KR20200056296A - 직물 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20200056296A
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Abstract

본 발명은 발광소자를 실장하기 위한 직물 기판에 관한 것으로서, 적어도 하나의 직물로 구성되는 직물층; 상기 직물층의 상부에 배치되어, 상기 직물층이 휘어짐에 따라 야기되는 물리적 변형률(strain) 및 스트레스(stress)의 발생을 최소화하는 스트레스 버퍼층; 및 상기 스트레스 버퍼층의 상부에 배치되어, 발광소자의 동작이 가능하도록 평탄한 표면을 제공하는 평탄화층을 포함한다.

Description

직물 기판 및 그 제조방법{FABRIC SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 직물 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 표면 거칠기가 매우 낮고 계면 특성이 우수한 직물 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
차세대 디스플레이 기술로서 플렉서블 디스플레이(flexible display), 웨어러블 디스플레이(wearable display) 등 다양한 디스플레이에 대한 연구가 시도되고 있다. 그런데 플렉서블 디스플레이의 경우 폴리이미드(polyimide, PI) 필름, 폴리에스터(Polyester) 필름, 씬 글라스(thin glass), 유리섬유판(glass fiber sheet) 등 유연성을 가지는 기판을 이용하는 다양한 연구 결과가 보고되고 있으나, 웨어러블 디스플레이의 경우는 아직 초기 연구 단계로서 많은 연구 성과가 도출되고 있지 않는 실정이다.
현재까지 보고되고 있는 웨어러블 디스플레이의 제조 방식으로는 광 섬유(optical fiber)나 EL(electroluminescent) 와이어를 직물에 추가하는 등의 방법으로 직물 자체가 발광하는 방식과, 직물의 상부에 폴리머(polymer)를 결착하여 평탄화한 직물 기판을 만든 후 그 상부에 발광소자를 형성하는 방식 등이 있다.
이 중 직물 기판을 이용한 웨어러블 디스플레이는 비용이 저렴하고, 제조 공정이 비교적 단순하다는 장점이 있다. 하지만, 기존의 직물 기판을 이용한 웨어러블 디스플레이는 직물의 전체 표면에 폴리머를 결착시켜 평탄화를 행하는 방식으로 구성되어, 휘어짐(flexible)은 가능하지만 물리적 변형(strain)과 스트레스(stress)가 크기 때문에 접히거나(foldable) 늘어나는(stretchable) 특성을 가지기 힘들다는 문제가 있다.
또한, 기존의 직물 기판을 이용한 웨어러블 디스플레이는 발광소자를 직물 상에서 구동하기 위해 직물 위에 용액을 도포하는 방식을 사용하거나 혹은 열 압착을 통해 플라스틱 기판을 직물에 붙이는 방식을 사용하였다. 하지만, 전자의 방식은 직물의 거친 표면을 충분히 완화시키는 작업이 어려워 발광소자가 안정적으로 구동되지 못하는 단점이 있으며, 후자의 방식은 열에 의해 플라스틱과 직물에 변형이 초래되므로 재료 선정 측면에서 상당한 제약이 존재하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 표면 거칠기가 매우 낮고 계면 특성이 우수한 직물 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 직물에 열을 가하지 않아 열에 의한 변형으로부터 자유로우면서 직물의 유연성을 유지할 수 있는 직물 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 물리적 변형(strain) 및 내부 스트레스(stress)의 발생을 최소화할 수 있는 직물 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 일정 압력 및/또는 온도 조건 하에서의 용액 공정을 기반으로 저 비용 및 대량 생산이 가능한 직물 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 통기성, 신축성 및 유연성이 우수한 직물 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나의 직물로 구성되는 직물층; 상기 직물층의 상부에 배치되어, 상기 직물층이 휘어짐에 따라 야기되는 물리적 변형률(strain) 및 스트레스(stress)의 발생을 최소화하는 스트레스 버퍼층; 및 상기 스트레스 버퍼층의 상부에 배치되어, 발광소자의 동작이 가능하도록 평탄한 표면을 제공하는 평탄화층을 포함하는 직물 기판을 제공한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 스트레스 버퍼층은, 신축성 및 접착성을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층은 500MPa 이하의 영률(Young’s modulus)을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층은, 0.1㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층은, 실온에서 경화가 가능한 실리콘 계열의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 평탄화층은 수 나노미터(㎚) 이하의 표면 거칠기와 박막 형성에 적합한 계면 특성을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 평탄화층은 0.1GPa 이상의 영률을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 평탄화층은 30㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 평탄화층은 SU-8(광경화성 에폭시 수지), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PI(폴리이미드), PET(폴리에틸렌 테레프타레이트), PVA(폴리비닐 알코올), 아크릴레이트, 폴리우레탄 및 폴리다이메틸실록산 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 스트레스 버퍼층 및 평탄화층 중 적어도 하나는, UV 경화가 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층 및 평탄화층 중 적어도 하나는, 유사 직물 패턴에 대응하는 복수의 개구들을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 지지기판 상에 희생층을 적층하고, 상기 희생층 상에 평탄화층을 적층하는 단계; 상기 평탄화층 상에 스트레스 버퍼층을 적층하고, 상기 스트레스 버퍼층 상에 직물층을 배치한 후 미리 결정된 압력을 상기 직물층 방향으로 인가하는 단계; 및 상기 지지 기판과 상기 평탄화층 사이에 배치된 희생층을 제거하여, 상기 평탄화층, 스트레스 버퍼층 및 직물층이 순차적으로 적층된 직물 기판을 생성하는 단계를 포함하는 직물 기판의 제조방법을 제공한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 직물 기판의 제조방법은, 지지기판의 표면에 존재하는 오염 물질을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 직물 기판의 제조방법은, 스트레스 버퍼층을 실온에서 일정 시간 동안 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 희생층을 적층하는 단계는, 미리 결정된 코팅 공정을 이용하여 희생층을 적층하고, 일정 온도의 열을 미리 결정된 시간 동안 인가하여 상기 희생층을 경화시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 평탄화층을 적층하는 단계는, 미리 결정된 코팅 공정을 이용하여 평탄화층을 적층하고, 일정 온도의 열을 미리 결정된 시간 동안 인가하거나 혹은 일정 파장의 자외선을 미리 결정된 시간 동안 조사하여 상기 평탄화층을 경화시키는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 직물 기판을 생성하는 단계는, 미리 결정된 용매를 인가하여 희생층을 제거하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 희생층은, 용매에 잘 녹는 가용성 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 직물 기판의 제조방법은, 포토리소그래피 공정을 이용하여 지지기판과 희생층 사이에 유사 직물 패턴의 역상 패턴을 갖는 금속 패턴층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 직물 기판의 제조방법은, 지지기판의 하면 방향으로 자외선(UV)을 조사하여 평탄화층 및 스트레스 버퍼층의 일 부분을 경화시키는 단계와, 현상액을 이용하여 상기 평탄화층 및 스트레스 버퍼층에서 UV 경화가 일어나지 않은 부분들을 선택적으로 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 직물 기판 및 그 제조방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 표면 거칠기가 매우 낮고 계면 특성이 우수하여 다양한 종류의 박막형 발광소자들의 형성 및 동작이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 직물 기판 제조 공정 시 직물에 직접 열을 가하지 않아 열에 의한 변형으로부터 자유로워지므로 모든 직물에 적용이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 직물과 유사한 유연성을 구비하므로 실제 의류와 같이 여러 방향의 구김이 가능하고, 일정 횟수 이상의 반복 굽힘에도 발광소자의 동작이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 직물과 유사한 기능성 및 통기성을 부여하므로 실제 의류와 같은 편안하고 시원한 착용감을 제공할 수 있는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 직물 기판 및 그 제조방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물 기판의 사시도;
도 1b는 도 1a의 I-I 선을 따라 절단한 직물 기판의 단면도;
도 2는 기판의 종류와 직물 기판의 벤딩 시험 여부에 따른 발광소자의 전기광학적 특성을 나타내는 도면;
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물 기판의 제조방법을 설명하는 도면;
도 4a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 사시도;
도 4b는 도 4a의 I-I 선을 따라 절단한 직물 기판의 단면도;
도 5는 도 4a의 직물 기판을 구성하는 스트레스 버퍼층 및 평탄화층의 형상을 예시하는 도면;
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 제조방법을 설명하는 도면;
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 사시도;
도 7b는 도 7a의 I-I 선을 따라 절단한 직물 기판의 단면도;
도 8은 도 7a의 직물 기판을 구성하는 스트레스 버퍼층 및 평탄화층의 형상을 예시하는 도면;
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 제조방법을 설명하는 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전계발광 직물의 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하, 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 표면 거칠기가 매우 낮고 계면 특성이 우수한 직물 기판 및 그 제조방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 직물에 열을 가하지 않아 열에 의한 변형으로부터 자유로우면서 직물의 유연성을 유지할 수 있는 직물 기판 및 그 제조방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 물리적 변형(strain) 및 내부 스트레스(stress)의 발생을 최소화할 수 있는 직물 기판 및 그 제조방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 일정 압력 및 온도 조건 하에서의 용액 공정을 기반으로 저 비용 및 대량 생산이 가능한 직물 기판 및 그 제조방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 통기성, 신축성 및 유연성이 우수한 직물 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 명세서에서 설명하는 '직물'의 사전적 의미는 경사(날실)와 위사(씨실)가 서로 아래위로 교차하여 짜인 소정 넓이의 평면체가 된 천을 일컫는다. 하지만, 본 명세서에서 정의하는 '직물'은 사전적 의미의 직물뿐만 아니라 합성 섬유, 재생 섬유, 천연 섬유, 면, 폴리에스테르, 가죽, 린넨 등과 같은 모든 종류의 천을 포함하는 개념이다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물 기판의 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I 선을 따라 절단한 직물 기판의 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물 기판(100)은 직물층(110), 상기 직물층(110) 상의 스트레스 버퍼층(120), 상기 스트레스 버퍼층(120) 상의 평탄화층(130)을 포함할 수 있다.
직물층(110)은 스트레스 버퍼층(120) 및 평탄화층(130)의 하부에 배치되어, 상기 스트레스 버퍼층(120) 및 평탄화층(130)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
직물층(110)은, 적어도 하나의 직물로 구성될 수 있다. 상기 직물층(110)은 예를 들어, 합성 섬유, 재생 섬유, 천연 섬유, 면, 폴리에스테르, 가죽, 린넨 등과 같은 모든 종류의 직물을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 직물 기판(100)은, 제조 공정 시, 직물에 열을 가하지 않아 열에 의한 변형으로부터 자유롭기 때문에 모든 종류의 직물이 사용 가능하다.
스트레스 버퍼층(또는 합착층, 120)은 직물층(110) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 스트레스 버퍼층(120)은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating) 및 라미네이션(lamination) 중 적어도 하나의 방법을 통해 형성될 수 있다.
직물층(110) 상에 배치되는 스트레스 버퍼층(120)은 일정 압력 및/또는 온도 조건 하에서 일정 시간이 경과함에 따라 천천히 경화될 수 있다. 즉, 스트레스 버퍼층(120)은 점성이 높은 액체 상태의 물질이 대기 중의 수분을 통해 경화가 진행되어, 고무와 같이 매우 유연하고 신축성이 있는 고체 상태의 물질로 변경된다.
스트레스 버퍼층(120)은 직물층(110)이 반복적으로 휘어짐(bending)에 따라 야기되는 물리적 변형률(strain) 및 내부 스트레스(stress)의 발생을 최소화하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 스트레스 버퍼층(120)은 직물층(110)과 평탄화층(130)을 단단히 접착시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 스트레스 버퍼층(120)은 신축성 및 접착성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(120)은, 직물 기판(100)의 스트레스 발생을 최소화하고 직물 기판(100)의 유연성을 확보하기 위해, 500MPa 이하의 영률(Young’s modulus)을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층(120)은 변형률 1% 이상에서도 물리적 파괴가 일어나지 않는 신축성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층(120)은 직물층(110)에서 발생하는 변형률이 평탄화층(130)으로 전달되지 않도록 유연하고 신축성이 높은 재질로 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(120)은, 직물 기판 제조 시 직물에 직접 열을 가하지 않기 위해, 대기압 및/또는 실온(상온) 조건 하에서 경화가 가능한 재질로 형성될 수 있다. 이러한 스트레스 버퍼층(120)으로는 대표적으로 실리콘(Si) 계열의 물질이 사용될 수 있다. 일 예로, 스트레스 버퍼층(120)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 계열의 실리콘 소재가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
스트레스 버퍼층(120)은, 직물 기판(100)의 변형률을 최소화하면서 충분한 접착 능력을 가질 수 있도록, 0.1㎛ 내지 100㎛, 좀 더 바람직하게는 1㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
평탄화층(130)은 스트레스 버퍼층(120) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 평탄화층(130)은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating) 및 라미네이션(lamination) 중 적어도 하나의 방법을 통해 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(120) 상에 배치되는 평탄화층(130)은 미리 결정된 온도의 열이 일정 시간 동안 인가됨에 따라 경화될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 평탄화층(130)은 미리 결정된 파장의 자외선(UV)이 일정 시간 동안 조사됨에 따라 경화될 수도 있다.
통상, 직물을 구성하는 실은 보통 여러 가닥의 섬유로 이루어지게 되므로 그 표면이 거친 경우가 많다. 이에 따라, 대부분의 직물 상에 발광소자를 적층하기 위해서는 평탄화 작업이 필요하게 된다.
평탄화층(130)은 직물 기판(100)의 평활도(smoothness)를 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 평탄화층(130)은 박막 증착 공정을 통해 발광소자가 성장될 수 있는 평탄한 표면을 제공할 수 있다. 또한, 평탄화층(130)은 발광소자가 정상적으로 동작할 수 있는 평탄한 표면을 제공할 수 있다. 이를 위해, 상기 평탄화층(130)은 유리(glass)와 비슷한 수준인 수 나노미터(㎚) 이하의 표면 거칠기와 박막 형성에 적합한 계면 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
평탄화층(130)은, 표면에 실장되는 발광소자의 변형률을 최소화하기 위해, 0.1GPa 이상의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 평탄화층(130)은 SU-8(광경화성 에폭시 수지), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PI(폴리이미드), PET(폴리에틸렌 테레프타레이트), PVA(폴리비닐 알코올), 아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리다이메틸실록산 등과 같은 탄소 기반 중합체로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
평탄화층(130)은, 스트레스 버퍼층(120) 상에 얇은 박막의 형성이 가능하도록, 50㎛ 이하의 두께, 좀 더 바람직하게는 30㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 직물층(110), 스트레스 버퍼층(120) 및 평탄화층(130)을 순차적으로 적층하여 형성된 직물 기판(100)의 상부에 하나 이상의 발광소자(미도시)를 실장하여 전계발광 직물을 구성할 수 있다.
도 2는 기판의 종류와 직물 기판의 벤딩 시험 여부에 따른 발광소자의 전기광학적 특성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 유리 기판 상에 실장된 발광소자의 전기광학적 특성을 시뮬레이션한 그래프와, 직물 기판 상에 실장된 발광소자의 전기광학적 특성을 시뮬레이션한 그래프와, 발광소자가 실장된 직물 기판을 미리 결정된 곡률 반경으로 일정 횟수 이상 벤딩 실험을 거친 이후에 발광소자의 전기광학적 특성을 시뮬레이션한 그래프를 각각 도시한다.
본 시뮬레이션에서 측정한 발광소자의 전기광학적 특성은 전압의 변화에 따른 휘도(luminance), 전압의 변화에 따른 전류 밀도, 전류 밀도의 변화에 따른 전류 효율이다. 상기 전기광학적 특성의 비교를 통해, 발광소자의 성능을 확인할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 유리 기판 상에 실장된 발광소자의 전기광학적 특성과 직물 기판 상에 실장된 발광소자의 전기광학적 특성에 큰 차이가 없기 때문에, 본 발명에 따른 직물 기판은 유리 기판과 같이 발광소자를 안정적으로 동작시킬 수 있고, 발광소자의 성능을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 직물 기판 상에 실장된 발광소자의 전기광학적 특성과 발광소자가 실장된 직물 기판에 대해 소정의 벤딩 실험을 거친 이후의 발광소자의 전기광학적 특성에 큰 차이가 없기 때문에, 본 발명에 따른 직물 기판을 일정한 곡률 반경으로 일정 횟수 이상 반복 굽힘을 수행하더라도, 직물 기판의 내구성이 강해 발광소자를 안정적으로 동작시킬 수 있으며, 발광소자의 성능을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물 기판의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 미리 결정된 크기 및 두께를 갖는 지지 기판(310)을 마련할 수 있다. 이때, 상기 지지 기판(310)으로는 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 웨이퍼(wafer) 등과 같은 평평한 기판이 사용될 수 있다.
이후, 지지 기판(310)의 표면에 존재하는 오염 물질을 세척 용액으로 씻어 낼 수 있다. 상기 세척 용액으로는 정제수(DI water)가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
도 3b를 참조하면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 지지 기판(310) 상에 희생층(320)을 적층할 수 있다. 이후, 미리 결정된 온도의 열을 일정 시간 동안 인가하여 희생층(320)을 단단히 경화시킬 수 있다. 이때, 상기 희생층(320)은 지지 기판(310)의 상부에 0.01㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
지지 기판(310) 상에 적층된 희생층(320)은 용매에 잘 녹는 가용성 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 희생층(320)은 폴리비닐 알코올(polyvinyl acetate, PVA), 구리(Cu) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 희생층(320)이 폴리비닐 알코올로 형성된 경우, 해당 희생층을 용해하는 용매로는 정제수(DI water)가 사용될 수 있고, 상기 희생층(320)이 구리로 형성된 경우, 해당 희생층을 용해하는 용매로는 구리 에찬트(Cu etchant)가 사용될 수 있으며, 상기 희생층(320)이 PMMA로 형성된 경우, 해당 희생층을 용해하는 용매로는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)이 사용될 수 있다. 이하, 본 실시 예에서는, 폴리비닐 알코올을 이용하여 희생층을 형성하는 것을 예시하여 설명하도록 한다.
도 3c를 참조하면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 희생층(320) 상에 평탄화층(330)을 적층할 수 있다. 이후, 미리 결정된 온도의 열을 일정 시간 동안 인가하거나 혹은 미리 결정된 파장의 자외선을 일정 시간 동안 조사하여 평탄화층(330)을 단단히 경화시킬 수 있다. 이때, 상기 평탄화층(330)은 희생층(320)의 상부에 30㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
평탄화층(330)은 0.1GPa 이상의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 평탄화층(330)은 SU-8(광경화성 에폭시 수지) 재질로 형성될 수 있다.
도 3d 및 도 3e를 참조하면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 평탄화층(330) 상에 스트레스 버퍼층(340)을 적층할 수 있다.
이후, 라미네이션(lamination) 공정을 이용하여 스트레스 버퍼층(340) 상에 직물층(또는 직물, 350)을 적층할 수 있다. 즉, 스트레스 버퍼층(340) 상에 직물층(350)을 배치한 후 상기 직물층(350) 방향으로 미리 결정된 압력을 일정 시간 동안 인가하게 된다. 이는 액체 상태의 스트레스 버퍼층(340)이 직물층(350)에 흡수되도록 하여 접착력을 증가시키기 위함이다. 이러한 상태에서, 스트레스 버퍼층(340)은 대기압 및/또는 실온(상온) 조건 하에서 일정 시간이 경과함에 따라 경화된다. 이에 따라, 상기 스트레스 버퍼층(340)은 평탄화층(330)과 직물층(350)을 단단히 결착(접착)시킬 수 있다.
스트레스 버퍼층(340)은 평탄화층(330)의 상부에 0.1㎛ 이상, 좀 더 바람직하게는 1㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 스트레스 버퍼층(340)은 500MPa 이하의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 스트레스 버퍼층(340)은 PDMS 계열의 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
해당 적층 공정의 경우, 직물층(350)의 하부에 위치하는 스트레스 버퍼층(340)이 실온에서 경화되기 때문에, 합성 섬유, 재생 섬유, 천연 섬유, 면, 폴리에스테르, 가죽, 린넨 등과 같은 모든 종류의 직물이 직물 기판에 사용 가능하다.
도 3e 및 도 3f를 참조하면, 지지 기판(310), 희생층(320), 평탄화층(330), 스트레스 버퍼층(340) 및 직물층(350)이 순차적으로 적층된 기판 구조물을 미리 결정된 용매에 침수시킬 수 있다. 이때, 상기 용매로는 정제수(DI water)가 사용될 수 있다.
기판 구조물의 침수 시점으로부터 일정 시간(가령, 24시)이 경과하면, 지지 기판(310)과 평탄화층(330) 사이에 배치된 희생층(320)은 정제수(DI water)에 의해 점차 용해되어 사라지게 되고, 그에 따라 지지 기판(310)이 기판 구조물로부터 자연스럽게 분리하게 된다. 이후, 기판 구조물을 정제수에서 꺼낸 다음, 해당 기판 구조물을 대기압 및/또는 실온 조건 하에서 일정 시간 동안 건조하여 직물 기판을 제조하게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물 기판(100)은 표면 거칠기가 매우 낮고 계면 특성이 우수하여 다양한 종류의 박막형 발광소자들의 형성 및 동작이 가능한 장점이 있다. 또한, 상기 직물 기판(100)은 제조 공정 시 직물에 직접 열을 가하지 않아 열에 의한 변형으로부터 자유로워지므로 모든 직물에 적용이 가능한 장점이 있다.
한편, 직물 기판(100)을 구성하는 스트레스 버퍼층 및 평탄화층은 물리적 변형률(strain) 및 기계적 스트레스(stress)의 발생을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 벤딩(bending) 성능과 구김 성능을 구현할 수 있지만, 실제 의류와 같은 착용감을 제공하지 못하는 측면이 있다. 따라서, 이하에서는 스트레스 버퍼층 및 평탄화층이 직물과 같은 신축성, 유연성 및 통기성을 가질 수 있도록, 해당 스트레스 버퍼층 및 평탄화층에 유사 직물 패턴(fabric-like pattern)을 구현하는 방안을 제안한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 I-I 선을 따라 절단한 직물 기판의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직물 기판(400)은 직물층(410), 상기 직물층(410) 상의 스트레스 버퍼층(420), 상기 스트레스 버퍼층(420) 상의 평탄화층(430)을 포함할 수 있다.
도 4a에 도시된 직물층(410), 스트레스 버퍼층(420) 및 평탄화층(430)은 상술한 도 1a에 도시된 직물층(110), 스트레스 버퍼층(120) 및 평탄화층(130)과 동일 또는 유사하므로, 상기 직물층(410), 스트레스 버퍼층(420) 및 평탄화층(430)에 관한 자세한 설명은 생략하고, 그 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
직물층(410)은 스트레스 버퍼층(420) 및 평탄화층(430)의 하부에 배치되어, 상기 스트레스 버퍼층(420) 및 평탄화층(430)을 견고하게 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
직물층(410)은, 적어도 하나의 직물로 구성될 수 있다. 상기 직물층(410)은 예를 들어, 합성 섬유, 재생 섬유, 천연 섬유, 면, 폴리에스테르, 가죽, 린넨 등과 같은 모든 종류의 직물을 포함할 수 있다.
스트레스 버퍼층(420)은 직물층(410) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 스트레스 버퍼층(420)은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating) 및 라미네이션(lamination) 중 적어도 하나의 방법을 통해 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(420)은 미리 결정된 패턴에 따라 형성된 복수의 개구들(openings)을 구비할 수 있다. 일 예로, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 스트레스 버퍼층(420)은 유사 직물 패턴(fabric-like pattern)에 대응하는 복수의 개구들을 구비할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 다른 실시 예로, 상기 스트레스 버퍼층(420)은 원형 또는 다각형 형상을 갖는 복수의 개구들을 구비할 수도 있다.
스트레스 버퍼층(420)은 직물층(410)이 반복적으로 휘어짐(bending)에 따라 야기되는 물리적 변형률 및 내부 스트레스의 발생을 최소화하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 스트레스 버퍼층(420)은 직물층(410)과 평탄화층(430)을 단단히 접착시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 스트레스 버퍼층(420)은 신축성 및 접착성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(420)은, 직물 기판(400)의 스트레스 발생을 최소화하고 직물 기판(400)의 유연성을 확보하기 위해, 500MPa 이하의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층(420)은 직물층(410)에서 발생하는 변형률이 평탄화층(430)으로 전달되지 않도록 유연하고 신축성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스트레스 버퍼층(420)은 UV(Ultra-Violet) 경화가 가능한 재질로 형성될 수 있다. 이러한 스트레스 버퍼층(420)으로는 대표적으로 에폭시(epoxy) 또는 아크릴(acryl) 계열의 물질이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
스트레스 버퍼층(420)은, 직물 기판(400)의 변형률을 최소화하면서 충분한 접착 능력을 가질 수 있도록, 0.1㎛ 내지 100㎛, 좀 더 바람직하게는 1㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
평탄화층(430)은 스트레스 버퍼층(420) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 평탄화층(430)은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating) 및 라미네이션(lamination) 중 적어도 하나의 방법을 통해 형성될 수 있다.
평탄화층(430)은 스트레스 버퍼층(420)과 동일한 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 평탄화층(430)은 미리 결정된 패턴에 따라 형성된 복수의 개구들(openings)을 구비할 수 있다. 일 예로, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화층(430)은 유사 직물 패턴(fabric-like pattern)에 대응하는 복수의 개구들을 구비할 수 있다. 이때, 상기 복수의 개구들은 스트레스 버퍼층(420)에 형성된 복수의 개구들의 위치에 대응하는 평탄화층(430)에 형성될 수 있다.
평탄화층(430)은 직물 기판(400)의 평활도(smoothness)를 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 평탄화층(430)은 박막 증착 공정을 통해 발광소자가 성장될 수 있는 평탄한 표면을 제공할 수 있다. 또한, 평탄화층(430)은 발광소자가 정상적으로 동작할 수 있는 평탄한 표면을 제공할 수 있다. 이를 위해, 상기 평탄화층(430)은 유리와 비슷한 수준인 수 나노미터(㎚) 이하의 표면 거칠기와 박막 형성에 적합한 계면 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
평탄화층(430)은, 표면에 실장되는 발광소자의 변형률을 최소화하기 위해, 0.1GPa 이상의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 평탄화층(430)은 UV 경화가 가능한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 평탄화층(430)은 SU-8(광경화성 에폭시 수지), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PI(폴리이미드), PET(폴리에틸렌 테레프타레이트), PVA(폴리비닐 알코올), 아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리다이메틸실록산 등과 같은 탄소 기반 중합체로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
평탄화층(430)은, 스트레스 버퍼층(420) 상에 얇은 박막의 형성이 가능하도록, 50㎛ 이하의 두께, 좀 더 바람직하게는 30㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 직물층(410), 스트레스 버퍼층(420) 및 평탄화층(430)을 순차적으로 적층하여 형성된 직물 기판(400)의 상부에 하나 이상의 발광소자(미도시)를 실장하여 전계발광 직물을 구성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 미리 결정된 크기 및 두께를 갖는 지지 기판(610)을 마련할 수 있다. 이때, 상기 지지 기판(610)으로는 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 웨이퍼 등과 같은 평평한 기판이 사용될 수 있다.
이후, 지지 기판(610)의 표면에 존재하는 오염 물질을 세척 용액으로 씻어 낼 수 있다. 상기 세척 용액으로는 정제수(DI water)가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
세척이 완료된 지지 기판(610)의 상면에 일정한 두께를 갖는 금속 박막(620)을 형성할 수 있다. 상기 금속 박막(620)의 재질로는 패터닝(patterning)이 가능한 금속으로서, 크롬(Cr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 실리콘(Si), 아연(Zn) 및 이들의 합금이 사용될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 지지 기판(610) 상에 증착된 금속 박막(620)에 대해 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 수행하여 유사 직물 패턴의 역상 패턴(이하, 설명의 편의상, '유사 직물 역상 패턴'이라 칭함)을 갖는 금속 패턴층을 형성할 수 있다. 즉, 유사 직물 패턴을 갖는 마스크(Mask, 625)를 이용하여 금속 박막(620)에 대한 노광(exposure) 공정을 수행한 다음, 현상액을 이용하여 포토리지스터(Photo Resist, PR)에 해당하는 금속 박막(620)을 제거하는 현상(develop) 공정을 수행할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 지지 기판(610) 및 금속 패턴층(620) 상에 희생층(630)을 적층할 수 있다. 이후, 미리 결정된 온도의 열을 일정 시간 동안 인가하여 희생층(630)을 단단히 경화시킬 수 있다. 이때, 상기 희생층(630)은 지지 기판(610) 및 금속 패턴층(620)의 상부에 0.01㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
지지 기판(610) 및 금속 패턴층(620) 상에 적층된 희생층(630)은 용매에 잘 녹는 가용성 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 희생층(630)은 폴리비닐 알코올(polyvinyl acetate, PVA), 구리(Cu) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 등을 사용하여 형성될 수 있다.
이러한 희생층(630)의 생성이 완료되면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 희생층(630) 상에 평탄화층(640)을 적층할 수 있다. 그리고, 상기 평탄화층(640)에 대해 미리 결정된 온도(가령, 100도) 이하의 열을 일정 시간 동안 인가하는 소프트 베이킹(soft-baking) 공정을 수행할 수 있다.
이후, 지지 기판(610)의 하면 방향으로 자외선(UV)을 일정 시간 동안 조사하는 1차 UV 경화 공정을 수행하여, 금속 패턴층(620)이 가리는 영역들을 제외한 나머지 영역들(즉, 자외선이 투과되는 영역들)에 대응하는 평탄화층(640)을 경화시킬 수 있다. 상기 1차 UV 경화 공정이 완료되면, 상기 평탄화층(640)에 대해 미리 결정된 온도(가령, 100도) 이상의 열을 일정 시간 동안 인가하는 하드 베이킹(hard-baking) 공정을 수행할 수 있다.
평탄화층(640)은 0.1GPa 이상의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 평탄화층(640)은 UV 경화가 가능한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 평탄화층(640)은 SU-8(광경화성 에폭시 수지) 재질로 형성될 수 있다.
도 6d 및 도 6e를 참조하면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 평탄화층(640) 상에 스트레스 버퍼층(650)을 적층할 수 있다. 상기 스트레스 버퍼층(650)의 적층이 완료되면, 라미네이션(lamination) 공정을 이용하여 스트레스 버퍼층(650) 상에 직물층(또는 직물, 660)을 적층할 수 있다. 즉, 스트레스 버퍼층(650) 상에 직물층(660)을 배치한 후 상기 직물층(660) 방향으로 미리 결정된 압력을 일정 시간 동안 인가하게 된다. 이는 액체 상태의 스트레스 버퍼층(650)이 직물층(660)에 흡수되도록 하여 접착력을 증가시키기 위함이다.
이후, 스트레스 버퍼층(650)에 대해 미리 결정된 온도(가령, 100도) 이하의 열을 일정 시간 동안 인가하는 소프트 베이킹(soft-baking) 공정을 수행할 수 있다. 이러한 소프트 베이킹 공정에 따라, 상기 스트레스 버퍼층(650)은 평탄화층(640)과 직물층(660)을 결착(접착)시킬 수 있다.
그 다음, 지지 기판(610)의 하면 방향으로 자외선(UV)을 일정 시간 동안 조사하는 2차 UV 경화 공정을 수행하여, 금속 패턴층(620)이 가리는 영역들을 제외한 나머지 영역들(즉, 자외선이 투과되는 영역들)에 대응하는 스트레스 버퍼층(650)을 경화시킬 수 있다. 상기 2차 UV 경화 공정이 완료되면, 상기 스트레스 버퍼층(650)에 대해 미리 결정된 온도(가령, 100도) 이상의 열을 일정 시간 동안 인가하는 하드 베이킹(hard-baking) 공정을 수행할 수 있다.
스트레스 버퍼층(650)은 500MPa 이하의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 스트레스 버퍼층(650)은 UV 경화가 가능한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 스트레스 버퍼층(650)은 에폭시 또는 아크릴 계열의 재질로 형성될 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는, 두 번의 UV 경화 공정을 수행하는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 한 번의 UV 경화 공정을 수행할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 가령, 희생층(630) 상에 평탄화층(640)을 적층한 후 1차 소프트 베이킹 공정을 수행하고, 상기 평탄화층(640) 상에 스트레스 버퍼층(650) 및 직물층(660)을 순차적으로 적층한 후 2차 소프트 베이킹 공정을 수행할 수 있다. 그리고, 지지 기판(610)의 하면 방향으로 자외선(UV)을 일정 시간 동안 조사하는 UV 경화 공정을 수행한 다음, 상기 평탄화층(640) 및 스트레스 버퍼층(650)에 대해 미리 결정된 온도(가령, 100도) 이상의 열을 일정 시간 동안 인가하는 하드 베이킹(hard-baking) 공정을 수행할 수 있다.
도 6f를 참조하면, 지지 기판(610), 금속 패턴층(620), 희생층(630), 평탄화층(640), 스트레스 버퍼층(650) 및 직물층(660)이 순차적으로 적층된 제1 기판 구조물을 미리 결정된 용매에 일정 시간 동안 침수시킬 수 있다. 이때, 상기 용매로는 정제수(DI water)가 사용될 수 있다.
제1 기판 구조물의 침수 시점으로부터 일정 시간(가령, 24시)이 경과하면, 지지 기판(610) 및 금속 패턴층(620)과 평탄화층(640) 사이에 배치된 희생층(630)은 정제수(DI water)에 의해 점차 용해되어 사라지게 되고, 그에 따라 지지 기판(610) 및 금속 패턴층(620)이 제1 기판 구조물로부터 자연스럽게 분리하게 된다. 이후, 평탄화층(640), 스트레스 버퍼층(650) 및 직물층(660)으로 구성된 제2 기판 구조물을 정제수에서 꺼낸 다음, 해당 기판 구조물을 건조시킬 수 있다.
도 6g를 참조하면, 평탄화층(640), 스트레스 버퍼층(650) 및 직물층(660)이 순차적으로 적층된 제2 기판 구조물을 미리 결정된 현상액에 일정 시간 동안 침수시킬 수 있다. 이때, 상기 현상액으로는 무기 및 유기 알칼리계 수용액에 이온계 또는 비이온계 계면활성제를 첨가한 조성물이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
제2 기판 구조물의 침수 시점으로부터 일정 시간이 경과하면, 현상액은 평탄화층(640) 및 스트레스 버퍼층(650) 중에서 UV 경화가 일어나지 않은 부분들과 화학적으로 반영하여 해당 부분들을 선택적으로 식각하게 된다. 이에 따라, 직물 유사 패턴에 따른 복수의 개구들이 평탄화층(640) 및 스트레스 버퍼층(650)에 형성된다. 이후, 제2 기판 구조물을 현상액에서 꺼낸 다음, 해당 기판 구조물을 일정 조건 하에서 일정 시간 동안 건조하여 직물 기판을 제조하게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직물 기판(400)은 직물과 유사한 유연성을 구비하므로 실제 의류와 같이 여러 방향의 구김이 가능하고, 일정 횟수 이상의 반복 굽힘에도 발광소자의 동작이 가능한 장점이 있다. 또한, 상기 직물 기판(400)은 직물과 유사한 기능성 및 통기성을 부여하므로 실제 의류와 같은 편안하고 시원한 착용감을 제공할 수 있는 장점이 있다.도 7a는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 I-I 선을 따라 절단한 직물 기판의 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직물 기판(700)은 직물층(710), 상기 직물층(710) 상의 스트레스 버퍼층(720), 상기 스트레스 버퍼층(720) 상의 평탄화층(730)을 포함할 수 있다.
도 7a에 도시된 직물층(710), 스트레스 버퍼층(720) 및 평탄화층(730)은 상술한 도 1a 및 도 4a에 도시된 직물층(110, 410), 스트레스 버퍼층(120, 420) 및 평탄화층(130, 430)과 동일 또는 유사하므로, 상기 직물층(710), 스트레스 버퍼층(720) 및 평탄화층(730)에 관한 자세한 설명은 생략하고, 그 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
직물층(710)은 스트레스 버퍼층(720) 및 평탄화층(730)의 하부에 배치되어, 상기 스트레스 버퍼층(720) 및 평탄화층(730)을 견고하게 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
스트레스 버퍼층(720)은 직물층(710) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 스트레스 버퍼층(720)은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating) 및 라미네이션(lamination) 중 적어도 하나의 방법을 통해 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(720)은, 도 4a에 도시된 스트레스 버퍼층(420)과 달리, 미리 결정된 패턴에 따라 형성된 복수의 개구들을 구비하지 않는다. 일 예로, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 스트레스 버퍼층(720)은 얇은 박막 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(720)은 직물층(710)이 반복적으로 휘어짐(bending)에 따라 야기되는 물리적 변형률 및 내부 스트레스의 발생을 최소화하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 스트레스 버퍼층(720)은 직물층(710)과 평탄화층(730)을 단단히 접착시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 스트레스 버퍼층(720)은 신축성 및 접착성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
스트레스 버퍼층(720)은 직물 기판 제조 공정 시 직물에 직접 열을 가하지 않기 위해, 대기압 및/또는 실온(상온) 조건 하에서 경화가 가능한 재질로 형성될 수 있다. 이러한 스트레스 버퍼층(720)으로는 대표적으로 실리콘(Si) 계열의 물질이 사용될 수 있다. 일 예로, 스트레스 버퍼층(720)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 계열의 실리콘 소재가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
평탄화층(730)은 스트레스 버퍼층(720) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 평탄화층(730)은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating) 및 라미네이션(lamination) 중 적어도 하나의 방법을 통해 형성될 수 있다.
평탄화층(730)은 미리 결정된 패턴에 따라 형성된 복수의 개구들(openings)을 구비할 수 있다. 일 예로, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화층(730)은 유사 직물 패턴(fabric-like pattern)에 대응하는 복수의 개구들을 구비할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 다른 실시 예로, 상기 평탄화층(730)은 원형 또는 다각형 형상을 갖는 복수의 개구들을 구비할 수도 있다.
평탄화층(730)은 직물 기판(700)의 평활도(smoothness)를 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 평탄화층(730)은 유리와 비슷한 수준인 수 나노미터(㎚) 이하의 표면 거칠기와 박막 형성에 적합한 계면 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
평탄화층(730)은, 표면에 실장되는 발광소자의 변형률을 최소화하기 위해, 0.1GPa 이상의 영률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 평탄화층(730)은 UV 경화가 가능한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 평탄화층(430)은 SU-8(광경화성 에폭시 수지), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PI(폴리이미드), PET(폴리에틸렌 테레프타레이트), PVA(폴리비닐 알코올), 아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리다이메틸실록산 등과 같은 탄소 기반 중합체로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
이와 같이, 직물층(710), 스트레스 버퍼층(720) 및 평탄화층(730)을 순차적으로 적층하여 형성된 직물 기판(700)의 상부에 하나 이상의 발광소자(미도시)를 실장하여 전계발광 직물을 구성할 수 있다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직물 기판의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9g에 도시된 직물 기판 제조방법은, 상술한 도 6a 내지 도 6g에 도시된 직물 기판 제조방법과 유사하므로, 그 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 9a를 참조하면, 미리 결정된 크기 및 두께를 갖는 지지 기판(910)을 마련할 수 있다. 이후, 지지 기판(910)의 표면에 존재하는 오염 물질을 세척 용액으로 씻어 낼 수 있다.
세척이 완료된 지지 기판(910)의 상면에 일정한 두께를 갖는 금속 박막(920)을 형성할 수 있다. 상기 금속 박막(920)의 재질로는 패터닝(patterning)이 가능한 금속으로서, 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 은(Ag), 금(Au), 실리콘(Si), 아연(Zn) 및 이들의 합금이 사용될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 지지 기판(910) 상에 증착된 금속 박막(920)에 대해 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 수행하여 유사 직물 패턴의 역상 패턴(즉, 유사 직물 역상 패턴)을 갖는 금속 패턴층을 형성할 수 있다. 즉, 유사 직물 패턴을 갖는 마스크(Mask, 925)를 이용하여 금속 박막(920)에 대한 노광(exposure) 공정을 수행한 다음, 현상액을 이용하여 포토리지스터(PR)에 해당하는 금속 박막(920)을 제거하는 현상(develop) 공정을 수행할 수 있다.
도 9c를 참조하면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 지지 기판(910) 및 금속 패턴층(920) 상에 희생층(930)을 적층할 수 있다. 이후, 미리 결정된 온도의 열을 일정 시간 동안 인가하여 희생층(930)을 단단히 경화시킬 수 있다.
이러한 희생층(930)의 생성이 완료되면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 희생층(930) 상에 평탄화층(940)을 적층할 수 있다. 그리고, 상기 평탄화층(940)에 대해 미리 결정된 온도(가령, 100도) 이하의 열을 일정 시간 동안 인가하는 소프트 베이킹(soft-baking) 공정을 수행할 수 있다.
이후, 지지 기판(910)의 하면 방향으로 자외선(UV)을 일정 시간 동안 조사하는 UV 경화 공정을 수행하여, 금속 패턴층(920)이 가리는 영역들을 제외한 나머지 영역들(즉, 자외선이 투과되는 영역들)에 대응하는 평탄화층(940)을 경화시킬 수 있다. 상기 UV 경화 공정이 완료되면, 상기 평탄화층(940)에 대해 미리 결정된 온도(가령, 100도) 이상의 열을 일정 시간 동안 인가하는 하드 베이킹(hard-baking) 공정을 수행할 수 있다.
도 9d 및 도 9e를 참조하면, 일정한 압력 및/또는 온도 조건 하에서, 스핀 코팅 공정을 이용하여 평탄화층(940) 상에 스트레스 버퍼층(950)을 적층할 수 있다.
이후, 라미네이션(lamination) 공정을 이용하여 스트레스 버퍼층(950) 상에 직물층(또는 직물, 960)을 적층할 수 있다. 즉, 스트레스 버퍼층(950) 상에 직물층(960)을 배치한 후 상기 직물층(960) 방향으로 미리 결정된 압력을 일정 시간 동안 인가하게 된다. 이는 액체 상태의 스트레스 버퍼층(950)이 직물층(960)에 흡수되도록 하여 접착력을 증가시키기 위함이다. 이러한 상태에서, 스트레스 버퍼층(950)은 대기압 및/또는 실온(상온) 조건 하에서 일정 시간이 경과함에 따라 천천히 경화된다. 이에 따라, 상기 스트레스 버퍼층(950)은 평탄화층(940)과 직물층(960)을 단단히 결착(접착)시킬 수 있다.
해당 적층 공정의 경우, 직물층(960)의 하부에 위치하는 스트레스 버퍼층(950)이 실온에서 경화되기 때문에, 합성 섬유, 재생 섬유, 천연 섬유, 면, 폴리에스테르, 가죽, 린넨 등과 같은 모든 종류의 직물이 직물 기판에 사용 가능하다.
도 9f를 참조하면, 지지 기판(910), 금속 패턴층(920), 희생층(930), 평탄화층(940), 스트레스 버퍼층(950) 및 직물층(960)이 순차적으로 적층된 제1 기판 구조물을 미리 결정된 용매(가령, 정제수)에 일정 시간 동안 침수시킬 수 있다.
제1 기판 구조물의 침수 시점으로부터 일정 시간(가령, 24시)이 경과하면, 지지 기판(910) 및 금속 패턴층(920)과 평탄화층(940) 사이에 배치된 희생층(930)은 정제수(DI water)에 의해 점차 용해되어 사라지게 되고, 그에 따라 지지 기판(910) 및 금속 패턴층(920)이 제1 기판 구조물로부터 자연스럽게 분리하게 된다. 이후, 평탄화층(940), 스트레스 버퍼층(950) 및 직물층(960)으로 구성된 제2 기판 구조물을 정제수에서 꺼낸 다음, 해당 기판 구조물을 건조시킬 수 있다.
도 9g를 참조하면, 평탄화층(940), 스트레스 버퍼층(950) 및 직물층(960)이 순차적으로 적층된 제2 기판 구조물을 미리 결정된 현상액에 일정 시간 동안 침수시킬 수 있다.
제2 기판 구조물의 침수 시점으로부터 일정 시간이 경과하면, 현상액은 평탄화층(940) 및 스트레스 버퍼층(950) 중에서 UV 경화가 일어나지 않은 부분들과 화학적으로 반영하여 해당 부분들을 선택적으로 식각하게 된다. 이에 따라, 직물 유사 패턴에 따른 복수의 개구들이 평탄화층(940) 및 스트레스 버퍼층(950)에 형성된다. 이후, 제2 기판 구조물을 현상액에서 꺼낸 다음, 해당 기판 구조물을 일정 조건 하에서 일정 시간 동안 건조하여 직물 기판을 제조하게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직물 기판(700)은 직물과 유사한 유연성을 구비하므로 실제 의류와 같이 여러 방향의 구김이 가능하고, 일정 횟수 이상의 반복 굽힘에도 발광소자의 동작이 가능한 장점이 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전계발광 직물의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전계발광 직물(1000)은 직물 기판(1010), 상기 직물 기판(1010) 상의 발광소자(1020), 상기 발광소자(1020) 상의 봉지층(1030)을 포함할 수 있다.
직물 기판(1010)은 발광소자(1020)의 하부에 배치되어, 상기 발광소자(1020)를 지지할 수 있다. 또한, 직물 기판(1010)은, 발광소자(1020)의 형성(즉, 성장) 및 동작이 가능하도록, 표면 거칠기가 매우 낮고 계면 특성이 우수한 기판을 제공할 수 있다.
직물 기판(1010)은, 직물층(1011)과 상기 직물층(1011) 상의 스트레스 버퍼층(1013)과 상기 스트레스 버퍼층(1013) 상의 평탄화층(1015)으로 구성될 수 있다. 여기서, 직물층(1011)은 스트레스 버퍼층(1013)의 하부에 배치되어, 상기 스트레스 버퍼층(1013) 및 평탄화층(1015)을 지지할 수 있다. 스트레스 버퍼층(1013)은 직물층(1011)과 평탄화층(1015) 사이에 배치되어, 상기 직물층(1011)과 평탄화층(1015)을 결착(접착)시키고, 직물층(1011)이 반복적으로 휘어짐에 따라 야기되는 변형률 및 스트레스의 발생을 최소화할 수 있다. 평탄화층(1015)은 스트레스 버퍼층(1013)의 상부에 배치되어, 직물 기판(1010)의 평활도(smoothness)를 향상시킬 수 있다.
발광소자(1020)는 직물 기판(1020)의 상부에 형성되어, 미리 결정된 파장의 광을 방사할 수 있다. 상기 발광소자(1020)로는 LED(Light Emitting Diode) 소자, OLED(Organic Light Emitting Diode) 소자, PLED(Polymer Light Emitting Diode) 소자, 무기 EL 소자 등과 같은 다양한 종류의 박막형 발광소자들이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 이 중 유기발광소자(OLED)는 수십 내지 수백 나노미터 두께의 전극과 유기물을 통해 전계 발광하는 차세대 디스플레이 소자로서, 동작 전압이 낮고 발광 효율이 높으며, 투명하고 휘어지는 특성을 구현하기 쉽다는 점에서 크게 주목 받고 있다. 따라서, 이하 본 실시 예에서는, 전계발광 직물(1000)의 발광소자(1020)로서 유기발광소자(OLED)가 사용되는 것을 예시하여 설명하도록 한다.
유기발광소자(1020)는, 예를 들어 상부발광(Top-emitting) 구조를 가지는 상부발광 유기발광소자로서, 전계발광 직물(1000)의 상부에 해당하는 봉지층(1030) 방향으로 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 유기발광소자(1020)의 상부 전극을 얇게(예를 들어, 10nm 내지 50nm) 형성함으로써, 상기 상부 전극에 대응하는 봉지층(1030) 방향으로 빛이 방출되도록 할 수 있다.
한편, 다른 실시 예로, 유기발광소자(1020)는 하부 발광(Bottom-emitting) 구조를 가지는 하부발광 유기발광소자로서, 전계발광 직물(1000)의 하부에 해당하는 직물 기판(1010) 방향으로 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 유기발광소자(1020)의 하부 전극을 얇게(10nm 내지 50nm) 형성함으로써, 상기 하부 전극에 대응하는 직물 기판(1010) 방향으로 빛이 방출되도록 할 수 있다.
유기발광소자(1020)는, 직물 기판(1010) 위에, 하부 전극인 양 전극층, 정공 주입층(HIL, hole injection layer), 정공 수송층(HTL, hole transfer layer), 발광층(EML, emission material layer), 전자 수송층(ETL, electron transfer layer), 전자 주입층(EIL, electron injection layer), 상부 전극인 음 전극층 및 캡핑층(Capping layer)의 순서로 형성된 역전되지 않은 구조물(Non-inverting structure)을 포함할 수 있다.
한편, 다른 실시 예로, 상기 유기발광소자(1020)는 직물 기판(1010) 위에, 하부 전극인 음 전극층, 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(EFL), 발광층(EML), 정공 수송층(HFL), 정공 주입층(HIL), 상부 전극인 양 전극층 및 캡핑층의 순서로 형성된 역전된 구조물(Inverting structure)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 유기발광소자(1020)의 유기물 층을 구성할 수 있다. 상기 캡핑층은 상부 전극 위 및 아래에 각각 형성되는 유기층 및 무기층의 굴절률(refractive index, n) 값을 매칭하여 광 추출을 향상시키고 유기발광소자(1020)를 보호하는 유기물 층으로서 음 전극층 또는 양 전극층 위에 증착될 수 있다.
양 전극층(Anode) 또는 음 전극층(Cathode)은, 전도성 금속 재질인 은(Ag), 금(Au) 또는 알루미늄(Al) 등을 이용하여 열 증착 방법(thermal evaporation)에 의해 형성될 수 있다. 상기 양 전극층 또는 음 전극층의 두께는 10nm 내지 200nm일 수 있다. 상기 양 전극층 또는 음 전극층은, 은 나노선(Silver Nano wire), 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT, Single walled carbon nanotube), 다층 벽 탄소 나노튜브(MWCNT, multi-wall carbon nanotube), 그래핀(graphene) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 등과 같은 전도성 폴리머(polymer)를 포함할 수 있다.
이러한 유기발광소자(1020)를 직물 기판(1010) 위에 구현하기 위해서, 표면의 거칠기가 예를 들어 수 내지 수십 나노미터가 될 필요가 있고, 또한 유기발광소자(1020)는 무기발광소자와 달리 수분(H2O) 또는 산소(O2)에 쉽게 소자가 오염되기 때문에 투습을 막기 위한 봉지가 필요하다.
봉지층(1030)은 유기발광소자(1020)의 상부에 배치되어, 상기 유기발광소자(1020)를 밀봉할 수 있다. 상기 봉지층(1030)은 산화알루미늄(Al2O3) 층, 산화마그네슘(MgO) 층, 산화알루미늄 층과 유기물 층이 교대로 적층된 다층박막 구조물, 또는 산화알루미늄 층과 산화마그네슘 층이 번갈아 가면서 적층된 다층박막 구조물일 수 있다. 상기 산화알루미늄 층과 유기물 층이 교대로 적층된 다층박막 구조물은, 유기발광소자(1020) 위에 산화알루미늄 층과 유기물 층이 순서대로 적층될 수 있다.
또한, 상기 봉지층(1030)은 다층박막봉지 층과 유기물 층이 번갈아 가면서 적층된 다층박막 구조물일 수도 있다. 여기서, 상기 다층박막봉지 층은, 산화알루미늄(Al2O3) 층, 산화마그네슘(MgO) 층, 산화아연(ZnO) 층, 이산화규소(SiO2) 층 및 이산화타이타늄(TiO2) 층 중 적어도 둘 이상이 교대로 번갈아 가며 적층되어 형성될 수 있다.
유기물 층은, 예를 들어, 폴리비닐알코올, 아크릴레이트 또는 Bisphenol-F를 포함하는 자외선 경화 중합체(polymer)를 포함할 수 있다. 상기 유기물 층은 열 증착(thermal evaporation), 스핀 코팅, 바 코팅, 딥 코팅 등과 같은 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
산화알루미늄 층 및 산화마그네슘 층은 ALD(Atomic Layer Deposition) 장비를 이용한 원자층 증착 방법 또는 CVD(chemical vapor deposition) 장비를 이용한 화학기상증착 방법에 의해 형성될 수 있다. 산화아연(ZnO) 층 및 이산화타이타늄(TiO2) 층은 ALD 장비를 이용한 원자층 증착 방법에 의해 형성될 수 있고, 이산화규소 층(SiO2)는 E-beam 증착기로 형성될 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계발광 직물은 직물의 유연성을 유지하면서 계면 특성이 우수한 직물 기판을 구비함으로써, 착용감이 우수하고 사용자에게 이질감을 초래하지 않으며, 다양한 스마트 기기와의 연계로 무궁무진한 응용이 가능하다.
한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100/400/700: 직물 기판 110/410/710: 직물층
120/420/720: 스트레스 버퍼층 130/430/730: 평탄화층
1000: 전계발광 직물

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 직물로 구성되는 직물층;
    상기 직물층의 상부에 배치되어, 상기 직물층이 휘어짐에 따라 야기되는 물리적 변형률(strain) 및 스트레스(stress)의 발생을 최소화하는 스트레스 버퍼층; 및
    상기 스트레스 버퍼층의 상부에 배치되어, 발광소자의 동작이 가능하도록 평탄한 표면을 제공하는 평탄화층을 포함하는 직물 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트레스 버퍼층은, 신축성 및 접착성을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스트레스 버퍼층은, 직물 기판의 유연성 확보를 위해, 500MPa 이하의 영률(Young’s modulus)을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스트레스 버퍼층은, 0.1㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징을 하는 직물 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스트레스 버퍼층은, 실온에서 경화가 가능한 실리콘 계열의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층은, 수 나노미터(㎚) 이하의 표면 거칠기와 박막 형성에 적합한 계면 특성을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층은, 0.1GPa 이상의 영률을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층은, 30㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층은, SU-8(광경화성 에폭시 수지), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PI(폴리이미드), PET(폴리에틸렌 테레프타레이트), PVA(폴리비닐 알코올), 아크릴레이트, 폴리우레탄 및 폴리다이메틸실록산 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스트레스 버퍼층 및 평탄화층 중 적어도 하나는, UV 경화가 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스트레스 버퍼층 및 평탄화층 중 적어도 하나는, 유사 직물 패턴에 대응하는 복수의 개구들을 구비하는 것을 특징으로 하는 직물 기판.
  12. 지지기판 상에 희생층을 적층하고, 상기 희생층 상에 평탄화층을 적층하는 단계;
    상기 평탄화층 상에 스트레스 버퍼층을 적층하고, 상기 스트레스 버퍼층 상에 직물층을 배치한 후 미리 결정된 압력을 상기 직물층 방향으로 인가하는 단계; 및
    상기 지지 기판과 상기 평탄화층 사이에 배치된 희생층을 제거하여, 상기 평탄화층, 스트레스 버퍼층 및 직물층이 순차적으로 적층된 직물 기판을 생성하는 단계를 포함하는 직물 기판의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 지지기판의 표면에 존재하는 오염 물질을 세척하는 단계를 더 포함하는 직물 기판의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 희생층은, 용매에 잘 녹는 가용성 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물 기판의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 희생층을 적층하는 단계는,
    미리 결정된 코딩 공정을 이용하여 상기 희생층을 적층하고, 일정 온도의 열을 미리 결정된 시간 동안 인가하여 상기 희생층을 경화시키는 것을 특징으로 하는 직물 기판의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 평탄화층을 적층하는 단계는,
    미리 결정된 코팅 공정을 이용하여 상기 평탄화층을 적층하고, 일정 온도의 열을 미리 결정된 시간 동안 인가하거나 혹은 일정 파장의 자외선을 미리 결정된 시간 동안 조사하여 상기 평탄화층을 경화시키는 것을 특징으로 하는 직물 기판의 제조방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 스트레스 버퍼층을 실온에서 일정 시간 동안 경화시키는 단계를 더 포함하는 직물 기판의 제조방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 생성 단계는,
    미리 결정된 용매를 인가하여 상기 희생층을 제거하는 것을 특징으로 하는 직물 기판의 제조방법.
  19. 제12항에 있어서,
    포토리소그래피 공정을 이용하여, 상기 지지기판과 상기 희생층 사이에 유사 직물 패턴의 역상 패턴을 갖는 금속 패턴층을 형성하는 단계를 더 포함하는 직물 기판의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 지지기판의 하면 방향으로 자외선(UV)을 조사하여 상기 평탄화층 및 스트레스 버퍼층의 일 부분을 경화시키는 단계; 및
    현상액을 이용하여 상기 평탄화층 및 스트레스 버퍼층에서 UV 경화가 일어나지 않은 부분들을 선택적으로 식각하는 단계를 더 포함하는 직물 기판의 제조방법.
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