KR102584458B1 - 필름 구조체 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

필름 구조체 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판부; 상기 기판부 상에 제공되며 빛을 출사하는 표시부; 및 상기 표시부를 커버하여 상기 표시부로 수분이 침투하는 것을 방지하는 봉지층을 포함하고, 상기 봉지층은 사슬 상에 극성 작용기를 포함하는 고분자층; 및 상기 고분자층의 두께 방향으로 침투된 무기 화합물을 포함하고, 상기 무기 화합물은 상기 고분자층의 사슬 상의 상기 극성 작용기와 결합하여 상기 고분자층의 사슬 사이에 제공되는, 표시 장치가 제공된다.

Description

필름 구조체 및 이를 포함하는 표시 장치{FILM AND DISPLY DEVICE COMPRISNG THEREOF}
본 발명은 필름 구조체 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
신축성 있고 유연한 전자 장치는 비틀림, 접힘, 굽힘, 압축 및 비평면 표면 특성으로 인해 차세대 웨어러블, 지능형 및 통합 전자 시스템으로 기대되고 있다. 최근 상용화된 접이식 전자 장치를 넘어 급성장하는 디스플레이 시장 수요의 패러다임은 초탄성 신축성 장치로 이동하고 있다. 이러한 신축성 장치에 대한 시장 예측은 에너지, 의료 및 군사 부문 애플리케이션에 대하여 2023년까지 미화 7 억 6,300 만 달러에 달한다.
이러한 수요를 충족시키기 위해 가혹한 변형을 견딜 수 있는 새로운 구성(예: 메쉬, 사문석, 물결 모양, 종이 접기 및 키리가미)을 가진 장치들이 개발되고 있다. 다만, 단순한 구부리거나 구르는 것에 비해 디스플레이를 늘리면 전면과 후면에 10배 더 많은 기계적 스트레스가 가해지고 쉽게 전기적 및 기계적 고장을 일으킬 수 있는데 이러한 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 장치의 개발은 아직 요원하다.
본 발명은 수분 침투 방지 효과가 뛰어나고, 가요성(Flexibility)이 우수하여 스트레칭 가능한 필름 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수분 침투 방지 효과가 뛰어나고 가요성이 우수한 필름 구조체를 포함하는 스트레칭 가능한 가요성 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판부; 상기 기판부 상에 제공되며 빛을 출사하는 표시부; 및 상기 표시부를 커버하여 상기 표시부로 수분이 침투하는 것을 방지하는 봉지층을 포함하고, 상기 봉지층은 사슬 상에 극성 작용기를 포함하는 고분자층; 및 상기 고분자층의 두께 방향으로 침투된 무기 화합물을 포함하고, 상기 무기 화합물은 상기 고분자층의 사슬 상의 상기 극성 작용기와 결합하여 상기 고분자층의 사슬 사이에 제공되는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 -O-(ether), -C(O)O-(ester), -C(O)NH-(amide), -OC(O)O-(carbonate), -OH(alcohol), -SH(thiol), -NH2(amine), -NHC(O)NH-(urea), -OC(O)NH-(urethane), 및 -C(O)NH-C(O)-(imide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 C=O 결합을 포함하고, 상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 C=O 결합과 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 하이드록시(-OH) 작용기를 포함하고, 상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 하이드록시(-OH) 작용기와 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 아민(-NH2) 작용기를 포함하고, 상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 아민(-NH2) 작용기와 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 싸이올(-SH) 작용기를 포함하고, 상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 싸이올(-SH) 작용기와 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표시부는 복수 개의 화소를 포함하고, 상기 봉지층은 상기 복수 개의 화소를 커버하되, 상기 무기 화합물은 상기 복수 개의 화소가 제공된 영역과 평면 상에서 중첩되도록 상기 봉지층 내에 제공되는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자층은 아크릴계 고분자, 에스터계 고분자, 카보네이트계 고분자, 이미드계 고분자, 에테르계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 봉지층은 복수 개의 분리된 세그먼트의 집합으로 제공되는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 봉지층은 10-6 g m-2 day-1 이하의 WVTR(water vapor transmission rate)을 나타내는, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판부는 상기 고분자층에 포함된 고분자와 다른 종류의 고분자를 포함하고, 상기 기판부에 포함되는 고분자는 -C-C-, -C=C-, -CF2-CF2-, 또는 -SiO-의 기능기 함량이 상기 극성 작용기 함량보다 많은, 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사슬 상에 극성 작용기를 포함하는 고분자층; 및 상기 고분자층의 두께 방향으로 침투된 무기 화합물을 포함하고, 상기 무기 화합물은 상기 고분자층의 사슬 상의 상기 극성 작용기와 결합하여 상기 고분자층의 사슬 사이에 제공되는, 필름 구조체가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자층은 아크릴계 고분자, 에스터계 고분자, 카보네이트계 고분자, 이미드계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 고분자층에 포함된 고분자의 종류에 따라 상기 무기 화합물의 상기 고분자층 침투 깊이가 다른, 필름 구조체가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신축 가능한 기판; 상기 기판 상에 제공되며 사슬 상에 극성 작용기를 포함하며 신축 가능한 고분자층; 및 상기 고분자층의 두께 방향으로 침투된 무기 화합물을 포함하고, 상기 무기 화합물은 상기 고분자층의 사슬 상의 상기 극성 작용기와 결합하여 상기 고분자층의 사슬 사이에 제공되고, 상기 기판은 -C-C-, -C=C-, -CF2-CF2-, 또는 -SiO-의 기능기 함량이 -O-(ether), -C(O)O-(ester), -C(O)NH-(amide), -OC(O)O-(carbonate), -OH(alcohol), -NH2(amine), -NHC(O)NH-(urea), -OC(O)NH-(urethane), 및 -C(O)NH-C(O)-(imide)로 이루어진 군에서 선택된 극성 작용기 함량보다 많은 고분자를 포함하는, 필름 구조체가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 준비하는 제1 단계; 상기 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 밀폐 챔버 내에 제공하고, 기설정된 압력의 무기 화합물 전구체 가스를 상기 밀폐 챔버 내에 제공하는 제2 단계; 및 상기 챔버 내의 상기 무기 화합물 전구체 가스를 퍼징하는 제3 단계; 기설정된 압력의 반응가스를 상기 밀폐 챔버 내에 제공하는 제4 단계; 및
상기 챔버 내의 상기 반응가스를 퍼징하는 제 5단계를 포함하고, 상기 제2 단계, 제3 단계, 제4 단계 및 상기 제5 단계는 적어도 1번 이상 반복되고, 상기 제1 고분자 필름은 아크릴계 고분자, 에스터계 고분자, 카보네이트계 고분자, 이미드계 고분자, 또는 에테르계 고분자이며, 상기 제2 고분자 필름은 상기 제1 고분자 필름과 상이한 고분자를 포함하고, 상기 제1 고분자 필름에 포함된 고분자 종류에 따라 상기 제2 단계, 제3 단계, 제4 단계 및 상기 제5 단계 반복 횟수, 상기 제2 단계에서 상기 무기 화합물 전구체 가스의 압력, 상기 제2 단계에서 상기 밀폐 챔버 내 온도를 제어하는, 상기 제4 단계에서 상기 반응가스의 압력, 상기 제4 단계에서 상기 밀폐 챔버 내 온도를 제어하는 필름 구조체 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가요성 및 수분 침투 방지 효과가 우수한 필름 구조체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 가요성 및 수분 침투 방지 효과가 우수한 필름 구조체를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있고, 표시 장치는 반복하여 스트레칭하여도 봉지층 박리 및 수분 침투 등의 문제가 없는 우수한 내구성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1에 따른 표시 장치의 내부 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 확대 단면도이다.
도 5는 도 4의 A1 영역을 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 확대 단면도이다.
도 7은 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 단면 TEM 이미지와 대응되는 EDS 맵이다.
도 8은 실시예에 따른 필름 구조체의 XRF 분석 결과 그래프이다.
도 9는 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 WVTR 측정을 위한 Ca 부식 시험 결과이다.
도 10 내지 도 15는 실시예에 따른 필름 구조체의 무기 화합물 침투 깊이 및 WVTR 값을 나타낸 그래프이다.
도 16은 기판 상에 실시예에 따른 필름 구조체를 제공한 모습을 나타낸 이미지이다.
도 17은 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 수분 접촉 각도를 분석한 결과이다.
도 18은 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 벤딩 전후의 모습을 나타낸 이미지이다.
도 19는 ALI 공정 전후의 UV-vis 스펙트럼 분석 결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 어느 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 상(on)에 형성되었다고 할 경우, 상기 형성된 방향은 상부 방향만 한정되지 않으며 측면이나 하부 방향으로 형성된 것을 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 '상면'과 '하면'는 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 설명하기 위하여 상대적인 개념으로 사용된 것이다. 따라서, '상면'과 '하면'은 특정한 방향, 위치 또는 구성 요소를 지칭하는 것이 아니고 서로 호환될 수 있다. 예를 들어, '상면'이 '하면'이라고 해석될 수도 있고 '하면'이 '상면'으로 해석될 수도 있다. 따라서, '상면'을 '제1'이라고 표현하고 '하면'을 '제2'라고 표현할 수도 있고, '하면'을 '제1'로 표현하고 '상면’을 '제2'라고 표현할 수도 있다. 그러나, 하나의 실시예 내에서는 '상면'과 '하면'이 혼용되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에는 무기 화합물이 침투된 고분자층을 포함하는 봉지층이 제공되고, 이에 따라 가요성 및 수분 침투 방지 능력이 우수하다. 이에 따라, 내구성이 우수한 표시 장치를 제공할 수 있다. 이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 보다 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이다. 도 2는 도 1에 따른 표시 장치의 내부 구조를 나타낸 평면도이다.
본 발명에 따른 표시 장치(DD)는 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)을 포함할 수 있다. 표시 영역(DA)은 복수의 화소들을 포함할 수 있으며, 표시 영역(DA)에서는 영상이 출력될 수 있다. 표시 영역(DA)은 직선의 변을 포함하는 닫친 형태의 다각형, 곡선으로 이루어진 변을 포함하는 원, 타원 등, 직선과 곡선으로 이루어진 변을 포함하는 반원, 반타원 등 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 표시 영역(DA)은 둥근 모서리를 갖는 직사각 형상으로 제공될 수 있다.
비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)의 일측에 배치될 수 있다. 도 1에 따르면, 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)의 위쪽 및 아래쪽에만 배치되나, 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)의 배치 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 필요에 따라서는 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)의 배치를 달리 구성할 수 있다.
표시 영역(DA)은 복수의 화소들(PXL)이 제공되어 영상이 표시되는 영역이다. 표시 영역(DA)은 기판(SUB)의 형상에 대응하는 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 표시 영역(DA)은 기판(SUB)의 형상과 마찬가지로 직선의 변을 포함하는 닫힌 형태의 다각형, 곡선으로 이루어진 변을 포함하는 원, 타원, 등, 직선과 곡선으로 이루어진 변을 포함하는 반원, 반타원, 등 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 표시 영역(DA)이 직선으로 이루어진 변을 갖는 경우, 상기 각 형상의 모서리 중 적어도 일부는 곡선으로 이루어질 수 있다.
화소들(PXL)은 기판(SUB)의 표시 영역(DA) 상에 제공된다. 각 화소(PXL)는 영상을 표시하는 최소 단위로서 복수 개로 제공될 수 있다. 화소들(PXL)은 백색광 및/또는 컬러광을 출사할 수 있다. 각 화소(PXL)는 적색, 녹색, 및 청색 중 어느 하나의 색을 출사할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 시안, 마젠타, 옐로우 등의 색을 출사할 수 있다.
화소들(PXL)은 유기 발광층을 포함하는 발광 소자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 발명의 개념이 유지되는 한도 내에서 액정 소자, 전기 영동 소자, 전기 습윤 소자 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 비표시 영역(NDA)은 그 일부로부터 돌출된 부가 영역을 더 포함할 수 있다. 부가 영역은 비표시 영역(NDA)을 이루는 변들로부터 돌출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 부가 영역에는 기판(SUB)의 단변들 중 하나에 대응하는 변으로부터 돌출된 것을 개시하였다. 그러나, 부가 영역은 장변들 중 하나의 변으로부터 돌출될 수 있으며, 또는 네 변들 중 두 변 이상으로부터 돌출된 형태로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 부가 영역에는 데이터 구동부가 제공되거나 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구성 요소가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명의 표시 장치는 적어도 일부가 가요성(flexibility)을 가질 수 있으며, 가요성을 가지는 부분에서 접힐 수 있다. 즉, 표시 장치는 가요성을 가지며 일 방향으로 접힌 벤딩부(bent area)과 벤딩부의 적어도 일측에 제공되며 접히지 않고 편평한 플랫 영역(flat area)을 포함할 수 있다. 플랫 영역은 가요성을 가지거나 가지지 않을 수 있다.
기판(SUB)은 대략적으로 사각형 형상, 그 중에서도 직사각을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 기판(SUB)은 제1 방향(DR1)으로 서로 평행한 한 쌍의 단변들과 제2 방향(DR2)으로 서로 평행한 한 쌍의 장변들을 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 설명의 편의를 위해 기판(SUB)의 변들은 하나의 단변부터 순차적으로 연결된 네 변을 제1 변(S1) 내지 제4 변(S4)으로 지칭한다.
그러나, 기판(SUB)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 기판(SUB)은 직선의 변을 포함하는 닫힌 형태의 다각형, 곡선으로 이루어진 변을 포함하는 원, 타원, 등, 직선과 곡선으로 이루어진 변을 포함하는 반원, 반타원, 등 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 기판(SUB)이 직선으로 이루어진 변을 갖는 경우, 상기 각 형상의 모서리 중 적어도 일부는 곡선으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(SUB)이 직사각 형상을 가질 때, 서로 인접한 직선 변들이 만나는 부분이 소정 곡률을 가지는 곡선으로 대체될 수 있다. 즉, 직사각 형상의 꼭지점 부분은 서로 인접한 그 양단이 서로 인접한 두 직선 변들에 연결되고 소정의 곡률을 갖는 곡선 변으로 이루어질 수 있다. 상기 곡률은 위치에 따라 달리 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 곡률은 곡선이 시작되는 위치 및 곡선의 길이 등에 따라 변경될 수 있다.
배선부(LP)는 데이터 배선들(DL)을 포함하며, 구동부와 화소들(PXL)을 연결한다. 데이터 배선들(DL)은 화소들(PXL)과 구동부를 연결할 수 있으며, 이를 위해 화소들(PXL)로부터 대략적으로 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 데이터 배선들(DL)은 부가 영역의 제2 방향(DR2)의 단부인 패드 영역까지 연장될 수 있으며, 단부에는 컨택 전극들이 제공될 수 있다. 화소들(PXL)은 배선들에 연결된 컨택 전극들을 통해 칩 온 필름 등으로 구현된 구동부에 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판(SUB), 기판(SUB) 상에 제공되며 빛을 출사하는 표시부(DP), 표시부(DP)를 커버하여 표시부(DP)로 수분이 침투하는 것을 방지하는 봉지층(SL)을 포함한다.
기판(SUB)에 대한 사항은 앞서 살펴본 것과 같다. 기판(SUB) 상에는 표시부(DP)가 제공된다.
표시부(DP)는 빛을 출사하는 부재로 표시 영역(DA)과 대응되어 제공되거나, 비표시 영역(NDA)의 적어도 일부까지 확장되어 제공될 수 있다. 표시부(DP)는 복수 개의 화소들 및 화소들을 구동하기 위한 박막트랜지스터를 포함할 수 있다. 표시부(DP) 구조에 대한 자세한 내용은 이하에서 살펴보고자 한다.
표시부(DP) 상에는 표시부(DP)를 커버하여 표시부(DP)로 수분이 침투하는 것을 방지하는 봉지층(SL)이 제공된다. 봉지층(SL)은 표시부(DP)에서 기판(SUB)과 표시부(DP)가 만나는 면의 배면에 제공되어 표시부(DP)를 커버할 수 있다.
봉지층(SL)은 필름 구조를 가질 수 있다. 따라서, 필름 구조체가 봉지층(SL)으로 사용될 수 있다. 봉지층(SL)은 광학적으로 투명하여 표시부(DP)로부터 출사되는 빛을 반사하거나 왜곡하지 않으면서도, 표시부(DP)로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
봉지층(SL)은 여러 층으로 구성되는 종래 기술의 TFE(Thin Film Encapsulation)와 달리, 단일 층으로 제공될 수 있다. 종래 기술에 따르면, 표시부(DP)로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해 제공되는 TFE는 유기층과 무기층이 교번적으로 적층된 복층 형태로 제공되곤 하였다. 그러나, 이러한 복층의 TFE는 유연성이 상대적으로 떨어진다는 단점이 있다. 따라서, 가요성 표시 장치에 적용하였을 때 반복되는 굽힘과 접힘에 따라 발생되는 스트레스로 TFE가 파손될 우려가 있다. 파손된 TFE로는 수분이 침투할 수 있다.
봉지층(SL)은 이에 비하여 단일 층으로 제공되기 때문에 가요성이 뛰어나고, 이에 따라 반복되는 굽힘과 접힘에도 파손될 우려가 없다. 또한, 봉지층(SL)은 단일층으로 제공되기 때문에 복층으로 제공되는 봉지층 또는 TFE보다 표시부(DP)로부터 출사되는 빛이 손실 또는 왜곡없이 투과될 수 있다.
봉지층(SL)은 표시 영역(DA)을 커버하고, 비표시 영역(NDA)의 적어도 일부까지 연장되어 제공될 수 있다. 비표시 영역(NDA)에는 절연층으로 형성된 댐이 제공될 수 있으며, 봉지층(SL)은 이러한 댐까지 연장되어 표시 장치의 측면으로부터 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
봉지층(SL)은 도면에는 표시 영역(DA) 상에서 연속적으로 제공된 것으로 나타나 있으나, 봉지층(SL) 제공 형태가 이에 국한된 것은 아니다. 예를 들어, 봉지층(SL)은 표시 영역(DA) 상에서 표시부(DP)를 커버하는 형태로 제공되되 복수 개의 파트로 나뉘어 분절된 형태로 제공될 수 있다. 이 경우 복수 개의 봉지층(SL)은 모자이크 형태로 표시부(DP)를 커버할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제공 형태에 대하여 간략하게 살펴보았다. 이하에서는 표시 장치의 세부 구조에 대하여 더 자세히 살펴보고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 확대 단면도이다. 도 5는 도 4의 A1 영역을 확대 도시한 단면도이다.
먼저, 표시 장치를 지지하기 위하여 기판(SUB)이 제공된다. 기판(SUB)은 유리, 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(SUB)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 따라서, 기판(SUB)의 비표시 영역에 제공되는 벤딩부뿐만 아니라, 기판(SUB)의 다른 영역도 휘거나 접힐 수 있다. 예컨대, 화소(PXL)가 제공되는 표시 영역이 휘거나 접힐 수 있다. 아울러, 기판(SUB)은 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
기판(SUB)은 경우에 따라 -C-C-, -C=C-, CF2-CF2- 등의 기능기가 주를 이루고, 극성 작용기의 포함량이 적은 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리(p-페닐렌)(poly(p-phenylene)), 폴리(p-페닐렌 바이닐렌)(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리테라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) (PTFE), 폴리(바이닐 플루오라이드)(poly(vinyl fluoride)), 폴리(퍼플루오로알콕시 알케인)(poly(perfluoroalkoxy alkane) (PFA)) 등으로 구성될 수 있다.
기판(SUB)이 상술한 물질을 포함하는 때, 기판(SUB)의 일면 상에는 무기 화합물을 포함하는 버퍼층이 형성될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 무기 화합물의 ALD(Atomic Layer Deposition) 방법으로 기판(SUB)의 일면 상에 제공될 수 있다. 구체적으로는 버퍼층은 기판(SUB)의 표시부와 만나는 면의 반대편 면에 제공될 수 있다. 이러한 기판(SUB) 상의 버퍼층은 봉지층(SL) 제공 과정에서 함께 제공될 수 있다. 다만 경우에 따라서는 버퍼층은 기판(SUB)과 표시부 사이에 제공될 수도 있다. 이 경우에는 버퍼층은 봉지층 제공 과정에서 함께 제공되는 것이 아니라 기판(SUB) 상에 표시부를 적층하기 전에 제공될 수 있다. 이러한 버퍼층은 스위칭 및 구동 트랜지스터들에 불순물이 확산되는 것을 막을 수 있다.
기판(SUB) 상에는 액티브 패턴(ACT)이 제공될 수 있다. 액티브 패턴(ACT)은 반도체 소재로 형성된다. 액티브 패턴(ACT)은 각각 소스 영역, 드레인 영역, 및 소스 영역과 드레인 영역 사이에 제공된 채널 영역을 포함할 수 있다. 액티브 패턴(ACT)은 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 산화물 반도체 등으로 이루어진 반도체 패턴일 수 있다. 채널 영역는 불순물로 도핑되지 않은 반도체 패턴으로서, 진성 반도체일 수 있다. 소스 영역 및 드레인 영역은 불순물이 도핑된 반도체 패턴일 수 있다. 불순물로는 n형 불순물, p형 불순물, 기타 금속과 같은 불순물이 사용될 수 있다.
액티브 패턴(ACT) 상에는 제1 패시베이션층(PSV1)이 제공된다. 제1 패시베이션층(PSV1)은 무기 재료로 이루어진 무기 절연막일 수 있으며 유기 재료로 이루어진 유기 절연막일 수도 있다. 무기 재료로는 폴리실록산, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘산질화물 등의 무기 절연 물질이 이용될 수 있다. 유기 재료는 폴리아크릴계 화합물, 폴리이미드계 화합물, 테프론과 같은 불소계 탄소 화합물, 벤조시클로부텐 화합물 등과 같은 유기 절연 물질일 수 있다.
제1 패시베이션층(PSV1) 상에는 게이트 전극(GE)이 제공된다. 게이트 전극(GE)은 액티브 패턴(ACT)의 채널 영역에 대응되는 영역을 커버하도록 형성된다.
게이트 전극(GE)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(GE)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu)와 같은 금속 중 적어도 하나, 또는 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 전극(GE)은 단일막으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 금속들 및 합금들 중 2 이상 물질이 적층된 다중막으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도시하지는 않았으나 게이트 배선들을 비롯한 다른 배선들이 게이트 전극(GE)과 동일한 층에 동일한 재료로 제공될 수 있다. 여기서, 게이트 배선들과 같은 다른 배선들은 각 화소(PXL) 내의 트랜지스터의 일부, 예를 들어 게이트 전극(GE)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다.
게이트 전극(GE) 및 커패시터 하부 전극(LE) 상에는 제2 패시베이션층(PSV2)이 제공된다. 제2 패시베이션층(PSV2)은 무기 재료로 이루어진 무기 절연막일 수 있다. 무기 재료로는 폴리실록산, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘산질화물 등이 이용될 수 있다. 제2 패시베이션층(PSV2) 상에는 제3 패시베이션층(PSV3)이 제공된다. 제3 패시베이션층(PSV3)은 무기 재료로 이루어진 무기 절연막일 수 있다. 무기 재료로는 폴리실록산, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘산질화물 등이 이용될 수 있다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제1 패시베이션층(PSV1)과 제2 패시베이션층(PSV2) 사이에는 커패시터 하부 전극이 제공될 수 있고 제2 패시베이션층(PSV2)과 제3 패시베이션층(PSV) 사이에는 커패시터 상부 전극이 제공될 수 있다.
제3 패시베이션층(PSV3) 상에는 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)이 제공된다. 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 제3 패시베이션층(PSV3), 제2 패시베이션층(PSV2) 및 제1 패시베이션층(PSV1)에 형성된 컨택 홀을 통해 액티브 패턴(ACT)의 소스 영역과 드레인 영역에 각각 접촉한다.
소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu)와 같은 금속 중 적어도 하나, 또는 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 단일막으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 금속들 및 합금들 중 2 이상 물질이 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 도시하지는 않았으나 데이터 배선들이나 제1 전원 배선들이 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)과 동일한 층에 동일한 재료로 제공될 수 있다. 여기서, 데이터 배선들이나 제1 전원 배선들은 직접 또는 간접적으로 각 화소(PXL) 내의 트랜지스터의 일부, 예를 들어 소스 전극(SE) 및/또는 드레인 전극(DE)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다.
소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE) 상에는 제4 패시베이션층(PSV4)이 제공될 수 있다. 제4 패시베이션층(PSV4)은 무기 재료로 이루어진 무기 절연막일 수 있다. 무기 재료로는 폴리실록산, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘산질화물 등이 이용될 수 있다. 제4 패시베이션층(PSV4)은 실시예에 따라 생략될 수 있다.
제4 패시베이션층(PSV4) 상에는 제1 절연층(INS1)이 제공될 수 있다. 제4 패시베이션층(PSV4)이 생략되는 경우, 제1 절연층(INS1)은 제3 패시베이션층(PSV3) 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기판(SUB) 상에는 적어도 하나의 화소(PXL)가 제공된다. 각 화소는 제1 절연층(INS1)과 제2 절연층(INS2) 사이에 제공되는 제1 전극(EL1) 및 상기 제2 절연층(INS2) 상에 제공되는 제2 전극(EL2)을 가질 수 있다. 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 중 적어도 하나에는 금속층이 제공될 수 있다. 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2)은 각각 애노드와 캐쏘드일 수 있다.
제1 전극(EL1)은, Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 이들의 합금 등의 금속막 및/또는 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 전극(EL1)은 한 종의 금속으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 두 종 이상의 금속, 예를 들어, Ag와 Mg의 합금으로 이루어질 수도 있다.
제1 전극(EL1)은 기판(SUB)의 하부 방향으로 영상을 제공하고자 하는 경우, 투명 도전성막으로 형성될 수 있으며, 기판(SUB)의 상부 방향으로 영상을 제공하고자 하는 경우, 금속 반사막 및/또는 투명 도전막으로 형성될 수 있다.
제1 전극(EL1) 등이 형성된 기판(SUB) 상에는 각 화소(PXL)에 대응하도록 화소(PXL) 영역을 구획하는 제2 절연층(INS2)이 제공된다. 제2 절연층(INS2)은 유기 재료로 이루어진 유기 절연막일 수 있다. 유기 재료로는 폴리아크릴계 화합물, 폴리이미드계 화합물, 테프론과 같은 불소계 탄소 화합물, 벤조시클로부텐 화합물 등과 같은 유기 절연 물질이 이용될 수 있다. 제2 절연층(INS2)은 제1 전극(EL1)의 상면을 노출하며 화소(PXL)의 둘레를 따라 기판(SUB)으로부터 돌출된다.
제2 절연층(INS2)에 의해 둘러싸인 화소(PXL) 영역에는 유기 발광층(OL) 이 제공될 수 있다.
유기 발광층(OL)은 저분자 또는 고분자 물질을 포함할 수 있다. 저분자 물질로는 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB), 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 진공증착의 방법으로 형성될 수 있다. 고분자 물질로는 PEDOT, PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등을 포함할 수 있다.
유기 발광층(OL)은 단일층으로 제공될 수 있으나, 다양한 기능층을 포함하는 다중층으로 제공될 수 있다. 유기 발광층(OL)이 다중층으로 제공되는 경우, 홀 주입층(Hole Injection Layer), 홀 수송층(Hole Transport Layer), 발광층(Emission Layer), 전자 수송층(Electron Transport Layer), 전자 주입층(Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 유기 발광층(OL)은 증착(evaporation), 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄방법, 레이저열전사방법(LITI; Laser induced thermal imaging) 등으로 형성할 수 있다.
물론 유기 발광층(OL)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 구조를 가질 수도 있음은 물론이다. 그리고 유기 발광층(OL)의 적어도 일부는 복수 개의 제1 전극(EL1)들에 걸쳐서 일체로 형성될 수 있으며, 복수 개의 제1 전극(EL1)들 각각에 대응하도록 개별적으로 제공될 수도 있다.
유기 발광층(OL) 상에는 제2 전극(EL2)이 제공된다. 제2 전극(EL2)은 화소(PXL)마다 제공될 수도 있으나, 표시 영역(DA)의 대부분을 커버하도록 제공될 수 있으며 복수 개의 화소들(PXL)에 의해 공유될 수 있다.
제2 전극(EL2)은 실시예에 따라 애노드나 캐소드 중 하나로 사용될 수 있으며, 제1 전극(EL1)이 애노드인 경우 제2 전극(EL2)은 캐소드로, 제1 전극(EL1)이 캐소드인 경우 제2 전극(EL2)은 애노드로 사용될 수 있다.
제2 전극(EL2)은, Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 등의 금속막 및/또는 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등의 투명 도전성막으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 전극(EL2)은 금속 박막을 포함하는 이중막 이상의 다중막으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, ITO/Ag/ITO 의 삼중막으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)은 기판(SUB)의 하부 방향으로 영상을 제공하고자 하는 경우, 금속 반사막 및/또는 투명 도전성막으로 형성될 수 있으며, 기판(SUB)의 상부 방향으로 영상을 제공하고자 하는 경우, 또는 투명 도전막으로 형성될 수 있다.
제2 전극(EL2) 상에는 봉지층(SL)이 제공된다.
봉지층(SL)은 제2 전극(EL2)을 커버하는 형태로 제공되며, 단일 층으로 제공될 수 있다. 봉지층(SL)이 제공됨에 따라 외부로부터 제2 전극(EL2) 또는 유기 발광층(OL)으로 수분이 침투하는 것을 막을 수 있다.
봉지층(SL)은 상술한 수분 침투 방지 기능을 나타내기 위해 사슬 상에 극성 작용기를 포함하는 고분자층, 및 고분자층의 두께 방향으로 침투된 무기 화합물(IP)을 포함한다. 고분자층 내에 무기 화합물(IP)이 침투한 영역을 침투층(SL_D)이라고 지칭할 수 있는데, 침투층(SL_D)은 봉지층(SL)의 두께 방향으로 적어도 봉지층(SL) 표면으로부터 안쪽까지 제공될 수 있다. 침투층(SL_D)의 두께는 봉지층(SL)의 두께 이하일 수 있다.
봉지층(SL)에 포함된 고분자층은 복수 개의 고분자 사슬(POL)에 의해 형성된 층일 수 있다. 이때 복수 개의 고분자 사슬(POL)은 사슬 상에 극성 작용기를 포함한다. 극성 작용기는 -O-(ether), -C(O)O-(ester), -C(O)NH-(amide), -OC(O)O-(carbonate), -OH(alcohol), -SH(thiol), -NH2(amine), -NHC(O)NH-(urea), -OC(O)NH-(urethane), 및 -C(O)NH-C(O)-(imide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
봉지층(SL)에 포함된 고분자층의 극성 작용기는 분자 내 C=O 결합을 포함할 수 있다. C=O 결합은 고분자층에 침투한 무기 화합물과 반응하여 무기 화합물이 고분자층 내에서 보다 빠르고 널리 확산된 후, 산화될 수 있도록 한다. 예를 들어, 무기 화합물(IP)은 트리메틸알루미늄 상태로 고분자층에 침투된 후 C=O 결합과 반응하여 빠르게 확산될 수 있다. 또한, 제공된 트리메틸알루미늄은 추가로 도입된 수분 또는 오존 등과 반응하여 산화될 수 있다. 따라서, 봉지층(SL)을 형성하기 위하여 수분/오존의 순차적 주입 반복을 수행할 수 있다. 산화 알루미늄 형태로 고분자층 내에 고정될 수 있다. 무기 화합물(IP)이 이렇게 고분자층 내에 고정됨에 따라 무기 화합물(IP)을 포함하는 고분자층은 침투층(SL_D)을 이룰 수 있다.
봉지층(SL)에 포함된 고분자층의 극성 작용기는 하이드록시(-OH) 작용기, 아민(-NH2) 작용기, 싸이올(-SH) 작용기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무기 화합물 전구체와 반응할 수 있는데 무기 화합물 전구체는 이들 작용기에 루이스 산으로 기능하여 전자를 공여하고 산화될 수 있다. 이에 따라 무기 화합물 전구체와 하이드록시(-OH) 작용기, 아민(-NH2) 작용기, 싸이올(-SH) 작용기 사이에는 강한 정전기적 인력이 작용하고 이에 따라 무기 화합물 전구체가 고분자층 내로 더 빠르게 널리 확산될 수 있다.
봉지층(SL)을 구성함에 있어서 임의의 고분자로 봉지층(SL)을 형성할 수 있는 것은 아니다. 구체적으로 극성 작용기 함량이 적은 고분자를 이용할 경우, 무기 화합물이 침투되어 형성되는 침투층(SL_D)을 포함하는 봉지층(SL)을 제공하기 어렵다. 예를 들어, 무기 화합물 전구체와 반응하기 어려운 -C-C-, -C=C-, CF2-CF2-, 또는 -SiO- 등의 기능기가 주를 이루는 고분자를 이용할 경우, 봉지층(SL)을 형성하기 어렵다. 여기에 해당되는 고분자 화합물은 예를 들어 아크릴계 고분자, 에스터계 고분자, 카보네이트계 고분자, 이미드계 고분자, 에테르계 고분자에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 이들 고분자 화합물에 대하여 무기 화합물(IP) 침투를 시도할 경우, 무기 화합물(IP)이 고분자층 내부로 침투하여 침투층(SL_D)이 형성되는 것이 아니라, 고분자층 표면에 증착될 수 있다. 이 경우, 고분자층과 무기 화합물층이 일체로 제공되지 않으므로, 반복되는 기계적 스트레스로 인해 두 층이 박리될 수 있다.
침투층(SL_D)에 대하여 더 자세히 살펴보면, 침투층(SL_D)은 고분자 사슬(POL) 사이 사이에 무기 화합물(IP)이 고정된 형태를 가질 수 있다. 이때 고분자 사슬(POL) 사이에 제공된 무기 화합물(IP)은 고분자 사슬(POL) 상의 극성 작용기에 의해 고정된다. 구체적으로 고분자 사슬(POL) 상의 극성 작용기와 무기 화합물(IP) 사이에는 공유결합, 수소 결합, 쌍극자 결합 등의 결합력이 제공될 수 있다. 침투층(SL_D) 내에서 극성 작용기와 무기 화합물(IP)이 결합함에 따라 침투층(SL_D)은 봉지층(SL)과 일체로서 제공될 수 있다. 구체적으로 종래 기술에 따르면 유기물 층/무기물 층/유기물 층을 교번적으로 적층하여 TFE를 제공했는데, 본 발명에 따르면 침투층(SL_D)과 봉지층(SL)이 일체로 제공될 수 있다. 이에 따라, 굽힘(Bending)에 따른 기계적 스트레스가 봉지층(SL)에 반복적으로 인가되어도 봉지층(SL)이 파단될 우려가 없다. 또한, 단층으로 봉지층(SL)을 제공함에 따라 광학적 투명성이 개선될 수 있다.
침투층(SL_D)은 고분자 사슬(POL) 사이사이에 무기 화합물(IP)이 제공되어, 수분 침투를 방지하는데, 구체적으로 고분자 사슬(POL) 사이에 제공된 무기 화합물(IP)은 고분자층 내부의 빈 공간을 없애고, 이에 따라 물 분자가 고분자 사슬(POL) 사이를 빠져나와 봉지층(SL) 안쪽으로 침투하는 것을 방지한다. 이러한 봉지층(SL)은 10-6 g m-2 day-1 이하의 WVTR(water vapor transmission rate)을 나타낼 수 있다. 봉지층(SL)이 상술한 범위의 낮은 WVTR 수치를 나타냄에 따라 봉지층(SL)을 포함하는 표시 장치 수명이 대폭 향상되어 습도가 높은 환경에서도 10,000 시간 이상 안정적으로 구동될 수 있다.
침투층(SL_D)의 두께는 약 10nm 내지 약 500nm일 수 있다. 침투층(SL_D)의 두께는 봉지층(SL)의 두께를 고려하여 결정할 수 있다. 침투층(SL_D)의 두께는 아울러, 고분자층의 조성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 고분자층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 및 나일론 6(Nylon 6)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있는데, 이때 고분자층에 포함된 고분자의 종류에 따라 무기 화합물(IP)의 상기 고분자층 침투 깊이가 달라진다. 이는 고분자층을 구성하는 고분자 화합물의 종류에 따라 무기 화합물(IP)과의 화학적 상호 작용 양상이 달라질 수 있기 때문이다. 아울러, 고분자 화합물의 종류에 따라 고분자층의 수분 침투 방지 성능이 다르기 때문에 고분자 화합물에 따라서 필요로 하는 침투층(SL_D)의 두께가 달라질 수 있다. 따라서 고분자 화합물의 종류에 따라 무기 화합물(IP)의 침투 용이성(침투 깊이)가 달라지고, 필요로 하는 침투층(SL_D) 두께도 달라지므로, 고분자 화합물의 종류를 고려하여 정교하게 봉지층(SL) 형성 공정을 설계하는 것이 필요하다.
봉지층(SL) 형성 공정에 대하여 살펴보면, 공정은 고분자층을 준비하는 제1 단계; 고분자층을 밀폐 챔버 내에 제공하고, 기설정된 압력의 무기 화합물 전구체 가스를 밀폐 챔버 내에 제공하는 제2 단계; 및 챔버 내의 상기 무기 화합물 전구체 가스를 퍼징하는 제3 단계를 포함할 수 있다. 이때 제2 단계 및 상기 제3 단계는 적어도 1번 이상 반복되고, 고분자층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 및 나일론 6(Nylon 6)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 고분자층에 포함된 고분자 종류에 따라 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계 반복 횟수, 상기 제2 단계에서 상기 무기 화합물 전구체 가스의 압력, 상기 제2 단계에서 상기 밀폐 챔버 내 온도를 제어할 수 있다.
봉지층(SL) 형성 공정은 또한 2개의 고분자 필름에 대하여 동시에 수행될 수 있다. 구체적으로 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름을 챔버에 제공하고 무기 화합물 전구체 가스를 챔버 내에 제공하여 봉지층(SL) 형성 공정을 수행할 수 있다. 이때 제1 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 및 나일론 6(Nylon 6)을 포함하고, 제2 고분자 필름은 제1 고분자 필름과 상이한 고분자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 단계 후 제1 고분자 필름에 선택적으로 무기 화합물이 침투할 수 있다. 이를 통하여 제1 고분자 필름은 봉지층(SL)으로 사용하고 제2 고분자 필름은 유연성 기판으로 사용할 수 있다. 공정에서 제1 고분자 필름과 제2 고분자 필름 사이에는 앞서 살펴본 표시부 등이 제공될 수 있다.
봉지층(SL) 형성 공정은 앞서 살펴본 것과 같이 표시장치를 제공함에 있어서, 기판(SUB) 상에 표시부를 제공하고, 표시부 상에 봉지층(SL)을 입히는 형태로 수행될 수 있다. 이때 표시부의 화소들(PXL)에 유기 발광층(OL)이 제공되는 경우, 봉지층(SL) 형성 공정 수행 온도에 제약이 있다. 구체적으로, 고온 공정에서 유기 발광층(OL)에 포함된 저분자 또는 고분자 물질이 변성될 수 있으며, 이 경우 표시 장치가 열화될 수 있다. 따라서, 봉지층(SL) 형성 공정은 상대적으로 저온에서 수행되어야 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지층(SL) 형성 공정은 저온에서 고분자층을 도포, 건조하고, 고분자층에 무기 화합물을 침투시킴으로써 봉지층(SL)을 형성할 수 있다. 따라서, 고온의 스퍼터링, 증착 공정이 불필요하며 이에 따라 봉지층(SL) 형성 공정 중 유기 발광층(OL)이 변성될 우려가 없다.
봉지층(SL) 형성 공정에서 무기 화합물(IP)을 침투시키는 공정은 약 50℃ 내지 약 120℃에서 수행될 수 있다. 다만, 공정 수행 온도는 고분자층을 구성하는 고분자 화합물의 종류에 따라 다르게 결정할 수 있다. 예를 들어, 고분자층을 구성하는 고분자 화합물이 PET(Polyethylene terephthalate)인 경우, 상대적으로 무기 화합물(IP)의 확산이 용이하기 때문에 상대적으로 낮은 온도인 50 ℃ 내지 100℃에서 봉지층(SL) 형성 공정을 수행할 수 있다.
봉지층(SL) 형성 공정에서 무기 화합물(IP)을 무기 화합물 전구체 형태로 고분자층 내부에 제공하고, 고분자층 내부에서 무기 화합물(IP)이 C=O 결합과 반응하여 산화되도록 함으로써, 무기 화합물(IP)과 고분자층 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 산화물 형태의 무기 화합물(IP)은 고분자층의 극성 작용기와 강하게 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 기체 상태의 무기 화합물 전구체에서 고체 상태의 산화물로 변환된 이후에는 고분자 사슬(POL) 사이를 빠져나가기가 어려워 고분자층과 무기 화합물(IP)이 일체로 제공될 수 있다.
앞서 언급한 것과 같이 봉지층(SL)은 독립적인 필름 구조체로 제공될 수 있다. 필름 구조체는 표시 장치에 제공되는 봉지층(SL)과 실질적으로 동일한 구조 및 물성을 가질 수 있다. 봉지층(SL) 형성 공정은 기판 상에 봉지층(SL)만 단독으로 제조하여 필름 구조체를 만드는 형태로 수행될 수도 있다. 이때 만들어진 필름 구조체는 앞서 살펴본 봉지층(SL)과 실질적으로 동일한 구조 및 물성을 갖는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 확대 단면도이다.
도 6을 참고하면, 봉지층(SL) 내에서 침투층(SL_D)의 제공 형태를 확인할 수 있다. 구체적으로 침투층(SL_D)은 봉지층(SL) 전체 영역에 걸쳐 제공되는 것이 아니라 화소들(PXL)이 제공된 영역에만 선택적으로 패터닝되어 제공될 수 있다. 따라서, 화소들(PXL)이 제공된 영역으로 수분이 침투하는 것을 방지하며 특히 유기 발광층(OL)으로 수분이 침투하는 것을 막을 수 있다.
봉지층(SL)이 앞서 검토한 것과 같이 표시 영역과 비표시 영역을 모두 커버하는 경우에는, 침투층(SL_D)은 표시 영역 상에만 제공되고, 비표시 영역 상에는 제공되지 않을 수도 있다.
봉지층(SL)을 선택적으로 패터닝하여 제공함에 따라 무기 화합물이 수분 침투 방지가 필요한 영역에 집중되어 제공될 수 있다. 이에 따라 공정에서 상대적으로 적은 양의 무기 화합물 전구체를 사용해도 수분 침투 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 실시예에 따라 봉지층(SL)은 복수 개의 분리된 세그먼트의 집합으로 제공될 수 있다. 구체적으로 복수 개의 분리된 봉지층 세그먼트는 각각 하나의 화소(PXL)를 커버할 수 있다. 이에 따라서 봉지층(SL)의 일부 영역이 기계적으로 손상되어 수분이 침투되더라도 손상된 봉지층(SL)이 커버하는 화소(PXL)만 열화되며, 다른 화소(PXL)에는 영향이 없을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 및 필름 구조체에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 실시예와 비교예를 통하여 표시 장치 및 필름 구조체에 대하여 더 자세히 살펴보고자 한다.
실험예 1. 시료의 제작 방법
무기 화합물로 Al2O3가 침투된 필름 구조체는 트리메틸알루미늄(TMA, 97%, Sigma-Aldrich) 및 탈이온수를 각각 알루미늄 및 산소 전구체 소스로 이용하는 ALI (원자층침투: atomic layer infiltration)공정에 의해 형성됐다. 실시예 및 비교예의 고분자 필름 기재로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, 100μm 두께), 폴리이미드(PI, 20μm 두께), 나일론 6(30μm 두께), 폴리스타이렌(PS, 250μm 두께), 및 퍼플루오로알콕시알케인(PFA, 50μm 두께)을 사용하였다.
시료의 필름 구조체를 제조하기 위하여 TMA와 물을 25 ℃에서 증발시켰다. ALI 공정은 ALD 시스템 (Cyclic 4000, Genotech)에서 수행되었다. 고분자 필름은 에탄올과 탈이온수로 세척된 후 질소 가스로 블로우 건조되어 준비됐다. 아르곤 가스는 캐리어 및 퍼징 가스로 사용되었으며, 유량은 200 sccm이었다.
각 ALI 사이클은 전구체 및 반응가스에 대한 연속적인 도징(dosing), 노출(exposing), 퍼징(purging)으로 구성된다. 먼저, TMA가 챔버 내부에 공급된 뒤 기설정된 작동 압력이 되도록 맞춘다. 다음으로, 챔버를 밀봉하고 고분자가 TMA 분자에 충분히 노출될 수 있도록 한다. 마지막으로 미반응 전구체를 퍼징하여 제거한다. 여기에는 5 사이클의 배기(60초) 및 아르곤 노출(10초)이 포함된다. 동일한 절차가 산소 반응가스에 대하여 반복됐다. ALI 공정은 다양한 조건에서 수행되었는데, 구체적으로 50℃ 내지 120℃의 온도, 1 Torr 내지 10 Torr의 압력, 50초 내지 800초의 전구체 노출 시간, 20 사이클 내지 80 사이클의 반복 횟수에서 공정 조건을 달리하며 수행되었다.
실험예 2. 필름 구조체 물성 분석 방법
제조된 필름 구조체의 형태와 구성은 투과 전자 현미경(TEM, JEM-ARM200F, JEOL Ltd.) 및 에너지 분산형 X-선 분광법(EDS)에 의해 결정되었다. 단면 TEM 및 EDS 분석을 위한 시료는 집속 이온 빔 밀링(FIB, NOVA 600, Nanolab)에 의해 준비되었다. FIB 밀링 전에, 이온 빔으로 인한 손상을 막기 위해 각각의 시료에 에폭시 레이어가 스핀 캐스트되었다.
필름 구조체의 정확한 조성을 분석하기 위하여, 파장 분산형 X선 형광(XRF) 분광법(ZSX PrimusIV, Rigaku)을 수행했다. 광 투과율은 UV-가시광선 분광계(Agilent 8453)를 사용하여 측정하였다.
실험예 2-1. TEM, EDS 분석 결과
도 7은 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 단면 TEM 이미지와 대응되는 EDS 맵이다.
동일한 조건 하에서 고분자층 내 무기 화합물 침투 반응 양상을 분석하기 위하여 특정 ALI 조건(50℃, 10 Torr, 800초 노출, 50 사이클)에서 제조된 필름 구조체의 형태 및 조성을 단면 TEM 및 대응되는 EDS로 분석하였다. 정확한 화학적 조성을 알기 위해 필름 구조체의 여러 지점에서 분석을 수행하였다.
도 7의 a, e, i, m, q를 참고하면, 필름 구조체의 두께는 TEM 이미지를 이용하여 확인하였는데, 실시예 1(Al2O3-PET), 실시예 2(Al2O3-PI), 실시예 3(Al2O3-Nylon 6), 비교예 1(Al2O3-PS), 및 비교예 2(Al2O3-PFA)에 대해 각각 약 370 nm, 약 90 nm, 약 18 nm, 약 5 nm, 약 113 nm였다.
EDS 결과는 Al2O3로 인한 Al 및 O 피크와 고분자로부터 발생하는 C 피크를 나타냈다. 도 7의 b-d, f-h, j-i를 참고하면, EDS 데이터에서 Al, C, 및 O 피크가 공존하는 것은 ALI 공정을 통해 실시예 1 내지 3의 필름 구조체에 포함된 고분자층 내부 다양한 깊이까지 Al2O3 침투가 이루어졌음을 나타낸다. 또한 이는 고분자 사슬 사이의 자유 공간에서 Al2O3가 형성되었음을 의미한다.
이와 비교하여 도 7의 n-p, r-t에 나타난 비교예 1, 비교예 2에 따르면 C피크는 Al2O3 층 내에서 인식되지 않았다. 이는 고분자층의 내부가 아닌 표면에서 Al2O3가 성장하였음을 의미한다.
실험예 2-2. XRF 분석 결과
도 8은 실시예에 따른 필름 구조체의 XRF 분석 결과 그래프이다.
특정 ALI 조건(50℃, 10 Torr, 800초 노출, 50 사이클)에서 XRF 분석을 통해 원자 질량 백분율을 측정하였고, 이를 통해 필름 구조체에 침투한 각각의 원자의 양을 확인하였다.
Al (질량%) O (질량%) C (질량%)
실시예 1 33.58 55.97 10.30
실시예 2 11.56 32.13 56.19
실시예 3 1.04 23.87 68.34
측정 결과 ALI로 성장된 비교예 1(Al2O3-PS), 비교예 2(Al2O3-PFA)의 필름은 무기 화합물이 고분자층 내부로 침투하지 못하는 것을 확인했다.실시예 1(Al2O3-PET), 실시예 2(Al2O3-PI), 실시예 3(Al2O3-Nylon 6)에 대하여, Al과 C의 상대 질량비(Al 질량%/C 질량%)는 실시예 3 < 실시예 2 < 실시예 1 순으로 증가하여 TEM 및 EDS 분석 결과에서 확인한 Al2O3-고분자 혼성화량과 일치하는 모습을 보였다. 또한 무기 화합물 침투 이전의 고분자층에 비하여 무기 화합물이 고분자 사슬 사이에 침투한 후 훨씬 큰 밀도를 보이는 것을 확인하였고, 이는 필름 구조체 내에서 기체의 유동 경로를 막아 차단층으로 기능할 수 있음을 나타낸다.
ALI 방법은 고분자층 내부의 3차원 공간에 기체 상을 침투시키는데 적합한 것으로 확인됐다. 다만, 기체 상의 투과율은 고분자의 종류에 따라 달라지는데 투과율과 고분자에 따른 변수의 관계는 P = S x D(P는 투과율, S는 용해도, D는 확산성)로 나타날 수 있다. 이 식으로부터 ALI 공정에서 무기 화합물 전구체의 확산 및 표면 아래에서의 반응성은 고분자의 작용기, 중합체 구조, 결정도, 및 공정 온도와 같은 복잡한 요인에 의존함을 알 수 있다.
비교예 1, 비교예 2의 PS와 PFA의 경우 주로 C-C 및 C-F 결합으로 구성되며 TMA 분자와 거의 상호작용하지 않는다. 이에 따라 무기 화합물 전구체 분자가 이들 고분자층 내부로 침투되는데 많은 시간이 소요된다. PS와 PFA의 경우 비교예 1, 비교예 2에서 무기 화합물 전구체 노출 시간을 800초 미만으로 설정하였을 때, 고분자층 표면에 무기 화합물의 얇은 층이 형성됨을 확인하였다.
이에 비하여 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 PET, PI, 및 Nylon 6는 각각 에스테르, 이미드, 및 아미드 작용기 결합으로 구성된다. 루이스 산으로서 TMA 분자는 중합체 결합의 C=O 작용기와 상호 작용하며, 이에 따라 TMA가 고분자층 내에서 더 빠르게 확산, 반응될 수 있다. 반응 후 TMA는 Al2O3가 된다. 특히 실시예 1의 PET의 경우 주쇄를 따라 제공된 에스테르 그룹은 고분자 사슬 간 수소 결합 약화 및 사슬 절단으로 인해 TMA의 확산을 더욱 촉진할 수 있다. PET의 유리전이온도는 약 61 내지 81℃로 ALI 공정 온도인 80℃와 유사하고, 이에 따라 TMA가 고분자 사슬을 쉽게 변형시킬 수 있다. 이에 비하여 PI의 고분자 사슬간 강한 π-π 결합, Nylon 6의 고분자 사슬간 수소 결합은 TMA의 확산을 저해할 수 있다. 따라서, 실시예 1의 경우 침투층의 두께가 약 370 nm로 실시예 2의 90 nm, 실시예 3의 18 nm보다 큰 수치를 보였다.
실험예 3. 수분 투과율 분석을 위한 Ca 도트 부식 시험
Ca 도트 부식 시험을 위해 먼저 유리 기판을 에탄올과 아세톤으로 헹구어 오염 물질을 제거하고 질소 가스로 블로잉했다. 이후 잔류 오염물질을 제거하고 박막 산화물 표면층을 성장시키기 위해 UV-오존 처리를 수행하였다. 144개의 정사각형 모양의 Ca 도트 어레이는 열 증발에 의해 유리 기판 상에 증착되었다. 각 Ca 도트의 크기와 두께는 0.25 mm2(0.5 mm x 0.5 mm) 및 200nm이다.
상술한 어레이를 접착층으로 에폭시 수지(Nagase Corp., 502-09)를 사용하는 테스트 필름(ALI-grown Al2O3-polymer film)으로 덮은 다음 160℃에서 30분 동안 열 경화시켰다. 테스트 필름으로 덮인 Ca 도트 어레이 시료는 85℃/85% 상대습도(RH) 및 70℃/90% RH의 가속 수증기 조건에서 보관되었다.
Ca 도트의 가시적 생상 변화를 관측하여 시료의 차단 성능 및 WVTR 값을 분석했다. WVTR 계산을 위하여 다음의 계산식 1을 이용하였다.
[계산식 1]
상기 계산식 1에서 P는 투과율이고; n은 화학양론 계수로 수산화에 대하여 n은 2이다; M(Ca)은 Ca의 몰 질량이고; M(H2O)는 H2O의 몰 질량이고; A는 산화 면적의 변화이고; h는 Ca의 높이; δ는 Ca의 벌크 밀도; t는 시간 간격이다;
온도에 따른 투과율은 Arrhenius 방정식(계산식 2)을 이용하여 계산하였다.
[계산식 2]
상기 계산식 2에서 P0는 반응 특성 상수이다; EA는 투과의 활성화 에너지이다; R은 기체 상수이고; T는 절대 온도이다. 투과율(P)은 특정 조건에서 계산식 1로 구할 수 있다. 본 발명에서는 70℃ 0% RH와 85℃ 5 % RH의 두 가지 온도/상대 습도 조건을 사용하였다. 투과율(P)은 8.7 g m-3 (24 ℃, 40 % RH)의 절대 습도에서 비율로 변환되었다. Arrhenius 방정식의 P0 및 EA 값을 기반으로 실온에서 최종 WVTR을 계산하였다.
가요성 장치용 봉지층(필름 구조체)을 제조하기 위하여 144개의 PET 조각을 에폭시 수지를 접착층으로 이용하여 PFA 필름 기판에 부착하였다. 다음으로, 챔버 내에서 기판에 ALI 공정을 수행하였다. PFA 기판 및 PET 조각의 크기는 각각 110.25 cm2(10.5 cm x 10.5 cm), 36 mm2(6 mm x 6 mm)이다. 두 PET 조각 사이의 거리는 2 mm로 고정되었다. 차단 성능은 가속 조건 하에서 관측되었다.
도 9는 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 WVTR 측정을 위한 Ca 부식 시험 결과이다. 도 10 내지 도 15는 실시예에 따른 필름 구조체의 무기 화합물 침투 깊이 및 WVTR 값을 나타낸 그래프이다.
실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 2의 필름 구조체에 대하여 WVTR 분석을 수행하였다. Ca 도트 부식 시험은 Ca 금속이 CaO 또는 Ca(OH)2로 산화되면서 나타나는 회색에서 무색으로의 색깔 변화를 관측하는 것이다. 이를 위하여 Ca 도트 어레이가 유리 기판 상에 제공되고, 에폭시 수지를 접착층으로 하여 필름 구조체로 커버되었다. 각각의 시료를 일정한 온도 및 습도 (85 ℃, 85 % RH)의 가속된 수분 투과 환경에 노출시키고 0, 24, 120, 240, 480, 720 및 1080 시간에 따른 색깔 변화를 기록했다.
도 11, 도 13, 도 15에서 확인할 수 있듯이 고분자의 종류에 따라 가장 우수한 WVTR을 나타내는 ALI 공정 조건이 상이하다. 도 9는 고분자별로 가장 우수한 효과를 나타낸 것이다. 실시예 1(Al2O3-PET)과 실시예 2(Al2O3-PI)의 필름 구조체로 봉인된 Ca 도트는 최대 1080시간까지 산화로 인한 색상 변화를 나타내지 않았다. 시료의 필름 구조체의 측정된 수분 투과율은 Ca 도트 부식 테스트의 검출 한계인 WVTR < 10-7 g m-2 day-1 미만이었다. 실시예 3(Al2O3-Nylon 6)의 경우 720시간까지 산화로 인한 Ca 도트 색상 변화를 나타내지 않았다. 비교예 1(Al2O3-PS)과 비교예 2(Al2O3-PFA)의 경우 24시간 이내에 색상 변화를 나타내었다.
따라서, 실시예의 필름 구조체의 경우 얇은 단층(PET 150~200 nm, PI 20~40 nm)만으로 수분 침투를 방지할 수 있음을 확인했다.
실험예 4. 신축 가능한 필름 구조체 제공
도 16은 기판 상에 실시예에 따른 필름 구조체를 제공한 모습을 나타낸 이미지이다. 도 17은 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 수분 접촉 각도를 분석한 결과이다. 도 18은 실시예와 비교예에 따른 필름 구조체의 벤딩 전후의 모습을 나타낸 이미지이다. 도 19는 ALI 공정 전후의 UV-vis 스펙트럼 분석 결과이다.
신축성 OED의 대규모 유틸리티의 경우 기계적 규정 준수가 중요하며 지속적인 구부리기 및 신축 상태에서 물리적 또는 성능 손상으로 인해 장치가 발생해서는 안 된다.
PFA 고분자는 Al2O3 침투에 잘 반응하지 않았고, Al2O3-PET 필름 구조체는 가장 우수한 가스 차단 성능을 보였기 때문에 PFA 고분자를 각 Ca 세그먼트와 함께 유연한 기판으로 사용하고, PFA 고분자 상에는 Al2O3-PET 필름 구조체를 덮어 신축성 표시 장치를 위한 우수한 유연한 가스 차단 필름을 제조하였다(도 16의 a).
이 접근법에서 다양한 장점이 제시된다. (1)동일한 ALI 조건 하에서 Al2O3가 고분자 사슬의 다른 유형의 작용기로 인해 반응성의 차이로 인해 PFA가 아닌 PET에 선택적으로 침투한다. 따라서 하나의 ALI 공정에서 Al2O3가 선택적 영역(PET 세그먼트)에만 침투하는 패턴화 된 필름을 만들 수 있다. (2) PFA는 접착에 대한 활성이 낮은 작용기를 포함하고 있으므로 무기 화합물 전구체(TMA, H2O)가 PFA 표면에서 필름 형태로 성장되지 못하고, 핵을 형성한다. 이에 따라 PFA 상에서 성장된 Al2O3가 PET에 침투한 Al2O3와 물리적으로 연결되지 않는다. 복합 기판에 연신력을 가하면 PFA와 분리된 Al2O3-PET 필름 구조체는 PFA 기판에 가해지는 응력을 거의 전달받지 않으며, 이에 따라 균열이나 핀홀 없이 필름 구조체가 유지될 수 있다. (3) 가스 침투에 의해 쉽게 부식되는 Ca 도트 어레이가 한꺼번에 덮이지 않고 분리된 필름 구조체 세그먼트에 의해 하나씩 덮이기 때문에 연신 후 Ca 수율이 향상될 수 있다.
이를 위하여 PFA 폴리머를 기판으로 취하고, 그 위에 에폭시 수지로 PET 세그먼트를 부착한 ALI 공정(80 ℃, 1 Torr, 노출 시간 200 초, 40 사이클)으로 Al2O3를 침투시켰다.
제작 후 Al2O3가 PFA가 아닌 PET에 선택적으로 침투되었는지 확인하기 위해 수분 접촉 각도를 측정하였다(도 17). ALI 공정 후 PET는 Al2O3 (4도)와 동일한 접촉각을 나타내며, 이는 Al2O3가 PET 표면 아래 영역으로 침투하였음을 의미한다. ALI 이후 PFA의 접촉각은 50도 이상으로 Al2O3 침투가 이루어지지 않았음을 나타낸다.
다음으로, 굽힘 공정에 따른 응력 하에서 필름 구조체의 구조적 안정성을 조사하기 위해 굽힘 전후에 광학 현미경 이미지를 획득했다(도 18). Al2O3-PET 및 Al2O3-PFA 필름 구조체를 동일한 챔버에서 80 ℃의 ALI 조건, 1 Torr, 200s의 노출 시간 및 40 사이클 조건으로 제조한 후, 벤딩 머신을 사용하여 반경 5 mm로 500 사이클의 벤딩을 수행했다. Al2O3-PET 및 Al2O3-PFA 필름 구조체는 굽힘 공정 후 큰 변화나 균열이 없었으며 이는 필름 구조체가 극단적인 굽힘에서도 구조적 안정성을 유지하면서 우수한 기계적 유연성을 가짐을 나타낸다.
도 16의 b를 참고하면, 기판의 크기를 100.25 cm2에서 169 cm2로 늘리는 스트레칭 테스트를 100회 수행하고 스트레칭이 미치는 영향을 확인하기 위해 Ca 도트 시험을 수행하였다. 기판의 면적은 초기에 비하여 50% 이상 증가하였다. 이후 시료들에 대해 가속된 조건(85℃/85% RH)에서 0, 240, 720, 1440, 2160 시간 후 Ca 도트 색상 변화를 관측했다.
도 16의 c를 참고하면 Ca 도트는 최대 1440 시간까지 산화없이 유지될 수 있었으며, 이는 이러한 격렬한 스트레칭 조건에서도 필름 구조체에 균열, 핀홀, 박리가 발생되지 않았음을 나타낸다. 시료들은 스트레칭에 관계없이 매우 낮은 WVTR 값 (<10-7 g m-2 day-1)을 보여주었다.
또한, 도 19와 같이 표시 장치의 광 추출 효율을 보장하기 위해 처리하지 않은 고분자(bare polymer)와 필름 구조체의 투과율을 분석했다. 모든 Al2O3- 폴리머 하이브리드 박막의 투과율은 ALI 공정 후 유지되었으며, 실시예 1(Al2O3-PET)의 박막 구조체에서 400-1000 nm 범위에서 ITO/FTO 유리 대비 80% 이상의 우수한 투과율이 관찰되었다. 실시예 1의 필름 구조체는 150-200nm의 침투층 두께를 갖고, 가시 광선 및 근적외선 영역 전체에서 80 % 이상의 투과율, 전반적인 유연성, 신축성 및 우수한 가스 불투과성을 보여주었다.
본 발명에 있어서, PFA 기판 상에 PET 봉지층을 형성하고 단일 ALI 공정에서 PET를 패턴화함으로써 수분 침투 방지 효과가 우수한 표시 장치를 간편하게 제작할 수 있음을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판부;
    상기 기판부 상에 제공되며 빛을 출사하는 표시부; 및
    상기 표시부를 커버하여 상기 표시부로 수분이 침투하는 것을 방지하는 봉지층을 포함하고,
    상기 봉지층은 사슬 상에 극성 작용기를 포함하는 고분자층; 및
    상기 고분자층의 두께 방향으로 침투된 무기 화합물을 포함하고,
    상기 무기 화합물은 상기 고분자층의 사슬 상의 상기 극성 작용기와 결합하여 상기 고분자층의 사슬 사이에 제공되고,
    상기 기판부는 -C-C-, -C=C-, -CF2-CF2-, 또는 -SiO-의 기능기 함량이 -O-(ether), -C(O)O-(ester), -C(O)NH-(amide), -OC(O)O-(carbonate), -OH(alcohol), -NH2(amine), -NHC(O)NH-(urea), -OC(O)NH-(urethane), 및 -C(O)NH-C(O)-(imide)로 이루어진 군에서 선택된 극성 작용기 함량보다 많은 고분자를 포함하고,
    상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 C=O, -OH, -NH2, -SH로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이고,
    상기 고분자층은 상기 기판부에 포함된 고분자와 상이한 조성의 고분자를 포함하여, 상기 무기 화합물은 상기 고분자층에 선택적으로 침투되고 상기 기판부에는 침투하지 않는, 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 C=O 결합을 포함하고,
    상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 C=O 결합과 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 하이드록시(-OH) 작용기를 포함하고,
    상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 하이드록시(-OH) 작용기와 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 아민(-NH2) 작용기를 포함하고,
    상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 아민(-NH2) 작용기와 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 분자 내 싸이올(-SH) 작용기를 포함하고,
    상기 무기 화합물은 무기 화합물 전구체 형태로 상기 고분자층 내부에 침투된 후 상기 싸이올(-SH) 작용기와 반응하여 상기 고분자층 내 확산 및 산화됨으로써 제공되는, 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표시부는 복수 개의 화소를 포함하고,
    상기 봉지층은 상기 복수 개의 화소를 커버하되, 상기 무기 화합물은 상기 복수 개의 화소가 제공된 영역과 평면 상에서 중첩되도록 상기 봉지층 내에 제공되는, 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층은 아크릴계 고분자, 에스터계 고분자, 카보네이트계 고분자, 이미드계 고분자, 에테르계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 봉지층은 복수 개의 분리된 세그먼트의 집합으로 제공되는, 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,상기 봉지층은 10-6 g m-2 day-1 이하의 WVTR(water vapor transmission rate)을 나타내는, 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 신축 가능한 기판;
    상기 기판 상에 제공되며 사슬 상에 극성 작용기를 포함하며 신축 가능한 고분자층; 및
    상기 고분자층의 두께 방향으로 침투된 무기 화합물을 포함하고,
    상기 무기 화합물은 상기 고분자층의 사슬 상의 상기 극성 작용기와 결합하여 상기 고분자층의 사슬 사이에 제공되고,
    상기 기판은 -C-C-, -C=C-, -CF2-CF2-, 또는 -SiO-의 기능기 함량이 -O-(ether), -C(O)O-(ester), -C(O)NH-(amide), -OC(O)O-(carbonate), -OH(alcohol), -NH2(amine), -NHC(O)NH-(urea), -OC(O)NH-(urethane), 및 -C(O)NH-C(O)-(imide)로 이루어진 군에서 선택된 극성 작용기 함량보다 많은 고분자를 포함하고,
    상기 고분자층의 상기 극성 작용기는 C=O, -OH, -NH2, -SH로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이고,
    상기 고분자층은 상기 기판에 포함된 고분자와 상이한 조성의 고분자를 포함하여, 상기 무기 화합물은 상기 고분자층에 선택적으로 침투되고 상기 기판에는 침투하지 않는, 필름 구조체.
  15. 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 준비하는 제1 단계;
    상기 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 밀폐 챔버 내에 제공하고, 기설정된 압력의 무기 화합물 전구체 가스를 상기 밀폐 챔버 내에 제공하는 제2 단계; 상기 챔버 내의 상기 무기 화합물 전구체 가스를 퍼징하는 제3 단계, 기설정된 압력의 반응가스를 상기 밀폐 챔버 내에 제공하는 제4 단계; 및
    상기 챔버 내의 상기 반응가스를 퍼징하는 제 5단계를 포함하고,
    상기 제2, 3, 4 및 제5 단계는 적어도 1번 이상 반복되고,
    상기 제2 고분자 필름은 -C-C-, -C=C-, -CF2-CF2-, 또는 -SiO-의 기능기 함량이 극성 작용기 함량보다 많은 고분자를 포함하고, 상기 제1 고분자 필름은 상기 제2 고분자 필름과 상이한 고분자를 포함하고,
    상기 극성 작용기는 C=O, -OH, -NH2, -SH로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 무기 화합물은 상기 제1 고분자 필름에 선택적으로 침투되고 상기 제2 고분자 필름에는 침투하지 않고,
    상기 제1 고분자 필름에 포함된 고분자 종류에 따라 상기 제2 단계 내지 상기 제5 단계의 반복 횟수, 상기 제2 단계에서 상기 무기 화합물 전구체 가스의 압력, 상기 제4 단계에서 상기 반응 가스의 압력, 상기 제2 단계 및 상기 제4 단계에서 상기 밀폐 챔버 내 온도를 제어하는, 필름 구조체 제조 방법.
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