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KR102207252B1 - 플렉서블 디스플레이 소자, 이를 채용한 접철식 전자 기기, 및 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법 - Google Patents

플렉서블 디스플레이 소자, 이를 채용한 접철식 전자 기기, 및 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR102207252B1
KR102207252B1 KR1020130167014A KR20130167014A KR102207252B1 KR 102207252 B1 KR102207252 B1 KR 102207252B1 KR 1020130167014 A KR1020130167014 A KR 1020130167014A KR 20130167014 A KR20130167014 A KR 20130167014A KR 102207252 B1 KR102207252 B1 KR 102207252B1
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KR
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panel layer
panel
flexible display
display device
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김준형
이원호
서호성
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삼성전자주식회사
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Abstract

개시된 플렉서블 디스플레이 소자는, 중립면이 소정의 곡률반경을 가지도록 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이 소자로서, 화상을 표시하는 디스플레이 패널층과 투명 보호 패널층을 포함하며 순차로 적층되는 다수의 패널층, 및 다수의 패널층을 접착하는 접착층을 포함한다. 다수의 패널층과 접착층의 탄성 계수와 두께는 중립면이 디스플레이 패널층 이외의 층에 위치되도록 결정된다.

Description

플렉서블 디스플레이 소자, 이를 채용한 접철식 전자 기기, 및 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법{flexible display device, foldable electronic device using the same, and manufacturing method of flexible display device}
구부리고 펼 수 있는 플렉서블 디스플레이 소자, 그 제조 방법, 및 이를 채용한 접철식 전자 기기가 개시된다.
통신 단말기, 게임기, 멀티미디어기기, 휴대형 컴퓨터, 촬영장치 등 휴대가 가능한 전자 기기(이하, 모바일 기기)는 영상 정보를 표시하는 디스플레이 소자와 키패드 등의 입력수단을 구비한다. 모바일 기기는 휴대의 편의성을 위하여 보다 작은 크기로 접을 수 있는 접철 구조를 갖는 경우가 많다. 이러한 형태의 모바일 기기에서는 두 개의 몸체가 접철 구조에 의하여 연결된다. 종래의 디스플레이 소자는 접을 수 없는 구조이므로, 두 개의 몸체 중 어느 하나에 디스플레이 소자가 배치될 수 있다. 그러므로, 접철 구조의 모바일 기기에는 대면적의 디스플레이 소자를 적용하기가 어렵다.
구부러질 수 있는 플렉서블 디스플레이 패널이 개발됨에 따라 접철 구조의 모바일 기기에 플렉서블 디스플레이 패널을 적용하려는 연구가 이루어지고 있다. 이 경우 플렉서블 디스플레이 패널과 다수의 광학적 기능층을 포함하는 플렉서블 디스플레이 소자가 접철 구조를 가로질러 두 개의 몸체에 걸쳐 배치될 수 있으므로, 대화면을 제공할 수 있다. 다수의 광학적 기능층은 예를 들어 투명 보호 패널, 광학적 투명 접착층 등을 포함할 수 있다.
플렉서블 디스플레이 소자와 같은 다층 필름 형태의 구조물의 경우, 접히는 곡률 반경이 작아짐에 따라 접착된 필름 사이가 떨어지는 현상(박리: delamination)이 발생될 수 있다.
박리 가능성을 줄일 수 있는 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자, 그 제조 방법, 및 이를 채용한 접철식 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에 따른 플렉서블 디스플레이 소자는, 중립면이 소정의 곡률반경을 가지도록 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이 소자로서, 화상을 표시하는 디스플레이 패널층과, 투명 보호 패널층을 포함하며, 순차로 적층되는 다수의 패널층; 및 상기 다수의 패널층을 접착하는 접착층;을 포함하며, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는 상기 중립면이 상기 디스플레이 패널층 이외의 층에 위치되도록 결정된다.
상기 플렉서블 디스플레이 소자는, 상기 디스플레이 패널층과 상기 투명 보호 패널층 사이에 배치되는 터치 패널층;을 더 구비하며, 상기 접착층은, 상기 터치 패널층과 상기 디스플레이 패널층을 접착시키는 제1접착층과, 상기 터치 패널층과 상기 투명 보호 패널층을 접착시키는 제2접착층을 포함할 수 있다.
상기 투명 보호 패널층은 구부러진 상태에서 내측 표면층을 형성하며, 상기 디스플레이 패널층은 구부러진 상태에서 외측 표면층을 형성할 수 있다.
상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는 상기 중립면이 상기 디스플레이 패널층과 상기 투명 보호 패널층 사이에 위치되도록 결정될 수 있다.
상기 중립면의 위치는, 상기 플렉서블 디스플레이 소자가 접힐 때 상기 투명 보호 패널층과 상기 디스플레이 패널층이 동시에 탄성 변형률 한계에 도달되도록 결정될 수 있다.
상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성계수와 두께는, 상기 플렉서블 디스플레이 소자가 접힐 때 상기 투명 보호 패널층과 상기 디스플레이 패널층이 동시에 탄성 변형률 한계에 도달되도록 결정될 수 있다.
상기 디스플레이 패널층의 외측면으로부터, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 두께의 중심면들까지의 거리를 Pi, 상기 중립면까지의 거리를 yN, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 변형률 한계를 εYi라 하고, 상기 플렉서블 디스플레이 소자의 곡률 반경을 r이라 하면, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는
Figure 112013120455139-pat00001
을 만족하도록 결정될 수 있다.
상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 두께를 Ti, 상기 접착층의 미세 공극의 길이를 L이라 하면, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는
Figure 112013120455139-pat00002
을 만족하도록 결정될 수 있다.
상기 디스플레이 패널층과 상기 투명 보호 패널층의 탄성 변형률 한계는 0.01 이상일 수 있다.
상기 투명 보호 패널층은 상기 곡률 반경의 2배보다 작은 곡률 반경으로 소성 변형된 상태에서 그 인접한 다른 패널층에 접착될 수 있다.
일 측면에 따른 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법은, 다수의 패널층이 순차로 접착된 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법으로서, 제1패널층을 소성변형시켜 제1곡률부를 형성하는 단계; 제2패널층에 상기 제1패널층을 접착하는 단계;를 포함한다.
상기 접착하는 단계는, 상기 제2패널층을 상기 제1곡률부에 대응되는 제2곡률부를 가진 지그에 지지하는 단계; 상기 제1패널층을 소성변형된 상태로 상기 제2패널층에 접착하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제2패널층을 상기 제1곡률부를 갖도록 소성 변형시킨 후에 상기 지그에 지지할 수 있다.
상기 접착하는 단계는, 상기 제2패널층을 평탄한 지그에 지지하는 단계; 상기 제1패널층을 탄성 변형시켜 평탄하게 펴서 상기 제2패널층에 접착하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제2패널층은 화상을 표시하는 디스플레이 패널층을 포함하며, 상기 제1패널층은 투명 보호 패널층을 포함할 수 있다.
상기 제1곡률부의 곡률 반경은 상기 플렉서블 디스플레이 소자의 최소 굽힘 곡률 반경의 2배 이하일 수 있다.
일 측면에 따른 접철식 전자 기기는, 서로 이격되게 위치되는 제1몸체와 제2몸체; 상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이에 위치되어 상기 제1, 제2몸체를 소정의 굽힘 곡률 반경으로 접철될 수 있게 연결하는 연결부; 상기 연결부를 가로질러 상기 제1, 제2몸체에 지지되며, 전술한 플렉서블 디스플레이 소자;를 포함한다.
상기 전자 기기는, 상기 제1몸체에 수납된 제1위치와 상기 연결부를 가로질러 상기 제2몸체 쪽으로 연장된 제2위치로 전환되는 지지부재; 상기 제2몸체에 마련되며, 상기 제2위치에 위치된 상기 지지부재를 로킹시키는 로킹부;를 더 포함할 수 있다.
상기 지지부재는 상기 제1, 제2위치로 슬라이딩될 수 있다.
상기 전자 기기는, 상기 로킹부를 구비하며, 상기 제1, 제2몸체가 완전히 펼쳐진 상태에서 상기 지지부재를 로킹시키는 제3위치와 상기 제1, 제2몸체가 완전히 펼쳐진 상태와 완전히 접힌 상태 사이의 소정의 각도로 펼쳐진 상태에서 상기 제2위치에 위치된 상기 지지부재를 로킹시키는 로킹부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 로킹 부재는 상기 제3, 제4위치로 회동될 수 있다.
플렉서블 디스플레이 소자를 구성하는 각 패널층들의 박리 가능성을 줄일 수 있는 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자 및 이를 채용한 접철식 전자 기기의 구현이 가능하다.
도 1은 접철식 전자 기기의 일 실시예의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 접철식 전자 기기의 일 실시예의 펼쳐진 상태의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 접철식 전자 기기의 일 실시예의 접힌 상태의 측면도이다.
도 4는 플렉서블 디스플레이 장치의 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 5는 박리 현상을 보여주는 플렉서블 디스플레이 소자의 단면도이다.
도 6은 박리 현상을 방지하기 위한 곡률반경의 최소값을 구하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 구부러지는 과정에서 디스플레이 패널층의 변형률을 줄이기 위한 실시예들을 보여주는 단면도들이다.
도 8은 박리를 방지하기 위한 조건을 구하기 위한 참고도이다.
도 9는 좌굴 박리 조건을 구하기 위한 참조도이다.
도 10은 표 1에 기재된 조건에서 투명 보호 패널층의 두께를 변화시킨 경우 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)을 보여주는 그래프이다.
도 11은 표 1에 기재된 조건에서 투명 보호 패널층의 탄성계수를 변화시킨 경우 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)을 보여주는 그래프이다.
도 12는 표 1에 기재된 조건에서 접착층의 두께를 변화시킨 경우 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)을 보여주는 그래프이다.
도 13은 시뮬레이션을 통하여 소성 박리 조건과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r)의 범위를 결정하는 과정을 보여주는 그래프이다.
도 14는 곡률 반경 ra로 영구 변형된 필름을 다시 곡률 반경 rb(ra > rb)로 탄성 변형시키는 경우의 도면이다.
도 15는 필름을 소성 변형 후에 접착하는 경우의 응력-변형률 선도이다.
도 16a는 소성 변형 시킨 후에 접착하는 공정의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 16b는 소성 변형 시킨 후에 접착하는 공정의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 16c는 곡률 반경 ra로 변형시킨 상태에서 접착된 플렉서블 디스플레이 소자를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 17과 도 18은 펼쳐진 상태로 유지되는 구조를 갖는 전자 기기의 일 실시예의 개략적인 측면도들이다.
도 19와 도 20은 펼쳐진 상태로 유지되는 구조를 갖는 전자 기기의 다른 실시예의 개략적인 측면도들이다.
도 21과 도 22는 펼쳐진 상태로 유지되는 구조를 갖는 전자 기기의 다른 실시예의 개략적인 측면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 플렉서블 디스플레이 소자, 그 제조방법, 및 이를 채용한 접철식 전자 기기의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 플렉서블 디스플레이 소자, 그 제조방법, 및 이를 채용한 접철식 전자 기기의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 접철식 전자 기기의 일 실시예의 외관 사시도이다. 도 2는 접철식 전자 기기의 일 실시예의 펼쳐진 상태의 측면도이며, 도 3은 접철식 전자 기기의 일 실시예의 접힌 상태의 측면도이다.
도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 전자 기기(100)는 제1, 제2몸체(1)(2)와, 플렉서블 디스플레이 소자(4)와, 연결부(3)를 구비한다. 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 제1몸체(1)와 제2몸체(2)에 지지된다. 예를 들어 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 접착제, 양면 테이프 등의 접착수단을 이용하여 제1몸체(1)와 제2몸체(2)에 접착될 수 있다. 연결부(3)는 제1, 제2몸체(1)(2) 사이에 위치되며, 제1, 제2몸체(1)(2)를 곡률 반경(r)을 가지도록 접철가능하게 연결한다. 즉, 연결부(3)에 의하여 접힌 상태에서 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 중립면(도 4: NS)의 곡률반경은 r이 된다.
전자 기기(100)는 통신 단말기, 게임기, 멀티미디어기기, 휴대형 컴퓨터, 촬영장치 등 휴대가 가능한 모바일 기기일 수 있다. 이외에도, 전자 기기(100)는 주기능을 수행하고 플렉서블 디스플레이 소자(3)의 일부(4a)가 결합되는 제1몸체(1)와, 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 일부(4b)가 결합되고 연결부(3)에 의하여 제1몸체(1)에 대하여 접힐 수 있게 연결되는 제2몸체(2)를 구비하는 어떠한 기기라도 무방하다.
제1, 제2몸체(1)(2)에는 전자 기기(100)의 용도에 따른 기능을 수행하는 프로세싱 유닛(미도시) 및 입출력 수단(미도시)들이 마련될 수 있다. 전자 기기(100)가 영상 및 음악을 감상할 수 있는 멀티미디어 단말기인 경우, 프로세싱 유닛은 영상/음향정보처리부를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)가 통신 단말기인 경우 프로세싱 유닛은 통신 모듈을 포함할 수 있다. 입출력 수단은 영상/음향 입출력부 및 사용자 조작을 위한 조작부(미도시)를 포함할 수 있다. 조작부는 플렉서블 디스플레이 소자(4)에 통합된 터치 패널에 의하여 구현될 수도 있다.
플렉서블 디스플레이 소자(4)는 제1몸체(1)에 결합된 제1부분(4a)과 제2몸체(2)에 결합된 제2부분(4b) 및 제1몸체(1)와 제2몸체(2) 사이의 제3부분(4c)으로 구분될 수 있다. 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 제3부분(4c)은 연결부(3)에 고정되지는 않는다. 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 제3부분(4c)이 구부러짐으로써 전자 기기(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 접힐 수 있다. 전자 기기(100)가 접힌 상태에서 연결부(3)는 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 외측에 위치되며, 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 곡률을 가진 만곡부(3a)를 형성한다. 이 상태에서 연결부(3)는 더 이상 구부러지지 않으므로, 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 제3부분(4c)이 각지게 완전히 꺽이지 않도록 보호될 수 있다. 만곡부(3a)의 곡률은 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 중립면(도 4: NS)의 곡률 반경(r)에 대응된다.
도 4는 플렉서블 디스플레이 장치(4)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 도 4를 참조하면, 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 접착층에 의하여 순차로 접착된 다수의 패널층을 포함할 수 있다. 패널층은, 예를 들어, 화상을 표시하는 플렉서블 디스플레이 패널층(41)과, 디스플레이 패널층(41)의 외측에 배치되는 투명 보호 패널층(43)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널층(41)과 투명 보호 패널층(43) 사이에는 적어도 하나의 접착층이 배치된다.
패널층은, 입력 수단으로서의 터치 패널층(42)을 더 구비할 수 있다. 접착층은 터치 패널층(42)을 디스플레이 패널층(41) 및 투명 보호 패널층(43)에 접착시키는 제1, 제2접착층(51)(52)을 포함할 수 있다. 제1, 제2접착층(51)(52)은 광학적으로 투명한 접착층(OCAL: optically clear adhesive layer)이다. 이외에도 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 다양한 광학적 패널층 및 이들을 접착시키는 접착층을 더 구비할 수 있다.
플렉서블 디스플레이 패널층(41)은 예를 들어, 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode) 구조일 수 있다. 유기발광다이오드 패널층은 상부기판과 하부기판 사이에 유기 발광층이 배치된 형태일 수 있다. 광이 출사되는 측인 상부기판 상에 편광판이 배치될 수 있다.
도 5는 박리 현상을 보여주는 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 단면도이다. 전술한 바와 같이 다수의 패널층이 서로 접착된 형태의 플렉서블 디스플레이 소자(4)가 도 1과 도 3에 도시된 펼쳐진 상태와 접힌 상태로의 반복적으로 전환되면, 도 5에 도시된 바와 같이 박리가 일어날 수 있다.
플렉서블 디스플레이 소자(4)가 굽혀지면, 굽힘 방향의 내측에서는 압축력이, 외측에서는 인장력이 발생된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 압축력을 받는 내측 패널층, 즉 투명 보호 패널층(43)과 터치 패널층(42)이 국부적으로 제1, 제2접착층(51)(52)으로부터 박리되거나 또는 제1, 제2접착층(51)(52)이 국부적으로 터치 패널층(42)과 디스플레이 패널층(41)로부터 박리될 수 있다. 이러한 박리는 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 다시 도 2에 도시된 펼쳐진 상태로 전환하더라도 회복되지 않는다.
이러한 박리는 압축력 또는 인장력에 의한 각 패널층(41)(42)(43)의 변형률(strain)이 탄성 변형률 한계(yield strain)를 초과하는 경우에 발생된다. 따라서, 탄성 변형률 한계가 큰 재료일수록 박리없이 굽힐 수 있는 범위가 증가된다. 즉, 탄성 변형률 한계가 큰 재료는 작은 재료에 비하여 더 작은 곡률반경으로 굽힐 수 있다.
도 6은 박리 현상을 방지하기 위한 곡률반경의 최소값을 구하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 필름(60)의 중립면(NS)이 곡률 반경 r로 굽혀진 경우, 내측 표면(61)과 외측 표면(62)에서의 변형률을 각각 ε1, ε2, 필름(60)의 탄성 변형 한계를 εY라 하면,
Figure 112013120455139-pat00003
Figure 112013120455139-pat00004
Figure 112013120455139-pat00005
이므로,
Figure 112013120455139-pat00006
,
Figure 112013120455139-pat00007
...(1)
Figure 112013120455139-pat00008
,
Figure 112013120455139-pat00009
...(2)
가 된다. 그러므로, 해석적으로 곡률 반경은 중립면(NS)과 표면(61)(62)사이의 거리를 탄성 변형률 한계(εY)로 나눈 값보다 커야 한다.
디스플레이 패널층(41)의 기능 상의 고장을 줄이기 위하여는 구부러지는 과정에서 디스플레이 패널층(41)의 변형률이 작게 되도록 하는 방안을 고려될 수 있다. 이를 위하여, 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 중립면(NS)이 디스플레이 패널층(41) 내에 위치되도록 할 수 있다. 예를 들어 도 7a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널층(41)을 두껍게 하거나, 도 7b에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널층(41)의 외측에 접착층(53)을 이용하여 지지기판(44)을 배치하는 부착시킬 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 중립면(NS)이 디스플레이 패널층(41) 내에 위치되므로, 식 (1)과 식 (2)에서 r1과 r2를 작아진다. 따라서, 구부러지는 과정에서 디스플레이 패널층(41)의 변형률(ε1, ε2)을 작게 할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 플렉서블 디스플레이 소자(4) 전체의 두께가 두꺼워져서 전자 기기(100)의 슬림화에 불리하다. 또한, 구부러질 때에 내측에 위치되는 투명 보호 패널층(43)과 중립면(NS)과의 거리가 멀어져서 투명 보호 패널층(43)의 변형률이 커지므로, 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 박리없이 구부릴 수 있는 최소 곡률 반경이 커지게 된다. 즉, 위의 식(1) 및 (2)에서 r1, r2가 커지면, r1, r2에 비례하여 최소 곡률 반경 r도 커지게 된다. 따라서, 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 콤팩트하게 접기가 어렵다.
이러한 점을 감안하여, 본 실시예의 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널층(41), 제1접착층(51), 터치 패널층(42), 제2접착층(52), 투명 보호 패널층(43)이 차례로 적층된 형태이다. 도 3에 도시된 바와 같이 구부러진 상태에서 디스플레이 패널층(41)이 외측에 위치되며, 투명 보호 패널층(43)이 내측에 위치된다. 즉, 본 실시예의 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 투명 보호 패널층(43)과 디스플레이 패널층(41)이 각각 내측 표면층과 외측 표면층을 형성하며, 내측 표면층과 외측 표면층 사이에 적어도 하나의 접착층이 배치된 구조를 갖는다. 또한, 중립면(NS)은 투명 보호 패널층(43)과 디스플레이 패널층(41) 사이에 위치된다.
[중립면(NS)의 위치]
이제, 도 4에 도시된 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서 중립면(NS)의 높이(yN)를 구한다. 도 8은 중립면(NS)의 높이(yN)를 구하기 위한 참고도이다. 도 8을 참조하면, T1, T2, T3, T4, T5는 각각 투명 보호 패널층(43), 접착층(52), 터치 패널층(42), 접착층(51), 디스플레이 패널층(41)의 두께이다. P1, P2, P3, P4, P5는 각각 디스플레이 패널층(41)의 외측면(41a)으로부터 투명 보호 패널층(43), 접착층(52), 터치 패널층(42), 접착층(51), 디스플레이 패널층(41)의 두께의 중심면까지의 거리이다. yN은 디스플레이 패널층(41)의 외측면(41a)으로부터 중립면(NS)까지의 거리이다. E1, E2, E3, E4, E5는 각각 투명 보호 패널층(43), 접착층(52), 터치 패널층(42), 접착층(51), 디스플레이 패널층(41)의 탄성 계수(elastic modulus)이다.
플렉서블 디스플레이 소자(4)가 중립면(NS)의 곡률반경이 r이 되도록 구부러진 경우에, 중립면(NS)으로부터의 거리가 y인 위치에서의 응력(σi)은,
Figure 112013120455139-pat00010
가 된다.
여기서, 식 (1)과 (2)를 참조하면,
Figure 112013120455139-pat00011
이므로,
Figure 112013120455139-pat00012
...(3)
가 된다.
평판 형태의 부재가 구부러지는 경우에 부재의 내측면과 외측면 사이의 어떤 면을 경계로 하여, 내측면 쪽은 압축되고 외측면 쪽은 인장된다. 경계가 되는 면은 신축이 없는데, 이 면을 중립면(neutral surface)이라 한다. 따라서, 중립면에 횡방향으로 작용되는 힘의 합은 '0'이 된다. 이와 같이, 중립면(NS)은 x방향의 힘의 합이 '0'인 면으로 정의되므로 응력(σi)을 그 작용 면적(A)에 대하여 적분하면,
Figure 112013120455139-pat00013
...(4)
가 된다. 식 (4)에 식(3)을 대입하면,
Figure 112013120455139-pat00014
...(5)
식 (5)를 풀면,
Figure 112013120455139-pat00015
...(6)
가 되며,
중립면(NS)의 높이(yN)는,
Figure 112013120455139-pat00016
...(7)
가 된다.
그러므로, 도 8에 도시된 구조에서 중립면(NS)의 높이(yN)는,
Figure 112013120455139-pat00017
...(8)
가 된다.
따라서, 각 층의 탄성 계수와 두께는 식 (7)에 의하여 산출되는 중립면(NS)의 위치가 디스플레이 패널(41)과 투명 보호 패널(43) 사이에 위치되도록 결정된다
[소성 박리]
이제, 도 4에 도시된 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서 소성 박리를 방지하기 위한 조건을 구한다.
플렉서블 디스플레이 소자(4)가 중립면(NS)의 곡률반경이 r이 되도록 구부러진 경우에, 각 층의 중심면과 중립면(NS)과의 거리는 Pi - yN, 각 층의 두 표면과 중립면(NS)과의 거리는 pi - yN ± Ti/2이므로, 각 층의 중심면의 변형률 εi- center와 각 층의 두 표면의 변형률 εi- surf는 각각,
Figure 112013120455139-pat00018
...(9)
Figure 112013120455139-pat00019
...(10)
가 된다.
각 층의 중심면에서의 변형률이 탄성 변형률 한계(εYi)에 도달되면 그 층의 절반은 탄성변형, 나머지 절반은 소성 변형을 일으킨다. 박리가 일어나지 않기 위하여는 이론적으로는 모든 층의 표면의 변형률(εi- surf)이 탄성 변형률 한계(εYi)보다 작아야 하지만, 실질적으로는 각 층의 중심면에서의 변형률(εi- center)이 각 층의 탄성 변형률 한계(εYi)보다 작으면, 박리 현상으로부터는 안전하다. 그러므로, 박리현상이 일어나지 않고 구부릴 수 있는 중립면(NS)의 곡률반경(r)의 범위는,
Figure 112013120455139-pat00020
로부터
Figure 112013120455139-pat00021
...(11)
가 된다.
따라서, 연결부(3)에 의하여 구부러지는 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 곡률반경(r)은 식 (11)을 만족하도록 각 층의 탄성 계수와 두께를 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 각 층의 탄성 계수와 두께를 조절함으로써 박리현상이 일어나지 않도록 소망하는 곡률반경(r)으로 구부릴 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서, 각 층의 조건이 아래 표 1과 같을 때, 중립면(NS)의 위치를 식 (7)로부터 구하면, yN = 0.340 이다. 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 중립면(NS)의 곡률반경 r=5mm의 조건으로 구부린 경우, 식 (9)와 식 (10)을 이용하여 각 층의 중심면의 변형률 εi- center와 각 층의 두 표면의 변형률 εi- surf를 구하면, 아래 표 2와 같다.εi- surf는 각 층의 두 표면의 변형률 중 큰 쪽이며, "-"는 인장변형을 의미한다.
두께(T, mm) 탄성계수(E, Mpa) 탄성변형률한계(εYi)
투명 보호 패널층(43) 0.115 2774 0.05
접착층(52) 0.050 5 0.20
터치 패널층(42) 0.110 428 0.05
접착층(51) 0.050 5 0.20
디스플레이 패널층(41) 0.305 1361 0.05
탄성변형률한계(εY) εi- center εi- surf
투명 보호 패널층(43) 0.05 0.047 0.058
접착층(52) 0.20 0.030 0.035
터치 패널층(42) 0.05 0.014 0.025
접착층(51) 0.20 -0.002 -0.007
디스플레이 패널층(41) 0.05 -0.037 -0.068
표 2를 참조하면, 각 층의 중심면의 변형률 εi- center이 각 층의 탄성 변형률 한계(εYi)보다 작으므로 이러한 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서는 곡률반경 5mm로 구부린 경우에도 박리 현상이 일어나지 않는다. 그러나, 곡률반경이 5mm보다 작아지면 박리 현상이 일어날 것으로 예상된다.
식 (7)을 참조하면, 중립면(NS)은 두께가 큰 층의 방향으로, 또 탄성 계수(E)가 큰 층의 방향으로 이동된다. 일반적으로 제1, 제2접착층(51)(52)의 탄성 계수는 투명 보호 패널층(43) 및 디스플레이 패널층(41)의 탄성 계수보다 매우 작으므로, 제1, 제2접착층(51)(52)의 경우에는 주로 두께가 중립면(NS)의 위치에 영향을 미친다. 제1, 제2접착층(51)(52)이 두꺼우면 중립면(NS)으로부터 투명 보호 패널층(43) 및 디스플레이 패널층(41)까지의 거리가 멀어지므로 같은 곡률로 구부러진 경우에 투명 보호 패널층(43) 및 디스플레이 패널층(41)의 변형률을 증가시킨다. 그러므로, 접착층(51)(52)은 가급적 얇고 접착 성능이 좋은 것이 바람직하다.
중립면(NS)의 위치는 투명 보호 패널층(43) 및 디스플레이 패널층(41)의 두께와 탄성 계수에 크게 영향을 받는다. 투명 보호 패널층(43) 및 디스플레이 패널층(41)의 두께와 탄성 계수를 조절하여 중립면(NS)의 위치를 이동시킴으로써 주어진 곡률반경에서 투명 보호 패널층(43) 및 디스플레이 패널층(41)의 변형률을 조절할 수 있다. 디스플레이 패널층(41)은 그 두께와 탄성 계수를 조절하는 것이 용이하지 않으며, 상대적으로 투명 보호 패널층(43)은 두께를 바꾸기가 쉽고, 또 그 재료를 변경함으로써 탄성 계수를 바꾸기도 용이하다.
일 예로서, 도 4에 도시된 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서 기본 설계 조건은 아래 표 3과 같다. 이 상태에서 투명 보호 패널층(43)의 두께와 탄성 변형률 한계를 변경하면서 박리를 일으키지 않는 최소 곡률 반경 r을 식 (8) 및 식 (11)을 이용하여 구하면 표 4 및 표 5와 같다. 표 5에서는 투명 보호 패널층(43)의 재료를 바꾸었을 때 재료별로 달라지는 탄성 변형률 한계에 따른 최소 곡률 반경을 표시한다. 아래 표 4 및 표 5를 참조하면, 투명 보호 패널층(43)의 두께와 탄성 변형률 한계를 변경함으로써 박리가 일어나지 않는 최소 곡률 반경을 조절할 수 있다.
두께(mm) 탄성계수( Mpa) 탄성변형률한계(εYi)
투명 보호 패널층(43) 0.115 2774 0.025
접착층(52) 0.050 5 0.200
터치 패널층(42) 0.110 428 0.050
접착층(51) 0.050 5 0.200
디스플레이 패널층(41) 0.305 1361 0.050
투명 보호 패널층(43)의 두께(mm) 최소 곡률반경(mm)
0.060 10.6
0.120 9
0.180 8
0.240 7.5
투명 보호 패널층(43)의 탄성변형률한계(εY) 최소 곡률반경(mm)
0.025 9.5
0.030 7.7
0.040 5.8
0.050 4.7
상술한 바와 같이, 박리가 일어나지 않는 조건은 투명 보호 패널층(43)의 두께와 탄성 변형률 한계에 의하여 변경될 수 있으며, 탄성 변형률 한계를 변경시키기 보다는 두께를 변경시키는 것이 상대적으로 더 용이하다.
예를 들어, 아래 표 6에 따르면, 투명 보호 패널층(43)와 디스플레이 패널층(41)의 탄성 변형률 한계가 0.03으로 같을 때에, 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 곡률반경 7.7mm로 구부리면 투명 보호 패널층(43)의 중심면의 변형률(εi_ center)이 탄성 변형률 한계(εY)에 도달되어, 박리가 일어날 수 있다.
두께(mm) 탄성계수(Mpa) 탄성변형률한계 중심면의 변형률
투명 보호 패널층(43) 0.115 2774 0.030 0.030
접착층(52) 0.050 5 0.200 0.020
터치 패널층(42) 0.110 428 0.050 0.009
접착층(51) 0.050 5 0.200 -0.001
디스플레이 패널층(41) 0.305 1361 0.030 -0.024
이 경우, 디스플레이 패널층(41)의 탄성계수나 두께를 조절하여 중립면의 위치를 투명 보호 패널층(43) 쪽으로 이동시킴으로써 박리를 방지할 수 있으나, 디스플레이 패널층(41)은 다수의 기능층이 적층된 구조로서, 그 탄성 계수나 두께를 조절하는 것이 용이하지 않다. 그러므로, 투명 보호 패널층(43)의 두께를 키워서 중립면(NS)의 위치를 투명 보호 패널층(43) 쪽으로 이동시킬 수 있다. 아래 표 7을 참조하면, 투명 보호 패널층(43)의 두께를 0.145mm로 증가시킴으로써, 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 곡률반경 7.7mm로 구부린 때의 투명 보호 패널층(43)의 중심면의 변형률(εi- center)을 탄성 변형률 한계(εY) 이내가 되도록 할 수 있다.
두께(mm) 탄성계수(Mpa) 탄성변형률한계 중심면의 변형률
투명 보호 패널층(43) 0.145 2774 0.030 0.028
접착층(52) 0.050 5 0.200 0.016
터치 패널층(42) 0.110 428 0.050 0.005
접착층(51) 0.050 5 0.200 -0.005
디스플레이 패널층(41) 0.305 1361 0.030 -0.028
또, 아래 표 8을 참조하면, 투명 보호 패널층(43)의 두께를 0.145mm로 증가시킴으로써, 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 곡률반경 7.4mm까지 구부리더라도 박리가 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다.
두께(mm) 탄성계수(Mpa) 탄성변형률한계 중심면의 변형률
투명 보호 패널층(43) 0.145 2774 0.030 0.030
접착층(52) 0.050 5 0.200 0.016
터치 패널층(42) 0.110 428 0.050 0.006
접착층(51) 0.050 5 0.200 -0.005
디스플레이 패널층(41) 0.305 1361 0.030 -0.029
컴팩트하게 접을 수 있는 접철식 전자 기기(100)를 구현하기 위하여, 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 굽힘 최소 곡률 반경(r)은 약 10mm 이내로 할 필요가 있다. 이를 위하여, 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서 굽힘 최소 곡률 반경(r)에 가장 큰 영향을 미치는 투명 보호 패널층(43)과 디스플레이 패널층(41)의 탄성 변형률 한계값은 0.01 이상일 필요가 있다. 또한 투명 보호 패널(43)과 디스플레이 패널(41)은 거의 동시에 탄성 변형 한계에 도달되도록 함으로써 곡률 반경(r)을 소성 박리가 일어나지 않는 가장 작은 값으로 설정할 수 있다. 또한, 곡률 반경(r)에서 두 패널층(41)(43)의 탄성 변형률이 거의 동일하게 되도록 투명 보호 패널층(43)과 디스플레이 패널층(41)의 두께를 결정할 수 있다.
[접착층의 접착력을 고려한 좌굴 박리]
실험적 결과를 보면, 접착층에 의하여 접착된 다층 필름의 경우, 접착층의 접착 상태와 접착력에 따라서 필름의 박리 조건이 달리질 수 있다. 이는 접착 상태의 불완전성(imperfection) 및 이에 기인하는 접착력의 차이가 원인인 것으로 보인다. 접착 상태의 불완전성은 접착면에 발생되는 미세 공극의 길이로서 표현될 수 있다. 미세 공극의 길이는 다음과 같이 실험적으로 구할 수 있다.
도 9는 좌굴 박리 조건을 구하기 위한 참조도이다. 도 9를 참조하면, 두께 T, 폭 W인 필름(101)이 접착층(102)에 의하여 접착된다. 접착층(102)에는 길이(L)의 미세 공극이 존재한다. 이 필름(101)을 굽힐 때에 미세 공극에서의 좌굴(buckling)에 의하여 박리가 발생된다고 볼 수 있다. 이 때, 좌굴이 발생되는 힘(Pcr)은, 필름(101)의 탄성 계수를 E, 필름(101)의 관성모멘트는 I, 좌굴 모드수(buckling mode number)를 n이라 하면,
Figure 112013120455139-pat00022
가 된다.
좌굴이 일어날 때의 변형률을 εbuckling이라 하면,
Figure 112013120455139-pat00023
가 된다. 그러므로, εbuckling은,
Figure 112013120455139-pat00024
... (12)
가 된다.
미세공극의 길이가 L일 때에 좌굴에 의한 박리가 일어나지 않기 위하여는 필름(101)의 중심면의 탄성 변형률(εi- center)이 좌굴이 일어날 때의 변형률을 εbuckling보다 작아야 한다. 이 관계로부터, 도 4에 도시된 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서 좌굴 박리가 일어나지 않을 조건은,
Figure 112013120455139-pat00025
가 된다. 여기서 버클링 모드 수 n=1이므로, 좌굴 박리가 일어나지 않는 최소 곡률 반경(r)은,
Figure 112013120455139-pat00026
...(13)
가 된다.
위 식에서부터 특정한 접착 필름으로 두 필름을 부착하였을 때 미세 공극의 길이(L)는 도 9에 도시된 굽힘 실험을 통하여 구할 수 있다. 도 9의 필름(101)을 굽혔을 때 박리가 일어나는 시점의 곡률반경의 평균을 rm이라 하면, 그 필름의 평균 미세공극 길이(L)은 다음과 같다.
Figure 112013120455139-pat00027
...(14)
이때, Ti와 Pi는 박리가 일어난 필름에 대한 값이며, 특히 실험에서 Ti의 크기는 0.05mm 이하의 작은 두께로 실험하여야 소성 변형에 의한 영향을 무시할 수 있다.
일 예로서 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 각 층의 조건이 표 1과 같고, 굽힘 실험을 통하여 얻은 접착층(51)(52)의 미세공극의 길이 L = 0.4mm일 때에 플렉서블 디스플레이 소자(4)가 곡률반경(r) = 0.5mm로 구부러진 경우 εbuckling을 계산하면 아래와 표 9와 같다.
T(mm) E(Mpa) εY εi- center εbuckling
투명 보호 패널층(43) 0.115 2774 0.050 0.047 0.0680
접착층(52) 0.050 5 0.200 0.030 0.0129
터치 패널층(42) 0.110 428 0.050 0.014 0.0622
접착층(51) 0.050 5 0.200 -0.002 0.0129
디스플레이 패널층(41) 0.305 1361 0.050 -0.037 0.4782
표 9를 참조하면, 위의 조건에서 플렉서블 디스플레이 소자(4)가 곡률 반격 5mm로 구부러지더라도 각 층의 εi- center 가 εbuckling보다 작으므로 박리가 발생되지 않을 것으로 예상된다. 만일, 접착층(51)(52)의 접착 상태가 L=0.6mm 라면, 투명 보호 패널층(43)의 εbuckling이 0.03이 되어 투명 보호 패널층(43)이 박리될 가능성이 있다.
이제, 각 층의 두께와 탄성계수가 식 (11)의 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 식 (13)의 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)에 미치는 영향을 살펴본다.
먼저, 표 10과 도 10의 그래프는 표 1에 기재된 조건에서 투명 보호 패널층(43)의 두께를 변화시킨 경우 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)에 미치는 영향을 보여준다. 미세 공극의 길이(L)은 0.4mm 이다.
투명 보호 패널층(43)의 두께(mm) r_1(mm) r_2(mm)
0.060 5.4 14
0.120 4.6 3.1
0.170 4.2 1.4
0.250 3.7 0.6
다음으로, 표 11과 도 11의 그래프는 표 1에 기재된 조건에서 투명 보호 패널층(43)의 탄성 변형률 한계를 변화시킨 경우 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)에 미치는 영향을 보여준다. 미세 공극의 길이(L)은 0.4mm 이다.
투명 보호 패널층(43)의 탄성변형률 한계 r_1(mm) r_2(mm)
0.025 9.5 3.5
0.030 7.7 3.5
0.040 5.8 3.5
0.050 4.6 3.5
다음으로 표 12와 도 12의 그래프는 표 1에 기재된 조건에서 접착층(51)(52)의 두께를 변화시킨 경우 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)에 미치는 영향을 보여준다. 미세 공극의 길이(L)은 0.4mm 이다.
접착층(51)(52)의 두께(mm) r_1(mm) r_2(mm)
0.010 3.8 2.8
0.030 4.2 3.1
0.050 4.6 3.4
0.070 5.1 3.8
도 10 내지 도 12의 그래프를 참조하면, 투명 보호 패널층(43)의 두께가 소성 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_1)과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r_2)에 가장 큰 영향을 미친다. 또한, 투명 보호 패널층(43)이 소성 변형이 발생되는 곡률 반경으로 구부러지는 경우에도 좌굴로 인한 박리가 항상 일어나는 것은 아님을 알 수 있다. 그러므로, 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 설계 기준을 탄성 변형률 한계로 일률적으로 설정하기보다는 좌굴이 발생하는 상태의 변형률을 감안한 변형률(εcrit)로 설정할 수 있다. 이제, εcrit = εY ×C(r)라 하고, 설계 기준이 되는 변형률(εcrit)을 곡률 반경(r)의 함수로서 시뮬레이션을 통하여 구할 수 있다.
일 예로서, 도 13은 시뮬레이션을 통하여 소성 박리 조건과 좌굴 박리 조건을 만족하는 곡률 반경(r)의 범위를 결정하는 과정을 보여주는 그래프이다. 도 13에서 가로축은 투명 보호 패널층(43)의 두께이며, 세로축은 곡률 반경이다. 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 굽힘 곡률 반경(r)은 r_1과 r_2를 만족하는 r_3 보다 크게 결정될 수 있다. 즉, 투명 보호 패널층(43)의 두께는 곡률 반경(r)이 r_3보다 크게 되도록 결정될 수 있다. 도 13에서 r_3는 투명 보호 패널층(43)의 두께의 함수인 다항식으로 근사될 수 있다. 예를 들어, 도 13에서 곡률 반경(r)은 투명 보호 패널층(43)의 두께를 X라 하면, r > -694.44X3 + 569.44X2 -151.67X + 21.2를 만족하도록 결정될 수 있다.
[소성 변형 후의 접착]
다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)에서, 적어도 하나의 층은 소정의 곡률반경을 갖도록 영구 변형시킨 상태 또는 영구 변형 후 다시 평탄하게 펼친 상태에서 다른 층에 접착할 수 있다. 예를 들어, 도 14a에는 곡률 반경 ra로 영구 변형된 필름(70)을 다시 곡률 반경 rb(ra > rb)로 탄성 변형시키는 경우가 도시되어 있다.
필름(70)이 곡률 반경 ra로 구부러진 상태에서 완전히 펼쳐진 상태로 전환될 때의 탄성 변형률(εa)은,
Figure 112013120455139-pat00028
Figure 112013120455139-pat00029
이므로,
Figure 112013120455139-pat00030
...(15)
가 된다.
또, 필름(70)이 곡률 반경 ra로 구부러진 상태에서 곡률 반경 rb로 더 구부릴 때의 탄성 변형률(εb)은,
Figure 112013120455139-pat00031
Figure 112013120455139-pat00032
Figure 112013120455139-pat00033
이므로,
Figure 112013120455139-pat00034
...(16)
가 된다.
여기서, 탄성 변형률(εa)와 탄성 변형률(εb)가 동일한 경우에 최대한의 효과를 얻을 수 있으므로,
Figure 112013120455139-pat00035
Figure 112013120455139-pat00036
...(17)
가 된다. 식 (17)으로부터 필름(70)을 곡률 반경 ra로 소성변형시킨 경우에는 ra의 절반의 곡률 반경까지 탄성 변형시킬 수 있다. 그러므로, 필름(70)을 곡률 반경 rb까지 탄성 변형시키고자 하는 경우에는 rb 이상, 2rb 이하의 곡률 반경을 갖도록 소성 변형시키면 된다. 이때, 곡률반경 ra로 구부러진 상태로부터 완전히 펼쳐진 상태 및 곡률 반경 rb로 구부러진 상태로 전환하는 과정은 필름(70)의 탄성 변형 과정이 되어야 한다. 그러므로, 탄성 변형률(εa)와 탄성 변형률(εb)는 필름(70)의 탄성 변형률 한계보다 작아야 한다.
도 15에는 소성 변형 후에 접착한 경우의 응력-변형률 선도가 도시되어 있다. 도 15를 참조하면, 탄성 변형 영역이 소성 변형 전의 A1에서 소성 변형 후에는 A2로 넓어진다는 것을 알 수 있다.
필름(70)을 곡률 반경 ra로 소성변형시키기 위하여는 필름(70)을 곡률 반경 ra보다 더 작은 곡률 반경 rc로 소성 변형시켜, 필름(70)에 영구 변형을 발생시킨다. 소성 변형을 일으키기 위한 곡률 반경 rc는 ra의 1/3 내지 2/3 정도일 수 있다. rc가 ra의 1/3보다 더 작아지면 필름(70)에 구부러진 선이 발생될 수 있으며, 특히 투명한 필름인 경우 백화 현상에 의하여 투광성이 약화될 수 있다. 또한, rc가 ra의 2/3보다 더 크면, 곡률 반경 ra를 얻을 수 없거나 곡률 반경 ra를 얻는데 시간이 오래 걸릴 수 있어서 제조 비용이 증가될 수 있다.
소성 변형 후 접착 공정은 다수의 패널층들이 순차로 접착된 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 제조 공정에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 패널층 들 중 하나(제1패널층)를 소성 변형시켜 제1곡률부(도 16a, 도 16b: 82)를 형성한 후에 제1패널층을 다른 패널층(제2패널층)에 접착할 수 있다. 이때, 제2패널층을 제1곡률부(도 16a, 도 16b: 82)에 대응되는 제2곡률부(도 16a: 81)를 갖는 지그(jig)(도 16a: 80)에 지지하고, 제1패널층을 소성 변형된 상태에서 제2패널층에 접착할 수 있다. 이 경우, 제2패널층 역시 소정의 곡률부를 갖도록 소성변형된 상태일 수 있다. 또한, 제2패널층을 평탄한 지그(도 16b: 80a)에 지지하고, 제1패널층을 탄성변형시켜 평탄하게 펼쳐서 제2패널층에 접착할 수도 있다.
소성 변형 후 접착 공정은 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 구성하는 모든 패널층에 적용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널층(41)이나 터치 패널층(42)이 접착 과정에서의 소성 변형 후에도 그 기능이 유지된다면, 이들 층에도 소성 변형 후 접착 공정이 적용될 수 있다. 또한, 소성 변형 후 접착하는 공정은 기능을 가지지 않는 패널층, 예를 들어 투명 보호 패널층(43)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 위의 표 6에 따르면, 투명 보호 패널층(43)와 디스플레이 패널층(41)의 탄성 변형률 한계가 0.03으로 같을 때에, 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 곡률반경 7.7mm로 구부리면 투명 보호 패널층(43)의 중심면의 변형률(εi- center)이 탄성 변형률 한계(εYi)에 도달되어, 박리가 일어날 수 있다. 이때, 투명 보호 패널층(43)의 두께나 탄성 계수를 변경하는 대신에 투명 보호 패널층(43)을 최소 곡률 반경 7.7mm의 두 배 이하의 곡률 반경 ra로 영구 변형시킨 후에 다시 평탄하게 펴서 접착층(52)을 이용하여 터치 패널층(42)에 접착시킬 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 플렉서블 디스플레이 소자(4) 및 이를 포함하는 전자 기기(100)의 설계를 변경하지 않고도 최소 곡률 반경 7.7mm로 구부리는 경우에도 박리현상이 일어나지 않도록 할 수 있다.
예를 들어 도 16a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널층(41)과 터치 패널층(42), 및 투명 보호 패널층(43)을 소성 번형시켜 소정의 곡률 반경을 가진 제1곡률부(82)를 형성하고, 이들을 제1곡률부(82)에 대응되는 제2곡률부(81)를 갖는 지그(80)에 지지한 상태에서 서로 접착시킬 수 있다. 물론, 소성변형되지 않은 상태로 제1접착층(51)에 의하여 접착된 디스플레이 패널층(41)과 터치 패널층(42)을 지그(80)에 지지한 후에, 제1곡률부(82)를 갖도록 소성 변형시킨 투명 보호 패널층(43)을 제2접착층(52)을 이용하여 터치 패널층(42)에 접착할 수도 있다.
또한, 도 16b에 도시된 바와 같이, 소성 변형 시킨 디스플레이 패널층(41), 터치 패널층(42), 및 투명 보호 패널층(43)을 탄성변형시켜 평탄하게 펼친 후에 평탄한 지그(80a) 상에 순차로 쌓으면서 제1, 제2접착층(51)(52)으로 접착할 수 있다. 물론, 소성변형되지 않은 상태로 제1접착층(51)에 의하여 접착된 디스플레이 패널층(41)과 터치 패널층(42)을 지그(80a)에 지지한 후에, 점선으로 도시된 바와 같이 제1곡률부(82)를 갖도록 소성 변형시킨 투명 보호 패널층(43)을 탄성변형시켜 실선으로 도시된 바와 같이 평탄하게 펼치고 그 상태에서 제2접착층(52)을 이용하여 터치 패널층(42)에 접착할 수도 있다.
예를 들어, 도 16c에는 소성 변형 후 접착 공정에 의하여 제조된 플렉서블 디스플레이 소자(4)가 도시되어 있다. 도 16c를 참조하면, 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 디스플레이 패널층(41), 터치 패널층(42), 및 투명 보호 패널층(43)을 곡률 반경 ra로 변형시킨 상태에서 접착한 경우(실선), 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 힘이 가해지지 않은 상태에서는 일점 쇄선으로 도시된 바와 같이 ra의 80% ~ 120%의 곡률 반경을 가진 상태가 되며, 점선으로 도시된 바와 같이 최소 ra의 절반에 해당되는 곡률반경 rb로 접힐 수 있다.
소성 변형 후 접착 공정에 의하여 제조된 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)는 외력이 가해지지 않은 경우에 도 16c에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 구부러진 상태로 유지되려는 경향을 가진다. 그러므로, 플렉서블 디스플레이 소자(4)가 적용된 전자 기기(100)를 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 펼쳐진 상태에서 사용하기 위하여 사용자가 제1, 제2몸체(1)(2)를 잡고 플렉서블 디스플레이 소자(4)가 펼쳐진 상태로 유지하여야 한다. 또한, 평탄한 상태에서 접착하는 공정에 의하여 제조된 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자(4)의 경우에도 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 펼쳐진 상태로 유지될 수 있는 구조를 가지면 사용 편의성이 향상될 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 전자 기기(100)는 플렉서블 디스플레이 소자(4)를 펼쳐진 상태로 유지시키기 위한 구조를 가질 수 있다. 도 17과 도 18은 펼쳐진 상태로 유지되는 구조를 갖는 전자 기기(100)의 일 실시예의 개략적인 측면도들이다.
도 17을 참조하면, 제1몸체(1)에는 지지부재(6)가 마련되며, 제2몸체(2)에는 로킹부(7)가 마련된다. 지지부재(6)는, 실선으로 도시된 바와 같이 제1몸체(1)에 수납된 제1위치와, 점선으로 도시된 바와 같이 연결부(3)를 가로질러 제2몸체(2)를 향하여 연장된 제2위치로 전환된다. 도 17에 도시된 실시예에서는 지지부재(6)는 제1몸체(1)에 회동될 수 있게 설치된다. 지지부재(6)와 제1몸체(1)와의 회동 가능한 연결구조는 힌지 구조 등 알려진 다양한 연결구조가 적용될 수 있다. 예를 들어, 로킹부(7)는 지지부재(6)의 단부(6a)를 수용할 수 있는 형상을 가진다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 로킹부(7)는 지지부재(6)의 단부(6a)를 탄력적으로 수용할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 로킹부(7)는 스냅-핏 구조를 가질 수 있다. 또한, 로킹부(7)는 제2몸체(2)의 길이방향으로 탄력적으로 이동될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 제1몸체(1)와 제2몸체(2)가 도 17에 도시된 바와 같이 펼쳐진 상태에 도달되면, 지지부재(6)를 제2위치로 회동시켜 그 상태에서 로킹부(7)를 이용하여 로킹시키면, 전자 기기(100)는 펼쳐진 상태로 유지될 수 있다.
또한, 18에 도시된 바와 같이, 지지부재(6)를 제2위치에 위치시킴으로써 전자 기기(100)의 제1, 제2몸체(1)(2)가 완전히 펼쳐진 상태(도 3)와 완전히 접힌 상태(도 3)와 사이의 소정의 각도로 펼쳐진 상태에서도 화살표시(B) 방향으로 넘어지지 않고 안정적으로 유지될 수 있다.
도 19와 도 20은 펼쳐진 상태로 유지되는 구조를 갖는 전자 기기(100)의 다른 실시예의 개략적인 측면도들이다. 도 19와 도 20을 참조하면, 제2몸체(2)에는 펼쳐진 상태에서 지지부재(6)를 로킹시키는 제3위치와, 완전히 펼쳐진 상태(도 3)와 완전히 접힌 상태(도 3)와 사이의 소정의 각도로 펼쳐진 상태에서 지지부재(6)를 로킹시키는 제4위치를 갖는 로킹부재(7a)가 설치된다. 로킹부재(7a)는 지지부재(6)를 로킹시키는 로킹부(7)를 구비한다. 일 예로서, 로킹부재(7a)는 제2몸체(2)에 제3, 제4위치로 회동될 수 있게 설치된다. 로킹부재(7a)의 회동중심은 로킹부(7)보다 연결부(3) 쪽에 가깝게 위치된다. 로킹부(7)는 지지부재(6)의 단부(6a)를 탄력적으로 수용할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 로킹부(7)는 스냅-핏 구조를 가질 수 있다. 또한, 로킹부(7)는 로킹부재(7a)에 대하여 제2몸체(2)의 길이방향으로 탄력적으로 이동될 수 있는 구조를 가질 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 전자 기기(100)가 완전히 펼쳐지면 도 19에 도시된 바와 같이 제2위치에 위치된 지지부재(6)가 로킹부(7)에 로킹되어 전자 기기(100)가 완전히 펼쳐진 상태로 유지될 수 있다. 또한, 도 20에 도시된 바와 같이 로킹부재(7a)가 제4위치로 회동되어 제2위치에 위치된 지지부재(6)를 로킹시킴으로써 제1, 제2몸체(1)(2)가 완전히 펼쳐진 상태(도 3)와 완전히 접힌 상태(도 3)와 사이의 소정의 각도로 펼쳐진 상태에서 전자 기기(100)가 유지될 수 있다.
도 21과 도 22는 펼쳐진 상태로 유지되는 구조를 갖는 전자 기기(100)의 다른 실시예의 개략적인 측면도들이다. 도 21과 도 22를 참조하면, 지지부재(6)는 제1몸체(1)에 제1, 제2위치로 슬라이딩될 수 있게 설치된다. 이와 같은 구성에 의하여, 전자 기기(100)가 완전히 펼쳐지면 도 21에 도시된 바와 같이 제2위치로 슬라이딩된 지지부재(6)가 로킹부(7)에 로킹되어 전자 기기(100)가 완전히 펼쳐진 상태로 유지될 수 있다. 이때 로킹부(7)은 개별부품이 아니고 제2몸체(2)에 일체형으로 홈 형태로 만들어질 수도 있다. 또한, 도 22에 도시된 바와 같이 로킹부재(7a)가 제4위치로 회동되어 제2위치로 슬라이딩된 지지부재(6)를 로킹시킴으로써 제1, 제2몸체(1)(2)가 완전히 펼쳐진 상태(도 3)와 완전히 접힌 상태(도 3)와 사이의 소정의 각도로 펼쳐진 상태에서 전자 기기(100)가 유지될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1...제1몸체 2...제2몸체
3...연결부 4...플렉서블 디스플레이 소자
41...디스플레이 패널층 42...터치 패널층
43...투명 보호 패널층 51, 52...제1, 제2접착층
6...지지부재 7...로킹부
7a...로킹부재

Claims (25)

  1. 중립면이 소정의 곡률반경을 가지도록 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이 소자로서,
    화상을 표시하는 디스플레이 패널층과, 투명 보호 패널층을 포함하며, 순차로 적층되는 다수의 패널층; 및
    상기 다수의 패널층을 접착하는 접착층;을 포함하며,
    상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는 상기 중립면이 상기 디스플레이 패널층 이외의 층에 위치되도록 결정되며,
    상기 디스플레이 패널층의 외측면으로부터, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 두께의 중심면들까지의 거리를 Pi, 상기 중립면까지의 거리를 yN, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 변형률 한계를 εYi라 하고, 상기 플렉서블 디스플레이 소자의 곡률 반경을 r이라 하면, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는
    Figure 112020064713580-pat00066

    을 만족하도록 결정되는, 플렉서블 디스플레이 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널층과 상기 투명 보호 패널층 사이에 배치되는 터치 패널층;을 더 구비하며,
    상기 접착층은, 상기 터치 패널층과 상기 디스플레이 패널층을 접착시키는 제1접착층과, 상기 터치 패널층과 상기 투명 보호 패널층을 접착시키는 제2접착층을 포함하는 플렉서블 디스플레이 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명 보호 패널층은 구부러진 상태에서 내측 표면층을 형성하며,
    상기 디스플레이 패널층은 구부러진 상태에서 외측 표면층을 형성하는 플렉서블 디스플레이 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는 상기 중립면이 상기 디스플레이 패널층과 상기 투명 보호 패널층 사이에 위치되도록 결정되는 플렉서블 디스플레이 소자.
  5. 중립면이 소정의 곡률반경을 가지도록 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이 소자로서,
    화상을 표시하는 디스플레이 패널층과, 투명 보호 패널층을 포함하며, 순차로 적층되는 다수의 패널층; 및
    상기 다수의 패널층을 접착하는 접착층;을 포함하며,
    상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는 상기 중립면이 상기 디스플레이 패널층 이외의 층에 위치되도록 결정되며,
    상기 중립면의 위치는, 상기 플렉서블 디스플레이 소자가 접힐 때 상기 투명 보호 패널층과 상기 디스플레이 패널층이 동시에 탄성 변형률 한계에 도달되도록 결정되는 플렉서블 디스플레이 소자.
  6. 중립면이 소정의 곡률반경을 가지도록 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이 소자로서,
    화상을 표시하는 디스플레이 패널층과, 투명 보호 패널층을 포함하며, 순차로 적층되는 다수의 패널층; 및
    상기 다수의 패널층을 접착하는 접착층;을 포함하며,
    상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는 상기 중립면이 상기 디스플레이 패널층 이외의 층에 위치되도록 결정되며,
    상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성계수와 두께는, 상기 플렉서블 디스플레이 소자가 접힐 때 상기 투명 보호 패널층과 상기 디스플레이 패널층이 동시에 탄성 변형률 한계에 도달되도록 결정되는 플렉서블 디스플레이 소자.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 두께를 Ti, 상기 접착층의 미세 공극의 길이를 L이라 하면, 상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 탄성 계수와 두께는
    Figure 112020064713580-pat00038

    을 만족하도록 결정되는 플렉서블 디스플레이 소자.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명 보호 패널층은 상기 곡률 반경의 2배보다 작은 곡률 반경으로 소성 변형된 상태에서 그 인접한 다른 패널층에 접착되는 플렉서블 디스플레이 소자.
  11. 다수의 패널층이 순차로 접착된 다층 구조의 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법으로서,
    제1패널층을 소성변형시켜 제1곡률부를 형성하는 단계;
    제2패널층에 상기 제1패널층을 접착하는 단계;를 포함하며,
    상기 접착하는 단계는,
    상기 제2패널층을 평탄한 지그에 지지하는 단계;
    상기 제1패널층을 탄성변형시켜 평탄하게 펴서 상기 제2패널층에 접착하는 단계;를 포함하는 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착하는 단계는,
    상기 제2패널층을 상기 제1곡률부에 대응되는 제2곡률부를 가진 지그에 지지하는 단계;
    상기 제1패널층을 소성변형된 상태로 상기 제2패널층에 접착하는 단계;를 포함하는 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2패널층을 상기 제1곡률부를 갖도록 소성 변형시킨 후에 상기 지그에 지지하는 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2패널층은 화상을 표시하는 디스플레이 패널층을 포함하며,
    상기 제1패널층은 투명 보호 패널층을 포함하는 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법.
  16. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1곡률부의 곡률 반경은 상기 플렉서블 디스플레이 소자의 최소 굽힘 곡률 반경의 2배 이하인 플렉서블 디스플레이 소자의 제조 방법.
  17. 서로 이격되게 위치되는 제1몸체와 제2몸체;
    상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이에 위치되어 상기 제1, 제2몸체를 소정의 굽힘 곡률 반경으로 접철될 수 있게 연결하는 연결부;
    상기 연결부를 가로질러 상기 제1, 제2몸체에 지지되며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 플렉서블 디스플레이 소자;를 포함하는 접철식 전자 기기.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서,
    상기 다수의 패널층과 상기 접착층의 두께를 Ti, 상기 접착층의 미세 공극의 길이를 L이라 하면, 상기 굽힘 곡률 반경 r은,
    Figure 112020064713580-pat00040

    을 만족하는 접철식 전자 기기.
  20. 삭제
  21. 제17항에 있어서,
    상기 투명 보호 패널층은 상기 굽힘 곡률 반경의 2배보다 작은 곡률 반경으로 소성 변형된 상태에서 그 인접한 다른 패널층에 접착되는 접철식 전자 기기.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제1몸체에 수납된 제1위치와 상기 연결부를 가로질러 상기 제2몸체 쪽으로 연장된 제2위치로 전환되는 지지부재;
    상기 제2몸체에 마련되며, 상기 제2위치에 위치된 상기 지지부재를 로킹시키는 로킹부;를 더 포함하는 접철식 전자 기기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 제1, 제2위치로 슬라이딩되는 접철식 전자 기기.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 로킹부를 구비하며, 상기 제1, 제2몸체가 완전히 펼쳐진 상태에서 상기 지지부재를 로킹시키는 제3위치와 상기 제1, 제2몸체가 완전히 펼쳐진 상태와 완전히 접힌 상태 사이의 소정의 각도로 펼쳐진 상태에서 상기 제2위치에 위치된 상기 지지부재를 로킹시키는 로킹부재;를 더 포함하는 접철식 전자 기기.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 로킹 부재는 상기 제3, 제4위치로 회동되는 접철식 전자 기기.
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