KR20100022110A - 적층 구조체, 전자 소자, 및 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 적층 구조체는, 높은 표면 자유 에너지를 갖는 영역과 낮은 표면 자유 에너지를 갖는 영역이 잘 분리되어 있으며, 하지층과 도전층 사이의 밀착성이 크고, 저비용으로 쉽게 형성될 수 있다. 이러한 적층 구조체는, 제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하는 젖음성 변화층; 및 젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역 상에 형성되는 도전층을 포함한다. 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 소정량의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아진다.
Description
본 발명은 적층 구조체와, 적층 구조체를 이용한 전자 소자와, 적층 구조체 및 전자 소자를 제조하는 방법, 그리고 표시 장치에 관한 것이다.
최근에, 유기 반도체 재료를 이용한 유기 박막 트랜지스터가 대대적으로 연구되고 있다. 트랜지스터에 유기 반도체 재료를 이용하는 것의 이점으로는, 트랜지스터의 유연성과 대면적화, 트랜지스터의 단순한 층 구성으로 인한 제조 프로세스의 단순화, 및 저렴한 제조 설비의 사용 가능 등을 들 수 있다.
또한, 인쇄법을 이용함으로써, 종래의 실리콘계 반도체에 사용되는 포토리소그래피 기술에 비해, 유기 박막 트랜지스터를 훨씬 낮은 비용으로 제조할 수 있다. 또한, 인쇄법, 스핀 코팅법, 또는 침지법을 이용함으로써, 박막 또는 회로를 간편하게 형성할 수 있다.
박막 트랜지스터의 성능을 나타내는 파라미터 중의 하나로는, OFF 상태의 전류에 대한 ON 상태의 전류의 비(통상 Ion/Ioff로 표현됨)가 있다. 박막 트랜지스터에 있어서, 소스 전극 및 드레인 전극을 흐르는 포화 전류 Ids는 이하의 수학식 1로 표현된다.
수학식 1에서, μ는 전계 효과 이동도를 나타내고, Cin은 게이트 절연막의 단위 면적당 커패시턴스를 나타내며, W는 채널 폭을 나타내고, L은 채널 길이를 나타내며, VG는 게이트 전압을 나타내고, Vth는 문턱 전압을 나타낸다.
또한, Cin은 이하의 수학식 2로 표현된다.
수학식 2에서, ε는 게이트 절연막의 비유전율을 나타내고, ε0는 진공에서의 비유전율을 나타내며, d는 게이트 절연막의 두께를 나타낸다.
ON 상태의 전류 Ion을 증대시키기 위해서는,
1. 전계 효과 이동도 μ를 증대시키고,
2. 채널 길이 L을 단축시키며,
3. 채널 폭 W를 증대시키는
것이 유효하다는 것은, 수학식 1로부터 분명하다.
전계 효과 이동도 μ는 재료 특성에 강하게 의존하며, 전계 효과 이동도 μ를 증대시키기 위해 재료 개발이 대대적으로 행해지고 있다.
채널 길이 L은 소자 구성에 의해 결정되므로, 소자 구성을 적절히 변경함으로써 ON 전류를 증대시키려는 시도가 행해지고 있다. 종래 기술에서는, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 거리를 단축시킴으로써, 채널 길이 L을 단축시킬 수 있다는 것이 잘 알려져 있다.
유기 반도체 재료의 경우, 실리콘 반도체 등과 같은 무기 반도체 재료에 비해 전계 효과 이동도 μ를 크게 하기 위해서는, 통상적으로 채널 길이 L이 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 5 ㎛ 미만일 필요가 있다. 실리콘 프로세스에 자주 사용되는 포토리소그래피 기술이, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 거리를 정확하게 단축시킬 수 있는 방법 중 하나라는 것이 알려져 있다.
통상적으로, 포토리소그래피 프로세스는, 이하의 단계, 즉
1. 박막층을 갖는 기판 상에 포토레지스트층을 도포하는 단계(포토레지스트 도포),
2. 가열에 의해 용제를 제거하는 단계(프리 베이킹 단계),
3. 패턴 데이터에 따라 레이저빔 또는 전자빔으로 묘화(描畵)하여 얻은 하드 마스크를 통해 자외선을 조사(照射)하는 단계(노광 단계),
4. 노광 영역의 레지스트를 알칼리 수용액으로 제거하는 단계(현상 단계),
5. 미(未)노광 영역(패턴부)의 레지스트를 가열에 의해 경화하는(굳히는) 단계(포스트 베이킹 단계),
6. 이제까지 만들어진 구조체를 에칭액에 침지하거나, 또는 이제까지 만들어진 구조체를 에칭 가스에 폭로(暴露)하여, 레지스트가 없는 영역에서 박막층을 제거하는 단계(에칭 단계),
7. 레지스트를 알칼리 용액 또는 산소 라디칼로 제거하는 단계(레지스트 제거 단계)
를 포함한다.
소기의 박막이 형성된 후, 전술한 단계를 반복하여, 전자 소자의 제조를 완료한다.
그러나, 포토리소그래피 프로세스는 고가의 설비를 필요로 하고, 복잡한 제조 단계를 수반하며, 이에 따라 제조 시간이 길다. 그 결과, 제조 비용이 높아진다.
제조 비용을 저감하기 위해, 최근에는 잉크젯 인쇄 등과 같은 인쇄에 의해 전극 패턴을 형성하려는 시도가 행해졌다. 잉크젯 인쇄를 사용하면 전극 패턴을 직접 묘화할 수 있기 때문에, 재료 이용률이 높고, 제조 프로세스를 간략화할 수 있으며, 비용을 줄일 수 있다. 그러나, 잉크젯 인쇄에서는 잉크 토출량을 줄이기가 곤란하고, 기계적인 허용오차와 관련이 있는 잉크 착탄(着彈) 정밀도를 더 고려해 보면, 30 ㎛ 미만의 치수를 갖는 패턴을 형성하기가 곤란하다. 그 결과, 잉크젯 인쇄만을 이용하여, 채널 길이가 짧은 트랜지스터와 같은 고정밀 디바이스를 제조하기가 곤란하다. 따라서, 고정밀 디바이스를 제조하기 위해서는, 신규한 방법을 개발해야 할 필요가 있으며, 예를 들어 잉크 방울이 착탄된 기판의 표면을 처리하려는 시도가 행해질 수 있다.
예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2006-278534호(이하에서는 참조문헌 1이라 함)에는, 자외선에 의해 조정되어 표면 자유 에너지 레벨이 달라진 재료로 형성되는 막을, 게이트 절연막 상에 적층하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 표면 자유 에너지 레벨이 달라진 영역이 자외선에 의해 형성된 후에, 잉크젯 인쇄에 의해 적층막 상에 전극 패턴을 형성한다.
그러나, 고(高) 표면 자유 에너지 영역과 저(低) 표면 자유 에너지 영역이 동일 평면 상에 있고 동일 평면 상에서 경계에 의해 분리되어 있으므로, 예를 들어 잉크 토출 속도가 높은 경우, 잉크가 경계를 넘어 흐트러질 수 있고; 이로 인해 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계는 물결치게 되며, 채널 길이는 명확히 규정되지 않게 된다. 그 결과, 전자 소자의 특성에 변동이 나타날 수 있다.
즉, 참조문헌 1에 개시된 기술에서, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계는, 동일 평면 상에서 1차원의 선이므로, 예를 들어 잉크 토출 속도가 높은 경우, 잉크가 경계를 넘어 흐트러질 수 있고; 이로 인해 채널 길이가 명확히 규정되지 않게 되며, 전자 소자의 특성에 변동이 나타나게 된다.
예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2003-518332호(이하에서는 참조문헌 2라 함)에는 경계를 3차원적으로 형성하는 기술이 개시되어 있으며, 이 기술은 전술한 문제를 해결하는데 사용될 수 있다. 이러한 기술에 따르면, 표면 자유 에너지가 낮은 폴리이미드 뱅크(bank)를 형성하므로; 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역이 동일 평면 상에 있지 않다. 그 결과, 고 표면 자유 에너지 영역에 토출된 친액성 잉크는 뱅크에 의해 막히고, 이에 따라 채널 길이가 잘 규정된다.
참조문헌 2에 개시된 기술은, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계가 높이의 차에 의해 잘 규정되고, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역이 명확히 구별된다는 점에서 우수하다. 그러나, 이 기술은 뱅크의 형성을 수반하고, 뱅크를 형성하기 위해서는, 복잡한 제조 단계를 포함하는 포토리소그래피 기술을 사용할 필요가 있어, 제조 비용이 커지며, 그 결과 인쇄 프로세스(예컨대, 잉크젯 프로세스)로 전자 소자로 제조하는 것의 장점이 줄어든다.
예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2004-141856호(이하에서는 참조문헌 3이라 함)에는 뱅크 대신에 인덴트(indent)를 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술에 따르면, 잉크젯에 의해 토출된 잉크 방울이 표면 상에서 완전히 막힐 필요가 없으며; 여분의 잉크는 인덴트부로 퍼질 수 있고, 그럼에도 불구하고 잘 규정된 경계가 형성될 수 있다.
참조문헌 3에 개시된 기술은, 잉크를 충분히 막을 수 있는 라인이 인덴트에 의해 규정된다는 점에서 우수하다. 그러나, 이러한 기술은 인덴트의 형성을 수반하고, 인덴트를 형성하기 위해서는, 복잡한 제조 단계를 포함하는 포토리소그래피 기술을 사용할 필요가 있어, 제조 비용이 커진다. 그 결과, 인쇄 프로세스(예컨대, 잉크젯 프로세스)로 전자 소자로 제조하는 것의 장점이 줄어든다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에서는, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역을 형성하여, 박막 트랜지스터의 채널 길이를 단축시킨다. 그러나, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역을 잘 분리할 수 있는 경계가 확보될 수 없고, 이로 인하여 전자 소자의 특성에 변동이 나타나게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 몇 가지 방법이 제안되었지만, 이들 방법은 포토리소그래피 기술을 필요로 하며, 이에 따라 제조 프로세스가 복잡해지고, 제조 비용이 커지며, 이는 인쇄 프로세스로 전자 소자를 제조하는 것의 장점에 위배되는 것이다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에서는, 반도체 디바이스 및 전자 회로에 배선 패턴을 형성하는 데, 포토리소그래피 기술을 자주 사용한다. 포토리소그래피는 고가의 설비를 필요로 하고, 복잡한 제조 프로세스를 수반하며, 이에 따라 긴 제조 시간을 필요로 하므로, 제조 비용이 증대된다.
제조 비용을 저감하기 위해, 최근에는, 금속 미립자를 함유한 분산액(이 액을 이하에서는 "금속 미립자 분산액"이라 함)을 기판에 직접 도포하는, 다른 배선 패턴 형성 기술이 주목받고 있다.
예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평성03-281783호(이하에서는 참조문헌 4라고 함)에는, 직경 0.001 ㎛ 내지 0.1 ㎛의 금속 초미립자를 유기 용매에 균일하게 많이 분산시켜 금속 페이스트를 형성하고, 이 금속 페이스트를 기판의 표면에 도포하며, 건조시키고 소성하여, 두께 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛의 금속막을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 종류의 금속 초미립자를 "나노 금속 잉크"라고도 한다.
그러나, 나노 금속 잉크, 즉 금속 초미립자를 물 또는 용기 용매에 분산시켜서 얻은 금속 미립자 분산액으로 형성되는 배선 패턴은, 종래의 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성된 배선 패턴에 비하여, 하지 기판에 대한 밀착성이 낮다. 또한, 코팅 또는 액적(液滴) 토출에 이용될 수 있는 금속 미립자 분산액으로 형성되는 전극도 또한 박막 트랜지스터가 더 소형화되어 감에 따라, 높은 패터닝 정밀도가 요구되며, 밀착성도 또한 중요한 사안이 된다.
일본 특허 출원 공개 제2005-159143호(이하에서는 참조문헌 5라고 함)에는, 소형화되고 기판의 표면에 대하여 우수한 밀착성을 갖는 배선 패턴을 액적 토출에 의해 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 배선 패턴은, 종래부터 반도체 분야에 잘 알려져 있는, 드라이 에칭, 프로스트 처리, 또는 샌드블라스팅을 통해, 기판의 표면을 조면화(粗面化)함으로써 요철이 마련된 영역에 형성된다.
그러나, 이러한 기술에서, 요철은, 배선 패턴이 형성되는 영역뿐만 아니라, 이 배선 패턴 영역의 표면의 요철 형상을 취하는 기능성 박막에도 형성되며; 이로 인하여, 박막 트랜지스터가 바텀 게이트(bottom-gate) 구조를 갖는 경우, 요철이 게이트 전극의 표면에 남고, 이로써 절연 내압이 떨어지며, 게이트 전극에 형성된 게이트 절연막의 표면 특성이 나빠진다. 그 결과, 펜타센 또는 그 밖의 유기 결정성 반도체 재료 구조를 형성하는 경우, 이동도가 저하될 수 있다.
일본 특허 출원 공개 제2006-114579호(이하에서는 참조문헌 6이라 함)와 일본 특허 출원 공개 제2007-043131호(이하에서는 참조문헌 7이라 함)에는, 밀착성을 개선하기 위해, 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층과 하부층 사이에 중간층을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이 기술은, 중간층을 형성하는 추가적인 단계를 수반하고, 이는 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액을 기판에 직접 도포하는 기술의 장점, 예컨대 저비용과 소수의 제조 단계 등에 위배되는 것이다.
일본 특허 출원 공개 제2003-315813호(이하에서는 참조문헌 8이라 함)에는, 금속 미립자를 함유하는 제1 액체 재료를 액적 토출 수단에 의해 기판 상에 배치하여 기판 상에 소정 패턴의 도전막 배선을 형성하기 전에, 기판의 표면을 액체 재료에 대하여 발액성을 띠도록 제어하고, 제1 액체 재료와는 다른 제2 액체 재료를 액적 토출 수단에 의해 기판 상에 배치하여, 도전막 배선의 기판에 대한 밀착성을 향상시키는 중간층을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 기판의 발액성을 이용한 패터닝에 의해서는, 충분한 밀착성을 얻기가 어렵다. 또한, 이 기술은, 중간층을 형성하는 추가적인 단계를 수반하고, 이는 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액을 기판에 직접 도포하는 기술의 장점, 예컨대 저비용과 소수의 제조 단계 등에 위배되는 것이다.
일본 특허 출원 공개 제2007-012590호(이하에서는 참조문헌 9라고 함)에는, 밀착성을 개선하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는, 금속 미립자와, 물, 그리고 분자량이 2000 내지 3000이며 실온에서 고체 상태인 고체 분산제를 함유하는 금속 미립자 분산액을 기판의 표면에 도포한 후에, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Ir, Sn, Cu, Ni, Fe, Co, Ti 및 In 중의 하나 이상을 함유하는 합금으로 형성된 금속 미립자를 이용해 금속막을 형성하는데, 상기 합금에서 Ag의 농도는 80 내지 99.9 원자%이고 평균 결정입경이 0.25 ㎛이다. 이러한 식으로, 코팅 재료측에서의 기판의 밀착성을 향상시킨다.
그러나, 소형화된 배선을 형성하는 경우에는, 코팅 재료측에서의 기판의 밀착성과 구조를 갖는 측에서의 기판의 밀착성 모두를 확보하고, 이에 의해 더 높은 밀착성을 확보하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에서는, 금속 미립자 분산액을 이용하여 배선 패턴(도전층)을 형성하는 기술이 제안되어 있지만, 배선 패턴의 기판에 대한 밀착성이 충분하지 않고 반도체 특성이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 전술한 문제점을 해결하기 위한 기술이 추가적으로 제안되었지만, 이들 기술은 제조 단계의 수를 증가시키며, 그 결과 제조 비용이 높아진다.
본 발명은 종래 기술의 문제점 중 하나 이상을 해결할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역이 잘 분리되어 있고, 저비용으로 쉽게 형성될 수 있는 적층 구조체를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 하부층과 이 하부층 상의 도전층 사이에 높은 밀착성을 갖고, 저비용으로 쉽게 형성될 수 있는 적층 구조체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면,
제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하며, 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 소정량의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지는 것인 젖음성 변화층; 및
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역에 형성된 도전층
을 포함하는 적층 구조체가 제공된다.
바람직하게는, 적층 구조체는,
제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 소정량의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지며, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에는 제1 표면 자유 에너지 영역과 제2 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계를 따라 홈이 마련되는 것인 젖음성 변화층; 및
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역에 형성된 도전층
을 포함한다.
바람직하게는, 적층 구조체는,
제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 소정량의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지며, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면에 복수의 오목부가 형성되는 것인 젖음성 변화층; 및
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역에 형성된 도전층
을 포함한다.
바람직하게는, 제2 표면 자유 에너지 영역의 제2 막 두께와 제1 표면 자유 에너지 영역의 제1 막 두께 사이의 차가 5 ㎚ 이상이고, 제1 막 두께의 10% 이하이다.
바람직하게는, 젖음성 변화층은 제1 재료와 제2 재료를 포함하고, 제1 재료의 전기 절연성이 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하며, 소정량의 에너지 인가에 의한 제2 재료의 표면 자유 에너지의 증가율이, 소정량의 에너지 인가에 의한 제1 재료의 표면 자유 에너지의 증가율보다 크다.
바람직하게는, 제2 재료는 곁사슬에 소수성(疏水性)기를 갖는 폴리머로 형성된다.
바람직하게는 폴리머는 폴리이미드를 포함한다.
바람직하게는, 젖음성 변화층은,
주사슬 및 곁사슬을 갖고, 상기 곁사슬은 젖음성을 제어하여, 에너지 인가 이전에 표면 자유 에너지를 낮게 하는 것인 폴리이미드; 및
주사슬만을 갖는 폴리이미드
를 포함하는 블렌드 재료로 형성된다.
바람직하게는, 젖음성 변화층은,
주사슬 및 곁사슬을 갖고, 상기 곁사슬은 젖음성을 제어하여, 에너지 인가 이전에 표면 자유 에너지를 낮게 하는 것인 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산; 및
주사슬만을 갖는 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산
을 포함하는 블렌드 재료로 형성된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면,
기판;
전극;
반도체층; 및
절연층
을 포함하고, 상기 전극, 반도체층 및 절연층은 기판 상에 형성되며,
상기 전극은,
제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하며, 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 소정량의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지는 것인 젖음성 변화층과,
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역에 형성된 도전층
을 구비하는 적층 구조체를 포함하는 것인 전자 소자가 제공된다.
바람직하게는, 복수의 적층 구조체가 절연층을 사이에 두고 적층된다.
바람직하게는, 각 적층 구조체의 젖음성 변화층이 절연층의 역할을 한다.
바람직하게는, 복수의 전자 소자가 기판 상에 배치된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면,
기판;
복수의 전자 소자가 기판 상에 배치된 전자 소자 어레이;
대향 기판; 및
표시 유닛
을 포함하고, 상기 각 전자 소자는,
전극;
반도체층; 및
절연층
을 포함하며, 상기 전극, 반도체층 및 절연층은 기판 상에 형성되고,
상기 전극은,
제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하며, 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 소정량의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지는 것인 젖음성 변화층과,
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역에 형성된 도전층
을 구비하는 적층 구조체를 포함하는 것인 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 적층 구조체에 따르면, 저비용으로 쉽게 형성될 수 있으며, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역이 잘 분리되어 마련되는 적층 구조체를 제공할 수 있다.
또한, 하부층과 이 하부층 상의 도전층 사이의 밀착성이 크고, 저비용으로 쉽게 형성될 수 있는 적층 구조체를 제공할 수 있다.
본 발명의 전술한 목적, 특징 및 장점과 그 밖의 목적, 특징 및 장점은, 이하에 첨부 도면을 참조로 하여 기재되는 바람직한 실시예의 상세한 설명을 통해 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적층 구조체의 단면도이고;
도 2는 조사량 10 J/㎠의 자외선에 의해 노광된 제1 실시예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이며;
도 3은 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계를 보여주는 확대 단면도이고;
도 4는 도 2와 도 3에 도시된 단차(홈) 부분을 보여주는 확대 단면도이며;
도 5a와 도 5b는 제1 실시예에 따른 자외선 조사 장치를 보여주는 사시도이고;
도 6은 제1 실시예의 예 4와 비교예 1에 따른 유기 트랜지스터의 단면도이며;
도 7은 제1 실시예의 예 5와 비교예 2에 따른 유기 트랜지스터의 단면도이고;
도 8a와 도 8b는 제1 실시예의 예 6에 따른 전자 소자 어레이의 단면도와 평면도이며;
도 9는 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같은 예 6의 전자 소자 어레이를 사용하는 제1 실시예의 예 7에 따른 표시 장치의 단면도이고;
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 적층 구조체의 단면도이며;
도 11은 에너지 인가에 의해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 있는 제2 실시예의 폴리머 재료를 보여주는 모식도이고;
도 12는 에너지 인가에 의해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 없는 비교예로서의 폴리머 재료를 보여주는 모식도이며;
도 13a 내지 도 13d는 제2 실시예에 따른 적층 구조체의 형성을 모식적으로 보여주는 단면도이고;
도 14는 폴리이미드 A로 형성된 본 예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이며;
도 15는 폴리이미드 B로 형성된 본 예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이고;
도 16은 제2 실시예의 예 2에 따른 적층 구조체의 형성을 보여주는 단면도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적층 구조체의 단면도이고;
도 2는 조사량 10 J/㎠의 자외선에 의해 노광된 제1 실시예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이며;
도 3은 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계를 보여주는 확대 단면도이고;
도 4는 도 2와 도 3에 도시된 단차(홈) 부분을 보여주는 확대 단면도이며;
도 5a와 도 5b는 제1 실시예에 따른 자외선 조사 장치를 보여주는 사시도이고;
도 6은 제1 실시예의 예 4와 비교예 1에 따른 유기 트랜지스터의 단면도이며;
도 7은 제1 실시예의 예 5와 비교예 2에 따른 유기 트랜지스터의 단면도이고;
도 8a와 도 8b는 제1 실시예의 예 6에 따른 전자 소자 어레이의 단면도와 평면도이며;
도 9는 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같은 예 6의 전자 소자 어레이를 사용하는 제1 실시예의 예 7에 따른 표시 장치의 단면도이고;
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 적층 구조체의 단면도이며;
도 11은 에너지 인가에 의해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 있는 제2 실시예의 폴리머 재료를 보여주는 모식도이고;
도 12는 에너지 인가에 의해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 없는 비교예로서의 폴리머 재료를 보여주는 모식도이며;
도 13a 내지 도 13d는 제2 실시예에 따른 적층 구조체의 형성을 모식적으로 보여주는 단면도이고;
도 14는 폴리이미드 A로 형성된 본 예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이며;
도 15는 폴리이미드 B로 형성된 본 예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이고;
도 16은 제2 실시예의 예 2에 따른 적층 구조체의 형성을 보여주는 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적층 구조체의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 적층 구조체는, 기판(11), 젖음성 변화층(12), 도전층(13) 및 반도체층(14)을 포함한다. 젖음성 변화층(12)은 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b)을 포함한다. 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b)은, 본원의 청구범위에서의 제2 표면 자유 에너지 영역과 제1 표면 자유 에너지 영역에 각각 해당한다.
기판(11)과 기판(11) 상의 젖음성 변화층(12)은 도 1에 도시된 바와 같은 적층 구조체의 코어부를 구성한다.
여기서, 젖음성 변화층(12)은, 가열을 통해, 또는 자외선, 전자빔, 플라즈마 등을 이용해 에너지가 인가될 때 임계 표면 장력이 변화하는 재료로 형성되며; 젖음성 변화층(12)은 임계 표면 장력이 서로 다른 2개 이상의 영역을 포함한다. 임계 표면 장력은 "표면 자유 에너지"라고도 한다. 도 1에서, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)은 상대적으로 높은 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 갖고, 저 표면 자유 에너지 영역(12b)은 상대적으로 낮은 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 갖는다.
소형화된 패턴을 제조하는 관점에서는, 자외선 또는 전자빔을 이용해 에너지를 인가하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 젖음성 변화층(12)의 재료가 유기 재료인 경우에는, 전자빔이 유기 재료에 큰 손상을 입힐 수 있으므로 자외선을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 2개의 인접해 있는 고 표면 자유 에너지 영역(12a) 사이에는 간극이 있으며, 예를 들어 이 간극은 1 ㎛ 내지 5 ㎛이다. 또한, 도전층(13)은 대응하는 고 표면 자유 에너지 영역(12a) 상에 형성되며, 반도체층(14)은 적어도 저 표면 자유 에너지 영역(12b)과 접촉하도록 배치된다.
본 실시예에서는, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b)을 동일 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b)은, 자외선이 조사되지 않은 상태에서는 표면 자유 에너지가 낮지만 자외선이 조사된 후에는 표면 자유 에너지가 높아지는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b)을 동일 재료로 형성하면, 제조 프로세스를 대폭 간략화할 수 있고 재료 비용을 저감할 수 있으며, 이에 따라 전자 소자를 저비용으로 제공할 수 있다.
젖음성 변화층(12)의 표면은 도 1에 도시된 바와 같이 적층 구조체에서 평평한 것으로 도시되어 있지만, 후술하는 바와 같이, 영역(12a)이 고 표면 자유 에너지 영역이 되도록, 영역(12a)에 자외선을 조사하여 영역(12a)에 에너지를 인가하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)의 두께가 다소 줄어든다는 것을 유의해야 한다.
도 2는 조사량 10 J/㎠의 자외선에 의해 노광된 본 실시예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)의 두께가 줄어들기 때문에, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계에는 높이의 차(단차)가 발생하여, 경계에는 뱅크가 형성된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같은 적층 구조체는, 제1 막 두께의 저 표면 자유 에너지 영역(12b)과 제2 막 두께의 고 표면 자유 에너지 영역(12a)을 구비한 젖음성 변화층(12)을 포함한다. 소정량의 에너지를 영역(12a)에 인가하면, 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작아지고, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)의 표면 자유 에너지가 저 표면 자유 에너지 영역(12b)의 표면 자유 에너지보다 높아진다. 도 1에 도시된 바와 같은 적층 구조체는, 젖음성 변화층(12)의 고 표면 자유 에너지 영역(12a)에 형성된 도전층(13)을 더 포함한다.
도 3은 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계를 보여주는 확대 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)에는 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계를 따라 홈이 형성된다.
도 3에서는 예시를 목적으로 구성 요소를 특히 두께방향으로 확대하였음을 유의하라.
도 4는 도 2와 도 3의 단차(홈) 부분을 보여주는 확대 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이에는 단차가 있고, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)(자외선에 의해 노광된 영역)에는, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b)(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 경계를 따라 홈이 형성된다.
고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이에 있는 단차와, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계를 따라 고 표면 자유 에너지 영역(12a)에 형성된 홈을 겸비하기 때문에, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)에 이른 잉크 방울이 저 표면 자유 에너지 영역(12b)으로 퍼지는 것을 방지할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이에 단차가 있으므로, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)에 형성되는 홈의 깊이는, 저 표면 자유 에너지 영역(12b)을 기준으로 하여 정해진다.
잉크젯에 의해 토출된 친액성 잉크는, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)에 도달하여 퍼지고, 친액성 면을 구성한다. 종래 기술에서는, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b)이 동일 평면 상에 있고, 잉크 방울의 퍼짐은, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 발액성 면을 구성하는 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계에 의해 방지된다. 다시 말하자면, 잉크 방울의 퍼짐은, 친액성 면(12a)과 발액성 면(12b)의 대조에 의해 방지된다.
본 실시예에서는, 친액성 면(12a)과 발액성 면(12b)의 대조 이외에도, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계에 3차원적 범프(bump)를 형성하여, 잉크가 경계를 넘어 퍼지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 경계는 정확하게 직선으로 형성될 수 있고, 전극 패턴의 엣지 형상이 잘 형성될 수 있으며[예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 적층 구조체에서, 도전층(13)의 엣지 형상이 잘 형성되며], 이에 따라, 특성의 변동이 거의 없는 전자 소자를 확보할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 적층 구조체가 전계 효과 트랜지스터에 적용되는 경우, 전계 효과 트랜지스터의 채널 길이가 잘 규정될 수 있고, 이로써 전계 효과 트랜지스터의 특성의 변동이 줄어든다.
범프는 고 표면 자유 에너지 영역(12a)과 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 사이의 두께차에 의해 생긴다. 범프의 높이가 너무 낮으면, 잉크의 퍼짐을 방지하는 효과가 매우 작을 것으로 예상된다. 후술하는 바와 같이, 범프의 높이가 5 ㎚ 이상인 것이 바람직하다는 것을 시험을 통해 알아냈다. 한편, 범프의 높이가 너무 높으면, 젖음성 변화층(12)의 막 두께의 감소가 크고; 이로 인하여, 전기 절연성이 나빠질 수 있다. 후술하는 바와 같이, 범프의 높이가, 에너지 인가 이전의 젖음성 변화층(12)의 본래 막 두께, 즉 저 표면 자유 에너지 영역(12b)의 막 두께의 10% 이하인 것이 바람직하다는 것을 시험을 통해 알아냈다.
후술하는 바와 같이, 범프의 높이는 재료의 적절한 선택 및 자외선 조사량을 통해 제어될 수 있다.
범프의 엣지(도 2에서는 절벽 모양임)는, 잉크가 범프를 넘어갈 수만 없다면, 테이퍼 형상, 역테이퍼 형상, 또는 수직 형상 등과 같은 임의의 형상일 수 있다. 일반적으로, 소정 패턴을 갖는 포토 마스크를 통해 자외선을 조사하는 경우, 범프의 엣지 형상은 패턴 엣지에 근사한 간섭광에 의해 결정된다. 따라서, 마스크 패턴의 두께에 경사를 부여함으로써, 범프의 엣지의 형상을 변경할 수 있다.
이상의 설명에서는, 도 1에 도시된 바와 같은 적층 구조체에서 저 표면 자유 에너지 영역(12b) 상에 반도체층(14)을 배치하는 것으로 기재되어 있지만; 전극 사이의 누설을 방지하는데 사용되는 절연층이 반도체층(14)을 대신할 수 있다. 또한, 도 1에는 반도체층(14)이 전체 기판(11)을 덮도록 형성된 것으로 도시되어 있지만; 반도체층(14)은 인접한 두 도전층(13) 사이에만 위치하도록 패터닝될 수 있다. 전체 기판(11)을 덮도록 반도체층(14)을 형성하는 경우, 일반적으로 스핀 코팅을 이용하지만; 임의의 다른 방법을 사용할 수 있음은 물론이다. 반도체층(14)을 패터닝하는 경우, 포토리소그래피를 이용할 수 있지만; 잉크젯(인쇄), 마이크로 접촉 인쇄, 플랙소(flexo) 인쇄, 또는 그라비어(gravure) 인쇄도 또한 이용할 수 있으며, 전자 소자를 저비용으로 제조하는 점에서 우수하다.
기판은 유리 기판 또는 필름 기판일 수 있다. 예를 들어, 필름 기판은 폴리이미드(PI) 기판, 폴리에테르설폰(PES) 기판, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판, 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 기판일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 적층 구조체에서, 젖음성 변화층(12)은 복수 종류의 재료로 형성된 단일층이거나, 또는 단일 재료로 형성된 단일층일 수 있다.
별법으로서, 젖음성 변화층(12)은 2 이상의 층을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 예를 들어 젖음성 변화층(12)이 제1 재료로 형성된 제1 층과 제2 재료로 형성된 제2 층을 포함한다고 하면, 제1 층과 제2 층은 다른 기능을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연성을 향상시키는 관점에서, 제1 재료의 전기 절연성이 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하고, 자외선 등의 에너지의 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 제1 재료보다 제2 재료가 크도록, 젖음성 변화층(12)을 형성할 수 있다.
별법으로서, 젖음성 변화층(12)은 2 이상의 재료로 형성된 단일층일 수 있다. 제1 재료와 제2 재료를 혼합하여 젖음성 변화층(12)을 형성한다고 하면; 제1 재료와 제2 재료의 물성의 차이를 이용하여, 젖음성 변화층(12)의 두께방향으로 재료 분포를 갖도록 젖음성 변화층(12)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 재료의 전기 절연성이 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하고, 자외선 등의 에너지의 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 제1 재료보다 제2 재료가 크도록, 젖음성 변화층(12)을 형성할 수 있다.
젖음성 변화층(12)을 구성하는 재료는 유기 재료 또는 무기 재료일 수 있지만, 인쇄 방법에 대한 적합성을 고려해 보면, 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있는 유기 재료가 바람직하다. 또한, 절연 성능을 향상시키기 위해, 유기 재료에 소량의 무기 재료를 첨가할 수도 있다.
젖음성 변화층(12)을 절연층 상에 형성하는 경우에는, 절연층이 자외선 조사의 영향을 받는 것을 방지하기 위해, 절연층의 절연 재료보다 큰 흡수 계수를 갖는 재료로 젖음성 변화층(12)을 형성하는 것이 바람직하다.
절연성이 우수한 유기 재료로는, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 에폭시 수지, 실세스퀴옥산, 폴리(비닐페놀), 폴리카보네이트, 불소계 수지, 폴리 파라크실렌, 또는 폴리(비닐부티랄)을 들 수 있다. 여기서, 폴리(비닐페놀)과 폴리(비닐알코올)은 적절한 가교제에 의해 가교될 수 있다.
절연성이 우수한 무기 재료로는, TiO2, SiO2 등을 들 수 있다.
인쇄 방법을 이용하는 경우에는, 자외선 등의 에너지의 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 상대적으로 크며, 저비용으로 디바이스를 제조하기에 적합한 재료로서, 폴리머 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리머 재료는 곁사슬에 소수성기를 갖는 것이 바람직하다. 곁사슬에 소수성기를 갖기 때문에, 자외선이 조사되지 않은 때에는 막의 표면 자유 에너지가 낮고, 자외선이 조사되어 에너지가 인가된 후에는 막의 표면 자유 에너지가 높아지며; 이에 따라, 자외선 조사 이전의 표면 자유 에너지와 자외선 조사 이후의 표면 자유 에너지 사이의 차를 크게할 수 있고, 즉 친액성 면(12a)과 발액성 면(12b) 사이의 대조를 증대시킬 수 있다.
본 실시예에서, 가변적인 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 갖는 재료는 자외선에 의해 어느 정도 절단되더라도 강성 구조를 갖기 때문에, 충전성이 우수한 폴리이미드를 주사슬에 도입하는 것이 바람직하다. 폴리이미드로는, 폴리아믹산의 가열을 통해 탈수 축합 반응에서 발생되는 열경화형 폴리이미드와, 용매에 녹을 수 있는 가용성 폴리이미드를 들 수 있다.
가용성 폴리이미드막은 다음과 같이 형성될 수 있다. 우선, 용매에 용해시킨 폴리이미드 도포액을 도포한 후, 용매를 비교적 낮은 온도, 예컨대 200 ℃ 미만의 온도에서 휘발시켜, 가용성 폴리이미드막을 형성한다.
열경화형 폴리이미드의 경우에는, 탈수 축합 반응을 일으키기에 충분한 수준까지 온도가 상승하지 않았다면, 탈수 축합 반응이 일어나지 않기 때문에, 일반적으로 200 ℃ 이상으로 가열할 필요가 있다. 따라서, 가용성 폴리이미드는, 내용제성(耐溶劑性)을 갖는 막이 저온에서 형성될 수 있게 하며, 절연성이 높기 때문에, 가용성 폴리이미드를 사용하는 것이 바람직하다. 가용성 폴리이미드는 미반응 폴리아믹산 또는 다른 부생성물의 이무수물을 생성하지 않으므로, 이러한 불순물에 의해 야기되는 폴리이미드의 전기 특성의 열화가 발생하지 않는다.
가용성 폴리이미드는, 예를 들어 높은 극성을 갖는 γ-부티로락톤, N-메틸피롤리돈 및 N-디메틸 아세트아미드에 용해될 수 있다. 이러한 이유로, 젖음성 변화층(12) 상에 반도체층(14)을 형성할 때에는, 톨루엔, 크실렌, 아세톤 및 이소프로필 알코올 등과 같은 낮은 극성을 갖는 용매를 사용하면, 용매에 의한 젖음성 변화층(12)의 침식을 방지할 수 있다.
본 발명에서, 젖음성 변화층(12)의 두께는 30 ㎚ 내지 3 ㎛인 것이 바람직하고, 50 ㎚ 내지 1 ㎛인 것이 더 바람직하다. 젖음성 변화층(12)이 너무 얇으면, 절연 성능, 가스 배리어성 및 방습성 등과 같은 젖음성 변화층(12)의 벌크 특성이 나빠질 수 있다. 한편, 젖음성 변화층(12)의 두께가 3 ㎛보다 크면, 젖음성 변화층(12)의 표면 형상이 나빠진다.
반도체층(14)은 CdSe, CdTe, 또는 Si와 같은 무기 반도체로 형성될 수 있거나, 혹은 펜타센, 안트라센, 테트라센, 또는 프탈로시아닌과 같은 유기 저분자, 폴리아세틸렌계 도전성 폴리머, 폴리(p-페닐렌)과 같은 폴리페닐렌계 도전성 폴리머와 그 유도체, 폴리(페닐렌비닐렌)과 그 유도체, 폴리피롤과 같은 헤테로사이클릭 도전성 폴리머와 그 유도체, 폴리티오펜과 그 유도체, 폴리퓨란과 그 유도체, 또는 폴리아닐린과 같은 이온성의 도전성 폴리머와 그 유도체 등의 유기 반도체로 형성될 수 있다.
젖음성 변화층(12)에 의한 특성 향상의 효과가 현저히 나타나게 하기 위해서는, 반도체층(14)을 유기 반도체로 형성하는 것이 바람직하다.
도전 재료를 함유한 액체를 도포한 후에, 도포된 액체를 가열하고, 도포된 액체에 자외선을 조사함으로써, 도전층(13)을 형성할 수 있다. 도전 재료를 함유한 액체는, 도전 재료를 용매에 용해시켜 얻은 용액, 도전 재료의 전구체를 용매에 용해시켜 얻은 용액, 도전 재료를 용매에 분산시켜 얻은 용액, 또는 도전 재료의 전구체를 용매에 분산시켜 얻은 용액일 수 있고, 예를 들어 Ag, Au, Ni 및 그 밖의 금속 미립자를 유기 용매나 물에 분산시켜 얻은 분산액, 도핑된 PANI (폴리아닐린)의 수용액, 또는 PSS (폴리(스티렌설포네이트))를 PEDOT (폴리(에틸렌디옥시티오펜))에 도핑하여 얻은 도전성 폴리머의 수용액일 수 있다.
도전 재료를 함유하는 액체는, 스핀 코팅, 딥 코팅(dip coating), 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 또는 잉크젯에 의해, 젖음성 변화층(12)의 표면에 도포될 수 있다. 젖음성 변화층(12)의 표면 자유 에너지의 영향을 받기 쉽게 하기 위해서는, 잉크젯을 이용하는 것이 바람직한데, 이는 잉크젯이 매우 작은 액적을 공급하기 때문이다. 통상의 프린터의 헤드를 이용하는 경우, 잉크젯의 이미지 해상도는 약 30 ㎛이며, 위치 결정 정밀도는 ±15 ㎛이다. 젖음성 변화층(12)의 표면 자유 에너지의 차이를 이용하는 경우, 전술한 패턴보다 훨씬 더 미세한 패턴이 형성될 수 있다. 본 실시예는, 특히 미세 패턴을 형성할 필요가 있는 경우에, 종래 기술에 비하여 장점을 갖는다.
자외선의 조사는 도 5a와 도 5b에 도시된 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 5a와 도 5b는 본 실시예에 따른 자외선 조사 장치를 보여주는 사시도이다.
도 5a와 도 5b에 도시된 각 자외선 조사 장치는 포토 마스크 홀더(94), 기판 스테이지(96) 및 자외선 광원(98)을 포함한다. 도 5a에 도시된 자외선 조사 장치에서는, 포토 마스크(90)와 기판(500)이 자외선 조사 장치에 셋팅되어 있다. 도 5a와 도 5b에 도시된 각 자외선 조사 장치는, 포토 마스크 홀더(94)를 개폐하기 위한 개폐 기구(도시 생략)와, 포토 마스크(90) 및 기판(500) 사이의 각도 및 상대 위치를 조정하기 위한 구동 기구(도시 생략)를 더 포함한다.
도 5a와 도 5b에 도시된 자외선 조사 장치에서는, 우선 포토 마스크(90)를 포토 마스크 홀더(94)에 셋팅하고, 기판(500)을 기판 스테이지(96)에 셋팅하며, 그리고 포토 마스크(90) 및 기판(500)을 흡착 기구(도시 생략)에 의해 포토 마스크 홀더(94) 및 기판 스테이지(96)에 고정시킨다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 포토 마스크(90) 및 기판(500)은 자외선 조사 장치에 고정된다.
이어서, 포토 마스크(90) 및 기판(500)이 서로 면하게 되도록, 포토 마스크 홀더(94)를 폐쇄한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 자외선 조사 장치의 포토 마스크 홀더(94)를 폐쇄한다. 포토 마스크 홀더(94)를 폐쇄한 후, 구동 기구에 의해 기판 스테이지(96) 또는 포토 마스크 홀더(94)를 이동시켜, 포토 마스크(90)와 기판(500) 사이의 각도 및 상대 위치를 조정한다. 이러한 조정 이후에는, 자외선 광원(98)으로부터 미리 정해놓은 양의 자외선을 포토 마스크(90) 및 기판(500)에 노광시킨다. 자외선을 노광하는 동안, 포토 마스크(90) 및 기판(500)은 서로 밀착하게 될 수도 있고, 또는 포토 마스크(90)와 기판(500) 사이에 작은 간극을 두고 있을 수도 있다(소위 "근접 노광"). 자외선을 미리 정해놓은 양으로 노광한 후에, 포토 마스크 홀더(94)를 개방하고, 기판(500)의 흡착 기구를 해제시켜, 기판(500)을 꺼낸다.
본 실시예에 따르면, 본 실시예의 적층 구조체에서는, 저 표면 자유 에너지 영역(12b)(제1 표면 자유 에너지 영역)과, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)(제2 표면 자유 에너지 영역) 사이의 경계에 단차(높이차)가 형성되는데, 자외선에 의한 에너지 인가로 인하여, 고 표면 자유 에너지 영역(12a)은 저 표면 자유 에너지 영역(12b)보다 얇고 표면 자유 에너지가 크며, 단차의 높이는 저 표면 자유 에너지 영역(12b)과 고 표면 자유 에너지 영역(12a) 사이의 높이차에 대응한다. 그 결과, 저 표면 자유 에너지 영역(12b)과 고 표면 자유 에너지 영역(12a) 사이의 경계선이 명확하게 규정된다.
또한, 본 실시예에서, 전술한 바와 같이 명확하게 규정된 경계선을 갖는 적층 구조체는, 잉크젯 또는 그 밖의 저비용의 방법에 의해 형성될 수 있으며, 고가의 설비를 필요로 하며 복잡한 제조 단계를 수반하는 포토리소그래피 프로세스를 이용할 필요가 없다. 따라서, 본 실시예의 적층 구조체는 저비용으로 제조될 수 있다.
본 실시예의 적층 구조체에서, 젖음성 변화층은 제1 재료와 제2 재료를 포함하고, 제1 재료의 전기 절연성은 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하며, 그리고 에너지 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 제1 재료보다 제2 재료가 크다.
이로 인하여, 저 표면 자유 에너지 영역(12b)과 고 표면 자유 에너지 영역(12a) 사이의 경계선이 명확하게 규정될 수 있으며, 본 실시예의 적층 구조체는 전기 절연성이 우수하다. 예를 들어, 본 실시예의 적층 구조체가 전계 효과 트랜지스터에 적용되는 경우, 전계 효과 트랜지스터의 채널 길이가 잘 규정될 수 있고, 전계 효과 트랜지스터의 특성의 변동이 거의 없으며, 전계 효과 트랜지스터는 전기 절연성이 우수하다.
본 실시예의 적층 구조체에서, 에너지 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 상대적으로 큰 제2 재료는, 곁사슬에 소수성기를 갖는 폴리머로 형성된다. 이 때문에, 소량의 에너지를 인가하여 표면 자유 에너지를 변경할 수 있다.
예를 들어, 곁사슬에 소수성기를 갖는 폴리머는, 폴리이미드를 포함하는 폴리머일 수 있다. 이러한 재료를 이용하면, 자외선을 조사하여 에너지를 인가하더라도, 적층 구조체의 절연성을 유지시킬 수 있다.
본 실시예는, 기판, 전극, 반도체층 및 절연층을 구비하고, 전극, 반도체층 및 절연층이 기판 상에 형성되는 전자 소자를 제공할 수 있다. 전극은 전술한 바와 같은 적층 구조체에 의해 형성된다.
그 결과, 저 표면 자유 에너지 영역(12b)과 고 표면 자유 에너지 영역(12a) 사이의 경계선이 분명하게 규정되고, 전극 패턴의 엣지 형상이 잘 규정되며; 이에 따라 특성의 변동이 거의 없는 전자 소자를 확보할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 적층 구조체가 전계 효과 트랜지스터에 적용되는 경우, 전계 효과 트랜지스터의 채널 길이가 잘 규정되며, 이로써 전계 효과 트랜지스터의 특성의 변동이 줄어든다.
본 실시예의 적층 구조체를 구비하는 본 실시예의 전자 소자에서는, 반도체층이 유기 반도체 재료로 형성되기 때문에, 전자 소자는 인쇄와 같은 저비용의 방법에 의해 저비용으로 제조될 수 있다.
본 실시예의 적층 구조체를 이용하는 본 실시예의 전자 소자는, 게이트 절연막과 적층 구조체가 적층된 구조를 갖기 때문에, 자외선을 조사하여 에너지를 인가하더라도, 적층 구조체의 절연성을 유지시킬 수 있다.
본 실시예의 적층 구조체를 이용하는 본 실시예의 전자 소자에서는, 젖음성 변화층(12)이 절연막의 역할도 하여 절연막의 기능을 구현하기 때문에, 성능이 우수한 박막 트랜지스터와 같은 전자 소자를 저비용으로 제공할 수 있다.
본 실시예의 전자 소자에서는, 본 실시예의 적층 구조체가 복수의 전극 층에 사용되기 때문에, 박막 트랜지스터와 같은 전자 소자의 모든 전극은 높은 정밀도와 높은 밀도를 가질 수 있다.
예 1
저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 높이차(단차)의 값의 적정 범위를 살펴보기 위해, 시험을 행하였다.
이 예에서는, 곁사슬에 소수성기를 갖고 표면 자유 에너지가 자외선 조사를 통한 에너지 인가로 인하여 변화하는 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 유리 기판 상에 도포한다. 기판을 100 ℃의 오븐에서 프리 베이킹한 후, 용매를 180 ℃에서 제거하여, 젖음성 변화층을 형성한다. 그 후에, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 소정 패턴의 포토 마스크를 통해 젖음성 변화층에 조사하고, 이에 의해 젖음성 변화층의 동일면 상에 노광 영역과 미노광 영역을 형성한다.
조사량 10 J/㎠의 자외선에 의해 노광된 본 실시예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진인 도 2를 참조한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 노광 영역은, 미노광 영역(저 표면 자유 에너지 영역)보다 얇은 두께를 갖는 고 표면 자유 에너지 영역이다. 따라서, 고 표면 자유 에너지 영역의 두께는 자외선의 노광으로 인하여 줄어든다.
이어서, 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 두께차, 즉 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역 사이의 평균 높이차에 대하여, 자외선 노광 시간(자외선 노광량)이 미치는 영향을, 원자간력 현미경을 이용해 측정한다.
표 1은 두께차에 대하여 자외선 노광량이 미치는 영향을 보여준다.
또한, 표 1에 요약된 측정 결과는, 자외선에 의해 노광된 영역에 있어서 나노은 잉크의 접촉각을 포함한다.
또한, 나노은 잉크가 잉크젯으로부터 고 표면 자유 에너지 영역에 토출될 때, 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 경계에 있어서 잉크 방울의 멈춤 상태를 측정한다. 측정 결과가 표 1에 나타나 있다.
| 자외선 조사량 [J/㎠] | 나노은 잉크 접촉각 [°] | 평균 높이차 [㎚] | 잉크 방울의 멈춤 상태 |
| 0 | 28 | 0 | × |
| 2 | 27 | 0 | × |
| 3 | 26 | 2.1 | × |
| 5 | 16 | 5.0 | △ |
| 7 | 6 | 9.5 | ◎ |
| 10 | 6 | 14.0 | ◎ |
| 20 | 5 | 31.3 | ◎ |
| 30 | 5 | 48.4 | ◎ |
| 40 | 5 | 65.4 | ◎ |
| ◎: 매우 좋음, △: 좋음, ×: 좋지 않음 | |||
표 1에 나타나 있는 바와 같이, 자외선의 노광량이 증가하면, 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 평균 높이차도 또한 증가하며; 이에 따라 자외선의 노광량을 변경함으로써 임의의 원하는 높이차를 구현할 수 있다.
한편, 자외선의 노광량이 증가하면, 나노은 잉크의 접촉각이 감소하여, 자외선에 노광된 본래 발액성인 영역은 친액성이 된다. 자외선의 노광량이 5 J/㎠ 미만인 경우, 평균 높이차는 작고, 액적은 노광 영역과 미노광 영역 사이의 경계선을 넘어 퍼지며; 이에 따라 노광 영역과 미노광 영역은 분명하게 구분될 수 없다.
자외선의 노광량이 5 J/㎠인 경우에는, 액적의 착탄(着彈) 이후에, 액적의 일부분이 경계선을 넘어 퍼지긴 하지만, 상당히 많은 액적이 노광 영역에 남는다.
자외선의 노광량이 7 J/㎠ 이상이면, 모든 액적이 노광 영역(고 표면 자유 에너지 영역)에 완전히 머무르며, 미노광 영역(저 표면 자유 에너지 영역)으로 퍼지는 액적은 없다. 자외선의 노광량이 7 J/㎠ 이상이면, 나노은 잉크의 접촉각이 약 5°이고, 막 표면이 친액성이 되며; 이에 따라 액적은 막 표면에 이른 후에 쉽게 막 표면을 적시고 퍼질 수 있다. 그러나, 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 경계선에서의 두께차 때문에, 모든 액적이 노광 영역(고 표면 자유 에너지 영역)에 완전히 머무르며, 경계선을 넘어 퍼지는 액적은 없다.
표 1에 나타나 있는 측정 결과에서는, 5 ㎚의 평균 높이차가, 탄착 이후의 액적을 국한시키기 위한 한계이다. 즉, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역 사이의 평균 높이차가 5 ㎚ 이상인 경우, 액적은 탄착 이후에 고 표면 자유 에너지 영역에 완전히 국한될 수 있다.
예 2
저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 높이차(단차)의 값의 적정 범위를 더 살펴보기 위해, 시험을 행하였다.
본 예에서는, 유리 기판의 전면(全面)에 알루미늄 전극을 진공 증착을 이용해 제조한다.
이어서, 예 1의 것과 동일한 재료를 도포하고, 기판을 180 ℃의 오븐에서 소성하여, 400 ㎚의 젖음성 변화층을 형성한다. 그 후에, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을, 젖음성 변화층에 다양한 조사량으로 조사한다.
이어서, 직경 1 ㎜의 구멍을 갖는 마스크 패턴을 통하여, 알루미늄 전극을 노광 기판 상에 진공 증착을 이용해 제조한다. 그 후에, 유리 기판의 전면에 알루미늄 전극을 하부 전극으로서 구비하고, 직경 1 ㎜의 알루미늄 전극을 상부 전극으로서 구비하는 구조에 전압을 인가하여, 젖음성 변화층의 누설 전류(즉, 젖음성 변화층의 두께방향으로 흐르는 전류)를 측정한다.
표 2는 저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 높이차에 대하여 젖음성 변화층의 누설 전류가 미치는 영향에 관한 측정 결과를 보여준다.
또한, 표 2는 400 ㎚의 막 두께에 대한 평균 높이차의 비율로 정의되는, 상대 평균 높이차를 보여준다.
| 자외선 조사량 [J/㎠] | 평균 높이차 [㎚] | 누설 전류 | 400 ㎚의 막 두께에 대한 평균 높이차의 비율 [%] |
| 0 | 0 | ◎ | 0 |
| 2 | 0 | ◎ | 0 |
| 3 | 2.2 | ◎ | 0.5 |
| 5 | 5.1 | ◎ | 1.3 |
| 7 | 9.5 | ◎ | 2.4 |
| 10 | 14.2 | ◎ | 3.5 |
| 20 | 31.2 | ◎ | 7.8 |
| 30 | 48.1 | △ | 12.0 |
| 40 | 65.1 | × | 16.3 |
| ◎: 매우 좋음, △: 좋음, ×: 좋지 않음 | |||
표 2에 나타나 있는 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 상대 평균 높이차가 7.8% 이하인 경우, 누설 전류는 자외선이 조사되지 않은 경우와 실질적으로 동일하다. 그러나, 상대 평균 높이차가 12%를 넘는 경우에는, 누설 전류가 점차적으로 증가하며, 상대 평균 높이차가 16.3%에 도달한 경우에는, 측정한 모든 샘플에서 누설 전류가 매우 크다.
따라서, 표 2에 나타나 있는 결과로부터, 상대 평균 높이차가 12% 이하이어야만, 누설 전류가 허용될 수 있는 크기를 갖는 것으로 확인되었다.
예 3
저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 높이차(단차)의 값의 적정 범위를 더 살펴보기 위해, 예 2와 동일한 시험을 다른 재료를 이용해 행하였다.
본 예에서는, 예 2와 마찬가지로, 유리 기판의 전면에 알루미늄 전극을 진공 증착을 이용해 제조한다. 이어서, 예 2에서 사용된 것과는 다른 주사슬 분자 골격을 갖는 재료, 구체적으로는 곁사슬에 알킬기를 갖고 표면 자유 에너지가 자외선 조사를 통한 에너지 인가로 인하여 변화하는 폴리이미드의 GBL(γ-부티로락톤) 용액을, 하부 알루미늄막 상에 스핀 코팅에 의해 도포한다. 기판을 100 ℃의 오븐에서 프리 베이킹한 후, 용매를 180 ℃에서 제거하여, 젖음성 변화층을 형성한다. 막 두께는 400 ㎚이다.
그 후에, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을, 젖음성 변화층에 다양한 조사량으로 조사한다. 이어서, 직경 1 ㎜의 구멍을 갖는 마스크 패턴을 통하여, 알루미늄 전극을 노광 기판 상에 진공 증착을 이용해 제조한다. 그 후에, 유리 기판의 전면에 알루미늄 전극을 하부 전극으로서 구비하고, 직경 1 ㎜의 알루미늄 전극을 상부 전극으로서 구비하는 구조에 전압을 인가하여, 젖음성 변화층의 누설 전류(즉, 젖음성 변화층의 두께방향으로 흐르는 전류)를 측정한다.
표 3은 저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 높이차에 대하여 젖음성 변화층의 누설 전류가 미치는 영향에 관한 측정 결과를 보여준다.
또한, 표 3은 400 ㎚의 막 두께에 대한 평균 높이차의 비율로 정의되는, 상대 평균 높이차를 보여준다.
표 2와 표 3을 비교해 보면, 자외선 조사량이 동일하더라도, 젖음성 변화층의 재료의 분자 골격을 변경함으로써, 평균 높이차를 조정할 수 있는 것으로 확인되었다.
| 자외선 조사량 [J/㎠] | 평균 높이차 [㎚] | 누설 전류 | 400 ㎚의 막 두께에 대한 평균 높이차의 비율 [%] |
| 0 | 0 | ◎ | 0 |
| 1 | 8.8 | ◎ | 2.2 |
| 3 | 24.9 | ◎ | 6.2 |
| 6 | 38.0 | △ | 9.5 |
| 10 | 46.9 | × | 11.7 |
| ◎: 매우 좋음, △: 좋음, ×: 좋지 않음 | |||
표 3에 나타나 있는 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 상대 평균 높이차가 6.2% 이하인 경우, 누설 전류는 자외선이 조사되지 않은 경우와 실질적으로 동일하다. 그러나, 상대 평균 높이차가 9.5%를 넘는 경우에는, 누설 전류가 점차적으로 증가하며, 상대 평균 높이차가 11.7%에 도달한 경우에는, 측정한 모든 샘플에서 누설 전류가 매우 크다.
따라서, 예 2와 예 3의 측정 결과로부터, 상대 평균 높이차가 10% 이하이어야만, 누설 전류가 허용될 수 있는 크기를 갖는 것으로 확인되었다.
예 4와 비교예 1
도 6은 본 실시예의 예 4와 비교예 1에 따른 유기 트랜지스터의 단면도이다.
전자 소자의 일례인 도 6에 도시된 바와 같은 유기 트랜지스터는, 필름 기판(21), 게이트 전극(22), 제2 젖음성 변화층(24), 소스-드레인 전극(25), 유기 반도체층(26) 및 제1 젖음성 변화층(31)을 포함한다.
예 4에서는, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을 10 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
비교예 1에서는, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을 40 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
표 2에 나타나 있는 바와 같이, 자외선 조사량의 증가와 더불어, 막 두께에 대한 평균 높이차의 비율이 커진다.
또한, 표 3에 나타나 있는 바와 같이, 자외선 조사량의 증가와 더불어, 누설 전류가 커진다.
예 4와 비교예 1에서는, 자외선 노광량을 변경함으로써, 자외선 노광량이 트랜지스터 특성에 미치는 영향을 살펴본다.
예 1에서와 같이, 곁사슬에 소수성기를 갖고 표면 자유 에너지가 자외선 조사를 통한 에너지 인가로 인하여 변화하는 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 필름 기판(21) 상에 도포하여, 두께가 50 ㎚인 제1 젖음성 변화층(31)을 형성한다. 이어서, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 포토 마스크를 통해 제1 젖음성 변화층(31)에 8 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제1 젖음성 변화층(31) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, 나노은 잉크를 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 막 두께가 50 ㎚인 게이트 전극(22)을 형성한다. 폴리이미드 용액 PI100(Maruzen Petrochemical CO., LTD.에서 제조)과 예 1에 사용된 것과 같은 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액의 혼합 용액을 스핀 코팅에 의해 게이트 전극(22) 상에 도포하고, 180 ℃에서 소성하여, 두께가 400 ㎚인 제2 젖음성 변화층(24)을 형성하는데, 제2 젖음성 변화층은 게이트 절연막의 역할도 한다.
이어서, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을, 3 ㎛ 간격으로 선 모양의 패턴을 가진 포토 마스크를 통해 10 J/㎠(예 4) 또는 40 J/㎠(비교예 1)의 조사량으로 조사하여, 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, 나노은 잉크를 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 소스-드레인 전극(25)을 형성한다.
이어서, 이하의 화학식 1로 나타내어지는 트리아릴아민(유기 반도체 재료)을 크실렌과 메시틸렌의 혼합 용매에 용해시켜서 얻은 도포액을, 잉크젯에 의해 채널 길이부에 떨어뜨리고, 120 ℃에서 건조시켜, 막 두께가 30 ㎚인 유기 반도체층(26)을 형성한다.
이에 따라, 유기 트랜지스터가 제조된다. 이러한 유기 트랜지스터에서, 제2 젖음성 변화층(24)은 게이트 절연막의 역할도 한다.
예 4에서는, 전극의 패터닝성이 우수하다. 트랜지스터의 특성 평가를 통해, 전술한 바와 같이 얻은 유기 트랜지스터에서, OFF 상태의 전류에 대한 ON 상태의 전류의 비인 on-off비(Ion/off)가 10000을 넘고, 전계 효과 이동도가 4×10-3㎠/Vㆍs인 것으로 확인되었다.
한편, 비교예 1에서는, OFF 상태의 전류가 크고, 양호한 트랜지스터 특성이 얻어지지 않는다. 이는 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 평균 높이차가, 게이트 절연막의 역할도 겸하는 제2 젖음성 변화층(24)의 막 두께의 10%를 초과하여, 누설 전류가 커지기 때문인 것으로 보인다.
예 5와 비교예 2
도 7은 본 실시예의 예 5와 비교예 2에 따른 유기 트랜지스터의 단면도이다.
도 7에서는, 도 6에 도시된 것과 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 부호가 부여되어 있다.
전자 소자의 일례인 도 7에 도시된 바와 같은 유기 트랜지스터는, 필름 기판(21), 게이트 전극(22), 절연층(23), 제2 젖음성 변화층(24), 소스-드레인 전극(25), 유기 반도체층(26) 및 제1 젖음성 변화층(31)을 포함한다.
예 5에서는, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을 8 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
비교예 2에서는, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을 40 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
표 2에 나타나 있는 바와 같이, 자외선 조사량의 증가와 더불어, 막 두께에 대한 평균 높이차의 비율이 커진다.
또한, 표 3에 나타나 있는 바와 같이, 자외선 조사량의 증가와 더불어, 누설 전류가 커진다.
예 5와 비교예 2에서는, 자외선 노광량을 변경함으로써, 예 4와 비교예 1과 구조가 다른 유기 트랜지스터의 트랜지스터 특성에 자외선 노광량이 미치는 영향을 살펴본다.
예 1에서와 같이, 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 필름 기판(21) 상에 도포하고, 180 ℃에서 소성하여, 두께가 50 ㎚인 제1 젖음성 변화층(31)을 형성한다. 이어서, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 포토 마스크를 통해 제1 젖음성 변화층(31)에 8 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제1 젖음성 변화층(31) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, 나노은 잉크를 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 막 두께가 50 ㎚인 게이트 전극(22)을 형성한다. 폴리이미드 용액 PI213(Maruzen Petrochemical CO., LTD.에서 제조)을 스핀 코팅에 의해 게이트 전극(22) 상에 도포하고, 180 ℃에서 소성하여, 두께가 500 ㎚인 절연층(23)을 형성한다. 이어서, 마찬가지로, 절연층(23) 상에, 예 4에서와 같은 폴리이미드로 두께 100 ㎚의 제2 젖음성 변화층(24)을 형성한다.
이어서, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을, 5 ㎛ 간격으로 선 모양의 패턴을 가진 포토 마스크를 통해 8 J/㎠(예 5) 또는 40 J/㎠(비교예 2)의 조사량으로 조사하여, 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, 나노은 잉크를 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 두께가 50 ㎚인 소스-드레인 전극(25)을 형성한다.
이어서, 예 4에서와 동일한 방식으로, 유기 반도체층(26)을 형성하여, 유기 트랜지스터를 제조한다. 이러한 유기 트랜지스터에서, 절연층(23)과 제2 젖음성 변화층(24)은 게이트 절연막의 역할을 한다.
예 5에서는, 게이트 전극과 소스-드레인 전극(25)의 패터닝성이 우수하다. 트랜지스터의 특성 평가를 통해, 전술한 바와 같이 얻은 유기 트랜지스터에서, OFF 상태의 전류에 대한 ON 상태의 전류의 비인 on-off비(Ion/off)가 10000을 넘고, 전계 효과 이동도가 3×10-3㎠/Vㆍs인 것으로 확인되었다.
한편, 비교예 2에서는, 게이트 누설 전류(off 전류)가 크고, on-off비(Ion/off)가 약 1이며, 전계 효과 이동도가 10-5㎠/Vㆍs 정도이다. 이는 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 평균 높이차가, 게이트 절연막의 역할도 겸하는 제2 젖음성 변화층(24)의 막 두께의 10%를 초과하여, 누설 전류가 커지기 때문인 것으로 보인다.
예 6
도 8a와 도 8b는 본 실시예의 예 6에 따른 전자 소자 어레이의 단면도와 평면도이다.
도 8a와 도 8b에서는, 도 6과 도 7에 도시된 것과 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하여, 중복 설명을 생략한다.
도 8a와 도 8b에는, 예를 들어 유기 트랜지스터인 전자 소자(41)와, 소스 전극(25a) 및 드레인 전극(25b)이 있다.
예 6에서는, 전자 소자 어레이가, 예 4의 유기 트랜지스터와 동일한 구성을 각각 갖는 복수의 전자 소자(유기 트랜지스터)(41)를 포함한다. 구체적으로, 소자 피치가 127 ㎛인 200×200의 유기 트랜지스터(41)를, 기판(21) 상에 2차원 어레이 형태로 배치한다. 각 유기 트랜지스터(41)는 예 4에서와 동일한 방식으로 형성된다.
트랜지스터의 특성 평가를 통해, 유기 트랜지스터(41)의 평균 전계 효과 이동도가 1.3×10-3㎠/Vㆍs인 것으로 확인되었다.
따라서, 본 실시예의 적층 구조체를 각각 이용하는 복수의 전자 소자를 기판 상에 배치함으로써, 제조 프로세스를 간략화할 수 있고, 각각 고성능인 박막 트랜지스터로 형성되며 저렴한 전자 소자 어레이를 확보할 수 있다.
예 7
도 9는 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같은 예 6의 전자 소자 어레이를 사용하는 본 실시예의 예 7에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 9에서는, 도 6, 도 7, 도 8a 및 도 8b에 도시된 것과 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하여, 중복 설명을 생략한다.
도 9에 도시된 표시 장치는, 대향 기판의 역할을 하는 폴리에틸렌 나프탈레이트 기판(52), 표시 소자의 역할을 하는 마이크로 캡슐(51), 산화티탄 입자(51a), 오일 블루로 착색된 아이소파(isopar)(51b), ITO 투명 전극(53), 및 PVA(폴리비닐 알코올) 바인더(54)를 포함한다.
예 7에서는, 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같은 전자 소자 어레이를 이용한 표시 장치를 제조한다. 구체적으로, 산화티탄 입자(51a) 및 오일 블루로 착색된 아이소파(51b)를 포함한 마이크로 캡슐(51)과 폴리비닐 알코올(PVA)의 수용액을 혼합하여 얻은 도포액을, 폴리에틸렌 나프탈레이트 기판(52) 상에 배치된 ITO 투명 전극(53) 상에 도포하여, 마이크로 캡슐(51) 및 PVA 바인더(54)를 포함한 층을 형성한다. 이렇게 얻은 기판과 도 8a 및 도 8b에 도시된 전자 소자 어레이를, 기판(21) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 기판(52)이 외측에 위치하도록 결합한다. 스캔 신호용 드라이버 IC를 게이트 전극(22)과 연결된 버스 라인에 접속하고, 데이터 신호용 드라이버 IC를 소스 전극(25a)과 연결된 버스 라인에 접속한다.
0.5초 마다 표시 이미지를 전환하는 경우, 정지 이미지가 적절하게 표시되는 것으로 확인되었다.
따라서, 본 실시예의 적층 구조체를 포함한 전자 소자 어레이를 사용함으로써, 박막 트랜지스터로 형성된 전자 소자 어레이, 즉 능동 매트릭스 기판과, 화소 표시 소자를 조합하여, 가요성이 우수하고 저렴한 표시 장치를 확보할 수 있다.
예 8
저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계를 따라 고 표면 자유 에너지 영역에 형성되는 홈의 높이의 적정값을 살펴보기 위해, 시험을 행하였다.
이 예에서는, 곁사슬에 소수성기를 갖고 표면 자유 에너지가 자외선 조사를 통한 에너지 인가로 인하여 변화하는 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 유리 기판 상에 도포한다. 기판을 100 ℃의 오븐에서 프리 베이킹한 후, 용매를 180 ℃에서 제거하여, 젖음성 변화층을 형성한다. 그 후에, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 소정 패턴의 포토 마스크를 통해 젖음성 변화층에 조사하고, 이에 의해 젖음성 변화층의 동일면 상에 노광 영역과 미노광 영역을 형성한다.
도 2를 참조해 보면, 자외선에 의해 노광된 영역(고 표면 자유 에너지 영역)과, 자외선에 의해 노광되지 않은 영역(저 표면 자유 에너지 영역) 사이의 경계는, 움푹 들어가 있어, 홈을 형성한다. 본 실시예에 기재된 바와 같은 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을, 스핀 코팅에 의해 알루미늄막 상에 도포한다. 기판을 100 ℃의 오븐에서 프리 베이킹한 후, 용매를 180 ℃에서 제거하여, 두께가 400 ㎚인 젖음성 변화층을 형성한다.
이어서, 초고압 수은 램프로부터 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을, 젖음성 변화층에 다양한 조사량으로 조사한다. 이에 의해, 다양한 노광량으로 이루어진 노광 영역과 미노광 영역이, 젖음성 변화층의 동일면 상에 형성된다. 이어서, 직경 1 ㎜의 구멍을 갖는 마스크 패턴을 통하여, 알루미늄 전극을 기판의 노광 영역 뿐만 아니라 미노광 영역 상에 진공 증착을 이용해 제조한다. 그 후에, 유리 기판의 전면에 알루미늄 전극을 하부 전극으로서 구비하고, 직경 1 ㎜의 알루미늄 전극을 상부 전극으로서 구비하는 구조에 전압을 인가하여, 젖음성 변화층의 누설 전류(즉, 젖음성 변화층의 두께방향으로 흐르는 전류)를 측정한다. 또한, 자외선에 의해 노광된 영역에 나노은 잉크 방울을 잉크젯에 의해 토출하고, 고 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광된 영역)과 저 표면 자유 에너지 영역(자외선에 의해 노광되지 않은 영역) 사이의 경계에 있어서 잉크 방울의 멈춤 상태를 측정한다.
측정 결과가 표 4에 나타나 있다.
표 4는 젖음성 변화층의 누설 전류의 측정 결과와, 경계에 있어서 잉크 방울의 멈춤 상태의 측정 결과를 보여준다.
표 4에 나타나 있는 바와 같이, 자외선의 노광량의 증가와 더불어, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계를 따라 형성되는 홈의 평균 깊이가 증가한다.
또한, 표 4에 나타나 있는 바와 같이, 홈이 없는 경우에는, 잉크가 노광 패턴의 단부에서 퍼질 수 있지만, 홈이 있는 경우에는, 잉크가 노광 패턴의 단부에서 정지하며; 이에 따라 양호한 잉크 패턴이 형성될 수 있다.
젖음성 변화층의 두께(400 ㎚)에 대한, 저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계를 따라 형성되는 홈의 평균 깊이의 비율이, 1% 이하인 경우, 누설 전류는 자외선이 조사되지 않은 경우의 누설 전류와 실질적으로 동일하다.
| 자외선 조사량 [J/㎠] | 나노은 잉크 접촉각 [°] | 홈의 평균 깊이 [㎚] | 누설 전류 | 400 ㎚의 막 두께에 대한 홈의 평균 깊이의 비율 [%] | 잉크 방울의 멈춤 상태 |
| 0 | 30 | 0 | ◎ | 0 | × |
| 1 | 21 | 0 | ◎ | 0 | × |
| 3 | 5 | 0 | ◎ | 0 | △ |
| 5 | 5 | 3 | ◎ | 0.8 | ○ |
| 10 | 5 | 9 | ◎ | 2.3 | ○ |
| 50 | 5 | 18 | ○ | 4.5 | ○ |
| 100 | 5 | 34 | △ | 8.5 | ○ |
| 200 | 5 | 44 | × | 11 | ○ |
| ◎: 매우 좋음, ○: 좋음, △: 나쁘지 않음, ×: 나쁨 | |||||
그러나, 홈의 평균 깊이의 비율이 4.5%를 넘는 경우에는, 누설 전류가 점차적으로 증가하며, 홈의 평균 깊이의 비율이 8.5%에 도달한 경우에는, 측정한 모든 샘플에서 누설 전류가 매우 크다.
따라서, 표 4에 나타나 있는 결과로부터, 젖음성 변화층의 두께에 대한 홈의 평균 깊이의 비율이 약 10% 이하이어야만, 누설 전류가 허용될 수 있는 크기를 갖는 것으로 확인되었다.
예 9
저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 높이차(단차)의 값의 적정 범위를 살펴보기 위해, 시험을 행하였다.
이 예에서는, 적층 구조체가 예 1에서의 방식과 동일한 방식으로 제조된다.
표 5는 경계에서의 잉크 방울의 멈춤 상태의 측정 결과를 보여준다.
표 5에 나타나 있는 바와 같이, 고 표면 자유 에너지 영역에는 저 표면 자유 에너지 영역과 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계를 따라 홈이 형성되기 때문에, 전체적인 잉크 방울의 멈춤 상태가 양호하다. 그러나, 평균 높이차가 5 ㎚ 이상인 경우에는, 홈의 효과와 단차(높이차)의 효과가 조합되기 때문에, 액적이 경계 영역에서 완전히 머무른다.
따라서, 표 5에 나타나 있는 측정 결과로부터, 착탄 이후의 액적을 국한하기 위한 한계는 5 ㎚의 평균 높이차이다. 즉, 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역 사이의 평균 높이차가 5 ㎚ 이상인 경우에는, 액적이 착탄 이후에 고 표면 자유 에너지 영역에 완전히 국한될 수 있다.
| 자외선 조사량 [J/㎠] | 나노은 잉크 접촉각 [°] | 평균 홈 깊이 [㎚] | 평균 높이차 [㎚] | 잉크 방울의 멈춤 상태 |
| 0 | 32 | 0 | 0 | × |
| 1 | 18 | 0 | 0 | △ |
| 3 | 5 | 3 | 2 | ○ |
| 5 | 5 | 7 | 5 | ◎ |
| 10 | 5 | 12 | 8 | ◎ |
| 20 | 5 | 15 | 11 | ◎ |
| ◎: 매우 좋음, ○: 좋음, △: 나쁘지 않음, ×: 나쁨 | ||||
제2 실시예
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 적층 구조체의 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 적층 구조체는, 기판(111), 젖음성 변화층(112), 도전층(113) 및 절연층(114)을 포함한다. 젖음성 변화층(112)은 고 표면 자유 에너지 영역(112a)과 저 표면 자유 에너지 영역(112b)을 포함한다. 고 표면 자유 에너지 영역(112a)과 저 표면 자유 에너지 영역(112b)은, 본원의 청구범위에서의 제2 표면 자유 에너지 영역과 제1 표면 자유 에너지 영역에 각각 해당한다.
도 10에 도시된 적층 구조체에서, 기판은 유리 기판, 필름 기판이거나, 또는 배선, 전자 소자, 전자 소자 어레이, 또는 표시 장치를 형성하는 데 사용될 수 있는 그 밖의 기판일 수 있다. 예를 들어, 필름 기판은 폴리이미드(PI) 기판, 폴리에테르설폰(PES) 기판, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판, 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 기판일 수 있다.
도 10에 도시된 적층 구조체에서, 젖음성 변화층(112)은 기판(111) 상에 형성되고, 도전층(113)은 젖음성 변화층(112) 상에 형성되며, 절연층(114)은 도전층(113) 상에 형성된다.
여기서, 젖음성 변화층(112)은, 가열을 통해, 또는 자외선, 전자빔, 플라즈마 등을 이용해 에너지가 인가될 때 임계 표면 장력이 변화하는 재료로 형성되며; 젖음성 변화층(112)은 임계 표면 장력이 서로 다른 2개 이상의 영역을 포함한다. 임계 표면 장력은 "표면 자유 에너지"라고도 한다. 도 10에서, 고 표면 자유 에너지 영역(112a)은 상대적으로 높은 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 갖고, 저 표면 자유 에너지 영역(112b)은 상대적으로 낮은 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 갖는다.
가열을 통해, 또는 자외선, 전자빔, 플라즈마 등을 이용해, 젖음성 변화층(112)에 에너지를 부가하여 고 표면 자유 에너지 영역(112a)을 형성할 필요가 있지만, 소형화된 패턴을 제조하는 관점에서는, 자외선 또는 전자빔을 이용하여 에너지를 인가하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 젖음성 변화층(112)의 재료가 유기 재료인 경우에는, 전자빔이 유기 재료에 손상을 입혀 유기 재료의 절연성을 떨어뜨릴 수 있으므로 자외선을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 전자빔을 이용하는 경우는, 스루풋이 낮고 진공 장치가 필요하다. 반면에, 자외선을 이용하는 경우는, 유기 재료에 대한 손상이 적고, 대기 중에서 일괄적으로 노광이 수행될 수 있으며, 스루풋이 크고; 이에 따라, 제조 프로세스를 원하는 대로 설계할 수 있다. 2개의 인접해 있는 고 표면 자유 에너지 영역(112a) 사이의 간격은 배선 또는 반도체 채널에 상당하며, 전극을 분리한다. 자외선을 이용하는 경우는, 상기 간격을 작게, 예를 들어 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위로 형성할 수 있다.
도전층(113)이 배치될 젖음성 변화층(112)의 표면부에는, 후술하는 바와 같이, 젖음성 변화층(112)의 영역(112a)에 자외선을 조사함으로써, 영역(112a) 중 도전층(113)으로 덮일 부분이 고 표면 자유 에너지 영역(112a)으로 변화되며, 상기 부분에는 직경이 1 ㎛ 내지 2 ㎛이고 깊이가 수 ㎚ 내지 수십 ㎚인 미세한 오목부가 형성된다. 도전층(113)이 배치될 젖음성 변화층(112)의 표면부에 미세한 오목부가 형성되기 때문에, 반도체 분야에 잘 알려져 있는 표면 거칠기에 의해 유발되는 앵커 효과(anchor effect)로 인하여, 도전층(113)의 밀착성이 향상될 수 있다.
도전층(113)은, 자외선에 대한 노광에 의하여 미세한 오목부가 형성된 고 표면 자유 에너지 영역(112a)에, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을 도포함으로써 형성되며; 그 결과, 앵커 효과로 인하여, 범프 구조를 갖는 기판의 발액성에 의존하는 패터닝 방법에 비해 우수한 밀착성이 얻어질 수 있다.
이와 같이 밀착성을 향상시킬 수 있는 미세한 오목부는, 도전층(113)의 분리를 방지하는 능력이 요망되는 영역에만 자체 정렬식으로 형성된다. 따라서, 인접한 두 도전층(113) 사이에 있는 젖음성 변화층(112)의 표면의 평탄성은 영향을 받지 않는다. 인접한 두 도전층(113) 사이에 있는 젖음성 변화층(112)의 부분이 유기 반도체 채널의 역할을 하는 경우, 인접한 두 도전층(113) 사이에 있는 젖음성 변화층(112)의 부분은 표면 자유 에너지가 낮고, 물리적으로 흡착된 물이 적으며, 극성기가 적고, 표면의 평탄성이 양호하기 때문에, 트랜지스터 특성의 저하가 거의 없고, 바람직한 소자 구조가 얻어질 수 있다.
일반적으로, 앵커 효과를 유발할 것으로 기대되는 표면 처리는, 산소 또는 질소 플라즈마 처리나 아르곤 스퍼터링에 의해 행해진다. 그러나, 이러한 처리에서는, 기판의 전면(全面)이 처리된다. 이 때문에, 유기 반도체 채널을 형성할 부분이 동일한 표면 처리를 받게 되는 경우, 이 부분의 표면 평탄성이 저하될 수 있고, 이에 따라 트랜지스터 특성이 나빠질 수 있다. 레지스트 마스크 또는 금속 마스크를 이용한 마스킹에 의해, 부분적인 표면 개질을 행할 수 있지만; 이러한 방법은 다수의 처리 단계를 수반하고, 레지스트 마스크를 제거한 이후의 처리에서 표면 특성이 바뀔 수 있으며, 또한 패터닝 정확도가 낮다.
본 실시예에서는, 이러한 문제점이 없으며, 미세한 오목부는, 막 분리를 방지하는 능력이 요망되는 영역에만 자체 정렬식으로 형성된다.
또한, 젖음성 변화층(112)의 표면 중에서 도전층(113)과 밀착하는 부분의 오목부는, 밀착성을 향상시키는 적절한 표면 거칠기를 갖도록 형성된다. 이러한 표면 거칠기는 수직 방향에서의 내전압의 저하를 유발하지 않으며; 따라서 적층 배선, 전자 소자의 게이트 전극이나 소스/드레인 전극에 대한 밀착성을 향상시키는 데 이용될 수 있다.
도 10에 도시된 적층 구조체에서, 젖음성 변화층(112)은 복수 종류의 재료로 형성된 단일층이거나, 단일 재료로 형성된 단일층일 수 있다.
별법으로서, 젖음성 변화층(112)은 2 이상의 층을 포함할 수 있다. 이러한 경우에는, 예를 들어, 젖음성 변화층(112)이 제1 재료로 형성된 제1 층과 제2 재료로 형성된 제2 층을 포함한다고 하면, 제1 층과 제2 층은 서로 다른 기능을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연성을 향상시키는 관점에서, 제1 재료의 전기 절연성이 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하고, 자외선 등의 에너지의 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 제1 재료보다 제2 재료가 크도록, 젖음성 변화층(112)을 형성할 수 있다.
별법으로서, 젖음성 변화층(112)은 2 이상의 재료로 형성된 단일층일 수 있다. 제1 재료와 제2 재료를 혼합하여 젖음성 변화층(112)을 형성한다고 하면; 제1 재료와 제2 재료의 물성의 차이를 이용하여, 젖음성 변화층(112)의 두께방향으로 재료 분포를 갖도록 젖음성 변화층(112)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 재료의 전기 절연성이 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하고, 자외선 등의 에너지의 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 제1 재료보다 제2 재료가 크도록, 젖음성 변화층(112)을 형성할 수 있다.
젖음성 변화층(112)을 구성하는 재료는 유기 재료 또는 무기 재료일 수 있지만, 인쇄 방법을 이용하는 경우에는, 디바이스를 저비용으로 제조하기에 적합한 유기 재료가 바람직하다. 또한, 절연 성능을 향상시키기 위해, 유기 재료에 소량의 무기 재료를 첨가할 수도 있다.
젖음성 변화층(112)을 절연층 상에 형성하는 경우에는, 절연층이 자외선 조사의 영향을 받는 것을 방지하기 위해, 절연층의 절연 재료보다 큰 흡수 계수를 갖는 재료로 젖음성 변화층(112)을 형성하는 것이 바람직하다.
절연성이 우수한 유기 재료로는, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 에폭시 수지, 실세스퀴옥산, 폴리(비닐페놀), 폴리카보네이트, 불소계 수지, 폴리 파라크실렌, 또는 폴리(비닐부티랄)을 들 수 있다. 여기서, 폴리(비닐페놀)과 폴리(비닐알코올)은 적절한 가교제에 의해 가교될 수 있다.
절연성이 우수한 무기 재료로는, TiO2, SiO2 등을 들 수 있다.
인쇄 방법을 이용하는 경우에는, 자외선 등의 에너지의 인가에 의해 초래되는 표면 자유 에너지의 증가 비율이 상대적으로 크며, 저비용으로 디바이스를 제조하기에 적합한 재료로서, 폴리머 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리머 재료는 곁사슬에 소수성기를 갖는 것이 바람직하다. 곁사슬에 소수성기를 갖기 때문에, 자외선이 조사되지 않은 때에는 막의 표면 자유 에너지가 낮고, 자외선이 조사되어 에너지가 인가된 후에는 막의 표면 자유 에너지가 높아지며; 이에 따라, 자외선 조사 이전의 표면 자유 에너지와 자외선 조사 이후의 표면 자유 에너지 사이의 차를 크게할 수 있고, 즉 친액성 면(112a)과 발액성 면(112b) 사이의 대조를 증대시킬 수 있다.
본 실시예에서, 가변적인 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 갖는 재료는 자외선에 의해 어느 정도 절단되더라도 강성 구조를 갖기 때문에, 충전성이 우수한 폴리이미드를 주사슬에 도입하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 흡습성은 그다지 강하지 않고, 절연성이 우수하여, 신뢰성이 높은 적층 구조체를 얻을 수 있다.
폴리이미드로는, 폴리아믹산의 가열을 통해 탈수 축합 반응에서 발생되는 열경화형 폴리이미드와, 용매에 녹을 수 있는 가용성 폴리이미드를 들 수 있다.
가용성 폴리이미드막은 다음과 같이 형성될 수 있다. 우선, 용매에 용해시킨 폴리이미드 도포액을 도포한 후, 용매를 비교적 낮은 온도, 예컨대 200 ℃ 미만의 온도에서 휘발시켜, 가용성 폴리이미드막을 형성한다.
열경화형 폴리이미드의 경우에는, 탈수 축합 반응을 일으키기에 충분한 수준까지 온도가 상승하지 않았다면, 탈수 축합 반응이 일어나지 않기 때문에, 일반적으로 200 ℃ 이상으로 가열할 필요가 있다.
특정 제조 프로세스에 따라서는, 열경화형 폴리이미드 또는 가용성 폴리이미드를 사용할 수 있다. 폴리이미드를 사용하므로, 흡습율이 약 2%임에도 불구하고, 절연성이 높고 안정적이며, 이에 따라 고신뢰도의 절연성이 확보되고, 젖음성을 제어할 수 있다.
이하에서는, 도 11과 도 12를 참조하여, 본 실시예에 따른 폴리이미드 구조를 설명한다.
도 11은 에너지 인가에 의해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 있는 본 실시예의 폴리머 재료를 보여주는 모식도이다.
도 12는 에너지 인가에 의해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 없는 비교예로서의 폴리머 재료를 보여주는 모식도이다.
본 실시예에서, 폴리이미드와 그 전구체인 폴리아믹산은 2종류 이상의 재료를 포함하는 블렌드 재료로 형성된다. 간략히 설명하기 위해, 이하에서는, 블렌드 재료가 2종류의 재료를 포함하는 것으로 가정한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 자외선 등의 에너지 인가를 통해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 있는 폴리머 재료는, 2종류의 폴리이미드의 블렌드 재료이며, 구체적으로 상기 블렌드 재료는, 주사슬(88b)만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리이미드와, 주사슬(88a)과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬(89)을 갖는 폴리이미드를 포함한다.
별법으로서, 자외선 등의 에너지 인가를 통해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 있는 폴리머 재료는, 2종류의 폴리아믹산의 블렌드 재료이며, 구체적으로 상기 블렌드 재료는, 주사슬(88b)만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리아믹산(폴리이미드의 전구체)과, 주사슬(88a)과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬(89)을 갖는 폴리아믹산(폴리이미드의 전구체)을 포함한다.
이와는 달리, 도 12에 도시된 비교예에서, 자외선 등의 에너지 인가를 통해 그 표면에 미세한 오목부를 형성할 수 없는 폴리머 재료는, 주사슬(88)과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬(89)을 갖는 폴리이미드의 전구체인, 폴리아믹산 또는 폴리이미드이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 폴리머 재료가, 곁사슬(89)을 갖는 폴리아믹산 또는 폴리이미드만을 포함하는 경우와, 주사슬에 대한 곁사슬의 비가 높은 경우에는, 양호한 품질의 막을 형성할 수 없으며, 이로 인해, 주사슬에 대한 곁사슬의 비를 공중합에 의해 낮출 필요가 있다.
폴리이미드 또는 폴리아믹산을 합성하는 경우, 곁사슬이 소정의 비로 도입되는 경우에는, 표면 자유 에너지를 제어할 수 있고, 젖음성을 제어할 수 있다. 이러한 블렌드 재료에 있어서, 자외선 등과 같은 에너지의 인가를 통해 표면에 미세한 오목부를 형성하는 구체적인 메카니즘은, 아직 명확하게 알려져 있지 않다. 성막시에, 예를 들어 블렌드 재료가, 곁사슬을 갖는 폴리이미드와 곁사슬을 갖지 않은 폴리이미드로 분리되는, 상 분리가 일어나고, 곁사슬을 갖는 폴리이미드가 섬 형상으로 형성되는 것으로 보인다. 자외선 등의 에너지를 인가할 때, 곁사슬을 갖고 섬 형상으로 형성된 폴리이미드가 분해되고, 그 결과 미세한 오목부가 형성된다.
상 분리를 유도하기 위해서는, 곁사슬을 갖는 폴리이미드 또는 폴리아믹산에 대한, 곁사슬을 갖지 않는 폴리이미드 또는 폴리아믹산의 비(중량%의 단위)를 증대시킬 필요가 있다. 또한, 자외선의 노광량에 의해, 미세한 오목부의 밀도 또는 깊이를 변화시킬 수 있다.
상 분리가 쉽게 일어나는 예인 도 11과 도 12에서는, 도 11과 도 12의 주사슬은 각각 서로 다른 구조를 갖지만; 상 분리가 일어나는 한, 도 11의 주사슬과 도 12의 주사슬인 동일한 골격을 가질 수 있다.
표 6은, 본 실시예의 폴리이미드 A와 비교예의 폴리이미드 B의, 표면 거칠기 측정 결과와 크로스 절단 박리 시험의 측정 결과를 보여준다.
폴리이미드 A와 폴리이미드 B를 스핀 코팅에 의해 도포하고, 자외선의 노광량을 변경하면서 폴리이미드 A와 폴리이미드 B의 전체 영역을 노광시킨 후; 폴리이미드 A와 폴리이미드 B의 표면 거칠기를 각각 측정한다. 그 후에, 직경이 약 30 ㎚인 Ag 미립자를 수계 용매에 분산시켜서 얻은 금속 미립자 분산액(나노은 잉크)을, 도포해 성막한 후, 크로스 절단 박리 시험을 행한다.
전술한 측정에서, 스핀 코팅은 1500 rpm으로 행해진다. 온도가 100 ℃인 질소 분위기의 오븐에서 프리 베이킹을 행한 후, 온도가 200 ℃인 동일한 질소 분위기의 오븐에서 한 시간 동안 포스트 베이킹을 행하며; 이에 따라 각각 두께가 100 ㎚인 젖음성 변화층이 폴리이미드 A와 폴리이미드 B로 각각 형성된다.
| 폴리이미드 | 자외선 조사량 [J/㎠] | 자외선 조사면의 표면 거칠기 Ra [㎚] | 크로스 절단 비박리수 |
| B | 12 | 0.9 | 22/25 |
| A | 3 | 1.2 | 21/25 |
| A | 5 | 3.4 | 25/25 |
| A | 8 | 6.4 | 25/25 |
| A | 12 | 7.2 | 25/25 |
나노은 잉크의 성막 조건은 다음과 같다. 온도가 100 ℃인 대기 분위기의 오븐에서 프리 베이킹을 행한 후, 온도가 200 ℃인 동일한 대기 분위기의 오븐에서 한 시간 동안 포스트 베이킹을 행하며; 이에 따라 어떤 패턴도 갖지 않는 금속막이 형성된다.
표 6에 나타나 있는 바와 같이, 폴리이미드 A로 형성된 젖음성 변화층에 자외선을 조사하여 표면 거칠기를 변화시킨 경우, 박리 거동이 개선된다. 여기서, 박리 거동의 상대적인 비교를 위해 전체 막을 노광시켰으며; 본 실시예의 적층 구조체에서는, 도전층(113)이 형성될 부분만이 자외선에 노광된다는 것을 유의하라.
본 실시예에서는, 절연성 및 신뢰성의 관점에서, 젖음성 변화층(112)은, 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리이미드와, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 폴리이미드를 포함하는 블렌드 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 별법으로서, 젖음성 변화층(112)은, 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리아믹산(폴리이미드의 전구체)과, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 폴리아믹산(폴리이미드의 전구체)을 포함하는 블렌드 재료로 이루어진다.
그러나, 막 박리를 방지하는 관점에서, 전술한 섬 형상의 상 분리가 일어나기만 하고, 상기 블렌드 재료가, 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 재료와, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 재료를 포함하기만 한다면, 적층 구조체를 구성하고 젖음성 제어 기능을 제공하는 젖음성 변화층은, 에폭시 수지, 불소 수지, 아크릴 수지, 폴리(비닐페놀), 또는 폴리(비닐부티랄)로도 형성될 수 있으며; 이러한 재료를 이용하여도, 동일한 미세 오목부가 자외선 등의 에너지 인가를 통해 형성될 수 있다.
본 실시예에서는, 젖음성 변화층(112)의 두께가 30 ㎚ 내지 3 ㎛인 것이 바람직하고, 50 ㎚ 내지 1 ㎛인 것이 더 바람직하다. 젖음성 변화층(112)이 너무 얇은 경우, 예를 들어 30 ㎚ 미만인 경우, 절연 성능, 가스 배리어성 및 방습성 등과 같은 젖음성 변화층(112)의 벌크 특성이 나빠질 수 있다. 한편, 젖음성 변화층(112)의 두께가 3 ㎛보다 크면, 젖음성 변화층(112)의 표면 형상이 나빠질 수 있다.
금속 미립자 분산액은, 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 탄탈(Ta), 비스무트(Bi), 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 티탄(Ti), 알루미늄(Al), 또는 전술한 재료의 합금이나, 할로겐화은의 미립자를 포함할 수 있다. 은(Ag)과 구리(Cu)는 전기 저항이 낮기 때문에 바람직하다.
재료를 분산시키기 위해, 전술한 미립자를 구성하는 도전성 재료의 표면에 유기 재료 또는 도전성 재료를 코팅할 수 있다. 코팅 재료는 도전성인 것이 바람직하지만, 코팅 재료가 절연성 재료이더라도, 코팅 재료는 가열을 통해 제거될 수 있다.
또한, 미립자는, 은(Ag)과, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 주석(Sn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 티탄(Ti) 및 인듐(In) 중에서 선택된 하나 이상의 금속으로 이루어진 합금으로 형성되고, 합금에서 Ag의 농도가 80 내지 99.9 원자%이며, 평균 결정입경이 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛인 경우에, 본 실시예의 적층 구조체에서 밀착성을 더 향상시킬 수 있다.
도전성 재료를 함유하는 액체는 젖음성 변화층(112)의 표면에, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 또는 잉크젯 인쇄를 이용해 도포될 수 있다. 젖음성 변화층(112)의 표면 자유 에너지의 영향을 받기 쉽게 하기 위해서는, 잉크젯을 이용하는 것이 바람직한데, 이는 잉크젯이 매우 작은 액적을 공급하기 때문이다. 또한, 잉크젯의 재료 이용 효율이 스핀 코팅의 재료 이용 효율보다 훨씬 더 높고, 이로써 저비용의 프로세스를 형성할 수 있다.
도 10에서는, 절연층(114)이 도전층(113) 상에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 전자 소자나 전자 소자 어레이에서, 그리고 전자 소자나 전자 소자 어레이를 이용한 표시 장치에서, 절연층(114)은 반도체층으로 대체될 수 있다는 것을 유의하라.
자외선의 조사는 도 5a와 도 5b에 도시된 제1 실시예의 장치를 이용해 행해질 수 있다. 중복 설명은 생략한다.
이하에서는, 본 실시예의 특정 예를 첨부 도면을 참조해 설명한다.
예 1
도 13a 내지 도 13d는 본 실시예에 따른 적층 구조체의 형성을 모식적으로 보여주는 단면도이다.
우선, 곁사슬에 소수성기를 갖는 열경화형 폴리이미드(폴리이미드 A)의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을, 습식 세정으로 세정한 유리 기판 상에, 스핀 코팅을 이용해 도포한다. 열경화형 폴리이미드는, 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리아믹산과, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 폴리아믹산을 포함하는 블렌드 재료이다.
열결화형 폴리이미드는, 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리아믹산과, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 폴리아믹산의 공중합에 의해 이미드화한 폴리이미드 재료이다.
본 예에서, 스핀 코팅은 1500 rpm으로 행해지고, 온도가 100 ℃인 질소 분위기의 오븐에서 프리 베이킹을 행한 후, 온도가 200 ℃인 동일한 질소 분위기의 오븐에서 한 시간 동안 포스트 베이킹을 행하며; 이에 따라 이미드화된 폴리이미드막이 형성되어, 두께가 약 100 ㎚인 젖음성 변화층이 얻어진다.
도 13a는 유리 기판(131) 상에 젖음성 변화층(132)이 형성된 상태를 모식적으로 보여주는 단면도이다.
도 13a에 도시된 구조에서, 젖음성 변화층(132)의 표면은 소수성 곁사슬을 갖는 폴리이미드 때문에 표면 자유 에너지가 낮다. 젖음성 변화층(132)은 도전층(133)과 접촉하고, 도전층(133)의 아래에 배치된 절연성 하지층을 구성한다.
이어서, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 배선 패턴에 대응하는 개구를 갖는 포토 마스크(135)를 통해, 젖음성 변화층(132)에 조사하고, 이에 의해 젖음성 변화층(132)의 동일면 상에, 자외선에 의해 노광되는 영역과 자외선에 의해 노광되지 않은 영역을 형성한다.
도 13b는 포토 마스크(135)를 통해 젖음성 변화층(132)에 자외선을 노광시키는 상태를 모식적으로 보여주는 단면도이다.
자외선에 의해 노광된 영역은 고 표면 자유 에너지 영역(132a)을 구성하고, 자외선에 의해 노광되지 않은 영역은 소수성 곁사슬을 갖는 폴리이미드에 의해 이루어지는 저 표면 자유 에너지 영역(132b)을 구성한다.
이 예에서, 자외선의 노광량은 8 J/㎠이다.
이어서, 자외선에 의해 노광된 젖음성 변화층(132)의 표면을 올림푸스 나노 서치 현미경 LEXT OLS3500으로 관찰한다.
도 14는 폴리이미드 A로 형성된 본 예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 자외선에 의해 노광된 고 표면 자유 에너지 영역(132a)에는, 직경이 1 ㎛ 내지 2 ㎛이고 깊이가 수 ㎚ 내지 수십 ㎚인 미세한 오목부가 다수 형성된다. 자외선의 노광량에 의해, 미세한 오목부의 밀도 및 깊이를 변화시킬 수 있다. 본 예에서, 자외선에 노광된 고 표면 자유 에너지 영역(132a)의 산술 평균 표면 거칠기(Ra)는 약 6.4 ㎚이다. 다수의 미세한 오목부 때문에 밀착성이 향상되는 것으로 보인다.
여기서, 액정 디스플레이 또는 PDP의 제조에 사용되는 포토리소그래피 설비가, 포토리소그래피 접촉 인쇄, 또는 근접 리소그래피를 행하는 데 사용될 수 있다는 것을 유의하라. 포토리소그래피 접촉 인쇄에서는, 패턴 해상도가 높지만; 막 표면은 밀착해 있으므로, 소정 회수의 제조 사이클 이후에는, 포토 마스크를 세정할 필요가 있다. 한편, 근접 리소그래피에서는, 포토 마스크와 젖음성 변화층(132) 사이에 간극이 형성되므로, 패턴 해상도가 상대적으로 다소 낮더라도, 포토리소그래피 접촉 인쇄에서와 같이, 포토 마스크의 오염은 발생하지 않는다. 따라서, 근접 리소그래피가 바람직하다. 여기서, 예를 들어, 포토 마스크는 배선 폭이 80 ㎛이며, 배선 사이의 공간이 40 ㎛이다.
이어서, 입경이 약 30 ㎚인 Ag 미립자를 수계 용매에 분산시켜서 얻은 금속 미립자 분산액(나노 금속 잉크)을, 잉크젯을 이용해, 고 표면 자유 에너지 영역(132a)에 선택적으로 토출한다.
잉크젯을 이용하는 경우, 비교적 고가인 Ag 미립자로 형성된 금속 미립자 분산액을, 도전층(133)이 형성될 고 표면 자유 에너지 영역(132a)의 부분 상에, 선택적으로 도포할 수 있고; 스핀 코팅과 에칭에 비해, 재료 이용 효율이 높으며, 제조 프로세스를 간략화할 수 있고, 적층 구조체의 제조 비용을 줄일 수 있다. 즉, 적층 구조체를 저비용으로 제조하기에는 잉크젯이 적합하다.
또한, 수계 금속 미립자 분산액을 사용하기 때문에, 금속 미립자 분산액의 방울이 고 표면 자유 에너지 영역(132a)의 전반에 걸쳐서 퍼지고; 이에 따라 잉크젯의 방울의 크기와는 무관하게 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 도전층(133)은 발액성 부분에 형성되지 않으므로, 하지층을 구성하는 젖음성 변화층(132)과 도전층(133) 사이의 밀착성은 비교적 양호하며; 또한, 도전층(133)이 형성될 고 표면 자유 에너지 영역(132a)의 부분에는 다수의 미세한 오목부가 선택적으로 형성되므로, 밀착성이 더 향상된다.
이어서, 온도가 100 ℃인 대기 분위기의 오븐에서 프리 베이킹을 행하고, 온도가 200 ℃인 동일한 대기 분위기의 오븐에서 한 시간 동안 포스트 베이킹을 행하며; 이에 따라 배선 폭이 80 ㎛이고, 배선 사이의 공간이 40 ㎛이며, 두께가 150 ㎚인 도전층(133)이 형성된다.
도 13c는 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a)에 도전층(133)이 형성된 상태를 모식적으로 보여주는 단면도이다.
도 13c에 도시된 바와 같이, 도전층(133)의 표면은 평탄하고 매끄러우며, 즉 하지층인 젖음성 변화층(132)에 형성된 다수의 미세한 오목부는 도전층(133)의 표면의 형성에 영향을 미치지 않는다. 테이프 시험의 측정 결과에서는, 도전층(133)의 박리가 관찰되지 않은 것으로 드러나 있다.
이어서, 도전층(133)의 절연성을 유지하기 위해, 에폭시 수지 절연층(134)을 스핀 코팅을 이용해 도전층(133) 상에 형성한다.
도 13d는 도전층(133) 상에 절연층(134)이 형성된 상태를 모식적으로 보여주는 단면도이다.
이 예에 따르면, 젖음성 변화층(132), 도전층(133) 및 절연층(134)은 스핀 코팅이나 잉크젯 등의 인쇄를 이용해 형성될 수 있고, 그 결과 적층 구조체를 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 자외선에 노광되며, 그 위에 도전층(133)이 배치되는, 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(제2 표면 자유 에너지 영역)(132a)의 부분에, 자외선의 노광을 통해 다수의 오목부가 형성되므로, 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층(133)과, 도전층(133)의 아래에 배치되는 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(제2 표면 자유 에너지 영역)(132a) 사이의 밀착성이 큰 적층 구조체를, 간단한 제조 프로세스를 통해 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 하지층은, 에너지 인가에 의해 저 표면 자유 에너지 영역(제1 표면 자유 에너지 영역)(132b)으로부터 변환되는 고 표면 자유 에너지 영역(제2 표면 자유 에너지 영역)(132a)을 갖는 밑에 있는 젖음성 변화층(132)이고, 도전층(133)이 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 상에 형성되므로, 전도층(133)과 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 사이의 밀착성이 향상되며, 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 젖음성 변화층(132)은 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리이미드와, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 폴리이미드를 포함하는 블렌드 재료로 이루어지거나, 또는 별법으로서, 젖음성 변화층(132)은 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리아믹산(폴리이미드의 전구체)과, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 폴리아믹산(폴리이미드의 전구체)을 포함하는 블렌드 재료로 이루어지므로, 젖음성의 제어를 통해, 절연성과 신뢰성이 높은 적층 구조체를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예의 적층 구조체의 제조 방법은, 젖음성 변화층(132)의 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 변화시켜서 고 표면 자유 에너지 영역(132a)과 저 표면 자유 에너지 영역(132b)을 형성하는 단계와, 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액을 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 상에 도포하여 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 상에 도전층(133)을 형성하는 단계를 포함한다. 도전층(133)이 형성될 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 상에 다수의 미세한 오목부를 선택적으로 형성함으로써, 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층(133)과, 도전층(133)의 아래에 배치되는 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 사이의 밀착성이 더 향상되며, 미세한 패턴을 갖는 적층 구조체를 제조할 수 있다.
도전층(133)이 형성될 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a)에는, 자외선에 대한 노광을 통해, 미세한 오목부가 형성되므로, 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층(133)과, 도전층(133) 아래에 배치되는 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 사이의 밀착성이 더 향상되며, 미세한 패턴이 형성될 수 있는 적층 구조체를, 저비용으로 그리고 높은 스루풋으로 제조할 수 있다.
금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액은 잉크젯을 이용해 도포되므로, 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층(133)과, 도전층(133) 아래에 배치되는 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 사이의 밀착성이 더 향상되며, 미세한 패턴이 형성될 수 있는 적층 구조체를, 재료 이용 효율이 높고 저렴한 제조 프로세스를 통해 제조할 수 있다.
미세한 오목부는 자외선에 대한 노광을 통해 형성되므로, 신뢰성이 높은 적층 구조체를 저비용으로 제조할 수 있다.
비교예 1
도 15는 폴리이미드 B로 형성된 본 예의 젖음성 변화층의 표면의 원자간력 현미경 사진이다.
본 예에서, 가용성 폴리이미드(폴리이미드 B)는, 주사슬만을 갖고 젖음성 제어용 곁사슬은 없는 폴리아믹산과, 주사슬과 에너지 인가 이전에는 낮은 표면 자유 에너지를 초래하는 젖음성 제어용 곁사슬을 갖는 폴리아믹산의 공중합에 의해 이미드화한 폴리이미드 재료이다.
우선, 다른 구조의 곁사슬을 갖는 폴리이미드(폴리이미드 B)의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을, 습식 세정으로 세정한 유리 기판(131) 상에, 예 1에서와 같이 스핀 코팅을 이용해 도포한다.
본 예에서, 스핀 코팅은 1500 rpm으로 행해지고, 온도가 100 ℃인 질소 분위기의 오븐에서 프리 베이킹을 행한 후, 온도가 200 ℃인 동일한 질소 분위기의 오븐에서 한 시간 동안 포스트 베이킹을 행하며; 이에 따라 가용성 폴리이미드 재료의 용매가 제거되고 폴리이미드막이 형성되어, 두께가 약 100 ㎚인 젖음성 변화층(132)이 얻어진다.
이어서, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 배선 패턴에 대응하는 개구를 갖는 포토 마스크(135)를 통해, 젖음성 변화층(132)에 조사하고, 이에 의해 젖음성 변화층(132)의 동일면 상에, 자외선에 의해 노광되는 영역과 자외선에 의해 노광되지 않은 영역을 형성한다. 본 예에서, 자외선의 노광량은 12 J/㎠이다.
본 예에서는, 예 1과 다르게, 자외선에 노광된 고 표면 자유 에너지 영역(132a)의 산술 평균 표면 거칠기(Ra)가 약 0.9 ㎚인데, 이는 매우 작은 값이며, 즉 고 표면 자유 에너지 영역(132a)은 매우 매끄러운 막이다.
이어서, 예 1과 마찬가지로, Ag 미립자를 분산시켜서 얻은 금속 미립자 분산액(나노 금속 잉크)을, 잉크젯을 이용해, 고 표면 자유 에너지 영역(132a)에 선택적으로 토출한다.
이어서, 온도가 100 ℃인 대기 분위기의 오븐에서 프리 베이킹을 행하고, 온도가 200 ℃인 동일한 대기 분위기의 오븐에서 한 시간 동안 포스트 베이킹을 행하며; 이에 따라 배선 폭이 80 ㎛이고, 배선 사이의 공간이 40 ㎛이며, 두께가 150 ㎚인 도전층(133)이 형성된다.
테이프 시험의 측정 결과에서는, 젖음성 변화층(132) 상에 형성된 도전층(133)의 일부에서 박리가 관찰된 것으로 드러나 있다.
자외선에 노광하는 중에, 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 부분에 다수의 오목부가 형성되지 않아서, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액으로 형성되는 도전층(133)과, 도전층(133)의 아래에 배치되는 하지층인 젖음성 변화층(132)의 고 표면 자유 에너지 영역(132a) 사이에 충분한 밀착성이 확보되지 않은 것으로 보인다.
예 2
도 16은 본 실시예의 예 2에 따른 적층 구조체의 형성을 보여주는 단면도이다.
도 16에 도시된 적층 구조체는, 유리 기판(151), 제1 젖음성 변화층(152), 제1 도전층(153), 제1 절연층(154), 제2 젖음성 변화층(155), 제2 도전층(156) 및 제2 절연층(157)을 포함한다.
제1 젖음성 변화층(152)은 고 표면 자유 에너지 영역(152a)과 저 표면 자유 에너지 영역(152b)을 포함한다. 제2 젖음성 변화층(155)은 고 표면 자유 에너지 영역(제2 표면 자유 에너지 영역)(155a)과 저 표면 자유 에너지 영역(제1 표면 자유 에너지 영역)(155b)을 포함한다.
이하에서는, 도 16에 도시된 적층 구조체를 제조하는 프로세스를 설명한다.
우선, 예 1에서 사용된 것과 같은 곁사슬에 소수성기를 갖는 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 유리 기판(151) 상에 도포하여, 두께가 50 ㎚인 제1 젖음성 변화층(152)을 형성한다.
이어서, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 포토 마스크를 통해 제1 젖음성 변화층(152)에 8 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제1 젖음성 변화층(152) 상에 고 표면 자유 에너지 영역(152a)을 형성한다.
이어서, Ag 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을, 잉크젯을 이용해, 고 표면 자유 에너지 영역(152a)에 토출하고, 이렇게 얻은 구조를 200 ℃에서 소성하여, 전극 폭이 80 ㎛이고 두께가 100 ㎚인 제1 도전층(153)을 형성한다.
이어서, 예 1에서와 같이, 에폭시 수지를 스핀 코팅에 의해 도포하여, 제1 도전층(153) 상에 제1 절연층(154)을 형성한다.
이어서, 곁사슬에 소수성기를 갖는 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 제1 절연층(154) 상에 도포하여, 두께가 50 ㎚인 제2 젖음성 변화층(155)을 형성한다.
이어서, 초고압 수은 램프로부터 300 ㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을, 포토 마스크를 통해 제2 젖음성 변화층(155)에 8 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제2 젖음성 변화층(155) 상에 고 표면 자유 에너지 영역(155a)을 형성한다.
이어서, Ag 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을, 잉크젯을 이용해, 고 표면 자유 에너지 영역(155a)에 토출하고, 이렇게 얻은 구조를 200 ℃에서 소성하여, 전극 폭이 100 ㎛이고 두께가 100 ㎚인 제2 도전층(156)을 형성한다.
이어서, 제2 도전층(156)의 절연성을 유지하기 위해, 에폭시 수지를 스핀 코팅에 의해 도포하여, 제2 도전층(156) 상에 제2 절연층(157)을 형성한다.
이 예에 따르면, 제1 젖음성 변화층(152), 제1 도전층(153), 제1 절연층(154), 제2 젖음성 변화층(155), 제2 도전층(156) 및 제2 절연층(157)은 스핀 코팅이나 잉크젯 등의 인쇄를 이용해 형성되므로, 적층 구조체를 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 그 위에 도전층이 배치되는 하지층인 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역의 부분에, 자외선의 노광을 통해 다수의 오목부가 선택적으로 형성되므로, 금속 미립자를 함유하는 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층이 절연층을 사이에 두고 복수 적층되며, 도전층과 하지층인 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 밀착성이 큰 적층 구조체를 제조할 수 있다.
예 3
본 실시예의 예 3은 유기 트랜지스터에 관한 것이다.
본 예의 유기 트랜지스터는 기본적으로 도 6에 도시된 것과 동일하다. 여기서는, 도 6의 유기 트랜지스터의 제조 프로세스와 밀착 상태를 설명한다.
전자 소자의 일례인 도 6에 도시된 바와 같은 유기 트랜지스터는, 필름 기판(21), 게이트 전극(22), 게이트 절연막의 역할도 겸하는 제2 젖음성 변화층(24), 소스-드레인 전극(25), 유기 반도체층(26) 및 제1 젖음성 변화층(31)을 포함한다.
이하에서는, 도 6에 도시된 바와 같은 유기 트랜지스터를 본 예에 따라 제조하는 프로세스를 설명한다.
우선, 예 1에서 사용된 것과 같은 곁사슬에 소수성기를 갖는 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 필름 기판(21) 상에 도포하여, 두께가 50 ㎚이며 하지층의 역할을 하는 제1 젖음성 변화층(31)을 형성한다.
이어서, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을 8 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제1 젖음성 변화층(31) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다. 예 1과 예 2에서와 같이, 자외선에 노광된 영역은 고 표면 자유 에너지 영역을 구성하고, 자외선에 노광되지 않은 영역은 저 표면 자유 에너지 영역을 구성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, Ag 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 전극 폭이 50 ㎛이고 두께가 100 ㎚인 게이트 전극(22)을 형성한다. 폴리이미드 용액 PI100(Maruzen Petrochemical CO., LTD.에서 제조)과 예 1에 사용된 것과 같은 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액의 혼합 용액을 스핀 코팅에 의해 게이트 전극(22) 상에 도포하고, 180 ℃에서 소성하여, 두께가 400 ㎚이며 게이트 절연막의 역할도 하는 제2 젖음성 변화층(24)을 형성한다.
이어서, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을, 5 ㎛ 간격으로 선 모양의 패턴을 가진 포토 마스크를 통해 10 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 하지층인 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다. 예 1과 예 2에서와 같이, 자외선에 노광된 영역은 고 표면 자유 에너지 영역을 구성하고, 자외선에 노광되지 않은 영역은 저 표면 자유 에너지 영역을 구성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, Ag 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 두께가 100 ㎚인 소스-드레인 전극(25)을 형성한다.
이어서, 상기 화학식 1로 나타내어지는 트리아릴아민(유기 반도체 재료)을 크실렌과 메시틸렌의 혼합 용매에 용해시켜서 얻은 도포액을, 잉크젯에 의해 채널 길이부에 떨어뜨리고, 120 ℃에서 건조시켜, 막 두께가 30 ㎚인 유기 반도체층(26)을 형성한다.
이러한 식으로, 도 6에 도시된 유기 트랜지스터가 제조된다. 이러한 유기 트랜지스터에서, 하지층인 제2 젖음성 변화층(24)은 게이트 절연막의 역할도 한다.
트랜지스터의 특성 평가를 통해, 전극의 패터닝성이 우수하며, OFF 상태의 전류에 대한 ON 상태의 전류의 비인 on-off비(Ion/off)가 10000을 넘고, 전계 효과 이동도가 4×10-3㎠/Vㆍs인 것으로 확인되었다.
또한, 게이트 전극(22)이나 소스-드레인 전극(25)의 밀착성이 우수하다. 따라서, 미세 배선을 갖는 전자 소자가 인쇄 기술을 통해 저비용으로 얻어진다.
또한, 게이트 전극(22)이나 소스-드레인 전극(25)을 형성할 면에만 미세한 오목부가 형성될 수 있으므로, 유기 반도체층(26)이 형성될 부분은 매끄럽다. 그 결과, 전자 도전이 악영향을 받지 않으며, 결정성 유기 반도체층이 사용되는 경우에는 결정성이 향상될 수 있을 것으로 기대된다.
이 예에서는, 폴리머 재료가 사용되었지만, 채널 계면은 표면 자유 에너지가 낮기 때문에, 우수한 성능이 얻어질 수 있을 것으로 기대된다.
이상에서는, 반도체층(26)이 상기 화학식 1로 나타내어지는 폴리머 유기 반도체 재료로 형성되는 것을 설명하였지만, 반도체층(26)은 CdSe, CdTe, 또는 Si와 같은 무기 반도체로 형성될 수 있거나, 혹은 펜타센, 안트라센, 테트라센, 또는 프탈로시아닌과 같은 유기 저분자, 폴리아세틸렌계 도전성 폴리머, 폴리(p-페닐렌)과 같은 폴리페닐렌계 도전성 폴리머와 그 유도체, 폴리(페닐렌비닐렌)과 그 유도체, 폴리피롤과 같은 헤테로사이클릭 도전성 폴리머와 그 유도체, 폴리티오펜과 그 유도체, 폴리퓨란과 그 유도체, 또는 폴리아닐린과 같은 이온성의 도전성 폴리머와 그 유도체 등의 유기 반도체로 형성될 수 있다. 특히, 반도체층(26)은 비용이 낮은 인쇄 프로세스에 적합한 유기 반도체로 형성되는 것이 바람직하다.
본 예에 따르면, 도전층과 하지층인 젖음성 변화층 사이의 밀착성이 개선되고, 미세 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있다. 또한, 반도체층과 절연층이 마련되기 때문에, 신뢰성이 높은 전자 소자를 얻을 수 있다.
또한, 반도체층에 유기 반도체 재료를 사용하기 때문에, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액으로 형성되는 도전층이 매우 높은 밀착성을 갖고, 미세 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있으며, 이 적층 구조체를 이용해 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 제2 젖음성 변화층이 게이트 절연막의 역할을 겸하기 때문에, 도전층과 하지층인 젖음성 변화층 사이의 밀착성이 개선되고, 미세 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있으며, 이 적층 구조체를 이용해 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 본 예의 반도체 디바이스 제조 방법은, 게이트 전극 형성 단계, 게이트 절연막 형성 단계, 소스-드레인 전극 형성 단계, 및 반도체층 형성 단계를 포함하며, 상기 전극 형성 단계 중 적어도 하나에 있어서는, 젖음성 변화층의 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 변화시켜 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역을 형성하는 단계와, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을 고 표면 자유 에너지 영역에 도포하여 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역에 도전층을 형성하는 단계를 포함한다. 도전층을 형성할 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역에는 다수의 미세한 오목부가 선택적으로 형성된다. 이러한 방법에 따르면, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층과, 도전층의 아래에 배치되는 하지층인 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 밀착성이 더 향상되고, 높은 신뢰성을 가진 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
미세한 오목부는 자외선에 대한 노광을 통해 형성되므로, 높은 신뢰성을 가진 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
예 4
본 실시예의 예 4는 유기 트랜지스터에 관한 것이다.
본 예의 유기 트랜지스터는 기본적으로 도 7에 도시된 것과 동일하다. 여기서는, 도 7의 유기 트랜지스터의 제조 프로세스와 밀착 상태를 설명한다.
전자 소자의 일례인 도 7에 도시된 바와 같은 유기 트랜지스터는, 필름 기판(21), 게이트 전극(22), 절연층(23), 제2 젖음성 변화층(24), 소스-드레인 전극(25), 유기 반도체층(26) 및 제1 젖음성 변화층(31)을 포함한다.
이하에서는, 도 7에 도시된 바와 같은 유기 트랜지스터를 본 예에 따라 제조하는 프로세스를 설명한다.
우선, 예 1에서 사용된 것과 같은 곁사슬에 소수성기를 갖는 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 스핀 코팅에 의해 필름 기판(21) 상에 도포하여, 두께가 50 ㎚이며 하지층의 역할을 하는 제1 젖음성 변화층(31)을 형성한다.
이어서, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을 8 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 제1 젖음성 변화층(31) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다. 예 1 내지 예 3에서와 같이, 자외선에 노광된 영역은 고 표면 자유 에너지 영역을 구성하고, 자외선에 노광되지 않은 영역은 저 표면 자유 에너지 영역을 구성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, Ag 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 전극 폭이 50 ㎛이고 두께가 100 ㎚인 게이트 전극(22)을 형성한다. 폴리이미드 용액 PI213B(Maruzen Petrochemical CO., LTD.에서 제조)와 예 1에 사용된 것과 같은 폴리이미드의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액의 혼합 용액을 스핀 코팅에 의해 게이트 전극(22) 상에 도포하고, 180 ℃에서 소성하여, 두께가 500 ㎚인 절연층(23)을 형성한다.
이어서, 마찬가지로, 절연층(23) 상에, 예 3에서와 같은 폴리이미드로 두께 50 ㎚의 제2 젖음성 변화층(24)을 형성한다.
이어서, (초고압 수은 램프로부터) 파장이 300 ㎚ 미만인 자외선을, 5 ㎛ 간격으로 선 모양의 패턴을 가진 포토 마스크를 통해 10 J/㎠의 조사량으로 조사하여, 하지층인 제2 젖음성 변화층(24) 상에 고 표면 자유 에너지 영역을 형성한다. 예 1 내지 예 3에서와 같이, 자외선에 노광된 영역은 고 표면 자유 에너지 영역을 구성하고, 자외선에 노광되지 않은 영역은 저 표면 자유 에너지 영역을 구성한다.
이어서, 잉크젯을 사용해, Ag 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을 고 표면 자유 에너지 영역에 토출하고, 얻어진 구조를 180 ℃에서 소성하여, 두께가 100 ㎚인 소스-드레인 전극(25)을 형성한다.
이어서, 예 3에서와 동일한 방식으로, 유기 반도체층(26)을 형성하여, 본 예의 유기 트랜지스터를 제조한다. 이 유기 트랜지스터에서, 절연층(23)과 제2 젖음성 변화층(24)은 게이트 절연막의 역할을 한다.
트랜지스터의 특성 평가를 통해, 게이트 전극(22) 및 소스-드레인 전극(25)의 패터닝성이 우수하며, OFF 상태의 전류에 대한 ON 상태의 전류의 비인 on-off비(Ion/off)가 10000을 넘고, 전계 효과 이동도가 3×10-3㎠/Vㆍs인 것으로 확인되었다.
본 예에 따르면, 도전층과 하지층인 젖음성 변화층 사이의 밀착성이 개선되고, 미세 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있다. 또한, 반도체층과 절연층이 마련되기 때문에, 신뢰성이 높은 전자 소자를 저비용으로 얻을 수 있다.
또한, 반도체층에 유기 반도체 재료를 사용하기 때문에, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액으로 형성되는 도전층이 매우 높은 밀착성을 갖고, 미세 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있으며, 이 적층 구조체를 이용해 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 제2 젖음성 변화층이 게이트 절연막의 역할을 겸하기 때문에, 도전층과 하지층인 젖음성 변화층 사이의 밀착성이 개선되고, 미세 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있으며, 이 적층 구조체를 이용해 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
절연층과 제2 젖음성 변화층이 도 7에 도시된 바와 같은 위치로 배치되기 때문에, 절연성 및 젖음성 제어의 기능적 설계가 쉬어지며, 보다 고성능을 구현할 수 있다.
또한, 본 예의 반도체 디바이스 제조 방법은, 게이트 전극 형성 단계, 게이트 절연막 형성 단계, 소스-드레인 전극 형성 단계, 및 반도체층 형성 단계를 포함하며, 상기 전극 형성 단계 중 적어도 하나에 있어서는, 젖음성 변화층의 임계 표면 장력(표면 자유 에너지)을 변화시켜 고 표면 자유 에너지 영역과 저 표면 자유 에너지 영역을 형성하는 단계와, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액을 고 표면 자유 에너지 영역에 도포하여 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역에 도전층을 형성하는 단계를 포함한다. 도전층을 형성할 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역에는 다수의 미세한 오목부가 선택적으로 형성된다. 이러한 방법에 따르면, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액으로 형성된 도전층과, 도전층의 아래에 배치되는 하지층인 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 밀착성이 더 향상되고, 높은 신뢰성을 가진 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
미세한 오목부는 자외선에 대한 노광을 통해 형성되므로, 높은 신뢰성을 가진 전자 소자를 저비용으로 제조할 수 있다.
예 5
본 실시예의 예 5는 전자 소자 어레이에 관한 것이다.
본 예의 전자 소자 어레이는 기본적으로 도 8a 및 도 8b에 도시된 것과 동일하다. 여기서는, 도 8a 및 도 8b의 제조 프로세스와 전자 소자 어레이에 있어서 유기 트랜지스터의 밀착 상태를 설명한다.
본 예의 전자 소자 어레이는, 예 3의 유기 트랜지스터와 동일한 구성을 각각 갖는 복수의 전자 소자(유기 트랜지스터)(41)를 포함한다. 구체적으로, 소자 피치가 127 ㎛인 200×200의 유기 트랜지스터(41)를, 기판(21) 상에 2차원 어레이 형태로 배치한다. 각 유기 트랜지스터(41)는 예 3에서와 동일한 방식으로 형성된다.
트랜지스터의 특성 평가를 통해, 유기 트랜지스터(41)의 평균 전계 효과 이동도가 1.3×10-3㎠/Vㆍs인 것으로 확인되었다.
금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액으로 도전층을 형성하고, 도전층을 형성할 하지층인 젖음성 변화층의 영역에 다수의 미세한 오목부를 선택적으로 형성하기 때문에, 밀착성이 향상되고, 도전층의 박리는 거의 일어날 수 없으며, 높은 신뢰성을 가진 전자 소자 어레이를 저비용으로 형성할 수 있다.
본 예에 따르면, 도전층과 하지층인 젖음성 변화층 사이의 밀착성이 향상되고 미세한 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있으며, 이러한 적층 구조체를 이용한 전자 소자를 얻을 수 있고; 이러한 전자 소자를 기판 상에 복수 배치함으로써, 높은 신뢰성을 가진 전자 소자 어레이를 저비용으로 제조할 수 있다.
예 6
본 실시예의 예 6은 표시 장치에 관한 것이다.
본 예의 표시 장치는 기본적으로 도 9에 도시된 것과 동일하다. 여기서는, 도 9의 표시 장치에 있어서 제조 프로세스와 유기 트랜지스터의 밀착 상태를 설명한다.
도 9에 도시된 표시 장치는, 대향 기판의 역할을 하는 폴리에틸렌 나프탈레이트 기판(52), 표시 소자의 역할을 하는 마이크로 캡슐(51), 산화티탄 입자(51a), 오일 블루로 착색된 아이소파(51b), ITO 투명 전극(53), 및 PVA(폴리비닐 알코올) 바인더(54)를 포함한다.
후술하는 바와 같이, 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같은 전자 소자 어레이를 이용한 표시 장치를 제조한다. 구체적으로, 산화티탄 입자(51a) 및 오일 블루로 착색된 아이소파(51b)를 포함한 마이크로 캡슐(51)과 폴리비닐 알코올(PVA)의 수용액을 혼합하여 얻은 도포액을, 폴리에틸렌 나프탈레이트 기판(52) 상에 배치된 ITO 투명 전극(53) 상에 도포하여, 마이크로 캡슐(51) 및 PVA 바인더(54)를 포함한 층을 형성한다. 이렇게 얻은 기판과 도 8a 및 도 8b에 도시된 전자 소자 어레이를, 기판(21) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 기판(52)이 외측에 위치하도록 결합한다. 스캔 신호용 드라이버 IC를 게이트 전극(22)과 연결된 버스 라인에 접속하고, 데이터 신호용 드라이버 IC를 소스 전극(25a)과 연결된 버스 라인에 접속한다.
0.5초 마다 표시 이미지를 전환하는 경우, 정지 이미지가 적절하게 표시되는 것으로 확인되었다.
본 예에 따르면, 금속 미립자를 함유한 금속 미립자 분산액으로 형성되는 도전층과, 도전층이 형성되고 다수의 미세한 오목부가 선택적으로 형성되는 하지층인 젖음성 변화층의 고 표면 자유 에너지 영역 사이의 밀착성이 향상되며, 미세한 패턴을 저비용으로 형성할 수 있는 적층 구조체를 얻을 수 있고, 이러한 적층 구조체를 이용한 전자 소자를 얻을 수 있으며; 이러한 전자 소자를 기판 상에 복수 배치함으로써, 전자 소자 어레이를 제조할 수 있고, 이러한 전자 소자 어레이를 이용함으로써, 높은 신뢰성을 가진 표시 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
본 발명을 예시를 목적으로 선택한 특정 실시예를 참조로 하여 설명하였지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것이 아니라, 당업자라면 본 발명의 기본 개념 및 범위를 벗어나지 않고서도 상기 실시예에 대한 변형을 다수 실시할 수 있음은 물론이다.
본 출원은 2007년 7월 18일자로 출원된 일본 특허 출원 제2007-187629호와, 2007년 7월 18일자로 출원된 일본 특허 출원 제2007-187630호, 그리고 2007년 7월 18일자로 출원된 일본 특허 출원 제2007-187631호를 우선권으로 주장하며, 이들 특허 출원의 모든 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.
11 : 기판
12 : 젖음성 변화층
12a : 고 표면 자유 에너지 영역
12b : 저 표면 자유 에너지 영역
13 : 도전층
14 : 반도체층
21 : 필름 기판
22 : 게이트 전극
23 : 절연층
24 : 제2 젖음성 변화층
25 : 소스-드레인 전극
26 : 유기 반도체층
31 : 제1 젖음성 변화층
12 : 젖음성 변화층
12a : 고 표면 자유 에너지 영역
12b : 저 표면 자유 에너지 영역
13 : 도전층
14 : 반도체층
21 : 필름 기판
22 : 게이트 전극
23 : 절연층
24 : 제2 젖음성 변화층
25 : 소스-드레인 전극
26 : 유기 반도체층
31 : 제1 젖음성 변화층
Claims (20)
- 제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하며, 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 미리 정해놓은 양의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지는 것인 젖음성 변화층; 및
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역 상에 형성된 도전층
을 포함하는 적층 구조체. - 제1항에 있어서,
제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 미리 정해놓은 양의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지며, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에는 제1 표면 자유 에너지 영역과 제2 표면 자유 에너지 영역 사이의 경계를 따라 홈이 마련되는 것인 젖음성 변화층; 및
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역 상에 형성된 도전층
을 포함하는 적층 구조체. - 제1항에 있어서,
제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 미리 정해놓은 양의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지며, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면에 복수의 오목부가 형성되는 것인 젖음성 변화층; 및
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역 상에 형성된 도전층
을 포함하는 적층 구조체. - 제2항에 있어서, 제2 표면 자유 에너지 영역의 제2 막 두께와 제1 표면 자유 에너지 영역의 제1 막 두께 사이의 차가 5 ㎚ 이상이고, 제1 막 두께의 10% 이하인 것인 적층 구조체.
- 제2항에 있어서,
젖음성 변화층은 제1 재료와 제2 재료를 포함하고,
제1 재료의 전기 절연성이 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하며,
미리 정해놓은 양의 에너지 인가에 의해 초래되는 제2 재료의 표면 자유 에너지의 증가율이, 미리 정해놓은 양의 에너지 인가에 의해 초래되는 제1 재료의 표면 자유 에너지의 증가율보다 큰 것인 적층 구조체. - 제5항에 있어서, 제2 재료는 곁사슬에 소수성(疏水性)기를 갖는 폴리머로 형성되는 것인 적층 구조체.
- 제6항에 있어서, 폴리머는 폴리이미드를 포함하는 것인 적층 구조체.
- 제7항에 있어서, 젖음성 변화층은,
주사슬 및 곁사슬을 갖고, 상기 곁사슬은 젖음성을 제어하여, 에너지 인가 이전에 표면 자유 에너지를 낮게 하는 것인 폴리이미드; 및
주사슬만을 갖는 폴리이미드
를 포함하는 블렌드 재료로 형성되는 것인 적층 구조체. - 제7항에 있어서, 젖음성 변화층은,
주사슬 및 곁사슬을 갖고, 상기 곁사슬은 젖음성을 제어하여, 에너지 인가 이전에 표면 자유 에너지를 낮게 하는 것인 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산; 및
주사슬만을 갖는 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산
을 포함하는 블렌드 재료로 형성되는 것인 적층 구조체. - 제3항에 있어서, 제2 표면 자유 에너지 영역의 제2 막 두께와 제1 표면 자유 에너지 영역의 제1 막 두께 사이의 차가 5 ㎚ 이상이고, 제1 막 두께의 10% 이하인 것인 적층 구조체.
- 제3항에 있어서,
젖음성 변화층은 제1 재료와 제2 재료를 포함하고,
제1 재료의 전기 절연성이 제2 재료의 전기 절연성보다 우수하며,
미리 정해놓은 양의 에너지 인가에 의해 초래되는 제2 재료의 표면 자유 에너지의 증가율이, 미리 정해놓은 양의 에너지 인가에 의해 초래되는 제1 재료의 표면 자유 에너지의 증가율보다 큰 것인 적층 구조체. - 제11항에 있어서, 제2 재료는 곁사슬에 소수성기를 갖는 폴리머로 형성되는 것인 적층 구조체.
- 제12항에 있어서, 폴리머는 폴리이미드를 포함하는 것인 적층 구조체.
- 제13항에 있어서, 젖음성 변화층은,
주사슬 및 곁사슬을 갖고, 상기 곁사슬은 젖음성을 제어하여, 에너지 인가 이전에 표면 자유 에너지를 낮게 하는 것인 폴리이미드; 및
주사슬만을 갖는 폴리이미드
를 포함하는 블렌드 재료로 형성되는 것인 적층 구조체. - 제13항에 있어서, 젖음성 변화층은,
주사슬 및 곁사슬을 갖고, 상기 곁사슬은 젖음성을 제어하여, 에너지 인가 이전에 표면 자유 에너지를 낮게 하는 것인 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산; 및
주사슬만을 갖는 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산
을 포함하는 블렌드 재료로 형성되는 것인 적층 구조체. - 기판;
전극;
반도체층; 및
절연층
을 포함하고, 상기 전극, 반도체층 및 절연층은 기판 상에 형성되며,
상기 전극은,
제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하며, 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 미리 정해놓은 양의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지는 것인 젖음성 변화층과,
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역 상에 형성된 도전층
을 구비하는 적층 구조체를 포함하는 것인 전자 소자. - 제16항에 있어서, 복수의 적층 구조체가 절연층을 사이에 두고 적층되는 것인 전자 소자.
- 제16항에 있어서, 각 적층 구조체의 젖음성 변화층이 절연층의 역할을 하는 것인 전자 소자.
- 제16항에 있어서, 복수의 전자 소자가 기판 상에 배치되는 것인 전자 소자.
- 기판;
복수의 전자 소자가 기판 상에 배치된 전자 소자 어레이;
대향 기판; 및
표시 유닛
을 포함하고, 상기 각 전자 소자는,
전극;
반도체층; 및
절연층
을 포함하며, 상기 전극, 반도체층 및 절연층은 기판 상에 형성되고,
상기 전극은,
제1 막 두께를 갖는 제1 표면 자유 에너지 영역과, 제2 막 두께를 갖는 제2 표면 자유 에너지 영역을 구비하며, 제2 막 두께는 제1 막 두께보다 작고, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역에 미리 정해놓은 양의 에너지를 인가하면, 상기 제2 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지가 제1 표면 자유 에너지 영역의 표면 자유 에너지보다 높아지는 것인 젖음성 변화층과,
젖음성 변화층의 제2 표면 자유 에너지 영역에 형성된 도전층
을 구비하는 적층 구조체를 포함하는 것인 표시 장치.
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