KR101206352B1 - 플렉서블 기판의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉서블 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 탄소 잉크를 도포하여 증착층을 형성하는 단계 상기 증착층 위에 그라핀 화합물을 도포하여 그라핀 화합물층을 형성하는 단계 및 상기 그라핀 화합물층 위에 코팅액을 코팅하여 박막층을 형성하는 단계를 포함하여 기판과 박막층이 닿는 면적을 최소화함으로써, 외부 스트레스나 레이저를 가하지 않아도 쉽게 기판에서 분리 가능하며, 그라핀 화합물 층을 삽입함으로써 고분자 박막층의 유연성 및 탄력성을 극대화 할 수 있으며, 기판에서 분리된 플렉서블 기판이 갖는 컬(curl)이 발생하는 문제점을 해결하는 플렉서블 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

플렉서블 기판의 제조방법{Fabrication method of flexible board}
본 발명은 플렉서블 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판과 박막층이 닿는 면적을 최소화함으로써, 외부 스트레스나 레이저를 가하지 않아도 쉽게 기판에서 분리 가능하며, 그라핀 화합물 층을 삽입함으로써 고분자 박막층의 유연성 및 탄력성을 극대화 할 수 있으며, 기판에서 분리된 플렉서블 기판이 갖는 컬(curl)이 발생하는 문제점을 해결한 플렉서블 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
플라스틱 기판은 휘어지는 특성 때문에 기존의 실리콘 웨이퍼나 유리 기판에 최적화된 제조 장비를 이용하기 위해서는 단단한 기판 위에 고정되어야 한다.
이러한 플라스틱 기판을 단단한 유리 기판 위에 고정하는 방법에는 크게 세 가지가 종류가 있다.
도 1a를 참조하면, 플라스틱 기판을 유기기판에 고정하기 위해서 단면테이프를 이용하는 방법을 제시한 것으로, 유기기판(1) 상에 플라스틱 필름(2)을 배치하고, 양 말단을 단면 테이프(3)로 고정하는 방식으로 이용된다. 이 방식은 매우 간단한 고정방법으로 이용의 편의성을 줄 수는 있으나, 유기기판(1)과 플라스틱 기판이 밀착되지 않고, 두 기판 사이에 열팽창 계수가 다르기 때문에 고온 공정에서 플라스틱 기판의 우그러짐 현상이 발생하게 되는 문제가 있다.
도 1b제시된 방법은 유기기판(1)과 플라스틱 기판(2) 사이를 양면 접착층(4)으로 고정하는 방법을 제시한 것이다. 이 방법은 유리 기판과 플라스틱 기판이 밀착되는 밀착성을 향상시킬 수 있다는 점, 그리고 이로 인해 고온공정에서 플라스틱 필름의 우그러짐 현상을 제거할 수 있는 면에서는 효과가 있다. 그러나 이 방식은 접착강도의 조절이 힘든 문제가 있다. 즉 양면 접착층의 강한 접착력을 가지는 경우, 공정완료 후 플라스틱 기판을 분리하는데 큰 외부 스트레스를 필요로 하고, 약한 접착력을 가지는 경우에는 공정도중 기판이 분리되는 문제가 있게 된다.
도 1c를 참조하면, 이는 상술한 방식의 문제를 해결하기 위해 유기기판(1)과 플라스틱 기판(2) 사이에 희생층(5)을 삽입하고, 공정 완료 후 레이저를 조사하여 희생층에 열을 가해 필름을 분리하는 방식이 제시되었다. 이는 유리 기판과 플라스틱 기판의 밀착성이 향상되고, 플라스틱 기판을 유리기판으로부터 분리시에 스트레스를 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 공정에 사용되는 희생층의 재사용이 불가능하며, 나아가 레이저를 이용할 경우 제조비용이 상승하는 단점이 있게 된다.
도 1d에서 제시된 것처럼, 상술한 공정과는 달리 고분자 용액(6)을 유기기판(1) 위에 스핀 코팅 등의 방법으로 형성한 후, 가열하여 고상화 시키고, 이후 고분자 필름을 제거하는 방법이 제시되기는 하였으나, 이 역시 유리기판과 고분자 필름의 접착력이 너무 강해 분리가 매우 힘든 난점이 존재한다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 기판과 박막층이 닿는 면적을 최소화함으로써, 외부 스트레스나 레이저를 가하지 않아도 쉽게 기판에서 분리 가능하며, 그라핀 화합물 층을 삽입함으로써 고분자 박막층의 유연성 및 탄력성을 극대화 할 수 있으며, 기판에서 분리된 플렉서블 기판이 갖는 컬(curl)이 발생하는 문제점을 해결하는 효과를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 탄소 잉크를 도포하여 증착층을 형성하는 단계 상기 증착층 위에 그라핀 화합물을 도포하여 그라핀 화합물층을 형성하는 단계 및 상기 그라핀 화합물층 위에 코팅액을 코팅하여 박막층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 기판의 제조방법을 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 기판과 박막층이 닿는 면적을 최소화함으로써, 외부 스트레스나 레이저를 가하지 않아도 쉽게 기판에서 분리 가능하며, 그라핀 화합물 층을 삽입함으로써 고분자 박막층의 유연성 및 탄력성을 극대화 할 수 있으며, 기판에서 분리된 플렉서블 기판이 갖는 컬(curl)이 발생하는 문제점을 해결하는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 기판 제조방법의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 플렉서블 기판을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 상술한 제조공정에 따른 플렉서블 기판의 제조공정의 결과를 도시한 것이다.
본 발명은 기판 상에 탄소 잉크를 도포하여 증착층을 형성하는 단계 상기 증착층 위에 그라핀 화합물을 도포하여 그라핀 화합물층을 형성하는 단계 및 상기 그라핀 화합물층 위에 코팅액을 코팅하여 박막층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 기판의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 증착층 형성 단계는 기판 상에 잉크를 도포한다.
본 발명의 기판은 당 분야에서 사용하는 통상의 것으로 특별히 한정하지 않는다. 구체적인 일례로 유리, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸 및 사파이어 등 중에서 선택한 1 종 이상의 물질을 사용할 수 있다.
본 발명의 증착층 형성 단계에서 잉크는 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 잉크 사용 시 증착층 형성이 탁월하고, 기판에서 박막층을 효율적으로 분리시킬 수 있는 효과가 있다. 상기 탄소나노튜브 잉크의 접촉각(contact angle)은 80 ~ 130 도인 것으로 이 범위 내에서는 증착층 형성이 우수하다.
상기 탄소나노튜브의 사용은 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 다발형 탄소나노튜브 등 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 증착층은 잉크를 회전도포하여 형성하는 바 회전도포 방법은 당 분야에서 사용하는 통상의 방법으로 실시할 수 있다.
상기 증착층은 0.1 ~ 100 nm 두께로 형성하는 바 이 범위 내에서는 상기 증착층 위에 형성될 박막층을 잘 잡아주면서 박막층을 효율적으로 분리시킬 수 있다는 점이 좋다.
본 발명의 그라핀 화합물 층은 상기 증착층 위에 그라핀 화합물을 도포하여 형성한다. 상기 그라핀 화합물 층의 형성은 구체적으로 스핀코팅을 통해 균일한 박막을 형성한 이후, 250 ℃의 오븐에서 1시간동안 열처리 공정에 의한다.
상기 그라핀 화합물은 그라핀 산화막 등을 사용할 수 있다.
상기 그라핀 화합물 층의 두께는 0.4 ~ 10 nm 인 바 이 범위 내에서는 고분자 박막층의 유연성 및 탄력성이 극대화 된다.
본 발명의 박막층은 상기 그라핀 화합물 층 위에 코팅액을 코팅하여 형성한다. 상기 코팅은 당 분야에서 사용하는 코팅 방법으로 그 방법을 특별히 한정하지 않는다. 구체적인 일례로 스핀코팅, 실트코팅, 스프레이코팅 또는 딥 코팅 등의 방법을 이용할 수 있다.
상기 코팅에 의해 박막층이 형성되는 단계를 거친 플렉서블 기판은 회전도포된 탄소나노튜브 사이사이에 코팅액이 스며들기 때문에 박막층으로 구현되는 박막 필름과 유기기판의 닿는 면적을 효과적으로 줄여줄 수 있어, 유기기판에서 박막층을 효율적으로 분리시킬 수 있는 장점이 구현되게 된다.
상기 코팅액은 고분자 용액 또는 단분자 용액을 사용하는데, 상기 고분자 용액은 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌 설파이드, PMMA 및 불소계 수지 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용할 수 있다. 상기 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드, PMMA 및 불소계 수지 이외에 추가적으로 당 분야에서 사용하는 통상의 무기물질을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 폴리이미드(PI)는 방향족 테트라카르복실산 또는 그 유도체와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 축중합한 후 이미드화하여 제조되는 고내열 수지를 말한다. 이 폴리이미드 수지는 사용된 단량체의 종류에 따라 여러 가지 분자구조를 가질수 있고, 이로써 다양한 물성을 나타내게 된다. 일반적으로 폴리이미드 수지 제조를 위하여 방향족 테트라카르복실산 성분으로서는 피로멜리트산이무수물(PMDA) 또는 비페닐테트라카르복실산이무수물(BPDA) 등을 사용하고 있고, 방향족 디아민 성분으로서는 옥시디아닐린(ODA) 또는 p-페닐렌 디아민(p-PDA) 등이 적용될 수 있다.
본 발명은 상기 폴리이미드 중에서도 피로멜리트산이무수물, 비페닐테트라카본산무수물과 디아미노디페닐에테르 등의 방향족 디아민과의 축합물로 된 방향족 폴리이미드를 사용할 수 있다.
상기 단분자 용액은 당 분야에서 사용하는 통상의 것으로 구체적인 일례로 에폭시계 또는 UV경화계 단분자 용액을 사용할 수 있다.
상기 박막층의 두께는 5 ~ 50 ㎛ 인 바 이 범위 내에서는 고분자 박막층의 유연성 및 탄력성이 극대화 된다.
본 발명의 플렉서블 기판으로 제조된 플렉서블 기판이 포함된 플렉서블 TFT 어레이 장치를 제조할 수 있으며, 또한 디태치(detach) 공정 등을 수행 한 후 디스플레이에 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
실시예 1
유리 기판상에 잉크와 단일벽 탄소나노튜브가 1000 : 1 중량비로 혼합된 혼합 잉크를 도포하여 100 nm 두께의 증착층을 형성하였다.
상기 형성된 증착층 위에 그라핀 옥사이드 (275 mg/L) 를 스핀코팅 방법에 의해 그라핀 층 1 nm 를 형성하였으며, 이후 상기 그라핀 층 상부에 방향족 폴리이미드를 스핀코팅법에 의해 코팅하여 15 ㎛ 두께의 박막층을 형성하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 실시하되, 그라핀 화합물층을 형성하지 않고 기판을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되, 증착층과 그라핀 화합물층을 형성하지 않고 기판을 제조하였다.
[시험예]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 플렉서블 기판의 특성을 하기의 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 인장강도 : ASTM D638-107 의 방법에 의해 시험하였다.
2) 신장률 : ASTM D638-107 의 방법에 의해 시험하였다.
구분 인장강도 (MPa) 신장률 (%)
실시예 1 247 4.6
비교예 1 243 5.7
비교예 2 238 8.0
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 플렉서블 기판은 인장 강도와 신장률이 우수하고 고분자 박막층의 유연성 및 탄력성이 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 기판 상에 탄소 잉크를 도포하여 증착층을 형성하는 단계;
    상기 증착층 위에 그라핀 화합물을 도포하여 그라핀 화합물층을 형성하는 단계; 및
    상기 그라핀 화합물층 위에 코팅액을 코팅하여 박막층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 잉크는 탄소나노튜브 잉크인 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라핀 화합물은 그라핀 산화막인 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착층은 0.1 ~ 100 nm 두께인 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라핀 화합물 층은 0.4 ~ 10 nm 두께인 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막층은 5 ~ 50 ㎛ 두께인 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅액은 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드. PMMA, 불소계, 에폭시계 및 UV경화계 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅은 스핀코팅, 실트코팅, 스프레이코팅 및 딥코팅인 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸 및 사파이어 중에서 선택한 1 종 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 플렉서블 기판의 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 선택된 하나의 제조 방법으로 제조된 플렉서블 기판이 포함되어 이루어지는 플렉서블 TFT 어레이 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 선택된 하나의 제조 방법으로 제조된 플렉서블 기판이 포함되어 이루어지는 플렉서블 디스플레이.
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