KR102457537B1 - 플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치에 관한 것으로, 본 발명의 플렉서블 기판은, 제1 기재층과, 상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층, 그리고 상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층을 포함하고, 상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물로 이루어지며 상기 제2 기재층의 표면경도는 상기 제3 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제3 기재층의 접착강도는 상기 제2 기재층의 접착강도보다 높다. 이러한 플렉서블 기판을 포함하는 본 발명의 플렉서블 표시장치는 백 플레이트를 생략하여 두께를 감소시키고 유연성을 향상시킬 수 있으며, 면적 제한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화할 수 있다.

Description

플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치{Flexible substrate and flexible display device including the same}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량, 박형 및 고강성 특성을 갖는 플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치에 관한 것이다.
사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 전계발광 표시장치(Electroluminescent display device: ELD) 등과 같은 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이러한 평판표시장치 중, 액정표시장치는 액정분자를 포함하는 액정층을 사이에 두고 합착된 상부 기판과 하부 기판을 포함하는 액정 패널을 필수 구성 요소로 포함하며, 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성된 전계에 의해 액정층이 구동되어 영상을 표시한다.
또한, 전계발광 표시장치는 발광층을 사이에 두고 마주하는 양극과 음극을 포함하는 발광다이오드를 필수 구성 요소로 포함하며, 양극과 음극 각각으로부터 주입된 정공과 전자가 발광층에서 결합하여 발광함으로써, 영상을 표시하게 된다.
한편, 최근에는 플렉서블 기판을 이용한 플렉서블 표시장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 플렉서블 표시장치는 접힌 상태로 휴대가 가능하고 펼쳐진 상태에서 영상을 표시하기 때문에, 대화면 표시가 가능하면서 휴대가 용이한 장점을 갖는다.
도 1은 종래의 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 플렉서블 표시장치는 표시패널(10)과, 상기 표시패널(10) 하부에 위치하는 백 플레이트(20)와, 상기 표시패널(10) 상부에 위치하는 커버 윈도우(30)를 포함한다.
상기 표시패널(10)은, 플렉서블 기판(도시하지 않음) 하부에 캐리어 기판(도시하지 않음)이 부착된 상태에서, 상기 플렉서블 기판 상에 다수의 소자를 포함하는 소자층을 형성하고 캐리어 기판을 분리(release)시킴으로써, 얻을 수 있다.
상기 표시패널(10)을 외부 충격으로부터 보호하기 위해, 상기 표시패널(10)의 상부에는 상기 커버 윈도우(30)가 부착된다.
또한, 상기 표시패널(10)의 플렉서블 기판은 매우 얇기 때문에, 상기 플렉서블 기판을 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 상기 플렉서블 기판 배면에는 백 플레이트(20)가 부착된다.
일반적으로, 상기 백 플레이트(20)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate)로 이루어진다. 이러한 백 플레이트(20)는 스크래치 등의 손상을 방지하기 위해 100 ㎛ 이상의 두께를 가지는데, 이는 플렉서블 표시장치의 두께를 증가시키고, 플렉서블 표시장치의 유연성(flexibility)를 저하시킨다.
게다가, 상기 백 플레이트(20)는 라미네이션(lamination) 공정을 통해 표시패널(10)의 플렉서블 기판에 부착되는데, 라미네이션 공정은 대면적 표시장치에 적용하기가 쉽지 않다. 따라서, 상기 백 플레이트(20)를 포함하는 종래의 플렉서블 표시장치는 면적을 증가시키는데 한계가 있다.
한편, 상기 플렉서블 기판 및 백 플레이트(20)는 수분 투습에 취약하기 때문에, 수분이 침투하여 상기 플렉서블 기판 상에 형성되는 소자가 열화될 수 있다. 이에 따라, 소자로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해, 상기 플렉서블 기판 상에 버퍼층을 형성하는데, 이러한 버퍼층은 다층 구조의 무기막으로 이루어지므로, 제조 공정 및 시간이 증가하는 문제가 있다.
또한, 상기 플렉서블 기판은 접착력이 낮기 때문에, 상기 표시패널(10)의 제조 과정에서 상기 플렉서블 기판과 상기 캐리어 기판 간의 박리가 일어날 수 있다.
본 발명은 종래 플렉서블 표시장치의 두께 증가 및 유연성 저하 문제를 해결하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래 플렉서블 표시장치의 면적 제한 문제를 해결하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래 플렉서블 표시장치의 공정 및 시간 증가 문제를 해결하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래 플렉서블 표시장치의 플렉서블 기판의 낮은 접착력 문제를 해결하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 제1 기재층과, 상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층, 그리고 상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층을 포함하고, 상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물로 이루어지며 상기 제2 기재층의 표면경도는 상기 제3 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제3 기재층의 접착강도는 상기 제2 기재층의 접착강도보다 높다.
상기 실록산 화합물은 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 포함하고, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기고, n은 1 내지 30이다.
화학식1
Figure 112017121159359-pat00001
상기 실란 화합물은 하기의 화학식2 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하며, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
화학식2
Figure 112017121159359-pat00002
화학식3
Figure 112017121159359-pat00003
화학식4
Figure 112017121159359-pat00004
화학식5
Figure 112017121159359-pat00005
상기 제1 기재층은 폴리이미드로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판을 포함하는 플렉서블 표시장치는 백 플레이트를 생략하여 두께를 감소시키고, 유연성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 백 플레이트 부착을 위한 라미네이션 공정이 필요하지 않으므로, 면적 제한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화 할 수 있으며, 첨가제를 포함하지 않으면서도 희생층과의 접착력을 향상시킬 수 있어, 제조 공정 중 플렉서블 기판과 캐리어 기판의 박리를 막을 수 있다.
도 1은 종래의 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 표시패널의 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 제1 기재층과, 상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층, 그리고 상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층을 포함하며, 상기 제2 기재층의 표면경도는 상기 제3 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제3 기재층의 접착강도는 상기 제2 기재층의 접착강도보다 높다.
상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물로 이루어진다.
상기 제2 기재층과 상기 제3 기재층은 상기 실란 화합물과 상기 실록산 화합물의 함량이 서로 다르다.
상기 제2 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 제3 기재층보다 크고, 상기 실란 화합물의 함량이 상기 제3 기재층보다 작다.
상기 제2 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 실란 화합물의 함량보다 크고, 상기 제3 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 실란 화합물보다 작거나 같다.
상기 제1 기재층은 폴리이미드로 이루어진다.
본 발명의 플렉서블 표시장치는 제1 기재층과 제2 기재층 및 제3 기재층을 포함하는 플렉서블 기판과, 상기 플렉서블 기판 상의 박막트랜지스터, 그리고 상기 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터를 포함하며, 상기 제2 기재층의 표면경도는 상기 제3 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제3 기재층의 접착강도는 상기 제2 기재층의 접착강도보다 높다.
상기 제3 기재층은 상기 제1 기재층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판 및 이를 포함하는 플렉서블 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 표시패널의 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2와 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100)과 상기 표시패널(100) 상부에 위치하는 커버 윈도우(130)를 포함하고, 상기 표시패널(100)은 플렉서블 기판(110)과 상기 플렉서블 기판(110) 상부의 소자층(120)을 포함한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 표시패널(100)은 발광다이오드 표시패널일 수 있다.
즉, 상기 표시패널(100)은 플렉서블 기판(110)과, 상기 소자층(120)으로, 상기 플렉서블 기판(110) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 발광다이오드(D)와, 상기 발광다이오드(D)를 덮는 인캡슐레이션 필름(180)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플렉서블 기판(110)은 비교적 높은 표면경도 및 접착강도를 가진다. 이때, 하면이 상면보다 높은 표면경도를 갖고, 상면이 하면보다 높은 접착강도를 가지며, 이러한 플렉서블 기판(110)은 다중층의 구조를 가지는데, 이에 대해 추후 상세히 설명한다.
보다 상세하게, 상기 플렉서블 기판(110) 상에는 반도체층(144)이 형성된다. 상기 반도체층(144)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(144)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 상기 반도체층(144) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음) 이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(144)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(144)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(144)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(144)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(144) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(146)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(146)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(146) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(150)이 반도체층(144)의 중앙에 대응하여 형성된다.
도 3a에서는, 게이트 절연막(146)이 플렉서블 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(146)은 게이트 전극(150)과 동일한 모양으로 패터닝될 수도 있다.
상기 게이트 전극(150) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(152)이 형성된다. 층간 절연막(152)은 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막(152)은 상기 반도체층(144)의 양측을 노출하는 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)을 갖는다. 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)은 게이트 전극(150)의 양측에 게이트 전극(150)과 이격되어 위치한다.
여기서, 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)은 게이트 절연막(146) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(146)이 게이트 전극(150)과 동일한 모양으로 패터닝될 경우, 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)은 층간 절연막(152) 내에만 형성될 수도 있다.
상기 층간 절연막(152) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(160)과 드레인 전극(162)이 형성된다.
소스 전극(160)과 드레인 전극(162)은 상기 게이트 전극(150)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 상기 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)을 통해 상기 반도체층(144)의 양측과 접촉한다.
상기 반도체층(144)과, 상기 게이트 전극(150), 상기 소스 전극(160), 상기 드레인 전극(162)은 상기 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 반도체층(144)의 상부에 상기 게이트 전극(150), 상기 소스 전극(160) 및 상기 드레인 전극(162)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다.
또한, 파워 배선이 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(162)을 노출하는 드레인 콘택홀(166)을 갖는 보호층(164)이 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
상기 보호층(164) 상에는 상기 드레인 콘택홀(166)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(162)에 연결되는 제1 전극(170)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 상기 제1 전극(170)은 애노드(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(170)은 인듐-틴-옥사이드 (indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드 (indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 표시패널(100)이 상부 발광 방식(top-emission type) 발광다이오드 표시패널인 경우, 상기 제1 전극(170) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사전극 또는 상기 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층(164) 상에는 상기 제1 전극(170)의 가장자리를 덮는 뱅크층(176)이 형성된다. 상기 뱅크층(176)은 상기 화소영역에 대응하여 상기 제1 전극(170)의 중앙을 노출한다.
상기 제1 전극(170) 상에는 발광층(172)이 형성된다. 상기 발광층(172)은 발광물질로 이루어지는 발광물질층(emitting material layer)의 단일층 구조일 수 있다. 이와 달리, 발광 효율을 높이기 위해, 상기 발광층(172)은 상기 제1 전극(170) 상에 순차 적층되는 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광물질층, 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다층 구조를 가질 수 있다.
여기서, 상기 발광물질층의 발광물질은 유기발광물질이나 양자 점(quantum dot)과 같은 무기발광물질일 수 있다.
상기 발광층(172)이 형성된 상기 플렉서블 기판(110) 상부로 제2 전극(174)이 형성된다. 상기 제2 전극(174)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(174)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(170), 상기 발광층(172) 및 상기 제2 전극(174)은 발광다이오드(D)를 이룬다.
상기 제2 전극(174) 상에는, 외부 수분이 상기 발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 180)이 형성된다. 상기 인캡슐레이션 필름(180)은 제1 무기 절연층(182)과, 유기 절연층(184)과 제2 무기 절연층(186)의 적층 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 인캡슐레이션 필름(180) 상에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시패널(100)은 액정 표시패널일 수 있다.
즉, 표시패널(100)은, 서로 마주하는 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250)과, 상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250) 사이에 상기 소자층(120)으로, 박막트랜지스터(Tr)와 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 액정 커패시터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250) 중 적어도 하나, 일례로, 제1 플렉서블 기판(110)은 비교적 높은 표면경도 및 접착강도를 가진다. 이때, 하면이 상면보다 높은 표면경도를 갖고, 상면이 하면보다 높은 접착강도를 가지며, 이러한 제1 플렉서블 기판(110)은 다중층의 구조를 가지는데, 이에 대해 추후 상세히 설명한다.
상기 제1 플렉서블 기판(110) 상에는 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 즉, 상기 제1 플렉서블 기판(110) 상에는 게이트 전극(222)이 형성되고, 상기 게이트 전극(222)을 덮으며 게이트 절연막(224)이 형성된다. 또한, 상기 제1 플렉서블 기판(110) 상에는 상기 게이트 전극(222)과 연결되는 게이트 배선(도시하지 않음)이 형성된다.
상기 게이트 절연막(224) 상에는 반도체층(226)이 상기 게이트 전극(222)에 대응하여 형성된다. 상기 반도체층(226)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 반도체층(226)은 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층을 포함할 수 있다.
상기 반도체층(226) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(230)과 드레인 전극(232)이 형성된다. 또한, 상기 소스 전극(230)과 연결되는 데이터 배선(도시하지 않음)이 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된다.
상기 게이트 전극(222), 상기 반도체층(226), 상기 소스 전극(230) 및 상기 드레인 전극(232)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다.
상기 박막트랜지스터(Tr) 상에는, 상기 드레인 전극(232)을 노출하는 드레인 콘택홀(236)을 갖는 보호층(234)이 형성된다.
상기 보호층(234) 상에는, 상기 드레인 콘택홀(236)을 통해 상기 드레인 전극(232)에 연결되는 화소 전극(240)과, 상기 화소 전극(240)과 교대로 배열되는 공통 전극(242)이 형성된다.
상기 제2 플렉서블 기판(250) 상에는 상기 박막트랜지스터(Tr)와 상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선 등 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스(254)가 형성된다. 또한, 화소영역에 대응하여 컬러필터층(256)이 형성된다. 상기 블랙매트릭스(254)는 생략될 수 있다.
상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250)은 액정층(260)을 사이에 두고 합착되며, 상기 화소 전극(240)과 상기 공통 전극(242) 사이에서 발생되는 전기장에 의해 상기 액정층(260)의 액정분자(262)가 구동된다. 상기 화소 전극(240)과 상기 공통 전극(242) 및 상기 액정층(260)은 액정 커패시터를 이루며, 상기 액정 커패시터는 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다.
도시하지 않았으나, 상기 액정층(260)과 접하여 상기 제1 및 플렉서블 제2 기판(110, 250) 각각의 상부에는 배향막이 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(210, 250) 각각의 외측에는 서로 수직한 투과축을 갖는 편광판이 부착될 수 있고, 상기 제1 플렉서블 기판(210) 하부에 빛을 공급하는 플렉서블 타입 백라이트 유닛이 위치할 수 있다.
여기서, 상기 공통 전극(242)은 상기 제1 플렉서블 기판(110) 상부에 상기 화소 전극(240)과 교대로 배열되는데, 상기 공통 전극은 상기 제2 플렉서블 기판(250) 전면에 형성되고, 상기 화소 전극(240)은 상기 화소영역에 판 형태로 형성될 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 커버 윈도우(130)는 상기 표시패널(100) 상부에 위치한다. 예를 들어, 상기 커버 윈도우(130)는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 접착층(도시하지 않음)을 이용하여 상기 표시패널(100)에 부착될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 플렉서블 기판(110)은 비교적 높은 표면경도 및 접착강도를 가진다. 이때, 본 발명의 플렉서블 기판(110)은 하면이 상면보다 높은 표면경도를 갖고, 상면이 하면보다 높은 접착강도를 가진다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치는 백 플레이트를 포함하지 않는다. 이때, 상기 플렉서블 기판(110) 하면의 표면경도는 3H 이상일 수 있으며, 상기 플렉서블 기판(110) 상면의 접착강도는 0.7 N/cm 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 플렉서블 기판(110)은 비교적 낮은 수분투과율(water vapor transmission rate: WVTR)을 가진다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치는 플렉서블 기판(110)과 소자층(120) 사이에 별도의 버퍼층을 포함하지 않는다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판(110)은 제1 기재층(112)과, 상기 제1 기재층(112)의 제1 면, 즉, 하면의 제2 기재층(114), 그리고 상기 제1 기재층(112)의 제2 면, 즉, 상면의 제3 기재층(116)을 포함한다.
상기 제1 기재층(112)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 일례로, 상기 제1 기재층(112)은 폴리이미드(polyimide)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
다음, 상기 제2 및 제3 기재층(114, 116)의 각각은 실란(silane) 화합물과 실록산(siloxane) 화합물로 이루어진다. 이때, 상기 제2 및 제3 기재층(114, 116)은 실란 화합물과 실록산 화합물의 함량이 서로 다르다.
보다 상세하게, 상기 제2 기재층(114)은 실록산 화합물의 함량이 실란 화합물의 함량보다 크고, 상기 제3 기재층(116)은 실록산 화합물의 함량이 실란 화합물보다 작거나 같다. 즉, 상기 제3 기재층(116)은 실란 화합물의 함량이 실록산 화합물의 함량보다 크거나 같다. 이에 따라, 상기 제2 기재층(114)의 실록산 화합물의 함량은 상기 제3 기재층(116)의 실록산 화합물의 함량보다 크고, 상기 제3 기재층(116)의 실란 화합물의 함량은 상기 제2 기재층(114)의 실란 화합물의 함량보다 크다.
여기서, 제2 기재층(114)은 실록산 화합물의 함량이 70 내지 90 wt%이고, 실란 화합물의 함량이 10 내지 30 wt%인 것이 바람직하며, 제3 기재층(116)은 실록산 화합물의 함량이 10 내지 50 wt%이고, 실란 화합물의 함량이 50 내지 90 wt%인 것이 바람직하다.
일례로, 상기 실록산 화합물은 하기의 화학식1로 표시되는 폴리실록산(polysiloxane)일 수 있다.
화학식1
Figure 112017121159359-pat00006
여기서, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기일 수 있고, n은 1 내지 30일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 실란 화합물은 하기의 화학식2로 표시되는 메톡시실란(methoxysilane)이거나, 하기의 화학식3으로 표시되는 이소-부틸실란(iso-butysilane), 하기의 화학식4로 표시되는 아미노실란(aminosilane), 또는 하기의 화학식5로 표시되는 n-옥틸실란(n-octylsilane)일 수 있다.
화학식2
Figure 112017121159359-pat00007
화학식3
Figure 112017121159359-pat00008
화학식4
Figure 112017121159359-pat00009
화학식5
Figure 112017121159359-pat00010
여기서, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판(110)에서, 상기 제2 기재층(114)은 상기 제3 기재층(116)보다 높은 표면경도를 갖고, 상기 제3 기재층(116)은 상기 제2 기재층(114)보다 높은 접착강도를 가진다.
상기 제2 기재층(114)의 표면경도는 3H와 같거나 클 수 있다. 이러한 제2 기재층(114)의 표면경도는 2H 이하인 종래 백 플레이트(도 1의 20)의 표면경도에 비해 높기 때문에, 백 플레이트를 생략하여 플렉서블 표시장치의 두께를 감소시키고 유연성을 증가시킬 수 있으며, 내스크래치 특성을 향상시킬 수 있다.
일례로, 본 발명의 플렉서블 기판(110)은 15 내지 50 ㎛의 두께를 가지며, 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 제3 기재층(116)의 접착강도, 보다 상세하게는, 무기막에 대한 접착강도는 0.7 N/cm 이상일 수 있으며, 바람직하게, 상기 제3 기재층(116)의 접착강도는 0.74 내지 2.0 N/cm일 수 있다. 여기서, 무기막은 비정질 실리콘막일 수 있다. 이러한 제3 기재층(116)은 실란계 화합물이 유무기 커플링제 역할을 함으로써, 플렉서블 기판(110) 상부에 형성되는 무기막과의 계면 접착력을 향상시켜, 소자층(도 2의 120)의 형성을 가능하게 한다.
한편, 제2 기재층(114)의 접착강도는 0.07 N/cm 보다 크며, 바람직하게는, 0.08 내지 0.45 N/cm일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.3 내지 0.4 N/cm일 수 있다. 반면, 비교예로 어떠한 첨가제도 포함하지 않는 폴리이미드로 이루어진 플렉서블 기판은 0.05 내지 0.07 N/cm의 접착강도를 가지며, 접착력 향상을 위한 첨가제로 접착 촉진제(adhesion promoter)를 포함한 폴리이미드로 이루어진 플렉서블 기판은 0.15 내지 0.2 N/cm의 접착강도를 가진다.
따라서, 본 발명의 플렉서블 기판(110)은, 표시패널(100)의 제조 과정에서, 첨가제를 추가하지 않더라도 캐리어 기판으로부터 플렉서블 기판(110)의 박리를 방지할 수 있다.
한편, 이러한 제2 및 제3 기재층(114, 116)을 포함하는 플렉서블 기판(110)은 비교적 낮은 수분투과율을 가지며, 비교적 큰 접촉각, 즉, 액체에 대한 접촉각을 가진다.
보다 상세하게, 본 발명의 플렉서블 기판(110)의 수분투과율은 약 10-4 g/m2·day로, 약 101 g/m2·day인 종래 백 플레이트(도 1의 20)의 수분투과율 및 약 10-3 g/m2·day인 종래 버퍼층을 포함하는 플렉서블 기판의 수분투과율에 비해 낮다. 이에 따라, 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화할 수 있으며, 버퍼층에 비해 수분 차단 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 플렉서블 기판(110)의 접촉각은 100 내지 110도로, 50 내지 53도인 종래 버퍼층을 포함하지 않는 플렉서블 기판의 접촉각 및 25 내지 30도인 종래 버퍼층을 포함하는 플렉서블 기판의 접촉각에 비해 크다. 이에 따라, 본 발명의 플렉서블 기판(110)은 종래의 플렉서블 기판에 비해 수분이나 이물에 의한 오염을 줄여, 내오염성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판(110)은 상기 제2 및 제3 기재층(114, 116)이 비교적 높은 표면경도 및 접착강도를 가지며, 비교적 낮은 수분투과율을 가진다. 이에 따라, 백 플레이트를 생략하여 플렉서블 표시장치의 두께를 감소시키고 유연성을 증가시킬 수 있으며, 내스크래치 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화할 수 있으며, 제조 공정 중 플렉서블 기판(110)과 캐리어 기판의 박리를 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판을 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조 과정에 대해 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 캐리어 기판(310) 상에 희생층(320)을 형성한다. 여기서, 상기 희생층(320)은 무기막으로, 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 일례로, 상기 희생층(320)은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 캐리어 기판(310)은 유리로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 희생층(320) 상부에 제1, 제2, 제3 기재층(112, 114, 116)을 포함하는 플렉서블 기판(110)을 형성한다.
보다 상세하게, 상기 희생층(320) 상부에 실록산 화합물과 실란 화합물을 포함하는 수지를 코팅한 후, 이를 경화하여 제2 기재층(114)을 형성한다. 여기서, 실록산 화합물의 함량이 실란 화합물의 함량보다 크다.
이어, 제2 기재층(114) 상부에 폴리이미드 수지를 코팅한 후, 이를 경화하여 제1 기재층(112)을 형성한다.
다음, 제1 기재층(112) 상부에 실록산 화합물과 실란 화합물을 포함하는 수지를 코팅한 후, 이를 경화하여 제3 기재층(116)을 형성한다. 여기서, 실란 화합물의 함량이 실록산 화합물의 함량보다 크거나 같다.
다음, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 플렉서블 기판(110)의 제3 기재층(116) 상부에 소자층(120)을 형성한다. 소자층(120)은 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 발광다이오드 또는 액정 캐패시터를 포함한다.
이때, 상기 제2 기재층(114)은 무기막에 대한 접착강도가 0.08 내지 0.45 N/cm로, 소자층(120) 형성 공정에서 플렉서블 기판(110)이 희생층(320)으로부터 박리(peel off)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제3 기재층(116)은 무기막에 대한 접착강도가 0.74 내지 2.0 N/cm로, 상부에 소자층(120)의 형성을 가능하게 한다.
다음, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 캐리어 기판(310)의 배면에서 레이저를 조사하여, 상기 희생층(320)의 결정성을 변화시킨다. 이에 따라, 상기 소자층(120)이 형성된 상기 플렉서블 기판(110)을 상기 캐리어 기판(310) 상부의 희생층(320)으로부터 분리시킨다.
따라서, 도 5e에 도시한 바와 같이, 플렉서블 기판(110)과 소자층(120)으로 이루어진 표시패널을 제작한다. 이어, 상기 소자층(120) 상부에 커버 윈도우(도 2의 130)를 부착하여 플렉서블 표시장치를 완성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판(110)을 포함하는 플렉서블 표시장치는 백 플레이트를 생략하여 두께를 감소시키고, 유연성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 라미네이션 공정이 필요하지 않으므로, 면적 제한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화 할 수 있으며, 첨가제를 포함하지 않으면서도 희생층(320)과의 접착력을 향상시킬 수 있어, 제조 공정 중 플렉서블 기판(110)과 캐리어 기판(310)의 박리를 막을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표시패널 110: 플렉서블 기판
112: 제1 기재층 114: 제2 기재층
116: 제3 기재층 120: 소자층
130: 커버 윈도우

Claims (12)

  1. 제1 기재층과;
    상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층; 그리고
    상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층
    을 포함하며,
    상기 제2 기재층의 표면경도는 상기 제3 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제3 기재층의 접착강도는 상기 제2 기재층의 접착강도보다 높으며,
    상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물로 이루어지고,
    상기 실록산 화합물은 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 포함하며,
    화학식1
    Figure 112022059542014-pat00026

    R은 수소, 메틸기 또는 에틸기고, n은 2 내지 30이며,
    상기 실란 화합물은 하기의 화학식2 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하며,
    화학식2
    Figure 112022059542014-pat00027

    화학식3
    Figure 112022059542014-pat00028

    화학식4
    Figure 112022059542014-pat00029

    화학식5
    Figure 112022059542014-pat00030
    ,
    R은 수소, 메틸기 또는 에틸기인 플렉서블 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층은 상기 제2 기재층과 상기 제3 기재층 사이에 위치하는 플렉서블 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기재층과 상기 제3 기재층은 상기 실란 화합물과 상기 실록산 화합물의 함량이 서로 다른 플렉서블 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 제3 기재층보다 크고, 상기 실란 화합물의 함량이 상기 제3 기재층보다 작은 플렉서블 기판.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 실란 화합물의 함량보다 크고, 상기 제3 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 실란 화합물보다 작거나 같은 플렉서블 기판.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 기재층은 70 내지 90 wt%의 실록산 화합물과 10 내지 30 wt%의 실란 화합물을 포함하고, 상기 제3 기재층은 10 내지 50 wt%의 실록산 화합물과 50 내지 90 wt%의 실란 화합물을 포함하는 플렉서블 기판.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층은 폴리이미드로 이루어지는 플렉서블 기판.
  9. 제1 기재층과, 상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층, 그리고 상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층을 포함하는 플렉서블 기판과;
    상기 플렉서블 기판 상의 박막트랜지스터; 그리고
    상기 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터
    를 포함하고,
    상기 제2 기재층의 표면경도는 상기 제3 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제3 기재층의 접착강도는 상기 제2 기재층의 접착강도보다 높으며,
    상기 제1 기재층과 상기 제3 기재층은 상기 제2 기재층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치하고, 상기 제3 기재층은 상기 제1 기재층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치하는 플렉서블 표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물로 이루어지고,
    상기 실록산 화합물은 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 포함하며,
    화학식1
    Figure 112022059542014-pat00031

    R은 수소, 메틸기 또는 에틸기고, n은 2 내지 30이며,
    상기 실란 화합물은 하기의 화학식2 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하며,
    화학식2
    Figure 112022059542014-pat00032

    화학식3
    Figure 112022059542014-pat00033

    화학식4
    Figure 112022059542014-pat00034

    화학식5
    Figure 112022059542014-pat00035
    ,
    R은 수소, 메틸기 또는 에틸기인 플렉서블 표시장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물로 이루어지고, 상기 제2 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 제3 기재층보다 크고, 상기 실란 화합물의 함량이 상기 제3 기재층보다 작은 플렉서블 표시장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극, 그리고 드레인 전극을 포함하며, 상기 반도체층과 상기 게이트 전극의 적어도 하나는 상기 제3 기재층과 직접 접촉하는 플렉서블 표시장치.
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