KR102280455B1 - 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 버퍼층의 평탄화 및 고밀도화를 확보하여 플렉서블 디스플레이에 요구되는 특성을 만족시키기 위한, 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법은 (a) 플렉서블 기판을 마련하는 단계; (b) 상기 플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 버퍼층 표면에 원자 재배열을 유도하는 전자빔을 조사하여, 버퍼층 표면에 평탄화를 부여하는 표면 처리 단계;를 포함한다.

Description

플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법{SURFACE TREATMENT METHOD OF BUFFER LAYER FOR FLEXIBLE SUBSTRATE}
본 발명은 버퍼층의 평탄화 및 고밀도화를 확보하여 플렉서블 디스플레이에 요구되는 특성을 만족시키기 위한, 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법에 관한 것이다.
플렉서블 디스플레이란 휘거나 구부리거나 또는 말 수 있는 유연한 기판을 사용하여 제조된 디스플레이를 지칭한다. 플렉서블 디스플레이는 얇고 가벼우며 충격에 강하며 휴대가 간편하다는 장점 이외에 공간상, 형태상의 제약에서 상대적으로 자유로워 다양한 응용성을 확보할 수 있어 스마트폰을 비롯한 웨어러블 스마트 기기 등 여러 분야에 적용이 되고 있다.
플렉서블 디스플레이에 주로 사용되는 기판으로는 플라스틱 기판이 있다. 플라스틱 기판은 종래 메탈 호일, 유리 재질의 기판보다 무게가 가볍고, 유연하며 가공이 용이하여 형태의 제약이 거의 없으며, 가격이 저렴하여 플렉서블 디스플레이용 기판에 가장 적합한 소재라 할 수 있다.
이러한 플렉서블 기판을 이용한 플렉서블 디스플레이는 스위칭 기능을 하는 박막트랜지스터를 구동시켜 영상을 표시할 수 있다. 이때, 플렉서블 디스플레이의 요구되는 특성을 만족시키기 위해서는 플렉서블 기판 상에 형성되는 버퍼층의 낮은 표면 조도와 높은 밀도 특성 등을 확보하는 것이 중요하다. 즉, 플렉서블 기판이 표시 소자용 기판으로 사용되기 위해서는 표시 소자의 요구되는 특성을 만족해야 한다.
그러나, 플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성한 후, 그 위에 전극과 채널층을 적층시킨 발광소자를 배치하여 플렉서블 디스플레이를 제작하는 경우, 버퍼층의 표면 조도가 높고 밀도 특성이 낮아 플렉서블 디스플레이가 요구하는 특성을 확보하기에는 한계가 있다.
따라서, 플렉서블 디스플레이의 요구되는 특성을 동등 이상으로 확보하면서 플렉서블 디스플레이에 적합한 기판의 개발이 필요한 실정이다.
등록특허공보 10-0647631호(2006.11.23.공고)
본 발명의 목적은 버퍼층의 표면 조도 개선을 통한 평탄화 및 고밀도화를 나타내기 위한 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법은 (a) 플렉서블 기판을 마련하는 단계; (b) 상기 플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 버퍼층 표면에 원자 재배열을 유도하는 전자빔을 조사하여, 버퍼층 표면에 평탄화를 부여하는 표면 처리 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법은 플렉서블 기판에 적용되는 버퍼층에 원자 재배열을 유도하는 전자빔을 조사함으로써, 버퍼층 표면에 평탄화 및 고밀도화를 부여하는 표면 처리를 할 수 있다.
특히, 에너지 크기, 주입 가스와 같은 전자빔 조건을 조절하여 조사함에 따라, 버퍼층의 표면 특성을 확보하고, 플렉서블 디스플레이가 요구하는 특성에 맞게 플렉서블 기판용 버퍼층을 제작할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층에 전자빔을 조사하기 전/후의 표면층을 보여주는 도면이다.
도 3은 전자빔 조사를 하지 않은 SiO2 버퍼층의 표면 조도를 나타낸 결과이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전자빔 조사 시 주입 가스 유량비에 따른 SiO2 버퍼층의 표면 조도 변화를 나타낸 결과이다.
도 6은 전자빔을 조사하지 않은 SiO2 버퍼층의 밀도 변화를 나타낸 결과이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 전자빔 조사 시 전압 크기에 따른 SiO2 버퍼층의 밀도 변화를 나타낸 결과이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법은 플렉서블 기판을 마련하는 단계(S110), 플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계(S120) 및 버퍼층 표면에 전자빔을 조사하여 표면 처리하는 단계(S130)를 포함한다.
플렉서블 기판을 마련하는 단계(S110)
먼저, 모 기판 상에 플렉서블 디스플레이용 기판을 형성한다.
모 기판은 단단한 판상의 글래스 기판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 모 기판 상에 플렉서블 디스플레이용 기판을 배치한 후 다수의 후속 공정을 통해 플렉서블 디스플레이 패널이 제조되면, 해당 패널을 모 기판으로부터 분리하게 된다.
플렉서블 디스플레이용 기판은 고분자 재질의 폴리이미드 기판을 포함하는 것이 바람직하다. 폴리이미드 계열의 기판은 플라스틱 소재 가운데 내열성, 유연성, 강도가 가장 뛰어나다. 영하 273℃부터 영상 400℃까지 특성의 변화 없이 견딜 수 있고, 진공 환경에서도 가스의 발생량이 적으며, 강산성 약품에 의한 변형과 잔류물이 적다.
폴리이미드 계열의 기판은 다음과 같이 제조할 수 있다.
먼저, 방향족 무수물과 방향족 아민을 극성용매에서 예비 중합한 전구체인 PAA(polyamic acid)를 용액 캐스팅(solution casting)법으로 필름을 제조한 다음, 다시 가열하여 이미드화하여 폴리이미드 계열의 필름을 제조할 수 있다.
상기 필름을 제조하는 방법으로는 spin coating, bar coating, applicator 등 여러 방법이 있다. 유리 재질과 같은 지지 기판 위에 위의 방법으로 코팅하여 필름을 제조할 수 있다. 코팅 후 50~70℃ 드라이 오븐에 10~60분 동안 넣어 안정화시킨다. 그 다음, 각 시약에 맞는 큐어링(curing) 조건을 이용해 큐어링을 하면 폴리이미드 계열의 기판을 제조할 수 있다.
플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계(S120)
이어서, 플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성한다.
상기 버퍼층은 플렉서블 디스플레이용 기판 내 수분과 산소의 침투를 방지해주는 역할을 한다. 상기 버퍼층은 SiO2, SiO2-x, SiN, SiNx, a-Si(amorphous silicon), Al2O3, Al2O3-x, HfO2, AlN, AlNx 및 HfN 중 1종 이상을 포함하는 무기물질을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은 질화실리콘(SiNx) 층과 산화실리콘(SiO2) 층이 반복적으로 적층된 구조일 수 있다.
상기 버퍼층은 스퍼터링 공정, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition), 습식 코팅 공정 등으로 형성될 수 있다.
스퍼터링 공정은 진공 분위기에서 플라즈마에 의해 이온화된 가스를 타겟에 충돌시켜 상기 타겟 물질을 상기 기판 상에 증착하는 것이다. 상기 버퍼층은 스퍼터링에 의해 형성되는 박막으로, 대략 1㎛ 이하로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
버퍼층 표면에 전자빔을 조사하여 표면 처리하는 단계(S130)
이어서, 상기 버퍼층 표면에 원자 재배열을 유도하는 전자빔을 조사하여, 버퍼층 표면에 평탄화 및 고밀도화를 부여하는 표면 처리를 수행한다.
도 2는 본 발명에 따른 플렉서블 기판용 버퍼층에 전자빔을 조사하기 전/후의 표면층을 보여주는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 전자빔 조사는 전자빔을 조사한 표면에 국부적으로 열처리가 일어남으로써, 원자 재배열을 일으켜 버퍼층의 표면 조도(표면 거칠기)를 개선시킴과 동시에 고밀도화를 부여한 표면 처리를 한다. 상기 열처리는 전자빔을 조사함과 동시에 전자빔 자체적으로 발생되는 것이다.
상기 전자빔은 스퍼터링 법을 이용하여 낮은 진공도와 플라즈마에서 전자를 가속하여 표면에 조사시키는 방법으로, 본 발명에서는 전자빔의 조건을 달리하여 버퍼층의 표면 특성인 평탄화와 고밀도화를 확보할 수 있다.
여기서 평탄화는 임의의 부위의 표면 거칠기가 감소하는 현상을 가리킨다. 고밀도화는 임의의 부위가 일정 부피당 질량 값이 증가하는 현상을 가리킨다.
상기 전자빔을 이용한 표면 처리는 진공 분위기에서 수행될 수 있다. 진공 분위기는 초기 압력이 5Х10-6 Torr 이하, 동작 압력이 1 mTorr 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 RF 파워 100~3,000W를 인가하여 전자빔을 형성하고, DC 파워 50~3,000V의 전압을 가하여 전자빔을 조사하는 것이 바람직하다. RF 파워, DC 파워가 이 범위를 벗어나는 경우 플렉서블 기판 상에 배치된 버퍼층의 평탄화 또는/및 고밀도화가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이에 따라 버퍼층의 표면조도가 증가하게 되고, 밀도의 변화가 없을 수 있다.
그리고 아르곤 가스 및 산소 가스 중 1종 이상을 포함하는 가스를 주입하면서 전자빔을 조사하는 것이 바람직하고, 아르곤 가스를 단독으로 주입하면서 전자빔을 조사하는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로, 전자빔 조사는 10~50sccm(cm3/min)의 아르곤 가스가 주입되는 분위기 및 1~20sccm(cm3/min)의 산소 가스가 주입되는 분위기에서 수행될 수 있다. 주입되는 가스의 유량이 이 범위를 벗어나는 경우, 버퍼층의 평탄화 또는/및 고밀도화가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이에 따라 버퍼층의 표면조도가 증가하게 되고, 밀도의 변화가 없을 수 있다.
상기 전자빔 조사는 대략 1~20분 동안 수행될 수 있으며, 전자빔 조건을 고려하여 조사 시간을 조절할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 RF 파워, DC 파워, 가스 유량비를 조절하여 버퍼층 상에 전자빔을 조사함에 따라, 버퍼층의 계면에서 균일한 원자배열을 도모할 수 있어 낮은 표면 조도와 높은 밀도 특성을 확보할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 표면 처리된 버퍼층은 플렉서블 디스플레이 제조 시, 플렉서블 디스플레이에 요구되는 특성에 부합되도록 플렉서블 기판에 적용될 수 있다.
아울러 본 발명의 표면 처리된 버퍼층이 균일한 원자배열을 갖는 계면 상태를 유지하면서 게이트 전극, 게이트 절연막, 채널층, 소스/드레인 전극 등의 다층의 적층 구조에서 발생되는 표면 단차를 개선시킬 수 있다. 또한 상기 표면 처리된 버퍼층 상에 발광소자가 안정적으로 형성됨에 따라 기판의 기계적 특성 및 기판의 벤딩에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.
이와 같이 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
<표면 조도 측정>
도 3은 전자빔 조사를 하지 않은 SiO2 버퍼층의 표면 조도를 나타낸 결과이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전자빔 조사 시 주입 가스 유량비에 따른 SiO2 버퍼층의 표면 조도 변화를 나타낸 결과이다. 표면 조도는 AFM으로 측정하였다.
도 4 의 전자빔 조건은 1500V, 300W, 600s, Ar=10sccm, 도 5 의 전자빔 조건은 1500V, 300W, 600s, Ar/O2=10/1sccm 이다.
표 1에 SiO2 버퍼층 표면에 전자빔을 조사하여 표면 조도를 나타내었다.
[표 1]
Figure 112019131693333-pat00001
도 3 내지 도 5, 표 1을 참조하면, SiO2 버퍼층 표면에 전자빔 표면 처리를 하지 않은 경우(Pristine)에 비해, SiO2 버퍼층 표면에 Ar 가스를 주입하며 전자빔으로 표면 처리를 한 경우, Ar 가스와 O2 가스를 혼합한 가스를 주입하여 전자빔으로 표면 처리를 한 경우 모두 SiO2 버퍼층의 표면 조도가 하락하는 값을 나타내었다. 이는 Ar 가스, O2 가스를 단독 또는 혼합하여 주입하여 전자빔을 조사하는 경우 SiO2 버퍼층의 낮은 표면 조도 특성을 확보할 수 있음을 보여준다.
특히, 표 1에서 전자빔 처리를 하지 않은 Pristine에 비해, Ar 가스를 단독으로 주입하여 전자빔 처리를 한 경우 표면 조도가 급격히 감소하는 현상이 관찰된다.
따라서 1500V, 300W, 10분, Ar:O2=10:0 에서 표면 조도가 최저값을 보인다.
한편, Ar 가스와 함께 O2 가스를 주입한 1500V, 300W, 10분, Ar:O2=10:1은 Pristine에 비해, 표면 조도가 감소하는 현상은 보였으나, 그 감소폭이 Ar 가스를 단독으로 주입한 1500V, 300W, 10분, Ar:O2=10:0 의 표면 조도에 비해 상대적으로 낮은 감소폭을 보였다.
즉, Ar 가스 단독으로 주입하며 전자빔으로 표면 처리를 한 경우의 SiO2 버퍼층의 표면 조도는, 전자빔 표면 처리를 하지 않은 경우와 Ar 가스와 O2 가스를 동시에 주입하며 전자빔으로 표면 처리를 한 경우의 SiO2 버퍼층 표면 조도와 비교하여, 가장 낮은 표면 조도 특성을 확보할 수 있었다.
<밀도 변화 측정>
도 6은 전자빔을 조사하지 않은 SiO2 버퍼층의 밀도 변화를 나타낸 결과이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 전자빔 조사 시 전압 크기에 따른 SiO2 버퍼층의 밀도 변화를 나타낸 결과이다. 밀도 변화는 XRR로 측정하였다. 여기서 밀도는 부피 대비 질량 값을 나타내는 지표이다.
도 7 및 도 8 의 전자빔 조건은 Ar=35sccm 이다.
표 2에 SiO2 버퍼층 표면에 전자빔을 조사하여 표면 조도를 나타내었다.
[표 2]
Figure 112019131693333-pat00002
도 6 내지 도 9, 표 2를 참조하면, SiO2 버퍼층 표면에 표면 처리를 하지 않은 경우(Pristine SiO2)에 비해, SiO2 버퍼층 표면에 표면 처리를 한 경우 SiO2 버퍼층의 두께가 감소하는 결과를 보여준다.
전자빔 전압이 500V로 버퍼층의 표면에 표면처리를 하였을 때, SiO2 버퍼층의 밀도는 거의 차이가 없음을 나타내었다. 전자빔 전압이 1500V로 버퍼층의 표면에 표면처리를 하였을 때 SiO2 버퍼층의 밀도는 표면 처리를 하지 않은 경우(Pristine SiO2) 보다 상승한 값을 나타내었다.
따라서 전자빔의 DC 파워를 증가시킴에 따라 버퍼층의 표면 밀도 값이 증가하는 경향을 보였다.
특히, 도 9에서 Pristine에 비해, 500V 의 전자빔을 조사한 경우 버퍼층의 밀도가 큰 차이가 없음을 보여준다. 한편 500V 이상의 전자빔을 조사한 경우 밀도 기울기가 이전 대비 급격히 증가하는 거동을 보인다. 그 이후 1500V의 전자빔을 조사한 경우 밀도가 최대치를 보인다. 따라서 밀도 기울기의 변곡점은 500V 이상의 전자빔을 조사한 경우라 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 플렉서블 기판에 적용되는 버퍼층에 RF 파워, DC 파워, 가스 유량비를 조절하여 전자빔을 조사함으로써, 버퍼층 표면에 낮은 표면 조도와 높은 밀도 특성을 부여하는 표면 처리를 할 수 있다
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (5)

  1. (a) 플렉서블 기판을 마련하는 단계;
    (b) 상기 플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 버퍼층 표면에 원자 재배열을 유도하는 전자빔을 조사하여, 버퍼층 표면에 평탄화를 부여하는 표면 처리 단계;를 포함하고,
    상기 전자빔은 전자를 가속하여 표면에 조사하는 것이고, 전자빔을 조사한 표면에 국부적으로 열처리가 발생되어 원자 재배열을 유도하며,
    상기 (c) 단계에서 아르곤 가스 및 산소 가스 중 1종 이상의 가스를 주입하면서 전자빔을 조사하는 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 버퍼층은 SiO2, SiO2-x, SiN, SiNx, a-Si(amorphous silicon), Al2O3, Al2O3-x, HfO2, AlN, AlNx 및 HfN 중 1종 이상을 포함하는 단층 또는 다층으로 형성되는 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 RF 파워 100~3,000W를 인가하여 전자빔을 형성하는 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 DC 파워 50~3,000V의 전압을 가하여 전자빔을 조사하는 플렉서블 기판용 버퍼층의 표면 처리방법.
  5. 삭제
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