KR20230014963A - 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법은, 플라스틱 기판을 준비하는 단계; 표면 평탄화 작업을 위해 상기 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 레이저 커팅을 이용하여 상기 플라스틱 기판을 패터닝하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하여 스트레처블 기판을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 스트레처블 기판 상에 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 증착할 수 있다.
Description
아래의 실시예들은 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 관련 기술의 발달과 함께, 접거나 롤(Roll) 형상으로 말 수 있는 플렉서블한 표시 장치들이 연구 및 개발되고 있으며, 한발 더 나아가 다양한 형태로의 변화가 가능한 스트레처블 디스플레이(stretchable display)에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 스트레처블 디스플레이는 연신 가능한 기판 상에 표시 소자를 형성한 구성을 가질 수 있다.
특히, 최근 바이오 및 헬스 케어를 위한 인체 부착형 디바이스, 웨어러블 장치 또는 스트레처블 디스플레이 등의 연구의 활성화에 따라 굽힘 및 신축에도 내부의 전자 부품들 또는 배선의 파손, 단선 또는 변형이 발생하지 않는 유연하고 내구성을 가지는 스트레처블 배선 기판이 요구되었다.
한국등록특허 10-2103067호는 이러한 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 레이저(Laser)를 활용한 플라스틱 기판의 패터닝을 통해 스트레처블 플랫폼을 제작하고, 이를 활용하여 스트레처블 OLED를 제작하는 기술을 제공한다.
또한, 실시예들은 레이저 커팅을 이용하여 스트레처블 기판 및 신축 유기 발광 다이오드를 쉽고 단순하게 제작 가능한 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법은, 플라스틱 기판을 준비하는 단계; 표면 평탄화 작업을 위해 상기 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 레이저 커팅을 이용하여 상기 플라스틱 기판을 패터닝하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하여 스트레처블 기판을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 스트레처블 기판 상에 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 증착할 수 있다.
상기 플라스틱 기판을 준비하는 단계는, 유리 기판 상에 상기 플라스틱 기판을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스트레처블 기판 상에 안정화층(Passivation layer)을 형성하는 단계; 및 상기 안정화층 상에 유기 발광 다이오드(OLED)를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 발광 다이오드 상에 상기 캡슐화층(Encapsulation layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 스트레처블 기판에서 상기 유리 기판을 제거하고, 상기 스트레처블 기판을 탄성 중합체(elastomer)층으로 전사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄성 중합체층을 구비하기 위해, 탄성 중합체층을 준비하는 단계; 및 상기 탄성 중합체층 상에 상기 플라스틱 기판이 배치되도록 상기 스트레처블 기판을 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 탄성 중합체층을 구비하기 위해, 탄성 중합체층을 준비하는 단계; 상기 탄성 중합체층 상에 실리콘층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘층 상에 상기 플라스틱 기판이 배치되도록 상기 스트레처블 기판을 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 기판을 준비하는 단계는, PI(Polyimide)를 도포 및 경화하여 상기 플라스틱 기판을 준비하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하는 단계는, 상기 플라스틱 기판 상에 포토레지스트(photoresist)를 코팅하여 상기 희생층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제작된 상기 유기 발광 다이오드를 패시브 매트릭스(passive matrix) 구동이 가능하도록 제작하여 정보 표시부로 사용할 수 있다.
다른 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드는, 레이저 커팅을 이용하여 패터닝되는 플라스틱 기판; 및 상기 플라스틱 기판 상에 증착되는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함하고, 상기 플라스틱 기판은, 표면 평탄화 작업을 위해 상기 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하고 레이저 커팅 후, 상기 희생층을 제거하여 스트레처블 기판을 형성할 수 있다.
상기 플라스틱 기판 상에 형성되는 안정화층(Passivation layer)을 더 포함하고, 상기 안정화층 상에 상기 유기 발광 다이오드(OLED)를 증착할 수 있다.
상기 유기 발광 다이오드 상에 형성되는 상기 캡슐화층(Encapsulation layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 하측에 구성되는 탄성 중합체(elastomer)층을 더 포함하고, 상기 스트레처블 기판에서 유리 기판을 제거하고, 상기 탄성 중합체층으로 전사하여 생성될 수 있다.
상기 탄성 중합체층 상에 형성되는 실리콘층을 더 포함하고, 상기 실리콘층 상에 상기 플라스틱 기판이 배치되도록 상기 스트레처블 기판을 전사하여 생성될 수 있다.
실시예들에 따르면 레이저 커팅을 이용하여 스트레처블 기판 및 신축 유기 발광 다이오드를 쉽고 단순하게 제작 가능하다.
또한, 실시예들에 따르면 패터닝된 플라스틱 기판을 활용하여 안정적 구동이 가능한 스트레처블 OLED 제작이 가능하며, 스트레처블 OLED 위에 TFE(Thin Film Encapsulation)를 활용하여 외부환경에서도 활용이 가능한 OLED를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 7은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면 거칠기를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 희생층 제거 과정을 거친 후 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면 거칠기를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 희생층 제거 과정을 거친 후 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 기판 모듈러스에 따라 플라스틱 기판에 인가되는 스트레인 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 기판 모듈러스를 나타내는 스트레스-스트레인 곡선을 나타내는 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 시뮬레이션으로 도출한 플라스틱 기판의 스트레스-스트레인 곡선을 나타내는 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 시뮬레이션으로 도출한 플라스틱 기판의 거동 변화를 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드의 구조를 나타내는 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 가공된 신축 유기 발광 다이오드를 나타내는 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 J-V-L 특성 그래프를 나타내는 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 EQE 특성을 나타내는 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 신축 테스트를 통한 안정성 확인 결과를 나타내는 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따른 캡슐화를 통해 확인한 신축 유기 발광 다이오드의 수명을 나타내는 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드를 활용한 PM OLED의 제작을 나타내는 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른 PM OLED를 활용한 숫자 표현을 나타내는 도면이다.
도 25는 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드의 인장 테스트 및 적용 예시를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 7은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면 거칠기를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 희생층 제거 과정을 거친 후 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면 거칠기를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 희생층 제거 과정을 거친 후 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 기판 모듈러스에 따라 플라스틱 기판에 인가되는 스트레인 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 기판 모듈러스를 나타내는 스트레스-스트레인 곡선을 나타내는 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 시뮬레이션으로 도출한 플라스틱 기판의 스트레스-스트레인 곡선을 나타내는 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 시뮬레이션으로 도출한 플라스틱 기판의 거동 변화를 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드의 구조를 나타내는 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 가공된 신축 유기 발광 다이오드를 나타내는 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 J-V-L 특성 그래프를 나타내는 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 EQE 특성을 나타내는 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 신축 테스트를 통한 안정성 확인 결과를 나타내는 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따른 캡슐화를 통해 확인한 신축 유기 발광 다이오드의 수명을 나타내는 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드를 활용한 PM OLED의 제작을 나타내는 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른 PM OLED를 활용한 숫자 표현을 나타내는 도면이다.
도 25는 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드의 인장 테스트 및 적용 예시를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 레이저를 활용한 플라스틱 기판의 패터닝을 통해 스트레처블(stretchable) 플랫폼을 제작하고, 이를 활용하여 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 제작할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 레이저 패터닝을 통해 스트레처블 플랫폼을 형성하고, 스트레처블 플랫폼을 활용하여 신축 유기 발광 다이오드, 즉 스트레처블 OLED를 제작할 수 있다.
레이저를 활용할 경우 PI를 포함한 다양한 조건의 플라스틱 기판을 활용할 수 있으며, 다양한 모양의 스트레처블 패턴을 제작할 수 있다. 또한 레이저 장비의 경우 다양한 산업체에서 활용하는 만큼 접근성이 매우 용이한 이점을 가지고 있다. 하지만 레이저 패터닝을 진행하였을 때 패터닝 시 발생하는 잔여물로 인하여 플라스틱 기판의 표면 거칠기가 증가하게 된다.
이를 해결하기 위해서 본 실시예에서는 새로운 공정 방법으로 포토레지스트(Photoresist)를 활용한다. 패터닝 이전에 포토레지스트(PR)을 코팅하고 이후에 다시 이를 제거하여 플라스틱 기판의 표면을 깔끔하게 유지할 수 있다. 이러한 패터닝된 플라스틱 기판을 활용하여 안정적 구동이 가능한 스트레처블 OLED 제작이 가능하며, 스트레처블 OLED 위에 TFE(Thin Film Encapsulation)를 활용하여 외부환경에서도 활용이 가능한 OLED를 구현할 수 있다.
추가적으로, 안정적인 구동을 위하여 실리콘 기반의 신축 기판에 스트레처블 플랫폼을 부착하여 보다 외부 충격으로부터 기계적으로 안정적인 소자의 제작이 가능하다. 또한 신축 시 인가되는 스트레스(stress)를 낮추어 주기 위하여 신축 기판과 스트레처블 플랫폼 사이에 모듈러스(modulus) 값이 매우 낮은 층을 삽입할 수 있다. 이를 통해 30%로 1000회 반복 인장하여도 전기적 기계적 특성이 거의 변화 없이 유지됨을 확인하였다. 마지막으로, 이러한 스트레처블 OLED를 패시브 매트릭스(passive matrix) 구동이 가능하도록 제작하여, 정보 표시부로써의 활용 가능성을 확인하였다.
실시예들은 스트레처블 OLED로 국한되지 않으며, 신축성 배터리, 태양전지, LED 또는 전자회로 제작 등에 활용될 수 있고, 간단한 공정으로 높은 수율과 신축성을 확보할 수 있다.
따라서 신축성 또는 곡면 부착형 조명, 디스플레이의 제작이 가능하고, 웨어러블 또는 인체 부착형 제품 제작에 적용할 수 있으므로, 스마트 헬스케어용 전자패치에도 응용할 수 있다.
도 2 내지 도 7은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 8은 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법은, 플라스틱 기판을 준비하는 단계(S110), 표면 평탄화 작업을 위해 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하는 단계(S120), 레이저 커팅을 이용하여 플라스틱 기판을 패터닝하는 단계(S130), 및 희생층을 제거하여 스트레처블 기판을 형성하는 단계(S140)를 포함하고, 스트레처블 기판 상에 유기 발광 다이오드(OLED)를 증착할 수 있다.
또한, 스트레처블 기판 상에 안정화층(Passivation layer)을 형성하는 단계(S150), 및 안정화층 상에 유기 발광 다이오드(OLED)를 증착하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.
또한, 유기 발광 다이오드 상에 캡슐화층(Encapsulation layer)을 형성하는 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.
또한, 스트레처블 기판에서 유리 기판을 제거하고, 스트레처블 기판을 탄성 중합체(elastomer)층으로 전사하는 단계(S180)를 더 포함할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드의 제작 방법을 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 한편, 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드의 제작 방법은 컴퓨터 장치 또는 기술자에 의해 수행될 수 있다.
단계(S110)에서, 플라스틱 기판(120)을 준비할 수 있다. 여기서 플라스틱 기판(120)은 PI(Polyimide)를 포함하는 다양한 플라스틱 기판(120)을 사용할 수 있다. 유리 기판(110) 상에 플라스틱 기판(120)을 형성할 수 있으며, 예를 들어 유리 기판(110) 상에 PI를 도포 및 경화하여 플라스틱 기판(120)을 준비할 수 있다.
단계(S120)에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 표면 평탄화 작업을 위해 플라스틱 기판(120) 상에 희생층(sacrificial layer, 130)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 기판(120) 상에 포토레지스트(photoresist)를 코팅하여 희생층(예컨대, PR 희생층)(130)을 형성할 수 있다.
단계(S130)에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 커팅을 이용하여 플라스틱 기판(120)을 패터닝(121)할 수 있다. 이 때, 플라스틱 기판(120) 상의 희생층(130)과 함께 레이저 커팅(121, 131)될 수 있다.
레이저 커팅을 이용함에 따라 스트레처블 기판 및 신축 유기 발광 다이오드의 제작이 단순화되고 쉬워졌다. 그러나 레이저 패터닝을 진행하였을 때 패터닝 시 발생하는 잔여물로 인하여 플라스틱 기판(120)의 표면 거칠기가 증가하게 된다. 이를 방지하기 위해 포토레지스트(PR) 코팅을 수행하고 패터닝을 수행한 후 이를 제거함으로써 플라스틱 기판(120)의 표면을 깔끔하게 유지할 수 있다. 이를 통해 패터닝된 플라스틱 기판(120)을 활용하여 안정적 구동이 가능한 스트레처블 OLED 제작이 가능하다.
단계(S140)에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 희생층(130)을 제거하여 스트레처블 기판을 형성할 수 있다. 여기서 스트레처블 기판은 패터닝된 플라스틱 기판을 포함하여 제작된 기판을 의미할 수 있다.
이에 따라 스트레처블 기판은 소정 간격 서로 이격되어 배치되는 다수개의 단단한 아일랜드(rigid island) 패턴들 및 인접한 단단한 아일랜드 패턴들을 연결하는 다수개의 인터커넥터(interconnector, 121)를 구성할 수 있다.
단단한 아일랜드 패턴은 소정의 형상으로 이루어진 평판형 패턴일 수 있다. 예를 들어 단단한 아일랜드 패턴은 삼각형이나 사각형, 육각형과 같은 다각형의 형상을 가지거나 원형으로 이루어질 수 있다. 여기에서는 단단한 아일랜드 패턴이 사각형의 형상을 가진 것을 예를 들어 설명하기로 한다. 다수개의 단단한 아일랜드 패턴들은 소정 간격을 두고 이격되도록 배열될 수 있으며 상측에 전자소자가 배치될 수 있다.
인터커넥터(121)는 2개의 단단한 아일랜드 패턴을 전기적으로 연결할 수 있으며, 레이저 커팅된 플라스틱 기반을 활용한 신축 유기 발광다이오드의 신축에 대응하여 인가되는 압력에 따른 스트레스를 줄이기 위한 형상 또는 배치로 구성될 수 있다. 인터커넥터(121)는 그 형상에 제한은 없으나, 직선, 곡선 또는 구불구불한 형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 특히, 인터커넥터(121)는 레이저 커팅된 플라스틱 기반을 활용한 신축 유기 발광다이오드의 신축에 대응하여 인가되는 압력에 따른 스트레스를 줄이기 위해서 소정의 패턴이 반복 형성되는 형상을 가질 수 있다.
단계(S150)에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 스트레처블 기판 상에 안정화층(Passivation layer, 140)을 증착할 수 있다.
그리고, 단계(S160)에서, 안정화층(140) 상에 유기 발광 다이오드(OLED, 150)를 증착할 수 있다.
단계(S170)에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 유기 발광 다이오드(OLED, 150) 상에 캡슐화층(Encapsulation layer, 160)(봉지막)을 형성할 수 있다. 여기서 캡슐화층(160)은 pV3D3/Al2O3/pV3D3/Al2O3 등이 사용될 수 있다.
한편, 스트레처블 기판 및 유기 발광 다이오드(OLED, 150)가 안정적으로 제작이 되어야 캡슐화층(160)을 형성할 수 있으므로, 이전 단계에서, 특히 스트레처블 기판의 표면 평탄화 작업이 필수적이다. 이와 같이 실시예들은 TFE(Thin Film Encapsulation)를 활용하여 외부환경에서도 활용이 가능한 OLED를 구현할 수 있다.
단계(S180)에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 스트레처블 기판에서 유리 기판(110)을 제거하고, 스트레처블 기판을 탄성 중합체(elastomer)층(170)으로 전사할 수 있다. 이러한 스트레처블 기판은 x축 및 y축으로 신장 가능하다.
예를 들어 스트레처블 기판 상에 열 테이프(Thermal tape) 등을 부착하고 유리 기판(110)을 분리시킬 수 있다. 그리고 탄성 중합체층(170) 상에 스트레처블 기판을 전사할 수 있다. 이와 같이 탄성 중합체층(170) 상에 스트레처블 기판을 전사하는 경우 외부 충격으로부터 기계적으로 안정적인 소자의 제작이 가능하다.
이 때 탄성 중합체층(170)은 단독으로 이루어지거나 복수개의 층으로 이루어질 수 있다.
일례로, 탄성 중합체층(170)을 구비하기 위해, 탄성 중합체층(170)을 준비하고, 탄성 중합체층(170) 상에 플라스틱 기판(120)이 배치되도록 스트레처블 기판을 전사할 수 있다. 예컨대 제1 영률을 갖는 탄성 중합체층(170)을 형성할 수 있다. 신축성 베이스 기판으로 사용될 비교적 영률이 높은 탄성 중합체층(170)(예를 들어, PDMS(Polydimethylsiloxane))을 형성할 수 있다.
다른 예로, 탄성 중합체층(170)을 구비하기 위해, 탄성 중합체층(170)을 준비하고, 탄성 중합체층(170) 상에 실리콘층(180)을 형성하며, 실리콘층(180) 상에 플라스틱 기판(120)이 배치되도록 스트레처블 기판을 전사할 수 있다. 예컨대, 제1 영률을 갖는 탄성 중합체층(170)(예를 들어, PDMS)을 형성하고, 탄성 중합체층(170) 상에 제1 영률보다 낮은 제2 영률을 갖는 신축성 물질을 코팅하여 실리콘층(180)을 형성할 수 있다. 실리콘층(180)에 쓰이는 낮은 영률을 갖는 재료로 실비온(silbione®)을 사용할 수 있다.
이에 따라 스트레처블 기판은 제1 영률을 갖는 PDMS와 같은 신축성 물질로 이루어지는 탄성 중합체층(170), 탄성 중합체층(170) 상에 제1 영률보다 낮은 영률을 갖는 실비온(silbione®)과 같은 신축성 물질이 코팅되는 실리콘층(180), 그리고 실리콘층(180)에 제1 영률보다 높은 영률을 가지며, 레이저 커팅을 통해 단단한 아일랜드 및 구불구불한 신축성 인터커넥터 패턴으로 형성된 플라스틱 기판(120)을 포함할 수 있다.
전체 시스템에 인장력이 가해질 때, 플라스틱 기판(120) 중 단단한 아일랜드 패턴에는 인장력에 의한 변형이 발생하지 않고, 탄성 중합체층(170) 및 실리콘층(180)에 변형이 집중된다. 실리콘층(180)의 영률이 작을수록, 신축성 전자소자 플랫폼의 신축 시 플라스틱 기판(120)에 인가되는 변형률 및 응력 분포가 줄어든다.
또한, 실시예들에 따르면 제작된 신축 유기 발광 다이오드를 패시브 매트릭스(passive matrix) 구동이 가능하도록 제작하여 정보 표시부로 사용할 수 있다. 즉, 제작한 신축 유기 발광 다이오드를 활용하여 수동형 유기 발광 다이오드(Passive-Matrix Organic Light-Emitting Diode, PM OLED)를 제작할 수 있다.
아래에서는 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기반을 활용한 신축 유기 발광 다이오드에 대해 설명한다. 예컨대 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기반을 활용한 신축 유기 발광 다이오드는 상술한 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기반을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법을 통해 구현될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 레이저 커팅된 플라스틱 기판(120)을 활용한 신축 유기 발광 다이오드는 플라스틱 기판(120) 및 유기 발광 다이오드(OLED, 150)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 레이저 커팅된 플라스틱 기판(120)을 활용한 신축 유기 발광 다이오드는 안정화층(Passivation layer, 140), 캡슐화층(Encapsulation layer, 160), 실리콘층(180) 및 탄성 중합체(elastomer)층(170)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 레이저 커팅된 플라스틱 기판(120)을 활용한 신축 유기 발광 다이오드는 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한 레이저 커팅된 플라스틱 기판(120)을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법과 그 설명이 일부 중복되어 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
플라스틱 기판(120)은 레이저 커팅을 이용하여 패터닝될 수 있다. 플라스틱 기판(120)은 표면 평탄화 작업을 위해 플라스틱 기판(120) 상에 희생층(130)을 형성하고 레이저 커팅 후, 희생층(130)을 제거하여 스트레처블 기판을 형성할 수 있다.
유기 발광 다이오드(OLED, 150)는 플라스틱 기판(120) 상에 증착될 수 있다. 이 때, 안정화층(140)을 더 포함할 수 있다. 즉, 안정화층(140)은 플라스틱 기판(120) 상에 형성되며, 안정화층(140) 상에 유기 발광 다이오드(OLED, 150)를 증착할 수 있다.
그리고, 캡슐화층(160)은 유기 발광 다이오드(OLED, 150) 상에 형성될 수 있다.
탄성 중합체층(170)은 플라스틱 기판(120)의 하측에 구성될 수 있다. 여기서 스트레처블 기판에서 유리 기판(110)을 제거하고, 탄성 중합체층(170)에 전사할 수 있다. 이 때, 실리콘층(180)을 더 포함할 수 있다. 실리콘층(180)은 탄성 중합체층(170) 상에 형성될 수 있고, 실리콘층(180) 상에 플라스틱 기판(120)이 배치되도록 스트레처블 기판을 전사할 수 있다.
실시예들은 탄성 중합체층(170) 위에 제작한 UV 경화성 수지를 활용하는 것이 아니라, 레이저 패터닝이 가능한 플라스틱 기판(120)을 사용하고, 레이저 패터닝 시 표면이 거칠어지는 문제점을 해결하기 위해 희생층(130)을 사용하여 표면 평탄화 작업을 수행하며, 단일 기판으로의 활용이 가능하다.
즉, 실시예들은 레이저 패터닝된 PI(플라스틱 기판(120))를 활용하여 스트레처블 플랫폼 제작이 가능하며, 이를 활용하여 다양한 어플리케이션으로 활용이 가능한 스트레처블 발광 소자 제작이 가능하다.
특히, 실시예들은 레이저 패터닝으로 제작된 만큼 간단한 제작이 가능하며 패터닝이 가능한 다양한 플라스틱 기판(120)을 활용할 수 있다. 또한 캡슐화(encapsulation)를 통해 외부환경에서도 안정적으로 활용이 가능한 만큼 다양한 어플리케이션에 활용이 가능하다.
도 9는 일 실시예에 따른 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면 거칠기를 나타내는 도면이고, 도 10은 일 실시예에 따른 희생층 제거 과정을 거친 후 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면 거칠기를 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 플라스틱 기판, 즉 PI에 레이저 커팅에 따른 표면 거칠기를 나타낸다. 레이저 커팅된 PI의 경우 패터닝 과정 중 생기는 열에 의해 조각난 PI가 잔여물로 표면에 남게 되고, 이에 따라 표면의 거칠기가 매우 안 좋게 된다.
이를 해결하기 위해, 도 10에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(PR)를 증착하여 레이저 커팅 시 발생하는 표면 문제를 완화시킬 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면이고, 도 12는 일 실시예에 따른 희생층 제거 과정을 거친 후 레이저 커팅에 따른 플라스틱 기판의 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 실시예들은 레이저 커팅을 활용하여 쉽게 스트레처블 플랫폼을 제작할 수 있다. 이 때, 플라스틱 기판의 표면이 거칠어지는 문제점을 해결하기 위해 레이저 커팅 후 표면의 평탄화를 진행할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 기판 모듈러스에 따라 플라스틱 기판에 인가되는 스트레인 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 일 실시예에 따른 기판 모듈러스를 나타내는 스트레스-스트레인 곡선을 나타내는 도면이며, 도 15는 일 실시예에 따른 시뮬레이션으로 도출한 플라스틱 기판의 스트레스-스트레인 곡선을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 기판 모듈러스(modulus)에 따른 PI에 인가되는 스트레인(strain) 시뮬레이션을 나타낸다. 모델링에는 하이브리드 엘라스토머 기판에 패턴화된 PI가 포함된다. 이는 양방향으로 1000um 뻗어 있다. 시뮬레이션의 조건은 다음과 같다.
PI : 25um (E = 2.0 GPa, ρ= 0.33)
Silbione: 150 um (ρ= 0.49)
PDMS : 250 um (ρ= 0.49)
여기서, Silbione® RT Gel 4717의 베이스(base)와 경화제의 비율에 따라 모듈러스가 달라진다.
도 14를 참조하면, 기판 모듈러스를 나타내는 스트레스-스트레인 곡선(stress-strain curve)을 나타내는 것으로, 엘라스토머 기판의 모듈러스를 보여준다.
도 15를 참조하면, 시뮬레이션으로 도출한 PI의 스트레스-스트레인 곡선(stress-strain curve)을 나타내는 것으로, 시뮬레이션 결과를 보여준다. Free standing 상태에서 가장 낮은 스트레인 값을 가지며 엘라스토머의 계수가 감소할수록 Free standing 상태와 유사한 그래프가 된다.
도 16은 일 실시예에 따른 시뮬레이션으로 도출한 플라스틱 기판의 거동 변화를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 낮은 E 층 상의 PI를 나타내며, 시뮬레이션으로 도출한 PI의 거동 변화를 확인할 수 있다. PDMS의 경우 높은 모듈러스 값을 갖고 있으며, PI의 거동을 Free standing과 비교하면 Z축으로 이동이 거의 없으며 이에 따라 스트레스(stress)가 크게 인가되는 것을 확인할 수 있다. 이와 비슷하게 silbione의 경화제 비율이 낮아짐에 따라 Z축 이동이 자유로워지며 인가되는 스트레스 또한 낮아짐을 확인할 수 있다.
즉, Free standing 상태에서는 인터커넥터가 구속되지 않은 상태로 늘어나지만 PDMS에서는 완전 결합 상태이므로 Z축 변형이 거의 없다. 그러나 시뮬레이션 결과는 또한 PDMS에 완전히 결합될 때 단단한 아일랜드(rigid island)가 회전하지 않고 독립 상태일 때 회전한다는 것을 보여준다. 이러한 경향은 실비온의 계수에 따라서도 나타난다.
도 17은 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드의 구조를 나타내는 도면이고, 도 18은 일 실시예에 따른 가공된 신축 유기 발광 다이오드를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드의 구조를 나타내며, NPB/alq3 기반 형광물질을 사용했다. 도 18에 도시된 바와 같이, 가공된 신축 유기 발광 다이오드를 나타낼 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 J-V-L 특성 그래프를 나타내는 도면이고, 도 20은 일 실시예에 따른 EQE 특성을 나타내는 도면이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, reference OLED와 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드(stretchable OLED)의 J-V-L과 EQE 특성을 나타낸다. Reference OLED는 Glass와 Bare PI Film 위에 제작되며, reference OLED와 stretchable OLED의 차이는 없다.
기존에는 스트레처블 플랫폼으로 활용이 가능한 영역이 SU-8과 같은 포토레지스트로 제한이 되어 있지만, 실시예들은 레이저 패터닝이 가능한 모든 영역으로 확장이 가능하며, 또한 신축 기판 위에 제작한 스트레처블 플랫폼 위에 OLED를 증착해야 하는 단점을 개선하여 단일 PI 위에 OLED 증착이 가능하다는 장점이 있다. 또한 캡슐화를 통해 다양한 어플리케이션으로 활용이 가능하다.
도 21은 일 실시예에 따른 신축 테스트를 통한 안정성 확인 결과를 나타내는 도면이다.
도 21의 (a)에 도시된 바와 같이, 신축 테스트 동안의 OLED 특성의 normalized value를 보여주고 있다. 매우 작은 차이로 매우 일정한 값을 갖는다. 또한, (b)에 도시된 바와 같이, 1000 주기 스트레칭 테스트 후 특성의 변동이 매우 적다. (c)는 신축 정도를 확인할 수 있다.
도 22는 일 실시예에 따른 캡슐화를 통해 확인한 신축 유기 발광 다이오드의 수명을 나타내는 도면이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 캡슐화(봉지막 형성)를 통해 신축 유기 발광 다이오드의 수명을 연장시킬 수 있다. 신축 유기 발광 다이오드가 안정적으로 제작이 되어야 캡슐화층(Encapsulation layer)을 형성을 통해 수명을 연장시킬 수 있다.
도 23은 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드를 활용한 PM OLED의 제작을 나타내는 도면이고, 도 24는 일 실시예에 따른 PM OLED를 활용한 숫자 표현을 나타내는 도면이다.
도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드를 활용하여 수동형 유기 발광 다이오드(Passive-Matrix Organic Light-Emitting Diode, PM OLED)를 제작할 수 있다.
도 25는 일 실시예에 따른 신축 유기 발광 다이오드의 인장 테스트 및 적용 예시를 나타내는 도면이다. 도 25에 도시된 바와 같이 신축 유기 발광 다이오드는 x축 및 y축으로 인장이 가능하며, 사용자의 피부 등에 부착하여 사용 가능하다.
플렉시블 디스플레이 또는 전자소자의 개발에 의해 휘어진 스마트 워치가 출시되고, 폴더블 스마트폰의 출시도 목전에 두고 있다. 스트레처블 플랫폼은 이러한 제품보다 자유로운 디자인과 편의성을 제공하고, 이후의 모바일 전자기기 시장을 이어받을 것이다. 이외에도 웨어러블, 인체 부착형 전자기기는 일상생활 중 진단 및 치료가 가능한 스마트 헬스케어 분야와 접목될 수 있다.
실시예들에 따르면 신축성 전자소자의 아직까지 제작 공정이 정형화되어 있지 않고, 다양한 방법이 제시되었다. 실시예들에 따르면 보다 신축성이 높은 플랫폼을 간단하고 높은 수율의 공정으로 제작 가능하다. 따라서 다양한 기술 및 제품의 개발에 응용될 수 있고, 신축성 디스플레이 인체부착형 전자패치와 같은 차세대 기술의 빠른 발전과 제품개발로 이어질 수 있다.
이상에서 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.
본 명세서에서 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 명세서에서, "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.
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.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (15)
- 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법에 있어서,
플라스틱 기판을 준비하는 단계;
표면 평탄화 작업을 위해 상기 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
레이저 커팅을 이용하여 상기 플라스틱 기판을 패터닝하는 단계; 및
상기 희생층을 제거하여 스트레처블 기판을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 스트레처블 기판 상에 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 증착하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 플라스틱 기판을 준비하는 단계는,
유리 기판 상에 상기 플라스틱 기판을 형성하는 단계
를 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 스트레처블 기판 상에 안정화층(Passivation layer)을 형성하는 단계; 및
상기 안정화층 상에 유기 발광 다이오드(OLED)를 증착하는 단계
를 더 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제3항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드 상에 상기 캡슐화층(Encapsulation layer)을 형성하는 단계
를 더 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제2항에 있어서,
상기 스트레처블 기판에서 상기 유리 기판을 제거하고, 상기 스트레처블 기판을 탄성 중합체(elastomer)층으로 전사하는 단계
를 더 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제5항에 있어서,
상기 탄성 중합체층을 구비하기 위해, 탄성 중합체층을 준비하는 단계; 및
상기 탄성 중합체층 상에 상기 플라스틱 기판이 배치되도록 상기 스트레처블 기판을 전사하는 단계
를 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제5항에 있어서,
상기 탄성 중합체층을 구비하기 위해, 탄성 중합체층을 준비하는 단계;
상기 탄성 중합체층 상에 실리콘층을 형성하는 단계; 및
상기 실리콘층 상에 상기 플라스틱 기판이 배치되도록 상기 스트레처블 기판을 전사하는 단계
를 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 플라스틱 기판을 준비하는 단계는,
PI(Polyimide)를 도포 및 경화하여 상기 플라스틱 기판을 준비하는 단계
를 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하는 단계는,
상기 플라스틱 기판 상에 포토레지스트(photoresist)를 코팅하여 상기 희생층을 형성하는 단계
를 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 제1항에 있어서,
제작된 상기 유기 발광 다이오드를 패시브 매트릭스(passive matrix) 구동이 가능하도록 제작하여 정보 표시부로 사용하는 것
을 특징으로 하는, 신축 유기 발광 다이오드 제작 방법. - 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드에 있어서,
레이저 커팅을 이용하여 패터닝되는 플라스틱 기판; 및
상기 플라스틱 기판 상에 증착되는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)
를 포함하고,
상기 플라스틱 기판은,
표면 평탄화 작업을 위해 상기 플라스틱 기판 상에 희생층을 형성하고 레이저 커팅 후, 상기 희생층을 제거하여 스트레처블 기판을 형성하는, 신축 유기 발광 다이오드. - 제11항에 있어서,
상기 플라스틱 기판 상에 형성되는 안정화층(Passivation layer)
을 더 포함하고,
상기 안정화층 상에 상기 유기 발광 다이오드(OLED)를 증착하는, 신축 유기 발광 다이오드. - 제11항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드 상에 형성되는 상기 캡슐화층(Encapsulation layer)
을 더 포함하는, 신축 유기 발광 다이오드. - 제11항에 있어서,
상기 플라스틱 기판의 하측에 구성되는 탄성 중합체(elastomer)층
을 더 포함하고,
상기 스트레처블 기판에서 유리 기판을 제거하고, 상기 탄성 중합체층으로 전사하여 생성되는, 신축 유기 발광 다이오드. - 제14항에 있어서,
상기 탄성 중합체층 상에 형성되는 실리콘층
을 더 포함하고,
상기 실리콘층 상에 상기 플라스틱 기판이 배치되도록 상기 스트레처블 기판을 전사하여 생성되는, 신축 유기 발광 다이오드.
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| KR1020210096164A KR102582188B1 (ko) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | 레이저 커팅된 플라스틱 기판을 활용한 신축 유기 발광 다이오드 및 그 제작 방법 |
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| JP2010503238A (ja) * | 2006-09-06 | 2010-01-28 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ | 伸縮性エレクトロニクス用半導体相互接続及びナノメンブレンの制御されたバックリング構造 |
| KR101634091B1 (ko) * | 2015-12-18 | 2016-06-29 | 한국기계연구원 | 상부 ｐｉ 적층 유연기판 및 그 제조 방법 |
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| KR20190115609A (ko) * | 2018-04-03 | 2019-10-14 | 한국과학기술원 | 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼 |
-
2021
- 2021-07-22 KR KR1020210096164A patent/KR102582188B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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| KR102103067B1 (ko) | 2018-04-03 | 2020-05-29 | 한국과학기술원 | 낮은 영률을 가지는 신축성층 위 단단한 아일랜드 패턴의 제작 방법 및 이를 이용한 신축성 전자소자 플랫폼 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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