KR102623200B1 - 플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치에 관한 것으로, 본 발명의 플렉서블 기판은, 제1 기재층과 제2 기재층을 포함하며, 제1 기재층은 수지와 유무기 하이브리드 물질을 포함하고, 유무기 하이브리드 물질의 함량은 수지 함량의 30 내지 70 wt%로, 제1 기재층의 표면경도는 제2 기재층의 표면경도보다 높다. 따라서, 백 플레이트를 생략하여 플렉서블 표시장치의 두께를 감소시키고 유연성을 향상시킬 수 있으며, 면적 제한 문제를 해결할 수 있다.

Description

플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치{Flexible substrate and flexible display device including the same}
본 발명은 플렉서블 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량, 박형 및 고강성 특성을 갖는 플렉서블 기판과 이를 포함하는 플렉서블 표시장치에 관한 것이다.
사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting display device: OLED) 등과 같은 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이러한 평판표시장치 중, 액정표시장치는 액정분자를 포함하는 액정층을 사이에 두고 합착된 상부 기판과 하부 기판을 포함하는 액정 패널을 필수 구성 요소로 포함하며, 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성된 전계에 의해 액정층이 구동되어 영상을 표시한다.
또한, 유기발광표시장치는 유기발광층을 사이에 두고 마주하는 양극과 음극을 포함하는 발광다이오드를 필수 구성 요소로 포함하며, 양극과 음극 각각으로부터 주입된 정공과 전자가 유기발광층에서 결합하여 발광함으로써, 영상을 표시하게 된다.
한편, 최근에는 플렉서블 기판을 이용한 플렉서블 표시장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 플렉서블 표시장치는 접힌 상태로 휴대가 가능하고 펼쳐진 상태에서 영상을 표시하기 때문에, 대화면 표시가 가능하면서 휴대가 용이한 장점을 갖는다.
도 1은 종래의 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 플렉서블 표시장치는 표시패널(10)과, 상기 표시패널(10) 하부에 위치하는 백 플레이트(20)와, 상기 표시패널(10) 상부에 위치하는 커버 윈도우(30)를 포함한다.
상기 표시패널(10)은, 플렉서블 기판(도시하지 않음) 하부에 캐리어 기판(도시하지 않음)이 부착된 상태에서, 상기 플렉서블 기판 상에 다수의 소자를 포함하는 소자층을 형성하고 캐리어 기판을 분리(release)시킴으로써, 얻을 수 있다.
상기 표시패널(10)을 외부 충격으로부터 보호하기 위해, 상기 표시패널(10)의 상부에는 상기 커버 윈도우(30)가 부착된다.
또한, 상기 표시패널(10)의 플렉서블 기판은 매우 얇기 때문에, 상기 플렉서블 기판을 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 상기 플렉서블 기판 배면에는 백 플레이트(20)가 부착된다.
일반적으로, 상기 백 플레이트(20)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate)로 이루어진다. 이러한 백 플레이트(20)는 스크래치 등의 손상을 방지하기 위해 100 ㎛ 이상의 두께를 가지는데, 이는 플렉서블 표시장치의 두께를 증가시키고, 플렉서블 표시장치의 유연성(flexibility)를 저하시킨다.
게다가, 상기 백 플레이트(20)는 라미네이션(lamination) 공정을 통해 표시패널(10)의 플렉서블 기판에 부착되는데, 라미네이션 공정은 대면적 표시장치에 적용하기가 쉽지 않다. 따라서, 상기 백 플레이트(20)를 포함하는 종래의 플렉서블 표시장치는 면적을 증가시키는데 한계가 있다.
한편, 상기 표시패널(10)의 제조 과정에서 상기 플렉서블 기판과 상기 캐리어 기판 간의 접착력 향상을 위해, 상기 플렉서블 기판은 실란 커플링제(silane coupling agent)를 포함한다. 그런데, 이러한 실란 커플링제에 의해 고온 공정에서 가스분출(outgas)이 발생할 수 있으며, 이는 표시패널(10)의 불량을 유발한다.
본 발명은 종래 플렉서블 표시장치의 두께 증가 및 유연성 저하 문제를 해결하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래 플렉서블 표시장치의 면적 제한 문제를 해결하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래 플렉서블 표시장치의 가스분출에 의한 불량 문제를 해결하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 제1 기재층과 제2 기재층을 포함하며, 제1 기재층은 수지와 유무기 하이브리드 물질을 포함하고, 제1 기재층의 표면경도는 제2 기재층의 표면경도보다 높다. 이때, 유무기 하이브리드 물질은 실록산 화합물이며, 함량은 수지 함량의 30 내지 70 wt%이다.
수지는 멜라민, 아크릴, 우레탄, 에폭시 또는 폴리이미드로 이루어질 수 있고, 제2 기재층은 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 플렉서블 표시장치는 제1 기재층과 제2 기재층을 포함하는 플렉서블 기판과, 제2 기재층 상의 박막트랜지스터, 그리고 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터를 포함하며, 제1 기재층은 수지와 유무기 하이브리드 물질을 포함하고, 제1 기재층의 표면경도는 제2 기재층의 표면경도보다 높다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판을 포함하는 플렉서블 표시장치는 백 플레이트를 생략하여 두께를 감소시키고, 유연성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 백 플레이트 부착을 위한 라미네이션 공정이 필요하지 않으므로, 면적 제한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 실란 커플링제를 포함하지 않으면서도, 캐리어 기판 상부의 희생층과의 접착력을 향상시킬 수 있어, 실란 커플링제 사용에 따른 가스분출에 의한 불량을 막을 수 있다.
도 1은 종래의 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 표시패널의 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 접착강도를 도시한 그래프이다.
도 6은 유무기 하이브리드 물질의 함량에 따른 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 접착강도를 도시한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 플렉서블 기판은, 제1 기재층과, 상기 제1 기재층 상부의 제2 기재층을 포함하며, 상기 제1 기재층은 수지와 유무기 하이브리드 물질을 포함하고, 상기 제1 기재층의 표면경도는 상기 제2 기재층의 표면경도보다 높다.
상기 유무기 하이브리드 물질의 함량은 상기 수지 함량의 30 내지 70 wt%이다.
상기 유무기 하이브리드 물질은 실록산 화합물이다.
상기 실록산 화합물은 하기 화학식으로 표시되며, R1은 에폭시 아크릴레이트 또는 우레탄 아크릴레이트이다.
상기 수지는 멜라민, 아크릴, 우레탄, 에폭시 또는 폴리이미드로 이루어진다.
상기 제2 기재층은 폴리이미드로 이루어진다.
한편, 본 발명의 플렉서블 표시장치는 제1 기재층과 제2 기재층을 포함하는 플렉서블 기판과, 상기 플렉서블 기판 상의 박막트랜지스터, 그리고 상기 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터를 포함하며, 상기 제1 기재층은 수지와 유무기 하이브리드 물질을 포함하고, 상기 제1 기재층의 표면경도는 상기 제2 기재층의 표면경도보다 높다.
상기 제2 기재층은 상기 제1 기재층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판 및 이를 포함하는 플렉서블 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 개략적인 단면도이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 표시패널의 예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2와 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100)과 상기 표시패널(100) 상부에 위치하는 커버 윈도우(130)를 포함하고, 상기 표시패널(100)은 플렉서블 기판(110)과 상기 플렉서블 기판(110) 상부의 소자층(120)을 포함한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 표시패널(100)은 유기 발광다이오드 패널일 수 있다.
즉, 상기 표시패널(100)은 플렉서블 기판(110)과, 상기 소자층(120)으로, 상기 플렉서블 기판(110) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 발광다이오드(D)와, 상기 발광다이오드(D)를 덮는 인캡슐레이션 필름(180)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플렉서블 기판(110)의 하면은 상면보다 높은 표면경도를 가지며, 상기 플렉서블 기판(110)은 다중층의 구조를 가지는데, 이에 대해 추후 상세히 설명한다.
보다 상세하게, 상기 플렉서블 기판(110) 상에는 버퍼층(142)이 형성되고, 상기 버퍼층(142) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 버퍼층(142)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(142)은 생략될 수 있다.
상기 버퍼층(142) 상에는 반도체층(144)이 형성된다. 상기 반도체층(144)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(144)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 상기 반도체층(144) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음) 이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(144)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(144)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(144)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(144)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(144) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(146)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(146)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(146) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(150)이 반도체층(144)의 중앙에 대응하여 형성된다.
도 3a에서는, 게이트 절연막(146)이 플렉서블 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(146)은 게이트 전극(150)과 동일한 모양으로 패터닝될 수도 있다.
상기 게이트 전극(150) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(152)이 형성된다. 층간 절연막(152)은 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막(152)은 상기 반도체층(144)의 양측을 노출하는 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)을 갖는다. 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)은 게이트 전극(150)의 양측에 게이트 전극(150)과 이격되어 위치한다.
여기서, 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)은 게이트 절연막(146) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(146)이 게이트 전극(150)과 동일한 모양으로 패터닝될 경우, 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)은 층간 절연막(152) 내에만 형성될 수도 있다.
상기 층간 절연막(152) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(160)과 드레인 전극(162)이 형성된다.
소스 전극(160)과 드레인 전극(162)은 상기 게이트 전극(150)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 상기 제1 및 제2 콘택홀(154, 156)을 통해 상기 반도체층(144)의 양측과 접촉한다.
상기 반도체층(144)과, 상기 게이트 전극(150), 상기 소스 전극(160), 상기 드레인 전극(162)은 상기 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 반도체층(144)의 상부에 상기 게이트 전극(150), 상기 소스 전극(160) 및 상기 드레인 전극(162)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다.
또한, 파워 배선이 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(162)을 노출하는 드레인 콘택홀(166)을 갖는 보호층(164)이 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
상기 보호층(164) 상에는 상기 드레인 콘택홀(166)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(162)에 연결되는 제1 전극(170)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 상기 제1 전극(170)은 애노드(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(170)은 인듐-틴-옥사이드 (indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드 (indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 표시패널(100)이 상부 발광 방식(top-emission type) 유기 발광다이오드 패널인 경우, 상기 제1 전극(170) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사전극 또는 상기 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층(164) 상에는 상기 제1 전극(170)의 가장자리를 덮는 뱅크층(176)이 형성된다. 상기 뱅크층(176)은 상기 화소영역에 대응하여 상기 제1 전극(170)의 중앙을 노출한다.
상기 제1 전극(170) 상에는 유기 발광층(172)이 형성된다. 상기 유기 발광층(172)은 발광물질로 이루어지는 발광물질층(emitting material layer)의 단일층 구조일 수 있다. 이와 달리, 발광 효율을 높이기 위해, 상기 유기 발광층(172)은 상기 제1 전극(170) 상에 순차 적층되는 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광물질층, 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 유기 발광층(172)이 형성된 상기 플렉서블 기판(110) 상부로 제2 전극(174)이 형성된다. 상기 제2 전극(174)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(174)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(170), 상기 유기 발광층(172) 및 상기 제2 전극(174)은 발광다이오드(D)를 이룬다.
상기 제2 전극(174) 상에는, 외부 수분이 상기 발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 180)이 형성된다. 상기 인캡슐레이션 필름(180)은 제1 무기 절연층(182)과, 유기 절연층(184)과 제2 무기 절연층(186)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 인캡슐레이션 필름(180) 상에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판(미도시)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 표시패널(100)은 반사형 액정패널일 수 있다.
즉, 표시패널(100)은, 서로 마주하는 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250)과, 상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250) 사이에 개재되며 액정분자(262)를 포함하는 액정층(260)을 포함할 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 상기 액정층(260)과 제1 플렉서블 기판(110) 사이에는 반사층이 위치한다.
여기서, 상기 플렉서블 기판(110)의 하면은 상면보다 높은 표면경도를 가지며, 상기 플렉서블 기판(110)은 다중층의 구조를 가지는데, 이에 대해 추후 상세히 설명한다.
상기 제1 플렉서블 기판(110) 상에는 제1 버퍼층(220)이 형성되고, 상기 제1 버퍼층(220) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 제1 버퍼층(220)은 생략될 수 있다.
상기 제1 버퍼층(220) 상에는 게이트 전극(222)이 형성되고, 상기 게이트 전극(222)을 덮으며 게이트 절연막(224)이 형성된다. 또한, 상기 버퍼층(220) 상에는 상기 게이트 전극(222)과 연결되는 게이트 배선(미도시)이 형성된다.
상기 게이트 절연막(224) 상에는 반도체층(226)이 상기 게이트 전극(222)에 대응하여 형성된다. 상기 반도체층(226)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 반도체층(226)은 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층을 포함할 수 있다.
상기 반도체층(226) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(230)과 드레인 전극(232)이 형성된다. 또한, 상기 소스 전극(230)과 연결되는 데이터 배선(미도시)이 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된다.
상기 게이트 전극(222), 상기 반도체층(226), 상기 소스 전극(230) 및 상기 드레인 전극(232)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다.
상기 박막트랜지스터(Tr) 상에는, 상기 드레인 전극(232)을 노출하는 드레인 콘택홀(236)을 갖는 보호층(234)이 형성된다.
상기 보호층(234) 상에는, 상기 드레인 콘택홀(236)을 통해 상기 드레인 전극(232)에 연결되는 화소 전극(240)과, 상기 화소 전극(240)과 교대로 배열되는 공통 전극(242)이 형성된다.
상기 제2 플렉서블 기판(250) 상에는 제2 버퍼층(252)이 형성되며, 상기 제2 버퍼층(252) 상에는 상기 박막트랜지스터(Tr)와 상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선 등 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스(254)가 형성된다. 또한, 화소영역에 대응하여 컬러필터층(256)이 형성된다. 상기 제2 버퍼층(252)과 상기 블랙매트릭스(254)는 생략될 수 있다.
상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250)은 액정층(260)을 사이에 두고 합착되며, 상기 화소 전극(240)과 상기 공통 전극(242) 사이에서 발생되는 전기장에 의해 상기 액정층(260)의 액정분자(262)가 구동된다. 상기 화소 전극(240)과 상기 공통 전극(242) 및 상기 액정층(260)은 액정 커패시터를 이루며, 상기 액정 커패시터는 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다.
도시하지 않았으나, 상기 액정층(260)과 접하여 상기 제1 및 제2 플렉서블 기판(110, 250) 각각의 상부에는 배향막이 형성될 수 있으며, 상기 제2 플렉서블 기판(250)의 외측에는 특정 방향의 선편광만을 투과시키는 편광판이 부착될 수 있다.
여기서, 상기 공통 전극(242)은 상기 제1 플렉서블 기판(110) 상부에 상기 화소 전극(240)과 교대로 배열되는데, 상기 공통 전극은 상기 제2 플렉서블 기판(250) 전면에 형성되고, 상기 화소 전극(240)은 상기 화소영역에 판 형태로 형성될 수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 이러한 액정패널(100)은 외부광을 광원으로 이용하며, 외부광을 반사시켜 출력하는 반사형 액정패널일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 커버 윈도우(130)는 상기 표시패널(100) 상부에 위치한다. 예를 들어, 상기 커버 윈도우(130)는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 접착층(미도시)을 이용하여 상기 표시패널(100)에 부착될 수 있다.
이와 같이, 상기 플렉서블 기판(110)의 하면은 상면보다 높은 표면강도를 가지며, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치는 백 플레이트를 포함하지 않는다. 이때, 상기 플렉서블 기판(110) 하면의 표면경도는 4H 이상일 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판(110)은 제1 기재층(112)과, 상기 제1 기재층(112) 상부의 제2 기재층(114)을 포함한다.
상기 제1 기재층(112)은 수지와 유무기 하이브리드 물질을 포함하고, 상기 제1 기재층(112)은 상기 제2 기재층(114)보다 높은 표면경도를 가진다.
여기서, 상기 제2 기재층(114)은 유기 물질로 이루어지는데, 일례로, 폴리이미드로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 상기 제1 기재층(112)의 수지는 멜라민(melamine), 아크릴(acryl), 우레탄(urethane), 에폭시(epoxy), 또는 폴리이미드(polyimide)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 제1 기재층(112)의 유무기 하이브리드 물질은 실록산(siloxane) 화합물일 수 있으며, 상기 실록산 화합물은 하기의 화학식1로 표시될 수 있다.
화학식1
여기서, R1은 에폭시 아크릴레이트 또는 우레탄 아크릴레이트일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 유무기 하이브리드 물질의 함량은, 바람직하게는, 상기 수지 함량의 30 내지 70 wt%일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 50 내지 70 wt%일 수 있다. 즉, 상기 유무기 하이브리드 물질의 함량은 상기 수지 함량보다 많을 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 물질의 함량이 30 wt%보다 적을 경우, 상기 제1 기재층(112)의 무기막에 대한 접착강도가 낮아지게 되어, 소자층(도 2의 120) 형성 시 캐리어 기판으로부터 플렉서블 기판(110)이 박리되는 문제가 있다. 반면, 상기 유무기 하이브리드 물질의 함량이 70 wt%보다 많을 경우, 상기 제1 기재층(112)의 탄성이 저하되어 잘 부러지게(brittle) 되므로, 플렉서블 표시장치에 적용하는데 문제가 있다.
이러한 플렉서블 기판(110)은 20 내지 70 ㎛의 두께를 가진다. 이때, 상기 제1 기재층(112)의 두께는 10 내지 20 ㎛이고, 상기 제2 기재층(114)의 두께는 10 내지 50 ㎛일 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 제1 기재층(112)은 상기 제2 기재층(114)보다 높은 표면경도를 가진다. 이때, 상기 제1 기재층(112)의 표면경도는 4H와 같거나 클 수 있다. 이러한 제1 기재층(112)의 표면경도는 2H이하인 종래 백 플레이트(도 1의 20)의 표면경도에 비해 높기 때문에, 백 플레이트를 생략하여 플렉서블 표시장치의 두께를 감소시키고 유연성을 증가시킬 수 있으며, 내스크래치 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 기재층(112)의 수분투과율(water vapor transmission rate: WVTR)은 약 10-4 g/m2·day로, 약 101 g/m2·day인 종래 백 플레이트(도 1의 20)의 수분투과율에 비해 낮기 때문에, 수분 차단 특성이 향상된다.
한편, 상기 제1 기재층(112)의 투과율(transmittance)은 90%보다 작으며, 헤이즈(haze) 값은 1보다 크다.
또한, 무기막에 대한 상기 제1 기재층(112)의 접착강도는 상기 제2 기재층(114)보다 크다. 일례로, 무기막은 비정질 실리콘막일 수 있으며, 무기막에 대한 상기 제1 기재층(112)의 접착강도는 0.3 N/cm 이상일 수 있으며, 바람직하게는, 0.3 내지 1.6 N/cm일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 접착강도를 도시한 그래프로, 무기막에 대한 접착강도를 나타낸다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판은, 수지 및 상기 화학식1의 유무기 하이브리드 물질로 이루어진 제1 기재층과 실란 커플링제를 포함하지 않는 폴리이미드로 이루어진 제2 기재층을 포함한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판은 0.3 N/cm 이상의 접착강도를 가진다.
반면, 비교예1의 플렉서블 기판은 실란 커플링제를 포함하지 않는 폴리이미드로 이루어지며, 비교예1의 플렉서블 기판은 0.05 내지 0.07 N/cm의 접착강도를 가진다.
또한, 비교예2의 플렉서블 기판은 실란 커플링제를 포함하는 폴리이미드로 이루어지며, 비교예2의 플렉서블 기판은 0.3 내지 0.4 N/cm의 접착강도를 가진다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판은 실란 커플링제를 포함하지 않으면서도, 실란 커플링제를 포함하는 비교예2 이상의 접착강도를 가진다. 이에 따라, 플렉서블 기판 상에 소자층 형성 시, 캐리어 기판으로부터 플렉서블 기판의 박리를 방지하고, 실란 커플링제에 의한 불량을 막을 수 있다.
도 6은 유무기 하이브리드 물질의 함량에 따른 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판의 접착강도를 도시한 그래프로, 무기막에 대한 접착강도를 나타낸다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판은, 수지 및 상기 화학식1의 유무기 하이브리드 물질로 이루어진 제1 기재층과 실란 커플링제를 포함하지 않는 폴리이미드로 이루어진 제2 기재층을 포함한다. 실험예1은 유무기 하이브리드 물질의 함량이 30 wt%이고, 실험예2는 유무기 하이브리드 물질의 함량이 50 wt%이며, 실험예3은 유무기 하이브리드 물질의 함량이 70 wt%이다.
한편, 비교예의 플렉서블 기판은 유무기 하이브리드 물질의 함량이 10 wt%이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판은 0.3 N/cm 이상의 접착강도를 가진다.
보다 상세하게, 실험예1의 플렉서블 기판은 0.37 내지 0.45 N/cm의 접착강도를 갖고, 실험예2의 플렉서블 기판은 0.74 내지 0.80 N/cm의 접착강도를 가지며, 실험예3의 플렉서블 기판은 1.51 내지 1.56 N/cm의 접착강도를 가진다.
반면, 비교예의 플렉서블 기판은 0.07 내지 0.09 N/cm의 접착강도를 가진다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판은 비교예에 비해 접착강도가 높으며, 상기 유무기 하이브리드 물질의 함량이 증가할수록 접착강도가 증가한다.
한편, 상기 유무기 하이브리드 물질의 함량이 증가할수록 표면경도도 증가한다. 보다 상세하게, 실험예1의 표면경도는 4H이고, 실험예2의 표면경도는 5 내지 6H이며, 실험예3의 표면경도는 8 내지 9H이다. 반면, 비교예의 표면경도는 3 내지 4H이다.
또한, 상기 유무기 하이브리드 물질의 함량이 증가할수록 투과율은 감소하고, 헤이즈 값은 커진다. 보다 상세하게, 실험예1의 투과율은 89%이고 헤이즈 값은 1.18이며, 실험예2의 투과율은 87%이고 혜이즈 값은 2.04이며, 실험예3의 투과율은 86%이고 헤이즈 값은 2.99이다. 반면, 비교예의 투과율은 91%이고 헤이즈 값은 0.63이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판을 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조 과정에 대해 도 7a 내지 도 7f를 참조하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 캐리어 기판(310) 상에 희생층(320)을 형성한다. 여기서, 상기 희생층(320)은 무기막으로, 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 일례로, 상기 희생층(320)은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 캐리어 기판(310)은 유리로 이루어질 수 있다.
다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 희생층(320) 상부에 유무기 하이브리드 물질을 포함하는 수지를 코팅한 후, 이를 경화하여 제1 기재층(112)을 형성한다.
이어, 도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 제1 기재층(112) 상부에 폴리이미드 수지를 코팅한 후, 이를 경화하여 제2 기재층(114)을 형성한다. 상기 제1 기재층(112)과 상기 제2 기재층(114)은 플렉서블 기판(110)을 이룬다.
다음, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 플렉서블 기판(110)의 제2 기재층(114) 상부에 소자층(120)을 형성한다. 소자층(120)은 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 유기발광다이오드 또는 액정 캐패시터를 포함한다.
이때, 상기 제1 기재층(112)은 무기막에 대한 접착강도가 0.3 내지 1.6 N/cm로, 소자층(120) 형성 공정에서 플렉서블 기판(110)이 희생층(320)으로부터 박리(peel off)되는 것을 방지할 수 있다.
다음, 도 7e에 도시한 바와 같이, 상기 캐리어 기판(310)의 배면에서 레이저를 조사하여, 상기 희생층(320)의 결정성을 변화시킨다. 이에 따라, 상기 소자층(120)이 형성된 상기 플렉서블 기판(110)을 상기 캐리어 기판(310) 상부의 희생층(320)으로부터 분리시킨다.
따라서, 도 7f에 도시한 바와 같이, 플렉서블 기판(110)과 소자층(120)으로 이루어진 표시패널을 제작한다. 이어, 상기 소자층(120) 상부에 커버 윈도우(도 2의 130)를 부착하여 플렉서블 표시장치를 완성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판(110)을 포함하는 플렉서블 표시장치는 백 플레이트를 생략하여 두께를 감소시키고, 유연성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 라미네이션 공정이 필요하지 않으므로, 면적 제한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 실란 커플링제를 포함하지 않으면서도, 희생층(320)과의 접착력을 향상시킬 수 있어, 실란 커플링제에 의한 불량을 막을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표시패널 110: 플렉서블 기판
120: 소자층 130: 커버 윈도우
112: 제1 기재층 114: 제2 기재층

Claims (8)

  1. 플렉서블 기판과;
    상기 플렉서블 기판 상의 박막트랜지스터; 그리고
    상기 박막트랜지스터와 연결된 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터
    를 포함하고,
    상기 플렉서블 기판은 제1 기재층과; 상기 제1 기재층 상부의 제2 기재층만을 포함하고, 상기 제2 기재층은 상기 제1 기재층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치하며,
    상기 제2 기재층은 폴리이미드 수지로 이루어지고,
    상기 제1 기재층은 수지와 유무기 하이브리드 물질을 포함하고,
    상기 제1 기재층의 표면경도는 상기 제2 기재층의 표면경도보다 높으며,
    상기 유무기 하이브리드 물질은 하기 화학식으로 표시되는 실록산 화합물이고,

    R1은 에폭시 아크릴레이트 또는 우레탄 아크릴레이트이며,
    상기 제1 기재층은 무기막에 대한 접착강도가 0.3 내지 1.6 N/cm인 플렉서블 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유무기 하이브리드 물질의 함량은 상기 수지 함량의 30 내지 70 wt%인 플렉서블 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기막은 비정질 실리콘막인 플렉서블 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층은 90%보다 작은 투과율과 1보다 큰 헤이즈 값을 가지는 플렉서블 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 멜라민, 아크릴, 우레탄, 에폭시 또는 폴리이미드로 이루어지는 플렉서블 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기재층은 실란 커플링제를 포함하지 않는 폴리이미드 수지로 이루어지는 플렉서블 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판은,
    캐리어 기판 상부에 증착 공정을 통해 형성된 무기막 상부에 상기 유무기 하이브리드 물질을 포함하는 상기 수지를 코팅 후 경화하여 상기 제1 기재층을 형성하고,
    상기 제1 기재층 상부에 상기 폴리이미드 수지를 코팅 후 경화하여 상기 제2 기재층을 형성하며,
    상기 제2 기재층 상부에 상기 박막트랜지스터와 상기 유기 발광다이오드 또는 액정 커패시터를 형성한 후, 상기 캐리어 기판의 배면에서 레이저를 조사하여 상기 무기막의 결정성을 변화시킴으로써 상기 제1 기재층을 상기 무기막으로부터 분리시켜 형성되는 플렉서블 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층의 제1 면은 상기 제2 기재층과 접촉하고, 상기 제1 기재층의 제2 면은 외부에 노출되는 플렉서블 표시장치.
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