유연기판용 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름 특성 연구

[카리]

디스플레이 시장은 박형화, 고해상도, 경량화를 통한 휴대성을 중요시하는 방향으로 개발이 진행되어 가고 있으며 이를 위하여 플렉시블 디스플레이 관련 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 디스플레이에 사용되는 유리 기판은 높은 내열성, 투명성, 차단성을 가지고 있지만 충격을 가하면 깨질 수 있으며, 유연성이 없고, 0.5 ~ 1 mm의 두께로 비교적 무겁기 때문에 플렉시블 디스플레이의 유리 기판을 대체할 수 있는 고분자 유연기판의 개발이 필수적이다. 고분자 필름을 유연기판으로 사용하기 위해서는 높은 광 투과도, 치수안정성, 열안정성, 적은 굴절률 변화, 그리고 높은 유리전이 온도와 같은 특성이 필요하며 이중 치수안정성은 고분자 유연기판에 광전특성을 부여하기 위하여 다양한 유무기 재료의 증착공정이 필수적이며 이 과정에서 온도 상승에 의한 기판의 치수 변화를 피할 수 없기 때문에 가장 중요한 특성 중에 하나이다.
본 연구에서는 다른 광학 필름에 비해 가격경쟁력이 우수하고 내화학성이 좋은 polyethylene naphthalate(PEN)를 고분자 유연기판으로 사용하기 위해 연신과 열처리, 그리고 무기 필러 첨가에 따른 치수안정성, 광학특성 그리고 열안정성 변화를 확인해 보았다.
연신을 통한 고분자 사슬의 배향은 retardation 증가 현상을 보였으며 retardation 증가는 사슬의 경직도를 증가시켜 PEN 필름의 CTE를 20 ppm/℃ 까지 낮출 수 있었으며 사슬 배향에도 불구하고 높은 광학 투과특성을 보여주었다. 그러나 연신을 통한 고분자 사슬의 배향은 고분자 특유의 점탄성 성질에 의하여 유리전이 온도 근처에서 열수축 현상이 발생하나 연신 온도에서 일정 시간의 열처리를 통한 사슬의 이완으로 이러한 열수축 현상을 최소화 할 수 있었다. 하지만 사슬이완은 사슬의 경직성 또한 감소시켜 PEN이 가지고 있었던 CTE의 65 % 정도의 65 ppm/℃까지 증가됨을 알 수 있었다. 열처리는 작은 crystallite를 형성시켜 광투과도가 5 %정도 감소하나 그 감소 정도가 작아 유연기판으로의 적용에 크게 문제가 없음을 확인하였다.
PEN에 무기필러인 glass bead와 glass fiber를 첨가하여 치수 안정성을 살펴본 결과, 첨가된 무기필러의 크기와 함량이 크고 많을수록 그리고 입도 분포가 넓을수록 PEN의 열팽창을 억제하는 효과가 커짐에 따라 치수안정성이 증가함을 확인하였다. 그러나 무기필러와 PEN 계면의 광산란 효과로 인하여 광학 특성은 감소하는 경향을 보임을 알 수 있었다. 반면 고휘도 glass bead를 첨가하였을 때 일반 glass bead와 다른 구성 성분과 낮은 굴절률로 인하여 낮은 CTE와 높은 광학특성을 동시에 가짐을 확인하였다. PEN에 glass fiber가 여러 가지 직조된 구조를 갖고 있는 glass mesh를 함침한 결과, 격자로 이루어진 glass mesh의 구조적 특징으로 인하여 PEN의 열팽창을 효과적으로 억제할 수 있었다. 격자 크기가 줄어들수록 CTE는 감소하는 현상을 보이며 CTE는 최대 10 ppm/℃까지 낮출 수 있으나 glass mesh와 PEN의 계면의 광산란으로 인하여 광학 특성이 현저히 감소하는 현상을 보여 굴절률 매칭에 의한 광산란 현상을 최소화하는 방법에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.

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