KR101010023B1 - 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모체 기판 상에 박리층을 형성하는 단계와, 상기 박리층을 박리 촉진용 도펀트로 도핑하는 단계와, 상기 박리층 상에 지지층을 형성하는 단계와, 상기 지지층 상에 반도체 소자층을 형성하는 단계 및 상기 박리층에 레이저를 조사하여 상기 지지층의 하부에서 상기 모체 기판을 분리 제거하는 단계를 포함하는 플렉서블 소자의 제조 방법을 제공한다.
이와 같은 본 발명은 기존의 유리 기판 설비를 그대로 활용할 수 있고, 박리층의 분리가 용이하여 공정이 단순하므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
플렉서블, 플라스틱, 유기 소자, 박리층, 레이저 조사
Description
본 발명은 플렉서블 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 안정된 종래의 유리 기판 공정 기술을 활용할 수 있고, 박리층의 분리가 용이해 공정이 단순한 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 유기 발광 소자는 정공과 전자의 재결합을 통해 가능한 최고의 발광 효율을 만들어 내기 위한 적층형 구조를 가지고 있다. 기판은 보편적으로 유리를 사용하고 양극은 투명하고 일함수가 크며 전도성이 우수한 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하며 음극은 일함수가 작은 Mg/Ag 또는 Al 등의 금속을 이용한다. 양극에서 주입된 정공과 음극에서 주입된 전자가 발광층인 유기물층에서 재결합되면 여기자가 생성되는데, 이렇게 생성된 여기자가 확산되면서 발광층의 밴드갭에 해당하는 빛이 투명한 전극쪽으로 방출된다. 이러한 유기 발광 소자를 이용한 표시 장치는 시야각, 잔상의 문제가 없는 우수한 화상을 구현할 수 있고, 자체 발광이기 때문에 백라이트가 필요 없어 소비 전력이 작다. 또한, 저온 제작이 가능하고 제조 공정이 단순하여 저가격화를 통한 대중화에 유리하다. 특히, 플렉서블(flexible) 유기 발광 소자는 제품 자유도를 획기적으로 높여줄 수 있으므로 최근 각광을 받고 있다.
현재 플렉서블 유기 발광 소자를 제작하는 방법으로서 박형 유리판, 또는 금속판 또는 플라스틱을 모체 기판으로 사용하여 그 위에 유기 발광 소자를 제작하는 방법 등이 연구되고 있지만 아직까지는 극복해야할 문제점들이 남아있다. 먼저, 박형 유리판을 사용하는 경우 기판 휨 능력에 한계가 있다. 또한, 금속판을 사용하는 경우 표면이 거칠어 소자 특성이 저하되고 전도성이 좋아 소자 간의 전기적 간섭이 발생한다. 또한, 플라스틱 기판을 사용하는 경우 화학 약품 처리가 곤란하고 휘 특성이 너무 좋아 패턴 형성 및 기판 정렬이 어려워 대량 생산이 어렵다. 특히, 플라스틱을 기판은 열적 안정성이 낮아 낮은 온도에서 공정을 진행해야만 한다. 따라서 유기 발광 소자의 양극으로 사용되는 ITO의 저항을 70 옴/cm2 이하로 낮추기 어렵기 때문에 유기 발광 소자의 작동 전압이 높아지게 된다. 또한, 봉지 공정, 전계 소자 제작 시에도 고온 공정이 불가능하기 때문에 소자 특성이 저하된다.
이와 같은 어려움으로 인하여 플렉서블 소자를 제작하는데 문제가 있고 설령 제작이 가능하더라도 기존의 소자에 비해 소자 특성이 저하되는 한계가 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 열 및 화학약품에 의한 기판 변형이 적어 기판 정렬이 용이함과 동시에, 기존의 설비를 그대로 이용할 수 있어 제조비용을 현저하게 절감할 수 있고, 박리층의 분리가 용이해 공정이 단순한 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법은, 모체 기판 상에 박리층을 형성하는 단계; 상기 박리층을 박리 촉진용 도펀트로 도핑하는 단계; 상기 박리층 상에 지지층을 형성하는 단계; 상기 지지층 상에 반도체 소자층을 형성하는 단계; 및 상기 박리층에 레이저를 조사하여 상기 지지층의 하부에서 상기 모체 기판을 분리 제거하는 단계; 를 포함한다.
상기 모체 기판은 유리 기판 또는 석영 기판인 것이 바람직하다.
상기 박리층은 GaN, ITO, GaOx 및 GaOxNy 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 박리 촉진용 도펀트는 Co, Mn, Sn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 박리 촉진용 도펀트의 도핑 농도는 0.01% 내지 30% 범위인 것이 바람직하다.
상기 지지층은 Al, Fe, Ni, Ta, Ag, Cu, Au, W, Rh, Pt, Mg, Ir, Mo, Ru, Zn, Co, Cd, Pd, Ti, Cr, Co, In, Sn, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반도체 소자층을 형성한 이후에, 상기 반도체 소자층 상에 봉지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 모체 기판을 분리한 이후에, 상기 지지층의 하면에 플렉서블 기판을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자층은 유기 발광 다이오드, 유기 전계 트랜지스터, 무기 박막 트랜지스터, 태양 전지 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법은, 모체 기판 상에 박리층을 형성하는 단계; 상기 박리층 상에 지지층을 형성하는 단계; 상기 지지층 상에 반도체 소자층을 형성하는 단계; 및 상기 박리층에 레이저를 조사하여 상기 지지층의 하부에서 상기 모체 기판을 분리 제거하는 단계; 를 포함하고, 상기 박리층의 형성 전에 상기 모체 기판 상에 박리 촉진층을 형성하는 단계 및 상기 박리층의 형성 후에 상기 박리층 상에 박리 촉진층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 모체 기판은 유리 기판 또는 석영 기판인 것이 바람직하다.
상기 박리층은 GaN, ITO, GaOx 및 GaOxNy 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 박리 촉진층은 Co, Mn, Sn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 박리 촉진층은 500Å 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 지지층은 Al, Fe, Ni, Ta, Ag, Cu, Au, W, Rh, Pt, Mg, Ir, Mo, Ru, Zn, Co, Cd, Pd, Ti, Cr, Co, In, Sn, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반도체 소자층을 형성한 이후에, 상기 반도체 소자층 상에 봉지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 모체 기판을 분리한 이후에, 상기 지지층의 하면에 플렉서블 기판을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자층은 유기 발광 다이오드, 유기 전계 트랜지스터, 무기 박막 트랜지스터, 태양 전지 중 적어도 어느 하나를 포함한다
본 발명은 모체 기판으로 유리 기판을 사용하여 기존의 유리 기판 설비를 그대로 활용할 수 있기 때문에 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 소자 제작 공정 온 도에 제약이 없기 때문에 플라스틱에 플렉서블 소자를 제작한 경우보다 우수한 성능을 지니는 소자 제작이 가능하다. 또한, 유리 기판을 사용함에 따라 소자 제작시 열 및 화학약품에 의한 기판 변형이 없으며 기판 정렬도 쉽게 가능하다.
또한, 본 발명은 융점이 150℃ 이하로 낮은 물질의 산화물 또는 질화물을 이용하기 때문에, 모체 기판의 분리가 매우 용이하고 간단할 뿐 아니라, 레이저 조사에 의해 완전히 분해 박리되는 박리층의 특성에 의해 추가적인 물리적 박리 공정이 필요하지 않기 때문에 반도체 소자층의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 도핑된 박리층 및 박리 촉진층을 형성하여 박리층에 조사하는데 필요한 단위 면적당 레이저 에너지를 낮추어 한번의 레이저 조사로 더 넓은 면적을 박리 시킬 수 있으며, 반도체 소자층에 전달되는 레이저 에너지를 낮추어 반도체 소자층의 손상을 최소화할 수 있다. 따라서, 대면적 공정에서 높은 수율을 얻을 수 있다.
또한, 반도체층 하부에 형성된 지지층이 레이저 조사 차단층 및 수분 침투 방지층의 역할을 하므로, 이를 위한 별도의 기능층을 형성할 필요가 없다. 또한, 상기 지지층은 종래 기술에서 반도체 소자층의 상부에 하였던 플렉서블 기판을 대체하므로, 반도체 소자층의 상부에 위치된 상부 플렉서블 기판에 의한 광 투과도 저하를 방지할 수 있다.
이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다 른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 플렉서블 소자는 플렉서블한 특성을 갖는 지지층(310) 상에 형성된 반도체 소자층(320) 및 상기 반도체 소자층(320) 상에 형성된 봉지층(330)을 포함한다.
반도체 소자층(320)에는 반도체 박막을 포함하는 적어도 하나의 반도체 소자 예를 들어, 유기 발광 다이오드, 유기 전계 트랜지스터, 무기 박막 트랜지스터, 태양 전지 중 적어도 어느 하나가 형성된다. 본 실시예의 반도체 소자층(320)에는 유기 발광 다이오드가 매트릭스(matrix) 형태로 형성되어, 삼원색 중에서 적어도 어느 하나의 색을 발하는 단위 화소(pixel) 역할을 한다. 이때, 유기 발광 다이오드는 복수의 단위 화소에 대응하여 복수로 형성되는 것이 바람직하지만, 도 1에서는 편의상 하나의 유기 발광 다이오드만을 도시하였다.
상기의 유기 발광 다이오드(320)는 아래로부터 양극(anode)(321), 정공 수송층층(hole transport layer)(323), 발광층(emisson layer)(324), 전자 수송층(electron transport layer)(325) 및 음극(cathode)(326)를 포함하고, 양극(321)과 정공 수송층(323) 사이에 형성된 정공 주입층(322)을 더 포함할 수 있다. 이러한 유기 발광 다이오드의 두 전극(321,326)을 통해 구동 전류를 인가해주면 정공 수송층(323)에서 주입된 정공(hole)과 전자 수송층(325)에서 주입된 전자(electron)가 발광층(324)에서 재결합을 이루면서 여기자(exiton)가 생성되고, 이 여기자가 확산되면서 발광층(324)의 에너지 밴드갭에 해당하는 광이 방출된다. 여기서, 발광층(324)은 유기 발광 재료를 함유하는 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)을 교대로 적층하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조(multiple quantum well) 구조를 갖는 다층의 반도체 박막으로 형성할 수 있는데, 함유된 유기 발광 재료에 따라 출력되는 광의 파장이 변화되므로, 목표로 하는 출력 파장에 따라 적절한 유기 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예의 유기 발광 다이오드(320)는 삼원색 중 하나의 광을 출력하여 천연색을 표시하지만, 이와는 다른 방식 예를 들어, 백색광을 출력하는 유기 발광 다이오드의 전면에 삼원색 컬러 필터를 배치하여 천연색을 표시할 수도 있다. 또한, 본 실시예의 유기 발광 다이오드(320)는 발광층에서 생성된 광이 상부 또는 하부 어느 한 방향으로만 출사되도록 발광층(324)의 상부 구조층(325,326,330) 또는 하부 구조층(323,322,321,310)이 반사막 역할을 할 수도 있다. 예를 들어, 음극(326) 또는 양극(321) 어느 한쪽이 ITO, IZO 등과 같은 투광성 도전막으로 형성되고, 나머지 한쪽이 Al 등과 같은 반사성 도전막으로 형성될 수 있다.
이러한 플렉서블 소자는 모체 기판인 유리 기판(미도시) 상에 박리층(미도시), 지지층(310), 반도체 소자층(320) 및 봉지층(330)을 순차적으로 형성한 다음, 지지층(310)의 하부에서 박리층를 분해 제거하여 모체 기판을 분리시켜 형성한다. 이때, 모체 기판과 지지층(310)의 분리는 모체 기판의 하부 방향에서 레이저를 조 사함에 따라 모체 기판과 지지층(310) 사이에 형성된 박리층이 분해되어 제거되는 방식으로 실시된다.
특히, 본 실시예의 경우는 박리층에 박리 촉진용 도펀트가 도핑되거나 또는 박리층의 상하 중 적어도 어느 한쪽에 박리 촉진층이 추가로 형성된다. 예를 들어, 상기 박리층이 GaN, ITO, GaOx 및 GaOxNy 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성될 경우에, 상기 박리 촉진용 도펀트 및 박리 촉진층은 Co, Mn, Sn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 형성할 수 있다.
일반적으로 단일 물질로 이루어진 박리층의 경우 레이저 에너지의 전부를 흡수하지 못하고 일부는 투과하므로, 박리층을 투과하여 반도체 소자층(320)에 조사되는 레이저 에너지는 반도체 소자층(320)의 손상을 유발할 수 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 박리층에 박리 촉진용 도펀트가 도핑되거나 또는 박리층의 상하 중 적어도 어느 한쪽에 박리 촉진층을 형성하면, 이러한 박리 촉진용 도펀트 및 박리 촉진층이 레이저 에너지의 일부를 흡수하여 열에너지를 발생시킨다. 그리고, 이러한 열에너지는 박리층에 전달하여 더 낮은 레이저 에너지에서도 박리층의 분해가 되도록 하며, 박리층을 통과하는 레이저 에너지를 줄여주어 반도체층 소자층(320)의 손상을 방지한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 소자의 제조 공정에 대 하여 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 2 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 소자의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 준비된 모체 기판(100) 상에 박리층(200)을 형성한다. 상기 모체 기판(100)은 반도체 공정 기술이 안정화된 유리 기판 또는 석영 기판을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 박리층(200)은 이후 박리 공정시에 사용할 레이저의 파장에 해당하는 에너지보다 작은 에너지 밴드갭을 갖는 산화물 또는 질화물로서 분해 잔류물 일부의 융점이 150℃ 이하인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 융점이 150℃를 초과하게 되면, 박리층(200)의 제거에 필요한 에너지가 높아지기 때문에 불완전 박리가 될 수 있고, 고온의 열이 발생되어 박리층 상부의 반도체 소자층(도 1의 320)에 균열이 발생하거나 소자 특성이 저하될 수 있기 때문이다.
상기의 조건을 만족하는 물질로는, 산소 또는 질소가 분해되고 남은 물질의 융점이 낮은 GaN, ITO, GaOx 및 GaOxNy가 바람직하다. 이중에서도 GaN 또는 GaOx의 경우, 갈륨(Ga)의 융점이 29.78℃로 매우 낮아서 레이저 조사 에너지를 낮게 하여도 쉽게 용융되므로, 물리적인 외력을 가하지 않고서도 모체 기판(100)을 완전히 분리 제거할 수 있다.
이에 따라, 반도체 소자층의 상부에 단단한 임시 기판을 부착한 후 물리적인 외력을 가하여 모체 기판과 반도체 소자층을 분리시키는 외력에 의한 분리 방식과는 달리 임시 기판의 사용에 따른 투광성 저하 및 외력 인가에 따른 반도체 소자층의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 모체 기판 상에 접착층을 형성한 후 반도체 소자 층을 형성하고, 접착층을 제거할 수 있는 용액에 담가 모체 기판과 반도체 소자층을 분리시키는 수세 공정에 의한 분리 방식과는 유기 발광 다이오드와 같이 수분에 취약한 소자도 플렉서블 소자로 구현할 수 있다.
이어, 레이저 조사시 박리층(200)의 박리가 촉진되도록 상기 박리층(2100)에 박리 촉진용 도펀트(201)를 도핑한다. 상기 박리 촉진용 도펀트(201)로는 Co, Mn, Sn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 도핑된 박리층(200)은 더 낮은 레이저 에너지에서도 열분해되어 금속과 산소, 또는 금속과 질소로 분해되므로, 박리가 더욱 용이해진다. 한편, 상기 박리 촉진용 도펀트(201)의 도핑 농도는 0.01% 내지 30%의 범위내에서 조절되는 것이 바람직하다. 이때, 도핑 농도가 0.01% 미만이면 박리 촉진의 효과가 미미하고, 30%를 초과하면 오히려 레이저 에너지의 흡수율을 저하시켜 박리층(200)의 박리에 필요한 최소 에너지를 높이는 원인이 될 수 있다.
한편, 전술한 박리층(200)의 도핑과 함께 또는 이를 대신하여 박리층(200)의 상부 및 하부 중 적어도 어느 한 쪽에 박리 촉진층을 추가로 형성할 수도 있다. 즉, 도 3과 같이, 박리층(200)의 하부에 박리 촉진층(210)을 형성할 수도 있으며, 도 4와 같이 박리층(200)의 상하 양쪽에 박리 촉진층(210,220)을 형성할 수도 있다. 이때, 상기의 박리 촉진층(210,220)은 전술한 박리 촉진용 도펀트(201)와 동일한 물질 즉, Co, Mn, Sn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 박리층(200)의 하부에 박리 촉진층(210)을 형성하는 경우에는 하방에서 조사된 레이저가 박리 촉진층(210)을 통과하여 상부의 박리층(200)에 도달되어야 하므로, 박리 촉진층(210)의 두께는 대략 500Å 이하가 바람직하고, 상기 박리층(210)에 도달하는 에너지를 높이기 위해서는 50Å 이하인 것이 더욱 바람직하다.
도 5를 참조하면, 박리층(200)이 형성된 전체 구조 상에 이후 형성될 반도체 소자층의 기판 역할을 하는 지지층(310)을 형성한다. 상기 지지층(310)은 Al, Fe, Ni, Ta, Ag, Cu, Au, W, Rh, Pt, Mg, Ir, Mo, Ru, Zn, Co, Cd, Pd, Ti, Cr, Co, In, Sn, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성할 수 있으며, 전자선 증착법, 열선 증착법, 스퍼터 증착법, 또는 전기 도금법으로 형성할 수 있다. 이러한 지지층(310)은 적어도 1000Å 이상의 두께로 두껍게 형성하는 것이 바람직하고, 핸들링 및 물리적 강도 확보를 위해 3um 이상의 두께로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
이러한 지지층(310)은 기본적인 기판 역할 외에도 레이저 조사 차단층 및 수분 침투 방지층의 역할을 하므로, 이를 위한 별도의 기능층을 형성할 필요가 없다. 또한, 상기 지지층(310)은 종래 기술에서 반도체 소자층의 상부에 하였던 플렉서블 기판을 대체하므로, 반도체 소자층의 상부에 위치된 상부 플렉서블 기판에 의한 광 투과도 저하를 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 지지층(310)이 형성된 전체 구조 상에 반도체 소자층(320)을 형성한다. 예를 들어, 본 실시예의 반도체 소자층(320)은 아래로부터 양극(321), 정공 주입층(322), 정공 수송층(323), 발광층(324), 전자 수송층(325), 음극(326)을 순차로 적층하여 유기 발광 다이오드를 형성한다. 이때, 상기 발광층(324)에 함유된 유기 발광 재료에 따라 출력되는 광의 파장이 변화되므로, 목표로 하는 출력 파장에 따라 적절한 유기 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하면, 반도체 소자층(320)이 형성된 전체 구조 상에 봉지층(330)을 형성한다. 상기 봉지층(330)은 수분 침투를 방지하여 수분 등에 취약한 유기 재료를 보호하는 역할과 함께 외부 충격으로부터 유기 소자를 보호하는 역할을 한다. 이러한 봉지층(330)은 산화물, 질화물, 유기물 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 단일층 또는 이종의 단일층이 적층된 다중층으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 8을 참조하면, 모체 기판(100)의 상부에 박리층(200), 지지층(310), 절연층(320), 반도체 소자층(320) 및 봉지층(340)을 포함하는 상부 구조물이 형성되면, 박리층(200)에 레이저를 조사하여 상기 박리층(200)을 분해 제거함으로써 상기 지지층(310)의 하부에서 상기 모체 기판(100)을 분리 제거한다. 이때, 사용되는 레이저는 박리층(200)의 형성 물질이 갖는 에너지 밴드갭보다 큰 에너지를 지니는 ArF, KrCl, KrF, XeCl, XeF 등의 기체 레이저가 바람직하며, 레이저의 에너지는 반도체 소자층(320)에 손상이 최소화되면서도 박리층(200)의 분리가 가능한 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 레이저의 파장 출력은 대략 200nm 내지 400nm 범위에 서 선택되는 것이 바람직하다.
한편, 도 8과 같이 제작된 플렉서블 소자는 휨에 따른 소자의 안정성 향상을 위하여, 또는 대면적화를 위하여 지지층의 하면에 플렉서블 기판이 추가로 부착될 수 있다.
즉, 도 9와 같이, 모체 기판(100)이 제거된 지지층(310)의 하면에 플렉서블 기판(340)을 부착시킨다. 이때, 상기의 플렉서블 기판(340)으로는 물리적/화학적 안정성이 우수하고, 값이 저렴하면서도 휨 특성이 좋은 플라스틱 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 상기의 플라스틱 기판 대신에 지지층(310)의 하면에 금속 기판을 부착하거나, 또는 증착시키는 것도 가능하다.
이와 같은 과정을 통해 제조된 플렉서블 소자는 모체 기판의 분리 과정에서 반도체 소자층의 특성 저하가 없고 우수한 휨 특성을 제공하므로 다양한 플렉서블 장치로 응용될 수 있다. 하기에서는 본 발명에 따른 플렉서블 소자의 특성을 알아보기 위하여 구체적인 실험예를 들어 설명한다.
본 실험예에 따른 플렉서블 소자는, 모체 기판인 유리 기판 상에 에너지 밴드갭이 4.8eV인 GaOx로 박리층을 형성하였고, 상기 박리층 상에 Cu를 전기 도금하여 대략 5000Å(5μm) 두께의 지지층을 형성하였다. 또한, 상기 지지층 상에 아래로부터 ITO 양극(336), CuPc 정공 주입층(335), α-NPD 정공 수송층(334), 발광층(333), Alq3 전자 수송층(332), Al 음극(331)을 순차로 적층하여 대략 520nm의 파장 대역을 출력하는 녹색광 유기 발광 다이오드를 형성하고, 그 위에 MgO를 대략 300Å 두께로 형성하여 봉지층을 형성하였다. 이후, 박리층에 248nm 파장 출력을 갖는 KrF 레이저를 조사하여 지지층의 하부에서 박리층를 박리시키 모체 기판을 분리 제거하고, 지지층의 하부에 플라스틱 기판을 부착시켜 제작하였다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 플렉서블 소자에서 Sn이 도핑된 박리층의 도핑 농도에 따른 레이저 에너지 흡수율 및 박리 에너지를 측정한 그래프로서, GaOx 박리층에 30% 이내의 도핑 농도로 Sn을 도핑할 경우에는 박리층의 레이저 에너지 흡수율이 높아져서 박리층이 분해 제거되는데 필요한 최소한의 박리 에너지가 줄여듬을 알 수 있다. 반면, Sn의 도핑 농도가 30%를 초과할 경우에는 박리층이 분해 제거되는데 필요한 최소한의 박리 에너지가 오히려 증가함을 알 수 있다. 이를 통해, 박리촉진용 도펀트의 도핑 농도는 0.01% 내지 30%의 범위 내에서 조절되는 것이 바람직함을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 플렉서블 소자에서 박리 전후의 전압-전류 특성을 측정한 그래프로서, 박리 전후에 반도체 소자층 즉, 유기 발광 다이오드의 전압-전류 특성이 거의 변화가 없이 동일함을 알 수 있다. 이를 통해, 하부 기판에서 박리층이 완전히 분리되어 상부층 즉, 지지층 및 반도체 소자층에 어떠한 결함도 발생하지 않았음을 알 수 있다.
이상의 실험 결과를 통해, 본 발명의 실험예에 따른 플렉서블 소자는 반도체 소자층이 형성된 보조 기판층의 하부에서 모체 기판으로 사용된 유리 기판을 용이하게 제거할 수 있음을 알 수 있고, 이러한 모체 기판의 제거시 반도체 소자층에 어떠한 결함도 발생되지 않음을 알 수 있다. 또한, 이와 같은 결과는, 상기의 실험예와 동일한 구성에 한정되는 것은 아니며, 앞서 예시한 다양한 물질을 예를 들어, 박리층의 형성 재료로 GaOx 대신에 GaN, ITO 및 GaOxNy 중 어느 하나를 사용하고, 박리촉진용 도펀트로 Sn 대신에 Co, Mn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 중 어느 하나를 사용하더라도 이와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
한편, 본 발명에 따른 플렉서블 소자는 모체 기판으로 유리 기판을 사용함에 따라 여러 장점을 갖는다. 먼저, 유리 기판을 사용하는 기존의 공정 설비를 그대로 활용할 수 있기 때문에 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 플라스틱 기판보다 공정 온도의 제약이 없는 유리 기판을 사용하기 때문에 우수한 성능의 전기 소자를 제작할 수 있다. 또한, 플라스틱 기판보다 열적·화학적 안정성이 우수한 유리 기판을 사용하여 변형이 적기 때문에 기판 정렬과 같은 공정 제어가 보다 용이해진다. 특히, 본 발명에 따른 플렉서블 소자는 박리층에 박리 촉진용 도펀트가 도핑하거나 또는 박리층의 상하 중 적어도 어느 한쪽에 박리 촉진층이 형성되어 레이저 조사시 박리 효과가 우수하므로, 모체 기판의 분리 제거시 반도체 소자층이 파손될 우려를 최소화할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 소자의 단면도.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 소자의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 플렉서블 소자에서 Sn이 도핑된 박리층의 도핑 농도에 따른 레이저 에너지 흡수율 및 박리 에너지를 측정한 그래프.
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 플렉서블 소자에서 박리 전후의 전압-전류 특성을 측정한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 유리 기판 200: 박리층
210,220: 박리 촉진층 310: 지지층
320: 반도체층 330: 봉지층
340: 플렉서블 기판
Claims (18)
- 모체 기판 상에 박리층을 형성하는 단계;상기 박리층을 박리 촉진용 도펀트로 도핑하는 단계;상기 박리층 상에 지지층을 형성하는 단계;상기 지지층 상에 반도체 소자층을 형성하는 단계; 및상기 박리층에 레이저를 조사하여 상기 모체 기판을 분리 제거하는 단계; 를 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 모체 기판은 유리 기판 또는 석영 기판인 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 박리층은 GaN, ITO, GaOx 및 GaOxNy 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 박리 촉진용 도펀트는 Co, Mn, Sn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 박리 촉진용 도펀트의 도핑 농도는 0.01% 내지 30% 범위인 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 지지층은 Al, Fe, Ni, Ta, Ag, Cu, Au, W, Rh, Pt, Mg, Ir, Mo, Ru, Zn, Co, Cd, Pd, Ti, Cr, Co, In, Sn, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 반도체 소자층을 형성한 이후에,상기 반도체 소자층 상에 봉지층을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 모체 기판를 분리한 이후에,상기 지지층의 하면에 플렉서블 기판을 부착하는 단계; 를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서상기 반도체 소자층은 유기 발광 다이오드, 유기 전계 트랜지스터, 무기 박막 트랜지스터, 태양 전지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 모체 기판 상에 박리층을 형성하는 단계;상기 박리층 상에 지지층을 형성하는 단계;상기 지지층 상에 반도체 소자층을 형성하는 단계; 및상기 박리층에 레이저를 조사하여 상기 지지층의 하부에서 상기 모체 기판을 분리 제거하는 단계; 를 포함하고,상기 박리층의 형성 전에 상기 모체 기판 상에 박리 촉진층을 형성하는 단계 및 상기 박리층의 형성 후에 상기 박리층 상에 박리 촉진층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서,상기 모체 기판은 유리 기판 또는 석영 기판인 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서,상기 박리층은 GaN, ITO, GaOx 및 GaOxNy 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서,상기 박리 촉진층은 Co, Mn, Sn, In, Zn, B, Li, C, F, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, Cs, Ba, Ta, W, Ir, Au, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서,상기 박리 촉진층은 500Å 이하의 두께로 형성하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서,상기 지지층은 Al, Fe, Ni, Ta, Ag, Cu, Au, W, Rh, Pt, Mg, Ir, Mo, Ru, Zn, Co, Cd, Pd, Ti, Cr, Co, In, Sn, Bi, Pb 및 이로 이루어진 산화물, 질화물, 탄화물 중에서 적어도 어느 하나로 형성하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서,상기 반도체 소자층을 형성한 이후에,상기 반도체 소자층 상에 봉지층을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서,상기 모체 기판을 분리한 이후에,상기 지지층의 하면에 플렉서블 기판을 부착하는 단계; 를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
- 청구항 10에 있어서상기 반도체 소자층은 유기 발광 다이오드, 유기 전계 트랜지스터, 무기 박막 트랜지스터, 태양 전지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 레이저 빔을 이용한 플렉서블 소자의 제조 방법.
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