KR20160111568A - 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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강찬모
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백규하
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한국전자통신연구원
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Abstract

플렉서블 디스플레이 장치는 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성된 스페이서; 상기 스페이서 상에 도포된 합착제; 상기 스페이서 사이에 채워진 디스플레이 물질; 및 상기 합착제에 의해 상기 하부 기판과 합착된 상부 기판을 포함한다.

Description

플렉서블 디스플레이 장치 및 그 제조 방법{FLEXIBLE DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 플렉서블 디스프레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
플렉서블 디스플레이(flexible display)는 가볍고, 깨지지 않으며, 접고 휠 수 있는 특징으로 인해 휴대성이 간편하여 차세대 디스플레이로 크게 각광받고 있다.
플렉서블 디스플레이 필름은 전극이 형성되어 있는 두 플렉서블 기판을 일정한 갭(gap)으로 대향하여 배치하고, 이 사이에 디스플레이 물질을 주입하여 제작한다. 이때, 가장자리를 접합하거나 마이크로컵 어레이(microcup array) 구조를 만들어 디스플레이 물질이 흘러내리지 않도록 제작해야 한다.
이러한 플렉서블 디스플레이필름을 제작하기 위해서는 두 기판 사이를 일정하게 유지시킬 수 있는 기술, 디스플레이 물질이 액정(liquid crystal)인 경우 액정의 방향성을 조절할 수 있는 배향막 제작 기술, 그리고 유동성이 있는 디스플레이 물질을 흘러내리지 않게 하는 밀봉(sealing) 기술이 필요하다.
일반적으로 유리기판을 사용한 액정 표시장치의 제작 방법은 전도성이 있는 물질이 도포된 유리기판에 배향막을 형성하고, 스페이서(spacer)를 산포한 후 액정을 주입할 수 있는 구멍만 남기고 나머지 가장자리를 모두 봉합하고, 액정을 주입한 후, 마지막으로 남은 구멍을 봉합하는 순서로 진행되게 된다. 하지만 이를 플렉서블 필름 제조공정인 연속적인 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 적용할 경우 스페이서를 산포한 후 가장자리를 봉합하는 단계에서 컷팅을 하고 이후 공정을 진행할 수 있기 때문에 연속성이 깨지게 되어 생산성이 낮아진다.
이를 해결하기 위해 한국특허출원 10-2011-0093482에서는 길이방향을 따라 양쪽 가장자리에 뱅크를 형성하고 뱅크 사이로 실링제를 떨어뜨려 경화시키는 방법을 제안하였다. 하지만, 이 경우 액정 필름을 컷팅하게 되면 컷팅한 면이 밀봉되지 않았으므로 컷팅 후에 추가적인 밀봉공정이 필요하여 공정절차와 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 이 경우에도 플렉서블 필름의 가장자리 부분만 접합되고 가운데 부분이 접합되어 있지 않으므로 대면적 플렉서블 필름의 제조가 불가능하다.
이 외에 마이크로컵을 형성하는 방법으로, 사각형의 격벽을 제작하고 내부에 디스플레이 물질을 채운 후 상판을 덮어 밀봉하는 방식이 있다. 대표적으로 한국등록특허 10-0859305는 상판과 하판을 접합하는 방법으로 디스플레이 물질을 위에 UV 경화성 복합고분자질을 도포하여 밀봉하는 방법을 제안하였다. 하지만, 디스플레이 물질과 UV 경화 물질이 둘 다 액체이기 때문에 서로 섞일 경우 디스플레이의 특성이 매우 나빠질 수 있고, 두 물질의 밀도차를 이용해 상 분리를 해야 하기 때문에 물질의 선택폭이 매우 좁아진다는 한계점이 있다.
본 발명의 실시예는 제조 비용이 감소되고 디스플레이의 특성이 열화되는 것을 방지한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성된 스페이서; 상기 스페이서 상에 도포된 합착제; 상기 스페이서 사이에 채워진 디스플레이 물질; 및 상기 합착제에 의해 상기 하부 기판과 합착된 상부 기판을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법은 제1 공급롤로부터 하부 기판을 공급하는 단계; 스페이서 롤러 사이로 상기 하부 기판을 통과시켜, 상기 하부 기판 상에 스페이서 형성하는 단계; 합착제 도포 롤러 사이로 상기 하부 기판을 통과시켜, 상기 스페이서의 윗면에 선택적으로 합착제를 도포하는 단계; 상기 스페이서 사이로 노출된 상기 하부 기판 상에 디스플레이 물질을 도포하는 단계; 제2 공급롤로부터 상부 기판을 공급하는 단계; 및 합착 롤러들의 사이로 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판을 통과시켜, 상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 합착시키는 단계를 포함한다.
플렉서블 디스플레이를 합착할 때 스페이서 상부에만 합착재를 도포하여 상부 기판과 하부 기판을 합착시킨다. 따라서, 균일한 갭을 유지하고 합착제 물질의 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 디스플레이 부분이 합착재로 오염되어 디스플레이 부분이 탁해지는 것을 방지하므로, 디스플레이의 화질을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법에 사용되는 스페이서 롤러의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 3a 내지 도 6a 및 도 3b 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 단계별 상태를 나타낸 것으로, 각 번호의 a도는 평면도이고 각 번호의 b도는 측면도이다.
도 7a 내지 도 9a 및 도 7b 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 롤러의 제1 돌출부에 형성된 다양한 제2 요철구조를 나타낸 것으로, 각 번호의 a도는 스페이서 롤러를 나타낸 도면이고, 각 번호의 b도는 스페이서 롤러의 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 것으로, 롤투롤 공정을 이용하여 플렉서블 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 공급롤(10A)로부터 하부 기판(100)을 공급한다. 여기서, 하부 기판(100)은 광 투과 기능이 있는 플렉서블 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 하부 기판(100)은 폴리염화비닐 수지, 아세트산 비닐 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 메타아크릴 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스텔 수지, 아크릴 수지, 나일론, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스 수지 등을 포함할할 수 있다.
또한, 하부 기판(100)에는 전도성 물질이 도포되어 있을 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium tin oxide), FTO(fluorine doped tin oxide) 등과 같은 TCO(transparent conducting oxide) 물질을 포함하거나, CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 전도성 고분자, 금속 나노선(metal nanowire), 얇은 금속 박막 등을 포함할 수 있다.
이어서, 공급된 하부 기판(100)을 스페이서 롤러(20) 사이로 통과시켜, 하부 기판(100) 상에 스페이서(110)를 형성한다. 이때, 다각형, 폐곡선, 라인 형태 등의 디스플레이 영역이 정의되도록, 스페이서(110)가 형성된다. 스페이서(110)는 합착제(120)가 균일하게 도포되도록, 평평한 상부면 및 균일한 높이를 갖도록 형성된다. 또한, 스페이서(21)의 상부면은 합착제가 잘 달라붙을 수 있도록 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어, 스페이서(21)의 상부면에 라인, 피라미드, 원뿔, 원기둥, 다각뿔, 다각기둥, 갈고리(hook), 침(needle) 등의 패턴을 형성할 수 있다.
이어서, 합착제 도포 롤러(30) 사이로 스페이서(110)가 형성된 하부 기판(100)을 통과시킨다. 이를 통해, 스페이서(110)의 상부면에만 합착제(120)가 도포된다. 여기서, 합착제(120) 도포 공정은 오프셋(offset) 인쇄, 그라비아(gravure) 인쇄, 그라비아 오프셋(gravure offset) 인쇄, 플렉소 인쇄(flexo printing), 리버스 오프셋(reverse offset) 인쇄, 임프린팅(imprinting), 컨택 프린팅 (contact printing), 로터리 스크린 (rotary screen) 인쇄 방식 등을 사용할 수 있다.
이어서, 디스플레이물질 도포장치(40)를 통해 스페이서(110) 사이로 노출된 하부 기판(100) 상에 디스플레이물질(130)을 도포한다. 이를 통해, 스페이서(110) 사이에 정의된 디스플레이 영역에 디스플레이물질(130)이 도포된다.
여기서, 디스플레이 물질(41)은 SPD(suspended particle display), 액정(liquid crystal), 전기영동(electrophoretic) 물질, 전해액(electrolyte) 등을 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이 물질을 도포하는 단계는 슬롯다이 코팅(slot-die coating), 피펫팅(pipetting) 코팅, 블레이드(blade) 코팅, 바(bar) 코팅, 로드(rod) 코팅, 롤(roll) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 디스펜싱(dispensing), 스탬핑(stamping), 임프린팅, 잉크젯(inkjet) 프린팅 또는 노즐(nozzle) 프린팅 등을 이용할 수 있다.
이어서, 제2 공급롤(10B)로부터 상부 기판(200)을 공급한다. 여기서, 상부 기판(200)은 광 투과 기능이 있는 플렉서블 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 상부 기판(200)은 폴리염화비닐 수지, 아세트산 비닐 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 메타아크릴 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스텔 수지, 아크릴 수지, 나일론, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스 수지 등을 포함할 수 있다.
또한, 상부 기판(200)에는 전도성 물질이 도포되어 있을 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium tin oxide), FTO(fluorine doped tin oxide) 등과 같은 TCO(transparent conducting oxide) 물질을 포함하거나, CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 전도성 고분자, 금속 나노선(metal nanowire), 얇은 금속 박막 등을 포함할 수 있다.
이어서, 합착 롤러(50) 사이로 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 통과시킨다. 이때, 스페이서(110)의 상부면에만 도포된 합착제(120)에 의해 하부 기판(100)과 상부 기판(200)이 합착된다. 여기서, 합착 공정은 열, 압력 또는 UV 광을 이용할 수 있다. 이어서, 합착된 기판은 회수롤(60)에 감긴다.
전술한 바와 같은 공정에 따르면, 합착제 도포 롤러(30)를 이용하여 스페이서의 상부면에만 선택적으로 합착제를 도포할 수 있다. 따라서, 합착제의 사용량을 감소시켜 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 디스플레이 영역이 합착제로 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 디스플레이 영역의 투과도를 높이고, 디스플레이 장치의 화질을 개선할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법에 사용되는 스페이서 롤러의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 스페이서 롤러(20)는 원통형의 몸체를 가지며 표면에 제1 요철 구조를 갖는다. 여기서, 제1 요철 구조는 하부 기판(100)에 디스플레이 영역(D) 및 스페이서 영역(S)을 정의하기 위한 것이다. 예를 들어, 스페이서 롤러(20)는 디스플레이 영역(D)을 정의하기 위한 제1 돌출부와 스페이서 영역을 정의하기 위한 제1 홈부를 포함한다.
스페이서 롤러(20)는 다양한 형태의 제1 요철 구조를 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1 돌출부는 사각형, 육각형 등의 다각 형태를 가질 수 있다. 도 2c 및 도 2d를 참조하면, 제1 돌출부는 라인 형태를 가질 수 있으며, 스페이서 롤러(20)의 너비 방향으로 확장되는 라인 형태를 갖거나, 스페이서 롤러(20)의 길이 방향으로 확장되는 라인 형태를 가질 수 있다.
여기서, 스페이서(110)의 폭, 너비, 길이 및 간격은 설계자에 의해 알맞게 조정될 수 있다. 또한, 디스플레이 물질(130)이 액정일 경우 액정의 배향을 위해 스페이서 롤러(20)는 추가적인 제2 요철구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 추가적인 제2 요철구조는 직선, 물결모양, 지그재그모양, 다각기둥, 다각뿔, 원기둥, 원뿔 패턴으로 형성될 수 있다. 액정 배향을 위한 제2 요철구조는 도 7a 내지 도 9a 및 도 7b 내지 도 9b를 참조하여 후술하기로 한다.
도 3a 내지 도 6a 및 도 3b 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 단계별 상태를 나타낸 것으로, 각 번호의 a도는 평면도이고 각 번호의 b도는 측면도이다.
도 3a 및 도 3b는 스페이서 롤러(20)를 통과한 후, 스페이서(110)가 형성된 하부 기판(100)을 나타낸다. 스페이서롤러(20)에 의해 라인 또는 폐곡선 형태의 스페이서(110)가 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 사각형의 디스플레이 영역을 정의하는 스페이서(110)가 형성된 경우를 나타내었다.
도 4a 및 도 4b는 합착제 도포 롤러(30)를 통과한 후의 하부 기판(100)을 나타낸다. 합착제 도포 롤러(30)에 의해 스페이서(110)의 상부에만 합착제(120)가 선택적으로 도포된다.
도 5a 및 도 5b는 스페이서(110) 사이로 노출된 하부 기판(100) 상에 디스플레이 물질(130)이 도포된 상태를 나타낸다. 이때, 디스플레이물질 도포장치(40)를 통해 스페이서(110)를 제외한 디스플레이 영역에만 디스플레이 물질(130)이 도포된다.
도 6a 및 도 6b는 합착 롤러(50)를 통과한 후, 합착된 상부 기판(200)과 하부 기판(100)을 나타낸다. 이때, 합착을 위해 열, 압력 또는 UV광이 사용될 수 있다.
도 7a 내지 도 9a 및 도 7b 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 롤러의 제1 돌출부에 형성된 다양한 제2 요철구조를 나타낸 것으로, 각 번호의 a도는 스페이서 롤러를 나타낸 도면이고, 각 번호의 b도는 선 "I-I'"를 따라 절취한 스페이서 롤러의 단면도이다.
도 7a 내지 도 9a 및 도 7b 내지 도 9b를 참조하면, 제2 요철 구조는 디스플레이 영역(D)으로 정의되는 제1 돌출부 표면에 형성된다. 제2 요철 구조는 액정 배향을 위해 형성될 수 있다. 제2 요철 구조는 제2 돌출부(p1 내지 p3) 및 제2 홈부(c1 내지 c3)를 포함할 수 있다. 제2 홈부(c1 내지 c3)는 스페이서 영역(S)으로 정의되는 제1 홈부보다 미세하게 형성될 수 있다.
제2 돌출부(p1 내지 p3) 및 제2 홈부(c1 내지 c3)는 직선모양, 물결모양, 지그재그모양, 다각기둥, 다각뿔, 원기둥, 원뿔 패턴 등 다양한 구조로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 제2 돌출부(p1) 및 제2 홈부(c1)는 스페이서 롤러의 제1 돌출부를 따라 직선 형태로 형성될 수 있다. 제2 돌출부(p1) 및 제2 홈부(c1)는 사각형의 단면을 가질 수 있다.
또는, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 제2 돌출부(p2) 및 제2 홈부(c2)는 스페이서 롤러의 제1 돌출부를 따라 직선 형태로 형성될 수 있다. 제2 돌출부(p2) 및 제2 홈부(c2)는 삼각형의 단면을 가질 수 있다.
또는, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 제2 홈부(c3)는 스페이서 롤러의 제1 돌출부에 원형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10A: 제1 공급롤 10B: 제2 공급롤
20: 스페이서 롤러 30: 합착제 도포 롤러
40: 디스플레이물질 도포장치 50: 합착 롤러
60: 회수롤
100: 하부 기판 110: 스페이서
120: 합착제 130: 디스플레이 물질

Claims (14)

  1. 하부 기판;
    상기 하부 기판 상에 형성된 스페이서;
    상기 스페이서 상에 도포된 합착제;
    상기 스페이서 사이에 채워진 디스플레이 물질; 및
    상기 합착제에 의해 상기 하부 기판과 합착된 상부 기판
    을 포함하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은 광 투과 기능이 있는 플렉서블 플라스틱 기판인
    플렉서블 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은, 폴리염화비닐 수지, 아세트산 비닐 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 메타아크릴 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스텔 수지, 아크릴 수지, 나일론, 폴리카보네이트 수지 또는 셀룰로오스 수지를 포함하는
    플렉서블 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 물질은 SPD(suspended particle display), 액정(liquid crystal), 전기영동(electrophoretic)물질 또는 전해액(electrolyte)을 포함하는
    플렉서블 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 균일한 높이를 갖는
    플렉서블 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 평평한 상부면을 갖는
    플렉서블 디스플레이 장치.
  7. 제1 공급롤로부터 하부 기판을 공급하는 단계;
    스페이서 롤러 사이로 상기 하부 기판을 통과시켜, 상기 하부 기판 상에 스페이서 형성하는 단계;
    합착제 도포 롤러 사이로 상기 하부 기판을 통과시켜, 상기 스페이서의 윗면에 선택적으로 합착제를 도포하는 단계;
    상기 스페이서 사이로 노출된 상기 하부 기판 상에 디스플레이 물질을 도포하는 단계;
    제2 공급롤로부터 상부 기판을 공급하는 단계; 및
    합착 롤러들의 사이로 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판을 통과시켜, 상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 합착시키는 단계
    를 포함하는 플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 합착제를 도포하는 단계는,
    오프셋(offset) 인쇄, 그라비아(gravure) 인쇄, 그라비아 오프셋(gravure offset)인쇄, 플렉소 인쇄(flexo printing), 리버스 오프셋(reverse offset) 인쇄, 임프린팅(imprinting), 컨택 프린팅(contact printing) 또는 로터리 스크린(rotary screen) 인쇄 방식을 이용하는
    플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 디스플레이 물질을 도포하는 단계는,
    슬롯다이 코팅(slot-die coating), 피펫팅(pipetting) 코팅, 블레이드(blade) 코팅, 바(bar) 코팅, 로드(rod) 코팅, 롤(roll) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 디스펜싱(dispensing), 스탬핑(stamping), 임프린팅, 잉크젯(inkjet) 프린팅 또는 노즐(nozzle) 프린팅을 이용하는
    플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 합착시키는 단계는,
    열, 압력 또는 UV 광을 이용하는
    플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 스페이서 롤러는 스페이서 영역을 정의하기 위한 제1 홈부 및 디스플레이 영역을 정의하기 위한 제1 돌출부를 포함하는 제1 요철 구조를 갖는
    플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 돌출부는 다각형, 폐곡선 또는 라인 형태를 갖는
    플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 돌출부는 액정의 배향을 위한 제2 요철 구조를 갖는
    플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 요철 구조는 직선모양, 물결모양, 지그재그모양, 다각 기둥, 다각뿔, 원기둥, 원뿔 패턴의 제2 돌출부 또는 제2 홈부를 포함하는
    플렉서블 디스플레이 장치의 제조 방법.
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