KR102391354B1

KR102391354B1 - 차광 물질 및 이를 포함하는 표시장치

Info

Publication number: KR102391354B1
Application number: KR1020140181957A
Authority: KR
Inventors: 김민지; 신영섭; 채기성; 김진욱; 김위용; 민혜리
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2022-04-28
Also published as: KR20160002596A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차광 물질은 코어 및 쉘을 포함하는 나노입자, 바인더, 및 용매를 포함한다. 코어는 블랙을 나타내는 금속 산화물로 이루어지고, 쉘은 절연 특성을 나타내는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

차광 물질 및 이를 포함하는 표시장치{LIGHT SHIELDING MATERIAL AND DISPLAY DEVICE COMPRISING OF THE SAME}

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 차광 물질 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.

최근, 표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 여러 가지의 디스플레이가 실용화되고 있다. 이들 중, 유기전계발광표시장치는 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 소비 전력이 낮고, 자체 발광이므로 시야각에 문제가 없어서, 차세대 표시장치로 주목받고 있다.

표시장치를 구동하는 방식에는 수동 매트릭스(passive matrix) 방식과 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 이용한 능동 매트릭스(active matrix) 방식이 있다. 수동 매트릭스 방식은 양극과 음극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는데 비해, 능동 매트릭스 방식은 박막트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하고 박막트랜지스터의 게이트 전극에 연결된 커패시터 용량에 의해 유지된 전압에 따라 구동하는 방식이다.

박막트랜지스터는 이동도, 누설전류 등과 같은 기본적인 박막트랜지스터의 특성뿐만 아니라, 오랜 수명을 유지할 수 있는 내구성 및 전기적 신뢰성이 매우 중요하다. 여기서, 박막트랜지스터의 액티브층은 주로 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 형성되는데, 비정질 실리콘은 성막 공정이 간단하고 생산 비용이 적게 드는 장점이 있지만 전기적 신뢰성이 확보되지 못하는 문제가 있다. 또한 다결정 실리콘은 높은 공정 온도로 인하여 대면적 응용이 매우 곤란하며, 결정화 방식에 따른 균일도가 확보되지 못하는 문제점이 있다.

한편, 산화물로 액티브층을 형성할 경우, 낮은 온도에서 성막하여도 높은 이동도를 얻을 수 있으며 산소의 함량에 따라 저항의 변화가 커서 원하는 물성을 얻기가 매우 용이하기 때문에 최근 박막트랜지스터로의 응용에 있어 큰 관심을 끌고 있다. 특히, 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 산화물(InZnO) 또는 인듐 갈륨 아연 산화물(InGaZnO₄) 등을 그 예로 들 수 있다. 산화물 액티브층을 포함하는 박막트랜지스터는 외부 광원에 의해 광전류가 발생하는 불안정한 특성을 가지고 있어, 외부광으로부터 액티브층을 보호하는 차광막이 필요하게 된다.

종래 사용되는 차광막은 반사막을 포함하여 이루어질 수 있으며, 예를 들어 금속막과 절연막으로 구성되거나 있거나, 액티브층과 접하는 표면이 산화된 금속막으로 이루어질 수 있다. 또한, 차광막은 광을 흡수하는 절연막으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 비정질 실리콘 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 언급되거나 공지된 재료들은 내열성, 고저항, 저반사, 저투과 특성을 만족시키지 못한다. 특히, 비정질 실리콘은 반사율이 약 30%이고, SiNx가 포함된 다중막도 반사율이 약 14%이며, 블랙 계열의 실리콘 카바이드도 반사율 약 11 내지 25%로 높은 수준을 나타낸다. 따라서, 액정표시장치의 백라이트 및 유기전계발광표시장치의 외부에서 유입된 광으로 인한 박막트랜지스터의 액티브층의 열화로 소자의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 차광막의 광 특성을 향상시켜 소자의 광 신뢰성을 향상시킬 수 있는 차광 물질 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 차광 물질은 코어 및 쉘을 포함하는 나노입자, 바인더, 및 용매를 포함한다. 코어는 블랙을 나타내는 금속 산화물로 이루어지고, 쉘은 절연 특성을 나타내는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

블랙을 나타내는 금속 산화물은 구리망간산화물(CuMnOx), 구리(크롬,망간)산화물(Cu(Cr, Mn)xOy), 구리(크롬,철)산화물(Cu(Cr, Fe)xOy) 및 (철,망간)(철,망간)산화물((Fe, Mn)(Fe, Mn)xOy)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

쉘은 실록산(siloxane), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 산화 티타늄(TiO₂) 및 실란(silane)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바인더는 350℃ 이하의 공정이 가능한 고내열 용액형 재료인 것을 특징으로 한다.

바인더는 실세스퀴옥산(silsesquioxane, SSQ)인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 기판, 기판 상에 위치하는 차광막, 차광막 상에 위치하며, 액티브층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터, 및 박막트랜지스터 상에 박막트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함하며, 차광막은 코어 및 쉘을 포함하는 나노입자 및 바인더를 포함하며, 코어는 블랙을 나타내는 금속 산화물로 이루어지고, 쉘은 절연 특성을 나타내는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

액티브층은 산화물 반도체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

차광막은 면저항이 3.2×10¹² 이상인 것을 특징으로 한다.

차광막은 350 내지 500nm의 광에 대한 투과율이 1.59% 이하이고, 550nm의 광에 대한 투과율이 2.03% 이하인 것을 특징으로 한다.

차광막은 400 내지 700nm의 광에 대한 반사율이 7.56% 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 기판, 기판 상에 위치하는 박막트랜지스터, 및 박막트랜지스터 상에 위치하는 차광막을 포함하며, 차광막은 코어 및 쉘을 포함하는 나노입자 및 바인더를 포함하며, 코어는 블랙을 나타내는 금속 산화물로 이루어지고, 쉘은 절연 특성을 나타내는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

차광막은 블랙 매트릭스 또는 블랙 뱅크층으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차광 물질은 블랙의 금속 산화물 코어와 절연성의 쉘이 형성된 나노입자를 포함함으로써, 내열성이 우수하고 퓸이 발생하지 않아 신뢰성이 우수한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 차광 물질로 이루어진 차광막은 면저항과 비저항이 높고 반사율이 낮으며 투과율이 낮아 차광 특성이 우수한 이점이 있다. 또한, 본 발명의 차광막을 구비하는 표시장치는 표시장치의 소자 특성이 저하되는 것을 방지하고 반사 방지를 위한 편광판이 생략될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자를 나타낸 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 나노입자를 나타낸 사진.
도 5a는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 차광 물질의 열중량분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 차광 물질의 열중량분석 결과를 나타낸 그래프.
도 6a는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 차광 물질의 P & T MS 측정 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 차광 물질의 P & T MS 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 2 종류의 실록산과 2 종류의 실세스퀴옥산의 P & T MS 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예 3과 실시예 6에 따라 제조된 차광 물질의 열중량분석(TGA) 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예 3과 실시예 6에 따라 제조된 차광 물질의 P & T MS측정 결과를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 마스크와 차광막 패턴을 4배율 및 10배율의 광학 현미경으로 측정한 이미지.
도 11은 본 발명의 차광막 패턴의 SEM 사진.
도 12는 본 발명의 차광막 패턴의 반사율을 나타낸 그래프.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도이다. 하기에서는 표시장치의 예로 유기발광표시장치를 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 기판(105) 상에 차광막(LS)이 위치한다. 기판(105)은 유리, 플라스틱 또는 금속으로 이루어진다. 차광막(LS)은 광을 차단할 수 있는 차광 물질로 이루어지며, 코어-쉘 구조로 이루어진 나노입자를 포함한다. 차광막(LS)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 상기 차광막(LS)이 형성된 기판(105) 상에 버퍼층(110)이 위치한다. 버퍼층(110)은 기판(105)에서 유출되는 알칼리 이온 등과 같은 불순물로부터 후속 공정에서 형성되는 박막트랜지스터를 보호하기 위해 형성하는 것으로, 실리콘 산화물(SiO₂), 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어진다.

상기 버퍼층(110) 상에 액티브층(120)이 위치한다. 액티브층(120)은 비정질 아연 산화물계 복합 반도체, 특히 a-IGZO 반도체는 갈륨산화물(Ga₂O₃), 인듐산화물(In₂O₃) 및 아연산화물(ZnO)의 복합체 타겟을 이용하여 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이외에도 화학기상증착이나 원자증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 등의 화학적 증착방법을 이용할 수도 있다. 여기서, 본 발명의 실시예의 경우에는 갈륨, 인듐, 아연의 원자비가 각각 1:1:1, 2:2:1, 3:2:1 및 4:2:1인 복합 산화물 타겟을 사용하여 비정질 아연 산화물계 복합 반도체를 증착할 수 있으며, 이때 상기 갈륨, 인듐, 아연의 원자비가 2:2:1인 복합 산화물 타겟을 사용하는 경우 상기 갈륨, 인듐, 아연의 당량(equivalent weight)비는 대략 2.8:2.8:1을 가질 수 있다. 액티브층(120)의 양측에는 불순물이 도핑되어 소스 영역(120a)과 드레인 영역(120b)이 구비되고, 소스 영역(120a)과 드레인 영역(120b) 사이에는 채널 영역(120c)이 구비된다.

상기 액티브층(120) 상에 게이트 절연막(125)이 위치한다. 게이트 절연막(125)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층으로 이루어진다. 상기 게이트 절연막(125) 상에 게이트 전극(131)이 위치한다. 게이트 전극(131)은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금의 단층이나 다층으로 이루어진다. 게이트 전극(131)은 상기 액티브층(120)의 채널 영역(120c)에 대응되게 위치한다.

상기 게이트 전극(131)이 형성된 기판(105) 상에 층간 절연막(135)이 위치한다. 층간 절연막(135)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층으로 이루어진다. 또한, 층간 절연막(135)은 상기 액티브층(120)의 소스 영역(120a)과 드레인 영역(120b)에 대응되어 액티브층(120)을 노출하는 콘택홀들(136a, 136b)이 구비된다.

상기 층간 절연막(135) 상에 소스 전극(141)과 드레인 전극(142)이 위치한다. 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있으며, 단일층일 경우에는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)이 다중층일 경우에는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴, 몰리브덴/알루미늄 또는 티타늄/알루미늄의 2중층이거나 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴/몰리브덴, 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴 또는 티타늄/알루미늄/티타늄의 3중층으로 이루어질 수 있다. 소스 전극(141)과 드레인 전극(142)은 층간 절연막(135)에 형성된 콘택홀들(136a, 136b)을 통해 액티브층(120)의 소스 영역(120a)과 드레인 영역(120b)에 각각 접속된다.

상기 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)이 형성된 기판(105) 상에 패시베이션막(145)이 위치한다. 패시베이션막(145)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층으로 이루어진다. 그리고, 패시베이션막(145)은 상기 드레인 전극(142)에 대응되는 영역에 드레인 전극(142)을 노출하는 비어홀(147)이 구비된다. 패시베이션막(145) 상에 컬러필터(CF)가 위치한다. 컬러필터(CF)는 각 화소에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 중 어느 하나가 형성되나, 본 실시예에서는 설명의 편의상 R, G, B로 모두 도시하였다. 컬러필터(CF) 상에 보호막(150)이 위치한다. 보호막(150)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)의 무기물로 이루어지거나, 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene series resin), 아크릴레이트(acrylate) 등의 유기물로 이루어질 수 있다.

상기 보호막(150) 상에 화소 전극(160)이 위치한다. 화소 전극(160)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전성물질로 이루어진다. 화소 전극(160)은 패시베이션막(145)과 보호막(150)에 구비된 비어홀(147)을 통해 드레인 전극(142)에 연결된다. 화소 전극(160) 상에 화소 전극을 노출하는 뱅크층(165)이 위치한다. 즉, 뱅크층(165)은 화소 전극(160)의 가장자리를 덮고 화소 전극(160)의 중앙을 노출한다. 뱅크층(165)은 화소를 정의하며 화소 전극(160)들을 절연시키는 것으로 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene series resin), 아크릴레이트(acrylate) 등의 유기물로 이루어진다. 본 발명의 뱅크층(165)은 광을 차광할 수 있는 블랙 뱅크층일 수 있다. 블랙 뱅크층은 광을 차단할 수 있는 차광 물질로 이루어지며, 코어-쉘 구조로 이루어진 나노입자를 포함한다. 차광 물질에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 따라서, 뱅크층이 블랙 뱅크층으로 이루어지면 각 화소 사이를 명확하게 정의하여 인접한 화소들 간의 혼색을 방지하고 콘트라스트비를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

화소 전극(160)과 뱅크층(165) 상에 유기 발광층(170)이 위치한다. 유기 발광층(170)은 적어도 발광층을 포함하며, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층을 더 포함할 수 있다. 유기 발광층(170) 상에 대향 전극(175)이 위치한다. 대향 전극(175)은 일함수가 낮은 금속들로 은(Ag), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 등을 사용할 수 있다.

위와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 유기 발광층에서 광이 발광되어 하부의 컬러필터를 통해 적색, 녹색 및 청색을 구현한다. 일반적으로 유기발광표시장치는 외부광에 의한 반사광을 저감하기 위해 기판에 편광판이 구비되나, 차광막이 광을 반사하는 배선들 상에 배치되어 외부광이 반사되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치는 반사광을 방지하기 위해 구비되는 편광판을 생략할 수 있는 이점이 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도이다. 하기에서는 전술한 도 1의 구성과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 액정표시장치(300)일 수 있다. 액정표시장치(300)는 액정층(360)을 사이에 두고 서로 마주보는 TFT 어레이 기판(310)과 컬러필터 기판(370)으로 구성된다. 컬러필터 기판(370)은 각각의 화소를 구획하는 블랙 매트릭스(375), 블랙 매트릭스(375)에 의해 구획된 화소에 형성되는 컬러필터(380), 컬러필터(380) 상에 위치하는 공통 전극(385)을 포함한다. 컬러필터(380)는 블랙 매트릭스(375)에 의해 구획되는 화소 영역에 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 컬러필터(380)와 공통 전극(385) 사이에 오버코트층이 더 형성될 수 있다.

TFT 어레이 기판(310) 상에 게이트 전극(315)이 위치하고, 게이트 전극(315) 상에 게이트 전극(315)을 절연시키는 게이트 절연막(320)이 위치한다. 게이트 절연막(320) 상에 게이트 전극(315)과 대응되는 액티브층(325)이 위치하고, 액티브층(325)의 양 측에 소스 전극(330a)과 드레인 전극(330b)이 위치하여 박막트랜지스터(TFT)를 구성한다. 박막트랜지스터(TFT) 상에 보호막(335)이 위치하고, 보호막(335) 상에 드레인 전극(330b)과 연결되는 화소 전극(340)이 위치한다. 이와 같이 구성된 액정표시장치(300)는 박막트랜지스터(TFT))를 통해 화소 신호가 공급된 화소 전극(340)과 기준 전압이 공급된 공통 전극(385) 사이에 수직 전계가 형성되어 액정을 구동한다. 한편, 도 2에서는 TFT 어레이 기판(310)에 화소 전극(340)이 위치하고 컬러필터 기판(370)에 공통 전극(385)이 위치하는 TN 구조의 액정표시장치를 예로 설명하였지만, TFT 어레이 기판(310)에 화소 전극과 공통 전극이 모두 형성되는 IPS 등의 액정표시장치도 예로 들 수 있다.

전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치에서 블랙 매트릭스(375)는 광을 차단할 수 있는 차광 물질로 이루어지며, 코어-쉘 구조로 이루어진 나노입자를 포함한다. 차광 물질에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 따라서, 본 발명의 표시장치는 차광 특성이 우수한 블랙 매트릭스를 구비함으로써, 광의 차광 특성을 향상시켜 콘트라스트비 등의 표시품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

전술한 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치는 유기발광표시장치 또는 액정표시장치를 예로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 전기영동 표시장치 등의 평판표시장치에 모두 적용가능하다.

이하, 전술한 표시장치에 사용되는 차광 물질에 대해 보다 자세하게 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차광막을 제조하는 차광 물질은 코어-쉘의 나노입자, 바인더 및 이들을 분산시키는 용매를 포함한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 차광 물질을 구성하는 나노입자(200)는 광을 차단하는 차광을 위한 것으로서, 코어-쉘(core-shell) 구조로 이루어진다. 여기서, 코어(210)는 실질적으로 차광의 역할을 하는 것으로, 블랙 금속 산화물(black metal oxide)로 이루어진다. 블랙 금속 산화물은 적어도 크롬(Cr) 또는 망간(Mn)을 포함하는 산화물로 예를 들어, 구리망간산화물(CuMnOx), 구리(크롬,망간)산화물(Cu(Cr, Mn)xOy), 구리(크롬,철)산화물(Cu(Cr, Fe)xOy), (철,망간)(철,망간)산화물((Fe, Mn)(Fe, Mn)xOy) 등일 수 있다. 나노입자(200)의 코어(210)의 크기는 수 나노미터 내지 수 마이크로 미터로 이루어진다. 바람직하게는 10nm 내지 100nm의 크기로 이루어질 수 있다.

쉘(220)은 상기 코어를 절연시키기 위한 절연막(insulating layer)으로 상기 코어를 완전히 감싸도록 형성된다. 쉘(220)은 절연 특성을 가지는 무기물로 이루어지며, 예를 들어, 실록산(siloxane), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 산화 티타늄(TiO₂), 실란(silane) 등일 수 있다. 쉘(220)은 1 내지 50nm의 두께로 코어를 감쌀 수 있다. 여기서, 쉘(220)의 두께가 1nm 이상이면 절연성을 증가시키고 저반사 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 쉘(220)의 두께가 50nm 이하이면 표면 거칠기(roughness)가 커지고 차광 효과가 사라지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 쉘(220)의 두께는 이에 한정되지 않으며 코어(210)의 크기에 따라 다양하게 설계 가능하다. 따라서, 코어(210)와 쉘(220)을 포함하는 나노입자(200)의 크기는 150nm 이하, 바람직하게는 100nm 이하로 이루어질 수 있다.

전술한 나노입자(200)는 본 발명의 차광 물질 100 중량부에 대해 1 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 여기서, 나노입자(200)의 함량이 1 중량부 이상이면 광학 치수(optical dimension, OD) 특성이 우수하고, 나노입자(200)의 함량이 30 중량부 이하이면 나노입자(200)의 분산안정성이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

전술한 코어-쉘 구조의 나노입자는 합성 단계에서 나노입자 사이에서 물리적, 화학적 응집을 형성하고 있으므로 본 발명에 따른 차광 물질 중에 용매에 나노입자를 분산시키기 위해 표면 처리(surface treatment)가 수행될 수 있다.

예를 들어, 1,2-디클로로벤젠, N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF) 등의 유기용매에 나노입자를 첨가한 뒤 초음파 처리를 수행하는 방법이나, 소듐도데실황산염(sodium dodecyl sulfate, SDS), Trixon X-100, 소듐도데실벤젠술폰산염(sodium dodecyl benzene sulfonate, NaDDBS), 아라비아 검 등의 이온성 저분자 계면활성제 및/또는 폴리비닐피롤리돈(poly vinylpyrrolidone, PVP) 등의 이원 또는 삼원 공중합체와 같은 고분자형 계면활성제를 사용하는 방법이나, 산 처리를 통하여 카르복실기 등을 도입하고 물, 알코올 등에 대한 용해도를 증가시키고, 선택적으로 아닐린 옥타데실아민(ODA), 테트라데실아닐린 등의 탄화수소로 카르복실기 등을 치환하여 방향족 유기용매에 대한 분산을 유도하는 방법이나, 전해질로 사용되는 이온성 액체(ionic liquid), 예를 들면 1-부틸3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, BMIMBF₄), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포르세이트(1-butyl-3-mehtylimidazolium hexafluorophosphate, BMIMPF₆) 등과 같은 이온성 액체(ionic liquid) 등을 사용하고, 필요에 따라 유기 용매에 재-분산시키는 방법 등을 이용할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차광 물질을 구성하는 바인더는 가교결합성 화합물로 실란올기 또는 실록산기를 적어도 하나를 갖는 단량체 화합물이다. 이들 화합물은 후술하는 열처리 등에 의하여 가교결합을 형성하여 폴리실록산을 형성할 수 있다. 이들 화합물은 경화 공정에 의하여 가교결합하여, 코팅막의 매트릭스(matrix)를 형성하는 바인더(binder)로 작용한다.

상기 가교결합성 화합물 중 실란올기를 갖는 단량체 화합물의 예로는 에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 및 에틸렌계 불포화 아실옥시 실란류와 같이 실릴기-함유 불포화 단량체를 가수분해시켜 수득된 실란올기-함유 단량체를 들 수 있다. 에틸렌계 불포화 알콕시 실란의 예로는 1) 아크릴레이트계 알콕시 실란류(예: γ-아크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-아크릴옥시프로필-트리에톡시실란), 2) 메타크릴레이트계 알콕시 실란류(예: γ-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리스(2-메톡시에톡시)실란이 있다. 한편, 에틸렌계 불포화 아실옥시실란의 예로는 아크릴레이트계 아세톡시실란, 메타크릴레이트계 아세톡시실란 및 에틸렌계 불포화 아세톡시실란류 (예를 들면, 아크릴레이토프로필트리아세톡시실란, 메타크릴레이토프로필트리아세톡시실란) 등이 있다.

그 외에도 가수분해 등을 통하여 실란올기를 갖는 단량체를 얻을 수 있는 실릴기 함유 불포화 화합물의 예로는, 클로로디메틸비닐실란, 5-트리메틸실릴-1,3-사이클로펜타디엔, 3-트리메틸실릴알릴 알코올, 트리메틸실릴 메타크릴레이트, 1-트리메틸실릴옥시-1,3-부타디엔, 1-트리메틸실릴옥시 사이클로펜텐, 2-트리메틸실릴옥시에틸 메타크릴레이트, 2-트리메틸실릴옥시퓨란, 2-트리메틸실릴옥시프로펜, 알릴옥시-t-부틸디메틸실란 및 알릴옥시트리메틸실란, 트리메톡시 비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리스(메톡시에톡시)비닐실란 같은 트리스알콕시 비닐실란이 있다. 전술한 실란올기를 갖는 단량체는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.

또한, 상기 가교결합성 화합물로서는 실록산기를 갖는 단량체를 또한 사용할 수 있다. 이러한 실록산기를 갖는 단량체로는 선형 실록산기를 갖는 화합물, 사이클릭 실록산기를 갖는 화합물, 사면체 구조의 실록산기를 갖는 화합물 및 실세스퀴옥산 등을 사용할 수 있다.

선형 실록산기를 갖는 화합물로는 메틸실록산, 에틸실록산, 프로필실록산, 부틸실록산, 펜틸실록산, 디메틸실록산, 디에틸실록산, 디프로필실록산, 디부틸실록산, 디펜틸실록산, 트리메틸실록산, 트리에틸실록산, 트리프로필실록산, 트리부틸실록산, 헥사메틸디실록산, 헥사에틸디실록산, 옥타메틸트리실록산, 옥타에틸트리실록산, 데카메틸테트라실록산, 테트라메톡시실란(Tetramethoxy silane, TMOS), 테트라에톡시실란(Tetraethoxy silane, TEOS), 메틸트리메톡시실란(Methlytrimethoxy silane, MTMS), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, TMOS, TEOS, MTMS, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란 등과 같이 알콕시기를 함유하는 선형 실록산기를 갖는 단량체를 단독으로 또는 2종 이상 혼합할 수 있다.

한편, 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)의 비제한적인 예로는 메틸하이드로-사이클로실록산, 헥사메틸-사이클로트리실록산, 헥사에틸-사이클로트리실록산과 같은 사이클로트리실록산; 테트라옥틸 -사이클로테트라실록산, 헥사메틸-사이클로테트라실록산, 옥타메틸- 사이클로테트라실록산과 같은 사이클로테트라실록산; 테트라- 및 펜타-메틸사이클로테트라실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사- 및 헵타-메틸사이클로펜타실록산; 테트라-, 펜타- 및 헥사메틸-사이클로헥사실록산, 테트라에틸-사이클로테트라실록산, 및 테트라페닐 사이클로테트라실록산; 데카메틸-사이클로펜타실록산, 도데카메틸 사이클로실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-사이클로테트라실록산, 1,3,5,7,9-펜타메틸-사이클로펜타실록산, 및 1,3,5,7,9,11-헥사메틸사이클로헥사실록산에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 특히 사용할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 사면체 실록산기를 갖는 단량체의 비제한적인 예로는 테트라키스디메틸실록시실란, 테트라키스디페닐실록시실란 및 테트라키스디에틸실록시실란 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

아울러, 선형, 사이클릭 및 사면체 실록산 외에도, 예를 들어 메틸트리클로로실록산과 디메틸클로로실록산의 반응 등에 의하여 합성될 수 있는 실세스퀴옥산(silsesquioxane, SSQ)을 가교결합성 화합물로 사용할 수 있다. 실세스퀴옥산은 가교결합에 의하여 사다리(ladder) 구조 또는 케이지(cage) 구조를 갖는 폴리실세스퀴옥산으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 오르가노 트리클로로실란의 가수분해에 의하여 부분적인 케이지 구조의 헵타머 형태의 실록산과, 케이지 구조의 헵타머 형태 및 옥타머 형태의 실록산 등이 얻어지는데, 용해도 차이를 이용하여 헵타머 형태의 실록산을 분리하고, 이를 오르가노트리알콕시실란 또는 오르가노트리클로로실란의 축합 반응에 의하여 실세스퀴옥산 단량체를 얻을 수 있다. 또한, 실세스퀴옥산은 높은 열 안정성, 낮은 유전율을 가진다. 실세스퀴옥산은 산 촉매를 사용한 가수축합 반응으로 생성되는데 여기에 나노포러스(nanophorous)하게 기공을 도입하게 되면 굴절률 뿐만 아니라 유전율까지 낮출 수 있는 장점을 가진다. 또한, 실세스퀴옥산은 차광 물질 포뮬레이션(formulation) 형성 시 바인더의 나노포러스한 입체적인 구조로 인해서 밀베이스(millbase)의 분산성이 높아지게 되며 균일한 분산성으로 인하여 차광막의 저장 안정성까지 높일 수 있는 이점이 있다.

전술한 바인더는 차광 물질 100 중량부에 대해 1 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 여기서, 바인더의 함량이 1 중량부 이상이면, 기판과의 접착력이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 바인더의 함량이 30 중량부 이하이면, 차광막의 차광 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차광 물질을 구성하는 용매는 전술한 나노입자와 바인더와 같은 고형분을 분산시키고, 차광 물질의 점도를 조절하는 역할을 한다. 나노입자 및 바인더를 분산시킬 수 있는 용매로서, 친수성 용매 또는 소수성 용매를 사용할 수 있다. 친수성 용매는 예를 들어, 물; 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 2-에틸헥실알코올, 메톡시펜탄올, 부톡시에탄올, 에톡시에톡시 에탄올, 부톡시에톡시 에탄올, 메톡시 프로폭시 프로판올, 텍산올(texanol), 알파-터피네올(α-terpineol)과 같은 터피네올 등의 알코올류; 테트라하이드로퓨란(THF); 글리세롤과, 알킬렌 글리콜 예를 들어, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 디헥실렌글리콜 또는 이들의 알킬 에테르(일예로 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME), 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸에테르, 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 디헥실렌글리콜 에틸에테르); 글리세린, N-메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 2-피롤리돈, 아세틸아세톤, 1,3-디메틸이미다졸리논, 티오디글리콜, 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxid, DMSO), N,N-디메틸 아세트아미드(N,N-dimethyl acetamide, DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)), 술포란, 디에탄올아민, 트리에탄올아민에서 선택되는 유기용매를 단독으로 사용하거나 또는 이들 중에서 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

한편, 소수성 용매로는 예를 들어, 메틸에틸케톤, 사이클로펜탄온 등의 케톤류, 자일렌, 톨루엔이나 벤젠 등의 방향족 화합물, 디프로필렌 메틸에테르와 같은 에테르, 메틸렌클로라이드, 클로로포름 등의 지방족 탄화수소 등을 단독 또는 2종 이상 혼합할 수 있다.

전술한 용매는 차광 물질 100 중량부에 대해 40 내지 90 중량부로 포함될 수 있다. 여기서, 용매의 함량이 40 중량부 이상이면 1㎛ 이하의 박막 두께를 형성하기 용이한 이점이 있고, 용매의 함량이 90 중량부 이하이면, 200nm 이상의 박막 두께를 형성하기 용이한 이점이 있다.

한편, 본 발명의 차광 물질 중에는 전술한 성분 외에도 차광 물질의 분산을 유도하기 위한 계면활성제, 경화를 촉진하기 위한 경화촉진제, 산화를 방지하기 위한 산화방지제와 같은 기능성 첨가제를 더욱 포함할 수 있다.

계면활성제는 나노입자의 표면에 코팅되어 공간적 반발력을 유도하거나, 나노입자의 표면에 흡착하여 안정적인 콜로이드 분산 용액을 형성하는 동시에 커플링제로서의 역할을 수행할 수 있다. 본 발명의 차광 물질에 포함되는 나노입자의 분산을 유도할 수 있는 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다.

음이온성 계면활성제로는 알킬 술폰산(술포네이트), 알킬 황산(설페이트), 아랄킬 및 알크아릴 음이온성 계면활성제, 알킬 숙신산(숙시네이트), 알킬 술포숙신산염(술포숙시네이트)을 사용할 수 있다. 특히, 알크아릴 술폰산, 알킬 황산 및 알크아릴 황산의 나트륨, 마그네슘, 암모늄 및 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 염이 바람직하다. 양이온성 계면활성제는 암모늄염, 아민 유도체를 사용할 수 있다. 아민염계 양이온성 계면활성제로서 폴리옥시에틸렌알킬아민을 들 수 있고, 제4급 알킬 암모늄계 양이온성 계면활성제로는 테트라알킬암모늄, 피리디늄염을 들 수 있다. 제4급 암모늄계 양이온성 계면활성제의 구체적인 예로는 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB), 헥사데실트리메틸암모늄브로마이드, 세틸트리메틸암모늄 클로라이드(CTAC)와 같은 알킬트리메틸암모늄염, 세틸피리디늄클로라이드(CPC), 벤즈알코늄클로라이드(BAC), 벤제토늄클로라이드(BZT), 5-브로모-5-니트로-1,3-디옥산, 디메틸디옥타데실암모늄클로라이드, 디옥타데실메틸암모늄브로마이드(DODAB) 등을 들 수 있다.

한편, 양쪽성 계면활성제로는 코코암포카복시글리시네이트, 코코암포카복시프로피오네이트, 코코베타인, N-코코아미도프로필디메틸글리신 및 N-라우릴-N-카복시메틸-N-(2-하이드록시에틸)에틸렌디아민을 포함한다. 다른 적합한 양쪽성 계면활성제는 4급 사이클로이미데이트, 베타인, 예를 들면, α-(테트라데실디메틸암모니오)아세테이트, 베타-(헥사데실디에틸암모니오)프로피오네이트 및 감마-(도데실디메틸암모니오)부티레이트. 및 설타인, 예를 들면, 3-(도데실디메틸암모니오)-프로판-1-술포네이트 및 3-(테트라데실디메틸암모니오)에탄-i-술포네이트를 포함한다.

또한, 비이온성 계면활성제로는 지방산 알칸올 아미드 및 아민 옥사이드 계면활성제로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 지방산 알칸올 아미드는 알칸올아민, 예를 들면, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 모노이소프로판올아민 또는 디이소프로판올아민이 지방산 또는 지방산 에스테르와 반응하여 아미드를 형성하여 수득된 비이온성 계면활성제이다. 지방산 알칸올 아미드 계면활성제는, 예를 들면, 지방산 디에탄올아미드, 예를 들면, 이소스테아르산 디에탄올아미드, 라우르산 디에탄올아미드, 카프르산 디에탄올아미드, 코코넛 지방산 디에탄올아미드, 리놀산 디에탄올아미드, 미리스트산 디에탄올아미드, 올레산 디에탄올아미드 및 스테아르산 디에탄올아미드; 지방산 모노에탄올아미드, 예를 들면, 코코넛 지방산 모노에탄올아미드; 및 지방산 모노이소프로판올아미드, 예를 들면, 올레산 모노이소프로판올아미드 및 라우르산 모노이소프로판올아미드를 포함한다.

전술한 계면활성제 외에도 특히 폴리실록산으로 구성되는 실리콘계의 계면활성제를 사용할 수 있다. 실리콘계 계면활성제의 예로는 폴리에테르로 개질되어 있는 오르가노실록산으로부터 제조될 수 있다. 이러한 실리콘계 계면활성제로서 폴리에테르로 개질되어 있는 디메틸폴리실록산의 공중합체를 사용할 수 있다. 전술한 계면활성제를 단독 또는 2종 이상 혼합할 수 있다. 계면활성제의 함량은 사용되는 나노입자 및 용매의 종류, 이들의 함량에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 차광 물질 100 중량부에 대해 0.01 내지 0.5 중량부로 포함될 수 있다.

상기 경화 촉진제는 아민, 특히 디메틸아닐린 및 또한 특히 3급 아민(예: 모노에틸아민, 트리메틸아민 및 옥탈디메틸아민)과 삼플루오르화 붕소 또는 삼염화 붕소의 착화합물(예를 들어 디메틸아닐린과 삼플루오르화 붕소의 착화합물)이다. 그 외에도 사용 가능한 경화 촉진제의 예로는 예를 들면 1,1'-메틸렌비스(3-메틸피페리딘)(MBMP), 디메틸벤질아민(DMBA), 트리스(디메틸아미노메틸)페놀(TDMAMP), 헥사메틸렌테트라민 및 1,6-비스-(디메틸아미노)헥산인 3급 아민류; 예를 들면 N-4-클로로페닐-N',N'-디메틸우레아(모누론), N-3-클로로-4-메틸페닐-N',N'-디메틸우레아(클로르톨루론), N-(2-하이드록시페닐)-N',N'-디메틸우레아 및 N-(2-하이드록시-4-니트로페닐)-N',N'-디메틸우레아와 같은 우레아 유도체; 예를 들면 이미다졸, 벤즈이미다졸, 1-메틸이미다졸, 3-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-비닐이미다졸, 2-비닐이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-(2,6-디클로로벤조일)-2-페닐이미다졸 및 1-(2,4,6-트리메틸벤조일)-2-페닐이미다졸과 같은 치환되거나 치환되지 않은 비치환된 이미다졸류; 트리페닐포스핀과 같은 유기포스핀류 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 경화 촉진제의 함량은 차광 물질 중에 포함되는 사용되는 나노입자 및 용매의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 차광 물질 100 중량부에 대해 0.01 내지 0.1 중량부로 포함될 수 있다.

또한 산화 방지제의 비제한적인 예로서, 열에 의해 유도되는 조성물의 산화반응 방지 및 열-안정성을 부여해 주기 위한 목적으로 사용되는 상기 산화방지제로는, 가지를 갖는 페놀계 혹은 하이드록시 신나메이트계의 물질 등을 첨가할 수 있다. 산화 방지제의 구체적인 예로는 테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-t-부틸-4-하이드로 신나메이트)메탄, 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시 벤젠프로파노익 액시드 티올 디-2,1-에탄다일 에스터, 옥타데실 3,5-디-t-부틸-4-하이드록시 하이드로 신나메이트, 2,6-디-터셔리-p-메틸페놀, 2,2-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-g,t-부틸페놀 등 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명이 반드시 이들 산화 방지제로만 제한되는 것은 아니다. 산화 방지제의 함량 또한 차광 물질 중에 포함되는 나노입자 및 용매의 종류, 이들의 함량에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 차광 물질에 대해 0.01 내지 0.3 중량부로 포함될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차광 물질은 금속 알콕시화물(metal alkoxide)(M(OR)x)를 더 포함할 수 있다. 금속 알콕시화물은 차광막의 저반사 특성을 위해 광 산란 효과가 일어나도록 하는 역할을 한다. 금속 알콕시화물에 사용될 수 있는 금속은 예를 들어, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au) 등의 반사율이 우수한 금속을 사용할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차광막을 제조하는 차광 물질은 코어-쉘의 나노입자, 바인더 및 이들을 분산시키는 용매를 포함하며 기타 첨가제들을 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 차광 물질에 관하여 하기 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

나노입자의 제조

<실시예 1>

상온에서 PVP(Poly(N-vinylpyrrolidone)) 1g을 에탄올 100g에 녹인다. 상기 용액에 CrO₂ 입자 1g을 넣고 1 시간 교반한 후, 필터링과 건조 과정을 거쳐 PVP로 표면 처리된 코어 입자를 형성한다. 다음, 표면 처리된 코어 입자 1.0g을 100g 의 에탄올(메탄올)에 넣고 pH 11이 되도록 암모니아수 용액을 첨가한다. 이어, 상온과 질소 분위기에서 0.8g의 TEOS(tetraethyl orthosilicate)를 넣고, 12시간 교반 한 후, 필터링 및 건조 과정을 거쳐 코어-쉘의 나노입자를 제조하였다. 도 4a 및 도 4b는 제조된 나노입자의 사진이다. 도 4a 및 도 4b를 통해 나노입자의 제조를 확인하였다.

차광 물질의 코어 재료별 내열성 측정

<실시예 2>

전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, CrO₂ 입자 대신에 카본블랙(carbon black) 입자를 사용하여 코어-쉘 나노입자를 제조하였다. 제조된 코어-쉘 나노입자를 실록산(siloxane) 바인더와 용매에 혼합하여 차광 물질을 제조하였다.

전술한 실시예 1과 2에 따라 제조된 차광 물질의 내열성을 알아보고자 열중량분석(TGA)을 수행하여, 도 5a(실시예 2)와 도 5b(실시예 1)에 나타내었다. 또한, 실시예 1과 2에 따라 제조된 차광 물질의 퓸 발생을 알아보고자 P & T MS(purge & trap ass spectroscopy)를 측정하여 도 6a(실시예 2)와 도 6b(실시예 1)에 나타내었다.

도 5a와 5b를 참조하면, 카본블랙 입자를 사용한 실시예 2의 차광 물질은 150℃에서 350℃까지의 승온 구간에서 총 9.62%의 중량 감소를 보였지만, CrO₂ 입자를 사용한 실시예 1의 차광 물질은 150℃에서 350℃까지의 승온 구간에서 총 0.38%이하의 중량 감소를 나타내어 내열성이 우수한 것을 확인하였다.

또한, 도 6a와 도 6b를 참조하면, 카본블랙 입자를 사용한 실시예 2의 차광 물질은 퓸(fume) 발생량이 1.2E+10 이상 발생하였으나, CrO₂ 입자를 사용한 실시예 1의 차광 물질은 퓸이 검출되지 않아 신뢰성이 우수한 것을 확인하였다. (참고; ref는 아크릴 수지와 바인더 Benzyl Acrylic Acid(BAA), Methyl Metacylate(MM) 및 Glycidyl Metacrylate(GM)의 총합 15 중량부, 광개시제 (1-hydroxycyclohexyl)phenylmethanone 5 중량부, 용매 PGMEA 80 중량부를 혼합된 물질로 제조된 유기 절연막임, 카본블랙이나 나노입자가 포함되지 않음)

바인더의 내열성 비교

2 종류의 실록산과 2 종류의 실세스퀴옥산 물질에 열중량분석(TGA)을 수행하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었고, P & T MS를 측정하여 도 7에 나타내었다.

	중량(weight, %)		중량 감소량(%)
	@350℃, 0min	@350℃, 30min	@350℃, 0~30min
실록산-1	97.54	94.75	2.79
실록산-2	98.17	95.85	2.32
실세스퀴옥산- 1	100	99.93	0.07
실세스퀴옥산-2	98.88	98.63	0.25

상기 표 1을 참고하면, 2 종류의 실록산의 중량 감소량은 각각 2.79%와 2.32%로 나타났고, 2 종류의 실세스퀴옥산의 중량 감소량은 0.07%와 0.25%로 나타났다.

또한, 도 7을 참조하면, Ref 대비하여 2 종류의 실록산은 퓸 발생량이 각각 2.50E+09와 2.00E+09 이상으로 나타났으나, 2 종류의 실세스퀴옥산은 퓸 발생량이 각각 1.50E+09와 1.00E+09 이하로 나타났다.

이 결과를 통해, 실록산보다 실세스퀴옥산이 내열성과 퓸 발생 특성이 우수한 것을 알 수 있었다.

차광막의 제조

<실시예 3>

전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건으로 제조된 나노입자 1g, TEOS 25.5g, PGMEA 20g, DI 워터 53.5g을 혼합하여 차광 물질을 제조하였다. 유리 기판 상에 차광 물질을 2㎛의 두께로 스핀코팅한 후 경화하여 차광막을 제조하였다.

<실시예 4>

전술한 실시예 3과 동일한 공정 조건 하에, TEOS 대신에 PVP를 사용하여 쉘을 형성한 것만 달리하여 차광막을 제조하였다.

<실시예 5>

전술한 실시예 3과 동일한 공정 조건 하에, TEOS 대신에 Acryl을 사용하여 쉘을 형성한 것만 달리하여 차광막을 제조하였다.

<실시예 6>

전술한 실시예 3과 동일한 공정 조건 하에, TEOS 대신에 실세스퀴옥산을 사용하여 쉘을 형성한 것만 달리하여 차광막을 제조하였다.

전술한 실시예 3 내지 6에 따라 제조된 차광막의 면저항, 반사율 및 투과율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 하기에서 '기판 면'은 기판 바닥면에서의 반사율을 의미하고, '코팅 면'은 차광막의 표면의 반사율을 의미한다.

	면저항 (Ω/□)	반사율(%, 400~700nm)		투과율(%, 350~500nm)		투과율(%, 550nm)
	면저항 (Ω/□)	기판면	코팅면	기판면	코팅면	기판면	코팅면
실시예3	3.2×10¹³	5.85	7.56	1.65	1.59	2.07	2.03
실시예4	2.0×10⁹	6.65	10.65	0.56	0.57	2.00	2.04
실시예5	1.6×10⁵	6.27	-	0.90	-	0.59	-
실시예6	3.2×10¹³초과	4.95	6.6	0.8	0.89	0.9	0.94

상기 표 2를 참조하면, SiO₂의 무기물의 쉘이 형성된 실시예 3과 6의 나노입자는 acryl이나 PVP의 유기물 계열의 쉘이 형성된 실시예 4 및 5의 나노입자보다 면저항과 비저항이 높고, 반사율이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 3과 6은 카본블랙 입자가 형성된 실시예 4와 5에 근접하는 투과율을 나타내 차광 특성이 우수하게 나타났다. 특히, 실세스퀴옥산으로 형성된 실시예 6은 실록산으로 형성된 실시예 3보다 반사율과 투과율이 낮아 차광 특성이 더 우수한 것을 알 수 있다.

차광 물질의 내열성 비교

전술한 실시예 3과 실시예 6에 따라 제조된 차광 물질에 열중량분석(TGA)을 수행하여 그 결과를 하기 표 3과 도 8에 나타내었고, P & T MS를 측정하여 도 9에 나타내었다.

	코어	바인더	나노입자:바인더:용매	중량 감소량(%)
				@350℃, 0~30min
실시예 3	MeOx	실록산	1:1:2	0.38
실시예 6		실세스퀴옥산		0.25

상기 표 3과 도 8을 참조하면, 실시예 3의 중량 감소량은 0.38%로 나타났고, 실시예 6의 중량 감소량은 0.25%로 나타났다. 또한, 도 9를 참조하면, Ref 대비하여 실시예 3의 퓸 발생량은 1.20E+09로 낮게 나타났고, 실시예 6의 퓸 발생량은 4.00E+08 이하로 낮게 나타났다.

이 결과를 통해, 바인더로 실록산을 사용한 것보다 실세스퀴옥산을 사용한 차광 물질의 내열성 및 퓸 발생 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

차광막의 패턴 측정

전술한 실시예 6에 따라 제조된 차광막을 600nm로 형성한 후, CD(critical dimesion)이 10㎛인 마스크로 차광막 패턴을 형성하였다. 이 마스크와 차광막 패턴을 4배율 및 10배율의 광학 현미경으로 측정하여 도 10에 나타내었고, 차광막 패턴의 SEM 사진을 도 11에 나타내었다. 또한, 차광막 패턴의 400~700nm 파장대의 광에 대한 반사율을 측정하여 도 12에 나타내었다.

도 10과 도 11을 참조하면, 마스크의 10㎛ CD에 따라 차광막 패턴의 CD도 10㎛로 정확하게 나타났고, 차광막 패턴의 에지부의 형상도 샤프하게 나타났다. 그리고, 도 12를 참조하면, 400~700nm 파장대의 광에 대한 차광막 패턴의 반사율이 4.95로 나타났다.

이 결과를 통해, 본 발명의 차광 물질로 형성한 차광막은 패턴이 정확하게 형성되고 반사율이 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차광 물질은 블랙의 금속 산화물 코어와 절연성의 쉘이 형성된 나노입자를 포함함으로써, 내열성이 우수하고 퓸이 발생하지 않아 신뢰성이 우수한 이점이 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 표시장치 105 : 기판
110 : 버퍼층 120 : 액티브층
125 : 게이트 절연막 131: 게이트 전극
135 : 층간 절연막 141 : 소스 전극
142 : 드레인 전극 145 : 패시베이션막
150 : 보호막 160 : 화소 전극
165 : 뱅크층 170: 유기 발광층
175 : 대향 전극

Claims

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기판;
상기 기판 상에 위치하는 차광막;
상기 차광막 상에 위치하며, 액티브층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터;
상기 박막트랜지스터 상에 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소 전극;
상기 화소 전극의 가장자리를 덮고 상기 화소 전극의 중앙을 노출하는 뱅크층;
상기 화소 전극 상에 위치하는 유기 발광층;
상기 유기 발광층 상에 위치하는 대향 전극;
상기 화소 전극과 상기 기판 사이에 위치하는 컬러필터를 포함하며,
상기 차광막은 코어 및 쉘을 포함하는 나노입자 및 바인더를 포함하며, 상기 코어는 블랙을 나타내는 금속 산화물로 이루어지고, 상기 쉘은 절연 특성을 나타내는 물질로 이루어지며,
상기 블랙을 나타내는 금속 산화물은 구리망간산화물(CuMnOx), 구리크롬산화물(CuCrxOy)로 이루어지는 군에서 선택되고,
상기 컬러필터는 상기 유기 발광층과 중첩하며 상기 차광막과는 중첩하지 않는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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제6 항에 있어서,
상기 쉘은 실록산(siloxane), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 산화 티타늄(TiO₂) 및 실란(silane)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제6 항에 있어서,
상기 바인더는 350℃ 이하의 공정이 가능한 고내열 용액형 재료인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제9 항에 있어서,
상기 바인더는 실세스퀴옥산(silsesquioxane, SSQ)인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제6 항에 있어서,
상기 액티브층은 산화물 반도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
제6 항에 있어서,
상기 차광막은 면저항이 3.2×10¹² 이상인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제6 항에 있어서,
상기 차광막은 350 내지 500nm의 광에 대한 투과율이 1.59% 이하이고, 550nm의 광에 대한 투과율이 2.03% 이하인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제6 항에 있어서,
상기 차광막은 400 내지 700nm의 광에 대한 반사율이 7.56% 이하인 것을 특징으로 하는 표시장치.
기판;
상기 기판 상에 위치하는 박막트랜지스터; 및
상기 박막트랜지스터 상에 위치하며 각각의 화소를 구획하는 차광막;
상기 화소에 형성된 컬러필터를 포함하며,
상기 차광막은 코어 및 쉘을 포함하는 나노입자 및 바인더를 포함하며, 상기 코어는 블랙을 나타내는 금속 산화물로 이루어지고, 상기 쉘은 절연 특성을 나타내는 물질로 이루어지며,
상기 블랙을 나타내는 금속 산화물은 구리망간산화물(CuMnOx), 구리크롬산화물(CuCrxOy)로 이루어지는 군에서 선택되고,
상기 컬러필터는 상기 차광막과 중첩하지 않는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제15 항에 있어서,
상기 차광막은 블랙 매트릭스 또는 블랙 뱅크층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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