KR102393781B1 - Flexible device - Google Patents

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KR102393781B1
KR102393781B1 KR1020200083410A KR20200083410A KR102393781B1 KR 102393781 B1 KR102393781 B1 KR 102393781B1 KR 1020200083410 A KR1020200083410 A KR 1020200083410A KR 20200083410 A KR20200083410 A KR 20200083410A KR 102393781 B1 KR102393781 B1 KR 102393781B1
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주영창
이종성
이재찬
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서울대학교산학협력단
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    • G06F1/1652Details related to the display arrangement, including those related to the mounting of the display in the housing the display being flexible, e.g. mimicking a sheet of paper, or rollable

Abstract

본 발명은, 플렉시블 표시 장치에 적용되는 유연 소자를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유연 소자는, 제1 면과 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 복수의 홈들이 구비된 기판; 및 상기 기판의 상기 제2 면 상에 위치하는 금속층;을 포함한다.The present invention provides a flexible element applied to a flexible display device. According to an embodiment of the present invention, the flexible element, a substrate including a first surface and a second surface opposite to the first surface, the first surface is provided with a plurality of grooves; and a metal layer positioned on the second surface of the substrate.

Description

유연 소자{Flexible device}Flexible device

본 발명의 기술적 사상은 전자 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플렉시블 표시 장치에 적용되는 유연 소자에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to an electronic device, and more particularly, to a flexible element applied to a flexible display device.

최근 폴더블 휴대장치 또는 롤러블 표시장치 등과 같이 크기의 변형을 통해 수납의 용이성을 향상시키거나, 기기의 모양의 자유도를 높이기 위해 기계적 가동성에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 이러한 장치들에 사용되는 플렉서블 표시장치는 약 20만회의 피로수명을 확보할 것을 요구하고 있다. 그러나, 현재 굽힘부에서 기계적 신뢰성 문제가 발생하여 충분한 수명이 확보되기 어려운 상태이다. Recently, a demand for mechanical mobility is greatly increased in order to improve the ease of storage by changing the size of a foldable portable device or a rollable display device, or to increase the degree of freedom in the shape of the device. The flexible display device used in these devices is required to secure a fatigue life of about 200,000 cycles. However, it is difficult to secure a sufficient lifespan due to a mechanical reliability problem occurring in the current bending portion.

전자장치에 기계적 가동성을 부여하기 위하여 다양한 연구가 진행되어 왔으며, 이러한 발전의 흐름에 따라 전자기기에는 더욱 큰 기계적 응력을 수용할 수 있어야 한다. 이에 따라 유연 전자 소자에서 기계적 신뢰성을 확보할 수 있는 핵심 기술 개발이 필요하다. 기존의 전자기기에서는 높은 온도, 전류 밀도, 전압 등이 열 응력, 금속이온이동(electromigration), 유전체 파괴 등의 신뢰성 문제를 유발하는 주된 요인이었다. 하지만, 플렉시블 전자기기의 경우, 굽힘, 말림, 비틀림 등의 기계적 변형이 반복적으로 가해지게 되므로 제품 내부에서 넓은 면적을 차지하는 금속 배선 부분에서 특히 박리, 파괴, 피로 등의 기계적 신뢰성 문제가 발생하게 된다. 이러한 신뢰성 문제를 해결하기 위해서는 20만 번 이상의 장기 수명 평가가 필요하다.Various studies have been conducted to impart mechanical mobility to electronic devices, and according to the flow of such developments, electronic devices must be able to accommodate greater mechanical stress. Accordingly, it is necessary to develop a core technology that can secure mechanical reliability in flexible electronic devices. In conventional electronic devices, high temperature, current density, voltage, etc. were the main factors causing reliability problems such as thermal stress, metal ion migration (electromigration), and dielectric breakdown. However, in the case of a flexible electronic device, since mechanical deformation such as bending, curling, and torsion is repeatedly applied, mechanical reliability problems such as peeling, breaking, and fatigue occur especially in the metal wiring portion occupying a large area inside the product. To solve this reliability problem, more than 200,000 long-term life evaluations are required.

대표적으로 산업화된 기술은, 변형에 취약한 소자를 변형시키는 것이 아닌, 배선이나 기판과 같이 전기적 성능에 미치는 영향이 적은 부분을 변형성이 있는 재료로 대체하여 기계적 가동성을 부여하는 형태로 연구가 진행되었다. 그 중 하나로, 기존 유연 소자에 사용되는 적용된 기술의 경우, 홀스슈(horse shoe) 형태의 접혀있는 구조의 패턴을 통하여 금속 배선에 변형성을 부여하고, 그 위의 딱딱한 소자를 섬처럼 위치시켜 기계적 변형의 영향을 받지 않도록 한다. 이는 다음과 같은 문제점을 야기한다. 기판 위에 변형이 가능한 배선의 패턴을 위치시킬 수 있는 공간이 소자 주위에 필요하므로 필연적으로 집적도가 감소하며, 패터닝된 배선에 발생하는 변형이 여전히 존재하므로 배선에서 발생하는 피로가 성능의 저하를 발생시킨다는 점이다.Typically, industrialized technology has been researched in the form of providing mechanical mobility by replacing parts with a low influence on electrical performance, such as wiring or substrates, with deformable materials, rather than deforming devices that are susceptible to deformation. As one of them, in the case of the applied technology used in the existing flexible device, deformability is given to the metal wiring through a pattern of a folded structure in the form of a horse shoe, and the hard device is placed on it like an island to mechanically deform it. not to be affected by This causes the following problems. Since a space is required around the device to place a pattern of deformable wiring on the substrate, the degree of integration is inevitably reduced, and since deformation occurring in the patterned wiring is still present, fatigue occurring in the wiring causes a decrease in performance. point.

본 연구진은 굽힘 변형에 대한 다양한 요인에 대해 연구해왔으며, 반복적인 굽힘 변형이 발생할 경우 재료에 발생하는 다양한 피로 현상에 대한 노하우를 보유하고 있다. 위의 연구를 바탕으로 하였을 때, 굽힘 변형이 발생시, 두께 방향으로 발생하는 응력 변화가 표면에 위치한 소자의 변형에 가장 큰 영향을 미치며, 이를 해소하거나 완화하는 방식을 통해 소자가 위치한 표면의 변형을 억제하고, 신뢰성을 개선할 수 있을 것이라 예측하였다. Our research team has studied various factors for bending deformation, and has the know-how on various fatigue phenomena that occur in materials when repetitive bending deformation occurs. Based on the above study, when bending deformation occurs, the stress change in the thickness direction has the greatest effect on the deformation of the element located on the surface, It was predicted that it would be possible to suppress and improve reliability.

한국특허출원번호 제20130097979호Korean Patent Application No. 201300977979

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 기계적 변형에 의한 우수한 피로 저항력을 가지는 유연 소자를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a flexible device having excellent fatigue resistance due to mechanical deformation.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 의하면, 기계적 변형에 의한 우수한 피로 저항력을 가지는 유연 소자가 제공된다. According to one aspect of the present invention, there is provided a flexible element having excellent fatigue resistance due to mechanical deformation.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유연 소자는, 제1 면과 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 복수의 홈들이 구비된 기판; 및 상기 기판의 상기 제2 면 상에 위치하는 금속층;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the flexible element, a substrate including a first surface and a second surface opposite to the first surface, the first surface is provided with a plurality of grooves; and a metal layer positioned on the second surface of the substrate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 상기 유연 소자의 굽힘 방향에 대하여 소정의 각도를 가지고 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may extend at a predetermined angle with respect to the bending direction of the flexible element.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 상기 기판의 두께 방향에 대하여 수직으로 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may extend vertically with respect to a thickness direction of the substrate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 반복되는 패턴을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may have a repeating pattern.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 동일한 간격으로 이격될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may be spaced apart at the same interval.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 0.1 mm 내지 2 mm 범위의 간격으로 이격될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may be spaced apart from each other by an interval in the range of 0.1 mm to 2 mm.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 동일한 깊이를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may have the same depth.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 상기 기판의 두께의 50% 내지 80%의 범위의 깊이를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may have a depth in the range of 50% to 80% of the thickness of the substrate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 동일한 폭을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may have the same width.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들은 10 μm 내지 80 μm 범위의 폭을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of grooves may have a width in a range of 10 μm to 80 μm.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 홈들 사이의 간격은 상기 기판의 두께의 1/10 배 내지 5 배 범위일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an interval between the plurality of grooves may be in the range of 1/10 to 5 times the thickness of the substrate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판의 변형율은 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the strain rate of the substrate may satisfy the following relational expression (1).

<관계식 1><Relational Expression 1>

Figure 112020070397080-pat00001
Figure 112020070397080-pat00001

(여기에서, ε 는 변형률, g는 홈 사이의 간격, d는 홈의 깊이, h는 기판의 두께, 및 w는 홈의 폭임)(where ε is the strain, g is the spacing between grooves, d is the depth of the grooves, h is the thickness of the substrate, and w is the width of the grooves)

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판은 폴리이미드(Polyimide), PET(polyethylene terephthalate), 폴리우레탄(polyurethane), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEBA(polyether block amides), EVA(ethylene-vinyl acetate), Ecoflex, Dragon skin, 실리콘 고무(silicon rubber) 또는 마이크로 두께의 박형 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substrate is made of polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyurethane, polydimethylsiloxane (PDMS), polyether block amides (PEBA), ethylene-vinyl acetate (EVA), Ecoflex, Dragon skin, silicon rubber, or micro-thin silicon wafers may be included.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판은 10 μm 내지 1000 μm 범위의 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substrate may have a thickness in the range of 10 μm to 1000 μm.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 금속층은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal layer is copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), nickel (Ni), palladium (Pd), molybdenum (Mo), titanium (Ti), gold (Au) ), silver (Ag), platinum (Pt), or an alloy thereof.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 금속층은 금속 나노 와이어, 금속-탄소 나노 섬유, 금속-탄소 나노 구조체, 및 그래핀 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal layer may include at least one of metal nanowires, metal-carbon nanofibers, metal-carbon nanostructures, and graphene.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 금속층은 10 nm 내지 1000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal layer may have a thickness in the range of 10 nm to 1000 nm.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유연 소자는, 제1 면과 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 복수의 홈들이 구비된 기판; 및 상기 기판의 상기 제2 면 상에 위치하는 금속층;을 포함하고, 상기 금속층은 탄소나노물질을 모재로 하여, 상기 탄소나노물질의 표면에 급속 물질이 코팅될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the flexible element, a substrate including a first surface and a second surface opposite to the first surface, the first surface is provided with a plurality of grooves; and a metal layer positioned on the second surface of the substrate, wherein the metal layer has a carbon nanomaterial as a base material, and a rapid material may be coated on the surface of the carbon nanomaterial.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 탄소나노물질은 탄소나노섬유를 포함할 수 있고, 상기 금속 물질은 구리를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon nanomaterial may include carbon nanofibers, and the metal material may include copper.

본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 상기 유연 소자는 기존 소자의 전기적 성능을 그대로 유지한 상태에서, 재료적인 변형 한계를 극복하기 위해 소자가 배치된 기판의 배면을 복수의 홈들을 가지도록 가공함으로써 기계적 변형 한계를 극복하고 신뢰성을 개선할 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the flexible element is by processing the rear surface of the substrate on which the element is disposed to have a plurality of grooves in order to overcome the material deformation limit while maintaining the electrical performance of the existing element as it is. It can overcome the mechanical deformation limit and improve reliability.

상기 유연 소자는, 기판의 배면에 굽힘 방향에 수직한 방향으로 연장된 복수의 홈들을 형성하여, 전자 소자 또는 배선이 형성된 기판을 안쪽으로 굽히는 변형에 대해 표면 응력을 해소하고, 신뢰성을 유지할 수 있다. 상기 기판의 배면에 형성된 홈들은 일정 간격으로 배열된 직선 형태가 가능할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 표면에 발생하는 응력을 크게 낮춰 신뢰성을 크게 개선할 수 있으며, 표면의 소자 집적도에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다. 이를 위한 별도의 복잡한 공정이나 장치를 요구하지 않는 장점이 있다.The flexible element may form a plurality of grooves extending in a direction perpendicular to the bending direction on the rear surface of the substrate, thereby relieving the surface stress against deformation of bending the substrate on which the electronic element or wiring is formed inward, and maintaining reliability. . The grooves formed on the rear surface of the substrate may be linearly arranged at regular intervals. However, this is exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto. Therefore, it is possible to greatly improve the reliability by significantly lowering the stress generated on the surface, and there is an advantage that the degree of integration of the elements on the surface is not affected. There is an advantage in that a separate complicated process or device is not required for this purpose.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자를 도시하는 배면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 유연 소자를 A-A 선에 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자에 구비된 홈들의 치수와 변형률 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 거동 해석을 위한 시뮬레이션 모델을 도시한다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 거동 해석을 위한 시뮬레이션 모델에 적용된 다양한 치수의 홈들의 형성을 도시한다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 거동 해석을 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 실물 사진이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 싸이클에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 18는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자에서 금속층으로서 구리/탄소나노섬유를 적용한 경우를 도시하는 개략도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 도 18의 유연 소자의 굽힘변형 싸이클에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a rear view showing a flexible device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the flexible element of Figure 1 according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the relationship between the dimensions and strain of the grooves provided in the flexible element according to an embodiment of the present invention.
4 shows a simulation model for analyzing the bending deformation behavior of a flexible element according to an embodiment of the present invention.
5 shows the formation of grooves of various dimensions applied to a simulation model for the analysis of bending deformation behavior of a flexible element according to an embodiment of the present invention.
6 to 13 show simulation results for the analysis of bending deformation behavior of a flexible element according to an embodiment of the present invention.
14 is a real photograph of a flexible device according to an embodiment of the present invention.
15 to 17 are graphs showing the resistance change with respect to the bending deformation cycle of the flexible element according to an embodiment of the present invention.
18 is a schematic diagram illustrating a case in which copper/carbon nanofibers are applied as a metal layer in a flexible device according to an embodiment of the present invention.
19 is a graph showing the resistance change with respect to the bending deformation cycle of the flexible element of FIG. 18 according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In this specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자(100)를 도시하는 배면도이다.1 is a rear view showing a flexible element 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 유연 소자(100)를 A-A 선에 따라 절단한 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of the flexible element 100 of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 유연 소자(100)는 기판(110) 및 금속층(120)을 포함한다. 기판(110)은 제1 면(112)과 제1 면(112)에 대향하는 제2 면(114)을 포함한다. 기판(110)의 제1 면(112)에 복수의 홈들(130)이 구비될 수 있다. 금속층(120)은 기판(110)의 제2 면(114) 상에 위치할 수 있다.1 and 2 , the flexible device 100 includes a substrate 110 and a metal layer 120 . The substrate 110 includes a first side 112 and a second side 114 opposite the first side 112 . A plurality of grooves 130 may be provided on the first surface 112 of the substrate 110 . The metal layer 120 may be positioned on the second surface 114 of the substrate 110 .

기판(110)은 다양한 절연성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 다양한 플렉서블 특징을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 기판(110)은, 예를 들어 폴리이미드(Polyimide), PET(polyethylene terephthalate), 폴리우레탄(polyurethane), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEBA(polyether block amides), EVA(ethylene-vinyl acetate), Ecoflex, Dragon skin, 실리콘 고무(silicon rubber), 또는 마이크로 두께의 박형 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 기판(110)은 10 μm 내지 1000 μm 범위의 두께를 가질 수 있다.The substrate 110 may include various insulating materials. In addition, the substrate 110 may include a material having various flexible characteristics. The substrate 110 is, for example, polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyurethane, polydimethylsiloxane (PDMS), polyether block amides (PEBA), ethylene-vinyl acetate (EVA), Ecoflex, Dragon. It may include skin, silicon rubber, or a micro-thin thin silicon wafer. The substrate 110 may have a thickness ranging from 10 μm to 1000 μm.

금속층(120)은 다양한 전도성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 금속층(120)은 금속 나노 와이어, 금속-탄소 나노 섬유, 금속-탄소 나노 구조체, 및 그래핀 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 금속층(120)은 10 nm 내지 1000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 금속층(120)은 배선이 배치되거나 또는 전자소자가 배치될 수 있다.The metal layer 120 may include various conductive materials, for example, a metal, for example, copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), nickel (Ni), palladium (Pd). ), molybdenum (Mo), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), or an alloy thereof. The metal layer 120 may include at least one of metal nanowires, metal-carbon nanofibers, metal-carbon nanostructures, and graphene. The metal layer 120 may have a thickness in the range of 10 nm to 1000 nm. In the metal layer 120 , wirings or electronic devices may be disposed.

유연 소자(100)는 기판(110)의 두께 방향인 하측 방향(또는 상측 방향)으로 구부러질 수 있다. 복수의 홈들(130)은 유연 소자(100)가 구부러지는 방향에 대하여, 즉 유연 소자(100)의 굽힘 방향에 대하여, 소정의 각도를 가지고 연장될 수 있다. 예를 들어, 복수의 홈들(130)은 기판(110)의 두께 방향에 대하여 수직으로 연장될 수 있다.The flexible element 100 may be bent in a downward direction (or upward direction) that is a thickness direction of the substrate 110 . The plurality of grooves 130 may extend at a predetermined angle with respect to the direction in which the flexible element 100 is bent, that is, with respect to the bending direction of the flexible element 100 . For example, the plurality of grooves 130 may extend perpendicular to the thickness direction of the substrate 110 .

복수의 홈들(130)은 반복되는 패턴을 가질 수 있다. 복수의 홈들(130)은 동일한 간격으로 이격될 수 있다. 복수의 홈들(130)은 동일한 깊이를 가질 수 있다. 복수의 홈들(130)은 동일한 폭을 가질 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 복수의 홈들(130)이 다른 깊이를 가지거나, 다른 폭을 가지거나, 또는 복수의 홈(130)이 서로 다른 간격으로 이격되는 경우들도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The plurality of grooves 130 may have a repeating pattern. The plurality of grooves 130 may be spaced apart from each other at the same interval. The plurality of grooves 130 may have the same depth. The plurality of grooves 130 may have the same width. However, this is an example, and cases in which the plurality of grooves 130 have different depths, different widths, or the plurality of grooves 130 are spaced apart from each other at different intervals are also included in the technical spirit of the present invention. do.

복수의 홈들(130)은, 예를 들어 0.1 mm 내지 2 mm 범위의 간격으로 이격될 수 있다. 복수의 홈들(130)은, 예를 들어 기판(110)의 두께의 50% 내지 80%의 범위의 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(110)이 125 μm의 두께를 가지는 경우에는, 복수의 홈들(130)은 62.5 μm 내지 100 μm 범위의 깊이를 가질 수 있다. 복수의 홈들(130)은, 예를 들어 10 μm 내지 80 μm 범위의 폭을 가질 수 있다. 상기 복수의 홈들(130) 사이의 간격은 상기 기판의 두께의 1/10 배 내지 5 배 범위일 수 있다.The plurality of grooves 130 may be spaced apart from each other at intervals ranging from 0.1 mm to 2 mm, for example. The plurality of grooves 130 may have, for example, a depth ranging from 50% to 80% of the thickness of the substrate 110 . For example, when the substrate 110 has a thickness of 125 μm, the plurality of grooves 130 may have a depth ranging from 62.5 μm to 100 μm. The plurality of grooves 130 may have, for example, a width ranging from 10 μm to 80 μm. An interval between the plurality of grooves 130 may be in the range of 1/10 to 5 times the thickness of the substrate.

복수의 홈들(130)은 기판(110)의 일부 영역을 제거하여 형성되므로, 상기 복수의 홈들(130)을 형성하는 방법은, 블레이드 등을 이용한 물리적 방식, 식각과 같은 화학적 방식, 레이저 등을 이용한 광원 방식 등 다양한 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 복수의 홈들(130)은 도시된 바와 같은 직선 뿐만 아니라 다양한 패턴 형태로도 형성할 수 있고, 이러한 경우에는 특정 방향의 변형성을 개선하는 추가적인 효과를 제공할 수 있다.Since the plurality of grooves 130 are formed by removing a partial region of the substrate 110 , the method of forming the plurality of grooves 130 includes a physical method using a blade or the like, a chemical method such as etching, and a laser method. This may be performed using various methods such as a light source method. In addition, the plurality of grooves 130 may be formed in various pattern shapes as well as straight lines as shown, and in this case, an additional effect of improving deformability in a specific direction may be provided.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자에 구비된 홈들의 치수와 변형률 관계를 나타내는 도면이다.3 is a view showing the relationship between the dimensions of the grooves and the strain provided in the flexible element according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, (a)는 기판에 홈이 형성되지 않은 경우로서, 기판의 변형률(ε)은 기판의 두께(h)에 비례하고, 곡률반경(r0)에 반비례하는 관계를 나타낸다. 반면, (b)는 기판에 홈이 형성된 경우로서, 기판의 변형률(ε)은 홈 사이의 간격(g), 홈의 깊이(d), 기판의 두께(h), 및 홈의 폭(w)과 관련됨을 알 수 있고 하기의 관계식 1로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3 , (a) is a case in which a groove is not formed in the substrate, and the strain (ε) of the substrate is proportional to the thickness (h) of the substrate and inversely proportional to the radius of curvature (r 0 ). On the other hand, (b) shows a case in which a groove is formed in the substrate, and the strain (ε) of the substrate is determined by the spacing between the grooves (g), the depth of the grooves (d), the thickness of the substrate (h), and the width of the grooves (w). It can be seen that it is related to and can be represented by the following Relational Expression 1.

<관계식 1><Relational Expression 1>

Figure 112020070397080-pat00002
Figure 112020070397080-pat00002

(여기에서, ε 는 변형률, g는 홈 사이의 간격, d는 홈의 깊이, h는 기판의 두께, 및 w는 홈의 폭임)(where ε is the strain, g is the spacing between grooves, d is the depth of the grooves, h is the thickness of the substrate, and w is the width of the grooves)

따라서, 기판에 홈이 형성된 경우에는, 굽힘 변형의 변형률이 두께에 비례하여 증가하며, 홈에 의하여 국부적인 두께 감소효과를 발생시키게 된다. 기판 표면에 발생하는 변형률은 홈의 간격이 멀어질수록 증가하며, 홈의 깊이 및 폭이 커질수록 감소하게 된다.Therefore, when the groove is formed in the substrate, the strain rate of bending deformation increases in proportion to the thickness, and the groove causes a local thickness reduction effect. The strain occurring on the substrate surface increases as the distance between the grooves increases, and decreases as the depth and width of the grooves increase.

이하에서는, 상기 유연 소자의 굽힘변형 거동 해석을 위한 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다.Hereinafter, simulation results for the analysis of bending deformation behavior of the flexible element will be described.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 거동 해석을 위한 시뮬레이션 모델을 도시한다.4 shows a simulation model for analyzing the bending deformation behavior of a flexible element according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 유연 소자의 굽힘변형 거동을 해석하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 상기 시뮬레이션 조건으로서, 탄성 모델을 산정하였고, 영률은 3.7 GPa, 포아송비는 0.43 로 PET, PI 등과 같은 유연기판을 대표할 수 있는 수치를 선택하였다. 유연 소자의 길이는 20 mm, 폭 1 mm, 두께 100 μm 로 설정하였다. 굽힘변형 거동은 U자 굽힘변형 모델을 모사하였다. 굽힘 반경은 2.5 mm이었고, 2% 변형률(strain) 조건을 선택하였다.Referring to FIG. 4 , a simulation was performed to analyze the bending deformation behavior of the flexible element. As the simulation conditions, an elastic model was calculated, and the Young's modulus was 3.7 GPa, and the Poisson's ratio was 0.43, so a numerical value representative of flexible substrates such as PET and PI was selected. The length of the flexible element was set to 20 mm, width 1 mm, and thickness 100 μm. The bending deformation behavior was simulated by the U-shaped bending deformation model. The bending radius was 2.5 mm, and the condition of 2% strain was selected.

도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 거동 해석을 위한 시뮬레이션 모델에 적용된 다양한 치수의 홈들의 형성을 도시한다.5 shows the formation of grooves of various dimensions applied to a simulation model for the analysis of bending deformation behavior of a flexible element according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 홈의 깊이가 기판의 전체 두께에 대하여 20%, 50% 및 80% 인 경우가 도시되어 있다. 또한, 상기 홈의 폭이 10 μm, 20 μm 및 80 μm 인 경우가 도시되어 있다. 또한, 상기 홈들 사이의 간격이 0.1 mm, 0.5 mm 및 2.0 mm 인 경우가 도시되어 있다.Referring to FIG. 5 , cases in which the depth of the groove is 20%, 50%, and 80% of the total thickness of the substrate are illustrated. In addition, cases in which the widths of the grooves are 10 μm, 20 μm, and 80 μm are shown. Also, the cases in which the intervals between the grooves are 0.1 mm, 0.5 mm and 2.0 mm are shown.

도 6 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 거동 해석을 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.6 to 13 show simulation results for analyzing bending deformation behavior of a flexible element according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a)를 참조하면, 상기 기판에서 홈이 형성된 영역은 도시된 바와 같은 굽힘력이 인가되어 기판이 구부러지면, 인장 변형이 야기되며, 상기 기판의 파괴에 영향을 미치는 변형이 된다. 상기 영역의 변형률을 외측 변형률로 지칭하기로 한다. 반면, 상기 기판에서 반대측인 홈이 형성되지 않은 영역은 압축 변형이 야기되며, 전자 소자에 발생하는 변형이 된다. 상기 영역의 변형률을 내측 변형률로 지칭하기로 한다.Referring to (a) of FIG. 6 , when a bending force is applied to the region in which the groove is formed in the substrate and the substrate is bent, tensile deformation is induced, which is a deformation affecting the destruction of the substrate. The strain in this region will be referred to as the outside strain. On the other hand, in the region on the opposite side of the substrate where the groove is not formed, compressive deformation is induced and the electronic device is deformed. The strain in this region will be referred to as the inner strain.

도 6의 (b)를 참조하면, 기판 두께에 대한 홈의 깊이에 따른 변형률에 대하여 분석한 결과, 상기 내측 변형률은 기판 두께에 대한 홈의 깊이가 증가될수록 증가되었다. 상기 내측 변형률의 선형회기(linear regression) 기울기는 약 0.019로 나타났다. 반면, 상기 외측 변형률은 기판 두께에 대한 홈의 깊이가 증가되는 초기에는 변형률이 증가하다가 이후 감소하였다. 상기 외측 변형률의 선형회기 기울기는 약 -0.047로 나타났다. 상기 기판의 파괴 변형률 이하의 외측 변형률을 가지는 경우에서, 최소의 내측 변형률을 확보할 수 있는 조건을 파악할 수 있다.Referring to FIG. 6B , as a result of analyzing the strain according to the depth of the groove with respect to the thickness of the substrate, the inner strain increased as the depth of the groove with respect to the thickness of the substrate increased. The slope of the linear regression of the inner strain was about 0.019. On the other hand, the outer strain increased initially when the depth of the groove with respect to the thickness of the substrate was increased, and then decreased. The linear regression slope of the outer strain was about -0.047. In the case of having an outer strain equal to or less than the breaking strain of the substrate, a condition for securing a minimum inner strain may be grasped.

도 7을 참조하면, 굽힘 반경이 2.5 mm 이고, 상기 홈들의 폭이 20 μm 이고, 상기 홈들 사이의 간격이 0.1 mm 인 경우의 시뮬레이션 결과가 변형률에 대하여 다른 색상으로 나타나 있다. 홈이 없는 경우에는 중앙부분이 짙은 색상으로 표시되어 있고, 이는 응력집중에 의하여 변형이 크게 발생하고 이에 따라 변형률이 크게 나타났다. 반면, 중앙에서 멀어질수록 흐린 색상으로 변화하는 바, 변형률이 감소되는 것으로 분석된다. 반면, 홈이 형성된 경우에는, 홈의 깊이가 증가될수록 전체적으로 짙은 색상에서 흐린 색상으로 변화되는 결과를 얻을 수 있다. 이는 변형이 전체적으로 감소하는 것으로 분석되고, 또한 중앙부와 외측의 변형률의 차이가 감소됨을 알 수 있다. 예를 들어, 홈의 깊이가 기판의 두께의 80%인 경우에는, 전체적으로 변형률이 전체적으로 거의 균일하게 되는 것으로 분석된다. 따라서, 기판 표면에 발생하는 내측 변형률은 홈의 깊이가 증가될수록 감소되며, 예를 들어 선형적으로 감소될 수 있다.Referring to FIG. 7 , simulation results for a case where the bending radius is 2.5 mm, the width of the grooves is 20 μm, and the spacing between the grooves is 0.1 mm are shown in different colors with respect to the strain. If there is no groove, the central part is marked with a dark color, and the deformation occurs greatly due to stress concentration, and thus the deformation rate is large. On the other hand, it is analyzed that the strain is reduced as it changes to a dull color as it goes away from the center. On the other hand, when the groove is formed, as the depth of the groove increases, the overall color changes from a dark color to a dull color may be obtained. It is analyzed that the deformation as a whole is reduced, and it can be seen that the difference between the strain at the center and the outside is also reduced. For example, when the depth of the groove is 80% of the thickness of the substrate, it is analyzed that the overall strain becomes almost uniform as a whole. Accordingly, the inner strain generated on the surface of the substrate decreases as the depth of the groove increases, and may, for example, decrease linearly.

도 8 내지 도 13에서, (a)는 시뮬레이션 결과로서 홈의 깊이가 50%인 경우에서의 변형률이 색상으로 나타나 있고, (b)는 기판 두께에 대한 홈의 깊이에 따른 변형률을 나타내는 그래프이다. In FIGS. 8 to 13 , (a) is a simulation result, and strain when the depth of the groove is 50% is shown in color, and (b) is a graph showing the strain according to the depth of the groove with respect to the thickness of the substrate.

도 8을 참조하면, 굽힘 반경이 2.5 mm 이고, 상기 홈들의 폭이 20 μm 이고, 상기 홈들 사이의 간격이 0.1 mm 인 경우의 시뮬레이션 결과가 나타나 있다. 상기 홈들의 깊이가 50%에서 최대 외측 변형률은 3.90% 이었고, 내측 변형률은 -1.83% 이었다. 색상을 이용하여 분석한 굽힘변형 거동에서는, 홈이 형성된 영역에 대응하여 변형률이 약간 높게 나타났다. 상기 내측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 점진적으로 증가되었다. 상기 내측 변형률의 선형회기 기울기는 약 0.019로 나타났다. 반면, 상기 외측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가되는 초기에는 변형률이 증가하다가 이후 감소하였다. 상기 외측 변형률의 선형회기 기울기는 약 -0.047로 나타났다.Referring to FIG. 8 , simulation results are shown when the bending radius is 2.5 mm, the width of the grooves is 20 μm, and the spacing between the grooves is 0.1 mm. When the depth of the grooves was 50%, the maximum outer strain was 3.90%, and the inner strain was -1.83%. In the bending deformation behavior analyzed using color, the deformation rate was slightly higher corresponding to the region where the grooves were formed. The inner strain gradually increased as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the inner strain was about 0.019. On the other hand, the outer strain increased initially when the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased, and then decreased. The linear regression slope of the outer strain was about -0.047.

도 9를 참조하면, 굽힘 반경이 2.5 mm 이고, 상기 홈들의 폭이 20 μm 이고, 상기 홈들 사이의 간격이 0.5 mm 인 경우의 시뮬레이션 결과가 나타나 있다. 상기 홈들의 깊이가 50%에서 최대 외측 변형률은 8.37% 이었고, 내측 변형률은 -4.10% 이었다. 색상을 이용하여 분석한 변형 거동에서는, 도 8의 경우와 비교하여, 상기 홈들이 형성된 영역에 대응하여 변형률이 더 높게 나타났다. 상기 내측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 감소되는 경향을 나타내었고, 70% 이상에서는 다시 증가되었다. 상기 내측 변형률의 선형회기 기울기는 약 -0.018로 나타났다. 반면, 상기 외측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 홈들의 깊이가 증가되는 초기에는 변형률이 증가하다가 60%에서 최고값을 나타낸후 다시 감소하였다. 상기 외측 변형률의 선형회기 기울기는 약 0.015로 나타났다. 도 8과 비교하면, 도 9의 결과는 상기 홈들 사이의 간격이 증가된 경우로서 다른 양상을 보이고 있다. 구체적으로, 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 약 50% 내지 80% 범위에서, 외측 변형률이 최대이고 내측 변형률이 최소값을 나타내었다.Referring to FIG. 9 , simulation results are shown when the bending radius is 2.5 mm, the width of the grooves is 20 μm, and the spacing between the grooves is 0.5 mm. When the depth of the grooves was 50%, the maximum outer strain was 8.37%, and the inner strain was -4.10%. In the deformation behavior analyzed using color, the deformation rate was higher in the region in which the grooves were formed, compared to the case of FIG. 8 . The inner strain showed a tendency to decrease as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased, and increased again at 70% or more. The linear regression slope of the inner strain was about -0.018. On the other hand, the outer strain increased when the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate was increased, and then decreased again after showing a maximum value at 60%. The linear regression slope of the outer strain was about 0.015. Compared with FIG. 8 , the result of FIG. 9 shows a different aspect as a case in which the distance between the grooves is increased. Specifically, when the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate was in the range of about 50% to 80%, the outer strain was maximum and the inner strain was the minimum.

도 10을 참조하면, 굽힘 반경이 2.5 mm 이고, 상기 홈들의 폭이 20 μm 이고, 상기 홈들 사이의 간격이 2.0 mm 인 경우의 시뮬레이션 결과가 나타나 있다. 상기 홈들의 깊이가 50%에서 최대 외측 변형률은 11.57% 이었고, 내측 변형률은 -5.86% 이었다. 색상을 이용하여 분석한 변형 거동에서는, 도 8 및 도 9의 경우와 비교하여, 상기 홈들이 형성된 영역에 대응하여 변형률이 더 높게 나타났다. 상기 내측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 상대적으로 급격하게 감소되었다. 상기 내측 변형률의 선형회기 기울기는 약 -0.102로 나타났다. 반면, 상기 외측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 홈들의 깊이가 증가될수록 상대적으로 급격하게 증가하였다. 상기 외측 변형률의 선형회기 기울기는 약 0.177로 나타났다.Referring to FIG. 10 , simulation results are shown when the bending radius is 2.5 mm, the width of the grooves is 20 μm, and the distance between the grooves is 2.0 mm. When the depth of the grooves was 50%, the maximum outer strain was 11.57%, and the inner strain was -5.86%. In the deformation behavior analyzed using color, the deformation rate was higher in correspondence with the region in which the grooves were formed, as compared to the case of FIGS. 8 and 9 . The inner strain decreased relatively rapidly as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the inner strain was about -0.102. On the other hand, the outer strain increased relatively rapidly as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the outer strain was about 0.177.

도 8 내지 도 10의 결과로부터, 상기 홈들 사이의 간격이 일정 수준 이상으로 커지면, 응력 집중부가 발생하고, 이에 따라 상기 홈들의 깊이에 대한 변형률의 변화가 커지므로 일정 간격 이하로 상기 홈들을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 홈들 사이의 간격이 0.1 mm인 경우와 비교하면, 상기 홈들 사이의 간격이 2 mm에서는 응력집중이 크게 발생하고, 이에 따라 변형률의 변화가 커짐을 알 수 있다. 상기 홈들 사이의 간격은 기판의 두께의 5 배 이하로 홈의 간격을 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 복수의 홈들 사이의 간격은 상기 기판의 두께의 1/10 배 내지 5 배 범위일 수 있다.From the results of FIGS. 8 to 10 , when the interval between the grooves becomes larger than a certain level, a stress concentration portion occurs, and accordingly, the change in strain with respect to the depth of the grooves increases, so that the grooves are formed at a predetermined interval or less. it is preferable Compared with the case where the spacing between the grooves is 0.1 mm, it can be seen that the stress concentration is greatly generated when the spacing between the grooves is 2 mm, and thus the change in strain is increased. The spacing between the grooves is preferably controlled to be 5 times or less the thickness of the substrate. For example, an interval between the plurality of grooves may be in a range of 1/10 to 5 times the thickness of the substrate.

또한, 홈의 깊이와 변형률 완화는 비례적인 관계로서, 홈의 깊이가 깊어질수록 표면 변형이 완화될 수 있다. 그러나, 홈의 깊이가 매우 커서, 예를 들어 기판 두께의 80%를 초과하는 경우에는 오히려 기판이 파괴될 수 있다. 상기 기판의 두께에 대한 홈의 깊이는, 예를 들어 50% 내지 80%의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 약 60%일 수 있다.In addition, since the depth of the groove and the relaxation of strain are proportional, the surface deformation may be relieved as the depth of the groove increases. However, when the depth of the groove is very large, for example, exceeding 80% of the thickness of the substrate, the substrate may be rather destroyed. The depth of the groove with respect to the thickness of the substrate may be, for example, in the range of 50% to 80%. Preferably, it may be about 60%.

상술한 시뮬레이션 결과에서는 홈의 간격이 작을수록 낮은 변형률을 나타내고 따라서신뢰성을 개선할 수 있다. 그러나, 실제로는 상기 홈의 간격이 일정 수준 이상이 되어야 목표하는 신뢰성을 이룰 것으로 분석된다. 그 이유는 홈들에 응력집중이 야기되어 신뢰성 저하가 발생하므로, 홈의 간격이 작을수록 이러한 응력 집중부의 영역이 넓어지게 되고, 이에 따라 변형 영역이 커지게 되어, 결과적으로 신뢰성이 저하될 수 있다. 그러나, 상기 홈의 간격이 일정 수준을 초과하는 경우, 예를 들어 2 mm 를 초과하는 경우에는 기판의 파괴가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 복수의 홈들은 0.1 mm 내지 2 mm 범위의 간격으로 이격될 수 있다. 바람직하게는 0.5 mm 간격일 수 있다.In the simulation results described above, the smaller the gap between the grooves, the lower the strain, and thus the reliability can be improved. However, in reality, it is analyzed that the desired reliability is achieved only when the interval between the grooves is greater than a certain level. The reason is that stress concentration is induced in the grooves and reliability is deteriorated. As the gap between the grooves is smaller, the area of the stress concentration part is widened, and thus the deformation area is increased, and as a result, reliability may be lowered. However, when the gap between the grooves exceeds a certain level, for example, when the gap exceeds 2 mm, the substrate may be damaged. Accordingly, the plurality of grooves may be spaced apart from each other at an interval in the range of 0.1 mm to 2 mm. Preferably, it may be 0.5 mm apart.

도 11을 참조하면, 굽힘 반경이 2.5 mm 이고, 상기 홈들 사이의 간격이 0.1 mm 이고, 상기 홈들의 폭이 10 μm 인 경우의 시뮬레이션 결과가 나타나 있다. 상기 홈들의 깊이가 50%에서 최대 외측 변형률은 4.26% 이었고, 내측 변형률은 -1.66% 이었다. 색상을 이용하여 분석한 굽힘변형 거동에서는, 홈이 형성된 영역에 대응하여 변형률이 약간 높게 나타났다. 상기 내측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 증가되었다. 상기 내측 변형률의 선형회기 기울기는 약 0.021로 나타났다. 반면, 상기 외측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 상대적으로 급격하게 감소하였다. 상기 내측 변형률의 선형회기 기울기는 약 -0.058로 나타났다.Referring to FIG. 11 , simulation results are shown when the bending radius is 2.5 mm, the spacing between the grooves is 0.1 mm, and the width of the grooves is 10 μm. When the depth of the grooves was 50%, the maximum outer strain was 4.26%, and the inner strain was -1.66%. In the bending deformation behavior analyzed using color, the deformation rate was slightly higher corresponding to the region where the grooves were formed. The inner strain increased as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the inner strain was about 0.021. On the other hand, the outer strain decreased relatively rapidly as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the inner strain was about -0.058.

도 12를 참조하면, 굽힘 반경이 2.5 mm 이고, 상기 홈들 사이의 간격이 0.1 mm 이고, 상기 홈들의 폭이 20 μm 인 경우의 시뮬레이션 결과가 나타나 있다. 상기 홈들의 깊이가 50%에서 최대 외측 변형률은 3.56% 이었고, 내측 변형률은 -1.64% 이었다. 색상을 이용하여 분석한 굽힘변형 거동에서는, 홈이 형성된 영역에 대응하여 변형률이 약간 높게 나타났으나, 도 11에 비하여 그 영향력이 작게 나타났다. 상기 내측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 점진적으로 증가되었다. 상기 내측 변형률의 선형회기 기울기는 약 0.019로 나타났다. 반면, 상기 외측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가되는 초기에는 변형률이 증가하다가 이후 감소하였다. 상기 외측 변형률의 선형회기 기울기는 약 -0.047로 나타났다. 참고로, 도 11의 결과는 상기 도 8의 결과와 동일함에 유의한다.Referring to FIG. 12 , simulation results are shown when the bending radius is 2.5 mm, the interval between the grooves is 0.1 mm, and the width of the grooves is 20 μm. When the depth of the grooves was 50%, the maximum outer strain was 3.56%, and the inner strain was -1.64%. In the bending deformation behavior analyzed using color, the strain was slightly higher in correspondence to the region where the grooves were formed, but the influence was smaller than in FIG. 11 . The inner strain gradually increased as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the inner strain was about 0.019. On the other hand, the outer strain increased initially when the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased, and then decreased. The linear regression slope of the outer strain was about -0.047. For reference, it should be noted that the result of FIG. 11 is the same as the result of FIG. 8 .

도 13을 참조하면, 굽힘 반경이 2.5 mm 이고, 상기 홈들 사이의 간격이 0.1 mm 이고, 상기 홈들의 폭이 80 μm 인 경우의 시뮬레이션 결과가 나타나 있다. 상기 홈들의 깊이가 50%에서 최대 외측 변형률은 2.11% 이었고, 내측 변형률은 -1.47% 이었다. 색상을 이용하여 분석한 굽힘변형 거동에서는, 상기 홈들이 형성된 영역의 영향이 거의 나타나지 않았다. 상기 내측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 증가되었다. 상기 내측 변형률의 선형회기 기울기는 약 0.022로 나타났다. 반면, 상기 외측 변형률은 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 증가될수록 증가되었다. 상기 외측 변형률의 선형회기 기울기는 약 -0.030로 나타났다.Referring to FIG. 13 , simulation results are shown when the bending radius is 2.5 mm, the interval between the grooves is 0.1 mm, and the width of the grooves is 80 μm. When the depth of the grooves was 50%, the maximum outer strain was 2.11%, and the inner strain was -1.47%. In the bending deformation behavior analyzed using color, the influence of the region in which the grooves were formed was hardly observed. The inner strain increased as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the inner strain was about 0.022. On the other hand, the outer strain increased as the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate increased. The linear regression slope of the outer strain was about -0.030.

도 11 내지 도 13의 결과로부터, 상기 홈들의 폭이 커질수록 변형률은 전체적으로 감소하며, 특히 상기 홈들이 배치된 영역의 변형률이 절반가량 크게 감소함을 알 수 있다.From the results of FIGS. 11 to 13 , as the width of the grooves increases, the overall strain decreases, and in particular, it can be seen that the strain in the region where the grooves are disposed is greatly reduced by about half.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 실물 사진이다.14 is a real photograph of a flexible device according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 폴리이미드로 구성된 투명한 기판과 상기 기판 상에 위치하는 구리로 구성된 금속층이 나타나 있다. 상기 금속층이 하측에 배치되고, 상기 기판이 상측에 배치된 상태의 사진이다. 나타난 주름 형상은 상기 기판에 형성된 홈들에 형성된 것으로서, 상기 금속층의 형상이 아니다.Referring to FIG. 14 , a transparent substrate made of polyimide and a metal layer made of copper positioned on the substrate are shown. It is a photograph of a state in which the metal layer is disposed on the lower side and the substrate is disposed on the upper side. The indicated wrinkle shape is formed in the grooves formed in the substrate, and is not the shape of the metal layer.

도 15 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자의 굽힘변형 싸이클에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프들이다.15 to 17 are graphs showing the resistance change with respect to the bending deformation cycle of the flexible element according to an embodiment of the present invention.

도 15 내지 도 17에서, 상기 유연 소자는, 125 μm의 두께의 폴리이미드 기판 상에 100 nm 두께의 구리 박막이 증착되어 있다. 상기 기판에 형성된 홈들의 간격은 간격 0.2 mm 이었다. 굽힘 반경은 4.16 mm (2% 변형률 조건임)이었고, 슬라이딩 굽힘 변형을 200,000 회 싸이클까지 진행하였다. 저항 변화는 상기 구리 박막의 저항 변화를 나타낸다.15 to 17, in the flexible device, a copper thin film having a thickness of 100 nm is deposited on a polyimide substrate having a thickness of 125 μm. The interval between the grooves formed in the substrate was 0.2 mm. The bending radius was 4.16 mm (under 2% strain condition), and sliding bending deformation was performed up to 200,000 cycles. A change in resistance indicates a change in resistance of the copper thin film.

도 15를 참조하면, 상기 기판의 두께에 대한 다양한 홈들의 깊이에 대하여 저항 변화가 나타나 있다. 상기 홈들의 깊이는 홈이 없는 경우(0%), 5%, 24%, 47%, 62%, 및 80% 이었다. 홈이 없는 경우를 기준으로, 5%, 24%, 및 47%의 경우에는 굽힘변형 싸이클 횟수의 증가에 따른 저항의 증가가 더 크게 나타났다. 반면, 62%, 및 80%에서는 굽힘변형 싸이클 횟수의 증가에 따른 저항의 증가가 더 작게 나타났다. 저항이 더 크게 증가한다는 것은 배선을 형성할 수 있는 구리층에 손상이 인가됨을 의미하므로, 저항의 증가가 작을수록 신뢰성이 높음을 알 수 있다. 따라서, 상기 기판의 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 50% 이상인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 15 , resistance changes are shown with respect to the depth of various grooves with respect to the thickness of the substrate. The depths of the grooves were 5%, 24%, 47%, 62%, and 80% without grooves (0%). Based on the case of no groove, in 5%, 24%, and 47% cases, the increase in resistance according to the increase in the number of bending deformation cycles was larger. On the other hand, in 62% and 80%, the increase in resistance according to the increase in the number of bending deformation cycles was smaller. A larger increase in resistance means that damage is applied to a copper layer capable of forming wiring, and thus it can be seen that the smaller the increase in resistance is, the higher the reliability is. Accordingly, it is preferable that the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate be 50% or more.

도 16을 참조하면, 상기 기판 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 80%인 경우에 대한 실험 결과이다. 총 5개의 샘플 중에 3개는 약 100,000회의 굽힘변형 싸이클 횟수에서 파괴되었고, 나머지 2 개는 200,000회의 굽힘변형 싸이클 횟수까지 파괴되지 않았다. 아래의 사진에서 적색 원은, 굽힘변형 싸이클에 따라 파괴된 유연 소자를 나타낸다. 따라서, 상기 기판의 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 적어도 80% 이하인 것이 바람직하다. 특히, 신뢰성 개선을 위하여는, 상기 기판의 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 약 60% 인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 16 , it is an experimental result for a case where the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate is 80%. Of the total of 5 samples, 3 failed at about 100,000 bending cycles, and the remaining two did not fail until 200,000 bending cycles. In the photo below, the red circle indicates the flexible element that is destroyed according to the bending deformation cycle. Accordingly, it is preferable that the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate be at least 80% or less. In particular, in order to improve reliability, it is preferable that the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate be about 60%.

도 17을 참조하면, 상기 기판의 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 62%이었다. 상기 홈들 사이의 간격은 0.2 mm, 0.5 mm, 및 2 mm 로 변화시켰다. 상기 홈들 사이의 간격이 0.2 mm 경우에는, 홈이 없는 경우에 비하여 굽힘변형 싸이클 횟수의 증가에 따른 저항 증가가 작게 나타났으나, 0.5 mm 및 2 mm 에 비하면 큰 저항 증가를 나타내었다. 이는 0.2 mm의 간격의 경우에는 홈에 의한 응력 집중이 중첩되므로, 신뢰성 개선의 효과가 감소되는 것으로 분석된다. 반면, 2 mm 의 경우에는 약 100,000회의 굽힘변형 싸이클 횟수에서 파괴되었다. 따라서, 상기 홈들 사이의 간격은 0.1 mm 내지 2 mm 범위일 수 있고, 특히 0.5 mm 간격이 신뢰성 개선 효과가 가장 크게 나타났다.Referring to FIG. 17 , the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate was 62%. The spacing between the grooves was changed to 0.2 mm, 0.5 mm, and 2 mm. When the gap between the grooves was 0.2 mm, the increase in resistance according to the increase in the number of bending deformation cycles was small compared to the case where there was no groove, but it showed a large increase in resistance compared to 0.5 mm and 2 mm. It is analyzed that the effect of improving reliability is reduced because stress concentration due to the grooves overlaps in the case of a 0.2 mm gap. On the other hand, in the case of 2 mm, it was fractured at about 100,000 bending deformation cycles. Accordingly, the interval between the grooves may be in the range of 0.1 mm to 2 mm, and in particular, the 0.5 mm interval has the greatest reliability improvement effect.

도 18는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 소자에서 금속층으로서 구리/탄소나노섬유를 적용한 경우를 도시하는 개략도이다.18 is a schematic diagram illustrating a case in which copper/carbon nanofibers are applied as a metal layer in a flexible device according to an embodiment of the present invention.

도 18을 참조하면, PET로 구성된 기판 상에 금속층(120a)으로서 구리/탄소나노섬유(Cu/CNF)를 적용한 경우이다. 상기 구리/탄소나노섬유는 탄소나노섬유(carbon nano fiber, CNF)의 표면에 구리(Cu)가 코팅된 형태이다. 상기 탄소나노섬유의 전체 표면을 상기 구리가 덮을 수 있다. 또한, 상기 탄소나노섬유의 표면에 상기 구리가 복수의 입자로서 삽입될 수 있다.Referring to FIG. 18 , a case in which copper/carbon nanofibers (Cu/CNF) is applied as a metal layer 120a on a substrate made of PET. The copper/carbon nanofiber is a form in which copper (Cu) is coated on the surface of carbon nanofiber (CNF). The copper may cover the entire surface of the carbon nanofiber. In addition, the copper may be inserted as a plurality of particles on the surface of the carbon nanofiber.

상기 구리/탄소나노섬유는, 예를 들어 약 400℃ 내지 약 600℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 약 500℃의 온도에서, 또한 예를 들어 약 10 mTorr 내지 약 100 mTorr 범위의 압력에서, 예를 들어 약 50 mTorr 범위의 압력에서 형성할 수 있다. 우측 하단에는 상기 유연 소자의 실물이 나타나있다. The copper/carbon nanofibers may be, for example, at a temperature in the range of about 400° C. to about 600° C., for example at a temperature of about 500° C., and also at a pressure in the range of, for example, about 10 mTorr to about 100 mTorr, e.g. For example, it can be formed at pressures in the range of about 50 mTorr. In the lower right corner, the real object of the flexible element is shown.

상기 구리/탄소나노섬유는 예시적이며, 구리를 대신하여 다양한 금속 물질이 적용되는 경우와 탄소나노섬유를 대신하여 다양한 탄소나노물질이 적용되는 경우가 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 즉, 상기 금속층은 탄소나노물질을 모재로 하여, 상기 탄소나노물질의 표면에 급속 물질이 코팅될 수 있다.The copper/carbon nanofibers are exemplary, and a case in which various metal materials are applied instead of copper and a case in which various carbon nanomaterials are applied instead of carbon nanofibers are included in the technical concept of the present invention. That is, the metal layer may have a carbon nanomaterial as a base material, and a rapid material may be coated on the surface of the carbon nanomaterial.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 도 18의 유연 소자의 굽힘변형 싸이클에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다.19 is a graph showing the resistance change with respect to the bending deformation cycle of the flexible element of FIG. 18 according to an embodiment of the present invention.

도 19를 참조하면, 유연소자는 구리/탄소나노섬유가 금속층으로 구성되어 있다. 또한, 상기 유연 소자에서, 상기 기판의 두께에 대한 상기 홈들의 깊이가 50%이었고, 상기 홈의 폭은 20 μm 이었고, 상기 홈들 사이의 간격은 2 mm 이었다. 상기 유연 소자가 홈이 없는 경우에는, 굽힘변형 싸이클 횟수가 증가됨에 따라 저항이 지속적으로 증가되었다. 반면, 상기 유연 소자가 홈이 있는 경우에는, 500,000회의 굽힘변형 싸이클 횟수까지도 저항변화가 거의 나타나지 않았다. 이러한 결과는 상술한 바와 같이, 홈을 구비함에 따른 한 신뢰성 증가와 함께, 탄소나노섬유가 굽힙변형을 일정 수준으로 흡수할 수 있어, 결과적으로 상기 유연 소자가 굽힙변형에 대하여 강화 효과를 가지는 것으로 분석된다.Referring to FIG. 19 , the flexible device is composed of a metal layer of copper/carbon nanofibers. In addition, in the flexible device, the depth of the grooves with respect to the thickness of the substrate was 50%, the width of the groove was 20 μm, the interval between the grooves was 2 mm. When the flexible element does not have a groove, the resistance is continuously increased as the number of bending deformation cycles is increased. On the other hand, when the flexible element has a groove, resistance change hardly appeared even up to the number of 500,000 bending deformation cycles. As described above, it is analyzed that carbon nanofibers can absorb bending deformation to a certain level along with an increase in reliability due to the provision of grooves, and consequently, the flexible element has a reinforcing effect on bending deformation. do.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.

Claims (19)

제1 면과 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 복수의 홈들이 구비된 기판; 및
상기 기판의 상기 제2 면 상에 위치하는 금속층;을 포함하되,
상기 복수의 홈들은 0.1 mm 내지 2 mm 범위의 간격으로 이격되고,
상기 복수의 홈들 사이의 간격은 상기 기판의 두께의 1/10 배 내지 5 배 범위이고,
상기 복수의 홈들은 상기 기판의 두께의 50% 내지 80%의 범위의 깊이를 가지는,
유연 소자.
a substrate including a first surface and a second surface opposite to the first surface, the substrate having a plurality of grooves on the first surface; and
Including; a metal layer located on the second surface of the substrate;
The plurality of grooves are spaced apart at intervals in the range of 0.1 mm to 2 mm,
The spacing between the plurality of grooves ranges from 1/10 times to 5 times the thickness of the substrate,
wherein the plurality of grooves have a depth in the range of 50% to 80% of the thickness of the substrate;
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 홈들은 상기 유연 소자의 굽힘 방향에 대하여 소정의 각도를 가지고 연장된,
유연 소자.
The method of claim 1,
The plurality of grooves extend at a predetermined angle with respect to the bending direction of the flexible element,
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 홈들은 상기 기판의 두께 방향에 대하여 수직으로 연장된,
유연 소자.
The method of claim 1,
The plurality of grooves extend perpendicular to the thickness direction of the substrate,
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 홈들은 반복되는 패턴을 가지는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The plurality of grooves have a repeating pattern,
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 홈들은 동일한 간격으로 이격되는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The plurality of grooves are spaced apart at equal intervals,
flexible element.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 홈들은 동일한 깊이를 가지는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The plurality of grooves have the same depth,
flexible element.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 홈들은 동일한 폭을 가지는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The plurality of grooves have the same width,
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 홈들은 10 μm 내지 80 μm 범위의 폭을 가지는,
유연 소자.
The method of claim 1,
wherein the plurality of grooves have a width ranging from 10 μm to 80 μm,
flexible element.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 기판의 변형율은 하기의 관계식 1을 만족하는,
유연 소자.
<관계식 1>
Figure 112020070397080-pat00003

(여기에서, ε 는 변형률, g는 홈 사이의 간격, d는 홈의 깊이, h는 기판의 두께, 및 w는 홈의 폭임)
The method of claim 1,
The strain rate of the substrate satisfies the following relation 1,
flexible element.
<Relational Expression 1>
Figure 112020070397080-pat00003

(where ε is the strain, g is the spacing between grooves, d is the depth of the grooves, h is the thickness of the substrate, and w is the width of the grooves)
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 폴리이미드(Polyimide), PET(polyethylene terephthalate), 폴리우레탄(polyurethane), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEBA(polyether block amides), EVA(ethylene-vinyl acetate), Ecoflex, Dragon skin, 실리콘 고무(silicon rubber), 또는 마이크로 두께의 박형 실리콘 웨이퍼를 포함하는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The substrate is polyimide, PET (polyethylene terephthalate), polyurethane, PDMS (Polydimethylsiloxane), PEBA (polyether block amides), EVA (ethylene-vinyl acetate), Ecoflex, Dragon skin, silicone rubber rubber), or including a micro-thin thin silicon wafer,
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 10 μm 내지 1000 μm 범위의 두께를 가지는,
유연 소자.
The method of claim 1,
wherein the substrate has a thickness ranging from 10 μm to 1000 μm;
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 금속층은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 이들의 합금을 포함하는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The metal layer is copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), nickel (Ni), palladium (Pd), molybdenum (Mo), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum ( Pt) or an alloy thereof,
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 금속층은 금속 나노 와이어, 금속-탄소 나노 섬유, 금속-탄소 나노 구조체, 및 그래핀 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The metal layer includes at least one of metal nanowires, metal-carbon nanofibers, metal-carbon nanostructures, and graphene,
flexible element.
제 1 항에 있어서,
상기 금속층은 10 nm 내지 1000 nm 범위의 두께를 가지는,
유연 소자.
The method of claim 1,
The metal layer has a thickness in the range of 10 nm to 1000 nm,
flexible element.
제1 면과 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 복수의 홈들이 구비된 기판; 및
상기 기판의 상기 제2 면 상에 위치하는 금속층;을 포함하고,
상기 금속층은 탄소나노물질을 모재로 하여, 상기 탄소나노물질의 표면에 금속 물질이 코팅되고,
상기 복수의 홈들은 0.1 mm 내지 2 mm 범위의 간격으로 이격되고,
상기 복수의 홈들 사이의 간격은 상기 기판의 두께의 1/10 배 내지 5 배 범위이고,
상기 복수의 홈들은 상기 기판의 두께의 50% 내지 80%의 범위의 깊이를 가지는,
유연 소자.
a substrate including a first surface and a second surface opposite to the first surface, the substrate having a plurality of grooves on the first surface; and
a metal layer positioned on the second surface of the substrate; and
The metal layer is a carbon nano material as a base material, a metal material is coated on the surface of the carbon nano material,
The plurality of grooves are spaced apart at intervals in the range of 0.1 mm to 2 mm,
The spacing between the plurality of grooves ranges from 1/10 times to 5 times the thickness of the substrate,
wherein the plurality of grooves have a depth in the range of 50% to 80% of the thickness of the substrate;
flexible element.
제 18 항에 있어서,
상기 탄소나노물질은 탄소나노섬유를 포함하고,
상기 금속 물질은 구리를 포함하는,
유연 소자.
19. The method of claim 18,
The carbon nanomaterial includes carbon nanofibers,
wherein the metallic material comprises copper;
flexible element.
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