KR20170137851A - 이산된 탄성중합체 특징부들을 포함하는 물품 - Google Patents

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KR20170137851A
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스티븐 에이 존슨
마이클 벤턴 프리
마고 에이 브래니건
로버트 엠 제닝스
로날드 더블유 아우센
윌리엄 제이 코페키
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

라미네이션 전사 필름은 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들을 포함한다. 박리가능 라이너가 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 박리가능 라이너는 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는다.

Description

이산된 탄성중합체 특징부들을 포함하는 물품
본 발명은 일반적으로 탄성중합체 특징부(elastomeric feature)들을 위한 라미네이션 전사 필름(lamination transfer film)과, 관련 시스템 및 방법에 관한 것이다.
표면에 적용되는 터치(touch)의 힘 및/또는 위치를 감지하고 측정하는 능력이 다양한 맥락에서 유용하다. 그 결과, 표면("터치 표면"으로 지칭됨)에 인가되는 힘(본 명세서에서 "터치 힘" 또는 "인가 힘"으로 지칭됨)의 특성을 측정하기 위해 힘 센서가 사용되는 다양한 시스템이 개발되었다. 힘 센서는 전형적으로, 인가 힘에 응답하여, 예를 들어 터치 표면 상에서의 인가 힘의 위치뿐만 아니라 인가 힘의 양을 알아내기 위해 사용될 수 있는 신호를 생성한다.
터치 표면에 대한 인가 힘의 위치를 결정하는 것은 터치 표면이 컴퓨터 디스플레이 또는 컴퓨터 디스플레이 전방의 투명 오버레이(overlay)의 터치 표면일 때 특히 중요하다. 또한, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant, PDA)와 같은 모바일 및 핸드-헬드(hand-held) 장치들의 확산으로 인해 터치 위치를 결정할 수 있는 소형이고 경량이며 저렴한 장치에 대한 필요성이 증가하고 있다.
몇몇 실시 형태는 인접 열(row)들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된(discrete) 열들을 포함하는 라미네이션 전사 필름에 관한 것이다. 박리가능 라이너(peelable liner)가 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 박리가능 라이너는 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는다.
몇몇 실시 형태에 따르면, 방법은 라미네이션 전사 필름을 형성하도록 탄성중합체 재료와 라이너 재료를 공압출하는 단계를 포함한다. 라미네이션 전사 필름은 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들, 및 탄성중합체 재료의 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되는 라이너 재료의 박리가능 라이너를 구비한다. 박리가능 라이너는 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는다.
몇몇 실시 형태는 채널(channel)들을 포함하는 구조화된 라이너(structured liner)를 형성하는 단계를 포함하는 방법과 관련된다. 탄성중합체 재료가 구조화된 라이너의 채널들 내에 배치된다. 라미네이션 전사 필름을 형성하도록 탄성중합체 재료에 압력 및 열 중 적어도 하나가 인가되고, 라미네이션 전사 필름은 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들; 및 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 박리가능 라이너를 포함한다.
몇몇 실시 형태는 제1 구성요소 및 제2 구성요소를 포함하고, 제1 및 제2 구성요소들 상에 각각 제1 및 제2 프라이머 층(primer layer)들이 배치되는 장치에 관한 것이다. 장치는 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들을 포함하고, 탄성중합체 재료의 열들의 제1 표면들이 제1 프라이머 층에 부착되고, 탄성중합체 재료의 열들의 반대편 제2 표면들이 제2 프라이머 층에 부착된다.
본 출원의 이들 및 다른 태양이 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 상기의 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 그 요지는 절차의 진행 동안에 보정될 수 있는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.
도 1a는 몇몇 실시 형태에 따른 라미네이션 전사 필름(100)의 단면도.
도 1b는 도 1a에 도시된 박리가능 라이너가 제거된 후의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열(110)들의 사시도.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 실시 형태에 따른 탄성중합체 재료를 위한 가능한 단면 형상들 중 몇몇을 예시하는 도면.
도 2d는 몇몇 실시 형태에 따른 열들 사이의 간격이 열마다 달라지는 탄성중합체 열들의 단면도.
도 2e는 몇몇 실시 형태에 따른 다양한 높이를 갖는 탄성중합체 열들의 단면도.
도 3은 몇몇 실시 형태에 따른 탄성중합체 열들을 포함하는 장치를 제조하는 방법을 예시하는 도면.
도 4a는 몇몇 실시 형태에 따른 제1 프라이머 층 상에 배열된 라미네이션 전사 필름의 단면도.
도 4b는 도 4a에 도시된 박리가능 라이너가 제거된 후의 부조립체(subassembly)의 단면도.
도 4c는 몇몇 실시예에 따른 제2 프라이머 층과 제2 구성요소에 라미네이팅된 도 4b의 부조립체를 도시하는 단면도.
도 5a와 도 5b는 몇몇 실시 형태에 따른 탄성중합체 열들의 다수의 적층된 층들을 포함하는 장치의 단면도.
도 6은 몇몇 실시 형태에 따른 탄성중합체 열들의 예시적인 패턴의 평면도.
도 7a는 몇몇 실시 형태에 따른 장치의 에지(edge)들에서 보다 큰 압축 및 용량 강성(compressive and capacitive stiffness)을 제공하는 탄성중합체 열들에 대한 설계의 평면도.
도 7b는 몇몇 실시 형태에 따른 장치의 중심 부근에서 보다 큰 압축 및 용량 강성을 제공하는 설계의 평면도.
도 8a와 도 8b는 공기 충전된 공간들이 사이에 배치된 탄성중합체 재료의 열들을 갖는 본 명세서에 기술된 기본 장치의 구성의 단면도 및 평면도.
도 9a는 본 명세서에서 논의된 실시 형태에 따른 공기 함량의 상이한 값들에 대하여 2.7의 유전 상수(dielectric constant)를 갖는 탄성중합체 열들로 구성된 0.2 mm 두께 장치의 10 mm × 10 mm 면적에 대해 압축비에 대한 총 커패시턴스(capacitance)의 선도(plot).
도 9b는 본 명세서에서 논의된 실시 형태에 따른 공기 함량의 상이한 값들에 대하여 2.7의 유전 상수를 갖는 탄성중합체 열들로 구성된 0.2 mm 두께 장치의 10 mm × 10 mm 면적에 대해 압축비에 대한 커패시턴스 변화의 선도.
도 10a는 본 명세서에서 논의된 실시 형태에 따른 0.1 MPa의 전단 모듈러스(shear modulus)를 갖는 탄성중합체로 제조된 1:1 종횡비 열들의 10 mm × 10 mm 정사각형 패치에 대한 그리고 일정 범위의 공기 함량 값들에 대한 압축비와 인가 힘의 함수로서의 총 복원력의 선도.
도 10b는 본 명세서에서 논의된 실시 형태에 따른 0.1 MPa의 전단 모듈러스를 갖는 탄성중합체로 제조된 1:1 종횡비 열들의 10 mm × 10 mm 정사각형 패치에 대한 그리고 일정 범위의 공기 함량 값들에 대한 인가 힘의 함수로서의 기계적 컴플라이언스(mechanical compliance)의 선도.
도 11은 몇몇 실시 형태에 따른 0.1 MPa의 전단 모듈러스와 2.7의 유전 상수(dielectric constant)를 갖는 탄성중합체 열들의 0.2 mm 구조체의 10 mm × 10 mm 면적에 대한 용량성 컴플라이언스(capacitive compliance) 대 인가 하중의 선도.
도 12는 구조체의 일측에 탄성중합체 랜드(land)가 있는 상태로 도 11의 선도를 생성하기 위해 사용된 예의 용량성 컴플라이언스의 비교 선도.
도 13은 구조체의 용량성 컴플라이언스에 대한 폴리이미드 캐리어 층과 접합 필름의 영향을 보여주는 도면.
도 14는 구조화된 층의 다양한 열 종횡비에 대해 구조화된 층의 공기 함량에 대한 탄성중합체 재료의 전단 모듈러스로 나눈 하이드로로크시 압력(pressure to hydrolock)의 선도.
도 15는 다양한 공기 함량 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층의 용량성 컴플라이언스의 선도.
도 16은 탄성중합체 열들의 종횡비에 대한 구조화된 층의 용량성 컴플라이언스의 선도.
도 17은 구조화된 층의 다양한 높이에 대한 용량성 컴플라이언스 대 인가 하중의 일 군의 선도.
도 18은 전단 모듈러스의 다양한 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층의 용량성 컴플라이언스의 일 군의 선도.
도 19는 탄성중합체 재료의 유전 상수의 다양한 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층의 용량성 컴플라이언스의 일 군의 선도.
도 20은 전단 모듈러스와 초기 비변형(undeformed) 두께의 곱의 다양한 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층의 용량성 컴플라이언스의 일 군의 선도.
도 21은 랜드를 갖는 비교되는 구조화된 층에 대해 랜드 두께 대 초기 비변형 두께(HAB)의 다양한 비에 대한 용량성 컴플라이언스 대 인가 하중의 일 군의 선도.
도 22는 구조화된 층이 주어진 공극 효율로 P*의 최대 정규화 압력을 지지할 수 있게 하는 데 필요한 최소 공기 함량을 제공하는 도면.
도 23은 일정 범위의 공극 효율 및 2.7의 탄성중합체 유전 상수에 대해 구조체에 대한 최대 달성가능 C* 대 공기 함량의 선도.
도 24는 일정 범위의 탄성중합체 유전 상수 및 80%의 공극 효율에 대해 구조체에 대한 최대 달성가능 C* 대 함량의 선도.
도 25a 내지 도 25e는 표 1의 변수에 걸쳐 실행된 랜덤 경우들의 몬테 카를로(Monte Carlo) 결과들을 도시하는 도면.
도 26a 내지 도 26c는 변수 군집(cluster)들에 대해 플로팅된(plotted) 몬테 카를로 결과들을 도시하는 도면.
도 27은 본 명세서에 개시된 실시 형태들에 따른 4개의 별개의 재료 스트림 투입물이 내부로 압출되는 일련의 슬롯들의 반복 패턴을 예시하는 도면.
도면은 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아니다. 도면에 사용되는 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 지시한다.
본 명세서에 기술된 몇몇 실시 형태는 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들을 표면들에 전사하도록 구성되는 라미네이션 전사 필름에 관한 것이다. 몇몇 실시 형태는 라미네이션 전사 필름의 제조 방법과, 탄성중합체 재료의 전사되어진 이산된 열들을 포함하는 장치와 관련된다. 본 명세서에 개시된 접근법은 탄성중합체 재료의 이산된 열들을 규정된 높이, 폭, 및 열들 사이의 간격으로 표면 상에 정밀하게 배치하는 것을 가능하게 한다. 개시된 접근법은 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들을 포함하는 고 탄성, 고 압축성 구조체의 형성을 초래한다. 이들 구조체의 탄성 특성은 유리하게도 연결 재료에 의해 연결되는 탄성 특징부들을 포함하는 구조체의 탄성 특성과 유사하다.
예를 들어, 터치 감지 응용에 이용되는 종래의 해법은 특징부들 사이에 연결 재료, 예컨대 캐리어 층, 접착제 또는 랜드를 구비하는 재료를 포함하였다. 랜드는 변형에 대한 탄성 응답을 감쇠시켜, 랜딩 두께뿐만 아니라 주위 영역의 일부에서 압축을 제한하거나 막는 경향이 있다. 이는 저하된 성능 및/또는 보다 두꺼운 구조체를 초래한다. 보다 큰 감도를 갖는 보다 얇은 구조체에 대한 필요성이 계속 증가하고 있다. 본 출원은 박리가능 라이너 내에 탄성중합체 재료의 이산된 (랜드 없는) 열들을 포함하는 물품, 방법, 및 장치를 기술하는데, 여기서 탄성중합체 열들은 이산되어 있고, 연결 재료에 의해 연결되지 않는다. 이들 탄성중합체 열은 다양한 표면에 전사될 수 있고, 터치 감지 및 힘 감지와 같은 많은 응용에 유용하다.
도 1a는 몇몇 실시 형태에 따른 라미네이션 전사 필름(100)의 단면도이다. 필름(100)은 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열(110)들을 포함한다. 박리가능 라이너(120)가 탄성중합체 재료의 열(110)들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간(115)들 내에 배치된다. 탄성중합체 재료의 열(110)들은 폭 W, 높이 H, 및 간격 S를 갖는다. 탄성중합체 열(110)들은 실질적으로 평평할 수 있지만 대안적으로 박리가능 라이너의 인접 표면(121)에 대해 돌출되거나 후퇴될 수 있는 자유 표면(111)을 구비한다. 박리가능 라이너(120)는 탄성중합체 재료(110)에 실질적으로 부착되지 않는다. 도 1b는 박리가능 라이너가 제거된 후의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열(110)들의 사시도이다.
도 1a와 도 1b는 직사각형 단면 형상을 갖는 탄성중합체 재료를 예시하는데, 탄성중합체 재료가 다른 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있음이 인식될 것이다. 단면에서, 탄성중합체 재료의 측부들은 실질적으로 평평하거나(실질적으로 선형 측부), 둥글(비-선형 측부) 수 있다. 도 2a 내지 도 2c는 삼각형(도 2a), 절두 삼각형(도 2b), 반원형(도 2c)을 비롯한, 탄성중합체 재료를 위한 가능한 단면 형상들 중 몇몇을 예시한다. 많은 다른 단면 형상, 예컨대 모래시계 형상이 가능함이 인식될 것이다. 약간 언더컷된(undercut) 단면 형상이 사용될 수 있지만, 상당히 언더컷된 형상은 박리가능 라이너의 제거를 더욱 어렵게 만들 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 열들 사이의 간격은 도 2d에 도시된 바와 같이 거리에 따라 달라질 수 있다. 일례로서, 도 2d는 폭의 공간 S1에 의해 분리된 제1 열(241) 및 제2 열(242), 폭의 공간 S2에 의해 분리된 제2 열(242) 및 제3 열(243), 및 폭의 공간 S3에 의해 분리된 제3 열(243) 및 제4 열(244)을 도시한다. 몇몇 실시 형태에서, 열들의 단면 형상은 높이 C1을 갖는 삼각형 단면을 갖는 제1 열(251) 및 제3 열(253)과, 높이 C2를 갖는 절두 삼각형 단면을 갖는 제2 열(252) 및 제4 열(254)을 도시한 도 2e에서와 같이 열마다 다를 수 있다. 대안적으로, 인접 열들의 하나의 군이 제1 단면 형상을 가질 수 있고, 인접 열들의 다른 군이 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 탄성중합체 열의 높이 H, 자유 표면(111)에서의 탄성중합체 열의 폭 W, 및 탄성중합체 열들 사이의 간격 S는 약 50 μm 내지 약 400 μm일 수 있다.
열의 종횡비는 W/H이다. 다양한 실시 형태에서, 종횡비는 약 0.3보다 크고 약 10보다 작을 수 있다. 예를 들어, 열의 종횡비는 몇몇 실시 형태에서 약 2이다. 몇몇 실시 형태에서, 열의 종횡비는 약 1이다.
열의 듀티 사이클(duty cycle)은 탄성중합체 열 더하기 박리가능 라이너가 차지하는 인접 공간을 포함하는 하나의 주기에서 탄성중합체 재료의 백분율(체적 기준)과 동일하다.
듀티 사이클 % = W/(W+S) × 100.
다양한 실시 형태에서, 듀티 사이클은 5% 내지 99%, 10% 내지 90% 또는 25% 내지 75%일 수 있다. 예를 들어, 열들의 듀티 사이클은 몇몇 실시 형태에서 50%이다.
박리가능 라이너가 제거되기 전에, 박리가능 라이너 재료가 탄성중합체 열들 사이의 공간들을 충전한다. 예컨대 도 1a에 도시된 바와 같은 라미네이션 전사 필름은 탄성중합체 함량에 의해 특징지어질 수 있다. 다양한 실시 형태에서, (박리가능 라이너가 제거되기 전의) 라미네이션 전사 필름의 탄성중합체 함량은 5% 내지 99%, 10% 내지 90% 또는 25% 내지 75%일 수 있다.
탄성중합체 재료의 직사각형 단면의 경우에,
듀티 사이클 = 탄성중합체 함량 = 100% - 박리가능 라이너 함량(열들 사이의 박리가능 라이너의 양).
모든 다른 경우에, 이러한 관계는 기하학적 구조로 인해 더욱 복잡해진다. 대부분의 다른 경우에,
듀티 사이클은 탄성중합체 함량 = 100% - 박리가능 라이너 함량과 거의 동일하다.
박리가능 라이너가 제거된 후에, 공기가 탄성중합체 열들 사이의 공간들을 충전한다. 예컨대 도 1b, 도 2a 내지 도 2e에 도시된 바와 같은 탄성중합체 열들의 배열은 탄성중합체 함량에 의해 그리고/또는 공기 함량에 의해 특징지어질 수 있다.
직사각형 단면의 경우에,
듀티 사이클 = 탄성중합체 함량 = 100% - 공기 함량.
모든 다른 경우에, 이러한 관계는 기하학적 구조로 인해 더욱 복잡해진다. 대부분의 다른 경우에,
듀티 사이클은 탄성중합체 함량 = 100% - 공기 함량과 거의 동일하다.
(박리가능 라이너가 제거된 후의) 탄성중합체 함량은 예를 들어 10% 내지 90% 또는 25% 내지 75%의 범위 내에 있을 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 듀티 사이클 및/또는 탄성중합체 함량은 본 명세서에서 더 상세히 논의되는 바와 같이 길이방향으로 열들을 따른 거리에 따라 달라지고/지거나 열마다 다를 수 있다.
몇몇 구현예에서, 탄성중합체 재료의 전단 모듈러스는 예를 들어 약 500 MPa 미만이거나, 예를 들어 약 0.01 MPa 내지 약 10 MPa의 범위 내에 있거나 약 0.1 MPa 내지 약 1 MPa의 범위 내에 있을 수 있다. -20℃ 내지 60℃의 온도 범위에 걸친 전단 모듈러스의 변화는 약 50% 미만이다. 탄성중합체 재료는 약 -30℃ 미만의 유리 전이 온도와, 20℃에서 1 ㎐ 전단 스윕 모드(shear sweep mode), 플레이트-온-플레이트(plate-on-plate)로 측정되는 약 0.5 이하의 탄젠트 델타(tan delta)를 가질 수 있다. 전단 모듈러스와 탄성중합체 열의 높이가 관련 파라미터인 것이 인식될 것이다.
(박리가능 라이너의 제거 후의) 탄성중합체 열들을 포함하는 구조체는 압축비(compression ratio)에 대한 힘의 미분(derivative)인 기계적 컴플라이언스에 의해 특징지어질 수 있는데, 여기서 압축비는 층의 변형 높이(deformed height)(두께)를 층의 초기 두께로 나눈 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 전단 모듈러스를 구조체의 비변형 높이(undeformed height)로 나눈 것(MPa/mm 단위의 G/H)은 1000 미만, 200 미만, 100 미만, 30 미만, 또는 심지어 7 미만일 수 있다. 이들 값은 예를 들어 약 0.02 내지 약 0.5의, mm/MPa 단위의, 구조체의 기계적 컴플라이언스를 제공한다.
(박리가능 라이너가 제거된 후의) 탄성중합체 열에 의해 분리되는 전극을 포함하는 구조체는 터치 또는 힘 감지 응용에 대한 고려 사항인 용량성 컴플라이언스(인가 힘에 대한 커패시턴스의 변화)에 의해 특징지어질 수 있다. 용량성 컴플라이언스는 부분적으로 탄성중합체 재료의 유전 상수에 의존한다. 탄성중합체 재료의 유전 상수는 1 내지 100의 범위일 수 있다. 본 명세서에 기술된 구조체에 적합한 많은 비충전된(unfilled) 탄성중합체 재료는 1.5 내지 약 3의 유전 상수를 가질 수 있다. 예를 들어, 유용한 탄성중합체인 실리콘 폴리옥시미드는 약 2.7의 유전 상수를 갖는다.
다양한 실시 형태에서, 탄성중합체 열의 두께(비변형 높이 H)는 약 0.01 내지 10 mm일 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 전단 모듈러스와 비변형 높이의 곱을 구조체의 탄성중합체의 유전 상수로 나눈 것(MPa*mm 단위의 GH/k)은 13 미만, 1 미만, 0.1 미만, 또는 심지어 0.01 미만일 수 있다. GH/k의 이들 값은 예를 들어 약 0.5 내지 약 100의, 그램중 당 펨토패럿(fF/gf) 단위의, 용량성 전극들을 포함하는 장치의 용량성 컴플라이언스를 제공한다. 몇몇 실시 형태에서, 용량성 컴플라이언스는 2 fF/g 초과이다.
탄성중합체 재료를 위한 유용한 재료는 열가소성 탄성중합체, 예를 들어 스티렌 블록 공중합체, 폴리올레핀 블렌드, 탄성중합체 알로이(alloy), 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 코폴리에스테르, 및 열가소성 폴리아미드를 포함한다. 유용한 열가소성 탄성중합체는 실리콘 열가소성 물질, 예를 들어, 예컨대 본 명세서에 참고로 포함된 공동 소유의 미국 특허 제7,501,184호에 기술된 바와 같은 실리콘 폴리옥시미드를 포함한다. 탄성중합체 재료는 올레핀 블록 공중합체, 예를 들어 미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 컴퍼니(The Dow Chemical Company)로부터 입수가능한 인퓨즈(INFUSE)™ 9500, 또는 스티렌 블록 공중합체, 예컨대 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 크라톤 폴리머즈 엘엘씨(Kraton Polymers LLC)로부터 입수가능한 크라톤(등록상표) G1645와 같은 SEBS 블록 공중합체 및 크라톤 폴리머즈 엘엘씨로부터 입수가능한 크라톤(등록상표) D1161과 같은 SIS 블록 공중합체일 수 있다. 탄성중합체 재료는 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 엑슨모빌 케미칼(ExxonMobile Chemical)로부터 입수가능한 이그잭트(EXACT)™ 8201과 같은 에틸렌/옥텐 공중합체일 수 있다.
탄성중합체 재료를 위한 추가의 유용한 재료는 열경화성 수지, 예를 들어 폴리다이메틸실록산(PDMS), 또는 다른 규소계 유기 중합체를 포함한다.
박리가능 라이너는 가요성 재료일 수 있고, 0.002 내지 2 Pa*㎥의 휨 강성(flexural rigidity)을 가질 수 있다. 예를 들어, 박리가능 라이너는 열가소성 재료 및/또는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 올레핀을 포함할 수 있다. 박리가능 라이너는 탄성중합체 열들에 실질적으로 부착되지 않는다. 예를 들어, 탄성중합체 열들에 대한 박리가능 라이너의 비-실질적 부착은 인치당 약 100 그램 미만의 박리력(peel force)(180도 박리)에 의해 특징지어진다. 몇몇 실시 형태에서, 박리가능 라이너는 모멘티브(Momentive) SF1642와 같은 이형 첨가제(release additive)를 포함한다. 부가적으로, 이형 라이너는 일정 정도의 가요성을 나타낸다.
몇몇 실시 형태에 따르면, 도 1a에 도시된 라미네이션 전사 필름의 제조 방법은 탄성중합체 재료와 라이너 재료를 공압출하여, 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들, 및 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 라이너 재료의 박리가능 라이너를 형성하는 단계를 수반한다.
공압출 동안에, 열들의 자유 표면들이 미리 결정된 형상을 갖도록, 예컨대 실질적으로 평평하거나 돌출되거나 만입되도록 탄성중합체 재료 및/또는 라이너 재료의 유량이 선택된 미리 결정된 값들을 유지하도록 제어될 수 있다.
본 개시 내용에 기술된 라미네이션 전사 필름을 공압출하기 위해 사용될 수 있는 시스템 및 방법이, 전체적으로 본 명세서에 포함된 공동 소유의 미국 특허 공개 제2013/0009336호에서 상세히 논의된다.
몇몇 실시 형태에 따르면, 도 1a에 도시된 라미네이션 전사 필름의 제조 방법은 채널들을 갖는 구조화된 라이너를 형성하는 단계, 및 구조화된 라이너의 채널들 내에 탄성중합체 재료를 배치하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 구조화된 라이너의 채널들 내에 탄성중합체 재료를 배치하는 단계는 탄성중합체 재료를 적절한 두께(구조화된 라이너의 공극 공간에 기초하여 계산됨)로 압출한 다음에 라이너와 압출물을 가열된 닙 내로 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 탄성중합체 + 구조화된 라이너에 인가되는 충분한 압력(예컨대, 약 200 PSI 초과)과 승온(예컨대, 약 120℃)이 구조화된 라이너를 고 충실도(high fidelity)로 충전하는 것으로 이어진다는 것이 밝혀졌다. 이러한 특정 경우에, 라이너는 120℃를 훨씬 초과하는 융점을 가질 필요가 있을 것이다(예컨대, HDPE, PC).
몇몇 실시 형태에 따르면, 도 1a에 도시된 라미네이션 전사 필름의 제조 방법은 채널들을 갖는 구조화된 라이너를 형성하는 단계, 및 구조화된 라이너 상에 탄성중합체의 용액 코팅을 통해 탄성중합체 재료를 배치하는 단계를 수반한다. 이 공정은 비-구조화된 영역으로부터 잉여 재료를 스카이빙(skiving) 제거하는 단계를 포함한다. 충전된 라이너를 가열하고 오븐을 통해 운반함으로써 용제가 제거될 수 있다. 이러한 방식으로 구조체를 생성하기 위한 실용적이고/이거나 효율적인 공정을 이루기 위해 반복 통과 및 고 고형물 용액이 사용될 수 있다. 헥산 내에 용해되고 구조화된 HDPE 라이너 내에 코팅되는 실리콘 폴리옥사미드가 이들 물품을 제조하기 위한 하나의 예시적인 방법일 것이다.
도 3의 흐름도 및 도 4a 내지 도 4c의 단면도는 탄성중합체 열들을 포함하는 장치 및 이러한 장치의 제조 방법을 예시한다. 도 1a에 도시되고 관련 텍스트에 기술된 바와 같이 탄성중합체 재료의 열(110)들 및 박리가능 라이너(120)를 포함하는 라미네이션 전사 필름(100)이, 예컨대 전술된 바와 같은 공압출에 의해 형성된다(310). 탄성중합체 열(110)들이 상부에 부착될 제1 구성요소(421)의 표면 상에 제1 프라이머 층(411)이 코팅된다(320). 예를 들어, 제1 구성요소(421)는 전극 층, 장벽 필름(barrier film), 또는 접착제 층이거나, 이를 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 라미네이션 전사 필름(100)이 제1 프라이머 층(411) 상에 배치되어, 탄성중합체 재료(110)의 자유 표면(111)(도 1a 참조)들이 제1 프라이머 층(411)에 인접하게 된다(330). 하나 초과의 라미네이션 전사 필름(100)이 제1 프라이머 층(411) 상에 패턴, 예컨대 타일형 패턴으로 배열될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 열들의 길이방향 축들이 서로 비스듬하도록, 예컨대 90도이도록, 라미네이션 전사 패턴이 절단되고 프라이머 층(411) 상에 배치될 수 있다. 하나의 예시적인 패턴이 도 6에 도시되어 있다. 라미네이션 전사 필름(100), 프라이머 층(411), 및 제1 구성요소(421)가 열 및 압력 중 하나 또는 둘 모두를 사용하여 함께 라미네이팅되어(335) 부조립체(410)를 형성한다. 박리가능 라이너(120)가 제거된다(340). 도 4b는 박리가능 라이너의 제거 후의 부조립체(420)를 도시한다.
탄성중합체 열(110)들이 상부에 부착될 제2 구성요소(422)의 표면 상에 제2 프라이머 층(412)이 코팅된다(350). 예를 들어, 제2 구성요소(422)는 전극 층, 장벽 필름, 또는 접착제 층이거나, 이를 포함할 수 있다. 부조립체(420)가 예컨대 픽-앤드-플레이스(pick-and-place) 공정에 의해 제2 프라이머 층(412) 상에 배치되어, 이전에 박리가능 라이너에 의해 덮였던 탄성중합체 재료(110)의 표면(112)들이 제2 프라이머 층(412)에 인접하게 된다(360). 부조립체(420), 제2 프라이머 층(412), 및 제2 외측 층(421)이 열 및 압력 중 하나 또는 둘 모두를 사용하여 함께 라미네이팅되어(370), 도 4c에 도시된 바와 같은 장치(430)를 형성한다.
몇몇 구성에서, 장치는 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 수직으로 적층되는 탄성중합체 열들의 다수의 층들을 포함할 수 있다. 도 5a와 도 5b는 탄성중합체 열들의 제1 및 제2 층(511, 512)들을 포함하는 장치(501, 502)들을 도시하는데, 여기서 제1 층(511)의 탄성중합체 열들의 길이방향 축들은 제2 층(512)의 탄성중합체 열들의 길이방향 축들에 대해 비스듬히 배열된다. 도 5a와 도 5b의 예에서, 제1 층(511)의 탄성중합체 열들의 길이방향 축들은 대체로 x 방향을 따라 배열되고, 제2 층(512)의 탄성중합체 열들의 길이방향 축들은 대체로 y 방향을 따라 배열된다.
도 5a에 도시된 장치(501)는 제1 외측 층(531) 상에 배치되는 제1 프라이머 층(521) 및 이러한 제1 프라이머 층(521)에 부착되는 탄성중합체 열들의 제1 층(511)을 포함한다. 제2 프라이머 층(522)이 제2 외측 층(532) 상에 배치되고, 탄성중합체 열들의 제2 층(512)이 제2 프라이머 층에 부착된다.
도 5b에 도시된 장치(502)는 선택적인 제3 프라이머 층(523) 및 제4 프라이머 층(524)과 함께 선택적인 내측 층(533)을 포함한다.
본 발명의 제1 및 제2 프라이머 층들은 실리콘 열가소성 탄성중합체, 예컨대 실리콘 폴리옥사미드, 올레핀 및 스티렌계 블록 공중합체, 예컨대 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 및 스티렌-아이소프렌-스티렌, 폴리아크릴레이트, 예컨대 폴리에스테르 아크릴레이트 및 폴리우레탄 아크릴레이트, 건식 실리카, 관능화 건식 실리카, 실란, 티티네이트, 지르코네이트 및 실록산을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 이들 재료의 조합이 사용될 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 프라이머 층은 실리콘 열가소성 탄성중합체, 예컨대 폴리다이오르가노실록산 폴리옥사미드, 선형, 블록 공중합체, 즉 실리콘 폴리옥사미드, 예를 들어 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,371,464호(셔먼(Sherman) 등) 및 미국 특허 제7,501,184호(레어(Leir) 등)에 개시된 것들을 포함한다. 실리콘 열가소성 탄성중합체를 포함하는 프라이머 층은 또한 커플링제를 포함할 수 있다. 유용한 커플링제는 실란 커플링제(예컨대, 오르가노트라이알콕시실란), 티타네이트, 지르코네이트 및 유기산-염화크롬 배위 착물을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 오르가노실란이 특히 유용한 커플링제이다. 몇몇 실시 형태에서, 커플링제는 하기 화학식으로 표현되는 오르가노실란 커플링제를 포함한다:
R1-SiY3
여기서, R1은 1가 유기 기이고, 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기이다. 몇몇 실시 형태에서, R1은 2 내지 18개의 탄소 원자를 갖는다. 몇몇 실시 형태에서, R1은 3 내지 12개의 탄소 원자를 가지며, 에폭시알킬 기, 하이드록시알킬 기, 카르복시알킬 기, 아미노알킬 기, 아크릴옥시알킬 기, 및 메타크릴옥시알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 몇몇 실시 형태에서, 각각의 Y는 -Cl, -Br, -OC(=O)R2, 및 OR2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 여기서 R2는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 나타낸다.
적합한 실란 커플링제는, 예를 들어 미국 특허 제3,079,361호(플루에데만(Plueddemann))에서 확인되는 것들을 포함한다. 구체적인 예에는, (3-아크릴옥시프로필)트라이메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트라이메톡시실란, 3-아미노프로필트라이에톡시실란, 3-아미노프로필트라이메톡시실란, (3-글리시드옥시프로필)트라이메톡시실란, 3-메르캅토프로필트라이메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실란, 비닐트라이메톡시실란 (모두 미국 펜실베이니아주 모리스빌 소재의 겔레스트, 인크.(Gelest, Inc.)로부터 입수가능함), 및 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corp.)으로부터 상표명 "자이아미터(XIAMETER)" 하에 입수가능한 것들, 예를 들어 비닐벤질아미노에틸아미노프로필트라이메톡시실란(메탄올 중 40%로 공급됨, 자이아미터 OFS-6032 실란), 클로로프로필트라이메톡시실란(자이아미터 OFS-6076 실란) 및 아미노에틸아미노프로필트라이메톡시실란(자이아미터 OFS-6094 실란)이 포함된다.
적합한 티타네이트 커플링제는, 예를 들어 미국 특허 제4,473,671호(그린(Green))에서 확인되는 것들을 포함한다. 구체적인 예에는, 아이소프로필 트라이아이소스테아로일 티타네이트, 아이소프로필 트라이(라우릴-미리스틸) 티타네이트, 아이소프로필 아이소스테아로일 다이메타크릴 티타네이트; 아이소프로필 트라이(도데실-벤젠설포닐) 티타네이트, 아이소프로필 아이소스테아로일 다이아크릴 티타네이트, 아이소프로필 트라이(다이아이소옥틸 포스파토) 트라이(다이옥틸파이로포스파토) 티타네이트, 아이소프로필 트라이아크릴로일 티타네이트, 및 다이아이소프로폭시(에톡시아세토아세틸) 티타네이트, 테트라(2,2-다이알릴옥시메틸)부틸 다이(다이트라이데실)포스피토 티타네이트(미국 뉴저지주 베이온 소재의 켄리치 페트로케미칼스, 인크.(Kenrich Petrochemicals, Inc.)(이하, 켄리치)로부터 KR55로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이네오데카노닐 티타네이트(켄리치로부터 LICA 01로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(도데실)벤젠-설포닐 티타네이트(켄리치로부터 LICA 09로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(다이옥틸)포스파토 티타네이트(켄리치로부터 LICA 12로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(다이옥틸)파이로-포스파토 티타네이트(켄리치로부터 LICA38로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(N-에틸렌다이아미노)에틸 티타네이트(켄리치로부터 LICA 44로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(m-아미노)페닐 티타네이트(켄리치로부터 LICA 97로 입수가능함), 및 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이하이드록시 카프로일 티타네이트(이전에 켄리치로부터 LICA 99로 입수가능함)가 포함된다.
적합한 지르코네이트 커플링제는, 예를 들어 미국 특허 제4,539,048호(코헨(Cohen))에서 확인되는 것들을 포함한다. 구체적인 예에는, 지르코늄 프로피오네이트, 테트라(2,2-다이알릴옥시메틸)부틸 다이(다이트라이데실)포스피토 지르코네이트(켄리치로부터 KZ 55로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이네오데카노일 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 01로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(도데실)벤젠설포닐 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 09로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(다이옥틸)포스파토 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 12로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(다이옥틸)파이로포스파토 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 38로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(N-에틸렌다이아미노)에틸 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 44로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이(m-아미노)페닐 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 97로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이메타크릴 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 33으로 입수가능함), 네오펜틸(다이알릴)옥시 트라이아크릴 지르코네이트(이전에 켄리치로부터 NZ 39로 입수가능함), 다이네오펜틸(다이알릴)옥시 다이(파라-아미노벤조일) 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 37로 입수가능함), 및 다이네오펜틸(다이알릴)옥시 다이(3-메르캅토)프로피오닉 지르코네이트(켄리치로부터 NZ 66A로 입수가능함)가 포함된다.
하나 이상의 커플링제의 혼합물이 사용될 수 있지만, 전형적으로 단일 커플링제가 충분하다. 사용되는 커플링제의 양은 실리콘 열가소성 탄성중합체의 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 25 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량% 또는 심지어 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%일 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 실리콘 열가소성 탄성중합체를 포함하는 프라이머 층은 또한 점착부여제 수지를 포함할 수 있다. 바람직한 점착부여제 수지는 캐나다 토론토 소재의 실테크 코포레이션(Siltech Corporation)으로부터 상표명 실리콘 MQ 레진스(SILICONE MQ RESINS) 하에 입수가능한 실리콘 수지 및 독일 뮌헨 소재의 바커 쉐미(Wacher Chemie)로부터 상표명 MQ-레진 파우더 803 TF 하에 입수가능한 규소 수지를 포함하지만 이로 한정되지 않는, MQ 수지로 지칭되는 실리콘 점착부여제 수지를 포함한다. 사용되는 점착부여제 수지의 양은 실리콘 열가소성 탄성중합체의 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 75 중량% 또는 심지어 5% 내지 약 50%일 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 제1 및 제2 프라이머 층 중 하나 또는 둘 모두는 점착부여제를 포함하지 않는다.
미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 쓰리엠 어드헤전 프로모터(ADHESION PROMOTER) 111을 포함하지만 이로 한정되지 않는 구매가능한 프라이머 층이 또한 사용될 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 제1 및 제2 프라이머 층들의 두께는 약 50 나노미터 내지 약 5 마이크로미터, 약 200 나노미터 내지 약 5 마이크로미터, 약 400 나노미터 내지 약 5 마이크로미터, 약 50 나노미터 내지 약 3 마이크로미터, 약 200 나노미터 내지 약 3 마이크로미터, 약 400 나노미터 내지 약 3 마이크로미터, 약 100 나노미터 내지 약 1 마이크로미터, 약 200 나노미터 내지 약 1 마이크로미터 또는 심지어 약 400 나노미터 내지 약 1 마이크로미터일 수 있다.
몇몇 구성에서, 도 4c에 도시된 장치(430)의 제1 및 제2 구성요소(421, 422)들은 전기 전도성 전극 층들이어서, 용량성 터치 또는 힘 감지에 유용한 장치를 형성할 수 있다. 용량성 힘 감지 응용에서, 필름 표면 상에 인가되는 주어진 압축 압력에 대해 커패시턴스의 큰 변화를 가능하게 하는 라미네이션 전사 필름을 구비하는 것이 바람직하다. 전형적으로, 이들 응용은 상부 표면에 인가되는 압력에 응답한 평평한 물품의 두께의 변화로 정의되는 저 압축 컴플라이언스를 필요로 한다. 탄성중합체 재료가 대체로 높은 벌크 모듈러스(bulk modulus)(정수압(hydrostatic pressure)에 응답하여 체적의 작은 변화를 생성함)를 갖는 것을 고려하면, 이들 장치는 압축가능 층 내에 혼입되는 상당한 분율의 공기를 필요로 한다.
효율적인 힘 감지 장치를 생성하는 하나의 태양은 용량성 응답을 열화시키는 공기 함량을 감소, 예컨대 최소화시키면서 주어진 하중에 대해 특정 압축량, 예컨대 최대 압축량을 가능하게 하는 탄성 및 공기 영역들을 생성하는 것이다. 본 명세서에 기술된 것과 같은 개방 셀형(open celled) 구조체를 생성하는 것이 그러한 효율을 개선하기 위한 하나의 접근법인데, 그 이유는 구조체 내의 공기가 하중 인가에 대항하기보다는 배출되도록 허용되기 때문이다.
제1 및 제2 구조체들이 전기 전도성 전극들인, 대체로 도 4c에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 힘 감지 장치는 그램중 당 2 펨토패럿(fF/gf) 미만의 용량성 컴플라이언스(전극의 표면에 수직하게 인가되는 힘에 대한 커패시턴스의 변화)를 가질 수 있다. 힘 감지 응용에서 용량성 응답이 인가 압력, 단시간 응답, 온도 변화, 기압 변화, 및 장기 사용에 대해 비교적 일정한 것이 바람직할 수 있다.
몇몇 경우에, 본 명세서에 기술된 탄성중합체 열들을 포함하는 힘 센서 또는 다른 장치가 물과 같은 표유 액체(stray liquid)에 노출될 수 있고, 장치의 성능을 저하시킬 수 있는, 탄성 층 내로의 액체 침투를 감소시키거나 방지하는 것이 바람직하다. 선형으로 배치되는 본 명세서에 기술된 탄성중합체 열들은 일 방향으로의 액체 침투를 감소시키거나 방지할 수 있다. 라미네이션 전사 필름(평면도가 도시됨)이 동심 정사각형 패턴(620)을 형성하도록 절단되고 프라이머 층 상에 배열되는, 도 6에 예시된 것과 같은 다른 레이아웃은 외부 액체 침투에 대한 장벽을 제공하면서 개방 셀 구조체의 효과적인 탄성 특성을 획득할 수 있다.
본 명세서에 기술된 라미네이션 전사 필름은 또한 가능한 설계 옵션들을 이용할 수 있게 하기 위해 장치 내의 상이한 영역들에 압축 및 용량 강성을 분포시킬 가능성을 제공한다. 도 7a와 도 7b는 탄성중합체 열들 사이의 간격이 거리에 따라 달라지는 2개의 예를 도시한다. 도 7a는 장치의 에지들에서 더 큰 압축 및 용량 강성을 제공하는 설계의 평면도를 도시한다. 도 7b는 장치의 중심 부근에서 보다 큰 압축 및 용량 강성을 제공하는 설계의 평면도를 도시한다. 도 7a와 도 7b에 예시된 바와 같은 분포된 설계 간격은 특정 강성을 생성하기 위해 절단 및 조립(도 6에 도시된 바와 같음) 또는 단순히 탄성중합체 열들의 층들, 예컨대 0°/90° 배향된 층(도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같음)들의 적층과 조합되어 사용될 수 있다.
실시예:
실시예의 모델링 :
1) 기하학적 구조 및 가정
이전에 논의된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 기본 장치는 도 8a의 단면도와 도 8b의 평면도에 영역 A 및 영역 B로 도시된 공기 충전된 공간들이 사이에 배치된 탄성중합체 재료의 열들로 이루어진다. 이러한 영역은 장치의 '구조화된 층'으로 지칭된다. 몇몇 경우(모델 1)에, 전극(재료 C)들에 구조화된 층을 직접 접합한 반면, 다른 경우(모델 2)에, 절연 캐리어 층(재료 C)에 구조화된 층을 결합하였으며, 절연 캐리어 층을 이어서 중합체 접착제(재료 D)로 전극들에 접합한다. 또 다른 경우(모델 3)에, '랜드 영역(land region)'이 포함되는데, 여기서 랜드 영역은 또한 커패시턴스 목적을 위한 캐리어 층으로 취급될 수 있는 구조화된 층 바로 위 또는 아래에 있는 탄성중합체 재료의 연속 층이다. 모든 경우에, 구조화된 층만이 변형되고 있고, 그에 비해 모든 다른 층이 훨씬 더 강성인 것으로 가정된다.
이러한 분석을 위해, 하기의 가정이 이루어졌다:
1. 이는 평면-스트레인(plane-strain) 구성이고, 채널들에 평행한 축(x2)을 따라 변형이 발생하지 않는다.
2. 구조화된 층을 포함하는 재료 A 및 재료 B에서만 변형이 발생한다.
3. 재료 B는 비압축성이고(압력에 따라 체적을 변화시키지 않음, 즉 매우 큰 벌크 모듈러스를 가짐), 재료 A는 압축성 공기이다(압력에 따라 체적을 변화시킴, 즉 매우 낮은 벌크 모듈러스를 가짐).
4. 이는 '개방 셀' 구조체여서, 재료 A가 압축 및 해제 동안에 구조체 내외로 유동하도록 허용되고, 변형시 어떠한 압력도 생성하지 않는다. 몇몇 경우에, 채널의 단부는 기술적으로 밀봉되어 '폐쇄 셀' 구조체를 생성할 수 있다. 그러나, 이들 경우에, 국소화된 변형 동안에 공기 압력 상승에 기인하는 임의의 복원력이 변형된 탄성중합체에 기인하는 복원력에 비해 작을 정도로 채널의 길이가 압축 영역에 비해 충분히 긴 것으로 가정한다.
5. 재료 B는 층 C와의 계면에서 마찰 없이 활주할 수 있다. 이는 이들 구조체에 대해 기술적으로 사실이 아니다. 재료 B는 재료 C에 결합되고, 계면에서 측방향으로 이동할 수 없다. 그러나, 1:1 미만의 종횡비(폭/높이)를 갖는 탄성중합체 열들에 대해, 이러한 가정의 오류가 이러한 분석에서 복원력 계산의 최대 30% 과소표시(underrepresentation)를 초래하고 커패시턴스 계산에 거의 영향을 미치지 않음이 입증될 수 있다. 필요하다면, 이러한 차이를 처리하기 위해 비드(bead) 종횡비에 기초하는 보정 계수가 단순히 힘 계산에 적용될 수 있다. 보정 계수는 아래에서 논의된다.
구조화된 층이 압축될 때, 비압축성 탄성중합체 재료가 옆으로 공기 영역 내로 밀어내어지면서, 공기가 구조체 밖으로 유동한다. 그 결과, 구조체의 평면도(도 8b)를 볼 때, 탄성중합체 및 공기 영역들의 면적이 다음과 같이 변할 것이다:
[수학식 1a]
Figure pct00001
[수학식 1b]
Figure pct00002
여기서,
selastomer = 단일 탄성중합체 비드의 변형 평면내 면적(deformed in-plane area)
sair = 단일 공기 채널의 변형 평면내 면적
L = 구조체의 단위 길이
A = 탄성중합체 비드의 반폭(half-width)
B = 2개의 탄성중합체 비드들 사이의 중심간 거리의 반
η = '압축비'는 구조화된 층의 변형 두께 hAB를 구조화된 층의 초기 두께로 나눈 것으로 정의된다: η = hAB/HAB.
구조체를 표현하기 위한 유용한 메트릭(metric)은 구조체 내의 공기의 초기 체적 분율이다.
[수학식 2]
Φair = 1 - α
여기서, Φair는 구조체 내의 초기 체적 분율 공기 함량이고, α는 A/B로 정의되는 구조체에 대한 기하학적 형상 계수(geometry factor)이다:
[수학식 3]
α = A/B
압축된 구조체 내의 공기 함량을 또한 기술하는 것이 또한 유용할 것이다. 이를 행하기 위해, 하기와 같이 구조화된 층의 초기 및 최종 체적에 관하여 압축비를 고려할 수 있다:
[수학식 4]
Figure pct00003
여기서, velastomer 및 vair는 압축된 구조체 내의 탄성중합체 및 공기 함량의 체적이고, Velastomer 및 Vair는 초기 비변형 상태에 있는 탄성중합체 및 공기의 체적이다. 그러나, 탄성중합체가 비압축성이기 때문에, 압축 및 초기 상태에서의 탄성중합체 체적이 동일하다는 것에 주목한다:
[수학식 5]
velastomer = Velastomer
수학식 4의 분자 및 분모 둘 모두를 구조화된 층의 총 체적으로 나누고 수학식 5의 비압축성 조건을 사용함으로써 다음을 얻는다:
[수학식 6]
η = 1 - Φair + φ
여기서, Φair는 수학식 2에서 정의되고, φ는 압축 동안의 구조화된 층 내의 공기의 체적 분율이다. 비변형 상태에서, φ는 Φair와 동일할 것이다. 압축 동안에, φ는, 모든 공기가 층 밖으로 밀어내어졌을 때 구조체의 '하이드로로크된' 상태를 표현하는 φ=0의 값에 도달할 때까지 감소할 것이다.
2) 하이드로로킹
이들 구조체 각각에서, 공기 영역이 완전히 압축되고 시스템이 '하이드로로크되기' 전에 구조화된 층이 견딜 수 있는 최대 허용가능 변형이 있다. 임의의 추가의 압축이 탄성중합체의 매우 작은 압축성에 또는 탄성중합체가 장치 자체 밖으로 밀어내어지는 것에 의존할 것이다.
그러한 변형은 매우 큰 추가의 하중을 필요로 하고 힘 감지 응용에 유용하지 않을 것이다.
압축비에 대한 하이드로로킹 한계는 단순히 구조체 내의 탄성중합체 체적 함량과 동일하고, 그 자체는 관련 설계 기준이다.
[수학식 7]
하이드로로킹 한계 = ηmin = 1 - Φair
재료 강성 및 구조체와 조합된 하이드로로킹 한계는 구조화된 필름이 견딜 수 있는 그리고 힘 감지에 유용할 수 있는 최대 압력을 결정하였다.
3) 커패시턴스
평행 판 커패시터의 커패시턴스는 하기와 같이 커패시터 기하학적 및 유전 특성으로부터 계산된다:
[수학식 8]
Figure pct00004
여기서, Ci = 커패시턴스 [F]
si = 커패시터의 측면적 [㎟]
hi = 커패시터의 두께 [mm]
ε0 = 자유 공간의 투자율(permeability) = 8.85 × 10-15 [F/mm]
κi = 커패시터 내의 유전체의 유전 상수
커패시터가 두 영역들, 예를 들어 도 (A1)의 구조화된 층을 포함하는 공기 및 탄성중합체 영역으로 구성될 때, 총 커패시턴스는 하기와 같이 단순히 개별 영역의 커패시턴스의 합이다:
[수학식 9]
Figure pct00005
여기서, CAB는 전체 구조물 내의 구조화된 층의 총 커패시턴스이고, hAB는 구조화된 층의 변형 두께이다. 수학식 1, 2, 3, 8 및 9를 조합하면, CAB가 하기와 같이 압축비의 함수로서 계산될 수 있다:
[수학식 10]
Figure pct00006
여기서, Sapp는 구조화된 필름의 총 면적이고,
HAB는 구조화된 필름의 초기 (비변형) 두께이다.
압축비(η)에 대한 수학식 10의 미분계수를 취하면, 압축비에 따른 커패시턴스의 변화가 일정하지 않고 하기와 같이 압축에 따라 변한다는 것을 알 수 있다:
[수학식 11]
Figure pct00007
총 커패시턴스(수학식 10)와 변형에 따른 커패시턴스 변화(수학식 11)가 2.7의 유전 상수를 갖는 탄성중합체 열들로 구성되는 0.2 mm 두께 구조체의 10 mm × 10 mm 면적에 대해 도 9a와 도 9b에 플로팅된다. 이러한 선도는 공기 함량을 증가시키는 것이 구조화된 층의 커패시턴스를 감소시키지만 또한 층의 변형 범위를 증가시켜 커패시턴스가 변형 하에서 훨씬 더 높은 수준으로 증가하도록 허용한다는 것을 보여준다. 공기 함량은 변형에 대한 커패시턴스의 미분에 유사한 영향을 미친다.
층 C 및 층 D(도 8a 참조)를 포함하는 구조체의 총 커패시턴스는 하기와 같이 개별 층들의 커패시턴스들의 역수를 더함으로써 결정된다:
[수학식 12]
Figure pct00008
여기서, CC 및 CD는 개별 층 C 및 개별 층 D의 커패시턴스이다. 수학식 12는 하기와 같이 다시 쓰여질 수 있다:
[수학식 13]
Figure pct00009
여기서,
[수학식 14]
Figure pct00010
4) 하중 응답
탄성중합체가 비압축성 재료에 대한 무니-리블린(Mooney-Rivlin) 방정식과 같은 초탄성 재료에 대한 공통 구성 방정식(common constitutive equation)에 의해 효과적으로 표현될 수 있는 것으로 가정하면, 면적 Sapp를 갖는 구조화된 층의 패치(patch)의 힘 대 변형 거동이 하기와 같이 표현될 수 있다는 것을 볼 수 있다:
[수학식 15]
Figure pct00011
여기서, Ftotal은 영역에 대한 총 복원력이고, G는 탄성중합체의 전단 모듈러스이다. 기계적 컴플라이언스는 하기와 같이 계산되는 압축비에 대한 힘의 미분이다:
[수학식 16]
Figure pct00012
위의 응력 해석(수학식 15 및 수학식 16)은 캐리어 계면에서의 탄성중합체의 마찰 없는 활주의 가정에 기초한다. 탄성중합체는 그러한 계면에서 구속될 것이다. 그러한 차이를 처리하기 위해, 하중에 대한 보정 계수가 채용되어야 한다. 고정된 경계 조건을 갖는 탄성중합체 비드의 2D 평면-스트레인 단면의 유한 요소 모델의 결과를 수학식 15를 생성하기 위해 사용된 바와 같은 자유 미끄럼 경계 조건(freely slipping boundary condition)을 갖는 동일한 모델의 결과와 비교함으로써 이러한 보정 계수를 알아낼 수 있다.
층(들) C에 대한 접착제의 부착을 처리하기 위해, 하기의 보정 계수가 하중 계산에 적용될 수 있다:
[수학식 17]
f = 1 + (0.1348)(2A/HAB) + (0.1849)(2A/HAB)2
여기서, f는 보정 계수이고, 양 2A/HAB는 탄성 중합체 비드의 전체 종횡비이다. 이러한 보정 계수를 하중 계산에 포함시키면, 수학식 15와 수학식 16은 하기와 같이 다시 쓰여진다:
[수학식 18]
Figure pct00013
[수학식 19]
Figure pct00014
도 10a와 도 10b의 선도는 전체 구조체 내에서 일정 범위의 공기 함량을 갖고 0.1 MPa의 전단 모듈러스를 갖는 탄성중합체로 제조된 1:1 종횡비 열들의 10 mm × 10 mm 정사각형 패치에 대해 압축비와 인가 힘의 함수로서 총 복원력과 기계적 컴플라이언스를 도시한다. 도 10a와 도 10b의 선도로부터, 공기 함량을 추가하는 것이 작은 변형에서 구조체의 컴플라이언스를 증가시키지만, 컴플라이언스가 하중에 따라 급격히 떨어지는 것을 볼 수 있다. 보다 낮은 공기 함량을 갖는 구조체는 하중에 따라 더욱 일정한 기계적 컴플라이언스를 갖지만, 또한 보다 작은 하중에서 하이드로로킹 한계에 도달한다.
5) 용량성 컴플라이언스 응답
용량성 컴플라이언스는 인가 하중에 따른 커패시턴스의 변화이다. 이는 단순히 하기와 같이 수학식 11과 수학식 19의 비를 취함으로써 각각의 구조체에 대해 밝혀질 수 있다:
[수학식 20]
Figure pct00015
[수학식 21]
Figure pct00016
위의 방정식으로부터, 용량성 컴플라이언스가 구조체 두께 HAB 및 탄성중합체의 전단 모듈러스와 역의 관계(inverse relationship)를 갖는 것을 알 수 있다. 이는 구조체의 두께가 감소됨에 따라 용량성 컴플라이언스가 증가할 것임을 의미한다. 용량성 컴플라이언스는 또한 탄성중합체의 강성이 증가됨에 따리 감소할 것이다.
용량성 컴플라이언스가 일정 범위의 공기 함량을 갖는 채널 구조체에 대해 하중의 함수로서 도 11에 플로팅된다. 도 11은 0.1 MPa의 전단 모듈러스와 2.7의 유전 상수를 갖는 탄성중합체 열들의 0.2 mm 구조체(모델 1)의 10 mm × 10 mm 면적에 대한 용량성 컴플라이언스 대 인가 힘의 선도이다. 도 11의 선도는 공기 함량을 증가시키는 것이 단지 보다 작은 하중에 대해서만 용량성 컴플라이언스를 증가시키는 것을 보여준다. 하중이 충분히 높을 때, 용량성 컴플라이언스는 공기 함량에 상관없이 모든 구조체에 대해 거의 동일하다. 그러한 점에서의 공기 함량의 이득은 하이드로로킹이 발생하기 전에 구조체에 인가되는 허용가능 하중을 단순히 증가시키는 것이다. 실질적인 측면에서, 이는 공기를 구조체에 추가할 때 용량성 컴플라이언스에 대한 이익을 감소시키는 점이 존재한다는 것과, 구조화된 층이 기능할 필요가 있는 하중 범위에 의해 구조체 내의 공기의 양이 실질적으로 결정된다는 것을 의미한다. 구조체가 보다 큰 하중을 수용할 필요가 있으면, 보다 높은 전단 모듈러스를 갖는 탄성중합체가 유용할 것이다.
6) 랜드 및 캐리어 층의 영향
연결 재료, 예컨대 캐리어 층, 접착제 또는 랜드(모델 2 또는 모델 3)가 구조화된 층 상에 존재하면, 총 용량성 컴플라이언스는 힘에 대한 수학식 13의 미분을 취하여 다음을 산출함으로써 결정된다:
[수학식 22]
Figure pct00017
여기서,
Figure pct00018
은 전체 구조체의 용량성 컴플라이언스이고, 양 N은 수학식 14에서 정의되었다.
도 11의 선도를 생성하기 위해 사용된 예를 고려하고 탄성중합체 랜드를 구조체의 일측에 추가하면(모델 3), 수학식 22는 총 용량성 컴플라이언스에 미치는 영향이 상당하고 부정적일 수 있음을 보여준다. 이들 효과가 도 12에 플로팅된다.
각각 열 접합 필름(κD = 4.4)의 25 μm 두께 층을 갖는 폴리이미드 필름(κC = 3.4)의 2개의 12.5 μm 두께 층들 사이에 개재된 0.2 mm 구조화된 층으로 구성된 구조체(모델 2)를 고려할 때, (모델 1에서와 같이 연결 재료가 없는) 단순 구조화된 층에 미치는 영향이 도 13에 도시되어 있다. 도 13은 구조체의 용량성 컴플라이언스에 미치는 폴리이미드 캐리어 층과 접합 필름의 영향을 보여준다.
7) 변수 의존성
도 14 내지 도 21의 선도는 아래에 열거된 파라미터를 갖는 구조화된 층의 기본 사례(모델 1)로부터의 파라미터의 변동을 보여준다. 변수가 선도 상에 열거되지 않으면, 그의 값은 아래에 열거된다:
Figure pct00019
도 14는 구조화된 층(모델 1)의 다양한 열 종횡비에 대해 구조화된 층의 공기 함량에 대한 탄성중합체 재료의 전단 모듈러스로 나눈 하이드로로크시 압력의 선도를 제공한다.
도 15의 선도는 다양한 공기 함량 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층(모델 1)의 용량성 컴플라이언스를 제공한다.
도 16의 일 군의 선도는 탄성중합체 열들의 종횡비에 대한 구조화된 층(모델 1)의 용량성 컴플라이언스를 제공한다.
도 17은 구조화된 층(모델 1)의 다양한 높이에 대한 용량성 컴플라이언스 대 인가 하중의 일 군의 선도를 제공한다.
도 18은 전단 모듈러스의 다양한 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층(모델 1)의 용량성 컴플라이언스의 일 군의 선도를 포함한다.
도 19는 탄성중합체 재료의 유전 상수의 다양한 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층(모델 1)의 용량성 컴플라이언스의 일 군의 선도를 포함한다.
도 20은 전단 모듈러스와 초기 비변형 두께의 곱의 다양한 값에 대해 인가 하중에 대한 구조화된 층(모델 1)의 용량성 컴플라이언스의 일 군의 선도를 포함한다.
도 21은 랜드를 갖는 구조화된 층(모델 3)에 대해 랜드 두께 대 초기 비변형 두께(HAB)의 다양한 비에 대한 용량성 컴플라이언스 대 인가 하중의 일 군의 선도를 제공한다.
6) 구조화된 층의 설계
설계 목적은 필요한 하중 범위에 걸쳐 필요한 용량성 컴플라이언스를 생성하면서 또한 흔히 박리 강도와 같은 다른 성능 특성을 열화시키는 구조체 내의 공기 함량을 최소화시킬 구조체의 작동 범위를 알아내는 것이다.
이러한 설계를 돕기 위해, '공극 효율'의 개념을 도입한다. 이상적인 조건은 구조체에 대한 최대 요구 작동 압축 압력에서 하이드로로킹 조건이 발생할 때이다. 하이드로로킹 조건이 최대 작동 범위보다 높은 압력에서 발생하면, 추가의 공극 공간이 효과적으로 사용되지 못하고, 설계가 최적이지 않다. 이러한 설명에 기초하여, 공극 효율을 하기와 같이 정의할 것이다:
[수학식 23]
Figure pct00020
여기서, φmax_load는 최대 요구 압축 압력을 받을 때 구조체 내의 잔류 공기 함량이고, Φair는 앞서 정의된 바와 같이 초기 공기 함량이다. φmax_load = Φair라면, 구조체의 공극 효율은 100%이다. φmax_load = ½Φair라면, 구조체의 공극 효율은 50%이고, 기타 등등이다.
다음으로, 수학식 23을 수학식 6, 수학식 7 및 수학식 19와 조합하면, 다음이 제공될 수 있다:
[수학식 24]
ηmax_load = 1 - Φair + φmax_load = 1 - EvΦair
[수학식 25]
Figure pct00021
[수학식 26]
Figure pct00022
여기서, 본 명세서에서 '정규화 최대 압력(normalized maximum pressure)'으로 불리는 양 P*를 도입한다. 또한, f가 수학식 17에서 열 종횡비의 함수로서 정의된 경계 조건에 대한 하중 보정 계수인 것을 상기한다:
[수학식 17]
f = 1 + (0.1348)(2A/HAB) + (0.1849)(2A/HAB)2
효율적인 구조체를 설계하기 위해, 구조체가 지지하여야 하는 최대 압력(규정된 영역에 인가되는 최대 하중)과 목표 비드 종횡비를 규정하여 수학식 25를 사용해서 P*를 계산함으로써 시작한다. 이어서, 구조체 내의 필요한 공기 함량이 수학식 26을 사용하여 계산될 수 있다. 불행하게도, 수학식 26은 P*의 함수로서 Fair에 대해 직접 용이하게 풀릴 수 없다. 그러나, 아래에서 도 22에 도시된 바와 같이, 동일한 목적을 위해 사용될 수 있는 수학식 26의 선도를 생성할 수 있다. 도 22는 구조화된 층이 주어진 공극 효율로 P*의 최대 정규화 압력을 지지할 수 있게 하는 데 필요한 최소 공기 함량을 제공한다. 도 22는 100% 미만의 공극 효율에 대해, 주어진 구조체가 공기 함량에 상관없이 수용할 수 있는 P*의 최대 값이 있음을 예시한다. 보다 높은 하중 범위를 달성하기 위해, 보다 높은 전단 모듈러스를 갖는 탄성중합체가 사용될 수 있다.
일단 최적 공기 함량이 결정되면, 이어서 특정 용량성 컴플라이언스를 달성하는 데 필요한 구조체 설계 파라미터에 중점을 둔 설계 선도를 생성하기 위해 수학식 21이 사용될 수 있다. 수학식 21은 하기와 같이 다시 쓰여질 수 있다:
[수학식 27]
Figure pct00023
[수학식 28]
Figure pct00024
여기서, '정규화 용량성 컴플라이언스'로 지칭하는 양 C*를 도입한다. 용량성 컴플라이언스는 압축에 따라 일정한 것이 아니라, 압축 변형 증가에 따라 단조 감소한다. 그 결과, 용량성 컴플라이언스가 항상 목표보다 높게 유지되는 것을 보장하기 위해 최고 압축 하에서 수학식 28을 구하는 것이 가장 유용하다. 하기와 같이 수학식 24를 수학식 28에 대입함으로써 이를 행할 수 있다:
[수학식 29]
Figure pct00025
수학식 29는 일정 범위의 공극 효율 및 탄성중합체 유전 상수에 대하여 공기 함량에 대해 도 23과 도 24에 플로팅되어 있다. 도 23은 일정 범위의 공극 효율 및 2.7의 탄성중합체 유전 상수에 대해 구조체에 대한 최대 달성가능 C* 대 공기 함량의 선도를 포함한다. 도 24는 일정 범위의 탄성중합체 유전 상수 및 80%의 공극 효율에 대해 구조체에 대한 최대 달성가능 C* 대 함량의 선도를 포함한다. 규정된 공기 함량, 공극 효율, 및 탄성중합체 유전 상수에 대해, 선도는 구조체에 대한 달성가능 '정규화 용량성 컴플라이언스'를 보여준다. 이어서 구조체의 허용가능 모듈러스와 두께가 수학식 27로부터 결정될 수 있다.
설계 실시예 #1:
구조화된 필름이 10 mm × 10 mm 패치 상에서 0 내지 1 kgf의 하중 범위에 걸쳐 -4 fF/gf 이상의 용량성 컴플라이언스를 제공하도록 설계될 수 있다. 구조화된 필름은 0.1 MPa의 전단 모듈러스와 2.7의 유전 계수를 갖는 탄성중합체를 사용한다. 구조체 내에 랜드가 없고, 캐리어 층이 없다. 80% 공극 효율을 가정한다.
3가지 상이한 비드 종횡비(폭/높이), 즉 1/2, 1 및 2를 고려함으로써 시작할 것이다. 수학식 17을 사용하여, 하기와 같이 하중 보정 계수를 계산한다:
[수학식 17]
f = 1 + (0.1348)(2A/HAB) + (0.1849)(2A/HAB)2
f½ = 1 + (0.1348)(0.5) + (0.1849)(0.5)2 = 1.1
f1 = 1 + (0.1348)(1) + (0.1849)(1)2 = 1.3
f2 = 1 + (0.1348)(2) + (0.1849)(2)2 = 2.0
수학식 25를 사용하여, 하기와 같이 P* 값을 계산한다(압축력이 음인 것에 주목함):
[수학식 25]
Figure pct00026
P*½ = -(-1 kgf)(9.806N/kgf)/(100 ㎟)/(0.1MPa)/(1.1) = 0.89
P*1 = -(-1 kgf)(9.806N/kgf)/(100 ㎟)/(0.1MPa)/(1.3) = 0.74
P*2 = -(-1 kgf)(9.806N/kgf)/(100 ㎟)/(0.1MPa)/(2) = 0.49
도 22를 사용하여, 80% 공극 효율을 가정해서 최적 공기 함량을 계산한다: Φair(½) = 0.26; Φair(1) = 0.22; Φair(2) = 0.15.
도 23 또는 도 24로부터, 주어진 공기 함량, 유전 상수 및 공극 효율에 대한 C*를 결정한다: C*(½) = 0.72; C*(1) = 0.73; C*(2) = 0.74.
수학식 27을 재정리하고 κair = 1.0이고 ε0 = 8.85 [fF/mm]임을 상기하여, 구조물에 대한 최대 허용가능 두께를 계산할 수 있다:
[수학식 30]
Figure pct00027
HAB(½) = -(0.66)(8.85 [fF/mm])(1.0)/(1.1)/(0.1MPa)/(-4fF/gf)(.009806N/gf) = 0.14 mm
HAB(1) = -(0.67)(8.85 [fF/mm])(1.0)/(1.3)/(0.1MPa)/(-4fF/gf)(.009806N/gf) = 0.12 mm
HAB(2) = -(0.68)(8.85 [fF/mm])(1.0)/(2.0)/(0.1MPa)/(-4fF/gf)(.009806N/gf) = 0.08 mm
이는 사양이 모든 3가지 종횡비를 사용하여 충족될 수 있음을 의미한다. 그러나, 구조물의 두께는 주어진 종횡비에 대해 위에 열거된 값 이하일 수 있다. 최종 종횡비의 선택은 아마도 구조체 두께와 공기 함량에 의존하는 가공성(processability) 및 박리 강도와 같은 다른 특성의 균형에 기초할 것이다.
다른 예에서, 구조물 설계는 고려할 다수의 변수가 있음에 주목하여, 다수의 변수의 어떤 가능한 범위가 유용한 구조물을 생성할 수 있는지를 질문함으로써 접근되었다. 작동 모델(working model)을 생성하기 위한 하나의 접근법은 몬테-카를로 분석을 사용하는 것이다. 이러한 분석에서, 하나 이상의 메트릭과 그들 메트릭을 계산하는 데 필요한 모든 변수를 먼저 식별하였다. 이어서, 메트릭에 대한 유용한 범위뿐만 아니라 변수에 대한 가능한 (극한) 범위가 한정된다. 이어서, 가능한 범위들로부터 랜덤으로 선택된 변수들을 이용하여 많은 케이스들을 단순히 실행한다. 상이한 수준들의 성능을 분류하고 이들을 변수 또는 변수의 군집에 대해 플로팅함으로써, 모델에 기초하여 가능한 설계 공간을 신속히 식별할 수 있다.
몬테 카를로-기반 접근법의 적용:
성능 메트릭은 다음과 같이 정의된다:
1) 용량성 컴플라이언스
2) 최대 허용가능 압력.
모델 변수와 극한 범위는 표 1에 나타낸 바와 같이 한정된다.
[표 1]
Figure pct00028
만(10,000) 가지의 랜덤 케이스들이 표 1의 변수에 걸쳐 실행되었고, 변수에 대해 플로팅되었다. 개별 변수들에 대해 플로팅된 몬테 카를로 결과가 도 25a 내지 도 25e에 도시되어 있다. 커패시턴스 컴플라이언스 및 최대 압력의 달성가능 범위가 표 2에 열거되어 있다.
[표 2]
Figure pct00029
도 25에 도시된 이들 선도 중 일부가 소정 변수들이 중요하고 일부 메트릭 값들이 특정 변수들의 범위들과 대략 관련될 수 있음을 시사한다. 그러나, 소정 변수들이 함께 군집화될 때, 이들 범위는 도 26a 내지 도 26d와 표 2에 나타낸 바와 같이 훨씬 더 명확하게 보일 수 있다. 도 26a 내지 도 26d로부터, 하나의 변수 군집이 특히 유용한 것이 명백하다. 군집 G*HAB/kb는 용량성 컴플라이언스를 달성하기 위한 요건을 식별하는 데 유용하다. 0.01 내지 0.1 Mpa*mm의 범위인 G*HAB/kb 값을 갖는 많은 구조체들이 0.04 내지 7.29 fF/gf의 범위인 용량성 컴플라이언스를 갖는 구조체들을 생성할 수 있다. 7 fF/gf 초과의 용량성 컴플라이언스를 갖는 구조체에 대해, G*HAB/kb는 0.1 MPA*mm 미만이어야 한다.
제조 실시예:
장비 셋업: 한 세트의 4개의 압출기들을 미국 특허 공개 제20130009336호에 기재된 제조 셋업과 유사하게 단열 넥튜브(insulated necktube)를 통해 피드블록(feedblock) 내에 연결하였다. 이러한 경우에, 4개의 별개의 재료 스트림 투입물들을 도 27에 도시된 반복 패턴으로 일련의 슬롯들 내로 압출하였다. 이러한 기술에 사용되는 공급 슬롯들의 치수는 상당히 달라질 수 있지만, 흔히 폭과 높이가 4 내지 30 밀(mil)인 개별 유동 채널들을 제공하도록 조직화된다. 개별 중합체 채널들에 채용되는 용융 공정 온도에서의 유량 및 점탄성 거동뿐만 아니라 채널의 기하학적 구조는 공압출된 구조체의 최종 상대 기하학적 구조(상대 높이 및 폭)에 강한 영향을 미칠 것이다. 여기서 채용된 재료에 대한 전형적인 용융물 트레인 온도(melt train temperature)는 범위가 350℉ 내지 500℉였다. 공급 스트림들 사이의 유량비는 원하는 기하학적 구조에 따라 1:6 내지 6:1의 범위였다.
다이(die)는 전형적으로, 웨브가 고체 형태로 급냉된 다음에 권취 스테이션(wind-up station)으로 운반되는 캐스팅(casting) 스테이션(60℉의 6" 직경 스테인리스강 냉각 롤을 구비함)보다 1 인치 이하만큼 위인 높이에 위치된다. 캐스팅 스테이션과 권취기(winder)의 인출 속도(take away speed)가 웨브의 최종 캘리퍼(caliper)를 결정하는 경향이 있다.
아래의 실시예들에서, 복수의 유동 채널들이 도 27에 도시된 바와 같은 반복 패턴으로 위치된다. 제1의 복수의 유동 채널(공급 스트림 A)들이 수평 방향으로 제2의 복수의 유동 채널(공급 스트림 B)들에 인접하게 위치된다. 제3의 복수의 유동 채널(공급 스트림 C)들이 제2의 복수의 유동 채널들에 (아래로) 수직으로 인접하게 배치되는 반면, 제4의 복수의 유동 채널(공급 스트림 D)들이 수평으로 제3의 복수의 유동 채널들에 인접하게 그리고 수직으로 제1의 복수의 유동 채널들에 (아래로) 인접하게 위치된다. 공급 스트림 A 및 공급 스트림 D의 유동 채널들은 폭이 4 밀인 반면, 공급 스트림 B 및 공급 스트림 C를 위한 유동 채널들은 폭이 12 밀이었고, 유동 채널들의 높이는 15 밀과 30 밀 사이에서 달라졌다.
실시예 1 내지 실시예 7: R1은 -CH3이고, R3은 -H이며, G는 -CH2CH2-이고, n은 ~ 335이며, p = 1이고, Y는 -CH2CH2CH2-인, 미국 특허 제7,501,184호의 4 페이지에 기술된 화학식 I을 갖는 실리콘 폴리옥사미드(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)를 공급 스트림 A에 공급하였고, 비스타맥스(VISTAMAXX)™3980(에틸렌/PP 공중합체)(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 엑슨모빌 케미칼로부터 입수가능함) 그리고 몇몇 경우에 비스타맥스™ 6202를 공급 스트림 B, 공급 스트림 C 및 공급 스트림 D에 공급하였다. 표 3은 생성된 샘플의 재료, 온도 및 유량을 기술한다.
[표 3]
Figure pct00030
표 4는 구조화된 라이너로부터의 A 채널 제거성에 관한 치수와 추가의 상세 사항을 제공한다.
[표 4]
Figure pct00031
전체 캘리퍼는 필름의 전체 높이를 나타낸다. A 채널의 높이와 폭은 이들 필름에서 실리콘 폴리옥사미드의 평균 높이와 폭을 기술한다. A 채널의 간극은 A 채널 구조체들 사이의 평균 거리를 나타낸다. A 채널 % 프라우드(Proud)는 패턴화된 라이너 필름 위로 돌출되는 A 채널의 (면적 기준의) 추정 %를 지칭한다. A 채널의 폭/높이 비는 자명한 반면, A 채널의 듀티 사이클은 단순히 (A 채널의 폭 + A 채널들 사이의 간극의 폭)으로 나눈 A 채널의 폭을 계산한다. A 채널의 형상은 압출 동안에 형성되는 A 채널의 구조체들의 형상의 대략적인 묘사이다. 고 충실도 컬럼(column)으로 전사가능한 A 채널은 실리콘 폴리옥사미드의 라인들이 구조화된 라이너 물품으로부터 프라이밍된 필름으로 전사되게 하는 용이함을 지칭한다. 고 충실도는 이들 실시예가 제거 전 수동 라미네이션 후에 85℃의 열을 5분 동안 받을 때 실리콘 폴리옥사미드 채널들의 완전한 또는 거의 완전한 전사를 암시한다.
실시예 8 내지 실시예 11: 이들 실시예에서, 공급 스트림 A에는 이전에 기술되고 표 3에 제시된 탄성중합체 열가소성 물질들 중 하나가 공급된다. 공급 스트림 B, 공급 스트림 C, 및 공급 스트림 D에는 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 컴퍼니(Eastman Chemical Company)로부터 입수가능한 코폴리에스테르인 PETg GN071이 공급된다.
표 5는 실시예 8 내지 실시예 11을 생성할 샘플들의 재료, 온도, 및 유량을 기술한다.
[표 5]
Figure pct00032
이들 공압출된 물품이 구조화된 코폴리에스테르 라이너로부터 용이하게 제거가능한 탄성중합체를 생성할 것으로 예상된다.
실시예 12 내지 실시예 14의 조립체: (실시예 1 내지 실시예 7에 기술된 바와 같은) 구조화된 박리가능 라이너 필름을 위에서 논의된 바와 같이 제1 표면이 프라이머 재료로 프라이밍된 PET 필름과 접촉시켰다. 수동 라미네이터와 상압(ordinary pressure)을 사용하여 적당한 표면-대-표면 접촉을 달성한 후에 85℃ 오븐 내에서 5분 동안 열간 침지(heat soak)하는 것은, 실리콘 폴리옥사미드의 탄성중합체 열들이 구조화된 박리가능 라이너 필름으로부터 본질적으로 완전히 제거될 수 있게 하였다. 유사한 방식으로, 제1 표면이 프라이머로 프라이밍된 제2 PET 필름을 수동 라미네이션과 추가의 85℃ 열처리에 의해 실리콘 폴리옥사미드의 탄성중합체 열들에 부착하였다. 샘플 12와 샘플 13을 2 - 2 밀 PET 필름들에 라미네이팅한 반면, 샘플 14를 2 - 1 밀 PET 필름들에 라미네이팅하였다. 모든 샘플들을 추가의 시간량 동안 추가의 승온을 받았다. 표 6은 라미네이팅된 샘플들의 기하학적 구조뿐만 아니라 이들 샘플에 수행된 시험들로부터의 성능 결과들 중 일부를 강조한다:
[표 6]
Figure pct00033
물품 높이는 총 물품 높이(PET 필름들을 포함함)를 지칭하고, 각각의 PET 필름의 높이는 PET 필름 높이 컬럼에서 호출된다. 열간 침지 온도 및 시간은 승온을 갖는 오븐 내에서 샘플이 보내는 추가의 시간량을 나타낸다. 탄성중합체 구조체 높이와 폭은 각각의 실리콘 폴리옥사미드 열(라미네이션 후에 대체로 직사각형임)의 평균 높이와 폭을 기술한다. 구조체들 사이의 간극은 구조체들의 에지들 사이의 평균 간극 폭을 나타낸다. 탄성중합체 폭/높이 비와 탄성중합체 함량은 본 문서에서 이전에 기술된 계산치이다.
용량성 컴플라이언스는 샘플에 가해지는 힘 당 커패시턴스의 변화의 척도이다. 이를 효과적으로 측정하기 위해, 라미네이팅된 구조체의 상부 및 저부 표면들에 전도성 코팅을 적용한 다음에 커패시턴스의 변화 대 압축력을 측정할 필요가 있다.
5N 기계적 컴플라이언스는 5N의 압축력이 라미네이팅된 샘플의 25mm 디스크에 인가된 후에 그것이 얼마나 압축되었는지의 계산치이다. 이는 20℃에서 아레스(Ares) G2 상에서 1 ㎐로 수행된다.
180° 박리 강도가 아이매스(Imass) SP-2100 시험 유닛, 1" 폭 × 6" 길이 스트립, 5 ㎏ 로드 셀(load cell), 12 in/분의 박리 속도를 사용하여 수행된다.
라미네이션 전사 필름 #1로부터 제조된 시험 구조체에 대한 성능 정보:
박리력(표준 180도 박리) > 300 그램/인치
5N 기계적 컴플라이언스(필요한 힘 대 편향에 의해 정의됨) 50 g/nm
용량성 컴플라이언스 > 1 fF/gf
본 명세서에서 논의된 항목들은 하기를 포함한다:
항목 1. 라미네이션 전사 필름으로서,
인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들; 및
열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 박리가능 라이너를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
항목 2. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료의 열들은 반원형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각형 단면 형상, 절두 삼각형 단면 형상, 및 모래시계 단면 형상 중 하나를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
항목 3. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료는 실리콘 열가소성 또는 열경화성 재료를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
항목 4. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료는 실리콘 폴리옥사미드인, 라미네이션 전사 필름.
항목 5. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료는 올레핀 공중합체 및 스티렌 블록 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
항목 6. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료의 전단 모듈러스가 약 500 MPa 미만인, 라미네이션 전사 필름.
항목 7. 항목 6의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 열들의 비변형 높이와 전단 모듈러스의 곱이 13 MPa*mm 미만인, 라미네이션 전사 필름.
항목 8. 항목 6의 라미네이션 전사 필름으로서, 전단 모듈러스의 변화가 -20℃ 내지 60℃의 온도 범위에 걸쳐 약 50% 미만인, 라미네이션 전사 필름.
항목 9. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료는 약 ―30℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
항목 10. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료는 약 0.5 이하의 탄젠트 델타를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
항목 11. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 박리가능 라이너는 열가소성 재료인, 라미네이션 전사 필름.
항목 12. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 박리가능 라이너는 올레핀인, 라미네이션 전사 필름.
항목 13. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 박리가능 라이너는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
항목 14. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 특징부들에 대한 박리가능 라이너의 부착은 박리력에 의해 특징지어지고, 박리력은 약 100 그램/인치 미만인, 라미네이션 전사 필름.
항목 15. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 박리가능 라이너는 이형 첨가제를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
항목 16. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 재료의 각각의 열은 높이와 폭을 갖고, 폭 대 높이의 비는 약 0.3보다 크고 약 10보다 작은, 라미네이션 전사 필름.
항목 17. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 열들의 높이가 약 0.1 mm 내지 약 10 mm의 범위 내에 있는, 라미네이션 전사 필름.
항목 18. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 열들의 폭이 약 50 μm 내지 약 400 μm인, 라미네이션 전사 필름.
항목 19. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 인접 열들 사이의 공간들의 폭이 약 50 μm 내지 약 400 μm인, 라미네이션 전사 필름.
항목 20. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 라미네이션 전사 필름의 탄성중합체 함량이 5% 내지 99%의 범위를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
항목 21. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 라미네이션 전사 필름의 탄성중합체 함량이 25% 내지 75%의 범위를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
항목 22. 항목 21의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 함량은 약 50%인, 라미네이션 전사 필름.
항목 23. 항목 21의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 함량은 거리에 따라 달라지는, 라미네이션 전사 필름.
항목 24. 항목 1의 라미네이션 전사 필름으로서, 탄성중합체 열들의 자유 표면들이 박리가능 라이너의 자유 표면들을 지나 돌출되는, 라미네이션 전사 필름.
항목 25. 라미네이션 전사 필름을 형성하도록 탄성중합체 재료와 라이너 재료를 공압출하는 단계를 포함하고, 라미네이션 전사 필름은 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들; 및 탄성중합체 재료의 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 라이너 재료의 박리가능 라이너를 포함하는, 방법.
항목 26. 항목 25의 방법으로서,
탄성중합체 재료의 열들의 자유 표면들이 프라이머 층과 접촉하도록 라미네이션 전사 필름을 프라이머 층 상으로 배치하는 단계; 및
박리가능 라이너를 제거하여 탄성중합체 재료의 열들을 프라이머 층에 부착된 상태로 남겨 두는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
항목 27. 항목 25의 방법으로서, 라미네이션 전사 필름을 프라이머 층 상에 배치하기 전에 프라이머 층을 제1 구성요소의 표면에 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
항목 28. 항목 27의 방법으로서, 탄성중합체 재료의 열들로부터 박리가능 라이너를 제거한 후에, 이전에 박리가능 라이너에 의해 덮였던 탄성중합체 재료의 열들의 표면들을 제2 구성요소 상의 프라이머 층 상에 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
항목 29. 항목 28의 방법으로서, 제1 및 제2 구성요소들은 제1 및 제2 장벽 필름들, 제1 및 제2 접착제 층들, 또는 제1 및 제2 전극들을 포함하는, 방법.
항목 30. 항목 26의 방법으로서, 라미네이션 전사 필름을 프라이머 층 상에 배치하는 단계는 라미네이션 전사 필름의 다수의 섹션들을 타일형 방식으로 제1 구성요소의 프라이머 층 상에 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
항목 31. 항목 30의 방법으로서, 다수의 섹션들의 탄성중합체 재료의 열들은 서로에 대해 상이한 각도들로 회전되는, 방법.
항목 32. 항목 25의 방법으로서, 탄성중합체 재료와 라이너 재료를 공압출하는 단계는 탄성중합체 재료의 열들의 자유 표면들이 박리가능 라이너를 지나 연장되도록 공압출 동안에 탄성중합체 재료와 라이너 재료의 유량들을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
항목 33.
채널들을 포함하는 구조화된 라이너를 형성하는 단계;
구조화된 라이너의 채널들 내에 탄성중합체 재료를 배치하는 단계; 및
라미네이션 전사 필름을 형성하도록 탄성중합체 재료에 압력 및 열 중 적어도 하나를 인가하는 단계를 포함하고, 라미네이션 전사 필름은 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들; 및 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 박리가능 라이너를 포함하는, 방법.
항목 34.
제1 구성요소;
제1 구성요소 상에 배치되는 제1 프라이머 층;
제2 구성요소;
제2 구성요소 상에 배치되는 제2 프라이머 층; 및
인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들을 포함하고, 탄성중합체 재료의 열들의 제1 표면들이 제1 프라이머 층에 부착되고, 탄성중합체 재료의 열들의 반대편 제2 표면들이 제2 프라이머 층에 부착되는, 장치.
항목 35. 항목 34의 장치로서, 장치의 기계적 컴플라이언스가 약 0.02 내지 약 0.5 mm/MPa인, 장치.
항목 36. 항목 34의 장치로서, 제1 및 제2 구성요소들은 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시턴스가 전극들에 수직하게 인가되는 힘의 함수인, 장치.
항목 37. 항목 36의 장치로서, 장치의 용량성 컴플라이언스가 약 0.5 내지 약 100 fF/g인, 장치.
항목 38. 항목 36의 장치로서, 장치의 용량성 컴플라이언스가 약 2 fF/g 초과인, 장치.
달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에서 사용된 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 기재된 수치 파라미터들은 본 출원의 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치들이다.
위에서 논의된 실시 형태들의 다양한 변형 및 변경은 당업자에게 명백할 것이고, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시 형태들로 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 독자는, 달리 지시되지 않는 한, 하나의 개시된 실시 형태의 특징이 또한 다른 모든 개시된 실시 형태에 적용될 수 있다고 생각하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 모든 미국 특허, 특허 출원, 특허 출원 공보, 및 다른 특허와 비-특허 문헌이 전술한 개시 내용과 모순되지 않는 정도로 참고로 포함된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (38)

  1. 라미네이션 전사 필름(lamination transfer film)으로서,
    인접 열(row)들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된(discrete) 열들; 및
    열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 박리가능 라이너(peelable liner)
    를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
  2. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료의 열들은 반원형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각형 단면 형상, 절두 삼각형 단면 형상, 및 모래시계 단면 형상 중 하나를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
  3. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료는 실리콘 열가소성 또는 열경화성 재료를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
  4. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료는 실리콘 폴리옥사미드인, 라미네이션 전사 필름.
  5. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료는 올레핀 공중합체 및 스티렌 블록 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
  6. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료의 전단 모듈러스(shear modulus)가 약 500 MPa 미만인, 라미네이션 전사 필름.
  7. 제6항에 있어서, 탄성중합체 열들의 비변형 높이(undeformed height)와 전단 모듈러스의 곱이 13 MPa*mm 미만인, 라미네이션 전사 필름.
  8. 제6항에 있어서, 전단 모듈러스의 변화가 -20℃ 내지 60℃의 온도 범위에 걸쳐 약 50% 미만인, 라미네이션 전사 필름.
  9. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료는 약 -30℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
  10. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료는 약 0.5 이하의 탄젠트 델타를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
  11. 제1항에 있어서, 박리가능 라이너는 열가소성 재료인, 라미네이션 전사 필름.
  12. 제1항에 있어서, 박리가능 라이너는 올레핀인, 라미네이션 전사 필름.
  13. 제1항에 있어서, 박리가능 라이너는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
  14. 제1항에 있어서, 특징부들에 대한 박리가능 라이너의 부착은 박리력에 의해 특징지어지고, 박리력은 약 100 그램/인치 미만인, 라미네이션 전사 필름.
  15. 제1항에 있어서, 박리가능 라이너는 이형 첨가제(release additive)를 포함하는, 라미네이션 전사 필름.
  16. 제1항에 있어서, 탄성중합체 재료의 각각의 열은 높이와 폭을 갖고, 폭 대 높이의 비는 약 0.3보다 크고 약 10보다 작은, 라미네이션 전사 필름.
  17. 제1항에 있어서, 열들의 높이가 약 0.1 mm 내지 약 10 mm의 범위 내에 있는, 라미네이션 전사 필름.
  18. 제1항에 있어서, 열들의 폭이 약 50 μm 내지 약 400 μm인, 라미네이션 전사 필름.
  19. 제1항에 있어서, 인접 열들 사이의 공간들의 폭이 약 50 μm 내지 약 400 μm인, 라미네이션 전사 필름.
  20. 제1항에 있어서, 라미네이션 전사 필름의 탄성중합체 함량이 5% 내지 99%의 범위를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
  21. 제1항에 있어서, 라미네이션 전사 필름의 탄성중합체 함량이 25% 내지 75%의 범위를 갖는, 라미네이션 전사 필름.
  22. 제21항에 있어서, 탄성중합체 함량은 약 50%인, 라미네이션 전사 필름.
  23. 제21항에 있어서, 탄성중합체 함량은 거리에 따라 달라지는, 라미네이션 전사 필름.
  24. 제1항에 있어서, 탄성중합체 열들의 자유 표면들이 박리가능 라이너의 자유 표면들을 지나 돌출되는, 라미네이션 전사 필름.
  25. 라미네이션 전사 필름을 형성하도록 탄성중합체 재료와 라이너 재료를 공압출하는 단계를 포함하고,
    라미네이션 전사 필름은 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들; 및 탄성중합체 재료의 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 라이너 재료의 박리가능 라이너를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    탄성중합체 재료의 열들의 자유 표면들이 프라이머 층(primer layer)과 접촉하도록 라미네이션 전사 필름을 프라이머 층 상에 배치하는 단계; 및
    박리가능 라이너를 제거하여 탄성중합체 재료의 열들을 프라이머 층에 부착된 상태로 남겨 두는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서, 라미네이션 전사 필름을 프라이머 층 상에 배치하기 전에 프라이머 층을 제1 구성요소의 표면에 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 탄성중합체 재료의 열들로부터 박리가능 라이너를 제거한 후에, 이전에 박리가능 라이너에 의해 덮였던 탄성중합체 재료의 열들의 표면들을 제2 구성요소 상의 프라이머 층 상에 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 제1 및 제2 구성요소들은 제1 및 제2 장벽(barrier) 필름들, 제1 및 제2 접착제 층들, 또는 제1 및 제2 전극들을 포함하는, 방법.
  30. 제26항에 있어서, 라미네이션 전사 필름을 프라이머 층 상에 배치하는 단계는 라미네이션 전사 필름의 다수의 섹션들을 타일형 방식(tiled manner)으로 제1 구성요소의 프라이머 층 상에 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제30항에 있어서, 다수의 섹션들의 탄성중합체 재료의 열들은 서로에 대해 상이한 각도들로 회전되는, 방법.
  32. 제25항에 있어서, 탄성중합체 재료와 라이너 재료를 공압출하는 단계는 탄성중합체 재료의 열들의 자유 표면들이 박리가능 라이너를 지나 연장되도록 공압출 동안에 탄성중합체 재료와 라이너 재료의 유량들을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 채널(channel)들을 포함하는 구조화된 라이너(structured liner)를 형성하는 단계;
    구조화된 라이너의 채널들 내에 탄성중합체 재료를 배치하는 단계; 및
    라미네이션 전사 필름을 형성하도록 탄성중합체 재료에 압력 및 열 중 적어도 하나를 인가하는 단계를 포함하고,
    라미네이션 전사 필름은 인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들; 및 열들 위에 그리고 인접 열들 사이의 공간들 내에 배치되고, 탄성중합체 재료에 실질적으로 부착되지 않는 박리가능 라이너를 포함하는, 방법.
  34. 제1 구성요소;
    제1 구성요소 상에 배치되는 제1 프라이머 층;
    제2 구성요소;
    제2 구성요소 상에 배치되는 제2 프라이머 층; 및
    인접 열들을 공간들이 분리하는 상태의 탄성중합체 재료의 다수의 이산된 열들을 포함하고,
    탄성중합체 재료의 열들의 제1 표면들이 제1 프라이머 층에 부착되고, 탄성중합체 재료의 열들의 반대편 제2 표면들이 제2 프라이머 층에 부착되는, 장치.
  35. 제34항에 있어서, 장치의 기계적 컴플라이언스(mechanical compliance)가 약 0.02 내지 약 0.5 mm/MPa인, 장치.
  36. 제34항에 있어서, 제1 및 제2 구성요소들은 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시턴스가 전극들에 수직하게 인가되는 힘의 함수인, 장치.
  37. 제36항에 있어서, 장치의 용량성 컴플라이언스(capacitive compliance)가 약 0.5 내지 약 100 fF/g인, 장치.
  38. 제36항에 있어서, 장치의 용량성 컴플라이언스가 약 2 fF/g 초과인, 장치.
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