KR20150113926A - 플렉서블 디바이스의 제조방법, 플렉서블 디바이스, 플렉서블 디바이스 제조장치 및 플렉서블 기판을 형성하기 위한 수지 용액 - Google Patents

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Abstract

[과제] 간이한 방법이며 제조 비용이 낮고, 또한 다양한 수지에 적용할 수 있는 수지층이 형성된 플렉서블 기판으로부터의 경질 지지체의 제거가 용이한 플렉서블 디바이스의 제조방법을 제공한다.
[해결수단] 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포하여 경질 지지체 상에 플렉서블 기판을 형성하는 플렉서블 기판 형성 공정, 상기 플렉서블 기판 상에 기능층을 형성하는 기능층 형성 공정, 및 상기 기능층이 형성된 플렉서블 기판을 기능층과 함께 경질 지지체로부터 제거하는 지지체 제거 공정의 각 공정을 포함하는 플렉서블 디바이스의 제조방법으로서, 상기 플렉서블 기판 형성 공정에 있어서 경질 지지체를 가열 처리한 후에 수지 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스의 제조방법이다.

Description

플렉서블 디바이스의 제조방법, 플렉서블 디바이스, 플렉서블 디바이스 제조장치 및 플렉서블 기판을 형성하기 위한 수지 용액{METHOD OF MANUFACTURING A FLEXIBLE DEVICE, A FLEXIBLE DEVICE, A FLEXIBLE DEVICE MANUFACTURING APPARATUS AND A RESIN SOLUTION FOR FORMING A FLEXIBLE SUBSTRATE}
본 발명은 기능층이 형성된 플렉서블 기판으로부터의 경질 지지체의 제거가 용이한 플렉서블 디바이스의 제조방법, 그 제조방법에 의해 제조된 플렉서블 디바이스 및 그 제조방법용의 플렉서블 디바이스 제조장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 태양전지, 터치 패널, 컬러필터 등의 전자 디바이스는 주로 유리를 기판으로 하여 제조된다. 이 유리 기판 대신에 플라스틱 등의 플렉서블 기판을 사용한 전자 디바이스는, 소위 플렉서블 디바이스라고 한다. 플렉서블 디바이스의 1종인 플렉서블 디스플레이를 제조하는 경우, 신규 설비 도입에 의한 제조 비용 증가를 억제하기 위해 기존의 유리 기판용 제조기술(제조설비를 포함함)을 활용하는 것이 바람직하다.
기존의 제조기술을 이용한 플렉서블 디스플레이의 제조방법의 일례는, 우선 유리를 지지체로 해서 상기 지지체 상에 플렉서블 기판을 탑재하고, 또한 플렉서블 기판 상에 기능 소자를 탑재하고, 도통 패턴 형성, 밀봉 등을 행한다(이하, 합쳐서 「기능층 형성 공정」이라 함). 이어서, 상기 지지체로부터 플렉서블 기판을 기능소자와 함께 박리한다(이하, 「지지체 제거 공정」이라 함). 이를 위해, 기능층 형성 공정에 있어서 유리 기재와 플렉서블 기판이 박리되지 않고, 또한 지지체 제거 공정에 있어서는 플렉서블 기판이 플렉서블 기판 자체 및 기능 소자에 손상을 주지 않고 박리되는 것이 중요하다.
또한, 플렉서블 디바이스의 제조공정에 있어서, 통상은 플렉서블 기판에 대하여 가열 처리(200∼500℃) 및 여러 가지 약품 처리를 행한다. 이 때문에, 플렉서블 기판은 내열성 및 내약품성이 요구된다. 이러한 요구에 대응하는 플렉서블 기판 재료로서 폴리이미드 수지가 검토되어 왔다(특허문헌 1∼3 참조). 이 폴리이미드 수지는 선열팽창계수(CTE)가 낮고, 그 제어가 비교적 용이하기 때문에 고온에 노출되는 일이 있는 제조 공정 및 제품의 사용에 있어서 문제가 발생하기 어렵다는 특징이 있다.
이 중, 상기 특허문헌 1에서는 액상의 수지 조성물을 캐리어 기판 상에 도포 성막해서 고체상의 수지막을 형성하고, 상기 수지막 상에 회로를 형성하여 수지막으로부터 캐리어 기판을 박리하는 공정을 포함하는 플렉서블 디바이스의 제조방법을 개시하고 있고, 상기 수지막이 상기 회로에 박리 등의 결함을 발생시키는 일없이 캐리어 기판으로부터의 박리성에 우수하다는 취지의 개시가 있다. 그러나, 캐리어 기판-수지막 사이의 박리강도의 제어에 대해서 개시는 없다. 즉, 상기 기능층 형성 공정에 있어서의 캐리어 기판-수지막의 박리하기 어려움은 불분명하다.
또한, 특허문헌 2에서는 지지체 상에 폴리이미드 피막을 형성하고, 또한 그 위에 박막 디바이스를 형성한 후에 지지체로부터 박리하여 필름 디바이스를 얻는 프로세스를 개시하고 있고, 지지체로부터의 폴리이미드 피막의 박리력이 0.05N/㎝∼1.55N/㎝인 것을 개시하고 있다. 그 때, 필름 디바이스 가공 중에 박리되는 일 없이, 또한 가공 종료 후에는 신속하게 박리되는 것이 가능하다는 취지를 개시하고 있다. 그러나, 이 프로세스에 적용할 수 있는 수지는 벤졸 골격을 갖는 것에 한정된다.
또한, 특허문헌 3에서는 기판 상에 질화물층을 형성하고, 또한 그 위에 산화물층을 형성함으로써 피박리층을 형성하고, 또한 그 위에 절연층 및 소자를 형성한 후 물리적 수단에 의해 상기 산화물층의 층내 또는 계면에 있어서 박리하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 기판 상에 상기와 같은 피박리층을 형성할 필요가 있기 때문에 제조 프로세스가 복잡하고, 제조 비용 상승으로 이어진다.
이상과 같이, 기능층의 형성에 있어서 지지체로부터 플렉서블 기판이 박리되지 않고, 또한 그 후에 플렉서블 기판 및 기능층에 손상을 주지 않고 지지체로부터 플렉서블 기판을 박리하며, 또한 저비용으로 간편하게 행할수 있는 수단이 요망되고 있다.
일본 특허공개 2010-202729호 공보 일본 특허공개 2012-140560호 공보 일본 특허공개 2003-174153호 공보
상술한 바와 같이, 미리 유리 기판 등과 같은 경질 지지체 상에 플렉서블 기판을 형성해서 경질 지지체에 플렉서블 기판이 고정된 상태에서 기능층을 형성하여 경질 지지체로부터 분리하여 플렉서블 디바이스를 제조하는 방법은, 각종 기능층을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 점, 제조시의 취급성이 우수한 점 등의 관점에서 유리하다고 생각된다. 그런데, 경질 지지체로부터 플렉서블 디바이스를 분리할 때에 잘 분리할 수 없어 플렉서블 기판이 손상되어 버리고, 기능층에 영향을 미치는 등, 다양한 트러블이 발생할 우려가 있다. 또한, 지금까지 알려진 상기 방법에서는 제조 비용을 낮게 억제하고, 또한 다양한 수지에 적용할 수 있다는 관점에서는 충분하지 않고, 더나은 개선이 필요했다.
그래서, 본 발명의 목적은 간이한 방법이며 제조 빙용이 낮고, 또한 다양한 수지에 적용할 수 있다는 범용성을 가지며, 또한 기능층이 형성된 플렉서블 기판으로부터의 경질 지지체의 제거가 용이한 플렉서블 디바이스의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명은 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포하여 경질 지지체 상에 플렉서블 기판을 형성하는 플렉서블 기판 형성 공정, 상기 플렉서블 기판 상에 기능층을 형성하는 기능층 형성 공정, 및 상기 기능층이 형성된 플렉서블 기판을 기능층과 함께 경질 지지체로부터 제거하는 지지체 제거 공정의 각 공정을 포함하는 플렉서블 디바이스의 제조방법으로서, 상기 플렉서블 기판 형성 공정에 있어서 경질 지지체를 가열 처리한 후에 수지 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스의 제조방법이다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 가열 처리의 최고 온도가 300℃ 이상인 것이 바람직하고, 360℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 가열 처리의 종료 후 180분 이내에, 상기 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 플렉서블 디바이스의 제조방법에 의해 제조된 플렉서블 디바이스이다. 그 중에서도 바람직하게는 플렉서블 디바이스가 터치 패널이다.
또한, 본 발명은 경질 지지체를 연속적으로 300℃ 이상, 바람직하게는 360℃ 이상으로 가열 처리하는 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스의 제조방법용 플렉서블 디바이스 제조장치이다.
또한, 본 발명은 상기 플렉서블 디바이스에 있어서의 플렉서블 기판을 형성하기 위한 수지 용액이다.
(발명의 효과)
본 발명의 플렉서블 디바이스의 제조방법은 박리층의 부여 등의 복잡한 공정을 추가할 필요가 없고, 또한 다양한 수지에 적용하여 플렉서블 디바이스를 얻을 수 있기 때문에, 신규 설비 동입에 의한 제조 비용 증가를 억제할 수 있고, 기존의 유리 기판용 제조기술을 활용하는 것이 가능하다. 그 때문에 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 태양전지, 터치 패널, 컬러필터 등의 전자 디바이스에 대해서 유리 기판으로부터 플렉서블 기판으로의 치환을 촉진할 수 있다.
도 1은 본 발명의 플렉서블 디바이스 제조장치를 나타내는 모식 설명도이다.
이하, 본 발명의 플렉서블 디바이스의 제조방법의 일형태에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 플렉서블 디바이스의 제조방법은 플렉서블 기판 상에 소정의 기능을 갖는 기능층을 구비한 플렉서블 디바이스의 제조방법으로서, 이하의 3가지 공정을 포함한다.
(1) 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포하여 경질 지지체 상에 플렉서블 기판을 형성하는 플렉서블 기판 형성 공정,
(20 상기 플렉서블 기판 상에 기능층을 형성하는 기능층 형성 공정,
(3) 상기 기능층이 형성된 플렉서블 기판으로부터 경질 지지체를 제거하는 지지체 제거 공정의 각 공정.
그리고 본 발명에 있어서는, 상기 플렉서블 기판 형성 공정에 있어서 경질 지지체를 가열 처리한 후에 수지 용액을 도포한다.
우선, 플렉서블 기판 형성 공정에 대하여 설명한다.
경질 지지체는 무기물이고, 또한 적층체로서의 성능을 담보할 수 있으면 그 종류에 제한은 없지만, 예를 들면 유리나 세라믹이나 금속을 들 수있다. 여기서, 금속으로서는 구리, 알루미늄, 스테인리스, 철, 은, 팔라듐, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 지르코늄, 금, 코발트, 티탄, 탄탈, 아연, 납, 주석, 규소, 비스무트, 인듐 또는 이것들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속 재료를 예시할 수 있고, 또한 유리와 복합하여 형성되도록 해도 좋고, 이러한 것들이면 내열성이나 플렉서블 기판층을 지지하는 관점에서 바람직하다. 또한, 세라믹으로서는 알루미나, 실리카, 규소 웨이퍼를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 기존의 플렉서블 디바이스의 제조 공정에의 적합성에 뛰어난 유리이다.
또한, 이들 경질 지지체에 대해서는 표면 성상의 조정 및 플렉서블 기판과의 접착력 등의 향상을 목적으로 해서 그 표면에 사이징, 크롬 도금, 니켈 도금, 크롬-니켈 도금, 구리-아연 합금 도금, 산화구리 석출 또는 알루미늄 알코올레이트, 알루미늄 킬레이트, 실란 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 알콕시티탄 등의 티탄 화합물, 알콕시실란 등의 실란 화합물, 트리아진티올류, 벤조트리아졸류, 아세틸렌알코올류, 아세틸아세톤류, 카테콜류, o-벤조퀴논류, 타닌류, 퀴놀리놀류 등의 화학적 표면 처리, 또는 표층 조면화 처리 등의 기계적인 표면 처리를 실시해도 좋다.
이 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포해서 경질 지지체 상에 플렉서블 기판을 형성한다. 수지 용액은 공지의 수지를 공지의 용매에 용해시킨 것이다. 수지는, 예를 들면 폴리벤조옥사졸, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 폴리이미드 전구체를 들 수 있다. 바람직하게는 플렉서블 기판으로 했을 때에 내열성 및 내약품성에 우수한 폴리이미드 또는 폴리이미드 전구체이다. 용매로서는 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸술폭사이드(DMSO), 황산 디메틸, 술포란, 부티로락톤, 크레졸, 페놀, 할로겐화 페놀, 시클로헥산온, 디옥산, 테트라히드로푸란, 디글라임계, 트리글라임계, 카보네이트계(디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 외) 등을 들 수 있다.
수지가 폴리이미드 또는 폴리아미드 전구체인 경우, 경질 지지체에 폴리이미드 또는 폴리이미드 전구체를 포함하는 수지 용액을 도포하고, 경질 지지체를 가열 처리함으로써 수지 용액을 경화시켜서 플렉서블 기판으로 한다. 이 때, 경화시키기 전의 수지 용액의 층을 「프리폴리이미드 수지층」이라 한다.
상기 플렉서블 기판이 폴리이미드로 형성될 경우, 폴리이미드의 구조는 특별히 제한없이 작용할 수 있지만, 경질 지지체로부터 제거하기 쉬운 점에서 주쇄 골격에 지환 구조를 갖는 폴리이미드(이하, 「지환 함유 폴리이미드」라 함) 또는 불소원자를 갖는 폴리이미드(이하, 「불소 함유 폴리이미드」라 함)가 바람직하다. 지환 함유 폴리이미드의 예로서는, 모노머로서 9,9-비스(4-아미노페놀)플루오렌(DCHM), 시클로헥실아민(CHA) 등의 지환 구조 함유 디아미노 화합물, 또는 1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복실산 2무수물(CHDA), 1,2,4,5-시클로시클로부탄테트라카르복실산 2무수물(CBDA) 등의 지환 구조 함유 산무수물 중 적어도 1종류 이상을 갖고, 이것을 폴리이미드로 한 것이다. 불소 함유 폴리이미드의 예로서는, 모노머로서 4,4'-디아미노-2,2'-비스(트리플루오로메틸)비페닐(TFMB) 등의 불소 함유 디아미노 화합물, 또는 2,2-비스(3,4-안히드로디키르복시페닐)헥사플루오로프로판(6FDA), 9,9-비스(트리플로오로메틸)크산텐테트라카르복실산 2무수물(6FCDA), 9-페닐-9-(트리플루오로메틸)크산텐테트라카르복실산 2무수물(3FCDA) 등의 불소 함유 산무수물 중 적어도 1종류 이상을 갖고, 이것을 폴리이미드 전구체로 한 것이다. 보다 바람직하게는 불소 함유 폴리이미드이고, 더욱 바람직하게는 불소 함유 디아미노 화합물로서 TFMB 및 불소 함유 산무수물로서 6FDA를 갖는 불소 함유 폴리이미드이다.
프리폴리이미드 수지층의 형성은 임의의 도포방법을 사용할 수 있다. 또한, 경질 지지체 상에 복수층의 프리폴리이미드 수지층을 형성해도 좋다. 복수층을 형성할 경우, 바람직하게는 막두께 등의 정밀도가 높기 때문에 이하의 3가지 방법이 바람직하다.
방법 1) 다층 다이에 의해 2종 이상의 프리폴리이미드 수지층을 동시에 형성하다.
방법 2) 임의의 방법으로 프리폴리이미드 수지층을 형성한 후, 그 미건조의 도포면 상에 나이프 코트 방식이나 다이 방식 등에 의해 또 다른 프리폴리이미드 수지층을 형성한다.
방법 3) 임의의 방법으로 프리폴리이미드 수지층을 형성, 건조한 후, 그 도공면 상에 임의의 방법으로 다른 프리폴리이미드를 수지층에 형성한다.
여기에서 서술하는 나이트 코트 방식이란, 바, 스퀴지, 나이프 등에 의해 수지 용액을 고르게 해서 도포하는 방법이다.
프리폴리이미드 수지층의 경화방법으로서는 임의의 방법을 사용할 수 있다. 프리폴리이미드 수지층을 형성한 후에 예비 건조한 프리폴리이미드 수지층을 포함하는 경질 지지체를 배치식의 가열 건조로 내에서 고온 상태에서 일정 시간 정치하거나, 연속 가열 처리장치의 로 내에 있어서의 상기 적층체의 이동속도를 제어하여, 건조 및 경화를 위한 시간 및 온도를 확보함으로써 단층 또는 복수층의 폴리이미드 수지층으로 이루어지는 플렉서블 기판을 형성할 수 있다.
폴리이미드 수지층이 경화될 때 프리폴리이미드 수지층은 가열 처리 가열에 의해서 용매가 제거된다. 특히, 폴리이미드 전구체 수지 용액을 이용한 경우에는 또한 개환 반응에 의해 이미드 결합이 형성된다(이하, 「이미드화」라고 함). 경화 조건은 후술하는 폴리이미드 및 폴리이미드 전구체의 화학 구조, 가열 처리장치의 구조 등에 의해 적절히 조정되지만, 급격하게 고온으로 가열 처리하면 수지층 표면에 스킨층이 생성되어 용매가 증발하기 어려워지거나, 발포하거나 하므로 저온에서 서서히 고온까지 상승시키면서 가열 처리하여 가는 것이 바람직하다.
프리폴리이미드 수지층이 폴리이미드 전구체인 경우, 경화시킬 때의 가열 처리 조건은 제조 공정에 있어서의 플렉서블 기판의 열열화 및 제조 비용을 억제하기 위해서 가열 처리 온도는 낮은 쪽이 바람직하고, 가열 처리 시간은 짧은 쪽이 바람직하다. 단, 가열 처리 온도가 지나치게 낮거나, 또는 가열 처리 시간이 지나치게 짧으면 충분히 경화되지 않을 우려가 있으므로, 바람직하게는 최고 온도가 300℃ 이상이며, 또한 그 최고 온도에 있어서의 유지 시간이 2분 이상인 것이 좋다. 이 온도 범위이면 이미드화가 효율적으로 진행된다. 또한, 경질 지지체의 표면에 분포하는 대기 성분, 수분 등으로부터 유래되는 흡착물을 충분히 제거할 수 있다. 보다 바람직하게는 최고 온도가 320℃ 이상이며, 또한 그 최고 온도에 있어서의 유지 시간이 2분 이상이다. 더욱 바람직하게는 최고 온도가 360℃ 이상이며, 또한 그 최고 온도에 있어서의 유지 시간이 2분 이상이다.
한편, 프리폴리이미드 수지층이 폴리이미드인 경우, 건조에 의해 경화를 행한다. 따라서, 폴리이미드 전구체의 경우보다 가열 처리 온도는 낮아도 좋다. 이 경우의 가열 처리 온도는 최고 온도가 280℃ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300℃ 이상이다.
또한, 경화는 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 중 및 공기 중의 어느 조건에서나 행할 수 있다. 또한, 상압 하, 감압 하, 가압 하 및 진공 하 중 어느 조건이라도 행할 수 있다.
또한, 프리폴리이미드 수지층의 형성과 플렉서블 기판의 형성을 연속 가열 처리장치에서 연속적으로 행해도 좋다.
또한, 상기 플렉서블 기판 형성 공정에 있어서 경질 지지체를 가열 처리한 후에 수지 용액을 도포한다. 이 수지 용액을 도포하기 전의 경질 지지체의 가열 처리를, 「전가열 처리」라고도 한다. 전가열 처리를 행함으로써 기능층 형성 공정에 있어서 경질 지지체로부터 플렉서블 기판이 박리되지 않고, 또한 지제체 제거 공정에 있어서 경질 지지체, 플렉서블 기판 및 기능층에 손상을 주지 않고 플렉서블 기판으로부터 경질 지지체를 제거할 수 있다. 구체적으로는, 전가열 처리를 행하지 않는 경우에 경질 지지체-플렉서블 기판의 박리강도가 지나치게 높아서 경질 지지체를 제거할 때에 경질 지지체, 플렉서블 기판 또는 기능층에 깨짐, 균열 등의 손상이 주어지는 경우가 있지만, 전가열 처리를 행함으로써 기능층 형성 공정에 있어서 박리가 발생하지 않을 정도로 경질 지지체-플렉서블 기판의 박리강도가 억제되어 상기 손상 없이 지지체 제거 공정을 행할 수 있다.
전가열 처리의 조건은 사용하는 경질 지지체 및 수지 용액에 따라서 다르지만, 경질 지지체 상의 불순물을 제거하고, 경질 지지체-플렉서블 기판의 박리강도를 적절한 범위로 유지한다는 관점에서, 상기 가열 처리의 최고 온도는 300℃ 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 전가열 처리의 최고 온도는 360℃ 이상이다. 또한, 가열시의 분위기는 대기중, 불활성 가스 중, 감압 환경하 중의 어느 분위기여도 좋지만, 제조 비용을 억제하는 점, 경질 지지체 표면의 제고 효율이 높은 점에서 대기중이 바람직하다. 또한, 예를 들면 경화 지지체로서 유리를 사용하는 경우, 열변형을 억제하는 관점 및 제조 비용을 억제한다고 하는 관점에서 이 전가열 처리의 최고 온도의 상한은 실질적으로는 500℃이다.
또한, 가열 처리를 행한 경질 지지체로의 불순물이나 수분의 부착을 방지하기 위해서, 상기 가열 처리의 종료 후 180분 이내에서 상기 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 120분 이내이다. 한편으로, 가열 처리 후 나머지 시간이 경과하지 않는 중에 수지 용액을 도포하면, 경질 지지체의 열에 의해 플렉서블 기판에 팽창이나 열화가 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 가열 처리 후 경질 지지체의 온도가 40℃ 이하인 상태에서 수지 용액을 도포하는 것이 바람직하다. 여기서, 가열 처리 종료란 가열 처리 후에 경질 지지체의 냉각을 개시한 시점을 말한다. 냉각의 방법은 방냉, 송풍에 의한 강제적인 냉각 등이 예시된다.
이어서, 기능층 형성 공정에 대해서 설명한다. 상기 플렉서블 기판 형성 공정에서 얻어진 플렉서블 기판 상에 기능층을 형성한다. 기능층으로서는 공지의 플렉서블 디바이스의 기능을 담보하는 소자를 적용할 수 있지만, 예를 들면 유기 EL·TFT, 광전 변환 소자. 전자 페이퍼 구동 소자, 컬러필터 등이 예시된다. 플렉서블 디바이스로서 유기 EL 디스플레이를 제조하는 경우, 기능층으로서는 화상 구동을 위한 TFT가 예시된다. TFT의 재질로서는 규소 반도체 또는 산화물 반도체가 예시된다. 종래 기술인 플렉서블 기판을 사용하지 않는 경우에는 판유리 등의 경질 지지체 상에 무기계 성분에 의한 배리어층을 형성하고, 그 위에 TFT를 형성한다. 이 형성시에 고온 처리(300℃대∼400℃대)가 필요하게 된다. 따라서, 상기 플렉서블 기판에 있어서도 이 고온 처리에 견딜 수 있는 것이 중요하다. 또한, 예를 들면 플렉서블 디바이스로서 터치 패널을 제조하는 경우, 기능층으로서는 투명 도전막, 메탈 메쉬 등의 전극층이 형성된다. 투명 도전막의 일례로서는 ITO(tin-doped indium oxide), SnO, ZnO, IZO가 예시된다. 이들 전극층의 형성시에 200℃ 이상에서 열처리를 행함으로써 저항값이 작은 도전층을 성형할 수 있다. 따라서, 상기 플렉서블 기판에 있어서도 이 고온 처리에 견딜 수 있는 것이 중요하다.
이어서, 지지체 제거 공정에 대하여 설명한다. 상기 기능층이 형성된 플렉서블 기판으로부터 경질 지지체를 제거한다. 제거할 때에 플렉서블 기판 상에 기능층이 형성된 부분(이하, 「기능층 형성부」라고 한다)의 표면 둘레가장자리부에 임의의 방법으로 절개선을 형성하고, 프레임체를 구획하여도 좋다. 절개선을 형성함으로써 기능층이 형성된 플렉서블 기판의 크기 및 형상을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제조효율을 높이기 위해서, 하나의 플렉서블 기판 상에 복수의 기능층을 형성했을 때에, 절개선을 형성함으로써 복수의 플렉서블 기판의 크기 및 형상을 맞출 수 있다. 프레임체의 면적이 작을수록 플렉서블 기판의 면적이 커지고, 하나의 플렉서블 기판 상에 형성할 수 있는 기능층을 증가시킬 수 있다. 따라서, 프레임체의 면적은 플렉서블 기판의 크기 및 형상을 제어할 수 있는 범위에서 작은 쪽이 바람직하다.
또한, 절개선으로 구획된 내측 영역의 플렉서블 기판을 기능층과 함께 경질 지지체로부터 박리하여 플렉서블 기판 상에 기능층을 구비한 플렉서블 디바이스를 얻는다. 상기 박리의 방법은 얻어지는 플렉서블 디바이스의 품질을 저하시키지 않는 한은 공지의 방법을 사용할 수 있다, 프레임체의 박리도 공지의 방법을 사용할 수 있다. 플렉서블 기판의 박리 및 프레임체의 박리는 어느 쪽을 먼저 행해도 좋다. 절개선을 형성하지 않는 경우에는 플렉서블 기판 전체를 기능층과 함께 박리한다.
이상과 같이, 본 발명의 플렉서블 디바이스의 제조방법은 경질 지지체의 가열 처리라고 하는 간편한 방법에 의해, 경질 지지체-플렉서블 기판의 박리강도를 적절하게 제어할 수 있다. 그 결과, 경질 지지체로부터 플렉서블 디바이스를 분리할 때에 경질 지지체, 플렉서블 기판 및 기능층에 손상을 주지 않고 플렉서블 디바이스를 제조할 수 있다. 따라서, 이 제조방법에 의해 제조된 플렉서블 디바이스는 제조 수율이 높고, 제품 수명이 긴 것이 기대된다.
이어서, 본 발명의 플렉서블 디바이스 제조장치에 대하여 설명한다. 상기 플렉서블 디바이스 제조장치는, 플렉서블 기판 형성 공정을 연속적으로 행하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같은 경질 지지체를 연속적으로 300℃ 이상에서 가열 처리하는 장치를 구비한다. 일례로서, 도 1에 나타내는 플렉서블 디바이스 제조장치(10)에 대하여 이하에 설명한다. 컨베이어(16) 상에 경질 지지체(11)를 놓으면, 컨베이어(16) 상에서 경질 지지체(11)가 화살표 방향으로 이동한다. 경질 지지체(11)는 제 1 연속 가열 처리장치(13) 내에서 최고 온도가 300℃ 이상에서 가열된다(전가열 처리). 가열 후, 경질 지지체(11)의 표면에 수지 용액 공급장치(14)로부터 공급되는 수지 용액이 도포된다. 그 후, 제 2 연속 가열 처리장치(15) 내에서 최고 온도가 300℃ 이상에서 가열되고(후가열 처리), 경질 지지체(11) 상에 플렉서블 기판(12)이 형성된다.
다른 일례로서, 이하의 공정 1∼7로 이루어지는 플렉서블 디바이스 제조장치가 예시된다.
(공정 1) 스토커(보관장치)로부터 경질 지지체를 인출하고, 오븐에 넣어서 최고 온도가 300℃ 이상에서 가열한다(전가열 처리).
(공정 2) 가열 후 오븐에서 경질 지지체를 인출하고, 경질 지지체의 표면에 코터로 수지 용액을 도포한다.
(공정 3) 수지 용액이 도포된 경질 지지체를 진공건조기, 핫플레이트 또는 오븐에서 건조하고, 경질 지지체 상에 프리폴리이미드 수지층을 형성한다.
(공정 4) 프리폴리이미드 수지층이 형성된 경질 지지체를 연속 가열 처리장치에 투입하고, 최고 온도가 300℃ 이상에서 가열하여 플렉서블 기판을 형성한다(후가열 처리). 연속 가열 처리장치 내는 금속제의 컨베이어 또는 롤에 의해 반송된다.
(공정 5) 플렉서블 기판이 형성된 경질 지지체를 기능층 형성장치에 카피하여 연속 배치식으로 기능층을 형성한다.
(공정 6) 기능층을 형성한 플렉서블 기판과 경질 지지체를 박리기에 의해 분리한다.
(공정 7) 박리된 경질 지지체를 세정하여 스토커로 이동시킨다.
이상의 공정 1∼7에 있어서, 경질 지지체 등의 이동은 로봇을 이용하여도 좋고, 수작업으로 행해도 좋다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이들의 내용에 제한되는 것은 아니다.
1. 각종 물성 측정 및 성능 시험 방법
[박리강도의 측정]
경질 지지체와 폴리이미드 수지층 사이의 박리강도는 적층체에 대해서 측정에 적절한 선폭(1㎜∼30㎜ 정도)으로 폴리이미드측에서의 절개 또는 기재측에서의 패턴 에칭의 가공을 행하고, 도요 세이키 가부시키가이샤 제품 인장시험기(스트로그래피 M1)를 이용하여 수지층을 180°방향으로 박리하여 필 강도를 측정했다. 또한, 가공 세선과 수지 계면 사이의 접착이 강고하여 박리가 곤란한 것은 「박리불가」로 했다.
2. 폴리아미드산(폴리이미드 전구체) 용액의 합성
이하의 합성예나 실시예 및 비교예에 있어서 취급되는 폴리아미드산(폴리이미드 전구체) 용액의 합성에 사용한 원료, 방향족 디아미노 화합물, 방향족 테트라카르복실산의 산무수물 화합물 및 지환 구조 함유 산무수물, 용제를 이하에 나타낸다.
[방향족 디아미노 화합물]
·4,4'-디아미노-2,2'-비스(트리플루오로메틸)비페닐(TFMB)
·4,4'-디아미노디페닐에테르(44DAPE)
[방향족 테트라카르복실산의 산무수물 화합물]
·무수 피로멜리트산(PMDA)
·2,2-비스(3,4-안히드로디카르복시페닐)헥사플루오로프로판(6FDA)
·2,3,2',3'-비페닐테트라카르복실산 2무수물(BPDA)
[지환 구조 함유 산무수물]
·1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복실산 2무수물(CHDA)
[용제]
·N,N-디메틸아세트아미드(DMAc)
합성예 1
질소 기류 하에서 TFMB(15.8227g)를 300ml의 분리가능 플라스크 내에서 교반하면서 용제 DMAc 170g 중에 첨가하여 가온하고, 20℃에서 용해시켰다. 이어서, 6FDA(7.5660g)와 PMDA(6.6113g)를 첨가했다. 그 후, 용액을 실온에서 4시간 교반을 계속해서 중합반응을 행하고, 200g의 담황색의 점조한 폴리아미드산 A 바니시를 얻었다. 또한, 이 폴리아미드산 A 바니시를 후술의 가열 조건에서 경화함으로써 폴리이미드 수지 A가 얻어진다.
합성예 2
방향족 디아미노 화합물로서 TFMB(16.93g), 방향족 테트라카르복실산의 산무수물 화합물로서 PMDA(10.12g) 및 6FDA(2.95g)를 사용한 것 외는, 합성예 1과 같은 방법으로 200g의 담황색의 점조한 폴리아미드산 B 바니시를 얻었다. 또한, 이 폴리아미드산 B 바니시를 후술의 가열 조건에서 경화함으로써 폴리이미드 수지 B가 얻어진다.
합성예 3
방향족 디아미노 화합물로서 TFMB(12.54g), 방향족 테트라카르복실산의 산무수물 화합물로서 6FDA(17.46g)를 사용한 것 외는, 합성예 1과 같은 방법으로 200g의 담황색의 점조한 폴리아미드산 C 바니시를 얻었다. 또한, 이 폴리아미드산 C 바니시를 후술의 가열 조건에서 경화함으로써 폴리이미드 수지 C가 얻어진다.
합성예 4
방향족 디아미노 화합물로서 TFMB(12.31g), 방향족 테트라카르복실산의 산무수물 화합물로서 6FCDA(17.69g)를 사용한 것 외는, 합성예 1과 같은 방법으로 200g의 담황색의 점조한 폴리아미드산 D 바니시를 얻었다. 또한, 이 폴리아미드산 D 바니시를 후술의 가열 조건에서 경화함으로써 폴리이미드 수지 D가 얻어진다.
합성예 5
방향족 디아미노 화합물로서 44DAPE(14.29g), 방향족 테트라카르복실산의 산무수물 화합물로서 BPDA(15.65g)를 사용한 것 외는, 합성예 1과 같은 방법으로 200g의 퇴색의 점조한 폴리아미드산 E 바니시를 얻었다. 또한, 이 폴리아미드산 E 바니시를 후술의 가열 조건에서 경화함으로써 폴리이미드 수지 E가 얻어진다.
합성예 6
방향족 디아미노 화합물로서 TFMB(17.60g), 지환 구조 함유 산무수물로서 CHDA(12.37g)를 사용한 것 외는, 합성예 1과 같은 방법으로 200g의 담황색의 점조한 폴리아미드산 F 바니시를 얻었다. 또한, 이 폴리아미드산 F 바니시를 후술의 가열 조건에서 경화함으로써 폴리이미드 수지 F가 얻어진다.
3. 지지 기재 상에의 폴리이미드층의 형성 및 성능평가
이하의 실시예 및 비교예에 있어서 취급되는 경질 지지체를 이하에 나타낸다.
·유리판…코닝사 제품 무알칼리 유리, 상품명 「이글 XG」, 두께 500㎛
경질 지지체 상에 도포한 폴리아미드산 바니시는 70℃∼100℃의 핫플레이트 상에서 건조시킨 후 100℃에서 360℃까지 30분 정도로 승온하여 경화시켰다.
실시예 1
청정한 유리 시트(15㎝×15㎝)를 오븐에서 대기중 360℃, 60분 가열한 후 대기중에서 냉각하고, 표면을 아세톤으로 닦은 후에 상기 표면 상에 폴리아미드산 A 바니시를 도포했다. 가열 종료 후부터 도포까지의 시간은 60분이었다. 이것을 상기 가열 조건에서 가열하여 두께가 25㎛인 플렉서블 기판을 형성했다. 이어서, 이 플렉서블 기판을 커터로 절개선을 형성하여 폴리이미드 수지층 내에 10㎜×10㎜의 프레임체를 구획했다. 그리고, 절개선으로 둘러싸인 내측 영역의 플렉서블 기판을 박리했다. 박리강도를 표 1에 나타낸다.
실시예 2∼7
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리아미드산 A 바니시 대신에 폴리아미드산 B 바니시를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 실시예 2로 하고, 실시예 1의 폴리아미드산 A 바니시 대신에 폴리아미드산 C 바니시를 사용하여(실시예 3), 이하와 같이 폴리아미드산 D 바니시를 사용한 경우(실시예 4), 폴리아미드산 E바니시를 사용한 경우(실시예 5), 폴리아미드산 F 바니시를 사용한 경우(실시예 6)에 대해서, 그것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 두께가 25㎛인 플렉서블 기판을 형성하고, 또한 플렉서블 기판을 박리했다. 박리강도를 표 1에 나타냈다.
실시예 5
오븐에서 대기중 300℃, 60분간 가열한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 두께가 25㎛인 플렉서블 기판을 형성하고, 또한 플렉서블 기판을 박리했다. 박리강도를 표 1에 나타냈다.
실시예 6
상기 가열 처리의 종료 후 200분에서, 상기 표면 상의 폴리이미드산 A 바니시를 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 두께가 25㎛인 플렉서블 기판을 형성하고, 또한 플렉서블 기판을 박리했다. 박리강도를 표 1에 나타냈다.
비교예 1
유리 시트를 가열하지 않도록 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 플렉서블 기판을 형성하고, 박리했다. 결과를 표 1에 나타냈다.
실시예
1		 실시예
2		 실시예3 실시예
4		 실시예
5		 실시예
6		 실시예
7		 실시예
8		 비교예
1
폴리이미드 수지 A B C D E F A A A
플렉서블 기판
두께(㎛)		 25 25 25 25 25 25 25 25 25
박리강도
(N/m)		 4.7 4.6 4.4 3.9 2 5 5.3 4.7 16.4
이들 실시예, 비교예의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 경질 지지체를 가열 처리한 후에 수지 용액을 도포해서 플렉서블 기판을 형성함으로써 양호한 박리강도가 얻어지게 된다. 그 때문에, 이와 같이 해서 경질 지지체 상에 플렉서블 기판을 형성하면 그 후의 기능층 형성 공정에서 소정의 기능층을 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 또한, 지지체 제거 공정에서는 플렉서블 기판을 기능층과 함께 경질 지지체로부터 용이하게 제거하는 것이 가능하여, 플렉서블 디바이스를 저비용으로 간편하게 제조할 수 있게 된다.
10 : 플렉서블 기판 제조장치 11 : 경질 지지체
12 : 풀렉시블 기판 13 : 제 1 연속 가열 처리장치
14 : 수지 용액 공급장치 15 : 제 2 연속 가열 처리장치
16 : 컨베이어

Claims (7)

  1. 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포하여 경질 지지체 상에 플렉서블 기판을 형성하는 플렉서블 기판 형성 공정, 상기 플렉서블 기판 상에 기능층을 형성하는 기능층 형성 공정, 및 상기 기능층이 형성된 플렉서블 기판을 기능층과 함께 경질 지지체로부터 제거하는 지지체 제거 공정의 각 공정을 포함하는 플렉서블 디바이스의 제조방법으로서,
    상기 플렉서블 기판 형성 공정에 있어서 경질 지지체를 가열 처리한 후에 수지 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 처리의 최고 온도가 300℃ 이상인 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 처리의 종료 후 180분 이내에, 상기 경질 지지체 상에 수지 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 플렉서블 디바이스의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플렉서블 디바이스가 터치 패널인 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 플렉서블 디바이스의 제조방법용의 플렉서블 디바이스 제조장치로서,
    경질 지지체를 연속적으로 300℃ 이상으로 가열 처리하는 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 디바이스 제조장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 플렉서블 디바이스에 있어서의 플렉서블 기판을 형성하기 위한 수지 용액.
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