KR20060089838A - 박막전사용 도너 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상온 이하의 유리전이온도를 갖는 고분자 필름층을 포함하는 박막전사용 도너 필름에 관한 것으로, 상기 도너 필름은 광열 변환층을 반드시 필요로 하지 않고, 금속 및 유기물의 전사가 모두 가능하며, 한꺼번에 여러층을 전사할 수 있어 효율적이다.

도너 필름, PDMS, 패터닝

Description

박막전사용 도너 필름{Donor film for thin film transfer}

도 1은 종래의 레이저 전사법에 사용되는 박막전사용 도너 필름의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름의 구현예들의 구조를 나타낸 개략 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름을 사용한 전사 공정을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 3a는 고분자 필름층이 평평한 경우이고, 도 3b는 고분자 필름층이 패터닝된 경우이다.

도 4는 종래의 레이저 전사법에 의한 전사 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100, 200, 300: 투명 기판 201, 301: 고분자 필름층

102, 202, 302, 402: 전사층 103, 403: 광열 변환층

105: 중간층 304, 404: 어셉터 필름

본 발명은 박막 전사용 도너 필름(donor film)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유리전이온도가 상온 이하인 고분자 필름층을 포함한 박막전사용 도너 필름에 관한 것이다.

액정표시장치의 블랙 매트릭스, 컬러필터, 또는 유기전계발광소자의 유기층, 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자의 제 2 전극, OTFT의 유기반도체, 유기태양전지의 유기물 등은 패터닝된 형태를 취하는 것이 일반적이다.

최근에 플렉스블 디스플레이(flexible display)에 대한 관심이 고조되고 있으며,표시부, 구동부로 구성된 기존의 디스플레이 핵심 부품 중 표시부와 구동부가 유연성을 갖게 하는 것이 요구된다. 표시부는 유리기판을 플라스틱으로, 구동부는 무기재료를 이용한 TFT를 유기반도체로 바꾼 OTFT로 대체하는 것이 필요한데, 기존의 TFT-LCT의 구현 방식인 아모퍼스 방식으로 300-400℃의 고온에서 TFT를 형성할 때 플라스틱 기판이 녹는 단점을 해결하기 위해 유연성을 갖는 OTFT를 보다 낮은 온도에서 패터닝하는 방법이 요구되고 있다.

패터닝된 인쇄 방법의 하나로 잉크젯 기록방법이 있는데, 흑색 감광성 수지 조성물이나, 흑색계의 안료, 염료나 금속가루를 분산시킨 감광성 수지 조성물로부터 포토레지스트법에 의해 블랙 매트릭스를 형성하는 경우, 수지 조성물의 도포, 경화, 노광, 현상 및 건조 등의 여러가지 처리를 실시하는 것이 필수적이고 작업이 번잡해질 뿐 아니라 처리 장치의 복잡화나 제조 비용의 증가 문제도 감수해야 한다. 또한 감광성 수지 조성물 대신 금속 박막, 예를 들어 크롬이나 크롬 산화물 등의 박막에 의해 블랙 매트릭스를 형성하는 경우에도 금속 박막의 패터닝을 위해 포토레지스트법을 사용하지 않으면 안되므로 상기와 같은 동일한 문제점이 있다.

유기전계발광소자는 형광 또는 인광 유기층에 전류를 흘려주면, 전자와 정공이 유기층에서 결합하면서 빛을 발생시키는 현상을 이용한 자발광형 소자로서, 경량이고, 부품이 간소하며, 제작 공정이 간단하고, 고화질 및 광시야각 구현이 가능하다. 또한, 동영상을 완벽하게 구현할 수 있고, 고색순도 구현이 가능하며, 저소비전력, 저전압 구동으로 휴대용 전자기기에 적합한 전기적 특성을 갖고 있다. 상기 유기전계발광소자의 용도는 디스플레이 또는 백라이트 유니트 등으로 매우 다양하다.

일반적으로 유기전계발광소자는 애노드와 캐소드, 및 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함하는 다양한 층으로 이루어진다.

유기전계발광소자의 풀칼라화를 위해서는 발광층, 전자주입층, 정공주입층 등 유기박막의 미세패턴을 형성하는 것이 필요하다.

유기박막의 미세패턴을 형성하는 방법으로는 유기박막 위에 포토레지스를 코팅, 노광 및 현상하여 얻어진 포토레지스트 패턴을 이용함으로써 유기박막을 미세가공하는 리소그래피 방법이 있다. 그러나 이 방법으로 형성된 유기박막은 공정에서 사용되는 유기 용매 및 현상액 잔류물 등에 의해 변형되기 때문에 실질적으로 적용하기가 거의 불가능하다. 또 다른 방법으로 마스크를 이용한 진공증착법이 있으나 이는 수십 미크론 정도의 미세가공이 어렵다는 문제점이 있다.

한편 레이저 전사법으로 패터닝하는 방법도 알려져 있다. 레이저 전사법으로 컬러필터층을 형성하는 방법은 컬러필터층, 광열 변환층 및 지지필름으로 형성 된 컬러필터 전사필름과 레이저 등의 광원을 조사하여 컬러필터 전사필름 상의 컬러필터층을 기판상에 전사시켜 컬러필터층을 형성하는 방법이다. 상기 컬러필터 전사필름은 세개의 층으로 이루어지는데, 최하층에 광투과성이 우수한 재질로 이루어진 지지필름과 상기 지지필름 위에 광에너지를 열에너지로 바꾸는 광열 변환층과 전사층인 컬러필터층으로 형성된다. 상기 지지필름은 컬러필터층과 광열 변환층을 지지함은 물론 레이저광이 광열 변환층으로 잘 통과될 수 있도록 무색투명한 재질인 폴리에스테르, 폴리에틸렌 등의 고분자 필름으로 이루어진다.

광열 변환층은 레이저를 통해 입사된 빛을 열에너지로 바꾸어야 하므로 열변환 능력이 큰 물질, 예를 들면 카본 블랙, IR-안료 등의 유기화합물과 알루미늄 등의 금속 물질, 또는 상기 금속물질의 산화물 또는 상기한 물질의 혼합물로 이루어진다.

컬러필터층은 전사하고자 하는 물질층으로 이루어지며, 적, 녹, 청의 컬러를 갖는 물질로 이루어진다.

상기 레이저 전사법을 사용하기 위해서는 최소한 광원, 전사필름 및 기판이 필요하고, 광원으로부터 나오는 빛이 전사필름의 빛 흡수층에 의해 흡수되어 열에너지로 변환되어, 이 열에너지에 의해 전사필름의 전사층 형성 물질이 기판으로 전사되어 원하는 이미지를 형성한다.

미국특허 제 2004-0191564호에는 기재 필름, 상기 기재 필름 상부에 형성되어 있는 광열 변환층 및 상기 광열 변환층 상부에 형성되어 있으며 저분자 물질로 이루어진 전사층을 포함하며, 상기 전사층은 레이저에 의해 열을 전달받아 레이저 가 조사된 전사층 중 일부는 광열 변환층과의 접착력의 변화에 따라 상기 전사층이 이탈되고 레이저에 의해 조사되지 않은 부분은 접착력에 의해 광열 변환층에 고정되어 있으며, 상기 전사층에 형성되어 있는 저분자 물질이 전사되는 유기전계발광소자의 기판과 상기 저분자 물질과의 접착력 및 상기 광열 변환층과 상기 저분자 물질과의 접착력이 상기 전사층에서 레이저를 조사받은 영역의 저분자 물질과 레이저를 조사받지 않은 영역의 저분자 물질 사이의 점착력보다 커서 레이저를 조사받은 영역의 저분자 물질과 레이저를 조사받지 않은 영역의 저분자 물질은 서로 분리되어 상기 광열 변환층에서 기판으로 물질 전이가 일어난 것을 특징으로 하는 저분자 풀칼라 유기전계발광소자용 도너 필름을 개시하고 있다.

대한민국등록특허 제 10-0195175호에는 기재 필름, 상기 기재필름 상부에 형성되어 있는 광열 변환층 및 상기 광열 변환층 상부에 형성되어 있는 전사층을 포함하여 된 유기전자발광소자 유기박막용 도너 필름에 있어서, 상기 전사층이 유기전자발광물질, 유기금속착체전자발광물질 및 전자발광성 고분자 중에서 선택된 발광체, 홀주입성 저분자, 홀주입성 고분자, 전자주입성 저분자 및 전자주입성 고분자로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 선택된 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전자발광소자 유기박막용 도너 필름을 개시하고 있다.

그러나 이러한 방식으로 패턴을 전사하는 경우 상부 도너 필름의 가요성(flexibility)이 떨어져 하부 어셉터 필름과의 접착력이 낮아 전사시 많은 열을 필요로 하게 된다. 또한 유기물 전사만 가능하므로 이를 통한 유기층 패터닝 후 금속을 증착하는 단계를 별도로 진행하여야 하는 번거로움이 있다. 뿐만 아니라 광 열 변환층을 반드시 필요로 한다.

한편, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS)은 유리전이온도가 낮은 실리콘계 탄성 고무의 일종으로 이를 몰드로 이용한 패터닝 방법이 알려져 있다.

대한민국특허공개 제10-2004-0098965호에는 기판 상에 제 1 컬러와 제 2 컬러와 제 3 컬러를 표현하는 다수의 제 1, 제 2,제 3 컬러 화소를 정의하는 단계와; 상기 기판상에 상기 제 1 컬러 화소에 대응하여 패턴이 형성된 제 1 몰드를 부착하고, 상기 패턴에 제 1 컬러 수지를 충진하여 제 1 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 기판 상에 상기 제 1 및 제 2 컬러 화소에 대응하여 패턴이 형성된 제 2 몰드를 부착하고 상기 패턴에 제 2 컬러 수지를 충진하여 제 2 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 기판상에 상기 다수의 제 1,제 2, 제 3 컬러 화소에 대응하여 패턴이 형성된 제 3 몰드를 부착하고 상기 패턴에 제 3 컬러 수지를 충진하여 제 3 컬러 필터 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 제조 방법이 개시되어 있는데, 이는 소프트 리소그래피 방식으로 컬러필터를 패터닝하는 방식이다.

또한 대한민국특허공개 제2003-0073578호에는 유기전계발광층이 개재된 제 1, 2전극이 교차되는 부분을 발광영역으로 하는 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자에 있어서, 기판상에 제 1방향으로 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극을 덮은 기판 전면에 형성된 유기전계발광층과; 상기 유기전계발광층 상부에 위치하며, 상기 제 1방향과 교차되는 제 2방향으로 위치하고, W/L=0.2-20 및 D≥L x 20의 관계식이 성립되는 오목부와 볼록부가 서로 반복적으로 구성된 요철부를 가지는 PDMS 몰드에 의한 열전사방식에 의해 형성된 제 2 전극을 포함하는 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자가 개시되어 있다. 상기 방법에서는 몰드를 제 2전극에 접착시킨 후 열경화시켜 상기 몰드의 볼록부와 접착하는 제 2 전극을 기판으로부터 떼어냄으로써 패터닝된 제 2 전극을 형성하게 된다. 즉, 상기 방법은 앞서 전면 증착된 제 2전극에 PDMS 몰드를 부착하여 열을 가하여 금속과 PDMS의 접착력을 높인 상태에서 PDMS 몰드로 금속을 붙여 떼어내는 즉 리프트-오프(lift-off) 방식으로 금속의 패터닝만 가능하다는 제한이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 도너 필름의 전사층과 전사하고자 하는 어셉터 필름 간의 접착력이 좋아 적은 에너지로도 전사가 가능하며, 여러 층을 한꺼번에 전사할 수 있으며, 광열 변환층을 필요로 하지 않고, 금속 이외의 층도 전사할 수 있는 박막전사용 도너 필름을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는

유리전이온도가 상온 이하인 고분자 필름층; 및 상기 고분자 필름층에 부착된 전사층을 포함하는 박막전사용 도너 필름이 제공된다.

본 발명의 한 구현예에 따르면 상기 고분자 필름층은 전사층이 부착되는 쪽 면이 요철 형태로 패터닝된 것일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 도너 필름은 전사층이 부착된 쪽과 반대쪽 면의 고분자 필름층에 투명 기판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 투명 기판은 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르술포네이트, 폴리술포네이트, 폴리아릴레이트, 플루오르화 폴리이미드, 플루오르화 수지, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리아세테이트 및 폴리이미드로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 고분자 필름층은 투명한 실리콘계 엘라스토머, 폴리부타디엔 (Polybutadiene), 니트릴 고무(Nitrile Rubber), 아크릴 고무(Acryl Rubber), 부틸 고무(Butyl Rubber), 폴리이소프렌(Polyisoprene) 및 폴리스티렌-부타디엔 공중합체(Poly(Styrene-co-Butadiene)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 상기 전사층은 금속, 저분자 유기물 또는 고분자 유기물, 또는 금속과 저분자 유기물, 또는 금속과 고분자 유기물로 이루어진 단층 또는 다층일 수 있다.

본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 광열 변환층을 반드시 구비할 필요가 없고, 여러 층을 동시에 전사할 수 있으며, 적은 에너지로도 전사가 가능하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 유리전이온도가 상온 이하인 고분자 필름층; 및 상기 고분자 필름층에 부착된 전사층을 포함하며, 상기 도너 필름은 전사층이 부착된 면과 반대쪽 면의 고분자 필름층에 투명 기판을 더 포함할 수 있다.

상기 투명 기판은 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에 스테르, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르술포네이트, 폴리술포네이트, 폴리아릴레이트, 플루오르화 폴리이미드, 플루오르화 수지, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에틸렌,폴리스티렌, 폴리아세테이트 및 폴리이미드로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 투명 기판은 일반적으로 10 내지 500㎛의 두께이다.

상기 투명 기판은 상기 고분자 필름층이 플렉스블(flexible)하므로 도너 필름에 약간의 지지성을 부여하기 위함이다. 특히 전사하고자 하는 것이 유기물인 경우에 바람직하다.

상기 유리전이온도가 상온 이하인 고분자 필름층은 전사층이 부착되는 면이 요철 형태로 패터닝된 것일 수 있다. 이렇게 오목부와 볼록부가 존재하도록 상부 기판이 구비됨에 따라 상기 도너 필름에 빛,열 등의 에너지를 가할 때 기존의 레이저 전사법에서 하듯이 스캐닝하여 가할 필요없이 전체적으로 빛을 한번에 조사하여도 패터닝이 가능한 장점이 있다. 따라서 단일 공정으로 대량의 전사가 가능하게 된다.

유리전이온도가 상온 이하인 상기 연질 고분자 필름층은 투명한 실리콘계 엘라스토머, 폴리부타디엔 (Polybutadiene), 니트릴 고무(Nitrile Rubber), 아크릴 고무(Acryl Rubber), 부틸 고무 (Butyl Rubber), 폴리이소프렌(Polyisoprene), 및 폴리스티렌-부타디엔 공중합체(Poly(Styrene-co-Butadiene))로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 폴리디메틸실록산이다.

상기 고분자 필름층을 구성하는 고분자는 유리전이온도가 상온 이하이므로 아 래 유기층과 접촉할 때 공형(共形)의 접촉(conformal contact)이 가능하며 분자 및 원자들 사이에서 일어나는 반데르 발스 인력(Van der Waals interaction)이 강하여 열 또는 빛 등을 많이 가하지 않더라도 고분자 필름층과 피전사층인 유기층과의 접착력이 뛰어나 전사가 용이하게 일어날 수 있다.

본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 빛, 열, 압력 또는 전기를 가하여 전사층을 상기 고분자 필름층으로부터 어셉터 필름으로 전사할 수 있다.

에너지원이 빛인 경우, 고분자 필름층이 패터닝되지 않은 평평한 형태인 경우에는 IR 레이저를 스캐닝하여 조사할 수 있으며, 고분자 필름층이 패터닝된 경우에는 레이저를 전면 노광(flood exposure)할 수 있으므로, 훨씬 간단한 조작으로 대량의 전사를 행할 수 있는 점에서 더욱 바람직하다. 또는 에너지원이 빛인 경우, 자외선 램프로 한번에 전면 노광(flood exposure)할 수 있으므로, 훨씬 간단한 조작으로 대량의 전사를 행할 수 있다. 조사하는 빛의 조사 시간은 램프의 세기에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어 세기가 10 mW/cm² 인 경우 5-10분 동안 처리할 수 있다. 한꺼번에 단시간에 적외선 램프로 전사해야 할 경우에는 선택적으로 광열변환층을 삽입할 수도 있다.

에너지원이 열인 경우, 60 내지 80^oC의 온도에서 10 내지 30분 동안 처리하면 전사가 가능하다.

에너지원이 압력인 경우에는 도너 필름 전체에 걸쳐 균일한 압력이 가해지도록 패터닝된 연질 고분자 필름층의 패터닝된 쪽과 반대쪽에 유리 지지층을 더 형성 하는 것이 바람직하다. 압력은 10kPa 내지 100 mPa의 크기로 2 내지 60초 동안 가할 수 있다.

전기를 에너지원으로 사용하는 경우에, 가해지는 전기는 1 mA/cm² 내지 10 A/cm² 의 크기로 1분 내지 1시간 동안 흐르게 할 수 있다.

상기 유리전이온도가 낮은 고분자 필름층을 사용함으로써 종래의 레이저 전사법(Laser induced thermal imaging:LITI)에서 필수적으로 사용하였던 광열 변환층을 반드시 사용할 필요가 없어진다. 다만 빛을 에너지원으로 사용하는 경우에는 보다 효율적으로 전사를 일으키기 위하여 광열 변환층을 더 포함할 수는 있다.

상기 광열 변환층은 적외선-가시광선 영역의 빛을 흡수하는 성질을 갖는 광흡수성 물질로 형성될 수 있다. 이러한 특성을 가진 막으로는 알루미늄, 그 산화물 및 황화물로 이루어진 금속막, 카본블랙, 흑연 또는 적외선 염료가 첨가된 고분자로 이루어진 유기막이 있다. 이 때 금속막은 진공증착법, 전자빔증착법 또는 스퍼터링을 이용하여 100 내지 5000Å의 두께로 코팅될 수 있다.

또한 상기한 것처럼 광열 변환층을 더 포함하는 경우 상기 광열 변환층과 전사층과의 분리가 잘 일어나도록 상기 광열 변환층과 상기 전사층 사이에 중간층을 더 포함할 수 있다. 상기 중간층은 열경화성 고분자 또는 열가소성 고분자, 가교결합가능 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에스테르, 에폭사이드 및 폴리우레탄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.

상기 전사층은 금속, 저분자 유기물, 또는 고분자 유기물, 또는 금속과 저분 자 유기물, 또는 금속과 고분자 유기물로 이루어진 단층 또는 다층일 수 있다.

상기 전사층이 금속으로 이루어지는 경우, 상기 금속은 2.0eV 내지 6.0eV의 일함수를 가진 금속일 수 있으며, 제 1 금속층과 제 2 금속층의 2층 구조일 수도 있다. 이러한 2층 구조인 경우 상기 고분자 필름층에 부착되는 제 1금속층은 일함수가 높아 상기 고분자 필름층과 반응이 잘 일어나지 않는 것이 좋으며, 그 예로는 Al, Ag, Au, Pd 또는 Pt가 있다. 상기 제 1금속층에 부착되는 제 2금속층은 일함수가 낮은 금속이 바람직하며, 그 예로는 Ba, Ca, Mg, Cs 또는 Li 및 이들간에 또는 다른 금속과의 합금이 있다.

상기 전사층이 저분자 유기물 또는 고분자 유기물로 이루어지는 경우 상기 저분자 또는 고분자 유기물은 전사하고자 하는 소자의 구체적인 종류에 따라 반도체 성질을 가지거나, 전기발광특성을 가질 수 있다.

예를 들어 전사하고자 하는 대상이 유기전계발광소자의 유기막인 경우 상기 전사층은 밴드갭이 1.0eV 내지 7.0eV인 발광층 또는 전자수송층의 단층이거나 전자수송층/발광층의 다층을 이루는 유기물일 수 있다.

본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 열, 빛, 전기 또는 압력에 의해 전사층이 상기 고분자 필름층으로부터 어셉터 필름으로 전사된다. 전사층이 유기물층, 또는 금속층을 포함한 유기물층인 경우, 열, 빛 또는 압력에 의해 상기 유기물과 어셉터 필름을 이루는 유기물 간의 접착력이 커져 상기 전사층이 상기 고분자 필름층으로부터 용이하게 분리될 수 있다. 또한 전사층이 금속층인 경우, 상기 금속과 고분자 필름층간의 접착력보다 상기 금속과 어셉터 필름을 이루는 유기물 간 의 접착력이 크므로 에너지를 조금만 가하여도 상기 전사층이 상기 고분자 필름층으로 부터 용이하게 분리될 수 있다.

즉, PDMS를 연질 고분자 필름으로 사용하였다고 하였을 때 다음과 같이 접착력(W)의 차이는 표면에너지(γ)로 표현할 수 있다.

W_(3-2)= γ₃ + γ₂ - γ₃₂

W_(1-2)= γ₁ + γ₂ - γ₁₂

이므로

W_(3-2) - W_(1-2) = (γ₃-γ₁) - (γ₃₂ -γ₁₂)

1은 연질 고분자 필름이고 2는 금속, 3은 하부 유기층이라고 하였을 때, 두번째 항이 첫번째 항보다 훨씬 작다. 왜냐하면 γ_(금속)이 γ_{(하부유기물)} 이나 γ_(PDMS)보다 훨씬 크기 때문이다. 따라서 하부 유기층과 PDMS의 표면에너지의 차이가 접착력의 차이와 같게 된다. PDMS의 경우는 표면에너지가 19.8 mJ/m²으로 굉장히 낮기 때문에 하부 유기층보다 약한 결합력을 갖게 된다. 하부 유기층이 발광 물질인 MEH-PPV [폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)]일 경우 28.0mJ/m²을 나타내므로 외부 에너지가 없어도 오랜 시간 붙여두면 결합력의 차이로 전사가 잘 일어나며 외부 에너지 즉, 열을 80^oC에서 20분 이상 가하면 전사가 일어나는 시간이 빨라진다.

상기 전사 과정을 거친 후에는 전사된 물질을 고착화시키기 위해서 선택적으 로 열처리 공정을 필요로 한다.

도 1 은 종래의 레이저 전사법에 사용되는 박막전사용 도너 필름의 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름의 구현예들을 도시한 개략 단면도이다. 도 1에서 보듯이 종래의 레이저 전사법에 사용되는 도너 필름은 기판(100)에 광열 변환층(103)과 전사층(102)이 차례로 적층되어 있는 형태를 가지거나(도 1a), 상기 광열변환층(103)과 상기 전사층(102) 사이에 두 층 간의 분리를 촉진하기 위한 중간층(105)을 더 포함하기도 한다(도 1b).

이에 비하여 본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 도 2a 내지 도 2f에 도시한 것과 같은 구조를 가지는데, 그 중에서 도 2a 내지 도 2d는 연질 고분자 필름층(201)이 평평한 형태이고, 도 2e 및 도 2f는 연질 고분자 필름층이 패터닝된 형태이다. 본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 고분자 필름층(201)에 전사층(202)이 증착된 구조(도 2a), 또는 투명 기판(200)에 고분자 필름층(201)이 부착되고, 그 위에 전사층(202)이 부착된 구조(도 2b 내지 도 2f)를 가질 수 있으며, 상기 전사층(202)은 금속층(202a, 202a',202a") 또는 금속층과 유기물층(202b)으로 이루어질 수 있다. 금속층이 이층 구조인 경우 고분자 필름층(201)에 부착되는 제1 금속층(202a')은 반응성이 작은 금속층이고, 상기 제1 금속층 위에 부착되는 제2 금속층(202a")은 반응성이 큰 금속층이 될 수 있다. 예를 들어 유기전계발광소자를 형성하는 경우, 상기 제1 금속층은 Al, Ag, Au, Pd 또는 Pt일 수 있고, 상기 제2 금속층은 Ba, Ca, Mg, Cs, Li 및 이들의 합금 등의 일함수가 낮은 금속일 수 있고, 유기물층은 전자수송층, 또는 발광층일 수 있다.

본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 상온 이하의 유리전이온도를 갖는 고분자 필름층을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 필름층 위에 전사층을 증착시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

상기 고분자 필름층이 투명 기판에 부착된 경우에는 상기 고분자 필름층 위에 전사층을 증착시키기 전에 상기 고분자 필름층을 투명 기판에 부착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 고분자 필름층은 평평한 경우이거나 패터닝된 경우에 따라 마스터를 평평한 것을 사용하거나 요철 패턴을 구비한 것을 사용하여 형성할 수 있다. 패터닝된 고분자 필름층의 경우를 들어 설명하면 다음과 같다. 웨이퍼(wafer) 등으로 이루어진 마스터(master)를 준비한다. 상기 마스터는 소정의 요철 패턴을 구비하고 있다. 그런 다음 고분자 필름 형성용 전구체 용액을 준비한다. 상기 고분자 필름 형성용 용액은 다양한 화학 회사로부터 용이하게 입수가능한데, 예를 들면, 폴리디메틸실록산(PDMS)을 얻고자 하는 경우, 다우케미칼 인코오퍼레이티드(Dow Chemical Inc.)의 Sylgard 184 시리즈를 사용할 수 있다. 준비된 고분자 필름 형성용 용액을 마스터에 부은 다음, 상기 용액을 적정 온도(예를 들어, PDMS의 경우, 상온내지 100℃에서 30분 내지 24시간, 바람직하게는 60℃ 내지 80℃에서 1 내지 3시간)에서 경화시켜, 패터닝된 고분자 필름층을 형성한다. 상기 패터닝된 고분자 필름층을 마스터로부터 떼어낸다.

상기와 같이 제조된 패터닝된 고분자 필름층의 반대쪽 평평한 면을 투명 기판에 부착시킨다. 그런 다음 투명 기판에 부착된 면과 반대쪽 고분자 필름층에 전 사층을 전면 증착시킨다. 이 때, 패터닝된 고분자 필름층인 경우에는 측면에 증착이 이루어지지 않도록 수직 증착법(verical deposition)을 이용한다. 증착 공정에는 특별한 제한이 없으며, 스퍼터링법, 전자빔 증착법(e-beam deposition), 열증착법(thermal deposition) 등과 같은 다양한 증착법을 사용할 수 있다.

상기 고분자 필름층에 전사층을 증착하기 전에 광열 변환층을 형성할 수 있다. 상기 광열 변환층은 적외선-가시광선 영역의 빛을 흡수하는 성질을 갖고 있는 광흡수성 물질로 형성한다. 이러한 특성을 갖고 있는 막으로서 알루미늄, 그 산화물 및 황화물로 이루어진 금속막 그리고 카본 블랙, 흑연 또는 적외선 염료가 첨가된 고분자로 이루어진 유기막이 있다. 이때 금속막은 열증착법, 전자빔증착법 또는 스퍼터링법을 이용하여 10 내지 500 nm두께로 형성하며, 유기막의 경우에는 일반적인 필름코팅 방법인 압출(extrusion), 스핀(spin) 및 나이프(knife) 코팅방법을 이용하여 0.1내지 10μm 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 광열 변환층을 형성하는 경우에는 광열 변환층 형성 후 전사층을 증착하기 전에 중간층을 형성할 수 있다. 중간층은 전사층에서 전사되는 부분에 대해서 발생할 수 있는 오염이나 손상을 최소화하고 광열 변환층도 보호해 주는 역할을 하게 된다. 이 중간층은 매우 높은 열적 안정성을 가지고 있어서 외부 에너지에 의해서 변형이 가거나 화학적으로 분해되어 열화되지 않도록 해야된다. 이 중간층은 전사층과 붙어 있지만 전사될 때 같이 전사되지 않도록 한다. 적당한 중간층은 고분자 필름이나 금속층, 무기물층, 유기/무기 복합체층이 될 수 있다. 유기물을 중간층으로 사용시 적합한 물질은 열경화성과 열가소성 물질을 모두 포함한 다. 적합한 열경화성 물질은 열, 빛, 화학적 처리 등에 의해서 가교가 되며 그 물질은 주로 가교된 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에스테르, 에폭시 및 폴리우레탄이 될 수 있다. 열경화성 물질은 일단 전구체 상태에서 광열 변환층에 코팅이 된 후 가교를 하게 된다. 한편 적합한 열가소성 물질로는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리술폰, 폴리에스테르 및 폴리이미드가 될 수 있다. 열가소성 유기물은 전통적인 코팅방법인 스핀코팅, 스프레이 코팅 등을 통해 제조될 수 있다. 열가소성 물질의 유리 전이 온도는 상온 이하의 유리 전이 온도를 가지는 연질 고분자 필름층 보다 커야 하고 상온 이상이어야 하며 바람직하게는 100^oC 이상이어야 한다. 중간층으로 사용될 수 있는 물질은 금속, 산화금속(metal oxide), 금속 설파이드 (metal sufide) 및 무기 탄소를 코팅하여 사용할 수 있다.

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름은 고분자 필름층이 패터닝된 경우와 평평한 경우에 따라 조금 상이한 방법으로 전사를 행할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 박막전사용 도너 필름을 이용한 전사 공정을 나타낸 도면인데, 도 3a는 고분자 필름층이 평평한 경우이고, 도 3b는 고분자 필름층이 패터닝된 경우를 나타낸다.

도 3a에서 보듯이, 평평한 고분자 필름층의 경우에는 IR 레이저와 같은 에너지원으로 상기 고분자 필름층(301) 표면을 부분적으로 조사하여 조사된 부분의 고 분자 필름층이 윙클링(winkling)이 일어나 상기 고분자 필름층(301)에 증착되어 있던 전사층(302)과의 접착력을 감소시켜 상기 전사층이 어셉터(304) 필름 위로 떨어져 전사되게 된다.

도 3b에서 보듯이, 패터닝된 고분자 필름층의 경우에는 상기 도너 필름의 볼록부를 어셉터 필름(304)에 접촉시킨 다음, IR 램프와 같은 에너지 원으로 상기 고분자 필름층(301) 표면을 전면 노광(flood exposure)하면, 상기 고분자 필름층(301)과 전사층(302)과의 접착력과 상기 전사층(302)과 상기 어셉터 필름(304)과의 접착력 차이로 인하여 도너 필름의 볼록부의 전사층(302)이 어셉터 필름(301)으로 전사된다.

비교를 위하여 도 4에는 종래의 레이저 전사법에 의한 전사 공정을 나타내었는데, 레이저를 광열 변환층(403)에 부분적으로 조사하면 광열 변환층(403)에 부착되어 있던 전사층(402)의 부분이 떨어져 어셉터 필름(404)으로 전사된다. 이 경우에는 본 발명에서와 같이 도너 필름 전체에 조사하는 전면 노광(Flood exposure)은 불가능하며, 전사를 위해 가해지는 에너지도 훨씬 더 필요하고, 광열 변환층이 필수적으로 포함되어야한다는 단점이 있다.

상기와 같은 방법으로 제조된 박막전사용 도너 필름을 이용하여 유기전계발광소자의 제 2전극, 유기층, 또는 제 2전극과 유기층, 또는 액정표시소자의 칼라필터, 블랙 매트릭스를 형성할 수 있을 뿐 아니라 OTFT의 스위칭부, 유기태양전지 등의 유기물 패터닝이 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

실시예 1

도너 박막 필름의 제조

Sylgard 184A 및 Sylgard 184B(Dow Corning Inc. 사 제품)를 교반용 용기에서 10:1의 중량비로 혼합하였다. 이로부터 얻은 PDMS 형성용 용액을 미리 준비한 웨이퍼(wafer)로 만든 마스터(master) 위에 부었다. 상기 마스터는 스트라이프 형상의 패턴을 구비한 것이다. 마스터 위에 부은 PDMS 형성용 용액 중 기포를 진공 펌프(vacuum pump)를 이용하여 제거한 다음, 오븐에 넣어 60℃ 내지 80℃에서 PDMS 형성용 용액을 경화시킨 다음, 마스터를 제거하여, PDMS 필름층을 얻었다.

상기에서 얻은 PDMS 필름층을 투명 기판(폴리에틸렌테레프탈레이트,0.5 mm 두께)에 부착시킨 다음 상기 PDMS 필름층의 패터닝된 면에 Au 금속 20 nm를 전자빔으로 증착하고 Al금속을 10nm/Ca 금속 5 nm를 열증착으로 증착한 후 전자수송층 물질인 알루미나퀴논(Alq3) 20 nm를 열증착으로 차례로 증착시켰다. 이때 사용된 진공도는 1x10^-7 torr이었다.

패터닝된 유기전계발광소자의 제조

코닝(Corning) 15Ω/cm² (1200Å) ITO 유리기판을 50mm x 50mm x 0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다. 상기 ITO 전극 상부에 PFB(Dow Chemical사 제품인 정공 수송 물질)를 스핀코팅하여 10nm 두께의 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상부에 오렌지 색 발광 물질인 MEH-PPV 발광고분자로 70nm 두께의 발광층을 형성한 다음, 상기 발광층 상부에 상기에서 제조한 도너 필름의 볼록부를 접촉시킨 다음 IR 램프로 10분 동안 조사하여 전사를 행함으로써 유기전계발광소자를 완성하였다.

실시예 2

도너 박막 필름의 제조

Sylgard 184A 및 Sylgard 184B(Dow Corning Inc. 사 제품)를 교반용 용기에서 10:1의 중량비로 혼합하였다. 이로부터 얻은 PDMS 형성용 용액을 미리 준비한 웨이퍼(wafer)로 만든 마스터(master) 위에 부었다. 상기 마스터는 트랜지스터의 소스와 드레인 전극의 모양을 구비하였다. 마스터 위에 부은 PDMS 형성용 용액 중 기포를 진공 펌프(vacuum pump)를 이용하여 제거한 다음, 오븐에 넣어 60℃ 내지 80℃에서 PDMS 형성용 용액을 경화시킨 다음 마스터를 제거하여, PDMS 필름층을 얻었다.

상기에서 얻은 PDMS 필름층을 투명 기판(폴리에틸렌테레프탈레이트,0.5 mm 두께)에 부착시킨 다음 상기 PDMS 필름층의 패터닝된 면에 Au 금속 20 nm를 전자빔 증착으로 수직 증착하였다. 이때 사용된 진공도는 1x10^-7 torr이었다.

유기박막트랜지스터소자의 제조

기판 및 게이트 전극으로서 유리기판 위에 150 nm로 증착된 AlNd 금속막을 1인치 x 1인치의 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다. 상기 게이트 전극 상부에 폴리비닐페놀(Aldirch사, Mw=8,000)을 시클로헥사논 용매에 녹여서 500nm로 스핀코팅하여 100^oC 핫플레이트에서 1시간 동안 베이킹한 후, 상기에서 제조한 도너필름의 볼록부를 접촉시킨 다음 IR 램프로 5 mW/cm² 의 세기로 10분 동안 노광(50 mJ/cm²)시킨 후 전사를 행하고 이후 펜타센을 열증착법으로 60 nm 두께로 증착함으로써 유기박막트랜지스터소자를 완성하였다.

비교예 1

도너 박막 필름의 제조

0.1 mm 두께를 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 기판에 광열변환 용액 (카본 블랙 염료 4%와 폴리비닐부티랄 수지 0.7%, 아크릴 수지 2.1%, 에폭시 노볼락 아크릴레이트(epoxy novolac acrylate) 13%, 아크릴 수지 8%을 포함하여 소량의 분산제 (0.3%)와 계면활성제(0.01%) 등을 2-부탄논과 1,2-프로판디올 모노메틸 에테르 아세테이트(1,2-propanediol monomethyl ether acetate)를 용매로 사용한 용액)을 스핀코팅하고 80^oC의 온도에서 건조한 후 자외선을 노광하여 가교하였다. 그 후 중간층을 광열 변환층 위에 코팅하기 위하여 트리메틸프로판 트리아크릴레이트 에스테르 15%를 소량의 분산제, 계면활성제, 가교제를 첨가하여 2-부타논과 1-메톡시-2-프로판올 공동 용매에 녹여서 코팅한 후 60^oC에서 건조하고 가교하였다. MEH-PPV를 톨루엔에 0.6wt%로 녹여서 스핀코팅한 후 70nm의 박막을 형성한 후 알루미나 퀴논(Alq3)을 진공열증착으로 20nm형성한 후 도너 필름을 완성하였다.

패터닝된 유기전계발광소자의 제조

코닝(Corning) 15Ω/cm² (1200Å) ITO 유리기판을 50mm x 50mm x 0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다. 상기 ITO 전극 상부에 PFB(Dow Chemical사 제품인 정공 수송 물질)를 스핀코팅하여 10nm 두께의 정공 수송층을 형성한 다음 상기 정공 수송층 상부에 상기에서 제조한 도너 필름을 접촉시킨 다음 싱글 모드 Nd:Yag 레이저로 스캐닝을 하였다. 조사한 레이저 에너지 밀도는 600 mJ/cm²이고 스캐닝 속도는 1m/s로 수행하였다. 전사가 된 후 100^oC에서 열처리를 30분하고 Ca 5nm/Al 250nm를 증착하여 유기전계발광소자를 완성하였다.

평가 시험

실시예 1에서 얻어진 패턴의 수율(99%)은 비교예 1에서 수행한 수율(98%)과 유 사하였다. 그러나, 실시예 1로 얻어진 소자의 발광효율을 Minolta CS-1000 휘도계와 Keithley 236 전류-전압 인가-측정 기기로 측정한 결과 2 cd/A를 나타내었으나, 비교예1로 제조한 소자의 경우 1 cd/A를 나타내었다.

이로부터 본 발명에 의해 제작된 소자에서 발광효율이 더 증가함을 알 수 있었고 이는 광에 노출되는 시간과 에너지가 현저히 작기 때문인 것으로 생각된다.

본 발명의 박막전사용 도너 필름은 별도로 광열 변환층을 구비할 필요없이, 빛 또는 열 등에 의해 용이하게 전사층을 고분자 필름층으로 부터 어셉터 필름으로 전사할 수 있고, 금속 뿐 아니라 유기물층의 전사도 가능하다.

Claims (16)

1. 유리전이온도가 상온 이하인 고분자 필름층; 및 상기 고분자 필름층에 부착된 전사층을 포함하는 박막전사용 도너 필름.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도너 필름은 전사층이 부착된 쪽과 반대쪽 면의 고분자필름층에 투명 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
3. 제 2항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르술포네이트, 폴리술포네이트, 폴리아릴레이트, 플루오르화 폴리이미드, 플루오르화 수지, 폴리아 크릴, 폴리에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리아세테이트 및 폴리이미드로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
4. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 필름층은 전사층이 부착된 쪽이 패터닝된 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
5. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 필름층은 투명한 실리콘계 엘라스토머, 폴리부타디엔 (Polybutadiene), 니트릴 고무(Nitrile Rubber), 아크릴 고무(Acryl Rubber), 부틸 고무(Butyl Rubber), 폴리이소프렌(Polyisoprene), 및 폴리스티렌-부타디엔 공중합체(Poly(Styrene-co-Butadiene))로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
6. 제 5항에 있어서, 상기 투명한 실리콘계 엘라스토머는 폴리디메틸실록산(PDMS)인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
7. 제1 항에 있어서, 상기 전사층이 금속, 저분자 유기물 또는 고분자 유기물, 또는 금속과 저분자 유기물, 또는 금속과 고분자 유기물로 이루어진 단층 또는 다층인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
8. 제 7항에 있어서, 상기 저분자 또는 고분자 유기물은 밴드갭이 1.0eV 내지 7.0eV인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
9. 제 8항에 있어서 상기 전사층이 저분자 유기물 또는 고분자 유기물로 이루어지는 경우 발광층 또는 전자수송층의 단층 또는 전자수송층/발광층의 다층인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
10. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 필름층과 상기 전사층 사이에 광열 변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
11. 제10항에 있어서, 상기 광열 변환층과 전사층 사이에 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
12. 제11항에 있어서, 상기 중간층은 열경화성 고분자 또는 열가소성 고분자, 가교결합가능 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에스테르, 에폭사이드 및 폴리우레탄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
13. 제 7항에 있어서, 상기 금속이 2.0eV 내지 6.0eV의 일함수를 가지는 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
14. 제 7항에 있어서, 상기 금속이 Al, Ag, Au, Pd, Pt, Ca, Mg, Cs, Li 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
15. 제 7항에 있어서, 상기 유기물이 반도체 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.
16. 제 7항에 있어서, 상기 유기물이 전기발광특성을 가지는 것을 특징으로 하는 박막전사용 도너 필름.

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