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KR102590012B1 - 접착제 및 이를 적용한 플렉서블 디스플레이 - Google Patents

접착제 및 이를 적용한 플렉서블 디스플레이 Download PDF

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KR102590012B1
KR102590012B1 KR1020170163548A KR20170163548A KR102590012B1 KR 102590012 B1 KR102590012 B1 KR 102590012B1 KR 1020170163548 A KR1020170163548 A KR 1020170163548A KR 20170163548 A KR20170163548 A KR 20170163548A KR 102590012 B1 KR102590012 B1 KR 102590012B1
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KR
South Korea
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adhesive
metal plate
display panel
folding
adhesive layer
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KR1020170163548A
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Inventor
이승희
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to US17/575,480 priority patent/US20220135728A1/en
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Abstract

본 발명은 일정 탄성 계수를 갖는 금속 플레이트를 패턴화하여 접착제로 구비하여, 상기 접착제가 폴딩이 수행되는 피착제의 동작에 상응하여 압축 변형되어, 변형시의 내부 복수 중립면 생성으로 원 상태로의 복귀가 용이할 수 있다.

Description

접착제 및 이를 적용한 플렉서블 디스플레이 {Adhesive and Flexible Display Using the Same}
본 발명은 플렉서블 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부 구성 및 재료를 달리하여, 접착층과의 계면에서의 박리를 방지할 수 있고, 반복적 폴딩 동작에도 원 상태로의 회복이 용이한 접착제 및 이를 적용한 플렉서블 디스플레이에 관한 것이다.
다양한 정보를 화면으로 구현해주는 영상 디스플레이는 정보 통신 시대의 핵심 기술로 더 얇고 더 가벼우며, 고 성능의 방향으로 발전하고 있다. 이에 음극선관(CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 평판 디스플레이로 자발광이 가능하여 광원 유닛을 생략할 수 있는 유기 발광 디스플레이 등이 각광받고 있다.
유기 발광 디스플레이는 다수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 화상을 표시하게 된다. 여기서, 각 화소는 발광 소자와, 그 발광 소자를 독립적으로 구동하는 다수의 트랜지스터로 이루어진 화소 구동 회로를 구비한다.
한편, 최근에는 다양한 어플리케이션 관점에서, 주머니나 작은 파우치에 넣은 상태로 휴대가 용이하며, 휴대시보다 큰 화면으로 영상의 표시가 가능한 플렉서블 디스플레이의 요구가 증대하고 있다. 플렉서블 디스플레이는 휴대나 보관시에는 접거나 일부를 벤딩한 형태로 있다가, 영상의 표시시 디스플레이를 펼친 상태로 구현하여, 영상 표시 영역을 늘리고 또한 사용자의 시감을 향상시키며 실감을 높일 수 있다.
영상을 표시하는 표시 패널은 기판의 두께를 줄이는 형태로 슬림화하여 구현할 수 있다.
또한, 플렉서블 디스플레이는 휘거나 굽힘이 가능한 연성의 표시 패널의 하부에 표시 패널을 지지하며, 케이스 내에 실장하기 위해 백플레이트를 구비하는데, 표시 패널과 백플레이트는 서로 다른 공정에서 제조되며, 각각이 접착성이 없기 때문에, 이들 사이에는 접착제가 개재되어 서로 부착될 수 있다.
그런데, 일반적인 접착제는 고무 등의 플라스틱 재료로 이루어져 열 또는 광 경화 후 경화 상태를 유지하여, 표시 패널을 휘거나 굽히는 동작에 상응하여 반응하지 못하는 문제가 있다. 그리고, 접착제의 강성을 조절하여 표시 패널 혹은 백플레이트의 연성에 유사한 재질로 이루어진 경우에는, 접착제가 표시 패널 및 백플레이트과 만나는 표면에서만 접착성을 통해 큰 인력으로 접하며, 폴딩 등의 동작에서 접착제의 양 표면이 수축과 신장이라는 다른 인력이 발생해 그 길이 변화 차로 변형이 발생한 후 원 상태로 복귀가 불가능한 문제가 있다.
이하, 비교예에 따른 플렉서블 디스플레이의 폴딩 상태를 설명한다.
도 1은 비교예에 따른 플렉서블 디스플레이의 폴딩 상태를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 비교예에 따른 플렉서블 디스플레이는 표시 패널(10)과 백플레이트(20)가 사이에 접착제(15)가 전면(全面) 개재되어 접착되어 있다. 이 경우, 플렉서블 디스플레이를 반으로 접어 폴딩할 때, 안쪽에서 접히는 표시 패널(10)과, 바깥쪽에서 접히는 백플레이트(20)는 접히는 부분에서의 곡률 반경이 상이하다. 따라서, 비폴딩 상태에서 동일한 크기로 중첩되어 있던 표시 패널(10)과 백플레이트(20)는, 폴딩시 폴딩부에서 서로 다른 곡률 반경을 갖고 늘어난 만큼 양끝의 비폴딩부에서, 상대적으로 큰 곡률 반경을 갖는 백플레이트(20)가 표시 패널(10)과 비중첩한 부분이 발생한다. 이러한 현상을 표시 패널(10)과 백플레이트(20)간의 '슬립(slip)'이라 한다.
그리고, 이러한 폴딩 동작에서, 각각 표시 패널(10)과 백플레이트(20)에 접한 접착제(15)의 제 1 면과 제 2 면은 접착면의 차이로 양끝에서 변형량 'm'을 갖게 된다. 양끝의 변형량을 합한 2m이 상기 제 1 면과 제 2 면의 폴딩되는 길이의 차로 정의된다.
표시 패널(10)의 폴딩 부 중심에서, 접착제(15)의 제 1 면까지의 거리(곡률 반경)를 'R'이라 할 때, 폴딩부는 단면으로 보았을 때 반원 형상을 가지므로, 이로 인해 표시 패널(10)의 접한 제 1 면에서의 폴딩부의 길이는 πR에 상당하다. 그리고, 접착제(15)의 두께가 'd'라면, 접착제(15)의 제 2 면에서의 폴딩부의 길이는 π(R+d)에 상당하다. 따라서, 2m= π(R+d)- πR에 상당하다.
비교예에 따른 플렉서블 디스플레이와 같이, 접착제(15)가 표시 패널(10)이나 백플레이트(20) 사이에 전면에 개재되고, 표시 패널(10)이나 백플레이트(20)의 연성(flexibility)에 상응하지 않는다면, 폴딩 후 다시 플렉서블 디스플레이를 폈을 경우, 원 상태로의 복원이 어렵다. 이 경우, 복원에 장시간이 걸리거나 혹은 폴딩부의 영역이 펴지지 않아 원 상태의 평평한 플렉서블 디스플레이로의 복원이 불가능할 수도 있다.
한편, 상술한 비교예의 플렉서블 디스플레이의 전면형 접착제는 그 강도를 높여 원 상태로의 복원을 용이하게 하기도 한다. 그러나, 강도가 너무 높을 때는 상대적으로 연성을 갖는 표시 패널에 가해지는 스트레스가 증가하여 폴딩과 언폴딩 동작이 반복될 때, 표시 패널에 크랙이 발생하는 다른 문제점이 나타나기도 한다. 또한, 반대로 강도를 낮춘 전면형 접착제는 폴딩 후 다시 비폴딩 상태로 돌아오더라도 변형량 2m이 발생한 상태에서 원복시까지 시간이 너무 오래 걸리며, 접착제와 접한 표시 패널 및 백플레이트의 계면에서 접착 특성이 저하되어 피착제와의 박리가 진행되어, 장치에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 일반적인 폴리머 접착제는 양 피착제 사이에 폴딩 동작에 따라 슬립이 발생시 안쪽면과 바깥쪽 면간의 길이 변형 차가 발생한 후에 이는 영구적 변형으로 남아, 다시 폴딩 스트레스가 풀려 평탄하게 된 피착제들 사이에 폴리머 접착제의 양면의 길이 차가 플렉서블 디스플레이에서 특정 부위의 버클링(buckling), 주름 혹은 형태 변형으로 관찰되어 시청자에게 불량으로 관찰될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 재료적으로 소성 변형이 없는 일정 탄성 계수의 금속 플레이트를 패턴화하여 접착제로 구비하여, 금속 플레이트의 재료적 성질과 패턴화에 의해 폴딩시 복수 중립면을 형성하여 접착제의 변형을 방지하고, 폴딩 스트레스가 풀린 후 원 상태로의 복귀가 용이할 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 일정 탄성 계수를 갖는 금속 플레이트를 패턴화하여 접착제로 구비하여, 상기 접착제가 폴딩이 수행되는 피착제의 동작에 상응하여 압축 변형되어, 변형시의 내부 복수 중립면 생성으로 원 상태로의 복귀가 용이할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제는 서로 대향된 제1 면과 제 2 면을 갖고, 복수개의 중공을 규칙적으로 가지며 탄성 계수가 10GPa 내지 100GPa인 금속 플레이트 및 상기 제 1 면과 제 2 면 중 적어도 어느 하나에 구비된 접착층을 포함할 수 있다.
상기 복수개의 중공은 상기 금속 플레이트의 두께 방향에서 구비되며, 상기 제 1 면과 제 2 면을 관통할 수 있다.
또한, 상기 금속 플레이트는 리퀴드메탈 플레이트일 수 있다.
그리고, 상기 금속 플레이트는 지르코늄, 티타늄, 니켈 및 구리를 포함한 합금일 수 있다.
또한, 상기 접착층은 평면상 상기 금속 플레이트의 중공을 제외한 제 1 면에 대응된 제 1 접착층과 상기 금속 플레이트의 중공의 제외한 제 2 면에 대응된 제 2 접착층을 포함할 수 있다.
혹은 상기 접착층은 평면상 상기 금속 플레이트의 제 1 면과 중공에 함께 평탄하게 대응된 제 1 접착층을 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 접착층은 상기 금속 플레이트의 중공을 제외한 제 2 면에 대응된 제 2 접착층을 더 포함할 수도 있다. 또는, 상기 접착층은, 상기 금속 플레이트의 중공에 채워진 제 2 접착층을 더 포함할 수도 있다.
상기 복수개의 중공은 폴딩부에 대응하여 선택적으로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 폴딩부를 제외한 상기 금속 플레이트의 영역은 중공을 구비하지 않을 수 있다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드 어레이 및 이들을 봉지하는 봉지층을 포함한 표시 패널과, 상기 표시 패널과 대면하며, 폴딩 영역과 비폴딩 영역으로 구분된 백플레이트 및 상기 표시 패널과 백플레이트의 사이에, 상술한 접착제를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 접착제의 복수개의 중공은 상기 표시 패널 및 백플레이트와 동일한 폴딩부에 구비될 수 있다.
본 발명의 접착제 및 이를 이용한 플렉서블 디스플레이는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명의 접착제는 소성 변형이 없고, 10GPa 내지 100GPa의 수준으로 탄성 계수가 큰 금속 플레이트를 모재로 하여, 여기에 중공을 이격하여 구비하여 패턴화하여 형성함으로써, 폴딩시 압축 및 신장에 중립이 일어나는 복수 중립면 형이 가능하여 폴딩 반복에 의한 접착제의 변형을 방지한다.
둘째, 접착제로써 스테리인스 강이나 일반적인 금속과 같이 강성이 높은 재료로 형성할 경우, 원복력은 높으나 표시 패널에 스트레스를 역으로 일으켜 크랙을 발생시키는 문제가 있었고, 폴리머와 같이 낮은 강성을 재료로 접착제를 형성하는 경우, 연성으로 인해 표시 패널에 크랙을 유발하지는 않으나 폴리머는 스트레스를 받은 후 회복하기 위한 이완 시간이 1일 이상 요구되기도 하여 플렉서블 디스플레이에 적용하기 곤란하였다. 본 발명의 접착제는 모재로서 리퀴드 메탈과 같이, 성형이 가능하고 내부 결정성이 없으며, 일정 이상의 탄성 계수를 갖는 금속 플레이트에, 중공을 구비하여 형성된다. 따라서, 본 발명의 접착제는 재료 자체의 높은 원복력과 구조적으로 폴딩시 받는 스트레스의 분산하는 복수 중립면 형성으로, 폴딩시 표시 패널과 백플레이트 사이의 다른 대향면에 걸리는 다른 힘에 대해서는 슬립없이 동작하며, 폴딩 스트레스가 제거된 경우 높은 탄성 계수로 원 상태로 돌아오는 복원력이 높아 플렉서블 디스플레이 적용에 유리하다.
도 1은 비교예에 따른 플렉서블 디스플레이의 폴딩 상태를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 플렉서블 디스플레이를 나타낸 평면도
도 3은 도 2의 I~I' 선상의 단면도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 접착제를 나타낸 평면도
도 5는 도 4의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도
도 6은 본 발명의 접착제에 이용하는 재료 및 다른 금속들의 스트레스-변형 관계를 나타낸 그래프
도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 접착제를 나타낸 단면도
도 7b는 도 7a의 변형예를 나타낸 단면도
도 7c는 도 5의 변형예를 나타낸 단면도
도 8a는 전면형 접착제의 중립면과, 도 8b는 본 발명의 접착제의 중립면을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 접착제를 나타낸 나타낸 평면도
도 10은 도 9의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 단면도
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
그리고, 소자 또는 층이 다른 소자의 "위(on)" 또는 "상(on)" 으로 지칭되는 것은 다른 소자 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자 또는 층이 다른 소자에 "접하는" 으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.
도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
이하에서 설명하는 실시예들의 디스플레이는 디스플레이의 중앙이 접히는 폴더블 디스플레이(Foldable Display)를 나타내지만, 폴딩 영역은 디스플레이의 어느 부분이라도 올 수 있으며, 본 발명의 플렉서블 디스플레이에서, 폴딩 영역에 대응하여 백 플레이트의 변형은 플렉서블 디스플레이의 폴딩 영역의 변동에 따라 그 위치를 변경하여 함께 적용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 폴더블(foldable), 벤더블(Bendable), 롤러블(rollable) 등과 같이, 접혀지거나 휘어지는 영역에 관계없이 플렉서블이 가능하다면 여러가지 타입을 통칭하는 것이다.
도 2는 본 발명의 플렉서블 디스플레이를 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 I~I' 선상의 단면도이다.
도 2 및 도 3과 같이, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는, 표시 패널(100)과, 이와 대향하여 상기 표시 패널(100)을 하측에서 지지하는 백플레이트(200) 및 이들 사이에 패턴화된 접착제(1000)를 포함한다.
상기 패턴화된 접착제(1000)는 금속 플레이트의 모재에 복수개의 중공(505)을 구비한 것으로, 구체적인 설명은 후술한다. 도 3에서는 단면만을 나타낸 것으로 패턴화된 접착제(1000)가 분리된 것으로 보이지만 중공들이 섬상으로 형성된 것으로, 금속 플레이트는 중공들(505)을 제외하여 일체로 연결되어 있다.
여기서, 표시 패널(100)과 백플레이트(200)를 I~I' 선상의 방향으로 폴딩 영역(FR)을 따라 접을 때, 폴딩 영역(FR)에서 표시 패널(100)은 압축되고, 백플레이트(200)는 신장된다. 이 경우, 패턴화된 접착제(1000)가 중공(505)에 의해 분산되어 표시 패널(100)의 대한 제 1 대향면과 백플레이트(200)에 대한 제 2 대향면간의 길이 변화 차가 작아 소성 변형이 발생하지 않는다. 특히, 상기 금속 플레이트(1000)는 그 재질이 탄성 계수 10GPa 내지 100GPa의 리퀴드 메탈 플레이트로, 일반적인 금속 이상의 강도를 갖고, 소성 변형없이 탄성력을 갖는 성질을 갖는다. 따라서, 폴딩시 맞닿아 있는 양측의 표시 패널(100)의 압축 및 백플레이트(200)의 신장에 상응하여 제 1, 제 2 대향면에 반대 방향의 스트레스에 따라 압축 및 신장하고, 폴딩 스트레스가 풀렸을 때, 재질의 탄성 회복력에 의해 소성 변형없이 원 상태로의 복귀가 용이하다.
한편, 본 발명의 플렉서블 디스플레이의 표시 패널(100)은 중앙에 복수개의 화소를 포함하는 액티브 영역(AA)과 상기 액티브 영역(AA)의 둘레를 둘러싸는 비표시 영역(NA)으로 구분된다.
또한, 표시 패널(100)은 기판(101), 액티브 영역(AA)에 구비된 각 서브 화소에, 박막 트랜지스터 및 유기 발광 다이오드를 포함한 어레이(110)와, 상기 박막 트랜지스터 및 유기 발광 다이오드를 봉지하는 봉지층(120)과, 상기 봉지층(120) 상에 구비되는 터치 전극 어레이(130) 및 상기 터치 전극 어레이(130)를 보호하는 커버층(140)을 포함한다.
상기 기판(101) 및 커버층(140)은 0.2mm 이하의 얇은 글래스 혹은 플라스틱 필름일 수 있으며, 폴딩 동작에도 크랙없이 유연하게 변형될 수 있다. 그리고, 기판(101)과 커버층(140)은 발광 방향과 어레이(110)를 형성하는 공정에서의 내열 특성을 고려하여 서로 다른 재질일 수 있다. 발광 방향이 상부일 때, 상기 커버층(140)은 투명한 폴리머로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(101)은 유색 폴리 이미드로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 어레이(110)는 기판(101) 상에 성막되어 구비되는 복수층의 절연층, 금속층 및 반도체층을 포함하며, 각 층이 5000Å 이하의 얇은 두께로 폴딩 동작에도 변성되거나 크랙이 발생되지 않는다.
그리고, 봉지층(120)은 유기막 및 무기막이 교번 적층되어 이루어진 박막 적층체로 이루어지며, 상기 액티브 영역(AA) 형성된 어레이(110)를 상부뿐만이 아니라 측면까지 충분히 덮어 외부로부터의 습기가 외기가 어레이(110) 내로 침투됨을 방지할 수 있다. 즉, 봉지층(120)은 액티브 영역(AA)보다는 큰 크기로 기판(100) 상에 형성되며, 패드 전극(145)이 구비되는 일측을 제외하여 기판(101) 가장자리까지 형성될 수 있다. 또한, 봉지층(120)에 구비되는 유기막의 두께는 3㎛ 이하, 무기막은 1㎛ 이하로, 봉지층(120)의 총 두께는 대략 20㎛를 넘지 않으며, 상대적으로 두껍게 성막되는 유기막에 의해 봉지층(120)의 최상부는 평탄화될 수 있다.
그리고, 봉지층(120) 평탄한 최상부 표면에는 직접적으로 터치 전극 어레이(130)가 형성되거나 혹은 별도의 무기 보호막을 더 구비하여, 터치 전극 어레이(130)가 구비될 수 있다. 경우에 따라, 상기 커버층(140)의 내면측에 터치 전극 어레이(130)를 형성 후, 봉지층(120)의 표면에 이를 부착할 수도 있다.
그리고, 기판(101)은 일측이 봉지층(120)으로부터 노출된 패드부를 구비될 수 있으며, 상기 패드부에는 복수개의 패드 전극(145)이 배치되며, 이들 패드 전극(145)은 플렉서블 인쇄회로 기판(300)과 접속된다. 또한, 플렉서블 인쇄회로 기판(300)은 기판(101)의 하측으로 접혀져 최종적으로 커버 바텀(미도시)의 구조물 내에 수납될 수 있다.
상기 플렉서블 인쇄회로 기판(300)은, 완성된 플렉서블 디스플레이에서, 기판(101) 및 백플레이트(200)의 하측으로 접힌다.
한편, 도 2의 도면 상에는 백플레이트(200)는 기판(101)과 유사한 두께로 도시되어 있지만, 상대적으로 기판(101)의 하부를 지지하는 구성으로, 스테인리스 강과 같이, 강철 합금이나 경도가 높은 플라스틱 플레이트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 백플레이트(200)의 두께는 전체 표시 패널(100)에 상당하거나 이보다 두꺼운 두께일 수 있다. 또한, 스테인리스 강은 재질의 높은 경도와 두꺼운 두께로 인해 표시 패널(100) 대비 강성이 크기 때문에, 폴딩 영역(FR)에 대응하여 복수개의 개구부(미도시)를 구비하여 개구부가 구비된 영역이 일종의 스프링으로 작용하여 폴딩을 원활히 할 수 있다.
그리고, 백플레이트(200)의 개구부를 포함한 코어층 상하부에 스킨층을 구비하여, 단차를 보상하고 외부의 충격으로부터 내부 코어층을 보호할 수 있다. 백플레이트(200)는 개구부를 제외하여 코어층과, 그 상하부의 스킨층을 일체형으로 하여 도시하였으나, 코어층은 강성을 갖는 스테인리스 강이며, 스킨층은 수지막 혹은 무기 절연막으로 코어층과 스킨층은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 패턴화된 접착제(1000)는 단면 상으로 직사각형으로 관찰되지만, 각각 표시 패널(100)과 백플레이트(200)에 대향된 면과 그 사이의 두께 부분에 해당하는 부위의 폭이 다를 수도 있는 변형을 가질 수 있으며, 이러한 패턴화된 형상으로 폴딩 등의 스트레스에서, 양 대향면에 서로 다른 방향으로 압축/신장의 힘이 가해질 때 복수 중립면 생성으로 스트레스를 분산하여 폴딩에 의한 패턴화된 접착제(1000)에 소성 변형이 발생됨을 방지하고, 폴딩 후 원 상태로의 복귀를 용이하게 한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 접착제를 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도이다.
도 4 및 도 5와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 접착제(1000)는 서로 대향된 제1 면과 제 2 면을 갖고, 복수개의 중공(505)을 규칙적으로 가지며 탄성 계수가 10GPa 내지 100GPa인 금속 플레이트(500) 및 상기 제 1 면과 제 2 면에 각각 접한 제 1 접착층(510) 및 제 2 접착층(520)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 접착제에 이용하는 금속 플레이트(metal plate)는 일반적인 전도성을 갖는 금속이 아닌 리퀴드 메탈 플레이트(liquid metal plate)로 일종의 상용 재료이다. 리퀴드 메탈 플레이트는 지르코늄(zirconium)에 티타늄(titanium), 니켈(nickel), 구리 등을 섞어 성형하여 일정 두께를 갖는 플레이트(판) 상으로 만든다. 리퀴드 메탈 플레이트는 표면이 액체처럼 매끄럽기 때문에, 이와 같이 통칭된다. 즉, 리퀴드 메탈 플레이트는 명칭에 포함된 액체 재료가 아닌 상술한 지르코늄(zirconium)에 티타늄(titanium), 니켈(nickel), 구리 등을 섞은 다음 급냉시켜 내부에 결정성의 그레인(grain)이 생성되지 않게 하여, 두께 대비 탄성력이 좋고 동시에 높은 경도를 갖는 금속으로 알려진 티타늄 이상의 강도를 갖는다. 이와 같이, 탄성력과 강도가 모두 높은 특징은 일반적인 금속에서는 나타나지 않는 특성으로, 특정의 리퀴드 메탈 플레이트와 같은 재료를 사용하였기 때문에 나타난다. 그리고, 이러한 특징은 탄성력을 갖는 폴리머로 알려진 butyl rubber, styrene butadiene rubber, chioroprene rubber, fluoro-rubber, silicone rubber 를 포함한 일반적인 폴리머 접착제에서, 일정 힘을 가한 후 소정의 영구 변형이 남는 바와 큰 차이점이다.
본 발명의 접착제(1000)에 이용된 금속 플레이트(500)는 구비된 평탄하게 동일 두께를 갖는 리퀴드 메탈 플레이트에 식각 공정을 수행하여 규칙적으로 중공(hollow)(505)을 형성하여 패턴화된다. 상기 중공(hollow)(505)은 각각 이격하여 존재하기 때문에, 중공(505)이 형성된 후에도 상기 접착제(1000)를 이루는 금속 플레이트(500)는 일체형으로 연결되어 있다.
그리고, 접착제(1000)에서, 양 피착제에 대응되는 상기 금속 플레이트(500)의 양면에는, 접착을 위해 제 1 접착층(510)과 제 2 접착층(520)이 구비되는데, 도시된 바와 같이, 쉬트 형태로 제 1, 제 2 접착층(510, 520)이 구비될 수도 있고, 혹은 중공(505)이 있는 부분을 제외하여 금속 플레이트(500)가 남아있는 제 1, 제 2 면에만 제 1, 제 2 접착층(510, 520)을 형성할 수도 있다. 혹은 경우에 따라 제 1, 제 2 접착층(510, 520)을 한쪽만 쉬트 형상으로 형성하고, 나머지는 금속 플레이트(500)의 중공(505)을 제외한 형상과 같이, 패턴화하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 접착층(510, 520)은 실질적인 점착 성분을 갖는 바인더 수지로, 베이스 바인더 수지로서 우레탄 아크릴레이트 수지나 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 일예로, 우레탄 아크릴레이트 수지를 합성하기 위하여 아크릴레이트계 화합물인 N-아크릴로일모르폴린(N-Acryloyl morpholine) 9 중량부, 이소보닐 아크릴레이트 8 중량부, 2-페녹시에틸 아크릴레이트 20중량부, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트 20 중량부, 테트라에틸렌글리콜 10 중량부를 첨가한다. 또한, 우레탄 프리폴리머를 합성하기 위하여 폴리에테르 폴리올 19 중량부, 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 14 중량부를 첨가한다. 아크릴레이트계 화합물을 경화시키기 위한 광개시제로서 장파장 개시제(405 nm)인 페닐비스(2,4,6-트리베틸벤조일-포스핀옥사이드)를 첨가한다.
여기서, 열거된 제 1, 제 2 접착층(510, 520)은 일예이며, 점착성을 갖고, 피착제의 굴곡에 스트레스를 가하지 않을 정도의 저강도라면 다른 재료로 변경될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 접착제(1000)에서, 제 1, 제 2 접착층(510, 520)는 동일한 저강도이며, 상기 금속 플레이트(500)는 이보다 고강도이다.
도 6은 본 발명의 접착제에 이용하는 재료 및 다른 금속들의 스트레스-변형 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6과 같이, 본 발명의 금속 플레이트(500)가 갖는 탄성 계수는 10GPa 내지 100GPa로, 금속 플레이트(500) 성분의 탄성계수는 스트레스/변형량(strain)으로 결정되며, 압축력 및 신장력의 스트레스에 대해 일정 변형량까지 상기 탄성 계수의 비로 선형성을 갖고 변동하다가 일정 변형량을 넘게 되면 패턴이 끊어지는 경향을 갖는다. 여기서, 변형량(strain)이란 ((늘거나 수축된 변위-원래의 길이)/원래의 길이)를 나타낸다. 이는 본 발명의 특정의 탄성 계수를 갖는 금속 플레이트가 일정 변형량까지 소성 변형없이 압축력 및 신장력의 스트레스에 반응함을 의미한다.
반면 티타늄과 같은 금속이나 경도가 매우 높은 스테인리스 강의 재질들은 일정 변형량까지는 압출력 및 신장력의 스트레스에 대해 선형성을 갖고 변화하지만 변형량(strain)이 일정량을 넘게되면 스트레스가 조금만 늘더라도, 변형량이 커지는 현상이 나타난다. 특히, 티타늄의 경우 0.5%의 변형량을 넘을 경우 스트레스 대비 변형량의 변화가 심함을 알 수 있는데, 이는 티타늄에 대해 400MPa 이상의 스트레스가 가해졌을 때, 원복할 수 없을 정도의 변화가 있음을 의미한다.
한편, 스테인리스 강의 경우 1%의 변형량(strain)까지는 압축력 또는 신장력의 스트레스/변형량의 관계가 선형성을 유지하지만 그 이후에는 변형량의 변화가 심함을 알 수 있다. 즉, 스테인리스 강은 1600MPa 이상의 스트레스가 가해질 때, 원복할 수 없을 정도가 변화가 있음을 나타낸다. 그리고, 스테인리스 강의 경우, 신장력의 스트레스/변형량의 비가 160GPa 정도로 탄성계수가 매우 높은 구간을 변형량 1% 이하에서 갖지만, 이를 강도로 환산하여 보면 스테인리스 강은 너무 강도가 높아 일반적으로 플렉서블 디스플레이에서 가하는 폴딩이나 벤딩시에 발생된 스트레스 대비 매우 높다. 따라서, 스테인리스 강은 표시 패널이나 백플레이트의 압축 및 신장에 따른 길이 변화를 따르지 못해 패턴화되어도 자체적인 강도가 높아 상하의 표시 패널이나 백플레이트로부터 슬립되는 문제를 유발하기도 한다.
한편, 본 발명의 금속 플레이트는 접착제(1000)의 모재로 탄성 계수(도 6에서는 62.5GPa의 수준)가 높은 금속 플레이트를 이용함으로써, 패턴화하여 사용시 굽힘 강성이 증가하여 폴딩 후 폴딩 스트레스 제거시 원복이 빠르고, 금속의 특성상 스트레스를 이완시키는 소요되는 시간이 없으며, 영구적 소성변형이 없다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 접착제(1000)에서 중립면이 복수개 발생한다는 것은, 폴딩과 같은 인력을 피착제들(도 2, 3의 100, 200 참조) 사이의 패턴형 접착제(1000)에 가했을 때, 그 형상이 변하지 않는 부위가 복수개 나타난다는 의미이며, 이는 접착제(1000)의 변형량이 적어 원상태로의 복귀가 용이함을 의미한다.
도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 접착제를 나타낸 단면도이며, 도 7b는 도 7a의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 7a과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 접착제(2000)는 중공(505)을 갖는 금속 플레이트(500)와, 상기 금속 플레이트(500)의 제 1 면 및 중공(505)을 포함한 영역에 전면 대응된 제 1 접착층(610)과 금속 플레이트(500)의 중공(505)을 채우는 제 2 접착층(620)을 포함하여 이루어질 수 있다.
경우에 따라, 본 발명의 제 2 실시예의 변형예로 도 7b와 같이, 접착제(2000) 형성시 상기 제 2 접착층(620)이 상기 금속 플레이트(500)의 제 2 면에도 형성될 수 있다. 본 발명의 제 2 실시예의 변형예는 제 2 접착층(620)의 형상 외로는 상술한 제 2 실시예와 동일하므로 동일 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
여기서, 상기 접착체(2000)의 제 1 접착층(610)이 제 1 피착제(미도시)와 대향할 때, 중공(505)에 채워진 제 2 점착층(620)은 제 2 피착제(미도시)와 섬상으로 대향하여 접착이 이루어질 수 있다.
도 7c는 도 5의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 7c와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 접착제의 변형예는, 제 1 접착층(530)이 금속 플레이트(500)와 동일하게 패터닝되어 있다. 이는 제 1 접착층(530)이 금속 플레이트(500)에 구비된 중공(505)과 동일 형상의 홀을 갖는 것을 의미한다. 이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 접착제의 변형예는, 예를 들어, 백플레이트(200)의 표면에, 제 2 접착층(540)을 전면 형성한 후, 그 상부에, 차례로, 금속 플레이트(500), 접착층 물질(530과 동일층)을 증착 후, 이를 동일 마스크로 분할 패터닝하여 중공(505)을 갖는 금속 플레이트(500) 및 제 1 접착층(530)을 차례로 형성하여 이루어질 수 있다.
또한, 도 7c에 도시된 형상과 패터닝된 접착층의 위치를 변경하여, 백플레이트(200)에 접한 제 2 접착층(540)을 패턴화할 수 있으며, 제 1 접착층(530)은 도 2의 표시 패널(100)에 대응되는 형상으로 전면 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들의 평면도에서 도시한 접착제에 있어서, 금속 플레이트(500)의 중공(505)의 평면 형상은 폴딩 축을 따라 길고 폴딩 축에 교차하는 방향에서 짧은 아령 형상으로 도시되어 있다. 이는 하나의 예시이며, 폴딩 축을 따라 길이를 갖고, 폴딩 축에 교차하는 방향에서 짧은 폭을 갖는 다각형 혹은 타원 등의 패턴이라면 다른 형상으로 변경 가능하다. 여기서, 폴딩 축을 기준으로 하여 폴딩이 이루어지는 것으로, 실질적으로 폴딩에 따라 압축과 신장이 일어나는 방향이 폴딩 축에 교차하는 방향이며, 이에 따라, 폴딩 축에 교차하는 방향에서 짧은 폭으로 중공(505)이 반복시켜 압축/수축되는 길이 방향에서 복수 중립면 생성을 유리하게 한다.
그리고, 중공(505)은 복수개의 열들로 배열시 홀수열과 짝수열에 대해 평행하지 않고, 서로 어슷하게 배치시키는 것이 복수 중립면 생성을 유리하게 한다.
한편, 상술한 접착제의 실시예들에서 접착제의 모재인 금속 플레이트(500)의 두께는 대략 10㎛ 내지 20㎛이며, 평탄한 형상으로 구비된 접착층들은 대략 3㎛ 내지 7㎛의 두께로, 상대적으로 금속 플레이트(500)가 접착층들(510, 520) 대비 높은 두께로 접착제(1000)의 전체 탄성과 강성을 제어한다.
도 8a는 전면형 접착제의 중립면과, 도 8b는 본 발명의 접착제의 중립면을 나타낸 도면 이다.
도 8a와 같이, 일반적으로 전면형 접착제를 휘었을 때, 압축과 인장의 중립면은 전면형 접착제의 상면과 하면 사이의 중간면에서만 발생된다. 그런데, 도 5와 같이, 본 발명의 접착제는 상면(제 1면)과 하면(제 2면)을 관통하는 방향으로 중공(505)이 구비되어 폴딩에 의해 압축력과 인장력의 중립이 발생되는 면이 도 8b의 금속 플레이트(500)의 두께 방향에서 복수개 발생(n1, n2, n3)하고 이에 따라 수축과 인장(신장)의 다른 힘이 작용할 때, 이를 분산시켜 폴딩시 금속 플레이트(500)의 상면(제 1 면)과 하면(제 2면)의 길이 차를 작게 하고, 이에 따라 폴딩시의 금속 플레이트(500)의 변형을 유도하지 않는다. 중립면 형성에서 보다 효과적인 것은 중공(505)의 길이나 폭 방향에서 직선형보다는 굴곡을 갖는 형상이 유리하다.
상술한 패턴화된 접착제들의 실시예에서는 각 표시 패널(100) 및 백플레이트(200)에 대면한 전 영역에 걸쳐 중공(505)을 구비한 형태를 나타내었다. 그러나, 이에 한하지 않으며, 접착제의 중공은 폴딩이 이루어지는 특정 영역에만 선택적으로 구비될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 접착제를 나타낸 나타낸 평면도이며, 도 10은 도 9의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 단면도이다.
도 9 및 도 10과 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 접착제(3000)는 폴딩 영역(FR)에 대응된 부위에만 복수개의 중공(705)를 마련하고, 나머지 영역은 두께 방향에서 채워진 형태로 금속 플레이트(700) 및 상기 금속 플레이트(700)의 서로 대향하는 제 1 면 및 제 2 면 중 적어도 하나에 구비된 제 1 접착층(710)을 구비하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 접착제(3000)는 상술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예 혹은 이들의 변형예에서 설명한 바와 같이, 중공(705)을 채우며 제 2 접착층이 구비될 수도 있고, 혹은 금속 플레이트(700)의 양면에 각각 서로 대향하는 표시 패널(100)과 백플레이트(200)의 피착제들의 면 형상의 접착층을 구비할 수도 있고, 혹은 중공(705)을 제외한 형상으로 패턴화된 접착층을 구비할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용효과에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형된 예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.
100: 표시 패널 200: 백플레이트
500: 금속 플레이트 505: 중공
510: 제 1 접착층 520: 제 2 접착층

Claims (13)

  1. 서로 대향된 제1 면과 제 2 면을 갖고, 복수개의 중공을 규칙적으로 가지며 탄성 계수가 10GPa 내지 100GPa이며 내부 결정성이 없는 금속 플레이트;
    상기 제 1 면에 접하며 상기 중공을 채우며 구비된 제 1 접착층; 및
    상기 제 2 면에 접한 제 2 접착층을 포함한 접착제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 중공은 상기 금속 플레이트의 두께 방향에서 구비되며, 상기 제 1 면과 제 2 면을 관통하는 접착제.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 리퀴드메탈 플레이트인 접착제.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 지르코늄, 티타늄, 니켈 및 구리를 포함한 합금인 접착제.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 접착층의 상부 표면은, 상기 금속 플레이트의 제 1 면과 상기 복수개의 중공에 걸쳐 평탄하며,
    상기 중공을 채우는 상기 제 1 접착층의 하부 표면은, 상기 제 2 접착층과 접한 접착제.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 중공은 폴딩부에 대응하여 선택적으로 구비된 접착제.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 폴딩부를 제외한 상기 금속 플레이트의 영역은 중공을 구비하지 않는 접착제.
  11. 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드 어레이 및 이들을 봉지하는 봉지층을 포함한 표시 패널;
    상기 표시 패널과 대면하며, 폴딩 영역과 비폴딩 영역으로 구분된 백플레이트; 및
    상기 표시 패널과 백플레이트의 사이에, 제 1항 내지 제 4항, 제 6항, 제 9항 및 제 10항 중 어느 한 항에 따른 접착제를 포함한 플렉서블 디스플레이.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 접착제의 복수개의 중공은 상기 표시 패널 및 백플레이트와 동일한 폴딩부에 구비된 플렉서블 디스플레이.
  13. 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드 어레이 및 이들을 봉지하는 봉지층을 포함한 표시 패널;
    상기 표시 패널과 대면하며, 폴딩 영역과 비폴딩 영역으로 구분된 백플레이트; 및
    상기 표시 패널과 백플레이트의 사이에, 내부 결정성이 없는 금속 플레이트를 포함한 접착제를 포함하며,
    상기 접착제는,
    서로 대향된 제1 면과 제 2 면을 갖고, 복수개의 중공을 규칙적으로 갖고, 지르코늄, 티타늄, 니켈 및 구리를 포함한 합금으로 이루어진 상기 금속 플레이트;
    상기 제 1 면에 접하며 상기 중공을 채우며 구비된 제 1 접착층; 및
    상기 제 2 면에 접한 제 2 접착층을 포함한 플렉서블 디스플레이.
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