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KR101543888B1 - 방열성이 우수한 금속 봉지재, 그 제조방법 및 상기 금속 봉지재로 봉지된 유연전자소자 - Google Patents

방열성이 우수한 금속 봉지재, 그 제조방법 및 상기 금속 봉지재로 봉지된 유연전자소자 Download PDF

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KR101543888B1
KR101543888B1 KR1020130160819A KR20130160819A KR101543888B1 KR 101543888 B1 KR101543888 B1 KR 101543888B1 KR 1020130160819 A KR1020130160819 A KR 1020130160819A KR 20130160819 A KR20130160819 A KR 20130160819A KR 101543888 B1 KR101543888 B1 KR 101543888B1
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Abstract

본 발명은 일반적으로 박막 태양전지, OLED 조명, 디스플레이 장치 또는 PCB(Printed Circuit Board) 등에 사용되는 소자에 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지하고, 장치 내부에서 발생된 열을 효과적으로 배출하기 위하여, 상기 소자를 봉지하는 데에 이용되는 방열성이 우수한 금속 봉지재, 그 제조방법 및 상기 금속 봉지재로 봉지된 유연전자소자에 관한 것이다.
본 발명은, 일면에는 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도층이, 다른 일면에는 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열층이 형성되어, 가요성, 내수분성 및 작업성뿐만 아니라, 방열성이 매우 우수한 금속 봉지재를 제공할 수 있다.

Description

방열성이 우수한 금속 봉지재, 그 제조방법 및 상기 금속 봉지재로 봉지된 유연전자소자{Metal encapsulation with excellent heat emission property, the method for preparing thereof and flexible device packaged by the same}
본 발명은 일반적으로 박막 태양전지, OLED 조명, 디스플레이 장치 또는 PCB(Printed Circuit Board) 등의 유연전자소자에 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지하고, 장치 내부에서 발생된 열을 효과적으로 배출하기 위하여, 상기 소자를 봉지하는 데에 이용되는 방열성이 우수한 금속 봉지재, 그 제조방법 및 상기 금속 봉지재로 봉지된 유연전자소자에 관한 것이다.
근래에 들어, 사회가 본격적인 정보화시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 평판디스플레이 장치의 주체적인 예로는 액정 디스플레이장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 디스플레이장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 디스플레이장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광 디스플레이장치(Electroluminescence Display device: ELD) 등을 들 수 있는데, 텔레비전이나 비디오 등의 가전분야뿐만 아니라 노트북과 같은 컴퓨터나 핸드폰 등과 같은 산업분야 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 이들 평판디스플레이장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존에 사용되었던 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있는 실정이다.
특히, OLED는 소자 자체적으로 빛을 발광하며 저전압에서도 구동될 수 있기 때문에 최근 휴대기기 등의 소형 디스플레이 시장에 빠르게 적용되고 있다. 또한 OLED는 소형 디스플레이를 넘어서 대형 TV의 상용화를 목전에 둔 상태이다.
한편, 이러한 평판 디스플레이장치는 소자의 지지 기판 및 수분 투과를 방지하는 봉지층으로 일반적으로 유리소재가 사용되는데, 유리소재는 경량화, 박형화, 및 유연성을 부여하는데 한계가 있다. 따라서, 최근 기존의 유연성이 없는 유리 봉지재 대신에 금속 및 플라스틱이나 폴리머 재질과 같은 유연성이 있는 소재을 사용하여 종이처럼 휘어져도 디스플레이 기능을 그대로 유지할 수 있는 플렉서블 디스플레이 장치가 차세대 평판디스플레이 장치로 부상되고 있다.
그러나, 플라스틱이나 폴리머 재질과 같은 봉재재를 OLED에 적용할 경우 플라스틱이나 폴리머 재질은 수분의 투습성이 높기 때문에 투과된 수분에 의해서 OLED의 수명이 단축되는 단점이 있다. 또한, 대체적으로 열 방출 성능이 낮아 디스플레이 장치 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 배출하지 못한다는 단점이 있어, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
한편, 금속 봉지재는 소재의 특성상 수분방지 능력이 매우 뛰어나며 방열성 또한 매우 우수하다. 하지만 종래 압연법에 의하여 박형 봉지재를 제조하는 경우, 기판의 두께가 얇아질수록 제조비용이 급상승하는 단점이 있다.
따라서, 최근에는 전기 주조법을 이용하여 금속 봉지재를 제조하는 기술이 제안되고 있으며, 이러한 전기 주조법은, 종래의 압연 방식에 비하여 제조 원가가 낮아 향후 급속한 확대가 예상된다.
그런데, 종래 압연법에 의한 금속 봉지재의 두께가 100㎛ 정도 수준인 반면, 전기 주조법에 의해 제조되는 금속 봉지재는 상기의 효과를 확보하기 위하여 20 내지 50㎛의 두께로 제조되므로, 내부에서 발생된 열을 금속 봉지재가 흡수해야 하는데, 상기와 같이 극박막으로 제조되는 경우, 열용량이 떨어져 방열성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 방열성이 우수하면서도, 유연하고, 수분방지 효과가 뛰어나며, 경제성이 있는 방열성이 우수한 금속 봉지재 및 상기 금속 봉지재를 제조하는 방법과, 상기 금속 봉지재에 의해 봉지된 유연전자소자를 제공하고자 한다.
단, 본 발명에서 사용하는 금속 봉지재는 전기 주조법에 의해 제조된 것으로 한정하지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 금속 봉지재;
상기 금속 봉지재의 일면에 형성되며, 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도층; 및
상기 금속 봉지재의 다른 일면에 형성되며, 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열층
을 포함하는 방열성이 우수한 금속 봉지재를 제공한다.
상기 열 전도층은 0.1 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 방열층은 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 금속 봉지재는 20 내지 150㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 금속 봉지재는 Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금 및 Fe-Cu계 합금 중 선택된 어느 하나의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 열 전도층 내 금속-그래핀 복합체는 열 전도층 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하로 포함될 수 있다.
상기 방열층 내 금속-그라파이트 복합체는 방열층 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하로 포함될 수 있다.
상기 금속-그래핀 복합체는 그래핀에 금속 파우더가 결합되어 형성된 것일 수 있다.
상기 금속 파우더는 그래핀 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그래핀에 결합될 수 있다.
상기 금속-그라파이트 복합체는 그라파이트에 금속 파우더가 결합되어 형성된 것일 수 있다.
상기 금속 파우더는 그라파이트 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그라파이트에 결합될 수 있다.
상기 금속 파우더의 평균 입도는 10 내지 100nm일 수 있다.
상기 금속 파우더는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 열 전도층 내 주제수지는 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 방열층 내 주제수지는 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 금속 봉지재를 준비하는 단계;
상기 금속 봉지재의 일면에 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도성 조성물을 도포하여 열 전도층을 형성하는 단계; 및
상기 금속 봉지재의 다른 일면에 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열성 조성물을 도포하여 방열층을 형성하는 단계를 포함하는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법을 제공한다.
상기 열 전도성 조성물은, 조성물 총 중량을 기준으로 금속-그래핀 복합체 0 초과 3 중량부 이하; 및 잔부 주제수지를 포함할 수 있다.
상기 방열성 조성물은, 조성물 총 중량을 기준으로 금속-그라파이트 복합체 0 초과 3 중량부 이하; 및 잔부 주제수지를 포함할 수 있다.
상기 금속 봉지재는 압연법 또는 전기 주조법에 의해 제조된 것일 수 있다.
상기 열 전도성 조성물 또는 방열성 조성물을 도포하는 공정은 슬롯 다이(slot die)에 의해 수행될 수 있다.
상기 열 전도층은 0.1 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 방열층은 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 기판;
상기 기판 상에 배치된 유연전자소자;
상기 유연전자소자의 상부에 적층되는 접착 필름층; 및
상기 접착 필름층의 상부에 적층되어 유연전자소자를 봉지하는 것으로, 청구항 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 금속 봉지재를 포함하며,
상기 금속 봉지재는 열 전도층이 상기 유연전자소자 측을, 방열층이 외부 공기 측을 향하도록 배치되어 접착 필름층의 상부에 적층되는 금속 봉지재에 의해 봉지된 유연전자소자를 제공한다.
상기 접착 필름층은 90 내지 110㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 접착 필름층은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 금속 봉지재는, 그 일면에 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도층이 형성되고, 다른 일면에는 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열층이 형성됨으로써, 가요성, 내수분성 및 작업성뿐만 아니라, 방열성을 현저히 향상시켜, 봉지되는 소자에서 발생된 열을 효과적으로 외부로 배출하여, 열에 기인한 고장 등의 문제점을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유연전자소자의 일 예시로, 금속 봉지재로 봉지된 OLED 방열층의 단면 개념도를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 OLED용 금속봉지 및 그의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 박막 태양전지, OLED 조명, 디스플레이 장치 또는 PCB(Printed Circuit Board) 등의 유연전자소자용 금속 봉지재에 관한 것으로, 구체적으로는 금속 봉지재; 상기 금속 봉지재의 일면에 형성되며, 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도층; 및 상기 금속 봉지재의 다른 일면에 형성되며, 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열층을 포함하는, 방열성이 우수한 금속 봉지재를 제공한다.
이때, 상기 금속 봉지재는 압연법 또는 전기 주조법에 의해 20 내지 150㎛의 두께로 제조된 것으로, 상기 금속 봉지재를 이루는 금속 성분은 상기 금속 봉지재가 적용되는 기술 분야에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금 및 Fe-Cu계 합금 중 선택된 어느 하나의 합금으로 이루어질 수 있으며, 그 중에서도 특히 Fe-Ni합금으로 이루어지는 것이, Ni의 함량을 제어함으로써 열팽창 계수를 최적화시킬 수 있으며, 또한, 상기 Fe-Ni합금은 내부식성 확보가 용이한 물질이며, 전기 주조법으로 제조하는 경우, Fe-Ni합금의 형성이 용이하다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 제공하는 금속 봉지재는 소자에 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 장치 내부에서 발생된 열을 효과적으로 배출할 수 있어야 하므로, 우수한 방열성의 특성을 갖는 것이 바람직하다.
그런데, 일반적으로 금속-그래핀 복합체는 열 전도도가 높은 물질로 알려져 있고, 금속-그라파이트 복합체는 방열성이 우수한 물질로 알려져 있으므로, 본 발명에서는, 금속 봉지재의 양면 중, 열원과 근접하여 존재하는 부분에는 열원으로부터 발생된 열이 금속 봉지재로 잘 전달될 수 있도록, 금속-그래핀 복합체가 포함된 열 전도층을 형성하고, 그 반대면으로, 외부 공기와 접촉하게 되는 부분에는 금속 봉지재로 전달된 열을 외부 공기로 효과적으로 배출할 수 있도록, 금속-그라파이트 복합체가 포함된 방열층을 형성함으로써, 금속 봉지재의 방열 특성을 현저히 향상시킬 수 있다.
우선, 본 발명의 금속 봉지재 일면에 형성되는 열 전도층에 대하여 이하 구체적으로 설명한다.
상기 열 전도층은 0.1 내지 5㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 두께가 0.1㎛ 미만인 경우, 열 전도 효율이 미미할 수 있고, 두께가 5㎛를 초과하는 경우, 과도한 두께로 인한 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
또한, 상기 열 전도층은 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속-그래핀 복합체는 열 전도층 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 단, 상기 금속-그래핀 복합체의 함량이 3 중량부를 초과하는 경우, 주제수지에 복합체가 고르게 분산되지 못할 수 있으며, 더 이상의 열 전도도 향상의 효과를 기대하기 어려우므로, 3 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열 전도층 내 포함된 주제수지는 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 열 전도층 내 포함된 금속-그래핀 복합체는 그래핀에 금속 파우더가 결합되어 형성된 것일 수 있으며, 그 제조 공정을 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 그래핀과 금속 파우더를 대략 14000℃ 이상의 고열 플라즈마에서 특수 공정으로 융착되어 형성된 것을 사용할 수 있다.
상기 그래핀에 결합된 금속 파우더는 금속-그래핀 복합체를 형성할 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않으며, 평균 입도가 10 내지 100nm인 금속 파우더를 사용할 수 있다. 금속 파우더의 일례로는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단일 금속, 또는 이들 금속을 1종 이상 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기에서, 금속 파우더의 평균 입도가 10nm 미만인 경우, 필요 이상의 미립자로서 원자재 단가상승 요인이 될 수 있고, 반면, 평균 입도가 100nm를 초과하는 경우, 단위 중량당 표면적이 적어, 열전도성 향상에 불리할 수 있다.
또한, 상기 금속 파우더는, 그래핀 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그래핀에 결합되는 것이 바람직하다. 함량이 20중량부 미만인 경우, 금속 파우더가 기여할 수 있는 열 전도도 향상의 효과가 미미할 수 있고, 함량이 70중량부를 초과하는 경우, 그래핀과 결합되지 못하고 잔류하는 금속파우더로 인하여 열 전도성이 오히려 저하될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 금속 봉지재의 일면에 열 전도층을 형성함으로써, 장치 내부의 열원으로부터 발생된 열을 금속 봉지재로 효과적으로 전달될 수 있도록 한다.
다음으로, 본 발명의 금속 봉지재에서, 상기 열 전도층이 형성된 면과는 다른 일면에 형성되는 방열층에 대하여 이하 구체적으로 설명한다.
상기 방열층은 1 내지 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 두께가 1㎛ 미만인 경우, 열 전도 효율이 미미할 수 있고, 두께가 10㎛를 초과하는 경우, 과도한 두께로 인한 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
또한, 상기 방열층은 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속-그라파이트 복합체는 방열층 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 단, 상기 금속-그라파이트 복합체의 함량이 3 중량부를 초과하는 경우, 주제수지에 복합체가 고르게 분산되지 못할 수 있으며, 더 이상의 방열성 향상의 효과를 기대하기 어려우므로, 3 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방열층 내 포함된 주제수지는 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 방열층 내 포함된 금속-그라파이트 복합체는 그라파이트에 금속 파우더 결합되어 형성된 것일 수 있으며, 그 제조 공정을 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 그라파이트와 금속 파우더를 대략 14000℃ 이상의 고열 플라즈마에서 특수 공정으로 융착하여 형성된 것을 사용할 수 있다.
상기 그라파이트에 결합된 금속 파우더는 금속-그라파이트 복합체를 형성할 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않으며, 평균 입도가 10 내지 100nm인 금속 파우더를 사용할 수 있다. 금속 파우더의 일례로는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단일 금속, 또는 이들 금속을 1종 이상 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기에서, 금속 파우더의 평균 입도가 10nm 미만인 경우, 필요 이상의 미립자로서 원자재 단가상승 요인이 될 수 있고, 반면, 평균 입도가 100nm를 초과하는 경우, 단위 중량당 표면적이 적어 방열성 향상에 불리할 수 있다.
또한, 상기 금속 파우더는, 그라파이트 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그라파이트에 결합되는 것이 바람직하다. 함량이 20중량부 미만인 경우, 금속 파우더가 기여할 수 있는 방열성 향상의 효과가 미미할 수 있고, 함량이 70중량부를 초과하는 경우, 그라파이트와 결합되지 못하고 잔류하는 금속 파우더로 인하여 방열성이 오히려 저하될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 금속 봉지재의 다른 일면에는 방열층을 형성함으로써, 장치 내부에서 발생되어 금속 봉지재로 발생된 열을 외부 공기로 효과적으로 배출될 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 금속 봉지재를 준비하는 단계; 상기 금속 봉지재의 일면에 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도성 조성물을 도포하여 열 전도층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 봉지재의 다른 일면에 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열성 조성물을 도포하여 방열층을 형성하는 단계를 포함하는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법을 제공한다.
먼저, 본 발명은 소자를 봉지하는 데에 사용할 수 있는 금속 재질의 봉지재를 준비할 수 있다. 이때, 상기 금속 봉지재는 20 내지 150㎛의 두께를 갖는 것으로, 제조 공정은 특별히 한정하지 않으나, 압연법 또는 전기 주조법에 의해 제조될 수 있다.
또한, 상기 봉지재를 이루는 금속 소재는, 장치 내부에서 발생되는 열을 효과적으로 외부로 배출할 수 있으며, 소자에 수분 및 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있는 것이라면, 그 종류를 특별히 한정하지는 않으며, 상기 금속 봉지재가 적용되는 장치의 기술 분야에 따라 달라질 수 있다. 다만, 상기의 특성을 갖는 재질로, 예를 들어, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금 및 Fe-Cu계 합금 중 선택된 어느 하나의 합금으로 이루어질 수 있으며, 그 중에서도 특히 Fe-Ni합금으로 이루어지는 것이, Ni의 함량을 제어함으로써 열팽창 계수를 최적화시킬 수 있으며, 또한, 상기 Fe-Ni합금은 내부식성 확보가 용이한 물질이며, 전기 주조법으로 제조하는 경우, Fe-Ni합금의 형성이 용이하다는 장점이 있다.
이렇게, 금속 봉지재가 준비되면, 본 발명은 상기 금속 봉지재의 일면에 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도성 조성물을 도포하여 열 전도층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 봉지재의 다른 일면에 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열성 조성물을 도포하여 방열층을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
단, 본 발명의 제조방법에서, 상기 열 전도성 조성물 또는 방열성 조성물을 금속 봉지재의 표면에 도포하는 순서는 특별히 한정하지 않으며, 금속 봉지재의 임의의 일면에 열 전도성 조성물을 먼저 도포한 뒤, 다른 일면에 방열성 조성물을 도포할 수 있고, 또는 금속 봉지재의 임의의 일면에 방열성 조성물을 먼저 도포한 뒤, 다른 일면에 열 전도성 조성물을 도포할 수 있으며, 경우에 따라서는 양면에 각각 열 전도성 조성물 및 방열성 조성물을 동시에 도포할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 상기 열 전도성 조성물 또는 방열성 조성물을 금속 봉지재의 표면에 도포하는 공정은 특별히 한정하지는 않으나, 슬롯 다이(slot die) 등과 같은 방법에 의하여 수행되는 것이 보다 바람직하다.
이하, 본 발명의 제조방법에서 사용하는 열 전도성 조성물을 자세히 설명한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 열 전도성 조성물은 금속-그래핀 복합체 및 주제수지를 포함할 수 있고, 이때, 상기 금속-그래핀 복합체는 조성물 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하의 양으로 포함되며, 잔부로 주제수지가 포함되는 것이 바람직하다. 단, 상기 금속-그라파이트 복합체의 함량이 3 중량부를 초과하는 경우, 주제수지에 복합체가 고르게 분산되지 못할 수 있으며, 더 이상의 열 전도성 향상의 효과를 기대하기 어려우므로, 3 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열 전도성 조성물 내 포함된 주제수지는 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 열 전도성 조성물 내 포함된 금속-그래핀 복합체는 그래핀에 금속 파우더 결합되어 형성된 것일 수 있으며, 그 제조 공정을 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 그래핀과 금속 파우더를 대략 14000℃ 이상의 고열 플라즈마에서 특수 공정으로 융착하여 형성된 것을 사용할 수 있다.
상기 그래핀에 결합된 금속 파우더는 금속-그래핀 복합체를 형성할 수 있는 금속 이라면 특별히 한정되지 않으며, 평균 입도가 10 내지 100nm인 금속 파우더를 사용할 수 있다. 금속 파우더의 일례로는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단일 금속, 또는 이들 금속을 1종 이상 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기에서, 금속 파우더의 평균 입도가 10nm 미만인 경우, 필요 이상의 미립자로서 원자재 단가상승 요인이 될 수 있고, 반면, 평균 입도가 100nm를 초과하는 경우, 단위 중량당 표면적이 적어, 열전도성 향상에 불리할 수 있다.
또한, 상기 금속 파우더는, 그래핀 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그래핀에 결합되는 것이 바람직하다. 함량이 20중량부 미만인 경우, 금속 파우더가 기여할 수 있는 열 전도도 향상의 효과가 미미할 수 있고, 함량이 70중량부를 초과하는 경우, 그래핀과 결합되지 못하고 잔류하는 금속파우더로 인하여 열 전도성이 오히려 저하될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제조방법에서 사용되는 방열성 조성물에 대하여 이하 구체적으로 설명한다.
상기 방열성 조성물은 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속-그라파이트 복합체는 방열성 조성물 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 단, 상기 금속-그라파이트 복합체의 함량이 3 중량부를 초과하는 경우, 주제수지에 복합체가 고르게 분산되지 못할 수 있으며, 더 이상의 방열성 향상의 효과를 기대하기 어려우므로, 3 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방열성 조성물 내 포함된 주제수지는 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 방열성 조성물 내 포함된 금속-그라파이트 복합체는 그라파이트에 금속 파우더 결합되어 형성된 것일 수 있으며, 그 제조 공정을 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 그라파이트와 금속 파우더를 대략 14000℃ 이상의 고열 플라즈마에서 특수 공정으로 융착하여 형성된 것을 사용할 수 있다.
상기 그라파이트에 결합된 금속 파우더는 금속-그라파이트 복합체를 형성할 수 있는 금속 이라면 특별히 한정되지 않으며, 평균 입도가 10 내지 100nm인 금속 파우더를 사용할 수 있다. 금속 파우더의 일례로는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단일 금속, 또는 이들 금속을 1종 이상 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기에서, 금속 파우더의 평균 입도가 10nm 미만인 경우, 필요 이상의 미립자로서 원자재 단가상승 요인이 될 수 있고, 반면, 평균 입도가 100nm를 초과하는 경우, 단위 중량당 표면적이 적어, 방열성 향상에 불리할 수 있다.
또한, 상기 금속 파우더는, 그라파이트 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그라파이트에 결합되는 것이 바람직하다. 함량이 20중량부 미만인 경우, 금속 파우더가 기여할 수 있는 방열성 향상의 효과가 미미할 수 있고, 함량이 70중량부를 초과하는 경우, 그라파이트와 결합되지 못하고 잔류하는 금속 파우더로 인하여 방열성이 오히려 저하될 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 열 전도성 조성물 및 방열성 조성물을 금속 봉지재의 표면에 도포하여, 금속 봉지재의 양면에 각각 열 전도층 및 방열층을 형성함으로써, 유연전자소자 내부에서 발생된 열을 금속 봉지재로 전달하여, 외부 공기로 효과적으로 배출할 수 있도록 하여, 장치 내부에서 발생되는 열이 방출되지 못함에 기인한 고장 등의 문제점을 방지할 수 있다.
이때, 상기 열 전도층은 0.1 내지 5㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 두께가 0.1㎛ 미만인 경우, 열 전도 효율이 미미할 수 있고, 두께가 5㎛를 초과하는 경우, 과도한 두께로 인한 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
또한, 상기 방열층은 1 내지 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 두께가 1㎛ 미만인 경우, 열 전도 효율이 미미할 수 있고, 두께가 10㎛를 초과하는 경우, 과도한 두께로 인한 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 본 발명의 금속 봉지재를 사용하여 봉지되는 유연전자소자에 관한 것으로, 이는 본 발명의 금속 봉지재가 적용될 수 있는 일 예를 나타내는 것으로서, 이로서 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 제공하는 유연전자소자로는, 구체적으로 기판; 상기 기판 상에 배치된 유연전자소자; 상기 유연전자소자의 상부에 적층되는 접착 필름층; 및 상기 접착 필름층의 상부에 적층되어 유연전자소자를 봉지하는 것으로, 본 발명에서 제공하는 금속 봉지재를 포함할 수 있다.
단, 본 발명에서 제공하는 금속 봉지재의 일면에는 열 전도성이 우수한 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도층이, 다른 일면에는 방열성이 우수한 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열층이 형성되므로, 본 발명은 상기 금속 봉지재를 사용하여 유연전자소자를 봉지하는 경우, 상기 금속 봉지재 내 열 전도층은 상기 유연전자소자 측을, 방열층은 외부 공기 측을 향하도록, 접착 필름층 상부에 배치하는 것이, 소자에서 발생된 열이 열 전도층을 따라 금속 봉지재로 전달된 뒤, 방열층을 통해 외부 공기로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 유연전자소자에서 상기 기판은 특별히 한정하는 것이 아니며, 유연전자소자에 있어서 기판으로서 일반적으로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리, 고분자 필름 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판 위에는 유연전자소자가 적층된다. 이와 같은 유연전자소자의 일 예로서 OLED 발광층을 들 수 있으며, 상기 OLED 발광층을 예로 들어 설명한다. 이와 같은 OLED 발광층을 본 발명에 따른 금속 봉지재로 봉지한 예를 도 1에 나타내었다.
도 1은 본 발명의 금속 봉지재를 사용하여 봉지한 OLED 발광층의 단면 개념도를 도시한 것으로, 열원으로 작용하는 OLED 발광층의 상부에 접착 필름층을 매개로, 금속-그래핀을 포함하는 열 전도층과, 금속-그라파이트를 포함하는 방열층이 양면에 형성된 금속 봉지재가 적층된다. 단, 상기 금속 봉지재는 그에 포함된 열 전도층이 발광층 측을 향하도록 배치되고, 상기 방열층이 외부 공기에 접촉되도록 배치되어, 발광층에서 발생된 열이 열 전도층을 따라 금속 봉지재에 효과적으로 전달된 뒤, 방열층을 통해 외부 공기로 배출될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서 상기 접착 필름층은 금속 봉지재가 유연전자소자에 접촉되어 봉지할 수 있게 하는 것으로, 상기 접착 필름층은 가열하거나, 자외선을 조사함으로써 경화하며 유연전자소자 및 금속 봉지재의 적층 구조가 밀착될 수 있도록, 열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 열경화성 수지 또는 광경화성 수지는 특별히 한정하는 것은 아니며, 통상적으로 사용될 수 있는 것이라면 본 발명에서도 적용할 수 있는 것으로서, 예를 들어, 상기 열경화성 수지로는 페놀, 멜라민, 에폭시, 폴리에스터 등의 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들어 아랄다이트 제품을 사용할 수 있다. 나아가, 상기 광경화성 수지로는 에폭시, 우레탄, 폴리에스터 수지 등을 사용할 수 있으며, 에를 들어, NAGASE사에서 제조 판매되는 XNR5570-B1 등을 들 수 있다.
또한, 상기 접착 필름층의 두께는 특별히 한정하지는 않으나, 유연전자소자와 금속 봉지재를 충분히 접착시킬 수 있되, 금속 봉지재의 방열 특성을 저하시키지 않는 범위로, 90 내지 110㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

Claims (25)

  1. 가요성을 갖는 방열성이 우수한 금속 봉지재에 있어서,
    금속 봉지재;
    상기 금속 봉지재의 일면에 형성되며, 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도층; 및
    상기 금속 봉지재의 다른 일면에 형성되며, 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열층; 을 포함하며,
    상기 금속 봉지재는 20 내지 150㎛의 두께를 가지며, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금 및 Fe-Cu계 합금 중 선택된 어느 하나의 합금으로 이루어지는 것인 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 전도층은 0.1 내지 5㎛의 두께를 갖는 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방열층은 1 내지 10㎛의 두께를 갖는 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 열 전도층 내 금속-그래핀 복합체는 열 전도층 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하로 포함되는 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방열층 내 금속-그라파이트 복합체는 방열층 총 중량을 기준으로 0 초과 3 중량부 이하로 포함되는 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속-그래핀 복합체는 그래핀에 금속 파우더가 결합되어 형성된 것인 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속 파우더는 그래핀 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그래핀에 결합되는 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  10. 제1항에 있어서, 상기 금속-그라파이트 복합체는 그라파이트에 금속 파우더가 결합되어 형성된 것인 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 금속 파우더는 그라파이트 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 양으로 그라파이트에 결합되는 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  12. 제8항 또는 제10항에 있어서, 상기 금속 파우더의 평균 입도는 10 내지 100nm인 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  13. 제8항 또는 제10항에 있어서, 상기 금속 파우더는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속, 또는 이들의 합금으로 이루어지는 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  14. 제1항에 있어서, 상기 열 전도층 내 주제수지는 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  15. 제1항에 있어서, 상기 방열층 내 주제수지는 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 및 불소 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 방열성이 우수한 금속 봉지재.
  16. 가요성을 갖는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법에 있어서,
    금속 봉지재를 준비하는 단계;
    상기 금속 봉지재의 일면에 주제수지 및 금속-그래핀 복합체를 포함하는 열 전도성 조성물을 도포하여 열 전도층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 봉지재의 다른 일면에 주제수지 및 금속-그라파이트 복합체를 포함하는 방열성 조성물을 도포하여 방열층을 형성하는 단계; 를 포함하며,
    상기 금속 봉지재는 20 내지 150㎛의 두께를 가지며, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금 및 Fe-Cu계 합금 중 선택된 어느 하나의 합금으로 이루어지는 것인 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 열 전도성 조성물은, 조성물 총 중량을 기준으로 금속-그래핀 복합체 0 초과 3 중량부 이하; 및 잔부 주제수지를 포함하는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 방열성 조성물은, 조성물 총 중량을 기준으로 금속-그라파이트 복합체 0 초과 3 중량부 이하; 및 잔부 주제수지를 포함하는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 금속 봉지재는 압연법 또는 전기 주조법에 의해 제조된 것인 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 열 전도성 조성물 또는 방열성 조성물을 도포하는 공정은 슬롯 다이(slot die)에 의해 수행되는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 열 전도층은 0.1 내지 5㎛의 두께를 갖는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 방열층은 1 내지 10㎛의 두께를 갖는 방열성이 우수한 금속 봉지재의 제조방법.
  23. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 유연전자소자;
    상기 유연전자소자의 상부에 적층되는 접착 필름층; 및
    상기 접착 필름층의 상부에 적층되어 유연전자소자를 봉지하는 것으로, 청구항 제1항의 금속 봉지재를 포함하며,
    상기 금속 봉지재는 열 전도층이 상기 유연전자소자 측을, 방열층이 외부 공기 측을 향하도록 배치되어 접착 필름층의 상부에 적층되는 금속 봉지재에 의해 봉지된 유연전자소자.
  24. 제23항에 있어서, 상기 접착 필름층은 90 내지 110㎛의 두께를 갖는 유연전자소자.
  25. 제23항에 있어서, 상기 접착 필름층은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함하는 유연전자소자.
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