KR20210103405A - 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스 - Google Patents

플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스 Download PDF

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KR20210103405A
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Abstract

본원발명은, 인폴딩(In folding) 방식 스마트폰의 디스플레이에 사용되는 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스 에서, 상기 초 박막 글라스의 두께는 15 ∼ 65 ㎛ 이고, 상기 초 박막 글라스는 승온단계, 에이징 단계, 냉각 단계를 통화여 강화되므로서, 15 ∼ 70 ㎛ 의 두께를 가진 초박막 글라스를 사용하여 스마트폰 화면으로 사용되는 플렉서블 디스플레이 표면을 보호할 수 있도록, 상기 초 박막 글라스의 특성이 향상되는 최적화된 열처리 공정이 확보되게 된다.

Description

플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스{The ultra-thin glass protects the surface of the flexible display}
본 발명은 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스에 관한 것으로서, 스마트폰 용으로 생산된 70 ∼ 400 ㎛ 정도의 비교적 얇은 글라스를 화학적으로 연마하여 15 ∼ 70 ㎛ 의 두께를 가진 초 박막 글라스(The Ultra Thin Glass, UTG)로 만든 다음, 상기 초 박박 글라스를 강화하는 열처리를 실시한 후에 플렉서블 디스플레이를 보호하는 보호형 글라스로 만들고자 하는 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스에 관한 것이다.
2019년부터 글로벌 스마트폰 제조사들이 본격적으로 폴더블폰 개발·양산에 나서며, 폴더블폰과 관련된 부품을 납품하는 회사들에 대한 관심이 커지고 있다. 따라서, 국내외의 기업들은 폴더블 스마트폰에 들어가는 부품을 준비하고 있으며, 현재 디스플레이 표면을 보호하는 커버는 폴더블의 특성상 글래스보다는 투명 폴리이미드(Colorless PI, CPI)를 채용하는 업체들이 다수다. 글라스의 경우에는 탄성 한도가 낮아서 현재 기술로는 폴더블 디스플레이의 커버로는 적합하지 않다는 것이다. 실제 금속과 유리는 0.5%도 안 되는 낮은 탄성한도를 보이지만, 플라스틱 필름의 경우에는 5%로 금속, 유리의 10배의 탄성 한도를 보여준다.
그러나 필름의 특성을 가지는 CPI필름 생산을 위해서는 베이스필름 위에 하드코팅 작업이 필요하다. 하지만 하드 코팅 작업을 실시하여도 모체가 필름인 이상 아무리 특성이 좋은 CPI필름일지라도 한계는 존재할 수 밖에 없다.
물론 대한민국 등록 특허 제 10-1557307호에서는 "디스플레이 커버글라스에 있어서; 강화글라스와 상기 강화글라스에 접합 구비되는 인쇄필름으로 구성하되, 상기 인쇄필름은 글라스접착층을 매개로 강화글라스에 접합 구비되며, 상기 인쇄필름은 글라스접착층 반대 면 테두리에 인쇄층을 인쇄형성하고, 상기 인쇄층의 상면에 인쇄이형지을 부착 구비하며, 인쇄필름의 중앙 부분에 디스플레이의 화면투사영역에 해당하는 인쇄필름의 중앙부분과 인쇄층의 내측 테두리를 절단제거하는 화면투사영역을 형성하고, 상기 인쇄층의 상면에 인쇄점착층에 의하여 점착된 인쇄이형지로 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 커버글라스."를 제공하고,
또한, 대한민국 공개 특허 제 10-2015-0131550호에서는 "터치스크린패널의 외관을 형성하는 글라스; 투명하고 접착성을 가지며, 일측면이 상기 글라스(500) 표면에 부착되는 접착층; 상기 접착층의 타측면 일부 영역에 부착되며 글자, 숫자, 문양, 또는 패턴이 인쇄된 인쇄층; 을 포함하여 구성되고, 상기 인쇄층이 부착되지 않은 나머지 영역은 상기 접착층으로 채워져 상기 인쇄층이 부착된 영역과 그렇지 않은 영역의 두께가 균등하여 상기 인쇄층과 상기 접착층의 경계부위에 단차가 없는 것을 특징으로 하는 열전사 접착층이 구비된 터치스크린패널."을 제공합니다.
그러나 상기의 기술은 모두 종래의 평편한 스마트폰 디스플레이의 표면을 보호하는 글라스에 관한 기술이며, 따라서 상기의 기슬을 플렉서블 디스플레이에 적용할 수가 없게된다.
그러나 이미 플렉서블 디스플레이를 스마트폰에 적용하는 제품이 출시되는 실정이어서, 스마트폰용 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하기 위한 글라스의 개발이 절실한 실정이다.
특허 문헌 :
인용문헌 1:대한민국등록특허 제10-1557307호, 등록일(2015년09월25일)
인용문헌 2:대한민국공개특허 제10-2015-0131550호, 공개일(2015년11월25일)
본 발명의 목적은, 플렉서블 디스플레이가 채용된 스마트폰에서, 상기 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하기 위한 글라스를 제공하기 위함이며, 이를 위하여 박막 글라스를 화학적으로 연마하여 초 박막 글라스(UTG)를 만들고 플라스틱 특성을 갖도록 열처리 등의 가공 공정을 거치므로서 결과적으로 플렉서블 디스플레이의 표면을 보호할 수 있도록 하는 초 박막 글라스를 제공하기 위함이다.
상기 목적은, 인폴딩(In folding) 방식 스마트폰의 디스플레이에 사용되는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스 에서, 상기 초 박막 글라스의 두께는 15 ∼ 70 ㎛ 이고, 상기 초 박막 글라스는 승온단계, 에이징 단계, 냉각 단계를 통화여 강화되므로서 달성된다.
그리고, 상기 초 박막 글라스의 응역은 400 Mpa ∼ 800 Mpa 인 것을 특징으로 하고, 상기 초 박막 글라스의 탄성한도는 1.5 % 에서 5 %이다.
또한, 상기 초 박막 글라스 측면이 모서리를 가공할 때, 상기 초박막 글라스의 경계에서 식각이 이루어지는 거리를 L이라 하고, 상기 초 박막 글라스의 두께를 T 라고 할 때, 상기 L 값과 T 값의 비는
1/6 ≤ L/T ≤ 1/2 이다.
아울러, 상기 초 박막 글라스의 표면을 강화하기 위하여 코팅하는 코팅의 두께는
1/30 ≤ T1(강화 코팅의 두꼐)/T(초 박막 글라스의 두께) ≤ 15/30
이다.
한편, 상기 초 박막 글라스를 강화하기 위하여 열처히 하는 공정 중에서, 냉각 속도는 냉각 속도는 1분당 7.5℃ 에서 1 분당 25℃ 까지 이다.
본원 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 플렉서블 디시플레이와 초 박막 글라스 사이에 입력장치부가 구비되고, 상기 입력장치 부에는 터치 패널 층과 디지타이저 층이 구비되고, 상기 입력장치부 내부에서 터치 패널 층과 디지타이저 층이 구비될 때, 상기 터치 패널 층이 상기 디지타이저 층보다 위에 위치한다.
그리고, 상기 디스플레이 부에는 TFT 층과 인캡 층이 존재하고, 상기 터치 패널 층에는 터치 패널 전극 층(52c)이 포함되고, 상기 디지타이저 층에는 디지타이저 전극 (52a)층이 포함되고, 상기 터치 패널 전극 층(52c)과 디지타이저 전극 (52a)층 사이에는 내부 절연층(52b)가 존재할 때, 상기 내부 절연층(52b)의 두께는 인캡의 두께보다 얇다.
또한, 상기 플렉서블 디스플레이가 접힘과 펼침이 가능하도록 지지하는 고정 기판 내에 빛의 투과가 가능한 카메라 홀이 구비되고, 상기 플렉서블 디스플레이에 SUS 층 혹은 합금 금속층이 존재할 때, 상기 SUS 층 혹은 합금 금속층 내에 빛의 투과가 가능한 카메라 홀이 구비된다.
본 발명에 따르면, 15 ∼ 65 ㎛ 의 두께를 가진 초박막 글라스를 사용하여 스마트폰 화면으로 사용되는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호할 수 있도록, 상기 초 박막 글라스의 특성이 향상되는 최적화된 열처리 공정이 확보되게 된다.
도 1은 플렉서블 글라스가 접히는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다,
도 2는 도 1의 (A)의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 3은 초 박막 글라스가 접혀지는 경우의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 4는 열처리 단계를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 5는 초 박막 글라스의 측면 가공을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 6은 접힘과 펼침 과정에서의 신뢰성 테스트 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 7은 복층 구조를 가지는 초 박막 글라스를 나타낸 도면이다.
도 8은 본원 발명의 실제 적용예를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 9은 초 박막 글라스가 신축되는 정도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 10과 도 11은 초 박막 글라스를 강화액에 침전시키는 실시예의 방법을 나타낸 도면이다.
도 12내지 도 14는 디지타이저가 구비되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 15는 플렉서블 디시플레이에 카메라가 형성되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 16은 초 박막 글라스의 표면 거칠기를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 17과 도 18은 초 박막 글라스가 전체 플렉서블 디스플레이에서 차지하는 두께 조건을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 19는 점착력에 대한 기준을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 20 내지 도 22는 본원 발명에서 제공된 디지타이저층과 전극 구조를 나타낸 도면이다.
도 23은 디지타이저 층이 TFT층 아래에 구비되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 23은 디지타이저 층이 TFT층 아래에 구비되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 24내지 도 27은 본원 발명의 또 다른 실시예의 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
그리고, 공지된 기술 구성에 대해서는 구체적인 설명은 생략할 수도 있다.
한편, 본원 발명의 결과물을 얻기 위하여, 화학적 식각을 하거나 열처리 공정을 수행하는 방법 중에 일부는 종래의 일반적인 방법을 따를 수 있다.
도 1은 플렉서블 글라스가 접히는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다,
상기 도면에 도시된 바와 같이, 인폴딩(In folding) 방식에 적용되는 플렉서블 디스플레이가 접히기 위해서는, 상대적으로 고정 기판(20)에 상기 플렉서블 디스플레이가 고정된 상태에서, 플렉서블 디스플레이의 접힘과 펼침 동작이 일어나게 된다.
그리고, 상기 인폴딩 방식에 적용되는 플렉서블 디스플레이의 표면을 보호하는 본원 발명의 초 박막 글라스도 고정 기판(20)(금속 혹은 플라스틱 재질로 휘어지지 않고 고정되는 기판)에 고정되어 접힘과 펼침 동작이 일어나게 될 수 밖에 없다.
따라서, 본원 발명에서 개발된 초 박막 글라스(10)의 곡률 반경 측정과 일부 신뢰성 테스트 등의 실험은 도 1의 실시예의 방법으로 진행되게 되었다.
그리고, 도 1의 (A)에 도시된 기판 사이의 간격 G 의 값은 초 박막 글라스(10)의 곡률 반경에 따라 정해지게 된다. 즉, 도 1의 (B)와 도 1의 (C)에서 도시된 바와 같이, 상기 두개의 고정 기판(20)이 회전 이동하여 접혀지게 되면서, 상기 두개의 고정 기판(20)에 부착된 초 박박 글라스(10)도 함께 접혀지게 된다.
그러나 상기 초 박박 글라스(10)는 하나의 기판이 접히게 되는 것이므로, 곡률 반경이 최소한이라도 존재할 수 밖에 없기 때문에, 상기 G 값이 존재하게 된다.
즉, 상기 초 박박 글라스(10)가 완전히 접혀지는 과정에서도, 평편한 상태를 그대로 유지하는 영역이 존재하고, 또한 접혀지는 영역이 존재하는 데, 여기서 초 박막 글라스(10)의 접혀지는 영역의 거리가 상기 G 값이 되는 것이다.
도 2는 도 1의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 1의 (A)는 두개의 고정 기판(20) 사이의 간격이 G 만큼 이격된 경우의 실시예이지만, 도 2는 두개의 고정 기판(20)이 서로 맞 닿은 경우의 실시예이다. 그러나 도 2에서도 간격 G 는 존재하게 된다.
즉, 두개의 고정 기판(20)이 서로 맞 닿아 있는 경우에는 고정 영역과 간격 G 만큼의 비 고정 영역이 존재하게 된다. 도 2에서 표시된 고정 영역에서는 접착제 혹은 고정 수단에 의하여 초 박막 글라스(10)가 고정 기판(20)에 고정되어 있지만, 도 2에서 표시된 비 고정 영역(간격 G)에서는 초 박막 글라스(10)가 고정 기판(20)에 고정되어 있지 않고(혹은 접착되어 있지 않고)올려져 놓여진 상태가 될 뿐이다.
그리고, 도 2의 실시예에서도 도 1의 (B)와 (C) 도에서와 같이 두개의 고정기판(20)이 회전하여 접혀지게 되면, 고정 기판(20) 위에 구비된 초 박막 글라스(10)도 접혀지게 된다.
한편, 상기 두개의 고정 기판(20)이 서로 이격되어 있더라고 상기 G 값 보다 적은 거리 만큼 이격되어 있다면, 상기 G 값 이내에 존재하는 영역에서는 상기 초 박막 글라스(10)와 고정 기판(20)은 서로 고정되어 있지 않게(접착되어 있지 않게) 된다.
도 3은 초 박막 글라스가 접혀지는 경우의 또 다른 실시예의 도면이다.
본원 발명의 초 박막 글라스(10)가 실제의 플렉서블 디스플레이에서 사용되기 위해서는, 상기 초 박막 글라스(10)는 디스플레이부(50)에 올려 놓여져서 사용되게 된다.
이때, 본원 발명의 도 3에 도시된 디스플레이부(50)는 접혀지는 플렉서블 디스플레이와 그 위에 구비된 입력장치(터치 패널)을 의미한다.
그리고, 도 3의 실시예에서도 도 1의 실시예에서처럼 두개의 고정 기판(20)이 회전되어 접혀지게 되면, 상기 초박막 글라스(10)와 상기 디스플레이부(50)도 함께 접혀지게 된다.
한편, 이미 상용화되어 출시된 인폴딩 방식의 플렉서블 디스플레이의 경우 달성된 R 값이 5.0 혹은 4.6 이므로, 본원 발명에서 개발된 초 박막 글라스(10)의 R 값도 최소 5.0 혹은 4.6 이하는 되어야 한다.
아울러 도 3의 실시예에서도, 고정 기판(20)을 도 2의 실시예의 예처럼 할 수 있으며, 이 경우에는 비 고정 영역에서는 디스플레이부(50)와 고정 기판(20)사이에 접착제가 코팅되지 않게 된다.
- 초 박막 글라스의 제조 -
스마트폰 디스플레이 표면을 보호하기 위하여 사용되는 글라스를 생산하는 업체에서 판매되는 글라스의 두께는 400 ㎛ 정도가 일반적이기는 하지만, 최근에는 200 ㎛ 이하 혹은 70 ㎛ 까지도 생산되어 판매되고 있는 실정이다.
그러나, 상기의 두께를 가진 글라스로는 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 글라스로서의 역할을 하지는 못한다. 따라서, 추가로 연마 공정을 거쳐 원하는 두께를 가지는 초 박막 글라스(10)를 제조하여야 한다.
연마 공정을 위해서는 물리적인 연마도 사용되며, 물리적 연마는 매우 어렵고 힘든 작업이지만 오래 동안 우리 가공업을 한 업체는 수행할 수 있는 기술이다.
한편, 초 박막 글라스를 만들기위해 주로 사용하는 연마 공정은 불산액을 사용하여 화학적 식각을 하는 방법으로서, 종래에 일반적으로 사용되는 공정이다. 따라서, 상기 400 ㎛, 200 ㎛ 혹은 70 ㎛ 두께를 가진 글라스를 원하는 두께를 가지는 초 박막 글라스로 만드는 것은 종래의 화학적 연마 방법으로 달성 가능하다.
그러나, 초 박막 글라스가 플라스틱 특성을 가지게 되어 5.0 R 혹은 4.6 R 이하 혹은 그 이하의 R 값으로 접혀지면서 플렉서블 디스플레이의 표면을 보호하도록 하기 위하여서는, 상기 식각되어 연마된 초 박막 글라스를 강화하여 주어야 한다.
- 초 박박 글라스의 강화 공정 -
종래 일반적으로 알려진 초 박막 글라스의 강화 공정은 원하는 두께로 가공된 초 박막 글라스를 강화액에 침전 시킨 다음, 오분에서 열처리를 하는 공정이다.
강화액은 질산 나트륨(NaNO3), 질산 칼륨(KNO3)가 주로 사용되고, 실릭산(Silicic acid (H2SiO3)) 등이 소량 첨가되어 사용된다. 그리고, 초 박막 글라스를 강화액에 담그는 즉, 침전 시키는 시간은 2시간 ∼ 3 시간 이내이다.
도 4는 열처리 단계를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 4에서처럼, 열처리 공정은 승온 공정, 에이징 공정, 냉각 공정으로 3 단계로 나누어지게 된다. 그리고, 이러한 공정은 종래의 공정이므로, 본원 발명에서는 새로운 온도 조건의 방법을 찾아 초 박막 글라스의 특성을 향상키기게 된다.
과거 여러가지 시행착오를 겪으면서 최적화된 열처리 조건을 찾은 것은 승온 시간 2 시간, 400 ℃에서 2 시간 에이징, 그리고, 30 분 내에 냉각이었다. 그리고, 본원 발명에서는 실험 횟수를 그급적 줄이기 위하여, 미리 적정한 R 값과 적정한 두께를 정하여 이에 맞는 두께를 가진 초 박막 글라스(10)를 제조하고, 상기 제조된 초 박막 글라스가 적정한 R 값을 가질 수 있도록 열처리 하는 공정조건을 개발하는 방법을 사용하게 되었다.
초박막 글라스(10)의 적정한 두께는 30 ㎛ 로 정하였으며, 적정한 R 값을 2로 정하였다. 상기 정해진 30 ㎛의 값은 플렉서블 디스플레이에서 사용되는 보호 필름의 두께가 고려되어 정해진 값이며, 상기 정해진 2 R 값은 상용화된 플렉서블 디스플레이의 R 값이 5,0 혹은 4.6 이므로 여기에 적용가능한 수준이 되도록 적정한 R 값을 정하게 되었다.
한편, 판매된 100 ㎛ 이상의 두께를 가지는 글라스를 가지고 불산액을 사용하여 연마 공정을 실시하고, 반복적으로 여러번 실시하여 30 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스를 제조하게 된다.
이때, 상기의 설명에서 처럼 최적화된 열처리 온도와 에이징 시간 조건은 아래와 같다.
- 승온 단계의 시간 : 2 시간
- 에이징 온도 : 400 ℃ 에서 2 시간
- 냉각 단계의 시간 : 상온(25℃)까지 30 분
즉, 승온 단계에서의 승온 속도는 1분당 3.13 ℃ 이고, 냉각 단계에서의 1 분당 냉각 속도는 12,5 ℃ 이다.
한편, 열처리지 오븐의 환경은 진공 혹은 불활성 기체가 존재하는 환경이다.
- 강화 실험 -
30 ㎛ 두께의 초 박막 글라스를 강화액에 담근 다음 상기 온도 조건으로 30 ㎛ 두께의 초 박막 글라스를 열처리 한 다음, 2 R 값이 되도록 접어 보았으니, 균열이 생겨 실패하게 되었다.
강화액에 침전하는 시간은 2 시간에서 4 시간 사이이다.
실패를 극복하기 위하여, 쇠의 담금질을 생각하였으며, 결국 반복하여 열처리를 하는 방법을 생각하게 되었다.
그리고, 상기 열처리 공정을 1회부터 n회까지 반복 실시하여, 2 R 값이 되어도 초박막 글라스가 균열이 되지 않고 접힐 수 조건을 찾게 되었다.
1) 30 ㎛ 두께를 가진 초박막 글라스를 가로 세로 각각 10 cm 와 15 cm 로 절단한 다음, 열처리 공정을 실시한다.
2) 상기 열처리 공정을 1회 실시한 다음 2R 값이 되도록 상기 초 박막 글라스를 접어 보았으나, 균열이 생기었다,
3) 상기 2) 항목을 5회 반복 실험한 후에 상기 초 박막 글라스를 2 R 값이 되도록 접은 결과, 2 R 값이 되도록 상기 초 박막 글라스가 접히었다.
즉, 30 ㎛ 두께를 가진 초박막 글라스를 가지고 상기 열처리 공정을 5회 실시한 결과, 상기 초 박막 글라스가 2 R 값이 되도록 접히는 결과를 얻게 되었다.
6회 반복 실시하니 더 안정적으로 접히는 결과를 얻게 되었지만, 5회 반복 실시하여도 크게 들어난 문제가 관찰되지는 않았다.
4) n 회 반복 실험시 에이징 온도는 조건에 따라 다를 수 있다. 그리고 에이징 온도가 상기 400 ℃에 반드시 한정되는 것은 아니다, 즉, 1회 열처리시 온도는 450 ℃, 2 회 열처리 온도는 390 ℃ 로 할 수 있다. 그리고 3회부터 열처리 온도를 400℃ 로 할 수 있고, 400 ℃ 를 기준으로 변경할 수 있다.
- 최적화 두께를 얻는 방법 -
1) 65 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스 :
상기 열처리 공정을 8회 실시한 결과 4.6R 값으로 접히는 데 성공하였다,
2) 50 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스
상기 열처리 공정을 7회 실시한 결과 4.6R 값으로 접히는 데에 성공하였다.
3) 40 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스
상기 열처리 공정을 6회 실시한 결과 3.5R 값으로 접히는 데에 성공하였다.
3) 20 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스
상기 열처리 공정을 6회 실시한 결과 2.0R 값으로 접히는 데에 성공하였다.
3) 15 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스
상기 열처리 공정을 7회 실시한 결과 2.0R 값으로 접히는 데에 성공하였다.
4) 10 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스
상기 열처리 공정을 8회까지 실험하여도, 2.0R 값으로 접히는 과정에서 균열이 생기었다.
5) 70 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스
상기 열처리 공정을 8회 실시한 결과 4.6R 값으로 접히는 데 성공하였다. 단지 65 ㎛ 두께를 가지는 초 박막 글라스의 조건 보다 강화액에 침전하는 시간을 20 ∼ 30 분 정도 더 길게 하였다.
그러나, 상기 70 ㎛ 두께는 상용화되기 위한 한계의 두께로 볼 수 있어, 더 두껍게 하는 것은 상용화에 문제가 있는 것으로 판단하여 70 ㎛ 두께 까지만 실험을 실시하였다.
따라서, 2 R 값 내지는 이미 플렉서블 디스플레이로서 상용화된 5,0 R 혹은 4.6 R 이하 값을 가지도록 초 박막 글라스(15 ㎛ ∼ 70 ㎛ 의 두께)를 상기의 방법으로 열처리하면, 상기 언급된 R 값이 달성 가능하다는 것을 알 수 있었다.
한편, 상기 2R 가능한 기판의 경우에는 안정성을 고려하여 2 R 까지면 접었을 뿐이며, 2R 에서 안정되게 접히는 경우 1.5 R에서도 안정되게 접히는 모습을 보였다, 특허 20 ㎛ 기판에서는 그러하였다.
- 다양한 온도 조건 -
30㎛ 두께를 가진 초 박막 글라스의 열처리 온도를 400℃로 했을 때, 냉각 속도에서 변화를 주어 보았다.
본원 발명의 앞의 실시예에서 열처리 공정에서 사용된 승온 단계에서의 승온 속도는 1분당 3.13 ℃ 이고, 냉각 단계에서의 1 분당 냉각 속도는 12,5 ℃ 이다. 그리고, 에이징 온도는 400℃에서 2 시간이었다.
글라스를 열처리하게 되는 온도는 반드시 400℃에 한정되지는 않았으며 그 온도가 250℃ 에서 450℃ 이룰 수도 있었다.
1) 본원 발명의 앞의 실시예에서는 에이징 온도 400℃ 였다. 그리고, 상기 400℃에서 25℃ 까지 도달되는 냉각 시간을 40분으로 변경시켜 보았다. 냉각 시간을 40분으로 변경할 경우 냉각 속도는 1분당 9.4℃ 였다.
그리고, 냉각 속도는 1분당 9.4℃로 하고 다른 열처리를 동일한 조건으로 하였을 때, 승온 단계, 에이징 단계, 냉각 단계를 1 싸이클(cycle)로 하고, 상기 1 싸이클을 7회 반복한 결과 30㎛ 두께를 가진 초 박막 글라스가 2 R로 접히는 것이 가능하였다.
2) 400℃에서 25℃ 까지 도달되는 냉각 시간을 50분으로 변경시켜 보았다. 냉각 시간을 50분으로 변경할 경우 냉각 속도는 1분당 7.5℃ 였다.
그리고, 냉각 속도는 1분당 7.5℃로 하고 다른 열처리를 동일한 조건으로 하였을 때, 승온 단계, 에이징 단계, 냉각 단계를 1 싸이클(cycle)로 하고, 상기 1 싸이클을 10회 반복한 결과 30㎛ 두께를 가진 초 박막 글라스가 2 R로 접히는 것이 가능하였다.
하지만, 10회까지 반복하는 것은 실용성에 문제가 존재하는 것으로 보아 채용하지 않은 것이 합당하다. 하지만, 2 R로 접히는 것은 성공적이었다고 할 수 있다.
3) 400℃에서 25℃ 까지 도달되는 냉각 시간을 20분으로 변경시켜 보았다. 냉각 시간을 20분으로 변경할 경우 냉각 속도는 1분당 18.75℃ 였다.
그리고, 냉각 속도는 1분당 18.75℃로 하고 다른 열처리를 동일한 조건으로 하였을 때, 승온 단계, 에이징 단계, 냉각 단계를 1 싸이클(cycle)로 하고, 상기 1 싸이클을 4회 반복한 결과 30㎛ 두께를 가진 초 박막 글라스가 2 R로 접히는 것이 가능하였다.
3) 400℃에서 25℃ 까지 도달되는 냉각 시간을 15분으로 변경시켜 보았다. 이 경우 냉각 속도는 1분당 25.0℃ 였다.
그리고, 냉각 속도는 1분당 25.0℃로 하고 다른 열처리를 동일한 조건으로 하였을 때, 승온 단계, 에이징 단계, 냉각 단계를 1 싸이클(cycle)로 하고, 상기 1 싸이클을 3회 반복한 결과 2 R로 접히는 것이 가능하였다. 그러나 곧 균열이 생기었다. 하지만 2 R로 접히는 것은 성공되었다고 할 수 있다.
4) 400℃에서 25℃ 까지 도달되는 냉각 시간을 10분으로 변경시켜 보았다. 이 경우에는 초 박막 글라스에 균열이 생기었다. 냉각 속도는 1 분당 37.0℃ 였다.
결과적으로 본원 발명에서 에이징 공정을 실시한 후에, 냉각하는 냉각 속도는 1분당 7.5℃ 에서 25℃ 가 적당하였다. 그리고 아래와 같이 나타낼 수 있다.
1 분당 7.5℃ ≤ 냉각 속도 ≤ 1 분당 25℃
한편, 상기 2R 가능한 기판의 경우에는 안정성을 고려하여 2 R 까지면 접었을 뿐이며, 2R 에서 안정되게 접히는 경우 1.5 R에서도 안정되게 접히는 모습을 보였다, 특허 20 ㎛ 기판에서는 그러하였다.
아울러, 본원 발명에서는 승온 단계에서 온도가 상승하는 속도인 승온 속도 보다 냉각 단계에서 온도가 내려가는 냉각 속도가 떠 빠른 조건으로 실험을 실시하였다. 즉, 도 4의 그래프에서 “냉각 단계에서 온도가 내려가는 곡선의 기울기“가 “승온 단계에서 온도가 올라가는 곡선의 기울기” 보다 더 크다는 것을 의미한다.
하지만, 온도 조건을 달리하여 다양한 열처리 방법을 실시할 수 있으며, 따라서, “냉각 단계에서 온도가 내려가는 곡선의 기울기(A 기울기라 가정)“가 “승온 단계에서 온도가 올라가는 곡선의 기울기(B 기울기라 가정)” 보다 더 크게 되는 조건에 한정되는 것은 아니다.
즉,“A 기울기”와 "B의 기울기“가 동일할 수 있으며, “A 기울기”가 "B의 기울기" 보다 더 작을 수도 있다.
도 5는 초 박막 글라스의 측면 가공을 나타낸 실시예의 도면이다.
글라스의 균열을 막기 위하여, 글라스 측면의 모서리를 가공하는 것도 중요한 사안중에 하나이다.
글라스 측면의 모서리 가공도 종래 일반적인 방법을 사용하게 된다. 즉 불산액을 사용하여 식각을 실시하지만, 식각이 필요하지 않은 부분은 마스킹하여 식각이 이루어지지 않도록 하게 한다.
특허 이 경우에는 하나의 글라스만 사용하지 않고 10 개 혹은 20 개의 초 박막 글라스를 적층한 다음에, 측면 부분을 불산액에 담가 식각이 이루어지게 한다.
도 5에서처럼, 초 박막 글라스(10)의 두께를 T 라고 하고, 초박막 글라스의 경계에서 식각이 이루어지는 거리를 L 이라고 할 때, 그 상관 비율은 중요하다.
글라스의 두께가 30 ㎛ 일때, 상기 거리 L 의 값은 10 ㎛가 적당하다. 따라서 L/T 의 값은 1/3 이 된다.
하지만, 실제로 초 박막 글라스의 측면 가공을 하다보면 가공 공정에서의 오차는 존재하게 되며, 따라서 이러한 오차를 고려하고 또한 초 박막 글라스의 모서리로 인하여 발생되는 문제가 제거되는 정도의 수준을 고려할 수 있다. 즉, 상기 L 값은 5 ㎛ 가 되어도 실제 사용에는 문제가 없었으며, 15 ㎛까지도 크게 무리가 가는 수준의 결과가 얻어지지는 않았다.
상기에서 문제가 없다는 것은 2 R (혹은 1.5R)에서 5 R까지 접히어도 균열의 원인을 제공하지 않는다는 것이다. 초 박막 글라스가 접히는 과정에서 깨지는 가장 큰 원인은 균열이고, 매우 작은 미세 균열도 깨지는 원인을 제공한다.
따라서 상기 L 값의 범위는 5 ㎛ ∼ 15 ㎛ 가 된다.
결과적으로, 초 박막 글라스의 측면 모서리의 가공에서, 초 박막 글라스의 두께를 T 라고 하고, 초박막 글라스의 경계에서 식각이 이루어지는 거리를 L이라고 할 때, 상기 T 값과 L 값의 비율의 값은 아래와 같다.
1/6 ≤ L/T ≤ 1/2 (L/T 값은 1/6 보다 크거나 같고 1/2 보다 작거나 같다.)
종래에 글라스의 측면을 가공하는 이유는 모서리를 부드럽게 하여 취급을 좋게 하기 위함이지만, 본원 발명에서 초박막 글라스의 측면을 가공하는 이유는 글라스의 균열을 방지하기 위함이다. 즉, 초박막 글라스의 모서리를 둥글게 가공하면 초박막 글라스를 굽히거나 충격을 가할 때, 깨어짐이 방지되는 효과를 가지게 된다.
도 6은 접힘과 펼침 과정에서의 신뢰성 테스트 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
본원 발명의 초 박막 글라스를 플렉서블 디스플레이가 채용된 스마트폰에 실제로 적용하여 신뢰성 테스트를 실시할 수도 있지만, 현실적으로 어려울 수 있으므로, 플렉서블 디스플레이에 적용하였을 때의 구조를 모방하여 신뢰성 테스트를 실시할 수도 있다.
즉, 상기 도 6의 도면은 실제로 접혔다 펼치었다 하는 접히는 스마트폰의 구조를 모방하여 제작된 신뢰성 테스트 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
180와 0도로 회전하여 접힘과 펼침이 가능한 두개의 테스트 기판(70)이 구비되고, 상기 테스트 기판 위에, 초 박막 글라스(10)를 도 1의 실시예(혹은 도 2의 실시예)에서처럼 장착하게 된다.
그리고, 도 6에서처럼 테스트 기판(70)의 경계부에 테스트 돌기(71)가 장착되게 된다. 상기 테스트 돌기(71)는 일정 높이로 돌출된 돌기이다, 따라서, 상기 테스트 돌기(71)로 인하여. 도 1의(C)의 실시예 혹은 도 2의 (C) 실시예에서처럼 초 박막 글라스(10)가 일정 값을 곡률을 가지고 접히게 된다. 아울러, 상기 테스트 돌기(71)의 높이 값은 조절이 가능하다,
또한 제 2 돌기(72)가 존재하여, 접혀진 초 박막 글라스(10)가 서로 맞닿는 것을 막아주게 된다.
결과적으로 상기 제 2 돌기(72)는 초박막 글라스(10) 보다 높이가 높게 형성되고, 상기 제 1 돌기(71)는 상기 제 2 돌기보다 높이가 높게 형성된다.
도 6의 실시예의 장치에 본원 발명의 초 박막 글라스(10)를 장착(열가소성 수지로 접착할 수 있다. 따라서 열을 가하면 테스트 기판(70)에서 초 박막 글라스(10)을 쉽게 분리 할 수 있다.)하고, 테스트 기판(70)에 전동 장치를 연결하고 접힘과 펼침 동작을 반복하므로서 신뢰성 확보를 판단할 수가 있게 된다.
이때, 플렉서블 디스플레이 사용자가 실제로 열고 닫는 동작의 과정을 고려하여 볼 때, 펼쳐진 초 박막 글라스(10)를 접고 다시 펼치는 데 걸리는 시간은 1.5초로 정하여 신뢰성 실험을 실시하였다.
한편, 하루에 20회를 열고 닫고 3년을 사용한다고 가정한다면, 도 6의 실시예에서 도시된 방법으로 2만회까지 접힘과 펼침 동작을 반복하므로서 신뢰성을 확보할 수 있다. 그리고, 1.5초 내에 접고 펼치는 동작을 2만회 반복하는 데에 걸리는 시간은 8.33 시간 이다.
그리고, 본원발명의 실험은 연속해서 2만에 접히는 것이고, 따라서 접히는 과정에서 이전에 접힐 때 발생된 진동 에너지가 0 으로 되지 않은 상태에서, 즉 이전에 접힐 때 남아 있는 진동 에너지가 존재한 상태에서 접힘 때 발생하는 진동에너지가 또 발생되게 되는 것이다. 따라서, 연속 2 만회 실험은 실 사용 상황에서는 4 만회(2만회의 2 배 이상) 접힐 때에의 신뢰성을 보여주는 것이라고 할 수 있다. 물론 이에 대하여서는 지속적인 수치화 실험도 필요하긴 할 것이다.
- 초박막 글라스의 특성 값 -
1) 응력값
종래 스마트폰 디스플레이를 보호하는 글라스의 응력 값을 세트 업체에서는 각각 650 Mpa와 800 Mpa 수준을 요구하였다. 그러나 플렉서블 디스플레이를 보호하는 초 박막 글라스의 응력값은 당연히 종래 스마트폰 디스플레이를 보호하는 응력값 만큼 될 수는 없다.
본원 발명에서는 30 ㎛ 가지는 초 박막 글라스로서 테스트를 해본 결과, 450 Mpa 의 응력값을 가졌고, 도 6의 실시예의 방법으로 접힙과 펼침의 동작을 테스트(3 R 기준)해본 결과, 접힘과 펼침 동작에서 2 만회가 가능하였다.
따라서 플렉서블 디스플레이를 보호하는 초 박막 글라스(10)의 응력값은 250 Mpa 이상이면 바람직하다. 그러나 종래 스마트폰 디스플레이 화면을 보호하는 응력값보다 클 필요는 없으므로 최대 값은 800 Mpa 이라고 할 수 있다.
결과적으로 본원 발명에서 제시하는 초박막 글라스의 응력값은 450 Mpa ∼ 800 Mpa 이라고 할 수 있다.
응력값의 측정은 일본 오리하라(RIHARA,Surface Stress Merer) 제품의 측정기를 일반적으로 사용하며, 본원 발명에서도 그리하였다.
2) DOL 값
DOL 값은 강화 깊이이고, 강화액에 담가지는 시간이 길어질수록 DOL 층은 두꺼워 진다. 본원 발명에서는 2 ∼ 3 시간 이내로 강화액에 침전하는 시간을 가졌다.
본원 발명에서는 DOL 값도 측정하여 보았다. 그리고 두께별 측정 값은 아래와 같았다.
15 ㎛ : 5 ∼ 7. 20 ㎛ : 6 ∼ 8 , 30 ㎛ : 7 ∼ 10, 40 ㎛ : 9 ∼ 13, 50 ㎛ : 10 ∼ 15, 65 ∼ 70 ㎛ : 14 ∼ 17
따라서 본원 발명에서의 DOL 값의 범위는 초 박막 글라스의 범위를 15 ㎛ ∼ 65 ㎛ 라고 했을 때, DOL 값의 범위는 5 ∼ 17 이 된다.
2)탄성한도
유리는 일반적으로 0.5%도 안 되는 낮은 탄성한도를 보이지만, 플라스틱 필름의 경우에는 5%로 유리의 10배의 탄성 한도를 보여준다. 따라서 본원 발명에서 제조된 초 박막 글라스(10)의 탄성 한도도 플라스틱 필름 만큼은 되지 않더라도, 종래 유리의 탄성 한도의 범위를 뛰어 넘는 수준은 되어야 한다.
본원 발명에서 제조된 30 ㎛ 두께의 초 박막 글라스의 탄성 한도를 측정해 본 결과 그 값이 1. 5 %로 증가되었음을 알 수 있었고, 도 6의 실시예의 방법에 의한 실험에서 2만회까지 접힘과 펼침은 가능하였다.
그리고, 본원 발명의 앞의 실시예에서 사용된 열처리 공정을 5회 보다 많이 실시하여 보았다. 즉 10회까지 반복실험하여 본 결과 탄성 한도는 2.5 % 까지 증가되었다.
결과적으로 반복적인 열처리 공정을 실시하므로서 초 박막 글라스의 특성이 향상됨을 알 수 가 있었다.
한편, 유리의 탄성한도가 플라스틱 필름의 수준을 넘어 갈 수 없으므로, 본원 발명에서, 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스의 탄성한도 값은 1.5 % 에서 5 %까지라고 할 수 있다.
- 표면 코팅 -
스마트폰에서 디스플레이 표면을 보호하는 글라스는 외부에 그대로 노출되기 때문에 상기 글라스는 표면 코팅이 되어야 한다.
코팅의 종류로는 초 박막 글라스가 파열시 소비자를 보호하기 위하여 보호필름이 존재할 수 있고, AF 코팅등이 적용될 수 있고, 강화 코팅도 적용될 수 있다.
한편, 종래 스마트폰의 강화 코팅 두께의 수준은 20 ㎛ ∼ 45 ㎛이었다. 그러나 플렉서블 디스플레이를 보호하는 초 박막 글라스의 두께는 얇기 때문에, 상기 강화 코팅 두께를 그대로 사용할 수는 없게 된다.
30 ㎛ 두께를 가진 초 박막 글라스를 가지고 강화 코팅을 실시하여 보았고. 2 R 수준으로 접히었을 때 균일이 생기지 않은 수준으로 강화 코팅이 되는 범위를 설정하여 보았다.
강화 코팅의 두께를 1㎛ 수준으로 코팅해보고, 2 ㎛에서 16 ㎛ 까지 2㎛ 단계로 코팅한 다음, 2 R 수준으로 접히었을 때 균열이 생기는 가를 판단하여 보았다.
강화 코팅의 두께를 2 ㎛에서 12 ㎛까지 하였을 때에는 2 R 수준으로 접히었을 때 균열이 생기는 않았지만 16 ㎛ 코팅시에는 균열이 생기었다. 당연히 1 ㎛ 코팅시에도 2 R 수준으로 접히었다.
따라서 본원 발명에서는 강화 코팅의 두께를 1 ㎛에서 15 ㎛까지 하였을 때 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스가 가능하였다,
결과적으로 강화 코팅을 실시하는 두께의 범위는 아래와 같다.
1/30 ≤ T1(강화 코팅의 두꼐)/T(초 박막 글라스의 두께) ≤ 15/30
이때 코팅은 초 박막 글라스에 부착되는 필름일 수도 있다. 즉, 투명한 여러 종류의 필름이 사용될 수 있으며 예를들어 CPI 필름도 사용가능할 수 있다.
한편, 만일 초 박막 글라스 위에 다른 기능 층이 추가로 존재한다면, 상기 코팅은 다른 기능층 위에 존재할 수 있다. 따라서, 이럴 경우에는 상기 코팅은 플렉서블 디스플레이 최 상단에 위치하는 코팅이다.
즉, 초 박막 글라스 상단에는 하드 코팅만 존재하는 것은 아니다, 즉, 지문 방지 기능이 존재할 수 있다. 그리고, 하드 코팅층과 초 박막 글라스 층 사이에는, PET 층도 존재할 수 있고, 빛의 손실이나 반사를 최소화하기 위해 사용하는 광학용 접착소재(OCA) 층도 존재할 수 있다.
도 7은 복층 구조를 가지는 초 박막 글라스를 나타낸 도면이다.
일반적으로 필름층을 연구하는 사람들에게 알려진 상식으로는 "총 두께가 동일할 지라도 하나의 필름보다는 두개 혹은 3 개의 필름을 사용하여 겹치면 인장 강도가 더 좋아진다는 것"이다.
본원 발명에서도 이에 대한 시도를 해 보았다.
즉, 상기 도 7에서처럼 제 1 초 박박 글라스(10-1)와 제 2 초 박막 글라스(10-2)를 구비하고, 상기 제 1 초 박박 글라스(10-1)와 제 2 초 박막 글라스(10-2) 사이에 접착제 층(15)이 형성된다.
그리고 상기 접착제 층 내에 또 다른 수지 필름층이 존재할 수도 있다.
이때, 본원 발명에서는 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하기 위한 초 박막 글라스를 제조하는 것이 목적이고, 따라서, 본원 발명의 초 박막 글라스(10)(10-1)(10-2)도 접히게 된다. 따라서, 본원 발명의 초 박막 글라스(10)(10-1)(10-2)에는 접히는 영역(비 고정 영역)과 접히지 않은 영역(고정 영역)이 존재하게 된다,
그리고, 도 7에서는 접히는 영역(비 고정 영역)은 도 1의 실시예에서 보여진 G 로 표시된 구간이 된다.
당연히 접착제도 접히는 영역(비 고정 영역)과 접히지 않은 영역(고정 영역)에서 각각 접착력의 차이를 보여야 한다. 즉 아래와 같이 표현할 수 있다,
접히는 영역(비 고정 영역)에서의 접착제의 접착력 ＜ 접히지 않은 영역(고정 영역)에서의 접착제의 접착력
즉, "접히는 영역(비 고정 영역)에서의 접착제의 접착력"이 "접히지 않은 영역(고정 영역)에서의 접착제의 접착력" 보다 더 약하다.
한편, 실제로 접착제를 코팅할 때, 상기 접히는 영역(비 고정 영역)과 접히지 않은 영역(고정 영역)의 경계에 정확히 구별하여 코팅하는 것은 어렵게 된다, 따라서, 본원 발명에서 상기 두 영역에 접착력에 차이를 보인다는 것은 정확히 경계를 나눈다는 것을 의미하지 않는다. 즉 접히는 영역(비 고정 영역)에 주로 코팅된 접착제의 접착력이 더 약하다고 이해하면 될 것이다.
도 8은 본원 발명의 실제 적용예를 나타낸 실시예의 도면이다.
본원 발명의 초 박막 글라스(10)(혹은 복수층을 가진 초 박막 글라스(10-1)(10-2))를 플렉서블 디스플레이의 디스플레이부(50)(디스플레이와 입력장치가 포함된 부분)에 부착하게 된다.
이때에도 도 7의 실시예에서처럼, 고정 영역과 비 고정 영역이 존재하며, 이때에도 도 7의 실시예에서처럼 비 고정 영역에 사용된 접착제의 접착력이 더 약하게 된다.
도 9은 초 박막 글라스가 신축되는 정도를 나타낸 실시예의 도면이다.
R이 1.5 이고, 초 박박 글라스의 두께가 30 ㎛ 이면, 안쪽에 존재하는 초 박막 글라스의 표면과 바깥쪽에 존재하는 초 박막 글라스거리를 비교하여 볼 때, 바깥쪽 표면에 존재하는 초 박막 글라스의 길이가 안쪽 표면에 존재하는 초 박막 글라스의 길이에 비교하여 4 % 증가되어야 한다,
또한, R 이 5 이고 초 박막 글라스의 두께가 65 ㎛이면, 안쪽에 존재하는 초 박막 글라스의 표면과 바깥쪽에 존재하는 초 박막 글라스 거리를 비교하여 볼 때, 바깥쪽 표면에 존재하는 초 박막 글라스의 길이가 안쪽 표면에 존재하는 초 박막 글라스의 길리보다 2.6 % 증가되어야 한다,
결과적으로 본원 발명에서는 접혀짐에 따라 안쪽의 표면 보다 바깥쪽 표면이 2.6 % 에서 4 % 까지 증가되어야 한다.
도 10과 도 11은 초 박막 글라스를 강화액에 침전시키는 실시예의 방법을 나타낸 도면이다.
일반적으로 초 박막 글라스(10)의 강화 공정중에는 초 박막 글라스(10)를 강화액에 침전 시키는 공정이 존재하며, 이때 얇게 가공된 초 박막 글라스를 수평으로 위치시키는 방법이 사용되게 된다.
하지만, 얇게 가공된 초 박막 글라스를 수평으로 위치시키는 방법으로 강화 공정이 수행되게 되면, 초 박막 글라스(10)에 굴곡이 생겨 평편한 형상이 유지되지 못하게 되는 불량이 발생되게 된다.
그러므로, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 10의 실시예에서처럼, 다수개의 초 박막 글라스(10)을 수직 방향으로 위치시킨 다음 강화액(90)이 담겨져 있는 강화액 용기(100)에 침전시키는 방법이 사용된다.
그리고, 도 10의 실시예에서는 생략되었지만 상기 초 박막 글라스(10) 각각의 윗 부분은 고정된다.
도 11은 초박막 글라스(10)가 강화액 담겨지는 깊이를 나타내는 도면이다. 본원 발명의 도 1 내지 도 3의 실시예를 보면, 초 박막 글라스가 접혀지는 영역의 거리 G 가 존재한다. 즉 플렉서블 디스플레이가 접혀지는 부분에 위치하게 되는 초 박막 글라스(10)의 영역(도 1내지 도 3에서 G 영역)만 강화하여도 된다.
따라서 도 10의 실시예에서도 초 박막 글라스(10)가 강화액에 담겨질 때, 상기 G 영역이 상기 강화액(90)에 담겨지면 된다. 즉, 초막막 글라스(10) 전부가 강화액(90)에 담겨질 필요가 없다.
즉, 아래와 같은 관계가 존재하게 된다.
SL ≥ GT/2 + G/2
SL : 초 박막 글라스(10)가 강화액(90)에 담겨지는 깊이의 길이
GT : 초 박막 글라스(10)의 전체 길이
G : 초 막막 글라스(10)가 접혀지는 영역의 길이.
한편, 상기의 조건으로 인하여, 상기 도 10의 실시예의 방법으로 초 박막 글라스를 강화처리하게 되면, "초 박막 글라스(10)의 접혀지는 중심을 기준으로 양 옆의 가장자리의 응력값 혹은 DOL 값은 서로 다르게" 되는 것이다.
즉, 도 11에서 초 박막 글라스(10)의 접혀지는 중심을 기준으로 양 옆의 가장자리인 A zone 과 B zone의 응력값 혹은 DOL 값은 서로 다르다.
한편, 플렉서블 디스플레이를 채용한 상용화된 스마트폰에는 디지타이저 기능을 채용하지 못하는 실정이다. 왜냐하면, 디지타이저를 사용하기 위해서는 펜이 사용되어야 하고, 펜이 사용됨에 따라 수지 필름으로 되어 있는 플렉서블 디스플레이 표면이 마모가 되기 때문이다.
하지만 본원 발명에서는 초 박막 글라스를 사용하기 때문에, 본원 발명의 초 박막 글라스(10)를 사용한 스마트폰은 디지타이저 기능이 채용되어도, 플렉서블 디스플레이 표면이 마모가 되지 않게 된다.
따라서, 도 12내지 도 14의 실시예는 플렉서블 디스플레이에 디지타이저를 채용하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이 된다.
즉, 도 12내지 도 14는 디지타이저가 구비되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 12는 상용화된 플렉서블 디스플레이의 단면 구조를 나타낸 실시예의 도면이다. 즉, 두개의 고정 기판(20-1)(20-2)가 접힘과 펼침이 가능한 플렉서블 디스플레이를 지지하며, 플렉서블 디스플레이부(50) 아래에는 베이스 필름(25)이 존재하고, 플렉서블 디스플레이 위에는 입력장치부(52)가 존재하며, 상기 입력장치부(52)위 에는 본원 발명의 초 박막 글라스(10)가 존재한다.
그리고, 도 13은 이러한 층구조를 분리해서 입체적으로 도시한 도면이 된다.
한편, 종래에 상용화된 플렉서블 디스플레이의 경우, 상기 입력장치부(52)에는 터치 패널 기능이 들어가게 된다. 그리고, 플렉서블 디시플레이의 층 구조를 최소화하기 위하여, 종래에도 터치 패널 층이 플렉서블 디스플레이부(50) 상단에 구비할 때, 별도 층으로 하지 않고 코팅층으로 만들어 구비되었다.
따라서, 터치 패널층을 별도의 층으로 제조하지 않고 코팅증으로 제조하므로서, 상기 터치 패널 층의 두께를 30 ㎛ 이내로 형성하게 된다. 이때, 상기 터치 패널 층은 도전막층과 절연 수지 필름층이 포함한다.
도 14는 입력장치부(52)를 상세히 나타낸 실시예의 도면이다. 베이스 필름(25) 층을 기초로 하여, 베이스 필름(25) 층 위에 TFT 층(50a)이 형성된다. 상기 TFT 층(50a)에는 디스플레이 화소 연결 전극 배선, OLED 층 등이 포함된다.
그리고 상기 TFT 층(50a) 위에 인캡(50b)층이 형성된다. 상기 인캡(50b) 층은 상기 TFT 층(50a) 위에서 상기 TFT 층(50a)를 보호한다. 따라서, 유기물 층으로 코팅하여 TFT 층에 절연 기능도 주어야 하지만 무기물층을 코팅하여 상기 유기물 층의 통기성(습기나 산소등이 투과되는 성질)특성도 차단하여야 한다. 그리고 무기물 층으로는 일반적으로 "SiNX" 이 사용된다. 또한, 상기 인캡(50b) 층이 형성될 때, 유기물 코팅, 무기물 코팅, 유기물 코팅 순으로 다층 구조가 형셩되기도 한다.
그리고, 상기 인캡(50b) 층 위에 입력장치부(52)가 형성된다. 도 14에서 입력장치부(52)는 디지타이저 전극층(52a), 내부 절연층(52b), 터치 패널 전극층(52c), 외부 절연층(52d)를 포함한다.
또한, 본원발명에서도 플렉서블 디스플레이 층의 구조를 최소화하기 위하여, 디지타이저 전극 층(52a)과 내부 절연층(52b)를 추가로 더 형성할 때, 별도의 층으로 하지 않고 코팅층으로 형성하였다.
즉, 상디 디지타이저 전극 층(52a)과 터치 패널 전극 층(52c) 사이를 절연하는 기능을 하는 내부 절연층(52b)의 두께를 인캡(50b) 층보다는 얇게 하고, 두께도 30 ㎛ 이내로 하게 된다. 그리고 상기 내부 절연층(52b) 층은 유기물 층과 무기물 층에서 하나의 층만 사용하여도 된다. 절연 기능으로 충분하기 때문이다.
그리고, 상기 터치 패널 전극층(52c) 위에 외부 절연층(52d)이 형성된다. 상기 외부 절연층(52d)은 신뢰성도 필요하기 때문에, 내부 절연층(52b) 보다는 두껍게 형성한다.
도 15는 플렉서블 디시플레이에 카메라가 형성되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 12 내지 도 14의 구조에서 알 수 있는 TFT 층(50a)를 중심으로 양 측에 존재하는 다 층의 무게가 서로 균형을 이루어야 한다. 따라서, 베이스 필름층으로 SUS가 사용되게 된다.
글라스가 수지보다 무게가 더 나가고 본원 발명에서는 초 박막 글라스(10)를 사용하게 되므로, TFT 층(50a)을 중심으로 반대 쪽에 수지보다는 무거운 소재가 사용되어야 하며, 이때 사용될 수 있는 소재가 합금 금속 혹은 SUS 가 되게 된다.
실제로 베이스 필름(25)에 더미 층(본원 발명의 앞의 기술 설명에서는, 더미 층은 종래 기술이므로, 더미 층에 대하여서는 추가 부연 설명을 생략하였다.)이 추가되어 사용되며, 이 더미층으로 SUS 및 합금 금속이 사용된다는 것이다.
한편, 플렉서블 디스플레이 내부에 카메라가 장착되기 위하여서는 카메라 홀이 필요하며, 카메라 홀을 나타낸 도면이 도 15의 도면이 된다.
카메라가 위치된 부분의 영역에서는 빛이 카메라에 도달되어야 하기 때문에, 고정 기판(20-1)(20-2)에는 빛의 투과가 가능하도록 하는 카메라 홀(20a)이 형성되어야 하고, SUS(혹은 합금 금속)(26)에도 빛의 투과가 가능하도록 하는 카메라 홀(26a)이 형성되어야 한다.
그리고, 상기 카메라 홀(20a)(26a) 내부에는 투명 수지가 채워지게 된다.
한편, 본원 발명에서 카메라 홀(20a)(26a)이 의미하는 바는 카메라(이미지 소자)에 빛이 투과되도록 절개부가 형성된다는 의미이며, 반드시 홀(원형의 구)의 모양을 의미하는 것은 아니다.
도 16은 초 박막 글라스의 표면 거칠기를 나타낸 실시예의 도면이다.
초박막 글라스를 제조하기 위하여 연마 공정을 수행하는 경험적인 측면에서 볼 때, 표면 거칠기가 클 수록 외부 충격에 의하여 초 박막 글라스(10)가 파손되는 정도도 크게 된다는 사실을 발견하게 된다.
예를들어 Ball drop 테스트(1 g 무게를 가지는 쇠 볼을 초박막 글라스 표면에 떨어트리는 실험을 하게 됨.)를 실시하게 되면, 상기 현상을 확실히 발견할 수가 있게 된다.
한편, 표면 조도는 통상의 조도계나 비 접촉식 조도계를 사용하여도 얼마든지 측정은 가능하다.
도 16의 실시예의 도면에서 도시된 것처럼, 가장 큰 산의 높이를 RL 이라고 하고, 초박막 글라스의 높이를 T 라고 할때, 상기 값에 따라 Ball drop 테스트의 통과 여부가 결정되게 된다. Ball drop 테스트는 1 g 의 쇠볼을 50 cm 높이에서 낙하시키는 실험이다.
- 두께 T 가 20 ㎛ 일때,
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 5 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 안 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 3 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트에서 부분적인 통과가 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 2 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트에서 통과가 되었다.
- 두께 T 가 30 ㎛ 일때,
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 8 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 안 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 5 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 되었다.
- 두께 T 가 40 ㎛ 일때,
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 10 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 안 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 8 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트에서 통과가 안 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 6 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트에서 통과가 되었다.
- 두께 T 가 50 ㎛ 일때,
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 10 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 안 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 8 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 7 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 되었다.
- 두께 T 가 60 ㎛ 일때,
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 12 ㎛이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 안 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 10 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 되었다.
: 가장 큰 산의 높이 RL 이 8 ㎛ 이면, 볼 드랍(Ball Drop) 테스트 통과가 되었다.
상기의 실험에 의하면 T 가 30 ㎛ 일때 RL 의 높이는 T의 높이의 17 % 이내이면, 볼 드랍 테스트에 통과가 됨을 알 수 있다.
그리고, T 가 60 ㎛ 일때 RL 의 높이는 T의 높이도 17 % 이내이면, 볼 드랍 테스트에 통과가 됨을 알 수 있다.
결과적으로 RL/T 가 0.17 이상의 조도를 가지면 볼 드랍 테스트가 통과됨을 알 수 있다.(실험 조건은, 가장 큰 산의 높이를 RL 이라고 하고, 초박막 글라스의 높이를 T 라고 하고, Ball drop 테스트는 1 g 의 쇠볼을 50 cm 높이에서 낙하시키는 실험이다.)
한편, 본원 발명에서 가장 높은 산의 높이가 의미하는 바는 정규 분포 값에서 가장 높은 값을 의미한다, 즉 통상의 xy 좌표에서, x축을 산의 빈도수라고 하고 y축을 산의 높이라고 했을 때, y축에서 가장 큰 값이 본원 발명 도 15에서 설명된 가장 큰 산의 높이이다. (이때, 산의 빈도수는 갯수를 의미한다. 예를들어, 1cm 지곱에서 산의 높이가 5 ㎛가 10개일 수 있고, 6 ㎛가 8 개 일수 있다는 의미이다.)
도 17과 도 18은 초 박막 글라스가 전체 플렉서블 디스플레이에서 차지하는 두께 조건을 나타낸 실시예의 도면이다.
플렉서블 디스플레이 내에서 존재하는 TFT층(50a)는 플렉서블 디스플레이 내에서 무게 중심에 위치하는 것이 바람직하다.
도 17에 도시된 바와 같이 플렉서블 디스플레이는 TFT 층(50a) 아래에는 베이스 필름(25) 층, 더미 필름(27)이 존재하고, TFT 층 위에는 인캡(50b), 입력장치부(52), 편광층(28), 초 박막 글라스(10)가 존재한다.
상기 TFT(50a)은 전극 배선과 OLED 층이 포함되고, 베이스 필름(25) 층은 TF T 층이 실장되는 코팅막으로, 표면 평탄화 기능도 하는 수지 물질 혹은 무기물이며, 더미 필름(27)은 두께 조절 등으로 추가로 부착되는 필름이며, 경우에 따라서는 상기 베이스 필름(25)과 더미 필름(27)은 일체화 될 수도 있다.
그리고, 인캡(50b) 층은 유기물 층으로 코팅하여 TFT 층에 절연 기능도 주어야 하지만 무기물 층을 코팅하여 상기 유기물 층의 통기성(습기나 산소등이 투과되는 성질)특성도 차단하여야 하는 목적을 가지며, 무기물 층으로는 일반적으로 "SiNX" 이 사용된다. 또한, 상기 인캡(50b) 층이 형성될 때, 유기물 코팅, 무기물 코팅, 유기물 코팅 순으로 다층 구조가 형셩되기도 한다.
또한, 입력장치부(52)는 터치 패널 혹은 디지타이저 기능을 하는 층이며, 따라서, 상기 입력장치부(52)에는 전극층과 절연층 등이 복수 층 이상 포함된다.
아울러, 편광층(28) 통상의 편광 기능을 하는 층으로 여기에도 복수개의 층이 포함되게 된다.
한편, 본원 발명의 초 박막 글라스(10)가 플렉서블 디스플레이의 최 외곽에 코팅된다. 물론 상기 초 박막 글라스(10)에는 초 박막 글라스(10)의 비산을 방지하는 코팅 층이나 막이 존재할 수도 있다.
이때, TFT 층 위에 존재하는 복수개의 레이어(인캡(50b), 입력장치부(52), 편광층(28), 초 박막 글라스(10) 등이 포함되며, 플렉서블 디스플레이 내에서 TFT 층(52a) 위에 존재하는 복수개의 레이어를 의미함.)의 두께를 "UL" 이라고 하고,
TFT 층 아래에 존재하는 복수개의 레이어(베이스 필름(25) 층, 더미 필름(27)이 등이 포함되며, 플렉서블 디스플레이 내에서 TFT 층(52a) 아래에 존재하는 복수개의 레이어를 의미함.)의 두께를 "LL"이라고 할 때,
상기 "LL"의 두께는 상기 "UL" 두께 보다 커야 한다.
그리고, "LL의 두께는 상기 UL 두께 보다 커야 한다."는 근거는 아래와 같다.
- 플렉서블 디스플레이가 접히고 펼쳐지는 안정된 동작을 하기 위해서는, 플렉서블 디스플레이 내에서 TFT 층(52a)은 무게 중심에 존재하여야 한다.
- "UL 레이어"의 무게와 "LL 레이어"의 무게가 동일하거나 오차 범위 내에서 비슷하여야 한다.
- 강화글라스의 밀도는 2.54 (다른 종류 2.76))이고, 수지의 일반적인 밀도는 0.915~0.925 이며, 따라서 강화 글라스의 밀도는 수지의 밀도 보다 평균 2.76 배 혹은 3배 높다. 그러므로, "LL의 두께는 상기 UL 두께 보다 커야 한다."가 성립이 된다.
- 정확한 두께 범위 -
UL 의 두께에서 초박막 글라스(10)의 두께가 T라고 한다면,
"LL"의 두께는 "UL의 두께 - T X (2/3)" 가 되어도, 무게가 고려되면 "LL"의 무게와 "UL"의 무게는 비슷하게 된다.
초박막 글라스가 수지 보다 밀도가 3배 크다는 가정을 하여 만들어진 수식이다. 또한 비슷하다고 한 이유는 다양한 층이 존재하여 무게가 고려될 때 변수가 존재하기 때문이다.
즉, "UL 의 두께"가 200 ㎛ 이고, 초 박막 글라스의 두께가 50 ㎛ 일때,
"200 - 50 X 2/3 = 166.7" 의 계산에 의하여, "LL 의 두께"는 166.7 ㎛이면 된다.
결과적으로, 초박막 글라스의 두께를 T 라고 하면,
"UL - T x 2/3" 값이 "LL"의 적정한 두께가 된다. 하지만, 복수층과 접착제 전극 층이 존재고, 수지와 초박막 글라스의 값에도 범위가 존재하므로, 오차 범위가 고려되어야 하고, 이러한 점이 고려되면 "(UL - T x 2/3") ± 33.3 %" 가 "LL"의 두께 범위가 될 것이다.
이것을 일반화하여 식으로 표현하면 아래와 같다.
"(UL - T + T X K1) ± 33.3 %" 가 "LL"의 두께 범위이다.
K1 = 초박막 글라스의 밀도/수지의 밀도,
도 18는 더미 필름으로 SUS가 사용된 경우의 실시예의 도면이다.
SUS의 밀도는 7.75 에서 7.93 정도로 SUS의 평균 밀도는 7,84 이고, 초 박막 글라스의 평균 밀도는 2.65 이다, 따라서, SUS의 무게가 초박막 글라스의 무게보다 더 무겁게 된다.(수지의 평균 밀도 0.92)
따라서, 도 13에서 설명된 근거에 의하여, 더미 필름으로 SUS 층(26)이 사용되고, 플렉서블 디스플레이 보호 소재로 초 박막 글라스가 사용되면,
"UL 의 두께"가 "LL 의 두께" 보다 더 두껍게 된다.
어떤 의미에서는 SUS(혹은 금속 합금이나 금속) 층(26)의 두께는 초 막막 글라스의 두께보다 얇게 만들어 질 수 있음을 의미한다. SUS(혹은 금속 합금이나 금속)의 밀도가 초 막막 글라스의 밀도보다 낮으며, 무게의 균형을 이루기 위해서는 밀도가 높은 층이 낮도록 만들어지는 것은 당연하기 때문이다.
"SUS의 무게가 UTG 보다 더 무거워 결과적으로, UL 의 두께 가 LL 의 두께 보다 더 두껍게 된다.“가 되는 의미를 생각할 수 있다. 즉, UL에서 UTG 두께를 뺀값을 UL1이라 하고, UTG 두께를 T라 하고, LL에서 SUS 두께를 –A 값을 LL1이라하고, SUS 층의 두께를 S라할 수 있다, 그러면 "UL1 - LL1"의 값보다 “T- S"의 값이 더 커도 된다는 의미가 되기도 한다.
- 더미 필름으로 SUS 층(26)이 사용될 경우 "UL 의 두께"와 "LL 의 두께" 의 범위 설정.
SUS의 밀도는 수지의 밀도 보다 8.52 배 크고, 초 박막 글라스의 밀도는 수지의 밀도보다 2.88 배 크다.
이러한 점이 고려되어 아래와 같은 수식이 성립된다,
UL - T + T X 2.88 = LL - S + S X 8.52 (S 는 SUS 층의 두께이다.)
하지만 상기 수식에서 33.3 %의 오차범위를 고려할 수는 있을 것이다. 복수층, 점착제, 전극칭 등이 고려될 수가 있다는 것이다. 또한 글라스, 수지, SUS의 밀도도 상기에서 언급된 평균 값과는 차이가 날 수가 있기 때문이다.
따라서, 오차 범위를 33.3 %로 설정하면 "UL - T + T X 2.88"이 "LL - S + S X 8.52" 보다 33.3 % 이내에서 클 수가 있고, 반대로 "LL - S + S X 8.52"이 "UL - T + T X 2.88" 보다 33.3 % 이내에서 클 수가 있다.
이것을 일반화 식으로 표현하면 아래와 같다.
UL - T + T X K1 = LL - S + S X K2
K1 = 초박막 글라스의 밀도/수지의 밀도
K2 = SUS의 밀도/수지의 밀도
그리고, 오차 범위를 고려하면,
"UL - T + T X K1"이 "LL - S + S X K2" 보다 33.3 % 이내에서 클 수가 있고, 반대로 "LL - S + S X K2"이 "UL - T + T X K1" 보다 33.3 % 이내에서 클 수가 있다.
도 17과 도 18에 도시된 LL과 UL에 포함된 복수의 층은 본원 발명의 설명에 필요한 대표적인 층만 표시된 것이다. 따라서, 도 17과 도 18에 도시된 층 이외에, 기능 층들이 더 포함될 수 있음은 당연하다, 그리고 기능을 하는 추가된 여러 층(도 17과 도 18에 도시되지 않지만 존재할 수 있는 층)일지라도, TFT 층 위에 있으면 UL 에 포함되고 TFT 층 아래 있으면 LL에 포함된다.
한편, 일반적으로 플렉서블 디스플레이에서는 본원 발명의 앞에서 언급된 층 이외에도, 접착 소재인 PSA(Pressure Sensitive Adhesive Application) 층, 투명 폴리이미드(PI) 층, Cushion Film(층), PET(Optical axis Control Film) 층, Black matrix 층 등이 더 존재할 수 있다, 그리고, 위에서 언급된 바와 마찬가지로 TFT 층 위에 있으면 상기 UL 에 포함되고 TFT 층 아래 있으면 상기 LL에 포함된다.
도 19는 점착력에 대한 기준을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 19의 (A)는 초 박막 글라스(10)와 편광층(28) 혹은 입력장치부(52)가 점착제로 점착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 19의 (B)는 베이스 필름(25)과 더미 필름(27)(혹은 SUS 층일 수도 있다.)이 점착제로 점착된 모습을 나타낸 도면이다.
플렉서블 디스플레이는 점힘과 펼침의 반복 동작이 이루어지기 때문에 층과 층을 붙일 때 점착제가 사용되게 된다.
그리고, 도 18의 도면에서 볼 때, 플렉서블 디스플레이가 위쪽이 안쪽이 되어 접혀지기 때문에, 접혀지는 회전 반경이 도 18에서 볼 때 위쪽은 작고 아래쪽은 크게 된다.
따라서, 도 19의 (A)에서 사용된 점착제는 회전 반경이 적고, 도 19의 (B)에서 사용된 점착제는 회전 반경이 크다. 따라서 도 19의 (B)에 사용된 점착제의 점착력이 도 19(A)에 사용된 점착제의 점착력보다 작아야 한다.
하지만, 밀도가 3 배가 큰 초 박막 글라스가 사용되므로, 이 부분이 고려되어 결과적으로 "도 19의 (B)에 사용된 점착제의 점착력"과 도 "19(A)에 사용된 점착제의 점착력"은 서로 비슷하여야 한다. 물론 여기에서도 오차 범위는 존재하므로 ±33.3 % 이내도 비슷하여야 한다.
한편, 점착제로는 실리콘 점착제, 냉각 박리형 점착제, UV 점착제 등이 사용되며, 여기에 대전방지제가 소량 첨가물로 들어간 형태가 된다.
실리콘 점착제는 알케닐기 함유 폴리디오르가노 실록산, 탄화수소기, 폴리오르가노실록산 공중합체, 폴리오르가노실록산, 백금족계 촉매 화합물 및 대전방지제를 포함한다.
백금족계 촉매 화합물은 백금흑, 염화백금산, 염화백금산-올레핀착체, 염화백금산-알코올 배위 화합물, 로듐, 및 로듐-올레핀착체로 이루어진 것들중에 선택된다,
UV 점착제는 탄성 중합체, 자외선 가교수지, 접착 부여제, 중합 개시제, 및 중합 금지제를 포함한다.
대전방지제는 금속양이온 및 음이온으로 이루어진 무기염, 또는 오늄양이온 및 음이온으로 이루어진다.
도 20 내지 도 22는 본원 발명에서 제공된 디지타이저층과 전극 구조를 나타낸 도면이다.
즉, 도 20은 도 14에서 도시된 디지타이저층(52a)를 상세히 나타낸 도면이다.
디지타이저층(52a) 내에는 상부 기판(52a-1), 상기 상부 기판(52a-1)에 구비된 상부 전극(52a-3) 및 하부 기판(52a-2), 상기 하부 기판(52a-2)에 구비된 하부 전극(52a-4)이 존재하고, 또한 상기 상부 전극(52a-3)과 상기 하부 전극(52a-4) 사이에 절연막(52a-5)이 존재한다,
도 21은 전극 구조를 나타낸 도면으로, 각각 상부 기판과 하부 기판에 구비된 전극의 형상을 나타낸 도면이다. 이때, 전극의 설계 방법에 따라 상부 기판이 하부 기판이 될 수 있고, 마찬가지로, 상부 기판이 하부 기판이 될 수 있다.
디지타이저의 패턴 전극은 도 21의 실시예의 복수개의 전극 라인(17b)이 형성된 것처험 구비되고, 각각의 전극 라인(17b)은 인쇄의 방법을 사용하여 만들어 진다, 그리고 인쇄를 위하여서는 실버(Ag) 페이스트를 사용한다,
이때, 본원 발명에서는 상기 전극 라인(17b)이 눈에 관찰되지 않도록 얇게 만들어지는 것이 특징된다, 따라서, 상기 전극 라인(17b)의 폭은 0.1㎛ ∼50 ㎛ 이내로 한다. 그리고 상기 전극 라인(17b)의 두께는 10 ㎛를 넘지 않는 것이 좋다.
한편, 상기 전극 라인(17b)과 전극 라인(17b) 사이의 간격은 1mm에서 10mm 이내가 적당하다,
한편, 상기 실버(Ag) 페이스트 내에 실버(Ag)의 함량은 70 ∼ 90 중량% 로 하며, 상기 실버(Ag) 페이스트 내에 수지는 에폭시 계통 혹은 열 경화 수지가 사용된다.
즉, 상기 하부 기판(52a-2)에 인쇄의 방법으로 하부 전극(52a-4)이 형성되고, 상기 하부 전극(52a-4) 위에 코팅의 방법으로 절연막(52a-5)이 형성되며, 다시 상기 절연막(52a-5)에 인쇄의 방법으로 상부 전극(52a-3)이 형성되고, 상기 상부 전극(52a-3)위에 코팅의 방법으로 상부 기판(52a-1)이 형성된다.
아울러, 도 21에서는 액티브 에어리어(디지타이저 센서영역)(17d) 및 디지타이저 구동부와 연결되는 구동 연결부(17c)도 도시되었다.
도 22는 전극층이 위치하는 또 다른 실시예의 방법이다. 플렉서블 디스플레이 에서는 복수의 여러층이 존재하며, 따라서 층수를 줄이는 방법을 사용하는 것도 중요할 수 있다.
즉, 디지타이저층(52a) 내에서 상부 기판(52a-1)과 하부 기판(52a-1)을 생략하는 구조를 가지게 된다. 따라서, 인캡(50b)(도 14 및 도 14 설명 참조)층 위에 인쇄의 방법으로 하부 전극(52a-4)이 형성되고, 상기 하부 전극(52a-4) 위에 코팅의 방법으로 절연막(52a-5)이 형성되며, 다시 상기 절연막(52a-5)에 인쇄의 방법으로 내부 절연층(52b)(도 14 및 도 14 설명 참조)이 형성된다.
그리고, 상기 내부 절연층(52b) 위에 터치 전극(도 14에서 설명된 터치 층 내에 존재하는 전극) 형성되게 된다.
도 23은 디지타이저 층이 TFT층 아래에 구비되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
휴대용 디스플레이 장치는 투과도를 높이기 위한 방법을 찾는 것도 중요한 요인중에 하나가 된다. 따라서, 발광을 하게 되는 TFT 층(50a) 아래에 디지타이저 층이 위치하도록 한다면, 디지타이저 층(52a)에 의하여 투과도가 줄어들게 되는 단점을 보완할 수 있게 된다.
따라서, 인캡(50b) 위에 하부 전극 (52a-4)이 형성되고, 상기 하부 전극(52a-4) 위에 코팅의 방법으로 절연막(52a-5)이 형성되며, 다시 상기 절연막(52a-5)에 인쇄의 방법으로 상부 전극(52a-3)이 형성되고, 상기 상부 전극(52a-3)위에 중간 절연막(52e)를 코팅의 방법으로 형성한다.
한편, 본원 발명에서 절연막은 플렉서블 디스플레이를 제조하는 데 사용하는 통상의 절연막이 사용된다, 즉, 절연막의 소재를 나열하여 보면 아래와 같다.
한편, 절연막은 예컨대 유기 절연막으로 구비될 수 있다. 그러한 유기 절연막으로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴계 고분자, 폴리스티렌(PS), phenol그룹을 갖는 고분자 유도체, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자 및 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다.
아크릴계 유기물 또는 BCB(Benzocyclobutene) 등으로 형성될 수 있다.
실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 또는 실리콘옥시나이트라이드 등과 같은 무기물로 형성될 수 있다
실리콘옥사이드 또는 실리콘나이트라이드 등의 물질로 단층으로 형성되거나 또는 다층으로 형성될 수 있다.
PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등과 같은 플라스틱재 등, 다양한 재료로 형성된 것일 수 있다.
이때, 본원 발명에서는 절연막의 투과도와 두께를 지정할 수 있다.
디지타이저 층(52a)에서 상부 전극(52a-3)과 하부 전극(52a-4)사이에 절연막(52a-5)이 형성되며, 상기 절연막의 투과도는 90 % 이상은 되어야 하며, 충분하기로는 97 %에서 98%이상 유지하는 것이 더 바람직하다.
한편, 상기 절연막(52a-5)의 두께는 플렉서블 디스플레이 전체를 고려하여 정해져야 하며 0.1㎛에서 5 ㎛까지 혹은 10㎛ 까지가 적당하다. 그리고, 상기 절연막(52a-5)의 두께는 인캡(50b)의 두께 보다는 작아야 한다.
또한, 디지타이저 층(52a) 내에서 상부 기판(52a-1)과 하부 기판(52a-2)의 투과도와 두께도 상기 절연막(52a-5)의 투과도와 두께에 준하여 제작하게 된다. 즉, 상부 기판(52a-1)과 하부 기판(52a-2)의 투과도는 90 % 이상은 되어야 하며, 충분하기로는 97 %에서 98%이상 유지하는 것이 더 바람직하다. 그리고, 상기 상부 기판(52a-1)과 하부 기판(52a-2)의 두께는 0.1㎛에서 5 ㎛까지 혹은 10㎛ 까지가 적당하다. 그리고, 상기 절연막(52a-5)의 두께는 인캡(50b)의 두께 보다는 작아야 한다.
도 24내지 도 27은 본원 발명의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 24와 도 25에 도시된 바와 같이 두 개의 롤(100-1)(100-2)에 플렉서블 디스플레이(50')이 감겨진 상태로 존재하게 된다.
이때, 도 24내지 도 26에 도시된 디스플레이(50')는 다양한 기능을 가진 모든 필름과 초박막 글라스가 일체형으로 부착되어 있는 플렉서블 디스플레이(50‘)를 의미한다.
상기 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2)이 한 개의 쌍을 이루며, 제 1롤(100-1)에 감겨진 플렉서블 디스플레이(50')가 제 2 롤(100-2)로 옮겨질 수 있고, 제 2롤(100-2)에 감겨진 플렉서블 디스플레이(50')가 제 1 롤(100-1)로 옮겨질 수 있다.
이때, 롤(100-1)(100-2)은 원통형으로, 일정한 폭을 가지는 필름인 플렉서블 디스플레이(50')을 감을 수 있다.
또한, 한편으로는 도25에 도시된 화살표의 방향 표시처럼 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2)의 거리가 서로 가까워지는 방법으로, 상기 제 1과 제 2 롤에 플렉서블 디스플레이(50')가 감겨질 수 있다.
이때, 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2)의 거리가 서로 가까워지거나 멀어지는 방법이 존재하고, 이때, 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2) 중에서 하나의 롤만 이동하는 방법이 있고, 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2) 모두 이동하는 방법이 있다.
또한, 거리가 가까워지면 상기 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2) 모두에 플렉서블 디스플레이(50‘)가 감겨지겨나 풀려질 수 있고, 또한 상기 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2) 중에서 하나의 롤에만 플렉서블 디스플레이(50')가 감겨지겨나 풀려질 수 있다.
도 26는 상기 제 1 롤(100-1)과 제 2 롤(100-2) 중에서 적어도 하나의 롤에 플렉서블 디스플레이(50‘)가 감겨지는 방법을 나타낸 도면이다. 상기 제1과 제 2 롤(100-1)(100-2)의 직경을 D2라고 하고, 플렉서블 디스플레이(50')가 최대한 감겨진(제 1롤과 제 2 롤(100-1)(100-2) 사이의 거리가 가장 가까워진 상태) 상태의 직경을 D1(최대한 감겨진 플렉서블 디스플레이의 복수층의 두께와 롤(100-1)(100-2)의 직경이 모두 합쳐진 값)이라고 하고, 플렉서블 디스플레이(50')의 두께를 T라고 한다.
도 27은 롤에 감겨진 플렉서블 디스플레이의 평면도를 나타낸 도면이다. 도 27의 왼쪽 도면은 제 1롤과 제 2 롤(100-1)(100-2) 사이의 거리가 가장 가까워진 상태의 도면이고, 도 27의 오른쪽 도면은 제 1롤과 제 2 롤(100-1)(100-2) 사이의 거리가 가장 멀어진 상태의 도면이다.
두 개의 롤(100-1)(100-2)이 가장 가까워진 상태에서 펼쳐진 플렉서블 디스플레이의 폭의 길이를 L1이라고 하고, 두 개의 롤(100-1)(100-2)이 가장 멀어진 상태에서 펼쳐진 플렉서블 디스플레이의 폭의 길이를 L2라고 할 수 있다.
그러면, 도 26과 도27에 의하여 다음의 수식이 성립된다.
L2 - L1 = 2π(D/2) + 2π(D/2 + T) + 2π(D/2 + 2T) + - - - + 2π(D/2 + nT)
T는 플렉서블 디스플레이 두께임.
이때, 상기 L1과 L2의 값은 실제 스마트폰의 폭의 값이 고려되어야 하고, 스마트폰의 폭의 길이는 큰 경우는 100mm 가 될 수 있으며, 따라서 L2의 값은 200 mm로 정할 수 있다, 그리고 L1의 값은 스마트폰 폭의 1/5인 20mm로 정할 수 있다. 따라서, L2 - L1 의 최대 값은 180m이다.
한편 L2 - L1 의 최소 값은 롤러블 효과에 의하여 스마트폰의 폭의 2 배만 증가 증가된다고 가정하고, 스마트폰의 폭의 크기도 10cm 가 아니고, 5cm 로 적을 수 있으며, 롤러블 효과에 의하여 스마트폰의 크기가 2배만 증가된다고 가정하면, L2 - L1 의 최소 값은 50mm이다,
따라서, 상기 50mm와 180 mm를 상기 수식에 대입해 볼 수 있다.
그리고 본원 발명에서 사용하는 초 박막 글라스(10)의 R 값은 1.5 이며, 현실적인 구조를 고려하여 D2의 값은 2mm로 할 수 있다. 물론 스마트폰 기기의 두께를 고려하여 D2값을 20mm로 할 수 있다.
그러면 상기 수식은 다음과 같이 된다.
180 = L2 - L1 = 2π(D/2) + 2π(D/2 + T) + 2π(D/2 + 2T) + - - - + 2π(D/2 + nT) = 2π(D/2) + 2π n (D/2) + 2π((n+1)n/2) -- (1)
50 = L2 - L1 = 2π(D/2) + 2π(D/2 + T) + 2π(D/2 + 2T) + - - - + 2π(D/2 + nT) = 2π(D/2) + 2π n (D/2) + 2π((n+1)n/2) -----(2)
즉. n의 값의 범위는 상기 (1) 식에서 구하여지는 n 값과 상기 (2)식에서 구하여지는 n 값 사이에 존재한다. 그리고 상기 n은 상기 제 1 롤(100-1) 혹은 제 2 롤(100-2)에 플렉서블 디스플레이(50')가 감겨지게 되는 횟수의 범위이다.
참고적으로 롤(100-1)(100-2)의 두께가 2mm에서 20mm까지 실제로 사용 될 수 있고, 사용되는 상기 롤(100-1)(100-2)의 두께를 반영하여 상기 식(1)(2)에 적용하면 n 값의 범위가 구해지게 된다.
즉, 롤(100-1)(100-2)의 두께가 2mm 일 때, 상기 (1) 식과 (2)식에 2 값을 대입하면, n 의 범위가 구해지게 된다는 의미이다. 그리고, 상기 롤(100-1)(100-2)의 두께가 20mm 일 때, 상기 (1) 식과 (2)식에 20 값을 대입하면 값이 구해진다는 의미이다. 결과적으로 롤(100-1)(100-2)의 직경 값에 의하여 플렉서블 디스플레이(50')가 롤(100-1)(100-2)에 감겨지는 횟수 n 값이 정해지게 된다.
10 : 초 박막 글라스 20 : 고정 기판
20 : 카메라 홀 26 : SUS
25 : 베이스 필름 52 : 입력장치부
52a : 디지타이저 층 52b : 내부 절연층
52c : 터치 층 52d : 외부 절연층
50 : 디스플레이부 50a : TFT 층
50b : 인캡 70 : 테스트 기판
71 : 테스트 돌기 10-1, 10-2 : 제 1, 2 초 박막 글라스
20-1, 20-2 제 1,2 고정기판 15 : 접착제
55 : 카메라 52a-1 : 상부 기판
52a-2 : 하부 기판 52a-3 : 상부 전극
52a-4 : 하부 전극 52a-5 : 절연막

Claims (11)

  1. 인폴딩(In folding) 방식 스마트폰의 디스플레이에 사용되는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스 에서,
    상기 초 박막 글라스의 두께는 15 ㎛ ∼ 70 ㎛ 이고,
    상기 초 박막 글라스는 승온단계, 에이징 단계, 냉각 단계를 통화여 강화되는 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초 박막 글라스의 응역은 450 Mpa ∼ 800 Mpa 인 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 초 박막 글라스의 탄성한도는 1.5 % 에서 5 %인 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 초 박막 글라스 측면이 모서리를 가공할 때,
    상기 초박막 글라스의 경계에서 식각이 이루어지는 거리를 L이라 하고, 상기 초 박막 글라스의 두께를 T 라고 할 때, 상기 L 값과 T 값의 비는
    1/6 ≤ L/T ≤ 1/2
    인 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 초 박막 글라스의 표면을 코팅하는 코팅의 두께는
    1/30 ≤ T1(코팅의 두꼐)/T(초 박막 글라스의 두께) ≤ 15/30
    인 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 초 박막 글라스를 강화하기 위하여 열처히 하는 공정 중에서, 냉각 속도는 냉각 속도는 1분당 7.5℃ 에서 1 분당 25℃ 까지 인것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 플렉서블 디시플레이와 초 박막 글라스 사이에 입력장치부가 구비되고, 상기 입력장치 부에는 터치 패널 층과 디지타이저 층이 구비되는 것을 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 입력장치부 내부에서 터치 패널 층과 디지타이저 층이 구비될 때, 상기 터치 패널 층이 상기 디지타이저 층보다 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 디스플레이 부에는 TFT 층과 인캡 층이 존재하고,
    상기 터치 패널 층에는 터치 패널 전극 층(52c)이 포함되고, 상기 디지타이저 층에는 디지타이저 전극 (52a)층이 포함되고, 상기 터치 패널 전극 층(52c)과 디지타이저 전극 (52a)층 사이에는 내부 절연층(52b)가 존재할 때,
    상기 내부 절연층(52b)의 두께는 인캡의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 플렉서블 디스플레이가 접힘과 펼침이 가능하도록 지지하는 고정 기판 내에 빛의 투과가 가능한 카메라 홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 플렉서블 디스플레이에 SUS 층 혹은 합금 금속층이 존재할 때, 상기 SUS 층 혹은 합금 금속층 내에 빛의 투과가 가능한 카메라 홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 디지타이저가 구비된 플렉서블 디스플레이 표면을 보호하는 초 박막 글라스.
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