KR20190128909A - 패키지용 박막필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 패키지용 박막필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 볼록형상과 오목형상이 교차하며 연속되어 주름구조로 형성되며, 외부의 수분 및 산소가 침투하여 접촉되는 것을 차단하는 차단층; 및 상기 차단층의 상면 및 하면 중 어느 한 면에 결합되어 상기 차단층의 상기 주름구조를 유지시키는 고정층을 포함한다.

Description

패키지용 박막필름 및 이의 제조방법{Thin Film for Package and manufacturing method thereof}
본 발명은 패키지용 박막필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 투명하면서도 수분과 산소의 침투를 차단할 수 있고, 주름구조를 통해 신축성을 가져 구부러지거나 늘어날 수 있는 패키지용 박막필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 태양전지 중 유기물을 이용한 유기태양전지에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있고, 특히 약 12%의 에너지 변환 효율을 갖는 유기태양전지에 대해보고 되고 있다.
그러나 유기소재는 빛과 수분에 취약하기 때문에 상용화를 위한 유기태양전지 제작 시 중요한 기술 중 하나가 봉지기술이다. 즉, 유기태양전지는 수분과 빛에 매우 민감하여 수분투과도(WVTR; Water vapor transmission rate) 허용치가 10-5g/m2 day(기판 1 평방미터당 하루 동안 투과된 수분의 양) 이하이다. 또한, 빛에 노출될 경우 특성 열화현상(staebler-wronski effect)에 의하여 광흡수층 두께에 따라 최대 30%까지 특성이 감소한다.
현재 유기태양전지는 유리기판을 사용하므로 기판자체의 수분투과도 및 UV-차단성 문제는 없으며, 패키징 소재 및 씰링 소재의 배리어 특성을 향상시켜 수분투과 및 UV-차단 문제를 중점적으로 해결하고 있다.
한편, 유연한(flexible) 형태를 갖는 플렉시블한 전자 제품들은 가볍고, 휘어지거나 접을 수 있어 향후 시장에서 중요한 위치를 차지할 것으로 예상된다. 특히 유연한(flexible) 유기태양전지를 제작한다면 최근 이슈가 되고 있는 웨어러블 기기(wearable device) 등에 적용하여 단점들을 보완할 수 있을 것이다. 다만 이런 형태의 유연 전자제품은 유리가 아닌 플라스틱(폴리머)을 기판으로 사용하기 때문에 큰 문제가 발생한다.
즉, 플라스틱 기판은 분자간의 치밀도가 낮은 공간(free volume)을 갖는 구조로 구성되어 있기 때문에 많은 양의 수분들이 기판 자체를 통하여 디바이스 안으로 들어오게 된다. 따라서 플라스틱 기판 위에 다양한 형태의 배리어 막을 올려 WVTR을 방지하는 기술의 개발이 필요하다.
대한민국공개특허 제10-2013-0046681호
본 발명은 투명하면서도 수분과 산소의 침투를 차단할 수 있고, 주름구조를 통해 신축성을 가져 구부러지거나 늘어날 수 있는 패키지용 박막필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 볼록형상과 오목형상이 교차하며 연속되어 주름구조로 형성되며, 외부의 수분 및 산소가 침투하여 접촉되는 것을 차단하는 차단층; 및 상기 차단층의 상면 및 하면 중 어느 한 면에 결합되어 상기 차단층의 상기 주름구조를 유지시키는 고정층을 포함하는 패키지용 박막필름을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 본 발명은, 고정층으로 형성될 고분자 기재를 준비하는 단계; 상기 고분자 기재에 외력을 가하여 인장시키는 단계; 인장된 상기 고분자 기재를 고정장치로 고정시키는 단계; 상기 고분자 기재의 일면에 차단층을 형성될 증착막을 형성하는 단계; 및 상기 고분자 기재를 상기 고정장치로부터 분리시키는 단계를 포함하는 패키지용 박막필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 패키지용 박막필름 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수분과 산소의 접촉을 차단하는 차단층이 산화 알루미늄으로 형성되기 때문에 투명한 패키지용 박막필름을 구현할 수 있다.
둘째, 차단층이 볼록형상과 오목형상이 교차하면서 연속되는 주름구조로 형성되므로 유연성 및 신축성을 가져 플렉시블(flexible) 또는 스트레쳐블(stretchable) 기기에도 적용할 수 있다.
셋째, 차단층과 결합하는 고정층에 의해서 차단층의 주름구조를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름의 구조가 도시된 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름의 제조방법이 도시된 블록도이다.
도 3은 도 2에 따른 패키지용 박막필름의 제조과정이 도시된 개념도이다.
도 4는 도 1에 따른 패키지용 박막필름의 사용 예가 도시된 단면도이다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 패키지용 박막필름과 제조방법 그리고 사용 예에 대해 도시되어 있다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름(100)은 차단층(110) 및 고정층(130)을 포함한다.
상기 차단층(110)은 볼록형상과 오목형상이 교차하며 연속되어 주름구조로 형성된다. 상기 차단층(110)은 주름구조로 형성되어 있어서 주름이 없는 구조에 비해 단위면적당 표면적이 넓다. 따라서 주름구조인 상기 차단층(110)은 장력이 작용할 때, 주름이 없는 구조보다 더 신축적으로 늘어날 수 있는 범위가 증가한다. 그러므로 상기 차단층(110)을 포함하는 상기 박막 필름(100)을 신축성이 요구되는 플렉시블한 기기에 사용하기 적합하다. 상기 차단층(110)은 상기 패키지용 박막필름(100)이 구비되는 전자기기로 수분과 산소가 침투하여 접촉되는 것을 차단한다.
상기 차단층(110)은 무기재료로 형성된다. 본 실시예에서는 예시적으로 산화 알루미늄(Al2O3)로 형성되지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 무기재료로 형성될 수 있다. 상기 차단층(110)은 증착에 의해 형성되는데 이는 후술될 상기 패키지용 박막필름의 제조과정에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 고정층(130)은 상기 차단층(110)의 상면 및 하면 중 어느 한 면에 결합된다. 상기 차단층(110)과 결합된 상기 고정층(130)은 상기 차단층(110)의 상기 주름구조를 유지시킨다.
상기 고정층(130)은 신축성을 갖는 소재로 형성된다. 본 실시예에서는 예시적으로 상기 고정층(130)이 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethylsiloxane)으로 형성된다. 상기 고정층(130)이 신축성을 갖는 소재로 형성되기 때문에 상기 차단층(110)과 함께 구부러지거나 늘어날 수 있다.
상기 고정층(130)의 일면은 돌출부(131) 및 오목부(133)가 교차하며 연속되는 주름면을 형성한다. 상기 고정층(130)의 주름면을 형성하는 상기 돌출부(131) 및 상기 오목부(133)가 교차하며 연속되는 순서는 상기 차단층(110)의 볼록형상과 오목형상이 교차하며 연속되는 순서와 동일하다. 따라서 상기 고정층(130)이 상기 차단층(110)의 상면 및 하면 중 어느 한 면에 결합될 때 상기 주름면과 상기 차단층(110)의 어느 한 면이 형합된다.
한편, 도면상에 도시되지는 않았으나 상기 차단층(110)과 상기 고정층(130) 사이에는 접합층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 고정층(130)이 상기 폴리디메틸실록산과 같은 고분자 층으로 형성될 경우는 별도의 상기 접합층(미도시) 없이 상기 고분자 층 위에 상기 차단층(110)을 바로 증착할 수 있다. 다만 상기 고정층(130)이 상기 차단층(110)을 바로 증착 가능한 상기 고분자 층이 아닐 경우에는 별도의 접합층(미도시)이 필요할 수 있다. 즉, 상기 접합층(미도시)은 상기 차단층(110)과 상기 고정층(130)을 접합시키기 위해 형성되는 것이다. 따라서 상기 접합층(미도시)은 접착제로 형성된다. 다만, 상기 접합층(미도시)은 상기 차단층(110) 및 상기 고정층(130)에 비하여 현저하게 얇은 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 접합층(미도시)은 생략될 수도 있다. 상기 차단층(110)과 상기 고정층(130)은 상기 접합층(미도시)이 아닌 다른 방식에 의해 접합될 수도 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름을 제조하기 위해서는 먼저, 고분자 기재(13)를 준비한다.(S105) 상기 고분자 기재(13)는 전술한 바와 같이 PDMS인 고분자 기재가 준비된다.
전술한 바와 같이 상기 고분자 기재(13)가 준비되면, 상기 고분자 기재(13)에 외력을 가하여 상기 고분자 기재(13)를 인장시킨다. 이에 따라 상기 고분자 기재(13)는 가로 방향 또는 세로 방향으로 인장된다. 상기 고분자 기재(13)를 인장시키기 위하여 상기 고분자 기재(13)에 외력을 가하기 전, 상기 고분자 기재(13)에 열을 가할 수 있다.
상기 고분자 기재(13)에 열을 가한 후 외력을 가하면 도 3을 참조하는 바와 같이 초기 길이가 l0 이던 상기 고분자 기재(13)는 l0+α만큼 인장된다. 이렇게 인장된 상기 고분자 기재(13)는 인장된 상태를 유지할 수 있도록 고정장치(10)에 의해 고정된다.(S110)
본 실시예에서는 상기 고정장치(10)로 클램프(Clamp)가 적용된다. 상기 고정장치(10)는 상호 마주하는 두 개가 한 쌍으로 구비되며, 인장된 상기 고분자 기재(13)의 양 측을 각각 고정한다.
상기 고정장치(10)로 인장된 상기 고분자 기재(13)를 유지한 상태에서 상기 고분자 기재(13)의 일면에 차단층(110)을 형성한다. 본 실시예에서는 상기 고분자 기재(13)의 일면에 산화 알루미늄(Al2O3)을 증착하여 상기 차단층(110)을 형성하기 위한 증착막(11)을 형성한다. 본 실시예에서는 상기 산화 알루미늄을 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 통해 상기 고분자 기재(13)의 일면에 증착한다. (S115)
그러나 상기 고분자 기재(13)의 일면에 증착하는 방식은 상기 ALD 방식에 한정되는 것은 아니므로 다양한 방식으로 상기 고분자 기재(13)의 일면에 금속 소재를 증착시켜 상기 차단층(110)을 형성할 수 있다. 상기 산화 알루미늄은 25nm 내지 100nm의 두께만큼 상기 고분자 기재(13)의 일면에 증착되어 상기 증착막(11)을 형성한다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 산화 알루미늄의 두께를 다르게 변경 가능하다.
상기 증착막(11)이 형성되면 상기 고정장치(10)로부터 상기 고분자 기재(13)를 분리한다. 상기 고정장치(10)로부터 상기 고분자 기재(13)를 분리함으로써 상기 고분자 기재(13)를 인장시키는 외력이 제거된다.(S120) 상기 고분자 기재(13)에 가해졌던 외력이 제거되면 상기 고분자 기재(13)는 초기 상태로 복원된다. 이때, 상기 고분자 기재(13)의 일면 상에 형성된 상기 증착막(11)은 압축력이 작용하여 볼록형상과 오목형상이 교차하면서 연속되는 주름구조를 갖는 상기 차단층(110)으로 형성된다.
상기 증착막(11)이 형성된 상기 고분자 기재(13)의 일면도 상기 증착막(11)과 함께 볼록부와 오목부가 교차하면서 연속되는 주름면으로 형성된다. 그리고 상기 고분자 기재(13)는 상기 증착막(11)으로부터 형성된 상기 차단층(110)의 주름구조를 유지시키는 고정층(130)으로 형성된다. 하지만, 상기 고분자 기재(13)의 타면의 경우, 상기 고분자 기재(13)의 완전 탄성 특성에 의하여 주름이 남지 않는다.
한편, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름(100)의 사용예가 도시된 단면도이다. 도 4에 도시된 사용예는 상기 패키지용 박막필름(100)을 유기발광다이오드(OLED)를 이용한 디스플레이 패널의 봉지재료로 사용한 것이다.
도 4를 참조하는 바와 같이, 먼저 기판(1) 상에 유기발광다이오드(3)를 구비한다. 그리고 상기 기판(1)과 상기 유기발광다이오드(3)에 접착제(5)를 부착한다. 여기서 상기 접착제(5)는 예시적으로 OCA(Optical Clear Adhesive)이다. 상기 접착제(5)가 부착되면 상기 접착제(5) 상에 상기 패키지용 박막필름(100)을 배치한다. 또한 도 5를 참조하는 바와 같이, 상기 기판(1)으로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해, 상기 기판(1)의 하면 상에도 상기 패키지용 박막필름(100)을 배치할 수 있다.
즉, 상기 패키지용 박막필름(100)이 상기 접착제(5)에 의해 상기 유기발광다이오드(3)를 패키징하도록 상기 기판(1) 및 상기 유기발광다이오드(3)와 접합된다. 이때, 상기 패키지용 박막필름(100)은 상기 차단층(110)의 타면 즉, 상기 고정층(130)이 결합되지 않은 타면이 상기 접착제(5)와 접촉되도록 배치된다. 이렇듯, 본원발명의 일 실시예에 따른 패키지용 박막필름(100)을 전자기기 특히, 유기발광다이오드를 이용한 디스플레이와 같은 전자기기의 봉지재료로 사용할 수 있다.
특히, 본원발명에 따른 패키지용 박막필름(100)은 주름구조로 형성되는 차단층과 차단층의 주름구조를 유지시키면서도 신축성을 갖는 소재로 형성되는 고정층에 의해 구부러지거나 늘어나는 특징을 갖기 때문에 플렉시블(flexible) 또는 스트레쳐블(stretchable)한 전자기기의 봉지재료로 적용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 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 것이다.
100: 패키지용 박막필름 110: 차단층
130: 고정층 10: 고정장치
11: 증착막 13: 고분자 기재
1: 기판 3: 유기발광다이오드
5: 접착제

Claims (14)

  1. 볼록형상과 오목형상이 교차하며 연속되어 주름구조로 형성되며, 외부의 수분 및 산소가 침투하여 접촉되는 것을 차단하는 차단층; 및
    상기 차단층의 상면 및 하면 중 어느 한 면에 결합되어 상기 차단층의 상기 주름구조를 유지시키는 고정층을 포함하는 패키지용 박막필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정층의 일면은 돌출부와 오목부가 교차하며 연속되는 주름면을 형성하는 패키지용 박막필름.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 주름면의 상기 돌출부와 상기 오목부가 교차하며 연속되는 순서와, 상기 주름구조의 상기 볼록형상과 상기 오목형상이 교차하며 연속되는 순서가 동일한 패키지용 박막필름.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 차단층은 산화 알루미늄(Al2O3)로 형성되는 패키지용 박막필름.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정층은 신축성을 갖는 소재로 형성되는 패키지용 박막필름.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 신축성을 갖는 소재는 폴리디메틸실론산(Polydimethylsiloxane)을 포함하는 패키지용 박막필름.
  7. 고정층으로 형성될 고분자 기재를 준비하는 단계;
    상기 고분자 기재에 외력을 가하여 인장시키는 단계;
    인장된 상기 고분자 기재를 고정장치로 고정시키는 단계;
    상기 고분자 기재의 일면에 차단층을 형성될 증착막을 형성하는 단계; 및
    상기 고분자 기재를 상기 고정장치로부터 분리시키는 단계를 포함하는 패키지용 박막필름의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 분리시키는 단계에서는,
    상기 증착막은 상기 고분자 기재가 복원될 때 압축력이 작용하여 볼록형상과 오목형상이 교차하며 연속되는 주름구조를 갖는 상기 차단층으로 형성되며,
    상기 고분자 기재는 상기 주름구조를 유지시키는 상기 고정층으로 형성되는 패키지용 박막필름의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 인장시키는 단계에서는,
    상기 고분자 기재에 외력을 가하기 전, 상기 고분자 기재에 열을 가하는 패키지용 박막필름의 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 고정장치는 클램프(Clamp)를 포함하는 패키지용 박막필름의 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 차단층을 형성하는 단계에서는,
    산화 알루미늄(Al2O3)을 증착하는 박막필름의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 산화 알루미늄(Al2O3)의 증착은 ALD(Automic Layer Deposition) 방식으로 이루어지는 박막필름의 제조방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 고분자 기재는 신축성을 갖는 소재로 형성되는 박막필름의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 신축성을 갖는 소재는 폴리디메틸실론산(Polydimethylsiloxane)을 포함하는 패키지용 박막필름의 제조방법.
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