KR20190115609A - 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼 - Google Patents

낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼

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KR20190115609A
KR20190115609A KR1020180038508A KR20180038508A KR20190115609A KR 20190115609 A KR20190115609 A KR 20190115609A KR 1020180038508 A KR1020180038508 A KR 1020180038508A KR 20180038508 A KR20180038508 A KR 20180038508A KR 20190115609 A KR20190115609 A KR 20190115609A
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Abstract

낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴을 갖는 신축성 전자소자 플랫폼은 제1 영률을 갖는 신축 기판, 상기 신축 기판 상에 상기 제1 영률보다 낮은 영률을 갖는 신축성층이 코팅되는 실비온(silbione®) 층 및 상기 신축성층 상에 상기 제1 영률보다 높은 영률을 가지며, 포토리소 방법을 통해 단단한 아일랜드 및 구불구불한 신축성 인터커넥터 패턴으로 형성된, SU-8과 같은 포토레지스트나 UV경화성 수지로 이루어진 고정층을 포함한다.

Description

낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼{Fabrication of rigid islands on stretchable layer with low Young's modulus and applications to stretchable electronics platform thereof}
본 발명은 낮은 영률(Young's modulus)을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼에 관한 것이다.
한국등록특허 제10-1404472B1호는 스트레처블 기판, 스트레처블 광기전장치, 및 스트레처블 기기에 관한 기술을 기재하고 있다. 마이크로 디바이스를 돌출되는 아일랜드에 놓으며, 인접하는 마이크로 디바이스를 인터커넥터로 연결한다. 이러한 인터커넥터는 상기 아일랜드를 분리시켜주는 트렌치 안으로 휘어 들어간다. 본 발명은, 신축 기판, 그 상부에 위치하는 영률이 낮은 층, 그리고 영률이 낮은 층 위에 위치하는 단단한 아일랜드와 이를 이어주는 인터커넥터로 구성되는 신축성 전자소자 플랫폼에 관한 것으로서, 단단한 아일랜드와 인터커넥터가 패터닝이 가능한 동일 박막층을 이용하여 제작되는 것을 특징으로 한다. 선행 기술과 비교하였을 때, 인터커넥터가 영률이 낮은 층에 붙어 있는 형태로, 선행기술에서와 같이 복잡한 트렌치 등의 3차원 구조 없이, 주요 구성요소들이 동일 평면상에서 형성되면서도 신축성 확보가 용이하고, 그 상부에 기능성 소자를 안정적으로 형성할 수 있는 플랫폼으로서 단단한 아일랜드를 제공한다는 장점을 갖는다. .
미국등록특허 제20150373831A1호는, 영률이 낮은 기판을 이용하여 인터커넥터에 인가되는 응력과 변형률을 경감시키는 방법은 동일하나, 소자가 증착되는 아일랜드를 제작하는 방법에 있어서 별도의 전사 (transfer) 방식을 이용하고 있다.
종래기술에서는 인터커넥터를 공중에 띄움으로써 신축성을 향상하였지만, 외부에 노출된 인터커넥터의 안정성을 확보하기 어려우며 공정 난이도가 높다는 문제점이 있다. 또한, 신축 기판에 단단한 아일랜드를 제작하는 방식에 있어서 전사방식을 이용하기 때문에 추가 공정이 필요하며, 전사 공정에 수반되는 얼라인먼트 오차에 따른 패턴 정밀도 등의 한계가 존재한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 신축성 전자소자 플랫폼을 구현하는데 있어, 단위 소자를 올릴 수 있는 고정층인 단단한 (rigid) 아일랜드 구조와 이들 단위 소자를 전기적으로 연결하는 인터커넥터를, 동일 평면상에 일괄 공정으로 구현하고, 또한 고정층을 영률이 낮은 층에 직접 코팅 및 패터닝 하여, 제작 공정을 단수화하면서도, 여전히 시스템 전체의 신축성을 확보하는 것이다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은, (i) 제1 영률을 갖는 신축 기판, (ii) 상기 신축 기판층에 구성된 제1 영률보다 낮은 영률을 갖는 신축성층, 그리고, (iii) 상기 신축성층 위에 제 1영률보다 높은 영률을 갖는 재료로 구성되며 단단한 아일랜드 및 좁고 구불구불한 신축성 인터커넥터로 이루어진 고정층을 포함한 신축성 전자소자 플랫폼을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 방법은, 신축 기판 위에 영률이 낮은 층을 도포하고, 이 층위에 영률이 상대적으로 높은 박막을 코팅 및 패터닝하여, 단단한 아일랜드와 이를 이어주는 인터커넥터를 한번에 일괄 제작하는 차이점이 있다.
일 측면에 있어서, 제1 영률 보다 낮은 영률을 갖는 신축성층은, 영률이 매우 낮은 실비온 (Silbione®) 과 같은 재료를 제1 영률을 갖는 신축기판에 직접 코팅하는 방법으로 형성된다. 단단한 아일랜드 및 인터커넥터로 이루어진 고정층은, 상기의 낮은 영률을 갖는 신축성층 위에 SU-8 과 같은 포토레지스트나 UV경화성 수지를 도포한 후, 포토리소 방법을 통해 원하는 패턴으로 형성된다.
전체 시스템에 인장이 가해질 때, 상기 고정층 중 단단한 아일랜드에는, 인장에 의한 변형이 발생하지 않고, 상기 신축 기판 및 상기 신축성층에 변형이 집중된다. 상기 신축성층의 영률이 작을수록, 신축성 전자소자 플랫폼의 신축 시 단단한 아일랜드와 신축성 인터커넥터에 인가되는 변형률 및 응력 분포가 줄어든다.
포토리소 방법을 통해 단단한 아일랜드 및 신축성 인터커넥터를 형성한 후, 전도성 박막 및 반도체 박막을 증착하여 신축성 전자소자나 광전소자를 제작한다. 광전소자는 유기발광 다이오드나 유기 포토다이오드일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 영률이 낮은 신축성층에 인터커넥터와 단단한 아일랜드 층을 동시에 구현하여 공정의 간단성을 확보하고, 영률이 낮은 신축성층을 이용하여 인터커넥터나 아일랜드 층에 인가되는 응력과 변형률을 경감시킬 수 있다. 따라서 아일랜드 층에 구성되는 단위 전자소자의 신축성 정도에 크게 구애받지 않으면서도, 전체 시스템은 우수한 신축성을 띄게하는 것이 가능하다. 전자소자 자체의 신축성 확보를 위해 특별한 재료들을 사용하다 보면 성능 저하나 내구성 문제등이 발생하는 경우가 많은데, 본 발명은, 신축성은 영률이 낮은 신축성층에서 주로 확보하고, 전자소자 자체는 특성과 신뢰성이 우수한 재료들을 그대로 사용할 수 있으므로, 전체적으로 신축성과 성능, 신뢰성이 모두 우수한 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다. 특히 이러한 장점을 구현하는데 있어, 돌출 구조에서의 패턴 형성방법이 아니라, 평면 신축 기판에 아일랜드 패턴 및 인터커넥터를 일괄 제작하는 간단한 공정을 이용하므로, 대량 생산 및 수율 향상면에서도 유리하다.
결과적으로 기존의 기술에 비해, 공정의 간략화로 인한 수율 증대 및 비용 절감, 간략화 한 공정 대비 우수한 신축성과 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴을 갖는 신축성 전자소자 플랫폼의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전자소자 플랫폼의 제작 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 영률을 가지는 신축성층의 역할을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전자소자 플랫폼을 응용하여 제작된 신축 전극의 신축 특성을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전자소자 플랫폼을 응용하여 제작된 신축 발광 다이오드를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 및 인터커넥터의 패턴을 갖는 신축성 전자소자 플랫폼의 구조를 나타내는 도면이다.
제안하는 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 및 인터커넥터의 패턴을 갖는 신축성 전자소자 플랫폼은, 제1 영률을 갖는 신축 기판(예를 들어, PDMS(Polydimethylsiloxane))(110), 상기 신축 기판 상에 제1 영률보다 낮은 영률을 갖는 실비온(silbione®)과 같은 신축성 물질이 코팅되는 신축성층(120), 상기 신축성층 상에 제1 영률보다 높은 영률을 가지며, 포토리소 방법을 통해 단단한 아일랜드 및 구불구불한 신축성 인터커넥터 패턴으로 형성된, SU-8과 같은 포토레지스트나 UV경화성 수지로 이루어진 고정층(130)을 포함한다.
전체 시스템에 인장이 가해질 때, 상기 고정층(130) 중 단단한 아일랜드에는, 인장에 의한 변형이 발생하지 않고, 상기 신축 기판(110) 및 상기 신축성층(120)에 변형이 집중된다. 상기 신축성층(120)의 영률이 작을수록, 신축성 전자소자 플랫폼의 신축 시 고정층(130)에 인가되는 변형률 및 응력 분포가 줄어든다.
또한, 상기 고정층(130)을 포토리소 방법을 이용하여 형성한 후, 금속 및 유기 반도체를 증착하여 신축성 유기발광 다이오드를 제작할 수 있다. 유기발광 다이오드는 상기 고정층 상에 구성될 수 있는 전자 및 광전소자의 한 예로서, 신축성 기판 (110), 신축성층 (120), 고정층 (130)이 견딜 수 있는 온도 범위내에서 증착이 가능한 도체 및 반도체, 부도체 등의 층으로 구성될 수 있는 다양한 전자 및 광전소자가 고정층 (130)의 단단한 아일랜드 상에 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 고정층을 형성하는 단단한 아일랜드 및 인터커넥터 패턴의 제작 방법은 제1 영률을 갖는 신축 기판을 형성하는 단계(210), 상기 신축 기판 상에 실비온(silbione®) 과 같은 제1 영률보다 낮은 제2 영률을 갖는 신축성 물질을 코팅하여 신축성층을 형성하는 단계(220), 상기 신축성층 상에 SU-8과 같이 제1 영률보다 높은 영률을 갖는 포토레지스트나 UV경화성 수지를 이용하여, 포토레지스트의 코팅과 UV-경화를 통해 아일랜드 및 인터커넥터 패턴을 포함하는 고정층을 형성하는 단계(230), 고정층 및 상기 신축성 인터커넥터를 형성한 후, 금속 및 유기물반도체를 증착하여 신축성 유기발광 다이오드를 제작하는 단계(240)를 포함한다.
단계(210)에서, 제1 영률을 갖는 신축 기판을 형성한다. 신축성 베이스 기판으로 사용될 비교적 영률이 높은 신축성층(예를 들어, PDMS)을 형성한다.
단계(220)에서, 상기 신축 기판 상에 상기 제1 영률보다 낮은 제2 영률을 갖는 신축성 물질을 코팅하여 신축성층을 형성한다. 신축성층에 쓰이는 낮은 영률을 갖는 재료로 실비온(silbione®)을 사용할 수 있다.
단계(230)에서, 상기 신축성층 상에 상기 제1 영률보다 높은 영률을 갖는 단단한 고정층의 패턴을 포토레지스트의 코팅과 UV-경화를 이용한 패터닝을 통해 아일랜드 및 인터커넥터를 포함하는 고정층(예를 들어, SU-8)을 형성한다. 고정층의 단단한 아일랜드 및 인터커넥터 패턴은 돌출 구조가 아닌 동일한 평면상에 일괄 제작된다.
단계(240)에서, 단단한 아일랜드 및 상기 신축성 인터커넥터를 형성한 후, 금속 및 유기물반도체를 증착하여 신축성 유기발광 다이오드를 제작한다. 유기발광 다이오드는 상기 고정층 상에 구성될 수 있는 전자 및 광전소자의 한 예로서, 신축성 기판, 신축성층, 고정층이 견딜 수 있는 온도 범위내에서 증착이 가능한 도체 및 반도체, 부도체 등의 층으로 구성될 수 있는 다양한 전자 및 광전소자가 고정층 상에 구성될 수 있다.
소자가 증착되는 단단한 아일랜드 및 인터커넥터로 이루어진 고정층을 영률이 낮은 신축성층에 코팅 및 패터닝하는 방식으로, 제작 방식을 간략화 하여 공정의 간편성을 확보 할 수 있으며 이를 통해 신축 전자소자 제작을 위한 신축성 전자소자 플랫폼을 쉽게 제작할 수 있다. 또한 역상 구조인 네가티브 포토 레지스트(Negative photo resist)의 섀도윙 특성을 이용하여, 유기 전자소자의 구성요소인 금속과 유기 박막을 마스크없이 전면증착을 하여도, 활성 부분 (active area)과 비활성 부분을 한번에 정의 하여 간단하게 제작할 수 있는 장점을 갖는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전자소자 플랫폼의 제작 공정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 신축성 전자소자 플랫폼은, 제1 영률을 갖는 신축성 기판 위에, 상기 제1 영률 보다 영률이 낮고 신축성이 높은 재질을 도포하여 신축성층을 형성 후, 상기 신축성층 위에 제1 영률보다 높은 영률을 갖는 층을 포토레지스트나 UV경화 수지를 직접 코팅 및 패터닝 하여 제작한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 먼저 유리 기판을 준비하고(310), 여기에 신축성 베이스 기판으로 사용될 비교적 영률이 높은 신축성 기판, 예를 들어 PDMS를 부착한다(320). 그리고 이 위에 영률이 극단적으로 낮은 신축성층, 예를 들어 실비온(silbione®)을 스핀 코팅하고(330), 이후 실비온 경화 단계를 거친다(340). 그 위에 영률이 매우 높은 단단한 고정층, 예를 들어 SU-8을 스핀 코팅하고(350), 이후 SU-8 경화 단계를 거친다(360). 그리고 UV 노출(패터닝)(370) 및 SU-8 현상(380) 과정을 단단한 아일랜드와 신축성 인터커넥터를 포함하는 완성된 신축성 전자소자 플랫폼을 형성한다(390).
기존에는 단단한 패턴을 별도의 기판에 제작 후 전사하는 방법을 통해 제작되었으나, 본 발명의 기술은 영률이 낮은 신축성층 위에 단단한 고정층을 직접 코팅하고 패터닝하여 공정이 비교적 간단하며, 대량 생산 및 수율 향상면에서도 유리하다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 영률을 가지는 신축성층의 역할을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 ANSYS® 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 유도한 결과로, 도 4(a)는 비교적 영률이 높은 PDMS 위에 SU-8으로 이루어진 사각형의 아일랜드를 배치한 후 PDMS를 10% 인장하였을 때 SU-8에 인가되는 최대 변형률이 2.8% 임을 나타낸다. 도 4(b)는 영률이 낮은 실비온(silbione®) 위에 SU-8으로 이루어진 사각형의 아일랜드를 배치한 후 실비온(silbione®)을 10% 인장하였을 때 SU-8에 인가되는 최대 변형률이 0.0173% 임을 나타낸다. 낮은 영률을 갖는 층 위에 증착한 단단한 아일랜드에 낮은 응력과 변형률이 인가되는 것을 알 수 있다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 영률이 1.6MPa인 PDMS에서 인터커넥터를 58% 인장하였을 때 전단이 발생하는 경우와, 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 영률이 3.0kPa인 실비온(silbione®)에서 인터커넥터를 146% 인장하였을 때 전단이 발생하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 실비온의 영률가 3.0kPa보다 작은 경우에 170% 인장하였을 때를 나타내고, 도 6(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 실비온(silbione®)의 영률이 3.0kPa보다 작은 경우에 191% 인장하였을 때를 나타낸다. 실비온의 경화제 조건을 낮춰 영률을 상대적으로 더욱 낮출 수 있으며 이를 통해 더 신축성이 우수한 신축성 전자소자 플랫폼 제작이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 실비온(silbione®)과 같이 영률이 낮은 신축성층위에 단단한 아일랜드와 신축성 인터커넥터를 포함하는 고정층을 제작하면, 고정층에 인가되는 변형률 및 응력을 경감시킬 수 있다. 단단한 아일랜드와 신축성 인터커넥터에 인가되는 변형률 및 응력은 신축성층의 영률이 낮아짐에 따라 줄어들며 신축성은 향상된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전자소자 플랫폼을 응용하여 제작한 신축 발광 전극의 신축 특성을 측정한 그래프이다.
본 발명의 실시예로서, 영률가 낮게 조절된 실비온(silbione®) 상에 SU-8을 사용하여 단단한 사각형 아일랜드와 상대적으로 좁고 구불구불한 패턴으로 이루어진 신축성 인터커넥터를 제작한 후, 그 위에 금속(은, Ag)을 증착하여 신축 전극을 제작할 수 있다. 제작된 신축 전극은 인터커넥터를 270%의 인장에서도 전기적 특성 변화가 1%이내로 거의 일정하며, 140%로 5000회 반복 하여도 전기적 특성이 5%이내로 변화하여 안정적으로 동작한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전자소자 플랫폼을 응용하여 제작된 신축 발광 다이오드를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예로서, 신축성 전자소자 플랫폼 위에 금속과 유기물반도체를 증착하여 신축성 유기발광 다이오드(OLED)를 제작할 수 있다. 제작된 신축성 인터커넥터와 OLED는 140%의 인장에서도 특성을 잃지 않고 발광이 가능하였다.
본 발명은 신축성 OLED로 국한되지 않으며, 신축성 배터리, 태양전지, LED 또는 전자회로 제작에 활용될 수 있고, 간단한 공정으로 높은 수율과 140% 수준의 신축성을 확보할 수 있다.
따라서 신축성 또는 곡면 부착형 조명, 디스플레이의 제작이 가능하고, 웨어러블 또는 인체부착형 제품 제작에 적용할 수 있으므로, 스마트 헬스케어용 전자패치에도 응용할 수 있다.
본 발명의 기술은 같은 평면형에 바로 코팅하여 제작하기 때문에 공정이 간단하며 외부에 인터커넥터가 들어나지 않기 때문에 안정성도 확보할 수 있다. 또한 낮은 영률을 가지는 층에 의한 인터커넥터와 아일랜드에 인가되는 변형률을 낮출 수 있어 신축성도 증대할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술은 네가티브 포토 레지스트(negative photo resist)인 SU-8을 직접 코팅하여 공정방식을 간단히 할 수 있으며 이 아일랜드 위에 메탈과 유기 박막을 전면 증착하여 소자를 제작할 수 있어, 기존 논문의 기술과 비교하여 공정의 난이도가 매우 낮다.
플렉시블 디스플레이 또는 전자소자의 개발에 의해 휘어진 스마트 워치가 출시되고 있다. 신축성 전자소자 플랫폼은 이러한 제품보다 자유로운 디자인과 편의성을 제공하고, 이후의 모바일 전자기기 시장을 이어받을 것이다.
그 외에도 웨어러블, 인체부착형 전자기기는 일상생활 중 진단 및 치료가 가능한 스마트 헬스케어 분야와 접목되어 큰 시장을 형성할 것으로 예상한다.
신축성 전자소자의 제작 공정이 정형화 되어있지 않고, 다양한 방법이 제시되었다. 본 기술을 이용하면 보다 신축성이 높은 플랫폼을 간단하고 높은 수율의 공정으로 제작 가능하다. 따라서 다양한 기술 및 제품의 개발에 응용될 수 있고, 신축성 디스플레이 인체부착형 전자패치와 같은 차세대 기술의 빠른 발전과 제품개발로 이어져, 시장 우위를 점하기 위한 핵심적인 기술이 될 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 영률을 갖는 신축 기판;
    상기 신축 기판 상에 상기 제1 영률보다 낮은 제2 영률을 갖는 신축성 물질이 코팅되는 신축성층; 및
    상기 신축성층 상에 포토레지스트 혹은 UV경화성 수지의 코팅과, UV-경화를 통해 패터닝한 단단한 아일랜드 및 신축성 인터커넥터를 포함하는, 상기 제1 영률보다 높은 영률을 갖는 단단한 고정층
    을 포함하는 신축성 전자소자 플랫폼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정층 중 단단한 아일랜드 패턴에는 변형이 발생하지 않고, 상기 신축 기판 및 상기 신축성층에 변형이 집중되는
    신축성 전자소자 플랫폼.
  3. 제2항에 있어서,
    전체 시스템에 인장이 가해질 때, 상기 신축성층의 영률이 작을수록, 단단한 아일랜드와 인터커넥터의 변형률 및 응력 분포가 줄어드는
    신축성 전자소자 플랫폼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정층을 형성한 후, 금속 및 유기 반도체를 증착하여 신축성 유기 광전 및 전자소자를 제작하는
    신축성 전자소자 플랫폼.
  5. 제4항에 있어서,
    유기 광전 및 전자 소자는 신축성 기판, 신축성층, 고정층이 견딜 수 있는 온도 범위내에서 증착이 가능한 도체 및 반도체, 부도체 등의 층으로 구성되는 다양한 전자 및 광전소자가 고정층의 단단한 아일랜드 상에 구성되는
    신축성 전자소자 플랫폼.
  6. 제1 영률을 갖는 신축 기판을 형성하는 단계;
    상기 신축 기판 상에 상기 제1 영률보다 낮은 제2 영률을 갖는 신축성 물질을 코팅하여 신축성층을 형성하는 단계; 및
    상기 신축성층 상에 포토레지스트 혹은 UV경화성 수지의 코팅과, UV-경화를 통해 패터닝한 단단한 아일랜드 및 신축성 인터커넥터를 포함하는, 상기 제1 영률보다 높은 영률을 갖는 단단한 고정층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 신축성 전자소자 플랫폼 제작 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정층 중 단단한 아일랜드 패턴에는 변형이 발생하지 않고, 상기 신축 기판 및 상기 신축성층에 변형이 집중되는
    신축성 전자소자 플랫폼 제작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    전체 시스템에 인장이 가해질 때, 상기 신축성층의 영률이 작을수록, 단단한 아일랜드와 인터커넥터의 변형률 및 응력 분포가 줄어드는
    신축성 전자소자 플랫폼 제작 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 고정층을 형성한 후, 금속 및 유기 반도체를 증착하여 신축성 유기 광전 및 전자소자를 제작하는 단계를 더 포함하는
    신축성 전자소자 플랫폼 제작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    유기 광전 및 전자 소자는 신축성 기판, 신축성층, 고정층이 견딜 수 있는 온도 범위내에서 증착이 가능한 도체 및 반도체, 부도체 등의 층으로 구성되는 다양한 전자 및 광전소자가 고정층의 단단한 아일랜드 상에 구성되는
    신축성 전자소자 플랫폼 제작 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230014963A (ko) * 2021-07-22 2023-01-31 한국과학기술원 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109192858B (zh) * 2018-09-19 2020-04-28 京东方科技集团股份有限公司 柔性基板、阵列基板、显示面板及制备方法和显示装置
CN111554638B (zh) * 2020-04-16 2023-09-08 上海交通大学 用于可拉伸电子装置的基底及其制备方法
CN112259559B (zh) * 2020-10-20 2022-07-19 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及其制备方法
KR102622042B1 (ko) 2021-07-20 2024-01-09 한국과학기술원 3차원 형상을 갖는 단단한 아일랜드 패턴을 이용한 신축성 전자 소자 플랫폼 및 그 제작 방법
WO2023077277A1 (en) * 2021-11-02 2023-05-11 Huawei Technologies Co.,Ltd. Stretchable electronic component, method of manufacturing the same, and display device
KR102590518B1 (ko) 2021-12-29 2023-10-19 한국과학기술원 기상 증착 공정을 통한 모듈러스와 cte가 그레이딩된 고내구성 다층 구조의 기판 플랫폼 및 그 설계 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150077899A (ko) * 2013-12-30 2015-07-08 서울대학교산학협력단 신축성 기판 형성 방법, 신축성 기판 및 신축성 기판을 가지는 전자장치
KR20150125797A (ko) * 2014-04-30 2015-11-10 한국과학기술원 스트레쳐블 기판

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101404472B1 (ko) 2012-11-29 2014-06-11 광주과학기술원 스트레처블 기판, 스트레처블 광기전장치, 및 스트레처블 기기
US10840536B2 (en) * 2013-02-06 2020-11-17 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable electronic systems with containment chambers
KR101605536B1 (ko) * 2013-07-25 2016-03-22 한국환경정책평가연구원 진공관과 방열핀이 결합된 막 증류 수처리 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150077899A (ko) * 2013-12-30 2015-07-08 서울대학교산학협력단 신축성 기판 형성 방법, 신축성 기판 및 신축성 기판을 가지는 전자장치
KR20150125797A (ko) * 2014-04-30 2015-11-10 한국과학기술원 스트레쳐블 기판

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230014963A (ko) * 2021-07-22 2023-01-31 한국과학기술원 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법

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