(57)【要約】  第１の層（１０）及び第２の層（１１）を有し、第１の層が可撓性基板であり、第２の層が基板に被着された脆いＩＴＯ導通ラインであるような装置、例えばフレキシブルＡＭＬＣＤが開示される。ＩＴＯ層は、波形構造を有し、可撓性基板を変形させたときのＩＴＯ層の破断を阻止するようＩＴＯ層の長さのかなりの部分に沿って基板と接触状態にある。ＩＴＯ層を幾つかの部分（１６，１７）に分割するのがよく、これら部分の長さは、可撓性基板を所定の曲率半径まで変形させたときの破断を阻止するよう選択されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の層及び第２の層を有するデバイスであって、
前記第１の層は、可撓性であり、
前記第２の層は、波形構造(corrugated structure)を有し、前記第２の層は、前記第１の層を変形させたときの前記第２の層の破断が阻止されるよう前記第２の層の長さのかなりの部分に沿って前記第１の層と接触状態にある、デバイス。
【請求項２】
前記第１の層は、基板であることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の層と接触状態にある第３の層を更に有し、前記第３の層は、基板から成り、前記第１の層は、前記基板に被着された１つ以上の被膜から成ることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
前記第３の層は、波形形態(corrugated topography)を有することを特徴とする請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１の層は、アクリレートラッカーから成ることを特徴とする請求項３又は４記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の層は、前記第１の層に被着された被膜であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の層は、波形形態を有することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の層は、一連の互いに隣り合ったトラフとリッジから成り、各トラフ及び各リッジは、ほぼ平坦な部分を有することを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ほぼ平坦な部分の幅は、前記第１の層を所定の曲率半径まで変形させたときの破断を阻止するよう選択されていることを特徴とする請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
前記幅は、所定長さよりも短く選択されており、前記所定長さは、前記所定の曲率半径まで変形させた連続層に関して生じる亀裂相互間の平均長さで決まることを特徴とする請求項９記載のデバイス。
【請求項１１】
前記トラフと前記リッジの間の移行部はことを特徴とする湾曲していることを特徴とする請求項８〜１０のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ほぼ平坦な部分は、電流のための連続経路を構成するよう互いに連結されていることを特徴とする請求項８〜１１のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記波形構造は、起伏のある構造を有することを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記基板は、ポリ塩化ビニルで構成されていることを特徴とする請求項２〜１３のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第２の層は、透明な導体から成ることを特徴とする請求項１〜１４のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第２の層は、導電性酸化物で構成されていることを特徴とする請求項１５記載のデバイス。
【請求項１７】
ディスプレイを構成する請求項１〜１６のうちいずれか一に記載のデバイス。
【請求項１８】
第１の層及び第２の層を有するデバイスであって、前記第１の層が、可撓性であり、前記第２の層が、波形構造を有し、前記第２の層が、前記第１の層を変形させたときの前記第２の層の破断が阻止されるよう前記第２の層の長さのかなりの部分に沿って前記第１の層と接触状態にあり、前記第２の層が、複数個の相互連結部分から成り、該相互連結部分が各々、長さを有するようなデバイスを作製する方法であって、前記第１の層を所定の曲率半径まで変形させたときの破断を阻止するよう前記部分の長さを選択する段階を有する、方法。
【請求項１９】
所定の曲率半径まで変形させたときの材料の連続層に関して生じる亀裂相互間の間隔を求める段階と、前記部分の長さを前記求めた間隔で決まる値であるよう選択する段階とを更に有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記亀裂相互間の平均間隔を求める段階を有する、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
本願は、可撓性（フレキシブル）デバイスの分野に関し、特に、フレキシブル電子ディスプレイを含むフレキシブル電子デバイスに関するが、これには限定されない。特に、本願は、可撓性基板に被着された層の構造であって、この層の構造によりこの層が従来の層よりも高い破断前歪度に耐えることができるような層の構造に関する。
【０００２】
可撓性基板は、機能的健全性を維持しながら変形できる基板である。これら基板は、例えば、プラスチック、金属箔又は非常に薄いガラスで作られる場合があるが、一般に、これら基板は、弾性率が低く又は比較的薄手である。可撓性基板の開発により、電子デバイスの設計において自由度を大きく取ることができ、かくして、多くの技術分野において従来実用化できなかった電子機器の開発が可能になった。一例は、フレキシブル電子ディスプレイの開発である。かかるフレキシブル電子ディスプレイは、現在入手できるリジッドな（剛性の）デバイスと比べて多くの利点がある。製造面で十分に安価であり、将来いつかは紙と競合するようになるほど十分な可撓性及び耐久性を持つ湾曲した又は巻き上げ式のディスプレイの開発が可能である。
【０００３】
フレキシブルディスプレイの製造上の制限は、可撓性基板が比較的脆い材料の被膜を必要とする場合が多いということである。これら材料の１つの例は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）に用いられるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）電極である。ＡＭＬＣＤにＩＴＯを用いる例は、米国特許第５，１３０，８２９号明細書に記載されている。例えばＩＴＯのような脆い物質は、或る限度を超えた歪を受けると破断し、かくして機能性を失う。ＩＴＯは、その脆さのために、歪を受けると、亀裂を生じやすく又は層状に剥離しやすく、その結果その導電率が減少する。これにより、ディスプレイの性能が大幅に阻害される。
【０００４】
国際公開第ＷＯ９６／３９７０７号パンフレットは、可撓性基板に使用できる電極を記載しており、この電極は、歪が大きくてもその導電率を比較的大幅に保持するよう設計されている。これを達成するため、第２の一層可撓性の導電材料の被膜が、比較的脆い電極材料と接触するよう被着される。したがって、脆い電極が歪を受けた状態に置かれ、従って亀裂を発生し始めても、第２のより可撓性の材料により導電性が維持される。
【０００５】
この方式の欠点は、第２の物質が脆い電極材料よりも抵抗率が非常に高いということにある。可撓性又は柔軟性の増大の代償として、電極の抵抗が増大し、従ってこの方式は、良好な電極導電率が必要な場合、例えば、電子ディスプレイでは利用できない。
【０００６】
国際公開第ＷＯ０２／４５１６０号パンフレットは、剛性の基板部分相互間のリンクとなる可撓性の金属コネクタを記載している。国際公開第ＷＯ０２／４５１６０号パンフレットに記載されている構造とほぼ同じ構造を持つコネクタ２を有する可撓性基板１の断面図が、図１に示されている。コネクタ２は、隆起部５により互いに接続された第１のトラフ３と第２のトラフ４により形成されている。第１及び第２のトラフの各々のベース３ａ，４ａ及び一方の側部３ｂ，４ｂは、基板１と接触状態にある。しかしながら、第１及び第２のトラフの各々の他方の側部３ｃ，４ｃ並びにトラフ３，４を互いに接続している隆起部５は、基板１と接触状態にはない。
【０００７】
コネクタ２の構造は、歪を受けるとコンセルティーナ(concertina)のように撓むことができ、かくして従来のコネクタよりも大きな量の破断前歪に耐えることができるようなものである。しかしながら、脆い物質についてこの特定の構造を用いることは、縦歪が脆い導体材料に加えられると、コネクタ２のコーナ部、例えば、リッジ又は隆起部５の左側コーナ部６に応力集中が生じ、材料が破断する。
【０００８】
さらに、例えば国際公開第ＷＯ０２／４５１６０号パンフレットのコネクタは、隆起した橋渡し部分を有しており、かかるコネクタは、国際公開第ＷＯ０２／４５１６０号パンフレットに記載されているように、その製造には数回のフォトリソグラフィー工程を必要とする。例えば、一方法では、第１の工程は、フォトレジストの層を基板１の表面に被着させることである。次に、これにパターニングして３つのブロック、即ち、コネクタ２の左側境界部をマーク付けするブロック７、右側境界部をマーク付けするブロック８及びコネクタ２の隆起部５を付形するために形成される最後のブロック９を後に残す。次の工程は、薄い電気めっきシード層、例えば銅被覆クロムを基板に被着させ、フォトレジスト７，８，９のブロック及び露出状態の基板を被覆する工程である。次に、コネクタ２がシード層上に電気めっきされる。最後の段階では、フォトレジストブロック７，８，９は除去される。
【０００９】
図１のコネクタ２の製作に必要なこれらの工程は、フレキシブルデバイスの製造方法において時間及び費用を追加する。
【００１０】
本発明は、上述の問題を解決することを目的としている。
【００１１】
本発明の第１の特徴によれば、第１の層及び第２の層を有するデバイスであって、第１の層は、可撓性であり、第２の層は、波形構造を有し、第２の層は、第１の層を変形させたときの第２の層の破断が阻止されるよう第２の層の長さのかなりの部分に沿って第１の層と接触状態にあることを特徴とするデバイスが提供される。
【００１２】
第２の層が第２の層の長さのかなりの部分に沿って第１の層と接触状態にあることにより、第２の層は、丈夫であると共に機能性材料の従来の平坦な層で耐えることができる大きさよりも大きな歪みに耐えることができる。
【００１３】
本デバイスは、第１の層と接触状態にある第３の層を更に有し、第３の層は、基板から成り、第１の層は、基板に被着された１つ以上の被膜から成る。
【００１４】
中間層を基板と第２の層との間に設けることにより、第２の層の部分部分の上下運動が容易になり、かくして基板に加えられた縦歪みの第２の層による吸収が助長される。また、波形頂部層に対応するために被膜を基板にパターニングするのに必要な工程は、基板に直接パターニングするのに必要な工程よりも簡単な場合がある。
【００１５】
第２の層は、一連の互いに隣り合ったトラフとリッジから成り、各トラフ及び各リッジは、ほぼ平坦な部分を有する。ほぼ平坦な部分の幅は、第１の層を所定の曲率半径まで変形させたときの破断を阻止するよう選択されている。
【００１６】
上述の幅は、所定長さよりも短く選択されており、所定長さは、所定の曲率半径まで変形させた連続層に関して生じる破断部相互間の平均長さで決まる。
【００１７】
本発明の第２の特徴によれば、第１の層及び第２の層を有するデバイスであって、第１の層が、可撓性であり、第２の層が、波形構造を有し、第２の層が、第１の層を変形させたときの第２の層の破断が阻止されるよう第２の層の長さのかなりの部分に沿って第１の層と接触状態にあり、第２の層が、複数個の相互連結部分から成り、該相互連結部分が各々、長さを有するようなデバイスを作製する方法であって、第１の層を所定の曲率半径まで変形させたときの破断を阻止するよう上記部分の長さを選択する段階を有することを特徴とする方法が提供される。
【００１８】
本方法は、所定の曲率半径まで変形させたときの第１の層の構成材料の連続層に関して生じる破断部相互間の間隔を求める段階と、上記部分の長さを上記求めた間隔で決まる値であるよう選択する段階とを更に有するのがよい。
【００１９】
本方法は、破断部相互間の平均間隔を求める段階を有するのがよい。
【００２０】
本発明をよりよく理解するため、次に、本発明の実施形態を純粋に一例として、添付の図面を参照して説明する。
【００２１】
図２を参照すると、フレキシブルアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）の構造の一部が断面図で示されている。これは、第１の層１０及び第２の層１１を有している。この例では、第２の層１１は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の層であり、これは、ＡＭＬＣＤ中の導体ラインに用いられる脆い材料である。他の機能を備えた他の脆い層が、第２の層を形成する場合がある。ＩＴＯ層１１は、その長さに沿って第１の層１０によって支持され、この第１の層は、この例では、ポリ塩化ビニル基板である。基板１０は、可撓性であり、特に、中央部分１２は、図２に示す両方向を指し示す矢印１５によって示されているように、端部１３，１４に対して垂直方向上下に動くことができる。これが生じると、応力が、基板１０に加わり、この応力は、基板１０の上側末端部又は上面及び下側末端部又は下面でその最大の状態にある。端部１３，１４に対する中央部分１２の運動方向に応じて、圧縮応力か引張応力かのいずれかが、基板１０の上面に加えられることになる。これにより、脆いＩＴＯ層１１に歪が生じることになる。
【００２２】
ＩＴＯ層１１が、高い破断前歪みに耐えることができるようにするため、ＩＴＯ層は、図２に示す波形構造を備え、このＩＴＯ層は、一連の互いに連結された上側の平坦な部分１６と下側の平坦な部分１７を有し、湾曲した交差部１８が隣り合う上側部分１６と下側部分１７との間に設けられている。これにより、層１１に「コンセルティーナのような」特性が与えられ、その結果、上側部分１６と下側部分１７が、互いに対して別々に又は一緒に垂直方向（上下）に動いてＩＴＯ層１１の長手方向長さを減少させ又は増大させることができ、かくしてＩＴＯ層１１が、大きな長手方向歪を吸収することができるようになっている。本明細書全体を通じて用いられる「長手方向歪」及び「長手方向長さ」という用語は、図示のように基板の端から端まで、例えば、図２の左側の端部１３から右側の端部１４までの歪及び距離をそれぞれ意味している。
【００２３】
図２の例に示すように、機能層１１の構造は、基板１０とその長さ全体に沿って接触状態にある。これにより、機能層１１は、丈夫であると共に機能性材料の従来の平坦な層で耐えることができる大きさよりも大きな歪みに耐えることができる。
【００２４】
機能層１１は、多くの脆い機能性被膜のうちの任意のもの、例えば、耐引掻性被膜、耐溶剤性被膜、耐ガス性被膜、導電性被膜、例えば、透明導電酸化物（ＴＣＯ）であってよく、その一例は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）である。これら被膜は一般に、基板１０に用いられる材料のヤング率よりも高い値のヤング率を有している。したがって、これら被膜は、基板１０にとっては安定性を示すレベルの歪であってもこの歪がかかる被膜に加えられると、破断する虞れが多分にある。
【００２５】
機能層１１及び可撓性基板１０の厚さは、特定の用途及び用いられる材質で決まる。ＩＴＯ電極層を備えたポリ塩化ビニル基板を有するＡＭＬＣＤの場合、基板の厚さは、恐らくは０．１〜１ｍｍのオーダーであり、ＩＴＯ層の厚さは、５０〜２００ｎｍである。
【００２６】
図２の基板１０の波形構造を作るための種々の技術は、当業者には明らかであろう。例えば、多くの複製技術のうち任意のものを用いることができる。一例は、ホットエンボス法又はマイクロエンボス法である。この方法では、熱可塑性樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン又はポリスルフォンを加熱すると共に加圧して溶融形態にし、そして微細構造成形用具を用いてパターニングを行い、それにより所要の表面トポグラフィーを作る。この方法の例は、米国特許第４，６０１，８６１号明細書及び米国特許第４，４８６，３６３号明細書に詳細に説明されている。
【００２７】
上述の複製方法が波形形態を生じさせる理由以外の理由で基板にパターニングするために必要とされるのは当然のことである。この場合、波形形態のパターニング法と他の所要のパターニング法を組み合わせるのがよく、この場合の利点は、波形層を形成する追加の製造プロセスは不要であり、かくして製造時間が最小限に抑えられるということにある。
【００２８】
基板１０の上面に波形形態をパターンニングした後、機能層１１を被着させてもよい。機能層１１は、真空蒸着、例えばスパッタリング又は蒸気蒸着を行い、次にフォトリソグラフィーによるパターニングを行うことにより形成されるとよい。変形例として、印刷法、例えばインクジェット印刷、ソフトリソグラフィー法、例えばマイクロコンタクトプリント法、フレキソ印刷法又はスクリーン印刷法を用いてもよい。これら方法及び機能層１１を被着させる他の方法に関与する特定のプロセスは、当業者には明らかであろう。方法の選択及び選択した方法に関与するプロセスは、機能層１１に必要な材料そのもので決まることになる。
【００２９】
機能層１１の平坦な部分１６，１７のそれぞれの長さ１９，２０は、歪を受けたときの機能層１１の性質に影響を及ぼすことになる。引張又は曲げ試験を受けている可撓性基板上のＩＴＯラインへの亀裂発生状態を分析すると、統計学的なパターンが現れる。可撓性基板の或る特定の曲率半径に関し、ＩＴＯラインは、例えば、ほぼ３００ミクロン間隔で垂直に亀裂を生じる場合がある。しかしながら、このように生じた３００ミクロン部分の各々は、この場合、安定性があり、基板がこれよりも小さな曲率半径まで更に変化を生じるまではそれ以上の亀裂を生じない。それ故、可撓性基板が曲げられて生じる各曲率半径に関し、安定性があり、従って亀裂を生じにくい長さのＩＴＯラインが存在する。この性質は、可撓性基板上の他の材料層についても当てはまる。安定である基板上の層の部分の長さは、基板の曲率半径、基板の厚さ及びこの層を形成する材料の脆さで決まり、これらの要因は、本発明が利用される特定の用途で決まることになる。
【００３０】
図３は、特定の曲率半径への変形に続く可撓性基板２２上における従来のＩＴＯ層２１の平面図である。理解できるように、亀裂２３が、ＩＴＯ層２１の長さに沿ってところどころに生じている。これら亀裂相互間の平均距離は、基板２２の曲率半径で決まる。基板２２の或る特定の曲率半径ｒにおいて、亀裂相互間の距離（例えば、距離Ａ，Ｂ，Ｃ）を測定するのがよい。次に、これら値の平均値を出すのがよい。曲率半径ｒまで曲げられたときの可撓性基板上の脆い層の連続部分が破断する虞れのある下限である限界長さは、この平均距離で決まることになる。実際には、連続部分の限界長さは、平均長さの最大３倍までであることが判明している。したがって、ＩＴＯ層１１の連続部分１６，１７の長さ１９，２０は、限界長さ以下に設定され、それによりＩＴＯ層は、基板１０が曲率半径ｒまで曲げられても破断しにくいようになっている。図４は、図２に示す機能層と類似した機能層２５を備える可撓性基板２４の断面図である。この場合、波形層２５は、図２のほぼ平坦な部分１６，１７を有するのではなく、起伏している。これは、隣り合う平坦な部分の交差部１８のところの応力が大きいという機能層１１と関連した問題の解決に取り組んでいる。図４の機能層２５中の応力は、これが湾曲した形状のものなので、機能層２５全体にわたってより一様に分布する。したがって、この構造は、破断しにくい。
【００３１】
起伏した構造を有する基板２４及び機能層２５の作製方法は、図２の基板１０及び機能層１１の作製方法に類似している。
【００３２】
図５は、波形機能層２７を備えた可撓性基板２６の断面図である。しかしながら、この場合、別な材料、例えば、ＵＶ硬化性アクリレートラッカーの層２８が、機能層２７と可撓性基板２６との間に介在して設けられている。この介在層２８の一利点は、この介在層が互いに対する平坦な部分２９，３０の上下又は垂直運動を容易にすると共に基板２６に対する平坦な下側部分２９及び上側部分３０の上下又は垂直運動を容易にすることにある。これは、機能層２７に加えられる縦歪みの吸収を助ける。また、介在層２８にパターニングするのに必要な工程は、基板２６に直接パターニングするのに必要な工程よりも簡単である。
【００３３】
ＵＶ硬化性アクリレートラッカー被膜２８を備えた基板２６を製造する周知の方法は、自由流動ラッカーを所望の形態的（topographical）構造の逆パターンを有する微細構造成形用具とフィルムとの間に入れる工程を含む。次に、ラッカーをＵＶ光に露光し、それによりこのラッカーを軟化させて永久的にフィルムに結合する。次に、機能層２７を、従来方法、例えば図２の機能層１１を被着させるための上述の方法で追加するのがよい。
【００３４】
波形機能層２７の平坦な部分２９，３０のそれぞれの長さ３１，３２は、図２の平坦な部分１６，１７の長さに類似した仕方で、歪みを受けたときの機能層２７の性質に影響を及ぼすことになる。したがって、これら長さは、図３を参照して上述した限界長さ以下であるように設定される。
【００３５】
図４の機能層２５と同様に、図６は、可撓性基板３４に被着された起伏のある機能層３３の一例を示している。別の材料、例えばＵＶ硬化性アクリレートラッカーの別の層３５が、機能層３３と基板３４との間に介在して設けられている。
【００３６】
本願の開示内容を読むと、当業者であれば、他の変形例及び改造例を想到できよう。かかる変形例及び改造例は、フレキシブル電子デバイスの設計、製造及び用途において既に知られていて、本明細書において既に説明した特徴に代えて又はこれに加えて使用できる均等な特徴及び他の特徴を含む場合がある。
【００３７】
特に、本発明は、ＡＭＬＣＤディスプレイへの利用にもポリカーボネート基板への利用にも限定されない。また、本発明は、機能性被膜を備えた任意の可撓性基板にも利用できる。本発明は又、他の形式のディスプレイ、例えば、箔ディスプレイ、ｅ−インクディスプレイ、ポリ−ＬＥＤディスプレイ、Ｏ−ＬＥＤディスプレイ及び他のエレクトロルミネッセントディスプレイにも利用できる。
【００３８】
また、図２及び図４〜図６の記載は、波形表面の構造を規則的なものとして示している。しかしながら、これら波形表面構造は、不規則に作られていてもよく、例えば、リッジ及びトラフは、高さが不揃いであってもよく、このような場合であっても、本発明の利点を依然として備える。また、リッジ及びトラフの形状を図２及び図５に示すような３つのほぼ平坦な部分により形成される形状又は図４及び図６に示すような起伏のある形状に限定する必要はない。
【００３９】
別の実施形態は、２つ以上の介在層２８，３５、例えば、介在層のスタックを形成する数個の層を有してもよい。機能層が被着される介在層２８，３５は、波形形態を有するようパターニングされる必要はない。代替実施形態では、介在層のスタックの状態の他の介在層又は基板２６，３４に波形形態をパターニングする。この場合、機能層が被着される介在層２８，３５は、一様な厚さのものであり、この介在層が被着される層又は基板の波形形態により波形構造を有する。
【００４０】
本願において、特許請求の範囲は、特徴の特定の組合せに合わせて作成されているが、本発明の開示の範囲は、明示によるか暗黙によるかのいずれにせよ本明細書に開示した新規な特徴又は新規な特徴の組合せ又はその一般化がいずれかの請求項に現時点においてクレーム記載されているのと同一の発明に関するにせよそうでないにせよ、そしてその一般化が本発明によって解決されるのと同じ技術的課題のうちの任意のもの又は全てを解決するにせよそうでないにせよ、いずれにせよ、かかる一般化をも含むことは理解されるべきである。本出願人は、ここに、本願に関する手続き中又は本願から派生するかもしれない別の出願についての手続き中、かかる特徴及び（又は）かかる特徴の組合せに合わせて新たな請求項を作成する場合があるということを予告するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】可撓性基板に被着された先行技術のコネクタの断面図である。
【図２】本発明の可撓性基板に被着された波形層の断面図である。
【図３】曲げを受けた可撓性基板に被着されている従来ＩＴＯ層の平面図である。
【図４】本発明の可撓性基板に被着されている湾曲した波形層の断面図である。
【図５】本発明の被覆可撓性基板に被着されている波形層の断面図である。
【図６】本発明の被覆可撓性基板に被着されている湾曲した波形層の断面図である
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2007507739.tif 000009
2007507739.tif 000010
2007507739.tif 000011