KR20160081616A - 플렉서블 트랜지스터용 기재 및 이를 포함하는 플렉서블 유기박막트랜지스터 - Google Patents

플렉서블 트랜지스터용 기재 및 이를 포함하는 플렉서블 유기박막트랜지스터 Download PDF

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김효석
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이창희
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Abstract

본 발명은 플렉서블 트랜지스터용 기재 및 이를 포함하는 플렉서블 트랜지스터에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, OTFT 기재 소재로서, 폴리아마이드 필름 및/또는 폴리아마이드 페이퍼를 도입함으로써, 내열성, 유연성 및 전기적 특성을 확보하여 경제성, 생산성이 우수하면서도 응용분야가 폭 넓은 플렉서블 트랜지스터를 제공할 수 있는 발명에 관한 것이다.

Description

플렉서블 트랜지스터용 기재 및 이를 포함하는 플렉서블 유기박막트랜지스터{Substrate for flexible transistor and Flexible organic thin-film transistor containing the same}
본 발명은 트랜지스터 구성 중 하나인 기재에 사용될 수 있는 폴리아마이드 필름 또는 폴리아마이드 페이퍼(paper)로 구성된 플렉서블 트랜지스터용 기재 및 이를 포함하는 플렉서블 트랜지스터에 관한 것이다.
최근 스마트 의류(smart wear)에 대한 관심 및 연구가 증대하고 있는데, 스마트 의류란, 섬유 도는 의류의 속성을 유지하면서도 전기, 전자 소재 등을 접목시켜서, 디지털 기능을 구현할 수 있는 기능성 의류를 의미하며, 이는 군사용으로 개발되어 현재에는 의류 분야, 의료 분야 등으로 확대 적용하기 위해 지속적으로 연구 및 투자가 이루어지고 있는 추세에 있다. 예를 들어, 프린틴 전자 기술을 이용하여 웨어러블 컴퓨터(wearable computer)와 의류를 접목시킬 수 가 있다.
또한, 최근 디스플레이와 관련하여, 사람들이 휴대성이 용이하면서도 좀 더 큰 화면을 원하기 때문에 접거나 구부리거나, 말 수 있는 플렉서블 디스플레이의 개발이 요구되고 있다. OLED나 LCD 같은 평판 디스플레이는 고해상도와 저전력 구동을 위해서는 능동형(active matrix) 구동방식이 필요한데, 현재 사용되고 있는 실리콘과 같은 무기 박막트랜지스터는 제조온도가 높고, 휘거나 구부렸을 때 쉽게 깨어지기 때문에 플렉서블 디스플레이에 적용하기에는 한계가 있다.
이와 같이, 스마트 의류, 플렉서블 디스플레이 등의 플렉서블 전기·전자제품을 제공하기 위해서, 휘거나 구부렸을 때도 견딜 수 있는 유기박막트랜지스터(Organic Thin Film Transistor, OTFT)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
유기박막트랜지스터(OTFT: organic thin film transistor)는 반도체층으로 실리콘막 대신에 유기반도체막을 사용하는 것으로, 유기막의 재료에 따라 올리코티오펜(oligothiophene), 펜타센(pentacene) 등과 같은 저분자 유기물 박막트랜지스터와 폴리티오펜(polythiophene)계열 등과 같은 고분자 유기물 박막트랜지스터로 분류된다. 또한, 유기반도체 박막 형성 공정 방법에 따라서는 유기반도체 재료가 용매에 용해되어서 다양한 코팅법으로 박막을 도포할 수 있는 용액 공정용 유기반도체와 용매에 용해가 불가능하여 고진공 장치에서 열을 가하여 유기반도체를 승화 시켜서 박막을 형성하는 진공증착용 유기반도체로 분류된다. 용액공정으로 유기반도체 박막을 도포할 수 있는 방법이 진공증착법에 비해서는 제조단가가 매우 낮고, 다양한 코팅법에 의해서 유연 기판 위에 롤투롤(Roll to Roll) 연속 공정이 가능하여 최근 활발히 연구되고 있다.
롤투롤 공정의 경우, 플렉서블 유기박막트랜지스터를 보다 낮은 가격으로 대량 생산할 수 있다. 하지만 이를 위해서는 플라스틱이나 스테인리스 스틸과 같이 휠 수 있는 기판을 사용해야 하는데, 이를 위해서는 공정 온도를 300℃ 이하의 온도로 낮추거나, 또는 높은 공정온도에서도 견딜 수 있는 내열성이 우수하면서도 유연성 및 전기적 특성이 우수한 소재를 도입해야 하는 문제가 있다. 이에 기존에는 유기박막트랜지스터의 기재(substrate)로서 PET 소재의 필름, 섬유 등을 도입을 했었는데, 내열성이 부족한 한계가 있다.
미국 등록번호 US 6,107,117호 (공개일 2000.08.22) 대한민국 공개특허 KR 2012-0021023호 (공개일 2012.03.08)
본 발명자들은 경제성 높은 플렉서블 트랜지스터를 개발하고자 노력한 결과, 플렉서블 트랜지스터의 기재용 소재로서, 특정 폴리아마이드 소재를 도입하면 내열성 및 전기적 특성이 우수하면서 플렉서블(flexible)한 트랜지스터의 기재를 제공할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 개발하였다. 즉, 본 발명은 플렉서블 트랜지스터용 기재 및 이를 포함하는 플렉서블 트랜지스터를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 플렉서블 트랜지스터용 기재에 관한 것으로서, 상기 기재는 폴리아마이드 필름(film) 또는 폴리아마이드 페이퍼(paper)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명은 플렉서블 트랜지스터용 기재 중 상기 폴리아마이드 필름은 디아민 및 프탈로일계 화합물의 중합체를 함유한 폴리아마이드 수지를 경화시킨 기재로서, 상기 폴리아마이드 수지는 디아민 및 프탈로일계 화합물을 1 : 0.9 ~ 1.1 당량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명은 플렉서블 트랜지스터용 기재에 있어서, 상기 폴리아마이드 수지의 디아민은 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 페닐렌디아민; 및 3,3'-옥시디아닐린 및 3,4'-옥시디아닐린 중에서 선택된 1종 이상을 옥시디아닐린; 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 상기 폴리아마이드 수지의 프탈로일계 화합물은 테레프탈로일 클로라이드와 테레프탈로일 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 테레프탈로일계 화합물; 및 이소프탈로일 클로라이드와 이소프탈로일 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 이소프탈로일계 화합물; 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명은 플렉서블 트랜지스터용 기재에 있어서, 상기 폴리아마이드 수지는 상기 페닐렌 디아민과 상기 옥시디아닐린을 7 ~ 9 : 1 ~ 3 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 또한, 상기 페닐렌 디아민은 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민을 1 : 1 ~ 3 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 상기 폴리아마이드 수지의 상기 디아민은 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린을 3.5 ~ 4.5 : 3.5 ~ 4.5 : 0.5 ~ 1.5 : 0.5 ~ 1.5 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예로서, 상기 폴리아마이드 수지의 상기 디아민은 상기 페닐렌 디아민 및 상기 옥시디아닐린을 7 ~ 8 : 2 ~ 3 중량비로 포함하고, 상기 페닐렌 디아민은 파라페닐렌 디아민이고, 상기 옥시디아닐린은 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며, 상기 프탈로일계 화합물은 테레프탈로일계 화합물 및 이소프탈로일계 화합물을 6 ~ 8 : 2 ~ 4 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명에 있어서, 상기 폴리아마이드 수지는 디아민 및 프탈로일계 화합물의 상기 중합체 100 중량부에 대하여, 수산화칼슘, 산화칼슘 및 수산화리튬 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 중화제 1 ~ 5 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 또한, 상기 중합체 100 중량부에 대하여, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 기공형성제 2 ~ 8 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 기공형성제는 중량평균분자량 5,000 ~ 45,000인 폴리비닐피롤리돈인 것을 특징으로 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 중합체는 파라(para) 함량이 80% ~ 90%인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명에 있어서, 상기 폴리아마이드 수지는 브룩필드(Brookfield) 점도계로 25℃에서 측정시, 용액점도가 45,000 ~ 120,000 cP이고, 열팽창계수(CTE)가 15 ppm/℃ ~ 25 ppm/℃이고, 유리전이온도(Tg)가 300℃ ~ 340℃인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 폴리아마이드 수지는 IPC TM6502.2.4A에 의거하여 측정시, 열수축률이 0.01% ~ 0.4%이고, ASTM D882에 의거하여 측정시, 영율(young's modulus)이 5.8 Gpa ~ 7.0 Gpa인 것을 특징으로 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명은 플렉서블 트랜지스터용 기재 중 상기 폴리아마이드 페이퍼는 메타 폴리아마이드 페이퍼, 파라 폴리아마이드 페이퍼 및 메타-파라 폴리아마이드 페이퍼 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 폴리아마이드 페이퍼 중 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 겉보기 밀도는 0.20 g/㎤ ~ 0.40 g/㎤이고, ASTM D-828에 의거하여 측정시 두께가 10 ㎛ ~ 150 ㎛일 때, MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상이고, MD 방향 신장율이 5.0% 이상이며, TAPPI T414에 의거하여 측정시 MD 방향 인열강도가 0.95 N이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 평량이 35 g/㎡ ~ 50 g/㎡인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 메타 폴리아마이드 플록 및 메타 폴리아마이드 피브리드를 포함하며, 상기 메타 폴리아마이드 플록 및 메타 폴리아마이드 피브리드는 고유점도(I.V)가 1.5 ~ 2.0인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 플렉서블 트랜지스터용 기재를 포함하는 플렉서블 트랜지스터에 관한 것으로서, 앞서 설명한 플렉서블 트랜지스터용 기재(10); 게이트(30), 게이트 전극 절연체(40), 소스(source, 50), 드레인(drain, 60) 및 활성체(70)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재(10)와 게이트(30) 사이에 평탄화구조체(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 페이퍼인 경우, 상기 평탄화구조체는 단층구조로서, PMF(Poly(melamine-co-formaldehyde), PVP(Poly(4-vinylphenol)), PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate), PEGDMA(Poly ethylene glycol dimethacrylate), PPGDMA(Poly propylene glycol dimethacrylate), PPGDA(poly propylene glycol diacrylate), PDEGDA(Poly diethylene glycol diacrylate), 하기 화학식 1로 표시되는 POSS계 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 실라잔계 화합물 및 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서, E는
Figure pat00002
,
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
이고, R1, R3 및 R4는 각각은 독립적인 것으로서, 탄소수 2 ~ 5의 알킬렌기이며, R2는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이고, X는 -NHR5이고, 상기 R5는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이며,
[화학식 2]
Figure pat00005
상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R9 각각은 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며, B는 -NHR10이고, 상기 R10은 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 필름인 경우, 상기 평탄화구조체는 단층구조로서,하기 화학식 3으로 표시되는 중합체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00006
상기 화학식 3에 있어서, R1 내지 R8 각각은 독립적인 것으로서, 수소원자, 할로겐원자, 카복실기(carboxyl group), 아마이드기(amide group), -CF3, -Si(OR)mH3-m, 포밀기(formyl group) 또는 아실기(acyl group)이고, 상기 n은 중량평균분자량 50,000 ~ 200,000을 만족하는 유리수이며, m은 0 ~ 3의 정수이다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 필름 또는 폴리아마이드 페이퍼인 경우, 상기 평탄화구조체는 다층구조로서, 상기 평탄화구조체는PMF, PVP, PGMEA, PEGDMA, PPGDMA, PPGDA, PDEGDA, 상기 화학식 1로 표시되는 POSS계 화합물, 상기 화학식 2로 표시되는 실라잔계 화합물 및 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제1 평탄화층; 및 상기 화학식 3으로 표시되는 중합체를 포함하는 제2 평탄화층;을 포함하며, 상기 기재, 상기 제1 평탄화층 및 상기 제2평탄화층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 평탄화구조체 성분으로서, 상기 폴리실란계 화합물은 하기 화학식 4-1로 표시되는 단량체의 중합체; 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 포함하는 공중합체; 및 하기 화학식 4-3으로 표시되는 중합체;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 4-1]
Figure pat00007
상기 화학식 4-1에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이고,
[화학식 4-2]
Figure pat00008
상기 화학식 4-2에 있어서, R1은 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며,
[화학식 4-3]
Figure pat00009
상기 화학식 4-3에 있어서, 상기 R1은 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며, R2는 탄소수 2 ~ 5의 알킬렌기이고, R3 및 R4는 독립적인 것으로서, 수소원자, 탄소수 1 ~ 3의 알킬기 또는 탄소수 1 ~ 3의 알콕시기이며, R5는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 평탄화구조체 성분으로서, 상기 폴리실란계 화합물 중 상기 공중합체는 상기 화학식 4-1로 표시되는 단량체 및 상기 화학식 4-2로 표시되는 단량체를 1 : 2 ~ 6 몰비로 공중합시킨 것을 특징으로 할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 평탄화구조체(20)의 제1평탄화층(21)은 상기 PEGDMA 및 PPGDMA 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 디메타크릴레이트계 화합물; 및 상기 POSS계 화합물, 실라잔 및 폴리실라잔 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 혼합물;을 1 : 0.1 ~ 1.5 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 평탄화구조체(20)는 상기 제1평탄화층(21) 및 제2평탄화층(22)은 두께비가 두께비가 1 : 0.1 ~ 10인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 기재는 평균두께 0.1 ㎛ ~ 150㎛이고, 상기 평탄화구조체는 평균두께 0.1 ㎛ ~ 10 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 필름일 때, 파라미터 측정기(Semiconductor Parameter Analyzer, Aigilent 4155C)로 소자의 on일때와 off일때의 전류값의 비율 측정 시, 전달곡선(Transfer curve, Ion/Ioff )비가 1.0×10-4 ~ 1.0×10-2 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 필름일 때, 반도체 파라미터 분석기로 10V ~ -30V로 측정 시, 전자이동도(Mobility) 값이 2.0×10-4 ~ 1.0×10-2㎠/V·s일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 필름일 때, 반도체 파라미터 분석기로 소자가 켜지는 시점(turn on)의 게이트 전압 측정 시, 임계전압(Threshold Voltage, Vth)값이 -12.0V ~ -6.0V일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 페이퍼일 때, 반도체 파라미터 측정기로 소자의 on일때와 off일때의 전류값 비율 측정 시, 전달곡선(Transfer curve, Ion/Ioff )비가 1.0×102 ~ 1.0×104인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 페이퍼일 때, 반도체 파라미터 분석기로 10V부터 -100 V로 측정 시, 전자이동도 값이 1.0×10-4 ~ 3.5×10-2 ㎠/V·s 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 트랜지스터에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 페이퍼일 때, 반도체 파라미터 분석기로 소자가 켜지는 시점의 게이트 전압 측정 시, 임계전압 값이 -7.0V ~ -14.0V 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 트랜지스터 기재는 내열성이 우수하여 롤투롤 공정, 롤-임프린팅 공정 등 다양한 공정에 의해 플렉서블 트랜지스터를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성이 우수하면서도, 전달곡선(Transfer curve, Ion/Ioff)가 높으면서도, 전자이동도(Mobility)값이 우수하고, 임계전압(Threshold Voltage, Vth)값이 우수한 전기적 특성을 갖는 플렉서블 트랜지스터를 제조할 수 있는 발명이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 트랜지스터의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 평탄화구조체를 포함하는 트랜지스터의 개략도를 나타낸 것이다.
도 3은 폴리아마이드 페이퍼의 제조공정의 개략도를 나타낸 것이다.
도 4은 실험예 4에서 실시한 비교예 2-3의 플렉서블 트랜지스터의 평탄화층의 표면 거칠기를 측정한 AFM(atomic force microscope) 측정 사진이다.
도 5는 실험예 4에서 실시한 실시예 2-1의 플렉서블 트랜지스터의 평탄화층의 표면 거칠기를 측정한 AFM 측정 사진이다.
도 6는 실험예 4에서 실시한 비교예 2-4의 플렉서블 트랜지스터의 평탄화층의 표면 거칠기를 측정한 AFM 측정 사진이다.
도 7은 실험예 4에서 실시한 실시예 2-2의 플렉서블 트랜지스터의 평탄화층의 표면 거칠기를 측정한 AFM 측정 사진이다.
도 8은 실험예 5에서 실시한 실시예 2-1, 실시예 2-3 및 비교예 2-1의 OTFT 소자의 동작 및 전기적 특성 측정 실험이며, VGS(gate voltage)는 게이트 전압이고, VDS(voltage of drain and source)는 소스와 드레인의 전압이며, IDS(Electic current of drain and and source)는 소스와 드레인 양단간에 흐르는 전류를 의미하며, W/L 는 게이트 폭/채널 길이를 의미한다.
도 9는 실험예 5에서 실시한 실시예 2-8 및 비교예 2-5의 트랜지스터의 동작 및 전기적 특성 측정 실험이며, VGS(gate voltage)는 게이트 전압이고, IDS(Electic current of drain and and source)는 소스와 드레인 양단간에 흐르는 전류를 의미한다.
도 10은 실험예 5에서 실시한 실시예 1-7 및 비교예 2-1의 트랜지스터의 동작 및 전기적 특성 측정 실험이다.
도 11은 실험예 5에서 실시한 실시예 1-1의 트랜지스터의 동작 및 전기적 특성 측정 실험이다.
본 발명에서 사용하는 용어인 [필름]은 당업계에서 일반적으로 사용하는 필름 형태뿐만 아니라, 시트(sheet) 형태, 박막 형태, 코팅 형태를 포함하는 폭 넓은 의미이며, 다만, 페이퍼(페이퍼)는 제외한 의미이다.
본 발명에서 사용하는 용어인 [C1], [C2] 등은 탄소수를 의미하는 것으로서, 예를 들어 [C1 ~ C5의 알킬기]는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기를 의미한다.
본 발명에서
Figure pat00010
로 표현된 화학식에서, [R1은 독립적으로 수소원자, 메틸기 또는 에틸기이며, a는 1 ~ 3이다.]라고 치환기에 대해 표현되어 있을 때, a가 3인 경우, 복수의 R1, 즉 R1 치환기가 3개가 있고, 이들 복수 개의 R1들 각각은 서로 같거나 다른 것으로서, R1들 각각은 모두 수소원자, 메틸기 또는 에틸기일 수 있으며, 또는 R1들 각각은 다른 것으로서, R1 중 하나는 수소원자, 다른 하나는 메틸기 및 또 다른 하나는 에틸기일 수 있음을 의미하는 것이다. 그리고, 상기 내용은 본 발명에서 표현된 치환기를 해석하는 일례로서, 다른 형태의 유사 치환기도 동일한 방법으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에서 사용하는 용어인 "플록"이라 함은 스테이플 섬유보다 더 짧은 길이의 섬유를 의미하며, 플록의 길이는 약 0.5 내지 약 15 mm이고 직경은 4 내지 50 ㎛이며, 바람직하게는 길이는 1 내지 12 mm이고 직경은 8 내지 40 ㎛일 수 있다. 폴리아마이드 플록은 예를 들어, 미국등록특허 제3,063,966호, 제3,133,138호, 제3,767,756호 및 제3,869,430호에 기재된 방법에 의해 제조된 것과 같이 유의한 또는 임의의 피브릴화 없이 폴리아마이드 섬유를 짧은 길이로 절단하여 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 용어인 "피브리드"라 함은 비(非)과립형의 펄프 또는 필름-유사 입자를 의미하며, 바람직하게는, 이의 융점 또는 분해점이 320 ℃를 초과할 수 있다. 피브리드는 평균 길이가 0.5 내지 2 mm이고 종횡비는 15:1 내지 50:1이다. 미국 특허 제3,018,091호에 개시된 유형의 피브리드화 장치를 사용하는 것을 포함하고, 중합체 용액이 단일 단계로 침전 및 전단되는 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명을 한다.
본 발명의 플렉서블 트랜지스터는 유기박막트랜지스터(이하, OTFT로 칭함) 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor) 및 산화물박막트랜지스터(Oxide Thin Layer Transistor) 중에서 선택된 1종 이상의 트랜지스터를 포함한다.
본 발명의 플렉서블 트랜지스터(이하, TFT로 칭함.)는 도 1에 개략도로 도시한 바와 같이 기재(10), 게이트(gate, 30), 게이트 전극절연체(40), 소스(source, 50), 드레인(drain, 60) 및 활성체(70)를 포함할 수 있으며, 또한, 본 발명의 플렉서블 OTFT는 도 2에 개략도로 도시한 바와 같이 기재(10), 평탄화구조체(20), 게이트(gate, 30), 게이트 전극절연체(40), 소스(source, 50), 드레인(drain, 60) 및 활성체(70)를 포함할 수 있으며, 상기 평탄화구조체(20)는 제1평탄화층(21) 및 제2평탄화층(22)이 차례대로 적층되어 있을 수 있다.
본 발명의 플렉서블 TFT는 우수한 내열성 및 전기적 특성 확보를 위해 상기 기재(10)로서, 특정 폴리아마이드 필름 또는 특정 폴리아마이드 페이퍼를 기재로 도입한 발명이다.
본 발명의 플렉서블 TFT는 도 1 및/또는 도 2에 개략도로 도시한 바와 같이 폴리아마이드 필름 및/또는 폴리아마이드 페이퍼를 기재(10)로 사용할 수 있으며, 기재로서, 폴리아마이드 필름을 도입하는 경우, 평탄화구조체(20, 또는 평탄화구조체층)을 도입하거나 또는 도입하지 않을 수 있다. 그러나, 기재로서 폴리아마이드 페이퍼를 도입하는 경우에는 기재인 페이퍼의 표면 거칠기로 인해 TFT의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해 도 2와 같이 평탄화구조체(20)를 도입하는 것이 바람직하다.
기재(10)로서, 폴리아마이드 필름을 사용하는 경우, 기재의 평균두께는 -20 ㎛~ 60 ㎛인 것이, 바람직하게는 20 ㎛ ~ 40㎛인 것이 좋으며, 이때, 기재의 평균두께가 20 ㎛ 미만이면 필름이 찢어지는 문제가 있을 수 있고, 100 ㎛를 초과하면 플렉서블 TFT의 투명성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 두께를 갖는 것이 좋다.
그리고, 기재(10)로서, 폴리아마이드 페이퍼를 사용하는 경우, 기재의 평균두께 0.1㎛ ~ 150㎛인 것이, 바람직하게는 0.1㎛ ~ 100㎛인 것이, 더욱 바람직하게는 0.2㎛ ~ 80 ㎛인 것이 좋으며, 이때, 기재층의 평균두께가 0.1 ㎛ 미만이면 페이퍼가 찢어지는 문제가 있을 수 있고, 150 ㎛를 초과하면 TFT 소자의 유연성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 두께를 갖는 것이 좋다.
이때, 기재 소재로서, 메타 폴리아마이드 페이퍼를 사용하는 경우, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 겉보기 밀도가 0.20 g/㎤ ~ 0.40 g/㎤이고, ASTM D-828에 의거하여 측정시 두께가 10 ㎛ ~ 150 ㎛일 때, MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상, 바람직하게는 25 N/㎝ ~ 35 N/㎝이고, MD 방향 신장율이 5.0% 이상, 바람직하게는 5.0 ~ 10.0%이며, TAPPI T414에 의거하여 측정시 MD 방향 인열강도가 0.95 N이상인 것을, 바람직하게는 1.00 N ~ 1.20 N인 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 두께가 0.14 mm일 때, MD 방향 비인열강도가 20 N㎡/㎏ ~ 30 N㎡/㎏을, 바람직하게는 비인열강도 22 N㎡/㎏ ~ 28 N㎡/㎏을 갖을 수 있으며, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 평량이 35 g/㎡ ~ 50 g/㎡, 바람직하게는 38 g/㎡ ~ 45 g/㎡을 갖을 수 있다. 그리고, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 메타폴리아마이드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하며, 상기 플록 및 피브리드는 고유점도(I.V)가 1.5 ~ 2.0인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 TFT에 있어서, 게이트(gate, 30)는 당업계에서 사용하는 일반적인 소재를 사용할 수 있으며, 일례를 들면, 질소가 도핑된 실리콘(N doped silicone), 금(Au), 은(Ag) 등의 소재로 게이트를 제조할 수 있다. 그리고, 게이트의 평균두께는 25㎚ ~ 80 ㎚ 정도로, 바람직하게는 40㎚ ~ 70 ㎚ 정도로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 TFT에 있어서, 게이트 전극절연체(40) 당업계에서 사용하는 일반적인 소재를 사용할 수 있으며, 일례를 들면, 실리카(SiO2) 등으로 형성시킬 수 있고, 그 평균두께는 50 ㎚ ~ 500 ㎚ 정도로, 바람직하게는 80 ㎚ ~ 400 ㎚ 정도가 되도록 형성시킬 수 있으며, 더욱 바람직하게는 기재가 폴리아마이드 필름인 경우, 게이트 전극절연체의 평균두께는 80 ㎚ ~ 150 ㎚을 갖는 것이 좋으며, 기재가 폴리아마이드 페이퍼인 경우, 게이트 전극절연체의 평균두께는 250 ㎚ ~ 400 ㎚인 것이 좋다.
본 발명의 TFT에 있어서, 소스(source, 50) 및/또는 드레인(drain, 60)은 당업계에서 사용하는 일반적인 소재를 사용할 수 있으며, 일례를 들면 금(Au), 은(Ag) 등의 소재로 게이트를 제조할 수 있다. 그리고, 소스 및/또는 드레인의 평균두께는 40 ㎚ ~ 90 ㎚ 정도로, 바람직하게는 50 ㎚ ~ 80 ㎚ 정도로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 TFT에 있어서, 상기 활성체(70)는 당업계에서 사용하는 일반적인 소재를 사용할 수 있으며, 일례를 들면 펜타센(pentacene) 등을 주소재로 하는 수지를 사용하여 형성시킬 수도 있다. 그리고, 활성체의 평균두께는 30 ㎚ ~ 70 ㎚ 정도로, 바람직하게는 40 ㎚ ~ 60 ㎚ 정도로 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 TFT는 평탄화구조체(20)을 포함할 수 있는데, 이에 대하여 이하에서 자세하게 설명을 한다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 평탄화구조체는 기재층의 상단면에 형성되며, 평탄화구조체(20)는 단층구조 또는 도 2에 개략도로 도시한 바와 같이, 평탄화구조체(20)는 제1평탄화층(21) 및 제2평탄화층(22)의 다층구조로 형성시킬 수 있다.
상기 기재가 폴리아마이드 페이퍼인 경우, 상기 평탄화구조체는 단층구조로서, 상기 평탄화구조체는 PMF(Poly(melamine-co-formaldehyde), PVP(Poly(4-vinylphenol)), PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate), PEGDMA(Poly ethylene glycol dimethacrylate), PPGDMA(Poly propylene glycol dimethacrylate), PPGDA(poly propylene glycol diacrylate), PDEGDA(Poly diethylene glycol diacrylate), 하기 화학식 1로 표시되는 POSS계 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 실라잔계 화합물 및 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 평탄화구조체를 형성시킬 수 있다.
상기 기재가 폴리아마이드 페이퍼인 경우, 평탄화구조체를 다층구조로 형성시키는 경우, 상기 제1평탄화층은 PMF, PVP, PGMEA, PEGDMA, PPGDMA, PPGDA, PDEGDA, 하기 화학식 1로 표시되는 POSS계 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 실라잔계 화합물 및 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEGDMA 및 EGDMA중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 디메타크릴레이트계 화합물; 및 상기 POSS계 화합물, 상기 실라잔계 화합물 및 상기 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 혼합물;을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 디메타크릴레이트계 화합물; 및 상기 혼합물을 1 : 0.1 ~ 1.5 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 1.2 중량비로, 더욱 바람직하게는 1 : 0.5 ~ 1.2 중량비로 포함하는 것이 유연성 및 내열성 면에서 유리하다.
[화학식 1]
Figure pat00011
상기 화학식 1에 있어서, E는
Figure pat00012
,
Figure pat00013
또는
Figure pat00014
이고, 바람직하게는
Figure pat00015
또는
Figure pat00016
이다. 그리고, 상기 R1, R3 및 R4 각각은 독립적인 것으로서, 탄소수 2 ~ 5의 알킬렌기이며, 바람직하게는 탄소수 2 ~ 3의 알킬렌기이다. 또한, 상기 R2는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이고, 바람직하게는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 ~ 2의 알킬기이다. 그리고, 상기 X는 ?HR5이고, 상기 R5는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이며, 바람직하게는 수소원자이다.
[화학식 2]
Figure pat00017
상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R9 각각은 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며, 바람직하게는 수소원자이다. 그리고, B는 -NHR10이고, 상기 R10은 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이며, 바람직하게는 R10은 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 2의 알킬기이다.
그리고, 상기 폴리실라잔계 화합물은 하기 화학식 4-1로 표시되는 단량체의 중합체; 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 포함하는 공중합체; 및 하기 화학식 4-3으로 표시되는 중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 포함하는 공중합체를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 화학식 4-1로 표시되는 단량체 및 상기 화학식 4-2로 표시되는 단량체를 1 : 2 ~ 6 몰비로 공중합시킨 공중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 4-1]
Figure pat00018
상기 화학식 4-1에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이고, 바람직하게는 수소원자 또는 탄소수 1의 알킬기이다.
[화학식 4-2]
Figure pat00019
상기 화학식 4-2에 있어서, R1은 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이고, 바람직하게는 탄소수 1의 알킬기이다.
[화학식 4-3]
Figure pat00020
상기 화학식 4-3에 있어서, 상기 R1은 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며, 바람직하게는 탄소수 1의 알킬기이다. 그리고, R2는 탄소수 2 ~ 5의 알킬렌기이고, 바람직하게는 탄소수 2 ~ 3의 알킬렌기이다. 또한, R3 및 R4는 독립적인 것으로서, 수소원자, 탄소수 1 ~ 3의 알킬기 또는 탄소수 1 ~ 3의 알콕시기이며, 바람직하게는 탄소수 탄소수 1 ~ 3의 알콕시기이다. 그리고, R5는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며, 바람직하게는 탄소수 1의 알킬기이다.
본 발명의 평탄화층은 상기 제1평탄화층의 상단면에 특정 물질을 포함하는 제2평탄화층을 도입함으로서, 표면 거칠기를 크게 개선시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 제2평탄화층은 하기 화학식 3으로 표시되는 중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00021
상기 화학식 3에 있어서, R1 내지 R8 각각은 독립적인 것으로서, 수소원자, 할로겐원자, 카복실기(carboxyl group), 아마이드기(amide group), -CF3, -Si(OR)mH3-m, 포밀기(formyl group) 또는 아실기(acyl group)이이며, 바람직하게는 R1 내지 R8 각각은 독립적으로 불소원자, 염소원자 또는 포밀기이며, 더욱 바람직하게는 R1 내지 R8 각각은 모두 불소원자이다. 그리고, 상기 n은 화학식 3으로 표시되는 중합체는 중량평균분자량 50,000 ~ 200,000을 만족하는 유리수이고, 바람직하게는 중량평균분자량 70,000~ 150,000을 만족하는 유리수이다. 또한, 상기 m은 0 ~ 3의 정수이고 바람직하게는 2 ~ 3의 정수, 더욱 바람직하게는 3이다.
상기 기재가 폴리아마이드 필름인 경우, 상기 평탄화구조체는 단층구조로서, 상기 화학식 3으로 표시되는 중합체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기재가 폴리아마이드 필름일 때도, 폴리아마이드 페이퍼와 마찬가지로 평탄화구조체를 다층구조로 형성시켜서 더 낮은 표면거칠기를 갖도록 할 수 있으며, 이 경우, 폴리아마이드 페이퍼와 동일한 방법으로 평탄화구조체는 PMF, PVP, PGMEA, PEGDMA, PPGDMA, PPGDA, PDEGDA, 하기 화학식 1로 표시되는 POSS계 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 실라잔계 화합물 및 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 제1평탄화층(21); 및 상기 상기 화학식 3으로 표시되는 중합체를 포함하는 제1평탄화층(22);이 기재 상단에 차례대로 적층되도록 형성시킬 수 있다.
그리고, 상기 평탄화구조체(20)는 전체 평균두께 0.1 ㎛ ~ 10 ㎛로, 바람직하게는 평균두께 0.2㎛ ~ 5㎛로, 더욱 바람직하게는 0.2㎛ ~ 1㎛로 형성시킬 수 있다. 이때, 제1평탄화층 및/또는 제2평탄화층을 포함하는 평탄화구조체의 전체 두께가 0.1 ㎛ 미만이면 표면 거칠기가 증가하여 TFT 소자의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있으며, 평탄화구조체의 전체 두께가 10 ㎛를 초과하여 두껍게 할 필요는 없다.
또한, 상기 평탄화구조체에 있어서, 제1평탄화층과 제2평탄화층은 두께비가 1 : 0.1 ~ 10가 되도록 형성시키는 것이 좋으며, 이때, 제2평탄화층이 제1평탄화층 대비 1 : 0.1 두께비로 너무 얇으면 표면 거칠기 감소 효과가 떨어질 수 있으며, 1 : 10두께비로 제2평탄화층을 형성시키는 것을 불필요하게 너무 두껍게 제2평탄화층을 형성시키는 것이며, 오히려 박육화에 불리하므로, 상기 두께비를 갖도록 제1평탄화층 및 제2평탄화층을 형성시키는 것이 유리하다.
이와 같이, 기재의 상단면에 단층의 평탄화층 및/또는 복수층의 제1평탄화층 및 제2평탄화층을 형성시키는 경우, 본 발명에서 있어서, 평탄화구조체의 표면 거칠기는 0.1 ㎚ ~ 300 ㎚, 바람직하게는 1㎚ ~ 100 ㎚, 더욱 바람직하게는 2 ㎚ ~ 50 ㎚일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 TFT를 구성하는 기재에 대하여 더욱 구체적으로 설명을 하면, 본 발명의 플렉서블 TFT용 기재는 폴리아마이드 필름 또는 폴리아마이드 페이퍼를 사용한다.
본 발명의 플렉서블 TFT용 기재로서, 폴리아마이드 필름에 대하여 먼저 설명을 한다.
폴리아마이드 필름 형성에 사용되는 폴리아마이드 수지는 디아민 및 프탈로일계 화합물의 중합체를 포함하며, 상기 폴리아마이드 수지는 디아민 및 프탈로일계 화합물을 1 : 0.9 ~ 1.1 당량비로, 바람직하게는 1:1 당량비로 중합시킨 중합체를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 중합체는 메타 폴리아마이드 중합체 및/또는 메타-파라 폴리아마이드 중합체를 포함할 수 있다. 이때, 디아민과 프탈로일계 화합물이 1:0.9 당량비 미만이면 중합도가 떨어질 수 있으며, 1:1.1 당량비를 초과하여 사용하는 것은 미반응된 프탈로일계 화합물의 잔량이 발생하므로 비경제적이다. 즉, 폴리아마이드 수지를 구성하는 중합체의 종류에 따라 상기 폴리아마이드 수지를 경화시켜 형성한 기재성분이 메타 폴리아마이드 필름 또는 메타-파라 폴리아마이드 필름을 형성할 수 있는 것이다.
본 발명의 플렉서블 TFT 기재로서, 폴리아마이드 필름은 메타 폴리아마이드 필름 또는 메타-파라 폴리아마이드 필름일 수 있으며, 바람직하게는 메타-파라 폴리아마이드 필름일 수 있다. 따라서, 상기 필름 형성에 사용되는 수지는 메타 폴리아마이드 중합체 및/또는 메타-파라 폴리아마이드 중합체를 포함하는 폴리아마이드 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메타-파라 폴리아마이드 중합체를 포함하는 폴리아마이드 수지를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 메타-파라 폴리아마이드 중합체는 파라(para) 함량이 80% 이상, 바람직하게는 80% ~ 90%, 더욱 바람직하게는 80 ~ 85%인 것이 내열성 확보면 및 적정 점도 확보면에서 유리하다.
플렉서블 TFT 기재인 폴리아마이드 필름에 있어서, 상기 폴리아마이드 중합체는 앞서 설명한 바와 같이, 디아민(diamime)과 프탈로일계 화합물을 중합시켜 제조할 수 있는데, 이때, 제조에 사용되는 상기 디아민은 페닐렌디아민 및 옥시디아닐린 중에서 선택된 1 종을, 바람직하게는 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 상기 옥시디아닐린은 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린 중에서 선택된 1종 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있는데, 3,4'-옥시디아닐린을 사용하면 점도가 증가하는 경향이 있으며, 3,4'-옥시디아닐린을 사용하면 내열성면에서 3,4'-옥시디아닐린 보다 유리한 경향이 있는 바, 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린 사용량 조절을 통해서 점도, 유리전이온도 등을 물성의 조절이 가능하다.
본 발명의 플렉서블 TFT 기재인 폴리아마이드 필름에 있어서, 상기 폴리아마이드 중합체 중합시, 상기 페닐렌 디아민과 상기 옥시디아닐린의 적정 사용량은 페닐렌 디아민과 옥시디아닐린을 7 ~ 9 : 1 ~ 3 중량비로, 바람직하게는 7.5 ~ 8.5 : 1.5 ~ 2.5 중량비로, 더욱 바람직하게는 7.2 ~ 8.2 : 1.8 ~ 2.2 중량비로 사용하는 것이 좋은데, 페닐렌 디아민과 옥시디아닐린의 사용량이 7 : 3 중량비 미만으로 페닐렌 디아민을 적게 사용하면 내열성 및 기계적 물성이 증가하나, 용액 점도가 높아지는 문제가 있고, 9 : 1 중량비를 초과하여 페닐렌 디아민을 사용하면 용액 점도는 낮아지나, 내열성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
이때, 페닐렌 디아민으로서 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민 2종을 사용하는 경우, 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민을 1 : 1 ~ 3 중량비로, 바람직하게는 1 : 1.4 ~ 1.8 중량비를 사용하는 것이 좋은데, 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민을 1 : 1 중량비 미만으로 파라페닐렌디아민을 적게 사용하면 최종 반응물인 중합체, 폴리아마이드 수지의 파라 함량이 너무 낮아서 열적 특성이 현저히 감소되어 내열성이 떨어질 수 있고, 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민을 1 : 3 중량비를 초과하여 파라페닐렌디아민을 많이 사용하면 파라 함량이 너무 높아서, 용액 점도가 너무 높아지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 폴리아마이드 중합체 중합시, 상기 디아민을 4종을 사용하는 경우, 일실시예로서 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린의 디아민을 사용하는 경우에는 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린을 3.5 ~ 4.5 : 3.5 ~ 4.5 : 0.5 ~ 1.5 : 0.5 ~ 1.5 중량비로 사용하는 것이 적정 점도, 열팽창성, 내열성 및 기계적 물성 면에서 유리하다.
또한, 상기 폴리아마이드 필름에 있어서, 상기 폴리아마이드 중합체 중합시, 페닐렌 디아민으로서, 파라페닐렌 디아민만을 사용할 수 있는데, 이때에는 프탈로일계 화합물로서, 테레프탈로일계 화합물 및 이소프탈로일계 화합물 2종을 사용함으로써, 이소프탈로일계 화합물의 사용량 조절을 통해 중합체의 파라 함량을 조절할 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 디아민으로서, 파라페닐렌 디아민만을 사용할 때에는 상기 디아민은 파라페닐렌 디아민 및 옥시디아닐린을 7 : 3 ~ 8 : 2 중량비로 사용하는 것이 좋으며, 이때, 파라페닐렌 디아민 함량이 7 중량비 미만으로 사용시 옥시디아닐린의 사용량이 상대적으로 증가하여 용액점도가 너무 증가하고 열팽창성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으며, 파라페닐렌 디아민 함량이 8 중량비를 초과하여 사용하면 오히려 용액점도가 너무 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 페닐렌 디아민을 파라페닐렌 디아민만을 사용할 때에는 프탈로일계 화합물은 테레프탈로일계 화합물 및 이소프탈로일계 화합물을 6 ~ 8 : 2 ~ 4 중량비로 사용하여, 중합체의 파라 함량을 조절을 통해 얻고자 하는 물성을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 폴리아마이드 필름에 있어서, 상기 폴리아마이드 중합체 중합에 사용하는 프탈로일계 화합물은 테레프탈로일 클로라이드와 테레프탈로일 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 테레프탈로일계 화합물; 및 이소프탈로일 클로라이드와 이소프탈로일 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 이소프탈로일계 화합물; 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 테레프탈로일 클로라이드 및/또는 이소프탈로일 클로라이드를 사용하는 것이 좋다.
앞서 설명한 본 발명의 플렉서블 TFT 기재로서, 폴리아마이드 필름 제조를 위한 폴리아마이드 수지는 상기 디아민과 테레프탈로일 클로라이드 및 이소프탈로일계 화합물을 용매에 투입한 다음, 중합시켜서 중합체를 포함하는 중합액을 제조한 후, 상기 중합체 100 중량부에 대하여 산화칼슘(CaO), 수산화칼슘(CaO2)이나 또는 수산화리튬(LiOH) 등의 염기성 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 중화제 1 ~ 5 중량부를 첨가하여 중화 공정을 거쳐서 제조할 수 있다.
이때, 상기 용매는 당업계에서 사용하는 일반적인 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 NMP((n-methyl 2-pyrrolidoe) 및 DMAc(dimethyl acetamide) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 제조한 폴리아마이드 수지를 필름화하여 플렉서블 OTFT용 기재로 사용할 수 있는 것이다.
이하에서는 본 발명의 플렉서블 TFT 용 기재로서, 폴리아마이드 페이퍼(paper)에 대하여 설명을 한다.
구체적으로 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리아마이드 페이퍼의 제조방법을 위한 공정도로서, 이를 제조하는 바람직한 일례를 설명하면 아래와 같다.
폴리아마이드 플록 및 아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 1단계; 습지필을 탈수하는 2단계; 탈수된 습지필을 1차 열풍 건조하는 3단계; 건조된 습지필을 2차 건조하는 4단계; 및 건조된 지필을 250 ~ 320℃에서 3차 건조하는 5단계를 포함하는 공정을 통하여 폴리아마이드 페이퍼를 제조할 수 있다.
상기 습지필을 제조하는 단계에 있어서, 상기 폴리아마이드 플록 및 폴리아마이드 피브리드는 메타 폴리아마이드 페이퍼를 제조하고자 하는 경우, 메타 아리미드 플록 및 메타 폴리아마이드 피브리드를 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량은 메타폴리아마이드 플록 100 중량부에 대하여 메타폴리아마이드 피브리드 80 ~ 200 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다. 메타 폴리아마이드 피브리드 및 메타 폴리아마이드 플록에 유용에 적합한 메타 폴리아마이드 중합체는 아미드 (-CO-NH-) 결합의 적어도 85%가 2개의 방향족 고리에 직접 부착되는 폴리아미드일 수 있고, 첨가제가 함께 사용될 수 있으며, 최대 10중량% 만큼 많은 다른 중합체성 재료가 메타 폴리아마이드와 블렌딩될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 폴리아마이드의 다이아민을 치환하는 10%만큼 이산 클로라이드를 갖는 공중합체가 사용 될 수 있다. 그리고, 메타 폴리아마이드 중합체는 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드), 4,4-다이아미노다이페닐 설폰 및/또는 3,3-다이아미노다이페닐 설폰의 중합체일 수 있으며, 바람직하게는 폴리(메타페닐렌아이소프탈아미드)의 중합체일 수 있다.
한편, 메타 폴리아마이드 피브리드 및 메타 폴리아마이드 플록에 포함된 상기 메타 폴리아마이드 중합체의 고유점도(I.V)는 1.5 ~ 2.0인 것이 1차 열풍건조, 2차 건조 및 3차건조와 관련하여 페이퍼의 물성을 향상시키는데 매우 유리하다. 만일, 메타 폴리아마이드 중합체의 고유점도(I.V)가 1.5 미만이거나 2.0을 초과하면 물성향상의 정도가 현저하게 떨어지게 된다.
한편, 1 단계에서는 고해기(Refiner: 100)를 이용하여 폴리아마이드 플록 및 폴리아마이드 피브리드를 물에 혼합하여 지료를 제조할 수 있다. 상기 폴리아마이드 플록 및 피브리드는 전체 지료 조성물에 대하여 1 ~ 10중량%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 고해기(100)을 통과한 지료는 헤드박스(120)를 거쳐 금망부 (wire part: 210)로 이송된다. 상기 금망부(210)는 엔드리스상(endless 狀)으로 형성된 장망식 초지기(fourdrinier machine)와, 큰 원통형으로 형성된 환망식 초지기(cylinder machine), 경사식 초지기(Inclined machine), 금망부가 상하로 형성된 쌍망식 초지기(Gap Former)로 구분될 수 있으며 본 발명에서는 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 헤드박스(120)에서 토출된 지료는 금망부의 지합판(forming board: 211)을 통해 습지필(wet web)을 형성한다.
다음으로, 2 단계에서 습지필을 탈수시키는데, 상기 습지필은 금망부(210)에 구비된 다수의 롤러에 의해 이송하게 되며, 이때 탈수부(212)를 통과하면서 탈수공정이 수행된다. 상기 탈수부는 석션박스(suction box)를 통해 달성될 수 있으며, 상기 석션박스는 복수개가 구비될 수 있다. 상기 석션박스는 금망 하부에 접하도록 설치되며, 탈수된 물은 금망 외부로 배출한다.
다음으로 3 단계에서 상기 탈수된 습지필을 열풍건조부(220)에서 1차 열풍건조를 수행하는데, 상기 3 단계는 습지필의 수분제거를 증대시키고 습지 구조의 두께 감소를 최소화하기 위해 수행하는 것으로서 이를 수행하지 않은 페이퍼에 비하여 벌크(Bulk), 통기도 및 흡수성 증가 등 물성이 향상된다. 한편, 상기 3단계는 바람직하게는 195℃ ~ 250℃의 온도에서 수행하는 것이 유리하다. 만일, 상기 온도범위를 벗어나서 열풍건조를 수행하면 물성향상의 정도가 미미해지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 3 단계는 반드시 열풍건조를 통해 달성되어야 하며, 열풍건조기의 예시로서 테트(Through Air Dryer), 스푸너(Spooner) 등이 포함될 수 있다. 만일 열풍건조가 아닌 다른 종류의 건조기(예를 들어, 접촉식 건조기의 일종인 Cylinder Dryer, Yankee Dryer, Lab. 수초지 건조기 등)를 사용하는 경우에는 지필 내의 수분이 포켓 형태로 잔류해 건조가 불량해지며, 건조 펠트(Felt)에 의해 습지가 압착된 상태로 건조됨에 따라 두께 감소가 되는 문제가 발생할 수 있으며, 온도조건을 만족하는 경우에도 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 2 단계와 3 단계 사이 또는 3 단계와 4 단계 사이에 습지필을 압축탈수부(230)에서 압축탈수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우에도 압축탈수는 메타 폴리아마이드 페이퍼의 저밀도 범위를 만족하는 정도인 경우 선택적으로 진행될 수 있다.
다음으로, 4 단계로서 상기 열풍건조된 습지필을 2차 건조부(240)에서2차 건조를 실시하여 지필을 제조한다. 이는 습지필을 수분을 효과적으로 제거하기 위한 것으로, 건조온도는 100℃ ~ 150℃일 수 있다. 만일 건조온도가 100℃ 미만이면 원하는 만큼 건조가 되지 않아 건조불량 문제가 발생할 수 있고, 150℃를 초과하면 급격한 건조로 습지필 내부의 수분이 포켓(Pocket)형태로 잔류되는 문제가 발생할 수 있다. 건조시간은 30초 내지 600초일 수 있다.
다음으로, 5 단계는 상기 열풍건조된 지필을 250℃ ~ 320℃에서 3차 건조부(250)에서 3차 건조한다. 종래의 폴리아마이드 페이퍼는 3단계, 5 단계를 거치지 않고 단순히 4 단계의 단순히 100℃ ~ 150℃에서 건조공정을 통해 아마리드 페이퍼를 수득하였다. 그 결과, 캘린더링을 거치지 않으므로 저밀도를 유지하면서도 신장율, 인열강도 등이 기존의 폴리아마이드 페이퍼에 비하여 현저하게 향상되는 것을 확인하였다. 구체적으로 상기 3차 건조는 250℃ ~ 320℃에서 수행되는 것이 물성향상에 매우 유리하다. 만일 3차 건조온도가 250℃ 미만이거나 320℃를 초과하면 원하는 물성을 만족하게 어렵다. 한편, 상기 3차 건조는10 ~ 80초간 수행될 수 있다. 만일 10초 미만이면 원하는 목적을 달성하기 어렵고80초를 초과하면 지필의 유연성이 감소하여 제품 가공성에 문제가 발생할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 플렉서블 TFT 는 기재를 폴리아마이드 필름을 사용하는 경우, 반도체 파라미터 분석기(Semiconductor Parameter Analyzer, Aigilent 4155C)로 소자의 on일때와 off일때의 전류값 비율 측정 시, 전달곡선(Transfer curve, Ion/Ioff )비가 1.0×10-4 ~ 1.0×10-2일 수 있으며, 바람직하게는 2.50 ×10-4 ~ 9.00×10-3일 수 있다.
또한, 기재를 폴리아마이드 필름을 사용하는 경우, 본 발명의 플렉서블 TFT 는 반도체 파라미터 분석기로 10V에서 -30V 로 측정시, 전자이동도(Mobility) 값이 2.0×10-4 ~ 1.0×10-2㎠/V·s 일 수 있으며, 바람직하게는 2.10×10-4 ~ 9.50×10-3 ㎠/V·s 일 수 있다.
또한, 기재를 폴리아마이드 필름을 사용하는 경우, 본 발명의 플렉서블 TFT는 반도체 파라미터 분석기로 소자가 켜지는 시점(turn on)의 게이트 전압(gate voltage) 측정 시, 임계전압(Threshold Voltage, Vth)값이 -12.0V ~ -6.0V 를, 바람직하게는 -11.0 ~ -7.0V를 갖을 수 있다.
그리고, 본 발명의 플렉서블 TFT는 기재를 폴리아마이드 페이퍼를 사용하는 경우, 반도체 파라미터 측정기로 소자의 on일때와 off일때의 전류값의 비율 측정 시, 전달곡선(Ion/Ioff )비가 1.0×102 ~ 1.0×104일 수 있으며, 바람직하게는 1.0×102 ~ 7.0×103일 수 있다.
또한, 기재를 폴리아마이드 페이퍼를 사용하는 경우, 본 발명의 플렉서블 TFT는 반도체 파라미터 분석기로 10V ~ -100V으로 측정시, 전자이동도(Mobility) 값이 1.0×10-4 ~ 3.5×10-2 ㎠/V·s 일 수 있으며, 바람직하게는 1.0×10-3 ~ 3.5×10-2 ㎠/V·s일 수 있다.
또한, 기재를 폴리아마이드 페이퍼를 사용하는 경우, 본 발명의 플렉서블 TFT는 반도체 파라미터 분석기로 소자가 켜지는 시점(turn on)의 게이트 전압(gate voltage) 측정 시, 임계전압(Threshold Voltage, Vth)값이 -7.0V ~ -14.0V를, 바람직하게는 -7.0 ~ -11.0V를 갖을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[ 실시예 ]
준비예 1-1 : 플렉서블 기재용 TFT 기재용 폴리아마이드 필름의 제조
용매로서, n-메틸-2 피롤리돈(n-methyl 2-pyrrolidone:NMP)를 100 중량부에 대하여 메타페닐렌디아민(m-phenylene diamine: MPD) 4 중량부, 파라페닐렌디아민(p-phenylene diamine: PPD) 4 중량부, 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianiline) 2 중랑부 및 테레프탈로일 클로라이드(terephthaloyl chloride: TPC) 10 중량부를 혼합하여 중합하여 중합공정을 실시하여 폴리아마이드 중합체를 포함하는 중합액을 제조하였다.
다음으로, 상기 중합공정 후, 중합액 100 중량부에 수산화칼슘(Ca(OH)2) 3 중량부를 첨가하여 중화 공정을 실시하여, 폴리아마이드 수지를 제조하였다.
다음으로, 상기 폴리아마이드 수지를 유리기판의 일면에 캐스팅한 후 120℃에서 건조하고, 수세공정을 통해 투명한 평균두께 20㎛의 TFT 기재용 폴리아마이드 필름을 제조하였다. 그리고, 상기 TFT는 유기박막트랜지스터(이하, OTFT로 칭함)이다.
준비예 1-2 ~ 1-7 및 비교준비예 1-1 ~ 1-5
상기 준비예 1-1과 동일한 방법으로 폴리아마이드 수지 및 OTFT 기재용 폴리아마이드 필름을 제조하되, 하기 표 1의 조성비를 갖도록 MPD, PPD, 3,4'-ODA, 4,4'-ODA, TPC 및 IPC를 사용하여 폴리아마이드 수지 및 OTFT 기재용 폴리아마이드 필름을 제조하였다.
구분 조성비
(중량비)		 조성비
(당량비)		 중합체의
파라 함량(%)		 중량평균
분자량		 용해도
MPD PPD 3,4'
-ODA		 4,4'
-ODA		 합계 TPC IPC
준비예 1-1 4 4 - 2 10 10 - 80% 138,000 ○
준비예 1-2 2 6 2 - 10 - 80% 121,000 ○
준비예 1-3 2.5 5 - 2.5 10 - 87.5% 168,000 ○
준비예 1-4 3.5 4.5 0.5 1.5 10 - 80% 110,000 ○
준비예 1-5 - 8 - 2 6 4 80% 142,000 ○
준비예 1-6 - 8 2 - 8 2 80% 115,000 ○
준비예 1-7 4 6 - - 10 - 80% 207,000 ○
비교준비예
1-1		 - 10 - - 10 - 100% × ×
비교준비예
1-2		 10 - - - - 10 0% 199,000 ○
비교준비예
1-3		 - 6 - 4 10 - 100% 231,000 △
비교준비예
1-4		 - 6 4 - 10 - 80% 220,000 ○
비교준비예
1-5		 2 6 - 2 10 - 90% 218,000 ○
○ : 용해성 좋음, △ : 용해성 보통, ×: 용해성 나쁨
준비예 1-1 ~ 1-7의 경우, 용해도가 우수했으나, 중합체의 파라함량이 100%인 비교준비예 1-1의 폴리아마이드 수지의 경우, 용해도가 매우 좋지 않았으며, PPD, 4,4'-ODA 및 TPC로 합성한 중합체의 파라함량이 100%인 폴리아마이드 수지의 경우, 다른 준비예 1-1 ~ 1-7 및 비교준비예 1-2, 비교준비예 1-4 ~ 1-5와 비교할 때, 용해성이 상대적으로 떨어지는 결과를 보였다.
상기 표 1의 실험결과를 통해, 중합체에 메타 함량이 증가시키면 용해성이 증가하는 경향이 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 2 : 폴리아마이드 수지 및 폴리아마이드 필름의 물성측정실험
상기 준비예 1-1 ~ 1-7 및 비교준비예 1-1 ~ 1-5에서 제조한 폴리아마이드 수지의 용액점도를 측정하였으며, 또한, 폴리아마이드 필름의 열팽창지수, 유리전이온도, 열수축률 및 영모듈을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 용액 점도 측정 방법
브룩필드(Brookfield) 점도계를 이용하여, 25℃에서 용액점도를 측정하였다.
(2) 열팽창지수( CTE ) 측정 방법
열 기계분석장치인 TMA(Thermal Mechanical Analysis)장치를 이용하고, 50°~ 200°범위에 있어서, MD(mechanism direction) 방향에 관해서 인장법에 의하여 구했다.
(3) 유리전이온도( Tg ) 측정 방법
열 기계분석장치인 DMA(Dynamic Mechanical Analysis) 장치를 이용해, MD(mechanism direction) 방향에 관해서 인장법에 의하여 구했다.
(4) 열수축률 (%) 측정방법
IPC TM6502.2.4A에 의거하여, 가로 세로 10 cm 잘라 초기 상태의 치수 (초기 치수) 와 150℃에서 1 시간 가열 처리한 후의 치수 (가열 후 치수)를 측정하고, 이들 측정치로부터 하기 수학식 1에 의해 열수축률을 산출하였다.
[수학식 1]
열수축률 (％) = {(초기 치수-가열 후 치수)/초기 치수}×100
(5) 영률 ( young's modulus ) 측정방법
ASTM D882에 의거하여, 인스트론 타입의 인장 시험기를 이용하고, 5회의 측정 결과의 평균치를 본 발명에서의 영률로 한다.
구분 조성비
(중량비)		 조성비
(당량비)		 용액
점도(cP)		 CTE
(ppm/℃)		 Tg
(℃)		 열
수축률
(%)		 영률
(Gpa)
MPD PPD 3,4'
-ODA		 4,4'
-ODA		 합계 TPC IPC
준비예 1-1 4 4 - 2 10 10 - 87,000 16 310 0.20 6.5
준비예 1-2 2 6 2 - 10 - 85,000 18 309 0.21 6.3
준비예 1-3 2.5 5 - 2.5 10 - 102,000 14 311 0.20 6.6
준비예 1-4 3 5 1 1 10 - 90,000 18 307 0.24 6.3
준비예 1-5 - 8 - 2 6 4 89,000 17 306 0.27 6.4
준비예 1-6 - 8 2 - 8 2 79,000 19 307 0.22 6.1
준비예 1-7 4 6 - - 10 - 217,000 15 322 0.2 6.5
비교준비예
1-1		 - 10 - - 10 - × 9 350 0.1 7.0
비교준비예
1-2		 10 - - - 10 178,000 40 270 0.5 5.0
비교준비예
1-3		 - 6 - 4 10 - 298,000 11 320 0.2 6.0
비교준비예
1-4		 - 6 4 - 10 - 230,000 15 317 0.2 6.3
비교준비예
1-5		 2 6 - 2 10 - 224,000 12 319 0.2 6.1
상기 표 2의 실험결과를 살펴보면, 준비예 1-1 ~ 1-7의 경우, 12,000 cP(25℃) 이하의 용액 점도를 갖으면서도, 우수한 CTE, Tg, 열수축률 및 영률를 갖는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 메타 함량이 거의 없는 비교준비예 1-1의 경우, 내열성이 매우 우수하나, 중합물이 겔화되어 용액점도를 측정할 수 없었으며, 열팽창지수가 너무 낮았다. 그리고, 파라 함량이 거의 없는 비교준비예 1-2의 경우, 열팽창지수(CTE)는 우수하나, 내열성이 매우 저조하였다.
또한, 페닐렌 디아민과 옥시디아닐린을 7:3 중량비를 벗어난 6:4 중량비로 사용한 비교준비예 1-3 및 비교준비예 1-4의 경우, 용액점도가 너무 높은 문제를 보였다.
그리고, MPD와 PPD를 1 : 3 중량비를 초과한 1 : 3.5 중량비를 사용한 비교예 5는 내열성 등의 전반적인 물성은 우수하였으나, 이 역시 너무 높은 용액점도를 보였다.
상기 실험예를 통하여, 본 발명의 OTFT 기재용 폴리아마이드 필름에 사용되는 폴리아마이드 수지가 낮은 용액점도, 다시 말하면 45,000 ~ 12,000 cP(25℃) 정도의 적절한 용액점도를 갖는 바, 가공성, 용해성이 우수함을 확인할 수 있었다. 그리고, 본 발명의 OTFT 기재용 폴리아마이드 필름이 CTE, 열수축률 및 영률의 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 유리전이온도가 300℃ 이상, 바람직하게는 300℃ ~ 340℃로 매우 우수한 내열성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
준비예 2-1 : 폴리아마이드 페이퍼의 제조
고유점도 1.8의 메타폴리아마이드(폴리 메타 페닐렌이소프탈아미드) 도프(mA Dope)를 제조하였고, 피브릴 제조장치를 이용하여 여수도(Canadian Standard Freeness)가 150 ㎖인 메타폴리아마이드 피브리드(Fibrid)를 제조하였다. 제조된 피브리드는 습식 부직포 제조 공정성 향상 및 최종 제품인 분리막의 물리적 특성 향상을 위하여 리파이너(Double Disk Refiner)를 이용하여 0.8% 농도로 고해를 실시하여 피브리드의 여수도를 80 ㎖로 조정하였다.
한편, 동일 폴리머를 이용하여 2.0 데니어의 섬유를 생산한 후, 섬유장이 7 mm가 되도록 제단하여 플럭(Floc)을 제조하였으며, 이 플럭의 강도는 5.3g/de이고 신도는 35%였다.
이후 물에 상기 피브리드와 플록을 6 : 4의 중량비로 혼합하고, 이를 물에 대하여 0.5중량%가 되도록 첨가하여 지료를 제조하였다.
상기 지료를 도 3의 페이퍼 제조장치에 투입하여 습지필을 제조하였다. 이 후, 열풍 건조기에서 200℃에서 30초간 1차 열풍건조를 수행하였으며, 120℃에서60초간 2차 건조 이후 지필을 실린더 건조기에서 300℃로 20초간 3차 건조를 수행하고 이를 냉각하여 메타 폴리아마이드 페이퍼(평균두께 60㎛)를 제조하였다.
준비예 2-2
열풍건조기의 온도가 235℃ 이고, 메타 폴리아마이드 페이퍼의 평균두께가 80㎛인 것을 제외하고는 준비예 2-1과 동일하게 실시하여 메타 폴리아마이드 페이퍼를 제조하였다.
준비예 2-3
고유점도가 1.5의 메타폴리아마이드를 사용한 것을 제외하고는 준비예 2-1과 동일하게 실시하여 메타 폴리아마이드 페이퍼(평균두께 60㎛)를 제조하였다.
준비예 2-4
고유점도가 2.0의 메타 폴리아마이드를 사용하고, 메타 폴리아마이드 페이퍼의 평균두께가 80㎛인 것을 제외하고는 준비예 2-1과 동일하게 실시하여 메타폴리아마이드 페이퍼를 제조하였다.
준비예 2-5
메타 폴리아마이드 페이퍼의 평균두께가 130㎛인 것을 제외하고는 준비예 2-1과 동일하게 실시하여 메타 폴리아마이드 페이퍼를 제조하였다.
비교준비예 2-1
메타 폴리아마이드 페이퍼의 평균두께가 170㎛인 것을 제외하고는 준비예 2-1과 동일하게 실시하여 메타 폴리아마이드 페이퍼를 제조하였다.
비교준비예 2-2
메타 폴리아마이드 페이퍼의 평균두께가 0.07㎛로 제조하고자 했으나, 페이퍼가 부서지고 가공하기 어려운 문제가 발생했다.
실험예 3 : 폴리아마이드 페이퍼의 물성 측정
상기 준비예 2-1 ~ 준비예 2-5및 비교준비예 2-1에서 제조한 폴리아마이드 페이퍼의 물성을 하기와 같이 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 인장강도 (N/ cm ) 및 신장율 (%)
인장강도와 신장율은 ASTM D-828에 의거하여 항온항습 조건에서 24시간 조습처리를 실시한 후 시료를 기계방향으로 재단하여 수평형 인장강도 측정기에서 MD(기계방향) 방향으로 하중을 가하였을 때 최대강도로 측정하였고, 신장율은 인장파단 시까지 시편이 늘어난 길이비로 측정하였다.
(2) 인열강도 (N)
인열강도는 TAPPI T414에 의거하여 항온항습 조건에서 24시간 조습 처리를 실시한 후 시료를 폭방향으로 재단하여 엘멘도르프(Elmendorf) 인열강도 측정기에서 MD(기계방향) 인열강도를 측정하였다.
(3) 비인열강도( Nm 2 / kg )
비인열강도는 측정된 평량 및 인열강도 값을 이용하여 하기 수학식 1로 산출하였다.
[수학식 1]
비인열강도(Nm2/kg) = 인열강도(N)×1000 / 평량(g/㎡)
(4) 흡수량
흡수량은 TAPPI T441에 의거하여 면적 100 ㎠ 크기의 콥(Cobb) 테스트기에 항온항습 처리 후 칭량된 시료를 장착한 후 테스트기에 물 100ml을 붓고 60초 후에 흡수되지 않은 물을 버리고 합습지로 시료 표면의 물기를 제거한 후, 칭량을 실시하였고, 흡수량은 하기 수학식 2로 산출하였다.
[수학식 2]
흡수량(g/㎡) = (최종 시편의 무게(g) - 항온항습처리된 시편의 무게(g))×100
구분 평량
(g/㎡)		 두께
(㎛)		 겉보기
밀도
(g/㎠)		 MD 인장강도
(N/cm)		 MD 신장율
(%)		 MD
인열강도
(N)		 MD
비인열강도
(Nm2/kg)		 흡수량
(g/㎡)
준비예 2-1 41.3 60 0.29 29.45 6.79 1.08 26.2 13.5
준비예 2-2 41.6 80 0.30 29.59 7.26 1.07 25.8 13.5
준비예 2-3 41.4 60 0.28 32.72 7.36 1.15 27.8 13.7
준비예 2-4 42.0 80 0.28 31.03 7.14 1.13 26.9 14.1
준비예 2-5 41.8 130 0.28 30.12 6.92 1.08 25.8 13.0
비교준비예 2-1 42.0 170 0.40 36.12 7.62 1.33 28.8 16.0
준비예 3 -1: 제1평탄화 수지의 제조
PEGDMA(Poly ethylene glycol dimethacrylate) 및 하기 화학식 1-1로 표시되는 POSS계 화합물(hybrid plastics사 제품)을 1 : 1중량비로 혼합한 혼합물 96중량%와 광개시제인 Darocur1173 (Ciba specialty chemicals 社)를 4 중량%를 혼합하고, 코팅 후 UV경화하여 무용제 타입의 제1평탄화 수지를 제조하였다.
[화학식 1-1]
Figure pat00022
상기 화학식 1에 있어서, E는
Figure pat00023
이고, R1은 -CH2-CH2-이고, R2는 메틸기이다.
준비예 3 -2
PEGDMA(Poly ethylene glycol dimethacrylate) 및 하기 화학식 1-2로 표시되는 POSS계 화합물을 1 : 0.1중량비로 혼합하여 혼합물 98 중량%와 광개시제인 Irgacure 250 (Ciba specialty chemicals 社)를 2 중량%를 혼합하고, 코팅 후 UV경화하여, 무용제 타입의 제1평탄화 수지를 제조하였다.
[화학식 1-2]
Figure pat00024
상기 화학식 1에 있어서, E는
Figure pat00025
이고, R3는 -CH2-CH2-이고, R4는 -CH2-이다.
준비예 3-3
하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물 및 화학식 4-2로 표시되는 화합물 0.8 : 0.2 몰비로 포함하는 공중합 형태의 폴리실라잔계 화합물(상품명:KION 1800)을 준비하였다.
그리고, PEGDMA및 상기 폴리실라잔을 1 : 1중량비로 혼합하여 혼합물 96 중량%와 광개시제인 Darocur1173 (Ciba specialty chemicals 社)를 4 중량%를 혼합하고, 코팅 후 UV경화하여 무용제 타입의 제1평탄화 수지를 제조하였다.
[화학식 4-1]
Figure pat00026
상기 화학식 4-1에 있어서, 상기 R1은 메틸기이며, R2는 수소원자이다.
[화학식 4-2]
Figure pat00027
상기 화학식 4-2에 있어서, R1은 메틸기이다.
준비예 3-4
PPGDA(Poly propylene glycol diacrylate) 및 상기 화학식 1-1의 POSS 계 화합물을 1 : 1중량비로 혼합하여 혼합물 96 중량%와 광개시제인 Darocur1173 (Ciba specialty chemicals 社)를 4 중량%를 혼합하고, 코팅 후 UV경화하여, 무용제 타입의 평탄화 수지를 준비하였다.
비교준비예 3-1
3작용성 산에스테르(Trifunctional Acid Ester, SARTOMER 사의 CD9051) 96 중량%와 광개시제인 Darocur1173 (Ciba specialty chemicals 社)를 4 중량%를 혼합하고, 코팅 후 UV경화하여, 무용제 타입의 평탄화 수지를 준비하였다.
비교준비예 3-2
상기 준비예 3-1의 화학식 1-1로 표시되는 POSS계 화합물 96 중량% 및 광개시제인 Darocur1173 (Ciba specialty chemicals 社)를 4 중량%를 혼합하고, 코팅 후 UV경화하여 제1평탄화 수지를 제조하였다.
비교준비예 3-3
상기 준비예 3-3의 폴리실라잔계 화합물(상품명:KION 1800) 96중량% 및 광개시제인 Darocur1173 (Ciba specialty chemicals 社)를 4 중량%를 혼합하고, 코팅 후 UV경화하여 제1평탄화 수지를 제조하였다.
준비예 4 : 제2평탄화 수지의 제조
플루로카본용제(fluorocarbon solvent, CT-solv.180, asahi glass)와 하기 화학식 3-1로 표시되는 중합체를 1 : 0.5 부피비로 혼합하여, 제2평탄화 수지를 제조하였다.
[화학식 3-1]
Figure pat00028
상기 화학식 3-1에 있어서, R1 내지 R8은 모두 불소원자이다.
실시예 1-1 : 폴리아마이드 필름을 기재로 한 플렉서블 OTFT 의 제조
상기 준비예 1-1에서 제조한 OTFT용 기재인 폴리아마이드 필름을 글라스의 상면에 고정시킨 후, 상기 폴리아마이드 필름의 일면에 열증착(thermal evaporation)법으로 진공 증착기를 이용하여, 도 1에 개략도로 도시한 형태의 게이트(30), 게이트 전극절연체(40), 활성체(70), 소스(50, source) 및 드레인(60, drain)을 증착시켜서, 플렉서블 유기박막트랜지스터(OTFT)를 제조하였다.
이때, 게이트(30, gate)는 Au를 사용하여 형성시켰으며, 1.0 ~ 1.5 Å/sec의 속도로 증착시켜서, 50㎚의 평균두께를 갖도록 하였다.
게이트 전극절연체(40, Gate insulator)는 SiO2로 0.5 Å/sec의 속도로 증착시켜서, 100㎚의 평균두께를 갖도록 하였다
활성체(70)은 펜타선(Pentacene)으로 0.2~0.3 Å/sec의 속도로 증착시켜서, 50 ㎚의 평균두께를 갖도록 형성시켰다.
그리고, 소스(50) 및 드레인(60)은 각각 Au로 1.0~1.5 Å/sec의 속도로 증착시켜서, 70 ㎚의 평균두께를 갖도록 형성시켰다.
실시예 1-2 ~ 실시예 1-6
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 플렉서블 유기박막트랜지스터(OTFT)를 제조하되, 상기 준비예 1-1에서 제조한 폴리아마이드 필름 대신 준비예 1-2 ~ 준비예 1-6에서 제조한 폴리아마이드 필름 각각을 OTFT용 기재로 사용하여 유기박막트랜지스터를 제조하여, 실시예 1-2 ~ 실시예 1-6을 각각 실시하였다.
실시예 1-7
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 플렉서블 유기박막트랜지스터(OTFT)를 제조하되, 상기 폴리아마이드 필름의 일면에 준비예 1-7에서 제조한 제2평탄화 수지를 사용하여 평균두께 100㎚로 코팅시켜서, 폴리아마이드 필름의 기재(10)와 게이트(30) 사이에 평탄화층(20)이 형성된 플렉서블 OTFT를 제조하였다.
비교예 1-1
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 메타 폴리아마이드 필름 소재의 기재층 대신 평균두께 20㎛의 유리기판을 기재로 사용하고, 평탄화층을 형성시키지 않고서. 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
실시예 2-1 : 폴리아마이드 페이퍼를 기재로 한 플렉서블 OTFT 의 제조(다층구조의 평탄화층)
상기 준비예 2-1에서 제조한 메타 폴리아마이드 페이퍼(평균두께 60㎛)를 글라스의 상면에 고정시켰다. 다음으로 준비예 2-1에서 제조한 제1평탄화 수지를 수지를 폴리아마이드 페이퍼 상단면에 스핀코팅시킨 후, UV경화시켜서, 평균두께 0.5㎛의 제1평탄화층(21)을 형성시켰다.
다음으로 상기 제1평탄화층(21)의 상단면에 준비예 3에서 제조한 제2평탄화 수지를 2,000 rpm/60sec의 조건으로 스핀코팅시켜서 평균두께 360 ㎚의 제2평탄화층(22)을 형성시켰다.
다음으로, 상기 제2평탄화층(22)의 일면에 열증착(thermal evaporation)법으로 진공 증착기를 이용하여, 도 2에 개략도로 도시한 형태의 게이트(30), 유전체(40), 활성체(70), 소스(50, source) 및 드레인(60, drain)을 증착시켜서, 플렉서블 유기박막트랜지스터(OTFT)를 제조하였다.
이때, 게이트(30, gate)는 Au를 사용하여 형성시켰으며, 1.0 ~ 1.5 Å/sec의 속도로 증착시켜서, 50㎚의 평균두께를 갖도록 하였다.
유전체(40, Dielectric)는 SiO2로 0.5 Å/sec의 속도로 증착시켜서, 300㎚의 평균두께를 갖도록 하였다
활성체(70)은 펜타센(Pentacene)으로 0.2 ~ 0.3 Å/sec 의 속도로 증착시켜서, 50 ㎚의 평균두께를 갖도록 형성시켰다.
그리고, 소스(50) 및 드레인(60)은 각각 Au로 1.0 ~ 1.5 Å/sec의 속도로 증착시켜서, 70 ㎚의 평균두께를 갖도록 형성시켰다.
실시예 2-2
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 제1평탄화층 형성시, 상기 준비예 3-1의 제1평탄화 수지(화학식 1-1의 POSS계 평탄화 수지) 대신 상기 준비예 3-2에서 제조한 제1평탄화 수지(화힉식 1-2의 POSS계 평탄화 수지)를 사용하여 제1평탄화층을 형성시켜서, 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
실시예 2-3
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 제1평탄화층 형성시, 상기 준비예 3-1의 제1평탄화 수지(화학식 1-1의 POSS계 평탄화 수지) 대신 상기 준비예 3-3에서 제조한 제1평탄화 수지(폴리실라잔계 평탄화 수지)를 사용하여 제1평탄화층을 형성시켜서, 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
실시예 2-4 ~ 실시예 2-7
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 기재층 소재로서, 준비예 2-1의 메타 폴리아마이드 페이퍼가 아닌 준비예 2-2 ~ 준비예 2-5의 메타 폴리아마이드 페이퍼를 사용하여 플렉서블 OTFT 소자를 각각 제조하여, 실시예 2-4 ~ 실시예 2-7을 실시하였다.
실시예 2-8
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 상기 준비예 3-1 대신 준비예 3-4의 평탄화 수지를 폴리아마이드 페이퍼 상단면에 코팅시킨 후, UV경화시켜서, 평균두께 0.54㎛의 단층의 평탄화층을 형성시켰다.
그리고, 상기 평탄화층의 상단면에 실시예 2-1과 동일한 방법으로 게이트(30), 유전체(40), 활성체(70), 소스(50, source) 및 드레인(60, drain)을 증착시켜서, 플렉서블 유기박막트랜지스터(OTFT)를 제조하였다.
비교예 2-1
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 메타 폴리아마이드 페이퍼 소재의 기재층 대신 유리기판을 기재로 사용하고, 평탄화층을 형성시키지 않고서 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
비교예 2-2
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 기재층 소재로서, 준비예 2-1의 메타 폴리아마이드 페이퍼가 아닌 비교준비예 2-1의 메타 폴리아마이드 페이퍼를 사용하여 플렉서블 OTFT 소자를 각각 제조하여, 비교예 2-2를 실시하였다.
비교예 2-3
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 제1평탄층 소재로서, 비교준비예 3-2에서 제조한 제1평탄화 수지를 사용하여 제1평탄화층을 형성시켜서 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
비교예 2-4
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 제1평탄층 소재로서, 비교준비예 3-3에서 제조한 제1평탄화 수지를 사용하여 제1평탄화층을 형성시켜서 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
비교예 2-5
상기 실시예 2-8과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 평탄층 소재로서 상기 화학식 1-1의 POSS계 화합물과 비교준비예 3-1에서 제조한 3작용성 산에스테르 소재를 1:1중량비로 혼합한 평탄화 수지를 사용하여 평균두께 0.55㎛의 단층구조의 평탄화층을 형성시켜서 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
비교예 2-6
상기 실시예 2-8과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 기재층 소재로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(제조사 Toray chemical 社)를 사용하여, 평균두께 60 ㎛의 기재층 제조한 후, 상기 기재층에 상단면에 제1평탄화층, 제2평탄화층, 게이트, 유전체, 활성체, 소스 및 드레인을 형성시켜서 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
비교예 2-7
상기 실시예 2-8과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 기재층 소재로서, 폴리우레탄 필름 및 PET직물(Toray chemical社)이 적층된 소재를 사용하여, 평균두께 60㎛의 기재층 제조한 후, 상기 기재층에 상단면에 제1평탄화층, 제2평탄화층, 게이트, 유전체, 활성체, 소스 및 드레인을 형성시켜서 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
비교예 2-8
상기 실시예 2-8과 동일한 방법으로 플렉서블 OTFT 소자를 제조하되, 기재층 소재로서, 폴리아마이드 직물(Toray chemical社, ARAWIN)를 사용하여, 평균두께 60㎛의 기재층 제조한 후, 상기 기재층에 상단면에 제1평탄화층, 제2평탄화층, 게이트, 유전체, 활성체, 소스 및 드레인을 형성시켜서 플렉서블 OTFT 소자를 제조하였다.
실험예 4 : 플렉서블 OTFT 의 평탄화층 표면 거칠기 측정 실험
평탄화층의 표면 거칠기는 OTFT의 전기적 특성에 영향을 주기 때문에, 표면 거칠기가 낮을수록 OTFT의 전기적, 전자적 특성에 악영향을 주지 않는다.
기재가 폴리아마이드 필름인 경우인 실시예 1-1 ~ 1-7및 비교예 1-1의 표면 거칠기 측정 실험결과를 하기 표 4에 나타내었고, 기재가 폴리아마이드 페이퍼인 경우인 실시예 2-1 ~ 2-8 및 비교예 2-1 ~ 2-8의 표면 거칠기 측정 실험결과를 하기 표 5에 나타내었다.
또한, 상기 실시예 2-1 ~ 2-2 및 비교예 2-3 ~ 2-4에서 제조한 플렉서블 OTFT 소자의 평탄화구조체의 표면 거칠기에 대한 AFM(Atomic Force Microscope)측정 결과를 도 4(비교예 2-3), 도 5(실시예 2-1). 도 6(비교예 2-4) 및 도 7(실시예 2-2)에 각각 나타내었다.
이때, RMS 표면 거칠기는 AFM(Park Systems, XE-100)기기를 이용하였으며, 사용한 팁(tip)은 320 kHz, 42 N/m였고, 측정된 이미지는 Gwyddion 프로그램을 이용하여 영상처리하였다.
비교예 2-3의 평탄화층(도 4)과 비교예 2-4의 평탄화층(도 6)의 경우, 각각 94㎚ 및 102㎚의 표면 거칠기를 보였다.
이에 반해, POSS계 제1평탄화 수지층만을 형성한 비교예 2-3 및 폴리실라잔계 제1평탄화 수지층만을 형성시킨 비교예 2-4와 달리, 제2평탄화층을 형성시킨 실시예 2-1(도 5)및 실시예 2-2(도 7)의 경우, 표면 거칠기가 각각 7.2㎚ 및 4.3 ㎚를 보였고, 이를 통하여, 제2평탄화 수지층을 형성시킴으로서, 표면 거칠기가 매우 크게 개선된 것을 확인할 수 있었으며, 특정 물질로 제2평탄화 수지층을 형성시킴으로서, 페이퍼 소재의 기재를 도입함으로 인해 발생할 수 있는 전기적 영향을 최소화시킬 수 있음을 확인하였다.
구분 Rq,
RMS 표면 거칠기
(nm)		 기재 두께
(㎛)		 구분 Rq,
RMS 표면 거칠기
(nm)		 기재 두께
(㎛)
실시예 1-1 6.21 20 실시예 1-5 5.12 20
실시예 1-2 4.32 20 실시예 1-6 4.87 20
실시예 1-3 5.77 20 실시예 1-7 3.51 0.1
실시예 1-4 5.13 20 비교예 1-1 15.3 20
상기 표 4의 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1-1 ~ 1-6의 경우, 전반적으로 표면 거칠기가 4.0 ~ 7.0 nm로 우수한 결과를 보였으며, 이는 유리기판을 사용한 비교예 2-1보다 낮은 표면 거칠기를 갖는 것이다. 그리고, 화학식 3으로 표시되는 화합물로 평탄화층을 더 형성시켰던 실시예 1-7의 경우, 실시예 1-1 ~ 1-6과 비교할 때, 상대적으로 더 낮은 표면 거칠기 결과를 보였다.
구분 Rq,
RMS 표면 거칠기
(nm)		 기재 두께
(㎛)		 구분 Rq,
RMS 표면 거칠기
(nm)		 기재 두께
(㎛)
실시예 2-1 0.64 60 비교예 2-1 0.50 60
실시예 2-2 0.73 60 비교예 2-2 3.24 170
실시예 2-3 0.58 60 비교예 2-3 8.3 60
실시예 2-4 0.82 80 비교예 2-4 6.29 60
실시예 2-5 0.76 60 비교예 2-5 11.4 60
실시예 2-6 0.94 80 비교예 2-6 0.72 60
실시예 2-7 1.05 130 비교예 2-7 97 60
실시예 2-8 1.57 60 비교예 2-8 152 60
상기 표 5의 실험결과를 살펴보면, 실시예 2-1 ~ 2-8의 경우, RMS 표면 거칠기가 0.58 ~ 1.57 nm로 매우 작은 값을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 반면에, 비교예 2-2 ~ 비교예 2-5 및 비교예 2-7 ~ 비교예 2-8의 경우 매우 높은 표면거칠기 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 2-1 ~ 실시예 2-3의 경우, 표면 거칠기가 각각 0.64 nm, 0.73 nm 및 0.58 nm를 보였는데, 이는 유리기판인 비교예 2-1(0.50)과 거의 유사한 표면 거칠기를 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 또한, 필름소재인 PET 필름 소재의 비교예 2-6 와 비교할 때도 표면거칠기 유사하거나, 더 낮은 값을 보였다.
이를 통하여, 표면거칠기가 높은 페이퍼 소재의 기재를 사용함에도 불구하고, 특정 소재로 평탄화층을 형성시킴으로서, 표면 거칠기가 매우 크게 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있었으며, 또한, 특정 물질로 제2평탄화 수지층을 형성시킴으로서, OTFT 소자의 기재층 및 평탄화층에 의해 발생할 수 있는 전기적 영향을 최소화시킬 수 있음을 확인하였다.
실험예 5 : 플렉서블 OTFT 의 전기적 특성 평가 실험
상기 실시예 1-1 ~ 1-7, 실시예 2-1 ~ 2-8 및 비교예 1-1 ~ 1-7에서 제조한 OTFT 소자 각각의 전기적 특성인 전달곡선(Transfer curve, Ion/Ioff )비, 전자이동도(Mobility, ㎠/(V·s)) 및 게이트 전압(gate voltage)의 임계전압(Threshold Voltage, Vth)을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6 및 표 7에 나타내었다.
또한, 실시예 2-1, 실시예2-3 및 비교예 2-1의 측정 결과를 도 8에 나타내었고, 실시예 2-8과 비교예 2-5의 측정 그래프를 도 9에 나타내었다.
그리고, 실시예 1-7 및 비교예 2-1의 측정 결과를 도 10에 나타내었다.
도 8 ~ 도 10에서 IDS는 하기 수학식 1에 의거하여 측정한 것이다.
[수학식 1]
Figure pat00029
상기 수학식 1에서, W는 게이트 폭이고, L은 채널길이이며, CI는 게이트 캐패시턴스, μ는 전자이동도이며, VT(Vth)는 문턱전압이다.
OTFT 소자의 전기적 특성은 VDS(voltage of drain and source)를 고정시키고, VGS(gate voltage)에 대한 IDS의 변화를 나타내는 전달특성(Transfer Characteristics, 게이트 전압의 영향이 전계의 형태로 채널에 전달되므로 전달특성이 라고 함.)과 출력전압 VDS에 대한 IDS의 변화를 각 VGS에 대해서 나타내는 출력특성(Output Characteristics, 일반적으로 소스와 드레인을 출력단으로 사용하므로 출력특성이라고 함.)을 측정하여 평가한 것이다.
그리고, 실시예 1-1의 전압에 따른 전류의 포화도 측정 결과를 도 11에 나타내었다.
구분 전자이동도
[㎠/(V·s)] 		임계전압
( V th ) 		전달곡선
( I on / I off )
실시예 1-1 2.16×10-4 -9.0 7.50×10-3
실시예 1-2 2.54×10-4 -10.0 5.51×10-3
실시예 1-3 7.54×10-4 -11.0 7.24×10-4
실시예 1-4 3.99×10-4 -10.0 5.07×10-4
실시예 1-5 8.54×10-3 -8.0 6.83×10-4
실시예 1-6 2.58×10-4 -9.0 2.52×10-4
실시예 1-7 7.71×10-3 -7.67 2.54×10-3
비교예 1-1 8.67×10-3 -6.02 8.02×10-2
실시예 1-1~ 실시예 1-7의 경우, 2×10-4 이상의, 바람직하게는 2.16×10-4 ~ 8.54×10- 3 의 우수한 전자이동도를 보였고, -12V 이상의 임계전압, 바람직하게는 -11V ~ -7.67V의 높은 임계전압을 보였으며, 이는 유기기판을 기재로 사용한 비교예 1-1과 거의 유사한 수치였다. 또한, 전달곡선 값도 2.50×10-4 이상, 바람직하게는 2.52×10-4 ~ 7.50×10-3으로 비교예 2-1과 비교할 때, 다소 미흡하지만 우수한 결과를 보였다.
그리고, 도 11에 나타낸 실시예 1-1의 OTFT 소자의 전압에 따른 전류의 포화도 측정 결과를 살펴보면, 그래프 곡선이 매우 매끄럽게 나타났는데, 이는 OTFT 소자의 출력특성이 균등하면서도 우수한 출력을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
구분 전자이동도
[㎠/(V·s)] 		임계전압
( V th ) 		전달곡선
( I on / I off )
실시예 2-1 2.18×10-2 -7.01 1.38×103
실시예 2-2 2.07×10-4 -8.02 1.12×103
실시예 2-3 2.65×10-3 -10.83 5.81×103
실시예 2-4 2.52×10-4 -12.47 1.30×103
실시예 2-5 2.48×10-4 -12.88 1.43×103
실시예 2-6 2.18×10-4 -12.49 1.38×103
실시예 2-7 2.54×10-4 -11.02 1.45×103
실시예 2-8 1.46×10-4 -12.14 1.38×103
비교예 2-1 8.41×10-4 -22.08 6.08×103
비교예 2-2 2.05×10-4 -12.36 1.10×103
비교예 2-3 - - -
비교예 2-4 - - -
비교예 2-5 1.94×10-3 -14.35 5.81×103
비교예 2-6 2.16×10-4 -12.12 1.18×103
비교예 2-7 2.01×10-4 -10.78 1.18×103
상기 표 7의 측정결과를 살펴보면, 실시예 2-1 ~ 실시예 2-8의 경우, 전자이동도가 2.0×10-4 ㎠/V·s 이상, 바람직하게는 2.18×10-4 ~ 2.18×10-2 ㎠/V·s의 높은 전자이동도를 갖는 것을 확인할 수 있었고, 임계전압이 -13V 이상, 바람직하게는 -7.01V ~ -12.88V을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 또한, Ion/Ioff비가 1.0×103 이상, 바람직하게는 1.12×103 ~ 5.81×103 의 높은 결과를 보였다.
제1평탄화층을 화학식 1-1로 표시되는 POSS계 화합물로만 형성시켰던 비교예 2-3 및 제1평탄화층을 폴리실라잔계 화합물로만 형성시켰던 비교예 2-4의 경우, 쇼트가 발생하여 측정이 불가능하였다.
또한, 비교예 2-1 및 비교예 2-5의 경우, 실시와 비교할 때, 상대적으로 낮은 임계전압을 갖았다.
이 외에 비교예 2-2, 비교예 2-6 ~ 비교예 2-7 또한, 실시예 2-1 ~ 2-2와 비교할 때, 상대적으로 낮은 전기적 특성을 보였다.
10 : 기재 20 : 평탄화구조체 21 : 제1평탄화층
22 : 제2평탄화층 30 : 게이트 40 : 게이트 전극절연체
50 : 소스(source) 60 : 드레인(drain) 70 : 활성체(또는 활성층)
100 : 고해기 120 : 헤드박스 210 : 금망부
211 : 지합판 212 : 탈수부 220 : 열풍건조부
230 : 압축탈수부 240 : 2차 건조부 250 : 3차 건조부

Claims (21)

  1. 트랜지스터(TFT, Transistor)의 기재로서,
    상기 기재는 폴리아마이드 필름(film) 또는 폴리아마이드 페이퍼(paper)인 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아마이드 필름은 디아민 및 프탈로일계 화합물의 중합체를 함유한 폴리아마이드 수지를 경화시킨 필름이며,
    상기 중합체는 디아민 및 프탈로일계 화합물을 1 : 0.9 ~ 1.1 당량비로 포함하고,
    상기 디아민은 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 페닐렌디아민; 및 3,3'-옥시디아닐린 및 3,4'-옥시디아닐린 중에서 선택된 1종 이상을 옥시디아닐린; 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 프탈로일계 화합물은 테레프탈로일 클로라이드와 테레프탈로일 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 테레프탈로일계 화합물; 및 이소프탈로일 클로라이드와 이소프탈로일 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 이소프탈로일계 화합물; 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 페닐렌 디아민과 상기 옥시디아닐린을 7 ~ 9 : 1 ~ 3 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  4. 제2항에 있어서, 상기 페닐렌 디아민은 메타페닐렌디아민 및 파라페닐렌디아민을 1 : 1 ~ 3 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  5. 제2항에 있어서, 상기 디아민은
    메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린을 3.5 ~ 4.5 : 3.5 ~ 4.5 : 0.5 ~ 1.5 : 0.5 ~ 1.5 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  6. 제2항에 있어서, 상기 디아민은 상기 페닐렌 디아민 및 상기 옥시디아닐린을 7 ~ 8 : 2 ~ 3 중량비로 포함하고, 상기 페닐렌 디아민은 파라페닐렌 디아민이고, 상기 옥시디아닐린은 3,4'-옥시디아닐린 및 4,4'-옥시디아닐린 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 프탈로일계 화합물은 테레프탈로일계 화합물 및 이소프탈로일계 화합물을 6 ~ 8 : 2 ~ 4 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  7. 제2항에 있어서, 상기 중합체는 파라(para) 함량이 80% ~ 90%인 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  8. 제2항에 있어서, 상기 폴리아마이드 수지는 브룩필드(Brookfield) 점도계로 25℃에서 측정시, 용액점도가 45,000 ~ 120,000 cP이며, 열팽창계수(CTE)가 15 ppm/℃ ~ 25 ppm/℃이고, 유리전이온도(Tg)가 300℃ ~ 340℃인 것을 특징으로 플렉서블 TFT용 기재.
  9. 제2항에 있어서, 상기 폴리아마이드 수지는
    IPC TM6502.2.4A에 의거하여 측정시, 열수축률이 0.01% ~ 0.4%이고,
    ASTM D882에 의거하여 측정시, 영율(young's modulus)이 5.8 Gpa ~ 7.0 Gpa인 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  10. 제1항에 있어서, 상기 폴리아마이드 페이퍼는 메타 폴리아마이드 페이퍼, 파라 폴리아마이드 페이퍼 및 메타-파라 폴리아마이드 페이퍼 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 폴리아마이드 페이퍼 중 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 겉보기 밀도는 0.20 g/㎤ ~ 0.40 g/㎤이고, ASTM D-828에 의거하여 측정시 두께가 10 ㎛ ~ 150 ㎛일 때, MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상이고, MD 방향 신장율이 5.0% 이상이며, TAPPI T414에 의거하여 측정시 MD 방향 인열강도가 0.95 N이상인 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  12. 제10항에 있어서, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 두께가 0.14 mm일 때, MD 방향 비인열강도가 20 N㎡/㎏ ~ 30 N㎡/㎏인 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  13. 제10항에 있어서, 상기 메타 폴리아마이드 페이퍼는 평량이 35 g/㎡ ~ 50 g/㎡인 것을 특징으로 하는 플렉서블 TFT용 기재.
  14. 제1항 내지 제13항 중에서 선택된 어느 한 항의 플렉서블 TFT용 기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 트랜지스터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기재는 폴리아마이드 필름 또는 폴리아마이드 페이퍼이고, 상기 기재와 게이트 사이에 평탄화구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 트랜지스터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 페이퍼인 경우, 상기 평탄화구조체는 단층구조로서,
    PMF(Poly(melamine-co-formaldehyde), PVP(Poly(4-vinylphenol)), PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate), PEGDMA(Poly ethylene glycol dimethacrylate), PPGDMA(Poly propylene glycol dimethacrylate), PPGDA(poly propylene glycol diacrylate), PDEGDA(Poly diethylene glycol diacrylate), 하기 화학식 1로 표시되는 POSS계 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 실라잔계 화합물 및 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 트랜지스터;
    [화학식 1]
    Figure pat00030

    상기 화학식 1에 있어서, E는
    Figure pat00031
    ,
    Figure pat00032
    또는
    Figure pat00033
    이고, R1, R3 및 R4는 각각은 독립적인 것으로서, 탄소수 2 ~ 5의 알킬렌기이며, R2는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이고, X는 -NHR5이고, 상기 R5는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이며,
    [화학식 2]
    Figure pat00034

    상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R9 각각은 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며, B는 -NHR10이고, 상기 R10은 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이다.
  17. 제15항에 있어서, 상기 기재가 폴리아마이드 필름인 경우, 상기 평탄화구조체는 단층구조로서,
    하기 화학식 3으로 표시되는 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 트랜지스터;
    [화학식 3]
    Figure pat00035

    상기 화학식 3에 있어서, R1 내지 R8 각각은 독립적인 것으로서, 수소원자, 할로겐원자, 카복실기(carboxyl group), 아마이드기(amide group), -CF3, -Si(OR)mH3-m, 포밀기(formyl group) 또는 아실기(acyl group)이고, 상기 n은 중량평균분자량 50,000 ~ 200,000을 만족하는 유리수이며, m은 0 ~ 3의 정수이다.
  18. 제15항에 있어서, 상기 평탄화구조체는 다층구조로서, 상기 평탄화구조체는
    PMF, PVP, PGMEA, PEGDMA, PPGDMA, PPGDA, PDEGDA, 하기 화학식 1로 표시되는 POSS계 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 실라잔계 화합물 및 폴리실라잔계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제1 평탄화층; 및
    하기 화학식 3으로 표시되는 중합체를 포함하는 제2 평탄화층;을 포함하며,
    기재, 제1 평탄화층 및 제2평탄화층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 플렉서블 트랜지스터:
    [화학식 1]
    Figure pat00036

    상기 화학식 1에 있어서, E는
    Figure pat00037
    ,
    Figure pat00038
    또는
    Figure pat00039
    이고, R1, R3 및 R4는 각각은 독립적인 것으로서, 탄소수 2 ~ 5의 알킬렌기이며, R2는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이고, X는 -NHR5이고, 상기 R5는 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이며,
    [화학식 2]
    Figure pat00040

    상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R9 각각은 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이며, B는 -NHR10이고, 상기 R10은 수소원자 또는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기이고,
    [화학식 3]
    Figure pat00041

    상기 화학식 3에 있어서, R1 내지 R8 각각은 독립적인 것으로서, 수소원자, 할로겐원자, 카복실기(carboxyl group), 아마이드기(amide group), -CF3, -Si(OR)mH3-m, 포밀기(formyl group) 또는 아실기(acyl group)이고, 상기 n은 중량평균분자량 50,000 ~ 200,000을 만족하는 유리수이며, m은 0 ~ 3의 정수이다.
  19. 제18항에 있어서, 상기 평탄화구조체의 제1평탄화층은
    PEGDMA 및 PPGDMA 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 디메타크릴레이트계 화합물; 및
    상기 POSS계 화합물, 상기 실라잔 및 상기 폴리실라잔 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 혼합물;을 1 : 0.1 ~ 1.5 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 트랜지스터.
  20. 제15항에 있어서, 상기 평탄화구조체는 RMS 표면 거칠기(root mean square surface roughness)가 0.1 ㎚ ~ 300 ㎚인 것을 특징으로 하는 플렉서블 트랜지스터.
  21. 제14항에 있어서, 상기 플렉서블 트랜지스터는 유기박막트랜지스터(Organic thin-film transistor), 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor) 또는 산화물박막트랜지스터(Oxide thin layer transistor)인 것을 특징으로 하는 플렉서블 트랜지스터.
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미국 등록번호 US 6,107,117호 (공개일 2000.08.22)

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