KR101164945B1 - 플렉시블 소자의 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플렉시블 소자의 제작 방법은, 지지체를 일면 또는 양면에 동일 면 상에 서로 상이한 표면처리 영역을 가지도록 표면 처리하는 단계;
상기 표면 처리된 지지체의 상에 유리필러 강화 플라스틱 기판을 형성하는 단계;
상기 유리필러 강화 플라스틱 기판 위에 박막 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 박막 패턴이 형성된 유리필러 강화 플리스틱 기판을 지지체로부터 분리시키는 단계;를 포함한다. 이와 같이 지지체의 표면 처리를 이용하면 소자가 용매 및 레이저 사용 등을 포함하는 추가적인 공정의 도입 없이 제작된 유리 필러 강화 플라스틱 기판을 지지체로부터 용이하게 분리할 수 있다.

Description

플렉시블 소자의 제작 방법 {Fabrication Method of Flexible Devices}
본 발명은 플렉시블 소자를 제작하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이를 포함하는 전자, 광전자 및 에너지 소자를 플라스틱 기판 상에 안정적으로 제작할 수 있으며, 지지체 상에 형성되는 플라스틱 기판이 별도의 분리 공정 없이 지지체로부터 쉽게 분리되어 용이하게 제작될 수 있는 플레시블 소자의 제작 방법에 관한 것이다.
최근 기존의 평판 디스플레이를 포함한 전자, 광전자 및 에너지 소자의 친환경, 저전력, 소형화, 경량화, 유연화를 도모하기 위한 기술 개발의 일환으로 플렉시블 소자 (flexible device)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 플렉시블 소자의 구현을 위해서는 플렉시블 기판 (flexible substrate)이 사용되어야 한다. 일반적으로 플렉시블 기판으로서는 박막형 금속 (metal foil), 박막형 유리판 (ultra-thin glass), 플라스틱 혹은 고분자 필름 (plastic or polymer film)이 사용될 수 있으나, 특히 최근에는 roll-to-roll 공정 및 잉크젯 인쇄 기술 (ink-jet printing)에의 적용이 용이하고 가격 경쟁력이 뛰어난 플라스틱 혹은 고분자 필름을 사용하는 플렉시블 소자 개발에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 그러나 이러한 시대적, 기술적 요구에도 불구하고 상용화 및 대량 생산을 위한 안정적인 플렉시블 소자의 제작 공정에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
디스플레이를 포함한 전자, 광전자 및 에너지 소자를 플라스틱 필름 기판 상에 제작하는 방법으로는 직접 소자 제작 공정 (fabrication of devices directly onto freestanding plastic substrates), 접착제를 이용한 탈착 공정 (fabrication of devices on plastic substrates using adhesives), 소자 전사 제작 공정 (transfer process) 및 레이저를 이용한 탈착 공정 (laser release process) 등이 보고되고 있다. 직접 소자 제작 공정의 경우, 지지체 (carrier plate)없이 플라스틱 기판 위에 직접 소자를 제작하는 방식으로 지지체의 부재에 따른 공정상의 조작 (handling)이 어렵고, 플라스틱 기판의 변형이 심하여 안정적인 제작이 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 최근에는 유리 기판 등을 지지체로 하여 플라스틱 혹은 고분자 필름 기판을 부착하고 그 위에 소자를 제작한 후 분리하여 플렉시블 소자 (flexible device backplane)를 얻는 공정 방식이 일반화되고 있는 추세이다. 이러한 지지체를 사용하는 방법으로서는, 예를 들면 대한민국 공개특허공보 10-2006-0028537 에는 접착제를 사용하여 플라스틱 기판을 지지체에 접착시키고 소자 제작 후 탈착하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 접착제를 이용한 탈착 공정의 경우, 지지 체에 접착제 혹은 접착 테이프 (tape)를 사용하여 부착된 플라스틱 기판 위에 소자를 제작한 후 유기 용매를 사용하는 등의 방법으로 플렉시블 소자를 지지체로부터 떼어내는 방식으로 비교적 안정적인 소자의 제작이 가능하나 잔류 접착제에 의한 오염 (contamination)이나 유기 용매를 사용함에 따른 추가적인 분리 공정의 도입이 불가피하다는 단점을 가진다. 한편, 소자 전사 제작 공정 및 레이저를 이용한 탈착 공정으로서는, 예를 들면 PCT 공개번호 WO 2005/050754 A1 및 IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES, VOL.49, NO.8 (2002) 에는 비정질 실리콘계의 희생막 (sacrificial layer)을 사용하여 플라스틱 기판을 지지체에 접착시키고 소자 제작 후 레이저를 사용하여 탈착시키는 방법 및 유사한 방법을 포함하는 소자 전자 방법이 각각 개시되어 있다. 그러나 이들 방법의 경우, 플라스틱 기판의 접착 역할을 하는 비정질 실리콘계의 희생막을 도입해야하는 등 공정이 복잡하고, 특히 전사 및 분리 공정 중 레이저를 사용해야 함에 따라 수율이 낮고 공정이 비싸다는 단점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소자 제작을 위한 공정 조건에 적합한 내화학성 및 내열성 등을 갖춘 플라스틱 기판을 지지체 상에 형성하고, 소자 제작이 완료된 후 지지지체로부터 용이하게 분리될 수 있는 플랙시블 소자의 제작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 안정적인 소자의 제작을 위해 낮은 열팽창계수를 갖는 플라스틱 기판을 사용하고, 상기 플라스틱 기판을 지지체 상에 형성하거나 분리시킬 때 접착제 또는 레이저 등을 사용하지 않는 플랙시블 소자의 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 플렉시블 소자의 제작 방법은 상기 언급된 종래의 기술과는 차별되는 것으로, 지지체의 일면 또는 양면에 동일 면 상에 서로 상이한 표면처리 영역을 가지도록 표면 처리하는 단계; 상기 표면 처리된 지지체의 상에 유리필러 강화 플라스틱 기판을 형성하는 단계; 상기 유리필러 강화 플라스틱 기판 위에 박막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 박막 패턴이 형성된 유리필러 강화 플리스틱 기판을 지지체로부터 분리시키는 단계;를 포함한다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 플렉시블 소자의 제작 방법을 상세하게 설명한다. 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉시블 소자의 제작 방법은 하기와 같다.
(A) 지지체(1)를 필요한 크기로 절단한 다음, (B) 상기 지지체(1)의 일면 또는 양면에 동일 면 상에 서로 상이한 표면처리 영역(2, 2′, 2″)을 가지도록 표면 처리한다. (C) 상기 표면 처리된 지지체 상에 유리필러 강화 플라스틱 기판(3)을 형성한다. (D) 상기 유리필러 강화 플라스틱 기판(3) 위에 박막 패턴(4)을 형성하고, (E) 상기 박막 패턴(4)이 형성된 유리 필러 강화 플라스틱 기판(3)을 지지체(1)로부터 분리한다.
상기 지지체는 유리를 사용하는 것이 바람직하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (B)에서, 서로 상이한 표면처리 영역은 플라즈마 또는 이온빔 처리로 형성되는 영역; 또는 유기 실란 또는 유기 실라잔 및 실록산 계열 수지 조성물의 증착 또는 도포에 의해 형성되는 영역;을 포함하여, 도 1의 (B)에서 보이는 바와 같이, 2, 2′, 2″ 형태를 포함한다.
이때, 상기 지지체 상에 서로 상이한 표면 처리 영역을 가지도록 일부 면을 상이하게 표면 처리하거나 패턴이 형성될 수 있도록 하는 표면 처리하는 것은 지지체 상에 형성되는 플라스틱 기판이 쉽게 분리될 수 있도록 하기 위한 것으로, 2′, 2″ 형태가 보다 바람직하다.
상기 지지체의 표면 처리는 플라즈마 처리를 통한 지지체의 표면 개질, 유기 실란 또는 유기 실라잔 및 실록산 계열 수지 및 유기 수지의 박막 코팅을 통한 지지체의 표면 개질의 형태를 가진다. 다시 말해, 지지체의 표면을 플라즈마 처리하거나 유기 실란 및 유기 실라잔을 표면에 증착하거나 또는 실록산 수지를 포함하는 유기 수지를 코팅하여 박막을 형성하는 것으로 유리 필러 강화 플라스틱 기판 형성에 사용되는 수지와 상이한 유기 관능기를 갖는 유기 수지 코팅을 포함할 수 있다. 이는 지지체와 유리 필러 강화 플라스틱 기판 사이의 강한 직접적인 물리적 또는 화학적 결합을 완충하는 역할을 함으로써 종래의 접착제를 사용하는 기술과는 차별된다.
이때, 상기 표면 처리는 지지체의 전면 혹은 일부 면 및 일정한 패턴을 가지는 형태로, 예를 들면 지지체의 네 변에 일정한 폭을 가지는 영역에 선택적으로 할 수 있고, 이 경우에 상기 언급된 표면 처리의 적어도 하나 이상이 혼합적으로 적용될 수 있다.
상기 표면 처리에 사용되는 유기 실란 및 유기 실라잔으로는 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 에폭시싸이클로헥실트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H-헵타데카플루오로데실트리메톡시실란, 헥사메틸다이실라잔 등이 사용될 수 있다.
또한 상기 표면 처리에 사용되는 유기 수지로는 3,4-다이하이드록시페닐-L-알라닌, 메타크릴, 아크릴, 에폭시, 비닐, 아민 등을 포함하는 수지가 사용될 수 있다.
상기 (C)에서, 상기 유리 필러 강화 플라스틱 기판은 유리 필러 (glass filler)가 가교 반응성 기를 가지는 투명 실록산 계열 수지 및 유기 수지에 함침 되거나 분산된 투명 복합체 형태를 가지는 것으로서, 열경화 촉매 또는 광경화 촉매에 의해 가교되어 지지체 상에 형성될 수 있으며, 이때 표면을 평탄화 하기 위해 압력을 가해 형성할 수 있다. 이와 같이 특별히 유리 필러 강화 플라스틱 기판을 사용하면 열팽창계수를 낮출 수 있고 가요성을 향상시킬 수 있고 기계적 및 열적 안정성의 향상 등을 가져올 수 있어서 바람직하다.
상기 유리 필러는 유리 크로스(glass cross) 또는 유리 직물(glass fabric), 유리 부직포(nonwoven glass fabric), 유리 메쉬(mesh), 유리 비즈(glass beads), 유리 파우더(glass powder), 유리 플레이크(glass flake), 촙트 글래스(chopped glass), 밀드 글래스(milled glass), 퓸드 실리카 졸(fumed silica sol), 콜로이달 실리카(colloidal silica) 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다.
이때, 유리 직물을 사용하는 경우에 유리 필러 강화 플라스틱 기판의 두께는 유리 직물의 두께, 수량, 함침되는 수지의 양 및 평탄화를 위해 가해지는 압력의 세기 등에 의해 결정될 수 있다.
또한 상기 유리 필러 강화 플라스틱 기판은 평탄화, 가스 및 수분 차단화, 물리적 및 화학적 손상 방지를 위해 경성 도포막이 형성될 수 있다.
상기 도포막은 가교성 유기 수지, 무기 나노 입자가 분산된 가교성 유기 수지, 무기막의 적어도 하나 이상을 포함하는 형태일 수 있다. 상기 도포막은 메타크릴 및 아크릴, 에폭시 수지 등에서 선택될 수 있으며, 상기 무기막은 SiO2 또는 Al2O3를 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (D)에서, 박막 패턴은 예를 들면 박막 트랜지스터 (thin film transistor), 액정 표시 소자 (liquid crystal display), 전기 영동 표시 소자 (electrophoretic display), 유기 발광 표시 소자 (organic light emitting diode), 플라즈마 표시 소자 (plasma display), 터치 스크린 소자 (touch screen panel), 태양 전지 소자 (solar cell), 미세 광학 소자 (optical devices) 등을 제작하는 것일 수 있다.
상기 본 발명에 따라 (E)에서, 종래 레이져의 조사 또는 용액 식각 (wet etching)을 포함하는 용매 사용 등의 분리 공정을 추가로 포함하지 않고도, 박막 패턴이 형성된 유리 필러 강화 플라스틱 기판을 지지체로부터 용이하게 분리할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉시블 소자의 제작 방법은 지지체의 표면처리를 이용하여 소자가 제작된 유리 필러 강화 플라스틱 기판을 지지체로부터 간단하게 분리할 수 있어 플렉시블 소자를 보다 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플렉시블 소자 제작 방법의 일양태이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
유리 기판을 10 x 10 cm 의 크기로 절단한 후, 산소 플라즈마 처리를 하였다. 다음으로, 유리 기판의 네 변의 폭 1cm 의 영역을 제외한 나머지 가운데 영역에는 1H,1H, 2H,2H-헵타데카플루오로데실트리메톡시실란을 증착 처리하였다. 표면 처리가 완료된 유리 기판 위에 두께 50㎛의 E-glass 유리 직물 (glass-fabric, Nittobo社, Japan)를 위치시키고 메타크릴기와 페닐기를 가지는 실록산 수지 (MD 혹은 HMD Hybrimer, KAIST, Korea)를 도포하여 함침 시켰다. 다음 압력을 가하면서 질소 분위기 하에서 365nm 파장의 자외선에 5분간 노출시킴으로써 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 지지체 위에 형성시켰다. 표면 처리된 유리 기판위에 형성된 유리 섬유 강화 플라스틱 기판 위에 원자층 증착법(ALD;atomic layer deposition) 및 RF 스퍼터링법(RF-sputtering)으로 섭씨 150도에서 산화물 반도체 박막 트랜지스터 (oxide semiconductor thin film transistor)를 제작하였다. 제작이 종료된 후, 별도의 추가 공정 없이 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 유리 기판으로부터 분리하였다.
실시예 2
유리 기판을 10 x 10 cm 의 크기로 절단한 후, 산소 플라즈마 처리를 하였다. 다음으로, 유리 기판의 네 변의 폭 1cm 의 영역을 제외한 나머지 가운데 영역에는 에폭시기와 페닐기를 가지는 실록산 수지 (ED Hybrimer, KAIST, Korea)를 박막으로 코팅하여 표면 처리하였다. 표면 처리가 완료된 유리 기판 위에 두께 25㎛의 E-glass 유리 직물 (glass fabric, Nittobo社, Japan)를 두 장을 포개어 위치시키고 메타크릴기와 페닐기를 가지는 실록산 수지 (MD 혹은 HMD Hybrimer, KAIST, Korea)를 도포하여 함침 시켰다. 다음 압력을 가하면서 365nm 파장의 자외선에 5분간 노출시킴으로써 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 지지체 위에 형성시켰다. 표면 처리된 유리 기판위에 형성된 유리 섬유 강화 플라스틱 기판 위에 원자층 증착법(ALD;atomic layer deposition) 및 RF 스퍼터링법(RF-sputtering)으로 섭씨 150도에서 산화물 반도체 박막 트랜지스터 (oxide semiconductor thin film transistor)를 제작하였다. 제작이 종료된 후, 별도의 추가 공정 없이 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 유리 기판으로부터 분리하였다.
실시예 3
유리 기판을 10 x 10 cm 의 크기로 절단한 후, 산소 플라즈마 처리를 하였다. 다음으로, 유리 기판의 네 변의 폭 1cm 의 영역에는 폴리도파민 수용액 수지를 박막 코팅하여 표면 처리하고 이를 제외한 나머지 가운데 영역에는 1H,1H, 2H,2H-헵타데카플루오로데실트리메톡시실란을 증착 처리하였다. 표면 처리가 완료된 유리 기판 위에 두께 25㎛의 E-glass 유리 직물 (glass fabric, Nittobo社, Japan)를 두 장을 포개어 위치시키고 에폭시기와 페닐기를 가지는 실록산 수지 (ED Hybrimer, KAIST, Korea)를 도포하여 함침 시켰다. 다음 365nm 파장의 자외선에 5분간 노출시킴으로써 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 지지체 위에 형성시켰다. 표면 처리된 유리 기판위에 형성된 유리 섬유 강화 플라스틱 기판 위에 원자층 증착법(ALD;atomic layer deposition) 및 RF 스퍼터링법(RF-sputtering)으로 섭씨 150도에서 산화물 반도체 박막 트랜지스터 (oxide semiconductor thin film transistor)를 제작하였다. 제작이 종료된 후, 별도의 추가 공정 없이 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 유리 기판으로부터 분리하였다.
실시예 4
유리 기판을 10 x 10 cm 의 크기로 절단한 후, 산소 플라즈마 처리를 하였다. 다음으로, 유리 기판의 네 변의 폭 1cm 의 영역을 제외한 나머지 가운데 영역에는 에폭시기와 페닐기를 가지는 실록산 수지를 박막으로 코팅하여 표면 처리하였다. 표면 처리가 완료된 유리 기판 위에 두께 25㎛의 E-glass 유리 직물 (glass fabric, Nittobo社, Japan)를 두 장을 포개어 위치시키고 메타크릴기와 페닐기를 가지는 실록산 수지 (MD 혹은 HMD Hybrimer, KAIST, Korea)를 도포하여 함침 시켰다. 다음 365nm 파장의 자외선에 5분간 노출시킴으로써 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 지지체 위에 형성시켰다. 표면 처리된 유리 기판위에 형성된 유리 섬유 강화 플라스틱 기판 위에 photo-CVD(photo-assisted chemical vapor deposition)법 및 RF-PECVD(rf-plasma enhanced chemical vapor deposition)법으로 섭씨 250도에서 비정질 실리콘 박막 태양 전지 (a-Si thin film solar cell)를 제작하였다. 제작이 종료된 후, 별도의 추가 공정 없이 유리 섬유 강화 플라스틱 기판을 유리 기판으로부터 분리하였다. 상기 실시예 1 내지 4의 플렉시블 소자는 지지체 상에 형성된 유리 섬유 강화 플라스틱 기판이 쉽게 분리되는 것을 확인할 수 있었다.
1 : 지지체
2 , 2', 2" : 표면 처리된 영역
3 : 유리 필러 강화 플라스틱 기판
4 : 박막 패턴

Claims (10)

  1. 지지체의 일면 또는 양면에 동일 면 상에 서로 상이한 표면처리 영역을 가지도록 표면 처리하는 단계;
    상기 표면 처리된 지지체의 상에 유리필러 강화 플라스틱 기판을 형성하는 단계;
    상기 유리필러 강화 플라스틱 기판 위에 박막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 박막 패턴이 형성된 유리필러 강화 플리스틱 기판을 지지체로부터 분리시키는 단계;를 포함하는 플렉시블 소자 (flexible device)의 제작 방법으로서,
    상기 표면처리 영역은 플라즈마 또는 이온빔 처리로 형성되는 영역, 또는 유기 실란, 유기 실라잔 또는 실록산 계열 수지 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착 또는 도포하여 형성되는 영역을 포함하는 플렉시블 소자 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 유리를 포함하는 플렉시블 소자의 제작방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면 처리는 플라즈마 처리를 통한 지지체의 표면 개질, 유기 실란 또는 유기 실라잔 및 실록산 계열 수지 및 유기 수지의 박막 코팅을 통한 지지체의 표면 개질의 형태를 가지는 플렉시블 소자의 제작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유리 필러 강화 플라스틱 기판은 유리 필러가 가교 반응성 기를 가지는 투명 실록산 계열 수지 및 유기 수지에 함침 되거나 분산된 투명 복합체 형태인 플렉시블 소자의 제작 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유리 필러는 유리 크로스(glass cloth) 또는 유리 직물(glass fabric), 유리 부직포(nonwoven glass fabric), 유리 메쉬(mesh), 유리 비즈(glass beads), 유리 파우더(glass powder), 유리 플레이크(glass flake), 촙트 글래스(chopped glass), 밀드 글래스(milled glass), 퓸드 실리카 졸(fumed silica sol), 콜로이달 실리카(colloidal silica) 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것을 사용하는 플렉시블 소자의 제작 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유리 필러 강화 플라스틱 기판의 형성은 열경화 또는 광경화가 가능한 실록산 계열 수지 또는 유기 수지를 유리 필러에 함침시키거나 압력을 가해 표면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 소자의 제작 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 유리 필러 강화 플라스틱 기판은 평탄화 및 수분 또는 가스의 차단을 위하여 경성 도포막으로 도포되어 있는 플렉시블 소자의 제작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경성 도포막은 가교성 유기 수지, 무기 나노 입자가 분산된 가교성 유기 수지 및 무기막을 적어도 하나 이상을 포함하는 플렉시블 소자의 제작 방법.
  10. 삭제
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