KR102651384B1 - 규소 화합물, 이를 포함하는 하드코팅 필름 및 표시장치 - Google Patents

규소 화합물, 이를 포함하는 하드코팅 필름 및 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이셀레나이드기(diselenide group)에 의하여 인접한 실록산 모이어티가 연결된 규소 화합물에 관한 것이다. 외부 스트레스 등에 의하여 가역적으로 반응하여 자기 치유 기능을 가지는 다이셀레나이드기와, 우수한 경도 특성을 가지는 실록산 모이어티가 연결되어 내-스크래치 특성 및 경도 특성과 같은 물성이 향상된다. 따라서 본 발명의 규소 화합물은 표시장치의 외곽에 위치하는 하드코팅 필름 및/또는 액정표시장치의 프리즘 시트에 적용되어 외부 스트레스에 의한 손상을 방지할 수 있다.

Description

규소 화합물, 이를 포함하는 하드코팅 필름 및 표시장치{SILICONE COMPOUNDS, HARD COATING FILM AND DISPLAY DEVICE HAVING THE COMPOUND}
본 발명은 규소 화합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내-스크래치 특성과 같은 물성이 향상된 규소 화합물, 이 규소 화합물을 포함하는 하드코팅 필름 및 표시장치에 관한 것이다.
정보 통신 기술이 급속도로 발전하면서 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전하고 있다. 이에 따라 박형화, 경량화, 저-소비전력화를 구현할 수 있는 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치(liquid crystal display device; LCD), 유기발광다이오드(organic light emitting diode; OLED) 표시장치 등의 평판표시장치가 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
특히, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 모바일 기기의 기술이 발전하면서 이들 모바일 기기에 적용되는 표시장치용 기재의 박막화 및 슬림화가 요구되고 있다. 이러한 모바일 기기의 디스플레이용 윈도우 또는 전면에는 기계적 특성이 우수한 소재로 유리 또는 강화 유리와 같은 커버 글라스(cover glass)가 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, 유리는 자체의 무게로 인한 모바일 장치가 고중량화되는 원인이 되고 외부 충격에 의한 파손의 문제가 있다. 따라서, 커버 글라스가 삭제된 구조로서 모바일 기기에 적용될 수 있는 표시장치가 제안되고 있다.
하지만, 표시장치에 터치 기능이 부가되면서 커버 글라스가 없는 구조의 표시장치에서는 터치 동작으로 인하여 스크래치와 같은 표면 손상이 발생한다. 이를 방지하기 위하여, 유리를 대체할 수 있는 소재로 고분자 수지로 이루어지는 플라스틱 소재가 제안되었다. 플라스틱 소재의 필름은 유리에 비하여 경량이면서도 깨질 우려가 적어 더욱 가벼운 모바일 기기에 적합하다. 특히, 고경도 및 내마모성의 특성을 갖는 필름을 달성하기 위해 수지 기재에 하드코팅 층을 코팅하는 필름이 제안되고 있다.
표시장치의 표면 손상을 방지하기 위하여 하드코팅 필름을 표시장치의 최상부층에 도입하였으나, 종래의 하드코팅 필름에 적용된 수지는 내-스크래치 특성이 낮아서 외부 스트레스에 의하여 손상되는 문제가 있다. 하드코팅 필름을 두껍게 형성하는 것을 고려해 볼 수 있으나, 슬림화, 박막화, 경량화를 요구하는 모바일 기기의 추세에 부합하지 않는다는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 모바일 기기에 지속적으로 가해지는 스트레스가 하드코팅 필름에 누적되면서 표면 손상을 발생시키고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 폴리이미드 등의 수지가 첨가된 하드코팅 필름이 제안되기도 하였으나, 폴리이미드 수지는 하드코팅 필름의 주재로 사용되는 아크릴레이트계 수지와의 상용성이 좋지 않으며 광투과율이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이처럼, 최근의 표시장치용 기재의 박막화 및 슬림화에 따라서 하드코팅 필름의 두께를 얇게 하는 경우, 하드 코팅 필름의 내-스크래치 특성 및/또는 강도가 충분히 유지되지 않아서, 적정한 물성을 확보하기 곤란하였다. 따라서, 얇은 두께에서도 향상된 강도나 경도 등의 물성을 가질 수 있는 하드 코팅 필름에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 자기 치유 특성을 활용하여 내-스크래치 특성 및 경도 특성과 같은 물성이 크게 향상된 규소 화합물을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내-스크래치 특성 및 경도 특성이 향상된 하드코팅 필름, 프리즘 시트 및 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 다이셀레나이드기(diselenide group)에 의하여 인접한 실록산기 모이어티가 연결되어 있는 규소 화합물을 제공한다.
예를 들어, 상기 규소 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 가질 수 있다.
화학식 1
(화학식 1에서 A와 B는 각각 독립적으로 실록산기 모이어티를 나타내고, L1과 L2는 각각 C1~C10 알킬렌기, C3~C20 사이클로알킬렌기 또는 C5~C30 아릴렌기이며, m과 n은 각각 0 또는 1임)
이때, 다이셀레나이드기에 의하여 연결되는 인접한 실록산 모이어티, 예를 들어 화학식 1에서 A와 B는 각각 실세스퀴옥산 모이어티일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 바인더와, 상기 바인더 내에 분산되며, 전술한 규소 화합물을 포함하는 하드코팅 필름이나, 바인더와 상기 바인더 내에 분산되며 전술한 규소 화합물을 포함하는 다수의 프리즘 패턴으로 이루어지는 프리즘 시트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 하드코팅 필름 및/또는 프리즘 시트를 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명에 따라 합성된 규소 화합물은 광 조사에 의하여 자기 치유 특성을 가지는 모이어티인 다이셀레나이드(diselenide)기에 의해 연결되는 실록산기 모이어티를 가지고 있어서 외부 스트레스에 의한 표면 손상을 방지할 수 있어서 내-스크래치 특성을 개선할 수 있다.
즉, 외부 스트레스에 의해 다이셀레나이드기가 해리된 후 광에 의해 다이셀레나이드기가 재생성되므로, 외부 스트레스 누적에 의한 표면 손상이 방지된다. 특히, 다이셀레나이드기의 해리 및 재결합은 반복되기 때문에, 표면 손상은 반영구적으로 방지된다.
또한, 실록산기 모이어티가 실세스퀴옥산기인 경우에 하드코팅 필름이나 프리즘 시트의 경도를 또한 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 규소 화합물이 포함된 하드코팅 필름을 표시장치에 적용하는 경우에 커버 글라스가 생략된 표시장치의 최-외각층으로 적용될 수 있기 때문에, 경량, 박형의 표시장치를 제공하면서 표시장치의 손상을 방지할 수 있다.
더욱이, 큰 부피(bulky)를 갖는 실세스퀴옥산 유도체에 의해 광 경화 공정에서 다이셀레나이드기가 충분히 보호되기 때문에, 하드코팅 필름 및 프리즘 시트의 자기 치유 특성이 더욱 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물이 적용된 하드코팅 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물의 자기 치유 메커니즘을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물이 적용된 하드코팅 필름을 포함하는 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 하드코팅 필름과 합착되는 표시패널로서 유기발광 표시패널을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 하드코팅 필름과 합착되는 표시패널로서 액정패널을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물이 포함된 프리즘 시트를 포함하는 액정표시장치를 구성하는 부재 사이의 결합 관계를 도시한 분해 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물이 적용된 프리즘 시트를 개략적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 다이셀레나이드기로 연결되기 전인 실세스퀴옥산 화합물(위쪽)과, 다이셀레나이드기로 연결된 실세스퀴옥산 화합물(아래쪽)에 대한 FTIR(푸리에 변환 적외선 분광법) 스펙트럼 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
[규소 화합물]
본 발명에 따른 규소 화합물은 다이셀레나이드기(diselenide group; -Se-Se-)에 인접한 실록산 모이어티가 연결된 구조를 갖는다. 외부 스트레스에 의하여 다이셀레나이드기가 끊어지지만, 광(light) 조사에 의하여 다이셀레나이드기로 이어지는 가역적인 자기 치유(self healing) 메커니즘이 유도되면서 외부 스트레스를 방출(release)한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 규소 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 갖는다.
화학식 1
(화학식 1에서 A와 B는 각각 독립적으로 실록산기 모이어티를 나타내고, L1과 L2는 각각 C1~C10 알킬렌기, C3~C20 사이클로알킬렌기 또는 C5~C30 아릴렌기이며, m과 n은 각각 0 또는 1임)
화학식 1에서 L1과 L2는 바람직하게는 C1~C10 알킬렌기일 수 있다. 셀레나이드와 실록산기 모이어티 사이의 연결기인 알킬렌기의 탄소수가 10을 초과하면, 연결기의 아크릴 특성이 강해지면서 내-스크래치 특성이 저하될 우려가 있다. 한편, 다이셀레나이드기에 연결되는 A와 B는 인접한 실록산 모이어티이다. 일례로, 본 발명에 따른 규소 화합물은 다수의 인접한 실록산 모이어티가 다수의 다이셀레나이드기를 통하여 연결된 클러스터(cluster) 구조를 가질 수 있다.
Si-O-Si 결합으로 이루오지는 실록산의 단위 구조는 규소에 연결되는 산소 원자의 개수와 치환기의 개수에 따라 Q 타입(Si(O)4), T 타입(Si(O)3OR, Si(O)3R), D 타입(Si(O)2(OR)2, Si(O)2(R)2), M 타입(Si(O)(OR)3, Si(OR)4, Si(O)(R)3, Si(R)4)로 구분하여 정의될 수 있다. 이때, 화학식 1에서 A와 B는 각각 M 타입, T 타입, D 타입 및 Q 타입을 가질 수 있으며, 바람직하게는 T타입의 실록산 단위 구조를 가질 수 있다.
이러한 실록산 모이어티를 가지는 A와 B는 선형 실록산기, 사이클로 실록산기, 사면체 구조의 실록산기를 가지거나, 실세스퀴옥산계 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 예시적인 실시형태에 따르면, A와 B는 bulky한 특성을 가지는 실록산 모이어티를 가질 수 있는데, 이러한 실록산 모이어티로서 경도 특성 및/또는 내열 특성이 우수한 사이클로 실록산 모이어티 또는 사면체 구조의 실록산 모이어티를 가지거나 실세스퀴옥산 모이어티를 가질 수 있다.
예를 들어, 사이클로 실록산기로서 알킬 치환 사이클로 실록산은 규소 원자 각각에 2개의 알킬기가 치환되어 있는 폴리디알킬실록산, 예를 들어 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane; PDMS) 계열의 폴리사이클로 실록산을 포함할 수 있다. 사이클로 실록산기를 가지는 물질은 메틸하이드로사이클로실록산; 헥사-메틸사이클로트리실록산; 헥사-에틸사이클로트리실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사-, 옥타-메틸사이클로테트라실록산; 테트라-에틸사이클로테트라실록산; 테트라-옥틸사이클로테트라실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사-, 옥사- 및 데카-메틸사이클로펜타실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사-, 옥사- 및 도데카-메틸사이클로헥사실록산; 테트라데카-메틸사이클로헵타실록산; 헥사데카-메틸사이클로옥타실록산; 테트라페닐 사이클로테트라실록산; 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
또한, 사면체 실록산기를 갖는 물질의 비제한적인 예로는 테트라키스디메틸실록시실란, 테트라키스디페닐실록시실란 및 테트라키스디에틸실록시실란 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
바람직한 실시형태에 따르면, A와 B는 각각 T타입 단위구조를 가지는 실록산 모이어티인 실세스퀴옥산 모이어티를 가질 수 있다. 실세스퀴옥산은 (RSiO3 / 2)n(R은 수소, C1~C10 알킬기 또는 알킬렌기, C2~C10 알릴기 또는 알릴렌기이고, n은 6, 8, 10, 12 또는 16임)으로 표시되는 T 타입 실록산으로 정의될 수 있는데, 트리알콕시실란(RSi(OR)3)이나 트리클로로실란(RSiCl3)을 이용한 가수분해-중합법을 통하여 합성될 수 있다.
실세스퀴옥산은 가교 결합의 구조 및 형태에 따라 래더 구조(ladder structure), 케이지 구조(cage structure, 바구니 구조) 및 랜덤 구조(random structure)를 가질 수 있다. 이때, 케이지 구조는 완전 케이지 구조 이외에도 케이지의 일부분이 개환되어 있는 불완전 케이지 구조(incomplete cage structure, 부분적 케이지/개방 케이지 구조)로 구분될 수 있다. 특히 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산은 폴리헤드랄 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyhedral oligomeric silsesquioxane; POSS)이라고 하는데, 완전 케이지 구조에서 n은 6, 8, 10, 12 또는 16이며, 불완전 케이지 구조의 경우 케이지 구조 바깥쪽에 실란올기가 위치한다.
하나의 예시적인 실시형태에 따라, 화학식 1에서 A와 B가 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티인 경우에, 본 발명에 따른 규소 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
화학식 2
Figure 112016116279984-pat00003
(화학식 2에서 R1은 셀렌올기(-SeH) 또는 다이셀레나이드기(-Se-Se-)를 나타내고, L1, L2, m과 n은 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다)
다이셀레나이드기에 의하여 연결되는 인접한 실록산 모이어티인 A와 B가 각각 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 경우에 랜덤 구조, 래더 구조, 불완전 케이지 구조 및 완전 케이지 구조 등 모든 구조의 실세스퀴옥산이 가능하다. 다이셀레나이드기에 의하여 연결되는 실세스퀴옥산 모이어티의 구조적 안정성은 랜덤 구조, 래더 구조, 불완전 케이지 구조, 완전 케이지 구조의 순서로 높아진다. 이는 랜덤 구조, 래더 구조, 불완전 케이지 구조, 완전 케이지 구조로 진행될수록 육면체 구조와 유사한 구조가 형성되기 때문이다. 따라서, 화학식 1에서 A와 B 중에서 적어도 하나는 구조적 안정성이 높은 완전 케이지 구조 또는 불완전 케이지 구조와 같은 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산인 것이 바람직할 수 있다.
즉, 다이셀레나이드기를 중심으로 2개의 인접한 실세스퀴옥산 모이어티가 연결되는 구조를 적용할 때, 다이셀레나이드기에 연결되는 실세스퀴옥산 모이어티 중에서 특히 bulky한 특성을 가지는 케이지 구조를 채택하는 경우, 구조적 안정성이나 경도 특성이 우수할 수 있다. 예를 들어 화학식 1에서 A는 랜덤 구조 또는 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티이고, B는 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티일 수 있다.
다이셀레나이드기에 의하여 연결되는 실록산 모이어티가 실세스퀴옥산 모이티인 경우에 구조적 안정성 및 경도 향상을 도모할 수 있다. 하지만, 결정상에 가까운 구조로 인한 과도한 구조적 안정성으로 인하여 다이셀레나이드기를 형성할 수 있는 셀렌올(-SeH) 사이의 결합이 억제될 우려가 있으며, 바인더 등에 혼합할 경우에 상용성이 저하될 우려가 있다. 따라서 하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 실세스퀴옥산 모이어티 중에서 다이셀레나이드기와 연결되는 부위에 적절한 링커(화학식 1 및 2에서 L1, L2)를 도입하여 규소 화합물의 구조적 유연성을 부여하는 것이 바람직할 수 있다.
화학식 2로 나타낸 바와 같이, 다이셀레나이드기가 bulky한 실세스퀴옥산 모이어티를 결합하는 경우, 다이셀레나이드기는 실세스퀴옥산 모이어티에 의하여 구조적으로 가려질 수 있다. 따라서 예를 들어 본 발명에 따른 규소 화합물을 이용하여 하드코팅 필름(20, 도 1 참조)을 형성한 이후에도 다이셀레나이드기가 잔존할 수 있어서 자기 치유 특성을 유지할 수 있는 이점을 또한 갖게 된다.
이처럼 본 발명에 따른 규소 화합물은 자기치유(self healing) 특성을 가지는 다이셀레나이드기(diselenide; -Se-Se-) 모이어티와, 다이셀레나이드기의 양측에 결합되는 실록산(-Si-O-Si-) 모이어티를 포함한다. 즉, 인접한 실록산 모이어티는 다이셀레나이드기에 의하여 결합된다.
이에 따라, 뒤에서 상세하게 살펴보는 바와 같이, 본 발명의 규소 화합물을 포함하는 하드코팅 필름(20, 도 1 참조)이나 프리즘 시트(400, 도 7a 및 도 7b 참조)에 스트레스가 가해지면, 다이셀레나이드기가 해리되면서 하드코팅 필름이나 프리즘 시트에서 일시적으로 결함(defect)이 발생하지만, 외부 스트레스에 의해 해리된 부분에서 광에 의하여 다이셀레나이드기가 재생되어 결함이 치유되므로, 하드코팅 필름이나 프리즘 시트의 손상이 방지될 수 있다. 다이셀레나이드기의 재결합은 낮은 광량에 의해서 이루어질 수 있으므로, 본 발명에 따른 규소 화합물의 자기 치유 특성은 반영구적으로 지속될 수 있다. 또한, 실록산 모이어티로서 실세스퀴옥산 모이어티를 적용하는 경우에 충분한 경도를 확보할 수 있는 이점을 갖는다.
계속해서 본 발명에 따라 다이셀레나이드기를 통하여 인접한 실록산 모이어티가 연결된 규소 화합물을 합성하는 방법에 대해서 설명한다. 하기에서는 실록산 모이어티로서 실세스퀴옥산 모이어티를 가지며, 다이셀레나이드기와 실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자 사이에 링커(L)가 연결된 구조의 규소 화합물을 중심으로 설명한다.
하기 반응식 1에 표시한 바와 같이, 셀렌올기가 도입된 트리알콕시실란(반응식 1에서 R2은 각각 수소 또는 C1~C10 알킬기이고, L은 화학식 1에서 정의된 L1 또는 L2를 나타낸다)을 전구체 물질로 사용하여 셀렌올기가 도입된 실세스퀴옥산을 합성한다. 선택적으로 셀렌올기가 도입된 트리알콕시실란올을 대신하여 셀렌올기가 도입된 트리클로로실란을 전구체 물질로 사용할 수 있다. 셀렌올기가 도입된 트리알콕시실란이나 트리클로로실란과 적절한 용매, 일례로 메탄올의 혼합물에 염산과, 필요에 따라 마그네슘브로마이드를 첨가하고 고온, 일례로 70 내지 110℃, 바람직하게는 80 내지 100, 예를 들어 90℃에서 교반을 수행하여, 셀렌올기가 도입된 실세스퀴옥산을 합성한다. 이때, 셀렌올과 실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자 사이의 반응이 원활하게 이루어질 수 있도록 마그네슘브로마이드와 같은 금속 할라이드가 촉매로 사용될 수 있다. 이 경우, 실세스퀴옥산의 규소 원자가 마그네슘브로마이드와 우선 결합하고, 염산 존재하에서 트리알콕시실란셀렌올의 셀레나이드가 실세스퀴옥산의 규소 원자에 결합된 마그네슘브로마이드와 치환되어, 반응식 1과 같이 실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자에 셀렌올이 결합된 중간 생성물을 얻을 수 있다.
반응식 1
Figure 112016116279984-pat00004
반응식 1에 따라, 셀렌올기가 규소 원자에 도입된 랜덤 구조 또는 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 중간 생성물을 얻을 수 있다. 이때, 랜덤 구조와 케이지 구조가 혼합된 실세스퀴옥산 셀렌올 중간 생성물을 재결정을 통하여 분리할 수 있다. 일례로, 케이지 구조는 독특한 결정상을 가지므로, 적절한 용매, 일례로 THF(테트라하이드로퓨란)에 반응식 1에서 얻어진 중간 생성물을 첨가하면 용해도 차이에 따라 분리될 수 있다. 필요하다면, 빈-용매(poor solvent), 일례로 아세토니트릴과 혼합한 뒤, 냉동 보관하여 셀렌올이 도입된 결정상 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산만을 분리할 수 있다. 분리된 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 셀렌올 중간 생성물은 후술하는 반응식 2에 따라 인접한 실세스퀴옥산 모이어티가 다이셀레나이드기를 통하여 연결된 규소 화합물을 합성하는데 활용될 수 있다.
한편, 실세스퀴옥산을 합성하는데 사용되는 전구체 물질인 트리클로로실란이나 트리알콕시실란 외에도 판상 구조를 이루는 커플러(coupler)를 사용하여 일정 길이방향으로 배열된 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산을 합성할 수 있다. 커플러는 1,4-디클로로페닐렌디아민이나 1,2-디클로로에틸렌디아민을 사용할 수 있으며, 트리클로로실란과 커플러 사이의 프리-커플링 반응이 수행되고, 반응 중간물이 가수 분해되어 실란올-반응 중간체를 형성하면서 자가조립되고, 트리에틸아민이나 트리이소부틸아민과 같은 약염기를 촉매로 사용하여 축합 중합 반응에 의하여 래더 구조의 실세스퀴옥산을 합성할 수 있다.
셀렌올이 도입된 실세스퀴옥산 중간 생성물을 하기 반응식 2와 같이 대략 60 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 90℃, 예를 들어 80℃의 온도에서 반응시키면 인접한 실세스퀴옥산에 도입된 셀렌올이 결합하여 다이셀레나이드 결합을 형성하면서, 본 발명에 따른 규소 화합물을 합성할 수 있다. 반응식 2에서는 설명의 편의를 위하여 실세스퀴옥산 모이어티에서 하나의 셀렌올이 인접한 실세스퀴옥산 모이어티의 셀렌올과 반응하여 다이셀레나이드 결합을 가지는 것으로 설명하였으나, 실세스퀴옥산 모이어티에 도입된 다른 셀렌올기도 인접한 실세스퀴옥산 모이어티에 도입된 셀렌올과 반응하여 다이셀레나이드 결합을 형성할 수 있다.
반응식 2
Figure 112016116279984-pat00005
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 규소 화합물은 반영구적인 자기 치유 메커니즘을 통하여 스트레스에 기인하는 결합을 치유할 수 있다. 본 발명에 따른 규소 화합물은 표시장치를 구성하는 부재에서 스트레스에 의한 결함이 발생하는 부분에 적용하여 내-스크래치 특성 및 경도 특성과 같은 물성을 향상시킬 수 있다.
[하드코팅 필름 및 표시장치]
본 발명에 따른 규소 화합물을 응용하기 위한 제 1 실시형태에 따르면 본 발명의 규소 화합물은 표시장치의 최-외각을 구성하는 하드코팅 필름에 적용될 수 있다. 도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물이 적용된 하드코팅 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 하드코팅 필름(20)은 바인더(22)와, 바인더(22) 내에 분산되어 있는 본 발명에 따른 규소 화합물(24)을 포함한다.
바인더(22)는 광 반응성(광 경화성) 화합물일 수 있으며, 일례로 (메타)아크릴레이트계 수지일 수 있다. 본 명세서에서 (메타)아크릴레이트라는 용어는 아크릴레이트와 메트크릴레이트를 통칭한다. 예를 들어, 바인더(22)는 UV에 의해 경화되는 바인더를 포함할 수 있으며, 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트, 실록산 변성 (메타)아크릴레이트 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
규소 화합물(24)은 다이셀레나이드기에 의하여 인접한 실록산 모이어티, 일례로 실세스퀴옥산(SSQ) 모이어티가 연결된 구조를 갖는다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 규소 화합물(24)은 바인더(22) 중에 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 10 중량부의 비율로 분산될 수 있다. 본 명세서에서 중량부는 배합되는 성분 사이의 중량 비율을 의미한다. 규소 화합물(24)의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에 하드코팅 필름(20)에서 자기치유 메커니즘이 거의 일어나지 않기 때문에, 하드코팅 필름(20)의 결함이 치유되어 손상이 방지되는 효과를 기대하기 어렵다. 반면, 규소 화합물(24)의 함량이 10 중량부를 초과하면 하드코팅 필름(20)의 광학적 특성이 저하될 우려가 있다.
하드코팅 필름(20)은 바인더(22)를 형성하기 위한 하드코팅 형성용 액상 조성물로부터 제조될 수 있다. 하드코팅 필름(20)을 형성하기 액상 조성물은 (메타)아크릴레이트계 모노머 및/또는 올리고머와 같은 전구체, 광중합개시제, 용매와, 본 발명에 따른 규소 화합물(22)을 포함할 수 있다.
바인더(22)를 형성할 수 있는 (메타)아크릴레이트계 반응성 성분은 에틸렌성 이중 결합을 가지는 모노머 및/또는 올리고머를 포함할 수 있다. 이러한 (메타)아크릴레이트계 반응성 성분은 C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C2~C20 알키닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알콕시알킬기, C1~C20 알콕시알릴기, 에폭시기 등으로 치환된 지방족 (메타)아크릴레이트계 반응성 성분, C5-C8의 사이클로알킬 (메타)아크릴레이트계 반응성 성분, C5~C20의 아릴 (메타)아크릴레이트계 반응성 성분, C1~C20 알콕시기를 갖는 알릴알콕시레이트계(allyl alkoxylate) 반응성 성분 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, (메타)아크릴레이트계 반응성 성분은 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate; PETA), 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트(DPPA), 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA) 또는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA)일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로, (메타)아크릴레이트계 올리고머는 하드코팅 형성용 액상 조성물 중에 30 내지 70 중량부, 바람직하게는 40 내지 60 중량부의 비율로 포함될 수 있고, (메타)아크릴레이트계 모노머는 5 내지 20 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
하드코팅 형성용 액상 조성물에 포함될 수 있는 광중합개시제는 특별히 한정되지 않으며, 아세토페논계 광중합개시제, 벤조페논계 광중합개시제, 티오크산톤계 광중합개시제, 벤조인계 광중합개시제, 트리아진계 광중합개시제를 포함한다. 예를 들어, Irgacure 184, Irgacure 819 및 이들의 조합으로 구성될 수 있는 상업적 광중합개시제를 사용할 수 있다. 광중합개시제는 하드코팅 형성용 액상 조성물 중에 대략 0.1 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
하드코팅 형성용 액상 조성물에 포함되는 용매는 특별히 한정되는 것은 아니며, 일례로 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 에틸에테르아세테이트(PGEEA), 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 프로필에테르(PGPE), 에틸렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸글리콜 메틸아세테이트, 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 메틸에톡시프로피오네이트, 에틸에톡시프로피오네이트, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 시클로헥산온, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 디메틸포름아미드, N,N'-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 톨루엔 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 하드코팅 형성용 액상 조성물 중에 용매는 60 내지 90 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
전술한 하드코팅 형성용 액상 조성물을 적절한 기재에 코팅(예를 들어, 롤-코팅(roll coating), 스핀-코팅(spin coating), 딥-코팅(deep coating), 플로우-코팅(flow coating) 및 스프레이 코팅(spray coating) 등)하고, 광경화를 수행하여 바인더(22) 내에 규소 화합물(24)이 분산된 하드코팅 필름(20)을 제조할 수 있다. 광경화를 위해서 적절한 광원(예를 들어 UV 또는 LED 램프)를 사용할 수 있으며, 이에 따라 광 반응성 성분인 (메타)아크릴레이트계 반응성 성분이 경화된다. 예를 들어 광경화는 대략 3000 내지 5000 J/㎠ 강도의 광을 조사하여 진행될 수 있으며, 수초간 수행될 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물의 자기 치유 메커니즘을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 규소 화합물(24)이 포함된 하드코팅 필름(20)에서 가시광의 흡수에 의한 자기치유 반응이 일어날 수 있다. 특히, 실록산 모이어티로서 bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산 모이어티를 적용하는 경우에 규소 화합물(24)을 구성하는 다이셀레나이드기가 구조적으로 가려지고, 광경화 등의 공정에 의하여 하드코팅 필름(20)이 형성된 이후에도 다이셀레나이드기 모이어티가 잔존하여, 하드코팅 필름(20)은 자기치유 특성을 갖게 된다.
다이셀레나이드기가 인접한 실세스퀴옥산 모이어티를 결합하는 경우, 다이셀레나이드기는 실세스퀴옥산 모이어티에 의하여 구조적으로 가려지며, 광(UV) 경화 공정에서 다이셀레나이드기에 대한 공격이 차단된다. 따라서, 하드코팅 필름(20) 내에 다이셀레나이드기가 잔존하게 되므로, 스트레스가 하드코팅 필름(20)에 인가되어 일시적인 결함이 생성되더라도, 다이셀레나이드기의 자기치유 메커니즘을 통하여 결함을 치유하는 방법으로 스트레스를 해결할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하드코팅 필름(20, 도 1 참조)에 스트레스가 가해지면, 규소 화합물(24)의 다이셀레나이드기가 해리(또는 분리)되고, 이는 하드코팅 필름(20)에 일시적인 결함을 발생시킨다. 즉, 결합 엔탈피(bonding enthalpy)가 상대적으로 작은 다이셀레나이드기가 외부 스트레스에 의해 해리된다. 만약, 이와 같은 결함이 치유되지 못하면, 결함이 성장하여 하드코팅 필름(20)에 스크래치와 같은 손상이 발생된다.
그러나, 본 발명에서는, 가시광에 의해 다이셀레나이드기가 재생성되기 때문에, 스트레스에 누적에 의한 결함의 성장이나 누적이 방지된다. 즉, 본 발명의 하드코팅 필름(20)은 광에 의한 가역적 반응에 의해 자기치유 특성을 갖기 때문에, 사용자의 터치와 같은 스트레스에 의해 하드코팅 필름(20)이 손상되는 것이 방지된다. 특히, 셀렌올로 해리된 상태에서 다이셀레나이드기를 재생성하기 위해 요구되는 광량, 즉 광에너지 수준은 매우 낮다. 따라서, 본 발명에 따른 규소 화합물(24)을 포함하는 하드코팅 필름(20)에서, 실내광이나 외광과 같은 적은 광량의 빛이 표시장치에 도입되는 것만으로도 다이셀레나이드기의 재생성을 통한 자기 치유 메커니즘이 신속하게 진행되어, 하드코팅 필름(20)에서의 손상을 효율적으로 방지할 수 있다.
계속해서, 본 발명에 따른 하드코팅 필름이 적용된 표시장치에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물이 적용된 하드코팅 필름을 포함하는 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 표시장치(100)는 표시패널(110)과, 상기 표시패널(110)의 일 측에 위치하는 하드코팅 필름(120)을 포함한다.
상기 하드코팅 필름(120)은 표시 패널(110)의 표시 면과 마주보며 표시장치(100)의 최-외각층이 된다. 하드코팅 필름(120)은, 바인더(122)와, 상기 바인더(122)에 분산되며, 자기치유 특성을 위한 다이셀레나이드기(diselenide; -S-S-)와, 다이셀레나이드기의 양측에 결합된 실록산 모이어티(-Si-O-Si-)를 가지는 규소 화합물(124)을 포함한다. 즉, 규소 화합물(124)에서 이웃한 실록산 모이어티는 다이셀레나이드기에 의해 결합되어 있다.
전술한 바와 같이, 상기 표시장치(100)의 이용에 따라 상기 하드코팅 필름(120)에 스트레스가 가해지면, 상기 다이셀레나이드기가 해리되어 하드코팅 필름(120) 내에서 일시적인 결함(defect)이 발생하고 이와 같은 결함이 성장, 유지되어 하드코팅 필름(120)의 표면 손상을 일으킨다. 그러나, 본 발명에서는, 스트레스에 의해 해리된 부분으로부터 광에 의해 다이셀레나이드기가 재생성되므로, 결함이 바로 치유되어 하드코팅 필름(120)의 손상이 방지된다.
특히, 다이셀레나이드기는 해리와 재결합을 반복하기 때문에, 자기치유 특성은 반영구적으로 지속되어 하드코팅 필름(120)의 내구성이 향상된다. 아울러, 실록산 모이어티로서 실세스퀴옥산 모이어티를 도입하는 경우, 하드코팅 필름(120)이 충분한 경도를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 하드코팅 필름(120)은 표시장치(100)의 최-외각층에 적용되기에 적합하다.
즉, 본 발명에 따르면, 우수한 경도 특성을 갖고 자기치유 특성에 의해 표면 손상을 방지할 수 있는 하드코팅 필름(120)이 제공되며, 하드코팅 필름(120)이 표시장치(100)의 최-외각층이 되기 때문에 커버 글라스가 생략된 경량-박형의 표시장치(100)를 가능하게 한다. 상기 표시장치(100)는 내-스크래치 특성 및 경도 특성이 향상된 하드코팅 필름(120)으로 인하여 박형, 경량, 슬림화를 구현할 수 있다.
한편, 표시장치(100)는 터치 기능을 가질 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린 패널이라고 일컬어지는 터치 패널(미도시)을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 터치 패널(미도시)은 표시패널(110)과 하드코팅 필름(120) 사이에 위치하는 온-셀 타입(on cell type)일 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 터치 패널(미도시)은 하드코팅 필름(120)과 반대되는 표시패널(110)의 타 측, 일례로 표시패널(100) 내부에 위치하는 인-셀 타입(in-cell type)일 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 표시패널을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 표시패널(110)은 발광다이오드 표시패널일 수 있다. 즉, 상기 표시패널(110)은 기판(112)과, 상기 기판(112) 상에 위치하는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 기판(112) 상부에 위치하고 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 발광다이오드(D)와, 상기 발광다이오드(D)를 덮는 인캡슐레이션 필름(180)을 포함할 수 있다.
상기 기판(112)은 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene Terephthalate, PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 기판(112)은 상기 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구성 요소의 형성 공정에 적합하지 않기 때문에, 유리 기판과 같은 캐리어 기판(미도시)에 상기 기판(112)을 부착한 상태에서 상기 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구성 요소의 형성 공정이 진행된다. 이후, 상기 캐리어 기판과 상기 기판(112)을 분리함으로써, 상기 표시패널(110)을 얻을 수 있다.
상기 기판(112) 상에는 버퍼층(142)이 형성되고, 버퍼층(142) 상에 구동 소자인 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.
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 4에서는, 게이트 절연막(146)이 기판(112) 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. 도 4에서 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 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(170)은 인듐-주석-산화물(indium-tin-oxide; ITO) 또는 인듐-아연-산화물(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 음극(cathode)으로 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(118)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판(118)은 원형 편광판일 수 있다. 그러나, 외부광에 의한 명암비 저하의 문제가 없다면, 상기 편광판(118)은 생략될 수 있다. 이때, 하드코팅 필름(120, 도 3 참조)는 상기 편광판(118) 상에 코팅되거나 별도의 필름 형태로 상기 편광판(118) 상에 부착될 수 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이 표시패널(110)로서 액정패널(210)이 이용될 수 있다. 액정패널(210)은, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(212, 214)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(212, 214) 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 제 1 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 비-표시영역을 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, 214)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, 214) 각각의 외측에는 서로 수직한 투과축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판(216, 218)이 부착된다. 또한, 도시하지 않았으나, 상기 액정층(260)과 접하여 상기 제 1 및 제 2 기판(212, 214) 각각의 상부에는 배향막이 형성될 수 있고, 상기 제 1 기판(212) 하부에 빛을 공급하는 백라이트 유닛, 일례로 플렉서블 타입 백라이트 유닛이 위치할 수 있다. 하드코팅 필름(120, 도 3 참조)은 상기 제 2 편광판(218) 상에 코팅되거나 별도의 필름 형태로 상기 제 2 편광판(218) 상에 부착될 수 있다.
본 발명의 하드코팅 필름(120, 도 3 참조)은, 바인더(122, 도 3 참조)와 상기 바인더 내에 분산되어 있는 규소 화합물(124, 도 3 참조)을 포함하며, 상기 규소 화합물은 자기치유 메커니즘을 구현할 수 있는 다이셀레나이드기(diselenide group)와, 다이셀레나이드기의 양측에 결합되는 실록산 모이어티를 갖는다. 다이셀레나이드기를 포함하는 규소 화합물(124, 도 3 참조)이 함유된 하드코팅 필름(120, 도 3 참조)에 스트레스가 인가되어 다이셀레나이드기가 끊어져서 일시적인 결함이 발생하더라도, 낮은 광량에서 다이셀레나이드기가 재생성되어 결함을 신속하게 치유할 수 있다. 따라서 상기 하드코팅 필름(120)의 내-스크래치 특성과 같은 물성을 향상시킬 수 있다. 또한 다이셀레나이드기에 의해 연결되는 실록산 모이어티로서 실세스퀴옥산 모이어티를 적용하면, 규소 화합물(124, 도 3 참조)의 구조적 안정성 및 경도가 향상되고, 규소 화합물을 포함하는 하드코팅 필름(120, 도 3 참조)의 경도 특성이 또한 향상된다. 이에 따라, 표시장치에서 커버 글라스를 사용할 필요가 없기 때문에, 박형, 경량화가 가능한 표시장치를 구현할 수 있다.
[프리즘 시트, 백라이트 유닛 및 액정표시장치]
본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에서, 다이셀레나이드기에 의하여 인접한 실록산 모이어티가 연결된 규소 화합물을 프리즘 시트에 적용한다. 도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 규소 화합물이 프리즘 시트에 적용될 수 있는 액정표시장치를 구성하는 부재 사이의 결합 관계를 도시한 분해 사시도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(300)는 액정패널(310)과 백라이트 유닛(320)을 포함하며 상기 백라이트 유닛(320)은 프리즘 시트(미도시)를 포함한다. 또한, 액정표시장치(300)는 메인 프레임(330), 탑 프레임(340), 바텀 프레임(350)을 더 포함할 수 있다.
상기 액정패널(310)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층(미도시)을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 기판(312) 및 제 2 기판(314)을 포함한다. 액정패널(310)은 도 5에 도시한 액정패널(210)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
액정패널(310)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(316)를 매개로 게이트 및 데이터 인쇄회로기판(317)이 연결되어 모듈화 과정에서 메인 프레임(330)에 밀착된다. 또한, 액정층의 누설을 방지하기 위해, 상기 제 1 기판(312) 및 제 2 기판(314)의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)이 형성된다.
상기 백라이트 유닛(320)은 상기 액정패널(310)의 하부에 위치하여 빛을 공급하며, 전술한 바와 같이 상기 액정층의 액정분자가 구동되어 발생하는 투과율의 차이가 외부로 발현됨으로써 액정표시장치는 영상을 구현하게 된다. 상기 백라이트 유닛(320)은 도광판(323), 반사판(325), 광학시트(321) 및 광원(329)을 포함한다.
상기 도광판(323)은 상기 액정패널(310)의 하부에 위치하며, 상기 반사판(325)은 상기 도광판(323)의 배면에 위치한다. 즉, 상기 도광판(323)은 상기 액정패널(310)과 상기 반사판(325) 사이에 위치한다. 또한, 상기 광학시트(321)는 상기 도광판(323)의 상부, 즉 상기 액정패널(310)과 상기 도광판(323) 사이에 위치한다.
상기 광원(329)은 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 어셈블리일 수 있으며, 이 경우 광원(329)은 LED 어셈블리일 수 있다. LED 어셈블리로서의 광원(329)은 상기 도광판(323)과 평행하게 위치하는 LED 인쇄회로기판(329a)과 상기 LED 인쇄회로기판(329a) 상에 실장되며 측면을 통해 빛을 발산하는 다수의 LED(329b)를 포함한다. 선택적으로, 상기 광원(329)으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp) 중 어느 하나가 이용될 수도 있다.
상기 광원(329)은 상기 도광판(323)의 일측에 위치하여 상기 도광판(323)을 향해 빛을 공급한다. 즉, 상기 광원(329)로부터 출사되는 빛은 상기 도광판(323)으로 입사된 후 전반사에 의해 상기 도광판(323) 내부에 골고루 퍼지고 상기 광학시트(321)를 거쳐 균일한 면광원이 되어 상기 액정패널(310)에 제공된다.
상기 도광판(323)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴은 타원형(elliptical shape), 다각형(polygon shape), 홀로그램 패턴(hologram pattern)일 수 있다.
상기 반사판(325)은 상기 도광판(323) 배면에서 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킨다. 추후 설명되는 바와 같이, 상기 광학시트(321)는 프리즘 시트를 포함하고 적어도 하나의 확산시트를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 프레임(330)은 상기 액정패널(310)과 상기 백라이트 유닛(320)의 측면을 감싸며, 상기 바텀 프레임(350)은 상기 백라이트 유닛(320)의 배면을 덮는다. 또한, 상기 탑 프레임(340)은 상기 액정패널(310)의 전면(前面) 가장자리를 덮고 상기 메인 프레임(330) 및 상기 바텀 프레임(350)과 결합되어 액정표시장치(300)를 구성한다.
한편, 도 6을 통해 도광판(323)을 포함하고 상기 도광판(323)의 일측에 광원(329)이 위치하는 에지형 백라이트 유닛에 대하여 설명하였다. 이와 달리, 도광판(323) 없이 광학 시트(321)의 하부에 다수의 광원이 배열되어 광학시트(321)로 직접 빛이 조사되는 직하형 백라이트 유닛일 수도 있다.
즉, 본 발명은, 프리즘 시트를 포함하는 광학시트(321)의 하부에 광원(329)이 위치하여, 광원(329)으로부터의 빛이 프리즘 시트를 통해 액정패널(310)로 제공될 수 있는 백라이트 유닛(320) 및 액정표시장치(310)와 이에 이용되는 프리즘 시트에 관한 것이다. 그 중에서 본 발명에 따른 규소 화합물이 적용되는 프리즘 시트에 대해서 보다 상세하게 살펴본다. 도 7a 및 도 7b 각각은 본 발명에 따른 프리즘 시트의 개략적인 단면도와 사시도이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리즘 시트(400)는, 베이스(410)와 상기 베이스(410)의 일면에 배열된 다수의 프리즘 패턴(420)을 포함한다. 상기 다수의 프리즘 패턴(420)은 동일한 방향으로 배열될 수 있다.
상기 베이스 필름(410)은 약 1.5 내지 1.6의 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 필름(410)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 이루어질 수 있다.
상기 프리즘 패턴(420)은, 바인더(422)와, 상기 바인더 내에 분산되어 있으며, 다이셀레나이드기(-Se-Se-)와, 다이셀레나이드기의 양측에 결합되는 실록산 모이어티를 포함하는 규소 화합물(424)을 포함한다. 일례로, 실록산 모이어티는 실세스퀴옥산 모이어티일 수 있다. 종래 프리즘 시트에서 프리즘 패턴은 쉽게 손상되어 광 균일도 저하 문제가 발생하거나, 프리즘 패턴에 의하여 투과율이 저하되어 액정표시장치(300)의 휘도 저하 문제가 발생하였다. 하지만, 본 발명에 따르면 다이셀레나이드기에 의한 자기 치유 메커니즘에 의하여 프리즘 패턴(420)에서 발생하는 결함을 신속하게 치유할 수 있으며, 실세스퀴옥산과 같은 경도가 우수한 실록산 모이어티를 포함하고 있으므로, 프리즘 패턴(420)의 강도 역시 향상시킬 수 있는 이점을 갖는다.
한편, 프리즘 패턴(420)에 포함되는 바인더(422)는, 하드코팅 필름(20, 도 1 참조)에 사용된 바인더와 유사하게 광 반응성 화합물일 수 있으며, 일례로 (메타)아크릴레이트계 화합물일 수 있다. 예를 들어, 바인더(422)는 UV에 의해 경화되는 바인더가 포함된다. 예를 들어, 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트, 실록산 변성 (메타)아크릴레이트 중 어느 하나일 수 있다.
하드코팅 필름(20, 도 1 참조)을 형성하기 위하여 바인더 전구체인 모노머/올리고머, 용매, 광중합개시제 및 규소 화합물을 포함하는 하드코팅 형성용 액상 조성물이 사용된 것과 유사하게, 프리즘 패턴(420)을 형성하기 위하여 프리즘 패턴 형성용 액상 조성물이 사용될 수 있다. 프리즘 패턴 형성용 액상 조성물에 포함되는 모노머/올리고머, 용매, 광중합 개시제 및 규소 화합물의 종류와 함량은 하드코팅 형성용 액상 조성물과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 프리즘 시트(400)에 스트레스가 가해지면 상기 규소 화합물(424)을 구성하는 다이셀레나이드기가 일시적으로 해리되어 프리즘 시트(400) 내에서 일시적인 결함(defect)이 일어난다. 하지만, 스트레스에 의해 해리된 부분으로부터 광에 의해 다이셀레나이드기가 재생성되므로, 결함이 바로 치유되어 프리즘 시트(400)의 손상이 방지된다. 특히, 다이셀레나이드기는 해리와 재결합을 반복하기 때문에, 자기치유 특성은 반영구적으로 지속되어 프리즘 시트(400)의 내구성이 향상된다. 또한, 다이셀레나이드기로 연결되는 실록산 모이어티로서 실세스퀴옥산 모이어티를 적용하는 경우에 프리즘 패턴(420) 및 이를 포함하는 프리즘 시트(400)의 강성이나 경도를 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 규소 화합물(424)에 포함된 다이셀레나이드기에 의하여 프리즘 패턴(420)의 손상을 신속하게 복구할 수 있으며, 경도 특성이 우수한 실세스퀴옥산 모이어티를 채택하여 프리즘 패턴(420)의 강성이 향상되어 프리즘 패턴(420)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 다이셀레나이드기의 자기치유 특성에 따라 프리즘 패턴(420)에 대한 손상이 신속히 회복되어 광 균일도 저하 문제가 방지될 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
합성예 1: 실세스퀴옥산 셀렌올의 합성
실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자에 셀렌올이 직접 결합된 실세스퀴옥산 셀렌올을 다음과 같이 합성하였다. 출발 전구체로서 3-트리메톡시실란-1-셀렌올 10 mL, 메탄올 240 mL의 혼합물에 염산 20 mL을 첨가하였다. 반응 혼합물을 500 mL 둥근바닥 플라스크에 넣고 90℃에서 3시간 동안 교반하였다. 플라스크 바닥에 침전된 백색 점성 침전물을 메탄올을 이용하여 3회 세척하여, 잔여 반응물을 제거하였다. 침전물을 3 mL THF에 용해한 뒤, 200 mL 아세토니트릴에 천천히 적가하였다. 혼합물을 다시 -20℃에서 밤새 결정시켰다. 수득된 생성물인 실란올이 도입된 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 중간 생성물을 아세톤으로 세척한 뒤, 추후의 사용을 위하여 12시간 동안 상온에서 진공 펌프에서 건조하여 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 분리하였다. 결정상으로 분리되지 않은 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올 역시 추후 사용을 위하여 보관하였다.
합성예 2: 실세스퀴옥산 셀렌올의 합성
출발 전구체로서 3-트리메톡시-1-셀렌올을 대신하여 3-트리메톡시실란메탄-1-셀렌올을 사용한 것을 제외하고 합성예 1의 절차를 반복하였다. 실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자와 셀렌올 사이에 메틸렌기가 연결된 랜덤 구조 및 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 합성하였다.
합성예 3: 실세스퀴옥산 셀렌올의 합성
출발 전구체로서 3-트리메톡시실란-1-셀렌올을 대신하여 3-트리메톡시실란메탄-1-셀렌올을 사용하고, 그 외에 커플러인 1,4-디클로로페닐렌디아민을 첨가한 것을 제외하고 합성예 1의 절차를 반복하였다. 실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자와 셀렌올 사이에 메틸렌기가 연결된 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 합성하였다.
합성예 4: 실세스퀴옥산 셀렌올의 합성
출발 전구체로서 3-트리메톡시-1-셀렌올을 대신하여 3-트리메톡시실란에탄-1-셀렌올을 사용한 것을 제외하고 합성예 1의 절차를 반복하였다. 실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자와 셀렌올 사이에 에틸렌기가 연결된 랜덤 구조 및 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 합성하였다.
합성예 5: 랜덤-랜덤 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 1에서 합성된 셀렌올과 규소 원자가 직접 연결된 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기의 양측에 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 각각 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 6: 랜덤- 케이지 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 1에서 합성된 셀렌올과 규소 원자가 직접 연결된 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올과, 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올의 혼합물을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기에 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티와 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 각각 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 7: 케이지 - 케이지 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 1에서 합성된 셀렌올과 규소 원자가 직접 연결된 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기의 양측에 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 8: 랜덤-랜덤 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 2에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기의 양 측에 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 9: 랜덤- 래더 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 2에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올과, 합성예 3에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기에 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티와, 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 각각 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 10: 래더 - 래더 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 3에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기의 양측에 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 11: 래더 - 케이지 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 2에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올과, 합성예 3에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기에 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티와, 래더 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 각각 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 12: 랜덤- 케이지 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 2에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올과, 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기에 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티와, 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 각각 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 13: 랜덤- 케이지 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 4에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 에틸렌기가 연결된 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올과, 셀렌올과 규소 원자 사이에 에틸렌기가 연결된 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기에 랜덤 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티와, 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
합성예 14: 케이지 - 케이지 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물 합성
합성예 2에서 합성된 셀렌올과 규소 원자 사이에 메틸렌기가 연결된 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 실란올을 80℃로 열처리하여 다이셀레나이드기의 양측에 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티가 연결된 규소 화합물을 합성하였다.
실험예 1: 다이셀레나이드 결합 확인
합성예 7에 따라 합성된 케이지-케이지 구조의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지는 규소 화합물에 대하여 FT-IR 분석을 수행하였다. 도 8은 본 실험예에 따른 스펙트럼 분석 결과를 나타낸다. 실세스퀴옥산에 셀레나이드가 도입되기 전(상부)과 비교해서 셀레나이드가 도입된 후(하부)에 새로운 피크가 형성되어 다이셀레나이드 결합을 통하여 다수의 실세스퀴옥산 모이어티가 클러스터 구조를 형성하는 규소 화합물이 합성된 것을 확인하였다.
실시예 1: 하드코팅 필름 제조
합성예 5에서 합성된 규소 화합물이 포함된 하드코팅 필름을 제조하였다. 바인더 소재인 우레탄아크릴레이트를 기준으로 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 100 중량%, Iragacure 184 10 중량%, 합성예 6의 규소 화합물 1 중량%, 용매 MEK 600 중량%로 이루어지는 하드코팅 형성용 액상 조성물을 기재에 코팅하고 80℃에서 10분간 건조한 후 UV광(350 nm, 100초)을 조사하여 경화시킴으로써, 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 2: 하드코팅 필름 제조
합성예 6에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 3: 하드코팅 필름 제조
합성예 7에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 4: 하드코팅 필름 제조
합성예 8에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 5: 하드코팅 필름 제조
합성예 9에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 6: 하드코팅 필름 제조
합성예 10에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 7: 하드코팅 필름 제조
합성예 11에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 8: 하드코팅 필름 제조
합성예 12에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 9: 하드코팅 필름 제조
합성예 13에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 10: 하드코팅 필름 제조
합성예 14에서 합성된 규소 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 11: 하드코팅 필름 제조
규소 화합물 대신에 단분자 형태의 다이페닐 다이셀레나이드(diphenyl diselenide) 분말에 다이클로로메탄을 1:9로 혼합한 용액 1 중량%를 하드코팅 형성용 액상 조성물에 첨가한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 1: 하드코팅 필름 제조
규소 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 2: 하드코팅 필름 제조
규소 화합물 대신에 단분자 형태의 다이메톡시 다이설파이드(dimethoxy disulfide) 분말에 다이클로로메탄을 1:9로 혼합한 용액을 하드코팅 형성용 액상 조성물에 첨가한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 하드코팅 필름을 제조하였다.
실험예 2: 자기 치유 메커니즘에 요구되는 광량 평가
실시예 11과 비교예 2에서 각각 첨가된 단분자 형태의 다이페닐 다이셀레나이드와 다이메톡시 다이설파이드가 첨가된 하드코팅 필름에 광량을 조절하면서 내-스크래치 특성이 향상되는 광량을 평가하였다. 비교예 2에서 사용된 다이메톡시 다이설파이드가 첨가된 하드코팅 필름에서 자기 치유 메커니즘에 따라 내-스크래치 특성이 향상되기 위해서는 100 mW/㎠의 광량이 요구되었다. 반면, 실시예 11에서 사용된 다이페닐 다이셀레나이드가 첨가된 하드코팅 필름의 경우, 1 mW/㎠의 광량으로도 자기 치유 메커니즘에 따라 내-스크래치 특성이 향상된다는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 티올 결합 에너지에 비하여 셀렌올 결합 에너지가 낮기 때문에, 적은 광량에 의해서도 자기 치유 메커니즘을 구현할 수 있다는 것을 의미한다.
실험예 3: 내- 스크래치 특성 평가
실시예 1 내지 11과, 비교예 1 내지 2에서 각각 제조된 하드코팅 필름에 대한 내-스크래치(anti-scratch, A/S) 특성 평가를 수행하였다. 스틸 울(steel wool) 500 g을 각각의 하드코팅 필름에 문질러서 스크래치가 발생할 때까지의 스틸 울이 마모된 횟수를 측정하여 내-스크래치 특성을 평가하였으며, 1 mW/㎠(비교예 2는 100 mW/㎠)의 광량을 조사하여 스트레스에 대한 손상이 치유될 수 있도록 유도하였다. 평가 결과는 하기 표 1에 표시되어 있다.
내-스크래치 테스트 평가
실시예 SSQ/SSQ Se와 규소 사이 연결기 A/S(횟수)
1 랜덤/랜덤 없음 3000
2 랜덤/케이지 없음 8000
3 케이지/케이지 없음 10000
4 랜덤/랜덤 -CH2- 3000
5 랜덤/래더 -CH2- 3000
6 래더/래더 -CH2- 3500
7 래더/케이지 -CH2- 5000
8 랜덤/케이지 -CH2- 10000
9 랜덤/케이지 -CH2CH2- >10000
10 케이지/케이지 -CH2 >10000
11 다이페닐 다이셀레나이드 <5000
비교예 1 규소 화합물 없음 1400
비교예 2 다이메톡시 다이설파이드 700
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 규소 화합물이 포함되지 않은 하드코팅 필름(비교예 1)에서는 스틸 울이 1400회 마모되면서 하드코팅 필름에 스크래치가 발생하였으며, 다이설파이드 단분자는 스틸 울이 700회 마모되면서 하드코팅 필름에 스크래치가 발생하였다. 반면, 본 발명에 따라 다이셀레나이드기에 실세스퀴옥산 모이어티가 결합된 규소 화합물이 하드 코팅 필름에 1 중량% 첨가한 경우에는 스틸 울이 3000회 이상 마모된 이후에야 스크래치가 발생하여 내-스크래치 특성이 크게 향상된 것을 알 수 있다.
다이셀레나이드기에 결합되는 실세스퀴옥산 모이어티 중에서 적어도 하나의 모이어티가 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티인 경우(실시예 2, 3, 7, 8, 9, 10), 단분자 형태의 다이셀레나이드 화합물을 사용한 경우보다 내-스크래치 특성이 더욱 향상되었다. 특히, 다이셀레나이드기에 결합되는 실세스퀴옥산 모이어티가 랜덤-케이지 또는 케이지-케이지인 경우에 내-스크래치 특성이 크게 개선되었음을 확인하였다.
또한, 실시예 8 및 실시예 9에서 알 수 있는 것처럼, 다이셀레나이드기에 결합되는 실세스퀴옥산 모이어티가 동일한 경우라고 하더라도, 다이셀레나이드기와 실세스퀴옥산 모이어티 사이의 연결기를 유동성이 좋은 연결기로 바꾸는 경우에 다이셀레나이드기와 실세스퀴옥산을 구성하는 규소 원자 사이의 결합 특성을 향상시키고 내-스크래치 특성을 더욱 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
상기에서는 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 전술한 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은, 첨부하는 특허청구범위를 통하여 더욱 분명하다.
20, 120: 하드코팅 필름 22, 122: 바인더
24, 124: 규소 화합물 100, 300: 표시장치
110, 210, 310: 표시패널
320: 백라이트 유닛 700: 프리즘 시트
710: 베이스 720: 프리즘 패턴

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 단위 구조를 가지는 규소 화합물.
    화학식 1

    (화학식 1에서 A와 B는 각각 독립적으로 실세스퀴옥산 모이어티를 나타내고, L1과 L2는 각각 C1~C10 알킬렌기, C3~C20 사이클로알킬렌기 또는 C6~C30 아릴렌기이며, m과 n은 각각 0 또는 1임)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 L1과 L2는 각각 C1~C10 알킬렌기인 규소 화합물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 A와 상기 B는 케이지 구조(cage structure)를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티인 규소 화합물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 A와 상기 B 중에서 적어도 하나는 케이지 구조(cage structure)를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티인 규소 화합물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 A는 랜덤 구조(random structure) 또는 케이지 구조(cage structure)를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티이고, 상기 B는 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산 모이어티인 규소 화합물.
  6. 바인더; 및
    상기 바인더 내에 분산되며, 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 기재된 규소 화합물
    을 포함하는 하드코팅 필름.
  7. 표시패널; 및
    상기 표시패널의 일 측에 위치하며, 제 6항에 기재된 하드코팅 필름
    을 포함하는 표시장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 하드코팅 필름과 상기 표시패널 사이, 또는 상기 표시패널의 타 측에 위치하는 터치 패널을 더욱 포함하는 표시장치.
  9. 베이스; 및
    상기 베이스 상에 배열되며, 바인더와, 상기 바인더 내에 분산되며 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 기재된 규소 화합물을 포함하는 다수의 프리즘 패턴
    을 포함하는 프리즘 시트.
  10. 제 9항에 기재된 프리즘 시트; 및
    상기 프리즘 시트의 하부에 위치하는 광원
    을 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 프리즘 시트의 하부에 위치하는 도광판을 더욱 포함하고,
    상기 광원은 상기 도광판의 일측에 위치하는 백라이트 유닛.
  12. 액정패널; 및
    상기 액정패널의 일 측에 위치하며, 제 10항에 기재된 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 프리즘 시트는 상기 광원과 상기 액정패널 사이에 위치하는 액정표시장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 m과 n은 각각 0인 규소 화합물.
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