KR20110068352A - 플렉서블 표시장치의 제조 방법 - Google Patents

플렉서블 표시장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 캐리어 기판 상에 표시영역과 그 외측의 비표시영역이 정의된 플렉서블 기판을 형성하는 단계와; 상기 고분자 물질층을 경화하여 표시영역과 그 외측의 비표시영역이 정의된 플렉서블 기판을 형성하는 단계와; 상기 플렉서블 기판 상에 화상구현을 위한 구성요소를 형성하는 단계와; 상기 구성요소 위로 점착층과 베이스 필름으로 구성된 보호필름을 부착하는 단계와; 식각액을 이용하여 상기 캐리어 기판을 식각하여 제거하는 단계와; 상기 보호필름 상에 FPC(flexible printed circuit board)를 본딩하는 단계를 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조 방법을 제공한다.
표시장치, 플렉서블기판, 캐리어기판, 식각

Description

플렉서블 표시장치의 제조 방법{Method of fabricating flexible display device}
본 발명은 플렉서블 표시장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 캐리어 기판으로부터 플렉서블한 플라스틱 기판을 빠른 시간 내에 용이하게 탈착시킬 수 있는 탈착 방법을 포함하는 플렉서블한 표시장치의 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전계발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들 평판표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운 관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이러한 평판표시장치는 브라운관(CRT)에 비해 경량 박형이고, 대형화에 유리한 장점이 있다.
한편, 이러한 평판표시장치는 제조 공정 중 발생하는 높은 열을 견딜 수 있도록 유리기판을 사용하므로 경량 박형화 및 유연성을 부여하는데 한계가 있다.
따라서 최근 기존의 유연성이 없는 유리기판 대신에 플라스틱 등과 같이 유연성 있는 재료를 사용하여 종이처럼 휘어져도 표시성능을 그대로 유지할 수 있게 제조된 플렉서블(flexible) 표시장치가 차세대 평판표시장치로 급부상중이다.
그러나 이러한 플렉서블 표시장치를 제조하는데 있어, 유연한 특성을 갖도록 하기 위해 이용되는 플라스틱 재질의 필름은 잘 휘어지며 열에 약한 고유의 특성 때문에 유리기판을 처리 대상으로 하는 종래의 표시장치용 제조장비에 적용되기 어려운데, 일례로 트랙(track) 장비나 로봇(robot)에 의한 반송 시 특히, 로봇 암에 플라스틱 필름을 위치시키게 되면 심하게 휘어져 로봇 암 사이로 빠지게 되거나, 또는 카세트로의 수납 시 기판 각각을 수납시키는 카세트 단의 폭보다 기판의 처짐 폭이 더 커 로봇에 의한 수납이 불가능한 단점이 있다.
따라서, 플라스틱 기판을 이용한 표시장치의 제조는 일반적인 유리 기판을 이용한 표시장치의 제조와는 달리 플라스틱 기판 자체만으로 박막트랜지스터를 형성하는 어레이 공정 진행시키지 못한다.
이러한 문제를 극복하기 위해 상기 플라스틱 필름을 유리기판과 같은 단단한 재질의 반송이 가능한 캐리어 기판(carrier substrate)의 일면에 점착제 등을 이용 하여 부착하여, 반송 공정이 가능하도록 한 상태를 만든 후, 일반적인 표시장치 제조 공정을 진행하여 플렉서블 표시장치를 완성하고 있다.
종래의 플렉서블 표시장치의 제조 방법은 크게 점착공정, 표시소자 형성 공정 및 박리공정으로 나뉘어 진행되고 있다.
점착공정은 공정상 취급이 용이하도록 플렉서블 표시장치의 기판인 플라스틱 필름을 점착층을 개재하여 비가요성(non-flexible)을 갖는 캐리어 기판(carrier substrate)에 점착하는 공정이다. 상기 캐리어 기판에 상기 플라스틱 필름이 점착됨으로써 단위 공정 진행 중 또는 로봇에 의해 이동 중에 휘거나 뒤틀리지 않게 되는 것이다. 따라서 상기 점착공정을 통해 캐리어 기판에 고정된 플라스틱 필름 상에서는 이후에 진행되는 표시소자 형성공정이 안정적으로 진행될 수 있게 된다.
다음, 상기 표시소자 형성 공정은 플렉서블 표시장치를 구성하는 각종 구성요소를 형성하는 공정을 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 표시장치가 박막트랜지스터에 의해 구동되는 경우, 상기 플라스틱 필름 상에는 상기 표시소자 형성공정을 통해 각 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 각 화소영역 내에 박막트랜지스터가 형성되게 된다. 이때, 상기 표시소자 형성공정에는 상기 박막트랜지스터 등의 어레이 소자 이외에 일례로 유기전계 발광 다이오드를 형성하는 공정이 더욱 포함될 수 있다.
다음, 상기 박리공정은 표시소자 형성공정을 통해 화상표시를 위한 구성요소 등이 형성된 상기 플라스틱 필름을 상기 캐리어 기판으로부터 탈착시키는 공정이다.
상기 플렉서블 표시장치가 유연성을 가지도록 하기 위해서는 상기 표시소자 형성공정 후, 반드시 상기 박리공정을 진행하여야 한다.
전술한 바와 같이, 종래의 플렉서블 표시장치의 제조 공정은 박리공정(S30)을 포함하고 있으므로 상기 플라스틱 필름의 캐리어 기판으로부터의 박리가 용이하도록 하기 위해 표시소자 형성공정 도중에 점착제가 완전히 경화되지 않아야 하며, 이를 위해서는 상기 표시소자 형성공정의 최대 공정온도는 150℃ 이하로 제한된다.
그러나 다수의 구성요소 중 박막트랜지스터와 같은 구동소자는 150℃ 이하의 낮은 온도에서 제조되면 그 소자 성능이 저하되어 그 구동이 안정적이지 못하므로 플렉서블 표시장치의 신뢰성을 저하시키는 원인이 되고 있으며, 상기 박리공정을 완료한 상태에서 상기 플라스틱 기판의 배면에 상기 점착층이 완전히 제거되지 않음으로서 이를 완전히 제거하는 등의 부가적인 공정이 진행되고 있는 실정이다.
따라서 최근에는 점착층을 개재하여 플라스틱 기판을 캐리어 기판에 부착하여 제조하는 방법 대신에 상기 캐리어 기판에 경화 시 유연한 특성을 갖는 고분자 물질 예를들면 폴리이미드를 전면에 도포하고 이를 경화시킴으로써 플렉서블 기판을 형성하고, 이에 대해 전술한 표시소자 형성공정과 박리공정을 진행하여 플렉서블 표시장치를 제조하는 기술이 제안되었다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 고분자 물질을 플렉서블 기판으로 이용한 플렉서블 기판의 제조과정 일부를 도시한 제조 공정 단면도이다. 설명의 편의를 위해 플레서블 기판 상에 형성되는 구성요소는 생략하였다.
이렇게 플렉서블 기판으로 폴리이미드를 이용할 경우, 우선, 도 1a 에 도시 한 바와 같이, 레이저 빔 투과가 가능한 유리재질의 캐리어 기판(5) 상에 레이저 빔 조사에 의해 수소 기체를 발생시켜 플라스틱 재질의 기판과 탈착이 가능하도록 하는 특징을 갖는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하여 레이저 어블레이션층(7)을 형성 한다.
이후, 도 1b 및 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 레이저 어블레이셔층(7) 위로 폴리이미드를 도포하여 플렉서블 기판(10)을 형성하고, 그 상부로 표시소자 구현을 위한 구성요소(미도시)를 형성하고, 상기 캐리어 기판(50)의 배면에 대해 레이저 장치(99)를 이용하여 전면에 레이저 빔(LB)을 조사하여 상기 어블레이션층(7)을 이루는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로부터 수소(H) 기체가 배출되도록 함으로서 상기 캐리어 기판(5)으로부터 상기 박막트랜지스터(미도시) 등의 구성요소(미도시)가 형성된 플라스틱 기판(10)을 탈착시킨다.
하지만, 플렉서블 기판(10)을 상기 캐리어 기판(5)으로부터 레이저 장치(99)를 이용하여 레이저 스캔을 실시 후 탈착하는 것은 레이저 어블레이션층(7)을 더욱 형성해야 하며, 상대적으로 고가이며 유지 관리 비용이 매우 비싼 레이저 장치(99)를 이용함으로써 비용적으로 매우 손실이 심하며, 레이저 장치(99)의 유지 관리 비용으로 인해 최종 제품의 제조 비용이 더욱 증가하며, 레이저 장치(80)의 레이저 빔(LB)의 전면 조사를 위한 레이저 스캔 시간이 길어 생산성이 저하되며, 레이저 스캔으로 인해 일부의 표시장치 구성요소(미도시)에 대해 손상이 발생하여 제품 제조 수율이 저감되고 있는 실정이다.
또한, 플렉서블 기판 형성을 완료한 후 상기 플렉서블 기판에 대해 구성요소 구동을 위해 FPC를 본딩 공정을 진행하게 되는데, 전술한 방법에 의해 제조된 플렉서블 기판은 매우 얇은 두께가 되며, 구성요소가 표시영역에 집중하여 형성됨으로써 상기 비표시영역의 두께가 표시영역 대비 상대적으로 더 얇은 두께를 이루됨으로써 상기 비표시영역의 말림이 발생하고 있다. 따라서 FPC의 본딩 공정 진행에 어려움이 있으며, 본딩 오차 발생으로 구동 불량이 다량 발생하고 있는 실정이다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 레이저 장치를 사용하지 않고, 빠른 시간 내에 표시장치 구성요소의 손상없이 유기 고분자 물질로 이루어진 플렉서블 기판을 캐리어 기판으로부터 탈착시킬 수 있는 플렉서블 표시장치의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.
또한, FPC의 본딩 공정을 용이하게 진행시킬 수 있으며, 본딩 오차를 최소화하여 구동불량을 억제할 수 있는 플렉서블 표시장치의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 하고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 방법은, 캐리어 기판 상에 표시영역과 그 외측의 비표시영역이 정의된 플렉서블 기판을 형성하는 단계와; 상기 플렉서블 기판 상에 화상구현을 위한 구성요소를 형성하는 단계와; 상기 구성 요소 위로 점착층과 베이스 필름으로 구성된 보호필름을 부착하는 단계와; 식각액을 이용하여 상기 캐리어 기판을 식각하여 제거하는 단계와; 상기 보호필름 상에 FPC(flexible printed circuit board)를 본딩하는 단계를 포함한다.
상기 플렉서블 기판은 상기 캐리어 기판 상에 고분자 물질을 전면에 도포하여 고분자 물질층을 형성하는 단계와; 상기 고분자 물질층을 경화하는 단계를 진행하여 형성하는 것이 특징이다. 이때, 상기 고분자 물질은 폴리이미드, 실리카 레진, 아크릴 중 어느 하나이며, 상기 고분자 물질층을 경화하여 플렉서블 기판을 형성하는 단계는, 150℃ 내지 300℃의 온도 분위기를 갖는 경화장치 내부에서 20분 내지 120분간 경화공정을 진행하는 것이 특징이다. 또한, 상기 플렉서블 기판 상에 화상구현을 위한 구성요소를 형성하는 단계 이전에 상기 플렉서블 기판 상에 무기절연물질로서 버퍼층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 플렉서블 기판은 상기 캐리어 기판 상에 비정질 실리콘(a-Si), 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx) 중 어느 하나를 증착하여 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 화상구현을 위한 구성요소를 형성하는 단계는, 상기 플렉서블 기판 위로 절연층을 개재하여 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과 전원배선을 형성하고, 상기 게이트 배선과 연결된 게이트 패드전극과, 상기 데이터 배선과 연결된 데이터 패드전극을 형성하는 단계와; 상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 이와 연결된 구동 박 막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과 상기 게이트 및 데이터 패드전극을 각각 노출시키는 제 1 게이트 및 데이터 패드 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 제 1 전극과, 상기 제 1 게이트 및 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 및 데이터 패드전극과 각각 접촉하는 제 1 보조 게이트 및 데이터 패드전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 각 화소영역의 경계에 뱅크를 형성하는 단계와; 상기 뱅크로 둘러싸인 영역의 상기 제 1 전극 위로 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층과 뱅크 상부로 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 보호필름은 상기 베이스 필름과 점착층 사이에 상기 제 1 보조 게이트 및 데이터 패드전극에 대응하여 각각 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극이 구비되며, 상기 점착층 내부에는 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극이 형성된부분에 대응하여 다수의 도전볼이 구비되며, 상기 제 1 보조 게이트 및 데이터 패드전극 각각과 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극 각각은 상기 다수의 도전볼에 의해 도통되도록 상기 보호필름을 부착하는 것이 특징이다.
또한, 상기 보호필름에는 그 외측면에 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극을 각각 노출시키는 제 2 게이트 및 데이터 패드 콘택홀이 구비되며, 상기 제 2 게이트 및 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극과 접촉하도록 상기 FPC를 본딩하는 것이 특징이다.
또한, 상기 캐리어 기판의 식각은 상기 캐리어 기판의 저면에 노즐을 통해 상기 식각액을 스프레이 하는 방식을 진행하는 것이 특징이며, 이때, 상기 캐리어 기판은 유리재질이며, 상기 식각액은 HF인 것이 특징이다.
또한, 상기 플렉서블 기판은 50㎛ 내지 300㎛의 두께를 갖도록 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 캐리어 기판을 제거한 후, 상기 플렉서블 기판의 외측면에 베이스 필름과 배리어층을 갖는 플라스틱 기판을 부착하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 플라스틱 기판은 PET, PEN, PES 중 어느 하나의 물질로 이루어진 베이스 필름과, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 단일층 또는 이중층 구조로 갖는 배리어층(미도시)으로 구성되며, 점착층을 개재하여 상기 플렉서블 기판의 외측면에 부착하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 플렉서블 표시장치는 캐리어 기판의 탈착 진행 시 관리 및 유지비용이 많이 드는 레이저 장치를 사용하지 않음으로써 제조비용 절감의 효과를 가지며, 나아가 레이저 빔 조사에 의해 표시장치 구성요소의 손상을 원천적으로 방지하여 불량 및 손상을 억제함으로서 제품의 수율 및 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, FPC의 본딩을 유기전계 발광 다이오드의 인캡슐레이션을 위해 구비된 보호필름과 이루어지도록 함으로써 플렉서블한 특성에 의해 FPC 등을 본딩 시 발생하는 본딩 불량을 억제시키는 효과가 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 방법은 크게 플렉서블 기판 형성공정(S110)과, 표시장치의 구성요소 형성공정(S120)과, 보호필름 부착공정(S130)과, 식각을 통한 캐리어 기판 제거공정(S140) 및 FPC 본딩공정(S150)으로 나뉜다.
상기 플렉서블 기판의 형성공정(S110)은 표시장치 제조공정에서 이용되는 유리재질의 캐리어 기판에 고분자 물질인 폴리이미드, 실리카 레진, 아크릴 중 어느 하나를 전면에 도포하고 이를 경화함으로써 플렉서블 기판을 만드는 공정이다. 이때 상기 블렉서블 기판은 고분자 물질에 한정되지 않고 선택 식각비가 우수한 비정질 실리콘, 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 대치될 수도 있다. 이러한 물질로 형성되는 경우 추후 상기 캐리어 기판을 식각하여 제거한 후 플라스틱 기판을 더욱 구비하는 것이 바람직하다.
상기 표시장치의 구성요소 형성공정(S120)은 상기 플렉서블 기판 상에 플렉 서블 표시장치를 구성하는 각종 구성요소 예를들면 박막트랜지스터, 게이트 및 데이터 배선, 유기전계 발광 다이오드 등 화상표시를 위한 구성요소들을 형성하는 공정이다.
일례로 상기 플렉서블 표시소자가 최종적으로 유기전계 발광소자(Organic electro-luminescent display device)를 이루는 경우, 표시장치의 구성요소 형성공정(S120)을 통해 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 형성하고, 이후, 상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 연결된 제 1 전극과 그 상부로 유기 발광층 및 표시영역 전면에 제 2 전극을 형성하여 유기전계 발광 다이오드를 완성한다.
다음, 보호필름 부착공정(S130)은 상기 유기전계 발광 다이오드의 인캡슐레이션을 위해 플렉서블한 특성을 갖는 보호필름을 상기 유기전계 발광 다이오드 상부에 부착하는 공정이다. 이 공정 단계는 본 발명의 특징적인 것으로 추후 상세히 설명한다.
다음, 식각을 통한 캐리어 기판의 제거공정(S140)은 본 발명에 있어서 가장 특징적인 것으로 상기 플렉서블 기판으로부터 상기 캐리어 기판을 제거시키는 공정이다. 이때 상기 캐리어 기판은 식각에 의해 상기 플레서블 기판으로부터 완전히 제거되도록 하는 것이 특징이다. 즉, 상기 캐리어 기판에 대해 상기 캐리어 기판을 이루는 물질과 반응하여 이를 녹이는 식각액을 이용하여 이를 상기 캐리어 기판에 스프레이 함으로써 식각하여 제거되도록 하는 것이다. 이때 상기 캐리어 기판을 식각시키는 식각액은 상기 플랙서블한 기판과는 전혀 반응하지 않는 것이 특징이다.
다음, FPC 본딩 공정(S150)은 전술한 캐리어 기판이 제거된 후에는 상기 플 렉서블 기판에 형성된 구성요소의 구동을 위해 FPC를 부착하는 공정이다. 이러한 FPC 본딩 공정은 본 발명의 실시예에 따를 제조 방법상 상기 보호필름에 대해 진행되는 것이 특징이다.
이후에는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 유리재질의 캐리어 기판(101) 상에 고분자 물질 예를들면 폴리이미드, 실리카 레진, 아크릴 중 어느 하나를 스핀코팅 또는 바(bar)코팅 장치(미도시)를 이용하여 전면에 도포함으로써 고분자 물질층(109)을 형성한다.
이후, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 고분자 물질층(도 3a의 113)이 형성된 캐리어 기판(101)을 경화장치(193) 예를들면 오븐, 퍼니스 내부에 위치시킨 후, 150℃ 내지 300℃의 온도 분위기에서 20분 내지 120분 정도 유지시킴으로써 상기 고분자 물질을 경화시킨다. 이때 이러한 경화공정에 의해 경화된 고분자 물질층(도 3a의 109)은 플렉서블 기판(110)을 이루게 된다. 이때 상기 플렉서블 기판(110)은 그 두께가 50㎛ 내지 300㎛인 것이 바람직하다. 이보다 얇은 두께를 갖는 경우 추후 진행 될 박리공정에서 끊김 등이 발생할 가능성이 있으며, 이보다 두꺼운 두께를 가질 경우, 일반적인 표시장치를 이루는 유리재질의 기판의 두께보다 두꺼워지 므로 박형화의 추세에 역행하기 때문이다.
한편, 변형예로서 상기 캐리어 기판에 고분자물질을 도포하는 것을 대신하여 상기 캐리어 기판 상에 선택 식각비가 우수한 비정질 실리콘(a-Si), 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 절연층을 형성함으로써 이를 플렉서블 기판으로 이용할 수도 있다. 이러한 물질로 이루어진 절연층 또한 추후 캐리어 기판의 제거하기 위한 식각액에는 반응하지 않으므로 문제되지 않는다. 이렇게 절연층을 형성한 경우 상기 경화공정은 생략될 수 있다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 플렉서블 기판(110) 위로 표시소자 형성공정을 진행함으로써 화상구현을 실현함에 필요한 구성요소를 형성한다. 이때, 도면에는 나타내지 않았지만, 상기 다수의 구성요소를 패터닝하여 형성하기 전에 상기 플렉서블 기판(110) 상에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)를 전면에 증착함으로써 버퍼층(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다. 이러한 버퍼층(미도시)을 상기 플렉서블 기판(110)상에 형성하는 이유는 상기 고분자 물질로 이루어진 플렉서블 기판(110)과 구성요소의 접합력 향상 및 고분자 물질이 고온에 노출 시 발생할 수 있는 유기 가스 또는 미세 유기 입자의 방출을 방지하기 위함이다.
한편, 상기 플렉서블 기판(110)을 이용한 플레서블 표시장치가 유기전계 발광소자로 구현되는 경우, 상기 버퍼층(미도시) 또는 상기 플렉서블 기판(110) 위로 게이트 및 데이터 배선(121, 미도시)과 전원배선(미도시), 스위칭 및 구동 박막트 랜지스터(미도시, DTr)와 유기전계 발광 다이오드(E)를 형성 한다.
조금 더 상세히 설명하면, 상기 플렉서블 기판(110) 상에 형성된 상기 버퍼층(미도시) 위로 순수 비정질 실리콘을 증착하여 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 레이저 빔을 조사하거나 또는 열처리를 실시하여 상기 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층(미도시)으로 결정화시킨다. 이때의 레이저 빔 조사는 결정화를 위한 것으로 현 단계에서는 상기 플렉서블 기판(110) 상에 박막트랜지스터 등의 구성요소가 형성되지 않았으므로 문제되지 않는다.
이후, 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립(strip) 등 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 실시하여 상기 폴리실리콘층(미도시)을 패터닝함으로써 상기 화소영역(P) 내의 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 순수 폴리실리콘 상태의 반도체층(113)을 형성한다.
다음, 상기 순수 폴리실리콘의 반도체층(113) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 게이트 절연막(116)을 형성한다.
다음, 상기 게이트 절연막(116) 위로 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 및 크롬(Cr) 중 하나를 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 각 반도체층(113)의 중앙부에 대응하여 게이트 전극(120)을 각각 형성하고, 동시에 상기 게이트 절연막(116) 위 로 상기 화소영역(P)의 경계에 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(121)을 형성한다. 또한 비표시영역(NA)에 상기 게이트 배선(121)과 연결된 게이트 패드전극(119)을 형성 한다.
다음, 상기 각 게이트 전극(120)을 블록킹 마스크로 이용하여 상기 플렉서블 기판(110) 전면에 불순물을 도핑함으로써 상기 반도체층(113) 중 상기 게이트 전극(120) 외측에 위치한 부분에 상기 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)을 이루도록 하고, 블록킹됨으로써 상기 불순물의 도핑이 방지된 게이트 전극(120)에 대응하는 부분은 순수 폴리실리콘의 제 1 영역(113a)을 이루도록 한다.
다음, 제 1 및 제 2 영역(113a, 113b)으로 나뉘어진 반도체층(113)이 형성된 상기 플렉서블 기판(110) 전면에 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 층간절연막(123)을 형성한다. 이후, 상기 층간절연막(123)과 하부의 게이트 절연막(116)을 패터닝함으로써 상기 각 반도체층(113)의 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)을 형성한다.
다음, 상기 반도체 콘택홀(125)을 갖는 상기 층간절연막(123) 위로 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 하나를 증착하여 제 2 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 구동 및 스위칭 영역(DA, 미도시)에 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 상기 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성 한다.
동시에 상기 층간절연막(123) 위로 상기 화소영역(P)의 경계에 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 소스 전극(미도시)과 연결되며 상기 게이트 배선(121)과 교차하는 데이터 배선(미도시)과, 상기 화소영역(P)을 관통하는 형태로 상기 데이터 배선(미도시)과 이격하며 나란하게 전원배선(미도시)을 형성 한다.
또한, 상기 비표시영역(NA)에 상기 데이터 배선(미도시)과 연결된 데이터 패드전극(미도시)을 형성 한다. 이때, 상기 화소영역(P) 내의 구동영역(DA)에 구비된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루며, 상기 스위칭 영역(미도시)에도 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되게 된다. 이때 상기 화소영역(P) 내에는 다수의 구동 박막트랜지스터(DTr)를 형성할 수도 있다.
다음, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 위로 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)을 도포하여 그 표면이 평탄한 형태를 갖는 제 1 보호층(140)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)과 상기 게이트 및 데이터 패드전극(119, 미도시)을 각각 노출시키는 제 1 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(144, 미도시)을 형성한다. 다수의 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 경우 그 중 하나의 구동 박막트랜지스터(DTr)에 대해서만 드레인 콘택홀(143)을 형성한다.
다음, 상기 제 1 보호층(140) 위로 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물 질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 이를 패터닝함으로서 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 제 1 전극(147)을 상기 화소영역(P)에 형성 한다.
동시에 비표시영역(NA)에 있어 상기 제 1 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(144, 미도시)을 통해 각각 상기 게이트 및 데이터 패드전극(119, 미도시)과 각각 접촉하는 제 1 게이트 및 데이터 보조 패드전극(149, 미도시)을 형성 한다.
다음, 상기 제 1 전극(147) 위로 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)을 도포하거나 또는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 유기 또는 무기물질층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 화소영역(P)의 경계에 상기 제 1 전극의 테두리부와 중첩하는 뱅크(150)를 형성한다.
다음, 상기 뱅크(150)가 형성된 상기 플렉서블 기판(110)에 대응하여 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 상기 제 1 전극(147) 위에 유기 발광층(155)을 형성한다. 이때, 상기 유기 발광층(155)은 도시한 유기 발광 물질만을 증착함으로써 단일층 구조를 이룰 수도 있으며, 또는 도면에 나타내지 않았지만 정공주입층/정공수송층/발광 물질층/전자수송층/전자주입층을 순차적으로 증착함으로써 다중층 구조를 이룰 수도 있다. 이러한 쉐도우 마스크(미도시)를 이용한 유기 발광물질의 열증착은 3회 실시함으로써 서로 연속하는 3개의 화소영역(P)에 순차 반복하는 적, 녹 및 청색을 각각 발광하는 유기 발광층(155)을 형성할 수 있다.
다음, 상기 유기 발광층(155)과 뱅크(150) 위로 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au) 중 하나를 열 증착을 실시함으로써 유기 발광층(155)로부터 발광된 빛이 투과할 수 있도록 전면에 5Å 내지 50Å 정도의 비교적 얇은 두께를 갖도록 단일층 구조의 제 2 전극(158)을 형성함으로써 유기전계 발광 표시장치를 이루기 위한 구성요소 형성을 완성한다.
이때 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 본 발명의 특징적인 구성으로 상기 제 2 전극(158) 위로 추후 진행될 캐리어 기판(101)의 식각 공정 시 식각액에 노출되는 것을 방지하며 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 플렉서블한 특성을 가지며, 그 내측면에 점착층(162)을 갖는 보호필름(160)을 부착한다.
이때, 상기 보호필름(160)은 상기 플렉서블 기판(110)의 상기 비표시영역(NA)에 형성된 상기 제 1 게이트 및 데이터 보조 패드전극(149, 미도시)에 대응하여 금속물질로서 제 2 게이트 및 데이터 보조 패드전극(165, 미도시)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 게이트 및 데이터 보조패드 전극(165, 미도시)에 대응하는 부분의 상기 점착층(162)에는 다수의 도전볼(163)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 보호필름(160)의 외측면에서는 상기 제 2 게이트 및 데이터 보조패드 전극(165, 미도시) 각각을 노출시키는 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(170, 미도시)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
이러한 구성을 갖는 보호필름(160)을 상기 플렉서블 기판(110)의 상기 유기전계 발광 다이오드(E) 상부에 부착함으로써 상기 유기전계 발광 다이오드(E)를 보호하는 인캡슐레이션용 기판의 역할을 하는 동시에 상기 비표시영역(NA)에 대응하는 부분에 선택적으로 상기 점착층(162) 내부에 형성된 도전볼(163)에 의해 상기 플렉서블 기판(110)에 형성된 제 1 보조 게이트 및 데이터 패드 전극(149, 미도시)과 상기 보호필름(160) 내부에 형성된 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극(165, 미도시)과 도통되게 된다.
이렇게 인캡슐레이션을 위한 보호필름(160)에 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극(165, 미도시)을 형성한 것은 추후 FPC(Flexible printed circuit board)(도 3f의 180)와의 본딩을 용이하게 하기 위함이다.
통상적으로 상기 FPC는 상기 게이트 및 데이터 배선이 형성된 기판에 대해 본딩을 실시하여 실장되고 있지만, 본 발명의 특성상 게이트 및 데이터 배선이 형성된 플렉서블 기판(110)은 그 두께가 매우 얇고 유연성이 매우 뛰어나므로 캐리어 기판을 제거하게 되면 뱅크(150)와 유기발광층(155) 등이 형성되어 그 두께가 두꺼워진 표시영역(AA) 외측에 위치하는 비표시영역(NA)은 말림 현상이 발생한다. 따라서 상기 FPC(도 3f의 180)를 본딩함에 있어 어려움이 발생하고 있으며, 본딩 오차가 심하게 발생하여 유기전계 발광소자의 구동불량을 야기하고 있다.
따라서 이러한 문제를 해결하고자 캐리어 기판(101)을 식각하여 제거하기 전 상기 플렉서블 기판(110)의 비표시영역(NA)이 평탄한 상태에서 상기 보호필름(160)과 접착이 이루어지도록 하는 것이 특징이며, 상기 보호필름(160)을 접착 후에는 상기 보호필름(160)과의 접착에 의해 어느 정도의 두께가 유지되므로 상기 비표시영역의 말림 현상을 발생되지 않는다.
다음, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 유기전계 발광 표시장치용 구성요소와 보호필름(160)이 부착된 상기 플렉서블 기판(110)에 부착된 캐리어 기판(101)을 제거하기 위한 식각공정을 진행한다.
즉, 상기 플렉서블 기판(110) 외측면에 부착된 캐리어 기판(101)의 저면에 노즐(190) 등을 이용하여 식각액을 스프레이 하여 상기 캐리어 기판(101)을 완전 식각하여 제거함으로서 상기 플렉서블 기판(110)이 노출되도록 한다. 이때, 상기 식각액은 상기 캐리어 기판(101)이 유리재질로 이루어짐으로써 유리재질과 반응하여 이를 식각시키는 HF인 것이 특징이다.
이때 상기 캐리어 기판(101)의 식각은 도시한 바와 같이 상기 다수의 노즐(190)이 상기 캐리어 기판(101)의 저면에 위치하도록 하여 상기 캐리어 기판(101)에 대해서만 식각액의 스프레이가 이루어지도록 하는 것이 특징이다. 이러한 식각액의 스프레이에 의해 상기 식각액에 반응하여 유리재질로 이루어진 상기 캐리어 기판(101)이 완전히 제거되게 된다.
상기 캐리어 기판(101)이 제거됨과 동시에 상기 플렉서블 기판(110)의 저면이 상기 식각액에 노출되지만, 상기 식각액에 대해 고분자 물질로 이루어진 상기 플렉서블 기판(110)은 전혀 반응하지 않으므로 문제되지 않는다.
또한, 식각 진행 시 식각액의 스프레이 오차에 의해 상기 플렉서블 기판(110)의 상면이 노출된다 하더라도 유기전계 발광 다이오드(E) 등의 구성요소 상 부로 상기 식각액과 반응하지 않는 물질로 이루어진 보호필름(160)이 형성되고 있으므로 문제되지 않는다.
이때 도면에 나타내지 않았지만, 상기 보호필름(160)의 외측면에는 상기 보호필름(160)의 손상을 방지하기 위해 최종적으로는 제거되는 보호시트(미도시)가 구비되고 있으며, 이러한 보호시트(미도시)에 의해 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(170, 미도시)은 덮혀있는 상태가 되므로 상기 캐리어 기판(101)의 식각 시 스프레이 오동작에 의해 상기 보호필름(160)이 식각액에 노출된다 하여도 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(170, 미도시) 내부로 식각액이 침투하는 것은 방지되는 것이 특징이다.
다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 캐리어 기판(도 3e의 101)이 제거된 상기 플렉서블 기판(110) 상에 부착된 상기 보호필름(160) 상에 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극(165, 미도시)에 대응하여 FPC(180)를 본딩하여 부착함으로써 본 발명에 따른 플렉서블 기판(110)을 이용한 플렉서블 표시장치(100) 더욱 정확히는 플렉서블한 유기전계 발광소자를 완성할 수 있다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 캐리어 기판(도 3e의 101)이 제거된 상기 블렉서블 기판(110)의 외측면에 이의 손상을 방지하고 보호를 위해 제 2 보호시트(미도시)를 부착할 수도 있다.
또는, 부가하여 상기 플렉서블 기판(110)의 외측면에 플라스틱 기판(미도시)을 더욱 부착할 수도 있다. 이때 상기 플라스틱 기판(미도시)은 PET, PEN, PES 중 어느 하나의 물질로 이루어진 베이스 필름(미도시)과, 무기절연물질 예를 들면 산 화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx) 또는 산화물 반도체물질인 인듐-징크-옥사이드(IZO)가 단일층 또는 이중층 구조로 증착된 배리어층(미도시)으로 구성되고 있으며, 점착층(미도시)을 개재하여 상기 플렉서블 기판(110)의 외측면에 부착될 수 있다. 이러한 플라스틱 기판(미도시)이 상기 플렉서블 기판(110)의 외측면에 구비됨으로써 산소 또는 수분 침투를 방지하여 유기 발광 다이오드(E)의 수명을 연장시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 제조 되는 플렉서블 표시장치(110)는 캐리어 기판(도 3e의 101)의 제거를 위해 고가의 레이저 장치를 이용하지 않아도 됨으로서 제조 장비 투자비용을 저감할 수 있으며, 레이저 빔 조사에 의해 특히 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 손상되는 등의 불량을 억제할 수 있는 것이 특징이다.
나아가 인캡슐레이션을 위한 보호필름(160) 외측면을 통해 FPC(180)의 본딩이 이루어지므로 플렉서블 기판(110)의 말림 현상에 의해 발생하는 본딩 불량을 억제함으로써 수율을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 고분자 물질을 플렉서블 기판으로 이용한 플렉서블 기판의 제조과정 일부를 도시한 제조 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 방법을 나타낸 흐름도.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 단계별 제조 공정 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
101 : 캐리어 기판 110 : 플렉서블 기판
113 : 반도체층 113a : 제 1 영역
113b : 제 2 영역 116 : 게이트 절연막
119 : 게이트 패드전극 120 : 게이트 전극
121 : 게이트 배선 123 : 층간절연막
125 : 반도체층 콘택홀 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 140 : 보호층
143 : 드레인 콘택홀 144 : 제 1 게이트 패드 콘택홀
147 : 제 1 전극 149 : 제 1 보조 게이트 패드전극
150 : 뱅크 155 : 유기 발광층
158 : 제 2 전극 160 : 보호필름
162 : 점착층 163 : 도전볼
165 : 제 2 보조 게이트 패드전극 170 : 제 2 보조 게이트 패드 콘택홀
190 : 노즐 AA : 표시영역
DA : 구동영역 NA : 비표시영역
P : 화소영역

Claims (14)

  1. 캐리어 기판 상에 표시영역과 그 외측의 비표시영역이 정의된 플렉서블 기판을 형성하는 단계와;
    상기 플렉서블 기판 상에 화상구현을 위한 구성요소를 형성하는 단계와;
    상기 구성요소 위로 점착층과 베이스 필름으로 구성된 보호필름을 부착하는 단계와;
    식각액을 이용하여 상기 캐리어 기판을 식각하여 제거하는 단계와;
    상기 보호필름 상에 FPC(flexible printed circuit board)를 본딩하는 단계
    를 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 상기 캐리어 기판 상에 고분자 물질을 전면에 도포하여 고분자 물질층을 형성하는 단계와;
    상기 고분자 물질층을 경화하는 단계를 진행하여 형성하는 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 폴리이미드, 실리카 레진, 아크릴 중 어느 하나인 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 고분자 물질층을 경화하여 플렉서블 기판을 형성하는 단계는, 150℃ 내지 300℃의 온도 분위기를 갖는 경화장치 내부에서 20분 내지 120분간 경화공정을 진행하는 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판 상에 화상구현을 위한 구성요소를 형성하는 단계 이전에 상기 플렉서블 기판 상에 무기절연물질로서 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 상기 캐리어 기판 상에 비정질 실리콘(a-Si), 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx) 중 어느 하나를 증착하여 형성하는 것이 특징인 플렉 서블 표시장치의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화상구현을 위한 구성요소를 형성하는 단계는,
    상기 플렉서블 기판 위로 절연층을 개재하여 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과 전원배선을 형성하고, 상기 게이트 배선과 연결된 게이트 패드전극과, 상기 데이터 배선과 연결된 데이터 패드전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 이와 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과 상기 게이트 및 데이터 패드전극을 각각 노출시키는 제 1 게이트 및 데이터 패드 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 제 1 전극과, 상기 제 1 게이트 및 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 및 데이터 패드전극과 각각 접촉하는 제 1 보조 게이트 및 데이터 패드전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 위로 각 화소영역의 경계에 뱅크를 형성하는 단계와;
    상기 뱅크로 둘러싸인 영역의 상기 제 1 전극 위로 유기 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 유기 발광층과 뱅크 상부로 제 2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보호필름은 상기 베이스 필름과 점착층 사이에 상기 제 1 보조 게이트 및 데이터 패드전극에 대응하여 각각 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극이 구비되며,
    상기 점착층 내부에는 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극이 형성된부분에 대응하여 다수의 도전볼이 구비되며,
    상기 제 1 보조 게이트 및 데이터 패드전극 각각과 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극 각각은 상기 다수의 도전볼에 의해 도통되도록 상기 보호필름을 부착하는 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호필름에는 그 외측면에 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극을 각각 노출시키는 제 2 게이트 및 데이터 패드 콘택홀이 구비되며,
    상기 제 2 게이트 및 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 제 2 보조 게이트 및 데이터 패드전극과 접촉하도록 상기 FPC를 본딩하는 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 기판의 식각은 상기 캐리어 기판의 저면에 노즐을 통해 상기 식각액을 스프레이 하는 방식을 진행하는 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 캐리어 기판은 유리재질이며, 상기 식각액은 HF인 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 50㎛ 내지 300㎛의 두께를 갖도록 형성하는 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 기판을 제거한 후, 상기 플렉서블 기판의 외측면에 베이스 필름과 배리어층을 갖는 플라스틱 기판을 부착하는 단계를 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판은 PET, PEN, PES 중 어느 하나의 물질로 이루어진 베이스 필름과, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 단일층 또는 이중층 구조로 갖는 배리어층(미도시)으로 구성되며, 점착층을 개재하여 상기 플렉서블 기판의 외측면에 부착하는 것이 특징인 플렉서블 표시장치의 제조 방법.
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