KR20050081281A - 디스플레이 패널용 플라스틱 필름 - Google Patents

디스플레이 패널용 플라스틱 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스플레이 패널용 플라스틱 필름에 관한 것으로서, 플라스틱 투명필름; 상기 플라스틱 투명필름 상면에 형성된 제1 금속산화막; 상기 제1 금속산화막 상면에 형성된 금속박막; 및 상기 금속박막 상면에 형성된 제2 금속산화막;을 포함한다. 본 발명의 플라스틱 필름은 기체 투과 방지성이 우수할 뿐만 아니라, 전체 가시광선 대역에서 광학투과성과 내구성도 양호하여 디스플레이 패널용으로 유용하다.

Description

디스플레이 패널용 플라스틱 필름{A plastic film for display panel}
본 발명은 각종 디스플레이 패널로 사용되는 플라스틱 필름에 관한 것이다.
디스플레이 패널은 전자계산기, 전자시계, 자동차 네비게이션, 사무자동화 기기, 휴대전화, 노트북 컴퓨터 및 정보통신 단말기 등의 표시장치에 널리 사용되고 있는데, 예를 들어 액정표시장치는 내부에 투명전극과 배향막을 형성시켜 대향시킨 상부 패널 및 하부 패널 사이에 액정이 주입된 구조로 되어 있다.
종래에 이와 같은 디스플레이 패널은 유리로 이루어진 패널을 사용하였다. 그러나, 유리패널은 투명성은 좋으나 유리의 특성상 내충격성이 부족하여 충격에 쉽게 파손되며 박형화하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 단위 부피당 무게가 커서 경량화하는데 한계가 있다. 따라서, 최근에는 내충격성이 우수하고 경량화가 가능한 플라스틱 투명필름으로 이루어진 패널이 유리패널을 점차 대체하고 있다. 즉, 플라스틱 필름 소재의 디스플레이 패널은 유리 소재의 디스플레이 패널에 비해 두께는 약 1/3(0.7 ㎜ 두께의 유리 대비), 중량은 약 1/5정도이며 내충격성 또한 우수하다.
그러나, 플라스틱 필름은 유리에 비하여 산소 및 수증기 투과성이 크므로, 액정 주입, 고온공정 및 냉각 등 주위 환경의 온도변화와 압력변화에 의해 수증기 및 산소 기체가 투과하여 기포가 발생하거나 액정을 산화시켜 디스플레이의 품질을 저하시킬 우려가 있다. 따라서 디스플레이에 사용되는 플라스틱 필름의 이러한 단점을 보완하기 위하여 플라스틱 투명필름 표면에 기체 투과 방지막을 형성하므로서 수증기나 산소 기체가 투과하는 것을 최소화시키고 있다.
디스플레이 패널용 플라스틱 투명필름 위에 적용되는 기체 투과 방지막은 산소 및 수증기에 대한 투과 방지성 외에도, 높은 빛 투과율, 내용제성, 표면경도, 내열성 등이 요구되는데, 일반적으로 산화규소(SiOx), 산화알루미늄(AlxOy ), 산화탄탈륨(TaxOy), 산화티타늄(TiOx) 등과 같은 금속산화물을 사용한다.
이러한 금속산화물로 형성된 기체 투과 방지막(이하, 금속산화막이라 함)은 일반적으로 졸-겔법, 플라즈마 화학증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 스퍼터링(sputtering)등의 진공증착법을 이용하여 플라스틱 필름 표면에 코팅한다. 형성된 금속산화막은 공통적으로 플라스틱 필름의 표면에 100 ㎚ 두께 이하로 형성되어 필름의 광학적 특성에 손상을 주지 않으면서 기체 투과를 감소시키는 특징을 가지나, 기체 투과 차단도가 플렉시블 디스플레이에 적용할 수 있는 수준에는 미치지 못한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 기체 투과 방지성이 우수할 뿐만 아니라, 전체 가시광선 대역에서 광학투과성과 내구성도 양호한 디스플레이 패널용 플라스틱 필름을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 플라스틱 투명필름; 상기 플라스틱 투명필름 상면에 형성된 제1 금속산화막; 상기 제1 금속산화막 상면에 형성된 금속박막; 및 상기 금속박막 상면에 형성된 제2 금속산화막;을 포함하는 디스플레이 패널용 플라스틱 필름을 제공한다.
본 발명의 디스플레이 패널용 플라스틱 필름에 있어서, 제1 금속산화막 및 제2 금속산화막은 서로 독립적으로 각각 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화탄탈륨, 질화규소, 질화알루미늄 및 질화티타늄 등의 금속산화물로 형성하고, 금속박막은 알루미늄, 니켈, 은, 금, 규소, 티타늄 및 탄탈륨 등의 금속으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 디스플레이 패널용 플라스틱 필름에 있어서, 제1 금속산화막의 두께는 10nm ~ 100nm, 금속박막의 두께는 5nm ~ 50nm, 제2 금속산화막의 두께는 10nm ~ 100nm으로 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 디스플레이 패널용 플라스틱 필름은 기체 투과 방지성이 우수할 뿐만 아니라, 전체 가시광선 대역에서 광학투과성과 내구성도 양호하여, 특히 플렉시블 디스플레이 기판에서 요구하고 있는 수증기와 산소에 대한 기체 차단성 0.05 g/m2/day 미만, 투과도(at 550 nm) 85% 이상과 구부러짐시 기계적 안정도와 같은 물성을 만족시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 디스플레이 패널용 플라스틱 필름의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 디스플레이 패널용 플라스틱 필름은 플라스틱 투명필름 상면에 제1 금속산화막이 형성되어 있다. 또한, 제1 금속산화막 상면에는 금속박막이 형성되어 있으며, 그 위에 다시 제2 금속산화막이 형성되어 있다.
전술한 바와 같이, 금속산화막은 플라스틱 필름의 기체 투과를 감소시키는 특징을 가지나, 기체 투과 차단도가 플렉시블 디스플레이에 적용할 수 있는 수준에는 미치지 못한다. 따라서, 본 발명의 플라스틱 필름은 기체 투과 방지성이 우수한 금속박막을 도입하였다. 금속박막은 금속산화막과는 달리 기체 투과 방지성이 매우 우수하다. 이러한 금속박막은 알루미늄, 니켈, 은, 금, 규소, 티타늄, 탄탈륨 등의 금속을 스퍼터링 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 금속박막은 기체 차단 성질은 탁월하여 0.5-0.01g/m2/day의 수증기 투과도를 갖을 수 있다. 금속박막의 두께를 증가시키면 기체 차단성은 증가하지만 광학 투과도가 감소하게 되므로, 기체 차단성질과 광학 투과도의 적정한 조절이 필요한데, 바람직한 금속박막의 두께는 5nm ~ 50nm이다.
한편, 금속박막은 기체 투과 방지 특성이 우수한 반면에 광학적 투과도와 기계적 유연성이 떨어진다. 따라서 광학적 투과율과 기계적 안정도를 증가시키기 위하여 금속산화막을 금속박막의 양면에 형성하여 이와 같은 문제점을 해결하였다. 금속박막의 양면에 형성된 제1 금속산화막과 제2 금속산화막은 서로 독립적으로 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화탄탈륨, 질화규소, 질화알루미늄 및 질화티타늄 등의 무기물을 이용하여 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 제1 금속산화막과 제2 금속산화막의 두께는 각각 10nm ~ 100nm 및 10 ~ 100nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 디스플레이 패널용 플라스틱 필름에 있어서, 광학적 투과율을 향상시키기 위해서는 금속박막의 표면 반사율을 최소화하여야 하는데, 금속박막의 표면에 형성된 금속 산화막에 의해 계면에서의 반사가 상쇄됨으로서 이루어진다. 이러한 현상을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 유전체의 표면반사 상쇄를 설명하는 금속산화막의 개략적인 단면도이다. 유전체 표면에 금속산화막을 형성하여 공기/금속산화막 계면에서의 반사파와 금속산화막/유전체 계면에서의 반사파가 서로 상쇄간섭이 일어나도록 하여 무반사 효과를 구현한다. 단일 금속산화막을 이용하여 반사방지막을 형성하려면 매질의 굴절율들은 다음의 관계식을 만족하여야 한다.
nd > nx > n0 --- 식(1)
금속산화막의 굴절율(nx)이 공기의 굴절율(n0) 보다 크므로 공기/금속산화막 계면에서의 반사파는 180o의 위상변화를 경험하게 되고, 금속산화막/유전체 계면에서의 반사파 또한 동일한 180o의 위상변화를 경험하게 된다. 따라서 두 반사파가 상쇄간섭을 일으키려면 금속산화막/유전체 계면에서의 반사파가 공기/금속산화막 계면에서의 반사파에 비해 추가적으로 경험하게 되는 광경로인 2nxd가 파장의 정수배 더하기 반파장이 되도록 하면 된다. 여기서 d는 금속산화막의 물리적 두께이다. 즉 금속산화막의 광학적 두께 nxd는 식(2)를 만족하여야 한다.
nxd = mλ/2 + λ/4 (m = 0,1,2,3...)--- 식(2)
이제 금속의 표면반사 상쇄를 위한 금속산화막의 형성에 의한 광학적 두께와 광학어드미턴스의 궤적을 통하여 살펴보도록 하겠다. 먼저 단일막일 경우에 표면에서의 반사율은 식(3)으로 나타내며,
--- 식(3)
다층막일 경우에는 유효굴절률인 광학어드미턴스(Y)로 표면에서의 반사율을 나타낼 수 있다.
--- 식(4)
여기서 광학어드미턴스(Y)=x0-iy0 을 대입하면,
--- 식(5)
식(5)에서 표면에서의 반사율 R을 최소화하기 위해서는 공기의 굴절률(1, 0)과 다층막의 유효굴절률이 (1, 0)으로 같을 경우 반사율을 최소화하여 광학투과도가 증가하게 된다.
도 3은 금속박막의 표면반사 상쇄를 설명하는 금속산화막의 개략적인 단면도이다. 금속은 유전체와 달리 복소수 굴절율을 갖고 있다. 그 허수부에 해당하는 k 값을 소멸계수라 부르고, k 값은 금속 내부에서의 광흡수가 일어나는 원인을 제공한다. 금속산화막/금속 계면에서의 반사파는 금속의 복소수 굴절율때문에 유전체의 경우와 달리 180o보다 작은 위상변화를 경험하게 된다. 한편, 공기/금속산화막 계면에서의 반사파는 그림 1의 경우와 마찬가지로 180o의 위상변화를 경험하게 되므로, 금속산화막/금속 계면에서의 반사파가 추가적으로 경험하게 되는 광경로인 2nxd가 파장의 정수배 더하기 반파장보다 작을 때 상쇄간섭이 일어나게 된다. 반사율이 최소가 되는 금속산화막의 두께는 금속산화막의 굴절율과 금속의 굴절율 실수부, 소멸계수 및 두께의 함수이다. 금속계면에서의 반사방지를 위한 금속산화막의 최적 광학적 두께 nxd는 Essential Macleod와 같은 박막 설계 및 분석 프로그램을 이용하여 정확한 값을 계산할 수 있으며, 대략 다음의 영역에 존재한다.
nxd = (mλ/2 + λ/8) ~ (mλ/2 + λ/4) (m = 0,1,2,3...)--- 식(6)
다층막의 반사율을 최소화하기 위한 유효굴절률과 광학두께을 살펴보았으며,이로부터 공기의 굴절률(1, 0)에 가까워지는 광학어드미턴스 궤적을 Essential Macleod을 이용하여 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 화살표방향으로 막두께가 증가함을 의미하며 막두께가 증가함에 따른 유효굴절률(Y=x0-iy0)의 값이 변화하여 공기의 굴절률인 (1, 0)에 근접함으로서 반사율을 최소화된다.
금속산화물의 역할은 금속박막의 투과율을 증가시킬 뿐 아니라 금속박막에서 취약한 기계적 유연성의 부족도 개선시킬 수 있다. 금속박막과 플라스틱 필름의 큰 modulus 차이로 인해 표면 접착력이 약하며, 금속박막이 구부러질 때의 crack 발생에 의한 defect의 생성으로 기체 차단성이 현저하게 저하 된다. 금속 산화물의 추가 형성이 디스플레이 용 기판의 기계적 안정도 도한 크게 개선시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 디스플레이 패널용 플라스틱 필름에 있어서, 플라스틱 투명필름으로는 광학특성이 우수한 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer) 등의 열가소성 고분자 수지와 에폭시, 불포화 폴리에스터 등의 열경화성 고분자 수지로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
비교예 1
은으로 된 금속박막을 PES 플라스틱 기판위에 형성하고, 금속박막의 두께 변화에 따른 광 투과도와 수증기 투과도를 측정하여 도 5 및 표 1에 나타냈다. 도 5를 참조하면, 금속박막의 두께가 증가 할수록 금속박막이 코팅된 필름의 투과율은 크게 감소한다. 그러나 기체 차단성질은 금속박막의 두께에 비례하여 증가한다. 표 1에서는 금속박막의 두께가 40, 80, 120A°으로 증가함에 따라 기체 차단성질이 증가함을 볼 수 있다. 기체 투과도가 0.1 미만인 기판을 얻으려면 금속의 두께를 80A°이상으로 형성하여야 하는데 투과율에 문제가 있어 사용할 수 없다. 따라서 기체 차단성을 유지하면서 투과율을 높일 수 있는 금속 산화막을 추가로 형성하여야 한다.
40 A° 80 A° 120 A°
Transmittance(%) at 550 nm 66.2 35.7 17.3
WVTR(수증기 투과도 g/m2/day) 0.5 0.1 0.05
비교예 2
도 6에 도시한 바와 같이, 티타늄 산화막/은박막/PES의 적층막을 형성하였다. 수증기 투과도는 0.04 g/m2/day로 기체차단성은 약간 증가하는데 반하여 투과율은 크게 증가한다(도 7 참조). 그러나, 가시광선 전 영역에서 고르게 증가하지 않고 녹색파장대에서만 투과율이 증가하여 약간의 색을 띠게 된다.
실시예 1
도 1에 도시된 바와 같은 티타늄 산화막/은박막/티타늄 산화막/PES의 적층막을 형성하였다. 이러한 적층막의 가시광선 대역에서의 광투과 스펙트럼(도 8 참조)을 살펴 보면, 플라스틱 기판과 금속박막 사이에 형성된 추가적인 금속산화막에 의하여 전 가시광선대역에서 고르게 투과율이 증가함을 알 수 있으며, 기체 차단성 또한 우수함을 알 수 있다.
실시예 2
도 9에 도시된 바와 같은 ITO/은박막/ITO/PES의 적층막을 형성하였다. 이러한 적층막의 가시광선 대역에서의 광투과 스펙트럼(도 10 참조)을 살펴 보면, 역시 플라스틱 기판과 금속박막 사이에 형성된 추가적인 금속산화막에 의하여 전 가시광선대역에서 고르게 투과율이 증가함을 알 수 있으며, 수증기 투과도는 0.025으로기체 차단성도 우수함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 플라스틱 필름은 금속박막을 구비하여 기체 투과 방지성이 우수할 뿐만 아니라, 금속박막 양면에 형성된 금속산화막에 의하여 내구성 뿐만 아니라 전체 가시광선 대역에서의 광학투과성이 양호하다. 따라서, 디스플레이 패널, 특히 플렉시블 디스플레이 패널용으로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 디스플레이 패널용 플라스틱 필름의 개략적인 단면도.
도 2는 유전체의 표면반사 상쇄를 설명하는 금속산화막의 개략적인 단면도.
도 3은 금속박막의 표면반사 상쇄를 설명하는 금속산화막의 개략적인 단면도.
도 4는 금속산화막/금속박막/금속산화막의 막두께에 따른 어드미턴스 궤적도.
도 5는 플라스틱 기판의 금속박막의 두께 변화에 따른 광 투과 스펙트럼.
도 6은 티타늄 산화막/은박막/PES 적층막의 개략적인 단면도.
도 7은 티타늄 산화막/은박막/PES 적층막의 광 투과 스펙트럼.
도 8은 본 발명의 일실시예에 EK른 티타늄 산화막/은박막/티타늄 산화막/PES 적층막의 가시광선 대역에서의 광투과 스펙트럼.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 ITO/은박막/ITO/PES 적층막의 개략적인 단면도.
도 10은 ITO/은박막/ITO/PES 적층막의 가시광선 대역에서의 광투과 스펙트럼.

Claims (3)

  1. 플라스틱 투명필름;
    상기 플라스틱 투명필름 상면에 형성된 제1 금속산화막;
    상기 제1 금속산화막 상면에 형성된 금속박막; 및
    상기 금속박막 상면에 형성된 제2 금속산화막;을 포함하는 디스플레이 패널용 플라스틱 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속산화막 및 제2 금속산화막은 서로 독립적으로 각각 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화탄탈륨, 질화규소, 질화알루미늄 및 질화티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 금속산화물로 형성되고, 상기 금속박막은 알루미늄, 니켈, 은, 금, 규소, 티타늄 및 탄탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널용 플라스틱 필름.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속산화막의 두께는 10nm ~ 100nm이고, 금속박막의 두께는 5nm ~ 50nm이고, 제2 금속산화막의 두께는 10nm ~ 100nm인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널용 플라스틱 필름.
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