KR20150011911A - 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 OLED 조명용 기판과 같이 광 추출 효율을 높이기 위해 나노구조체가 형성된 투명기판에 대해 OLED 발광층을 올리기 전에 나노요철 면을 다시 평탄화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 나노요철 위에 액체를 스프레이로 분사하여 나노구조체 위를 덮어 평탄층을 형성하게 하였다. 스프레이에 의한 액체의 휘발을 방지하도록, 기판을 챔버 안에 두고 항온항습 환경하에서 실시하였고, 대면적 기판에 대해 스프레이 된 액체가 기판 전면에 균일하게 분포하도록 초음파 발생장치를 기판스테이지에 설치하여 진동을 부여했다. 또한, 액체 스프레이 전에 자외선을 기판에 조사하여 기판면을 친수성으로 바꿔줌으로써 평탄층의 평탄도를 향상시켰다.

Description

광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법{MANUFACTURING METHOD OF PLANARIZATION LAYER ON SUBSTRATE FOR LIGHT EXTRACTION}

본 발명은 발광소자를 내장하는 광 추출용 투명기판의 평탄층 제조방법에 관한 것으로, 특히, 나노구조체가 형성된 OLED를 덮는 투명기판에 대해 평탄층을 제조하는 방법에 관한 것이다.

OLED 조명과 같은 발광소자는 자체의 발광효율 향상은 물론 생성된 빛을 소자를 덮고 있는 투명기판 밖으로 최대한 추출하여 내는 것이 중요하다. 생성된 빛이 투명기판을 빠져나오지 못하고 내부에 가두어지면 조명의 밝기가 떨어질 뿐 아니라 열이 발생하여 각종 반도체 소자들이 열화 되는 문제도 있다. 광 추출효율을 높익 위해 투명기판 표면에는 나노구조체를 부착시키거나 표면 자체를 나노구조화 하여 광 추출 효율을 높이고 있다. 따라서 나노요철구조를 갖는 투명기판 면에 대해 다시 평탄화하는 평탄층을 형성하는 작업을 한 후 OLED 발광층을 평탄면에 올리게 된다(도 1 참조). 평탄면의 평탄화 도는 가로세로 1μm×1μm 면적에서 2nm 이상의 요철이 발생되지 않아야 한다. 그러나 완만한 표면변화(hill surface)는 문제되지 않는다.

종래, 나노구조를 갖는 투명 기판의 평탄화작업은 슬릿 코팅(slit coating) 시스템에 의하거나 스핀 코팅(spin coating) 시스템에 의하고 있다. 전자는 고비용 공정이되며, 후자는 웨이퍼와 같은 중소형 기판에는 적합하나 5.5 세대 기판 이상의 대면적 기판에는 부적합하며, 이유는 코터의 회전반경에 따라 중앙과 외곽의 두께 편차가 크기 때문이다.

즉, 종래 방법들은 모두 대면적 기판에 적용될 수 있는 양산성 있는 기판 평탄화 방법으로는 부족하다.

따라서 본 발명의 목적은 나노구조를 가진 대면적 투명기판에 대해 평탄층을 형성하는 새로운 방법을 제공하고자 하는 것으로 저비용으로 공정을 실시할 수 있으면서도 대면적 기판 전면에 대해 평탄면의 균일도가 높은 평탄층을 형성하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 나노구조체가 형성된 투명기판 위에 액체를 스프레이로 분사하여 나노구조체 위를 덮어 평탄층을 형성하게 하였다. 액체를 분사할 경우, 수많은 미소방울이 되기 때문에 분사되는 동안 액체의 표면적이 현저하게 증가하여 액체가 급격하게 휘발 될 수 있어, 기판을 챔버 안에 두고 항온항습 환경하에서 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 대면적 기판에 대해 스프레이된 액체가 기판 전면에 균일하게 분포하도록 초음파 발생장치를 기판스테이지에 설치하였고, 스프레이 전에 자외선을 기판에 조사하여 평탄층의 평탄도를 향상시켰다.

스프레이는 기판 면적에 따라 다수 설치할 수 있고, 기판을 인라인 방식으로 이송하면서 평탄층을 형성할 수 있다.

즉, 본 발명은, 나노구조체가 형성된 투명기판의 나노요철 면을 평탄화하는 방법으로서,

나노요철 면이 있는 투명기판과 분무기를 항온항습 챔버 안에 넣고,

평탄층을 형성할 액체를 분무기에 담아 상기 투명기판 위에 분사하여 분무 된 액체가 상기 나노요철 면을 메워 평탄층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 상기 투명기판은 스테이지에 탑재되고, 상기 스테이지에는 초음파 발생장치가 설치되어 투명기판 위로 분무 된 액체가 투명기판 전면에 걸쳐 균일하게 퍼지도록 하는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 상기 투명기판 위에 액체를 분사하기 전에 상기 투명기판 전면에 자외선을 조사하여 친수성 투명기판 표면으로 만드는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 상기 분무기는 하나 이상 설치되며, 상기 분무기는 상하좌우(X-Z) 모션이 가능하고 상기 투명기판은 전후(Y) 모션이 가능한 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 상기 투명기판은 액체가 분사된 후 가열로에서 어닐링 되는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 상기 분무기는 전압이 인가되는 정전분무기이고, 상기 투명기판은 도체로 된 기판 홀더에 탑재되어 상기 분무기와 반대 극성의 전압이 인가되어, 분무된 액체가 정전기로 인해 서로 반발되어 퍼지게 하는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 항온항습 환경의 습도는, 상대습도 70 내지 95 % 중 어느 하나의 수치로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법을 제공한다.

본 발명의 스프레이 방식의 평탄층 형성방법은 기판 면적에 구애받지 않는 장점이 있고, 공정 징행 속도가 빨라 양산성이 좋으며, 분사되는 액체의 전부가 평탄층을 형성하는 데 사용되고 낭비되는 것이 없어 저비용 공정이 될 수 있다.

인라인 방식으로 신속하고 편리한 공정설계가 가능하고 초음파 장치와 자외선 조사 전처리로 인해 평탄층의 균일도가 좋다.

도 1은 나노구조체가 형성된 투명기판 위에 평탄층을 형성한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스프레이 법으로 평탄층을 형성하는 것을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 스프레이 법으로 평탄층을 형성하는 공정을 항온항습 상태에서 실시하는 것을 나타내는 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따라 다수의 스프레이 장치를 이용하여 평탄층을 형성하는 것을 나타내는 개요도이다.
도 5는 본 발명에 따라 자외선 조사로 전처리를 하고 스프레이 법으로 평탄층을 형성한 후 가열로에서 어닐링 하는 공정을 인라인 방식으로 실시하는 것을 나타내는 개요도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 나노구조 요철 면을 갖는 투명기판(100) 위에 평탄층을 형성하기 위해, 평탄층을 구성하는 액체를 분무기에 넣고 분무기 아래 상기 투명기판(100)을 스테이지에 탑재한다. 도 2에는 본 발명에 따른 분무기와 스테이지 및 그 위에 탑재된 투명기판(100)이 나타나 있으며, 분무기는 노즐(300)과 투명기판(100) 사이의 간격을 조절하고 투명기판(100)에 대해 상대운동할 수 있도록 X-Z 방향으로 이송하는 X-Z 모터로 구동된다. 또한, 스테이지 자체도 Y 방향으로 투명기판(100)을 이송하는 모터에 의해 구동될 수 있다. 노즐(300)로부터 액체가 분사되면 매우 많은 수의 미세한 액적이 투명기판(300)의 상당한 면적을 커버하게 되나, 이러한 액적이 기판 전면에 균일하게 퍼지도록 스테이지에는 추가적인 진동을 부여하는 초음파 발생장치(200)가 설치된다. 즉, 나노구조체가 형성된 투명기판(100) 위에 내려앉은 미세 액적들은 초음파 발생장치(200)의 미세 진동에 의해 나노구조의 요철들이 이루는 오목부를 메우게 되고 평탄층의 높이를 더욱 평탄하게 만든다. 초음파 발생장치(200)에는 냉각수 내지는 냉기를 공급하는 냉각장치가 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 액체는 분사되어 미세 액적으로 되자마자 그 표면적이 현저히 증가 되어 급격히 휘발성이 좋아진다. 미세 액적이 나노구조체 위에 도달하기 전에 휘발 되면 평탄층을 형성할 수 없으므로, 주변 환경을 항온항습으로 하는 것이 바람직하다. 특히 습도는 99.5% 이상의 항습성을 유지하도록 해야 한다. 따라서 본 실시예는 기판과 분무기를 모두 항온항습 챔버(400)에 넣고 공정을 실시하였다(도 3 참조).

또한, 액체를 분사하기 전에 투명기판(100)은 도 5에서처럼 자외선 조사장치(500)로 자외선 조사 전처리를 하여주는 것이 바람직하다. 이는 나노구조체가 형성된 투명기판(100) 표면을 개질하여 액체가 표면에 잘 정착하게 하는 친수성을 부여한다. 따라서 UV 조사 이후 액체 스프레이에 의해 형성되는 평탄층의 평탄도를 더욱 균일하게 하는 것이다.

액체를 분사하는 분무기는 생산성을 좋게 하기 위해 다수를 배치할 수 있고(도 4 참조) 인라인 방식으로 기판(100)을 이송하면서 실시할 수 있다.

평탄층을 형성하는 액체 스프레이를 마친 후에는 가열로에서 300 내지 400℃에서 5 내지 30분간 어닐링 되어 평탄층을 투명기판(100)에 견고히 정착시킬 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 평탄층 형성 액체는 고형화되었을 때 그 굴절율이 1.9 내외인 것으로 택하며, 이러한 굴절율을 나타내기 위해, 물이나 아세톤 등의 극성 용매에 TiO₂, CuO, Al₂O₃ 등의 금속산화물 분말을 점착제 및/또는 바인더와 혼합한 콜로이드 용액일 수 있다. 극성 용매 50 내지 60 중량부, 금속산화물 40 내지 50 중량부, 점착제 1 내지 20 중량부, 바인더 1 내지 20 중량부로 혼합될 수 있으나 이는 예시적이다.

항온항습 환경은 실제 온도 20 내지 30 ℃, 상대습도 70 내지 99 % 중 어느 하나의 수치로 일정하게 유지되며 99.5% 정확도를 가지고 유지되는 것이 바람직하다. 습도의 경우, 분사된 미세 액적의 증발을 막을 수 있도록 가능한 한 높은 것이 바람직하나 응결이 일어날 수 있으므로 유의하면서 조절해야 한다.

한편, 미세 액적이 뭉치지 않고 넓게 분사되도록 액체에 정전기를 부여할 수 있으며, 이는 이른바 정전 분무를 실시하는 것이 된다. 액체를 담는 호퍼를 도체로 하고 기판 홀더 역시 도체로 하여 도체 호퍼에 전원장치의 (+)극을 연결하고, 기판 홀더에 (-)극을 연결한다. 물론 그 반대 극성을 취할 수 있다. 양단의 전압은 1 kV 내지 10 kV의 고전압으로 인가한다. 호퍼 하단에는 직경 1mm 정도의 작은 노즐이 형성되어 있으며, 노즐로부터 분사되는 액적은 같은 극성의 전하를 띠게 되어 서로 반발함으로써 뭉치지 않고 미세 액적화 되며 좀 더 널리 퍼지게 된다.

이러한 정전 분무를 이용할 경우, 항온 항습기 내 습도는 방전이 일어나지 않도록 다소 낮추어 최적화될 필요가 있으며 90 % 정도가 바람직하다.

이와 같이 하여 저비용으로 평탄도가 우수한 평탄층을 신속하게 형성할 수 이 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 기판
200: 초음파 발생장치
300: 노즐
400: 챔버
500: 자외선 조사장치

Claims (7)

1. 나노구조체가 형성된 투명기판의 나노요철 면을 평탄화하는 방법으로서,
   나노요철 면이 있는 투명기판과 분무기를 항온항습 챔버 안에 넣고,
   평탄층을 형성할 액체를 분무기에 담아 상기 투명기판 위에 분사하여 분무 된 액체가 상기 나노요철 면을 메워 평탄층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 투명기판은 스테이지에 탑재되고, 상기 스테이지에는 초음파 발생장치가 설치되어 투명기판 위로 분무 된 액체가 투명기판 전면에 걸쳐 균일하게 퍼지도록 하는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명기판 위에 액체를 분사하기 전에 상기 투명기판 전면에 자외선을 조사하여 친수성 투명기판 표면으로 만드는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분무기는 하나 이상 설치되며, 상기 분무기는 상하좌우(X-Z) 모션이 가능하고 상기 투명기판은 전후(Y) 모션이 가능한 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명기판은 액체가 분사된 후 가열로에서 어닐링 되는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분무기는 전압이 인가되는 정전분무기이고, 상기 투명기판은 도체로 된 기판 홀더에 탑재되어 상기 분무기와 반대 극성의 전압이 인가되어, 분무된 액체가 정전기로 인해 서로 반발되어 퍼지게 하는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법.
7. 제6항에 있어서, 항온항습 환경의 습도는, 상대습도 70 내지 95 % 중 어느 하나의 수치로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광 추출용 기판의 평탄 층 제작 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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