KR102279065B1 - 투명 신축성 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

투명 신축성 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102279065B1
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Abstract

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 다양한 실시예에 따른 투명 신축성 기판의 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은, 탄성 소재의 기판부를 생성하는 단계, 상기 기판부에 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱(auxetic)을 생성하는 단계 및 상기 오그제틱이 생성된 상기 기판부에 고정부를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

투명 신축성 기판 및 그 제조 방법{TRANSPARENT STRETCHABLE SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 개시는 신축성을 가진 기판소재에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 음의 포아송 비를 가지는 기계적 메타 물질을 포함하는 탄성 기판을 생성함으로써, 해당 기판이 하나의 축을 기준으로 연신 시, 다른 하나의 축에 관련한 변형률의 제어가 가능한 신축성 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근들어 단단한 기판 상에 전극을 형성한 전도성 소자에서 벗어나, 유연한 기판 상에 전극을 형성한 신축성 전자 소자에 관한 연구 개발이 활발해지고 있다. 신축성 전자 소자는 외부 응력에 대해 자유롭게 늘어날 수 있는 기판 상에 제작된 전자 소자로 기계적 변형이나, 외력이 가해지더라도 소자의 전기적/물리적 특성을 유지하는 차세대 전자 소자이다. 이러한 신축성 전자 소자는, 플렉서블 장치, 웨어러블 장치 등에 적용될 수 있으며, 나아가 표시 또는 인체 내에 부착되는 센서, 전극 등으로 활용될 수 있다.
신축성 전자 소자가 가장 널리 활용될 수 있는 분야로는, 신축성 디스플레이, 신축성 태양 전지, 신축성 에너지 저장/발전 소자 등이 있으며, 유연 디스플레이의 뒤를 잇는 차세대 기술로의 가능성을 보여주고 있다. 또한, 신축성 전자 소자는, 뛰어난 기계적 가변성으로 인해 디자인 자유도를 높여줄 뿐 아니라 외력에 의한 기계적 안정성까지 확보할 수 있어, 웨어러블 소자, 전자 피부, 스마트폰, 의료기기, 헬스케어 모니터링 시스템, 국방, 항공 우주 산업 등으로 시장이 확장되고 있는 추세이다.
구체적인 예를 들어, 디스플레이 분야에 관련하여 고정된 평면/곡선형 디스플레이부터 단일 방향으로 접히거나 말리는 등 플렉서블(flexible), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable) 형태로 변형 자유도의 증가 방향으로 발전하고 있다. 최근에는 전자기기 스마트화가 일어나고 공간의 이동성이 강조되면서, 고정형 디스플레이에서 벗어나 다양한 조건에서 다차원 축 방향으로 변형되고 자유롭게 사용할 수 있는 신축성 디스플레이 개발이 요구되고 있다.
전술한 바와 같이, 신축성 디스플레이 분야에 관련한 기술의 발전으로 기존의 방식을 뛰어넘는 새로운 디지털 인터페이스의 구현이 가능해질 것으로 예상되고 있다. 다만, 신축성 디스플레이는, 기존의 플렉서블, 폴더블, 롤러불 디스플레이와 달리 고정된 변형 축이나 방향이 없기 때문에, 변형 시에 왜곡 현상이 이슈로 대두되고 있다.
이에 따라, 낮은 응력 하에서도 디스플레이의 왜곡 없이 자유롭게 변형될 수 있는 기판, 저저항, 고유연, 고안정 신축성 전극 기술 개발이 필요할 수 있다. 즉, 당 업계에는 안정적인 기계적 변형률 뿐만 아니라, 왜곡 현상을 저감시키며, 고투과도의 신축성 기판에 대한 수요가 존재할 수 있다.
등록특허공보 제10-1749861호(2017.06.15)
본 개시가 해결하고자 하는 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음의 포아송 비를 가지는 기계적 메타 물질을 포함하는 탄성 기판을 생성함으로써, 해당 기판이 하나의 축을 기준으로 연신되는 경우, 다른 하나의 축에 관련한 변형률의 제어가 가능한 신축성 기판 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 다양한 실시예에 따른 투명 신축성 기판의 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은, 탄성 소재의 기판부를 생성하는 단계, 상기 기판부에 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱(auxetic)을 생성하는 단계 및 상기 기판부에 고정부를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 복수의 단위 구조체 각각은, 하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축을 기준으로 상기 오그제틱의 변형을 야기시킬 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 다른 하나의 축은, 상기 하나의 축과 동일 평면 상에서 수직으로 위치하는 제 1 축 및 상기 동일 평면과 수직인 면을 기준으로 하는 제 2 축 중 적어도 하나의 축을 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 오그제틱을 생성하는 단계는, 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 오그제틱을 생성하는 단계는, 제 1 경화를 수행하는 단계 및 제 2 경화를 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 경화를 수행하는 단계는 상기 제 1 경화를 수행하는 단계보다 더 높은 온도에서 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 고정부를 생성하는 단계는, 상기 오그제틱과 결합된 상기 기판부에 액체 상태의 고정부재를 공급하는 단계 및 제 3 경화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 기판부와 상기 오그제틱은, 동일한 탄성 소재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 기판부와 상기 오그제틱 각각은 경화제를 더 포함하고, 상기 기판부는, 상기 탄성 소재 대비 상기 경화제가 제 1 비율만큼 구성되고, 상기 오그제틱은, 상기 탄성 소재 대비 상기 경화제가 제 2 비율만큼 구성되고, 상기 제 2 비율은 상기 제 1 비율 보다 상기 경화제의 비율이 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 오그제틱은, 하나의 축을 기준으로 하는 외력에 대응하여 발생하는 기계적 변형 분포를 제어하기 위한 하나 이상의 미세 구조체를 포함하며, 상기 하나 이상의 미세 구조체는, 상기 복수의 단위 구조체 각각의 내부에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 다른 일 실시예에 따른 투명 신축성 기판이 개시된다. 상기 신축성 기판은 복수의 단위 구조체를 포함하며 음의 포아송 비(poisson's ratio)를 가지는 오그제틱 및 상기 오그제틱과 결합되는 기판부를 포함할 수 있다.
본 개시의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 본 개시는 다양한 조건에서 다차원 축 방향으로 변형되어 자유롭게 사용할 수 있는 신축성 기판을 제공할 수 있다. 또한, 안정적인 기계적 변형률 뿐만 아니라, 고투과도를 가진 신축성 기판을 제공할 수 있다. 추가적으로, 하나의 축을 기준으로 연신 시, 연신 방향의 수직 방향으로 발생하는 변형률을 제어하여 화면 왜곡 현상의 저감을 도모할 수 있다.
본 개시의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다양한 양상들이 이제 도면들을 참조로 기재되며, 여기서 유사한 참조 번호들은 총괄적으로 유사한 구성요소들을 지칭하는데 이용된다. 이하의 실시예에서, 설명 목적을 위해, 다수의 특정 세부사항들이 하나 이상의 양상들의 총체적 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 그러한 양상(들)이 이러한 구체적인 세부사항들 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예와 관련된 투명 신축성 기판을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예와 관련된 오그제틱 구조와 논오그제틱 구조를 나타낸 예시도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시예와 관련된 투명 신축성 기판의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시예와 관련된 오그제틱의 다양한 형상을 예시적으로 나타낸 예시도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시예와 관련된 인쇄 공정을 통해 오그제틱를 제조하는 과정을 예시적으로 나타낸 예시도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시예와 관련된 오그제틱의 주기에 따라 변형률을 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시예와 관련된 오그제틱의 두께에 따라 변형률을 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시예와 관련된 경화 조건에 따른 기계적 강도 변화에 대한 예시적이 그래프를 도시한다.
다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 감지될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다. 구체적으로, 본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.
이하, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.
비록 제 1, 제 2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어”있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
구성 요소(elements) 또는 층이 다른 구성 요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성 요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 구성 요소가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소 또는 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성 요소를 뒤집을 경우, 다른 구성 요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성 요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 개시의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 개시를 설명하는데 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예와 관련된 투명 신축성 기판(100)을 나타내는 개략도이다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 투명 신축성 기판(100)은 오그제틱(20)이 형성되는 기판부(10)를 포함할 수 있다. 투명 신축성 기판(100)에 포함된 기판부(10)는 오그제틱(20)의 형성 과정에서 해당 오그제틱(20)을 지지하기 위해 구비되는 것으로, 얇은 두께를 가진 막의 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 기판부(10)는 탄성력을 가진 탄성 소재로 구비될 수 있다. 예컨대, 기판부(10)는 미리 정해진 기준치 이상의 탄성계수를 갖는 탄성 소재로, PDMS(Polydimethylsiloxane), TPU(Thermoplastic polyurethane), VHB, Butyl rubber 등일 수 있다. 전술한 기판부에 대한 구체적인 기재들은 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
이러한 기판부(10)의 상부 측에는 오그제틱(20)이 구비될 수 있다. 본 개시에서 기판부(10)의 상부 측에 오그제틱(20)을 구비하는 것은, 기판부(10)와 오그제틱(20)을 각각 제조한 후, 오그제틱을 기판부(10)의 상부 측에 고정시키는 방식으로 구비시키는 것, 또는 기판부(10)를 형성하는 과정에서 오그제틱(20)이 기판부(10)의 상부 측에 형성되도록 하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판부(10)의 상부 측에 액체 상태의 탄성 소재를 통한 인쇄 공정을 수행하고, 특정 경화 조건을 통한 경화가 수행됨에 따라 기판부(10)의 상부 측에 오그제틱(20)이 구비될 수 있다. 전술한 오그제틱 구비 과정에 대한 구체적인 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
또한, 투명 신축성 기판(100)은 기판부(10), 오그제틱(20) 및 고정부(30)를 포함할 수 있다. 투명 신축성 기판(100)은 음의 포아송 비를 가지며, 복수의 단위 구조체를 통해 구성되는 오그제틱(20)을 포함할 수 있다. 이러한 오그제틱(20)은 복수의 단위 구조체를 통해 이전에는 존재하지 않았던 새로운 기계적 기능을 발현시키기 위한 메커니즘을 갖는 기계적 메타 물질을 의미할 수 있다. 예컨대, 기계적 메타 물질에 관련한 오그제틱(20)은 통상적인 자연계 연신에 정반대인 수직 방향으로 팽창되는 구조일 수 있다. 자세히 설명하면, 투명 신축성 기판(100)에 포함된 오그제틱(20)은 복수의 단위 구조체를 포함할 수 있다. 이 경우, 각 단위 구조체는 하나 이상의 형상을 통해 구비됨에 따라, 오그제틱(20)은 음의 포아송 비를 가질 수 있다. 포아송 비란, 재료에 인장력이 작용하여 특정 방향으로 인장되는 가로 방향의 변형도와 세로 방향의 변형도 사이의 비율을 의미할 수 있다. 다시 말해, 포아송 비는, 횡방향과 종방향 간의 변형률을 의미할 수 있다.
대부분은 재료들은 단축으로 인장력을 가하는 경우, 재료의 인장 방향과 측면 방향 변형률의 부호가 서로 다르므로 양의 포아송 비를 갖는다. 다만, 재료가 특정한 격자 구조를 이루도록 설계할 경우, 구성물질이 양의 포아송 비를 가지더라고 거시적으로 음의 포아송 비를 구현할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 도 2를 참조하면, 일반적인 논-오그제틱(non-auxetic) 구조의 재료는, 횡방향의 응력이 가해지면, 해당 방향으로 신장함과 동시에 종방향으로의 수축이 발생한다. 즉, 재료 내부에 생기는 수직 응력에 의한 종방향의 변형과 횡방향의 변형 간의 포아송 비가 양수일 수 있다.
반면, 오그제틱(auxetic) 구조의 재료는, 횡방향의 응력이 가해지면, 횡방향 및 종방향 모두로 신장될 수 있다. 즉, 재료 내부에 생기는 수직 응력에 의한 포아송 비가 음수일 수 있다.
즉, 본 개시에서의 오그제틱(20)은, 일반적인 재료와 다르게 음의 포아송 비, 즉 횡방향과 종방향 변형률의 부호가 같도록 설계된 재료를 의미할 수 있다. 다시 말해, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)은 특정한 격자 구조로 설계된 기계적 메타 물질인 오그제틱(20)을 통해 구성됨으로써, 음의 포아송 비, 또는 연신 방향의 수직 방향에 대한 변형률을 제어할 수 있다. 이러한 포아송 비는 원래 소재 고유의 특성이지만 소재에 특정한 구조를 형성시킴으로써 제어가 가능할 수 있다. 포아송 비를 음의 값으로 제어가 가능한 대표적인 오그제틱 구조에는 예를 들어, 리엔트런트 구조, 회전 강체 구조 및 키랄 구조 등이 포함될 수 있다. 전술한 오그제틱 구조에 대한 구체적인 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
또한, 투명 신축성 기판(100)은 기판부(10)의 상부 측에 형성된 오그제틱(20)을 고정시키기 위한 고정부(30)를 포함할 수 있다. 투명 신축성 기판(100)에 포함된 고정부(30)는 기판부(10)와 동일한 탄성 소재로 구비될 수 있다. 구체적으로, 기판부(10)의 상부 측에 오그제틱(20)이 구비(또는 결합)되는 경우, 기판부(10) 및 오그제틱(20)에 액체 상태의 탄성 소재를 공급하여 접촉시키고, 특정 경화 조건을 갖는 경화가 수행됨에 따라 투명 신축성 기판(100)이 생성될 수 있다. 즉, 고정부(30)는 오그제틱(20)과 기판부(10)의 상부 측에 형성되어 오그제틱(20) 및 기판부(10)를 고정시킬 수 있으며, 투명 신축성 기판(100)의 상측 표면을 구성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 오그제틱(20)은 기판부(10) 및 고정부(30) 보다 강도가 높은 물질로 구성될 수 있으며, 이에 따라 기판부(10) 및 고정부(30)의 변형에 큰 영향을 미칠 수 있다. 즉, 오그제틱(20), 기판부(10) 및 고정부(30)를 통해 형성되는 투명 신축성 기판(100)은, 강도가 높은 오그제틱(20)의 변형에 비교적 큰 영향을 받음에 따라 음의 포아송 비를 갖도록 구비될 수 있다. 이러한 오그제틱의 강도를 통해, 본 개시에 관련한 기판의 포아송 비가 감소될 수 있으며, 신축성 향상을 야기시킬 수 있다.
본 개시의 투명 신축성 기판(100)에 대한 보다 구체적인 제조 방법, 구조적 특징 및 이에 대한 효과는 도 3 내지 도 8을 참조하여 이하에서 후술하도록 한다.
도 3은 본 개시의 실시예와 관련된 투명 신축성 기판의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 순서도이다. 일 실시예에 따르면, 투명 신축성 기판의 제조 방법은 하기와 같은 단계로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 단계들은 필요에 의해 순서가 변경될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 단계가 생략 또는 추가될 수 있다. 즉, 전술한 단계는 본 개시의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 개시의 권리 범위는 이에 제한되지 않는다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 투명 신축성 기판의 제조 방법은, 탄성 소재의 기판부를 생성하는 단계(S10)를 포함할 수 있다. 기판부(10)는 오그제틱(20)의 형성 과정에서 해당 오그제틱(20)을 지지하기 위해 구비되는 것으로, 얇은 두께를 가진 막의 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 기판부(10)는 탄성력을 가진 탄성 소재로 구비될 수 있다. 즉, 기판부(10)는 오그제틱(20)의 생성 공정 과정에서 해당 오그제틱(20)을 지지하기 위한 탄성막으로 활용되며, 투명 신축성 기판(100)의 하측 표면을 구성할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 투명 신축성 기판의 제조 방법은, 기판부에 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다.
복수의 단위 구조체 각각은 하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축을 기준으로 오그제틱의 변형을 야기시킬 수 있다. 구체적으로, 오그제틱은 하나의 축(예컨대, 종방향 축)과 다른 하나의 축(예컨대, 횡방향 축)의 부호가 같도록 음의 포아송 비로 구성된 기계적 메타 물질을 구현하기 위하여 복수의 단위 구조체를 포함하여 구성될 수 있다. 이를 위해 복수의 단위 구조체는 하나 이상의 형상을 통해 구비될 수 있으며, 하나 이상의 형상은 예컨대, 리엔트런트 형상, 키랄 형상 및 회전 강체 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
즉, 오그제틱(20)은 하나 이상의 형상을 통해 구성되는 복수의 단위 구조체를 포함함에 따라, 하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축 방향에 관련한 변형을 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 외력이 발생하는 하나의 축은 횡 방향의 축을 의미할 수 있으며, 다른 하나의 축은 외력이 발생하는 축과 동일 평면 상의 수직 방향인 종 방향의 축을 의미할 수 있다. 자세한 예를 들어, 2차원 평면을 기준으로 하는 경우, 하나의 축은 x축을 의미할 수 있으며, 다른 하나의 축은 y축을 의미할 수 있다. 복수의 단위 구조체의 형상에 따른 오그제틱에 대한 구체적인 예시적 설명 및 하나의 축에 발생하는 외력에 대응하여 야기되는 오그제틱의 변형에 대한 구체적인 설명은 이하의 도 4를 참조하여 자세히 후술하도록 한다.
도 4의 (a)는 복수의 단위 구조체가 리엔트런트 형상을 통해 구비된 오그제틱를 예시적으로 나타낸 예시도이다. 해당 오그제틱에 대하여 종 방향을 기준으로 하는 외력이 가해지는 경우, 복수의 단위 구조체 각각의 횡 방향으로 내부 응력이 작용함에 따라, 해당 오그제틱은 음의 포아송 비를 가질 수 있다. 즉, 종방향 축을 기준으로 하는 외력에 대응하여 오그제틱이 횡방향 축을 기준으로 신장될 수 있다. 다시 말해, 오그제틱(20)은 내부에 구비된 복수의 구조체의 형상을 통해, 외력이 인가되는 경우 발생되는 다른 하나의 축 방향에 대한 변형률을 제어할 수 있다.
도 4의 (b)는 복수의 단위 구조체가 키랄 형상을 통해 구비된 오그제틱 구조체를 예시적으로 나타낸 예시도이다. 해당 오그제틱에 대하여 종 방향을 기준으로 하는 외력이 가해지는 경우, 복수의 단위 구조체 각각이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전됨에 따라, 해당 오그제틱은 음의 포아송 비를 가질 수 있다. 즉, 오그제틱(20)은 내부에 구비된 복수의 단위 구조체의 형상을 통해, 외력이 인가되는 경우 발생되는 다른 하나의 축 방향에 대한 변형률을 제어할 수 있다. 다만, 도 4의 (b)와 같은 복수의 단위 구조체에 대응하는 키랄 형상은 일 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
도 4의 (c)는 복수의 단위 구조체가 회전 강체 형상을 통해 구비된 오그제틱 구조체를 예시적으로 나타낸 예시도이다. 복수의 단위 구조체 각각은 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 삼각형 또는 사각형에 관련한 회전 강체 형상을 통해 구비될 수 있다. 이 경우, 복수의 단위 구조체 각각은 하나의 절점(node)을 공유할 수 있으며, 해당 절점을 통해 각 단위체가 회전하게 되고 이로 인해 오그제틱 물질의 특성을 갖게될 수 있다. 즉, 해당 오그제틱에 대하여 종 방향을 기준으로 하는 외력이 가해지는 경우, 각 단위 구조체 간의 공유된 절점을 기준으로 연결선이 풀림에 따라 각 단위 구조체가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되므로, 해당 오그제틱은 음의 포아송 비를 가질 수 있다. 즉, 오그제틱(20)은 내부에 구비된 복수의 구조체의 형상을 통해, 외력이 인가되는 경우 발생되는 다른 하나의 축 방향에 대한 변형률을 제어할 수 있다. 다만, 도 4의 (c)와 같은 복수의 단위 구조체에 대응하는 회전 강체 형상은 일 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
즉, 오그제틱(20)을 통해 구현되는 투명 신축성 기판(100)은 새로운 구조체를 활용하여 자연계에 존재하지 않는 독특한 기계적 특성이 부여된 기판일 수 있다. 이는 다양한 분야에서 높은 활용 가능성을 제시할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)은 플렉서블 장치, 또는 웨어러블 장치 등에 적용되어 외부 응력에 대하여 소자의 전기적 또는 물리적 특성을 유지하도록 활용될 수 있다. 다른 예를 들어, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)이 디스플레이 분야에 관련하여 활용되는 경우, 단일 방향으로 접히거나 말리는 등 고정형 디스플레이에서 벗어나 다양한 조건에서 다차원 축 방향으로 변형을 지원할 수 있다. 이는, 보다 높은 가변성을 제공하여 디자인 자유도를 향상시킬 뿐 아니라, 외력에 의한 기계적 안정성 확보를 담보할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 오그제틱을 생성하는 단계는, 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 다시 말해, 오그제틱(20)은, 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 통해 생성될 수 있다. 도 5는 본 개시의 실시예와 관련된 인쇄 공정을 통해 오그제틱을 제조하는 과정을 예시적으로 나타낸 예시도를 도시한다. 여기서 인쇄 공정이란, 설계된 회로 패턴을 잉크젯 프린터 또는 라미네이터 등을 통해 대상 물체를 찍어내는 공정으로, 신축성 또는 탄성을 가진 소재를 통해 특정한 격자 구조(즉, 특정 형상을 복수의 단위 구조체)를 형성(또는 적층)하는 롤투롤 공정(Roll-to-roll processing)을 의미할 수 있다. 이러한 인쇄 공정은, 예를 들어, 잉크젯, 공압용 디스펜서, 스크류 디스펜서, 스크린 프린팅, 바코터, 스트레이 프린팅 등의 장비를 활용한 공정을 의미할 수 있다. 전술한 인쇄 공정에 활용되는 장비들에 대한 구체적인 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
즉, 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 통해 본 개시의 투명 신축성 기판(100)을 구성하는 오그제틱(20)을 생성할 수 있다. 다시 말해, 인쇄 공정을 통해 수십에서 수백 마이크로 간격 및 크기에 대응하는 오그제틱의 형성이 가능해질 수 있다. 이는 높은 디자인 자유도 및 소재 자유도를 제공함과 동시에 대면적 공정에서 높은 효율성을 제공할 수 있다.
추가적으로, 해당 인쇄 공정을 통해 오그제틱(20)이 삽입되는 간격 또는 높이가 제어될 수 있다. 이는, 해당 공정을 통해 생성되는 투명 신축성 기판(100)의 연신 시, 하나의 축 또는 하나의 축과 수직 방향을 다른 하나의 축에 관련한 변형률에 대한 제어를 가능하게 할 수 있다. 즉, 본 개시의 오그제틱(20)은 복수의 단위 구조체 간의 주기 또는 복수의 단위 구조체 각각의 두께에 기초하여 다른 하나의 축에 관련한 변형률을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. 복수의 단위 구조체 간의 주기는, 각 단위 구조체 간의 간격이나 또는 각 단위 구조체의 크기를 의미하는 것으로, 예컨대, 복수의 단위 구조체 간의 주기가 짧은 것은, 각 단위 구조체의 크기가 비교적 작아 촘촘한 간격으로 복수의 단위 구조체가 구성됨을 의미하는 것일 수 있다. 즉, 단위 구조체 간의 주기는 단위 면적 당 포함된 단위 구조체의 개수에 반비례할 수 있다. 다시 말해, 단위 구조체 간의 주기가 길수록 단위 면적 당 포함된 단위 구조체의 개수가 적음을 의미하며, 단위 구조체의 주기가 짧을수록 단위 면적 당 포함된 단위 구조체의 개수가 많음을 의미할 수 있다. 또한, 복수의 단위 구조체 각각의 두께는 투명 신축성 기판(100) 내에서 단위 구조체 각각의 두께 또는 깊이(depth)를 의미할 수 있다.
구체적으로, 하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축에 야기되는 변형률을 결정할 수 있다. 또한, 결정된 변형률에 기초하여 복수의 단위 구조체 간의 주기 또는 복수의 단위 구조체의 두께를 결정할 수 있다. 또한, 주기 또는 두께에 대응하는 인쇄 공정을 수행하여 오그제틱을 생성할 수 있다.
즉, 오그제틱(20)에 포함된 복수의 단위 구조체 간의 주기 또는 복수의 단위 구조체의 두께는 다른 하나의 축에 관련한 변형률 제어에 관련한 것일 수 있다. 자세한 예를 들어, 오그제틱(20)에 포함된 복수의 단위 구조체 간의 주기가 짧은 경우, 다른 하나의 축에 관련한 변형률이 보다 커질 수 있다. 또한, 오그제틱(20)에 포함된 복수의 단위 구조체 간의 주기가 긴 경우, 다른 하나의 축에 관련한 변형률이 보다 작을 수 있다. 도 6를 참조하면, 참조번호 111은 복수의 단위 구조체 간의 주기가 비교적 짧은 경우를 예시적으로 나타내며, 참조번호 112는 복수의 단위 구조체 간의 주기가 비교적 긴 경우를 예시적으로 나타내는 것일 수 있다.
즉, 복수의 단위 구조체 간의 주기가 비교적 짧은 경우, 단위 면적 당 포함된 단위 구조체의 개수가 비교적 많음에 따라, 하나의 축 방향에 관련한 외력이 발생하는 경우, 다른 하나의 축에 변형률이 보다 커질 수 있다. 예를 들어, 복수의 단위 구조체 간의 주기가 비교적 짧은 오그제틱(20)에 횡 방향의 축(예컨대, x축)을 기준으로 외력이 발생하는 경우, 외력이 발생하는 축에 수직 방향인 종 방향의 축(예컨대, y축)에 단위 구조체의 수에 대응하는 변형(즉, 비교적 큰 기계적 변형)이 발생할 수 있다. 이와 반대로, 복수의 단위 구조체 간의 주기가 비교적 긴 경우, 단위 면적 당 포함된 단위 구조체의 개수가 비교적 적음에 따라, 하나의 축에 인장력이 발생하는 경우, 다른 하나의 축에 변형률이 보다 작아질 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수의 단위 구조체 간의 주기가 비교적 긴 오그제틱(20)에 횡 방향의 축(예컨대, x축)을 기준으로 외력이 발생하는 경우, 외력이 발생하는 축에 수직 방향인 종 방향의 축(예컨대, y축)에 단위 구조체의 수에 대응하는 변형(즉, 비교적 작은 기계적 변형)이 발생할 수 있다.
또한, 오그제틱(20)의 두께가 깊은 경우, 다른 하나의 축에 관련한 변형률이 보다 커질 수 있다. 또한, 오그제틱(20)의 두께가 얕은 경우, 다른 하나의 축에 관련한 변형률이 보다 작아질 수 있다. 도 7의 (a), (b) 및 (c) 각각은 두께가 상이한 오그제틱을 나타낸 것일 수 있으며, 도 7의 (a), (b), (c) 순으로 ƒ†은 두께를 가지는 오그제틱일 수 있다. 즉, 도 7의 (a), (b), (c)에 도시된 순으로 변형률이 큰 오그제틱일 수 있다.
다시 말해, 본 개시는 오그제틱(20)을 생성하기 위한 인쇄 공정 시, 복수의 단위 구조체 간의 주기 또는 복수의 단위 구조체 각각의 두께를 상이하게 결정함으로써, 하나의 축에 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축에 발생하는 변형의 정도(즉, 변형률)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 오그제틱(20)을 포함하여 구성되는 투명 신축성 기판(100)을 디스플레이 분야에 활용하는 경우, 하나의 축에 발생하는 외력에 대응하는 다른 하나의 축 방향의 변형은 신축성 디스플레이 화면에 대한 왜곡을 야기시킬 수 있다. 이에 따라, 하나의 축에 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축 방향의 변형률이 작은 투명 신축성 기판(100)이 요구될 수 있다. 이러한 경우, 본 개시는 공정 과정에서 복수의 단위 구조체 간의 주기를 짧게 결정하거나 또는, 복수의 단위 구조체 각각의 두께를 깊게 결정함으로써, 다른 하나의 축에 발생하는 변형률을 제어할 수 있다. 즉, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)은 사용자가 활용하고자 하는 니즈에 맞게 복수의 단위 구조체 간의 주기 또는 복수의 단위 구조체의 두께를 통해 생성됨에 따라, 다른 하나의 축에 발생하는 변형률에 대한 제어가 가능한 기판일 수 있다.
추가적인 실시예에서, 투명 신축성 기판(100)은 하나 이상의 분할된 영역을 가지는 오그제틱(20)을 포함할 수 있으며, 각 분할된 영역에 대응하여 상이한 주기 또는 두께의 단위 구조체가 형성될 수도 있다. 이 경우, 하나 이상의 분할된 영역은, 투명 신축성 기판(100)과 연계되는 소자의 배치에 기반하여 분할된 영역일 수 있다. 예컨대, 투명 신축성 기판(100)에서 연계되는 소자의 배치가 많을 것으로 예상되는 영역은 다른 영역과 상이한 주기 또는 두께의 단위 구조체로 구성될 수 있다. 즉, 소자가 집중적으로 배치됨에 따라 변형률에 가장 많은 영향을 받을 곳으로 예상되는 영역에 다른 영역과 상이한 주기 또는 두께의 단위 구조체를 형성하여 변형률을 제어함으로써, 소자와의 연결 안정성을 확보하는 효과를 제공할 수 있다. 예컨대, 소자가 집중적으로 배치되는 영역은, 복수의 단위 구조체 간의 주기를 짧게 결정하거나 또는, 복수의 단위 구조체의 두께를 깊게 결정함으로써, 변형률이 최소화되도록 할 수 있다.
즉, 기판부(10)의 상부 측에 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 수행하여 오그제틱(20)을 생성할 수 있다. 다시 말해, 기판부(10)를 지지체로 하여 상부 측에 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 통해 특정 형상을 갖는 복수의 단위 구조체를 형성(또는 적층)함으로써, 오그제틱(20)이 생성될 수 있다. 이 경우, 오그제틱(20)을 구성하는 복수의 단위 구조체 간의 주기 또는 두께는 전술한 바와 같이, 제어하고자 하는 다른 하나의 축 방향에 관련한 변형률에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기판부(10)와 오그제틱(20)은 동일한 탄성 소재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)은 디스플레이 분야에서 활용될 수 있다. 해당 활용 조건에서 투명 신축성 기판(100)을 구성하는 오그제틱(20)과 기판부(10)가 서로 상이한 소재를 통해 구비되는 경우, 오그제틱(20)과 기판부(10) 간의 굴절률의 차이가 발생함에 따라 디스플레이 되는 화면의 해상도가 결여될 우려가 있다. 예컨대, 기판부(10)와 오그제틱(20) 각각이 서로 상이한 소재를 통해 구비되는 경우, 각 소재 간의 굴절률을 차이가 발생하여 기판부(10)에 함침된 오그제틱의 양상이 노출되는 등 가시성 확보에 어려움이 있을 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)은 오그제틱(20)과 기판부(10) 각각의 소재를 서로 동일하게 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 오그제틱(20)이 PDMS(polydimethylsiloxane)의 기계적 메타 물질을 포함하는 경우, 해당 오그제틱(20)과 결합되는 기판부(10)는 동일한 PDMS 소재를 포함할 수 있다. 즉, 오그제틱(20)과 기판부(10)의 굴절률의 차이를 최소화함에 따라, 투명성을 확보하여 디스플레이 활용 분야에서 향상된 가시성을 가지는 투명 신축성 기판(100)을 제공할 수 있다. 따라서, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)은 소재 간의 굴절률을 고려하여 생성되므로, 향상된 투명도를 제공할 수 있다. 또한, 오그제틱(20)과 기판부(10)가 동일한 소재로 구비됨에 따라 각 소재의 결합 또는 함침 시 접착성이 향상될 수 있어, 안정성 및 내구성이 확보될 수 있다. 전술한 오그제틱 및 기판부를 구성하는 소재에 대한 구체적인 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
또한, 오그제틱(20)을 생성하는 단계는, 제 1 경화를 수행하는 단계 및 제 2 경화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 2 경화를 수행하는 단계는 제 1 경화를 수행하는 단계보다 더 높은 온도에서 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 자세히 설명하면, 기판부(10)의 상부 측에 인쇄 공정이 수행됨에 따라, 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱(20)이 형성(또는 적층)될 수 있으며, 해당 오그제틱(20)의 인쇄 공정 완료 시점에 대응하여 제 1 경화가 수행될 수 있다. 이 경우, 제 1 경화는 기판부(10)와 오그제틱(20) 간의 결합(또는 접착)을 위한 경화를 의미할 수 있다. 또한, 제 1 경화를 통해 서로 결합된 기판부(10)와 오그제틱(20)에 대한 제 2 경화가 수행될 수 있다. 이 경우, 제 2 경화는 오그제틱의 기계적 강도를 증대시키기 위한 경화를 의미할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 투명 신축성 기판의 제조 방법은, 오그제틱이 생성된 기판부(10)에 고정부를 생성하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 이 경우, 고정부(30)는 기판부(10)와 동일한 탄성 소재로 구비될 수 있다. 즉, 고정부(30)는 기판부(10)와 동일한 탄성 소재와 경화제의 비율을 통해 구성될 수 있다. 구체적으로, 고정부를 생성하는 단계는, 오그제틱(20)과 결합된 기판부(10)에 액체 상태의 고정부(30)를 공급하는 단계 및 제 3 경화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 자세히 설명하면, 기판부(10)의 상부 측에 오그제틱(20)이 구비(또는 고정)되는 경우, 액체 상태의 탄성 소재인 고정부를 기판부(10) 및 오그제틱(20)에 공급하여 접촉시킨 후 제 3 경화가 수행함에 따라 투명 신축성 기판(100)이 생성될 수 있다. 이 경우, 제 3 경화는 오그제틱(20)과 고정부(30) 간의 결합(또는 접착)을 위한 경화를 의미하는 것으로 제 1 경화와 동일한 경화 조건을 포함하는 경화를 의미할 수 있다. 즉, 고정부(30)는 오그제틱(20)과 기판부(10)의 상부 측에 형성되어 오그제틱(20) 및 기판부(10)를 고정시킬 수 있으며, 투명 신축성 기판(100)의 상측 표면을 구성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 오그제틱(20), 기판부(10) 및 고정부(30) 간의 결합을 통해 투명 신축성 기판(100)을 생성하는 과정에서 제 1 경화, 제 2 경화 및 제 3 경화가 수행될 수 있다. 이 경우, 제 1 경화 및 제 3 경화는, 제 2 경화와 목적이 상이한 경화일 수 있다. 예컨대, 제 1 경화는 오그제틱(20)과 기판부(10) 간의 결합을 위한 경화이며, 제 3 경화는 오그제틱(20)과 고정부 간의 결합의 위한 경화로, 제 1 경화 및 제 3 경화는 각 소재간의 접착을 위한 경화인 반면, 제 2 경화는 오그제틱(20)의 기계적 강도를 증대시키기 위한 경화일 수 있다.
즉, 각 경화의 목적이 상이함에 따라 각 경화의 경화 시간 및 경화 온도가 상이할 수 있다. 구체적으로, 제 1 경화 및 제 3 경화는 액채 상태의 각 탄성 소재 간의 접착을 위한 것임에 따라, 완벽한 고체화가 이뤄지지 않도록 비교적 저온, 짧은 시간의 경화일 수 있다. 또한, 제 2 경화는 액채 상태의 탄성 소재에 대한 완벽한 고체화를 통해 기계적 강도를 확보하기 위한 것임에 따라, 비교적 고온, 긴 시간의 경화일 수 있다. 즉. 제 2 경화는 제 1 경화 보다 긴 경화 시간 및 높은 경화 온도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제 1 경화는, 2.5시간 동안의 80도 저온 경화일 수 있으며, 제 2 경화는, 24시간 동안의 165도의 고온 경화일 수 있다.
추가적으로, 기판부(10)와 오그제틱(20) 각각을 동일한 탄성 소재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 고정부(30)는 기판부(10)와 동일한 탄성 소재로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 자세히 설명하면, 굴절률의 차이를 최소화하여 투명성을 확보하기 위하여 기판부(10) 및 오그제틱(20) 각각은 동일한 탄성 소재(예컨대, PDMS)를 포함하여 구비될 수 있으며, 서로 상이한 비율만큼의 경화제를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 기판부(10)는 탄성 소재 대비 경화제가 제 1 비율만큼 구성되고, 오그제틱(20)은 탄성 소재 대비 경화제가 제 2 비율만큼 구성될 수 있다. 이 경우, 제 2 비율은 제 1 비율보다 경화제의 비율이 큰 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 기판부(10)에 관련한 제 1 비율은 PDMS와 경화제의 비율이 20:1일 수 있으며, 오그제틱(20)에 관련한 제 2 비율은 PDMS와 경화제의 비율이 2:1일 수 있다. 상술한 바와 같은, 기판부(10)와 오그제틱(20) 각각의 경화 비율의 차이는, 경화 시, 오그제틱(20)의 기계적 강도를 증대시킴으로써, 다른 하나의 축에 대응하는 변형률을 제어하기 위한 것일 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 오그제틱(20)은 하나의 축을 기준으로 하는 외력이 인가되는 경우, 기계적 강도에 대응하여 다른 하나의 축에 관련한 변형률이 제어될 수 있다. 여기서 기계적 강도는, 오그제틱(20)의 경화 조건에 기초하여 결정되는 것일 수 있다. 구체적으로, 경화 조건에 따라 오그제틱(20)의 기계적 강도가 상이하게 결정될 수 있다. 예컨대, 동일한 소재라도 상이한 경화 비율, 경화 온도 및 경화 시간에 따라 상이한 기계적 강도를 가질 수 있다.
구체적인 예를 들어, 도 8를 참조하면, 비교적 저온 및 짧은 시간의 제 1 경화(예컨대, 2.5시간 동안의 80도 저온 경화)는 각 경화 비율에 대응하여 모듈러스(즉, 기계적 강도)의 변화(또는, 차이)가 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 이와 반대로, 비교적 고온 및 긴 시간의 제 2 경화(예컨대, 24시간 동안의 165도의 고온 경화)는 각 경화 비율에 대응하여 모듈러스의 변화(또는, 차이)가 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 경화는 제 1 비율(즉, 탄성 소재와 경화제가 20:1의 비율)과 제 2 비율(즉, 탄성 소재와 경화제가 2:1의 비율)에 대응하여 기계적 강도의 유의미한 변화를 보여준다. 다시 말해, 고온 및 긴 시간의 제 2 경화는, 제 1 비율로 구성되는 기판부(10)의 기계적 강도에는 유의미한 변화를 주지 않으나, 제 2 비율로 구성되는 오그제틱(20)의 기계적 강도에 유의미한 변화를 가져올 수 있다. 즉, 본 개시에서 투명 신축성 기판(100)에 포함되는 오그제틱(20)은 상술한 경화 조건에 따라 높은 기계적 강도를 갖도록 구비될 수 있으며, 비교적 높은 기계적 강도를 갖는 오그제틱(20)에 의해 투명 신축성 기판(100)의 다른 하나의 축에 대한 변형률이 제어되어 화면의 왜곡이 저감될 수 있다.
다시 말해, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)은 특정 축을 기준으로 하는 외력이 발생하는 경우, 다른 하나의 축에 관련한 변형률을 제어하기 위하여 해당 변형률에 대응하는 기계적 강도를 갖도록하는 경화 조건을 통해 생성된 오그제틱(20)을 포함할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 상이한 경화 조건의 하나 이상의 경화 및 각 소재 간의 상이한 경화제 비율을 통해 따라 타 축에 대한 변형률이 최소화된 오그제틱(20)을 생성하여 투명 신축성 기판(100)을 구성할 수 있다. 이에 따라, 해당 투명 신축성 기판(100)에 특정 축을 기준으로 하는 외력이 작용하는 경우, 타 축에 대한 변형이 최소화됨에 따라 디스플레이의 왜곡을 저감시키는 효과를 제공할 수 있다. 기서, 기계적 강도에 의해 변형률이 제어되는 다른 하나의 축은, 하나의 축과 동일 편명 상에서 수직으로 위치하는 제 1 축 및 해당 동일 평면과 수직으로 교차하는 면을 기준으로 하는 제 2 축을 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 하나의 축이 x인 경우, 다른 하나의 축은, y축(즉, 제 1 축) 및 z축(즉, 제 2 축)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 개시의 투명 신축성 기판(100)이 신축성 디스플레이 분야에서 활용되는 경우, 화질에 영향을 미치는 축(예컨대, y축)에 대응하는 변형을 제어가 가능해질 수 있다. 즉, 왜곡이 저감되거나, 또는 향상된 화질의 신축성 디스플레이 제공이 가능해질 수 있다.
추가적인 실시예에서, 오그제틱(20)은 하나 이상의 미세 구조체를 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 미세 구조체는, 하나의 축을 기준으로 하는 외력에 대응하여 발생하는 기계적 변형(strain) 분포를 제어하기 위한 것으로, 복수의 단위 구조체 각각의 형상에 대응하여 형성될 수 있다. 하나 이상의 미세 구조체는 오그제틱을 구성하는 복수의 단위 구조체 각각의 내부에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. 일반적으로 오그제틱 구조를 도입하는 경우, 2차원에 해당하는 각 축에 변형률 제어는 가능할 수 있지만, 3차원에 해당하는 z축 방향의 변형은 더욱 가속화될 수 있다. x축 또는, y축으로 외력이 인가되는 경우, 발생하는 z축 방향의 변형(즉, 수축)은, 신축성 디스플레이 분야에서 왜곡을 초래하거나, 또는 화질을 떨어뜨리는 원인으로 작용할 수 있다. 즉, 하나 이상의 미세 구조체는, z축 방향에 대한 변형률을 z축에 관련한 표면에서 보다 정밀하게 제어하기 위한 것일 수 있다.
구체적으로, 하나 이상의 미세 구조체 각각은, 탄성력(또는, 신축성)을 가진 소재로 구비되며, 복수의 단위 구조체 각각의 내부에 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 오그제틱(20)이 리엔트런트 형상의 단위 구조체들을 포함하여 구비되는 경우, 하나의 미세 구조체는 하나의 단위 구조체의 리엔트런트 형상(예컨대, 리본 형상)의 내부를 지지하기 위한 2개의 삼각형의 형상으로 구비될 수 있다. 즉, 하나 이상의 미세 구조체는, 복수의 단위 구조체 각각의 내부에 구비되어 외력에 의해 복수의 단위 구조체 각각의 단면적이 연장되는 경우, 해당 단면적을 보충함으로써 표면이 꺼지는 현상을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라, 외력을 통한 연신 시, 수축에 의한 z축 표면의 왜곡(예컨대, 우글거림)이 최소화될 수 있다. 전술한, 미세 구조체의 형상에 대한 구체적인 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
이를 통해 포아송 비 제어가 가능한 기계적 메타 물질 구조체를 수평방향으로 도입하고, 수직방향으로는 미세 구조체를 도입하여 기계적 스트레스 분포를 제어할 수 있다. 즉, 기계적 변형을 최대한 기판의 하부쪽으로 분산시켜 고신뢰 신축 디스플레이 제공이 가능할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 개시의 실시예를 설명하였지만, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 개시에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 개시의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100 : 투명 신축성 기판
10 : 기판부
20 : 오그제틱
30 : 고정부

Claims (10)

  1. 탄성 소재의 기판부를 생성하는 단계;
    상기 기판부에 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱(auxetic)을 생성하는 단계; 및
    상기 기판부에 고정부를 생성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 기판부와 상기 오그제틱은 동일한 탄성 소재를 통해 구비되되, 상기 탄성 소재 대비 서로 상이한 비율의 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 구조체 각각은,
    하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축을 기준으로 상기 오그제틱의 변형을 야기시키는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다른 하나의 축은,
    상기 하나의 축과 동일 평면 상에서 수직으로 위치하는 제 1 축 및 상기 동일 평면과 수직인 면을 기준으로 하는 제 2 축 중 적어도 하나의 축을 포함하는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오그제틱을 생성하는 단계는,
    탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 수행하는 단계;
    를 포함하는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오그제틱을 생성하는 단계는,
    제 1 경화를 수행하는 단계; 및
    제 2 경화를 수행하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제 2 경화를 수행하는 단계는 상기 제 1 경화를 수행하는 단계보다 더 높은 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고정부를 생성하는 단계는,
    상기 오그제틱과 결합된 상기 기판부에 액체 상태의 고정부를 공급하는 단계; 및
    제 3 경화를 수행하는 단계;
    를 포함하는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판부와 상기 오그제틱 각각은 경화제를 더 포함하고,
    상기 기판부는, 상기 탄성 소재 대비 상기 경화제가 제 1 비율만큼 구성되고,
    상기 오그제틱은, 상기 탄성 소재 대비 상기 경화제가 제 2 비율만큼 구성되고,
    상기 제 2 비율은 상기 제 1 비율 보다 상기 경화제의 비율이 큰 것을 특징으로 하는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오그제틱은,
    하나의 축을 기준으로 하는 외력에 대응하여 발생하는 기계적 변형 분포를 제어하기 위한 하나 이상의 미세 구조체를 포함하며,
    상기 하나 이상의 미세 구조체는 상기 복수의 단위 구조체 각각의 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는,
    투명 신축성 기판의 제조 방법.
  10. 투명 신축성 기판에 있어서,
    복수의 단위 구조체를 포함하며 음의 포아송 비(poisson’s ratio)를 가지는 오그제틱; 및
    상기 오그제틱과 결합되는 기판부;
    를 포함하며,
    상기 기판부와 상기 오그제틱은 동일한 탄성 소재를 통해 구비되되, 상기 탄성 소재 대비 서로 상이한 비율의 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 신축성 기판.
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