KR101669317B1 - 표시소자용 플렉서블 기판, 그 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

표시소자용 플렉서블 기판, 그 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 표시소자용 플렉서블 기판은 매트릭스; 상기 매트릭스에 함침된 보강재; 및 상기 매트릭스의 적어도 일면에 형성된 버퍼층을 포함하며, Mandrel Bend Test시 크랙이 발생하는 봉의 지름이 7 mm 이하이다.

Description

표시소자용 플렉서블 기판, 그 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치{FLEXIBLE SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 표시소자용 플렉서블 기판, 그 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
액정 표시소자 또는 유기 EL 표시소자용 기판, 컬러필터 기판, 태양전지 기판 등으로, 내열성과 투명성이 우수하고 선팽창계수가 낮은 유리가 사용되고 있다. 최근에는 표시소자용 기판 소재, 특히, 플렉서블(flexible) 표시소자용 기판 소재로 소형화, 박형화, 경량화, 내충격성 및 유연성이 요구됨에 따라, 유리 기판을 대체하기 위한 소재로서 플라스틱 기판이 각광을 받고 있다.
플라스틱 기판으로 PET(polyethylene terephthalate) 또는 PEN(polyethylene naphthalate) 등과 같은 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 고리형 올레핀 수지, 에폭시계 수지나 아크릴계 수지 등의 소재가 사용되고 있다. 그러나, 이들 소재들은 열팽창계수가 상당히 높아 제품의 휘어짐과 배선의 단선 등의 문제점을 일으킬 수 있다. 또한, 폴리아미드계 수지와 같이 낮은 열팽창계수를 갖는 수지를 기판으로 적용하는 기술이 개발된 바 있으나, 폴리아미드계 수지는 투명성이 매우 낮고 높은 복굴절성, 흡습성 등으로 인해 기판 소재로 적합하지 않다.
또한, 복합시트를 디스플레이용으로 기판으로 사용하기 위해서는 기판 제조에 필요한 투습성의 방지 및 복합시트 외부에 대해 가스 통과를 막는 무기막 배리어층이 확보되어야 한다. 그런데, 이러한 무기막 배리어층은 탄성 모듈러스가 높고, 수지 매트릭스와의 기계적 물성이 상이할 뿐만 아니라 두 층간의 계면 접착력이 약해서 크랙(crack), 뒤틀림(warpage) 등이 발생할 수 있고, 내굴곡성, 유연성 및 내구성을 저하시킬 수 있다.
일본 공개공보 2009-012288에 개시된 바와 같이, 기존 복합시트를 이용한 표시소자용 기판에서는 표면조도를 개선하기 위해서 복합시트 제조에 사용되는 코어 수지 또는 이종의 액상 조액을 코어 층의 양측에 도포하여 표면조도를 개선하고 있다. 그러나, 수지 또는 액상 조액을 도포하여 표면조도를 개선하기 위해서는 점도, 도포 막의 두께, 액상 조액의 물성 등을 제어해야 하기 때문에 번거로울 뿐더러 생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 표면조도가 개선된 표시소자용 플렉서블 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내투습성, 저열팽창계수, 유연성 및 내구성이 우수한 표시소자용 플렉서블 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 크랙이 발생하지 않으며, 점도, 도포 막의 두께, 액상 조액의 물성 등을 제어하지 않아도 우수한 평탄성을 갖는 표시소자용 플렉서블 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 표시소자용 플렉서블 기판에 관한 것이다. 상기 표시소자용 플렉서블 기판은 매트릭스; 상기 매트릭스에 함침된 보강재; 및 상기 매트릭스의 적어도 일면에 형성된 버퍼층을 포함하며, Mandrel Bend Test 시 크랙이 발생하는 봉의 지름이 7 mm 이하이다.
본 발명의 다른 관점은 표시소자용 플렉서블 기판 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은 보강재가 함침된, 실리콘계 고무를 포함하는 매트릭스의 적어도 일면에 버퍼층을 적층하여 적층시트를 형성하는 것을 포함하고, 제조된 표시소자용 플렉서블 기판은 Mandrel Bend Test 시 크랙이 발생하는 봉의 지름이 7 mm 이하이다.
상기 적층시트를 형성하는 것은, 버퍼층의 일면에 보강재를 놓고; 상기 보강재에 매트릭스 형성용 수지를 도포하고 경화시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 디스플레이 장치는 기판; 상기 기판 위에 형성된 유기발광소자; 및 상기 유기발광소자를 봉지하는 봉지부재를 포함하며, 상기 기판은 상기 표시소자용 플렉서블 기판이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 표시소자용 플렉서블 기판은, 표면조도가 개선되고, 내투습성, 저열팽창계수, 유연성 및 내구성이 우수하고, 크랙이 발생하지 않는다.
본 발명의 실시예들에 따른 표시소자용 플렉서블 기판의 제조 방법은, 점도, 도포 막의 두께, 액상 조액의 물성 등을 제어하지 않아도 우수한 평탄성을 갖는 표시소자용 플렉서블 기판을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 표시소자용 플렉서블 기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 표시소자용 플렉서블 기판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따른 디스플레이 장치의 일부의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 전체적으로 도면 설명 시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 표시소자용 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시소자용 플렉서블 기판(100)은 매트릭스(10); 상기 매트릭스(10)에 함침된 보강재(15); 및 상기 매트릭스(10)의 적어도 일면에 형성된 버퍼층(21, 22)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 표시소자용 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시소자용 플렉서블 기판(200)은 매트릭스(10); 상기 매트릭스(10)에 함침된 보강재(15); 및 상기 매트릭스(10)의 적어도 일면에 형성된 버퍼층(21, 22); 및 상기 버퍼층(21, 22) 상에 형성된 가스 배리어층(31, 32)을 포함한다.
본 발명에 사용되는 매트릭스(10)로는 고온 공정성, 유연성 등이 우수한 매트릭스를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 실리콘계 고무를 포함하는 매트릭스, 아크릴계 수지를 포함하는 매트릭스, 에폭시계 수지를 포함하는 매트릭스, 우레탄계 수지를 포함하는 매트릭스 등을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 실리콘계 고무를 포함하는 매트릭스를 사용할 수 있다. 구체예에서는 상기 매트릭스는 25℃에서 탄성 모듈러스(modulus)가 0.01 내지 20 MPa, 예를 들면 1 내지 15 MPa인 매트릭스가 사용될 수 있다. 상기 탄성 모듈러스 범위에서 표시소자용 플렉서블 기판이 우수한 유연성, 내열성, 투습성, 내구성 및 평탄도를 가질 수 있다. 또한, 상기 매트릭스(10)의 유리전이온도는 -150 내지 30℃, 예를 들면, -40 내지 10℃일 수 있다. 상기 범위에서 유연성과 강성이 우수하며 열팽창계수가 작다.
구체예에서는 낮은 열팽창계수를 유지하기 위해 실리콘계 고무를 포함하는 매트릭스를 적용할 수 있다. 본 발명에서 매트릭스와 버퍼층의 탄성 모듈러스는 100N 하중 셀을 기준으로 MTS 얼라이언스(Alliance) RT/5 시험 프레임을 사용하여 25℃에서 측정한 값이다. 구체적으로, 시험편을 25 mm 떨어진 간격의 2개의 공기 그립으로 가중시키고 1 mm/분의 크로스헤드 속도에서 끌어당겼다. 하중 및 변위 데이타를 연속적으로 수집하고, 하중 변위 곡선의 초기 부분의 최대 경사를 영률로 취하여 구한 값이다.
상기 매트릭스를 형성할 수 있는 매트릭스 형성용 수지는 통상의 매트릭스 형성용 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 실리콘계 고무, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지 등을 포함하는 것일 수 있고, 구체예에서는 실리콘계 고무를 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 고무로는 평균중합도 5 내지 2,000인 오르가노폴리실록산이 사용될 수 있다. 상기 오르가노폴리실록산의 예로는 폴리디메틸실록산, 폴리메틸페닐실록산, 폴리알킬아릴실록산, 폴리알킬알킬실록산 등이 있다. 이들은 3 차원적으로 망상 구조의 분자로 되어 있다. 구체예에서는 그물 결합점의 수가 5 내지 500개로 R2SiO마다 1개씩 포함된 구조를 가질 수 있다. 상기 실리콘 고무의 점도는 25℃에서 5 내지 50만 Cst인 오르가노폴리실록산이 사용될 수 있다. 상기 범위 내에서, 복합시트는 우수한 유연성, 내열성, 투습성, 내구성 및 평탄도를 가질 수 있다. 상기 실리콘 고무의 점도는 예를 들면 25℃에서 5 내지 120,000 Cst, 구체예에서는 100 내지 100,000 Cst, 구체예에서는 1,000 내지 80,000 Cst일 수 있다.
다른 구체예에서 상기 매트릭스는 상기 실리콘계 고무와 함께 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔계 고무, 이소프렌계 고무, 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(Acrylonitrile-butadiene rubber, NBR), 수소화된 니트릴 고무(hydrogenated nitrile rubber, NBR), 플로리네이티드 고무(fluorinated rubber), 및 가소화된 폴리비닐클로라이드 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 사용되는 보강재(15)는 기판(100, 200)에 내열 안정성을 부여하기 위하여, 상기 매트릭스(10)에 함침되어 매트릭스 내부에 존재할 수 있다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 보강재(15)는 매트릭스(10)에 분산되어 있거나, 직조된 형태로 함침될 수 있으며, 매트릭스(10)에 일방향(Uni-direction)으로 배열되어 함침될 수도 있다. 또한 보강재(15)는 단일층 혹은 복수층으로도 형성될 수 있다.
상기 보강재(15)로는 유리섬유, 유리 섬유포(glass fiber cloth), 유리 직물(glass fabric), 유리 부직포, 유리 메쉬(glass mesh), 유리 비드, 유리 플레이크(glass flake), 실리카 입자, 콜로이달 실리카 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다.
상기 보강재(15)는 매트릭스(10)와의 굴절률 차이가 0.01 이하가 될 수 있다. 상기 범위 내에서, 우수한 투명성과 투광성을 가질 수 있다. 구체예에서, 상기 매트릭스(10)와의 굴절률 차이가 0.0001 내지 0.007이 될 수 있다.
본 발명에서는 상기 매트릭스(10)를 구성하는 수지에 상기 보강재(15)를 함침시킨 후, 상기 수지를 가교 혹은 경화시킴으로써 시트 형태로 제조할 수 있다.
상기 보강재(15)가 함침된 매트릭스(10)의 두께는 10 내지 200 ㎛, 예를 들면 50 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 취급이 용이할 수 있다.
본 발명에 사용되는 버퍼층(21, 22)은 상기 매트릭스(10)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 도 1에는 버퍼층(21, 22)이 매트릭스(10)의 양면에 형성되어 있으나, 일면에만 형성되어도 무방하다. 버퍼층(21, 22)은 25℃에서 탄성 모듈러스가 100 MPa 를 초과할 수 있으며 예를 들어, 100MPa을 초과하고 10 GPa이하일 수 있다. 상기 버퍼층(21, 22)의 탄성 모듈러스가 상기 범위에 있는 경우 크랙 특성이 우수하며, 100 MPa 이하이거나 10 GPa을 초과할 경우, 상기 매트릭스(10) 및 상기 가스 배리어층(31, 32)의 탄성 모듈러스 등의 물성 차이로 인하여, 크랙(crack), 뒤틀림(warpage) 등이 발생할 우려가 있다. 또한, 상기 버퍼층(21, 22)의 유리전이온도가 30 내지 400℃일 수 있다. 유리전이온도가 30℃ 미만일 경우, 내열성이 떨어져 상기 가스 배리어층(31, 32) 등의 형성 시, 기판 전체에 열 변형 등이 일어날 우려가 있고, 상기 유리전이온도가 400℃를 초과할 경우, 표면조도를 개선하지 못할 우려가 있다. 상기 버퍼층(21, 22)의 25℃에서 탄성 모듈러스는 예를 들면 500 MPa 내지 7 GPa, 구체예에서는 1 내지 5 GPa일 수 있다. 상기 버퍼층(21, 22)의 유리전이온도는 예를 들면 50 내지 350℃, 구체예에서는 150 내지 300℃일 수 있다.
구체예에서, 상기 버퍼층(21, 22)은 표면조도(Ra)가 100 nm 이하, 예를 들면 10 nm 이하, 구체예에서는 0.001 내지 5 nm인 것이 사용될 수 있다. 상기 범위에서 표면조도를 개선할 수 있고 표시소자용 플렉서블 기판에 적용될 수 있다.
상기 버퍼층(21, 22)은 두께가 0.01 내지 50 ㎛, 예를 들면 1 내지 30 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 표면조도 개선과 함께 매트릭스 고유의 물성을 저해하지 않고 발현할 수 있다.
상기 버퍼층(21, 22)은 (메타)아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 폴리카보네이트계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지 등의 수지를 포함할 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 적용될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(21, 22)은 상기 수지로 제조된 필름이 사용되거나, 상기 수지 조성물을 상기 매트릭스(10) 상에 도포하고 경화시켜 필름을 형성한 것일 수 있다.
본 발명의 가스 배리어층(31, 32)은 버퍼층(21, 22) 상에 형성될 수 있다. 도 2에는 가스 배리어층(31, 32)이 버퍼층(21, 22)의 양면에 형성된 경우를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 버퍼층(21, 22)의 일면에만 형성되어도 무방하다. 가스 배리어층(31, 32)은 통상의 표시소자용 플렉서블 기판에 사용되는 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 질화규소, 산화규소, 산화질화규소, 탄화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화탄탈륨, 산화티타늄, ITO(Indium Tin Oxide) 및 IZO(Indium Zinc Oxide) 등을 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 가스 배리어층은 단일층을 형성하거나 2종 이상의 배리어층이 적층하여 복수층을 형성할 수 있다.
상기 가스 배리어층(31, 32)은 25℃에서 탄성 모듈러스가 10 내지 500 GPa, 예를 들면 15 내지 350 GPa일 수 있다. 상기 범위에서 표시소자용 플렉서블 기판이 우수한 유연성, 내투습성, 기계적 물성 및 내구성을 가짐과 동시에 평탄도와 투습성을 낮출 수 있다.
상기 가스 배리어층(31, 32)의 두께는 0.01 내지 1.0 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 표시소자용 플렉서블 기판(100, 200)은 투습성이 0.01 내지 0.15 g/m2/day, 예를 들면, 0.05 내지 0.10 g/m2/day 일 수 있다. 또한, 상기 표시소자용 플렉서블 기판(100, 200)은 열팽창계수가 1 내지 6 ppm/℃, 예를 들면 2 내지 5 ppm/℃ 일 수 있다. 상기 표시소자용 플렉서블 기판(100, 200)은 표면조도가 40 nm 이하, 예를 들면, 0.01 내지 35 nm, 구체예에서는 0.1 내지 30 nm, 다른 구체예에서는 0.1 내지 10 nm를 달성할 수 있다.
또한, 상기 표시소자용 플렉서블 기판(100, 200)은 ASTM D522-93a에 의거하여, 5 내지 20 mm의 지름을 가지는 각각의 봉을 사용하여, Mandrel Bend Test로 크랙을 평가 시, 크랙이 발생하는 봉의 지름이 7 mm 이하, 예를 들면 5 내지 6 mm일 수 있다.
상기 표시소자용 플렉서블 기판(100, 200)은 25℃에서 탄성 모듈러스(modulus)가 100 MPa 이상, 예를 들면 1 GPa 이상, 구체예에서는 1.2 내지 10 Gpa 일 수 있다. 상기 기판의 탄성 모듈러스는 Fischer사 MH500 Micro indentation 장비를 이용하여 1000 mN 의 힘으로 압력을 가해 측정하여 구한 값이다.
본 발명의 다른 관점은 표시소자용 플렉서블 기판의 제조방법에 관한 것이다.
하나의 구체예에 의한 표시소자용 플렉서블 기판(100)의 제조방법은 보강재(15)가 함침된 상기 실리콘계 고무를 포함하는 매트릭스(10)의 적어도 일면에 버퍼층(21, 22)을 적층하여 적층시트를 형성하는 단계를 포함한다.
다른 구체예에 의한 표시소자용 플렉서블 기판(200)의 제조방법은 보강재(15)가 함침된 상기 실리콘계 고무를 포함하는 매트릭스(10)의 적어도 일면에 버퍼층(21, 22)을 적층하고 상기 버퍼층(21, 22) 상에 가스 배리어층(31, 32)을 형성하여 적층시트를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 버퍼층(21, 22)은 상기 언급한 바와 같이, 25℃에서 탄성 모듈러스가 100 MPa 초과 10 GPa 이하이고, 유리전이온도가 30 내지 400℃일 수 있다. 제조된 표시소자용 플렉서블 기판은 Mandrel Bend Test 시 크랙이 발생하는 봉의 지름이 7 mm 이하일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 적층시트는, 필름 형태를 갖는 버퍼층(21 또는 22)의 일면에 보강재(15)를 놓고, 그리고 상기 보강재(15)에 매트릭스 형성용 수지를 도포하고 경화시켜 매트릭스(10)를 형성함으로써 제조될 수 있다.
상기 버퍼층(21, 22)이 상기 보강재(15)가 함침된 매트릭스(10)의 양면에 형성될 경우를 구체적으로 예시하면 다음과 같다. 우선, 제1 버퍼층(21)의 일면에 보강재(15)를 놓고, 상기 보강재(15)에 상기 매트릭스 형성용 수지를 도포하여 매트릭스(10)를 형성한다. 이와 같이, 매트릭스(10)를 형성한 후 제2 버퍼층(22)을 라미네이션하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 버퍼층(21)-보강재(15)가 함침된 매트릭스(10)-제2 버퍼층(22)이 순차적으로 적층된 적층시트가 형성된다. 이때, 상기 제1 및 제2 버퍼층(21, 22)은 상기 언급한 바와 같이, 25℃에서 탄성 모듈러스가 100 MPa 내지 10 GPa이고, 유리전이온도가 30 내지 400℃인 것을 특징으로 한다. 상기 적층시트는 그대로 열 또는 자외선에 의해 경화되고, 상기 제1 및 제2 버퍼층(21, 22) 상에 각각 가스 배리어층(31, 32)을 형성한다. 상기 가스 배리어층(31, 32)은 상기 버퍼층(21, 22)의 표면에 물리적 증착, 화학적 증착, 코팅, 스퍼터링, 증발법, 이온 도금법, 습식 코팅법, 유기무기 다층 코팅법 등의 통상의 방법으로 형성될 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 적층시트는, 보강재(15)에 매트릭스 형성용 수지를 도포하여 상기 보강재(15)가 함침된 매트릭스(10)를 형성하고; 상기 보강재(15)가 함침된 매트릭스(10)의 적어도 일면에 (메타)아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 폴리카보네이트, 에폭시계, 우레탄계 등의 버퍼층 형성용 수지를 도포하고 경화시켜 버퍼층(21, 22)을 형성함으로써 제조될 수 있다.
다음으로, 상기 버퍼층(21, 22) 상에 가스 배리어층(31, 32)을 형성할 수 있다. 상기 가스 배리어층(31, 32)은 상기 버퍼층(21, 22)의 표면에 물리적 증착, 화학적 증착, 코팅, 스퍼터링, 증발법, 이온 도금법, 습식 코팅법, 유기무기 다층 코팅법 등의 통상의 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 플렉서블 기판을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 디스플레이 장치의 구체적인 예로는 액정디스플레이 장치, 유기발광소자 디스플레이 장치, 터치패널 등을 예시할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 디스플레이 장치의 기판으로 본 발명의 플렉서블 기판이 적용될 수 있다.
하나의 구체예에서, 상기 디스플레이 장치는 기판 및 상기 기판의 상부에 형성된 유기발광소자를 포함한다. 도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 디스플레이 장치의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이 장치는 기판(100), 및 상기 기판(100) 위에 형성된 유기발광소자를 포함하며, 상기 유기발광소자는 제1 전극(111), 상기 제1 전극(111) 상에 형성된 발광층(112), 및 상기 발광층(112) 상에 형성된 제2 전극(113)을 포함한다. 상기 유기발광소자는 봉지부재(114)에 의해 봉지될 수 있다. 상기 발광층(112)은 제1 및 제2 전극(111, 113)으로부터 전압이 인가되었을 때 발광할 수 있는 유기화합물을 포함한다. 상기 기판(100)으로는 본 발명의 플렉서블 기판이 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따른 OLED 디스플레이 장치의 일부의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이 장치는 기판(300), 기판(300)의 하부에 형성된 보호필름(120), 기판(300)의 상부에 형성된 버퍼층(25), 버퍼층(25)의 상부에 형성된 게이트 전극(41), 게이트 전극(41)과 상기 버퍼층(25) 사이에 형성된 게이트 절연막(40)을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(40) 내부에는 소스 및 드레인 영역(131,133)을 포함하는 활성층(135)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(40)의 상부에는 소스 및 드레인 전극(52,53)이 형성된 층간 절연막(51)이 형성되어 있고, 층간 절연막(51) 상부에는 콘택홀(62)을 포함하는 패시베이션층(61), 제1 전극(70), 및 화소 정의막(80)이 형성되어 있다. 화소 정의막(80) 상부에는 유기 발광층(71)과 제2 전극(72)이 형성되어 있다. 여기서, 기판(300)은 본 발명의 구체예들에 따른 플렉서블 기판일 수 있으며, 버퍼층(25)은 필요에 따라 본 발명의 구체예들에 따른 플렉서블 기판에 포함된 버퍼층으로 대체될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
하기 실시예와 비교예에서 사용된 구체적인 성분의 사양은 다음과 같다.
(a) 매트릭스: 탄성 모듈러스가 10 MPa이고, 유리전이온도가 -30℃인 실리콘 고무(폴리디메틸실록산(PDMS), 제품명: Sylgard 184, 제조사: Dow Corning사)를 사용하였다.
(b) 보강재: 유리 섬유포(제품명: 3313, 제조사: Nittobo사)를 사용하였다.
(c) 버퍼층
(c1) 탄성모듈러스가 2 GPa이고, 유리전이온도가 350℃이며, 표면조도가 6 nm인 폴리이미드 필름(제품명: LaRC TM - CP1, 제조사: ManTech)를 사용하였다.
(c2) 탄성모듈러스가 2.0~2.4 GPa이고, 유리전이온도가 150℃이며, 표면조도가 5 nm인 폴리카보네이트 필름(제품명: Lexan, 제조사: Dupont teijin)를 사용하였다.
(c3) 탄성모듈러스가 2.0~2.4 GPa이고, 유리전이온도가 75℃이며, 표면조도가 6 nm인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(제품명: Skyrol®, 제조사: SKC)를 사용하였다.
(c4) 탄성 모듈러스가 4.0~4.5 GPa이고, 유리전이온도가 200℃인 아크릴계 경화 수지(제품명: EA-HG011, 제조사: 오사카가스)를 사용하였다.
(c5) 탄성 모듈러스가 2.0~2.5 GPa이고, 유리전이온도가 100℃인 아크릴계 경화 수지(제품명: OER09, 제조사: 미뉴타텍)를 사용하였다.
(c6) 탄성 모듈러스가 1.0~1.5 GPa이고, 유리전이온도가 50℃인 아크릴계 경화 수지(제품명: CK, 제조사: 노루표페인트)를 사용하였다.
(c7) 탄성 모듈러스가 50 MPa이고, 유리전이온도가 -30℃인 실리콘 고무(폴리디메틸실록산(PDMS), 제품명: Sylgard 184, 제조사: Dow Corning사)와 실리카 입자(제품명: Aerosil, 제조사: Evonik Degussa사)를 혼합한 조성물을 사용하였다.
(c8) 탄성 모듈러스가 100 MPa이고, 유리전이온도가 -30℃인 실리콘 고무(폴리디메틸실록산(PDMS), 제품명: Sylgard 184, 제조사: Dow Corning사)와 실리카 입자(제품명: Aerosil380, 제조사: Evonik Degussa사)를 혼합한 조성물을 사용하였다.
(c9) 탄성 모듈러스가 10 MPa이고, 유리전이온도가 -30℃인 실리콘 고무(폴리디메틸실록산(PDMS), 제품명: Sylgard 184, 제조사: Dow Corning사)를 사용하였다.
(d) 가스 배리어층: 산화규소 및 질화규소를 사용하였다.
상기 매트릭스 또는 버퍼층의 탄성 모듈러스(elastic modulus)는 이들 각각을 필름 형태로 만들어 100N 하중 셀을 기준으로 MTS 얼라이언스(Alliance) RT/5 시험 프레임을 사용하여 25℃에서 측정한 값이다. 구체적으로, 시험편을 25 mm 떨어진 간격의 2개의 공기 그립으로 가중시키고 1 mm/분의 크로스헤드 속도에서 끌어당겼다. 하중 및 변위 데이타를 연속적으로 수집하고, 하중 변위 곡선의 초기 부분의 최대 경사를 영률로 취하여 구할 수 있다.
실시예 1
유리 기판 위에 10 ㎛ 두께의 투명 이미드 필름(c1)을 놓고 그 위에 보강재(b)를 놓은 후, 상기 보강재 위에 매트릭스 수지(a)를 도포하였다. 상기 매트릭스 수지 위에 다시 10 ㎛ 두께의 투명 이미드 필름(c1)을 놓고 유리 기판을 놓은 다음, 라미네이션(lamination)을 통해 매트릭스 수지에 보강재를 함침시켰다. 열경화시킨 후 유리 기판을 제거하여 매트릭스에 보강재가 함침된 두께 100 ㎛의 적층시트를 제조하였다.
실시예 2
10 ㎛ 두께의 투명 이미드 필름 대신에 30 ㎛ 두께의 투명 이미드 필름(c1)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 3
10 ㎛ 두께의 투명 이미드 필름 대신에 30 ㎛ 두께의 폴리카보네이트 필름(c2)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 4
10 ㎛ 두께의 투명 이미드 필름 대신에 30 ㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(c3)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 5
상기 보강재(b) 위에 매트릭스 수지(a)를 도포하여 두께 90 ㎛의 보강재가 함침된 매트릭스(실리콘 FRP)를 제조하였다. 상기 보강재가 함침된 매트릭스 수지의 양면에 아크릴계 경화수지(c4)를 도포하고 경화시켜 버퍼층(c)을 형성함으로써, 두께 100 ㎛의 적층시트를 제조하였다. 상기 적층시트에 스퍼터링 방법으로 산화규소와 질화규소를 번갈아서 사용하여 100 nm 두께의 가스 배리어층(d)을 형성함으로써 표시소자용 플렉서블 기판을 제조하였다.
실시예 6
상기 아크릴계 경화수지(c4) 대신에 아크릴계 경화수지(c5)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 수행하였다.
실시예 7
상기 아크릴계 경화수지(c4) 대신에 아크릴계 경화수지(c6)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 수행하였다.
비교예 1
유리 기판 위에 보강재(b)를 놓은 후, 상기 보강재 위에 매트릭스 수지(a)를 도포하였다. 상기 매트릭스 수지 위에 유리 기판을 놓은 다음, 라미네이션(lamination)을 통해 매트릭스 수지에 보강재를 함침시켰다. 열경화시킨 후 유리 기판을 제거하여 매트릭스에 보강재가 함침된 두께 90 ㎛의 시트를 제조하였다. 상기 시트에 스퍼터링 방법으로 산화규소와 질화규소를 번갈아서 사용하여 100 nm 두께의 가스 배리어층(d)을 형성함으로써 표시소자용 플렉서블 기판을 제조하였다.
비교예 2
유리 기판 위에 보강재(b)를 놓은 후, 상기 보강재 위에 매트릭스 수지(a)를 도포하였다. 상기 매트릭스 수지 위에 유리 기판을 놓은 다음, 라미네이션(lamination)을 통해 매트릭스 수지에 보강재를 함침시켰다. 열경화시킨 후 유리 기판을 제거하여 매트릭스에 보강재가 함침된 두께 90 ㎛의 시트를 제조하였다. 상기 시트의 표면을 플라즈마 처리하고 실리콘 고무(c9)를 양면에 각각 5 ㎛ 두께로 코팅하고 자외선 경화시켜 버퍼층(c)을 형성함으로써, 100 ㎛ 두께의 적층시트를 제조하였다. 상기 적층시트에 스퍼터링 방법으로 산화규소와 질화규소를 번갈아서 사용하여 100 nm 두께의 가스 배리어층(d)을 형성함으로써 표시소자용 플렉서블 기판을 제조하였다.
비교예 3
상기 실리콘 고무(c9) 대신에 조성물(c7)을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일하게 수행하였다.
비교예 4
상기 실리콘 고무(c9) 대신에 조성물(c8)을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일하게 수행하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 표시소자용 플렉서블 기판에 대한 구체적인 조성은 하기 표 1과 같다.
매트릭스 수지 버퍼층(두께) 배리어층
실시예 1 실리콘 고무(a) 투명 이미드(c1)(10㎛) -
실시예 2 실리콘 고무 (a) 투명 이미드(c1) (30㎛) -
실시예 3 실리콘 고무 (a) PC(c2) (30㎛) -
실시예 4 실리콘 고무 (a) PET(c3) (30㎛) -
실시예 5 실리콘 고무 (a) 아크릴 경화 수지(c4) (5㎛) SiO2/SiN
실시예 6 실리콘 고무 (a) 아크릴 경화 수지(c5) (5㎛) SiO2/SiN
실시예 7 실리콘 고무 (a) 아크릴 경화 수지(c6) (5㎛) SiO2/SiN
비교예 1 실리콘 고무 (a) - SiO2/SiN
비교예 2 실리콘 고무 (a) 실리콘 고무(c9) (5㎛) SiO2/SiN
비교예 3 실리콘 고무 (a) 실리콘 고무(c7) (5㎛) SiO2/SiN
비교예 4 실리콘 고무 (a) 실리콘 고무(c8) (5㎛) SiO2/SiN
상기 실시예와 비교예에서 제조한 표시소자용 플렉서블 기판에 대해 투습성, 열팽창계수, 표면조도, 크랙 및 박리 발생 유무, 및 탄성 모듈러스를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 투습성(단위: g/m2/day): MOCON 장비를 사용하여 ASTM F 1249 방법을 사용하여 측정하였다. 준비된 시편을 30mm × 40mm 크기로 자른 후 중앙 부위가 뚫린 지그에 끼워 측정하였다. 25℃에서 수증기압은 상대습도 100%에서 처리하였다.
(2) 열팽창계수(단위: ppm/℃): TMA(Texas Instrument, Q40) 장비를 사용하고 ASTM E 831 방법을 사용하여 측정하였다.
(3) 표면조도(표면조도, 단위: nm): Optical Surface Profiler(ZYGO, 700s) 장비를 사용하여 평탄도(Ra)를 측정하였다.
(4) 크랙 및 박리 발생 유무: ASTM D522-93a에 의거하여, 5 내지 20 mm의 지름을 가지는 각각의 봉을 사용하여, Mandrel Bend Test로 크랙을 평가하였다. 이 때 크랙이 발생했을 때의 봉의 지름을 측정하였다. 박리발생 유무는 가로(1mm)×세로(1mm)로 표면에 총 100개의 흠집을 내고 3M 테이프를 탈부착하여 박리 발생 개수로 평가하였다.
(5) 탄성 모듈러스: 기판의 모듈러스는 Fischer사 MH500 Micro indentation 장비를 이용하여 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 기판에 1000 mN의 힘으로 압력을 가해 측정하였다.
투습성
(g/m2/day)		 열팽창계수
(ppm/℃)		 표면조도
(nm)		 크랙 발생
봉의 지름(mm)		 박리 발생 (개수) 탄성 모듈러스 (GPa)
실시예 1 0.1 3~5 9 6 0 1.8
실시예 2 0.08 3~5 5 6 0 2.0
실시예 3 0.1 3~5 8 6 0 2.1
실시예 4 0.1 3~5 9 6 0 2.1
실시예 5 0.1 3~5 20 5 0 4.3
실시예 6 0.1 3~5 22 6 0 2.0
실시예 7 0.1 3~5 34 6 0 1.3
비교예 1 2.5 3~5 520 11 100 0.01
비교예 2 2.5 3~5 121 11 100 0.01
비교예 3 2.4 3~5 118 8 100 0.05
비교예 4 2.3 3~5 87 8 100 0.09
상기 표 2의 결과로부터, 실리콘계 매트릭스(실리콘 FRP)에 본 발명에 따른 고내열성 및 고평탄도 버퍼층을 적용한 실시예 1 내지 7은 투습성, 저열팽창계수, 표면조도가 모두 우수하고, 크랙 및 박리 현상이 일어나지 않음을 알 수 있다.
반면, 버퍼층을 사용하지 않은 비교예 1과 탄성모듈러스 및/또는 유리전이온도가 본 발명의 범위를 벗어나는 버퍼층을 사용한 비교예 2 내지 4는 표면조도 값이 크고, 크랙 및 박리 현상이 발생하여 표시소자용 플렉서블 기판으로 적합하지 않음을 알 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (18)

  1. 매트릭스;
    상기 매트릭스에 함침된 보강재; 및
    상기 매트릭스의 적어도 일면에 형성된 버퍼층;을 포함하고,
    상기 매트릭스는 실리콘계 고무를 포함하며,
    Mandrel Bend Test시 크랙이 발생하는 봉의 지름이 7 mm 이하인 표시소자용 플렉서블 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표시소자용 플렉서블 기판은 탄성 모듈러스가 100 MPa 이상인 표시소자용 플렉서블 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 표시소자용 플렉서블 기판은 탄성 모듈러스가 1 GPa 이상인 표시소자용 플렉서블 기판.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 표시소자용 플렉서블 기판은 상기 버퍼층상에 형성된 배리어층을 더 포함하는 표시소자용 플렉서블 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 표시소자용 플렉서블 기판은 표면조도(Ra)가 40 nm 이하인 것을 특징으로 하는 표시소자용 플렉서블 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 버퍼층은 두께가 0.01 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 표시소자용 플렉서블 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 버퍼층은 (메타)아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 에폭시계 수지 및 우레탄계 수지 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 플렉서블 기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보강재는 유리섬유, 유리섬유포(glass fiber cloth), 유리 직물(glass fabric), 유리 부직포, 유리 메쉬(glass mesh), 유리 비드, 유리 플레이크(glass flake), 실리카 입자 및 콜로이달 실리카 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 플렉서블 기판.
  10. 제5항에 있어서, 상기 배리어층은 질화규소, 산화규소, 산화질화규소, 탄화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화탄탈륨, 산화티타늄, ITO(Indium Tin Oxide) 및 IZO(Indium Zinc Oxide) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 플렉서블 기판.
  11. 제5항에 있어서, 상기 배리어층은 25℃에서 탄성 모듈러스가 10 내지 500 GPa인 것을 특징으로 하는 표시소자용 플렉서블 기판.
  12. 제1항에 있어서, 상기 표시소자용 플렉서블 기판은 투습성이 0.1 g/m2/day 이하인 표시소자용 플렉서블 기판.
  13. 보강재가 함침된, 실리콘계 고무를 포함하는 매트릭스의 적어도 일면에 버퍼층을 적층하여 적층시트를 형성하는 것을 포함하고,
    제조된 표시소자용 플렉서블 기판은 Mandrel Bend Test 시 크랙이 발생하는 봉의 지름이 7 mm 이하인 표시소자용 플렉서블 기판 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적층시트를 형성하는 것은,
    버퍼층의 일면에 보강재를 놓고 상기 보강재에 매트릭스 형성용 수지를 도포하고 경화시키는 것을 포함하는 표시소자용 플렉서블 기판 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 적층시트를 형성하는 것은,
    보강재에 매트릭스 형성용 수지를 도포하여 상기 보강재가 함침된 매트릭스를 형성하고;
    상기 보강재가 함침된 매트릭스의 적어도 일면에 버퍼층 형성용 수지를 도포하고 경화시키는 것을 포함하는 표시소자용 플렉서블 기판 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 적층시트를 형성하는 것은
    제1 버퍼층의 일면에 보강재를 놓고;
    상기 보강재에 매트릭스 형성용 수지를 도포하여 매트릭스를 형성하고;
    상기 매트릭스 위에 제2 버퍼층을 적층하는 것을 포함하는 표시소자용 플렉서블 기판 제조방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 버퍼층 상에 가스 배리어층을 형성하는 것을 더 포함하는 표시소자용 플렉서블 기판 제조방법.
  18. 기판; 상기 기판 위에 형성된 유기발광소자; 및 상기 유기발광소자를 봉지하는 봉지부재를 포함하며, 상기 기판은 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항의 표시소자용 플렉서블 기판인 것인 디스플레이 장치.
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