KR102302500B1 - 플라스틱 기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

플라스틱 기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면 경도 및 배리어 성능이 우수한 플라스틱 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 플라스틱 기판은 기재 필름 및 상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되는 하드 코팅층을 포함한다.

Description

플라스틱 기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치{PLASTIC SUBSTRATE, METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 플라스틱 기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 배리어 성능과 높은 표면 경도를 가져 표시 장치의 커버 윈도우로 사용될 수 있는 플라스틱 기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Display: OLED) 등과 같은 표시 장치의 표면에는 패널을 보호하기 위한 커버 윈도우(Cover Window)가 적용된다. 종래에는 상기 커버 윈도우의 재질로 평탄도, 내열성, 내화학성 및 수분이나 기체에 대한 배리어 성능이 우수하고, 선팽창계수가 작으며, 광 투과율이 높은 유리(glass)가 주로 사용되었다. 그러나 상기와 같은 유리 재질의 커버 윈도우는 깨지기 쉽고, 무겁다는 문제점이 있다. 또한, 최근 곡면 디스플레이나 접이식 디스플레이와 같은 플렉서블 디스플레이들이 개발되고 있는데, 유리는 성형 가공성이 나빠 이러한 플렉서블 디플레이에 적용되기 어렵다.
상기와 같은 문제점 때문에 최근에는 다양한 형상으로 가공할 수 있는 플라스틱 재질을 이용한 커버 윈도우들이 제안되고 있다. 플라스틱 재질의 커버 윈도우를 적용할 경우, 유리 재질의 커버 윈도우보다 가볍고, 깨지지 않으며, 다양한 디자인을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 유기물 기반의 플라스틱 기판은 유리 기판에 비해 수분이나 가스 등의 침투에 취약하고, 표면 경도가 낮다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 플라스틱 기판 상에 하드 코팅층을 형성하는 기술, Al2O3와 같은 무기산화물 또는 유무기 물질을 진공 증착하여 배리어층을 형성하는 기술, 플라스틱 기판에 배리어 필름을 부착하여 사용하는 기술 등이 제안되었다.
이 중 하드 코팅층 형성 기술은 기판의 표면 경도를 향상시키는 효과를 얻을 수는 있으나, 현재까지 제안된 대부분의 하드 코팅층들은 배리어 성능이 충분하지 않았다.
또한, 무기 산화물 또는 유무기 물질을 진공 증착하는 방법의 경우, 증착 온도에 따라 배리어 성능이 달라지게 되며, 충분한 배리어 성능을 얻기 위해서는 100℃ 이상의 고온에서 공정이 수행되는 것이 바람직하다. 그러나, 대부분의 플라스틱 기판은 100℃ 이상의 온도에서 변성을 일으키기 때문에, 고온 증착이 불가능하고, 증착 온도를 낮출 경우 배리어 성능이 충분하지 않다는 문제점이 있다. 한편, 증착 온도를 낮추면서 배리어 성능을 높일 수 있도록 플라즈마를 도입하는 방법도 고려될 수 있으나, 대부분의 플라스틱 기판들이 플라즈마에 영향을 받아 변색 등의 불량이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
한편, 배리어 필름을 부착하여 사용하는 기술의 경우, 플렉서블 디스플레이에 적용할 경우 굽힘 특성이 떨어지고, 제조 비용이 높다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온 공정이 요구되지 않으며, 표면 경도 및 배리어 성능이 모두 우수한 플라스틱 기판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 플라스틱 기판을 포함한 표시 장치를 제공하고자 한다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 플라스틱 기판은 기재 필름; 및 상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되며, 하기 [화학식 5]로 표시되는 단위, 하기 [화학식 6]로 표시되는 단위, 하기 [화학식 7]로 표시되는 단위 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물로부터 유도되는 단위를 포함하는 하드 코팅층을 포함한다.
[화학식 5]
Figure 112014115877570-pat00001
상기 [화학식 5]에서, R1 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이고, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 상기 n은 1 내지 10의 정수임.
[화학식 6]
Figure 112014115877570-pat00002

[화학식 7]
Figure 112014115877570-pat00003
상기 [화학식 7]에서, 상기 R7 은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기 또는 [화학식 9]로 표시되는 작용기이며, R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.
[화학식 8]
Figure 112014115877570-pat00004
[화학식 9]
Figure 112014115877570-pat00005
상기 [화학식 8] 및 [화학식 9]에서, R9는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.
[화학식 4]
Figure 112014115877570-pat00006
상기 [화학식 4]에서, R10, R11 및 R12는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, R13은 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
다른 구현예에 따르면, 본 발명의 플라스틱 기판 제조 방법은, 기재 필름의 적어도 일면에 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물, 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물, 하기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물을 포함하는 하드 코팅층 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및 상기 하드 코팅층 형성용 조성물을 경화시키는 단계를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112014115877570-pat00007
상기 [화학식 1]에서, R1 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이고, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 상기 n은 1 내지 10의 정수임.
[화학식 2]
Figure 112014115877570-pat00008

[화학식 3]
Figure 112014115877570-pat00009
상기 [화학식 3]에서, 상기 R7 은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기이며,
[화학식 8]
Figure 112014115877570-pat00010
상기 [화학식 8]에서, R9는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.
[화학식 4]
Figure 112014115877570-pat00011
상기 [화학식 4]에서, R10, R11 및 R12는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, R13은 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 표시 패널 및 상기 표시 패널 상부에 상기한 본 발명의 플라스틱 기판을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 플라스틱 기판은 표면 경도 및 배리어 성능이 모두 우수하여 표시 장치의 커버 윈도우로 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명의 플라스틱 기판을 커버 윈도우로 적용할 경우, 표시 장치의 슬림화 경향에 따라 내부 패널이 얇아지면서 취약해지는 배리어 성능을 커버 윈도우에서 보안해줄 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 플라스틱 기판은 성형성이 우수하여, 다양한 형상의 표시 장치에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 플라스틱 기판의 제조 방법은, 스프레이, 플로우, 딥 코팅 등과 같은 습식 코팅 방식을 이용하여, 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 대량 생산에 유리하다. 또한, 고온 공정이 사용되지 않기 때문에 공정 상에서 기재 필름이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 플라스틱 기판의 일 구현예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 플라스틱 기판의 다른 구현예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 플라스틱 기판의 또 다른 구현예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 표시 장치의 일 구현예를 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 구현예들을 보다 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 구현예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한, 구현예의 설명에 있어서, 각 패턴, 층, 막, 영역 또는 기판 등이 각 패턴, 층, 막, 영역 또는 기판 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 각 구성요소의 상, 옆 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 플라스틱 기판의 일 구현예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라스틱 기판(100)은 기재 필름(110) 및 하드 코팅층(120)을 포함한다.
이때, 상기 기재 필름(110)은 투명한 플라스틱 필름으로, 예를 들면, 아크릴 필름(예: 폴리메틸메타크릴레이트), 셀룰로오스 에스테르 필름(예: 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 및 니트로 셀룰로오스), 폴리이미드 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리에스테르 필름(예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 1,2-디페녹시에탄-4,4'-디카르복실레이트, 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트), 폴리스티렌 필름(예: 신디오택틱(syndiotactic) 폴리스티렌), 폴리올레핀 필름(예: 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 폴리메틸펜텐), 폴리술폰 필름, 폴리에테르 술폰 필름, 폴리아릴레이트 필름, 폴리에테르-이미드 필름, 폴리에테르 케톤 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 폴리염화비닐 필름 등일 수 있다. 이 중에서도 성형성 측면에서, 폴리메틸메타크릴레이트 필름이나 폴리카보네이트 필름이 특히 바람직하다.
한편, 상기 하드 코팅층(120)은 상기 기재 필름(110)의 적어도 일면에 하드 코팅층 형성용 조성물을 도포한 후 경화시켜 형성된다.
이때, 상기 하드 코팅층 형성용 조성물은 에폭시화 폴리실록산, 에폭시 사이클로헥산, 옥세탄 화합물 및 상기 알콕사이드 화합물을 포함한다.
상기 에폭시화 폴리실록산은 내화학성, 내충격성 및 낮은 수축율을 부여하기 위한 성분으로, 바람직하게는, 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112014115877570-pat00012
상기 [화학식 1]에서, 상기 R1 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이고, 더 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌옥시기이다.
또한, 상기 R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 더 바람직하게는, 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.
상기 n은 1 내지 10의 정수이다.
상기와 같은 에폭시화 폴리실록산을 포함하는 하드 코팅층은, 아크릴레이트 계열을 주 성분으로 사용한 종래의 하드 코팅층에 비해 낮은 수축율을 구현할 수 있으며, 다양한 기판에 대해 우수한 접착력을 갖고, 화학적 내성, 유연성 및 내충격성이 우수하다.
한편, 상기 에폭시화 폴리실록산은 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여, 20중량부 내지 50중량부, 바람직하게는 30중량부 내지 45중량부의 함량으로 포함된다. 에폭시화 폴리실록산의 함량이 상기 수치 범위를 만족할 때, 표면 경도와 광학 특성이 모두 우수한 하드 코팅층을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 에폭시 사이클로헥산은 상기 에폭시화 폴리실록산과 반응하여 그물망 구조를 형성함으로써, 하드 코팅층이 높은 경도 및 내충격성을 갖도록 해준다. 또한, 상기 에폭시 사이클로헥산은 열변형 온도가 높고 자외선 저항성 및 황변 저항성이 우수하여 플라스틱 기판이 열이나 자외선에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있도록 해준다.
보다 구체적으로는, 상기 에폭시 사이클로헥산은 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014115877570-pat00013

상기 에폭시 사이클로헥산은 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여, 10중량부 내지 30중량부, 바람직하게는 15중량부 내지 25중량부의 함량으로 포함된다. 에폭시 사이클로헥산의 함량이 상기 수치 범위를 만족할 때, 하드 코팅층의 부착력 저하 없이 표면 경도가 우수한 플라스틱 기판을 제조할 수 있다.
한편, 상기 하드 코팅층 형성용 조성물은, 상기 에폭시화 폴리실록산과 에폭시 사이클로헥산을 4 : 1 내지 7 : 3의 중량비율로 포함하는 것이 바람직하다. 에폭시화폴리실록산의 함량이 상기 수치 범위를 초과하는 경우에는 하드 코팅층 형성 후 황변이 발생할 수 있으며, 에폭시 사이클로헥산의 함량이 상기 수치 범위를 초과하는 경우에는 하드 코팅층이 기재 필름에 잘 부착되지 않거나, 크랙이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 옥세탄 화합물은 하드 코팅층 형성 시에 에폭시화 폴리실록산과 에폭시 사이클로헥산의 경화를 돕고, 하드 코팅층의 표면 경도를 향상시키기 위한 것이다. 본 발명에서는 상기 옥세탄 화합물로, 하기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112014115877570-pat00014
상기 [화학식 3]에서, 상기 R7 은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기일 수 있으며, 바람직하게는, 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기이다.
상기 R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, 바람직하게는 수소이다.
[화학식 8]
Figure 112014115877570-pat00015
상기 [화학식 8]에서, R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, 바람직하게는 수소이다.
상기 [화학식 3]으로 표시된 바와 같이, 에폭시 (메트)아크릴레이트기를 갖는 옥세탄 화합물은 산소 저항성 및 염기 저항성이 우수하여, 하드 코팅층의 배리어 특성을 향상시키고, 경화시 아크릴레이트기에 의한 중합 반응이 일어나 분자량이 높은 폴리머를 형성함으로써 하드 코팅층의 표면 경도를 한층 향상시켜준다.
한편, 상기 옥세탄 화합물은 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여, 10중량부 내지 30중량부, 바람직하게는 15중량부 내지 25중량부의 함량으로 포함된다. 옥세탄 화합물의 함량이 상기 수치 범위를 만족할 때, 표면 경도 및 배리어 특성이 우수한 하드 코팅층을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 알콕사이드 화합물은 하드 코팅층에 배리어 특성을 부여하기 위한 것으로, 예를 들면, 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112014115877570-pat00016
상기 [화학식 4]에서, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이다.
상기 R13은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
한편, 상기 상기 알콕사이드 화합물은 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여, 20중량부 내지 40중량부, 바람직하게는 25중량부 내지 35중량부의 함량으로 포함된다. 알콕사이드 화합물의 함량이 상기 수치 범위를 만족할 때, 표면 경도 및 배리어 특성이 우수한 하드 코팅층을 형성할 수 있다.
한편, 상기 하드 코팅층 형성용 조성물은 점도 조절 등을 위해 용매를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 용매는 이로써 제한되는 것은 아니나, 알코올계 유기 용매일 수 있으며, 예를 들면, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르아세테이트(PGMEA), 디프로필렌 글리콜 (DPG), 모노에틸렌 글리콜 (MEG), 디에틸렌 글리콜 (DEG), 트리에틸렌 글리콜 (TEG), 트리프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올 (BDO), 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올 및 2,2-디메틸-1,3-프로판디올 (네오펜틸 글리콜)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 용매는 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여 30중량부 이하, 바람직하게는 1 내지 25중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
상기와 같은 하드 코팅층 형성용 조성물은 기재 필름의 일면 또는 양면에 도포한 다음, 자외선 등과 같은 활성 에너지선을 조사하여 경화시키면 하드 코팅층이 형성된다. 이때, 상기 도포는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 습식 코팅법, 예를 들면, 스프레이 코팅, 딥코팅, 스핀 코팅, 플로우 코팅 등의 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 경화는 이로써 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 100mJ 내지 2000mJ로 1초 내지 1분 정도 수행될 수 있다.
상기와 같은 방법을 통해 형성된 본 발명의 하드 코팅층(120)은 하기 [화학식 5], [화학식 6], [화학식 7]로 표시되는 단위 및 상기 [화학식 4]로 표시되는 화합물로부터 유도된 단위를 포함한다.
[화학식 5]
Figure 112014115877570-pat00017
상기 [화학식 5]에서, 상기 R1 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이고, 더 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌옥시기이다.
또한, 상기 R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 더 바람직하게는, 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.
상기 n은 1 내지 10의 정수이다.
상기 [화학식 5]로 표시되는 단위는 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 [화학식 2]로 표시되는 화합물 또는 [화학식 3]으로 표시되는 화합물만 반응하여 형성되는 것으로, 하드 코팅층에 고경도, 내화학성, 내충격성 및 낮은 수축율을 부여해준다.
[화학식 6]
Figure 112014115877570-pat00018

상기 [화학식 6]으로 표시되는 단위는 상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물이 [화학식 1]로 표시되는 화합물 또는 [화학식 3]으로 표시되는 화합물만 반응하여 형성되는 것으로, 하드 코팅층의 표면 경도를 향상시키고, 열 및 자외선에 대한 저항성을 향상시켜준다.
[화학식 7]
Figure 112014115877570-pat00019
상기 [화학식 7]에서, 상기 R7 은 상기 R7 은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기 또는 [화학식 9]으로 표시되는 작용기이며, 바람직하게는 [화학식 8] 또는 [화학식 9]으로 표시되는 작용기이다.
상기 R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, 바람직하게는 수소이다.
[화학식 8]
Figure 112014115877570-pat00020
[화학식 9]
Figure 112014115877570-pat00021
상기 [화학식 8] 및 [화학식 9]에서, 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, 바람직하게는 수소이다.
상기 [화학식 7]로 표시되는 단위는 상기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물이 [화학식 1]로 표시되는 화합물 또는 [화학식 2]로 표시되는 화합물만 반응하여 형성되는 것으로, 하드 코팅층의 표면 경도 및 산소 등과 같은 기체에 대한 배리어 성능을 향상시켜준다.
한편, 상기 [화학식 4]로 표시되는 실리콘 알콕사이드 화합물로부터 유도되는 단위는 하드 코팅층의 수분에 대한 배리어 특성을 향상시켜 준다.
상기와 같은 단위들을 포함하는 본 발명의 하드 코팅층(120)은 배리어 성능 및 표면 경도가 모두 우수하다. 구체적으로는, 상기 본 발명의 하드 코팅층(120) 은 수분 투과율이 10-3g/m2 ·day 이하이며, 연필 경도가 3H 이상이다.
한편, 본 발명의 상기 하드 코팅층(120)은 그 두께가 15㎛ 내지 30㎛ 정도인 것이 바람직하다. 하드 코팅층(120)의 두께가 15㎛ 미만인 경우에는 경도 및 배리어 특성이 저하되고, 30㎛를 초과하는 경우에는 크랙이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 플라스틱 기판(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이 기재 필름(110)의 양면에 상기 하드 코팅층(120)을 구비할 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 기재 필름(110)의 일면에는 상기 하드 코팅층(120)이 구비되고, 기재 필름(110)의 다른 면에는 고경도 코팅층(130)이 구비할 수도 있다. 이때, 상기 고경도 코팅층은, 표면 경도가 5H이상인 층으로, 이로써 한정되는 것은 아니나, 육방면체 실록산 수지 또는 우레탄 수지를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도 2와 같이 기재 필름(110)의 일면에 하드 코팅층(120)을 형성하고, 다른 면에 고경도 코팅층(130)을 형성한 플라스틱 기판(100)의 경우, 표시 패널에 장착할 때 상기 고경도 코팅층(130)이 형성된 면을 외부에 노출되는 쪽에 배치함으로써 스크래치나 외부 압력 등으로 인한 표시 패널의 파손을 보다 잘 방지할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라스틱 기판(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고경도 코팅층(130)과 기재 필름(110) 사이에는 배리어층(140)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 하드 코팅층(120)의 경우 배리어 기능을 포함하고 있기 때문에 하드 코팅층(120)과 기재 필름(110) 사이에는 배리어층이 별도로 요구되지 않지만, 고경도 코팅층(140)의 경우, 배리어 성능을 구비하고 있지 않다. 따라서, 기재 필름(110)과 고경도 코팅층(140) 사이에 배리어층(140)을 추가로 형성함으로써, 표시 패널 및 기재 필름이 공기나 수분에 의해 손상되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 플라스틱 기판(100)은 표시 장치의 커버 윈도우로 유용하게 사용될 수 있다. 도 4에는 본 발명의 플라스틱 기판(100)을 포함하는 표시 장치의 일 구현예가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시 장치는 표시 패널(300) 및 상기 표시 패널(300) 상부에 배치되는 본 발명의 플라스틱 기판(100)을 포함한다. 플라스틱 기판(100)에 대해서는 상술하였으므로, 여기서는 표시 패널(300)에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 표시 패널(300)은, 유기전계발광표시패널일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5에는 상기 표시패널(300)이 유기전계발광표시패널인 경우가 도시되어 있다. 도 5를 참조하여 상기 표시 패널(300)이 유기전계발광표시패널인 경우를 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 유기전계발광표시패널(300)은 박막 트랜지스터(TFT)와 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결된 유기발광소자(OL)가 형성된 제 1 기판(301)을 포함한다.
상기 유기전계발광표시패널(300)의 제 1 기판(301) 상의 일면에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 반도체층(311), 게이트 전극(313), 소스 전극(315) 및 드레인 전극(316)을 포함하여 형성된다.
상기 반도체층(311)은 소스영역(311a), 채널영역(311b) 및 드레인영역(311c)을 포함하며, 상기 반도체층(311) 상에 게이트 절연막(312)이 형성되고, 상기 게이트 절연막(312) 상에 게이트 배선과 상기 게이트 배선으로부터 분기된 게이트 전극(313)이 형성된다. 상기 게이트 배선과 게이트 전극(313) 상에 층간 절연막(314)이 형성된다.
상기 층간 절연막(314)을 사이에 두고 게이트 배선과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과 상기 데이터 배선으로부터 분기된 소스 전극(315) 및 상기 소스 전극(315)으로부터 일정간격 이격하여 드레인 전극(316)이 형성된다. 이때, 상기 소스 전극(315)과 드레인 전극(316)은 상기 게이트 전극(313) 상에 형성된 층간 절연막(314)과 게이트 절연막(312)을 관통하여 형성된 콘택홀을 통해 상기 반도체층(311)의 소스영역(311a)과 드레인영역(311c)과 접촉한다.
상기 소스 전극(315) 및 드레인 전극(316) 상에는 보호막(317)이 형성되고, 상기 보호막(317)에는 상기 드레인 전극(316)을 노출하는 콘택홀이 형성된다. 상기 노출된 드레인 전극(316)은 상기 보호막(317) 상에 형성된 연결전극(318)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 제 1 기판(301) 전면에 평탄화막(319)이 형성되고, 상기 평탄화막(319)에는 상기 연결전극(318)이 노출되는 콘택홀이 형성된다.
상기 평탄화막(319)에 형성된 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결되는 유기발광소자(OL)가 형성된다. 상기 유기발광소자(OL)는 하부 전극(320), 유기발광층(322) 및 상부 전극(323)으로 이루어진다.
보다 자세하게는, 상기 노출된 연결전극(318) 상에 유기발광소자(OL)의 하부 전극(320)이 형성된다. 도면 상에는 유기발광소자(OL)의 하부 전극(320)과 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(316)이 연결전극(318)을 통해 연결되도록 도시되어 있으나, 연결전극(318)이 생략되고, 유기발광소자(OL)의 하부 전극(320)과 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(116)이 콘택홀이 형성된 평탄화막(319)을 통해 직접 접촉하여 형성될 수도 있다.
상기 하부 전극(320) 상에는 화소 영역 단위로 상기 하부 전극(320)을 노출하는 뱅크(bank) 패턴(321)이 형성된다. 상기 노출된 하부 전극(320) 상에는 유기발광층(322)이 형성된다. 상기 유기발광층(322)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성되거나, 또는 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer), 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수 있다.
상기 유기발광층(322) 상에 상부 전극(323)이 형성된다. 상기 하부 전극(320)이 애노드(anode)인 경우, 상기 상부 전극(323)은 캐소드(cathode)이며, 상기 하부 전극(320)이 캐소드(cathode)인 경우, 상기 상부 전극은 애노드(anode)이다.
상기 박막 트랜지스터(TFT) 및 상기 유기발광소자(OL)가 형성된 제 1 기판(301) 상에는 밀봉부가 형성된다. 예를 들면, 상기 상부 전극(323) 상에는 표시소자들을 보호하는 봉지층(324)이 형성된다. 상기 봉지층(324)은 다수의 층으로 형성될 수 있다. 상기 밀봉부 상부에는 본 발명의 플라스틱 기판(100)이 배치된다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
실시예
하기 [화학식 11]의 에폭시화 폴리실록산 32g, 에폭시사이클로헥산 8g, 실리콘 알콕사이드 24g, 에폭시 아크릴레이트로 치환된 하기 [화학식 12]의 옥세탄 16g 및 PGMEA(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트) 20g을 혼합하여 하드 코팅층 형성용 조성물을 제조하였다.
[화학식 11]
Figure 112014115877570-pat00022
[화학식 12]
Figure 112014115877570-pat00023

상기 하드 코팅층 형성용 조성물을 폴리메틸메타크릴레이트 기재 상에 도포한 후 1000mJ로 5초 동안 경화시켜 20㎛ 두께의 하드 코팅층이 형성된 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 1
상기 [화학식 11]의 에폭시화 폴리실록산 40g, [화학식 2]의 에폭시사이클로헥산 16g, 실리콘 알콕사이드 24g 및 PGMEA 20g을 혼합하여 하드 코팅층 형성용 조성물을 제조하였다.
상기 하드 코팅층 형성용 조성물을 폴리메틸메타크릴레이트 기재 필름 상에 도포한 후 1000mJ로 15초 동안 경화시켜 20㎛ 두께의 하드 코팅층이 형성된 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 2
[화학식 12]의 옥세탄 화합물 대신 미치환된 옥세탄 화합물을 사용한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법을 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 3
[화학식 12]의 옥세탄 화합물 대신 우레탄 아크릴레이트로 치환된 옥세탄 화합물을 사용한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 4
[화학식 12]의 옥세탄 화합물 대신 실세스퀴녹산으로 치환된 옥세탄 화합물을 사용한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 5
실리콘 알콕사이드 대신에 알루미늄 알콕사이드를 사용한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 6
실리콘 알콕사이드 대신에 아연 알콕사이드를 사용한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 7
실리콘 알콕사이드 대신에 티타늄 알콕사이드를 사용한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 8
실리콘 알콕사이드 대신에 지르코늄 알콕사이드를 사용한 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실험예 1
실시예 및 비교예 1~4에 의해 제조된 플라스틱 기판의 연필 경도 및 기재 필름과의 부착성을 측정하였다. 측정 결과는 하기 [표 1]에 도시하였다.
구분 연필 경도
@1kgf		 부착성
실시예 3~4H 우수
비교예 1 6B 보통
비교예 2 6B 보통
비교에 3 4B 불량
비교예 4 B 불량
상기 [표 1]을 통해 에폭시 아크릴레이트로 치환된 옥세탄 화합물을 사용한 실시예의 경우, 다른 옥세탄 화합물들을 사용하는 비교예 1 ~ 4이 비해 표면 경도가 향상되었음을 알 수 있다.
실험예 2
실시예 및 비교예 5~8 의해 제조된 플라스틱 기판의 수분 투과율 및 기재 필름과의 부착성을 측정하였다. 측정 결과는 하기 [표 2]에 도시하였다.
구분 수분 투과율
(g/m2 ·day)		 부착성
실시예 10-3 우수
비교예 5 10-2 불량
비교예 6 10-1 보통
비교에 7 10-1 보통
비교예 8 10-2 불량
상기 [표 2]를 통해, 실리콘 알콕사이드 화합물을 사용할 경우 배리어 성능이 향상되는데 반해, 다른 알콕사이드 화합물을 사용할 경우 이러한 효과가 없음을 알 수 있다.
실험예 3
에폭시화 폴리실록산과 에폭시사이클로헥산의 비율에 대한 효과를 알아보기 위해, PGMEA에 에폭시화 폴리실록산과 에폭시사이클로헥산을 하기 하기 [표 3]과 기재된 비율로 혼합한 다음, 폴리메틸메타크릴레이트 필름 상에 도포한 후 경화시켜 코팅층을 형성한 다음, 기재 필름과의 부착성, 황변, 크랙 발생 여부를 육안으로 관찰하였다. 실험 결과는 [표 3]에 기재하였다.
에폭시 폴리실록산 에폭시 사이클로헥산 부착성 황변 크랙
배합비
(중량%)		 100 0 우수 있음 없음
80 20 우수 없음 없음
75 25 우수 없음 없음
70 30 우수 없음 없음
50 50 불량 없음 없음
25 75 불량 없음 있음
9 100 불량 없음 있음
상기 [표 3]을 통해 에폭시 폴리실록산과 에폭시 사이클로헥산의 배합 비가 4 : 1 내지 7 : 3의 범위 내일 때 기재 필름과의 부착성 및 광학 특성이 우수함을 알 수 있다.
100 : 플라스틱 기판
110 : 하드 코팅층
120 : 고경도 코팅층
130 : 배리어 층
300 : 표시 패널

Claims (12)

  1. 기재 필름; 및
    상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되며, 하기 [화학식 5]로 표시되는 단위, 하기 [화학식 6]로 표시되는 단위, 하기 [화학식 7]로 표시되는 단위 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물로부터 유도된 단위를 포함하는 하드 코팅층을 포함하는 플라스틱 기판.
    [화학식 5]
    Figure 112021026968019-pat00024

    상기 [화학식 5]에서, R1 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이고, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 상기 n은 1 내지 10의 정수임.

    [화학식 6]
    Figure 112021026968019-pat00025


    [화학식 7]
    Figure 112021026968019-pat00026

    상기 [화학식 7]에서, 상기 R7 은 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기 또는 [화학식 9]로 표시되는 작용기이며, R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.
    [화학식 8]
    Figure 112021026968019-pat00027

    [화학식 9]
    Figure 112021026968019-pat00028

    상기 [화학식 8] 및 [화학식 9]에서, R9는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.

    [화학식 4]
    Figure 112021026968019-pat00029

    상기 [화학식 4]에서, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, R13은 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하드 코팅층은 그 두께가 15㎛ 내지 30㎛인 플라스틱 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하드 코팅층은 수분 투과율이 10-3g/m2 ·day 이하이고, 연필 경도가 3H이상인 플라스틱 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기재 필름의 일면에 상기 하드 코팅층이 구비되고,
    상기 기재 필름의 다른 면에 고경도 코팅층이 구비되는 플라스틱 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기재 필름과 고경도 코팅층 사이에 배리어층이 더 포함되는 플라스틱 기판.
  6. 기재 필름의 적어도 일면에 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물, 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물, 하기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물을 포함하는 하드 코팅층 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및
    상기 하드 코팅층 형성용 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 플라스틱 기판의 제조 방법.
    [화학식 1]
    Figure 112021026968019-pat00030

    상기 [화학식 1]에서, R1 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이고, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 상기 n은 1 내지 10의 정수임.

    [화학식 2]
    Figure 112021026968019-pat00031


    [화학식 3]
    Figure 112021026968019-pat00032

    상기 [화학식 3]에서, 상기 R7 은 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기이며, R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.
    [화학식 8]
    Figure 112021026968019-pat00033

    상기 [화학식 8]에서 R9는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.

    [화학식 4]
    Figure 112021026968019-pat00034

    상기 [화학식 4]에서, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, R13은 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하드 코팅층 형성용 조성물은, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여 20중량부 내지 50중량부로 포함하는 것인 플라스틱 기판의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하드 코팅층 형성용 조성물은, 상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여 10중량부 내지 30중량부로 포함하는 것인 플라스틱 기판의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 하드 코팅층 형성용 조성물은, 상기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물을 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여 10중량부 내지 30중량부로 포함하는 것인 플라스틱 기판의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 하드 코팅층 형성용 조성물은, 상기 [화학식 4]로 표시되는 화합물을 하드 코팅층 형성용 조성물 100중량부에 대하여 20중량부 내지 40중량부로 포함하는 것인 플라스틱 기판의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 하드 코팅층 형성용 조성물은, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물과 상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 4 : 1 내지 7 : 3의 중량비율로 포함하는 것인 플라스틱 기판의 제조 방법.
  12. 표시 패널 및 상기 표시 패널의 상부에 배치되는 플라스틱 기판을 포함하는 표시 장치로,
    상기 플라스틱 기판은,
    기재 필름; 및 상기 기재 필름의 적어도 일면에 구비되며, 하기 [화학식 5]로 표시되는 단위, 하기 [화학식 6]로 표시되는 단위, 하기 [화학식 7]로 표시되는 단위 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물로부터 유도된 단위를 포함하는 하드 코팅층을 포함하는 것인 표시 장치.
    [화학식 5]
    Figure 112021026968019-pat00035

    상기 [화학식 5]에서, R1 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌옥시기이고, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, 상기 n은 1 내지 10의 정수임.

    [화학식 6]
    Figure 112021026968019-pat00036


    [화학식 7]
    Figure 112021026968019-pat00037

    상기 [화학식 7]에서, 상기 R7 은 하기 [화학식 8]로 표시되는 작용기 또는 [화학식 9]로 표시되는 작용기이며, R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.
    [화학식 8]
    Figure 112021026968019-pat00038

    [화학식 9]
    Figure 112021026968019-pat00039

    상기 [화학식 8] 및 [화학식 9]에서, R9는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기임.

    [화학식 4]
    Figure 112021026968019-pat00040

    상기 [화학식 4]에서, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이며, R13은 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
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