KR102318792B1 - 플렉서블 기판을 구비하는 플렉서블 장치 제조방법 및 이에 의해 제조된 플렉서블 장치 - Google Patents

플렉서블 기판을 구비하는 플렉서블 장치 제조방법 및 이에 의해 제조된 플렉서블 장치 Download PDF

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Abstract

플렉서블 기판을 구비하는 플렉서블 장치 제조방법 및 이에 의해 제조된 플렉서블 장치 를 제공한다. 플렉서블 장치 제조방법에 있어서, 캐리어 기판의 상부 표면 상에 다수 개의 나노시트들을 구비하는 나노시트층을 형성한다. 이 때, 상기 나노시트들 사이에 상기 캐리어 기판의 상부 표면이 노출된다. 상기 나노시트층이 형성된 캐리어 기판 상에 플렉서블 기판층을 형성한다. 상기 플렉서블 기판층 상에 소자층을 형성한다. 상기 소자층이 형성된 플렉서블 기판층을 상기 캐리어 기판으로부터 박리한다.

Description

플렉서블 기판을 구비하는 플렉서블 장치 제조방법 및 이에 의해 제조된 플렉서블 장치{Flexible device including flexible substrate and flexible device fabricated by the same}
본 발명은 전자장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉서블 장치에 관한 것이다.
최근 플렉서블 표시장치 등이 개발 및 상용화되고, 또한 웨어러블 장치 등이 연구되고 있는 상황에서, 전자장치의 유연성에 대한 요구가 증가하고 있다.
전자장치에 유연성을 가하기 위해서는 기판이 플렉서블해야 하는 것이 일반적인데, 플렉서블 기판으로는 주로 고분자 기판이 사용되고 있다. 그러나, 플렉서블 기판은, 유리 기판 등 단단한 기판에 비해, 이의 상부에 다양한 소자등을 형성하는 과정에서 구부러지거나 팽창 또는 수축되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 플렉서블 기판의 하부에 단단한 캐리어 기판을 부착한 상태에서, 플렉서블 기판 상에 다양한 소자를 형성한 후, 캐리어 기판을 제거하는 방법을 사용하여 플렉서블 장치를 제조하고 있다 (공개 KR 2014-0076485).
그러나, 캐리어 기판 상에 부착된 플렉서블 기판은 고온 공정 중에 부분적으로 박리되거나 휘어질 가능성이 있다. 또한, 소자 형성 공정이 완료된 후 플렉서블 기판을 캐리어 기판으로부터 박리하는 과정에서 플렉서블 기판의 손상이 발생할 수도 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고온 공정 중에도 플렉서블 기판의 박리 또는 휘어짐 등이 발생하지 않을 수 있는 플렉서블 장치 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 소자 형성 공정 완료 후 플렉서블 기판의 손상 없이 플렉서블 기판을 캐리어 기판으로부터 박리할 수 있는 플렉서블 장치 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 플렉서블 장치 제조방법을 제공한다. 먼저, 캐리어 기판의 상부 표면 상에 다수 개의 나노시트들을 구비하는 나노시트층을 형성한다. 이 때, 상기 나노시트들 사이에 상기 캐리어 기판의 상부 표면이 노출된다. 상기 나노시트층이 형성된 캐리어 기판 상에 플렉서블 기판층을 형성한다. 상기 플렉서블 기판층 상에 소자층을 형성한다. 상기 소자층이 형성된 플렉서블 기판층을 상기 캐리어 기판으로부터 박리한다.
상기 나노시트들은 수 옹스트롱 내지 수 나노미터의 두께와 수십 나노미터 내지 수 마이크로미터의 폭을 갖는 2차원 물질(2-dimensional material)일 수 있다. 상기 나노시트들은 전이금속 산화물의 1 내지 수개의 단위층들, 그래핀계 물질의 1 내지 수개의 단위층들, 또는 이들의 조합을 포함하는 층일 수 있다. 상기 나노시트들은 TiOx (x는 0.1 내지 4) 나노시트들을 포함할 수 있다. 상기 나노시트들은 그래핀 산화물 나노시트들을 더 포함할 수 있다. 상기 캐리어 기판의 상부 표면을 상기 나노시트들이 덮는 면적은 약 10 내지 50%일 수 있다.
상기 나노시트들은 전이금속 산화물의 1 내지 수개의 단위층들을 포함하는 경우, 상기 캐리어 기판의 상부 표면 상에 나노시트층을 형성하는 단계는, 표면 상에 암모늄 이온이 결합하고 있는 나노시트들을 구비하는 나노시트 분산액을 상기 캐리어 기판 상에 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
상기 플렉서블 기판층은 폴리카보네이트층, 폴리에틸렌테레프탈레이트층, 폴리에테르설폰층, 폴리이미드층, 또는 폴리아크릴레이트층일 수 있다. 상기 플렉서블 기판층은 고분자 전구체 용액을 상기 나노시트층이 형성된 캐리어 기판 상에 코팅한 후, 고분자 전구체를 고분자화하여 형성할 수 있다.
상기 소자층이 형성된 플렉서블 기판층을 상기 캐리어 기판으로부터 박리하는 단계는, 상기 캐리어 기판의 하부면 상에 레이저를 조사하는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 실시예는 플렉서블 장치 를 제공한다. 상기 플렉서블 장치는 플렉서블 기판층, 상기 플렉서블 기판층의 상부표면 상에 형성된 소자층, 및 상기 플렉서블 기판층의 하부표면 내에 배치된 다수 개의 나노시트들을 포함할 수 있다. 상기 나노시트들 사이에 상기 플렉서블 기판층의 하부표면이 노출될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조방법은 캐리어 기판과 플렉서블 기판 사이에 서로 이격하여 배치된 나노시트들을 구비하는 나노시트층을 형성함에 따라, 소자 제조 공정시 필요한 캐리어 기판과 플렉서블 기판 사이의 점착력을 유지하면서도 또한 플렉서블 기판을 캐리어 기판으로부터 용이하게 박리시킬 수 있다.
그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 2는 TiOx 나노시트 분산액 제조예를 통해 얻어진 TiOx 나노시트들과 나노스피어 형상의 TiO2 입자들에 대한 열중량분석(thermogravimetric analysis) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 기판 제조예 1의 과정 중 유리 기판의 상부면 상에 형성된 TiOx 나노시트층을 촬영한 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 4는 상기 TiOx 나노시트층을 확대하여 촬영한 SEM 사진(a), AFM (Atomic Force Microscope) 사진들(b, c), AFM 사진(c)에 표시된 점선을 따라 취해진 TiOx 나노시트의 높이 또는 두께를 나타낸 그래프(d)를 나타낸다.
도 5a는 TiOx 나노시트 분산액 제조예를 통해 얻어진 TiOx 나노시트 분산액의 농도에 따른, 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들이 덮는 정도(coverage)와 폴리이미드 기판층과 유리기판 사이의 점착력(adhesive force)을 나타낸 그래프이다.
도 5b는 도 5a로부터 얻어진 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들이 덮는 정도에 대한 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 떼어내기 위한 박리강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들과 그래핀 산화물 나노시트들이 덮는 정도에 대한 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 떼어내기 위한 박리강도를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 캐리어 기판 (carrier substrate, 100)이 제공될 수 있다. 상기 캐리어 기판 (100)은 강성(rigid) 기판으로 금속 기판 또는 유리 기판일 수 있다.
상기 캐리어 기판 (100)의 상부 표면 상에 다수 개의 나노시트들을 구비하는 나노시트층(105)을 형성할 수 있다. “나노시트”는 그 두께가 수 옹스트롱 내지 수 나노미터이면서 그 폭은 수십 나노미터 내지 수 마이크로미터인 2차원 물질(2-dimensional material)을 의미할 수 있다. 상기 나노시트들의 2차원 면과 상기 캐리어 기판(100)의 상부 표면은 실질적으로 평행하게 배치될 수 있고, 상기 나노시트들 사이에 상기 캐리어 기판(100)의 상부 표면이 노출될 수 있다. 구체적으로, 상기 캐리어 기판(100)의 상부 표면을 상기 나노시트들이 덮는 면적은 약 10 내지 50%, 구체적으로 15 내지 40%, 더 구체적으로는 20 내지 35%일 수 있다.
구체적으로, 나노시트층(105)은 전이금속 산화물의 1 내지 수개의 단위층들, 그래핀계 물질의 1 내지 수개의 단위층들, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 그래핀계 물질은 그래핀 산화물 또는 환원 그래핀 산화물일 수 있다. 상기 전이 금속 산화물의 단위층은 층상 구조를 갖는 전이금속 산화물의 단위층으로 MO6 팔면체들(M은 전이금속) 또는 MO4 사면체들(M은 전이금속)이 에지 또는 꼭지점을 공유하면서 배열된 층일 수 이다.
상기 나노시트층(105)은 상기 나노시트들이 분산된 분산액을 상기 캐리어 기판(100)의 상부 표면 상에 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 코팅은 그라비아 코팅(gravure coating), 마이크로 그라비아 코팅(microgravure coating), 캐필러리 코팅(capillary coating), 바코팅(bar coating), 또는 스핀코팅(spin coating)을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 나노시트들이 그래핀계 물질인 경우, 상기 나노시트들이 분산된 분산액은 허머스 방법(Hummer's method)등을 사용하여 그래파이트를 산화 박리시켜 얻어진 그래핀 산화물 나노시트 분산액일 수 있다. 이 때, 용매는 물, 유기 용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용매는, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), N-메틸-2-피페리돈(n-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 나노시트들이 전이금속 산화물인 경우, 상기 나노시트들이 분산된 분산액은 벌크 전이금속 산화물을 액상 박리(liquid-phase exfoliation) 등을 사용하여 박리시켜 얻어진 전이금속 산화물 나노시트 분산액일 수 있다. 상기 액상 박리는 일 예로서, 벌크 전이금속 산화물을 알칼리 수용액 또는 알칼리토금속 수용액 내에서 열처리하여 금속 산화물의 단위층들 사이에 알칼리 금속 이온 또는 알칼리토 금속 이온을 삽입하고, 여기에 초음파, 교반 등의 전단력을 가하여 박리시키는 방법을 의미할 수 있다. 상기 알칼리 금속은 Li, Na, 또는 K일 수 있고, 상기 알칼리토 금속은 Mg일 수 있다. 상기 전단력을 가하기 전에 상기 수용액 내에 암모늄염을 가하여 전이금속 산화물의 표면 전하를 중화시켜 분산액 내 전이금속 산화물 나노시트의 분산성을 향상시킬 수도 있다. 이 때, 상기 나노시트 분산액 내에 나노시트들의 표면 상에 상기 암모늄 이온이 결합하고 있을 수 있다. 또한, 상기 암모늄염을 가하기 전에 산성 수용액을 가하여 상기 알칼리 또는 알칼리토 금속이온을 수소 이온으로 교환하는 과정을 거칠 수도 있다. 상기 암모늄염은 4차 암모늄염 일 예로서, 테트라알킬암모늄염 구체적으로는 테트라부틸암모늄염 더 구체적으로는 테트라부틸암모늄 하이드록사이드일 수 있다.
상기 벌크 전이금속 산화물은 자연적으로 층상구조를 갖는 MoO3, WO3, Ga2O3, 또는 V2O3 이거나, 혹은 자연적으로 층상구조를 갖지 않는 ZnO 또는 TiO2일 수 있다. 자연적으로 층상구조를 갖지 않는 ZnO 또는 TiO2라 하더라도 상기 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 이온 삽입 과정에 의해 안정화되면서 인위적으로 층상 구조를 갖는 ZnOx (x는 0.1 내지 2) 또는 TiOx (x는 0.1 내지 4)로 변형되어질 수 있다. 이 경우, 나노시트들은 MoO3 나노시트, WO3 나노시트, Ga2O3 나노시트, V2O3 나노시트, ZnOx (x는 0.1 내지 2) 나노시트, TiOx (x는 0.1 내지 4), 또는 이들 중 둘 이상의 조합일 수 있다.
상기 제조법의 세부조절을 통해 상기 나노시트들의 두께와 직경 등이 조절될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 나노시트층(105) 상에 플렉서블 기판층(200)을 형성할 수 있다. 상기 플렉서블 기판층(200)은 고분자층 구체적으로, 폴리카보네이트층, 폴리에틸렌테레프탈레이트층, 폴리에테르설폰층, 폴리이미드층, 폴리아크릴레이트층일 수 있다. 이러한 플렉서블 기판층(200)은 해당 고분자의 전구체 용액을 상기 나노시트층(105)이 형성된 캐리어 기판(100) 상에 코팅한 후, 이 전구체를 고분자화하는 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 플렉서블 기판층(200)은 고분자 필름을 라미네이팅하는 방법을 사용하여 형성될 수도 있다.
상기 플렉서블 기판층(200)은 상기 나노시트층(105) 내의 상기 나노시트들 사이에 상기 캐리어 기판(100)의 상부 표면이 노출된 영역에서는 상기 캐리어 기판(100)의 상부표면과 접촉할 수 있다. 상기 플렉서블 기판층(200)과 상기 캐리어 기판(100)의 직접적으로 접촉하는 영역이 넓을수록 박리강도 즉, 접착강도는 커질 수 있다.
도 1c를 참고하면, 플렉서블 기판층(200) 상에 베리어층(210)을 형성할 수 있다. 베리어층(210)은 외부의 수분 또는 산소를 차단하거나, 혹은 플렉서블 기판층(200)의 표면을 개질할 수 있는 층으로 다양한 층이 사용될 수 있고, 경우에 따라서는 생략될 수 있다. 상기 베리어층(210) 상에 소자층(220, 230)을 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 장치가 유기발광다이오드 표시장치인 경우에, 상기 소자층(220, 230)은 선택소자층(220)과 유기발광다이오드층(230)을 구비할 수 있다. 상기 유기발광다이오드층(230)은 애노드, 캐소드, 및 이들 사이에 배치된 발광층을 포함하는 유기기능막을 구비할 수 있다. 상기 선택소자층(220)은 상기 유기발광다이오드층(230) 내의 애노드 또는 캐소드에 전기신호를 공급 또는 차단할 수 있는 박막트랜지스터층일 수 있다. 상기 소자층(220, 230) 상에 봉지층(200)을 형성할 수 있다. 상기 봉지층(200)은 외부의 수분 또는 산소를 차단할 수 있는 층으로, 무기막과 유기막이 교호적층된 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 상기 봉지층(200)은 상기 소자층의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있고 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.
이 후, 상기 캐리어 기판(100)의 하부면에 광(10)을 조사한다. 상기 광은 레이저광일 수 있고, 구체적으로는 UV 레이저 혹은 IPL (intensive pulsed laser)일 수 있다. 이 때, 광 파장범위 100 내지 700 nm 구체적으로 200 내지 300nm일 수 있고, 광강도는 1 내지 500 W일 수 있다.
도 1d를 참조하면, 도 1c에서 설명한 광조사에 의해 플렉서블 기판층(200)은 캐리어 기판(100)으로부터 분리될 수 있다. 이 때, 상기 플렉서블 기판층(200)과 상기 캐리어 기판(100)의 직접적으로 접촉하는 영역을 상기 나노시트들을 사용하여 다소 감소시킴으로써, 상기 플렉서블 기판(200) 및 이 상부의 소자층(220, 230)의 손상없이 상기 플렉서블 기판(200)을 캐리어 기판(100)으로부터 박리시킬 수 있다.
박리된 플렉서블 기판(200)의 하부면 내에는 서로 이격하여 그들 사이에 플렉서블 기판(200)의 하부면을 노출시키는 상기 나노시트들(105)이 남아있을 수 있다.
한편, 상기 나노시트들이 전이금속 산화물 나노시트들 또는 그래핀 산화물 나노시트들인 경우, 450도에 이르는 소자 제조 과정에서도 분해되지 않아 열적 안정성이 뛰어날 수 있다. 또한, 나노시트들은 2차원 구조를 가짐에 따라 나노튜브 등의 1차원 구조를 가지는 경우 대비 혹은 나노스피어 등 3차원 구조를 가지는 경우 대비 캐리어 기판과 플렉서블 기판에 접촉하는 면적 및 박리용 광흡수 면적이 넓어 상대적으로 적은 양을 사용하더라도 충분한 효과를 나타낼 수 있으며, 또한 매우 얇은 두께를 가짐에 따라 캐리어 기판과 플렉서블 기판 사이의 간격을 감소시켜 소자 제조과정 중 충분한 점착강도를 나타낼 수 있도록 할 수 있다.
또한 전이금속 산화물 나노시트들은 광에 의해 라디칼등을 발생시키는 광촉매 작용을 통해 상기 박리를 더 촉진시킬 수도 있다. 나아가, 상기 나노시트들이 전이금속 산화물과 더불어 그래핀 산화물 나노시트들을 더 포함하는 경우에는, 상기 전이금속 산화물 나노시트들에서 광에 의해 발생한 라디칼등은 상기 그래핀 산화물 나노시트를 분해하여 이산화탄소 가스를 발생시킬 수 있어 상기 박리를 더욱더 촉진시킬 수도 있다.
이와 같이, 캐리어 기판(100)과 플렉서블 기판(200) 사이에 서로 이격하여 배치된 나노시트들을 구비하는 나노시트층(105)을 형성함에 따라, 소자 제조 공정시 필요한 캐리어 기판과 플렉서블 기판 사이의 점착력을 유지하면서도 또한 플렉서블 기판을 캐리어 기판으로부터 용이하게 박리시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<TiOx 나노시트 분산액 제조예>
층들 사이에 Mg 이온, K 이온, 및 Li 이온이 삽입되어 안정화된 벌크 TiOx(Otsuka Chemical Co., Ltd) 0.75g을 50mL의 1M HCl 수용액 내에 분산시키고, 100℃에서 1 시간 동안 방치하였다. 이를 상온으로 냉각시키고, 침전물을 0.45 ㎛ 셀룰로오스 에스테르 멤브레인 필터를 사용하여 필터링하여 수득하였다. 얻어진 침전물을 신선한 1M HCl 수용액 내에 다시 분산시키고, 필터링하는 과정을 3번 더 반복하여 층들 사이에 삽입된 Mg 이온, K 이온, 및 Li 이온을 수소 이온으로 교환하여 수소화된 TiOx 입자들을 얻었다. 얻어진 입자들을 탈이온수로 세척하고 80℃ 오븐에서 밤새도록 건조하였다. 이 후, 건조된 수소화된 TiOx 입자들 0.4g을 2.5 내지 3.7 mM의 TMAH (tetramethylammonium hydroxide) 수용액 내에 분산시키고, 마그네틱 교반기를 사용하여 일주일동안 교반하여, 부피가 큰 TMA 양이온들에 의해 둘러싸여진 TiOx 나노시트들이 분산된 분산액을 얻었다. 이 분산액 내에 TiOx 나노시트들이 분산된 것은 붉은색 레이저(632nm)를 이 분산액 내에 쬐었을 때 틴달 효과(tyndall effect)가 나타나는 것으로 확인하였다.
도 2는 TiOx 나노시트 분산액 제조예를 통해 얻어진 TiOx 나노시트들과 나노스피어 형상의 TiO2 입자들에 대한 열중량분석(thermogravimetric analysis) 결과를 나타낸 그래프이다. TiOx 나노시트들은 TiOx 나노시트 분산액으로부터 필터링 및 건조과정을 통해 얻었다. 열중량분석은 TiOx 나노시트들과 TiO2 입자들을 각각 퍼니스들에 넣고 공기중에서 온도를 분당 10 ℃ 상승시키면서 중량의 변화를 측정하면서 수행하였다.
도 2를 참조하면, TiOx 나노시트들과 TiO2 입자들 모두 약 700 ℃까지 가열하였을 때에도 약 75%의 중량을 유지하는 등 두 물질 모두 열적으로 안정함을 알 수 있다.
<기판 제조예 1>
TiOx 나노시트 분산액 제조예를 통해 얻어진 TiOx 나노시트 분산액을 유리 기판의 상부면 상에 바코팅한 후 건조하여 TiOx 나노시트층을 얻었다. 건조된 TiOx 나노시트층 상에 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산 용액을 스핀코팅한 후 이를 약 350℃로 가열하여 고분자화하여 폴리이미드 기판층을 형성하였다. 이 후, 유리기판의 하부면 상에 UV 레이저(254 nm, 6W)를 조사하여 폴리이미드층을 유리기판으로부터 분리시켰다.
도 3은 기판 제조예 1의 과정 중 유리 기판의 상부면 상에 형성된 TiOx 나노시트층을 촬영한 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 사진이고, 도 4는 상기 TiOx 나노시트층을 확대하여 촬영한 SEM 사진(a), AFM (Atomic Force Microscope) 사진들(b, c), AFM 사진(c)에 표시된 점선을 따라 취해진 TiOx 나노시트의 높이 또는 두께를 나타낸 그래프(d)를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, TiOx 나노시트층 내의 TiOx 나노시트들은 작게는 수십 나노미터에서 크게는 약 2um의 폭 또는 직경을 나타내며, TiOx 나노시트들 사이의 간격 또한 작게는 수십 나노미터에서 크게는 수 마이크로미터를 나타내었다. 한편, TiOx 나노시트의 두께는 약 1nm를 나타내었다.
도 5a는 TiOx 나노시트 분산액 제조예를 통해 얻어진 TiOx 나노시트 분산액의 농도에 따른, 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들이 덮는 정도(coverage)와 폴리이미드 기판층과 유리기판 사이의 점착력(adhesive force)을 나타낸 그래프이고, 도 5b는 도 5a로부터 얻어진 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들이 덮는 정도(coverage)에 대한 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 떼어내기 위한 박리강도(peel strength)를 나타낸 그래프이다. 이 때, 박리강도는 점착력과 같은 값을 나타낼 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, TiOx 나노시트 분산액의 농도가 증가함에 따라 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들이 덮는 정도가 증가하며, 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들이 덮는 정도가 증가하면 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 떼어내기 위한 박리강도(peel strength)는 오히려 감소함을 알 수 있다.
한편, 폴리이미드 기판층 상에 소자층을 형성하는 공정을 안정적으로 진행하기 위해서는 폴리이미드 기판층과 유리기판 사이의 박리강도는 약 1 Ncm-1 이상인 것이 바람직하고, 소자 형성 공정이 완료된 후 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 손상없이 박리하기 위해서는 폴리이미드 기판층과 유리기판 사이의 박리강도는 2.5 Ncm-1 이하인 것이 바람직한데, 이를 만족하는 TiOx 나노시트들의 커버리지는 약 15 내지 90% 인 것으로 나타났다. 본 실험예에서 가장 최적의 조건은 약 31%의 TiOx 나노시트들의 커버리지와 약 2.3 Ncm-1의 박리강도를 나타내는 것으로 나타났다.
<기판 제조예 2>
TiOx 나노시트 분산액과 그래핀 산화물 수분산액을 혼합한 것을 제외하고는 기판 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 기판을 제조하였다.
도 6은 유리기판 상부면을 TiOx 나노시트들과 그래핀 산화물 나노시트들이 덮는 정도(coverage)에 대한 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 떼어내기 위한 박리강도(peel strength)를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 폴리이미드 기판층과 유리기판 사이의 박리강도가 1 ~ 2.5 Ncm-1인 것을 고려할 때, 이를 만족하는 그래핀 산화물/TiOx 나노시트들의 커버리지는 약 15 내지 50% 인 것으로 나타났다. 본 실험예에서 가장 최적의 조건은 약 22.5%의 그래핀 산화물/TiOx 나노시트들의 커버리지와 약 2.3 Ncm-1의 박리강도를 나타내는 것으로 나타났다.
TiOx 나노시트들와 더불어 그래핀 산화물 나노시트를 사용한 경우, 낮은 커버리지에서도 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 떼어내기 위한 박리강도가 크게 나타남을 알 수 있다. 이는 TiOx 나노시트들만 사용한 경우 대비 TiOx 나노시트들과 더불어 그래핀 산화물 나노시트를 사용한 경우 TiOx 나노시트들 자체의 량이 줄어듦에 따라 박리강도 감소에 크게 기여하지 못한 것으로 풀이되었다. 그러나, TiOx 나노시트들와 더불어 그래핀 산화물 나노시트를 사용한 경우 비록 박리강도가 높게 나타나더라도, 그래핀 산화물 나노시트는 넓은 파장영역을 흡수하고 또한 광흡수하여 광촉매 작용을 나타내는 TiOx에 의해 이산화탄소 가스로 분해될 수 있어 폴리이미드 기판층을 유리기판으로부터 더 용이하게 떼어낼 수 있다. 정리하면, TiOx 나노시트들와 더불어 그래핀 산화물 나노시트를 사용한 경우, 적은 량으로도 충분한 박리강도를 얻을 수 있고, 또한 박리공정에서도 더 쉽게 폴리이미드 기판을 박리할 수 있는 장점이 있다고 할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (14)

  1. 캐리어 기판의 상부 표면 상에 다수 개의 나노시트들을 구비하는 나노시트층을 형성하되, 상기 나노시트들 사이에 상기 캐리어 기판의 상부 표면이 노출되는 단계;
    상기 나노시트층이 형성된 캐리어 기판 상에 플렉서블 기판층을 형성하는 단계;
    상기 플렉서블 기판층 상에 소자층을 형성하는 단계; 및
    상기 소자층이 형성된 플렉서블 기판층을 상기 캐리어 기판으로부터 박리하는 단계를 포함하고,
    상기 나노시트는 2차원 물질이면서 전이금속 산화물 나노시트이고,
    상기 소자층이 형성된 플렉서블 기판층을 상기 캐리어 기판으로부터 박리하는 단계는 상기 캐리어 기판의 하부면 상에 레이저를 조사하여 상기 전이금속 산화물 나노시트에서 라디칼을 발생시키는 플렉서블 장치 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노시트들은 TiOx (x는 0.1 내지 4) 나노시트들을 포함하는 플렉서블 장치 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 나노시트들은 그래핀 산화물 나노시트들을 더 포함하는 플렉서블 장치 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 기판의 상부 표면을 상기 나노시트들이 덮는 면적은 10 내지 50%인 플렉서블 장치 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 기판의 상부 표면 상에 나노시트층을 형성하는 단계는, 표면 상에 암모늄 이온이 결합하고 있는 나노시트들을 구비하는 나노시트 분산액을 상기 캐리어 기판 상에 코팅하는 것을 포함하는 플렉서블 장치 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판층은 폴리카보네이트층, 폴리에틸렌테레프탈레이트층, 폴리에테르설폰층, 폴리이미드층, 또는 폴리아크릴레이트층인 플렉서블 장치 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판층은 고분자 전구체 용액을 상기 나노시트층이 형성된 캐리어 기판 상에 코팅한 후, 고분자 전구체를 고분자화하여 형성하는 플렉서블 장치 제조방법.
  10. 삭제
  11. 플렉서블 기판층;
    상기 플렉서블 기판층의 상부표면 상에 형성된 소자층; 및
    상기 플렉서블 기판층의 하부표면 내에 배치된 다수 개의 나노시트들을 포함하되,
    상기 나노시트들 사이에 상기 플렉서블 기판층의 하부표면이 노출되고,
    상기 나노시트는 2차원 물질이면서 전이금속 산화물 나노시트인 플렉서블 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 나노시트들은 TiOx (x는 0.1 내지 4) 나노시트들을 포함하는 플렉서블 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 나노시트들은 그래핀 산화물 나노시트들을 더 포함하는 플렉서블 장치.
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