Flexible Display용 플라스틱기판의 Barrier 특성 향상에 관한 연구 = Enhancement of Barrier Properties of Plastic Substrates for Flexible Display

국문 초록 (Abstract)

최근 평판 디스플레이 산업은 가볍고, 강건하고, 유연성이 좋은 플라스틱 기판 사용에 대해 큰 관심을 가지고 있다. 특히, 플라스틱 기판을 사용할 경우 roll-to-roll 공정으로 대량생산이 용이하여 생산비를 감소시킬 수 있다. 하지만 플라스틱 기판이 디스플레이 기판으로 사용되기 위해서는 다음과 같은 요구조건들이 필요하다. 우선, 높은 열저항과 낮은 CTE, 투명하고, 평탄하고, 위상차가 없어야 한다. 화학적인 내성도 강해야 하며 무엇보다 산소나 수분 등의 기체 차단성이 우수해야 한다. PES는 열적으로 안정하고 투명하지만, 기체 차단성이 현저히 떨어지는 단점을 지니고 있다. 본 연구에서는 silane-nanoclay composite layer와 inorganic layer를 이용하여 PES 기판의 기체 차단성을 향상시키는데 초점을 두어 실험을 진행하였다. Inorganic layer는 HMDSN를 silicon source하여 O2, Ar, N2 carrier gas로 한 PECVD를 사용하여 PES 기판위에 증착하였다. Silane-nanoclay composite layer는 γ-APS와 nanoclay 복합체를 PES 기판위에 코팅, 경화시켜 준비하였다. FT-IR, XPS, XRD등으로 코팅층 의 화학 분석을 하였고, AFM과 FE-SEM으로 표면 분석을 실시하였다. 코팅 또는 증착 후의 광학적 특성을 위해 투과율과 분산도를 측정하였고, 기체 차단 측성을 알아보기 위해 WVTR과 OTR값을 측정하였다. PES 기판위에 silane-nanoclay composite layer를 buffer layer로써 코팅 후 그 위에 무기막이 증착되었을 때 기체차단성이 현저히 좋아졌으며, bending test 후에도 기체 차단성이 전혀 변화가 없었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, flat panel displays well could be promoted by using plastic substrates, because these displays have the advantages of being thin, lightweight, robust, and flexible. Moreover, plastic substrates offer the possibility of reduction in productivity due to their compatibility with roll-to-roll processing and printing technology. Plastic substrates must be equipped with many properties to make them applicable to the fabrication of display, such as thermal resistance, transparency, coefficient of thermal expansion(CTE), hygroscopic expansion, retardation, surface roughness, permeation of O2 and H2O, resistance against chemicals and solvents used in display technology. Poly(ether sulfone) (PES) is a good candidate for flexible plastic substrates because of the high glass transition temperature and the optical transmittance. However, PES film has a high gas permeation value. In this study, we particularly focus on the improvement in barrier properties(WVTR, OTR) of multi layer using silane-nanoclay composite layer, in addition to analyzing chemical structure of the deposited layer on the PES film.
Formation of silane-nanocaly composite hybrid multilayer on the plasma treated plastic substrate was investigated to enhance the barrier properties to water vapor and oxygen transport. Deposition of inorganic layer on the substrate was performed by conventional plasma CVD apparatus with HMDSN and Ar, O2. Silane-nanocaly composite layer was fabricated by curing the organosilane-organoclay mixture through hydrogen bonding with the pre-treated PES substrate. Multilayers with high barrier properties were successfully deposited. Chemical characterization of deposition layer was performed by using FT-IR, XPS, XRD surface morphology was characterized by AFM, FE-SEM. Adhesion stability of the layer to substrate was examined by bending test. Optical characterization of organic-inorganic multilayer was performed in terms of transmittance and refractive index. Combination of SiOxNy layer and silane-nanoclay composite layer offered quite good barrier properties(WVTR and OTR) to PES substrate. The use of the buffer layer between PES and the inorganic keep the barrier properties after bending test.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 이론
• 1. CVD(Chemical Vapor deposition)의 정의와 분류
• 2. PECVD를 이용한 증착 및 코팅
• 2. 1. Plasma 정의
• 2. 2. 플라즈마 화학반응(Plasma chemical reaction)
• 2. 3. 플라즈마 중합(Plasma polymerization)
• 2. 4. 플라즈마 표면 상호작용
• 2. 5. 고분자 표면 개질
• 2. 6. 무기막 증착
• 3. Nanoclay 복합체
• 3. 1. 층상 실리케이트의 특성
• 3. 2. 층상 실리케이트의 유기화 반응
• 3. 3. 층상 실리케이트의 삽입 및 박리에 대한 영향인자
• Ⅲ. 실험
• 1. 재료 및 시약
• 1. 1. PES 지지체
• 1. 2. Hexamethylmisilanzane(HMDSN)
• 1. 3. Montmorillonite(MMT)
• 1. 4. γ-aminopropyltriethoxysilane(γ-APS)
• 2. 실험 방법
• 2. 1. Ar/O2 plasma를 이용한 PES film의 전처리
• 2. 2. PECVD를 이용한 Silicon막 증착
• 2. 3. Organosilane-nanoclay 복합체 코팅
• 3. 특성 평가
• 3. 1. 표면 화학 분석
• 3. 2. 표면 구조 분석
• 3. 3. 광학적 특성 측정
• 3. 4. 기체 차단 특성 측정
• Ⅳ. 결과 및 고찰
• 1. Ar/O2 Plasma를 이용한 PES film의 전처리
• 2. PECVD를 이용한 SiOxNy 막의 증착
• 2. 1. 증착시간에 따른 영향
• 2. 2. HMDSN 분압에 따른 영향
• 2. 3. 전처리 시간에 따른 영향
• 3. Organosilane-nanocaly 복합체 코팅
• 3. 1. Nanoclay 함량에 따른 영향
• 3. 2. Buffer layer에 따른 영향
• Ⅴ. 결 론
• Ⅵ. 참고문헌
• Abstract
• 요 약 문
• 감사의 글