KR102447725B1

KR102447725B1 - 신축 균일도가 향상된 신축성 기판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102447725B1
Application number: KR1020210193784A
Authority: KR
Inventors: 이필립; 정승준; 김희숙; 손정곤; 황석준
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-09-27
Also published as: KR20230103764A; KR20230103761A; KR20230103765A; US11968778B2; KR20230103763A; KR20230103762A; US20230217588A1

Abstract

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 다양한 실시예에 따른 신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계 및 상기 오그제틱에 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 신축성 기판을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

신축 균일도가 향상된 신축성 기판 및 그 제조 방법{STRETCHABLE SUBSTRATE WITH IMPROVED STRETCH UNIFORMITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 개시는 신축성을 가진 기판에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 음의 포아송 비를 가지는 기계적 메타 물질을 포함하는 탄성 기판을 제공함에 있어, 해당 탄성 기판의 전체 표면의 각 구간별 변형률을 균일하게 제어할 수 있는 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. 예컨대, 하나의 축 방향으로 연신 시, 다른 하나의 축에 관련한 변형률 제어가 가능한 즉, 음의 포아송비를 가지는 탄성 기판을 통해 신축성 디스플레이를 구현할 수 있다.

다만, 이러한 신축성 디스플레이는, 기판의 전체적인 측면에서는 음의 포아송 비 제어가 가능하나, 각 픽셀 구간별로 응력이 불균일할 수 있다. 구체적으로, 오그제틱 구조를 활용한 신축성 기판의 경우, 연신 시, 연신 방향과 in-plane 수직 방향으로는 번형률 제어가 가능하나, 각 픽셀 구간별로 서로 상이한 인장률을 가질 수 있다.

일 방향 연신에 대응하여 신축성 디스플레이가 각 픽셀 구간별 상이한 인장률 분포를 보이는 경우, 픽셀의 in-plane 방향으로의 왜곡을 극대화시킬 수 있다. 또한, 신축소자의 구간별 뒤틀림을 야기시켜 신충성 기판 상에 위치한 소자의 기계적 이탈을 가속화하여 소자의 수명 단축을 야기시킬 수 있다.

이에 따라, 당 업계에는 음의 포아송비를 가지는 신축성 기판을 제공하여 신축 방향 대비 in-plane의 수직 방향으로의 변형률을 제어함과 동시에, 기판 내 인장률 분포를 균일화하여 왜곡 및 뒤틀림을 최소화하기 위한 신축성 기판에 대한 수요가 존재할 수 있다.

등록특허공보 제10-1749861호(2017.06.15)

본 개시가 해결하고자 하는 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음의 포아송비를 가지는 신축성 기판을 제공하여 신축 방향 대비 in-plane의 수직 방향으로의 신축을 제어함과 동시에, 기판 내 인장률 분포를 균일화하여 왜곡 및 뒤틀림을 최소화하는 신축성 기판을 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 일 실시예에 따른 신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은, 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계 및 상기 오그제틱에 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 신축성 기판을 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 오그제틱을 생성하는 단계는, 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 오그제틱을 생성하는 단계는, 카이럴 구조에 대응하는 형상을 가진 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 신축성 기판을 생성하는 단계는, 상기 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 관련한 복수의 중심홀을 기반으로 탄성체를 충진시키는 단계 및 상기 각 중심홀에 대응하는 탄성체에 기반하여 상기 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 상기 신축성 기판을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 탄성체는, 탄성력을 갖는 탄성물질을 포함하며, 상기 탄성시트와 동일한 소재를 통해 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 하나 이상의 탄성시트는, 상기 오그제틱의 제1면에 부착되는 제1탄성시트 및 상기 제1면에 대응하는 제2면에 부착되는 제2탄성시트를 포함하며, 상기 신축성 기판을 생성하는 단계는, 상기 중심홀의 내주면에 윤활유를 도포하는 단계, 상기 제1면에 상기 제1탄성시트를 접촉시키는 단계, 상기 제2면 방향에서 상기 복수의 중심홀 각각에 탄성체를 충진하고, 상기 각 탄성체와 상기 제1탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계 및 상기 제2면에 상기 제2탄성시트를 접촉시켜 상기 각 탄성체와 상기 제2탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 윤활유는, 상기 단위 구조체와 상기 탄성체의 사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 하나 이상의 탄성시트는, 상기 오그제틱의 제1면에 부착되는 제1탄성시트 및 상기 제1면에 대응하는 제2면에 부착되는 제2탄성시트를 포함하며, 상기 신축성 기판을 생성하는 단계는, 상기 중심홀의 내주면에 보호틀을 생성하는 단계, 상기 제1면에 상기 제1탄성시트를 접촉시키는 단계, 상기 제2면 방향에서 상기 복수의 중심홀 각각에 탄성체를 충진하고, 상기 각 탄성체와 상기 제1탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계, 상기 보호틀을 제거하는 단계 및 상기 제2면에 상기 제2탄성시트를 접촉시켜 상기 탄성체와 상기 제2탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 단위 구조체와 상기 탄성체의 사이에는 상기 보호틀에 기반한 공극이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 보호틀은, 용매를 통해 용해되는 용질을 통해 구성되며, 상기 보호틀을 제거하는 단계는, 상기 용매를 공급하여 상기 보호틀을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 공극은, 다양한 축 방향의 연신에 대응하여 상기 탄성체와 상기 오그제틱 간의 독립적인 변형을 허용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 신축 균일도가 향상된 신축성 기판이 개시된다. 상기 신축성 기판은, 복수의 단위 구조체를 포함하며 음의 포아송 비를 가지는 오그제틱 및 상기 오그제틱의 양면 각각에 부착되는 하나 이상의 탄성시트를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 오그제틱은, 상기 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 형성되는 복수의 중심홀 및 상기 각 중심홀에 충진되는 복수의 탄성체를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 복수의 탄성체는, 탄성력을 갖는 탄성물질을 포함하며, 상기 탄성시트와 동일한 소재를 통해 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 신축성 기판은, 상기 복수의 단위 구조체 각각에 대응하는 중심홀 각각과 상기 각 탄성체 사이에 구비되는 윤활유를 더 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 신축성 기판은, 상기 복수의 단위 구조체 각각에 대응하는 중심홀 각각과 상기 탄성체 사이에 형성되는 공극을 더 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 신축성 기판은, 상기 공극의 형성 과정에서, 상기 탄성체를 일시적으로 지지하는 보호틀을 더 포함하고, 상기 보호틀은, 용매를 통해 용해되는 용질을 통해 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유연 전자 장치 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은, 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱이 형성된 신축성 기판을 생성하는 단계 및 상기 신축성 기판 상에 유연 전극을 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 신축성 기판을 생성하는 단계는, 카이럴 구조에 대응하는 형상을 가진 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계 및 상기 오그제틱에 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 신축성 기판을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유연 전자 장치가 개시된다. 상기 유연 전자 장치는, 신축성 기판 및 상기 신축성 기판 상에 형성되는 유연 전극을 포함하고, 상기 신축성 기판은, 복수의 단위 구조체를 포함하며 음의 포아송 비를 가지는 오그제틱 및 상기 오그제틱의 양면 각각에 부착되는 하나 이상의 탄성시트를 포함하며, 상기 오그제틱은, 상기 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 형성되는 복수의 중심홀 및 상기 각 중심홀에 충진되는 복수의 탄성체를 포함할 수 있다.

본 개시의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 본 개시는 음의 포아송비를 갖는 신축성 기판을 제공하여 신축 방향 대비 in-plane의 수직 방향으로의 수축을 제어함과 동시에, 기판 내 인장률 분포를 균일화하여 왜곡 및 뒤틀림을 최소화하는 신축성 기판을 제공할 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 신축성 기판을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예와 관련된 신축성 기판이 오그제틱 구조를 통해 구현됨에 따라 하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 관련하여 발생하는 다른 하나의 축의 변형을 설명하기 위한 예시도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예와 관련된 하나 이상의 오그제틱 구조에 대한 예시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예와 관련된 오그제틱의 연신 시 인장률 분포가 균일하지 못함을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예와 관련된 기판 내 인장률 분포가 균일하지 않은 경우 발생하는 디스플레이 왜곡을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 관련하여 탄성 기판과의 선택적 접합을 통해 생성된 신축성 기판을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예와 관련된 윤활유를 활용하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다른 실시예와 관련된 윤활유를 활용하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다.도 9는 본 개시의 일 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 기반하여 신축성 기판을 제조하는 공정 과정을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 관련하여 탄성 기판과의 선택적 접합을 통해 생성된 신축성 기판을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예와 관련된 공극을 형성하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다른 실시예와 관련된 공극을 형성하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다른 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 기반하여 신축성 기판을 제조하는 공정 과정을 예시적으로 나타낸 예시도이다.

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 실시예에 관련된 신축 균일도가 향상된 신축성 기판(100)을 나타낸 개략도이다. 신축성 기판(100)은 음의 포아송 비를 가지며, 복수의 단위 구조체를 통해 구성되는 오그제틱(10)을 포함할 수 있다. 이러한 오그제틱(10)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(10)은 통상적인 자연계 연신에 정반대인 수직 방향으로 팽창되는 구조일 수 있다.

자세히 설명하면, 신축성 기판(100)에 포함된 오그제틱(10)은 복수의 단위 구조체를 포함할 수 있다. 이 경우, 각 단위 구조체는 하나 이상의 형상을 통해 구비됨에 따라 오그제틱(10)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.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 통해 신축성 기판(100)을 형성하는 오그제틱(10)이 생성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 탄성시트(20)를 생성하는 공정을 수행하고, 생성된 탄성시트(20)의 일면에 인쇄 공정을 수행함으로써 오그제틱(10)이 생성될 수 있다. 탄성시트(20)는 오그제틱(10)의 형성 과정에서 해당 오그제틱(10)을 지지하기 위해 구비되는 것으로 얇은 두께를 가진 막의 형상으로 구비되며 인쇄 공정 이후, 신축성 기판(100)의 일부를 구성할 수 있다. 즉, 탄성시트(20)를 지지체로 하여 상부 측에 탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 통해 특정 형상을 갖는 복수의 단위 구조체를 형성(또는 적층)함으로써, 오그제틱(10)이 생성될 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따르면, 고정면의 일측면에 인쇄 공정을 수행하고, 경화 이후에 해당 고정면을 이탈시킴으로써 본 개시의 오그제틱(10)이 생성될 수도 있다. 고정면은 오그제틱(10)의 형성 과정에서 해당 오그제틱(10)을 일시적으로 지지하기 위해 구비되며, 인쇄 공정 이후 오그제틱(10)으로부터 이탈되는 것일 수 있다. 즉, 신축성 기판(100)을 구성하는 구성 요소와 상이한 별도의 고정면을 활용한 인쇄 공정을 수행하여 오그제틱(10)을 생성하고, 생성된 오그제틱(10)을 해당 고정면에서 분리하는 과정을 통해 본 개시의 오그제틱(10)이 생성될 수도 있다.

다시 말해, 본 개시에서의 오그제틱(10)의 생성 공정은, 얇은 탄성체로 구성되는 탄성시트(20)에 대한 인쇄 공정을 수행하는 공정(즉, 지지체로 활용되는 탄성시트가 신축성 기판에 포함되는 공정), 또는 평평한 고정면을 활용하여 오그제틱(10)을 생성하고, 경화 이후 해당 고정면으로부터 오그제틱(10)을 분리시킴으로써 오그제틱을 획득하는 공정(즉, 별도의 지지체를 분리시켜 오그제틱만을 제조하는 공정) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 개시에서의 인쇄 공정은, 설계된 회로 패턴을 잉크젯 프린터 또는 라미네이터 등을 통해 대상 물체를 찍어내는 공정으로, 신축성 또는 탄성을 가진 소재를 통해 특정한 격자 구조(즉, 특성 형상의 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 신축성 기판(100)을 구성하는 오그제틱(10)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.

전술한 바와 같이, 본 개시에서의 오그제틱(10)은, 일반적인 재료와 다르게 음의 포아송 비, 즉 횡방향과 종방향 변형률의 부호가 같도록 설계된 재료를 의미할 수 있다. 다시 말해, 본 개시의 신축성 기판(100)은 특정한 격자 구조로 설계된 기계적 메타 물질인 오그제틱(10)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 오그제틱 구조로는, 예를 들어, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 카이럴(chiral) 구조에 대응하는 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱 구조를 포함할 수 있다.

도 3은 카이럴 구조를 통해 구비된 오그제틱(10)을 예시적으로 나타낸 예시도이다. 오그제틱(10)이 카이럴 구조를 통해 구비되는 경우, 복수의 단위 구조체 각각의 형상은, 도 3에 도시된 바와 같이, 원 형상일 수 있다. 구체적으로, 카이럴 구조의 오그제틱(10)에 종방향을 기준으로 하는 외력이 가해지는 경우(즉, 종 방향을 기준으로 하는 신축이 발생하는 경우), 카이럴 구조에 대응하는 형상으로 구비된 복수의 단위 구조체 각각이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되어 펼쳐질 수 있으며, 이에 따라 해당 오그제틱은 음의 포아송 비를 가질 수 있다. 복수의 단위 구조체 각각은 하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축을 기준으로 오그제틱의 변형을 야기시킬 수 있다. 오그제틱(10)은 내부에 구비된 복수의 단위 구조체 각각이 감겨진 형상을 통해 구현됨에 따라 일 방향의 축을 기준으로 하는 외력이 인가되는 경우, 다른 방향의 축에 대한 변형률을 제어할 수 있다.

즉, 오그제틱(10)을 통해 구현되는 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 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 신축성 기판(100)이 디스플레이 분야에 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.

이러한 오그제틱 구조의 신축성 기판(100)을 통해 구현되는 디스플레이는, 기판의 전체적인 측면에서는 음의 포아송 비 제어가 가능하나, 신축되는 경우, 각 픽셀 구간별로 발생하는 응력이 불균일할 수 있다. 구체적으로, 오그제틱 구조를 활용한 신축성 기판의 경우, 연신 시, 연신 방향과 in-plane 수직 방향으로는 번형률 제어가 가능하나, 각 픽셀 구간별로 서로 상이한 인장률을 가질 수 있다.

즉, 각 픽셀 구간별로 서로 상이한 인장률을 가짐에 따라, 표면을 구성하는 각 영역에 따라 응력이 불균일하게 분포되며, 이는 결과적으로, 디스플레이에 출력되는 이미지의 왜곡을 초래할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하여 보다 자세히 설명하면, 카이럴 구조의 오그제틱(10)을 통해 신축성 기판(100)이 구현되는 경우, 포아송 비를 음의 값으로 제어할 수 있음에 따라, 해당 신축성 기판(100)에 평면 상 일 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 축 방 향으로 신장 또는 유지될 수 있다. 즉, 일 축을 기준으로 신축되는 경우, 이에 대응하여 in-plane의 수직 방향으로 신축이 야기될 수 있다.

다만, 카이럴 구조의 오그제틱(10)을 탄성기판 내에 단순 삽입하여 신축성 기판을 구현하는 경우, 표면을 구성하는 각 픽셀 구간별 응력이 불균일할 수 있다. 예컨대, 복수의 단위 구조체로 구성된 오그제틱(10)의 양면 각각에 2개의 탄성시트 각각이 전체 접촉되어 신축성 기판이 구성되는 경우, 일 방향 신축 시, 각 단위 구조체에 적용되는 변형률이 상이함에 따라, 픽셀 구간별 응력이 균일하지 못할 수 있다. 예컨대, 일 방향에 관련한 연신에 대응하여 각 단위 구조체가 펴지면서, in-plane 상에서 일 방향에 수직한 방향으로 연신될 수 있다. 다만, 이 경우, 각 단위 구조체의 motion이 구간 별로 상이하기 때문에 뒤틀리고, 회전되는 등 전체적인 변형률이 각 픽셀 구간별로 제각각일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 도 4의 (b)와 같이, 일 방향 연신에 대응하여 각 단위 구조체가 회전에 따라 펼쳐지면서, in-plane 상에서 일 방향에 수직한 방향으로 연신될 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이 전반적인 번형률이 각 필셀 구간 별로 고르지 못할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 오그제틱(10)이 일 축 방향으로의 신축되는 경우, 각 단위 구조체의 형상(예컨대, 카이럴 구조에 대응하는 원 형상)에 따라 다른 일 축 방향에 왜곡을 유발하거나, 전체적인 뒤틀림을 유발할 수 있다.

이에 따라, 해당 오그제틱을 통해 구현된 신축성 기판(100)을 활용하여 디스플레이를 구현하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 사각형 픽셀이 뒤틀려서 전체적인 이미지가 왜곡될 수 있다.

추가적으로, 기판 표면에 인접하여 배치되는 디스플레이 관련 소자들의 성능에 영향을 미칠 우려가 있다. 이는 신축성 기판 상에 위치한 소자의 기계적 이탈을 가속화함에 따라 소자 수명의 단축을 초래할 우려가 있다. 특히 디스플레이, 태양전지와 같이 표면 형상에 따라 소자의 성능이 직접적인 영향을 받는 경우에는 해당 이슈에 대한 해결 방안이 필수적으로 요구될 수 있다.

본 개시는 오그제틱(10)을 통해 구현됨에 따라 음의 포아송 비가 적용된 신축성 기판(100)을 제공함에 있어, 해당 신축성 기판(100)의 픽셀 구간별 왜곡을 최소화시킬 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 신축성 기판(100)은 오그제틱(10)의 양면 일부분에 각 탄성시트를 선택적으로 접합함으로써, 해당 신축성 기판(100)의 픽셀별 변형률 균일도를 제어할 수 있다.

구체적으로, 신축 균일도가 향상된 신축성 기판(100)은, 오그제틱(10)과 하나 이상의 탄성시트(20) 간의 선택적 접합을 통해 구현될 수 있다. 여기서 선택적 접합이란, 특정 형상의 복수의 단위 구조체를 통해 구현되는 오그제틱(10)의 양면 각각 전체 면적에 대응하여 2개의 탄성시트 각각을 전체 접합시키는 것이 아닌, 복수의 단위 구조체 각각을 각 탄성시트의 일부분과 접합하는 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 오그제틱(10)의 양면 각각의 일부 면적, 즉 각 단위 구조체의 중심부에 관련하여 탄성시트 각각을 결합하는 것을 의미할 수 있다.

즉, 본 개시의 신축성 기판(100)은 단위 구조체의 구비 형상에 따라 각 단위 구조체의 중심홀(10b)을 기준으로 하나 이상의 탄성시트(20)와 결합되어 구비될 수 있다. 예컨대, 오그제틱(10)에 포함된 각 단위 구조체에 대응하는 중심홀(10b) 각각을 기준으로 하나 이상의 탄성시트(20)와 선택적으로 접합됨에 따라, 신축성 기판(100)이 생성될 수 있다.

다시 말해, 본 개시의 신축성 기판(100)은, 오그제틱(10)의 양면을 각 탄성시트와 전체적으로 접합시키는 것이 아닌, 부분적으로 선택 접합시킬 수 있다. 이에 따라, 선택적으로 접합된 부분이 신축에 따라 균일한 변형률을 전체 기판에 인가할 수 있다. 이는 편평도 완화를 통해 신축 디스플레이의 픽셀 왜곡을 감소시킬 뿐만 아니라, 소자 성능을 유지시키고, 그리고 소자 이탈을 최소화하는 등 전반적인 신축성 전자 기기의 안정성 향상을 도모할 수 있다.

즉, 신축성 기판(100)은 다양한 분야에서 높은 활용 가능성을 제공할 수 있으며, 특히 신축 디스플레이 분야에 관련하여 픽셀 구간별 균일한 변형률을 갖도록 함으로써, 일 방향으로의 신축 시 발생하는 왜곡을 최소화할 수 있다. 본 개시의 신축성 기판(100)에 대한 보다 구체적인 제조 방법, 구조적 특징 및 이에 대한 효과는 도 6 내지 도 13를 참조하여 후술하도록 한다.

도 6은 본 개시의 일 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 관련하여 탄성 기판과의 선택적 접합을 통해 생성된 신축성 기판을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 본 개시의 일 실시예와 관련된 윤활유를 활용하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다. 도 8은 본 개시의 다른 실시예와 관련된 윤활유를 활용하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다. 도 9는 본 개시의 일 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 기반하여 신축성 기판을 제조하는 공정 과정을 예시적으로 나타낸 예시도이다. 도 10은 본 개시의 다른 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 관련하여 탄성 기판과의 선택적 접합을 통해 생성된 신축성 기판을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 11은 본 개시의 일 실시예와 관련된 공극을 형성하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다. 도 12는 본 개시의 다른 실시예와 관련된 공극을 형성하여 신축성 기판을 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 순서도를 도시한다. 도 13은 본 개시의 다른 실시예와 관련된 카이럴 구조의 오그제틱에 기반하여 신축성 기판을 제조하는 공정 과정을 예시적으로 나타낸 예시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 신축성 기판(100)은, 복수의 단위 구조체로 구성되는 오그제틱(10) 및 하나 이상의 탄성시트(20)를 포함하여 구비될 수 있다. 예컨대, 오그제틱(10)을 구성하는 복수의 단위 구조체는, 카이럴 구조에 대응하는 형상을 갖도록 구비될 수 있다. 도 6은 오그제틱이 카이럴 구조를 통해 구성됨에 따라 복수의 단위 구조체 각각이 카이럴 구조에 대응하는 형상(예컨대, 원 형상)인 경우를 예시적으로 도시한다.

본 개시의 신축성 기판(100)은 원 형상의 복수의 단위 구조체로 구성된 오그제틱(10) 및 해당 오그제틱(10)의 양면 각각에 부착되는 하나 이상의 탄성시트(20)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 하나 이상의 탄성시트(20)는 사전 결정된 두께 이하로 생성되어 오그제틱(10)의 적어도 일면에 접착될 수 있다. 탄성시트는 신축 가능하도록 일정 이상의 탄성력을 갖도록 구비될 수 있다.

신축성 기판(100)은 도 6에 도시된 바와 같이, 오그제틱(10)을 구성하는 복수의 단위 구조체 각각의 중심홀(10b)을 기준으로, 하나 이상의 탄성시트 각각이 접착됨에 따라 구비될 수 있다. 여기서, 중심홀(10b)은, 오그제틱(10)이 카이럴 구조를 통해 구현됨에 따라, 복수의 단위 구조체 각각의 형상이 카이럴 구조에 대응하는 원 형상인 경우, 탄성시트 각각이 서로 연결되어 결합되는 부분에 관련한 지점일 수 있다. 즉, 중심홀(10b)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 탄성시트(20) 각각의 접합에 관련한 지점이며, 각 단위 구조체의 중심부에 관련한 지점일 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 신축성 기판을 생성하는 단계는, 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 관련한 복수의 중심홀을 기반으로 탄성체를 충진시키는 단계 및 각 중심홀에 대응하는 탄성체에 기반하여 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 신축성 기판을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적인 예를 들어, 도 6을 참조하면, 오그제틱(10)을 구성하는 복수의 단위 구조체 중 제1단위 구조체(11)를 기준으로, 해당 제1단위 구조체(11)의 중심부에는 중심홀(10b)이 형성될 수 있다.

즉, 각 단위 구조체의 중심부에 관련한 중심홀(10b)을 기준으로 하나 이상의 탄성시트(20)가 결합될 수 있다. 예컨대, 중심부에 관련한 중심홀(10b)에 원기둥 형상의 탄성체(30)가 충진될 수 있으며, 해당 탄성체(30)를 매개로 하여 하나 이상의 탄성시트(20) 간의 결합이 수행될 수 있다.

다시 말해, 각 단위 구조체의 중심홀(10b)을 기준으로 제1탄성시트(21) 및 제2탄성시트(22)가 결합되어 신축성 기판(100)을 구성할 수 있다. 이에 따라, 카이럴 구조의 오그제틱(10)이 연신되는 경우, 양면 각각에 부착되는 탄성시트가 각 단위 구조체의 회전에 의해 펼치지는 부분에 영향을 받지 않을 수 있다. 예컨대, 도 4와 같이, 기판이 연신되는 경우, 각 단위 구조체의 회전에 의해 각 픽셀 구간 별 상이한 응력이 작용하지 않을 수 있다.

즉, 연신에 따라 각 단위 구조체의 회전에 따른 상이한 응력이 발생되는 영역이 아닌 각 단위 구조체의 중심부 영역(즉, 중심홀)을 기준으로 각 탄성시트가 선택적으로 접착되어 신축성 기판(100)이 구성되므로, 특정 축 방향으로의 인장에 대응하여 표면을 구성하는 탄성시트가 일 축(예컨대, x축)과 다른 축(예컨대, y축)으로 균일하게 움직이기 때문에 보다 균일한 변형률의 제어가 가능해질 수 있다.

전술한 바와 같이, 카이럴 구조에 대응하는 형상의 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱(10)에 포함된 복수의 중심홀(10b)에 기반하여 하나 이상의 탄성시트를 접합시킴으로써, 신축성 기판(100)을 생성할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 신축성 기판(100)을 생성하는 방법은, 도 7에 도시된 바와 같이, 중심홀(10b)의 내주면에 윤활유를 도포하는 단계(S110), 제1면에 제1탄성시트를 접촉시키는 단계(S120), 제2면 방향에서 중심홀(10b) 각각에 탄성체를 충진하고, 각 탄성체(30)와 제1탄성시트(21) 간의 경화를 수행하는 단계(S130) 및 제2면에 제2탄성시트를 접촉시켜 각 탄성체(30)와 제2탄성시트(22) 간의 경화를 수행하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 이 경우, 윤활유(40)는 단위 구조체와 탄성체의 사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. 윤활유(40)는, 복수의 단위 구조체와 각 단위 구조체의 중심부에 구비되는 탄성체(30)의 사이에 구비되어, 연신에 따라 단위 구조체가 펼쳐져 회전이 발생하는 경우, 각 탄성체(30)와 각 단위구조체(즉, 오그제틱)이 미끄러지도록 할 수 있다. 즉, 윤활유(40)는 오그제틱(10)과 오그제틱(10)의 일부에 구비되는 탄성체(30) 간의 마찰을 최소화하기 위해 구비되는 것일 수 있다. 이러한 윤활유(40)를 통해 다양한 축 방향의 연신에 대응하여 오그제틱(10)이 변형되는 경우, 탄성체(30)에 별도의 응력을 가해지지 않게 된다. 즉, 윤활유(40)를 통해 탄성체(30)와 오그제틱(10)이 미끄러지도록 구비될 수 있어, 서로 독립적인 움직임을 통해, 신축에 대응하여 균일한 변형이 이뤄지도록 제어할 수 있다.

도 9의 (a)를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 단계 S11에서 오그제틱(10)의 일부에 윤활유(40)를 도포할 수 있다. 구체적으로, 단위 구조체의 중심부에 윤활유(40)를 도포할 수 있다. 즉, 중심홀(10b)에 관련한 단위 구조체의 내주면에 윤활유(40)를 도포할 수 있다. 또한, 단계 S12에서, 오그제틱(10)의 하부 방향에 제1탄성시트(21)를 접촉시킬 수 있다. 또한, S13에서 오그제틱(10)의 중심홀(10b)에 기준으로 탄성체(30)를 충진시킬 수 있다. 구체적으로, 해당 도면을 기준으로 상부 방향 즉, 제1탄성시트(21)와 접촉된 제1면에 대응하는 제2면 방향에서 액체 상태의 탄성체(30)가 공급될 수 있다. 이 경우, 제1면 방향에는 제1탄성시트(21)가 접촉되어 구비됨에 따라, 탄성체(30)가 반대 방향으로 배출되지 않고 해당 중심홀(10b)에 충진될 수 있다. 이후 경화를 통해 탄성체(30)는 제1탄성시트(21)와 결합될 수 있다. 또한, 단계 S14에서 오그제틱(10)의 제1면 방향에서 제2탄성시트(22)를 접촉시켜 탄성체와 제2탄성시트(22)의 결합에 관련한 경화가 수행될 수 있다. 이에 따라, 제1탄성시트(21) 및 제2탄성시트(22) 각각은 탄성체(30)의 일면 및 다른 일면 각각에 결합될 수 있다. 즉, 각 단위 구조체의 비워진 내부 원기둥을 기준으로 탄성체(30)가 채워지며, 해당 탄성체(30) 양면을 기준으로 각 탄성시트가 결합될 수 있다. 다시 말해, 제1탄성시트(21)와 제2탄성시트(22)는 각 단위 구조체의 중심부(즉, 중심홀)에 구비되는 탄성체(30)를 기준으로 서로 결합될 수 있다. 이 경우, 윤활유(40)는 단위 구조체와 탄성체의 사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. 윤활유(40)는, 복수의 단위 구조체와 각 단위 구조체의 중심부에 구비되는 탄성체(30)의 사이에 구비되어, 연신에 따라 단위 구조체에 회전이 발생하는 경우, 각 탄성체(30)와 각 단위구조체(즉, 오그제틱)가 서로 미끄러지도록 할 수 있다. 즉, 윤활유(40)를 통해 탄성체(30)와 오그제틱(10)이 미끄러지도록 구비될 수 있어, 서로 독립적인 움직임을 통해, 신축에 대응하여 균일한 변형이 이뤄지도록 제어할 수 있다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 신축성 기판(100)을 생성하는 단계는, 도 8에 도시된 바와 같이, 중심홀(10b)의 내주면에 윤활유를 도포하는 단계(S210), 각 단위 구조체에 대응하는 중심홀(10b) 각각에 탄성체(30)를 충진시키는 단계(S220), 각 탄성체의 양면을 기준으로 접착제를 도포하는 단계(S230) 및 접착제가 도포된 탄성체의 양면 각각에 하나 이상의 탄성시트(20)를 접촉시켜 경화를 수행하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.

도 9의 (b)를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 단계 S21에서 단위 구조체의 중심부 내주면에 윤활유(40)가 도포될 수 있으며, 윤활유(40)가 도포된 내측으로 탄성체(30)가 충진될 수 있다. 또한, S22에서 탄성체(30)의 상부면 및 하부면 각각에 접착제가 도포될 수 있다. 다시 말해, 탄성체(30)의 양면을 기준으로 접착제가 도포될 수 있다. 또한, S23에서 접착제가 도포된 탄성체(30)의 양면 각각에 제1탄성시트(21) 및 제2탄성시트(22)가 접촉되어 경화가 수행될 수 있다.

전술한 바와 같이, 오그제틱(10)에 포함된 복수의 단위 구조체 각각의 형상이 카이럴 구조에 대응하는 형상(예컨대, 원 형상)인 경우, 각 단위 구조체의 중심홀(10b)에 관련하여 탄성체(30)가 구비되며, 오그제틱(또는 각 단위 구조체)과 탄성시트 사이에 윤활유(40)가 구비됨에 따라, 특정 축 방향으로의 인장에 대응하여 표면에 관련한 탄성시트가 일 축(예컨대, x축)과 다른 축(예컨대, y축)으로 균일하게 움직이기 때문에 보다 균일한 변형률의 제어가 가능해질 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 오그제틱(10)을 구성하는 복수의 단위 구조체 각각의 중심홀(10b)을 기준으로, 하나 이상의 탄성시트(20) 각각이 접착되어 신축성 기판(100)이 구성될 수 있다. 신축성 기판(100)은, 오그제틱(10)의 일부를 관통하도록 구비되는 탄성체(30)를 기반으로 하나 이상의 탄성시트(20)가 결합됨에 따라 생성될 수 있다. 신축성 기판(100)은 오그제틱(10)과 해당 오그제틱(10)을 관통하여 구비되는 탄성체(30)와 공극(air gap)을 형성하도록 구비될 수 있다.

즉, 각 단위 구조체의 중심부 즉, 중심홀(10b)에 탄성체(30)를 충진하고, 충진된 탄성체(30)를 기준으로 하나 이상의 탄성시트(20)가 결합되어 신축성 기판(100)을 구성할 수 있다. 이 경우, 오그제틱(10)과 탄성체(30) 사이에 구비되는 공극(50)은, 오그제틱(10)과 오그제틱(10)의 일부를 관통하도록 구비되는 탄성체(30) 간에 발생할 수 있는 마찰을 제거하기 위해 구비되는 것일 수 있다. 이러한 공극(50)을 통해 다양한 축 방향의 연신에 대응하여 오그제틱(10)이 변형되는 경우, 탄성체(30)에 별도의 응력을 가하지 않게 된다. 즉, 공극(50)을 통해 탄성체(30)와 오그제틱(10)이 서로 간섭하지 않도록 구비될 수 있어, 서로 독립적인 움직임을 통해, 신축에 대응하여 균일한 변형이 이뤄지도록 제어할 수 있다.

이에 따라, 카이럴 구조의 오그제틱(10)이 연신되는 경우, 양면에 부착되는 탄성시트(20)가 각 단위 구조체의 회전에 의해 펼치지는 부분에 영향을 받지 않을 수 있다. 예컨대, 도 4와 같이, 기판이 연신되는 경우, 각 단위 구조체의 회전에 의해 각 픽셀 구간 별 상이한 응력이 작용하지 않을 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 신축성 기판(100)을 생성하는 방법은, 도 11에 도시된 바와 같이, 중심홀의 내주면에 보호틀을 생성하는 단계(S310), 제1면에 제1탄성시트(21)를 접촉시키는 단계(S320), 제2면 방향에서 복수의 중심홀(10b) 각각에 탄성체를 충진하고, 각 탄성체(30)와 제1탄성시트(21) 간의 경화를 수행하는 단계(S330), 보호틀을 제거하는 단계(S340) 및 제2면에 제2탄성시트(22)를 접촉시켜 탄성체(30)와 제2탄성시트(22) 간의 경화를 수행하는 단계(S350)를 포함할 수 있다. 이 경우, 각 단위 구조체와 탄성체(30)의 사이에는 공극(50)이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호틀을 제거하는 단계는, 중심홀(10b)에 용매를 공급하여 보호틀을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 보호틀은 용매를 통해 용해되는 용질을 통해 구성되는 제1보호틀(51) 및 경화에 따라 오그제틱(10) 및 탄성시트와 분리가 용이한 소재를 통해 구성되는 제2보호틀(52)을 포함할 수 있다. 보호틀이 다양한 소재를 통해 구성됨에 따라, 각 단위 구조체(즉, 오그제틱)와 탄성체(30) 사이에 공극을 포함하는 신축성 기판(100)을 생성하는 방법에 대하여 구체적으로 후술하도록 한다.

일 실시예에서, 도 13의 (a)를 참조하면, 단계 S31에서, 각 단위 구조체의 내주면에 제1보호틀(51)을 생성할 수 있다. 이 경우, 제1보호틀(51)은 용매를 통해 용해되는 용질을 통해 구성될 수 있으며, 액체 상태로 각 단위 구조체의 내주면에 도포되어 경화될 수 있다. 또한, 단계 S32에서 오그제틱(10)의 하부 방향에 제1탄성시트(21)를 접촉시킬 수 있다. 또한, 단계 S33에서 오그제틱(10)의 중심홀(10b)을 기준으로 탄성체(30)를 충진시킬 수 있다. 구체적으로, 해당 도면을 기준으로 상부 방향 즉, 제1탄성시트(21)와 접촉된 제1면에 대응하는 제2면 방향에서 액체 상태의 탄성체(30)가 공급될 수 있다. 이 경우, 제1면 방향에는 제1탄성시트(21)가 접촉되어 구비됨에 따라, 탄성체(30)가 반대 방향으로 배출되지 않고 해당 중심홀(10b)에 충진될 수 있다. 이후 경화를 통해 탄성체(30)는 제1탄성시트(21)와 결합될 수 있으며, 제1보호틀(51)을 사이에 두고, 오그제틱(10)과 간접 접촉될 수 있다.

또한, 단계 S34에서 용매가 제2면 방향에서 중심홀(10b)으로 공급될 수 있으며, 이에 따라, 해당 용매를 통해 제1보호틀(51)이 용해되어 오그제틱(10)과 탄성체(30) 간의 공극(50)이 형성될 수 있다. 이후, 단계 S35에서, 상부 방향(즉, 제2면 방향)에서 탄성체(30)에 추가적인 탄성체가 적층되어 경화됨에 따라, 탄성체(30)가 제2면 일부에 돌출되도록 구비될 수 있다. 또한, 단계 S36에서 제2면 일부에 돌출된 탄성체(30)에 제2탄성시트(22)를 접촉시켜 경화를 수행함으로써, 제2탄성시트(22)와 탄성체(30)를 결합시킬 수 있다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 신축성 기판(100)을 생성하는 방법은, 도 12에 도시된 바와 같이, 오그제틱의 하부 방향에 제1탄성시트를 접촉시키는 단계(S410), 각 단위 구조체의 중심홀 내주면에 제2보호틀을 생성하는 단계(S420), 오그제틱의 중심홀에 탄성체를 충진시키는 단계(S430), 제2보호틀을 제거하는 단계(S440) 및 오그제틱의 상부 방향에서 제2탄성시트와 탄성체를 접촉시켜 경화를 수행하는 단계(S450)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 13의 (b)를 참조하면, 단계 S41에서, 오그제틱(10)의 하부 방향에 제1탄성시트(21)를 접촉시키며, 각 단위 구조체의 상부면(예컨대, 제2면) 및 내주면에 제2보호틀(52)을 생성할 수 있다. 이 경우, 제2보호틀(52)은 경화가 수행됨에 따라 오그제틱(10) 및 탄성시트와 용이하게 분리되는 소재를 통해 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 오그제틱(10)의 상부 방향에서 액체 상태의 제2보호틀(52)이 각 단위 구조체의 상부면 및 내주면에 도포되도록 공급될 수 있다. 단계 S42에서 오그제틱(10)의 중심홀(10b)을 기준으로 탄성체(30)를 충진시킬 수 있다. 이 경우, 제1면 방향에는 제1탄성시트(21)가 접촉되어 구비됨에 따라, 탄성체(30)가 반대 방향으로 배출되지 않고 해당 중심홀(10b)에 충진될 수 있다. 이후 경화를 통해 탄성체(30)는 제1탄성시트(21)와 결합될 수 있으며, 제2보호틀(52)을 사이에 두고, 오그제틱(10)과 간접 접촉될 수 있다.

또한, 단계 S43에서 제2보호틀(52)이 제거될 수 있다. 예컨대, 제2보호틀(52)은 경화가 수행됨에 따라 오그제틱(10) 및 탄성시트와 용이하게 분리될 수 있다. 즉, 오그제틱(10)과 탄성시트에서 제2보호틀(52)을 떼어내는 공정을 통해 제2보호틀(52)이 제거될 수 있다. 이 경우, 제2보호틀(52)이 제거됨에 따라, 오그제틱(10)과 탄성체(30) 간의 공극(50)이 형성될 수 있다. 이후, 단계 S44에서 상부 방향(즉, 제2면 방향)에서 탄성체(30)에 추가적인 탄성체가 적층되어 경화됨에 따라, 탄성체(30)가 제2면 일부에 돌출되도록 구비될 수 있다. 또한, 단계 S45에서 제2면 일부에 돌출된 탄성체(30)에 제2탄성시트(22)를 접촉시켜 경화를 수행함으로써, 제2탄성시트(22)와 탄성체(30)를 결합시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 각 단위 구조체의 비워진 내부 중심부를 기준으로 탄성체(30)가 채워지며, 해당 탄성체(30) 양면을 기준으로 각 탄성시트가 결합될 수 있다. 다시 말해, 제1탄성시트(21)와 제2탄성시트(22)는 각 단위 구조체의 중심부(즉, 중심홀)에 구비되는 탄성체를 기준으로 서로 결합될 수 있다. 이 경우, 공극(50)을 통해 다양한 축 방향의 연신에 대응하여 오그제틱(10)이 변형되는 경우, 탄성체(30)에 별도의 응력을 가하지 않게 된다. 즉, 공극(50)을 통해 탄성체(30)와 오그제틱(10)이 서로 간섭하지 않도록 구비될 수 있어, 서로 독립적인 움직임을 통해, 신축에 대응하여 균일한 변형이 이뤄지도록 제어할 수 있다.

따라서, 본 개시의 신축성 기판(100)은 단위 구조체의 구비 형상에 따라 중심홀(10b)을 기준으로 하여 하나 이상의 탄성시트(20)와 결합되어 구비될 수 있다.

다시 말해, 본 개시의 신축성 기판(100)은, 오그제틱(10)의 양면 각각의 전 영역에 탄성시트를 접합시키는 것이 아닌, 부분적으로 선택 접합시킬 수 있다. 선택적으로 접합된 부분은, 기판의 신축 시에도 균일한 변형률을 전체 기판에 인가할 수 있다. 이는 편평도 완화를 통해 신축 디스플레이의 픽셀 왜곡을 감소시킬 뿐만 아니라, 소자 성능을 유지시키고, 그리고 소자 이탈을 최소화하는 등 전반적인 신축성 전자 기기의 안정성 향상을 도모할 수 있다.

즉, 신축성 기판(100)은 다양한 분야에서 높은 활용 가능성을 제공할 수 있으며, 특히 신축 디스플레이 분야에 관련하여 픽셀 구간별 균일한 변형률을 갖도록 함으로써, 일 방향으로의 신축 시 발생하는 왜곡을 최소화할 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: 신축 균일도가 향상된 신축성 기판(신축성 기판)
10: 오그제틱 10b: 중심홀
11: 제1단위구조체
20: 탄성시트 21: 제1탄성시트 22: 제2탄성시트
30: 탄성체 40: 윤활유 50: 공극

Claims

복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계; 및
상기 오그제틱에 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 신축성 기판을 생성하는 단계;
를 포함하며,
상기 오그제틱을 생성하는 단계는,
카이럴 구조에 대응하는 형상을 가진 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계;
를 포함하고,
상기 신축성 기판을 생성하는 단계는,
상기 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 관련한 복수의 중심홀을 기반으로 탄성체를 충진시키는 단계; 및
상기 각 중심홀에 대응하는 탄성체에 기반하여 상기 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 상기 신축성 기판을 생성하는 단계;
를 포함하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 단위 구조체 각각은,
하나의 축을 기준으로 발생하는 외력에 대응하여 다른 하나의 축을 기준으로 상기 오그제틱의 변형을 야기시키는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 오그제틱을 생성하는 단계는,
탄성 소재를 활용한 인쇄 공정을 수행하는 단계;
를 포함하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 탄성체는,
탄성력을 갖는 탄성물질을 포함하며, 상기 탄성시트와 동일한 소재를 통해 구성되는 것을 특징으로 하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄성시트는,
상기 오그제틱의 제1면에 부착되는 제1탄성시트 및 상기 제1면에 대응하는 제2면에 부착되는 제2탄성시트를 포함하며,
상기 신축성 기판을 생성하는 단계는,
상기 중심홀의 내주면에 윤활유를 도포하는 단계;
상기 제1면에 상기 제1탄성시트를 접촉시키는 단계;
상기 제2면 방향에서 상기 복수의 중심홀 각각에 탄성체를 충진하고, 상기 각 탄성체와 상기 제1탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계; 및
상기 제2면에 상기 제2탄성시트를 접촉시켜 상기 각 탄성체와 상기 제2탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계;
를 포함하고,
상기 윤활유는,
상기 단위 구조체와 상기 탄성체의 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄성시트는,
상기 오그제틱의 제1면에 부착되는 제1탄성시트 및 상기 제1면에 대응하는 제2면에 부착되는 제2탄성시트를 포함하며,
상기 신축성 기판을 생성하는 단계는,
상기 중심홀의 내주면에 보호틀을 생성하는 단계;
상기 제1면에 상기 제1탄성시트를 접촉시키는 단계;
상기 제2면 방향에서 상기 복수의 중심홀 각각에 탄성체를 충진하고, 상기 각 탄성체와 상기 제1탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계;
상기 보호틀을 제거하는 단계; 및
상기 제2면에 상기 제2탄성시트를 접촉시켜 상기 탄성체와 상기 제2탄성시트 간의 경화를 수행하는 단계;
를 포함하고,
상기 단위 구조체와 상기 탄성체의 사이에는 상기 보호틀에 기반한 공극이 형성되는 것을 특징으로 하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 보호틀은,
용매를 통해 용해되는 용질을 통해 구성되며,
상기 보호틀을 제거하는 단계는,
상기 용매를 공급하여 상기 보호틀을 제거하는 단계;
를 포함하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 공극은,
다양한 축 방향의 연신에 대응하여 상기 탄성체와 상기 오그제틱 간의 독립적인 변형을 허용하는 것을 특징으로 하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판의 제조 방법.
복수의 단위 구조체를 포함하며 음의 포아송 비를 가지는 오그제틱; 및
상기 오그제틱의 양면 각각에 부착되는 하나 이상의 탄성시트;
를 포함하며,
상기 오그제틱은,
카이럴 구조에 대응하는 형상을 가진 복수의 단위 구조체를 통해 구성되며,
상기 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 형성되는 복수의 중심홀; 및
상기 각 중심홀에 충진되는 복수의 탄성체;
를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 탄성시트는, 상기 복수의 탄성체를 기준으로 상기 오그제틱의 양면 각각에 부탁되는 것을 특징으로 하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판.
삭제
제11항에 있어서,
상기 복수의 탄성체는,
탄성력을 갖는 탄성물질을 포함하며, 상기 탄성시트와 동일한 소재를 통해 구성되는 것을 특징으로 하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판.
제11항에 있어서,
상기 신축성 기판은,
상기 복수의 단위 구조체 각각에 대응하는 중심홀 각각과 상기 각 탄성체 사이에 구비되는 윤활유;
를 더 포함하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판.
제11항에 있어서,
상기 신축성 기판은,
상기 복수의 단위 구조체 각각에 대응하는 중심홀 각각과 상기 탄성체 사이에 형성되는 공극;
을 더 포함하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판.
제15항에 있어서,
상기 신축성 기판은,
상기 공극의 형성 과정에서, 상기 탄성체를 일시적으로 지지하는 보호틀;
을 더 포함하고,
상기 보호틀은,
용매를 통해 용해되는 용질을 통해 구성되는 것을 특징으로 하는,
신축 균일도가 향상된 신축성 기판.
복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱이 형성된 신축성 기판을 생성하는 단계; 및
상기 신축성 기판 상에 유연 전극을 위치시키는 단계;
를 포함하며,
상기 신축성 기판을 생성하는 단계는,
카이럴 구조에 대응하는 형상을 가진 복수의 단위 구조체를 포함하는 오그제틱을 생성하는 단계;
상기 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 관련한 복수의 중심홀을 기반으로 탄성체를 충진시키는 단계; 및
상기 각 중심홀에 대응하는 탄성체에 기반하여 상기 하나 이상의 탄성시트를 부착하여 상기 신축성 기판을 생성하는 단계;
를 포함하는,
유연 전자 장치의 제조 방법.
신축성 기판; 및
상기 신축성 기판 상에 형성되는 유연 전극;
을 포함하고,
상기 신축성 기판은,
복수의 단위 구조체를 포함하며 음의 포아송 비를 가지는 오그제틱; 및
상기 오그제틱의 양면 각각에 부착되는 하나 이상의 탄성시트;
를 포함하며,
상기 오그제틱은,
카이럴 구조에 대응하는 형상을 가진 복수의 단위 구조체를 통해 구성되며,
상기 복수의 단위 구조체 각각의 중심부에 형성되는 복수의 중심홀; 및
상기 각 중심홀에 충진되는 복수의 탄성체;
를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 탄성시트는, 상기 복수의 탄성체를 기준으로 상기 오그제틱의 양면 각각에 부착되는 것을 특징으로 하는,
유연 전자 장치.