KR20220043700A - 연신 소자 시스템 및 전자 장치 - Google Patents

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KR20220043700A
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이계황
윤영준
정종원
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삼성전자주식회사
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Abstract

연신층, 상기 연신층의 하부 또는 상부에 위치하는 복수의 단위 소자, 그리고 상기 연신층보다 높은 탄성 모듈러스를 가지고 기하학적으로 연신될 수 있는 연신 제어층을 포함하는 연신 소자 시스템 및 전자 장치에 관한 것이다.

Description

연신 소자 시스템 및 전자 장치{STRETCHABLE DEVICE SYSTEM AND ELECTRONIC DEVICE}
연신 소자 시스템 및 전자 장치에 관한 것이다.
근래, 표시 소자 또는 스마트 피부 장치, 소프트 로봇 및 생체 의학 장치와 같은 생체 소자를 피부 또는 의복에 직접 부착하는 부착형 소자에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 부착형 소자는 부착되는 물체의 형상 또는 생체의 움직임에 따라 유연하게 연신될 수 있고 원래 상태로 복구할 수 있는 연신성이 요구된다.
이러한 연신성을 부여하기 위하여 높은 연신성을 가진 연신층이 사용될 수 있다. 그러나 연신층의 높은 연신성을 기초로 사용자가 임의로 연신하는 경우 소자의 연신 한계를 초과하여 소자가 영구적으로 손상될 수 있다.
일 구현예는 연신성을 확보하면서도 소자의 손상을 줄이거나 방지할 수 있는 연신 소자 시스템을 제공한다.
다른 구현예는 상기 연신 소자 시스템을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또 다른 구현예는 연신 소자 시스템용 보호 필름을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 연신층, 상기 연신층의 하부 또는 상부에 위치하는 복수의 단위 소자, 그리고 상기 연신층보다 높은 탄성 모듈러스를 가지고 기하학적으로 연신될 수 있는 연신 제어층을 포함하는 연신 소자 시스템을 제공한다.
상기 연신 제어층은 상기 연신층의 상부, 하부 또는 내부에 위치하고 상기 단위 소자와 분리되어 있을 수 있다.
상기 연신 제어층은 전체적으로 연결되어 있는 패턴을 포함할 수 있다.
상기 연신 제어층은 기하학적 격자 패턴을 포함할 수 있다.
상기 연신 제어층의 적어도 일부는 구불구불하거나 지그재그 모양을 가질 수 있다.
상기 연신 제어층은 상기 복수의 단위 소자와 각각 중첩하게 위치하는 복수의 제1 패턴, 그리고 상기 인접한 제1 패턴 사이를 연결하는 제2 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제1 패턴은 상기 단위 소자의 모든 가장자리를 덮는 크기를 가질 수 있다.
상기 제2 패턴은 기하학적 격자 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제2 패턴은 구불구불하거나 지그재그 모양을 가질 수 있다.
상기 연신 제어층은 고분자를 포함할 수 있다.
상기 연신층은 제1 탄성체를 포함할 수 있고, 상기 연신 제어층은 상기 제1 탄성체보다 높은 탄성 모듈러스를 가진 제2 탄성체 또는 비탄성체를 포함할 수 있다.
상기 제1 탄성체는 스타이렌 구조 단위, 올레핀 구조 단위, 우레탄 구조 단위, 에테르 구조 단위 및 이들의 조합에서 선택된 제1 구조 단위와 에틸렌 구조 단위, 프로필렌 구조 단위, 부틸렌 구조 단위, 이소부틸렌 구조 단위, 부타디엔 구조 단위, 이소프렌 구조 단위 및 이들의 조합에서 선택된 제2 구조 단위를 포함하는 공중합체; 폴리우레탄; 폴리오가노실록산; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 제2 탄성체 또는 상기 비탄성체는 폴리스타이렌, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 탄성체와 상기 제2 탄성체 또는 상기 비탄성체는 적어도 하나의 구조 단위를 공통적으로 포함하는 중합체일 수 있다.
상기 연신 소자 시스템은 인접한 상기 단위 소자를 전기적으로 연결하는 연결 배선을 더 포함할 수 있고, 상기 연신 제어층의 적어도 일부는 상기 연결 배선과 중첩할 수 있다.
상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 상기 연신층의 탄성 모듈러스보다 약 10배 내지 1000배 높을 수 있다.
상기 연신층의 탄성 모듈러스는 약 102 Pa 이상 108 Pa 미만일 수 있고, 상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 약 108 Pa 내지 1010 Pa일 수 있고, 상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 상기 연신층의 탄성 모듈러스보다 약 10배 이상 높을 수 있다.
상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 상기 단위 소자의 탄성 모듈러스보다 낮거나 같을 수 있다.
상기 연신 층은 상기 단위 소자를 지지하는 연신 기판, 상기 단위 소자를 덮는 보호층 또는 패시베이션 층, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 단위 소자는 발광 소자, 흡광 소자, 트랜지스터, 저항 소자, 이미징 소자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 연신 소자 시스템은 표시 패널 또는 센서일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 연신 소자 시스템을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 탄성체를 포함하는 연신층, 그리고 상기 연신층의 하부, 상부 또는 내부에 위치하는 연신 제어층을 포함하고, 상기 연신 제어층은 상기 제1 탄성체보다 높은 탄성 모듈러스를 가진 제2 탄성체 또는 비탄성체를 포함하고 기하학적으로 연신될 수 있는 연신 소자 시스템용 보호 필름을 제공한다.
상기 연신 제어층은 전체적으로 연결되어 있는 패턴을 포함할 수 있고, 상기 패턴은 기하학적 격자 패턴, 구불구불하거나 지그재그 모양을 가진 패턴 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
연신성을 확보하면서도 소자의 손상을 줄이거나 방지할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 연신 소자 시스템의 단위 소자의 배열의 일 예를 보여주는 평면도이고,
도 2는 도 1의 연신 소자 시스템을 II-II 선에 따라 자른 단면도이고,
도 3은 도 1의 연신 소자 시스템에 적용된 연신 제어층의 기하학적으로 연신될 수 있는 구조의 일 예를 보여주는 평면도이고,
도 4는 도 3의 연신 제어층의 기하학적으로 연신될 수 있는 구조에서 구불구불하거나 지그재그 모양의 패턴의 예들을 보여주는 개략도이고,
도 5 및 6은 도 1의 연신 소자 시스템에 적용된 연신 제어층의 기하학적 패턴의 예들을 보여주는 평면도이고,
도 7은 도 5 및 6의 연신 제어층의 기하학적 연신 패턴에서 다양한 도형들의 예들을 보여주는 개략도이고,
도 8은 도 1의 연신 소자 시스템의 일 예에 따른 스트레인-스트레스 그래프이고,
도 9는 피부형 표시 패널의 일 예를 보여주는 개략도이고,
도 10 및 11은 생체 센서의 예들을 보여주는 개략도이고,
도 12는 일 구현예에 따른 헬스 케어 장치의 일 예를 도시한 개략도이고,
도 13은 실시예 1 내지 3에 따른 기하학적 연신 가능한 구조의 스트레인-스트레스 그래프이고,
도 14는 기하학적 연신 가능한 구조의 탄성 모듈러스에 따른 스트레인-스트레스 그래프이고,
도 15는 실시예 8에 따른 연신 시스템을 10% 스트레인으로 연신할 때의 형상의 z축 변화 시뮬레이션 이미지이고,
도 16은 실시예 8에 따른 연신 시스템을 60% 스트레인으로 연신할 때의 형상의 z축 변화 시뮬레이션 이미지이고,
도 17은 실시예 9에 따른 연신 시스템의 광학 현미경 사진이고,
도 18은 실시예 10 내지 12에 따른 연신 시스템의 스트레인-스트레스 그래프이다.
이하, 구현예에 대하여 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실제 적용되는 구조는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하에서 ‘조합’이란 혼합 및 둘 이상의 적층 구조를 포함한다.
이하 일 구현예에 따른 연신 소자 시스템을 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 연신 소자 시스템의 단위 소자의 배열의 일 예를 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1의 연신 소자 시스템을 II-II 선에 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 연신 소자 시스템(100)은 연신 층(110), 복수의 단위 소자(200), 연결 배선(127), 그리고 연신 제어층(300)을 포함한다.
연신층(110)은 소정 방향으로 연신될 수 있고 다시 복원될 수 있는 연신성을 가질 수 있고, 소정의 방향으로 비틀고 누르고 잡아당기는 것과 같은 외력 또는 외부의 움직임에 유연하게 대응할 수 있다.
연신층(110)은 비교적 낮은 강성도(stiffness)를 가질 수 있다. 여기서 강성도는 외부로부터 힘을 받았을 때 변형에 대한 저항의 정도를 나타내는 것으로, 강성도가 상대적으로 높다는 것은 변형에 대한 저항이 상대적으로 커서 변형이 작은 것을 의미하고 강성도가 상대적으로 낮다는 것은 변형에 대한 저항이 상대적으로 작아서 변형이 큰 것을 의미한다. 강성도는 탄성 모듈러스(elastic modulus)로부터 평가할 수 있으며, 높은 탄성 모듈러스는 높은 강성도를 의미할 수 있고 낮은 탄성 모듈러스는 낮은 강성도를 의미할 수 있다. 탄성 모듈러스는 예컨대 영스 모듈러스(Young’s modulus)일 수 있다. 연신층(110)은 비교적 낮은 탄성 모듈러스를 가질 수 있고, 연신층(110)의 탄성 모듈러스는 예컨대 약 108 Pa 미만일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 102 Pa 이상 108 Pa 미만, 약 102 Pa 내지 107 Pa 또는 약 102 Pa 내지 106 Pa일 수 있다.
연신층(110)은 비교적 낮은 탄성 모듈러스로 인해 비교적 높은 연신율을 가질 수 있다. 여기서 연신율은 초기 길이에 대한 파단 시점(breaking point)까지 늘어난 길이 변화의 백분율일 수 있다. 연신층(110)의 연신율은 약 50% 이상일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 80% 이상, 약 100% 이상, 약 120% 이상, 약 150% 이상, 약 200% 이상, 약 250% 이상 또는 약 300% 이상일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 50% 내지 1000%, 약 80% 내지 1000%, 약 100% 내지 1000%, 약 120% 내지 1000%, 약 150% 내지 1000%, 약 200% 내지 1000%, 약 250% 내지 1000% 또는 약 300% 내지 1000%일 수 있다.
연신층(110)은 탄성체를 포함할 수 있고, 예컨대 유기 탄성체, 유무기 탄성체, 무기 탄성체형 물질(inorganic elastomer-like material) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
연신층(110)은 예컨대 스타이렌 구조 단위, 올레핀 구조 단위, 우레탄 구조 단위, 에테르 구조 단위, 에틸렌 구조 단위, 프로필렌 구조 단위, 부틸렌 구조 단위, 이소부틸렌 구조 단위, 부타디엔 구조 단위, 이소프렌 구조 단위 또는 이들의 조합; 오가노실록산 구조 단위; 또는 이들의 조합을 포함하는 탄성체일 수 있다.
연신층(110)은 예컨대 스타이렌 구조 단위, 올레핀 구조 단위, 우레탄 구조 단위, 에테르 구조 단위 및 이들의 조합에서 선택된 제1 구조 단위와 에틸렌 구조 단위, 프로필렌 구조 단위, 부틸렌 구조 단위, 이소부틸렌 구조 단위, 부타디엔 구조 단위, 이소프렌 구조 단위 및 이들의 조합에서 선택된 제2 구조 단위를 포함하는 공중합체; 폴리우레탄; 폴리오가노실록산; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
연신층(110)은 예컨대 스타이렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber, SBR), 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(styrene-ethylene-butylene-styrene, SEBS), 스타이렌-에틸렌-프로필렌-스타이렌(styrene-ethylene-propylene-styrene, SEPS), 스타이렌-부타디엔-스타이렌(styrene-butadiene-styrene, SBS), 스타이렌-이소프렌-스타이렌(styrene-isoprene-styrene, SIS), 스타이렌-이소부틸렌-스타이렌(styrene-isobutylene-styrene, SIBS), 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
연신층(110)은 하부 연신층(110a)과 상부 연신층(110b)을 포함할 수 있다. 하부 연신층(110a)은 예컨대 단위 소자(200)를 지지하는 연신 기판일 수 있다. 상부 연신층(110a)은 예컨대 단위 소자(200)를 덮는 연신 보호층 및/또는 연신 패시베이션 층일 수 있다.
단위 소자(200)는 하부 연신층(110a) 위에 배열되어 있으며, 예컨대 행 및/또는 열을 따라 배열되어 어레이(array)(200A)를 형성할 수 있다. 복수의 단위 소자(200)는 예컨대 바이어 매트릭스(Bayer matrix), 펜타일 매트릭스(PenTile matrix) 및/또는 다이아몬드 매트릭스(diamond matrix) 등으로 배열될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 단위 소자(200)는 서로 같거나 다를 수 있으며 각 단위 소자(200)는 예컨대 유기 발광 소자, 무기 발광 다이오드, 양자점 발광 다이오드, 마이크로 발광 다이오드 또는 페로브스카이트 발광 다이오드와 같은 발광 소자; 포토다이오드 또는 광전 변환 소자와 같은 흡광 소자; 박막 트랜지스터와 같은 트랜지스터; 저항 소자; 이미징 소자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 각 단위 소자(200)는 전극과 같은 도전체, 활성층과 같은 반도체 및 절연체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 각 단위 소자(200)는 적색, 녹색, 청색 또는 이들의 조합을 독립적으로 표시하는 발광 소자를 포함할 수 있다. 예컨대 발광 소자는 한 쌍의 전극과 한 쌍의 전극 사이에 위치하고 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역, 청색 파장 영역, 적외선 파장 영역 또는 이들의 조합의 광을 발광하는 발광층을 포함할 수 있다.
일 예로, 각 단위 소자(200)는 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역, 청색 파장 영역, 적외선 파장 영역 또는 이들의 조합의 광을 흡수하는 흡광 소자를 포함할 수 있다. 예컨대 흡광 소자는 한 쌍의 전극과 한 쌍의 전극 사이에 위치하고 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역, 청색 파장 영역, 적외선 파장 영역 또는 이들의 조합의 광을 흡수하는 흡광층을 포함할 수 있다.
일 예로, 복수의 단위 소자(200)는 행 및/또는 열을 따라 교대로 배열된 복수의 발광 소자와 복수의 흡광 소자를 포함할 수 있다.
일 예로, 각 단위 소자(200)는 하나 이상의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터는 예컨대 스위칭 트랜지스터 및/또는 구동 트랜지스터를 포함할 수 있다. 스위칭 트랜지스터는 게이트선 및 데이터선에 전기적으로 연결되어 있으며, 게이트선에 연결되어 있는 제1 게이트 전극; 데이터선에 연결되어 있는 제1 소스 전극; 제1 소스 전극과 마주하는 제1 드레인 전극; 및 제1 소스 전극과 제1 드레인 전극에 각각 전기적으로 연결되어 있는 제1 반도체를 포함할 수 있다. 구동 트랜지스터는 제1 드레인 전극에 전기적으로 연결되어 있는 제2 게이트 전극; 구동 전압선에 연결되어 있는 제2 소스 전극; 제2 소스 전극과 마주하는 제2 드레인 전극; 제2 소스 전극과 제2 드레인 전극에 각각 전기적으로 연결되어 있는 제2 반도체를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 반도체와 제2 반도체는 각각 반도체 물질과 탄성체를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 반도체와 제2 반도체는 각각 유기 반도체 물질과 탄성체를 포함할 수 있다.
도면에서는 모든 단위 소자(200)가 동일한 크기를 가지는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 하나 이상의 단위 소자(200)는 다른 단위 소자(200)보다 크거나 작을 수 있다. 도면에서는 모든 단위 소자(200)가 동일한 모양을 가지는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 하나 이상의 단위 소자(200)는 다른 단위 소자(200)와 다른 모양을 가질 수 있다.
연결 배선(127)은 인접한 단위 소자(200) 사이에 위치하여 인접한 단위 소자(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 연결 배선(127)은 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 행 및/또는 열을 따라 배열된 단위 소자(200) 사이에서 행 방향(예컨대 x방향) 및 열 방향(예컨대 y방향)을 따라 배열되어 있을 수 있다. 연결 배선(127)은 신호선(도시하지 않음)에 연결되어 있을 수 있으며, 신호선은 예컨대 게이트 신호(또는 주사 신호)를 전달하는 게이트선, 데이터 신호를 전달하는 데이터선, 구동 전압을 인가하는 구동 전압선 및/또는 공통 전압을 인가하는 공통 전압선을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
연결 배선(127)은 예컨대 저저항 도전체를 포함할 수 있으며, 예컨대 은, 금, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 도면에서는 편의상 연결 배선(127)이 직선 형태로 도시되었으나 이에 한정되지 않고 구불구불하거나 지그재그 모양을 가질 수도 있다. 일 예로, 연결 배선(127)은 후술하는 연신 제어층(300)의 적어도 일부분과 동일한 모양을 가질 수 있다. 연결 배선(127)은 생략될 수 있다.
연신 제어층(300)은 연신층(110)과 중첩하게 위치할 수 있으며 단위 소자(200)와 분리되어 있다. 일 예로, 연신 제어층(300)은 연신층(110)의 적어도 일부와 맞닿아 있을 수 있다. 도 2에서는 연신 제어층(300)이 상부 연신층(110b)의 내부에 매립되어 있는 일 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 연신 제어층(300)은 하부 연신층(110a)의 하부, 상부 및/또는 내부, 또는 상부 연신층(110b)의 하부, 상부 및/또는 내부에 위치할 수 있다.
연신 제어층(300)은 연신 소자 시스템(100)의 연신성을 제어할 수 있다.
연신 소자 시스템(100)은 소정 스트레인 영역에서 부착되는 물체의 형상 또는 생체의 움직임에 따라 유연하게 연신될 수 있는 동시에 단위 소자(200)가 손상될 수 있는 정도의 높은 스트레인에서는 더 이상 연신되지 않도록 연신성을 제어할 필요가 있다. 이러한 연신 소자 시스템(100)의 연신성은 연신 제어층(300)에 의해 제어될 수 있다.
연신 제어층(300)은 소정의 연신 범위(스트레인 범위)에서는 연신층(110)과 마찬가지로 높은 연신성을 가질 수 있으나, 소정의 연신 범위를 초과하는 경우, 예컨대 임계 스트레인을 초과하는 경우에는 연신에 따른 높은 스트레스가 작용하여 사용자가 연신 한계를 인지할 수 있도록 한다. 여기서 연신 제어층(300)의 임계 스트레인은 단위 소자(200)의 연신성 정도에 따라 결정될 수 있으며, 단위 소자(200)의 연신성이 비교적 작은 경우 연신 제어층(300)의 임계 스트레인은 낮을 수 있고 단위 소자(200)의 연신성이 비교적 큰 경우 연신 제어층(300)의 임계 스트레인은 높을 수 있다.
연신 제어층(300)의 연신성은 연신층(110)의 연신성보다 낮을 수 있으며, 이에 따라 연신 소자 시스템(100)에 소정의 스트레인이 적용될 때 연신층(110)의 임계 스트레인에 도달하기 전에 연신 제어층(300)의 임계 스트레인에 먼저 도달하여 사용자가 연신 한계를 인지할 수 있도록 할 수 있고 이에 따라 과도한 연신에 의해 단위 소자(200)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 연신 소자 시스템(100)의 임계 스트레인은 연신 제어층(300)의 임계 스트레인에 의해 결정될 수 있다.
만일 연신 제어층(300)이 없는 경우, 연신 소자 시스템(100)의 연신성은 높은 연신성을 가진 연신층(110)에 의해 결정될 수 있으며, 이러한 연신층(110)의 높은 연신성을 기초로 사용자가 임의로 연신하는 경우 단위 소자(200)의 연신 한계를 초과하여 원래의 상태로 복원되더라도 단위 소자(200)가 영구적으로 손상될 수 있다. 연신 제어층(300)은 사용자에게 연신 한계를 인지할 수 있도록 하여 이러한 단위 소자(200)의 손상을 미리 방지할 수 있다.
연신 제어층(300)은 기하학적으로 연신될 수 있는 구조를 가지는 한편 구조적으로 완전히 연신된 경우에는 임계 스트레인을 초과해서 더 이상 연신되지 않도록 높은 탄성 모듈러스를 가짐으로써 전술한 바와 같이 소정의 연신 범위(스트레인 범위)에서 높은 연신성을 가지고 소정의 연신 범위를 초과하는 경우 높은 스트레스가 작용하도록 할 수 있다.
먼저, 연신 제어층(300)은 소정의 연신 범위에서 기하학적으로 연신될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 소정의 연신 범위에서 연신 소자 시스템(100)의 연신성의 방해 없이 연신층(110)과 동등한 수준의 연신성을 제공할 수 있다. 한편, 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 완전히 연신(이완)된 경우 더 이상 연신될 수 없다. 예컨대 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 소정의 연신 범위에서 쉽게 늘어나면서 연신성을 제공할 수 있고 늘어날 수 있는 범위를 초과할 때 더 이상 연신될 수 없다. 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 연신에 의한 구조 변형으로 연신될 수 있는 구조로, 전체적으로 연결되어 있는 선 및/또는 패턴을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 연신 소자 시스템에 적용된 연신 제어층의 기하학적으로 연신될 수 있는 구조의 일 예를 보여주는 평면도이고, 도 4는 도 3의 연신 제어층의 기하학적으로 연신될 수 있는 구조에서 구불구불하거나 지그재그 모양의 패턴의 예들을 보여주는 개략도이고, 도 5 및 6은 도 1의 연신 소자 시스템에 적용된 연신 제어층의 기하학적 패턴의 예들을 보여주는 평면도이고, 도 7은 도 5 및 6의 연신 제어층의 기하학적 연신 패턴에서 다양한 도형들의 예들을 보여주는 개략도이다.
도 3 및 4를 참고하면, 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 구불구불하거나 지그재그 모양을 가질 수 있다. 예컨대 구불구불하거나 지그재그 선들은 반원 모양(half circle)(도 4의 (a)), 사인파 모양(sinusoidal)(도 4의 (b)), 지그재그 모양(zigzag) 또는 이들의 조합일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이러한 구불구불하거나 지그재그 모양은 연신시 연신 제어층(300)에 유연성을 제공할 수 있다.
도 3을 도 1과 함께 참고하면, 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 복수의 단위 소자(200)와 각각 중첩하게 위치하는 제1 패턴(300a)과 인접한 제1 패턴(300a) 사이를 연결하는 제2 패턴(300b)을 포함할 수 있다. 제1 패턴(300a)은 단위 소자(200)의 모든 가장자리를 덮을 수 있는 충분한 크기를 가질 수 있으며 이에 따라 단위 소자(200)의 가장자리에 집중되는 스트레인을 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있다. 제2 패턴(300b)은 전술한 구불구불하거나 지그재그 모양을 가질 수 있으며 예컨대 도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 모양을 가질 수 있다. 제2 패턴(300b)은 연결 배선(127)과 중첩할 수 있고, 일 예로 제2 패턴(300b)은 연결 배선(127)과 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
도 5 내지 7을 참고하면, 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 기하학적 격자 패턴을 포함할 수 있다. 기하학적 격자 패턴은 연신 제어층(300)의 전면에 걸쳐 반복적으로 배치된 격자 무늬, 도형 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 예로, 도 5 및 7을 참고하면, 기하학적 격자 패턴은 예컨대 제1 방향으로 뻗은 제1 선들과 제1 방향과 다른 제2 방향으로 뻗은 제2 선들이 교차하고 제1 선들 및/또는 제2 선들에 유연성을 제공할 수 있는 소정의 도형이 배치된 구조일 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 예컨대 수직일 수 있다. 도형은 도 7에 도시된 바와 같이 속빈 원형 또는 속빈 다각형일 수 있으며, 소정 방향으로 연신시 연신 제어층(300)에 유연성을 제공할 수 있다.
도 5를 도 1과 함께 참고하면, 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 복수의 단위 소자(200)와 각각 중첩하게 위치하는 제1 패턴(300a)과 인접한 제1 패턴(300a) 사이를 연결하는 제2 패턴(300b)을 포함할 수 있다. 제1 패턴(300a)은 단위 소자(200)의 모든 가장자리를 덮을 수 있는 충분한 크기를 가질 수 있으며 이에 따라 단위 소자(200)의 가장자리에 집중되는 스트레인을 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있다. 제2 패턴(300b)은 전술한 기하학적 격자 패턴일 수 있다.
일 예로, 도 6 및 7을 참고하면, 기하학적 격자 패턴은 연신 제어층(300)에 유연성을 제공할 수 있는 소정의 도형에 사방으로 연결된 선들이 배치된 구조일 수 있다. 도형은 도 7에 도시된 바와 같이 속빈 원형 또는 속빈 다각형일 수 있으며, 소정 방향으로 연신시 연신 제어층(300)에 유연성을 제공할 수 있다. 도 6을 참고하면, 기하학적으로 연신될 수 있는 구조는 인접한 단위 소자(200) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 연신 제어층(300)은 연신층(110)보다 높은 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 이에 따라 연신 제어층(300)이 기하학적으로 연신될 수 있는 구조에 의한 연신 범위를 초과하는 경우 연신 제어층(300)의 높은 탄성 모듈러스에 의해 높은 스트레스가 작용하여 사용자가 연신 한계를 인지할 수 있고 추가적인 연신이 제한될 수 있다.
연신 제어층(300)의 탄성 모듈러스는 연신층(110)의 탄성 모듈러스보다 약 10배 이상 높을 수 있고, 상기 범위 내에서 약 50배 이상, 약 100배 이상, 약 200배 이상 또는 약 300배 이상 높을 수 있고, 약 10배 내지 1000배, 약 50배 내지 1000배, 약 100배 내지 1000배, 약 200배 내지 1000배 또는 약 300배 내지 1000배 높을 수 있다. 한편, 연신 제어층(300)의 탄성 모듈러스는 단위 소자(200)의 탄성 모듈러스보다 낮을 수 있다. 연신 제어층(300)의 탄성 모듈러스는 예컨대 약 108 Pa 이상일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 5x108Pa 이상 또는 약 109Pa 이상일 수 있고, 약 108 Pa 내지 1010 Pa, 약 5x108 Pa 내지 1010 Pa 또는 약 109 Pa 내지 1010 Pa일 수 있다.
연신 제어층(300)은 연신층(110)에 포함된 탄성체보다 높은 탄성 모듈러스를 가진 탄성체 또는 비탄성체를 포함할 수 있다. 연신 제어층(300)은 예컨대 고분자를 포함할 수 있으며, 예컨대 폴리스타이렌, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또는 연신 제어층(300)은 전술한 연신층(110)에 포함된 탄성체, 예컨대 스타이렌-부타디엔 러버(SBR), 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS), 스타이렌-에틸렌-프로필렌-스타이렌(SEPS), 스타이렌-부타디엔-스타이렌(SBS), 스타이렌-이소프렌-스타이렌(SIS), 스타이렌-이소부틸렌-스타이렌(SIBS), 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 이들의 조합의 경화시 높은 함량의 경화제 및/또는 다관능 경화제를 첨가하여 얻어진 높은 탄성 모듈러스의 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서 다관능 경화제는 복수의 작용기를 가질 수 있으며, 예컨대 4개 이상, 6개 이상 또는 8개 이상의 작용기를 가질 수 있다.
일 예로, 연신층(110)과 연신 제어층(300)은 적어도 하나의 구조 단위를 공통적으로 포함할 수 있으며, 예컨대 스타이렌 구조 단위, 올레핀 구조 단위, 우레탄 구조 단위, 에테르 구조 단위 또는 이들의 조합을 공통적으로 포함할 수 있다. 이에 따라 연신층(110)과 연신 제어층(300)의 접착성을 개선시켜 연신층(110)으로부터 연신 제어층(300)이 분리되거나 탈착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 예컨대 연신층(110)과 연신 제어층(300)은 스타이렌 구조 단위를 공통적으로 포함할 수 있고, 연신층(110)은 예컨대 스타이렌-부타디엔 러버(SBR), 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS), 스타이렌-에틸렌-프로필렌-스타이렌(SEPS), 스타이렌-부타디엔-스타이렌(SBS), 스타이렌-이소프렌-스타이렌(SIS), 스타이렌-이소부틸렌-스타이렌(SIBS) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고 연신 제어층(300)은 폴리스타이렌을 포함할 수 있다.
이와 같이 연신 제어층(300)은 기하학적으로 연신될 수 있는 구조 및 높은 탄성 모듈러스에 의해 소정의 연신 범위 내에서는 연신성을 제공하는 동시에 소정의 연신 범위를 초과하는 경우에는 연신에 따른 높은 스트레스로 인해 사용자가 연신 한계를 인지할 수 있도록 한다. 이에 따라 연신층(110)의 임계 스트레인에 도달하기 전에 연신 제어층(300)의 임계 스트레인에 먼저 도달하여 연신 소자 시스템(100)의 연신을 제어할 수 있고 궁극적으로 과도한 연신에 의한 단위 소자(200)의 손상을 방지할 수 있다.
도 8은 도 1의 연신 소자 시스템의 일 예에 따른 스트레인-스트레스 그래프이다.
도 8을 참고하면, 연신 소자 시스템(100)의 스트레인-스트레스 곡선(strain-stress curve)은 연신층(110)의 연신에 의한 스트레인 증가에 따라 스트레스가 일정하거나 매우 완만하게 증가하는 제1 스트레인 영역(S1), 연신 제어층(300)의 기하학적 구조의 변형에 의해 스트레인 증가에 따라 완만하게 스트레스가 증가하는 제2 스트레인 영역(S2), 그리고 연신 제어층(300)의 높은 탄성 모듈러스에 의해 연신에 따른 매우 높은 스트레스가 작용하여 연신 한계를 인식할 수 있는 제3 스트레인 영역(S3)을 가질 수 있다. 연신 소자 시스템(100)은 연신 제어층(300)에 의해 이러한 스트레인-스트레스 곡선을 나타냄으로써 연신성을 확보하면서도 연신 한계를 효과적으로 인지할 수 있다.
한편, 전술한 구현예에서는 연신 제어층(300)이 연신 소자 시스템(100)에 구비되어 있는 예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 연신 제어층(300)은 연신 소자 시스템(100)으로부터 탈부착될 수 있도록 독립적으로 배치될 수도 있다. 이에 따라 연신 제어층(300)은 연신 소자 시스템(100)으로부터 분리되어 독립적으로 사용될 수 있다. 일 예로, 연신 제어층(300)은 연신 소자 시스템(100)의 연신 한계를 인식할 수 있도록 보호 필름에 포함되어 사용될 수 있으며, 보호 필름은 예컨대 연신층과 연신층의 하부, 상부 또는 내부에 위치하는 연신 제어층을 포함할 수 있다. 연신층과 연신 제어층은 각각 전술한 바와 같다.
상술한 연신 소자 시스템(100)은 예컨대 연신성이 요구되는 표시 패널 또는 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 연신 소자 시스템(100)은 벤더블 표시 패널(bendable display panel), 폴더블 표시 패널(folderable display panel), 롤러블 표시 패널(rollable display panel), 웨어러블 소자(wearable device), 피부형 표시 패널(skin-like display panel), 피부형 센서(skin-like sensor), 대면적 순응형 표시 소자(large-area conformable display), 스마트 의류(smart clothing) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 전술한 연신 소자 시스템(100)은 피부형 표시 패널(skin-like display panel)을 포함할 수 있다.
도 9는 피부형 표시 패널의 일 예를 보여주는 개략도이다.
연신 소자 시스템(100)은 아주 얇은 표시 패널(ultrathin display panel)인 피부형 표시 패널일 수 있으며, 손과 같은 생체의 일부분에 부착하여 사용될 수 있다. 피부형 표시 패널은 다양한 문자 및/또는 화상과 같은 소정의 정보를 표시할 수 있다. 피부형 표시 패널은 전술한 단위 소자(200)로서 예컨대 무기 발광 다이오드, 마이크로 발광 다이오드, 유기 발광 다이오드, 양자점 발광 다이오드 또는 페로브스카이트 발광 다이오드와 같은 발광 소자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 전술한 연신 소자 시스템(100)은 생체 센서와 같은 센서일 수 있다.
도 10 및 11은 생체 센서의 예들을 보여주는 개략도이다.
연신 소자 시스템(100)은 부착형 생체 센서일 수 있으며, 피부와 같은 생체 표면, 장기와 같은 생체 내부 또는 의복과 같은 생체에 접촉하는 간접 수단에 부착되어 생체 신호와 같은 생체 정보를 감지 및 측정할 수 있다. 일 예로, 생체 센서는 뇌전도(electroencephalogram, EEG) 센서, 심전도 (electrocardiogram, ECG) 센서, 혈압(blood pressure, BP) 센서, 근전도(electromyography, EMG) 센서, 당뇨(blood glucose, BG) 센서, 광혈류 측정(photoplethysmography, PPG) 센서, 가속도계(accelerometer), RFID 안테나(RFID antenna), 관성 센서(inertial sensor), 활동 센서(activity sensor), 스트레인 센서(strain sensor), 동작 센서(Motion sensor) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 생체 센서는 아주 얇은 패치형 또는 밴드형으로 생체에 부착되어 생체 정보를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
도 11을 참고하면, 연신 소자 시스템(100)은 광혈류 측정(PPG) 센서를 포함할 수 있으며, 광혈류 측정(PPG) 센서는 전술한 단위 소자(200)로서 발광 소자(210)와 흡광 소자(220)를 포함할 수 있다.
발광 소자(210)는 생체 신호를 감지하기 위한 제1 광(L1)을 방출할 수 있다. 발광 소자(210)는 예컨대 적외선 파장 영역의 제1 광(L1)을 방출하는 적외선 발광 다이오드 및/또는 가시광선 파장 영역의 제1 광(L1)을 방출하는 가시광 발광 다이오드일 수 있다. 발광 소자(210)에서 방출된 제1 광(L1)은 대상물(예컨대 피부 또는 혈관과 같은 생체)(400)에 의해 반사되거나 대상물에 흡수될 수 있다.
흡광 소자(220)는 발광 소자(210)로부터 방출된 제1 광(L1)이 대상물(400)에 의해 반사된 제2 광(L2)을 수신할 수 있으며 제2 광(L2)은 전기적 신호로 변환할 수 있다. 반사된 제2 광(L2)으로부터 변환된 전기적 신호는 심박수, 산소포화도, 스트레스, 부정맥, 혈압 등의 생체 정보를 포함할 수 있다. 생체 정보를 포함한 전기적 신호는 센서 IC(도시하지 않음) 또는 프로세서(도시하지 않음)로 전달될 수 있다.
일 예로, 연신 소자 시스템(100)은 관절 및 근육에 문제가 발생한 환자들의 재활 치료를 위하여 관절 부분에 부착하는 근전도(EMG) 센서 또는 스트레인 센서일 수 있다. 근전도(EMG) 센서 또는 스트레인 센서는 치료를 원하는 부위에 부착되어 근육의 움직임 또는 관절의 움직임을 정량적으로 측정하여 재활에 필요한 데이터를 확보할 수 있다.
전술한 표시 패널 및/또는 센서와 같은 연신 소자 시스템은 다양한 전자 장치에 포함될 수 있으며, 전자 장치는 프로세서(도시하지 않음) 및 메모리(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 전자 장치는 모바일; TV; 헬스 케어 장치 등일 수 있으며, 헬스 케어 장치는 예컨대 광혈류 측정(photoplethysmography, PPG) 센서 장치, 뇌전도(electroencephalogram, EEG) 센서 장치, 심전도 (electrocardiogram, ECG) 센서 장치, 혈압(blood pressure, BP) 센서 장치, 근전도(electromyography, EMG) 센서 장치, 당뇨(blood glucose, BG) 센서 장치, 가속도계(accelerometer) 장치, RFID 안테나(RFID antenna) 장치, 관성 센서(inertial sensor) 장치, 활동 센서(activity sensor) 장치, 스트레인 센서(strain sensor) 장치, 동작 센서(Motion sensor) 장치 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는 일 구현예에 따른 헬스 케어 장치의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 12를 참고하면, 일 구현예에 따른 헬스 케어 장치(1000)는 패치 또는 밴드 형태의 부착형 헬스 케어 장치일 수 있으며, 전술한 연신 소자 시스템(100); 연신 소자(200)로부터 얻어진 생체 신호를 처리하기 위한 IC 및/또는 프로세서(600) 및 얻어진 생체 신호를 다양한 문자 및/또는 화상으로 표시할 수 있는 표시 영역(700)을 포함할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
광학 시뮬레이션 I
실시예 1 내지 3
기하학적 연신 가능한 구조에 따른 스트레인-스트레스 반응을 평가한다.
스트레인-스트레스 반응은 연신층(200㎛ x 200㎛) 내에 연신 제어층(도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 기하학적 연신 가능한 구조)이 삽입된 구조를 가정하고 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 사용한 기계적 시뮬레이션으로부터 평가한다.
다음과 같이 설정한다.
- 연신층의 탄성 모듈러스(Young’s Modulus): 13 x 106 Pa
- 연신 제어층의 탄성 모듈러스(Young’s Modulus): 2.5 x 109 Pa
- Poisson ratio: 0.35,
- Density: 1200 kg/m3
- 두께: 1 ㎛
- 모양: 도 4의 (a)(half circle)(실시예 1), (b)(sinusoidal)(실시예 2), (c)(rectangular)(실시예 3)
그 결과는 도 13 및 표 1과 같다.
도 13은 실시예 1 내지 3에 따른 기하학적 연신 가능한 구조의 스트레인-스트레스 그래프이다.
기하학적 최대 스트레인(%) 길이: 두께 비율(@임계 스트레인)
실시예 1 57 6.2:1
실시예 2 22 6.0:1
실시예 3 41 6.1:1
표 1의 기하학적 최대 스트레인(geometric max strain)은 형상에 따른 기하학적 총 길이를 구조의 폭으로 나눈 값으로, 얼마나 꼬아져 있는지를 나타내는 수치이다. 도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 패턴은 모두 동일한 폭을 가지나, 형상에 따라 기하학적 총 길이는 상이하다.
또한, 도 13을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 기하학적 연신 가능한 구조는 스트레인 증가에 따라 스트레스 변화의 기울기가 급격히 변하는 것을 확인할 수 있고 표 1의 기하학적 최대 스트레인 부근에서 스트레인-스트레스 기울기가 급격히 커지는 것을 확인할 수 있다. 도 13에서, 기울기가 급격히 커지는 기하학적 최대 스트레인 값(화살표)은 기하학적 연신 가능한 구조의 형상에 따라 다르지만, 동일한 탄성 모듈러스를 가지는 재료를 가정하였으므로 포화 스트레인-스트레스 기울기(점선)는 모두 동일하다.
광학 시뮬레이션 II
실시예 4 내지 7
기하학적 연신 가능한 구조의 탄성 모듈러스에 따른 스트레인-스트레스 반응을 평가한다.
기하학적 연신 가능한 구조의 탄성 모듈러스에 따른 스트레인-스트레스 반응은 연신층(200㎛ x 200㎛) 내에 연신 제어층(도 4의 (c)에 도시된 기하학적 연신 가능한 구조)이 삽입된 구조를 가정하고 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 사용한 기계적 시뮬레이션으로부터 평가한다.
다음과 같이 설정한다.
- 연신층의 탄성 모듈러스(Young’s Modulus): 13 x 106 Pa
- 연신 제어층(기하학적 연신 가능한 구조)의 탄성 모듈러스(Young’s Modulus): 0.1 x 109 Pa (실시예 4), 1 x 109 Pa (실시예 5), 2.5 x 109 Pa (실시예 6), 1010 Pa (실시예 7)
- Poisson ratio: 0.35,
- Density: 1200 kg/m3
- 두께: 1 ㎛
- 길이: 구
- 모양: 도 4의 (c)
그 결과는 도 14와 같다.
도 14는 기하학적 연신 가능한 구조의 탄성 모듈러스에 따른 스트레인-스트레스 그래프이다.
도 14를 참고하면, 실시예 4 내지 7에 따른 기하학적 연신 가능한 구조는 스트레인 증가에 따라 스트레스 변화의 기울기가 급격히 변하는 것을 확인할 수 있다. 도 14에서, 기하학적 연신 가능한 구조의 탄성 모듈러스가 다른 재료를 가정하였으므로 탄성 모듈러스에 따라 포화 스트레인-스트레스 기울기(점선)는 서로 다른 한편 기하학적 연신 가능한 구조의 형상이 동일하므로 기울기가 급격히 커지는 기하학적 최대 스트레인 값(화살표)은 동일하다.
연신 시스템의 제조 I
실시예 8
희생층이 도포된 유리 기판 위에 스타이렌 구조 단위와 에틸렌/부틸렌 구조 단위의 비율이 20:80(w/w)으로 포함된 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS)(H1052, Asahi Kasei)과 경화제를 톨루엔에 녹인 용액을 도포 및 건조하고 경화 및 패터닝하여 4.5㎛ 두께의 하부 연신층(연신율: 700%, 탄성 모듈러스: ~1MPa)을 준비한다. 이어서 하부 연신층 위에 폴리이미드 전구체 용액을 도포하고 사진 식각하여 10㎛ 두께의 serpentine 모양의 폴리이미드 패턴(탄성 모듈러스: 약 2.5GPa)을 포함한 연신 제어층을 형성한다. 이어서 연신 제어층 위에 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS)(H1052, Asahi Kasei)과 경화제를 톨루엔에 녹인 용액을 도포 및 건조하고 경화 및 패터닝하여 총 10㎛ 두께의 연신층(연신율: 약 20%, 탄성 모듈러스: 약 80MPa)을 형성하여 연신 시스템을 제조한다.
평가 I
도 15는 실시예 8에 따른 연신 시스템을 10% 스트레인으로 연신할 때의 형상의 z축 변화 시뮬레이션 이미지이고, 도 16은 실시예 8에 따른 연신 시스템을 60% 스트레인으로 연신할 때의 형상의 z축 변화 시뮬레이션 이미지이다.
도 15를 참고하면, 평면 상에 형성된 기하학적 연신 가능한 구조가 연신에 의해 스트레인을 받을 때 z축 방향으로 비틀림(distorsion)이 발생함을 보여준다. 또한, 도 16을 참고하면, 평면 상에 형성된 기하학적 연신 가능한 구조에 60% 스트레인이 걸리더라도 z축 변화가 약 3㎛ 수준으로, 연신 층(연신 기판)의 두께보다 충분히 작은 값임을 확인할 수 있다. 따라서, 기하학적 연신 가능한 구조에 상당한 정도의 스트레인이 작용할 때 연신 시스템의 동작에 문제가 없음을 예상할 수 있다.
연신 시스템의 제조 II
실시예 9
희생층이 도포된 유리 기판 위에 스타이렌 구조 단위와 에틸렌/부틸렌 구조 단위의 비율이 67:33(w/w)으로 포함된 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS)(H1043, Asahi Kasei)과 경화제를 톨루엔에 녹인 용액을 도포 및 건조하고 경화 및 패터닝하여 3㎛ 두께의 하부 연신층(연신율: 약 20%, 탄성 모듈러스: 약 80MPa)을 준비한다. 이어서 하부 연신층 위에 폴리이미드 전구체 용액을 도포하고 사진 식각하여 2㎛ 두께의 serpentine 모양의 폴리이미드 패턴(탄성 모듈러스: 약 2.5GPa)을 포함한 연신 제어층을 형성한다. 이어서 연신 제어층 위에 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS)(H1043, Asahi Kasei)과 경화제를 톨루엔에 녹인 용액을 도포 및 건조하고 경화 및 패터닝하여 3㎛ 두께의 상부 연신층(연신율: 약 20%, 탄성 모듈러스: 약 80MPa)을 형성하여 연신 시스템을 제조한다.
평가 II
도 17은 실시예 9에 따른 연신 시스템의 광학 현미경 사진이다.
도 17을 참고하면, 연신층 위에 소정의 두께와 길이를 가진 연신 제어층이 형성되었음을 확인할 수 있다.
연신 시스템의 제조 III
실시예 10
폴리이미드 패턴 대신 전사 방법으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 패턴을 도 4의 (a)의 모양으로 형성한 것을 제외하고 실시예 9와 동일한 방법으로 연신 시스템을 제조한다.
실시예 11
폴리이미드 패턴 대신 전사 방법으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 패턴을 도 4의 (b)의 모양으로 형성한 것을 제외하고 실시예 9와 동일한 방법으로 연신 시스템을 제조한다.
실시예 12
폴리이미드 패턴 대신 전사 방법으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 패턴을 도 4의 (c)의 모양으로 형성한 것을 제외하고 실시예 9와 동일한 방법으로 연신 시스템을 제조한다.
평가 III
도 18은 실시예 10 내지 12에 따른 연신 시스템의 스트레인-스트레스 그래프이다.
기하학적 최대 스트레인(%)
실시예 10 41
실시예 11 7
실시예 12 21
도 18과 표 2를 참고하면, 실시예 10 내지 12에 따른 연신 시스템은 기하학적 최대 스트레인 부근에서 스트레인-스트레스 기울기가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있있다. 이로부터 실시예 10 내지 12에 따른 연신 시스템은 스트레인 제한 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
100: 연신 소자 시스템
110: 연신층
127: 연결 배선
200: 단위 소자
300: 연신 제어층

Claims (23)

  1. 연신층,
    상기 연신층의 하부 또는 상부에 위치하는 복수의 단위 소자, 그리고
    상기 연신층보다 높은 탄성 모듈러스를 가지고 기하학적으로 연신될 수 있는 연신 제어층
    을 포함하는 연신 소자 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 연신 제어층은 상기 연신층의 상부, 하부 또는 내부에 위치하고 상기 단위 소자와 분리되어 있는 연신 소자 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 연신 제어층은 전체적으로 연결되어 있는 패턴을 포함하는 연신 소자 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 연신 제어층은 기하학적 격자 패턴을 포함하는 연신 소자 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 연신 제어층의 적어도 일부는 구불구불하거나 지그재그 모양을 가진 연신 소자 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 연신 제어층은
    상기 복수의 단위 소자와 각각 중첩하게 위치하는 복수의 제1 패턴, 그리고
    상기 인접한 제1 패턴 사이를 연결하는 제2 패턴
    을 포함하는 연신 소자 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 패턴은 상기 단위 소자의 모든 가장자리를 덮는 크기를 가지는 연신 소자 시스템.
  8. 제6항에서,
    상기 제2 패턴은 기하학적 격자 패턴을 포함하는 연신 소자 시스템.
  9. 제6항에서,
    상기 제2 패턴은 구불구불하거나 지그재그 모양을 가진 연신 소자 시스템.
  10. 제1항에서,
    상기 연신 제어층은 고분자를 포함하는 연신 소자 시스템.
  11. 제1항에서,
    상기 연신층은 제1 탄성체를 포함하고,
    상기 연신 제어층은 상기 제1 탄성체보다 높은 탄성 모듈러스를 가진 제2 탄성체 또는 비탄성체를 포함하는 연신 소자 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 탄성체는 스타이렌 구조 단위, 올레핀 구조 단위, 우레탄 구조 단위, 에테르 구조 단위 및 이들의 조합에서 선택된 제1 구조 단위와 에틸렌 구조 단위, 프로필렌 구조 단위, 부틸렌 구조 단위, 이소부틸렌 구조 단위, 부타디엔 구조 단위, 이소프렌 구조 단위 및 이들의 조합에서 선택된 제2 구조 단위를 포함하는 공중합체; 폴리우레탄; 폴리오가노실록산; 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 제2 탄성체 또는 상기 비탄성체는 폴리스타이렌, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합을 포함하는 연신 소자 시스템.
  13. 제11항에서,
    상기 제1 탄성체와 상기 제2 탄성체 또는 상기 비탄성체는 적어도 하나의 구조 단위를 공통적으로 포함하는 중합체인 연신 소자 시스템.
  14. 제1항에서,
    인접한 상기 단위 소자를 전기적으로 연결하는 연결 배선을 더 포함하고,
    상기 연신 제어층의 적어도 일부는 상기 연결 배선과 중첩하는
    연신 소자 시스템.
  15. 제1항에서,
    상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 상기 연신층의 탄성 모듈러스보다 10배 내지 1000배 높은 연신 소자 시스템.
  16. 제1항에서,
    상기 연신층의 탄성 모듈러스는 102 Pa 이상 108 Pa 미만이고,
    상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 108 Pa 내지 1010 Pa이고,
    상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 상기 연신층의 탄성 모듈러스보다 10배 이상 높은 연신 소자 시스템.
  17. 제1항에서,
    상기 연신 제어층의 탄성 모듈러스는 상기 단위 소자의 탄성 모듈러스보다 낮거나 같은 연신 소자 시스템.
  18. 제1항에서,
    상기 연신 층은 상기 단위 소자를 지지하는 연신 기판, 상기 단위 소자를 덮는 보호층 또는 패시베이션 층, 또는 이들의 조합을 포함하는 연신 소자 시스템.
  19. 제1항에서,
    상기 단위 소자는 발광 소자, 흡광 소자, 트랜지스터, 저항 소자, 이미징 소자 또는 이들의 조합을 포함하는 연신 소자 시스템.
  20. 제1항에서,
    표시 패널 또는 센서인 연신 소자 시스템.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 연신 소자 시스템을 포함하는 전자 장치.
  22. 제1 탄성체를 포함하는 연신층, 그리고
    상기 연신층의 하부, 상부 또는 내부에 위치하는 연신 제어층
    을 포함하고,
    상기 연신 제어층은 상기 제1 탄성체보다 높은 탄성 모듈러스를 가진 제2 탄성체 또는 비탄성체를 포함하고 기하학적으로 연신될 수 있는
    연신 소자 시스템용 보호 필름.
  23. 제22항에서,
    상기 연신 제어층은 전체적으로 연결되어 있는 패턴을 포함하고,
    상기 패턴은 기하학적 격자 패턴, 구불구불하거나 지그재그 모양을 가진 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 연신 소자 시스템용 보호 필름.

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