JP2020500111A - 可撓性基板製造用の積層体及びそれを用いた可撓性基板の製造方法 - Google Patents

可撓性基板製造用の積層体及びそれを用いた可撓性基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明による可撓性基板製造用の積層体は、UVレーザに対する吸収率が高いポリイミドを可撓性基板とキャリア基板との剥離のための有機犠牲層として使用することにより、レーザ剥離工程時に、必要なレーザエネルギー密度(E/D)の減少だけではなく、剥離工程による灰の発生を著しく減少させて、ディスプレイ製造工程において、工程の効率性を向上させ、可撓性基板の透過性を向上させることにより、素子の信頼性を高めうる。

Description

本願は、2017年1月31日付の韓国特許出願10−2017−0013739号及び2017年12月13日付の韓国特許出願10−2017−0171572号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたあらゆる内容は、本明細書の一部として含まれる。
本発明は、可撓性基板製造用の積層体及びこれより可撓性基板を製造する方法に関する。
ポリイミド(polyimide、PI)は、比較的結晶化度が低いか、ほぼ非晶質構造を有する高分子であって、合成が容易であり、薄膜フィルムを作ることができ、硬化のための架橋基が不要であるという長所だけではなく、透明性、剛直な鎖構造によって優れた耐熱性と耐化学性、優れた機械的物性、電気的特性及び寸法安定性を有している高分子材料であって、現在、自動車、航空宇宙分野、柔軟性回路基板、LCD用液晶配向膜、接着及びコーティング剤などの電気、電子材料として広く使われている。
しかし、ポリイミドは、高い熱安定性、機械的物性、耐化学性、そして、電気的特性を有している高性能高分子材料であるにも拘らず、ディスプレイ分野に使用するための基本的な要件である無色透明な性質を満足させず、また、熱膨張係数をさらに下げなければならないという課題が存在する。例えば、デュポン社から販売されているKaptonの熱膨張係数は、約30ppm/℃程度と低い熱膨張係数値を示しているが、これも、プラスチック基板の要求条件には及ぼしていない。したがって、現在、ポリイミドの基本的な特性を保持しながら、光学的特性と熱履歴変化とを最小化するための研究が多く進められている。
一般的に、芳香族ポリイミドの場合、濃い褐色の固有な色を帯びているが、その理由は、イミド主鎖内に存在するベンゼンのπ電子が、鎖間結合によって発生する電荷遷移複合化(charge transfer complex、以下、CT−complexと称する)理論で説明可能であり、これは、イミド(imide)構造内にσ電子、π電子、非結合(nonbonding)非共有電子対が存在するので、電子の励起が可能であるためである。
一般的なポリイミドの場合には、400nm以下の波長から500nmの間の可視光線領域の光を吸収することにより、その配色であるyellow〜redの色を帯びる。したがって、芳香族ポリイミドの短所であるCT−complexを下げるためには、この主鎖内にトリフルオロメチル(−CF)、スルホン(−SO)、エーテル(−O−)のような電気陰性度が比較的強い元素を導入することにより、π電子の移動を制限して、共鳴効果を下げる方法がある。また、ベンゼンではないオレフィン系環状(cycloolefin)構造を導入することにより、主鎖内に存在するπ電子の密度を減少させて、無色透明なポリイミドフィルムを製造することができる。
一方、ポリアミドイミドの場合、耐熱性、機械的強度、電気的特性などに優れているために、従来から電気、電子、機械、航空分野などの工業用材料として広く使われている。また、一般的なポリイミドとは構造自体が異なり、ポリアミドイミドは、有機溶剤に可溶であるものが多く知られており、エナメルニス(enamel varnish)、電気絶縁用のコーティング剤、塗料など溶液成形が必須的な用途としても使われている。
しかし、依然として、ディスプレイ分野に使用するためには、より低い熱膨張係数を有し、高い溶解度、透明度及び熱的安全性を有するフレキシブルディスプレイ用ポリマーの開発が必要である。
本発明が解決しようとする課題は、レーザ剥離が容易な可撓性基板製造用の積層体を提供するところにある。
本発明に解決しようとする他の課題は、前記積層体を利用した可撓性基板の製造方法を提供するところにある。
本発明の課題を解決するために、キャリア基板;前記キャリア基板の一面に位置し、分子構造内にアミド結合(−C(O)NH−)を含んでいるポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層;及び前記有機犠牲層上に位置する可撓性基板層;を含み、前記有機犠牲層は、UVレーザによって、前記キャリア基板に対する接着力が減少する可撓性基板製造用の積層体を提供する。
一実施例によれば、前記ポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層は、厚さが100nmである時、200nm〜350nmの波長のUV透過度が30%以下であり得る。
一実施例によれば、前記ポリイミドは、下記化学式3a〜化学式3cから選択される1種以上のジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを含む重合成分から製造されたポリイミドであり得る。
[化学式3a]
[化学式3b]
[化学式3c]
前記化学式3a〜化学式3cにおいて、前記R21〜R29は、それぞれ独立してハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基(−CN)、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ基、炭素数1〜10のハロゲノアルキル基、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換基であり、b〜bは、それぞれ独立して0〜4の整数である。
一実施例によれば、前記キャリア基板に含まれるポリイミドは、下記化学式4a〜化学式4cのうちから選択される反復構造を含むものである。
[化学式4a]
[化学式4b]
[化学式4c]
前記式において、前記R21〜R29は、それぞれ独立してハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基(−CN)、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ基、炭素数1〜10のハロゲノアルキル基、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換基であり、b〜bは、それぞれ独立して0〜4の整数である。
一実施例によれば、前記有機犠牲層上にバリア層及び金属層から選択される1つ以上の機能性付加層(機能性層)をさらに含みうる。
一実施例によれば、前記有機犠牲層が、キャリア基板に対する接着力が変化するUVレーザのエネルギー密度(E/D)が230mJ/cm以下であり得る。
一実施例によれば、前記有機犠牲層に含まれたポリイミドは、30℃〜500℃の温度範囲で熱膨張係数(CTE)が0〜20ppm/℃であり得る。
一実施例によれば、前記可撓性基板は、ポリイミドを含むものである。
一実施例によれば、前記可撓性基板に含まれるポリイミドは、下記化学式5のジアミンをさらに含む重合成分から製造されたものである。
[化学式5]
前記化学式5において、前記R31及びR32は、それぞれ独立してハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ、炭素数1〜10のハロゲノアルキル、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換体であり、n及びmは、それぞれ独立して0〜4の整数であり、Qは、単一結合、−O−、−CR1819−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−S−、−SO−、フェニレン基、及びこれらの組合わせからなる群から選択されるものであり、この際、前記R18及びR19は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、及び炭素数1〜10のフルオロアルキル基からなる群から選択されるものである。
一実施例によれば、前記可撓性基板に含まれるポリイミドは、下記化学式7の反復構造を含むものである。
[化学式7]
本発明の他の課題を解決するために、キャリア基板上にポリイミド前駆体溶液を塗布及びコーティングして、ポリイミドを含む有機犠牲層を形成する段階;前記有機犠牲層上に可撓性基板層を形成する段階;及び前記可撓性基板層をUVレーザを用いて、前記有機犠牲層が形成されたキャリア基板から剥離するレーザ剥離段階;を含む可撓性基板の製造方法を提供する。
一実施例によれば、前記有機犠牲層上にバリア(barrier)層及び金属層のうちから選択される1つ以上の機能性付加層を形成する段階をさらに含みうる。
本発明によるキャリア基板は、UVレーザによって接着力が変わるポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層を形成することにより、UVレーザを照射して、可撓性基板をキャリア基板から容易に剥離することができる。また、本発明によるポリイミドは、UVレーザに対する吸光度が高くて、レーザ照射を利用した剥離工程時に、必要とするレーザエネルギー密度が少なく、これにより剥離工程によって発生する灰(ash)の量が著しく減少して、工程の効率性及び製造された素子の信頼性をより向上させうる。
従来のレーザ工程を利用した可撓性基板の製造方法を示した図面である。 本発明によるレーザ工程を利用した可撓性基板の製造方法を示した図面である。
本発明は、多様な変換を加え、さまざまな実施例を有することができるので、特定実施例を図面に例示し、詳細な説明に詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる、あらゆる変換、均等物または代替物を含むものと理解しなければならない。本発明を説明するに当って、関連した公知技術についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明にする恐れがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
本明細書において、あらゆる化合物または有機基は、特別な言及がない限り、置換または非置換のものである。ここで、「置換された」とは、化合物または有機基に含まれた少なくとも1つの水素がハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、炭素数3〜30のシクロアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルコキシ基、カルボン酸基、アルデヒド基、エポキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、スルホン酸基、及びこれらの誘導体からなる群から選択される置換基に置き換えられたことを意味する。
また、本明細書において、「これらの組合わせ」とは、特別な言及がない限り、2つ以上の作用基が単一結合、二重結合、三重結合、炭素数1〜10のアルキレン基(例えば、メチレン基(−CH−)、エチレン基(−CHCH−)など)、炭素数1〜10のフルオロアルキレン基(例えば、フルオロメチレン基(−CF−)、パーフルオロエチレン基(−CFCF−)など)、N、O、P、S、またはSiのようなヘテロ原子またはそれを含む作用基(例えば、分子内カルボニル基(−C=O−)、エーテル基(−O−)、エステル基(−COO−)、−S−、−NH−または−N=N−などを含むヘテロアルキレン基)のような連結基によって結合されているか、または2つ以上の作用基が縮合、連結されていることを意味する。
一般的に、フレキシブル(Flexible)ディスプレイは、ガラス基板を代替するプラスチック基板上にOLED技術を適用して具現される。
あらゆるディスプレイ製造工程は、キャリア基板(例えば、ガラス基板)上にコーティング/蒸着され、TFT及びモジュール工程を経てキャリア基板上に完成された素子は、最終的にLLO(laser lift off、レーザ剥離)工程を通じてキャリア基板から剥離される。
この際、レーザ波長及びプラスチック基板材料の種類によって、LLO特性が変わるが、プラスチック基板をキャリア基板から剥離するために必要なレーザエネルギー密度(laser energy density、E/D)または剥離時に発生する灰の量によって工程性が左右されるために、フレキシブル基板の材料として使われるためには、耐熱性、透過度だけではなく、レーザ特性も重要な要素である。
基板上に形成された可撓性基板は、剥離のために使われるレーザ波長に対する吸収率が高いほど、剥離に必要なエネルギーが減り、また、剥離メカニズムが可撓性基板層から吸収された光(laser)エネルギーが熱エネルギーに転換されながら、可撓性基板の劣化による接着力の減少によるものであるために、必然的に灰が発生する。このように発生した灰は、可撓性基板の裏面に全体として分布されて、フィルムの透過度の減少、染み及び今後素子の信頼性の問題を誘発することができる。
本発明は、可撓性基板とキャリア基板との間にポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層を含む可撓性基板製造用の積層体に関するものである。
本発明による可撓性基板製造用の積層体は、キャリア基板;前記キャリア基板の一面に位置し、分子構造内にアミド結合(−C(O)NH−)を含んでいるポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層;及び前記有機犠牲層上に位置する可撓性基板層;を含み、前記有機犠牲層が、UVレーザによって、前記キャリア基板に対する接着力が減少する可撓性基板製造用の積層体を提供する。
図1には、従来に使われるレーザ工程を利用した可撓性基板の製造方法を示した。図1で示すように、従来には、プラスチック基板を含む可撓性基板層とガラス基板との間に無機犠牲層を形成して、レーザ照射工程を用いて剥離する方式で可撓性基板を製造したが、無機犠牲層の場合、レーザ照射工程に使われるUVレーザ波長(例えば、308nmの波長帯のレーザ)に対する吸収度が低いために、照射工程に必要なレーザのエネルギー密度が高くて(例えば、260〜290mJ)、可撓性フィルムに損傷を与え、代表的に可撓性基板の劣化による灰が発生して、素子の信頼度及び画質具現を低下させうるという問題点がある。
一方、図2に示すように、本発明による可撓性基板製造用の積層体を利用した製造工程では、レーザ照射工程に使われるレーザ波長に対する吸収度が高い有機犠牲層を形成することにより、著しく低いエネルギー密度でキャリア基板と可撓性基板層とを分離することができる。
一実施例によれば、前記ポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層は、厚さが100nmである時、200nm〜350nmの波長のUVレーザに対する透過度が30%以下であり、例えば、308nmの波長のUV透過度が30%以下であり得る。
本発明は、UVレーザに対する透過度が低く、こらは、UVレーザに対する吸収率が高いことを意味し、剥離のために必要なエネルギーが減って、灰の発生が減少して、工程上の効率及び素子の信頼性を向上させうる。
一実施例によれば、前記UV照射時に、有機犠牲層が可撓性基板に対する接着力が変化するUVレーザのエネルギー密度(E/D)は、230mJ/cm以下であり、望ましくは、220mJ/cm以下であり得る。
前記有機犠牲層に使われるポリイミドフィルムの厚さは、10〜200nm、望ましくは、10〜100nm、より望ましくは、10〜80nmまたは10〜70nmまたは10〜60nmまたは10〜50nmであり得る。前記厚さの範囲でレーザによる剥離が効率的になされうる。
一実施例によれば、前記有機犠牲層に含まれたポリイミドは、30℃〜500℃の温度範囲で熱膨張係数(CTE)が0〜20ppm/℃であり、例えば、100℃〜300℃の範囲で加熱冷却工程をn+1回(nは、0以上の整数)繰り返した以後、加熱工程での熱膨張係数(CTE)が0〜20ppm/℃であり、望ましくは、0〜15ppm/℃であり得る。
一実施例によれば、前記有機犠牲層上に機能性バリア層及び金属層のような機能性層をさらに含みうる。
一実施例によれば、前記可撓性基板層は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドなどから選択される1つ以上を含むものであり、望ましくは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドから選択される1つ以上を含むものである。
本発明は、前記積層体を利用する可撓性基板の製造方法を提供する。
本発明による可撓性基板の製造方法は、キャリア基板上にポリイミド前駆体溶液を塗布及びコーティングした後、イミド化してポリイミドを含む有機犠牲層を形成する段階と;前記有機犠牲層上に可撓性基板層を形成する段階;及び前記可撓性基板層をUVレーザを用いて、前記有機犠牲層が形成されたキャリア基板から剥離するレーザ剥離段階;を含む可撓性基板の製造方法を提供する。
前記レーザ剥離工程時に、UVレーザの波長は、200nm〜350nm、望ましくは、250nm〜330nmであり、エネルギー密度(E/D)は、230mJ/cm以下であり、望ましくは、220mJ/cm以下であり得る。
一実施例によれば、前記製造方法は、前記有機犠牲層上にバリア層または金属層などを含む機能性付加層を形成する段階をさらに含みうる。
例えば、バリア層は、大気中の酸素、水分、窒素酸化物、硫黄酸化物またはオゾンの透過を防止する機能を有する層を意味する。バリア層の材料は、水分及び酸素などの素子の劣化を促進する物質が素子に入ることを防止する機能を有する材料であり得る。例えば、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Ti及びNiなどの金属;TiO、TiO、Ti、Al、MgO、SiO、SiO、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe、Y、ZrO、Nb及びCeOなどの金属酸化物;SiNなどの金属窒化物;SiONなどの金属酸窒化物;MgF、LiF、AlF及びCaFなどの金属フッ化物;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、またはクロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体;少なくとも1種のコモノマーを含んだコモノマー混合物とテトラフルオロエチレンの共重合によって獲得された共重合体;共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体;吸収率1%以上である吸収性材料;及び吸収係数0.1%以下である防湿性材料を含む。
バリア層の材料は、金属酸化物であり、例えば、高屈折率の金属酸化物で形成しうる。これにより、バリア層の屈折率は、例えば、633nmの波長に対して、1.45以上、約1.5以上、約1.6以上、約1.65以上または約1.7以上程度であり得る。また、バリア層の屈折率の上限は、所望の機能によって適切に調節し、例えば、633nmの波長に対する屈折率が、2.6以下、2.3以下、2.0以下または1.8以下であり得る。
一実施例によれば、前記バリア層は、断層構造であるか、または複層構造であり得る。例えば、バリア層は、Al層及びTiO層が順次に積層された複層構造であり得る。
バリア層の厚さは、特に限定されず、意図された用途によって適するように選択されうる。1つの例示で、バリア層の厚さは、5nm〜1000nm、7nm〜750nmまたは10nm〜500nmであり得る。バリア層の厚さが、前記数値範囲を満足する場合、大気中の酸素及び水分の透過を防止するためのバリア機能が十分であり、適切な光透過率を有して透明基板の透明性を保持することができる。
バリア層の光透過率は、特に制限されず、意図された用途によって適するように選択されうる。1つの例示で、バリア層の光透過率は、約80%以上、85%以上または90%以上であり得る。
前記金属層は、金属配線または多数の金属パターンが形成されたものであり、メッシュ金属層のパターンは、円状、斜線状、三角状以上の多角状及び無定形状からなる群から選択される形態であり得る。前記金属層の材料としては、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、及びアルミニウム(Al)で構成された群から選択される1種以上の導電性金属であり得る。
一実施例によれば、前記レーザ剥離段階以後に、前記有機犠牲層を除去する段階をさらに含みうる。
一実施例によれば、前記有機犠牲層は、前記ポリイミド前駆体溶液をキャリア基板上に塗布する段階;前記塗布されたポリイミド前駆体溶液を熱処理してイミド化して有機犠牲層を製造する段階;を含む。
本発明による、前記ポリイミド前駆体溶液は、1種以上のジアミン及び1種以上のテトラカルボン酸二無水物を重合して製造されたポリアミック酸及び有機溶媒を含む。
一実施例によれば、前記1種以上のテトラカルボン酸二無水物は、芳香族、脂環族、または脂肪族の4価の有機基や、またはこれらの組合わせ基として、脂肪族、脂環族または芳香族の4価の有機基が架橋構造を通じて互いに連結された4価の有機基を含むテトラカルボン酸二無水物であり、例えば、下記化学式1a〜化学式1eの4価の有機基及びこれらの組合わせからなる群から選択される4価の有機基の構造を含むテトラカルボン酸二無水物であり得る。
[化学式1a]
[化学式1b]
[化学式1c]
[化学式1d]
[化学式1e]
前記化学式1a〜化学式1eにおいて、前記R11〜R17は、それぞれ独立して−F、−Cl、−Br及び−Iから選択されるハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ、炭素数1〜10のハロゲノアルキル、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換基であり、前記a1は、0〜2の整数、a2は、0〜4の整数、a3は、0〜8の整数、a4及びa5は、それぞれ独立して0〜3の整数、a6及びa9は、それぞれ独立して0〜3の整数、そして、a7及びa8は、それぞれ独立して0〜9の整数であり、そして、前記A11及びA12は、それぞれ独立して単一結合、−O−、−CR1819−、−C(=O)−、−C(=O)NH−、−S−、−SO−、フェニレン基、及びこれらの組合わせからなる群から選択されるものであり、この際、前記R18及びR19は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、及び炭素数1〜10のフルオロアルキル基からなる群から選択されるものである。
例えば、本発明に使われるテトラカルボン酸二無水物は、構造内に下記2a〜2rからなる群から選択される4価の有機基を含むテトラカルボン酸二無水物が使われるが、これに限定するものではない。
前記2lにおいて、Aは、単一結合、−O−、−C(=O)−、−C(=O)NH−、−S−、−SO−、フェニレン基、及びこれらの組合わせからなる群から選択されるものであり、vは、0または1の整数であり、前記2rにおいて、xは、1〜10の整数である。
また、前記2a〜2rの4価の有機基内に存在する1以上の水素原子は、−F、−Cl、−Br及び−Iから選択されるハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ、炭素数1〜10のハロゲノアルキル、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換基に置換される。
一実施例によれば、前記有機犠牲層のポリイミドの製造に使われるジアミンは、下記化学式3a〜化学式3cのジアミンのうちから選択される1つを含むものである。
[化学式3a]
[化学式3b]
[化学式3c]
前記化学式3a〜化学式3cにおいて、前記R21〜R29は、それぞれ独立して−F、−Cl、−Br及び−Iから選択されるハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基(−CN)、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ基、炭素数1〜10のハロゲノアルキル基、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換基であり、b〜bは、それぞれ独立して0〜4の整数である。
一実施例によれば、前記有機犠牲層に含まれるポリイミドは、下記化学式4a〜化学式4cのうちから選択される1つ以上の反復構造を含むものである。
[化学式4a]
[化学式4b]
[化学式4c]
前記化学式4a〜化学式4cは、前記化学式3a〜化学式3cに定義されたものと同一である。
前記のような反復構造を含むことにより、高温工程での耐熱性を向上させ、例えば、高温工程時に、熱による収縮または膨張のような変化が少ないポリイミドを提供することができる。それだけではなく、前記構造によってUVエネルギーの吸光度が増加して、照射されるレーザが少ないエネルギー密度を有するにも拘らず、有機犠牲層と可撓性基板との分離が容易に起こりうる。
一実施例によれば、前記可撓性基板は、ポリイミドを含むものである。
一実施例によれば、前記可撓性基板に含まれるポリイミドは、下記化学式5のジアミンをさらに含む重合成分から製造されるものである。
[化学式5]
前記化学式5において、前記R31及びR32は、それぞれ独立して−F、−Cl、−Br及び−Iから選択されるハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ、炭素数1〜10のハロゲノアルキル、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換体であり、n及びmは、それぞれ独立して0〜4の整数であり、Qは、単一結合、−O−、−CR1819−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−S−、−SO−、フェニレン基、及びこれらの組合わせからなる群から選択されるものであり、この際、前記R18及びR19は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、及び炭素数1〜10のフルオロアルキル基からなる群から選択されるものである。
一実施例によれば、前記可撓性基板に含まれるポリイミドの製造に使われるジアミンとして、構造内に下記6a〜6tからなる群から選択される2価の有機基を含むジアミンがさらに使われるが、これに限定するものではない。
前記6a〜6tの2価の有機基内に存在する1以上の水素原子は、−F、−Cl、−Br及び−Iから選択されるハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ、炭素数1〜10のハロゲノアルキル、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換基に置換される。
一実施例によれば、前記可撓性基板層に含まれるポリイミド製造時に使われる1種以上のテトラカルボン酸二無水物は、前記化学式1a〜化学式1eから選択される4価の有機基を含むか、望ましくは、前記2a〜2rのうちから選択される4価の有機基を含むテトラカルボン酸二無水物を含む重合成分から製造されるものである。
一実施例によれば、前記可撓性基板に含まれるポリイミドは、下記化学式7の反復構造を含むものである。
[化学式7]
前記化学式7において、R31、R32、n、m及びQは、前記化学式5に定義されたものと同一である。
本発明の望ましい実施例によれば、有機犠牲層と可撓性基板層とがいずれもポリイミド系であり得る。前記ポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させて得たポリイミド前駆体(例えば、ポリアミック酸)から製造可能である。
一実施例によれば、前記テトラカルボン酸二無水物とジアミンとが1:1.1〜1.1:1のmol比で反応するものである。テトラカルボン酸二無水物が、ジアミンに比べて過量で含まれる場合、同量またはジアミンが過量で反応する場合に比べて、ポリイミド前駆体溶液の粘度調節及び光学的特性の向上により容易であり得る。
前記テトラカルボン酸二無水物をジアミンと反応させる方法は、溶液重合など通常のポリアミック酸の重合製造方法によって実施し、具体的には、ジアミンを有機溶媒中に溶解させた後、結果として収得された混合溶液にテトラカルボン酸二無水物を添加して重合反応させることで製造可能である。
前記反応は、不活性ガスまたは窒素気流下に実施され、無水条件で実行可能である。
また、前記重合反応時に、温度は、−20℃〜60℃、望ましくは、0℃〜45℃で実施される。反応温度が過度に高い場合には、反応性が高くなって分子量が大きくなり、ポリイミド前駆体溶液の粘度が上昇することにより、工程上に不利であり得る。
前記製造方法によって製造されたポリイミド前駆体溶液は、コーティング及び塗布性などの工程性を考慮して、前記溶液が適切な粘度を有させる量で固形分を含むことが望ましい。一実施例によれば、全体ポリイミド前駆体溶液の含量が5〜20重量%になるように組成物の含量を調節し、望ましくは、8〜18重量%、より望ましくは、8〜12重量%以下に調節することができる。
または、前記ポリイミド前駆体溶液が、2,000cP以上、あるいは3,000cP以上の粘度を有するように調節し、前記ポリイミド前駆体溶液の粘度は、10,000cP以下、望ましくは、9,000cP以下、より望ましくは、8,000cP以下の粘度を有するように調節することが望ましい。ポリイミド前駆体溶液の粘度が、10,000cPを超過する場合、ポリイミド層の形成時に、脱泡の効率性が低下することにより、工程上の効率が低下し、製造されたフィルムも、気泡発生によって表面粗度が低下するなどの電気的、光学的、機械的特性が低下する。
本発明のポリイミド前駆体溶液に含有される前記有機溶媒は、前記合成反応時に使われる有機溶媒と同一のものが使われる。
前記重合反応に使われる有機溶媒としては、具体的に、γ−ブチロラクトン、1,3−ジメチル−イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどのケトン類;トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテルなどのグリコールエーテル類(セロソルブ);酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、カルビトール、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジエチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチルホルムアミド(DEF)、N−メチルピロリドン(NMP)、N−エチルピロリドン(NEP)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチルウレア、N−メチルカプロラクタム、テトラヒドロフラン、m−ジオキサン、P−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、1,2−ビス(2−メトキシエトキシ)エタン、ビス[2−(2−メトキシエトキシ)]エーテル、及びこれらの混合物からなる群から選択されるものが使われる。
望ましくは、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミドなどのホルムアミド系溶媒、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドンなどのピロリドン系溶媒、フェノール、o−、m−またはp−クレゾール、キシレノール、ハロゲン化フェノール、カテコールなどのフェノール系溶媒、あるいはヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどが挙げられ、これらを単独または混合物として利用できる。
一実施例によれば、前記有機溶媒は、キシレン、トルエンのような芳香族炭化水素をさらに使うこともでき、また、ポリマーの溶解を促進させるために、前記溶媒に前記溶媒総量に対して、約50重量%以下のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩をさらに添加することもできる。
前記ポリイミド前駆体溶液は、有機溶媒中に溶解された溶液の形態であり、このような形態を有する場合、例えば、ポリアミック酸を有機溶媒中で合成した場合、溶液は、得られる反応溶液それ自体でも良く、また、この反応溶液を他の溶媒に希釈したものでも良い。また、ポリアミック酸を固形粉末として得た場合には、それを有機溶媒に溶解させて溶液にしたものでも良い。
引き続き、前記重合反応の結果として収得されたポリアミック酸は、化学イミド化または熱イミド化の方法を通じてポリイミドにイミド化される。
例えば、前記重合されたポリアミック酸溶液に脱水剤及びイミド化触媒を添加した後、50℃〜100℃の温度で加熱して、化学的反応によってイミド化させるか、または、前記溶液を還流させながら、アルコールを除去してイミド化させる化学イミド化の方法でポリイミドが得られる。
前記化学イミド化の方法において、前記イミド化触媒としては、ピリジン、トリエチルアミン、ピコリンまたはキノリンなどが使われ、その他にも、置換または非置換の窒素含有複素環化合物、窒素含有複素環化合物のN−オキシド化合物、置換または非置換のアミノ酸化合物、ヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素化合物または芳香族複素環状化合物があり、特に、1,2−ジメチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、N−ベンジル−2−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、5−メチルベンズイミダゾールなどの低級アルキルイミダゾール、N−ベンジル−2−メチルイミダゾールなどのイミダゾール誘導体、イソキノリン、3,5−ジメチルピリジン、3,4−ジメチルピリジン、2,5−ジメチルピリジン、2,4−ジメチルピリジン、4−n−プロピルピリジンなどの置換ピリジン、p−トルエンスルホン酸などが使われる。
前記脱水剤としては、酢酸無水物などの酸無水物が使われる。
または、前記ポリアミック酸を含むポリイミド前駆体溶液を基板上に塗布した後、熱処理する方法でイミド化することができる。
具体的に、前記ポリイミドのイミド化及び硬化工程は、ポリイミド前駆体溶液を基板に塗布し、IRオーブン、熱風オーブンやホットプレート上で熱処理され、この際、前記熱処理温度は、300℃〜500℃、望ましくは、320℃〜480℃の温度範囲であり、前記温度範囲内で多段階の加熱処理で進行することもできる。前記熱処理工程は、20分〜70分間進行し、望ましくは、20分〜60分程度の時間進行しうる。
本発明は、効果に損傷されない範囲であれば、シランカップリング剤、架橋性化合物、イミド化を効率的に進行させる目的のイミド化促進剤などを添加しても良い。
以下、当業者が容易に実施できるように、本発明の実施例について詳しく説明する。しかし、本発明は、さまざまな異なる形態として具現可能であり、ここで説明する実施例に限定されるものではない。
実施例1
キャリア基板として無アルカリガラス基板の一面に、BPDA(3,3,4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物)1molとDABA(4,4'−ジアミノベンズアニリド)0.99molとを重合させて製造したポリアミック酸系樹脂3重量%と溶媒としてDMAc(ジメチルアセトアミド)97重量%とを含む組成物を乾燥した後、厚さが0.05μmになるように塗布した。
前記製造された塗膜に対して、120℃の温度での乾燥工程及び250℃での硬化工程を連続して実施して、ポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層を形成した。
引き続き、前記有機犠牲層上にBPDA 1molとTFMB(2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ビフェニルジアミン)0.99molとを重合させて製造したポリアミック酸系樹脂12重量%と溶媒としてDMAc 88重量%とを含む組成物を乾燥した後、厚さが10μmになるように塗布し、結果として製造された形成用塗膜に対して、100℃での乾燥工程及び300℃で60分の硬化工程を連続して実施して、可撓性基板用ポリマー層を形成した。結果としてキャリア基板、BPDA−DABAポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層、そして、可撓性基板としてBPDA−TFMBポリイミド系樹脂を含むポリマー層が順次に積層された積層体を製造した。
実施例2
キャリア基板として無アルカリガラスの一面に、BPDA 1molと下記構造式のDATA 0.99molとを重合させて製造したポリアミック酸系樹脂3重量%と溶媒としてDMAc 97重量%とを含む組成物を乾燥した後、厚さが0.05μmになるように塗布した。
DATA構造式
前記製造された塗膜に対して、120℃の温度での乾燥工程及び250℃の温度での硬化工程を連続して実施して、ポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層を形成した。
引き続き、前記有機犠牲層上にBPDA 1molとTFMB 0.99molとを重合させて製造したポリアミック酸系樹脂12重量%と溶媒としてDMAc 88重量%とを含む組成物を乾燥した後、厚さが10μmになるように塗布し、結果として製造された塗膜に対して、100℃での乾燥工程及び300℃で60分の硬化工程を連続して実施して、可撓性基板用ポリマー層を形成した。結果としてキャリア基板、BPDA−DATAポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層、そして、可撓性基板としてBPDA−TFMBポリイミド系樹脂を含むポリマー層が順次に積層された積層体を製造した。
比較例1
キャリア基板として無アルカリガラスの一面に、BPDA 1molとTFMB 0.99molとを重合させて製造したポリアミック酸系樹脂12重量%と溶媒としてDMAc 88重量%とを含む組成物を乾燥した後、厚さが10μmになるように塗布し、結果として製造された塗膜に対して、100℃での乾燥工程及び300℃で60分の硬化工程を連続して実施して、可撓性基板用ポリマー層を形成した。
結果としてキャリア基板、そして、可撓性基板としてBPDA−TFMBポリイミド系樹脂を含むポリマー層が形成された膜を製造した。
比較例2
キャリア基板として無アルカリガラスの一面に、BPDA 1molとPDA(p−フェニレンジアミン)0.99molとを重合させて製造したポリアミック酸系樹脂3重量%と溶媒としてDMAc 97重量%とを含む組成物を乾燥した後、厚さが0.05μmになるように塗布した。
引き続き、前記有機犠牲層上にBPDA 1molとTFMB 0.99molとを重合させて製造したポリアミック酸系樹脂12重量%と溶媒としてDMAc 88重量%とを含む組成物を乾燥した後、厚さが10μmになるように塗布し、結果として製造された塗膜に対して、100℃での乾燥工程及び300℃で60分の硬化工程を連続して実施して、可撓性基板用ポリマー層を形成した。
試験例1:レーザ照射の評価
前記実施例1〜実施例2及び比較例1〜比較例2から製造された積層体に対して、レーザ装備(高麗半導体)を使用して308nmの波長のレーザに対する剥離評価を実施した。
剥離評価は、前記積層体をひっくり返してガラス面を上向きにした後、レーザエネルギー密度を100mJ/cmから漸進的に上げながら照射して、ポリイミド(PI)層が剥離されるエネルギーを剥離エネルギーとした。
また、フィルム剥離後、レーザ照射面に対して、クリーンワイパー(Clean wiper)で拭き取った後、付着した灰を測定した。1cm×1cmの面積に対して、30%未満であれば、○、30〜70%であれば、△、70%以上であれば、Xと評価した。
評価結果は、表1のようである。
前記表1から分かるように、実施例1及び実施例2による積層体は、可撓性基板が剥離されるレーザの剥離エネルギーが比較例1に比べて、著しく低く表われ、これより剥離工程による灰の発生が起こらないことを確認することができる。また、比較例2の場合には、比較例1よりも低いエネルギーで剥離されることを確認したが、灰が依然として残っていることが分かる。
以上、本発明の内容の特定の部分を詳しく記述したところ、当業者において、このような具体的な記述は、単に望ましい実施態様であり、これにより、本発明の範囲が制限されるものではないという点は明白である。したがって、本発明の実質的な範囲は、下記の特許請求の範囲とそれらの等価物とによって定義される。

Claims (12)

  1. キャリア基板と、
    前記キャリア基板の一面に位置し、分子構造内にアミド結合(−C(O)NH−)を含んでいるポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層と、
    前記有機犠牲層上に位置する可撓性基板層と、を含み、
    前記有機犠牲層が、UVレーザによって、前記可撓性基板層に対する接着力が減少する可撓性基板製造用の積層体。
  2. 前記ポリイミド系樹脂を含む有機犠牲層は、厚さが100nmである時、200nm〜350nmの波長のUV透過度が30%以下である請求項1に記載の可撓性基板製造用の積層体。
  3. 前記ポリイミド系樹脂は、下記化学式3a〜化学式3cから選択される1種以上のジアミンと1種以上のテトラカルボン酸二無水物とを重合して製造された請求項1または2に記載の可撓性基板製造用の積層体:
    [化学式3a]
    [化学式3b]
    [化学式3c]
    前記化学式3a〜化学式3cにおいて、
    前記R21〜R29は、それぞれ独立してハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基(−CN)、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ基、炭素数1〜10のハロゲノアルキル基、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換基であり、
    〜bは、それぞれ独立して0〜4の整数である。
  4. 前記有機犠牲層に含まれるポリイミドは、下記化学式4a〜化学式4cのうちから選択される1つ以上の反復構造を含む請求項1から3のいずれか一項に記載の可撓性基板製造用の積層体:
    [化学式4a]
    [化学式4b]
    [化学式4c]
  5. 前記可撓性基板が、ポリイミドを含む請求項1から4のいずれか一項に記載の可撓性基板製造用の積層体。
  6. 前記可撓性基板に含まれるポリイミドは、下記化学式5のジアミンをさらに含む請求項5に記載の可撓性基板製造用の積層体:
    [化学式5]
    前記化学式5において、
    前記R31及びR32は、それぞれ独立してハロゲン原子、ヒドロキシル基(−OH)、チオール基(−SH)、ニトロ基(−NO)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のハロゲノアルコキシ、炭素数1〜10のハロゲノアルキル、炭素数6〜20のアリール基から選択される置換体であり、
    n及びmは、それぞれ独立して0〜4の整数である。
    は、単一結合、−O−、−CR1819−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−S−、−SO−、フェニレン基、及びこれらの組合わせからなる群から選択されるものであり、この際、前記R18及びR19は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、及び炭素数1〜10のフルオロアルキル基からなる群から選択されるものである。
  7. 前記可撓性基板に含まれるポリイミドは、下記化学式7の反復構造を含む請求項5または6に記載の可撓性基板製造用の積層体:
    [化学式7]
    前記化学式7において、R31、R32、n及びmは、化学式5に定義されたものと同一である。
  8. 前記有機犠牲層上にバリア層及び金属層から選択される1つ以上の機能性付加層をさらに含む請求項1から7のいずれか一項に記載の可撓性基板製造用の積層体。
  9. 前記有機犠牲層が、キャリア基板に対する接着力が変化するUVレーザのエネルギー密度(E/D)が230mJ/cm以下である請求項1から8のいずれか一項に記載の可撓性基板製造用の積層体。
  10. 前記有機犠牲層に含まれたポリイミドの30℃〜500℃の温度範囲で熱膨張係数(CTE)が、0〜20ppm/℃である請求項1から9のいずれか一項に記載の可撓性基板製造用の積層体。
  11. キャリア基板上に、分子構造内にアミド結合(−C(O)NH−)を含んでいるポリイミド前駆体溶液を塗布及びコーティングして、ポリイミドを含む有機犠牲層を形成する段階と、
    前記有機犠牲層上に可撓性基板層を形成する段階と、
    前記可撓性基板層をUVレーザを用いて、前記有機犠牲層が形成されたキャリア基板から剥離するレーザ剥離段階と、
    を含む可撓性基板の製造方法。
  12. 前記有機犠牲層上にバリア層及び金属層のうちから選択される1つ以上の機能性付加層を形成する段階をさらに含む請求項11に記載の可撓性基板の製造方法。
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