KR102087639B1 - 플렉서블 섬유 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연섬유로 이루어진 직물 및 상기 직물 표면의 적어도 일면에 형성된 고분자 보호층을 포함하고, 상기 직물은 가열 및 가압 공정에 의해 평탄화된 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판을 제공한다. 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 천연섬유를 기반으로 하기 때문에 유연성 및 내화학성이 우수하고, 피부 접촉감이 우수하여 웨어러블 디스플레이(wearable display)에 적용이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 평탄화 공정에 의해 향상된 치수 안정성을 가지고, 보호층에 의해 향상된 열 안정성 및 내화학성을 가지므로 전자 소자 등을 실장하는 고온 공정에 적용이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 전자회로 인쇄용 또는 전자 소자 실장용으로 사용이 가능하며, 궁극적으로 유기발광 표시장치, 액정 표시장치 등의 기판으로 사용될 수 있다.

Description

플렉서블 섬유 기판 및 이의 제조방법{Flexible fiber substrate and manufacturing method thereof}
본 발명은 플렉서블 섬유 기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열 안정성 및 치수 안정성이 우수한 플렉서블 섬유 기판 및 천연섬유의 직조 등을 통해 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 액정 및 OLED 등의 표시소자에 대해서는 경박화, 대형화에 더하여 장기신뢰성, 형상의 자유도, 곡면표시 등 더욱 고도한 특성이 요구되고 있다. 기존의 평판 디스플레이 기판으로 사용되는 유리기판은 0.7 ㎜ 내외의 두께로 박막이다. 하지만 박막의 특성상 유리기판은 깨지기 쉽고 모바일 디스플레이로 사용되거나 대형의 디스플레이에 적용되는 경우 추가의 보호필름이 요구된다. 특히, 휴대용 컴퓨터, 휴대전화 등 휴대용 전자기기의 발달에 따라 무겁고 두꺼우며, 깨지기 쉽고 휘어지기 어려운 종래의 유리기판에 대한 대안으로서 플라스틱 소재의 플렉서블 기판(flexible substrate)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 플렉서블 기판의 플라스틱 소재로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리아릴레이트 등이 일반적으로 사용되고 있으며, 상기 플라스틱 소재를 필름 형태로 성형하여 플렉서블 기반으로 이용하고 있다.
그러나, 필름 형태의 플라스틱 기판은 내열성 및 내용제성이 유리기판에 비해 떨어지는 문제점이 있고, 특히 열팽창 게수(coefficient of thermal expansion)가 상대적으로 크기 때문에 전자 소자의 실장과 같은 고온 공정에서 기판의 변형 및 손상 또는 기판과 기판 접속부의 박리 현상 등을 야기할 염려가 있다.
따라서, 소정의 유연성 및 내화학성을 가지면서 동시에 열 안정성 및 치수 안정성이 우수한 플렉서블 기판을 개발하는 것이 요구된다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 소정의 유연성 및 내화학성을 가지며, 동시에 열 안정성 및 치수 안정성이 우수한 플렉서블 기판을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 유연성 및 내화학성을 가지며, 동시에 열 안정성 및 치수 안정성이 우수한 플렉서블 기판의 제조방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 일 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 천연섬유로 이루어진 직물 및 상기 직물 표면의 적어도 일면에 형성된 고분자 보호층을 포함하고, 상기 직물은 가열 및 가압 공정에 의해 평탄화된 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판을 제공한다. 이때, 상기 천연섬유는 면 섬유, 아마 섬유, 저마 섬유, 황마 섬유 및 대마 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 직물은 평직물, 능직물 또는 주자직물에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 고분자 보호층은 실란계 고분자, 우레아계 고분자, 불소계 고분자 및 올레핀계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자로 구성되는 것이 바람직하고, 폴리우레아(polyurea), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자로 구성되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 가열 및 가압 공정은 캘린더링 공정(calendering process)인 것이 바람직하고, 이때, 캘린더링 공정(calendering process)은 20~180 ℃의 온도 조건 및 1.5~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 섬유 기판은 열팽창 계수가 10 ppm/℃ 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 천연섬유로 이루어진 직물을 준비하는 단계; 상기 직물을 가열 및 가압 공정에 의해 평탄화하는 단계; 및 상기 평탄화된 직물의 표면 중 적어도 일면에 고분자를 코팅하여 고분자 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 섬유 기판의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 천연섬유는 면 섬유, 아마 섬유, 저마 섬유, 황마 섬유 및 대마 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 직물은 평직물, 능직물 또는 주자직물에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 평탄화된 직물의 표면에 코팅되는 상기 고분자는 실란계 고분자, 우레아계 고분자, 불소계 고분자 및 올레핀계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 폴리우레아(polyurea), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 가열 및 가압 공정은 캘린더링 공정(calendering process)인 것이 바람직하고, 이때, 캘린더링 공정(calendering process)은 20~180 ℃의 온도 조건 및 1.5~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 섬유 기판은 열팽창 계수가 10 ppm/℃ 미만인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 천연섬유를 기반으로 하기 때문에 유연성 및 내화학성이 우수하고, 피부 접촉감이 우수하여 웨어러블 디스플레이(wearable display)에 적용이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 평탄화 공정에 의해 향상된 치수 안정성을 가지고, 보호층에 의해 향상된 열 안정성 및 내화학성을 가지므로 전자 소자 등을 실장하는 고온 공정에 적용이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 전자회로 인쇄용 또는 전자 소자 실장용으로 사용이 가능하며, 궁극적으로 유기발광 표시장치, 액정 표시장치 등의 기판으로 사용될 수 있다.
도 1은 면 섬유로 직조한 평직물을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 제조예 1에서 제조한 플렉서블 섬유 기판의 열팽창 계수를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 천연섬유로 이루어진 직물 및 상기 직물 표면의 적어도 일면에 형성된 고분자 보호층을 포함한다. 이하, 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판을 구성요소별로 나누어 설명한다.
직물
본 발명에서 직물은 천연섬유를 직조한 것으로서, 플렉서블 섬유 기판의 베이스층에 해당한다. 이때, 직물을 구성하는 천연섬유의 종류는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 종자모 섬유(면화, 케이폭면, 판야 등), 인피 섬유(아마, 저마, 황마, 대마 등), 엽맥 섬유(마닐라마, 사이잘마, 뉴질랜드마), 과실섬유(코이어)와 같은 식물 섬유, 견, 수모 섬유, 우모와 같은 동물 섬유 등이 있으며, 직물의 유연성, 내화학성, 피부 접촉감 등을 고려할 때 식물 섬유인 것이 바람직하고, 면 섬유, 아마 섬유, 저마 섬유, 황마 섬유 및 대마 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명에서 직물은 직조하는 방법에 따라 다양한 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어 평직물, 능직물 또는 주자직물에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 평직(plain weave)은 날실과 씨실이 서로 번갈아 교차되는 가장 기본적인 조직 또는 이런 조직으로 짠 직물을 지칭하며, 대표적인 평직물로는 태피터,보일,브로드 등이 있다. 능직(twill weave)은 직물 표면에 날실 또는 씨실로 빗방향의 이랑무늬를 형성하는 조직 또는 이런 조직으로 짠 직물을 지칭하며, 일반적으로 조직이 비교적 촘촘하며 질기고 부침(浮沈)의 부(浮)가 길 때에는 광택이 많이 나는 특성이 있다. 주자직(statin weave)은 경사(經絲)나 위사(緯絲)가 직물표면에 많이 나타나게 하는 조직 또는 이런 조직으로 짠 직물을 지칭하며 평직이나 능직에 비하여 직물의 표면이 매우 매끄럽고 광택이 나는 특징이 있다.
또한, 본 발명에서 직물은 그 표면의 적어도 일면에 고분자 보호층이 형성되기 전에 가열 및 가압 공정에 의해 평탄화된 것을 특징으로 한다. 일반적으로 기판에서 평활도의 불량은 기판 위에 전자 소자를 형성할 때 위해 요소로 작용하는데, 본 발명에 따른 직물은 별도의 평탄화 과정에 의해 향상된 평활도를 가지게 된다. 또한, 본 발명에 따른 직물은 가열 및 가압에 의해 향상된 치수 안정성을 가지게 된다. 이때, 직물의 평활도를 향상시키기 위한 가열 및 가압 공정은 동시에 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들어 캘린더링 공정(calendering process)인 것이 바람직하다. 캘린더(calender)는 여러 개의 가열 로울을 배열한 압연 기계를 말하여, 본 발명에서 캘린더링 공정(calendering process)은 캘린더를 이용하여 직물에 소정의 열과 압력을 동시에 가하여 직물의 표면을 매끄럽게 하는 가공 방법을 의미한다. 본 발명에서 캘린더링 공정(calendering process)의 온도 조건 및 압력 조건은 직물을 형성하는 천연섬유의 종류에 따라 다양한 범위에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 캘린더링 공정(calendering process)은 직물의 평활도 향상 효과를 담보하는 측면에서 20~180 ℃의 온도 조건 및 1.5~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 것이 바람직하고, 50~150 ℃의 온도 조건 및 2.0~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 것이 더 바람직하며, 100~~150 ℃의 온도 조건 및 2.5~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 것이 더 바람직하다.
고분자 보호층
본 발명에서 고분자 보호층은 플렉서블 섬유 기판의 열에 대한 안정성을 향상시키고 부수적으로 내화학성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 고분자 보호층은 직물 표면의 적어도 일면에 형성될 수 있는데, 바람직하게는 양면에 형성된다. 고분자 보호층을 직물 표면에 형성하기 위해 블레이드 코팅, 롤 코팅, 침지, 분무 등과 같은 다양한 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들어 코팅의 신뢰성 측면을 고려할 때 침지(딥 코팅, dip-coating) 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 고분자 보호층을 구성하는 고분자는 소정의 내화학성을 가지면서 플렉서블 섬유 기판에 열에 대한 치수 안정성을 부여할 수 있는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 실란계 고분자, 우레아계 고분자, 불소계 고분자 및 올레핀계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있고, 폴리우레아, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리비닐알코올, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리이미드, 파릴렌, 폴리에틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 내화학성, 코팅성 및 열 안정성을 고려할 때 폴리우레아(polyurea), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자로 구성되는 것이 더 바람직하다.
본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 가열 및 가압에 의해 평탄화된 직물을 베이스층으로 하고 그 위에 고분자 보호층이 형성되어 있기 때문에 치수 안정성 및 열 안정성이 우수하다. 구체적으로 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판은 30℃에서 180℃까지로의 온도 변화시 10 ppm/℃ 미만의 열팽창 계수를 가질 수 있으며, 4~9 ppm/℃의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 플렉서블 섬유 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 플렉서블 섬유 기판에서 전술한 내용은 플렉서블 섬유 기판의 제조방법에 포함된다. 본 발명에 따른 플렉서블 섬유 기판의 제조방법은 천연섬유로 이루어진 직물을 준비하는 단계; 상기 직물을 가열 및 가압 공정에 의해 평탄화하는 단계; 및 상기 평탄화된 직물의 표면 중 적어도 일면에 고분자를 코팅하여 고분자 보호층을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 천연섬유는 면 섬유, 아마 섬유, 저마 섬유, 황마 섬유 및 대마 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 직물은 평직물, 능직물 또는 주자직물에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 평탄화된 직물의 표면에 코팅되는 상기 고분자는 실란계 고분자, 우레아계 고분자, 불소계 고분자 및 올레핀계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 폴리우레아(polyurea), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 가열 및 가압 공정은 캘린더링 공정(calendering process)인 것이 바람직하고, 이때, 캘린더링 공정(calendering process)은 20~180 ℃의 온도 조건 및 1.5~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 섬유 기판은 열팽창 계수가 10 ppm/℃ 미만인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
제조예 1 : 플렉서블 섬유 기판의 제조
60수 굵기의 면 섬유를 평직 방법으로 직조하여 평직물을 제조하였다. 도 1은 면 섬유로 직조한 평직물을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다. 이후, 상기 평직물에 대해 120 ℃의 온도 및 3.0 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 캘린더링 공정을 진행하여 평직물의 표면을 평탄화하였다. 이후, 평탄화된 평직물의 표면에 실리콘 수지(silicone; 주성분은 폴리디메틸실록산임)를 딥 코팅(Dip coating) 방식으로 코팅하여 플렉서블 섬유 기판을 제조하였다.
시험예 1 : 플렉서블 섬유 기판의 열팽창 계수 측정
제조예 1에서 제조한 플렉서블 섬유 기판의 열팽창 게수(coefficient of thermal expansion)를 열역학적 분석장치(Thermomechanical analyzer)로 측정하였다. 도 2는 본 발명의 제조예 1에서 제조한 플렉서블 섬유 기판의 열팽창 계수를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 2에서 보이는 바와 같이 본 발명의 플렉서블 섬유 기판은 30℃에서 180℃까지로의 온도 변화시 수축하는 특성을 보였으나, 열팽창 계수는 10 ppm/℃ 미만으로 수축 정도는 크지 않아 열 안정성 및 치수 안정성이 매우 우수한 것으로 나타났다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 천연섬유로 이루어진 직물 및 상기 직물 표면의 적어도 일면에 형성된 고분자 보호층을 포함하는 플렉서블 섬유 기판으로서,
    상기 천연섬유는 면 섬유, 아마 섬유, 저마 섬유, 황마 섬유 및 대마 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되고,
    상기 직물은 100~150 ℃의 온도 조건 및 2.5~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 가열 및 가압 공정에 의해 평탄화된 것이고,
    상기 고분자 보호층은 폴리우레아(polyurea), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자로 구성되고,
    10 ppm/℃ 미만의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 직물은 평직물, 능직물 또는 주자직물에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열 및 가압 공정은 캘린더링 공정(calendering process)인 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판.
  7. 삭제
  8. 제1항, 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플렉서블 섬유 기판은 열팽창 계수가 4~9 ppm/℃인 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판.
  9. 천연섬유로 이루어진 직물을 준비하는 단계; 상기 직물을 100~150 ℃의 온도 조건 및 2.5~3.5 ㎏f/㎠의 압력 조건에서 진행되는 가열 및 가압 공정에 의해 평탄화하는 단계; 및 상기 평탄화된 직물의 표면 중 적어도 일면에 고분자를 코팅하여 고분자 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 섬유 기판의 제조방법으로서,
    상기 천연섬유는 면 섬유, 아마 섬유, 저마 섬유, 황마 섬유 및 대마 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되고,
    상기 고분자 보호층을 형성하는 고분자는 폴리우레아(polyurea), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자로 구성되고,
    상기 플렉서블 섬유 기판은 10 ppm/℃ 미만의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 직물은 평직물, 능직물 또는 주자직물에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서, 상기 가열 및 가압 공정은 캘린더링 공정(calendering process)인 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 제9항, 제11항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플렉서블 섬유 기판은 열팽창 계수가 4~9 ppm/℃인 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 기판의 제조방법.
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