유리 전이 온도 초과의 온도에서 필름 기판을 가공하는 방법 document_id A220623108300

최근 영상 디스플레이(visual display)를 구비한 전자 장치 분야에서 상당한 상업적 성공이 있었다. 휴대 전화, PDA 및 mp3 플레이어와 같은 소형 휴대용 장치와, 텔레비전, 표지(signage) 및 컴퓨터용의 대형 디스플레이는 어느 정도 그들의 영상 디스플레이의 매력(appeal)에 의존한다. 이들 디스플레이에서의 휘도, 색상 강도 및 전력 소비와 같은 특성을 최적화하려는 상당한 노력이 이루어져 왔다. 하나의 활발한 연구 분야는 유기 발광 다이오드(OLED) 및 중합체 발광 다이오드(PLED)의 효과적인 사용이다. OLED 및 PLED 기반의 디스플레이는 보다 통상적인 조명원에 비해 (백라이팅(back lighting)이 필요 없는) 자체 발광형이고 더 얇고 더 가볍다는 점에서 상당한 이득을 제공한다. 그러나, 이들 부류의 다이오드 재료의 산소 및 수분 민감성으로 인해, OLED/PLED 디스플레이용의 유일한 현재 일반적으로 적합한 재료는 유리이다. 유리는 그의 최상의 수분 및 산소 장벽 특성과, 또한 그의 광학적 및 기계적 안정성 때문에 사용된다. 그러나, 당업계는 유리가 제공될 수 있는 큰 최소 두께 및 가요성의 결여의 불편함을 호소한다. 유리를 대체하기 위해, 플라스틱 기판은 가요성일 뿐만 아니라, 유리의 특성, 즉 매끄러운 표면과 함께, 투명성, 치수 안정성, 열 안정성, 장벽성, 내용매성, 낮은 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 제공할 수 있어야 할 것이다. 현재, 어떠한 플라스틱 필름도 이들 특성 모두를 제공하지는 않는다. 몇몇 플라스틱 필름, 예를 들어 폴리에스테르 테레프탈레이트(PET) 및 폴리에스테르 나프탈레이트(PEN)가 이들 요구되는 특성에 근접하지만, 이들은 열 안정성 면에서 부족하다. 기판 상에 유기 발광층 및 전류 전도층을 배치하는 것을 수반하는 몇몇 공정은 이들 중합체의 유리 전이 온도를 초과하게 된다. 통상의 제조 기술은 중합체 기판을 열에 의해 기계적으로 뒤틀린 상태로 남게 할 것이다. 발명의 개요 본 발명은 고온 가공 후 치수를 유지하고 표면 평탄성(smoothness)을 개선하는 물품의 제조에 낮은 유리 전이 온도를 가진 가요성 필름 기판이 사용될 수 있는 신규한 방법을 제공한다. 본 발명은, 예컨대 PET, PEN 및 이들의 공중합체가 통상의 예인, 유리 전이 온도가 200℃ 미만인 플라스틱 필름으로서 정의되는 저온 필름을 전형적으로 200℃를 초과할 수 있는 전자적 가공에서의 통상 사용되는 조건에서 치수적으로 안정하고 매우 편평하게(조도 003c# 5 나노미터) 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 이 방법은, 예를 들어 OLED/PLED 제조에서 PET, PEN 또는 이들의 공중합체 기반의 장벽 필름의 사용을 가능하게 한다. 다른 적용예에는 장벽 특성에 대한 요구 수준이 높은, 예컨대 태양 전지, 전기변색(electro-chromic) 디스플레이, 액정 디스플레이 및 기타 전자 장치가 있다. 일 태양에서, 본 발명은 승온 가공을 위한 필름의 제조 방법으로서 고려될 수 있다. 이 방법에서, 유리 전이 온도가 200℃ 미만인 중합체 기판을 갖는 필름이 제공된다. 필름은 또한 적어도 하나의 금속 산화물 층 및 적어도 하나의 코팅된 중합체 층을 갖는다. 이러한 필름은 클램핑되어 필름이 적어도 하나의 방향, 바람직하게는 2개의 직교하는 방향으로의 장력 하에 배치된다. 클램핑된 필름은 그의 유리 전이 온도를 초과하게 된다. 바람직한 실시 형태에서, 적어도 2개의 직교하는 방향으로의 장력은 가열 동안 필름의 처짐(sagging)을 방지하기에 충분하다. 클램핑은 많은 방식으로 수행될 수 있으며, 그 중 하나는 클램핑 고정구(clamping fixture)의 사용이다. 이러한 장치는 다양한 재료로 제조될 수 있지만, 클램핑 프레임은 열 팽창률이 낮은 재료로부터 제조되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 알루미늄의 열 팽창률은 23x10-6/℃이고, 구리의 열 팽창률은 17x10-6/℃이며, 철 또는 강철의 열 팽창률은 12x10-6/℃이고, 유리의 열 팽창률은 3-8x10-6/℃이며, 석영의 열 팽창률은 0.59x10-6/℃이다. 그러나, 본 발명은 또한, 기판을 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정 동안 필요한 방식으로 유지하기 위해 텐터링(tentering) 기술을 사용하여 별도의 고정구 없이 수행될 수도 있음을 고려한다. 더욱 상세하게는, 부정(indefinite) 길이 기판의 롤이 단계-반복(step-and-repeat) 공정으로 필름 제조 스테이션을 통과할 수 있어서, 편리하게는 웨브 전진 장치(web advancing apparatus)가 기계 방향(machine direction)으로 가하는 것과 동일한 장력을 텐터링 그립이 웨브 횡단 방향(cross-web direction)으로 가한다. 또한, PLED 또는 OLED용으로 적합한 기판 필름의 표면은 바람직하게는 평균 조도가 약 10 ㎚ 미만, 더 바람직하게는 5 ㎚ 미만이다. 제안된 기판의 표면 마무리는 기판 필름의 시험 절단편(test cut)을 형성하고, 예를 들어 베코(Veeco)의 자회사인 위코(WYKO) (미국 애리조나주 투손 소재)로부터 구매할 수 있는 마이크로-간섭계(micro-interferometer)를 사용하여 시험 절단편을 평가함으로써 평가될 수 있다. 이 방법은 유리 전이 온도가 약 120℃ 미만인 기판에 적용할 때 특히 유리한데, 이는 그 범위에서의 일부 중합체의 다른 우수한 특성 때문이다. (주의: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 약 120℃의 Tg는 사용되는 측정 기술에 따라 약 115℃ 내지 130℃ 범위임). 특히, PEN, PET 및 이들의 공중합체가 이러한 범주 내에 있으며 본 발명과 관련하여 사용하기에 특히 적합한 것으로 간주된다. 다른 중합체 중에서도, 폴리프로필렌이 또한 적합한 것으로 간주되며, 저가의 이점을 갖는다. 이들 필름의 상업적 공급업체가 필름에 고유의 2축 배향(built-in biaxial orientation)을 제공하는 것은 흔한 경우이다. 이러한 경우일 때, 적어도 하나의 방향, 바람직하게는 2개의 직교하는 방향이 필름의 2축 배향과 정렬되도록 클램핑을 수행하는 데에 유리한 것으로 여겨진다. 방법이 OLED 또는 PLED 소자를 제조하도록 이용되는 상황에서, 이 방법은 여전히 클램핑된 상태에서 투명 전도성 물질의 층을 필름 상으로, 그리고 후속하여 유기 정공-수송층(organic hole-transport layer)을 필름 상으로 증착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. SnO2, In2O3, ZnO, CdO, ZnO-SnO2, ZnO-In2O3, In2O3-SnO2, CdO-SnO2, CdO-In2O3, MgIn2O4, GaInO3,(Ga,In)2O3, CdSb2O6, ZnO-In2O3-SnO2, CdO-In2O3-SnO2, 및 ZnO-CdO-In2O3-SnO2를 포함하는, 많은 물질이 투명 전도성 물질로서 역할하는 데 적합한 것으로 고려된다. 인듐-주석 산화물이 투명 전도성 물질로서 역할하는 데 특히 적합한 것으로 고려된다. 투명 전도성 물질의 사용에 대한 추가의 정보는 문헌[Minami, T., "Transparent Conducting Oxide Semiconductors for Transparent Electrodes, " Semicond. Sci. Tech. 20 (2005) S35-S44]에서 찾아볼 수 있으며, 상기 문헌은 마치 본 명세서에 다시 기재된 것처럼 참고로 포함되어 있다. 그러한 증착 후 기판 및 증착된 층이 기판의 유리 전이 온도 미만으로 구조체가 냉각된 후까지 클램핑된 상태로 유지될 때 최상의 결과가 얻어진다. 이들 추가의 층을 적용할 수 있는 방법에 대한 설명은 미국 특허 공개 제2006/0024895 A1호(삼성(Samsung)에게 양도됨)에서 찾아볼 수 있으며, 상기 특허 공개는 마치 본 명세서에 다시 기재된 것처럼 참고로 포함되어 있다.