광학 및 전기영동 특성을 갖는 마이크론크기의 기능성 고분자 입자에 관한 연구

[카리]

본 연구는 LCD 디스플레이의 BLU (back light unit)의 광원을 확산시키기 위한 확산필름과 확산판의 광확산제에 대한 특성을 여러 가지 중합법을 통해 조사함으로써 구형의 마이크론 크기를 가지는 고분자 입자의 중합법에 대한 고찰과 이를 통해 최적의 특성을 가지는 광확산제의 제조 방법에 대한 제안을 목적으로 수행하였다. 또한, 전기영동 디스플레이에서 흑색과 백색을 구현하기 위해 사용하는 무기 입자에 다양한 중합법을 이용하여 전하를 도입함으로써 인가되는 전압에 따라 유체내에서 이동이 가능하여 최종적으로 표시소자로써 역할이 가능한 입자의 제조 방법과 그 특성에 미치는 여러 가지 변수들에 대한 영향을 조사하였다.
균질화 현탁중합을 이용하여 구형의 고분자 입자를 제조하였다. 제조된 입자의 크기는 수마이크론에서 수십마이크론 크기까지 안정제의 양과 교반속도를 조절하여 제조할 수 있었다. 사용되는 안정제의 종류에 따라 입자의 분포에 많은 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었으며, 고분자량의 PVA (polyvinylalcohol) 보다 단량체의 유화에 많은 에너지가 필요한 colloidal silica를 사용할 경우 보다 균일한 크기를 가지는 구형의 고분자 입자를 제조할 수 있었다. 또한, 분산 중합과 단계적 팽윤방법을 이용하여 매우 균일한 크기를 가지는 고분자 입자를 제조 할 수 있었으며, 시이드 입자의 크기, 단계적 팽윤시 가교제의 종류, 가교제의 함량, 시이드 입자와 2단계 투입 단량체의 비율 등이 최종 입자의 크기와 분포에 미치는 영향을 조사하였다. 최종적으로 10 ㎛와 15 ㎛ 크기를 가지는 매우 균일한 구형의 고분자 입자를 성공적으로 제조할 수 있었다. PVA를 안정제로 이용한 현탁중합과 colloidal silica를 안정제로 이용하여 현탁중합법으로 제조한 고분자입자를 분산중합과 단계적 팽윤법을 이용하여 제조한 같은 크기 입자와 함께 광학특성을 비교해 보았다. 평균입경은 동일하지만, 분포가 균일한 고분자 입자를 사용하여 제조한 광학필름이 매우 우수한 광학 특성을 보이는 것을 확인하였다.
확산판 등의 광확산제로 사용이 가능한 내열 특성이 우수한 실리콘 입자를 제조하였다. Methyltrimethoxysilane을 단량체로 하여 축중합법을 이용하여 제조하였으며, 단량체의 함량, 중합온도, 교반속도, pH 등이 최종 입자의 크기와 분포, 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 굴절률이 낮은 실리콘 입자를 사용할 경우 PMMA 입자보다 매우 높은 헤이즈 특성을 보이는 것을 확인하였다. 또한, 일반 PMMA의 내열 특성을 향상시키기 위한 연구를 진행하였으며, 비균등 종결 반응으로 인하여 발생하는 이중결합을 줄이기 위해 chain transfer agent (CTA)를 사용하였다. CTA의 적용으로 일반 PMMA 보다 60℃ 이상 높은 내열 특성을 보여주는 PMMA 입자를 제조할 수 있었다.
광학특성을 향상시키기 위한 복합입자에 대한 연구를 수행하였다. 표면에 굴절률이 조절된 쉘층을 도입함으로써 입사되는 광원의 반사로 인한 광손실을 줄일 수 있는 방법을 제안하였으며, 이를 통해 광학특성이 향상된 복합입자를 제조할 수 있었다. 내열 특성이 우수한 실란 성분을 유기고분자 입자의 내부에 도입함으로써 유᠊무기 복합입자를 제조할 수 있는 방법을 제안하였다. pH를 조절함으로써 매우 간단하게 실란 성분을 고분자 입자 내부에 도입할 수 있는 방법을 고안하였으며, 성공적으로 실란 성분이 도입됨을 확인하였다. 또한, 유기용제와 단량체, 고분자간의 phase separation 방법을 이용하여 다양한 구조를 가지는 고분자 입자를 제조할 수 있었으며, 사용되는 용제의 종류, 단량체와의 비율, 가교제의 함량 등을 조절함으로써 고분자 입자의 구조를 조절할 수 있는 방법을 제안하였고, porous 구조, 반구형구조 등의 고분자 입자를 제조하였다.
전자종이 디스플레이의 핵심소재인 하전입자에 대한 연구를 수행하였다. 백색입자를 제조하기 위해 TiO2를 기반으로 표면개질과 분산중합을 이용한 표면 코팅을 통해 -83 mV의 하전특성을 가지는 백색입자를 제조할 수 있었다. 제조된 백색입자의 크기는 200 nm를 유지하였으며, 코팅 재료의 성분, 함량 등이 하전특성에 미치는 영향을 조사하였다. 흑색의 하전입자는 흑색도가 우수한 carbon black을 이용하였으며, 호모게나이즈 현탁중합법을 이용할 수 있도록 산처리를 통해 표면개질을 수행하였고, -OH로 표면 개질된 흑색입자를 현탁중합을 이용하여 스티렌과 아크릴아마이드로 코팅하여 +20 mV의 하전특성을 가지는 흑색입자를 제조하였다. 백색입자와 흑색입자를 isopar G와 halocarbon oil이 5:5로 혼합된 유체에 분산시키고 vibrator를 이용한 micro-capsulator를 이용하여 마이크로캡슐을 제조하였다. 제조된 마이크로캡슐을 이용하여 이미지 필름을 제조하였으며, 필름의 반사도, 대조비, 응답속도 등을 평가하였다.

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