KR20080052550A - 용매에 민감하거나 온도에 민감한 플라스틱 기판 상에 유기전자 소자를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열가소성 사출성형체같은 용매에 민감한, 또는, 온도에 민감한 플라스틱의 표면에 유기 전계-효과 트랜지스터, 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 및 이에 기초한 회로의 제조에 관한 발명이다. 폴리아크릴레이트, 폴리페놀, 멜라민 수지, 또는, 폴리에스테르 수지같은 폴리머 화합물을 포함하는 보호층이 수용성 알콜 용액으로부터 또는 용매없이 기판 표면에, 또는, 반도체 컴포넌트의 기능 결정 층 중 하나에 도포되며, 이러한 도포는 섭씨 100도 미만 온도의 저온 프로세스로 수행되고 건조된다. 이 보호층은 용매의 바람직하지 못한 작용에 대해 기판을 보호하고, 평탄화층 또는 전기 절연층으로 기능하게 된다.
Description
본 발명은 유기 전계-효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)의 제작에 관한 발명이며, 또한, 열가소성 사출성형 수지같은 용매(solvent)에 민감한, 또는 온도에 민감한 플라스틱의 표면에 상기의 소자들을 기초로 하는 회로를 제작하는 분야에 관한 발명이다. 추가적으로, 본 발명은 이러한 제작 방법에 의해 제조되는 전자 컴포넌트들에 또한 관련된다.
최근에 유기 반도체 컴포넌트들의 중요성이 그 경제적 측면으로 인해 높아지고 있다. 따라서, 실리콘, 글래스, 폴리에스테르 포일(PET, PEN), 또는 폴리이미드 포일같은 다양한 기판에 간단한 방법에 의해 유기 전계-효과 트랜지스터(OFET) 등을 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있다(C.J. Drury, CM. J. Mutsaers', CM. Hart, M. Matters and D.M. de Leeuw: Appl. Phys. Lett. 73(1998), 108; F. Eder, H. Klauk, M. Halik, U. Zschieschang, G. Schmid and C. Dehm, Appl. Phys. Lett. 84(2004), 2673; J. Ficker, A. Ullmann, W. Fix, H. Rost and W. Clemens, Proc. SPIE 4466 (2001), 95; M. Schrodner, H.~ K. Roth, S. Sensfuss and K. Schultheis, e&i, 2003 (6), 2056; M. Halik, H. Klauk, U. Zschieschang, T. Kriem, G. Schmid and W. Radlik, Appl. Phys. Lett. 81(2002), 289; H. Sirringhaus, T. Kawase, R. H. Friend, T. Shimoda, M. Inbasekaran, W. Wu and E. P. Woo: Science, 290(2000) , p.2123). 일반적으로, 이는 표면이 매끄러울수록, 그리고 기판 물질이 유기 용매에 대해 덜 민감할수록 우수하게 나타난다. 폴리머 전자 회로의 제작 프로세스가 템퍼링 및 건조 단계를 요하는 경우가 자주 있기 때문에, 기판 물질의 최대 연속 서비스 온도가 프로세스 제어에 있어 또한 중요하다. 이러한 요건들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및폴리이미드에 의해 실질적으로 충족된다.
더우기, 수분의 확산과 산소 확산을 감소시키기 위해 무기질 장벽층으로 코팅된 포일에 유기 전자 반도체 컴포넌트를 제작하는 것이 알려져 있다(US 6,664,137호). 이러한 장벽층들은 동작시 회로와 전계 효과 물질의 분해를 방지하는 기능을 하며, 저온 프로세스에 의해 결함없이 충분이 두껍게 도포될 경우, 기판 물질을 용매에 대해 보호하기도 한다. 그러나, 이러한 프로세스는 유기 보호층에 비해, 값비싸고 시간이 많이 걸리는 진공 프로세스에 의해 석출되어야하기 때문에 단점을 지닌다.
WO 2004/091001 호에서는 섭씨 150~200 도의 온도에서 가교결합된 폴리실록산 화합물로 구성된, 전계 효과 트랜지스터 용의, 유기 반도체 컴포넌트를 위한 게이트 절연체가 제시되고 있다. 그러나, 가교결합 온도가 높기 때문에, 제작 공정 중 용매의 손상 효과에 대해 ABS-기판, 폴리카보니트 기판, 또는 폴리스티렌 기판 을 보호하기 위해 폴리실론산 층을 도포하는 것이 불가능하다. 이는 폴리실록산층이 여기서 전기 절연 용도로 사용된다는 점과는 별개의 사항이다.
US2003/0224621 호에서는 텍스타일(textiles)같은 여러가지 기판에 유기 반도체 시스템을 제조하는 방법이 제시되고 있다. 이 방법은 반도체 아래 기판의 표면에 보호층을 도포하는 단계를 포함한다. 그러나, 용매에 의한 화학적 작용에 대해 기판을 보호하는 기능은 제시하지 못하고 있다. 더우기, 보호층의 조성에 관하여 어떤 정보도 제시하지 못하고 있다.
경제적인 이유로, 사용될 물체 바로 위에 유기- 또는 폴리머-전자 회로를 제조하는 것이 바람직한 경우가 자주 있다. 이를 위해, ABS-폴리머, 폴리카보니트, 그리고 폴리스티렌같은 사출성형 물질이 특히 적합한 물질로 간주될 수 있다. 실리콘, 글래스, 폴리이미드, 그리고 그외 다른 기판 물질에 반해, 이러한 사출성형 물질들 중 다수(전기적 케이싱 용으로 자주 사용됨, 가령, CD, DVD 등을 예로 들 수 있음)는 유기 용매에 민감하다. 추가적으로, 대부분 그 열적인 부하 용량은 매우 작다. 더우기, 사용되는 사출성형 툴의 표면 거칠기는 기판의 표면 거칠기를 결정하게 되어, 유기 전자 장치에 대한 기본 물질로 적합한 사출성형 물질의 범위가 크게 제한된다.
본 발명의 목적은 용매 및 온도에 민감한 플라스틱의 표면에 유기 전계-효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 제조하기 위한 저렴하고 간단한 방법을 제시하는 것으로서, 이러한 반도체 컴포넌트들 및 이러한 반도체 컴포넌트들에 기초한 회로를, 표면의 초기 용해나 표면의 열적 변형같은 성형된 부분의 손상없이 제조할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구범위 제1항의 특징에 의해 실현된다. 발명의 추가적인 실시예들이 다수의 종속항들에 기재되어 있다. 본원의 방법에 따르면, 사출성형된 바디(body)의 기판 표면에 부분적으로 또는 전체적으로 유기층이 도포된다. 이때, 상기 유기층은 차후에 사용될 용매에 녹지 않는 것이며, 제작자는 제작시에 너무 높은 온도를 필요로하지 않아야 한다. 용매의 작용에 대해 이 플라스틱 바디의 표면을 보호하기 위해 1~5 미크론의 층 두께면 충분하다. 동시에, 거친 표면에 대한 스무딩(smoothing: 즉, 표면을 매끄럽게 하는 공정) 프로세스가 수행된다. 아크릴레이트, 폴리에스테르 수지 또는 에폭시 수지같은 가교결합가능한 폴리머들이 특히 적합한 것으로 판명되었다. 플라스틱 바디에 대한 열적인 응력을 방지하기 위해, 저온에서 또는 광-화학적으로 가교결합이 수행되어야 한다. 보호층 도포는 라지-에어리어 코팅(large-area coating) 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 가령, 프린팅, 닥터링(doctoring), 또는 로컬 드라핑(local dropping)을 그 예로 들 수 있다. 그후 유기 컴포넌트들 및 유기 컴포넌트들의 회로에 대한 셋업이 수행된다.
본 발명은 도 1-4를 참고하여 전계-효과 트랜지스터의 두가지 예를 들어 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 입장에서 유기 또는 폴리머 전계-효과 트랜지스터(OFET)는 기판에 아래와 같은 기능-결정 층들을 포함한다. 즉, 전도성 유기 또는 무기 물질로부터 구성되는, 한개 이상의 소스 전극과 한개 이상의 드레인 전극의 사이, 위, 아래에 놓인 유기 반도체층, 상기 반도체층 위 또는 아래에 놓인 유기 절연층, 그리고 유기 전도층을 포함한다. 일체화된 유기 또는 폴리머 전기 회로들은 두개 이상의 유기 또는 폴리머 전계-효과 트랜지스터들을 포함한다.
본 발명의 제안사항은 아래와 같다.
1. 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법에 있어서, 상기 반도체 컴포넌트는,
- ABS-폴리머, 폴리카보니트, 또는 폴리스티롤 중에서 선택한 기판으로 용매에 민감하거나 온도에 민감한 플라스틱 바디,
- 상기 기판 위에 전체적으로 또는 부분적으로 증착되는 기능 결정 층들을 포함하는 층 시스템, 그리고
- 상기 기판 위에서 용매의 화학적 작용에 대한 보호층으로서, 이때, 상기 보호층은 폴리아크릴레이트, 폴리페놀, 멜라민 수지, 또는 폴리에스테르 수지에 해당하는 폴리머 화합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 보호층
을 포함하며, 이때, 상기 보호층은 수용성 알콜성 용액으로 또는 용매없는 형태로 기판 표면에 또는 기능 결정층에 전체적으로 또는 부분적으로 섭씨 100도 이하의 온도에서 저온 프로세스에 의해 도포되고 건조되며,
플라스틱 바디 위의 상기 반도체 컴포넌트들의 전기적 기능층들의 증착 및 이에 따른 구조 형성은 당 분야에 공지된 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법이 본 발명의 핵심 내용이다.
이때, 보호층을 형성하는 폴리머 화합물들의 열적 또는 광화학적 가교결합이 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법이 본 발명의 일실시예에 해당한다.
이때, 상기 폴리머 화합물의 열적 가교결합은 섭씨 100도 미만의 온도에서 수행되고, 섭씨 80도 미만에서 더욱 바람직하게 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법이 본 발명의 일실시예에 해당한다.
이때, 오프셋 프린팅(offset printing), 잉크 제트 프린팅, 패드 프린팅(pad printing), 스크린 프린팅(screen printing), 닥터링(doctoring), 또는 마이크로-도시지 프로세스(micro-dosage process)에 의해 상기 플라스틱 바디에 보호층이 도포되며,
상기 반도체 컴포넌트들의 기능 형성 층들은 당 분야에 공지된 방법들에 의해 도포되고 구조형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법이 본 발명의 일실시예에 해당한다.
유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로에 있어서,
- 기판으로 용매에 민감하거나 온도에 민감한 플라스틱 바디, 그리고
- 상기 기판 위에 배열되는 기능 결정 층들로 구성된 층 시스템, 그리고
- 상기 기판에 대한 용매의 화학적 작용에 대한 보호층
을 포함하며,
상기 보호층은 폴리아크릴레이트, 폴리페놀, 멜라민 수지, 또는 폴리에스테르 수지 중에서 선택되는 가교결합되는 폴리머로 구성되며, 상술한 제조 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로가 본 발명의 핵심 내용에 해당한다.
이때, 전기적 하우징, CD, DVD, 또는 칩카드 중에서 선택되는 사출 성형 바디 또는 스탬핑 형성 바디가 플라스틱 바디로 이용되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로가 본 발명의 일실시예에 해당한다.
이때, 상기 보호층은 전기 절연층 또는 평탄화층으로 설계되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로가 본 발명의 일실시예에 해당한다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 전계-효과 트랜지스터의 단면도.
도 3과 도 4는 도 1 및 도 2에 따라 구성된 전계-효과 트랜지스터의 출력 특 성 그래프.
* 도면 부호 설명
1: 플라스틱 바디(plastic body)
2: 소스 전극
3: 반도체층
4: 드레인 전극
5: 게이트 전극
6: 절연층
7: 보호층
도 1과 도 2는 본 발명의 두가지 예에 따라 전계-효과 트랜지스터의 단면 모습을 도식적으로 제시하고 있다. 도 2에서는 도 1의 구조에 비해 역순으로 층들이 배열되는 층 구조가 선택된다. 플라스틱 바디(1)의 표면 바로 위에 전도성 폴리머 디스퍼전(conducting polymer dispersion)으로부터 게이트 전극(5)이 생성된다. 이때, 전도성 폴리머 디스퍼전은 플라스틱의 표면을 손상시키지 않는다. 이는, 예를 들어, 수트 복합물(soot composite)의 수용성 또는 알콜성 디스퍼전일 수 있다. 그 위에 (절연) 보호층(6)이 도포되어, 플라스틱 바디 및 사출성형부(1)를 용매로부터 보호하게 되고, 동시에, 게이트 전극(5)과, 소스 전극(2) 및 드레인 전극(4) 사이에서 절연체로 기능하게 된다. 유기 반도체층(3)과 소스 전극(2) 및 드레인 전극(4)이 그 위에 도포된다. 폴리머층 증착은 프린팅 또는 드로핑(dropping: microdosage process)에 의해 구현될 수 있다. 프린팅 방식으로 아직 실행되지 않았을 경우 레이저 방식으로 전극들의 구조를 형성할 수도 있다.
사례 1
본 사례는 도 1에 따른 발명의 실현예를 기술한다. 1mm 두께의 ABS-플레이트로 구현되는 플라스틱 바디에 닥터링(doctoring)에 의해 보호층(7)으로 광-경화성 아크릴레이트 층이 도포된다. 최대 3초까지의 노광 시간에서 고출력 자외선 램프에 의해 가교결합이 수행된다. 이 층의 두께는 약 5미크론이다. 역시 닥터링에 의해, 전도성 수트-폴리머 복합체(soot-polymer composite) 층이 그 위에 도포된다. 이 층에는 엑시머 레이저를 이용한 선택적 제거에 의해 소스 전극(2) 및 드레인 전극(4)이 생성된다. 그위에, 0.25%-클로로포름이나 톨루올-솔루션으로부터 스핀코팅(4000 rpm)에 의해 폴리머 반도체(3)(poly-3dodecylthiophe)가 도포된다. 20%-솔루션으로부터 2000 rpm의 속도로 폴리비닐 페놀이 절연층(6)으로 스핀 증착된다. 콜로이드 그래파이트(colloidal graphite)를 국부 증착시킴으로서 게이트 전극(5)이 생성된다. 도 3은 이러한 방식으로 제조된 전계-효과 트랜지스터의 출력 특성 곡선을 도시한다.
사례 2
본 사례는 도 2에 도시된 바와 같은 발명의 실시예를 기술한다. 플라스틱 바디(1)로 1mm 두께를 가진 ABS-플레이트에 닥터링(doctoring)에 의해 전도성 폴리머 폴리에틸렌 디옥시티오펜(Baytron) 층이 도포된다. 이 층은 엑시머 레이저를 이용한 선택적 레이저 절개법에 의해 게이트 전극(5)을 얻게 된다. 이 층 위에 (절연) 보호층(6)을 생성하기 위해, 가교결합제를 함유한 알콜성 폴리비닐 페놀 용액 층이 2000 rpm의 스핀에 의해 도포된다. 이후, 폴리비닐 페놀층이 섭씨 70도에서 3시간동안 템퍼링된다. 그 위에 얇은 골드층(약 20nm)이 스퍼터링되고, 이 골드층으로부터 엑시머 레이저에 의해 소스 전극(2) 및 드레인 전극(4)이 생성된다. 마지막으로, 톨루올에 녹인 0.25% poly-3-hexylthiophen 용액을 스핀 코팅함으로서 반도체층(3)이 도포된다. 이러한 방식으로 제조된 전계 효과 트랜지스터의 출력 특성이 도 4에 제시되어 있다.
Claims (7)
- 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법에 있어서, 상기 반도체 컴포넌트는,- ABS-폴리머, 폴리카보니트, 또는 폴리스티롤 중에서 선택한 기판으로 용매에 민감하거나 온도에 민감한 플라스틱 바디,- 상기 기판 위에 전체적으로 또는 부분적으로 증착되는 기능 결정 층들을 포함하는 층 시스템, 그리고- 상기 기판 위에서 용매의 화학적 작용에 대한 보호층으로서, 이때, 상기 보호층은 폴리아크릴레이트, 폴리페놀, 멜라민 수지, 또는 폴리에스테르 수지에 해당하는 폴리머 화합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 보호층을 포함하며, 이때, 상기 보호층은 수용성 알콜성 용액으로 또는 용매없는 형태로 기판 표면에 또는 기능 결정층에 전체적으로 또는 부분적으로 섭씨 100도 이하의 온도에서 저온 프로세스에 의해 도포되고 건조되며,플라스틱 바디 위의 상기 반도체 컴포넌트들의 전기적 기능층들의 증착 및 이에 따른 구조 형성은 당 분야에 공지된 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 보호층을 형성하는 폴리머 화합물들의 열적 또는 광화학적 가교결합이 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 폴리머 화합물의 열적 가교결합은 섭씨 100도 미만의 온도에서 수행되고, 섭씨 80도 미만에서 더욱 바람직하게 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 오프셋 프린팅(offset printing), 잉크 제트 프린팅, 패드 프린팅(pad printing), 스크린 프린팅(screen printing), 닥터링(doctoring), 또는 마이크로-도시지 프로세스(micro-dosage process)에 의해 상기 플라스틱 바디에 보호층이 도포되며,상기 반도체 컴포넌트들의 기능 형성 층들은 당 분야에 공지된 방법들에 의해 도포되고 구조형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 반도체 컴포넌트 또는 이에 기초한 전기 회로로 제조하는 방법.
- 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오 드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로에 있어서,- 기판으로 용매에 민감하거나 온도에 민감한 플라스틱 바디, 그리고- 상기 기판 위에 배열되는 기능 결정 층들로 구성된 층 시스템, 그리고- 상기 기판에 대한 용매의 화학적 작용에 대한 보호층을 포함하며,상기 보호층은 폴리아크릴레이트, 폴리페놀, 멜라민 수지, 또는 폴리에스테르 수지 중에서 선택되는 가교결합되는 폴리머로 구성되며, 청구범위 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 제조 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로.
- 제 5 항에 있어서, 전기적 하우징, CD, DVD, 또는 칩카드 중에서 선택되는 사출 성형 바디 또는 스탬핑 형성 바디가 플라스틱 바디로 이용되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로.
- 제 5 항에 있어서, 상기 보호층은 전기 절연층 또는 평탄화층으로 설계되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 유기 태양 전지, 또는 유기 발광 다이오드(OLED), 그리고, 이에 기초한 전기 회로.
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