KR101419082B1 - 전자 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

전자 장치 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

약 0.4mm 이하의 두께를 갖는 유리, 유리 세라믹, 또는 세라믹 시트를 포함하는 전자 장치로서 상기 무기 기판의 최소 강도는 약 500MPa 이상임이 개시된다. 또한 점성 무기재료를 인발하여 무기 리본을 형성하는 단계, 상기 리본은 그 길이를 따라 대향되는 에지를 갖으며, 상기 리본을 분리하여 두 개의 에지를 포함하는 무기 재료 기판 시트를 형성시키는 단계 및 상기 무기 기판상에 장치 부재를 형성시키는 단계를 포함하는 전자장치의 제조 방법이 개시된다.
다운드로우, 에지, 릿지, 유리세라믹, 인장강도

Description

전자 장치 및 이를 제조하는 방법{ELECTRONIC DEVICE AND METHOD OF MAKING}
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e)에 따라 2006년 10월 4일 제출된 미국 가출원 제60/849,298호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 전자 장치의 제조에 관한 것이고, 특히 하나 이상의 유연성있는 무기 재료 박형 시트를 이용하여 형성되는 전자 장치에 관한 것이다.
몇 가지 예를 들어 플라즈마, 액정, 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이 요소를 이용하는 디스플레이 장치는 상업적 제품에서 음극선관(CRT) 디스플레이를 빠르게 넘어서고 있고, 휴대전화에서 텔레비전에 이르기까지 수많은 분야의 응용 제품에 사용되고 있다. 그러나, 매우 얇고, 유연성 있는 디스플레이의 도입은 초기단계에 불과하다. 이는 적지 않은 부분이 그러한 디스플레이 장치에 대한 중대한 구조적 요구에 기하기 때문이다: 이들 디스플레이 장치는 그 위에 위치되는 장치나 기판에 위해함이 없이 반복적인 구부림이나 굽힘을 견딜 수 있어야 한다; 휴대 장치에서의 유연성 있는 디스플레이의 의도적인 사용에 기하여, 이들은 또한 장치나 기판에 위해함이 없이 거친 취급에 견딜 것이 요구된다; 또한 이들은 일부 경우에 있어서, 2cm 이하, 및 1cm 이하인 굴곡 반경을 견딜 수 있어야 한다.
얇거나, 가벼우며 또는 유연성 있는 디스플레이 또는 전자 장치에 사용되기 위해 고려된 하나의 물질은 유리이다. 유리는 일반적으로 화학적으로 저항성있고, 투명하며, 밀봉 장벽 또는 씰을 형성할 수 있고, 통상적인 전자 장치 제조 온도를 견딜 수 있으며, 또한 매우 얇은 쉬트로 형성될 수도 있다. 1mm 이하의 두께, 심지어 0.7mm 이하의 두께를 갖는 10m2 이상의 쉬트가 제조되어 왔고, 일반적으로 사용되며, 유리 쉬트는 적어도 약 100m2의 크기에 가깝게 될 것으로 기대된다. 일반적인 디스플레이 제조 공정에서, 복합(multiple) 디스플레이는 하나 이상의 대규모 유리 쉬트 또는 기판을 사용하여 형성된다. 상기 디스플레이는 그 후 일반적으로 스코어링(scoring) 및 브레이킹 또는 기타 절삭 방법에 의하여 개별적인 디스플레이 유닛으로 분리된다. 따라서 매우 큰 규모의 유리 쉬트는 가능한 많은 디스플레이 유닛을 제조함으로써 효율적으로 사용된다.
유리, 유리 시트의 경우의 절삭은 일반적으로 유리 시트의 에지에 결함(예를 들어, 크랙)을 형성한다. 이러한 결함(flaw)은 균열원인으로 작용할 수 있고, 이에 따라 시트 강도를 낮추며, 특히 유리가 굴곡되어 상기 결함이 인장 강도를 경험하게 되는 경우이다. 일반적으로, 통상적인 디스플레이 장치는 두드러진 굴곡을 경험하지 않으므로, 이러한 결함의 존재는 큰 기술적 관심사는 아니었다.
통상적인 절삭 방법은 표준화된 장치 처리 조건 및 현재 적용의 최종용도 모두에서 견디는 충분한 강도를 갖는 에지를 생성한다.
도 1에서 보이는 것은 Weibull plot으로, 표준화된 4-점 굴곡 시험(예를 들 어, ASTM)에 따른 4-점 굴곡에서 75 마이크론 두께의 유리시트에 대한 손상(failure) 가능성을 보여준다. 이 경우 상기 샘플은 5mm 너비 X 30mm 길이 X 75마이크론의 두께였다. 상기 샘플은 에지에 설치한 4-점 굴곡 배열에서 시험되어 인장 응력이 전체 75 마이크로 면 두께에 걸쳐 적용되도록 하였다. 커브 10 및 12에 의해 나타나는 유리 시트는 레이저 절삭되었으나, 커브 14로 나타나는 유리 시트는 기계적으로 스크라이브(scribe)하고, 굴곡시킴에 의하여 시트를 파단하여 분리시킨 것이다. 개시된 바와 같이, 커브에 의하여 나타나는 샘플 중 어느 것도 약 300MPa를 초과하는 응력을 견딜 높은 가능성은 보여주지 않는다. 기계적 스코어링에 대한 샘플은 유리를 분리시키는 가장 보편적인 방법에 의한 것으로, 약 100MPa를 초과하는 응력을 견딜, 높은 가능성은 보여주지 않는다. 0.4mm 두께 이상의 유리 기판을 절삭시키는 표준 방법이 현재 장치 제조 공정이나 적용제품의 최종 용도에 대하여 필요함을 제기하더라도, 최근의 공정 및 응용처, 예를 들어 유연성 있는 디스플레이에 사용될 수 있음에 따라, 더 높은 에지 강도가 0.4mm 두께 이하의 기판에 대하여 요구된다.
유연성의 본래 특성에 기한 유연성 있는 디스플레이는 제조 공정 또는 사용 중에 디스플레이 기판에서의 현저한 응력을 발생시킨다. 따라서 유리에 존재할 수 있는 결함은 유리가 크랙하여, 유리를 손상시키게 할 매우 현저한 응력을 경험하게 할 것이다. 일반적인 디스플레이 제조는 유리를 절삭하여 개별적인 디스플레이로 제조하는 것과 관련되어 있고, 절삭은 절삭 에지를 따라 유리에 다수의 결함을 형성시키는 것으로 알려져 있기 때문에, 이는 유리 기판계의 유연성 있는 디스플레이 장치의 운명이 나쁘게 된다는 징조를 보여준다.
유리 시트의 에지에서의 결함을 환화하기 위한 시도는 레이저 절삭, 분쇄, 연마 등을 포함하며, 기타 유리 시트가 적당히 잘려지는 때에 형성되는 결함을 최소하거나 제거하기 위한 모든 시도를 포함한다. 그러나 이러한 많은 접근은 유연성 있는 디스플레이 장치에는 불충분한데, 이는 기술이 예측되는 응력에 요구되는 크기에 대하여 불량을 제거하기가 불가능하거나, 기술이 그러한 얇은 유리 시트(약 0.4mm 두께)에 적용되기 어렵기 때문이다. 유리 에지에 대한 산 에칭이 사용될 수 있으나 산 에칭은 기판 상에 위치한 디스플레이 장치가 불량화될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 디스플레이 또는 전자 장치의 제조방법은, 유리 리본을 제공하는 단계, 상기 무기재료는 상기 리본의 길이를 따라 대향하는 에지를 가짐; 상기 리본 상에 전자 부재를 형성시키는 단계; 및 대향되는 가공되지 않은 에지 및 그 위에 배치된 전자 부재를 갖는 유리 시트를 형성하도록 상기 리본을 분리시키는 단계를 포함한다.
다른 구체예에서, 전자장치는 약0.4mm 이하의 두께 및 두 개 이상의 에지를 포함하는 무기 재료 시트; 및, 무기 재료 시트 상에 배치된 전기발광, 반-도체, 또는 도체 재료의 하나 이상의 층을 포함하는 것으로 개시된다.
또 다른 구체예에서, 전자장치는 다운드로우 공정에 의해 제조된 유리 시트, 약0.4mm 이하의 두께를 갖는 유리 시트, 및 대향되는 관계에서 두 개 이상의 에지를 포함하는 기판; 및 상기 유리 시트 상에 배치된 전기적 활성 재료를 포함하는 것으로 개시된다.
전술한 개략적인 설명 및 하기의 상세한 설명 모두 단순히 본 발명에 대한 예시에 해당하며, 청구된 바와 같은 본 발명의 기술적 사상 및 특성을 이해시키기 위한 개관 또는 골자를 제공하려는 의도인 것으로 이해하여야 한다.
첨부되는 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서의 일부분으로서 구성되고 병합된다. 상기 도면은 축척에 부합할 필요가 없으며 다양한 구성요소의 크기는 명확성을 다소 왜곡할 수 있다. 도면은 본 발명의 하나 이상의 구체예를 도시하며 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리와 작용을 설명하기 위하여 사용된다.
도 1은 기계적 스코어링 및 레이저 절삭에 의하여 분리된(절삭된) 유리 샘플에 대한 파손 (failure)응력 가능성의 플롯이다.
도 2는 개별 유리 시트가 연신된 유리 리본으로부터 어떻게 일반적으로 절삭되는지를 보여주는 다운드로우 유리 시트 제조 공정의 부분 정면도이다.
도 3은 개별 장치가 모(parent) 시트로부터 분리되기 전, 유리 시트 또는 기판 상에 배열된 디스플레이 부재를 보여주는 중간(intermediate) 디스플레이 제조 공정의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 구체예에 따라 개별 유리 시트가 연신된 유리 리본으로부터 어떻게 일반적으로 절삭되는지를 보여주는 다운드로우 유리 시트 제조 공정의 부분 정면도이다.
도 5는 본 발명의 구체예에 따라 형성되는 디스플레이 또는 전자 장치의 투시도이다.
도 6은 본 발명의 구체예에 따라 제조되는 디스플레이 또는 전자 장치에 대한 굴곡 모드에서의 투시도이다.
도 7은 본 발명의 구체예에 따라 제조되는 디스플레이 또는 전자 장치에 대한 다른 굴곡 모드에서의 투시도이다.
도 8은 본 발명의 구체예에 따라 어떻게 유리 리본의 에지에서 릿지가 형성되는지를 보여주는 단면도이다.
도 9는 “U" 형상으로 굴곡된 유리시트에 대한 단면도이고 인장, 중립(neutral) 및 압축응력의 위치를 보여준다.
도 10은 연신된 에지의 중립면에서의 릿지를 보여주는, 본 발명의 구체예에 따른 디스플레이 또는 전자 장치의 단면도이다.
도 11은 연신된 에지를 갖는 샘플의 우수한 거동을 보여주는, 두 개의 상이한 유리 시트의 다중 샘플의 손상시의 최소 굴곡 반경의 플롯이다.
유리 시트를 제조하기 위한 일반적인 다운드로우 공정은 예를 들어, 슬롯 드 로우 공정, 오버플로우 공정, 융합 공정 또는 재연신(redraw) 공정일 수 있다. 슬롯 드로우 공정에서는, 용융된 원료 물질이 상기 용융 물질을 함유하는 용기(vessel)의 바닥에서 슬롯으로부터 연신된다. 제조된 유리 시트의 규격(dimension)은 슬롯의 크기나 형상, 용융된 원료 물질의 온도/점도, 및 연신속도에 의하여 부분적으로 결정된다.
일-면 오버플로우 공정에서는, 용융된 원료 물질은 긴 용기 또는 파이프의 위쪽 에지를 흘러넘친다. 제조된 유리 시트는 상기 용기와 접촉하고 있는 일면을 포함하나, 다른 면은 상대적으로 원상태(pristine)로서, 오버플로우 중에 용기 측에 접촉되지 않는다.
상기 오버플로우 공정의 변형에서, 용융된 원료 물질은 용기의 바닥부를 따라 수렴하는 경사면을 갖는 용기 또는 파이프의 양쪽 면을 흘러넘친다. 상기 두개의 분리된 흐름은 상기 면 사이에서의 수렴선(the line of convergence)을 따라 다시 합쳐져서 유리 리본으로 냉각되는 단일의 시트로 형성된다. 상기 리본은 이후에 더 작은 시트로 절삭될 것이다.
바람직하게, 흘러넘치며 수렴하는 형성 표면과 접촉하는 원료 물질의 양쪽 흐름으로부터의 원료 물질은 상기 유리 시트의 중심에서 합쳐지며, 이에 비하여 각 흐름의 원상태의 표면은 상기 유리 시트의 외부 표면이 되어, 유리 시트에 우수한 품질특성, 투명성을 제공하고, 이러한 것 때문에 “융합(fusion)"공정을 디스플레이 유리의 이상적인 근거라고 부른다.
단순성을 목적으로, 제한 없이, 본 발명이 0.4mm 이하의 두께로 유리 시트를 형성하는 다른 방법에도 적용될 수 있다는 이해와 함께하기의 설명은 재-연신 공정을 기준으로 제공된다.
일반적인 재-연신 공정에서, 미리 형성된 유리(즉, 예비 성형체)는 유리의 연화점 이상으로 재가열되고 세로로(길이방향으로) 및/또는 가로로(폭방향으로) 늘려져서 유리 리본을 형성한다. 상기 리본의 두께 및 리본의 폭은 특히, 상기 예비 성형체(preform)의 모양, 리본에 적용되는 인발력(pulling force) 및 유리의 점도에 의존한다. 상기 예비 성형체는 예를 들어 전술의 공정 또는 적당한 크기나 모양의 유리 성형체를 제조하는 것이 가능한 다른 어떤 공정, 예를 들어 플로트 공정 또는 수트 고화 공정 중 어느 것에 의하여 제조된 미리 형성된 유리 시트일 수 있다. 일반적으로, 상기 유리 리본은 상기 유리가 가늘어지는-두께 및 폭 모두- 시간 동안 수직으로 하방 연신되어, 상기 리본은 더 가늘고 얇아진다. 상기 리본의 에지는 적당한 롤러로 가이드되거나, 인발될 수 있으나, 또한 유리시트 만의 바닥으로부터 발생하는 인발 또는 연신력으로 접촉되지 않을 수 있다. 상기 연신 또는 형성된 에지는 일반적으로 아직 점성인 에지에서의 표면 장력 때문에 둥근 모양이지만, 공정 타입이나 공정 파라미터에 따라 테이퍼지거나 직각 형상과 같은 다른 형상을 취할 수도 있다. 예를 들어, 슬롯 드로우 공정에서, 슬롯의 형상 및 상기 유리의 점도는 일반적으로 테이퍼진 에지 또는 더욱 직각의 에지를 형성하도록 변할 수 있다.
유리의 강도는 유리 내의 결함의 존재를 나타낸다. 만일 인장 응력이 결함을 갖는 유리에 적용되면, 상기 응력은 상기 결함에 집중되기 시작한다. 결함은 예를 들어 미세 크랙일 수 있으며, 여기서 상기 응력이 상기 크랙의 정점(tip)에 집중된다. 만일 응력이 특정 크기를 초과하면 원 결함(original flaw)-크랙-은 성장할 것이다. 충분한 응력이 적용되면 크랙 성장은 실제로 즉시 일어나서 유리의 치명적인 손상을 야기할 것이다: 즉 파단된다.
사슬의 강도가 가장 약한 고리의 강도에 기초하는 것과 같이, 유리의 강도는 가장 크고, 그에 따라 가장 약한 흠결의 강도에 의하여 특정될 수 있다. 예를 들어, 10 kpsi의 인장 응력이 유리 섬유에 적용되며, 상기 섬유가 확실히 유지되는 상태라면, 상기 섬유는 적어도 10 kpsi의 강도를 가진다고 말할 수 있다. 즉, 유리 섬유 상에 존재할 수 있는 모든 결함이 10 kpsi가 손상을 가져올 정도 보다는 작다는 것이다. 따라서 유리 내의 흠결의 “크기”는 때로 상기 흠결에서 유래하는 치명적 손상을 유발하는 데 필요한 최소한의 인장 응력을 지칭하는 것으로 표현되곤 한다. 따라서 파단없이 10 kpsi로 응력이 가하지는 유리 섬유는 10 kpsi 보다 “큰(larger)” 어떠한 흠결도 없다고 말할 수 있다. 약간 다른 말이나, 응력에 관한 흠결 크기의 특징은 유리 강도의 기술 분야에서는 일반적인 것이다. 이는 흠결의 깊이는 거의 직접적으로 측정할 수 없으며, 흠결의 간접적 “강도”가 대신하여 사용된다는 단순한 사실에 기인한다.
전술한 논의에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 유리의 강도는 유리의 이력에 대한 결과이다. 즉, 새로이 형성된 유리는 본질적으로 매우 강하다. 바로 형성된 유리 시트는 새로이 형성된 유리 섬유의 강도-일반적으로 700 MP을 초과함-에 이를 수 있다. 그러나 후속의 취급이나 환경 요소들에의 노출은 결함을 형성시키거나, 존재하는 결함을 확대하여 유리를 약하게 한다. 이러한 이유로, 예를 들어, 새로이 연신된 광학 섬유는, 유리의 표면을 보호하고, 강도의 저하를 방지하거나 최소한으로 하기 위하여 고분자로 즉시 코팅된다.
여기에서 사용되는 “(바로)연신된(as-drawn)” 또는 “(바로) 형성된(as-formed)"의 용어는 이하에서 에지가 형성된 이후(즉, 유리가 그 변형점 이하로 냉각되어, 적용된 하중이 유리를 탄성적으로 변형시키는 탄성 상태로 도입된 이후)에 스코어되거나, 절삭, 연마, 기타 달리 처리되는 공정을 거치지 않은 유리 에지를 일컫는다. 처리 중에 유리시트 또는 리본 온도가 변형점 이상에서 일어나는 모든(any) 에지 처리(성형공정, 절삭 및 기타)는 예를 들어 CO2레이저로 처리되는 때에 일어날 수 있는 국부적 에지 가열 및 재-흐름(re-flowing)을 제외하고 “바로 형성된” 것으로 생각된다. 이러한 처리는 유리와의 통상적인 접촉, 예를 들어 이송 중에, 유리가 공기, 수분 등에 노출되어 접촉되는 것을 제외하는 것으로 이해되어야 한다.
다운드로우 공정의 측면에서, 유리의 에지는 이들이 온도 구배나, 점성 또는 점탄성 물질에서 탄성 물질로 전이를 통한 하강(descend)에 따라 바로 형성되는 것으로 여겨진다. 일반적인 유리 시트 제조 공정에서, 바로 형성된 에지는 유리가 변형점 온도 이하로 냉각된 이후 제거되고, 통상 다운드로우 공정으로 이어진다.
도 2에서 보이는 것은 소스(source)(미도시)로부터 하강하는 유리 리본(16)이다. 유리 리본(16)은 상기 리본의 하단부로 힘F를 적용함으로써 연신될 것이다. 그 대신에, 각 리본(16) 에지에서 역회전(counter rotating)하는 인발 롤러쌍(18)이 상기 유리를 연신하는데 사용될 수 있다. 상기 소스는 재-연신 공정, 단일-면 오버플로우 다운드로우, 이-면 융합 다운드로우 공정 또는 점성 용융물이 유리 리본으로 연신되는 기타 다른 공정일 수 있다. 일반적인 유리 시트 제조 작업에서, 유리 시트(20)는 분리선(21, 22)을 따라 리본(16)으로부터 절삭된다. 바로 연신된 에지 부분(24, 26)은 제거되어 분리 에지(28, 30)를 형성하고 통상 이어지는 다운드로우 공정에 도입된다. 유리 시트(20)는 추후에 디스플레이 또는 전자 장치 제조 공정에서 사용될 것이다.
규모의 경제는 통상 실제로 적용을 위해 제조될 수 있는 기판 시트 상에 가능한 많은 장치를 형성함으로써 전자 장치 제조 공정에서 현실화된다. 따라서 도 3에서 보이는 바와 같이, 가능한 많은 전자 장치 부재(32)(예를 들어, 디스플레이 부재 32)는 적용 가능한 유리 시트(20) 상에 형성될 수 있다. 장치 부재(32)는 예를 들어, 전자적으로 활성 또는 비활성 재료, 또는 전자 발광 재료, 예를 들어 유기 발광 다이오드(OLED) 재료의 하나 이상의 층일 수 있다. 장치 부재는 예를 들어, 보다 대규모의 디스플레이 장치, 전자 발광 재료 등의 하나 이상의 픽셀일 수 있다. 유리 시트(20)는 복수의 전자 장치 부재(32)를 포함하며, 이후에 추가로 예를 들어 분리선(34)을 따라 절삭되어, 개별 전자 장치를 형성한다. 예를 들어, 유리 시트(20)는 다중의 장치 부재(32) 세트를 포함할 수 있다. 유리 시트(20)는 그 다음 분리 또는 재구획되어 각각의 장치부재(32)세트가 보다 복잡한 어셈블리, 예를 들어 컴퓨터 모니터, 텔레비전, 휴대전화 등으로 통합될 수 있도록 개별 디스플 레이 유닛을 포함하게 한다. 후술하는 설명은 주로 그러한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 그러나 후술의 개시내용은 다른 전자 장치에도 적용될 수 있음을 인식하여야 한다. 여기서 전자 장치는 제한되는 것은 아니나, 디스플레이 장치, 광기전 장치, 근거리 무선 인식장치(RFID), 실리콘 반도체 장치, 유기 반도체 장치 및 기타 일반적인 전자 장치를 포함하는 장치 및 어셈블리의 어떠한 광의의 카테고리를 지칭하는 것으로 의도된다. 한편으로, 전자장치 부재는 단일 구성이나 전술한 장치 또는 어셈블리의 구성 세트를 지칭하는 것으로 의도된다.
전술한 설명으로부터 상기 공정으로부터 기인하는 개별 전자 장치가 디스플레이의 각 면상에 분리 에지(separation edge)를 포함한다는 것을 용이하게 파악될 것이다. 일반적으로 디스플레이 장치는 사각의 형상이고 따라서 상기 공정에 따른 디스플레이는 연신 공정 이후에 형성되는 4개의 분리 에지를 포함할 것이다. 즉, 디스플레이 디바이스의 전체 주위경계(perimeter)는 분리 에지로 구성되며, 다양한 크기 및 인장 강도의 결함을 포함할 수 있을 것이다. 상당정도의 굴곡 응력을 견뎌야 할 것이 요구될 수 있는 유연성있는 전자 장치의 경우, 장치의 파단에 의한 손상의 가능성은 분리 에지의 존재에 의하여 높아지는데, 굴곡의 방향이 무엇이건 간에, 분리 에지는 굴곡되어 응력을 받을 수 있기 때문이다. 본 발명은 리본의 바로 형성된 에지 및 상기 리본으로부터 절삭되는 시트로부터 얻어지는 높은 강도의 이점을 갖는다.
여기에서 사용되는 일반 용어 “유리”는 기판 재료를 나타내는 데 사용되나, 상기 기판 재료는 점성 상태로부터 형성 가능한 유리, 유리 세라믹, 및 세라믹 을 포함하는 취성 무기재료의 광범위의 어떤 부류도 포함하는 것으로 규정된다. 예를 들어, 유리 세라믹 기판은 결정화 단계를 거치기 전에 점성 상태로부터 연신되는 때에 형성되는 고 강도의 바로 형성된 에지를 보유할 수 있다. 마찬가지로, 상기 기판은 바로-형성된 에지를 갖는 하나 이상의 무기층을 포함할 수 있으며, 상기 층 중 하나 이상은 바로 형성된 에지를 포함할 수 있다. 상기 기판은 추가적으로 보호 고분자 또는 기타 층을 바로-형성된 에지를 갖는 하나 이상의 무기층과 함께 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 구체예에서, 유리의 바로-형성된 에지는 유리를 하방으로 연신하지만, 상기 유리 에지를 유리의 변형점 이상의 온도에서 접촉하여 변형시키는 인발롤(pulling rolls)에 의하여 접촉된다. 실제로 일부 구체예에서 상기 롤은 인발을 위해서는 덜 사용되고 리본 에지에 형상을 부여하기 위하여 더 사용될 수 있으며, 예를 들어 그러한 모양은 테이퍼진 것, 또는 상기 리본의 길이방향을 따라, 바람직하게는 에지 두께의 중심부 하방으로(상기 리본의 중립면), 시트 에지로부터 연장되는 유리 웹(web)이다. 기타 바로-연신된 유리 에지의 성형 방법도 가능한데, 예를 들어 레이저나, 가압 가스, 또는 기타 방법이 사용될 수 있다.
일 구체예에 따라, 인발롤이 적용되지 않고, 연신된 리본에서 바로-연신된 에지가 제거되지 않는다. 도 4에서 도시된 것은 바로-연신된 에지가 제거되지 않는다는 점을 제외하고, 도 1과 관련되어 개시된 정도로 형성되는 리본을 나타낸다. 유리 리본(38)은 예를 들어 추후 사용을 위해 권취하여 저장할 수 있다. 어쨌든, 유리 리본(38)은 바로-연신된 에지(40, 42)에 일반적으로 평행한 장방향 규격 L(길 이 L) 및 상기 길이를 가로지르는 폭W를 갖는다. 길이 L은 특정 공정에 따라 변화될 수 있다.
리본의 폭W은 전자 장치 부재(32)가 상기 리본의 폭을 가로질러 형성되도록 규격화된다. 따라서 전자장치 부재는 유리 리본 상에서 사진 필름의 스트립에서 연속적으로 형성되는 이미지와 같은 방식과 유사한 방식으로 형성되어, 리본(38)이 예를 들어 디스플레이 장치와 같은 개별 전자 장치를 형성하는 하나의 규격(dimension)을 따라서만 분리되도록 한다. 전자 장치 부재(들)는 통상 하나 이상의 전자발광, 반도체, 또는 도체 재료 층을 포함한다. 예를 들어, 상기 장치는 유기 발광 재료일 수 있다. 유리리본(38) 상에 하나 이상의 디스플레이 또는 전자 장치부재(32)의 형성 전 또는 그 이후에, 개별 디스플레이 또는 전자장치 기판(44)은 분리선(46)을 따라 리본으로부터 절삭된다. 예를 들어, 개별 장치 기판(44)은 장치 부재(32)가 구성되기 전의 바로-형성된 에지(40, 42)를 존속시키는 방식으로 유리 리본(38)으로부터 분리될 수 있다. 마찬가지로, 남아있는 유리 리본(38)에 아직 부착된 상태로 기판 상에 먼저 장치 부재(32)가 제조될 수도 있다. 첫 번째 접근방식(approach)은 장치의 뱃치 공정에 적합하고, 두 번째 접근방식은 장치의 연속 또는 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정에 적합하다. 두가지 모두에 있어, 장치 기판(44)의 바로-형성된 에지(40, 42)는 존속된다.
여기에 기술되는 특정 예는 디스플레이 장치 및 유연성 있는 디스플레이장치를 특히 다루고 있다. 또한 바로-형성된 에지를 갖는 고강도의 기파능ㄴ 유리 발광, 전기 영동, 액정 및 전기 습윤 장치와 같은 디스플레이 장치의 몇가지 유형에 사용될 수 있다. 그러나 일반적으로, 고 강도의 바로-형성된 에지를 갖는 얇은 유리 기판은 디스플레이 영역을 벗어난 기타 전자 장치 적용제품에 사용될 수 있다. 그러한 장치는 바로-형성된 에지를 갖는 단일 기판 또는 바로-형성된 복수의 에지(상부 및 저부, 후면 및 컬러필터, 후면 및 캡슐화 커버 등)를 갖는 다중 기판을 포함할 수 있다.
또한 “유연성 있는(flexible)"의 용어가 유리 기판을 설명하는데 일반적으로 사용되나, 기판은 최종 제품 또는 장치 제조 공정 중에 굴곡될 필요는 없다. 상기 용어 “유연성 있는”은 기판이 충분히 얇고, 약 30cm 이하, 약 10cm 이하, 약 5cm 이하, 약 2cm 이하, 또는 약 1cm 이하인 굴곡 반경에 견디는 충분한 강도를 갖는다는 것을 가리킨다. 예를 들어, 바로-형성된 에지를 갖는 고강도 기판 상에 형성된 최종 제품은 박형(thinness) 및 경량의 특성을 요할 수 있다. 이러한 제품은 기계적으로 내구성있는 기판을 요할 수 있으나, 굴곡은 최종 용도나 이의 제조 공정 중에서 일어나지 않을 것이다. 대신에, 연속 또는 반-연속 제조 공정이 전자 장치의 제조에 사용될 수 있는데, 이에 따라 잠재적으로 굴곡 반경에 노출되는 기판이 요구된다. 이 경우 최종 제품은 기판의 굴곡을 요하지 않을 수 있으나, 경비 효율성의 제조 공정은 요할 수 있다. 최종 예는 단기간(short term) 또는 장기간의 굴곡 반경 중 어느 하나를 거치도록 요구되는 목적 제품에 관한다. 장치는 연속 또는 플랫 뱃치(flat batch) 공정에서 유연성 있거나 상응성 있는(conformable) 장치를 위해 제조될 것이다.
개별적인 디스플레이 또는 기타 전자 장치가 리본으로부터 절삭되는 경우, 아래에 위치한(underlying) 유리시트 또는 기판은 일반적으로 사각형의 형상으로, 두 개의 대향되는 에지를 갖는 두 개의 세트를 갖는다. 절삭 또는 분리 에지의 첫 번째 쌍, 및 미-절삭, 바로-연신된 에지의 두 번째 쌍이 그것이다. 상기 유리시트는 바람직하게 0.4mm 이하의 두께, 또한 바람직하게 100㎛ 이하의 두께를 갖는다. 상기 바로-형성된 에지는 약 500MPa 이상의 인장강도를 가질 수 있다. 한편으로는 상기 분리 에지의 인장 강도는 상당히 더 약해서, 어느 경우에는 약200MPa 이하이고, 상기 에지는 분리 작업(예를 들어, 스코어링 및 브레이킹) 중에 손상을 입게 된다. 따라서 전체 시트의 강도는 에지의 낮은 강도에 의하여 절충된다. 즉 에지의 강도는 전체 시트의 최대 강도를 수립한다. 그러한 최종 전자장치(44)의 하나가 도 5에 도시되어 있다. 전자 장치(44)는 두개의 바로-형성된 에지(40, 42), 및 리본(38)으로부터의 분리에 의한 두 개의 분리 에지(48, 50)를 포함한다. 전자 장치(44)는 디스플레이 장치 또는 여기에 개시된 다른 장치일 수 있다.
도 6은 유리 시트(52)상에 분리에지(48, 50) 및 대향하는 바로-연신된 에지(40, 42)(디스플레이 또는 전자장치 부재(32)는 명확성을 위해 생략되었다)를 갖는 유리 시트(52)를 포함하는 유리 기판-기초의 디스플레이 또는 전자 장치(44)를 나타내고 있다. 직교축(60, 62)은 축(60)이 바로-연신된 에지(40, 42)에 수직하고 교차하며, 축(62)가 분리 에지(48, 50)에 수직하고 교차하도록 유리 시트 상에 포개어 진 것으로 도시된다. 축(60, 62)이 그들 각각의 에지를 양분하거나, 자체적으로 또는 그들 각각의 에지에 대하여 수직일 필요가 없다는 것은 명백하다. 즉, 굴곡(bending)은 어떤 하나의 에지에 대하여 수직일 필요는 없다. 그러나 여기에서는 대표적인 것으로서 개시된다.
만일 유리시트(52)가 U-자형의 커브의 상단부를 따라 움직이는 축(60)으로 일반적으로 “U"자 형을 형성하는 방식으로 구부려진다면, 분리에지(48, 50)는 굴곡되지 않고 외부에서 적용되는 인장 응력도 거치지 않을 것이다. 한편으로, 바로 형성된 에지(40, 42)가 구부려진다. 에지(40, 42)가 바로-형성된 에지이고, 높은 강도를 갖기 때문에, 상기 시트는 파단되기 어려울 것이다. 그러나, 만일 시트(52)가 도 7에서 보이는 바와 같이 축(62)이 U-자형 커브의 상단을따라 이동하도록 축(60)에 교차하게 구부려진다면, 분리 에지(48, 50)는 응력-표면(64)에서의 압축 응력 및 표면(66)에서의 인장 응력에 도입된다. 만일 굴곡이 충분히 꽉끼게(tight)(작은 굴곡반경을 가짐) 이루어지고, 분리/절삭 공정에 의한 에지(48, 50)에서 발생한 결함이 적용된 인장 응력보다 낮은 강도에 관한 것이면, 상기 시트는 분열될 수 있다.
그러한 굽힘(굴곡)을 거칠 수 있는 유연성 있는 디스플레이 또는 전자장치에 대하여 고려되는 응용예는 많다. 예를 들어, 유연성 있는 디스플레이 또는 전자장치는 롤이나 코일 형태일 수 있으며 이는 보기 위해서 권출되고, 저장시에는 다시 권취된다. 만일 장치의 결함성(flaw-prone)의 분리 에지가 상기 코일의 축과 평행하다면, 상기 분리 에지는 최소한의 응력을 거칠 것이다. 굴곡에 기한 응력은 고-강도의 바로-형성된 에지에 의해 대신 보유된다(borne). 또한 장치는 설치 중에 한번 굴곡되고 그의 사용기간에 걸쳐 연속적으로 굴곡 반경으로 유지될 것이다. 이는 또한 잘 알려진 유리 피로 현상에 기한 고 강도의 연속적으로 구부러진 에지를 요 한다. 연속, 반-연속, 또는 뱃치 제조 공정은 바로-형성된 에지를 따라 또한 큰 인장 강도 또는 기타 강도 조건이 요구될 수 있다.
도 8에서 보이는 것은 본 발명에서의 다른 구체예이고, 여기서 테이퍼진 형상은 예를 들어 쌍을 이루는 롤(68)에 의해 유리 리본의 바로-형성된 에지에 부여된다. 보이는바 대로, 유리 리본의 극단(extreme) 에지는 실질적으로 리본의 나머지 부분보다 얇다. 예를 들어, 상기 에지는 리본의 길이를 따라 연장되며, 각각 전면 및 후면(74, 76) 사이의 리본 중간부(midway)의 바디로부터 연장되는 유리의 박형 릿지(thin ridge)(72)를 포함할 수 있다.
유리 목적물로서, 에를 들어 유리 시트(52)는 구부려져서, 두 개의 응력 존(zone)이 상기 굴곡의 외부에 형성되고, 반면에 상기 굴곡의 내부에 압축 존이 형성된다. 외부에서 내부로 움직임에 따라, 상기 인장응력 존에서의 인장응력은 점차 감소되고 0을 통과하여, 압축응력으로 된다. 즉, 유리 시트의 두께를 통하여 움직임에 따라, 인장으로부터 압축으로, 또는 압축에서 인장으로 응력이 전이된다. 상기 두 개의 표면 사이의 중간부 응력은 영(0)이고, 중립면(nuetral plane)N으로 나타낼 수 있다. 유리 (인장)응력 하에서 손상되며, 만일 상기한 릿지 영역이 시트의 중립면을 따라 형성되었다면, 릿지에 존재하는 결함은 상기 응력이 이러한 위치에서 최소가 되기 때문에 손상의 원인으로서 덜 작용할 것이다.
도 10에서 보이는 것은 리본(70)으로부터 분리된 유리 시트(82)를 포함하는 본 발명의 구체예에 따른 예시적인 전자 장치(80), 예를 들어 디스플레이 장치의 단면도이다. 바로-형성된 에지는 도 10의 우측 및 좌측에 보여진다. 반면에 분리에 지는 지면(page)의 외부 및 내부에 있다. 전자 장치 부재(32), 예를 들어 전자 발광, 반-도체, 도체 재료(예를 들어, 유기발광 재료, 실리콘(Si), 또는 인듐 주석 산화물(ITO) 코팅)가 유리시트(82) 상에 배치된다. 장치(80)는 또한 유리 시트(82)에 밀봉 씰 및 그에 따른 장치 부재(32)에 대한 밀봉 패키지를 제공하는 하나 이상의 차단층(barrier layers)(84)을 포함할 수 있다. 상기 차단층은 전자 장치부재의 상단부 또는 장치 부재(32)의 아래(유리 시트(82)와 장치부재(32) 사이)에 형성되거나, 장치부재(32)로부터 유리시트(82)에 대향하여 배치될 수 있다. 차단층(84)는 예를 들어 유리층, 고분자층, 또는 밀폐성을 제공할 수 있는 기타 모든 층일 수 있다. 유리 시트(82)는 유리 시트(82)의 중립면 N을 따라 배치된 에지 릿지(72)를 포함하는 것으로 도시된다. 릿지(72)는 예를 들어 도 8에서 도시된 바와 같이, 상술된 다운드로우 공정 중 어느 것에 의한 공정 중에 롤러에 의하여 형성될 수 있다. 전술한 예(즉, 도 9)로부터 명백한 바와 같이, 릿지(72)가 예를 들어, 도 9에서 도시되는 바와 같이 "U"자 형의 굴곡 내에서 비극성이고, 상기 릿지가 응력을 거의 거치지 않으며 유리시트의 중립면을 따라 위치되도록 디스플레이(80)(예를 들어, 유리 시트(82))가 굴곡된다. 따라서 손상되는 경우에도, 릿지(72)를 포함하는 바로-연신된 에지는 파열될 가능성은 별로 없다.
본 발명의 구체예를 설명하기 위하여, 코닝 코드 1737G 유리시트가 재-연신 공정에서의 예비 성형체로서 적당한 규격으로 절삭된다. 상기 예비 성형체는 재연신되고, 결과물인 유리 리본은 바로-연신된 에지를 보유한 채, 40mm 길이로 절삭된다. 상기 40mm 길이의 샘플은 두 개의 이동 평행판 사이에서 “U"자형으로 굴곡되어 상기 바로-형성된 에지의 이점(two point) 굴곡강도를 측정한다. 이점 굴곡 강도 시험은 유리섬유를 포함한 유리 제품의 강도를 시험하는데 통상적인 방법이다. 샘플은 두개의 “U"자형 고정물(fixture) 및 하나 또는 서로 함께 움직이는 양 고정물 사이를 덮는다(plated). 상기 유리 제품의 크기 및 고정물 간의 거리(예를 들어, 제품의 굴곡 반경)는 손상시의 제품에 일어나는 인장 응력을 측정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 통신 산업 협회지(Telecommunications Industry Association Bulletin) No. TSB62-13이 참조된다. 상기 플레이트는 샘플이 손상(파괴)될 때 까지 0.1mm/s의 마감율(closure rate)로 함께 움직인다. 상기 시험의 결과는 도 11에 도시되었다. 도 11은 샘플의 두께에 대한 함수로서 각 샘플에 대하여 달성된 최소 굴곡 반경의 데이터 포인트를 나타내고 있다. 상기 1737G 샘플(86)은 많은 경우에 있어 30mm 이하, 20mm 이하, 10mm이하의 최소 굴곡 반경을 달성할 수 있었다. 동일한 시험이 도 11에서 플롯되고(88) 레이저로 절삭되어 규격화된 코닝 0211 마이크로 시트 유리에 대하여 또한 수행되었다. 도 11은 0211 마이크로시트 샘플이 재 연신된 1737G유리 샘플보다 더 얇기는 하지만, 다수의 1737G 샘플이, 샘플이 손상되기 이전에 0211 마이크로 시트 샘플에 비하여 훨씬 더 작은 굴곡 반경을 달성할 수 있었다. 0211 마이크로 시트 샘플에서 파단 전 달성 가능한 최소굴곡반경은 30mm였다.
다른 시험예에서, 코닝 이글 2000FTM 유리 시트가 일정 규격으로 절삭되고 40㎛두께 및 50cm 길이로 약 0.4mm 폭의 규격을 갖는 유리 시트로 재연신 되었다. 재연신된 샘플은 그 다음 공기 중에서 약 180MPa/s의 속도로 파단하는 인장으로 강도 시험되었다. 기록된 중간(median) 강도는 대략 1000MPa였다.
본 발명은 특정한 예시적 구체예와 함께 기술되나, 많은 대체물, 개량물, 및 변형물이 존재할 수 있음이 전술한 설명에 비추어 당업자에게는 명확할 것이다. 따라서 본 발명은 그러한 모든 변형, 개량, 대체물을 첨부된 청구범위의 기술적 사상 및 넓은 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 유리 리본을 제공하는 단계, 상기 유리는 상기 리본의 길이를 따라 대향하는 에지를 가짐;
    상기 리본 상에 전자 부재를 형성시키는 단계; 및
    대향하는 에지 및 그 위에 배치된 전자 부재를 갖는 유리 시트를 형성하도록 상기 리본을 분리시키는 단계를 포함하고,
    상기 대향하는 에지는 상기 유리가 그의 변형점 아래로 냉각된 후 가공되지 않은 전자 장치의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유리 시트의 에지는 상기 시트의 중립면(neutral plane)을 따라 위치한 릿지(ridge)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전자 부재는 전기발광 재료, 반도체 재료, 또는 도체 재료의 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 제조 방법.
  4. 약 0.4mm 이하의 두께 및 적어도 2개의 에지를 포함하는 유리 시트;
    유리 시트 상에 배치된 전기발광 재료, 반도체 재료, 또는 도체 재료의 하나 이상의 층을 포함하며,
    상기 적어도 2개의 에지는 유리가 그의 변형점 아래로 냉각된 후 가공되지 않은 전자 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 유리 시트의 최소 인장 강도는 적어도 500MPa 이상인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 전자 장치는 전기발광 디스플레이 장치, 액정 디스플레이 장치, 전기영동(electrophoretic) 디스플레이 장치, 또는 전기 습윤(electro-wetting) 디스플레이 장치인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 전자 장치는 광기전 장치, 무선 인식 장치, 또는 조명 장치인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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