KR20120106659A - 플렉서블 장치의 제조 방법 - Google Patents

플렉서블 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20120106659A
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flexible
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촨 종 리
치-민 안
이-충 시
창-홍 호
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이터널 케미칼 컴퍼니 리미티드
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Abstract

플렉서블 장치의 제조 방법이 제공되며, 이 방법은 단단한 캐리어를 제공하는 것; 상기 단단한 캐리어 상에 소정 패턴을 갖는 접착층을 형성하는 것; 상기 단단한 캐리어 상에 플렉서블 기판 층을 형성하는 것 - 여기에서, 플렉서블 기판 층의 일부는 단단한 캐리어와 접촉하여 제1 접촉 계면을 형성하고, 나머지 부분은 접착층과 접촉하여 제2 접촉 계면을 형성함 - ; 제1 접촉 계면에 대향하는 상기 플렉서블 기판 층의 표면에 적어도 1종의 장치를 형성하는 것; 및 상기 제1 접촉 계면을 통하여 상기 단단한 캐리어로부터 상기 플렉서블 기판을 분리하는 것을 포함한다.

Description

플렉서블 장치의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING A FLEXIBLE DEVICE}
본 발명은 플렉서블 장치의 제조 방법에 관한 것이며, 특히 단단한 캐리어(rigid carrier)로부터 플렉서블 기판(flexible substrate)을 갖는 장치(device)를 쉽게 분리하는 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD)는 현재 음극선관(CRT)을 대체하였고, 시장에서 주류가 되었다. 공지된 FPD는 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 및 유기 발광 디스플레이(OLED)를 포함한다. FPD는 주로 단단한 기판(예를 들면, 유리) 상에서 가공된(processed) 후 제조된다. 이러한 종류의 단단한 디스플레이(rigid display)의 이용은 유연성의 부족 때문에 제한된다. 따라서, 전통적인 유리 기판 대신에 플렉서블 기판을 갖는 플렉서블 디스플레이에 현재 연구가 집중되고 있다.
플렉서블 기판은 박형 유리 기판, 금속 호일 기판 및 플라스틱 기판을 포함하는 3가지 형태로 분류될 수 있다. 플렉서블 기판은 상이한 이점 및 단점을 갖는다. 박형 유리 기판을 갖는 플렉서블 디스플레이의 제조 공정은 대규모로 제조된 단단한 FRD의 제조 공정과 유사하지만, 기판을 유연하게 만들기 위하여, 기판이 충분히 얇아야 하므로, 부서지기 쉽고 덜 안전하다. 또한, 박형 유리 기판의 유연성은 다른 플렉서블 기판에 비하여 경쟁력이 없다. 금속 호일 기판은 고온 저항성, 높은 습도 및 가스 베리어 특성 및 내화학성의 이점을 갖지만, 불투명한 단점이 있어 특정 디스플레이 장치, 예를 들면 반사형 디스플레이에만 적용될 수 있다. 플라스틱 기판은 다양한 디스플레이 장치에 이용되기에 적합하고, 롤-투-롤 방식(roll to roll manner)으로 제조될 수 있다. 그러나, 대부분의 플라스틱 기판은 고온 저항성이 없어, 공정 온도가 제한되고, 또한 열팽창계수가 높아 기판 변형을 쉽게 야기한다.
또한, 플렉서블 기판은 가볍고 얇기 때문에, 평탄도 문제가 쉽게 발생하여, 장치가 플렉서블 기판 상에서 직접적으로 제조될 수 없다. 따라서, 플렉서블 기판 상에 장치를 성공적으로 배열하는 방법이 현재 개발되어야 하는 가장 중요한 기술의 하나이다. 산업계에 채용된 방법의 하나는 단단한 캐리어(rigid carrier) 상에 플렉서블 기판을 부착한 후, 장치 제조가 완료된 후, 단단한 캐리어로부터 플렉서블 기판을 제거하는 것이다. 따라서, 장치의 품질에 영향을 미치지 않고 단단한 캐리어로부터 플렉서블 기판을 성공적으로 제거하는 방법이 이 기술의 장애물이다.
도 1은 플렉서블 기판 상에서 장치를 제조하는 종래 방법의 개요도이다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 플렉서블 기판(104)은 접착층(102)의 도움으로 단단한 캐리어(100)에 부착되고, 이후 장치 구조, 예를 들면 유기 박막 트랜지스터(OTFT)가 플렉서블 기판 상에 형성된다. 제조 공정은 예를 들면, 게이트 전극(108), 유전막(106), 콜렉터/소스 전극(110, 112), 및 채널(114)을 형성하는 것을 포함한다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 원하는 장치를 제조한 후, 플렉서블 기판은 단단한 캐리어로부터 분리되지만, 접착층(102)의 부착력 때문에, 플렉서블 기판이 쉽게 분리될 수 없고, 잔류 접착제가 분리 후에 남는 경향이 있어 장치의 품질에 영향을 미친다. 또한, 접착층은 일반적으로 고온 저항성이 없으므로, 이 방법은 고온을 필요로 하는 공정에는 이용될 수 없다.
미국특허 제7,466,390호는 기판 배열(arrangement) - 여기에서, 기판 배열은 단단한 유리 기판 및 이를 덮는 플라스틱 기판을 포함함 - 을 제공하는 것; 플라스틱 기판 상에 장치를 형성하는 것; 및 장치 형성 후에 레이저 조사를 통하여 단단한 유리 기판으로부터 플라스틱 기판을 빼내는 것을 포함한다. 그러나, 복잡하고 장시간이 소요되는 공정, 비싼 설비 및 고비용에 더하여, 이러한 기술은 레이저 조사가 정밀하여야 하고, 단단한 유리 기판이 재활용될 수 없다는 단점을 더 갖고 있다.
플렉서블 전자 장치를 제조하는 다른 방법은 Seiko Epson Corporation 및Sony Corporation에 의해 개발된 간접 이동 기술(indirect transfer technology)이며, 이 기술은 단단한 캐리어 상에 장치를 제조하는 것, 및 이후 플렉서블 기판 상으로 장치를 이동하는 것을 포함한다. 그러나, Seiko Epson Corporation의 SUFTLA에서는 유리 기판으로부터 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 완전하게 제거하기 위하여 레이저가 정확하게 제어되어야 한다. Sony Corporation은 유리 기판을 제거하기 위하여 불산(hydrofluoric acid)을 이용하고, 식각저지층으로 불산에 대하여 높은 식각선택비를 갖는 물질을 이용한다. 유리 기판이 불산에 의해 식각저지층까지 식각되는 경우, 식각이 중지되고, 이후 식각저지층이 제거되며, 장치는 플라스틱 기판 상으로 이동된다. 이러한 기술에서, 높은 독성의 불산이 이용되어야만 하고, 장치는 식각 중에 식각액에 의한 식각으로부터 보호되어야만 한다. 이동 기술은 고온 공정에 유용하기는 하지만, 전술한 단점에 더하여, 복잡한 제조 공정에 기인하여 대규모 제조에 대하여 야기되는 문제점과 같은 단점들이 존재한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 미국특허 제7,575,983호는 플렉서블 기판 상에 장치를 제조하는 방법을 개시한다. 이 방법에서, 부착력을 갖지 않는 "이형층(release layer)"이 폴리머 물질에 의해 제조되고, 플렉서블 기판과 단단한 캐리어 사이의 계면층(interface layer )으로 이용되며, 이후 계면층을 통하여 플렉서블 기판을 제거하기 위하여 물에 침지된다. 그러나, 장치는 일반적으로 물로부터 보호되는 것이 요구되므로, 추가적인 보호층이 필요하다. 또한, 대만특허출원 제98126043호는 플렉서블 장치에 이용되는 기판 구조를 제조하는 방법을 개시하며, 여기에서, 기판 구조는 플렉서블 기판, 이형층, 접착제, 및 지지 캐리어(support carrier)를 포함하고, 지지 캐리어 상으로 이동된 플렉서블 기판은 제조 공정 중에는 떨어지지 않고, 모든 공정이 완료된 후, 이형제와 플렉서블 기판 사이의 부착력은 약하고, 접착제와 플렉서블 기판 사이의 부착력은 우수한 특성을 이용하여, 쉽게 분리될 수 있다. 그러나, 이형층과 접착제의 이용 때문에, 제조 공정이 복잡하고, 제조 비용이 높아지며, 추가적으로, 장치의 제조 공정은 일반적으로 200℃를 넘는 온도에서의 작업을 필요로 하는 반면, 이용된 이형층 또는 접착제의 열저항성은 나쁘기 때문에, 쉽게 불안정한 품질을 발생시킨다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플렉서블 장치(flexible device)의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 단단한 캐리어(rigid carrier)를 제공하는 것; 상기 단단한 캐리어 상에 소정 패턴(given pattern)을 갖는 접착층을 형성하는 것; 상기 단단한 캐리어 상에 플렉서블 기판 층을 형성하는 것 - 여기에서, 상기 플렉서블 기판 층의 일부는 상기 단단한 캐리어와 접촉하여 제1 접촉 계면(contact interface)을 형성하고, 나머지 부분은 상기 접착층과 접촉하여 제2 접촉 계면을 형성함 - ; 상기 제1 접촉 계면에 대향하는 상기 플렉서블 기판 층의 표면 상에 1 이상의 장치를 형성하는 것; 및 상기 제1 접촉 계면을 통하여 상기 단단한 캐리어로부터 상기 플렉서블 기판을 분리하는 것을 포함한다.
본 발명은 또한, 플렉서블 기판을 분리하는 방법, 특히 단단한 캐리어로부터 플렉서블 기판을 분리하는 방법을 제공하며, 이 방법은 단단한 캐리어를 제공하는 것; 상기 단단한 캐리어 상에 소정 패턴을 갖는 접착층을 형성하는 것; 상기 단단한 캐리어 상에 플렉서블 기판 층을 형성하는 것 - 여기에서, 상기 플렉서블 기판 층의 일부는 상기 단단한 캐리어와 접촉하여 제1 접촉 계면을 형성하고, 나머지 부분은 상기 접착층과 접촉하여 제2 접촉 계면을 형성함 - ; 및 상기 제1 접촉 계면을 통하여 상기 단단한 캐리어로부터 상기 플렉서블 기판을 분리하는 것을 포함한다.
본 발명의 방법은 비용을 저감하기 위하여 기존 제조 설비를 이용함으로써 수행될 수 있다. 장치의 제조 공정에서, 플렉서블 기판은 단단한 캐리어 상에 효과적으로 고정되어, 장치 제조 공정 중에 플렉서블 기판의 이동에 의해 발생하는 정렬 편차(alignment deviation)를 감소시킬 수 있다. 장치가 제조된 후, 플렉서블 기판은 장치의 하부면에 잔류 접착제를 남기지 않고 단단한 캐리어로부터 쉽게 분리될 수 있다. 한편, 본 발명은 고온 저항성, 정확한 정렬 및 플렉서블 기판의 쉬운 분리라는 3가지 이점을 갖는다.
도 1은 종래 플렉서블 기판 상에서의 장치 제조 방법의 개요도이다.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 소정 패턴을 갖는 접착층의 개요도이다.
도 5는 본 발명에 따른 소정 패턴을 갖는 접착층을 제조하는 방법의 일 형태의 개요도이다.
도 6은 본 발명에 따른 플렉서블 장치의 제조 방법의 일 형태의 개요도이다.
도 7은 접착 촉진제와 단단한 캐리어 사이의 화학 결합을 나타내는 개요도이다.
도 8은 접착 촉진제와 플렉서블 기판 사이의 화학 결합을 나타내는 개요도이다.
본 명세서에 사용된 용어 "이형 영역(release region)"은 본 발명의 방법에서 플렉서블이 기판이 단단한 캐리어로부터 분리되는 영역을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 용어 "접착 영역(adhesion region)"은 본 발명이 방법에서 접착 촉진층(adhesion promoting layer)을 통하여 플렉서블 기판이 단단한 캐리어에 접촉하는 영역을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 용어 "플렉서블 기판 층의 일부"는 플렉서블 기판 층의 50% 내지 99.9%, 바람직하게는 80% 내지 99.5%를 나타낸다.
본 발명에 사용된 단단한 캐리어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 임의의 것, 예를 들면 유리, 석영, 웨이퍼, 세라믹, 금속, 또는 금속 산화물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 방법은 플렉서블 기판 층을 형성하기 전에 단단한 캐리어 상에 소정 패턴을 갖는 접착층을 형성하여, 플렉서블 기판 층의 일부가 단단한 캐리어와 접촉하여 제1 접촉 계면을 형성하고, 나머지 부분이 접착층과 접촉하여 제2 접촉 계면을 형성하는 것을 주요 특징으로 한다. 접착층은 플렉서블 기판과 단단한 캐리어 모두에 화학적으로 결합할 수 있는 접착 촉진제(adhesion promoter)를 함유하고 있기 때문에, 플렉서블 기판 층이 바인더 없이도 단단한 캐리어에 효과적으로 고정될 수 있다. 또한, 접착 촉진제의 존재 때문에, 제2 접촉 계면은 강한 부착력을 갖고; 단지 미량(trace amount)의 화학 결합만이 플렉서블 기판과 단단한 캐리어 사이에 존재하므로, 제1 접촉 계면의 부착력은 제2 접촉 계면의 부착력보다 작다. 플렉서블 기판은 장치 제조 후에, 장치의 모서리(edges) 또는 주변(periphery)을 따라 절단함으로써 상기 제1 접촉 계면을 통하여 단단한 캐리어로부터 쉽게 제거될 수 있어, 단단한 캐리어 상에 수행되는 공정 기술이 플렉서블 기판으로 쉽게 이동될 수 있다. 또한, 고온 저항성이 없는 이형층 또는 바인더가 플렉서블 기판과 단단한 캐리어 사이의 제1 접촉 계면 상에 존재하지 않기 때문에, 본 발명의 방법은 고온 작업을 필요로 하는 장치 제조 공정에 적용가능하다.
소정 패턴을 갖는 접착층은 패턴 형태에 대하여 특정 패턴 형태로 제한되지 않으며, 이형 영역의 주변부에 분포된다. 예를 들면, 접착층은 프레임 유사 형태(frame-like form)로 존재한다. 이형 영역의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 정사각형, 직사각형, 마름모형, 원형, 또는 타원형일 수 있으며, 절단의 용이성을 고려하여 정사각형 또는 직사각형이 바람직하다. 도 2, 3, 및 4는 접착층의 개별적인 형태이다. 도 2에서, 이형 영역은 직사각형(201, 202, 203, 204)이며, 접착층(21)은 이형 영역의 주변에 분포되고, 직사각형을 둘러싸는 프레임 형태로 존재한다. 도 3에서, 이형 영역은 타원형(301, 302, 303, 304)이며, 접착층(31)은 이형 영역의 주변에 분포되고, 타원형을 둘러싸는 프레임 형태로 존재한다. 도 4에서, 이형 영역은 직사각형(401, 402, 403, 404)이며, 접착 촉진층(41)은 다수의 점으로서 직사각형(401, 402, 403, 404)의 대각선 위치(diagonal positions)에 분포된다.
접착층의 소정 패턴은 원하는 이형 영역에 의해 요구되는 바에 따라 설계된다. 예를 들면, 최종 제품이 직사각형의 플렉서블 장치이면, 정의되어야 하는 이형 영역의 형태도 직사각형이며, 단단한 캐리어 상의 접착층의 패턴은 1 이상의 직사각형을 둘러싸는 프레임 형태일 수 있다. 패턴의 폭은 작동이 간단하고, 플렉서블 기판 층이 단단한 캐리어에 효과적으로 고정될 수 있는 한, 특별히 제한되지 않으며, 절단 도구에 따라 조절될 수 있다. 폭은 일반적으로 약 5 내지 약 1000 마이크로미터(㎛)이며, 본 발명의 형태에 따라 약 5, 약 10, 약 30, 약 50, 약 100, 약 300, 약 500, 또는 약 700 ㎛일 수 있다.
본 발명의 접착층은 용매 및 접착 촉진제를 함유하는 조성물로부터 제조된다. 용매의 종류는 예를 들면, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(DPM), 또는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 또는 그 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니며, PGME 또는 PGMEA 또는 그 조합이 바람직하다. 접착 촉진제는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 임의의 것일 수 있으며, 예를 들면, 실란 커플링제; 방향족 시클릭 또는 헤테로시클릭 화합물; 포스페이트 화합물; 티타네이트 또는 지르코네이트와 같은 다가 금속 염 또는 에스테르; 에폭시 수지 또는 폴리에스테르 수지와 같은 유기 폴리머 수지; 또는 염소화 폴리올레핀일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 접착 촉진제는 플렉서블 기판과 단단한 캐리어 모두에 화학적으로 결합할 수 있으며, 단단한 캐리어 및 플렉서블 기판의 종류에 따라, 단단한 캐리어 및 플렉서블 기판과 우수한 부착력을 갖는 접착 촉진제가 선택된다. 예를 들면, 단단한 캐리어가 금, 은 또는 구리와 같은 금속 기판이고, 플렉서블 기판이 폴리이미드인 경우, 아미노티오페놀, 아미노테트라졸, 또는 2-(디페닐포스피노)에틸아민과 같은, 아미노기를 갖는 방향족 시클릭 또는 헤테로시클릭 화합물이 선택될 수 있다. 플렉서블 기판이 폴리이미드이고, 단단한 캐리어가 유리인 경우, 아미노기를 갖는 실록산 모노머, 아미노기를 갖는 폴리실록산, 또는 그 조합과 같은, 아미노기 및 저급 알콕시를 모두 갖는 모노머 또는 폴리머, 바람직하게는 3-아미노프로필 트리에톡시 실란(APrTEOS), 3-아미노프로필 트리메톡시 실란(APrTMOS), 또는 그 조합과 같은, 아미노기를 갖는 실록산 모노머가 선택될 수 있다.
본 발명에 이용될 수 있는, 상업적으로 입수 가능한 아미노기를 갖는 실록산 모노머의 예는 VM-651 및 VM-652(Hitachi DuPont Microsystem Ltd.); AP-3000(Dow Chemical Company); KBM-903 및 KBE-903(Shin Etsu Co., Ltd.); 및 AP-8000(Eternal Chemical Co., Ltd.)를 포함한다.
용매 및 접착 촉진제를 함유하는 조성물은 본 발명의 소정 패턴을 갖는 접착층을 제조하기 위하여, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 임의의 방법에 의해 단단한 캐리어에 적용될 수 있다. 이러한 방법은 예를 들면, 스크린 인쇄 방법, 코팅 방법, 디스펜싱(dispensing) 방법, 포토리소그래피 방법, 그 조합이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 포토리소그래피 방법, 예를 들면, 네가티브형 포토레지스트 방법(negative working photoresist process) 또는 포지티브형 포토레지스트 방법(positive working photoresist process)에 의해 소정 패턴을 갖는 접착층을 단단한 캐리어 상에 형성한다. 도 5는 본 발명에 따라 포토리소그래피 방법을 이용하여 소정 패턴을 갖는 접착층을 제조하는 일 형태의 개요도이다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 조성물(51)의 적어도 하나의 층을 유리 캐리어(50) 상에 코팅한 후, 소프트 베이크한다(soft baked). 본 발명에 이용될 수 있는 포토레지스트 조성물은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, a) 적어도 1종의 광경화성 모노머 또는 올리고머, 또는 그 혼합물; b) 폴리머 바인더; c) 광개시제; 및 d) 선택적으로 열경화제를 함유할 수 있다. 다양한 포토레지스트 조성물 및 그 제조 방법이 전체적으로 참조로 본 명세서에 포함되는, 미국특허출원 11/341,878, 11/477,984, 11/728,500, 10/391,051, 09/040,973, 09/376,539, 09/364,495, 및 08/936305과 같은 다수의 참조문헌에 개시되어 있다. 다음으로, 이형 영역의 형태를 마스크에 의해 정의하고, 노광 및 현상을 포함하는 리소그래피 공정을 수행하여, 단단한 캐리어 상에 이형 영역의 형태를 갖는 돌출부(51')(도 5(b))가 남게 되며, 여기에서 관련 공정 파라미터는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 알려져 있다. 다음으로, 용매 및 접착 촉진제를 함유하는 조성물을 스핀 코팅, 슬롯 코팅 또는 베이퍼 프라임(vapor prime)에 의해 유리 캐리어(50) 상에 코팅하여, 코팅(58)을 형성한 후(도 5(c)), 가열하여(예를 들면, 약 100℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에서 약 5 내지 약 30분 동안 소프트 베이크하는 것에 의해, 그러나 이에 제한되는 것은 아님), 접착 촉진제가 단단한 캐리어에 화학적으로 결합하고, 용매는 제거된다. 필요한 경우, 잔류 용매를 제거하기 위하여 가열 단계가 추가적으로 수행될 수 있다. 다음으로, 극성 유기 용매, 예를 들면, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸 설폭시드(DMSO), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 아크릴로니트릴(AN), 아세톤, 또는 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA)를 이용함으로써, 돌출부(51') 및 그 주변부의 접착 촉진제를 제거하여, 소정 패턴을 갖는 접착층(52)을 남긴다(도 5(d)).
본 발명의 다른 형태에 따르면, 코팅 방법, 예를 들면, 롤러 코팅 방법에 의해, 소정 패턴을 갖는 접착층을 단단한 캐리어 상에 형성한다. 본 발명의 특정 형태에 따르면, 용매 및 접착 촉진제를 함유하는 조성물을 롤러 코팅 방법에 의해 유리 캐리어 상에 코팅하여, 소정 패턴을 갖는 코팅을 생성한 후, 이를 가열하여(예를 들면, 약 120℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에서 약 5 내지 약 30분 동안 소프크 베이크하는 것에 의해, 그러나 이에 제한되는 것은 아님), 접착 촉진제가 단단한 캐리어에 화학적으로 결합하고, 용매가 제거됨으로써, 소정 패턴을 갖는 접착층이 제조된다.
용매를 제거한 후, 본 발명의 접착층의 두께는 약 0.5 나노미터(㎚) 내지 약 5 ㎛, 바람직하게는 약 0.7 ㎚ 내지 약 5 ㎚이다. 접착층의 두께는 접착층이 기능하는 한 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 재료를 아끼기 위하여, 또는 열팽창계수와 같은 다른 측면들을 고려하여, 더 얇을수록 더 좋다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 1 ㎚ 미만의 두께를 갖는 접착층이 소프트 베이킹 후에 제조될 수 있다.
본 발명의 플렉서블 기판 층은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 임의의 방법을 이용함으로써 접착층을 갖도록 구성된 단단한 캐리어 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 플렉서블 기판 층은 코팅 방법 또는 기상 증착 방법에 의하여, 단단한 캐리어 상에 라미네이트(laminate)되거나, 또는 단단한 캐리어 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 플렉서블 기판 층은 코팅 방법을 이용함으로써 형성된다. 코팅 방법은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 것, 예를 들면, 슬롯 다이 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 롤러 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 커튼 코팅, 또는 그 조합이다. 박형 플렉서블 기판을 얻기 위하여, 슬롯 다이 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 또는 롤러 코팅이 바람직하게 이용된다.
플렉서블 기판 층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 일반적으로 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 바람직하게는 약 10 ㎛ 내지 약 25 ㎛ 범위이며, 본 발명의 형태에 따라 예를 들면 약 10, 약 15, 약 20 또는 약 25 ㎛일 수 있다.
본 발명에 이용될 수 있는 플렉서블 기판은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 박형 유리 기판, 박형 금속 기판, 또는 플라스틱 기판이다. 박형 금속 기판의 종류는 예를 들면, 박형 스테인레스 스틸 금속 기판이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 선택된 플렉서블 기판은 플라스틱 기판이며, 이 플라스틱 기판은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 임의의 폴리머 물질, 예를 들면, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아크릴레이트(PA), 폴리실록산, 폴리노르보르넨(PNB), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 또는 폴리이미드(PI), 또는 그 조합으로 만들어질 수 있다. 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 폴리머 물질은 350℃ 이상의 고온 공정에 적용가능한 폴리이미드이다.
본 발명의 플렉서블 기판 층의 제조는 하기 실시예로 폴리이미드에 의하여 기재된다. 폴리이미드 전구체, 즉, 폴리(아믹산)(poly(amic acid))은 접착층을 갖도록 구성된 단단한 캐리어 상에 코팅되고, 폴리이미드로 중합화 및 고리화된다. 예를 들면, 폴리이미드는 하기 반응식을 통하여 제조될 수 있다:
Figure pat00001
상기에서, G는 4가 유기기이고, P는 2가 유기기이며, m은 0 내지 100의 정수이다. 대안으로, 폴리이미드는 다른 폴리이미드 전구체 또는 전구체 조성물에 의하여 제조될 수 있으며, 예를 들면 하기 화학식을 갖는 폴리이미드 전구체:
Figure pat00002
; 또는
Figure pat00003
및 H2N-P-NH2를 함유하는 폴리이미드 전구체 또는 전구체 조성물이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, G, P, 및 m은 전술한 바와 같이 정의되고, Rx는각각 독립적으로 H 또는 감광성 기(photosensitive group)이며, R은 유기기이다.
다양한 다른 폴리이미드 전구체 및 이를 이용하여 제조된 폴리이미드의 중합화 및 고리화 방법은 본 기술분야에서 개발되었으며, 예를 들면, 전체적으로 참조로 본 명세서에 포함되는, 미국특허출원 11/785,827, 11/119,555, 12/846,871, 및 12/572,398, 및 중국특허출원 200610162485.X에 개시된 것이다.
본 발명의 방법에 따르면, 플렉서블 기판 층이 형성된 후에, 장치가 제1 접촉 계면에 대향하는 상기 플렉서블 기판 층의 표면에 형성될 수 있다. 그러나, 장치 제조는 TFT 제조에 있어서 400℃ 이상의 온도와 같은 고온을 일반적으로 필요로 한다. 열적 팽창 및 수축에 기인하여 단단한 캐리어로부터 플렉서블 기판의 박리(delamination)에 의하여, 형성된 장치의 정확한 레지스트레이션(registration)에 불리한 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여, 필요한 경우, 미량의 화학 결합이 제1 접촉 계면에서 플렉서블 기판과 단단한 캐리어 사이에 존재한다. 예를 들면, 플렉서블 기판이 폴리이미드이고, 단단한 캐리어가 유리인 경우, 폴리이미드에 대하여 선택된 전구체는 단단한 캐리어와 공유 결합을 형성하는 실록산기를 미량 포함할 수 있다.
장치의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 반도체 장치, 전자 장치, 디스플레이 장치 또는 태양에너지 장치일 수 있으며, 바람직하게는, 전자 장치 또는 디스플레이 장치이다. 전자 장치는 예를 들면, OTFT, 비정질 실리콘 TFT, 저온 폴리실리콘 TFT, 또는 회로 장치이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 디스플레이 장치는 예를 들면, LCD, OLED, 폴리머 발광 디스플레이(PLED), 또는 전기영동 디스플레이이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 장치의 제조 방법은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.
본 발명의 방법에서, 플렉서블 기판 층의 일부가 단단한 캐리어와 접촉하여 제1 접촉 계면을 형성하고, 나머지 부분이 접착층과 접촉하여 제2 접촉 계면을 형성하도록 소정 패턴을 갖는 접착층이 이용된다. 본 발명의 방법에서, 플렉서블 기판과 단단한 캐리어 사이의 제1 접촉 계면에서 접착 촉진제가 없기 때문에, 제1 접촉 계면의 부착력이 제2 접촉 계면의 부착력보다 작다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 제1 접촉 계면의 부착력(adherence)은 약 0 B 내지 약 1 B(부착력의 크로스-컷 테스트(cross-cut test of adherence), 이하 동일)이며, 제2 접촉 계면의 부착력은 약 2 B 내지 약 5 B, 바람직하게는 약 4 B 내지 약 5 B이다.
일반적으로, 강한 음성을 갖는 다수의 산소 또는 질소 원자가 플렉서블 기판의 화학 구조에 존재하며, 이들은 단단한 캐리어(예를 들면, 유리) 상에서 하이드록실기와 수소 결합을 생성할 수 있어, 플렉서블 기판이 단단한 캐리어에 부착된다. 그러나, 수소 결합의 덜 강한 부착력 때문에, 장치 제조 공정에서 정렬 편차가 쉽게 발생할 수 있고, 절단 중에 불충분한 부착력에 기인하여 플렉서블 기판이 감기는(curl) 경향이 있어, 제조 수율이 저하된다. 본 발명의 방법에 따르면, 플렉서블 기판 층은 접착층의 도움으로 단단한 캐리어 상에 고정되어, 장치 제조 공정에서 야기되는 정렬 편차를 감소시키고, 결함율을 저하시키며; 장치가 제1 접촉 계면에 대향하는 상기 플렉서블 기판 층의 표면에 형성되기 때문에, 원하는 장치를 갖추고 있는 플렉서블 기판은 장치 제조 후에 단단한 캐리어로부터 쉽게 분리될 수 있다. 분리 방법은 예를 들면, 장치의 모서리 또는 주변을 따라 단순히 절단한 후, 단단한 캐리어로부터 원하는 장치를 갖추고 있는 플렉서블 기판을 제거하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 플렉서블 장치를 제조하는 방법은 도 6 및 7을 참조하여 본 발명의 일 형태를 통하여 특히 설명되나, 이는 설명 목적을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
먼저, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 단단한 캐리어(60)를 제공하며, 여기에서 단단한 캐리어는 유리이다.
다음으로, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 용매 및 접착 촉진제를 함유하는 조성물을 예를 들면, 스크린 인쇄 또는 롤러 코팅에 의하여 유리 캐리어(60) 상에 코팅하여, 소정 패턴을 갖는 접착층(62)을 형성하고, 이형 영역(R) 및 접착 영역(A)을 동시에 정의한 후, 소프트 베이크(예를 들면, 약 100℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에서 약 5 내지 약 30분 동안 소프트 베이크, 그러나 이에 제한되는 것은 아님)하고, 선택적으로 가열하여 접착층에서 용매를 증발시킨다. 도 7에 도시된 바와 같이, 코팅 후에, 접착 촉진제 중의 알콕시기가 공기 중의 물과 반응하여 하이드록실기로 환원됨으로써 유리 캐리어(60) 상의 하이드록실기(-OH)와 수소 결합을 생성하고; 소프트 베이킹 후에, 유리 캐리어(60) 상의 하이드록실기(-OH)와의 축합 반응에 의하여 화학 결합이 추가적으로 생성된다. 소정 패턴은 도 2, 3 또는 4에 도시된 것이며, 또는 다른 패턴일 수 있으며, 이형 영역의 주변부에 분포된다. 용매는 PGME, PGMEA, 또는 그 조합, 바람직하게는 PGME일 수 있다. 접착 촉진제는 3-APrTEOS, 3-APrTMOS, 또는 그 조합일 수 있다.
다음으로, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 플렉서블 기판 층(63)을 단단한 캐리어(60) 상에 형성한다. 이 실시예에서, 폴리이미드를 플렉서블 기판으로 이용하며, 폴리이미드 전구체를 슬롯 다이 코팅에 의해 접착층(62)을 갖도록 구성된 단단한 캐리어(60) 상에 코팅한 후, 소프트 베이크(예를 들면, 약 80℃ 내지 약 120℃ 범위의 온도에서 약 10 내지 약 20분 동안 소프트 베이크, 그러나 이에 제한되는 것은 아님)하여, 접착 촉진제 중의 아미노기(-NH2)를 폴리이미드 전구체에 화학 결합시키고(도 8에 도시됨), 이후 폴리이미드 전구체를 폴리이미드로 중합화 및 고리화하여 플렉서블 기판 층을 제조한다. 도 6(c)에서, 플렉서블 기판 층의 일부는 단단한 캐리어(60)와 접촉하여 제1 접촉 계면(610)을 형성하고, 나머지 부분은 접착층과 접착하여 제2 접촉 계면(620)을 형성한다. 제2 접촉 계면에서 접착 촉진제가 각각 플렉서블 기판과 단단한 캐리어에 화학 결합하는 반면, 제1 접촉 계면에서는 접착 촉진제가 존재하지 않기 때문에, 제1 접촉 계면의 부착력이 제2 접촉 계면의 부착력보다 작다.
도 6(c)에서 플렉서블 기판 층(63)을 단단한 캐리어(60) 상에 형성한 후에, 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 장치(64)를 제1 접촉 계면과 대향하는 플렉서블 기판 층(63)의 표면에 형성한다. 장치(64)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 반도체 장치, 전자 장치, 디스플레이 장치, 또는 태양에너지 장치일 수 있으며, 이 실시예에서는 전자 장치 또는 디스플레이 장치이다.
다음으로, 도 6(e)에 도시된 바와 같이, 원하는 장치를 갖추고 있는 플렉서블 기판 층(63)을 장치의 모서리를 따라 절단한다. 그 다음에, 도 6(f)에 도시된 바와 같이, 플렉서블 기판(63)을 상기 제1 접촉 계면(610)을 통하여 단단한 캐리어(60)로부터 분리함으로써, 플렉서블 장치(65)를 얻는다. 절단의 절단선은 접착 영역(A)과 이형 영역(R)의 공동 부분에 놓여질 수 있거나(도 6(f)에 도시됨), 또는 접착 영역(A) 또는 이형 영역(R)에 놓여질 수 있으며, 바람직하게는 접착 영역(A)과 이형 영역(R)의 공동 부분에 놓여진다. 접착 영역(A)에 놓여진 경우, 단단한 캐리어로부터 플렉서블 기판의 분리를 용이하게 하기 위하여, 절단선은 접착 영역(A)과 이형 영역(R)의 공동 부분의 부근에 놓여지는 것이 바람직하다. 또한, 이형 영역(R)에 놓여지는 경우, 절단에 의해 야기되는 플렉서블 기판의 감김(curling)을 저하하기 위하여, 절단선은 접착 영역(A)과 이형 영역(R)의 공동 부분의 부근에 놓여지는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법에 따르면, 플렉서블 기판은 소정 패턴을 갖는 접착층의 도움으로 단단한 캐리어 상에 효과적으로 부착되며, 이에 따라 장치 제조 공정에서 발생하는 정렬 편차를 감소시킬 수 있고; 장치가 접착층의 도움으로 단단한 캐리어에 부착되지 않는 플렉서블 기판 층의 일부 상에서 제조되기 때문에, 장치 제조 후에 플렉서블 기판이 단단한 캐리어로부터 쉽게 분리될 수 있다. 상기 기술적 특징에 근거하여, 접착 촉진층의 소정 패턴은 장치의 크기 및 형태에 따라 결정될 수 있으므로, 본 발명의 방법은 다양한 크기의 플렉서블 장치 제조에 적용될 수 있다.
본 발명은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아닌 본 발명을 더 설명하기 위하여 바람직한 형태를 통하여 상기 개시되었다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 이루어질 수 있는 임의의 변화 및 변형은 본 명세서의 개시내용의 범위 및 특허청구범위에 속하여야 한다.

Claims (14)

  1. 단단한 캐리어를 제공하는 것;
    상기 단단한 캐리어 상에 소정 패턴을 갖는 접착층을 형성하는 것;
    상기 단단한 캐리어 상에 플렉서블 기판 층을 형성하는 것 - 여기에서, 상기 플렉서블 기판 층의 일부는 상기 단단한 캐리어와 접촉하여 제1 접촉 계면을 형성하고, 나머지 부분은 상기 접착층과 접촉하여 제2 접촉 계면을 형성함 -;
    상기 제1 접촉 계면에 대향하는 상기 플렉서블 기판 층의 표면에 적어도 1종의 장치를 형성하는 것; 및
    상기 제1 접촉 계면을 통하여 상기 단단한 캐리어로부터 상기 플렉서블 기판을 분리하는 것을 포함하는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단단한 캐리어는 유리, 석영, 웨이퍼, 세라믹, 금속, 또는 금속 산화물을 포함하는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정 패턴을 갖는 접착층을 용매 및 접착 촉진제를 함유하는 조성물로부터 제조하는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접착 촉진제는 실란 커플링제, 방향족 시클릭 또는 헤테로시클릭 화합물, 포스페이트 화합물, 다가 금속 염 또는 에스테르, 유기 폴리머 수지, 및 염소화 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(DPM), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 소정 패턴을 갖는 접착층을 스크린 인쇄 방법, 코팅 방법, 디스펜싱 방법, 포토리소그래피 방법, 또는 그 조합에 의하여 상기 단단한 캐리어 상에 형성하는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 박형 유리 기판, 박형 금속 기판, 또는 플라스틱 기판인
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아크릴레이트(PA), 폴리실록산, 폴리노르보르넨(PNB), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 플라스틱 기판인
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 폴리이미드이고, 상기 단단한 캐리어는 금속 기판이며, 상기 접착층은 접착 촉진제로 아미노기를 갖는 방향족 시클릭 또는 헤테로시클릭 화합물을 포함하는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접착 촉진제는 아미노티오페놀, 아미노테트라졸, 2-(디페닐포스피노)에틸아민 및 그 조합으로부터 선택되는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은 폴리이미드이고, 상기 단단한 캐리어는 유리이며, 상기 접착층은 아미노기를 갖는 실록산 모노머, 아미노기를 갖는 폴리실록산, 및 그 조합으로부터 선택되는 접착 촉진제를 포함하는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착 촉진제는 3-아미노프로필 트리에톡시 실란(APrTEOS), 3-아미노프로필 트리메톡시 실란(APrTMOS), 및 그 조합으로부터 선택되는
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 반도체 장치, 전자 장치, 디스플레이 장치 또는 태양에너지 장치인
    플렉서블 장치의 제조 방법.
  14. 단단한 캐리어를 제공하는 것;
    상기 단단한 캐리어 상에 소정 패턴을 갖는 접착층을 형성하는 것;
    상기 단단한 캐리어 상에 플렉서블 기판 층을 형성하는 것 - 여기에서, 상기 플렉서블 기판 층의 일부는 단단한 캐리어와 접촉하여 제1 접촉 계면을 형성하고, 나머지 부분은 상기 접착층과 접촉하여 제2 접촉 계면을 형성함 -; 및
    상기 제1 접촉 계면을 통하여 상기 단단한 캐리어로부터 상기 플렉서블 기판을 분리하는 것을 포함하는
    단단한 캐리어로부터 플렉서블 기판의 분리방법.
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