KR102564206B1 - 표면에너지 조절층을 이용한 플렉서블 금속 필름의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면에너지 조절층을 이용한 플렉서블 금속 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 롤투롤(Roll to Roll)로 이송되는 플렉서블 모기판 상에 표면에너지 조절층을 형성하는 단계; 이송되는 상기 표면에너지 조절층 상에 금속 필름을 형성하는 단계; 및 상기 플렉서블 모기판으로부터 상기 금속 필름을 분리하는 단계를 포함하는 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 표면에너지 조절층을 이용한 플렉서블 금속 필름의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉서블 모기판의 표면 조도를 전사하여 양산성을 향상시키고 표면에너지 조절층을 이용하여 플렉서블 모기판과의 접착력 및 안정적인 분리를 가능하게 하는 플렉서블 금속 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 멀티미디어의 발달과 함께 유연성 전자소자의 중요성이 증대되고 있다. 이에 따라, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로프로세서(microprocessor), 램(Random access memory: RAM), 태양전지 (Solar cell) 등을 유연성이 있는 기판상에 만드는 것이 요구되고 있다. 이 중에서도, 플렉서블 디스플레이 구현 가능성이 가장 높고 특성 또한 가장 좋은 액티브 매트릭스 유기 발광다이오드(Active matrix OLED: AMOLED)를 기존에 개발된 폴리실리콘 TFT 공정을 그대로 사용하면서 높은 수율로 만들 수 있는 기술의 개발이 중요하게 대두되고 있다. 한편, 플렉서블 기판을 이용한 전자소자 제조 방법과 관련하여서는 크게 플라스틱 기판상에 직접 제조하는 방안, 트랜스퍼 공정을 이용한 방안, 및 금속 기판상에 직접 제조하는 방안의 크게 3가지 방안이 제안되고 있다.
먼저, 플라스틱 기판상에 전자소자를 직접 제조하는 방안과 관련하여, 특허문헌 1(대한민국 공개특허공보 제2009-0114195호)에는 유리 기판상에 고분자 물질로 이루어진 가요성 기판을 접착한 후 전자 소자를 만든 후에 유리 기판으로부터 분리하는 방법이 개시되어 있고, 특허문헌 2(대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호)에는 유리 기판 상에 스핀 온(spin on) 방법으로 플라스틱을 코팅한 후 전자 소자를 만든 후에 유리 기판으로부터 분리하여 플렉서블 전자소자 제작하는 방법이 개시되어 있다.
그런데 특허문헌 1 및 2에 개시된 기술은 기판이 플라스틱으로 이루어져 있기 때문에 공정 가능 온도가 100 ~ 350℃인데, 상기한 AMOLED, RAM, 마이크로프로세서 등의 제작에 있어서는 실리콘의 결정화 온도인 450℃ 이상에서 열처리하는 공정이 필수적이므로 플라스틱 기판으로는 상기 소자를 제작할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 제조과정에 있어서 Si이나 SiO2, SiN와 같은 무기물 반도체 및 절연체와 기판인 플라스틱과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 균열, 박리 등의 결함이 발생하여 수율이 저하되는 문제점도 있다. 수분에 취약한 유기물 반도체용 기판으로 사용하는 경우에는 별도의 수분침투 방지층을 형성해야 한다. 또한, 대면적 조명용 유기발광소자용 기판으로 사용시 조명 전체에서 나오는 열을 발산하지 못해 유기전자소자의 수명이 저하되므로 별도의 방열층을 사용해야한다. 또한, 트랜스퍼 공정공정을 이용하는 방법과 관련하여, 특허문헌 3(대한민국 공개특허공보 제2004-0097228호)에는 유리 기판상에 분리층, 박막 디바이스, 접착층, 임시 기판을 순서대로 형성한 후 분리층에 레이저와 같은 광을 조사하여 유리기판과 피전사층을 분리하는 방법이 개시되어 있다. 그런데 트랜스퍼 공정의 경우 박막 디바이스 두께가 얇아서 상부에 임시 기판을 붙여 소자를 만들고 나중에 임시 기판을 다시 제거하는 더블 트랜스퍼 공정이 필수적이다. 이 방법은 박막 디바이스 위에 임시 기판을 붙였다 제거하므로 계면 결합력이 약하고 수분이나 솔벤트에 취약한 OLED와 같은 유기 전자 소자에는 적용이 불가능한 단점이 있다. 또한 유리 기판 및 임시 기판의 접착 및 제거 과정에서 얇은 두께의 박막 디바이스의 균열, 이물질 혼입 등의 결함이 나타나 수율이 낮아지는 문제점도 있다. 또한, 금속기판을 사용하는 공정과 관련하여, 특허문헌 4(대한민국 공개특허공보 제2008-0024037호)에는, 금속 기판상에 유리 성분을 포함하는 버퍼막을 통해 표면거칠기를 낮추어 생산수율이 높은 플렉서블 전자 소자를 제공하는 방법이 개시되어 있고, 특허문헌 5(대한민국 공개특허공보 제2009-0123164호)에는 금속 기판상의 양각형 패턴을 연마를 통해 제거하여 수율을 향상시키는 방법이 개시되어 있으며, 특허문헌 6(대한민국 공개 특허공보 제2008-0065210호)에는 유리 기판상에 박리층 및 금속막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그런데, 플렉서블 전자소자에 사용되는 15 ~ 150 ㎛ 두께의 후막 금속기판은 그 제조 방법상 수백nm 이상의 표면거칠기를 갖게 된다. 예를 들어, 압연을 통해 제작된 금속 후막의 경우 압연흔이 존재하며, 유리 기판상에 증착을 통해 형성된 금속 후막의 경우 두께가 두꺼워짐에 따라 표면거칠기가 비례하여 증가하기 때문에, 증착방법 및 조건에 따라 변하므로 낮은 표면거칠기를 갖도록 플렉서블 금속 기판을 제작하는데 문제점이 있다. 이에 따라, 종래 금속 기판을 사용할 때는 금속 기판상의 표면거칠기를 낮추기 위해 고분자 계열을 평탄화 층을 금속 기판상에 도포하거나 연마 공정을 행하는 것이 필수적이었다. 그런데 고분자계열을 사용하여 표면거칠기를 낮추는 경우는 상기 플라스틱기판 공정과 동일하게 고온 공정을 사용할 수 없는 문제점이 발생하게 되고, 연마 공정의 경우 단결정 Si기판을 사용하는 고가의 마이크로프로세서나 RAM을 제작하는 경우에는 적합하나, 상대적으로 저가, 대면적이 요구되는 플렉서블 전자소자에 적용함에 있어서는 경제성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라스틱이나 폴리머 기반의 플렉서블 모기판의 표면조도를 그대로 전사하여 플렉서블 금속 필름의 양산성을 향상시키는 표면에너지 조절층을 이용한 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 플라스틱이나 폴리머 기반의 낮은 표면 에너지를 갖는 플렉서블 모기판 상에 표면에너지 조절층을 형성하여 플렉서블 금속 필름의 접착력을 조절하고 플렉서블 모기판으로부터 안정적으로 분리하는 표면에너지 조절층을 이용한 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 롤투롤(Roll to Roll)로 이송되는 플렉서블 모기판 상에 표면에너지 조절층을 형성하는 단계; 이송되는 상기 표면에너지 조절층 상에 금속 필름을 형성하는 단계; 및 상기 플렉서블 모기판으로부터 상기 금속 필름을 분리하는 단계를 포함하는 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 롤투롤(roll to roll)로 이송되는 플렉서블 모기판 상에 보호층을 형성하는 단계; 이송되는 상기 보호층 상에 표면에너지 조절층을 형성하는 단계; 이송되는 상기 표면에너지 조절층 상에 금속 필름을 형성하는 단계; 및 상기 보호층으로부터 상기 표면에너지 조절층 및 상기 금속 필름을 분리하는 단계를 포함하는 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 플렉서블 모기판이 적용된 롤투롤 공정을 사용하므로, 플렉서블 금속 필름을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
본 발명은 표면 스크래치나 파티클이 없는 플렉서블 모기판이 롤투롤 공정을 통하여 연속적으로 공급되므로 모기판의 청정도 및 평탄도를 항상 유지할 수 있으며, 기판 생산 공정의 중단 없이 플렉서블 금속 필름을 떼어낸 모기판을 세척을 통해 반복 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 배치 타입 공정(batch type process)과 같이 유리 등의 직사각형 기판을 사용하는 방법 또는 롤 형상 모기판을 (rollshaped mother substrate)사용하는 방법에 비하여, 본 발명에서와 같이 롤투롤 공정을 통하여 공급되는 플렉서블 모기판상에 플렉서블 기판을 형성하면, 기판을 형성하는 면적을 크게 증가시킬 수 있어 경제성이나 생산성이 크게 증가하는 장점이 있다.
본 발명은 플라스틱이나 폴리머와 같은 낮은 표면에너지를 가지고 있는 플렉서블 모기판과 금속 필름과의 접착력을 조절할 수 있으며, 롤투롤 공정과 같은 연속 공정에서 안정적인 접착력을 가질 수 있으며, 최종적으로 물리적으로 박리할 수 있는 접착력을 조절할 수 있어서, 생산성이 크게 증가하는 장점이 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면에너지 조절층 형성 시의 스퍼터링 조건에 따른 박리전의 금속필름 후막면과 박리후의 금속필름 박리면에 대한 결과이다.
도 6 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면에너지 조절층의 표면에너지 변화를 보여주는 접촉각 (Contact angle) 실험 결과이다.
도 7 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면에너지 조절층의 접착력 변화를 보여주는 스크래치 (Scratch test) 실험 결과이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면에너지 조절층 형성 시의 스퍼터링 조건에 따른 박리전의 금속필름 후막면과 박리후의 금속필름 박리면에 대한 결과이다.
도 6 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면에너지 조절층의 표면에너지 변화를 보여주는 접촉각 (Contact angle) 실험 결과이다.
도 7 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면에너지 조절층의 접착력 변화를 보여주는 스크래치 (Scratch test) 실험 결과이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다.
<제1 실시예>
도 1 내지 도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법은 플렉서블 모기판을 클리닝하는 단계(S100), 롤투롤(Roll to Roll)로 이송되는 플렉서블 모기판 상에 표면에너지 조절층을 형성하는 단계(S200), 이송되는 표면에너지 조절층 상에 금속 필름을 형성하는 단계(S300) 및 플렉서블 모기판으로부터 금속 필름을 분리하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예는 롤투롤(Roll To Roll) 공정을 이용하여 구현될 수 있다. 롤투롤 공정을 사용할 경우 플렉서블 금속 필름(300)을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
단계 S100에서는, 롤 필름, 즉 플렉서블한 재질을 갖는 플렉서블 모기판(100)이 권취되어 있는 모기판 공급롤(10)을 회전시켜 플렉서블 모기판(100)을 인출하고, 클리닝 장치(20)를 이용하여 인출된 플렉서블 모기판(100)을 클리닝할 수 있다. 여기서, 플렉서블 모기판(100)을 클리닝하는 것은 금속 필름(300)이 형성될 플렉서블 모기판(100)의 표면에 잔존하는 먼지나 유기물들을 제거하기 위해서이다.
플렉서블 모기판(100)은 폴리에스테르(Polyester), 폴리에스테르(Polyester)를 포함하는 공중합체, 폴리이미드(Polyimide), 폴리이미드(Polyimide)를 포함하는 공중합체, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 포함하는 공중합체, 폴리스티렌(polystyrene), 폴리스티렌(polystyrene)을 포함하는 공중합체, 폴리설파이트(polysulfate), 폴리설파이트(polysulfate)를 포함하는 공중합체, 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리아믹산(polyamic acid)을 포함하는 공중합체, 폴리아민(polyamine), 폴리아민(polyamine)을 포함하는 공중합체, 폴리비닐 알콜(Polyvinylalcohol), 폴리 알릴아민(Polyallyamine) 및 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 플렉서블 모기판(100)은 AMF(Atomic Force Microscope)을 이용하여 약 10㎛ × 약 10㎛의 스캔 범위로 관측할 때 표면 거칠기가 0 < Rms < 3㎚ 또는 0 < Rp-v < 30㎚이고, 약 50㎛의 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 플렉서블 모기판(100)의 두께는 기판의 유연성을 고려하면 약 1㎛ 이상 내지 약 5,000 ㎛이하일 수 있으며 플렉서블 모기판의 두께는 플렉서블 모기판의 이송 속도에 따른 기계적 강도 및 플렉서블 기판 제작, 전자소자 제작시 사용되는 이송, 권취롤의 크기에 따라 변할 수 있다.
단계 S200에서는, 클리닝된 플렉서블 모기판(100)에 표면에너지 조절층(200)을 형성할 수 있다. 표면에너지 조절층(200)은 모기판 공급롤(10)을 통해 평탄하게 공급되는 플렉서블 모기판(100) 상에 형성될 수 있다.
구체적으로, 단계 S200은 플렉서블 모기판(100) 상에 금속으로 시드층을 형성하는 단계 및 시드층에 산소를 공급하여 시드층을 산화시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 시드층은 전자선 증착법, 열 증착법, 스퍼터 증착법, 화학기상 증착법, 전기 도금법 및 무전해 도금법 중 하나로 형성할 수 있다. 또한, 시드층의 산화는 상온 및 진공 분위기에서 이루어지며, 산소의 분압을 조절하여 시드층의 산화량을 조절할 수 있다. 이때, 제1 챔버(30)가 설정된 진공 분위기를 유지하도록 제1 챔버(30) 주변에 복수의 서브 챔버를 배치하고, 서브 챔버들에서 단계적으로 진공도를 높일 수 있다. 이는, 제1 챔버(30)로만 진공 분위기를 유지하기 어렵기 때문에 서브 챔버들을 이용하여 서서히 진공도를 높이기 위함이다.
예를 들면, 제1 챔버(30)를 경유하는 플렉서블 모기판(100) 상에 스퍼터 증착법으로 제1 소스(32)의 제1 금속(M1)(Ti)을 증착하여 약 50㎚의 Ti 로 이루어진 시드층을 형성할 수 있다. 이때, 제1 챔버(30)의 가스 분위기는 Ar 25 cm3/min 를 기본 분위기로 고정하고, 제1 챔버(30)에 O2를 소량 첨가하여 순화시킨다. 실험을 통해 관찰한 결과, O2를 첨가하지 않을 경우에는 표면에너지 조절층(200)이 박리되지 않으며, 약 1 cm3/min 이상으로 O2 를 첨가할 경우에는 접착력이 낮아 전기 도금 방식으로 금속 필름(300)을 형성할 때 공정 도중 불완전 박리가 될 수 있다. 산화된 표면에너지 조절층(200)은 금속 필름(300)이 안정적으로 박리될 수 있도록 플렉서블 모기판(100)과의 접착력을 저하시키도록 표면에너지를 조절할 수 있다.
이러한, 표면에너지 조절층(200)은 Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, Os을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 형성할 수 있다.
한편, 모기판 공급롤(10)의 회전속도 즉, 플렉서블 모기판(100)의 공급속도는 표면에너지 조절층(200)을 플렉서블 모기판(100) 상에 형성하기 위해 필요한 시간을 고려하여 결정될 수 있다. 매우 낮은 표면 거칠기를 갖고 반복 사용할 수 있는 플렉서블 모기판(100)에 표면에너지 조절층(200)을 형성한 후, 플렉서블 모기판(100)으로부터 표면에너지 조절층(200)을 분리하면, 표면에너지 조절층(200)의 분리면은 플렉서블 모기판(100)의 표면 상태와 거의 유사한 표면 상태를 얻을 수 있다.
단계 S300에서는 표면에너지 조절층(200) 상에 금속 필름(300)을 형성할 수 있다. 금속 필름(300)은 모기판 공급롤(10)을 통해 평탄하게 공급되는 표면에너지 조절층(200) 상에 형성될 수 있다.
여기서, 금속 필름(300)은 전자선 증착법, 열 증착법, 스퍼터 증착법, 화학기상 증착법, 전기 도금법 및 무전해 도금법 중 하나로 형성할 수 있다. 예를 들면, 제2 챔버(40)를 경유하는 표면에너지 조절층(200) 상에 제2 소스(42)의 제2 금속(M2)을 증착하여 금속 필름(300)을 형성할 수 있다.
이러한 금속 필름(300)은 Fe, Ag, Au, Pt, Cu, W, Al, Mo, Ni, Mg을 포함하여 전도성이 10 W/m·K 이상으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 그 합금을 포함할 수 있다.
단계 S400에서는, 플렉서블 모기판(100)으로부터 금속 필름(300)을 분리할 수 있다. 여기서, 플렉서블 모기판(100)과 금속 필름(300)을 분리하는 방법은 금속 필름(300)이 안정적으로 분리되는 방법이면 어떠한 방법이나 사용할 수 있다.
구체적으로, 플렉서블 모기판 인출롤(52)과 금속 필름 분리롤(54)을 이용하여 도 3에 도시된 바와 같이 플렉서블 모기판(100)으로부터 표면에너지 조절층(200) 및 금속 필름(300)을 박리(peel-off)하거나, 도 4에 도시된 바와 같이 플렉서블 모기판(100) 및 표면에너지 조절층(200)으로부터 금속 필름(300)을 박리할 수 있다. 여기서, 표면에너지 조절층(200)으로 인해 박리가 일어날 수 있는 계면은 상황에 따라 두 가지이며, 표면에너지 조절층(200)과 금속 필름(300)의 결합력이 플렉서블 모기판(100)과 표면에너지 조절층(200)의 결합력보다 큰 경우 플렉서블 모기판(100)과 표면에너지 조절층(200) 사이에서 박리가 발생하고, 플렉서블 모기판(100)과 표면에너지 조절층(200)의 결합력이 표면에너지 조절층(200)과 금속 필름(300)의 결합력보다 큰 경우 표면에너지 조절층(200)과 금속 필름(300) 사이에서 박리가 발생할 수 있다.
이후, 플렉서블 모기판(100)으로부터 분리된 표면에너지 조절층(200) 및 금속 필름(300)에서 표면에너지 조절층(200)을 식각할 수 있다.
또한, 금속 필름(300)과 분리된 후 플렉서블 모기판(100)은 플렉서블 모기판 권취롤(62)에 권취되고, 플렉서블 모기판(100)으로부터 분리된 표면에너지 조절층(200) 및 금속 필름(300)은 금속 필름 권취롤(64)에 권취될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 플렉서블 금속 필름의 박리면은 AMF을 이용하여 약 2㎛ × 약 2㎛의 스캔 범위로 관측할 때 표면 거칠기가 0 < Rms < 3㎚ 으로 형성될 수 있다.
한편, 도 5, 도6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 플렉서블 금속 필름은 산소 주입량에 따라 표면에너지 조절층의 산화 정도가 변화되어 표면에너지 조절층 상에 형성된 금속 필름의 표면 조도를 변화시킬 수 있다. 이에, 시드층을 산화시키는 과정에서 아르곤 대비 산소의 주입량을 25.00/0.00 초과 내지 25.00/1.00 이하의 범위로 설정할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따라 플렉서블 모기판(100)으로부터 분리된 금속 필름(300)은 분리전과의 측정 오차범위 이내의 표면 거칠기 변화만 보이며, 반복적인 생산 후에도 표면 거칠기의 변화를 보이지 않는다.
본 발명의 제1 실시예에서는 계면결합력이 플렉서블 모기판의 항복 강도보다 작게 되도록 조절하고, 물리적인 힘을 통해 플렉서블 모기판으로부터 금속 필름을 박리하였다. 물리적 박리 방법을 사용하는 경우 별도의 층이 필요 없으며, 단순한 방법으로 분리공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 롤 형상의 플렉서블 모기판을 사용하는 종래의 기술들의 경우, 플렉서블 모기판의 표면 거칠기는 1㎛ ~ 10㎛ 수준인 것에 반해, 산업적으로 요구되는 대면적 디스플레이, 조명, 태양전지 분야의 유기전자소자의 기판재는 10 nm 이하의 표면 조도가 유지되어야 한다. 따라서 본 발명에서 제시하는 기술을 사용하는 경우 플렉서블 모기판의 표면 거칠기에 따라 제작되어지는 금속 필름의 표면 조도가 결정되어지기 때문에 마스터 롤에 대한 의존도가 극히 미미하기 때문에 제작 단가를 낮출 수 있으며, 제품의 균일한 품질을 내기 쉬우며, 대량 및 대면적 생산에 적합할 수 있다.
<제2 실시예>
본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법에서는 제1 실시예와 달리 표면에너지 조절층을 형성하는 방법에 있어서 플렉서블 모기판에 산소 표면 처리를 수행하여 표면에너지 조절층의 산화 정도(산화량)를 조절하는 기술을 설명하고자 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 표면에너지 조절층을 형성하는 단계는 플렉서블 모기판에 산소 표면 처리를 수행하는 단계 및 플렉서블 모기판 상에 금속으로 시드층을 형성하고 시드층을 산화시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 산소 표면 처리를 수행하는 단계에서는, 산소 플라즈마, UV 조사 및 화학적 자기조립단분자막(self-assembled monolayer) 처리 중 하나로 플렉서블 모기판의 표면을 처리할 수 있다.
이때, 산소 표면 처리의 세기 및 시간에 따라 플렉서블 모기판의 표면에 형성되는 수산화기의 본딩 강도를 조절하고, 시드층의 산화 정도(산화량)을 조절할 수 있다.
<제3 실시예>
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법은 플렉서블 모기판을 클리닝하는 단계(S100), 롤투롤(roll to roll)로 이송되는 플렉서블 모기판 상에 보호층을 형성하는 단계(S150), 이송되는 보호층 상에 표면에너지 조절층을 형성하는 단계(S200), 이송되는 표면에너지 조절층 상에 금속 필름을 형성하는 단계(S300) 및 플렉서블 모기판으로부터 금속 필름을 분리하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예도 롤투롤(Roll To Roll) 공정을 이용하여 구현될 수 있다. 롤투롤 공정을 사용할 경우 플렉서블 금속 필름(300)을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
이하에서는 제2 실시예가 롤투롤(Roll To Roll) 공정을 이용한 경우를 예로 들어, 제1 실시예와 비교하여 제2 실시예가 갖는 특징적인 사항을 설명한다.
단계 S100에서는, 롤 필름, 즉 플렉서블한 재질을 갖는 플렉서블 모기판(100)이 권취되어 있는 모기판 공급롤(10)을 회전시켜 플렉서블 모기판(100)을 인출하고, 인출된 플렉서블 모기판(100)을 클리닝할 수 있다.
단계 S150에서는, 클리닝된 플렉서블 모기판(100)에 보호층(150)을 형성할 수 있다. 보호층(150)은 모기판 공급롤(10)을 통해 평탄하게 공급되는 플렉서블 모기판(100) 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 제3 챔버(25)를 경유하는 플렉서블 모기판(100) 상에 스퍼터 증착법으로 제3 소스(27)의 제3 금속(M3)을 증착하여 보호층(150)을 형성할 수 있다.
여기서, 보호층(150)은 내부식성을 갖는 금속이면 어떤 재료로 무방하나, 산화에 대해 저항성이 높은 Au 및 Pt 중 선택된 하나 이상의 물질로 약 10㎚ 이상 내지 약 100㎚ 이하의 두께로 형성할 수 있다.
단계 S200에서는, 보호층(150) 상에 표면에너지 조절층(200)을 형성할 수 있다. 이때, 단계 S200에서는 시드층을 형성하고 시드층에 산소를 공급하여 시드층을 산화시키거나, 보호층(150)에 산소 표면 처리를 수행한 후 시드층을 형성하여 시드층을 산화시킬 수 있다.
단계 S300에서는 표면에너지 조절층(200) 상에 금속 필름(300)을 형성할 수 있다. 금속 필름(300)은 모기판 공급롤(10)을 통해 평탄하게 공급되는 표면에너지 조절층(200) 상에 형성될 수 있다.
단계 S400에서는 플렉서블 모기판(100)으로부터 금속 필름(300)을 분리할 수 있다. 여기서, 플렉서블 모기판(100)과 금속 필름(300)을 분리하는 방법은 금속 필름(300)이 안정적으로 분리되는 방법이면 어떠한 방법이나 사용할 수 있다.
구체적으로, 플렉서블 모기판 인출롤(52)과 금속 필름 분리롤(54)을 이용하여 도 11에 도시된 바와 같이 플렉서블 모기판(100) 및 보호층(150)으로부터 표면에너지 조절층(200) 및 금속 필름(300)을 박리(peel-off)하거나, 도 12에 도시된 바와 같이 플렉서블 모기판(100), 보호층(150) 및 표면에너지 조절층(200)으로부터 금속 필름(300)을 박리할 수 있다. 여기서, 플렉서블 모기판(100) 및 보호층(150)으로부터 분리된 표면에너지 조절층(200) 및 금속 필름(300)에서 표면에너지 조절층(200)을 식각할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에서는 계면결합력이 플렉서블 모기판의 항복 강도보다 작게 되도록 조절하고, 물리적인 힘을 통해 플렉서블 모기판으로부터 금속 필름을 박리하였다. 물리적 박리 방법을 사용하는 경우 별도의 층이 필요 없으며, 단순한 방법으로 분리공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 금속 필름 제조 방법은 매우 낮은 표면 거칠기를 가지고 있고 반복 사용할 수 있는 플렉서블 모기판의 표면에 금속 필름을 형성한 후, 계면을 분리하면, 금속 필름의 박리된 표면은 플렉서블 모기판의 표면 상태와 거의 유사한 표면 상태를 얻을 수 잇기 때문에, 종래와 같이 표면거칠기를 낮추기 위한 고분자 도포가 필요 없어 고온 공정을 통한 고성능의 전자소자 구현을 할 수 있고, 고가의 연마 공정이나, 높은 결함 밀도로 인한 저수율 문제도 동시에 해결할 수 있어 경제성 향상에도 유리하다.
본 발명에 따른 플렉서블 금속 기판 제조 방법은 플렉서블 모기판이 적용된 롤투롤 공정을 사용하므로, 플렉서블 금속 필름을 롤에 감은 형태로 운반이 가능하며, 필요에 따라서는 기판의 생산, 이송, 전자소자 형성과 같은 공정이 연속적으로 이루어질 수 있어서, 높은 생산 속도 및 경제성을 갖는데 유리하다.
본 발명에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법은 표면 스크래치나 파티클이 없는 플렉서블 모기판이 롤투롤 공정을 통하여 연속적으로 공급되므로 모기판의 청정도 및 평탄도를 항상 유지할 수 있으며, 기판 생산 공정의 중단 없이 플렉서블 금속 필름을 떼어낸 모기판을 세척을 통해 반복 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 배치 타입 공정(batch type process)과 같이 유리 등의 직사각형 기판을 사용하는 방법 또는 롤 형상 모기판을 (rollshaped mother substrate)사용하는 방법에 비하여, 본 발명에서와 같이 롤투롤 공정을 통하여 공급되는 플렉서블 모기판상에 플렉서블 기판을 형성하면, 기판을 형성하는 면적을 크게 증가시킬 수 있어 경제성이나 생산성이 크게 증가하는 장점이 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 금속 필름의 제조 방법은 플라스틱이나 폴리머와 같은 낮은 표면에너지를 가지고 있는 플렉서블 모기판과 금속 필름과의 접착력을 조절할 수 있으며, 롤투롤 공정과 같은 연속 공정에서 안정적인 접착력을 가질 수 있으며, 최종적으로 물리적으로 박리할 수 있는 접착력을 조절할 수 있어서, 생산성이 크게 증가하는 장점이 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 금속 필름은 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로프로세서(microprocessor), 램(Random access memory: RAM), 태양전지 (Solar cell)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 전자소자에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100: 플렉서블 모기판
150: 보호층
200: 표면에너지 조절층
300: 금속 필름
150: 보호층
200: 표면에너지 조절층
300: 금속 필름
Claims (17)
- 롤투롤(Roll to Roll)로 이송되는 플렉서블 모기판 상에 표면에너지 조절층을 형성하는 단계;
이송되는 상기 표면에너지 조절층 상에 금속 필름을 형성하는 단계; 및
상기 플렉서블 모기판으로부터 상기 금속 필름을 분리하는 단계;를 포함하고,
상기 표면에너지 조절층을 형성하는 단계는, 금속으로 시드층을 형성한 후 상기 시드층에 산소를 공급하여 상기 시드층을 산화시키는 것이고,
상기 금속 필름을 분리하는 단계는, 상기 표면에너지 조절층과 금속필름을 상기 모기판으로부터 물리적으로 분리하거나, 상기 금속필름을 상기 표면에너지 조절층으로부터 물리적으로 분리하는 것이고,
상기 시드층에 산소를 공급할 때 아르곤과 산소의 혼합가스를 공급하고 아르곤에 대한 산소의 비율(아르곤/산소)이 25.00/0.00 초과 ~ 25.00/1.00 이하로 조절하여 산소 공급에 의해 상기 모기판의 표면조도 전사에 영향을 주지 않도록 하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
- 롤투롤(roll to roll)로 이송되는 플렉서블 모기판 상에 보호층을 형성하는 단계;
이송되는 상기 보호층 상에 표면에너지 조절층을 형성하는 단계;
이송되는 상기 표면에너지 조절층 상에 금속 필름을 형성하는 단계; 및
상기 보호층으로부터 상기 표면에너지 조절층 및 상기 금속 필름을 분리하는 단계;를 포함하고,
상기 표면에너지 조절층을 형성하는 단계는, 금속으로 시드층을 형성한 후 상기 시드층에 산소를 공급하여 상기 시드층을 산화시키는 것이고,
상기 금속 필름을 분리하는 단계는, 상기 표면에너지 조절층과 금속필름을 상기 보호층으로부터 물리적으로 분리하거나, 상기 금속필름을 상기 표면에너지 조절층으로부터 물리적으로 분리하는 것이고,
상기 시드층에 산소를 공급할 때 아르곤과 산소의 혼합가스를 공급하고 아르곤에 대한 산소의 비율(아르곤/산소)이 25.00/0.00 초과 ~ 25.00/1.00 이하로 조절하여 산소 공급에 의해 상기 모기판의 표면조도 전사에 영향을 주지 않도록 하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 표면에너지 조절층은 Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, Os을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 필름은 Fe, Ag, Au, Pt, Cu, W, Al, Mo, Ni, Mg을 포함하여 전도성이 10 W/m·K 이상으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 그 합금을 포함하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 표면에너지 조절층 또는 상기 금속 필름은 전자선 증착법, 열 증착법, 스퍼터 증착법, 화학기상 증착법, 전기 도금법 및 무전해 도금법 중 하나로 형성하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플렉서블 모기판은, 폴리에스테르(Polyester), 폴리에스테르(Polyester)를 포함하는 공중합체, 폴리이미드(Polyimide), 폴리이미드(Polyimide)를 포함하는 공중합체, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 포함하는 공중합체, 폴리스티렌(polystyrene), 폴리스티렌(polystyrene)을 포함하는 공중합체, 폴리설파이트(polysulfate), 폴리설파이트(polysulfate)를 포함하는 공중합체, 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리아믹산(polyamic acid)을 포함하는 공중합체, 폴리아민(polyamine), 폴리아민(polyamine)을 포함하는 공중합체, 폴리비닐 알콜(Polyvinylalcohol), 폴리 알릴아민(Polyallyamine) 및 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플렉서블 모기판을 클리닝하는 단계를 더 포함하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 모기판에 표면에너지 조절층이 부착된 경우, 상기 표면에너지 조절층을 식각하는 단계를 더 포함하는, 플렉서블 금속 필름의 제조방법.
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 보호층은 내부식성 금속을 포함하는, 플렉서블 금속 필름의 제조 방법.
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