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KR102340745B1 - 저유전 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

저유전 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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KR102340745B1
KR102340745B1 KR1020140193121A KR20140193121A KR102340745B1 KR 102340745 B1 KR102340745 B1 KR 102340745B1 KR 1020140193121 A KR1020140193121 A KR 1020140193121A KR 20140193121 A KR20140193121 A KR 20140193121A KR 102340745 B1 KR102340745 B1 KR 102340745B1
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South Korea
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carbon atoms
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organic insulating
insulating film
layer
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김주혁
손혜선
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 기공성 초분자가 측쇄에 도입되어 있는 바인더 수지로 제조되는 저유전 유기 절연막 및 이 유기 절연막을 포함하는 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 유기 절연막은 유전상수 값이 낮기 때문에, 표시 장치의 TFT 보호를 위한 보호층, 층간 절연막이나 뱅크층으로 활용되어, 소비 전력을 낮출 수 있다. 또한, 기재에 대한 접착력이 향상되어, 기재에 견고하게 부착될 수 있다. 패턴 작업에서 적은 광량으로 유기 절연막의 패턴을 형성할 수 있고, 접힘 및/또는 굽힘 스트레스가 적기 때문에, 플렉서블 표시 장치에 활용될 수 있다.

Description

저유전 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치{LOW DIELECTIRC INSULATING FILM AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE FILM}
본 발명은 표시 장치에 사용되는 절연막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전상수 값이 낮으면서, 분산 특성 및 접착 특성이 우수한 절연막 및 이 절연막을 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
종래의 CRT를 대신하여 액정표시장치(LCD)나 유기발광소자(OLED)를 채택한 유기발광다이오드 표시장치와 같은 평판표시장치가 널리 보급되고 있다. 이들 평판표시장치에서 화상을 구현하기 위하여 통상적으로 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistor, TFT)가 사용되는데, TFT 회로를 다른 소자로부터 보호하기 위하여 절연막이 사용된다.
절연막의 정전 용량(capacitance)은 소재의 유전상수 값에 비례하고 두 전도체 사이의 거리, 즉 절연막의 두께에 반비례한다. 기생 정전 용량이 증가하면 이에 비례하여 RC 시간이 지연되고 이로 인하여 소자의 스위칭 속도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 소비 전력이 증가한다. 따라서 표시 소자의 전도체 사이에 형성되는 절연막으로 인하여 발생하는 기생 정전 용량을 감소시키기 위해서는 낮은 유전상수 값을 갖는 소자를 사용하거나 절연막의 두께를 증가시켜야 한다. 절연막에 사용되는 절연체로서 유전상수 값이 낮은 소재를 사용하면, 절연막의 두께가 얇더라도 기생 정전 용량이 증가하지 않으며, on/off ratio를 개선하여 TFT의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
표시 장치의 TFT 회로를 보호하기 위한 보호층 또는 절연막의 소재로서 종래 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx) 등의 무기계 소재가 사용되었다. 하지만 산화실리콘과 질화실리콘의 유전상수는 각각 3.9 내지 7.0으로 상대적으로 높다. 따라서 이러한 무기계 소재를 절연막으로 사용한 표시 장치에서는 많은 기생 정전 용량이 발생하여 소비 전력을 줄이는 데 한계가 있다. 더욱이 이들 무기계 소재를 표시 장치에 적용하려면 고온 공정과 진공 장비 등이 요구되고, 이에 따라 플라스틱 기판에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 최근에는 무기계 소재를 대신하여 유전율이 상대적으로 낮은 유기 소재를 절연막으로 사용하고 있다. 일반적으로 표시 장치의 유기 절연막 소재로서는 빛이나 전자선에 의해 화학 반응하는 감광성 화합물(photo active compound, PAC)이 개발되고 있다. 유기 절연막 소재로서 가장 널리 사용되는 물질이 포토 아크릴 바인더로서, 아크릴산으로부터 유도되는 열가소성 치환기를 갖는 선형 바인더이다. 하지만, 종래 유기 절연막 소재로 사용되었던 포토 아크릴 화합물은 선형 구조로서 분극률(polarization)의 상승을 야기하므로, 포토 아크릴 화합물의 유전상수 값은 대략 3.6 정도로 상대적으로 높다.
또한, 포토 아크릴 화합물은 접착력이 취약하기 때문에, 유기 절연막으로 사용하는 경우, 포토 아크릴 화합물의 말단에 히드록시기(-OH)를 붙여 접착력을 보상한다. 하지만, 친수성 작용기인 히드록시기 내에 존재하는 비공유 전자쌍으로 인한 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 증가하게 되고, 이로 인하여 분극률 상승을 초래하여 유전상수 값을 증가시킨다. 또한, 수분이 친수성 작용기인 히드록시기를 공격하여 누설전류가 발생하기 때문에, 유전상수 값이 상승한다는 문제점이 있다.
따라서 감광성 아크릴 화합물을 유기 절연막으로 채택한 표시 장치에서, 소비 전력을 저감하기 위해서는 유기 절연막의 두께를 증가시켜 정전 용량을 감소시킬 수밖에 없다. 유기 절연막의 두께가 증가하기 때문에, 박형의 표시 장치에 적용되기에는 한계가 있다. 또한, 두꺼운 절연막을 채택하기 때문에, 접힘(folding)이나 굽힘(bending)에 한계가 있기 때문에, 플렉서블(flexible) 표시 장치에 사용되기 어렵다.
이에, 감광성 아크릴 화합물을 대신하여 유전상수 값이 낮은 유기 소재로서, 폴리실록산 수지를 유기 절연막 소재로 사용하고 있다. 폴리실록산 수지는 아크릴계 수지에 비하여 모듈러스 값이 높아서 접착력은 양호하지만, 폴리실록산 수지를 사용하여 유기 절연막을 제조하는 경우, 경화 공정에서 발생하는 수축 응력에 의하여 일정 두께 이상에서 크랙이 발생하기 쉽다. 특히, 폴리실록산 수지와 같은 강인성 소재를 사용하는 경우, 접힘 응력(folding stress)에 의하여 유기 절연막에 크랙이 발생할 수 있다. 이로 인하여 누설 전류가 발생할 수 있어서, 소자를 열화시켜 소자의 수명이 단축된다는 문제가 있다.
본 발명은 저유전율 및 강한 접착력의 확보라는 종래 기술이 해소하지 못한 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 유전율이 낮으며 분산성이 양호한 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소자의 소비 전력을 줄일 수 있는 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기재에 대한 접착성이 우수한 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정성이 향상되고, 접힘(folding)이나 굽힘(bending) 특성이 양호한 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 기공성 초분자가 측쇄에 도입되어 있는 바인더 수지를 포함하는 저유전 유기 절연막을 제공한다.
예를 들어, 상기 바인더 수지는 (메타)아크릴레이트 수지, 우레탄 수지, 폴리실록산 수지 및 이들의 공중합체로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
상기 기공성 초분자는 사이클로덱스트린, 쿠커비투릴(cucurbituril), 칼릭스아렌(calixarene), 폴리카프로락톤, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 다수의 신호 라인이 배열되는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 상에 위치하는 박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 유기 절연막, 및 상기 유기 절연막 상에 위치하는 제 1 전극을 포함하며, 상기 유기 절연막은 기공성 초분자가 측쇄에 도입되어 있는 바인더 수지를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
예시적인 하나의 실시형태에서, 본 발명의 표시 장치는 상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층을 더욱 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 표시 장치는 상기 제 1 전극과 대응하여 다수의 개구부를 갖는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 보호층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 표시 장치는 상기 제 1 전극 상에 위치하는 뱅크층, 유기발광층 및 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극을 더욱 포함하며, 상기 뱅크층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 유기 절연막은 기공 구조를 갖는 분자를 도입하여 박막의 밀도를 낮춤으로써, 유전상수 값을 낮아졌으며, 이러한 기공 구조의 분자가 바인더 수지에 화학적으로 결합, 도입되어 분산 특성이 양호하다. 따라서, 절연막 전체에 균일하게 낮은 유전상수 값을 확보할 수 있다는 이점을 갖는다.
낮은 유전상수 값을 갖는 바인더 소재를 채택함으로써, 유기 절연막에서의 기생 정전용량이 감소하여, 표시 패널에 인가되는 전력의 로드를 줄일 수 있기 때문에, 소자의 소비 전력을 또한 낮출 수 있다.
아울러, 본 발명의 바인더 소재는 기재에 대한 접착성이 우수할 뿐만 아니라, 낮은 유전상수 값으로 인하여 절연막의 두께를 감소시키더라도 충분히 낮은 유전율을 확보할 수 있다. 이처럼 절연막의 두께를 감소시킬 수 있기 때문에, 접힘이나 굽힘 특성이 요구되는 플렉서블(flexible) 표시 장치에 활용될 수 있다. 뿐만 아니라, 절연막의 패턴 공정에서 적은 광량으로도 원하는 패턴을 형성할 수 있어서 공정의 효율을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 저유전 유기 절연막을 포함하는 표시 장치의 예로서, 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 저유전 유기 절연막을 포함하는 표시 장치의 예로서 유기발광다이오드 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 아크릴레이트계 바인더 수지로 제조된 유기 절연막에 대한 Cross-Cut tape test에 따라 기재로부터의 박리 여부를 촬영한 사진으로, 각각 기공성 초분자가 바인더 수지에 도입된 유기 절연막, 기공성 초분자가 첨가되지 않은 유기 절연막 및 기공성 초분자가 단순 배합된 유기 절연막을 대상으로 한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 수지로 제조된 유기 절연막에 대한 Cross-Cut tape test에 따라 기재로부터의 박리 여부를 촬영한 사진으로, 각각 기공성 초분자가 바인더 수지에 도입된 유기 절연막, 기공성 초분자가 첨가되지 않은 유기 절연막 및 기공성 초분자가 단순 배합된 유기 절연막을 대상으로 한 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 아크릴레이트계 수지로 제조된 유기 절연막에 대한 박리 강도(peel strength)를 측정한 결과를 도시한 그래프로서, 각각 기공성 초분자가 바인더 수지에 도입된 유기 절연막, 기공성 초분자가 첨가되지 않은 유기 절연막, 및 기공성 초분자가 단순 배합된 유기 절연막을 대상으로 한 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 수지로 제조된 유기 절연막에 대한 박리 강도를 측정한 결과를 도시한 그래프로서, 각각 기공성 초분자가 바인더 수지에 도입된 유기 절연막, 기공성 초분자가 첨가되지 않은 유기 절연막 및 기공성 초분자가 단순 배합된 유기 절연막을 대상으로 한 것이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[저유전 유기 절연막]
본 발명에 따른 저유전 유기 절연막은 기공성 초분자가 측쇄에 도입되어 있는 바인더 수지를 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 유기 절연막을 제조하기 위한 바인더 수지는 (메타)아크릴레이트 수지, 우레탄 수지, 폴리실록산 수지 및 이들의 공중합체로 구성되는 군에서 적어도 1종 선택될 수 있다. 본 명세서에서 달리 정의하지 않는 한, 용어 "메타(아크릴레이트)"는 아크릴레이트와 (메트)아크릴레이트를 모두 포함하는 의미로 사용된다. 특히, 본 발명의 바인더 수지로서 우레탄 수지, 우레탄(메타)아크릴레이트 수지, 우레탄폴리실록산 수지 및 우레탄(메타)아크릴레이트폴리실록산 수지가 바람직할 수 있다.
(메타)아크릴레이트 수지를 단독으로 사용하는 경우에 접착력 향상을 위해서 히드록시기를 도입하면 유전상수 값이 증가한다. 하지만, 우레탄 수지, 우레탄(메타)아크릴레이트 수지, 우레탄폴리실록산 수지 및 우레탄(메타)아크릴레이트폴리실록산 수지를 사용하면, 히드록시기를 감소시킬 수 있으므로, 유전상수 값을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
예시적으로, (메타)아크릴레이트 수지에, 강인성(toughness)이 우수한 우레탄 수지 및/또는 폴리실록산 수지가 서로 공중합 되어 있는 바인더 수지를 사용함으로써, 유기 절연막의 강인성을 개선할 수 있으며, 기재에 대한 접착력을 개선함으로써 기재로부터의 박리를 방지할 수 있다.
특히, 우레탄 수지, 우레탄(메타)아크릴레이트 수지, 우레탄폴리실록산 수지, 우레탄(메타)아크릴레이트폴리실록산 수지에 포함되어 있는 폴리우레탄은 히드록시기를 갖는 폴리올과 이소시아네이트기의 부가 중합 반응에 의해 형성되는 우레탄 결합과, 물과 이소시아네이트의 반응에 의해 형성되는 카바믹산(carbamic acid)으로부터 생성된 아민이 이소시아네이트와 반응하여 형성되는 우레아 결합을 가지고 있다.
우레탄 프리폴리머(pre-polymer)를 합성하기 위하여 사용되는 폴리올에 의해 형성되는 소프트 세그먼트와, 이소시아네이트에 의해 형성되는 하드 세그먼트에 의하여 유연성(flexibility)이 조절될 수 있는 접착제를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 우레탄 결합을 형성하기 위하여 우레탄 프리폴리머를 얻은 뒤, 습기 경화 공정을 진행하여, 접착력이 우수한 바인더 수지를 제조할 수 있는 이점이 있다.
바인더 수지는 해당 수지를 구성하는 모노머 및/또는 올리고머와 같은 경화성 성분으로부터의 광경화 공정, 습기 경화 공정 및 열경화 공정을 통하여 합성될 수 있다. 예를 들어, (메타)아크릴레이트 수지나 우레탄(메타)아크릴레이트 수지를 구성하는 폴리(메타)아크릴레이트는 탄소수 1~20의 알킬 (메타)아크릴레이트, 탄소수 2~20의 알케닐 (디)(메타)아크릴레이트, 탄소수 1~20의 알콕시 (디)(메타)아크릴레이트, 탄소수 1~20의 알콕시알킬 (메타)아크릴레이트, 알릴알콕시레이트; 탄소수 5~8의 사이클로알킬 (메타)아크릴레이트나 N-아크릴로일 모폴린(N-Acryloyl morphline) 등에서 1종 이상 선택되는 지환족 (메타)아크릴레이트; 에폭시 (메타)아크릴레이트, 아릴(메타)아크릴레이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있는 올리고머 및/또는 모노머이다. 이들 (메타)아크릴레이트 올리고머 및/또는 올리고머를 광경화시켜, 이들 모노머 및/또는 올리고머 사이의 가교결합을 형성함으로써 폴리(메타)아크릴레이트를 형성할 수 있다.
우레탄 수지, 우레탄(메타)아크릴레이트 수지, 우레탄폴리실록산 수지, 우레탄(메타)아크릴레이트폴리실록산 수지를 구성하는 우레탄 결합을 형성하기 위하여 폴리올과 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어지는 우레탄 프리폴리머를 사용할 수 있다. 우레탄 프리폴리머를 합성하기 위한 폴리올은 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드에 글리세린을 반응시킨 폴리올이나, 프로필렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 에틸렌글리콜 폴리에테르와 같은 폴리에테르폴리올; 및/또는 폴리카프로락톤폴리올, 이염기산인 아디프산에 글리콜이나 트리올의 탈수축합반응에 의하여 얻어지는 폴리에스테르폴리올 등에서 1종 이상 선택될 수 있다. 우레탄 프리폴리머를 합성하기 위한 디이소시아네이트 화합물은 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 메틸렌디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 등에서 1종 이상 선택될 수 있다. 이들 이소시아네이트와 폴리올을 반응시켜 우레탄 프리폴리머를 합성한 뒤, 수분 경화 공정을 진행하여 폴리우레탄 결합을 얻을 수 있다.
한편, 예를 들어 폴리실록산 수지, 우레탄(메타)아크릴레이트폴리실록산 수지, 및 우레탄폴리실록산수지를 구성하는 폴리실록산을 합성하기 위한 모노머는 실란올기를 함유하는 모노머 및/또는 실록산기를 함유하는 모노머를 포함한다. 실란올기를 함유하는 모노머 화합물은 (메타)아크릴레이트계 알콕시 실란과 같은 에틸렌성 불포화 알콕시 실란; 및/또는 (메타)아크릴레이트계 아세톡시실란이나 (메타)아크릴레이토프로필트리아세톡실란과 같은 에틸레성 불포화 아세톡시실란을 포함하는 에틸렌성 불포화 아실옥시실란을 포함한다.
또한, 실록산기를 함유하는 모노머 화합물은 특히 선형 실록산기를 갖는 화합물을 포함한다. 예를 들어, 선형 실록산기를 갖는 모노머 화합물은 1~10개의 탄소수 1~10의 알킬기로 치환된 모노/디/트리/테트라/헥사/옥타 실록산; 1~4개의 탄소수 1~10의 알콕시기로 치환된 모노/디/트리/테트라 실록산; 탄소수 1~10개의 알킬알콕시실란, 비닐알콕시실란, 아미노알킬알콕시실란, 메타아크릴옥시기 또는 머캅토알킬기로 치환된 실란 등에서 1종 이상을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
폴리실록산을 합성하기 위한 모노머를 열경화 또는 광경화시켜 폴리실록산을 얻을 수 있다. 예시적으로, 폴리실록산을 구성하는 단위 유닛은 직선 형태로 연결되거나, 케이지(cage) 형태로 연결될 수 있다. 선택적으로, 폴리실록산은 실세스퀴옥산의 형태를 가질 수 있다.
전술한 바인더 수지에 도입되는 기공성 초분자(Porous Ultra Molecule)는 내부의 비어 있는 공간을 가지고 있어서, 밀도가 매우 낮다. 내부의 비어 있는 공간으로 유전상수 값이 낮은 공기가 채워지기 때문에, 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지로 제조되는 유기 절연막은 유전율을 낮출 수 있다.
다시 말하면, 본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지를 유기 절연막 소재로 사용함으로써, 유기 절연막의 밀도가 낮아진다. 이에 따라, 궁극적으로 유기 절연막의 분극률이 작아지므로, 유기 절연막의 유전상수 값을 낮출 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 기공성 초분자는 예를 들어 직선 형태를 갖는 바인더 수지의 측쇄로 도입될 수 있다. 직선 형태를 갖는 바인더 수지의 측쇄로 기공성 초분자가 도입되면서 분극률의 상승을 억제할 수 있기 때문에, 유기 절연막의 유전상수 값을 더욱 낮출 수 있다.
아울러, 기공성 초분자는 상당히 bulky한 분자이다. 따라서 기공성 초분자가 바인더 수지의 측쇄로 도입되면, bulky한 기공성 초분자로 인하여 기재에 대한 roughness가 증가하기 때문에, 기재에 대한 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 기공성 초분자를 바인더 수지에 배합하는 경우에는 기공성 초분자를 바인더 수지에 균일하게 분산시키기 어렵다. 따라서, 기공성 초분자를 바인더 수지에 단순히 배합하여 제조되는 유기 절연막은 절연막 전체에 균일하게 낮은 유전상수 값을 가지지 못하는 문제가 있다. 반면, 본 발명의 기공성 초분자는 바인더 수지에 결합되어, 바인더 수지와 일체로 형성되므로, 분산성의 문제가 없다. 따라서, 본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지로 제조되는 유기 절연막은 절연막 전체에 균일하게 낮은 유전상수 값을 확보할 수 있다.
예시적인 실시형태로서, 기공성 초분자가 도입되어 있는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지는 하기 화학식 (Ⅰ)로 표시되는 반복 단위를 가질 수 있다.
Figure 112014127710478-pat00001
(화학식 (Ⅰ)에서 R1은 수소 또는 메틸기; R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1~20의 알킬렌, 치환 또는 비치환된 탄소수 4~20의 사이클로알킬렌, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6~20의 아릴렌으로 구성되는 군에서 선택됨; R4는 탄소수 1~20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 2~20의 알케닐기, 탄소수 1~20의 알콕시기, 탄소수 1~20의 아실기, 탄소수 4~20의 사이클로알킬기, 탄소수 6~20의 아릴기 및 탄소수 6~20의 아랄킬기로 구성되는 군에서 선택됨; x는 2~10000의 정수; A는 바인더 수지에 도입된 기공성 초분자)
예를 들어, 기공성 초분자는 바인더 수지 100 중량부에 대하여 5 ~ 100 중량부로 도입될 수 있다. 기공성 초분자의 함량이 바인더 수지에 대하여 100 중량부를 초과하면, 바인더 수지의 밀도가 지나치게 낮아져서 유기 절연막의 기계적 강도가 떨어질 수 있다. 반면, 기공성 초분자의 함량이 바인더 수지에 대하여 5 중량부 미만이면, 기공성 초분자의 도입에 따른 유전율 감소 및/또는 기재에 대한 접착력 향상이 미미할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 바인더 수지의 측쇄에 도입되는 기공성 초분자는 사이클로덱스트린, 쿠커비투릴(cucurbituril), 칼릭스아렌(calixarene), 폴리카프로락톤, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
바인더 수지에 도입되는 예시적인 기공성 초분자의 하나인 사이클로덱스트린은 예를 들어 효소의 작용에 의하여 녹말(starch)과 같은 탄수화물로부터 얻어질 수 있는데, 탄수화물을 구성하는 당 고리(sugar ring)인 알파-D-글루코피라노사이드(α-D-glucopyranoside) 유닛이 1->4 연결되어 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 사이클로덱스트린은 알파-D-글루코피라노사이드 단위 유닛이 5-8개인 것을 사용할 수 있다. 특히, 바람직하게는 기공성 초분자로서 사용 가능한 사이클로덱스트린은 α-사이클로덱스트린(6개의 당 고리로 구성), β-사이클로덱스트린(7개의 당 고리로 구성), γ-사이클로덱스트린(8개의 당 고리로 구성)이다.
예시적인 실시형태에서, 본 발명에 따라 기공성 초분자로서 바인더 수지에 도입될 수 있는 사이클로덱스트린 및/또는 그 유도체는 하기 화학식 (Ⅱ)로 표시될 수 있다.
Figure 112014127710478-pat00002
(화학식 (Ⅱ)에서, R5 내지 R7은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 1~20의 아실기, 탄소수 3~10의 사이클로알킬기, 탄소수 1~20의 히드록시알킬기, 카르복시기, 또는 Sir1r2r3로 표시되는 규소 분자로서, r1, r2, r3는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~5의 알킬기, 탄소수 1~5의 알콕시기 또는 탄소수 6~20의 아릴기임; m은 단위 유닛의 개수로서 5 내지 8의 정수임)
다른 예시적인 실시형태에서, 바인더 수지의 측쇄로 도입되는 다른 기공성 초분자는 쿠커비투릴이다. 쿠커비투릴은 메틸렌 브릿지(-CH2-)로 연결되어 있는 글리코루릴(glycoruril, =C4H2N4O2=)로 구성되는 기공성 초분자이다. 쿠커비투릴은 구성 단위인 글리코루릴 단위의 개수(n)에 따라 쿠커비트[n]우릴로 명명된다. 본 발명에 따라 바인더 수지에 도입될 수 있는 쿠커비투릴은 글리코루릴 단위의 개수가 4-20인 쿠커비투릴이다(즉, 쿠커비트[4-20]우릴), 바람직하게는 글리코루릴 단위의 개수가 5-10인 쿠커비투릴이다(즉, 쿠커비트[5-10]우릴).
쿠커비투릴의 일예로서 쿠커비트[6]우릴은 다음과 같은 방법으로 합성할 수 있다. 먼저, 2분자의 우레아와 1분자의 다이알데하이드를 반응시켜 친핵성 첨가(nucleophilic addition)에 의하여 중간물인 글리코루릴을 얻고, 얻어진 중간물을 110℃ 이상의 온도에서 포름알데하이드와 축합반응시켜 쿠커비트[6]우릴을 합성할 수 있다. 축합반응의 온도를 낮춤으로써, 글리코루릴 단위 유닛의 개수가 상이한 다른 쿠커비투릴을 합성할 수 있다.
예시적으로, 쿠커비투릴 및/또는 그 유도체는 하기 화학식 (Ⅲ)으로 표시될 수 있다.
Figure 112014127710478-pat00003
(화학식 (Ⅱ)에서, R8과 R9은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~30의 알킬기, 탄소수 2~30의 알케닐기, 탄소수 2~30의 알키닐기, 탄소수 1~30의 알킬티오기, 탄소수 1~30의 알킬카르복실기, 탄소수 1~30의 하이드록시알킬기, 탄소수 1~30의 알킬실릴기, 탄소수 1~30의 알콕시기, 탄소수 1~30의 할로알킬기, 니트로기, 탄소수 1~30의 알킬아민기, 아민기, 탄소수 1~30의 아미노알킬기, 탄소수 5~30의 (헤테로)사이클로알킬기, 탄소수 6~15의 (헤테로)아릴기로 구성되는 군에서 선택됨; Y는 O, S 또는 NH임; n은 글리코루릴 단위 유닛의 개수로서, 4 내지 20의 정수, 바람직하게는 5 내지 10의 정수임)
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 바인더 수지의 측쇄로 도입되는 기공성 초분자로 사용될 수 있는 화합물은 칼릭스아렌(calixarene) 및 그 유도체이다. 칼렉스아렌 화합물은 벤젠 고리를 포함한 술잔 형태의 거대고리(macrocyle) 또는 환형 올리고머 형태의 화합물이다. 칼릭스아렌은 히드록시기로 치환되어 있는 벤젠 화합물인 페놀, 레조시놀(resorcinol), 및 파이로갈롤(pyrogallol)과 알데하이드가 하이드록시알킬화 반응에 의하여 형성되는데, 히드록시기로 치환된 벤젠 고리가 메틸렌기를 브릿지로 하는 단위 유닛으로 구성된다. 이들 단위 유닛의 개수에 따라서, 칼릭스[p]아렌(p는 단위 유닛의 개수)로 명명된다. 예시적인 실시형태에서, 기공성 초분자로 사용되는 칼릭스아렌은 단위 유닛이 3~10개인 칼릭스아렌 또는 그 유도체이다(즉, 칼릭스[3~10]아렌 및 그 유도체).
칼릭스아렌 화합물을 얻기 위하여 예를 들어 방향족 고리 성분으로서 1개의 히드록시기로 치환된 벤젠 화합물인 페놀을 사용하는 경우에는 포름알데하이드와 반응시켜, 축합 반응을 유도하여 합성될 수 있다. 반면, 히드록시기가 2개 또는 3개인 레조시놀이나 파이로갈릴을 방향족 고리 성분으로 사용하는 경우에는 일반적으로 아세트알데하이드와 같이 상대적으로 bulky한 알데하이드를 반응시켜 합성될 수 있다. 산 촉매(예를 들어, p-톨루엔술폰산) 또는 염기 촉매를 사용하여 방향족 고리 성분과 이들 알데하이드가 반응하면, 친전자성(electrophilic) 방향족 치환 반응이 일어나고, 물이 제거되면서 연속적인 방향족 치환 반응이 유도되는 축합 반응을 통하여 칼릭스아렌 화합물을 합성할 수 있다.
예시적으로, 칼릭스아렌 및/또는 그 유도체는 하기 화학식 (Ⅳ)로 표시될 수 있다.
Figure 112014127710478-pat00004
(화학식 (Ⅳ)에서, R10은 수소원자 또는 탄소수 1~20의 알킬기임; R11은 수소 원자, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 2~30의 아실기, 탄소수 3~10의 사이클로알킬기, 탄소수 1~20의 카르복시기, 탄소수 1~20의 에스테르기 또는 Sir1r2r3로 표시되는 규소 분자로서, r1, r2, r3는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~5의 알킬기, 탄소수 1~5의 알콕시기 또는 탄소수 6~20의 아릴기임; o는 단위 유닛의 개수로서 3 내지 7의 정수임)
본 발명에 따라 바인더 수지의 측쇄에 도입될 수 있는 다른 예시적인 기공성 초분자는 폴리카프로락톤 또는 그 유도체이다. 폴리카프로락톤은 생분해성 폴리에스테르 화합물로서, 헤테로 고리 화합물인 ε-카프로락톤을 촉매와 열을 사용하는 개환 중합(ring opening polymerization)에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에 따라 바인더 수지에 기공성 초분자로 도입될 수 있는 폴리카프로락톤 유도체로서, 하기 화학식 (Ⅴ)로 표시되는 폴리카프로락톤 덴드리머(polycarprolactone dendrimer) 등을 예로 들 수 있다.
Figure 112014127710478-pat00005
(화학식 (Ⅴ)에서, R12, R13, R14, R15는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 2~30의 아실기 또는 Sir1r2r3로 표시되는 규소 분자로서, r1, r2, r3는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~5의 알킬기, 탄소수 1~5의 알콕시기 또는 탄소수 6~20의 아릴기임; p는 2 내지 200의 정수임)
본 발명에 따른 저유전 유기 절연막은 기공성 초분자가 예를 들어 측쇄에 도입되어 있는 바인더 수지를 필수 성분으로 포함하며, 그 외에 다른 기능성 첨가제를 포함할 수 있다. 저유전 유기 절연막에 포함될 수 있는 기능성 첨가제로는 감광제, 염기성 성분, 계면활성제, 밀착성 개량제, 광안정제 등에서 1종 이상 선택될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 유기 절연막에 감광제를 배합하여 유기 절연막에 감광성을 부여함으로써, 유기 절연막 위에 별도의 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하였던 공정을 줄일 수 있으므로, 패턴 공정이 단순해지는 이점이 있을 수 있다. 패턴 작업과 관련해서, 유기 절연막 소재는 노광 후 알칼리 수용액 등의 적절한 현상액에 대한 용해성의 변화 특성을 이용한다. 유기 현상액을 사용하는 네거티브 타입과 달리 포지티브 타입은 알칼리 수용액을 현상액으로 사용할 수 있어서 작업성이 양호하고, 유기 절연막 형성 후에 박리액을 사용하여 용이하게 제거할 수 있는 이점이 있다.
예시적인 실시형태에서 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지와 배합될 수 있는 감광제는 임의의 감광제를 사용할 수 있다. 예시적으로, 감광제로서 광산발생제(Photoacid Generator, PAG) 계열의 감광제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 광산발생제 계열의 감광제로는 디아조늄염계, 포스포늄염계, 술포늄염계, 요오드늄염계, 술포니디아조메탄계, N-술포닐옥시이미드계, 벤조인술포네이트계, 니트로벤질술포네이트계, 술폰계, 글리옥심계, 트리아진계 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 광산발생제를 사용할 수 있다. 특히 바람직하게는 디아조늄염계, 포스포늄염계, 술포늄염계, 요오드늄염계 및 이들의 조합에서 선택될 수 있는 오늄염계 광산발생제이다.
예를 들어, 광산발생제는 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부, 바람직하게는 1 ~ 10 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 광산발생제의 함량이 이보다 적으면 산 촉매 작용에 의한 화학적 변화가 일어나지 않아 감광 특성이 부여되기 어렵고, 이를 초과하면 코팅 작업에서 균일한 코팅이 어려워질 수 있을 뿐만 아니라 형성된 유기 절연막의 유전율이 상승할 우려가 있다.
염기성 화합물은 화학 증폭 레지스트로 사용되는 것 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 사용 가능한 염기성 화합물은 알킬 아민; 지환족 아민; 피리딘, 이미다졸, 퀴놀린, 피라진, 피라졸, 피리다진, 퓨린, 피롤리딘, 피페리딘, 피페라진, 모르폴린 및 유도체와 같은 복소환식 아민; 제4급 암모늄히드록시; 카르복실산의 제4급 암모늄염 등에서 1종 이상 선택될 수 있다. 염기성 화합물은 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 1 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 염기성 화합물의 함량이 전술한 범위를 충족하는 경우, 충분한 내열성을 확보할 수 있고, 내용제성을 갖는 유기 절연막을 형성할 수 있다.
계면활성제는 코팅성 향상 및 결점 생성 방지를 위하여 추가되는 성분이다. 사용 가능한 계면활성제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 실리콘 계면활성제 등을 1종 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 계면활성제는 저유전 유기 절연막 중에 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 5 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 계면활성제의 함량이 전술한 범위를 충족하는 경우, 기재와 저유전 유기 절연막 사이의 밀착성을 극대화할 수 있다.
밀착성 개량제는 기재가 되는 무기물, 예를 들면, 실리콘, 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 등의 실리콘 화합물, 금, 구리, 알루미늄 등의 금속과 유기 절연막과의 밀착성을 향상시키고, 기판과의 테이퍼각의 조정에도 유용하다. 밀착성 개량제의 종류는 특별히 한정되지 않으며 구체적인 예로는 실란 커플링제 또는 티올계 화합물를 들 수 있으며, 바람직하게는 실란 커플링제이다.
실란 커플링제로서 카르복실기, (메타)아크릴로일기, 이소시아네이트기, 아미노기, 머캅토기, 비닐기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 1종 이상의 반응성 치환기를 갖는 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 특히 기재와의 접착성이 좋은 에폭시기를 갖는 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 또는 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 및/또는 내화학성의 향상을 위해서 이소시아네이트기를 갖는 γ-이소시아네이토프로필트리에톡시실란이 사용될 수 있다.
밀착성 개량제는 저유전 유기 절연막 중에 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 이에 따라, 특히 금속과 유기 절연막 사이의 밀착성 향상시키고 기판과의 테이퍼각 조정 효과를 극대화할 수 있다.
광안정제는 저유전 유기 절연막의 내광성을 개선시키는 성분이다. 광안정제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 벤조트리아졸계, 트리아진계, 벤조페논계, 힌더드 아미노에테르(hindered aminoether)계, 힌더드아민계 화합물 등을 1종 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 저유전 유기 절연막 중에 광안정제는 예를 들어 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 5 중량부의 비율로 포함될 수 있는데, 이 범위에서 내광성 개선 효과가 크게 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 저유전 유기 절연막은 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 및 필요에 따라 기타 첨가제가 배합된 성분들이 용매에 분산되어 있는 코팅 조성물로부터 제조될 수 있다. 코팅 조성물에 포함되는 용매는 알코올계, 에테르계, 에스테르계, 아세테이트계, 방향족 탄화수소계, 케톤계, 아미드계, 락톤계 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 예시적으로, 코팅 조성물 중에 용매는 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 100 중량부에 대하여 200 ~ 400 중량부의 비율로 첨가될 수 있다. 용매의 함량이 전술한 범위를 충족하면, 고형분의 함량 및 점도를 적절하게 유지할 수 있어서, 예를 들어 코팅 공정을 통하여 유기 절연막을 형성할 때 충분한 코팅 특성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지로부터 저유전 유기 절연막을 제조하기 위한 공정을 설명한다. 우선, 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지와, 필요에 따라 기타 첨가제가 용매에 분산되어 있는 코팅 조성물을 기재 상에 코팅하고, 액상의 코팅 조성물을 소정의 온도에서 프리베이크(pre-bake)하여 용매를 증발시켜 유기 절연막을 형성한다. 이어서, 얻어진 유기 절연막을 노광 및 현상하여 패턴을 형성하고, 패턴이 형성된 유기 절연막을 포스트베이스(post-bake)하는 열처리함으로써, 표시 장치의 유기 절연막, 보호층 및/또는 뱅크층으로 형성할 수 있다.
구체적으로, 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지 및 필요에 따라 기타 첨가제가 용매에 분산되어 있는 코팅 조성물을 적절한 기재에 코팅한다. 코팅 조성물이 코팅되는 기재는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 코팅 조성물은 유리 기판, 투명 플라스틱 기판, 실리콘 웨이퍼, 산화실리콘 웨이퍼 또는 질화실리콘 웨이퍼 등의 상부에 코팅될 수도 있으며, 또는 유리 또는 플라스틱과 같은 절연 기판 상에 형성된 소스/드레인 전극과 같은 금속층, 표시 장치 중에서 산화실리콘이나 질화실리콘으로 제조될 수 있는 보호층 또는 층간 절연막의 상부에 코팅될 수 있다.
코팅 조성물을 적절한 기재 상에 코팅하는 방법은 중앙 적하 스핀법 등과 같은 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 토출 노즐식 코팅과 같은 슬릿 노즐을 이용한 슬릿 코팅 등의 방법을 이용할 수 있으며, 2가지 이상의 코팅 방법을 조합하여 코팅할 수 있다. 이때, 코팅된 막의 두께는 코팅 방법, 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 중의 고형분의 농도, 점도 등에 따라 달라질 수 있지만, 건조 후에 막 두께가 0.5 ~ 10 ㎛가 되도록 도포할 수 있다.
이어서, 기재 상에 코팅된 코팅 조성물에 대하여 프리베이크(pre-bake) 공정을 진행한다. 이 공정에 의하여 기재에 코팅된 코팅 조성물 중에 용매가 휘발되어 유동성이 없는 도막을 얻을 수 있다. 이 공정은 통상적으로 적절한 열을 가하여 용매를 휘발시키는데, 예를 들어 핫플레이트(hot plate) 가열의 경우에는 60 ~ 130℃에서 10 ~ 300 초간 수행될 수 있으며, 열 오븐을 사용하는 경우라면 60 ~ 140℃에서 20 ~ 500 초간 수행될 수 있다.
다음으로 선택적 노광 공정에서는 얻어진 유기 절연막을 노광 및 현상하여 패턴화한다. 예시적으로 노광 공정은 엑시머 레이저, 원자외선, 자외선, 가시광선, 전자선, X선 또는 g-선(파장 436 nm), h-선(파장 405 nm), i-선(파장 365 nm) 또는 이들의 혼합 광선을 조사하여 수행될 수 있다. 이를 위하여 프리베이크 공정이 완료된 유기 절연막 위에 마스크 얼라이너, 스테퍼, 스캐터 등의 노광 장비를 이용할 수 있다. 노광은 접촉식(contact), 근접식(proximity), 투영식(projection) 노광법 등으로 수행될 수 있다. 노광 에너지는 제조된 유기 절연막의 감도에 따라 결정되지만 보통 30 ~ 200 mJ/cm의 범위일 수 있다.
노광 공정이 완료된 후 유기 절연막이 코팅된 기재를 현상액에 침지(dip)하거나 현상액을 기재에 분사(spray)하여 노광 부위의 유기 절연막을 제거하여 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 현상액으로는 알칼리성인 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트 등의 무기 알칼리 화합물 또는 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 테트라에틸암모늄하이드록사이드 등의 유기 알칼리 수용액을 사용할 수 있다. 예시적으로 액정표시장치를 제조함에 있어서는 금속 오염, 금속 부식 등의 이유로 테트라메틸암모늄하이드록사이드를 0.1 ~ 10 중량부 수용액의 형태로 사용하며, 20 내지 30 ℃에서 30 내지 120 초간 현상한 뒤, 초순수로 60 내지 120 초간 세정하고 건조하는 것이 바람직하다.
이어서, 패턴이 형성된 감광성 유기 절연막에 대하여 포스트베이크 공정을 수행한다. 핫플레이트나 오븐 등의 가열장치를 이용하여 포스트베이크 처리할 수 있다. 상기 포스트베이크 조건은 150~350 ℃에서 10~180 분간 수행할 수 있는데, 이를 통해 최종 패턴이 형성된 감광성 유기 절연막을 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지를 유기 절연막 소재로 사용함으로써, 유기 절연막의 밀도가 낮아진다. 이에 따라, 궁극적으로 유기 절연막의 분극률이 작아지므로, 유기 절연막의 유전상수 값을 낮출 수 있다. 이로 인하여, 표시 소자의 기생 정전 용량을 줄일 수 있어서 표시 패널에 인가되는 로드를 감소시킬 수 있으므로, 표시 소자의 소비 전력을 저감할 수 있다. 유기 절연막의 두께가 얇더라도 충분히 낮은 유전상수 값을 확보할 수 있으므로, 유기 절연막의 패턴 과정에서 광량이 적게 필요하기 때문에 공정의 효율성을 증대시킬 수 있다. 또한, 얇은 유기 절연막을 채택함으로써, 접힘(folding)이나 굽힘(bending)에 의한 스트레스가 적기 때문에, 플렉서블(flexible) 표시 장치에도 활용될 수 있다.
뿐만 아니라, 기공성 초분자가 바인더 수지의 측쇄에 도입됨으로써, roughness가 증가하여, 기재에 대한 접착력이 향상되었다. 따라서, 본 발명의 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지를 포함하는 저유전 유기 절연막은 표시 장치를 구성하는 소자에 견고하게 형성될 수 있다는 이점을 갖는다.
[표시 장치]
본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지로 제조되는 유기 절연막은 낮은 유전상수 값을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 저유전 유기 절연막은 박막트랜지스터(TFT)가 형성되는 표시 장치의 유기 절연막, 보호층 및/또는 뱅크층을 구성할 수 있다. 이러한 표시 장치의 비제한적인 예로는 액정표시장치(LCD) 또는 유기발광표시자치를 들 수 있다. 도 1은 예시적으로 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1에 도시한 것과 같이, 액정표시장치(100)는 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102)이 대향적으로 마주하고 있으며, 이들 기판(101, 102) 사이에 액정층(110)이 개재되어 있다. 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102)은 플라스틱 또는 유리로 제조될 수 있으며, 제 1 기판(101)의 상부에 다수의 전극 및 배선이 적층된다.
제 1 기판(101)의 상부에 적층되는 다수의 전극 및 배선에 대해서 보다 구체적으로 살펴보면, 제 1 기판(101)의 상부에 일방향으로 다수의 게이트 배선(미도시)이 연장되어 있으며, 이러한 다수의 게이트 배선(미도시)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 제 2 방향으로 다수의 데이터 배선(170)이 형성되어 있다. 게이트 배선(미도시)의 일단에 연결되어 비표시 영역에 게이트패드(미도시)가 형성되고, 데이터 배선(170)의 일단에 연결되어 비표시 영역에 데이터패드(미도시)가 형성된다.
다수의 화소영역(P) 각각에는 게이트 전극(122)과, 게이트 절연막(124)과, 액티브층(126a) 오믹콘택층(126b)을 포함하는 반도체층(126)과, 소스 및 드레인 전극(132, 134)으로 이루어지는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 게이트 전극(122)은 게이트 배선(미도시)에 연결되며, 제 1 기판(101) 상에 형성된다. 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(122) 상에, 무기 절연물질, 예를 들어 산화실리콘(SiOx)이나 질화실리콘(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(124)이 형성된다.
게이트 절연막(124) 상에는 순수 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층(126a)과, 액티브층(126a) 상에 형성되며 액티브층(126a)의 중앙을 노출시키고 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹콘택층(126b)이 형성되어 있다. 액티브층(126a)과 오믹콘택층(126b)은 반도체층(126)을 이룬다.
반도체층(126) 상에는 서로 이격하여 액티브층(126a)의 중앙을 노출시키는 소스 및 드레인 전극(132, 134))이 형성되어 있다. 소스 전극(132)은 반도체층(126) 상에 위치하며 데이터 배선(170)에서 연장되며, 드레인 전극(134)은 반도체층(126) 상에서 소스 전극(132)과 이격하여 위치한다. 박막트랜지스터(Tr)는 스위칭 영역(TrA)에 위치하고 있다.
또한, 게이트 절연막(124) 상에는 제 2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선(170)이 게이트 배선(미도시)과 교차하여 형성되고 있다. 데이터 배선(170)은 화소영역(P)에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(132)으로부터 연장된다. 한편, 도면으로 표시하지는 않았으나, 하나의 예시적인 실시형태에서, 게이트 절연막(124) 상에는 공통배선(미도시)이 데이터 배선(170)에 평행한 제 2 방향을 따라 형성되어, 게이트 배선(미도시)과 교차하고 있다. 대안적인 실시형태에서, 공통배선(미도시)은 게이트 배선(미도시)과 평행하게 게이트 배선(미도시)과 동일층에 형성될 수도 있다.
한편, 데이터 배선(170), 소스 전극(132), 드레인 전극(134) 및 공통배선(미도시)을 덮는 제 1 보호층(128)이 형성된다. 이 제 1 보호층(128)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(134)을 노출시키는 드레인 콘택홀(135)이 형성되어 있다. 이 제 1 보호층(128)은 유기 절연막일 수 있는데, 본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지로 제조되는 저유전 유기 절연막으로 구성될 수 있다. 제 1 보호층(164)은 화소전극(140)을 형성하는 과정에서 오믹콘택층(126b)이 손상되는 것을 방지한다.
또한, 각각의 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(134)과 드레인 콘택홀(135)을 통해 접촉하여 전기적으로 연결되는 제 1 전극으로서의 화소전극(140)이 본 발명의 유기 절연막으로 구성될 수 있는 제 1 보호층(128) 상에 형성되어 있다. 화소전극(140)은 투명 도전성 물질로 이루어지며, 각각의 화소영역(P) 내에서 판 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide; IZO)일 수 있다. 도면으로 도시하지 않았지만, 제 1 보호층(128) 상부의 비-표시영역에는 화소전극(140)과 동일한 투명 도전성 소재로 제조되는 게이트 패드 전극 및 데이터 패드 전극이 형성되는데, 게이트패드 전극은 게이트패드 콘택홀(미도시)을 통하여 게이트패드에 전기적으로 연결되고, 데이터패드 전극은 데이터패드 콘택홀(미도시)을 통하여 데이터패드에 전기적으로 연결된다.
화소전극(140) 상부에는 제 2 보호층(129)이 형성되어 있다. 이 제 2 보호층(129)은 유기 절연막일 수 있으며, 전술한 제 1 보호층(128)과 마찬가지로 본 발명에 따른 저유전 유기 절연막으로 구성될 수 있다.
한편, 제 2 보호층(129) 상에는 상기 판 형태의 화소전극(140)과 중첩하며 다수의 슬릿 형태의 홀(개구부, 152)을 갖는 공통전극(150)이 형성되어 있다. 화소전극(140)과 마찬가지로 제 2 전극으로서의 공통전극(150)은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 제조될 수 있다. 공통전극(150)은 다수의 화소영역(P)이 형성된 표시영역 전면에 형성된다. 판 형태의 제 1 전극일 수 있는 화소전극(140)과 개구부(152)를 갖는 제 2 전극일 수 있는 공통전극(150) 사이에 전압이 인가되면, 프린지 필드(fringe field)가 형성되어 액정이 구동됨으로써, 투과 효율이 향상되고 고품질의 영상이 표시된다.
도면으로 도시하지는 않았으나 컬러 필터 기판을 구성하는 제 2 기판(102)의 하부에는 각각의 화소영역(P)에 대응되는 개구부를 갖는 차광부재인 블랙매트릭스가 형성되고, 블랙매트릭스의 하부와 블랙매트릭스의 개구부를 통하여 노출된 제 2 기판(102)의 하부에는 컬러필터층이 형성된다. 컬러필터층(미도시)은 화소영역(P)에 대응되는 적, 녹, 청 컬러필터를 포함한다.
또한, 컬러필터층(미도시)과 액정층(110) 사이에는 컬러필터층(미도시)의 보호 및 표면을 평탄화하기 위하여 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 등과 같은 소재의 오버코트층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
전술한 것과 같이 본 발명의 유기 절연막은 유전상수 값이 낮기 때문에, 이 유기 절연막으로 형성될 수 있는 제 1 보호층(128) 및/또는 제 2 보호층(129)에서의 기생 정전 용량 값이 감소되므로 소비 전력을 저감할 수 있다. 뿐만 아니라, 낮은 유전율로 인하여 본 발명의 저유전 유기 절연막으로부터 구성되는 제 1 보호층(128) 및/또는 2 보호층(129)의 두께를 얇게 하여도 무방하다. 따라서, 어레이 기판의 박형화를 도모할 수 있게 되고, 낮은 광량에 의해서도 이들 보호층(128, 129)에 대한 미세한 패턴 작업이 가능하다. 또한, 굽힘 및 접힘에 대한 스트레스가 덜하기 때문에, 플렉서블 표시 장치로 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지를 포함하는 유기 절연막은 기재에 대한 접착력이 향상되었다. 따라서, 본 발명의 유기 소재를 적용한 유기 절연막을 제 1 보호층(128) 및/또는 제 2 보호층(129)으로 사용하면, 강한 충격에 의해서도 이들 보호층(128, 129)이 기재로부터 박리되지 않고 기재에 견고하게 부착될 수 있는 이점을 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 유기 절연막은 유기발광다이오드 표시장치의 층간 절연막, 보호층 및/또는 뱅크층과 같은 절연막의 소재로 활용될 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 유기 절연막을 포함하는 유기발광다이오드 표시장치(200)를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2에 도시한 것과 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드 표시장치(200)는 표시 영역(DR)과 표시 영역(DR) 주변에 비표시 영역(NDR)이 정의되어 있으며, 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)이 소정 간격 이격되어 마주하고 있다. 유기발광다이오드 표시장치(200)를 구성하는 제 1 기판(201) 및/또는 제 2 기판(202)은 유리 또는 플렉서블(flexible) 플라스틱으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 기판(201) 및 제 2 기판(202)은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyeleneterepthalate, PET) 소재로 제조될 수 있다. 이러한 플라스틱 소재를 채택하여 플렉서블(flexible) 기판으로 응용될 수 있다.
유리 또는 플라스틱 기판일 수 있는 제 1 기판(201)의 표시 영역(DR)을 구성하는 각각의 화소영역에 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와, 구동 박막트랜지스터(DTr)와, 유기발광다이오드(E)를 포함하는 유기발광소자(210)가 위치한다. 이때, 제 1 기판(201)과 유기발광소자(210)의 인캡슐레이션을 위하여, 제 2 기판(202)이 접착제 또는 충진성 실링재(290)를 통하여, 제 1 기판(201)에 대향적으로 합착된다.
제 1 기판(201)의 상부에는 다수의 전극, 신호 배선 및 층으로 구성되는 유기발광소자(210)가 형성되는데, 이에 대해서 구체적으로 살펴본다. 제 1 기판(201)의 표시 영역(DR)의 각각의 화소영역에 반도체층(226)이 형성된다. 반도체층(226)은 실리콘으로 이루어지며 중앙부의 채널을 이루는 액티브 영역(226a)과, 액티브 영역(226a)의 양측으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인 영역(226b, 226c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(226)의 상부에 게이트 절연막(224)이 형성된다. 표시 영역(DR) 내의 각각의 화소영역에는 게이트 절연막(224)의 상부로 반도체층(226)의 액티브 영역(226a)에 대응하여 게이트 전극(222)과, 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
특히, 게이트 전극(262)과 게이트 배선(미도시)의 상부 전면에 제 1 보호층(228)이 형성되어 있다. 제 1 보호층(228)은 유기 절연막일 수 있으며, 본 발명에 따른 유기 절연막으로 구성될 수 있다. 제 1 보호층(228)과 그 하부의 게이트 절연막(264)은 반도체층(226)의 중앙을 구성하는 액티브 영역(226a)의 양측에 위치한 소스 및 드레인 영역(226b, 226c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(227a, 227b)을 갖는다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 반도체층 콘택홀(227a, 227b)을 포함하는 제 1 보호층(228) 상에는 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 화소 영역을 정의하며 금속 물질로 이루어진 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원 배선(미도시)이 형성된다. 선택적으로, 전원 배선(미도시)은 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있는 게이트 절연막(224) 상에 게이트 배선(미도시)과 이격하여 평행하게 형성될 수 있다.
또한, 표시 영역(DR)에는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(227a, 227b)을 포함하는 제 1 보호층(228) 상에 서로 이격하며, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(227a, 267b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(226b, 226c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(232, 234)이 형성되어 있다.
소스 및 드레인 전극(232, 234)과, 이들 전극(232, 234)과 접촉하는 소스 및 드레인 영역(226b, 226c)을 포함하는 반도체층(226)과, 반도체층(226) 상부에 형성된 게이트 절연막(224) 및 게이트 전극(222)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 구성한다. 도면으로 나타내지 않았으나, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 배선이 형성된다. 또한, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로서, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.
도 2에서는 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 형태로서, 반도체층(226)이 폴리실리콘으로 이루어진 탑 게이트(Top gate) 타입을 예로 도시하였으나, 반도체층이 순수 및 불순물의 비정질실리콘으로 이루어진 바텀 게이트(Bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.
표시 영역(DR)의 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 포함한 제 1 기판(201)의 전면에 제 2 보호층(229)이 형성된다. 제 2 보호층(229)에는 드레인 콘택홀(235)이 형성되는데, 드레인 콘택홀(235)을 통하여 유기발광다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(252)이 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(234)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 제 2 보호층(229)은 예를 들어 평탄한 표면을 가질 수 있도록 유기 절연 소재로 형성될 수 있는데, 본 발명에 따른 유기 절연막으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기 절연막으로 구성될 수 있는 제 2 보호층(229) 상부의 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 유기발광다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(252), 유기발광층(254) 및 제 2 전극(256)이 순차적으로 형성된다. 제 1 전극(252)은 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(234)과 연결된다.
예시적으로, 제 1 전극(252)은 애노드(anode) 전극으로서, 일함수 값이 비교적 높은 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 사용할 수 있다. 한편, 제 2 전극(256)은 캐소드(cathode) 전극일 수 있으며, 비교적 일함수 값이 낮은 물질인 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어진다.
제 1 전극(252)와 제 2 전극(256) 사이에 적층되는 유기발광층(254)은 발광 물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 유기발광층(254)을 정공주입층(hole injection layer, HIL), 정공수송층(hole transporting layer, HTL), 발광층(emitting material layer, EML), 전자수송층(electron transporting layer, ETL) 및 전자주입층(electron injection layer, EIL)의 다중층으로 구성하여 발광 효율을 극대화할 수 있다.
따라서, 유기발광소자(210)에서 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(252)과 제 2 전극(256)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(252)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(256)으로부터 인가된 전자가 유기발광층(254)으로 수송되어, 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다. 이때, 하부 발광 타입인 경우, 발광된 빛은 투명한 제 1 전극(252)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 유기발광소자(210)는 임의의 화상을 구현하게 된다.
한편, 제 1 전극(252)은 각각의 화소영역별로 형성되는데, 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극(252) 사이에는 뱅크층(bank, 253)이 위치한다. 뱅크층(253)은 유기 절연막 형태일 수 있으며, 본 발명에 따른 유기 절연막이 뱅크층(253)을 구성할 수 있다. 예를 들어, 뱅크층(253)은 각각의 화소를 둘러싸는 형태로 제 1 전극(252)의 테두리와 중첩되도록 형성되며, 표시 영역(DR) 전체적으로 다수의 개구부를 갖는 격자 형태를 이룰 수 있다. 즉, 뱅크층(253)은 제 1 기판(201) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되며, 뱅크층(253)을 각각의 화소영역별 경계부로 하여 제 1 전극(252)이 화소영역 별로 분리된 구조로 형성된다.
선택적으로, 유기발광소자(210)의 전면으로 패시베이션층(280)이 형성될 수 있다. 제 2 전극(256)만으로는 유기발광층(254) 내부로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 없기 때문에, 유기발광소자(210)의 전면으로 패시베이션층(280)을 형성함으로써 유기발광다이오드(E), 특히 유기발광층(254)으로의 수분 침투를 억제할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서 패시베이션층(280)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기 절연 소재로 구성되는 단층 구조일 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 패시베이션층(280)은 산화실리콘이나 질화실리콘과 같은 무기 절연 소재를 이용하여 제 2 전극(256)의 상부에 적층되는 제 1 무기층 (미도시)과, 올레핀계 수지, 에폭시 수지, 플루오로 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리실록산과 같은 고분자 소재를 이용하여 제 1 무기층(미도시)의 상부에 적층되는 유기층(미도시)과, 산화실리콘이나 질화실리콘과 같은 무기 절연 소재를 이용하여 유기층(미도시)의 상부에 적층되는 제 2 무기층(미도시)과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
제 2 실시형태에 따른 표시 장치(200)에서도 저유전율이 확보된 유기 절연막이 제 1 보호층(228), 제 2 보호층(229) 및/또는 뱅크층(253)을 구성할 수 있다. 따라서 유기발광소자(210)에서의 소비 전력을 저감할 수 있고, 제 1 보호층(228), 제 2 보호층(229) 및/또는 뱅크층(253)의 두께를 얇게 할 수 있으므로 소형화 추세에 부합할 수 있다. 특히 제 1 보호층(228)의 패턴을 형성할 때, 적은 광량으로도 충분히 미세한 패턴이 가능하기 때문에, 고화질의 표시 장치에 적용될 수 있으며, 굽힘 및 접힘에 대한 스트레스가 덜하기 때문에 플렉서블 표시 장치로 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 기공성 초분자가 도입된 바인더 수지를 포함하는 유기 절연막은 기재에 대한 접착력이 향상되었다. 따라서, 본 발명의 유기 소재를 적용한 유기 절연막을 제 1 보호층(228), 제 2 보호층(229) 및/또는 뱅크층(253)으로 사용하면, 강한 충격에 의해서도 이들 보호층(228, 229) 및/또는 뱅크층(253)이 기재로부터 박리되지 않고 기재에 견고하게 부착될 수 있는 이점을 갖는다.
이하, 예시적인 실시예를 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
실시예 1: 기공성 초분자를 도입한 아크릴레이트계 유기 절연막 제조
기공성 초분자로서 쿠커비투릴이 도입된 아크릴레이트계 유기 절연막을 제조하였다.
실시예 2: 기공성 초분자를 도입한 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 유기 절연막 제조
기공성 초분자로서 쿠커비투릴이 도입된 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 1: 기공성 초분자를 첨가하지 않은 아크릴레이트계 유기 절연막 제조
실시예 1과 비교해서 기공성 초분자를 첨가하지 않고, 아크릴레이트계 바인더 수지만을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 아크릴계 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 2: 기공성 초분자를 배합한 아크릴레이트계 유기 절연막 제조
실시예 1과 비교해서 기공성 초분자를 아크릴레이트계 바인더 수지에 단순히 배합한 것을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복하여 아크릴계 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 3: 기공성 초분자를 첨가하지 않은 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 유기 절연막 제조
실시예 2와 비교해서, 기공성 초분자를 첨가하지 않고 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지만을 사용한 것을 제외하고, 실시예 2의 절차를 반복하여 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 4: 기공성 초분자를 배합한 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 유기 절연막 제조
실시예 2와 비교해서, 기공성 초분자를 첨가하지 않고 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지에 기공성 초분자를 단순 배합한 것을 제외하고, 실시예 2의 절차를 반복하여 유기 절연막을 제조하였다.
실험예 1: 유전율 측정
위 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 유기 절연막에 대한 정전 용량을 측정하여 해당 유기 절연막의 유전율을 측정하였다. 정전 용량을 측정하는 다음 식을 이용하여 각각의 감광성 유기 절연막에 대한 유전율을 측정하였다.
Figure 112014127710478-pat00006
식에서 C는 정전 용량을 나타내고, εs는 각각의 유기 절연막 소재의 유전상수를 나타내고, ε0은 자유공간에서의 유전상수로서, 8.854 ×10-2이다. d는 도전체 사이의 거리로서, 유기 절연막의 두께이다. 하부 전극으로 몰리브덴 도트 패턴 전극을 사용하였으며, 상부 전극으로 알루미늄 스퀘어 패턴 전극을 사용하였다. 본 실험예에 따라 측정한 각각의 감광성 유기 절연막에 대한 유전율 측정 결과는 하기 표 1에 표시되어 있다. 기공성 초분자를 바인더 수지에 도입하면, 기공성 초분자가 도입되지 않은 경우 및 기공성 초분자를 바인더 수지와 단순히 혼합한 경우와 비교해서 유전율이 크게 저하되었음을 확인하였다.
실험예 2: 접착력 테스트
실시예 및 비교예에서 제조된 유기 절연막을 대상으로 접착력을 측정하였다. 먼저, 각각의 유기 절연막의 기재에 대한 접착력의 유의미한 차이를 알아보기 위하여, Cross-Cut Tape test를 수행하였다. 630 nm 두께의 글라스 기판에 각각의 유기 절연막을 3 ㎛의 두께로 도포하고, 유기 절연막 상부에 티타늄막을 0.5 ㎛의 두께로 증착하여 샘플을 제작하였다. 2 atm, 120℃, 상대습도 100% 조건에서 pressure cooker test(PCT)를 수행하였다. 샘플에 대하여 각각 6시간씩 4회 반복하여 총 24시간 진행하였다. Cross-Cut Tape test를 수행하기 위하여, 커터(cutter)를 이용하여 각 샘플을 2 mm 등간격으로 5 x 5 사각 패턴을 형성하였다. 3M 투명 양면 테이프를 시편에 붙였다가 뗀 후 그 양상을 반복하여 비교하였다.
도 3a는 아크릴레이트계 바인더 수지에 기공성 초분자를 도입한 유기 절연막(실시예 1), 도 3b는 아크릴레이트계 바인더 수지만을 사용한 유기 절연막(비교예 1), 도 3c는 아크릴레이트계 바인더 수지에 기공성 분자를 단순 혼합한 유기 절연막(비교예 2)에 대한 Cross-Cut tape 테스트 결과를 나타낸다. 또한, 도 4a는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지에 기공성 초분자를 도입한 유기 절연막(실시예 2), 도 4b는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지만을 사용한 유기 절연막(비교예 3), 도 3c는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지에 기공성 분자를 단순 혼합한 유기 절연막(비교예 4)에 대한 Cross-Cut tape 테스트 결과를 나타낸다. 측정 결과는 하기 표 1에도 표시되어 있다. 실시예에 따라 바인더 수지에 기공성 초분자를 도입한 유기 절연막이 글라스 기판에서 박리되지 않았으나, 비교예에 따라 단순히 바인더 수지만을 사용하거나 기공성 초분자를 단순 배합한 경우에는 유기 절연막이 테이프 부착 및 탈착 2회부터 글라스 기판의 계면에서 박리되었음을 확인하였다.
계속해서, 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 유기 절연막을 대상으로 박리 테스트를 통한 박리 강도를 측정하였다. 630 nm 두께의 글라스 기판에 각각의 유기 절연막을 3 ㎛의 두께로 도포하고, 각각의 유기 절연막이 글라스 기판으로부터 박리될 때의 강도를 측정하였다.
도 5a는 아크릴레이트계 바인더 수지에 기공성 초분자를 도입한 유기 절연막(실시예 1), 도 5b는 아크릴레이트계 바인더 수지만을 사용한 유기 절연막(비교예 1), 도 5c는 아크릴레이트계 바인더 수지에 기공성 분자를 단순 혼합한 유기 절연막(비교예 2)에 대한 박리 강도를 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 또한, 도 6a는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지에 기공성 초분자를 도입한 유기 절연막(실시예 2), 도 6b는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지만을 사용한 유기 절연막(비교예 3), 도 6c는 우레탄아크릴레이트폴리실록산계 바인더 수지에 기공성 분자를 단순 혼합한 유기 절연막(비교예 4)에 대한 박리 강도를 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 측정 결과는 하기 표 1에도 표시되어 있다. 기공성 초분자가 바인더 수지에 도입된 유기 절연막의 강도가 크게 증가하여, 기공성 초분자가 바인더 수지에 도입된 유기 절연막은 기재에 대한 접착력이 크게 향상되었음을 확인하였다.
유기 절연막의 유전율, 접착력 테스트
유전율 Cross-Cut 박리 강도(N/m)
실시예 1
(아크릴 수지에 기공성 초분자 도입)		 3.01±0.2 박리 없음 411
실시예 2
(우레탄아크릴실록산 수지에 기공성 초분자 도입		 2.66±0.3 박리 없음 550
비교예 1 (아크릴 수지) 3.38±0.1 약간 뜯김 339
비교예 2
(아크릴 수지에 기공성 초분자 단순 배합)		 3.21±1.3 약 5% 뜯김 336
비교예 3 (우레탄아크릴실록산 수지) 3.12±0.1 약간 뜯김 116
비교예 4
(우레탄아크릴실록산 수지에 기공성 초분자 단순 배합)		 2.98±1.0 약간 뜯김 106
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 전술한 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예를 토대로 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 본 발명의 권리범위는 이러한 변형과 변경을 포함한다는 사실은 첨부하는 청구의 범위를 통하여 더욱 분명해질 것이다.
100, 200: 표시 장치 101, 201: 제 1 기판
102, 202: 제 2 기판 110: 액정층
122, 222: 게이트 전극 124, 224: 게이트 절연막
126, 226: 반도체층 128, 228: 제 1 보호층
129, 229: 제 2 보호층 132, 232: 소스 전극
134, 234: 드레인 전극 140: 화소전극
150: 공통전극 210: 유기발광소자
252: 제 1 전극 253: 뱅크층
254: 유기발광층 256: 제 2 전극
280: 패시베이션층 Tr: 박막트랜지스터
TrA: 스위칭 영역 P: 화소영역
DR: 표시 영역 NDR: 비표시 영역
DTr: 구동 박막트랜지스터 E: 유기발광다이오드

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 다수의 신호 라인이 배열되는 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 상에 위치하는 박막트랜지스터;
    상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 유기 절연막; 및
    상기 유기 절연막 상에 위치하는 제 1 전극을 포함하며,
    상기 유기 절연막은 사이클로덱스트린, 쿠커비투릴(cucurbituril), 칼릭스아렌(calixarene), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 기공성 초분자가 측쇄에 도입되어 있는 바인더 수지를 포함하는 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 (메타)아크릴레이트 수지, 우레탄 수지, 폴리실록산 수지 및 이들의 공중합체로 구성되는 군에서 선택되는 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 제 4항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층을 더욱 포함하는 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 대응하여 다수의 개구부를 갖는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 보호층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어지는 표시 장치.
  9. 제 4항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 상에 위치하는 뱅크층, 유기발광층 및 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극을 더욱 포함하며,
    상기 뱅크층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어지는 표시 장치.
  10. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 하기 화학식 (Ⅰ)로 표시되는 반복 단위를 갖는 표시 장치.
    Figure 112021063051619-pat00021

    (화학식 (Ⅰ)에서, R1은 수소 또는 메틸기; R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1~20의 알킬렌, 치환 또는 비치환된 탄소수 4~20의 사이클로알킬렌, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6~20의 아릴렌으로 구성되는 군에서 선택됨; R4는 탄소수 1~20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 2~20의 알케닐기, 탄소수 1~20의 알콕시기, 탄소수 1~20의 아실기, 탄소수 4~20의 사이클로알킬기, 탄소수 6~20의 아릴기 및 탄소수 6~20의 아랄킬기로 구성되는 군에서 선택됨; x는 2~10000의 정수; A는 바인더 수지에 도입된 기공성 초분자로서, 사이클로덱스트린, 쿠커비투릴(cucurbituril), 칼릭스아렌(calixarene), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택됨)
  11. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 기공성 초분자는 하기 화학식 (Ⅱ) 내지 하기 화학식 (Ⅳ)로 표시되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 표시 장치.
    Figure 112021063051619-pat00022

    (화학식 (Ⅱ)에서, R5 내지 R7은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 1~20의 아실기, 탄소수 3~10의 사이클로알킬기, 탄소수 1~20의 히드록시알킬기, 카르복시기, 또는 Sir1r2r3로 표시되는 규소 분자로서, r1, r2, r3는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~5의 알킬기, 탄소수 1~5의 알콕시기 또는 탄소수 6~20의 아릴기임; m은 단위 유닛의 개수로서 5 내지 8의 정수임)
    Figure 112021063051619-pat00023

    (화학식 (Ⅲ)에서, R8과 R9은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~30의 알킬기, 탄소수 2~30의 알케닐기, 탄소수 2~30의 알키닐기, 탄소수 1~30의 알킬티오기, 탄소수 1~30의 알킬카르복실기, 탄소수 1~30의 하이드록시알킬기, 탄소수 1~30의 알킬실릴기, 탄소수 1~30의 알콕시기, 탄소수 1~30의 할로알킬기, 니트로기, 탄소수 1~30의 알킬아민기, 아민기, 탄소수 1~30의 아미노알킬기, 탄소수 5~30의 (헤테로)사이클로알킬기 및 탄소수 6~15의 (헤테로)아릴기로 구성되는 군에서 선택됨; Y는 O, S 또는 NH임; n은 글리코루릴 단위 유닛의 개수로서, 4 내지 20의 정수임)
    Figure 112021063051619-pat00024

    (화학식 (Ⅳ)에서, R10은 수소원자 또는 탄소수 1~20의 알킬기임; R11은 수소 원자, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 2~30의 아실기, 탄소수 3~10의 사이클로알킬기, 탄소수 1~20의 카르복시기, 탄소수 1~20의 에스테르기 또는 Sir1r2r3로 표시되는 규소 분자로서, r1, r2, r3는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1~5의 알킬기, 탄소수 1~5의 알콕시기 또는 탄소수 6~20의 아릴기임; o는 단위 유닛의 개수로서 3 내지 7의 정수임)
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