KR20180050189A - 그래핀을 이용한 oled(organic light emitting diode) 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법은, 구리가 코팅된 포일(foil) 상에 그래핀을 합성하는 그래핀 합성 단계, 합성된 그래핀 상에 캐리어 필름을 라미네이팅하는 단계, 구리가 코팅된 포일을 에칭 및 도핑처리하여 그래핀 부재를 형성하는 단계, 그래핀 부재의 그래핀을 캐리어 플레이트에 전사 및 열처리하는 단계, 전사된 그래핀 상에 PI 용액을 도포하여 건조시켜 PI 필름을 형성하는 단계, PI 필름 상에 OLED를 형성하는 단계, 및 캐리어 플레이트와 상기 전사된 그래핀 막을 분리하는 단계를 포함하여 구성되며, 이로써, 기존에 캐리어 플레이트상 접착층으로 PI를 접착후 OLED가 형성된 후 캐리어 플레이트와 PI층을 분리할 때 접착층을 떼어낼 때 불량률이 높았던 문제를 해결하여 거의 100% 수율로 분리가 가능할 수 있다.

Description

그래핀을 이용한 OLED(ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE) 제작 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING OLED USING GRAPHENE}
본 발명은 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 TFT 및 OLED를 형성한 후 캐리어 플레이트(carrier plate)를 쉽게 분리할 수 있는 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 기술이 발달하면서 휘어질 수 있는 플렉서블 디스플레이 기술이 많이 제안되고 있으며, 이 중 OLED를 이용한 방법이 제시되고 있다.
일반적으로 OLED를 제작하는 방법은 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 먼저 글라스로 형성된 캐리어 플레이트(10)상에 접착층(11)을 형성하고, 접착층(11) 상에 PI(polyimide)를 코팅하여 PI 코팅층(12)을 형성하는 공정이 이루어진다.
이후 PI 코팅층(12)의 두께가 매우 얇으므로 투습, 투산소 문제 및 평탄화 등을 위해 PI 코팅층(12) 성막 후 배리어 코팅층(13)을 형성하는 절차를 진행하고, 배리어 코팅층(13) 상에 TFT(14) 형성후 OLED(15)를 증착한다.
OLED(15) 증착 후 이들을 인캡슐레이션 시켜 OLED(15)를 보호할 수 있게 한다.
이어서, 캐리어 플레이트(11)를 PI 코팅층(12)과 분리하여 OLED의 제작을 완성하게 되는데, 캐리어 플레이트(11)와 PI 코팅층(12)은 접착층(11)에 의하여 물리적으로 강하게 접착되어 있기 때문에, 이들을 레이저로 분리시키게 되는데 그 분리 공정시 PI 코팅층(12)에 손상이 발생되어 불량률이 높다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, OLED를 형성한 후 캐리어 플레이트와 PI 코팅층을 쉽게 분리할 수 있는 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법은, 기판 상에 그래핀을 합성하는 그래핀 합성 단계; 상기 합성된 그래핀 상에 캐리어 필름을 라미네이팅하는 단계; 상기 캐리어 필름이 라미네이팅된 기판을 에칭 및 도핑처리하여 그래핀 부재를 형성하는 단계; 상기 그래핀 부재의 그래핀을 캐리어 플레이트에 전사 및 열처리하는 단계; 상기 전사된 그래핀 상에 PI 용액을 도포하여 건조시켜 PI 필름을 형성하는 단계; 상기 PI 필름 상에 OLED를 형성하는 단계; 및 상기 캐리어 플레이트와 상기 전사된 그래핀 막을 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 보다 바람직하게는 상기 그래핀 막을 분리하는 단계는, 상기 캐리어 플레이트와 그래핀 막 간에 작용하는 반데르발스 힘보다 강한 압력으로 분리하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 기존에 캐리어 플레이트상 접착층으로 PI를 접착후 OLED가 형성된 후 캐리어 플레이트와 PI층을 분리할 때 접착층을 떼어낼 때 불량률이 높았던 문제를 해결하여 거의 100% 수율로 분리가 가능할 수 있다.
즉, 그래핀과 캐리어 플레이트간 접착제에 의한 강한 접착력이 아니라 반데르발스 힘에 의하여 결합되어 있으므로 이 힘보다 약간 강한 힘으로 이들을 분리할 수 있어 종래와 같이 접착층을 물리적으로 분리할 때 발생하던 불량률을 없앨 수 있게 된다.
또한, 상기 그래핀 합성단계는, 촉매층으로 활용할 구리를 기판 위에 증착하는 단계; 상기 구리를 증착한 기판을 고온에서 메탄 및 수소 혼합가스와 반응시켜 탄소가 상기 촉매층에 녹아들거나 흡착되게 하는 단계; 및 상기 촉매층에 포함되어 있는 탄소원자들이 표면에서 결정화되면서 그래핀 결정구조를 형성하도록 냉각하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 캐리어 플레이트 상의 그래핀 막을 비파괴 검사를 통해 이상 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다. 이로써, 비정상적으로 형성된 그래핀 부재를 추려내서 처리하고, 정상적인 그래핀 막이 형성된 그래핀 부재만을 사용하여 OLED 디바이스의 수율을 높일 수 있다.
또한, 상기 그래핀부재 형성단계는, 상기 촉매층 및 기판을 에칭 및 도핑처리하여 제거하여 PI 필름 상에 그래핀결정구조만을 남기는 것이 좋다.
본 발명에 의하면, 기존에 캐리어 플레이트상 접착층으로 PI를 접착하여 OLED가 형성된 후, 캐리어 플레이트와 PI층을 분리하기 위해 접착층을 떼어낼 때 불량률이 높았던 문제를 해결하여 거의 100% 수율로 분리가 가능할 수 있다.
즉, 그래핀과 캐리어 플레이트 간 접착제에 의한 강한 접착력이 아니라 반데르발스 힘에 의하여 결합되어 있으므로, 이 힘보다 약간 강한 힘으로 이들을 분리할 수 있어 종래와 같이 접착층을 물리적으로 분리할 때 발생하던 불량률을 없앨 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 OLED 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법 중 전단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전단계에서 제작된 그래핀 필름을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법 중 후단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 후단계 이후 캐리어 플레이트를 크래핀 막과 분리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법 중 전단계에서 그래핀 필름을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 전단계에서 제작된 그래핀이 전사된 캐리어 플레이트를 이용하여 OLED 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 2를 참조하면, 구리가 코팅된 포일(101)을 일정 사이즈로 커팅한 후에 그래핀을 합성하는 공정을 거치게 된다. 이와 같은 그래핀을 합성하는 방법으로는 크게 기계적 박리법, 화학증착법, 에피텍셜 합성법 또는 화학적 박리법을 이용할 수 있다. 이 중에서 화학증착법은 촉매의 종류와 두께, 반응시간, 냉각속도, 반응가스의 농도 등을 조절하여 그래핀 층수를 조절할 수 있어 본 발명의 실시예에서는 화학증착법으로 그래핀을 합성하는 방법을 도시하고 설명하였으나 이에 한정되지 않고 어떠한 방식으로 그래핀을 합성하여도 무방하다.
화학증착법에 의한 방법을 간단하게 살펴보면, 촉매층으로 활용할 구리 등을 기판 위에 증착하고 약 1000℃ 의 고온에서 메탄 및 수소 혼합가스와 반응시켜 적절한 양의 탄소가 촉매층에 녹아들거나 흡착되도록 한다. 이후, 냉각을 하게 되면 촉매층에 포함되어 있던 탄소원자들이 표면에서 결정화되면서 그래핀 결정구조를 형성하게 되어 그래핀 합성 공정이 완료된다.
이후, 그래핀 결정구조가 형성된 층(102)에 캐리어 필름(103)을 라미네이팅한다.
다음으로, Cu, 촉매층 및 기판을 에칭 및 도핑 처리하여 제거한 후 이를 건조공정을 거쳐서 그래핀 부재(110)를 형성한다.
이어서, 그래핀 부재(110)상에 형성된 그래핀(102)을 캐리어 플레이트(121)에 전사 및 열처리하여 캐리어 플레이트(121)에 그래핀 층(102)을 적층시킨다.
이러한 전사 및 열처리에 의하여 그래핀 층(102)은 캐리어 플레이트(121)와 반데르발스 힘에 의하여 상호 끌어당겨져서 고정됨으로써 원하는 용도에 맞게 사용할 수 있게 된다.
이때, 캐리어 플레이트(121) 상에 그래핀 막(102')이 제대로 형성되어 있는지 알아볼 수 있도록 검사가 진행될 수 있다. 즉, 상기 그래핀 막(102')에 대한 비파괴 검사 등을 통해 그래핀 막(102')이 정상적으로 형성되었는지 확인하고, 정상적으로 형성된 경우에는 다음 공정을 진행한다. 반대로, 그래핀 막(102')을 검사한 결과 비정상적으로 형성된 경우에는 다음 공정을 진행하지 않고 처리한다.
상기 검사과장을 거친 이후, 도 3에 도시된 바와 같이 캐리어 플레이트(121) 상에 전사된 그래핀 막(102') 위에 PI 용액을 도포하여 PI 필름(130)을 형성하고, PI 필름(130) 상에 TFT 공정을 거쳐 OLED(140)를 증착시키는 공정이 진행된다.
이때, TFT 공정에 있어서, OLED용 TFT는 LCD와 같은 공정을 이용하여 비정질 실리콘(a-Si)으로 기판을 구성한 이후에 ELA(Eximer Laser Annealing) 장비로 레이저를 조사해 LIPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT로 만들어 쓰는 것이 일반적이나, ELA 레이저 빔 폭이 제한적이라 4.5세대 이상의 패널에서는 멀티스캔이 필요하므로 대면적으로 갈수록 LTPS 공정을 도입하기에는 투자부담이 존재하기 때문에 Oxide TFT 기판을 채용할 수 있다.
이어서, OLED 증착공정은 유기물질을 마스크에 뿌리면서 승화시키는 증착 공정을 거치게 되는데, 주로 FMM(Fine Metal Mask) 방식이 사용되고 있으나, FMM은 재료를 마스크 전면에 뿌리는 방식이라 재료의 낭비가 많고 패널 면적이 커지면 마스크의 휨 현상이 일어나 대형화에 한계가 있다.
그 대안으로서 고분자 필름에 유기물질들을 진공 증착한 도너 필름을 만들고 이를 레이저를 통해 전사시키는 LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 방식, FMM과 LITI를 복합하는 방식, W-OLED 방식이나 잉크젯 방식 등 다양한 방식이 있으며, 이들 중 어느 방법을 사용하여도 무방하다.
다음으로, OLED(140)가 증착된 후 즉, 애노드(anode; 141), 캐소드(cathod; 142) 및 OLED층(143)이 형성된 후에, 이를 보호하도록 보호층(150)을 형성하는 인캡슐레이팅 작업이 진행되다. 인캡슐레이팅 작업 이후, 캐리어 플레이트(121)와 전사된 그래핀 막(102')을 서로 분리하는 공정이 진행된다.
여기서, 캐리어 플레이트(121)와 그래핀 막(102')은 상기 전사단계에서 전사되면서 반데르발스 힘에 의하여 결합되게 되는데, 이러한 결합력인 반데르발스 힘보다 약간 강한 압력으로 캐리어 플레이트(121)를 분리할 수 있게 된다.
상기와 같은 공정들을 단계적으로 거쳐서 최종적으로 OLED 디바이스(100)를 제작할 수 있게 되는데, 종래에 접착층을 매개로 PI 층을 분리할 때 접착층의 접착력에 의하여 PI 층에 손상이 발생되는 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 따라서 최종적인 OLED 디바이스(100)의 생산수율을 획기적으로 증가시킬 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 기판 상에 그래핀을 합성하는 그래핀 합성 단계;
    상기 합성된 그래핀 상에 캐리어 필름을 라미네이팅하는 단계;
    상기 캐리어 필름이 라미네이팅된 기판을 에칭 및 도핑처리하여 그래핀 부재를 형성하는 단계;
    상기 그래핀 부재의 그래핀을 캐리어 플레이트에 전사 및 열처리하는 단계;
    상기 전사된 그래핀 상에 PI 용액을 도포하여 건조시켜 PI 필름을 형성하는 단계;
    상기 PI 필름 상에 OLED를 형성하는 단계; 및
    상기 캐리어 플레이트와 상기 전사된 그래핀 막을 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그래핀 막을 분리하는 단계는,
    상기 캐리어 플레이트와 그래핀 막 간에 작용하는 반데르발스 힘보다 강한 압력으로 분리하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 그래핀 합성단계는,
    촉매층으로 활용할 구리를 기판 위에 증착하는 단계;
    상기 구리를 증착한 기판을 고온에서 메탄 및 수소 혼합가스와 반응시켜 탄소가 상기 촉매층에 녹아들거나 흡착되게 하는 단계; 및
    상기 촉매층에 포함되어 있는 탄소원자들이 표면에서 결정화되면서 그래핀 결정구조를 형성하도록 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캐리어 플레이트 상의 그래핀 막을 비파괴 검사를 통해 이상 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 그래핀부재 형성단계는,
    상기 촉매층 및 기판을 에칭 및 도핑처리하여 제거하여 PI 필름 상에 그래핀결정구조만을 남기는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 OLED 제작 방법.
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