KR101304846B1 - 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고내열성 수지와 금속 기판이 접착되어 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 전기주조법에 의해 제조되어 두께가 30~100㎛의 범위를 갖는 금속 기판; 및 상기 금속 기판 위에 코팅된 표면거칠기(Rz)가 4nm이하인 수지 필름을 포함하는 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 금속 기판에 고내열성 수지를 코팅시킴으로써 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 다른 측면은 저렴한 비용으로 제조가 가능하고, 박막화 및 대량생산이 용이한 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법{SUBSTRATE FOR FLEXIBLE DISPLAY HAVING EXCELLENT HEAT EMISSION PROPERTY}
본 발명은 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고내열성 수지와 금속 기판이 접착되어 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듬에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 평판디스플레이 장치의 주체적인 예로는 액정디스플레이장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마디스플레이장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출디스플레이장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광디스플레이장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등을 들 수 있는데, 텔레비전이나 비디오 등의 가전분야뿐만 아니라 노트북과 같은 컴퓨터나 핸드폰 등과 같은 산업분야 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 이들 평판디스플레이장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존에 사용되었던 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있는 실정이다.
한편, 이러한 평판디스플레이장치는 제조 공정 중 발생하는 높은 열을 견딜 수 있도록 유리기판을 사용하게 되는데, 이러한 유리기판은 경량 박형화, 유연성을 부여하는데 한계가 있다.
따라서, 최근 기존의 유연성이 없는 유리기판 대신에 플라스틱이나 폴리머 재질과 같은 유연성이 있는 기판을 사용하여 종이처럼 휘어져도 디스플레이 기능을 그대로 유지할 수 있게 제조된 플렉서블 디스플레이 장치가 차세대 평판디스플레이장치로 부상중이다.
그러나, 기존에 사용되왔던 플라스틱이나 폴리머 재질과 같은 기판은 대체적으로 열 방출 성능이 낮아 디스플레이 장치 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 배출해내지 못한다는 단점이 있어, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명의 일측면은 금속 기판에 고내열성 수지를 코팅시킴으로써 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 저렴한 비용으로 제조가 가능하고, 박막화 및 대량생산이 용이한 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 전기주조법에 의해 제조되어 두께가 30~100㎛의 범위를 갖는 금속 기판; 및 상기 금속 기판 위에 코팅된 표면거칠기(Rz)가 4nm이하인 수지 필름을 포함하는 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판을 제공한다.
상기 금속 기판은 Fe-Ni합금 기판인 것이 바람직하다.
상기 Fe-Ni합금은 Ni함량이 32~38중량%이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수지 필름은 폴리이미드계인 것이 바람직하다.
본 발명은 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용하여 기판을 제조하는 방법에 있어서, 금속 전구체를 포함하는 전해액을 준비하는 단계; 상기 전해액에 음극 드럼의 일부를 침지시키는 단계; 상기 음극 드럼의 표면에 금속 기판이 형성되도록 상기 음극 드럼 및 양극에 전류를 인가하는 단계; 및 상기 음극 드럼의 표면으로부터 상기 금속 기판을 회수하는 단계; 상기 회수된 금속 기판 위에 수지 전구체를 코팅하여 수지 필름을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 수지 필름을 가열하여 경화시키는 단계를 포함하는 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 수지 필름을 형성하는 단계는 롤 코팅법에 의한 것이 바람직하다.
상기 수지 필름을 형성하는 단계는 스프레이 코팅법에 의한 것이 바람직하다.
상기 수지 전구체는 폴리이미드계인 것이 바람직하다.
상기 가열 온도는 250~550℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 금속 기판에 고내열성 수지를 코팅시킴으로써 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 저렴한 비용으로 제조가 가능하고, 박막화 및 대량생산이 용이하며, 연속공정이 가능한 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 전기주조장치의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 롤 코팅법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 4는 스프레이 코팅법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 단면도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 유연성이 없는 유리기판 대신에 플라스틱이나 폴리머 재질과 같은 유연성이 있는 기판 즉, 유기 플렉서블 기판을 디스플레이에 적용함으로써, 상기 유기 플렉서블 기판이 갖는 우수한 가요성을 이용하여 종이처럼 휘어져도 디스플레이 기능을 그대로 유지할 수 있는 플렉서블 디스플레이를 제조함에 있어, 상기 유기 플렉서블 기판의 문제점으로 지적되고 있는 방열성을 향상시킬 수 있는 방안에 대해 연구를 행하던 중, 상기 유기 플렉서블 기판에 금속 기판을 접착시킨 기판을 디스플레이 기판으로 사용하게 되면 상기 유기 플렉서블 기판이 가지고 있는 장점은 수용하면서도 단점은 보완될 수 있다는 것을 인지하게 되었다.
상기 유기 플렉시블 기판은 대개 수지 필름의 형태로 이루어지는데, 이미 널리 알려진 바처럼 우수한 가요성을 확보하고 있으며, 권취 및 전개가 용이하여 가공성 및 작업성이 뛰어나다. 상기 유기 플렉시블 기판에 금속 기판을 접착시키게 되면, 금속 기판 고유의 특성인 일정 수준 이상의 강도와 경도 등의 기계적 특성뿐만 아니라 금속 기판의 높은 열전도도를 이용하여 디스플레이 내부에서 발생하는 열을 보다 용이하게 방출시킬 수 있는 우수한 방열성을 갖는 디스플레이용 기판을 제조할 수 있는 것이다.
상기 금속 기판은 두께가 30~100㎛인 것이 바람직한데, 30㎛미만인 경우에는 기판에 충분한 방열성 및 투습성을 부여할 수 없을 뿐만 아니라 공정상 기판의 핸들링이 어려울 수 있고, 100㎛를 초과하는 경우에는 충분한 가요성을 확보하기 어려워 플렉서블 디스플레이용 기판으로 사용하기 곤란할 수 있다.
상기 금속 기판은 Fe-Ni합금 기판인 것이 바람직한데, Fe는 경하면서도 유연하고, 제조 비용이 저렴하고, 대량생산이 가능하기 때문에 생산성 측면에서도 유리하다는 이점이 있다. 더욱이, Fe는 높은 열전도율을 갖고 있고, 일정 수준 이상의 강도 또는 경도를 확보하고 있음과 동시에 유연하기 때문에, 물리적 충격에 의한 균열 혹은 파단이 잘 발생하지 않아, 방열성 및 내구성 확보 측면에서 유리하다. 나아가, 롤과 같은 형태로 쉽게 변화되기 때문에, 보관이 용이하고, 고객사의 요구에 맞게 기판의 크기를 제어하는 것이 쉽다는 장점이 있다.
한편, 디스플레이는 그 구성요소들간의 열팽창 계수가 거의 유사한 수준으로 제어되어야 한다. 이는, 온도의 상승 혹은 저하에 따라, 기판 혹은 이 위에 적층되는 물질들에 가해지는 응력이 차이가 나게 되므로, 상기 기판이나 다른 물질들에 균열 혹은 파단을 야기시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 Fe에 Ni를 함유시키는 것이 바람직한데, 이와 같이, Fe-Ni합금으로서 기판이 제조되는 경우에는, 상기 Ni함량의 제어를 통해, 디스플레이 기판에 적용될 수 있도록 열팽창 계수를 최적화시킬 수 있다. 또한, 상기 Fe-Ni합금은 내부식성 확보가 용이한 물질이며, 동시에 제조를 위해 전기주조법을 이용하는 경우, 상기 Fe-Ni합금의 형성이 용이하다는 장점이 있다.
상기 Fe-Ni합금에서 Ni의 함량은 32~38중량%인 것이 바람직한데, 상기 Ni함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 열팽창 계수가 약 4ppm/K를 초과하게 되어, 열응력 발생으로 인한 소자의 수명특성 저하가 발생하기 쉬어 디스플레이용 기판으로 적용되기 어려울 수 있다.
한편, 디스플레이용 기판은 유리와 비슷한 수준의 표면 거칠기가 요구되는데, 기판의 표면 거칠기가 좋지 않을 경우에는 소자의 특성이 저하될 수 있다. 이를 위해서, 금속 기판 위에 형성되는 수지 필름은 표면거칠기(Rz)가 4nm이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2nm이하로 제어하는 것이다.
상기 수지 필름은 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에 적용될 수 있는 수지 필름의 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycabonate, PC), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리이미드(polyimide, PI) 등이 있다. 바람직하게는 폴리이미드계 수지를 사용할 수 있는데, 상기 폴리이미드계 수지는 우수한 열적 안정성(Thermal resistance)과 화학 저항성(Chemical resistance)을 갖기 때문에, 디스플레이용 기판으로 바람직하게 적용될 수 있다.
상기 금속 기판과 접착되어 본 발명이 제안하는 디스플레이용 기판으로 적용되기 위한 수지 필름은 그 두께에 대하여 특별히 한정하지 않으나, 기판의 박막화 및 가요성 등을 고려하여 20~300㎛로 제어하여 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 디스플레이 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 금속 기판은 전기주조법에 의해 제조되는 것이 바람직한데, 상기 전기주조법은 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용하여 기판을 제조하는 방법이며, 상기 전기주조장치의 일례를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 전기주조장치(100)는 전해조(102)의 내부에 양극(104) 및 음극 드럼(106)이 구비되게 되고, 상기 양극(Anode)(104)과 음극(Cathode) 드럼(106)은 소정의 간격을 유지하도록 위치된다. 상기 양극(104)과 음극 드럼(106)은 전원(108)과 전기적으로 연결되게 되어, 전류가 흐르게 된다. 상기 전해조(102)에 전해액이 주입되고, 상기 전해액에 침지된 양극(104)과 음극 드럼(106)에 전류가 인가되면 음극 드럼의 표면 일부에 금속판이 형성되게 되고, 상기 금속판을 상기 음극 드럼(106)으로부터 분리시키게 됨으로써, 금속 기판(1)으로 사용할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 전기주조법에 의해 금속 기판을 제조할 경우에는, 기존의 압연 공정에 비하여 단순한 공정으로도 기판을 제조할 수 있기 때문에, 생산성이 뛰어나며, 기판의 박막화를 용이하게 달성할 수 있다. 반면, 압연법을 이용하여 유선 극박 기판을 제조하는 경우 두께가 얇아질수록 제조 원가가 급증하며, 태양전지 기판으로 사용하기 위해서는 표면 거칠기의 관리가 필수적인데, 압연법으로 기판을 제조하는 경우 개재물이 표면층에 분포하여 표면 거칠기를 제어하기 어렵다는 단점이 있다.
상기 금속 기판은 Fe-Ni합금 기판인 것이 바람직한데, 이를 위해 전해조에 투입되는 전해액이 Fe전구체로서, 황산철, 염화철, 질산철, 설파민산철 또는 이들의 혼합물 등이, Ni전구체로서, 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈, 설파민산니켈 또는 이들의 혼합물 등이 포함되게 함으로써, 상기 Fe-Ni합금을 제조할 수 있다. 이 때, 상기 Fe-Ni합금은 Ni함량이 32~38중량%인 것이 바람직하며, 상기 조성을 갖는 Fe-Ni합금을 제조하기 위한 일례를 들면, 전해액의 조성을 물 1L당, Ni 전구체가 29g일 때, Fe 전구체가 3~5g이 되도록 하는 것이 바람직하며, 전기 주조가 용이하게 이루어지기 위해서, 전해액의 pH를 조절하기 위한 pH완충제로 보론 30g/L, 혹은 기판의 응력을 저감시켜 음극 드럼으로부터 기판이 용이하게 탈착되도록 하는 응력완화제로 사카린 3g/L, 계면활성제 0.2g/L를 추가적으로 포함할 수 있다. 또한, 전해액의 온도는 50℃, 전해액의 pH는 2.5로 관리하는 것이다.
이후, 상기 전기주조법에 의해 제조된 금속 기판 위에 수지를 코팅시켜 수지 필름을 형성한다. 상기한 수지 필름 형성에는 여러 방법이 있을 수 있으나, 바람직한 예를 하기와 같이 제안한다.
상기 수지 필름의 형성은 롤 코팅법에 의한 것일 수 있다. 도 2는 롤 코팅법의 일례를 나타내는 모식도인데, 상기 롤 코팅 법이란 도 2에 나타난 바와 같이, 코팅 장치(200)를 이용하여 금속 기판(1)에 수지 필름(2)을 형성하는 것이다. 상기 코팅 장치(200)는 상기 전기주조장치(100)와 유사한 형태를 갖는데, 상기 코팅 장치(200)는 수지 필름을 형성할 수 있는 물질 즉, 수지 전구체(이하, '코팅액'이라고 함)와 상기 코팅액(202)을 담지할 수 있는 코팅조(204), 그리고 코팅 롤러(206)로 구성될 수 있으며, 상기 코팅 롤러(206)는 그 일부가 상기 코팅액(202)에 담겨져 있는 형태로 구비될 수 있다.
도 3은 도 2에 나타난 A 부분 즉, 코팅 롤러(206)와 이 코팅 롤러(206)를 지나가는 금속 기판(1)이 나타난 부분을 확대한 단면도인데, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 금속 기판(1)이 회전하는 코팅 롤러(206)와 접촉한 형태로 지나가게 되면, 일정량의 코팅액(202)이 상기 금속 기판(1)에 묻게 되고, 상기 코팅액(202)을 건조 혹은 경화시킴으로써, 상기 금속 기판(1)에 수지 필름(2)을 형성시킬 수 있게 된다. 한편, 상기 금속 기판(1)에 부착되는 코팅액(202)의 양을 제어함으로써, 상기 수지 필름(2)의 두께를 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명에서는 상기 롤 코팅법을 통해 코팅액을 금속 기판에 코팅시켜 수지 필름을 형성시킴으로써 디스플레이용 기판을 제조할 수도 있으나, 다른 일례로 전기주조된 금속 기판의 표면에 수지 전구체를 스프레이 코팅하여 디스플레이용 기판을 제조할 수 있다.
상기 스프레이 코팅법의 공정을 설명하기 위하여, 도 4에 스프레이 코팅법의 일례를 나타내는 모식도를, 도 5에 도 4의 B 부분을 확대한 단면도를 도시하였다. 도 4 및 5에 나타난 바와 같이, 분사 장치(300)에 구비된 코팅액(302)을 상기 분사 장치를 통과하는 금속 기판(1)에 분사함으로써 수지 필름(2)을 형성시킬 수 있으며, 분사되는 코팅액(202)의 양과 이동하는 금속 기판(1)의 속도 등을 제어하여 상기 수지 필름(2)의 두께 및 표면 거칠기를 용이하게 제어할 수 있다.
전술한 공정에 이어서, 금속 기판에 형성된 수지 필름을 가열하여 경화시키는 단계를 행함으로써, 본 발명이 제안하는 디스플레이용 기판을 제조할 수 있다. 상기 가열 온도는 250~550℃인 것이 바람직한데, 상기 가열 온도가 250℃미만일 경우, 수지 필름이 경화되지 않을 수 있으며, 550℃를 초과하는 경우에는 금속 기판으로부터 금속 원소가 이동하는 현상이 발생할 수 있어, 제품의 품질저하가 우려될 수 있다.
1 : 금속 기판 2 : 수지 필름
100 : 전기주조장치 102 : 전해조
104 : 양극 106 : 음극 드럼
108 : 전원 200 : 코팅 장치
202 : 코팅액 204 : 코팅조
206 : 코팅 롤러 300 : 분사 장치
302 : 코팅액

Claims (9)

  1. 전기주조법에 의해 제조되어 두께가 30~100㎛의 범위를 갖는 금속 기판; 및
    상기 금속 기판 위에 코팅된 표면거칠기(Rz)가 4nm이하인 수지 필름을 포함하고
    상기 금속 기판은 Fe-Ni합금 기판이고, 상기 Fe-Ni합금은 Ni함량이 32~38중량%이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수지 필름은 폴리이미드계인 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판.
  5. 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용하여 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    금속 전구체를 포함하는 전해액을 준비하는 단계;
    상기 전해액에 음극 드럼의 일부를 침지시키는 단계;
    상기 음극 드럼의 표면에 금속 기판이 형성되도록 상기 음극 드럼 및 양극에 전류를 인가하는 단계; 및
    상기 음극 드럼의 표면으로부터 상기 금속 기판을 회수하는 단계;
    상기 회수된 금속 기판 위에 수지 전구체를 코팅하여 수지 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 수지 필름을 가열하여 경화시키는 단계
    를 포함하고
    상기 금속 기판은 Fe-Ni합금 기판이고, 상기 Fe-Ni합금은 Ni함량이 32~38중량%이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수지 필름을 형성하는 단계는 롤 코팅법에 의한 것임을 특징으로 하는 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수지 필름을 형성하는 단계는 스프레이 코팅법에 의한 것임을 특징으로 하는 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 수지 전구체는 폴리이미드계인 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 가열 온도는 250~550℃인 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 디스플레이용 기판의 제조방법.
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