KR101332269B1 - 가요성 기판 및 이를 이용하는 전기 광학 표시 장치 - Google Patents

가요성 기판 및 이를 이용하는 전기 광학 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가요성 기판은 종이 기판, 종이 기판의 일면에 형성된 제 1 보호막 및 상기 종이 기판의 타면에 형성된 제 2 보호막을 포함하고, 상기 제 1 보호막은 상기 종이 기판의 일면에 형성된 커버층 및 상기 커버층 상에 형성되며, 상호 이격된 복수의 고분자 패턴으로 이루어진 고분자 패턴층을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 외부의 수분 및 산소가 종이 기판으로 침투되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 고분자 패턴층, 무기물층은 외부의 수분 및 산소가 이동할 수 있는 경로를 복잡하게 하거나, 차단함으로써 종이 기판으로 상기 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지한다. 또한, 무기물층은 커버층의 격자와 격자 사이를 매꾸듯이 형성되기 때문에, 가요성 기판의 표면 개질을 향상시킨다.

Description

가요성 기판 및 이를 이용하는 전기 광학 표시 장치{Flexible substrate and Electro-optic display apparatus using the same}
본 발명은 가요성 기판 및 이를 이용하는 전기 광학 표시 장치에 관한 것으로, 발광 효율 및 수명이 향상된 가요성 기판 및 이를 이용하는 전기 광학 표시 장치에 관한 것이다.
정보 통신 기술의 비약적인 발전과 함께 디스플레이 소자로 평판표시장치(Flat Panel Display)가 각광 받고 있다. 이러한 평판표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel) 및 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Deviece) 등이 대표적이다.
그 중에서 유기발광표시장치는 시야각이 넓고, 빠른 응답속도를 가지고 있어 고화질의 디스플레이 구현이 가능하다. 이러한 유기발광표시장치는 기판, 기판 상에 형성된 하부전극, 하부전극 상에 형성된 유기물층 및 유기물층 상에 형성된 상부전극을 포함한다. 여기서, 통상적으로 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용한다. 그리고 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 정공저지층 및 전자수송층을 포함한다. 즉 상부전극과 하부전극 사이에 복수의 유기물층이 적층됨에 따라, 다층 구조의 유기 발광 표시 장치가 제작된다.
한편, 최근에는 그 형상이 플랙서블(flexible)하게 변하는 유기발광표시장치의 제작이 각광 받고 있다. 하지만, 유리 기판의 경우 그 형상이 플랙서블(flexible)하게 변하지 않으며, 무리하게 힘을 가할 경우 깨지기 쉬운 성질을 가지고 있다. 그리고 플라스틱 기판의 경우 유리 기판에 비해 플랙서블(flexible)하기는 하지만, 그 형상의 변형에 한계를 가지고 있다.
따라서, 플랙서블(flexible)한 유기발광표시장치를 제작하기 위하여, 기판으로 종이 기판을 사용하였다. 일반적으로 종이 기판은 그 표면의 거칠기가 크고, 외부의 수분을 흡수하는 흡습성을 가지고 있다. 여기서, 외부의 수분이 종이 기판으로 침투되게 되면 상기 수분에 의해 유기발광표시장치의 수명이 감소한다. 이를 해결하기 위하여 종래에는 기판의 상부 및 하부에 고분자 필름층을 형성하고, 상기 고분자 필름층 상에 하부전극, 유기물층 및 상부전극을 순차적으로 형성하여 유기발광표시장치를 제작하였다. 하지만 상기와 같이 종이 기판의 상부 및 하부에 고분자 필름층을 형성한다 하더라도, 상기 고분자 필름층은 외부의 수분이 기판으로 침투되는 것을 완전히 차단하지 못한다. 따라서, 수분의 침투에 의한 수명의 감소 문제가 여전히 발생된다. 또한, 종이 기판 상부에 고분자 필름층을 형성하더라도, 상기 고분자 필름층 표면의 거칠기는 여전히 크다. 이에, 가요성 기판의 표면 거칠기에 의해 전기 광학 표시 장치의 발광 효율이 저하되는 문제점이 여전히 발생된다.
한편, 한국등록특허 462,723에는 가요성 기판 위에 배치된 ITO 박막을 포함하는 제1 전극, 제1 전극 위에 배치된 비중합체 유기물층을 포함하는 제1 유기물층 및 제1 비중합체 유기물질 위에 배치된 제2 전극을 포함하는 가요성 유기발광장치에 대한 기술이 개시되어 있다.
한국등록특허 462,723
본 발명의 일 기술적 과제는 수분 및 산소가 침투되는 것을 방지하고, 표면 거칠기를 개선시킨 가요성 기판을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 과제는 발광 효율 및 수명이 향상된 전기 광학 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 가요성 기판은 종이 기판, 상기 종이 기판의 일면에 형성된 제 1 보호막 및 상기 종이 기판의 타면에 형성된 제 2 보호막을 포함하고, 상기 제 1 보호막은, 상기 종이 기판의 일면에 형성된 커버층; 및 상기 커버층 상에 형성되며, 상호 이격된 복수의 고분자 패턴으로 이루어진 고분자 패턴층을 포함한다.
상기 고분자 패턴층 상에 형성된 무기물층을 포함한다.
상기 커버층 상에 형성된 고분자층을 포함하고, 상기 고분자층과 고분자 패턴층 사이에 형성된 무기물층을 더 포함한다.
상기 커버층 및 제 2 보호막은 파릴렌 고분자, 왁스계 에멀젼, 합성고무계 라텍스, 아크릴계 에멀젼, 폴리올레핀 및 이들의 혼합물 중 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 고분자층 및 고분자 패턴층은 PVP(Polyvinylphenol) 및 폴리이미드 (Polyimide) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 고분자 패턴층 상에 형성된 무기물층 및 상기 고분자층과 고분자 패턴층 사이에 형성된 무기물층은 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 불화물 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 고분자 패턴 각각이 도트(dot) 형상인 것이 효과적이다.
본 발명에 따른 전기 광학 표시 장치는 종이 기판, 상기 종이 기판의 일면에 형성된 제 1 보호막, 상기 종이 기판의 타면에 형성된 제 2 보호막; 및 상기 제 1 보호막 및 제 2 보호막 중 어느 하나의 일면에 형성된 전기광학층을 포함하고, 상기 제 1 보호막은, 상기 종이 기판의 일면에 형성된 커버층 및 상기 커버층 상에 형성되며, 상호 이격된 복수의 고분자 패턴으로 이루어진 고분자 패턴층을 포함한다.
상기 고분자 패턴층 상에 형성된 무기물층 및 상기 커버층 상에 형성된 고분자층을 포함하고, 상기 고분자층과 고분자 패턴층 사이에 형성된 무기물층을 더 포함한다.
상기 커버층 및 제 2 보호막은 파릴렌 고분자, 왁스계 에멀젼, 합성고무계 라텍스, 아크릴계 에멀젼, 폴리올레핀 및 이들의 혼합물 중 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 고분자층 및 고분자 패턴층은 PVP(Polyvinylphenol) 및 폴리이미드 (Polyimide) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 가요성 기판 상부에 형성되는 전기광학층은 제 1 전극, 유기물층 및 제 2 전극을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 종이 기판의 상부에 제 1 보호막을 형성하고, 하부에 제 2 보호막을 형성함으로써, 외부의 수분 및 산소가 종이 기판으로 침투되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 고분자 패턴층, 무기물층은 외부의 수분 및 산소가 이동할 수 있는 경로를 복잡하게 하거나, 차단함으로써 종이 기판으로 상기 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지한다. 또한, 무기물층은 커버층의 격자와 격자 사이를 매꾸듯이 형성되기 때문에, 가요성 기판의 표면 개질을 향상시킨다. 따라서, 실시예들에 따른 가요성 기판은 종래의 종이 기판에 비해 수분 및 산소의 침투성이 낮으며, 표면 거칠기가 낮다. 이에, 이러한 가요성 기판으로 이용하여 전기 광학 표시 장치를 제작하면, 수분 및 산소의 침투에 의해 수명이 단축되거나, 종이 기판의 표면 거칠기에 의해 발광 효율이 감소하는 것을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가요성 기판의 단면도
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가요성 기판의 입체 도면
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가요성 기판을 도시한 단면도
도 4a는 종이 기판 상에 본 발명의 실시예에 따른 제 1 보호막을 형성한 가요성 기판의 투습율을 나타낸 그래프
도 4a는 종이 기판 상에 비교예에 따른 보호막을 형성한 가요성 기판의 투습율을 나타낸 그래프
도 5a 내지 도 5c는 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 순서적으로 도시한 단면도
도 6는 도 5a 내지 도 5c와 같이 실시예에 따른 가요성 기판을 이요하여 제조된 유기 발광 표시 장치의 전류밀도-발광 효율 및 전류밀도-휘도를 나타낸 그래프
도 7은 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전류 밀도-발광 효율 및 전류밀도-휘도를 나타낸 그래프
이하 , 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가요성 기판의 단면도이다. 도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가요성 기판의 입체 도면이다. 여기서 도 2는 고분자 패턴층의 패턴 형상을 설명하기 위해, 상기 고분자 패턴층과 제 2 무기물층이 분리되어 있는 모습을 도시하였다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가요성 기판을 도시한 단면도이다.
가요성 기판(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 종이 기판(110), 종이 기판(110)의 상부에 형성된 제 1 보호막(200) 및 종이 기판(110)의 하부에 형성된 제 2 보호막(120)을 포함한다. 여기서 제 1 보호막(200)은 종이 기판(110)의 상부에 형성된 커버층(210), 커버층(210) 상에 형성된 고분자층(220), 고분자층(220) 상에 형성된 제 1 무기물층, 제 1 무기물층(230) 상에 형성되며, 고분자 물질로 이루어진 복수의 고분자 패턴(240a)으로 이루어진 고분자 패턴층(240), 고분자 패턴층(240) 상에 형성된 제 2 무기물층(250)을 포함한다.
실시예에 따른 가요성 기판은 플랙서블(flexible)한 전기 광학 표시 장치의 기판으로 적용된다. 이를 위해 종이로 이루어진 기판 즉, 종이 기판(110)을 이용한다. 종이 기판(110)은 표면 거칠기가 크지 않은 것을 사용하는 것이 바람직하며, 실시예에서는 인화 용지를 이용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 종이 예컨데, 인쇄 용지, 복사 용지 및 백판지 중 어느 하나를 종이 기판(110)으로 사용할 수 있다. 한편, 종이 기판(110)은 그 성질이 플랙서블(flexible)한 장점이 있지만, 그 표면이 유리(glass)로 이루어진 기판에 비해 거칠고, 수분을 흡수하는 특성 또한 가지고 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는 종이 기판(110)의 상부에 제 1 보호막(200)을 형성되고, 하부에 제 2 보호막(120)을 형성하여 커버함으로써, 종이 기판(110)으로 수분 및 산소가 흡수하는 것을 차단한다.
제 1 보호막(200)은 종이 기판(110)의 상부에 형성된 커버층(210), 커버층(210) 상에 형성된 고분자층(220), 고분자층 상에 형성된 제 1 무기물층(230), 제 1 무기물층(230) 상에 형성된 고분자 패턴층(240), 고분자 패턴층(240) 상에 형성된 제 2 무기물층(250)을 포함한다.
커버층(210)은 종이 기판(110)의 상부면에 직접 형성되는 것으로, 종이 기판(110) 과의 계면 접합성이 우수하고, 외부의 수분 및 산소가 종이 기판(110)으로 침투되는 것을 방지할 수 있는 재료로 형성된다. 실시예에서는 진공 분위기에서 파릴렌 고분자종이 기판의 상부에 증착(evaporation)시킴으로써 커버층(210)을 형성한다. 물론 커버층(210)은 이에 한정되지 않고, 왁스계 에멀젼, 합성고무계 라텍스, 아크릴계 에멀젼, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 이용할 수 있으며, 롤 코팅(roll coating), 스탬핑(stamping), 라미네이팅(laminating) 같은 다양한 방법을 이용하여 제 1 보호막(120)을 형성할 수 있다. 이러한 커버층(210)은 종이 기판(110)의 상부를 보호할 뿐만 아니라, 고분자층(220)이 용이하게 형성될 수 있도록 상기 종이 기판(110)의 상부면을 코팅하는 역할을 한다.
고분자층(220)은 커버층(210) 상부에 형성되는데, 열처리 시에, 열에 취약한 가요성 기판에 손상이 미치지 않을 정도로 우수한 내열성을 가지며, 수지 계열의 절연 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 고분자층(220)은 약 200℃ 이하의 온도의 열처리 시에 손상되지 않는 재료를 이용하는 것이 바람직하며, 실시예에서는 PVP(폴리비닐페놀, Polyvinylphenol)를 이용하여 고분자층(220)을 형성한다. 예컨데, 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 커버층 상에 PVP(폴리비닐페놀, Polyvinylphenol)를 코팅 한 후, 오븐(oven)에 건조함으로써, 고분자층(220)을 형성한다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 수지 계열의 절연 재료 예컨데 폴리이미드를 이용하여 고분자층을 형성할 수 있으며, 스핀 코팅 방법 이외에 다양한 코팅 또는 프린팅 방법이 이용될 수 있다. 이러한 고분자층(220)은 커버층에 비해 치밀하게 형성되는 특성이 있기 때문에, 커버층(210)의 격자와 격자 사이를 매꾸듯이 형성된다. 따라서, 커버층(210) 상부에 고분자층(220)을 형성함으로써 가요성 기판의 거칠기를 개선시킬 수 있다.
상기에서는 종이 기판(110)의 상부에 하나의 층(layer)로 이루어진 커버층(210)을 형성하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정하지 않고, 다층으로 이루어진 커버층(210)을 형성할 수 있다. 예컨데, 파릴렌 고분자를 이용하여 종이 기판(110)의 상부면에 제 1 커버층/제 2 커버층/제 3 커버층을 형성한다. 이때, 제 1 커버층, 제 2 커버층, 제 3 커버층을 순차적으로 형성하는데, 시간차를 두고 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 다층의 커버층 사이의 경계면이 의해 수분 및 산소의 이동을 방해하는 역할을 하기 때문이다.
제 1 무기물층(230)은 고분자층(220)의 상부에 형성되어, 고분자층(220)으로 수분 및 산소가 침투하는 통로를 차단한다. 이러한 제 1 무기물층(230)은 고분자층(220) 상부에 SiO2와 같은 실리콘 산화물을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성함으로써, 형성할 수 있다. 물론 SiO2 이외에 다양한 무기물 재료를 이용할 수 있는데, 예를 들어 알루미늄 산화물(예컨데, Al2O3), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화 질화물(SiON), 마그네슘 산화물(예컨데, MgO), 인듐 불화물(예컨데, MgF) 계열의 물질을 이용하여 제 1 무기물층(230)을 형성할 수 있다. 이러한 제 1 무기물층(230)은 커버층(210) 및 고분자층(220)에 비해 치밀한 격자 구조를 가진다. 즉, 파릴렌 고분자로 이루어진 커버층(210)의 격자와 격자 사이의 거리 및 PVP로 이루어진 고분자층(220)에 비해 격자와 격자 사이의 거리에 비해 제 1 무기물층(230)의 격자와 격자 사이의 거리가 작다. 이에, 제 1 무기물층(230)은 고분자층(220)의 격자와 격자 사이를 매꾸 듯이 형성되며, 이로 인해 종이 기판(110)의 표면 거칠기가 낮아져, 고르게 된다. 또한, 제 1 무기물층(230)은 격자와 격자 사이의 거리가 작아 치밀하게 형성되기 때문에, 상기 제 1 무기물층(230)으로 흡수된 수분이 이동할 수 있는 통로가 적다. 이에, 제 1 무기물층(230)으로 흡수된 수분은 상기 제 1 무기물층(230)의 격자 구조에 의해 그 이동이 차단되며, 이로 인해 고분자층(220)의 미세 구멍(pinhole), 그레인 경계(grain boundary), 틈(crack)으로의 침투가 용이하지 않다.
고분자 패턴층(240)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 고분자로 이루어진 패턴(이하, 고분자 패턴(240a))(240a)이 복수개로 형성되며, 상기 복수개의 고분자 패턴(240a)이 이격 형성된 것을 의미한다. 실시예에 따른 복수의 고분자 패턴(240a) 각각은 PVP로 이루어지며, 상기 복수의 고분자 패턴(240a) 각각의 단면의 형상이 도 2에 도시된 바와 같이 도트(dot)일 수 있다. 이와 같이 복수의 고분자 패턴(240a)으로 이루어진 고분자 패턴층(240)은 제 1 무기물층(230) 상에 형성되는데, 먼저 상기 제 1 무기물층(230) 상에 고분자막을 형성한 후, 드라이 에칭(dry etching) 방법으로 식각하여 복수의 고분자 패턴(240a)을 형성한다. 이때, 에칭 가스로 산소(O2)를 이용한 드라이 에칭 방법을 이용할 수 있으며, 에칭 공정 시에 고분자막 상에 복수의 개구를 가지는 쉐도우 마스크를 위치시키고, 상기 쉐도우 마스크 상에서 에칭 가스를 분사함으로써 복수의 고분자 패턴(240a)을 가지는 고분자 패턴층(240)을 형성할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 스크린 프린팅 방법으로 고분자 패턴층(240)을 형성할 수 있다.
이와 같이 제 1 무기물층(230) 상부의 전면을 커버하도록 고분자를 코팅하지 않고, 복수의 고분자 패턴(240a)으로 이루어진 고분자 패턴층(240)을 형성하는 이유는, 수분 및 산소의 이동 경로를 복잡하게 하게 하여, 상기 수분 및 산소의 이동이 용이하지 않도록 하기 위함이다. 즉, 고분자로 이루어진 층은 그 결합이 약하고, 무기물층(230, 250)은 결합이 강하기 때문에, 무기물층(230, 250)에서의 수분 및 산소의 침투가 용이하지 않다. 그리고 실시예에서는 복수의 고분자 패턴(240a) 사이에 제 2 무기물층(250)이 위치하기 때문에, 고분자 패턴(240a)에서 고분자 패턴(240a)으로의 수분 및 산소의 침투가 차단된다. 또한, 복수의 고분자 패턴(240a)을 커버하도록 제 2 무기물층(230)을 형성하기 때문에, 상기 제 2 무기물층(230)도 소정의 패턴 형상으로 형성된다.
이에, 실시예와 같이 고분자 패턴층(240)을 형성하는 경우, 고분자 패턴(240a)이 아닌 단일의 고분자막으로 이루어진 것에 비해 수분 및 산소가 이동할 수 있는 경로가 복잡하다. 따라서, 수분 및 산소가 고분자 패턴층(240)을 통해 용이하게 이동할 수 없으며, 이로 인해 종래에 비해 수분 및 산소가 종이 기판(110)으로 침투하는 것을 차단할 수 있다.
상기에서는 PVP로 고분자 패턴층(240)을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 수지계 절연 재료, 예컨데 폴리이미드(Polyimide)를 이용하여 고분자 패턴층(240)을 형성할 수 있다. 또한, 상기에서는 고분자 패턴(240a)의 단면의 형상이 도트(dot)인 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 예컨데 다각형의 형상으로 고분자 패턴(240a)을 형성할 수 있다.
제 2 무기물층(250)은 고분자 패턴층(240) 상에 형성되어, 고분자 패턴층(240)으로 수분 및 산소가 침투하는 통로를 차단한다. 이러한 제 2 무기물층(250)은 제 1 무기물층(230)과 같이 스퍼터링 방법을 이용하여 실리콘 산화물(예컨데, SiO2), 알루미늄 산화물(예컨데, Al2O3), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화 질화물(SiON), 마그네슘 산화물(예컨데, MgO), 인듐 불화물(예컨데, MgF) 계열의 물질을 고분자 패턴층 상에 증착함으로써 형성할 수 있다. 이러한 제 2 무기물층(250)은 전술한 바와 같이 고분자 패턴층(240)에 비해 치밀한 격자 구조를 가진다. 이에, 제 2 무기물층(250)은 복수의 고분자 패턴(240a) 사이의 공간 및 고분자 패턴층(240)의 격자와 격자 사이를 매꾸 듯이 형성된다. 이로 인해 가요성 기판의 표면 거칠기가 개선된다. 또한 마찬가지로 제 2 무기물층(250)은 그 격자 구조가 치밀하기 때문에, 제 2 무기물층(250)으로 흡수된 수분이 이동할 수 있는 통로가 적다. 이에, 제 2 무기물층(250)으로 흡수된 수분은 그 하부에 위치한 고분자 패턴층(240) 및 제 1 무기물층(230)으로의 침투가 용이하지 않다.
제 1 실시예에 따른 가요성 기판의 제 1 보호막(200)은 커버층(210)/고분자층(220)/제 1 무기물층(230)/고분자 패턴층(240)/ 제 2 무기물층(250)으로 이루어진다. 하지만 이에 한정되지 않고 도 3에 도시된 바와 같이 커버층(210)/고분자 패턴층(240)/무기물층(230)으로 이루어질 수 있다. 즉, 커버층(210) 상에 바로 고분자 패턴층(240)을 형성하고, 상기 고분자 패턴층(240) 상에 무기물층(230)을 형성할 수도 있다.
제 2 보호막(120)은 전술한 바와 같이 종이 기판(110)의 하부를 커버하도록 형성되어, 수분이 종이 기판(110)으로 침투하는 것을 차단한다. 이에, 제 2 보호막(120)은 종이 기판(110)의 하부와 계면 접합성이 우수하고 외부의 수분이 종이 기판(110)으로 침투하는 것을 차단할 수 있는 재료 즉, 고분자 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 실시예에서는 진공 분위기에서 종이 기판(110)의 하부에 파릴렌 고분자를 증착(evaporation)시킴으로써 제 2 보호막(120)을 형성한다. 물론 파릴렌(parylene)에 한정되지 않고, 왁스계 에멀젼, 합성고무계 라텍스, 아크릴계 에멀젼, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 이용하여 제 2 보호막(120)을 형성할 수 있다. 또한, 증착(evaporation) 방법 이외에, 롤 코팅(roll coating), 스탬핑(stamping), 라미네이팅(laminating) 같은 다양한 방법을 이용하여 제 2 보호막(120)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 왁스계 에멀젼과 합성고무를 혼합한 혼합액 또는 아크릴계 에멀젼과 왁스계 에멀젼을 혼합한 혼합액을 종이 기판(110)의 하부에 코팅하여 제 2 보호막(120)을 형성할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 용융압출 시켜서 종이 기판(110) 하부에 라미네이팅 시킴으로써, 제 2 보호막(120)을 형성할 수도 있다.
상기에서는 종이 기판(110)의 하부에 하나의 층(layer)로 이루어진 제 2 보호막(120)을 형성하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정하지 않고, 다층(이하, 복수의 보호층)으로 이루어진 제 2 보호막(120)을 형성할 수 있다. 예컨데, 파릴렌 고분자를 이용하여 종이 기판(110)의 하부면에 제 1 보호층을 형성한 후, 상기 제 1 보호층 하부에 제 2 보호층을 형성한다. 이때, 제 1 보호층을 형성한 후, 시간차를 두고 상기 제 1 보호층 하부에 제 2 보호층을 형성하는 것이 바람직하다. 이는 시간차를 두고 다층의 보호층을 형성하여 제 2 보호막(120)을 형성하는 것은, 상기 다층의 보호층 사이의 경계면에 의해 수분 및 산소의 이동을 차단하기 위함이다. 또한, 물론 이에 한정되지 않고, 제 2 보호막(120)은 2개 이상의 다층으로 이루어 질 수 있다.
이와 같이, 종이 기판(110)의 상부에 제 1 보호막(200)을 형성하고, 하부에 제 2 보호막(120)을 형성함으로써, 외부의 수분 및 산소가 종이 기판(110)으로 침투되는 것을 차단할 수 있다. 특히, 고분자 패턴층(240), 무기물층(230, 250)은 외부의 수분 및 산소가 이동할 수 있는 경로를 복잡하게 하거나, 차단함으로써 종이 기판(110)으로 상기 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지한다. 또한, 제 1 무기물층(230)은 커버층(210)의 격자와 격자 사이를 매꾸듯이 형성되고, 제 2 무기물층(250)은 복수의 고분자 패턴(240a) 사이 공간 및 고분자 패턴층의 격자와 격자 사이를 매꾸듯이 형성되기 때문에, 종이 기판의 표면 개질을 향상시킨다. 따라서, 실시예들에 따른 가요성 기판은 종래의 종이 기판에 비해 수분 및 산소의 침투성이 낮으며, 표면 거칠기가 낮다. 이에, 이러한 가요성 기판으로 이용하여 전기 광학 표시 장치, 예컨데 유기 발광 표시 장치를 제작하면, 수분 및 산소의 침투와 표면 거칠기에 의해 발광 효율 및 수명이 감소하는 것을 최소화 할 수 있다. 즉, 종래에 비해 발광 효율 및 수명이 향상된 플랙서블한 유기 발광 표시 장치를 제작할 수 있다.
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 가요성 기판, 제 1 및 제 2 비교예에 따른 가요성 기판의 표면 거칠기(RMS)를 나타낸 표이다. 여기서 실시예에 따른 가요성 기판은 종이 기판(110) 상부에 커버층(210)(파릴렌)/고분자층(220)(PVP)/제 1 무기물층(230)(SiO2)/고분자 패턴층(240)(PVP)/제 2 무기물층(250)(SiO2)을 포함하며, 상기 제 2 무기물층(250) 상부의 표면 거칠기를 측정하였다. 제 1 비교예에 따른 가요성 기판은 종이 기판이며, 상기 종이 기판 상부면의 표면 거칠기를 측정하였고, 제 2 비교예에 따른 가요성 기판은 종이 기판 상에 파릴렌으로 이루어진 커버층을 올린 것이며, 상기 커버층 상부면의 표면 거칠기를 측정하였다. 여기서, 실시예, 제 1 및 제 2 비교예에 따른 종이 기판은 사진 인화용 광택 용지로 동일한 것을 사용하였다.
실시예 제 1 비교예 제 2 비교예
표면 거칠기
(RMS)[nm]		 1.4nm 12nm 2.1nm
표 1을 참조하면, 실시예에 따른 표면 거칠기가 제 1 및 제 2 비교예에 비해 낮다. 이는 실시예에 따른 가요성 기판의 표면이 제 1 및 제 2 비교예에 따른 가요성 기판에 비해 평탄함을 의미한다. 실시예의 경우 파릴렌으로 이루어진 커버층(210) 상에 고분자층(220), 제 1 무기물층(230), 고분자 패턴층(240), 제 2 무기물층(250)이 형성되는데, 여기서 고분자층(220)은 커버층(210)에 비해 치밀하게 형성되고, 제 1 및 제 2 무기물층(250)은 고분자층(220)에 비해 치밀하게 형성된다. 이에, 고분자층(220)이 커버층(210)의 격자와 격자 사이를 매꾸듯이 형성되어 표면 거칠기가 제 1 및 제 2 비교예에 비해 낮다. 반면, 제 1 비교예에 따른 가요성 기판은 단일의 종이 기판(110) 만을 사용하기 때문에 표면 거칠기가 높다. 또한, 제 2 비교예에 따른 가요성 기판은 종이 기판(110) 상에 파릴렌으로 이루어진 커버층(210)을 형성한 것으로, 종이 기판(110)의 표면 거칠기에 비해 낮기는 하나, 실시예에 비해 높다.
도 4a는 종이 기판 상에 본 발명의 실시예에 따른 제 1 보호막을 형성한 가요성 기판의 투습율을 나타낸 그래프이다. 도 4a는 종이 기판 상에 비교예에 따른 보호막을 형성한 가요성 기판의 투습율을 나타낸 그래프 이다.
여기서 실시예에 따른 제 1 보호막(200)은 커버층(210)/고분자층(220)/제 1 무기물층(230/고분자 패턴층(240)/제 2 무기물층(210)으로 이루어진다. 이때 고분자 패턴층(240)은 상기에서 전술한 바와 같이 복수의 고분자 패턴(240a)이 상호 이격 형성된 것이다. 비교예에 따른 보호막은 커버층/제 1 고분자층/제 1 무기물층/ 제 2 고분자층/제 2 무기물층으로 이루어진다. 즉, 비교예에 따른 보호막은 경우 제 1 무기물층 상에 형성되는 제 2 고분자층이 패터닝되지 않고, 상기 제 1 무기물층 상면 전체에 형성된다.
도 4a를 참조하면, 실시예에 따른 가요성 기판의 경우 10시간 이후의 투습율이 약 1gm/[m2r·day]으로, 비교예의 투습율(약 90gm/[m2r·day])에 비해 1/9 수준으로 낮다. 이는 실시예에 따른 고분자 패턴층(240)이 복수의 고분자 패턴(240a)으로 이루어져 있어, 단일의 고분자층으로 이루어진 비교예에 비해 수분 및 산소가 이동할 수 있는 경로가 복잡하기 때문이다. 따라서, 수분 및 산소가 고분자 패턴층(240)을 통해 제 1 무기물층(230), 고분자층(220) 및 종이 기판(110)으로 침투하는 것이 차단되어, 비교예에 비해 투습율이 낮다.
도 5a 내지 도 5c는 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 먼저 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 제 1 실시예에 따른 가요성 기판(1000)을 제작한다. 즉, 종이 기판(110)의 상부에 제 1 보호막(200)을 형성하고, 상기 종이 기판(110)의 하부에 제 2 보호막(120)을 형성한다. 여기서 제 2 보호막(120)은 파릴렌 고분자를 진공 분위기에서 증착(evaporation)시킴으로써 제 2 보호막을 형성한다. 이때, 제 2 보호막(120)의 두께는 1㎛ 내지 1000㎛인 것이 바람직하다. 그리고 종이 기판의 상부에는 제 1 보호막(200)을 형성하는데, 커버층(210)/고분자층(220)/제 1 무기물층(230)/고분자 패턴층(240)/제 2 무기물층(250) 순서로 형성한다. 즉, 먼저 공 분위기에서 종이 기판(110)의 상부에 파릴렌 고분자를 증착(evaporation)시킴으로써, 약 20㎛의 커버층(210)을 형성한다. 그리고 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 커버층(210) 상에 PVP(폴리비닐페놀, Polyvinylphenol)를 코팅 한 후, 오븐(oven)에 건조하여 고분자층(220)을 형성한다. 이후, 고분자층(220) 상에 제 1 무기물층(230)을 형성하는데, 실시예에서는 SiO2를 스퍼터링하여 제 1 무기물층(230)을 형성한다. 이어서, 제 1 무기물층(230) 상에 스크린 프린팅 방법으로 PVP를 프린팅 한후, 드라이 에칭 방법으로 에칭하여 도트(dot) 형상의 복수의 고분자 패턴(240a)으로 이루어진 고분자 패턴층(240)을 형성한다. 그리고 고분자 패턴층(240) 상에 제 2 무기물층(250)을 형성하며, 이때 제 1 무기물층(230)을 형성할 때와 같이 SiO2를 스퍼티링하여 제 2 무기물층(250)을 형성한다.
이와 같이 형성된 제 1 보호막(200) 및 제 2 보호막(120)에 의해 종이 기판(110)으로 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 표면 거칠기가 낮은 가요성 기판(1000)을 제작할 수 있다.
가요성 기판(1000)이 제조되면, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 제 2 보호막(120)의 일측에 제 1 전극(300), 유기물층(400) 및 제 2 전극(500)으로 이루어진 전기 광학층을 형성한다. 즉, 먼저 제 2 보호막(120) 상에 제 1 전극(300)을 형성한다. 실시예에서는 열증착방법으로 니켈(Ni)을 제 2 보호막(120) 상에 증착하여 상호 이격된 복수의 제 1 전극(300)을 형성한다. 여기서 복수의 제 1 전극(300)은 제 2 보호막(120) 상에 니켈막을 형성한 후, 식각 공정을 진행함으로써 형성하거나, 증착 공정 시에 패터닝된 복수의 개구를 가지는 쉐도우 마스크를 이용함으로써 형성할 수도 있다.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(300) 상에 유기물층(400)을 형성한다. 여기서 유기물층은 정공수송층(Hole Transport Layer)(410), 발광층(Emitting Layer)(420) 및 전자수송층(Electron Transport Layer)(430)으로 이루어지며, 유기물층(240)은 정공수송층(410), 발광층(420) 및 전자수송층(430)을 순차적으로 적층된다. 즉, 제 1 전극(210) 상에 TaPC, NPB 및 TPD 등의 정공을 효율적으로 전달할 수 있는 재료를 사용하여 정공수송층(410)을 형성한다. 그리고 정공수송층(410) 상에 발광층(420)을 형성한다. 실시예에서는 mCP:Ir(ppy)3 를 이용하여 녹색을 발광하는 발광층(420)을 형성한다. 물론 이에 한정되지 않고, Alq3: C545T 으로 이루어진 녹색발광층, DPVBi로 구성된 청색발광층 및 CBP:Ir(acac)으로 구성된 적색발광층 및 이들로 구성된 그룹 등의 발광 특성이 우수한 재료를 사용하여 발광층(420)을 형성할 수 있다. 이어서 발광층(420) 상에 TPBi, Alp3, Bebq2 등의 물질을 사용하여 전자수송층(430)을 형성한다. 이때, 유기물층(240)은 열 증착 방식으로 증착한다. 물론 이에 한정되지 않고 재료에 따라 열 증착 방식 이외에 롤 코팅, 스탬핑 등의 다양한 방법으로 유기물층(400)을 형성할 수 있다.
이후 도 5c에 도시된 바와 같이, 유기물층(400) 상에 제 2 전극(500)을 형성한다. 실시예에서는 열측장방법으로 LiF-Al, Mg:Ag, Ca-Ag 등의 금속을 100Å 내지 1000Å의 두께로 증착하여, 유기물층(400)에서 방출된 광이 외부로 방출될 수 있는 투과율을 갖도록 제 2 전극(500)을 형성한다.
그리고 도시되지는 않았지만, 종이 기판(110), 제 2 보호막(120), 제 1 전극(300), 유기물층(400) 및 제 2 전극(500)을 커버하도록 봉지층을 형성한다. 실시예에서는 봉지층으로 파릴렌 고분자를 이용한다. 물론 이에 한정하지 않고, 외부의 수분이 침투하는 것을 차단하고, 투명한 어떠한 재료를 사용하여도 무방하다.
이와 같이 실시예에서는 종이 기판(110)의 상부에 제 1 보호막(200)을 형성하고, 하부에 제 2 보호막(120)을 형성하여 가요성 기판(1000)을 제작한다. 그리고 이러한 가요성 기판(1000)을 이용하여 유기 발광 표시 장치를 제작한다. 이때, 제 1 및 제 2 보호막(120, 200)은 수분 및 산소가 종이 기판(110)으로 침투하는 것을 용이하게 차단한다. 즉, 고분자 패턴층(240), 무기물층(230, 250)은 외부의 수분 및 산소가 이동할 수 있는 경로를 복잡하게 하거나, 차단함으로써 종이 기판(110)으로 상기 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지한다. 또한, 제 1 무기물층(230)은 커버층(210)의 격자와 격자 사이를 매꾸듯이 형성되어, 종이 기판(110)의 표면 개질을 향상시킨다. 따라서, 실시예들에 따른 가요성 기판(1000)은 종래의 가요성 기판 즉, 종이 기판에 비해 수분 및 산소의 침투성이 낮으며, 표면 거칠기가 낮다. 이에 종래에 비해 발광 효율 및 수명이 향상된 플랙서블한 유기 발광 표시 장치를 제작할 수 있다.
도 6는 도 5a 내지 도 5c와 같이 실시예에 따른 가요성 기판을 이요하여 제조된 유기 발광 표시 장치의 전류밀도-발광 효율 및 전류밀도-휘도를 나타낸 그래프이다. 도 7은 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전류 밀도-발광 효율 및 전류밀도-휘도를 나타낸 그래프이다. 여기서 실시예에 따른 가요성 기판은 종이 기판(110), 종이 기판(110)의 상부에 형성된 제 1 보호막(200) 및 종이 기판(110)의 하부에 형성된 제 2 보호막(120)을 포함하고, 상기 제 1 보호막(200)은 종이 기판(110)의 상부에 형성된 커버층(210), 커버층(210) 상에 형성된 고분자층(220), 고분자층(220) 상에 형성된 제 1 무기물층(230), 제 1 무기물층(230) 상에 형성된 고분자 패턴층(240), 고분자 패턴층(240) 상에 형성된 제 2 무기물층(250)을 포함한다. 비교예에 따른 가요성 기판은 종이 기판, 종이 기판 하부에 형성되며 파릴렌으로 이루어진 제 1 보호막, 종이 기판의 상부에 형성된 제 2 보호막을 포함하고, 상기 제 2 보호막은 파릴렌으로 이루어진 커버층, 커버층 상에 형성되며 SiO2로 이루어진 무기물층을 포함한다. 이때 실시예 및 비교예에 따른 가요성 기판 상에 형성된 제 1 전극, 유기물층, 제 2 전극의 재료 및 구성은 동일하다.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 휘도 및 효율은 약 40mA/cm2에서 약 14,000cd/m2(휘도), 33cd/A(효율) 이다. 한편, 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 휘도 및 효율은 약 40mA/cm2에서 18cd/m2(휘도), 0.04cd/A(효율)이다. 이와 같이, 실시예에 따른 가요성 기판을 이용하는 경우 비교예에 따른 가요성 기판을 이용할 때에 비해 휘도 및 발광 효율이 우수하다.
상기에서는 유기 발광 표시 장치를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 플랙서블(flexible) 전기 광학 표시 장치에 적용될 수 있다.
110: 종이 기판 120: 제 2 보호막
200: 제 1 보호막 210: 커버층
220: 고분자층 230: 제 1 무기물층
240: 고분자 패턴층 250: 제 2 무기물층

Claims (12)

  1. 종이 기판;
    상기 종이 기판의 일면에 형성된 제 1 보호막; 및
    상기 종이 기판의 타면에 형성된 제 2 보호막을 포함하고,
    상기 제 1 보호막은,
    상기 종이 기판의 일면에 형성된 커버층; 및
    상기 커버층 상에 형성되며, 상호 이격된 복수의 고분자 패턴으로 이루어진 고분자 패턴층을 포함하는 가요성 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 패턴층 상에 형성된 무기물층을 포함하는 가요성 기판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 커버층 상에 형성된 고분자층을 포함하고,
    상기 고분자층과 고분자 패턴층 사이에 형성된 무기물층을 더 포함하는 가요성 기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버층 및 제 2 보호막은 파릴렌 고분자, 왁스계 에멀젼, 합성고무계 라텍스, 아크릴계 에멀젼, 폴리올레핀 및 이들의 혼합물 중 하나로 형성된 가요성 기판.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 고분자층 및 상기 고분자 패턴층은 PVP(Polyvinylphenol) 및 폴리이미드 (Polyimide) 중 어느 하나로 이루어진 가요성 기판.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 고분자 패턴층 상에 형성된 무기물층 및 상기 고분자층과 고분자 패턴층 사이에 형성된 무기물층은 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 불화물 중 어느 하나로 형성된 가요성 기판.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 고분자 패턴 각각이 도트(dot) 형상인 가요성 기판.
  8. 종이 기판;
    상기 종이 기판의 일면에 형성된 제 1 보호막; 및
    상기 종이 기판의 타면에 형성된 제 2 보호막;
    을 포함하는 가요성 기판;
    상기 가요성 기판의 상기 제 1 보호막 및 제 2 보호막 중 어느 하나의 일면에 형성된 전기광학층을 포함하고,
    상기 제 1 보호막은,
    상기 종이 기판의 일면에 형성된 커버층; 및
    상기 커버층 상에 형성되며, 상호 이격된 복수의 고분자 패턴으로 이루어진 고분자 패턴층을 포함하는 전기 광학 표시 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고분자 패턴층 상에 형성된 무기물층 및 상기 커버층 상에 형성된 고분자층을 포함하고,
    상기 고분자층과 고분자 패턴층 사이에 형성된 무기물층을 더 포함하는 전기 광학 표시 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 커버층 및 제 2 보호막은 파릴렌 고분자, 왁스계 에멀젼, 합성고무계 라텍스, 아크릴계 에멀젼, 폴리올레핀 및 이들의 혼합물 중 하나로 형성된 전기 광학 표시 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 고분자층 및 상기 고분자 패턴층은 PVP(Polyvinylphenol) 및 폴리이미드 (Polyimide) 중 어느 하나로 이루어진 전기 광학 표시 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 가요성 기판 상부에 형성되는 전기광학층은 제 1 전극, 유기물층 및 제 2 전극을 포함하는 유기발광층인 전기 광학 표시 장치.
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