KR102201184B1 - 자가변형 플렉서블 기기, 및 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법 - Google Patents

자가변형 플렉서블 기기, 및 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법 Download PDF

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Abstract

상기되는 목적을 달성하는 본 발명에 따른 자가변형 플렉서블 기기에는, 도전층이 제공되는 메인기판부; 및 상기 메인기판부의 어느 일면에 일면이 접촉되고, 상기 메인기판부를 변형시킬 수 있는 변형부가 포함되고, 상기 변형부에는, 상기 도전층과 접속되고, 적어도 어느 일방향으로 길게 제공될 수 있는 변형 와이어가 고정되고, 적어도 어느 일 방향으로 길게 제공될 수 있는 도전틀; 및 적어도 상기 도전틀을 잡아 상기 메인기판부에 고정시키는 도전 고정틀이 포함된다. 본 발명에 따르면, 상기 메인기판부로부터 공급되는 전류를 이용하여 메인기판부가 자체적으로 변형될 수 있다.

Description

자가변형 플렉서블 기기, 및 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법{Self-deformable Flexible device and Method for Fabricating the same}
본 발명은 자가변형 플렉서블 기기, 및 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법에 관한 것이다.
나노기술, 생명공학기술, 정보통신기술, 및 에너지환경기술 등 이종 기술 간의 융복합화가 가속화되고 있다. 이에 따라서, 착용형 컴퓨터, 실감형 디스플레이, 인체 친화형 헤드마운트 디스플레이, 전자종이, 및 유연성 디스플레이 등과 같은 휘고 접을 수 있고, 인체 적용이 가능한 고성능 전자소자의 연구개발이 진행되고 있다.
한편, 플렉서블 기기는 의료·건강, 안전, 에너지, 환경문제 등 미래 인간의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 기술과 서비스에 대한 사회·문화적 요구에 발맞추어 전자산업을 주도할 수 있는 기술 중의 하나로 인식되고 있다. 상기 플렉서블 기기에는 다양한 종류의 전자소자가 안착되어 다양한 기능을 수행할 수 있다.
상기 플렉서블 기기는 미래지향적인 기술로서 직선의 기술을 곡선의 기술로, 2 차원의 기술을 3 차원의 기술로 변화 발전시킬 수 있는 인간 친화형 기술이라 할 수 있다.
종래의 플렉서블 전자소자는 스스로 변형이 가능하지 않았으며, 외력을 가해주어야 그 형상이 변형되었다. 그러나, 최근 들어서는 형상기억합금과 같은 엑츄에이터를 결합하여 자가변형이 가능한 플렉서블 전자소자들이 개발되고 있다.
자가변형이 가능한 플렉서블 전자소자를 구성하는 자가변형 플렉서블 필름은, 유연성을 지닌 기판과 형상기억합금이 결합된 형태로 제작되는데, 외력을 통해 필름을 기판 안쪽으로 굽혀지도록 하면, 형상기억합금 또한 굽혀지는 동시에 인장되는 변형이 생기게 된다. 형상기억합금은 변형이 일어난 후에도 특정 온도에서 기억된 형상으로 복원되는 특성을 가진다.
출원인은 대한민국출원번호 10-2017-0037000호, 자가변형 플렉서블 필름 및 이의 제조 방법을 출원한 바가 있다. 본 종래기술은, 감광제를 이용하여 방향성을 가지는 형상기억합금을 기판에 고정시키는 기술을 제안한 바가 있다.
상기 종래기술은, 형상기억합금으로 기판을 벤딩시키는 것에 대한 가능성을 제시한다. 그러나, 종래기술은 변형과 복원에 많은 시간이 소요되고, 일방향의 벤딩만 가능하고, 미리 결정된 단일의 형상에 대해서만 변형이 가능한 문제점이 있다. 상기 종래기술은 실제 전자소자가 실장되는 구성은 제시하지 못하는 문제가 있다.
대한민국출원번호 10-2017-0037000호, 자가변형 플렉서블 필름 및 이의 제조방법
본 발명은 상기되는 배경에서 제안되는 것으로서, 다방향으로 자가변형이 가능하여 다양한 형상으로 변형이 가능한 자가변형 플렉서블 기기, 및 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법을 제안한다.
본 발명은 자가변형 플렉서블 기기가 다양한 형상 중의 어느 일 형상으로 변형된 뒤에, 신속하게 어느 다른 형상으로 변형될 수 있는 자가변형 플렉서블 기기, 및 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법을 제안한다.
본 발명은 전자소자가 실장되는 자가변형 플렉서블 기기를 제안한다.
상기되는 목적을 달성하는 본 발명에 따른 자가변형 플렉서블 기기에는, 도전층이 제공되는 메인기판부; 및 상기 메인기판부의 어느 일면에 일면이 접촉되고, 상기 메인기판부를 변형시킬 수 있는 변형부가 포함되고, 상기 변형부에는, 상기 도전층과 접속되고, 적어도 어느 일방향으로 길게 제공될 수 있는 변형 와이어가 고정되고, 적어도 어느 일 방향으로 길게 제공될 수 있는 도전틀; 및 적어도 상기 도전틀을 잡아 상기 메인기판부에 고정시키는 도전 고정틀이 포함된다. 본 발명에 따르면, 상기 메인기판부로부로 공급되는 전류를 이용하여 메인기판부가 자체적으로 변형될 수 있다.
상기 변형 와이어를 잡고서 상기 메인기판부에 고정시키는 변형 고정틀이 포함될 수 있다. 이에 따르면, 더욱 견고하게 변형 와이어와 메인기판부를 상대적으로 고정시킬 수 있다.
적어도 하나의 상기 도전고정틀 및 적어도 하나의 상기 변형 고정틀 중, 어느 두 개의 사이 간격에는 놓여, 상기 변형 와이어로부터 열을 발산하는 적어도 하나의 냉각부가 포함되고, 상기 냉각부는 공기보다 열전도계수가 클 수 있다. 이에 따르면, 신속하게 변형 와이어를 열을 외부로 발산할 수 있기 때문에, 자가변형 플렉서블 기기의 작동시간을 짧게 제공할 수 있다.
상기 냉각부는 PDSM를 재질로 함으로써,냉각의 기능만이 아니라, 신축성이 부여될 수 있도록 하여, 변형 중에 발생되는 변형량을 흡수할 수 있다.
상기 도전틀은 상기 변형 와이어에 비하여 무른 재질의 금속이 사용될 수 있다. 이에 따르면, 도전틀과 변형 와이어를 서로 눌려질 때, 상기 도전틀이 변형되어 변형된 부분이 변형 와이어를 기계적으로 잡고서 고정할 수 있고, 전도성능도 함께 확보할 수 있다. 이에 따르면, 기계적인 접속 및 전기적인 접속을 안정되게 수행할 수 있다.
상기 도전틀과 상기 변형 와이어는 서로 다른 방향으로 연장되어, 도전틀은 적어도 두 개의 변형 와이어에 대하여 함께 전류를 공급할 수 있다.
상기 변형부의 타면에 접촉되고, 전자소자가 제공되는 작용부가 포함되어, 자가변형이 수행되는 기기의 근본적인 작용이 원활히 수행될 수 있다.
상기 전자소자는 적어도 두 개가 제공되고, 상기 적어도 두 개의 전자소자를 연결하는 도전층의 적어도 일부는 구부러질 수 있다. 이에 따르면, 상기 작용부에 발생되는 손상을 방지하여, 자가변형 플렉서블 기기가 안정적으로 동작할 수 있다.
상기 작용부와 상기 메인기판부의 사이에 제공되는 차광층이 포함될 수 있다. 이에 따르면, 자가변형 플렉서블 기기의 일면이 타면에 영향을 미치지 않을 수 있다.
상기 메인기판부의 타면에 일면이 접촉되고, 상기 메인기판부를 변형시킬 수 있는 다른 변형부가 포함되고, 상기 다른 변형부에는, 상기 도전층과 접속되고, 적어도 어느 일방향으로 길게 제공될 수 있는 다른 변형 와이어가 고정되고, 적어도 어느 일 방향으로 길게 제공될 수 있는 다른 도전틀; 및 적어도 상기 다른 도전틀을 잡아 상기 메인기판부에 고정시키는 다른 도전 고정틀이 포함될 수 있다. 본 발명에 따르면, 양면이 서로 다른 변형작용을 수행할 수 있기 때문에, 자가변형 플렉서블 기판의 양방향 변형 및 삼차원 변형이 효율적으로 수행될 수 있다.
상기 변형 와이어와 상기 다른 변형 와이어는 서로 교차하여 놓여, 양 변형 와이어의 독립적인 작용이 원활히 수행될 수 있다.
상기 메인기판부의 타면에 제공되는 전자소자가 포함되어, 자가변형 플렉서블 기기의 양면이 서로 다른 작용을 수행할 수 있다. 예를 들어, 양면에서 서로 다르게 발광할 수 있다.
다른 측면에 따른 본 발명의 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법에는, 메인기판의 일면에 도전층을 형성하는 것; 상기 도전층의 적어도 어느 일부가 드러나도록, 상기 도전층의 상면에 보호층을 형성하는 것; 도전틀과 적어도 두 개의 변형 와이어가 일체화된 프레임을 상기 보호층 위에 두고, 상기 도전층과 상기 도전틀이 접촉하도록 하는 것; 및 상기 프레임이 상기 메인기판부가 체결되도록, 상기 도전틀과 상기 도전층을 체결하는 고정틀을 제공하는 것이 포함된다. 본 발명에 따르면, 메인기판을 통한 전류공급 및 상기 메인기판의 변형이 신뢰성있게 수행될 수 있다.
상기 고정틀은 적어도 두 개가 제공되고, 상기 적어도 두 개의 고정틀의 사이 간격부에는 냉각부를 제공할 수 있다. 이에 따르면, 형상기억합금의 열을 신속하게 방열하여, 형상기억합금의 동작시간을 짧게 할 수 있다. 결국, 자가변형 플렉서블 기기의 변형시간을 줄일 수 있다.
상기 프레임을 두는 것에 앞서서, 상기 메인기판부의 타면에 다른 도전층 및 다른 보호층이 형성되는 것이 포함될 수 있다. 이에 따르면, 고정틀의 제조공정조건과는 무관하게 자가변형 플렉서블 기기를 제조할 수 있다.
상기 고정틀이 제공된 다음에, 상기 메인기판부의 타면에 다른 도전층 및 다른 보호층이 형성될 수 있다. 이에 따르면, 적은 수의 안착층 및 간단한 제조공정으로 자가변형 플렉서블 기기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 단일의 플렉서블 기기가 스스로 다양한 형상으로 변형이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 신속하게 형상기억합금이 냉각될 수 있기 때문에, 자가변형을 위한 형상변경이 신속하게 일어날 수 있다.
본 발명에 따르면, 단일의 플렉서블 기기가 어느 일 형상으로 변경된 뒤에, 상기 어느 일 형상과는 다른 어느 형상으로 변하도록 에너지를 제어함으로써, 더 신속하게 상기 어느 일 형상으로부터 상기 다른 어느 형상으로 형상이 자가변형될 수 있다.
본 발명에 따르면, 자가변형 플렉서블 기기가 더욱 견고해 지고, 제조가 간편해지는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A'의 단면도.
도 3은 메인기판부의 상세단면도.
도 4는 상기 도전틀과 상기 변형 와이어의 제조공정을 설명하는 도면.
도 5는 상기 작용부의 구성을 상세하게 보이는 도면.
도 6은 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 작용을 설명하는 정면도, 사시도, 작동상태도.
도 7은 상기 변형부의 구성을 설명하는 자가변형 플렉서블 기기의 평면도.
도 8은 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법을 설명하는 흐름도.
도 9는 다른 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법을 설명하는 흐름도.
도 10은 다른 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 자가변형 플렉서블 기기(1)는 상하로 적층되는 다수의 부재가 제공된다. 상기 자가변형 플렉서블 기기(1)에는, 가운데에 놓이는 메인기판부(10), 상기 메인기판부(10)의 상부 및 하부에 각각 마련되는 제 1 변형부(20) 및 제 2 변형부(120), 상기 제 1 변형부(20)의 상부에 마련되는 제 1 작용부(30), 및 상기 제 2 변형부(120)의 하부에 마련되는 제 2 작용부(130)가 포함된다.
상기 변형부(20)(120)에는 물리적인 성질의 변화에 따라서 수축 및 확장되는 변형와이어(21)(121)가 제공된다. 예를 들어, 상기 변형와이어(21)(121)는 변형 와이어를 흐르는 전류로 인하여 발생되는 열에 의해서 수축되거나 확장될 수 있다. 실시예에서는 상기 변형와이어는 전류가 흘러 일정한 온도 이상이 되면 수축되는 것을 예로 들어 설명한다.
상기 변형부의 변형작용에 의해서 상기 자가변형 플렉서블 기기는 벤딩될 수 있다. 이때, 벤딩은 서로 다른 양상으로 제공되는 다수의 변형부에 의해서 삼차원으로 벤딩될 수 있다.
상기 작용부(30)(130)에는 전자소자가 마련되어 자가변형 플렉서블 기기(1)가 목적으로 하는 작용이 수행될 수 있다. 예를 들어, 발광소자가 마련되어 조명기능을 가지는 자가변형 플렉서블 조명기기가 될 수 있고, RGB 발광소자가 마련되어 자가변형 플렉서블 디스플레이 기기가 될 수 있고, 공진소자가 마련되어 자가변형 플렉서블 변조기가 될 수도 있다.
도 2는 도 1의 A-A'의 단면도이다.
도 2를 참조하여 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 구성을 상세하게 설명한다. 먼저, 상기 메인기판부(10)를 중심으로 상하에 서로 대략 대칭되는 구성으로 변형부(20)(120)가 적층되어 있다. 상기 변형부(20)(120)의 상부 및 하부에는 서로 대략 대칭되는 구성으로 작용부(30)(130)가 적층되어 있다.
상기 제 1, 2 변형부(20)(120)는 서로 대략 대칭되지만, 미러 구조로서 완전히 동일하지는 않다. 이는 각 변형부의 작용에 의해서 벤딩작용을 이끌어내기는 하지만, 각 변형부 간에 간섭이 없이 벤딩작용을 최대로 하기 위해서이다.
상기 제 1, 2 작용부(30)(130)는 서로 대략 대칭되지만, 미러 구조로서 완전히 동일하지는 않다. 이는 각 작용부의 작용은 수행하지만, 상면과 하면의 작용이 서로 독립되는 것이 바람직할 수도 있기 때문이다. 상기 작용부(30)(130)가 서로 미러 구조로 동일하게 배치되는 것을 배제하지는 않는다.
상기 작용부로는, 플렉서블(flexible) 특성 및 스트레처블(stretchable) 특성 중의 적어도 하나를 가지는 기판이 적용될 수 있고, 예를 들어, OLED가 적용될 수도 있다.
도 3은 상기 메인기판부의 상세단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 메인 기판부(10)에는, 메인기판(11), 상기 메인기판(11)의 상하면에 각각 소정의 패턴으로 제공되는 상면도전층(12) 및 하면도전층(14), 및 상기 메인기판(11)을 보호하고 상기 상면도전층(12) 및 하면도전층(14)의 특정 영역만이 개구되도록 하는 상면보호층(13) 및 하면보호층(15)이 포함된다.
상기 메인기판(11)은, PI(Polyimide), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PDMS (Polydimethylsiloxane), 및 Parylene 등의 다양한 기판이 사용될 수 있다.
상기 상면도전층(12) 및 상기 하면도전층(14)은, 상기 변형부(20)(120)에 전류를 공급하는 층으로서, 구리 등의 금속이 사용될 수 있다.
상기 상면보호층(13) 및 상기 하면보호층(15)은, 실리콘 등의 영률이 낮은 재질의 레진으로서, 다른 예로, PI, Parylene, SU-8, 및 NOA 등도 보호층으로 사용될 수 있다.
상기 상면도전층(12) 및 상기 하면도전층(14)의 개구된 상측 및 하측에는, 도전틀(22)(122)이 접속되어 전류가 공급될 수 있다. 상기 도전틀(22)(122)에는 변형 와이어(21)(121)가 체결된다. 결국, 상기 변형 와이어(21)(121)로는, 상면도전층(12) 및 하면도전층(14)에서 공급되는 전류가 공급된다. 전류가 흐르면, 변형 와이어(21)(121)에 열이 발생되어 변형 와이어(21)(121)가 변형될 수 있다.
상기 상면도전층(12)과 상기 제 1 도전틀(22)의 접촉면, 및 상기 하면도전층(14)과 상기 제 2 도전틀(122)의 접촉면에는, 도전 접착제층 또는 솔더층이 개입될 수 있다. 상기 도전 접착제층 및 솔더층에 의해서, 상기 메인기판부(10)를 통하여 공급된 전류는, 상기 변형부(20)(120)로 공급될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제 1 도전틀(22) 및 제 2 도전틀(122)로 공급되는 전류는, 제 1 변형 와이어(21) 및 제 2 변형 와이어(121)로 공급될 수 있다. 상기 변형 와이어(21)(121)는 형상기억합금을 사용할 수 있다.
상기 형상기억합금으로는 니켈과 티타늄의 합금인 니티놀이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 형상기억합금에 전류가 흐를 때 발생하는 열로 인하여 상기 형상기억합금은 수축할 수 있다. 물론, 팽창할 수도 있을 것이고, 이는 형상기억합금의 종류 및 형상기억온도에 의존할 수 있다. 실시예에서는 상기 변형 와이어(21)(121)에 전류가 흐를 때 수축하는 것을 기준으로 설명한다.
도 4는 상기 도전틀과 상기 변형 와이어의 제조공정을 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 변형 와이어(21)(121)와 상기 도전틀(22)(122)가 서로 정렬된 상태에서, 상기 도전틀(22)(122)을 상기 변형 와이어(21)(121)를 가압한다. 상기 변형 와이어(21)(121)는 상기 도전틀(22)(122)에 비하여 강도가 높다. 예를 들어, 변형 와이어는 니티놀이고 도전틀은 구리를 재질로 할 수 있다.
도 4에서 좌측의 도면은 도전틀이 가압되는 것을 나타낸다. 도 4에서 우측의 도면은 가압작용에 의해서 도전틀이 변형되어, 도전틀이 변형 와이어를 감싸는 것을 나타낸다.
상기 도전틀이 상기 변형 와이어 쪽으로 가압되면, 상기 도전틀과 상기 변형 와이어와 겹치는 위치에서는, 상기 도전틀이 소성 변형된다. 상기 도전틀이 소성변형되며, 상기 변형 와이어는 상기 도전틀이 소성변형되는 틀의 내부로 들어갈 수 있다. 이는 도전틀이 변형 와이어에 비하여 무르기 때문에 일어나는 작용이다.
결국, 상기 도전틀과 상기 변형 와이어의 상대적인 가압작용에 따르면, 상기 변형 와이어가 상기 도전틀의 내부로 파고 들어갈 수 있다. 도전틀과 변형 와이어는 기계적으로 서로 강하게 접촉되어 통전될 수 있다. 다시 말하면, 상기 도전틀이 소성변형되고, 소성변형된 부분이 상기 변형와이어를 잡아, 그 형상을 유지할 수 있다.
단일의 상기 도전틀이 적어도 두개의 상기 변형 와이어와 서로 교차하는 방향으로 정렬될 수 있다. 이에 따라 하나의 도전틀은 적어도 두 개의 변형 와이어에 한꺼번에 전류를 공급할 수 있다. 전류의 인입과 인출을 위한 한 쌍의 도전틀에 의해서 2차원 평면의 자가변형 플렉시블 기기가 동작될 수 있다.
상기 도전틀과 상기 변형 와이어는 기계적인 체결과정을 통하여 일체화되고, 일체화된 프레임으로 상기 메인기판부(10)에 놓일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 변형 와이어는 제 1 고정틀(23) 및 제 2 고정틀(123)에 의해서 상기 메인기판부(10)에 고정될 수 있다. 상기 고정틀(23)(123)은 상기 메인기판부(10)에 강하게 부착되어, 상기 변형 와이어의 변형력이 상기 메인기판부(10)에 대하여 그대로 인가되도록 할 수 있다.
상기 고정틀(23)(123)은 NOA(Norland Optical Adhesive)가 사용될 수 있다. 상기 고정틀의 재질로는, 광경화접착제인 NOA 이외에도, 광선에 의해서 경화되는 광경화레진(photo curable resin), 및 소정의 온도 분위기에서 경화되는 열경화레진이 사용될 수 있다. 상기 열경화레진은 50도 이하의 온도분위기에서 경화되는 저온경화레진이 사용될 수 있다.
상기 고정틀(23)(123)은 광경화레진, 광경화접착제, 및 저온경화레진이 적용되는 것은, 경화 중에 변형 와이어(21)(121)에 의한 변형이 발생할 수 있기 때문이다.
상세하게, 상기 고정틀을 경화하는 중에 고온조건이 인가되면, 상기 변형 와이어(21)(121)가 변형된다. 상기 변형 와이어가 변형되면, 고정틀(23)이 경화중에 변형되기 때문에, 자가변형 플렉서블 기기의 형상이 변하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 자가변형 플렉서블 기기의 형상을 원래 형상대로 유지하기 위하여, 고온의 공정조건이 필요하지 않도록, 상기 고정틀(23)은 광경화레진, 광경화접착제, 및 저온경화레진로 제작되는 것이 바람직하다.
상기 고정틀(23)(123)은 상기 도전틀(22)(122)이 있는 곳에 제공될 수 있다. 상기 고정틀이 상기 도전틀을 덮어싸서 제공됨으로써, 도전틀(22)(122)과 상면도전층(12)과 하면도전층(14) 간의 접촉이 견고하게 이루어질 수 있다.
상기 고정틀(23)(123)은 상기 도전틀이 없는 곳에서도 소정의 간격으로 제공될 수 있다. 이를 통하여 상기 변형 와이어(21)와 상기 메인 기판부(10)와의 체결이 보다 견고하게 이루어질 수 있다.
상기 도전틀에 대응하여 제공되는 고정틀을 도전 고정틀이라고 하고, 상기 도전틀에 대응하지 않고 상기 변형 와이어에 대응하여 제공되는 고정틀을 변형 고정틀이라고 할 수 있다. 상기 도전 고정틀은 안정된 도전역할과 변형 와이어의 고정이라는 역할을 함께 수행할 수 있다. 상기 변형 고정틀은 변형 와이어의 고정이라는 역할을 주로 수행할 수 있다.
상기 고정틀(23)(123)이 제공되지 않는 상기 변형 와이어(21)(121)에는 제 1 냉각부(24) 및 제 2 냉각부(124)가 채워질 수 있다. 상기 냉각부(24)(124)는 변형 와이어(12)(121)의 열이 신속하게 외부로 방열되도록 할 수 있다. 상기 냉각부의 재질로는 열전도율이 높은 재질의 고전도물질이 사용될 수 있다. 상기 냉각부의 재질로는 PDMS를 사용할 수 있다. 상기 PDMS의 열전도율은 0.15W/mK으로서 공기중의 열전도율 0.025W/mK보다 크기 때문에, 바람직하게 상기 냉각부에 적용될 수 있다.
상기 냉각부(24)(124)는 상기 고정틀(23)(123)의 상면에도 제공될 수 있다. 이를 통하여 상기 변형 와이어의 열이 신속하게 방열되도록 할 수 있다.
상기 냉각부(24)(124)는 영율이 낮은 재질이 바람직하게 적용될 수 있다. 이를 통하여 자가변형 플렉서블 기기(1)가 변형될 때, 변형력으로 인하여 기기전체가 파손되지 않고, 상기 변형량을 흡수할 수 있다. 상기 냉각부(24)(124)에 PDMS가 적용될 때, 상기 냉각부(24)(124)의 영률은 1.7MPa로서, 고정틀(23)(123)에 적용되는 NOA의 1034MPa에 비하여 상당히 작다. 이러한 구성에 따르면, 자가변형 플렉서블 기기(1)가 변형될 때, 변형은 상기 고정틀(23)(123)에는 거의 흡수되지 않고, 냉각부(24)(124)에 실질적으로 거의 전부가 흡수될 수 있다.
반대로 상기 고정틀(23)(123)이 변형됨이 없이 원래 형상을 유지함으로써, 도전틀(22)(122), 변형와이어(21)(121), 및 메인기판부(10) 간의 체결이 견고하게 유지될 수 있다.
상기 변형 와이어(21)(121)의 온다가 빠르게 변할 수 있는 경우에는 자가변형 플렉서블 기기의 형상이 더욱 신속하게 변하도록 할 수 있다.
예를 들어 설명한다. 먼저, 상기 자가변형 플렉서블 기기에서 제 1 구역의 변형 와이어(21)(121)에 전류를 흘려서 제 1 형상으로 변형된다. 이후에 상기 자가변형 플렉서블 기기를 제 2 형상으로 변형시키기 위하여 제 2 구역의 변형 와이어(21)(121)에 전류를 흘리고, 상기 제 1 구역의 변형 와이어에는 전류를 흘리지 않을 수 있다. 이때, 상기 제 1 구역의 변형 와이어의 열이 신속하게 배출되지 않으면 제 1 구역의 변형 와이어는 제 2 구역의 변형 와이어의 변형에 방해가 될 수 있다.
이때, 상기 제 1 구역의 변형 와이어에서 열이 상기 냉각부(24)(124)에 의해서 신속하게 배출될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 구역의 변형 와이어는 상기 제 2 구역의 변형 와이어의 변형에 방해가 되지 않을 수 있다.
상기 제 1 변형부(20)의 상면에는 제 1 작용부(30)가 제공된다. 상기 제 2 변형부(120)의 하면에는 제 2 작용부(130)가 제공된다.
상기 작용부(30)(130)에는 전자소자가 제공되어, 자가변형 플렉서블 기기가 목적으로 하는 제품의 기능이 수행될 수 있다. 예를 들어, 발광소자가 제공되는 경우에는 자가변형 플렉서블 조명기기가 될 수 있는 것을 이미 설명한 바가 있다.
도 5는 상기 작용부의 구성을 상세하게 보이는 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 제 1, 제 2 변형부(20)(120)의 상면 및 하면에는 제 1, 제 2 작용기판(31)(131)이 각각 마련된다. 상기 제 1, 제 2 작용기판(31)(131)의 상면 및 하면에는 제 1, 제 2 도전층(32)(132)이 각각 마련되고, 상기 제 1, 제 2 도전층(32)(132)에는 제 1, 제 2 전자소자(34)(134)가 각각 마련된다. 상기 전자소자(34)(134)에 의해서 자가변형 플렉서블 기기가 목적으로 하는 작용이 수행될 수 있다.
상기 작용부(30)(130)의 각 구성은 상기 메인기판부(10)와 유사하게 제공될 수 있다.
상기 작용부(30)(130)와 상기 변형부(20)(120)의 체결에 대하여 설명한다. 먼저, 상기 고정틀(23)(123)이 제공되는 부분의 상면에 접착제가 제공되어 상기 작용부(30)(130) 체결될 수 있다. 상기 고정틀(23)(123)이 제공되는 부분에 상기 전자소자(34)(134)가 놓일 수 있다. 상기 고정틀(23)(123)을 이루는 재질은 변형되지 않는 소재가 이용될 수 있기 때문에, 상기 전자소자(34)(134)는 견고하게 체결될 수 있다.
상기 냉각부(24)(124)가 놓이는 부분에는 전자소자가 제공되지 않음으로써, 열이 신속하게 발산되도록 할 수 있다. 상기 냉각부(24)(124)가 놓이는 부분에는, 상기 전자소자(24)(124)를 연결하는 제 1, 제 2 도전층(32)(132)가 제공될 수 있다. 상기 제 1, 제 2 도전층(32)(132)에 의해서 외부전원이 각 전자소자에 인가될 수 있다.
상기 전자소자를 연결하는 상기 제 1, 제 2 도전층(32)(132)은 구부러지는 형상으로 제공될 수 있다. 상기 제 1, 제 2 도전층(32)(132)은 구부러지기 때문에, 길이가 신장 및 수축될 수 있다. 이에 따르면, 상기 제 1, 제 2 도전층(32)(132)이 자가변형 플렉서블 기기의 중심에서 먼 최외각에서 벤딩되더라도, 그 길이가 신축되기 때문에 쉽게 단락되지 않을 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 작용을 설명하는 정면도, 사시도, 작동상태도이다.
도 6을 참조하면, 실시예의 다방향 자가변형 플렉서블 기기(200)((a)~(e))에는, 개별적으로 전류인가가 제어되는 네 개의 영역(201)(202)(203)(204)이 제공된다. 물론, 네 개의 영역은 실시예에 지나지 않고, 더 다양한 많은 영역이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 상하로 두 개의 영역이 각각 마련되는 것으로 도시되지만, 지면에서 상하로도 다수의 영역이 마련되어 삼차원 자가변형할 수도 있다.
도면의 가운데 도시하는 다방향 자가변형 플렉서블 기기(d)는 전류가 인가되지 않은 상태이다. 이 상태에서 제 2 영역(202)과 제 3 영역(203)에 전류가 인가되면 (a)의 상태로 변형될 수 있다. 전류가 인가된 영역의 변형부를 변형 와이어가 수축하는 것에 의해서 변형될 수 있다. 이하의 설명에서도 마찬가지이다.
가운데의 다방향 자가변형 플렉서블 기기(d)는 전류가 인가되지 않은 상태이다. 이 상태에서 제 2 영역(202)에 전류가 인가되면 (b)의 상태로 변형될 수 있다.
가운데의 다방향 자가변형 플렉서블 기기(d)는 전류가 인가되지 않은 상태이다. 이 상태에서 제 2 영역(202)과 제 4 영역(204)에 전류가 인가되면 (c)의 상태로 변형될 수 있다.
물론, 이 외에도 다양한 변형을 구현할 수 있을 것이다.
도 7은 상기 변형부의 구성을 설명하는 자가변형 플렉서블 기기의 평면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 제 1 변형 와이어(21)과 상기 제 2 변형 와이어(121)은 서로 교차하여 위치한다. 다시 말하면, 자가변형 플렉서블 기기를 위에서 바라볼 때, 상면의 제 1 변형 와이어(21)와 제 2 변형 와이어(121)는 서로 엇갈리게 놓인다. 이를 통하여 변형 와이어(21)(121)간의 거리가 가급적 멀어질 수 있다. 이 구성에 따르면, 어느 하나의 변형 와이어의 열은 다른 하나의 변형 와이어에 영향을 미치지 않을 수 있다.
상기 변형 와이어(21)(121)은 대응하는 고정틀(23)(123)에 의해서 고정될 수 있다.
예를 들어, 제 1 변형 와이어(21)에 전류가 흘러 발열할 때, 제 1 변형 와이어(21)의 열은 대응되는 제 1 냉각부(24)로 전도되어 외부로 발산된다. 따라서 제 1 변형 와이어(21)의 열은 제 2 변형 와이어(121)로는 가급적 전도되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라서, 제 1 변형 와이어(21)가 발열하여 변형되더라도, 제 2 변형 와이어(121)는 가열되지 않아 변형되지 않도록 할 수 있다. 결국, 자가변형 플렉서블 기기의 변형작용이 정확하게 수행될 수 있다. 또한, 각각 변형 와이어는 다른 변형 와이어의 온도조건에 대하여 서로 독립하여 동작할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법을 설명하는 흐름도이다. 도 8의 설명에 있어서 각 층의 재질, 및 작용 등은 이미 설명된 바가 있는 설명이 그대로 적용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 유리기판(300)을 마련하고(a), 상기 유리기판(300)의 상면에 제 1 안착층(301)을 도포한다(b). 상기 제 1 안착층(301)은 PDMS를 사용할 수 있다.
상기 제 1 안착층(301)의 상면에 메인기판(11)을 제공하고(c), 상기 메인기판(11)의 상면에 상면도전층(12)를 형성한다(d). 상기 상면도전층(12)의 상면에 상면보호층(13)을 형성한다(e). 상기 상면보호층(13)의 재질은 NOA를 사용할 수 있다. 상기 NOA는 광경화접착제으로서 자외선에 의해서 경화시킬 수 있다. 상기 상면보호층(13)의 외부로 노출되는 영역으로는 외부전원이 인가되는 전극(302) 및 상기 제 1 도전틀(22)이 놓이는 영역이 포함될 수 있다.
상기 상면보호층(13)의 상면에는, 제 1 변형 와이어(21)와 제 1 도전틀(22)이 일체화된 프레임이 놓이고, 본딩될 수 있다(f). 상기 프레임이 상기 제 1 변형 와이어 및 상기 제 1 도전틀이 서로 눌려지고 기계적인 변형에 의해서 체결되는 것은 이미 설명된바와 같다.
이로서, 상기 제 1 도전틀(22)은 상기 상면도전층(12)과 접속되어 전류가 흐를 수 있도록 한다.
다음으로는, 상기 제 1 고정틀(23)에 의해서, 제 1 변형 와이어(21)와 제 1 도전틀(22)이 일체화된 프레임이 상기 메인기판부(10)에 견고하게 고정된다(g). 이후에는 상기 제 1 냉각부(24)가 상면을 덮어서 상기 제 1 작용부(30)가 완성된다(h).
다음으로, 현재까지 완성된 중간부재는 상기 제 1 안착층(301)에서 분리되고 뒤집히고, 드러난 외면에 제 2 안착층(303)이 안착된다(i). 이 상태에서는 상기 메인기판(11)의 하면이 상측으로 드러날 수 있다. 이후에는, 상기 (d)~(h)의 공정이 (j)~(n)공정으로서 수행될 수 있다. 상기 중간부재의 배면에는, 하면도전층(14), 하면보호층(15), 제 2 변형 와이어(121), 제 2 도전틀(122), 제 2 고정틀(123), 및 제 2 냉각부(124)가 형성될 수 있다.
마지막으로, 상기 제 2 안착층(303)으로부터 완성된 자가변형 플렉서블 기기를 분리될 수 있다(0).
이후에는, 목적으로 하는 작용을 수행할 수 있도록 하기 위하여, 제 1 작용부(30) 및 제 2 작용부(130)가 부착되는 것에 의해서 자가변형 플렉서블 기기가 완성될 수 있다.
상기되는 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법에서는, 중간부재를 뒤집는 공정이 한번 필요하고, 안착층은 두 개가 소요된다.
도 9는 다른 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법을 설명하는 흐름도이다. 도 9의 설명에 있어서 각 층의 재질, 및 작용 등은 이미 설명된 바가 있는 설명이 그대로 적용될 수 있다. 도 9의 설명에 있어서, 구체적인 설명이 없는 부분은 도 8의 설명이 그대로 적용되는 것으로 하고, 특히 달라지는 부분에 대하여 더 상세하게 설명한다.
도 9를 참조하면, 유리기판(300)을 마련하고(a), 상기 유리기판(300)의 상면에 제 1 안착층(301)을 도포한다(b). 상기 제 1 안착층(301)은 PDMS를 사용할 수 있다.
상기 제 1 안착층(301)의 상면에 메인기판(11)을 제공하고(c), 상기 메인기(11)의 상면에 상면도전층(12)를 형성한다(d). 상기 상면도전층(12)의 상면에 상면보호층(13)을 형성한다(e). 상기 상면보호층(13)의 외부로 노출되는 영역으로는 외부전원이 인가되는 전극(302) 및 상기 제 1 도전틀(22)이 놓이는 영역이 포함될 수 있다.
상기 상면보호층(13)의 재질은 SU-8을 사용할 수 있다. 상기 SU-8은 고온경화레진으로서, 50도씨를 넘어서는 대략 110도씨의 고온의 분위기에서 경화시킬 수 있다. 따라서, 상기 제 1 변형 와이어(21)가 제공된 상태에서 상기 하면보호층(15)을 경화시킬 수 없다. 이때문에, 상기 상면보호층(13) 및 상기 하면보호층(15)이 모두 제공된 상태에서 제 1 변형 와이어(21) 및 제 2 변형 와이어(121)를 체결시킬 수 있다. 결국, 상기 상면보호층(13)이 제공된 다음에는, 지금까지 제공된 중간부재를 뒤집어서 제 2 안착층(303)에 상기 중간부재를 안착시킨다(f).
이 상태에서, 상기 하면도전층(14)을 제공하고(g), 상기 하면보호층(15)을 제공한다(h).
이후에는, 상기 하면보호층(15)의 상면에는, 제 2 변형 와이어(121)와 제 2 도전틀(122)이 일체화된 프레임이 놓인다(i). 이때 상기 제 2 도전틀(122)은 상기 하면도전층(14)과 접속되어 전류가 흐를 수 있도록 한다.
다음으로는, 상기 제 2 고정틀(123)에 의해서, 제 2 변형 와이어(121)와 제 2 도전틀(122)이 일체화된 프레임이 상기 메인기판부(10)에 견고하게 고정된다(j). 이후에는 상기 제 2 냉각부(124)가 상면을 덮어서 상기 제 2 작용부(130)가 완성된다(k).
다음으로는, 현재까지 완성된 중간부재가 상기 제 2 안착층(303)에서 분리되고 뒤집혀서 제 3 안착층(305)에 안착된다(l).
이후에는, 상기 (i)~(k)의 공정이 (m)~(o)공정으로서 수행될 수 있다. 상기 중간부재의 상면에는, 제 1 변형 와이어(21), 제 1 도전틀(22), 제 1 고정틀(23), 및 제 1 냉각부(124)가 형성될 수 있다.
마지막으로, 상기 제 2 안착층(303)으로부터 완성된 자가변형 플렉서블 기기를 분리될 수 있다(p).
상기되는 다른 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법에서는, 중간부재를 뒤집는 공정이 두번 필요하고, 안착층은 세 개가 소요된다. 이는 상기 보호층(23)(123)으로서, SU-8의 경화에 고온조건이 필요하기 때문이다.
도 8의 실시예가 도 9의 다른 실시예에 비하여 제조공정이 간단해 지는 이점을 기대할 수도 있으나, 보호층의 필요에 따라서 도 9의 실시예가 적용될 수도 있을 것이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 자가변형 플렉서블 기기의 단면도이다. 본 실시예는 도 1 내지 도 6에 제시되는 실시예에 비하여 달라지는 부분에 대하여 상세하게 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 동일한 설명이 적용되는 것으로 하고, 구체적인 설명을 생략한다.
도 10을 참조하면, 상기 메인기판(11)의 상면에 제 1 차광층(402)이 제공되고, 상기 제 1 차광층(402)의 상면에는 제 1 전자소자(401)가 놓일 수 있다. 상기 제 1 전자소자(401)는 상방으로는 빛을 발광하고, 하방으로는 제 1 차광층(402)에 의해서 빛이 발광되지 않을 수 있다. 결국, 제 1 전자소자(401)는 상방으로만 빛을 발광할 수 있다.
마찬가지로, 제 2 차광층(403) 및 제 2 전자소자(404)가 제공되어, 제 2 전자소자(404)는 하방으로만 빛을 발광할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 전자소자(401)(404)가 메인기판(11)에 최대한 접근하기 때문에, 변형시에 가해지는 힘이 원 실시예에 비하여 작다. 이에 따라서 전자소자의 고장이 발생할 우려가 작다.
본 실시예에 따르면, 상방 및 하방으로 서로 다른 광이 발광될 수 있다. 이에 따르면, 단일의 기판에서 양방향으로 서로 다른 빛의 조사상태가 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자소자가 RGB로 동작되는 서로 별개의 소자라면 양면에 서로 다른 이미지를 구현할 수도 있다.
상기 원 실시예에서, 상기 제 1 전자소자(401), 제 1 차광층(402), 및 제 2 차광층(403)이 제공되지 않고, 제 2 전자소자(404)만 제공될 수도 있다. 이 경우에는 양방향으로 동작되는 자가변형 플렉서블 기기의 일면에 전자소자(404)가 제공될 수 있다. 상기 제 2 전자소자(404)는 OLED 패널로 제공될 수 있다.
상기 원 실시예에서, 상기 제 1 전자소자(401), 제 1 차광층(402), 및 제 2 차광층(403)이 제공되지 않고, 제 2 전자소자(404)만 제공될 수도 있다. 나아가서, 제 2 변형부(120), 및 제 2 작용부(130)가 제공되지 않을 수도 있다. 이 경우에는 일방향으로 동작되는 자가변형 플렉서블 기기의 일면에 전자소자(404)가 제공될 수 있다. 상기 제 2 전자소자(404)는 OLED 패널로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 미리 원하는 것에 따라서 설계된 다방향으로 스스로 변형되는 플렉서블 기기를 제공할 수 있다.
10: 메인기판부
20, 120: 변형부
30, 130: 작용부

Claims (16)

  1. 도전층이 제공되는 메인기판부; 및
    상기 메인기판부의 어느 일면에 일면이 접촉되고, 상기 메인기판부를 변형시킬 수 있는 변형부가 포함되고,
    상기 변형부에는,
    상기 도전층과 접속되고, 적어도 어느 일방향으로 길게 제공될 수 있는 변형 와이어가 고정되고, 적어도 어느 일 방향으로 길게 제공될 수 있는 도전틀; 및
    적어도 상기 도전틀을 잡아 상기 메인기판부에 고정시키는 도전 고정틀이 포함되는 자가변형 플렉서블 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형 와이어를 잡고서 상기 메인기판부에 고정시키는 변형 고정틀이 포함되는 자가변형 플렉서블 기기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 도전고정틀 및 적어도 하나의 상기 변형 고정틀 중, 어느 두 개의 사이 간격에는 놓여, 상기 변형 와이어로부터 열을 발산하는 적어도 하나의 냉각부가 포함되는 자가변형 플렉서블 기기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각부는 공기보다 열전도계수가 큰 자가변형 플렉서블 기기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각부는 PDMS를 재질로 하는 자가변형 플렉서블 기기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전틀은 상기 변형 와이어에 비하여 무른 재질의 금속이 사용되고,
    상기 도전틀과 상기 변형 와이어는 서로 다른 방향으로 연장되는 자가변형 플렉서블 기기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형부의 타면에 접촉되고, 전자소자가 제공되는 작용부가 포함되는 자가변형 플렉서블 기기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자소자는 적어도 두 개가 제공되고, 상기 적어도 두 개의 전자소자를 연결하는 도전층의 적어도 일부는 구부러지는 자가변형 플렉서블 기기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 작용부와 상기 메인기판부의 사이에 제공되는 차광층이 포함되는 자가변형 플렉서블 기기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인기판부의 타면에 일면이 접촉되고, 상기 메인기판부를 변형시킬 수 있는 다른 변형부가 포함되고,
    상기 다른 변형부에는,
    상기 도전층과 접속되고, 적어도 어느 일방향으로 길게 제공될 수 있는 다른 변형 와이어가 고정되고, 적어도 어느 일 방향으로 길게 제공될 수 있는 다른 도전틀; 및
    적어도 상기 다른 도전틀을 잡아 상기 메인기판부에 고정시키는 다른 도전 고정틀이 포함되는 자가변형 플렉서블 기기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 변형 와이어와 상기 다른 변형 와이어는 서로 교차하여 놓이는 자가변형 플렉서블 기기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인기판부의 타면에 제공되는 전자소자가 포함되는 자가변형 플렉서블 기기.
  13. 메인기판의 일면에 도전층을 형성하는 것;
    상기 도전층의 적어도 어느 일부가 드러나도록, 상기 도전층의 상면에 보호층을 형성하는 것;
    도전틀과 적어도 두 개의 변형 와이어가 일체화된 프레임을 상기 보호층 위에 두고, 상기 도전층과 상기 도전틀이 접촉하도록 하는 것; 및
    상기 프레임이 상기 메인기판과 체결되도록, 상기 도전틀과 상기 도전층을 체결하는 고정틀을 제공하는 것이 포함되는 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정틀은 적어도 두개가 제공되고, 상기 적어도 두 개의 고정틀의 사이 간격부에는 냉각부를 제공하는 것이 포함되는 플렉서블 기기의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 프레임을 두는 것에 앞서서, 상기 메인기판의 타면에 다른 도전층 및 다른 보호층이 형성되는 것이 포함되는 플렉서블 기기의 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정틀이 제공된 다음에, 상기 메인기판의 타면에 다른 도전층 및 다른 보호층이 형성되는 것이 포함되는 플렉서블 기기의 제조방법.
KR1020190095378A 2019-08-06 2019-08-06 자가변형 플렉서블 기기, 및 자가변형 플렉서블 기기의 제조방법 KR102201184B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170037000A (ko) 2015-09-25 2017-04-04 박현호 디스플레이 장치가 구비된 셀룰러폰 케이스
KR101738421B1 (ko) * 2015-11-10 2017-05-23 광주과학기술원 자가변형 플렉서블 필름 및 이의 제조 방법

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