KR102431688B1 - 내열성이 향상된 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

내열성이 향상된 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치 패널과 표시 패널 사이에 내열성이 우수한 바인더 수지에 다공성 구리 입자가 분산된 평탄화층을 가지는 어레이 기판 및 표시장치에 관한 것이다. 터치 패널과 표시 패널 사이에 내열성이 우수한 다공성 구리 입자가 분산된 평탄화층을 적용함으로써, 고온의 박막트랜지스터 제조 공정에 의해서도 평탄화층이 열화되지 않는다. 뿐만 아니라, 본 발명의 평탄화층을 적용하면 접착 특성, 내-크랙 특성, 내-정전기 특성 등이 우수하여, 표시 패널과 터치 패널의 안정적인 합착이 가능하며, 저유전율을 구비하여 구동 전압을 낮출 수 있고, 정전기를 신속하게 배출하여 소자 불량을 방지할 수 있다.

Description

내열성이 향상된 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치{ARRAY SUBSTRATE WITH ENHANCED THERMAL RESISTANCE AND DISPLAY DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 어레이 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인-셀 타입 표시장치에 적용되어 내열성이 향상된 표시장치용 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
스마트 기기가 널리 보급되면서, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display Device, LCD)나 유기발광다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display Device, OLED 표시장치)와 같은 평판 표시장치에 터치스크린 패널을 적용하고 있다. 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)은 스크린에 사용자가 손가락이나 펜 등으로 화면을 누르거나 접촉하면, 그 위치를 인지하여 시스템에 전달하는 입력 장치를 의미한다.
터치스크린 패널은 터치 패널, 컨트롤러 IC, 드라이버 소프트웨어 등으로 구성된다. 터치 패널은 투명 전극이 증착된 기판으로 구성되며 접촉이 발생하거나 전기적 용량 변화에 따른 신호 발생 위치를 파악하여 컨트롤러 IC에 전송하고, 컨트롤러 IC는 터치 패널에서 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 화면에 나타낼 수 있는 좌표 형태로 바꿔주며, 드라이버 소프트웨어는 컨트롤러 IC에서 송신된 디지털 신호를 받아 터치 패널이 각각의 운영 시스템에 맞게 구현되도록 제어한다.
터치 패널은 그 적용 방식에 따라 인듐-틴-옥사이드(Indium-tin-oxide, ITO) 등의 투명 전극층이 코팅되어 있는 2개의 기판이 닷 스페이서(dot space)를 사이에 두고 투명 전극층이 마주보도록 합착되어 있어 상부 기판에 인가되는 압력을 인지하는 저항막 방식(Resistive Touch Type), 터치 화면 센서를 구성하는 기판의 양면에 전도성 금속을 코팅하여 투명 전극을 형성하고, 일정량의 전류를 기판 표면에 흐르게 하면 두 도체 간의 전위차를 통해서 사람의 몸에 있는 정전용량을 이하여 전류의 양이 변경된 부분을 인식하는 정전용량 방식(Capacitive Touch Type)이 대표적으로 사용되고 있다. 그 외에도 소리의 전파 특성을 이용하여 사용자 또는 펜이 접촉한 영역을 인식하는 초음파 방식(Surface Acoustic Wave Touch Type)이나, 적외선이 장애물에 부딪히면 차단되는 속성을 활용하는 적외선 방식(Infrared Touch Type) 등이 제안되었다.
한편, 터치 패널과 표시 패널의 적층(Stacked-up) 구조에 따라 터치 패널이 표시 패널을 구성하는 기판의 외측과 커버 글라스 사이에 개재되는 외장형(Add-on Type)과, 터치 패널이 표시 패널과 통합되는 내장형(Embedded Type)으로 구분될 수 있다. 내장형 터치 패널은 또한 표시 패널 상단에 터치 패널이 내장되는 온-셀(On-Cell) 타입과, 표시 패널 내부(예를 들어 하부 기판)에 터치 패널을 장착하는 인-셀(In-Cell) 타입으로 구분될 수 있다. 외장형 터치 패널에 비하여 내장형 터치 패널은 터치 센서를 위한 별도의 기판이 요구되지 않으므로 박형화, 경량화가 가능하다. 또한, 내장형은 터치 패널 표면의 광-반사가 줄어들기 때문에, 표시 소자에 필요한 전력 소모도 감소한다는 장점이 있다.
도 1은 인-셀 타입의 터치 패널이 적용된 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 인-셀 타입의 터치 패널이 적용된 표시장치(1)는 하부 기판(11)과, 하부 기판(11)과 마주하는 상부 기판(12)과, 하부 기판(11)과 상부 기판(12) 사이에 위치하는 표시 패널(20)과, 하부 기판(11)과 표시 패널(20) 사이에 위치하는 터치 패널(30)을 포함한다.
표시 패널(20)은 이를 구동하기 위한 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT, 22)를 구비하고 있다. 박막트랜지스터(22)는 실리콘 소재에 의해 적층되는 무기 절연막을 포함하고 있으며, 이러한 무기 절연막은 고온, 예를 들어 350℃ 이상의 공정 조건에서 증착된다. 하부 기판(11)의 상면에 바로 위치하는 터치 패널(30)은 예를 들어 ITO 등과 같은 투명 금속으로 제조되는 제 1 터치 전극(32)과 제 2 터치 전극(34)을 포함하고 있다. 터치 전극(32, 34)으로 인하여 터치 패널(30)과 표시 패널(20)을 바로 합착할 수 없기 때문에, 터치 패널(30)과 표시 패널(20)의 하부에 위치하는 박막트랜지스터(22) 사이에 절연 소재의 평탄화막(36)이 개재된다.
종래, 표시 패널(20)과 터치 패널(30) 사이에 위치하는 평탄화막(36)을 형성하기 위한 절연 소재로서 아크릴레이트계 수지가 일반적으로 채택되었다. 하지만, 아크릴레이트계 수지는 공정성은 양호하지만, 내열성이 취약하다. 따라서 그 상부에 위치하는 표시 패널(20)을 구성하는 박막트랜지스터(22)를 형성하기 위한 고온의 공정 조건에서 아크릴레이트계 수지로 제조되는 평탄화막(36)은 쉽게 열화된다. 평탄화막(36)이 열화됨에 따라 표시 패널(20)과 터치 패널(30)과의 계면에서 들뜸 현상이 발생하고, 평탄화막(36)에서 크랙(crack)이 발생하고, 최종적으로 제조되는 표시장치(1)에서 황변(yellow mura)이 발생하는 문제가 발생한다.
따라서 충분한 내열 특성을 확보하여 고온의 공정 조건에서도 열화되지 않으며, 특히 터치 패널과 표시 패널의 계면에서의 들뜸이나 크랙 발생을 억제하는 동시에 이들 표시 패널에 대한 접착력이 우수한 평탄화막을 개발할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 내열성이 우수하여 박막트랜지스터를 제조하기 위한 고온 공정에 의해서도 열화되지 않는 표시장치용 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기재에 대한 접착 특성, 내-크랙 특성, 내-스크래치 특성을 가지는 표시장치용 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광 투과 특성, 우수한 정전기 배출 특성을 가지는 표시장치용 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 터치 패널과 표시 패널을 구성하는 박막트랜지스터 사이에 내열성이 우수한 바인더 수지에 다공성 구리 입자가 분산되어 있는 평탄화막을 가지는 표시장치용 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.
예시적인 실시형태에서, 상기 평탄화막과, 터치 패널 및 박막트랜지스터 사이에 각각 버퍼층이 더욱 개재될 수 있다.
상기 다공성 구리 입자는 메조포러스 구리 입자, 예를 들어 다공성 실리케이트 입자의 내벽에 함침되어 있는 메조포러스 구리 입자일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 상부에 위치하는 터치 패널과 박막트랜지스터 또는 표시 패널 사이에, 내열성 바인더 수지에 다공성 구리 입자가 분산된 평탄화막이 위치하는 표시장치용 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제안한다.
본 발명의 평탄화막은 내열 특성이 우수하여, 표시 패널에 적용되는 박막트랜지스터를 제조하기 위한 고온 공정에 의하여 열화되지 않는다.
특히, 기공 구조를 채택함으로써 어레이 패널에서 발생하는 열을 터치 패널로 분산시키는 통로가 형성된다. 이에 따라 이들 패널의 열팽창계수(CTE)를 낮출 수 있어서 이들 패널에 적용되는 열적 스트레스를 비슷하게 만들어 줄 수 있다. 따라서 본 발명의 평탄화막은 고온 처리에 의해서도 기재에 대한 접착 특성이 우수하며, 내-크랙 특성 및 내-스크래치성이 우수하기 때문에, 외부의 충격이나 가혹한 공정 조건에서도 터치 패널과 표시 패널이 박리되지 않고 양호하게 합착될 수 있다.
본 발명의 평탄화막은 경화 공정에 의해서도 광-투과 특성이 저하되지 않으므로, 이 평탄화막이 적용된 표시장치에서도 양호한 휘도를 얻을 수 있다. 아울러, 본 발명의 평탄화막은 저유전율 소재를 채택하여 기생 정전용량을 감소시킬 수 있으므로, 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 평탄화막은 신속하게 정전기를 감쇠할 수 있으므로, 정전기 발생에 따른 표시 패널이나 터치 패널의 구동성 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 터치 패널이 구비된 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 터치 패널과 표시 패널 사이에 적용되는 평탄화막의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 메조포러스 구리 입자를 제조하기 위해 주형(template)으로 사용된 MCM-41을 제조하기 위한 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b는 주형으로 사용된 MCM-41로부터 메조포러스 구리 입자를 제조하기 위한 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 터치 패널과 액정 표시 패널 사이에 고내열성 평탄화막이 적용된 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 터치 패널과 발광다이오드 표시 패널 사이에 고내열성 평탄화막이 적용된 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 메조포러스 구리 입자에 대한 분석 결과를 도시한 것이다.
도 6a는 메조포러스 구리 입자에 대한 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과를 도시한 그래프이고, 도 6b는 메조포러스 구리 입자에 대한 FTIR spectroscopy(푸리에 변환 자외선 분광, Fourier transform Infrared spectroscopy) 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 6c는 메조포러스 구리 입자에 대한 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석 결과를 도시한 그래프이고, 도 6d는 메조포러스 구리 입자에 대한 NMR 스펙트럼 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 6c에서 A는 구리가 함침되어 있는 메조포러스 입자에 대한 분석 결과를 나타내고, B는 구리가 함침되기 전의 다공성 실리케이트에 대한 분석 결과를 나타낸다.
도 6e와 도 6f는 각각 메조포러스 구리 입자에 대한 SEM 사진과 TEM 사진이다.
도 7a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 폴리실록산 수지에 메조포러스 구리 입자가 분산된 평탄화막의 접착력 테스트에 따른 패턴 사진이다.
도 7b와 7c는 각각 비교예로서 메조포러스 입자가 분산되지 않은 폴리아크릴레이트 바인더 수지와, 폴리실록산 수지만으로 구성된 평탄화막의 접착력 테스트에 따른 패턴 사진이다.
도 7d와 도 7e는 각각 비교예로서 폴리실록산 수지에 메조포러스 알루미늄 입자와 메조포러스 크롬 입자가 분산된 평탄화막의 접착력 테스트에 따른 패턴 사진이다.
도 8a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 폴리실록산 수지에 메조포러스 구리 입자가 분산된 평탄화막의 크랙(crack) 특성을 분석한 사진이다.
도 8b와 8c는 각각 비교예로서 메조포러스 입자가 분산되지 않은 폴리아크릴레이트 바인더 수지와, 폴리실록산 수지만으로 구성된 평탄화 절연막의 크랙 특성을 분석한 사진이다.
도 8d와 도 8e는 각각 비교예로서 폴리실록산 수지에 메조포러스 알루미늄 입자와 메조포러스 크롬 입자가 분산된 평탄화 절연막의 크랙 특성을 분석한 사진이다.
도 9a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 폴리실록산 수지에 메조포러스 구리 입자가 분산된 평탄화 절연막의 박리 강도(peel strength)를 분석한 사진이다.
도 9b와 9c는 각각 비교예로서 메조포러스 입자가 분산되지 않은 폴리아크릴레이트 바인더 수지와, 폴리실록산 수지만으로 구성된 평탄화 절연막의 박리 강도를 분석한 사진이다.
도 9d와 도 9e는 각각 비교예로서 폴리실록산 수지에 메조포러스 알루미늄 입자와 메조포러스 크롬 입자가 분산된 평탄화 절연막의 크랙 특성을 분석한 사진이다.
도 10a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 폴리실록산 수지에 메조포러스 구리 입자가 분산된 평탄화 절연막의 스트레스 인가에 따른 크랙(crack) 특성을 분석한 사진이다.
도 10b와 10c는 각각 비교예로서 메조포러스 입자가 분산되지 않은 폴리아크릴레이트 바인더 수지와, 폴리실록산 수지만으로 구성된 평탄화 절연막의 스트레스 인가에 따른 크랙 특성을 분석한 사진이다.
도 10d와 도 10e는 각각 비교예로서 폴리실록산 수지에 메조포러스 알루미늄 입자와 메조포러스 크롬 입자가 분산된 평탄화 절연막의 스트레스 인가에 따른 크랙 특성을 분석한 사진이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 기판 상에 위치하는 터치 패널과; 상기 터치 패널과 이격하여 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 터치 패널과 상기 박막트랜지스터 사이에 개재되는 평탄화층을 포함하고, 상기 평탄화층은 바인더 수지에 분산된 다공성(porous) 구리 입자를 포함하는 표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
상기 터치 패널과 상기 평탄화층 사이에 위치하는 제 1 버퍼층과, 상기 평탄화층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치하는 제 2 버퍼층을 더욱 포함할 수 있다.
상기 다공성 구리 입자는 메조포러스(mesoporous) 구리 입자를 포함할 수 있으며, 상기 바인더 수지는 폴리실록산계 수지, 폴리이미드계 수지 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 다공성 구리 입자는 상기 바인더 수지에 0.5 ~ 10 중량부의 비율로 상기 바인더 수지에 분산될 수 있고, 상기 다공성 구리 입자는 다공성 실리케이트(silicate) 입자에 함침되어 있다(impregnated).
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 위치하는 터치 패널과; 상기 터치 패널과 이격하여 위치하는 표시 패널과; 상기 터치 패널과 상기 표시 패널 사이에 개재되는 평탄화층을 포함하고, 상기 평탄화층은 바인더 수지에 분산된 다공성(porous) 구리 입자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 터치 패널(TP, 도 4 참조)과 표시 패널(DP, 도 4 참조), 예를 들어 어레이 패널(AP, 도 4 참조) 사이에 적용되는 평탄화막의 개략적인 단면도이다. 평탄화막(300)은 바인더 수지(312)에 다공성(porous) 구리 입자(320)가 분산되어 있는 평탄화층(310)과, 평탄화층(310)의 하부와 상부에 각각 위치하는 제 1 버퍼층(332) 및 제 2 버퍼층(334)을 포함한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 평탄화층(310)을 구성하는 바인더 수지(312)는 내열 특성이 우수한 바인더 수지를 사용할 수 있다. 일예로 바인더 수지(312)는 폴리실록산계 수지 및/또는 폴리이미드계(PI) 수지일 수 있다. 폴리실록산계 수지와 폴리이미드계 수지는 기본적으로 내열 특성이 양호하기 때문에, 고온 조건에 의해서도 열화되지 않는 이점을 갖는다. 평탄화층(310)은 제 1 버퍼층(332)을 통하여 터치 패널(TP, 도 4 참조) 상부에 코팅, 적층될 수 있다.
다공성 구리 입자(320)가 분산된 바인더 수지(312)로 구성되는 평탄화층(310)을 제 1 버퍼층(332) 상부에 형성하기 위해서, 바인더 수지로 경화될 수 있는 반응성 성분, 유기용매, 가교촉진제 및 기타 첨가제가 배합된 바인더 조성물을 제 1 버퍼층(332)의 상부에 코팅한 뒤, 이를 경화시킨다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 바인더 수지(312)로서 폴리실록산계 수지를 얻기 위하여, 실란올기 및/또는 실록산기를 적어도 1개 갖는 실란 모노머 또는 실록산 모노머가 열 반응성 성분으로 사용될 수 있다. 이들 적절한 실란 모노머 및/또는 실록산 모노머를 열처리하면 이들 모노머 사이에서 가교결합이 형성되어 폴리실록산계 수지를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 실란올기를 갖는 모노머 화합물의 예로는 에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 및 에틸렌계 불포화 아실옥시 실란류와 같이 실릴기-함유 불포화 단량체를 가수분해시켜 수득된 실란올기-함유 모노머를 들 수 있다.
에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 화합물의 예로는 γ-아크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-아크릴옥시프로필-트리에톡시실란과 같은 아크릴레이트계 알콕시 실란, 2) γ-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리스(2-메톡시에톡시)실란과 같은 메타크릴레이트계 알콕시 실란이 있다. 한편, 에틸렌계 불포화 아실옥시실란류 화합물의 예로는 아크릴레이트계 아세톡시실란, 메타크릴레이트계 아세톡시실란 및 에틸렌계 불포화 아세톡시실란(예를 들면, 아크릴레이토프로필트리아세톡시실란, 메타크릴레이토프로필트리아세톡시실란) 등이 있다.
그 외에도 가수분해 등을 통하여 실란올기를 갖는 모노머를 얻을 수 있는 실릴기 함유 불포화 화합물의 예로는, 클로로디메틸비닐실란, 5-트리메틸실릴-1,3-사이클로펜타디엔, 3-트리메틸실릴알릴 알코올, 트리메틸실릴 메타크릴레이트, 1-트리메틸실릴옥시-1,3-부타디엔, 1-트리메틸실릴옥시 사이클로펜텐, 2-트리메틸실릴옥시에틸 메타크릴레이트, 2-트리메틸실릴옥시퓨란, 2-트리메틸실릴옥시프로펜, 알릴옥시-t-부틸디메틸실란 및 알릴옥시트리메틸실란, 트리메톡시 비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리스(메톡시에톡시)비닐실란 같은 트리스알콕시 비닐실란이 있다. 전술한 실란올기를 갖는 단량체는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
한편, 폴리실록산계 수지를 얻기 위한 반응성 성분으로서 실록산기를 갖는 모노머를 또한 사용할 수 있다. 이러한 실록산기를 갖는 모노머로는 선형 실록산기를 갖는 화합물, 사이클릭 실록산기를 갖는 화합물, 사면체 구조의 실록산기를 갖는 화합물 및 실세스퀴옥산 등을 사용할 수 있다.
선형 실록산기를 갖는 모노머 화합물로는 C1-C10의 알킬기 및/또는 C1-C10의 알콕시기가 4-8개 치환되어 있는 알킬실록산, 알콕시실록산, 알콕시알킬실록산, 비닐알콕시실록산, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, TMOS, TEOS, MTMS, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란 등과 같이 알콕시기를 함유하는 선형 실록산기를 갖는 단량체를 단독으로 또는 2종 이상 혼합할 수 있다.
한편, 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)의 비제한적인 예로는 메틸하이드로-사이클로실록산, 헥사메틸-사이클로트리실록산, 헥사에틸-사이클로트리실록산과 같은 사이클로트리실록산; 테트라옥틸 -사이클로테트라실록산, 헥사메틸-사이클로테트라실록산, 옥타메틸- 사이클로테트라실록산과 같은 사이클로테트라실록산; 테트라- 및 펜타-메틸사이클로테트라실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사- 및 헵타-메틸사이클로펜타실록산; 테트라-, 펜타- 및 헥사메틸-사이클로헥사실록산, 테트라에틸-사이클로테트라실록산, 및 테트라페닐 사이클로테트라실록산; 데카메틸-사이클로펜타실록산, 도데카메틸 사이클로실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-사이클로테트라실록산, 1,3,5,7,9-펜타메틸-사이클로펜타실록산, 및 1,3,5,7,9,11-헥사메틸사이클로헥사실록산에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 특히 사용할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 사면체 실록산기를 갖는 모노머의 비제한적인 예로는 테트라키스디메틸실록시실란, 테트라키스디페닐실록시실란 및 테트라키스디에틸실록시실란 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
아울러, 선형, 사이클릭 및 사면체 실록산 외에도, 예를 들어 메틸트리클로로실록산과 디메틸클로로실록산의 반응 등에 의하여 합성될 수 있는 실세스퀴옥산(silsesquioxane, SSQ)를 또한 폴리실록산을 합성하기 위한 반응성 물질로 사용할 수 있다. 실세스퀴옥산은 가교결합에 의하여 사다리(ladder) 구조 또는 cage 구조를 갖는 폴리실세스퀴옥산으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 오르가노 트리클로로실란의 가수분해에 의하여 부분적인 cage 구조의 헵타머 형태의 실록산과, cage 구조의 헵타머 형태 및 옥타머 형태의 실록산 등이 얻어지는데, 용해도 차이를 이용하여 헵타머 형태의 실록산을 분리하고, 이를 오르가노트리알콕시실란 또는 오르가노트리클로로실란의 축합 반응에 의하여 실세스퀴옥산 단량체를 얻을 수 있다. 실세스퀴옥산은 대략 RSiO3/2 의 화학 구조(R은 수소, 탄소수 1-10의 알킬기; 탄소수 2-10의 알케닐; 페닐과 같은 아릴기; 아릴렌기)를 가질 수 있지만, 본 발명에서 사용할 수 있는 실세스퀴옥산이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 바인더 수지(312)로서 사용될 수 있는 폴리이미드를 합성하기 위한 반응성 물질로서는 아민 화합물과 무수화물을 포함할 수 있다. 폴리이미드는 예를 들어 방향족 폴리이미드(PI) 및 무색투명폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI)를 포함할 수 있다. CPI는 예를 들어 PI의 주쇄 내에 트리플루오로메틸(-CF3), 술폰(-SO2), 에테르(-O-)와 같이 전기음성도가 상대적으로 강한 원소를 도입하여 π 전자의 이동을 제한하거나, 또는 벤젠이 아닌 환형 올레핀(cyclo-olefin) 구조를 도입함으로써 주쇄 내에 존재하는 π 전자의 밀도를 감소시키는 방법을 이용할 수 있다. 폴리이미드는 디아민과 이무수물(dianhydride)을 적절한 용매에 첨가하여 폴리아믹산을 합성하고, 얻어진 폴리아믹산을 적절한 이미드화 공정, 예를 들어 열적 이미드화 공정이나 촉매적/화학적 이미드화 공정을 통하여 반응시킴으로써 얻어질 수 있다.
투명성 폴리이미드(CPI)를 제조하기 위한 투명성 이무수물 및 투명성 디아민은 다음과 같은 투명성 이무수물 및 투명성 디아민을 사용할 수 있다.
투명성 이무수물은 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물 (4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride, 6FDA), 1,2,4,5-사이클로부탄테트라카르복시산 이무수물(1,2,4,5-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, CBDA), 1,2,4,5-사이클로헥산테트라카르복시산 이무수물(1,2,4,5-cyclohexane tetracarboxylic dianhydride, CHDA), 4,4'-옥시디프탈산 무수물(4,4'-oxydiphthalic anhydride, ODPA), 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복시산 이무수물(3,3',4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, DSDA), 3,3',4, 4'-벤조페논테트라카르복시산 이무수물(3,3',4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, BPDA 또는 BTDA), 2,2-Bis[4-(3,4-디카르복시페녹시)페놀]]프로판 이무수물 (2,2-Bis[4-(3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl]propane dianhydride, BPADA) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
한편, 투명성 디아민은 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA), 2,2-Bis[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판 (2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, BAPP), 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-바이페닐디아민 (2,2'-Bis(trifluoromethyl)-4,4'-biphenyldiamine, TFMB 또는 TFB), 4,4'-Bis(4-아미노페녹시)바이페닐 (4,4'-Bis(4-aminophenoxy)biphenyl, BAPB), 사이클로헥실디아민(cyclohexyl diamine, CHDAM), 다아미노벤젠사이나이드(diaminobenzene cyanide, DABN), 2,2-Bis[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropane, 6FBAPP), 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]설폰(Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]sulfone, BAPS) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
바인더 수지(312)의 반응성 성분인 실란올/실록산계 모노머나, 이무수물/디아민은 바인더 수지(312)를 합성하기 위한 바인더 조성물 중에 대략 5 ~ 40 중량부, 바람직하게는 10 ~ 30 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 중량부는 배합되는 성분 사이의 중량 비율을 의미한다.
바인더 수지(312)에 분산되는 다공성 구리 입자(320)는 기공 구조를 갖는 임의의 다공성 입자를 사용할 수 있다. 예를 들어 다공성 구리 입자(320)는 마이크로포러스(microporous) 구리 입자, 메조포러스(mesoporous) 구리 입자 및 매크로포러스(macroporous) 구리 입자를 포함한다. 본 명세서에서 마이크로포러스 입자는 기공의 평균 직경이 2 ㎚ 미만인 다공성 입자를 의미하고, 메조포러스 입자는 기공의 평균 직경이 2 ㎚ 이상 50 ㎚ 미만인 다공성 입자를 의미하며, 매크로포러스 입자는 기공의 평균 직경이 50 ㎚ 이상의 다공성 입자를 의미한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 다공성 구리 입자는 메조포러스 입자이다. 메조포러스 구리 입자는 본 발명의 평탄화층(310)의 상부에 위치하는 어레이 패널(AP, 도 4 참조)에서 발생한 열을 외부로 방출시키기에 충분한 기공 크기를 가지고 있으며, 균일한 기공 크기 및 기공 분산을 가지는 메조포러스 입자는 제조가 용이한 이점이 있다.
메조포러스 구리 입자를 얻기 위하여 메조포러스 실리케이트를 주형(template)으로 사용할 수 있으며, 메조포러스 실리케이트는 다양한 방법에 의하여 합성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 메조포러스 구리 입자(320)는 다공성 분자체 물질(molecular sieve materials)인 메조포러스 실리케이트를 주형(template)으로 사용하여 합성될 수 있다. 다공성 분자체 물질의 메조포러스 실리케이트는 균일한 기공 크기 및 우수한 비-표면적을 가지기 때문에, 본 발명의 다공성 구리 입자(320)의 주형으로 활용되기에 적합할 수 있다.
다공성 구리 입자(320)를 합성하기 위한 주형으로 사용될 수 있는 메조포러스 실리케이트는 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(cetyltrimethyl ammonium bromide, CTAB)와 같은 계면활성제를 구조 유도 물질(structure directing material, 구조 배향체)로 사용하고, 테트라메틸 오르쏘실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS), 테트라에틸 오르쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)나 소듐 메타실리케이트(Sodium methasilicate)를 실리카 도입 물질로 사용하는 MCM(Mobile Composition of Matter) 계열을 포함한다. 선택적으로, 플루로닉(pluronic) 형태의 계면활성제 또는 삼공중합체, 예를 들어 P123(poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene) oxide; PEO-PPO-PEO)과 같은 비-이온성 삼공중합체(non-ionic triblock copolymer)를 구조 유도 물질로 사용하고, TMOS, TEOS 등을 실리카 도입 물질로 사용하는 SBA(Santa Barbara Amorphous) 계열이 메조포러스 실리케이트로 적용될 수 있다. 이들 메조포러스 실리케이트는 실리카 도입 성분, 계면활성제의 종류, 이들의 함량, 계면활성제와 실리카 도입 성분의 계면에서의 전하 밀도 등에 따라 다양한 형태의 구조를 갖는다.
예를 들어, MCM-41과 SBA-3, SBA-15는 1차원의 나노 기공들이 규칙적으로 육방 배열을 하고 있는 형태이고, MCM-48은 두 종류의 나노 기공들이 서로 독립적으로 삼차원적으로 연결된 입방 구조(cubic Ia3d) 를 갖는다. MCM-50은 층상 구조 물질이며, SBA-1과 SBA-6 는 구형 메조포어(mesopore)가 입방 Pm3n 격자 구조를 갖고 삼차원으로 연결된 구조이고, SBA-16은 입방 Im3m 격자 구조를 갖는 삼차원 기공 물질이다. 이들 이외에도 메조포어들이 규칙적으로 배열된 구조를 갖는 SBA-계열의 물질들과 메조포어들이 불규칙적으로 연결된 구조의 KIT-1(Korea Advanced Institute of Science and Technology-1)과 MSU-X(Michigan State University-X), HMS(hexagonal mesoporous silica) 등이 알려져 있다.
본 발명에 따라 평탄화층(310)을 구성하는 바인더 수지(312)에 분산되는 다공성 구리 입자(320)를 합성하는 과정에 대해서 MCM-41을 주형으로 사용하는 경우를 예를 들어 설명한다. 도 3a는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 메조포러스 구리 입자를 제조하기 위해 주형(template)으로 사용된 MCM-41을 제조하기 위한 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, CTAB와 같은 계면활성제(322)를 구조 유도물질로 사용하고, TEOS, TMOS, 소듐 메타실리케이트, fumed silica, Ludox(예를 들어 Ludox HS40) 등의 실리카 도입 물질을 산 또는 염기 등의 촉매 하에서 수열 반응시킨다. 이 과정에서 계면활성제(322)는 미셀(micelle) 구조로 배열되는데, 미셀 구조로 배열된 계면활성제(322) 주변으로 실리카 도입 성분의 가수분해(hydrolysis) 및 응축(condensation)에 의해 형성된 실리케이트가 자가-배열(self-assembly)되어 거대 분자(supra-molecule)가 형성된다. 구체적으로, 미셀 구조로 자가-배열된 계면활성제의 표면에 위치하는 친수성 부분과 실리케이트와 같은 무기 물질이 상호작용하여 고체 분말 또는 필름 형태의 유기-무기 복합체가 형성된다. 이어서, 이 유기-무기 복합체를 500℃ 이상의 고온에서 소성(calcinations)하여 계면활성제(322) 등 유기분자를 제거하면, 메조포어(326)를 가지는 메조포러스 실리케이트(324)가 육방 배열되어 MCM-41 구조를 갖게 된다.
계속해서, 도 3b는 주형으로 사용된 MCM-41로부터 메조포러스 구리 입자를 제조하기 위한 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 계면활성제(322, 도 3a 참조)가 제거된 육방 배열성 메조포러스 실리케이트(324)에 구리 전구체, 예를 들어 산화구리 전구체, (CuNO3) 수화물, CuCOOH 수화물, CuCl 수화물, Cu(Ⅱ) acetylacetonate 등을 적절한 용매(예를 들어 클로로포름 등)에서 반응시키면, 구리 전구체 물질로부터 구리 입자(328)가 메조포러스 실리케이트(324)의 기공(326) 내벽에 함침(impregnation)되면서, 메조포러스 구리 입자를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 다공성 구리 입자(320, 도 2 참조)는 다공성 실리케이트 입자에 함침되어(impregnated) 있을 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 다공성 구리 입자(320)는 대략 0.5 내지 10 중량부의 비율로 바인더 수지(312)에 분산될 수 있다. 다공성 구리 입자(320)의 함량이 이보다 적으면 내열 특성 향상과 같은 물성 향상을 기대하기 어렵다. 반면, 다공성 구리 입자(320)의 함량이 이보다 많더라도 물성은 추가적으로 첨가되는 양에 비례하여 증가하지 않으며, 오히려 광-투과율이 저하될 수 있다.
한편, 바인더 조성물 중에 사용되는 용매는 특별히 제한되지 않으며, 메탄올, 에탄올 등의 알코올계 용매; 테트라하이드로퓨란, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필에테르, 프로필렌글리콜 부틸에테르 등에서 1종 이상 선택되는 에테르계 용매; 에틸렌글리콜모노에틸에스테르, 락트산 메틸, 락트산 에틸, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 2-히드록시프로피온산에틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산메틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산에틸, 히드록시초산메틸, 히드록시초산에틸, 프로필렌글리콜 메틸에틸프로피오네이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르프로피오네이트 등에서 1종 이상 선택되는 에스테르계 용매; 에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트 중에서 1종 이상 선택되는 아세테이트계 용매; 톨루엔, 자일렌, 크레졸 등에서 1종 이상 선택되는 방향족 탄화수소계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로펜탄온, 시클로헥산온, 2-헵탄온, 4-히드록시-4-메틸-2-펜탄온 중에서 1종 이상 선택되는 케톤계 용매; N-메틸피롤리돈(NMP), N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드(DMF) 중에서 1종 이상 선택되는 아미드계 용매; γ-부티로락톤일 수 있는 락톤계 용매 및 이들의 조합을 사용할 수 있다. 이들 용매는 바인더 조성물 중에 40 ~ 100 중량부, 바람직하게는 50 ~ 90 중량부, 더욱 바람직하게는 60 ~ 80 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
필요한 경우에, 바인더 조성물은 기능성 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 기능성 첨가제는 커플링제, 계면활성제, 가교촉진제 등을 포함할 수 있다. 커플링제는 바인더 수지(312)와 기재와의 접합성을 증진시키기 위한 것으로, 실란계 커플링제, 알루미늄계 커플링제, 티타늄계 커플링제 및 지르코늄계 커플링제 중에서 적어도 1종 이상 선택될 수 있으며 특히 바람직하게는 실란계 커플링제이다. 이들 커플링제는 바인더 수지(312)의 표면 처리에 의하여 기재와의 접착력을 향상시킬 수 있다면 특별히 그 배합 비율은 한정되지 않지만, 바람직하게는 바인더 조성물 중에 1 ~ 10 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
아울러, 열 반응성 성분의 분산을 유도하기 위한 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 음이온성 계면활성제로는 알킬 술폰산(술포네이트), 알킬 황산(설페이트), 아랄킬 및 알크아릴 음이온성 계면활성제, 알킬 숙신산(숙시네이트), 알킬 술포숙신산염(술포숙시네이트)을 사용할 수 있다. 특히, 알크아릴 술폰산, 알킬 황산 및 알크아릴 황산의 나트륨, 마그네슘, 암모늄 및 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 염이 바람직하다. 계면활성제의 함량은 사용되는 용매의 종류, 반응성 성분의 함량 등에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 대략 바인더 조성물 중에 0.01 ~ 1.0 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 반응성 성분으로 사용되는 실란올/실록산 모노머 등의 가교결합을 촉진하기 위한 가교촉진제가 바인더 조성물에 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 가교촉진제는 디메틸아닐린, 1,1'-메틸렌비스(3-메틸피페리딘)(MBMP), 디메틸벤질아민(DMBA), 트리스(디메틸아미노메틸)페놀(TDMAMP), 헥사메틸렌테트라민 및 1,6-비스-(디메틸아미노)헥산과 같은 모노에틸아민, 트리메틸아민 및 옥틸디메틸아민과 같은 3급 아민류; N-4-클로로페닐-N',N'-디메틸우레아, N-3-클로로-4-메틸페닐-N',N'-디메틸우레아, N-(2-하이드록시페닐)-N',N'-디메틸우레아와 같은 우레아 유도체; 예를 들면 이미다졸, 벤즈이미다졸, 1-메틸이미다졸, 3-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-비닐이미다졸, 2-비닐이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-(2,6-디클로로벤조일)-2-페닐이미다졸 및 1-(2,4,6-트리메틸벤조일)-2-페닐이미다졸과 같은 치환되거나 치환되지 않은 비치환된 이미다졸류; 트리페닐포스핀과 같은 유기 포스핀류; 실세스퀴옥산류 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
특히, 실록산계 반응성 성분은 가교촉진제가 첨가됨에 따라 내열성이 저하될 우려가 있다. 따라서 최종적으로 제조되는 바인더 수지(312)로 구성되는 평탄화층(310)의 내열성에 영향을 주지 않는 가교촉진제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 가교촉진제의 예로는 폴리실세스퀴옥산 중에서 cage 구조를 가지는 실세스퀴옥산인 폴리헤드랄 올리고메릭 실세스퀴옥산(polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS)이다. 가교촉진제의 함량은 바인더 조성물 중에 포함되는 사용되는 및 용매의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있지만, 그 함량은 대략 바인더 조성물 중에 0.01 ~ 0.1 중량부로 포함될 수 있다.
전술한 반응성 성분, 다공성 구리 입자, 용매, 기타 첨가제 등을 함유하는 바인더 조성물을 적절한 기재에 코팅한 뒤, 이를 경화시켜 다공성 구리 입자(320)가 분산된 바인더 수지(312)로 구성되는 평탄화층(320)을 얻을 수 있다. 코팅 방법은 제한되지 않으며, 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, 바인더 조성물 중의 고형분의 농도, 점도 등에 따라 달라질 수 있지만, 건조 후에 평탄화층(310)의 두께가 0.1 ~ 2.0 ㎛가 되도록 도포할 수 있다.
구체적으로, 전술한 바인더 조성물에 대한 경화 공정을 수행하여 용매를 증발시켜, 최종적으로 기재 상에 다공성 구리 입자(320)가 분산된 바인더 수지(312)를 형성할 수 있다. 이 과정은 통상적으로 적절한 열을 가하여 용매를 휘발시키는 방법으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 바인더 수지(312)로서 폴리실록산계 수지를 사용하고자 하는 경우, 80 ~ 120℃의 온도에서 0.1 ~ 5분 동안 예비 가열(프리 베이킹)하고, 이어서 150 ~ 400℃의 온도에서 5 ~ 200분, 바람직하게는 10 ~ 100분 동안 본 가열(포스트 베이킹)시킬 수 있다.
한편, 폴리이미드에 다공성 구리 입자(320)가 분산된 바인더 수지(312)를 제조하기 위하여, 전술한 아민 화합물과 무수화물 및 다공성 구리 입자(320)를 포함하는 바인더 조성물을 기재에 코팅하고, 아민 화합물과 무수화물의 반응에 의하여 얻어지는 폴리아믹산을 140 ~ 300 ℃에서 가열하는 이미드화하는 열적 이미드화 공정, 아세트산무수화물/피리딘 등의 탈수 촉매를 이용하여 화학적으로 이미드화 반응을 수행하는 화학적 이미드화 방법을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가면, 평탄화막(300)을 구성하는 평탄화층(310)의 하부와 상부에 각각 위치하는 제 1 버퍼층(332) 및 제 2 버퍼층(334)이 위치한다. 전술한 바와 같이, 평탄화층(310)에는 금속 성분인 다공성 구리 입자(320)가 바인더 수지(312)에 분산되어 있다. 평탄화층(310)을 직접 터치 패널(TP, 도 4 참조)과 어레이 패널(AP) 사이에 직접 개재되는 경우, 터치 패널과 어레이 패널을 구성하는 다수의 금속성 전극이나 배선과, 다공성 구리 입자(320) 사이에 전기적 쇼트가 발생할 수 있다. 이를 방지할 수 있도록, 평탄화층(310)의 하부와 상부에 각각 절연 물질로 제조되는 제 1 버퍼층(332) 및 제 2 버퍼층(334)이 위치한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 버퍼층(332) 및 제 2 버퍼층(334)은 무기 물질을 사용하여 적층될 수 있다. 예를 들어, 제 1 버퍼층(332) 및 제 2 버퍼층(334)은 실리콘 산화물(SiO2) 및/또는 실리콘 질화물(SiNx)을 사용하여 제조될 수 있는데, PECVD(플라즈마강화 화학기상증착) 등과 같은 방법을 사용하여 적층될 수 있다. 이 경우, 제 1 버퍼층(332) 및 제 2 버퍼층(334)은 각각 500 ~ 2000 의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따라 바인더 수지(312)에 다공성 구리 입자(320)가 분산된 절연막으로서의 평탄화층(310)은 우수한 내열 특성을 보유하고 있다. 이 평탄화층(310)을 터치 패널(TP, 도 4 참조)와 표시 패널(DP, 도 4 참조)을 구성하는 어레이 패널(AP, 도 4 참조) 사이의 평탄화막(300)으로 사용하면, 어레이 패널을 구성하는 박막트랜지스터(Tr, 도 4 참조)를 제조하기 위한 350℃ 이상의 고온 공정에 의해서도 평탄화층(310)의 구조가 파괴되는 등의 열화가 일어나지 않는다.
즉, 본 발명에 따라 제조되는 평탄화층(310)을 포함하는 평탄화막(300)은 내열 특성이 우수한 바인더 수지(310)를 채택하는 한편, 다공성 구리 입자(320)를 사용하여 열이 쉽게 배출되는 통로가 형성되므로 열 분산 특성이 양호하다. 이에 따라 평탄화막(300) 상부에 위치하는 어레이 패널(AP, 도 4 참조)와 하부에 위치하는 터치 패널(TP, 도 4 참조) 사이에 열적 스트레스가 비슷하게 된다.
따라서 고온 조건에서도 그 상부 및 하부에 각각 위치하는 터치 패널 또는 기판과, 어레이 패널에 대한 우수한 접착력을 유지할 수 있다(도 7a 참조). 뿐만 아니라 기재와의 계면에서 들뜸이 일어나지 않으므로 크랙(crack)이 일어나지 않으며(도 8a 및 도 10a 참조), 박리 강도도 우수하다(도 9a 참조). 더욱이, 고온 처리에 의해서도 광-투과 특성이 저하되지 않기 때문에, 표시장치에 적용되어 양호한 휘도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 다공성 구조의 입자(320)를 포함하고 있어 저-유전율을 도모할 수 있기 때문에 구동 전압을 낮출 수 있는 이점을 갖게 된다. 또한, 저유전율 구조의 다공성 구리 입자(320)가 분산되어 절연막으로 사용되는 평탄화층(310)의 저항을 낮출 수 있으므로 구동 과정에서 야기될 수 있는 정전기를 신속하게 감쇠시킬 수 있으므로 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
계속해서, 본 발명에 따라 다공성 구리 입자(320)가 분산된 바인더 수지(312)로 구성되는 평탄화층(310)이 적용될 수 있는 표시장치용 어레이 기판 및 표시장치에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 터치 패널과 액정 표시 패널 사이에 고내열성 평탄화막이 적용된 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 인-셀 터치 타입 액정 표시장치(100)는 제 1 기판(101) 상에 위치하는 터치 패널(TP)과, 터치 패널(TP) 상에 위치하는 어레이 패널(AP)을 포함하는 표시 패널(DP)을 포함한다. 표시 패널(DP)의 상단에 제 1 기판(101)과 마주하는 제 2 기판(102)이 위치하고 있으며, 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102) 사이에 액정층(180)이 개재되어 있다. 상기 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102)은 글라스는 물론이고 폴리이미드(PI)와 같은 플라스틱 소재로 제조될 수 있다.
상기 터치 패널(TP)은 사용자의 터치를 감지하는데, 터치 패널(TP)은 제 1 방향을 따라 배열되는 다수의 제 1 터치 전극(112)과, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 따라 배열되는 다수의 제 2 전극(114)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제 1 방향은 데이터 배선(미도시)과 평행하고, 상기 제 2 방향은 게이트 배선(미도시)과 평행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제 1 터치 전극(112)과 상기 제 2 터치 전극(114)은 서로 이격되어 위치한다. 예를 들어, 제 1 기판(101) 상에 제 1 방향을 따라 상기 다수의 제 1 터치 전극(112)이 서로 연결된 일체로 형성될 수 있으며, 제 2 방향을 따라 서로 이격된 섬(island) 형상의 다수의 제 2 터치 전극(114)이 형성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 제 1 터치 전극(112)은 송신(Tx) 전극이고, 상기 제 2 터치 전극(114)은 수신(Rx) 전극일 수 있다.
도면으로 표시하지는 않았으나, 터치 패널(TP)에는 제 1 및 제 2 터치 전극(112, 114) 이외에도, 제 1 터치 전극(112)에 연결되는 송신 배선(driving line), 제 2 터치 전극(114)에 연결되는 수신 배선(sensing line), 터치 패드(미도시)가 형성된다. 터치 패드(미도시)는 다수의 송신 배선(미도시) 또는 수신 배선(미도시)와 전기적으로 연결되며, 예를 들어 이방성 도전 필름(anisotropic conductive film)인 접속 수단(미도시)를 통해 표시 패드(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
터치 패널(TP)의 상부에 제 1 및 제 2 터치 전극(112, 124)을 덮는 제 1 버퍼층(332)이 형성된다. 제 1 버퍼층(332)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 구성될 수 있다. 제 1 버퍼층(332)은 터치 패널(TP)과 평탄화층(310) 사이에 개재되어, 제 1 및 제 2 터치 전극(112, 114)과 평탄화층(310)에 분산되어 있는 다공성 구리 입자 사이의 전기적 쇼트를 방지한다.
제 1 버퍼층(332)의 상면에 바인더 수지에 다공성 구리 입자가 분산된 평탄화층(310)이 위치한다. 예를 들어 다공성 구리 입자는 메조포러스 다공성 구리 입자이다. 평탄화층(310) 상부에 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 구성되는 제 2 버퍼층(334)이 위치하여, 평탄화막(330)에 분산되어 있는 다공성 구리 입자와, 게이트 전극(132) 및/또는 데이터 배선(170)과 같은 어레이 패널(AP)을 구성하는 다수의 전극 및 배선 사이의 전기적 쇼트를 방지한다.
제 2 버퍼층(334)의 상부에 표시 패널(DP)을 구성하는 어레이 패널(AP)이 형성된다. 상기 어레이 패널(AP)은 도시하지 않은 백라이트 유닛의 동작을 조절할 수 있도록 다수의 전극 및 배선으로 구성된다.
어레이 패널(AP)을 구성하는 전극 및 배선에 대해서 구체적으로 살펴본다. 제 2 버퍼층(334)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(132)과, 게이트 절연막(136)과, 액티브층(142a) 오믹콘택층(142b)을 포함하는 반도체층(140)과, 소스 및 드레인 전극(152, 154)으로 이루어지는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 게이트 전극(132)은 게이트 배선(미도시)에 연결되며, 제 2 버퍼층(334) 상에 형성된다. 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(132) 상에, 무기 절연물질, 예를 들어 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물일 수 있는 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(136)이 형성된다.
게이트 절연막(136) 상에는 순수 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층(142a)과, 액티브층(142a) 상에 형성되며 액티브층(142a)의 중앙을 노출시키고 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹콘택층(142b)이 형성되어 있다. 액티브층(142a)과 오믹콘택층(142b)은 반도체층(140)을 이룬다.
반도체층(140) 상에는 서로 이격하여 액티브층(142a)의 중앙을 노출시키는 소스 전극(152)과 드레인 전극(154)이 형성되어 있다. 소스 전극(152)은 반도체층(140) 상에 위치하며 데이터 배선(170)에서 연장되며, 드레인 전극(154)은 반도체층(140) 상에서 소스 전극(152)과 이격하여 위치한다. 박막트랜지스터(Tr)는 스위칭 영역(TrA)에 위치하고 있다.
또한, 게이트 절연막(136) 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(152)으로부터 연장된다. 한편, 도면으로 표시하지는 않았으나, 하나의 예시적인 실시형태에서, 게이트 절연막(136) 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(152), 드레인 전극(154) 및 공통배선(미도시)을 덮는 제 1 보호층(160)이 제 1 층간 절연막으로서 형성된다. 이 제 1 보호층(160)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)을 노출시키는 드레인 콘택홀(164)이 형성되어 있다. 상기 제 1 보호층(160)은 실리콘 산화물(SiO2)이나 실리콘 질화물(SiNx)와 같은 무기 절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo acryl)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다. 제 1 보호층(160)은 화소전극(176)을 형성하는 과정에서 오믹콘택층(142b)이 손상되는 것을 방지한다.
또한, 각각의 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(174)과 드레인 콘택홀(164)을 통해 접촉하여 전기적으로 연결되는 제 1 전극으로서의 화소전극(176)이 제 1 보호층(160) 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(160)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(178)이 형성되어 있다. 이 제 2 보호층(178)은 실리콘 산화물(SiO2)이나 실리콘 질화물(SiNx)와 같은 무기 절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo acryl)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 보호층(178) 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 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(180) 사이에는 컬러필터층(미도시)의 보호 및 표면을 평탄화하기 위하여 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 등과 같은 소재의 오버코트층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 아울러, 도시하지는 않았으나 제 2 기판(102)의 상부에 편광판이 위치할 수 있으며, 편광판(미도시) 상부에는 광학 투명 접착제(Optically Clear Adhesive, OCA)를 통하여 커버 윈도우가 배치될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 표시장치(100)는 표시 패널(DP)을 구성하는 어레이 패널(AP)과 터치 패널(TP) 사이에 고내열성 바인더 수지에 분산된 다공성 구리 입자를 갖는 평탄화층(310)이 위치한다. 따라서 어레이 패널(AP)을 구성하는 박막트랜지스터(Tr)을 제조하는 350℃ 이상의 고온 공정에 의해서도 평탄화층(310)은 열화되지 않는다. 이러한 특성으로 인하여, 어레이 패널(AP)이 최종적으로 제조된 이후에도, 평탄화층(310)은 터치 패널(TP)과 어레이 패널(AP)에 견고하게 접착되어 있으므로, 터치 패널(TP)과 어레이 패널(AP)에 대한 합착이 견고하게 유지될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 평탄화층(310)은 고온 공정에 의해서도 그 특성을 유지할 수 있으므로, 고온 공정에 의한 크랙 발생 및/또는 박리(peeling)가 일어나지 않는다. 고온 공정에 의해서도 광-투과율이 저하되지 않으므로 양호한 휘도를 얻을 수 있고, 기공 구조를 가지는 다공성 구리 입자가 분산되어 있으므로 저-유전율을 확보할 수 있어서 구동 전압을 낮출 수 있다. 또한, 기공 구조로 인하여 소자 작동 과정에서 초래될 수 있는 정전기를 신속하게 감쇠, 제거할 수 있으므로 정전기로 인한 소자 작동의 불량이나 수율 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 표시 장치로서 액정 표시장치(100)를 표시 소자로 사용하는 인-셀 타입의 표시장치를 예시하였으나, 본 발명의 평탄화막은 유기발광다이오드를 표시 소자로 사용하는 인-셀 타입의 표시장치에도 적용될 수 있다. 도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따라 터치 패널과 발광다이오드 표시 패널 사이에 고내열성 평탄화막이 적용된 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 인-셀 터치 타입 유기발광다이오드 표시장치(200)는 기판(201) 상에 위치하는 터치 패널(TP)과, 터치 패널(TP) 상에 위치하는 어레이 패널(AP)과, 상기 어레이 패널(AP) 상의 발광다이오드(E)를 포함한다. 상기 터치 패널(TP)은 사용자의 터치를 감지하며, 상기 발광다이오드(E)는 광원의 역할을 하고, 상기 어레이 패널(AP)은 상기 발광다이오드(E)의 동작을 조절하는 역할을 한다. 상기 기판(201)은 글라스 또는 플라스틱 소재로 제조된다.
상기 터치 패널(TP)은 제 1 방향을 따라 배열되는 다수의 제 1 터치 전극(212)과, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 따라 배열되는 다수의 제 2 전극(214)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제 1 방향은 데이터 배선(미도시)과 평행하고, 상기 제 2 방향은 게이트 배선(미도시)과 평행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제 1 터치 전극(212)과 상기 제 2 터치 전극(214)은 서로 이격되어 위치한다. 예를 들어, 기판(201) 상에 제 1 방향을 따라 상기 다수의 제 1 터치 전극(212)이 서로 연결된 일체로 형성될 수 있으며, 제 2 방향을 따라 서로 이격된 섬(island) 형상의 다수의 제 2 터치 전극(214)이 형성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 제 1 터치 전극(212)은 송신(Tx) 전극이고, 상기 제 2 터치 전극(214)은 수신(Rx) 전극일 수 있다.
도면으로 표시하지는 않았으나, 터치 패널(TP)에는 제 1 및 제 2 터치 전극(212, 214) 이외에도, 제 1 터치 전극(212)에 연결되는 송신 배선(driving line), 제 2 터치 전극(214)에 연결되는 수신 배선(sensing line), 터치 패드(미도시)가 형성된다. 터치 패드(미도시)는 다수의 송신 배선(미도시) 또는 수신 배선(미도시)와 전기적으로 연결되며, 예를 들어 이방성 도전 필름(anisotropic conductive film)인 접속 수단(미도시)를 통해 표시 패드(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
터치 패널(TP)의 상부에 제 1 및 제 2 터치 전극(112, 124)을 덮는 제 1 버퍼층(332)이 형성된다. 제 1 버퍼층(332)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 구성될 수 있다. 제 1 버퍼층(332)은 터치 패널(TP)과 평탄화층(310) 사이에 개재되어, 제 1 및 제 2 터치 전극(112, 114)과 평탄화층(310)에 분산되어 있는 다공성 구리 입자 사이의 전기적 쇼트를 방지한다.
제 1 버퍼층(332)의 상면에 바인더 수지에 다공성 구리 입자가 분산된 평탄화층(310)이 위치한다. 예를 들어 다공성 구리 입자는 메조포러스 다공성 구리 입자이다. 평탄화층(310) 상부에 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 구성되는 제 2 버퍼층(334)이 위치하여, 평탄화막(330)에 분산되어 있는 다공성 구리 입자와, 게이트 전극(232) 과 같은 어레이 패널(AP)을 구성하는 다수의 전극 및 배선 사이의 전기적 쇼트를 방지한다.
어레이 패널(AP)은 상기 터치 패널(TP) 상부에 위치하며 발광다이오드(E)의 동작을 조절하기 위한 구동 박막트랜지스터(Tr), 스위칭 박막트랜지스터(미도시), 게이트 배선(미도시), 데이터 배선(미도시), 전원배선(미도시)을 포함한다.
도시하지 않았지만, 데이터 배선은 제 2 방향을 따라 연장되고 게이트 배선과 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 고전위 전압을 공급하는 전원 배선은 데이터 배선과 이격되어 위치한다. 상기 스위칭 박막트랜지스터는 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선에 연결된다. 구동 박막트랜지스터(Tr)는 상기 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전원 배선에 연결되며 상기 스위칭 박막트랜지스터의 작동에 의해 상기 발광다이오드(E)로 상기 전원 배선의 전압을 인가하게 된다.
상기 스위칭 박막트랜지스터와 상기 구동 박막트랜지스터(Tr) 각각은 게이트 전극(232), 게이트 절연막(236), 반도체층(240), 소스 전극(252) 및 드레인 전극(254)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극(232)은 평탄화층(310) 상부에 형성되는 제 2 버퍼층(334) 상에 형성된다. 게이트 절연막(236)은 상기 게이트 전극(232)을 덮으며, 상기 반도체층(240)은 상기 게이트 절연막(236) 상에서 상기 게이트 전극(232)과 중첩할 수 있다. 또한, 상기 소스 전극(252)과 상기 드레인 전극(254)은 상기 반도체층(240) 상에서 서로 이격한다.
예를 들어, 상기 게이트 배선, 상기 게이트 전극(232), 상기 데이터 배선, 상기 소스 전극(252) 및 상기 드레인 전극(254)은 저-저항 금속 물질인 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 몰리브덴, 크롬 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 2에서 구동 박막트랜지스터(Tr)의 반도체층(240)은 산화물 반도체층으로 이루어지는 것으로 설명하고 있으며, 산화물 반도체 물질로 이루어지는 반도체층(240)의 보호를 위해 에치-스토퍼(242)가 형성된 구조가 도시되었다. 그러나, 상기 에치-스토퍼(242)가 생략될 수 있음은 자명하다. 또한, 도 2에 도시된 구동 박막트랜지스터(Tr)의 구조에 제한되지 않는다. 예를 들어, 산화물 반도체 물질로 이루어지는 반도체층(240) 대신에, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 불순물 비정질실리콘의 오믹콘택층으로 구성되는 반도체층을 포함하여 구성될 수도 있다. 또한, 폴리실리콘으로 이루어지는 반도체층을 이용하는 탑 게이트 방식의 박막트랜지스터가 포함될 수도 있다.
또한, 구동 박막트랜지스터(Tr)를 덮는 제 1 보호층(260)이 형성되고, 상기 제 1 보호층(260)을 덮으며 평탄한 상면을 제공하는 제 2 보호층(262)이 형성된다. 상기 보호층(260, 262)은 구동 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(254)을 노출하는 드레인 콘택홀(264)을 포함한다.
상기 제 1보호층(260)은 상기 반도체층(240)과의 접촉 특성 향상 등을 위해 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물과 같은 무기 절연물질로 이루어지는데, 무기 절연물질로 이루어지는 상기 제 1 보호층(260)의 하부 구성 요소의 단차에 의해 요철 형태를 가질 수 있다. 상기 제 1 보호층(260) 상에 상기 발광다이오드(E)가 형성되면 유기 발광층(274)의 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 보호층(260) 상에 포토-아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 이루어져 평탄한 상면을 갖는 상기 제 2 보호층(262)을 형성하게 된다. 그러나, 상기 제 1 보호층(260) 및 상기 제 2 보호층(262) 중 어느 하나가 생략될 수 있음은 물론이다.
제 2 보호층(262) 상에는 상기 화소영역(P)에 대응하여 발광다이오드(E)가 형성된다. 상기 발광다이오드(E)는 구동 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(254)에 전기적으로 연결되는 제 1 전극(272)과, 상기 제 1 전극(272)과 마주하는 제 2 전극(276) 및 제 1 및 제 2 전극(272, 276) 사이에 위치하는 유기발광층(274)을 포함한다. 도면에서는 제 1 전극(272)이 상기 드레인 콘택홀(264)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(254)과 접촉하는 것을 보이고 있으나, 별도의 연결 전극을 통해 연결될 수 있음은 물론이다.
상기 유기발광층(274)에서 상기 제 1 전극(272)과 상기 제 2 전극(276)에 의해 주입되는 전자와 정공의 결합에 의해 빛이 발생한다. 또한, 상기 제 1 전극(272)의 가장자리에는 상기 화소영역(P)의 경계를 따라 뱅크(277)가 위치하며, 상기 제 1 전극(272) 및 상기 유기발광층(274)은 상기 뱅크(277)를 기준으로 화소영역(P) 별로 분리되어 형성된다. 한편, 상기 제 2 전극(276)은 상기 기판(201) 전체에 대응하여 형성된다.
이때, 상기 제 1 전극(272)은 양극으로 비교적 일함수 값이 높은 물질로 이루어지며, 예를 들어, ITO, IZO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제 2 전극(276)은 음극으로 비교적 일함수 값이 작은 물질로 이루어질 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 유기발광층(274)에서 방출된 빛은 상기 제 1 전극(272) 및 상기 기판(201)을 통해 외부로 표시되는 하부 발광 방식일 수 있다. 이때, 광 효율을 위해 상기 제 2 전극(276)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg)과 같은 반사 금속 물질로 이루어질 수 있다.
아울러, 도시하지는 않았으나 기판(201)과 마주하는 제 2 기판의 상부에 편광판이 위치할 수 있으며, 편광판(미도시) 상부에는 광학 투명 접착제(Optically Clear Adhesive, OCA)를 통하여 커버 윈도우가 배치될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 표시장치(200)는 어레이 패널(AP)과 터치 패널(TP) 사이에 고내열성 바인더 수지에 분산된 다공성 구리 입자를 갖는 평탄화층(310)이 위치한다. 따라서 어레이 패널(AP)을 구성하는 박막트랜지스터(Tr)을 제조하는 350℃ 이상의 고온 공정에 의해서도 평탄화층(310)은 열화되지 않는다. 이러한 특성으로 인하여, 어레이 패널(AP)이 최종적으로 제조된 이후에도, 평탄화층(310)은 터치 패널(TP)과 어레이 패널(AP)에 견고하게 접착되어 있으므로, 터치 패널(TP)과 어레이 패널(AP)에 대한 합착이 견고하게 유지될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 평탄화층(310)은 고온 공정에 의해서도 그 특성을 유지할 수 있으므로, 고온 공정에 의한 크랙 발생 및/또는 박리(peeling)가 일어나지 않는다. 고온 공정에 의해서도 광-투과율이 저하되지 않으므로 양호한 휘도를 얻을 수 있고, 기공 구조를 가지는 다공성 구리 입자가 분산되어 있으므로 저-유전율을 확보할 수 있어서 구동 전압을 낮출 수 있다. 또한, 기공 구조로 인하여 소자 작동 과정에서 초래될 수 있는 정전기를 신속하게 감쇠, 제거할 수 있으므로 정전기로 인한 소자 작동의 불량이나 수율 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되는 것은 아니다.
합성예: 메조포러스 구리 입자 합성
본 실시예서는 MCM-41 구조를 채택한 메조포러스 구리 입자를 합성하였다. 우선 메조포러스 실리케이트(Si-MCM-41)를 합성하기 위하여 소듐 메타실리케이트를 실리카 도입 물질로 사용하고, 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB)를 계면활성제로 사용하여 수열 조건에서 합성하였다. 기공의 크기는 기 합성된 MCM-41을 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate)로 처리하여 조절하였으며, 구조적 특성이나 물성은 산화구리 전구체로 소성이 되지 않는 Si-MCM-41과 처리하여 조절할 수 있다. 500℃ 이상의 온도에서 소성하여 계면활성제를 포함한 유기물질을 제거하여, 메조포러스 실리케이트를 합성하였다. 제조된 Si-MCM-41에 산화구리 전구체를 첨가하여, 산화구리 전구체가 기공 입구에 함침되어 있는 메조포러스 구리 입자를 합성하였다.
합성된 메조포러스 구리 입자에 대한 분석을 수행하였다. 도 6a의 XRD 분석 결과에서 메조포러스 결정성은 2 ~ 3θ 범위에서 측정되어 육각형 구조를 확인하였다. 도 6b의 FTIR 분광 분석 결과에서 구리 이온의 종류에 따라 IR peak가 1093 ㎝-1 파장 및 988 ㎝-1 에서 존재하는 것을 알 수 있다. 한편 도 6c의 BET 분석 결과로부터 합성된 물질이 메조포러스 물질이라는 것을 알 수 있다. BET 분석과, Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 분석과 관련한 N2 흡착 및 탈착을 이용한 다공성 입자의 분석 결과는 하기 표 1에도 표시되어 있다.
표 1: 메조포러스 구리 입자에 대한 BET 분석 결과
Figure 112015129490274-pat00001
도 6d의 NMR 분석 결과에서 구리 원자의 peak가 53 ppm 및 0 ppm이었다. 도 6e 및 도 6f의 현미경 사진에서 알 수 있는 바와 같이, 육각형 형상의 메조포러스 물질이 합성된 것을 확인하였다.
실시예 1: 평탄화 절연막 제조
합성예에서 얻은 다공성 구리 입자가 분산된 평탄화 절연막을 제조하여, 이를 bare 글라스에 적용하였다. 폴리실록산계 바인더 수지를 제조하기 위하여 TEOS와 실세스퀴옥산이 배합된 반응성 성분 5 ~ 40 중량부, PGME(프로필렌글리콜 메틸에테르)와 NMP(N-메틸피롤리돈)이 배합된 용매 40 ~ 100 중량부, 합성예에서 얻은 메조포러스 구리 입자 0.5 ~ 10 중량부, 가교촉진제인 POSS 0.5 ~ 5 중량부, 첨가제인 계면활성제 0.5 ~ 5 중량부가 배합된 바인더 조성물을 bare 글라스에 코팅하였다. 110℃에서 120초 프리 베이킹하고, 다시 350℃에서 30분 동안 포스트 베이킹 처리하여, 메조포러스 구리 입자가 분산된 폴리실록산 바인더로 구성되는 평탄화 절연막을 bare 글라스에 2.0 ㎚의 두께로 형성하였다.
비교예 1: 아크릴레이트계 수지(Over-coat)의 평탄화 절연막 제조
아크릴레이트계 모노머를 사용하여 UV 경화시켜서 얻은 over-coat층을 bare 글라스에 형성하여 평탄화 절연막을 제조하였다.
비교예 2: 다공성 입자가 없는 폴리실록산계 바인더 수지의 평탄화 절연막 제조
합성예에서 합성된 다공성 입자를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 평탄화 절연막을 bare 글라스에 형성하였다.
비교예 3: 다공성 알루미늄(Al) 입자가 분산된 폴리실록산계 바인더 수지의 평탄화 절연막 제조
합성예에서 합성된 메조포러스 구리 입자를 대신하여 메조포러스 알루미늄 입자를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 평탄화 절연막을 bare 글라스에 형성하였다.
비교예 4: 다공성 크롬(Cr) 입자가 분산된 폴리실록산계 바인더 수지의 평탄화 절연막 제조
합성예에서 합성된 메조포러스 다공성 구리 입자를 대신하여 메조포러스 크롬 입자를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 평탄화 절연막을 bare 글라스에 형성하였다.
실시예 2: 평탄화 절연막의 접착력 평가
실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 평탄화 절연막에 대한 접착력을 분석하였다. 메조포러스 구리 입자가 사용된 평탄화 절연막은 기재에 대한 접착력에 아무런 문제가 없었으나(도 7a), 비교예에서 제조된 평탄화 절연막은 모두 접착력에 문제가 있었다(도 7b 내지 도 7e). 따라서 본 발명의 평탄화 절연막은 재료 공정성이 우수하여 생산 수율을 개선할 수 있으며, 생산 시간 및 제품 단가를 절감할 수 있을 것으로 평가되었다.
실시예 3: 평탄화 절연막의 크랙 특성 평가
실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 절연막 형태의 평탄화 절연막에 대한 크랙 특성을 분석하였다. 메조포러스 구리 입자가 사용된 평탄화 절연막은 크랙이 발생하지 않은 반면(도 8a), 비교예에서 제조된 평탄화 절연막은 모두 크랙이 발생하였다(도 8b 내지 도 8e). 실시예 2에서와 마찬가지로, 본 발명의 평탄화 절연막은 재료 공정성이 양호하며, 생산 수율 등에서 우수할 것으로 평가되었다.
실시예 4: 평탄화 절연막의 박리 강도(peel strength) 측정
실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 평탄화 절연막에 대한 박리 강도를 측정하였다. 측정 모드는 정-하중 모드, 수평속도는 1,000 ㎚/sec, 수직속도는 5 ㎚/sec, 수직하중은 0.2N, Blade는 Diamond cutter 0.3 ㎜이었다. 측정 결과는 도 9a 내지 9e에 도시되어 있으며, 하기 표 2에도 표시되어 있다. 본 발명에 따라 제조된 평탄화 절연막은 열에 대한 스트레스의 민감도가 적어서, 박리 강도가 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.
표 2: 평탄화 절연막의 박리 강도
Figure 112015129490274-pat00002
실시예 5: 평탄화 절연막의 투과율 측정
실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 평탄화 절연막을 장기간 고온에 방치한 뒤, 투과율을 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 3 내지 표 7에 표시되어 있다.
이들 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 메조포러스 구리 입자가 분산된 평탄화 절연막은 열이 박막 내에 trap되지 않고 쉽게 배출하면서 박막 내 잔존해 있는 미-반응물과 열에 의한 반응을 최소화 할 수 있으며, 고온(350℃)공정에 따른 투과변화율 1.3%로 비교예보다 우수하였다. 얼룩 관점에서 고온 (350℃)공정에 따른 투과변화율이 3.0% 정도 변화면 투과 특성에 있어서 황변 및 황태 얼룩이 발생하는 문제점이 발생하며, 내열성이 부족하다는 것을 의미하는데, 비교예의 평탄화 절연막은 고온 공정에서 내열성이 부족하다는 것을 보여준다.
표 3: 메조포러스 구리 입자가 분산된 평탄화 절연막의 투과율
Figure 112015129490274-pat00003
표 4: 아크릴레이트 바인더 평탄화 절연막의 투과율
Figure 112015129490274-pat00004
표 5: 메조포러스 입자가 없는 평탄화 절연막의 투과율
Figure 112015129490274-pat00005
표 6: 메조포러스 알루미늄 입자가 분산된 평탄화막의 투과율
Figure 112015129490274-pat00006
표 7: 메조포러스 크롬 입자가 분산된 평탄화 절연막의 투과율
Figure 112015129490274-pat00007
실시예 6: 유전율 측정
실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 평탄화 절연막의 유전율을 측정하였다. Dot pattern 의 하부전극 상에 위에서 실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 절연막을 전면 코팅하고, Dot pattern 위로 상부전극(Al square pattern)을 증착하였다. 하부전극 측정용 tip contact 부분 insulator를 제거하고, 상/하부 전극간 유전율을 측정하였다(100kHz기준). 각각의 유전막 샘플을 제작한 후 시간차 별로 측정하였으며, 측정할 때마다 최소 5 point 이상 측정하였다. 측정값 평균 및 두께에 의한 유전율 표준편차가 표 8에 표시되어 있다.
본 발명에 따라 메조포러스 구리 입자가 분산된 바인더 수지로 제조된 평탄화 절연막의 경우, 입자 내 기공 크기의 영향으로 bulky한 특성을 확보하였으며, Packing density가 낮아져 유전율이 3.02 수준으로 상대적으로 낮았다. 따라서 기생전류가 발생하지 않음으로, 구동 전압을 낮출 수 있을 것으로 평가된다.
표 8: 평탄화 절연막의 유전율
Figure 112015129490274-pat00008
실시예 7: 평탄화 절연막의 정전기 감쇠 효과 측정
실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 평탄화 절연막의 정전기 감쇠 정도를 측정하였다. 전압을 인가한 후에 도전막에 정전기가 생성되면 전압이 상승하여 포화 전압(saturation voltage)이 생성되는데, 포화된 전압이 1/2 수준으로 감쇠되는데 소요되는 시간을 측정하였다. 코로나 방전 방식으로 일정 전압 대전 후 감쇠시간 측정(마찰 전기식, 직접 전압인가에 비해 재현성과 정밀도 우수), 감쇠시간(50%) 측정 범위는 70 ms ~ 23 hrs(0.001초 단위 표시 가능)이다(STATIC HONESTMETER, 모델명: H-0110). 측정 결과는 표 9에 표시되어 있다.
본 발명에 따라 메조포러스 구리 입자가 분산되어 있는 절연막의 정전기 감쇠 시간은 1 sec 이내로 정전기를 신속하게 배출하였다. 하지만, 비교예에서 제조된 절연막의 정전기 감쇠 시간은 5 sec 이상으로 정전기 배출이 늦었다. 즉, 비교예의 평탄화 절연막은 정전기에 취약하여, 정전기가 발생할 경우에 Panel 구동에 문제가 발생하여 수율에 영향을 미칠 수 있을 것으로 평가되었다.
표 9: 평탄화 절연막의 정전기 감쇠 시간
Figure 112015129490274-pat00009
실시예 8: 하부 금속 기반 평탄화막 제조 크랙 특성 평가
글라스 기판에 금속 전극으로서 Cu를 5000 두께로 적층하고, 그 상부에 제 1 버퍼층으로 실리콘 질화물을 1000 두께로 적층하였다. 제 1 버퍼층의 상부에 실시예 1 및 비교예 1-4에서 각각 제조된 평탄화 절연막을 2-4 ㎛의 두께로 코팅, 형성한 뒤, 평탄화 절연막의 상부에 제 2 버퍼층으로 실리콘 질화물을 다시 1000 두께로 적층하였다. 제 2 버퍼층의 상부를 350℃ 이상의 고온에 방치하고, 열팽창계수의 조절 여부에 따라, 평탄화 절연막과 버퍼층 사이에서의 크랙 발생이나 들뜸 정도를 평가하였다. 본 발명에 따라 메조포러스 구리 입자가 분사된 평탄화 절연막에서는 크랙이나 들뜸 현상이 없었으나(도 10a), 비교예에서 제조된 평탄화 절연막에서 크랙이 발생한 것을 알 수 있다(도 10b 내지 도 10e). 즉, 본 발명에 따라 제조된 절연막은 고온 공정에 있어서 상층과 하층 사이의 들뜸이나 크랙을 완화시켜주는 열적 스트레스 매칭(stress matching)이 양호한 우수한 열팽창계수를 가지고 있다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 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, 이와 같은 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 첨부하는 청구의 범위를 통하여 더욱 분명해질 것이다.
100, 200: 표시장치 101, 201: 제 1 기판
102, 202: 제 2 기판 300: 평탄화막
310: 평탄화층 312: 바인더 수지
320: 다공성 구리 입자 332, 334: 버퍼층
AP: 어레이 패널 DP: 표시 패널
TP: 터치 패널 Tr: 박막트랜지스터
E: 유기발광다이오드 P: 표시 영역

Claims (14)

  1. 기판 상에 위치하는 터치 패널과;
    상기 터치 패널과 이격하여 위치하는 박막트랜지스터와;
    상기 터치 패널과 상기 박막트랜지스터 사이에 개재되는 평탄화층을 포함하고,
    상기 평탄화층은 바인더 수지에 분산된 다공성(porous) 구리 입자를 포함하고, 상기 다공성 구리 입자는 다공성 실리케이트(silicate) 입자에 구리 입자가 함침되어 있는(impregnated) 표시장치용 어레이 기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 패널과 상기 평탄화층 사이에 위치하는 제 1 버퍼층과, 상기 평탄화층과 상기 박막트랜지스터 사이에 위치하는 제 2 버퍼층을 더욱 포함하는 표시장치용 어레이 기판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 구리 입자는 메조포러스(mesoporous) 구리 입자를 포함하는 표시장치용 어레이 기판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 폴리실록산계 수지, 폴리이미드계 수지 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 표시장치용 어레이 기판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 구리 입자는 상기 바인더 수지에 0.5 ~ 10 중량부의 비율로 상기 바인더 수지에 분산된 표시장치용 어레이 기판.
  6. 삭제
  7. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 위치하는 터치 패널과;
    상기 터치 패널과 이격하여 위치하는 표시 패널과;
    상기 터치 패널과 상기 표시 패널 사이에 개재되는 평탄화층을 포함하고,
    상기 평탄화층은 바인더 수지에 분산된 다공성(porous) 구리 입자를 포함하고, 상기 다공성 구리 입자는 다공성 실리케이트(silicate) 입자에 구리 입자가 함침되어 있는(impregnated) 는 표시장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 터치 패널과 상기 평탄화층 사이에 위치하는 제 1 버퍼층과, 상기 평탄화층과 상기 표시 패널 사이에 위치하는 제 2 버퍼층을 더욱 포함하는 표시장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 다공성 구리 입자는 메조포러스(mesoporous) 구리 입자를 포함하는 표시장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 폴리실록산계 수지, 폴리이미드계 수지 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 표시장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 다공성 구리 입자는 상기 바인더 수지에 0.5 내지 10 중량부의 비율로 상기 바인더 수지에 분산된 표시장치.
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 실리케이트는 테트라메틸 오르쏘실리케이트, 테트라에틸 오르쏘실리케이트 또는 소듐 메타실리케이트를 포함하는 표시장치용 어레이 기판.
  14. 제 7항에 있어서,
    상기 다공성 실리케이트는 테트라메틸 오르쏘실리케이트, 테트라에틸 오르쏘실리케이트 또는 소듐 메타실리케이트를 포함하는 표시장치.
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