이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 금속을 포함하는 기판, 및 기판 상에 형성된 유리 성분을 포함하는 제 1 조정층을 포함하고, 제 1 조정층이 형성된 기판의 표면을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때 표면 조도가 0<Rms<10㎚, 0<Rp -v<100㎚ 범위인 평판표시소자를 제공한다.
기판의 두께는 0.05㎜ 내지 1㎜의 범위로 형성될 수 있다.
기판은 Ti, Ni, Invar, SUS(Steel Use Stainless)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
기판의 열팽창 계수와 제 1 조정층의 열팽창 계수 간의 차이는 0 내지 5ppm/℃의 범위 내일 수 있다.
한편, 기판의 열팽창 계수와 제 1 조정층의 열팽창 계수가 0 내지 2ppm/℃ 이하의 범위로 차이날 때 제 1 조정층은 500㎚ 내지 150,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 기판의 열팽창 계수와 제 1 조정층의 열팽창 계수가 2ppm/℃ 이상 5ppm/℃ 이하의 범위로 차이날 때 상기 제 1 조정층은 500㎚ 내지 30,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
이상의 제 1 조정층을 포함하는 평판표시소자는 기판 상에 유기물을 포함하는 제 2 조정층을 추가로 포함할 수 있다.
이때, 제 1 조정층 상에 제 2 조정층이 형성되고, 제 2 조정층 상에 무기 보호막이 형성되며, 제 2 조정층이 형성된 기판의 표면을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때 표면 조도가 0<Rms<5 ㎚, 0<Rp -v<50㎚ 범위일 수 있다.
제 2 조정층은 100㎚ 내지 30,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 제 2 조정층은 폴리이미드(Polyimide)계, 벤조싸이클로부텐(BCB)계, 포토아크릴(Photo acryl)계, 폴리실리젠(Polysilizane)계, 규소(Si)계 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 유기물을 포함할 수 있다.
이상의 제 1 조정층을 포함하는 평판표시소자는 기판 상에 무기물을 포함하는 제 3 조정층을 추가로 포함할 수 있다.
이때, 제 1 조정층 상에 제 3 조정층이 형성되며, 제 3 조정층이 형성된 기판의 표면을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때 표면 조도가 0<Rms<5㎚, 0<Rp -v<50㎚ 범위일 수 있다.
제 3 조정층은 10㎚ 내지 3,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 제 3 조정층은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 알루미늄 산화물(AlOx), 마그네슘 산화물(MgOx), 알루미늄 질화물(AlN), 하프늄 산화물(HfOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 탄탈륨 산화물(TaOx)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기물을 포함할 수 있다.
다른 측면에서 이상의 제 1 조정층을 포함하는 평판표시소자는 기판 상에 유기물을 포함하는 제 2 조정층 및 무기물을 포함하는 제 3 조정층을 추가로 포함할 수 있다.
이때, 제 1 조정층 상에 제 2 조정층 및 제 3 조정층을 포함하되, 최상위에 제 3 조정층이 형성되며, 최상위에 제 3 조정층이 형성된 기판의 표면을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때 표면 조도가 0<Rms<5㎚, 0<Rp -v<50㎚ 범위일 수 있다.
이상의 평판표시소자는 기판 상에 두 개의 전극 사이에 개재된 발광층을 포함하는 픽셀부를 포함할 수 있다.
발광층은 유기물을 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평판표시소자의 기판의 구조를 도시한 단면도와 기판의 표면을 원자간력 현미경(AFM; Atomic Force Microscope)으로 관찰하여 나타낸 확대도 및 관련 그래프이다.
도 2를 참조하면, 금속 기판(210) 상에 표면 조도 개선을 목적으로 유리 성분을 포함하는 제 1 조정층(212)이 형성된다.
금속 기판(210)은 휘어질 수 있는 성질을 갖도록 압연과정을 통해 0.05㎜ 내지 1.0㎜ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 제 1 조정층(212)의 형성과정을 살펴보면 다음과 같다.
유리 성분을 포함하는 막이 green sheet 형태로 형성된다. 이때, 금속 기판(210)은 100℃로 가열되고, 동시에 100℃로 가열된 롤 라미네이터(roll laminator)에 의해 금속 기판(210) 상에 전술한 green sheet 형태의 유리 성분을 포함하는 막이 라미네이팅된다. 이후, Box furnace를 이용하여 5℃/min의 승온 속도로 365℃까지 온도를 올린 후 30분 유지하고, 계속해서 5℃/min의 승온 속도로 570℃까지 온도를 올린 후 다시 30분 유지하고 로냉하여 제 1 조정층(212)을 형성한다.
도 2에 첨부된 부분 확대도와 그래프를 참조하면, 이상과 같은 과정을 거쳐 제 1 조정층(212)이 형성된 기판(210)의 표면을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측한 결과를 볼 수 있다.
상세하게는, 시편 전체에 걸쳐 약 60㎚ 크기의 돌기들이 균일하게 퍼져 있음을 알 수 있다. 또한, 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래 기판(110)의 표면 조도와 비교해보면, Ra 및 Rp -v 값이 1/3이하로 감소하여 표면 조도가 0<Rms<10㎚, 0<Rp -v<100㎚ 범위 이내로 조정되었음을 알 수 있다.
이러한 표면 조도의 수치적 변화는 예를 들어, 기판(210, 212) 상에 박막트랜지스터가 형성될 경우, TFT 특성의 저하를 방지할 수 있고, 전극 및 발광층이 형성될 때 굴곡된 기판(210, 212)의 표면에 의해 발생할 수 있는 I-V 특성의 저하 및 국부적인 휘도의 편차를 방지할 수 있는 수율 조건에 부합함을 의미한다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 조정층(212)이 형성된 금속 기판(210)은 평판표시소자의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판(210, 212) 상에는 제 1 전극과 발 광층 및 제 2 전극이 형성되어 평판표시소자가 완성되며, 발광 방식에 따라 LCD, OLED를 포함하는 다양한 구조의 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평판표시소자가 전계발광 표시장치에 적용되는 경우의 소자 구조를 도시한 모식도이다.
도 3을 참조하면, 기판(210, 212) 상에 제 1 전극(222)이 형성된다. 이때, 제 1 전극(222)은 일함수가 높은 ITO, IZO 등의 투명 도전막으로 패터닝 될 수 있다.
제 1 전극(222) 상에는 발광층(224)이 형성된다. 발광층(224)은 유기물로 형성될 수 있으며, 적색, 녹색, 청색 발광층 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
발광층(224) 상에는 제 2 전극(226)이 형성된다. 제 2 전극(226)은 일함수가 낮은 Al, Ag, Mg 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 포함하도록 형성할 수 있으며, 상부 발광형(Top-Emission type)의 경우, 얇은 금속 전극 또는 얇은 금속과 투명 도전막이 적용되어 투과 전극으로 형성될 수도 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 제 1 전극(222)과 발광층(224) 사이에는 정공의 수송을 원활하게 하기 위한 정공 주입/전달층이 개재될 수 있다. 그리고, 발광층(224)과 제 2 전극(226) 사이에는 전자 주입/전달층이 개재될 수 있다.
이상 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평판표시소자의 구조를 설명함에 있어, 제 1 전극(222)을 애노드로 제 2 전극(226)을 캐소드로 형성한 경우로 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평판표시소자의 구조는 이에 국한되 지 않는다. 따라서, 기판(210, 212) 상의 애노드와 캐소드의 위치는 바뀔 수 있으며, 구동 방식에 따라 하나 이상의 박막트랜지스터가 어느 하나의 전극과 전기적으로 연결될 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판에 변형이 발생한 상태를 도시한 단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판의 변형된 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2의 단면도와 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이상 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판(210, 212)에서 금속 기판(210)과 제 1 조정층(212) 간의 열팽창 계수의 차이는 0 내지 5ppm/℃의 범위 내로 조정되어야 한다.
만약, 금속 기판(210)의 열팽창 계수(T1)와 제 1 조정층(212)의 열팽창 계수(T2)의 차이가 5ppm/℃를 초과하게 될 경우, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 기판(210, 212)이 휘는 문제가 발생하기 때문이다.
도 4a를 참조하면, 금속 기판(210)의 열팽창 계수(T1)가 제 1 조정층(212)의 열팽창 계수(T2)보다 큰 경우(T1>T2)로, 제 1 조정층(212)이 압축 응력을 받아 도시한 바와 같이 기판(210, 212)이 휘게 된다.
도 4b를 참조하면, 금속 기판(210)의 열팽창 계수(T1)가 제 1 조정층(212)의 열팽창 계수(T2)보다 작은 경우(T1<T2)로, 제 1 조정층(212)이 인장 응력을 받아 도시한 바와 같이 기판(210, 212)이 휘게 된다.
이상과 같이 금속 기판(210)과 제 1 조정층(212) 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 기판(210, 212)이 휘는 문제는 금속 기판(210)과 제 1 조정층(212) 간의 점착 력(adhesion) 측면에서도 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 이상과 같은 문제들을 해결하기 위해서는 제 1 조정층(212)의 두께를 조절함으로써 열팽창 계수의 차이를 줄이거나, 도 5에 도시한 바와 같이, 금속 기판(210)의 양 측면에 제 1 조정층(212)을 형성하는 방법이 있다.
위에서 설명한 바와 같이 제 1 조정층(212)을 형성할 경우, 금속 기판(210)의 열팽창 계수(T1)와 제 1 조정층(212)의 열팽창 계수(T2)가 0 내지 2ppm/℃ 이하의 범위로 차이날 때 제 1 조정층은 500㎚ 내지 150,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 금속 기판(210)의 열팽창 계수(T1)와 제 1 조정층(212)의 열팽창 계수(T2)가 2ppm/℃ 이상 5ppm/℃ 이하의 범위로 차이날 때 제 1 조정층은 500㎚ 내지 30,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 평판표시소자의 기판의 구조를 도시한 단면도 및 기판의 표면을 원자간력 현미경(AFM; Atomic Force Microscope)으로 관찰하여 나타낸 확대도이다.
도 6을 참조하면, 유리 성분을 포함하는 제 1 조정층(312)이 형성된 금속 기판(310) 상에 표면 조도 개선을 목적으로 유기물을 포함하는 제 2 조정층(314)이 추가로 형성된다.
금속 기판(310)은 휘어질 수 있는 성질을 갖도록 압연과정을 통해 0.05㎜ 내지 1.0㎜ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 조정층(312)은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 조정층(212)과 동일한 원리 및 방법에 따라 형성된다.
또한, 제 2 조정층(314)은 제 1 조정층(312)과의 점착력(adhesion)을 고려하여, 100㎚ 내지 30,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
이러한 제 2 조정층(314)은 스핀 코팅, 딥 코팅, 플로우 코팅, 롤 코팅, 스크린 코팅, sol-gel법으로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 방법으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
또한, 제 2 조정층(314)은 폴리이미드(Polyimide)계, 벤조싸이클로부텐(BCB)계, 포토아크릴(Photo acryl)계, 폴리실리젠(Polysilizane)계, 규소(Si)계 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 유기물을 포함할 수 있다.
도 6의 확대도를 참조하면, 제 2 조정층(314)이 형성된 기판(310)의 표면을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측한 결과로, 제 2 조정층(314)이 형성된 기판(310, 312, 314)의 표면 조도는 0<Rms<5, 0<Rp -v<50㎚ 범위 이내로 조정되었음을 알 수 있다.
이러한 기판(310, 312)의 표면 조도의 범위는 예를 들어, 기판(310, 312)상에 박막트랜지스터가 형성될 경우, TFT특성의 저하를 방지할 수 있고, 전극 및 발광층이 형성될 때 굴곡된 기판(310, 312)의 표면에 의해 발생할 수 있는 I-V 특성의 저하 및 국부적인 휘도의 편차를 방지할 수 있는 수율 조건에 부합한다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제 1 조정층(312) 및 제 2 조정층(314)이 형성 된 금속 기판(310)은 평판표시소자의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판(310, 312, 314)의 최상위에는 외기의 수분 또는 산소와 제 2 조정층(314)의 접촉을 방지하기 위한 무기 보호막이 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 평판표시소자의 기판의 구조를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 유리 성분을 포함하는 제 1 조정층(412)이 형성된 금속 기판(410) 상에 표면 조도 개선을 목적으로 무기물을 포함하는 제 3 조정층(416)이 추가로 형성된다.
금속 기판(410)은 휘어질 수 있는 성질을 갖도록 압연과정을 통해 0.05㎜ 내지 1.0㎜ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 1 조정층(412)은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 조정층(212)과 동일한 원리 및 방법에 따라 형성된다.
한편, 제 3 조정층(416)은 소자의 I-V특성을 저하시킬 수 있는 영향력을 최소화하기 위해 절연특성이 좋은 산화물 또는 질화물이 적용 가능하며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 알루미늄 산화물(AlOx), 마그네슘 산화물(MgOx), 알루미늄 질화물(AlN), 하프늄 산화물(HfOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 탄탈륨 산화물(TaOx)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기물을 포함할 수 있다.
또한, 제 3 도전층(416)은 기판(410)의 휘어지는 특성에 따라 크랙(crack)방 지를 위해 10㎚ 내지 3,000㎚ 범위의 두께로 형성할 수 있다. 이는 제 3 도전층(416)이 10㎚ 이상의 두께로 형성될 때 충분한 표면 조도의 개선 효과가 있고, 3000㎚ 이하의 두께로 형성되어야 기판(410)이 휘어질 때 작용하는 응력에 의한 크랙이 방지되기 때문이다.
이상의 제 3 조정층(416)은 스퍼터링(Sputtering), 진공증착(Evaporation), 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 스프레이(Plasma spray)로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 무기막 형성 방법으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 제 3 실시예는 본 발명의 제 2 실시예와 같은 원리로 제 1 조정층(412)이 형성된 금속 기판(410)의 표면의 공극을 제 3 조정층(416)이 메워주는 효과가 있어, 표면 조도를 0<Rms<5, 0<Rp -v<50㎚ 범위로 개선할 수 있다.
이러한 기판(410, 416)의 표면 조도의 범위는 예를 들어, 기판(410, 416)상에 박막트랜지스터가 형성될 경우, TFT특성의 저하를 방지할 수 있고, 전극 및 발광층이 형성될 때 굴곡된 기판(410, 416)의 표면에 의해 발생할 수 있는 I-V 특성의 저하 및 국부적인 휘도의 편차를 방지할 수 있는 수율 조건에 부합한다. 따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제 3 조정층(416)이 추가로 형성된 기판(410, 412, 416)은 평판표시소자의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 평판표시소자의 기판의 구조를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 유리 성분을 포함하는 제 1 조정층(512)이 형성된 금속 기판(510) 상에 표면 조도 개선을 목적으로 유기물을 포함하는 제 2 조정층(514) 및 무기물을 포함하는 제 3 조정층(516)이 추가로 형성된다.
금속 기판(510)은 휘어질 수 있는 성질을 갖도록 압연과정을 통해 0.05㎜ 내지 1.0㎜ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 제 1 조정층(512)은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 조정층(212)과 동일한 원리 및 방법에 따라 형성된다.
제 2 조정층(514)은 제 1 조정층(512)과의 점착력(adhesion)을 고려하여, 100㎚ 내지 30,000㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다. 이는 제 2 조정층(514)이 100㎚이상의 두께로 형성될 때, 충분한 표면 조도의 개선효과가 나타나며, 30,000㎚ 이하의 두께로 형성되어야 기판(510)이 휘어질 때 작용하는 응력에 의해 발생할 수 있는 각 조정층 간의 계면이 들뜨는 현상을 방지할 수 있기 때문이다.
이상의 제 2 조정층(514)은 폴리이미드(Polyimide)계, 벤조싸이클로부텐(BCB)계, 포토아크릴(Photo acryl)계, 폴리실리젠(Polysilizane)계, 규소(Si)계 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 유기물을 포함할 수 있다.
이상의 제 3 조정층(516)은 소자의 I-V특성을 저하시킬 수 있는 영향력을 최소화하기 위해 절연특성이 좋은 산화물 또는 질화물이 적용 가능하며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 알루미늄 산화물(AlOx), 마그네슘 산화물(MgOx), 알루미늄 질화물(AlN), 하프늄 산화물(HfOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 탄탈륨 산화물(TaOx)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기물을 포함할 수 있다.
이상 본 발명의 제 4 실시예에 따른 제 3 조정층(516)은 유기물을 포함하는 제 2 조정층(514)을 덮도록 기판(410) 상의 최상위에 형성되어 외기의 수분 및 산소가 제 2 조정층(514)과 반응하는 것을 방지한다.
또한, 제 3 조정층(516)은 기판(510)의 휘어지는 특성에 따라 크랙(crack)방지를 위해 10㎚ 내지 3,000㎚ 범위의 두께로 형성할 수 있다. 이는 제 3 도전층(516)이 10㎚ 이상의 두께로 형성될 때 충분한 표면 조도의 개선 효과가 있고, 3000㎚ 이하의 두께로 형성되어야 기판(510)이 휘어질 때 작용하는 응력에 의한 크랙이 방지되기 때문이다.
이상과 같은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 기판(510, 512, 514, 516)은 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예와 동일한 원리로 표면 조도가 0<Rms<5, 0<Rp-v<50㎚ 범위로 개선된다.
이상 본 발명의 제 4 실시예에서는 제 1 조정층(512)과 제 2 조정층(514) 및 제 3 조정층(516)이 각각 한층 씩 존재하는 경우로 예를 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 기판의 구조는 이에 국한되지 않으며, 제 2 조정층 및 제 3 조정층은 각각 하나 이상씩 존재할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 4 실시예에서는 제 1 내지 제 3 조정층(512, 514, 516)이 기판(510) 상에 순차적으로 형성된 경우로, 기판의 구조를 설명하였으나, 본 발 명에 따른 기판의 구조는 이에 국한되지 않는다. 따라서, 제 1 조정층 상에 제 2 및 제 3 조정층이 각각 두 층 이상씩 존재할 수 있고, 제 2 조정층과 제 3 조정층이 교번하여 적층될 수도 있으며, 제 2 조정층이 최상위에 위치할 때는 제 2 조정층을 덮는 무기 보호막이 추가로 형성될 수도 있다.
이상 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 기판 상에는 두 개의 전극 사이에 개재된 발광층을 포함하는 픽셀부가 형성될 수 있으며, 발광방식에 따라 OLED, LCD를 포함한 다양한 형태의 디스플레이가 모두 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.