KR20090017301A - 보호막 형성용 조성물 및 이에 의한 보호막을 포함한유기박막 트랜지스터 - Google Patents

보호막 형성용 조성물 및 이에 의한 보호막을 포함한유기박막 트랜지스터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 퍼플루오로폴리이써(Perfluoropolyether) 유도체와 감광성 고분자 또는 이들의 공중합체를 포함하는 보호막 형성용 조성물 및 이에 의한 보호막을 포함하는 유기박막 트랜지스터에 관한 것이다. 본 발명의 유기박막 트랜지스터는 산소 및 수분의 침입을 차단하여 외기에 의한 성능저하를 방지할 수 있고, 동시에 유기박막의 열화를 예방하고 패턴형성이 용이하므로 우수한 전자적 특성을 제공할 수 있다.
보호막, 퍼플루오로폴리이써, 감광성 고분자, 광경화제, 유기박막 트랜지스터

Description

보호막 형성용 조성물 및 이에 의한 보호막을 포함한 유기박막 트랜지스터 {Composition for forming Passivation layer and Organic thin film transistor comprising Passivation layer}
본 발명은 보호막 형성용 조성물 및 이에 의한 보호막을 포함한 유기박막 트랜지스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퍼플루오로폴리이써와 감광성 고분자 또는 이들의 공중합체를 포함하는 보호막 형성용 조성물 및 이를 포함하는 유기박막 트랜지스터에 관한 것이다.
최근 기능성 전자소자 및 광소자 등 광범위한 분야에서, 새로운 전기전자 재료로서 섬유나 필름 형태로 성형이 용이하고 유연하며 전도성과 저렴한 생산비를 이유로 고분자 재료에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 전도성 고분자를 이용한 소자 중에서, 유기박막 트랜지스터는 인쇄 기술과 같은 간단한 기술에 의해 제조가 가능하여 제조비용이 저렴할 뿐만 아니라, 플렉서블 기판들(flexible substrates)과의 처리 및 호환성이 양호한 이점이 있기 때문에 전세계적으로 활발 하게 연구되고 있다. 현재 유기박막 트랜지스터는 능동형 디스플레이의 구동소자, 스마트 카드(smart card)와 인벤토리 택(inventory tag)용 플라스틱 칩에 그 활용이 예상되고 있다.
이러한 유기박막트랜지스터 소자는 최종적으로 보호층을 형성하여 산소나 수분 같은 외기로부터 유기반도체층을 보호하는 것이 필수적이다. 현재 유기박막 트랜지스터의 보호층으로 사용될 수 있는 효과적인 방법은 없는 상황이다. SiNx, SiOx 등의 무기막을 CVD나 스퍼터링법으로 성막하는 시도는 있으나 이러한 방법은 막질이 우수하나, 유기반도체의 계면 특성이 저하되고, 용액 공정에 의한 패턴형성이 어렵고, 또한 진공 및 고온 공정에 문제점이 있는데, 특히 활성 기체나 플라즈마에 의해 유기 반도체 활성층이 심각한 열화 현상을 보여 유기박막 트랜지스터의 성능이 급격히 저하된다.
폴리이미드, BCB(benzocyclobutene), 포토아크릴(Photoacryl) 등이 유기 보호막으로의 이용이 시도되었으나, 열처리 온도가 150℃ 이상이므로 유기 활성층이 온도에 의해 급격한 열화 현상을 보이므로 유기박막 트랜지스터의 보호막으로는 효과적인 방법이 아니다. 특히 유기막을 이용한 유기박막 트랜지스터의 보호층 성막에 있어 가장 큰 문제점은 성막하고자 하는 물질이 유기 활성층 위에 직접적으로 접촉하게 되어 유기용매에 의한 유기 반도체 활성층의 열화가 촉진된다는 것이다. 유기막을 이용하여 효과적으로 보호층을 형성한 예는 Penn. state Jackson 교수팀이 PVA(polyvinyl alcohol)를 사용하여 시도한 예가 있다. 그러나 그것의 경우 주된 목적은 유기 반도체 활성층으로 사용되는 펜타센을 패터닝하기 위한 방법으로 사용되었으며 공정 후 이동도가 1/3로 급격히 감소되는 결과를 보였다(Solid-State Electronics 47(2003) 297-301). 따라서, 상기와 같은 기존에 시도된 유기막 및 무기막을 보호층으로 형성하는 경우 유기박막 트랜지스터의 초기 성능을 유지할 수 있는 것에 한계가 있다.
　
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 산소 및 수분의 침입을 막아 초기 유기박막 트랜지스터의 성능을 그대로 유지시킬 수 있음과 동시에 유기박막의 열화를 예방하고 패턴형성이 용이한 보호막 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 보호막 형성용 조성물을 이용하여 형성한 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 및 각종 전자 소자를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상은 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 퍼플루오로폴리이써 유도체와 감광성 고분자 또는 이들의 공중합체 및 광경화제를 포함하는 보호막 형성용 조성물에 관한 것이다.
A-CF2O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A
CF3O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
A는 A’또는 RA’이고, 여기서 상기 A’는 COF, SiX1X2X3 (여기서 X1, X2 및 X3는 각각 독립적으로 탄소수 1~10개의 알킬기이되, 이들 중 하나 이상은 C1-C10의 알콕시기이다), 실라놀, 클로로실란, 카르복실산, 알코올, 아민, 인산 및 이들의 유도체들로 구성되는 군에서 선택되는 작용기이고, 상기 R은 C1-C30의 치환 또는 비치환 알킬렌기로서, 여기서 치환기는 히드록시기, C1-C10의 알킬기, 히드록시알킬기, 아마이드기, 니트로기, C2-C30의 알케닐기, C1-C30의 알콕시기, C2-C30의 알콕시알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
m은 1 내지 50이고,
n은 1 내지 50이다.
본 발명의 다른 양상은 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스/드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하는 유기 박막 트랜지스터로서, 본 발명의 보호막 형성용 조성물에 의해 형성된 보호막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터 및 각종 전자 소자에 관한 것이다.
본 발명의 보호막 형성용 조성물은 불소계 표면처리제인 퍼플루오로폴리이써와 감광성 고분자 또는 이들의 공중합체를 포함하여, 산소 및 수분의 침입을 차단하여 외기에 의한 유기박막 트랜지스터의 성능저하를 방지할 수 있고, 동시에 유기박막의 열화를 예방하고 패턴형성에 용이하다.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에서 “감광성 고분자 (photosensitive polymers)”라는 용어는 빛에 의하여 분해하거나 가교반응하는 감광성 작용기를 포함하는 고분자나 광가교제를 혼합함으로써 감광 재료로 되는 고분자를 의미한다.
하나의 양상에서, 본 발명의 보호막 형성용 조성물은 하기 화학식 1 또는 2의 퍼플루오로폴리이써와 감광성 고분자 또는 이들의 공중합체 및 광경화제를 포함한다.
[화학식 1]
A-CF2O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A
[화학식 2]
CF3O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
A는 A’또는 RA’이고, 여기서 상기 A’는 COF, SiX1X2X3 (여기서 X1, X2 및 X3는 각각 독립적으로 탄소수 1~10개의 알킬기이되, 이들 중 하나 이상은 C1-C10의 알콕시기이다), 실라놀, 클로로실란, 카르복실산, 알코올, 아민, 인산 및 이들의 유도체들로 구성되는 군에서 선택되는 작용기이고, 상기 R은 C1-C30의 치환 또는 비치환 알킬렌기로서, 여기서 치환기는 히드록시기, C1-C10의 알킬기, 히드록시알킬기, 아마이드기, 니트로기, C2-C30의 알케닐기, C1-C30의 알콕시기, C2-C30의 알콕시알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
m은 1 내지 50이고,
n은 1 내지 50이다.
본 발명의 보호막 형성용 조성물은 퍼플루오로폴리이써와 감광성 고분자 및 광경화제를 포함할 수 있고, 또한 퍼플루오로폴리이써와 감광성 고분자의 공중합체 및 광경화제를 포함할 수 있다.
상기 퍼플루오로폴리이써의 중량평균분자량은 1,000-20,000 범위 내일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 퍼플루오로폴리이써는 그 표면 자유 에너지가 매우 작기 때문에 발수발유성, 내약품성, 윤활성, 이형성, 방오성 등을 가지며, 특히 수분이나 공기의 침투를 차단하는 매우 우수한 특성이 있다. 또한 상기 화학식 1의 화합물의 A 부분은 상기 퍼플루오로폴리이써가 내구성을 갖는 견고한 막을 형성할 수 있는 기능을 한다.
상기 화학식 1의 퍼플루오로폴리이써의 바람직한 예로는 하기 화학식 3의 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007058914020-PAT00001
본 발명에서 사용될 수 있는 상기 감광성 고분자는 주쇄 또는 측쇄 중 적어도 한 곳에 1종 이상의 감광성 작용기를 포함하는 고분자일 수 있다. 이때 감광성 작용기는 특별히 제한되지 않고, 기존에 알려진 모든 감광성 작용기가 될 수 있지만, 이들의 구체적인 예들은 아크릴레이트, 실록산, 이미드, 아마이드, 비닐, 우레탄, 에스터, 에폭시, 알코올 등에서 선택되는 감광성 작용기를 포함한다.
상기 감광성 고분자는 수용성 감광성 고분자일 수 있다. 이러한 수용성 감광성 고분자의 구체적인 예들은 폴리비닐알코올, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴 아마이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리메틸비닐에테르, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 감광성 고분자는 중량 평균 분자량이 500 내지 1,000,000 이고, 바람직하게는 20,000 내지 100,000 이다.
상기 퍼플루오로폴리이써와 상기 감광성 고분자의 몰당량비는 0.01 내지 1.0 의 범위 내일 수 있다. 또한, 상기 비율로 공중합체를 형성하여 본 발명에 사용될 수 있다.
퍼플루오로폴리이써의 몰당량비가 상기 범위보다 상대적으로 많아지면 가교성이 감소할 수 있고, 이와 반대로 퍼플루오로폴리이써의 몰당량비가 감소하면 표면선택성이 감소할 우려가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 상기 퍼플루오로폴리이써와 감광성 고분자의 공중합체는 상술된 상기 퍼플루오로폴리이써와 상기 감광성 고분자를 공지된 개시제를 사용하여 용매, 특히 물에서 중합하여 제조할 수 있다 [참조 : F. Haaf, A. Scanner, F. Straub, N-비닐피롤리돈 중합체, 합성, 특성화 및 용도, Polymer Journal, Vol.17, No. 1. pp. 143 ∼ 152 (1985)].
상기 광경화제는 UV 조사에 의해 보호막의 경화를 촉진시키는 기능을 하는 것으로, 본 발명에서 사용가능한 광경화제의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 암모니움 디크로메이트(ammonium dichromate), 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 등의 물질을 단독으로 사용하거나 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 감광성 고분자로서 수용성 감광성 고분자를 이용하는 경우, 노광 후 물로 현상할 때 유기막의 열화 가능성을 줄일 수 있다. 수용성 감광성 고분자는 분자 내에 물과 친화력이 큰 -OH, -COOH, -NH2, -CONH2 등과 같은 작용기를 가지고 있고, 가교결합이 없어 물에 용해되는 고분자로서, 이러한 수용성 감광성 고분자를 이용하면 유기 전자소자의 화소영역에 영향을 미치지 않고 보호막을 형성할 수 있다.
본 발명의 조성물에서 사용될 수 있는 광경화제는 탈이온수에 용해되어 있는 감광성 고분자에 고체함량 기준으로 0.01:1 내지 0.05:1의 비율로 첨가하고, 바람직하게는 0.02:1 내지 0.04:1의 비율로 첨가할 수 있다.
본 발명의 보호막 형성용 조성물에는 상기 필수 구성 성분 이외에, 필요에 따라서 상용성이 있는 중합체나 특히 소수성을 가지는 각종 첨가제, 예컨대 착색제, 가소제, 계면활성제, 커플링제 등을 적당하게 첨가, 배합시킬 수가 있다. 소수성을 가지는 첨가제로는 Teflon(R)계 용액, Nafion(R)계 용액 등을 사용할 수 있다. 이러한 기타 첨가제들은 단독으로 사용하여도 좋고, 혹은 2 종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 이러한 기타 첨가제의 첨가량은 본 발명의 기술분야에 속하는 당업자에 의해 결정될 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스/드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하는 유기 박막 트랜지스터로서, 상기 보호막 형성용 조성물에 의해 형성된 보호막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.
도 1은 보호막을 포함하는 바텀 컨택형 구조의 본 발명의 일구현예의 유기 박막 트랜지스터의 단면 개략도이다. 도 1을 참고하면, 바텀 컨택형 구조의 유기 박막 트랜지스터는 기판(10), 기판 위에 형성된 게이트 전극(20); 상기 게이트 전극 상에 위치하는 게이트 절연막(30); 상기 게이트 절연막 위에 위치하는 소스 및 드레인 전극(40); 상기 소스/드레인 전극 위에 위치하는 뱅크(50) ; 상기 소스/드레인 전극 및 게이트 절연막 위에 위치하는 유기반도체층(60) 및 유기반도체층과 소스/드레인 상부에 위치하는 보호막(70)을 포함한다.
본 발명에 의한 유기 박막 트랜지스터는 상기 보호막(70)을 외기로부터 유기 반도체층(60)을 보호할 수 있도록 유기 박막 트랜지스터의 최상부에 형성될 수 있다. 또한 상기 보호막(70)이 반도체 활성층 위에 형성될 수 있고, 상기 도 1에서와 같이 유기 박막 트랜지스터가 상기 소스/드레인 전극 위에 형성된 뱅크(50)를 구비한 경우, 상기 보호막이 상기 유기반도체층(60) 및 상기 뱅크 위에 형성될 수 있다.
상기 보호막이 스핀 코팅, 딥코팅, 캐스팅, 마이크로 그라비아 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅, 롤 코팅, 와이어 바 코팅, 침지 코팅, 분무 코팅, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 또는 잉크젯 인쇄법에 의해 형성될 수 있다.
보호막 형성용 조성물로부터 막을 형성하는 데 사용하는 용매로서는 톨루엔, 크실렌, 클로로포름, 테트라히드로푸란 등을 예로 들 수 있다.
상기 보호막의 두께가 0.1 내지 5.0 ㎛이고, 바람직하게는 0.5 내지 1.0 ㎛ 인 것이 좋다. TFT로 작동되는 발광부 재료가 적층이 되거나 동층 배열되는 경우, 하부구조의 단층을 덮어줄 수 있을 정도의 두께가 되어야 하면서 전체구조를 필요이상 두껍게 만들지 않아야 한다.
상기 기판(10)은 유리, 실리콘 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택되나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터의 게이트 절연막(30)은 폴리비닐페놀(poly vinyl phenol), 폴리 메틸 메타크릴레이트 (poly methyl metacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리 비닐알코올(poly vinyl alcohol), SiNx(0<x<4), SiO2, Al2O3 및 이들의 유도체들로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 형성되나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 유기 반도체층(60)은 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리페닐렌비닐렌 및 이들의 유도체들로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 형성되나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 게이트 전극(20), 소스 전극 및 드레인 전극(40)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 인듐틴산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene) 및 PEDOT(polyethylenedioxythiophene) /PSS(polystyrenesulfonate) 로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 형성되나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
다른 양상에서 본 발명은 보호막 형성 방법에 관계한다. 본 발명에 의해 보호막을 형성하는 경우에는 본 발명의 보호막 형성용 조성물을 코팅하여 박막을 형성한 후, 포토리소그래피법에 의해서 패터닝하여 현상한다. 이하에서 본 발명의 방법에 대해서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 보호막 형성 방법은 상기 조성물을 기재 위에 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계, 공중합체 조성물의 코팅막을 노광시켜 고분자막을 형성하는 단계, 및 현상액으로 현상하여 보호막을 형성하는 단계를 거쳐 진행될 수 있다. 필요에 따라서 선택적으로 베이킹 단계를 거칠 수 있다.
코팅 후에는 건조(drying) 단계를 거쳐 UV조사 및 현상할 수 있는데, 상기 건조는 통상의 방법에 의하여 수행한다. 노광은 마스크를 통해 수행될 수 있고, 노광을 위한 광원은 본 발명의 공중합체의 감광성 작용기를 감광시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 자외선(UV), X-선, 전자선, 엑시머(eximer) 레이저(F2, ArF, 또는 KrF 레이저), 및 고압 수은 등이 광원으로 사용될 수 있다. 노광 에너지는 감광성 작용기의 구조와 사용된 광원의 에너지에 관하여 적절하게 정해질 수 있는데, 예를 들어, 340 내지 400 nm의 파장에서 300 내지 500W의 파워를 가진 자외선 램프로 10초 내지 180초 동안 조사하여 수행할 수 있다.
현상을 위한 현상액은, 그것이 미노광 영역과 노광 영역 간에 용해도에 충분한 차이를 준다면 한정되지 않는다. 물 또는 물과 상용하는 유기 용매와 물의 혼합 용액이 감광성 고분자의 미노광 영역을 용해시킬 수 있는 용매로서 사용될 수 있다. 물과 상용하는 유기 용매의 비한정적인 예는 아세톤, 메탄올과 같은 저당 알코올, 아세토나이트릴 및 테트라하이드로퓨란과 같은 케톤들이다. 현상액으로는 혼합 용액을 사용할 수 있다.
수용성 감광성 고분자를 사용한 보호막 형성용 조성물을 사용하는 경우에는, UV조사 후 탈이온수를 이용하여 현상함으로써 보호막 형성 공정을 완성할 수 있다. 예를 들어, 실온에서 1 내지 5분간 탈이온수를 이용하여 현상할 수 있다.
현상 후에는 필요에 따라서 베이킹(baking)을 실시할 수 있다. 베이킹 조건은 특별히 제한되지 않는데, 예를 들어 핫플레이트(hot plate)에서 50 내지 150℃의 온도로 0.5 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 액정 디스플레이 장치(LCD)나 전계발광 디스플레이 장치(ELD: electroluminescence display device) 등과 같은 각종 평판 디스플레이 장치에서 각 화소의 동작을 제어하는 스위칭 소자 및 각 화소의 구동 소자로 사용될 수 있고, 이 밖에도 스마트 카드(smart card) 또는 인벤토리 태그(inventory tag)용 플라스틱 칩에 사용될 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니 다.
　
실시예 1
먼저 세정된 유리 기판에 알루미늄(Al)을 사용하여 스퍼터링법으로 1500Å 두께의 게이트 전극을 형성하였다. 그 위에 폴리비닐페놀(polyvinylphenol)을 스핀 코팅법을 이용하여 2000rpm에서 4000Å 두께로 코팅 한 후 70℃에서 15분, 180℃에서 2시간 베이킹하여 유기 게이트 절연막을 형성하였다. 그 위에 Au을 진공도 (2×10-7torr, 증착비 5Å/sec)의 조건으로 열증착법(thermal evaporation method)에 의해 700Å 두께로 증착한 다음, 포토리소그래피에 의해 Au 전극 패턴을 형성하였다.
이어서, 상기 Au 전극 위에 포토 아크릴(Photo acryl)을 스핀코팅하여 뱅크를 형성하였다. 이어서 반도체 물질인 폴리사이오펜(polythiophene)을 잉크분사법으로 적층하여 유기반도체 활성층을 형성한 후 그 위에 보호막을 형성하였는데, 보호막 형성 방법은 다음과 같이 실시하였다.
먼저, 탈이온수에 5중량%의 농도로 용해되어 있는 폴리비닐알코올(PVA) 용액에 암모니움 디크로메이트(ammonium dichromate ; Sigma Aldrich)를 고체 함량 기준으로 1 : 0.01(PVA : 암모니움 디크로메이트)에 해당하는 양을 첨가하였다. 이어서, 상기 용액과 퍼플루오르이써-포스페이트 유도체(Perfluoropolyether-phosphate derivative)(PT5045, Solvay Solexis)의 부피비가 85 : 15 가 되도록 퍼플루오르이 써-포스페이트 유도체를 상기 용액에 첨가하여 보호막 형성용 조성물을 제조하였다.
이 후, 상기 조성물을 800 nm 두께로 스핀코팅하여 건조시켰다. 이때 건조는 표면을 340-400 nm의 파장에서 400W/cm3 의 파워를 가진 UV 램프로 20초 동안 조사하고, 실온에서 탈이온수(deionized water)로 3분간 현상한 후, 핫플레이트에서 150℃의 온도로 30분간 베이킹하여 보호막이 코팅된 유기 박막 트랜지스터를 수득하였다.
공중합체를 이용한 조성물 및 이에 의한 유기 박막 트랜지스터의 제조
상기 실시예 1과 달리 퍼플루오르이써-포스페이트 유도체와 상기 감광성 고분자의 공중합체를 제조하고, 이를 광경화제와 혼합하여 본 발명의 보호막 형성용 조성물을 제조할 수 있다.
먼저, 상기 공중합체는 하기 반응식 1에 도시한 바와 같이, 상기 화학식 3의 PFPE-Si(OEt)3과 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol#2000, Kanto Chemical Co.)의 몰당량비가 1 : 0.01이 되도록 혼합하여 교반하고 불소계 유기 용매(Bertrel XFR DuPont사)로 추출하여 세정하여 수득할 수 있다.
다음으로, 상기 공중합체와 암모니움 디크로메이트(ammonium dichromate ; Sigma Aldrich)를 고체 함량 기준으로 1 : 0.01(공중합체 중의 PVA : 암모니움 디크로메이트)이 되도록 혼합하여 조성물을 수득할 수 있다.
따라서, 상기 공중합체를 포함하는 조성물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.
비교예 1
유기반도체층 위에 보호막을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
비교예 2
유기반도체층 위에 종래에 사용되던 SA7(아크릴계)을 이용하여 보호막을 형성하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 유기 박막 트랜지스터를 수득하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예 1 및 2에서 제조한 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 시간의 변화에 따른 전기적 특성을 측정하기 위하여 Keithley Semiconductor Characterization System (4200-SCS)를 이용하여 전류전달특성을 측정하여 그 결과를 각각 도 2 내지 5에 도시하였다.
전하이동도는 하기 포화영역(saturation region) 전류식으로부터 (ISD)1/2과 VG 를 변수로 한 그래프를 얻고 그 기울기로부터 구하였다.
Figure 112007058914020-PAT00002
상기 식에서, ISD는 소스-드레인 전류이고, μ 또는 μFET는 전하 이동도이며, Co는 산화막 정전용량이고, W는 채널 폭이며, L은 채널 길이이고, VG는 게이트 전압이며, VT는 문턱전압이다
문턱전압(Threshold Voltage, VT)은 상기 전류전달곡선을 사용하여 하기 포화영역 (saturation region) 전류식으로부터 (ISD)1/2 과 VG를 변수로 한 그래프를 얻고, (ISD)1/2 와 VG간의 그래프에서 선형부분의 연장선과 VG축과의 교점으로부터 구하였다. 문턱전압은 절대값이 0에 가까워야 전력이 적게 소모된다.
도 2는 비교예 1에 의한 유기박막트랜지스터의 특성이 시간 경과에 따라 저하됨을 보여주는 그래프이고, 도 3은 비교예 2에 의한 유기박막트랜지스터의 특성이 시간 경과에 따라 저하됨을 보여주는 그래프이며, 도 4는 실시예 1에서 수득된 유기박막트랜지스터의 시간 경과에 따른 특성변화를 나타내는 그래프이고, 도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 시간 경과에 따른 이동도 및 문턱전압의 변화를 비교한 그래프이다.
도 2 내지 도 5을 참조하면, 비교예 1은 72hr 경과한 경우에도 문턱전압의 절대값이 25V이상 증가하였고, 비교예 2의 경우에는 520hr을 경과한 경우 문턱전압의 절대값이 10V정도 증가하였다. 이에 반해 실시예 1은 750hr 경과한 경우에도 문턱전압이 5V 정도 증가에 불과하여 시간경과에 불구하고 문턱전압의 변화가 아주 적음을 알 수 있다. 또한, 이동도를 비교하여 보면, 비교예 1은 9hr이 경과한 경우에도 이동도가 급격히 감소하였고, 비교예 2는 72hr이 지나면 이동도가 1/3로 감소하였으나, 실시예 1은 750hr을 경과하였어도 이동도에 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 상기 도 2 내지 6와 같이, 실시예 1은 시간 경과에 따른 이동도 및 문턱전압의 변화가 거의 없어, 유기박막 트랜지스터의 초기 성능을 그대로 유지하고 있음을 알 수 있다.
이상에서 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 형성된 보호막을 구비하는 유기박막 트랜지스터의 개략 단면도이고,
도 2는 비교예 1에 의한 유기박막트랜지스터의 특성이 시간 경과에 따라 저하됨을 보여주는 그래프이고,
도 3은 비교예 2에 의한 유기박막트랜지스터의 특성이 시간 경과에 따라 저하됨을 보여주는 그래프이며,
도 4는 실시예 1에서 수득된 유기박막트랜지스터의 시간 경과에 따른 특성변화를 나타내는 그래프이고,
도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 시간 경과에 따른 이동도 및 문턱전압의 변화를 비교한 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 기판 20: 게이트 전극
30: 게이트 절연막 40: 소스/드레인 전극
50: 프린팅용 뱅크 60: 유기 반도체 활성층
70: 보호막

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 퍼플루오로폴리이써 유도체, 감광성 고분자 또는 이들의 공중합체 및 광경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
    [화학식 1]
    A-CF2O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A
    [화학식 2]
    CF3O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A
    상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
    A는 A’또는 RA’이고, 여기서 상기 A’는 COF, SiX1X2X3 (여기서 X1, X2 및 X3는 각각 독립적으로 탄소수 1~10개의 알킬기이고, 이들 중 하나 이상은 C1-C10의 알콕시기이다), 실라놀, 클로로실란, 카르복실산, 알코올, 아민, 인산 및 이들의 유도체들로 구성되는 군에서 선택되는 작용기이고, 상기 R은 C1-C30의 치환 또는 비치환 알킬렌기로서, 여기서 치환기는 히드록시기, C1-C10의 알킬기, 히드록시알킬기, 아마이드기, 니트로기, C2-C30의 알케닐기, C1-C30의 알콕시기, C2-C30의 알콕시알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
    m은 1 내지 50이고,
    n은 1 내지 50이다.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 감광성 고분자는 주쇄 또는 측쇄 중 적어도 한 곳에 아크릴레이트, 실록산, 이미드, 아마이드, 비닐, 우레탄, 에스터, 에폭시, 알코올 등에서 선택되는 감광성 작용기를 적어도 1종 이상 포함하는 고분자임을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 감광성 고분자가 수용성 감광성 고분자임을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 감광성 고분자가 폴리비닐알코올, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴 아마이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리메틸비닐에테르, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리아닐린, 폴리피롤 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 퍼플루오로폴리이써 유도체는 중량평균분자량이 1,000 내지 20,000인 것을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 퍼플루오로폴리이써 유도체와 상기 감광성 고분자 또는 이들의 공중합체에서 상기 퍼플루오로폴리이써 유도체와 상기 감광성 고분자의 몰당량비가 0.01 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 광경화제가 탈이온수에 용해되어 있는 감광성 고분자에 대해 고체함량 기준으로 0.01:1 내지 0.05:1의 비율로 첨가된 것을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 광경화제는 암모니움 디크로메이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트, 및 우레탄 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  9. 상기 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 따른 보호막 형성용 조성물에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 보호막.
  10. 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스/드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하는 유기 박막 트랜지스터로서, 상기 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 따른 보호막 형성용 조성물에 의해 형성된 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 보호막이 유기 박막 트랜지스터의 최상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 보호막이 유기 반도체층 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 유기 박막 트랜지스터가 상기 소스/드레인 전극 위에 형성된 뱅크를 구비하고, 상기 보호막이 상기 유기 반도체층 및 상기 뱅크 위에 형성된 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 보호막이 스핀 코팅, 딥코팅, 캐스팅, 마이크로 그라비아 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅, 롤 코팅, 와이어 바 코팅, 침지 코팅, 분무 코팅, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 또는 잉크젯 인쇄법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 보호막의 두께가 0.1 내지 5.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 기판이 유리, 실리콘 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  17. 제 10항에 있어서, 상기 게이트 절연막이 폴리비닐페놀(poly vinyl phenol), 폴리 메틸 메타크릴레이트 (poly methyl metacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리 비닐알코올(poly vinyl alcohol), SiNx(0<x<4), SiO2, Al2O3 및 이들의 유도체들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 유기 반도체층이 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리페닐렌비닐렌 및 이들의 유도체들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  19. 제 10항에 있어서, 상기 게이트 전극 및 소스/드레인 전극이 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 인듐틴산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene) 및 PEDOT(polyethylenedioxythiophene)/PSS(polystyrenesulfonate) 로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  20. 제 10항 내지 제 19항 중 어느 하나의 항에 의한 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자소자.
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