KR20160074713A - 감광성 저유전 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

감광성 저유전 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보라진계 폴리실록산 및 광산발생제를 함유하는 감광성 저유전 유기 절연막 및 이 감광성 저유전 유기 절연막을 갖는 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라 얻어지는 감광성 유기 절연막은 유전율이 낮기 때문에, 이 감광성 유기 절연막을 예를 들어 TFT 보호를 위한 보호층, 층간 절연막이나, 뱅크층으로 활용함으로써 소비 전력을 낮출 수 있고, 미세 패턴이 가능할 뿐만 아니라 감도를 향상시킬 수 있어서 차세대 표시 장치에 활용될 수 있다.

Description

감광성 저유전 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치{PHOTOSENSITIVE ORGANIC INSULATOR FILM WITH LOW DIELELCRIC CONSTANT AND DISPLY DEVICE HAVING THE FILM}
본 발명은 유기 절연막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저유전율을 확보하여 소비 전력을 감소시키고 고해상도의 표시 장치에서 요구되는 미세 패턴을 구현하여 터치 감도를 향상시킬 수 있는 감광성 유기 절연막 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
종래의 CRT를 대체하는 평판 표시 소자 중에서도 액정표시장치(LCD)는 가장 일반적으로 보급되고 있다. 그 중에서도 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistor, TFT) 액정표시장치에서는 TFT 회로를 다른 소자로부터 보호하기 위한 절연막을 채택하고 있다.
잘 알려진 것처럼, 정전 용량(capacitance)은 소재의 유전상수 값에 비례하고 두 전도체 사이의 거리, 즉 절연막의 두께에 반비례한다. 기생 정전 용량이 증가하면 이에 비례하여 RC 시간이 지연되고 이로 인하여 소자 스위칭 속도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 소비 전력이 증가한다. 따라서 예를 들어 표시 소자의 전도체 사이에 형성되는 절연막으로 인하여 발생하는 기생 정전 용량을 감소시키기 위해서는 낮은 유전상수 값을 갖는 소자를 사용하거나 절연막의 두께를 증가시켜야 한다. 절연막에 사용되는 절연체로서 유전상수 값이 낮은 소재를 사용하면, 절연막의 두께가 얇더라도 기생 정전 용량이 증가하지 않으며, on/off ratio를 개선하여 TFT의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
이러한 보호층 또는 절연막 소재로서 종래에 실리콘 옥사이드(SiOx) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx) 등의 무기계 소재가 사용되었다. 하지만 실리콘 옥사이드와 실리콘 나이트라이드의 유전상수는 각각 3.9 내지 7.0으로 상대적으로 높다. 따라서 이러한 무기계 소재를 절연막으로 사용한 표시 장치에서는 많은 기생 정전 용량이 발생하여 소비 전력을 줄이는 데 한계가 있다. 더욱이 이들 무기계 소재를 표시 장치에 적용하려면 고온 공정과 진공 장비 등이 요구되고, 이에 따라 플라스틱 기판에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 최근에는 무기계 소재를 대신하여 유전율이 상대적으로 낮은 유기 소재를 절연막으로 사용하고 있다. 일반적으로 표시 장치의 유기 절연막 소재로서는 빛이나 전자선에 의해 화학 반응하는 감광성 수지가 사용되는데, 이러한 유기 절연막 소재가 빛과 반응하여 일어나는 반응을 통하여 미세한 패턴을 형성할 수 있다. 절연막 또는 보호층에 감광성을 부여할 수 있다면 기존의 절연막 위에 별도의 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하였던 공정을 줄일 수 있으므로 쉽게 미세 패턴을 형성할 수 있다.
패턴 작업과 관련해서, 유기 절연막 소재는 노광 후 알칼리 수용액 등의 적절한 현상액에 대한 용해성의 변화 특성을 이용한다. 따라서 감광성 유기 절연막 소재는 노광된 부분이 현상액에 의해 용해되어 패턴이 형성되는 포지티브 타입과 노광되지 않은 부분이 현상액에 용해되어 패턴이 형성되는 네거티브 타입으로 구분될 수 있다. 유기 현상액을 사용하는 네거티브 타입과 달리 포지티브 타입은 알칼리 수용액을 현상액으로 사용할 수 있어서 작업성이 양호하고, 유기 절연막 형성 후에 박리액을 사용하여 용이하게 제거할 수 있는 이점이 있다.
유기 절연막 소재로서 가장 일반적으로 사용되는 것이 감광성 아크릴 화합물(photo acrylic compounds, PAC)이다. TFT 보호를 위한 유기 절연막으로 감광성 아크릴 화합물은 아크릴계 바인더, 감광제, 첨가제 및 용제를 블렌딩(blending)하여 필름을 형성하고 용융성 포토리쏘그래피(soluble photo lithography)를 통하여 미세 패턴을 형성한다.
차세대 고-해상도 표시 장치를 위해서는 유기 절연막을 비롯한 표시 장치의 두께와 소비 전력을 더욱 저감할 필요가 있으며 미세한 패턴의 해상도를 가져야 한다. 하지만 종래 유기 절연막 소재로 사용되었던 감광성 아크릴 화합물의 유전상수 값은 대략 3.6 정도로 상대적으로 높다. 따라서 감광성 아크릴 화합물을 유기 절연막으로 채택한 표시 장치에서는 이들 유기 절연막의 두께를 증가시켜 정전 용량을 감소시키는 방법으로 소비 전력을 저감시켜야 한다.
이처럼, 감광성 아크릴 화합물로 이루어진 유기 절연막은 소비 전력을 감소시키기 위하여 두께를 증가시켜야 하기 때문에, 표시 장치의 박형화 추세에 부합하지 못한다. 뿐만 아니라, 포토리쏘그래피 과정을 통하여 두꺼운 절연막에 대한 패턴 공정에서 많은 광량이 요구되기 때문에 감도가 상대적으로 떨어진다. 더욱이 터치 스크린 패널에 적용할 경우, 두꺼운 절연막으로 인하여 터치 감도 역시 저하될 수 밖에 없다. 아울러 감광성 아크릴 화합물은 노광된 부분과 노광되지 않은 부분의 용해도 차이가 크지 않아 미세 패턴을 형성하기 어렵다. 예를 들어, 감광성 아크릴 화합물을 사용한 유기 절연막에서 해상도는 대략 5 ㎛의 콘택트 홀(contact hole) 이상으로서 이보다 더 작은 크기의 미세 패턴을 형성하기 곤란하다는 문제점이 있다.
이러한 문제점으로 인하여, 감광성 아크릴 화합물을 대신하여 이보다 유전상수 값이 낮은 유기 소재 바인더로서 벤젠 계열의 폴리실록산이 개발되었다. 벤젠 계열의 폴리실록산은 감광성 아크릴 화합물에 비하여 유전상수 값이 낮다. 하지만, 감광성 유기 절연막에 감광성을 부여하기 위해서 유기 바인더 이외에 감광제(Photosentizer)를 배합하는데, 벤젠 계열의 폴리실록산을 바인더로 사용하고 감광제를 배합한 유기 절연막은 배합된 감광제로 인하여 유전상수 값이 3.0을 초과하여 소비 전력의 저감 효과를 발휘하기 어렵다. 더욱이 후속 열처리 공정에 의하여 벤젠 계열의 폴리실록산의 벤젠 치환기가 분해되어 벤젠이 fume 가스로 배출된다. 이처럼, 벤젠 계열의 폴리실록산 화합물을 유기 절연막 소재로 사용하는 경우, 유해 물질인 벤젠이 방출되기 때문에 작업 환경이 나빠진다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 감광제와 배합하더라도 저유전율을 확보할 수 있는 감광성 저유전 유기 절연막 및 이 저유전 유기 절연막을 보호층 또는 층간 절연막으로 사용하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소비 전력을 저감할 수 있는 감광성 저유전 유기 절연막, 이 저유전 유기 절연막을 보호층 또는 층간 절연막으로 사용하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 터치 감도 및 패턴 작업에서 광에 대한 감도를 향상시킬 수 있으며, 미세 패턴이 가능한 감광성 저유전 유기 절연막, 이 저유전 유기 절연막을 보호층 또는 층간 절연막으로 사용하는 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 환경 친화적인 공정을 확보할 수 있는 감광성 저유전 유기 절연막, 이 저유전 유기 절연막을 보호층 또는 층간 절연막으로 사용하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 보라진계 폴리실록산 바인더 수지, 및 광산발생제(photoacid generator, PAG)를 함유하는 감광성 저유전 유기 절연막을 제공한다.
예를 들어, 상기 감광성 저유전 유기 절연막은 유전율이 3.0 이하일 수 있다.
예시적으로, 상기 보라진계 폴리실록산은 하기 화학식 (I)로 표시될 수 있다.
Figure pat00001
(화학식 (I)에서 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알키닐기 및 C1-C10의 알콕시기로 구성되는 군에서 선택됨; n은 50 ~ 500의 정수)
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 다수의 신호 라인이 배열되는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 상에 위치하는 박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 유기 절연막, 및 상기 유기 절연막 상에 위치하는 제 1 전극을 포함하며, 상기 유기 절연막은 보라진계 폴리실록산 바인더 수지와, 광산발생제(photoacid generator, PAG)를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 표시 장치는 상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층을 더욱 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 전극과 대응하여 다수의 개구부를 갖는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 보호층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 상기 표시 장치는 상기 제 1 전극 상에 위치하는 뱅크층, 유기 발광층 및 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극을 더욱 포함하며, 상기 뱅크층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 보라진계 폴리실록산 화합물을 바인더로 사용하고, 광산발생제(PAG) 계열의 감광제를 배합한 감광성 저유전 유기 절연막, 이 저유전 유기 절연막을 보호층 또는 층간 절연막으로 사용하는 표시 장치를 제안한다.
본 발명에 따라 얻어진 감광성 유기 절연막은 감광제를 배합하더라도 충분히 낮은 수준의 유전율을 확보할 수 있다. 따라서 이 유기 절연막을 표시 장치의 보호층 또는 층간 절연막으로 사용하면 기생 정전 용량을 줄일 수 있기 때문에 소비 전력을 크게 저감할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 감광성 유기 절연막의 두께를 낮추더라도 충분히 낮은 유전율을 확보할 수 있기 때문에, 패턴 작업에서의 감도 향상은 물론이고 예를 들어 터치 스크린 패널에 적용하였을 경우에 터치 감도를 향상시킬 수 있는 이점을 갖게 된다.
아울러, 본 발명의 감광성 저유전 유기 절연막은 2 ㎛ 이하의 미세 패턴이 가능하기 때문에, 고화질의 차세대 표시 장치에 적용될 수 있다. 또한 후속 열처리 공정에 의해서도 유해 성분이 fume 가스로 배출되지 않기 때문에 환경 친화적인 작업 공정을 확보할 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 감광성 유기 절연막을 층간 절연막 또는 보호층으로 사용한 표시 장치의 예로서, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따른 감광성 유기 절연막을 층간 절연막, 보호층 또는 뱅크로 사용한 표시 장치의 예로서 유기발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 감광성 유기 절연막을 사용한 경우의 해상도 및 감도와 관련하여 패턴 형성 정도를 측정한 그래프이다.
도 4는 비교를 위하여 종래의 감광성 유기 절연막을 사용한 경우의 해상도 및 감도와 관련하여 패턴 형성 정도를 측정한 그래프이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명에 대해서 설명한다.
[감광성 저유전 유기 절연막]
감광성 저유전 유기 절연막을 얻기 위한 감광성 저유전 유기 절연막 조성물은 용제에 용해되어 있는 바인더 수지인 보라진계 폴리실록산 화합물 및 광산발생제(Photoacid generator, PAG) 계열의 감광제를 포함하고, 필요에 따라 적절한 기능성 첨가제 성분을 포함할 수 있다.
감광성 저유전 유기 절연막 조성물을 구성하는 용제는 감광성 저유전 유기 절연막을 형성하는 필수 구성 성분인 보라진계 폴리실록산 및 광산발생제를 용해시킬 수 있는 임의의 용제를 사용할 수 있다. 예시적으로 이러한 용제로서 알코올계, 에테르계, 에스테르계, 아세테이트계, 방향족 탄화수소계, 케톤계, 아미드계, 락톤계 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
알코올계 용제로서 메탄올 및 에탄올 중에서 적어도 1종 선택되는 물질을 선택할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
예시적으로 에테르계 용제로서 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 적어도 1종 이상 선택될 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
에스테르계 용제로서는 에틸렌글리콜모노에틸에스테르, 락트산 메틸, 락트산 에틸, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 2-히드록시프로피온산에틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산메틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산에티르, 히드록시초산메틸, 히드록시초산에틸, 프로필렌글리콜 메틸에틸프로피오네이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르프로피오네이트 중에서 적어도 1종 이상 선택되는 용제를 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
아세테이트계 용제로서는 에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트 중에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
방향족 탄화수소계 용제로서는 톨루엔, 자일렌 및 이들의 조합에서 선택될 수 있지만 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
케톤계 용제로서는 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로펜탄온, 시클로헥산온, 2-헵탄온, 4-히드록시-4-메틸-2-펜탄온 중에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있지만, 본 발명에 이에 한정되지 않는다.
아미드계 용제로서는 N-메틸피롤리돈, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드 중에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 락톤계 용제로서는 γ-부티로락톤을 들 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다.
본 발명에 따라 사용되는 용제들은 1종 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 예시적인 실시형태에서 용제는 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 중에 바인더 수지 100 중량부에 대하여 200 ~ 400 중량부의 비율로 첨가될 수 있다. 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 중에 용제의 함량이 전술한 범위를 충족하면 고형분의 함량 및 점도를 적절하게 유지할 수 있어서, 예를 들어 코팅 공정을 통하여 유기 절연막을 형성할 때 충분한 코팅 특성을 확보할 수 있다.
이 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 및 감광성 저유전 유기 절연막은 또한 보라진계 폴리실록산 화합물을 바인더 수지로 함유한다. 보라진계 폴리실록산 화합물은 유전율이 낮을 뿐만 아니라, 열분해 공정에서 유해한 벤젠 화합물이 fume 가스로 방출되지 않아 환경 친화적인 공정으로 활용될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에서 확인한 바에 따르면, 보라진계 폴리실록산 화합물인 바인더 수지는 다른 감광제, 예를 들어 DNQ와 배합하여 사용하는 경우에는 유전상수 값이 3.0을 초과하는 반면에 광산발생제 계열의 감광제와 배합하는 경우에는 유전상수 값이 거의 증가하지 않는 예측하지 못했던 성질을 가지고 있다.
예시적인 실시형태에서, 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 및 감광성 저유전 유기 절연막 중에 바인더 수지로 사용될 수 있는 보라진계 폴리실록산 화합물은 하기 화학식 (I)로 표시될 수 있다.
Figure pat00002
(화학식 (I)에서 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알키닐기 및 C1-C10의 알콕시기로 구성되는 군에서 선택됨; n은 50 ~ 500의 정수)
바인더 수지로 사용되는 보라진계 폴리실록산은 치환되거나 적절한 치환기로 치환되어 있는 보라진 화합물과, 실란올기 및/또는 실록산기를 갖는 단량체 화합물을 촉매 하에서 반응시켜 제조될 수 있다.
실란올기를 갖는 단량체 화합물의 예로는 에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 및 에틸렌계 불포화 아실옥시실란류와 같이 실릴기-함유 불포화 단량체로부터 얻어지는 실란올기-함유 단량체를 들 수 있다. 에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 화합물로서 1) 아크릴레이트계 알콕시 실란(예: γ-아크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-아크릴옥시프로필-트리에톡시실란), 2) 메타크릴레이트계 알콕시 실란(예: γ-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리스(2-메톡시에톡시)실란 등을 들 수 있다. 한편, 에틸렌계 불포화 아실옥시실란류 화합물의 예로는 아크릴레이트계 아세톡시실란, 메타크릴레이트계 아세톡시실란 및 에틸렌계 불포화 아세톡시실란(예를 들면, 아크릴레이토프로필트리아세톡시실란, 메타크릴레이토프로필트리아세톡시실란) 등이 있다.
실록산기를 갖는 단량체 화합물로는 선형 실록산기를 갖는 화합물을 특히 포함한다. 선형 실록산기를 갖는 화합물로는 메틸실록산, 에틸실록산, 프로필실록산, 부틸실록산, 펜틸실록산, 디메틸실록산, 디에틸실록산, 디프로필실록산, 디부틸실록산, 디펜틸실록산, 트리메틸실록산, 트리에틸실록산, 트리프로필실록산, 트리부틸실록산, 헥사메틸디실록산, 헥사에틸디실록산, 옥타메틸트리실록산, 옥타에틸트리실록산, 데카메틸테트라실록산, 테트라메톡시실란(Tetramethoxy silane, TMOS), 테트라에톡시실란(Tetraethoxy silane, TEOS), 메틸트리메톡시실란(Methlytrimethoxy silane, MTMS), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-클로로프로필 메틸디메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시 실란, γ-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 화학식 (I)로 표시되는 보라진계 폴리실록산 중에서 폴리실록산을 구성하는 단위 유닛은 케이지(cage) 형태로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 보라진계 폴리실록산 중에서 보라진 모이어티(moiety)를 구성하는 붕소 원자(B)와, 폴리실록산과 연결되는 질소 원자(N)는 각각 치환되지 않거나 또는 C1-C5의 알킬기 또는 알콕시기로 치환될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 및 감광성 저유전 유기 절연막 중에 화학식 (I)로 표현될 수 있는 보라진계 폴리실록산 화합물인 바인더 수지는 조성물 100 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부, 바람직하게는 20 ~ 30 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 중에 바인더 수지의 함량이 전술한 범위를 충족하는 경우, 적절한 점도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 패턴 공정에서 감도 및 분해 성능이 향상될 수 있다.
한편, 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 및 감광성 저유전 유기 절연막은 광산발생제(Photoacid Generator, PAG) 계열의 감광제가 포함된다. PAG 계열의 감광제는 노광 공정에서 노광된 영역에 알칼리 현상성을 부여하는 작용을 할 수 있으며, 포지티브 타입의 감광제이다.
본 발명의 실시예에서 확인한 바에 따르면, 다른 계열의 감광제, 예를 들어 DNQ와 달리, 전술한 보라진계 폴리실록산 화합물 바인더 수지와 PAG 계열의 감광제를 배합하여 얻어진 감광성 유기 절연막은 보라진계 폴리실록산 화합물의 바인더 수지만으로 구성된 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 거의 증가하지 않는다. 반면에, 다른 바인더 수지와 PAG을 배합한 감광성 유기 절연막은 다른 바인더 수지만으로 구성된 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 크게 증가한다.
예를 들어, 광산발생제 계열의 감광제는 디아조늄염계, 포스포늄염계, 술포늄염계, 요오드늄염계, 술포니디아조메탄계, N-술포닐옥시이미드계, 벤조인술포네이트계, 니트로벤질술포네이트계, 술폰계, 글리옥심계, 트리아진계 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 특히, 바람직하게는 디아조늄염계, 포스포늄염계, 술포늄염계, 요오드늄염계 및 이들의 조합에서 선택될 수 있는 오늄염계 광산발생제이다.
예시적인 실시형태에서 사용될 수 있는 디아조늄염계 광산발생제로는 벤젠디아조늄헥사플루오로안티모네이트, 벤젠디아조늄헥사플루오로포스페이트, 벤젠디아조늄헥사플루오로보로레이트 등과 같은 방향족 디아조늄염 화합물 중 1종 이상을 사용할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
포스포늄염계 광산발생제로의 비제한적인 예는 트리페닐포스포늄염과 같은 트리아릴포노늄염을 1종 이상 선택할 수 있다.
예시적인 실시형태에 따라, 술포늄염계 광산발생제는 술포늄 양이온과 술포네이트(술폰산 음이온)의 염 화합물이다. 술포늄 양이온 화합물로는 트리페닐술포늄헥사플루오로포스페이트, 트리페닐술포늄헥사플루오로안티모네이트, 트리페닐술포늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등과 같은 트리아릴술포늄염, 4-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 비스(4-tert-부톡시페닐)페닐술포늄, 4-메틸페닐디페닐술포늄, 트리스(4-메틸페닐술포늄), 4-tert-부틸페닐디페닐술포늄, 트리스(4-tert-부틸페닐)술포늄, 트리스(4-tert-부톡시페닐)술포늄, (3-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 비스(3-tert-부톡시페닐)페닐술포늄, 트리스(3-tert-부톡시페닐)술포늄, (3,4-디tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 비스(3,4-디tert-부톡시페닐)페닐술포늄, 트리스(3,4-디tert-부톡시페닐)술포늄, 디페닐(4-티오페녹시페닐)술포늄, (4-tert-부톡시카르보닐메틸옥시페닐)디페닐술포늄, 트리스(4-tert-부톡시카르보닐메틸옥시페닐)술포늄, (4-tert-부톡시페닐)비스(4-디메틸아미노페닐)술포늄, 트리스(4-디메틸아미노페닐)술포늄, 2-나프틸디페닐술포늄, 디메틸-2-나프틸술포늄, 4-히드록시페닐디메틸술포늄, 4-메톡시페닐디메틸술포늄, 트리메틸술포늄, 디페닐메틸술포늄, 메틸-2옥소프로필페닐술포늄, 2-옥소시클로헥실시클로헥실메틸술포늄, 트리나프틸술포늄, 및 트리벤질술포늄 등이다. 술포네이트로는 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리플루오로에탄술포네이트, 펜다플루오로벤젠술포네이트, 4-트리풀루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캄포술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트, 부탄술포네이트 및 메탄술포네이트에서 1종 이상 선택된다. 술포늄염계 광산발생제는 이들 화합물에서 1종 이상 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
요오드늄염계 광산발생제의 비제한적인 예는 디페닐요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 디페닐요오드늄헥사플루오로포스페이트, 디페닐요오드늄헥사플루오로안티모네이트, 디(4-노닐페닐)요오드늄헥사플루오로포스페이트 등에서 1종 이상 선택되는 방향족 요오드늄염 화합물이다.
술포닐디아조메탄계 광산발생제는 비스(에틸술포닐)디아조메탄, 비스(1-메틸프로필술포닐)디아조메탄, 비스(2-메틸프포필술포닐)디아조메탄, 비스(1,1-디메틸에틸술포닐)디아조메탄, 비스(시클로헥실술포닐)디아조메탄, 비스(퍼플루로로이소프로필술포닐)디아조메탄, 비스(페닐술포닐)디아조메탄, 비스(4-메틸페닐술포닐)디아조 메탄, 비스(2,4-디메틸페닐술포닐)디아조메탄, 비스(2-나프틸술포닐)디아조메탄, 4-메틸페닐술포닐벤조일디아조메탄, tert-부틸카르보닐-4-메틸페닐술포닐디아조메탄, 2-나프틸술포닐벤조일디아조메탄, 4-메틸페닐술포닐-2-나프토일디아조메탄, 메틸술포닐벤조일디아조메탄 및 tert-부톡시카르보닐-4-메틸페닐술포닐디아조메탄 등의 비스술포닐디아조메탄과 술포닐카르보닐디아조메탄에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있다.
N-술포닐옥시이미드계 광산발생제로는 숙신산이미드, 나프탈렌디카르복실산이미드, 프탈산이미드, 시클로헥실디카르복실산이미드, 5-노르보르넨-2,3-디카르복실산이미드, 또는 7-옥사비시클로[2,2,1]-5-헵텐-2,3-디카르복실산 이미드 등의 이미드 골격과 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리플루오로에탄술포네이트, 펜타플루오로벤젠술포네이트, 4-트리풀루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캄포술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트. 부탄술포네이트, 또는 메탄술포네이트 등의 화합물에서 1종 이상 선택될 수 있다.
벤조인설포네이트계 광산발생제로는 벤조인토실레이트, 벤조인메실레이트, 및 벤조인부탄설포네이트 등에서 1종 이상 선택될 수 있다.
니트로벤질술포네이트계 광산발생제로는 2,4-디니트로벤질술포네이트, 2-니트로벤질술포네이트, 및 2,6-디니트로벤질술포네이트 등에서 1종 이상 선택될 수 있다. 상기 술포네이트로는 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리플루오로에탄술포네이트, 펜타플루오로벤젠술포네이트, 4-트리플루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캄포술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트, 부탄술포네이트 및 또는 메탄술포네이트 등에서 1종 이상 선택된다. 또한, 벤질측의 니트로기를 트리플루오로메틸기로 치환한 화합물도 사용할 수 있다.
술폰계 광산발생제로는 비스(페닐술포닐)메탄, 비스(4-메틸페닐술포닐)메탄, 비스(2-나프틸술포닐)메탄, 2,2-비스(페닐술포닐)프로판, 2,2-비스(4-메틸페닐술포닐)프로판, 2,2-비스(2-나프틸술포닐)프로판, 2-메틸-2-(p-톨루엔술포닐)프로피오네논, 2-(시클로헥실카르보닐)-2-(p-톨루엔술포닐)프로판 및 4-디메틸-2-(p-톨루엔술포닐)펜탄-3-온 등에서 1종 이상 선택된다.
글리옥심계 광산발생제로는 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(메탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(트리플루오로메탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(1,1,1-트리플루오로에탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(tert-부탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(퍼플루오로옥탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(시클로헥실술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-플루오로벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-tert-부틸벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(자일렌술포닐)-α-디메틸글리옥심, 및 비스-o-(캄보술포닐)-α-디메틸글리옥심 등에서 1종 이상 선택될 수 있다.
트리아진계 광산발생제로는 N,N'-1,4-페닐렌디말레이미드-트리아진(PDM 트리아진), 2-(4-메톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진(MP 트리아진), 2-[2-(2-퓨라닐)에틸]-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진(TFE 트리아진), 및 디메톡시-트리아진 등에서 1종 이상 선택될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 및 감광성 저유전 유기 절연막 중에 광산발생제 계열의 감광제는 전술한 보라진계 폴리실록산 화합물인 바인더 수지 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부, 바람직하게는 3 ~ 7 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 광산발생제의 함량이 바인더 수지 100 중량부에 대하여 3 중량부 미만이면 산 촉매 작용에 의한 화학적 변화가 일어나지 않아 감광 특성이 부여되기 어렵고, 10 중량부를 초과하면 코팅 작업에서 균일한 코팅이 어려워질 수 있을 뿐만 아니라 형성된 절연막의 유전율이 상승할 우려가 있다.
한편, 감광성 저유전 유기 절연막 조성물 및 감광성 저유전 유기 절연막은 그 외에도 감광성 저유전 유기 절연막의 기능을 향상시킬 수 있는 적절한 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서 감광성 저유전 유기 절연막에 첨가될 수 있는 기능성 첨가제는 염기성 화합물, 계면활성제, 밀착성 개량제, 광안정제, 광경화촉진제, 레벨링제, 소포제 등에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있다.
염기성 화합물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 화학 증폭 레지스트로 사용되는 것 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 예시적인 실시형태에 따라 사용 가능한 염기성 화합물로는 트리메틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 디-n-프로필아민, 트리-n-프로필아민, 디-n-펜틸아민, 트리-n-펜틸아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디시클로헥실아민, 디시클로헥실메틸아민 등의 지방족 아민류; 아닐린, 벤질아민, N,N-디메틸아닐린, 디페닐아민 등의 방향족 아민류; 피리딘, 2-메틸피리딘, 4-메틸피리딘, 2-에틸피리딘, 4-에틸피리딘, 2-페닐피리딘, 4-페닐피리딘, N-메틸-4-페닐피리딘, 4-디메틸아미노피리딘, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 4-메틸이미다졸, 2,4,5-트리페닐이미다졸, 니코틴, 니코틴산, 퀴놀린, 피라진, 피라졸, 피리다진, 퓨린, 피롤리딘, 피페리딘, 피페라진, 모르폴린 등의 복소환식 아민류; 테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라에틸암모늄히드록시드, 테트라-n-부틸암모늄히드록시드, 테트라-n-헥실암모늄히드록시드 등의 4급 암모늄히드록시드류; 테트라메틸암모늄아세테이트, 테트라메틸암모늄벤조에이트, 테트라-n-부틸암모늄아세테이트, 테트라-n-부틸암모늄벤조에이트 등의 카르복시산의 제4급 암모늄염 등을 들 수 있다.
이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 예시적인 실시형태에 따라, 이들 염기성 화합물은 보라진계 폴리실록산 화합물인 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 1 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 염기성 화합물의 함량이 전술한 범위를 충족하는 경우, 충분한 내열성을 확보할 수 있고 필요한 경우 내용제성을 갖는 절연막을 형성할 수 있다.
계면활성제는 기판과 감광성 저유전 유기 절연막 사이의 밀착성을 개선시키는 성분이다. 사용 가능한 계면활성제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 실리콘 계면활성제 등을 1종 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
비이온성 계면활성제의 예로는 글리세롤, 트리메틸롤프로판과 트리메틸롤 에탄, 및 이들의 에톡실레이트 또는 프로폭시레이트(예를 들면, 글리세롤프로폭실레이트 또는 글리세린에톡실레이트); PLURONIC L10, L31, L61, L62, 10R5, 17R2 및 25R2, 및 TETRONIC 304, 701, 704, 901, 904 및 150R1(상품명, BASF 제품)과 같은 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리에틸렌글리콜 디라우레이트, 폴리에틸렌글리콜 디스테아레이트, 소르비탄 지방산에스테르 등을 들 수 있다.
양이온성 계면활성제의 구체적인 예로는 EFKA-745(상품명, Morishita & Co., Ltd. 제품)와 같은 프탈로사이아닌변성 화합물, KP341(상품명, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제품)과 같은 오가노실록산 폴리머; POLYFLOW No.75, No.90, No.95(상품명, Kyoeisha Chemical Co., Ltd. 제품)와 같은 (메타)아크릴산계 (코)폴리머, W001(상품명, Yusho Co., Ltd. 제품) 등을 들 수 있다.
음이온성 계면활성제의 구체적인 예로는 W004, W005, W017(상품명, Yusho Co., Ltd. 제품) 등을 들 수 있다.
실리콘 계면활성제의 구체적인 예로는 TORAY SILICONE DC3PA, SH7PA, DC11PA, SH21PA, SH28PA, SH29PA, SH30PA 및 SH8400(상품명, Dow Corning Toray Co., Ltd. 제품), TSF-4440, 4300, 4445, 4460 및 4452(상품명, Momentive Performance Materials Inc. 제품), KP341, KF6001 및 KF6002(상품명, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제품), BYK307, 323 및 330(상품명, BYK Chemie 제품) 등을 들 수 있다.
계면활성제는 감광성 저유전 유기 절연막 중에 보라진계 폴리실록산 화합물인 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 5 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 계면활성제의 함량이 전술한 범위를 충족하는 경우, 기판과 본 발명에 따른 감광성 저유전 유기 절연막 사이의 밀착성을 극대화할 수 있다.
밀착성 개량제는 기재가 되는 무기물, 예를 들면, 실리콘, 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 등의 실리콘 화합물, 금, 구리, 알루미늄 등의 금속과 절연막과의 밀착성을 향상시키고, 기판과의 테이퍼각의 조정에도 유용하다. 밀착성 개량제의 종류는 특별히 한정되지 않으며 구체적인 예로는 실란 커플링제 또는 티올계 화합물를 들 수 있으며, 바람직하게는 실란 커플링제이다.
예시적으로, 실란 커플링제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리알콕시실란, γ-글리시독시프로필알킬디알콕시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리알콕시실란, γ-메타크릴옥시프로필알킬디알콕시실란, γ-클로로프로필트리알콕시실란, γ-메르캅토프로필트리알콕시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리알콕시실란, 비닐트리알콕시실란 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
밀착성 개량제가 감광성 저유전 유기 절연막 중에 전술한 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20 중량부의 비율로 포함되면, 금속과 유기 절연막 사이의 밀착성 향상시키고 기판과의 테이퍼각 조정 효과를 극대화할 수 있다.
광안정제는 감광성 저유전 유기 절연막의 내광성을 개선시키는 성분이다. 광안정제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 벤조트리아졸계, 트리아진계, 벤조페논계, 힌더드 아미노에테르(hindered aminoether)계, 힌더드아민계 화합물 등을 1종 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 감광성 저유전 유기 절연막 중에 광안정제는 예를 들어 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 5 중량부의 비율로 포함될 수 있는데, 이 범위에서 내광성 개선 효과가 크게 향상될 수 있다.
본 발명은 전술한 감광성 저유전 유기 절연막 조성물로부터 경화되어 얻어지는 감광성 유기 절연막에 관한 것이다.
감광성 저유전 유기 절연막 조성물로부터 감광성 저유전 유기 절연막을 제조하기 위한 하나의 공정으로서 전술한 감광성 저유전 유기 절연막 조성물을 적절한 기재 상에 코팅하고, 이 조성물을 소정의 온도에서 프리베이크(pre-bake)하여 용제를 증발시켜 감광성 유기 절연막을 형성한 뒤, 얻어진 유기 절연막을 노광 및 현상하여 패턴을 형성하고, 패턴이 형성된 감광성 유기 절연막을 포스트베이스(post-bake)하는 열처리하여 표시 장치의 절연막 및/또는 보호층으로 형성할 수 있는데, 이에 대해서 살펴본다.
예시적인 실시형태에서 전술한 감광성 저유전 유기 절연막 조성물을 적절한 기재에 코팅한다. 감광성 저유전 유기 절연막 조성물이 코팅되는 기재는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 감광성 저유전 유기 절연막 조성물은 유리 기판, 투명 플라스틱 기판, 실리콘 웨이퍼 또는 SiO2 웨이퍼 등의 상부에 코팅될 수도 있으며, 또는 유리 또는 플라스틱과 같은 절연 기판 상에 형성된 소스/드레인 전극과 같은 금속층이나 실리콘나이트라이드와 같은 제 1 보호층 또는 층간 절연막의 상부에 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 감광성 저유전 유기 절연막 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 저유전 유기 절연막 조성물 중의 고형분의 농도, 점도 등에 따라 달라질 수 있지만, 건조 후에 막 두께가 0.5 ~ 10 ㎛가 되도록 도포할 수 있다.
이어서, 기재 상에 코팅된 감광성 저유전 유기 절연막 조성물에 대하여 프리베이크(pre-bake) 공정을 진행한다. 이 공정에 의하여 기재에 코팅된 유기 절연막 형성용 조성물 중에 용제가 휘발되어 유동성이 없는 도막을 얻을 수 있다. 이 공정은 통상적으로 적절한 열을 가하여 용제를 휘발시키는데, 예를 들어 핫플레이트(hot plate) 가열의 경우에는 60 ~ 130℃에서 10 ~ 300 초간 수행될 수 있으며, 열 오븐을 사용하는 경우라면 60 ~ 140℃에서 20 ~ 500 초간 수행될 수 있다.
다음으로 선택적 노광 공정에서는 얻어진 감광성 유기 절연막을 노광 및 현상하여 패턴화한다. 예시적으로 노광 공정은 엑시머 레이저, 원자외선, 자외선, 가시광선, 전자선, X선 또는 g-선(파장 436 nm), h-선(파장 405 nm), i-선(파장 365 nm) 또는 이들의 혼합 광선을 조사하여 수행될 수 있다. 이를 위하여 프리베이크 공정이 완료된 감광성 유기 절연막 위에 마스크 얼라이너, 스테퍼, 스캐터 등의 노광 장비를 이용할 수 있다. 노광은 접촉식(contact), 근접식(proximity), 투영식(projection) 노광법 등으로 수행될 수 있다. 노광 에너지는 제조된 감광성 유기 절연막의 감도에 따라 결정되지만 보통 30 ~ 200 mJ/cm를 사용할 수 있다.
노광 공정이 완료된 후 감광성 유기 절연막이 코팅된 기판을 현상액에 침지(dip)하거나 현상액을 기판에 스프레이하여 노광 부위의 감광성 유기 절연막을 제거하여 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 현상액으로는 알칼리성인 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 소디움실리케이트, 포테시움실리케이트 등의 무기 알칼리 화합물 또는 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 테트라에틸암모늄하이드록사이드 등의 유기 알칼리 수용액을 사용할 수 있다. 예시적으로 액정표시장치를 제조함에 있어서는 금속 오염, 금속 부식 등의 이유로 테트라메틸암모늄하이드록사이드를 0.1 ~ 10 중량부 수용액의 형태로 사용하며, 20 내지 30 ℃에서 30 내지 120 초간 현상한 뒤, 초순수로 60 내지 120 초간 세정하고 건조하는 것이 바람직하다.
이어서, 패턴이 형성된 감광성 유기 절연막에 대하여 포스트베이크 공정을 수행한다. 핫플레이트나 오븐 등의 가열장치를 이용하여 포스트베이크 처리할 수 있다. 상기 포스트베이크 조건은 150~350 ℃에서 10~180 분간 수행할 수 있는데, 이를 통해 최종 패턴이 형성된 감광성 유기 절연막을 얻을 수 있다.
전술한 감광성 저유전 유기 절연막 조성물로부터 제조된 감광성 유기 절연막은 예를 들어 화학식 (I)로 표시될 수 있는 보라진계 폴리실록산 화합물을 바인더 수지로 하고, 광산발생제 계열의 감광제 성분을 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막은 보라진계 폴리실록산 화합물을 바인더 수지로 하고, 바인더 수지 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부 비율로 배합된 광산발생제 계열의 감광제를 포함한다. 필요한 경우, 감광성 유기 절연막은 바인더 수지에 대하여 소정 비율로 배합되어 있는 기능성 첨가제 성분을 더욱 포함할 수 있다. 이들 기능성 첨가제 성분의 배합 비율은 전술한 감광성 저유전 유기 절연막 조성물에서와 동일할 수 있는데, 이들 기능성 첨가제로서 염기성 화합물, 계면활성제, 밀착성 개량제, 광안정제, 광경화촉진제, 레벨링제, 소포제 등에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 보라진계 폴리실록산 화합물인 바인더 수지가 광산발생제 계열의 감광제와 배합된 형태로 제조된 감광성 저유전 유기 절연막은 바인더 수지 단독으로 제조된 감광성 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 거의 증가하지 않아, 예를 들어 3.0 이하의 낮은 유전율을 확보할 수 있다. 반면, 보라진계 폴리실록산 화합물을 바인더 수지로 사용하고 광산발생제 계열이 아닌 다른 계열의 감광제를 배합한 감광성 유기 절연막은 유전상수 값이 크게 증가하여 3.0을 초과한다.
또한, 광산발생제 계열의 감광제를 보라진계 폴리실록산 화합물이 아닌 다른 바인더 수지와 배합하여 제조되는 감광성 유기 절연막은 해당 바인더 수지만으로 제조되는 감광성 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 크게 증가한다. 예를 들어, 보라진계 폴리실록산 화합물이 아닌 종래의 벤젠계 폴리실록산 화합물을 바인더 수지로 사용하고 여기에 광산발생제 계열의 감광제를 배합하여 제조되는 감광성 유기 절연막은 벤젠계 폴리실록산 화합물을 단독으로 사용하여 제조된 감광성 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 크게 증가한다.
따라서, 본 발명은, 전술한 화학식 (I)로 표시될 수 있는 보라진계 폴리실록산 화합물을 바인더 수지로 사용하고 PAG 계열의 감광제를 배합하여 제조되는 감광성 유기 절연막은 보라진계 폴리실록산 화합물만으로 구성된 감광성 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 거의 증가하지 않는다는 예측하지 못했던 실험 결과에 근거한다.
즉, 본 발명의 감광성 저유전 유기 절연막은 보라진계 폴리실록산 화합물이 가지는 저유전율을 그대로 가지고 있다. 이처럼 낮은 유전상수 값을 확보할 수 있으므로 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다. 또한 유기 절연막의 두께를 크게 하지 않더라도 충분히 낮은 유전율을 확보할 수 있으므로, 패턴 공정에서 광량이 낮더라도 매우 미세한 패턴을 형성할 수 있고, 적은 광량에 의해서도 충분히 미세한 패턴이 얻어질 수 있으므로 감도 역시 향상된다. 특히, 벤젠계 폴리실록산 화합물은 열처리 공정에 의해 인체에 유해한 벤젠 화합물이 방출되는 반면, 본 발명에 따른 보라진계 폴리실록산 화합물로 제조된 감광성 유기 절연막을 사용하면 이러한 유해 물질이 방출되지 않으므로 환경 친화적인 공정을 유도할 수 있는 이점을 갖는다.
[표시 장치]
본 발명에 따라 바인더 수지로서 보라진계 폴리실록산 화합물과, 광산발생제(PAG) 계열의 감광제가 배합된 감광성 유기 절연막은 바인더 수지 단독으로 사용한 절연막에 비하여 유전상수 값이 증가하지 않으며, 감광 특성은 좋아진다. 따라서, 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막을 표시 장치의 층간 절연막이나 보호층에 적용하여 소비 전력 저감, 미세 패턴 형성에 의한 고해상도를 구현할 수 있다.
본 발명의 감광성 유기 절연막은 예를 들어 박막트랜지스터(TFT)가 형성되는 표시 장치의 유기 절연막, 보호층 및/또는 뱅크층을 구성할 수 있다. 이러한 표시 장치의 비제한적인 예로는 액정표시장치(LCD) 또는 유기발광표시자치를 들 수 있다. 도 1은 예시적으로 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1에 도시한 것과 같이, 액정표시장치(100)는 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102)이 대향적으로 마주하고 있으며, 이들 기판(101, 102) 사이에 액정층(130)이 개재되어 있다. 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102)은 플라스틱 또는 유리로 제조될 수 있으며, 제 1 기판(101)의 상부에 다수의 전극 및 배선이 적층된다.
제 1 기판(101)의 상부에 적층되는 다수의 전극 및 배선에 대해서 보다 구체적으로 살펴보면, 제 1 기판(101)의 상부에 일방향으로 다수의 게이트 배선(미도시)이 연장되어 있으며, 이러한 다수의 게이트 배선(미도시)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 제 2 방향으로 다수의 데이터 배선(170)이 형성되어 있다. 게이트 배선(미도시)의 일단에 연결되어 비-표시영역에 게이트패드(미도시)가 형성되고, 데이터 배선(170)의 일단에 연결되어 비-표시영역에 데이터패드(미도시)가 형성된다.
다수의 화소영역(P) 각각에는 게이트 전극(162)과, 게이트 절연막(163)과, 액티브층(166a) 오믹콘택층(166b)을 포함하는 반도체층(166)과, 소스 및 드레인 전극(172, 174)으로 이루어지는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 게이트 전극(162)은 게이트 배선(미도시)에 연결되며, 제 1 기판(101) 상에 형성된다. 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(162) 상에, 무기 절연물질, 예를 들어 실리콘옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드일 수 있는 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(163)이 형성된다.
게이트 절연막(163) 상에는 순수 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층(166a)과, 액티브층(166a) 상에 형성되며 액티브층(166a)의 중앙을 노출시키고 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹콘택층(166b)이 형성되어 있다. 액티브층(166a)과 오믹콘택층(166b)은 반도체층(166)을 이룬다.
반도체층(166) 상에는 서로 이격하여 액티브층(166a)의 중앙을 노출시키는 소스 전극(172)과 드레인 전극(174)이 형성되어 있다. 소스 전극(172)은 반도체층(166) 상에 위치하며 데이터 배선(170)에서 연장되며, 드레인 전극(174)은 반도체층(166) 상에서 소스 전극(172)과 이격하여 위치한다. 박막트랜지스터(Tr)는 스위칭 영역(TrA)에 위치하고 있다.
또한, 게이트 절연막(163) 상에는 제 2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선(170)이 게이트 배선(미도시)과 교차하여 형성되고 있다. 데이터 배선(170)은 화소영역(P)에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(172)으로부터 연장된다. 한편, 도면으로 표시하지는 않았으나, 하나의 예시적인 실시형태에서, 게이트 절연막(163) 상에는 공통배선(미도시)이 데이터 배선(170)에 평행한 제 2 방향을 따라 형성되어, 게이트 배선(미도시)과 교차하고 있다. 대안적인 실시형태에서, 공통배선(미도시)은 게이트 배선(미도시)과 평행하게 게이트 배선(미도시)과 동일층에 형성될 수도 있다.
한편, 데이터 배선(170), 소스 전극(172), 드레인 전극(174) 및 공통배선(미도시)을 덮는 제 1 보호층(164)이 제 1 층간 절연막으로서 형성된다. 이 제 1 보호층(164)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(174)을 노출시키는 드레인 콘택홀(175)이 형성되어 있다. 이 제 1 보호층(164)은 유기 절연막일 수 있는데, 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막으로 구성될 수 있다. 제 1 보호층(164)은 화소전극(176)을 형성하는 과정에서 오믹콘택층(166b)이 손상되는 것을 방지한다.
또한, 각각의 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(174)과 드레인 콘택홀(175)을 통해 접촉하여 전기적으로 연결되는 제 1 전극으로서의 화소전극(176)이 본 발명의 감광성 유기 절연막으로 구성될 수 있는 제 1 보호층(164) 상에 형성되어 있다. 화소전극(176)은 투명 도전성 물질로 이루어지며, 각각의 화소영역(P) 내에서 판 형상을 가질 수 있다. 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(164)의 상부의 비-표시영역에는 화소전극(176)과 동일한 투명 도전성 소재로 제조되는 게이트 패드 전극 및 데이터 패드 전극이 형성되는데, 게이트패드 전극은 게이트패드 콘택홀(미도시)을 통하여 게이트패드에 전기적으로 연결되고, 데이터패드 전극은 데이터패드 콘택홀(미도시)을 통하여 데이터패드에 전기적으로 연결된다.
화소전극(176) 상부에는 제 2 층간 절연막인 제 2 보호층(180)이 형성되어 있다. 이 제 2 보호층(180)은 유기 절연막일 수 있으며, 전술한 제 1 보호층(164)과 마찬가지로 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 보호층(180) 상에는 상기 판 형태의 화소전극(176)과 중첩하며 다수의 슬릿 형태의 홀(개구부, 192)을 갖는 공통전극(190)이 형성되어 있다. 화소전극(176)과 마찬가지로 제 2 전극으로서의 공통전극(190)은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 제조될 수 있다. 공통전극(190)은 다수의 화소영역(P)이 형성된 표시영역 전면에 형성된다. 판 형태의 제 1 전극일 수 있는 화소전극(176)과 개구부(192)를 갖는 제 2 전극일 수 있는 공통전극(190) 사이에 전압이 인가되면, 프린지 필드(fringe field)가 형성되어 액정이 구동됨으로써, 투과 효율이 향상되고 고품질의 영상이 표시된다.
도면으로 도시하지는 않았으나 컬러 필터 기판일 수 있는 제 2 기판(102)의 하부에는 각각의 화소영역(P)에 대응되는 개구부를 갖는 차광부재인 블랙매트릭스가 형성되고, 블랙매트릭스의 하부와 블랙매트릭스의 개구부를 통하여 노출된 제 2 기판(102)의 하부에는 컬러필터층이 형성된다. 컬러필터층(미도시)은 화소영역(P)에 대응되는 적, 녹, 청 컬러필터를 포함한다.
또한, 컬러필터층(미도시)과 액정층(130) 사이에는 컬러필터층(미도시)의 보호 및 표면을 평탄화하기 위하여 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 등과 같은 소재의 오버코트층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
전술한 것과 같이 본 발명의 감광성 유기 절연막은 유전상수 값이 낮기 때문에, 이 감광성 유기 절연막에 의해 형성된 제 1 보호층(164) 및/또는 제 2 보호층(180)에서의 기생 정전 용량 값이 감소되므로 소비 전력을 저감할 수 있다. 뿐만 아니라, 낮은 유전율로 인하여 본 발명의 감광성 유기 절연막으로부터 구성되는 제 1 보호층(164) 및/또는 2 보호층(180)의 두께를 두껍게 할 필요가 없기 때문에, 어레이 기판의 박형화를 도모할 수 있게 되고, 낮은 광량에 의해서도 충분히 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막은 유기발광표시장치의 유기 층간 절연막 및/또는 뱅크층과 같은 절연막 소재로 활용될 수 있다. 도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 감광성 유기 절연막을 포함하는 유기발광표시장치(200)를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2에 도시한 것과 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치(200)는 표시 영역(DR)과 표시 영역(DR) 주변에 비표시 영역(NDR)이 정의되어 있으며, 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)이 소정 간격 이격되어 마주하고 있다. 유기발광표시장치(200)를 구성하는 제 1 기판(201) 및/또는 제 2 기판(202)은 유리 또는 플렉서블(flexible) 플라스틱으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 기판(201) 및 제 2 기판(202)은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET) 소재로 제조될 수 있다. 이러한 플라스틱 소재를 채택하여 플렉서블(flexible) 기판으로 응용될 수 있다.
유리 또는 플라스틱 기판일 수 있는 제 1 기판(201)의 표시 영역(DR)을 구성하는 각각의 화소영역에 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와, 구동 박막트랜지스터(DTr)와, 유기발광다이오드(E)를 포함하는 유기발광소자(210)가 위치한다. 이때, 제 1 기판(201)과 유기발광소자(210)의 인캡슐레이션을 위하여, 제 2 기판(202)이 접착제 또는 충진성 실링재(290)를 통하여, 제 1 기판(201)에 대향적으로 합착된다.
제 1 기판(201)의 상부에는 다수의 전극, 신호 배선 및 층으로 구성되는 유기발광소자(210)가 형성되는데, 이에 대해서 구체적으로 살펴본다. 제 1 기판(201)의 표시 영역(DR)의 각각의 화소영역에 반도체층(266)이 형성된다. 반도체층(266)은 실리콘으로 이루어지며 중앙부의 채널을 이루는 액티브 영역(266a)과, 액티브 영역(266a)의 양측으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인 영역(266b, 266c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(266)의 상부에 게이트 절연막(263)이 형성된다. 표시 영역(DR) 내의 각각의 화소영역에는 게이트 절연막(263)의 상부로 반도체층(266)의 액티브 영역(266a)에 대응하여 게이트 전극(262)과, 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
특히, 게이트 전극(262)과 게이트 배선(미도시)의 상부 전면에 제 1 층간 절연막인 제 1 보호층(264)이 형성되어 있다. 제 1 보호층(264)은 유기 절연막일 수 있으며, 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막으로 구성될 수 있다. 제 1 보호층(264)과 그 하부의 게이트 절연막(263)은 반도체층(266)의 중앙을 구성하는 액티브 영역(266a)의 양측에 위치한 소스 및 드레인 영역(266b, 266c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(267a, 267b)을 갖는다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 반도체층 콘택홀(267a, 267b)을 포함하는 제 1 보호층(264) 상에는 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 화소 영역을 정의하며 금속 물질로 이루어진 데이터 배선(미도시)와, 이와 이격하여 전원 배선(미도시)가 형성된다. 선택적으로, 전원 배선(미도시)은 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있는 게이트 절연막(263) 상에 게이트 배선(미도시)과 이격하여 평행하게 형성될 수 있다.
또한, 표시 영역(DR)에는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(267a, 267b)을 포함하는 제 1 보호층(264) 상에 서로 이격하며, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(267a, 267b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(266b, 266c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(272, 274)이 형성되어 있다.
소스 및 드레인 전극(272, 274)과, 이들 전극(272, 274)과 접촉하는 소스 및 드레인 영역(266b, 266c)을 포함하는 반도체층(266)과, 반도체층(266) 상부에 형성된 게이트 절연막(263) 및 게이트 전극(262)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 구성한다. 도면으로 나타내지 않았으나, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 배선이 형성된다. 또한, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로서, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.
도면에서는 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 구성으로서, 반도체층(266)이 폴리실리콘으로 이루어진 탑 게이트(Top gate) 타입을 예로 도시하였으나, 반도체층이 순수 및 불순물의 비정질실리콘으로 이루어진 바텀 게이트(Bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.
한편, 표시 영역(DR)의 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 포함한 제 1 기판(201)의 전면에 제 2 층간 절연막인 제 2 보호층(265)이 형성된다. 제 2 보호층(265)에는 드레인 콘택홀(275)이 형성되는데, 드레인 콘택홀(275)을 통하여 유기발광다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(252)이 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(274)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 제 2 보호층(265)은 예를 들어 평탄한 표면을 가질 수 있도록 유기 절연 소재로 형성될 수 있는데, 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 감광성 유기 절연막으로 구성될 수 있는 제 2 보호층(265) 상부의 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 유기발광다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(252), 유기 발광층(254) 및 제 2 전극(255)이 순차적으로 형성된다. 제 1 전극(252)은 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(274)과 연결된다.
예시적으로, 제 1 전극(252)은 애노드(anode) 전극으로서, 일함수 값이 비교적 높은 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 사용할 수 있다. 한편, 제 2 전극(256)은 캐소드(cathode) 전극일 수 있으며, 비교적 일함수 값이 낮은 물질인 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어진다.
제 1 전극(252)와 제 2 전극(256) 사이에 적층되는 유기 발광층(254)은 발광 물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 유기 발광층(254)을 정공주입층(hole injection layer, HIL), 정공수송층(hole transporting layer, HTL), 발광층(emitting material layer, EML), 전자수송층(electron transporting layer, ETL) 및 전자주입층(electron injection layer, EIL)의 다중층으로 구성하여 발광 효율을 극대화할 수 있다.
따라서, 유기발광소자(210)에서 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(252)과 제 2 전극(256)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(252)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(256)으로부터 인가된 전자가 유기 발광층(254)으로 수송되어, 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다. 이때, 하부 발광 타입인 경우, 발광된 빛은 투명한 제 1 전극(252)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 유기발광소자(210)는 임의의 화상을 구현하게 된다.
한편, 제 1 전극(252)은 각각의 화소영역별로 형성되는데, 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극(252) 사이에는 뱅크층(bank, 253)이 위치한다. 뱅크층(253)은 유기 절연막 형태일 수 있으며, 본 발명에 따른 감광성 유기 절연막이 뱅크층(253)을 구성할 수 있다. 예를 들어, 뱅크층(253)은 각각의 화소를 둘러싸는 형태로 제 1 전극(252)의 테두리와 중첩되도록 형성되며, 표시 영역(DR) 전체적으로 다수의 개구부를 갖는 격자 형태를 이룰 수 있다. 즉, 뱅크층(253)은 제 1 기판(201) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되며, 뱅크층(253)을 각각의 화소영역별 경계부로 하여 제 1 전극(252)이 화소영역 별로 분리된 구조로 형성된다.
선택적으로, 유기발광소자(210)의 전면으로 패시베이션 층(280)이 형성될 수 있다. 제 2 전극(256)만으로는 유기발광다이오드(E) 내부로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 없기 때문에, 유기발광소자(210)의 전면으로 패시베이션 층(280)을 형성함으로써 유기발광다이오드(E), 특히 유기 발광층(254)으로의 수분 침투를 억제할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서 패시베이션 층(280)은 실리콘옥사이드/실리콘나이트라이드와 같은 무기 절연 소재로 구성되는 단층 구조일 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 패시베이션 층(280)은 실리콘옥사이드/실리콘나이트라이드와 같은 무기 절연 소재를 이용하여 제 2 전극(256)의 상부에 적층되는 제 1 패시베이션 층(미도시)과, 올레핀계 수지, 에폭시 수지, 플루오로 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리실록산과 같은 고분자 소재를 이용하여 제 1 패시베이션 층(미도시)의 상부에 적층되는 유기층(미도시)과, 실리콘옥사이드/실리콘나이트라이드와 같은 무기 절연 소재를 이용하여 유기층(미도시)의 상부에 적층되는 제 2 패시베이션 층(미도시)과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
제 2 실시형태에 따른 표시 장치(200)에서도 저유전율이 확보된 감광성 유기 절연막이 층간 절연막일 수 있는 제 1 보호층(264), 제 2 보호층(265) 및/또는 뱅크층(253)을 구성할 수 있다. 따라서 표시 장치(200)에서의 소비 전력을 저감할 수 있고, 제 1 보호층(264), 제 2 보호층(265) 및/또는 뱅크층(253)의 두께를 얇게 할 수 있으므로 소형화 추세에 부합할 수 있다. 특히 제 1 보호층(264)의 패턴을 형성할 때, 적은 광량으로도 충분히 미세한 패턴이 가능하기 때문에, 고화질의 표시 장치에 적용될 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 참조하면서 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 발명으로 한정되는 것은 결코 아니다.
실시예 : 보라진계 폴리실록산 화합물과 광산발생제를 배합한 감광성 유기 절연막 제조
바인더 수지로서 치환되지 않은 보라진계 폴리실록산(실록산은 cage 형태 연결) 10 ~ 30 중량부, 바인더 수지 100 중량부에 대하여 용제 프로필렌글리콜디메틸아세테이트 200 ~ 400 중량부, 바인더 수지 100 중량부에 대하여 디아조늄염계 광산발생제 3 ~ 7 중량부를 배합하여 감광성 저유전 유기 절연막 조성물을 제조하였다.
합성된 감광성 저유전 유기 절연막 조성물을 이용하여 감광성 유기 절연막을 제조하였다. 하부 전극으로 몰리브덴 도트 패턴 전극을 사용하였으며, 상부 전극으로 알루미늄 스퀘어 패턴 전극을 사용하였다. 위에서 제조된 감광성 저유전 유기 절연막 조성물을 하부 전극 상에 코팅하고 100℃의 핫플레이트 상에서 70초 동안 가열(pre-baking)하여 용제를 휘발시켜, 바인더 수지와, 바인더 수지 100 중량부에 대하여 PAG, 계열의 감광제 3 ~ 7 중량부로 구성되는 감광성 유기 절연막을 형성하였다. 또한, 감광제를 배합하지 않고 보라진계 폴리실록산 화합물만을 사용하여 감광성 유기 절연막을 형성하였다.
비교예 1: 아크릴 화합물을 사용한 감광성 유기 절연막 제조
바인더 수지로서 감광성 아크릴 화합물을 사용하고, 감광제로서 네거티브 타입의 광개시제를 바인더 수지 100 중량부 대비 5 중량부로 사용한 것을 제외하고, 실시예의 절차를 반복하여 감광성 아크릴 화합물과 네거티브 감광제가 배합된 감광성 유기 절연막과, 감광성 아크릴 화합물만으로 구성된 감광성 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 2: 벤젠 폴리실록산을 사용한 감광성 유기 절연막 제조
바인더 수지로서 벤젠 폴리실록산을 사용한 것을 제외하고 실시예의 절차를 반복하여, 벤젠 폴리실록산과 광산발생제가 배합된 감광성 유기 절연막과, 벤젠 폴리실록산만으로 구성된 감광성 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 3: 보라진 폴리실록산과 DNQ 를 사용한 감광성 유기 절연막 제조
감광제로서 PAG 계열의 감광제를 대신하여 디아조나프토퀴논(Diazonaphthoquinone, DNQ)를 바인더 수지 100 중량부 대비 5 중량부로 사용한 것을 제외하고 실시예의 절차를 반복하여, 보라진계 폴리실록산 바인더 수지와 DNQ가 배합된 감광성 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 4: 보라진 폴리실록산과 DNQ 를 사용한 감광성 유기 절연막 제조
감광제로서 PAG 계열의 감광제를 대신하여 디아조나프토퀴논(Diazonaphthoquinone, DNQ)를 바인더 수지 100 중량부 대비 20 중량부로 사용한 것을 제외하고 실시예의 절차를 반복하여, 보라진계 폴리실록산 바인더 수지와 DNQ가 배합된 감광성 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 5: 벤젠 폴리실록산과 DNQ 를 사용한 감광성 유기 절연막 제조
바인더 수지로서 벤젠 폴리실록산을 사용하고 감광제로서 PAG 계열의 감광제를 대신하여 디아조나프토퀴논(Diazonaphthoquinone, DNQ)를 바인더 수지 100 중량부 대비 5 중량부로 사용한 것을 제외하고 실시예의 절차를 반복하여, 벤젠 폴리실록산 바인더 수지와 DNQ가 배합된 감광성 유기 절연막을 제조하였다.
비교예 6: 벤젠 폴리실록산과 DNQ 를 사용한 감광성 유기 절연막 제조
바인더 수지로서 벤젠 폴리실록산을 사용하고 감광제로서 PAG 계열의 감광제를 대신하여 디아조나프토퀴논(Diazonaphthoquinone, DNQ)를 바인더 수지 100 중량부 대비 20 중량부로 사용한 것을 제외하고 실시예의 절차를 반복하여, 벤젠 폴리실록산 바인더 수지와 DNQ가 배합된 감광성 유기 절연막을 제조하였다.
실험예 1: 유전율 측정
위 실시예 및 비교예에서 각각 합성된 감광성 유기 절연막에 대한 정전 용량을 측정하여 해당 유기 절연막의 유전율을 측정하였다. 정전 용량을 측정하는 다음 식을 이용하여 각각의 감광성 유기 절연막에 대한 유전율을 측정하였다.
Figure pat00003
식에서 C는 정전 용량을 나타내고, εs는 각각의 유기 절연막 소재의 유전상수를 나타내고, ε0은 자유공간에서의 유전상수로서, 8.854 ×10-2이다. d는 도전체 사이의 거리로서, 유기 절연막의 두께이다. 본 실험예에 따라 측정한 각각의 감광성 유기 절연막에 대한 유전율 측정 결과는 하기 표 1에 표시되어 있다.
유기 절연막에 대한 유전상수 측정 결과
실시예 바인더 수지 바인더+감광제
실시예(보라진+PAG) 2.74±0.03 2.84±0.03
비교예 1(PAC+광개시제) 3.14±0.03 3.69±0.08
비교예 2(벤젠+PAG) 2.93±0.02 3.21±0.04
비교예 3(보라진+DNQ 5%) 2.77±0.03 3.04±0.03
비교예 4(보라진+DNQ 20%) 2.78±0.04 3.15±0.03
비교예 5(벤젠+DNQ 5%) 2.94±0.03 3.23±0.03
비교예 6(벤젠+DNQ 20%) 2.95±0.04 3.34±0.04
바인더 수지만을 사용한 경우의 유기 절연막과 비교해서, 감광제를 배합한 경우의 유기 절연막의 유전상수 값이 전체적으로 증가하였다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따라 보라진계 폴리실록산 화합물을 바인더 수지로 사용하고 PAG 계열의 감광제를 배합한 경우에는 유전상수 값이 거의 증가하지 않고 3.0 미만의 저유전율의 감광성 유기 절연막을 얻을 수 있다.
이에 반하여, 바인더 수지로서 보라진계 폴리실록산을 사용하더라도 PAG 계열이 아닌 DNQ를 감광제로 배합한 유기 절연막의 경우, 바인더 수지만으로 구성된 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 크게 상승하여 3.0을 훨씬 초과하였다(비교예 3 및 4 참조). 또한 벤젠 폴리실록산을 바인더로 사용하면, PAG 계열의 감광제를 배합한 경우(비교예 2 참조)는 물론이고 DNQ를 감광제로 배합한 경우(비교예 5 및 6 참조) 모두 벤젠 폴리실록산만으로 구성된 유기 절연막에 비하여 유전상수 값이 크게 증가하였음을 알 수 있다.
실험예 2: 광량에 따른 패턴 크기 측정
실험예 1에서 얻어진 감광성 유기 절연막에 대하여 아래 표 2에 표시된 패턴 크기를 갖는 마스크를 이용하여 노광을 실시하였다(패턴 크기를 위하여 마스크의 크기를 2, 3, 5 ㎛로 설정하였으며, 광량 및 조사 시간은 60 mJ/70 sec, 80 mJ/70 sec, 100 mJ/70 sec, 130 mJ/70 sec로 하였다. 노광 후에 테트라암모늄하이드록시 수용액으로 40 초 동안 처리하여 현상 처리한 뒤, 230℃의 오븐에서 30초 동안 가열하여(본 경화) 패턴이 형성된 경화된 절연막을 얻었다. 하기 표 2 및 도 3은 본 발명에 따라 제조된 감광성 유기 절연막(실시예)에 대한 패턴 선폭 측정 결과를 표시하고 있다. 한편, 하기 표 3 및 도 4는 비교예 4에서 DNQ를 20 중량부 포함한 감광성 유기 절연막을 대상으로 한 패턴 선폭 측정 결과를 표시하고 있다. 감광제로서 DNQ를 사용한 경우, 설정된 마스크 크기와 비교해서 크게 벗어나는 선폭의 패턴이 얻어진 반면, 본 발명에 따라 감광제로서 PAG을 사용한 경우에는 설정된 마스크 크기에 따른 패턴의 선폭이 얻어졌다. 또한 2-3 ㎛의 미세한 패턴이 가능하였으며, 패턴 형성을 위한 광량이 적어져서 감도가 향상되었음을 알 수 있다. 한편, 비교예 3 및 5에서와 같이 감광제로서 DNQ를 바인더 수지 대비 5 중량부로 배합한 경우에는 패턴이 전혀 형성되지 않아, 포토리쏘그래피에 부적합하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 감광성 유기 절연막에 대한 패턴 측정
마스크 크기(㎛) 60mJ, 70 sec 80 mJ, 70 sec 100 mJ, 70 sec 130 mJ, 70 sec
2 - - - 2.11
3 2.17 2.44 3.47 4.64
5 4.13 4.76 6.03 7.19
비교예 4의 감광성 유기 절연막에 대한 패턴 측정
마스크 크기(㎛) 200mJ, 70 sec 260 mJ, 70 sec
3 NOT OPEN 2.45
4 2.91 3.03
5 4.2 5.2
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 전술한 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 첨부하는 청구의 범위를 통해서 더욱 분명해질 것이다.
100, 200: 표시 장치 101, 201: 제 1 기판
102, 202: 제 2 기판 130: 액정층
162, 262: 게이트 전극 163, 263: 게이트 절연막
164, 264: 제 1 보호층(제 1 층간 절연막, 유기 절연막)
166, 266: 반도체층 172, 272: 소스 전극
174, 274: 드레인 전극 175, 275: 드레인 콘택홀
176: 제 1 전극(화소 전극)
180, 265: 제 2 보호층(제 2 층간 절연막, 유기 절연막)
190: 제 2 전극(공통 전극) 192: 개구부
210: 유기발광소자 252: 제 1 전극
253: 뱅크층 254: 유기 발광층
256: 제 2 전극 280: 패시베이션 층
Tr: 박막트랜지스터 P: 화소영역
DTr: 구동 박막트랜지스터 E: 발광다이오드

Claims (9)

  1. 보라진계 폴리실록산 바인더 수지; 및
    광산발생제(photoacid generator, PAG)
    를 함유하는 감광성 저유전 유기 절연막.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감광성 저유전 유기 절연막은 유전율이 3.0 이하인 감광성 저유전 유기 절연막.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보라진계 폴리실록산은 하기 화학식 (I)로 표시되는 감광성 저유전 유기 절연막.
    Figure pat00004

    (화학식 (I)에서 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알키닐기 및 C1-C10의 알콕시기로 구성되는 군에서 선택됨; n은 50 ~ 500의 정수)
  4. 다수의 신호 라인이 배열되는 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 상에 위치하는 박막트랜지스터;
    상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 유기 절연막; 및
    상기 유기 절연막 상에 위치하는 제 1 전극을 포함하며,
    상기 유기 절연막은 보라진계 폴리실록산 바인더 수지와, 광산발생제(photoacid generator, PAG)를 포함하는 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보라진계 폴리실록산은 하기 화학식 (I)로 표시되는 표시 장치.
    Figure pat00005

    (화학식 (I)에서 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알키닐기 및 C1-C10의 알콕시기로 구성되는 군에서 선택됨; n은 50 ~ 500의 정수)
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 유기 절연막은 유전율이 3.0 이하인 표시 장치.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층을 더욱 포함하는 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 대응하여 다수의 개구부를 갖는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 보호층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어지는 표시 장치.
  9. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 상에 위치하는 뱅크층, 유기 발광층 및 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극을 더욱 포함하며,
    상기 뱅크층은 상기 유기 절연막과 동일한 물질로 이루어지는 표시 장치.
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