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KR101640289B1 - 적층체 및 이를 이용하여 제조된 기판을 포함하는 소자 - Google Patents

적층체 및 이를 이용하여 제조된 기판을 포함하는 소자 Download PDF

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KR101640289B1
KR101640289B1 KR1020130116947A KR20130116947A KR101640289B1 KR 101640289 B1 KR101640289 B1 KR 101640289B1 KR 1020130116947 A KR1020130116947 A KR 1020130116947A KR 20130116947 A KR20130116947 A KR 20130116947A KR 101640289 B1 KR101640289 B1 KR 101640289B1
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transparent polymer
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박항아
임미라
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 적층체 및 이를 이용하여 제조된 기판을 포함하는 소자에 관한 것으로, 상기 적층체는 내열성 및 광학특성이 우수한 투명 폴리머층이 박막 유리층의 적어도 일면에 형성된 가요성 기판을 우수한 접착성을 갖는 폴리이미드층을 개재하여 지지 유리층 위에 최적화된 두께로 적층된 구조를 가짐으로써 우수한 내열성 및 광학특성과 함께 개선된 공정성을 나타낼 수 있다.

Description

적층체 및 이를 이용하여 제조된 기판을 포함하는 소자{LAMINATE STRUCTURE FOR MANUFACTURING SUBSTRATE AND DEVICE COMPRISING SUBSTRATE MANUFACTURED BY USING SAME}
본 발명은 우수한 내열성 및 광학특성과 함께 개선된 공정성을 가져, 플렉서블 디스플레이 소자 등 가요성 기판을 갖는 소자를 보다 쉽게 제조할 수 있게 하는 적층체 및 이를 이용하여 제조된 기판을 포함하는 소자에 관한 것이다.
표시 장치 시장은 대면적이 용이하고 박형 및 경량화가 가능한 평판 디스플레이(Flat Panel Display; FPD) 위주로 급속히 변화하고 있다. 이러한 평판 디스플레이에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display; OLED) 또는 전기 영동 소자 등이 있다.
특히, 최근 들어서는 이러한 평판 디스플레이의 응용과 용도를 더욱 확장하기 위해, 상기 평판 디스플레이에 가요성 기판을 적용한 소위 플렉서블 디스플레이 소자 등에 관한 관심이 집중되고 있다. 이러한 플렉서블 디스플레이 소자는 주로 스마트 폰 등 모바일 기기를 중심으로 적용이 검토되고 있으며, 점차로 그 응용 분야가 확장되어 고려되고 있다.
그런데, 플라스틱 기판 위에 박막 트랜지스터(TFTs on Plastic; TOP) 등의 디스플레이 소자 구조를 형성 및 핸들링하는 공정은 플렉서블 디스플레이 소자 제조에 있어서 중요한 핵심 공정이다. 그러나, 이러한 플렉서블 디스플레이 소자가 구비한 기판의 가요성 때문에, 기존 유리 기판용 소자 제조 공정에 직접 가요성 플라스틱 기판을 대체 적용하여 소자 구조를 형성함에 있어서는 아직도 많은 공정상의 문제가 있다.
특히 가요성 기판 내에 포함되는 박막 유리의 경우 충격에 의해 쉽게 깨어지기 때문에 지지 유리(carrier glass) 위에 박막 유리가 올려진 상태로 디스플레이용 기판의 제조공정이 실시된다. 도 1에는 이러한 종래 기술에 의한 가요성 기판을 갖는 소자(예를 들어, 플렉서블 디스플레이 소자)의 제조 공정이 간략하게 도시되어 있다.
도 1을 참고하면, 종래에는 유리 기판 등의 캐리어 기판(1) 상에 a-실리콘 등으로 이루어진 희생층(2)을 형성한 후, 그 위에 가요성 기판(3)을 형성하였다. 이후, 캐리어 기판(1)에 의해 지지되는 가요성 기판(3) 상에 기존 유리 기판용 소자 제조 공정을 통해 박막 트랜지스터 등의 소자 구조를 형성하였다. 그리고 나서, 캐리어 기판(1) 등을 레이저 또는 광을 조사함으로써 상기 희생층(2)을 파괴하고 상기 소자 구조가 형성된 가요성 기판(3)을 분리하여 최종적으로 플렉서블 디스플레이 소자 등의 가요성 기판(3)을 갖는 소자를 제조하였다.
그런데, 이러한 종래 기술에 의한 제조 방법에서는, 상기 레이저 또는 광을 조사하는 과정에서 소자 구조가 영향을 받아 불량 등이 발생할 우려가 있을 뿐 아니라, 상기 레이저 또는 광 조사를 위한 장비 및 별도의 공정 진행이 필요하여 전체적인 소자 제조 공정이 복잡해지고 제조 단가 역시 크게 높아지는 단점이 있었다.
더구나, 도 1에는 도시되지 않았지만, a-Si 등으로 이루어진 희생층(2)과, 가요성 기판(3) 간의 접착력이 충분치 않아 상기 희생층과 가요성 기판 사이에 별도의 접착층 등의 형성이 필요한 경우가 많았으며, 이는 전체 공정을 더욱 복잡하게 할 뿐 아니라, 더욱 가혹한 조건 하에 레이저 또는 광 조사가 필요하게 되어 소자의 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있는 우려가 더욱 증가하였다.
국제특허공개 제 WO2000-066507호 (2000.11.09 공개)
본 발명의 목적은 우수한 내열성 및 광학특성과 함께 개선된 공정성을 가져 플렉서블 디스플레이 소자 등 가요성 기판을 포함하는 소자를 보다 쉽게 제조할 수 있는 적층체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 적층체를 이용하여 제조된 소자용 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 적층체를 이용하여 제조된 기판을 포함하는 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 소자의 기판 제조용 적층체는, 투명 폴리머층, 및 상기 투명 폴리머층의 배면에 위치하는 박막 유리층을 포함하는 가요성 기판; 상기 가요성 기판에서의 박막 유리층의 배면에 위치하는 접착층; 그리고 상기 접착층의 배면에 위치하는 지지 유리층을 포함한다.
상기한 적층체에 있어서, 상기 박막 유리층의 두께는 10 내지 200㎛이고, 상기 투명 폴리머층의 두께는 0.5 내지 20㎛이며, 상기 접착층의 두께는 0.1 내지 5㎛이고, 그리고 상기 지지 유리층의 두께는 0.1 내지 50mm일 수 있다.
또 상기 투명 폴리머층은 400 내지 800nm에서의 평균투과도가 80% 이상이고, 평면방향 10nm 이하, 그리고 두께 방향 300nm 이하의 광학등방성을 갖는 폴리이미드를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 투명 폴리머층내 포함되는 폴리이미드는 유리전이온도가 200℃ 이상이고, 분해온도(Td)가 400℃ 이상인 것일 수 있다.
또, 상기 접착층은 유리전이온도가 300℃ 이하이고, 1% 가열 중량 손실 온도(Td 1%)가 400℃ 이상인 열가소성 폴리이미드를 포함할 수 있다.
상기한 적층체는 상기 박막 유리층과 접착층 사이에 제2 투명 폴리머층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 적층체의 제조방법은, 지지 유리층의 일면에 접착층을 형성하는 단계, 그리고 박막 유리층의 일면에 투명 폴리머층이 형성된 가요성 기판을 상기 박막 유리층과 접착층이 대면하도록 위치시킨 후 접착하여 접착층이 형성된 지지 유리층 위에 적층하는 단계를 포함한다.
상기한 적층체의 제조방법에 있어서, 상기 가요성 기판의 적층은 100 내지 300℃의 온도에서의 열처리에 의해 실시될 수 있다.
또, 상기 적층체의 제조방법은 상기 박막 유리층과 접착층의 접착 전, 접착층과 대면하는 박막 유리층 면측에 제2투명 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 가요성 기판의 접착은 100 내지 300℃의 온도에서 열처리에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 소자용 기판의 제조방법은, 지지 유리층의 일면에 접착층을 형성하는 단계, 박막 유리층의 일면에 투명 폴리머층이 형성된 가요성 기판을 상기 박막 유리층과 접착층이 대면하도록 위치시킨 후 접착하여 접착층이 형성된 지지 유리층 위에 적층함으로써 적층체를 형성하는 단계, 및 상기 적층체로부터 지지 유리층을 분리하는 단계를 포함한다.
상기한 소자용 기판의 제조방법은, 상기 박막 유리층과 접착층의 접착 전, 접착층과 대면하는 박막 유리층 면측에 제2투명 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가요성 기판의 적층은 100 내지 300℃의 온도에서의 열처리에 의해 실시될 수 있다.
상기 박막 유리층의 분리는 에너지선 조사에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 소자용 기판은 상기한 제조방법에 의해 제조된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 소자는 상기한 제조방법에 의해 제조된 기판을 포함한다.
상기 소자는 태양전지, 유기발광다이오드 조명, 반도체 소자, 및 플렉서블 디스플레이 소자로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
또, 상기 플렉서블 디스플레이 소자는 플렉서블 유기전계발광소자일 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 적층체는, 내열성 및 광학특성이 우수한 투명 폴리머층이 박막 유리층 위에 형성된 가요성 기판을 우수한 접착성을 갖는 폴리이미드층을 개재하여 지지 유리층 위에 적층된 구조를 가짐으로써, 우수한 내열성 및 광학특성과 함께 개선된 공정성을 나타낼 수 있다. 이에 따라 상기 적층체를 이용하여 플렉서블 디스플레이 소자 등 가요성 기판을 포함하는 소자를 보다 쉽게 제조할 수 있다.
도 1은 종래 가요성 기판을 포함하는 소자의 제조 공정을 간략하게 나타낸 공정 모식도이고,
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 적층체의 구조를 개략적으로 나타낸 단면 구조도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 층, 막, 필름, 기판 등의 부분이 다른 부분 ‘위에’ 있다고 할 때, 이는 다른 부분 ‘바로 위에’있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 필름, 기판 등의 부분이 다른 부분 ‘아래에’있다고 할 때, 이는 다른 부분 ‘바로 아래에’ 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 발명은 투명 폴리머층, 및 상기 투명 폴리머층의 배면에 위치하는 박막 유리층을 포함하는 가요성 기판; 상기 가요성 기판에서의 박막 유리층의 배면에 위치하는 접착층; 그리고 상기 접착층의 배면에 위치하는 지지 유리층을 포함하는 적층체를 제공한다.
또한 본 발명은 지지 유리층의 일면에 접착층을 형성하는 단계, 그리고 박막 유리층의 일면에 투명 폴리머층이 형성된 가요성 기판을 상기 박막 유리층과 접착층이 대면하도록 위치시킨 후 접착하여 접착층이 형성된 지지 유리층 위에 적층하는 단계를 포함하는 적층체의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 지지 유리층의 일면에 접착층을 형성하는 단계, 박막 유리층의 일면에 투명 폴리머층이 형성된 가요성 기판을 상기 박막 유리층과 접착층이 대면하도록 위치시킨 후 접착하여 접착층이 형성된 지지 유리층 위에 적층함으로써 적층체를 형성하는 단계, 및 상기 적층체로부터 지지 유리층을 분리하는 단계를 포함하는 소자용 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기한 제조방법에 의해 제조된 소자용 기판을 제공한다.
본 발명은 또한 상기한 제조방법에 의해 제조되는 기판을 포함하는 소자를 제공한다.
이하, 발명의 구현예에 따른 적층체 및 그 제조방법, 상기 적층체를 이용하여 제조된 소자용 기판 및 그 제조방법, 그리고 상기 기판을 포함하는 소자에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 투명 폴리머층, 및 상기 투명 폴리머층의 배면에 위치하는 박막 유리층을 포함하는 가요성 기판; 상기 가요성 기판의 배면에 위치하는 접착층; 그리고 상기 접착층의 배면에 위치하는 지지 유리층을 포함하는 적층체가 제공된다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 적층체의 구조를 개략적으로 나타낸 단면 구조도이다. 도 2는 본 발명을 설명하기 위한 일 례일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 도 2를 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 적층체(100)는 가요성 기판(10) 및 지지 유리층(20), 그리고 상기 가요성 기판과 지지 유리층을 접착시키기 위한 접착층(30)을 포함한다.
상기 가요성 기판(10)은 박막 유리층(11) 및 상기 박막 유리층의 표면에 위치하는 투명 폴리머층(12a)을 포함하며, 선택적으로 접착층과 접하는 박막 유리층 면측에 제2투명 폴리머층(12b)를 더 포함할 수 있다.
상기 박막 유리층(11)은 통상 디스플레이 소자에 사용되는 유리 재질이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 구체적으로는 소다 라임 유리(soda lime glass), 중성 보로실리케이트 유리(neutral borosilicate glass), 및 무알칼리 유리(non-alkali glass) 등을 들 수 있다. 박막 유리층(11)의 재질은 적용되는 디스플레이 소자에 따라 적절히 선택될 수 있는데, 낮은 열수축율이 요구되는 디스플레이 소자에 적용시에는 무알칼리 유리가 바람직할 수 있고, 높은 투명도과 요구되는 디스플레이 소자에서는 가시광선 투과도가 우수한 소다 라임 유리가 바람직할 수 있다.
보다 바람직하게는 가열된 소자의 기판 상에 형성되는 소자 구성 부재의 냉각시 위치 어긋남을 방지할 수 있도록 박막 유리층(11)이 25 내지 200℃에서의 평균 선팽창 계수(이하, 간단히 "평균 선팽창 계수"라고 함)가 0 내지 200×10-7/℃, 바람직하게는 0 내지 50×10-7/℃이며, 또한 90% 이상의 가시광선 투과도를 나타낼 수 있도록 상기한 재질들을 적절히 혼합하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 박막 유리층(11)의 두께 및 크기 등은 적용하고자 하는 소자의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으나, 기판의 투명성 등을 고려할 때 상기 박막 유리층(11)은 10 내지 200㎛의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 상기와 같은 두께 범위를 가질 때 적절한 기계적 강도와 함께 가요성을 나타낼 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 박막 유리층(11)은 투명 폴리머층과의 밀착성 증가를 위해 오존 분위기 하에서의 코로나 처리, 플레이밍 처리, 스퍼터링 처리, 자외선 조사, 전자선 조사 등의 에칭 처리 등의 전처리된 것일 수 있다.
한편, 상기 가요성 기판(10)에 있어서, 투명 폴리머층(12a) 및 제2투명 폴리머층(12b)은 높은 투명도를 가져 소자용 기판 및 소자의 투명성 및 광학적 특성을 개선시키는 역할을 한다.
상기 투명 폴리머층(12a) 및 제2투명 폴리머층(12b)은 투명 폴리이미드계 수지를 포함하며, 구체적으로는 400 내지 800nm에서의 평균투과도가 80% 이상이고, 평면방향 10nm 이하, 그리고 두께 방향 300nm 이하의 광학등방성을 갖는 폴리이미드계 수지를 포함할 수 있다. 상기와 같은 범위의 평균투과도 및 광학등방성을 가짐으로써 기판이 현저히 개선된 투명도 및 광학특성을 나타낼 수 있다. 바람직하게는 상기 폴리이미드계 수지는 400 내지 800nm에서의 평균투과도가 90% 이상이고, 평면방향 10nm 이하, 그리고 두께 방향 300nm 이하의 광학등방성을 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 폴리이미드계 수지는 상기한 투과도 및 광학등방성과 함께 유리전이온도(Tg)가 200℃ 이상이고, 분해 온도(Td)가 400℃ 이상인 것일 수 있다. 이와 같은 Tg 및 Td를 가져 우수한 내열성을 나타내기 때문에 적층체 또는 소자용 기판의 제조를 위한 가열 공정에서도 변형의 우려가 없으며, 기판 및 소자의 내열성을 개선시킬 수 있다.
상기와 같은 물성적 특징을 갖는 폴리이미드계 수지는 폴리이미드계 수지의 제조시 사용되는 모노머의 종류와 함량비, 또는 이의 제조를 위한 공정 및 반응 조건을 적절히 제어함으로써 제조될 수 있다.
구체적으로 상기 폴리이미드계 수지는 테트라카르복실산 이무수물과 다이아민을 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N,N-디메틸포름아미드, 또는 N-메틸피롤리돈(NMP) 등과 같은 유기 용매 중에 중합반응시켜 제조한 폴리이미드 전구체를 이미드화함으로써 제조된 것일 수 있다.
이러한 각 단량체 중, 테트라카르복실산 이무수물 화합물의 구체적인 예로는, 무수 피로멜리트산, 피로멜리트산 이무수물, 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물, 부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물, 3,3',4,4'-디페닐에테르테트라카르복실산 이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 이무수물, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로이소프로필리덴 이무수물, 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트 라카르복실산 이무수물, 4,4'-헥사플루오로이소프로필리덴디프탈산 무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 이무수물, 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물, 1,2-디메틸-1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물, 1,2,3,4-테트라메틸-1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물, 1,2,3,4-시클로펜탄테트라카르복실산 이무수물, 1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복실산 이무수물, 3,4-디카르복시-1,2,3,4-테트라히드로-1-나프탈렌 숙신산 이무수물, 5-(2,5-디옥소테트라히드로푸릴)-3-메틸-3-시클로헥센-1,2-디카르복실산 이무수물, 2,3,5-트리카르복시-2-시클로펜탄 아세트산 이무수물, 비시클로[2.2.2]옥토-7-엔-2,3,5,6-테트라카르복실산 이무수물, 2,3,4,5-테트라히드로푸란테트라카르복실산 이무수물 및 3,5,6-트리카르복시-2-노르보르난 아세트산 이무수물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 산무수물이나 이들의 유도체 등을 들 수 있으며, 이외에도 다양한 테트라카르복실산 이무수물 화합물을 사용할 수 있음은 물론이다.
또, 상기 각 단량체 중, 디아민 화합물의 구체적인 예로는, 페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,4,6-트리메틸-1,3-페닐렌디아민, 2,3,5,6-테트라메틸-1,4-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 3,4'-디아미노디페닐에테르, 3,3'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐설피드, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-메틸렌-비스(2-메틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스(2,6-디메틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스(2,6-디에틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스(2-이소프로필-6-메틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스(2,6-디이소프로필아닐린), 4,4'-디아미노디페닐술폰, 3,3'-디아미노디페닐술폰, 벤지딘, o-톨리딘, m-톨리딘, 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘, 2,2'-비스(트리플루오로메틸)벤지딘, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]술폰, 비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)-페닐]프로판(6HMDA), 2,2′-비스(트리플루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(2,2′-TFDB), 3,3′-비스(트리플루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(3,3′-TFDB), 4,4′-비스(3-아미노페녹시)디페닐설폰(DBSDA), 비스(3-아미노페닐)설폰(3DDS), 비스(4-아미노페닐)설폰(4DDS), 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠(APB-133), 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠(APB-134), 2,2′-비스[3(3-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(3-BDAF), 2,2′-비스[4(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(4-BDAF), 2,2′-비스(3-아미노페닐)헥사플루오로프로판(3,3′-6F), 2,2′-비스(4-아미노페닐)헥사플루오로프로판(4,4′-6F) 및 옥시디아닐린(ODA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 방향족 디아민; 또는 1,6-헥산디아민, 1,4-시클로헥산디아민, 1,3-시클로헥산디아민, 1,4-비스(아미노메틸)시클로헥산, 1,3-비스(아미노메틸)시클로헥산, 4,4'-디아미노디시클로헥실메탄, 및 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디시클로헥실메탄 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디시클로헥실메탄, 1,2-비스-(2-아미노에톡시)에탄, 비스(3-아미노프로필)에테르, 1,4-비스(3-아미노프로필)피페라진, 3,9-비스(3-아미노프로필)-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]-운데칸, 1,3-비스(3-아미노프로필)테트라메틸디실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 지방족 디아민 등을 들 수 있다.
상술한 테트라카르복실산 이무수물 화합물 및 디아민 화합물의 종류는 특별히 제한되지는 않지만, 상술한 물성을 보다 적절히 충족하여 우수한 투명성 및 내열성을 나타내도록 하기 위해, 테트라카르복실산 이무수물을 사용함이 바람직하다.
이들 각 단량체를 극성 유기 용매 중에서 중합하여 상술한 폴리아믹산계 수지를 제조하고, 아민계 촉매 등 이미드화 촉매의 존재 혹은 부존재 하에, 상술한 조건으로 이러한 폴리아믹산계 수지를 이미드화함으로서 상술한 폴리이미드계 수지 및 이를 포함하는 접착층을 형성할 수 있다.
다만, 상술한 조건 외에 폴리아믹산계 수지 또는 폴리이미드계 수지의 제조를 위한 다른 조건은 당업자에게 잘 알려진 통상적인 조건 및 방법에 따를 수 있으므로, 이에 관한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
또한 제조되는 폴리이미드의 분자량은 중합반응시 사용되는 테트라카르복실산 이무수물과 다이아민의 반응비 조절을 통해 제어될 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 상기한 물성적 요건을 충족하는 폴리이미드의 제조 측면에서 테트라카르복실산 이무수물 1몰에 대하여 다이아민을 0.9 내지 1.1의 몰비로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 물성적 특성을 갖는 투명 폴리머층(12a) 및 제2투명 폴리머층(12b)은 각각 독립적으로 0.5 내지 20㎛의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 박막 유리층(11), 투명 폴리머층(12a), 그리고 선택적으로 제2 투명 폴리머층(12b)을 포함하는 가요성 기판(10)은 접착층(30)에 의해 지지 유리층(20) 위에 적층된다.
상기 접착층(30)은 가요성 기판(10)과 지지 유리층(20)의 밀착력을 증가시켜 소자용 기판 또는 소자의 제조시 가요성 기판이 지지 유리층으로부터 분리되거나 또는 자리 이탈하는 일 없이 지지유리층에 안정적으로 지지되도록 하고, 또 가요성 기판내 박막 유리층의 깨짐을 방지하는 역할을 하고, 기판 또는 소자의 제조 후에는 레이저 조사에 의해 분해되어 지지 유리층이 적층체로부터 용이하게 분리되도록 하는 역할을 한다.
상기 접착층(20)은 열가소성 폴리이미드를 포함하며, 구체적으로는 Tg가 300℃ 이하이고, Td 1%가 400℃ 이상인 열가소성 폴리이미드를 포함한다. 상기 1% 가열 중량 손실 온도란, 시료 약 10mg을 시차 열천평에 의해, 승온 속도 10℃/분으로 가열했을 때 1%의 중량 손실이 일어나는 온도를 의미한다.
이에 따라, 상기 접착층 및 이를 포함하는 적층체가 보다 우수한 내열성을 나타내어 고온의 열이 인가되는 소자의 제조 공정 중에도 적절히 유지되고, 상기 적층체 상에서 소자 제조 공정이 바람직하게 진행될 수 있다. 만약, 열가소성 폴리이미드의 유리 전이 온도가 300℃를 초과하거나 또는 Td 1%가 400℃ 미만이면 다층 구조체의 형성이 어렵고, 또 소자의 제조 공정 중에 접착층 및 적층체에 열에 의한 휨이 발생하거나 이에 의한 소자의 특성 저하가 나타날 수 있다. 바람직하게는 상기 열가소성 폴리이미드는 Tg가 300℃ 이하이고, Td 1%가 400℃ 이상인 것일 수 있다.
상기와 같은 물성적 특징을 갖는 열가소성 폴리이미드는 폴리이미드계 수지의 제조시 사용되는 모노머의 종류와 함량비, 또는 이의 제조를 위한 공정 및 반응 조건을 적절히 제어함으로써 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 폴리이미드는 상기한 Tg 및 Td 1% 등 접착층에 요구되는 물성을 보다 적절히 충족할 수 있도록 하기 위해, 상기 테트라카르복실산 이무수물 화합물로는 방향족 테트라카르복실산 이무수물, 보다 구체적으로 분지형이 아닌 직선형 구조를 가지며, 그 중간, 예를 들어, 방향족기 사이에 링커 구조가 없는 방향족 테트라카르복실산 이무수물과, 디아민계 화합물로서 방향족 디아민 화합물, 구체적으로, 직선형 구조를 갖는 디아민 화합물의 중합 및 이미드화에 의해 제조된 것일 수 있다.
상기 방향족 테트라카르복실산 이무수물의 예로는, 피로멜리트산 이무수물 또는 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물 등을 들 수 있으며, 상기 방향족 디아민 화합물의 예로는, m- 또는 p- 페닐렌디아민, 벤지딘, o- 또는 m- 톨리딘, 2,2′-비스(트리플루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(2,2′-TFDB) 등을 들 수 있다.
이와 같이, 상기 접착층은 우수한 내열성을 갖는 폴리이미드계 수지를 포함함에 따라, 소자 제조 공정 중에 부가되는 고온의 열에 대해 우수한 내열성을 나타낼 수 있다. 그 결과, 상기 적층체 상에서 소자 제조 공정 중의 휨이 발생하거나, 기타 소자의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있고, 그 결과 보다 향상된 특성 및 신뢰성을 갖는 플렉서블 디스플레이 소자 등 가요성 기판을 갖는 소자의 제조를 가능케 한다.
상기 접착층은 상기한 열가소성 폴리이미드와 함께, 접착층의 접착성능 개선 등을 위한 통상의 첨가제로서 유기, 무기의 필러, 난연제 등을 더 포함할 수도 있다.
상기와 같은 접착층은 0.1 내지 5㎛의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 접착층의 두께가 0.1㎛ 미만이면 지지 유리층과 가요성 기판 사이에 충분한 접착력을 제공하기 어렵고, 두께가 5㎛를 초과하면 디스플레이 기판의 두께 증가에 따른 광학특성 저하의 우려가 있어 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에 따른 적층체에 있어서, 상기 접착층(30)의 배면에는 지지 유리층(20)이 위치한다.
상기 지지 유리층(20)은 가요성 기판(10)를 지지하는 역할을 하는 것으로, 소자의 제조 공정 등이 상기 지지 유리층(20) 상에서 용이하게 진행될 수 있도록 상기 가요성 기판(10)을 지지하는데 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용될 수 있다. 구체적인 재질 및 그 제조방법은 앞서 설명한 바와 동일하다.
상기 지지 유리층(20)의 두께 및 크기 적용하고자 하는 디스플레이 소자의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으나, 디스플레이 기판의 투명성 등을 고려할 때 상기 지지 유리층(20)은 0.1 내지 50mm의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 상기와 같은 두께 범위를 가질 때 우수한 기계적 강도를 가져 가요성 기판에 대해 우수한 지지 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 지지 유리층(20)은 접착층(30)과의 밀착성 개선을 위해 오존 분위기 하에서의 코로나 처리, 플레이밍 처리, 스퍼터링 처리, 자외선 조사, 전자선 조사 등의 에칭 처리된 것일 수 있다.
상기와 같은 적층 구조를 갖는 적층체는, 지지 유리층의 일면에 접착층을 형성하는 단계(단계 1), 그리고 박막 유리층의 일면에 투명 폴리머층이 형성된 가요성 기판을 상기 박막 유리층과 접착층이 대면하도록 위치시킨 후 접착하여 접착층이 형성된 지지 유리층 위에 적층하는 단계(단계 2)를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
이하 각 단계별로 상세히 설명하면, 단계 1은 지지 유리층의 일면에 접착층을 형성하는 단계이다.
상기 지지 유리층은 앞서 설명한 바와 동일하며, 통상의 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로는 유리 원료를 혼합하여 용융시킨 후, 플로트법, 슬롯 다운드로법, 오버플로 다운드로법, 퓨전법, 리드로법, 또는 롤 아웃법 등의 방법으로 판형으로 성형하고 절단하는 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
또한, 지지 유리층 위에 형성되는 접착층과의 밀착성 증가를 위해 오존 분위기 하에서의 코로나 처리, 플레이밍 처리, 스퍼터링 처리, 자외선 조사, 전자선 조사 등의 에칭 처리 등으로 전처리 될 수 있다.
한편, 상기 접착층은 통상적인 필름 제조방법인 건식방법 또는 습식방법에 의해 상기한 지지 유리층의 일면에 형성될 수 있다.
상기 건식방법으로는 화학 증착법, 이온빔 보조된 증착법(IBAD), 플라즈마 강화된 화학 증착법(PECVD), 팽창 열 플라즈마 CVD(ETPCVD), 유도 결합 플라즈마(ICP) 또는 전자 사이클로트론 공명(ECR)을 이용한 고강도 플라즈마 화학 증착(HIPCVD) 등을 들 수 있다. 상기 건식방법은 증착과 동시에 필름 상태로 형성이 가능하여, 별도의 중합 공정이 필요없으며, 지지 유리층 전면에 걸쳐 형성된 접착층의 두께 및 특성이 균일하고, 초박막의 얇은 두께로 제조할 수 있다.
한편 습식방법으로는 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 또는 바 코팅법, 그리고 연속 공정에 적합한 캐스팅법, 롤링법 또는 스프레이 코팅법 등을 들 수 있다.
일례로, 습식방법에 의해 접착층을 형성하는 경우, 상기한 접착층 형성용 폴리머, 즉 열가소성 폴리이미드 또는 그 전구체를 포함하는 조성물을 사용하여 지지 유리층의 일면에 도포한 후, 건조 및 경화공정을 수행함으로써 필름 상태로 형성할 수 있다.
상기 열가소성 폴리이미드 또는 그 전구체를 포함하는 조성물의 도포 방법은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있으며, 구체적으로는 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 또는 바 코팅법, 그리고 연속 공정에 적합한 캐스팅법, 롤링법 또는 스프레이 코팅법 등을 이용할 수 있다.
도포 후 도막상의 조성물에 대한 건조 공정은 통상의 건조 공정에 따라 실시될 수 있으며, 바람직하게는 140℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있다.
또, 상기 경화 공정은 200℃ 이상의 온도에서의 열처리에 의해 실시될 수 있으며, 상기 온도범위 내 다양한 온도에서의 다단계 열처리로 실시될 수도 있다.
단계 2는 박막 유리층 및 박막 유리층의 일면에 위치하는 투명 폴리머층을 포함하는 가요성 기판을 상기 단계 1에서 제조한 접착층이 형성된 지지 유리층 위에 적층하는 단계이다.
이때, 가요성 기판과 지지 유리층의 적층은 상기 박막 유리층과 접착층이 대면하도록 위치시킨 후 열처리에 의해 실시될 수 있다.
상기 가요성 기판은 박막 유리층의 일면에 투명 폴리머층을 형성함으로써 제조될 수 있다.
상기 박막 유리층은 앞서 설명한 바와 동일하며, 박막 유리층의 일면 또는 양면에 위치하는 투명 폴리머층과의 밀착성 증가를 위해 오존 분위기 하에서의 코로나 처리, 플레이밍 처리, 스퍼터링 처리, 자외선 조사, 전자선 조사 등의 에칭 처리 등으로 전처리 될 수 있다.
또, 상기 투명 폴리머층은 투명 폴리머를 이용하는 것을 제외하고는 상기한 접착제층 형성방법과 동일한 방법으로 실시될 수 있다.
구체적으로는 상기 박막 유리층 위에 투명 폴리머로서, 폴리이미드 또는 그 전구체인 폴리아믹산계 수지를 포함하는 조성물을 도포한 후 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 투명 폴리머층의 제조시 폴리아믹산을 사용할 경우 상기 경화 공정시 폴리아믹산계 수지의 이미드화가 함께 진행된다.
또, 상기 폴리이미드계 수지 또는 폴리아믹산계 수지를 포함하는 조성물은 통상적으로 사용되는 바인더, 용매, 가교제, 개시제, 분산제 가소제, 점도조절제, 자외선 흡수제, 감광성 모노머 및 증감제 등을 더욱 포함할 수 있다.
상기 폴리이미드 또는 그 전구체를 포함하는 조성물의 도포 방법은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있으며, 구체적으로는 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 또는 바 코팅법, 그리고 연속 공정에 적합한 캐스팅법, 롤링법 또는 스프레이 코팅법 등을 이용할 수 있다.
또, 상기 경화 공정에 앞서 조성물내 유기용매를 제거하기 위한 건조 공정이 더 실시될 수 있으며, 구체적으로 상기 건조공정은 140℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있다.
또, 상기 경화 공정은 200℃ 이상의 온도에서의 열처리에 의해 실시될 수 있으며, 상기 온도범위 내 다양한 온도에서의 다단계 열처리로 실시될 수도 있다.
상기와 같은 방법에 따라 제조된 가요성 기판을 단계 1에서 제조한 접착층이 형성된 지지 유리층 위에 위치시키되, 가요성 기판내 박막 유리층이 접착층과 대면하도록 위치시키고, 열처리에 의해 접착한다.
구체적으로 상기 열처리는 100 내지 300℃에서의 실시될 수 있다.
상기와 같은 방법에 의해 제조된 적층체는, 가요성 기판과 지지 유리층 사이에 접착층을 포함함으로써 소자 제조 공정 중에 가요성 기판을 지지 유리층에 적절히 고정 및 지지할 수 있으므로, 플렉서블 디스플레이 소자 등 가요성 기판을 포함하는 소자의 기판을 용이하게 제조할 수 있다. 또, 내열성 및 광학특성이 우수한 투명 폴리이미드 고분자층을 포함함으로써 우수한 내열성 및 광학특성을 나타낼 수 있다.
이에 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기한 적층체를 이용하여 제조한 소자용 기판 및 그 제조방법이 제공된다.
상기 소자용 기판은 지지 유리층의 일면에 접착층을 형성하는 단계(단계 1), 박막 유리층의 일면에 투명 폴리머층이 형성된 가요성 기판을 상기 박막 유리층이 접착층과 대면하도록 위치시킨 후 접착하여 적층체를 제조하는 단계(단계 2) 그리고 상기 적층체로부터 지지 유리층을 분리하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있으며, 상기 제조방법은 선택적으로 상기 박막 유리층과 접착층의 접착 전 투명 폴리머층이 형성되지 않은 박막 유리층 면측에 제2의 투명 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조방법에서 박막 유리층의 분리 단계 이전의 공정은 앞서 적층체의 제조방법에서와 동일한 방법으로 실시될 수 있다.
이후 제조된 적층체로부터 지지 유리층의 분리는 자외선, 전자선, X선 또는 레이저 등의 에너지선을 조사하여 실시될 수 있다.
상기 에너지선 조사 방법은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있으며, 이때 조사되는 에너지선의 강도와 시간을 조절함으로써 지지 유리층과 가요성 기판이 분리되도록 한다.
상기와 같은 방법에 의해 제조된 소자용 기판은, 기판의 제조 공정 중 가요성 기판이 안정적으로 지지 유리층에 지지되고, 기판용 적층체의 제조완료 후에는 물리적인 외력을 가하지 않고서도 소자의 손상없이 지지 유리층을 완전히 분리 제거할 수 있어 제조되는 소자의 특성 및 신뢰도를 개선시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기한 기판을 포함하는 소자가 제공될 수 있다.
구체적으로는 상기 소자는 가요성 기판을 갖는 임의의 태양전지(예를 들어, 플렉서블 태양전지), 유기발광다이오드(OLED) 조명(예를 들어, 플렉서블 OLED 조명), 가요성 기판을 갖는 임의의 반도체 소자, 또는 가요성 기판을 갖는 유기전계발광소자, 전기 영동 소자 또는 LCD 소자 등의 플렉서블 디스플레이 소자일 수 있으며, 이중에서도 유기전계발광소자가 바람직할 수 있다.
상기 소자는 지지 유리층 위에 접착층 및 가요성 기판을 순차 형성하여 일 구현예의 적층체를 얻은 후, 이러한 적층체의 가요성 기판 상에 소자 구조를 형성하는 단계(즉, 소자 제조 공정 단계)를 실시하고, 이후 레이저 또는 광 조사에 의해 지지 유리층을 소자 구조가 형성된 가요성 기판과 분리함으로써 제조될 수 있다.
이때, 상기 소자 구조는 게이트 전극을 포함하는 반도체 소자 구조, 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 디스플레이 소자 구조, P/N 정션을 갖는 다이오드 소자 구조, 유기 발광층을 포함하는 OLED 구조 또는 태양전지 구조 등 가요성 기판 상에 형성하고자 하는 소자의 종류에 따른 통상적인 소자 구조로 될 수 있다. 일례로, 상기 소자 구조가 유기전계발광소자 구조인 경우, 상기 기판에서의 가요성 기판의 표면에 위치하며, 인듐주석산화물(ITO) 등을 포함하는 투명전극; 상기 투명전극의 배면에 위치하며 유기 화합물을 포함하는 발광부; 그리고 상기 발광부의 배면에 위치하며, 알루미늄 등의 금속을 포함하는 금속전극을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 소자는, 가요성 기판이 지지 유리층에 안정적으로 지지된 적층체를 이용하여 제조됨으로써 보다 개선되고 신뢰성 높은 소자 특성을 나타낼 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10 가요성 기판
11 박막 유리층
12a, 12b 투명 폴리머층
20 지지 유리층
30 접착층
100 적층체

Claims (17)

  1. 두께가 0.5 내지 20㎛인 투명 폴리머층, 및 상기 투명 폴리머층의 배면에 위치하는 두께가 10 내지 200㎛인 박막 유리층을 포함하는 가요성 기판;
    상기 가요성 기판에서의 박막 유리층의 배면에 위치하는 두께 0.1 내지 5㎛인 접착층; 그리고
    상기 접착층의 배면에 위치하는 두께 0.1 내지 50mm인 지지 유리층
    을 포함하는 적층체에 있어서,
    상기 투명 폴리머층은, 400 내지 800nm에서의 평균투과도가 80% 이상이고, 평면방향 10nm 이하, 그리고 두께 방향 300nm 이하의 광학등방성을 가지며, 유리전이온도가 200℃ 이상이고 분해온도(Td)가 400℃ 이상인 폴리이미드계 수지를 포함하며,
    상기 접착층은 유리전이온도가 300℃ 이하이고, 1% 가열 중량 손실 온도(Td 1%)가 400℃ 이상인 열가소성 폴리이미드를 포함하는 것인 적층체.
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  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박막 유리층과 접착층 사이에 제2 투명 폴리머층을 더 포함하는 적층체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항의 적층체의 가요성 기판상에 소자 구조를 형성하는 소자 제조 공정 단계, 및
    상기 적층체로부터 지지 유리층을 분리하는 단계를 포함하는 소자용 기판의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 박막 유리층과 접착층의 접착 전, 접착층과 대면하는 박막 유리층 면측에 제2 투명 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함하는 소자용 기판의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 가요성 기판의 적층은 100 내지 300℃의 온도에서의 열처리에 의해 실시되는 것인 소자용 기판의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 박막 유리층의 분리는 에너지선 조사에 의해 실시되는 소자용 기판의 제조방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 소자용 기판.
  15. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 기판을 포함하는 소자.
  16. 제15항에 있어서,
    태양전지, 유기발광다이오드 조명, 반도체 소자, 및 플렉서블 디스플레이 소자로 이루어진 군에서 선택되는 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 플렉서블 디스플레이 소자는 플렉서블 유기전계발광소자인 소자.
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