KR100713994B1 - 레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사방법 - Google Patents

레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 열전사 방법에 의한 유기막층 전사시, 도너필름에서 발생되는 열이 유기막층으로 전달되는 것을 효과적으로 조절하기 위한 레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레이저 열전사 장치는 챔버 내에 적재되어 있는 기판받침대 상에 형성된 기판과; 상기 기판과 대향하도록 상기 기판 상부에 위치된 도너필름과; 상기 도너필름과 소정 간격을 두고 상기 도너필름 상부에 설치된 레이저 발진부와; 상기 레이저 발진부의 일영역에 설치된 적어도 하나의 노즐을 가지는 저온가스 분사부와; 상기 기판 상부에서 상기 도너필름을 향하도록 설치된 적어도 하나의 노즐을 가지는 고온가스 분사부;를 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 유기막층이 열에 의해 손상되는 것을 방지함과 동시에 유기막층과 기판 사이의 접착력을 증가시킬 수 있다.
고온가스 분사부, 저온가스 분사부

Description

레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사 방법 {LASER INDUCED THERMAL IMAGING APPARATUS AND LASER INDUCED THERMAL IMAGING METHOD USING THE APPARATUS}
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 열전사 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 레이저 열전사 방법에 따른 단계별 개략적인 사시도이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
200 : 챔버 204 : 레이저 발진부
205 : 기판 209 : 도너필름
210 : 저온가스 분사부 211 : 고온가스 분사부
본 발명은 레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기막층 전사시, 도너필름에서 발생되는 열이 유기막층으로 전달되는 것을 효과적으로 조절할 수 있는 레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계 발광표시소자는 절연기판 상에 하부전극인 애노드전극이 형성되고, 애노드전극 상에 유기막층이 형성되며, 유기막층 상에 상부전극인 캐소드전극이 형성된다. 유기막층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 정공억제층, 전자수송층, 전자주입층 중 적어도 하나를 포함한다.
유기막층을 형성하는 방법으로는 증착법과 리소그라피법이 있다. 증착법은 섀도우 마스크를 이용하여 유기발광물질을 진공증착하여 유기막층을 형성하는 방법으로, 마스크의 변형 등에 의해 고정세의 미세패턴을 형성하기 어렵고, 대면적 표시장치에 적용하기 어렵다. 리소그라피법은 유기발광물질을 증착한 다음 포토레지스트를 이용해서 패터닝하여 유기막층을 형성하는 방법으로, 고정세의 미세패턴을 형성하는 것은 가능하지만, 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 현상액 또는 유기발광물질의 식각액 등에 의해 유기막층의 특성이 저하되는 문제점이 있다.
증착법과 리소그라피법의 문제점을 해결하기 위하여, 직접 유기막층을 패터닝하는 잉크젯 방식이 제안되었다. 잉크젯 방식은 발광재료를 용매에 용해 또는 분산시켜 토출액으로 잉크젯 프린트 장치의 헤드로부터 토출시켜 유기막층을 형성하는 방법이다. 잉크젯 방식은 공정이 비교적 간단하지만, 수율저하나 막두께의 불균일성이 발생되고, 대면적의 표시장치에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 레이저 열전사 방법을 이용하여 유기막층을 형성하는 방법이 제안되었는데, 레이저 열전사 방법은 전사층의 용해성 특성에 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 레이저 열전사 방법은 레이저에서 나온 빛을 열에너지로 변환하고, 변환된 열에너지에 의해 전사층을 유기 발광표시장치의 기판으로 전사시켜 R, G, B 유기막 층을 형성하는 방법이다. 레이저 열전사 방법은 레이저로 유도된 이미징 프로세스로 고해상도의 패턴 형성, 필름 두께의 균일성, 멀티레이어 적층 능력, 대형 마더글래스로의 확장성과 같은 고유한 이점을 가지고 있다.
이러한 레이저 열전사 방법은 액정표시소자용 컬러필터 제조에 이용되기도 하며, 또한 발광물질의 패턴을 형성하기 위하여 이용되는 경우도 있다.(미국특허 제 5,998,085호)
이하에서는 도면을 참조하여 종래의 레이저 열전사 방법을 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 열전사 장치의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 레이저 열전사 장치는 챔버(100) 내부에 레이저 발진부(102)가 설치되어 있으며, 레이저 발진부(102)와 대향하도록 레이저 발진부(102)의 하부에 설치된 기판받침대(101)가 있다. 레이저 발진부(102)와 기판받침대(101) 사이에는 도너필름(108)이 삽입되며, 도너필름(108)과 대향하도록 도너필름(108)의 하부에 기판(104)이 삽입되어 있다. 도너필름(108)은 기재기판(107), 광-열 변환층(106), 유기막층(105)으로 구성되어 있다.
또한, 기판(104)의 하부에는 플레이트(103)가 형성되어 있는데, 고온 플레이트(hot plate) 또는 저온 플레이트(cool plate)가 형성될 수 있다. 고온 플레이트는 도너필름(108)과 기판(104)을 라미네이션 하기 전에 접착력을 향상시켜 주며, 저온 플레이트는 레이저 조사시 유기막층(105)이 열에 의해 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.
그러나, 이러한 종래 기술에 따른 레이저 열전사 장치는 기판 하부에 고온 플레이트 또는 저온 플레이트(cool plate) 중 어느 하나만을 사용하여야 하므로, 각각의 플레이트 사용에 대한 효과를 동시에 얻을 수 없게 된다. 또한, 기판 하부에 고온 플레이트가 위치하게 되는 경우, 기판 상에 증착되어 있는 유기막층이 고온 플레이트에서 발생하는 열에 의해 손상을 입게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 레이저 열전사 방법에 의한 라미네이션시 및 유기막층을 전사하기 위한 레이저 조사시, 도너필름에서 발생되는 열이 유기막층으로 전달되는 것을 효과적으로 조절하기 위한 레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 열전사 장치는 챔버 내에 적재되어 있는 기판받침대 상에 위치된 기판과, 상기 기판과 대향하도록 상기 기판 상부에 위치된 도너필름과, 상기 도너필름과 소정 간격을 두고 상기 도너필름 상부에 설치된 레이저 발진부와, 상기 레이저 발진부의 일영역에 설치된 적어도 하나의 노즐을 가지는 저온가스 분사부와, 상기 도너필름을 향하도록 설치된 적어도 하나의 노즐을 가지는 고온가스 분사부를 포함한다.
바람직하게, 상기 저온가스 분사부 및 상기 고온가스 분사부에서 분사되는 가스는 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)이며, 상기 챔버 내부의 온도는 80℃ 내지 100℃의 범위를 유지하도록 한다. 상기 저온가스 분사부에 형성된 적어도 하나의 노즐은 레이저가 조사되는 방향을 따라 일렬로 배열되며, 레이저가 조사되는 속도에 맞추어 순차적으로 노즐을 열어주면서 저온가스를 분사한다. 또는, 레이저가 조사되는 라인 전체에 동시에 저온가스를 분사한다. 그리고, 상기 고온가스 분사부는 이동수단이 구비된다.
본 발명에 따른 레이저 열전사 방법은 챔버 내에 적재되어 있는 기판받침대 상에 기판 및 상기 기판과 대향하도록 도너필름을 삽입하는 단계와, 고온가스 분사부를 통해 상기 도너필름이 상기 기판에 라미네이션되는 면에 고온가스(hot gas)를 분사하는 단계와, 상기 도너필름과 상기 기판을 라미네이션(lamination)하는 단계와, 상기 도너필름 상에 레이저 조사시에, 저온가스 분사부를 통해 저온가스(cool gas)를 분사하여 상기 기판 상에 유기막층을 전사시키는 단계를 포함한다.
상기 저온가스 분사부는 상기 유기막층이 전사되는 영역에만 국부적으로 저온가스를 분사하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사 방법을 구체적으로 설명한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 레이저 열전사 방법에 따른 단계별 개략적인사시도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 챔버(200)를 준비한다. 상기 챔버(200) 내에는 기판받침대(201)가 적재되어 있으며, 상기 기판받침대(201) 상에는 기판(205)이 위치하고 있다. 그리고, 상기 기판(205)과 대향하도록 상기 기판(205) 상부에 위치하는 도너필름(209)과, 상기 도너필름(209)과 소정 간격을 두며, 상기 도너필름(209) 상부에 형성된 레이저 발진부(204)가 있다. 상기 레이저 발진부(204)는 레이저 발진기(202)와 상기 레이저 발진기(202)를 좌우로 이동시키는 가이드바(203)로 구성되어 있다. 또한, 상기 레이저 발진기(202) 하부에는 저온가스 분사부(210)가 형성되어 있으며, 상기 기판(205) 상부에서 상기 도너필름(209)이 라미네이션되는 면을 향하도록 고온가스 분사부(211)가 형성되어 있다.
상기와 같은 구성에서, 상기 챔버(200) 내부는 80℃ 내지 100℃의 온도 범위로 유지한다. 유기막층(206)이 적당량의 열을 받게 되면, 어닐링(annealing)의 효과가 나타나지만, 과도한 양의 열을 받게 되면 손상(damage)을 받게 되기 때문이다.
또한, 상기 레이저 발진기(202)는 상기 레이저 발진부(204)에 형성된 상기 가이드바(203)에 의해 이동되는데, 상기 레이저 발진기(209)는 상기 유기막층이 전사되는 라인(line)별로 이동하면서 레이저를 조사시킨다.
그리고, 상기 도너필름(209)은 기재기판(base film;208), 상기 기재기판(208) 상에 형성된 광-열 변환층(LTHC:light to heat conversion;207), 상기 광-열 변환층(207) 상에 상기 유기막층(206)이 형성되어 있다. 상기 광-열 변환층(207)과 상기 유기막층(206) 사이에 층간삽입층을 더 포함할 수 있다.
상기 기재기판(208)은 지지체 역할을 하며, 광투과율이 90% 이상인 기판을 사용한다. 상기 기재기판(208)을 형성하는 물질로는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리비닐수지 등을 사용하는데, 그 중에서도 투명성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 가장 많이 사용된다.
상기 광-열 변환층(207)은 상기 유기막층(206)이 상기 기판(205) 등과 같은 수용체 상에 전사될 수 있는 전사에너지를 제공하는 역할을 하며, 레이저를 흡수하여 열에너지로 변환시켜 주는 광흡수재(radiation absorber)를 포함한다. 상기 광-열 변환층(207)이 너무 얇게 형성되는 경우에는 에너지 흡수율이 낮아 광이 열로 변화되는 에너지 양이 작게 되어 팽창압력이 낮아지고, 투과되는 에너지가 커지게 되어 유기전계 발광표시소자의 기판 회로에 손상을 주게 되므로, 1㎛ 내지 5㎛ 정도로 형성한다.
상기 도너필름(209)의 가장 하부에 위치한 상기 유기막층(206)은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 정공억제층, 전자수송층, 전자주입층 중 적어도 하나의 단층막 또는 복수의 다층막이다. 그리고, 상기 광-열 변환층(207)을 보호하기 위한 상기 층간삽입층은 상기 광-열 변환층(207)의 이물질이 상기 유기막층에 들어가지 않도록 한다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 챔버(200)의 일영역에 배출구가 형성될 수 있다. 배출구는 상기 챔버(200) 내부에 존재하는 파티클(particle)을 외부로 배출시키는 역할을 한다. 배출구는 상기 챔버(200) 내부의 분위기를 변화시키지 않는 범위 내에서 상기 챔버(200)의 일영역에 형성될 수 있다.
도 2b 내지 도 2e는 도 2a 이후에 진행되는 레이저 열전사 방법을 단계별로 보여주는 개략적인 사시도로, 설명의 편의상, 전술한 도 2a와 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 특히, 상기 챔버 및 상기 레이저 발진부에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(205)의 상부에 위치한 상기 고온가스 분사부(211)에서 상기 도너필름(209)의 하부 영역에 고온가스를 분사한다.
상기 고온가스 분사부(211)에서 분사되는 고온가스는 상기 기판(205)과 상기 도너필름(209)의 접착력을 증가시키는 역할을 한다. 고온가스는 상기 도너필름(209)이 기판(205)에 라미네이션되는 면을 향하도록 분사된다. 또한, 상기 유기막층(206)이 산소(O2) 및 수분(H2O)에 취약하므로, 상기 유기막층(206)이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 챔버(200) 내부에는 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)으로 구성된 고온가스가 분사된다. 상기 고온가스 분사부(211)에는 별도의 이동수단이 연결되어 있어, 상기 도너필름이 기판에 라미네이션되는 면에 고온가스를 분사하므로, 노즐(213)을 하나만 설치하여도 된다.
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 기판받침대(201) 상에 상기 기판(205)과 상기 도너필름(209)을 라미네이션시킨다.
상기 도너필름(209)과 상기 기판(205)을 라미네이션하기 전에 고온가스를 상기 도너필름(209)의 하부 영역에 분사하였기 때문에 상기 도너필름(209)의 상기 유 기막층(206)과 상기 기판(205)과의 접착력을 증가시킬 수 있다.
이후, 도 2d에 도시된 바와 같이, 레이저를 조사하여 상기 도너필름(209)의 상기 유기막층(206)을 상기 기판(205)으로 전사시킨다. 동시에 상기 레이저 발진기(202) 하부에 형성된 상기 저온가스 분사부(210)에서는 상기 유기막층(206)이 전사되는 영역에만 국부적으로 저온가스를 분사한다.
저온가스는 상기 도너필름(209)에서 발생하는 열에 의한 상기 유기막층(206)의 손상을 방지하는 역할을 한다. 고온가스와 마찬가지로, 상기 유기막층(206)이 산소(O2) 및 수분(H2O)에 취약하므로, 상기 유기막층이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 챔버 내부에는 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)으로 구성된 저온가스가 분사된다.
상기 도너필름(209)에 레이저를 조사하면, 광-열 변환층(207)이 레이저광을 열로 변환시켜 열을 방출하면서 팽창한다. 이에 따라, 전사층인 상기 유기막층(206)도 팽창되어 상기 도너필름(209)으로부터 분리되면서 상기 기판(205) 상에 상기 유기막층(206)을 형성하게 된다. 이 때, 패터닝된 물질이 레이저가 전사되는 방향에 따라 상기 기판(205)에 부착되는 것이다.
상기 저온가스 분사부(210)에는 적어도 하나의 노즐(212)이 형성되어 있다. 국부적으로 저온가스를 분사할 때에는, 상기 저온가스 분사부(210)에 형성된 노즐(212)이 레이저가 조사되는 방향을 따라 일렬로 배열되어, 레이저가 조사되는 속도에 맞추어 순차적으로 노즐(212)을 열어주면서 가스를 분사한다. 또는, 레이저 조 사시 상기 유기막층(206)이 전사되는 라인 전체에 가스를 분사한다. 레이저가 조사되는 속도가 매우 빠르므로, 전사되는 상기 유기막층(206)에 저온가스를 분사하기 위해서 상기 저온가스 분사부(210)에 형성되는 노즐(212)은 필연적으로 적어도 하나가 형성되어야 한다.
마지막으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 유기막층(206)이 상기 기판(205)에 전사되면, 상기 도너필름(209)과 상기 기판(205)을 분리시킨다. 상기 도너필름(209)은 상기 기재기판(208)과 상기 광-열 변환층(207)만 남게 되며, 상기 기판(205) 상에는 각각의 R, G, B 화소들이 전사되어 있다.
전술한 실시예에서는 국부적으로 고온가스 및 저온가스를 분사하였지만, 챔버 내부에 전체적으로 분사할 수 있음은 물론이다. 또한, 저온가스 분사부가 한 라인만 설치되어 별도의 이동수단에 의해 레이저가 조사되는 영역을 따라 이동하며 저온가스를 분사할 수 있다. 고온가스 분사부에는 적어도 하나의 노즐이 형성될 수 있으며, 도너필름이 기판에 라미네이션되는 면에 골고루 고온가스를 분사할 수 있도록 이동수단을 구비한 형상이면 된다.
그리고, 전술한 실시예에서는 유기막층이 산소(O2) 및 수분(H2O)에 취약하므로 챔버 내부에 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)으로 구성된 가스를 주입하였으나, 전술한 실시예 외에도 유기막층에 영향을 미치지 않는 가스이면 가능하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해 야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 열전사 방법을 이용하여 유기막층을 전사할시, 도너필름에서 발생되는 열이 유기막층으로 전달되는 것을 효과적으로 조절할 수 있도록 하기 위하여, 도너필름과 기판을 라미네이션 하기 전에 도너필름 하부에 고온가스를 분사함으로써, 유기막층과 기판의 접착력(adhesion)을 향상시킬 수 있으며, 레이저 조사시 저온가스를 분사함으로써, 유기막층이 열에 의한 손상을 받지 않도록 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 챔버 내에 적재되어 있는 기판받침대 상에 위치된 기판과;
    상기 기판과 대향하도록 상기 기판 상부에 위치된 도너필름과;
    상기 도너필름과 소정 간격을 두고 상기 도너필름 상부에 설치된 레이저 발진부와;
    상기 레이저 발진부의 일영역에 설치된 적어도 하나의 노즐을 가지는 저온가스 분사부와;
    상기 도너필름을 향하도록 설치된 적어도 하나의 노즐을 가지는 고온가스 분사부;를 포함하는 레이저 열전사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저온가스 분사부 및 상기 고온가스 분사부에서 분사되는 가스는 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)인 레이저 열전사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 챔버 내부의 온도는 80℃ 내지 100℃의 범위를 유지하는 레이저 열전사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저온가스 분사부에 형성된 적어도 하나의 노즐은 레이저가 조사되는 방향을 따라 일렬로 배열되며, 레이저가 조사되는 속도에 맞추어 순 차적으로 노즐을 열어주면서 저온가스를 분사하는 레이저 열전사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저온가스 분사부는 레이저가 조사되는 라인 전체에 동시에 저온가스를 분사하는 레이저 열전사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고온가스 분사부는 이동수단이 구비된 레이저 열전사 장치.
  7. 챔버 내에 적재되어 있는 기판받침대 상에 기판 및 상기 기판과 대향하도록 도너필름을 삽입하는 단계와;
    고온가스 분사부를 통해 상기 도너필름이 상기 기판에 라미네이션되는 면에고온가스(hot gas)를 분사하는 단계와;
    상기 도너필름과 상기 기판을 라미네이션(lamination)하는 단계와;
    상기 도너필름 상에 레이저 조사시에, 저온가스 분사부를 통해 저온가스(cool gas)를 분사하여 상기 기판 상에 유기막층을 전사시키는 단계를 포함하는 레이저 열전사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저온가스 분사부는 상기 유기막층이 전사되는 영역에만 국부적으로 저온가스를 분사하는 레이저 열전사 방법.
KR1020050085411A 2005-09-13 2005-09-13 레이저 열전사 장치 및 그 장치를 사용하는 레이저 열전사방법 KR100713994B1 (ko)

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