Recently, a flexible display has been substituted a flat panel display on electronic device market. For driving the flexible display, all devices in display should be also flexible; substrates, conducting electrodes, batteries, etc. Nowadays, fixed-curved displays, which cannot deform the bending radius, are commercialized in the display market. Other devices except hard coating are studied and manufactured with flexibility, but the hard coating is hard to substitute an existing cover glass, which structure is a 3-dimensional siloxane network and has high optical and mechanical property. However, the thin glass has weakness of brittleness, so new materials for hard coating should be developed for traditional meaning of flexible display. So lots of flexible materials have been studied, but the incompatibility of mechanical property and flexibility makes the development be slow. In this study, organic-inorganic hybrid material (Hybrimer) with methacrylate organo-trimethoxy silane, which is inspired by glass’ 3-dimensional siloxane network, is fabricated by simple sol-gel process and free-radical polymerization. We synthesize random-structure and ladder-structure methacrylate oligo-siloxane at first, their optical and mechanical properties are investigated.
The ordered ladder-like structure hybrimer has superior optical and mechanical properties, but it is more brittle than random-structure hybrimer. We choose a urethane dimethacrylate monomer for cross-linkage within methacrylate hybrimer, because the urethane is well known mechanical properties with high elongation and scratch resistance. The urethane dimethacrylate is synthesized in this study, and the new hybrimer is fabricated from ladder-structure oligo-siloxane and urethane dimethacrylate. Its optical and mechanical properties are investigated, compared to pure ladder-structure methacrylate hybrimer (LMH), and LMH with alkyl linkage and ethylene glycol, which are comparison groups and have similar length with urethane dimethacrylate. Hydrogen bonding in urethane enhances methacrylate conversion, then the mechanical properties like flexural modulus and strength are improved, and the flexibility is also enhanced at the same time.
최근, 전자기기 시장은 평면 디스플레이에서 플렉시블 디스플레이로 변화하고 있다. 플렉시블 디스플레이를 구동하기 위해서는 배터리, 소자, 기판, 커버 필름 등 디스플레이에 들어가는 구성 성분들이 모두 플렉시블 해야한다. 현재는 휘어진 형태로 고정되어 변형이 불가능한 커브드 단계의 디스플레이만 상용화 되어있다. 플렉시블 디스플레이의 다양한 구성 요소 중 하드 코팅으로 3차원 실록산 망목 구조를 가져 높은 투명성과 기계적 특성을 가지는 유리가 커버 글라스로 사용되어 왔다. 하지만 글라스는 깨짐성이 커서 전통적인 의미의 플렉시블 디스플레이에 적합하지 않다. 따라서 유연한 다른 소재의 개발이 진행되어오고 있지만 유연성과 기계적 특성이 양립하기 힘들기 때문에 발전 속도가 더디다. 유리처럼 3차원 실록산 망목 구조를 가지지만 유연성을 높이기 위하여 유기 부분이 치환된 메타크릴레이트 실란을 이용하여 올리고 실록산을 제조하였고 자유 라디칼 중합을 통하여 유-무기 하이브리드 재료를 제조하였다. 먼저 정돈된 구조를 가지는 올리고 실록산을 간단하고 쉬운 솔-젤 공정을 통해 제조하였고 이를 무작위 구조를 가지는 올리고 실록산과의 광학적, 기계적 특성을 비교하였다.
무작위 구조를 가질 때보다 정돈된 사다리 구조를 가지는 올리고 실록산으로부터 제조한 유-무기 하이브리드의 재료가 광학적, 기계적으로 우수함을 확인하지만 유연성에서 취약함을 보였다. 광학적, 기계적 특성을 유지하면서 유연성을 높이기 위해 우레탄 다이 메타크릴레이트를 제조하였고 이를 실록산 내 메타크릴레이트의 결합 사이에 다리처럼 사용하여 새로운 유-무기 하이브리드 재료를 제조하였다. 이를 사다리 구조를 가지는 올리고 실록산과 우레탄 관능기 대신 사슬 구조, 에틸렌 글리콜 관능기가 있는 다이 메타크릴레이트를 첨가한 사다리 구조의 올리고 실록산으로부터 제조된 유-무기 하이브리드 재료와 광학적, 기계적 특성을 비교 분석하였다. 우레탄의 수소결합이 메타크릴레이트 컨버젼을 증가시켜 더 밀하고 강인한 결합 구조를 가지게 하였고 우레탄 자체의 유연성을 통해 보다 플렉시블하면서 동시에 기계적 특성을 향상시켰다.
