High refractive index polymer (HRIP) thin films have attracted significant research interest as essential components in advanced optical devices owing to outstanding mechanical flexibility, light weight, and high processability compared to inorganic materials. Precise control of refractive index (RI) and thickness in a wide range is crucial for their practical application, however, the low molar refraction of most organic functional groups limits RI of
polymer within the range of 1.4 to 1.6. Recently, high sulfur content polymer (HSCP) have emerged as a promising solution, which successffully achieved high RI above 1.8. However, some limitations hinder their versatile optical applications such as difficulty in manufacturing thin film form, poor environmental stability and absorption in visible and infrared (IR) range. In this thesis, a novel one-step synthesis process, sulfur chemical vapor deposition (sCVD), was developed to synthesis new HRIPs with outstanding optical, thermal and mechanical properties. The sCVD process inhibited the formation of long polysulfide chains, allowing to firstly develop the HSCP films with high RI and high transmittance in the visible range. Furthermore, the sCVD process used vaporized reactant, eliminating the miscibility issues associated with molten elemental sulfur, allowing to use various comonomers for synthesis of HSCPs. Due to advantages of the sCVD process, we successfully developed an ultra-high RI (> 1.97) HSCP by introducing high sulfur content without phase separation and using divinyl benzene with high molar refraction as comonomer. Moreover, the novel HSCP with high RI, IR transmittance, and thermal stability was developed by using hexavinyl disiloxane, which is transparent in the infrared (IR) and multiple functionalities. Attributed from the outstanding properties of the HSCP synthesized through the sCVD process, high-performance and thermally stable IR polarizer was achieved using developed HSCP as spacer layer. In conclusion, this thesis has achieved the development of sCVD process firstly using vapor sulfurand we utilized the sCVD process to synthesize the outstanding HRIP materials with highly desirable properties for various applications.
고굴절률 고분자 박막은 무기재료에 비해 우수한 기계적 유연성, 가벼운 무게, 높은 가공성으로 인해 첨단 광학소자의 필수 구성요소로서 상당한 관심을 불러일으켰습니다. 넓은 범위의 굴절률과 두께를 정밀하게 제어하는 것은 실제 응용처에 중요하지만, 대부분의 유기 작용기의 낮은 몰 굴절률로 인하여 고분자의 굴절률은 1.4 에서 1.6 범위 내로 제한됩니다. 최근에 1.8 이상의 높은 굴절률을 성공적으로 달성한 고황함량 고분자가 유망한 솔루션으로 가능성을 보여주었으나, 박막 형태 제조의 어려움, 열악한 환경 안정성, 가시광선 및 적외선 범위의 흡수 등 일부 제한 사항으로 인해 다양한 광학응용 분야에 활용되는데 어려움이 있습니다. 본 논문에서는 뛰어난 광학적, 열적, 기계적 특성을 지닌 새로운 고굴절률 고분자 박막을 합성하기 위해 새로운 1 단계 합성공정인 황 화학 기상 증착(sulfur chemical vapor deposition, 이하 sCVD)을 개발했습니다. sCVD 공정은 긴 폴리설파이드 사슬의 형성을 억제하여 최초로 가시광선 영역에서 높은 굴절률과 높은 투과율을 갖는 고황함량 고분자 필름을 개발할 수 있게 했습니다. 또한 sCVD 공정에서는 기화된 반응물을 사용하여 용융된 원소 황과 관련된 혼화성 문제가 없어 고황함량 고분자 합성을 위한 다양한 공단량체 사용이 가능하였습니다. sCVD 공정의 장점으로 인해, 상 분리 없이 높은 황 함량을 도입하고 몰 굴절률이 높은 디비닐 벤젠을 공단량체로 사용하여 초고굴절률(>1.97)을 갖는 고황함량 고분자를 성공적으로 개발하였습니다. 또한, 적외선에 투명하고 다양한 기능성을 갖는 헥사비닐디실록산을 이용하여 높은 굴절률 및 적외선 투과율, 열적 안정성을 갖춘 새로운 고황함량 고분자를 개발하였습니다. sCVD 공정을 통해 합성된 고황함량 고분자의 우수한 특성을 바탕으로 개발된 고분자를 스페이서 층으로 사용하여 고성능 및 열 안정성이 뛰어난 IR 편광판을 구현했습니다. 결론적으로, 이 논문은 최초로 증기 황을 이용한 sCVD 공정의 개발을 달성했으며, 이를 활용하여 다양한 응용 분야에 매우 바람직한 특성을 지닌 뛰어난 고굴절률 고분자 재료를 합성했습니다.
