KR20160070227A - 고유전율 절연막, 이를 포함하는 표시장치용 기판 및 표시 장치 - Google Patents

고유전율 절연막, 이를 포함하는 표시장치용 기판 및 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴 구조를 갖는 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어의 상부와 하부에 절연 폴리머를 포함하는 폴리머 레이어가 적층, 형성된 표시 장치용 절연막 및 이 절연막을 포함하는 표시장치용 기판 및 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 절연막은 상당히 높은 유전율을 가지기 때문에, 예를 들어 TFT의 구동 속도를 향상시킬 수 있는 이점을 갖는다.

Description

고유전율 절연막, 이를 포함하는 표시장치용 기판 및 표시 장치{HIGH PERMITTABILITY INSULATING FILM AND SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE AND DISPLAY DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 표시 장치용 절연막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고유전율의 절연막 및 이 절연막을 포함하는 표시장치용 기판 및 표시 장치에 관한 것이다.
전자공학 기술 및 관련 소재 기술의 지속적인 발전을 통하여 종래의 방식과 다른 방식의 표시 장치가 개발되고 있다. 새롭게 개발되는 대부분의 표시 장치는 박막, 소형화를 추구하는 이른바 평판표시장치이다. 대표적인 평판 표시장치로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)나 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Device, OLED) 등을 들 수 있다. 이러한 평판표시장치는 TV는 물론이고, 컴퓨터 모니터, 디지털 카메라 또는 스마트폰으로 대표되는 모바일 기기의 화면으로 채택되고 있다.
그 중에서도 액정표시장치는 액정 분자로 구성된 액정층을 사이에 두고 대향적인 1쌍의 투명 기판을 합착시킨 액정 패널을 표시소자로 이용한다. 액정표시장치는 구동 방식에 따라 수동형(passive-matrix)과 능동형(active-matrix)으로 구분될 수 있는데, 대부분의 액정표시장치는 독립적으로 액정을 제어하여 배열하는 방식의 능동형이다. 능동형 액정표시장치에서도 대표적인 것이 각각의 화소를 박막트랜지스터로 제어하는 TFT(Thin Film Transistor) 방식이다.
TFT 구동 방식의 액정 패널은 박막 증착(thin film deposition), 포토리쏘그라피(photo-lithography), 식각(etching) 등의 과정을 여러 번 반복하여 각각의 기판에 어레이층과 컬러필터층을 구현하고, 어느 하나의 기판에 합착을 위한 씰패턴(seal pattern)을 형성한 뒤 액정층을 사이에 두고 양 기판을 합착하여 완성된다. 이렇게 제조된 액정 패널에 편광판이 부착되고, 편광판과 백라이트가 일체화되어 액정표시장치를 형성한다.
이때, 어레이층은 유리 또는 투명 플라스틱 소재의 기판 상에 전극, 반도체층 및 절연막을 도포하고 에칭하는 작업을 반복하여 박막트랜지스터를 형성하게 된다. 이러한 박막트랜지스터의 구조에서도 게이트 전극과 게이트 배선이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는데, 게이트 절연막의 경우 절연막의 높은 커패시턴스(capacitance)에 의하여 소스-드레인 전류가 비례하여 증가하고 전하 이동도를 증가시킬 필요가 있다. 절연막의 커패시턴스는 절연막의 유전상수 값에 비례하기 때문에 게이트 절연막 소재로는 고유전율을 갖는 소재를 채택하는 것이 유리하다.
TFT 방식의 표시 장치용 게이트 절연막의 소재로서 종래에는 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx)와 같은 무기 소재가 사용되었다. 하지만 이들 무기 소재를 이용하여 게이트 절연막을 형성하기 위해서는 플라즈마강화 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PE-CVD)이나 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 등을 수행할 수 있는 진공 증착 장비가 필요한데, 이들 장비는 상당히 고가이다. 또한 이러한 무기 소재를 채택한다면 플라스틱 기판과 같은 가요성(flexible) 기판에는 적용하기 어렵다는 문제가 있다.
따라서 최근에는 유기 소재를 이용하여 게이트 절연막을 형성하고자 하는 연구, 개발이 이루어지고 있다. 유기 소재를 채택하면 코팅 공정을 통하여 절연막을 형성할 수 있는 공정상의 이점이 있고 가용성 기판에도 적용할 수 있는 이점을 갖는다. 그런데, 종래 유기 소재를 적용한 절연막의 경우에는 극성화(polarization)로 인한 절연 효과가 저하되거나 공기 중의 수분에 의하여 누설전류를 초래하는 문제점이 발생하였다.
유기 소재의 극성화를 저감하기 위한 방법으로 바인더 소재의 차단기(blocking group)을 방향족 치환기에서 지환족(cyclo aliphatic)으로 변경하거나, 측면 사슬 내 히드록시기의 숫자를 감소시켜 수소 결합 모이어티(hydrogen bonding moiety)를 저감하는 등의 방법이 채택되거나, 소수성 바인더의 도입으로 인한 문제점인 접착성(adhesion) 확보를 위해 레진(resin)과 같은 첨가제를 도입한다. 하지만, 이러한 방법들은 모두 유기 소재의 유전상수 값을 저감하게 되므로, 고유전율이 요구되는 게이트 절연막 소재로는 부적합하다.
특히, 해상도가 높아질수록 각각의 게이트 배선에 대한 축적용량 커패시터 충전에 허락된 시간이 짧아지므로 전하의 이동도가 커져야 한다. 또한 고해상도로 갈수록 TFT의 폭(width)이 줄어들기 때문에 채널 저항에 의한 신호 처리가 지연되지 않도록 채널의 이동도 역시 증가하여야 한다. 이러한 점을 고려해 볼 때, 고해상도 표시 장치에서는 TFT의 이동도 성능이 더욱 향상되어야 한다.
따라서 최근에는 유기 소재와 무기 소재가 혼합된 복합 소재를 이용하여 표시 장치의 게이트 절연막으로 활용하고자 하는 시도가 있었다. 일례로 대한민국공개특허 제10-2010-0064657호에서는 금속산화물 입자를 유기 고분자 등에 분산시켜 고유전율의 게이트 절연막을 형성하고 있다. 하지만 실제로 금속산화물 입자는 유기 고분자 내에 균일하게 분산되기 어렵기 때문에, 이러한 방법으로 얻어진 게이트 절연막에서는 균일한 유전율을 확보하기 어렵다.
따라서 종래의 소재에 비하여 높은 유전상수 값을 가지는 동시에 절연막 전체에 걸쳐서 균일한 유전상수 값을 확보함으로써, TFT의 구동 속도를 향상시킬 수 있는 소재의 개발이 요구된다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 충분히 높으면서도 절연막 전체에 걸쳐서 균일한 유전율을 확보할 수 있는 절연막, 이 절연막을 포함하는 표시장치용 기판 및 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 예를 들어 TFT 소자에서 높은 커패시턴스를 확보하여 전하 이동도를 향상시킴으로써 TFT의 구동 속도를 증가시킬 수 있으며, 개구율을 저하하지 않고 충분한 스토리지 용량을 갖는 절연막, 이 절연막을 포함하는 표시 장치용 기판 및 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 제 1 폴리머 레이어; 상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어; 및 상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어를 포함하는 표시 장치용 절연막을 제공한다.
예를 들어, 상기 나노 카본은 비정질(amorphous) 나노 카본 또는 결정질 나노 카본을 포함할 수 있다.
상기 제 1 폴리머 레이어 및 상기 제 2 폴리머 레이어 각각은 아크릴계 폴리머, 폴리이미드 및 폴리실록산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 상기 제 1 폴리머 레이어 및 상기 제 2 폴리머 레이어는 커플링제를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 기판과; 상기 기판 상부의 게이트 전극과; 상기 기판 상부의 반도체층과; 제 1 폴리머 레이어와, 상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어와, 상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어를 포함하고, 상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 게이트 절연막과; 상기 기판 상부에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터 기판을 제공한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따르면, 본 발명은 기판과; 상기 기판 상부의 게이트 전극과; 상기 기판 상부의 반도체층과; 상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 게이트 절연막과; 상기 기판 상부에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극과; 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 상에 위치하고 상기 드레인 전극을 노출하는 콘택홀을 갖는 보호층과; 상기 보호층 상에 위치하고, 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극을 포함하고, 상기 게이트 절연막 및 상기 보호층 중 적어도 어느 하나는 제 1 폴리머 레이어와, 상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어와, 상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어를 포함하는 표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따르면, 본 발명은 기판과; 상기 기판 상부의 게이트 전극과; 상기 기판 상부의 반도체층과; 상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 게이트 절연막과; 상기 기판 상부에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극과; 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극과; 상기 화소 전극 상에 위치하는 보호층과; 상기 보호층 상에 위치하는 공통전극을 포함하고, 상기 게이트 절연막 및 상기 보호층 중 적어도 어느 하나는 제 1 폴리머 레이어와, 상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어와, 상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어를 포함하는표시장치용 어레이 기판을 제공한다. .
예시적으로, 상기 표시장치용 어레이 기판은 가요성 표시장치용 어레이 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 표시장치용 어레이 기판을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
예를 들어, 상기 표시 장치는 가요성 표시 장치일 수 있는데, 예를 들어, 액정표시장치(LCD) 또는 유기발광표시장치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 형성된 절연막은 기존에 사용하였던 유기 및 무기 절연막 소재에 비하여 유전율이 크게 증가하였으며 반복되는 패턴 구조를 통하여 절연막 전체에 대하여 균일한 유전율을 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 절연막은 소재의 높은 커패시턴스를 가져야 하는 TFT 소자의 게이트 절연막이나 보호층으로 활용될 수 있다.
즉, 본 발명의 게이트 절연막이 갖는 높은 유전상수 값으로 인하여 이 유전상수 값에 비례하는 커패시턴스 값도 높은 수준을 확보할 수 있다. 높은 커패시턴스를 확보하면, 소스-드레인 전류가 증가하고 이에 따라 TFT 소자에서의 전하 이동도를 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명에 따라 고유전율을 갖는 게이트 절연막을 채택함으로써, 게이트 전압이 인가되지 않더라도 신호 전류가 항상 소량 흐르게 할 수 있으며, 게이트 전압을 인가할 때 낮은 전압으로도 채널을 쉽게 형성할 수 있다. 이처럼 본 발명에 따른 게이트 절연막을 채택하면, 게이트 전극에 게이트 신호가 입력되었을 때 전면 채널(front channel)을 빠르게 유도할 수 있으므로, TFT의 동작 특성을 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 고유전율 절연막을 보호층으로 사용하는 경우, 스토리지 커패시터가 고유전율 절연막을 포함하여 구성되기 때문에, 개구율을 저하하지 않고서도 스토리지 용량을 증가시킬 수 있는 이점을 갖는다.
아울러, 카본 나노 레이어를 구성하는 다수의 패턴 각각이 고립되어 있으며, 카본 나노 레이어의 상부와 하부에 유연성이 우수한 폴리머 레이어가 적층되어 있어서, 이 절연막이 적용된 기판을 상부와 하부 방향으로 구부릴 때 작용하는 스트레스를 대하여 절연막이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 절연막을 구성하는 레이어들을 분리한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 절연막의 단면도이다.
도 3은 도 1에서 카본 패턴 레이어의 "A" 부분을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 제조된 절연막을 게이트 절연막으로 적용한 표시 장치용 어레이 기판의 예로서 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 평면도이다.
도 5는 도 4의 V-V 라인을 따라 절단한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시장치용 어레이 기판의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 제조된 절연막을 게이트 절연막으로 적용한 표시 장치의 예로서 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
먼저 본 발명에 따라 고유전율을 가지는 절연막의 구조에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 절연막을 구성하는 레이어들을 분리한 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 절연막의 단면도, 도 3은 도 1에서 카본 패턴 레이어의 "A" 분을 확대하여 도시한 사시도이다.
이들 도면에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 절연막(140)은 제 1 폴리머 레이어(142a)와, 제 1 폴리머 레이어(142a) 상부에 패턴 구조를 갖는 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어(144)와, 카본 패턴 레이어(144) 상부에 코팅되는 제 2 폴리머 레이어(142b)를 포함한다.
제 1 폴리머 레이어(142a) 및 제 2 폴리머 레이어(142b)는 절연 폴리머를 포함한다. 제 1 폴리머 레이어(142a) 및 제 2 폴리머 레이어(142b)는 절연 폴리머를 형성하기 위한 전구체 물질을 함유하는 전구체 조성물을 경화하여 얻어질 수 있다. 절연 폴리머를 형성하기 위한 전구체 조성물은 절연 폴리머를 합성하기 위한 모노머(monomer) 및/또는 올리고머(oligomer)와 같은 전구체 물질과, 이들 전구체 물질을 용해시키는 용매를 포함할 수 있으며, 폴리머 레이어(142a, 142b)를 형성하기 위한 과정에서 용매는 증발된다.
필요한 경우, 이 전구체 조성물은 제조된 폴리머 레이어(142a, 142b)의 기능을 향상시키기 위한 첨가제 성분이 더욱 포함될 수 있다. 예를 들어, 기능성 첨가제로서는 커플링제, 분산을 유도하기 위한 계면활성제, 광중합 개시제, 경화를 촉진하기 위한 경화촉진제, 산화를 방지하기 위한 산화방지제와 같은 기능성 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 제 1 폴리머 레이어(142a)와 제 2 폴리머 레이어(142b)의 두께는 0.1 ~ 0.5 ㎛의 두께로 기재 또는 카본 패턴 레이어(144)의 상에 코팅될 수 있다.
제 1 폴리머 레이어(142a) 및 제 2 폴리머 레이어(142b)를 구성하는 절연 폴리머는 예를 들어 아크릴계 폴리머, 폴리이미드 및 폴리실록산으로 구성되는 군에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있다. 아크릴계 폴리머는 전구체 조성물 중에 함유되는 아크릴계 모노머 및/또는 아크릴계 올리고머를 경화시켜 합성될 수 있다.
폴리이미드는 예를 들어 방향족 폴리이미드(PI) 및 무색투명폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI)를 포함할 수 있다. CPI는 예를 들어 PI의 주쇄 내에 트리플루오로메틸(-CF3), 술폰(-SO2), 에테르(-O-)와 같이 전기음성도가 상대적으로 강한 원소를 도입하여 π 전자의 이동을 제한하거나, 또는 벤젠이 아닌 환형 올레핀(cycloolefin) 구조를 도입함으로써 주쇄 내에 존재하는 π 전자의 밀도를 감소시키는 방법을 이용할 수 있다. 폴리이미드는 디아민과 이무수화물(dianhydride)을 적절한 용매에 첨가하여 폴리아믹산을 합성하고, 얻어진 폴리아믹산을 적절한 이미드화 공정을 통하여 반응시킴으로써 얻어질 수 있다.
폴리실록산은 실란올기 및/또는 실록산기를 적어도 1개 갖는 실란 단량체 또는 실록산 모노머를 중합함으로써 얻어질 수 있다. 이들 적절한 실란 단량체 및/또는 실록산 단량체를 열처리하면 이들 단량체 사이에서 가교결합이 형성되어 폴리실록산을 형성할 수 있다.
카본 패턴 레이어(144)는 예를 들어 흑연 타겟(Graphite Target)을 소재로 하는 스퍼터링(sputtering) 공정을 이용하여 제 1 폴리머 레이어(142a) 상에 증착, 형성할 수 있다. 스퍼터링 공정에 의해 형성된 나노 구조의 탄소 소재인 나노 카본은 비정질(amorphous) 형태이다. 대안적인 실시형태에 따르면, 비정질 형태의 나노 카본을 결정질 형태로 변환하기 위한 하나의 예시적인 방법으로서, 저온다결정실리콘(Low temperature Polycrystaline Silicon, LTPS)에서 이용되는 레이저를 비정질 나노 카본에 조사하여, 제 1 폴리머 레이어(142a) 상에 결정질 나노 카본이 패턴 형태를 구성하는 나노 패턴 레이어(144)를 형성할 수 있다. LTPS 공정은 저온에서 수행되므로, 나노 패턴 레이어(144) 하부에 위치하는 제 1 폴리머 레이어(142a)에 대한 열적 손상을 줄일 수 있다.
이때, 본 발명에 따르면 스퍼터링 공정을 진행할 때, 스퍼터링에 사용되는 이온빔 장치와, 타깃인 제 1 폴리머 레이어(142a) 사이에 적절한 선폭의 메쉬 라인을 갖는 메쉬를 개재하게 되면, 메쉬 라인을 제외한 영역으로 다수의 반복되는 패턴, 예를 들어 메쉬 패턴을 갖는 나노 레이어(144)를 증착, 형성할 수 있다. 이처럼 본 발명에 따르면, 나노 패턴 레이어(144)에서 나노 카본은 예를 들어 반복되는 패턴을 갖게 되는데, 패턴을 형성하지 않은 나노 카본과 비교해서 유전상수 값이 약 2.2 배 증가하여 고유전율의 절연막으로 응용될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 제 1 폴리머 레이어(142a) 상에 증착되는 카본 패턴 레이어(144)의 두께(T)는 10 ~ 300 nm의 범위일 수 있다. 다수의 반복 패턴을 구성하는 단위 패턴(146)은 0.5 ~ 1.0 ㎛의 단위 패턴 크기(W)를 가지며, 상기 단위 패턴(146)과 인접한 단위 패턴 사이의 이격 거리인 패턴 사이의 선폭(D)은 0.05 ~ 1 ㎛의 범위일 수 있다.
본 발명의 절연막(140)은 예를 들어 반복되는 메쉬 패턴을 갖는 카본 패턴 레이어(144)의 상부와 하부에 각각 절연 폴리머를 포함하는 제 1 폴리머 레이어(142a)와 제 2 폴리머 레이어(142b)가 형성된다. 따라서 다수의 패턴을 갖는 카본 패턴 레이어(144)가 금속 소재와 접촉하는 것을 방지하여 절연 효과를 거둘 수 있다. 뿐만 아니라, 나노 패턴 레이어(144)를 구성하는 각각의 단위 패턴(146)은 인접한 단위 패턴과 소정의 거리(W)를 두고 이격되어 있어서 우수한 절연 효과를 기대할 수 있다. 이로 인하여 특히 가요성(flexible) 표시 장치의 폴딩(folding) 평가에서 중요한 요소로 고려될 수 있다.
또한, 무기 소재인 나노 카본으로 구성되는 카본 패턴 레이어(144)의 상부와 하부에 유연성이 우수한 절연 폴리머로 구성되는 폴리머 레이어(142a, 142b)가 형성되어 있다. 카본 패턴 레이어(144)의 상부와 하부 중에서 어느 한 면에만 폴리머 레이어가 적층된 절연막의 경우, 절연막이 형성된 기판을 구부릴 때 카본 패턴 레이어(144)에 과도한 스트레스가 작용하여 절연막이 파손될 수 있다.
하지만, 본 발명의 절연막은 카본 패턴 레이어(144)의 상부와 하부에 각각 유연성이 우수한 폴리머 레이어(142a, 142b)가 적층되어 있으므로, 이 절연막이 적용된 기판을 상부와 하부 방향으로 구부릴 때 작용하는 스트레스에 대하여 폴리머 레이어(142a, 142b)가 일종의 지지체로서 기능하여 절연막이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이는 특히 표시 장치의 폴딩 특성과 관련해서 매우 중요한 요소로서, 본 발명에 따른 절연막(140)은 가요성(flexible) 기판에도 적용할 수 있는 이점을 갖는다. 특히, 본 발명에 따라 폴리머 레이어(142a, 142b) 사이에 반복되는 패턴 구조의 나노 레이어(144)를 갖는 절연막은 유전상수 값이 크게 증가되는 효과를 갖는다.
계속해서, 본 발명에 따른 절연막을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 본 발명에 따른 절연막(140)은 절연 폴리머 전구체 조성물을 적절한 기재 상에 코팅한 뒤 이를 경화시켜 절연 폴리머를 포함하는 제 1 폴리머 레이어를 형성하는 단계와, 스퍼터링 공정을 이용하여 제 1 폴리머 레이어 상에 반복되는 패턴 구조의 나노 카본을 증착하여 카본 패턴 레이어를 형성하는 단계와, 카본 패턴 레이어 상에 절연 폴리머 전구체 조성물을 코팅한 뒤 경화시켜, 절연 폴리머를 포함하는 제 2 폴리머 레이어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 절연 폴리머 전구체 조성물은 적절한 용매와, 절연 폴리머를 합성하기 위한 전구체 물질인 모노머 및/또는 올리고머를 포함할 수 있으며, 선택적으로 커플링제, 계면활성제, 광중합 개시제, 경화촉진제, 산화방지제 등과 같은 기능성 첨가제를 더욱 포함할 수 있다.
예를 들어 절연성 폴리머로서 아크릴계 폴리머를 중합하는데 사용될 수 있는 전구체 물질은 (메타)아크릴레이트, 메틸(메타)크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필/iso-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸/i-부틸/t-부틸(메타)아크릴레이트, n-헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, t-옥틸(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트, 아세톡시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시메틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-메톡시에틸(메타)아크릴레이트, 2-에톡시에틸(메타)아크릴레이트, 2-(2-메톡시에톡시)에틸(메타)아크릴레이트, 3-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에톡시에틸(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 시클로펜틸(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 2-메틸시클로헥실(메타)아크릴레이트, 시클로펜타닐(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐옥시에틸(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 페닐(메타)아크릴레이트, 4-히드록시페닐(메타)아크릴레이트 및 벤질(메타)아크릴레이트 중에서 적어도 1종 선택되는 모노머 및/또는 올리고머이다.
한편, 절연 폴리머로서 폴리실록산을 합성하고자 하는 경우, 실란올기 및/또는 실록산기를 적어도 1개 갖는 모노머 화합물이 전구체로 사용될 수 있다. 이러한 화합물은 열처리 등에 열처리 등에 의하여 가교결합을 형성하여 폴리실록산을 형성할 수 있으며, 경화 공정에 의하여 절연 폴리머인 바인더 수지로 변경될 수 있다. 본 발명에 따른 실란올기를 갖는 모노머 화합물의 예로는 에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 및 에틸렌계 불포화 아실옥시 실란류와 같이 실릴기-함유 불포화 단량체를 가수분해시켜 수득된 실란올기-함유 모노머를 들 수 있다.
에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 화합물의 예로는 γ-아크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-아크릴옥시프로필-트리에톡시실란과 같은 아아크릴레이트계 알콕시 실란, 2) γ-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리스(2-메톡시에톡시)실란과 같은 메타크릴레이트계 알콕시 실란이 있다. 한편, 에틸렌계 불포화 아실옥시실란류 화합물의 예로는 아크릴레이트계 아세톡시실란, 메타크릴레이트계 아세톡시실란 및 에틸렌계 불포화 아세톡시실란(예를 들면, 아크릴레이토프로필트리아세톡시실란, 메타크릴레이토프로필트리아세톡시실란) 등이 있다.
그 외에도 가수분해 등을 통하여 실란올기를 갖는 모노머를 얻을 수 있는 실릴기 함유 불포화 화합물의 예로는, 클로로디메틸비닐실란, 5-트리메틸실릴-1,3-사이클로펜타디엔, 3-트리메틸실릴알릴 알코올, 트리메틸실릴 메타크릴레이트, 1-트리메틸실릴옥시-1,3-부타디엔, 1-트리메틸실릴옥시 사이클로펜텐, 2-트리메틸실릴옥시에틸 메타크릴레이트, 2-트리메틸실릴옥시퓨란, 2-트리메틸실릴옥시프로펜, 알릴옥시-t-부틸디메틸실란 및 알릴옥시트리메틸실란, 트리메톡시 비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리스(메톡시에톡시)비닐실란 같은 트리스알콕시 비닐실란이 있다. 전술한 실란올기를 갖는 단량체는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 절연 폴리머로서 폴리실록산을 제조하기 위한 전구체 물질로서 실록산기를 갖는 모노머를 또한 사용할 수 있다. 이러한 실록산기를 갖는 모노머로는 선형 실록산기를 갖는 화합물, 사이클릭 실록산기를 갖는 화합물, 사면체 구조의 실록산기를 갖는 화합물 및 실세스퀴옥산 등을 사용할 수 있다.
선형 실록산기를 갖는 모노머 화합물로는 C1-C10의 알킬기 및/또는 C1-C10의 알콕시기가 4-8개 치환되어 있는 알킬실록산, 알콕시실록산, 알콕시알킬실록산, 비닐알콕시실록산, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, TMOS, TEOS, MTMS, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란 등과 같이 알콕시기를 함유하는 선형 실록산기를 갖는 단량체를 단독으로 또는 2종 이상 혼합할 수 있다.
한편, 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)의 비제한적인 예로는 메틸하이드로-사이클로실록산, 헥사메틸-사이클로트리실록산, 헥사에틸-사이클로트리실록산과 같은 사이클로트리실록산; 테트라옥틸 -사이클로테트라실록산, 헥사메틸-사이클로테트라실록산, 옥타메틸- 사이클로테트라실록산과 같은 사이클로테트라실록산; 테트라- 및 펜타-메틸사이클로테트라실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사- 및 헵타-메틸사이클로펜타실록산; 테트라-, 펜타- 및 헥사메틸-사이클로헥사실록산, 테트라에틸-사이클로테트라실록산, 및 테트라페닐 사이클로테트라실록산; 데카메틸-사이클로펜타실록산, 도데카메틸 사이클로실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-사이클로테트라실록산, 1,3,5,7,9-펜타메틸-사이클로펜타실록산, 및 1,3,5,7,9,11-헥사메틸사이클로헥사실록산에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 특히 사용할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 사면체 실록산기를 갖는 모노머의 비제한적인 예로는 테트라키스디메틸실록시실란, 테트라키스디페닐실록시실란 및 테트라키스디에틸실록시실란 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
아울러, 선형, 사이클릭 및 사면체 실록산 외에도, 예를 들어 메틸트리클로로실록산과 디메틸클로로실록산의 반응 등에 의하여 합성될 수 있는 실세스퀴옥산(silsesquioxane, SSQ)를 또한 폴리실록산을 합성하기 위한 전구체 물질로 사용할 수 있다. 실세스퀴옥산은 가교결합에 의하여 사다리(ladder) 구조 또는 cage 구조를 갖는 폴리실세스퀴옥산으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 오르가노 트리클로로실란의 가수분해에 의하여 부분적인 cage 구조의 헵타머 형태의 실록산과, cage 구조의 헵타머 형태 및 옥타머 형태의 실록산 등이 얻어지는데, 용해도 차이를 이용하여 헵타머 형태의 실록산을 분리하고, 이를 오르가노트리알콕시실란 또는 오르가노트리클로로실란의 축합 반응에 의하여 실세스퀴옥산 단량체를 얻을 수 있다. 실세스퀴옥산은 대략 RSiO3 / 2 의 화학 구조(R은 수소, 탄소수 1-10의 알킬기; 탄소수 2-10의 알케닐; 페닐과 같은 아릴기; 아릴렌기)를 가질 수 있지만, 본 발명에서 사용할 수 있는 실세스퀴옥산이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 폴리이미드를 합성하기 위한 전구체 물질로서는 아민 화합물과 무수화물을 포함할 수 있다. 폴리이미드를 합성하기 위한 전구체 물질인 아민(amines) 화합물로는 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-ODA), 3,4'-옥시디아닐린(3,4'-ODA), p-페닐렌디아닌(PPDA), 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐(BAPB), 비스아미노페녹시페닐술폰(BAPS), 1,4-사이클로헥산디아민(CHMDA), 자일렌디아민(XDA), 티오아닐린(SDA) 등에서 적어도 1종 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 무수화물(anhydrides)로서는 3,4,3',4'-바이페닐테트라카르복실릭이무수화물(BPDA), 피로멜리틱이무수화물(PMDA), 4,4'-옥시디프탈산무수화물(ODPA), 디페닐술폰-3,3',4,4'-테트라카르복실릭이무수화물(DSDA), 사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실릭이무수화물(CBDA) 등에서 1종 이상 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
절연성 폴리머의 전구체인 모노머 및/또는 올리고머는 절연 폴리머를 합성하기 위한 전구체 조성물 중에 20 ~ 50 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 예시적인 실시형태에서 아크릴계 절연 폴리머를 합성하고자 하는 경우에는 아크릴계 절연 폴리머의 단위 유닛을 구성하는 모노머 10 ~ 20 중량부, 올리고머 10 ~ 30 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 예시적으로 폴리실록산을 합성하기 위한 전구체인 모노머 화합물은 전구체 조성물 중에 20 ~ 50 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 예시적인 실시형태에 따라 폴리이미드를 합성하기 위한 전구체 물질인 아민 화합물과 무수화물은 각각 전구체 조성물 중에 10 ~ 30 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
절연성 폴리머를 형성하기 위한 전구체 조성물 중에 사용되는 용매는 메탄올, 에탄올 등의 알코올계 용매; 테트라하이드로퓨란, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필에테르, 프로필렌글리콜 부틸에테르 등에서 1종 이상 선택되는 에테르계 용매; 에틸렌글리콜모노에틸에스테르, 락트산 메틸, 락트산 에틸, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 2-히드록시프로피온산에틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산메틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산에티르, 히드록시초산메틸, 히드록시초산에틸, 프로필렌글리콜 메틸에틸프로피오네이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르프로피오네이트 등에서 1종 이상 선택되는 에스테르계 용매; 에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트 중에서 1종 이상 선택되는 아세테이트계 용매; 톨루엔, 자일렌, 크레졸 등에서 1종 이상 선택되는 방향족 탄화수소계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로펜탄온, 시클로헥산온, 2-헵탄온, 4-히드록시-4-메틸-2-펜탄온 중에서 1종 이상 선택되는 케톤계 용매; N-메틸피롤리돈, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드 중에서 1종 이상 선택되는 아미드계 용매; γ-부티로락톤일 수 있는 락톤계 용매를 사용할 수 있다. 이들 용매는 전구체 조성물 중에 40 ~ 80 중량부, 바람직하게는 50 ~ 70 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
커플링제는 제 1 폴리머 레이어(142a)와 제 2 폴리머 레이어(142b) 사이에 개재되는 나노 카본으로 구성되는 카본 패턴 레이어(144) 및 기재로 사용되는 기판과의 접합성을 증진시키기 위하여 사용될 수 있다. 절연 폴리머를 포함하는 이들 폴리머 레이어(142a, 142b)의 표면 처리를 위한 커플링제로서 실란계 커플링제, 알루미늄계 커플링제, 티타늄계 커플링제 및 지르코늄계 커플링제 중에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있으며 특히 바람직하게는 실란계 커플링제이다.
이들 커플링제는 폴리머 레이어(142a, 142b)의 표면 처리에 의하여 카본 패턴 레이어(144) 및 기재와의 접착력을 향상시킬 수 있다면 특별히 그 배합 비율은 한정되지 않지만, 바람직하게는 전구체 조성물 중에 1 ~ 10 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 예를 들어, 커플링제는 절연 폴리머의 전구체 물질인 모노머 및 올리고머 100 중량부에 대하여 3 ~ 20 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
실란계 커플링제로 임의의 실란계 커플링제를 사용할 수 있으며, 예시적으로 카르복실기, 메타크릴일기, 이소시아네트기, 에폭시기 등의 반응성 치환기를 가질 수 있다. 구체적으로 사용 가능한 실란계 커플링제는 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시-에톡시)-실란, 2-(아크릴옥시에톡시)트리메틸실란, (3-아크릴옥시프로필) 디메틸메톡시실란, (3-아크릴옥시프로필)메틸 비스-(트리메틸실옥시)실란, (3-아크릴옥시프로필)메틸디메톡시실란, 3-(N-아릴아미노)프로필트리메톡시실란, 아릴디메톡시실란, 아릴트리에톡시실란, 2-(클로로메틸)아릴트리메톡시실란, (3-사이클로펜타디에닐프로필)트리에톡시실란, (메타아크릴옥시메틸)디메틸에톡시실란, 메타아크릴옥시메틸트리에톡시실란, (메타아크릴옥시)메틸트리메톡시실란, γ-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시딜옥시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리에톡시실란, γ-머캅토프로필메틸디메톡시실란, γ-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, γ-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 γ-아미노프로필메틸디에톡시실란 등에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있다.
티타늄계 커플링제로는 이소프로필트리이소스테아로이티타네이트, 이소프로필트리디옥틸포스페이토티타네이트, 테트라이소프로필다이디라우릴포스파이토티타네이트, 티타늄다이디옥틸포스페이트옥시마세테이트 및 디이소스테아로일에틸렌티타네이트 등에서 적어도 1종 이상 선택되는 물질을 사용할 수 있다.
지르코늄계 커플링제로는 지르코늄 테트라엔프로폭사이드, 지르코늄이소프로폭사이드, 지르코늄부톡사이드 및 지르코늄테트라클로라이드 등에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 사용할 수 있고, 알루미늄계 커플링제로는 알루미늄에톡사이드, 알루미늄이소프로폭사이드, 알루미늄엔부톡사이드 및 트리부톡시알루미늄 등에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 사용할 수 있다.
전구체 조성물의 분산을 유도하기 위한 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 음이온성 계면활성제로는 알킬 술폰산(술포네이트), 알킬 황산(설페이트), 아랄킬 및 알크아릴 음이온성 계면활성제, 알킬 숙신산(숙시네이트), 알킬 술포숙신산염(술포숙시네이트)을 사용할 수 있다. 특히, 알크아릴 술폰산, 알킬 황산 및 알크아릴 황산의 나트륨, 마그네슘, 암모늄 및 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 염이 바람직하다. 계면활성제의 함량은 사용되는 용매의 종류, 전구체 물질의 함량 등에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 대략 전구체 조성물 중에 0.01 ~ 1.0 중량부로 포함될 수 있다. 예를 들어, 계면활성제는 전구체 물질 100 중량부에 대하여 0.03 ~ 3.0 중량부로 배합될 수 있다.
예를 들어 아크릴계 폴리머를 경화하기 위하여 광중합 개시제는 광의 조사에 의하여 래디컬을 형성하여 모노머 또는 올리고머 사이의 중합 반응 및/또는 가교결합을 유도할 수 있는 임의의 광중합 개시제가 사용될 수 있다. 사용 가능한 광중합 개시제로는 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 벤조인계 화합물, 모노페닐을 포함하는 트리아진계 화합물, 옥심계 화합물 등을 광중합 개시제로서 사용할 수 있다. 이 광중합 개시제는 전구체 조성물 중에 1 ~ 5 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 예시적으로 광중합 개시제는 절연 폴리머의 전구체 물질 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
광중합 개시제로 사용될 수 있는 아세토페논계 화합물의 구체적인 예를 들면, 2,2'-디에톡시아세토페논, 2,2'-디부톡시아세토페논, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, p-t-부틸트리클로로아세토페논, p-t-부틸디클로로아세토페논, 4-클로로아세토페논, 2,2'-디클로로-4-페녹시아세토페논 등이 있다.
광중합 개시제로서 사용되는 벤조페논계 화합물로는 벤조페논, 4,4'-디메틸아미노벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 3,3'-디메틸-2-메톡시벤조페논, 4-페닐 벤조페논, 히드록시 벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4,4'-비스(디메틸 아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸 아미노) 벤조페논 등이 있다.
광중합 개시제로 사용될 수 있는 티오크산톤계 화합물로는 티오크산톤, 2-크롤티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 이소프로필 티오크산톤, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카바졸-3-3-일]-1-(O-아세틸옥심), 2,4-디에틸 티오크산톤, 2,4-디이소프로필 티오크산톤, 2-클로로 티오크산톤 등이 있다.
광중합 개시제로서 사용되는 벤조인계 화합물로는 벤조인, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸에테르, 벤조인 이소프로필에테르, 벤조인 이소부틸에테르, 벤질디메틸케탈 등이 있다.
광중합 개시제로 사용되는 트리아진계 화합물의 구체적인 예로는 4,6-트리클로로-s-트리아진, 2-페닐-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(3',4'-디메톡시 스티릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4'-메톡시 나프틸)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(p-메톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-피페닐-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 비스(트리클로로메틸)-6-스티릴-s-트리아진, 2-4-트리클로로 메틸(피페로닐)-6-트리아진, 2-4-트리클로로메틸(4'-메톡시스티릴)-6-트리아진 등이 있다.
광중합 개시제로 사용될 수 있는 옥심계 화합물은 일본 시바사의 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카바졸-3-일]-1-(O-아세틸옥심)에탄온(CGI-242), 1-[4-(페닐티올)페닐]-2-(O-벤조일옥심)-1,2-옥탄디온(CGI-124) 등은 물론이고, 일본 코템사에서 제조하는 옥심에스테르계 화합물인 옥심 A(Oxime A)나 옥심 E(Oxime E)를 포함할 수 있다. 그 밖에 카바졸계 화합물, 디케톤류 화합물, 술포늄 보레이트계 화합물, 디아조계, 비이미다졸계 화합물 등도 본 발명에 따른 전구체 조성물 중의 광중합 개시제로 사용될 수 있다. 광중합 개시제로서 시판되고 있는 물질로서 Irgacure 127, Irgacure 184, Irgacure 250, Irgacure 369, Irgacure 379, Irgacure 819, Irgacure 907, Uvacure 1590, Vicure 30 등의 제품을 들 수 있다.
한편, 본 발명의 전구체 조성물 중에는 조성물의 경화를 촉진하기 위한 경화촉진제를 포함할 수 있다. 상기 경화 촉진제는 아민, 특히 디메틸아닐린 및 또한 특히 3급 아민(예: 모노에틸아민, 트리메틸아민 및 옥탈디메틸아민)과 삼플루오르화 붕소 또는 삼염화 붕소의 착화합물(예를 들어 디메틸아닐린과 삼플루오르화 붕소의 착화합물)이다.
그 외에도 사용 가능한 경화 촉진제의 예로는 예를 들면 1,1'-메틸렌비스(3-메틸피페리딘)(MBMP), 디메틸벤질아민(DMBA), 트리스(디메틸아미노메틸)페놀(TDMAMP), 헥사메틸렌테트라민 및 1,6-비스-(디메틸아미노)헥산인 3급 아민류; 예를 들면 N-4-클로로페닐-N',N'-디메틸우레아, N-3-클로로-4-메틸페닐-N',N'-디메틸우레아, N-(2-하이드록시페닐)-N',N'-디메틸우레아와 같은 우레아 유도체; 예를 들면 이미다졸, 벤즈이미다졸, 1-메틸이미다졸, 3-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-비닐이미다졸, 2-비닐이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-(2,6-디클로로벤조일)-2-페닐이미다졸 및 1-(2,4,6-트리메틸벤조일)-2-페닐이미다졸과 같은 치환되거나 치환되지 않은 비치환된 이미다졸류; 트리페닐포스핀과 같은 유기포스핀류 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 경화 촉진제의 함량은 전구체 조성물 중에 포함되는 사용되는 및 용매의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 대략 전구체 조성물 중에 0.01 ~ 0.1 중량부로 포함될 수 있다. 예를 들어 경화 촉진제는 전구체 물질 100 중량부에 대하여 0.03 ~ 0.3 중량부로 배합된다.
또한 산화 방지제는 열에 의해 유도되는 조성물의 산화반응 방지 및 열-안정성을 부여해 주기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 산화 방지제의 구체적인 예로는 테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-t-부틸-4-하이드로신나메이트)메탄, 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시 벤젠프로파노익 액시드 티올 디-2,1-에탄다일 에스터, 옥타데실 3,5-디-t-부틸-4-하이드록시 하이드로 신나메이트, 2,6-디-터셔리-p-메틸페놀, 2,2-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,6-g,t-부틸페놀 등 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명이 반드시 이들 산화 방지제로만 제한되는 것은 아니다. 산화 방지제의 함량 역시 조성물 중에 포함되는 용매의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 대략 전구체 조성물 중에 0.01 ~ 0.3 중량부로 포함될 수 있다. 예를 들어 산화 방지제는 절연 폴리머 전구체 물질 100 중량부에 대하여 0.03 ~ 1.0 중량부로 배합될 수 있다.
제 1 폴리머 레이어(142a)를 합성하기 위하여 전술한 전구체 조성물을 적절한 기재, 예를 들어 유리 또는 PI와 같은 투명 플라스틱 기판에 코팅한다. 코팅 방법은 크게 제한이 없다. 제 1 폴리머 레이어(142a)를 형성하기 위한 전구체 조성물을 적절한 기재 상에 코팅하는 방법은 중앙 적하 스핀법 등과 같은 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 토출노즐식 코팅과 같은 슬릿 노즐을 이용한 슬릿 코팅 등의 방법을 이용할 수 있으며, 2가지 이상의 코팅 방법을 조합하여 코팅할 수 있다. 이때, 코팅된 막의 두께는 코팅 방법, 감광성 유기 절연막 형성용 조성물 중의 고형분의 농도, 점도 등에 따라 달라질 수 있지만, 건조 후에 막 두께가 0.1 ~ 2.0 ㎛가 되도록 도포할 수 있다.
이어서, 기재 상에 코팅된 전구체 조성물에 대한 경화 공정을 수행하여 용매를 증발시키고 경화된 절연 폴리머를 포함하는 제 1 폴리머 레이어(142a)를 기재 상에 형성할 수 있다. 이 과정은 통상적으로 적절한 열을 가하여 용매를 휘발시키는 방법으로 이용될 수 있는데, 예를 들어 핫-플레이트(hot plate) 가열의 경우에는 120 ~ 140℃에서 10 ~ 600초간 수행될 수 있다.
선택적으로 가열에 의한 방식 이외에, 전구체 조성물 중의 절연 폴리머를 합성하기 위한 전구체 물질은 자외선 파장대역, 적외선 파장대역의 광을 조사, 바람직하게는 자외선 파장대역의 광을 조사함으로써 가교결합 될 수 있다. 예를 들어, 사용되는 자외선 광은 200 ~ 400 nm의 파장대역을 가질 수 있는데, 이러한 파장대역의 자외선 광을 방출하는 램프, 아크 등을 사용할 수 있다. 광 조사의 경우에 전구체 조성물 중에 함유된 용매가 완전히 증발, 제거되지 않을 수 있으므로, 용매를 증발, 제거하기 위하여 건조 공정(예를 들어 상온)이나 또는 가열 공정(예를 들어 70 ~ 180℃의 온도)을 추가적으로 수행할 수 있다.
한편, 폴리이미드를 합성하기 위해서는 전술한 아민 화합물과 무수화물의 반응에 의하여 얻어지는 폴리아미산을 140 ~ 300 ℃에서 가열하는 이미드화하는 열적 이미드화 공정, 아세트산무수화물/피리딘 등의 탈수 촉매를 이용하여 화학적으로 이미드화 반응을 수행하는 화학적 이미드화 방법을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
전술한 과정을 통하여 기재 상에 절연 폴리머를 포함하는 제 1 폴리머 레이어(142a)가 적층되면, 카본 나노튜브와 같은 나노 카본을 사용하고 제 1 폴리머 레이어(142a)를 타깃으로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 제 1 폴리머 레이어(142a) 상부에 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어(144)를 증착, 형성할 수 있다. 이때, 이온빔과 타깃 사이에 적절한 크기를 갖는 메쉬를 개재함으로써, 다수의 반복 패턴, 예를 들어 메쉬 패턴을 갖는 카본 패턴 레이어(144)를 제 1 폴리머 레이어(142a) 상에 형성할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 카본 패턴 레이어(144)는 10 ~ 300 nm의 두께로 적층 될 수 있다. 예를 들어, 카본 패턴 레이어(144)를 형성하기 위하여 이온빔이 장착된 고진공 장비에서 빔 전압을 300 ~ 700 V, 빔 전류를 0.05 ~ 0.2 mA/cm2로 설정하고 나노 카본을 증발시켜 비정질 상태의 나노 카본으로 구성된 카본 패턴 레이어(144)를 제 1 폴리머 레이어(142a) 상에 증착할 수 있다. 필요한 경우에 증착된 카본 패턴 레이어(144)에 대하여 LTPS에 사용되는 레이저를 조사하여 결정질 형태의 패턴된 나노 카본을 제 1 폴리머 레이어(142a) 상에 증착할 수 있다.
이어서, 카본 패턴 레이어(144) 상에 제 1 폴리머 레이어(142a)를 형성하기 위하여 사용된 것과 동일한 공정을 진행하여 제 2 폴리머 레이어(142b)를 예를 들어 0.1 ~ 2.0 ㎛의 두께로 코팅함으로써, 본 발명에 따른 절연막을 제조할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서 확인한 바에 따르면, 본 발명에 따른 절연막(140)은 고유전율을 가지고 있다. 이에 따라, 높은 커패시턴스를 확보할 수 있어서 예를 들어 TFT에서의 전하 이동도를 높일 수 있기 때문에, 게이트 전압을 인가하지 않더라도 신호 전류가 항상 소량 흐르게 할 수 있다. 또한, 게이트 전압을 인가할 때 낮은 전압으로도 채널을 빠르게 유도할 수 있으므로, TFT의 동작 특성을 개선할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 절연막은 박막트랜지스터(TFT) 기판의 게이트 절연막으로 활용될 수 있다. 대안적으로, 본 발명에 따른 절연막은 예를 들어 박막트랜지스터(TFT)가 형성되는 표시 장치용 어레이 기판의 게이트 절연막 및/또는 어레이 기판의 보호층으로 적용될 수도 있다.
이러한 표시 장치용 어레이 기판의 비제한적인 예로는 액정표시장치(LCD)용 어레이 기판, 유기전계발광소자(OLED)용 어레이 기판을 들 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 절연막은 인-플레인 스위칭(In-Plane Switching, IPS) 모드, 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching Mode, FFS) 모드 등의 액정표시장치용 어레이 기판의 게이트 절연막으로 활용 가능하다. 도 4 및 도 5에서는 프린지 필드 스위칭 모드를 채택한 액정표시장치용 어레이 기판에 본 발명의 절연막이 게이트 절연막으로 적용된 형태를 도시하고 있다.
이들 도면에 도시된 것과 같이, 예시적인 어레이 기판(100)에서 플라스틱 또는 유리로 제조되는 기판(110) 상부에 다수의 전극 및 배선이 적층되어 있다. 이에 대해서 살펴보면, 기판(110)의 상부에 일방향으로 다수의 게이트 배선(120)이 연장되어 있으며, 이러한 다수의 게이트 배선(120)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 제 2 방향으로 다수의 데이터 배선(130)이 형성되어 있다. 도면으로 도시하지 않았으나 게이트 배선(120)의 일단에 연결되어 비-표시영역에 게이트패드가 형성되고, 데이터 배선(130)의 일단에 연결되어 비-표시영역에 데이터패드가 형성된다.
상기 다수의 화소영역(P) 각각에는 게이트 전극(122)과, 게이트 절연막(150)과, 액티브층(162) 및 오믹콘택층(164)을 포함하는 반도체층(160)과, 소스 및 드레인 전극(132, 134)으로 이루어지는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(Tr)에 대해서 보다 구체적으로 살펴보면, 게이트 배선(120)에 연결된 게이트 전극(122) 상에, 제 1 폴리머 레이어(142a, 도 1 참조), 제 1 폴리머 레이어(142a) 상부에 적층되는 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어(144, 도 1 참조) 및 카본 패턴 레이어(144) 상부에 적층되는 제 2 폴리머 레이어(142b, 도 1 참조)를 포함하는 유기 및 무기 복합 물질로 이루어지는 절연막(140, 도 1 참조)이 적용된 게이트 절연막(150)이 형성된다.
게이트 절연막(150) 상에는 순수 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층(162)과, 상기 액티브층(162) 상에 형성되며 상기 액티브층(162) 중앙을 노출시키고 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹콘택층(164)이 형성되어 있다. 상기 액티브층(162)과 상기 오믹콘택층(164)은 반도체층(160)을 이룬다.
상기 반도체층(160) 상에는 서로 이격하여 상기 액티브층(162)의 중앙을 노출시키는 소스 전극(132)과 드레인 전극(134)이 형성되어 있다. 소스 전극(132)은 반도체층(160) 상에 위치하며 데이터 배선(130)에서 연장되며, 드레인 전극(134)는 반도체층(160) 상에서 소스 전극(132)과 이격하여 위치한다. 박막트랜지스터(Tr)는 스위칭 영역(TrA)에 위치하고 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(150) 상에는 제 2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선(130)이 상기 게이트 배선(120)과 교차하여 형성되고 있다. 데이터 배선(130)은 화소영역(P)에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(134)으로부터 연장된다. 한편, 도면으로 표시하지는 않았으나, 공통배선(미도시)이 데이터 배선(130)과 평행하게 게이트 절연막(150) 상에 형성되거나, 게이트 배선(120)과 평행하게 게이트 절연막(150) 하부에 형성될 수 있다.
한편, 데이터 배선(130), 소스 전극(132), 드레인 전극(134)을 덮으며 제 1 보호층(170)이 형성되어 있다. 이 제 1 보호층(170)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(134)을 노출시키는 드레인 콘택홀(136)이 형성되어 있는데, 이 제 1 보호층(170)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 구성될 수 있다. 제 1 보호층(170)은 화소전극(186)을 형성하는 과정에서 오믹콘택층(164)이 손상되는 것을 방지한다. 제 1 보호층(170)은 생략될 수도 있다.
또한, 상기 각 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(134)과 상기 드레인 콘택홀(136)을 통해 접촉하여 전기적으로 연결되는 화소전극(180)이 상기 제 1 보호층(170) 상에 형성되어 있다. 상기 화소전극(180)은 투명 도전성 물질로 이루어지며, 각 화소영역(P) 내에서 판 형상을 갖는다. 예를 들어, 상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide; IZO)일 수 있다. 도면으로 도시하지 않았지만, 제 1 보호층(170)의 상부의 비-표시영역에는 화소전극(180)과 동일한 투명 도전성 소재로 제조되는 게이트 패드 전극 및 데이터 패드 전극이 형성되는데, 게이트패드 전극은 게이트패드 콘택홀을 통하여 게이트패드에 전기적으로 연결되고, 데이터패드 전극은 데이터패드 콘택홀을 통하여 데이터패드에 전기적으로 연결된다.
상기 화소전극(180) 상부에는 절연층인 제 2 보호층(172)이 형성되어 있다. 예시적으로, 제 2 보호층(172)은 유기 절연물질, 예를 들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어질 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 본 발명에 따라 제 1 폴리머 레이어(142a, 도 1 참조), 제 1 폴리머 레이어(142a) 상부에 적층되는 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어(144, 도 1 참조) 및 카본 패턴 레이어(144) 상부에 적층되는 제 2 폴리머 레이어(142b, 도 1 참조)를 포함하는 절연막(150, 도 1 참조)을 제 1 보호층(170) 및/또는 제 2 보호층(172)을 위한 절연막으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 제 2 보호층(172) 상에는 상기 판형태의 화소전극(180)과 중첩하며 다수의 슬릿형태의 홀(개구부, 192)을 갖는 공통전극(190)이 형성되어 있다. 화소전극(180)과 마찬가지로 공통전극(190)은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드와 같은 투명 도전성 물질로 제조될 수 있다. 상기 공통전극(190)은 상기 다수의 화소영역(P)이 형성된 표시영역 전면에 형성된다. 상기 공통전극(190)과 상기 판 형태의 화소전극(180) 사이에 전압이 인가되면 프린지 필드(fringe field)가 형성되어 액정을 구동함으로써, 투과 효율이 향상되어 고품질의 영상을 표시할 수 있게 된다.
계속해서 본 발명에 따른 절연막을 어레이 기판의 게이트 절연막으로 형성하고 있는 표시 장치에 대해서 살펴본다. 전술한 어레이 기판과 마찬가지로 본 발명에 따른 게이트 절연막은 TFT 소자를 채택한 어레이 기판을 포함하는 임의의 표시 장치에 적용될 수 있다. 이러한 표시 장치의 예로는 액정표시장치 및 유기전계발광소자를 들 수 있으며, 예를 들어 IPS 모드, FFS 모드 및 AH-IPS 모드와 같은 횡전계 방식의 액정표시장치를 포함할 수 있다. 도 6에서는 도 5에 예시된 프린지 필드 스위칭 모드의 액정 표시장치용 어레이 기판을 채택한 액정표시장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도시된 것처럼, 본 발명에 게이트 절연막을 채택한 예시적인 표시 장치(400)는 제 1 기판(100)과, 제 1 기판(100)과 대향적으로 위치하는 제 2 기판(200), 및 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 개재된 액정층(300)을 포함한다.
플라스틱 또는 유리로 이루어지는 기판(110)의 상부에 게이트 배선(120)과 게이트 배선(130)에 연결되는 게이트 전극(122)이 형성되고, 게이트 배선(120) 및 게이트 전극(122) 상부에는 제 1 폴리머 레이어(142a, 도 1 참조)-카본 패턴 레이어(144, 도 1 참조)-제 2 폴리머 레이어(142b, 도 1 참조)를 포함하는 절연막(140, 도 1 참조)이 적용된 게이트 절연막(150)이 형성된다.
게이트 전극(122)에 대응되는 게이트 절연막(150)의 상부에는 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(162)과 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(164)을 포함하는 반도체층(160)이 형성되고, 반도체층(160) 상부에는 서로 이격하는 소스 전극(132) 및 드레인 전극(134)과 소스 전극(132)에 연결되는 데이터 배선(130)이 형성된다.
데이터 배선(130), 소스 전극(132), 드레인 전극(134)을 덮으며 제 1 보호층(170)이 형성되는데, 제 1 보호층(170)은 드레인 전극(134)을 노출시키는 드레인 콘택홀(136)을 포함한다. 제 1 보호층(170) 상부에는 드레인 콘택홀(136)을 통하여 드레인 전극(134)에 연결되는 화소전극(180)이 형성되고, 화소전극(180) 상부에는 유기 절연소재로 형성될 수 있는 제 2 보호층(172)이 형성되어 있다. 제 2 보호층(172) 상에는 다수의 개구부(192)를 갖는 공통전극(190)이 형성된다. 이러한 표시 장치(400)에서도 제 1 보호층(170) 및/또는 제 2 보호층(172)으로 본 발명에 따른 절연막(140, 도 1 참조)을 사용할 수 있다.
한편, 액정층(300)이 개재된 상태에서, 예를 들어 유리 또는 투명 플라스틱으로 제조될 수 있는 제 2 기판(300)이 제 1 기판(100)과 대향적으로 이격되는 형태로 배치된다. 도면으로 도시하지는 않았으나 컬러 필터 기판일 수 있는 제 2 기판(200)의 하부에는 각각의 화소영역(P, 도 2 참조)에 대응되는 개구부를 갖는 차광부재인 블랙매트릭스가 형성되고, 블랙매트릭스의 하부와 블랙매트릭스의 개구부를 통하여 노출된 제 2 기판(300)의 하부에는 컬러필터층이 형성된다. 컬러필터층은 화소영역에 대응되는 적, 녹, 청 컬러필터를 포함한다.
또한, 컬러필터층과 액정층(300) 사이에는 컬러필터층의 보호 및 표면을 평탄화하기 위하여 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 등과 같은 소재의 오버코트층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
이러한 표시 장치에서도 고유전율을 갖는 게이트 절연막(150)이 제 1 기판(100)의 TFT를 구동시키기 위하여 사용되고 있다. 따라서 이러한 표시 장치(400)에서도 전하 이동도를 향상시킴으로써 TFT의 구동 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 스토리지 커패시터가 고유전율 절연막을 포함할 수 있으므로, 개구율의 저하 없이 스토리지 용량을 증가시킬 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 : 패턴 구조를 갖는 나노 카본을 적용한 게이트 절연막 제조
유리 기재 상에 용매로서 폴리에틸렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 50 ~ 60 중량%, 아크릴계 모노머인 메타아크릴레이트 10 ~ 20 중량%, 아크릴계 올리고머인 메타아크릴레이트 올리고머 20 ~ 30 중량%, 광중합 개시제인 Irgacure 184를 1 ~ 3 중량% 및 실란 커플링제 비닐트리메톡시실란 1 ~ 5 중량%를 배합한 전구체 조성물을 스핀 코팅한 뒤, UV를 조사하여 경화시켜, 1 ㎛ 두께의 제 1 폴리머 레이어를 형성하였다. 제 1 폴리머 레이어 상부에 메쉬를 개재하고, 비정질 나노 카본에 대하여 스퍼터링 공정을 진행하여 단위 패턴의 크기가 0.5 ~ 1.0 ㎛이고 선폭이 0.05 ~ 1.0 ㎛인 나노 카본을 약 10 ~ 300 nm의 두께로 적층하여 카본 패턴 레이어를 형성하였다. 카본 패턴 레이어 상부에 다시 용매인 폴리에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 50 ~ 60 중량%, 아크릴계 모노머 10 ~ 20 중량%, 아크릴계 올리고머 20 ~ 30 중량%, 광중합 개시제 1 ~ 5 중량% 및 실란 커플링제 1 ~ 10 중량%를 배합한 조성물을 스핀 코팅한 뒤, UV를 조사하여 경화시켜, 1 ㎛ 두께의 제 2 폴리머 레이어를 적층하여 3층으로 구성된 유-무기 복합 절연막을 제조하였다.
비교예 1: 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 이용한 절연막 제조
기재 상에 실리콘 나이트라이드를 증착하여 300 nm 두께의 절연막을 제조하였다.
비교예 2: 폴리머만으로 구성된 절연막 제조
기재 상에 용매로서 폴리에틸렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트 50 ~ 60 중량%, 아크릴계 모노머 10 ~ 20 중량%, 아크릴계 올리고머 20 ~ 30 중량%, 광 중합 개시제 1 ~ 3 중량% 및 실란 커플링제 1 ~ 5 중량%를 배합한 조성물을 스핀 코팅한 뒤, UV를 조사하여 경화시켜, 1 ㎛ 두께의 하부 폴리머 레이어를 적층하였다. 하부 폴리머 레이어 상부에 동일한 조성물을 스핀 코팅한 뒤, UV를 조사하여 경화시켜, 1 ㎛ 두께의 상부 폴리머 레이어를 적층하여 2층의 폴리머로 구성된 절연막을 제조하였다.
비교예 3: 패턴 구조를 갖지 않는 나노 카본을 적용한 절연막 제조
패턴 구조를 갖지 않는 나노 카본을 사용한 것을 제외하고 실시예의 절차를 반복하여 3층으로 구성된 유-무기 복합 절연막을 제조하였다.
실험예 : 절연막에 대한 물성 시험
위 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 절연막을 대상으로 패턴 감도, 유전율, 광투과도(파장 400 nm)를 측정하였다. 유전율은 하기의 식을 이용하여 측정하였다.
Figure pat00001
식에서 C는 정전 용량을 나타내고, εs는 각각의 절연막 소재의 유전상수를 나타내고, ε0은 자유공간에서의 유전상수로서, 8.854 ×10-2이다. d는 절연막의 두께이다. 본 실험예에 따라 측정한 결과가 하기 표 1에 표시되어 있다. 메쉬를 이용하여 반복되는 패턴 구조를 갖는 나노 카본이 적용된 절연막은 메쉬를 이용하지 않은 나노 카본이 적용된 절연막(비교예 3)에 비하여 유전상수 값이 2.2배 이상 증가하여 고유전율을 확보할 수 있으며, 광투과도 역시 상승하였다는 것을 확인하였다.
절연막에 대한 물성 측정 결과
유전율 광투과도(T, %)
실시예(패턴 있음) 9.9 97.2
비교예 1(SiNx) 6.4 93.1
비교예 2(나노 카본 없음) 3.2 99.1
비교예 3(패턴 없음) 4.5 95.1
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시형태에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 추고할 수 있다. 하지만, 그러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구의 범위를 통하여 더욱 분명해질 것이다.
100: 제 1 기판(어레이 기판) 110: 기판
120: 게이트 배선 122: 게이트 전극
130: 데이터 배선 132: 소스 전극
134: 드레인 전극 140: 게이트 절연막
142a: 제 1 폴리머 레이어 142b: 제 2 폴리머 레이어
144: 카본 패턴 레이어 146: 단위 메쉬(단위 패턴)
160: 반도체층 162: 액티브층
164: 오믹콘택층 170: 제 1 보호층
180: 화소전극 172: 제 2 보호층
190: 공통전극 200: 액정층
300: 제 2 기판(컬러 필터 기판) 400: 표시 장치
Tr: 박막트랜지스터 P: 화소영역
T: 나노 패턴 레이어 두께 W: 단위 패턴 크기(폭)
D: 패턴 선폭

Claims (10)

  1. 제 1 폴리머 레이어;
    상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어; 및
    상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어
    를 포함하는 표시 장치용 절연막.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 카본은 비정질(amorphous) 나노 카본 또는 결정질 나노 카본을 포함하는 표시 장치용 절연막.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 폴리머 레이어 및 상기 제 2 폴리머 레이어 각각은 아크릴계 폴리머, 폴리이미드 및 폴리실록산 중 적어도 어느 하나를 포함하는 표시 장치용 절연막.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 폴리머 레이어 및 상기 제 2 폴리머 레이어는 커플링제를 더욱 포함하는 표시 장치용 절연막.
  5. 기판과;
    상기 기판 상부의 게이트 전극과;
    상기 기판 상부의 반도체층과;
    제 1 폴리머 레이어와, 상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어와, 상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어를 포함하고, 상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 게이트 절연막과;
    상기 기판 상부에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극
    을 포함하는 박막트랜지스터 기판.
  6. 기판과;
    상기 기판 상부의 게이트 전극과;
    상기 기판 상부의 반도체층과;
    상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 게이트 절연막과;
    상기 기판 상부에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극과;
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 상에 위치하고 상기 드레인 전극을 노출하는 콘택홀을 갖는 보호층과;
    상기 보호층 상에 위치하고, 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극을 포함하고,
    상기 게이트 절연막 및 상기 보호층 중 적어도 어느 하나는 제 1 폴리머 레이어와, 상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어와, 상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어를 포함하는
    표시장치용 어레이 기판.
  7. 기판과;
    상기 기판 상부의 게이트 전극과;
    상기 기판 상부의 반도체층과;
    상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 게이트 절연막과;
    상기 기판 상부에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극과;
    상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극과;
    상기 화소 전극 상에 위치하는 보호층과;
    상기 보호층 상에 위치하는 공통전극을 포함하고,
    상기 게이트 절연막 및 상기 보호층 중 적어도 어느 하나는 제 1 폴리머 레이어와, 상기 제 1 폴리머 레이어 상에 위치하며 패턴 구조의 나노 카본을 포함하는 카본 패턴 레이어와, 상기 카본 패턴 레이어 상에 위치하는 제 2 폴리머 레이어를 포함하는
    표시장치용 어레이 기판.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 표시장치용 어레이 기판은 가요성(flexible) 표시장치용 어레이 기판을 포함하는 표시장치용 어레이 기판.
  9. 제 6항 또는 제 7항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 표시장치용 어레이 기판을 포함하는 표시 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 표시 장치는 가요성(flexible) 표시 장치인 표시 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003218287A (ja) * 2002-01-24 2003-07-31 Fujitsu Ltd 半導体素子搭載用基板及び半導体装置
KR20040027326A (ko) * 2002-09-26 2004-04-01 후지쯔 가부시끼가이샤 배선 기판
KR20070007098A (ko) * 2004-02-17 2007-01-12 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 박막 트랜지스터, 표시장치 및 그것들의 제조 방법
JP2014016589A (ja) * 2012-07-11 2014-01-30 Dainippon Printing Co Ltd 偏光板一体型導電性光学積層体及びそれを用いた表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003218287A (ja) * 2002-01-24 2003-07-31 Fujitsu Ltd 半導体素子搭載用基板及び半導体装置
KR20040027326A (ko) * 2002-09-26 2004-04-01 후지쯔 가부시끼가이샤 배선 기판
KR20070007098A (ko) * 2004-02-17 2007-01-12 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 박막 트랜지스터, 표시장치 및 그것들의 제조 방법
JP2014016589A (ja) * 2012-07-11 2014-01-30 Dainippon Printing Co Ltd 偏光板一体型導電性光学積層体及びそれを用いた表示装置

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