KR20160032343A - 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉서블 기판의 탈착을 용이하게 함과 동시에 플렉서블 기판 하부의 배리어특성이 강화된 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 위하여, 지지기판 상에 희생층을 형성하는 단계, 희생층 상에 희생층 보다 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층을 형성하는 단계, 제1물질층 상에, 제1물질층에서 플렉서블 기판 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 제2물질층을 형성하는 단계, 제2물질층 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계, 플렉서블 기판 상에 디스플레이층을 형성하는 단계 및 지지기판 상에 레이저를 조사하여 희생층과 제1물질층 사이를 박리하는 단계를 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다.

Description

플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조방법{Flexible display apparatus and manufacturing method thereof}
본 발명은 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 플렉서블 기판의 탈착을 용이하게 함과 동시에 플렉서블 기판 하부의 배리어특성이 강화된 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치들 중, 유기발광 디스플레이 장치는 시야각이 넓고 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
일반적으로 유기발광 디스플레이 장치는 기판 상에 박막트랜지스터 및 유기발광소자들을 형성하고, 유기발광소자들이 스스로 빛을 발광하여 작동한다. 이러한 유기발광 디스플레이 장치는 휴대폰 등과 같은 소형 제품의 디스플레이부로 사용되기도 하고, 텔레비전 등과 같은 대형 제품의 디스플레이부로 사용되기도 한다.
유기발광 디스플레이 장치 중에서도, 최근 플렉서블 디스플레이 장치에 관한 관심이 높아짐에 따라 이에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 플렉서블 디스플레이 장치를 구현하기 위해서는 종래의 글라스재 기판이 아닌 합성 수지 등과 같은 재질의 플렉서블 기판을 이용한다. 이러한 플렉서블 기판은 플렉서블 특성을 갖기에, 제조공정 등에서 핸들링이 용이하지 않다는 문제점을 갖는다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 충분한 강성(rigidity)을 갖는 지지기판 상에 플렉서블 기판을 형성하여 여러 공정을 거친 후, 플렉서블 기판을 지지기판으로부터 분리하는 과정을 거친다.
그러나 이러한 종래의 플렉서블 디스플레이 장치 및 제조방법에는, 플렉서블 기판 상에 박막트랜지스터 등이 포함된 디스플레이층을 형성하는 과정에서, 지지기판과 플렉서블 기판 사이에 개재되어 지지기판으로부터 플렉서블 기판의 박리를 용이하게 하는 희생층의 기능이 저하된다는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 플렉서블 기판의 탈착을 용이하게 함과 동시에 플렉서블 기판 하부의 배리어특성이 강화된 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 지지기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 희생층 상에, 희생층 보다 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층을 형성하는 단계; 제1물질층 상에, 제1물질층에서 플렉서블 기판 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 제2물질층을 형성하는 단계; 제2물질층 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계; 플렉서블 기판 상에 디스플레이층을 형성하는 단계; 및 지지기판 상에 레이저를 조사하여 희생층과 제1물질층 사이를 박리하는 단계를 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법이 제공된다.
상기 희생층을 형성하는 단계는, 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하여 희생층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 제1물질층을 형성하는 단계는, 질화실리콘(SiNx)을 이용하여 제1물질층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 제2물질층을 형성하는 단계는, 산화금속을 이용하여 제2물질층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 산화금속은 산화알루미늄(Al2O3) 일 수 있다.
상기 플렉서블 기판을 형성하는 단계와, 상기 디스플레이층을 형성하는 단계 사이에, 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 지지기판 상에 희생층을 형성하는 단계;희생층 상에, 희생층 보다 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층을 형성하는 단계; 제1물질층 상에, 제1물질층에서 플렉서블 기판 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 제2물질층을 형성하는 단계; 제2물질층 상에 디스플레이층을 형성하는 단계; 및 지지기판 상에 레이저를 조사하여 희생층과 제1물질층 사이를 박리하는 단계를 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법이 제공된다.
상기 희생층을 형성하는 단계는, 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하여 희생층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 제1물질층을 형성하는 단계는, 질화실리콘(SiNx)을 이용하여 제1물질층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 제2물질층을 형성하는 단계는, 산화금속을 이용하여 제2물질층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 산화금속은 산화알루미늄(Al2O3) 일 수 있다.
상기 플렉서블 기판을 형성하는 단계와, 상기 디스플레이층을 형성하는 단계 사이에, 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 질화실리콘(SiNx)을 포함하는 제1물질층; 상기 제1물질층 상에 배치된 배리어층; 상기 제1물질층과 상기 배리어층 사이에 개재되며, 상기 제1물질층으로부터 상기 배리어층으로 수소가 확산되는 것을 방지하는, 제2물질층; 및 상기 배리어층 상에 배치되는 디스플레이층;을 구비하는, 플렉서블 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 제2물질층과 상기 배리어층 사이에 플렉서블 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 제2물질층은 산화금속을 포함할 수 있다.
상기 산화금속은 산화알루미늄(Al2O3)일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이러한 일반적이고 구체적인 측면이 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램, 또는 어떠한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램의 조합을 사용하여 실시될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플렉서블 기판의 탈착을 용이하게 함과 동시에 플렉서블 기판 하부의 배리어특성이 강화된 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 플렉서블 디스플레이 장치의 제조공정을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 플렉서블 디스플레이 장치의 제조공정을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 제조공정으로 제조된 플렉서블 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 3 및 도 4의 제조공정으로 제조된 플렉서블 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
한편, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 플렉서블 디스플레이 장치의 제조공정을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 지지기판(10) 상에 희생층(12)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 지지기판(10)은 충분한 강성을 갖는 글라스재, 금속재 등, 다양한 재료로 형성된 것일 수 있다. 플렉서블 기판(100) 자체는 플렉서블한 특성을 갖기에, 지지기판(10)이 플렉서블 기판(100) 상에 후술할 각종 층들이 형성되는 동안 플렉서블 기판(100)을 지지해주는 역할을 한다.
지지기판(10) 상에는 플렉서블 기판(100)을 형성하기에 앞서, 상술한 것과 같이 희생층(12)을 먼저 형성할 수 있다. 이러한 희생층(12)은 비정질 실리콘(a-Si), 금속 재료, 폴리이미드와 같은 유기물 등 다양한 재료로 형성된 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 비정질 실리콘(a-Si)으로 희생층(12)을 형성하는 경우에 대하여 설명하나, 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 희생층(12)은 플렉서블 기판(100)이 지지기판(10)으로부터 탈착되는 과정에서 플렉서블 기판(100)을 보호하고 탈착을 용이하게 할 수 있다.
그 후, 희생층(12) 상에 희생층 보다 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층(14)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 예컨대 제1물질층(14)은 수소 농도가 높아, 후술하게 되는 플렉서블 기판(100)을 지지기판(10)으로부터 탈착하는 공정에서 희생층(12)으로 수소를 확산시키는 역할을 수행한다. 제1물질층(14)은 무기물로 형성할 수 있으며, 예컨대 본 발명의 일 실시예에서는 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 이용하여 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 다만 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 제1물질층(14)은 높은 수소 농도를 갖는 물질로 다양하게 형성될 수 있다.
그 후, 제1물질층(14) 상에는 제1물질층(14)에서 플렉서블 기판(100) 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하기 위하여 제2물질층(16)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 제2물질층(16)의 일 면에는 상술한 제1물질층(14)이 배치되어 있고 제2물질층(16)의 타 면에는 후술할 플렉서블 기판(100)이 배치되어 있는데, 제2물질층(16)은 제1물질층(14)에서 확산되는 수소가 플렉서블 기판(100)으로 확산되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 즉, 제1물질층(14)에서 희생층(12)으로 확산되는 수소의 비율을 증가시키기 위한 수소 확산 방지막(Hydrogen diffusion blocking layer)의 역할을 한다.
이러한 제2물질층(16)은 금속을 산화시켜 산화금속으로 형성할 수 있으며, 예컨대 본 발명의 일 실시예에서는 산화알루미늄(Al2O3)을 이용하여 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제2물질층(16)은 제1물질층(14)으로부터 플렉서블 기판(100) 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있는 물질로 다양하게 형성될 수 있다. 상술한 제1물질층(14) 및 제2물질층(16)은 도면에서는 단층구조로 도시되어 있으나 다층구조로 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 제2물질층(16) 상에는 플렉서블 기판(100)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 플렉서블 기판(100)은 플렉서블 특성을 갖는 것으로서, 금속재, 또는PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등과 같은 플라스틱재 등, 다양한 재료로 형성된 것일 수 있다. 경우에 따라서는, SUS(Steel Use Stainless)와 같은 얇은 금속 호일을 이용할 수도 있다.
플렉서블 기판(100) 상에는 배리어층(101)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 배리어층(101)은 플렉서블 기판(100) 상에 형성되는 디스플레이층(300)에 포함된 박막트랜지스터(TFT)나 유기발광소자(200, 도 5 참조) 등으로 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 이러한 배리어층(101)은 실리콘옥사이드 또는 실리콘나이트라이드 등의 물질로 단층으로 형성되거나 또는 다층으로 형성될 수 있다.
그 후, 플렉서블 기판(100) 상에는 디스플레이층(300)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 디스플레이층(300)은 박막트랜지스터(TFT), 커패시터(CAP) 및 박막트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결되는 유기발광소자(200)를 포함할 수 있다. 디스플레이층(300)의 상세한 구조에 대하여는 도 5에서 자세히 후술한다.
플렉서블 기판(100) 상에 디스플레이층(300)을 형성한 후, 지지기판(10)에 레이저를 조사하여 지지기판(10)과 플렉서블 기판(100)을 분리하는 단계를 거칠 수 있다. 즉, 지지기판(10)에 레이저를 조사하면 지지기판(10) 상에 형성된 희생층(12)에서 수소가 발생하여 희생층(12)과 제1물질층(14) 상에 접합 에너지를 약화시켜 제1물질층(14)과 희생층(12) 사이를 박리시킬 수 있다. 따라서 지지기판(10)으로부터 플렉서블 기판(100)을 용이하게 탈착시키기 위해서는 희생층(12)으로부터 수소가 발생할 수 있도록 희생층(12) 내에 수소농도가 유지되어야 한다. 그러나 상술한 것과 같이 플렉서블 기판(100)의 배리어층(101) 상에 디스플레이층(300)을 형성하는 과정에서, 박막트랜지스터(TFT) 등의 형성 시 탈 수소화 공정 및 열처리 공정 등에서 희생층(12) 내에 수소 농도가 급격하게 감소하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법에서는 희생층(12) 상에 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층(14)을 형성하여, 디스플레이층(300)의 박막트랜지스터(TFT) 등을 형성하는 공정 시 제1물질층(14)으로부터 희생층(12)으로 수소가 확산되도록 하여 고온의 열처리 공정에서도 희생층(12)의 수소농도가 유지되도록 할 수 있다.
이 때, 상술한 것과 같이 제1물질층(14)으로부터 희생층(12)으로 확산되는 수소의 비율을 높이기 위해, 제1물질층(14)과 플렉서블 기판(100) 사이에 수소 확산 방지막(Hydrogen diffusion blocking layer)인 제2물질층(16)을 형성하여 제1물질층(14)으로부터 확산되는 수소가 플렉서블 기판(100) 측으로 확산되지 않고, 희생층(12)으로 확산되는 것을 돕는 기능을 한다.
도 2를 참조하면, 이와 같이 지지기판(10)에 레이저를 조사하여 희생층(12)과 제1물질층(14) 사이를 박리하여 지지기판(10)으로부터 플렉서블 기판(100)을 용이하게 탈착시킬 수 있다. 또한 플렉서블 기판(100)의 하부에는 제1물질층(14)과 제2물질층(16)이 형성됨으로써 플렉서블 기판(100) 하부를 보호할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 플렉서블 디스플레이 장치의 제조공정을 개략적으로 도시하는 단면도들이다. 도 3 및 도 4에서는, 플렉서블 기판(100)을 포함하지 않고, 배리어층(101) 상에 형성된 디스플레이층(300)을 지지기판(10)으로부터 탈착시켜 플렉서블 디스플레이 장치를 형성하는 방법을 개시하고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 지지기판(10) 상에 희생층(12)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 지지기판(10)은 충분한 강성을 갖는 글라스재, 금속재 등, 다양한 재료로 형성된 것일 수 있다. 플렉서블 디스플레이는 플렉서블한 특성을 갖기에, 지지기판(10)이 후술할 플렉서블 디스플레이의 각종 층들이 형성되는 동안 플렉서블 디스플레이를 지지해주는 역할을 한다.
지지기판(10) 상에는 디스플레이층(300)을 형성하기에 앞서, 상술한 것과 같이 희생층(12)을 먼저 형성할 수 있다. 이러한 희생층(12)은 비정질 실리콘(a-Si), 금속 재료, 폴리이미드와 같은 유기물 등 다양한 재료로 형성된 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 비정질 실리콘(a-Si)으로 희생층(12)을 형성하는 경우에 대하여 설명하나, 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 희생층(12)은 디스플레이층(300)이 지지기판(10)으로부터 탈착되는 과정에서 디스플레이층(300)을 보호하고 탈착을 용이하게 할 수 있다.
그 후, 희생층(12) 상에 희생층 보다 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층(14)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 예컨대 제1물질층(14)은 수소 농도가 높아, 후술하게 되는 디스플레이층(300)을 지지기판(10)으로부터 탈착하는 공정에서 희생층(12)으로 수소를 확산시키는 역할을 수행한다. 제1물질층(14)은 무기물로 형성할 수 있으며, 예컨대 본 발명의 일 실시예에서는 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 이용하여 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 다만 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 제1물질층(14)은 높은 수소 농도를 갖는 물질로 다양하게 형성될 수 있다.
그 후, 제1물질층(14) 상에는 제1물질층(14)에서 디스플레이층(300) 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하기 위하여 제2물질층(16)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 제2물질층(16)의 일 면에는 상술한 제1물질층(14)이 배치되어 있고 제2물질층(16)의 타 면에는 후술할 배리어층(101)이 배치되어 있는데, 제2물질층(16)은 제1물질층(14)에서 확산되는 수소가 배리어층(101)으로 확산되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 즉, 제1물질층(14)에서 희생층(12)으로 확산되는 수소의 비율을 증가시키기 위한 수소 확산 방지막(Hydrogen diffusion blocking layer)의 역할을 한다.
이러한 제2물질층(16)은 금속을 산화시켜 산화금속으로 형성할 수 있으며, 예컨대 본 발명의 일 실시예에서는 산화알루미늄(Al2O3)을 이용하여 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제2물질층(16)은 제1물질층(14)으로부터 배리어층(101) 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있는 물질로 다양하게 형성될 수 있다. 상술한 제1물질층(14) 및 제2물질층(16)은 도면에서는 단층구조로 도시되어 있으나 다층구조로 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 제2물질층(16) 상에는 배리어층(101)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 배리어층(101)은 배리어층(101) 상에 형성되는 디스플레이층(300)에 포함된 박막트랜지스터(TFT)나 유기발광소자(200, 도 5 참조) 등으로 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 이러한 배리어층(101)은 실리콘옥사이드 또는 실리콘나이트라이드 등의 물질로 단층으로 형성되거나 또는 다층으로 형성될 수 있다.
그 후, 배리어층(101) 상에는 디스플레이층(300)을 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 디스플레이층(300)은 박막트랜지스터(TFT), 커패시터(CAP) 및 박막트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결되는 유기발광소자(200)를 포함할 수 있다. 디스플레이층(300)의 상세한 구조에 대하여는 도 5에서 자세히 후술한다.
배리어층(101) 상에 디스플레이층(300)을 형성한 후, 지지기판(10)에 레이저를 조사하여 지지기판(10)과 디스플레이층(300)을 분리하는 단계를 거칠 수 있다. 즉, 지지기판(10)에 레이저를 조사하면 지지기판(10) 상에 형성된 희생층(12)에서 수소가 발생하여 희생층(12)과 제1물질층(14) 상에 접합 에너지를 약화시켜 제1물질층(14)과 희생층(12) 사이를 박리시킬 수 있다. 따라서 지지기판(10)으로부터 디스플레이층(300)을 용이하게 탈착시키기 위해서는 희생층(12)으로부터 수소가 발생할 수 있도록 희생층(12) 내에 수소농도가 유지되어야 한다. 그러나 상술한 것과 같이 배리어층(101) 상에 디스플레이층(300)을 형성하는 과정에서, 박막트랜지스터(TFT) 등의 형성 시 탈 수소화 공정 및 열처리 공정 등에서 희생층(12) 내에 수소 농도가 급격하게 감소하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법에서는 희생층(12) 상에 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층(14)을 형성하여, 디스플레이층(300)의 박막트랜지스터(TFT) 등을 형성하는 공정 시 제1물질층(14)으로부터 희생층(12)으로 수소가 확산되도록 하여 고온의 열처리 공정에서도 희생층(12)의 수소농도가 유지되도록 할 수 있다.
이 때, 상술한 것과 같이 제1물질층(14)으로부터 희생층(12)으로 확산되는 수소의 비율을 높이기 위해, 제1물질층(14)과 배리어층(101) 사이에 수소 확산 방지막(Hydrogen diffusion blocking layer)인 제2물질층(16)을 형성하여 제1물질층(14)으로부터 확산되는 수소가 배리어층(101) 측으로 확산되지 않고, 희생층(12)으로 확산되는 것을 돕는 기능을 한다.
도 4를 참조하면, 이와 같이 지지기판(10)에 레이저를 조사하여 희생층(12)과 제1물질층(14) 사이를 박리하여 지지기판(10)으로부터 디스플레이층(300)을 용이하게 탈착시킬 수 있다. 또한 디스플레이층(300)의 하부에는 배리어층(101)을 비롯하여 제1물질층(14)과 제2물질층(16)이 형성됨으로써 플렉서블 디스플레이 장치의 하부를 보호할 수 있다. 따라서 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법에 따르면, 배리어층(101)을 비롯하여 제1물질층(14)과 제2물질층(16)에 의해 하부 배리어 특성이 강화되어 플렉서블 기판(100) 없이도 디스플레이층(300)을 지지기판(10)으로부터 분리하는 것이 가능하다.
지금까지는 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법에 대해서만 주로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 이러한 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법를 이용하여 제조한 플렉서블 디스플레이 장치 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 제조공정으로 제조된 플렉서블 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 플렉서블 디스플레이 장치는 플렉서블 기판(100)과, 배리어층(101)과, 플렉서블 기판(100)의 일 면에 배치되는 박막트랜지스터층(190) 및 유기발광소자(200)와, 플렉서블 기판(100)의 타 면에 배치되는 제1물질층(14) 및 제2물질층(16)을 구비한다. 전술한 디스플레이층(300)(300)은 박막트랜지스터층(190)과 유기발광소자(200)를 포함한다.
플렉서블 기판(100)은 플렉서블 특성을 갖는 것으로서, 금속재, 또는PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등과 같은 플라스틱재 등, 다양한 재료로 형성된 것일 수 있다.
플렉서블 기판(100)의 상면에는 배리어층(101)이 배치되는데, 배리어층(101)은 플렉서블 기판(100) 상에 형성되는 디스플레이층(300)에 포함된 박막트랜지스터(TFT)나 유기발광소자(200) 등으로 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 이러한 배리어층(101)은 실리콘옥사이드 또는 실리콘나이트라이드 등의 물질로 단층으로 형성되거나 또는 다층으로 형성될 수 있다.
배리어층(101) 상에는 디스플레이층(300)이 배치되는데, 이러한 디스플레이층(300)은 박막트랜지스터(TFT) 및 커패시터(CAP)가 배치될 수 있고, 박막트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결되는 유기발광소자가 위치할 수 있다. 박막트랜지스터(TFT)는 비정질실리콘, 다결정실리콘 또는 유기반도체물질을 포함하는 반도체층(120), 게이트전극(140), 소스전극(160) 및 드레인전극(162)을 포함한다. 이하 박막트랜지스터(TFT)의 일반적인 구성을 자세히 설명한다.
먼저 플렉서블 기판(100) 상에는 플렉서블 기판(100)의 면을 평탄화하기 위해 또는 박막트랜지스터(TFT)의 반도체층(120)으로 불순물 등이 침투하는 것을 방지하기 위해, 실리콘옥사이드 또는 실리콘나이트라이드 등으로 형성된 버퍼층(110)이 배치되고, 이 버퍼층(110) 상에 반도체층(120)이 위치하도록 할 수 있다.
반도체층(120)의 상부에는 게이트전극(140)이 배치되는데, 이 게이트전극(140)에 인가되는 신호에 따라 소스전극(160) 및 드레인전극(162)이 전기적으로 소통된다. 게이트전극(140)은 인접층과의 밀착성, 적층되는 층의 표면 평탄성 그리고 가공성 등을 고려하여, 예컨대 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
이때 반도체층(120)과 게이트전극(140)과의 절연성을 확보하기 위하여, 실리콘옥사이드 및/또는 실리콘나이트라이드 등으로 형성되는 게이트절연막(130)이 반도체층(120)과 게이트전극(140) 사이에 개재될 수 있다.
게이트전극(140)의 상부에는 층간절연막(150)이 배치될 수 있는데, 이는 실리콘옥사이드 또는 실리콘나이트라이드 등의 물질로 단층으로 형성되거나 또는 다층으로 형성될 수 있다.
층간절연막(150)의 상부에는 소스전극(160) 및 드레인전극(162)이 배치된다. 소스전극(160) 및 드레인전극(162)은 층간절연막(150)과 게이트절연막(130)에 형성되는 컨택홀을 통하여 반도체층(120)에 각각 전기적으로 연결된다. 소스전극(160) 및 드레인전극(162)은 도전성 등을 고려하여 예컨대 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
한편 도면에는 도시되지 않았으나, 이러한 구조의 박막트랜지스터(TFT)의 보호를 위해 박막트랜지스터(TFT)를 덮는 보호막(미도시)이 배치될 수 있다. 보호막은 예컨대 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 또는 실리콘옥시나이트라이드 등과 같은 무기물로 형성될 수 있다.
한편, 플렉서블 기판(100)의 상에 제1절연막(170)이 배치될 수 있다. 이 경우 제1절연막(170)은 평탄화막일 수도 있고 보호막일 수도 있다. 이러한 제1절연막(170)은 박막트랜지스터(TFT) 상부에 유기발광소자가 배치되는 경우 박막트랜지스터(TFT) 의 상면을 대체로 평탄화하게 하고, 박막트랜지스터(TFT) 및 각종 소자들을 보호하는 역할을 한다. 이러한 제1절연막(170) 은 예컨대 아크릴계 유기물 또는 BCB(Benzocyclobutene) 등으로 형성될 수 있다. 이때 도 10에 도시된 것과 같이, 버퍼층(110), 게이트절연막(130), 층간절연막(150) 및 제1절연막(170)은 플렉서블 기판(100)의 전면(全面)에 형성될 수 있다.
한편, 박막트랜지스터(TFT) 상부에는 제2절연막(180)이 배치될 수 있다. 이경우 제2절연막(180)은 화소정의막일 수 있다. 제2절연막(180)은 상술한 제1절연막(170) 상에 위치할 수 있으며, 개구를 가질 수 있다. 이러한 제2절연막(180)은 플렉서블 기판(100) 상에 화소영역을 정의하는 역할을 한다.
이러한 제2절연막(180)은 예컨대 유기 절연막으로 구비될 수 있다. 그러한 유기 절연막으로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴계 고분자, 폴리스티렌(PS), phenol그룹을 갖는 고분자 유도체, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자 및 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다.
한편, 제2절연막(180) 상에는 유기발광소자(200)가 배치될 수 있다. 유기발광소자(200)는 화소전극(210), 발광층(EML: Emission Layer)을 포함하는 중간층(220) 및 대향전극(230)을 포함할 수 있다.
화소전극(210)은 (반)투명 전극 또는 반사형 전극으로 형성될 수 있다. (반)투명 전극으로 형성될 때에는 예컨대 ITO, IZO, ZnO, In2O3, IGO 또는 AZO로 형성될 수 있다. 반사형 전극으로 형성될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및 이들의 화합물 등으로 형성된 반사막과, ITO, IZO, ZnO, In2O3, IGO 또는 AZO로 형성된 층을 가질 수 있다. 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 그 구조 또한 단층 또는 다층이 될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
제2절연막(180)에 의해 정의된 화소영역에는 중간층(220)이 각각 배치될 수 있다. 이러한 중간층(220)은 전기적 신호에 의해 빛을 발광하는 발광층(EML: Emission Layer)을 포함하며, 발광층(EML)을 이외에도 발광층(EML)과 화소전극(210) 사이에 배치되는 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer) 및 발광층(EML)과 대향전극(230) 사이에 배치되는 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있다. 물론 중간층(220)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 구조를 가질 수도 있음은 물론이다.
발광층(EML)을 포함하는 중간층(220)을 덮으며 화소전극(210)에 대향하는 대향전극(230)이 플렉서블 기판(100) 전면(全面)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 대향전극(230)은 (반)투명 전극 또는 반사형 전극으로 형성될 수 있다.
대향전극(230)이 (반)투명 전극으로 형성될 때에는 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물로 형성된 층과 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 (반)투명 도전층을 가질 수 있다. 대향전극(230)이 반사형 전극으로 형성될 때에는 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물로 형성된 층을 가질 수 있다. 물론 대향전극(230)의 구성 및 재료가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 플렉서블 기판(100)의 하면에는 제2물질층(16) 및 제1물질층(14)이 차례로 배치되어 있다. 즉, 제1물질층(14) 상에 제2물질층(16)이 배치되고, 제2물질층(16) 상에 플렉서블 기판(100)이 배치되는 것으로 이해될 수 있다. 제1물질층(14)은 높은 수소 농도를 갖는 고농도 수소층(Hydrogen rich layer)일 수 있다. 전술한 것과 같이 제1물질층(14)은 플렉서블 디스플레이 장치를 제조하는 공정 중 플렉서블 기판(100)을 지지기판(10)으로부터 탈착하는 과정에서 희생층(12)과 플렉서블 기판(100) 사이의 박리를 용이하게 한다. 즉, 플렉서블 기판(100) 상에 박막트랜지스터층(190)을 형성하는 과정에서 고온의 열 처리 공정으로 인해 희생층(12) 내부의 수소농도가 낮아지는 것을 방지하고자 희생층(12)으로 수소를 공급하는 역할을 한다. 이러한 제1물질층(14)은 무기물로 형성할 수 있는데, 본 실시예에서는 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 이용하여 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 다만 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 제1물질층(14)은 높은 수소 농도를 갖는 물질로 다양하게 형성될 수 있다.
제1물질층(14) 상에는 제1물질층(14)에서 플렉서블 기판(100) 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하기 위하여 제2물질층(16)이 배치될 수 있다. 제2물질층(16)의 일 면에는 상술한 제1물질층(14)이 배치되어 있고 제2물질층(16)의 타 면에는 플렉서블 기판(100)이 배치되어 있는데, 제2물질층(16)은 제1물질층(14)에서 확산되는 수소가 플렉서블 기판(100)으로 확산되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 즉, 제1물질층(14)에서 희생층(12)으로 확산되는 수소의 비율을 증가시키기 위한 수소 확산 방지막(Hydrogen diffusion blocking layer)의 역할을 한다.
이러한 제2물질층(16)은 금속을 산화시켜 산화금속으로 형성할 수 있으며, 예컨대 본 발명의 일 실시예에서는 산화알루미늄(Al2O3)을 이용하여 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제2물질층(16)은 제1물질층(14)으로부터 플렉서블 기판(100) 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있는 물질로 다양하게 형성될 수 있다. 상술한 제1물질층(14) 및 제2물질층(16)은 도면에서는 단층구조로 도시되어 있으나 다층구조로 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는, 제조과정에서 희생층(12) 상에 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층(14)을 형성하여, 박막트랜지스터층(190)을 형성하는 공정 시 제1물질층(14)으로부터 희생층(12)으로 수소가 확산되도록 하여 고온의 열처리 공정에서도 희생층(12)의 수소농도가 유지되도록 할 수 있다. 이 때, 제1물질층(14)으로부터 희생층(12)으로 확산되는 수소의 비율을 높이기 위해, 제1물질층(14)과 배리어층(101) 사이에 수소 확산 방지막(Hydrogen diffusion blocking layer)인 제2물질층(16)을 형성하여 제1물질층(14)으로부터 확산되는 수소가 배리어층(101) 측으로 확산되지 않고, 희생층(12)으로 확산되는 것을 돕는 기능을 한다.
또한, 디스플레이층(300)의 하부에는 배리어층(101)을 비롯하여 제1물질층(14)과 제2물질층(16)이 형성됨으로써 플렉서블 디스플레이 장치의 하부를 보호할 수 있다. 따라서 도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치에 따르면, 배리어층(101)을 비롯하여 제1물질층(14)과 제2물질층(16)에 의해 하부 배리어 특성이 강화되어 플렉서블 기판(100) 없이도 디스플레이층(300)을 지지기판(10)으로부터 분리하는 것이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.
10: 지지기판
12: 희생층
14: 제1물질층
16: 제2물질층
100: 기판
101: 배리어층
170: 제1절연막
180: 제2절연막
190: 박막트랜지스터층
200: 유기발광소자
210: 화소전극
220: 중간층
230: 대향전극
300: 디스플레이층

Claims (16)

  1. 지지기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
    희생층 상에, 희생층 보다 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층을 형성하는 단계;
    제1물질층 상에, 제1물질층에서 플렉서블 기판 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 제2물질층을 형성하는 단계;
    제2물질층 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;
    플렉서블 기판 상에 디스플레이층을 형성하는 단계; 및
    지지기판 상에 레이저를 조사하여 희생층과 제1물질층 사이를 박리하는 단계;
    를 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희생층을 형성하는 단계는, 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하여 희생층을 형성하는 단계인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1물질층을 형성하는 단계는, 질화실리콘(SiNx)을 이용하여 제1물질층을 형성하는 단계인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2물질층을 형성하는 단계는, 산화금속을 이용하여 제2물질층을 형성하는 단계인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산화금속은 산화알루미늄(Al2O3) 인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판을 형성하는 단계와, 상기 디스플레이층을 형성하는 단계 사이에, 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  7. 지지기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
    희생층 상에, 희생층 보다 높은 수소 농도를 갖는 제1물질층을 형성하는 단계;
    제1물질층 상에, 제1물질층에서 플렉서블 기판 측으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 제2물질층을 형성하는 단계;
    제2물질층 상에 디스플레이층을 형성하는 단계; 및
    지지기판 상에 레이저를 조사하여 희생층과 제1물질층 사이를 박리하는 단계;
    를 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 희생층을 형성하는 단계는, 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하여 희생층을 형성하는 단계인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1물질층을 형성하는 단계는, 질화실리콘(SiNx)을 이용하여 제1물질층을 형성하는 단계인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2물질층을 형성하는 단계는, 산화금속을 이용하여 제2물질층을 형성하는 단계인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 산화금속은 산화알루미늄(Al2O3) 인, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판을 형성하는 단계와, 상기 디스플레이층을 형성하는 단계 사이에, 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치의 제조방법.
  13. 질화실리콘(SiNx)을 포함하는 제1물질층;
    상기 제1물질층 상에 배치된 배리어층;
    상기 제1물질층과 상기 배리어층 사이에 개재되며, 상기 제1물질층으로부터 상기 배리어층으로 수소가 확산되는 것을 방지하는, 제2물질층; 및
    상기 배리어층 상에 배치되는 디스플레이층;
    을 구비하는, 플렉서블 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2물질층과 상기 배리어층 사이에 플렉서블 기판을 더 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2물질층은 산화금속을 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 산화금속은 산화알루미늄(Al2O3)인, 플렉서블 디스플레이 장치.
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