[논문]초박형 유리층 보호를 위한 펜 낙하 시험의 기계적 모델링

오은성; 오승진; 이선우; 전승민; 김택수

doi:10.6117/kmeps.2022.29.3.049

초박형 유리층 보호를 위한 펜 낙하 시험의 기계적 모델링
Mechanical Modeling of Pen Drop Test for Protection of Ultra-Thin Glass Layer 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.29 no.3, 2022년, pp.49 - 53

오은성 (KAIST 기계공학과) , 오승진 (KAIST 기계공학과) , 이선우 (KAIST 기계공학과) , 전승민 , 김택수 (KAIST 기계공학과)

초록
AI-Helper

초박형 유리(Ultra-Thin Glass, UTG)는 디스플레이 보호용 커버 윈도우로 폴더블(foldable) 디스플레이에 사용되고 있으며, 향후에는 롤러블(rollable) 디스플레이나 다양한 플렉시블(flexible) 전자기기에 확대 적용될 것으로 예상되고 있다. 폴더블 디스플레이의 경우, 사용자들에 의해 굽힘과 터치 펜에 의해 충격을 받게 되고, 이 외에도 낙하 등 다른 외부충격에 쉽게 노출되어 있다. 초박형 유리는 100 ㎛ 이하로 두께가 얇고 취성하여 여러 외부 충격에 의해 쉽게 균열이나 파단이 발생할 수 있고, 이러한 균열이나 파단은 폴더블 디스플레이에 심각한 신뢰성 문제를 야기한다. 따라서, 본 연구에서는 초박형 유리의 내충격 신뢰성을 평가하는 펜 낙하 실험을 유한 요소 모델로 구성하고, 초박형 유리의 내충격 신뢰성을 향상시키기 위한 기계적 모델링을 진행하였다. 초박형 유리층 상부 혹은 하부에 보강층을 삽입했을 때, 펜 낙하에 의해 초박형 유리층에 작용하는 응력 메커니즘을 분석하였고, 그에 따라 신뢰성 향상을 위한 최적의 구조를 제시하였다. 또한 초박형 유리의 강도에 따른 최대 펜 낙하 높이를 예측할 수 있도록 펜 낙하 높이에 따라 초박형 유리층에 작용하는 최대 주 응력 값을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Ultra-thin glass (UTG) has been widely used in foldable display as a cover window for the protection of display and has a great potential for rollable display and various flexible electronics. The foldable display is under impact loading by bending and touch pen and exposed to other external impact loads such as drop while people are using it. These external impact loads can cause cracks or fracture to UTG because it is very thin under 100 ㎛ as well as brittle. Cracking and fracture lead to severe reliability problems for foldable smartphone. Thus, this study constructs finite element analysis (FEA) model for the pen drop test which can measure the impact resistance of UTG and conducts mechanical modeling to improve the reliability of UTG under impact loading. When a protective layer is placed to an upper layer or lower layer of UTG layer, stress mechanism which is applied to the UTG layer by pen drop is analyzed and an optimized structure is suggested for reliability improvement of UTG layer. Furthermore, maximum principal stress values applied at the UTG layer are analyzed according to pen drop height to obtain maximum pen drop height based on the strength of UTG.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. (a) Schematic of 3D modeling. (b) Schematic of axisymmetric modeling. (c) Finite element (FE) axisymmetric modeling.
표 Table 1. Mechanical properties of PET, UTG and protective layer for elastic simulation
표 Table 2. Mechanical properties of OCA layer for hyper-elastic simulation
그림 Fig. 2. FE modeling mesh of UTG complex.
그림 Fig. 3. Maximum principal stress at the bottom of UTG layer in three structures when pen drop height is 60 mm.
표 Table 3. Maximum principal stress in case of rigid ball and elastic ball
표 Table 4. Maximum principal stress and curvature at the bottom of UTG layer in three structures
표 Table 5. Three factors related to curvature at the bottom of UTG layer in UTG complex
그림 Fig. 4. FEA results of maximum principal stress distribution along y-directional position on rotation axis and relative position of bottom of UTG layer on rotation axis in three structures.
그림 Fig. 5. Maximum principal stresses in three structures as function of pen drop height.
표 Table 6. Bending rigidity and distance from neutral plane to bottom of UTG layer in the three structures
표 Table 7. Fitting natural logarithm equation from FEA results of three structures for expectation of maximum principal stress at any pen drop height

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