KR102622843B1 - 플렉서블 표시장치 및 그것의 하드 코팅 고분자 제조방법 - Google Patents

플렉서블 표시장치 및 그것의 하드 코팅 고분자 제조방법 Download PDF

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Abstract

플렉서블 표시장치는 하드 코팅층을 포함한다. 하드 코팅층은 하드코팅 올리고머들, 하드코팅 올리고머들을 연결하는 크로스 링킹 올리고머들, 및 광 개시제를 포함한다. 크로스 링킹 올리고머들은 크로스 링킹 모너머들을 촉매반응하여 합상된다. 하드 코팅층이 길이가 긴 크로스 링킹 올리고머들을 포함함으로써 하드 코팅층의 플렉서블리티가 향상된다. 플렉서블 표시장치가 벤딩되더라도, 하드 코팅층의 손상이 방지된다.

Description

플렉서블 표시장치 및 그것의 하드 코팅 고분자 제조방법{FLEXIBLE DISPLAY DEVICE, METHOD FOR FABRICATING HARD COATING POLYMER OF THE SAME}
본 발명은 플렉서블 표시장치에 관한 것으로, 좀 더 상세히 하드 코팅층을 포함하는 플렉서블 표시장치에 관한 것이다.
스마트 폰, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터, 네비게이션, 및 스마트 텔레비젼 등과 같은 전자장치들이 개발되고 있다. 이러한 전자장치들은 정보제공을 위해 표시장치를 구비한다.
전자장치들이 다양한 형태로 변화됨에 따라 표시장치의 형태로 그에 대응하게 변화되고 있다. 기존의 전자장치들은 평판형 표시장치를 구비하였다. 최근에 개발되는 전자장치들은 곡면형, 벤딩형, 롤링형과 같은 플렉서블형 표시장치를 요구한다.
그밖에 수요자들은 슬림화된 전자장치들을 요구한다. 이를 구현하기 위해 다양한 기능성 부재들이 표시장치에 일체화되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 경도가 향상되고 플렉서블리티가 확보된 플렉서블 표시장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 경도가 향상되고 플렉서블리티가 확보된 하드 코팅 고분자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 영상을 생성하는 플렉서블 표시패널 및 상기 플렉서블 표시패널 상에 배치된 윈도우 부재를 포함한다. 상기 윈도우 부재는 베이스 부재 및 상기 베이스 부재 상에 배치된 하드 코팅층을 포함한다. 상기 하드 코팅층은 광 개시제 및 아래의 화학식 1로 표시되는 고분자를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 X는 아래의 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서 상기 n은 8 내지 150이며, 상기 R1은 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고, 상기 복수 개의 R1 중 적어도 하나는 광 개시 반응기이고, 상기 R2는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나일 수 있다.
상기 화학식 1에서 Y는 아래의 화학식 3로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서 상기 m은 8 내지 150이고, 상기 R3는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고, 상기 복수 개의 R3 중 적어도 하나는 광 개시 반응기이고, 상기 R4는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나일 수 있다.
상기 화학식 1에서 Z는 아래의 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서 상기 h는 2 내지 20 이다.
상기 복수 개의 R1 중 적어도 하나 또는 상기 복수 개의 R3 중 적어도 하나는, 에폭시기 또는 알케닐기를 포함하는 치환기로 치환된 에스테르기; 에폭시기 또는 알케닐기를 포함하는 치환기로 치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알케닐기일 수 있다.
상기 R1 및 상기 R3 각각은 아래의 화학식 5 및 화학식 6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
[화학식 6]
상기 화학식 6에서 상기 k는 1 내지 10 이다.
상기 하드 코팅층은 실리콘 나노입자들을 더 포함할 수 있다.
상기 하드 코팅층은 비스페닐-에이-에폭시-실리콘 블록 공중합체(bisphenol-A-epoxy-silicone block copolymer)를 더 포함할 수 있다.
상기 광 개시제는 서로 다른 파장의 광에 의해 개시되는 제1 광 개시제 및 제2 광 개시제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅 고분자의 제조방법은 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계, 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계 및 광개시제를 제공하여 상기 하드 코팅 올리고머들과 상기 크로스 링킹 올리고머들을 광반응시켜 하드 코팅 고분자를 합성하는 단계를 포함한다. 상기 하드 코팅 올리고머들 각각은 아래의 화학식 1로 표시되고, 상기 크로스 링킹 올리고머들 각각은 아래의 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 상기 n은 8 내지 150이며, 상기 R3는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고, 상기 복수 개의 R3 중 적어도 하나는 광 개시 반응기이고, 상기 R4는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나일 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서 상기 h는 2 내지 20 이다.
상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계에서 상기 하드 코팅 올리고머들은 하드 코팅 모노머들을 촉매 반응하여 합성될 수 있다. 상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계에서 상기 크로스 링킹 올리고머들은 크로스 링킹 모노머들을 촉매 반응하여 합성될 수 있다.
상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계와 상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는 동일한 촉매를 이용할 수 있다.
상기 촉매는 Ba(OH)2·H2O를 포함할 수 있다.
상기 광 개시제는 서로 다른 파장의 광에 의해 개시되는 제1 광 개시제 및 제2 광 개시제를 포함할 수 있다. 상기 하드 코팅 고분자를 합성하는 단계는 상기 제1 광 개시제를 활성화시키는 제1 광을 조사하는 단계 및 상기 제2 광 개시제를 활성화시키는 제2 광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하드 코팅 고분자 100 wt%에 대하여 상기 하드 코팅 올리고머들은 70wt% 내지 90wt%, 상기 크로스 링킹 올리고머들은 10wt% 내지 20wt%, 상기 광 개시제는 1wt% 내지 4wt%일 수 있다.
상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계는, 상기 하드 코팅 모노머들 및 용매를 포함하는 하드 코팅 용액을 준비하는 단계 및 상기 하드 코팅 올리고머들이 합성되도록 상기 하드 코팅 용액에 촉매를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는 상기 하드 코팅 올리고머들이 합성된 상기 하드 코팅 용액에 상기 크로스 링킹 모노머들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는, 상기 크로스 링킹 모노머들 및 용매를 포함하는 크로스 링킹 용액을 준비하는 단계 및 상기 크로스 링킹 올리고머들이 합성되도록 상기 크로스 링킹 용액에 촉매를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계는, 상기 크로스 링킹 올리고머들이 합성된 상기 크로스 링킹 용액에 상기 하드 코팅 모노머들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계는, 상기 하드 코팅 모노머들 및 제1 용매를 포함하는 하드 코팅 용액을 준비하는 단계 및 상기 하드 코팅 올리고머들이 합성되도록 상기 하드 코팅 용액에 제1 촉매를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는, 상기 크로스 링킹 모노머들 및 제2 용매를 포함하는 크로스 링킹 용액을 준비하는 단계 및 상기 크로스 링킹 올리고머들이 합성되도록 상기 크로스 링킹 용액에 제2 촉매를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 용매와 상기 제2 용매 각각은 케톤 계열 용매 또는 에테르 계열 용매를 포함할 수 있다.
상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매는 동일한 촉매일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치는 경도가 향상되고 플렉서블리티가 확보된 하드 코팅층을 포함한다. 따라서 플렉서블 표시장치의 외면을 제공하는 윈도우 부재는 외부 충격에 손상되지 않고, 벤딩되더라도 손상되지 않는다.
크로스 링킹 올리고머는 크로스 링킹 모노머를 합성하여 제조됨으로써, 제조비용이 감소된다. 합성시간을 제어함으로써 크로스 링킹 올리고머의 길이를 제어할 수 있고, 결과적으로 하드 코팅층의 플렉서블리티를 제어할 수 있다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제1 동작에 따른 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제2 동작에 따른 사시도이다.
도 2a은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제1 동작에 따른 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제2 동작에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시패널의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화소의 등가회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 표시패널의 부분 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 표시패널의 부분 단면도들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 부재(WM)의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9a 및 도 9b는 광 개시재의 종류에 따른 흡수 파장을 도시하였다.
도 10은 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅층의 광 경화 공정을 도시하였다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅 고분자와 비교예에 따른 하드 코팅 고분자를 도시하였다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅층 조성물의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 “상에 있다”, “연결 된다”, 또는 “결합 된다”고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. “및/또는”은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, “아래에”, “하측에”, “위에”, “상측에” 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치(DD)의 제1 동작에 따른 사시도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치(DD)의 제2 동작에 따른 사시도이다. 도 2a은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치(DD)의 제1 동작에 따른 단면도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치(DD)의 제2 동작에 따른 단면도이다.
이미지(IM)가 표시되는 표시면(IS)은 제1 방향축(DR1)과 제2 방향축(DR2)이 정의하는 면과 평행한다. 표시면(IS)의 법선 방향, 즉 플렉서블 표시장치(DD)의 두께 방향은 제3 방향축(DR3)이 지시한다. 각 부재들의 전면과 배면은 제3 방향축(DR3)에 의해 구분된다. 그러나, 제1 내지 제3 방향축들(DR1, DR3, DR3)이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다. 이하, 제1 내지 제3 방향들은 제1 내지 제3 방향축들(DR1, DR3, DR3)이 각각 지시하는 방향으로 동일한 도면 부호를 참조한다.
도 1a 내지 도 2b는 플렉서블 표시장치(DD)의 일례로 폴더블 표시장치를 도시하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플렉서블 표시장치(DD)는 소정의 곡률을 갖는 커브드 플렉서블 표시장치 또는 말려지는 롤러블 플렉서블 표시장치일 수 있다. 별도로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 플렉서블 표시장치(DD)는 텔레비전, 모니터 등과 같은 대형 전자장치를 비롯하여, 휴대 전화, 테블릿, 자동차 네비게이션, 게임기, 스마트 와치 등과 같은 중소형 전자장치 등에 사용될 수 있다.
도 1a에 도시된 것과 같이, 플렉서블 표시장치(DD)의 표시면(IS)은 복수 개의 영역들로 구분될 수 있다. 플렉서블 표시장치(DD)는 이미지(IM)가 표시되는 표시영역(DD-DA), 표시영역(DD-DA)에 인접한 비표시영역(DD-NDA)을 포함한다. 비표시영역(DD-NDA)은 이미지가 표시되지 않는 영역이다. 도 1a에는 이미지(IM)의 일 예로 화병을 도시하였다. 일 예로써, 표시영역(DD-DA)은 사각형상일 수 있다. 비표시영역(DD-NDA)은 표시영역(DD-DA)을 에워쌓을 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시영역(DD-DA)의 형상과 비표시영역(DD-NDA)의 형상은 상대적으로 디자인될 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같이, 표시장치(DD)는 벤딩축(BX)에 기초하여(on the basis of) 벤딩되는 벤딩영역(BA), 비벤딩되는 제1 비벤딩영역(NBA1), 및 제2 비벤딩영역(NBA2)으로 정의될 수 있다. 제1 비벤딩영역(NBA1)의 표시면(IS)과 제2 비벤딩영역(NBA2)의 표시면(IS)이 마주하도록 내측 벤딩(inner-bending)될 수 있다. 표시장치(DD)는 사용자의 조작에 따라 표시면(IS)이 외부에 노출되도록 외측 벤딩(outer-bending)될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서 표시장치(DD)는 복수 개의 벤딩영역(BA)을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 사용자가 표시장치(DD)를 조작하는 형태에 대응하게 벤딩영역(BA)이 정의될 수 있다. 예컨대, 벤딩영역(BA)은 도 1b와 달리 제1 방향축(DR1)에 평행하게 정의될 수 있고, 대각선 방향으로 정의될 수도 있다. 벤딩영역(BA)의 면적은 고정되지 않고, 벤딩반경(BR, 도 2b 참조)에 따라 결정될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 표시장치(DD)는 표시패널(DP), 터치스크린(TS), 및 윈도우 부재(WM)을 포함할 수 있다. 표시패널(DP), 터치스크린(TS), 및 윈도우 부재(WM) 각각은 플렉서블한 성질을 가질 수 있다. 별도로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에서 표시장치(DD)는 윈도우 부재(WM)와 결합되어 표시패널(DP) 및 터치스크린(TS)를 보호하는 보호부재를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 터치스크린(TS)은 표시패널(DP)의 배면에 배치되거나, 윈도우 부재(WM)에 일체화 될 수 있다.
표시패널(DP)은 입력된 영상 데이터에 대응하는 이미지(IM, 도 1a 참조)를 생성한다. 표시패널(DP)은 유기발광 표시패널, 전기영동 표시패널, 일렉트로웨팅 표시패널 등일 수 있고, 그 종류가 제한되지 않는다. 본 발명에서 유기발광 표시패널이 예시적으로 설명된다. 유기발광 표시패널에 대한 상세한 설명은 후술한다.
터치스크린(TS)은 외부입력의 좌표정보를 획득한다. 터치스크린(TS)은 표시패널(DP)이 제공하는 베이스면 상에 배치된다. 본 실시예에서 터치스크린(TS)은 표시패널과 연속공정에 의해 제조될 수 있다.
터치스크린(TS)은 정전용량 방식 터치스크린일 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고, 전자기 유도 방식과 같이, 2개 타입의 터치전극들을 포함하는 다른 방식의 터치스크린으로 대체될 수 있다.
윈도우 부재(WM)는 투명 광학 접착부재(Optically Clear Adhesive, OCA)에 의해 터치스크린(TS)과 결합될 수 있다. 윈도우 부재(WM)는 베이스 부재(WM-BS), 베젤층(WM-BZ) 및 하드 코팅층(WM-HC)을 포함한다. 하드 코팅층(WM-HC)은 베이스 부재(WM-BS)의 전면에 배치되고, 베젤층(WM-BZ)은 베이스 부재(WM-BS)의 배면에 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서 베젤층(WM-BZ)은 생략될 수 있다.
베이스 부재(WM-BS)는 플라스틱 필름 등을 포함할 수 있다. 베이스 부재(WM-BS)는 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있고, 그 적층 구조는 제한되지 않는다.
베젤층(WM-BZ)은 베이스 부재(WM-BS)에 부분적으로 중첩한다. 베젤층(WM-BZ)은 표시장치(DD)의 베젤영역 즉, 비표시영역(NDA, 도 1a 참조)을 정의할 수 있다. 베젤층(WM-BZ)은 유색의 유기층일 수 있다.
하드 코팅층(WM-HC)은 경도가 낮은 베이스 부재(WM-BS)를 보완하여 윈도우 부재(WM)의 경도를 증가시킨다. 이하, 하드 코팅층(WM-HC)에 대한 상세한 설명은 도 8 내지 도 11을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
별도로 도시하지는 않았으나, 윈도우 부재(WM)는 베이스 부재(WM-BS)의 전면에 배치된 기능성 코팅층을 더 포함할 수 있다. 기능성 코팅층은 지문 방지층, 반사 방지층 등을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시패널(DP)의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화소(PX)의 등가회로도이다. 이하, 플렉서블 표시패널(DP)은 유기발광 표시패널(DP)로 설명된다. 유기발광 표시패널(DP)은 평면상에서 표시영역(DA)과 비표시영역(NDA)을 포함한다. 유기발광 표시패널(DP)의 표시영역(DA) 및 비표시영역(NDA)은 베젤층(WM-BZ)에 의해 정의되는 표시장치(DD)의 표시영역(DD-DA) 및 비표시영역(DD-NDA)과 반드시 동일할 필요는 없고, 유기발광 표시패널(DP)의 구조/디자인에 따라 변경될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 유기발광 표시패널(DP)은 표시영역(DA)에 배치된 복수 개의 화소들(PX)을 포함한다. 매트릭스 형태로 배치된 복수 개의 화소들(PX)을 도시하였으나 이에 제한되지 않는다. 복수 개의 화소들(PX)은 비 매트릭스 형태, 예컨대 펜타일 형태로 배치될 수 있다.
도 4에는 i번째 주사 라인(SLi)과 j번째 소스 라인(DLj)에 접속된 하나의 화소(PXij)의 등가회로를 예시적으로 도시하였다. 별도로 도시하지 않았으나, 복수 개의 화소들(PX)은 동일한 등가회로를 가질 수 있다.
화소(PXij)는 적어도 하나의 트랜지스터(TR1, TR2), 적어도 하나의 커패시터(Cap), 및 유기발광 소자(OLED)를 포함한다. 본 실시예에서 2개의 트랜지스터들(TR1, TR2) 및 하나의 커패시터(Cap)를 포함하는 화소 구동회로를 예시적으로 도시하였으나, 화소 구동회로의 구성은 이에 제한되지 않는다.
유기발광 소자(OLED)의 애노드는 제2 트랜지스터(TR2)를 통해 전원라인(PL)으로 인가된 제1 전원전압(ELVDD)을 수신한다. 유기발광 소자(OLED)의 캐소드는 제2 전원전압(ELVSS)을 수신한다. 제1 트랜지스터(TR1)는 i번째 주사 라인(SLi)에 인가된 주사 신호에 응답하여 j번째 소스 라인(DLj)에 인가된 데이터 신호를 출력한다. 커패시터(Cap)는 제1 트랜지스터(TR1)로부터 수신한 데이터 신호에 대응하는 전압을 충전한다. 제2 트랜지스터(TR2)는 커패시터(Cap)에 저장된 전압에 대응하여 유기발광 소자(OLED)에 흐르는 구동전류를 제어한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 표시패널(DP)의 부분 평면도이다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 표시패널(DP)의 부분 단면도들이다. 도 5는 표시영역(DA, 도 3 참조)의 일부를 도시하였다. 도 6a은 도 4에 도시된 등가회로의 제1 트랜지스터(TR1) 및 커패시터(Cap)에 대응하는 부분의 단면을 도시하였고, 도 6b는 도 4에 도시된 등가회로의 제2 트랜지스터(TR2) 및 유기발광 소자(OLED)에 대응하는 부분의 단면을 도시하였다.
도 5에 도시된 것과 같이, 유기발광 표시패널(DP)은 제1 방향축(DR1)과 제2 방향축(DR2)이 정의하는 평면 상에서 복수 개의 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)과 비발광영역(NPXA)으로 정의된다. 도 5에는 매트릭스 형태로 배치된 3개 타입의 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 예시적으로 도시하였다. 3개 타입의 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)에는 3개의 서로 다른 컬러들을 발광하는 유기발광 소자들이 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 3개 타입의 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)에는 화이트 컬러들을 발광하는 유기발광 소자들이 각각 배치될 수 있다. 이때, 3개 타입의 서로 다른 컬러의 컬러필터들이 3개 타입의 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)에 각각 중첩할 수 있다.
비발광영역(NPXA)은 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 에워쌓는 제1 비발광영역들(NPXA-1) 및 제1 비발광영역들(NPXA-1)의 경계를 정의하는 제2 비발광영역(NPXA-2)으로 구분될 수 있다. 제1 비발광영역들(NPXA-1) 각각에 대응하는 서브 화소의 구동회로, 예컨대 트랜지스터들(TR1, TR2, 도 4 참조) 또는 커패시터(Cap, 도 4 참조)가 배치될 수 있다. 제2 비발광영역(NPXA-2)에 신호 라인들, 예컨대 주사 라인(SLi, 도 4 참조), 소스 라인(DLj, 도 4 참조), 전원 라인(PL, 도 4 참조)이 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 비발광영역들(NPXA-1)과 제2 비발광영역(NPXA-2)은 서로 구분되지 않을 수 있다.
별도로 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 마름모와 유사한 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반복적으로 배치된 4개 타입의 발광영역들에 4개의 서로 다른 컬러들을 발광하는 유기발광 소자들이 각각 배치될 수 있다.
본 명세서에서 "발광영역에서 소정의 컬러의 광을 방출한다"는 것은 대응하는 발광소자에서 생성된 광을 그대로 방출하는 것뿐만 아니라, 대응하는 발광소자에서 생성된 광의 컬러를 변환시켜서 방출하는 것을 모두 포함한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 같이, 유기발광 표시패널(DP)은 베이스 기판(SUB), 회로층(DP-CL), 유기발광 소자층(DP-OLED), 및 박막 봉지층(TFE)을 포함한다. 회로층(DP-CL)은 복수 개의 도전층과 복수 개의 절연층을 포함하고, 유기발광 소자층(DP-OLED)은 복수 개의 도전층과 복수 개의 기능성 유기층을 포함할 수 있다. 박막 봉지층(TFE)은 복수 개의 유기층 및/또는 복수 개의 무기층을 포함할 수 있다.
베이스 기판(SUB)은 플렉서블한 기판으로 폴리 이미드와 같은 플라스틱 기판, 유리 기판, 메탈 기판 등을 포함할 수 있다. 베이스 기판(SUB) 상에 제1 트랜지스터(TR1)의 반도체 패턴(AL1: 이하, 제1 반도체 패턴) 및 제2 트랜지스터(TR2)의 반도체 패턴(AL2, 이하 제2 반도체 패턴)이 배치된다. 제1 반도체 패턴(AL1) 및 제2 반도체 패턴(AL2)는 저온에서 형성되는 아몰포스 실리콘을 포함할 수 있다. 그밖에 제1 반도체 패턴(AL1) 및 제2 반도체 패턴(AL2)는 금속 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 별도로 도시하지 않았으나 베이스 기판(SUB)의 일면 상에 기능층들이 더 배치될 수 있다. 기능층들은 배리어층 또는 버퍼층 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 제1 반도체 패턴(AL1) 및 제2 반도체 패턴(AL2)은 배리어층 또는 버퍼층 상에 배치될 수 있다.
베이스 기판(SUB) 상에 제1 반도체 패턴(AL1) 및 제2 반도체 패턴(AL2)을 커버하는 제1 절연층(12)이 배치된다. 제1 절연층(12)은 유기층 및/또는 무기층을 포함한다. 특히, 제1 절연층(12)은 복수 개의 무기 박막들을 포함할 수 있다. 복수 개의 무기 박막들은 실리콘 나이트라이드층 및 실리콘 옥사이드층을 포함할 수 있다.
제1 절연층(12) 상에 제1 트랜지스터(TR1)의 제어전극(GE1: 이하, 제1 제어전극) 및 제2 트랜지스터(TR2)의 제어전극(GE2, 이하, 제2 제어전극)이 배치된다. 제1 절연층(12) 상에 커패시터(Cap)의 제1 전극(E1)이 배치된다. 제1 제어전극(GE1), 제2 제어전극(GE2), 및 제1 전극(E1)은 주사 라인(SLi, 도 4 참조)과 동일한 포토리소그래피 공정에 따라 제조될 수 있다. 다시 말해, 제1 전극(E1)은 주사 라인과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
제1 절연층(12) 상에 제1 제어전극(GE1) 및 제2 제어전극(GE2) 및 제1 전극(E1)을 커버하는 제2 절연층(14)이 배치된다. 제2 절연층(14)은 유기층 및/또는 무기층을 포함한다. 특히, 제2 절연층(14)은 복수 개의 무기 박막들을 포함할 수 있다. 복수 개의 무기 박막들은 실리콘 나이트라이드층 및 실리콘 옥사이드층을 포함할 수 있다.
제2 절연층(14) 상에 소스 라인(DLj, 도 4 참조) 및 전원 라인(PL, 도 4 참조)이 배치될 수 있다. 제2 절연층(14) 상에 제1 트랜지스터(TR1)의 입력전극(SE1: 이하, 제1 입력전극) 및 출력전극(DE1: 이하, 제1 출력전극)이 배치된다. 제2 절연층(14) 상에 제2 트랜지스터(TR2)의 입력전극(SE2: 이하, 제2 입력전극) 및 출력전극(DE2: 이하, 제2 출력전극)이 배치된다. 제1 입력전극(SE1)은 소스 라인(DLj)으로부터 분기된다. 제2 입력전극(SE2)은 전원 라인(PL)으로부터 분기된다.
제2 절연층(14) 상에 커패시터(Cap)의 제2 전극(E2)이 배치된다. 제2 전극(E2)은 소스 라인(DLj) 및 전원 라인(PL)과 동일한 포토리소그래피 공정에 따라 제조될 수 있고, 동일한 물질로 구성될 수 있다.
제1 입력전극(SE1)과 제1 출력전극(DE1)은 제1 절연층(12) 및 제2 절연층(14)을 관통하는 제1 관통홀(CH1)과 제2 관통홀(CH2)을 통해 제1 반도체 패턴(AL1)에 각각 연결된다. 제1 출력전극(DE1)은 제1 전극(E1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 출력전극(DE1)은 제2 절연층(14)을 관통하는 관통홀(미 도시)을 통해 제1 전극(E1)에 연결될 수 있다. 제2 입력전극(SE2)과 제2 출력전극(DE2)은 제1 절연층(12) 및 제2 절연층(14)을 관통하는 제3 관통홀(CH3)과 제4 관통홀(CH4)을 통해 제2 반도체 패턴(AL2)에 각각 연결된다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서 제1 트랜지스터(TR1)와 제2 트랜지스터(TR2)는 바텀 게이트 구조로 변형되어 실시될 수 있다.
제2 절연층(14) 상에 제1 입력전극(SE1), 제1 출력전극(DE1), 제2 입력전극(SE2), 및 제2 출력전극(DE2)을 커버하는 제3 절연층(16)이 배치된다. 제3 절연층(16)은 유기층 및/또는 무기층을 포함한다. 특히, 제3 절연층(16)은 평탄면을 제공하기 위해서 유기물질을 포함할 수 있다.
제3 절연층(16) 상에 화소정의막(PXL) 및 유기발광 소자(OLED)가 배치된다. 화소정의막(PXL)에는 개구부(OP)가 정의된다. 화소정의막(PXL)은 또 하나의 절연층과 같다. 도 6b의 개구부(OP)는 도 5의 개구부들(OP-R, OP-G, OP-B)에 대응할 수 있다.
애노드(AE)는 제3 절연층(16)을 관통하는 제5 관통홀(CH5)을 통해 제2 출력전극(DE2)에 연결된다. 화소정의막(PXL)의 개구부(OP)는 애노드(AE)의 적어도 일부분을 노출시킨다. 정공 제어층(HCL)은 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B, 도 5 참조)과 비발광영역(NPXA, 도 5 참조)에 공통으로 형성될 수 있다. 정공 제어층(HCL) 상에 유기 발광층(EML), 전자 제어층(ECL)을 순차적으로 생성한다. 정공 제어층(HCL)은 적어도 정공 수송층을 포함하고, 전자 제어층(ECL)은 적어도 전자 수송층을 포함한다. 이후, 캐소드(CE)를 발광영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)과 비발광영역(NPXA)에 공통으로 형성할 수 있다. 캐소드(CE)의 층구조에 따라 증착 또는 스퍼터링 방식의 의해 형성할 수 있다.
발광영역(PXA)은 광이 생성되는 영역으로 정의될 수 있다. 발광영역(PXA)은 유기발광 소자(OLED)의 애노드(AE) 또는 발광층(EML)에 대응하게 정의될 수 있다.
캐소드(CE) 상에 유기발광 소자층(DP-OLED)을 봉지하는 박막 봉지층(TFE)이 배치된다. 박막 봉지층(TFE)은 수분 및 이물질로부터 유기발광 소자(OLED)를 보호한다.
박막 봉지층(TFE)은 적어도 2개의 무기 박막들과 그 사이에 배치된 유기 박막을 포함한다. 무기 박막들은 수분으로부터 유기발광 소자(OLED)를 보호하고, 유기 박막은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 유기발광 소자(OLED)를 보호한다. 박막 봉지층(TFE)은 교번하게 배치된 복수 개 무기 박막들과 복수 개의 유기 박막들을 포함할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치들의 단면도들이다. 표시패널(DP)은 간략히 도시하였다. 도 7a 및 도 7b를 참조하여 표시장치들의 공통점과 차이점을 설명한다.
도 7a에 도시된 것과 같이, 터치스크린(TS)은 제1 도전층(TS-CL1), 제1 절연층(TS-IL1), 제2 도전층(TS-CL2), 및 제2 절연층(TS-IL2)을 포함한다. 터치스크린(TS)은 표시패널(DP) 상에 직접 배치될 수 있다. 제1 도전층(TS-CL1) 및 제2 도전층(TS-CL2) 각각은 단층구조를 갖거나, 제3 방향축(DR3)을 따라 적층된 다층구조를 가질 수 있다. 다층구조의 도전층은 투명 도전층과 적어도 하나의 금속층을 포함할 수 있다. 투명 도전층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide), PEDOT, 금속 나노 와이어, 그라핀을 포함할 수 있다. 금속층은 몰리브덴, 은, 티타늄, 구리, 알루미늄, 및 이들의 합금을 포함할 수 있다.
제1 도전층(TS-CL1) 및 제2 도전층(TS-CL2) 각각은 복수 개의 패턴들을 포함한다. 제1 도전층(TS-CL1)은 박막 봉지층(TFE) 상에 배치될 수 있다. 다시 말해, 박막 봉지층(TFE)이 터치스크린(TS)이 배치되는 베이스면(BS)을 제공한다. 제1 절연층(TS-IL1)과 제2 절연층(TS-IL2) 각각은 무기물층 또는 유기물층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 7b에 도시된 것과 같이, 터치스크린(TS1)은 투명 광학 접착부재(OCA)에 의해 표시패널(DP)에 결합될 수 있다. 터치스크린(TS1)은 제1 도전층(TS-CL1)이 배치되는 베이스 부재(TS-BS)를 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 부재(WM)의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 9a 및 도 9b는 광 개시재의 종류에 따른 흡수 파장을 도시하였다. 도 10은 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅층의 광 경화 공정을 도시하였다.
도 8을 참조하면, 먼저, 준비된 하드 코팅 조성물을 베이스 부재(WM-BS)의 일면에 도포한다(S10). 롤투롤 코팅, 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 바 코팅 잉크젯 프린팅 등의 방법으로 도포할 수 있다. 베이스 부재(WM-BS)의 일면 상에 도포된 하드 코팅 조성물은 예비 하드 코팅층을 형성할 수 있다. 하드 코팅 조성물은 용매, 하드 코팅 올리고머들, 크로스 링킹 올리고머들, 및 광 개시제를 포함한다. 하드 코팅 조성물은 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
용매는 케톤 계열 용매 또는 에테르 계열 용매를 포함할 수 있다. 케톤 계열 용매로써, 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 아세토페논(acetophenone), 시클로 펜탄온(cyclopentanone), 에틸 이소프로필 케톤(ethyl Isopropyl ketone), 2-헥사논(2-Hexanone), 이소포론(isophorone), 메시틸 옥사이드(Mesityl oxide), 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone), 3-메틸-2-펜탄온(3-methyl-2-pentanone), 2-펜탄온(2-pentanone) 및 3-펜탄온(3-pentanone) 등을 포함할 수 있다. 에테르 계열 용매로써, 시클로펜틸 메틸 에테르(CPME: cyclopentyl methyl ether), 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르(diethylene glycol diethyl ether), 디메톡시메탄(dimethoxymethane), 메틸 터트-부틸 에테르(methyl tert-butyl ether), 2-(2-메톡시에톡시)에탄올(2-(2-methoxyethoxy)ethanol) 및 프로필렌 글리콜 에테르(propylene glycol ether) 등을 포함할 수 있다.
하드 코팅 올리고머들 각각은 아래의 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
화학식 1에서 상기 n은 8 내지 150이며, R1는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이다. 화학식에서 ""는 다른 반복단위와 연결되는 부분을 의미한다. 하나의 올리고머에 포함된 복수 개의 R1 중 적어도 하나는 광 개시 반응기이다. 상기 R2는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나일 수 있다.
본원 발명의 일 실시예에 따르면, 하드 코팅층의 경도를 증가시키기 위해 화학식 1에서 상기 n은 8 내지 24일 수 있다. 화학식 1에 따른 올리고머의 분자량은 2000 내지 5000 일 수 있다. 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 하드 코팅층의 경도를 유지하면 플렉서블리티를 증가시키기 위해 화학식 1에서 상기 n은 25 내지 40일 수 있다. 화학식 1에 따른 올리고머의 분자량은 5000 내지 8000 일 수 있다. 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 하드 코팅층의 플렉서블리티를 증가시키기 위해 화학식 1에서 상기 n은 48 내지 150일 수 있다. 화학식 1에 따른 올리고머의 분자량은 10000 내지 30000 일 수 있다.
본 명세서에서, “광 개시 반응기”란 광이 조사되었을 때, 반응이 일어나는 부분을 포함하는 반응기를 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, 구체적으로 후술하는 광 개시제가 광에 의해 라디칼 또는 양이온(cation)을 형성하고, 광 개시 반응기는 라디칼 또는 양이온에 의해 반응이 일어나는 부분을 포함하는 반응기를 의미하는 것일 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니나, 광 개시 반응기는 예를 들어, 에폭시기 또는 알케닐기를 포함하는 치환기로 치환된 에스테르기; 에폭시기 또는 알케닐기를 포함하는 치환기로 치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알케닐기를 포함할 수 있다.
광 개시 반응기는 아래의 화학식 2 및 화학식 3 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
[화학식 3]
화학식 3에서 k는 1 내지 10 이다.
크로스 링킹 올리고머들 각각은 아래의 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
화학식 4에서 h는 2 내지 20 이다.
광 개시제는 자유 라디칼형 개시제(free radical type initiator)와 양이온형 개시제(cationic type initiator) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광 개시제는 다른 파장의 광에 의해 개시되는 2종 이상의 광 개시제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 개시제는 단파장 개시제 및 장파장 개시제를 포함할 수 있다.
도 9a에 도시된 것과 같이, 광 개시제는 서로 다른 파장대의 자외선에 의해 활성화되는 제1 광 개시제 및 제2 광개시제를 포함할 수 있다. 제1 광개시제는 제1 그래프(GP1)의 파장-광 흡수율을 갖고, 제2 광개시제는 제2 그래프(GP2)의 파장-광 흡수율을 가질 수 있다.
도 9b에 도시된 것과 같이, 광 개시제는 서로 다른 파장대의 가시광선에 의해 활성화되는 제1 광 개시제, 제2 광개시제, 및 제3 광개시제를 포함할 수 있다. 제1 광개시제는 제1 그래프(GP10)의 파장-광 흡수율을 갖고, 제2 광개시제는 제2 그래프(GP20)의 파장-광 흡수율을 갖고, 제3 광개시제는 제3 그래프(GP30)의 파장-광 흡수율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 하드 코팅 조성물은 제조될 하드 코팅층의 플렉서블리티를 향상시키기 위해 제1 첨가제를 더 포함할 수 있다. 제1 첨가제는 비스페닐-에이-에폭시-실리콘 블록 공중합체(bisphenol-A-epoxy-silicone block copolymer)를 포함할 수 있다. 비스페닐-에이-에폭시-실리콘 블록 공중합체(bisphenol-A-epoxy-silicone block copolymer)는 선형 구조를 갖으며, 제1 올리고머들, 제2 올리고머들 또는 크로스 링커들, 또는 이들 사이에 결합되어 하드 코팅 고분자의 분자 구조를 길게 펴주는 기능을 갖는다. 따라서, 하드 코팅층의 플렉서블리티는 더 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 하드 코팅 조성물은 제조될 하드 코팅층의 경도를 향상시키기 위해 제2 첨가제를 더 포함할 수 있다. 제2 첨가제는 실리콘 나노입자들을 포함할 수 있다. 실리콘 나노입자들은 성형된 하드 코팅 고분자들 사이 사이에 배치되어 하드 코팅층의 경도를 더 향상시킬 수 있다.
다음, 예비 하드 코팅층을 건조시킨다(S20). 예비 하드 코팅층의 용매가 제거된다. 건조된 예비 하드 코팅층은 소정의 점성을 갖는 혼합물층일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 건조된 예비 하드 코팅층은 크로스 링킹 올리고머들, 하드 코팅 올리고머들 및 광개시제 뿐만 아니라 제1 첨가제와 제2 첨가제 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
이후, 건조된 예비 하드 코팅층을 광경화시킨다(S30). 광이 조사됨에 따라 광 개시제에 의해 광반응이 개시된다. 광 개시제에 의해 하드 코팅 올리고머들과 크로스 링킹 올리고머들 각각의 광 개시 반응기들이 활성화된다. 크로스 링킹 올리고머들의 광 개시 반응기들과 하드 코팅 올리고머들의 광 개시 반응기들이 결합한다. 즉, 크로스 링킹 올리고머들은 하드 코팅 올리고머들을 연결한다. 하드 코팅 고분자가 합성됨으로써 도 2a 및 도 2d에 도시된 하드 코팅층(WM-HC)이 형성된다.
별도로 도시하지 않았으나, 광경화된 하드 코팅층을 안정화시키기 위해 하드 코팅층을 에이징할 수 있다. 1차적으로 상온에서 에이징하고, 2 차적으로 고온/고습(예컨대 60도/93%)에서 에이징할 수 있다.
하드 코팅 조성물이 서로 다른 파장대의 자외선에 의해 활성화되는 복수 개 타입의 광 개시제들을 포함하는 경우, 도 10에 도시된 것과 같이, 복수 개와 광원들(L10, L20)을 이용하여 다른 파장대의 광들을 순차적으로 조사할 수 있다. 도 10에는 2개의 광원들(L10, L20)을 예시적으로 도시하였다.
예비 하드 코팅층(PHC)에 제1 광원(L10)으로부터 제1 파장대의 광이 조사되면 복수 개 타입의 광 개시제들 중 어느 한 타입의 광 개시제에 의해 하드 코팅 올리고머들과 크로스 링킹 올리고머들이 부분적으로 화학 결합 된다. 이후, 예비 하드 코팅층(PHC)에 제2 광원(L20)으로부터 제2 파장대의 광이 조사되면 복수 개 타입의 광 개시제들 중 또 다른 타입의 광 개시제에 의해 하드 코팅 올리고머들과 크로스 링킹 올리고머들이 화학 결합 된다.
복수 개 타입의 광 개시제들과 그에 대응하는 복수 개의 광원들을 이용하여 광경화시킴으로써, 하드 코팅 고분자가 균일하게 합성된다. 광의 파장에 따라 광이 도달하는 깊이가 다르기 때문에, 예비 하드 코팅층(PHC)의 두께와 무관하게 균일하게 광이 제공될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅 고분자와 비교예에 따른 하드 코팅 고분자를 도시하였다.
도 11에 도시된 제1 고분자(P1)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 하드 코팅층의 일부분에 해당한다. 제1 고분자(P1)는 하드 코팅 올리고머들(HCO)과 이들을 연결하는 크로스 링킹 올리고머들(CRO)을 포함한다. 제1 고분자(P1)는 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 방식에 의해 합성되었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅층은 아래의 화학식 5와 같은 고분자를 포함한다.
[화학식 5]
화학식 5에서 X와 Y 각각은 화학식 1과 같은 하드 코팅 올리고머일 수 있고, Z는 화학식 4와 같은 크로스 링킹 올리고머일 수 있다. 하드 코팅층은 10㎛ 내지 100㎛ 의 두께를 가질 수 있다. 하드 코팅층은 단위 면적(1㎟)당 50000 내지 100000의 분자량을 갖는다.
도 11에 도시된 제2 고분자(P2)는 비교예에 따른 하드 코팅층의 일부분에 해당한다. 제2 고분자(P2)는 하드 코팅 올리고머들(HCO)과 이들을 연결하는 크로스 링킹 모노머(CRM)을 포함한다. 다시 말해, 제2 고분자(P2)는 화학식 5와 같은 형태를 갖되, Z가 크로스 링킹 모노머일 수 있다.
본 실시예에 따른 하드 코팅층은 비교예에 따른 하드 코팅층에 비해 플렉서블리티가 향상된다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 플렉서블 표시장치(DD)가 밴딩되더라도, 하드 코팅층(WM-HC)이 쉽게 손상되지 않는다. 아래의 표 1을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예3 실시예 4
화학식 4의 h 1 2~3 4~5 8~10 12
표면경도/눌림경도 9H/2H 9H/2H 9H/2H 8H/H 7H/H
밴딩 스티프니스(N) - 곡률 반경 3mm 8.7 7.0 6.2 5.8 5.3
밴딩 스티프니스(N) - 곡률 반경 5mm 7.4 6.0 5.0 4.7 4.1
최대 가능 곡률 반경(mm) 2.5 2.5 1.5 1.0 0.5
상기 실시예 1 내지 4의 수치들은 아래의 화학식 6의 모노머로 합성된 하드 코팅 올리머들과 아래의 화학식 7의 모노머로부터 합성된 하드 코팅 올리고머들을 포함하는 하드 코팅 조성물로부터 형성된 하드 코팅층들로부터 측정되었다.
[화학식 6]
[화학식 7]
상기 비교예 및 실시예 1 내지 4의 하드 코팅층 각각은 분자량 10000(화학식 1의 n이 48 내지 50)인 하드 코팅 올리머들로부터 형성되었다.
상기 비교예에 따른 하드 코팅층은 화학식 7에 따른 크로스 링킹 모노머들을 이용하여 형성되었고, 실시예 1 내지 4의 하드 코팅층들은 화학식 7로부터 합성된 크로스 링킹 올리고머들을 이용하여 형성되었다. 실시예 1 내지 4의 하드 코팅층들은 분자량이 다른 크로스 링킹 올리고머들을 이용하여 형성되었다.
상기 비교예 및 실시예 1 내지 4의 하드 코팅 조성물들은 각각의 고형분 100 wt%에 대하여 하드 코팅 올리머들 80wt%, 크로스 링킹 올리머들 또는 크로스 링킹 모노머들 15 wt % 및 양이온형 개시제(cationic type initiator) 5wt%를 포함한다. 기타 하드 코팅층들의 제조 조건은 동일하다.
표 1에 측정된 것과 같이, 크로스 링킹 올리고머들의 길이가 길수록 플렉서블리티가 향상되는 것을 확인하였다. 크로스 링킹 올리고머들의 길이가 길수록 밴딩 스티프니스가 감소하고, 최대 곡률 반경이 감소하였다. 표면 경도와 눌림 경도는 연필경도로 표시되었는데, H경도 이상 유지되는 것을 확인하였다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅층 조성물의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 12a에 도시된 것과 같이, 먼저, 하드 코팅 용액을 준비한다(S100). 하드 코팅 용액은 용매 및 하드 코팅 모노머들을 포함한다. 용매는 도 8을 참조하여 설명한 케톤 계열 용매 또는 에테르 계열 용매를 포함할 수 있다. 하드 코팅 모노머들은 아래의 화학식 8과 같을 수 있다. 하드 코팅 용액은 광 개시제를 더 포함할 수 있다.
[화학식 8]
화학식 8에서 R1은 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고, 상기 복수 개의 R1 중 적어도 하나는 광 개시 반응기일 수 있다. 상기 R2는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나일 수 있다. R3 및 R4는 하이드록시기, 알콕시기일 수 있다. 여기서 알콕시기는 로 표시될 수 있고, R은 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있다.
다음, 하드 코팅 올리고머들을 합성한다(S200). 촉매 반응으로 하드 코팅 올리고머들을 합성할 수 있다. 촉매를 하드 코팅 용액에 제공한 후 하드 코팅 모노머들을 반응시킨다. 촉매는 Ba(OH)2·H2O를 포함할 수 있다. 촉매의 종류는 이에 제한 되지 않고, 졸-겔 반응이 일어날 수 있는 촉매물질이면 충분하다. NaOH 또는 KOH와 같은 염기성 촉매가 적?層? 수 있다.
이후, 크로스 링킹 모노머들을 하드 코팅 올리고머들이 합성된 하드 코팅 용액에 제공한다(S300). 크로스 링킹 모노머들 각각은 아래의 화학식 9와 같다.
[화학식 9]
크로스 링킹 모노머들은 상기 촉매에 의해 반응하여 크로스 링킹 올리고머들을 합성한다. 그에 따라 하드 코팅 조성물이 준비된다. 본 발명의 일 실시예에서 광 개시제는 크로스 링킹 올리고머들이 합성된 이후에 하드 코팅 조성물에 제공될 수 있다.
하드 코팅 조성물은 고형분 100wt%에 대하여 하드 코팅 올리고머들은 70wt% 내지 90wt%, 크로스 링킹 올리고머들은 10wt% 내지 20wt%, 및 광 개시제는 1wt% 내지 4wt%를 포함할 수 있다. 여기서 고형분이란, 도 8을 참조하여 설명한 것과 같이, 하드 코팅층을 형성하는 과정에서 용매가 제거된 상태를 의미한다.
도 12b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅 조성물 제조방법을 설명한다. 먼저, 크로스 링킹 용액을 준비한다(S100). 크로스 링킹 용액은 용매 및 크로스 링킹 모노머들을 포함한다. 용매는 도 8을 참조하여 설명한 케톤 계열 용매 또는 에테르 계열 용매를 포함할 수 있다. 크로스 링킹 모노머들은 상기 화학식 9와 같을 수 있다. 크로스 링킹 용액은 광 개시제를 더 포함할 수 있다.
다음, 크로스 링킹 올리고머들을 합성한다(S200). 촉매 반응으로 크로스 링킹 올리고머들을 합성할 수 있다. 촉매를 크로스 링킹 용액에 제공한 후 크로스 링킹 모노머들을 반응시킨다. 촉매는 Ba(OH)2·H2O를 포함할 수 있다. 촉매의 종류는 이에 제한 되지 않고, 졸-겔 반응이 일어날 수 있는 촉매물질이면 충분하다.
아래의 표 2와 같이 크로스 링킹 올리고머들이 합성될 수 있다. 표 2는 화학식 9의 모노머로 합성된 실시예들을 나타낸다. 10.wt%의 Ba(OH)2·H2O 촉매를 사용하여 합성하였다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
화학식 4의 h 1 2-3 4-5 8-10 12
반응시간(min) 0 0.5 1 2 3
분자량 300 600~900 1200~1500 2400~3000 4000
FT-IR, GC-MS, GPC, H1 C13 NMR을 이용하여 크로스 링킹 모노머들의 합성량을 확인할 수 있다. 별도로 첨부하지 않았으나, 앞서 도 12a를 참조하여 설명한 합성방법과 도 12c를 참조하여 후술할 합성방법에서도 표 2와 유사한 크로스 링킹 모노머들의 합성량을 확인할 수 있다.
이후, 하드 코팅 모노머들을 크로스 링킹 올리고머들이 합성된 크로스 링킹 용액에 제공한다(S300). 하드 코팅 모노머들은 상기 촉매에 의해 반응하여 하드 코팅 올리고머들을 합성한다. 그에 따라 하드 코팅 조성물이 준비된다. 본 발명의 일 실시예에서 광 개시제는 하드 코팅 올리고머들이 합성된 이후에 하드 코팅 조성물에 제공될 수 있다.
도 12c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하드 코팅 조성물 제조방법을 설명한다. 먼저, 하드 코팅 용액을 준비하고(S100-1), 하드 코팅 용액과 별도로 크로스 링킹 용액을 준비한다(S100-2). 다음, 하드 코팅 올리고머들을 합성하고(S200-1), 크로스 링킹 올리고머들을 합성한다(S200-2). 촉매 반응으로 하드 코팅 올리고머들을 합성하고, 촉매 반응으로 크로스 링킹 올리고머들을 합성할 수 있다. 독립적으로 합성하되 동일한 촉매를 이용할 수 있다. 이후, 하드 코팅 용액과 크로스 링킹 용액을 혼합한다(S300).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
WM: 윈도우 부재 WM-BS: 베이스부재
WM-BM: 베젤층 WM-HC: 하드 코팅층
TS: 터치스크린 DP: 표시패널

Claims (20)

  1. 영상을 생성하는 플렉서블 표시패널; 및
    상기 플렉서블 표시패널 상에 배치된 윈도우 부재를 포함하고,
    상기 윈도우 부재는,
    베이스 부재; 및
    상기 베이스 부재 상에 배치된 하드 코팅층을 포함하고,
    상기 하드 코팅층은 광 개시제 및 아래의 화학식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 플렉서블 표시장치.
    [화학식 1]

    상기 화학식 1에서 상기 X는 아래의 화학식 2로 표시되고,
    [화학식 2]

    상기 화학식 2에서 상기 n은 8 내지 150이며, 상기 R1은 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고, 상기 복수 개의 R1 중 적어도 하나는 광 개시 반응기이고, 상기 R2는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고,
    상기 화학식 1에서 Y는 아래의 화학식 3로 표시되고,
    [화학식 3]

    상기 화학식 3에서 상기 m은 8 내지 150이고, 상기 R3는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고, 상기 복수 개의 R3 중 적어도 하나는 광 개시 반응기이고, 상기 R4는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고,
    상기 화학식 1에서 Z는 아래의 화학식 4로 표시되고,
    [화학식 4]

    상기 화학식 4에서 상기 h는 2 내지 20 이고,
    상기 화학식 1, 상기 화학식 2, 상기 화학식 3 및 상기 화학식 4에서 ""는 다른 반복단위와 연결되는 위치이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 R1 중 적어도 하나 또는 상기 복수 개의 R3 중 적어도 하나는,
    에폭시기 또는 알케닐기를 포함하는 치환기로 치환된 에스테르기;
    에폭시기 또는 알케닐기를 포함하는 치환기로 치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기; 또는
    치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알케닐기인 것인 플렉서블 표시장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 R1 및 상기 R3 각각은 아래의 화학식 5 및 화학식 6 중 어느 하나로 표시되는 플렉서블 표시장치.
    [화학식 5]

    [화학식 6]

    상기 화학식 6에서 상기 k는 1 내지 10 이고,
    상기 화학식 5 및 상기 화학식 6에서 ""는 상기 화학식 2 또는 상기 화학식 3의 Si와 연결되는 위치이다.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하드 코팅층은 실리콘 나노입자들을 더 포함하는 플렉서블 표시장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 하드 코팅층은 비스페닐-에이-에폭시-실리콘 블록 공중합체(bisphenol-A-epoxy-silicone block copolymer)를 더 포함하는 플렉서블 표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광 개시제는 서로 다른 파장의 광에 의해 개시되는 제1 광 개시제 및 제2 광 개시제를 포함하는 플렉서블 표시장치.
  7. 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계;
    크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계; 및
    광개시제를 제공하여 상기 하드 코팅 올리고머들과 상기 크로스 링킹 올리고머들을 광반응시켜 하드 코팅 고분자를 합성하는 단계를 포함하고,
    상기 하드 코팅 올리고머들 각각은 아래의 화학식 1로 표시되고, 상기 크로스 링킹 올리고머들 각각은 아래의 화학식 2로 표시되는 하드 코팅 고분자 제조방법.
    [화학식 1]

    상기 화학식 1에서 상기 n은 8 내지 150이며, 상기 R1는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고, 상기 복수 개의 R1 중 적어도 하나는 광 개시 반응기이고, 상기 R2는 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기 또는 광 개시 반응기 중 하나이고,
    [화학식 2]

    상기 화학식 2에서 상기 h는 2 내지 20 이고,
    상기 화학식 1, 및 상기 화학식 2에서 ""는 다른 반복단위와 연결되는 위치이다.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계에서 상기 하드 코팅 올리고머들은 하드 코팅 모노머들을 촉매 반응하여 합성되고,
    상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계에서 상기 크로스 링킹 올리고머들은 크로스 링킹 모노머들을 촉매 반응하여 합성된 하드 코팅 고분자 제조방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계와 상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는 동일한 촉매를 이용하는 것을 특징으로 하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 촉매는 Ba(OH)2·H2O를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 광 개시제는 서로 다른 파장의 광에 의해 개시되는 제1 광 개시제 및 제2 광 개시제를 포함하고,
    상기 하드 코팅 고분자를 합성하는 단계는 상기 제1 광 개시제를 활성화시키는 제1 광을 조사하는 단계 및 상기 제2 광 개시제를 활성화시키는 제2 광을 조사하는 단계를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 하드 코팅 고분자 100 wt%에 대하여
    상기 하드 코팅 올리고머들은 70wt% 내지 90wt%,
    상기 크로스 링킹 올리고머들은 5wt% 내지 20wt%,
    상기 광 개시제는 1wt% 내지 11wt%인 하드 코팅 고분자 제조방법.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계는,
    하드 코팅 모노머들 및 용매를 포함하는 하드 코팅 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 하드 코팅 올리고머들이 합성되도록 상기 하드 코팅 용액에 촉매를 제공하는 단계를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는,
    상기 하드 코팅 올리고머들이 합성된 상기 하드 코팅 용액에 크로스 링킹 모노머들을 제공하는 단계를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  15. 제7 항에 있어서,
    상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는,
    크로스 링킹 모노머들 및 용매를 포함하는 크로스 링킹 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 크로스 링킹 올리고머들이 합성되도록 상기 크로스 링킹 용액에 촉매를 제공하는 단계를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계는,
    상기 크로스 링킹 올리고머들이 합성된 상기 크로스 링킹 용액에 하드 코팅 모노머들을 제공하는 단계를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  17. 제7 항에 있어서,
    상기 하드 코팅 올리고머들을 합성하는 단계는,
    하드 코팅 모노머들 및 제1 용매를 포함하는 하드 코팅 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 하드 코팅 올리고머들이 합성되도록 상기 하드 코팅 용액에 제1 촉매를 제공하는 단계를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 크로스 링킹 올리고머들을 합성하는 단계는,
    크로스 링킹 모노머들 및 제2 용매를 포함하는 크로스 링킹 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 크로스 링킹 올리고머들이 합성되도록 상기 크로스 링킹 용액에 제2 촉매를 제공하는 단계를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 용매와 상기 제2 용매 각각은 케톤 계열 용매 또는 에테르 계열 용매를 포함하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매는 동일한 촉매인 것을 특징으로 하는 하드 코팅 고분자 제조방법.
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