KR100523990B1 - 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법 - Google Patents

플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배리어 층을 플라스틱 기판에 영향을 주지 않고 열처리하여 외부로부터 침투하는 수분이나 산소를 막을 수 있는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법에 관한 것으로, 투명한 플라스틱 기판상에 실리콘 계열의 배리어 층을 형성하는 단계와 엑시머 레이저를 이용하여 배리어 층을 국부적으로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법 {Method of Fabricating a Plastic Dispiay Substrate}
본 발명은 산소(Oxygen)와 수분(Moisture)에 대해 배리어 특성(Barrier characteristics)을 갖는 플라스틱 디스플레이 기판(Plastic Display Substrate) 제조에 관한 것으로서, 특히 플라스틱 디스플레이 기판 제작시에 표시소자의 신뢰성을 확보하도록 하기 위해 배리어 층(Barrier layer)을 형성하고, 그 표면을 국부적으로 열처리함으로 산소 및 수분의 침투가 거의 없는 초박막 배리어 층(Ultra-thin barrier layer)을 갖는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
정보통신기술의 발달로, 다양화된 정보화 사회의 요구에 따라, 전자 디스플레이의 수요가 증가되고 있고, 요구되는 디스플레이도 모바일 폰(Mobile phone), PDA, 노트북 등의 휴대용에서부터 모니터, TV를 비롯한 여러 가지로 다양해지고 있다. 이와 같이 다양한 종류의 응용성에 따라 이들 전자 디스플레이 소자를 제작하는 기판의 경우도 대형화, 저가격화, 고성능화, 박형화 등의 특성이 요구되고 있다.
현재 사용되고 있는 기판으로는 투명한 유리 기판이나 석영, 투명한 플라스틱 기판, 실리콘 웨이퍼 기판, 사파이어 기판 등 많은 종류가 사용되고 있다. 이들 가운데 유리 기판이나, 석영, 실리콘 웨이퍼, 사파이어 기판 등은 기존의 확립된 공정 및 장비를 바탕으로 널리 사용되고 있으나, 점점 휴대가 간편하고, 쉽게 깨지지 않으며, 가볍고, 플렉서블(Flexible)하고, 제조가 간편한 플라스틱 기판에 관심이 집중되고 있다.
기존의 깨지기 쉬운 유리 등의 기판들에 비해, 플라스틱 디스플레이 기판은 깨지지 않으며 훨씬 가벼운 무게 등의 장점을 지님에도 불구하고, 플라스틱기판 자체로는 대기 중의 수분이나 산소가 기판을 통해 쉽게 침투되는 문제점 때문에, 특히 수분이나 산소에 취약한 디스플레이 소자의 기판으로 사용되기 위해서는 대기중의 수분이나 산소의 침투가 없는 기판의 제조는 해결되어야 할 중요한 문제이다.
IDW(International Display Workshop) 1999 워크샵에서 독일의 스튜트가르트 대학의 Ernst Lueder가 발표한 자료에 따르면, 플라스틱 기판을 디스플레이 소자용으로 사용하기 위해서 요구되는 수분, 산소의 투과율은 LCD의 경우엔 각각 0.1g/㎡· day (Moisture), 0.1cc/㎡ · day(Oxygen)을 만족해야 한다. 더욱이, 발광물질이 수분에 특히 취약한 유기 전계발광 표시 소자(Organic electroluminescent display device)의 경우엔 10-4 ~ 10-6 g/㎡ · day (Moisture) 및 10-4 ~ 10-6 cc/㎡ · day(Oxygen) 정도의 극히 낮은 투습율 및 투산소율이 요구된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 플라스틱 기판 위에 이들 산소 및 수분을 막을 수 있는 배리어 층을 형성하는 많은 방법들이 연구되고 있으며, 연구 어프로치 중에서 재료분야를 살펴보면 크게 3가지로 분류할 수 있다. 고분자 재료를 사용하는 경우, 무기재료를 사용하는 경우, 고분자 및 무기재료를 블렌딩하여 사용하는 경우로 구분할 수 있다.한편 배리어 층을 한 종류의 물질로 단층으로만 사용하는 경우 수분이나 산소에 대한 배리어 특성을 만족할 수 없어서, 다층의 배리어 층을 사용하거나 혹은 고분자 및 무기재료를 번갈아 사용한 다층(Multi-layer)으로 구성된 배리어 층(Barrier layer)을 사용하는 방법 등이 연구되고 있다. 이 가운데, 수분이나 산소의 극성도(Polarity)가 크다는 점에 착안해 미국특허번호 제 6,106,933호에서는 배리어 층으로서 수분이나 산소와 반대되는 소수성(Hydrophobic property)을 갖는 물질인 폴리에틸렌(Polyethylene)필름을 플라스틱 기판 표면에 라미네이트 등의 방법을 통해 형성하였다. 그러나 이때 얻어진 결과를 보면 수분에 대해서는 <1.5 g/ ㎡ · day를 갖고, 산소에 대해서는 <45cc/㎡· day로서 유기 전계발광 표시소자의 경우에 요구되는 10-4 ~ 10-6g/㎡· day(Moisture) 및 10-4 ~ 10-6cc/㎡· day(Oxygen)에는 크게 못 미친다. 따라서 단순히 플라스틱 기판상에 소수성을 갖는 고분자 재료를 라미네이트(laminate)된 배리어막의 형성으로 유기 전계발광 표시소자용 기판으로 사용하기에는 많은 개선이 필요하다.
또 다른 방법인, 고분자와 무기물질이 함께 블렌드 된 하이브리드(Hybrid)타입의 경우, 미국특허번호 제 5,441,816호, 제 5,415,921호 제 5,426,131호 등에서 보듯이 폴리비닐클로라이드 (Polyvinylchloride), 주석안정제(Tin stabilizer), 칼슘 스테아레이트 (Calcium stearate), 부틸아크릴레이트 러버 그래프트 공중합고분자 (Butylacrylate rubber graft copolymer) 등의 물질에 산화티탄(TiO2)를 블렌드하여 coating 한 후에 UV에 의해 경화함으로써 수분 및 산소의 침투를 막는 막을 제조하기도 한다.
그 외에, 배리어 층의 재료로서 무기물질만을 사용하는 경우는 미국특허번호 제 5,508,075호 제 5,532,063호, IDW'99(by Ernst Lueder, pp215- pp218), 11차 FPD 제조 컨퍼런스(11th FPD Manufacturing Conference, E1 Section, pp17, Tokyo(Japan))등에 따르면, 그 사용물질로는 SiO2, SiNx(혹은 Si3N4), Si+SiO2, SiOxNy등의 실리콘계 절연물질이나 Ta2O5등을 사용하며, 단일막 형태로 사용하거나 아니면 이들 가운데 두 종류를 번갈아가면서 여러층을 쌓아 사용하는 경우 등이 있다. 특히, 11차 FPD 제조 컨퍼런스(11th FPD Manufacturing Conference, E1 Section, pp17, Tokyo(Japan))에서는 배리어 층으로 SiOxNy막을 스퍼터링법으로 100℃에서 200nm를 형성하였다. 이들의 투습도는 가장 우수한 경우가 수분의 투습도가 <1.5g/ ㎡· day정도로 요구치인 10-4 ~ 10-6g/ ㎡· day(Moisture)에는 크게 못미치므로 개선이 필요하다.
마지막으로, 한층 내에 무기물 혹은 고분자 재료를 사용하여 배리어막을 형성하고, 이들을 번갈아 제조된 다층막의 배리어 층을 갖는 플라스틱 기판에 산소 및 수분의 침투를 막는 배리어막을 형성하는 방법은 미국특허번호 제 5,487,940호 제 5,593,794호 , 제 5,607,789호 , 제 5,725,909호 에 따르면, 먼저 고분자층(혹은 무기막)을 먼저 형성하고, 그 위에 무기막(혹은 고분자층)을 형성하고, 이를 여러번 되풀이하여 형성한 다층의 배리어막으로 형성한다. 이때 사용되는 고분자 물질에는 가교화된 아크릴레이트 고분자 (Cross-linked acrylate polymer), 알데하이드로 가교화된 폴리비닐알콜(Polyvinylalchole cross-linked with aldehyde), 플로로카본계 고분자(Polyfluorocarbon polymer)등을 모노머 형태로 증착(Deposition)하여 고분자화하든지 액상의 프린트법으로 형성하든지, 딥핑법 등으로 막을 형성하는데, 미국특허번호 제 5,487,940 호에서는 폴리프로필렌 필름 위에 가교화된 0.04mil인 폴리비닐알콜로 배리어 층을 형성하는 경우에 산소의 기판을 통해 침투하는 투과율이 배리어 층이 없는 경우(>150cc/100in2.day)에 비해 0.02cc/100in2.day로 30배 감소되었다. 또한 사용되는 무기물질로는 SiO2, Al203, SiNx, Al등의 금속, 유리혼합물성분(SnO:SnF2:PbO:P2O5=32:37:8:23) 등을 배리어막 재료로서 사용하였다. 특히 미국특허번호 제 5,593,794호 에서는 고분자재료를 소수성을 갖는 플로로카본계 고분자를 사용하고, 무기물질로는 SiNx 혹은 SiO2를 사용해 3번 이상 번갈아 배리어막을 형성한 경우, (고분자/SiNx)x3의 경우에는 <8㎍/100in2.day인데 비해 (고분자/Si02)x3의 경우에는 <240㎍/100in2.day으로 SiNx가 SiO2가 수분에 대해 약 30배 정도의 수분 침투를 막는 특성을 보여준다. 이러한 다중막을 사용하는 경우, 하이브리드막을 사용하거나, 고분자막이나 무기막만을 사용해서 배리어막을 형성하는 경우에 비해 우수하나 많은 층을 무기재료와 고분자를 사용해 번갈아 형성해야 하므로 제조시간이 매우 길어 비용이 증가된다. 따라서 실제 양산에 적용하기 위해서는 이를 획기적으로 줄일 수 있는 방안이나 최소의 막으로 최대의 효과를 낼 수 있는 방안이 요구된다.
이상에서 보는 것처럼 고분자 및 무기막 특히 금속이나 실리콘계 절연물질을 사용하여 각층을 번갈아 최소 3번 이상 되풀이하여 배리어 층을 쌓는 경우에만 수분 및 산소에 대한 우수한 침투 방지 효과를 보였다. 그러나 이처럼 층을 많이 쌓으면 쌓을수록 침투방지 특성은 증가하나, 제조시간이 증가함으로써 제조비용 또한 증가된다.
이와 같은 종래 기술의 배리어 층을 갖는 플라스틱 기판은 다음과 같은 문제가 있다.
플라스틱 기판을 통해 침투하는 수분이나 산소를 완전히 차단하기 위해서는 수지와 무기막을 최소 3번 이상 되풀이 진행해야 하며, 특히 무기막을 금속성분으로 사용하지 않는 한 요구하는 투습도 등을 얻기는 부족하다. 그러나 디스플레이의 기판용으로 사용하기 위해서는 기판이 투명해야 하기 때문에 이 방법은 플라스틱 기판의 제조시에는 응용할 수 없다. 또한, 많은 다층 구조의 베이리어 층을 형성하기 위해서는 그만큼 많은 공정시간이 필요하고, 많은 공정과 함께 제조비용도 크게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라스틱 기판을 통해 침투하는 수분이나 산소를 막아 플라스틱 특히 유기 전계발광 표시소자용 기판으로까지 사용할 수 있는 플라스틱 기판의 제조하는데 있어서, 배리어 층으로서 실리콘 계열의 절연물질을 사용하여 형성한 후, 그 표면을 국부적으로 열처리함으로써 기판에 손상을 주지 않고, 얇은 두께만으로도 산소 및 수분에 대해 침투를 막을 수 있는 배리어 층을 갖는 투명한 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 본 발명의 목적은 다음과 같은 구성에 의해 달성된다.
(1) 본 발명에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 제조 방법은 투명한 플라스틱 기판 양면중 적어도 일면 상에 배리어 층을 형성하는 단계와 엑시머 레이저를 이용하여 배리어 층을 국부적으로 열처리하여 그 표면을 고밀도 균질막으로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(2) 상기 (1) 의 플라스틱 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 투명한 플라스틱 기판과 상기 배리어 층 사이에 제습제 층(desiccant layer)을 개재하는 것을 특징으로 한다.
(3) 상기 (1) 의 플라스틱 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 투명한 플라스틱 기판의 한쪽 면의 상에 상기 제1 배리어 층과 상기 제2 배리어 층 사이에 제습제 층(desiccant layer)을 개재하는 것을 특징으로 한다.
(4) 상기 (2) ~ 상기 (3) 중 어느 하나의 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제습제는 산화알루미늄, 산화 칼슘, 이트륨 산화막, 산화 마그네슘 그리고 폴리우레아 중 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
(5) 상기 (1) ~ 상기 (4) 중 어느 하나의 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법에 있어서, 상기 배리어 층은 실리콘 계열의 절연 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
(6) 상기 (1) ~ 상기 (5) 중 어느 하나의 투명한 플라스틱 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 배리어 층은 실리콘 질화산화막 그리고 실리콘 질화막중에서 하나를 선택하여 사용하거나 둘 이상의 복합층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
(7) 상기 (1) ~ 상기 (6) 중 어느 하나의 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법에 있어서, 상기 배리어 층은 펄스 엑시머 레이저, 연속 발진 엑시머 레이저, 펄스 고체 레이저, 연속 발진 고체 레이저 중에서 하나를 선택하여 적어도 한층에, 적어도 한번은 열처리하는 것을 특징으로 한다.
(8) 상기 (1) ~ 상기 (7) 중 어느 하나의 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법에 있어서, 상기 배리어 층은 엑시머 레이져를 사용하여 열처리 파워는 10 ~ 2000 mJ/cm2, 주변 온도는 300℃ 이하로 열처리하는 것을 특징으로 한다.
(9) 상기 (1) ~ 상기 (8) 중 어느 하나의 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법에 있어서, 상기 배리어 층은 Ar2 , Kr2 , Xe2, ArF, KrF, XeCl, 그리고 F2 엑시머 레이져 중 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
(10) 상기 (1)과 같은 플라스틱 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 배리어 층은 실리콘 계열의 절연성 무기 물질, 수지막, 그리고 실리콘 계열의 절연성 무기물질의 3 중층을 적어도 한번은 적층시키는 것을 특징으로 한다.
(11) 상기 (1)과 같은 플라스틱 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 배리어 층은 수지막, 실리콘 계열의 절연성 무기 물질, 그리고 수지막의 3 중층을 적어도 한번은 적층시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명에 따른 디스플레이 소자용 기판의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1는 본 발명에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 단면도이다.
도 1a)를 참조하면, 투명한 플라스틱 기판(20) 상에 외부의 산소나 수분 등의 침투를 차단할 수 있는 실리콘 계열의 절연 물질로 이루어진 박막의 배리어 층(barrier layer)(30)을 형성한다. 배리어 층(30)은 실리콘질화산화막(SiOxNy) 또는 실리콘질화막(Si3N4 또는 SiNx) 중에서 선택된 단층막 또는 2 이상의 복수막으로, 최초 두께(d1)가 100 ∼ 10,000 Å, 바람직하기는 100 ~ 3,000 Å 정도로 형성한다. 배리어 층(30)의 적층 방법은 화학 기상 증착, 스퍼터링 또는 전자빔 방법 등을 사용한다.
화학 기상 증착 방법을 사용하여 실리콘 계열 절연 물질로 배리어 층(30)을 형성하는 경우, 막 형성 온도는 25 ∼ 300 ℃ 이며, 운송 가스(carrier gas)로 불활성 기체를 이용하며, SiNx는 반응가스로 SiH4, NH3, N2를 사용하고, SiOxNy는 반응가스로 SiH4, N2O, NH3, N2를 사용한다. 스퍼터링 방법을 사용하여 실리콘 계열 절연물질로 배리어 층(30)을 형성하는 경우, 막 형성 온도는 25 ~ 300 ℃ 이며, 스퍼터링 가스(sputtering gas)로 불활성 기체를 이용하며, SiNx, SiOxNy는 각각 Si3N4, SiON 타겟을 이용한다. 또는 리엑티브 스퍼터링(reactive sputtering) 방법을 사용하는 경우에는, 실리콘(Silicon) 타겟을 이용하며, 불활성 기체인 스퍼터링 가스(sputtering gas)외에 리엑티브 가스(reactive gas)를 주입하는데, SiNx을 증착할 경우에는 N2 가스를 주입하고, SiOxNy을 증착할 경우에는 O2 가스와 N2 가스를 주입한다.
상기에서 플라스틱 기판(20)은 폴리에테르설폰(Polyethersulphone, PES), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌나프티네이트(Polyethylene naphthenate, PEN), 폴리올레핀(Polyolefin), 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride, PVC), 폴리에스터(Polyester), 폴리아미드(Polyamide), 폴리노보렌(Polynorbornene, PNB), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리아릴레이트(Polhyarylate, PAR)등을 포함하는 투명 물질중 하나를 선택하여 사용한다
상기에서 배리어 층(30)을 형성하는 실리콘 계열의 절연물질은 실리콘질화산화막(SiOxNy) 또는 실리콘질화막(Si3N4, 또는 SiNx)이다. 그러므로 배리어 층(30)은 절연물질 중에서 선택된 하나의 단층막, 또는, 2개 이상의 복수 개의 막으로 형성된다. 또한 상기에서 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지(resin) 막, 실리콘 계열의 절연성 무기물질을 순차적으로 적층 성막하여 배리어 층(30)을 형성하거나, 또는 수지(resin)막, 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지(resin)막을 순차적으로 적층 성막하여 배리어 층(30)을 형성할 수도 있다.
그리고 수지(resin)막, 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지(resin)막의 3중층의 적층구조를 연속적으로 적층 성막하여 수지(resin)막, 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지(resin)막, 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지(resin)막으로 이루어진 복수개의 3중층의 적층구조를 형성한다.
그리고 배리어 층(30)은 투명한 플라스틱 기판(20)의 상면뿐만 아니라 하면에도 형성하기도 한다(도시하지 않음).
도 1b)를 참조하면, 배리어 층(30)의 결함을 제거하기 위하여 열처리 공정(Heat Treatment)을 진행한다. 배리어 층(30)은 열성장 방법에 의해 형성되지 않고, 화학 기상 증착, 전자빔 증착법 또는 스퍼터링 방법으로 적층되기 때문에 실리콘과 산소 또는 질소의 불완전한 결합이 다수 발생한다. 이러한 불완전한 결합으로 발생하는 다수의 미결합수(dangling bond)와 다공성으로 인해 배리어 층(30) 결함의 원인이 된다. 즉 배리어 층(30)의 이러한 결함(defect)은 산소 및 수분이 투과할 수 있는 통로를 제공하게 되므로 상기 결함을 열처리를 통하여 제거하여야 한다.
실리콘계열의 화합물로 구성된 배리어 층(30)의 결함을 제거하기 위한 열처리(annealing) 온도는 700 ~ 1100℃ 정도이다. 그러나 플라스틱 기판은 상기의 온도에서 안정하지 못하여 상기 온도에서의 열처리는 불가능하기 때문에, 본 발명에서는 엑시머 레이저를 사용하여 기판에 손상을 주지 않고 배리어 층 표면에만 국부열처리 공정을 진행한다.
이때, 배리어 층(30)의 열처리는 Ar2, Kr2, Xe2, ArF, KrF, XeCl, 그리고 F2 의 펄스 엑시머 레이저 중 하나를 사용할 수 있다. 표 1은 각 엑시머 레이저의 방출 파장을 나타낸다.
여기서, 엑시머 레이저의 열처리 파워(annealing power)는 10 ~ 2000 mJ/㎠, 주변 온도는 300℃ 이하의 조건하에서 열처리한다. 그리고 배리어 층(30)을 열처리하는 순간 온도는 700℃ 이상의 온도이다. 그리고 회수는 필요에 따라 일 회 또는 그 이상을 실시한다.
또한, 배리어 층의 국부적인 열처리는 상기한 펄스 엑시머 레이저 뿐만 아니라 연속 발진 엑시머 레이저, 펄스 고체 레이저, 연속 발진 고체 레이저 등을 사용할 수도 있다. 하나의 예로, 실리콘질화막(Si3N4, 또는 SiNx)을 배리어 층으로 이용하는 경우, ArF 펄스 엑시머 레이저가 기판에 손상을 주지 않고 배리어 층 표면에만 국부 열처리에 적합하다. 실리콘질화막의 ArF 레이저에 대한 흡수율(absorption coefficient)이 증착조건에 차이가 있으나 약 105cm-1 정도로, ArF 레이저의 에너지는 표면에서 2000Å이내에서 70%이상이 흡수되며, ArF 펄스 엑시머 레이저의 펄스 폭은 수십 nanosecond로, 순간적으로 표면층의 온도가 700℃ 이상의 고온으로 상승하여 기판에 손상을 주지 않고 열처리(annealing)가 이루어진다.
열처리 후 배리어 층(30)의 상부는 실리콘과 산소 또는 질소와의 결합으로 이루어지는 그물 구조(network structure)를 가지고 다공성(porosity)과 미결합수에 결합된 수소함유량(hydrogen content)이 최소화된 고밀도 균질막(40)이 형성된다. 고밀도 균질막(40)은 열처리 후의 두께(d2)가 10 ~ 2,000 Å 정도 두께로 형성된다. 그리고 그물 구조를 이루고 수소함유량이 감소되므로 외부로부터 투명한 플라스틱 기판(20)을 통해 습기 및 산소의 침투를 막아, 이 기판으로 제조된 디스플레이 소자가 열화되는 것을 방지한다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 도 1에서 제조된 투명한 플라스틱 기판(20)상에 형성된 배리어 층(30)의 표면을 국부적으로 어닐링 처리하는 공정 개략도로서 레이저 어닐링을 위한 기판 지지대(55) 위에 배리어 층(30)이 형성된 투명한 플라스틱 기판(20)을 엑시머 레이저(50)로 스캔닝(scanning) 하면서 배리어 층(30)의 표면을 국부적으로 어닐링하여 산소나 수분 등에 차단특성(Shield Characteristics)을 갖는 고밀도 균질막을 얻는다. 370mm x 470mm 플라스틱 기판인 경우, 엑시머 레이저(50)를 이용한 스캔닝(scanning)은 수분 동안에 이루어진다.
(실시 예 1)
도 3은 본 발명의 제 1 실시예 에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 투명한 플라스틱 기판을 통해 침투하는 극소량의 수분이나 산소 등을 제거하기 위해 투명한 플라스틱 기판의 한쪽 면에만 배리어 층을 형성하는 경우, 투명한 플라스틱 기판(20) 위의 두 개의 배리어 층(30) 사이에 제습제 층(desiccant layer, 25)으로 산화알루미늄(Al203), 산화칼습(CaO), 이트륨 산화막(Y2O3), 그리고 산화 마그네슘(MgO) 등의 흡습 및 흡착성이 좋은 산화 금속층(metal oxide layer) 및 폴리우레아 등의 수지를 50 ~ 10,000 Å, 바람직하게는 100 ~ 2,000 Å 정도 두께로 형성하기도 한다.
(실시 예 2)
도 4는 본 발명의 제 2 실시예 에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 투명한 플라스틱 기판을 통해 침투하는 극소량의 수분이나 산소 등을 제거하기 위해 투명한 플라스틱 기판의 양쪽면인 상면과 하면에 각각 배리어 층(30)을 형성하는 경우, 투명한 플라스틱 기판(20)의 상면 및 하면과 배리어 층(30) 사이에 제습제 층(desiccant layer)으로 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 이트륨 산화막(Y2O3), 그리고 산화 마그네슘(MgO) 등의 흡습 및 흡착성이 좋은 산화 금속층(metal oxide layer) 및 폴리우레아 등의 수지를 50 ∼ 10,000 Å, 바람직하게는 100 ~ 2,000 Å 정도 두께로 형성하기도 한다.
도 5는 실리콘 계열의 절연 물질을 사용하는 배리어 층 중 대표적으로 실리콘 질화막의 결합 구조를 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 실리콘 계열의 절연물질로 이루어진 배리어 층(30)을 열성장이 아닌 화학 기상 증착 또는 스퍼터링 방법을 사용하여 적층하기 때문에 실리콘과 질소가 완전한 결합을 이루지 못하여 다수의 미결합수(60)들이 존재하고, 결함을 갖는 막질을 가진다. 그리고 미결합수(60)들이 수소와 결합하여 배리어 층(30)내에 수소 함유량을 증가시킨다. 이러한 미결합수(60) 및 다공성 막질은 산소 및 수분의 침투가 가능한 원인을 제공한다.
도 5b는 엑시머 레이저를 사용하여 배리어 층(30) 표면에 국부적인 열처리 공정을 실시한 후의 배리어 층(30)의 결합 구조이다. 국부적 열처리에 의해 배리어 층(30)의 표면은 미결합수(60)와 수소와 결합이 끊어지고, 실리콘과 질소의 결합(70)이 이루어져 미결합수(60)들이 제거된다. 미결합수(60)들의 제거는 수소의 함유량을 감소시키고, 또한 배리어 층(30)의 다공성도 최소화된다. 따라서 산소 및 수분의 침투를 억제할 수 있는 균질한 배리어막을 얻을 수 있다.
또한, 단층막의 경우 박막 표면에 생기는 핀홀 등의 마이크로 디펙트(Micro defect)는 배리어막의 형성 및 레이저 어닐링 공정의 일괄 공정을 일회이상 더 실시하여 균일한 배리어 막을 얻을 수 있다.
또한 상기에서 막 형성 및 레이저 어닐링의 일괄 공정을 진행한 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지(resin) 막, 막형성 및 레이저 어닐링의 일괄 공정을 진행한 실리콘 계열의 절연성 무기물질을 순차적으로 적층 성막하여 배리어 층(30)을 형성하거나, 또는 수지(resin)막, 막형성 및 레이저 어닐링의 일괄공정을 진행한 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지(resin)막을 순차적으로 적층 성막하여 배리어 층(30)을 형성한다.
그 밖에도 형성되는 배리어 층(30) 및 고밀도 균질막(40)을 플라스틱 기판(20)의 상면 및 하면에 형성하여 수분 및 산소에 대한 침투 방지효과를 최대화 할 수 있다.
상기에서 언급한 수분 및 산소의 침투를 막는 배리어막의 형성방법은 투명한 디스플레이용 플라스틱 기판의 경우에 한정되는 것이 아니라, 이와 유사한 목적과 방법을 사용해 대기 중의 수분이나 산소를 차단하는 배리어 층을 형성하는 경우를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
실리콘과 산소 또는 질소와의 결합으로 이루어지는 배리어 층의 표면을 투명한 플라스틱 기판에 영향을 주지 않고 국부적으로 열처리하여, 수소 함유량 및 다공성(porosity)를 최소화시킨 균질막을 형성함으로써, 외부의 산소 및 수분 등의 침투를 억제하여 표시 소자가 열화되는 것을 방지한다.
또한 종래의 스퍼터링, 전자빔증착법 또는 화학 기상 증착 방법으로 외부의 산소 및 수분을 차단할 수 있는 배리어 층을 형성하기 위해서 최소 6~7층 이상의 다층막을 구성해야 하지만, 본 발명과 같이 박막으로 형성된 배리어 층의 국부적 레이저 열처리 공정은 수 분이 소요되며, 공정 시간을 줄일 수 있고, 적층하는 막의 수도 최소화 할 수 있다.
또한 기존의 스퍼터링, 전자빔 증착법, 화학 기상 증착법으로 외부 산소 및 수분을 차단할 수 있는 막질을 형성하기 위해서는 최소 2000Å이상의 두께를 요구하며, 특히 수분이나 산소 침투에 큰 방지특성을 가지며, 표면 강도(surface hardness)가 높아 표면 스크레치(surface scratch)에 강하나, 투과도가 낮아서 디스플레이용 투명한 플라스틱 기판에 배리어막으로서의 응용한계를 지닌 SiNx는 막의 두께를 획기적으로 낮추고, 국부적 열처리에 의해 막질을 개선함으로써 투과도 문제를 해결하면서 배리어막의 수를 최소화시켜, 공정시간 및 비용을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한 표면강도를 증가시키기 위해 플라스틱기판 제조시 필요한 하드코팅층을 배리어 층외에 따로 설치할 필요가 없다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다
도 1는 본 발명에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라스틱 디스플레이 기판의 단면도이다.
도 5는 실리콘 계열의 절연 물질을 사용하는 배리어 층 중 대표적으로 실리콘 질화막의 결합 구조를 도시한 것이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
20 : 투명한 플라스틱 기판 30 : 배리어 층
40 : 고밀도 균질막 50 : 엑시머 레이저 광
55 : 기판 지지대 60 : 미결합수
70 : 실리콘과 질소의 결합

Claims (12)

  1. 투명 재질의 플라스틱 디스플레이 기판을 제조하는 방법으로서,
    상기 플라스틱 디스플레이 기판 상에 실리콘 계열의 배리어 층을 형성하는 단계와,
    엑시머 레이저를 이용하여 상기 배리어 층을 국부적으로 열처리하여 그 표면을 고밀도 균질막으로 변형시키는 단계
    를 포함하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서.
    상기 방법은, 상기 플라스틱 디스플레이 기판과 배리어 층 사이에 제습제 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  3. 투명 재질의 플라스틱 디스플레이 기판을 제조하는 방법으로서,
    상기 플라스틱 디스플레이 기판 상에 실리콘 계열의 제 1 배리어 층을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 배리어 층상에 제습제 층을 형성하는 단계와,
    상기 제습제 층상에 제 2 배리어 층을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 배리어 층 및/또는 상기 제 2 배리어 층을 엑시머 레이저를 이용하여 국부적으로 열처리하여 그 표면을 고밀도 균질막으로 변형시키는 단계
    를 포함하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제습제 층은,루미늄, 산화칼슘, 이트륨 산화막, 산화 마그네슘, 혹은 폴리우레아 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배리어 층은, 실리콘 질화산화막, 실리콘 질화막 혹은 두 막의 복합층인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저는, 펄스 엑시머 레이저와 연속 발진 엑시머 레이저 중 어느 하나를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 펄스 엑시머 레이저는, Ar2, Kr2, Xe2, ArF, KrF, XeCl, 및 F2 엑시머 레이저 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배리어 층은, 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지막 및 실리콘 계열의 절연성 무기물질이 순차 적층된 3중층의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배리어 층은, 수지막, 실리콘 계열의 절연성 무기 물질 및 수지막이 순차 적층된 3중층의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 배리어 층 각각은, 실리콘 질화산화막, 실리콘 질화막 혹은 두 막의 복합층인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 배리어 층 각각은, 실리콘 계열의 절연성 무기물질, 수지막 및 실리콘 계열의 절연성 무기물질이 순차 적층된 3중층의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 배리어 층 각각은, 수지막, 실리콘 계열의 절연성 무기물질 및 수지막이 순차 적층된 3중층의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 플라스틱 디스플레이 기판의 제조방법.
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