KR101449101B1 - 수명특성이 우수한 ＯＬＥＤ용 Ｆｅ－Ｎｉ 기판의 제조 방법 - Google Patents

수명특성이 우수한 ＯＬＥＤ용 Ｆｅ－Ｎｉ 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플렉서블 OLED 디스플레이용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법 및 OLED에 관한 것으로서, 전도성 모판을 전해 연마하여 표면 조도를 조절하는 단계; 상기 전도성 모판이 일정한 방향으로 수평 공급되고, 상기 전도성 모판의 일면 또는 양면에 대하여 이격되어 배치된 애노드 전극과의 사이에 전해액을 공급하고, 상기 전도성 모판 및 상기 애노드 전극에 전류를 인가하여 상기 전도성 모판 상에 금속 박을 형성하는 단계; 및 상기 금속박을 박리하여 금속 기판을 제조하는 단계를 포함하는 플렉서블 OLED용 금속 기판의 제조방법, 그에 의해 얻어진 플렉서블 OLED용 금속 기판 및 플렉서블 OLED를 제공한다.

Description

수명특성이 우수한 ＯＬＥＤ용 Ｆｅ－Ｎｉ 기판의 제조 방법{Method for Manufacturing Fe-Ni substrate for OLED with Improved Lifetime}
본 발명은 플렉서블 OLED 디스플레이용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법 및 OLED에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해 연마를 이용하여 우수한 평탄도를 갖는 플렉서블 OLED용 금속 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화시대로 진입함에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판 디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.
이와 같은 평판 디스플레이 장치의 주체적인 예로는 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 디스플레이 장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계 방출 디스플레이 장치(Field Emission Display device: FED), 전기 발광 디스플레이 장치(Electroluminescence Display device: ELD), 발광 유기 디스플레이(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있다. 이들 평판 디스플레이 장치는 텔레비전이나 비디오 등의 가전 분야뿐만 아니라 노트북과 같은 컴퓨터나 핸드폰 등과 같은 산업분야 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 평판 디스플레이 장치는 박형화, 경량화 및 저소비전력화의 우수한 성능을 나타내고 있으며, 이로 인해 기존에 사용되었던 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있는 실정이다. 특히 OLED는 소자 자체적으로 빛을 발광하며 저전압에서도 구동될 수 있기 때문에 최근 휴대기기 등의 소형 디스플레이 장치에 빠르게 적용되고 있다. 또한 OLED는 소형 디스플레이를 넘어서 대형 TV와 같은 대형 디스플레이 분야에서도 상용화를 목전에 둔 상태이다.
한편, 이러한 평판 디스플레이 장치는 소자의 지지 기판으로서 유리기판을 사용하고 있는데, 이러한 유리기판은 경량화, 박형화, 그리고 디스플레이의 유연성을 확보하는 데에 한계를 나타내어, 적용에 제약이 따른다.
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 평판 디스플레이 장치로 부각되고 있는 중이다.
그러나, 이러한 플라스틱이나 폴리머 재질과 같은 기판을 OLED에 적용할 경우, 플라스틱이나 폴리머 재질은 수분 투습성이 높기 때문에 투과된 수분에 의해서 OLED의 수명이 단축된다는 단점이 있다. 또한 대체적으로 열 방출 성능이 낮아 디스플레이 장치 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 배출하지 못한다는 단점이 있어, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
하지만 금속 기판의 경우 소재의 특성상 수분방지 능력이 매우 뛰어나고 방열성 또한 매우 우수하여, 플렉서블 디스플레이 장치에서 기판으로써 제공될 수 있을 것이다. 하지만 기존의 압연에 의해 제조된 금속 기판의 경우 표면 조도 제어가 힘들어 표면 돌기나(spike) 혹은 공동(cavity)이 존재하며, 이로 인해 소자 특성이 매우 저하된다. 또한, 압연법에 의해서 박형 기판을 만들 경우, 기판의 두께가 얇아질수록 제조비용이 급격하게 상승하는 단점이 있다.
본 발명의 일측면은 전기주조에 의해 모판상에 금속박을 전착함으로써 매우 평탄한 표면 조도(Ra<2nm)를 갖고, 수분방지 특성이 우수하며, 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 OLED 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 저렴한 비용으로 제조가 가능하고, 박막화 및 대량생산이 용이한 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 OLED 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일측면은 전기주조에 의해 모판상에 금속박을 전착함으로써 매우 평탄한 표면 조도(Ra<2nm)를 갖고, 수분방지 특성이 우수하며, 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 OLED 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 저렴한 비용으로 제조가 가능하고, 박막화 및 대량생산이 용이한 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 OLED 디스플레이용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 표면 조도가 우수하며 우수한 방열성을 갖는 플렉서블 OLED 디스플레이용 기판을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 저렴한 비용으로 방열성 및 표면 조도가 우수한 플렉서블 OLED 디스플레이용 기판을 보다 용이하게 박막화할 수 있고, 또 대량 생산이 용이하여 경제적이다.
도 1은 본 발명에 따른 OLED용 금속 기판을 제조하는 수평 전주장치의 일례를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
본 발명자들은 플렉서블 OLED 디스플레이를 제조함에 있어서, 금속 기판을 OLED용 기판으로 사용하면 플라스틱이나 폴리머 재질과 같은 유기 플렉서블 기판의 우수한 가요성을 확보하면서, 상기 유기 플렉서블 기판의 문제점으로 지적되고 있는 수분 방지특성과 방열성을 향상시킬 수 있음을 인지하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
상기와 같은 본 발명의 특성을 갖는 금속 기판을 얻기 위한 디스플레이 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 전해 연마를 이용하여 우수한 평탄도를 갖는 플렉서블 OLED용 금속 기판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 금속 모판을 전해 연마하는 단계, 전기주조에 의해 금속박을 제조하는 단계 및 상기 금속박을 분리하여 금속 기판을 얻는 단계를 포함한다.
상기 금속 기판은 Fe 합금 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 기판 성분으로서 사용되는 Fe는 경하면서도 유연하고, 제조 비용이 저렴하고, 대량 생산이 가능하기 때문에 생산성 측면에서도 유리하다는 이점이 있다. 나아가, Fe는 높은 열전도율을 가지고, 일정 수준 이상의 강도 또는 경도를 확보하고 있으면서, 동시에 유연하기 때문에, 물리적 충격에 의한 균열 혹은 파단이 잘 발생하지 않아, 방열성 및 내구성을 확보하는 측면에서도 유리하다.
나아가, 롤과 같은 형태로 쉽게 변화되기 때문에, 보관이 용이하고, 고객사의 요구에 맞게 기판의 크기를 제어하는 것이 쉽다는 장점이 있다.
한편, 디스플레이는 기판 위에 적층되는 다른 구성요소들과의 열팽창계수가 유사할 것이 요구된다. 열팽창계수의 편차가 발생하는 경우에는 온도의 상승 또는 저하에 따라 기판 또는 그 위에 적층되는 물질에 응력이 가해져 수축이나 팽창으로 인한 균열 또는 파단이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판은 4×10-6m/K 이하의 열팽창계수를 갖도록 조절되는 것이 바람직하다.
이러한 문제를 억제하기 위해, 상기 기판은 Fe와 Ni을 포함하는 Fe-Ni 합금인 것이 바람직하다. 이와 같이, Fe-Ni합금으로서 기판이 제조되는 경우에는, Ni의 함량을 제어함으로써 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.
상기와 같은 열팽창계수를 갖는 합금 기판은 Ni의 함량을 조절함으로써 제어할 수 있는 것으로서, 상기 Fe-Ni 합금 기판은 니켈을 32중량% 내지 38중량% 포함하고, 잔부는 철이고, 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 상기 Ni 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 열팽창이 커지게 되고, 이로 인한 열응력 발생으로 인해 소자의 수명특성 저하가 발생하기 쉬워지게 되어, 디스플레이용 기판으로 적용되기 어려울 수 있다.
이와 같은 금속 기판을 압연법을 이용하여 유선 극박 기판을 제조하는 경우 두께가 얇아질수록 제조 원가가 급증하며, 디스플레이 기판으로 사용하기 위해서는 표면 조도의 관리가 필수적인데, 압연법으로 기판을 제조하는 경우 개재물이 표면층에 분포하여 표면 조도를 제어하기 어렵다.
따라서, 본 발명에 따른 금속 기판은 전기주조를 통해서 생산하는 것이 바람직하다. 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.
이러한 금속 기판을 제조하는 전기주조법으로서, 종래 통상적으로 사용되고 있는 드럼형 전기주조장치를 들 수 있으나, 드럼 셀을 이용하여 전주법으로 금속 전착층을 제조하는 경우에는, 균일한 두께 및 표면 형상을 갖는 박막을 제조하기 위해서는 드럼 표면의 관리가 중요한데, 이를 위해서는 전체 공정의 운전을 중단시켜야 하는 문제가 있어 연속적으로 드럼 표면의 관리가 어렵다. 또한, 박막 생산과 관련하여, 전해액에 침지되는 드럼 표면의 면적이 전착 속도를 결정하므로 전주에 사용되는 드럼의 크기에 따라 생산 속도가 제한되고 큰 드럼의 제공에 많은 비용이 소요되며, 따라서 드럼의 교체에 한계가 따르는 단점을 갖는다. 나아가, 생산 속도를 증가시키기 위하여서는 애노드와 캐소드 사이의 전해액 유동속도를 증가시켜야 하지만, 애노드와 캐소드 사이의 형상이 곡률로 구성되어 있어 전해액 유동속도가 점차적으로 감소하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 수평형 전기주조장치를 사용하여 금속 기판을 제조하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 드럼 형이 아닌 연속 공급된 금속 모판에 전해액을 공급하고 모판의 상하면에 전해반응이 발생하는 수평 셀 타입의 전기주조 장비를 사용하여 모판의 상하면에 동시에 전착층을 생성할 수 있으며, 나아가, 전해액이 고속으로 공급되는 고속의 유동장을 적용할 수 있으므로 전착 속도를 향상시킬 수 있어 생산성이 향상된다.
본 발명에 따른 고속 금속박의 제조 방법 및 그에 사용되는 수평형 전주 장치를 도 1에 개략적으로 도시하였으며, 도 1을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
권취기를 포함하는 모판 공급장치(10)로부터 모판(11)을 일방향으로 수평 공급한다. 이때, 상기 모판 공급장치는 하나의 권취기에서 모판(11)이 소진되는 경우에 모판(11)의 연속적인 공급을 위해 다른 권취기에서 새로운 모판(11)을 공급할 수 있도록 복수의 권취기가 설치되어 있을 수 있다. 나아가, 이러한 모판(11)은 연속적인 공급을 위해, 미리 제공된 모판(11)의 말단과 다음에 제공될 모판(11)의 선단을 접합하기 위해 용접과 같은 접합수단(12)을 포함할 수 있다.
이때, 사용되는 모판(11)으로는 가요성 및 전도성을 갖는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으나, 그 표면에 산화 피막, 구체적으로는 금속 산화물 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 금속 산화물 피막으로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 티타늄 산화물, 크롬 산화물, 리튬 산화물, 이리듐 산화물 또는 백금 산화물 등이 형성될 수 있다. 구체적으로는 예를 들어, 상기 금속 산화물 피막이 형성된 스테인리스, 티타늄 등을 모판으로 사용할 수 있다.
전기 주조에 의해 얻어지는 금속 모기판(50)은 모판(11)의 표면 상태를 그대로 전사하므로, 필요에 따라, 상기 모판(11) 표면의 표면 조도를 조절하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 모판(11) 표면의 표면 조도 조절은 전해 연마에 의해 수행할 수 있으며, 이를 위해, 전해 연마장치(13)를 포함한다. 이와 같은 전해 연마장치(13)에 의해 모판(11)의 표면 조도를 평탄하게 조성할 수 있다.
반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 모판(11)의 표면 조도는 유리와 같은 표면 조도를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 전기주조에 의해 얻어지는 금속 기판의 표면 조도 역시 유리와 같은 표면 조도를 갖도록 하기에 유리하다.
본 발명에서 사용하는 전해 연마는 통상적으로 사용되는 방법에 따라 수행할 수 있는 것으로서, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 본 발명에서는, 전해 연마를 행하는 전도성 모판(11)에 직접 양극을 대전시키는 접촉식 방법과 전해 연마 장치(13)에 양극과 음극이 설치되고 모판이 지나가면서 양극 영역에서 전해 연마가 되는 비접촉식 방법을 들 수 있다.
이로써 한정하는 것은 아니지만, 전해 연마에 사용될 수 있는 전해 연마액으로는, 상기 Fe-Ni 합금층의 성분을 고려하여, 황산 또는 인산의 수용액을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 황산수용액은 황산 농도 20~50%인 것이 바람직하고, 인산 수용액은 인산 30~80%의 농도를 갖는 것이 바람직하다.
상기 전해 연마액은 필요에 따라 전도보조제, 계면활성제 등의 기타 첨가제를 필요에 따라 통상적인 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도 보조제는 10 내지 20중량% 포함할 수 있으며, 계면활성제는 0.1-0.5g/l의 양으로 전해 연마액에 포함될 수 있다.
한편, 상기 전해 연마는 30℃ 내지 80℃의 전해 연마액 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 전해 연마액의 온도가 30℃ 미만인 경우 충분한 전해 반응이 일어나지 않는 문제가 있으며, 80℃을 초과하는 경우에는 활발한 용해 반응과 기포 발생으로 핏팅(fitting)이 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는 60℃ 내지 70℃ 온도에서 수행할 수 있다.
나아가, 상기 전해 연마는 0.5 내지 1.5A/cm2의 전류밀도에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 0.7 내지 1.2A/cm2에서 수행할 수 있다. 상기 전류밀도가 0.5A/cm2 미만인 경우에는 에칭 구간으로서 충분한 전해 연마가 일어나지 않을 수 있으며, 1.5A/cm2를 초과하는 경우에는 전해 밀링 구간으로서 불균일한 연마가 일어나게 되어 피팅(fitting)이 발생하기 쉬워진다.
이와 같은 전해 연마를 행함으로써 모판(11)의 표면 조도(Ra)를 유리의 표면 조도와 유사한 4nm 이하, 보다 바람직하게는 2nm 이하로 조절할 수 있으며, 나아가, 이에 의해 금속 기판의 표면 조도 역시 상기 범위로 조절할 수 있다.
한편, 상기 모판(11) 표면의 표면 조도를 조절하기 위해, 상기 전해 연마장치(3) 이외에, 다른 연마장치, 예를 들어, 기계적 연마 장치, 화학적 기계적 연마장치 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 전해 연마는 상기 전해 연마 전에 모판(11)을 세척하여 수행하는 것이 전해 연마에 보다 바람직하다. 상기 세척은 알칼리, 산, 물 등 당해 기술분야에 잘 알려진 수세액을 적절히 혼합한 혼합액을 사용하여 수행할 수 있다.
나아가, 상기 전해 연마 후에 순차적으로 수세한 후, 건조할 수 있다. 상기 수세는 모판(11) 표면의 잔류 전해 연마액 등의 불순물을 완전히 제거하기 위하여 전 세척 장치(14)에 의해 물 등의 세척액을 이용하여 수행할 수 있고, 수회에 걸쳐 수세할 수 있다. 한편, 상기 건조는, 특별히 한정하지 않는 것으로서, 공기 등을 분사하여 수행할 수 있으며, 표면에 잔류하는 수세액을 완전히 건조시켜 주는 것이 바람직하다.
상기와 같은 모판(11)의 전해 연마를 위해, 모판(11)을 미리 세척하여 표면의 이물질을 제거해 두는 것이 바람직함은 물론, 전착 후에는 모판(11)의 재사용을 위하여 분리된 모판(11)에 잔류하는 전해액 및 찌꺼기들을 후 세척 장치(52) 등에 의해 세척 후 건조하여 모판의 표면을 청정한 상태로 유지하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 표면 조정된 전도성 모판(11)에 전해액을 공급하면서 전류를 흘림으로써, 상기 전도성 모판(11) 상에 전해액 중의 금속을 전착하여 금속 모기판(50)을 형성한다. 이때, 상기 전착은 수평 전주장치(100)를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 상기 수평 전주장치(100)는 모판 공급장치(10)와는 분리되어 있는 수평 셀(30)을 포함한다. 종래의 드럼을 이용한 드럼형 전주 장치의 경우, 드럼 표면에 표면 거칠기를 부여하기 위해 드럼 표면을 연마 및 세척하는 경우, 연마시 발생한 이물질이 전해액에 혼입되어 전해액을 오염시키는 문제가 있었으나, 상기와 같이 수평 셀(30)이 모판 공급장치(10)와 분리됨으로 인해, 이와 같은 문제점을 방지할 수 있다.
상기 수평 셀(30)은, 모판(11)의 이송과 캐소드 전원의 연결 기능을 하는 컨덕트 롤(conduct roll)(31, 31'), 상기 모판(11)과 일정한 간격으로 이격되고, 모판(11)의 일면 또는 양면에 배치되는 애노드 전극(32), 상기 컨덕트 롤(31, 31')과 애노드 전극(32)에 각각 (-) 전하 및 (+) 전하를 띄는 전류를 공급하는 전류 공급장치(33) 및 전해반응을 위해 전해액을 수용하는 전해액 공급장치를 포함한다.
상기 컨덕트 롤(31, 31')은 모판을 수평 셀(30) 내로 수평 방향으로 이송시키고, 또 수평 셀(30)로부터 배출시키는 이송수단으로서의 기능을 하면서, 모판(11)과 전류 공급장치(33)의 캐소드 전원을 연결하여 애노드 전극(32)과 모판(11)과의 전해반응에 의해 철 이온 및 니켈 이온이 모판에 석출되도록 하는 전해 석출반응을 수행한다. 이러한 컨덕트 롤(31, 31')은 모판(11)의 폭 방향에 대한 양 가장자리와 접촉하여 모판(11)을 수평 셀(30) 내로 이송시키며, 또 수평 셀(30)로부터 배출시킨다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 모판(11)은 가요성인 전도성 모판을 사용하므로, 수평 셀(30)을 통과할 때 자중에 의해 쳐짐 현상이 발생할 수 있는데, 이 경우 모판(11)과 애노드 전극(32)과의 간격이 변화하여 전류밀도 차이를 유발할 수 있는바, 균일한 두께의 Fe-Ni 합금박이 얻어지지 않을 수 있다. 따라서, 모판(11)의 쳐짐을 방지하기 위해서 입구측 컨덕트 롤(31)과 출구측 컨덕트 롤(31')의 회전속도를 달리하여, 즉, 출구측 컨덕트 롤(31')의 회전속도를 입구측 컨덕트 롤(31)의 회전속도보다 빠르게 하여 모판(11)의 자중에 의한 쳐짐 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 컨덕트 롤(31, 31')은 전류 공급장치(33)로부터 공급된 전류를 모판(11)에 전달하여, 모판(11)이 캐소드 전극으로 기능할 수 있도록 함으로써 애노드 전극(32)과의 작용에 의해 전해 석출반응이 일어나도록 할 수 있다.
상기 애노드 전극(32)은 수평 셀(30)을 통과하는 모판(11)과 일정한 간격으로 이격되어 배치된다. 상기 애노드 전극(32)과 모판(11)이 이격됨으로써 그 사이로 전해액이 공급되어 유통되는 유로로 제공되며, 상기한 바와 같이 캐소드 전극인 모판(11)과의 작용에 의해 전해액 내의 철 이온 및 니켈 이온을 모판에 전해 석출시키는 전해반응이 일어날 수 있다. 전해액이 고속으로 공급되는 경우, 모판(11) 표면으로의 철 및 니켈 이온의 전착속도를 증가시킬 수 있는데, 종래의 드럼 셀을 이용한 전주의 경우에는 유로가 곡률을 형성하여 전해액의 유속을 점차 느리게 하여 전착 속도 저하를 초래하는 문제가 있었다. 그러나, 상기와 같이 전해액의 유로가 평면으로 형성됨으로써 전해액의 공급에 대한 유동장의 속도 저하를 최소화할 수 있어 전착 속도를 증가시킬 수 있어 바람직하다.
상기 애노드 전극(32)은 모판(11)의 양면에 금속의 전해 석출 반응이 일어나도록 하기 위해 모판(11)의 상하 양면에 설치될 수 있다. 이와 같이 함으로써 Fe-Ni 합금박의 생산량을 높일 수 있다.
상기와 같은 전도성 모판(11)에 전해액을 공급하면서, 전류를 흘려 전도성 모판(11) 상에 전해액 중의 금속을 전착시킴으로써 금속 모기판(50)이 얻어지며, 이러한 금속 모기판이 전도성 모판(11)으로부터 박리됨으로써 본 발명에서의 금속 기판이 얻어진다. 본 발명에서 얻고자 하는 금속 기판은 Ni이 32 내지 38중량% 포함하는 Fe-Ni 합금이므로, 이와 같은 합금을 얻을 수 있는 전해액을 사용해야 한다. 상기와 같은 Ni 함량을 갖는 Fe-Ni 합금 금속 기판을 얻기 위해서는, 상기 전해액은 철 전구체 2~25g/ℓ 및 니켈 전구체 40~60g/ℓ를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전해액은 Fe-Ni 합금 기판의 주성분인 철과 니켈의 공급원으로서, 상기 철 전구체는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 황산철, 염화철, 질산철, 설파민산철 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 한편, Ni 전구체는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈, 설파민산니켈 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 전해액은 또한, 전해액에 통상적으로 첨가되는 기타 첨가제를 필요에 따라 통상적인 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도보조제, 계면활성제, 착화제 등을 들 수 있다. 나아가, 상기 전해액에는 전착층의 응력을 감소시켜서 전착층이 모판으로부터 용이하게 탈착되도록 하는 사카린과 같은 응력완화제, 전해액의 pH를 조절하는 보론과 같은 pH 완충제 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해액은 온도는 50~60℃이고, 전해액의 pH는 1.5~3.5로 관리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기와 같은 성분들을 포함하는 전해액을 모판(11)에 공급하여 전해 석출함으로써 전도성 모판(11) 상에 금속박을 전착시킬 수 있다. 상기 모판(11) 상에 전착된 금속박을 분리함으로써 금속 기판으로 사용될 수 있는 금속 모기판(50)을 얻을 수 있다. 상기 전도성 모판(11)과 금속박은 표면 장력으로 결합되어 있으며, 박리롤(51) 등의 사용으로 금속박의 이동 속도와 모판의 이동속도 차이를 발생시켜 생성된 전단력으로 분리할 수 있다. 또한 전도성 모판(11)의 상하 양면에 금속박을 전착한 경우에는 상부와 하부의 금속박을 동시 또는 시간차를 주어 분리할 수 있다.
이후, 상기 전기주조법에 의해 제조된 금속박을 전도성 모판(11)으로부터 박리함으로써 금속 모기판(50)을 얻을 수 있다. 이에 의해 얻어진 금속 모기판(50)은 전기주조에 의해 금속 모판(11)의 표면 조도를 그대로 전사한다. 상기한 바와 같이, 본 발명에 있어서, 전기주조에 사용되는 전도성 모판(11)은 전해 연마에 의해 4nm 이하, 바람직하게는 2nm 이하의 표면 조도를 갖도록 조절되어 있기 때문에, 전기 주조에 의해 얻어진 금속 모기판(50)은 4nm 이하, 바람직하게는 2nm 이하의 표면 조도(Ra)를 갖는 OLED용 금속기판으로 얻어진다.
따라서, 금속 기판의 표면 조도를 별도로 조정하는 과정은 반드시 필요하지 않으나, 금속 기판의 두께 조절이 요구되는 등, 필요에 따라서는 상기 전기 주조에 의해 얻어진 금속 기판에 대해 전해 연마하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이에 의해 4nm 이하, 바람직하게는 2nm 이하의 표면 조도를 갖는 금속 기판으로 조절할 수 있다.
표면 조도가 4nm를 넘는 경우에는 이를 이용한 소자의 특성이 저하될 수 있다. 예를 들어, OLED를 구성하는 각 층은 나노 스케일의 매우 얇은 박막층이므로, 표면 조도가 클 경우, 피크 골 부분에서 소자의 단락이 일어나거나 소자의 밝기가 불균일하게 되는 등의 소자 특성 저하를 초래할 우려가 있다.
이와 같은 전해 연마는 상기한 모판에 대한 전해 연마에서 설명한 사항이 금속 기판의 전해 연마에도 그대로 적용할 수 있는 것으로서, 여기서는 설명을 생략한다.
본 발명에 의해 얻어진 금속기판은 30 내지 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 얻어진 금속 기판의 두께가 30㎛ 미만인 경우에는 기판에 충분한 방열성 및 투습성을 부여할 수 없을 뿐만 아니라, 공정상 기판의 핸들링이 어려울 수 있고, 100㎛를 초과하는 경우에는 압연법을 이용하여 박막 기판을 제조하는 기술과 대비하여 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명에 의해 얻어진 금속 기판은 박형으로 우수한 가요성을 확보하고 있으며, 권취 및 전개가 용이하여 가공성 및 작업성이 뛰어나다. 금속 기판 고유의 특성인 일정 수준 이상의 강도와 경도 등의 기계적 특성뿐만 아니라, 금속 기판의 뛰어난 수분방지 특성과 높은 열전도도를 이용하여 OLED의 수명특성을 개선할 수 있고, 디스플레이 내부에서 발생하는 열을 보다 용이하게 방출시킬 수 있는 우수한 방열성을 갖는 디스플레이용 기판을 제조할 수 있는 것이다.
또한, 상술한 바와 같은 플랙서블 OLED용 금속 기판의 제조방법에 의해 표면 조도가 4nm 이하로 조절되어 우수한 평탄도를 갖는 플랙서블 OLED용 금속 기판이 제공되며, 나아가 이와 같이 표면 조도가 4nm 이하로 조절된 플랙서블 OLED용 금속 기판을 이용하는 경우 특성이 우수한 플렉서블 OLED를 획득할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의해 얻어진 금속 기판은 세척 건조한 후에 권취하여 회수할 수 있으며, 적절한 길이로 절단할 수 있다. 나아가, 필요에 따라서는 열처리 장치에 의해 열처리를 수행할 수 있다. 한편, 상기 전도성 모판은 세척 및 건조하여 전해액을 제거한 후에, 재사용을 위해 적절한 길이로 절단, 권취할 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않는다.
이와 같은 후처리에 대하여는 특별히 설명하지 않으나, 그 일예를 도 1에 나타내었는바, 통상의 기술자라면 첨부된 도면으로부터 본 발명을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 나아가, 이로부터 용이하게 변형, 개조, 변조할 수 있을 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
실시예
슈퍼미러 가공에 의해 표면 조도(Ra)를 20nm로 연마하고 수세한 STS 304 강판을 모판으로 이용하여 전해 연마를 실시하였다. 상기 전해 연마액은 중량으로 황산 30%, 인산 60% 및 물 10%를 포함하는 혼합액을 사용하였으며, 온도 60~70℃, 전류밀도 0.7~1.2A/cm2로 전해 연마를 수행하였다.
전해 연마 후 얻어진 표면 조도(Ra)는 1.0nm로서, 표면 조도가 매우 우수한 전도성 금속 모판이 얻어졌다.
상기 전해 연마한 전도성 모판을 도 1에 나타낸 바와 같은 수평 전주장치로 수평으로 공급하였다. 상기 모판의 양면과 애노드 전극 사이에 전해액을 공급하였다. 상기 사용된 전해액으로는 FeCl2.4H2O 10g/l, NiCl2.6H2O 48g/l, 및 H3BO3 25g/l를 포함하며, pH 1.5~3.5, 온도 50~60℃인 수용액을 사용하였다.
애노드 전극과 모판에 전류를 인가하여 전류밀도 5A/dm2로 전해반응을 수행하여, 모판 상에 두께 40um의 Fe-Ni 전착층을 형성하였다.
상기 형성된 Fe-Ni 전착층을 분리하여 Fe-Ni 박막을 얻었다. 상기 제조된 Fe-Ni 박막은 Ni 34wt%, 잔부 철 및 기타 불순물을 포함하며, 열팽창계수는 3.4 x 10-6m/K이고, 표면 조도(Ra)는 전도성 모판과 동일한 1.0nm이었다.
상기 얻어진 Fe-Ni 박막을 수세 및 세척한 후 기판을 제조하였다. 상기 전주기판은 열전도도가 16W/(m℃)로서, 종래 사용되던 유리기판의 열전도도가 1W/(m℃)인 것에 비하여 현저히 높은 열전도도 값을 나타내었다.
상기 제조된 Fe-Ni 기판 상에 Ag 반사전극/CuO 정공주입층/a-NPD 정공수용층/Alq3 발광층/BCP 정공방지층/Alq3 전자 수용층을 순차적으로 형성하고, 그 위에 투명전극을 형성하여 OLED를 제조하였다. 한편, 비교를 위한 유리기판을 사용한 것을 제외하고는 상기와 동일한 구조를 갖는 OLED를 제조하였다. 상기 제조된 OLED의 수명 특성(24시간 가동 후)을 측정하여 비교하였다.
유리기판상의 OLED는 초기 휘도 162cd/m2, 말기 휘도 134cd/m2로, 17.3%의 휘도 저하를 보인 반면, Fe-Ni 기판 상의 OLED는 초기 휘도 156cd/m2, 말기 휘도 141cd/m2로, 9.6%의 휘도 저하를 보였는바, 본 발명에 따른 Fe-Ni 기판의 휘도 저하가 현저히 적음을 알 수 있었다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 기판은 종래의 유리기판 대비 뛰어난 성능을 보여줌을 알 수 있다.
10: 모판 공급장치 11: 모판
12: 접합 수단 13: 전해 연마장치
14: 전 세척 장치 30: 수평 셀
31, 31' 컨덕트 롤 32: 애노드 전극
33: 전류 공급 장치 34: 전해액 저장조
35: 전해액 가열기 36: 전해액 여과기
37: 전해액 펌프 38: 전해액 노즐
50: 금속 모기판 51: 박리 롤
52: 후 세척장치 53: 열처리 장치
54: Fe-Ni 금속기판 절단 장치 55: Fe-Ni 금속 기판 권취 장치
71: 모판 절단 장치 72: 모판 권취 장치
100: 수평 전주장치

Claims (14)

  1. 전도성 모판을 전해 연마하여 표면 조도(Ra)를 4nm 이하로 조절하는 단계;
    상기 전도성 모판이 일정한 방향으로 수평 공급되고, 상기 전도성 모판의 일면 또는 양면에 대하여 이격되어 배치된 애노드 전극과의 사이에 전해액 노즐을 사용하여 전해액을 공급하고, 상기 전도성 모판 및 상기 애노드 전극에 전류를 인가하여 상기 전도성 모판 상에 금속 박을 형성하는 단계; 및
    상기 금속박을 박리하여 4nm 이하의 표면 조도(Ra)를 갖는 금속 기판을 제조하는 단계를 포함하는 플렉서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 금속 기판을 전해 연마하는 단계를 더 포함하는 플렉서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전해 연마는 인산, 황산 또는 그 혼합액을 포함하는 전해 연마액을 사용하여 수행하는 플렉서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전해 연마는 황산, 인산 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 전해 연마액을 사용하는 것인 플랙서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전해액은 철 전구체 6-12g/L 및 니켈 전구체 40-50g/L를 포함하는 플렉서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 철 전구체는 황산철, 염화철, 질산철, 설파민산철 또는 이들의 혼합물이며, 니켈 전구체는 황산티켈, 염화니켈, 질산니켈, 설파민산니켈 또는 이들의 혼합물인 플렉서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 금속 기판은 Fe-Ni 합금 기판인 플랙서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 금속 기판은 Ni 함량이 32 내지 38중량%이고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 플랙서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서, 상기 금속 기판은 30 내지 100㎛의 두께를 갖는 플랙서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 전해 연마는 30 내지 80℃의 온도에서 수행되는 플랙서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 전해 연마는 0.5 내지 1.5A/cm2의 전류밀도에서 수행되는 플랙서블 OLED용 금속 기판의 제조방법.
  14. 삭제
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