서강대학교

초록/요약

향후 디스플레이가 flexible한 형태로 변화함에 따라 각 구조별로 소재 개발이 진행되어야 하며, 특히 디스플레이 윈도우로 이용되고 있는 기존의 고릴라 글래스의 경우 flexible 디스플레이에 적용될 만한 충분한 flexibility를 만족하지 못하는 실정이다. 이를 위해 고분자물질에 나노입자를 도입하여 flexibility와 강도를 부여하는 방식이 시도되었지만 도입하는 입자의 뭉침 현상으로 인해 물성이 저하되는 문제가 발생하였다. 따라서 차세대 디스플레이 윈도우로 사용되기 위해서는 변형을 가하여도 원상태로 복원 가능한 고연신 특성과, 강화유리와 유사한 표면경도를 갖는 소재의 개발이 시급하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 7 nm크기의 실리카 나노입자에 PEG 사슬을 그래프트 (graft)하여 실리카 나노입자와 매트릭스간의 상용성을 향상시키고, 경화과정 중 우레탄 결합에 직접 참여 가능한 반응성기를 말단으로 갖는 하이브리드 입자를 합성하였다. 이를 통해 우레탄과 실리카 나노입자 사이의 상용성을 증가시켜 경화 과정 중 발생하는 미세 상분리를 억제하여 필름의 기계적 물성을 향상시키고자 하였다. 먼저, 양 말단에 실리카 나노입자와 PU pre-polymer 두 물질과 반응할 수 있는 linker 역할을 할 수 있는 bi-functional PEG를 합성하였다. 이를 실리카 나노입자에 그래프트 시켜 하이브리드 나노입자를 합성하였고 (grafting density: ∼0.22 mmol/g), 이 입자를 10 wt% 비율로 PU pre-polymer에 도입하여 필름을 제조하였다. 또한 디스플레이는 외광에 노출되는 경우 반사광에 의해 선명도가 감소하여 화면을 보는 것이 어려워지며 눈에 피로감이 증가하게 된다. 따라서 이러한 현상을 방지할 수 있는 반사방지 특성에 대한 요구가 급증하고 있다. 현재 적용되고 있는 반사방지 필름은 (anti-reflective coating)은 다층 박막 구조로, 공정이 복잡하여 제조 단가가 높은 실정이다. 이에 따라 단층 반사방지막에 대한 수요가 증가하고 있으며 외부 오염원과의 접촉 가능성이 높은 디스플레이의 특성상 발수성, 방오성 또한 요구되고 있다. 위 문제들을 해결하기 위해 본 연구에서는 두 가지 방식으로 발수성이 향상된 반사방지 코팅을 진행하였다. 차세대 디스플레이에 적용할 수 있는 고분자 기판 (PU, CPI) 위에 반응성 모이어티 및 과불소계 모이어티가 포함된 복합형 저굴절률 반사방지 필름과, 고분자 기재 위에 Stöber 방식으로 제조된 실리카 나노입자를 박막 코팅 후, 발수특성을 부여하는 과불소계 층을 코팅하는 방식인 적층형 방식으로 발수성 및 반사방지 특성을 향상시키고자 하였다. 복합형 방식은 flexibility 향상을 위해 dimethyldimethoxysilane (DMDMS), 기계적 물성 향상을 위해 1,2-bis(triethoxysily)ethane (BTESE), 그리고 발수특성을 부여하기 위해 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane (FAS 13)을 이용하여 매트릭스를 제조하였다. 적층형 방식의 경우 가장 뛰어난 발수성을 보였던 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltriethoxysilane (FAS 17)을 이용하여 발수특성을 부여하였고 반사율 저감 효과를 위해 굴절률이 작은 TEOS 입자를 이용하였다. 복합형과 적층형 두 방식 모두 고분자 기판 위에 코팅을 진행했으며 발수특성 및 반사방지 특성을 분석하였다. 결과적으로 본 연구에서는 미세 상분리를 억제할 수 있는 하이브리드 나노입자를 개발했으며 차세대 디스플레이에도 적용이 가능한, 발수특성 및 반사방지 특성이 향상된 반사방지 필름을 개발하였다. 하이브리드 나노입자를 도입한 결과 기계적 물성이 향상되는 것을 확인하였고 복합형 방식과 적층형 방식 모두 반사방지 특성 및 발수특성이 코팅 전에 비해 향상된 것을 확인하였으며 이는 차세대 디스플레이에 적용할 수 있을 것이라 판단된다.