KR102621314B1 - 하드코팅 필름 및 이를 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들의 하드코팅 필름은 기재층, 및 기재층 상에 형성되며 기재층보다 작은 굴절률을 갖고 15 내지 30㎛의 두께를 갖는 하드코팅 층을 포함한다. 기재층 및 하드코팅 층의 굴절률 차이는 0.01 이상이다. 하드코팅 필름은 간섭 무늬 생성을 억제하며 안정적인 굴곡 특성을 가질 수 있다.

Description

하드코팅 필름 및 이를 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우{HARD COATING FILM AND FLEXIBLE DISPLAY WINDOW INCLUDING THE SAME}
본 발명은 하드코팅 필름 및 이를 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복층 구조를 갖는 하드코팅 필름 및 이를 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우에 관한 것이다.
최근 액정 표시(liquid crystal display: LCD) 장치 또는 유기 발광 표시 (organic light emitting display: OLED) 장치 등과 같은, 화상 표시 장치의 박형화 및 플렉시블화가 지속되고 있다. 이에 따라, 상기 화상 표시 장치는 스마트폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC 뿐만 아니라, 각종 웨어러블 기기(wearable device)에 이르기까지 휴대성을 특징으로 하는 각종 스마트 기기(smart device)에 널리 적용되고 있다.
상기 화상 표시 장치를 스크래치, 낙하 충격, 외부 습기, 유분 등과 같은 외부 환경으로부터 보호하기 위해 디스플레이 패널 상에, 예를 들면 강화 유리 재질의 윈도우 필름을 형성할 수 있다. 그러나, 상기 윈도우 필름은 강화 유리의 특성 상 디스플레이 패널 또는 화상 표시 장치의 경량화에 불리하며, 외부 충격에 쉽게 깨지기 쉽다. 또한, 구부리거나(bendable) 접을 수 있는(foldable) 기능을 통한 플렉시블(flexible) 특성 구현에 한계가 있다.
따라서, 최근에는 유연성 및 내충격성을 확보할 수 있으며 상기 강화 유리 재질의 윈도우 필름을 대체할 수 있는, 광학용 플라스틱 커버에 대한 연구가 진행되고 있다. 상기 광학용 플라스틱 커버는 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI) 등과 같은 수지 물질을 포함할 수 있다.
그러나, 상기 광학용 플라스틱 커버는 상기 강화 유리 재질의 윈도우 필름에 비해 낮은 충분한 경도 및 내스크래치성을 가지며, 이에 따라 화상 표시 장치 또는 디스플레이 패널에 있어서 외부 충격에 대한 내충격성이 저하될 수 있다.
이에 따라, 강화 유리에 상응하는 내충격성을 구현하면서 동시에, 플렉시블 특성 구현을 위해 유연성이 향상된 하드코팅 필름에 대한 개발이 진행되고 있다. 또한, 상기 하드코팅 필름이 디스플레이 윈도우로 적용되는 경우 화상 표시 장치에서 구현되는 이미지 품질을 저하시키지 않도록 광학적 특성 역시 고려될 필요가 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제2016-0100121호의 경우 (메타)아크릴레이트 계열의 단량체 혼합물을 포함한 하드코팅 조성물 및 이를 이용한 하드코팅 조성물을 개시하고 있으나, 유연성 및 광학적 특성이 함께 향상된 하드코팅 필름 형성에는 한계가 있다.
한국공개특허 제10-2016-0100121호
본 발명의 일 과제는 향상된 광학적 특성 특성 및 유연성을 제공하는 하드코팅 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 하드코팅 필름을 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 하드코팅 필름을 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.
1. 기재층; 및 상기 기재층 상에 형성되며 상기 기재층보다 작은 굴절률을 갖고 15 내지 30㎛의 두께를 갖는 하드코팅 층을 포함하고, 상기 기재층 및 상기 하드코팅 층의 굴절률 차이는 0.01 이상인, 하드 코팅 필름.
2. 위 1에 있어서, 상기 기재층의 굴절률은 1.54 이상인, 하드코팅 필름.
3. 위 1에 있어서, 상기 하드코팅 층의 굴절률은 1.53 이하인, 하드코팅 필름.
4. 위 1에 있어서, 상기 기재층은 폴리이미드 계열 필름을 포함하는, 하드코팅 필름.
5. 위 1에 있어서, 상기 하드코팅 층은 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 수지를 포함하는, 하드코팅 필름
6. 위 5에 있어서, 상기 하드코팅 층은 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 올리고머 또는 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 모노머를 포함하는 광중합성 화합물, 광 개시제 및 용제를 포함하는 하드코팅 조성물로부터 형성된, 하드코팅 필름.
7. 위 6에 있어서, 상기 하드코팅 조성물은 무기 입자를 더 포함하는, 하드코팅 필름.
8. 위 1 내지 7 중 어느 한 항의 하드코팅 필름을 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우.
9. 디스플레이 패널; 및
상기 디스플레이 패널 상에 배치되는 위 8에 따른 플렉시블 디스플레이 윈도우를 포함하는, 플렉시블 디스플레이 장치.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 하드코팅 필름의 기재층 및 하드코팅 층의 굴절률을 상이하게 형성하여 굴곡 특성 및 내스크래치성을 함께 향상시키면서, 하드코팅 층의 두께를 조절하여 층간 굴절률 차이에 따른 간섭 현상을 억제할 수 있다.
따라서, 플렉시블 디스플레이 장치에 적용가능한 기계적 특성을 충족시키면서, 하드코팅 필름에 의한 디스플레이 이미지 품질 저하를 방지할 수 있다.
상기 하드코팅 필름은 예를 들면, 플렉시블 디스플레이 장치의 윈도우 필름 또는 윈도우 기판으로 적용되어 상기 플렉시블 디스플레이 장치의 유연성 및 광학 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 하드코팅 필름을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 하드코팅 층 두께에 따른 반사 오실레이션 현상을 예시적으로 나타내는 그래프들이다.
도 3은 하드코팅 층 두께에 따른 반사 오실레이션 그래프의 피크 간격 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 서로 굴절율이 다른 기재층 및 하드코팅층을 포함하며, 하드코팅 층이 소정의 두께를 가지며 간섭 무늬 발생이 억제된 하드 코팅 필름을 제공한다, 또한, 상기 하드 코팅 필름을 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우를 제공한다,
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 하드코팅 필름을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 하드 코팅 필름은 기재층(100) 및 기재층(100)의 일 면 상에 형성된 하드코팅 층(110)을 포함할 수 있다.
기재층(100)은 플렉시블 디스플레이에 적용될 수 있도록 투명 고분자 필름을 사용할 수 있다. 예를 들면, 기재층(100)은 트리아세틸 셀룰로오스, 아세틸 셀룰로오스부틸레이트, 에틸렌-아세트산비닐공중합체, 프로피오닐 셀룰오로스, 부티릴 셀룰로오스, 아세틸 프로피오닐 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴, 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트 등의 고분자 필름을 포함할 수 있다. 기재(100)는 이들 중 단독 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기재층(100)의 굴절률은 약 1.54 이상일 수 있다. 이 경우, 하드코팅 필름 아래에 배치된 터치 센서층, 편광층 등과의 굴절률 차이에 의한 광학적 간섭을 감소시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 기재층(100)의 굴절률은 약 1.54 내지 1.6 범위일 수 있다.
기재층(100)은 상기 굴절률 범위를 만족하며, 유연성 향상을 위해 벤젠 링 혹은 아릴(aryl) 링과 같은 방향족 고리를 반복적으로 포함할 수 있다.
상술한 굴절률, 유연성을 고려하여 바람직한 일 실시예에 있어서, 기재층(100)은 폴리이미드계 필름을 포함할 수 있다.
하드코팅 층(110)은 하드코팅 조성물을 기재층(100) 상에 도포한 후 자외선 경화 공정과 같은 경화 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하드코팅 조성물은 예를 들면, 슬릿 코팅법, 나이프 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어 바 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법, 노즐 코팅법, 모세관 코팅법 등과 같은 프린팅 혹은 코팅 공정을 통해 도포될 수 있다.
상기 하드코팅 조성물은 광중합성 화합물, 광 개시제 및 용제를 포함하며, 기타 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
광중합성 화합물은 광경화되어 하드 코팅층의 매트릭스를 제공하는 성분일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 광중합성 화합물은 (메타)아크릴레이트 계열 올리고머 또는 (메타)아크릴레이트 계열 모노머를 포함할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트 계열 올리고머의 예로서 (메타)아크릴레이트 계열 올리고머는 에폭시 (메타)아크릴레이트 또는 우레탄 (메타)아크릴레이트 계열 화합물을 들 수 있다. 바람직하게는, 하드코팅층의 탄성 및 굴곡 특성을 고려하여 우레탄 (메타)아크릴레이트 계열 화합물이 사용될 수 있다.
상기 우레탄 (메타)아크릴레이트 계열 화합물은 분자내에 히드록시기를 갖는 다관능 (메타)아크릴레이트 및 이소시아네이트기를 갖는 화합물을 촉매 존재 하에 반응시켜 제조할 수 있다. 상기 분자내에 히드록시기를 갖는 다관능 (메타)아크릴레이트의 예로서 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시이소프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 개환 히드록시아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리/테트라(메타)아크릴레이트 혼합물 및 디펜타에리스리톨 펜타/헥사(메타)아크릴레이트 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 이소시아네이트기를 갖는 화합물의 비제한적인 예로서, 1,4-디이소시아나토부탄, 1,6-디이소시아나토헥산, 1,8-디이소시아나토옥탄, 1,12-디이소시아나토도데칸, 1,5-디이소시아나토-2-메틸펜탄, 트리메틸-1,6-디이소시아나토헥산, 1,3-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 트랜스-1,4-시클로헥센디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스(시클로헥실이소시아네이트), 이소포론디이소시아네이트, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트, 톨루엔-2,6-디이소시아네이트, 자일렌-1,4-디이소시아네이트, 테트라메틸자일렌-1,3-디이소시아네이트, 1-클로로메틸-2,4-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스(2,6-디메틸페닐이소시아네이트), 4,4'-옥시비스(페닐이소시아네이트), 헥사메틸렌디이소시아네이트로부터 유도되는 3관능 이소시아네이트, 및 트리메탄프로판올 어덕트 톨루엔 디이소시아네이트 등을 들 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트 계열 모노머는 예를 들면, 광경화성 기로서 (메타)아크릴로일기를 포함할 수 있다, 상기 (메타)아크릴레이트 계열 모노머의 비제한 적인 예로서, 네오펜틸글리콜아크릴레이트, 1,6-헥산디올(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에탄트리(메타)아크릴레이트, 1,2,4-시클로헥산테트라(메타)아크릴레이트, 펜타글리세롤트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 트리펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 트리펜타에리스리톨헥사트리(메타)아크릴레이트, 비스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 디(메타)아크릴레이트, 하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 하이드록시부틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소-덱실(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼푸릴(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 이소보네올(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 광중합성 화합물의 함량은 상기 하드 팅 조성물 100중량부 기준으로 약 20 내지 60중량부일 수 있다. 상기 광중합성 화합물의 함량이 약 20중량부 미만인 경우, 하드코팅 층의 충분한 경도 확보가 곤란할 수 있다. 상기 광중합성 화합물의 함량이 약 60중량부를 초과하는 경우 하드코팅 층에서의 컬링(curling) 현상이 발생할 수 있다.
광 개시제는 하드코팅 조성물의 광경화 유도를 위해 포함되며, 예를 들면 광 조사에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 광 라디칼 개시제를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 광 개시제에 의해 상기 광중합성 화합물에 포함된 (메타)아크릴레이트 기의 중합을 통해 아크릴 수지 구조가 형성될 수 있다.
상기 광 개시제의 예로서 화학구조 또는 분자결합 에너지의 차에 의해 분자의 분해로 라디칼을 생성시키는 Type 1형 개시제, 및 3차 아민과 공존하여 수소탈환을 유도하는 Type 2형 개시제 등을 들 수 있다.
예를 들면, 상기 Type 1형 개시제는 4-페녹시디클로로아세트페논, 4-t-부틸디클로로아세트페논, 4-t-부틸트리클로로아세트페논, 디에톡시아세트페논, 2-히드록시-2-메틸-l-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-l-온, 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)-페닐(2-히드록시-2-프로필)케톤, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 등의 아세트페논류; 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤질 디메틸케탈등의 벤조인류; 포스 핀옥사이드류, 티타노센 화합물 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, Type 2형 개시제는 벤조페논, 벤조일벤조익산, 벤조일벤조익산 메틸에테르, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 4-벤졸-4'-메틸디페닐설파이드, 3,3'-메틸-4-메톡시벤조페논 등의 벤조페논류, 티옥산톤, 2-크로로티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2, 4-디메틸티옥산톤, 이소프로필티옥산톤 등의 티옥산톤 계 화합물 등을 들 수 있다.
상술한 광 개시제는 1종을 이용하여도 가능하고 2종 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다. 또한 상기 Type 1형 및 Type 2형 개시제를 단독으로 또는 병용하여도 무방하다.
예를 들면, 상기 광 개시제는 하드코팅 조성물 총 100중량부 중 약 0.1 내지 10중량부, 바람직하게는 약 0.1 내지 5중량부일 수 있다. 상기 광 개시제의 함량이 약 0.1중량부 미만인 경우 충분한 경화가 진행되지 않아 하드코팅 필름 또는 하드코팅 층의 기계적 물성 및 밀착력이 확보되지 않을 수 있다. 상기 광 개시제의 함량이 약 10중량부를 초과하는 경우, (메타)아크릴레이트 기에서의 경화 수축으로 인한 접착 불량, 크랙, 컬 현상이 초래될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 하드코팅 조성물에 있어서, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 용제들이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
예를 들면, 알코올계(메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 프로필렌글리콜 메톡시 알코올 등), 케톤계(메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸케톤, 디프로필케톤 등), 아세테이트계(메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌글리콜 메톡시 아세테이트 등), 셀로솔브계(메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 프로필 셀로솔브 등), 탄화수소계(노말 헥산, 노말 헵탄, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등) 등의 용매들이 사용될 수 있으며, 이들은 단독으로 혹은 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 용제의 함량은 상술한 조성물의 성분들을 용해시킬 수 있는 함량이면 특별히 제한되지 않으며, 상술한 성분들 혹은 후술하는 첨가제들을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 용제는 하드코팅 조성물 총 100중량부 중, 약 상기 용제는 약 20 내지 70중량부로 포함될 수 있다. 상기 용제의 함량이 약 20중량부 미만인 경우, 조성물의 점도가 지나치게 상승하여 도포성 및 작업성이 저하될 수 있다. 상기 용제의 함량이 약 70중량부를 초과하는 경우 균일한 두께의 하드코팅 필름 또는 하드코팅 층이 형성되기 어렵고, 건조 시 얼룩을 초래하여 광학 특성이 손상될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 하드코팅 조성물은 무기 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 무기 입자가 포함됨에 따라, 하드코팅 필름 또는 하드코팅 층의 내마모성, 내스크래치성, 연필 경도 등의 기계적 특성이 추가적으로 향상될 수 있다.
상기 무기 나노 입자의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2, BaTiO3, TiO2, Ta2O5, Ti3O5, 인듐-주석-산화물(ITO), 인듐-아연-산화물(IZO), 안티몬-주석-산화물(ATO), ZnO-Al, Nb2O3, SnO, MgO 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 산화물 계열일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 무기 나노 입자로서 Al2O3, SiO2 및/또는 ZrO2을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 무기 나노 입자는 상기 하드코팅 조성물 총 100중량부 중, 약 5 내지 40중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 무기 나노 입자의 함량이 약 5중량부 미만인 경우에는 충분한 내마모성, 내스크래치성, 연필경도 등의 기계적 물성이 구현되지 않을 수 있다. 상기 무기 나노 입자의 함량이 약 40 중량부를 초과하는 경우, 오히려 광경화성 화합물의 중합 또는 경화를 방해하여 기계적 물성을 약화시킬 수 있다.
상기 무기 나노 입자는 예를 들면, 실리카 졸 형태로 유기 용매에 약 10 내지 80중량%의 농도로 상기 무기 입자가 분산된 형태로 사용될 수 있다.
상기 하드코팅 조성물은 하드코팅 필름 또는 하드코팅 층의 기계적 특성 및 투명성을 저해하지 않는 범위 내에서, 막 균일성 등과 같은 물성 향상을 위해 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가제는 레벨링제, 자외선 안정제, 열 안정제 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 레벨링제가 첨가되어 상기 조성물로부터 형성된 하드코팅 필름 또는 상기 하드코팅 층의 평활성 및 코팅성을 향상될 수 있다. 상기 레벨링제는 실리콘 계열, 불소 계열, 아크릴 고분자 계열 등의 제제를 포함할 수 있다. 시판되는 레벨링제의 예로서, 비와이케이 케미 사의 BYK-307, BYK-323, BYK-331, BYK-333, BYK-337, BYK-373, BYK-375, BYK-377, BYK-378, BYK-UV3570; 대구 사의 TEGO Glide 410, TEGO Glide 411, TEGO Glide 415, TEGO Glide 420, TEGO Glide 432, TEGO Glide 435, TEGO Glide 440, TEGO Glide 450, TEGO Glide 455, TEGO Rad 2100, TEGO Rad 2200N, TEGO Rad 2250, TEGO Rad 2300, TEGO Rad 2500; 3M 사의 FC-4430, FC-4432 등을 들 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 하드코팅 조성물은 자외선 안정제 및/또는 열 안정제를 더 포함할 수도 있다. 상기 자외선 안정제는 자외선을 차단 또는 흡수함으로써, 상기 조성물로부터 형성된 도막의 표면이 자외선 노출에 의해 변색되거나 부스러지는 것을 방지하기 위해 첨가될 수 있다. 자외선 안정제는 작용 기작에 따라 흡수제, 소광제(Quenchers), 힌더드 아민 광안정제(HALS, Hindered Amine Light Stabilizer)로 구분될 수 있으며, 예를 들면, 페닐 살리실레이트(Phenyl Salicylates, 흡수제), 벤조페논(Benzophenone, 흡수제), 벤조트리아졸(Benzotriazole, 흡수제), 니켈유도체(소광제), 라디칼 스캐빈저(Radical Scavenger) 등이 사용될 수 있다. 상기 열 안정제로는 폴리페놀계, 포스파이트계 및 락톤계 열안정제를 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 자외선 경화 공정 및 하드코팅 층의 경도 및 광학 특성을 저해하지 않는 수준에서 적절히 혼합 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가제는 상기 하드코팅 조성물 총 100중량부 중, 약 0.1 내지 1중량부의 범위로 포함될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 하드코팅 층(110)의 굴절률은 약 1.53 이하일 수 있다. 이 경우, 기재층(100) 및 하드코팅 층(110)의 굴절률 차이는 약 0.01 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 하드코팅 층(110)의 굴절률은 하드코팅 필름의 투과율 및 기계적 강도를 고려하여 약 1.45 내지 1.53 범위일 수 있으며, 바람직하게는 약 1.50 내지 1.53일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 기재층(100) 및 하드코팅 층(110)의 굴절률 차이는 지나친 계면 반사 방지를 위해 약 0.01 내지 0.1 범위일 수 있다.
사용자의 시인측에 인접하게 노출될 수 있는 하드코팅 층(110)의 굴절률을 상대적으로 감소시킴으로써, 화상 표시 장치 또는 플렉시블 디스플레이 윈도우를 통한 투명성, 이미지 특성을 보다 증진할 수 있다.
또한, 굴절률이 상대적으로 낮은 재질로 하드코팅 층(110)을 형성하는 경우 기재층(100)에 비해 상대적으로 기계적 강도 및 내 스크래치성이 향상될 수 있다. 따라서, 기재층(100)을 통해 유연성 및 굴곡 특성을 확보하고, 윈도우 표면으로 노출될 수 있는 하드코팅 층(110)을 통해 기계적 강도, 경도를 확보할 수 있다. 이에 따라, 유연성 및 기계적 내구성이 향상된 플렉시블 디스플레이 윈도우를 상기 하드코팅 필름으로부터 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 하드코팅 조성물에 포함된 상술한 광중합성 화합물은 방향족 고리를 포함하지 않는 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 올리고머 또는 모노머를 포함할 수 있으며, 하드코팅 층(110)은 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 수지를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방향족 고리에 의한 굴절률 상승 및 표면 경도 또는 내스크래치성 감소를 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 하드코팅 층(110)의 두께는 약 15 내지 30㎛일 수 있다. 하드코팅 층(110) 및 기재층(100)의 굴절률 차이가 발생하는 경우, 계면에서의 광학적 간섭 혹은 반사 오실레이션(oscillation) 에 의한 간섭 무늬가 시인될 수 있다. 예를 들면, 하드코팅 필름의 계면 반사에 의해 레인보우 얼룩이 사용자에게 시인될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하드코팅 층(110)의 두께를 약 15㎛ 이상으로 형성하여 반사 오실레이션의 파장 또는 피크 너비를 사용자에게 시인되지 않는 범위로 축소시킬 수 있다. 따라서, 상기 간섭 무늬가 시인되어 화상 표시 장치의 이미지 품질을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
하드코팅 층(110)의 두께가 지나치게 증가하는 경우 기재층(100)을 통한 유연성, 굴곡 특성이 열화되므로 약 30㎛ 이하로 설정할 수 있다. 이에 따라, 하드코팅 필름의 전체적인 굴곡 특성 및 유연성을 저하시키지 않으면서 막 계면에서의 간섭 무늬 시인을 제거할 수 있다.
기재층(100)의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 약 10 내지 100㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 굴곡 특성을 고려하여 약 10 내지 50㎛ 범위일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 하드코팅 층(110) 상에는 보호 필름(미도시)(예를 들면, 이형 필름)이 추가적으로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 점착층을 통해 보호 필름이 하드코팅 층(110) 상에 부착될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 하드코팅 층 두께에 따른 반사 오실레이션 현상을 예시적으로 나타내는 그래프들이다. 예를 들면, 도 2a 내지 도 2c는 50㎛ 두께의 폴리이미드 기재 필름(굴절률: 1.54) 상에 하드코팅 층의 두께에 따라 계면에서 발생하는 반사 오실레이션 변화를 도시하고 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 하드코팅 층의 두께가 1 ㎛(도 2a), 2.5 ㎛(도 2b) 및 5.0㎛(도 2c)으로 증가할수록 반사율(R(%)) 오실레이션 그래프의 피크 간격(도 2a에서 △λpeak/2)이 감소함을 알 수 있다. 상기 피크 간격이 감소할수록 사용자가 반사 오실레이션에 따른 간섭 무늬를 시인할 가능성이 줄어들게 된다.
도 3은 하드코팅 층 두께에 따른 반사 오실레이션 그래프의 피크 간격 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 하드코팅층 두께가 증가함에 따라 피크 간격(△λpeak/2)이 감소한다. 예를 들면, 인간의 육안으로 구분이 가능한 파장의 차이가 5nm이며, 이에 따라 반사오실레이션의 피크 간격이 5nm이하가 되면 두께의 차이에 의한 반사간섭 무늬를 육안으로 구분할 수 없게 된다. 따라서, 하드코팅층 두께를 약 15㎛ 이상 증가시킬 경우, 피크 간격은 약 5 nm 이하로 감소시켜 반사 간섭 무늬가 시인되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 상술한 하드코팅 필름을 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우 또는 윈도우 적층체가 제공될 수 있다.
상기 윈도우 적층체에 있어서, 예시적인 실시예들에 따른 하드코팅 필름이 형성된 윈도우의 일면에 편광층 또는 터치 센서층 중 적어도 하나가 적층될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 편광층 또는 터치 센서층 상에는 점접착층에 의해 접합된 보호필름을 더 포함할 수도 있다.
상기 윈도우의 일면의 테두리(혹은 비표시 영역)를 따라 유색의 차광 패턴 또는 베젤부가 형성될 수도 있다. 상기 차광 패턴 또는 베젤부는 금속층 또는 유기물질층을 포함할 수 있으며, 단층 또는 복층 구조일 수 있다.
상기 편광층은 상기 윈도우의 일면 상에 직접 또는 점접착층에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광층은 상기 비표시 영역 또는 베젤부에 걸쳐 연속적으로 연장될 수 있다.
상기 편광층은 폴리비닐알코올계 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 부착된 보호필름을 포함하는 편광판을 포함할 수 있다. 이와는 달리. 상기 편광층은 액정 화합물을 포함하는 액정층을 포함하며, 상기 액정층에 배향성을 부여하기 위한 배향층을 포함할 수도 있다.
상기 편광층 상에는 적어도 하나의 위상차 필름이 형성될 수도 있다. 상기 터치 센서층은 상기 편광층 상에 직접 또는 상기 위상차 필름을 사이에 두고 배치될 수 있다. 상기 터치 센서층은 기재필름, 및 상기 기재필름의 적어도 일 면에 형성된 복수의 전극패턴을 포함할 수 있다. 상기 터치 센서층은 상기 전극패턴들의 절연을 위해 절연층을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 하드코팅 필름을 포함하는 화상 표시 장치를 제공한다.
상기 화상 표시 장치는 디스플레이 패널(예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 패널) 및 상기 디스플레이 패널 상에 배치된 상기 하드코팅 필름 또는 플렉시블 디스플레이 윈도우를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 하드코팅 필름 또는 플렉시블 디스플레이 윈도우는 우수한 경도, 내마모성, 유연성을 가지며, 화상 표시 장치의 최외면에 형성된 윈도우 필름으로 적용될 수 있다. 상기 하드코팅 필름 또는 플렉시블 디스플레이 윈도우는 반사 간섭 무늬 발생 없이 우수한 투과율을 가질 수 있다.
이와는 달리, 상기 하드코팅 필름은 예를 들면, 편광판과 같은 다른 광학필름과 결합되어 화상 표시 장치의 내부에 삽입될 수도 있다.
상기 화상 표시 장치는 액정 표시 장치, 전계 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치, 전계 방출 표시 장치 등 각종 화상 표시 장치를 포함하며, 유연성, 굽힘 특성을 보유한 플렉시블 디스플레이 장치일 수 있다. 이 경우, 상기 디스플레이 패널의 베이스 기판 역시 예를 들면, 폴리이미드와 같은 유연성 수지 기판일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 및 비교예
실시예 1
40중량부 우레탄아크릴레이트(공영 사, UA-306H), 10중량부 다관능 아크릴레이트(미원 스페셜티 케미칼 사, MIRAMER SP1106), 47중량부 메틸에틸케톤, 2.7중량부 1-하이드록시시클로헥실페닐케톤 및 0.3중량부 실리콘계 첨가제(BYK 사, BYK-UV3570)를 교반기를 이용하여 배합하고 폴리프로필렌(PP)재질의 필터를 이용하여 여과하여 하드코팅 조성물을 제조하였다.
상기 하드코팅 조성물은 폴리이미드 기재 필름(50㎛)(굴절률: 1.54) 상에 도포 후 용제 건조 및 질소 퍼징 분위기 하에서 UV 적산광량 600J/cm2을 조사하여 하드코팅 층(15㎛)이 형성된 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 2
하드코팅 층의 두께를 20㎛로 형성한 것으로 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 3
30중량부 우레탄아크릴레이트(공영 사, UA-306H), 5중량부 다관능 아크릴레이트(미원 스페셜티 케미칼 사, MIRAMER SP1106), 40중량부 12nm 나노실리카졸(촉매화성 사, ELCOM V-8802), 22중량부 메틸에틸케톤, 2.7중량부 1-하이드록시시클로헥실페닐케톤 및 0.3중량부 실리콘계 첨가제(BYK 사, BYK-UV3570)를 교반기를 이용하여 배합하고 PP재질의 필터를 이용하여 여과하여 하드코팅 조성물을 제조하였다.
이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 1
하드코팅 층의 두께를 5㎛로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 2
하드코팅 층의 두께를 10㎛로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 3
25중량부 우레탄아크릴레이트(공영 사, UA-306H), 25중량부 고굴절아크릴레이트(미원 스페셜티 케미칼 사, MIRAMER HR6042), 47중량부 메틸에틸케톤, 2.7중량부 1-하이드록시시클로헥실페닐케톤 및 0.3중량부 실리콘계 첨가제(BYK 사, BYK-UV3570)을 교반기를 이용하여 배합하고 PP재질의 필터를 이용하여 여과하여 하드코팅 조성물을 제조하였다.
이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 4
하드코팅 층의 두께를 35㎛로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
실험예
실시예 및 비교예들의 하드코팅 필름들에 대해 아래와 같이 물성을 평가하였다.
1) 하드코팅층 굴절률
리플렉토미터(K-MAC 사, ST4000-DLX)를 이용하여 경화된 하드코팅 층의 굴절률을 측정하였다.
2) 하드코팅층 두께
하드코팅 전/후의 필름의 두께를 두께측정기(니콘 사, MS-5C)를 이용하여 측정 후 하드코팅 후의 두께로부터 하드코팅 전의 두께를 차감하여 하드코팅 층의 두께를 측정하였다.
3) 간섭무늬 방지성
하드코팅 층 면이 상부로 가도록 기재 필름을 투명점착제를 이용하여 검은색 아크릴판에 접합한 후, 3파장 램프 하에서 하드코팅 층 면의 간섭 무늬 발생 여부를 확인하였다.
<평가 기준>
◎: 간섭무늬가 시인되지 않음
○: 간섭무늬가 미약하게 시인됨
×: 간섭무늬가 쉽게 시인됨
4) 헤이즈
하드코팅된 필름을 헤이즈 미터(무라카미 사, MH-150)를 이용하여 헤이즈를 측정하였다.
5) 연필경도
하드코팅 층 표면이 상부로 가도록 기재 필름을 글래스에 고정 후, 1kg하중 하에서 연필경도를 측정하였다. 동일 경도의 연필로 1cm 길이로 5회 테스트 실시하여 스크래치가 1회 이하로 나타난 최대 연필 경도를 해당 하드코팅 필름의 연필경도로 나타내었다.
6) 내스크래치성
하드코팅 층 표면이 상부로 가도록 기재 필름을 글래스에 고정 후, 스틸울 #0000번을 이용하여 하중 500g/cm2으로 10회 왕복 마찰한 후 필름 표면의 스크래치 발생 여부를 확인하였다.
<평가 기준>
◎: 스크래치 10개 미만
×: 스크래치 10개 이상
7) 내굴곡성
하드코팅 층 표면이 내측으로 접히도록 곡률 반경 1mm로 20만번 반복하여 필름을 접었다 펴는 테스트를 실시하여 필름의 파단 여부를 관찰하였다.
<평가기준>
○: 파단 미발생
×: 필름 파단
상술한 바와 같이 측정된 평가결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
하드코팅층
굴절률		 하드코팅층
두께		 간섭무늬
방지성		 헤이즈 연필경도 내스크래치성 내굴곡성
실시예 1 1.52 15㎛ ◎ 0.2% 3H ◎ ○
실시예 2 1.52 20㎛ ◎ 0.3% 5H ◎ ○
실시예 3 1.50 15㎛ ○ 0.2% 5H ◎ ○
비교예 1 1.52 5㎛ × 0.3% 2H ◎ ○
비교예 2 1.52 10㎛ × 0.2% 3H ◎ ○
비교예 3 1.55 15㎛ ◎ 0.8% H × ○
비교예 4 1.52 35㎛ ◎ 0.3% 5H ◎ ×
표 1을 참조하면, 실시예들의 경우 하드코팅 층 두께를 15㎛ 이상으로 형성하고 굴절률을 1.53 이하로 형성함으로써, 간섭무늬를 방지하면서 기계적 강도, 경도 역시 향상되었다.
비교예 1 및 2의 경우, 하드코팅 층 두께가 감소함에 따라 간섭 무늬가 관찰되었으며, 비교예 3의 경우 굴절률이 증가하면서 하드코팅 층의 경도 및 내스크래치성이 열화되었다.
한편, 하드코팅 층의 두께가 지나치게 증가한 비교예 4의 경우 굴곡 특성이 저하되었다.
100: 기재층
110: 하드코팅 층

Claims (9)

10 내지 50㎛의 두께를 갖는 기재층; 및
상기 기재층 상에 형성되며 15 내지 30㎛의 두께를 갖는 하드코팅 층을 포함하고,
상기 기재층의 굴절률은 1.54 내지 1.6이며 상기 하드코팅 층의 굴절률은 1.45 내지 1.53이고,
상기 하드코팅 층은 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 수지를 포함하는, 하드 코팅 필름.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 기재층은 폴리이미드 계열 필름을 포함하는, 하드코팅 필름.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 하드코팅 층은 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 올리고머 또는 지방족 (메타)아크릴레이트 계열 모노머를 포함하는 광중합성 화합물, 광 개시제 및 용제를 포함하는 하드코팅 조성물로부터 형성된, 하드코팅 필름.
청구항 6에 있어서, 상기 하드코팅 조성물은 무기 입자를 더 포함하는, 하드코팅 필름.
청구항 1의 하드코팅 필름을 포함하는 플렉시블 디스플레이 윈도우.
디스플레이 패널; 및
상기 디스플레이 패널 상에 배치되는 청구항 8에 따른 플렉시블 디스플레이 윈도우를 포함하는, 플렉시블 디스플레이 장치.
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