KR102158199B1 - 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치 - Google Patents

레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치 Download PDF

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이호
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법은 필름 준비 단계; 준비된 필름과 동일한 소재를 적용한 형상을 모델링하고, 모델링된 형상의 표면을 깊이, 간격 또는 개수가 제어된 조건의 홈에 의해 패터닝하여 형상의 굽힘 테스트를 수행한 결과에 따라 홈의 깊이, 간격 또는 개수에 기초하여 변경되는 곡률을 산출하고, 소재 또는 조건 별 굽힘 테스트 결과를 저장하는 시뮬레이션 단계; 및 레이저로 시뮬레이션 단계에서 패터닝된 홈과 동일한 조건으로 필름의 노출면에 홈을 형성시키는 레이저 스크라이빙 단계;를 포함할 수 있다.

Description

레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PATTERNING FILM SURFACE USING LASER}
본 발명은 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패턴을 구성하는 홈의 규격을 제어하여 필름의 굽힘 곡률을 최적화 시키는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치에 관한 것이다.
스크라이빙(Scribing)은 칩을 절단하기 위한 공정으로 가공방식에 따라 칩의 특성 및 생산량이 결정되는 중요한 공정이다.
스크라이빙은 가공 방식에 따라 다이아몬드 코팅된 날을 이용하여 웨이퍼를 절단·분리하는 기계적 다이싱(Mechanical blade dicing), 웨이퍼 표면에 레이저를 조사하여 초점 부위를 미세 삭마하여 가공하는 레이저 어블레이션(Laser ablation scribing), 웨이퍼 내부에 공극 형성에 따른 자가 균열(Crack)을 유도하는 내부 레이저 스크라이빙(Internal laser scribing)으로 분류된다.
언급한 바와 같이 기존의 레이저 스크라이빙 공정은 칩의 절단에 주로 사용되어 왔으나, 본 발명자들은 재료 표면을 레이저로 스크라이빙 하여 재료의 굽힘의 정도를 조절하는 방법을 최근 개발하여 실험적으로 보인 바 있다. 그러나 레이저 스크라이빙을 수행하여 재료의 물성을 변경시키는 방법의 경우 가공 조건에 따라 변화한 물성을 확인하기 위하여 모든 조건을 실험하기에는 시간적 제한이 존재한다. 이를 해결하기 위해 일부 실험 결과를 모사한 시뮬레이션을 이용하여 가공 조건에 따른 물성의 변화 정도를 수식화하여 예측 할 수 있는 방법이 필요하다. 또한, 공급되는 재료에 최적화된 스크라이빙 조건을 산출하고, 이를 기초로 레이저 스크라이빙을 수행하여 재료의 물성을 효과적으로 변경시키는 방법이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2014-0021138호
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 재료에 따라 시뮬레이션을 통해 획득한 최적화 조건을 기초로 필름의 표면을 패터닝하여 유연성을 향상시키는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 단일 펄스 레이저를 이용하여 필름을 절단하지 않고 표면을 국부적으로 스크라이빙하여 굽힘 곡률을 최적화하는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법은 필름 준비 단계; 준비된 필름과 동일한 소재를 적용한 형상을 모델링하고, 모델링된 형상의 표면을 깊이, 간격 또는 개수가 제어된 조건의 홈에 의해 패터닝하여 상기 형상의 굽힘 테스트를 수행한 결과에 따라 상기 홈의 깊이, 간격 또는 개수에 기초하여 변경되는 곡률을 산출하고, 소재 또는 조건 별 굽힘 테스트 결과를 저장하는 시뮬레이션 단계; 및 레이저로 상기 시뮬레이션 단계에서 패터닝된 홈과 동일한 조건으로 상기 필름의 노출면에 홈을 형성시키는 레이저 스크라이빙 단계;를 포함한다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는, 상기 형상을 유한 요소 모델로 2차원 모델링하고, 평면 변형 조건에서 굽힘 테스트를 수행할 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는, 상기 패터닝된 홈의 개수를 변경하여 상기 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행할 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는, 상기 패터닝된 홈의 깊이를 변경하여 상기 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행할 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는, 복수의 홈이 패터닝되는 경우, 상기 복수의 홈 사이의 이격된 간격을 변경하여 상기 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행할 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는, 상기 모델링된 형상의 표면에 패터닝된 홈의 조건과 굽힘 테스트를 통해 상기 모델링된 형상이 변형된 결과 간 관계식을 설정하여 상기 필름에 따라 패터닝 조건을 산출할 수 있다.
또한, 상기 레이저 스크라이빙 단계는, 상기 패터닝 조건에 따라 상기 필름의 노출면에 홈을 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 레이저 스크라이빙 단계는, 상기 필름의 노출면에 단일 주파수, 단일 선폭을 갖는 레이저를 일정속도로 스캐닝시켜 상기 필름의 노출면을 패터닝할 수 있다.
또한, 상기 레이저 스크라이빙 단계는, 상기 레이저 스크라이빙을 통해 노출면이 패터닝된 필름의 역학 테스트를 수행하여 상기 시뮬레이션 단계에서 수행된 굽힘 테스트 결과와 비교할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치는 금속, 폴리머, 세라믹, 복합재 중 적어도 하나의 재료로 구성되어 전자기기에 부착되는 필름의 표면을 패터닝할 수 있으며, 상기 전자기기의 기판에 직접 접촉되는 필름의 접착면이 부착되는 베이스; 상기 베이스에 부착된 필름의 노출면으로 단일 주파수, 단일 선폭을 갖는 레이저를 조사하는 레이저 광원; 및 상기 필름과 동일한 소재를 적용한 형상을 유한 요소 모델로 모델링하고 상기 모델링된 유한 요소 모델의 표면에 기설정된 조건의 홈을 패터닝하여 평면 변형 조건에서 굽힘 테스트를 수행하며 상기 굽힘 테스트를 통해 패터닝 조건을 산출하고, 상기 레이저 광원이 상기 필름의 노출면에 상기 패터닝 조건으로 V자 형상의 복수의 홈을 형성하도록 스캐닝 패턴을 조절하는 명령을 생성하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법은 모델링된 형상에 필름을 구성하는 재료에 따라 필름에 형성되는 홈의 간격, 깊이, 개수를 변수로 설정하여 유연성을 최적화하기 위한 시뮬레이션을 수행한 결과로 재료별 최적화 데이터베이스를 구축하고, 이를 기초로 필름의 표면을 성형하여 품질 신뢰도가 향상된 필름의 생산성을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치를 통해 패터닝된 필름은 유연성이 향상되어 플렉시블 디바이스나 웨어러블 기기와 같이 굽힘이나 변경이 요구되는 장치에 부착되거나 인체 중 일정한 곡률이 요구되는 부위에 밀착되는 보조기구로 사용되어 높은 시장성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1의 방법을 수행하는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치의 개략도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치를 이용하여 패터닝된 필름을 나타낸다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법은 모델링된 형상에 필름을 구성하는 재료에 따라 필름에 형성되는 홈의 간격, 깊이, 개수를 변수로 설정하여 유연성을 최적화하기 위한 시뮬레이션을 수행한 결과로 재료별 최적화 데이터베이스를 구축하고, 이를 기초로 필름의 표면을 성형하여 품질 신뢰도가 향상된 필름의 생산성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법은 필름 준비 단계(S1), 시뮬레이션 단계(S3) 및 레이저 스크라이빙 단계(S5)를 포함한다.
필름 준비 단계(S1)에서는 스크라이빙이 요구되는 필름이 선정되어, 레이저 장치에 세팅될 수 있다. 필름 준비 단계(S1)에서는 준비된 필름의 두께, 길이 또는 폭을 측정하여 데이터화할 수 있다. 필름 준비 단계(S1)에서는 준비된 필름의 소재에 따른 최대 굽힘 응력, 최대 전단 응력 등의 물성치를 데이터화할 수 있다.
시뮬레이션 단계(S3)에서는 필름 준비 단계(S1)에서 준비된 필름과 동일한 소재를 적용한 형상을 모델링할 수 있다. 상세하게, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 형상을 유한 요소 모델로 2차원 모델링할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 모델링된 형상의 표면을 깊이, 간격 또는 개수 제어된 다양한 조건의 홈에 의해 패터닝하여 형상의 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 굽힘 테스트를 수행한 결과에 따라 홈의 깊이, 간격 또는 개수에 기초하여 변경되는 곡률을 산출할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 소재 또는 홈의 조건 별 굽힘 테스트 결과를 저장할 수 있다.
특히, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 평면 변형 조건에서 굽힘 테스트를 수행할 수 있다.
일 예로, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 패터닝된 홈의 개수를 변경하여 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 홈의 깊이, 홈 간의 간격을 일정하게 유지한 상태에서 홈의 개수를 변경하여 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 홈의 개수에 따라 모델링된 형상의 곡률을 산출할 수 있다.
다른 예로, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 패터닝된 홈의 깊이를 변경하여 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 홈의 간격, 홈 개수를 일정하게 유지한 상태에서 홈의 깊이를 변경하여 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 홈의 깊이에 따라 모델링된 형상의 곡률 또는 응력이 집중되는 위치를 산출할 수 있다.
또 다른 예로, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 복수의 홈이 패터닝되는 경우, 복수의 홈 사이의 이격된 간격을 변경하여 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 홈의 깊이, 홈 개수를 일정하게 유지한 상태에서 홈의 간격을 변경하여 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 홈의 간격에 따라 모델링된 형상의 곡률을 산출할 수 있다.
이처럼, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 소재 별 굽힘 테스트 결과를 저장할 수 있다. 특히, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 홈의 깊이, 간격 또는 개수 중 적어도 하나의 변수에 따라 상이하게 나타나는 결과를 저장할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 모델링된 형상의 재료를 변경하여 소재 별 굽힘 테스트 결과를 저장할 수 있다. 이후, 시뮬레이션 단계(S3)에서는 다양한 조건에서 모델링된 형상의 표면에 패터닝된 홈의 조건과 굽힘 테스트를 통해 저장된 데이터를 기초로 모델링된 형상이 변형된 결과 간 관계식을 설정하여 필름에 따라 최적화된 패터닝 조건을 산출할 수 있다.
시뮬레이션 단계(S3)에서 산출된 조건을 기초로 모델링된 형상의 곡률과 홈의 깊이, 개수 및 간격간 관계식을 도출할 수 있으며, 곡률에 대하여 도출된 관계식은 다음과 같다.
Figure 112019034393006-pat00001
여기서, N은 홈의 개수, Ls는 홈의 간격, d는 홈의 깊이로 정의된다. 한편, 반복적인 시뮬레이션을 통해 [수학식 1]의 변수 중 홈의 개수를 고정시킨 상태에서 곡률과 홈의 간격 및 홈의 깊이에 관한 관계식을 도출하였으며, 이는 하기의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112019034393006-pat00002
[수학식 1]과 마찬가지로, Ls는 홈의 간격, d는 홈의 깊이로 정의된다. 시뮬레이션 단계(S3)에서는 재료의 소재 또는 적용대상에 맞추어 상이하게 요구되는 곡률에 따라 [수학식 1] 또는 [수학식 2]를 통해 산출된 홈의 간격, 홈의 깊이 및 홈의 개수를 레이저 스크라이빙 단계(S5)로 전달할 수 있다.
레이저 스크라이빙 단계(S5)에서는 레이저로 시뮬레이션 단계(S3)에서 패터닝된 홈과 동일한 조건으로 필름의 노출면에 홈을 형성시킬 수 있다. 상세하게, 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서는 최적화된 패터닝 조건에 따라 필름의 노출면에 홈을 형성시킬 수 있다. 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서는 세팅된 필름에 최적화된 패터닝 조건에 따라 홈의 깊이, 개수, 간격을 설정하여 패터닝을 수행할 수 있다. 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서는 필름의 노출면에 단일 주파수, 단일 선폭을 갖는 레이저를 일정속도로 스캐닝시켜 필름의 노출면을 패터닝할 수 있다.
이후, 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서는 레이저 스크라이빙을 통해 노출면이 패터닝된 필름의 역학 테스트를 수행할 수 있다. 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서는 역학 테스트 결과와 시뮬레이션 단계(S3)에서 수행된 굽힘 테스트 결과를 비교할 수 있다. 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서 비교한 결과를 기초로 시뮬레이션 단계(S3)의 신뢰도를 평가할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치에 대하여 설명한다. 하기의 설명에서 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법의 구성 및 특성과 관련되어 중복된 부분은 생략하며, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치에 관련한 서술을 추가적으로 기재하도록 한다.
도 2는 도 1의 방법을 수행하는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치(1)는 베이스(11), 레이저 광원(13) 및 제어부(15)를 포함한다. 한편, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치(1)는 금속, 폴리머, 세라믹, 복합재 중 적어도 하나의 재료로 구성되어 전자기기에 부착되는 필름의 표면을 패터닝할 수 있다.
베이스(11)는 플렉시블 디바이스, 웨어러블 장치 또는 반도체와 같은 전자기기의 기판에 직접 접촉되는 필름(9)의 접착면이 부착될 수 있다. 베이스(11)는 필름 준비 단계(S1)를 통해 필름(9)이 세팅될 수 있다. 베이스(11)는 필름(9)을 고정시키기 위한 고정장치를 포함할 수 있다. 베이스(11)는 세팅된 필름(9)으로 레이저를 집속시키기 위해 수직 또는 수평방향으로 이동할 수 있다.
레이저 광원(13)은 베이스(11)에 부착된 필름(9)의 노출면으로 단일 주파수, 단일 선폭을 갖는 레이저를 조사할 수 있다. 레이저 광원(13)은 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서 필름(9)의 노출면을 패터닝 하는 레이저를 출력할 수 있다. 레이저 광원(13)은 재료에 따라 상이한 레이저를 출력할 수 있다. 레이저 광원(13)은 패터닝되기 위한 홈의 간격, 깊이, 개수를 조절하기 위해 이동형으로 제공되어 레이저 출력과 동시에 이동이 이루어질 수 있다. 레이저 광원(13)에서 출력되는 레이저는 굴절 및 반사되어 필름(9)의 노출면으로 전달될 수 있다. 한편, 레이저 광원(13)으로부터 출력된 레이저를 통해 성형된 필름(9)은 V자 형태의 홈이 형성될 수 있다. 이에 따라, 필름(9)에 역학 테스트를 수행하는 경우 V자 홈의 내측에 응력이 집중되어 소성변형이 발생할 수 있다.
본 발명은 레이저 스크라이빙을 통해 형성된 홈의 내측에 집중되는 응력을 분산시키기 위한 최적화 조건을 시뮬레이션을 통해 산출하고, 이를 실제 필름(9)에 적용시켜 안정성이 향상된 필름(9)을 제작하는 방법 및 이를 제작하는 장치를 제공할 수 있다.
한편, 제어부(15)는 필름(9)과 동일한 소재를 적용한 형상을 유한 요소 모델로 모델링하고 모델링된 유한 요소 모델의 표면에 기설정된 조건의 홈을 패터닝하여 평면 변형 조건에서 굽힘 테스트를 수행할 수 있다. 제어부(15)는 굽힘 테스트를 통해 최적화된 패터닝 조건을 산출할 수 있다. 제어부(15)는 레이저 광원(13)이 필름(9)의 노출면에 최적화된 패터닝 조건으로 V자 형상의 복수의 홈을 형성하도록 스캐닝 패턴을 조절하는 명령을 생성할 수 있다. 제어부(15)에서 생성된 명령은 레이저 광원(13)으로 전달될 수 있다.
이처럼, 제어부(15)는 시뮬레이션 단계(S3)를 수행하여 레이저 스크라이빙 단계(S5)에 필요한 조건을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(15)는 레이저 스크라이빙 단계(S5)에서 레이저 광원(13)을 설정하기 위한 명령을 생성하고, 굽힘 테스트와 역학 테스트 결과를 비교하여 시뮬레이션 단계(S3)의 신뢰도를 평가할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치를 통해 필름을 성형한 실험예를 통해 본 발명에 대한 설명을 상세히 기술하도록 한다.
<실험 예>
해당 실험 예에서는 COMSOL multiphysics(5.2a 버전)을 사용하여 유한 요소 모델을 구성하였으며, 모델링된 형상의 분석을 수행하였다. 모델링된 형상은 0.08mm의 두께보다 큰 수치인 2.5mm의 폭을 갖도록 설정되었다. 모델링된 필름 형상은 6-노드(node) 삼각형 요소를 사용하여 모델링하였다.
패터닝된 홈에서 높은 메시 밀도가 분석의 정확도를 향상시키기 때문에, 높은 압력을 받는 홈의 팁을 패터닝된 형상의 다른 영역보다 높은 메시 밀도를 형성하도록 설계하였으며, COMSOL의 Monte Carlo 솔버를 사용하여 굽힘 곡률(curvature)을 최적화하였다. 상세하게, 솔버는 확률론적 방법을 사용하여 정의된 영역 내에서 최소값을 찾을 확률을 예측할 수 있으며, 홈의 깊이를 나타내는 변수 d와 홈의 간격을 나타내는 변수 Ls를 무작위로 선택하고 최대 응력, 소성 변형 및 소성 변형의 제약 변수를 홈의 개수 N으로 나눈 해당 곡률을 계산하도록 설정되었다. d의 범위는 10 내지 70㎛, Ls의 범위는 6 내지 150㎛로 설정되었고, N은 7에서 13의 자연수로 설정되었다.
한편, d가 15㎛인 경우 굽힘 곡률에 큰 변화가 발생하지 않았으며, d가 25 또는 40㎛ 인 경우 N의 증가에 따라 곡률이 감소하였다. 특히, d가 40㎛인 경우 획득된 곡률은 시험된 모든 수의 N 중 가장 높은 값을 나타내었다. 한편, 곡률은 N값이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 특히, N이 7인 경우 굴곡 곡률이 낮게 산출되었다.
정리하자면, 곡률은 홈의 깊이 d가 증가함에 따라 증가하고, 홈의 수 N 및 홈의 간격 Ls가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, 실험데이터를 통해 전술한 [수학식 1]이 도출되었다. 또한, N을 7로 고정시킨 상태에서 반복적인 실험을 통해 오차율이 감소된 [수학식 2]를 도출하였다.
이후, 시뮬레이션을 통해 획득한 최적화 조건 및 대조군을 선별하여 필름의 노출면에 홈을 패터닝하였으며, 패터닝된 필름에 역학 테스트를 수행하여 신뢰도를 평가하였다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치를 이용하여 패터닝된 필름을 나타낸다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 필름(9)은 깊이(d), 개수(N), 간격(Ls) 중 적어도 하나의 변수가 변경된 상태로 패터닝 될 수 있다. 각각의 조건으로 패터닝된 홈을 포함하는 필름은 인장 시험기(Instron 3355)를 사용하여 미국 재료 시험 학회(ASTM, D882) 표준에 따라 역학 테스트를 수행하였다. 역학 테스트는 하나의 홀더를 통해 필름을 구부리기 위해 수평으로 3mm 이동시켜 0.3초간 유지 한 다음 원래 위치로 되돌려 놓는 방식으로 수행하였으며, 광학현미경(Edmond Inc)를 사용하여 변형된 필름의 이미지를 포착하였다. 역학 테스트와 굽힘 테스트를 비교해본 결과, 역학 테스트에서 필름의 소성변형이 빈번하게 나타나는 것을 확인하였으나 이는 좁은 영역에 국한된 것으로 확인되었고, 특히 홈의 팁 주위에 국한되었다. 상세하게, 홈의 깊이가 25㎛인 경우와 40㎛인 경우 각각 필름의 하단 영역에서 소성 변형이 확인되었다. 이처럼, 굽힘 테스트를 통해 곡률과 홈의 깊이, 홈의 개수 및 홈의 간격 간 관계식을 도출할 수 있으며, 도출된 홈의 패터닝 조건을 적용한 필름의 역학 테스트를 통해 관계식의 신뢰도를 재평가 하여 최적화된 관계식을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법 및 장치를 통해 패터닝된 필름은 유연성이 향상되어 플렉시블 디바이스나 웨어러블 기기와 같이 굽힘이나 변경이 요구되는 장치에 부착되거나 인체 중 일정한 곡률이 요구되는 부위에 밀착되는 보조기구로 사용되어 높은 시장성을 가질 수 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: 필름 표면 패터닝 장치.
11: 베이스
13: 레이저 광원
15: 제어부
9: 필름

Claims (10)

  1. 필름 준비 단계;
    준비된 필름과 동일한 소재를 적용한 형상을 모델링하고, 모델링된 형상의 표면을 깊이, 간격 또는 개수가 제어된 조건의 홈에 의해 패터닝하여 상기 형상의 굽힘 테스트를 수행한 결과에 따라 상기 홈의 깊이, 간격 또는 개수에 기초하여 변경되는 곡률을 산출하고, 소재 또는 조건 별 굽힘 테스트 결과를 저장하는 시뮬레이션 단계; 및
    레이저로 상기 시뮬레이션 단계에서 패터닝된 홈과 동일한 조건으로 상기 필름의 노출면에 홈을 형성시키는 레이저 스크라이빙 단계;를 포함하며,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    상기 형상을 유한 요소 모델로 2차원 모델링하고, 평면 변형 조건에서 굽힘 테스트를 수행하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    상기 패터닝된 홈의 개수를 변경하여 상기 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    상기 패터닝된 홈의 깊이를 변경하여 상기 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    복수의 홈이 패터닝되는 경우, 상기 복수의 홈 사이의 이격된 간격을 변경하여 상기 모델링된 형상의 굽힘 테스트를 수행하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는,
    상기 모델링된 형상의 표면에 패터닝된 홈의 조건과 굽힘 테스트를 통해 상기 모델링된 형상이 변형된 결과 간 관계식을 설정하여 상기 필름에 따라 패터닝 조건을 산출하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이빙 단계는,
    상기 패터닝 조건에 따라 상기 필름의 노출면에 홈을 형성시키는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이빙 단계는,
    상기 필름의 노출면에 단일 주파수, 단일 선폭을 갖는 레이저를 일정속도로 스캐닝시켜 상기 필름의 노출면을 패터닝하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이빙 단계는,
    상기 레이저 스크라이빙을 통해 노출면이 패터닝된 필름의 역학 테스트를 수행하여 상기 시뮬레이션 단계에서 수행된 굽힘 테스트 결과와 비교하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 방법.
  10. 금속, 폴리머, 세라믹, 복합재 중 적어도 하나의 재료로 구성되어 전자기기에 부착되는 필름의 표면을 패터닝하는 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치에 있어서,
    상기 전자기기의 기판에 직접 접촉되는 필름의 접착면이 부착되는 베이스;
    상기 베이스에 부착된 필름의 노출면으로 단일 주파수, 단일 선폭을 갖는 레이저를 조사하는 레이저 광원; 및
    상기 필름과 동일한 소재를 적용한 형상을 유한 요소 모델로 모델링하고 상기 모델링된 유한 요소 모델의 표면에 기설정된 조건의 홈을 패터닝하여 평면 변형 조건에서 굽힘 테스트를 수행하며 상기 굽힘 테스트를 통해 패터닝 조건을 산출하고, 상기 레이저 광원이 상기 필름의 노출면에 상기 패터닝 조건으로 V자 형상의 복수의 홈을 형성하도록 스캐닝 패턴을 조절하는 명령을 생성하는 제어부;를 포함하는, 레이저를 이용한 필름 표면 패터닝 장치.
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