KR102076281B1 - 뉴트럴 포인트 영역에 내부 긴장력 감쇄를 위한 중간층을 구비한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판 - Google Patents

뉴트럴 포인트 영역에 내부 긴장력 감쇄를 위한 중간층을 구비한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판 Download PDF

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단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
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Abstract

본 발명은 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 관한 것으로, 반복적인 접힘과 펼침 동작시 내측과 외측에서 작용하는 상반된 압축력과 인장력의 차이로 인해 야기되는 마이크로 크랙(Micro Crack)의 발생을 극소화하고 장기간에 걸쳐 고품질의 시인성을 유지할 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명은, 전면 글라스층; 백플레인과 라미네이션되는 후면 고분자 필름층; 상기 전면 글라스층과 후면 고분자 필름층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며, 상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 OCA 접착제층으로 이루어지되, 상기 중간층은, 전면 글라스층과 후면 고분자 필름층에 각각 도포되어 인장력과 압축력으로 인한 긴장력을 양편에서 각각 감쇄시킬 수 있도록 탄성 특성을 갖는 전면 접착제 및 후면 접착제, 상기 전면 접착제 및 후면 접착제의 중간에 개재되며 인장력으로 인한 긴장력과 압축력으로 인한 긴장력을 중간에서 차단할 수 있도록 비탄성 특성을 갖는 중간 접착제로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

뉴트럴 포인트 영역에 내부 긴장력 감쇄를 위한 중간층을 구비한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판{FOLDABLE SUBSTRATE FOR FOLDABLE DISPLAY WITH INTERMEDIATE LAYER OF BUFFER FUNCTION}
본 발명은 폴더블 디스플레이에 관한 것으로, 특히 반복적인 접힘과 펼침 동작시 내측과 외측에서 작용하는 상반된 압축력과 인장력의 차이로 인해 야기되는 마이크로 크랙(Micro Crack)의 발생을 극소화하고 장기간에 걸쳐 고품질의 시인성을 유지할 수 있도록 한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 관한 것이다.
디스플레이 기술의 발달에 따라 휴대용 디스플레이 화면의 크기가 커지면서 휴대성과 대화면 디스플레이를 동시에 만족하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
이처럼 휴대성을 유지하면서도 대화면 디스플레이를 동시에 충족시키기 위하여 최근에는 중간의 접힘부위를 단절하지 않고 시인성을 극대화하기 위해 디스플레이 자체를 접었다 펼쳤다 할 수 있는 폴더블 디스플레이가 급부상하고 있다.
하지만, 이같은 폴더블 디스플레이의 경우 폴더블 기판이 대단히 중요한 역할을 하게 되는데, 접었다 펼치는 동작을 반복적으로 수행하다보면 접힘부에 마이크로 크랙(Micro Crack)이 발생하여 증가하면서 시인성이 떨어지고 급기야는 디스플레이로서의 기능저하로 불량 처리되는 문제점을 가진다.
지금까지 연구된 바에 의하면 위와 같은 문제를 해결하기 위해 도 1에 도시된 것처럼 박막 글라스(10)(Thin Glass)와 고분자(20)를 라미네이션한 기판을 사용하였다. 하지만 이같은 구성의 기판 역시 접었다 펼치는 횟수를 1,000회 이상 한 경우에 도 2와 같이 박막 글라스(10)의 접힘부에서 마이크로 크랙(MC)이 발생하여 기판의 시인성이 극히 저하되었다.
또한, 박막 글라스에서 발생하는 마이크로 크랙의 문제를 해결하기 위하여 도 3과 같이 PET, PC 등의 고분자 필름(20)만으로 기판을 구성한 경우 박막 글라스(Thin Glass)와 고분자를 라미네이션한 기판보다는 개선되었으나 접었다 펼치는 횟수를 수천회 반복하면 도 4에 도시된 것처럼 고분자 필름의 접힘부에서 커다란 크랙(C1)이 발생하곤 하였다.
이와 같은 마이크로 크랙의 문제점은 접힘 동작시 외측에서는 인장력이 작용하여 기판 내 분자들을 양편으로 잡아당기는 인장응력을 발생시키는 동시에 내측에서는 압축력이 작용하여 기판 내 분자들을 중앙으로 밀어내려는 압축응력을 발생시켜 복합적으로 작용하지만 소재와 구조적인 한계로 인해 이를 견디지 못하고 기판 내 분자와 분자 간 연결을 끊는 방법으로 내부를 안정화시키려고 하기 때문에 발생하는 것이었다.
한국공개특허공보 제2017-0122554호(2017.11.06)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 반복적인 접힘과 펼침 동작시 내측과 외측에서 작용하는 상반된 압축력과 인장력의 차이로 인해 야기되는 마이크로 크랙(Micro Crack)의 발생을 극소화하고 장기간에 걸쳐 고품질의 시인성을 유지할 수 있도록 한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판은 폴더블 디스플레이에서 백플레인 전면에 라미네이션되는 폴더블 기판으로서, 전면 글라스층; 백플레인과 라미네이션되는 후면 고분자 필름층; 상기 전면 글라스층과 후면 고분자 필름층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며, 상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 OCA 접착제층으로 이루어지되, 상기 중간층은, 전면 글라스층과 후면 고분자 필름층에 각각 도포되어 인장력과 압축력으로 인한 긴장력을 양편에서 각각 감쇄시킬 수 있도록 탄성 특성을 갖는 전면 접착제 및 후면 접착제, 상기 전면 접착제 및 후면 접착제의 중간에 개재되며 인장력으로 인한 긴장력과 압축력으로 인한 긴장력을 중간에서 차단할 수 있도록 비탄성 특성을 갖는 중간 접착제로 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 전면 접착제와 후면 접착제는 아크릴을 소재로 구비되고, 상기 중간 접착제는 에폭시를 소재로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전면 글라스층은 15um~80um, 중간층은 10um~100um, 후면 고분자 필름층의 두께는 15um~200um 이며, 상기 중간층의 전면 접착제, 후면 접착제, 중간 접착제가 형성하는 두께 비는 1:1:2~1:1:5인 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명은, 전면 글라스층; 백플레인과 라미네이션되는 후면 글라스층; 상기 전면 글라스층과 후면 글라스층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며, 상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 OCA 접착제층으로 이루어지되, 상기 중간층은, 전면 글라스층과 후면 글라스층에 각각 도포되어 인장력과 압축력으로 인한 긴장력을 양편에서 각각 감쇄시킬 수 있도록 탄성 특성을 갖는 전면 접착제 및 후면 접착제, 상기 전면 접착제 및 후면 접착제의 중간에 개재되며 인장력으로 인한 긴장력과 압축력으로 인한 긴장력을 중간에서 차단할 수 있도록 비탄성 특성을 갖는 중간 접착제로 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.
여기서, 전면 접착제와 후면 접착제는 아크릴을 소재로 구비되고, 상기 중간 접착제는 에폭시를 소재로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전면 글라스층, 중간층, 후면 글라스층의 두께는 각각 15um~80um, 10~100um, 15~200um이며, 상기 중간층의 전면 접착제, 후면 접착제, 중간 접착제가 형성하는 두께 비는 1:1:2~1:1:5인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 전면 글라스층; 백플레인과 라미네이션되는 후면 레진층; 상기 전면 글라스층과 후면 레진층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며, 상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 버퍼기능을 수행하도록 레진층으로 이루어져서, 백플레인 기판과 라미네이션되도록 접합기능을 갖는 상기 후면 레진층과 조합되도록 한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 전면 글라스층, 중간층, 후면 레진층의 두께는 각각 15~80um, 10~100um, 15~200um인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 2H 이상의 고경도를 갖는 전면 고분자 필름층; 상기 전면 고분자 필름층의 전면에 접합되며 상기 전면 고분자 필름층에 비해 마찰계수가 낮은 불소계 화합물을 소재로 구비된 저표면 에너지 코팅층; 상기 백플레인과 라미네이션되는 후면 레진층; 상기 후면 레진층의 전면에 접합된 글라스층; 상기 전면 고분자 필름층과 글라스층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며, 상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 중간 레진층으로 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 저표면 에너지 코팅층, 전면 고분자 필름층, 중간층, 글라스층, 후면 레진층의 두께는 각각 15~80um, 10~100um, 15~80um, 15~100um 인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 전면 고분자 필름층; 상기 전면 고분자 필름층의 전면에 접합되며 상기 전면 고분자 필름층에 비해 높은 경도를 갖는 소재로 구비된 하드 코팅층; 상기 전면 고분자 필름층의 전면에 접합되며 상기 전면 고분자 필름층에 비해 마찰계수가 낮은 불소계 화합물을 소재로 구비된 저표면 에너지 코팅층; 상기 백플레인과 라미네이션되는 후면 고분자 필름층; 상기 전면 고분자 필름층과 후면 고분자 필름층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며, 상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 중간 레진층으로 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 전면 고분자 필름층과 후면 고분자 필름층은 서로에 대해 더 단단한 재질과 더 부드러운 재질로 이루어져 각각에 가해지는 인장력과 압축력에 대하여 차별적으로 대응할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 저표면 에너지 코팅층, 하드 코팅층, 전면 고분자 필름층, 중간층, 후면 고분자 필름층의 두께는 각각 10~50nm, 10~50um, 10~80um, 10~100um, 10~80um인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판은 반복적인 접힘과 펼침 동작시 동시에 작용하는 상반된 힘인 인장력과 압축력의 차이로 인해 내부에서 발생하는 긴장력과 충격을 완화할 수 있도록 뉴트럴 포인트에 위치하는 중간층이 버퍼기능을 수행하도록 함으로써 마이크로 크랙의 발생을 최소화시키고 오랜 기간 동안 고품질의 시인성을 유지할 수 있게 된다.
도 1 내지 4는 종래기술에 의한 폴더블 기판을 설명하기 위한 참조도
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 사용상태도
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도
도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 접힘 및 펼침 동작시 작용 및 동작을 설명하기 위한 참조도
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도
도 9는 본 발명의 제3실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도
도 10은 본 발명의 제4실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도
도 11은 본 발명의 제5실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도
도 12는 본 발명의 각 실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 대한 실험결과 그래프
도 13은 본 발명의 각 실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 대한 실험장치 및 실험방법을 설명하기 위한 참조도
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<제1실시예>
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 사용상태도이다.
본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판(100)은 종래기술에 의한 글라스 기판을 대체하는 것으로 접힘과 펼침 동작이 가능하며 도 5에 도시된 폴더블 스마트폰 등의 모바일기기에 적용할 수 있도록 영상 출력 및 터치기능 구현을 위하여 배선처리된 백플레인과 라미네이션되어 폴더블 디스플레이를 구현하게 된다.
이같은 본 발명에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판(100)의 경우 반복적인 접힘과 펼침 동작시 내측과 외측에서 동시에 작용하는 상반된 힘인 압축력과 인장력의 차이로 인해 내부에서 야기되는 긴장력을 감쇄시켜 마이크로 크랙(Micro Crack)의 발생을 극소화하고 장기간에 걸쳐 고품질의 시인성을 유지할 수 있도록 구성된다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도이며, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 접힘 및 펼침 동작시 작용 및 동작을 설명하기 위한 참조도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판은 전면 글라스층(110)과 후면 고분자 필름층(120), 중간층(130)을 포함하는 다층 구성으로 이루어진다. 이 중 상기 중간층(130)이 뉴트럴 포인트(NP)에 위치하면서 버퍼기능을 수행함으로써 접힘 및 펼침 동작시 작용하는 상반된 힘인 인장력과 압축력으로 인해 내부에서 발생하는 긴장력을 감쇄시키는 역할을 한다. 이같은 구성에 대해 각 구성요소별로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 전면 글라스층(110)은 사용자의 손가락 터치가 이루어지는 부분이므로 충분한 지지력을 가지면서 외부 접촉에 따른 손상에도 견딜 수 있어야 한다. 그러므로 일정 이상의 강도 및 경도를 갖는 강화 글라스를 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서 상기 전면 글라스층(110)은 접힘 동작시 인장력이 가장 크게 작용하는 부위에 위치하고 있으므로 폴더블 기판의 전체 두께를 25~50μm 수준으로 얇게 함으로써 전면 글라스층(110)에 작용하는 인장력의 영향을 줄여주는 것이 바람직하다.
상기 후면 고분자 필름층(120)은 영상 출력 및 터치기능 구현을 위하여 배선처리된 백플레인과 라미네이션되는 부분으로 PET 또는 고분자 필름으로 구비된다.
상기 중간층(130)은 전술된 것처럼 전면 글라스층(110)과 후면 고분자 필름층(120) 사이에 개재되어 접힘 및 펼침 동작이 끊임없이 반복될 때 전면 글라스층(110)과 후면 고분자 필름층(120)을 통해 강하게 작용하는 인장력과 압축력으로 인한 내부의 긴장력을 중간에서 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하게 된다.
이를 위해 상기 중간층(130)은 도 7과 같이 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력(TF)과 압축력(CF)이 가장 강하게 작용하는 부위(전면 글라스층(110)과 후면 고분자 필름층(120))의 중간 지점인 뉴트럴 포인트(NP)에 위치하는 OCA 접착제층으로 구비된다. 나아가 상기 중간층(130)은 단순히 하나의 층으로 이루어지지 않고 인장력(TF)과 압축력(CF)에 의한 긴장력을 양편에서 감쇄하고, 감쇄된 상태의 긴장력을 중간에서 효과적으로 차단할 수 있도록 다층 구성되었다는 점에 주목할 수 있다.
즉, 상기 중간층(130)은 전면 글라스층(110)과 후면 고분자 필름층(120)에 각각 도포되는 전면 접착제(130b) 및 후면 접착제(130c), 전면 접착제(130b) 및 후면 접착제(130c)의 중간에 개재되는 중간 접착제(130a)로 이루어지며, 상기 전면 접착제(130b)와 후면 접착제(130c)는 경화 후 탄성 특성을 갖는 아크릴로 이루어져서 폴더블 디스플레이의 접힘과 펼침 동작시 인장력(TF)으로 인한 내부 긴장력과 압축력(CF)으로 인한 내부 긴장력을 양편에서 각각 감쇄시키도록 하고, 상기 중간 접착제(130a)는 전면 접착제(130b) 및 후면 접착제(130c)의 중간에 개재되며 경화 후 비탄성 특성을 갖는 에폭시로 이루어져서 폴더블 디스플레이의 접힘과 펼침 동작시 인장력(TF)으로 인한 내부 긴장력과 압축력(CF)으로 인한 내부 긴장력을 중간에서 차단할 수 있도록 한다. 그러니까 이같은 중간층(130)의 다층구조에 따르면 인장력(CF)으로 인한 내부 긴장력과 압축력(CF)으로 인한 내부 긴장력이 양편에서 작용할 때 1차적으로 전면 접착제(130b) 및 후면 접착제(130c)에서 감쇄하고, 2차적으로 중간 접착제(130a)에서 차단하는 단계적, 복합적 대응을 통해 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 서로 상반된 힘인 인장력(TF)과 압축력(CF)의 영향으로 그 중간에서 견디지 못하고 손상되는 문제를 극소화할 수 있는 것이다. 이같은 전면 접착제(130b), 후면 접착제(130c), 중간 접착제(130a)의 두께 비는 1:1:2~1:1:5로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서 중간 접착제(130a)로 사용되는 에폭시 소재의 경우 인장력(TF)으로 인한 긴장력과 압축력(CF)으로 인한 내부 긴장력을 중간 차단하는 기능이 뛰어남에도 불구하고 그 자체로 보면 충격에 약하다는 문제를 갖고 있지만, 탄성 특성을 갖는 아크릴 소재로 이루어진 전면 접착제(130b)와 후면 접착제(130c)가 완충재로서의 역할을 하기 때문에 문제가 되지 않는다. 반면에 에폭시 소재로 이루어진 중간 접착제(130a)는 아크릴 소재로 이루어진 전면 접착제(130b)와 후면 접착제(130c)만으로는 인장력(TF)으로 인한 내부 긴장력과 압축력(CF)으로 인한 내부 긴장력이 동시에 작용할 때 중간에서 완전히 차단할 수 없다는 단점을 보완해준다는 점에서 상호보완적인 시너지효과를 낼 수 있다.
한편, 전면 글라스층(110)과 후면 고분자 필름층(120), 중간층(130)의 두께는 각각 15um~80um, 15um~200um, 10um~100um로 형성되는 것이 바람직하다.
참고로, 폴더블 기판의 반복적인 접힘 및 펼침 동작시 마이크로 크랙이 발생하는 이유를 간단히 설명하면 다음과 같다. 즉, 도 7에서 볼 수 있는 것처럼 접힘 동작시 접히는 부위의 외측부에서는 인장력(TF)이 작용하여 기판 내 분자들을 양편으로 잡아당기는 인장응력이 발생하고 접히는 부위의 내측부에서는 압축력(CF)이 작용하여 기판 내 분자들을 중앙으로 밀어내려는 압축응력이 발생한다. 이처럼 기판 내부에서 상반된 힘인 인장응력과 압축응력이 동시에 일어날 때 소재와 구조적인 한계에 의해 견딜 수 없다면 기판 내에서는 분자와 분자 간 연결을 끊는 방법으로 내부를 안정화시키려고 하며 이로써 외부적으로는 마이크로 크랙이 발생하는 것이다. 이같은 문제를 해결하기 위해 끊임없는 접힘 동작에 견딜 수 있도록 단순히 유연한 소재를 사용하게 되면 기판에 필요한 충분한 지지력을 확보할 수 없으며, 반대로 기판에 필요한 지지력을 확보할 수 있는 소재를 사용하면 전술된 것처럼 반복적인 접힘 및 펼침 동작시 견딜 수 있는 내구력을 상실하게 되는 문제가 발생한다. 하지만 본 발명에 의한 폴더블 기판은 접힘 동작시 서로 상반된 특성을 갖는 인장력(TF)과 압축력(CF)이 동시에 작용할 때 힘의 중간점이 되는 부위인 뉴트럴 포인트(NP)(Neutral point)에서 내부 손상 없이 이들 상반된 힘의 영향력을 상쇄할 수 있도록 설계한 것이다.
<제2실시예>
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판은 전면 글라스층(210a)과, 후면 글라스층(210b), 중간층(220)을 포함하여 이루어진다.
이같은 구성은 전술된 제1실시예와 비교하여 후면 고분자 필름층 대신 후면 글라스층(210b)으로 구비된다는 점에서 차이점이 있다. 이같은 제2실시예의 구성은 제1실시예와 비교하여 소재의 종류를 글라스 쪽으로 치중하여 단순화하였다는 점에서 장점이 있으나 제1실시예에 비해 접힘 및 펼침 동작에 따른 내구성이 조금은 떨어진다는 단점이 있다. (이같은 성능 비교는 차후 실험결과를 토대로 설명하기로 한다.)
여기서, 전면 글라스층(210a)은 접힘 동작시 인장력이 가장 크게 작용하는 부위에 위치하고 있으므로 폴더블 기판의 전체 두께를 25~50μm 수준으로 얇게 함으로써 전면 글라스층(210a)에 작용하는 인장력의 영향을 줄여주는 것이 바람직하다.
한편 상기 전면 글라스층(210a)과, 후면 글라스층(210b), 중간층(220)의 두께는 각각 15um~80um, 10~100um, 15~200um로 형성되는 것이 바람직하다.
그 외 중간층(220)이 아크릴 소재에 의한 전면 접착제(220b) 및 후면 접착제(220c), 에폭시 소재에 의한 중간 접착제(220a)로 다층 구성된 구성을 포함하여 언급되지 않은 나머지 구성들의 경우에도 대동소이하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
<제3실시예>
도 9는 본 발명의 제3실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판은 전면 글라스층(310)과, 후면 레진층(320), 중간층(330)을 포함하여 이루어진다.
이같은 구성은 전술된 제1실시예와 비교하여 중간층(330)이 단일의 레진층으로 이루어져 버퍼기능을 수행하도록 하였다는 점에서 차이점이 있다. 이같은 제3실시예의 구성은 제1실시예와 비교하여 중간층(330)을 단일의 레진층으로 단순하게 구성하였다는 점에서 차이가 있으나 백플레인에 대한 접합기능을 수행하는 후면 레진층(320)과 조합된 구성을 취함으로써 상기 중간층(330)이 버퍼기능을 담당하고 후면 레진층(320)이 백플레인에 대한 접합기능을 담당하도록 한 것이 특징이 있다. 제3실시예의 경우 제1실시예나 제2실시예에 비해 접힘 및 펼침 동작에 따른 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. (이같은 성능 비교는 차후 실험결과를 토대로 설명하기로 한다.)
여기서, 전면 글라스층(310)은 접힘 동작시 인장력이 가장 크게 작용하는 부위에 위치하고 있으므로 폴더블 기판의 전체 두께를 25~50μm 수준으로 얇게 함으로써 전면 글라스층(310)에 작용하는 인장력의 영향을 줄여주는 것이 바람직하다.
또한 상기 전면 글라스층(310)과, 후면 레진층(320), 중간층(330)의 두께는 각각 15~80um, 10~100um, 15~200um로 형성되는 것이 바람직하다.
그 외 언급되지 않은 나머지 구성들의 경우에도 제1실시예와 대동소이하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
<제4실시예>
도 10은 본 발명의 제4실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판은 중간층(420a)을 비롯하여 저표면 에너지 코팅층(440), 전면 고분자 필름층(430), 글라스층(410), 후면 레진층(420b)을 포함하여 이루어진다.
이같은 제4실시예의 경우 제3실시예와 마찬가지로 중간층(420a)이 단일의 레진층으로 이루어지며 상기 전면 고분자 필름층(430)과 글라스층(140) 사이에 개재되어 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트(NP)에 위치한다. 이로써 상반된 힘인 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 담당하게 된다.
상기 전면 고분자 필름층(430)은 사용자의 손가락 접촉을 포함하는 외부 접촉압력에 직접적인 영향을 받는 부위로 2H~3H 정도의 높은 경도를 갖는 것으로 구비되며, 그 전면에는 저마찰계수를 갖는 불소계 화합물 소재의 저표면 에너지 코팅층(440)이 접합된다. 상기 저표면 에너지 코팅층(440)은 사용자의 손가락 터치가 원활하게 이루어지도록 도우면서 표면 손상을 최소화하도록 돕는 역할을 하는데 이는 글라스 대신 전면 고분자 필름층(430)을 구비함에 따른 단점을 보완하기 위함이다.
상기 후면 레진층(420b)은 백플레인과 라미네이션되며, 상기 글라스층(410)은 상대적으로 얇은 두께를 가지면서 후면 레진층(420b)의 전면에 접합되어 레진으로 이루어진 중간층(420a)과 후면 레진층(420b)을 지지하게 된다.
이와 같이 구성된 제4실시예에서 주목할 점은 접힘 및 펼침 동작시 구조적으로 가장 취약하다고 할 수 있는 취성의 글라스층(410)을 최대한 배제하고 전면 고분자 필름층(430)과 후면 레진층(420b)을 활용함으로써 더 큰 내구성을 갖도록 하였다는 점이다.
여기서 저표면 에너지 코팅층(440), 전면 고분자 필름층(430), 중간층(420a), 글라스층(410), 후면 레진층(420b)의 두께는 각각 15~80um, 10~100um, 15~80um, 15~100um으로 형성되는 것이 바람직하다.
\제4실시예의 경우 중간층(420a)을 단일의 레진층으로 구비함에도 불구하고 글라스층을 최소화한 구성에 의해 중간층을 레진층으로 구비한 제3실시예와 비교하여 접힘 및 펼침 동작에 따른 내구성이 훨씬 우수한 것으로 나타났다. (이같은 성능 비교는 차후 실험결과를 토대로 설명하기로 한다.)
<제5실시예>
도 11은 본 발명의 제5실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제5실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판은 중간층(520)을 비롯하여 저표면 에너지 코팅층(540), 하드 코팅층(530), 전면 고분자 필름층(510a), 후면 고분자 필름층(510b)을 포함하여 이루어진다.
이같은 제5실시예의 경우 제3실시예와 마찬가지로 중간층(520)이 레진층으로 이루어지며 상기 전면 고분자 필름층(510a)과 후면 고분자 필름층(510b) 사이에 개재되어 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트(NP)에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인한 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 담당한다.
상기 전면 고분자 필름층(510a)은 사용자의 손가락 터치를 포함하는 외부 접촉압력에 직접적인 영향을 받는 부위로 가능하면 높은 강도 및 경도를 갖는 것이 좋지만 소재 특성상 그렇지 못하기 때문에 이를 보완하기 위하여 전면 고분자 필름층(510a)에 높은 강도 및 경도를 보완할 수 있도록 하드 코팅층(530)이 접합되어 손가락 터치를 포함하는 외부 접촉압력에 대한 충분한 지지력을 갖도록 하였다. 이같은 하드 코팅층(530)의 경우 도시된 것처럼 전면 고분자 필름층(510a)에 비해 얇은 두께로 형성되어도 그 기능을 발휘하는데 충분하며 전면 고분자 필름층 전면(510a)에 비해 접힘 및 펼침 동작에 대응하기 불리한 소재라는 점에서도 상대적으로 얇은 두께의 것으로 구비하는 것이 바람직하다.
상기 저표면 에너지 코팅층(540)은 상기 하드 코팅층(530) 전면에 접합되며 저마찰계수를 갖는 불소계 화합물 소재로 구비되어 사용자의 손가락 터치가 더 부드럽고 원활하게 이루어지도록 돕고 표면 손상을 최소화할 수 있도록 한다.
여기서 상기 전면 고분자 필름층(510a)과 후면 고분자 필름층(510b)은 서로에 대해 더 단단한 재질과 더 부드러운 재질로 이루어져 각각에 가해지는 인장력과 압축력에 대하여 차별적으로 대응할 수 있도록 한다. 특히 전면 고분자 필름층(510a)이 상대적으로 높은 강도의 재질로 이루어지면 글라스층을 완전히 배제하는데 따른 지지력의 부족을 하드 코팅층(530)과 함께 보완하는데 도움이 된다. 이같이 전면 고분자 필름층(510a)과 후면 고분자 필름층(510b)의 강도를 달리함으로써 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작에 따른 손상을 최소화할 수 있도록 대응성은 높이고 유리를 완전히 배제하는데도 불구하고 충분한 수준의 지지력을 확보할 수 있는 것이다.
여기서, 저표면 에너지 코팅층(540), 하드 코팅층(530), 전면 고분자 필름층(510a), 중간층(520), 후면 고분자 필름층(510b)의 두께는 각각 10~50nm, 10~50um, 10~80um, 10~100um, 10~80um으로 형성되는 것이 바람직하다.
제5실시예의 경우 중간층(520)을 단일의 레진층으로 구비함에도 불구하고 글라스층을 완전히 배제한 구성에 의해 중간층을 레진층으로 구비한 제3실시예와 비교하여 접힘 및 펼침 동작에 따른 내구성이 훨씬 우수한 것으로 나타났다. (이같은 성능 비교는 차후 실험결과를 토대로 설명하기로 한다.)
계속해서 아래에서는 전술된 각 실시예에 따른 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판들에 대한 성능을 확인하기 위하여 진행된 자체 실험결과를 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 각 실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 대한 실험결과 그래프이며, 도 13은 본 발명의 각 실시예에 의한 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판에 대한 실험장치 및 실험방법을 설명하기 위한 참조도이다.
본 실험에서는 도 13에 도시된 것처럼 각 실시예에 의한 폴더블 기판에 대해 테스트 장치를 이용하여 접었다 펼치는 동작을 2만회 이상 반복적으로 실시하였다. 이때 스마트폰 등의 모바일기기와 동일한 환경을 제공하기 위하여 접힘반경 R을 갖는 삽입부재(RB)를 모바일기기의 본체 대용으로 내측에 삽입하여 지지하였다.
이같은 실험결과는 도 12의 그래프로 일목요연하게 나타나 있는데, 제1실시예 내지 제5실시예에 의한 폴더블 기판은 도 12에서 각각 A, B, E, J, K 타입에 해당한다. (참고로, 나머지 타입들은 본 출원인에 의해 별도로 개발된 다른 형태의 폴더블 기판들로 본 출원 명세서에서는 개시되지 않음)
실험결과, A, B, E, J, K 타입의 폴더블 기판 중 제3실시예에 해당하는 E 타입의 폴더블 기판만 약 14,000회의 접힘 및 펼침 동작에서 마이크로 크랙의 발생으로 시인성이 극히 저하되었으나 나머지 타입의 폴더블 기판들은 20,000회의 접힘 및 펼침 동작에도 계속해서 정상적인 시인성을 유지하는 것으로 확인되었다.
E 타입 경우 버퍼기능을 수행하는 중간층이 단일의 레진층으로 구성되고 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 글라스층을 구비한 것으로, 중간층을 복합층으로 구성하거나 글라스층을 완전히 혹은 최대한 배제한 구성을 갖는 다른 타입들에 비해서 내구성이 낮은 것으로 나타났다. 하지만 그럼에도 불구하고 E 타입의 경우에도 13,000회 가까운 접힘 및 펼침 동작을 견디었다는 점은 종래기술에 의한 폴더블 기판이 1,000회의 접힘 및 펼침 동작에도 시인성이 극도로 저하되었던 것과 비교하면 내구성이 비약적으로 향상된 것으로 볼 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예들에 의한 폴더블 기판은 끊임없이 반복되는 접힘 및 펼침 동작에 유연하게 대응하면서 장기간에 걸쳐 고품질의 시인성을 그대로 유지할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110 : 전면 글라스층 120 : 후면 고분자 필름층
130 : 중간층 130a : 중간 접착제
130b : 전면 접착제 130c : 후면 접착제

Claims (15)

  1. 폴더블 디스플레이에서 백플레인 전면에 라미네이션되는 폴더블 기판으로서,
    전면 글라스층;
    백플레인과 라미네이션되는 후면 고분자 필름층;
    상기 전면 글라스층과 후면 고분자 필름층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며,
    상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 힘인 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 OCA 접착제층으로 이루어지되,
    상기 중간층은, 전면 글라스층과 후면 고분자 필름층에 각각 도포되어 인장력과 압축력으로 인한 긴장력을 양편에서 각각 감쇄시킬 수 있도록 탄성 특성을 갖는 전면 접착제 및 후면 접착제, 상기 전면 접착제 및 후면 접착제의 중간에 개재되며 인장력으로 인한 긴장력과 압축력으로 인한 긴장력을 중간에서 차단할 수 있도록 비탄성 특성을 갖는 중간 접착제로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전면 접착제와 후면 접착제는 아크릴를 소재로 구비되고, 상기 중간 접착제는 에폭시를 소재로 구비된 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전면 글라스층은 15um~80um, 중간층은 10um~100um, 후면 고분자 필름층의 두께는 15um~200um 이며,
    상기 중간층의 전면 접착제, 후면 접착제, 중간 접착제가 형성하는 두께 비는 1:1:2~1:1:5인 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  4. 폴더블 디스플레이에서 백플레인 전면에 라미네이션되는 폴더블 기판으로서,
    전면 글라스층;
    백플레인과 라미네이션되는 후면 글라스층;
    상기 전면 글라스층과 후면 글라스층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며,
    상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 OCA 접착제층으로 이루어지되,
    상기 중간층은, 전면 글라스층과 후면 글라스층에 각각 도포되어 인장력과 압축력으로 인한 긴장력을 양편에서 각각 감쇄시킬 수 있도록 탄성 특성을 갖는 전면 접착제 및 후면 접착제, 상기 전면 접착제 및 후면 접착제의 중간에 개재되며 인장력으로 인한 긴장력과 압축력으로 인한 긴장력을 중간에서 차단할 수 있도록 비탄성 특성을 갖는 중간 접착제로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전면 접착제와 후면 접착제는 아크릴을 소재로 구비되고, 상기 중간 접착제는 에폭시를 소재로 구비된 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전면 글라스층, 중간층, 후면 글라스층의 두께는 각각 15um~80um, 10~100um, 15~200um이며,
    상기 중간층의 전면 접착제, 후면 접착제, 중간 접착제가 형성하는 두께 비는 1:1:2~1:1:5인 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  7. 폴더블 디스플레이에서 백플레인 전면에 라미네이션되는 폴더블 기판으로서,
    전면 글라스층;
    백플레인과 라미네이션되는 후면 레진층;
    상기 전면 글라스층과 후면 고분자 필름층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며,
    상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 버퍼기능을 수행하도록 레진층으로 이루어져서, 백플레인 기판과 라미네이션되도록 접합기능을 갖는 상기 후면 레진층과 조합되도록 한 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전면 글라스층, 중간층, 후면 레진층의 두께는 각각 15~80um, 10~100um, 15~200um인 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  9. 폴더블 디스플레이에서 백플레인 전면에 라미네이션되는 폴더블 기판으로서,
    2H 이상의 고경도를 갖는 전면 고분자 필름층;
    상기 전면 고분자 필름층의 전면에 접합되며 상기 전면 고분자 필름층에 비해 마찰계수가 낮은 불소계 화합물을 소재로 구비된 저표면 에너지 코팅층;
    상기 백플레인과 라미네이션되는 후면 레진층;
    상기 후면 레진층의 전면에 접합된 글라스층;
    상기 전면 고분자 필름층과 글라스층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며,
    상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 중간 레진층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 저표면 에너지 코팅층, 전면 고분자 필름층, 중간층, 글라스층, 후면 레진층의 두께는 각각 15~80um, 10~100um, 15~80um, 15~100um 인 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  11. 폴더블 디스플레이에서 백플레인 전면에 라미네이션되는 폴더블 기판으로서,
    전면 고분자 필름층;
    상기 전면 고분자 필름층의 전면에 접합되며 상기 전면 고분자 필름층에 비해 높은 경도를 갖는 소재로 구비된 하드 코팅층;
    상기 전면 고분자 필름층의 전면에 접합되며 상기 전면 고분자 필름층에 비해 마찰계수가 낮은 불소계 화합물을 소재로 구비된 저표면 에너지 코팅층;
    상기 백플레인과 라미네이션되는 후면 고분자 필름층;
    상기 전면 고분자 필름층과 후면 고분자 필름층 사이에 개재되는 중간층;을 포함하며,
    상기 중간층은 폴더블 디스플레이의 접힘 및 펼침 동작시 인장력과 압축력이 작용하는 부위의 중간 지점인 뉴트럴 포인트에 위치하면서 상반된 인장력과 압축력으로 인해 야기되는 내부의 긴장력을 감쇄시켜주는 버퍼기능을 수행하도록 중간 레진층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전면 고분자 필름층과 후면 고분자 필름층은 서로에 대해 더 단단한 재질과 더 부드러운 재질로 이루어져 각각에 가해지는 인장력과 압축력에 대하여 차별적으로 대응할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저표면 에너지 코팅층, 하드 코팅층, 전면 고분자 필름층, 중간층, 후면 고분자 필름층의 두께는 각각 10~50nm, 10~50um, 10~80um, 10~100um, 10~80um인 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 폴더블 디스플레이용 폴더블 기판;
    영상 출력 및 터치기능 구현을 위하여 배선처리되어 상기 폴더블 기판과 라미네이션되는 백플레인;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴더블 디스플레이.
  15. 제14항의 폴더블 디스플레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 폴더블 스마트폰.
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