KR20230146512A - 다이아몬드 디스플레이 유리 시스템 상에 모놀리식으로집적화된 도파관 센서 및 방법 - Google Patents
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Abstract
투명 디스플레이는 투명 기판 및 적어도 부분적으로 다이아몬드 도파관을 규정하기 위해 투명 기판 상에 형성된 패터닝된 다이아몬드 층을 포함한다. 적어도 2개의 전자 디바이스는 다이아몬드 도파관에 의해 접속될 수 있고, 센서, 트랜스듀서, 및 통신, 제어 또는 데이터 프로세싱 전자 회로부를 포함한 전자 회로부를 포함할 수 있다.
Description
[관련 출원]
본 개시내용은 2020년 12월 29일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/131,541호의 우선권 혜택을 주장하는 정식 특허 출원의 일부이며, 이 우선권 출원은 전문이 인용에 의해 포함된다.
[기술분야]
본 개시내용은 일반적으로 투명 다이아몬드 광전자장치(optoelectronics)를 지지하는 재료 및 코팅 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 예컨대 전자 디바이스에서 사용될 수 있는 다층 다이아몬드 디스플레이 시스템에 센서를 통합하기 위한 시스템 및 방법이 설명된다.
다이아몬드는 광학적, 기계적, 및 반도체 성능적 특성이 우수하여 디스플레이 및 렌즈 재료와 같은 소비자 가전 부품 및 재료에 관련된 투명 전자장치 및 광전자장치를 만들 수 있는 가능성을 제공한다. 이들 응용분야에서는 경도 증가, 스크래치 방지, 및 내수성과 같은 엄격한 설계 요건들을 포함하는 경우가 많다. 또한 이들 응용분야에서는 집적화된 감지 컴포넌트(예컨대, 열적, 생물적, 및 화학적)를 사용해야 하는 경우가 많다. 다이아몬드는 이러한 엄격한 설계 요건 및 기능성을 충족하기에 매우 적절하지만, 제조 비용이나 공정상의 제약으로 인해 소비자 가전제품에 실제 적용하는 데에 한계가 있었다. 이러한 문제를 감소시키거나 제거하는 재료, 구조, 및 절차가 필요하다.
본 개시내용의 비제한적이고 비배타적인 실시형태들이 다음의 도면들을 참조하여 설명되며, 여기서, 달리 명시되지 않는 한, 유사한 참조 번호들은 다양한 도면 전체에서 유사한 부분들을 지칭한다.
도 1은 센서를 통합하기 위한 집적화된 광 도파관 구조를 갖는 예시적인 디스플레이 유리 시스템의 개략도이다.
도 2는 센서를 통합하기 위한 집적화된 다이아몬드 도파관을 갖는 디스플레이 유리 시스템을 제조하기 위한 방법의 실시형태이다.
도 3은 다결정질 및/또는 나노결정질 다이아몬드 코팅을 갖는 광 도파관을 구비한 디스플레이 유리 시스템을 제조하기 위한 방법의 실시형태이다.
도 1은 센서를 통합하기 위한 집적화된 광 도파관 구조를 갖는 예시적인 디스플레이 유리 시스템의 개략도이다.
도 2는 센서를 통합하기 위한 집적화된 다이아몬드 도파관을 갖는 디스플레이 유리 시스템을 제조하기 위한 방법의 실시형태이다.
도 3은 다결정질 및/또는 나노결정질 다이아몬드 코팅을 갖는 광 도파관을 구비한 디스플레이 유리 시스템을 제조하기 위한 방법의 실시형태이다.
소비자용 및 산업용 전자장치는 사용자의 경험을 향상시키기 위해 점점 더 다양한 센서 및 트랜스듀서를 통합하고 있다. 예를 들어, 최신 모바일 폰에는 온도(예컨대, 회로부를 보호하기 위함), 의료(예컨대, 심박수), 또 화학(예컨대, 액체, 이를테면 물) 목적의 센서가 통합되는 경우가 많다. 센서를 광범위하게 통합하는 다른 전자 디바이스들은 가상 현실 헤드셋, 보호를 위한 안면 보호대(face shield), 헤드업 디스플레이, 카메라, 및 텔레비전을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 모바일 폰 및 다른 디바이스에 통합되거나 통합될 것으로 예상되는 예시적인 환경 센서 및 트랜스듀서의 예는 가시광, 적외선광, 온도, 검출된 화학물, 근접성, 또는 압력에 반응하는 것들을 포함할 수 있다. 예시적인 생물학적 센서는 심박수, 혈중 산소, 혈압, 지문, 갈바닉 피부 반응, EEG/EKG, 또는 뇌파에 대한 모니터를 포함할 수 있다. 예시적인 전기기계 센서 또는 트랜스듀서는 스피커, 마이크로폰, 자이로스코프, 가속도계, 무선 전력, 광전력(photonic power), 또는 양자 보안 부품을 포함할 수 있다.
이들 센서 및 트랜스듀서의 다수는 수동형 또는 사용자 인터랙티브형 디스플레이에 임베딩될 수 있다. 마찬가지로, 센서, 트랜스듀서, 및 외부 회로부 사이의 통신 링크도 디스플레이에 임베딩될 수 있다. 고품질의 사용자 경험을 유지하기 위해, 이들 센서, 트랜스듀서, 및 이들 사이의 통신 링크는 가시광에 대해 투명해질 수 있다. 디스플레이 시스템에 임베딩된 투명 광 도파관은 이들 통신 링크를 용이하게 할 수 있고, 가능하게 할 것으로 예상된다.
다이아몬드는 가시광 스펙트럼에 걸쳐 광학적 투과율이 넓기 때문에 디스플레이 유리의 보호 코팅으로서 사용될 수 있다는 장점이 있다. 다이아몬드는 뛰어난 경도 및 열전도율 등 유용한 물리적 특성을 가지고 있어 디스플레이 유리의 스크래치 저항성과 온도 관리를 개선할 수 있는 것으로 알려져 있다. 소수성 및 화학적/생물학적 불활성과 같은 다른 다이아몬드 특성도 디스플레이 유리의 보호 코팅으로서 매우 바람직하다. 다른 탄소 화합물을 포함한, 다이아몬드 및 다른 재료의 다층 조합이 이들 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 개시내용은 최신 디스플레이 시스템에서의 센서 및 트랜스듀서의 통합을 위한 투명 광 도파관을 가능하게 하기 위한 다이아몬드의 사용을 설명한다. 본 발명에서, 다이아몬드는 광 도파관, 유리 광 도파관을 위한 보호 코팅, 및/또는 디스플레이 시스템을 위한 표면 보호제로서 사용된다. 다이아몬드 코팅된 광학적으로 투명한 디스플레이 유리 시스템에 센서를 통합하기 위한 새롭고 개선된 시스템 및 방법이 여기에 개시된다. 접근법의 일 양태에 따르면, 센서가 통합된 광학적으로 투명한 디스플레이 유리 시스템은 광학적으로 투명한 단일(예컨대, 알루미노-실리케이트) 또는 다층 유리 기판을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 다결정질 다이아몬드, 나노결정질 다이아몬드(즉, 입자 크기가 약 100 nm 미만임), 또는 다결정질 및 나노결정질 다이아몬드의 조합이 유리 기판을 코팅하는 다이아몬드 막 내에 그리고 다이아몬드 막 코팅에 형성된 광 도파관에 포함될 수 있다. 실제로, 저비용의 내구성 있는 유용한 디스플레이 구조는 센서, 트랜스듀서, 및 통신, 제어 또는 데이터 프로세싱 전자 회로부를 포함한 전자 회로부, 중 적어도 하나인 적어도 2개의 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 전자 디바이스들은 다이아몬드 도파관 투명 기판 및 투명 기판 상에 형성되며 적어도 부분적으로 다이아몬드 도파관을 규정하기 위한 패터닝된 다이아몬드 층에 의해 접속될 수 있다.
접근법의 또 다른 양태에 따르면, 광학적으로 투명한 디스플레이 유리 시스템을 제조하는 방법은, (1) 단일 또는 다층 유리 기판을 선택하는 단계, (2) 기판을 세척하고 시딩(seed)하는 단계, (3) 메탄, 수소, 및 아르곤 소스 가스가 첨가되는 반응기를 갖는 화학 증착 시스템을 사용하여 유리 기판 상에 다결정질 및/또는 나노결정질 다이아몬드를 포함한 다이아몬드 막을 형성하는 단계, (4) 반도체 리소그래피를 사용하여 광 도파관 구조를 패터닝하는 단계, 및 (5) 반응성 이온 에칭을 사용하여 다이아몬드에 광 도파관 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 도파관을 통합한 투명 디스플레이를 형성하기 위한 방법은 투명 기판을 제공하는 단계 및 투명 기판 상에 다결정질 및/또는 나노결정질 다이아몬드를 포함한 다이아몬드 막을 형성하는 단계를 포함한다. 다이아몬드 막 내의 광 도파관 구조는 또한 다결정질 및/또는 나노결정질 다이아몬드를 포함할 수 있고, 에칭에 의해 패터닝될 수 있으며, 광 도파관 구조는 적어도 2개의 전자 디바이스를 상호접속시킬 수 있다.
미국 특허 제10,254,445호 및 제10,224,514호는 참조에 의해 통합되고, 설명된 시스템 및 방법과 함께 사용하기에 적합한 유리 상에서의 다이아몬드의 사용 및 성막에 관한 정보를 포함한다. 특허 출원 US 17/031,762도 참조에 의해 통합되며, 설명된 시스템 및 방법과 함께 사용하기에 적합한 다이아몬드 및 플루오르화 그래핀 산화물의 성막에 관한 정보를 포함한다.
본원에 개시한 시스템 및 방법의 다른 시스템, 방법, 양태, 특징, 실시형태, 및 장점은 다음의 도면 및 상세한 설명을 검토할 때에 당업자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 시스템, 방법, 양태, 특징, 실시형태, 및 장점은 본 명세서 내에 포함되고, 첨부하는 청구범위의 범주 내에 있다.
도 1은 센서를 통합하기 위한 집적화된 광 도파관 구조를 갖는 예시적인 디스플레이 유리 시스템(100)을 도시한다. 이 예에서, 디스플레이 유리 시스템은 모바일 폰에 통합된다. 디스플레이 유리 시스템(100)은 다이아몬드 층(112)을 포함하는 단일 또는 다층 기판(110)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 디스플레이의 표면 특성을 향상시키는 하나 이상의 추가 층이 다이아몬드 층(112) 위 또는 아래에 포함될 수 있는데, 이들 모든 층은 가시광에 대해 투명하다. 디스플레이 유리 시스템(100)은 시스템의 투명 층에, 그 층의 위 또는 아래에 임베딩된 센서 및 트랜스듀서(120, 122, 124, 126)를 포함할 수 있다. 디스플레이 유리 시스템(100)은 또한, 임베딩된 센서 및 트랜스듀서(120, 122, 124, 126) 및 디스플레이 시스템 외부의 임의의 연관된 광전자 회로를 상호접속시키는 투명 광 도파관(130, 132, 134, 136)을 포함할 수 있다. 기판, 다이아몬드 층(112), 및 선택적인 강화층은 곡면의 윤곽을 따르는 도파관을 통한 "랩어라운드(wraparound)" 통신을 용이하게 하기 위해 가장자리에서 구부러질 수 있다.
단층 또는 다층 기판은 알루미늄 실리케이트(화학적으로 또는 비화학적으로 경화됨), 실리케이트, 소다 석회, 붕규산염, 게르미네이트(germinate), 및 인산염, 플루오르화물, 또는 칼코게나이드 유리, 디스플레이 플라스틱, 또는 당업자에게 알려진 다른 투명 재료를 포함한, 유리를 포함할 수 있다. 전술한 재료 중 임의의 것과, 이들의 조합이 기판층에 포함될 수 있다.
일부 실시형태에서, 다이아몬드 층(112)은 다양한 다이아몬드, 다이아몬드상(diamond-like), 또는 다이아몬드 함유 재료 및 구조의 코팅을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 목적상, 다이아몬드는 sp3 결합으로서 알려진 사면체 배위 격자에 있어서 다른 탄소 원자에 결합된 탄소 원자의 결정 구조를 지칭한다. 각 탄소 원자는 각각 정사면체의 선단에 위치하는 4개의 다른 탄소 원자에 의해 둘러싸이고 이들에 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서, 탄소 원자의 사면체 결합 구성은 다이아몬드 층(112)의 적어도 일부의 체적에 대해 불규칙하거나 왜곡될 수 있거나, 또는 전술한 바와 같이 다이아몬드의 표준 사면체 구성으로부터 일탈할 수 있다. 이러한 왜곡은 일반적으로, 일부 결합은 길어지게 하고 다른 결합은 짧아지게 할뿐만 아니라, 결합들 사이의 결합 각도의 변동을 초래한다. 일부 실시형태에서, 사면체의 왜곡은 탄소의 특성 및 성질을 변경하여 sp3 구성(즉, 다이아몬드)으로 결합된 탄소와 sp2 구성(즉, 흑연)으로 결합된 탄소의 특성 사이에 효과적으로 위치하게 한다. 왜곡된 사면체 결합으로 결합된 탄소 원자를 갖는 재료의 일례가 비정질 다이아몬드이다. 다른 다이아몬드 막 실시형태에서, 다이아몬드상 탄소는 탄소 원자를 주원소로서 갖는 탄소질 재료로서 형성될 수 있고, 이러한 탄소 원자의 일부 양은 왜곡된 사면체 배위로 결합된다. 다이아몬드 막은, 불순물 또는 도펀트로서 수소, 황, 인, 붕소, 질소, 실리콘, 또는 텅스텐을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 다른 원소를 포함할 수 있다. 이는 예를 들어 전기적 또는 화학적 다이아몬드 막 특성을 변경하는 데 유용할 수 있다.
다이아몬드 성막은 화학 증착(CVD) 및 물리 증착(PVD)을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 공정에 의해 이루어질 수 있다. 다양한 증착 방법의 실시형태가 사용될 수 있다. 증착 방법의 예는 핫 필라멘트 CVD, RF-CVD, 레이저 CVD(LCVD), 레이저 절제, 컨포멀 다이아몬드 코팅 공정, 유기 금속 CVD(MOCVD), 스퍼터링, 열 증발 PVD, 이온화 금속 PVD(IMPVD), 전자빔 PVD(EBPVD), 반응성 PVD, 및 캐소드 아크 등을 포함한다.
일부 실시형태에서, 플라즈마와 같은 활성화 매질, 아르곤 가스, 그리고 메탄과 같은 탄소원을 사용하여 섭씨 570도 미만의 비교적 낮은 온도에서 다이아몬드 박막이 성막될 수 있다. 다른 실시형태에서, 성막은 섭씨 375 내지 500도 사이의 온도에서 이루어질 수 있다. 유리한 점은, 다이아몬드 막 성장을 위한 종래의 섭씨 700 내지 800도의 온도와 비교하여, 이러한 저온이 기판 또는 다른 도포된 코팅, 또는 관련 전자장치 또는 광전자장치의 열뒤틀림을 크게 감소시킨다는 점이다. 다른 실시형태에서, 다이아몬드 층(112)은, 예를 들어 섭씨 450도 미만의 온도에서, 기판 유리, 임베딩된 전자장치, 또는 임베딩된 광전자장치의 열화를 제거 또는 최소화하기 위해, 저온에서 성막된 박막 다결정 다이아몬드일 수 있다. 일 실시형태에서, 다이아몬드 층은 층 내의 광 도파관의 제작을 지원하기 위해 대략 500 nm 두께일 수 있다. 다른 실시형태에서, 다이아몬드 층은 하부 유리층 및 그 내부에 제작된 광 도파관의 표면 보호제로서 역할하기 위해 대략 100 nm 두께일 수 있다.
일부 실시형태에서, 성막 가스가 점화되고 웨이퍼 상에서 성장하는 작은 다이아몬드를 형성하여 연속적이고 얇은 컨포멀 층을 생성한다. 성막된 다이아몬드의 유형 및 구조는 사용되는 시딩 방법에 따라 달라진다. 입자가 큰 시드는 경도가 높은 미세 결정질 다이아몬드를 초래할 수 있다. 나노결정질 다이아몬드의 작은 입자 크기(일반적으로 100 nm 미만)는 낮은 표면 거칠기를 제공할 수 있다.
다이아몬드 막의 특성은 라만 분광법을 사용하여 측정되고 평가(characterize)될 수 있다. 입방정 다이아몬드는 브릴루인 구역(Brillouin zone)의 중심에 단일 라만 활성 1차 포논 모드를 갖는다. 날카로운 라만 라인이 존재하기 때문에 입방정 다이아몬드는 흑연 또는 다른 탄소 결정 유형의 배경에 대해서 인식될 수 있다. 밴드 파수에서의 작은 시프트가 다이아몬드 조성 및 특성을 나타낼 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 개시내용에서 나타내는 바와 같이 형성된 다이아몬드 막에 대한 라만 특성화로부터 획득된 전폭 절반 최대값(full width half maximum; FWHM)는 5 내지 10 사이일 수 있다.
일부 실시형태에서, 다이아몬드 막은 표면 위의 연속층으로서 컨포멀하게 성막될 수 있다. 한편, 마스킹, 에칭, 또는 적절한 성장 촉진 또는 성장 감소 기술을 사용하여, 선택된 영역(들)에만 다이아몬드 막이 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서는 다이아몬드 막 두께가 표면에 걸쳐 일정할 수 있는 반면에, 다른 실시형태에서는 위치에 따라 두께가 달라질 수 있다.
일부 실시형태에서는 다이아몬드 막 두께가 표면에 걸쳐 일정할 수 있는 반면에, 다른 실시형태에서는 두께가 위치에 따라 달라질 수 있다. 다이아몬드 두께는 10 나노미터 내지 100 마이크론 사이일 수 있다. 일부 실시형태에서, 입자 크기는 200 마이크론 내지 300 마이크론 사이일 수 있다. 일부 실시형태에서, 입자의 적어도 95%가 200 마이크론 내지 300 마이크론 사이의 크기이다. 또 다른 실시형태에서, 입자의 적어도 99%가 200 마이크론 내지 300 마이크론 사이의 크기이다.
디스플레이의 표면 특성(예컨대, 소수성)을 더욱 향상시키기 위해 다이아몬드 층 상에 추가의 박막 재료(예컨대, 플루오르화 그래핀 산화물)가 포함될 수 있다. 이 추가 층은 탄소계 화합물 또는 다른 재료일 수 있다.
디스플레이 시스템(100)의 투명 층 내에, 상에, 또는 아래에 임베딩된 센서 및 트랜스듀서(120, 122, 124, 126)는 투명 광전자 회로부로 제조될 수 있다. 회로부는 전기적 특성을 변경하는 도핑 영역을 갖는 반도체 다이아몬드 층(112)에서 제조될 수 있다. 센서 및 트랜스듀서(120, 122, 124, 126)는 디스플레이 시스템(100)의 기판층 또는 다이아몬드 층(112)에 임베딩된 광 도파관 구조를 통해 광 수신 및/또는 송신 인터페이스를 통해 통신할 수 있다. 센서 및 트랜스듀서(120, 122, 124, 126)에 대한 인터페이스는 제어 신호를 수신하거나, 데이터를 전송하거나, 전력을 수신하거나, 센서, 트랜스듀서, 컴퓨터, 컨트롤러, 디바이스 내의 다른 회로부, 및 외부 회로부 간의 다른 통신을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다.
광 도파관(130, 132, 134, 136)은 박막 다이아몬드 코팅 층 내에 또는 후속하여 보호 다이아몬드 박막으로 코팅된 하부 유리층 내에 형성될 수 있다. 도파관 구조는 낮은 적외선 범위에서 광 통신을 용이하게 하기 위해, 예를 들어 1 ㎛ 미만의 치수를 갖는 단면의 직사각형일 수 있다. 도파관 구조는 직선 또는 곡선 경로를 따를 수 있다. 도파관은 또한 디스플레이 시스템의 만곡된 가장자리를 "감싸서(wrap around)", 그 아래에 있거나 인접해 있는 외부 광전자장치와의 통신을 용이하게 할 수 있다. 광 도파관의 굽힘 반경은 예를 들어 과도한 전송 손실을 야기하지 않으면서 0.5 mm 이하일 수 있다.
도 2는 유리 기판 상에 다이아몬드 광 도파관을 제조하기 위한 공정(200)의 일 실시형태를 예시한다. 다층 구조의 제조는 화학 증착(CVD), 물리 증착(PVD), 전자 빔 또는 광학 리소그래피일 수 있는 리소그래피, 및 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 기술들의 조합을 이용함으로써 실현될 수 있다.
유리 기판은 용도 및 사용 환경에 따라 알루미노 실리케이트(화학 경화 및 비화학 경화), 용융 실리카, 실리케이트 유리, 소다 석회 유리, 붕규산염 유리, 게르마네이트 유리, 인산염 유리, 플루오르화물 유리, 칼코게나이드 유리, 필터 및 감쇠기 유리, 크라운 및 플린트 유리, 및 접이식 플라스틱과 같은 임의 종류의 유리일 수 있다.
선택된 유리 기판은 (4:1 H2SO4/H2O2, 5:1:1 H2O/H2O2/HCl)와 같은 산성 세정 혼합물 및 완충 산화물 에칭에 노출시켜 표면 오염물 및 산화물을 제거함으로써 세척될 수 있다. 또한, 기판은 알코올계 초음파 세척을 받는다. 다음 단계는 유리 기판에 나노시드 용액 혼합물을 시딩하고 핵 형성 및 막 응집화를 촉진하기 위해 알코올 용액에서 초음파 세정을 수행하는 것을 포함한다.
공정(200)의 층 구조(210)를 형성하기 위해, 메탄, 수소, 및 아르곤 가스 혼합물을 포함하는 핫 필라멘트 화학 증착(hot filament chemical vapor deposition; HF-CVD) 또는 마이크로파 플라즈마 CVD 성장 공정을 사용하여 유리 상에 다결정 다이아몬드가 성장하는데, 다이아몬드 성막은 시간당 수백 나노미터 정도이다. 다이아몬드 성장이 타겟 두께를 초과하는 경우, 아르곤 및 산소 혼합물을 통한 반응성 이온 에칭 및/또는 이온 밀링은 평탄화되고 균일한 벌크 다이아몬드 막을 생성할 수 있다. 다이아몬드 표면은 또한 표면 거칠기를 최소화하고 후속으로 형성되는 다이아몬드 도파관의 투과율을 향상시키기 위해 연마될 수 있다.
다이아몬드 상에 광 도파관을 제조할 수 있도록 공정(200)의 층 구조(220)를 형성하기 위해, 초기에 Al의 15 nm 층이 스퍼터링 또는 증발 기술에 의해 성막된다. 이어서, 네거티브 전자빔 레지스트인 수소 실세스퀴옥산(HSQ)이 Al층 상에 스핀 코팅되어 공정(200)의 층 구조(230)를 형성한다. 공정(200)의 층 구조(240)를 형성하기 위해, 광 도파관을 패터닝하도록 전자빔 리소그래피가 수행되고 현상된다. 도파관은 100 nm 내지 700 nm 사이의 다양한 폭을 가질 수 있다. HSQ는 산소 및 아르곤 플라즈마와 반응성 이온 에칭(RIE)을 사용하여 다결정질 다이아몬드(PCD, Poly Crystalline Diamond)를 에칭하기 위한 마스크로서 작용한다. 400 nm PCD는 도파관을 형성하고 리브 도파관 구조를 형성하기 위해 나머지 100 nm의 다이아몬드 층의 존재를 보장하는 제어된 방식으로 에칭된다. HSQ 및 Al 층은 플라즈마 에칭 또는 습식 에칭 방법(예컨대, 완충 산화물 에칭을 사용함)에 의한 임의의 에칭 기술을 사용해서 제거될 수 있다.
디스플레이의 표면 특성(예컨대, 소수성)을 더욱 향상시키기 위해 다이아몬드 층 상에 추가의 박막 재료(예컨대, 플루오르화 그래핀 산화물)가 포함될 수 있다. 이 추가 층은 탄소계 화합물 또는 다른 재료일 수 있다. 이 층의 성막 방법론은 앞에서 참조 문헌으로 포함된 미국 특허 출원 17/031,762에서 찾아볼 수 있는데, 이 문헌은 설명된 시스템 및 방법과 함께 사용하기에 적합한 다이아몬드 및 플루오르화 그래핀 산화물의 성막에 관한 정보를 포함하고 있다.
일부 실시형태에서, 전체 다층 유리, 다이아몬드, 다이아몬드 도파관, 및 FGO 구조는 예를 들어, 약 88도의 굽힙 각도를 갖는 폭포형 스크린(waterfall-style screen)을 형성하기 위해 열 굽힘 공정을 받을 수 있다.
도 3는 다이아몬드 광 도파관을 제조하기 위한 공정(300)의 일 실시형태를 예시한다. 다층 구조의 제조는 화학 증착(CVD), 물리 증착(PVD), 전자 빔 또는 광학 리소그래피일 수 있는 리소그래피, 및 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 기술들의 조합을 이용함으로써 실현될 수 있다.
유리 기판은 용도 및 사용 환경에 따라 알루미노 실리케이트(화학 경화 및 비화학 경화), 용융 실리카, 실리케이트 유리, 소다 석회 유리, 붕규산염 유리, 게르마네이트 유리, 인산염 유리, 플루오르화물 유리, 칼코게나이드 유리, 필터 및 감쇠기 유리, 크라운 및 플린트 유리, 및 접이식 플라스틱과 같은 임의 종류의 유리일 수 있다.
공정(300)은 선택된 기판을 (4:1 H2SO4/H2O2, 5:1:1 H2O/H2O2/HCl)와 같은 산성 세정 혼합물 및 완충 산화물 에칭에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 또한, 기판은 알코올계 초음파 세척을 받는다.
유리 상에 광 도파관을 제조하기에 유용한 공정(300)의 층 구조(310)를 형성하기 위해, 초기에, 도파관을 패터닝하기 위한 마스크로서 작용하도록 스퍼터링 또는 증발 기술에 의해 50 nm의 Cr 층이 성막된다. 공정(300)의 층 구조(320)를 형성하기 위해, 수소 실세퀴옥산(HSQ) 또는 이와 유사한 네거티브 전자빔 레지스트가 Cr 층에 스핀 코팅된다. 공정(300)의 층 구조(330)를 형성하기 위해, 광 도파관을 패터닝하도록 전자빔 리소그래피와 같은 리소그래피가 수행되고 현상된다. 도파관은 100 nm 내지 700 nm 사이의 다양한 폭을 갖는다. Cr은 CF4/CHF3 플라즈마와 반응성 이온 에칭(RIE)을 사용하여 유리를 에칭하기 위한 마스크로서 작용한다. 리브 도파관 구조를 형성하는 도파관을 형성하도록 제어된 방식으로 400 nm의 유리가 에칭된다. 공정(300)의 층 구조(340)를 형성하기 위해, 잔류 HSQ 및 Cr 층은 플라즈마 에칭 또는 습식 에칭 방법(예컨대, 완충 산화물 에칭을 사용함)에 의한 임의의 에칭 기술을 사용해서 제거될 수 있다.
공정(300)의 층 구조(350)를 형성하기 위해, 다음 단계는 기판에 나노시드 용액 혼합물을 시딩하고 핵 형성 및 막 응집화를 촉진하기 위해 알코올 용액에서 초음파 세정을 수행하는 것을 포함한다. 메탄, 수소, 및 아르곤 가스 혼합물을 포함하는 핫 필라멘트 화학 증착(HF-CVD) 또는 마이크로파 플라즈마 CVD 성장 공정을 사용하여 유리 상에 다결정 다이아몬드(352)가 성장하며, 여기서 다이아몬드 성막은 시간당 수백 나노미터 정도이다.
디스플레이의 표면 특성(예컨대, 소수성)을 더욱 향상시키기 위해 다이아몬드 층 상에 추가의 박막 재료(예컨대, 플루오르화 그래핀 산화물)가 포함될 수 있다. 이 추가 층은 탄소계 화합물 또는 다른 재료일 수 있다. 이 층의 성막 방법론은 앞에서 참조 문헌으로 포함된 미국 특허 출원 17/031,762에서 찾아볼 수 있는데, 이 문헌은 설명된 시스템 및 방법과 함께 사용하기에 적합한 다이아몬드 및 플루오르화 그래핀 산화물의 성막에 관한 정보를 포함하고 있다.
일부 실시형태에서, 전체 다층 유리, 다이아몬드, 다이아몬드 도파관, 및 FGO 구조는 예를 들어 약 88도의 굽힙 각도를 갖는 폭포형 스크린을 형성하기 위해 열 굽힘 공정을 받을 수 있다.
전술한 설명에서, 그 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조하며, 이들 도면에는 본 개시내용이 실시될 수 있는 특정 예시적인 실시형태가 예시를 통해 도시되어 있다. 이들 실시형태는 당업자가 본원에서 개시된 개념들을 실행할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되어 있으며, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 개시된 다양한 실시형태들에 대한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 전술한 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아들여서는 안 된다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시형태", "실시형태", "일 예" 또는 "예"에 대한 언급은, 실시형태 또는 예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 여러 곳에서 "일 실시형태에서", "실시형태에서", "일 예", 또는 "예"라는 문구가 나타내는 것이 모두 동일한 실시형태 또는 예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 피처, 구조, 데이터베이스, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태 또는 예에서 임의의 적합한 조합 및/또는 하위 조합으로 결합될 수 있다. 또한, 여기에 제공된 도면은 당업자에게 설명하기 위한 것이며, 도면은 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
본 발명의 많은 수정 및 다른 실시형태는 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이익을 갖는 당업자의 머리에 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 수정 및 실시형태는 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되도록 의도된 것으로 이해된다. 본 발명의 다른 실시형태는 여기에 구체적으로 개시되지 않은 엘리먼트/단계가 없는 경우에도 실시될 수 있다는 것이 또한 이해된다.
Claims (14)
- 투명 디스플레이에 있어서,
투명 기판 및 적어도 부분적으로 다이아몬드 도파관을 규정하기 위해 상기 투명 기판 상에 형성된 패터닝된 다이아몬드 층을 포함하는 디스플레이; 및
상기 다이아몬드 도파관에 의해 접속되는 적어도 2개의 전자 디바이스
를 포함하는, 투명 디스플레이. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전자 디바이스는 센서, 트랜스듀서, 및 통신, 제어 또는 데이터 프로세싱 전자 회로부를 포함한 전자 회로부, 중 적어도 하나인, 투명 디스플레이.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리인, 투명 디스플레이.
- 제1항에 있어서, 상기 패터닝된 다이아몬드 층은 섭씨 570도 미만의 온도에서 형성되는 것인, 투명 디스플레이.
- 제1항에 있어서, 상기 패터닝된 다이아몬드 층은 상기 디스플레이를 연속적으로 덮도록 형성되는 것인, 투명 디스플레이.
- 제1항에 있어서, 상기 패터닝된 다이아몬드 층은 500 마이크론 미만의 두께를 갖는 것인, 투명 디스플레이.
- 제1항에 있어서, 상기 디스플레이는 일정 각도로 구부러지는 것인, 투명 디스플레이.
- 도파관을 통합한 투명 디스플레이를 형성하기 위한 방법에 있어서,
투명 기판을 제공하는 단계;
상기 투명 기판 상에 다결정질 및/또는 나노결정질 다이아몬드를 포함하는 다이아몬드 막을 형성하는 단계; 및
에칭에 의해 상기 다이아몬드 막에 광 도파관 구조를 패터닝하는 단계
를 포함하고, 상기 광 도파관 구조는 적어도 2개의 전자 디바이스를 상호접속시킬 수 있는 것인, 방법. - 제8항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전자 디바이스는 센서, 트랜스듀서, 및 통신, 제어 또는 데이터 프로세싱 전자 회로부를 포함한 전자 회로부, 중 적어도 하나인, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리인, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 다이아몬드 막은 섭씨 570도 미만의 온도에서 형성되는 것인, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 다이아몬드 막은 상기 투명 디스플레이를 연속적으로 덮도록 형성되는 것인, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 다이아몬드 막은 500 마이크론 미만의 두께를 갖는 것인, 방법.
- 제8항에 있어서, 도판관이 통합된 상기 투명 디스플레이는 일정 각도로 구부러지는 것인, 방법.
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