KR102407539B1 - 하드코팅층, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

하드코팅층, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인접한 실록세인 그룹을 연결시키는 디설파이드 그룹을 갖는 규소 화합물을 포함하는 하드코팅층을 제공하며, 디설파이드 그룹의 가역적 반응에 의해 하드코팅층은 자기치유 특성을 가져 하드코팅층의 손상이 방지된다.

Description

하드코팅층, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시장치{Hard-coating layer, Method of fabricating the same and Display device including the same}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 자기치유(self-healing)가 가능한 하드코팅층, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치, 유기발광다이오드 표시장치 등의 평판표시장치가 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
최근에는 휴대폰 등 휴대용 표시장치가 널리 이용되고 있으며, 박형 및 경량 표시장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 따라서, 커버 글래스(cover glass)가 삭제된 구조의 표시장치가 제안되고 있다.
그런데, 표시장치에 터치 기능이 부가되면서 커버 글래스가 없는 구조의 표시장치에는 터치 동작으로 인해 스크래치와 같은 표면 손상이 발생한다.
이와 같은 표시장치의 표면 손상을 방지하기 위해 하드코팅층을 표시장치의 최상부층으로 도입하고 있으나, 표시장치의 지속적 사용에 따라 표면 손상은 여전히 발생하고 있다.
즉, 하드코팅층에 의해 초기 동작 시에는 표면 손상이 방지되나, 지속적 사용에 따라 스트레스가 하드코팅층에 누적되어 표면 손상을 발생시키고 있다.
본 발명은 표시장치에 이용되는 하드코팅층이 표면 손상을 원천적으로 방지하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명의 하드코팅층은 바인더와, 상기 바인더 내에 분산되며, 인접한 실록세인 그룹을 연결시키는 디설파이드 그룹을 갖는 규소 화합물규소 화합물을 포함하며, 상기 규소 화합물의 실록세인 그룹은 실세스퀴옥세인 유도체일 수 있다.
또한, 본 발명의 하드코팅층은 표시패널의 일면에 부착되어 표시패널을 보호함과 동시에 외부 스트레스에 의한 스크래치 발생을 방지한다.
본 발명의 하드코팅층은, 전술한 규소 화합물을 포함하는 하드코팅 조성물을 코팅한 후 UV를 조사함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 하드코팅층은, 디설파이드(disulfide) 그룹에 의해 결합된 실록세인(siloxane) 그룹을 포함하는 규소 화합물을 포함함으로써, 외부 스트레스에 의한 표면 손상이 방지된다.
즉, 외부 스트레스에 의해 디설파이드 그룹이 해리된 후 광에 의해 디설파이드 그룹이 재생성되므로, 외부 스트레스 누적에 의한 표면 손상이 방지된다.
또한, 디설파이드 그룹의 해리 및 재결합은 반복되기 때문에, 표면 손상은 반영구적으로 방지된다.
또한, 실록세인 그룹이 실세스퀴옥세인(silsesquioxane) 유도체인 경우, 필름의 경도가 증가하기 때문에, 커버 글래스가 생략된 표시장치의 최외각층으로 이용되어, 경량-박형의 표시장치를 제공하면서 표시장치의 손상을 방지할 수 있다. 더욱이, 큰 부피(bulky)를 갖는 실세스퀴옥세인 유도체에 의해 광 경화 공정에서 디설파이드 그룹이 충분히 보호되기 때문에, 하드코팅층의 자기치유 특성이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 표시패널의 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하드코팅층의 자기치유 매커니즘을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 규소 화합물의 입자크기 분포를 보여주는 그래프이다.
도 5는 하드코팅층에서 디설파이드 그룹의 존재를 보여주는 그래프이다.
도 6은 하드코팅층의 내-스크래치 특성을 보여주는 그래프이다.
본 발명은, 바인더와, 상기 바인더 내에 분산되며, 인접한 실록세인 그룹을 연결시키는 디설파이드 그룹을 갖는 규소 화합물을 포함하는 하드코팅층을 제공한다.
본 발명의 하드코팅층에 있어서, 상기 실록세인 그룹은 실세스퀴옥세인 유도체일 수 있다.
본 발명의 하드코팅층에 있어서, 상기 규소 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, SSQ는 상기 실세스퀴옥세인 유도체이며, R은 독립적으로 방향족 그룹 또는
Figure 112015083082607-pat00001
(여기서, R2는 C1~C20의 알킬 그룹)에서 선택될 수 있다.
Figure 112015083082607-pat00002
또한, 본 발명은, 전술한 하드코팅층과, 상기 하드코팅층의 일측에 위치하는 표시패널을 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 표시장치는, 상기 표시패널은 편광판을 포함하고, 상기 하드코팅층은 상기 편광판과 접촉할 수 있다.
본 발명의 표시장치는, 상기 하드코팅층과 상기 표시패널 사이에 위치하는 터치 패널을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 표시장치에 있어서, 상기 하드코팅층은 결함을 스스로 치유할 수 있다.
또한, 본 발명은, 인접한 실록세인 그룹을 연결시키는 디설파이드 그룹을 갖는 규소 화합물과, 광 반응성 화합물과, 광 개시제 및 용매를 포함하는 하드코팅층 조성물을 베이스에 코팅하여 하드코팅 물질층을 형성하는 단계와; 상기 하드코팅 물질층에 UV를 조사하는 단계를 포함하는 하드코팅층의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 하드코팅층 제조 방법에 있어서, 상기 실록세인 그룹은 실세스퀴옥세인 유도체일 수 있다.
본 발명의 하드코팅층 제조 방법에 있어서, 상기 규소 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, SSQ는 상기 실세스퀴옥세인 유도체이며, R은 독립적으로 방향족 그룹 또는
Figure 112015083082607-pat00003
(여기서, R2는 C1~C20의 알킬 그룹)에서 선택될 수 있다.
Figure 112015083082607-pat00004
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시장치(100)는 표시패널(110)과, 상기 표시패널(110)의 일측에 위치하는 하드코팅층(120)을 포함한다.
즉, 상기 하드코팅층(120)은 상기 표시 패널(110)의 표시면과 마주보며 표시장치(100)의 최외각층이 된다.
상기 하드코팅층(120)은, 자기치유 특성을 위한 디설파이드(disulfide, -S-S-) 그룹과 디설파이드 그룹의 양측에 결합되어 디설파이드 그룹을 보호하는 실록세인(siloxane, -Si-O-Si-) 그룹을 포함하는 규소 화합물을 포함한다. 즉, 이웃한 실록세인 그룹은 디설파이드 그룹에 의해 결합된다.
상기 표시장치(100)의 이용에 따라 상기 하드코팅층(120)에 스트레스가 가해지면, 상기 디설파이드 그룹이 해리되어 하드코팅층(120) 내에서 결함(defect)이 되고 이와 같은 결함이 성장하여 하드코팅층(120)의 표면 손상을 일으킨다.
그러나, 본 발명에서는, 스트레스에 의해 해리된 부분으로부터 광에 의해 디설파이드 그룹이 재생성되므로, 결함이 바로 치유되어 하드코팅층(120)의 손상이 방지된다.
또한, 디설파이드 그룹은 해리와 재결합을 반복하기 때문에, 자기치유 특성은 반영구적으로 지속되어 하드코팅층(120)의 내구성이 향상된다.
또한, 상기 실록세인 그룹은 실세스퀴옥세인(silsesquioxane) 유도체일 수 있으며, 이에 의해 하드코팅층(120)이 충분한 경도를 갖는다. 따라서, 본 발명의 하드코팅층(120)은 표시장치(100)의 최외각층에 적합한 특성을 갖는다.
즉, 우수한 경도 특성을 갖고 자기치유 특성에 의해 표면 손상을 방지할 수 있는 하드코팅층(120)이 제공되며, 하드코팅층(120)이 표시장치(100)의 최외각층이 되기 때문에 커버 글라스가 생략된 경량-박형의 표시장치(100)를 제공할 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 표시패널(110)과 상기 하드코팅층(120) 사이에는 터치 패널이 위치할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 표시패널의 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 표시패널(110)은 발광다이오드 패널일 수 있다.
즉, 상기 표시패널(110)은 기판기판(140)과, 상기 기판기판(140) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 기판(140) 상부에 위치하고 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 발광다이오드(D)와, 상기 발광다이오드(D)를 덮는 인캡슐레이션 필름(180)을 포함할 수 있다.
상기 기판(140)은 유리기판일 수 있으며, 메탈 또는 플라스틱으로 이루어지는 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(140)은 폴리이미드(polyimide) 기판일 수 있다. 상기 기판(140)이 플렉서블 기판인 경우 상기 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구성 요소의 형성 공정에 적합하지 않기 때문에, 유리 기판과 같은 캐리어 기판(미도시)에 상기 플렉서블 기판(140)을 부착한 상태에서 상기 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구성 요소의 형성 공정이 진행된다. 이후, 상기 캐리어 기판과 상기 플렉서블 기판(140)을 분리함으로써, 상기 표시패널(110)을 얻을 수 있다.
상기 기판(140) 상에는 버퍼층(142)이 형성되고, 상기 버퍼층(142) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 버퍼층(142)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(142)은 생략될 수 있다.
상기 버퍼층(142) 상에는 반도체층(144)이 형성된다. 상기 반도체층(144)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(144)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 상기 반도체층(144) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음) 이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(144)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(144)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(144)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(144)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(144) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(146)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(146)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(146) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(150)이 반도체층(144)의 중앙에 대응하여 형성된다.
도 2a에서는, 게이트 절연막(146)이 기판(140) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(146)은 게이트 전극(150)과 동일한 모양으로 패터닝될 수도 있다.
상기 게이트 전극(150) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(152)이 형성된다. 층간 절연막(152)은 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막(152)은 상기 반도체층(144)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(154, 156)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(154, 156)은 게이트 전극(150)의 양측에 게이트 전극(150)과 이격되어 위치한다.
여기서, 제 1 및 제 2 콘택홀(154, 156)은 게이트 절연막(146) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(146)이 게이트 전극(150)과 동일한 모양으로 패터닝될 경우, 제 1 및 제 2 콘택홀(154, 156)은 층간 절연막(152) 내에만 형성될 수도 있다.
상기 층간 절연막(152) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(160)과 드레인 전극(162)이 형성된다.
소스 전극(160)과 드레인 전극(162)은 상기 게이트 전극(150)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(154, 156)을 통해 상기 반도체층(144)의 양측과 접촉한다.
상기 반도체층(144)과, 상기 게이트전극(150), 상기 소스 전극(160), 상기 드레인전극(162)은 상기 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 반도체층(144)의 상부에 상기 게이트 전극(150), 상기 소스 전극(160) 및 상기 드레인 전극(162)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다.
또한, 파워 배선이 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(162)을 노출하는 드레인 콘택홀(166)을 갖는 보호층(164)이 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
상기 보호층(164) 상에는 상기 드레인 콘택홀(166)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(162)에 연결되는 제 1 전극(170)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 상기 제 1 전극(170)은 애노드(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(170)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 표시패널(110)이 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 상기 제 1 전극(170) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사전극 또는 상기 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층(164) 상에는 상기 제 1 전극(170)의 가장자리를 덮는 뱅크층(176)이 형성된다. 상기 뱅크층(176)은 상기 화소영역에 대응하여 상기 제 1 전극(170)의 중앙을 노출한다.
상기 제 1 전극(170) 상에는 유기 발광층(172)이 형성된다. 상기 유기 발광층(172)은 발광물질로 이루어지는 발광물질층(emitting material layer)의 단일층 구조일 수 있다. 또한, 발광 효율을 높이기 위해, 상기 유기 발광층(172)은 상기 제 1 전극(170) 상에 순차 적층되는 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광물질층, 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 유기 발광층(172)이 형성된 상기 기판(140) 상부로 제 2 전극(174)이 형성된다. 상기 제 2 전극(174)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극(174)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극(170), 상기 유기발광층(172) 및 상기 제 2 전극(174)은 발광다이오드(D)를 이룬다.
상기 제 2 전극(174) 상에는, 외부 수분이 상기 발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 180)이 형성된다. 상기 인캡슐레이션 필름(180)은 제 1 무기 절연층(182)과, 유기 절연층(184)과 제 2 무기 절연층(186)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 인캡슐레이션 필름(180) 상에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판(190)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다. 그러나, 외부광에 의한 명암비 저하의 문제가 없다면, 상기 편광판(190)은 생략될 수 있다.
상기 하드코팅층(도 1의 120)은 상기 편광판 상에 코팅되거나 별도의 필름 형태로 상기 편광판 상에 부착될 수 있다.
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 액정패널(210)이 표시패널(110)로 이용될 수 있다.
액정패널(210)은, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(212, 250)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(212, 250) 사이에 개재되며 액정분자(262)를 포함하는 액정층(260)을 포함한다.
상기 제 1 기판(212) 상에는 제 1 버퍼층(220)이 형성되고, 상기 제 1 버퍼층(220) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 제 1 버퍼층(220)은 생략될 수 있다.
상기 제 1 버퍼층(220) 상에는 게이트 전극(222)이 형성되고, 상기 게이트 전극(222)을 덮으며 게이트 절연막(224)이 형성된다. 또한, 상기 버퍼층(220) 상에는 상기 게이트 전극(222)과 연결되는 게이트 배선(미도시)이 형성된다.
상기 게이트 절연막(224) 상에는 반도체층(226)이 상기 게이트 전극(222)에 대응하여 형성된다. 상기 반도체층(226)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 반도체층(226)은 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층을 포함할 수 있다.
상기 반도체층(226) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(230)과 드레인 전극(232)이 형성된다. 또한, 상기 소스 전극(230)과 연결되는 데이터 배선(미도시)이 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된다.
상기 게이트 전극(222), 상기 반도체층(226), 상기 소스 전극(230) 및 상기 드레인 전극(232)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다.
상기 박막트랜지스터(Tr) 상에는, 상기 드레인 전극(232)을 노출하는 드레인 콘택홀(236)을 갖는 보호층(234)이 형성된다.
상기 보호층(234) 상에는, 상기 드레인 콘택홀(236)을 통해 상기 드레인 전극(232)에 연결되는 화소 전극(240)과, 상기 화소 전극(240)과 교대로 배열되는 공통 전극(242)이 형성된다.
상기 제 2 기판(250) 상에는 제 2 버퍼층(252)이 형성되며, 상기 제 2 버퍼층(252) 상에는 상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선 등 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스(254)가 형성된다. 또한, 화소영역에 대응하여 컬러필터층(256)이 형성된다. 상기 제 2 버퍼층(252)과 상기 블랙매트릭스(254)는 생략될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 기판(212, 250)은 액정층(260)을 사이에 두고 합착되며, 상기 화소 전극(240)과 상기 공통 전극(242) 사이에서 발생되는 전계에 의해 상기 액정층(260)의 액정분자(262)가 구동된다.
상기 제 1 및 제 2 기판(212, 250) 각각의 외측에는 서로 수직한 투과축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판(262, 264)이 부착된다.
또한, 도시하지 않았으나, 상기 액정층(260)과 접하여 상기 제 1 및 제 2 기판(212, 250) 각각의 상부에는 배향막이 형성될 수 있고, 상기 제 1 기판(212) 하부에 빛을 공급하는 플렉서블 타입 백라이트 유닛이 위치할 수 있다.
상기 하드코팅층(도 1의 120)은 상기 제 2 편광판(264) 상에 코팅되거나 별도의 필름 형태로 상기 제 2 편광판(264) 상에 부착될 수 있다.
본 발명의 하드코팅층(도 1의 120)은, 바인더와 상기 바인더 내에 분산되어 있는 규소 화합물을 포함하며, 상기 규소 화합물은 자기치유 특성을 위한 디설파이드(disulfide) 그룹과 디설파이드 그룹의 양측에 결합되어 디설파이드 그룹을 보호하는 실록세인(siloxane) 그룹을 포함한다.
바람직하게는, 하드코팅층(120)의 경도 향상을 위해 상기 실록세인 그룹이 실세스퀴옥세인 유도체일 수 있다. 즉, 상기 규소 화합물은 하드코팅층(120)의 경도 향상을 위한 실세스퀴옥세인(SSQ) 유도체와 자기치유 특성을 갖는 디설파이드(R-S-S-R) 그룹을 포함하며 하기 화학식1로 표시될 수 있다. 또한, 상기 실세스퀴옥세인 유도체는 하기 화학식2로 표시될 수 있다.
화학식1
Figure 112015083082607-pat00005
화학식2
Figure 112015083082607-pat00006
상기 바인더는 광 반응성 (광 경화성) 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 아크릴레이트 화합물일 수 있다. 즉, UV에 의해 경화되는 바인더가 포함된다. 예를 들어, 폴리에스테르아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 실록산 변성 아크릴레이트 중 어느 하나일 수 있다.
또한, R은 하기 화학식3으로 표시되거나 벤젠(benzene) 또는 나프탈렌(naphthalene)과 같은 방향족(aromatic) 그룹으로부터 선택될 수 있으며, R에 따라 규소 화합물의 자기치유 반응성 및 흡광 영역이 조절된다. 즉, 본 발명의 하드코팅층(120)에서, 가시광 흡수에 의한 자기치유 반응이 일어난다.
화학식3
Figure 112015083082607-pat00007
상기 화학식3에서, R2는 C1~C20의 알킬 그룹일 수 있다.
디설파이드 그룹은 인접한 실세스퀴옥세인 유도체를 결합시키기 때문에, 디설파이드 그룹이 실세스퀴옥세인 유도체에 의해 구조적으로 가려진다. 따라서, 하드코팅층(120)의 형성 후에도 디설파이드 그룹이 남게 되고 하드코팅층(120)은 자기치유 특성을 갖게 된다.
디설파이드 그룹이 실세스퀴옥세인 유도체에 의해 가려지지 못하고 구조적으로 노출되면, 바인더의 광 경화 공정에서 디설파이드 그룹이 광에 의해 공격을 받기 때문에 하드코팅층(120) 내에 디설파이드 그룹이 존재할 수 없다. 따라서, 디설파이드 그룹을 갖는 화합물이 하드코팅층 조성물에 도입된다 하더라도, 하드코팅층(120) 내에는 디설파이드 그룹이 포함되지 않기 때문에 하드코팅층(120)은 자기치유 특성을 갖지 못한다.
그러나, 본 발명에서는, 디설파이드 그룹이 인접한 실세스퀴옥세인 유도체를 결합시키기 때문에 디설파이드 그룹이 실세스퀴옥세인 유도체에 의해 구조적으로 가려지며, 광(UV) 경화 공정에서 디설파이드 그룹에 대한 공격이 차단된다. 따라서, 하드코팅층(120) 내에 디설파이드 그룹이 남게 되고 하드코팅층(120)은 자기치유 특성을 갖는다.
도 3은 본 발명에 따른 하드코팅층의 자기치유 매커니즘을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하드코팅층(도 1의 120)에 스트레스가 가해지면, 규소 화합물(300)의 디설파이드 그룹이 해리(또는 분리)되고 이는 하드코팅층(120)의 결함이 된다. 즉, 결합 엔탈피(bonding enthalpy)가 상대적으로 작은 디설파이드 그룹이 외부 스트레스에 의해 해리된다. 만약, 이와 같은 결함이 치유되지 못하면, 결함이 성장하여 하드코팅층(120)에 스크래치와 같은 손상이 발생된다.
그러나, 본 발명에서는, 가시광에 의해 디설파이드 그룹이 재생성되기 때문에, 스트레스에 누적에 의한 결함의 성장이 방지된다. 즉, 본 발명의 하드코팅층(120)은 광에 의한 가역적 반응에 의해 자기치유 특성을 갖기 때문에, 사용자의 터치와 같은 스트레스에 의해 하드코팅층(120)이 손상되는 것이 방지된다.
규소 화합물의 합성
아래와 같은 방법에 의해 본 발명의 하드코팅층(도 1의 120)에 이용되는 규소 화합물을 합성하였다.
(1) 0.5~10 mL의 hydrochloric acid와, 10~100 mL의 methanol 및 0.5~30 mL의 MPTS(3-mercaptopropyl trimethoxysilane)을 둥근 바닥 플라스크(round bottom flask)에 넣고 약 60~100도씨의 온도 조건에서 약 12~60 시간 동안 교반하였다.
(2) methanol로 수차례 세정하고 미반응물을 제거하였다.
(3) 침전물을 0.1~10 mL의 THF (tetrahydrofuran)에 녹인 후, 약 1~300 mL의 acetonitrile에 천천히 떨어뜨렸다.
(4) 혼합물을 약 0~-20 도씨 조건에서 약 24시간 동안 결정화시켰다.
(5) 합성물을 acetone으로 세정한 후 진공 오븐에서 12 시간 이상 건조시키고, 용매에 분산시킨 후 약 80~100 도씨 온도 조건에서 가열시켜 입자를 성장시켰다.
도 4a 내지 도 4c는 규소 화합물의 입자크기 분포를 보여주는 그래프이다.
도 4a는 전술한 규소 화합물 합성에서, (4) 단계에서 얻어진 규소 화합물의 입자크기 분포이고, 도 4b와 도 4c는 (5) 단계 진행 후에 얻어진 규소 화합물의 입자크기 분포이다. (도 4b의 규소 화합물은 10분~1시간 동한 열처리한 규소 화합물의 입자크기 분포이고, 도 4c의 규소 화합물은 1~8시간 동한 열처리한 규소 화합물의 입자크기 분포이다.)
도 4a 내지 도 4c에서 보여지는 바와 같이, 열처리 공정에 의해 규소 화합물의 입자크기가 증가하며, 이에 따라 디설파이드 그룹이 실세스퀴옥세인 유도체에 의해 충분히 쉴드된다. 즉, 규소 화합물의 합성 공정이 가열 공정을 포함함으로써, 하드코팅층(120)의 자기치유 특성이 향상된다.
하드코팅층의 조성물
하드코팅층 조성물은, 아크릴레이트계 고분자, 아크릴레이트계 모노머, 광 개시제, 규소 화합물 및 용매를 포함하며, 아크릴레이트계 고분자를 기준으로 약 100 wt%의 아크릴레이트계 모노머, 약 10 wt%의 광 개시제, 약 5 wt%의 규소 화합물 및 약 600 wt%의 용매로 이루어진다. 즉, 하드코팅층 조성물은, 광 반응성 화합물(아크릴레이트계 고분자 및 아크릴레이트계 모노머), 광 개시제, 규소 화합물 및 용매를 포함한다.
예를 들어, 상기 아크릴레이트계 고분자는 폴리에스테르아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트 또는 실록산 변성 아크릴레이트일 수 있으며, 상기 아크릴레이트계 모노머는 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate, PETA), 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트(DPPA), 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA) 또는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA)일 수 있다. 또한, 상기 광 개시제는 Iragacure 184일 수 있고, 상기 용매는 methylethylketone (MEK), acetone, propyleneglycol 또는 monomethylether, dimethoxyethane일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다.
하드코팅층의 제조
우레탄아크릴레이트 기준으로 100 wt%의 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트과, 10 wt%의 Iragacure 184, 5 wt%의 규소 화합물, 600 wt%의 MEK로 이루어지는 하드코팅층 조성물을 베이스에 코팅하고 80 도씨에서 10분간 건조한 후 UV광(300~380nm, 10~300초)을 조사하여 경화시킴으로써, 하드코팅층을 제조하였다.
도 5는 하드코팅층에서 디설파이드 그룹의 존재를 보여주는 그래프이다. 도 5는 라만 분광법(Raman spectroscopy)에 의해 측정된 그래프이며, 하드코팅층(120)의 형성 공정에서 UV 조사 후에도 디설파이드 그룹이 존재함을 보여준다.
도 6은 하드코팅층의 내-스크래치 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6에서 비교예1 (Ref.1)은 우레탄 아크릴레이트 바인더를 포함하는 하드코팅층의 내-스크래치 특성을 보여주고, 비교예2(Ref.2)는 우레탄 아크릴레이트 바인더와 실세스퀴옥세인 화합물(디설파이드 그룹 부존재)을 포함하는 하드코팅층의 내-스크래치 특성을 보여주며, 실험예(Ex.)는 전술한 공정에 의해 제조된 본 발명의 하드코팅층의 내-스크래치 특성을 보여준다.
도 6에서 보여지는 바와 같이, 디설파이드 그룹을 포함하지 않는 실세스퀴옥세인 화합물이 첨가된 경우 하드코팅층의 내-스크래치 특성이 저하되나, 본 발명에서와 같이 디설파이드 그룹을 포함하는 규소 화합물이 첨가된 경우 하드코팅층의 내-스크래치 특성이 크게 향상된다.
즉, 비교예1 및 비교예2의 하드코팅층은 스트레스에 의한 결함이 성장하여 스크래치와 같은 손상이 발생하지만, 본 발명에서는 디설파이드 그룹이 가시광을 흡수하여 자기치유 특성을 갖기 때문에 스크래치와 같은 손상이 방지된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표시장치 110: 표시패널
120: 하드코팅층 300: 규소 화합물

Claims (11)

  1. 바인더와;
    상기 바인더 내에 분산되며, 하기 화학식으로 표시되는 규소 화합물을 포함하고,
    Figure 112022001827219-pat00021

    상기 화학식에서, SSQ는 실세스퀴옥세인 유도체이며, R은 방향족 그룹인 하드코팅층.

  2. 삭제
  3. 바인더와;
    상기 바인더 내에 분산되며, 하기 화학식으로 표시되는 규소 화합물을 포함하고,
    Figure 112022001827219-pat00022

    상기 화학식에서, SSQ는 실세스퀴옥세인 유도체이며, R은
    Figure 112022001827219-pat00023
    (여기서, R2는 C1~C20의 알킬 그룹)인 하드코팅층.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항의 하드코팅층과;
    상기 하드코팅층의 일측에 위치하는 표시패널
    을 포함하는 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 표시패널은 편광판을 포함하고, 상기 하드코팅층은 상기 편광판과 접촉하는 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 하드코팅층과 상기 표시패널 사이에 위치하는 터치 패널을 더 포함하는 표시장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 하드코팅층은 결함을 스스로 치유할 수 있는 표시장치.
  8. 하기 화학식으로 표시되는 규소 화합물과, 광 반응성 화합물과, 광 개시제 및 용매를 포함하는 하드코팅층 조성물을 베이스에 코팅하여 하드코팅 물질층을 형성하는 단계와;
    상기 하드코팅 물질층에 UV를 조사하는 단계를 포함하고,
    Figure 112022001827219-pat00024

    상기 화학식에서, SSQ는 실세스퀴옥세인 유도체이며, R은 방향족 그룹인 하드코팅층의 제조 방법.

  9. 삭제
  10. 하기 화학식으로 표시되는 규소 화합물과, 광 반응성 화합물과, 광 개시제 및 용매를 포함하는 하드코팅층 조성물을 베이스에 코팅하여 하드코팅 물질층을 형성하는 단계와;
    상기 하드코팅 물질층에 UV를 조사하는 단계를 포함하고,
    Figure 112022001827219-pat00025

    상기 화학식에서, SSQ는 실세스퀴옥세인 유도체이며, R은
    Figure 112022001827219-pat00026
    (여기서, R2는 C1~C20의 알킬 그룹)인 하드코팅층의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 규소 화합물은,
    (1) hydrochloric acid와, methanol 및 MPTS(3-mercaptopropyl trimethoxysilane)을 60~100도씨의 온도 조건에서 교반하는 단계와,
    (2) methanol로 세정하는 단계와;
    (3) 침전물을 THF (tetrahydrofuran)에 녹인 후, acetonitrile에 천천히 떨어뜨리는 단계와;
    (4) 혼합물을 0~-20 도씨 조건에서 결정화하는 단계와;
    (5) 합성물을 acetone으로 세정한 후 진공 오븐에서 건조시키고, 용매에 분산시킨 후 80~100 도씨 온도 조건에서 가열시키는 단계에 의해 합성되는 것을 특징으로 하는 하드코팅층의 제조 방법.

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