KR20130026009A - 내부 응력이 조절된 플렉서블 금속 기판과 전자소자의 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 금속 기판 - Google Patents

내부 응력이 조절된 플렉서블 금속 기판과 전자소자의 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 금속 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부 응력이 조절 된 플렉서블 금속 기판과 전자소자의 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 금속 기판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조 방법은 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계, 상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존의 플렉서블 기판의 낮은 공정 가능 온도, 높은 표면거칠기, 높은 열팽창 계수, 나쁜 핸들링 특성의 문제에 따른 플렉서블 전자소자의 성능 및 수율 저하의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

내부 응력이 조절된 플렉서블 금속 기판과 전자소자의 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 금속 기판{METHOD OF MANUFACTURING FLEXIBLE METAL SUBSTRATE, FLEXIBLE ELECTRONIC DEVICE AND FLEXIBLE METAL SUBSTRATE BY CONTROLLING INTERNAL STRESS}
본 발명은 플렉서블 전자소자(Flexible Electronic Device)의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 플렉서블 전자소자 및 이 플렉서블 전자소자에 사용되는 플렉서블 금속 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 표면거칠기와 열팽창 계수를 갖고 유리 기판 수준의 높은 공정 온도의 적용이 가능하여, 우수한 핸들링 특성을 갖는 새로운 구조의 플렉서블 금속 기판을 포함하는 플렉서블 전자소자의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 플렉서블 전자소자 및 이 플렉서블 전자소자의 제조에 사용하기 위한 플렉서블 금속 기판에 관한 것이다.
최근, 멀티미디어의 발달과 함께 플렉서블(flexible) 전자소자의 중요성이 증대되고 있다. 이에 따라, 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display: OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로 프로세서(microprocessor), 램(Random access memory: RAM) 등을 가요성이 있는 기판상에 만드는 것이 요구되고 있다.
이중에서도, 플렉서블 디스플레이 구현 가능성이 가장 높고 특성 또한 가장 좋은 액티브 매트릭스 유기 발광 표시 장치(Active matrix OLED: AMOLED)를 기존에 개발된 폴리실리콘 TFT 공정을 그대로 사용하면서 높은 수율로 만들 수 있는 기술의 개발이 중요하게 대두되고 있다.
한편, 플렉서블 기판을 이용한 전자소자 제조방법과 관련하여서는 크게 플라스틱 기판상에 직접 제조하는 방안, 트랜스퍼 공정을 이용한 방안, 및 금속 기판상에 직접 제조하는 방안의 크게 3가지 상이한 방안이 제안되고 있다.
먼저, 플라스틱 기판상에 전자소자를 직접 제조하는 방안과 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제2009-0114195호에는 유리 기판상에 고분자 물질로 이루어진 가요성 기판을 접착한 후 전자 소자를 만든 후에 유리 기판으로부터 분리하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호에는 유리 기판 상에 스핀 온 방법으로 플라스틱을 코팅한 후 전자 소자를 만든 후에 유리 기판으로부터 분리하여 플렉서블 전자소자 제작하는 방법이 개시되어 있다.
그런데 상기 공개특허들에 개시된 기술은 기판이 플라스틱으로 이루어져 있기 때문에 공정 가능 온도가 100 ~ 350℃인데, 상기한 AMOLED, RAM, 마이크로프로세서 등의 제작에 있어서는 실리콘의 결정화 온도인 450℃ 이상에서 열처리하는 공정이 필수적이므로 플라스틱 기판으로는 상기 소자를 제작할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 제조과정에 있어서 Si이나 SiO2, SiN와 같은 무기물 반도체 및 절연체와 기판인 플라스틱과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 균열, 박리 등의 결함이 발생하여 수율이 저하되는 문제점도 있다.
또한, 트랜스퍼 공정을 이용하는 방법과 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제2004-0097228호에는 유리 기판상에 분리층, 박막 디바이스, 접착층, 임시기판을 순서대로 형성한 후 분리층에 레이저와 같은 광을 조사하여 유리 기판과 피전사층을 분리하는 방법이 개시되어 있다.
그런데 트랜스퍼 공정의 경우 박막 디바이스 두께가 얇아서 상부에 임시기판을 붙여 소자를 만들고 나중에 임시기판을 다시 제거하는 더블 트랜스퍼 공정이 필수적이다. 이 방법은 박막 디바이스 위에 임시기판을 붙였다 제거하므로 계면 결합력이 약하고 수분이나 솔벤트에 취약한 OLED와 같은 유기 전자 소자에는 적용이 불가능한 단점이 있다. 또한 유리 기판 및 임시기판의 접착 및 제거 과정에서 얇은 두께의 박막 디바이스의 균열, 이물질 혼입 등의 결함이 나타나 수율이 낮아지는 문제점도 있다.
또한, 금속기판을 사용하는 공정과 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제2008-0024037호에는, 금속 기판상에 유리 성분을 포함하는 버퍼막을 통해 표면거칠기를 낮추어 생산수율이 높은 플렉서블 전자 소자를 제공하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제2009-0123164호에는 금속 기판상의 양각형 패턴을 연마를 통해 제거하여 수율을 향상시키는 방법이 개시되어 있으며, 대한민국 공개 특허공보 제2008-0065210호에는 유리 기판상에 박리층 및 금속막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그런데, 플렉서블 전자소자에 사용되는 15 ~ 150㎛ 두께의 후막 금속기판은 그 제조 방법상 수백nm 이상의 표면거칠기를 갖게 된다. 예를 들어, 압연을 통해 제작된 금속 후막의 경우 압연흔이 존재하며, 유리 기판상에 증착을 통해 형성된 금속 후막의 경우 두께가 두꺼워짐에 따라 표면거칠기가 비례하여 증가하기 때문에, 증착방법 및 조건에 따라 변하므로 낮은 표면거칠기를 갖도록 플렉서블 금속 기판을 제작하는데 문제점이 있다. 이에 따라, 종래 금속 기판을 사용할 때는 금속 기판상의 표면거칠기를 낮추기 위해 고분자 계열을 평탄화 층을 금속 기판상에 도포하거나 연마 공정을 행하는 것이 필수적이었다. 그런데 고분자계열을 사용하여 표면거칠기를 낮추는 경우는 상기 플라스틱기판 공정과 동일하게 고온 공정을 사용할 수 없는 문제점이 발생하게 되고, 연마 공정의 경우 단결정 Si기판을 사용하는 고가의 마이크로프로세서나 RAM을 제작하는 경우에는 적합하나, 상대적으로 저가, 대면적이 요구되는 플렉서블 전자소자에 적용함에 있어서는 경제성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술들이 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있도록 한 것으로서, 본 발명의 주된 과제는 기존의 유리 기판 공정과 동일한 수준의 소자 특성을 얻을 수 있는 낮은 표면거칠기를 갖는 플렉서블 금속 기판의 제조방법을 포함하는 플렉서블 전자소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 기존의 유리 기판을 사용한 공정과 동일하거나 더 높은 온도의 공정을 적용할 수 있는 고성능 플렉서블 전자소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 기판과 기판상에 제작되는 소자 간의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 균열이나 박리 등의 결함이 생기지 않도록 낮은 열팽창 계수를 갖는 플렉서블 전자소자용 금속기판을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명 일 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법은 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계, 상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법은 패턴된 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계, 상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판의 두께는 5㎛ ~ 500㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판이 형성되는 모기판 면의 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛×10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚, 0< Rp -v <1000 ㎚인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 모기판의 형상은 평판 또는 반원통형 또는 원통형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 모기판은 유리 또는 금속 또는 고분자 재료로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, Invar 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 전자선 증착법 또는 열 증착법 또는 스퍼터 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판 형성 시 이온 빔을 기판에 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 주조법 또는 화학기상 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 무전해 도금법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 있어서, 상기 전자소자는 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display:OLED), 태양전지(Solar cell), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma displaypanel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로 프로세서(microprocessor) 및 램(Random access memory: RAM)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플렉서블 금속 기판은 본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법은 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계, 상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법은 패턴된 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계, 상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계 및 상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판의 두께는 5㎛ ~ 500㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판이 형성되는 모기판 면의 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0<Rms<100㎚, 0<Rp -v<1000㎚인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 모기판의 형상은 평판 또는 반원통형 또는 원통형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 모기판은 유리 또는 금속 또는 고분자 재료로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, Invar 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 전자선 증착법 또는 열 증착법 또는 스퍼터 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판 형성 시 이온 빔을 기판에 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 주조법 또는 화학기상 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 플렉서블 금속 기판은 무전해 도금법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 있어서, 상기 전자소자는 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display:OLED), 태양전지(Solar cell), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma displaypanel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로 프로세서(microprocessor) 및 램(Random access memory: RAM)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플렉서블 전자소자는 본 발명의 양 측면에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플렉서블 전자소자 제조방법, 플렉서블 전자소자 및 플렉서블 금속 기판은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있어, 고성능의 플렉서블 전자소자를 저비용으로 제조하는데 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
첫째, 모기판과 거의 동일한 표면거칠기를 갖는 분리면 상에 전자소자를 형성함으로써, 기존 플렉서블 전자소자 제조 방법에서 해결하지 못하였던 플렉서블 기판, 특히 금속제 플렉서블 기판의 표면거칠기 문제를 용이하게 해결할 수 있다.
둘째, 플렉서블 금속 기판의 표면거칠기를 매우 낮게 유지할 수 있기 때문에, 공정온도를 350℃ 이하로 낮추는 고분자 계열의 평탄화층이 필요 없어 공정시간, 비용을 절감할 뿐 아니라, 450℃ 이상의 고온 공정을 통해 폴리실리콘 TFT와 같은 고성능의 전자소자를 만들 수 있는 장점이 있다.
셋째, 플렉서블 금속 기판의 제조에 있어서, 고가의 연마 공정이 필요 없어지고, 높은 결함 밀도로 인한 저수율 문제를 해결할 수 있어 경제성이 개선된다.
넷째, 본 발명에 따른 플렉서블 금속 기판의 재료를 인바합금로 할 경우 Si이나 SiO2, SiN 등의 무기물 반도체, 절연체와 비슷한 수준으로 열팽창 계수를 낮게 조절할 수 있으므로 온도 상승률과 하강률 등의 공정 조건의 변화가 필요가 없어, 열팽창 계수의 차이에 의한 균열의 발생을 줄이는데 유리하다.
다섯째, 플렉서블 금속 기판의 제조에 있어서, 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 플렉서블 금속기판 사이의 계면 결합력 보다 작도록 제어가 되어 모기판 또는 플렉서블 금속 기판의 손상을 방지하는데 유리하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 전자소자의 제조에 있어서, 모기판과 플렉서블 금속 기판의 상, 하면의 표면거칠기를 측정한 결과 및 플렉서블 금속 기판의 두께가 얇을 경우 박리 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 일반적인 도금 하지층을 적용하는 경우의 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 패턴된 모기판을 이용한 플렉서블 전자소자의 제조방법을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.
또한 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이며, 또한 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 금속 기판과 플렉서블 전자소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다. 플렉서블 금속 기판의 제조방법은 플렉서블 전자소자의 제조방법의 일부이므로, 플렉서블 전자소자의 제조방법을 기준으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 전자소자의 제조방법은 크게, 모기판(100)에 플렉서블 금속 기판(200)을 형성하고(도 1a), 모기판(100)으로부터 플렉서블 금속 기판(200)을 분리하여(도 1b), 플렉서블 금속 기판을 제조하는 단계(도 1c)와, 분리한 플렉서블 금속 기판(200)의 분리면에 전자소자(300)와 봉지층(400)을 형성하는 단계(도 1d)로 이루어진다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 모기판(100)으로 유리기판을 사용하였으며 유리기판 상에 두께 10㎛의 Ag 후막(플렉서블 금속 기판)을 열증착법을 통해 형성한 후, 유리기판으로부터 별도의 임시 기판을 사용하지 않고 Ag 후막(플렉서블 금속 기판)을 사람의 손으로 물리적인 힘을 가하여 떼어내는 방식으로 분리하였다.
이후, 3D profiler로 각 층의 표면거칠기를 평가한 결과, 도2에 나타난 바와 같이, 유리기판 면의 표면거칠기는 0.96nm였고(도 2b), 유리기판과 분리된 Ag 플렉서블 금속 기판의 분리면의 표면거칠기는 1.13nm(도 2c)로 모기판인 유리기판과 거의 유사한 정도의 매우 낮은 표면거칠기를 얻을 수 있었다.
이어서 유리기판으로부터 분리된 플렉서블 금속 기판(200)의 분리면 상에 OLED 소자를 형성하였다. OLED 소자는 포토레지스트를 이용해 패턴을 형성한 후 플렉서블 금속 기판인 Ag를 반사전극으로 하여 1nm 두께로 CuO로 정공 주입을 형성하고, 상기 정공주입층 상에는 70nm 두께로 a-NPD를 정공 수송층으로 형성하고, 상기 정공 수송층 상에는 40nm 두께로 Alq3를 발광층으로 형성하고, 상기 발광층 상에는 5nm 두께로 BCP를 정공 방지층을 형성하고, 상기 정공 방지층 상에는 20nm 두께로 Alq3를 전자 수송층으로 형성하고, 상기 전자 수송층 상에 10nm 두께로 Al을 투명 전극으로 형성하는 방법을 통해, 플렉서블 OLED를 제조할 수 있었다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 박리시킬 면의 계면 결합력, 증착조건, 박리 방법, 플렉서블 금속 기판의 물질 종류에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 플렉서블 금속 기판의 두께가 5㎛ 이상이 되어야지 플렉서블 금속 기판의 손상 없이 모기판으로부터 분리가 가능하였고, 더 바람직하게는 10㎛ 이상이 되어야 했다. 도 5d에서 볼 수 있듯이 Ag 두께가 5㎛ 정도인 경우에는 박리도중에 플렉서블 금속 기판의 찢어지고, 핸들링이 어렵게 된다.
본 발명은 대면적 연속 공정에서 신뢰성 있는 모기판(100) 관리 및 플렉서블 금속 기판(200)의 불량을 감소시킬 수 있는 기술 적용이 매우 중요하다. 모기판(100)이 손상되어 표면 거칠기가 높아지면, 플렉서블 금속 기판(200) 분리면의 거칠기도 높아지게 되고, 분리면 상부에 형성되는 전자소자(300)의 단락, 누설 전류 증가 등의 문제가 발생한다. 이러한 수율 감소는 불량품 생산 원가에 비례하여 기하급수적인 비용 상승을 초래한다. 또한, 모기판(100)에 별도의 층을 성막하거나, 연마를 하거나, 교체해야하는 비용이 추가적으로 발생한다. 따라서, 본 발명은 상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하여 단일 조성의 플렉서블 금속 기판을 제조하는 것이 바람직하다.
이를 하지층을 이용하는 일반적인 도금 공정과 비교하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 수 ㎛ 이상의 후막 금속을 얻기 위한 방법으로는 주로 전기 도금 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 전기 도금 방법은 모기판이 전도성을 가져야 한다는 한계가 있으며, 부도체의 모기판을 사용하기 위해서는 모기판 표면에 도금 하지층을 형성해야 하는 문제점이 있다. 즉 도 2를 참조하면, 일반적인 도금 공정에 있어서 계면 결합력 증대를 위한 하지층(210)으로 흔히 사용되는 Cr, Ti, Ni 등을 INVAR 도금의 하지층(210)으로 사용하면 가열시 열팽창 계수의 차이로 인한 기판의 휨 및 전자소자의 누설 전류가 증대되는 문제가 나타난다. 또한, 도금 공정에서 전극으로서 필요한 전도도를 높이기 위한 하지층(210)으로 Au, Ag 등은 고온에서 집괴(agglomeration)에 의한 불균일한 표면을 만드는 문제가 있으며, Cu의 경우에는 쉽게 산화가 되며, 불안정한 산화막으로 인한 표면 거칠기 증가의 문제가 있다. 또한, 이러한 도금에서 사용되는 하지층(210)은 수십에서 수백 nm 두께의 초박막으로 주로 증착 공정, 즉 진공 중에서 수행되므로 높은 비용이 들며 롤투롤 공정에 부적합하며 양산성이 낮아지는 문제점이 있다. 따라서, 고온 공정을 사용하는 경우에는 단일 조성을 갖는 플렉서블 금속 기판(200)이 바람직하며, 필요에 따라서는 단일 조성으로 이루어진 단층이 아닌 다층으로 구성될 수도 있다. 모기판이 전도성을 갖더라도 Ph 2~3에 이르는 산성 도금 용액에 의한 부식, 세정 과정 중 물에 의한 부식, 공기 중의 불균일 표면 산화가 일어나 모기판을 기존 전자소자 공정에 쓰이는 유리 기판에 요구되는 기판 청결도 수준으로 유지하는 것은 높은 기술적 난이도가 있다.
따라서, 모기판의 손상을 방지하기 위해서는 전기도금 방법과 다른 플렉서블 금속 기판 제조 방법이 필요하다. 그러나, 일반적으로 사용하는 방법으로 진공 증착을 하면 최소 5 ㎛ 이상인 핸들링 할 수 있는 정도의 후막 플렉서블 기판을 얻을 수가 없다. 후막 증착 시 밀도, 결정립 크기 및 방향, 산화, 결정화도 등 여러 물성에서 벌크와 다른 물성을 갖는 진공 증착 박막 특성상 증착된 박막이 찢어져 나가는 현상이 나타난다. 따라서, 진공 증착 방법은 1 ㎛ 이하로 사용되어 왔다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 모기판의 손상을 방지하고, 단일 조성의 플렉서블 금속 기판까지도 얻을 수 있는 방법으로 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하였다. 본 발명에 따르면, 플렉서블 금속 기판 제조 방법은 플렉서블 금속 기판의 내부 응력을 낮출 수 있는 방법이면 어떠한 방법이든 적용 가능하나, 구체적으로는 전자선 증착법, 열 증착법, 스퍼터 증착법 등이 사용될 수 있다. 상기 방법으로 플렉서블 금속 기판의 내부 응력을 낮추기 위해서는 챔버의 진공도를 높여 유해가스나 수분에 의한 증착되는 금속의 변성을 낮추고 증착된 물질의 특성이 벌크의 물성에 가깝게 유지해야 한다. 또한, 기판과 증착원 사이의 거리, 기판 온도, 모기판의 재료 등 플렉서블 기판의 내부 응력에 영향을 미치는 여러 변수 들을 개별 물질 및 증착 방법에 맞게 조절을 해야 한다. 특히, 스퍼터 방법의 경우는 캐리어 가스의 종류 및 분압, 기판과 타겟 사이의 전압, 파워, 증착 두께 등의 변수와 증착된 박막의 내부 응력과 매우 밀접한 관계가 있으므로, 상술한 변수들의 제어가 매우 중요하다. 추가적으로 플렉서블 금속 기판 형성 시 이온 빔을 기판에 조사하는 것이 더 바람직하다. 이온 빔의 추가적인 조사(Ion-beam assisted deposition)는 가스의 종류 및 조사 이온 밀도의 조절에 따라 박막의 밀도를 높이고, 증착 물질의 산화를 방지하며, 결정성을 좋게 하여 벌크 특성 가깝게 할 수 있는 장점이 있다. 이외의 플렉서블 금속 기판 제조 방법으로 주조법, 화학기상 증착법 등이 사용될 수 있으며, 무전해 도금법도 사용 가능하다.
본 실시예 1은 Ag 후막을 증착 시 진공 챔버를 200도로 12시간을 히팅하여 진공 챔버 내부에 있는 잔류 수분 및 유해 가스를 제거하고 증착 전 진공 챔버의 기본 진공도(Base pressure)를 1 X 10-7 torr 로 상용으로 유지하는 5 X 10-5 torr ~ 5 X 10-6 torr 보다도 월등히 높게 유지하였다. 기본 진공도가 5 X 10-5 torr로 안좋은 경우는 Ag 후막 증착시 산화 등 상술한 여러 원인으로 발생하는 내부 응력으로 인하여 10 ㎛ 두께에 도달하기 전에 박막이 찍어 지거나, 금속 광택이 아닌 우유빛 빛이 나는 변성된 Ag 기판만을 얻을 수 있었다.
플렉서블 금속 기판의 형성을 위해 모기판의 전도성이 필요하지 않으므로, 평탄한 표면을 갖는 모기판 재료도 무방하나, 모기판 재료로서 내부식성을 갖는 금속이면 어떤 재료도 무방하나, 유리, 금속 또는 고분자 재료가 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예 1에서는 모기판(100)으로서 유리기판 사용하였으며, 반복적인 플렉서블 금속 기판 제조시에도 유의미한 표면 거칠기 변화는 관찰되지 않았으며, 반복적인 연마 또는 별도의 층 성막 없이 모기판으로서 재사용을 할 수 있었다. 모기판(100)의 형상은 롤투롤 공정을 위해서는 스트립 형태의 박판이나, 원형의 롤로서도 사용가능하며, 배치(batch) 공정에서는 시트 형태의 박판도 무방하다.
[제 2 실시예]
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와 달리 모기판으로 패턴된 유리 기판을 사용하였다. 평평한 유리 기판 상에 나노 임프린트된 레진을 마스크로 하여 유도결합플라즈마(ICP)에칭을 통해 직경이 2 ㎛인 오목한 딤플을 제작하고, 제 1 실시예와 동일하게 플렉서블 금속 기판 및 전자소자를 형성하였다. 모기판의 패턴은 음각, 또는 양각 어떠한 형태여도 무방하며, 원뿔, 반구, 원기둥, 사각 기둥 등이 있거나, 라인 형태로 삼각형, 사각형, 반원이 있어도 무방하다. 플렉서블 금속 기판에 형성된 패턴은 빛의 방향을 조절하여, 산란 시키거나, 빛을 특정 각도 이내로 모으는 역할을 할 수 있으며, 금속-유전체 사이에 발생되는 표면 플라즈몬 현상을 억제하거나 증대시키는데 사용할 수 있으므로, 발광 소자나 태양 전지 등에 특히 유용하게 사용될 수 있다. 또한 패턴의 크기는 5 nm ~ 500㎛일 수 있다.
100 : 모기판 200 : 플렉서블 금속 기판
210 : 도금하지층 300 : 전자소자
400 : 봉지층

Claims (28)

  1. 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계;
    상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  2. 패턴된 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계;
    상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판의 두께는 5㎛ ~ 500㎛인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판이 형성되는 모기판 면의 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛×10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚, 0< Rp -v <1000 ㎚인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모기판의 형상은 평판 또는 반원통형 또는 원통형인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모기판은 유리 또는 금속 또는 고분자 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, Invar 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 전자선 증착법 또는 열 증착법 또는 스퍼터 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판 형성 시 이온 빔을 기판에 조사하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 주조법 또는 화학기상 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 무전해 도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전자소자는 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display:OLED), 태양전지(Solar cell), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma displaypanel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로 프로세서(microprocessor) 및 램(Random access memory: RAM)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판의 제조방법.
  14. 제 1 항 또는 제2 항에 기재된 플렉서블 금속 기판의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 금속 기판.
  15. 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계;
    상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  16. 패턴된 모기판 상에 플렉서블 금속 기판을 형성하는 단계;
    상기 플렉서블 금속 기판을 상기 모기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    상기 모기판과 접촉되어 있던 상기 플렉서블 금속 기판의 분리면에 전자소자를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 플렉서블 금속 기판의 내부 응력이 모기판과 상기 플렉서블 금속 기판 사이의 계면 결합력보다 작게 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판의 두께는 5㎛ ~ 500㎛인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판이 형성되는 모기판 면의 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛×10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 0 < Rms < 100 ㎚, 0 < Rp -v < 1000㎚인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  19. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 모기판의 형상은 평판 또는 반원통형 또는 원통형인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  20. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 모기판은 유리 또는 금속 또는 고분자 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  21. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  22. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 Fe, Ag, Au, Cu, Cr, W, Al, W, Mo, Zn, Ni, Pt, Pd, Co, In. Mn, Si, Ta, Ti, Sn, Zn, Pb, V, Ru, Ir, Zr, Rh, Mg, Invar 및 스테인리스강으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  23. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 전자선 증착법 또는 열 증착법 또는 스퍼터 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  24. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판 형성 시 이온 빔을 기판에 조사하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  25. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 주조법 또는 화학기상 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  26. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 금속 기판은 무전해 도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  27. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 전자소자는 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display:OLED), 태양전지(Solar cell), 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 전기영동장치(Electrophoretic display: EPD), 플라스마 디스플레이 패널(plasma displaypanel: PDP), 박막 트랜지스터(thin-film transistor: TFT), 마이크로 프로세서(microprocessor) 및 램(Random access memory: RAM)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자의 제조방법.
  28. 제 15 항 또는 제 16 항의 플렉서블 전자소자의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전자소자.
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