KR20110129587A - 저유전율 실록산 보호막 조성물 - Google Patents

저유전율 실록산 보호막 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)으로 사용될 수 있는 솔-젤 반응에 의해 제조되는 불화 유기 올리고실록산에 의한 저유전율 실록산 보호막 조성물에 관한 것이다. 상기의 불화 유기 올리고 실록산은 용액공정이 가능하고 200도 이하의 저온 경화 공정에서도 높은 투명성, 우수한 열안정성, 저유전율, 낮은 누설전류, 평탄성, 접착성의 특성을 지닌 저율전율 실록산 보호막 조성물을 제공한다.

Description

저유전율 실록산 보호막 조성물{Low-k siloxane passivation layer composition}
본 발명은 솔-젤 반응에 의해 제조되는 불화 유기 올리고실록산에 의한 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물에 관한 것이다. 상기의 불화 유기 올리고 실록산은 용액공정이 가능하고 저온 경화 공정에서도 고투명성, 고열안정성, 저유전율, 낮은 누설전류, 평탄성, 접착성의 특성을 지닌 저율전율 실록산 보호막 조성물을 제공한다.
박막 트랜지스터는 LCD, OLED, e-paper 같은 디스플레이 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로 디스플레이 분야에 사용되는 박막 트랜지스터는 각 화소마다 배치되어 디스플레이의 고속 응답 특성, 많은 화소를 구현할 수 있게 하기 때문에 CRT(Cathode Ray Tube)에 필적하는 고성능/고기능성의 차세대 디스플레이를 구현하는데 크게 기여할 수 있었다. 하지만 박막 트랜지스터를 사용해 구현된 디스플레이의 대형화 및 고해상도를 구현하기 위해 박막 트랜지스터의 구성요소로 사용된 전극, 반도체 활성층, 게이트 절연층, 보호막 등의 고성능이 요구되게 되었다.
상기 박막 트랜지스터의 구성요소로 사용된 보호막(Passivation layer)은 박막 트랜지스터의 반도체 활성층의 신뢰성을 개선하고, 박막 트랜지스터에 사용된 전극간의 절연하는 역할을 하는 박막 트랜지스터의 구현을 위한 핵심 재료이다.
종래에는 우수한 절연 특성 및 반도체 활성층의 신뢰성을 위해 실리콘 나이트라이드(SiNx)나 실리콘 옥사이드(SiOx)같은 무기 막질들이 박막 트랜지스터의 보호막으로 적용되어 왔다. 하지만 보호막으로 사용된 무기 막질은 낮은 투명도를 지니고 있어 디스플레이의 개구율(aperture ratio)을 저하시켜 고해상도, 고휘도의 디스플레이를 구현을 방해한다. 또한, 그들의 고유전율 특성으로 인해 박막 트랜지스터를 구현하기 위한 전극 및 배선 사이의 신호 지연을 일으켜 디스플레이의 응답속도를 낮추기 때문에 고성능의 디스플레이 구현을 어렵게 한다. 또한, 실리콘 나이트라이드(SiNx)나 실리콘 옥사이드(SiOx)을 증착하기 위해 사용되는 진공 증착 방식은 대면적에서 두께 균일도를 맞추기 힘들어 대면적 디스플레이에 사용되는데 한계가 있다.
고해상도, 고휘도, 고성능, 대면적의 디스플레이를 구현하기 위해 최근에 용액공정을 이용한 박막 트랜지스터용 유기보호막으로 BCB(benzocyclobutene) 등이 이용이 시도되고 있다. 이러한 유기보호막은 낮은 유전상수(< 3.0), 우수한 절연특성을 특성을 보이나 유열처리 온도가 250도 이상이므로 활성화층이 보호막의 공정온도에 의해 열화될 가능성이 있어 유기 보호막으로는 효과적인 방법이 아니다. (Prog. Polym. Sci. 26. 3 -65 (2001))
한편 고해상도, 고휘도, 고성능, 대면적의 디스플레이를 구현하기 위한 최근에 용액공정을 이용한 박막 트랜지스터용 보호막으로 저온 용액공정이 가능한 실록산 보호막에 대한 연구가 진행되고 있다. 박막 트랜지스터용 실록산 보호막은 200도 이하의 저온공정, 우수한 절연특성, 높은 투명성을 지니고 있어 박막트랜지스터용 보호막으로 적합하다. (SID 2008 DIGEST pp140~142) 그러나 기존 박막트랜지스터용 실록산 보호막은 상대적으로 높은 유전율(>3.0)로 인해 고성능 디스플레이 구현을 방해할 수 있다는 단점이 있어 낮은 유전율(<3.0)를 지니고 200도 이하의 저온 용액공정이 가능하고 우수한 절연특성, 높은 투명성, 평탄성 및 접착성을 지니는 저율전율 실록산 보호막 조성물을 개발할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 저유전율, 우수한 절연특성, 높은 투명성, 우수한 열안정성, 평탄성, 접착성, 저온 및 용액공정이 가능한 솔-젤 반응에 의해 제조되는 불화 유기 올리고실록산에 의한 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비대칭적인 구조를 지니는 유기알콕시실란, 불화알콕시실란 및 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기알콕시실란 사이의 솔-젤 반응에 의해 제조되는 불화 유기 올리고실록산에 의한 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 저유전율 실록산 보호막 조성물에 함유된 불화 유기올리고실록산은 솔-젤 반응을 통하여 제조된다. 특히, 본 발명에 따른 불화 유기 올리고실록산은 비대칭적인 구조를 지니는 유기알콕시실란, 불화알콕시실란 및 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기알콕시실란의 사이의 솔-젤 반응에 의해 제조된다.
본 발명의 불화 유기올리고실록산을 함유하는 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물은 솔-젤 반응에 의해 형성된 나노 크기의 올리고실록산에 의해 우수한 절연특성, 열안정성, 높은 투명성을 지닌다.
저유전율 실록산 보호막 조성물은 불화 알콕시실란에 의한 전자 분극의 감소와 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 및 유기 알콕시실란의 조합에 의해 놀랍게도 3.0이하의 낮은 유전율을 지닌다. 또한, 유기 알콕시실란의 유기관능기에 의해 저온 및 용액공정이 가능해져 우수한 평탄성, 접착성 특성을 지닌다.
그 결과, 본 발명의 저유전율 실록산 보호막 조성물은 종래의 기술과는 달리 저유전율, 우수한 절연성, 높은 투명성, 우수한 열안정성, 평탄성, 접착성, 저온 및 용액공정의 특성을 모두 만족하는 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)을 제공할 수 있게 되어 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물 제조하기 위한 불화 유기올리고실록산은 솔-젤 반응을 통하여 제조된다. 하기 반응식은 불화 유기올리고실록산을 제조하기 위한 일반적인 솔-젤 반응을 표현한 것이다.
하기 반응식은 물의 존재 하에 알콕시실란의 가수분해-축합반응을 화학식으로 표현한 것이다 (가수 솔-젤 반응).
Figure pat00001
Figure pat00002
상기의 반응식에서 알 수 있듯이 출발 물질인 알콕시실란의 알콕시기가 물과 함께 가수분해되어 수산화기를 형성하게 되고 다른 단량체의 알콕시기 또는 수산화기와 축합반응을 통하여 실록산 결합을 형성하여 올리고실록산을 형성하게 된다.
또 다른 하기 반응식의 솔-젤 반응은 물의 첨가없이 수산화기가 수식된 실란올과 알콕시기가 수식된 알콕시실란의 사이의 축합반응을 화학식으로 표현한 것이다 (비가수 솔-젤 반응).
Figure pat00003
상기의 반응식에서 알 수 있듯이 출발 물질인 실란올의 수산화기와 알콕시실란의 알콕시기와 축합반응을 하여 실록산 결합을 형성하여 올리고실록산을 형성하게 된다.
상기 일반적인 가수 솔-젤 반응을 이용하여 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물 제조하기 위해 불화 올리고실록산을 제조할 경우 알콕시실란에 물을 첨가하는 가수분해-축합반응을 통하여 실록산 결합이 형성되므로 촉매를 첨가함으로써 솔-젤 반응을 촉진할 수 있다.
사용 가능한 촉매로는 아세트산, 인산, 황산, 염산, 질산, 클로로술폰산, 파라-톨루엔산, 트리클로로아세트산, 폴리인산, 필로인산, 요오드산, 주석산, 과염소산과 같은 산성촉매 또는 암모니아, 수산화나트륨, n-부틸아민, 디-n-부틸아민, 트리-n-부틸아민, 이미다졸, 과염소산암모늄, 수산화칼륨, 수산화바륨 등과 같은 염기 촉매, Amberite IPA-400(Cl) 같은 이온교환수지(ion exchange resin)가 사용될 수 있다. 촉매의 투입양은 특별히 제한되지 않으며 알콕시실란 100 중량부에 대하여, 0.0001~10 중량부를 첨가하는 것으로 충분하다. 상기 반응은 상온에서 6~24시간 정도 교반하는 것으로 충분하며 반응속도를 촉진하고 완전한 축합반응의 진행을 위하여 0~100oC 바람직하게는 60oC에서 6시간 동안 가수분해-축합반응을 유도하여 올리고실록산을 형성할 수 있다.
또한 가수분해-축합반응을 통해 제조된 올리고실록산 하이브리드 재료 내에는 부산물인 알코올 및 반응 후 잔존하는 물이 존재하게 되는데 이는 대기압 및 감압하에서 0oC~120oC 바람직하게는 -0.1MPa, 60oC의 조건에서 30분간 수행함으로써 제거할 수 있다.
상기 일반적인 비가수 솔-젤 반응을 이용하여 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물 제조하기 위한 불화 올리고실록산을 제조할 경우 실란올의 수산화기와 알콕시실란의 알콕시기 사이의 축합 반응을 통하여 올리고실록산이 형성되므로 촉매를 첨가함으로써 반응 온도를 낮추고 솔-젤 반응을 촉진할 수 있다. 사용 가능한 촉매로는 수산화바륨, 수산화스트론튬 등과 같은 수산화금속이 사용될 수 있다. 촉매의 투입양은 특별히 제한되지 않으며 전체 실란의 함량에 대하여, 0.0001~10 중량부 첨가하는 것으로 충분하다. 상기 반응은 상온에서 6~72시간 정도 교반하는 것으로 충분하며 반응속도를 촉진하고 완전한 축합반응의 진행을 위하여 0~100oC 바람직하게는 60oC에서 6시간 동안 축합반응을 유도하여 실록산 결합을 형성할 수 있다.
상기 비대칭적인 구조를 지니는 유기알콕시실란은 하기 화학식 1로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 상기 유기알콕시실란은 알콕시기와 작용기가 치환된 유기사슬 또는 작용기가 비치환된 유기사슬이 결합되어 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
[상기 화학식 1에서 R1은 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20)알키닐 및 (C6~C20)아릴로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로서, 아크릴기, 메타크릴기, 아릴기, 아미노기, 머캡토기, 에테르기, 에스테르기, 술폰기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 카르보닐기, 카르복실기, 알키드기, 우레탄기, 비닐기, 니트릴기, 에폭시기 및 지환식 에폭시기로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 열경화 또는 광경화 가능한 작용기를 가질 수 있고; R2은 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C7)알킬이다.]
보다 구체적으로, 상기 비대칭적인 유기알콕시실란은 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 프로필에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 아릴트리메톡시실란, 아릴트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, 페닐트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, (아크릴옥시메틸)페네틸트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 클로로프로필트리에톡시실란,페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란으로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 비대칭적인 구조를 지니는 불화알콕시실란은 하기 화학식 2로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 상기 불화알콕시실란은 알콕시기와 불화작용기가 치환된 유기사슬이 결합되어 있다.
[화학식 2]
Figure pat00005
[상기 화학식 2에서 R3은 플루오로 그룹이 포함되어 있는 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20) 알키닐 및 (C6~C20)아릴 그룹에서 선택되고; R4 은 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C7)알킬이다.]
보다 구체적으로, 상기 비대칭적인 불화알콕시실란은 (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리에톡시실란, (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리에톡시실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 헥사데카플루오로도덱-11-엔-1-닐트리메톡시실란,헥사데카플루오로도덱-11-엔-1-닐트리에톡시실란으로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기알콕시실란은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 상기 유기실란올 또는 유기알콕시실란은 2개의 수산화기 또는 2개의 알콕시기와 작용기가 치환된 유기사슬 또는 작용기가 비치환된 유기사슬이 결합되어 있다.
[화학식 3]
Figure pat00006
[상기 화학식 3에서, R5은 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20)알키닐 및 (C6~C20)아릴로 구성된 그룹에서 선택된다.]
[화학식 4]
Figure pat00007
[상기 화학식 4에서 R6 은 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20)알키닐 및 (C6~C20)아릴로 구성된 그룹에서 선택되고; R7은 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C7)알킬이다.]
보다 구체적으로, 상기 대칭적인 구조를 가지는 유기실란올 또는 유기알콕시실란은 다이페닐실란디올, 다이아이소부틸실란디올, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란, 다이아이소부틸다이메톡시실란, 다이아이소부틸다이에톡시실란로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 불화 유기올리고실록산을 비대칭적인 구조를 지니는 유기알콕시실란과 불화알콕시실란의 혼합물과 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기알콕시실란 사이의 솔-젤 반응에 의하여 제조하는 경우, 상기 전체 실란 양에 대해 불화알콕시 실란의 양은 1 ~ 30 mol% 인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 상기 전체 실란 양에 대해 불화알콕시 실란의 양은 20 ~ 30 mol%로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 불화 유기올리고실록산 내에 불화알콕시실란의 양이 너무 적으면 전자분극을 감소시키는 플루오로기가 줄어들어 저유전율 실록산 보호막 조성물의 유전율이 낮아지는 효과가 적다. 또한 상기 불화 유기올리고실록산 내에 불화알콕시실란의 양이 너무 많으면 너무 많은 플루오로기로 인해 투명한 불화 유기올리고실록산을 얻기가 힘들어 저유전율 실록산 보호막 조성물의 투명도가 낮아진다.
또한, 상기 전체 실란 양에 대해 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기 알콕시실란의 양은 30 ~ 60mol%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 상기 전체 실란 양에 대해 유기실란올 또는 유기 알콕시실란의 양은 50 ~ 60mol%의 비율이다. 상기 불화 유기올리고실록산 내에 대칭적인 유기실란올 또는 유기 알콕시실란의 양이 감소하면 쌍극자모멘트가 큰, 비대칭적인 구조를 지니는 유기 알콕시실란의 비율이 증가하게 되어 유전율이 증가하게 된다. 또한 상기 불화 유기올리고실록산 내에 대칭적인 유기실란올 또는 유기 알콕시실란의 양이 너무 많으면 합성된 불화 유기올리고실록산이 불투명해는 현상이 있어 저유전율 실록산 보호막 조성물의 투명도가 낮아진다.
본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 불화 유기올리고실록산을 포함하는 실록산 보호막 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명의 실록산 보호막 조성물은 불화 유기올리고실록산에 용매, 열경화용 촉매 또는 광경화용 촉매, 작용기를 갖는 모노머, 경화제 및 가교제에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 용매를 첨가하는 경우, 실록산 보호막 조성물의 점도를 제어하고, 도포두께를 조절하는 효과를 나타낸다. 또한, 상기 용매는 상기 불화 유기올리고실록산를 제조하는 과정에서 첨가하거나, 상기 유기올리고실록산을 제조한 후에 첨가하여도 무방하다. 상기 용매는 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소 용매; 메틸 이소부틸 케톤, 1-메틸-2-피롤리디논, 시클로헥산온, 아세톤 등의 케톤계 용매; 테트라히드로퓨란, 이소프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 등의 에테르계 용매; 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 등의 아세테이트계 용매; 이소프로필 알코올, 부틸 알코올 등의 알코올계 용매; 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 등의 아미드계 용매; 및 실리콘계 용매로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 불화 유기올리고실록산은 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 불화 유기올리고실록산은, 열경화 또는 광경화시키는 단계를 거쳐서 제조되어 좀 더 균일하고 치밀한 저유전율 실록산 보호막을 형성할 수 있게 된다. 상기 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 포함하는 불화 유기올리고실록산을 포함하는 저유전율 실록산 보호막을 제조하기 위해서는 유기알콕시실란 또는 유기실란올의 유기기에 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 가져야 한다. 상기 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기는 에폭시기, 지환식 에폭시기, 아크릴기, 메타크릴기, 비닐기, 아미노기, 하이드록시기 등이다.
또한, 상기 불화 유기올리고실록산이 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 갖는 경우, 열경화용 촉매 또는 광경화용 촉매를 더 첨가할 수 있다.
상기 열경화 촉매는, 벤질 다이메틸 아민 등의 아민계열; 1-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸계열; 트리페닐포스핀, 트리페닐포스페이트, 트리옥틸포스핀, 트리 tert-부틸포스핀, tert-부틸포스포니움 메탄 서포네이트 등의 인계열; 알루미늄 아세틸 아세토네이트(Alacac), 플라티늄(0)-1,3-다이비닐-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산 콤플렉스 솔루션 인 자일렌 플라티늄 (~2%), 플라티늄-싸이클로비닐메틸실록산 콤플렉스, 트리스(다이부틸썰파이드)로듐 트리클로라이드 등의 메탈 촉매를 사용할 수 있다.
상기 광경화 촉매는, 아릴 설포니움 헥사플로로안티모니움 솔트, 2,2-다이메톡시-2-페닐 아세토페논, 과산화벤조일, 다이큐밀 퍼톡사이드, 벤조일 퍼톡사이드, 2,2-아조비스-(2-메틸 프로피오니트릴) 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 불화 유기올리고실록산이 열경화 또는 광경화 가능한 작용기를 갖는 경우, 경화제 및 가교제를 첨가함으로써 우수한 열적 특성, 기계적 특성 및 열기계적 특성의 효과를 나타낸다. 상기 경화제 및 가교제로는 산무수물 경화제, 페놀계 경화제, 아민계 경화제, 머캅토계 경화제, 유기수소규소 가교제 등이 있다. 경화제 및 가교제의 함량은 불화 유기올리고실록산과 경화제 및 가교제의 당량비로 1:1 ~ 1:1.5 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 불화 유기올리고실록산이 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 갖는 경우에, 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 갖는 모노머를 첨가할 수 있다. 상기 모노머는 1종이거나, 서로 다른 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 지니는 모노머로 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산디올 다이아크릴레이트, 1,4-부탄다이올다이아크릴레이트, 1,6-헥산다이올다이아크릴레이트, 에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산-카르복실레이트, 2-에틸헥실옥세탄, 3-에틸-3[[(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시]메틸]옥세탄 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 모노머를 첨가함으로써, 실록산 보호막 조성물의 밀도, 자유부피, 기판과의 접착력, 유전율, 절연특성 등을 조절할 수 있고 실록산 보호막 조성물의 열안정성이 향상되는 효과를 나타낸다. 함량은 불화 유기올리고실록산 100 중량부에 대하여, 1 ~ 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 너무 많은 모노머가 첨가될 경우 무기물 부분의 감소를 가져와 절연특성이 나빠지고 유전율이 올라간다. 또한 열안정성이 감소되는 경향이 있다.
또한, 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 포함하는 불화 유기올리고실록산이, 열경화 또는 광경화시키는 단계를 거치는 경우, 상기 단계 이후에 열처리 단계를 거칠 수 있다. 상기 열처리를 함으로서, 불순물을 제거할 수 있으므로 높은 열안정성을 달성할 수 있고, 막질의 outgassing을 최소화시켜 소자 특성의 열화를 최소화 할 수 있다. 상기 열처리 단계는 200 ℃이하, 구체적으로는, 50 내지 200 ℃에서 실행할 수 있다. 상기 열처리 단계는, 150 ℃이하, 구체적으로는 50 내지 150 ℃에서 실행하는 것이 바람직하다. 상기 열처리 단계의 온도가 200℃ 이상의 고온인 경우에는, 유기관능기간의 결합 사슬을 파괴할 수 있고, 너무 저온인 경우에는 부수적으로 첨가된 용매의 제거가 잘 이루어지지 않을 수 있다.
일반적으로, 박막 트랜지스터의 보호막은 디스플레이의 배선 사이의 신호지연을 막기 위해 저유전율을 지녀야 하고, 고해상도 및 고휘도의 디스플레이를 구현하기 위해 높은 투명성 및 개구율 향상에 기여하는 고평탄성이 필수적이다. 진공 증착 방식의 실리콘나이트라이드, 실리콘 옥사이드 같은 무기 보호막을 대체하기 위해 높은 열안정성, 낮은 누설전류 특성 및 고접착성 특성을 지니고 있어야 한다. 또한, 대면적의 디스플레이 기판에 대응하기 위해 저온 용액공정이 가능해야 한다. 본원 발명의 저유전율 실록산 보호막은 상기의 조건을 모두 만족시키므로, 박막 트랜지스터의 보호막으로 적합하다.
본 발명의 불화 유기올리고실록산을 함유하는 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)용 저유전율 실록산 보호막 조성물은 솔-젤 반응에 의해 형성된 나노 크기의 올리고실록산에 의해 우수한 절연특성, 열안정성, 높은 투명성을 지니고 불화 알콕시실란의 불소기와 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 및 유기 알콕시실란에 의해 3.0이하의 낮은 유전율을 지닌다.
또한, 유기 알콕시실란의 유기관능기에 의해 저온 및 용액공정이 가능해져 우수한 평탄성, 접착성 특성을 지닌다. 그 결과, 상기 저유전율 실록산 보호막 조성물은 저유전율, 우수한 절연성, 높은 투명성, 우수한 열안정성, 평탄성, 접착성, 저온 및 용액공정의 특성을 지니고 있어 박막 트랜지스터의 보호막(passivation layer)으로 적합하다.
도1은 본 발명의 실시예 3에 따른 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막을 나타낸 것이다.
본 발명을 다음의 실시예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(ECTMS, Gelest 社): (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란(PFAS, Gelest 社): 다이페닐실란디올(DPSD, Gelest 社 )을 4.93g: 17.05g: 10.82g (0.02 mol: 0.03 mol: 0.05 mol) 의 비율로 혼합하여 100ml 2neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 0.02g (실란 대비 0.1 mol%)의 수산화바륨을 촉매로 첨가하여 80℃에서 4시간 동안 N2 질소 퍼지 하에서 교반하였다. 4시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 불화 지환식에폭시올리고실록산 수지를 얻었다. 다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich 社)를 수지 대비 125 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 아릴 설포니움 헥사플로로안티모니움 솔트 (Aldrich 社)를 수지 대비 4 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 1분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<실시예 2>
2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(ECTMS, Gelest社): (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란(PFAS, Gelest 社): 다이페닐다이메톡시실란(DPDMS, Aldrich 社)을 4.93g: 17.05g: 10.82g (0.02 mol: 0.03 mol: 0.05 mol)의 비율로 혼합하여 100ml 1neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 물 2.7g을 첨가하고 1g의 Amberite IPA-400(Cl) (Aldrich 社)를 촉매로 첨가하여 80℃에서 24시간 동안 reflux 하에서 교반하였다. 24시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 감압 증발기를 이용해 -0.1MPa의 압력과 60℃의 온도에서 수지 내부의 물과 메탄올을 제거했다. 그 후 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 불화 지환식 에폭시올리고실록산 수지를 얻었다. 다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich 社)를 수지 대비 150 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 아릴 설포니움 헥사플로로안티모니움 솔트 (Aldrich 社)를 수지 대비 4 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 1분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<실시예 3>
3-메타아크릴로프로필트리메톡시실란 (MPTMS, Aldrich 社): 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란(PFAS, Gelest 社): 다이페닐실란디올(DPSD, Gelest 社)을 4.97g: 11.27g: 12.98g (0.02 mol: 0.02 mol: 0.06 mol)혼합하여 100ml 2neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 0.02g (실란 대비 0.1 mol%) 의 수산화바륨을 촉매로 첨가하여 80℃에서 4시간 동안 N2 질소 퍼지 하에서 교반하였다. 4시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 불화 메타아크릴올리고실록산 수지를 얻었다. 다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich 社)를 수지 대비 100 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 2,2-다이메톡시-2-페닐 아세토페논(BDK, Aldrich 社)를 수지 대비 2 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 3분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<실시예 4>
3-메타아크릴로프로필트리메톡시실란 (MPTMS, Aldrich 社): 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란(PFAS, Gelest 社): 다이페닐실란디올(DPSD, Gelest 社)을 4.97g: 11.37g: 12.98g (0.02 mol: 0.02 mol: 0.06 mol)의 비율로 혼합하여 100ml 1neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 HCl 0.5N 농도를 가지는 물 2.7g을 첨가하고 80℃에서 24시간 동안 reflux 하에서 교반하였다. 24시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 감압 증발기를 이용해 -0.1MPa의 압력과 60℃의 온도에서 수지 내부의 물과 메탄올을 제거했다. 그 후 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 불화 메타아크릴올리고실록산 수지를 얻었다. 다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich 社)를 수지 대비 100 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 2,2-다이메톡시-2-페닐 아세토페논(BDK, Aldrich 社)를 수지 대비 2 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 3분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<실시예 5>
3-메타아크릴로프로필트리메톡시실란 (MPTMS, Aldrich 社): 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란(PFAS, Gelest 社): 다이페닐실란디올(DPSD, Gelest 社)을 4.97g: 11.27g: 12.98g (0.02 mol: 0.02 mol: 0.06 mol)혼합하여 100ml 2neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 0.02g (실란 대비 0.1 mol%) 의 수산화바륨을 촉매로 첨가하여 80℃에서 4시간 동안 N2 질소 퍼지 하에서 교반하였다. 4시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 불화 메타아크릴올리고실록산 수지를 얻었다. 합성된 수지에 광경화 가능한 작용기를 지니는 모노머로 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산디올 다이아크릴레이트(TCI 社)를 수지 대비 10 중량부 첨가했다.
다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich 社)를 수지 대비 75 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 2,2-다이메톡시-2-페닐 아세토페논(BDK, Aldrich社)를 수지 대비 2 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 3분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<실시예 6>
2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(ECTMS, Gelest 社): (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란(PFAS, Gelest 社): 다이페닐실란디올(DPSD, Gelest 社 )을 4.93g: 17.05g: 10.82g (0.02 mol: 0.03 mol: 0.05 mol) 의 비율로 혼합하여 100ml 2neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 0.02g (실란 대비 0.1 mol%)의 수산화바륨을 촉매로 첨가하여 80℃에서 4시간 동안 N2 질소 퍼지 하에서 교반하였다. 4시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 불화 지환식에폭시올리고실록산 수지를 얻었다. 합성된 수지에 열경화제로 테트라플루오로프탈릭 언하이드라이드(TCI 社)를 당량비로 수지함량에 대하여 1:1로 첨가했다. 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich 社)를 수지 대비 100 중량부 첨가하고, 열경화 촉매로 tert-부틸포스포니움 메탄 서포네이트를 0.5mol% 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<비교예 1>
2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(ECTMS, Gelest社): 다이페닐실란디올(DPSD, Gelest 社 )을 12.32g: 10.82g (0.05 mol: 0.05 mol) 의 비율로 혼합하여 100ml 2neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 0.02g (실란 대비 0.1 mol%)의 수산화바륨을 촉매로 첨가하여 80℃에서 4시간 동안 N2 질소 퍼지 하에서 교반하였다. 4시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 지환식 에폭시올리고실록산 수지를 얻었다. 다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich社)를 수지 대비 100 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 아릴 설포니움 헥사플로로안티모니움 솔트를 수지 대비 4 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 1분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<비교예 2>
3-메타아크릴로프로필트리메톡시실란 (MPTMS, Aldrich社): 다이페닐실란디올(DPSD, Gelest 社)을 9.93g: 12.98g (0.04 mol: 0.06 mol)혼합하여 100ml 2neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 0.02g (실란 대비 0.1 mol%) 의 수산화바륨을 촉매로 첨가하여 80℃에서 4시간 동안 N2 질소 퍼지 하에서 교반하였다. 4시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 불화 메타아크릴올리고실록산 수지를 얻었다. 다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich社)를 수지 대비 100 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 2,2-다이메톡시-2-페닐 아세토페논(BDK, Aldrich社)를 수지 대비 2 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 3분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<비교예 3>
3-메타아크릴로프로필트리메톡시실란 (MPTMS, Aldrich社)과 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란(PFAS, Gelest 社)을 19.87g: 11.37g (0.08 mol: 0.02 mol)의 비율로 혼합하여 100ml 1neck 플라스크에 넣었다. 그 후 상기 혼합물에 HCl 0.5N 농도를 가지는 물 2.7g을 첨가하고 80℃에서 24시간 동안 reflux 하에서 교반하였다. 24시간의 솔-젤 반응 후 얻은 수지를 감압 증발기를 이용해 -0.1MPa의 압력과 60℃의 온도에서 수지 내부의 물과 메탄올을 제거했다. 그 후 0.45um Teflon filter를 사용해 여과한 후 대칭적인 유기알콕시실란 또는 유기실란올이 없는 불화 메타아크릴올리고실록산 수지를 얻었다. 다음으로, 용매로 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, Aldrich社)를 수지 대비 100 중량부 첨가하고, 광경화 촉매로 2,2-다이메톡시-2-페닐 아세토페논(BDK, Aldrich社)를 수지 대비 2 중량부 첨가한 후, 3시간 동안 교반했다.
교반된 수지를 ITO가 증착된 유리 기판에 spin 코팅을 이용해 막질을 형성한 뒤, 제작된 시료를 365nm 파장의 자외선 램프에 3분간 노출시켜 광경화하였다. 상기 광경화 후 150℃의 온도에서 2시간 동안 열경화를 실시하였다. 형성된 막질 위에 열증착법과 쉐도우 마스트를 사용해 금전극을 35nm 증착했다.
<시험예>
상기 실시 예에서 얻어진 샘플의 물성을 아래와 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 표 1 내지 도 1에 나타내었다.
[유전율]
HP社의 HP4194A를 사용하여 얻은 C-f 곡선을 이용해 1MHz에서의 유전율을 측정하였다.
[누설전류]
Keithley社의 keithley237을 사용하여 얻은 I-V 곡선을 이용해 1MV/cm에서의 누설전류를 측정하였다.
[투과율]
Shimadzu Corporation의 UV/VIS/NIR 스펙트럼 분석기 UV-3101PC를 사용하여 550nm 파장에서 투과율을 측정하였다.
[열안정성]
TA社의 thermogravimetric analysis(TGA)를 사용하여 질소 분위기에서 thermal decomposition 을 측정한 뒤 5% loss temperature을 측정하였다.
[평탄성 및 접착성]
실시예 3의 불화 올리고실록산 수지를 패턴이 있는 기판에 spin 코팅 후 절단면을 scanning electron microscope (SEM)으로 측정하였다.
<표 1> 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 특성
Figure pat00008
상기 표 1에, 실시예 1 내지 실시예 6의 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물의 유전율, 누설전류, 투과율, 열안정성을 나타냈다. 또한 상기 표 1에, 비교예 1과 비교예 2는 비대칭구조를 지니는 불화유기알콕시실란이 첨가 되지 않았을 때 조성물의 유전율, 누설전류, 투과율, 열안정성을 나타냈다. 비교예 3는 대칭구조를 지니는 유기실란올 및 유기알콕시실란이 첨가되지 않았을 때 조성물의 유전율, 누설전류, 투과율, 열안정성을 나타냈다. 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1를 비교하고 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 2를 비교하면 비대칭구조를 지니는 불화유기알콕시실란의 첨가에 따라 유전율이 3.0 이하로 낮아지고 누설전류는 10 nA/cm2 이하이고, 투과율은 95% 이상이고,열안정성은 30 ~50℃ 만큼 증가된다. 또한 실시예 4와 비교예 3을 비교하면 대칭구조를 지니는 유기알콕시실란 및 유기실란올의 첨가는 유전율을 3.0 이하로 낮아지게 하고 누설전류는 10 nA/cm2 이하로 낮아지게 한다. 또한, 실시예 3과 실시예 5를 비교하면 같은 조성에서 광경화가 가능한 모노머를 첨가하면 다른 특성이 변화가 없고 열안정성이 30℃ 만큼 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 모노머 첨가에 따른 경화도(Crosslinking density)에 의해 기인하는 것이다. 실시예 1과 실시예 6을 비교하면 열경화제 및 열경화 촉매를 첨가했을 경우 다른 특성이 변화가 없고 열안정성이 30℃ 만큼 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 열경화제 및 열경화 촉매로 인해 경화도(Crosslinking density)에 의해 기인하는 것이다.
도 1에, 실시예 3의 저유전율 실록산 보호막 조성물로 보호막을 패턴이 있는 기판에 spin 코팅을 통해 형성한 경우의 SEM사진이다. 저유전율 실록산 보호막 조성물은 Al 같은 금속, 산화물에 우수한 접착력을 지니고, 우수한 평탄화 특성을 지닌다. 또한, 상기 실시예 및 비교예의 결과로, 본 발명에 따른 저유전율 실록산 보호막 조성물은 높은 투명성, 우수한 열안정성, 저유전율, 낮은 누설전류, 평탄성, 접착성의 특성을 지니므로 박막 트랜지스터의 보호막으로 사용하기에 이상적이다.

Claims (17)

  1. 비대칭적인 구조를 지니는 유기알콕시실란, 불화알콕시실란 및 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기알콕시실란을 함유하는 실란 혼합물의 솔-젤 반응에 의해 제조된 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실란 혼합물에 대해 불화알콕시 실란이 1 ~ 30 mol% 인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실란 혼합물에 대해 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기 알콕시실란이 30 ~ 60mol%인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비대칭적인 구조를 지니는 유기알콕시실란은 하기 화학식 1로부터 선택되는 1종 이상인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00009

    [상기 화학식 1에서 R1은 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20)알키닐 및 (C6~C20)아릴로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로서, 아크릴기, 메타크릴기, 아릴기, 아미노기, 머캡토기, 에테르기, 에스테르기, 술폰기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 카르보닐기, 카르복실기, 알키드기, 우레탄기, 비닐기, 니트릴기, 에폭시기 및 지환식 에폭시기로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 열경화 또는 광경화 가능한 작용기를 가질 수 있고; R2 은 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C7)알킬이다.]
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 비대칭적인 구조를 지니는 불화알콕시실란은 하기 화학식 2로부터 선택되는 1종 이상인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
    [화학식 2]
    Figure pat00010

    [상기 화학식 2에서 R3 은 플루오로기가 포함된 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20) 알키닐 및 (C6~C20)아릴 그룹에서 선택되고; R4 은 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C7)알킬이다.]
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 대칭적인 구조를 지니는 유기실란올 또는 유기알콕시실란은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로부터 선택되는 1종 이상인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
    [화학식 3]
    Figure pat00011

    [상기 화학식 3에서, R5은 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20)알키닐 및 (C6~C20)아릴로 구성된 그룹에서 선택된다.]
    [화학식 4]
    Figure pat00012

    [상기 화학식 4에서, R6 은 (C1~C20)알킬, (C3~C8)사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C2~C20)알키닐 및 (C6~C20)아릴로 구성된 그룹에서 선택되고; R7 은 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C7)알킬이다.]
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 비대칭적인 유기알콕시실란은 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 프로필에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 아릴트리메톡시실란, 아릴트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, 페닐트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, (아크릴옥시메틸)페네틸트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 클로로프로필트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란에서 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물 .
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 비대칭적인 불화알콕시실란은 (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리에톡시실란, (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)-트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리에톡시실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 헥사데카플루오로도덱-11-엔-1-닐트리메톡시실란,헥사데카플루오로도덱-11-엔-1-닐트리에톡시실란으로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 대칭적인 구조를 가지는 유기실란올 또는 유기알콕시실란은 다이페닐실란디올, 다이아이소부틸실란디올, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란,다이아이소부틸다이메톡시실란, 다이아이소부틸다이에톡시실란으로 구성된 그룹에서 선택되는 1종 이상인 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 솔-젤 반응은 산 촉매, 염기 촉매, 이온교환수지 또는 수산화금속 촉매의 존재 하에서 실행하는 불화 유기 올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 불화 유기올리고실록산에 열경화용 촉매 또는 광경화용 촉매를 첨가하는 불화 유기올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 불화 유기올리고실록산에 경화제 및 가교제가 첨가된 불화 유기올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 불화 유기올리고실록산에 열경화 가능한 작용기 또는 광경화 가능한 작용기를 갖는 모노머를 함유하는 불화 유기올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 불화 유기올리고실록산에 용매를 함유하는 특징으로 하는 불화 유기올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  15. 제 1항 내지 제 14항에서 선택되는 어느 한 항의 조성물을 열경화 또는 광경화하고, 50 내지 200 ℃에서 열처리 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 불화 유기올리고실록산을 포함하는 박막 트랜지스터의 보호막용 저유전율 실록산 보호막 조성물.
  16. 제 1항 내지 제 14항에서 선택되는 어느 한 항의 저유전율 실록산 보호막 조성물을 사용하는 박막 트랜지스터.
  17. 제 15항의 저유전율 실록산 보호막 조성물을 사용하는 박막 트랜지스터.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013187699A1 (ko) * 2012-06-12 2013-12-19 한국과학기술원 실록산 하드코팅 수지 조성물
US10858539B2 (en) 2012-06-12 2020-12-08 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Siloxane hard-coating resin composition

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102162887B1 (ko) * 2013-12-05 2020-10-07 엘지디스플레이 주식회사 평판표시장치
KR101718744B1 (ko) * 2014-11-03 2017-03-23 (주)디엔에프 실리콘 전구체를 포함하는 박막증착용 조성물 및 이를 이용한 실리콘함유 박막의 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6818721B2 (en) * 2002-12-02 2004-11-16 Rpo Pty Ltd. Process for producing polysiloxanes and use of the same
KR100929547B1 (ko) 2008-04-28 2009-12-03 한국과학기술원 올리고실록산 하이브리드 코팅을 이용한 가스 차단막

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013187699A1 (ko) * 2012-06-12 2013-12-19 한국과학기술원 실록산 하드코팅 수지 조성물
KR101464550B1 (ko) * 2012-06-12 2014-12-04 한국과학기술원 실록산 하드코팅 수지 조성물
US9598609B2 (en) 2012-06-12 2017-03-21 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Siloxane hard-coating resin composition
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