KR101806591B1 - 유리-플라스틱 적층체 장치, 공정 라인 및 그의 방법 - Google Patents
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Abstract
적층체는 유리 시트(10), 및 상기 유리 시트의 제 1 표면에 적층체를 이룬 제 1 폴리머 층(20)을 포함한다. 상기 유리 시트는 5 내지 500 미크론의 두께를 가지고, 상기 제 1 폴리머 층은 상기 유리 시트에 코팅 계수(F)를 제공하고, 상기 코팅 계수(F)는 다음 식에 의해 정의되고 F = (1 - γβ2 ) / (1 + γβ2 ), 여기서 γ= [Ep1 (1 - vg2)] / [Eg (1 - vp12)], β= tp1 / tg, Ep1 = 제 1 폴리머의 영률, tp1 = 제 1 폴리머의 두께, vp1 = 제 1 폴리머의 푸아송비, Eg = 유리의 영률, tg = 유리의 두께, 및 vg = 유리의 푸아송비이다. 상기 적층체는 상기 유리 시트의 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡되며; 그리고 상기 코팅 계수(F)는 1 미만이다. 제 2 폴리머 층(30)은 상기 유리 시트의 제 2 표면 상에 배치될 수 있고, 그의 속성은 제 1 폴리머 층의 속성에 대해 선택될 수 있어서, 미가공 유리 시트에 비해 유리의 휨 모멘트로 인해 최대 응력을 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 2011년 5월 27일 자로 출원된 미국 가출원 제61/490,976호를 기반으로 한 우선권 주장 출원이고, 상기 가출원의 전반적인 내용은 참조로서 본원에 병합된다.
본 발명은 유리-폴리머 적층체들(glass-polymer laminates)에 관한 것으로, 보다 특별하게, 유리 두께가 500 미크론 이하(≤ 500 microns)인 유연성 유리-폴리머 적층체들에 관한 것이다.
오늘날, 유연성 폴리머 기판들은 폴리머 기반 물질을 사용하여 하나 이상의 폴리머 막들을 적층함으로써 제조된다. 이러한 적층된 기판 스택들은 일반적으로, 이들의 낮은 비용 및 증명된 성능으로 인해 PV, OLED, LCD들, 및 패턴화된 박막 트랜지스터(TFT) 전자 장치에 연관된 유연성 패키징에 사용된다..
대안적인 기술 선택으로서 유연성 유리 구조체들을 촉진시키기 위해서는 유리, 깨지지 쉬운 물질에 연관된 기계적인 신뢰성 성능의 실제 인지된 제한점을 극복하고 실연시켜야 한다. 유연성 유리 기판들은 이미 유연성 폴리머 기술에 대해 여러 개의 기술 이점을 제공한다. 하나의 기술적인 이점은 수분 또는 가스 배리어(gas barrier), 옥외 전자장치에서의 1 차 분해 메커니즘(primary degradation mechanism)으로 기능하기 위한 유리의 성능이다. 제 2 이점은 하나 이상의 패키지 기판 층들의 감소 또는 제거를 통해서 전체 패키지 크기(두께) 및 중량을 줄일 수 있는 잠재성에 있다. 이로써, 유리에 연관된 기계적인 신뢰성 성능의 실제 인지된 제한점을 극복한다면, 유연성 유리 구조체들의 사용을 발전시킬 수 있다.
미가공 유연성 유리의 기계적인 신뢰성을 개선시키기 위한 하나의 기술은 하나 이상의 박막 폴리머들을 가지고 유연성 유리를 적층하는 것이다. 본원에서 개시된 개념에 따라 기대되는 최종 적용물의 휨 응력 및 방향, 그리고 기계적인 강도 요건에 따라서, 유연성 유리-폴리머 적층체 기판은 기계적인 요건을 충족시키기 위해 설계될 수 있다. 적절하게 사용되는 경우, 적층된 구조체는 유연성이 있는 비-적층된(미가공 유리) 구조체에 대하여, 심지어 적절하지 않게 사용되는 유리-폴리머 적층체에 대하여, 개선된 기계적인 신뢰성 성능을 제공할 수 있다.
추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함한 본원에 개시된 바와 같이, 이와 같은 설명은 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 부분적으로 손쉽게 명확해질 수 있거나, 기술 분야의 통상의 기술자라면 실시예를 시행함으로써 인식될 것이다. 이해하여야 하는 바와 같이, 상술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시일 뿐이며, 청구항의 특성 및 특징을 이해시키려는 개요 또는 구성을 제공하려는 의도를 갖는다.
첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 이러한 명세서의 일부에 병합되고 그 일부를 구성하기도 한다. 도면은 하나 이상의 실시예(들)를 나타내고, 상세한 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 기능을 한다. 이해하여야 하는 바와 같이 본 명세서 및 도면에서 개시된 본 발명의 다양한 수단은 일부 및 모든 조합에서 사용될 수 있다. 비-제한적인 예시에 의하여, 본 발명의 다양한 수단은 다음 양태에 따라 서로 결합될 수 있다.
제 1 양태에 따라서, 적층체가 제공되고 상기 적층체는:
5 내지 500 미크론의 두께를 가진 유리 시트(glass sheet);
상기 유리 시트의 제 1 표면에서 적층체를 이룬 제 1 폴리머;를 포함하고,
상기 제 1 폴리머는 상기 유리 시트에 코팅 계수(F)를 제공하고, 상기 코팅 계수(F)는 다음 식에 의해 정의되고
F = (1 - γβ2 ) / (1 + γβ2 ), 여기서
γ = [Ep1 (1 - vg2)] / [Eg (1 - vp12)],
β = tp1 / tg,
Ep1 = 제 1 폴리머의 영률,
tp1 = 제 1 폴리머의 두께,
vp1 = 제 1 폴리머의 푸아송비,
Eg = 유리의 영률,
tg = 유리의 두께, 및
vg = 유리의 푸아송비
이고,
상기 적층체는, 상기 유리 시트의 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡되며; 그리고
상기 코팅 계수(F)는 1 미만이다.
제 2 양태에 따라서, 제 1 양태의 적층체가 제공되고, 상기 β는 0.002 내지 400이며, 상기 γ는 0.001 내지 0.1이다.
제 3 양태에 따라서, 제 1 양태 또는 제 2 양태의 적층체가 제공되고, 상기 Eg는 50 내지 95 GPa이다.
제 4 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 3 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 Ep1은 10 내지 9500 MPa이다.
제 5 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 3 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 Ep1은 100 내지 7000 MPa이다.
제 6 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 3 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 Ep1은 500 내지 6500 MPa이다.
제 7 양태에 따라서, 적층체가 제공되고 상기 적층체는:
제 1 표면, 제 2 표면, 그리고 5 내지 500 미크론의 두께(tg)를 가진 유리 시트;
상기 유리 시트의 제 1 표면에 적층체를 이루고, 제 1 영률(Ep1), 제 1 두께(tp1), 및 제 1 푸아송비(vp1)를 가진 제 1 폴리머 층;
상기 유리 시트의 제 2 표면에 적층체를 이루고, 제 2 영률(Ep2), 제 2 두께(tp2), 및 제 2 푸아송비(vp2)를 가진 제 2 폴리머 층;을 포함하고,
상기 유리 시트는 상기 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡되고; 그리고
상기 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 다음 식이 되도록 구성된다.
[(Ep1 tp1 (tg+tp1) )/(1-vp12) ] > [(Ep2 tp2 (tg+tp2) )/(1-vp22) ].
제 8 양태에 따라서, 제 7 양태의 적층체가 제공되고, 상기 제 2 폴리머는 제 1 폴리머 층과는 서로 다른 유형으로 이루어진다.
제 9 양태에 따라서, 제 7 양태의 적층체가 제공되고, 상기 제 2 폴리머는 상기 제 1 폴리머 층과 동일한 유형으로 이루어져 있지만, 상기 제 1 폴리머 층의 두께와는 다른 두께로 이루어진다.
제 10 양태에 따라서, 제 7 양태 내지 제 9 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 제 2 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이며, 상기 Ep2, tp2, 및 vp2는 상기 제 2 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 11 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 10 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 제 1 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이며, 상기 Ep1, tp1, 및 vp1은 상기 제 1 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 12 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 11 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 유리는 25 내지 400 미크론의 두께를 가진다.
제 13 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 11 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 유리는 50 내지 300 미크론의 두께를 가진다.
제 14 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 11 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 유리는 50 내지 250 미크론의 두께를 가진다.
제 15 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 11 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 유리는 50 내지 200 미크론의 두께를 가진다.
제 16 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 11 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 유리는 75 내지 200 미크론의 두께를 가진다.
제 17 양태에 따라서, 제 1 양태 내지 제 11 양태 중 어느 한 양태의 적층체가 제공되고, 상기 유리는 75 내지 150 미크론의 두께를 가진다.
제 18 양태에 따라서, 전자 장치가 제공되고, 상기 전자 장치는:
하우징; 및
상기 하우징에 연결된 유리-폴리머 적층체부;를 포함하고,
상기 유리-폴리머 적층체부는 제 1 표면, 제 2 표면, 그리고 5 내지 500 미크론의 두께(tg)를 가진 유리 시트, 상기 유리 시트의 제 1 표면에 적층체를 이룬 제 1 폴리머 층을 포함하고, 상기 유리-폴리머 적층체는, 상기 유리 시트의 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡된다.
제 19 양태에 따라서, 제 18 양태의 장치가 제공되고, 상기 제 1 폴리머 층은 상기 유리 시트에 코팅 계수(F)를 제공하고, 상기 코팅 계수(F)는 다음 식으로 정의된다:
F = (1 - γβ2 ) / (1 + γβ2 ), 여기서
γ= [Ep1 (1 - vg2)] / [Eg (1-vp12)],
β= tp1 / tg,
Ep1 = 제 1 폴리머의 영률,
tp1 = 제 1 폴리머의 두께,
vp1 = 제 1 폴리머의 푸아송비,
Eg = 유리의 영률,
tg = 유리의 두께, 및
vg = 유리의 푸아송비
이고,
상기 적층체는, 상기 유리 시트의 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡되며; 그리고
상기 코팅 계수(F)는 1 미만이다.
제 20 양태에 따라서, 제 18 양태의 장치가 제공되고, 상기 제 1 폴리머 층은 제 1 영률(Ep1), 제 1 두께(tp1), 및 제 1 푸아송비(vp1)를 가지고;
상기 유리-폴리머 적층체부는 상기 유리 시트의 제 2 표면에 적층체를 이루고, 제 2 영률(Ep2), 제 2 두께(tp2), 및 제 2 푸아송비(vp2)를 가진 제 2 폴리머 층을 더 포함하고; 그리고
상기 제 1 폴리머 층 및 상기 제 2 폴리머 층은 다음 식이 되도록 구성된다.
[(Ep1 tp1 (tg+tp1) )/(1-vp12) ] > [(Ep2 tp2 (tg+tp2) )/(1-vp22) ].
제 21 양태에 따라서, 제 20 양태의 장치가 제공되고, 상기 제 2 폴리머 층은 상기 제 1 폴리머 층을 포함한 폴리머와는 다른 폴리머로 구성된다.
제 22 양태에 따라서, 제 20 양태의 장치가 제공되고, 상기 제 2 폴리머 층은 상기 제 1 폴리머 층과는 동일한 폴리머로 구성되지만, 두께가 상기 제 1 폴리머 층과는 다르다.
제 23 양태에 따라서, 제 20 양태 또는 제 22 양태의 장치가 제공되고, 상기 제 2 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이고, 상기 Ep2, tp2, 및 vp2는 상기 제 2 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 24 양태에 따라서, 제 19 양태 내지 제 23 양태 중 어느 한 양태의 장치가 제공되고, 상기 제 1 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이고, 상기 Ep1, tp1, 및 vp1은 상기 제 1 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 25 양태에 따라서, 제 18 양태 내지 제 24 양태 중 어느 한 양태의 장치가 제공되고, 상기 하우징은 내부 및 외부를 가지며, 상기 유리 시트의 제 2 표면은 상기 하우징의 외부를 향하도록 배치된다.
제 26 양태에 따라서, 제 18 양태 내지 제 24 양태 중 어느 한 양태의 장치가 제공되고, 상기 하우징은 상기 유리-폴리머 적층체와 상호 보안적인 방식으로 만곡된다.
제 27 양태에 따라서, 제 1 측면 및 제 2 측면을 가진 유리-폴리머 적층체을 위한 롤투롤 공정 라인(roll-to-roll processing line)이 제공되고, 상기 유리-폴리머 적층체는 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층 및 상기 제 2 측면 상의 유리 두께(tg)를 가진 구조체, 또는 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층 및 제 2 측면 상의 제 2 폴리머 층을 가지되, 상기 제 1 측면과 상기 제 2 측면 간에서 유리 두께(tg)도 가지고, 상기 공정 라인은:
직경(D1)을 가진 제 1 롤러 및 직경(D2)을 가진 제 2 롤러를 가지며,
상기 유리-폴리머 적층체의 제 2 측면은 상기 제 1 롤러를 향하도록 배치되고;
상기 유리-폴리머 적층체의 제 1 측면은 상기 제 2 롤러를 향하도록 배치되며; 그리고
여기서 D1 < D2이며,
상기 유리-폴리머 적층체가 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층, 및 상기 제 2 측면 상의 제 2 폴리머 층을 가질 시:
상기 제 1 폴리머 층은 제 1 영률(Ep1), 제 1 두께(tp1), 및 제 1 푸아송비(vp1)를 가지고;
상기 제 2 폴리머 층은 제 2 영률(Ep2), 제 2 두께(tp2), 및 제 2 푸아송비(vp2)를 가지며; 그리고
상기 제 1 폴리머 층 및 상기 제 2 폴리머 층은 다음 식이 되도록 구성된다.
[(Ep1 tp1 (tg+tp1) )/(1-vp12) ] > [(Ep2 tp2 (tg+tp2) )/(1-vp22) ]
제 28 양태에 따라서, 제 27 양태의 공정 라인이 제공되고, 상기 제 2 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이고, 상기 Ep2, tp2, 및 vp2는 상기 제 2 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 29 양태에 따라서, 제 27 양태 또는 제 28 양태의 장치가 제공되고, 상기 제 1 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이고, 상기 Ep1, tp1, 및 vp1은 상기 제 1 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 30 양태에 따라서, 유리-폴리머 적층체의 운송 방법이 제공되고, 상기 유리-폴리머 적층체는 제 1 측면 및 제 2 측면을 가지고, 상기 유리-폴리머 적층체는 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층 및 상기 제 2 측면 상의 유리 두께(tg)를 가진 구조체, 또는 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층 및 제 2 측면 상의 제 2 폴리머 층을 가지되, 상기 제 1 측면과 상기 제 2 측면 간에서 유리 두께(tg)도 가진 구조체이고, 상기 라인은:
직경(D1)을 가진 제 1 롤러 주위로 유리-폴리머 적층체를 운송하는 단계로서, 이때 상기 유리-폴리머 적층체의 제 2 측면은 상기 제 1 롤러를 향하도록 배치되는, 운송 단계; 및
직경(D2)을 가진 제 2 롤러 주위로 유리-폴리머 적층체를 운송하는 단계로서, 이때 상기 유리-폴리머 적층체의 제 1 측면은 상기 제 2 롤러를 향하도록 배치되는, 운송 단계;를 포함하여,
여기서 D1 < D2이며,
상기 유리-폴리머 적층체가 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층, 및 상기 제 2 측면 상의 제 2 폴리머 층을 가질 시:
상기 제 1 폴리머 층은 제 1 영률(Ep1), 제 1 두께(tp1), 및 제 1 푸아송비(vp1)를 가지고;
상기 제 2 폴리머 층은 제 2 영률(Ep2), 제 2 두께(tp2), 및 제 2 푸아송비(vp2)를 가지며; 그리고
상기 제 1 폴리머 층 및 상기 제 2 폴리머 층은 다음 식이 되도록 구성된다.
[(Ep1 tp1 (tg+tp1) )/(1-vp12) ] > [(Ep2 tp2 (tg+tp2) )/(1-vp22) ]
제 31 양태에 따라서, 제 30 양태의 유리-폴리머 적층체의 운송 방법이 제공되고, 상기 제 2 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이고, 상기 Ep2, tp2, 및 vp2는 상기 제 2 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 32 양태에 따라서, 제 30 양태 또는 제 31 양태의 유리-폴리머 적층체의 운송 방법이 제공되고, 상기 제 1 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이고, 상기 Ep1, tp1, 및 vp1은 상기 제 1 폴리머 층을 위한 유효 값이다.
제 33 양태에 따라서, 주어진 충격 에너지가 발생할 시에 주어진 필요 최대 응력(maximum principle stress)을 견뎌내도록 유리-폴리머 적층체의 설계 방법이 제공되고, 상기 설계 방법은: 5 미크론 내지 500 미크론 범위의 주어진 유리 두께, 그리고 40 내지 100 GPa의 주어진 유리 영률에 대하여, 유리의 최대 응력이 주어진 충격 에너지를 받을 시에, 유리의 최대 응력이 필요한 최대 응력 미만이 되도록 폴리머 두께를 선택하고 폴리머 영률을 선택하는 단계를 포함한다.
도 1은 중립적인 휨 축을 가진 유리(10) 부분의 개략도이다.
도 2는 이중층(bi-layer) 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 3은 이중층 유리-폴리머 적층체가 휨 모멘트(bending moment)를 받을 시의 개략도이다.
도 4는 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 3에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 0 내지 1을 나타내는 그래프이다.
도 5는 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 3에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 1 내지 400을 나타내는 그래프이다.
도 6은 코팅 계수 및 β의 함수로서 상수 γ에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 3에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 γ가 0.001 내지 0.2를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 3과 반대되는 방향으로 휨 모멘트를 이중층 유리-폴리머 적층체가 받을 시에 상기 이중층 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 8은 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 7에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 0 내지 1을 나타내는 그래프이다.
도 9는 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 7에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 1 내지 400을 나타내는 그래프이다.
도 10은 코팅 계수 및 β의 함수로서 상수 γ에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 7에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 γ가 0.001 내지 0.2를 나타내는 그래프이다.
도 11은 삼중층(tri-layer) 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 12는 삼중층 유리-폴리머 적층체가 휨 모멘트를 받을 시의 개략도이다.
도 13은 공정 라인의 일부에서 롤러들 주위에 배치된 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 14는 도 13에 도시된 위치 B에서 이중층 유리-폴리머 적층체의 상세도이다.
도 15는 도 13에 도시된 위치 B에서 삼중층 유리-폴리머 적층체의 상세도이다.
도 16은 유리-폴리머 적층체를 포함하는 전자 장치의 개략도이다.
도 17은 도 16의 선 C-C을 따라 절개된 단면도의 일 실시예이다.
도 18은 도 16의 선 C-C을 따라 절개된 단면도의 또 다른 실시예이다.
도 19는 볼 낙하 높이 및 볼 질량의 함수로서, 최대 응력의 그래프이다.
도 20은 폴리머 영률 및 폴리머 두께의 함수로서 최대 응력의 그래프이다.
도 21은 2 줄의 충격 에너지에 대해 예측된 바와 같이, 폴리머 두께 및 폴리머 영률의 함수로 최대 응력의 그래프이다.
도 22는 6.78 줄의 충격 에너지에 대해 예측된 바와 같이, 유리 두께 및 폴리머 두께의 함수로 최대 응력의 그래프이다.
도 23은 다양한 제품 신뢰성 기간 동안 필요한 강도 관계에 대한 인가 응력을 보여주는 유리 경감 그래프이다.
도 2는 이중층(bi-layer) 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 3은 이중층 유리-폴리머 적층체가 휨 모멘트(bending moment)를 받을 시의 개략도이다.
도 4는 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 3에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 0 내지 1을 나타내는 그래프이다.
도 5는 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 3에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 1 내지 400을 나타내는 그래프이다.
도 6은 코팅 계수 및 β의 함수로서 상수 γ에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 3에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 γ가 0.001 내지 0.2를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 3과 반대되는 방향으로 휨 모멘트를 이중층 유리-폴리머 적층체가 받을 시에 상기 이중층 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 8은 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 7에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 0 내지 1을 나타내는 그래프이다.
도 9는 코팅 계수 및 γ의 함수로서 상수 β에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 7에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 β가 1 내지 400을 나타내는 그래프이다.
도 10은 코팅 계수 및 β의 함수로서 상수 γ에 대한 휨 응력 곡선 종류의 그래프로서, 이때, 도 7에서 배향된 이중층 유리-폴리머 적층체에 대하여 γ가 0.001 내지 0.2를 나타내는 그래프이다.
도 11은 삼중층(tri-layer) 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 12는 삼중층 유리-폴리머 적층체가 휨 모멘트를 받을 시의 개략도이다.
도 13은 공정 라인의 일부에서 롤러들 주위에 배치된 유리-폴리머 적층체의 개략도이다.
도 14는 도 13에 도시된 위치 B에서 이중층 유리-폴리머 적층체의 상세도이다.
도 15는 도 13에 도시된 위치 B에서 삼중층 유리-폴리머 적층체의 상세도이다.
도 16은 유리-폴리머 적층체를 포함하는 전자 장치의 개략도이다.
도 17은 도 16의 선 C-C을 따라 절개된 단면도의 일 실시예이다.
도 18은 도 16의 선 C-C을 따라 절개된 단면도의 또 다른 실시예이다.
도 19는 볼 낙하 높이 및 볼 질량의 함수로서, 최대 응력의 그래프이다.
도 20은 폴리머 영률 및 폴리머 두께의 함수로서 최대 응력의 그래프이다.
도 21은 2 줄의 충격 에너지에 대해 예측된 바와 같이, 폴리머 두께 및 폴리머 영률의 함수로 최대 응력의 그래프이다.
도 22는 6.78 줄의 충격 에너지에 대해 예측된 바와 같이, 유리 두께 및 폴리머 두께의 함수로 최대 응력의 그래프이다.
도 23은 다양한 제품 신뢰성 기간 동안 필요한 강도 관계에 대한 인가 응력을 보여주는 유리 경감 그래프이다.
설명 목적을 위해, 그리고 제한 없는 다음의 상세한 설명에서, 특정 상세한 설명을 개시한 예시의 실시예는 본 발명의 다양한 원리의 전반적인 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본원의 이점을 갖는 본 발명은 본원에 개시된 특정 상세한 설명으로부터 벗어나 다른 실시예들에서 실행될 수 있다. 게다가, 공지된 장치, 방법 및 물질에 대한 설명은 본 발명의 다양한 원리의 설명의 애매성을 피하기 위해 생략될 것이다. 최종적으로, 적용하는 경우마다, 동일한 참조 번호는 동일한 소자를 의미한다.
범위는 하나의 특정 값 "약"으로부터 그리고/또는 또 다른 특정 값 "약"까지로 본원에서 표현될 수 있다. 상기와 같은 범위가 표현될 시에, 예시는 하나의 특정 값으로부터 그리고/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 이와 유사하게, 선행사 "약"의 사용에 의하여 값이 대략으로 표현될 시에, 이해할 수 있는 바와 같이, 특정 값은 또 다른 양태를 형성한다. 추가로 이해할 수 있는 바와 같이, 각 범위의 끝 값(endpoints)은 다른 끝 값과 관련하여, 그리고 다른 끝 값과 무관하게 중요하다.
본원에서 사용되는 방향 용어 - 예를 들면, 업, 다운, 좌, 우, 앞, 뒤, 상, 하는 도시된 도면을 참조하여서만 구현되고, 절대적인 배향으로 해석되어서는 아니된다.
별다른 언급이 없다면, 본원에서 설명되는 방법은 특정 순서로 단계가 실행되는 것으로 이해되어서는 아니된다. 이에 따라서, 방법 청구항은 그 단계 이후의 순서로 실제로 언급되지 않거나, 상기 단계가 특정 순서에 제한받는 설명 또는 청구항에 특별하게 언급되지 않으며, 여러 측면에서 순서를 가지고 추론되어서도 아니된다. 이는 이해에 대해 표현이 가능한 얽히지 않게 하며, 다음을 포함한다: 단계 또는 동작 흐름의 장치에 대한 논리 사항; 문법 구성 또는 구두점으로부터 얻어진 어구의 자명한 의미; 명세서에 기술된 실시예의 수 및 유형.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백하게 다른 것을 지시하지 않는다면 다수의 대상을 포함한다. 이로써, 예를 들어, "구성요소(component)"는 문맥상 명확하게 다른 것을 지적하지 않는다면, 둘 이상의 이러한 성분을 갖는 양태를 포함한다.
유리가 내재하는 강한 물질이기는 하지만, 유리의 강도(신뢰성)는, 유리의 표면 결함 또는 결함 크기 밀도 분포(flaw size density distribution) 및 시간의 경과에 따른 물질에 대한 응력의 점증적 노출의 함수이다. 전체 제품 수명 주기 동안, 유연성 유리 폴리머 적층체는 다양한 종류의 정적 및 동적 기계적 응력을 받을 수 있다. 그러므로, 물질의 내재하는 최대로 큰 물질 강도는 제품에 설계되고 시간이 경과함에도 보존되어야 한다. 이는 제조 공정 그 자체로 시작되며, 유용한 제품 수명을 통해 이어진다. 이러한 기계적인 강도의 보전은 적합한 신뢰성을 통하여 최대 강도에 대한 인가 응력의 경감으로 이루어질 것이다.
방법론은 응력의 공통 유형에 대해 노출의 결과로서 유연성 유리 폴리머 적층체 구조체의 기계적인 신뢰성 성능(강도)을 설계하고 예측하도록 개발되어 왔다. 이는 반경(R)의 직경을 중심으로 휨을 포함하고, 충격 이벤트와 연관된 휨도 포함한다. 방법론은 표면 결함 상의 응력 효과 및 유리 손상 모드의 이해에 기반한다. 기계적인 요건이 충족되고 내재하는 기계적인 신뢰성 속성이 서비스 수명에 대해 보존되는 것을 확보하기 위해 최종 장치의 설계에 직접적으로 적용될 수 있다. 나아가, 현재 또는 "설계되는(to be designed)" 제조 공정, 설비 및 패키징(즉, 스플(spools))이 생산 주기 동안 구조체의 내재하는 강도 속성을 보호 및 보전할 수 있도록 확보하는 것이 사용될 수 있다.
본원에서, 일 표면에 적층되는 단일 폴리머 층을 가진 유리-폴리머 적층체 기판은 이중층 유연성 기판으로 고려되고, 각 표면 상의 폴리머 층을 가진 유리 폴리머 적층체는 삼중층 유연성 기판으로 고려된다. 삼중층 기판은, 유리의 각 측면 상의 폴리머 층들이 층에서의 폴리머 유형, 폴리머 속성 및 두께에 대해 서로 다르도록 구성될 수 있다.
본원은 또한 제조 동작(롤투롤 공정) 및 최종 제품 장치의 기계적인 요건을 충족시키도록 구조체의 기계적인 신뢰성 속성을 가능케 하기 위해, 근본적인 이중층, 삼중층 또는 결합 구조체로서 유리-폴리머의 유연성 적층체 구조체의 설계를 포함한다. 기계적 응력 및 휨 방향이 사전에 정의될 시에, 유연성 유리 기판 두께는 하나 이상의 폴리머(폴리머) 물질로 결합되어 선택될 수 있다. 적층체 층들의 물질 속성(예를 들면, 영률, 푸아송비)을 이용하여, 층 두께 및 유리 표면 적층체 위치(들), 인장 강도 프로파일(tensile strength profile)은 제조 및 최종 제품 기계적인 신뢰성 요건에 대한 규정을 실연하도록 모델링될 수 있다.
유리의 기계적인 신뢰성은 그의 표면 결함 개체군의 제어에 의해, 그리고 배치되는 제품의 전반적인 수명 주기를 통한 유리의 적당한 응력 관리에 의해 충격을 받는다. 기계적인 유리 신뢰성은 다음에 의해 영향을 받을 수 있다: (1) 유리 기판의 단일 축 휨으로 인해, 표면 결함 개체군은 인장 응력 하에 있게 된다. 이러한 응력은 종종 시트 또는 롤투롤 제조 동작에서 반경 주위의 기판의 휨(예를 들면, 운송 롤러)과 연관되고; 그리고 (2) 유리의 충격 하중으로 인해, 표면 결함 개체군은 2 개의 축 평면의 인장 응력 하에 있게 된다. 이러한 유형의 응력은, 유리가 그의 표면을 편향시키는 동적 충격을 받을 시에 만들어진다.
비코팅된
유리의 단일 축 휨(
Uni
-
axial
Bending
of
Uncoated
Glass
)
유리 부분(유리의 시트 또는 리본)이 반경(R) 곡으로 휘어지게 될 시에(예를 들면, 유리가 장치에 유지되거나 공정 중에 롤러 주위에서 휘어질 시에), 유리에서 응력이 생성된다. 비코팅된 유리 부분의 구성은 도 1에 도시된다. 유리가 휨 반경(R)을 달성하도록 유리 부분이 이 도면에서 z 축을 중심으로 가해진 휨 모멘트를 받을 시에, x-축(중립 축)에 대한 위치(y)에서의 응력은 다음 식 [1]으로 계산될 수 있다:
[1]
여기서:
σ는 응력이고;
Eg는 유리의 영률이고;
vg는 유리의 푸아송비이고;
K는 휨 곡률(bending curvature)이며, 그리고 2 / D와 동일하고;
y는, 응력(σ)이 계산된 y-축 방향의 위치이고;
D는 2 배의 유리 휨 반경(R)이고;
tg는 유리 두께이다.
최대 인장 응력은 유리 측면 상에 일어나고, 휨 방향에 따라 표면(12) 또는 표면(14)에서 일어날 수 있다. 즉, 표면(12)이 볼록해지도록 유리(10)가 휘어지는 경우, 최대 인장 응력은 표면(12) 상에 있을 수 있는 반면, 표면(14)이 볼록해지도록 유리(10)가 휘어지는 경우, 최대 인장 응력은 표면(14) 상에 있을 수 있다. 어느 경우이든, 식 [1]에서 y를 1/2 tg로 대입하면, 최대 응력(σmax)의 절대 값은 다음 식 [2]로 정의된다:
[2]
이중층
유리-
폴리머
적층체의
단일 축 휨
도 2에 도시된 바와 같이, 유리(10)가 일 표면인 도 2에 도시된 표면(12) 상에 적층된 폴리머 층(20)을 가질 시에, 중립 축(y0)은 다음 식 [3]으로 정의된다:
[3]
여기서:
β= tp / tg;
tp는 폴리머의 두께이고;
Ep는 폴리머의 영률이고;
vp는 폴리머의 푸아송비이다.
적층체가 곡률 반경(R)으로 휘어지게 될 시에, 중립 축에 대한 위치(y)에서의 유리의 응력(σ)은 다음 식 [4]으로 정의된다:
[4]
도 3에 도시된 바와 같이, 표면(12)(상기 표면 상에 폴리머 층(20)을 가짐)이 볼록해지도록(표면(14)이 폴리머 층(20) 없이 오목해지도록), 적층체가 곡률 반경(R)으로 휘어지게 될 시에, 유리의 최대 인장 응력(σmax)은 표면(12)에서 일어날 수 있고, 다음 식 [5]으로 정의될 수 있다:
[5]
식 [2]와 [5]를 비교해보면, 볼 수 있는 바와 같이, 미가공 유리(bare glass)에 대한 경우에 비해, 폴리머 층은 유리의 최대 응력(σmax)에 승수를 도입시키고, 특히, 상기 승수(이하에서, 코팅 계수(F)라 함)는 식 [6]으로 정의된다.
[6]
코팅 계수(F)가 1이면, 식 [5]는 식 [2]으로 감소되고, 볼 수 있는 바와 같이, 적층체가 도 3의 구성을 취할 시에, 폴리머는 표면(12)에서 유리의 최대 휨 응력의 효과를 얻지 못한다. 즉, 표면(12)에서의 휨 응력은 폴리머 층(20)에 의해 영향을 받지 못한다. 그러나, 코팅 계수(F)가 1 미만일 경우, 식 [5]으로 계산된 바와 같이, 유리의 최대 응력은 식 [2]로 계산된 것에 비해 감소될 수 있거나, 또는 다른 말로 하면, 표면(12)에서의 인장 응력은 폴리머 층(20)의 존재로 인해 감소될 수 있다. 코팅 계수(F)는 적절하게 β 및 γ를 선택하여 1 미만이 되도록 할 수 있다.
도 4-6은 β 및 γ의 다양한 변화에 대한 코팅 계수(F) 효과의 모델링 결과를 보여준다. 이러한 도면들에서, 유리 두께는 5 미크론 내지 500 미크론의 범위에 속한다고 가정하고(예를 들면, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500 미크론), 폴리머 두께는 1 미크론 내지 2000 미크론의 범위에 속한다고 가정하고, 유리의 영률은 50 내지 95 GPa에 속한다고 가정하고(예를 들면, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 GPa), 폴리머의 영률은 10 내지 9500 MPa의 범위에 속한다고 가정한다(예를 들면, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 2800, 2900, 3000, 3100, 3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900, 4000, 4100, 4200, 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 4800, 4900, 5000, 5100, 5200, 5300, 5400, 5500, 5600, 5700, 5800, 5900, 6000, 6100, 6200, 6300, 6400, 6500, 6600, 6700, 6800, 6900, 7000, 7100, 7200, 7300, 7400, 7500, 7600, 7700, 7800, 7900, 8000, 8100, 8200, 8300, 8400, 8500, 8600, 8700, 8800, 8900, 9000, 9100, 9200, 9300, 9400, 9500MPa). 이러한 영률 값들에서, 푸아송비는 코팅 계수(F)에 작은 영향만을 주어, 간단하게 할 시에 무시될 수 있다. 예를 들면, 코닝 사, Corning NY에서 구입가능한 Corning Eagle XGTM인 적합한 유리 조성물은 약 74 GPa의 영률 및 약 0.23의 푸아송비를 가진다. 그러나, 다른 경우에서, 코팅 계수(F)의 보다 완벽한 계산을 위해 푸아송비를 포함시켜 사용될 수 있다.
도 4에서, 곡선의 종류(family)는 0 내지 1의 상수 β 값을 나타내고, 보다 상세하게 보면: 곡선 400은 β=0인 것을 보여주고; 곡선 401은 β=0.1인 것을 보여주고; 곡선 402는 β=0.2인 것을 보여주고; 곡선 403은 β=0.3인 것을 보여주고; 곡선 404는 β=0.4인 것을 보여주고; 곡선 405는 β=0.5인 것을 보여주고; 곡선 406은 β=0.6인 것을 보여주고; 곡선 407은 β=0.7인 것을 보여주고; 곡선 408은 β=0.8인 것을 보여주고; 곡선 409는 β=0.9인 것을 보여주고; 곡선 410은 β=1.0인 것을 보여준다. 반면, γ는 0 내지 0.2의 범위에 속한다(예를 들면, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1, 0.12, 0.14, 0.16, 0.18 및 0.2). 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 0이 아닌 β 상수(곡선 401-410 중 하나)에 대해, 코팅 계수(F)는 증가하는 γ에 대해 감소된다(그리고 일반적으로 푸아송비가 무시될 시에, 폴리머의 영률은 유리의 영률에 대해 증가함). 이와 유사하게, 주어진 γ에 대해서, 코팅 계수(F)는 증가하는 β에 대해 감소된다(즉, 폴리머 두께가 유리 두께에 대해 증가함). 어떤 경우이든, β 및 γ 각각이 0보다 큰 경우에 대해, 코팅 계수(F)는 1 미만이고, 이는 폴리머 층(20)이 도 1의 미가공 유리 경우에 비해, 표면(12)에서의 유리(10)의 최대 인장 응력을 줄이는데 항상 이점이 있다는 것을 의미한다. 이에 따라서, 유리-폴리머 적층체가 도 3의 구성에 배치될 시에, 즉, 폴리머 층(20)을 가진 표면(12)이 볼록한 배향으로 배치되고, 폴리머 층(20)이 없는 표면(14)이 오목한 배향으로 되어 있을 시에, 유리-폴리머 적층체의 유리는 도 1의 미가공 유리 경우에 비해 보다 강할 것이다. 이에 따라서, 유리-폴리머 적층체가 장치에 배치될 시에, 도 3에 도시된 구성으로 장착하는 것이 이점이 있다.
도 5 및 6은 도 4와 관련하여 상술된 유사한 결과를 보여준다. 특히, 도 5에서, 코팅 계수(F)는 β 및 γ의 함수로 도시되고, 곡선의 종류는 1 내지 400의 상수 β 값을 나타내고, 보다 특별하게: 곡선 500은 β=1인 것을 보여주고; 곡선 501은 β=10인 것을 보여주고; 곡선 502는 β=25인 것을 보여주고; 곡선 503은 β=50인 것을 보여주고; 곡선 504는 β=100인 것을 보여주고; 곡선 505는 β=200인 것을 보여주고; 곡선 506은 β=300인 것을 보여주고; 그리고 곡선 507은 β=400인 것을 보여준다. 도 5로부터, 볼 수 있는 바와 같이, 폴리머 층(20) 및 유리(10)에 대한 상대 두께의 적합한 선택(적합한 β)으로, 코팅 계수(F)는 음으로 될 수 있다. 즉, 유리(10)는 압축될 수 있고, 이는 매우 내구성이 강하고, 결함이 늘어나기에 어려움이 있다. 도 6은 β에 대해 유사한 범위를 보여주지만, 그러나, 곡선 종류는 상수 γ를 나타내고, 특히: 곡선 600은 γ=0.001인 것을 보여주고; 곡선 601은 γ=0.0025인 것을 보여주고; 곡선 602는 γ=0.005인 것을 보여주고; 곡선 603은 γ=0.01인 것을 보여주고; 곡선 604는 γ=0.025인 것을 보여주고; 곡선 605는 γ=0.05인 것을 보여주고; 곡선 606은 γ=0.1인 것을 보여주고; 그리고 곡선 607은 γ=0.2인 것을 보여준다.
그러나, 폴리머 층(20)은 유리(10)의 최대 응력을 항상 이점이 있도록 줄이는 것은 아니다. 예를 들면, 도 7-10을 참조하면, 유리-폴리머 적층체가 도 7에 도시된 구성에 배치될 시에, 표면(14)(즉, 상기 표면 상에 폴리머 층(20)은 없음)은 볼록 구성으로 되고(그 결과 폴리머 층(20)을 가진 표면(12)은 오목 구성으로 배치됨), 유리의 최대 인장 응력(σmax)은 증가되어, 유리-폴리머 적층체의 유리는 도 1의 미가공 유리보다 강도가 떨어진다. 보다 특별하게, 도 7의 구성에 대한 최대 인장 응력은 표면(14) 상에서 일어나고, 다음 식 [7]으로 주어진다.
[7]
식 [7]과 [2]를 비교해 보면, 볼 수 있는 바와 같이, 미가공 유리의 경우에 비해, 폴리머 층은 식 [8]로 정의된 코팅 계수(F)를 도입시킨다.
[8]
이러한 경우에서, 그러나, 즉, 폴리머 층(20)을 가진 표면(12)이 볼록한 방식으로 구성되는 경우, 코팅 계수(F)는 최대 1이 될 수 있다. 이에 따라서, 최대한, 이러한 구성을 한 폴리머 층(20)은 해가 되지는 않지만, 미가공 유리의 경우에 비해 유리의 최대 인장 응력을 줄일 수 없다. 또 다른 방식으로 언급하면, 이러한 구성으로 유리-폴리머 적층체를 배향시키는 것은 유리의 강도를 증가시키기 못하고, 사실 줄일 가능성이 있다.
도 8-10은 β 및 γ의 다양한 변화에 대한 코팅 계수(F) 효과의 모델링 결과를 보여준다. 이러한 도면들에서, 유리 두께는 5 미크론 내지 500 미크론의 범위에 속한다고 가정하고(예를 들면, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500 미크론), 폴리머 두께는 1 미크론 내지 2000 미크론의 범위에 속한다고 가정하고, 유리의 영률은 50 내지 95 GPa에 속한다고 가정하고(예를 들면, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 GPa), 폴리머의 영률은 10 내지 9500 MPa의 범위에 속한다고 가정한다(예를 들면, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 2800, 2900, 3000, 3100, 3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900, 4000, 4100, 4200, 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 4800, 4900, 5000, 5100, 5200, 5300, 5400, 5500, 5600, 5700, 5800, 5900, 6000, 6100, 6200, 6300, 6400, 6500, 6600, 6700, 6800, 6900, 7000, 7100, 7200, 7300, 7400, 7500, 7600, 7700, 7800, 7900, 8000, 8100, 8200, 8300, 8400, 8500, 8600, 8700, 8800, 8900, 9000, 9100, 9200, 9300, 9400, 9500 MPa). 이러한 영률 값들에서, 푸아송비는 코팅 계수(F)에 작은 영향만을 주어, 간단하게 할 시에 무시될 수 있다. 예를 들면, Corning Eagle XGTM인 적합한 유리 조성물은 약 74 GPa의 영률 및 약 0.23의 푸아송비를 가진다. 그러나, 다른 경우에서, 코팅 계수(F)의 보다 완벽한 계산을 위해 푸아송비를 포함시켜 사용될 수 있다.
도 8에서, 곡선의 종류는 0 내지 1의 상수 β 값을 나타내고, 보다 상세하게 보면: 곡선 800은 β=0인 것을 보여주고; 곡선 801은 β=0.1인 것을 보여주고; 곡선 802는 β=0.2인 것을 보여주고; 곡선 803은 β=0.3인 것을 보여주고; 곡선 804는 β=0.4인 것을 보여주고; 곡선 805는 β=0.5인 것을 보여주고; 곡선 806은 β=0.6인 것을 보여주고; 곡선 807은 β=0.7인 것을 보여주고; 곡선 808은 β=0.8인 것을 보여주고; 곡선 809는 β=0.9인 것을 보여주고; 곡선 810은 β=1.0인 것을 보여준다. 반면, γ는 0 내지 0.2의 범위에 속한다(예를 들면, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1, 0.12, 0.14, 0.16, 0.18, 및 0.2). 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 0이 아닌 β 상수(곡선 801-810 중 하나)에 대해, 코팅 계수(F)는 증가하는 γ에 대해 증가된다(그리고 일반적으로 푸아송비가 무시될 시에, 폴리머의 영률은 유리의 영률에 대해 증가함). 이와 유사하게, 주어진 γ에 대해서, 코팅 계수(F)는 증가하는 β에 대해 증가된다(즉, 폴리머 두께가 유리 두께에 대해 증가함). 어떤 경우이든, β 및 γ 각각이 0보다 큰 경우에 대해, 코팅 계수(F)는 1 보다 크고, 이는 폴리머 층(20)이 도 1의 미가공 유리 경우에 비해, 표면(14)에서의 유리(10)의 최대 인장 응력을 증가시킴을 의미한다. 이에 따라서, 유리-폴리머 적층체가 도 7의 구성에 배치될 시에, 즉, 폴리머 층(20)을 가진 표면(12)이 오목한 배향으로 배치되고, 폴리머 층(20)이 없는 표면(14)이 볼목한 배향으로 되어 있을 시에, 유리-폴리머 적층체의 유리는 도 1의 미가공 유리 경우에 비해 보다 강도가 떨어질 것이다.
도 9 및 10은 도 8과 관련하여 상술된 유사한 결과를 보여준다. 특히, 도 9에서, 코팅 계수(F)는 β 및 γ의 함수로 도시되고, 곡선의 종류는 1 내지 400의 상수 β 값을 나타내고, 보다 특별하게: 곡선 900은 β=1인 것을 보여주고; 곡선 901은 β=10인 것을 보여주고; 곡선 902는 β=25인 것을 보여주고; 곡선 903은 β=50인 것을 보여주고; 곡선 904는 β=100인 것을 보여주고; 곡선 905는 β=200인 것을 보여주고; 곡선 906은 β=300인 것을 보여주고; 그리고 곡선 907은 β=400인 것을 보여준다. 도 10은 β에 대해 유사한 범위를 보여주지만, 그러나, 곡선 종류는 상수 γ를 나타내고, 특히: 곡선 1000은 γ=0.001인 것을 보여주고; 곡선 1001은 γ=0.0025인 것을 보여주고; 곡선 1002는 γ=0.005인 것을 보여주고; 곡선 1003은 γ=0.01인 것을 보여주고; 곡선 1004는 γ=0.025인 것을 보여주고; 곡선 1005는 γ=0.05인 것을 보여주고; 곡선 1006은 γ=0.1인 것을 보여주고; 그리고 곡선 1007은 γ=0.2인 것을 보여준다.
삼중층
유리-
폴리머
적층체의
단일 축 휨
도 11은 삼중층 유연성 유리-폴리머 적층체를 도시하고, 동일 참조 번호 및 변수는 도 1-10과 관련하여 상술된 바와 같이, 동일 용어를 나타낸다. 이러한 구성에서, 유리-폴리머 적층체는 표면들(12 및 14)을 가진 유리(10), 제 1 폴리머 층(20) 및 제 2 폴리머 층(30)을 포함한다.
이러한 경우에서의 중립 축(y0)은 다음 식 [9]으로 주어진다:
[9]
여기서:
β1 = tp1 / tg;
β2 = tp2 / tg;
tp1 = 제 1 폴리머 층(20)의 두께;
tp2 = 제 2 폴리머 층(30)의 두께;
Ep1 = 제 1 폴리머 층(20)의 영률;
EP2 = 제 2 폴리머 층(30)의 영률;
vp1 = 제 1 폴리머 층(20)의 푸아송비; 및
vp2 = 제 2 폴리머 층(30)의 푸아송비.
이러한 경우에 대한 유리의 휨 응력(σ)은 다음 식 [10]으로 주어진다:
[10]
여기서:
/K/ = 2 / D; 그리고
D는 유리-폴리머 적층체의 유리 휨 반경(R)의 2배이다. 상기의 식 [9] 및 [10]으로부터, 볼 수 있는 바와 같이,
[11] 
이 될 경우,
또는 [12] 
이 될 경우,
y0 > 0이고, 도 12의 구성에 대한 유리의 최대 인장 응력은 도 1과 같이, 미가공 유리의 경우보다 낮아질 것이다. 실제, 상기에서 보여주는 바와 같이, 폴리머 층들(20 및 30)의 속성은 서로에 대해 적합하게 선택될 수 있고, 그 결과 유리의 최대 인장 응력은, 유리-폴리머 적층체가 곡선 구성으로 배치될 시에 감소될 수 있어서, 이로 인해, 유리-폴리머 적층체의 유리는 보다 강해질 수 있다. 그러나, 이에 반면, 제 2 폴리머 층(30)의 속성이 제 1 폴리머 층(20)의 속성과 관련되도록 선택되어 상기의 식 [11] 및/또는 [12]의 부등식을 반전시키는 경우, 유리-폴리머 적층체가 도 12의 구성을 할 시에 유리의 최대 인장 응력은 미가공 유리의 경우보다 클 것이다. 즉, 비대칭 삼중층 유리-폴리머 적층체에 대해서, 최대 인장 응력은 2 개의 코팅 층들의 [Ep tp (tg+tp)] / (1-vp2)의 상대 크기에 따라서, 그리고 휨 방향에 따라서 증가 또는 감소될 것이다. 폴리머 층들(20, 30)은 서로 다른 폴리머일 수 있거나, 또는 서로 다른 두께를 가진 동일한 폴리머일 수 있다.
또한, 상기의 식 [9] 및 [10]으로부터, 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 폴리머 층들(20 및 30)이 동일 영률, 동일 두께, 동일 푸아송비를 가진 동일한 유형일 시에(즉, 유리-폴리머 적층체가 대칭적임), 최대 인장 응력 식은 미가공 유리의 경우와 동일해진다. 그러나, 대칭적인 유리-폴리머 적층체의 경우에 대해 동일한 휨 곡률 증가를 이루기 위한 휨 모멘트는, 미가공 유리 경우에 비해 증가된 굽힘 강도로 인해 증가한다.
적용
휨 반경(R)은, 유리-폴리머 적층체가 일괄식(batch) 공정 라인 또는 연속식 공정 라인일 수 있는 형성 또는 공정 라인을 통하여 운송될 시에 롤러에 의해 제공될 수 있고 - 상기 라인은 형성 또는 공정 라인일 수 있고, 예를 들면, 일괄식 또는 연속식 공정 라인일 수 있지만, 단지 설명의 편의상 상기 운송은 연속식 공정 라인과 관련하여 기술될 것이다. 연속식 공정 라인에서 운송될 시에, 유리-폴리머 적층체는 연속적인 리본의 형태를 할 수 있다. 상기와 같은 공정 라인에서, 리본은 예를 들면, 다양한 공정 위치들(processing stations) 간에서 리본의 섹션들(sections)을 축적하기 위해 일련의 롤러들을 중심으로 하여 통상적으로 권취된다. 롤러들은 리본의 길이가 축적될 시에 리본의 인장을 유지시키도록 이동할 수 있다. 롤러들은 사하중 시스템(dead weight system)에 의해 또는 구동기들(개별적인 배치를 하거나 또는 마스터/슬레이브 배치를 함)을 가진 롤러들 중 하나 이상을 활발하게 이동시킴으로써, 리본의 인장을 유지시키도록 조종될 수 있다. 다수의 롤러들이 잇달아 위치하고 있기 때문에, 사용된 공간을 최소화시키도록 반경이 가능한 한 작은 롤러들을 가지는 것이 바람직하다. 본원에 개시된 개념은 롤러들에 의해 취해진 공간을 최소화시키기 위해 상기와 같은 리본 운송에 대해 적용될 수 있다.
연속식 공정 라인의 롤러 섹션 중 하나의 실시예는 도 13에 도시된다. 이 도면에서, 유리-폴리머 적층체(2)는 일련의 제 1 롤러들(100) 및 제 2 롤러들(200)을 통하여 화살표 A의 방향으로 운송된다. 위치 B에서, 유리-폴리머 적층체 배향은 이중층 예시의 도 14에 도시되고, 유리(10)는 롤러들(100)을 향하도록 배치되고, 폴리머 층(20)은 롤러들(200)을 향하도록 배치된다. 유리-폴리머 적층체(2)가 제 1 롤러들(100) 주위로 운송될 시에, 도 3에 도시된 것과 유사한 배향으로 배치되고, 폴리머 층(20)은 응력 감소 기능을 제공한다. 반면, 유리-폴리머 적층체(2)가 롤러들(200) 주위로 운송될 시에, 도 7에 도시된 것과 유사한 배향으로 배치되고, 폴리머 층은 유리(10)의 응력을 증가시킨다. 이에 따라서, 이러한 위치 각각을 비교해 보면, 유리(10)에 대해 주어진 허용 가능한 응력을 가진 유리-폴리머 적층체에 있어서, 특별한 롤러에 의해 유도될 시에 유리의 최대 인장 응력이 롤러 직경(D)에 따라 반대로 달라지기 때문에(식 [5] 및 [7]을 참조), 롤러들(100)의 직경(D1)은 롤러들(200)의 D2보다 작아질 수 있다. 상기와 같은 공정 라인의 설계는, 최악 경우의 시나리오를 위해 유리-폴리머 적층체를 안전하게 운송시키도록 설계된 하나의 크기를 가진 롤러를 갖춘 유사한 공정 라인 상에서 공간적으로 감소되는 것을 가능케 한다.
크기가 감소된 롤러의 유사한 이점은 삼중층 유리-폴리머 적층체로 달성될 수 있다. 도 15는, 삼중층 예시를 위해 도 13의 위치 B에서 유리-폴리머 적층체 배향을 도시하고, 제 2 폴리머 층(30)은 제 1 롤러들(100)을 향하도록 배치되고, 제 1 폴리머 층(20)은 제 2 롤러들(200)을 향하도록 배치된다. 제 1 및 제 2 폴리머 층들(20, 30)의 속성이 다시 식 [11] 및/또는 [12]의 관계식에 따라 선택될 시에(이중층 경우와 관련하여 상기에서 설명된 것과 유사), 롤러들(100)은 롤러들(200)보다 작은 직경을 가질 수 있다.
단지 4 개의 롤러들(100) 및 3 개의 롤러들(200)이 도시되어 있긴 하지만, 각각의 롤러 유형의 적합한 수가 사용될 수 있다. 또한, 롤러들(100)이 롤러들(200) 상에 배치되는 것으로 도시되었지만, 롤러들(200)이 롤러들(100) 상에 배치되는 또 다른 구성도 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 휨 반경(R)은 장치에 수용될 시에 유리-폴리머 적층체로 제공될 수 있고, 상기 휨은 예를 들면, 디스플레이의 3-D 효과를 만들어 내는데 도움을 주도록, 미학적 또는 기능적 목적을 위한 것일 수 있다. 장치의 개략적인 도면은 도 16-18에 도시된다. 장치(300)는 하우징(302) 및 유리-폴리머 적층체부(304)를 포함한다. 상기 유리-폴리머 적층체부(304)는 발광되는 부분일 수 있거나, 또는 예를 들면 적층 물질의 봉합부/장벽부일 수 있다.
장치(300)의 강도를 개선시키기 위하여, 유리 폴리머 적층체부(304)는 도 17에 도시된 바와 같은 구성으로 배치될 수 있고, 도 17에서, 폴리머 층(20)은 하우징의 내부를 향해 배치되고, 유리(10)의 표면(14)은 하우징의 외부를 향하도록 오목한 방식으로 배치된다. 대안적으로, 유리-폴리머 적층체부(304)는 도 18에 도시된 바와 같은 구성으로 배치될 수 있고, 폴리머 층(20)은 하우징 외부를 향하여 배치되고, 유리(10)의 표면(14)은 하우징(302)의 내부를 향하도록 오목한 방식으로 배치된다.
도 17 및 18 각각에서, 유리-폴리머 적층체부(304)가 삼중층 구조체인 경우, 제 1 폴리머 층(20)의 속성에 대해 식 [11] 및/또는 [12]를 만족하는 속성을 가지고 도시된 바와 같은 배향을 한 제 2 폴리머 층(30)이 포함될 수 있다. 하우징(302)은 도 17에 도시된 바와 같이, 유리-폴리머 적층체부(304)의 구성과 상호 보안적인 방식으로 곡선을 이룬 구성을 가질 수 있지만, 상기와 같은 것이 경우에 따라 필요한 것이 아니므로 도 18과 같이 도시될 수도 있다.
일반적인 고려 사항
본원을 통하여, 유리-폴리머 적층체는 (원하는 형상의) 시트 또는 리본의 형태를 할 수 있고, 적층체에 사용된 유리일 수 있다.
각각의 폴리머 층들(상술된 폴리머 층들(20 및 30), 또는 충격 하중과 관련하여 이하에 기술된 폴리머 층들, 이하에서는 설명을 용이하게 하기 위해 단지 폴리머 층들이라 함)은 다양한 폴리머들, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene teraphthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene Naphthalate, PEN), 에틸렌 테트라플루오르에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE), 또는 써머폴리머 폴리올레핀(thermopolymer polyolefin)(TPOTM - 폴리머/폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 블록 코폴리머 폴리프로필렌(block copolymer polypropylene, BCPP), 또는 고무의 혼합불), 폴리에스터(polyesters), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리비닐부터레이트(polyvinylbuterate), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 치환된 폴리에틸렌(substituted polyethylenes), 폴리히드록시부티레이트(polyhydroxybutyrates), 폴리히드록시비닐부티레이트(polyhydroxyvinylbutyrates), 폴리에테르이미드(polyetherimides), 폴리아미드(polyamides), 폴리에틸렌나파레이트(polyethylenenaphalate), 폴리아미드(polyamides), 폴리에테르(polyethers), 폴리술폰(polysulphones), 폴리비닐아세틸렌(polyvinylacetylenes), 투명한 열 가소성 물질(transparent thermoplastics), 투명한 폴리부타디엔(transparent polybutadienes), 폴리시아노아크릴레이트(polycyanoacrylates), 셀룰로오스 기반 폴리머(cellulose-based polymers), 폴리아크릴레이트(polyacrylates) 및 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리술파이드(polysulphides), 및 폴리실록산(polysiloxanes) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예비-폴리머 또는 예비-화합물로 증착/코팅되고 그 후 변환될 수 있는 폴리머들, 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리우레탄(polyurethanes), 페놀-포름알데이트 수지(phenol-formaldehyde resins) 및 멜라민-포름알데히드 수지(melamine-formaldehyde resins)도 사용될 수 있다. 폴리머 층들은 일부 적용에 있어 투명할 수 있지만, 다른 적용에 꼭 그럴 필요는 없다.
추가적으로, 각각의 폴리머 층들 그 자체는, 서로 다른 영률, 서로 다른 푸아송비 및/또는 층 두께를 가진 서로 다른 유형의 폴리머로 구성된 적층 구조체 또는 합성 구조체일 수 있다. 이러한 경우에서, 기술 분야의 통상의 기술자는, 유리-폴리머 적층체를 바람직하게 구성하기 위해 본원에서 기술된 바와 같이 사용될 수 있는 유효 두께, 유효 영률, 및 유효 푸아송비를 포함하여, 전체 층에 대한 유효 값을 찾도록 화합물 층을 균일화시킬 수 있다.
본원에서 기술된 유리-폴리머 적층체는 장치-기능 층들을 장착하는 기판으로서 사용될 수 있거나, 또는 장치 내의 봉합 층으로 사용될 수 있다. 장치는 전자 장치, 예를 들면, 디스플레이 스크린(예를 들면, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 발광 다이오드 디스플레이, 평평한 패널 디스플레이를 포함), 발광 장치, 태양전지 모듈일 수 있다. 기능 층들은 예를 들면, 박막 트랜지스터들(TFT들), 다이오드들, 포토다이오드들, 트라이오드들(triodes), 광기전 전지들(photovoltaic cells), 포토커플러들(photocouplers), 투명 전극, 컬러 필터, 전기전도성 층을 포함할 수 있다. 유리-폴리머 적층체는 디스플레이 스크린들, 예를 들면, 상술된 것들 상에 적층된 커버로 사용될 수 있다.
유리-폴리머 적층체는 전자 장치의 보호 소자로 사용되기 위해, 실질적으로 투명으로 형성될 수 있거나, 그리고/또는 유연한 구조체일 수 있고, 유리-폴리머 적층체는 5 내지 500 미크론의 두께 유리 층, 및 1 내지 2000 미크론의 두께의 범위에 속하는 폴리머 층을 포함한 합성 구조체이다. 이와 연관되어, 유리-폴리머 적층체의 형성은 휨 및/또는 비틀림에 의해 완전한 평면형도(planarity)로부터 벗어나는 것을 가능케 하여, 일부 다른 대상의 형상 또는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 유연성은 장벽 속성에 해로운 영향을 끼침 없이 휘어질 수 있도록 한다.
전자 장치는 유기 발광 장치일 수 있다. 다른 전자 장치들은 박막 트랜지스터들(TFT들), 다이오드들, 포토다이오드들, 트라이오드들, 광기전 전지들, 포토커플러들(photocouplers)을 포함한다.
유리-폴리머 적층체는 전자 장치용 기판을 구성할 수 있고, 예를 들면, 투명 전극 층으로 코팅될 수 있다. 상기 층은 보통 애노드일 수 있고, 인듐 주석 산화물이다. 이러한 경우에, 전극 코팅은 유리 층의 일 표면에 적용된다. 대안으로서, 유리-폴리머 적층체는 발광용 봉합 필름(encapsulation film) 또는 다른 전자 장치를 이룰 수 있다.
유리-폴리머 적층체가 유기 발광 장치용 기판을 구성하는 구조체를 형성하기 위해서, 유리 층은 폴리머 층에 부착되기 전에, 투명 전극 층으로 예비 코팅될 수 있거나, 또는 투명 전극 층은 유리-폴리머 적층체의 제조 후에 증착될 수 있다. 폴리머 층이 전극 층을 가진 내부 층을 구성하고 외부 층이 유리 층을 구성하도록 유리-폴리머 적층체의 층들 순서를 반대로도 할 수 있다.
유리-폴리머 적층체를 가진 전자 장치는, 유리-폴리머 적층체의 구성, 투명 전극 층의 증착, 각각의 전기 활성 층의 증착 및 제 2 전극 층의 증착을 포함한 통합 단계들의 순서로 제조될 수 있다. 일괄식, 반-연속식 또는 연속식 공정은 완성 장치의 제조를 위해 고려될 수 있다. 제 2 전극 층 상의 추가적인 봉합 층은 제공될 수 있다.
유리-폴리머 적층체를 제조하는 다양한 기술은 서로 다른 실시예들에 따라서 가능해진다.
일 실시예에 따라서, 제 1 투명 전극(예를 들면, ITO)의 코팅을 가진 폴리머 층이 제공된다. 그 후에, 전기적으로 활발한, 예를 들면, 전자 발광(electroluminescent)의 유기 물질 중 적어도 하나의 층 상에는 제 2 전극 층이 증착된다. 그 후, 완성된 구조체는 유리 층에 적층된다.
또 다른 실시예에 따라서, 폴리머 및 유리 층들은 선행하는 순서에서 교환된다.
추가적인 실시예에 따라서, 유리-폴리머 적층체는 사전에 제조되고, 그 후에 제 1 전극 층, 전기 활성 물질 중 적어도 하나의 층 및 제 2 전극 층의 증착을 위한 기반으로서 사용된다.
상기 유리 층이 "외부 층"(제 1 전극 층에 인접하고 유리 층 내에 위치한 폴리머 층과 함께 있음)으로 사용되는 경우, 기판에 존재할 수 있는 불순물(예를 들면, 산소, 물 및 가능한 다른 저 분자량 화합물)을 (예를 들면, 기체 배출(out-gassing), 열 배출(baking-out) 또는 펌핑 배출(pumping-out) 함으로써) 제거하는 것이 중요하다.
유리 및 폴리머 층들은 일괄식 공정에 따라 시트 형태로 제공될 수 있다.
대안적으로, 유리 층은 시트로 제공될 수 있고 폴리머 층은 연속식 롤로부터 나올 수 있다.
추가적인 가능성으로, 유리 및 폴리머 층들 둘 다는 연속식 롤들로부터 나올 수 있다.
합성 구조체는 예를 들면, 일괄식 공정, 연속식 롤투롤 공정 또는 반-연속식 공정에 따라서, 유리 및 폴리머 층들의 적층에 의해 형성될 수 있고, 이로 인해, 폴리머 층은 연속적인 막을, 유리 층은 시트 형태를 할 수 있다.
폴리머 층에 대해서, 예비-폴리머 또는 예비-화합물로 증착/코팅되고 그 후 변환될 수 있는 폴리머들, 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 페놀-포름알데이트 수지 및 멜라민-포름알데히드 수지도 사용될 수 있다.
유리 및 폴리머 층들의 적층은 2 개의 층들 간에서 아교/접착제로 이루어질 수 있다. 이러한 경우에서, 아교는 2 개 중 하나 상에 예비 코팅될 수 있거나, 또는 두 개의 기판들 상에 예비 코팅될 수 있거나; 또는 적층 공정 동안 공급될 수 있되, 실온 또는 상승 온도에서, 그리고 압력이 있거나 없는 곳에서 공급될 수 있다. UV-경화 아교(UV-cured glues)도 적합할 수 있다.
폴리머 층은, 열 밀봉 아교로 예비 코팅된 폴리머 시트들로부터 얻어질 수 있다.
유리 층 상의 폴리머 층의 적층 및/또는 증착은 유리의 제조 공정에 통합될 수 있고, 즉 유리는 제조 라인으로부터 떨어지게 되어 그 후에 폴리머로 (여전하게 가열 또는 온기 또는 냉각 처리되어) 코팅된다.
적층에 의한 형성의 대안으로서, 합성물의 폴리머 층은 일괄식 또는 연속식 공정에 의해 유리 층 상에 코팅된다. 유리 상의 폴리머 코팅은 딥(dip), 스프레이, 용액-스핀(solution-spin), 용액-블레이드(solution-blade), 매니스커스 코팅(meniscus coating)에 의해 이루어지거나, 또는 용융된 폴리머를 유리 층에 코팅함으로써 이루어진다.
즉, (i) 폴리머가 이미 막으로 존재하여 유리에 적층되는 상황 및 (ii) 폴리머가 막으로 형성된 것이 아니라, 딥, 스프레이 등에 의해 유리 상에 코팅되는 상황, 이들의 서로 다른 상황을 고려할 수 있다. 상술된 예비-폴리머들은 예를 들면, 경우 (ii)로 처리될 수 있다. 그러나, 상술된 다른 여러 개의 폴리머들 역시 경우 (ii)에 대해 코팅될 수 있다. 이러한 예에서, 폴리머들은 용액, 용해으로부터 또는 예비-폴리머로서 코팅에 의해 주로 유리 상에서 코팅될 수 있다.
유리-폴리머 적층체는 OLED들(소분자 형광(small molecule fluorescence, SMF) 및 (LEP) 발광 폴리머들)뿐만 아니라, 전기 활성 층, 예를 들면, 유기 광-검출기들, 유기 태양 전지들, OLED용 박막 트랜지스터(TFT) 어레이들 및 TFT들을 포함한 다른 장치들을 위한 기판/봉합재로 사용될 수 있다. 또 다른 사용은 LEP 제품들, 예를 들면, 패턴화되지 않은 백라이트 및 다른 광원 또는 패턴화된 장치들, 예를 들면, 기호, 글자 및 숫자 표시 또는 도트-매트릭스(dot-matrix) 또는 다른 고해상 표시를 위한 것이다.
전자 장치의 제조 시에, 일반적으로 층들의 일부 또는 모두는 공정 단계를 거칠 필요가 있다. 예를 들면, 폴리(페닐렌비닐렌, phenylene vinylene)(PPV) 등의 반도체 융합 폴리머인 전자 발광 유기 물질이 존재하는 경우에, 상기 층의 증착은 일반적으로 솔벤트에서 전구체를 폴리머에 증착시킴으로써, 예를 들면 스핀-코팅에 의해 일어나고, 그 후에 상기 층은 전구체를 최종 폴리머로 변환시키기 위해 차후 공정 단계를 받는다. 이로써, 이러한 공정 단계 동안 존재하는 경우, 밑에 있는 유리-폴리머 적층체는 전구체 층을 스핀-코팅하기 위해 사용되는 솔벤트를 견뎌낼 수 있어야 하고, 상기 솔벤트를 분리시키고 전구체를 폴리머로 변환시키는데 사용되는 차후 온도도 견뎌낼 수 있어야 한다. 이로써, 유리-폴리머 적층체의 폴리머 층은 품질이 적합한 필요가 있다. 예를 들면, 유리-폴리머 적층체가 고온을 받아야 하는 경우, 폴리머 층의 유리-전이 온도는 이러한 온도 이상이어야 한다. 예를 들면, 150 도 C의 초과 온도도 가능하다. 더욱이, 특정 상황에서, 폴리머 층은, 혼합 자일렌, THF 등의 폴리머를 위해 사용되고 MEH PPV 등의 용해성 융합 폴리머를 위해 사용되는 솔벤트 층들에 저항력이 있어야 한다.
유리-폴리머 적층체는 2 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 합성 구조체는 유리 층 및 2 개의 폴리머 층들을 포함할 수 있다.
특히, 합성 구조체는 폴리머 층들 중 하나의 외부 표면 상에 ITO의 코팅을 한 폴리머/유리/폴리머 합성물을 포함할 수 있다. 상기와 같은 구조체는, 유리 층 및 폴리머 층의 팽창 계수의 현저한 차가 있어 그 결과 유리-폴리머 적층체의 휨이 있을 수 있는 상황에서 이점이 있을 수 있다. 이는, 추가 층이 통합되는 경우에 방칙될 수 있다.
추가적인 기능성은 폴리머 층으로 통합될 수 있다. 예를 들면, 폴리머 층은 폴리머 편광판 시트, 대비 강화 필터-적층체(contrast-enhancing filter-laminate)를 포함하고, 반사 방지 속성, 컬러 필터 속성 또는 컬러 전환 속성을 가질 수 있다. 예를 들면, 발광층이 청색 광을 발광하고 적층체가 예를 들면, 청색을 흡수하고 적색 또는 녹색으로 재-발광하는 적색 또는 녹색 형광 분자를 함유하는 장치를 가질 수 있는 것도 가능하다. 대안적으로 또는 추가적으로, 폴리머 층은 원치 않는 주변 광을 차단하고, 그리고/또는 도파관(wave guiding)이 감소되고 장치의 밝기가 증가되도록 산란성 입자를 가질 수 있도록 설계될 수 있다. 상기와 같은 추가적인 기능성은 유리 층에 통합될 수 있다. 제 3 폴리머 층이 합성 구조체에 제공될 시에, 이는 폴리머 층들의 서로 다른 2 개의 유형들의 가능성을 가능케 하고, 서로 다른 추가 기능성을 서로 다른 층들에 통합시키는 가능성을 가능케 한다.
충격 하중
상술된 유리-폴리머 적층체 고려 상항 및 구성은 또한 충격 하중을 견뎌내도록 적층체를 설계할 시에 유용할 수 있으며, 표면 결함 개체군(surface defect population)은 동적 충격에 의해 2 개의 축 평면들에서 인장 응력 하에 위치한다. 볼 낙하 테스트는 예를 들면, 제품 자격을 받는 동안 행해지는 것으로 충격 하중을 대리하는 테스트로 종종 기능한다. 유리-폴리머 적층체에 관한 동적 충격 하중의 모델링 연구는 다음 가정을 사용하여 실행된다(도 19-22을 통한 내용을 적용):
유리 및/또는 유리-폴리머 적층체의 샘플 크기는 300 x 300 mm이다(이때 모든 4 개의 고정된 측면 상의 외부로 25.4 mm 길이를 가짐);
Eg = 73.6 GPa;
vg = 0.23;
유리 밀도 = 2.38 x 103 kg/m3;
폴리머 코팅 #1: E=3 GPa; v=0.3; 밀도= 1.4 x 103 kg/m3;
폴리머 코팅 #2: E=6 GPa; v=0.3; 밀도= 1.4 x 103 kg/m3;
폴리머 코팅 #3: E=9 GPa; v=0.3; 밀도= 1.4 x 103 kg/m3;
폴리머 코팅 #4: E=12 GPa; v=0.3; 밀도= 1.4 x 103 kg/m3; 및
볼은 이중층 유리-폴리머 적층체의 유리 측면 상에 낙하된다.
동적 충격 이벤트의 최대 응력은 물체 질량, 형상 및 낙하 높이의 함수이다. 도 19는 100 미크론의 두께를 가진 미가공 유리 샘플 상에 서로 다른 높이에서 낙하된 다양한 볼 질량에 대한 곡선 종류, 그리고 미터 단위의 낙하 높이의 함수에 따른 MPa의 최대 응력을 도시한다. 보다 특별하게: 곡선 1901은 32 g의 볼 질량이고; 곡선 1902는 64 g의 볼 질량이고; 곡선 1903은 128 g의 볼 질량이고; 곡선 1904는 256 g의 볼 질량이다. 이러한 도면으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 주어진 낙하 높이에 대하여, 볼 중량이 증가할 시에 최대 응력이 증가한다. 이와 유사하게, 주어진 볼 질량에 대하여, 볼 낙하 높이가 증가할 시에 최대 응력이 증가한다. 실제적으로, 특정 제품에 대한 표준 테스트는, 제품이 표준을 만족하기 위해 견뎌야하는 최대 충격 에너지(볼 중량, 낙하 높이 및/또는 직경 포함)를 규정할 수 있다. 예를 들면, IEC 61646(Thin Film terrestrial PV modules - Design Qualification and Type Approval) 및 UL 1703(Flat-Plate PV Modules and Panels)은 볼 낙하 실험을 통해 충격 테스트의 일부 형태를 요구하는 표준이다. 이로써, 곡선 1901 내지 1904가 유사한 관계성을 나타내기 때문에(즉, 최대 응력이 증가하면, 이때 충격 에너지도 증가), 이하에 기술된 설계 원리는 다양한 표준에서 나타난 바와 같이, 충격 에너지 테스트의 변화를 충족하도록 유리-폴리머 적층체들의 설계에 적용될 수 있다.
도 19에 나타난 상술된 최대 응력은 제품 요건의 특정 설정을 위해 감소될 수 있다. 예를 들면, 도 20에 도시된 바와 같이, 유리의 최대 응력(as would be imparted by an impact load)은 적층된 폴리머 층의 영률을 증가시킴으로써, 그리고/또는 폴리머 층의 두께를 증가시킴으로써, 감소될 수 있다. 보다 특별하게, 도 20은 유리-폴리머 적층체의 폴리머 층의 영률 대 최대 응력의 그래프이며(32g의 볼이 1 미터 높이에서 낙하하여 이중층 유리-폴리머 적층체의 유리 측면 상에 충격을 가함), 여기서 tg = 100 미크론이다. 곡선 2001은 폴리머 두께인 tp = 100 미크론의 경우이며, 그리고 곡선 2002는 폴리머 두께인 tp=300 미크론의 경우이다. 곡선 2001로부터 볼 수 있는 바와 같이, 주어진 충격 하중 및 폴리머 층 두께에 대하여, 최대 응력은, 폴리머 층의 영률이 증가함에 따라 감소된다(상술된 폴리머 코팅 #1-4에 대응하는 4 개의 점들이 도시됨). 곡선 2002는 유사한 관계성을 도시한다. 나아가, 곡선 2002를 곡선 2001과 비교하면, 도시된 바와 같이, 주어진 충격 하중 및 폴리머 층의 영률에 대해, 최대 응력은 폴리머 층 두께가 증가할 시에, 두께가 곡선 2001에서 곡선 2002로 증가할 시에 감소될 수 있다. 이에 따라서, 주어진 설계 기준치가 폴리머 층의 영률 및 유리 두께인 경우, 적합한 폴리머 층 두께는 필요한 최대 응력을 충족시키기 위해 선택될 수 있다(이러한 최대 응력은 제품의 사용 동안 기대될 수 있는 것이며, 표준으로 규정된 것이고, 설명의 편이성을 위해 이는 이하에서 필요한 최대 응력이라 하고; 나아가, 최대 응력은 이하에서 기술된 바와 같이 안전 요인을 제공하기 위해 경감될 수 있고(derated), 설명을 간단하게 하기 위해 각각의 경우에서 특별하게 언급되지 않았지만 본원에서 설명된 다른 상황에서의 최대 응력에 대한 경우일 것이 할 수 있다). 이와 유사하게, 주어진 설계 기준치가 유리 두께 및 폴리머 층 두께인 경우, 적합한 폴리머 층 물질(즉, 적합한 영률을 가짐)은 필요한 최대 응력을 충족시키기 위해 선택될 수 있다.
도 21은, 500g의 볼(50mm의 직경을 가짐)이 0.41 미터 높이로부터 다양한 이중층 유리-폴리머 적층체들의 유리 측면 및 유리 상에 낙하할 시에, 상기 볼에 의해 제공될 수 있는 최대 응력 값의 비교를 보여준다. 상기 볼은 기판에 2 줄의 에너지를 제공할 수 있다. 보다 특별하게, 바 2101은 두께인 tg=100 미크론을 가진 미가공 유리 기판에 대한 경우를 보여주고; 바 2102는 이중층 유리-폴리머 적층체에 대한 경우를 보여주며, 이때 유리 두께인 tg=100 미크론이고, 폴리머 층 두께인 tp=500 미크론이고, 폴리머 층은 폴리머 코팅 #1의 속성(특히, Ep=3GPa)을 가지고; 바 2103은 유리-폴리머 적층체에 대한 경우를 보여주고, 유리 두께인 tg=100 미크론이고, 폴리머 층 두께인 tp=1000 미크론이며, 그리고 폴리머 층은 폴리머 코팅 #1의 속성(특히, Ep=3GPa)을 가진다; 그리고 바 2104는 유리-폴리머 적층체에 대한 경우를 보여주고, 유리 두께인 tg=100 미크론이고, 폴리머 층 두께인 tp=1000 미크론이고, 폴리머 층은 폴리머 코팅#4(특히, Ep=12Gpa)의 속성을 가진다.
바 2101과 바 2102-2104 중 하나를 비교해 보면, 볼 수 있는 바와 같이, 주어진 유리 두께에 대해, 최대 응력은 유리에 적층된 폴리머 층에 의해 감소될 수 있다. 이에 따라서, 유리 두께가 주어진 설계 기준치인 경우, 적합한 폴리머 층은 적층체로 선택될 수 있고, 그 결과 유리는 필요한 최대 응력을 견뎌낼 수 있다.
바 2102와 2103을 비교해 보면, 볼 수 있는 바와 같이, 주어진 유리 두께 및 폴리머 층 물질 속성에 대해, 유리의 최대 응력은 폴리머 층 두께를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 이에 따라서, 유리 두께 및 폴리머 층 속성이 설계 기준치로서 주어진 경우, 적합한 폴리머 층 두께는 필요한 최대 응력을 충족시키도록 선택될 수 있다.
바 2103과 2104를 비교해 보면, 볼 수 있는 바와 같이, 주어진 유리 두께 및 폴리머 층 두께에 대하여, 유리의 최대 응력은 폴리머 층 영률을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 이에 따라서, 유리 두께 및 폴리머 층 두께가 설계 기준치로서 주어진 경우, 적합한 폴리머 층 영률은 필요한 최대 응력을 충족시키도록 선택될 수 있다.
도 22는 상술된 결과가 100 미크론의 유리 두께에 제한되지 않지만, 보다 두꺼운 유리가 유리-폴리머 적층체에서 포함됨으로써, 최대 응력의 감소를 달성할 수도 있다는 것을 도시한다. 보다 특별하게, 도 22는 535g 볼(51mm의 직경)이 1.295 m의 높이로부터 유리 표면 상에 낙하되는 경우(6.78 줄의 에너지를 달성함)를 도시하고, 여기서: 바 2201은 100 미크론의 두께를 가진 비코팅된 유리에 대한 경우를 도시하고; 바 2202는 100 미크론의 유리 두께 및 두께가 tp=1000 미크론인 폴리머 층을 가지며 나아가 폴리머 코팅 #4(특히, Ep=12 GPa)의 속성도 가진 이중층 유리-폴리머 적층체에 대한 경우를 도시하고; 바 2203은 300 미크론의 두께를 가진 비코팅된 유리에 대한 경우를 도시하고; 바 2204는 300 미크론의 유리 두께 및 두께가 tp=1000 미크론인 폴리머 층을 가지며 나아가 폴리머 코팅 #4(특히, Ep=12 GPa)의 속성도 가진 이중층 유리-폴리머 적층체에 대한 경우를 도시한다.
바 2201과 2202를 비교하면, 볼 수 있는 바와 같이, 100 미크론 두께의 유리의 최대 응력은 폴리머 층 적층체를 가짐으로써 감소될 수 있다. 이와 유사하게, 바 2203을 2204와 비교해 보면, 볼 수 있는 바와 같이, 보다 두꺼운 유리, 즉 300 미크론 두께의 유리의 최대 응력은 적층된 폴리머 층을 가짐으로써 줄어들 수도 있다. 이에 따라서, 폴리머 층 두께 및/또는 속성을 변화시킴으로써, 예를 들면, 특별하게 필요한 최대 응력을 견뎌야 하도록 유리-폴리머 적층를 설계하는 개념은 다양한 유리 두께에 적용될 수 있다.
상술된 바와 같이, 주목하여야 하는 바와 같이, 모델링으로부터 최대 응력의 값은 단지 상대 비교 목적을 위한 것인데, 이는 최대 응력의 실제 값이 매시 크기(mesh size) 또는 샘플 포인트들 간의 피치(pitch)에 따라 달라지고, 그리고 경계 조건, 즉, 샘플이 유지되는 방식에 따라 달라지기 때문이다. 모바일 장치에 사용되는 유리-폴리머 적층체의 충격 이벤트 동안, 예를 들면, 충격 반대 측면은 일반적으로 인장 측면일 수 있다.
응력 경감
유리에 내재하는 기계적인 신뢰성 특징은 적당한 응력 관리를 통하여 보존될 수 있다. 필요한 최대 응력을 조정하는 한가지 기술은 응력 경감을 통해서 안전 요인을 적용하는 것이다. 이는 물질의 내재하는 강도에 대한 인가 응력의 비율이다. 설계에 적용된 비율이 낮아질수록, 장기간 신뢰성을 확보하는 확률은 높아진다. 설계 속성은 유리-폴리머 적층체 구조체의 폴리머 층의 선택, 두께 및 위치(들)에 영향을 줄 것이다.
도 23은 다양한 제품 신뢰성 기간 동안 필요한 강도 관계에 대한 인가 응력을 보여주는 유리 경감 그래프이다. 보다 특별하게: 선 2301은 초 시간을 보여주고; 선 2302는 시 시간을 보여주며; 그리고 선 2303은 년 시간을 보여준다. 즉, 예를 들면, 최대 인가 응력이 200 MPa인 경우에, 상기 인가 응력이 다음의 초, 시간, 년에 대해 지속되는 것을 기대할 수 있다면: 초에 대해서는 필요한 강도가 500 MPa 미만이고; 시간에 대해서는 필요한 강도가 500 MPa보다 클 것이며; 년에 대해서는 필요한 강도가 약 1000 MPa일 수 있다. 이로써, 볼 수 있는 바와 같이, 응력이 오래 가해질수록, 유리에 필요한 강도 요건은 높아지게 된다. 이와 반대로, 예를 들면, 유리가 1000 MPa의 강도를 가진다면: 년에 대해서는 약 200 MPa의 최대 인가 응력을; 시간에 대해서는 400 MPa 미만의 최대 인가 응력을; 그리고 초에 대해서는 400 MPa 초과의 최대 인가 응력을 견딜 수 있다.
결론
본 발명의 상술된 실시예에서 강조되어야 하는 바와 같이, 특히 "바람직한" 실시예들은 단지 가능한 예시이기 때문에, 단지 본 발명의 다양한 원리의 명료한 이해를 기술하기 위함이다. 다수의 변화 및 변형이 본 발명의 다양한 원리 및 기술 사상으로부터 실질적으로 벗어남 없이 본 발명의 상술된 실시예로 구현될 수 있다. 상기와 같은 모든 변형 및 변화는 이러한 개시 및 본 발명의 권리 범위 내에서 본원에 포함될 수 있고 다음 청구항에 의해 보호를 받는다.
Claims (14)
- 5 내지 500 미크론의 두께를 가진 유리 시트;
상기 유리 시트의 제 1 표면에서 적층체를 이룬 제 1 폴리머;를 포함하고,
상기 제 1 폴리머는 상기 유리 시트에 코팅 계수(F)를 제공하고, 상기 코팅 계수(F)는 다음 식에 의해 정의되고
F = (1 - γβ2 ) / (1 + γβ), 여기서
γ= [Ep1 (1 - vg2)] / [Eg (1 - vp12)],
β= tp1 / tg,
Ep1 = 제 1 폴리머의 영률,
tp1 = 제 1 폴리머의 두께,
vp1 = 제 1 폴리머의 푸아송비,
Eg = 유리의 영률,
tg = 유리의 두께, 및
vg = 유리의 푸아송비
이고,
상기 적층체는, 상기 유리 시트의 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡되며; 그리고
상기 코팅 계수(F)는 0 미만인 적층체. - 청구항 1에 있어서,
상기 β는 1 ~ 400이며, 상기 γ는 0.001 ~ 0.2인 적층체. - 청구항 1에 있어서,
상기 Eg는 50 내지 95 GPa인 적층체. - 청구항 1에 있어서,
상기 Ep1은 10 내지 9500 MPa인 적층체. - 제 1 표면, 제 2 표면, 그리고 5 내지 500 미크론의 두께(tg)를 가진 유리 시트;
상기 유리 시트의 제 1 표면에 적층체를 이루고, 제 1 영률(Ep1), 제 1 두께(tp1), 및 제 1 푸아송비(vp1)를 가진 제 1 폴리머 층;
상기 유리 시트의 제 2 표면에 적층체를 이루고, 제 2 영률(Ep2), 제 2 두께(tp2), 및 제 2 푸아송비(vp2)를 가진 제 2 폴리머 층;을 포함하고,
상기 유리 시트는 상기 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡되고; 그리고
상기 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 다음 식이 되도록 구성되는 적층체.
[(Ep1 tp1 (tg+tp1) )/(1-vp12) ] > [(Ep2 tp2 (tg+tp2) )/(1-vp22) ] - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 25 내지 400 미크론의 두께를 가지는 적층체. - 하우징;
상기 하우징에 연결된 유리-폴리머 적층체부;를 포함하고,
상기 유리-폴리머 적층체부는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 적층체를 포함하되, 5 내지 500 미크론의 유리-시트 두께를 가진 적층체를 포함하고,
상기 유리-폴리머 적층체는, 상기 유리 시트의 제 2 표면이 오목 형상으로 배치되도록 만곡되는 전자 장치. - 유리-폴리머 적층체를 운송하는 방법으로서, 상기 유리-폴리머 적층체는 제 1 측면 및 제 2 측면을 가지고, 상기 유리-폴리머 적층체는 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층 및 상기 제 2 측면 상의 유리 두께(tg)를 가진 구조체, 또는 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층 및 제 2 측면 상의 제 2 폴리머 층을 가지되, 상기 제 1 측면과 상기 제 2 측면 간에서 유리 두께(tg)도 가진 구조체인, 유리-폴리머 적층체 운송 방법에 있어서,
직경(D1)을 가진 제 1 롤러 주위로 유리-폴리머 적층체를 운송하는 단계로서, 이때 상기 유리-폴리머 적층체의 제 2 측면은 상기 제 1 롤러를 향하도록 배치되는, 운송 단계; 및
직경(D2)을 가진 제 2 롤러 주위로 유리-폴리머 적층체를 운송하는 단계로서, 이때 상기 유리-폴리머 적층체의 제 1 측면은 상기 제 2 롤러를 향하도록 배치되는, 운송 단계;를 포함하여,
여기서 D1 < D2이며,
상기 유리-폴리머 적층체가 상기 제 1 측면 상의 제 1 폴리머 층, 및 상기 제 2 측면 상의 제 2 폴리머 층을 가질 시:
상기 제 1 폴리머 층은 제 1 영률(Ep1), 제 1 두께(tp1), 및 제 1 푸아송비(vp1)를 가지고;
상기 제 2 폴리머 층은 제 2 영률(Ep2), 제 2 두께(tp2), 및 제 2 푸아송비(vp2)를 가지며; 그리고
상기 제 1 폴리머 층 및 상기 제 2 폴리머 층은 다음 식이 되도록 구성되는 유리-폴리머 적층체 운송 방법.
[(Ep1 tp1 (tg+tp1) )/(1-vp12) ] > [(Ep2 tp2 (tg+tp2) )/(1-vp22) ]. - 청구항 8에 있어서,
상기 제 2 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이며, 상기 Ep2, tp2, 및 vp2는 상기 제 2 폴리머 층을 위한 유효 값인 유리-폴리머 적층체 운송 방법. - 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 제 1 폴리머 층은 서로 다른 폴리머들의 적층체이며, 상기 Ep1, tp1, 및 vp1은 상기 제 1 폴리머 층을 위한 유효 값인 유리-폴리머 적층체 운송 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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