 표면에 전기-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스를 제공한다. 이 표면은 1 또는 2 차원으로 굴곡될 수 있다. 프로세스는 굴곡된 백플레인으로 시작한다. 캡슐화된 전기 영동 매체와 같은 코팅 가능한 전기-광학 매체는 백플레인의 표면에 스프레잉 (spray) 또는 프린팅 (print) 되고, 필요하다면 건조되거나, 경화되거나 간섭층을 형성하기 위해 다르게 처리된다. 투명 전기적-도전층은 전기-광학 매체의 표면에 스프레잉 또는 프린팅되고, 필요하다면 건조되거나, 경화되거나 간섭층을 형성하기 위해 다르게 처리된다. 투명 캡슐화제는 전기-광학 매체의 표면에 스프레잉 또는 프린팅되고, 필요하다면 건조되거나, 경화되거나 간섭층을 형성하기 위해 다르게 처리된다. 선택적으로, 프로세스의 최종 단계에서, 예를 들어, 디스플레이와 둘러싸인 주변 사이에 물 및/또는 산소의 교환을 막기위한 것처럼, 주변으로부터 전기-광학 매체와 가능한 디스플레이의 다른 부품을 보호하기 위해 디스플레이의 에지 주변에 스프레잉 또는 프린팅함으로써 에지 씰링제를 부착한다.
이 프로세스가 1 또는 2 차원으로 굴곡된 표면에 적용될 수 있음에도 불구하고, 프로세스는 주로 2 차원으로 굴곡된 표면 상에 사용되도록 의도된다. 이 프로세스에 의해 형성된 디스플레이의 기본 구조는 도 14 에 되시된다; 디스플레이는,
(a) 액티브 매트릭스 트랜지스터, 수동 또는 다이렉트 드라이브 유형일 수 있으며, 폴리머 막, 금속 포일 또는 그 조합 상에 일반적으로 형성될 백플레인 (1200), (폴리페닐렌 폴리이미드로 커버된 스테인리스 스틸 포일 상에 형성된 백플레인에 대한, 전에 언급한 제 2002/0019081 호 참조);
(b) 일반적으로 캡슐화 전기-광학 매체층이며, 전기 영동, 액정, 또는 방출 유형일 수 있는 전기-광학 매체층 (1202);
(c) 유기 또는 무기 재료로 형성될 수 있는, 광-투과성 (바람직하게는 투명의) 전기적-도전층 (1204); 및
(d) 유기 또는 무기 재료로 형성될 수 있는, 광-투과성 (바람직하게는 투명의) 캡슐화제 또는 보호막 (1206) 으로 이루어진다.
백플레인 (1200) 은 사전-형성된 백플레인일 수 있거나, 도시된 구성으로 굴곡된 원래는 평평한 백플레인일 수 있다. 백플레인은 또한 굴곡된 표면에 접착될 수 있다. 백플레인은 예를 들어, 다이 (die) 에서 재료를 주조함으로써 형성되는 기판과 같은 사전-형성된 가요성 기판 상에 프린팅할 수 있다.
도 14 에 도시된 바람직한 디스플레이를 형성하기 위해, 캡슐화 전기-광학 재료는 백플레인 (1200) 의 표면 상에 스프레잉 또는 프린팅된다. 대부분의 경우에, 완성된 전기-광학 매체층 (1202) 는 간섭층을 형성하도록 건조 또는 경화될 필요가 있을 것이다. 캡슐화 전기-광학 재료는 예를 들어, 슬러리 또는 에어로졸 (aerosol) 의 형태와 같이 습식 또는 건식 형태에서 스프레잉 또는 프린팅될 수 있다. 전기-광학 재료의 단일 또는 다중 층은, 최종층이 건조 또는 경화되기 전에 백플레인 (1200) 에 부착될 수 있다. 부가적으로, 낮은 스트레스 하에서 채워진 수지 또는 다른 폴리머 바인더는, 코팅의 틈 (void) 을 채우거나 코팅 표면을 부분적으로 평평하게 하도록 건조 또는 경화하기 전 또는 후에 부착되어 질 수 있다.
전기-광학 매체층 (1202) 의 형성이 종료된 후, 광-투광성 전기적-도전층 (1204) 은 예를 들어 슬러리 또는 에어로졸의 형태인 습식 또는 건식 형태에 스프레잉 또는 프린팅될 수 있는, 적당한 재료를 스프레잉 또는 프린팅함으로써 그 위에 겹쳐 놓인다. 몇몇 경우에, 재료의 건조 또는 경화는 간섭층을 형성하도록 요구될 수 있다. 유사하게, 전기적-도전층 (1204)의 형성이 종료된 후, 광-투광성 캡슐화제층 (1206) 은 예를 들어 슬러리 또는 에어로졸의 형태인 습식 또는 건식 형태에 스프레잉 또는 프린팅될 수 있는, 적당한 재료를 스프레잉 또는 프린팅함으로써 그 위에 겹쳐 놓인다. 몇몇 경우에, 재료의 건조 또는 경화는 간섭층을 형성하도록 요구될 수 있다. 마지막으로, 낮은 스트레스 에지 씰링 캡슐화제 (도시되지 않음) 은 습기 또는 유입 가스로 부터 디스플레이 재료를 보호하거나 디스플레이를 주변상 안정화하도록 디스플레이의 에지 상에 스프레잉 또는 프린팅될 수 있다.
바람직한 위에서 설명한 본 발명의 2 차원-굴곡된 프로세스는 사전-형성된 굴곡된 백플레인 상에 직접 디스플레이의 각각의 층을 코팅함으로써, 재료 스트레스, 뒤틀림, 및 그로 인한 디스플레이 비-균일성은 후속 작동 및 저장 중에 감소된다는 장점을 가진다. 또한 본 방법은 초-박 전기-광학 디스플레이의 제조를 가능하도록 평평한 기판 상의 사용이 적합하다. 프로세스의 모든 단계는 제조에서 연속적인 방법으로 수행될 수 있고, 본 방법은 큰 재료 절약으로 인한 정각 디스플레이에 저-비용 조립 프로세스 및 스프레이 코팅기 및 경화용 적외선 램프와 같은, 단순한 웹-기반 또는 시트-기반의 제조 장치의 사용을 제공한다.
본 발명이 주로 캡슐화 전기영동 매체의 사용에 관련하여 설명되었지만, 이전에 설명한 전기-광학 매체의 다른 어떤 유형도 선택적으로 사용될 수 있다.

Claims (31)

  1. 관통하여 연장되는 복수의 개구들을 가지고, 적어도 하나의 면이 절연 폴리머 재료 (104, 106; 108) 로 코팅되며, 상기 절연 폴리머 재료 (104, 106; 108) 상에 제공되는 복수의 박막 전자 장치들 (302; 402) 을 가지는 패턴화 금속 포일 (102) 을 포함하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인 (100; 200; 300; 400).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구는 직사각형 그리드 상에 배열되는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구는 상기 패턴화 금속 포일의 면적의 적어도 약 30 퍼센트를 차지하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구는 상기 패턴화 금속 포일의 면적의 적어도 약 60 퍼센트를 차지하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴화 금속 포일은 양면이 절연 폴리머 재료로 코팅되는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 패턴화 금속 포일은 양면이 동일한 절연 폴리머 재료로 코팅되는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 패턴화금속포일일은 2 개의 면이 상이한 절연 폴리머 재료로 코팅되는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  8. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 박막 전자 장치 (302) 는 상기 금속 포일 내의 하나의 개구의 영역 전부에 위치하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 박막 전자 장치 (402) 는 상기 금속 포일 내의 복수의 개구를 가로질러 연장되는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  10. 제 1 항의 백플레인을 포함하는 전기-광학 디스플레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    캡슐화 전기영동 전기-광학 매체를 포함하는 전기-광학 디스플레이.
  12. 적어도 하나의 면이 절연 폴리머 재료 (504) 로 코팅되고 상기 절연 폴리머 재료 (504) 상에 복수의 박막 전자 장치 (506) 를 가지는 금속 포일 (502) 을 포함하고,
    상기 폴리머 재료 (504) 를 관통하여 연장되고 하나 이상의 상기 박막 전자 장치 (506) 를 상기 금속 포일 (502) 에 전기적으로 접속하는 하나 이상의 도전성 비아 (via; 510) 를 더 포함하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 포일은 적어도 하나의 안테나, 인덕터 루프, 파워 플레인, 캐패시터, 캐패시터 컨택, 픽셀 전극, 및 전자기 유도 차폐 (shielding) 로서 역할을 하는, 전기-광학 디스플레이용 백플레인.
  14. 제 12 항의 백플레인을 포함하는 전기-광학 디스플레이.
  15. 제 14 항에 있어서,
    형태상 그 위에 전기-광학 디스플레이를 가지는 스마트 카드이고, 상기 금속 포일은 상기 카드와 카드 판독 장치 사이에 통신하도록 제공되는, 전기-광학 디스플레이.
  16. 도전층, 절연층 및 상기 도전층으로부터 상기 절연층의 대향하는 면에 배치되는 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 백플레인을 구동하는 프로세스로서,
    상기 프로세스는 상기 트랜지스터의 게이트에 인가된 전압을 변경하는 단계 및 그로 인해 상기 트랜지스터를 온 (on) 상태와 오프 (off) 상태 사이로 스위칭하는 단계를 포함하고,
    상기 프로세스는 상기 도전층을 접지와 상이하고 상기 백플레인의 구동 중에 상기 트랜지스터의 소스에 인가되는 전압의 범위 내의 전압으로 유지하는 단계를 더 포함하는, 백플레인을 구동하는 프로세스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 도전층에 인가되는 상기 전압은,
    Vmax 와 Vmin 이 각각 구동 중의 상기 소스에 인가되는 최대 전압과 최소 전압이고, Vc 가 상기 도전층에 인가되는 상기 전압인 경우에, 관계식,
    (3*Vmax+Vmin)/4>Vc>(Vmax+3*Vmin)/4
    를 만족하는, 백플레인을 구동하는 프로세스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 도전층에 인가되는 상기 전압은, 관계식,
    (3*Vmax + 2*Vmin)/5 > Vc > (2*Vmax + 3*Vmin)/5
    를 만족하는, 백플레인을 구동하는 프로세스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 도전층에 인가되는 상기 전압은, 관계식,
    Vc = (Vmax + Vmin)/2
    를 실질적으로 만족하는, 백플레인을 구동하는 프로세스.
  20. 금속 기판을 코팅하는 폴리머 재료 상에 복수의 전자 부품을 형성하는 프로세스로서,
    상기 프로세스는 상기 금속 기판 상에 복수의 폴리머 재료 개별 영역을 형성하고 그 후 상기 폴리머 재료의 개별 영역 상에 복수의 전자 부품을 형성하는 단계를 포함하는, 복수의 전자 부풀을 형성하는 프로세스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료의 연속층은 상기 금속 기판상에 형성되고 그 후 이 연속층이 분리되어 상기 폴리머 재료 개별 영역을 형성하는, 복수의 전자 부품을 형성하는 프로세스.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료 개별 영역의 하나 이상의 에지 (edge) 부분은 언더컷팅 (undercut) 되는, 복수의 전자 부품을 형성하는 프로세스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료의 개별 영역의 상기 에지의 언더컷팅은 에칭 단계에 의해 성취되는, 복수의 전자 부품을 형성하는 프로세스.
  24. 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이 (900) 로서,
    상기 디스플레이는 전기-광학 재료 및 상기 전기-광학 재료 상에 이미지를 기록하는 수단을 포함하는 중심 부분 (902), 및 상기 중심 부분 (902) 의 주변의 적어도 일부분 (part) 주위로 연장되는 주변 부분 (904) 을 가지고,
    상기 주변 부분 (904) 은 상기 금속 기판을 관통하여 연장된 복수의 개구 (906) 를 가짐으로써, 상기 전기-광학 디스플레이는 가요성 매체에 스티칭 (stitch) 될 수 있는, 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이 (900).
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 상기 주변 부분은 상기 전기-광학 재료가 없는, 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이 (900).
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 주변 부분은 상기 중심 부분 주위에 완전하게 연장되어서 상기 전기-광학 디스플레이의 주변 전체는 섬유 또는 다른 가요성 재료로 스티칭될 수 있는, 금속 기판을 가지는 전기-광학 디스플레이 (900).
  27. 적어도 하나의 픽셀 전극을 가지는 백플레인을 제공하는 단계로서, 상기 백플레인은 1 차원적으로 굴곡되는, 단계;
    전기-광학 매체층 및 광-투과성 전기적-도전층을 포함하는 적층을 상기 백플레인에 부착하는 단계로서, 상기 적층은 상기 전기-광학 매체가 상기 백플레인과 상기 전기적-도전층 사이에 위치하도록, 부착되는 단계; 및
    가열 및/또는 압력으로 상기 백플레인에 상기 적층을 접착하는 단계를 포함하는, 1 차원적으로 굴곡되는 기판 상에 전기-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 적층은 전기-광학 매체층에 씌우는 적층 접착층을 더 포함하고,
    상기 적층 접착층은 상기 백플레인에 접촉되는, 1 차원적으로 굴곡되는 기판 상에 전기-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스.
  29. 하나 이상의 픽셀 전극을 가지는 백플레인을 제공하는 단계로서, 상기 백플레인은 1 차원적으로 굴곡되는, 단계;
    서로 대향하는 면 상에 제 1 및 제 2 접착층을 가지는 고체 전기-광학 매체층을 포함하는 2중 릴리즈 (release) 막을 제공하는 단계로서, 하나 이상의 상기 접착층은 릴리즈 시트 (sheet) 에 의해 커버되는, 단계;
    상기 제 1 및 제 2 접착층의 하나를 노출하고 상기 백플레인에 상기 이중 릴리즈 시트를 적층하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 접착층의 다른 하나를 노출하고 전기적 도전층에 상기 노출된 접착층을 적층하는 단계를 포함하는, 1 차원적으로 굴곡되는 기판 상에 전기-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스.
  30. 백플레인의 표면 상에 코팅 가능한 전기-광학 매체를 부착하여 그 위에 상기 전기-광학 매체의 간섭층을 형성하는 단계;
    상기 백플레인 상의 상기 전기-광학 매체의 표면 상에 투명한 전기적-도전층을 부착하여 그 위에 상기 전기적-도전층의 간섭층을 형성하는 단계; 및
    상기 전기적-도전층의 표면 상에 투명한 캡슐화제를 부착하여 그 위에 상기 캡슐화제의 간섭층을 형성하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 픽셀 전극을 가지는 굴곡되는 백플레인 상에 전자-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 에지의 적어도 일부분 주위에 에지 씰링제 (sealant) 를 부착하는 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 픽셀 전극을 가지는 굴곡되는 백플레인 상에 전자-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스.
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