KR102021618B1 - 박막 트랜지스터용 기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터용 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리이미드 필름의 적어도 일측에 실리콘 산화물이 함유된 배리어층을 포함함으로써, 우수한 휨특성과 열적 안정성을 가지면서, 광학특성 및 수분투과도를 갖는 플렉시블 전자기기의 박막 트랜지스터용 기판을 제공할 수 있으며, 이러한 플렉시블 전자기기용 박막 트랜지스터 기판은 롤투롤 공정이 가능하여 대면적 및 연속공정에 매우 유리한 장점을 가질 수 있고, 생산성 증대 및 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Description

박막 트랜지스터용 기판{Substrate for Thin Film Transistor}
본 발명은 플렉시블 전자기기에 유용하게 사용할 수 있는 박막 트랜지스터용 기판에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 방식이 종래의 CRT(Cathode Ray Tube) 방식에서 평판 디스플레이인 플라즈마 디스플레이(Plasma display pannel ; PDP), 액정표시장치(Liquid crystal display ; LCD), 유기EL(Organic Light mitting Diodes ; OLED) 등으로 전환되었고, 특히, 향후에는 이러한 평판 디스플레이를 플렉서블 디스플레이로 실현할 수 있도록 전 세계적으로 연구가 활발하게 진행되고 있는 중이다.
위와 같은 평판 디스플레이에서는 기본적으로 기판을 유리소재로 사용하는데, 일반적인 평판 디스플레이에서는 박막 트랜지스터(TFT)를 형성시키기 위한 조건으로 고온 열처리가 필요하므로 이에 가장 적합한 소재로 유리기판이 이용되었다.
그러나, 유리기판은 기본적으로 너무 딱딱한 특성을 가지므로, 가요성이 떨어져 플렉서블 디스플레이의 기판으로는 적합하지 않다는 문제점이 있는 것이다.
이에 플렉서블 디스플레이 기판으로 유리기판에 대비하여 무게, 성형성, 비파괴성, 디자인 등이 우수하고, 특히, 롤-투-롤(Roll-To-Roll) 생산 방식으로 생산할 수 있어 제조단가를 절감할 수 있는 플라스틱 소재를 이용하는 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으나, 아직 상용화에 이를 정도로 적합한 플라스틱 소재의 플렉서블 디스플레이 기판이 개발되지 않은 실정이다.
이와 같은 플라스틱 기판이 플렉서블 디스플레이의 기판이 되기 위해서는 기본적으로 우수한 광투과도가 요구됨과 동시에 열적 안정성, 내화학성, 표면 평탄성 등의 특성들이 복합적으로 요구되고, 특히, 우수한 광학 특성을 유지함과 동시에 우수한 열적 안정성이 요구된다.
또한, 평판 디스플레이 장치, 특히 전계발광 디스플레이 장치는 전극으로 사용되는 ITO로부터의 산소에 의한 발광층의 열화, 발광층-계면간의 반응에 의한 열화 등의 내적 요인에 의한 열화 일어나는 것 외에도, 외부의 수분, 산소, 자외선 및 소자의 제작 조건 등의 외적 요인에 의해 쉽게 열화가 일어나는 단점을 가지고 있다. 특히 외부의 산소와 수분은 소자의 수명에 치명적인 영향을 주므로 전계발광 디스플레이 장치의 패키징이 매우 중요하다.
이를 위해 종래에는 기판의 상부에 구비된 디스플레이 소자들을 메탈 캡으로 밀봉하거나 보호막으로 코팅하였으나, 평판디스플레이 장치의 기판을 통해서도 외부로부터의 수분 등이 침투할 수 있다는 문제점이 있었다. 특히 전술한 바와 같은 유기물로 형성된 기판의 경우, 외부로부터의 수분 등의 침투가 더욱 용이하다는 문제점이 있었다.
본 발명의 주된 목적은 우수한 광학특성을 유지함과 동시에 우수한 열적 안정성과 유연성을 가져 롤투롤 공정의 적용이 가능하고, 뛰어난 배리어성으로 외부로부터 수분 등의 침투를 방지할 수 있는 플렉시블 전자기기의 박막 트랜지스터용 기판을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 폴리이미드 필름; 및 상기 폴리이미드 필름의 적어도 일측에 실리콘 산화물이 함유된 배리어층을 포함하는 박막 트랜지스터용 기판을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 폴리이미드 필름은 필름 두께 10 내지 100㎛를 기준으로 UV분광광도계로 측정된 350 내지 700nm에서의 평균 투과도가 85% 이상이고, 황색도가 15 이하이며, TMA-Method에 따라 50 내지 250℃에서 측정한 평균 선팽창계수가 50.0ppm/℃이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 실리콘 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 단위구조를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112013066777652-pat00001
상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수이다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 배리어층은 두께가 0.3 내지 3.0㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 배리어층은 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 플라즈마 파워가 1.0 ~ 3.0KHz인 공정조건에서 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 박막 트랜지스터용 기판은 폴리이미드 필름과 배리어층 사이에 습식유기 가스배리어층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명이 바람직한 일 구현예에서, 상기 습식유기 가스배리어층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112013066777652-pat00002
상기 식에서, X는
Figure 112013066777652-pat00003
(여기서 n은 0 내지 5의 정수이며, m은 1 내지 5의 정수이고, R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 수소원자임)이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
본 발명이 바람직한 일 구현예에서, 상기 습식유기 가스배리어층은 두께가 1.0 내지 20.0㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 우수한 휨특성과 열적 안정성을 가지면서, 광학특성 및 수분투과도를 갖는 플렉시블 전자기기의 박막 트랜지스터용 기판을 제공할 수 있으며, 이러한 박막 트랜지스터용 기판은 롤투롤 공정이 가능하여 대면적 및 연속공정에 매우 유리한 장점을 가질 수 있고, 생산성 증대 및 제조원가를 낮출 수 있다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 또는 "함유"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "일측"에 포함된다고 할 때, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 일면에 형성되거나, 또는 다른 구성 요소를 중심으로 한 편에 위치할 수 있음을 의미하고, 만일, 다른 구성 요소를 중심으로 한 편에 위치한 경우에는 어떤 구성 요소와 다른 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소를 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 폴리이미드 필름; 및 상기 폴리이미드 필름의 적어도 일측에 실리콘 산화물이 함유된 배리어층을 포함하는 박막 트랜지스터용 기판에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 박막 트랜지스터용 기판은 폴리이미드 필름의 적어도 일측에 배리어층을 포함한다.
상기 폴리이미드 필름은 통상적으로 디아민과 산 이무수물을 중합한 다음, 이미드화하여 얻어지는 것으로, 본 발명의 폴리이미드 필름은 폴리이미드계 수지가 갖는 고유한 내열성을 가지면서 황색을 띠지 않는 무색투명한 필름이면 제한 없이 사용 가능하고, 바람직하게는 필름 두께 10 내지 100㎛를 기준으로 UV 분광 광도계로 측정된 350 내지 700nm에서의 평균 투과도가 85% 이상이고, 황색도가 15 이하이며, TMA-Method에 따라 50 내지 250℃에서 측정한 평균 선팽창계수(CTE)가 50.0ppm/℃ 이하인 폴리이미드 필름을 사용할 수 있다.
만일, 필름 두께가 10 내지 100㎛를 기준으로 평균 투과도가 85% 미만이거나, 황색도가 15를 초과하는 경우에는 투명도가 떨어져 디스플레이나 광학 소자 등에 적용할 수 없고, 평균 선팽창계수(CTE)가 50.0ppm/℃를 초과하는 경우에는 플라스틱 기판과의 열팽창계수 차이가 커져 소자가 과열되거나 고온인 경우 단락이 발생될 우려가 있다.
또한, 상기 폴리이미드 필름의 적어도 일측에 포함되는 배리어층은 기판의 저흡습성을 개선시키기 위한 것으로, 하기 화학식 1로 표시되는 단위구조로 이루어진 실리콘 산화물을 함유한다.
<화학식 1>
Figure 112013066777652-pat00004
상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수로, 상기 화학식 1에서 n 또는 m이 0인 경우에는 순수 무기물층으로서 저흡습성 및 고내열성을 극대화시킬 수 있고, 경우에 따라서 박막 트랜지스터용 기판의 유연성(flexibility)을 향상시키기 위하여서는 화학식 1에서 n 또는 m이 1 이상의 자연수로서 적당한 길이의 알킬 체인을 가질 수 있다. 단, 상기 화학식 1에서, n 또는 m이 10 이상인 경우에는 소수성의 물성 때문에 코팅시 코팅액이 뭉쳐 저흡습성을 발현하기 어렵다.
여기에서, 상기 배리어층은 두께가 0.3 ~ 3.0㎛로, 적절한 저흡습성을 충분히 확보하기 위하여 0.3㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 박막 트랜지스터용 기판의 유연성 측면에서 두께를 3.0㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 배리어층이 포함된 본 발명의 박막 트랜지스터용 기판은 투과도 향상, 황색도 저하 및 낮은 수분 투과도의 물성을 얻을 수 있는 점에서 유리할 수 있고, 특히, 낮은 수분투과도는 소자를 외부의 습한 환경으로부터 보호하는 데 필수 요소이다.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터용 기판은 폴리이미드 필름 표면상에 배리어층이 형성될 경우, 그 표면의 표면조도가 2nm 이하로 할 수 있으며, 이는 기판의 평탄화의 장점을 가져다 준다. 이런 평탄화 장점으로 인하여 전극이나 박막 트랜지스터(TFT) 형성시 캐리어들의 이동을 용이하게 해줄 수 있다.
이러한 상기 배리어층의 형성은 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착(Roll to Roll PECVD) 공정을 수행할 수 있고, 생산성 측면에서 바람직하게는 애노드(anode) 전극 역할을 하는 증착 롤(Roll)이 두 개로 구성된 KOBELCO사의 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착 장치를 사용할 수 있다.
상기 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 롤(catode)과 하단의 애노드(anode) 사이에서 방전(discharge)이 일어나서 플라즈마가 생성되고, 열로 소스(source)를 증발시켜 증착한다. 이때, 상기 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 각각의 롤에 전극을 인가하여 롤 사이에서 플라즈마가 형성되고, 그 사이로 캐리어 가스(carrier gas)를 흘려 보내므로, 한번에 양쪽 롤에서 증착을 수행할 수 있어 양산시 생산성 증가를 기대할 수 있다.
또한, 상기 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 사용하는 소스에 따라서 막의 성분을 조절할 수 있으며, 산소, 질소 등의 캐리어 가스 양과 소스의 함량을 조절하여 막의 치밀도를 적정한 수준으로 유지하여 유연성을 부여할 수 있다. 또한 상기 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 크랙 없이 수nm에서 수㎛까지 성막할 수 있는 장점이 있다.
상기 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 플라즈마 파워를 조절하여 막의 밀도(density)를 조절할 수 있는데, 출력으로 진행할수록 300℃ 내외까지 표면 온도가 높아지는 단점이 있지만, 광학적인 손실이 없고, 치밀한 막을 성막할 수 있다.
일반적인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름, 폴리카보네이트(PC) 필름, 폴리에테르설폰(PES) 등의 플라스틱 필름에서는 내열성이 낮아 플라즈마 파워를 높이지 못하기 때문에 고밀도(hi-density)의 막을 성막하기 힘들다. 하지만, 폴리이미드 필름의 경우에는 고내열성을 가지기 때문에 파워를 높일 수 있어 광학적인 손실 없이 고밀도의 막을 증착할 수 있다.
구체적으로, 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착의 플라즈마 조건이 높은 파워일 경우, 증착 표면온도가 300℃ 수준으로 도달하며 막이 치밀하게 형성된다. 하지만, 상기에 언급한 바와 같이, 200℃ 미만의 내열성을 갖고 있는 플라스틱 필름은 증착 및 리와인딩(rewinding) 과정에서 필름 및 성막이 팽창-수축을 하면서 막이 깨져 높은 배리어 특성을 가질 수 없다.
본 발명에 따른 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착의 플라즈마 파워는 1.0 내지 3.0KHz로, 파워가 1.0KHz 미만인 경우, 전술된 바와 같이 치밀한 막을 성막할 수 없고, 3.0KHz를 초과하는 경우에는 높은 온도로 막이 타버리거나, 장치를 유지할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 무기물을 표면에 형성하는 종래의 일반적인 증착방식으로서, 플라즈마 강화 화학기상증착이나 스퍼터링은 진공 장비적 제한에 의해 증착 면적이 제한적인 단점이 있으나, 본 발명의 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 대면적 및 연속적인 공정에서 매우 유리한 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 기판은 기판의 광학 투과도와 저흡습성을 더욱 향상시키기 위해 폴리이미드 필름과 배리어층 사이에 습식유기 가스배리어층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 습식유기 가스배리어층은 하기 화학식 2로 표시되는 폴리이소시아네이트 화합물을 함유할 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112013066777652-pat00005
상기 식에서, X는
Figure 112013066777652-pat00006
(여기서 n은 0 내지 5의 정수이며, m은 1 내지 5의 정수이고, R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 수소원자임)이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
상기 폴리이소시아네이트 화합물이라 함은 1분자 내에 복수의 이소시아네이트기를 갖는 유기화합물로, 상기 폴리이소시아네이트 화합물 1분자 내에 함유되는 이소시아네이트기의 수는 5개 이하인 것이 바람직하다.
이러한 상기 폴리이소시아네이트 화합물은 하이드록실기를 갖는 아크릴수지와 반응하여 아크릴레이트기를 함유하는 폴리이소시아네이트 화합물을 형성할 수 있다. 상기 아크릴레이트기를 함유하는 폴리이소시아네이트 화합물은 경화시 코팅막의 물리적 성질을 개선할 수 있는 가교구조를 형성할 수 있다. 아크릴레이트기를 함유하는 폴리이소시아네이트 화합물에 있어서, 상기 이소시아네이트기가 5개 이상이면, 가스 배리어 측면에서는 유리하나, 가교도가 높아서 막이 경직하여 플렉시블 트랜지스터용 기판에서 중요한 물성인 휨 특성을 저하시킬 수 있다.
상기 1분자 내에 2개의 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트 화합물의 예로는 톨릴렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트, 자일릴렌 디이소시아네이트, 노보넨 디이소시아네이트 등과 같은 디이소시아네이트 단량체들을 들 수 있으며, 이러한 디이소시아네이트 단량체들은 하이드록실기를 갖는 아크릴수지와 반응하여 아크릴레이트기를 함유하는 디이소시아네이트 화합물을 형성할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 폴리이소시아네이트의 습식유기 가스배리어층은 그 두께가 1.0 내지 20.0㎛인 것이 바람직한데, 원하는 박막 트랜지스터용 기판의 배리어 특성을 확보하기 위해서는 습식유기 가스배리어층의 두께가 1.0㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 투명 폴리이미드 기판의 유연성이 저하되는 점을 배제하기 위해 두께를 20.0㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 습식유기 가스배리어층은 폴리이미드 필름상에 아크릴레이트기를 함유하는 폴리이소시아네이트를 포함하는 용액을 코팅 및 건조하고, 경화시키는 일련의 공정을 통해 얻어질 수 있다. 여기서, 상기 아크릴레이트기를 함유하는 폴리이소시아네이트를 포함하는 용액을 폴리이미드 필름의 일면 또는 양면에 코팅하는 방법은 스프레이(Spray) 코팅, 바(Bar)코팅, 스핀(Spin) 코팅, 딥(Dip) 코팅 등의 다양한 방법 중 적절한 방법을 선택하여 실시할 수 있다.
상기 습식유기 가스배리어층의 경화는 자외선 경화 방법이며, 이를 고려하여 아크릴레이트기가 포함되는 용액 중에 광개시제를 포함할 수 있다. 상기 광개시제의 일 예로는 벤조인 에테르계 광개시제, 벤조페논계 광개시제 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 자외선 경화시 조건은 312 및/또는 365nm 파장의 자외선을 500 내지 10,000 J/m2로 조사하여 자외선 경화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 기판은 폴리이미드 필름상에 배리어층과 습식유기 가스배리어층을 함께 포함함으로써, 기판의 광학 특성과 배리어 특성을 더욱 향상시킬 수 있다 .
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
< 제조예 1>
1-1: 폴리이미드 분말 제조
반응기로써 교반기, 질소주입장치, 적하깔때기, 온도조절기 및 냉각기를 부착한 1L 반응기에 질소를 통과시키면서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 832g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 비스 트리플루오로메틸 벤지딘(TFDB)64.046g(0.2mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA) 31.09g(0.07mol)과 비페닐 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BPDA) 8.83g(0.03mol)을 투입 후 일정 시간 동안 교반하여 용해 및 반응 시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 테레프탈로일 클로라이드(TPC) 20.302g(0.1mol)을 첨가하여 고형분의 농도는 13중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다. 상기 폴리아믹산 용액에 피리딘 25.6g, 아세틱 안하이드라이드 33.1g 을 투입하여 30분 교반 후 다시 70℃에서 1시간 교반하여 상온으로 식히고, 이를 메탄올 20L로 침전시키고, 침전된 고형분을 여과하여 분쇄한 후 100℃에서 진공으로 6시간 건조하여 111g의 고형분 분말의 폴리이미드를 얻었다.
1-2: 폴리이미드 필름 제조
표면에 OH기가 결합된 비결정질 실리카 입자 0.03g (0.03wt%)를 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc)에 분산농도 0.1%로 투입하고 용매가 투명해 질 때까지 초음파 처리를 하고 이후에 제조예 1-1의 고형분 분말의 폴리이미드 100g를 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 670g에 녹여서 13wt%의 용액을 얻고, 이렇게 수득된 용액을 스테인레스판에 도포한 후 340㎛로 캐스팅하고 130℃의 열풍으로 30분 건조한 후 필름을 스테인레스판에서 박리하여 프레임에 핀으로 고정하였다. 필름이 고정된 프레임을 진공오븐에 넣고 100℃부터 300℃까지 2시간 동안 천천히 가열한 후 서서히 냉각해 프레임으로부터 분리하여 폴리이미드 필름을 수득하였다. 이후 최종 열처리 공정으로서 다시 300℃에서 30분 동안 열처리하였다. 이때 제조된 폴리이미드 필름은 두께가 50㎛이고, 평균 광투과도가 89.5%이며, 황색도가 2.4이고, TMA-Method에 따라 50 내지 250℃에서 측정한 평균 선팽창계수(CTE)가 20ppm/℃ 이였다.
< 비교예 1>
제조예 1에서 제조된 폴리이미드 필름을 준비하여 비교예 1로 하였다.
< 비교예 2>
화학식 2에서 m 및 n이 각각 1이고, R1이 헥실기이며, R2이 헥실기인 아크릴레이트가 함유된 폴리이소시아네이트(Natoco사, KLS-009 55wt%) 15g을 PGMEA 15ml에 녹인 용액을 바코터를 이용하여 비교예 1의 폴리이미드 필름의 양면에 도포한 후, 80℃의 온도로 건조하여 두께 15㎛의 도막을 얻었다. 그 후, 312nm 및 365nm의 자외선 경화기를 이용하여 두 파장을 동시에 100mw/cm2의 에너지로 10초간 조사하여 두께가 각각 15㎛인 습식유기 가스배리어층을 형성하여 습식유기 가스배리어층, 폴리이미드 필름 및 습식유기 가스배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 비교예 3>
비교예 2의 폴리이미드 필름상에 화학식 1에서 m 및 n이 각각 0인 실리콘 산화물(Kobelco사 실리콘)을 증착시켜 두께가 0.2㎛인 배리어층을 형성하여, 습식유기 코팅층, 폴리이미드 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다. 이때, 상기 배리어층의 증착은 Kobelco社의 롤투롤 PECVD을 이용하여 Line Speed 1.2 m/min., Power 1.5KHz, 진공도 0.7 pascal로 수행하였다.
< 비교예 4>
비교예 3의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층을 양면에 형성시켜 배리어층, 습식유기 가스배리어층, 폴리이미드 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 비교예 5>
비교예 4의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 배리어층 형성시 그 Line Speed 0.15 m/min., Power 0.6KHz의 조건으로 두께가 3㎛인 배리어층을 형성시켜 배리어층, 습식유기 가스배리어층, 폴리이미드 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 비교예 6>
비교예 5와 같은 방법으로 박막 트랜지스터용 기판을 제조하되, 폴리이미드 필름 대신 광학용 PET 필름(KOLON社 제품, 두께 188㎛)을 사용하여 배리어층, 습식유기 가스배리어층, PET 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 비교예 7>
비교예 3의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층 형성시 그 Line Speed 0.15 m/min.의 조건으로 두께가 5㎛인 배리어층을 형성시켜 습식유기 가스배리어층, 폴리이미드 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 비교예 8>
비교예 7의 폴리이미드 기판과 같은 방법으로 제조하되 PECVD를 통한 배리어층을 양면에 형성시켜 배리어층, 습식유기 가스배리어층, 폴리이미드 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 실시예 1>
제조예 1에서 제조된 폴리이미드 필름에 화학식 1에서 m 및 n이 각각 0인 실리콘 산화물(Kobelco사 실리콘)을 증착시켜 두께가 0.3㎛인 배리어층을 형성하여, 폴리이미드 필름 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다. 이때, 상기 배리어층의 증착은 Kobelco社의 롤투롤 PECVD을 이용하여 Line Speed 1.0 m/min., Power 1.2KHz, 진공도 0.7 pascal로 수행하였다.
< 실시예 2>
실시예 1의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층을 양면에 형성시켜 배리어층, 폴리이미드 필름 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 실시예 3>
실시예 1의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층 형성시 그 Line Speed 0.45 m/min.의 조건으로 두께가 5㎛인 배리어층을 형성시켜 폴리이미드 필름 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 실시예 4>
실시예 3의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층을 양면에 형성시켜 배리어층, 폴리이미드 필름 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 실시예 5>
실시예 4의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층 형성시 그 Line Speed 0.15 m/min., Power 1.5KHz의 조건으로 두께가 3㎛인 배리어층을 형성시켜 배리어층, 폴리이미드 필름 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 실시예 6>
비교예 5의 박막 트랜지스터용 기판과 같은 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층 형성시 그 Line Speed 0.15 m/min., Power 1.5KHz의 조건으로 두께가 3㎛인 배리어층을 형성시켜 배리어층, 습식유기 가스배리어층, 폴리이미드 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
< 실시예 7>
실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 롤투롤 PECVD를 통한 배리어층을 단층만 형성시켜 습식유기 가스배리어층, 폴리이미드 필름, 습식유기 가스배리어층 및 배리어층이 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터용 기판을 제조하였다.
<특성평가 방법>
하기와 같은 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 평균 광투과도(%) 측정
Spectrophotometer (CU-3700D, KONICA MINOLTA)를 이용하여, 350~700nm에서의 광학투과도를 측정하였다.
(2) 황색도 측정
Spectrophotometer (CU-3700D, KONICA MINOLTA)를 이용하여 황색도를 측정하였다.
(3) 수분투과도(g/m2/day) 측정
수분투과도기(MOCON/US/Aquatran- model-1)를 이용하여 수분투과도(WVTR)를 측정하였다.
(4) 열팽창계수(CTE)
TMA(Perkin Elmer사, Diamond TMA)를 이용하여 TMA-Method에 따라 2번에 걸쳐 50~250℃에서의 열팽창계수를 측정하였으며 승온속도는 10℃/min, 100mN의 하중을 가하여 첫번째 값을 실측정치로 제시하였다.
구분 배리어층 두께(㎛) 투과도
(%)		 황색도 수분 투과도
(g/m2/day)		 휨특성
(곡률반경 mm)		 열팽창계수
(ppm/℃)
실시예 1 0.3 87.8 2.8 0.100 4 20
실시예 2 0.3 89.9 3.1 0.040 4 20
실시예 3 1 86.8 7.6 0.030 6 20
실시예 4 1 89.6 8.6 0.010 7 20
실시예 5 3 85.5 14.8 0.008 10 20
실시예 6 3 85.3 14.4 0.005 10 20
실시예 7 3 85.1 11.6 0.010 8 20
비교예 1 - 89.5 2.4 50 초과 4 20
비교예 2 - 89.4 2.5 50 초과 4 20
비교예 3 0.2 88.6 2.6 0.600 4 20
비교예 4 0.2 90.4 3.0 1.000 4 20
비교예 5 3 84.3 14.2 0.800 10 20
비교예 6 3 86.5 12.5 0.700 10 측정불가
비교예 7 5 81.4 50.4 0.004 100 초과 20
비교예 8 5 84.2 60.5 0.003 100 초과 20
표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 경우에는 폴리이미드 필름을 단독으로 사용함에 따라 그 수분 투과율이 소자를 수분으로부터 보호할 수 없고, 비교예 2의 경우에는 습식유기 가스배리어층이 양면에 형성되어 있으나, 그 수분 투과율 역시 수분으로부터 소자를 보호하기에는 적합하지 않음을 알 수 있었다.
또한, 비교예 3 내지 비교예 4의 경우에는 배리어층이 형성되어 있기는 하나, 그 두께가 얇아 그 수분 투과율이 높아 수분으로부터 소자를 보호하기에는 적합하지 않음을 알 수 있었고, 비교예 5의 경우에는 롤투롤 PECVD 장치의 낮은 파워로 인해 성막된 막의 치밀도가 낮아 수분 투과율이 높은 것으로 나타났으며, PET 필름을 기재로 사용한 비교예 6의 경우에는 수분 투과율 역시 높거나, 열팽창계수의 측정이 불가능할 정도로 커서 이후 공정에서 소자 등을 형성하는 고온 공정에 적합하지 않음을 알 수 있었다.
또한, 비교예 7 내지 8의 경우에는 그 휨특성이 너무 저하되어 플렉시블 전자기기 기판으로 사용할 수 없음을 확인하였다.
반면, 실시예 1 내지 7의 경우에는 광학 투과도, 황색도, 수분 투과율, 휨특성 및 열팽창계수를 모두 만족함에 따라 플렉시블 전자기기의 박막 트랜지스터용 기판으로 사용하기에 적합함을 확인하였다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (9)

  1. 폴리이미드 필름;
    상기 폴리이미드 필름의 적어도 일측에 실리콘 산화물이 함유된 배리어층; 및
    상기 폴리이미드 필름과 상기 배리어층 사이에 위치하는 습식유기 가스배리어층을 포함하는 박막 트랜지스터용 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름은 필름 두께 10 내지 100㎛를 기준으로 UV분광광도계로 측정된 350 내지 700nm에서의 평균 투과도가 85% 이상이고, 황색도가 15 이하이며, TMA-Method에 따라 50 내지 250℃에서 측정한 평균 선팽창계수가 50.0ppm/℃이하인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 단위구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 기판:
    <화학식 1>
    Figure 112013066777652-pat00007

    상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수임.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배리어층은 두께가 0.3 내지 3.0㎛인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배리어층은 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 기판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 롤투롤 플라즈마 강화 화학기상증착은 플라즈마 파워가 1.0 ~ 3.0KHz인 공정조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 기판.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 습식유기 가스배리어층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 기판:
    <화학식 2>
    Figure 112019078175417-pat00008

    상기 식에서, X는
    Figure 112019078175417-pat00009
    (여기서 n은 0 내지 5의 정수이며, m은 1 내지 5의 정수이고, R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 수소원자임)이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
  9. 제1항에 있어서, 상기 습식유기 가스배리어층은 두께가 1.0 내지 20.0㎛인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 기판.








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