KR102142750B1 - 기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판 - Google Patents

기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판 Download PDF

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Abstract

불투명한 기판을 사용하여도 광 조사 및 경화에 의한 기판 간 접착이 가능한, 기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판이 개시된다. 상기 기판의 접착방법은, (a) 하부 기판에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 패턴을 광경화시켜 상기 하부 기판에 스페이서(spacer)를 형성하는 단계; (c) 상기 스페이서가 형성된 하부 기판상에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 접착제 층을 형성하는 단계; (d) 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층에 광을 조사하는 단계; 및 (e) 상기 하부 기판의 접착제 층에 상부 기판을 부착하여, 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합지시키는 단계;를 포함하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판은 투명 또는 불투명 기판으로서 동종 또는 이종인 것을 특징으로 한다.

Description

기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판{METHOD FOR BONDING SUBSTRATE AND SUBSTRATE FOR DISPLAY MANUFACTURED BY THE SAME}
본 출원은 2016.12.08.자로 출원된 한국특허출원 제10-2016-0167054호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 불투명한 기판을 사용하여도 광 조사 및 경화에 의한 기판 간 접착이 가능한, 기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판에 관한 것이다.
최근 디스플레이 장치에 사용되는 기판에는, 다양한 기능을 구현하기 위하여, 기능성 필름과 같은 소재를 부착하거나, 그 자체를 기판으로 하여 사용하고 있으며, 이에 따라, 전자 기기의 소형화 및 고성능화 추세에 맞추어, 전자제품의 경박 단소화 등과 같은 기능성이 향상되고 있다. 이와 같은 기능성 디스플레이용 기판으로는, 유리 또는 필름 형태의 투명한 기판이 주로 사용되고 있으며, 투명 기판을 사용할 경우, 광(光) 조사에 의한 광경화에 의해 하부 기판 및 상부 기판을 접착 또는 합지시킬 수 있다.
일본특허공개공보 2006-036865
앞서 살펴본 바와 같이, 종래에는 기능성 디스플레이용 기판으로서 유리 또는 필름 형태의 투명한 기판이 주로 사용되고 있고, 투명 기판을 사용할 경우, 광 조사에 의한 광경화에 의해 하부 기판(보다 정확하게는, 하부 기판에 형성된 접착제 층) 및 상부 기판을 접착 또는 합지시킬 수 있다. 하지만, 기판이 투명하지 않을 경우에는, 조사된 빛의 정상적인 전달이 용이하지 않아 하부 기판의 접착제 층이 경화되지 않을 수 있고, 이에 의해 하부 기판 및 상부 기판의 합지 또한 불완전할 우려가 있기 때문에, 이와 같은 문제점을 해결하여, 투명하지 않은 기판을 이용하더라도 상하부 기판을 완전하게 접착 및 합지시킬 수 있는 방안이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 불투명한 기판을 사용하여도 광 조사 및 경화에 의한 기판 간 접착이 가능한, 기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, (a) 하부 기판에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 패턴을 광경화시켜 상기 하부 기판에 스페이서(spacer)를 형성하는 단계; (c) 상기 스페이서가 형성된 하부 기판상에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 접착제 층을 형성하는 단계; (d) 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층에 광을 조사하는 단계; 및 (e) 상기 하부 기판의 접착제 층에 상부 기판을 부착하여, 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합지시키는 단계;를 포함하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판은 투명 또는 불투명 기판으로서 동종 또는 이종인 것을 특징으로 하는 기판의 접착방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 기판의 접착방법을 통해 제조된 디스플레이용 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판에 의하면, 불투명한 기판을 사용하여도 광 조사 및 경화에 의한 기판 간 접착이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 접착방법을 설명하기 위한 기판 접착 공정의 단계별 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 점착제가 코팅된 필름을 이용하여 합지된 기판 간 접착력을 테스트하는 모습이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 접착방법을 설명하기 위한 기판 접착 공정의 단계별 모식도이다. 본 발명에 따른 기판의 접착방법은, (a) 하부 기판에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계, (b) 상기 패턴을 광경화시켜 상기 하부 기판에 스페이서(spacer)를 형성하는 단계, (c) 상기 스페이서가 형성된 하부 기판상에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 접착제 층을 형성하는 단계, (d) 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층에 광을 조사하는 단계 및 (e) 상기 하부 기판의 접착제 층에 상부 기판을 부착하여, 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합지시키는 단계를 포함하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판은 투명 또는 불투명 기판으로서 동종 또는 이종인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은, 본 발명에 따른 기판의 접착방법을 상세히 설명하기에 앞서, 우선, 도 1에 도시된 각 공정 단계별 모습을 설명하면, 도 1의 (1)은 하부 기판에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 패턴이 형성된 모습이고(즉, 잉크젯 공정을 통해 형성된 광경화 접착제 패턴), 도 1의 (2)는 광 조사에 의해 상기 패턴을 경화하여 스페이서를 형성시킨 모습이고, 도 1의 (3)은 잉크젯 공정을 통해 상기 스페이서가 형성된 하부 기판에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여(또는, 제팅(jetting)하여) 접착제 층이 형성된 모습이고, 도 1의 (4)는 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층에 광을 조사하는 모습이고, 도 1의 (5)는 상기 하부 기판의 상부, 정확하게는 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층의 상부에 상부 기판을 부착시킨 모습이며, 도 1의 (6)은 상기 상부 기판 및 하부 기판이 합지된 모습을 나타낸 것이다.
이하, 이와 같은 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 기판 접착방법을 단계별로 설명한다. 상기 (a) 단계, 즉, 하부 기판에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계는, 구체적으로, 프린터(printer)의 헤드(head)를 통해 배출되는 광경화 접착제 잉크를 하부 기판(10)에 프린팅하여, 도트(dot)로 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 도트는 프린팅 공정에서 헤드를 통해 광경화 접착제가 토출되어 기재 위에 형성되는 액적을 의미한다.
상기 하부 기판(10)은, 디스플레이용 기판으로 사용되는 통상의 유리(glass) 또는 필름(film)과 같은 투명한 소재로 이루어진 것일 수도 있고, 컬러 필터(Color Filter, CF), 블랙 매트릭스(Black Matrix, BM), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 또는 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)와 같이 불투명한 소재로 이루어진 것일 수도 있는 등, 광경화에 의해 기판 간 합지가 가능한 것으로서, 기판이 사용되는 목적에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있으나, 본 발명의 취지에 부합하도록 불투명 기판을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 하부 기판(10)으로 사용되는 불투명한 소재들은, 유리 기판상에 패턴물들을 형성시켜 제작된 것일 수 있다.
상기 광경화 접착제 잉크는 통상의 것을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 에폭시 화합물, 광중합 개시제, 계면활성제, 광안정제 및 용매를 포함한 것일 수 있고, 상기 성분들 이외에, 부식 방지제 및 pH 조절제 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 광경화 접착제 잉크는 UV(자외선) 경화용 잉크 또는 전자빔 경화용 잉크일 수 있으며, 바람직하게는 UV 경화용일 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계에서 형성되는 패턴은 점 패턴, 선 패턴 또는 점 패턴 및 선 패턴이 혼합된 것일 수 있으며, 이와 같은 패턴의 형태가 유지됨으로써 스페이서(spacer, 11) 또는 댐(dam)이 형성되는데(댐의 경우, 도트가 연결된 선 패턴에 의해 형성 가능), 광경화 접착제 잉크는 경화 후 수축 현상이 거의 없기 때문에, 형상이 원 상태로 유지될 수 있다. 다만, 점도 또는 표면장력에 따라 상이할 수 있으나, 액적이 토출된 이후 곧바로 경화가 이루어지지 않으면 약간의 퍼짐 현상이 발생할 우려가 있기 때문에, 액적 토출 직후 곧바로 경화를 진행하면 오차 없이 원형을 유지할 수 있다.
그밖에, 상기 패턴을 형성할 때에는, 상부 기판(40)을 합지하는 최종 단계에서 공기의 배출이 용이하도록 배열과 형상을 조절할 수 있다. 즉, 다시 말해, 상기 패턴은 상기 (a) 단계의 프린팅 시 도트(dot)의 직경, 높이 및 간격(dot pitch)을 조절하여 형성될 수 있으며, 이는 광경화 접착제 잉크의 조성 등을 통해 조절 가능하다.
상기 (a) 단계에서의 프린팅 시 도트 간격(dot pitch)은, 상기한 바와 같이, 잉크 토출량 10 내지 80 pL을 기준으로 약 20 내지 100 ㎛로서, 잉크 토출량에 따라 상이해질 수 있으며, 잉크 헤드(head)의 잉크 토출(drop) 사이즈가 증가하면, 한 번에 토출되는 잉크의 양이 많아지므로, 보다 많은 양의 잉크를 토출하기 위해서는 도트 간격을 더욱 크게 늘여야 한다. 예를 들어, 잉크 토출량이 10 pL일 경우에는 도트 간격이 20 내지 35 ㎛, 바람직하게는 약 30 ㎛이고, 잉크 토출량이 30 pL일 경우에는 도트 간격이 40 내지 60 ㎛, 바람직하게는 약 55 ㎛이고, 잉크 토출량이 50 pL일 경우에는 도트 간격이 50 내지 80 ㎛, 바람직하게는 약 70 ㎛이며, 잉크 토출량이 80 pL일 경우에는 도트 간격이 65 내지 100 ㎛, 바람직하게는 약 90 ㎛이다.
계속해서, 상기 (b) 단계, 즉, 상기 패턴을 광경화시켜 상기 하부 기판(10)에 스페이서(spacer, 20)를 형성하는 단계에 대하여 설명하면, 상기 광경화는 상기 (a) 단계에서 사용된 광경화 접착제 잉크의 종류에 따라 다양하게 수행될 수 있는 것으로서, 자외선(UV) 경화 또는 전자빔(E-beam) 경화일 수 있고, 바람직하게는 자외선 경화일 수 있다. 그리고 상기 자외선 경화는 통상의 자외선 경화 방법에 의할 수 있으나, 50 내지 500 mW/cm2의 세기로 5 내지 500 초 동안 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전자빔 경화는 5 내지 500 초 동안 수행될 수 있다. 한편, 상기한 바와 같이, 상기 패턴은 광경화 방식에 의해서만 경화되는 것이 바람직하나, 광경화 방식과 열경화 방식이 혼합된 광경화/열경화 혼합 방식에 의해서도 경화되는 것이 가능하며, 이 경우, 먼저 미량의 광을 통해 양이온을 형성한 후, 이어서, 열을 가하여 경화 속도를 가속화 하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 스페이서(20)는 균일한 간격으로 하부기판 및 상부기판을 접착하기 위해 받침대 역할을 하는 것으로서 원형이나 정사각형 등의 형태를 띠며, 상기 (a) 단계에서 형성된 접착제 잉크의 패턴(즉, 점 패턴 또는 선 패턴)과 동일한 형태 및 크기를 가질 수 있다. 상기 스페이서(20)의 두께(높이)는 3 내지 12 ㎛, 바람직하게는 5 내지 11 ㎛로서, 상기 스페이서(20)의 두께가 3 ㎛ 미만이면 스페이서의 형성이 어려워 지지대로서의 역할이 불완전할 수 있으며, 12 ㎛를 초과할 경우에는 접착제 층을 얇게 형성하는 것이 어려울 수 있다.
상기 스페이서(20)를 상기 두께로 형성하기 위해서는, 프린팅 이미지 디자인 시 적절한 픽셀(pixel; px)로 설정해야 하는 것으로서, 예를 들어, 상기 스페이서(20)를 약 10 ㎛의 두께로 형성하기 위해서는, 프린팅 이미지 디자인 시, 약 12 ×12 내지 16 ×16 픽셀 크기로 설정하는 것이 바람직하다. 이때, 픽셀의 크기가 해당 범위보다 작을 경우에는, 잉크의 토출량이 충분하지 않아, 목적으로 하는 두께의 스페이서보다 얇은 두께로 형성될 우려가 있고, 픽셀의 크기가 해당 범위를 초과할 경우에는, 잉크의 토출량이 과도하여, 목적으로 하는 두께의 스페이서보다 두꺼운 두께로 형성될 우려가 있다. 즉, 상기 예시의 경우, 약 10 ㎛ 두께의 스페이서 형성을 목적으로 할 때, 12 ×12 픽셀 미만이면 잉크의 토출량이 충분하지 않아 두께가 10 ㎛ 이하인 스페이서가 형성될 수 있으며, 16 ×16 픽셀을 초과하면 잉크의 토출량이 너무 많아져, 두께가 10 ㎛를 초과하는 스페이서가 형성될 수 있다.
또한, 상기 스페이서(20)의 간격(spacer dot pitch)은, 균일한 접착층을 형성하기 위하여 0.1 내지 1 ㎝(1,000 내지 10,000 ㎛), 바람직하게는 0.2 내지 0.5 ㎝가 되도록 조절해야 하는 것으로서, 상기 스페이서(20)의 간격이 0.1 ㎝ 미만일 경우에는, 스페이서 형성 시 중첩이 일어나거나 스페이서 사이에 형성된 기포의 제거가 어려울 수 있고, 상기 스페이서(20)의 간격이 1 ㎝를 초과할 경우에는, 스페이서 상부에 위치하게 되는 상부 기판(40)이 스페이서(20) 사이에서 처지는(늘어지는) 현상이 발생하며, 이로 인해 기포가 한 쪽으로 뭉치게 될 우려가 있다.
한편, 상기 하부 기판(10)에는 상기 스페이서(20) 이외에, 스페이서(20)의 외곽에 위치하여 상기 접착제 잉크가 접착면의 외부로 이탈하는(넘치는) 것을 방지하기 위한 댐(dam, 또는 격벽 패턴, 도시되지 않음)이 더 형성될 수 있다. 또한, 상기 댐에는 상하부 기판 접착 시 발생하는 기포를 배출하기 위한 기포 배출구가 하나 이상 형성될 수 있으며, 이와 같은 기포 배출구로는, 후술할 (c) 단계를 수행할 때 여분의 접착제를 외부로 배출시킬 수도 있다.
상기 기포 배출구는 위치 및 개수에 제한 없이 댐의 측면부나 모서리(edge)에 형성시킬 수 있지만, 내부의 기포가 더욱 용이하게 배출되도록, 모서리에 형성시키는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 댐의 기포 배출구는 모서리 부분에만 1 내지 4개 형성되도록 하는 것이 바람직하나, 모서리 이외의 부분에도 형성시키는 것이 가능한 만큼, 4개를 초과하여 형성되어도 무방하다. 한편, 상기 기포 배출구는, 댐 디자인 시 동시에 디자인되어 형성되는 것이다.
상기 댐(dam)의 두께(높이) 또한 상기 스페이서(20)의 두께와 동일한 것으로서, 3 내지 12 ㎛, 바람직하게는 5 내지 11 ㎛이며, 상기 댐의 두께가 3 ㎛ 미만이면 댐의 형성이 어려워 댐으로서의 역할이 불완전할 수 있으며, 12 ㎛를 초과할 경우에는 접착제 층을 얇게 형성하는 것이 어려울 수 있다. 한편, 상기 댐을 상기 범위와 같은 두께로 형성시키기 위해서는, 프린팅 이미지 디자인 시 적절한 픽셀(pixel; px)로 설정해야 하는 것으로서, 픽셀의 폭을 약 12 내지 16 픽셀의 크기로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 댐에 대한 보다 구체적인 설명은, 본 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제10-2016-0046172호(기판의 접착방법 및 이를 통해 제조된 디스플레이용 기판)를 참조하도록 한다.
계속해서, 상기 (c) 단계는, 상기 (b) 단계에서 형성된 스페이서(20)의 높이에 맞추어, 상기 스페이서(20)가 형성된 하부 기판(10)의 상부면에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 접착제 층(30)을 형성하는 단계로서, 프린팅 공정으로 형성된 스페이서(20)의 높이에 맞추어 형성되기 때문에, 상기 접착제 층(30)은 얇은 두께로 균일하게 형성되며, 이에 따라, 하부 기판(10) 및 상부 기판(40) 간의 얼라인(align)이 균일해질 수 있다.
상기 광경화 접착제 잉크는, 상기 (a) 단계의 광경화 접착제 잉크와 마찬가지로, 통상의 것을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 에폭시 화합물, 광중합 개시제, 계면활성제, 광안정제 및 용매를 포함한 것일 수 있고, 상기 성분들 이외에, 부식 방지제 및 pH 조절제 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 광경화 접착제 잉크는 UV 경화용 잉크 또는 전자빔 경화용 잉크일 수 있으며, 바람직하게는 UV 경화용일 수 있다.
상기 접착제 층(30)의 두께는 3 내지 12 ㎛, 바람직하게는 5 내지 11 ㎛로서, 상기 스페이서(20)의 두께(높이)에 상응하고, 본 단계에서 사용되는 광경화 접착제는 상기 (a) 단계에서 사용된 접착제와 동일할 수 있으며, 상기 (c) 단계에서의 프린팅 시 도트 간격(dot pitch) 또한 상기 (a) 단계에서의 도트 간격과 동일하다. 상기 (c) 단계의 도트 간격이 잉크 토출량 기준 도트 간격 범위를 벗어나게 되면, 접착제 층(30) 형성 시 전면에 도포되는 잉크의 양이 너무 많아 흘러 넘쳐, 원하지 않는 부위에도 접착되는 문제가 발생하거나, 접착제 층(30) 형성 시 도포되는 잉크의 양이 적어, 상부 기판(40)이 잘 부착되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 한편, 상기 (a) 단계의 도트 간격은 패턴 형성을 위한 간격이고, 상기 (c) 단계의 도트 간격은 접착제 층(30)의 형성을 위한 간격이다.
다음으로, 상기 (d) 단계는, 상기 하부 기판(10)에 형성된 접착제 층(30)에 광을 조사하는 단계, 보다 구체적으로는, 상기 접착제 층(30)에 광을 조사하여 상기 접착제 층(30)에 포함된 광중합 개시제가 활성화되어 양이온이 생성되는 단계이다. 이와 같은 (d) 단계는, 상기 하부 기판(10)이 불투명한 소재로 이루어졌더라도, 조사된 빛의 전달을 용이하게 하여 하부 기판의 접착제 층을 일부 경화시킴으로써, 하부 기판과 상부 기판이 접착되도록 하는 본 발명의 주요 기술이다.
전술한 바와 같이, 디스플레이용 기판으로서 투명 기판을 사용할 경우에는, 광 조사에 의한 광경화에 의해 하부 기판(보다 정확하게는, 하부 기판에 형성된 접착제 층) 및 상부 기판을 접착 또는 합지시킬 수 있지만, 기판이 투명하지 않을 경우에는, 조사된 빛이 정상적으로 전달되지 않아 하부 기판의 접착제 층이 경화되지 않을 수 있고, 이에 의해 하부 기판 및 상부 기판의 합지 또한 불완전할 우려가 있다.
따라서, 본 발명에서는, 이와 같은 문제점을 해결하여, 투명하지 않은 기판을 이용하더라도 상하부 기판을 완전하게 접착 및 합지시킬 수 있는 방법, 즉, 다시 말해, 투명 기판을 사용할 경우에는 상하부 기판을 합지시킨 후 광 조사 및 경화하는 방식이지만, 본 발명에서는 상하부 기판을 합지시키기 전, 하부 기판의 접착제 층에 광 조사 및 일부 광경화하는 방식을 제공하는 것이다.
상기 (d) 단계의 광 조사는 자외선(UV) 또는 전자빔(E-beam)에 의한 것일 수 있고, 바람직하게는 자외선을 이용한 것일 수 있다. 상기 자외선 조사의 경우, 5 내지 50 mW/cm2의 세기로 5 내지 500 초 동안 수행되는 것이 바람직하며, 전자빔 조사의 경우 5 내지 500 초 동안 수행될 수 있다.
상기 접착제 층(30)에 조사되는 광량은, 상기 (b) 단계에서의 패턴에 조사되는 광량의 1/100 내지 1/3, 바람직하게는 1/30 내지 1/10로서, 이와 같이 상기 접착제 층(30)에 미량의 광을 조사하는 것은, 광 조사 시점이 하부 기판 및 상부 기판의 합지 이전으로서, 상기 하부 기판(10)에 형성된 접착제 층(30)이 완전하게 경화되는 것을 방지하기 위함이다. 따라서, 상기 접착제 층(30)에 조사되는 광량이, 상기 (b) 단계에서의 패턴에 조사되는 광량의 1/100 미만일 경우, 조사된 광량이 미미하여 상기 접착제 층(30)에 포함된 광중합 개시제가 활성화되지 않을 우려가 있고, 상기 접착제 층(30)에 조사되는 광량이, 상기 (b) 단계에서의 패턴에 조사되는 광량의 1/3을 초과할 경우에는, 조사된 광량이 과도하여 상하부 기판이 합지되기 이전에 접착제 층(30)이 경화될 수 있다.
한편, 상기 (b) 단계에서의 패턴에 조사되는 광량은 기판의 용도나 주변 환경 등에 따라 상이해질 수 있는 것으로서, 예를 들어, 상기 (b) 단계에서의 패턴에 조사되는 광량이 300 mJ/cm2일 경우, 상기 접착제 층(30)에 조사되는 광량은 3 내지 100 mJ/cm2일 수 있다. 또한, 상기 (d) 단계에서 광을 조사할 때 그 세기(단위: mW/cm2)는 조절 가능하기 때문에, 상기 (d) 단계에서 광을 조사하는 시간은, 상기 (b) 단계에서의 패턴에 광을 조사하는 시간과 동일할 수도 있고, 더 길거나 짧을 수도 있다.
마지막으로, 상기 (e) 단계는, 상기 하부 기판(10)의 접착제 층(30)에 상부 기판(40)을 부착하여, 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합지시키는 단계로서, 전술한 바와 같이, 본 단계에서는 통상적으로 수행되던 광 조사 및 경화가 이루어지지 않으며, 상기 (d) 단계에서 일부 광 경화된 접착제 층(30)에 의해 상기 하부 기판(10)과 상부 기판(40)이 시간이 경과함에 따라 자연적으로 합지되거나, 양 기판이 합지되는 시간의 단축을 위하여, 열을 가함으로써(열 처리에 의해) 상기 하부 기판(10) 및 상부 기판(40)을 합지시킬 수 있다. 한편, 상기한 바와 같이, 양 기판의 합지 시간을 단축하기 위하여 열을 가하는 공정은, 핫플레이트(hot-plate) 또는 건조 오븐 등의 열 매체를 이용하여 50 내지 150 ℃의 온도에서 1 내지 100 초의 시간 동안 수행될 수 있으나, 대부분의 OLED 소자는 열에 민감하기 때문에, 상기 열 매체를 이용하여 80 내지 100 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.
그밖에, 상기 상부 기판(40)은 상기 하부 기판(10)과 마찬가지로, 디스플레이용 기판으로 사용되는 통상의 유리(glass) 또는 필름(film)과 같은 투명한 소재로 이루어진 것일 수도 있고, 컬러 필터(Color Filter; CF), 블랙 매트릭스(Black Matrix, BM), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 또는 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)와 같이 불투명한 소재로 이루어진 것일 수도 있는 등, 광경화에 의해 기판 간 합지가 가능한 것으로서, 기판이 사용되는 목적에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 따라서, 상기 상부 기판(40)과 하부 기판(10)은, 투명 또는 불투명 기판으로서 동종 또는 이종인 것이다. 또한, 상기 상부 기판(40)으로 사용되는 불투명한 소재들은, 유리 기판상에 패턴물들을 형성시켜 제작된 것일 수 있다.
한편, 이와 같이 합지된 하부 기판(10)과 상부 기판(40)의 접착력은, 점착제가 코팅된 필름이나 악력(握力) 등, 기판 상호 간의 접착 강도를 확인할 수 있는 수단에 의해 특별한 제한 없이 테스트 가능하다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 점착제가 코팅된 필름을 이용하여 합지된 기판 간 접착력을 테스트하는 모습으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 점착제가 코팅된 필름을 이용한 기판 간 접착력의 확인은, 먼저, 상기 점착제 코팅 필름의 일단(또는, 일면)을 상부 기판(40)의 하부 면에 부착한 후, 하부 기판(10)은 고정시킨 상태에서 상기 점착제 코팅 필름의 타단을 일정한 힘으로 잡아당겨, 상하부 기판이 분리되는지의 여부 또는 분리되었거나 분리되지 않았을 시 어느 정도의 힘이 가해졌는지에 의해 가능하다.
한편, 지금까지 설명한 기판의 접착방법에 이용되는 프린팅 공정은, 잉크를 사용하는 다양한 프린팅 공정일 수 있으나, 잉크젯 프린팅 방식이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명은, 지금가지 상술한 기판의 접착방법을 통해 제조된 디스플레이용 기판을 제공한다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예 1] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
한 번에 토출되는 UV 접착제 잉크의 양이 30 pL인 SE 헤드(Dimatix,Inc., 미국)를 통하여, 하부 기판으로 사용할 불투명한 소재의 컬러 필터(Color Filter)에 1차 잉크 젯팅 및 프린팅을 실시하였다. 프린팅 시 도트의 간격(dot pitch)은 55 ㎛(462 dpi)로 하여 점 패턴을 형성하였고, 형성된 점 패턴은 395 ㎚ UV 램프(lamp)로 약 5 초 동안 완전 경화시켜(광량: 300 mJ/cm2), 직경이 1.3 mm이고 두께가 10 ㎛인 스페이서를 형성하였으며, 이후 스페이서가 형성된 하부 기판의 상부에 1차 잉크 젯팅과 동일한 UV 접착제 잉크를 전면 도포하여(잉크젯 헤드를 기울여(tilting) 도포 수행), 스페이서와 동일한 10 ㎛ 두께의 접착제 층을 형성하였다. 이어서, 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층에 395 ㎚ UV 램프(lamp)를 약 5 초 동안 조사하여 접착제 층을 일부만 경화시켰으며(광량: 30 mJ/cm2), 여기에 상부 기판으로서 컬러 필터(Color Filter)를 부착한 후, 핫플레이트를 이용하여 90 ℃의 온도에서 10 초 동안 열 처리하여, 상부 기판과 하부 기판이 합지된 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[실시예 2] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
90 ℃ 대신 80 ℃의 온도로 열 처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[실시예 3] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
광량을 30 mJ/cm2 대신 10 mJ/cm2로 하여 접착제 층에 광 조사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[실시예 4] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
스페이서 및 접착제 층의 두께를 10 ㎛ 대신 5 ㎛로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[실시예 5] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
스페이서 및 접착제 층의 두께를 10 ㎛ 대신 5 ㎛로 하고, 광량을 30 mJ/cm2 대신 10 mJ/cm2로 하여 접착제 층에 광 조사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[실시예 6] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
상부 기판을 실리콘 웨이퍼로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[실시예 7] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
하부 기판을 실리콘 웨이퍼로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[실시예 8] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조 - 접착제 층에 광 조사
상부 기판 및 하부 기판을 모두 실리콘 웨이퍼로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 디스플레이용 기판을 제조하였다.
[비교예 1] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조
접착제 층에 광을 조사하지 않고, 3 시간 동안 열 처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 디스플레이용 기판을 제조를 위한 상하부 기판 간 합지를 시도하였다.
[비교예 2] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조
스페이서 및 접착제 층의 두께를 10 ㎛ 대신 5 ㎛로 하고, 접착제 층에 광을 조사하지 않았으며, 3 시간 동안 열 처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 디스플레이용 기판을 제조를 위한 상하부 기판 간 합지를 시도하였다.
[비교예 3] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조
상부 기판을 실리콘 웨이퍼로 하고, 접착제 층에 광을 조사하지 않고, 3 시간 동안 열 처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 디스플레이용 기판을 제조를 위한 상하부 기판 간 합지를 시도하였다.
[비교예 4] 불투명 기판을 이용한 디스플레이용 기판의 제조
상부 기판을 실리콘 웨이퍼로 하고, 접착제 층에 광을 조사하지 않고, 300 mJ/cm2에서 광경화한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 디스플레이용 기판을 제조를 위한 상하부 기판 간 합지를 시도하였다.
[실시예 1-8 및 비교예 1-4] 디스플레이용 기판의 제조를 위한 상하부 기판 간 접착력 평가
상기 실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 4와 같은 과정을 통해 합지된 상부 기판과 하부 기판의 상호 접착력을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이와 같은 상하부 기판 간 접착력 테스트는, 점착제가 코팅된 폭 25 mm, 길이 75 mm의 필름 일단을 상부 기판의 하부 면에 부착한 후, 하부 기판은 Texture Analyzer(TA사 제조) 장비로 고정시킨 상태에서, 필름의 타단에 힘을 가하여 잡아당기는 방식(즉, 90 °부착력 테스트)을 통해 수행하였으며, 하기 표 1에 있어서, ○ 표시는 접착력이 우수하여 약 1,000 gf/cm을 가하도록 상하부 기판이 분리되지 않았음을 의미하는 것이고, ×표시는 접착력이 좋지 않아 약 1,000 gf/cm을 가하기 이전에 상하부 기판이 분리되었음을 의미하는 것이다.
접착제 층의 두께(㎛) 접착제 층에
조사된 광량(mJ/cm2)		 열 처리 온도
및 시간		 상하부 기판 간 접착 여부
실시예 1 10 30 90 ℃ / 10 sec ○
실시예 2 10 30 80 ℃ / 10 sec ○
실시예 3 10 10 90 ℃ / 10 sec ○
실시예 4 5 30 90 ℃ / 10 sec ○
실시예 5 5 10 90 ℃ / 10 sec ○
실시예 6 10 30 90 ℃ / 10 sec ○
실시예 7 10 30 90 ℃ / 10 sec ○
실시예 8 10 30 90 ℃ / 10 sec ○
비교예 1 10 - 90 ℃ / 3 hr ×
비교예 2 5 - 90 ℃ / 3 hr ×
비교예 3 10 - 90 ℃ / 3 hr ×
비교예 4 10 - 광경화 300mJ/cm2 ×
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상하부 기판을 상호 부착하기 전, 하부 기판상의 접착제 층에 광을 조사한 실시예 1 내지 5의 경우, 상부 기판 및 하부 기판이 안정적으로 접착 및 합지되었고, 비교예 1 및 2의 경우, 실시예 1 내지 5와 동일하게 하부 기판을 불투명 기판으로 적용은 하였지만, 하부 기판상의 접착제 층에 광을 조사하지 않아, 상부 기판과 하부 기판이 분리되는 것을 알 수 있었다. 또한, 상부 기판 및/또는 하부 기판을 실리콘 웨이퍼로 한 실시예 6 내지 8의 경우에도, 상하부 기판을 상호 부착하기 전, 하부 기판상의 접착제 층에 광을 조사하여 상부 기판 및 하부 기판이 안정적으로 접착 및 합지되었는데 반하여, 상부 기판을 실리콘 웨이퍼로 한 비교예 3 및 4의 경우 하부 기판상의 접착제 층에 광을 조사하지 않아, 상부 기판과 하부 기판이 분리되는 것을 알 수 있었다. 이로부터, 하부 기판상의 접착제 층에 광을 조사함으로써, 불투명한 기판이 적용된 디스플레이용 기판의 제조가 가능함을 확인할 수 있었다.

Claims (14)

  1. (a) 하부 기판에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 패턴을 광경화시켜 상기 하부 기판에 스페이서(spacer)를 형성하는 단계;
    (c) 상기 스페이서가 형성된 하부 기판상에 광경화 접착제 잉크를 프린팅하여 접착제 층을 형성하는 단계;
    (d) 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층에 광을 조사하는 단계; 및
    (e) 상기 하부 기판의 접착제 층에 상부 기판을 부착하여, 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합지시키는 단계;를 포함하며,
    상기 하부 기판은 불투명 기판이며,
    상기 (d) 단계에서 접착제 층에, 상기 (b) 단계에서 패턴에 조사되는 광량의 1/30 내지 1/10 의 광량을 조사하여 상기 하부 기판에 형성된 접착제 층의 일부를 경화시키는 것이고, 상기 접착제 층의 두께는 3 내지 12㎛인 기판의 접착방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 기판은 컬러 필터(Color Filter), 블랙 매트릭스(Black Matrix, BM), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 또는 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 불투명 기판인 것인 기판의 접착방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (e) 단계의 상부 기판 및 하부 기판은, 시간이 경과함에 따라 자연적으로 합지되거나, 합지되는 시간의 단축을 위하여 열 처리에 의해 합지되는 것인 기판의 접착방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 열 처리는 핫플레이트(hot-plate) 또는 건조 오븐을 이용하여, 50 내지 150 ℃의 온도에서 1 내지 100 초 동안 수행되는 것인 기판의 접착방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 기판은 유리 또는 필름의 투명 기판 또는, 컬러 필터, 블랙 매트릭스, 박막 트랜지스터 또는 실리콘 웨이퍼로 이루어진 군으로부터 선택되는 불투명 기판인 것인 기판의 접착방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계의 패턴은, 광경화 방식에 의해서만 경화되거나, 미량의 광을 통해 양이온을 형성한 후, 열을 가하여 경화 속도를 가속화 하는 광경화/열경화 혼합 방식에 의해 경화되는 것인 기판의 접착방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 광경화 접착제 잉크는 자외선(UV) 경화용 잉크 또는 전자빔 경화용 잉크인 것인 기판의 접착방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계의 광경화는 50 내지 500 mW/cm2의 세기로 5 내지 500 초 동안 수행되는 자외선 경화 또는 5 내지 500 초 동안 수행되는 전자빔 경화인 것인 기판의 접착방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 (d) 단계의 광 조사는 5 내지 50 mW/cm2의 세기로 5 내지 500 초 동안 수행되는 자외선 조사 또는 5 내지 500 초 동안 수행되는 전자빔 조사인 것인 기판의 접착방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 프린팅은 잉크젯 프린팅인 것인 기판의 접착방법.
  14. 삭제
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