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KR102130547B1 - 가요성 기판 및 이를 포함하는 가요성 표시 장치 - Google Patents

가요성 기판 및 이를 포함하는 가요성 표시 장치 Download PDF

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KR102130547B1
KR102130547B1 KR1020130033070A KR20130033070A KR102130547B1 KR 102130547 B1 KR102130547 B1 KR 102130547B1 KR 1020130033070 A KR1020130033070 A KR 1020130033070A KR 20130033070 A KR20130033070 A KR 20130033070A KR 102130547 B1 KR102130547 B1 KR 102130547B1
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KR
South Korea
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base substrate
flexible
protective layer
thermal expansion
display device
Prior art date
Application number
KR1020130033070A
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Inventor
백석기
박순룡
정우석
김태은
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to US14/062,948 priority patent/US20140291633A1/en
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 기판은, 가요성 베이스 기재; 상기 베이스 기재의 일면에 형성되며, 상기 베이스 기재보다 열 팽창계수가 낮은 물질을 포함하는 제1 보호층;을 포함한다.

Description

가요성 기판 및 이를 포함하는 가요성 표시 장치{FLEXIBLE SUBSTRATE AND FLEXIBLE DISPLAY DEVICE INCLUDING THIS}
본 발명은 가요성 기판 및 이를 포함하는 가요성 표시 장치에 관한 것이다.
평판 표시 장치(Flat Panel Display device)는 경량 및 박형 등의 특성으로 인하여, 음극선관 표시 장치(Cathode-ray Tube Display device)를 대체하는 표시 장치로 사용되고 있다. 이러한 평판 표시 장치의 대표적인 예로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device; LCD)와 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting diode Display device; OLED)가 있다. 이 중, 유기 발광 표시장치는 액정표시장치에 비하여 휘도 및 시야각이 우수하고 백라이트(Back Light)를 필요로 하지 않아 초박형으로 구형할 수 있는 장점이 있다.
평판 표시 장치는 통상적으로 빛을 투과시킬 수 있는 유리 기판 상에 형성되고 있으나, 평판 표시 장치를 더욱 얇고, 가벼우면, 깨어지지 않도록 하여야 하므로, 유리 기판을 이용한 평판 표시 장치는 외부 충격에 약하며, 제조 공정 상의 취급성이 저하되는 문제점이 있다.
플라스틱 광학 필름 소재의 가요성(flexible) 기판이 종래 유리 기판을 대체할 소재로 각광받고 있는데, 가요성 기판은 기존의 유리 기반 평판형 제품에 비해서 얇고 가벼우며 충격에 강하고 휴대가 간편하다는 장점 이외에 공간상, 형태상의 제약에서 상대적으로 자유로워 다양한 응용성을 확보할 수 있다는 점에서 더욱더 그 수요가 급증하고 있다.
플라스틱 광학 필름 소재의 가요성 기판은 낮은 내열성으로 인하여, 폴리 실리콘의 박막 트랜지스터를 형성하기 위한 제조 공정 또는 기판 상기 플렉서블 기판 상에 형성되는 전극 또는 발광 소자 등의 증착 공정에서 고온 공정을 수행할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 일측면은 열적 안정성을 갖는 가요성 기판 및 가요성 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 기판은, 가요성 베이스 기재; 상기 베이스 기재의 일면에 형성되며, 상기 베이스 기재보다 열 팽창계수가 낮은 물질을 포함하는 제1 보호층;을 포함한다.
이때, 상기 베이스 기재 타면에 형성되며, 상기 베이스 기재보다 열 팽창계수가 낮은 물질을 포함하는 제2 보호층을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 보호층의 열 팽창계수는 제2 보호층의 열 팽창계수와 동일할 수 있다.
한편, 상기 제1 보호층의 열 팽창계수는 제2 보호층의 열 팽창계수보다 클 수 있다.
이때, 상기 제1 보호층의 열 팽창계수는 상기 베이스 기재의 열 팽창계수보다 4 ~ 13 % 작으며, 상기 제2 보호층의 열 팽창계수는 상기 베이스 기재의 열 팽창계수보다 5 ~ 18 % 작을 수 있다.
한편, 상기 제1 보호층의 열 팽창계수는 상기 베이스 기재의 열 팽창계수보다 5 ~ 18 % 작을 수 있다.
한편, 상기 베이스 기재는 폴리이미드를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 보호층은 우레탄, 폴리스티렌, 아크릴, PET 중에서 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 표시 장치는, 가요성 기판, 상기 가요성 기판 위에 형성되어 화소를 표시하는 표시 소자 및 상기 표시 소자를 덮는 봉지층을 포함한다.
이때, 상기 표시 소자는 유기 발광 소자일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 가요성 기판이 열적 안정성을 가지므로, 표시장치 제조 공정 중에 열에 의한 변형을 방지할 수 있으며, 가요성 표시 장치를 사용하는 중에도 안정적으로 벤딩할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 기판을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 기판의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 가요성 표시장치의 세부적인 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 가요성 기판에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 기판을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 기판(10)은 가요성 베이스 기재(100) 및 제1 보호층(200)을 포함하여 구성된다.
가요성 베이스 기재(100)는 일반적인 가요성 표시장치에 사용되는 투명 기판으로서, 베이스 기재(100)는 액상의 고분자 물질을 도포한 후 열경화하는 방법으로 형성할 수 있다.
베이스 기재(100)는 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 등이 사용될 수 있다. 이 중 폴리이미드는 450℃ 이상의 공정 온도에서 사용 가능하므로 박막 트랜지스터 제조시 박막 트랜지스터의 특성 저하를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스 기재(100) 일면에는 제1 보호층(200)이 형성될 수 있다. 제1 보호층(200)은 베이스 기재(100)에 열적 안정성을 보완하기 위한 부재로서, 베이스 기재(100)보다 열 팽창계수가 낮은 물질을 포함하여 구성된다.
베이스 기재(100)가 표시장치 제조 공정 도중에 고온 환경에 노출되는 경우, 베이스 기재(100)가 열 팽창하면서 베이스 기재(100) 위에 형성되는 회로부, 표시 패널과 같은 구성에 왜곡 및 변형이 발생할 수 있다. 제1 보호층(200)이 베이스 기재(100) 일면에 부착되면, 베이스 기재(100)가 고온 환경에 노출되더라도 제1 보호층(200)에 의해 변형되는 것을 최소화할 수 있다.
제1 보호층(200)의 열 팽창계수는 베이스 기재(100)의 열 팽창계수보다 5 ~ 18 % 작은 것이 바람직하다. 제1 보호층(200)의 열 팽창계수가 베이스 기재(100)의 열 팽창계수보다 5 % 미만으로 작은 경우에는 제1 보호층(200)에 의한 효과가 미미하다. 베이스 기재(100)의 열 팽창계수보다 18 % 초과하여 작은 경우에는 제1 보호층(200)과 베이스 기재(100) 사이에 열 팽창율이 너무 차이나서, 두 층이 파손되거나 두 층 사이에 박리가 발생할 수 있다.
한편, 베이스 기재(100)가 폴리이미드를 포함하여 형성되는 경우, 제1 보호층(200)은 우레탄, 폴리스티렌, 아크릴, PET 중에서 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 이들 물질을 이용하여 폴리이미드보다 열 팽창계수가 낮은 제1 보호층(200)을 제조한다.
도 1을 참조하면, 베이스 기재(100)의 타면에는 제2 보호층(210)이 형성될 수 있다.
제2 보호층(210)은 제1 보호층(200)과 마찬가지로 베이스 기재(100)에 열적 안정성을 보완하기 위한 부재로서, 베이스 기재(100)보다 열 팽창계수가 낮은 물질을 포함하여 구성된다. 베이스 기재(100) 양면에 보호층(200, 210)들이 형성되므로, 베이스 기재(100)가 열 팽창하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 제2 보호층(210)은 제1 보호층(200과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 제1 보호층(200)의 열 팽창계수는 제2 보호층(210)의 열 팽창계수와 동일하게 형성될 수 있다. 베이스 부재(100)의 양면에 동일한 열 팽창계수를 갖는 보호층(200, 210)들이 배치되므로, 베이스 부재(100)가 편평면을 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 기판의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 제1 보호층(200)의 열 팽창계수는 제2 보호층(210)의 열 팽창계수보다 크게 형성될 수도 있다. 이 경우 제1 보호층(200)의 열 팽창계수가 크므로, 베이스 부재(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 제2 보호층(210) 방향으로 오목하게 구부러질 수 있다.
이 때, 제1 보호층(200)의 열 팽창계수는 베이스 기재(100)의 열 팽창계수보다 4 ~ 13 % 작으며, 제2 보호층(210)의 열 팽창계수는 베이스 기재(100)의 열 팽창계수보다 5 ~ 18 % 작은 것이 바람직하다. 보호층(200, 210)의 열 팽창계수가 상기 범위 내에서 해당하는 경우, 베이스 기재(100)의 왜곡을 최소화하면서 안정적으로 베이스 부재(100)를 구부릴 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 가요성 표시장치는 가요성 기판(10), 유기 발광 소자(20) 및 박막 봉지층(30)을 포함하여 구성된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 표시장치는 표시 소자로서 유기 발광 소자(20)에 한정되지 않고, 이외에 액정 표시(liquid crystal display) 소자 또는 전기 영동 표시(electrophoretic display, EPD) 소자일 수 있다.
이때, 가요성 기판(100)은 열에 의해 휘거나 늘어나는 성질이 있으므로 그 위에 박막 트랜지스터와 발광 소자 및 도전 배선 등의 박막 패턴을 정밀하게 형성하는데 어려움이 있고 이동 중 파손될 위험이 있다. 따라서 가요성 기판(100)은 지지 기판(미도시) 위에 위치시킨 상태에서 후속 공정을 진행할 수 있다.
가요성 기판(100) 상에는 배선부(미도시) 및 유기 발광 소자(20)가 위치한다. 배선부는 유기 발광 소자(20)에 신호를 전달하여 유기 발광 소자(20)를 구동한다. 유기 발광 소자(20)는 배선부로부터 전달받은 신호에 따라 빛을 발광한다.
그리고, 유기 발광 소자(20) 위에는 박막 봉지층(30)이 형성되어 유기 발광 소자(20)를 밀봉한다. 유기 발광 소자(20)는 수분 또는 산소와 반응하게 되면, 그 성능이 저하되므로, 이를 방지하기 위해 박막 봉지층(30)을 통해 유기 발광 소자(20)를 외부로부터 차단시켜 보호한다.
도 4는 도 3의 가요성 표시장치의 단면을 상세하게 도시한 것으로, 이하에서는 도 4를 참조하여 가요성 표시 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 3의 유기 발광소자(20)는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)로서 도 4의 유기 발광소자(LD)에 해당한다. 도 4를 참조하면, 유기 발광소자(LD)는 제 1 전극(122d), 유기 발광층(122e), 제 2 전극(122f)을 포함한다.
이때, 유기 발광층(122e)은 실제 발광이 이루어지는 발광층 이외에 정공(hole) 또는 전자의 캐리어를 발광층까지 효율적으로 전달하기 위한 유기층들을 더 포함할 수 있다. 이 유기층들은 제 1 전극(122d)과 발광층 사이에 위치하는 정공 주입층 및 정공 수송층과, 제 2 전극(122f)과 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층 및 전자 수송층일 수 있다.
이러한 유기 발광소자(LD)는 제 1 전극(122d) 및 제 2 전극(122f)에 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(122d)으로부터 주입된 정공이 발광층을 이루는 정공 수송층을 경유하여 발광층으로 이동되고, 제 2 전극(122f)으로부터 주입된 전자는 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 주입된다.
이 때 상기 발광층에서 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하고, 이 여기자가 여기 상태에서 기저상태로 변화됨에 따라 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상이 형성된다. 유기 발광 소자(LD)는 가요성 기판(10) 상에 위치하며, 배선부로부터 신호를 전달받아 전달받은 신호에 의해 화상을 표시한다. 화소는 화상을 표시하는 최소 단위를 말하며, 유기 발광 표시장치는 복수의 화소들을 이용해 화상을 표시한다.
일반적으로, 한 화소(PX)는 스위칭 트랜지스터(switching transistor)(미도시), 구동 트랜지스터(driving transistor)(Qd), 유지 축전기(storage capacitor)(미도시) 및 유기 발광 소자(organic light emitting element)(LD)를 포함한다.
구동 트랜지스터(Qd) 위에는 무기물 또는 유기물로 만들어질 수 있는 보호막(122b)이 형성되어 있다. 보호막(122b)이 유기물로 만들어진 경우 그 표면은 평탄할 수 있다. 보호막(122b)에는 구동트랜지스터(Qd)의 일부를 드러내는 비아홀(122a)이 형성되어 있다. 또한, 보호막(122b) 위에는 제 1 전극(122d)이 형성되어 있다.
보호막(122b) 위에는 제 1 전극(122d)의 가장자리 주변을 덮는 화소 정의막(122c)이 형성되어 있다.
그리고, 제 2 전극(122f) 위에는 제 2 전극(122f)을 덮어 보호하는 캡핑층(190)이 유기막으로 형성될 수 있다.
한편, 캡핑층(190) 위에는 박막 봉지층(30)이 형성되어 있다. 여기에서, 박막 봉지층(30)은 도 3의 박막 봉지층(30)에 해당된다. 박막 봉지층(30)은 가요성 기판(10)에 형성되어 있는 유기 발광 소자(LD)와 구동 회로부를 외부로부터 밀봉시켜 보호한다.
박막 봉지층(30)은 서로 하나씩 교대로 적층되는 봉지 유기막(121a, 121c)과 봉지 무기막(121b, 121d)을 포함한다. 도 4에서는 일례로 2개의 봉지 유기막(121a, 121c)과 2개의 봉지 무기막(121b, 121d)이 하나씩 교대로 적층되어 박막 봉지층(121)을 구성하는 경우를 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
이때, 무기막은 알루미늄 산화물 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 유기막은 에폭시, 아클리레이트, 우레탄 아클리레이트 등을 포함할 수 있다.
무기막은 외부의 수분과 산소가 발광 소자로 침투하는 것을 방지한다. 유기막은 무기막의 내부 스트레스를 완화시키거나 무기막의 미세 크랙 및 핀홀 등을 채우는 역할을 한다. 전술한 무기막과 유기막의 구성 물질은 단지 예일 뿐 전술한 물질들로 한정되지 않으며, 본 기술 분야에 종사하는 자에게 공지된 다양한 종류의 무기막들과 유기막들이 사용될 수 있다.
그리고 나서 지지 기판으로부터 가요성 기판(10)을 분리하여 가요성 표시장치를 완성한다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
10 : 가요성 기판 20 : 유기 발광 소자
30 : 박막 봉지층 100 : 베이스 부재
200 : 제1 보호층 210 : 제2 보호층

Claims (10)

  1. 가요성 기판; 및
    상기 가요성 기판 위에 위치하는 배선부를 포함하고,
    상기 가요성 기판은,
    가요성 베이스 기재;
    상기 베이스 기재의 일면에 위치하며, 상기 베이스 기재보다 열 팽창계수가 낮은 물질을 포함하는 제1 보호층; 및
    상기 베이스 기재의 타면에 형성되며, 상기 베이스 기재보다 열 팽창계수가 낮은 물질을 포함하는 제2 보호층을 포함하고,
    상기 베이스 기재는 폴리이미드를 포함하며,
    상기 제1 보호층 및 상기 제2 보호층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하고,
    상기 제1 보호층의 열 팽창계수는 상기 베이스 기재의 열 팽창계수보다 4~13% 작으며,
    상기 제2 보호층의 열 팽창계수는 상기 베이스 기재의 열 팽창계수보다 5 ~ 18 % 작은 가요성 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기재는 상기 제2 보호층 방향으로 오목하게 구부러진 가요성 표시 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에서,
    상기 가요성 기판 위에 형성되어 화상을 표시하는 표시 소자 및
    상기 표시 소자를 덮는 봉지층을 더 포함하는 가요성 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 표시 소자는 유기 발광 소자인 가요성 표시 장치.
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