KR102327014B1 - 음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이 - Google Patents

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최인석
이유기
김현우
최재영
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 제1발광소자가 설치되는 제1코어; 상기 제1코어의 옆에 위치하며, 제2발광소자가 설치되는 제2코어; 상기 제1코어의 일측으로부터 나와 상기 제1코어를 중심으로 일 방향으로 감기는 복수의 제1와이어; 및 상기 제2코어의 일측으로부터 나와 상기 제2코어를 중심으로 상기 제1와이어와 반대 방향으로 감기는 복수의 제2와이어;를 포함하고, 상기 제1코어와 상기 제2코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 어느 하나와 상기 복수의 제2와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결되며, 상기 제1코어와 상기 제2코어 사이의 거리가 멀어질 경우 상기 제1코어가 회전하면서 상기 제1코어에 감겨있던 상기 복수의 제1와이어가 풀리며, 상기 제2코어가 회전하면서 상기 제2코어에 감겨있던 상기 복수의 제2와이어가 풀리는 것을 특징으로 하는, 음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명의 스트레쳐블 디스플레이는 음의 푸아송비를 가지는 바 일 방향으로 디스플레이가 확장 또는 수축할 경우 일 방향에 수직한 방향으로 디스플레이가 동시에 확장 또는 수축하므로, 종래 디스플레이의 종횡비가 유지되지 않는 문제를 해결할 수 있다.

Description

음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이{Stretchable display with negative Poisson ratio}
본 발명은 스트레쳐블 디스플레이에 관한 것으로서, 구체적으로 살펴보면 음의 푸아송비를 가져 일방향으로 디스플레이가 인장될 경우 다른 방향으로도 인장되어 디스플레이로 송출되는 이미지 또는 영상의 왜곡을 최소화 할 수 있는 스트레쳐블 디스플레이에 관한 것이다.
디스플레이는 스마트폰을 비롯한 각종 전자기기에서 사용자에게 정보를 전달하기 위한 수단으로 이용되고 있다.
기존 디스플레이는 딱딱한 기판을 기반으로 하여 늘어나는 것이 불가능하여 사용하는 형태와 적용될 수 있는 장소가 한정적이었으나, 이를 해결하기 위해 늘어나는 디스플레이, 즉 스트레쳐블 디스플레이가 개발되고 있다.
최근 개발되는 스트레쳐블 디스플레이는 주로 신소재의 도입을 통한 실현에 집중되어 있다. 즉, 탄성을 가지는 소재로 기판을 제작하여 스트레쳐블 디스플레이를 구현하는 것이다. 스트레쳐블 디스플레이를 구현하는 다른 방법으로는 말발구형태(Horseshoe)의 배선을 이용하는 것이다.
하지만 이와 같은 신소재의 도입을 통한 스트레쳐블 디스플레이는 비용이 매우 비싸고, 인장 시 인장방향과 수직한 방향의 수축으로 인해 디스플레이의 종횡비가 유지되지 않는 문제가 있다. 마찬가지로 말발굽형태의 배선을 이용한 스트레쳐블 디스플레이도 인장 시 디스플레이의 종횡비가 유지되지 않고, 따라서 송출되는 이미지 또는 영상의 종횡비가 유지되지 않고 왜곡되는 문제가 있다. 특히, 말발굽형태의 배선을 이용한 스트레쳐블 디스플레이는 개구율이 상당히 낮고 인장한도 역시 제한적이라는 문제가 있다.
결국 인장시에도 화면의 왜곡이 없으며, 발광소자의 집적도를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 스트레쳐블 디스플레이가 필요한 실정이다.
디스플레이는 스마트폰을 비롯한 각종 전자기기에서 사용자에게 정보를 전달하기 위한 수단으로 이용되고 있다.
기존 디스플레이는 딱딱한 기판을 기반으로 하여 늘어나는 것이 불가능하여 사용하는 형태와 적용될 수 있는 장소가 한정적이었으나, 이를 해결하기 위해 늘어나는 디스플레이, 즉 스트레쳐블 디스플레이가 개발되고 있다.
최근 개발되는 스트레쳐블 디스플레이는 주로 신소재의 도입을 통한 실현에 집중되어 있다. 즉, 탄성을 가지는 소재로 기판을 제작하여 스트레쳐블 디스플레이를 구현하는 것이다. 스트레쳐블 디스플레이를 구현하는 다른 방법으로는 말발구형태(Horseshoe)의 배선을 이용하는 것이다.
하지만 이와 같은 신소재의 도입을 통한 스트레쳐블 디스플레이는 비용이 매우 비싸고, 인장 시 인장방향과 수직한 방향의 수축으로 인해 디스플레이의 종횡비가 유지되지 않는 문제가 있다. 마찬가지로 말발굽형태의 배선을 이용한 스트레쳐블 디스플레이도 인장 시 디스플레이의 종횡비가 유지되지 않고, 따라서 송출되는 이미지 또는 영상의 종횡비가 유지되지 않고 왜곡되는 문제가 있다. 특히, 말발굽형태의 배선을 이용한 스트레쳐블 디스플레이는 개구율이 상당히 낮고 인장한도 역시 제한적이라는 문제가 있다.
결국 인장시에도 화면의 왜곡이 없으며, 발광소자의 집적도를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 스트레쳐블 디스플레이가 필요한 실정이다.
위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 제1발광소자가 설치되는 제1코어; 상기 제1코어의 옆에 위치하며, 제2발광소자가 설치되는 제2코어; 상기 제1코어의 일측으로부터 나와 상기 제1코어를 중심으로 일 방향으로 감기는 복수의 제1와이어; 및 상기 제2코어의 일측으로부터 나와 상기 제2코어를 중심으로 상기 제1와이어와 반대 방향으로 감기는 복수의 제2와이어;를 포함하고, 상기 제1코어와 상기 제2코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 어느 하나와 상기 복수의 제2와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결되며, 상기 제1코어와 상기 제2코어 사이의 거리가 멀어질 경우 상기 제1코어가 회전하면서 상기 제1코어에 감겨있던 상기 복수의 제1와이어가 풀리며, 상기 제2코어가 회전하면서 상기 제2코어에 감겨있던 상기 복수의 제2와이어가 풀리는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 제1코어의 옆에 위치하며, 제3발광소자가 설치되는 제3코어; 및 상기 제3코어의 일측으로부터 나와 상기 제3코어를 중심으로 상기 제1와이어와 반대 방향으로 감기는 복수의 제3와이어;를 더 포함하고, 상기 제1코어와 상기 제3코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제3와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결되며, 상기 제1코어와 상기 제2코어 사이의 거리가 멀어질 경우 상기 제1코어가 상기 제1코어에 감겨있던 상기 복수의 제1와이어가 풀림에 따라, 상기 1코어와 상기 제3코어 사이의 거리도 멀어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 복수의 제1와이어는 각각은 상기 제1코어의 일측으로부터 나와 90° 이상의 각도로 상기 제1코어에 감겨 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른X 방향 및 Y 방향으로 인장 또는 수축하는 음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이로서, 제1발광소자가 설치되는 제1코어; 상기 제1코어의 X방향의 일측에 위치하며, 제2발광소자가 설치되는 제2코어; 상기 제1코어의 Y방향의 일측에 위치하며, 제3발광소자가 설치되는 제3코어; 상기 제2코어의 Y방향의 일측 및 상기 제3코어의 X방향의 일측에 위치하며, 제4발광소자가 설치되는 제4코어; 상기 제1코어의 일측으로부터 나와 상기 제1코어를 중심으로 반시계 방향으로 감기는 복수의 제1와이어; 상기 제2코어의 일측으로부터 나와 상기 제2코어를 중심으로 시계 방향으로 감기는 복수의 제2와이어; 상기 제3코어의 일측으로부터 나와 상기 제3코어를 중심으로 시계 방향으로 감기는 복수의 제3와이어; 및 상기 제4코어의 일측으로부터 나와 상기 제4코어를 중심으로 반시계 방향으로 감기는 복수의 제4와이어;를 포함하고, 상기 제1코어와 상기 제2코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 어느 하나와 상기 복수의 제2와이어 중 어느 하나가 제1연결부에서 연결되며, 상기 제1코어와 상기 제3코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제3와이어 중 어느 하나가 제2연결부에서 연결되며, 상기 제2코어와 상기 제4코어의 사이에서 상기 복수의 제2와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제4와이어 중 어느 하나가 제3연결부에서 연결되며, 상기 제3코어와 상기 제4코어의 사이에서 상기 복수의 제3와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제4와이어 중 다른 하나가 제4연결부에서 연결되며,
상기 제2연결부와 상기 제3연결부는 연결와이어로 서로 연결되며, X방향으로 스트레쳐블 디스플레이에 힘을 가하여 확장시킬 경우 상기 제1코어 및 상기 제4코어는 반시계 방향으로 회전하고, 상기 제2코어 및 상기 제3코어는 시계 방향으로 회전하면서, X 방향 및 Y방향으로 상기 제1코어 내지 제4코어들 사이의 거리가 멀어지는 것을 특징으로 한다.
다른 예에 있어서, 상기 연결와이어에 설치되는 추가 발광소자를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 추가 발광소자는 상기 제1코어 내지 제4코어와 다른 층에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 예에 있어서, 상기 제1연결부의 Y방향의 외측에 형성되며, 상기 제1연결부의 제1와이어와 제2와이어를 추가로 연결하는 제1보강부; 및 상기 제4연결부의 Y방향의 외측에 형성되며, 상기 제4연결부의 제3와이어와 제4와이어를 추가로 연결하는 제2보강부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, Y 방향은 외력에 의해 스트레쳐블 디스플레이가 확장 또는 수축되는 방향인 인장 방향이며, X 방향은 스트레쳐블 디스플레이의 인장 방향의 확장 또는 수축에 따라 종속적으로 확장 또는 수축되는 종속 방향인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 음의 푸아송비를 가지는 신규한 구조를 이용하여, 일 방향으로 디스플레이가 확장 또는 수축할 경우 일 방향에 수직한 방향으로 디스플레이가 동시에 확장 또는 수축하므로, 종래 디스플레이의 종횡비가 유지되지 않는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 와이어의 감기는 각도가 90°인 경우의 개략적 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 와이어의 감기는 각도가 270°인 경우의 개략적 평면도이다.
도 3은 도 2의 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 디스플레이가 확장될 경우 각 코어들이 회전하면서 코어 사이의 간격이 넓어지는 것을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 그룹화된 발광유닛들이 연속적으로 배치된 것을 도시한 것이다.
도 5는 FE 시뮬레이션을 통해, 와이어의 폭(width)와 감겨있는 각도에 따른 탄성한도 내에서의 최대인장범위와 항복강도(yield strength)를 확인한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 코어가 삼각형으로 배치될 경우의 개략적 평면도이다.
도 7은 도 6의 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 디스플레이가 확장될 경우 각 코어들이 회전하면서 코어 사이의 간격이 넓어지는 것을 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 연결 와이어에서 추가 발광소자가 설치된 것을 설명하기 위한 참고도이다.
도 9는 도 8의 I-I'에 따른 개략적 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적인 평면도이다.
도 11은 보강부가 형성되지 않은 경우의 스트레쳐블 디스플레이의 인장에 따른 푸아송 비 값을 측정한 것이며, 도 12는 인장 방향으로 보강부가 형성된 경우의 스트레쳐블 디스플레이의 인장에 따른 푸아송 비 값을 측정한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이를 실제로 구현한 것으로서, 양 옆으로 당겨 스트레쳐블 디스플레이를 인장시킬 경우 위-아래로도 스트레쳐블 디스플레이가 인장되는 것을 촬영한 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이를 실제로 구현한 것으로서, 휘어지는 것을 촬영 한 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 복수개의 발광유닛으로 구성된다. 이때, 발광유닛은 그룹화 될 수 있는데, 도 1이나 도 2에서는 4개의 발광유닛이 하나의 그룹을 이루는 실시예이며, 후술하는 도 5에서는 3개의 발광유닛이 하나의 그룹을 이루는 실시예이다. 다만, 본 발명이 본 문서에 첨부한 도면에 도시한 바에 한정되는 것은 아니며, 그룹화되는 발광유닛의 개수는 디스플레이가 음의 푸아송비를 가지는 한도에서 변경이 가능하다.
각각의 발광유닛은 코어와, 코어에 설치되는 발광소자, 코어에 감겨있는 와이어를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참고하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 와이어의 감기는 각도가 90°인 경우의 개략적 평면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 와이어의 감기는 각도가 270°인 경우의 개략적 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 하나의 그룹에 4개의 발광유닛(10, 20, 30, 40)이 포함된다.
제1발광유닛(10)은 제1코어(11)와 제1코어(11)에 설치되는 제1발광소자(12)를 포함한다. 제1코어(11)는 원형일 수 있으며, 중앙에는 제1발광소자(12)가 설치될 수 있는 소켓이 형성될 수 있다. 다만, 제1코어(11)의 형상이 원형으로 한정되는 것은 아니다. 제1발광소자(12)는 종래의 것을 이용할 수 있다. 제1발광소자(12)의 형태는 원형의 발광소자인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다각형의 발광소자를 이용할 수도 있다. 제1코어(11)와 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)에는 발광소자를 위한 회로가 내측에 설치된다. 제1코어(11)와 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)의 PVA(Polyvinyl alcohol), PLA(Polylactic acid), Acrylic, PC(polycarbonate), ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), CPE(Copolyester), Nylon, PP(Polypropylene) 및 TPU(Thermoplastic polyurethane)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 코어와 와이어가 서로 다른 재질로 형성되는 것도 가능하다. 제1코어(11)의 일측에는 복수의 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)가 설치된다. 이때, 복수의 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)는 제1코어(11)의 외주를 따라서 제1코어(11)를 중심으로 일방향으로 감기도록 설치된다. 복수의 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)가 제1코어(11)에 감기는 각도는 도 1에 도시한 바와 같이 90°이거나 도 2에 도시한 바와 같이 270°일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)가 한바퀴 이상 제1코어(11)를 감도록 설치될 수 있다. 제1와이어는 제1코어(11)를 따라 복수개 설치될 수 있으며, 3개 이상 설치되는 것이 발광소자의 집적도를 향상시키는 것에 유리하다. 각각의 제1와이어 사이의 간격은 서로 동일하도록 배치할 수 있으며, 제1발광유닛(10)이 n개의 제1와이어를 구비할 경우 제1와이어는 360/n °의 각도로 설치될 수 있다.
제2발광유닛(20)은 제1발광유닛(10)의 옆에 위치한다. 여기서는 제2발광유닛(20)이 제1발광유닛(10)의 우측(X방향)에 위치하는 것을 기준으로 설명한다. 제2발광유닛(20)은 제2코어(21)와 제2코어(21)에 설치되는 제2발광소자(22)를 포함한다. 제2코어(21)는 원형일 수 있으며, 중앙에는 제2발광소자(22)가 설치될 수 있는 소켓이 형성될 수 있다. 다만, 제2코어(21)의 형상이 원형으로 한정되는 것은 아니다. 제2발광소자(22)는 종래의 것을 이용할 수 있다. 제2발광소자(22)의 형태는 원형의 발광소자인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다각형의 발광소자를 이용할 수도 있다. 제2코어(21)와 제2와이어(23a, 23b, 23c, 23d)에는 발광소자를 위한 회로가 내측에 설치된다. 제2코어(21)와 제2와이어(13a, 13b, 13c, 13d)의 PVA(Polyvinyl alcohol), PLA(Polylactic acid), Acrylic, PC(polycarbonate), ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), CPE(Copolyester), Nylon, PP(Polypropylene) 및 TPU(Thermoplastic polyurethane)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 코어와 와이어가 서로 다른 재질로 형성되는 것도 가능하다. 제2코어(21)의 일측에는 복수의 제2와이어(23a, 23b, 23c, 23d)가 설치된다. 이때, 복수의 제2와이어(23a, 23b, 23c, 23d)는 제2코어(21)의 외주를 따라서 제2코어(21)를 중심으로 제1와이어와 반대 방향으로 감기도록 설치된다. 예컨대, 제1와이어가 반시계 방향으로 감겨있는 경우 제2와이어는 시계방향으로 제2코어(21)에 감긴다. 복수의 제2와이어(23a, 23b, 23c, 23d)가 제2코어(21)에 감기는 각도는 도 1에 도시한 바와 같이 90°이거나 도 2에 도시한 바와 같이 270°일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제2와이어(23a, 23b, 23c, 23d)가 한바퀴 이상 제2코어(21)를 감도록 설치될 수 있다. 제2와이어는 제2코어(21)를 따라 복수개 설치될 수 있으며, 3개 이상 설치되는 것이 발광소자의 집적도를 향상시키는 것에 유리하다. 각각의 제2와이어 사이의 간격은 서로 동일하도록 배치할 수 있으며, 제2발광유닛(20)이 n개의 제2와이어를 구비할 경우 제2와이어는 360/n °의 각도로 설치될 수 있다.
제3발광유닛(30)은 제1발광유닛(10)의 옆에 위치한다. 여기서는 제3발광유닛(30)이 제1발광유닛(10)의 아래측(Y방향)에 위치하는 것을 기준으로 설명한다. 제3발광유닛(30)은 제3코어(31)와 제3코어(31)에 설치되는 제3발광소자(32)를 포함한다. 제3코어(31)는 원형일 수 있으며, 중앙에는 제3발광소자(32)가 설치될 수 있는 소켓이 형성될 수 있다. 다만, 제3코어(31)의 형상이 원형으로 한정되는 것은 아니다. 제3발광소자(32)는 종래의 것을 이용할 수 있다. 제3발광소자(32)의 형태는 원형의 발광소자인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다각형의 발광소자를 이용할 수도 있다. 제3코어(31)와 제3와이어(33a, 33b, 33c, 33d)에는 발광소자를 위한 회로가 내측에 설치된다. 제3코어(31)와 제3와이어(33a, 33b, 33c, 33d)의 PVA(Polyvinyl alcohol), PLA(Polylactic acid), Acrylic, PC(polycarbonate), ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), CPE(Copolyester), Nylon, PP(Polypropylene) 및 TPU(Thermoplastic polyurethane)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 코어와 와이어가 서로 다른 재질로 형성되는 것도 가능하다. 제3코어(31)의 일측에는 복수의 제3와이어(33a, 33b, 33c, 33d)가 설치된다. 이때, 복수의 제3와이어(33a, 33b, 33c, 33d)는 제3코어(31)의 외주를 따라서 제3코어(31)를 중심으로 제1와이어와 반대 방향으로 감기도록 설치된다. 예컨대, 제1와이어가 반시계 방향으로 감겨있는 경우 제3와이어는 시계방향으로 제3코어(31)에 감긴다. 복수의 제3와이어(33a, 33b, 33c, 33d)가 제3코어(31)에 감기는 각도는 도 1에 도시한 바와 같이 90°이거나 도 2에 도시한 바와 같이 270°일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제3와이어(33a, 33b, 33c, 33d)가 한바퀴 이상 제3코어(31)를 감도록 설치될 수 있다. 제3와이어는 제3코어(31)를 따라 복수개 설치될 수 있으며, 3개 이상 설치되는 것이 발광소자의 집적도를 향상시키는 것에 유리하다. 각각의 제3와이어 사이의 간격은 서로 동일하도록 배치할 수 있으며, 제3발광유닛(30)이 n개의 제3와이어를 구비할 경우 제3와이어는 360/n °의 각도로 설치될 수 있다.
제4발광유닛(40)은 제2발광유닛(20) 및 제3발광유닛(30)의 옆에 위치한다. 여기서는 제4발광유닛(40)이 제2발광유닛(20)의 아래측(Y방향), 제3발광유닛(30)의 우측(X 방향)에 위치하는 것을 기준으로 설명한다. 제4발광유닛(40)은 제4코어(41)와 제4코어(41)에 설치되는 제4발광소자(42)를 포함한다. 제4코어(41)는 원형일 수 있으며, 중앙에는 제4발광소자(42)가 설치될 수 있는 소켓이 형성될 수 있다. 다만, 제4코어(41)의 형상이 원형으로 한정되는 것은 아니다. 제4발광소자(42)는 종래의 것을 이용할 수 있다. 제4발광소자(42)의 형태는 원형의 발광소자인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다각형의 발광소자를 이용할 수도 있다. 제4코어(41)와 제4와이어(43a, 43b, 43c, 43d)에는 발광소자를 위한 회로가 내측에 설치된다. 제4코어(41)와 제4와이어(43a, 43b, 43c, 43d)의 PVA(Polyvinyl alcohol), PLA(Polylactic acid), Acrylic, PC(polycarbonate), ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), CPE(Copolyester), Nylon, PP(Polypropylene) 및 TPU(Thermoplastic polyurethane)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 코어와 와이어가 서로 다른 재질로 형성되는 것도 가능하다. 제4코어(41)의 일측에는 복수의 제4와이어(43a, 43b, 43c, 43d)가 설치된다. 이때, 복수의 제4와이어(43a, 43b, 43c, 43d)는 제4코어(41)의 외주를 따라서 제4코어(41)를 중심으로 제1와이어와 같은 방향으로 감기도록 설치된다. 제2와이어나 제3와이와는 반대 방향으로 감기도록 설치된다. 예컨대, 제1와이어가 반시계 방향으로 감겨있는 경우 제4와이어도 시계방향으로 제4코어(41)에 감긴다. 하나의 그룹에서 제1발광유닛(10)을 기준으로 다른 발광유닛들을 나누어 보면, 제1발광유닛(10)에 가장 인접하여 유치하는 제2발광유닛(20)과 제3발광유닛(30)의 코어에는 와이어가 제1발광유닛(10)의 와어이와 반대방향으로 감기며, 제1발광유닛(10)에 대해 대각선에 위치하여 최인접을 만족하지 않는 제4발광유닛(40)의 코어에는 와이어가 제1발광유닛(20)의 와이어와 동일한 방향으로 감긴다. 복수의 제4와이어(43a, 43b, 43c, 43d)가 제4코어(41)에 감기는 각도는 도 1에 도시한 바와 같이 90°이거나 도 2에 도시한 바와 같이 270°일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제4와이어(43a, 43b, 43c, 43d)가 한바퀴 이상 제4코어(41)를 감도록 설치될 수 있다. 제4와이어는 제4코어(41)를 따라 복수개 설치될 수 있으며, 3개 이상 설치되는 것이 발광소자의 집적도를 향상시키는 것에 유리하다. 각각의 제4와이어 사이의 간격은 서로 동일하도록 배치할 수 있으며, 제4발광유닛(40)이 n개의 제4와이어를 구비할 경우 제4와이어는 360/n °의 각도로 설치될 수 있다.
제1코어와 제2코어의 사이에서 복수의 제1와이어 중 어느 하나와 복수의 제2와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결된다. 도 1을 참조하면, 제1코어(11)의 아래쪽으로부터 반시계 방향으로 감긴 제1와이어(13a)와 제2코어(21)의 아래쪽으로부터 시계 방향으로 감긴 제2와이어(23a)가 제1연결점(51)에서 연결된다.
마찬가지로 제1코어와 제3코어의 사이에서 복수의 제1와이어 중 다른 하나와 복수의 제3와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결된다. 도 1을 참조하면, 제1코어(11)의 좌측으로부터 반시계 방향으로 감긴 제1와이어(13d)와 제3코어(31)의 좌측으로부터 시계 방향으로 감긴 제3와이어(33a)가 제2연결점(52)에서 연결된다.
제2코어와 제4코어의 사이에서 복수의 제2와이어 중 다른 하나와 복수의 제4와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결된다. 도 1을 참조하면, 제2코어(21)의 우측으로부터 시계 방향으로 감긴 제2와이어(23b)와 제4코어(41)의 우측으로부터 반시계 방향으로 감긴 제4와이어(43a)가 제3연결점(53)에서 연결된다.
제3코어와 제4코어의 사이에서 복수의 제3와이어 중 다른 하나와 복수의 제4와이어 중 다른 하나가 연결부에서 연결된다. 도 1을 참조하면, 제3코어(31)의 윗측으로부터 시계 방향으로 감긴 제3와이어(33d)와 제4코어(41)의 윗측으로부터 반시계 방향으로 감긴 제4와이어(43d)가 제4연결점(54)에서 연결된다.
상술한 내용과 도 1 및 도 2를 참조하면, 그룹지어진 발광유닛은 안티-카이럴(anti-chiral) 구조, 보다 정확하게는 안티-카이럴-옥세틱 구조를 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 안티-카이럴 구조를 통해 음의 푸아송비를 가지게 되며, 나아가 발광소자의 집적도가 향상된다. 특히, 도 1 및 도 2와 같이 안티-테트라-카이럴(ant-tetra-chiral) 구조를 가질 경우 X 방향으로 스트레쳐블 디스플레이를 인장하면, Y 방향으로도 스트레쳐블 디스플레이가 인장되어 인장방향에 대해 수직한 방향으로의 인장이 유도된다. 즉, 스트레쳐블 디스플레이를 확장하여도 송출되는 이미지나 영상에 왜곡이 적어진다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2와 같이 안티-테트라-카이럴(ant-tetra-chiral) 구조를 가질 경우 연결점은 다른 연결점과 연결 와이어(61)를 통해 연결된다. 예컨대, 제1연결점(51)과 제2연결점(52)이 연결 와이어(61)를 통해 연결되는 것이다. 도 4와 같이, 그룹화된 발광유닛들을 반복적으로 배치할 경우 4개의 코어에 의해 형성되는 빈 공간에 연결 와이어들이 가로질러 배치되는 것을 확인할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1코어(11)와 상기 제2코어(21) 사이의 거리가 X 방향으로 멀어질 경우 제1코어(11)가 회전(R1)하면서 제1코어(11)에 감겨있던 복수의 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)가 풀리며, 제2코어(21)가 회전(R2)하면서 제2코어(21)에 감겨있던 복수의 제2와이어(23a, 23b, 23c, 23d)가 풀린다. 제1코어(11)가 회전(R1)하는 방향과 제2코어(21)가 회전(R2)하는 방향은 서로 반대 방향이 된다.
이때, 제1코어(11)가 X1 방향으로 이동하고, 제2코어(21)가 X2 방향으로 이동하게 되면, 제1코어(11)가 R1 방향으로 회전하고, 제2코어(21)가 R2 방향으로 회전한다. 제1코어(11)가 R1 방향으로 회전하고, 제2코어(21)가 R2 방향으로 회전하면 모든 제1와이어(13a, 13b, 13c, 13d)와 모든 제2와이어(23a, 23b, 23c, 23d)가 풀려나오게 된다.
이에 따라 제3코어(31)와 제4코어(41)도 각각 회전하게 되면서, 모든 제3와이어(33a, 33b, 33c, 33d)와 모든 제4와이어(43a, 43b, 43c, 43d)가 풀려나오게 된다
따라서 X 방향으로 스트레쳐블 디스플레이를 인장하게되면, 모든 와이어들이 풀려나오면서 Y 방향으로도 코어 사이의 거리가 멀어지게 된다. 그러므로 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이가 X 방향으로 인장시킬 경우 Y 방향으로도 인장되므로, 결론적으로 음의 푸아송비를 가지게 된다.
도 1 및 도 2를 비교해보면, 와이어가 코어에 감겨있는 각도가 클수록 스트레쳐블 디스플레이가 인장할 수 있는 범위가 커지는 것을 알 수 있다. 따라서 더 넓은 인장 범위가 필요할 경우 와이어가 코어에 감겨있는 각도를 증가시킬 수 있다. 다만, 와이어가 코어에 감겨있는 각도가 증가될 경우 단위면적당 발광소자가 차치하는 면적이 줄어들기 때문에, 인장할 수 있는 범위와 단위면적당 발광소자가 차지하는 면적을 고려하여 와이어가 코어에 감기는 각도를 조절할 수 있다. 또한, 스트레쳐블 디스플레이가 인장될 수 있는 범위는 와이어의 두께와도 관계가 있다.
도 5는 FE 시뮬레이션을 통해, 와이어의 폭(width)와 감겨있는 각도에 따른 최대인장범위와 항복강도(yield strength)를 확인한 것이다. 시뮬레이션 조건은 코어의 내측지름은 1cm, 외측지름은 2.4cm로 고정하고, 와이어의 폭과 감긴 각도를 변경하여 수행한 것이다.
도 5를 참조하면, 와이어의 폭을 작게하고, 와이어가 코어에 대해 감기는 각도를 증가시킴으로써 100% 이상의 최대인장범위를 달성할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 100% 의 최대인장범위를 달성한 상태의 강도는 100%의 최대인장범위 달성시의 필요한 강도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 코어가 삼각형으로 배치될 경우의 개략적 평면도이며, 도 7은 도 6의 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 디스플레이가 확장될 경우 각 코어들이 회전하면서 코어 사이의 간격이 넓어지는 것을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1발광유닛(10)을 중심으로 120° 각도로 제2발광유닛(20)들이 3개 배치된다. 제1발광유닛(10)과 제2발광유닛(20)의 코어는 서로 반대 방향으로 와이어가 감겨있으며, 도 1 내지 4에서 설명했던 것과 같은 원리로 일 방향으로의 스트레쳐블 디스플레이의 인장 또는 수축이 다른 방향으로의 스트레쳐블 디스플레이의 인장 또는 수축을 발생시킨다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적 평면도로서, 연결 와이어에서 추가 발광소자가 설치된 것을 설명하기 위한 참고도이며, 도 9은 도 8의 I-I'에 따른 개략적 단면도이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 발광유닛(10, 20, 30, 40)을 배치할 경우 각 발광유닛의 코어들의 사이에 빈 공간이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이 빈 공간들의 사이에는 연결 와이어(61)가 가로질러가는데, 연결 와이어(61)에 추가 발광소자(70)가 설치될 경우 발광소자의 집적도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 추가 발광소자(70)는 도 9에서 보는 바와 같이, 제1코어 내지 제4코어와 다른 층에 위치하도록 하여, 제1코어 내지 제4코어가 서로 멀어지거나 가까워지는 동작에 방해되지 않도록 할 수 있다.
지름 0.7r 원형의 발광소자(단, r은 코어의 외주를 기준으로 한 지름을 의미함)와 0.032d 두께의 와이어(단, d는 코어의 외주의 두께를 의미함)를 사용한 경우 와이어가 코어에 감겨 있는 각도가 90°인 경우 단위면적당 발광소자가 차지하는 면적은 28.4 %이며, 270°인 경우 18.6%이다. 그런데 와이어가 코어에 감겨 있는 각도가 270°인 경우에 더불어 추가 발광소자를 이용할 경우 단위면적당 발광소자가 차지하는 면적을 37.2%까지 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이의 개략적인 평면도이다. 상술한 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 제1연결부(51)와 제4연결부(51)에 보강부(51a, 54a)가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
연결부는 코어에 나선형으로 감겨있는 와이어가 만나는 부분이므로 2개의 호가 서로 만나는 지점이 된다. 보강부(51a, 54a)는 2개의 호가 만나는 지점의 외측에 형성된다. 보강부(51a, 54a)는 2개의 호가 만나는 지점의 외측을 서로 선이나 면으로 서로 연결하는 것이다. 도 10에는 보강부(51a, 54a)가 연결부의 외측을 완전히 채우는 면 형태인 것으로 도시하였으나, 연결부의 외측의 양쪽 와이어의 일 지점이 추가 연결와이어로 연결되는 형태도 가능하다. 예컨대, 도 10에서 보강부(51a, 54a)를 구성하는 면의 모서리에 연결와이어가 위치할 수 있다. 구체적으로 제1보강부(51a)는 제1연결부의 Y방향의 외측에 형성되며, 제1연결부의 제1와이어와 제2와이어를 추가로 연결하고, 제2보강부(54a)는 제4연결부의 Y방향의 외측에 형성되며, 상기 제4연결부의 제3와이어와 제4와이어를 추가로 연결한다.
보강부(51a, 54a)는 연결부 중에서 인장 방향에 해당하는 연결부에 형성된다. 여기서 인장방향이란 외력에 의해 스트레쳐블 디스플레이가 당겨지는 방향을 의미한다. 다만, 인장방향으로 본 발명의 스트레쳐블 디스플레이를 당기면 수직한 방향으로도 인장이 발생하는데, 본 문서에서는 이렇게 간접적으로 인장이 발생하는 방향을 종속 방향이라고 한다.
도 11은 보강부가 형성되지 않은 경우의 스트레쳐블 디스플레이의 인장에 따른 푸아송 비 값을 측정한 것이며, 도 12는 인장 방향으로 보강부가 형성된 경우의 스트레쳐블 디스플레이의 인장에 따른 푸아송 비 값을 측정한 것이다.
스트레쳐블 디스플레이로 송출되는 화면의 확장 또는 수축에 따른 왜곡을 최소화하기 위해서는 화면비에 따라 다를 수는 있지만 푸아송 비가 약 -0.8 ~ -1.2 수준인 것이 가장 바람직하다.
도 11 및 도 12를 비교해보면, 보강부가 형성된 스트레쳐블 디스플레이는 푸아송 비가 평균적으로 -0.8 ~ -1.2 수준인 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 보강부가 없는 경우에는 푸아송 비가 -0.4 ~ -0.5 수준으로 부족함을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 스트레쳐블 디스플레이에 보강부가 더 형성된 경우 스트레쳐블 디스플레이는 푸아송 비를 -0.8 ~ -1.2 수준으로 조정하여 확장 또는 수축에 따른 왜곡을 최소화할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이를 실제로 구현한 것으로서, 양 옆으로 당겨 스트레쳐블 디스플레이를 인장시킬 경우 위-아래로도 스트레쳐블 디스플레이가 인장되는 것을 촬영한 것이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 확대를 하더라도 "N"자의 비율이 거의 유지되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 14에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 자유롭게 휘어지는 것도 가능하다는 장점이 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레쳐블 디스플레이는 곡면에도 박리현상 없이 부착이 가능하다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (8)

  1. 제1발광소자가 설치되는 제1코어;
    상기 제1코어의 옆에 위치하며, 제2발광소자가 설치되는 제2코어;
    상기 제1코어의 일측으로부터 나와 상기 제1코어를 중심으로 일 방향으로 감기는 복수의 제1와이어; 및
    상기 제2코어의 일측으로부터 나와 상기 제2코어를 중심으로 상기 제1와이어와 반대 방향으로 감기는 복수의 제2와이어;를 포함하고,
    상기 제1코어와 상기 제2코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 어느 하나와 상기 복수의 제2와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결되며,
    상기 제1코어와 상기 제2코어 사이의 거리가 멀어질 경우 상기 제1코어가 회전하면서 상기 제1코어에 감겨있던 상기 복수의 제1와이어가 풀리며, 상기 제2코어가 회전하면서 상기 제2코어에 감겨있던 상기 복수의 제2와이어가 풀리는 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1코어의 옆에 위치하며, 제3발광소자가 설치되는 제3코어; 및
    상기 제3코어의 일측으로부터 나와 상기 제3코어를 중심으로 상기 제1와이어와 반대 방향으로 감기는 복수의 제3와이어;를 더 포함하고,
    상기 제1코어와 상기 제3코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제3와이어 중 어느 하나가 연결부에서 연결되며,
    상기 제1코어와 상기 제2코어 사이의 거리가 멀어질 경우 상기 제1코어가 상기 제1코어에 감겨있던 상기 복수의 제1와이어가 풀림에 따라, 상기 1코어와 상기 제3코어 사이의 거리도 멀어지는 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1와이어는 각각은 상기 제1코어의 일측으로부터 나와 90° 이상의 각도로 상기 제1코어에 감겨 있는 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
  4. X 방향 및 Y 방향으로 인장 또는 수축하는 음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이로서,
    제1발광소자가 설치되는 제1코어;
    상기 제1코어의 X방향의 일측에 위치하며, 제2발광소자가 설치되는 제2코어;
    상기 제1코어의 Y방향의 일측에 위치하며, 제3발광소자가 설치되는 제3코어;
    상기 제2코어의 Y방향의 일측 및 상기 제3코어의 X방향의 일측에 위치하며, 제4발광소자가 설치되는 제4코어;
    상기 제1코어의 일측으로부터 나와 상기 제1코어를 중심으로 반시계 방향으로 감기는 복수의 제1와이어;
    상기 제2코어의 일측으로부터 나와 상기 제2코어를 중심으로 시계 방향으로 감기는 복수의 제2와이어;
    상기 제3코어의 일측으로부터 나와 상기 제3코어를 중심으로 시계 방향으로 감기는 복수의 제3와이어; 및
    상기 제4코어의 일측으로부터 나와 상기 제4코어를 중심으로 반시계 방향으로 감기는 복수의 제4와이어;를 포함하고,
    상기 제1코어와 상기 제2코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 어느 하나와 상기 복수의 제2와이어 중 어느 하나가 제1연결부에서 연결되며,
    상기 제1코어와 상기 제3코어의 사이에서 상기 복수의 제1와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제3와이어 중 어느 하나가 제2연결부에서 연결되며,
    상기 제2코어와 상기 제4코어의 사이에서 상기 복수의 제2와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제4와이어 중 어느 하나가 제3연결부에서 연결되며,
    상기 제3코어와 상기 제4코어의 사이에서 상기 복수의 제3와이어 중 다른 하나와 상기 복수의 제4와이어 중 다른 하나가 제4연결부에서 연결되며,
    상기 제2연결부와 상기 제3연결부는 연결와이어로 서로 연결되며,
    X방향으로 스트레쳐블 디스플레이에 힘을 가하여 확장시킬 경우 상기 제1코어 및 상기 제4코어는 반시계 방향으로 회전하고, 상기 제2코어 및 상기 제3코어는 시계 방향으로 회전하면서, X 방향 및 Y방향으로 상기 제1코어 내지 제4코어들 사이의 거리가 멀어지는 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결와이어에 설치되는 추가 발광소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 추가 발광소자는 상기 제1코어 내지 제4코어와 다른 층에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1연결부의 Y방향의 외측에 형성되며, 상기 제1연결부의 제1와이어와 제2와이어를 추가로 연결하는 제1보강부; 및
    상기 제4연결부의 Y방향의 외측에 형성되며, 상기 제4연결부의 제3와이어와 제4와이어를 추가로 연결하는 제2보강부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
  8. 제7항에 있어서,
    Y 방향은 외력에 의해 스트레쳐블 디스플레이가 확장 또는 수축되는 방향인 인장 방향이며, X 방향은 스트레쳐블 디스플레이의 인장 방향의 확장 또는 수축에 따라 종속적으로 확장 또는 수축되는 종속 방향인 것을 특징으로 하는,
    음의 푸아송비를 가지는 스트레쳐블 디스플레이.
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