KR20200090586A - 코팅액, 필름, 박막 트랜지스터 및 전자 장치 - Google Patents

코팅액, 필름, 박막 트랜지스터 및 전자 장치 Download PDF

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정지영
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Abstract

하기 화학식 1로 표현되는 폴리오가노실록산을 포함하는 코팅액, 이로부터 얻은 필름, 이를 포함하는 적층체, 박막 트랜지스터 및 전자 장치에 관한 것이다.
[화학식 1]
(R1R2R3SiO1/2)M1(R4R5SiO2/2)D1(R6SiO3/2)T1(R7SiO3/2)T2(R8SiO3/2)T3(SiO4/2)Q1
상기 화학식 1에서, R1 내지 R8, M1, D1, T1 내지 T3 및 Q1은 명세서에서 정의한 바와 같다.

Description

코팅액, 필름, 박막 트랜지스터 및 전자 장치{COATING LIQUID AND FILM AND THIN FILM TRANSISTOR AND ELECTRONIC DEVICE}
코팅액, 필름, 박막 트랜지스터 및 전자 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 또는 전기 영동 표시 장치 등의 평판 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기 광학 활성층을 포함한다. 액정 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 유기 발광층을 포함한다.
한 쌍을 이루는 전기장 생성 전극 중 하나는 통상 스위칭 소자에 연결되어 전기 신호를 인가받고, 전기 광학 활성층은 이러한 전기 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
평판 표시 장치에서는 스위칭 소자로서 삼단자 소자인 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 사용하며, 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(gate line)과 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선(data line)이 평판 표시 장치에 구비된다.
박막 트랜지스터는 다양한 요인에 의해 전기적 성능이 결정될 수 있으며, 그 중에 하나로서 반도체와 게이트 절연체 사이의 계면 특성을 들 수 있다.
일 구현예는 개선된 표면 특성을 위해 적용될 수 있는 코팅액을 제공한다.
다른 구현예는 개선된 표면 특성을 가지는 필름을 제공한다.
또 다른 구현예는 개선된 성능을 나타내는 박막 트랜지스터를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 필름 또는 상기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 폴리오가노실록산을 포함하는 코팅액을 제공한다.
[화학식 1]
(R1R2R3SiO1/2)M1(R4R5SiO2/2)D1(R6SiO3/2)T1(R7SiO3/2)T2(R8SiO3/2)T3(SiO4/2)Q1
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 에폭시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르복실기, 치환 또는 비치환된 아마이드기, 히드록실기 또는 이들의 조합이고,
R7은 C8 내지 C30 알킬기 또는 플루오로알킬기이고,
R8은 수소 또는 C1 내지 C3 알킬기이고,
0≤M1<1, 0≤D1<1, 0≤T1≤0.5, 0<T2≤0.5, 0≤T3≤0.5, 0≤Q1<1이고,
M1+D1+T1+T2+T3+Q1=1이다.
R7은 하기 화학식 1a로 표현될 수 있다.
[화학식 1a]
Ra-(CF2)n1-(CH2)n2 -*
상기 화학식 1a에서,
Ra는 수소 또는 CF3이고,
n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고,
8≤n1+n2≤30을 만족하고,
*는 Si과의 연결 지점이다.
n1은 5 내지 20의 정수일 수 있고 n2는 0 내지 4의 정수일 수 있다.
Ra는 CF3 일 수 있고 n1은 5 내지 20의 정수일 수 있다.
상기 폴리오가노실록산의 중량평균분자량은 약 1,000 내지 5,000일 수 있다.
상기 코팅액은 용매를 더 포함하고, 상기 폴리오가노실록산은 상기 코팅액에 대하여 약 1 내지 20중량%로 포함될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 코팅액의 경화물을 포함하는 필름을 제공한다.
상기 필름의 접촉각은 약 100도 내지 130도일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 기재 및 상기 필름을 포함하는 적층체를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 적층체를 구비하는 전자 장치를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 코팅액의 경화물을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 중첩하는 반도체 층, 상기 게이트 전극과 상기 반도체 층 사이에 위치하는 게이트 절연체, 상기 게이트 절연체와 상기 반도체 층 사이에 위치하고 상기 화학식 1로 표현되는 폴리오가노실록산 또는 그 경화물을 포함하는 보조층, 그리고 상기 반도체 층과 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 제공한다.
상기 보조층은 상기 반도체 층과 상기 게이트 절연체에 각각 접촉되어 있을 수 있다.
상기 보조층의 두께는 약 10nm 내지 200nm일 수 있다.
상기 반도체 층은 유기 반도체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
개선된 표면 특성을 가지는 코팅액 및 필름을 제공하고 이로부터 개선된 성능을 구현할 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 적층체를 보여주는 개략적인 단면도이고,
도 2는 일 예에 따른 전자 장치의 단면도이고,
도 3은 다른 예에 따른 전자 장치의 단면도이고,
도 4는 일 예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이다.
이하, 구현예에 대하여 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실제 적용되는 구조는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로아릴기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한, 이하에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S, Se, Te, Si 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 4개 함유한 것을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 일 구현예에 따른 코팅액을 설명한다.
일 구현예에 따른 코팅액은 적어도 하나의 폴리오가노실록산을 포함한다.
폴리오가노실록산은 -Si-O-Si- 결합을 가진 실록산 구조 단위를 포함하고 SiO3/2 모이어티를 가진 3차원 망상 구조의 유무기 화합물일 수 있다. 일 예로, SiO3/2 모이어티는 소수성 작용기를 가질 수 있으며 예컨대 긴 사슬의 알킬기 또는 플루오로알킬기를 가질 수 있다.
일 예로, 적어도 하나의 폴리오가노실록산은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
(R1R2R3SiO1/2)M1(R4R5SiO2/2)D1(R6SiO3/2)T1(R7SiO3/2)T2(R8SiO3/2)T3(SiO4/2)Q1
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 에폭시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르복실기, 치환 또는 비치환된 아마이드기, 히드록실기 또는 이들의 조합이고,
R7은 C8 내지 C30 알킬기 또는 플루오로알킬기이고,
R8은 수소 또는 C1 내지 C3 알킬기이고,
0≤M1<1, 0≤D1<1, 0≤T1≤0.5, 0<T2≤0.5, 0≤T3≤0.5, 0≤Q1<1이고,
M1+D1+T1+T2+T3+Q1=1이다.
화학식 1에서, R7SiO3 /2로 표현되는 모이어티는 소수성 작용기를 가질 수 있으며 예컨대 R7은 탄소 수 8개 내지 30개의 긴 사슬의 알킬기 또는 플루오로알킬기일 수 있다.
일 예로, R7은 하기 화학식 1a로 표현될 수 있다.
[화학식 1a]
Ra-(CF2)n1-(CH2)n2 -*
상기 화학식 1a에서,
Ra는 수소 또는 CF3이고,
n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고,
8≤n1+n2≤30을 만족하고,
*는 Si과의 연결 지점이다.
일 예로, n1은 1 내지 20의 정수일 수 있다.
일 예로, n1은 n2보다 클 수 있으며, 예컨대 n1은 5 내지 20의 정수일 수 있고 n2는 0 내지 4의 정수일 수 있다.
일 예로, R7SiO3 /2로 표현되는 모이어티는 말단에 퍼플루오로알킬기를 가진 소수성 작용기를 가질 수 있으며 예컨대 Ra는 CF3 일 수 있다.
일 예로, Ra는 CF3 일 수 있고 n1은 n2보다 클 수 있다.
일 예로, Ra는 CF3 일 수 있고 n1은 5 내지 20의 정수일 수 있다.
일 예로, Ra는 CF3 일 수 있고 n1은 5 내지 20의 정수일 수 있고 n2는 0 내지 4의 정수일 수 있다.
일 예로, Ra는 CF3 일 수 있고 n1은 5 내지 15의 정수일 수 있고 n2는 1 내지 3의 정수일 수 있다.
화학식 1에서, R8SiO3 /2로 표현되는 모이어티는 수소 또는 짧은 사슬의 알킬기를 가질 수 있으며 예컨대 R8은 수소, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기일 수 있다.
일 예로, 폴리오가노실록산은 하기 화학식 1-1로 표현될 수 있다.
[화학식 1-1]
(R7SiO3/2)T2(R8SiO3/2)T3(SiO4 / 2)Q1
상기 화학식 1-1에서, R7, R8, T2, T3 및 Q1은 전술한 바와 같다.
폴리오가노실록산은 긴 사슬의 소수성 작용기를 포함함으로써 소수성이 요구되는 표면에 효과적으로 적용하여 표면 개질할 수 있으며 코팅액의 경화물에 유연성을 제공하여 가요성을 개선시킬 수 있다. 또한, 폴리오가노실록산은 선택적으로 짧은 사슬의 알킬기를 더 포함함으로써 경화시 단단한 막질을 제공하여 내스크래치 특성과 같은 기계적 특성을 개선시킬 수 있다.
폴리오가노실록산의 중량평균분자량은 약 1000 내지 5000일 수 있다.
폴리오가노실록산은 전술한 폴리오가노실록산과 다른 구조를 가진 하나 이상의 폴리오가노실록산을 더 포함할 수 있다. 예컨대 코팅액은 예컨대 디메틸폴리실록산, 메틸페닐폴리실록산, 고리 형상의 디메틸폴리실록산, 메틸하이드로겐폴리실록산, 폴리에테르 개질된 디메틸폴리실록산 공중합체, 폴리에스테르 개질된 디메틸폴리실록산 공중합체, 플루오로 디메틸폴리실록산 공중합체, 아미노 개질된 디메틸폴리실록산 공중합체 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
폴리오가노실록산은 코팅액에 대하여 약 1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
코팅액은 각종 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 예컨대 표면 특성 제어제, 반응 개시제, 중합 촉진제, 자외선 흡수제, 대전 방지제 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
반응 개시제는 예컨대 광경화 반응 개시제 또는 열경화 반응 개시제일 수 있다. 반응 개시제는 예컨대 양이온 중합 개시제일 수 있으며 예컨대 양이온 광중합 개시제 또는 양이온 열경화 개시제일 수 있다.
양이온 광중합 개시제는 예컨대 오늄염을 포함하는 화합물일 수 있으며, 예컨대 디페닐요오도늄, 4-메톡시디페닐요오도늄, 비스(4-메틸페닐)요오도늄, 비스(4-t-부틸페닐)요오도늄, 비스(도데실페닐)요오도늄, 트리페닐설포늄, 디페닐-4-티오페녹시페닐설포늄, 비스[4-디페닐설포니오]페닐]설파이드, 비스[4-(디(4-(2-히드록시에틸)페닐)설포니오)-페닐]설파이드 또는 이들의 조합을 포함하는 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 오늄염을 포함하는 화합물은 광반응 후 산을 방출할 수 있다.
자외선 흡수제는 예컨대 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 금속 산화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 자외선 흡수제는 미량으로 포함될 수 있다.
대전 방지제는 예컨대 피리디늄, 이미다졸륨, 포스포늄, 암모늄, 비스(트리플루오로메탄 셀로닐)이미드 또는 비스(트리플루오로설포닐)이미드의 리튬염, 또는 이들의 조합을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
첨가제는 코팅액에 대하여 0 내지 약 20 중량%로 포함될 수 있다.
코팅액은 상술한 성분들을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매를 더 포함할 수 있다.
용매는 전술한 성분을 용해 및/또는 분산시킬 수 있으면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 물; 메탄올, 에탄올, n-프로필알코올, 이소프로필알코올, n-부틸알코올, 이소부틸알코올, t-부틸알코올, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜메틸에테르, 에틸렌글리콜 등의 알코올계 용매; 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소 용매; 톨루엔, 피리딘, 퀴놀린, 아니솔, 메시틸렌(mesitylene), 자일렌 등의 방향족계 탄화수소 용매; 메틸 이소부틸 케톤, 1-메틸-2-피롤리디논(NMP), 시클로헥산온, 아세톤 등의 케톤계 용매; 테트라하이드로퓨란, 이소프로필 에테르 등의 에테르계 용매; 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트 등의 아세테이트계 용매; 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아마이드(DMF) 등의 아미드계 용매; 아세트니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴계 용매; 및 상기 용매들의 혼합물에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
용매는 전술한 고형분 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
코팅액은 코팅, 건조 및 경화에 의해 필름과 같은 경화물로 형성될 수 있다.
코팅액은 예컨대 용액 공정으로 코팅될 수 있으며, 예컨대 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 인쇄 등에 의해 코팅될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
건조는 예컨대 약 50℃ 내지 150℃에서 건조할 수 있으며, 1회 또는 복수 회 수행될 수 있다.
경화는 광 경화 및/또는 열 경화일 수 있다. 광 경화는 예컨대 크세논 램프, 고압 수은등, 메탈 할라이드 램프 등이 사용될 수 있으며, 필요에 따라 광량 및 조사 시간이 조절될 수 있다. 열 경화는 예컨대 약 80℃ 내지 250℃에서 수행될 수 있으며, 필요에 따라 열처리 회수 및 시간이 조절될 수 있다.
경화 후 추가적으로 열처리할 수 있으며, 열처리는 예컨대 약 50 내지 200℃에서 수행될 수 있으며, 예컨대 약 70 내지 180℃에서 수행될 수 있으며, 예컨대 약 80 내지 160℃에서 수행될 수 있다.
얻어진 경화물은 투명할 수 있다.
얻어진 경화물은 박막(thin film)일 수 있으며, 예컨대 박막 트랜지스터, 광전 소자, 발광 소자, 태양 전지 또는 센서와 같은 전자 소자에서 절연층, 중간층, 오버코팅층, 보호층, 표면개질층 및 보조층 중 적어도 하나로 포함될 수 있다. 박막의 두께는 예컨대 약 10nm 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 10nm 내지 80㎛, 약 10nm 내지 60㎛, 약 10nm 내지 50㎛, 약 10nm 내지 30㎛, 약 10nm 내지 20㎛, 약 10nm 내지 10㎛, 약 10nm 내지 10㎛, 약 10nm 내지 500nm, 약 10nm 내지 300nm 또는 약 10nm 내지 200nm일 수 있다.
얻어진 경화물은 예컨대 필름 형태의 성형체(article)로 제조될 수 있다.
성형체의 두께는 예컨대 약 10nm 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 10nm 내지 300㎛, 약 10nm 내지 200㎛, 약 10nm 내지 150㎛ 또는 약 10nm 내지 100㎛일 수 있다.
코팅액으로부터 얻어진 박막 또는 성형체(이하 '필름'이라 한다)는 기재 위에 형성되어 적층체를 형성할 수 있다. 적층체는 소수성이 요구되는 분야에 효과적으로 적용될 수 있으며, 예컨대 표시 장치용 윈도우로 적용될 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 적층체를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 예에 따른 적층체(10)는 기재(11) 및 기재(11) 위에 위치하는 필름(12)을 포함한다.
기재(11)는 유리 또는 고분자 기재일 수 있으며, 예컨대 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
필름(12)은 전술한 코팅액을 경화하여 얻을 수 있으며, 기재(11) 위에 바로 코팅하고 건조 및 경화하여 얻을 수도 있고 별도의 기재(도시하지 않음) 위에서 코팅, 건조 및 경화한 후 기재(11) 위에 전사될 수도 있다.
필름(12)은 전술한 폴리오가노실록산을 포함한다. 이에 따라 필름(12)은 개선된 유연성 및 기계적 특성을 가진 소수성 표면 개질층일 수 있다.
예컨대 필름(12)은 높은 접촉각(contact angle)을 가질 수 있다. 이에 따라 필름(12)은 양호한 슬립성 및 발수성을 나타낼 수 있다. 필름(12)은 예컨대 약 100도 이상의 접촉각을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 102도 이상, 약 105도 이상, 약 110도 이상, 112도 이상의 접촉각을 가질 수 있다. 필름(12)은 예컨대 약 100도 내지 130도의 접촉각을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 102도 내지 130도, 약 105도 내지 130도, 약 110도 내지 130도 또는 112도 내지 130도의 접촉각을 가질 수 있다. 여기서 접촉각은 세실 드롭 기술(Sessile drop technique)로 측정된 것일 수 있다. 접촉각 측정시 사용된 액체로는 물일 수 있으며, 측정장비는 Drop shape analyzer (DSA100, KRUSS, Germany)를 사용하여 일정량 (~3ul)의 물을 박막(12) 위에 떨어뜨린 후 접촉각을 측정할 수 있다.
필름(12)은 예컨대 하드코팅층, 내지문코팅층 및/또는 내스크래치층과 같은 기능성 필름일 수 있다.
적층체(10)는 기재(11)와 필름(12) 사이에 하나 이상의 층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 적층체(10)는 투명 필름일 수 있으며 예컨대 투명 플렉서블 필름일 수 있다.
일 예로, 필름 또는 적층체는 표시 패널 위에 부착될 수 있으며, 이때 표시 패널과 필름 또는 적층체는 직접 결합되거나 점착제를 개재하여 결합될 수 있다. 표시 패널은 예컨대 액정 표시 패널 또는 유기 발광 표시 패널일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 필름 또는 적층체는 관찰자 측에 배치될 수 있다.
도 2는 일 예에 따른 전자 장치의 단면도이다.
전자 장치는 예컨대 표시 장치일 수 있다.
도 2를 참고하면, 일 예에 따른 표시 장치(100)는 표시 패널(50) 및 기능성 필름(10A)을 포함한다.
표시 패널(50)은 예컨대 유기 발광 표시 패널 또는 액정 표시 패널일 수 있으며, 예컨대 벤더블 표시 패널, 폴더블 표시 패널 또는 롤러블 표시 패널일 수 있다.
기능성 필름(10A)은 전술한 필름 또는 적층체를 포함할 수 있으며, 관찰자 측에 배치될 수 있다. 표시 패널(50)과 기능성 필름(10A) 사이에는 추가적으로 다른 층이 개재될 수 있으며, 예컨대 단일 층 또는 복수 층의 고분자 층(도시하지 않음)과 선택적으로 투명접착층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
도 3은 다른 예에 따른 전자 장치의 단면도이다.
전자 장치는 예컨대 표시 장치일 수 있다.
도 3을 참고하면, 일 예에 따른 표시 장치(200)는 표시 패널(50), 기능성 필름(10A), 그리고 표시 패널(50)과 기능성 필름(10A) 사이에 위치하는 터치 스크린 패널(70)을 포함한다.
표시 패널(50)은 예컨대 유기 발광 표시 패널 또는 액정 표시 패널일 수 있으며, 예컨대 벤더블 표시 패널, 폴더블 표시 패널 또는 롤러블 표시 패널일 수 있다.
기능성 필름(10A)은 전술한 필름 또는 적층체를 포함할 수 있으며, 관찰자 측에 배치될 수 있다.
터치 스크린 패널(70)은 기능성 필름(10A)과 표시 패널(50)에 각각 인접하게 배치되어 기능성 필름(10A)을 통해 사람의 손 또는 물체가 터치되면 터치 위치 및 위치 변화를 인식하고 터치 신호를 출력할 수 있다. 구동 모듈(도시하지 않음)은 출력된 터치 신호로부터 터치 지점의 위치를 확인하고 확인된 터치 지점의 위치에 표시된 아이콘을 확인하며 확인된 아이콘에 대응하는 기능을 수행하도록 제어할 수 있고 기능의 수행 결과는 표시 패널(50)에 표시될 수 있다.
터치 스크린 패널(70)과 기능성 필름(10A) 사이에는 다른 층이 개재될 수 있으며, 예컨대 단일층 또는 복수층의 고분자 층(도시하지 않음)과 선택적으로 투명접착층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
터치 스크린 패널(70)과 표시 패널(50) 사이에는 다른 층이 개재될 수 있으며, 예컨대 단일층 또는 복수층의 고분자 층(도시하지 않음)과 선택적으로 투명접착층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
전술한 필름 또는 적층체를 포함한 기능성 필름(10A)은 표시 장치를 포함한 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 스마트폰, 태블릿 PC, 카메라, 터치스크린 패널 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
코팅액으로부터 얻어진 박막은 예컨대 박막 트랜지스터에 적용될 수 있다.
도 4는 일 예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 일 예에 따른 박막 트랜지스터는 기재(110), 게이트 전극(124), 게이트 절연체(140), 반도체 층(154), 보조층(160), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 포함한다.
기재(110)는 예컨대 투명한 유리, 실리콘 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
게이트 전극(124)은 기재(110) 위에 형성되어 있으며 게이트 신호를 전달하는 게이트선(도시하지 않음)과 연결되어 있다. 게이트 전극(124)은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이들의 합금 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
반도체 층(154)은 게이트 전극(124)과 중첩되어 있으며 반도체 물질을 포함한다. 반도체 물질은 예컨대 유기 반도체 물질일 수 있다.
게이트 절연체(140)은 게이트 전극(124)과 반도체 층(154) 사이에 위치되어 있다. 게이트 절연막(140)은 유기 물질 및/또는 무기 물질로 만들어질 수 있으며, 유기 물질의 예로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)계 화합물, 폴리이미드(polyimide)계 화합물, 폴리아크릴(polyacryl)계 화합물, 폴리스티렌(polystyrene)계 화합물, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB) 따위의 용해성 고분자 화합물을 들 수 있고, 무기물질의 예로는 질화규소(SiNx) 및 산화규소(SiO2)를 들 수 있다.
보조층(160)은 게이트 절연체(140) 위에 형성되어 있으며 게이트 절연체(140)와 반도체 층(154) 사이에 위치한다. 보조층(160)은 예컨대 게이트 절연체(140)와 반도체 층(154)에 각각 접촉되어 있을 수 있다. 보조층(160)은 전술한 코팅액을 코팅, 건조 및 경화하여 얻을 수 있다. 보조층(160)은 게이트 절연체(140) 위에서 표면 개질층으로 적용되어 게이트 절연체(140)의 표면을 소수성으로 개질할 수 있으며 이에 따라 게이트 절연체(140)와 반도체 층(154) 사이의 계면 특성을 개선하여 박막 트랜지스터의 특성을 개선할 수 있다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 게이트 전극(124)을 중심으로 마주하고 있고 반도체 층(154)과 전기적으로 연결되어 있다. 소스 전극(173)은 데이터 신호를 전달하는 데이터선(도시하지 않음)과 연결되어 있다. 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이들의 합금 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
여기서는 박막 트랜지스터의 일 예로서 바텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터를 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 탑 게이트 구조의 박막 트랜지스터 등 모든 구조의 박막 트랜지스터에 동일하게 적용할 수 있다.
박막 트랜지스터는 다양한 전자 장치에 스위칭 소자 및/또는 구동 소자로 적용될 수 있으며, 전자 장치는 예컨대 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치, 전기 영동 표시 장치, 유기 광전 소자 및 유기 센서를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
합성예
합성예 1
환류냉각기가 부착되어 있고 교반 가능한 유리 재질의 반응기에 메틸알콜 1000g을 첨가하고, 여기에 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리에톡시실란(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane) 300g (0.59mol), 테트라에틸올쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate) 244.9g (1.2mol) 및 트리에톡시메틸실란(triethoxymethylsilane) 104.31g (0.59mol)을 첨가하고 상온에서 1시간 교반한다. 여기에 0.1N 농도의 염산수용액 56g을 2시간에　걸쳐 적하하고, 상온에서 2시간 동안 추가 교반하여 가수분해 반응을 유도한다. 이어서, 상기 반응물을 80℃로 승온 후 36시간 동안 더 반응시켜 축합 및 중합을 일으켜 폴리오가노실록산을 얻는다. 얻어진 폴리오가노실록산을 GPC법으로 측정한 결과, 중량평균분자량은 2,100, 점도는 20℃에서 4cPs, pH는 7이다.
얻어진 폴리오가노실록산에 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세트산 650g을 첨가하여 희석한 후, 60 ㎝Hg 및 60℃의 조건으로 감압 증류하여 부산물을 제거하여 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세트산에 분산된 폴리오가노실록산을 얻는다.
합성예 2
환류냉각기가 부착되어 있고 교반 가능한 유리 재질의 반응기에 메틸알콜 1000g을 첨가하고, 여기에 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리에톡시실란(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane) 460g (0.90mol) 및 테트라에틸올쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate) 187.8g (0.90mol)을 첨가하여 상온에서 1 시간 교반한다. 여기에 0.1N 농도의 염산수용액 56g을 2시간에　걸쳐 적하하고, 상온에서 2시간 동안 추가 교반하여 가수분해 반응을 유도한다. 이어서, 상기 반응물을 80℃로 승온 후 36시간 동안 더 반응시켜 축합 및 중합을 일으켜 폴리오가노실록산을 얻는다. 얻어진 폴리오르가노실록산을 GPC법으로 측정한 결과, 중량평균분자량은 2,200, 점도는 20℃에서 4cPs, pH는 7이다.
얻어진 폴리오가노실록산에 프로필렌글리콜모노메 틸에테르아세트산 650g을 첨가하여 희석한 후, 60 ㎝Hg 및 60℃의 조건으로 감압 증류하여 부산물을 제거하여 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세트산에 분산된 폴리오가노실록산을 얻는다.
제조예
제조예 1
프로필렌글리콜모노메틸에테르아세트산에 합성예 1에서 얻은 폴리오가노실록산을 4중량%로 넣고 혼합하여 코팅액을 제조한다. 이어서 20nm 두께의 SiO2가 열증착되어 있는 유리 기판 위에 상기 코팅액을 스핀 코팅하고 70℃에서 5분 동안 건조하고 185℃에서 1시간 열경화하여 16nm 내지 105nm 두께의 필름을 제조한다.
제조예 2
합성예 1에서 얻은 폴리오가노실록산 대신 합성예 2에서 얻은 폴리오가노실록산을 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조한다.
평가 I
제조예 1, 2에 따른 필름의 접촉각을 평가한다.
접촉각은 Sessile drop technique 방법으로 평가하고 Drop shape analyzer(DSA100, KRUSS, Germany)를 사용하여 물을 필름 위에 떨어뜨린 후 접촉각을 측정한다.
그 결과는 표 1과 같다.
두께(nm) 접촉각(도)
제조예 1 25 103
57 105
82 104.5
105 104.5
제조예 2 16 108
41 109
56 110
76 108.9
표 1을 참고하면, 제조예 1, 2에 따른 필름은 높은 접촉각을 나타내는 것을 확인할 수 있고 이로부터 소수성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
실시예
실시예 1
먼저 세정된 SiO2가 3000Å 덮인 실리콘 웨이퍼 기판 위에 합성예 1에서 얻은 코팅액을 스핀코팅하고 70℃에서 5분 동안 건조하고 185℃에서 1시간 열경화하여 16nm 내지 105nm 두께의 보조층을 형성한다. 이어서 보조층 위에 유기 반도체(dibenzothiopheno[6,5-b:6',5'-f]thieno[3,2-b]thiophene, DTBTT)를 기판 온도 200℃에서 진공 기상 증착(0.1Å/s)하여 50nm 두께의 반도체 층을 형성한다. 이어서 반도체 층 위에 새도우 마스크를 사용하여 금(Au)을 증착하여 1000Å 두께의 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 박막 트랜지스터를 제작한다.
실시예 2
합성예 1에서 얻은 코팅액 대신 합성예 2에서 얻은 코팅액을 사용하여 보조층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 제작한다.
비교예 1
보조층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 제작한다.
평가 II
실시예와 비교예에 따른 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 평가한다.
전기적 특성은 유전율 및 전하 이동도로부터 평가한다.
유전율은 절연체를 사이에 두고 양쪽에 전극을 배치한 샌드위치 구조인 MIM 구조(metal-insulator-metal)를 만든 후에 LCR meter (제조사 : Agilent Technology)로 측정한다.
박막 트랜지스터의 전하 이동도는 포화영역(saturation region) 전류식으로부터 (ISD)1/ 2 과 VG를 변수로 한 그래프를 얻고 그 기울기로부터 구한다.
Figure pat00001
상기 식에서, ISD는 소스-드레인 전류이고, μ또는 μFET는 전하 이동도이며, C0는 게이트절연막의 정전용량이고, W는 채널 폭이며, L은 채널 길이이고, VG는 게이트 전압이며, VT는 문턱전압이다.
그 결과는 표 2와 같다.
보조층 두께(nm) 유전율 전하 이동도(㎠/Vs)
실시예 1 25 3.87 6,27
57 4.04 5,72
82 4.12 5.86
105 4.37 6.69
실시예 2 16 3.88 5.38
41 3.99 4.18
56 4.13 5.16
76 4.35 4.90
비교예 1 - 3.90 < 1
표 2를 참고하면, 실시예 1, 2에 따른 박막 트랜지스터는 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터와 비교하여 양호한 전기적 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
10: 적층체
11: 기재
12: 필름
50: 표시 패널
70: 터치 스크린 패널
100, 200: 표시 장치
110: 기판
124: 게이트 전극
140: 게이트 절연체
154: 반도체 층
160: 보조층
173: 소스 전극
175:드레인전극

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 폴리오가노실록산을 포함하는 코팅액:
    [화학식 1]
    (R1R2R3SiO1/2)M1(R4R5SiO2/2)D1(R6SiO3/2)T1(R7SiO3/2)T2(R8SiO3/2)T3(SiO4/2)Q1
    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 에폭시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르복실기, 치환 또는 비치환된 아마이드기, 히드록실기 또는 이들의 조합이고,
    R7은 C8 내지 C30 알킬기 또는 플루오로알킬기이고,
    R8은 수소 또는 C1 내지 C3 알킬기이고,
    0≤M1<1, 0≤D1<1, 0≤T1≤0.5, 0<T2≤0.5, 0≤T3≤0.5, 0≤Q1<1이고,
    M1+D1+T1+T2+T3+Q1=1이다.
  2. 제1항에서,
    R7은 하기 화학식 1a로 표현되는 코팅액:
    [화학식 1a]
    Ra-(CF2)n1-(CH2)n2 -*
    상기 화학식 1a에서,
    Ra는 수소 또는 CF3이고,
    n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고,
    8≤n1+n2≤30을 만족하고,
    *는 Si과의 연결 지점이다.
  3. 제2항에서,
    n1은 5 내지 20의 정수이고,
    n2는 0 내지 4의 정수인
    코팅액.
  4. 제2항에서,
    Ra는 CF3이고 n1은 5 내지 20의 정수인 코팅액.
  5. 제1항에서,
    상기 폴리오가노실록산의 중량평균분자량은 1,000 내지 5,000인 코팅액.
  6. 제1항에서,
    용매를 더 포함하고,
    상기 폴리오가노실록산은 상기 코팅액에 대하여 1 내지 20중량%로 포함되는 코팅액.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 코팅액의 경화물을 포함하는 필름.
  8. 제7항에서,
    상기 필름의 접촉각은 100도 내지 130도인 필름.
  9. 기재, 그리고
    제7항에 따른 필름
    을 포함하는 적층체.
  10. 제9항에 따른 적층체를 구비하는 전자 장치.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 코팅액의 경화물을 포함하는 전자 장치.
  12. 게이트 전극,
    상기 게이트 전극과 중첩하는 반도체 층,
    상기 게이트 전극과 상기 반도체 층 사이에 위치하는 게이트 절연체,
    상기 게이트 절연체와 상기 반도체 층 사이에 위치하고 하기 화학식 1로 표현되는 폴리오가노실록산 또는 그 경화물을 포함하는 보조층, 그리고
    상기 반도체 층과 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극과 드레인 전극
    을 포함하는 박막 트랜지스터:
    [화학식 1]
    (R1R2R3SiO1/2)M1(R4R5SiO2/2)D1(R6SiO3/2)T1(R7SiO3/2)T2(R8SiO3/2)T3(SiO4/2)Q1
    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 에폭시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르복실기, 치환 또는 비치환된 아마이드기, 히드록실기 또는 이들의 조합이고,
    R7은 C8 내지 C30 알킬기 또는 플루오로알킬기이고,
    R8은 수소 또는 C1 내지 C3 알킬기이고,
    0≤M1<1, 0≤D1<1, 0≤T1≤0.5, 0<T2≤0.5, 0≤T3≤0.5, 0≤Q1<1이고,
    M1+D1+T1+T2+T3+Q1=1이다.
  13. 제12항에서,
    R7은 하기 화학식 1a로 표현되는 박막 트랜지스터:
    [화학식 1a]
    Ra-(CF2)n1-(CH2)n2 -*
    상기 화학식 1a에서,
    Ra는 수소 또는 CF3이고,
    n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고,
    8≤n1+n2≤30을 만족하고,
    *는 Si과의 연결 지점이다.
  14. 제13항에서,
    n1은 5 내지 20의 정수이고,
    n2는 0 내지 4의 정수인
    박막 트랜지스터.
  15. 제13항에서,
    Ra는 CF3이고 n1은 5 내지 20의 정수인 박막 트랜지스터.
  16. 제12항에서,
    상기 폴리오가노실록산의 중량평균분자량은 1,000 내지 5,000인 박막 트랜지스터.
  17. 제12항에서,
    상기 보조층은 상기 반도체 층과 상기 게이트 절연체에 각각 접촉되어 있는 박막 트랜지스터.
  18. 제12항에서,
    상기 보조층의 두께는 10nm 내지 200nm인 박막 트랜지스터.
  19. 제12항에서,
    상기 반도체 층은 유기 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 장치.
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