KR20170121543A - Flexible transparent encapsulation member and Method of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기전자소자의 유연한 투명 봉지체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유연한 투명 기판위에 그래핀층 및 고분자층 형성 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
유연한 유기전자소자는 주로 플라스틱과 같은 유연한 기판위에 제작 되는데 이 소자들이 산소나 수분에 노출이 되면, 소자의 성능이나 수명이 크게 단축되므로 이를 막기 위한 유연한 봉지체(encapsulation member)을 이용한 유기전자소자의 봉지가 필수적이다. Flexible organic electronic devices are mainly fabricated on flexible substrates such as plastic. When these devices are exposed to oxygen or moisture, the performance and lifetime of the devices are greatly shortened. Therefore, organic electronic devices using a flexible encapsulation member Bagging is essential.
일반적으로 유기전자소자의 봉지공정에서는 유리 리드(Glass Lid)를 사용하는 봉지, 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)에 의한 박막 봉지, 적층 베리어 코팅 리드 및 과불소화된(perfluorinated) 고분자에 의한 봉지 등 다양한 형태의 봉지법이 사용되고 있다. Generally, in the sealing process of an organic electronic device, a sealing using a glass lid, a thin film encapsulation with atomic layer deposition (ALD), a laminated barrier coating lead, and a bag with a perfluorinated polymer And the like.
원자층 증착법이나 적층 배리어 코팅 리드 등 여러가지 봉지 기술들이 있지만, 이들 대부분이 복잡하고 이들의 공정시간이 길고, 진공조건을 필요로 하기 때문에 코스트(Cost) 상승 및 생산 인덱스(index) 면에서 생산성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 이들을 높은 수준의 봉지체 특성을 필요로 하는 유기전자소자들에 적용하기에는 뚜렷한 성능 한계가 있다. There are various sealing techniques such as atomic layer deposition method and laminated barrier coating lead. However, since most of them are complicated, their processing time is long, and vacuum condition is required, productivity is lowered in terms of cost rise and production index . There is also a distinct performance limitation in applying them to organic electronic devices that require high levels of sealing properties.
최근 유연한 유기전자소자를 낮은 가격으로 대량생산할 수 있는 기술이 요구되고 있으며, 이를 만족하기 위하여 유기전자소자의 봉지공정을 연속된 봉지체로 제작된 롤(Roll) 형태를 이용한 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정으로 구현할 필요성이 있다.Recently, a technology for mass production of a flexible organic electronic device at a low price has been demanded. In order to satisfy this demand, an organic electronic device encapsulation process is performed by a roll-to- Roll process.
종래기술의 한국공개특허 10-2015-0086037(공개일자: 2015.07.27.)에서 그래핀층 봉지체의 제조방법에서 베이스 기판 상에 그래핀층을 형성하고, 그래핀층 상에 유기막을 접합한다. 이어서 그래핀층을 대상기판의 유기막상에 전사시키는 공정을 반복하여 그래핀층과 유기막을 교대로 적층하는 그래핀층/유기막의 다층막 구조인 봉지체가 있으나, 공정 비용(high cost) 상승의 심각한 문제가 있다. A graphene layer is formed on a base substrate and an organic film is bonded on a graphene layer in the method of manufacturing a graphene layer bag in the prior art Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0086037 (published on July 27, 2017). Thereafter, the process of transferring the graphene layer onto the organic film of the target substrate is repeated to form a multilayer structure of a graphene layer and an organic film in which a graphene layer and an organic film are alternately laminated. However, there is a serious problem of an increase in high cost.
또한, 유기물은 에폭시를 사용하여 그래핀층/유기막의 다층막 구조인 봉지체를 제작하는데, 에폭시는 열경화성 플라스틱으로 접착력은 강하나 고온 경화 소재여서 기판의 변형이 용이하게 발생하므로, 롤투롤(Roll to Roll) 공정에 적용하기가 매우 어렵고, 번갈아 부착하는 유기막으로 인한 높은 공정 불량률 발생 문제가 있다.Since epoxy is a thermosetting plastic, the adhesive force is strong. However, the substrate is easily deformed because it is a high-temperature curing material. Therefore, a roll-to- It is very difficult to apply it to the process, and there is a problem in that a high process defect rate arises due to the organic film alternately adhering thereto.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유연한 기판 상에 그래핀층 및 고분자층 구조의 봉지체를 제작하여 낮은 공정 비용(low cost)의 봉지체를 제공함에 있다.A problem to be solved by the present invention is to provide a bag having a low-cost cost by manufacturing a bag having a graphene layer and a polymer layer structure on a flexible substrate.
또한, 기능성 물질을 첨가한 고분자층을 형성하여 수분 흡착 특성 및 소자 발생열의 냉각 특성이 향상된 봉지체를 제공함에도 있다.In addition, a polymer having a functional material added thereto is provided to provide a plug having improved moisture adsorption characteristics and cooling characteristics of device-generated heat.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 유연한 기판, 상기 기판 상에 형성된 그래핀층, 상기 그래핀층 상에 형성된 고분자층 및 상기 기판 외곽 영역에 형성되고, 상기 그래핀층과 이격된 유기 접착층을 포함하는 유연한 투명 봉지체인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a flexible transparent bag comprising a flexible substrate, a graphene layer formed on the substrate, a polymer layer formed on the graphene layer, and an organic adhesive layer spaced apart from the graphene layer, Chain.
상기 기판은 내열성 및 유연성 있는 경질 고분자 수지 또는 연질 고분자 수지인 유연한 투명 봉지체인 것을 특징으로 한다.The substrate is characterized by being a flexible transparent resin which is a hard polymer resin or a soft polymer resin having heat resistance and flexibility.
상기 고분자 수지는 PET(polyethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), Polyimide, Polycarbonate, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 및 PANI(Polyaniline)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.The polymer resin may have at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), poly (methyl methacrylate), polyimide, polycarbonate, polyvinylidene fluoride (PVDF), and polyaniline .
상기 고분자층은 경화성 탄성고분자인 실리콘계 고분자, 폴리이소프렌, 천연고무, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산(PDMS), 이들의 유도체 및 이들의 혼합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.The polymer layer may have at least one selected from the group consisting of a silicone polymer, a polyisoprene, a natural rubber, a polybutadiene, a polyurethane, a polydimethylsiloxane (PDMS), a derivative thereof, and a mixture thereof, which is a curable elastic polymer.
상기 고분자층의 내부에 분산되어 있는 나노구조체 또는 흡습제가 더 포함된 유연한 투명 봉지체인 것을 특징으로 한다.And a flexible transparent bag further comprising a nanostructure or a moisture absorbent dispersed in the polymer layer.
상기 나노구조체는 금속나노파티클, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 카본닷(carbon-dot) 및 RGO(reduced graphene oxide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.The nanostructure may have at least one selected from the group consisting of metal nanoparticles, carbon nanotubes, carbon-dots, and reduced graphene oxide (RGO).
상기 흡습제는 BaO, SrO, CaO, MgO 및 실리카겔로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.The moisture absorber may have at least one selected from the group consisting of BaO, SrO, CaO, MgO, and silica gel.
상기 유기 접착층은 광 경화성 UV(Ultra Violet) 에폭시 레진 또는 열 경화성 써멀(thermal) 레진이 더 포함된 유연한 투명 봉지체인 것을 특징으로 한다.Wherein the organic adhesive layer is a flexible transparent bag further comprising a photo-curable UV (Ultra Violet) epoxy resin or a thermosetting thermal resin.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 촉매금속이 구비된 전사용 기판 상에 그래핀층을 성장시키는 단계, 상기 그래핀층이 성장된 상기 전사용 기판에 식각 용액을 도입하여 상기 촉매금속을 제거하는 단계, 상기 그래핀층을 기판에 전사하는 단계, 상기 기판의 그래핀층 상에 고분자층을 형성하는 단계 및 상기 기판 외곽 영역의 상기 기판 상에 유기 접착층을 도포하는 단계를 포함하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: growing a graphene layer on a transfer substrate having a catalyst metal; removing the catalyst metal by introducing an etching solution into the transfer substrate on which the graphene layer is grown; Transferring the graphene layer onto a substrate, forming a polymer layer on the graphene layer of the substrate, and applying an organic adhesive layer on the substrate in the substrate outer region. .
상기 그래핀층을 성장시키는 단계 이후에, 상기 그래핀층 상에 고분자수지층을 형성하는 것을 더 포함하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법인 것을 특징으로 한다.And further comprising forming a polymer resin layer on the graphene layer after the step of growing the graphene layer.
상기 고분자수지층이 형성된 그래핀층을 기판에 전사하는 단계 이후에, 상기 고분자수지층을 아세톤 또는 TMAH(Tetramethyl ammounium hydroxide)를 이용하여 제거하는 단계를 더 포함하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법인 것을 특징으로 한다.And then removing the polymer resin layer using acetone or TMAH (Tetramethyl ammounium hydroxide) after the step of transferring the graphene layer having the polymer resin layer formed thereon to the substrate. .
상기 그래핀층을 성장시키는 단계 이후에, 상기 그래핀층 상에 부착형수지층을 형성하는 것을 더 포함하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법인 것을 특징으로 한다.Further comprising forming an adhesive resin layer on the graphene layer after the step of growing the graphene layer.
상기 그래핀층을 기판에 전사하는 단계는 상기 그래핀층이 부착된 상기 부착형수지층을 상기 기판에 부착하는 유연한 투명 봉지체인 것을 특징으로 하는 제조방법인 것을 특징으로 한다.Wherein the step of transferring the graphene layer to a substrate is a flexible transparent bag to which the adhering resin layer having the graphene layer adhered is adhered to the substrate.
그래핀층 상에 고분자 층을 형성하여 제조된 유연한 봉지체를 전자소자에 밀착하여 봉지함으로써 기체 및 수분 침투를 억제할 수 있다. 그래핀층 합성과 고분자층을 형성하는 제조 공정은 단순 공정으로 제조단가 및 공정시간을 대폭 감소할 수 있는 효과가 있다.The flexible bag produced by forming the polymer layer on the graphene layer is closely attached to the electronic device and sealed, whereby gas and moisture permeation can be suppressed. Synthesis of a graphene layer and a manufacturing process of forming a polymer layer are advantageous in that a manufacturing cost and a manufacturing time can be greatly reduced by a simple process.
또한, 이를 롤투롤(Roll to Roll) 공정에 적용할 있도록 롤(Roll) 형태의 유연한 투명 기판 상에 그래핀층, 고분자층 및 유기 접착층을 연속적으로 형성하여 롤 형태의 유연한 투명 봉지체을 제작하고, 이를 이용하여 유기전자소자를 봉지하는 공정혁신이 가능해지는 효과가 있다.In order to apply this method to a roll-to-roll process, a flexible transparent sealing material in the form of a roll is formed by continuously forming a graphene layer, a polymer layer and an organic adhesive layer on a flexible transparent substrate in the form of a roll, It is possible to innovate the process of encapsulating the organic electronic device by using it.
또한, 고분자층에 나노구조체 및 흡습제의 다양한 기능성 물질을 분산시킴으로써, 유연한 투명 봉지체의 침투되는 수분 흡수 특성을 향상하고, 유기전자소자의 냉각 특성 효과 상승으로 유기전자소자의 수명 향상 효과를 낼 수 있다.Further, by dispersing various functional materials of the nanostructure and the moisture absorber in the polymer layer, it is possible to improve the water absorption property of the permeable transparent encapsulant and to improve the lifetime of the organic electronic device by increasing the cooling characteristic effect of the organic electronic device have.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전사 과정을 통해 복수층 이상의 그래핀층이 적층된 구조의 복수의 그래핀층으로 이루어진 봉지체 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지체 제작 및 전자소자와의 조립 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기접착층으로 접합된 봉지체와 전자소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전자소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀층 갯수에 따른 그래핀층을 포함하는 그래핀 필름의 광투과도, 그래핀층의 라만 스펙트럼 및 랜덤하게 적층된 그래핀층의 라만 맵핑 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PLEDs 전자소자 구조, 봉지체(300) 및 봉지체(300)와 PLEDs소자의 봉지되는 상태의 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러가지 구조의 봉지체를 사용하여 봉지된 PLEDs(polymer light emitting diodes)의 전기적인 특성 평가 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러가지 구조의 봉지체를 사용하여 봉지된 PLEDs소자의 휘도 감쇠 특성 및 봉지체 없이 노출된 PLEDs의 발광 특성 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러가지 구조의 봉지체를 사용하여 봉지된 Ca테스트용 전자소자로, Ca 산화 테스트에 대한 시간 대비 균준화된 컨덕턴스(normalized conductance) 평가 그래프이다.
도 11은 그래핀층을 포함하는 봉지체를 적용한 대면적 유기전자소자의 발광 이미지 및 유연한 투명 전자소자의 투명 특성 이미지이다.1 is a cross-sectional view of a plug according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a bag made up of a plurality of graphene layers having a structure in which a plurality of graphene layers are laminated through a plurality of transfer processes according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flow chart of assembling a plug and an electronic device according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of an electronic device and a plug bonded with an organic adhesive layer according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of an organic electronic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a Raman mapping image of a randomly stacked graphene layer and a light transmittance of a graphene film including a graphene layer depending on the number of graphene layers according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an image of a PLEDs electronic device structure, a
FIG. 8 is a graph showing an electrical characteristic evaluation of PLEDs (polymer light emitting diodes) encapsulated using a bag having various structures according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing luminance decay characteristics of a PLEDs device encapsulated using a bag body having various structures according to an exemplary embodiment of the present invention and an emission characteristic of PLEDs exposed without a bag body.
FIG. 10 is a time-normalized conductance evaluation graph for a Ca test for oxidation of a Ca test electronic device encapsulated using a bag having various structures according to an embodiment of the present invention.
11 is an image of a luminescent image of a large area organic electronic device to which a bag including a graphene layer is applied and a transparent characteristic image of a flexible transparent electronic device.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지체의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a plug according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(110) 상에 그래핀층(120)이 형성되고 그래핀층(120) 상을 고분자층(130)이 감싸고 있고 그래핀층과 이격되어 기판 상의 가장자리에 도포된 유기접착층(150)이 있는 구조로 이루어진 봉지체(140)이다.1, a
기판(110)의 표면은 양각 또는 음각을 가지거나 평평한 형태일 수 있으며, 어떠한 형태든지 구애받지 않는다.The surface of the
기판(110)으로는 내열성 또는 유연성이 있는 특성을 가진 재료로 제한 없이 사용될 수 있는 것으로, 예를 들어 경질 고분자 수지 또는 연질 고분자 수지일 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 고분자 수지는 PET(polyethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), Polyimide, Polycarbonate, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 및 PANI(Polyaniline)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어 기판(110)으로 PET를 사용할 수 있고, PET를 사용할 경우 유연성 및 투명성을 확보할 수 있어 봉지체(140)제작에서 기판(110)으로 사용할 때 장점이 크고, 저가의 고분자 수지이므로 저가의 봉지체(140) 제작이 가능해진다.The polymer resin may be at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), poly (methyl methacrylate), polyimide, polycarbonate, polyvinylidene fluoride (PVDF), and polyaniline. For example, PET can be used as the
기판(110)의 두께는 유연성을 갖는 정도의 두께라면 특별히 한정하지 아니하나, 기판(110)의 두께가 상당 수준으로 얇으면 텐션을 가하기가 어려워 공정성이 부족하게 되고, 기판(110)의 두께가 상당 수준으로 두꺼우면 유연성을 확보하기가 어려워 사용이 어려워진다. 따라서 기판(110)의 두께는 30 내지 300 ㎛ 이내의 두께를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.The thickness of the
또한, 기판(110)에 전사된 그래핀층(120) 상에 고분자층(130)을 형성하여 그래핀층(120)이 맞닿는 위치의 소자(330) 상에 전기적으로 연결되지 않도록 한다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전사 과정을 통해 복수층 이상의 그래핀층(212, 215, 218, 222, 225, 228)이 적층된 구조의 그래핀층(270,275,280)으로 이루어진 봉지체(260)이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which a plurality of graft layers 212, 215, 218, 222, 225, and 228 are stacked through a plurality of transfer processes according to an exemplary embodiment of the present invention, 260).
도 2의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 기판(110) 상에 복수층 이상의 그래핀층(270, 275, 280)이 있고, 예를 들어 제1그래핀층(212) 및 제2그래핀층(215)으로 구성된 2G 그래핀층(270), 제1그래핀층(212), 제2그래핀층(215), 제3그래핀층(218) 및 제4그래핀층(222)으로 구성된 4G 그래핀층(275)과 제1그래핀층(212), 제2그래핀층(215), 제3그래핀층(218), 제4그래핀층(222), 제5그래핀층(225) 및 제6그래핀층(228)으로 구성된 6G 그래핀층(280)을 도시한다.Referring to FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c), a plurality of graphene layers 270, 275 and 280 are provided on a
도 2의 (d), (e) 및 (f)를 참조하면, 그래핀층(270,275,280)의 상부를 고분자층(230)이 감싸고 있는 구조이고, 기판(110) 상에 그래핀층(210)과 이격되어있는 가장자리에는 고분자층(230)이 제거되고, 유기접착층(250)이 도포되어 있는 구조의 봉지체(260)이다.Referring to FIGS. 2 (d), 2 (e), and 2 (f), the
기판(110) 상에 형성된 그래핀층(120)의 층수가 증가할수록 가시광 투과율은 저하되나, 1개 층의 그래핀층(120)을 기준으로 한 가시광 투과율은 97% 수준으로 매우 투명한 소재이다.As the number of layers of the
제조예1Production Example 1 : : 그래핀층Graphene layer 제작 making
그래핀층 성장을 위한 전사용 기판으로는 촉매금속이 형성된 기판 또는 촉매금속이 있는 금속박판을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.As the transfer substrate for growing the graphene layer, a substrate having a catalyst metal or a thin metal plate having a catalyst metal may be used, but the present invention is not limited thereto.
전사용 기판으로 실리콘, 실리콘 산화물, 금속 포일(foil), 금속 산화물 (예를 들면, MgO, TiO2, NiO 등), HOPG(Highly Ordered Pyrolytic Graphite), 헥사고날 보론 나이트라이드(Hexagonal Boron Nitride:h-BN), c-plane 사파이어 웨이퍼 (c-plane sapphire wafer), ZnS (Zinc Sulfide) 및 고분자 기판으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.As the substrate for transfer, silicon, silicon oxide, metal foil, metal oxide (for example, MgO, TiO 2 , NiO, etc.), HOPG (Highly Ordered Pyrolytic Graphite), Hexagonal Boron Nitride -BN, c-plane sapphire wafer, ZnS (zinc sulphide), and polymer substrate may be used.
또한, 결정구조를 가지고 있는 전사용 기판으로 Ni포일, Cu포일, Pd포일, MgO, ZnS, c-plane sapphire 및 h-BN 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.Also, at least one selected from the group consisting of Ni foil, Cu foil, Pd foil, MgO, ZnS, c-plane sapphire and h-BN can be used as a transfer substrate having a crystal structure.
촉매금속으로는 니켈(Ni), 코발트(Co ), 철(Fe), 금(Au), 팔라디움(Pd), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Rh), 실리콘(Si), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄, 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.The catalytic metal may be at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Au, Pd, Al, Cr, Cu, At least one selected from the group consisting of Mo, ruthenium, silicon, tantalum, titanium, tungsten, uranium, vanadium and zirconium .
진공 증착 방식으로 평평한 기판 상에 두께가 100nm 내지 1000nm인 촉매금속을 형성하여 그래핀층(120) 성장에 이용할 수 있다. 또는 촉매금속으로 포일 형상의 금속박판을 이용할 수 있다.A catalyst metal having a thickness of 100 nm to 1000 nm may be formed on a flat substrate by a vacuum vapor deposition method and used to grow the
금속박판인 구리포일을 상에 탄화수소원료를 있도록 하고, 탄화수소원료를 열처리 방법으로 분해하여 탄소가 구리포일 상에 성장된 그래핀층(120)을 형성된다. 탄화수소원료는 기체 또는 고체 형태를 가지는 탄소를 포함하고, 기체 형태의 탄화수소원료의 종류에는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 아세틸렌 등이 있으며, 이들로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.A hydrocarbon raw material is provided on a copper foil which is a metal thin plate and a hydrocarbon raw material is decomposed by a heat treatment method to form a
열처리 방법은 다음과 같다. 로(爐) 내의 불활성 개스 분위기 또는 진공 분위기 조건에서 탄화수소원료 개스를 로 내부로 유입시키고, 로 내부의 온도는 200℃ 내지 2000℃ 이하의 온도 범위에 있는 어느 온도를 형성하고, 1초 내지 5일의 범위에서 탄화수소원료가 분해되어 구리포일 상에 그래핀층(120)을 형성할 수 있다.The heat treatment method is as follows. The hydrocarbon feed gas is introduced into the furnace under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere in a furnace and the temperature inside the furnace is set to a temperature within the range of 200 ° C to 2000 ° C, And the
로 내부에서 그래핀층(120)의 형성 후에 상온으로 냉각하여 언로딩(unloading)한 구리포일/그래핀층(120)을 구리 식각용액 내에 침지하여 구리포일을 제거하고 남은 그래핀층(120)을 진공 조건에서 건조한다. 또한, 진공 조건에서의 온도는 40 내지 150℃ 이다.The
또는 구리포일/그래핀층(120) 상에 고분자 수지 박막을 형성하고 구리 식각용액 내에 침지하여 구리포일을 제거하고 남은 그래핀층(120)/고분자 수지 박막을 진공 조건에서 건조한다. 또한, 진공 조건에서의 온도는 40 내지 150℃ 이다. 진공 건조 온도가 150℃ 를 초과하는 경우에는 고분자 수지 박막이 열에 의해 손상되거나 변형될 수 있는 문제가 있다.Or the copper foil /
제조예Manufacturing example 2 : 2 : 그래핀층을Graphene layer 기판 상에On the substrate 전사 Warrior
그래핀층(120)을 전사하는 단계는 구리포일/그래핀층(120)에서 구리포일을 제거하고, 그래핀층(120)을 기판(110) 상에 전사하여 부착 후 진공 조건에서 건조한다. 이에 기판(110) 상에 그래핀층(120)이 형성되고, 그래핀층(120)은 기판(110) 상에 반데르발스 힘에 의해 부착된다.In the step of transferring the
또는
그래핀층(120)을 전사하는 단계는 구리포일/그래핀층(120) 상에 고분자 수지 박막을 형성하고, 구리식각용액을 이용하여 구리포일을 제거한 후, 기판(110) 상에 그래핀층(120)/고분자 수지 박막을 전사하여 부착한 후 진공 조건에서 건조한다. 이어서 고분자 수지 박막을 제거하여 기판(110) 상에 그래핀층(120)을 형성한다.or
The step of transferring the
고분자 수지 박막은 PET(polyethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane),PEN(polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), Polyimide, Polycarbonate, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 및 PANI(Polyaniline)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.The polymer resin thin film may be at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene naphthalate (PEN), poly (methyl methacrylate), polyimide, polycarbonate, polyvinylidene fluoride (PVDF), and PANI You can have either one.
제조예Manufacturing example 3 : 다층의 3: Multi-layered 그래핀층Graphene layer 제작 making
기판(110) 상에 전사된 그래핀층(120)은 단일층일 수 있고, 또는 도 2를 참조하면 복수층 이상의 그래핀층(270,275,280)일 수 있다.The transferred
구리포일/그래핀층(120)/고분자 수지 박막의 전사용 기판으로부터 기판(110) 상에 그래핀층(120)의 전사 부착 단계를 복수 번 이상 반복하여 복수층 이상의 그래핀층(270,275,280)을 형성한다. 전사용 기판으로부터 그래핀층(120)의 2회 전사 부착 단계를 수행하면 제1그래핀층 및 제2그래핀층의 2G그래핀층(270)을 형성한다.The step of transferring the
또는 전사용 기판으로부터 그래핀층(120)의 6회 전사 부착 단계를 수행하면 제1그래핀층, 제2그래핀층, 제3그래핀층, 제4그래핀층, 제5그래핀층 및 제6그래핀층의 6G그래핀층(280)을 형성한다.Or 6 transfer of the
제조예Manufacturing example 4: 4: 그래핀층Graphene layer 상에 고분자층 형성 Polymer layer formation
기판(110) 상에 형성된 그래핀층(120)은 유연성과 투명성 특성으로 인해 봉지용 소재로 사용할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지체(300) 제작 및 전자소자(350)와의 조립 흐름도이다.FIG. 3 is a flow chart of the manufacturing process of the
도 3을 참조하면, 그래핀층(120)을 전사하여 기판(110) 상에 그래핀층(120)을 형성하고, 그래핀층(120) 상에 고분자층(130)을 형성한 후, 기판(110) 상의 가접합부(320)의 고분자층(130)을 제거한 부분에 유기접착층(250)을 도포 방법으로 형성하여 봉지체(300)를 제작한다.3, a
그래핀층(120) 상에 고분자층(130) 코팅 후에 열처리를 하여 경화를 하는데, 열처리는 60 내지 100℃에서 2 내지 8시간 동안 실시할 수 있으며, 바람직하게 80℃에서 3시간 실시할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.The coating of the
그래핀층(120) 상에 형성된 고분자층(130)은 통상의 용액 코팅방법을 이용하여 코팅층을 형성할 수 있으며, 예를 들어 스핀 코팅(spin coating), 디핑(dipping) 또는 그라비아 롤 코팅(gravure roll coating) 방법을 이용할 수 있다.The
그래핀층(120)이 소자(330)와 직접 접촉하게 되는 경우, 소자(330) 내부에 전기적인 쇼트가 발생할 수 있다. 또한 물리적인 충격이 원인이 되어 소자(330) 내부의 치명적인 결함을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 그래핀층(120) 상에 절연특성 소재의 고분자층(130)을 형성한다.When the
고분자층(130)은 기판(110) 및 그래핀층(120)과 소자(330) 간에 발생하는 스트레스를 완화하여 물리적 손상을 최소화하는 완충층 기능을 하는 소재로서, 경화성 탄성고분자로 이루어지는 것이 바람직하다.The
경화성 탄성고분자로는 실리콘계 고분자, 폴리이소프렌, 천연고무, 폴리부타디엔, 폴리우레탄 및 이들의 유도체를 사용하여 형성할 수 있으며, 이들로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 바람직하게 실리콘계 고분자를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게 폴리디메틸실록산(PDMS)을 사용할 수 있다.The curable elastic polymer may be formed using a silicone-based polymer, polyisoprene, natural rubber, polybutadiene, polyurethane and derivatives thereof, and at least one selected from the group consisting of these may be used. A silicone-based polymer can be preferably used, and polydimethylsiloxane (PDMS) can be more preferably used.
경화성 탄성고분자로부터 형성되는 상기 고분자층(130)의 두께는 5 내지 50㎛의 두께로 형성할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.The thickness of the
제조예Manufacturing example 5: 나노구조체 또는 5: nanostructure or 흡습체가The moisture absorber 포함된 고분자층 Polymer layer included
고분자층 내부에 기능성 소재인 나노구조체 또는 분말 형상의 흡습제를 분산시키고, 기능성 소재가 포함되어있는 고분자층(130)을 그래핀층(120) 상에 형성한다.A nanostructure or a powdery moisture absorbent is dispersed in the polymer layer and a
나노구조체의 형태에는 0차원 형태의 경우 지름, 1차원 형태의 경우 길이, 2차원 형태의 경우 직경, 3차원 형태의 경우 높이와 둘레가 고분자층(130)의 두께보다 작은 것이 바람직하며, 50㎛ 미만인 것이 더욱 바람직하다.The shape of the nanostructure is preferably a diameter in the case of a 0-dimensional shape, a length in a case of a one-dimensional shape, a diameter in a case of a two-dimensional shape, and a height and a circumference in a case of a three-dimensional shape smaller than a thickness of the
나노구조체는 나노파티클, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 카본닷(carbon-dot) 및 RGO(reduced graphene oxide) 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The nanostructure may be at least one selected from the group consisting of nanoparticles, carbon nanotubes, carbon-dots, and reduced graphene oxide (RGO).
나노파티클은 Ag, Ni, Cu, Ti, Cr 및 Fe 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The nanoparticle may be at least one selected from the group consisting of Ag, Ni, Cu, Ti, Cr and Fe.
흡습제는 BaO, SrO, CaO, MgO 및 실리카겔 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The moisture absorbent may be at least one selected from the group consisting of BaO, SrO, CaO, MgO and silica gel.
제조예Manufacturing example 6: 6: 그래핀층Graphene layer 봉지체를The bag 적용한 전자소자 제작 Manufacture of applied electronic devices
도 3를 참조하면, 봉지체(300)의 기판 상의 가접합부(320)에 유기 접착층(250)을 도포한 후 유기 접착층(250)이 도포된 봉지체(300)의 그래핀층(120)과 전자소자(350)의 소자(330)와 얼라인(align)하여 조립한다.3, the
기판(110) 상의 가접합부(320)는 그래핀층(120)과 이격되어 있고, 가접합부(320)에 유기 접착층(250)을 형성하여 봉지체(300)와 전자소자(350)와의 결합을 용이하게 한다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기접착층(250)로 접합된 봉지체(300)와 전자소자(350)의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an
도 4를 참조하면, 유기 접착층(250)은 에폭시 레진을 사용하는 것이 바람직하며, 에폭시 레진으로는 광 경화성 UV 에폭시 레진 또는 열 경화성 열적(thermal) 레진을 사용할 수 있다. 봉지체(300)의 가접합부(320)에 유기접착층(250)을 형성한 후, 봉지체(300)와 전자소자(350)를 얼라인한 후, 가압하여 접촉되도록 하고, 유기 접착층(250)을 경화하여 전자소자를 제작한다.Referring to FIG. 4, it is preferable to use an epoxy resin as the
경화 단계에서 열 및 압력을 가하거나, 경화 단계 전후에 열 및 압력을 가하는 공정을 더 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.The method may further include a step of applying heat and pressure in the curing step, or applying heat and pressure before and after the curing step, but is not limited thereto.
경화 단계에서 열 및 압력을 가하게 되면 그래핀층(120), 고분자층(130), 소자(330) 및 소자기판(340)으로 이루어진 적층 구조가 더욱 밀착하게 되고, 봉지 공정을 완료할 수 있다. 여기서, 열을 가하는 공정과 압력을 가하는 공정은 동시에 수행할 수도 있고, 분리해서 수행할 수도 있다.When heat and pressure are applied in the curing step, the laminated structure composed of the
제조예Manufacturing example 7: 7: 롤투롤Roll to roll (ROLL TO ROLL) 공정(ROLL TO ROLL) process
유연한 기판(110) 상에 그래핀층(120)을 형성하고, 그래핀층(120) 상에 고분자층(130)을 형성한 후, 고분자층(130)과 이격되어 있는 기판(110)의 외곽영역인 가접합부(320) 상에 유기접착층(250)이 형성되어 있는 봉지체(300)를 제작한다. 이어서 단수의 봉지체(300)가 연속되어 복수개 이상 봉지체(300)를 포함하는 롤(ROLL)을 제작한다.The
연속 공정을 위해 롤 상의 그래핀층(330) 및 고분자층(130)을 소자(330)와 얼라인하고, 열과 압력을 가하여 압착하고, 유기접착층(250)을 이용하여 경화 단계를 수행한다.For the continuous process, the roll-
전사용 기판 상에 그래핀층(120)을 제작 후 유연한 기판 상의 전사 공정까지 롤투롤(Roll to Roll) 공정 방법으로 수행이 가능하고, 기판(110), 그래핀층(120) 및 고분자층(130)의 유연 특성으로 인해 봉지체(300)가 포함되어 있는 롤(Roll)을 이용한 롤투롤 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.The
소자기판(340)은 전자소자에 있어서 일반적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리, 고분자 필름 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.The
유연한 투명 봉지체(300)를 적용할 수 있는 전자소자에는 무기 발광 소자 (Inorganic Light Emitting Diodes), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode: OLED), 무기 태양 전지 (Inorganic Solar Cells), 유기 태양 전지 소자(Organic Photovoltaic diode: OPV), 또는 무기 박막 트랜지스터 (Inorganic Thin Film Transistors), 메모리, 전기화학/바이오 센서, RF 소자, 렉티파이어, CMOS 소자 및 유기 박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor: OTFT) 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 적용할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니다.Electronic devices capable of applying the flexible
제조예Manufacturing example 8: 유기전자소자 8: Organic electronic device
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전자소자의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of an organic electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 유기전자소자는 기판(510), 제1 전극(520) 및 제2 전극(580)이 있고, 제1 전극(510)과 제2 전극(580) 사이에 유기층 및 전자주입층이 차례로 구비될 수 있다. 이때 유기층으로는 정공주입층(530), 정공수송층(540), 발광층(550)을 포함할 수 있으며, 전자관련층으로는 전자수송층(560) 및 전자주입층(570)을 포함할 수 있다.5, the organic electronic device includes a
평가예Evaluation example 1: One: 그래핀층Graphene layer 평가 evaluation
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀층(120) 갯수에 따른 그래핀층(270,275,280)을 포함하는 그래핀 필름(610,620,630)의 광투과도, 그래핀층(270,275,280)의 라만 스펙트럼 및 랜덤하게 적층된 그래핀층(270,275,280)의 라만 맵핑 이미지이다.Figure 6 is a graph of the transmittance of the
도 6의 (a)를 참조하면, 제조예3에서처럼 제조된, 그래핀층(120)의 개수에 따라 제작된 그래핀필름(610,620,630)의 광투과율에 대한 그래프이다.Referring to FIG. 6 (a), graphs of light transmittance of the
도 6(a) 내부 이미지의 PET 기판(110)상에 복수층 이상의 그래핀층(120)을 포함하는 그래핀 필름(610,620,630) 이미지를 보면, 6개 층의 그래핀층(120)을 포함하는 그래핀필름(630)이 가장 어두워 보이는 것을 관측할 수 있는데, 550 nm를 기준으로 그래핀필름(630)의 광투과율은 85.5%로 상당한 수준의 투과율임을 알 수 있다. 즉, 그래핀층(270,275,280)의 갯수가 감소할수록 그래핀필름(610,620,630)의 광투과율은 상승하고 있음을 알 수 있다. 6 (a), an image of
도 6의 (b)를 참조하면, 532 nm 레이저를 사용하는 라만분광 측정 데이터이다. 측정 샘플은 2층의 그래핀층(120)을 포함하는 그래핀필름(610), 4층의 그래핀층(120)을 포함하는 그래핀필름(620) 및 6층의 그래핀층(120)을 포함하는 그래핀필름(630)이다. 그래핀 필름(610,620,630)내의 복수개 이상의 그래핀층(270,275,280)의 디펙트(defect) 피크가 매우 낮게 유지되고 있는 것으로 보아, 그래핀층(270,275,280) 상의 표면 디펙트가 거의 없는 고품질의 그래핀층(270,275,280)이 형성되어 있음을 보여준다.Referring to FIG. 6 (b), Raman spectroscopic measurement data using a 532 nm laser is shown. The measurement sample includes a
도 6의 (c)를 참조하면, 그래핀필름(610,620,630) 내의 랜덤하게 적층되어 있는 그래핀층(270,275,280)에 대한 ID/IG의 강도비율(intensity ratio)에 대한 라만 맵핑(Raman Mapping) 이미지이다. 그래핀층(270,275,280)의 디펙트가 거의 없고, 그래핀층(270,275,280)의 적층에 따른 디펙트 변화는 거의 없음을 확인할 수 있다. ID/IG값은 0.1 이하로 측정되는데, 그래핀층(270,275,280)의 표면 디펙트가 거의 없음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6C, a Raman Mapping image for the intensity ratio of I D / I G to the randomly stacked graphene layers 270, 275, 280 in the
제조예Manufacturing example 9 : 9: PLEDsPLEDs 구조 및 Structure and 봉지체The bag body
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PLEDs 전자소자 구조, 봉지체(300) 및 봉지체(300)와 PLEDs소자의 봉지되는 상태의 이미지이다.FIG. 7 is an image of a PLEDs electronic device structure, a
도 7의 (a)를 참조하면, 제 1전극(720)인 ITO가 코팅된 기판(710) 상에 정공주입층(730)인 GraHIL를 50nm를 스핀 코팅한다. 정공주입층을 코팅후에 질소 분위기에서 150°C, 30분간 어닐링한다. GraHIL은 poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS, Clevios P VP AI4083), tetrafluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octene-sulfonic acid copolymer 및 perfluorinated ionomers (CAS Number: 31175-20-9) (Sigma-Aldrich Inc.)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 7A, a 50 nm thick GraHIL, which is a
이어서 정공주입층(730) 상에 녹색 발광층(740)으로 polyfluorene copolymer (80 nm, Dow LUMATION Green-B, Dow Chemical Co.)를 3000rpm, 90초동안 스핀코팅한 뒤 질소 분위기에서 80C, 20분간 어닐링한다. 이어서 EIL인 LiF와 캐쏘드인 Al을 증착하여 제2전극(750)을 형성한다.Then, a polyfluorene copolymer (80 nm, Dow Lumation Green-B, manufactured by Dow Chemical Co.) was spin-coated on the
도 7의 (b)를 참조하면, 제조예4에서처럼 제조하여 완성된 봉지체(300)이고, PET(760) 기판 상에 그래핀층(770)을 형성하고 그래핀층(770) 상에 고분자 수지 재료인 PDMS(780)로 형성되어 있는 봉지체(140, 260)의 이미지이다.Referring to FIG. 7B, a
도 7의 (c)를 참조하면, 도 7(a)의 전자소자와 유기 접착층(790)가 도포된 도 9(b)의 봉지체(300)를 도 7(c)와 같은 과정으로 봉지하여 PLEDs 전자소자를 제작한다.7 (c), the
평가예2Evaluation example 2 : : PLEDsPLEDs 평가 evaluation
제조예 9에서 제조된 소자인 PLEDs를 평가한다.The PLEDs, which are the devices manufactured in Production Example 9, are evaluated.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 가지 구조의 봉지체를 사용하여 봉지된 PLEDs(polymer light emitting diodes)의 전기적인 특성 평가 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing an electrical characteristic evaluation of PLEDs (polymer light emitting diodes) encapsulated using a bag having various structures according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 도 8(a), 도 8(b) 및 도 8(c) 내부에 표시된 용어는 여러 가지 봉지체의 구조를 표현한다. PET는 그래핀층이 없는 상태의 필름이고, PET+PDMS는 그래핀층이 없는 상태에서 PDMS가 도포된 필름이다. PET+2LG+PDMS는 2개 층의 그래핀층(270)이 구비된 봉지체(300)이고, PET+4LG+PDMS는 4개 층의 그래핀층(275)이 구비된 봉지체(300)이고, PET+6LG+PDMS는 6개 층의 그래핀층(280)이 구비된 봉지체(300)이다.Referring to Fig. 8, the terms shown in Figs. 8 (a), 8 (b), and 8 (c) represent structures of various plugs. PET is a film without graphene layer, and PET + PDMS is a film coated with PDMS in the absence of a graphene layer. PET + 2LG + PDMS is a
도 8의 (a)를 참조하면, PLEDs 소자의 전압 변화에 따른 전류밀도(mA/Cm2) 변화에 대한 그래프를 보여준다. 그래핀층(120)의 개수에 따른 봉지체(300)를 사용하여 봉지된 전자소자에 있어서 동일한 전류밀도를 보이고 있는데, 이로 보아 그래핀층(120)을 포함하는 봉지체(300)로 봉지된 소자에 있어서 그래핀층(120)과 소자의 접촉 현상은 발생하지 않은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8A, there is shown a graph of current density (mA / Cm2) change with voltage change of a PLEDs device. The same current density is exhibited in the encapsulated electronic device using the
도 8의 (b)를 참조하면, PLEDs 소자의 전압 변화에 따른 휘도(Luminance, cd/m2) 변화에 대한 그래프를 보여준다. 단독 PET 봉지를 포함하여, 여러 구조의 봉지체로 봉지된 소자에 있어서 모든 소자의 턴온(turn on) 전압이 2.5V이고, 7.5V에서 10000 cd/m2의 동일 수준의 휘도값을 보여준다.Referring to (b) of FIG. 8, there is shown a graph of a change in luminance (cd / m2) according to a voltage change of the PLEDs device. The turn-on voltage of all devices in the devices encapsulated with various structures of encapsulation, including single PET bag, is 2.5 V and shows the same level of brightness at 10,000V cd / m2 at 7.5V.
도 8의 (c)를 참조하면, PLEDs 소자의 전압 변화에 따른 전류효율(cd/A) 변화에 대한 그래프를 보여준다. 단독 PET 봉지체를 이용한 소자를 제외하고 모든 소자의 전류효율은 유사한 수준이고, 안정적인 결과를 보여준다. 단독 PET로 봉지된 소자의 경우엔 습기 또는 공기가 PET를 통과하여 들어오기 쉽고, 봉지가 불완전하게 되어 다른 소자 대비하여 낮은 전류밀도를 보여준다.Referring to (c) of FIG. 8, there is shown a graph of change in current efficiency (cd / A) according to the voltage change of the PLEDs device. The current efficiency of all devices is comparable, with the exception of the device using a single PET bag, showing stable results. In the case of a device encapsulated with a single PET, moisture or air is likely to pass through the PET and the encapsulation is incomplete, resulting in a lower current density compared to other devices.
평가예3Evaluation example 3 : : PLEDsPLEDs 휘도 평가 Luminance evaluation
제조예 9에서처럼 제조된 유기전자소자인 PLEDs를 평가한다. 다양한 봉지체의 구조에 따른 PLEDs의 휘도를 평가하여 봉지특성을 확인한다.The organic electronic devices PLEDs manufactured as in Production Example 9 are evaluated. Evaluate the brightness of PLEDs according to the structure of various plugs to check the sealing characteristics.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러가지 구조의 봉지체를 사용하여 봉지된 PLEDs소자의 휘도 감쇠 특성 및 봉지체 없이 노출된 PLEDs의 발광 특성 이미지이다.9 is a graph showing luminance decay characteristics of a PLEDs device encapsulated using a bag body having various structures according to an exemplary embodiment of the present invention and an emission characteristic of PLEDs exposed without a bag body.
도 9의 (a)를 참조하면, 도 9(a)의 내부에 표시된 용어는 여러 가지 봉지체의 구조를 표현한다. air는 봉지체 없이 소자가 공기중에 노출된 상태를 의미하고, PET는 그래핀층이 없는 상태의 필름이고, PET+PDMS는 그래핀층이 없는 상태에서 PDMS가 도포된 필름이다.Referring to FIG. 9 (a), the term shown in FIG. 9 (a) expresses the structure of various plugs. air means that the device is exposed to air without a plug, PET is a film without graphene layer, and PET + PDMS is a film coated with PDMS without graphene layer.
또한, PET+2LG+PDMS는 2개 층의 그래핀층(270)을 포함하는 봉지체(300)이고, PET+4LG+PDMS는 4개 층의 그래핀층(275)을 포함하는 봉지체(300)이고, PET+6LG+PDMS는 6개 층의 그래핀층(280)을 포함하는 봉지체(300)이다.PET + 2LG + PDMS is a
도 9의 (a)를 참조하면, 여러 가지 봉지체의 종류에 따라 시간 대비 소자의 휘도(Luminancs) 변화를 측정한 그래프이다. 초기 휘도는 모든 전자소자가 동일하게 1000cd/m2이다. 그래핀층(120)의 개수가 증가할수록 휘도량 저하가 지연되고 있고, 6개 층의 그래핀층(280)이 구비된 봉지체(300)를 사용한 전자소자의 경우에 휘도값이 50%가 되는 지점까지의 시간이 70.7 hour로 가장 길게 나타난다. 즉 그래핀층(120)이 많을수록 휘도 유지 특성(또는 수명 특성)은 좋으나 광투과율은 저하되므로, 그래핀층(120) 증가와 광투과율은 트레이드오프 관계에 있다. 또한, 봉지가 안된 전자소자(air) 또는 그래핀층이 없는 봉지체(PET 또는 PET+PDMS)로 제작된 전자소자의 경우엔 유기전자소자의 휘도가 빠르게 저하되고 있음을 볼 수 있다.Referring to FIG. 9 (a), a graph illustrating changes in luminance of the device versus time according to various types of plugs. The initial luminance equals 1000 cd /
도 9의 (b)를 참조하면, 봉지되지 않은 소자를 공기중 노출하여 작동을 하면, 초기에는 전자소자가 균일하게 발광을 하며 작동(상부에 있는 이미지)을 하지만, 3시간이 경과 후에는 발광 영역이 상당 부분 축소되어 있음(하부에 있는 이미지)을 볼 수 있다. Referring to FIG. 9 (b), when an unsealed device is operated by exposure to air, the electronic device emits light uniformly at an initial stage and operates (image at the top) You can see that the area is much shrunk (the image below).
평가예4Evaluation example 4 : Ca을 이용한 : Using Ca 균준화된Homogenized 컨덕턴스 평가 Conductance evaluation
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러가지 구조의 봉지체를 사용하여 봉지된 Ca테스트용 전자소자로, Ca 산화 테스트에 대한 시간 대비 균준화된 컨덕턴스(normalized conductance) 평가 그래프이다.FIG. 10 is a time-normalized conductance evaluation graph for a Ca test for oxidation of a Ca test electronic device encapsulated using a bag having various structures according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 내부에 표시된 용어는 봉지체의 구조를 표현한다. PET는 그래핀층이 없는 상태의 필름이고, PET+PDMS는 그래핀층이 없는 상태에서 PDMS가 도포된 필름이다.Referring to Fig. 10, the term displayed inside represents the structure of the plug. PET is a film without graphene layer, and PET + PDMS is a film coated with PDMS in the absence of a graphene layer.
또한, PET+2LG+PDMS는 2개 층의 그래핀층(270)을 포함하는 봉지체(300)이고, PET+4LG+PDMS는 4개 층의 그래핀층(275)을 포함하는 봉지체(300)이고, PET+6LG+PDMS는 6개 층의 그래핀층(280)을 포함하는 봉지체(300)이다. PET + 2LG + PDMS is a
25℃, 45% 습도 조건 및 0.05V에서 Ca 산화 테스트는 진행된다. 그래핀층(120)이 포함된 봉지체(300)의 균준화된 컨덕턴스값은 선형기울기의 래그영역(Lag region)과 봉지체(300)와 소자기판(340)의 갭(gap)으로 인한 수분과 공기의 수평 확산에 때문에 발생하는 폴오프영역(Fall off region)으로 나눌 수 있다. The Ca oxidation test is carried out at 25 ° C, 45% humidity condition and at 0.05V. The smoothed conductance value of the
PET+6LG+PDMS는 래그영역(lag region)에서의 래그 시간이 65h으로 가장 길게 측정되었다. 이것은 적층된 그래핀층(120)은 그래핀층 간격이 0.34nm으로 작고 디펙트가 있는 그래핀층의 영역을 바로 위에 있는 그래핀층에 의해 겹쳐지는 효과로 인해 실링되는 현상이 발생하기 때문이다. PET + 6LG + PDMS had the longest lag time of 65h in the lag region. This is because the stacked
폴오프영역에서 PET+6LG+PDMS 구조의 봉지체(300)의 WVTR(water vapor transmission rate)은 1.78 × 10-2 g·m-2·d-1이고, PDMS가 부재하는 6LG+PDMS 구조의 그래핀층의 WVTR은 4.8 × 10-1 g·m-2·d-1이다. 이것으로 보아 PDMS 버퍼는 Ca필름과 봉지체 사이에 발생하는 공간에 기체가 축적될 수 없도록 하기 위해 발생 가능한 공간을 제거하는 스티킹층(sticking layer)의 기능을 하는 것을 알 수 있다. The water vapor transmission rate (WVTR) of the
평가예Evaluation example 5 : 5: 벤딩Bending 특성 평가 Character rating
도 11은 제조예3 및 제조예 4에서처럼 그래핀층(120)을 포함하는 봉지체(300)를 적용한 유기전자소자의 발광 이미지 및 유연한 투명 전자소자의 투명 특성 이미지이다11 is an image of a luminescent image of an organic electronic device and a transparent characteristic image of a flexible transparent electronic device to which a
도 11의 (a)를 참조하면, 유기전자소자에 그래핀층을 포함하는 봉지체(300)를 적용한다. ITO 전극 기반의 PET 기판(110)을 사용하여 대면적의 유연한 유기전자소자인 FOLED를 제작하고 발광 면적이 3 × 3 Cm2 인 발광 면적의 영역은 4 × 4 Cm2의 PET+6LG+PDMS를 사용하여 봉지되었다. 벤딩을 크게 하여도 유연한 유기전자소자는 안정된 작동을 보인다. 또한, 도 11의 (a)를 참조하면, 내부의 이미지는 유연한 유기전자소자의 탑사이드(top side)에 있는 알루미늄 캐쏘드(Al cathode의 두께는 110nm) 면을 보여준다.11 (a), a
도 11의 (b)를 참조하면, 유연한 투명 유기전자소자인 FOLED의 구조는 ITO (100 nm) / ZnO (22 nm) / polyethyleneimine ethoxylated (PEIE) (8 nm) / Super Yellow(230 nm) / MoO3 (5 nm) / Ag (15 nm) / MoO3 (45 nm) 이다. FOLED를 제작하여 탑사이드(top side)를 봉지체(300)로 봉지한다. 양면 발광형인 FOLED 구조의 유연한 투명 유기전자소자의 유연한 특성을 확인할 수 있다. 도 11의 (b)를 참조하여내부에 있는 이미지(820)에서, FOLED의 턴오프 (turn off)되어 있는 비발광 상태에서 액티브영역(active area)인 발광영역(830)을 통해 보여지는 선명한 문자를 통해 투명 특성을 확인할 수 있다. 양면발광형인 유연한 투명 전자소자는 정공주입층 및 투명 캐쏘드로 투명 재료인 MoO3/Ag/MoO3를 적용한다.11 (b), the structure of the flexible transparent organic electronic device, FOLED, is ITO (100 nm) / ZnO (22 nm) / polyethyleneimine ethoxylated (PEIE) (8 nm) / Super Yellow (5 nm) / Ag (15 nm) / MoO3 (45 nm). FOLED is fabricated and the top side is sealed with the
평가예Evaluation example 6 : 고분자층 평가 6: Evaluation of polymer layer
제조예 5에서 제작된 그래핀층(120) 상에 형성된 고분자층(130) 내부에 나노 구조체가 있는 구조로 제조된 봉지체(140)를 사용하여 제작된 PLEDs를 평가한다. 나노구조체가 없는 봉지체(140)를 적용한 PLEDs의 온도 특성을 보면 10hr의 시간 경과 동안에 지속적으로 온도가 상승하여 초기 소자 온도 대비 50% 이상 상승한 온도로 인해 PLEDs의 특성이 저하된다. 이에 비해, 나노구조체가 있는 봉지체(140)를 적용한 PLEDs의 온도 특성을 보면 10hr의 시간 경과 동안에 초기 소자 온도 대비 30% 상승한 온도에서 포화되고 PLEDs의 발광 특성이 유지되었다.PLEDs fabricated using the
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
110: 기판
120: 그래핀층
130: 고분자층
140: 봉지체
212: 제1그래핀층
215: 제2그래핀층
218: 제3그래핀층
222: 제4그래핀층
225: 제5그래핀층
228: 제6그래핀층
230: 고분자층
250: 유기접착층
260: 봉지체
270: 2G그래핀층
275: 4G그래핀층
280: 6G그래핀층
300: 봉지체
310: 소자접합수용부
320: 가접합부
330: 소자
340: 소자기판
350: 전자소자
580: 제2 전극
570: 전자주입층
560: 전자수송층
550: 발광층
540: 정공수송층
530: 정공주입층
520: 제 1전극
510: 기판
610: 그래핀필름
620: 그래핀필름
630: 그래핀필름
700: PLEDs
750: 제2 전극
740: 녹색발광층
730: 정공주입층
720: 제 1전극
710: 기판
760: PET
770: 그래핀층
780: PDMS
790: 유기 접착층
810: 알루미늄면
820: 캐쏘드면
830: 발광영역110: substrate 120: graphene layer
130: polymer layer 140:
212: first graphene layer 215: second graphene layer
218: Third graphene layer 222: Fourth graphene layer
225: fifth graphene layer 228: sixth graphene layer
230: polymer layer 250: organic adhesive layer
260: plug 270: 2G graphene layer
275: 4G graphene layer 280: 6G graphene layer
300: Plug 310: Device junction receiving part
320: connecting portion 330: element
340: element substrate 350: electronic element
580: second electrode 570: electron injection layer
560: electron transport layer 550: light emitting layer
540: hole transport layer 530: hole injection layer
520: first electrode 510: substrate
610: Graphene film 620: Graphene film
630: Graphene film 700: PLEDs
750: second electrode 740: green light emitting layer
730: Hole injection layer 720: First electrode
710: substrate 760: PET
770: Graphene layer 780: PDMS
790: organic adhesive layer 810: aluminum surface
820: cathode side 830: light emitting area
Claims (13)
상기 기판 상에 형성된 그래핀층;
상기 그래핀층 상에 형성된 고분자층; 및
상기 기판 외곽 영역에 형성되고, 상기 그래핀층과 이격된 유기 접착층을 포함하는 유연한 투명 봉지체.Flexible substrate;
A graphene layer formed on the substrate;
A polymer layer formed on the graphene layer; And
And an organic adhesive layer formed on the substrate outer region and spaced apart from the graphene layer.
상기 기판은 내열성 및 유연성 있는 경질 고분자 수지 또는 연질 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체.The method according to claim 1,
Wherein the substrate is a hard polymer resin or a soft polymer resin having heat resistance and flexibility.
상기 고분자 수지는 PET(polyethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEN(polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), Polyimide, Polycarbonate, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 및 PANI(Polyaniline)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체.3. The method of claim 2,
The polymer resin may be at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene naphthalate (PEN), poly (methyl methacrylate), polyimide, polycarbonate, polyvinylidene fluoride (PVDF) Wherein the flexible transparent bag has one of the following.
상기 고분자층은 경화성 탄성고분자인 실리콘계 고분자, 폴리이소프렌, 천연고무, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산(PDMS), 이들의 유도체 및 이들의 혼합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체.The method according to claim 1,
The polymer layer is characterized by having at least any one selected from the group consisting of a silicone polymer, a polyisoprene, a natural rubber, a polybutadiene, a polyurethane, a polydimethylsiloxane (PDMS), a derivative thereof, and a mixture thereof, which is a curable elastic polymer Flexible transparent sealing material.
상기 고분자층의 내부에 분산되어 있는 나노구조체 또는 흡습제가 더 포함된 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체.The method according to claim 1,
Wherein the polymer layer further comprises a nanostructure or a moisture absorbent dispersed in the polymer layer.
상기 나노구조체는 금속나노파티클, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 카본닷(carbon-dot) 및 RGO(reduced graphene oxide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체.6. The method of claim 5,
Wherein the nanostructure has at least one selected from the group consisting of metal nanoparticles, carbon nanotubes, carbon-dots, and reduced graphene oxide (RGO).
상기 흡습제는 BaO, SrO, CaO, MgO 및 실리카겔로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체.6. The method of claim 5,
Wherein the moisture absorber has at least one selected from the group consisting of BaO, SrO, CaO, MgO and silica gel.
상기 유기 접착층은 광 경화성 UV(Ultra Violet) 에폭시 레진 또는 열 경화성 써멀(thermal) 레진이 더 포함된 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체.The method according to claim 1,
Wherein the organic adhesive layer further comprises a photo-curable UV (Ultra Violet) epoxy resin or a thermosetting thermal resin.
상기 그래핀층이 성장된 상기 전사용 기판에 식각 용액을 도입하여 상기 촉매금속을 제거하는 단계;
상기 그래핀층을 기판에 전사하는 단계;
상기 기판의 그래핀층 상에 고분자층을 형성하는 단계; 및
상기 기판 외곽 영역의 상기 기판 상에 유기 접착층을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법.Growing a graphene layer on a transfer substrate provided with a catalytic metal;
Introducing an etching solution into the transfer substrate on which the graphene layer has been grown to remove the catalyst metal;
Transferring the graphene layer to a substrate;
Forming a polymer layer on the graphene layer of the substrate; And
And applying an organic adhesive layer on the substrate in the outer region of the substrate.
상기 그래핀층을 성장시키는 단계 이후에,
상기 그래핀층 상에 고분자수지층을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법.10. The method of claim 9,
After the step of growing the graphene layer,
And forming a polymer resin layer on the graphene layer.
상기 고분자수지층이 형성된 그래핀층을 기판에 전사하는 단계 이후에,
상기 고분자수지층을 아세톤 또는 TMAH(Tetramethyl ammounium hydroxide) 를 이용하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법.11. The method of claim 10,
After the step of transferring the graphene layer having the polymer resin layer formed thereon to the substrate,
Further comprising the step of removing the polymer resin layer using acetone or TMAH (Tetramethyl ammounium hydroxide).
상기 그래핀층을 성장시키는 단계 이후에,
상기 그래핀층 상에 부착형수지층을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법.10. The method of claim 9,
After the step of growing the graphene layer,
And forming an adhering resin layer on the graphene layer. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 그래핀층을 기판에 전사하는 단계는 상기 그래핀층이 부착된 상기 부착형수지층을 상기 기판에 부착하는 것을 특징으로 하는 유연한 투명 봉지체의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the step of transferring the graphene layer to the substrate comprises attaching the adhering resin layer having the graphene layer to the substrate.
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