KR101271838B1 - 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 기판 - Google Patents

보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 플렉서블 기판의 낮은 공정 가능 온도, 높은 표면 거칠기, 높은 열팽창 계수, 나쁜 핸들링 특성의 문제에 따른 플렉서블 전자소자의 성능 및 수율 저하의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법은 (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계, (b) 상기 플렉서블 기판을 접착층이 형성되어 있는 보강기판과 접착하는 단계, (c) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 (d) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 기판 {METHOD OF MANUFACTURING FLEXIBLE ELECTRONIC DEVICE, FLEXIBLEELECTRONIC DEVICE AND FLEXIBLE SUBSTRATE USING A REINFORCING SUBSTRATE}
본 발명은 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자(Flexibleelectronic device)의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 전자소자에 사용되는 플렉서블 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리기판 수준의 높은 공정 온도가 가능하고, 낮은 표면 거칠기, 낮은 열팽창 계수 및 우수한 핸들링 특성을 갖는 새로운 구조의 플렉서블 기판을 포함하는 플렉서블 전자소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 멀티미디어의 발달과 함께 플렉서블(flexible) 전자소자의 중요성이 증대되고 있다. 이에 따라, 유기 발광 다이오드(organic light emittingdiode: OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로프로세서(microprocessor), 램(Random access memory: RAM), 태양전지 (Solar cell) 등을 가요성이 있는 기판상에 만드는 것이 요구되고 있다.
이 중에서도, 플렉서블 디스플레이 구현 가능성이 가장 높고 특성 또한 가장 좋은 액티브 매트릭스 유기 발광 다이오드(Active matrix OLED: AMOLED)를 기존에 개발된 폴리실리콘 TFT 공정을 그대로 사용하면서 높은 수율로 만들 수 있는 기술의 개발이 중요하게 대두되고 있다.
한편, 플렉서블 기판을 이용한 전자소자 제조방법과 관련하여서는 크게 플라스틱 기판상에 직접 제조하는 방안, 트랜스퍼 공정을 이용한 방안, 및 금속 기판상에 직접 제조하는 방안의 크게 3가지 상이한 방안이 제안되고 있다.
먼저, 플라스틱 기판상에 전자소자를 직접 제조하는 방안과 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제2009-0114195호에는 유리 기판상에 고분자 물질로 이루어진 가요성 기판을 접착한 후 전자 소자를 만든 후에 유리 기판으로부터 분리하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호에는 유리 기판상에 스핀 온 방법으로 플라스틱을 코팅한 후 전자 소자를 만든 후에 유리 기판으로부터 분리하여 플렉서블 전자소자 제작하는 방법이 개시되어 있다.
그런데 상기 공개특허들에 개시된 기술은 기판이 플라스틱으로 이루어져 있기 때문에 공정 가능 온도가 100 ~ 350℃인데, 상기한 AMOLED, RAM, 마이크로프로세서 등의 제작에 있어서는 실리콘의 결정화 온도인 450℃ 이상에서 열처리하는 공정이 필수적이므로 플라스틱 기판으로는 상기 소자를 제작할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 제조과정에 있어서 Si이나 SiO2, SiN와 같은 무기물 반도체 및 절연체와 기판인 플라스틱과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 균열, 박리 등의 결함이 발생하여 수율이 저하되는 문제점도 있다. 수분에 취약한 유기물 반도체용 기판으로 사용하는 경우에는 별도의 수분침투 방지층을 형성해야 한다. 또한, 대면적 조명용 유기발광소자용 기판으로 사용시 조명 전체에서 나오는 열을 발산하지 못해 유기전자소자의 수명이 저하되므로 별도의 방열층을 사용해야한다.
또한, 트랜스퍼 공정을 이용하는 방법과 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제2004-0097228호에는 유리 기판상에 분리층, 박막 디바이스, 접착층, 임시기판을 순서대로 형성한 후 분리층에 레이저와 같은 광을 조사하여 유리 기판과 피전사층을 분리하는 방법이 개시되어 있다.
그런데 트랜스퍼 공정의 경우 박막 디바이스 두께가 얇아서 상부에 임시 기판을 붙여 소자를 만들고 나중에 임시 기판을 다시 제거하는 더블 트랜스퍼 공정이 필수적이다. 이 방법은 박막 디바이스 위에 임시 기판을 붙였다 제거하므로 계면 결합력이 약하고 수분이나 솔벤트에 취약한 OLED와 같은 유기 전자 소자에는 적용이 불가능한 단점이 있다. 또한 유리 기판 및 임시 기판의 접착 및 제거 과정에서 얇은 두께의 박막 디바이스의 균열, 이물질 혼입 등의 결함이 나타나 수율이 낮아지는 문제점도 있다.
또한, 금속기판을 사용하는 공정과 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제2008-0024037호에는, 금속 기판상에 유리 성분을 포함하는 버퍼막을 통해 표면거칠기를 낮추어 생산수율이 높은 플렉서블 전자 소자를 제공하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제2009-0123164호에는 금속 기판상의 양각형 패턴을 연마를 통해 제거하여 수율을 향상시키는 방법이 개시되어 있으며, 대한민국 공개 특허공보 제2008-0065210호에는 유리 기판상에 박리층 및 금속막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그런데, 플렉서블 전자소자에 사용되는 15 ~ 150㎛ 두께의 후막 금속기판은 그 제조 방법상 수백nm 이상의 표면거칠기를 갖게 된다. 예를 들어, 압연을 통해 제작된 금속 후막의 경우 압연흔이 존재하며, 유리 기판상에 증착을 통해 형성된 금속 후막의 경우 두께가 두꺼워짐에 따라 표면거칠기가 비례하여 증가하기 때문에, 증착방법 및 조건에 따라 변하므로 낮은 표면거칠기를 갖도록 플렉서블 금속 기판을 제작하는데 문제점이 있다. 이에 따라, 종래 금속 기판을 사용할 때는 금속 기판상의 표면거칠기를 낮추기 위해 고분자 계열을 평탄화 층을 금속 기판상에 도포하거나 연마 공정을 행하는 것이 필수적이었다. 그런데 고분자계열을 사용하여 표면거칠기를 낮추는 경우는 상기 플라스틱기판 공정과 동일하게 고온 공정을 사용할 수 없는 문제점이 발생하게 되고, 연마 공정의 경우 단결정 Si기판을 사용하는 고가의 마이크로프로세서나 RAM을 제작하는 경우에는 적합하나, 상대적으로 저가, 대면적이 요구되는 플렉서블 전자소자에 적용함에 있어서는 경제성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
한편, 상기 플렉서블 전자소자를 만드는 기술 모두 플렉서블한 기판을 바로 생산 공정에 사용하면 기판이 쉽게 휘어지기 때문에 기판의 이송, 정렬, 물질의 증착, 패터닝 등의 여러 공정에서 핸들링 하기 위하여 유리나 후막 금속기판과 같은 보강기판을 사용한다.
구체적으로 대한민국 공개특허공보 제2009-0114195호, 대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호, 대한민국 공개특허공보 제2006-0059605호, 대한민국 공개특허공보 제2005-0052830호, 대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호에는 캐리어 기판에 플렉서블 기판을 접착하거나 스핀 코팅을 하여 플렉서블 기판을 형성하여 핸들링을 용이하게 한 후 전자소자를 형성하는 방법을 개시하고 있으며, 대한민국 공개특허공보 제2004-0097228호에는 유리기판상에 전자소자를 형성한 후 플렉서블 기판을 나중에 접착하는 더블 트랜스퍼를 하는 방법을 개시하고 있다. 상기 기술들은 캐리어 기판에서 플렉서블 전자소자를 박리하기 위해 박리층을 화학적으로 에칭을 하거나, 폴리이미드 또는 수소가 포함된 비정질 실리콘에 레이저를 조사하거나, 점착제의 점착력 이상의 물리적 힘을 가하는 방법을 개시하고 있다.
그러데, 상기 박리층을 화학적으로 에칭하는 공정은 에칭액이 확산 현상으로 박리층에 흡수가 되어야 박리가 되므로, 대면적 박리시 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 또한, 전자소자 형성 공정 중 전극 패터닝 등과 같은 에칭 공정중 박리층이 손상이 될 수 있으며, 박리층 에칭 공정 중 에칭액에 소자가 손상을 받을 수 있는 문제점이 있다. 또한, 폴리이미드와 같은 폴리머 박리층을 사용하는 경우 후속 공정에서 공정 온도가 제한되는 문제점이 있으며, 수소가 포함된 비정질 실리콘의 경우 레이저 조사에 의해 발생하는 수소가스 팽창압에 의해 박리가 되나, 레이저 조사시 완벽히 박리가 되지 않기 때문에 물리적 박리 과정을 포함해야하고, 박리 수율이 낮은 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제2010-0001604호, 대한민국 공개특허공보 제2009-0116199호, 대한민국 공개특허공보 제2009-0120825호에는 후막의 금속 기판 또는 유리기판을 사용하여 전자소자를 형성한 후, 식각을 통해 기판의 두께를 줄여 기판의 유연성을 부여하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법은 수백 ㎛내지 수 mm 두께의 기판을 식각을 통해 박막화하므로 많은 시간이 걸리는 문제점이 있으며, 부식성이 강한 에칭액에 소자가 손상받을 수 있다. 또한, 환경에 좋지 않은 에칭액을 사용해야 하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2009-0114195호 대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호 대한민국 공개특허공보 제2004-0097228호 대한민국 공개특허공보 제2008-0024037호 대한민국 공개특허공보 제2009-0123164호 대한민국 공개특허공보 제2008-0065210호 대한민국 공개특허공보 제2006-0059605호 대한민국 공개특허공보 제2005-0052830호 대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호 대한민국 공개특허공보 제2010-0001604호 대한민국 공개특허공보 제2009-0116199호 대한민국 공개특허공보 제2009-0120825호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술들이 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있도록 한 것으로서, 본 발명의 주된 과제는 기존의 유리 기판 공정과 동일한 수준의 소자 특성을 얻을 수 있는 낮은 표면 거칠기를 갖는 플렉서블 기판의 제조방법을 포함하는 플렉서블 전자소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 저가의 보강기판을 이용하여 얇은 두께의 플렉서블 기판이 갖는 물리적, 기계적 물성을 보완하여, 플렉서블 기판이 휘어지는 등의 이유로 인하여 발생할 수 있는 반송 및 정렬 과정상의 문제를 방지함으로써, 기존 유리기판 공정 조건 및 설비를 그대로 이용할 수 있는 플렉서블 전자소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
또 다른 과제는, 기존의 유리 기판을 사용한 공정과 동일하거나 더 높은 온도의 공정을 적용할 수 있는 고성능 플렉서블 전자소자의 제조 방법을 제공 하는 것이다.
또 다른 과제는, 기판과 기판상에 제작되는 소자 간의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 균열이나 박리 등의 결함이 생기지 않도록 낮은 열팽창계수를 갖는 플렉서블 전자소자용 금속기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
또 다른 과제는, 플렉서블한 기판의 특성을 롤 투 롤 공정에 적용하여 높은 생산 속도 및 양산화가 가능한 플렉서블 전자소자용 금속기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
또 다른 과제는, 플렉서블 전자소자용 박막 금속기판의 핸들링 및 기판과 마스크의 정렬을 용이하게 하기 위한 보강기판에 접착하는 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 과제는, 모기판 상에서 형성되는 플렉서블 기판의 생산시간 및 생산원가를 낮추는 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 과제는, 모기판의 스크래치나 파티클에 의한 오염을 낮춰 플렉서블 전자소자의 표면 거칠기를 낮게 유지하기 위한 플렉서블 전자소자용 금속기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
또 다른 과제는, 반복적인 성막 또는 연마 없이 모기판을 관리할 수 있도록 하고, 모기판의 표면조도를 그대로 전사되도록 하여 플렉서블 전자소자용 금속기판의 양산성을 높이도록 하는 것이며, 모기판의 재사용가능하도록 표면조도를 유지하는 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 과제는, 전자소자와 열팽창계수 차이에 의한 균열이나 박리의 문제가 없도록 단일 조성의 낮은 열팽창계수를 갖는 플렉서블 금속 기판을 제공하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법은 (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계, (b) 상기 플렉서블 기판을 접착층이 형성되어 있는 보강기판과 접착하는 단계, (c) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 (d) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 측면에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계; (b) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및 (c) 상기 모기판과 접촉되지 않았던 상기 플렉서블 기판면에 접착층이 형성되어 있는 보강기판을 접착하는 단계; (d) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계; (b) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및 (c) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계; (d) 상기 모기판과 접촉되지 않았던 상기 플렉서블 기판면에 접착층이 형성되어 있는 보강기판을 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계; (b) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및 (c) 상기 모기판과 접촉되었던 상기 플렉서블 기판면에 점착층이 형성되어 있는 보강기판을 접착하는 단계; (d) 상기 보강기판이 점착된 상기 플렉서블 기판에서 상기 보강기판을 제거하는 단계; (e) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판은 산성 도금 용액 또는 염기성 도금 용액에 대해 내부식성을 갖고 있는 도전성이 있는 음극인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플렉서블 모기판 상에 산성 도금 용액 또는 염기성 도금 용액에 대해 내부식성을 갖고 있는 보호층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판은 평판, 롤 또는 필름의 형태인 것을 특징으로 하며, 유리, 고분자 재료, 금속으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판은 Ni, Mo, Cr 중 적어도 하나를 포함하는 Fe 합금, Ti 또는 Ti 합금, Cu, Ni, Al, Mo, Cr 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플렉서블 기판이 형성되는 상기 모기판 또는 상기 보호층을 포함하는 모기판 면의 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚ 또는 0 < Rp -v< 1000 ㎚로 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판 또는 상기 보호층을 포함하는 모기판은 상기 플렉서블 기판으로부터 분리된 후 상기 표면 거칠기가 유지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판 또는 상기 보호층을 포함하는 모기판은 상기 플렉서블 기판으로부터 분리된 후 반복적 연마 없이도 상기 플렉서블 기판 형성단계에서 재사용 할 수 있는 것을 특징으로 하며, 상기 모기판에 산화 처리 또는 질화 처리하여 표면에 부동태 피막을 형성시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판 상의 부동태 피막은 플렉서블 모기판 표면을 대기, 산소, 질소 중 적어도 하나의 가스 분위기에서 자외선, 레이저, 전자선을 조사하거나, 플라즈마 처리하여 형성시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판의 표면에 형성된 부동태 피막의 두께는 1 nm 이상 100 nm 이하인 것, 바람직하게는 1 nm 이상 20 nm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보호층 형성단계 이전에, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 상기 보호층이 형성될 모기판 표면을 플라즈마 처리하거나 상기 모기판 표면에 UV를 조사하여 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 하며, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 Mo, Ni, Cr, Ti, Fe 등의 결합층을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보호층 형성단계에서, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 스퍼터링 방법 또는 전자선 증착 방법 또는 이온 플레이팅 방법을 사용하여 상기 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 형성중인 보호층에 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 하며, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 상기 플렉서블 모기판을 100 ℃ 이상 800 ℃ 이하로 가열하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보호층은 Au, Pt, Ir, Pd, Os, Rh, Ru 및 그 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 보호층은 Mo, Ni, Cr, Ti, Fe, Al, B, C의 산화물 또는 질화물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보호층의 두께는 1 nm 이상 5000 nm 이하인 것, 바람직하게는 1 nm 이상 1000 nm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판은 평탄화층으로 표면 조도가 조절된 것을 특징으로 하고, 상기 평탄화층은 고분자 화합물인 것인 것을 특징으로 한다. 그 고분자 화합물은 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리에스테르를 포함하는 공중합체, 폴리이미드(Polyimide:PI) 또는 폴리이미드를 포함하는 공중합체, 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 또는 폴리아크릴산을 포함하는 공중합체, 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리스티렌을 포함하는 공중합체, 폴리설파이트(polysulfate) 또는 폴리설파이트를 포함하는 공중합체, 폴리아믹산(polyamic acid) 또는 폴리아믹산을 포함하는 공중합체, 폴리아민(polyamine) 또는 폴리아민을 포함하는 공중합체, 폴리비닐 알콜(Polyvinylalcohol; PVA), 폴리 알릴아민(Polyallyamine) 및 폴리아크릴산(polyacrylic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고분자 화합물이다.
또한, 상기 보강기판이 접착된 상기 플렉서블 기판과 하부 층 사이의 계면결합력이 상기 보강기판이 접착된 상기 플렉서블 기판의 항복강도보다 작게 되도록 조절하고, 상기 보강기판이 접착된 상기 플렉서블 기판 분리단계에서, 물리적인 힘을 통해 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리하는 것을 특징으로 하며, 상기 플렉서블 기판과 하부 층 사이의 계면결합력이 상기 플렉서블 기판의 항복강도보다 작게 되도록 조절하고, 상기 플렉서블 기판 분리단계에서, 물리적인 힘을 통해 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플렉서블 기판의 두께는 5 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하며, 상기 플렉서블 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, INVAR 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플렉서블 기판은 주조법 또는 전자선 증착법 또는 열 증착법 또는 스퍼터 증착법 또는 화학기상 증착법 또는 전기 도금법 중 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 플렉서블 기판은 전기 도금법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강기판의 두께는 5㎛ 이상 3,000㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모기판상에 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기에 기재된 방법에 의해 제조된 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 기판을 제공하는 것을 목적으로 하며, 연마가공 또는 평탄화 코팅 없이 상기 플렉서블 기판의 분리면 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚ 또는 0 < Rp -v< 1000 ㎚로 조절되는 것을 특징으로 한다. 상기 플렉서블 기판의 두께는 5㎛ 내지 500㎛의 두께로 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 플렉서블 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, INVAR 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전자소자는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로프로세서(microprocessor), 램(Random access memory: RAM), 태양전지 (Solar cell)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 평탄한 박막기판을 이용한 플렉서블 전자소자 제조 방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 기판은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있어, 고성능의 플렉서블 전자소자를 저비용으로 제조하는데 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
첫째, 모기판과 거의 동일한 표면 거칠기를 갖는 분리면 상에 전자소자를 형성함으로써, 기존 플렉서블 전자소자 제조 방법에서 해결하지 못하였던 플렉서블 기판, 특히 금속제 플렉서블 기판의 표면거칠기 문제를 용이하게 해결할 수 있다.
둘째, 플렉서블 기판의 표면거칠기를 매우 낮게 유지할 수 있기 때문에, 공정온도를 350℃ 이하로 낮추는 고분자 계열의 평탄화층이 필요 없어 공정시간, 비용을 절감할 뿐 아니라, 450℃ 이상의 고온 공정을 통해 폴리실리콘 TFT와 같은 고성능의 전자소자를 만들 수 있는 장점이 있다.
셋째, 플렉서블 기판의 제조에 있어서, 고가의 연마 공정이 필요 없어지고, 높은 결함 밀도로 인한 저수율 문제를 해결할 수 있어 경제성이 개선된다.
넷째, 본 발명에 따른 플렉서블 기판의 재료를 인바합금으로 할 경우 Si이나 SiO2, SiN 등의 무기물 반도체, 절연체와 비슷한 수준으로 열팽창 계수를 낮게 조절할 수 있으므로 온도 상승률과 하강률 등의 공정 조건의 변화가 필요가 없어, 열팽창 계수의 차이에 의한 균열의 발생을 줄이는데 유리하다.
다섯째, 본 발명의 한 측면으로 별도의 평탄화 처리를 하지 않은 보강기판을 플렉서블 기판 접착하여 전자소자를 제작하므로, 플렉서블 기판의 두께를 낮출 수 있어 플렉서블 기판을 생산하는 시간이 감소하며, 저가의 보강기판을 사용하므로 생산원가를 낮출 수 있다. 또한, 플렉서블 기판의 물리적, 기계적 물성을 보강기판이 보완을 함으로서 휨, 반송, 정렬 등의 문제없이 기존 유리기판 공정 조건 및 설비를 그대로 이용할 수 있다.
여섯째, 모기판이 롤 또는 롤 필름 형태가 가능하므로 플렉서블 기판의 형성과 박리를 롤-투-롤(Roll To Roll) 공정으로 할 수가 있다. 또한, 생산된 플렉서블 기판을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
일곱째, 롤 필름 모기판을 연속적으로 공급하므로 표면 스크래치나 파티클이 없이 모기판의 청정도 및 평탄도를 항상 유지할 수 있으며, 기판 생산 공정의 중단 없이 플렉서블 기판을 떼어낸 모기판을 세척을 통해 반복 사용할 수 있는 장점이 있다.
여덟째, 롤 필름 모기판을 연속적으로 공급하므로, 플렉서블 기판이 형성되는 면적을 크게 증가시킬 수 있어 경제성이나 생산성이 크게 증가하는 장점이 있다.
아홉째, 분리된 플렉서블 기판면 또는 후면에 접착된 보강기판은 플렉서블 기판의 이송, 운반, 권취, 보관 등 여러 공정상 발생할 수 있는 표면 스크래치나 파티클에 의한 손상 및 부식으로 부터 플렉서블 기판의 청정도 및 평탄도를 유지할 수 있어 플렉서블 기판의 생산 및 플렉서블 전자소자의 생산에 있어 수율을 크게 증가 시키는 장점이 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 17 내지 도 24는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 또한 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
<제 1 실시예>
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법은 (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계, (b) 상기 플렉서블 기판을 접착층이 형성되어 있는 보강기판과 접착하는 단계, (c) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 (d) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제 1 실시예는 롤 투 롤(Roll To Roll) 공정을 이용하여 구현될 수 있다. 롤 투 롤 공정을 사용할 경우 플렉서블 기판(200)을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
이하에서는 제 1 실시예가 롤 투 롤(Roll To Roll) 공정을 이용한 경우를 예로 들어 설명한다. 먼저 도 1과 도 2를 참조하면, 롤 필름 즉 플렉서블한 재질을 갖는 모기판(100)이 권취되어 있는 모기판 공급롤을 회전시켜 모기판(100)의 공급을 개시한다. 플렉서블 기판(200)은 모기판 공급롤을 통해 평탄하게 공급되는 모기판(100) 상에 형성된다. 도 1과 도 2의 도면부호 A1은 모기판(100) 상에 플렉서블 기판(200)이 형성되어 있는 상태를 나타낸다. 모기판 공급롤의 회전속도 즉, 모기판(100)의 공급속도는 플렉서블 기판(200)을 모기판(100) 상에 형성하기 위해 필요한 시간을 고려하여 결정된다. 본 발명의 제 1 실시예에 개시된 바와 같이, 매우 낮은 표면거칠기를 갖고 반복 사용할 수 있는 모기판(100)의 표면에 플렉서블 기판(200)을 형성한 후, 플렉서블 기판(200)을 모기판(100)으로부터 분리하면, 플렉서블 기판(200)의 분리면은 모기판(100)의 표면 상태와 거의 유사한 표면 상태를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 모기판으로 플렉서블 모기판(100)을 사용하며 표면 거칠기가 Rms<4 nm, Rp-v<30 nm인 100 um 두께의 Ni, Mo, Cr이 함유된 Fe 합금 시트를 사용하였으며, 전기 도금 방식을 통하여 INVAR를 15 um로 플렉서블 기판(200)을 형성하였다. INVAR를 세척 및 건조 한 후 INVAR에 반경화된 폴리이미드 필름(400)을 접착하였다. (도4 및 도5) 모기판인 Fe 합금과 INVAR 사이를 분리시킨 후(도6), 플렉서블 기판용 권취롤에 플렉서블 기판(200)을 감았다. Fe 합금과 INVAR 사이를 분리시켜 세척 및 건조 후 INVAR를 플렉서블 기판용 권취롤에 플렉서블 기판(200)을 감았다.
제 1 실시예의 보강기판(400)은 얇은 두께의 플렉서블 기판 생산할 때 유리하다. 플렉서블 기판의 두께가 얇아지면 생산 시간 및 비용이 단축되며, 모기판의 손상 가능성도 낮아지게 된다. 하지만 플렉서블 기판의 두께가 얇아지면 모기판과 플렉서블 기판의 분리시 플렉서블 기판이 손상될 가능성이 크다. 별도의 평탄화 처리를 하지 않은 보강기판을 플렉서블 기판 접착하여 전자소자를 제작하는 경우에는, 플렉서블 기판의 두께를 낮출 수 있어 플렉서블 기판을 생산하는 시간이 감소하며, 저가의 보강기판을 사용하므로 생산원가를 낮출 수 있다. 또한, 플렉서블 기판의 물리적, 기계적 물성을 보강기판이 보완을 함으로서 휨, 반송, 정렬 등의 문제없이 기존 공정 조건 및 설비를 이용할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 플렉서블 모기판(100)으로부터 분리된 플렉서블 기판(200)의 분리면 상에 (도1의 F1) OLED 소자를 형성하였다. OLED 소자는 포토레지스트를 이용해 패턴을 형성한 후 Cu 플렉서블 기판 위에 Ag를 반사전극을 100 nm 형성하고, 1 nm 두께로 CuO로 정공 주입층을 형성하였고, 상기 정공 주입층 상에는 70 nm 두께로 a-NPD를 정공 수송층으로 형성하였고, 상기 정공 수송층 상에는 40 nm 두께로 Alq3를 발광층으로 형성하였고, 상기 발광층 상에는 5 nm 두께로 BCP를 정공 방지층을 형성하였고, 상기 정공 방지층 상에는 20 nm 두께로 Alq3를 전자 수송층으로 형성하였고, 상기 전자 수송층 상에 10 nm 두께로 Al을 투명 전극으로 형성하는 방법을 통해, 플렉서블 OLED를 제조할 수 있었다.
비교군으로 유리기판을 이용하여 동일한 구조의 OLED를 제조하였을 때 플렉서블 기판(200)을 사용한 OLED와 두 기판 모두 유사한 전기적, 광학적 결과를 얻었으며 표면 거칠기로 인한 차이를 확인할 수 없었다. 또한, Fe 합금 플렉서블 모기판(100)에서 플렉서블 기판(200)을 분리 후에도 분리전과 측정 오차범위 이내의 표면 거칠기 변화만이 관찰되었으며, 반복적인 INVAR 플렉서블 기판의 생산 후에도 표면 거칠기의 변화는 관찰되지 않았다.
플렉서블 모기판의 두께는 기판의 유연성을 고려하면 1 um 이상 5,000 um 이하일 수 있으며 플렉서블 모기판의 두께는 플렉서블 모기판의 이송 속도에 따른 기계적 강도 및 플렉서블 기판 제작, 전자소자 제작시 사용되는 이송, 권취롤의 크기에 따라 변할 수 있으며 50 um 이상 2,000 um 이하인 것이 바람직하다.
대면적 연속 공정이 수행되는 본 발명에서는 신뢰성 있는 플렉서블 기판(200)을 만들기 위해, 플렉서블 모기판(100)의 손상으로 인해 발생하는 플렉서블 기판(200)의 불량을 감소시킬 수 있는 기술 적용이 매우 중요하다. 특히, 요구되는 플렉서블 모기판(100)의 표면조도가 유지되어야 하는 수준은 종래 도금 기술에서 허용되는 수준과는 비교할 수 없을 정도로 높다. 롤 형상의 모기판을 사용하는 종래 기술들 경우에 모기판의 표면 거칠기는 5 um 내지 10 um 수준이며, 산업적 필요에 의해 표면 조도를 낮추는 경우에도 1 um 이상이 허용된다. 그러나, 본 발명은 극히 낮은 표면 조도인 100 nm 이하, 보다 바람직하게는 태양전지의 경우 50 nm, 유기전자소자의 경우에는 4 nm 이하의 표면 조도 (Rms)가 유지되야 한다. 요구되는 표면 거칠기 뿐 아니라 결함 밀도도 종래 기술과 본 발명의 차이는 매우 크다. 종래 도금기술은 주로 유연 회로 기판에 사용되고 있으나, 그 크기는 주로 모바일 기기의 면적에서 높은 표면 거칠기도 허용이 된다. 이에 비해 본 발명이 적용되는 디스플레이, 조명, 태양전지의 분야는 40~50 인치 이상의 대면적화가 필수적이여서 단위 cm2당 10- 5이하로 결함 밀도로 표면 거칠기가 극히 낮은 수준으로 유지되어야 한다. 따라서, 플렉서블 모기판으로부터 플렉서블 기판을 분리한 후 표면 거칠기를 유지하며, 반복적인 사용에도 표면 거칠기를 유지하기 위해서는 종래 기술 차별화 된 기술적 해결 수단이 요구된다.
구체적으로는, 플렉서블 모기판(100)이 부식, 스크래치, 개재물 부착 등으로 손상되어 표면 거칠기가 높아지면, 플렉서블 기판(200) 분리면의 거칠기도 높아지게 된다. 그러면, 분리면 상부에 형성되는 전자소자(300)의 단락, 누설 전류 증가 등의 문제가 발생한다. 이로 인한 수율 감소는 불량품 생산 원가에 비례하여 기하급수적인 비용 상승을 초래한다. 즉, 플렉서블 모기판(100)의 손상은 플렉서블 모기판(100)뿐 아니라, 플렉서블 기판(200), 전자소자(300) 등에 모두 문제를 발생시키게 한다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로는 플렉서블 기판 형성시 반복적으로 플렉서블 모기판(100)상에 별도의 층을 성막하는 방법이 있으나, 추가적인 비용이 들고 추가되는 층이 플렉서블 기판에 부착되는 단점이 있다. 다른 방법으로 손상이 발생한 플렉서블 모기판을 연마를 하는 방법이 있으나, 길다란 시트 형태로 되어 있는 플렉서블 모기판의 넓은 면적을 연마하기에는 시간 및 비용이 많이 든다. 특히 박막의 플렉서블 모기판 얇은 두께의 시트를 연마하는 것은 원형 운동을 하는 롤형상 모기판을 연마하는 소위 버핑보다 기술적 난이도가 매우 높아 현실적으로 사용하기 힘들다. 또한, 일반적인 버핑 공정은 롤 형상이더라도 본 발명이 요구하는 정도의 낮은 표면 거칠기, 표면 걸함 밀도를 만들기 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 100 nm 이하 수준의 표면 거칠기를 유지하는 방법을 다름과 같이 제공하고 있다. 구체적인 방법으로 플렉서블 모기판(100)은 전도성 및 내부식성이 있는 음극이 바람직하다. 플렉서블 형상 모기판(100) 표면 손상의 주요 원인은 Ph 2~3에 이르는 산성 도금 용액에 의한 부식, 세정 과정 중 물에 의한 부식, 공기 중의 불균일 표면 산화가 있으며, 기존 전자소자 공정에 쓰이는 유리 기판에 요구되는 기판 청결도 수준을 갖기 위해서는, 금속 재질의 플렉서블 기판 제조 공정 환경 하에서 모기판이 손상되지 않도록 모기판 재료는 내부식성을 가져야 한다. 모기판 재료로서 내부식성을 갖는 금속이면 어떤 재료도 무방하나, 단일 조성을 갖는 금속 기판이 전도성 음극으로 바람직하다. 복층으로 구성되어 있는 모기판의 경우 층간 박리에 의한 모기판 손상이 발생할 수 있다. 모기판 재료로서 Fe에 Ni, Mo, Cr 등이 들어 있는 합금이나 Ti 합금 또는 Cu, Ni, Al, Mo, Cr 등 으로 이루어진 합금이 될 수 있다.
내부식성을 갖는 플렉서블 모기판(100)의 세정 및 추가적인 표면 처리는 모기판 표면에 1 nm 내지 100 nm, 좀 더 일반적으로는 1 nm 내지 20 nm 두께의 안정적인 부동태 피막을 표면에 제공한다. 상술한 두께는 요구되는 플렉서블 기판의 표면 거칠기인 100 nm이하이므로 표면 거칠기에 큰 영향을 미치지 않으면서 내부식성 증대 역할을 수행하게 된다. 롤 형상 모기판은 산성 또는 염기성 도금 용액에 1000 ~ 5000 시간 이상 담겨 있으나 플렉서블 모기판은 도금용액에 플렉서블 기판 형성하는 잠시 동안만 도금욕에 침지되고 나오므로 종래 기술들에서 사용되었던 수 um 두께보다 작아도 내부식성을 유지할 수 있다. 이러한 플렉서블 모기판(100)상에 형성된 수~수십 nm 두께의 부동태 피막은 도금을 위한 전기 전도에는 큰 영향을 미치지 않는 범위이다. 또한 롤-투-롤 공정 중 유연성이 필요한 플렉서블 모기판상에 존재하는 두꺼운 부동태 피막은 작은 곡률 반경에 약하여 균열이나 박리 현상이 발생하는 문제점이 생길 수 있다. 플렉서블 모기판은 롤 형상 모기판에 비해 넓은 면적을 도금할 수 있으나, 두께가 한정되어 있어 롤 형상 모기판에 비해 높은 전도도가 바람직하기 때문에 부동태 피막의 두께가 낮게 한정되는 것이 바람직하다. 또한, 부동태 피막은 플렉서블 모기판(100)과 플렉서블 기판(200)사이 계면 분리를 용이하게 하는 결합력을 조절하는 역할을 하므로 금속 재질의 플렉서블 기판(200) 제조에 바람직하다.
자연발생적 부동태 피막은 플렉서블 모기판 상에 불균일하게 형성될 수 있다. 부동태 피막의 구조나 두께가 다소 불안정한 부분에서는 수소가스 침투로 인하여 수산화물이 형성되거나, 높은 염소 이온 농도하에서 금속 염화물이 형성되어 플렉서블 모기판을 부식으로 손상시킨다. 따라서, 상술한 본 발명의 요구되는 표면 거칠기 및 결함밀도를 고려하여 볼 때 플렉서블 모기판은 자연발생적 부동태 피막보다는 인위적인 산화 처리 또는 질화 처리하여 표면에 균일하고 우수한 품질의 부동태 피막을 형성시킨 것이 바람직하다. 플렉서블 모기판(100) 표면 처리는 산화 또는 질화 처리를 통해 모기판(100) 표면에 부동태 피막을 형성할 수 있으면 어떤 방법이나 무방하나, 플렉서블 모기판 표면을 대기, 산소, 질소 중 적어도 하나의 가스 분위기에서 자외선, 레이저, 전자선을 조사하거나, 플라즈마 처리하여 형성시킬 수 있다. 이러한 부동태 피막은 산성 도금 용액 또는 염기성 도금 용액에 의한 손상으로부터 플렉서블 모기판을 보호하게 된다. 롤 형상의 모기판인 경우에도 도금액의 산성도 및 도금 용액 구성에 따라 롤 형상 모기판의 표면 거칠기의 유지에 문제가 없는 경우에는 플렉서블 모기판과 동일하게 부동태 피막을 사용할 수 있다.
상기와 같은 이유로 본 발명의 제 1 실시예에서는 모기판(100)으로서 표면 거칠기가 Rms<4 nm, Rp-v<30 nm인 100 nm 두께의 Ni, Mo, Cr이 함유된 Fe 합금 시트를 사용하였으며, 높은 부식성 환경 하에서 플렉서블 기판 제조시에도 유의미한 표면 거칠기 변화는 관찰되지 않았으며, 반복적인 연마 또는 별도의 층 성막 없이 모기판으로서 재사용을 할 수 있었다.
[제 2 실시예]
도 9 내지 도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 도면이다. 도 9 내지 도 16을 참조하면, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법은 (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계, (b) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계, (c) 상기 모기판과 접촉되지 않았던 상기 플렉서블 기판면에 접착층이 형성되어 있는 보강기판을 접착하는 단계, (d) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제 2 실시예도 롤 투 롤(Roll To Roll) 공정을 이용하여 구현될 수 있다. 롤 투 롤 공정을 사용할 경우 플렉서블 기판(200)을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
이하에서는 제 2 실시예가 롤 투 롤(Roll To Roll) 공정을 이용한 경우를 예로 들어, 제 1 실시예와 비교하여 제 2 실시예가 갖는 특징적인 사항을 설명한다.
먼저 도 9와 도 10을 참조하면, 플렉서블한 재질을 갖는 모기판(100)이 권취되어 있는 모기판 공급롤을 회전시켜 모기판(100)의 공급을 개시한다. 도 9와 도 10의 도면부호 A2는 모기판(100) 상에 플렉서블 기판(200)이 형성되어 있는 상태를 나타낸다.
다음으로 도 9, 도 11 및 도 12를 참조하면, 모기판(100)을 인출하기 위한 모기판 인출롤과 플렉서블 기판(200)을 분리해내기 위한 플렉서블 기판 인출롤을 회전시켜 플렉서블 기판(200)을 모기판(100)으로부터 분리해낸다. 도 9와 도 11의 B2는 모기판(100)과 플렉서블 기판(200)이 분리되는 상태를 나타내고, 도 9와 도 12의 C2는 모기판(100)과 플렉서블 기판(200)의 분리가 완료된 이후의 플렉서블 기판(200)을 나타낸다.
다음으로 도 9, 도 13, 도 14 및 도 15를 참조하면, 플렉서블 기판 분리롤을 통해 공급되는 플렉서블 기판(200)과 보강기판 공급롤을 통해 공급되는 접착층(300)이 형성되어 있는 보강기판(400)을 한 쌍의 압착롤로 압착하여 접착한다. 도 9와 도 13의 도면부호 D2는 접착층(300)이 형성되어 있는 보강기판(400)을 나타내고, 도 9와 도 14의 도면부호 E2는 플렉서블 기판(200)과 접착층(300)이 형성되어 있는 보강기판(400)이 접착되는 상태를 나타내고, 도 9와 도 15의 도면부호 F2는 접착이 완료된 후의 상태를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예의 결과물인 플렉서블 전자소자를 나타낸다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예는 모기판(100)과 플렉서블 기판(200)을 먼저 분리한 이후에, 플렉서블 기판(200)을 보강기판(400)과 접착한다는 점에서, 제 1 실시예와 비교하여 차이가 있다.
본 발명의 도 9에 나타낸 제 2 실시예에서는 모기판으로 플렉서블 모기판(100)을 사용하였는데 표면 거칠기가 Rms ~ 4 nm, Rp-v<30 nm인 100 nm 두께의 Pt 보호층이 있는 모기판과 Ti 보호층이 있는 모기판으로 100 um 두께의 Cu 시트를 사용하였으며, 전기 도금 방식을 통하여 INVAR를 50 um로 플렉서블 기판(200)을 형성한 후 (도10), Pt 또는 Ti와 INVAR 사이를 분리시켜 (도11) 세척, 건조, 열처리를 하였다. 그 이후에는 분리된 INVAR에 (도 12) 반경화된 폴리이미드 필름 (도13)을 접착하고 (도14 및 도15) INVAR를 플렉서블 기판용 권취롤에 플렉서블 기판(200)을 감았다.
제 2 실시예의 보강기판(400)은 가혹한 변형 조건에서 사용되는 플렉서블 전자소자를 생산할 때 유리하다. 플렉서블 기판이 두께가 얇은 일반적인 금속 재질인 경우 작은 곡률 반경을 갖도록 변형이 가해지면 소성 변형이 일어나게 되어 플렉서블 전자소자가 영구적으로 손상되게 된다. 탄성 복원력이 높은 이종 금속이나, 플라스틱 보호층을 플렉서블 기판의 후면에 접착하게 되면, 변형에 의한 손상이 방지되고, 원하는 형태로 쉽게 복원시킬 수 있게 된다. 만약, 접착제 및 보강기판의 낮은 내열 온도가 후속 공정에 문제가 될 경우에는 플렉서블 전자소자를 다 만들고 마지막 공정 단계에서 보강기판을 접착하여도 무방하다.
본 발명의 제 2 실시예에서는 플렉서블 모기판(100)으로 Pt 보호층이 있는 모기판과 Ti 보호층이 있는 모기판으로 표면 거칠기가 Rms<4 nm, Rp-v<30 nm인 100 nm이며 100 um 두께를 갖는 Cu 시트를 사용하였다. 아세톤, 이소프로판 알콜, 이온이 제거된 정제수에 담근 채 각 5분씩 초음파 세정을 하였다. 표면에 남은 잔류 정제수를 질소로 불어낸 후 1분 동안 150 ℃로 가열하여 제거하였다. 추가적으로 UVO 처리를 10분 동안 진행하여 표면에 제거되지 않은 불순물을 제거하였다. 보호층으로서 Ar 가스 이온빔 보조 전자선 증착(ion-beam assisted electron-beam deposition)방법을 통하여 Ti, Pt를 각 각 50 nm와 500 nm를 증착하였다. 다음으로, Ti 및 Pt 표면에 O2 플라즈마 처리를 1분 동안 수행하였다.
다음으로, 플렉서블 모기판(100)으로부터 분리된 플렉서블 기판(200)의 분리면 상에 (도9의 C2) OLED 소자를 형성하였다(도16). OLED 소자는 포토레지스트를 이용해 패턴을 형성한 후 Cu 플렉서블 기판 위에 Ag를 반사전극을 100nm 형성하고, 1nm 두께로 CuO로 정공 주입층을 형성하였고, 상기 정공 주입층 상에는 70nm 두께로 a-NPD를 정공 수송층으로 형성하였고, 상기 정공 수송층 상에는 40nm 두께로 Alq3를 발광층으로 형성하였고, 상기 발광층 상에는 5nm 두께로 BCP를 정공 방지층을 형성하였고, 상기 정공 방지층 상에는 20nm 두께로 Alq3를 전자 수송층으로 형성하였고, 상기 전자 수송층 상에 10nm 두께로 Al을 투명 전극으로 형성하는 방법을 통해, 플렉서블 OLED를 제조할 수 있었다.
본 발명의 실시예2에서는 대면적 연속 공정에서 신뢰성 있는 플렉서블 모기판(100) 관리 및 플렉서블 금속 기판(200)의 불량을 감소시킬 수 있는 기술로서 플렉서블 모기판의 보호층을 개시하고 있다.
종래의 기술에서는 음극 표면을 보호하기 위해 사용하는 인산염 또는 크롬산염 피막제를 사용하고 있으나 모기판 표면과 화학반응을 통하여 표면을 거칠게 만들므로 극히 평탄한 표면 거칠기가 필요한 본 발명의 보호층 재료로는 적합하지 않다.
보호층 재료로서 내부식성을 갖는 금속이면 어떤 재료도 무방하나, 귀금속인 Au, Pt, Ir, Pd, Os, Rh, Ru 및 그 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, Mo, Ni, Cr, Ti, Fe, Al, B, C의 산화물 또는 질화물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것과 같이 내식성이 있는 재료이면 어떤 재료도 무방하다. 상기 보호층의 두께는 모기판 위에 형성된 보호층의 표면 거칠기가 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚ 또는 0 < Rp -v< 1000 ㎚를 유지할 수 있는 두께이면 어떤 두께이든 무방하다. 바람직하게는 상기 보호층의 두께는 1 nm 이상 5000 nm 이하일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10 nm 이상 1000 nm 이하로 한정되는 것이 좋다. 보호층 두께의 한정 이유는 실시예 1에서 상술한 부동태 피막의 두께 한정과 이유가 동일하다. 단, 보호층으로 전도성 물질을 사용하는 경우에는 부동태 피막보다 두꺼운 두께를 사용할 수 있다. 일반적인 박막 성막의 경우, 장비 및 성막 방법에 따라 차이는 있으나 3 ~ 10 % 정도의 막의 높이의 불균일 도가 존재한다. 만약 um 단위의 보호층 형성시 보호층 형성에 의한 표면 거칠기 증가가 문제가 되며, 특히 산화물, 질화물 등 경도가 높은 경우에는 요구되는 표면 거칠기(Rms, Rp-v)를 만족시키기 위해서는 연마 등의 추가 작업도 곤란하다. 또한 롤-투-롤 공정 중 유연성이 필요한 플렉서블 모기판상에 존재하는 두꺼운 산화물, 질화물은 작은 곡률 반경에 약하여 균열이나 박리 현상이 발생하는 문제점이 생길 수 있다. 모기판에서 보호층의 분리 방지, 층 형성 용이성,, 내부식성, 보호층을 포함한 모기판이 높은 전도도 및 낮은 표면 거칠기를 유지할 수 있는 범위 등을 종합적으로 판단하여 부동태 피막 및 보호층의 물질 및 두께, 형성 방법을 선택하는 것이 가장 바람직하다.
보호층/플렉서블 모기판(100) 구조 (도6) 또는 다층으로 구성되어 있는 보호층의 경우 불균일 층간 박리에 의해 플렉서블 기판(200)의 거칠기를 증가시키는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 보호층과 모기판 사이에 계면이 분리되어 플렉서블 기판(200)에 보호층이 전사될 수 있다. 플렉서블 모기판(100)과 보호층의 계면이 분리되는 경우는 플렉서블 금속 기판(200)을 제조할 때 마다 반복적으로 모기판(100)에 보호층을 형성해야 한다. 반복적인 보호층 형성은 재료비, 생산비용의 상승을 초래하며 특히 롤투롤(Roll to Roll) 대량 생산에 부적합한 진공 증착을 반복적으로 수행해야 하는 문제가 있다.
이를 도금 하지층을 이용하는 기존의 도금 공정과 비교하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
즉 도 8을 참조하면, 기존 도금 공정에는 기판 손상을 방지하기 위해 크롬산염이나 인산염 피막처리를 한 후 기판과 도금층과의 계면 결합력 증대를 위해 도금 하지층(210)으로 흔히 사용되는 Cr, Ti, Ni 등을 사용하며, 기판과 도금 하지층 계면에서 분리시켜 도금층 상에 도금 하지층(210)이 함께 분리되게 된다. 그러나, 크롬산염이나 인산염을 표면 거칠기를 크게 증가시키는 문제점이 있어 평탄한 플렉서블 금속 기판을 만드는 데는 부적당하다. 보다 구체적으로, 계면 결합력 증대를 위한 도금 하지층(210)으로 흔히 사용되는 Cr, Ti, Ni 등의 물질은 두 층 사이의 계면 결합력을 증대시킬 수는 있으나, 진공 증착 시 진공 챔버에 남아있는 수분 및 유해 가스의 게터 역할을 하여 하부 기판 상에 증착되는 수 원자층에는 산화와 같은 변성이 진행된다. 따라서, 일반적인 증착 조건 및 진공 챔버 상태로서 모기판 상에 증착된 도금 하지층 및 도금층을 분리시 하부 기판과 도금 하지층 사이가 분리되게 된다. 이에 반해 본 발명은 보호층이 모기판 상에 증착될 때, 보호층 물질이 산화되지 않도록 진공 챔버의 히팅 및 고진공도 유지 등의 가능한 방법 등을 동원하여 반복적인 플렉서블 금속 기판의 생산에도 불구하고, 모기판에 보호층이 안정적으로 부착되고, 보호층과 플렉서블 금속 기판이 분리될 수 있도록 하였다.
또한, 기존 도금 공정에 의하면, 도금층과 도금 하지층 사이의 열팽창 계수 차이로 기판 가열시 기판의 휨 및 전자소자의 누설 전류가 증대되는 문제가 나타난다. 또한, 도금 공정에서 전극으로서 필요한 전도도를 높이기 위한 도금 하지층(210)으로 Au, Ag 등은 고온에서 집괴(agglomeration)에 의한 불균일한 표면을 만드는 문제가 있으며, Cu의 경우에는 쉽게 산화가 되며, 불안정한 산화막으로 인한 표면 거칠기 증가의 문제가 있다. 따라서, 보호층과 모기판의 계면 결합력을 증대시켜서 보호층과 플렉서블 금속 기판 사이만이 선택적으로 분리되는, 단일 조성을 갖는 플렉서블 금속 기판(200)을 제조하는 기술이 매우 중요하다.
본 발명은 모기판(100)과 보호층의 계면 결합력을 증대시키기 위한 방법으로 보호층이 형성될 모기판 표면을 플라즈마 처리하거나 상기 모기판 표면에 UV를 조사하여 표면처리를 수행할 수 있다. 또한 보호층 형성단계 이전에, 상기 플렉서블 모기판과 상기 보호층의 계면 결합력을 증대시키고 분리를 방지하기 위해 플렉서블 모기판(100)과 보호층 재료간의 계면 결합력이 약할 경우에는 Mo, Ni, Cr, Ti, Fe 등의 결합층 물질을 추가적으로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 보호층 형성 중에 모기판(100)을 100 ℃ 이상 800 ℃ 이하로 가열하여 보호층 물질이 모기판(100) 상에 높은 결합력을 갖고 증착될 수 있도록 할 수 있다. 증착방법으로는 열증착방법 보다는 증착되는 물질의 에너지가 상대적으로 높은 스퍼터링 또는 전자선 증착 또는 이온 플레이팅 방법이 바람직하다. 모기판(100)과 보호층의 계면 결합력을 증대시키기 위한 더 바람직한 방법으로는 보호층 증착 중 이온빔 보조 증착 (Ion-beam assisted deposition)을 하는 것이다. 상술한 방법을 조합하여 플렉서블 금속 기판(200)을 보호층으로부터 분리 시 모기판(100) 상의 보호층과 플렉서블 금속 기판(200) 계면이 안정적으로 분리될 수 있다. 따라서, 본 기술은 전자소자 구조 및 제조 공정상 요구되는 특정 열팽창 계수를 갖는 단일 플렉서블 금속 기판(200)을 얻을 수 있는 장점이 있다. 단일 조성으로 이루어진 플렉서블 금속 기판(200)은 서로 다른 조성으로 이루어진 다층 플렉서블 금속 기판에 비해 150 ℃ 이상 가열을 하는 고온 공정에서 기판의 휨이 없기 때문에 용이한 기판의 정렬 및 이송, 전자소자의 균열 방지 등의 효과가 있다.
다음으로, 표면에 Pt 또는 Ti 보호층이 있는 동판을 황산철과 설파민산니켈로 이루어진 Fe-Ni 도금 용액에 침지하여, 전기도금 방법으로 플렉서블 금속 기판(200)인 INVAR를 모기판(100) 상에 100 ㎛ 두께로 별도의 층 없이 바로 형성을 하였다. INVAR 기판의 Fe - 38% Ni 조성은 전류밀도, 황산철과 설파민산니켈의 비율, 전극간 거리, 교반속도, 첨가제로 조절하였다. 소정의 두께로 INVAR를 형성한 후 이온이 제거된 정제수를 5분 동안 흘려 스테인레스 스틸 및 INVAR 표면에 남아있는 도금액을 제거하였다. 표면에 남은 잔류 정제수를 질소로 불어낸 후 1분 동안 150 ℃로 가열하여 제거하였다.
다음으로, 동판 상에 형성된 Pt 보호층과 INVAR 기판을 물리적으로 분리하여 분리면이 플렉서블 모기판(100)과 유사한 거칠기를 갖는 평탄한 표면을 갖는 플렉서블한 INVAR 기판을 얻을 수 있다. INVAR 기판의 표면 거칠기는 측정 장비 및 측정 방법의 오차 범위 내에서 동판과 유사한 4 nm의 거칠기를 갖는 것으로 측정 되었다. 본 발명의 제2 실시예에서 사용한 플렉서블 모기판(100) 및 보호층은 반복적인 플렉서블 금속 기판 제조시에도 유의미한 표면 거칠기 변화는 관찰되지 않았으며, 반복적인 연마 또는 별도의 층 성막 없이 모기판(100)으로서 재사용을 할 수 있었다.
본 발명에서 플렉서블 모기판(100)상의 보호층과 플렉서블 금속 기판(200)의 분리는 두 층간 계면이 안정적으로 분리가 되는 방법이면 어떠한 방법이나 사용이 가능하다. 본 발명의 제1 실시예에서는 플렉서블 기판(200)과 플렉서블 모기판(100)상의 보호층 사이의 계면결합력이 플렉서블 기판(200)의 항복강도보다 작게 되도록 조절하고, 플렉서블 기판(200) 분리단계에서, 물리적인 힘을 통해 상기 플렉서블 기판(200)을 상기 플렉서블 모기판(100)상의 보호층으로부터 물리적으로 박리를 하였다. 물리적 박리 방법을 사용하는 경우 별도의 층이 필요 없으며, 단순한 방법으로 분리공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 모기판(100)과 상기 플렉서블 기판(200)의 분리를 위해 유기화합물 이형제 성분이 포함된 도금 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 기존 도금 공정에 널리 사용되는 크롬산염이나 인산염 이형제를 사용할 경우, 플렉서블 모기판 표면에 거친 피막을 형성해 플렉서블 모기판으로부터 분리된 플렉서블 기판의 표면 거칠기가 매우 높아져 평탄한 플렉서블 기판을 만드는 데는 부적당하다. 따라서, 플렉서블 모기판(100)의 표면 거칠기에 영향을 주지 않으나 플렉서블 모기판(100)과 플렉서블 금속 기판(200) 사이의 분리를 용이하게 하는 유기 화합물 또는 유기 금속화합물이 도금 용액에 들어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 제2 실시예 에서는 사카린 및 시트르산 나트륨을 사용하여 도금된 플렉서블 기판(200)인 INVAR의 내부 응력, 결정립, 모기판과 결합력을 조절하여 모기판(100)으로부터 분리를 용이하게 하였다.
다음으로, INVAR 기판을 질소 분위기, 700 ℃에서 30분 동안 소둔 즉, 어닐링(annealing)을 하였다. 도금 방법으로 형성된 INVAR 기판은 결정립이 매우 작고, 내부 응력을 갖고 있어서 소둔 없이 가열 공정이 있는 전자소자를 상부에 제작할 경우 재결정 과정이 진행되어 전자소자에 균열이 가고 휘는 문제가 발생하였었다. 약 38% Ni 조성을 갖는 소둔 된 INVAR 기판은 유리, 실리콘 및 실리콘 산화물로 이루어진 TFT와 가장 유사한 열팽창 계수를 갖고 있으며, 반복되는 고온공정에서도 열팽창 계수 차이로 인한 문제를 최소화 시키는데 가장 바람직하다. 상술한 열에 약한 도금 하지층(210)을 플렉서블 금속 기판에서 배제함으로써 고온에서도 사용가능한 평탄한 플렉서블 금속 기판을 얻을 수 있었다. 도금 하지층(210)으로 INVAR 기판 일면에 형성 된 Au, Ag 등은 열처리로 인한 집게 현상이 발생하여 표면 거칠기가 매우 높아졌었던 문제가 발생하였다. 플렉서블 기판의 소둔 공정이 필요한 경우는 보강기판 및 접착제의 내열 온도가 소둔 온도 이상인 물질을 사용하거나, 소둔 공정 후에 보강 기판을 접착하는 것이 바람직하다.
롤 형상의 모기판인 경우에도 도금액의 산성도 및 도금 용액 구성에 따라 롤 형상 모기판의 표면 거칠기의 유지에 문제가 없는 경우에는 플렉서블 모기판과 동일하게 보호층을 사용할 수 있다.
다음으로, 플렉서블 모기판(100)인 동판으로부터 분리된 플렉서블 금속 기판(200)인 INVAR의 분리면 상에 OLED 소자(300)를 형성하였다. OLED 소자는 포토레지스트를 이용해 패턴을 형성한 후 플렉서블 기판인 Ag를 반사전극으로 하여 1 nm 두께로 CuO로 정공 주입을 형성하고, 상기 정공주입층 상에는 70 nm 두께로 a-NPD를 정공 수송층으로 형성하고, 상기 정공 수송층 상에는 40 nm 두께로 Alq3를 발광층으로 형성하고, 상기 발광층 상에는 5 nm 두께로 BCP를 정공 방지층을 형성하고, 상기 정공 방지층 상에는 20 nm 두께로 Alq3를 전자 수송층으로 형성하고, 상기 전자 수송층 상에 10 nm 두께로 Al을 투명 전극으로 형성한 후, 보호층인 수분침투 방지층이 코팅된 열경화성 에폭시 필름을 접착하여, 플렉서블 OLED를 제조할 수 있었다.
본 발명에 있어서 전자소자(300)는, 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display:OLED), 태양전지(solar cell), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma displaypanel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로 프로세서(microprocessor) 및 램(Random access memory: RAM) 등 평탄한 기판이 필요한 전자소자면 어떤 것이든 무방하다.
[제 3 실시예]
본 발명의 제 3 실시예에서는 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 모기판인 Fe 합금과 플렉서블 기판인 INVAR 사이를 분리시킨후 INVAR 분리면에 보강기판인 폴리에틸렌 필름을 점착한 후 플렉서블 기판용 권취롤에 플렉서블 기판(200)을 감는 단계를 추가하였다. 보강기판은 PE, PET, PVC, EVA, OPP 등의 재질을 접착력, 신장율, 두께, 내열성, 내스크레치성 등을 고려하여 선택하는 것이 바람직하다.
제 3 실시예의 보강기판은 플렉서블 기판의 분리면을 보호하는 용도로 사용되었다. 보강기판을 사용할 경우 권취시 플렉서블 기판의 분리면 및 이면이 서로 맞닿는 것을 방지하게 되어 높은 표면거칠기를 갖고 있는 이면에 의한 스크래치를 막을 수 있다. 또한, 권취된 롤의 자중 및 외부 하중에 의해 눌려 플렉서블 기판의 평탄도가 손상되는 것도 방지할 수 있다. 이외에도 플렉서블 기판의 이송, 운반, 보관 등 여러 공정상 발생할 수 있는 표면 스크래치나 파티클에 의한 손상 및 부식으로 부터 보호할 수 있어 플렉서블 기판의 청정도 및 평탄도를 유지할 수 있다. 따라서, 플렉서블 기판의 생산 및 플렉서블 전자소자의 생산에 있어 수율을 크게 증가 시키는 장점이 있다. 제 3 실시예의 보강기판은 전자소자가 형성되는 플레서블 기판의 분리면에 사용되므로 전자소자 형성 전에 잔류물 없이 제거할 수 있게 점착하는 것이 바람직하다.
[제 4 실시예]
도 17 내지 도 24는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 17 내지 도 24를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법은 롤형상을 갖는 모기판(110) 상에 플렉서블 기판(200)을 형성하는 단계, 플렉서블 기판(200)을 모기판(110)으로부터 분리시키는 단계, 모기판(110)과 접촉되지 않았던 플렉서블 기판(200)의 일면을 접착층(300)이 형성되어 있는 보강기판(400)에 접착하는 단계 및 모기판(110)과 접촉되어 있던 플렉서블 기판(200)의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제 4 실시예도 롤 투 롤(Roll To Roll) 공정을 이용하여 구현될 수 있다. 롤 투 롤 공정을 사용할 경우 플렉서블 기판(200)을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
이하에서는 제 4 실시예가 롤 투 롤(Roll To Roll) 공정을 이용한 경우를 예로 들어, 제 1 실시예와 비교하여 제 4 실시예가 갖는 특징적인 사항을 설명한다.
먼저 도 17과 도 18을 참조하면, 플렉서블 기판(200)을 롤형상을 갖는 모기판(110)의 회전면 상에 형성한다. 즉, 제 4 실시예에서는, 롤 자체가 모기판(110)이다. 도 17과 도 18의 A3은 롤형상을 갖는 모기판(110) 상에 플렉서블 기판(200)이 형성되어 있는 상태를 나타낸다.
다음으로 도 17, 도 19 및 도 20을 참조하면, 롤형상을 갖는 모기판(110)의 회전면 상에 형성된 플렉서블 기판(200)을 롤형상을 갖는 모기판(110)과 이격되어 있는 인출롤을 통해 인출함으로써 플렉서블 기판(200)을 롤형상을 갖는 모기판(110)으로부터 분리한다. 도 17과 도 19의 B3은 플렉서블 기판(200)이 롤형상을 갖는 모기판(110)으로부터 분리되는 상태를 나타내고, 도 17과 도 20의 C3은 플렉서블 기판(200)이 롤형상을 갖는 모기판(110)으로부터 분리가 완료된 상태를 나타낸다.
다음으로 도 17, 도 21, 도 22 및 도 23을 참조하면, 롤형상을 갖는 모기판(110)을 통해 공급되는 플렉서블 기판(200)과 보강기판 공급롤을 통해 공급되는 접착층(300)이 형성되어 있는 보강기판(400)을 인출롤 및 이 인출롤과 쌍을 이루는 압착롤로 압착하여 접착한다. 도 17과 도 21의 D3은 접착층(300)이 형성되어 있는 보강기판(400)을 나타내고, 도 17과 도 22의 E3은 플렉서블 기판(200)과 접착층(300)이 형성되어 있는 보강기판(400)이 접착되는 상태를 나타내고, 도 17과 도 23의 F3은 접착이 완료된 후의 상태를 나타낸다.
도 24는 본 발명의 제 4 실시예의 결과물인 플렉서블 전자소자를 나타낸다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예는 롤 자체가 모기판(110)의 기능을 수행한다는 점에서, 제 1 실시예와 비교하여 차이가 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 전자소자는 앞서 상세히 설명한 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 의해 제조된 결과물이다.
설명의 편의상 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 플렉서블 기판은 보강기판(400), 접착층(300) 및 플렉서블 기판(200)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판은 앞서 상세히 설명한 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 의해 모기판 상에 플렉서블 기판(200)을 형성한 후 모기판으로부터 분리한 플렉서블 기판(200)의 분리면을 전자소자 형성면으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 실시예에서는 롤 형상 모기판(110)으로 경면처리를 스테인레스 봉(110)상에 보호층으로 500 nm 두께의 Cr층을 형성한 하여 표면 거칠기가 Rms<100㎚ 또는 Rp-v<1000㎚인 롤 형상 모기판 상에, 전기 도금 방식으로 20㎛ 두께의 INVAR층을 형성하였다. 이후 공정 방법은 실시예 1 내지 3과 동일하게 플렉서블 전자소자를 제작하였다.
실시예 1 내지 3에서 설명한 플렉서블 모기판을 사용하여 플렉서블 전자소자 제작에 적용되었던 재질, 층 구조 (보호층 포함), 표면 처리 등 상술한 기술적 사상이 롤 형상 모기판에도 그대로 적용될 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 4의 롤투롤 공정이 아니더라도 플렉서블 기판 재료 및 공정 방법의 용이성에 따라 배치타입 (Batch type)으로도 가능하다.
또한 실시예 1 내지 4의 보강기판은 유연성 및 기계적 물성을 고려할 때 5㎛ 이상 3,000㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 실시예 1 내지 4의 모기판에 패턴을 형성하여 광경로를 제어하여 빛 방출이나 산란이 증가된 플렉서블 기판을 만들 수 있으며, 또한 패턴을 통해 표면 플라즈몬 효과를 증폭 시키거나 억제하는 등 패턴을 통해 추가적인 전자소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
100: 모기판
110: 롤형상을 갖는 모기판
200: 플렉서블 기판
300: 접착층
400: 보강기판
500: 전자소자
600: 봉지층

Claims (46)

  1. 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서,
    (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;
    (b) 상기 플렉서블 기판을 접착층이 형성되어 있는 보강기판과 접착하는 단계;
    (c) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    (d) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 플렉서블 기판이 형성되는 상기 모기판 면의 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚ 또는 0 < Rp-v< 1000 ㎚로 조절되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  2. 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서,
    (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;
    (b) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    (c) 상기 모기판과 접촉되지 않았던 상기 플렉서블 기판면에 접착층이 형성되어 있는 보강기판을 접착하는 단계;
    (d) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  3. 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서,
    (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;
    (b) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    (c) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계;
    (d) 상기 모기판과 접촉되지 않았던 상기 플렉서블 기판면에 접착층이 형성되어 있는 보강기판을 접착하는 단계를 포함하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  4. 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서,
    (a) 모기판 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;
    (b) 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    (c) 상기 모기판과 접촉되었던 상기 플렉서블 기판면에 점착층이 형성되어 있는 보강기판을 접착하는 단계;
    (d) 상기 보강기판이 점착된 상기 플렉서블 기판에서 상기 보강기판을 제거하는 단계;
    (e) 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 기판의 분리면 상에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 산성 도금 용액 또는 염기성 도금 용액에 대해 내부식성을 갖고 있는 도전성이 있는 음극인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판 상에 산성 도금 용액 또는 염기성 도금 용액에 대해 내부식성을 갖고 있는 보호층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 평판, 롤, 또는 롤 필름의 형태인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 유리 또는 고분자 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 Ni, Mo, Cr 중 적어도 하나를 포함하는 Fe 합금인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  11. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 Ti 또는 Ti 합금인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  12. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 Cu, Ni, Al, Mo, Cr 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  13. 제 2 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판이 형성되는 상기 모기판 면의 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚ 또는 0 < Rp-v< 1000 ㎚로 조절되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 모기판은 상기 플렉서블 기판으로부터 분리된 후 상기 표면 거칠기가 유지되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 모기판은 상기 플렉서블 기판으로부터 분리된 후 상기 표면 거칠기가 유지되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  16. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 상기 플렉서블 기판으로부터 분리된 후 반복적 연마 없이도 상기 플렉서블 기판 형성단계에서 재사용 할 수 있는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  17. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판에 산화 처리 또는 질화 처리하여 표면에 부동태 피막을 형성시킨 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 모기판 상의 부동태 피막은 상기 모기판 표면을 대기, 산소, 질소 중 적어도 하나의 가스 분위기에서 자외선, 레이저, 전자선을 조사하거나, 플라즈마 처리하여 형성시킨 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 모기판의 표면에 형성된 부동태 피막의 두께는 1 nm 이상 100 nm 이하인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 모기판의 표면에 형성된 부동태 피막의 두께는 1 nm 이상 20 nm 이하인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  21. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층 형성단계 이전에, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 상기 보호층이 형성될 모기판 표면을 플라즈마 처리하거나 상기 모기판 표면에 UV를 조사하여 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  22. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층 형성단계 이전에, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 Mo, Ni, Cr, Ti, Fe 등의 결합층을 사용하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  23. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층 형성단계에서, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 스퍼터링 방법 또는 전자선 증착 방법 또는 이온 플레이팅 방법을 사용하여 상기 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  24. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층 형성단계에서, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 형성중인 보호층에 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  25. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층 형성단계에서, 상기 모기판과 상기 보호층의 분리를 방지하기 위해 상기 모기판을 100 ℃ 이상 800 ℃ 이하로 가열하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  26. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 Au, Pt, Ir, Pd, Os, Rh, Ru 및 그 산화물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  27. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 Mo, Ni, Cr, Ti, Fe, Al, B, C의 산화물 또는 질화물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  28. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는 1 nm 이상 5000 nm 이하인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  29. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는 1 nm 이상 1000 nm 이하인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  30. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판은 평탄화층으로 표면 조도가 조절된 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 평탄화층은 고분자 화합물인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 평탄화층은 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리에스테르를 포함하는 공중합체, 폴리이미드(Polyimide:PI) 또는 폴리이미드를 포함하는 공중합체, 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 또는 폴리아크릴산을 포함하는 공중합체, 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리스티렌을 포함하는 공중합체, 폴리설파이트(polysulfate) 또는 폴리설파이트를 포함하는 공중합체, 폴리아믹산(polyamic acid) 또는 폴리아믹산을 포함하는 공중합체, 폴리아민(polyamine) 또는 폴리아민을 포함하는 공중합체, 폴리비닐 알콜(Polyvinylalcohol; PVA), 폴리 알릴아민(Polyallyamine) 및 폴리아크릴산(polyacrylic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강기판이 접착된 상기 플렉서블 기판과 하부 층 사이의 계면결합력이 상기 보강기판이 접착된 상기 플렉서블 기판의 항복강도보다 작게 되도록 조절하고, 상기 보강기판이 접착된 상기 플렉서블 기판 분리단계에서, 물리적인 힘을 통해 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  34. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판과 하부 층 사이의 계면결합력이 상기 플렉서블 기판의 항복강도보다 작게 되도록 조절하고, 상기 플렉서블 기판 분리단계에서, 물리적인 힘을 통해 상기 플렉서블 기판을 상기 모기판으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  35. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판의 두께는 5 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, INVAR 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 주조법 또는 전자선 증착법 또는 열 증착법 또는 스퍼터 증착법 또는 화학기상 증착법 또는 전기 도금법 중 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 전기 도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  39. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모기판상에 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  40. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강기판의 두께는 5㎛ 이상 3,000㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  41. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자소자는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로프로세서(microprocessor), 램(Random access memory: RAM), 태양전지 (Solar cell)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  42. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된, 보강기판을 이용한 플렉서블 전자소자.
  43. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된, 보강기판을 이용한 플렉서블 기판.
  44. 제 43 항에 있어서,
    연마가공 또는 평탄화 코팅 없이 상기 플렉서블 기판의 분리면 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚ 또는 0 < Rp -v< 1000 ㎚로 조절되는 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 기판.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판의 두께는 5㎛ 내지 500㎛의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 기판.
  46. 제 43 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, INVAR 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는, 보강기판을 이용한 플렉서블 기판.

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