KR101804819B1 - 박리 조력층의 전사 과정을 포함하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법 - Google Patents

박리 조력층의 전사 과정을 포함하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플렉시블 정보 표시 소자를 제조하는 방법으로서, (a) 상대적으로 유연한 제 1 기재의 적어도 일면에 박리 조력층을 형성하는 과정; (b) 상대적으로 경직한 제 2 기재의 적어도 일면에 제 1 기재의 박리 조력층을 전사하는 과정; (c) 제 2 기재에 전사된 박리 조력층 상에 플렉시블 기판을 형성하고, 상기 플렉시블 기판 상에 정보 표시 소자를 형성하는 과정; 및 (d) 상기 제 2 기재로부터 플렉시블 기판을 박리하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

박리 조력층의 전사 과정을 포함하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법 {Method for Manufacturing Flexible Information Display Device Comprising Tranfer Process of Detaching Assist Layer}
본 출원의 일부 연구 내용은 홍익대학교 메타 물질 연구 센터의 연구비 지원으로 이루어졌다.
본 발명은 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박리 조력층의 전사 과정을 포함하여 공정 단계를 단축하고, 지지 기판으로부터 플렉시블 기판의 박리시 정전기적 손상을 저감시킨 제조 방법에 관한 것이다.
현재 평판 정보 표시 소자로는 액정 표시 장치 (Liquid Crystal Display: LCD) 및 능동형 유기 전계 발광 표시 장치 (Active Matrix Organic Light Emitting Display: AM OELD) 등이 주로 사용되고 있다. 이러한 평판 정보 표시 소자는 일반적으로 가시 광선에 대한 투과도가 높으며, 전기적 절연 특성이 우수한 유리 기판을 사용하여 제조되고 있으나, 유리 기판은 휨 응력 또는 외부 충격 등에 의하여 쉽게 파손되기 때문에, 플렉시블 디스플레이 소자 (flexible information display)에는 적용이 곤란하다.
따라서, 플렉시블 디스플레이 소자의 기판 재료로는 폴리이미드 (PI: Poly Imide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET: Polyethylene Terephthalate), 폴리에테르 술폰 (PES: Polyether Sulfone)과 같은 플라스틱 기판 등이 사용되고 있다. 이러한 플라스틱 기판은 유리 기판 보다 상대적으로 두께가 얇고, 강도 및 강성이 작으며, 열팽창 계수가 크기 때문에, 운반, 세정, 박막 증착 등과 같은 각종 디스플레이 제조 공정에서 기판이 휘거나, 열팽창이 발생하며, 노광 및 에칭 공정에서 마스크간의 정렬을 곤란하게 하고, 증착된 박막의 두께 불균일성을 유발하는 등의 문제점이 있었다.
최근에는, 이러한 플라스틱 기판의 제조 공정상의 문제점을 해결하기 위해, 유리지지 기판 표면에 액상의 플라스틱 기판 재료(바니쉬)를 도포하고, 이를 경화시켜 플라스틱 기판을 유리 기판에 접착된 상태로 형성하거나, 기 제조된 플라스틱 기판을 유리 기판에 점착시켜, 플라스틱 기판이 유리 기판에 임시로 점착된 상태에서 플렉시블 디스플레이 소자를 제조하고, 플렉시블 디스플레이 소자의 제조가 완료된 후에는 이들 소자를 유리 지지 기판으로부터 탈착시키는 임시 점착/탈착법이 제안되어 사용되고 있다.
상기 임시 점착/탈착법에 의한 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 공정으로는 샤프사의 SUFTLA(Surface Free Technology by Laser Annealing)법 과 필립스사의 EPLaR(Elictronics on Plastic by Laser Release)법이 개시되어 있다.
샤프사에서 개시하는 SUFTLA 공정은 유리 지지 기판 상에 a-Si층과 SiO2층을 형성하고 그 상부에 평판 표시 소자 화소를 구동하기 위한 TFT 어레이(array)를 제조한다. TFT 어레이의 반대면에 위치한 유리 지지 기판 하부에 XeCl 레이저를 사용하여 수소 가스가 포함되어 있는 a-Si 코팅층을 가열하면 수소 가스가 발생하여, 유리 지지 기판으로부터 TFT 어레이층을 물리적으로 탈착시키고, 이를 플렉시블 기판에 전사/접착시켜 플렉시블 디스플레이 소자를 제작한다.
필립스사에서 개시하는 EPLaR 공정은 유리 지지 기판의 표면에 점착층을 코팅하고, 점착층 표면에 플렉시블 기판을 점착시키거나 형성시킨 후, 평판 표시 소자의 화소를 구동하기 위한 TFT 어레이 및 화소를 플렉시블 기판의 표면에 형성한다. TFT 및 평판 표시 소자의 화소 형성 공정이 완료된 후, 레이저를 이용하여 유리 지지 기판의 하부로부터 점착층을 가열하여, 플렉시블 정보 표시 소자는 유리 지지 기판으로부터 분리된다. 즉, 레이져로 점착층을 선택적으로 조사하여 점착층의 점착력을 감소시키거나, 점착성이 열화되는 온도까지 가열시킴으로써, 플렉시블 정보 표시 소자를 유리 지지 기판으로부터 분리시킨다.
상기 SUFTLA 공정 및 EPLaR 공정은 레이져를 탈착층에 조사하여, 플렉시블 기판을 분리시키는 레이져 탈착(Laser Lift-Off) 공정을 많이 사용하고 있는데, 이 공정은 작동 원리가 단순한 이점이 있으나, 탈착 수율 및 탈착 강도가 낮아 탈착 결함의 원인이 되고, 유리 기판 및 기판 재료의 오염 및 레이져의 출력 특성에 많은 영향을 받아 생산 수율이 떨어지는 등의 문제점이 있다. 특히, 유리 기판의 기저 표면과 플렉시블 기판/유리 지지 기판 계면에 부착된 오염 물질이 레이져 빔을 반사 또는 흡수하면, 점착층에 도달하는 레이져 빔의 에너지 밀도를 감소시켜 탈착 불량의 원인이 된다.
또한, 레이져 탈착법에 사용되는 선형 레이져 빔은 폭이 수백 ㎛ 정도이므로, 길이가 1m 이상인 기판을 중첩하여 주사 조사(scanning irradiation) 하기 위해서는 긴 공정 시간이 요구된다. 통상적으로, 4.5 세대 유리 기판 한 장을 처리시 약 1 분 이상의 공정 시간이 요구되며, 기판의 크기가 증가함에 따라서 탈착에 필요한 시간도 비례하여 증가하기 때문에, 플렉시블 패널 제조 공정 라인에서는 한 대당 가격이 수백억 원에 달하는 레이져 탈착 장비가 다수 사용되어야 한다. 더욱이, 레이져 탈착 장비는 정밀한 레이져 에너지 밀도를 위한 유지 비용이 높아, 생산 라인의 초기 투자비 및 기판의 제조 원가를 높이는 원인이 된다.
이에, 플렉시블 디스플레이의 임시 점착/탈착 제조 공정에서 상대적으로 초기 투자비가 낮고, 공정 생산성이 높으며, 탈착 과정에서 불량의 발생이 최소화될 수 있는 방법으로, 기계적 응력을 인가하여 플렉시블 기판을 탈착하는 기계적 탈착법이 제안되고 있다. 기계적 탈착법은 공정이 단순하고, 생산성이 높으며, 레이져 탈착 장비와 비교하여 장비 가격이 1/10 수준이고, 공정 비용은 약 1/4 수준이며, 생산성은 4배 이상이므로, 지지 기재로부터 플렉시블 디스플레이 소자를 분리시키는 탈착 공정의 경제성을 획기적으로 개선할 수 있다.
기계적 탈착 공정에 대해서는 1) 대만 ITRI 사, 2)일본 SEL 사, 3) 삼성 디스플레이 주식회사, 4) (주)엔씰텍, 5) ㈜씨앤켐 등이 그 방법을 개시하고 있다.
ITRI 사에서 개시하고 있는 FlexUP 방법은 유리지지 기판 표면에 무기질 실리케이트(silicate)를 중심으로 구성된 탈착층을 코팅한 후, 그 표면에 폴리이미드 바니쉬(polyimide varnish)를 도포하고, 경화(curing)하여 폴리이미드 필름 기판을 형성한 후, 그 표면에 플렉시블 디스플레이 소자를 제조한다. 여기서 탈착층 재료는 플렉시블 디스플레이의 제조 공정 단계에서 열화/분해되어, 폴리이미드와 유리 지지 기판간의 점착력을 낮추는 역할을 한다. 상기 공정은 탈착 강도가 상대적으로 높아, 탈착시 OLED 층에 인가되는 응력이 중립 축을 이루도록 버퍼층을 추가로 사용해야 하는 단점이 있다. 또한, 상기 공정에 사용되는 접착층은 두께가 5~10 ㎛ 정도로 두꺼워, 분해 과정에서 다량의 가스를 발생시키고, 이는 폴리이미드 기판/유리 지지 기판 계면에 포획되어 기공 결함을 야기한다.
일본의 SEL(Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd) 사에서는 유리 기판 상에 W 박막을 형성시키고, 이 코팅의 표면층을 산화시켜 기계적 박리용 탈착층으로 사용하는 기계적 박리 공정을 개시하고 있다. 상기 공정은 또한, W 산화층만을 기계적 박리층으로 사용하는 방법과, 계면에 물을 공급하여 수화 반응을 유도함으로써 점착력을 더욱 감소시킨 방법을 포함하고 있다. 다만, 상기 공정 방법 또한 접착 강도가 상대적으로 높으며, 생산성이 낮은 문제점이 있다.
이와 비교하여, ㈜엔씰텍에서 제공하는 기계적 박리층 및 그의 제조 방법은 유기물과 2차원 세라믹 재료층이 교대로 적층된 매우 얇은 극박 점착/탈착층을 개시하고 있다 (대한민국 특허: 10-1580015). 유기물로서는 고분자 전해질(polyelectrolyte) 재료가 사용되고, 2차원 세라믹 재료로서는 산화 그래핀(graphene oxide)등과 같은 2차원 재료등이 제공되고 있다. 상기 방법에 의하면 점착특성이 균일하고, 우수한 탈착층을 사용하고 있으며, 두께가 0.1nm 내지 1000nm, 바람직하게는 0.1nm 내지 10nm의 범위 이내의 극박 고분자 전해질/2차원 세라믹 재료 나노 복합 탈착층을 개시하고 있다. 이와 같이 극박 탈착층은 전단 접착 강도가 우수하고, 유기물의 burn-out시 발생하는 가스량이 적어 기포 포집에 의한 불량 발생이 적기 때문에, 탈착막으로서는 우수한 특성을 가진다. 상기 방법에서는 극박층을 대면적에 균일하게 적용하기 위해, Layer-by-Layer(LBL) 공정을 사용한다.
LBL 공정은 재료간에 작용하는 정전기적 인력 및 척력을 이용하여 2차원 나노 재료를 층상으로 형성하는 공법으로서, 용매 내에서 양(positive)으로 하전되는 고분자 전해질인 PEI(Polyethylenimine)과 음(negative)으로 하전된 graphene oxide(GO)를 정전기력에 의하여 교대로 적층하여 나노 복합 코팅층을 형성하는 공정이다. 상기 LBL 공정은 코팅 재료간에 작용하는 정전기적 인력을 이용한 self-assembling 공정이고, 이미 코팅이 형성된 부분에는 동일 재료가 접근할 경우 같은 정전기간에 발생하는 반발력이 발생하기 때문에 코팅이 하나의 층으로 제한되는 self-regulating 코팅 특성을 갖기 때문에, 대면적 유리 기판에 2차원 나노 재료를 균일하게 성막하는 것이 가능하다.
그러나 LBL 공정은 PEI/GO 1 dyad층을 형성하는데 8개의 단위 공정이 필요하며, 임시 점착/탈착층은 3~5 PEI/GO dyad층으로 구성되는 것이 일반적이므로, 이러한 임시 점착/탈착층을 형성하기 위해서는 공정 라인이 매우 길어지는 문제점이 있다. 또한 양으로 하전된 PEI 용액이 채워져 있는 bath와 음으로 하전된 GO 용액이 채워져 있는 bath의 일부 용액이 혼합되면, 중화 반응을 일으켜 코팅 품질에 영향을 미치게 되고, 이는 궁극적으로 플렉시블 디스플레이 소자의 탈착 특성에 악영향을 미치게 된다.
한편, 삼성 디스플레이 주식회사에서 개시하는 탈착층과 탈착 방법(대한민국 특허: 공개번호 10-2015-0009289)은 산화 그래핀(GO: graphene oxide)를 이용하여 탈착층을 제공하는 방법이고, ㈜씨앤켐에서 제공하는 탈착층과 탈착층 제조 공정(대한 민국 특허: 10-1530378)은 montmorillonite를 LBL 제조 공정으로 준비하는 방법을 개시하고 있다. 이들 특허 모두 상기에서 언급한, 공정 라인이 다단계로 구성되는 문제점과 공정 단계 간에 상호 오염에 의한 문제점들을 공통적으로 가지고 있다.
따라서, 공정 단계를 최소화 하여, 상호 단계에 대한 오염을 저감시키고, 경제적으로 플렉시블 정보 표시 소자를 제조하는 공정 개발의 필요성이 높은 실정이다.
(1) 대한민국 공개특허공보 10-2015-0009289 호 (2) 대한민국 특허: 10-1580015호 (3) 대한민국 공개특허공보: 10-2013-0046150호 (4) 대한민국 공개특허공보: 10-2014-0136560호 (5) 미국 특허: US 8,834,655호 (6) 미국 공개특허공보: US 2003/0064569호 (7) 미국 공개특허공보: US 2010/0224320호 (8) 미국 특허: US 7,466,390호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명의 목적은, 기계적 박리를 위한 박리 조력층 형성시에, 정전기력을 이용한 LBL 공정을 대체하여 전사 공정을 포함함으로써 공정 단계가 단축되는 바, 공정 간의 오염이 제거되고 공정 효율성이 증대된 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 상기 방법에 의해 제조되어 제조 원가가 절감된 고품질의 플렉시블 정보 표시 소자를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법은 플렉시블 정보 표시 소자를 제조하는 방법으로서,
(a) 상대적으로 유연한 제 1 기재의 적어도 일면에 박리 조력층을 형성하는 과정;
(b) 상대적으로 경직한 제 2 기재의 적어도 일면에 제 1 기재의 박리 조력층을 전사하는 과정;
(c) 제 2 기재에 전사된 박리 조력층 상에 플렉시블 기판을 형성하고, 상기 플렉시블 기판 상에 정보 표시 소자를 형성하는 과정; 및
(d) 상기 제 2 기재로부터 플렉시블 기판을 박리하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법은, 상대적으로 유연한 제 1 기재의 적어도 일면에 박리 조력층을 형성한 후, 상대적으로 경직한 제 2 기재의 적어도 일면에 상기 박리 조력층을 라미네이션 등의 방법으로 전사하는 과정을 포함하는 바, 정전기력을 이용한 LBL 공정을 필요로 하지 않는다.
기존 LBL 공정은 하전된 고분자 전해질과 하전된 2차원 판상 재료를 정전기적 인력과 반발력을 이용하여 교대로 적층하는 바, 1 dyad의 탈착층을 형성하기 위해서는 유리 세정 → 유리 하전 처리(플라즈마 처리) → 고분자 전해질 코팅 → 수세 → Air Knife → 2차원 판상 재료 코팅 → 수세 → Air Knife의 8 공정 단계가 요구되며, 4 dyad의 탈착층을 위해서는 32개의 공정 단계가 요구된다.
반면에, 본 발명에 따른 제조 방법은 제 1 기재에 박리 조력층을 형성하기 위해 기판세정 → 전기 영동 또는 정전 도장 코팅 → 라미네이션의 3 공정 단계만을 필요로 하며, 전하량 또는 농도 등을 조절하여 박리 조력층의 두께를 조절할 수 있으므로, 상기 3 공정 단계만으로도 소망하는 박리 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 기존 공정과 비교하여, 공정 단계가 획기적으로 단축되는 바, 공정 이동시 발생하는 오염 요소를 줄이며, 공정 시간을 단축시키며, 클린 룸 내에서 장비가 차지하는 면적이 감소되므로, 고해상도의 플렉시블 정보 표시 소자를 경제적으로 제조할 수 있다.
또한, LBL 공정과는 달리, 본 발명에 따른 제조 방법은 정전기적 인력을 이용하여 2차원 판상 재료층을 형성하기 위한 고분자 전해질 (polyelectrolyte)을 필요로 하지 않는다. 상기 고분자 전해질이 과다한 두께로 코팅되면, 가열 과정에서 분해된 가스가 플렉시블 기판 및 제 2 기판의 계면에 포획되어 기공을 발생시킬 수 있으나, 본 발명에 따른 제조 방법은 상기 고분자 전해질을 사용하지 않으므로 상기와 같은 문제점이 발생하지 않는다.
이하에서는, 본 발명에 따른 제조 방법의 각 과정을 더욱 상술하도록 한다.
먼저, 상기 과정 (a)에서는, 상대적으로 유연한 제 1 기재의 적어도 일면에 박리 조력층을 형성한다. 상기 제 1 기재는 표면에 형성된 박리 조력층을 제 2 기재에 전사하기 위한 전사용 기재로서, 도전성과 유연성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 제 1 기재는 금속 호일 (foil), 또는 도전성 코팅층이 형성되어 있는 비도전성 고분자 필름일 수 있다.
이때, 상기 금속 호일의 소재는 알루미늄, 구리, 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고 있을 수 있다. 상기 금속 호일은 도전성을 가지므로 별도의 도전성 코팅층을 필요로 하지 않는다.
한편, 상기 도전성 코팅층은, 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 니켈, 몰리브덴, 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금; 또는 탄소 나노 튜브, 환원 그래핀 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 카본계 물질; 또는 ITO(Indium Titanium Oxide);를 포함하고 있고,
상기 비도전성 고분자 필름은 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에스테르(Polyester), 나이론(Nylon), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl Chloride), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate), 및 에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고 있을 수 있다.
한편, 제 2 기재는 제 1 기재의 두께 보다 두꺼우며, 이후 정보 표시 소자 제조 과정에서 플렉시블 기판을 지지할 수 있도록 소정의 강성을 가져야 한다.
구체적으로, 상기 제 1 기재의 두께는 10 ㎛ 내지 1 mm의 범위 내이고, 상기 제 2 기재의 두께는 0.3 mm 내지 1 mm의 범위 내일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 제 1 기재의 두께가 1 mm를 초과하는 경우에는 소정의 유연성을 확보하기 어려워 전사 과정에 바람직하지 않고, 제 1 기재의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우에는 하중 지지능력이 떨어져 오히려 전사 과정에서 파손될 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 제 2 기재의 두께가 1 mm를 초과하는 경우에는 재료 비용이 증가하여 바람직하지 않고, 제 2 기재의 두께가 0.3 mm 미만인 경우에는 플렉시블 기판을 지지할 수 있을 정도의 강성을 얻기 어려우므로 바람직하지 않다.
같은 이유로, 상기 제 1 기재의 두께는 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위일 수 있고, 상기 제 2 기재의 두께는 0.5 mm 내지 0.7 mm의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
상기 제 2 기재는 플렉시블 기판을 지지도록, 견고하고, 강성이 있는 재질이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 유리 기판일 수 있다.
한편, 상기 박리 조력층은 정보 표시 소자 형성 이후에, 플렉시블 기판과 제 2 기재의 박리를 용이하게 하기 위한 것으로서,
i) 각 표시 소자 제조 공정 단계의 다양한 온도 및 분위기에서 분해되거나 열화되지 않아야 하고;
ii) 플렉시블 기판과 제 2 기재에 고정하여 다양한 온도 및 공정 분위기에서 플렉시블 기판의 크기 변화를 최소화하면서 응력에 의해 분리되지 않아야 하고;
iii) TFT 기타 표시 소자 제조 공정에서 사용하는 용매에 용해되거나 화학물품과 반응하지 않아야 하며;
iv) 표시 소자 제조 공정이 완료된 후, 표시 소자를 제 2 기재로부터 탈착시에는 표시 소자를 구성하는 요소인 TFT 및 화소가 손상되지 않는 응력으로 용이하게 분리되어야 한다.
상기 요구 조건을 만족하기 위해, 상기 박리 조력층은 판상형 결정 구조를 가진 탄소계 물질 또는 점토계 물질을 포함하고 있을 수 있다.
판상형 결정 구조는 보통 육각 판상의 결정형을 가지는 층상구조로서, 외관상 단층의 박리 조력층도 미세한 다층 구조를 가지는 바, 박리 조력층을 이루는 각 층 간, 박리 조력층/플렉시블 기판 간, 박리 조력층/제 2 기재 간의 분자 간 결합력을 조절하여, 점착/탈착 특성을 조력한다. 따라서, 정보 표시 소자 형성시에는 견고하게 점착시켜 플렉시블 기판의 변화를 최소화 하면서도, 이후에는 기계적 박리법으로도 용이하게 분리되어 정보 표시 소자가 손상을 받지 않고 분리될 수 있도록 조력한다.
상기 판상형 결정 구조를 가진 탄소계 물질 또는 점토계 물질의 두께는 0.1 nm 내지 100 nm, 폭은 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 상세하게는 두께 0.3 nm 내지 50 nm, 폭 0.1㎛ 내지 100㎛, 더욱 상세하게는 두께 0.3 nm 내지 10 nm, 폭 0.1㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탄소계 물질은 그래핀, 산화 그래핀, 및 판상 나노 그라파이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이고;
상기 점토계 물질은 탈크(tal(c), 버미큘라이트(vermiculite), 및 몬모릴로나이트(montmorillonite)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 산화 그래핀 또는 환원된 산화 그래핀은, 예를 들어, 흑연(graphite)을 과망간산칼륨(KMnO4)과 진한 황산(H2SO4)으로 산화시키고 얻어진 산화 흑연(graphite oxide)을 인터칼레이션(intercalation)과 박리 과정을 통해 제조하는 허머(Hummer)법 (W. S. Hummers and R. E. Offeman, J. Am. Chem. Soc., 1958, 80, 1339) 등을 이용하여 제조할 수 있다. 흑연의 산화, 산화된 흑연을 인터칼레이션 및 박리하는 방법은 허머법 이외에 다양한 방법들이 제공되고 있는 바, 용액 내에 균일하게 분산되어 있는 산화 그래핀이라면 어느 방법에 의해서 제조된 것이라도 사용이 가능하다. 이때, 상기 산화 그래핀 및 환원 그래핀은 1 내지 100개의 그래핀 층으로 구성될 수 있고, 상세하게는 1 내지 10개, 더욱 상세하게는 1 내지 2개의 산화 그래핀 층으로 구성될 수 있다.
상기 점토계 물질은 Si-O 사면체가 평면으로 배열된 시트(sheet)와 Al-O-OH 육면체가 평면으로 배열된 시트가 1:1 또는 2:1로 샌드위치 되어 접합되어 있는 카올린(Kaolin) 그룹과 스멕타이트(smectite) 그룹으로 구성될 수 있다. 카올린 그룹에는 카올리나이트(Kaolinite), 서펜타인(serpentine), 딕카이트(dickite) 등이 포함되어 있고, 스멕타이트 그룹에는 탈크(talc), 버미큐라이트(vermiculite), 몬모릴로나이트(montmorillonite) 등이 포함되어 있다. 이들 점토계 물질은 통상적으로 판상으로 적층되어 있는 구조를 가지고 있으며, 각층 두께가 1nm 정도일 수 있다.
상기 박리 조력층의 두께는 0.1 nm 내지 1000 nm의 범위 내일 수 있고, 상세하게는 1 nm 내지 100 nm, 더욱 상세하게는 1 nm 내지 10 nm의 범위일 수 있다.
상기 범위를 벗어나 박리 조력층의 두께가 1000 nm를 초과하는 경우에는, 기계적 박리에 필요한 두께 보다 과도한 박리 조력층을 형성하는 바, 공정 효율성이 떨어지고, 박리 조력층의 두께가 0.1 nm 미만인 경우에는 박리 조력층을 대면적에 대해 균일한 두께로 형성하는 것이 어려워져, 균일한 탈착 강도를 얻기 어려우므로 바람직하지 않다.
이러한 박리 조력층의 형성 방법은 특별히 제한되는 것은 아니나, 정전기적 인력을 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로 상기 과정(a)는, 박리 조력층 형성용 입자들이 전하를 띈 상태로 분산되어 있는 용액과 제 1 기재를 접촉시킨 상태에서, 상기 제 1 기재에 반대 전하를 인가하여, 정전기적 인력에 의해 제 1 기재 상에 박리 조력층을 형성할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 과정(a)는 전기 영동법 또는 정전 도장 코팅법으로 수행될 수 있다. 전기 영동법은 박리 조력층 형성용 입자들이 분산되어 있는 용액에 제 1 기재를 침지시킨 상태에서 수행되는 것으로 매엽식 또는 연속식으로 수행될 수 있고, 정전 도장 코팅법은 제 1 기재에 전압을 인가한 상태에서 상기 용액을 스프레이법에 의해 미세한 액적으로 분산 시킴으로써 수행된다.
한편, 상기 박리 조력층의 일면 또는 양면에는 전사를 촉진하는 점착성 또는 접착성의 보조층이 일부 또는 전체에 부가되어 있을 수 있다. 상기 보조층은 박리 조력층의 일면 전부 또는 일부에도 부가되어 있을 수 있으며, 일부에 부가되어 있는 경우에는 일정한 패턴 형상으로 부가되어 있을 수 있다.
상기 보조층은, 제 1 기재와 박리 조력층 사이에 위치하는 제 1 보조층 및/또는 제 2 기재와 박리 조력층 사이에 위치하는 제 2 보조층을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 보조층은 과정(a) 이전에 제 1 기재 상에 형성되고, 상기 제 2 보조층은 과정(a) 및 과정(b) 사이에서 박리 조력층 상에 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 박리 조력층은 제 1 보조층 및 제 2 보조층을 포함하고 있고, 상기 제 1 보조층 및 제 2 보조층은 패턴 형상으로 부가되어 있으며, 상기 제 1 보조층 및 2 보조층은 서로 대응되는 위치에 형성되어 있을 수 있다.
상기 보조층은 전사를 보조하는 범위에서 얇은 두께를 가지는 것이 바람직하며, 상세하게는 10nm내지 1000nm, 더욱 상세하게는 10nm 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 보조층은 슬롯 다이(slot die) 코팅, 스핀 코팅(spin coating), 테이블 코팅(table coater method), 닥터 블레이드 코팅법(doctor blade coating), 침적 코팅(dip coating), 바코팅, 스크린 코팅, 잉크제트 프린팅(inkjet printing), 플래시 증발법(flash evapoatoration), 스프레이 코팅 등 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 보조층은 점착성 또는 접착성 물질을 포함하며, 이러한 점착 성 물질은 박리 조력층이 제 1 기재로부터 제 2 기재로 전사되는데 필요한 점착력을 가지는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 천연고무 NR, 합성고무 SBR, NBR, CR BR, IIR, EPDM 등과 아크릴 타입의 점착제, 폴리우레탄 레진을 이용한 접착제, 폴리우레탄수지 핫멜트(Polyurethane Hot melt) 점착제, 우레탄수지 에멀젼(Urethane emulsion) 점착제, 에폭시 수지계(Epoxy resin)를 이용한 점착제, 실리콘계 점착제, 변성 실리콘계 점착제(Modified Silicone adhesives), 폴리아미드수지 핫멜트(Polyamide Hot melt, PA) 점착제, 폴리이미드계(Polyimide) 점착제등을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 과정(b)에서는, 상대적으로 경직한 제 2 기재의 적어도 일면에 제 1 기재의 박리 조력층을 전사한다.
구체적으로 상기 과정(b)는, 박리 조력층이 제 2 기재에 접하도록 제 1 기재를 위치시킨 상태에서, 제 1 기재를 가압하여 박리 조력층을 전사할 수 있다.
더욱 구체적으로 상기 과정(b)는,
(b1) 제 2 기재의 일면과 박리 조력층이 인접하고, 박리 조력층이 형성되어 있지 않은 타면과 롤러가 인접하도록, 제 1 기재를 제 2 기재와 롤러 사이에 개재시키는 단계; 및
(b2) 제 2 기재와 수직 방향으로 롤러에 외력을 인가한 상태에서 롤러를 회전시켜, 박리 조력층을 제 1 기재에서 제 2 기재로 이전시키는 단계;로 이루어질 수 있다.
한편, 박리 조력층은 반드시 제 2 기재의 전면에 형성될 필요는 없고, 일부에만 형성될 수도 있는데, 이와 같은 패턴 전사는 다양한 방법으로 제공 가능하다.
먼저, 박리 조력층이 보조층을 포함하는 경우, 보조층을 전사되는 형태대로 패터닝하여, 보조층이 코팅되어 있는 부분만 전사되도록 한다. 구체적으로, 패턴의 형태를 가진 마스크를 박리 조력층의 표면에 올려놓고 점착 재료를 인쇄, 증착, UV 경화 등의 방법으로 박리 조력층 표면에 패턴 코팅하고, 라미네이션법을 이용하여 제 2 기재에 전사하면, 패턴을 이루고 있는 박리 조력층을 제 2 기재 상에 형성할 수 있다.
두 번째 방법은 과정(b)를 통해 제 2 기재의 전면에 균일하게 박리 조력층을 전사한 후, 레이져와 같은 국부 열원을 조사하여 코팅되어 있는 박리 조력층을 식각하거나, 브러쉬와 같은 기계적 수단을 이용하여 제거하는 방법이다.
이와 같이 박리 조력층에 패턴을 형성하는 것은 그의 상부에 형성될 플렉시블 기판의 형성시, 박리 조력층이 없는 부분에서는 플렉시블 기판과 제 2 기재가 직접 점착되어 플렉시블 기판을 견고하게 지지하고, 플렉시블 기판을 박리하는 과정에서는 박리 조력층이 있는 부분과 대응되는 부위에 위치한 정보 표시 소자에 손상이 최소화되는 이점이 있다.
한편, 상기 제 1 기재에 박리 조력층을 형성하는 과정(a)와 제 2 기재에 박리 조력층을 전사하는 과정(b)는 1회 수행될 수도 있고, 필요에 따라 2회 내지 5회 반복 수행되어, 다층 구조를 형성할 수도 있다. 다만, 상기 과정을 지나치게 반복적으로 수행하는 경우 공정이 지연될 수 있으므로, 적정 횟수로 제한되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 과정(c)에서는, 제 2 기재에 전사된 박리 조력층 상에 플렉시블 기판을 형성하고, 상기 플렉시블 기판 상에 정보 표시 소자를 형성한다.
종래의 평판형 정보 표시 소자와 달리, 플렉시블 정보 표시 소자의 기판은 두께가 얇고, 강성이 작으며 열팽창 계수가 크므로, 상기 과정(c)에서는 경직한 제 2 기재 상에 플렉시블 기판을 라미네이션 형태로 부가하여, 플렉시블 기판의 평행 방향 변형을 최소화하고, 결과적으로 마스크 간 정렬도 저하, 박막의 불균일성 등의 문제점을 보완한다.
또한, 정보 표시 소자 생성 후에, 강성을 가지는 제 2 기재로부터 플렉시블 기판이 용이하게 박리될 수 있도록, 플렉시블 기판은 박리 조력층 상에 형성된다. 플렉시블 기판의 형성은 용액 또는 용융 상태의 플렉시블 기판 재료를 도포하고 경화시키거나, 기 제조된 플렉시블 기판을 박리 조력층 상에 접착시킬 수도 있으나, 공정의 편의성을 고려하여 전자의 방법이 주로 사용되고 있다.
구체적으로, 상기 과정(c)는 전사된 제 2 기재의 박리 조력층 상에 플렉시블 기판 제조용 모노머 또는 올리고머를 부가한 후 중합시키거나, 또는 플렉시블 기판 제조용 고분자 소재를 용융 또는 용해 상태로 부가하여 플렉시블 기판을 형성하는 것으로 수행될 수 있다.
상기 모노머 또는 올리고머, 폴리머를 부가하는 방법으로는 슬롯다이 코팅(slot die coating), 스핀 코팅(spin coating), 테이블 코팅(table coater method), 닥터 블레이드 코팅법(doctor blade coating), 침적 코팅 (dip coating) 또는 바코팅 등의 코팅법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 스크린 코팅, 잉크제트 프린팅(inkjet printing) 등의 방법도 사용될 수 있다.
상기 박리 조력층 상에 부가된 모노머 및 올리고머 또는 용융 또는 용해 상태의 고분자 소재는 중합 또는 경화 과정을 필요로 하는 바, 과정(c)에서는 열처리 공정을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 열처리 공정은 열 경화, UV 경화, 자연 건조 경화등의 방법으로 수행될 수 있고, 4℃ 내지 500℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기와 같이 고온에서 열처리 공정이 수행되는 경우, 박리 조력층의 점착력은 감소되어, 플렉시블 기판의 박리를 더욱 효과적으로 돕는다.
한편, 상기 플렉시블 기판은 두께가 얇을수록 가볍고 곡면 구현이 용이하나, 그 상부에 형성된 층들과 소자들이 제 2 기재를 분리한 후에도 플렉시블 기판에 의해 상기 층들과 소자들이 유지될 수 있을 정도의 두께는 확보하여야 하므로, 그 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다.
또한, 플렉시블 기판의 재료로는, 가시 광선에 대한 투과도가 크고, 절연성 및 내열성이 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 파릴렌, 폴리에틸렌, 나프탈렌(PEN), 폴레에테르술폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리아세틸, 미라르(mylar) 기타 플라스틱 재료가 사용될 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 용도에 맞는다면 이외의 공지의 플렉시블 기판도 사용될 수 있다.
이 중, 폴리이미드는 기계적 특성이 우수하고, 내열성이 있으므로 추후 소자를 형성하는 경우, 고온 공정에서도 열적 안정성이 있어, a-Si의 저온 결정화 처리(Low Temperature Poly Silicon) 및 activation heat treatment 공정 시에도 열적인 안정성이 유지된다는 장점이 있다. 따라서, 상기 플렉시블 기판은 폴리이미드일 수 있다.
다음으로, 상기 과정(d)에서는 제 2 기재로부터 플렉시블 기판을 박리한다. 상기 박리 과정(d)는 기계적 박리법에 의해 수행될 수 있으며, 이는 레이져 박리법과 비교하여 초기 투자비 및 유지 비용이 낮고, 공정 생산성이 높으며, 탈착 과정에서 불량의 발생이 최소화될 수 있는 이점이 있다.
상기 기계적 박리법은 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 먼저 일정 반경을 가진 치구를 준비하고, 그의 표면에는 일정 점착력을 가진 테이프를 접착한다. 이후, 상기 점착력을 가진 치구와 플렉시블 기판의 상부에 위치한 정보 표시 소자와 접촉시켜 점착이 일어나도록 하고, 이 치구를 정보 표시 소자와 일정 입력으로 접착되도록 하면서 회전시켜, 플렉시블 기판과 제 2 기재를 분리시킨다.
상기 방법은 플렉시블 기판의 박리과정에서 정보 표시 소자에 국부적인 응력을 가하지 않고, 균일한 응력으로 탈착하기 때문에 정보 표시 소자에 가해지는 기계적 손상을 최소화한다. 이때, 치구 표면의 점착 강도는 제 2 기재/박리 조력층/정보 표시 소자 계면의 점착 강도보다 높은 조건을 만족하여야 하며, 제 2 기재로부터 분리가 완료된 후에는 치구로부터 정보 표시 소자를 분리하여 플렉시블 정보 표시 소자를 제조한다.
본 발명은 또한, 상기 과정들을 포함하는 제조 방법으로 제조된 플렉시블 정보 표시 소자를 제공한다.
상기 플렉시블 정보 표시 소자는 플렉시블 기판의 일면에 TFT, 화소, 또는 컬러 필터를 포함하는 정보 표시 소자가 형성되어 있고, 타면에 상술한 박리 조력층을 전부 또는 일부에 포함하고 있을 수 있다.
상기 박리 조력층은 탄소계 또는 점토계 물질을 포함하는 바, 도전성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 도전성 물질은 플렉시블 기판에 발생하는 정전기를 줄이는 바, 정전기 방전에 의해서 발생하는 TFT의 파손을 방지한다. 따라서, 정보 표시 소자의 생산 수율을 향상시키는 이점이 있다.
필요에 따라, 상기 TFT를 포함하는 정보 표시 소자를 형성하기 이전에, 플렉시블 기판 상에는 수분이 침투하는 것을 방지하는 배리어층(barrier layer)이 형성되어 있을 수 있으며, 이 경우에는 추후 정보 표시 소자 제조 공정시 별도의 전처리 공정 없이 표준 공정을 적용할 수 있다.
상기 배리어층은 무기물층만을 사용하거나 무기물층과 폴리머층의 복합층을 사용할 수 있다.
상기 무기물층으로는 메탈 옥사이드(metal oxide), 메탈 나이트라이드(metal nitride), 메탈 카바이드(metal carbide), 메탈 옥시나이트라이드(metal oxynitride) 및 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 메탈 옥사이드로는 SiO2, 알루미나, 티타니아, 인듐 옥사이드(Indium Oxide), 틴 옥사이드(Tin Oxide), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide), 및 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 상기 메탈 나이트라이드로는, 예를 들어, 알루미늄 나이트라이드(aluminium nitride), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 및 이들의 화합물 등이 있고, 메탈 카바이드로는 실리콘 카바이드 등이 있으며, 메탈 옥시나이트라이드로는 실리콘 옥시나이트라이드 등이 있다. 무기물층으로는 상기 화합물 외에도 실리콘 등 수분 및 산소의 침투를 차단할 수 있는 어떠한 무기물도 사용할 수 있다.
이러한 무기물층은 증착에 의해 성막될 수 있는데, 이렇게 무기물층을 증착할 경우에는 무기물층에 구비되어 있는 공극이 그대로 자라나게 되는 한계가 있다. 따라서, 이러한 공극이 같은 위치에서 계속하여 성장하는 것을 방지하기 위하여, 무기물층 외에 별도로 폴리머층을 더 구비할 수 있다.
상기 폴리머층으로는 유기 폴리머(organic polymer), 무기 폴리머(inorganic polymer), 유기금속 폴리머(organometallic polymer), 및 하이브리드 유기/무기 폴리머(hybrid organic/inorganic polymer) 등이 사용될 수 있다.
배리어층은 PECVD 법 등의 공지의 증착법으로 형성되고, 배리어층 상에 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT라 함) 소자를 포함하는 정보 표시 소자를 형성한다. TFT 소자로서는 폴리 실리콘 TFT, a-실리콘 TFT, oxide TFT, 유기 TFT 등이 사용될 수 있고, 대표적으로 유기 발광 소자(OLED: Organic Light Emitting Diode)가 사용될 수 있는데, 이에 국한되지 않고 전기 영동 디스플레이 소자(electrophoretic display device) 등과 같은 다양한 정보 표시 소자를 포함 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법은 레이저 탈착 장치를 이용하지 않으므로, 초기 투자비 및 공정 유지 비용이 절감되는 효과를 가진다.
또한, 기존 LBL 공정과 비교하여 고분자 전해질을 사용하지 않으므로, 플렉시블 기판 상의 기공과 같은 공정 불량을 최소화하여 양품률을 확보하며, 수 개의 공정 단계를 단축하므로, 공정 간의 오염을 최소화 하면서도 공정 시간이 단축되며, 클린룸 내 장비가 차지하는 면적을 감소시켜 제조 원가를 획기적으로 절감시키는 효과가 있다.
더욱이, 상기 제조 방법에 의해 제조된 플렉시블 정보 표시 소자는 박리 과정에서 도전성 물질 일부가 플렉시블 기판의 이면에 잔존하므로, 플렉시블 기판에서 발생하는 정전기 방전을 저감시키고, 따라서 정보 표시 소자의 수율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1c는 제 1 기재에 박리 조력층을 전기 영동법으로 형성하는 과정(a)를 모식적으로 각각 나타낸 도면들이다;
도 1d는 제 1 기재에 박리 조력층을 정전 도장법으로 형성하는 과정(a)를 모식적으로 나타낸 도면이다;
도 2은 제 1 기재에 형성된 박리 조력층을 제 2 기재의 적어도 일면에 전사하는 과정(b)를 모식적으로 나타낸 도면이다;
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 제조 방법의 과정(b) 이후에, 플렉시블 기판의 형성 이전의 제 2 기재를 각각 모식적으로 나타낸 단면도 및 측면도들이다;
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 제조 방법의 과정(b) 이후에, 과정(c) 및 과정(d)를 모식적으로 나타낸 단면도들이다;
도 5는 실시예 1에 따른 공정을 통하여 형성된 박리 조력층의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope) 사진이다;
도 6은 실시예 2에 따른 공정을 통하여 형성된 박리 조력층의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope) 사진이다; 및
도 7은 실시에 3에 따른 공정을 통하여 형성된 박리 조력층을 포함하는 플렉시블 기판의 필 테스트(peel test) 결과를 나타내는 그래프이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1d에는 제 1 기재에 박리 조력층을 전기 영동법 또는정전 도장 코팅법로 형성하는 과정(a)이 모식적으로 도시되어 있다.
구체적으로 도 1a에는 매엽식(sheet-by-sheet) 전기 영동법으로, 도 2a 및 도 3a에는 연속식 전기 영동법으로, 도 4a에는 정전 도장 코팅법으로 제 1 기재에 박리 조력층을 형성하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 제 1 기재(100)와 상대 전극(200) 사이에 전압을 인가하여, 용액(300) 내에 분산되어 있는 박리 조력층 형성용 입자들이 전하를 띄며, 제 1 기재(100)의 표면에 박막을 형성한다. 제 1 기재(100)는 전기 영동 코팅 공정이 원활하게 이루어지기 위해, 도전성을 갖는 금속 호일이나 박판, 또는 도전성 코팅층이 형성되어 있는 고분자 필름일 수 있다.
도 1a의 매엽식 전기 영동법과는 달리, 도 1b 및 도 1c에는 연속식 전기 영동법이 모식적으로 도시되어 있다. 도 1b의 경우, 회전하는 드럼형 지지체 표면에 접촉되어 이동하는 제 1 기재(100)의 일부가 박리 조력층 형성용 입자들이 분산되어 있는 용액(300)에 침지되도록 구성하고, 도전성을 가지는 제 1 기재(100)와 오목한 형상의 상대 전극(200) 사이에 전압을 인가하여, 연속적으로 박리 조력층을 코팅시킨다. 도 1c의 경우, 도전성을 가지는 제 1 기재의 일부에 평판형 전극(200)이 소정 간격으로 이격되도록 평행 배치하고, 일정한 속도로 제 1 기재를 이동시켜, 연속적으로 박리 조력층을 코팅시킨다. 한편, 도 1a 및 1c에는 제 1 기재(100)와 상대 전극(300) 사이에 박리 조력층 형성용 입자들이 분산되어 있는 용액이 채워져 있다 (도시되지 않음).
도 1d는 상기 도 1a 내지 도 1c와는 달리, 선형으로 배치되어 있는 정전 도장 노즐(400)과 제 1 기재 사이에 전압을 인가하고, 전하를 띈 박리 조력층 형성용 입자들이 분산되어 있는 용액을 스프레이법으로 분사하여 미세한 액적을 제 1 기재에 코팅시키는 정전 도장 코팅법을 도시하고 있다.
다음으로, 도 2에는 제 1 기재에 형성된 박리 조력층을 제 2 기재의 적어도 일면에 전사하는 과정(b)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 기재(100)상에 형성되어 있는 박리 조력층(500)은 라미네이션법과 같은 전사 방법에 의해 제 2 기재(600)의 표면으로 전사된다. 구체적으로, 제 2 기재(600)의 일면과, 박리 조력층(500)이 인접하도록 제 1 기재(100)를 배치하고, 박리 조력층(500)이 형성되어 있지 않은 타면과 롤러(550)가 인접하도록 배치한다.
제 2 기재(600)의 수직 방향으로 롤러(550)를 가압하면, 박리 조력층(500)은 제 2 기재(600)로 전사되고, 제 1 기재(100)에서 제거된다.
상기 라미네이션 공정 이전에는 박리 조력층(500)이 제 2 기재(600)로 용이하게 전사되도록, 보조층(도시되지 않음)을 코팅할 수 있다. 보조층은 도 2 상에서 제 1 기재(100)와 박리 조력층(500) 사이에 형성되는 제 1 보조층과, 박리 조력층(500)과 제 2 기재(600)사이에 형성되는 제 2 보조층으로 나눌 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 보조층은 과정(a) 및 과정(b) 사이에, 제 1 기재(100) 상에 형성된 박리 조력층(500) 상에 점착성 또는 접착성 물질을 도포하여 형성될 수 있다.
한편, 박리 조력층은 반드시 제 2 기재의 전면에 도포될 필요는 없다. 즉, 박리 조력층은 제 2 기재의 일부에 다양한 패턴을 이루도록 형성될 수 있으며, 도 3a 내지 도 3c은 상기 과정(b) 이후에, 박리 조력층이 형성되어 있는 제 2 기재의 단면도 및 측면도들을 모식적 도시하고 있다.
도 3a를 참조하면, 박리 조력층(500)은 제 2 기재(600)의 전면에 전사되어 있으나, 도 3b 및 도 3c에 도시되어 있는 박리 조력층(500)은 제 2 기재(600)의 일부에 전사되어 있다.
도 3b의 경우, 박리 조력층(500)은 제 2 기재(600)의 에지(edge) 부분은 전사하지 않아서, 제 2 기재(600)의 단부가 노출되도록 전사하고 있고, 도 3c의 경우, 박리 조력층(500)은 제 2 기재(600) 상에 소형 직사각형이 패턴을 형성하고 있다. 패턴 단위는 반드시 직사각형으로 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라, 직선 또는 곡선으로 둘러싸인 다각형 또는 원형 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
이상의 방법으로 플렉시블 정보 표시 소자 제조용 지지 기판인 제 2 기재에 박리 조력층의 형성을 완료한다.
도 4a 내지 도 4d에는 본 발명에 따른 제조 방법의 과정(c) 및 과정(d)가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 과정(b)에 의해 제 2 기재(600) 상에 박리 조력층(500)이 형성되어 있다. 이후, 과정(c)에서는 박리 조력층(500) 상에 5 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가진 플렉시블 기판(700)이 형성된다.
플렉시블 기판(700)은 최종 플렉시블 정보 표시 소자에서 플렉시블한 기재의 역할을 하고, 잘 깨지지 않으며 곡면 구현이 가능한 특성을 가지나, 열 팽창 계수가 크고 공정 과정 중에 잘 휘어지는 단점이 있다.
따라서, 제 2 기재(600)와 부착된 상태에서 상기 플렉시블 기판(200) 상부에 TFT 소자를 포함하는 정보 표시 소자(800)가 형성된다.
정보 표시 소자(800)가 형성된 플렉시블 기판(700)은 과정(d)에서 기계적 박리법에 의해 제 2 기재(600)로부터 분리된다.
도 4d에는 과정(d)를 완료한 플렉시블 정보 표시 소자가 도시되어 있다. 도 4d를 참조하면 플렉시블 정보 표시 소자(900)는 TFT 등을 포함하는 정보 표시 소자(800), 플렉시블 기판(700)을 포함하고 있고, 제 2 기판이 분리된 단부에 박리 조력층(500) 일부가 잔존한다. 상기 박리 조력층(500)은 도전성 물질을 포함하므로, 이후의 공정에서 정전기 방전을 저감시키고, 정보 표시 소자의 수율을 향상시키는 이점이 있다.
이하의 실시예, 비교예에서 본 발명의 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
<[실시예 1 및 비교예 1>
크기가 0.05㎛ 내지 50㎛ 범위에 있는 산화 그래핀을 허머(Hummer)법을 이용하여 준비하고, 이를 수용액 내에 균일하게 분산시켜 코팅 용액(GO 0.05 g/L)을 준비한다. 공정 조건이 조절된 산화 그래핀은 양으로 하전(positively charged)되어 있고, 상기 용액이 채워져 있는 코팅조에 도 1a와 같이 상대 전극(reference electrode)(200)과 알루미늄이 코팅되어 있는 PP 필름(100)을 침적시키고, 상호 5cm 이격되어 있는 상태로 두 전극 사이에 전압을 인가한다. 알루미늄이 코팅되어 있는 PP 필름에는 상대 전극 대비 음의 전압을 인가하여 양으로 하전된 산화 그래핀 재료를 알루미늄이 코팅되어 있는 PP 필름 표면에 코팅한다.
도 5에는 이들 전극 사이에 10V의 전압을 인가하여 알루미늄이 코팅되어 있는 PP 필름(제 1 기재) 표면에 코팅된 산화 그래핀 박리 조력층의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope) 사진이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 산화 그래핀층이 균일하게 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이후, 알루미늄이 코팅되어 있는 PP 필름에 형성된 산화 그래핀 박리 조력층을 도 2에 도시한 바와 같이 유리 기판(제 2 기재)의 표면에 전사하였다.
전사된 산화 그래핀 박리 조력층의 표면에 폴리이미드 용액을 테이블 코터를 이용하여 코팅하고, 이미다이제이션(imidization) 반응을 효과적으로 유도하기 위해서 140℃, 240℃, 350℃, 450℃의 각 온도 단계까지 5℃/분의 승온 속도로 가열한 후, 각 온도 단계에서 1시간 동안 유지한 후, 상온까지 냉각시켰다. 이러한 경화 과정을 통해 유리 지지 기판의 표면에 형성된 폴리이미드 기판(플렉시블 기판)의 두께는 15㎛이었으며, 이의 표면에 1㎛ 두께의 Si-O-N 배리어층을 PECVD 공정을 이용하여 형성하였다.
상기 배리어층의 표면에 플렉시블 OLED 표시 소자의 제조 공정을 거치고 난 후, 유리 기판으로부터 표시 소자의 손상 없이 용이하게 탈착되는 것이 관찰되었다 (실시예 1). 이와 비교하여 박리 조력층 없이 유리 기판의 표면에 직접 형성된 플렉시블 폴리이미드 기판은 분리 과정에서 파손이 발생하였다 (비교예 1).
<실시예 2>
크기가 0.01㎛ 내지 2㎛ 범위에 있는 montmorillonite 분산 수용액을 montmorillonite를 수용액에서 ultrasonic 처리하였다. 구체적으로, 증류수 내에 Na+-montmorillonite(South-West Clay사)를 첨가한 후, ultrasonication 처리를 2시간 동안 실시하여, 대부분이 단일층으로 박리(exfoliation)된 montmorillonite 분산액(montmorillonite 0.03 g/L)을 얻는다. 이때, montmorillonite은 음으로 하전(negatively charged)되어 있으며, 이들 용액이 채워져 있는 코팅조에 도 1a와 같이 상대 전극(reference electrode)(200)와 스테인레스 스틸 호일(100)을 침적시키고, 상호 5cm 이격되어 있는 상태로 두 전극 사이에 전압을 인가한다. 스테인레스 스틸 호일에는 상대 전극 대비 양의 전압을 인가하여 음으로 하전된 montmorillonite 재료를 스테인레스 스틸 호일 표면에 코팅한다.
도 6에는 이들 전극 사이에 5V의 전압을 인가하여 스테인레스 스틸 호일(제 1 기재)에 코팅된 montmorillonite 박리 조력층의 주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope) 사진이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, montmorillonite이 균일하게 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이후, 스테인레스 스틸 호일 표면에 형성된 montmorillonite 박리 조력층을 도 2에 도시한 바와 같이 유리 기판(제 2 기재)의 표면에 전사하였다.
전사된 montmorillonite 박리 조력층의 표면에 폴리이미드 용액을 테이블 코터를 이용하여 코팅하고, 이미다이제이션(imidization) 반응을 효과적으로 유도하기 위해서 140℃, 240℃, 350℃, 450℃의 각 온도 단계까지 5℃/분의 승온 속도로 가열한 후, 각 온도 단계에서 1시간 동안 유지한 후, 상온까지 냉각시켰다. 이러한 경화 과정을 통하여 유리 기판의 표면에 형성된 폴리이미드 기판(플렉시블 기판)은 두께가 15㎛이었는데, 이의 표면에 1㎛ 두께의 Si-O-N 배리어층을 PECVD 공정을 이용하여 형성하였다.
상기 배리어층의 표면에 플렉시블 OLED 표시 소자의 제조 공정을 거치고 난 후, 유리 기판으로부터 표시 소자의 손상 없이 플렉시블 기판이 분리되는 것이 관찰되었다.
<실시예 3>
크기가 0.01㎛ 내지 2㎛ 범위에 있는 montmorillonite 분산 수용액을 montmorillonite를 수용액에서 ultrasonic 처리하였다. 구체적으로, 증류수 내에 Na+-montmorillonite(South-West Clay사)를 첨가한 후, ultrasonication 처리를 2시간 동안 실시하여, 대부분이 단일층으로 박리(exfoliation)된 montmorillonite 분산액(montmorillonite 0.03 g/L)을 얻는다. 이때, montmorillonite은 음으로 하전(negatively charged)되어 있으며, 이들 용액이 채워져 있는 코팅조에 도 1a와 같이 상대 전극(reference electrode)(200)와 스테인레스 스틸 호일(100)을 침적시키고, 상호 5cm 이격되어 있는 상태로 두 전극 사이에 전압을 인가한다. 스테인레스 스틸 호일에는 상대 전극 대비 양의 전압을 인가하여 음으로 하전된 montmorillonite 재료를 스테인레스 스틸 호일 표면에 코팅한다.
이후, 도 3b와 같이 전사되도록, montmorillonite의 박리 조력층의 엣지부를 제외하고 보조층을 코팅하고, 스테인레스 스틸 호일 표면에 형성된 montmorillonite 박리 조력층을 유리 기판(제 2 기재)의 표면에 전사하여, 엣지부에 박리 조력층이 형성되지 않은 유리 기판을 제조하였다.
전사된 montmorillonite 박리 조력층의 표면에 폴리이미드 용액을 테이블 코터를 이용하여 코팅하고, 이미다이제이션(imidization) 반응을 효과적으로 유도하기 위해서 140℃, 240℃, 350℃, 450℃의 각 온도 단계까지 5℃/분의 승온 속도로 가열한 후, 각 온도 단계에서 1시간 동안 유지한 후, 상온까지 냉각시켰다. 이러한 경화 과정을 통해 형성된 폴리이미드 기판은 두께가 15㎛이었는데, 이의 표면에 1㎛ 두께의 Si-O-N 배리어층을 PECVD 공정을 이용하여 형성하였다.
도 7은 실시예 3에 따라, 박리 조력층이 부분적으로 코팅되어 있는 유리 기판(제 2 기재)으로부터 플렉시블 기판을 분리할 때, 탈착 응력을 측정하여 나타낸 결과이다. 도 7을 참조하면, 탈착 응력의 급격한 변화가 있는 부분이 관찰되는데, 이 부분이 박리 조력층이 코팅되어 있는 가운데 부분에서는 탈착 응력이 거의 0에 가깝고, 박리 조력층이 코팅되어 있지 않은 부분에서는 높게 나타나는 것을 볼 수 있다.
이와 같이, 박리 조력층의 패터닝은 국부적으로 탈착 응력을 조절하여, 플렉시블 OLED 소자의 제조 공정에서 공정의 안정성을 높이는 역할을 한다.
이상, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 발명의 내용을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 플렉시블 정보 표시 소자를 제조하는 방법으로서,
    (a) 상대적으로 유연한 제 1 기재의 적어도 일면에 박리 조력층을 형성하는 과정;
    (b) 상대적으로 경직한 제 2 기재의 적어도 일면에 제 1 기재의 박리 조력층을 전사하는 과정;
    (c) 제 2 기재에 전사된 박리 조력층 상에 플렉시블 기판을 형성하고, 상기 플렉시블 기판 상에 정보 표시 소자를 형성하는 과정; 및
    (d) 상기 제 2 기재로부터 플렉시블 기판을 박리하는 과정;
    을 포함하고 있고,
    상기 박리 조력층의 일면 또는 양면에는 전사를 촉진하는 점착성 또는 접착성의 보조층이 일부 또는 전체에 패턴 형상으로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기재는 금속 호일(foil), 또는 도전성 코팅층이 형성되어 있는 비도전성 고분자 필름인 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 호일의 소재는 알루미늄, 구리, 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 코팅층은, 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 니켈, 몰리브덴, 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금; 또는 탄소 나노 튜브, 환원 그래핀 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 카본계 물질; 또는 ITO(Indium Titanium Oxide);를 포함하고 있고,
    상기 비도전성 고분자 필름은 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에스테르(Polyester), 나이론(Nylon), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl Chloride), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate), 및 에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기재의 두께는 10 ㎛ 내지 1 mm의 범위이고, 상기 제 2 기재의 두께는 0.3 mm 내지 1 mm의 범위인 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기재는 유리 기판인 것을 특징으로 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 박리 조력층은 판상형 결정 구조를 가진 탄소계 물질 또는 점토계 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 그래핀, 산화 그래핀, 및 판상 나노 그라파이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이고;
    상기 점토계 물질은 탈크(tal(c), 버미큘라이트(vermiculite), 및 몬모릴로나이트(montmorillonite)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 박리 조력층의 두께는 0.1 nm 내지 1000 nm의 범위인 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a)는, 박리 조력층 형성용 입자들이 전하를 띈 상태로 분산되어 있는 용액과 제 1 기재를 접촉시킨 상태에서, 상기 제 1 기재에 반대 전하를 인가하여, 정전기적 인력에 의해 제 1 기재 상에 박리 조력층을 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 과정(a)는 전기 영동법 또는 정전 도장 코팅법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 보조층은, 제 1 기재와 박리 조력층 사이에 위치하는 제 1 보조층 및/또는 제 2 기재와 박리 조력층 사이에 위치하는 제 2 보조층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 보조층은 과정(a) 이전에 제 1 기재 상에 형성되고, 상기 제 2 보조층은 과정(a) 및 과정(b) 사이에서 박리 조력층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)는, 박리 조력층이 제 2 기재에 접하도록 제 1 기재를 위치시킨 상태에서, 제 1 기재를 가압하여 박리 조력층을 전사하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)는 전사된 제 2 기재의 박리 조력층 상에 플렉시블 기판 제조용 모노머 또는 올리고머를 부가한 후 중합시키거나, 또는 플렉시블 기판 제조용 고분자 소재를 용융 또는 용해 상태로 부가하여 플렉시블 기판을 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 열처리 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 플렉시블 기판은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 플렉시블 정보 표시 소자의 제조 방법.
  20. 삭제
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