KR102598479B1 - 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, 제2 기재층, 그리고 제1 및 제2 기재층 사이의 적어도 하나의 중간층을 포함하며, 제1 기재층은 다수의 입자들을 가져 제1 기재층 표면의 마찰계수는 제2 기재층 표면의 마찰계수보다 크고, 중간층의 모듈러스는 제1 및 제2 기재층의 모듈러스보다 크다. 따라서, 롤투롤 공정에 이용될 수 있고, 표면 불량을 방지할 수 있으며, 공정 중 변형 및 수분 침투에 의한 소자 열화를 막을 수 있다.

Description

플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치{Flexible substrate and flexible display device including the same}
본 발명은 플렉서블 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), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting display device: OLED) 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, 유기발광표시장치는 유기발광층을 사이에 두고 마주하는 양극과 음극을 포함하는 발광다이오드를 필수 구성 요소로 포함하며, 양극과 음극 각각으로부터 주입된 정공과 전자가 유기발광층에서 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.
또한, 이러한 플렉서블 표시장치를 대량 생산에 유리한 롤투롤(roll-to-roll) 공정을 통해 제조함으로써, 제조 비용을 낮추고자 하는 방법이 제안되어 왔다.
일반적으로 롤투롤 공정에 사용되는 플렉서블 기판은 고분자 물질을 사용하여 제작되는데, 이러한 플렉서블 기판은 유연성이 뛰어난 반면, 비교적 낮은 강성을 가지며 열적, 화학적 안정성이 낮다는 문제가 있다. 이에 따라, 이러한 플렉서블 기판을 이용하여 롤투롤 공정을 통해 플렉서블 표시장치를 제조할 경우, 높은 공정 온도 등에 의해 플렉서블 기판이 늘어나거나 주름이 생기는 등의 변형이 생기게 되고, 수분의 침투를 차단하지 못하여 표시장치의 소자가 열화되는 문제가 발생한다.
또한, 롤투롤 공정을 진행하기 위해서, 플렉서블 기판은 롤에 감긴 상태로 공급되거나 회수되어야 하는데, 플렉서블 기판을 롤에 감기 위해 플렉서블 기판은 표면에 요철을 가져야 한다. 그러나, 이러한 플렉서블 기판 표면의 요철은 소자의 불량을 야기하게 된다.
본 발명은, 종래 플렉서블 표시장치의 플렉서블 기판의 낮은 강도 및 안정성 문제를 해결하고자 한다.
또한, 본 발명은, 소자의 불량을 방지하면서 롤투롤 공정을 통해 플렉서블 표시장치를 제조하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 제1 기재층과, 제2 기재층, 그리고 제1 및 제2 기재층 사이의 적어도 하나의 중간층을 포함하며, 제1 기재층은 다수의 입자들을 가져 제1 기재층 표면의 마찰계수는 제2 기재층 표면의 마찰계수보다 크다.
또한, 중간층의 모듈러스는 제1 및 제2 기재층의 모듈러스보다 크다. 중간층은 실리콘(Si)을 포함하는 물질, 금속 물질, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 중간층은 탄소섬유를 포함할 수 있으며, 이때, 중간층의 두께는 제1 및 제2 기재층 각각의 두께보다 두껍다.
한편, 본 발명의 플렉서블 표시장치는 플렉서블 기판과, 플렉서블 기판 상의 박막트랜지스터, 그리고 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터를 포함한다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 제1 기재층이 입자를 포함하여 표면 거칠기를 증가시킴으로써 롤투롤 공정에 이용될 수 있다, 따라서, 표시장치를 대량 생산할 수 있어, 제조 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 입자를 포함하지 않는 제2 기재층 상에 소자를 형성함으로써, 표면 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제1 기재층과 제2 기재층 사이에 중간층을 삽입함으로써 플렉서블 기판의 강성 및 수분 차단 특성을 높여, 롤투롤 공정을 통해 플렉서블 표시장치를 제조하는데 있어 변형에 의한 불량을 방지하고 수분 침투에 의한 소자 열화를 막을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 표시패널의 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제1 기재층의 표면을 도시한 사진이며, 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제2 기재층의 표면을 도시한 사진이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판을 이용하여 롤투롤 공정을 통해 표시패널을 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제1 기재층의 표면을 도시한 원자힘 현미경 사진이다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제2 기재층의 표면을 도시한 원자힘 현미경 사진이다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 제1 기재층과, 상기 제1 기재층 상의 제2 기재층, 그리고 상기 제1 및 제2 기재층 사이의 적어도 하나의 중간층을 포함하며, 상기 제1 기재층은 다수의 입자들을 가진다.
상기 제1 및 제2 기재층은 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 및 제2 기재층은 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 중간층의 모듈러스는 상기 제1 및 제2 기재층의 모듈러스보다 크다.
상기 중간층은 실리콘(Si)을 포함하는 물질, 금속 물질, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
이와 달리, 상기 중간층은 탄소섬유를 포함할 수 있다. 이때, 상기 중간층의 두께는 상기 제1 및 제2 기재층 각각의 두께보다 두껍다.
본 발명에 따른 다른 플렉서블 기판은, 제1 기재층과, 상기 제1 기재층 상의 제2 기재층, 그리고 상기 제1 및 제2 기재층 사이의 적어도 하나의 중간층을 포함하며, 상기 제1 기재층 표면의 마찰계수는 상기 제2 기재층 표면의 마찰계수보다 크다.
여기서, 상기 중간층의 모듈러스는 상기 제1 및 제2 기재층의 모듈러스보다 크다.
또한, 상기 제1 기재층의 표면 거칠기는 상기 제2 기재층의 표면 거칠기보다 크다.
여기서, 상기 제1 기재층은 다수의 입자들을 가진다.
한편, 본 발명의 플렉서블 표시장치는 앞서 언급한 플렉서블 기판과, 상기 플렉서블 기판 상의 박막트랜지스터, 그리고 상기 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따 플렉서블 기판 및 이를 포함하는 플렉서블 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이고, 도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 표시패널의 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1과 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(110)과, 상기 표시패널(110) 하부에 위치하는 백 플레이트(120)와, 상기 표시패널(110) 상부에 위치하는 커버 윈도우(130)를 포함한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 표시패널(110)은 유기 발광다이오드 패널일 수 있다.
즉, 상기 표시패널(110)은 플렉서블 기판(140)과, 상기 플렉서블 기판(140) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 플렉서블 기판(140) 상부에 위치하고 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 발광다이오드(D)와, 상기 발광다이오드(D)를 덮는 인캡슐레이션 필름(180)을 포함할 수 있다.
상기 플렉서블 기판(140)은 다중층의 구조를 가지는데, 이에 대해 추후 상세히 설명한다.
상기 플렉서블 기판(140) 상에는 버퍼층(142)이 형성되고, 상기 버퍼층(142) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 버퍼층(142)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(142)은 생략될 수 있다.
상기 버퍼층(142) 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 2a에서는, 게이트 절연막(146)이 플렉서블 기판(140) 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(110)이 상부 발광 방식(top-emission type) 유기 발광다이오드 패널인 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 유기 발광층(172)이 형성된다. 상기 유기 발광층(172)은 발광물질로 이루어지는 발광물질층(emitting material layer)의 단일층 구조일 수 있다. 이와 달리, 발광 효율을 높이기 위해, 상기 유기 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.
상기 유기 발광층(172)이 형성된 상기 플렉서블 기판(140) 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 유기 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 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 인캡슐레이션 필름(180) 상에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판(미도시)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 표시패널(110)은 액정패널일 수 있다.
즉, 표시패널(110)은, 서로 마주하는 제1 및 제2 플렉서블 기판(210, 250)과, 상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(210, 250) 사이에 개재되며 액정분자(262)를 포함하는 액정층(260)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(210, 250) 중 적어도 하나는 다중층의 구조를 가지는데, 이에 대해 추후 상세히 설명한다.
상기 제1 플렉서블 기판(210) 상에는 제1 버퍼층(220)이 형성되고, 상기 제1 버퍼층(220) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 제1 버퍼층(220)은 생략될 수 있다.
상기 제1 버퍼층(220) 상에는 게이트 전극(222)이 형성되고, 상기 게이트 전극(222)을 덮으며 게이트 절연막(224)이 형성된다. 또한, 상기 버퍼층(220) 상에는 상기 게이트 전극(222)과 연결되는 게이트 배선(미도시)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(미도시)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 제2 버퍼층(252)이 형성되며, 상기 제2 버퍼층(252) 상에는 상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선 등 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스(254)가 형성된다. 또한, 화소영역에 대응하여 컬러필터층(256)이 형성된다. 상기 제2 버퍼층(252)과 상기 블랙매트릭스(254)는 생략될 수 있다.
상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(210, 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 제2 플렉서블 기판(210, 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.
다시 도 1을 참조하면, 상기 백 플레이트(120)는 상기 표시패널(110)의 하부에 위치하며, 상기 표시패널(110)을 지지한다. 예를 들어, 상기 백 플레이트(120)는 접착층(미도시)을 이용하여 상기 표시패널(110)에 부착될 수 있다.
한편, 상기 커버 윈도우(130)는 상기 표시패널(110) 상부에 위치한다. 예를 들어, 상기 커버 윈도우(130)는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 접착층(미도시)을 이용하여 상기 표시패널(110)에 부착될 수 있다.
상기 백 플레이트(120) 및/또는 상기 커버 윈도우(130)는 생략될 수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 표시패널(110)의 플렉서블 기판(140, 210, 250)은 다중층 구조를 가지는데, 이에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<제1 실시예>
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판(300)은 제1 기재층(310)과, 상기 제1 기재층(310) 상부의 제2 기재층(320), 그리고 상기 제1 및 제2 기재층(310, 320) 사이의 중간층(330)을 포함하며, 상기 제1 기재층(310)은 내부에 다수의 입자들(312)을 포함한다.
상기 제1 기재층(310)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 일례로, 상기 제1 기재층(310)은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(poly ether sulfone), 폴리에테르케톤(poly ether ketone), 폴리아미드(poly amide), 또는 폴리벤즈이미다졸(poly benzimidazole)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
앞서 언급한 것처럼, 상기 제1 기재층(310)은 내부에 다수의 입자들(312)을 포함하며, 이러한 다수의 입자들(312)에 의해 상기 제1 기재층(310)의 표면 거칠기(surface roughness)가 증가한다. 즉, 상기 제1 기재층(310)의 표면에는 상기 다수의 입자들(312)에 의한 요철이 생기게 되고, 이러한 요철에 의해 상기 제1 기재층(310)의 표면 거칠기는 증가하게 된다. 또한, 이러한 표면 거칠기가 커질수록 표면의 마찰계수가 증가한다.
따라서, 표면 거칠기에 의한 마찰력에 따라 상기 플렉서블 기판(300)을 롤에 감아 공급하거나 회수할 수 있으며, 이에 따라 상기 플렉서블 기판(300)을 이용하여 롤투롤 공정을 진행함으로써, 플렉서블 표시장치를 제조할 수 있다.
일례로, 상기 다수의 입자들(312)은 실리카 비드(silica bead)일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 다수의 입자들(312)은 수십 나노미터에서 수 마이크로미터의 크기를 가질 수 있다.
한편, 상기 다수의 입자들(312)의 함량은 상기 제1 기재층(310)의 수지 함량의 0.3 내지 5 wt%인 것이 바람직하다. 상기 다수의 입자들(312)의 함량이 상기 범위보다 낮을 경우, 상기 제1 기재층(310)은 충분한 표면 거칠기를 가지지 못하여 상기 플렉서블 기판(300)을 롤에 원활하게 감을 수 없다. 반면, 상기 다수의 입자들(312)의 함량이 상기 범위보다 높을 경우, 상기 제1 기재층(310)의 표면 거칠기가 너무 심해지게 되어 표면 균일도(surface uniformity)가 저하되고, 유연성(flexibility)이 감소하여 잘 부러지며(brittle), 헤이즈(haze)가 발생할 수 있다.
다음, 상기 제2 기재층(320)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 일례로, 상기 제2 기재층(320)은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르설폰(poly ether sulfone), 폴리에테르케톤(poly ether ketone), 폴리아미드(poly amide), 또는 폴리벤즈이미다졸(poly benzimidazole)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 제2 기재층(320)은 상기 제1 기재층(310)과 동일 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 기재층(320)은 내부에 입자를 포함하지 않으므로, 상기 제2 기재층(320)의 표면에는 요철이 생기지 않으며, 이에 따라 상기 제2 기재층(320)의 표면 거칠기는 상기 제1 기재층(310)의 표면 거칠기보다 낮다. 따라서, 상기 제2 기재층(320)은 요철을 가지는 상기 제1 기재층(310)에 비해 매끄러운 표면을 가지며, 상기 제2 기재층(320) 표면의 마찰계수가 상기 제1 기재층(310) 표면의 마찰계수보다 작다.
본 발명에서는 상기 제2 기재층(320)의 상부, 즉, 상기 제2 기재층(320)의 외면에 소자들이 형성되며, 이에 따라 플렉서블 기판(300) 표면의 요철에 의한 소자 불량을 방지할 수 있다.
다음, 상기 중간층(330)은 상기 제1 및 제2 기재층(310, 320) 사이에 삽입되어 플렉서블 기판(300)의 강성(stiffness)을 증가시키고, 수분 차단 특성을 증가시킨다. 따라서, 상기 중간층(330)의 모듈러스(modulus)는 상기 제1 및 제2 기재층(310, 320)의 모듈러스보다 크고, 상기 중간층(330)의 수분투과율(water vapor transmission rate: WVTR)은 상기 제1 및 제2 기재층(310, 320)의 수분투과율보다 작다.
상기 중간층(330)은 증착 가능한 실리콘(Si)을 포함하는 물질이나 금속 물질 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 중간층(330)은 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기물로 이루어지거나, 또는 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 또는 스테인레스 강(stainless steel, SUS)과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
여기서, 상기 제1 기재층(310) 표면의 요철에 의해 상기 중간층(330)의 표면에도 요철이 생길 수 있는데, 상기 제2 기재층(320)이 상기 중간층(330) 표면의 요철을 덮어 상기 플렉서블 기판(300)의 일면, 즉, 상기 제2 기재층(320)의 외면은 실질적으로 평탄한 표면을 가진다.
한편, 상기 중간층(330)이 금속 물질로 이루어질 경우, 상기 중간층(330)이 노출된다면 공정 진행 중 아킹(arcing)과 같은 문제가 발생할 수 있으나, 상기 제2 기재층(320)이 상기 중간층(330) 상부에 위치하여 아킹 문제를 차단할 수 있다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판(300)은 다수의 입자들(312)을 포함하는 수지를 코팅 후 경화하여 상기 제1 기재층(310)을 형성하고, 상기 제1 기재층(310) 상부에 무기물이나 금속 물질을 증착하여 상기 중간층(330)을 형성한 다음, 상기 중간층(330) 상부에 입자를 포함하지 않는 수지를 코팅 후 경화하여 상기 제2 기재층(320)을 형성함으로써 제작될 수 있다.
여기서, 증착에 의해 형성되는 상기 중간층(330)의 두께는 코팅 및 경화에 의해 형성되는 상기 제1 및 제2 기재층(310, 320) 각각의 두께보다 작을 수 있다. 또한, 상기 제1 기재층(310)의 두께와 상기 제2 기재층(320)의 두께는 동일할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 기재층(310)의 두께와 상기 제2 기재층(320)의 두께는 다를 수 있으며, 상기 제1 기재층(310)의 두께가 상기 제2 기재층(320)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 일례로, 상기 플렉서블 기판(300)의 두께는 50 마이크로미터 내지 150 마이크로미터일 수 있다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제1 기재층의 표면을 도시한 사진이며, 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제2 기재층의 표면을 도시한 사진이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판(300)의 제1 기재층(310)은 내부에 다수의 입자들(312)을 포함하므로, 상기 다수의 입자들(312)에 의해 표면이 돌출되어 상기 제1 기재층(310)의 표면에 요철이 생긴다.
반면, 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판(300)의 제2 기재층(320)은 입자를 포함하지 않으므로, 상기 제2 기재층(320)은 상기 제1 기재층(310)에 비해 매끄러운 표면을 가진다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판(300)은, 상기 제1 기재층(310)이 다수의 입자들(312)을 포함하여 표면 거칠기를 증가시킴으로써 롤투롤 공정에 이용될 수 있으며, 입자를 포함하지 않는 상기 제2 기재층(320) 상에 소자를 형성함으로써 표면의 요철에 의한 소자 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 기재층(310)과 상기 제2 기재층(320) 사이에 중간층(330)을 형성함으로써, 상기 플렉서블 기판(300)의 강성 및 수분 차단 특성을 높여, 롤투롤 공정 시의 변형을 방지하고 수분 침투에 의한 소자의 열화를 막을 수 있다.
일례로, 폴리이미드로 상기 제1 및 제2 기재층(310, 320)을 형성하고, 산화실리콘(SiO2)으로 6000Å 두께의 상기 중간층(330)을 형성하여 상기 플렉서블 기판(300)을 제조하였을 때, 상기 플렉서블 기판(300)의 모듈러스는 8 GPa이고, 수분투과율은 1.6×10-4 g/m2·day이다. 반면, 비교예로 실리카 비드를 포함하는 폴리이미드를 이용하여 단일층의 플렉서블 기판을 제조하였을 때, 비교예의 플렉서블 기판의 모듈러스는 4 GPa이고 수분투과율은 2.5 g/m2·day이다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판(300)은 비교예의 플렉서블 기판에 비해 강성이 증가하고 수분 차단 특성이 향상된다.
한편, 중간층(330)을 금속 물질로 형성할 경우, 상기 플렉서블 기판(300)의 강성은 더욱 증가한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판을 이용하여 롤투롤 공정을 통해 표시패널을 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 플렉서블 기판(300)은 일측에 배치된 공급롤(410)이 풀리면서 공급되고, 공정부(430)를 통해 상기 플렉서블 기판(300) 상에 박막 또는 패턴(도시하지 않음)을 형성한 후, 타측에 배치된 회수롤(420)에 감겨질 수 있다. 이때, 상기 박막 또는 패턴은 상기 플렉서블 기판(300)의 제2 기재층(도 3의 320) 상부에 형성된다.
상기 공정부(430)는 하나의 박막 또는 패턴을 형성하는 단위 장비를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 공정부(430)는 다수의 박막 또는 패턴을 형성하는 다수의 장비를 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 플렉서블 기판(300)의 상기 제1 기재층(도 3의 310)은 상기 다수의 입자들(도 3의 312)에 의해 표면 거칠기를 증가시켜 마찰계수를 높이고, 이에 따라 상기 플렉서블 기판(300)이 상기 공급롤(410) 및 회수롤(420)에 감길 수 있도록 한다. 따라서, 상기 플렉서블 기판(300)을 이용하여 롤투롤 공정을 통해 표시패널을 제조함으로써, 대량 생산이 가능하여 제조 시간 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
이때, 상기 플렉서블 기판(300)은 상기 제1 기재층(도 3의 310)이 안쪽에 위치하도록 상기 공급롤(410)이나 상기 회수롤(420)에 감길 수 있다. 이와 달리, 상기 플렉서블 기판(300)은 상기 제1 기재층(도 3의 310)이 바깥쪽에 위치하도록 상기 공급롤(410)이나 상기 회수롤(420)에 감길 수도 있다.
또한, 상기 제2 기재층(도 3의 320)은 평탄한 표면을 가지며, 상기 제2 기재층(도 3의 320) 상에 상기 박막트랜지스터(도 2a의 Tr)와 상기 유기 발광다이오드(도 2a의 D) 또는 상기 박막트랜지스터(도 2b의 Tr)와 상기 액정 커패시터가 형성되므로, 요철에 의한 소자 불량을 방지할 수 있다.
<제2 실시예>
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판(500)은 제1 기재층(510)과, 상기 제1 기재층(510) 상부의 제2 기재층(520), 그리고 상기 제1 및 제2 기재층(510, 520) 사이의 중간층(530)을 포함하며, 제1 기재층(510)은 내부에 다수의 입자들(512)을 포함한다.
상기 제1 기재층(510)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 일례로, 상기 제1 기재층(510)은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(poly ether sulfone), 폴리에테르케톤(poly ether ketone), 폴리아미드(poly amide), 또는 폴리벤즈이미다졸(poly benzimidazole)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
앞서 언급한 것처럼, 상기 제1 기재층(510)은 내부에 다수의 입자들(512)을 포함하며, 상기 다수의 입자들(512)에 의해 상기 제1 기재층(510)의 표면 거칠기가 증가한다. 즉, 상기 제1 기재층(510)의 표면에는 상기 다수의 입자들(512)에 의한 요철이 생기게 되고, 이러한 요철에 의해 상기 제1 기재층(510)의 표면 거칠기는 증가하게 된다. 또한, 이러한 표면 거칠기가 커질수록 표면의 마찰계수가 증가한다.
따라서, 표면 거칠기에 의한 마찰력에 따라 상기 플렉서블 기판(500)을 롤에 감아 공급하거나 회수할 수 있으며, 이에 따라 상기 플렉서블 기판(500)을 이용하여 롤투롤 공정을 진행함으로써, 플렉서블 표시장치를 제조할 수 있다.
일례로, 상기 다수의 입자들(512)은 실리카 비드(silica bead)일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 다수의 입자들(512)은 수십 나노미터에서 수 마이크로미터의 크기를 가질 수 있다.
한편, 상기 다수의 입자들(512)의 함량은 상기 제1 기재층(510)의 수지 함량의 0.3 내지 5 wt%인 것이 바람직하다. 상기 다수의 입자들(512)의 함량이 상기 범위보다 낮을 경우, 상기 제1 기재층(510)은 충분한 표면 거칠기를 가지지 못하여 상기 플렉서블 기판(500)을 롤에 원활하게 감을 수 없다. 반면, 상기 다수의 입자들(512)의 함량이 상기 범위보다 높을 경우, 상기 제1 기재층(510)의 표면 거칠기가 너무 심해져 표면 균일도가 저하되고, 유연성이 감소하여 잘 부러지며, 헤이즈가 발생할 수 있다.
다음, 상기 제2 기재층(520)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 일례로, 상기 제2 기재층(520)은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르설폰(poly ether sulfone), 폴리에테르케톤(poly ether ketone), 폴리아미드(poly amide), 또는 폴리벤즈이미다졸(poly benzimidazole)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 제2 기재층(520)은 상기 제1 기재층(510)과 동일 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 기재층(520)은 내부에 입자를 포함하지 않으므로, 상기 제2 기재층(520)의 표면에는 요철이 생기지 않으며, 이에 따라 상기 제2 기재층(520)의 표면 거칠기는 상기 제1 기재층(510)의 표면 거칠기보다 낮다. 따라서, 상기 제2 기재층(520)은 요철을 가지는 상기 제1 기재층(510)에 비해 매끄러운 표면을 가지며, 상기 제2 기재층(520) 표면의 마찰계수가 상기 제1 기재층(510) 표면의 마찰계수보다 작다.
본 발명에서는 상기 제2 기재층(520)의 상부, 즉, 상기 제2 기재층(520)의 외면에 소자들이 형성되며, 이에 따라 플렉서블 기판(500) 표면의 요철에 의한 소자 불량을 방지할 수 있다.
다음, 상기 중간층(530)은 상기 제1 및 제2 기재층(510, 520) 사이에 삽입되어 플렉서블 기판(500)의 강성을 증가시키고, 수분 차단 특성을 증가시킨다. 따라서, 상기 중간층(530)의 모듈러스는 상기 제1 및 제2 기재층(510, 520)의 모듈러스보다 크고, 상기 중간층(530)의 수분투과율은 상기 제1 및 제2 기재층(510, 520)의 수분투과율보다 작다.
상기 중간층(530)은 탄소 섬유(carbon fiber)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 중간층(530)은 탄소섬유강화플라스틱(carbon fiber reinforced plastic)으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 중간층(530)의 두께는 상기 제1 및 제2 기재층(510, 520) 각각의 두께보다 클 수 있다. 또한, 상기 제1 기재층(510)의 두께와 상기 제2 기재층(520)의 두께는 동일할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 기재층(510)의 두께와 상기 제2 기재층(520)의 두께는 다를 수 있으며, 상기 제1 기재층(510)의 두께가 상기 제2 기재층(520)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 일례로, 상기 플렉서블 기판(500)의 두께는 50 마이크로미터 내지 150 마이크로미터일 수 있다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판(500)은 상기 중간층(530)의 일면에 다수의 입자들(512)을 포함하는 수지를 코팅 후 경화하여 상기 제1 기재층(510)을 형성하고, 상기 중간층(530)의 타면에 입자를 포함하지 않는 수지를 코팅 후 경화하여 상기 제2 기재층(520)을 형성함으로써 제작될 수 있다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판(500)은 탄소 섬유로 이루어진 상기 중간층(530)을 포함하므로, 상기 제1 실시예에 따른 플렉서블 기판(300)에 비해 강성이 높아 변형이 적으며, 열적 안정성이 우수하여 열에 의한 휨이 적다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제1 기재층의 표면을 도시한 원자힘 현미경(atomic force microscopy, AFM) 사진이며, 도 8a와 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판의 제2 기재층의 표면을 도시한 원자힘 현미경 사진이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판(500)의 제1 기재층(510)은 내부에 다수의 입자들(512)을 포함함으로써, 다수의 입자들(512)에 의해 표면이 돌출되어 상기 제1 기재층(310)의 표면에 요철이 생기고, 이에 따라 표면 거칠기가 증가한다. 여기서, 밝은 색으로 나타나는 부분이 입자들(512)에 의해 표면이 돌출된 부분이며, 상기 제1 기재층(510)의 중심선 평균 거칠기(arithmetical average roughness) Ra는 3.0 나노미터 미만이다.
반면, 도 7b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판(500)의 제2 기재층(520)은 입자를 포함하지 않으므로, 제2 기재층(520)은 제1 기재층(510)에 비해 매끄러운 표면을 가진다. 여기서, 상기 제2 기재층(520)의 중심선 평균 거칠기 Ra는 1.0 나노미터 미만으로, 상기 제1 기재층(510)보다 표면 거칠기가 낮은 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판(500)은, 상기 제1 기재층(510)이 다수의 입자들(512)을 포함하여 표면 거칠기를 증가시킴으로써 롤투롤 공정에 이용될 수 있으며, 입자를 포함하지 않는 상기 제2 기재층(520) 상에 소자를 형성함으로써 표면의 요철에 의한 소자 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 기재층(510)과 상기 제2 기재층(520) 사이에 중간층(530)을 형성함으로써, 상기 플렉서블 기판(500)의 강성 및 수분 차단 특성을 높여, 롤투롤 공정 시의 변형을 방지하고 수분 침투에 의한 소자의 열화를 막을 수 있다. 이때, 상기 중간층(530)을 탄소섬유로 형성함으로써, 상기 플렉서블 기판(500)의 강성 및 열적 안정성을 더욱 높일 수 있다.
일례로, 폴리이미드로 상기 제1 및 제2 기재층(510, 520)을 형성하고, 탄소섬유강화플라스틱으로 상기 중간층(530)을 형성하여 120 마이크로미터 두께의 상기 플렉서블 기판(500)을 제조한 후, 상기 플렉서블 기판(500)을 잡아당겼을 때, 상기 플렉서블 기판(500)의 강도(strength)는 300 MPa이고, 연신율(strain)은 5% 미만이며, 모듈러스는 52 GPa이다. 반면, 비교예로 실리카 비드를 포함하는 폴리이미드를 이용하여 125 마이크로미터 두께의 단일층의 플렉서블 기판을 제조하였을 때, 강도는 252 MPa이고, 연신율은 21.9%이며, 모듈러스는 5.63GPa이다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 기판(500)은 비교예의 플렉서블 기판에 비해 강도 및 강성이 증가하고 연신율이 낮으며, 롤투롤 공정 진행 시 변형을 보다 효과적으로 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.
110: 표시패널 120: 백플레이트
130: 커버 윈도우 300, 500: 플렉서블 기판
310, 510: 제1 기재층 312, 512: 입자들
320, 520: 제2 기재층 330, 530: 중간층

Claims (14)

  1. 제1 기재층과;
    상기 제1 기재층 상의 제2 기재층; 그리고
    상기 제1 및 제2 기재층 사이의 적어도 하나의 중간층
    을 포함하며,
    상기 제1 기재층은 다수의 입자들을 갖고,
    상기 다수의 입자들의 함량은 상기 제1 기재층의 수지 함량의 0.3 내지 5 wt%로 상기 제1 기재층에 헤이즈가 발생하지 않는 플렉서블 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기재층은 동일한 물질로 이루어진 플렉서블 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기재층은 플라스틱으로 이루어진 플렉서블 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 모듈러스는 상기 제1 및 제2 기재층의 모듈러스보다 크고, 상기 중간층의 수분투과율은 상기 제1 및 제2 기재층의 수분투과율보다 작은 플렉서블 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중간층은 실리콘(Si)을 포함하는 물질, 금속 물질, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 플렉서블 기판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 중간층은 탄소섬유를 포함하는 플렉서블 기판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중간층의 두께는 상기 제1 및 제2 기재층 각각의 두께보다 두꺼운 플렉서블 기판.
  8. 제1 기재층과;
    상기 제1 기재층 상의 제2 기재층; 그리고
    상기 제1 및 제2 기재층 사이의 적어도 하나의 중간층
    을 포함하며,
    상기 제1 기재층 표면의 마찰계수는 상기 제2 기재층 표면의 마찰계수보다 크고,
    상기 제1 기재층과 상기 중간층의 표면 거칠기는 상기 제2 기재층의 표면 거칠기보다 큰 플렉서블 기판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중간층의 모듈러스는 상기 제1 및 제2 기재층의 모듈러스보다 크고, 상기 중간층의 수분투과율은 상기 제1 및 제2 기재층의 수분투과율보다 작은 플렉서블 기판.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 중간층은 산화실리콘이나 질화실리콘의 무기물, 또는 구리나 알루미늄 또는 스테인레스 강의 금속 물질로 이루어지는 플렉서블 기판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 기재층은 다수의 입자들을 갖고, 상기 다수의 입자들의 함량은 상기 제1 기재층의 수지 함량의 0.3 내지 5 wt%로 상기 제1 기재층에 헤이즈가 발생하지 않는 플렉서블 기판.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 플렉서블 기판과;
    상기 플렉서블 기판 상의 박막트랜지스터; 그리고
    상기 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터
    를 포함하는 플렉서블 표시장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 기재층이 상기 제1 기재층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치하는 플렉서블 표시장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 산화실리콘이나 질화실리콘의 무기물, 또는 구리나 알루미늄 또는 스테인레스 강의 금속 물질로 이루어지는 플렉서블 기판.
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