KR101095022B1 - 보호막 구조 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 보호막 구조 형성 방법은, 기판의 전면에 접착층을 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 보호층을 형성하는 단계, 및 상기 접착층을 이용하여 상기 보호층이 형성된 상기 기판을 전자 소자에 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 보호층은 유기보호층 및 무기보호층을 포함할 수 있다.
유기전자소자, 보호막, 유무기 복합층
Description
본 발명은 전자 소자에 보호막 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.
유기 전자소자 기술은 유기물을 전자소자에 응용한 것으로서, 저비용 및 대면적으로 유연한 플라스틱 기판에 전자소자를 구현할 수 있다는 장점으로 인해 각광받고 있다. 유기 전자 소자 기술은 OLED, OTFT, 태양 전지와 같은 유기전자소자를 제조하는데 사용되고 있다. 그러나 이러한 유기전자소자는 대기 중의 수분, 산소, 빛 등에 의해 분해되기 쉬우며, 열에 대한 내구성도 매우 약해 소자의 온도가 상승할 경우 소자 수명이 감소하게 되는 등, 소자의 신뢰성과 관련된 여러 문제점이 있었다. 따라서, 유기전자소자의 제품화를 위해서는 이러한 문제점의 해결이 선행되어야 한다.
종래에는, 유기전자소자에서 발생하는 수분 및 산소에 의한 유기물 분해와 열화를 방지하기 위해 다양한 방법이 사용되었다. 예를 들어, 유기전자소자에 금속 캡(cap) 또는 유리 캡과 같은 보호막을 씌우는 방법 등이 이용되었다. 그러나, 이러한 종래의 유기전자소자 보호 방식에서는 공정상 높은 온도를 필요로 하여 유기전자소자에 충격을 주었으며 수분 및 산소를 완벽히 차단하지 못한다는 문제점이 있었다.
일 실시예에 따른 보호막 구조 형성 방법은, 기판의 전면에 접착층을 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 보호층을 형성하는 단계, 및 상기 접착층을 이용하여 상기 보호층이 형성된 상기 기판을 전자 소자에 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 보호층은 유기보호층 및 무기보호층을 포함할 수 있다.
도면에 도시되거나 이하 설명되는 각 구성 요소 및 구성 요소들 간의 배치 관계는 하나의 예시로서 다양한 구성으로 변형될 수 있다. 따라서, 도면을 참조하여 자세히 설명하는 각 실시예는 청구항의 범위를 한정하는 것은 아니며, 실시 가능한 여러 형태 중 대표적 실시예를 설명하는 것일 뿐임을 알아야 한다. 이하에서는, 명확한 이해를 돕기 위해 첨부 도면 및 그에 표시된 참조번호를 이용하여 자세한 설명이 이루어질 것이며, 도면에서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성을 나타낸다.
도 1은, 일 실시예에 따른, 소자에 부착 가능한 보호막구조(100)를 도시한다.
보호막구조(100)는, 기판(120), 기판(120)의 전면에 형성된 접착층(140) 및 기판(120)의 후면에 형성된 유/무기복합보호층(160)을 포함한다.
일 실시예에서, 기판(120)의 재질은 접착층(140) 및/또는 보호막 구조(100)가 부착될 소자 또는 기판의 내열성 및 내화학성을 고려하여 결정할 수 있다. 예 를 들어, 이하에서 설명하는 바와 같이, 보호막 구조(100)가 유기전자소자에 부착될 경우 기판(100)으로서 유기고분자계 플라스틱필름을 이용할 수 있다.
일 실시예에서, 접착층(140)은 유기 접착제, 무기접착제 또는 유기 접착제와 무기접착제의 혼합물로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 접착층(140)을 구성하는 유기 접착제는 천연접착제 또는 (예를 들어, 열가소성 수지계 또는 복합 수지계와 같은) 합성접착제일 수 있다. 일 실시예에서, 접착층(140)은 광, 열, 수분 또는 산소에 의해 접착 특성을 나타낼 수 있도록 광 경화 접착제, 열 경화 접착제, 수분 경화 접착제 또는 혐기성 접착제로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 접착층(140)의 두께는 약 1um 내지 10um일 수 있다.
일 실시예에서, 유/무기복합보호층(160)은 유기보호층(162) 및 무기보호층(164)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유/무기복합보호층(160)은 기판(120) 위에 유기보호층(162) 및 무기보호층(164)이 적층된 형태를 가질 수 있다. 도 1에는, 유기보호층(162) 상에 무기보호층(164)이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 유기보호층(162)과 무기보호층(164)의 적층 순서는 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 유/무기복합보호층(160)의 두께는 약 10nm 내지 150um 일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유기보호층(162) 및 무기보호층(164)의 두께는 각각 약 0.5um 내지 10um, 약 10nm 내지 1um일 수 있다.
일 실시예에서, 유기보호층은(162)은, 유기 나노 재료 및 무기 나노 재료의 혼합물 및 혼합 무기물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유기보호층(162)은 에폭시계 수지(epoxy resin), 아크릴계 수지(acrlyate resin), 열경화성 폴리이미 드(polyimide) 등 비정질이며 고내열성 및 내화학성이 우수한 고분자 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 유기보호층(162)은 액상 형태 또는 고형 형태일 수 있다. 일 실시예에서, 무기보호층(164)은 금속 산화물, 비금속 산화물, 질화물 및 염 중 두 가지 이상이 혼합된 무기물로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 보호막 구조(100)는 기판(120), 접착층(140) 및 보호층(160) 전체의 광투과도가 약 90% 이상이 되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(120), 접착층(140) 및 보호층(160) 전체의 광투과도가 약 90% 이상이 되도록 기판(120), 접착층(140) 및 보호층(160)의 재료가 결정될 수 있다.
도 1에서는, 보호막구조(100)가 한 개의 유/무기복합보호층(160)을 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않으며, 보호막구조(100)는 복수개의 유/무기복합보호층(160)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 보호막구조(200)는 각각 유기보호층(262, 272, 282) 및 무기보호층(264, 274, 284)을 포함하는 세 개의 유/무기복합보호층(260, 270, 280)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 세 개의 유/무기복합보호층(260, 270, 280)은 서로 다른 재질로 구성되거나, 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
도 3은, 도 1에 도시된 보호막 구조(100)가 접착된 유기전자소자(300)를 도시한다.
일 실시예에서, 유기전자소자(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 양전극 기판(302), 정공 주입층(304), 정공 전달층(306), 발광층(308), 전자 전달층(310), 전자 주입층(312) 및 음전극(314)을 포함하는 OLED일 수 있다. 일 실시예에서, 양 전극 기판(302)은 유리기판 또는 플라스틱 기판을 이용하여 형성될 수 있다. 그러나, 도 3은 유기전자소자(300)의 일 실시예를 도시한 것에 불과하며, 보호막 구조(100)는 다양한 유기전자소자(300)에 적용될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 보호막 구조(100)는 전극층 상에 유기층이 단일층으로 형성된 유기전자소자에도 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 보호막 구조(100)는 유기전자소자(300)의 외부로 노출된 부분을 덮도록 형성될 수 있다. 이와 같이 구성된 유기전자소자(300)는 보호막 구조(100)에 의해 산소 및 수분이 효과적으로 차단될 수 있으므로 유기전자소자(300)의 안정성 및 신뢰성 확보가 가능하다.
이하에서는, 도 4를 참고하여 보호막 구조(100)의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 단계 S400에서, 기판(120)의 전면에 접착층(140)을 형성한다. 기판(120) 및 접착층(140)은 도 1과 관련하여 설명한 기판(120) 및 접착층(140)과 동일하게 구성될 수 있다.
다음으로, 접착층(140)이 형성되지 않은 기판(120)의 후면에 유/무기복합보호층(160)을 형성한다. 일 실시예에서, 유/무기복합보호층(160)을 형성하는 단계는 유기보호층(162)을 형성하는 단계(S402 내지 S408) 및 무기보호층(164)을 형성하는 단계(S410)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 유/무기복합보호층(160)을 형성하는 단계는, 기판 상에 유기보호층(162) 및 무기보호층(164)이 순서대로 적층되도록, 유기보호층(162)을 형성 하는 단계를 먼저 실행 후 무기보호층(164)을 형성하는 단계를 실행할 수 있다.
단계 S402에서는, 유기보호층(162)을 형성하기 위해 기판(120)의 후면에 광경화성 고분자를 도포할 수 있다. 일 실시예에서, 광경화성 고분자로서 에폭시계 수지(epoxy resin), 아크릴계 수지(acrlyate resin), 열경화성 폴리이미드(polyimide) 또는 비정질이며 고내열 및 내화학성이 우수한 고분자를 사용할 수 있다. 그러나 광경화성 고분자는 이에 한정되지 않으며 광(예를 들어, UV)에 의해 경화될 수 있는 고분자라면 특별한 제한 없이 이용될 수 있다.
단계 S404 내지 S408에서, 광경화성 고분자가 도포된 기판(120)에 대해 자외선/오존 경화공정을 실행할 수 있다.
단계 S404에서, 기판(120)에 도포된 광경화성 고분자에 포함된 첨가물(additives) 및/또는 불순물(impurities)을 제거하기 위한 예비 경화 공정을 실행할 수 있다. 일 실시예에서, 예비 경화 공정은, 핫플레이트 또는 오븐을 이용하여 광경화성 고분자에 대해 경화를 실행하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광경화성 고분자에 대한 예비 경화 공정은 약 70 내지 90℃에서 약 2분 내지 5분간 실행할 수 있다.
단계 S406에서, 예비 경화 공정을 거친 광경화성 고분자가 도포된 기판(120)에 대해 자외선/오존을 조사하는 자외선/오존 조사 공정을 실행할 수 있다. 일 실시예에서, 자외선/오존 조사 공정은, 파장이 약 170nm 내지 200nm인 광원을 약 1분 내지 약 7분간 조사하여 산소 분자를 원자 상태로 분해하는 단계; 및 발생한 산소 원자에 대해 약 240nm 내지 260nm의 파장을 갖는 광원을 약 1분 내지 7분간 조사하 여 오존을 생성시키는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 경화에 직접적인 영향을 미치는 주된 광원의 파장대는 240 내지 260 ㎚이고 조사된 광원의 에너지는 약 2400 내지 3000 mJ/㎠일 수 있다.
단계 S408에서, 자외선/오존 조사 공정이 실행된 기판(120)에 도포된 광경화성 고분자에 대해 열 경화를 실행하여 유기보호층(162)으로서의 유기 고분자 보호층을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 열 경화 공정은, 오븐을 이용하여 광경화성 고분자에 대해 약 100 내지 120℃에서 약 1 내지 2시간 동안 열경화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 자외선/오존 경화공정(S404 내지 S408)에서 경화에 영향을 미치는 주된 파장은 오존 생성 파장인 253.7 ㎚이고 조사된 광원의 에너지는 2800 mJ/㎠일 수 있다. 예를 들어, 예비 경화 공정에서 광경화성 고분자가 도포된 기판(120)에 대해 핫플레이트를 이용하여 약 80℃에서 약 3분간 예비경화를 시키고, 자외선/오존 조사 공정에서 약 184.9㎚ 파장의 광원을 5분간 광경화성 고분자에 조사하여 산소(O2) 분자를 분해시켜 산소 원자를 생성하고 생성된 산소 원자에 대해 253.7㎚ 파장의 광원을 5분간 조사하여 오존을 생성하고, 열 경화 공정에서 오븐을 이용하여 120℃에서 2시간 동안 광경화성 고분자를 열경화시켜 유기보호층(162)를 형성할 수 있다.
단계 S410에서, 자외선/오존 경화 공정에 의해 형성된 유기보호층(162) 상에 무기물을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자선 증착기, 스퍼터(sputter), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD), 화학적 기상 증착법(chemiacl vapor deposition, CVD), 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD) 등을 이용하여 무기물을 증착할 수 있다. 일 실시예에서, 무기보호층(164)은 약 0.1 내지 0.5 ㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 유/무기복합보호층(160)을 형성하는 단계는, 기판의 후면에 무기보호층(164) 및 유기보호층(162)이 순서대로 적층되도록, 무기보호층(164)을 형성하는 단계를 먼저 실행 후, 유기보호층(162)을 형성하는 단계를 실시할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(120)의 후면에 무기물을 증착하여 무기보호층(164)을 형성한 후, 형성된 무기보호층(164) 상에 광경화성 고분자를 도포한 후 자외선/오존 경화공정을 실행하여 유기보호층(162)을 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이 다층 구조의 보호막구조(200)를 형성하기 위해 유기보호층(262, 272, 274)을 형성하는 단계 및 무기보호층(264, 274, 284)을 형성하는 단계를 반복하여 실행할 수 있다.
도 4에서는, 접착층(140)을 형성하는 단계(S400)가 실행 된 후 보호층(160)을 형성하는 단계(S402 내지 S410)를 실행하는 것으로 도시되어 있으나, 본원 발명은 이에 한정되지 않으며, 접착층(140) 및/또는 보호층(160)을 구성하는 물질에 따라 실행 순서는 변형될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 접착층(140)으로서 광 경화 접착제를 이용하는 경우, 보호층(160)을 형성하는 단계(S402 내지 S410)를 먼저 실행한 후 접착층(140)을 형성하는 단계(S400)를 실행할 수 있다.
단계 S412에서는, 접착층(140) 및 보호층(160)이 형성된 보호막 구조(100)를 유기전자소자(300)에 접착시킨다. 일 실시예에서, 보호막 구조(100)는 유기전자소 자(300)의 외부로 노출된 부분을 덮도록 접착될 수 있다. 일 실시예에서, 기판(120)에 형성된 접착층(140)을 이용하여, 보호막 구조(100)를 유기전자소자(300)에 압축 방식으로 직접 접착시킬 수 있다. 일 실시예에서, 보호막 구조(100)의 길이는 유기전자소자(300)의 길이에 따라 필요한 연장될 수 있다.
이와 같이, 보호막 구조(100)를 생성 후 유기전자소자(300)에 부착하기 때문에 소자에 다양한 크기와 형태로 보호층을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 보호층을 기판 및 소자에 직접 부착을 할 수 있어 공정 실행 과정에서 발생할 수 있는 소자의 손상을 최소화 할 수 있고 공정을 간소화 할 수 있다.
또한, 자외선/오존 경화 방식을 이용하여 유기 보호층의 표면 에너지를 향상시키고 친수성화를 유도하여 다른 보호층과의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 방식에 따르면 대면적의 유기전자소자의 면적 이상의 보호층의 형성 및 다층의 보호층 형성이 가능하므로, 유기전자소자에서 수직 방향 및 수평 방향으로 침투할 수 있는 수분과 산소를 효과적으로 차단할 수 있다.
도 1은, 일 실시예에 따른, 소자에 부착 가능한 보호막구조의 단면도이다.
도 2는, 또 다른 실시예에 따른, 소자에 부착 가능한 보호막구조의 단면도이다.
도 3은, 도 1에 도시된 보호막 구조가 부착된 유기전자소자의 단면도이다.
도 4는, 보호막 구조 제조 방법의 순서도이다.
Claims (11)
- 보호막 구조 형성 방법에 있어서,기판의 전면에 접착층을 형성하는 단계,상기 기판의 후면에 보호층을 형성하는 단계, 및상기 접착층을 이용하여 상기 보호층이 형성된 상기 기판을 유기 전자 소자에 부착하는 단계를 포함하고,상기 보호층은 유기보호층 및 무기보호층을 포함하는, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 유기고분자계 플라스틱필름인, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 접착층은, 유기 접착제, 무기접착제 또는 유기 접착제와 무기접착제의 혼합물인, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 접착층은, 광 경화 접착제, 열 경화 접착제, 수분 경화 접착제 또는 혐기성 접착제를 포함하는, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 접착층의 두께는 1um 내지 10um인, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 보호막 구조는, 상기 기판, 상기 접착층 및 상기 보호층의 광투과도가 90% 이상이 되도록 형성되는, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 무기보호층은 금속 산화물 또는 비금속 산화물, 질화물 및 염 중에서 선택되는 두 가지 이상을 포함하는, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 무기보호층은 전자선 증착기, 스퍼터(sputter), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD), 화학적 기상 증착법(chemiacl vapor deposition, CVD), 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)을 이용하여 증착되는, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 유기보호층은, 유기 나노 재료와 무기 나노 재료의 혼합물 및 혼합 무 기물을 포함하는, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 유기보호층은 0.5um 내지 10um, 상기 무기보호층은 10nm 내지 1um의 두께를 갖는, 보호막 구조 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 보호층은 10nm 내지 150um의 두께를 갖는, 보호막 구조 형성 방법.
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