KR100700837B1 - 레이저 열 전사 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 열 전사법 - Google Patents

레이저 열 전사 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 열 전사법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 억셉터 기판과 도너필름의 전사층 사이의 밀착특성을 향상시킬 수 있는 레이저 열 전사 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 열 전사법에 관한 것이다.
본 발명의 레이저 열 전사 장치는 레이저 발진기를 이용하여 도너필름의 전사층을 유기 전계 발광소자의 발광층으로 형성하는 레이저 열 전사 장치에 있어서, 상기 레이저 열 전사 장치 내에 영구자석이 포함된 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지 상부와 소정간격 이격되어 자성체를 포함하는 밀착 프레임이 구비된다.
이에 따라, 억셉터 기판과 도너필름의 전사층 사이의 밀착특성을 향상시킬 수 있으며, 유기 발광소자의 수명, 수율 및 신뢰성를 향상시킬 수 있다.
라미네이션, 도너필름, 자성체, 밀착판, 영구자석

Description

레이저 열 전사 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 열 전사법{Laser Induced Thermal Imaging Apparatus and Method using the same}
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 열 전사 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 열 전사 장치의 사시도.
도 3a는 본 발명에 따른 기판 스테이지를 확대한 사시도.
도 3b는 도 3a의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 밀착 프레임의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 발진기를 나타내는 구성도.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 레이저 열전사 장치에 따른 레이저 열 전사법의 단계별 단면도.
도 7은 레이저 열 전사법을 도시하는 블럭도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
210 : 공정챔버 220 : 레이저 발진기
230: 밀착 프레임 트레이 240 : 도너필름 트레이
250 : 억셉터 기판 260 : 기판 스테이지
본 발명은 레이저 열 전사 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 열 전사법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 영구자석이 구비된 기판 스테이지와, 자성체를 포함하는 밀착 프레임을 구비함으로써, 억셉터 기판과 전사층의 밀착특성을 향상시킬 수 있는 레이저 열 전사 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 열 전사법이다.
일반적으로, 레이저 열 전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)을 수행하기 위해서는 적어도 레이저빔, 억셉터 기판 및 도너필름을 필요로 한다. 도너필름은 기재기판, 광-열 변환층 및 전사층을 포함한다.
레이저 열 전사 공정에 있어서는 전사층을 억셉터 기판에 대향 되도록 하여 도너필름을 억셉터 기판 상에 라미네이션한 후, 기재기판 상에 레이저빔을 조사한다. 기재기판 상에 조사된 레이저빔은 광-열 변환층에 흡수되어 열에너지로 변환되고, 열에너지에 의해 전사층은 억셉터 기판 상으로 전사된다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 레이저 열 전사법을 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 열 전사 장치의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 상기 챔버(100) 내의 하부에 스테이지(110)를 마련한다. 상기 스테이지(110)는 억셉터 기판(140)과 도너필름(160)을 각각 정렬되게 하기 위해 제1 정열홈(170)과 제2 정열홈(180)을 형성한다. 상기 제2 정렬홈(180)은 상기 제1 정열홈(170)과 단차를 이루며 형성된다. 상기 스테이지(110) 상에 형성된 제1 정렬홈(170)의 형상을 따라 상기 억셉터 기판(140)이 위치되고, 상기 스테이지 (110) 상에 형성된 제2 정렬홈(180)의 형상을 따라 상기 도너필름(160)이 위치된다.
상기 억셉터 기판(140) 상에 상기 도너필름(160)이 라미네이션된 후, 레이저 발진기(190)를 이용하여 상기 도너필름(160)의 상부에 레이저를 조사하여, 상기 도너필름(160)의 전사층(미도시)을 상기 억셉터 기판(140) 상에 전사한다.
그러나 상기 도너필름(160)의 전사층(미도시)과 상기 억셉터 기판(140) 사이에 공극또는 이물질(150) 등이 포함될 수 있다. 따라서, 제1 정열홈(170) 및 제2 정렬홈(180) 하부영역의 일구간에 호스를 연결하여 진공펌프(130)로 산소 또는 이물질 등을 빨아들여야 한다.
또한, 이러한 종래기술은 유기 발광 소자를 제작하는 다른 공정이 진공챔버 내에서 진행되는 것과는 달리 대기 중에서 이루어짐으로써, 산소 및 수분 등에 의해 유기 발광 소자의 신뢰성, 수명 및 소자특성의 저하를 야기시킨다.
이러한 문제점들을 해소하고자, 유기 발광 소자의 전사 공정을 진공챔버 내에서 수행하도록 한다.
그러나, 유기 발광 소자의 전사 공정을 진공챔버 내에서 수행할 경우, 유기 발광 표시 소자의 신뢰성, 수명 및 소자특성이 향상될 수 있으나, 전사층과 억셉터 기판 사이에 미세한 공극(구멍) 또는 이물질 등이 발생되어도 진공펌프 또는 진공을 이용한 라미네이팅법을 이용하는 공정을 수행할 수가 없어, 전사층과 억셉터 기판 사이의 밀착특성은 더욱 저하되는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해소하기 위해 도출된 발명으로, 진공챔버 내에 영구자석이 구비된 기판 스테이지와 자성체를 포함하는 밀착프레임을 구비함으로써 억셉터 기판과 도너필름의 전사층 사이의 밀착특성을 향상시킬 수 있는 레이저 열 전사 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 열 전사법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 레이저 열 전사 장치는 레이저 발진기를 이용하여 도너필름의 전사층을 유기 전계 발광소자의 발광층으로 형성하는 레이저 열 전사 장치에 있어서, 상기 레이저 열 전사 장치 내에 영구자석이 포함된 기판 스테이지와, 상기 억셉터 기판 스테이지 상부와 소정간격 이격되어 자성체를 포함하는 밀착 프레임이 구비된다.
바람직하게, 상기 영구자석과 상기 자성체 사이에는 자기력이 작용된다.
바람직하게, 상기 자성체는 철, 니켈, 크롬 또는 자성을 갖는 유기물, 자성을 갖는 무기물 및 자성 나노 입자 중 적어도 하나의 물질로 형성되며, 상기 자성체는 상기 밀착 프레임의 상부, 상기 밀착 프레임의 하부 또는 상기 밀착 프레임의 내부 중 어느 한곳에 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 도시한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 열 전사 장치의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 레이저 열 전사 장치(200)는 레이저 발진기(220)를 이용하 여 영구자석이 구비된 기판 스테이지(260)와, 상기 기판 스테이지(260) 상부에 위치되는 도너필름(241)과 상기 도너필름(241) 상부에 위치되는 밀착 프레임(232)을 포함한다.
상기 레이저 열 전사 장치(200)의 공정챔버(210) 하부에는 적어도 하나의 영구자석(264)이 구비된 기판 스테이지(260)가 형성된다. 상기 기판 스테이지(260)는 상기 공정챔버(210) 내로 도입되는 상기 억셉터 기판(250)과 상기 도너필름(241)을 각각 순차적으로 위치시키기 위한 스테이지로써, 공정챔버(210)의 저면에 위치한다.
상기 영구자석(264)은 상기 기판 스테이지(260) 내부에 형성된 홈(263) 내측 면에 형성된다. 상기 영구자석(264)은 상기 기판 스테이지(230) 내부에 하나의 막대 또는 동심원형 형상으로 형성될 수 있으나, 복수의 동심원형 또는 가로 및 세로의 복수 열로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 억셉터 기판(250)은 상기 기판 지지대(265) 상에 위치된다. 상기 억셉터 기판(250)은 상기 기판 스테이지(260) 내부에 형성된 소정수의 제1 정열홈(261)을 통해 상부 방향으로 상승된 상기 기판 지지대(265) 상에 안착된 후, 상기 억셉터 기판(250)이 안착된 기판 지지대(265)를 하부 방향으로 하강시켜 상기 억셉터 기판(250)을 상기 기판 스테이지260) 상에 안착시킨다. 상기 기판 지지대(265)는 상기 기판 스테이지(260) 내부에 형성된 제1 정열홈(261)을 통해 상부 또는 하부로 이동될 수 있다. 이때, 상기 억셉터 기판(250)은 서브픽셀 단위로 형성된 박막 트랜지스터(미도시)가 소정수 구비된다.
상기 도너필름(241)이 구비된 도너필름 트레이(240)를 상기 억셉터기판(250) 상부에 위치시킨다. 상기 도너필름(241)이 구비된 도너필름 트레이(240)는 상기 기판 스테이지(260) 내부에 형성된 소정수의 제2 정열홈(262)을 통해 상부 방향으로 상승된 상기 도너필름 지지대(266) 상에 안착된 후, 상기 도너필름 지지대(266)를 하부 방향으로 하강시켜 상기 도너필름(241)이 구비된 도너필름 트레이(240)를 상기 기판 스테이지(260) 상에 안착시킨다. 상기 도너필름 트레이(240)의 중심에는 개구부가 형성되어 있고, 상기 개구부에는 상기 도너필름(241)이 개재되어있다. 상기 도너필름(241)은, 적어도 기재 기판, 광-열 변환층 및 전사층을 구비하며, 광-열 변환층과 전사층 사이에 중간층이 더 구비될 수 있다. 상기 도너필름(241)이 상기 억셉터 기판(250) 상에 위치될 때, 상기 도너필름의 전사층이 상기 억셉터 기판(250)과 대향되도록 위치시킨다.
상기 자성체(234)를 포함하는 밀착프레임(232)은 상기 기판 스테이지(260) 내부에 형성된 영구자석(264)과 자기력을 형성하여 상기 기판 스테이지(260)와 상기 밀착프레임(232) 사이에 위치하는 상기 억셉터 기판(250)과 상기 도너필름(241)을 강력하게 라미네이팅 한다. 상기 자성체(234)는 상기 밀착 프레임(232)의 상, 하부, 내부 또는 상기 자성체(234) 자체가 상기 밀착 프레임(232) 전체로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 밀착프레임(232)은 레이저가 통과될 수 있는 개구홈(233)을 구비하는데, 이에 따라 상기 밀착프레임(232)은 레이저가 상기 도너필름(241)에 조사된다. 상기 개구홈(233)은 상기 도너필름(241)의 전사될 부분에 대응하는 크기의 홈이 형성된다.
상기 밀착프레임 이동수단(231)은 상기 밀착 프레임(232)이 개재된 상기 밀착 프레임 트레이(230)를 상기 기판 스테이지(260) 방향으로 왕복 이동하게 하는 수단이다.
상기 레이저 발진기(220)는 상기 공정챔버(210) 상부에 위치된다. 상기 레이저 발진기(220)는 상기 공정챔버(210)의 외부 또는 내부에 설치될 수 있으며, 상기 레이저 발진기(220)에서 발생하는 레이저가 상기 도너필름(241) 상부에서 전사될 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
도 3a는 본 발명에 따른 기판 스테이지를 확대한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 기판 스테이지(260) 내부에 홈(263)을 형성한다. 상기 홈(263) 내측면의 소정 영역에 막대 또는 동심원 형상의 영구자석(264)이 형성된다. 이 때, 상기 영구자석(264)은 라미네이팅을 보다 유리하게 수행하기 위해 가로 및 세로의 복수열로 형성한다. 또한, 상기 영구자석(264)은 상기 홈(263) 내부 또는 상기 기판 스테이지(260) 상부에 자성을 띠는 나노 파티클(미도시)로 형성될 수 있다. 상기 자성을 띠는 나노 파티클(미도시)은 스핀코팅(spin-coating), E-beam 또는 잉크젯 공정 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
전술한 실시 예에서는, 영구자석을 복수의 열로 배치하였으나, 동심원상으로 배치될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명에 따른 밀착 프레임의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 밀착 프레임(232)은 상기 자성체(234) 및 적어도 하 나의 개구홈(233)를 구비한다.
여기서, 상기 자성체(234)는 도 2에 도시된 기판 스테이지(260) 내부에 형성된 영구자석(264)과 자기력을 형성한다. 상기 자성체(234)은 자석에 붙는 일반적인 물질로 이루어지며, 예컨대 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 이들의 합금(Fe3O4, CoFeO4, MnFeO4) 또는 자석에 붙는 모든 무기·유기 물질 중 적어도 하나의 물질로 이루어진다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 발진기를 나타내는 구성도이다.
상기 레이저 발진기(220)는 상기 도너필름(241) 상부에 위치된다. 상기 레이저 발진기(220)는 챔버의 외부 또는 내부에 설치될 수 있으며, 상기 레이저 발진기(220)에서 발생하는 레이저가 도너필름 상부에서 비춰질 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저 발진기(220)의 개략적이 구성도인 도 5에 따르면, 본 실시 예에서 레이저 발진기는 CW ND:YAG 레이저(1604nm)를 사용하고, 2개의 갈바노미터 스캐너(221,222)를 구비하며, 스캔렌즈(223) 및 실린더렌즈(224)를 구비하나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 레이저 발진기(220)에 의해 발생된 레이저빔은 상기 프로젝션 렌즈(224)를 통과하여 상기 억셉터 기판(250) 상에 라미네이션된 상기 도너필름(241) 상부에서 조사된다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 레이저 열 전사 장치에 따른 레이저 열 전사법의 단계별 단면도이고, 도 7은 레이저 열 전사법을 도시하는 블럭도이다.
도 6a를 참조하면, 본 레이저 열 전사법을 설명하기 위해서는, 우선, 이송 챔버(400) 내에 로봇팔(420)과 엔드이펙트(end-effector:410)를 로딩한다. 상기 이송 챔버(400)는 진공 분위기를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 이송챔버(400) 내에 로딩된 상기 엔드이펙트(end-effector:410) 상에 억셉터 기판(250)을 안착시킨다. (S1참조)
도 6b를 참조하면, 상기 엔드이펙트(end-effector:410) 상에 안착된 상기 억셉터기판(250)을 상기 공정챔버(210) 내로 이송시키기 위해, 상기 엔드이펙트(end-effector:410)를 상기 공정챔버(210) 내로 이송시킨다. 이 후, 상기 엔드이펙트(end-effector:410) 상에 안착 된 상기 억셉터 기판(250)은 상기 기판 스테이지(260) 내부에 형성된 소정수의 관통 홀을 통해 상부 방향으로 상승된 상기 기판 지지대(265) 상에 안착된다. 상기 기판 지지대(265)는 상기 기판 스테이지(260)의 관통 홀을 통해 상부 또는 하부로 이동할 수 있다. 이 후, 상기 억셉터 기판(250)을 상기 기판 스테이지(260) 상에 안착시키기 위해, 상기 기판 지지대(265)를 하부 방향으로 하강시켜 상기 억셉터 기판(250)을 상기 기판 스테이지(260) 상에 안착시킨다. 상기 기판 스테이지(260) 내에는 영구자석(미도시)이 구비된다. 상기 영구자석은 하나의 막대 형상 또는 원동 형상으로 형성될 수 있으나, 라미네이팅을 보다 유리하게 수행하기 위해서 복수의 동심원형 또는 가로 및 세로의 복수 열로 형성되도록 배치된다. 또한, 상기 공정챔버(210)는 진공 분위기를 유지하는 것이 바람직하다. (S2참조)
도 6c를 참조하면, 상기 엔드이펙트(end-effector:410) 상에 안착 된 상기 억셉터 기판(250)을 상기 기판 지지대(265) 상에 안착시킨 후, 상기 엔드이펙트(end-effector:410)를 상기 이송 챔버(400) 내로 이송시킨다. 이 후, 상기 엔드이펙트(end-effector:410) 상에 도너필름(241)이 개재된 도너필름 트레이(240)를 위치시킨다. 상기 도너필름(241)은 기재기판, 광-열 변환층, 중간층 및 전사층이 포함된다.
도 6d를 참조하면, 상기 엔드이펙트(end-effector:410) 상에 안착 된 상기 도너필름(241)이 개재된 도너필름 트레이(240)를 상기 공정챔버(210) 내로 이동시킨다. 상기 공정챔버(210) 내로 이동된 상기 도너필름 트레이(240)는 상기 도너필름 지지대(266) 상에 안착시킨다. 또한, 상기 도너필름(241)의 전사층은 상기 억셉터 기판(250) 상부에 대향되도록 위치시킨다. (S3참조)
도 6e를 참조하면, 상기 도너필름 트레이(240)를 상기 도너필름 지지대(266) 상에 안착시킨 후, 상기 엔드이펙트(end-effector:410)를 상기 이송 챔버(400) 내로 이송한다. 이 후, 상기 도너필름 지지대(266) 상에 안착된 상기 도너필름 트레이(240)의 도너필름(241)을 상기 억셉터 기판(250) 상에 라미네이션 하기 위해, 상기 밀착 프레임 이송수단(231)을 하부 방향으로 하강시켜 상기 도너필름(241)을 상기 억셉터 기판(250) 상에 라미네이션 시킨다. 이 때, 상기 공정챔버(210) 하부에 형성된 영구자석이 구비된 상기 기판 스테이지(260)와 자성체가 구비된 상기 도너필름(241) 사이에 자기력이 작용함으로써 상기 억셉터 기판(250)과 상기 도너필름(241)의 전사층 사이에 밀착특성은 더욱 향상된다.(S4참조)
도 6f를 참조하면, 상기 도너필름(241)의 전사층을 상기 억셉터 기판(250) 상에 전사시키기 위해 상기 이송 챔버(400)와 상기 공정챔버(210) 사이에 형성된 게이트 밸브(300)를 닫아준다. 이때, 상기 공정챔버(210) 내부 또는 외부에 형성된 레이저 발진기(220)가 작동되어 상기 도너필름(241) 상에 레이저를 조사시킨다. 상기 레이저 발진기(220)는 상기 전사층이 전사되는 라인(line)별로 이송 가능하다. 이에 따라, 상기 전사층은 상기 억셉터 기판(250) 상부에 전사되어, 유기 전계 발광소자의 발광층을 형성한다. (S5참조)
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 진공하에서 자력을 이용하여 도너필름과 억셉터 기판을 라미네이팅 할 수 있게 되어 유기 발광소자의 이전 공정과 동일하게 진공상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 도너필름과 억셉터 기판 사이에 이물질이나 공극이 발생하는 것을 방지하면서 라미네이팅하여 유기 발광소자의 발광층의 전사가 보다 효율적으로 이루어진다. 이에 따라, 유기 발광 소자의 수명, 수율 및 신뢰성를 유지할 수 있다.

Claims (12)

  1. 레이저 발진기를 이용하여 도너필름의 전사층을 유기 전계 발광소자의 발광층으로 형성하는 레이저 열 전사 장치에 있어서,
    상기 레이저 열 전사 장치 내에 영구자석이 포함된 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지 상부와 소정간격 이격되어 자성체를 포함하는 밀착 프레임이 구비되는 레이저 열 전사 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 영구자석과 상기 자성체 사이에는 자기력이 작용하는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 영구자석은 적어도 하나의 막대 또는 원통형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 영구자석은 자성 나노 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 스핀 코팅, E-Beam 증착 또는 잉크젯 공정 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 자성체는 철, 니켈, 크롬 또는 자성을 갖는 유기물, 자성을 갖는 무기물 및 자성 나노 입자 중 적어도 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 자성체는 상기 밀착 프레임의 상부, 상기 밀착 프레임의 하부 또는 상기 밀착 프레임의 내부 중 어느 한곳에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  8. 레이저 발진기를 이용하여 도너필름의 전사층을 유기 전계 발광소자의 발광층으로 형성하는 레이저 열 전사 장치에 있어서,
    상기 레이저 열 전사 장치 내에 영구자석이 포함된 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지 상부와 소정간격 이격되어 자성체로 형성된 밀착 프레임이 구비되는 레이저 열 전사 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 밀착 프레임은 상기 도너필름의 전사될 부분과 대응되는 패턴의 개구부가 형성되는 레이저 열 전사 장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 기판 스테이지는 소정수의 관통 홀을 통해 상기 기판 스테이지 상에 안착되는 억셉터 기판을 상부 또는 하부로 이동시키는 기판 지지대를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  11. 챔버 내에 영구자석이 구비된 기판 스테이지 상에 억셉터 기판을 위치시키는 단계,
    상기 억셉터 기판 상부에 적어도 기재기판, 광-열 변환층 및 전사층이 구비된 도너필름을 위치시키는 단계,
    상기 도너필름 상부에 자성체가 구비된 밀착 프레임을 위치시키는 단계,
    상기 도너필름을 상기 억셉터 기판 상에 라미네이션 하는 단계,
    상기 도너필름 상에 레이저빔을 조사하여 상기 도너필름의 전사층 일부를 상기 억셉터 기판 상에 전사시키는 단계를 포함하는 레이저 열 전사 장치를 이용한 레이저 열 전사법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 챔버는 진공챔버인 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치를 이용한 레이저 열 전사법.
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