KR100975565B1 - 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법 - Google Patents
투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에서 기판상으로 실장되는 유기 소자를 적극 보호할 수 있도록 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 기판의 제조 방법은, a) 나노 또는 마이크로 사이즈의 입자를 용융상태의 플라스틱 또는 폴리머 매트릭스에 균일하게 분산시키는 단계; b) 상기 입자가 균일하게 분산된 용융상태의 플라스틱 또는 폴리머를 평판 형태로 성형하고, 이것을 두 개의 압출 롤러 사이로 압출하여 플라스틱 또는 폴리머 쉬트를 성형함으로써 상기 입자를 박막 표면과 평행하게 배열시키는 단계; c) 상기 b)에서 상기 쉬트를 유리전이 온도와 용융점 사이에서 연신하여 필름(박막)을 성형함으로써, 상기 입자를 박막 표면과 평행하게 재배열시키는 단계;를 포함하고, 상기 입자는 판상 구조를 갖는 물질로써, 입자는 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, Fe의 적어도 어느 하나의 원소를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법은, 폴리머 또는 플라스틱 기판을 통해 외부 수분 또는 산소가 유입되는 것을 방지하고, 기판상의 유기 소자를 적극 보호하여 소자의 수명 연장을 유도한다.
플라스틱, 폴리머, 유기물, 투습률, 투산소율, 판상, 나노, 마이크로
Description
본 발명의 플렉시블 디스플레이 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부로부터 침입되는 수분 또는 산소에 의한 유기물 소자의 수명 단축을 억제 또는 방지할 수 있는 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
유리를 기판으로 사용하는 액정 디스플레이는 60년대 초기에 처음으로 소개가 되었으며, 계산기, 시계, 핸드폰, PDA, 오디오 및 비디오 장치, 컴퓨터, 그리고 자동차 계기판과 같은 정보 표시장치에 널리 사용되어 왔다. 이러한 유리를 기판으로 제조된 LCD는 폭넓게 사용됨에도 불구하고 문제점이 없었던 것은 아니다.
그 문제점는 기판으로 사용하는 유리의 특성에 기인하는 것으로 충격에 약하고 무거우며 휘어짐이 불가능하고 사용되는 유리의 두께에 제한이 있다는 것이었다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법은 유리 기판을 적절한 플라스틱 기판으로 대체하는 것이다.
최근에는, 디스플레이 소자의 발전이 진행되어 짐에 따라, 액정 디스플레이 소자 및 유기전기발광(Organoc Light Emitting Diodes; OLEDs) 디스플레이 소자에서 사용되는 개스-배리어 타입 필름을 보다 경량이면서 보다 크게 하는 요구뿐 아니라 플렉시블 디스플레이에 사용할 수 있도록 필름을 자유롭게 굽히고 접을 수 있게 하는 요구가 나타나기 시작했다.
따라서, 무겁고, 깨어지기 쉬우며 그리고 대 면적으로 사용하기 어려운 유리 기판을 대체하여 투명 플라스틱 또는 수지 필름 기재 물질로의 사용이 연구되고 있다. 즉, 높은 정도의 기계적 유연성 및 개스-배리어 특성이 액정 디스플레이(LCD), 유기 EL 디스플레이(OLED) 및 이-페이퍼(EPD)에 사용될 수 있는 기판에 요구되고 있는 것이다.
그러나, 플라스틱 또는 수지 필름 기재 물질의 개스 배리어 특성은 유리 기판의 개스 배리어 특성에 비하여 열등하고, 그래서 수증기나 산소가 기판 물질을 통해 스며들 수 있으며 이로 인해, 액정 디스플레이 소자 또는 유기 EL 디스플레이 소자의 수명과 질을 저하시킬 수 있다.
이러한 종류의 문제점을 해결하기 위해, 금속 산화막을 플라스틱 필름 기재 물질 상에 형성하여 양호한 개스-배리어 특성을 갖는 필름(투명한 플라스틱 기판)의 개발이 수행되어 있다. 예컨대, 증기 증착에 의해 플라스틱 필름상에 실리콘 산화막이 형성된 개스-배리어 필름이 개시되거나, 알루미늄 산화막이 형성된 개스-배리어 필름이 제시되어 있다.
한편, 전술된 필름들은 모콘(Mocon) 방법에 의해 측정된 개스-배리어 필름의 수증기 투과율이 1g/㎡/일로 높아 수증기막 특성에서 열등한 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 방습 필름이 제시되고 있으나, 이는 In, Sn, Zn, 및 Ti의 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속 산화물이 폴리에틸렌 테레프타레이트 상에 증기 증착된 방습 효과를 유도한 것이다. 그러나, 이 또한 투습률 또는 방습 필름의 기계적 유연성에 대해서는 문제 해결의 수단이 되지 못하고 있다.
이와 같이, 유기 EL 디스플레이 및 고해상도 컬러 액정 디스플레이로 실용적 사용이 급격하게 진행되고 있는 가운데, 필름(플렉시블 기판)의 방습을 요구하는 것은, 수증기 및 산소가 유기 EL 디스플레이 소자로 침투하면, 음극층 및 유기-기능층 사이의 계면에 수분에 의한 디스플레이의 열화가 현저하고, 발광을 하지 않는 부분, 달리 말하면 다크 스폿(dark spot)을 일으키는 등의 문제가 발생한다. 이는 외부로부터 침투된 수분 또는 산소가 유기분자를 와해(Degradation)시켜 유기 소자의 수명을 단축시키기 때문이다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 외부로부터 수분 및 산소 침투율을 저하시켜 디스플레이 소자의 수명을 늘릴 수 있도록 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 플렉시블 디스플레이 기판 내에 나노 또는 마이크로 사이즈의 수분 차단용 평판 입자를 매립하여, 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 단가를 격감시킬 수 있는 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 롤 투 롤 방식에 의해 수분 차단용 평판 입자 물질을 플렉시블 기판에 매립토록 함에 따라, 제조의 용이성과 효율성을 증대시킬 수 있는 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법은, 유기 소자가 실장되는 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서, a) 나노 또는 마이크로 사이즈 입자를 용융상태의 폴리머 매트릭스에 균일하게 분산시키는 단계; b) 나노 또는 마이크로 사이즈 의 판상 구조 입자가 균일하게 분산된 용융상태의 폴리머를 한 변이 월등히 긴 직사각형 모양의 용기 출구를 통해 흘려보내어 평판 형태의 플라스틱으로 성형하고, 이것을 두 개의 압출 롤러 사이로 압출하여 플라스틱 쉬트를 성형함으로써 상기 입자를 박막 표면과 평행하게 배열시키는 단계; c) 상기 b)에서 성형된 플라스틱 쉬트를 가로 및 세로 방향으로 연신(延伸)하여 플라스틱 필름을 성형함으로써 상기 나노 또는 마이크로 사이즈 입자를 박막 표면과 더욱 평행하게 배열시키는 단계; d) 유기막 코팅을 통해 상기 플렉시블 기판의 표면을 평탄화하는 단계 ; e) 상기 유기막 경화를 위한 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법.
여기서, 플렉시블 기판은 폴리머 또는 플라스틱 재질의 필름이고, 나노 또는 마이크로 사이즈의 입자는 판상 구조를 갖는다. 판상 구조의 나노 또는 마이크로 사이즈 입자의 일례로는 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 운모(mica), 유리 입자들을 포함한다. 또한, 나노 또는 마이크로 사이즈의 입자는 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, Fe의 적어도 어느 하나의 원소를 포함하고 있다.
따라서, 본 발명은 수분 및 산소 차단을 위해 나노 또는 마이크로 사이즈의 판상 구조를 갖는 입자를 용융 상태의 폴리머 기판 내에 매립하여 기판 면과 평행 하게 배열시켜, 폴리머 또는 플라스틱 기판으로 외부 수분 또는 산소가 유입되는 것을 억제함으로써 기판상의 유기 소자를 적극 보호하여 소자의 수명 연장을 유도하는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2는 본 발명에 따른 기판 제조 장치를 설명하는 구성도이다. 도시된 바와 같이, S101 단계에서 플렉시블 기판의 모재가 되는 폴리머를 용융시켜 나노 또는 마이크로 사이즈 입자를 균일하게 분산시킨다. 입자의 균일한 분산을 위해서는 나노 또는 마이크로 사이즈의 무기물질 입자에 폴리머 모재와 잘 혼합할 수 있는 유기 분자를 화학 결합시켜 사용한다.
상기 나노 또는 마이크로 사이즈 입자(201)는 판상 구조로 제공되며, 일례로는 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 운모(mica), 유리 입자들을 포함한다. 본 발명에서의 나노 또는 마이크로 사이즈 입자의 구성 원소는 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, Fe의 적어도 어느 하나의 원소를 포함할 수 있을 것이다. 상기 나노 또는 마이크로 사이즈 입자(201)의 입경은 나노 혹은 마이크로 사이즈가 가능하나, 0.1μm～100μm인 것이 바람직하다.
S103 단계에서 판상 구조의 나노 및 마이크로 사이즈 입자(201)를 히터(205) 에 의해 소정 온도로 가열시켜 용융상태의 폴리머(203)로 생성한 후, 한 변이 월등히 긴 직사각형 형태의 노즐을 통해 흘려보내면 평판 형태의 폴리머 또는 플라스틱(207)으로 성형되고, 이것을 두 개의 압출 롤러(209) 사이로 압출시켜 폴리머 또는 플라스틱 쉬트(211)를 성형한다. 본 발명에서 적용되는 폴리머는 플라스틱과 혼용이 가능할 것이며, 폴리머의 유기물질이 본 발명에 따른 필름 제조에 영향을 끼치지 못함에 따라, 폴리머 재질은 플라스틱 재질로 동등하게 적용될 것이다. 따라서, 이하, 본 발명의 실시 예에서는 플라스틱 평판, 플라스틱 쉬트, 플라스틱 필름 등으로 설명하고 있으나, 이는 폴리머 평판, 폴리머 쉬트, 폴리머 필름으로 대체될 수 있음은 물론이다.
상기 플라스틱 쉬트(211)는 그 두께가 50㎛ ~ 2mm이며 소재로는 폴리이서술폰(polyestersulfone), 폴리에틸렌(polyethyleme), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 테레프탈염 폴리에틸렌(polyethylene terepthhalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 테레프탈염 폴리부틸렌(polybutylene terepthalate), 황화 폴리페닐렌(polyphenylene sulfide), 폴리플로필렌(polypropylene), 아라마이드(aramid), 폴리아미데마이드(polyamideimide), 폴리이미드(polyimide), 아로마틱 폴리이미드(aromaticpolyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 아크릴나이트릴 부타딘 스티렌(acrylonitrile butadienestyrene) 및 염화 폴리비닐(polyvinyl chlorides)중 어느 하나의 고분자 물질이 사용된다.
또한, 상기 플라스틱 쉬트(211)는 공지의 성형방법, 예를 들면 압출성형, 사 출성형, 압축성형 등의 각종 방법을 사용할 수 있다. 히팅 기능은 압출 롤러(209)의 내부에 장착되어 롤러의 표면 온도를 폴리머 모재의 유리 전이온도와 용융점 사이로 유지하기 위한 것으로, 설정된 온도 및 시간 동안 가열 후, 상기 플라스틱 판(207)을 압출 시 가열되도록 한다.
이후, S105 단계로 진입하여, 상기 폴리머 쉬트를 연신(延伸)하여 필름 즉, 박막(213)을 성형함으로써 판상 구조의 나노 및 마이크로 사이즈 입자(201)를 박막의 표면과 평행하도록 배열한다. 이는 필름에 기계적 힘을 가하여 고분자 체인을 질서있게 배향하는 과정에서 나노 및 마이크로 사이즈 입자도 판상의 넓은 면이 박막의 표면과 평행하도록 배열되기 때문이다. 필름을 연신하기 위해서는, 상기 플라스틱 쉬트(211)를 200℃의 온도에서 10분간 가열 처리했을 때의 열 수축율이 0.1% 이하, 바람직하게는 0.05% 이하가 적절할 것이다.
도 3은 플라스틱 쉬트(211)를 가로 및 세로 방향으로 연신하여 플라스틱 필름을 제조하는 것을 설명하는 개략도이다. 상기 플라스틱 필름(213)은, 압출 드럼으로 성형된 미연신 쉬트(211)를 소정 온도에서 가로 방향, 세로 방향으로 배율 2.0 ~ 5.0배로 2축으로 연신한다. 따라서, 나노 및 마이크로 사이즈 입자(201)의 배열을 조정하는데, 상기 압출 롤러(209)에 의해 이미 나노 및 마이크로 사이즈 입자(201)의 배열이 어느 정도 이루어진 상태이나, 필름 연신을 통해 나노 및 마이크로 사이즈 입자를 박막의 표면과 더욱 평행하도록 배열을 유도한다.
여기서, 연신은 일반적으로 사용되는 방법, 예를 들어 롤에 의한 방법이나 스텐터를 사용하는 방법으로 실시할 수 있고, 세로 방향, 가로 방향을 동시에 연신 이 가능하고, 또한 세로 방향, 가로 방향으로 축차 연신 방법이 사용될 수 있을 것이다. 따라서, 상기 나노 및 마이크로 사이즈 입자(201)는 상기의 플렉시블 기판 즉, 폴리머 필름 또는 플라스틱 필름 상으로 도 4와 같이 평행하게 정렬되는 구조로 매립 배향된다.
S107 단계로 진입하여, 상기 나노 및 마이크로 사이즈 입자(201)가 매립된 플라스틱 필름(213)을 평탄화한다. 상기 플라스틱 필름(213)의 표면을 평탄화하기 위해 스핀 코팅 등의 증착방법으로 유기막을 코팅한다. 여기서, 유기막 코팅에 이용되는 유기막 물질로는 벤조 사이클로 부텐(BCB : benzocyclobutene), 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리 비닐 페놀(PVP : polyvinyl phenol) 및 폴리 비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol) 등이 사용될 수 있다.
상기 유기막은 플라스틱의 표면을 평탄화시킬 뿐만 아니라 배리어(barrier)로서의 역할을 한다. 이 유기막 베리어는 어레이 공정 중에 사용되는 스트립퍼(striper), 에천트(etchant)등의 화학물질 또는 식각 가스 등이 플라스틱 필름(213)에 침투하여 플라스틱 기판을 변형시키는 현상을 막아주고, 수분이 포함된 화학물의 침투를 막는 역할을 한다.
이후, S109 단계에서 열처리 공정을 수행한다. 이는 유기막이 경화되면서 발생하는 가스들이 외부로 방출되는 것을 방해하여 유기막 내부에 기포가 형성되는 것을 막기 위한 것이다. 따라서, 본 공정에서 유기물은 솔벤트(solvent) 등의 유기 용매에 녹아 유동성이 있는 상태이므로 열처리 공정을 통해 유기 용매가 증발되면서 유기물을 경화시킨다.
또한, 열처리 공정은 유기물을 경화시킬 뿐 아니라, 일정 시간 동안 적절한 온도에서 진행될 경우 본 발명에 따른 플라스틱 기판에 균일성을 제공한다. 따라서, 본 발명에서의 플렉시블 기판은 기계적 특성, 전기적 특성, 열적 특성 등이 우수하며 투습률 및 투산소율이 극히 적어, 산소 및 습기 등의 외부 가스를 효율적으로 차단한다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법은, 플렉시블 디스플레이 기판 내로 나노 또는 마이크로 사이즈의 수분 및 산소 차단용 평판 나노 및 마이크로 사이즈 입자를 매립 배향함으로써, 외부로부터 수분 및 산소 침투율을 저하시켜 디스플레이 소자의 수명을 늘릴 수 있고, 플렉시블 디스플레이 기판 제조의 용이성을 높이고 제품의 수명을 연장시켜 플렉시블 디스플레이 기판 시장에서 산업적 이용 가치가 높다할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 기판의 제조 장치를 설명하는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 플라스틱 쉬트를 가로 및 세로 방향으로 연신하여 플라스틱 필름을 제조하는 것을 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 디스플레이 기판을 나타낸 도면이다.
<주요 도면에 대한 부호의 설명>
201 : 나노 또는 마이크로 사이즈 입자 203 : 용융상태의 폴리머
205 : 히터 207 : 플라스틱 판
209 : 압출 롤러 211 : 플라스틱 쉬트
213 : 플라스틱 필름
Claims (9)
- 유기 소자가 실장되는 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서,a) 판상 구조이면서 나노 또는 마이크로 사이즈의 입자를 용융상태의 플라스틱 매트릭스에 균일하게 분산시키는 단계;b) 상기 입자가 균일하게 분산된 용융상태의 플라스틱 매트릭스를 플라스틱 평판으로 성형하고, 성형한 플라스틱 평판을 두 개의 압출 롤러 사이로 압출하여 플라스틱 쉬트를 성형함으로써 상기 입자를 상기 플라스틱 쉬트의 표면과 평행하게 배열시키는 단계;c) 상기 플라스틱 쉬트를 연신하여 플라스틱 필름을 성형함으로써, 상기 입자를 상기 플라스틱 필름의 표면과 평행하게 재배열시키는 단계;d) 유기막 코팅을 통해 상기 플라스틱 필름의 표면을 평탄화하는 단계; 및e) 상기 유기막의 경화를 위해 평탄화한 상기 플라스틱 필름을 열처리하는 단계;를 포함하되,상기 플라스틱 쉬트의 두께는 50㎛ ~ 2mm이며, 상기 압출 롤러의 온도는 플라스틱의 유리전이 온도와 용융점 사이이고, 상기 (c) 단계의 연신은 상기 플라스틱 쉬트를 200℃의 온도에서 10분간 가열 처리했을 때의 열 수축율이 0.1% 이하인 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하며,상기 입자는 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 운모(mica), 유리 입자 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 플라스틱은 폴리이서술폰(polyethersulfone), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 테레프탈염 폴리에틸렌(polyethylene terepthhalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 테레프탈염 폴리부틸렌(polybutylene terepthalate), 황화 폴리페닐렌(polyphenylene sulfide), 폴리플로필렌(polypropylene), 아라마이드(aramid), 폴리아미데마이드(polyamideimide), 폴리이미드(polyimide), 아로마틱 폴리이미드(aromaticpolyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 아크릴나이트릴 부타딘 스티렌(acrylonitrile butadienestyrene) 및 염화 폴리비닐(polyvinyl chlorides) 중 어느 하나의 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 유기막 코팅에 이용되는 유기막 물질은 벤조 사이클로 부틴(BCB : benzocyclobutene), 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리 비닐 페놀(PVP : polyvinyl phenol) 및 폴리 비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol) 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 나노 또는 마이크로 사이즈의 입자는 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, Fe의 적어도 어느 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 디스플레이 기판의 제조 방법.
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