KR20180093649A - 커버 윈도우 및 이를 포함하는 유연성 표시장치 - Google Patents

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KR20180093649A
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김종민
박승준
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 5 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 유리층과 유리층 하부에 형성되며 유리층이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 직선 방향으로 형성된 적어도 두 개의 패턴을 포함하는 충격 흡수층을 포함하는 유연성 표시장치용 커버 윈도우 및 이를 포함하는 유연성 표시장치를 제공한다. 본 발명에 따른 커버 윈도우는 유연성 표시장치에 적용하기에 충분한 내굴곡성과 내충격성을 갖는다.

Description

커버 윈도우 및 이를 포함하는 유연성 표시장치{Cover Window and Flexible Display Comprising the Same}
본 발명은 커버 윈도우 및 이를 포함하는 유연성 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리층을 포함하면서도 유연성 표시장치에 적용하기에 충분한 내굴곡성과 내충격성을 갖는 커버 윈도우 및 이를 포함하는 유연성 표시장치에 관한 것이다.
표시장치는 스크래치 또는 외부 충격으로부터 표시 패널을 보호하고자 표시 패널 위에 커버 윈도우를 구비하고 있다. 대부분의 경우 표시장치용 강화 유리를 커버 윈도우로 사용하고 있으며, 표시장치용 강화 유리는 일반적인 유리보다 얇지만, 높은 강도와 함께 긁힘에 강하게 제작되어 있는 특징이 있다. 그러나, 강화 유리는 무게가 무거워 휴대 기기의 경량화에 적합하지 못한 단점을 가지고 있을 뿐 아니라, 외부 충격에 취약하여 쉽게 깨지지 않는 성질(unbreakable)을 구현하기 어려우며, 일정 수준 이상 구부러지지 않아 구부리거나(bendable) 접을 수 있는(foldable) 기능을 가지는 플렉서블(flexible) 표시 소재로서 적용하기 어렵다.
이에 최근에는 유리 기판 대신에 고분자 필름을 이용하여 유연성 표시장치용 커버 윈도우를 제작하는 시도들이 있었다[대한민국 공개 특허 제 2015-0104282호 참조]. 그러나, 고분자 필름 재질을 사용할 경우, 강화 유리가 가지는 9H 수준의 경도 특성을 만족하기 어려우며, 외부의 충격에 의해 변형이 일어나는 문제점이 있다.
따라서, 유리층을 포함하면서도 유연성 표시장치에 적용할 수 있는 충분한 내굴곡성과 내충격성을 갖는 커버 윈도우에 대한 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개 특허 제 2015-0104282호
본 발명의 한 목적은 유리층을 포함하면서도 유연성 표시장치에 적용하기에 충분한 내굴곡성과 내충격성을 갖는 커버 윈도우를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 커버 윈도우를 포함하는 유연성 표시장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 5 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 유리층; 및 상기 유리층 하부에 형성되며 상기 유리층이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 직선 방향으로 형성된 적어도 두 개의 패턴을 포함하는 충격 흡수층을 포함하는 유연성 표시장치용 커버 윈도우를 제공한다.
여기에서, 상기 유리층은 화학강화 유리로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 충격 흡수층의 패턴은 선형일 수 있다.
상기 유리층은 서로 다른 두 방향으로 휘어질 수 있으며, 이 때 상기 충격 흡수층의 상기 패턴은 상기 유리층이 상기 두 방향으로 각각 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 각 직선 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 유연성 표시장치용 커버 윈도우는 상기 유리층과 충격 흡수층 사이에 굴절율 조절층을 더 포함할 수 있으며, 상기 굴절율 조절층은 0.01 내지 5 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 유연성 표시장치용 커버 윈도우는 또한 상기 충격 흡수층 하부에 형성되는 평탄화층을 더 포함할 수 있다.
상기 충격 흡수층의 두께는 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 충격 흡수층의 상기 패턴의 폭은 상기 패턴 사이의 간격보다 넓은 것이 바람직하며, 상기 충격 흡수층의 상기 패턴의 폭은 0.5 내지 3mm일 수 있고, 상기 충격 흡수층의 상기 패턴 사이의 간격은 1 내지 500 ㎛일 수 있다.
상기 충격 흡수층의 탄성률은 1GPa 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기한 유연성 표시장치용 커버 윈도우 및 상기 커버 윈도우의 일면에 적층된 편광판 및 터치센서를 포함하는 유연성 표시장치가 제공된다.
본 발명에 따른 커버 윈도우는 유리층을 포함하면서도 유연성 표시장치에 적용하기에 충분한 내굴곡성과 내충격성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 커버 윈도우의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 커버 윈도우가 휘어진 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 커버 윈도우의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 커버 윈도우의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 커버 윈도우의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 표시장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성 표시장치의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 커버 윈도우 및 이를 포함하는 유연성 표시장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 첨부된 도면들은 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명 상의 편의를 위해 일부 구성요소들은 도면 상에서 과장되게 표현되거나, 축소 또는 생략되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 커버 윈도우의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 커버 윈도우가 휘어진 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 커버 윈도우(100)는 유리층(110)과 유리층(110) 상에 형성되며 유리층(110)이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 직선 방향으로 형성된 적어도 두 개의 패턴을 포함하는 충격 흡수층(120)을 포함하여 이루어진다.
도 1에서는 충격 흡수층(120)의 패턴 형태를 알기 쉽게 나타내고자 커버 윈도우(100)를 뒤집은 형태로 도시하였으나, 커버 윈도우(100)가 표시 패널(도시하지 않음) 위로 결합될 때에는 유리층(110)이 상부, 즉 바깥쪽에 위치하며, 충격 흡수층(120)은 유리층(110)의 하부, 즉 안쪽에 위치하는 상태로 결합된다.
본 발명에 따르면, 유리층(110)은 5 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 유리층(110)의 두께가 5 ㎛ 미만이면 내충격성이 떨어질 수 있고, 100 ㎛를 초과하는 경우 내굴곡성이 저하될 수 있다.
유리층(110)은 화학강화 유리로 이루어질 수 있다.
화학강화 유리는 일반유리를 화학강화 처리하여 얻어지는 것으로서 일반유리보다 더욱 강한 강도를 갖는다. 일반유리를 화학강화 처리하는 방법으로는 공지의 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로, 작은 이온반경의 원자를 큰 이온반경의 원자로 치환하는 방법, 유리의 점성유동을 이용하여 큰 이온반경의 원자를 작은 이온반경의 원자로 치환하는 방법, 열팽창률의 차를 이용하는 방법 및 결정을 정출시키는 방법 중에서 선택된 1종 이상의 방법을 사용할 수 있다.
일반적으로 작은 이온반경의 원자를 큰 이온반경의 원자로 치환하는 방법이 많이 사용되고, 그 중에서도 대부분의 화학강화 유리는 유리를 화학강화 처리조 중에 침지하는 침지법으로 제조된다. 즉, 알칼리염 용융액 속에 유리를 수시간 담가 두어, 유리 내부에 있는 알칼리 이온과 용융액 내의 알칼리 이온 간의 교환이 이루어져 유리 표면에 압축응력을 형성시키는 방법으로 제조된다.
화학강화 메커니즘은 유리 구조 내에 들어 있는 Na+(sodium) 이온과 알칼리염 용융액에 들어 있는 K+(potassium) 이온 간의 이온반경의 차로 발생된다. 알칼리염 용융액 중의 이온반경이 큰 K+ 이온이 유리 표면의 이온반경이 작은 Na+ 이온과 교환되어 들어가면 유리 표면에는 압축 응력층이 형성된다. 이에 따라 유리 표면의 강도가 강화된 화학강화 유리가 형성된다.
구체적으로, 유리를 알칼리염 용융액으로서 초산칼륨 용융액 또는 질산칼륨 용융액 내에 침지시켜 유리 중의 나트륨 이온을 초산칼륨 또는 질산칼륨 내의 칼륨 이온과 치환함으로써 유리 표면에 압축 응력층을 형성시켜 화학강화 유리를 얻을 수 있다. 또한, 유리 내에 리튬을 포함하는 경우, 알칼리염 용융액으로서 초산나트륨, 질산나트륨, 초산나트륨과 초산칼륨의 혼합염, 또는 질산나트륨과 질산칼륨의 혼합염의 용융액을 사용하여 화학강화 유리를 얻을 수 있다. 이때, 430 내지 480℃, 예를 들어 약 450℃가 되는 알칼리염 용융액에 유리를 침지한 후, 상기 온도보다 50 내지 70℃ 이상 높은 온도에서 10 내지 20분간 유지시키는 것이 화학강화 유리의 강도 면에서 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 충격 흡수층(120)은 1 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 충격 흡수층(120)의 두께가 1 ㎛ 미만이면 충격 흡수를 할 수 있는 충격흡수제의 양이 줄어 들어 유리층(110)이 파손될 수 있고, 100 ㎛를 초과하면 커버 윈도우(100) 전체의 두께가 두꺼워짐에 따라 굴곡 시 유리층(110)이 받는 응력이 증가하여 파단이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 충격 흡수층(120)은 1GPa 이상의 탄성률을 갖는다.
커버 윈도우(100) 외부에서 충격이 가해질 경우 유리층(110)의 변형이 일어나게 되며, 이 때 유리층(110) 하부에 위치하는 층, 즉 충격 흡수층(120)의 탄성률에 따라 유리층(110)의 변형량에 차이가 발생한다. 충격 흡수층(120)의 탄성률이 높을수록 유리층(110)의 변형량은 줄어들게 되므로 유리층(110)의 파단을 막을 수 있다.
그러나, 하부구조의 탄성률이 높을 경우 굴곡성에 문제가 발생하게 된다. 즉, 탄성률과 굴곡성은 서로 트레이드오프(trade off)의 관계로 탄성률이 높은 경우 굴곡 중 파단이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 1에 나타난 바와 같이, 충격 흡수층(120)을 선형으로 형성한다.
이 때 선형의 방향은, 도 2에 나타난 바와 같이 유리층(110)이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 직선 방향이다.
이와 같이 충격 흡수층(120)의 패턴을 형성하면 커버 윈도우(100)의 굴곡시 작용하는 변형률을 충격 흡수층(120)의 패턴 사이로 분산시킴으로써 충격 흡수층(120)이 파단되는 문제를 해결 할 수 있다.
이 때, 충격 흡수층(120) 패턴의 폭(w)은 0.5 내지 3mm, 패턴 사이의 간격(d)은 1 내지 500 ㎛로 형성한다. 패턴 사이의 간격보다 패턴의 폭을 넓게 형성하여 외부로부터 가해지는 충격이 충격 흡수층(120)으로 전달되도록 하며, 패턴 사이의 간격은 커버 윈도우(100)가 휘어지더라도 패턴이 서로 부딪히지 않는 간격을 유지하고 또한 일반적으로 사용되는 펜 팁의 폭보다 좁게 되도록 한다.
충격 흡수층(120)의 재료는 특별히 한정하지 않으며 유기, 무기 혹은 금속 물질 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 충격 흡수층을 형성함으로 인하여 외부로부터 시인성 문제가 발생하는 경우, 유리층과 충격 흡수층 사이에 굴절률 조절층을 추가할 수 있다.
도 3은 굴절률 조절층을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 커버 윈도우의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 커버 윈도우(200)는 유리층(210), 유리층(210) 상에 형성된 굴절률 조절층(230), 및 굴절률 조절층(230) 상에 형성되며 유리층(210)이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 직선 방향으로 형성된 적어도 두 개의 패턴을 포함하는 충격 흡수층(220)을 포함하여 이루어진다.
굴절률 조절층(230)은 0.01 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 굴절률 조절층의 두께가 0.01 ㎛ 미만이면 굴절률 차이를 보상하는 기능을 발휘하기 힘들 수 있고, 5 ㎛를 초과하면 내굴곡성이 떨어지거나 굴절률 역보상이 발생할 수 있다.
유리층(210)과 충격 흡수층(220)에 대한 자세한 사항은 상술한 제1 실시예와 유사하다.
또한, 충격 흡수층을 상술한 바와 같은 패턴으로 형성함에 따라 커버 윈도우가 결합되는 표시 패널과의 합착을 용이하게 하기 위하여, 충격 흡수층 상에 평탄화층을 추가로 형성할 수 있다.
도 4는 평탄화층을 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 커버 윈도우의 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 커버 윈도우(300)는 유리층(310), 유리층(310) 상에 형성되며 유리층(310)이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 직선 방향으로 형성되는 적어도 두 개의 패턴을 포함하는 충격 흡수층(320), 및 충격 흡수층(320) 상에 형성되는 평탄화층(340)을 포함하여 이루어진다.
평탄화층(340)은 예를 들면, UV 경화 수지 등을 사용하여 형성할 수 있다.
유리층(310)과 충격 흡수층(320)에 대한 자세한 사항은 상술한 제1 실시예와 유사하다.
커버 윈도우가 둘 이상의 방향으로 구부러질 수 있는 경우 충격 흡수층이 둘 이상의 방향을 따르는 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.
도 5는 서로 수직인 두 방향을 따라 형성된 패턴을 갖는 충격 흡수층을 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 커버 윈도우의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 커버 윈도우(400)는 유리층(410)과, 유리층(410) 상에 형성되며 유리층(210)이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 두 직선 방향으로 형성되는 패턴을 포함하는 충격 흡수층(420)을 포함하여 이루어진다.
도 5를 참조하면, 충격 흡수층(420)의 패턴은 격자 모양으로 배열되어 도면 상에 표시한 x 방향 및 y 방향을 각각 따르는 두 개의 선형 패턴을 이룬다. 따라서, 커버 윈도우(400)가 x 방향에 평행한 곡면을 이루도록 휘어지거나 y 방향에 평행한 곡면을 이루도록 휘어지는 경우 모두에 대해 굴곡성을 유지하면서 유리층(410)에 가해지는 외부로부터의 충격을 흡수할 수 있다.
유리층(410)에 대한 자세한 사항은 상술한 제1 실시예와 유사하며, 충격 흡수층(420)에 대해서도 폭과 간격이 각 방향으로 적용되는 점을 제외하면 제1 실시예와 유사하다.
본 발명의 다른 실시예는 상술한 유연성 표시장치용 커버 윈도우와 커버 윈도우의 일면에 적층된 편광판 및 터치센서를 포함하는 유연성 표시장치에 관한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 표시장치(600)는 유리층(610), 유리층(610)의 하부에 형성된 충격 흡수층(620), 충격 흡수층(620)의 하부에 형성된 편광판(650) 및 편광판(650) 하부에 형성된 터치센서(660)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성 표시장치(700)는 유리층(710), 유리층(710)의 하부에 형성된 충격 흡수층(720), 충격 흡수층(720)의 하부에 형성된 터치센서(760) 및 터치센서(760) 하부에 형성된 편광판(750)을 포함한다.
본 발명의 유연성 표시장치(600, 700)에서, 편광판(650, 750)은 편광자 및 필요에 따라 편광자의 적어도 일면에 적층된 보호필름을 포함할 수 있다.
또한, 터치센서(660, 760)는 통상의 터치센서를 적용할 수 있으며, 예를 들어, 필름 형태를 갖는 필름 터치센서일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상술한 본 발명의 실시예들은 독립적으로 또는 그 특징들의 일부 또는 전부를 조합하여 적용될 수 있다.
그러므로 명시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 정해지며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 커버 윈도우
110, 210, 310, 410, 610, 710: 유리층
120, 220, 320, 420, 620, 720: 충격 흡수층
230: 굴절률 조절층 340: 평탄화층
650, 750: 편광판 660, 760: 터치센서

Claims (13)

  1. 5 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 유리층; 및
    상기 유리층 하부에 형성되며 상기 유리층이 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 직선 방향으로 형성된 적어도 두 개의 패턴을 포함하는 충격 흡수층을 포함하는
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리층은 화학강화유리로 이루어진
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은 선형인
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리층은 서로 다른 두 방향으로 휘어질 수 있으며,
    상기 충격 흡수층의 상기 패턴은 상기 유리층이 상기 두 방향으로 각각 휘어질 때 생성되는 곡면의 곡률중심축에 평행한 각 직선 방향으로 형성되는
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유리층과 충격 흡수층 사이에 굴절률 조절층을 더 포함하는
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 굴절률 조절층은 0.01 내지 5 ㎛의 두께를 갖는
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충격 흡수층 하부에 형성되는 평탄화층을 더 포함하는
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충격 흡수층의 두께는 1 내지 100 ㎛인
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 충격 흡수층의 상기 패턴의 폭은 상기 패턴 사이의 간격보다 넓은
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 충격 흡수층의 상기 패턴의 폭은 0.5 내지 3mm인
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 충격 흡수층의 상기 패턴 사이의 간격은 1 내지 500 ㎛인
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 충격 흡수층의 탄성률은 1GPa 이상인
    유연성 표시장치용 커버 윈도우.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 유연성 표시장치용 커버 윈도우 및 상기 커버 윈도우의 일면에 적층된 편광판 및 터치센서를 포함하는 유연성 표시장치.
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