Transparent flexible displays, which can be applied to various applications according to recent development of display technology, have attracted much attention in the industry. In order to make a transparent flexible display, a substrate material that is transparent and flexible is required because the bottom emission type where the back light comes from the top of the device through the substrate at the bottom. Polyimide (PI) substrate, which is mainly used as flexible substrate material, has higher heat resistance than other polymer materials, but it is not suitable for transparent display because of its lower transparency due to its deep yellow color. The colorless polyimide (CPI) film having improved transmittance has a limitation in being used as a substrate material due to its poor thermal stability and a high coefficient of thermal expansion (CTE). Therefore, in order to apply it to a substrate material, a device must be formed by a solution process, but these devices have limitations such as resolution and scan rate.
In this study, glass-fabric reinforced hybrimer films are proposed that complement the limitations of existing substrate materials. Organic-inorganic hybrid siloxane materials (hybrimers) synthesized by sol-gel reaction have high thermal stability like glass due to inorganic siloxane bond and have flexibility like polymer due to bonding of organic functional groups. The refractive index of these hybrid materials was controlled and impregnated within glass-fabric to produce glass-fabric reinforced hybrimer films with high thermal stability, transparency and low thermal expansion coefficient. And a UV curing type epoxy hybrimer based glass-fabric reinforced hybrimer film with high visible transmittance and a thermal curing type vinyl hybrimer based glass-fabric reinforced hybrimer film with excellent thermal stability are compared.
As a UV curing type epoxy hybrimer, previously reported non-hydrolytic sol-gel processed epoxy hybrimer was improved by hydrolytic sol-gel processed epoxy hybrimer, which has higher thermal stability, maintaining high optical transmittance of conventional one. The glass-fabric reinforced hybrimer film of each of the improved hydrolytic epoxy hybrimer and vinyl hybrimer were shown to be stable at 350 $^\circ C$, which is the process temperature of the oxide thin film transistor (oxide TFT). And by fabricating TFT on GFRHybrimer film, it is confirmed that GFRHybrimer film can be used as a substrate material. Furthermore, the laser lift off (LLO) process, a debonding process used in conventional displays, has been shown to be applicable to glass-fabric reinforced hybrimer film materials.
최근 디스플레이 기술 발전에 따라 다양한 응용이 가능한 투명 플렉시블 디스플레이가 산업에서 많은 각광을 받고 있다. 투명 플렉시블 디스플레이를 만들기 위해서는 발광체에서 나온 빛이 기판을 투과하는 방식인 배면 발광을 이용하므로 투명하면서도 유연한 기판 소재가 요구된다. 유연 기판 재료로서 주로 사용되는 폴리이미드(PI) 기판은 다른 폴리머 물질에 비해 높은 내열성을 가지지만 진한 노란 색으로 인해 투과도가 저하되어 투명 디스플레이에 적합하지 않다. 이에 투과도를 개선한 폴리이미드(CPI) 필름은 내열성 저하와 높은 열 팽창 계수(CTE)로 인해 기판 소재로 사용되기에는 제약이 있다. 따라서 이를 기판 소재에 응용하기 위해서는 용액 공정으로 소자를 만들어야 하지만 이러한 소자는 해상도나 주사율 등의 한계를 가지게 된다.
본 연구에서는 플렉시블 디스플레이 기판 소재로서 기존 기판 재료들의 한계점을 보완한 유리 섬유 강화 하이브리머 필름을 제시하였다. 솔-젤 공정으로 합성된 실록산 유-무기 하이브리드 재료(하이브리머)는 실록산 결합으로 인해 유리와 같은 고 내열성을 가지면서 유기 관능기의 결합으로 폴리머와 같은 유연성을 갖는다. 이러한 하이브리머 소재의 굴절률을 조절하고 유리섬유에 함침시켜 높은 내열성과 투명성, 그리고 낮은 열팽창계수를 갖는 유리 섬유 강화 하이브리머 필름을 제작하였다. 그리고 높은 가시광 투과도를 갖는 UV 경화 타입의 에폭시 하이브리머 기반 유리섬유 강화 필름과 우수한 열 안정성을 갖는 열 경화 타입의 비닐 하이브리머 기반 유리섬유 강화 필름을 비교하였다.
UV 경화 타입의 에폭시 하이브리머로서 기존에 발표된 비가수 솔-젤 방식으로 합성된 하이브리머의 내열성을 보완하기 위해 가수 솔-젤 반응을 통해 높은 내열성과 투명성의 에폭시 하이브리머를 제조하였다. 개선된 에폭시 하이브리머와 비닐 하이브리머 각각의 유리 섬유 강화 하이브리머 필름이 산화물 박막 트랜지스터의 공정 온도인 350 $^\circ C$에서 안정함을 보이고 TFT 제조를 통해 기판 재료로서 사용 가능성을 확인하였다. 더 나아가 기존 디스플레이에서 쓰이던 탈착 공정인 레이저 리프트 오프 (LLO) 공정을 유리 섬유 강화 하이브리머 필름 소재에 적용할 수 있음을 보였다.
