KR20120126051A - 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판 - Google Patents

무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판에 관한 것으로서, 본 발명에서는 액정 디스플레이, 유기EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 페이퍼 등의 플랫 디스플레이에 사용되는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판으로서, 폴리에틸렌나프타레이트(polyethylenenaphthalate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리아릴레이트(polyarylate) 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 중에서 선택된 적어도 하나의 내열성 수지와, 종횡비가 1 내지 3,000 사이를 갖는 이산화 규소(SiO2), 황산바륨(BaSO4), 보헤마이트(boehmite) 및 규회석(Wollastonite) 중에서 선택된 적어도 하나의 무기입자 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판이 제공된다.

Description

무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판{FLEXIBLE SUBSTRATE WITH FILLER FOR DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 투명 수지의 내열성을 증가시키고 선팽창 계수를 줄여주는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판에 관한 것이다.
액정 디스플레이, 유기EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 페이퍼 등으로 대표되는 플랫 패널 디스플레이는, 박형, 경량, 저소비전력 등의 특징을 살려서, 박형 텔레비전, 컴퓨터 디스플레이, 노트북 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화, 카 네비게이션 등의 표시소자로서 급성장하고 있다.
종래 이들 표시소자의 기판재료로서, 유리가 사용되어왔다. 그러나, 유리기판은 비중이 높기 때문에 무겁고, 또한 충격 강도에 약하여 갈라지기 쉽기 때문에 박형화가 곤란하며, 유연성이 없는 문제가 있다. 플라스틱을 기판에 사용함으로써 박형 경량화가 가능하고, 또한 플렉시블 디스플레이에 적용할 수 있으므로, 액정 디스플레이나 유기EL 디스플레이를 중심으로, 플라스틱기판을 사용한 디스플레이의 개발이 진척되고 있다.
그러나, 액정 디스플레이나 유기EL 디스플레이의 제조공정에서는, 박막트랜지스터 형성공정, 패널의 접합공정, 배향막 형성공정, 투명전극 형성공정 등에서, 150℃에서 200℃이상의 높은 프로세스 온도가 필요하게 된다. 그 때문에, 디스플레이 기판에는 높은 내열성이 요구된다. 또한, 디스플레이의 표시특성에 대한 요구도 해마다 엄격해지고 있으므로, 디스플레이기판에 대해서도 우수한 광학특성이 요구되고 있다.
투명한 특성을 가지고 유연성이 있는 수지로는 고분자 에폭시 수지, 산무수물계 경화제, 알코올을 경화 촉매로 사용하는 조성물 등을 사용할 수 있는데 이러한 수지류는 유리와 비교할 때 선팽창 계수가 크고 특히 액티브 매트릭스 표시소자를 형성하는 고온 공정에서 휘어짐이 발생하고, 알루미늄 배선 단선 등의 문제점을 야기시키는 것으로 알려져 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 등의 내열성이 양호한 투명 플라스틱을 사용하고자 하는 시도가 있는데 폴리카보네이트의 경우는 충분하지 않은 내열성을 나타내고, 폴리에테르술폰의 경우에는 착색이 되는 문제점 등이 있는 것으로 알려져 있다.
투명 수지의 내열성을 보다 향상시키기 위해 투명 수지 내에 유리 등의 무기입자 필러(filler)를 혼합하는 플라스틱 기판에 관한 기술이 제시되고 있는데 대부분의 제시된 기술이 디스플레이용 투명 기판에 대해 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 양호한 선팽창 계수를 가지며 높은 투과율과 디스플레이 기판에 적합한 유리전이온도를 갖는 무기입자 필러를 구비하는 디스플레이용 플렉서블 기판을 제시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 액정 디스플레이, 유기EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 페이퍼 등의 플랫 디스플레이에 사용되는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판으로서, 폴리에틸렌나프타레이트(polyethylenenaphthalate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리아릴레이트(polyarylate) 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 중에서 선택된 적어도 하나의 내열성 수지와, 종횡비가 1 내지 3,000 사이를 갖는 이산화 규소(SiO2), 황산바륨(BaSO4), 보헤마이트(boehmite) 및 규회석(Wollastonite) 중에서 선택된 적어도 하나의 무기입자 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판에 의해서 달성 가능하다.
무기입자 필러는 상기 내열성 수지와 상기 무기입자 필러의 혼합물 전체 중량을 기준으로 5 ~ 50wt% 포함되도록 하는 것이 바람직하며, 무기입자 필러의 경우 표면 에칭을 실시할 경우 내열성 수지와 접촉 면적이 넓어져 내열성 수지의 특성을 보다 효율적으로 개선할 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 종횡비 1 내지 3,000 사이의 무기입자 필러를 구비하는 디스플레이용 플렉서블 기판은 무기입자 필러가 구비되지 않은 디스플레이용 플렉서블 기판에 비해 선팽창계수를 개선할 수 있게 되었다.
특히 동일한 종횡비를 갖는 무기입자 필러의 경우라 하더라도 표면을 에칭함으로 인하여 내열성 수지와 접촉 면적을 증대시킴으로써 내열성 수지의 특성을 보다 효율적으로 개선할 수 있게 되었다.
도 1은 표면 에칭이 진행되기 전의 필러 표면과 표면 에칭 후의 필러 표면을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명에서 사용가능한 디스플레이용 플렉서블 투명 기판을 형성하는 투명 수지로는 폴리에틸렌나프타레이트(polyethylenenaphthalate, 이하 'PEN'이라 함), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, 이하 'PES'라 함), 폴리이미드(polyimide, 이하 'PI'라 함), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, 이하 'PET'라 함), 폴리아릴레이트(polyarylate, 이하 'PAR'라 함) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, 이하 'PC'라 함)를 사용할 수 있는데 각각의 특성은 표 1과 같다.
비교항목 PEN PES PI PET PAR PC
CTE(ppm/℃) 13 54 17 15 60 60~70
Tg(℃) 120 220 300 78 320 150
T (%) 88 89 89 89 90 90
Retar. (nm) 높음 < 10 - 높음 - 41
WVTR
(g/㎡?day)		 2 105 135 9 - 50
현재 유리기판을 이용하여 박막 트랜지스터를 형성하는 공정에서 유리 기판을 대신하여 표 1의 내열성 수지로 이루어진 내열성 수지를 이용하여 박막 트랜지스터를 갖는 디스플레이용 플렉서블 기판을 형성하고자 하는 시도가 활발하다. 이러한 내열성 수지로 플렉서블 기판을 형성할 경우, 폴리에틸렌나프타레이트는 유리전이온도(Tg)와 지연 특성이 만족스럽지 못하고, 폴리에테르술폰 및 폴리아릴레이트는 선팽창계수(CTE)가 높음을 알 수 있으며, 폴리이미드는 수분 및 산소 투과 특성(Water and Vapor Transmission Rate)이 나쁘며, 폴리에틸렌테레프탈레이트는 유리전이온도(Tg)와 지연 특성이 나쁘며, 폴리카보네이트는 유리전이온도와 선팽창계수가 공정 기준에 부합되지 않음을 알 수 있다.
상기 특성치 중에서 수분 및 산소 투과 특성은 다양한 배리어(barrier) 층을 형성하여 해결할 수 있는 것으로 알려지고 있으며, 지연 특성은 제조 방법에 따라 제어 가능한 것이므로 선팽창계수와 유리전이온도에 대한 개선이 가장 시급한 실정이다.
이러한 높은 선팽창계수와 낮은 유리전이온도를 갖는 투명 수지의 부족한 특성을 보완하기 위해서는 이산화 규소(SiO2), 황산바륨(BaSO4), 보헤마이트(boehmite) 및 규회석(Wollastonite) 등에서 선택된 광물로 형성되는 무기입자 필러(filler)를 투명 수지에 혼합하여 사용할 경우 디스플레이용 플렉서블 투명 기판의 특성을 좋게 할 수 있다. 이때 사용되는 무기입자 필러는 종횡비(aspect ratio) 1 내지 3,000 사이에서 종횡비가 증가할수록 디스플레이용 플렉서블 투명 기판의 특성을 개선할 수 있음이 파악되었다. 또한 동일한 종횡비를 갖는 필러의 경우 필러 표면을 에칭하여 필러와 내열성 수지 사이의 접촉 면적을 증대시키면 디스플레이용 플렉서블 투명 기판의 특성을 개선시킬 수 있음을 알 수 있었다.
무기입자 필러의 함유량은 내열성 수지로 이루어지는 플렉서블 기판 투과율을 저하시키지 않는 범위 내에서 혼합하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 내열성 수지와 필러의 혼합물 전체 용량을 기준으로 5 ~ 50wt% 범위 내의 배합비로 구성하는 것이 좋다. 이는, 무기입자 필러 함유량이 5wt% 보다 작게 되면 내열성 수지 자체의 높은 선팽창계수를 충분히 낮출 수 없게 되고, 50wt% 을 넘게되면 수지 자체의 투과율이 저하되어 디스플레이 패널용 기판으로 사용할 수 없기 때문이다.
실시예 1
유리 파우더(SiO2)를 플라즈마 처리하여 종횡비가 1:1인 이산화 규소(SiO2) 필러를 형성한 후, 폴리알릴레이트 파우더를 메탈 클로로라이트에 중량비 1:15로 혼합한 후 휘저으면서 내열성 수지 용액을 형성하고, 형성된 용액에 이산화 규소(SiO2) 필러를 폴리알릴레이트 파우더와 중량비 2:8 비율로 투입한 후 휘저으면서 섞었다. 이산화 규소 필러가 혼합된 액상의 폴리알릴레이트 용액을 200℃에서 약 1시간 동안 열처리함으로써 제 1 실시예의 디스플레이용 플렉서블 투명 필름을 형성하였고, 해당 필름의 선팽창 계수를 측정하였다. 이때 사용된 이산화 규소 필러는 자체적으로 선팽창계수 0.5 CTE(ppm/℃)를 갖는 것이었다.
실시예 2
폴리알릴레이트 파우더를 메탈 클로로라이트에 중량비 1:15로 혼합한 후 휘저으면서 내열성 수지 용액을 형성하고, 형성된 용액에 7 CTE(ppm/℃) 및 종횡비 4.5를 갖는 보헤마이트 필러를 폴리알릴레이트 파우더와 중량비 2:8 비율로 투입한 후 휘저으면서 섞었다. 보헤마이트 필러가 혼합된 액상의 폴리알릴레이트 용액을 200℃에서 약 1시간 동안 열처리함으로써 제 2 실시예의 디스플레이용 플렉서블 투명 필름을 형성하였고, 해당 필름의 선팽창 계수를 측정하였다.
실시예 3
폴리알릴레이트 파우더를 메탈 클로로라이트에 중량비 1:15로 혼합한 후 휘저으면서 내열성 수지 용액을 형성하고, 형성된 용액에 7 CTE(ppm/℃) 및 종횡비 3,000를 갖는 규회석(Wollastonite) 필러를 폴리알릴레이트 파우더와 중량비 2:8 비율로 투입한 후 휘저으면서 섞었다. 규회석 필러로는 Nyco사 제품인 Nyglos W4를 사용하였다. 규회석 필러가 혼합된 액상의 폴리알릴레이트 용액을 200℃에서 약 1시간 동안 열처리함으로써 제 3 실시예의 디스플레이용 플렉서블 투명 필름을 형성하였고, 해당 필름의 선팽창 계수를 측정하였다.
실시예 4
7 CTE(ppm/℃) 및 종횡비 3,000를 갖는 Nyco사 제품인 Nyglos W4 0.5g을 10g 내지 15g 의 수산화 나트륨 10% 용액에 상온에서 10 내지 15분 동안 담근 후, 필터링하고, 순수를 이용하여 세척하여 표면이 에칭된 규회석 필러를 획득하였다. 규회석을 수산화 나트륨과 반응시키면 반응 과정에서 메타규산 나트륨(Sodium Methasilicate)이 형성되므로 필터링 과정과 세척 과정을 이용하여 이를 제거하였다.
폴리알릴레이트 파우더를 메탈 클로로라이트에 중량비 1:15로 혼합한 후 휘저으면서 내열성 수지 용액을 형성하고, 전술한 공정으로 형성된 표면이 에칭된 규회석 필러를 폴리알릴레이트 파우더와 중량비 2:8 비율로 투입한 후 휘저으면서 섞었다. 규회석 필러가 혼합된 액상의 폴리알릴레이트 용액을 200℃에서 약 1시간 동안 열처리함으로써 제 4 실시예의 디스플레이용 플렉서블 투명 필름을 형성하였고, 해당 필름의 선팽창 계수를 측정하였다.
표 2는 폴리아릴레이트로만으로 제조된 디스플레이용 플렉서블 기판과 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 필름의 선팽창계수(CTE) 값을 비교하고, 폴리아릴레이트로만으로 제조된 디스플레이용 플렉서블 기판의 선팽창계수(CTE)와 대비하여 각 실시예에 따라 제조된 필름의 선팽창계수(CTE) 값의 개선 비율을 나타낸 것이다.
필러 미함유 PAR 필름 제1실시예
필름		 제2실시예
필름		 제3실시예
필름		 제4실시예
필름
CTE (ppm/℃) 60 54 42 30 25
개선비(%) 0% 6% 30% 50% 58%
무기입자 필러가 함유된 폴리아릴레이트 기판의 경우 함유된 필러의 종횡비가 1(제1실시예 필름), 4.5(제2실시예 필름) 및 3,000(제3실시예 필름)으로 증가할수록 CTE 값이 54, 42 및 30으로 감소함을 보여주며, 이는 필러 미함유 PAR 필름 대비 선팽창계수가 각각 6%, 30% 및 50% 감소하였음을 보여준다. 특히 혼합되는 무기입자 필러의 자체 CTE가 7ppm/℃로 동일한 실시예 2 및 실시예 3의 경우의 실험예와 같이 각각 종횡비가 4.5 및 3,000 인 무기입자 필러를 사용할 경우 종횡비에 따라 선팽창계수가 개선됨을 보여준다. 또한 3,000 종횡비를 가지며 표면 에칭된 필러가 혼합된 폴리아릴레이트 기판(제4실시예 필름)의 선팽창 계수는 표면 에칭되지 않은 동일한 종횡비 필러가 혼합된 폴리아릴레이트 기판(제3실시예 필름)의 선팽창계수와 비교할 때 30ppm/℃ 에서 25ppm/℃로 약 17% 감소됨을 알 수 있다.
도 1은 표면 에칭이 진행되기 전의 필러 표면과 표면 에칭 후의 필러 표면을 나타내는 도면이다. 도 1(a)에 도시한 바와 같이 표면 에칭 전에는 필러(20) 표면이 매끄럽게 형성되는데 비해 표면 에칭이 진행되면 도 1(b)에 도시한 바와 같이 필러(20) 표면의 일부 영역이 에칭액(10)과 반응하면서 표면에서 이탈되어 내열성 수지와 접촉하는 면적이 늘어나게 된다. 따라서 증가된 필러 표면과 내열성 수지가 보다 넓은 면적에서 반응하여 선팽창계수가 감소되는 것이다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 액정 디스플레이, 유기EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 페이퍼 등의 플랫 디스플레이에 사용되는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판으로서,
    폴리에틸렌나프타레이트(polyethylenenaphthalate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리아릴레이트(polyarylate) 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 중에서 선택된 적어도 하나의 내열성 수지와,
    종횡비가 4.5 내지 3,000 사이를 갖는 이산화 규소(SiO2), 황산바륨(BaSO4), 보헤마이트(boehmite) 및 규회석(Wollastonite) 중에서 선택된 적어도 하나의 무기입자 필러를 포함하고,
    상기 무기입자 필러는 상기 내열성 수지와 상기 무기입자 필러의 혼합물 전체 중량을 기준으로 5 ~ 50wt% 포함되는 것을 특징으로 하는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기입자 필러는 선팽창계수가 0.5~7 CTE(ppm/℃)인 디스플레이용 플렉서블 기판.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 내열성 수지는 폴리아릴레이트인 것을 특징으로 하는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 무기입자 필러는 규회석인 것을 특징으로 하는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 무기입자 필러는 표면이 에칭된 것을 특징으로 하는 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판.



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KR1020120115925A KR20120126051A (ko) 2012-10-18 2012-10-18 무기입자 필러가 함유된 디스플레이용 플렉서블 기판

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI735421B (zh) * 2015-01-22 2021-08-11 日商尤尼吉可股份有限公司 積層體、其製造方法及使用方法、暨無鹼玻璃基板積層用聚醯亞胺前驅體溶液

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TWI735421B (zh) * 2015-01-22 2021-08-11 日商尤尼吉可股份有限公司 積層體、其製造方法及使用方法、暨無鹼玻璃基板積層用聚醯亞胺前驅體溶液

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