Figure 1. Un dispositif TFT fabriqué sur un film poly(amide-imide) :A) Structure schématique du TFT IGZO transparent et flexible fabriqué sur PAI (s-u). B) Caractéristiques électriques et C) spectres de transmittance des TFT IGZO. D) Performances TFT en fonction du rayon de courbure. Crédit :Korea Advanced Institute of Science and Technology
La prochaine génération d'écrans flexibles et transparents nécessitera un matériau polymère flexible et hautement performant qui possède les propriétés optiques et thermiques du verre. Le matériau doit être transparent à la lumière visible et avoir un faible coefficient de dilatation thermique (CTE). Malheureusement, un tel matériau polymère n'était pas disponible. Une équipe de recherche KAIST a réussi à fabriquer un nouveau matériau polymère avec une valeur CTE exceptionnellement faible tout en conservant une transparence élevée et d'excellentes propriétés thermiques et mécaniques. La méthode développée pour les polymères amorphes avec un CTE contrôlé peut également être appliquée pour contrôler la dilatation thermique des matériaux organiques.
La plupart des objets se dilatent en chauffant et rétrécissent en refroidissant, et les polymères organiques ont un CTE relativement important par rapport à celui des céramiques ou des métaux. Mince, les substrats plans légers pour les dispositifs semi-conducteurs devraient avoir un CTE similaire de la céramique. Autrement, le dispositif peut être fissuré en raison de la contrainte causée par la dilatation et la contraction thermiques. Par conséquent, la correspondance du CTE du dispositif semi-conducteur et du substrat est cruciale pour la réussite de la fabrication de dispositifs d'affichage. La formation d'une structure en réseau en connectant des chaînes polymères est une méthode bien connue pour réduire le CTE des polymères amorphes. Cependant, les polymères à structure en réseau finissent par perdre leur souplesse et deviennent cassants.
Comme méthode alternative, Le professeur Sang Youl Kim du Département de chimie et son équipe ont choisi d'ajuster la distance et l'interaction entre les chaînes polymères. La dilatation et la contraction thermiques des films polymères peuvent être minimisées en introduisant des forces d'interaction entre les chaînes polymères et en arrangeant la direction de la force perpendiculairement. L'équipe a mis en œuvre avec succès cette approche en concevant de manière appropriée la structure chimique d'un matériau polymère transparent. C'est ce qu'on appelle un film poly (amide-imide), qui est un transparent, souple, et un matériau polymère haute performance. Il est suffisamment stable thermiquement pour être utilisé dans le processus de fabrication AMOLED (diode électroluminescente organique à matrice active) (stable à> 400℃) avec un faible CTE (4ppm/℃).
Figure 2. Poly(amide-imide) transparents et thermostables à faible CTE :A) Voie synthétique vers les PAI. B) Photo du film autoportant PAI(s-u) et C) relation de transmittance et CTE en fonction de la teneur en u diamine dans le PAI. Crédit :Korea Advanced Institute of Science and Technology
L'équipe a fabriqué des dispositifs IGZO TFT (Indium Gallium Zinc Oxide Thin Film Transistor) sur le film de poly(amide-imide) transparent nouvellement synthétisé, et a confirmé que l'appareil pouvait en effet fonctionner normalement même lorsqu'il est replié sur un rayon de 1 mm.
Le professeur Kim a dit :"Nos résultats suggèrent un moyen de contrôler la dilatation thermique des polymères amorphes similaire à un niveau de verre sans réticulation chimique, qui a longtemps été considéré comme un problème difficile. À la fois, nous avons réussi à rendre le polymère transparent et flexible. Nous nous attendons à ce qu'il puisse être appliqué au contrôle de la dilatation thermique de divers matériaux organiques. »
