KR100492300B1 - Organic-inorganic dual-layered insulation film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스플레이 소자에 포함되는 유무기 복합 이중구조 절연막에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic composite dual structure insulating film contained in the display element.
본 발명의 유무기 복합 이중구조 절연막은 고분자 기판 위에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위에 형성되는 디스플레이 소자의 절연막에 있어서, 영률 2.5GPa 이하의 유기 절연막 물질과 영률 80-100GPa 범위를 가지는 무기 절연막 물질이 이중구조로 적층된 복합 이중구조 절연막으로 이루어진다. 또한 상기의 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 두께 비 및 영률의 비가 최적으로 도출되어 형성되고, 상기 유기 절연막을 평탄하게 형성함에 기술적 특징이 있다. The organic-inorganic composite dual structure insulating film of the present invention is a gate electrode formed on a polymer substrate, an organic insulating film material having a Young's modulus of 2.5 GPa or less and an inorganic insulating material having a Young's modulus of 80-100 GPa in the insulating film of a display element formed on the gate electrode. It consists of a composite double structure insulating film laminated | stacked in this double structure. In addition, the ratio of the lamination thickness ratio and the Young's modulus of the organic insulating film and the inorganic insulating film is optimally derived and is formed, and has the technical feature of forming the organic insulating film flat.
따라서, 본 발명의 유무기 복합 이중구조 절연막은 유기 절연막에 의해 표면의 왜곡을 감소시키고, 그 위에 절연 특성이 강한 무기 절연막을 증착시킴으로써, 유기물 또는 무기물이 단독으로 절연막의 재질로 사용될 때 표면 요철이나 휘어짐에 의하여 야기될 수 있는 절연특성의 저하를 개선할 수 있다는 장점이 있다.Accordingly, the organic-inorganic composite double structure insulating film of the present invention reduces surface distortion by the organic insulating film, and deposits an inorganic insulating film having strong insulating properties thereon, whereby organic or inorganic materials are used as the material of the insulating film. There is an advantage that it is possible to improve the deterioration of the insulation characteristics that may be caused by the warpage.
Description
본 발명은 유무기 복합 이중구조 절연막에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고분자 필름 기판 소재를 적용한 플렉시블 디스플레이 소자와 동축케이블 및 광화이버에 포함되는 절연막에 있어서, 유기 절연막을 적층하여 표면의 왜곡과 파손을 방지하고, 그 위에 무기 절연막을 증착시킴으로써 절연특성을 향상시킨 유무기 복합 이중구조 절연막에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic composite dual structure insulating film, and more particularly, in an insulating film included in a flexible display device and a coaxial cable and an optical fiber to which a polymer film substrate material is applied, the organic insulating film is laminated to prevent surface distortion and damage. The present invention relates to an organic-inorganic composite double structure insulating film having improved insulating properties by depositing an inorganic insulating film thereon.
이동통신의 발달에 따라 경박 단소형의 디스플레이 소자의 개발이 중요하며, 이에 따라 얇고 가벼우며 휘어짐과 같은 외부 충격에 강한 고기능성 고분자 필름 기판 소재를 적용한 다양한 형상의 디스플레이 소자가 개발되고 있다. 그러나 이러한 고분자 기판은 기존의 실리콘이나 유리 기판에 비하여 쉽게 휘어지고 표면의 왜곡된 요철에 의하여 막대한 전기적, 기계적 손실이 야기되고 있다. 종래 이러한 디스플레이 소자의 절연막으로는 유기 절연막 또는 무기 절연막 중의 어느 하나가 단독으로 사용되었는데, 유기 절연막이 단독으로 사용될 경우에는 휘어짐에 의한 절연막 파손은 방지할 수 있으나 절연특성이 현저하게 나빠질 수 있고, 무기 절연막이 단독으로 사용될 경우에는 휘어짐에 의해 절연막이 파손되어 절연특성이 나빠지고 기판 모체 표면의 요철로 인하여 전계 집중 현상이 야기되어 절연 파괴전압이 급격히 감소되는 문제점이 있다.With the development of mobile communication, it is important to develop a light and thin display device, and thus, display devices having various shapes using high-performance polymer film substrate materials that are resistant to external shocks such as thin, light, and warping are being developed. However, these polymer substrates are more easily bent than conventional silicon or glass substrates, and huge electrical and mechanical losses are caused by distorted irregularities on the surface. Conventionally, any one of an organic insulating film and an inorganic insulating film is used alone as an insulating film of such a display element. When the organic insulating film is used alone, the insulating film damage due to bending can be prevented, but the insulating property may be significantly worsened. When the insulating film is used alone, there is a problem that the insulating film is damaged by the bending, the insulating property is deteriorated, and the electric field concentration phenomenon is caused by the unevenness of the substrate matrix surface, so that the dielectric breakdown voltage is sharply reduced.
한국 공개특허 제0017435호에는 구리(Cu) 게이트 전극에 절연물로서 실리콘 질화물이 증착될 때 발생되는 실리사이드의 형성을 막기 위해 유무기 이중 구조의 절연막을 형성하는 연구가 개시되었고, 한국 등록특허 제268300호에는 표면의 평탄화를 위하여 유무기 이중 구조의 절연막을 형성한 연구가 개시되어 있다.Korean Unexamined Patent Publication No. 0017435 discloses forming an organic-inorganic double structure insulating film to prevent the formation of silicide generated when silicon nitride is deposited as an insulator on a copper (Cu) gate electrode. Discloses an insulating film having an organic-inorganic double structure for planarization of a surface.
그러나, 상기와 같은 종래의 연구들은 휘어짐과 같은 외부의 충격에 대한 절연 특성을 개선하기 위한 접근이라기 보다는 제조공정상의 문제점 개선에 대한 것이라고 볼 수 있다. 즉, 유기 절연층과 무기 절연층의 적층 두께 비와 또한 일정한 두께 비에 대한 영률(Young's Modulus)로 구별되는 물질 종류에 대한 규정이 없어 이에 대한 연구가 필요하다.However, the conventional studies as described above may be regarded as an improvement in manufacturing process problems rather than an approach for improving insulation characteristics against external impacts such as warpage. That is, there is no regulation on the type of material distinguished by the lamination thickness ratio of the organic insulating layer and the inorganic insulating layer and also the Young's Modulus with respect to the constant thickness ratio.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판 상에 유기 절연막을 적층시켜 표면의 왜곡을 감소시키고, 상기 유기 절연막 위에 절연 특성이 강한 무기 절연막을 증착시킨 이중구조 절연막을 형성하는데, 이 때 형성되는 각각의 유무기 절연층의 적층 두께 비 및 영률의 비를 최적으로 도출하여 적용함으로써 휘어짐과 같은 외부의 충격에 대한 절연 특성을 개선시킴에 본 발명의 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve all the disadvantages and problems of the prior art as described above, by laminating an organic insulating film on a substrate to reduce the distortion of the surface, a double layer of an inorganic insulating film having a strong insulating properties on the organic insulating film The present invention provides a structural insulating film. The present invention aims to improve insulation characteristics against external impacts such as bending by optimally deriving and applying the ratio of the lamination thickness and the Young's modulus of each organic-inorganic insulating layer formed at this time. have.
본 발명의 상기 목적은 영률 2.5GPa 이하의 유기 절연막 물질(4)과 영률 80-100GPa 범위를 가지는 무기 절연막 물질(5)이 이중구조로 적층된 유무기 복합 이중구조 절연막에 의해 달성된다.The above object of the present invention is achieved by an organic-inorganic composite double structure insulating film in which an organic insulating film material 4 having a Young's modulus of 2.5 GPa or less and an inorganic insulating material 5 having a Young's modulus of 80-100 GPa range are laminated in a double structure.
본 발명의 유무기 복합 이중구조 절연막은 고분자 기판(1) 위에 형성된 게이트 전극(3)과, 상기 게이트 전극 위에 형성되는 디스플레이 소자의 절연막에 있어서, 영률 2.5GPa 이하의 유기 절연막 물질(4)과 영률 80-100GPa 범위를 가지는 무기 절연막 물질(5)이 이중구조로 적층된 복합 이중구조 절연막으로 이루어진다. 또한 상기의 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 두께 비 및 영률의 비가 최적으로 도출되어 형성되고, 상기 유기 절연막을 평탄하게 형성함에 기술적 특징이 있다. The organic-inorganic composite double structure insulating film of the present invention comprises a gate electrode 3 formed on the polymer substrate 1 and an organic insulating material 4 having a Young's modulus of 2.5 GPa or less and a Young's modulus in the insulating film of the display element formed on the gate electrode. An inorganic insulating film material 5 having a range of 80-100 GPa is composed of a composite double structure insulating film stacked in a double structure. In addition, the ratio of the lamination thickness ratio and the Young's modulus of the organic insulating film and the inorganic insulating film is optimally derived and is formed, and has the technical feature of forming the organic insulating film flat.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1은 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막을 포함하는 디스플레이 소자를 나타낸 단면도이다.First, Figure 1 is a cross-sectional view showing a display device including an organic-inorganic composite dual structure insulating film according to the present invention.
고분자 기판(1) 위의 가스 배리어 층(2); 상기 가스 배리어 층 위에 형성된 게이트 전극(3); 상기 게이트 전극 위에 형성된 유기 절연막(4); 상기 유기 절연막 위에 형성된 무기 절연막(5); 상기 무기 절연막 위에 형성된 소오스-드레인 전극(6) 및 박막 트랜지스터의 채널로 사용되는 반도체층(7)으로 이루어진 디스플레이 소자용 박막 트랜지스터의 단면도이다. 이 때 상기의 게이트 전극(3) 위에 형성된 유기 절연막(4)은 영률(Young's Modulus)이 2.5GPa 이하의 기계적 특성과 전기적 특성이 우수한 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리아미드(polyimide), 아크릴 중의 어느 하나의 재질로 이루어져 있고, 유기 절연막의 두께는 40∼100㎚ 이내임을 특징으로 한다. 또한 상기의 유기 절연막 위에 형성된 무기 절연막(5)은 영률 80-100GPa 범위를 가지는 SiO2로 이루어지며, 두께는 50㎚~200㎚ 이내임을 특징으로 한다.A gas barrier layer 2 on the polymer substrate 1; A gate electrode formed on the gas barrier layer; An organic insulating film 4 formed on the gate electrode; An inorganic insulating film 5 formed on the organic insulating film; A cross-sectional view of a thin film transistor for display element, which is composed of a source-drain electrode 6 formed on the inorganic insulating film and a semiconductor layer 7 used as a channel of the thin film transistor. At this time, the organic insulating film 4 formed on the gate electrode 3 has any one of polycarbonate, polyamide, and acryl having excellent mechanical and electrical properties of 2.5 GPa or less with Young's Modulus. It is made of a material, characterized in that the thickness of the organic insulating film is within 40 ~ 100nm. In addition, the inorganic insulating film 5 formed on the organic insulating film is made of SiO 2 having a Young's modulus of 80-100 GPa, and the thickness is within 50nm ~ 200nm.
다음, 도 2는 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막을 포함하는 디스플레이 소자의 평탄 유기 절연막을 나타낸 것이다. 즉 상기 도 1의 게이트 전극(3) 위에 형성된 유기 절연막(4)을 상세하게 나타낸 것으로서, 유기 절연막의 점도와 두께 조절에 의해 평탄한 구조로 적층됨으로써 기존의 표면 요철에 의한 전계 집중 현상을 방지하게 된다.Next, FIG. 2 shows a flat organic insulating film of a display device including an organic-inorganic composite double structure insulating film according to the present invention. That is, the organic insulating film 4 formed on the gate electrode 3 of FIG. 1 is shown in detail. The organic insulating film 4 is stacked in a flat structure by controlling the viscosity and thickness of the organic insulating film, thereby preventing electric field concentration due to surface irregularities. .
도 3은 본 발명의 다른 실시예인 유무기 복합 이중구조 절연막을 포함하는 케이블상 소자의 단면도로서, 본 발명의 유무기 복합 이중구조 절연막은 평판상의 전자소자의 절연막 뿐만 아니라 동축케이블 및 광화이버와 같은 케이블상의 구조를 가지는 소자에도 적용이 가능하다. 즉, 전류 및 광을 이동시키는 코어(8)를 둘러싼 유기 절연층(4)과, 상기 유기 절연층을 둘러싼 무기 절연층(5) 및 피복층(9)으로 구성될 수 있다. 이 때의 유기 절연층은 2.5GPa 이하의 영률을 가지는 폴리카보네이트, 폴리아미드, 아크릴 중의 어느 하나의 재질로 이루어져 있으며 최적의 두께는 40∼100㎚이다. 그리고 무기 절연층은 영률 80∼100GPa 범위의 SiO2로 이루어지며 그 두께는 50㎚~200㎚ 이하인 것으로 한다.3 is a cross-sectional view of a cable-like device including an organic-inorganic composite double structure insulating film according to another embodiment of the present invention. The organic-inorganic composite double structure insulating film of the present invention is not only an insulating film of a flat electronic device, but also a coaxial cable and an optical fiber. It is also applicable to an element having a cable-like structure. That is, it may be composed of an organic insulating layer 4 surrounding the core 8 for moving current and light, an inorganic insulating layer 5 and a coating layer 9 surrounding the organic insulating layer. At this time, the organic insulating layer is made of any one of polycarbonate, polyamide, and acrylic having a Young's modulus of 2.5 GPa or less, and the optimum thickness is 40 to 100 nm. The inorganic insulating layer is made of SiO 2 in the range of Young's modulus of 80 to 100 GPa and its thickness is 50 nm to 200 nm or less.
이와 같이 영률의 비와 최적의 두께비를 도출하여 고분자 기판 기반의 전자 소자에 적용한 유무기 복합 이중구조 절연막은 다음의 몇가지 실험예를 통하여 기계적 특성 및 전기적 특성을 알 수 있다.In this way, the organic-inorganic composite dual-structure insulating film applied to the electronic substrate based on the polymer substrate by deriving the ratio of the Young's modulus and the optimum thickness ratio can be seen the mechanical and electrical properties through the following experimental examples.
도 4는 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막의 기계적 특성을 나타낸 것이다. 여기에서는 유무기 복합 이중구조 절연막의 휘어짐에 따른 전류 누수 특성을 나타낸 것으로, 무기 절연막을 단독 사용하였을 경우 보다 본 발명에 의해 폴리카보네이트와 폴리아미드 및 아크릴과 같은 유기 절연막과 무기 절연막을 이중으로 사용하였을 경우 2-3배 정도의 강한 기계적 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.Figure 4 shows the mechanical properties of the organic-inorganic composite double structure insulating film according to the present invention. Here, the current leakage characteristics according to the bending of the organic-inorganic composite double structure insulating film, and the organic insulating film and inorganic insulating film such as polycarbonate, polyamide, and acryl are doubled by the present invention than when the inorganic insulating film is used alone. In this case, it can be seen that the mechanical properties are about 2-3 times stronger.
그리고, 도 5는 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막의 절연 특성을 나타낸 것이다. 1MV 상에서 볼 때, 무기 절연막인 SiO2만을 단독 사용한 경우보다 유기 절연막과 무기 절연막의 이중구조를 가진 절연막에서 10 이상의 웃한 전류 누구 특성을 나타냄을 알 수 있다.5 shows the insulating properties of the organic-inorganic composite double structure insulating film according to the present invention. On the 1 MV, it can be seen that more than 10 electric current characteristics are exhibited in the insulating film having the dual structure of the organic insulating film and the inorganic insulating film than in the case of using only the inorganic insulating film SiO 2 alone.
도 6은 단일 무기 절연막을 사용한 박막 트랜지스터의 소오스-드레인간 전압 증가에 따른 전류의 거동을 나타낸 것으로서, 유기 절연막을 적용한 유무기 복합 이중구조 절연막을 적용하였을 때와 비교해 보기 위한 실험예이다. 이렇게 단일 무기 절연막으로 SiO2을 사용한 박막 트랜지스터 소자의 경우 소오스-드레인간 전압(VDS)의 증가에 따라 박막 트랜지스터 소자의 누구 전류가 점점 커지게 되는 현상을 유발함을 알 수 있다.FIG. 6 illustrates the behavior of a current according to an increase in the source-drain voltage of a thin film transistor using a single inorganic insulating film, and is an experimental example for comparison with an organic-inorganic composite double structure insulating film using an organic insulating film. In the case of the thin film transistor device using SiO 2 as the single inorganic insulating film, it can be seen that the current of the thin film transistor device is gradually increased as the source-drain voltage VDS increases.
이에 도 7은 본 발명에 의한 유무기 이중구조 절연막을 사용한 박막 트랜지스터의 소오스-드레인간 전압 증가에 따른 전류의 거동을 나타낸 것으로서, 전류 누수 현상이 급격이 감소함을 알 수 있다.Thus, FIG. 7 shows the current behavior according to the increase of the source-drain voltage of the thin film transistor using the organic-inorganic double structure insulating film according to the present invention, and it can be seen that the current leakage phenomenon decreases rapidly.
따라서, 본 발명의 유무기 복합 이중구조 절연막은 유기 절연막에 의해 표면의 왜곡을 감소시키고, 그 위에 절연 특성이 강한 무기 절연막을 증착시킴으로써, 유기물 또는 무기물이 단독으로 절연막의 재질로 사용될 때 표면 요철이나 휘어짐에 의하여 야기될 수 있는 절연특성의 저하를 개선할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the organic-inorganic composite double structure insulating film of the present invention reduces surface distortion by the organic insulating film, and deposits an inorganic insulating film having strong insulating properties thereon, whereby organic or inorganic materials are used as the material of the insulating film. There is an effect that can improve the degradation of the insulating properties that may be caused by the warpage.
도 1은 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막을 포함하는 디스플레이 소자를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a display device including an organic-inorganic composite double structure insulating film according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막을 포함하는 디스플레이 소자의 평탄 유기 절연막을 나타낸 것이다.2 shows a flat organic insulating film of a display device including an organic-inorganic composite double structure insulating film according to the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예인 유무기 복합 이중구조 절연막을 포함하는 케이블상 소자의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a cable-like element including an organic-inorganic composite double structure insulating film of another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막의 기계적 특성을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the mechanical properties of the organic-inorganic composite double structure insulating film according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 유무기 복합 이중구조 절연막의 절연 특성을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the insulating properties of the organic-inorganic composite double structure insulating film according to the present invention.
도 6은 단일 무기절연막을 사용한 박막 트랜지스터의 소오스-드레인간 전압 증가에 따른 전류의 거동을 나타낸 것이다.FIG. 6 shows the current behavior with increasing source-drain voltage of a thin film transistor using a single inorganic insulating film.
도 7은 본 발명에 의한 유무기 이중구조 절연막을 사용한 박막 트랜지스터의 소오스-드레인간 전압 증가에 따른 전류의 거동을 나타낸 것이다.FIG. 7 shows the current behavior according to the increase of the source-drain voltage of the thin film transistor using the organic-inorganic double structure insulating film according to the present invention.
((도면의 주요부분에 대한 부호의 설명))((Explanation of symbols for main parts of drawing))
1. 고분자 기판 2. 가스배리어층1. Polymer substrate 2. Gas barrier layer
3. 게이트 전극 4. 유기절연막3. Gate electrode 4. Organic insulating film
5. 무기절연막 6. 소오스-드레인 전극5. Insulation layer 6. Source-drain electrode
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| KR20040044755A (en) | 2004-05-31 |
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