KR20170077699A - 하드코팅 필름 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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KR20170077699A
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김위용
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Abstract

본 발명은 나프토파이란 화합물 또는 나프토파이란 모이어티를 포함하고 자기 치유 특성을 갖는 하드코팅 필름을 제공한다.
따라서, 하드코팅 필름을 포함하는 표시장치는 커버 글래스가 생략된 경량-박형의 장점을 갖는다.

Description

하드코팅 필름 및 이를 포함하는 표시장치{Hard-coating film and Display device including the same}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 자기치유(self-healing)가 가능한 하드코팅 필름 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 하드코팅 필름을 표시장치의 최상부층으로 도입하고 있으나, 표시장치의 지속적 사용에 따라 하드코팅 필름의 표면 손상은 여전히 발생하고 있다.
즉, 하드코팅층에 의해 초기 동작 시에는 표면 손상이 방지되나, 지속적 사용에 따라 스트레스가 하드코팅 필름에 누적되어 표면 손상을 발생시키고 있다.
본 발명은 표시장치에 이용되는 하드코팅 필름의 표면 손상을 원천적으로 방지하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명의 하드코팅 필름은 나프토파이란 화합물 또는 나프토파이란 모이어티를 포함한다.
또한, 본 발명은, 전술한 하드코팅 필름이 표시패널의 일면에 형성된 표시장치를 제공한다.
본 발명의 하드코팅 필름은 나프토파이란(naphthopyran) 모이어티를 갖는 자기치유 화합물을 포함함으로써, 외부 스트레스에 의한 하드코팅 필름의 표면 손상이 방지된다.
즉, 외부 스트레스에 의해 나프토파이란 모이어티의 링이 오픈된 후 자연적으로 오픈된 링이 닫히게 되어, 외부 스트레스 누적에 의한 하드코팅 필름의 표면 손상이 방지된다.
또한, 나프토파이란 모이어티의 오픈 및 재생성은 반복되기 때문에, 하드코팅 필름의 표면 손상은 반영구적으로 방지된다.
따라서, 본 발명은 커버 글래스 없이 스크래치와 같은 손상을 방지할 수 있는 표시장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름의 자기치유 매커니즘을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하드코팅 필름의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 표시패널의 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
본 발명은, 고분자 매트릭스와, 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되는 나프토파이란 화합물을 포함하는 하드코팅 필름을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 하드코팅 필름에 있어서, 상기 나프토파이란 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, X, Y 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아로마틱 그룹 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아로마틱 그룹으로부터 선택될 수 있다.
Figure pat00001
다른 관점에서, 본 발명은, 고분자 매트릭스와, 상기 고분자 매트릭스에 결합되는 나프토파이란 모이어티를 포함하는 하드코팅 필름을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 하드코팅 필름에 있어서, 상기 나프토파이란 모이어티 하기 화학식으로 표시되고, X, Y 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아로마틱 그룹 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아로마틱 그룹으로부터 선택되며, Z는 비닐기이고, n은 0 또는 1일 수 있다.
Figure pat00002
또 다른 관점에서, 본 발명은, 전술한 하드코팅 필름과, 상기 하드코팅 필름의 일측에 위치하는 표시 패널을 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치는, 상기 하드코팅 필름과 상기 표시 패널 사이에 위치하는 터치 패널을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치에 있어서, 상기 하드코팅 필름은 결함을 스스로 치유할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
-제 1 실시예-
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름(100)은 고분자 매트릭스(110, 또는 바인더)와 나프토파이란(naphtopyran) 화합물(120)을 포함하며, 하드코팅 필름(100)은 나프토파이란 화합물(120)에 의해 자기치유 특성을 갖는다.
상기 고분자 매트릭스(110)는 하드코팅 필름(100)의 기본 구조를 이룬다. 예를 들어, 상기 고분자 매트릭스(110)는 우레탄 아크릴레이트 화합물 또는 실리콘 아크릴레이트 화합물과 같은 아크릴레이트 화합물일 수 있다.
상기 나프토파이란 화합물(120)은 하기 화학식1로 표시될 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00003
상기 화학식1에서, X, Y 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아로마틱 그룹 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아로마틱 그룹으로부터 선택된다. 예를 들어, X, Y 각각은 독립적으로 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 퓨란, 티오펜, 피리딘으로부터 선택될 수 있으며, X, Y 각각의 치환체는 C1~C10의 알킬 그룹, 아민 그룹, 안트라센과 같은 방향족 그룹, 니트릴(nitrile) 그룹 또는 설포네이트(sulfonate) 그룹으로부터 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 나프토파이란 화합물(120)은 하기 화학식2의 물질에서 선택될 수 있다.
[화학식2]
Figure pat00004
Figure pat00005

상기 나프토파이란 화합물(120)은 상기 고분자 매트릭스(110)에 대하여 약 1~15 중량비를 가질 수 있다. 상기 중량비 이하에서는 하드코팅 필름(100)의 자기 치유 특성을 얻기 힘들고, 상기 중량비 이상에서는 하드코팅 필름(100)의 경도와 같은 물리적 특성을 얻기 힘들다.
한편, 상기 나프토파이란 화합물(120)은 화학식1의 X, Y에 의해 발색 특성을 갖는다. 즉, 상기 하드코팅 필름(100)에 UV 또는 외부 충격이 가해지면 링이 오픈되는 경우, 상기 나프토파이란 화합물(120)로부터 발색이 일어난다.
나프토파이란 화합물(120)의 발색에 의한 하드코팅 필름(100)의 광학 특성 저하 문제를 방지하거나 최소화하기 위해, 상기 나프토파이란 화합물(120)은 상기 고분자 매트릭스(110)에 대하여 약 1~5의 중량비를 가질 수 있다.
본 발명의 하드코팅 필름(100)은 자기 치유 특성을 갖는다. 즉, 하드코팅 필름(100)에 외부 충격이 가해지면 나프토파이란 화합물(120)의 링(ring)이 오픈되지만, 자연광 또는 암(暗) 상태에서 오픈된 링은 닫히게 된다. 따라서, 하드코팅 필름(100)에 발생될 수 있는 스크래치와 같은 손상(결함)이 치유된다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름의 자기치유 매커니즘을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 나프토파이란 화합물(도 1의 120)이 포함된 하드코팅 필름(도 1의 100)에 스트레스 또는 충격이 가해지면, 나프토파이란 화합물(120)의 링이 오픈되고 이러한 상태가 유지되면서 외부 충격이 누적되면 하드코팅 필름(100)에 스크래치와 같은 손상이 발생한다.
그러나, 가시광선 또는 암 상태에서 오픈되었던 링이 닫히게 되어 나프토파이란 화합물(120)이 재생성된다. 즉, 외부 충격에 의한 스트레스가 누적되지 않기 때문에, 하드코팅 필름(100)의 손상이 방지된다.
또한, 나프토파이란 화합물(120)에서의 링 오픈과 닫힘이 반복되기 때문에, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름(100)은 반영구적인 자기 치유 특성을 갖는다.
따라서, 커버 글래스를 생략하면서도, 외부 충격에 의한 손상이 방지되는 표시장치를 제공할 수 있다.
그런데, 화학식1에 표시된 나프토파이란 화합물(120)을 이용하는 경우, 하드코팅 필름(100)의 광학 특성 저하 문제가 발생할 수 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하드코팅 필름의 SEM 사진인 도 3을 참조하면, 나프토파이란 화합물의 응집과 같은 현상에 의해 하드코팅 필름의 광학 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
-제 2 실시예-
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하드코팅 필름의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하드코팅 필름(200)은 고분자 매트릭스(210)와 상기 고분자 매트릭스(210)에 결합되어 있는 나프토파이란(naphtopyran) 모이어티(moiety, 220)를 포함하며, 하드코팅 필름(200)은 나프토파이란 모이어티에 의해 자기치유 특성을 갖는다.
상기 고분자 매트릭스(210)는 하드코팅 필름(200)의 기본 구조를 이룬다. 예를 들어, 상기 고분자 매트릭스(210)는 우레탄 아크릴레이트 화합물 또는 실리콘 아크릴레이트 화합물과 같은 아크릴레이트 화합물일 수 있다.
상기 나프토파이란 화합물(220)은 하기 화학식3으로 표시될 수 있다.
[화학식3]
Figure pat00006
상기 화학식3에서, X, Y 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아로마틱 그룹 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아로마틱 그룹으로부터 선택된다. 예를 들어, X, Y 각각은 독립적으로 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 퓨란, 티오펜, 피리딘으로부터 선택될 수 있으며, X, Y 각각의 치환체는 C1~C10의 알킬 그룹, 아민 그룹, 안트라센과 같은 방향족 그룹, 니트릴(nitrile) 그룹 또는 설포네이트(sulfonate) 그룹으로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 화학식3에서, Z는 비닐기 또는 아크릴레이트기일 수 있고, 비닐기 또는 아크릴레이트기에 의해 나프토파이란 모이어티(220)는 고분자 매트릭스(210)와 결합된다.
또한, n은 0 또는 1이다.
예를 들어, 상기 나프토파이란 모이어티(220)는 하기 화학식4의 물질에서 선택될 수 있다.
[화학식4]
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012

상기 나프토파이란 모이어티(220)는 상기 고분자 매트릭스(210)에 대하여 약 1~15 중량비를 가질 수 있다. 상기 중량비 이하에서는 하드코팅 필름(200)의 자기 치유 특성을 얻기 힘들고, 상기 중량비 이상에서는 하드코팅 필름(200)의 물리적 특성을 얻기 힘들다.
한편, 상기 나프토파이란 모이어티(220)는 화학식3의 X, Y에 의해 발색 특성을 갖는다. 즉, 상기 하드코팅 필름(200)에 UV 또는 외부 충격이 가해지면 링이 오픈되는 경우, 상기 나프토파이란 모이어티(220)로부터 발색이 일어난다.
나프토파이란 모이어티(220)의 발색에 의한 하드코팅 필름(200)의 광학 특성 저하 문제를 방지하거나 최소화하기 위해, 상기 나프토파이란 모이어티(220)는 상기 고분자 매트릭스(210)에 대하여 약 1~5의 중량비를 가질 수 있다.
즉, 하드코팅 필름 조성물에서, 고분자 매트릭스(210)를 이루게 되는 모노머 및/또는 올리고머에 전체에 대하여 나프토파이란 모이어티(220)를 이루게 되는 나프토파이란 화합물이 약 1~5의 중량비를 가질 수 있다.
나프토파이란 화합물의 합성
1. 화합물1(8-Acyloyloxy-[3,3-diphenyl]-3H-naphtho[2,1-b]pyran)의 합성
(1) 화합물A 합성
[반응식1-1]
Figure pat00013
2,6-dihydroxynaphthalene (1.0 mole)을 Flask (1.0 L)에 넣고 CH2Cl2 (0.5 L)과 교반하여 용해시켰다. 촉매 triethylamine (0.5 mole)을 넣고 질소를 주입하였다. acryloyl chloride (0.5 mole)를 -5℃에서 서서히 떨어뜨린 후 24시간 동안 환류시켜 화합물A(2-Hydroxy-6-acyloyloxy-naphthalene)를 얻었다.
(2) 화합물1의 합성
[반응식1-2]
Figure pat00014
화합물A를 NaOH와 ethylacetate를 이용하여 추출한 후, 1,1-diphenyl-2-propyn-1-ol (0.5 mole)을 첨가하고 CH2Cl2 (0.5 L)에 용해시켰다. 혼합물에 질소를 주입하면서 촉매인 PTSA(para toluene sulfonic acid, 0.3 mole)을 첨가하고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. NaOH와 ethylacetate를 이용하여 반응 생성물을 추출하고 ethylacetate로 5회 이상 세척하여 불순물을 제거하였다. 60℃에서 2일간 건조하여 백색 파우더 상태의 화합물1을 얻었다.
2. 화합물2(8-(2-acyloyloxy)ethoxy-[3,3-diphenyl]-3H-naphtho[2,1-b]pyran)의 합성
(1) 화합물B의 합성
[반응식2-1]
Figure pat00015
2,6-dihydroxynaphthalene (1.0 mole)을 Flask (1.0 L)에 넣고 dimethyl formaldehyde(DMF, 0.5 L)와 교반하여 용해시켰다. 2-bromo-1-ethanol (0.5 mole)을 첨가한 후, 촉매인 K2CO3 (0.5 mole)와 KI (0.5 mole)를 넣고 질소를 주입하였다. 85℃에서 24시간 동안 환류시켜 반응을 종료시킴으로써, 화합물B(2-hydroxy-6-(2-hydroxy)ethoxynaphthalene)를 얻었다.
(2) 화합물C의 합성
[반응식2-2]
Figure pat00016
화합물B에 1,1-diphenyl-2-propyn-1-ol (0.5 mole)을 첨가하고 CH2Cl2 (0.5 L)과 교반하여 용해시켰다. 혼합물에 질소를 주입하고 촉매인 PTSA (para toluene sulfonic acid, 0.3 mole)을 첨가한 후 상온에서 24시간 동안 교반하였다. NaOH와 ethylacetate를 이용하여 반응 생성물을 추출하고, ethylacetate로 5회 이상 세척하여 불순물을 제거함으로써 화합물C(8-(2-Hydroxy)ethoxy-[3,3-diphenyl]-3H-naphtho[2,1-b]pyran)를 얻었다.
(3) 화합물2의 합성
[반응식2-3]
Figure pat00017
화합물C를 NaOH와 ethylacetate를 이용하여 추출한 후 CH2Cl2 (0.5 L)와 교반하여 용해시켰다. 촉매 triethylamine (0.5 mole)을 넣고 질소를 주입하였다. acryloyl chloride (0.5 mole)를 -5℃에서 서서히 떨어뜨린 후 24시간 동안 환류시켰다. NaOH와 ethylacetate를 이용하여 반응 생성물을 추출하고 ethylacetate로 5회 이상 세척하여 불순물을 제거하였다. 60℃에서 2일간 건조하여 백색 파우더 상태의 화합물2를 얻었다.
3. 화합물3(8-(6-acyloyloxy)hexoxy-[3,3-diphenyl]-3H-naphtho[2,1-b]pyran)의 합성
(1) 화합물D의 합성
[반응식3-1]
Figure pat00018
2,6-dihydroxynaphthalene (1.0 mole)을 Flask (1.0 L)에 넣고 dimethyl formaldehyde(DMF, 0.5 L)와 교반하여 용해시켰다. 2-bromo-1-ethanol (0.5 mole)을 첨가한 후, 촉매인 K2CO3 (0.5 mole)와 KI (0.5 mole)를 넣고 질소를 주입하였다. 85℃에서 24시간 동안 환류시켜 반응을 종료시킴으로써, 화합물D(2-Hydroxy-6-(6- hydroxyh)hexoxy-naphthalene)를 얻었다.
(2) 화합물E의 합성
[반응식3-2]
Figure pat00019
화합물D에 1,1-diphenyl-2-propyn-1-ol (0.5 mole)을 첨가하고 CH2Cl2 (0.5 L)과 교반하여 용해시켰다. 혼합물에 질소를 주입하고 촉매인 PTSA (para toluene sulfonic acid, 0.3 mole)을 첨가한 후 상온에서 24시간 동안 교반하였다. NaOH와 ethylacetate를 이용하여 반응 생성물을 추출하고, ethylacetate로 5회 이상 세척하여 불순물을 제거함으로써 화합물E(8-(6-hydroxy)hexoxy-[3,3-diphenyl]-3H-naphtho[2,1-b]pyran)를 얻었다.
(3) 화합물3의 합성
[반응식3-3]
Figure pat00020
화합물E를 NaOH와 ethylacetate를 이용하여 추출한 후 CH2Cl2 (0.5 L)와 교반하여 용해시켰다. 촉매 triethylamine (0.5 mole)을 넣고 질소를 주입하였다. acryloyl chloride (0.5 mole)를 -5℃에서 서서히 떨어뜨린 후 24시간 동안 환류시켰다. NaOH와 ethylacetate를 이용하여 반응 생성물을 추출하고 ethylacetate로 5회 이상 세척하여 불순물을 제거하였다. 60℃에서 2일간 건조하여 백색 파우더 상태의 화합물3을 얻었다.
하드코팅 필름 제조
아크릴레이트계 모노머 (및/또는 올리고머), UV 광개시제 (모노머에 대하여 0.1~1 중량%), 화학식4의 나프토파이란 화합물 (모노머에 대하여 1~10 중량%), 용매 (모노머에 대하여 150~300 중량%)를 혼합하여 하드코팅 필름 조성물을 제조하고 이를 코팅한 후 UV를 조사함으로써, 하드코팅 필름을 제조하였다.
나프토파이란 화합물의 중량비를 달리하는 하드코팅 필름(200)을 제조하고 그 광학 특성을 아래 표1에 기재하였다.
Figure pat00021
표1에서 보여지는 바와 같이, 나프토파이란 화합물의 중량비가 증가하는 경우, 하드코팅 필름(200)의 광학 특성이 저하된다. 구체적으로, 나프토파이란 화합물을 표시한 화학식3에서 X, Y에 의해 나프토파이란 화합물은 발색 특성을 갖기 때문에, 하드코팅 필름(200)의 물리적, 광학적 특성을 고려하여 나프토파이란 화합물의 중량비가 조절되어야 한다.
투명한 하드코팅 필름(200)을 얻기 위해서, 나프토파이란 화합물은 모노머에 대하여 약 1~5%의 중량비를 가질 수 있다. 이와 달리, 하드코팅 필름(200)이 색상을 갖는 경우, 나프토파이란 화합물은 모노머에 대하여 약 1~10%의 중량비를 가질 수 있다.
본 발명의 하드코팅 필름(200)은 자기 치유 특성을 갖는다. 즉, 하드코팅 필름(200)에 외부 충격이 가해지면 나프토파이란 모이어티(220)의 링(ring)이 오픈되지만, 자연광 또는 암(暗) 상태에서 오픈된 링은 닫히게 된다. 따라서, 하드코팅 필름(200)에 발생될 수 있는 스크래치와 같은 손상이 치유된다.
도 2를 통해 설명한 바와 같이, 나프토파이란 모이어티(도 4의 220)가 포함된 하드코팅 필름(도 4의 200)에 외부 충격이 가해지면, 나프토파이란 모이어티(220)의 링이 오픈되고 이러한 상태가 유지되면서 외부 충격이 누적되면 하드코팅 필름(200)에 스크래치와 같은 손상이 발생한다.
그러나, 가시광선 또는 암 상태에서 오픈되었던 링이 닫히게 되어 나프토파이란 모이어티(220)가 재생성된다. 즉, 외부 충격에 의한 스트레스가 누적되지 않기 때문에, 하드코팅 필름(200)의 손상이 방지된다.
또한, 나프토파이란 모이어티(220)에서의 링 오픈과 닫힘이 반복되기 때문에, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하드코팅 필름(200)은 반영구적인 자기 치유 특성을 갖는다.
따라서, 커버 글래스를 생략하면서도, 외부 충격에 의한 손상이 방지되는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 나프토파이란 모이어티(220)는 고분자 매트릭스(210)에 결합되어 있기 때문에, 하드코팅 필름(200)의 광학 특성 저하 문제가 방지된다.
-제 3 실시예-
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시장치(300)는 표시 패널(310)과, 상기 표시 패널(310)의 일측에 위치하는 하드코팅 필름(320)을 포함한다.
즉, 상기 하드코팅 필름(320)은 상기 표시 패널(310)의 표시면과 마주보며 표시장치(300)의 최외각층이 될 수 있다.
상기 하드코팅 필름(320)은, 자기치유 특성을 위한 나프토파이란 화합물(도 1의 120) 또는 나프토파이란 모이어티(도 4의 220)를 포함한다.
상기 표시장치(300)의 이용에 따라 상기 하드코팅 필름(320)에 스트레스가 가해지면, 나프토파이란 화합물(120) 또는 나프토파이란 모이어티(220)의 링이 오프된 후 닫히기 된다. 따라서, 스트레스의 누적에 의한 하드코팅 필름(320)의 손상이 방지된다.
또한, 나프토파이란 화합물(120) 또는 나프토파이란 모이어티(220)의 링 오픈과 닫힘이 반복되기 때문에, 자기치유 특성은 반영구적으로 지속되며 하드코팅 필름(320)의 내구성이 향상된다.
하드코팅 필름(320)에서, 나프토파이란 화합물(120) 또는 나프토파이란 모이어티(220)는 고분자 매트릭스(도 1의 110 또는 도 4의 210)에 대하여 약 1~15 중량비를 갖는다. 이에 따라, 하드코팅 필름(320)은 우수한 광학 특성(투과도)과 물리적 특성(경도)을 갖는다.
즉, 우수한 경도 특성을 갖고 자기치유 특성에 의해 표면 손상을 방지할 수 있는 하드코팅 필름(320)이 제공되며, 하드코팅 필름(320)이 표시장치(300)의 최외각층이 되기 때문에 커버 글라스가 생략된 경량-박형의 표시장치(300)를 제공할 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 표시 패널(310)과 상기 하드코팅 필름(320) 사이에는 터치 패널이 위치할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 표시 패널의 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 표시 패널(310)은 발광다이오드 패널일 수 있다.
즉, 상기 표시 패널(310)은 기판기판(140)과, 상기 기판기판(140) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 기판(340) 상부에 위치하고 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 발광다이오드(D)와, 상기 발광다이오드(D)를 덮는 인캡슐레이션 필름(380)을 포함할 수 있다.
상기 기판(340)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(340)은 상기 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구성 요소의 형성 공정에 적합하지 않기 때문에, 유리 기판과 같은 캐리어 기판(미도시)에 상기 기판(340)을 부착한 상태에서 상기 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구성 요소의 형성 공정이 진행된다. 이후, 상기 캐리어 기판과 상기 기판(340)을 분리함으로써, 상기 표시 패널(310)을 얻을 수 있다.
상기 기판(340) 상에는 버퍼층(342)이 형성되고, 상기 버퍼층(342) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 버퍼층(342)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(342)은 생략될 수 있다.
상기 버퍼층(342) 상에는 반도체층(344)이 형성된다. 상기 반도체층(344)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(344)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 상기 반도체층(344) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음) 이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(344)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(344)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(344)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(344)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(344) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(346)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(346)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(346) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(350)이 반도체층(344)의 중앙에 대응하여 형성된다.
도 6a에서는, 게이트 절연막(346)이 기판(340) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(346)은 게이트 전극(350)과 동일한 모양으로 패터닝될 수도 있다.
상기 게이트 전극(350) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(352)이 형성된다. 층간 절연막(352)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(352)은 상기 반도체층(344)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(354, 356)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(354, 356)은 게이트 전극(350)의 양측에 게이트 전극(350)과 이격되어 위치한다.
여기서, 제 1 및 제 2 콘택홀(354, 356)은 게이트 절연막(346) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(346)이 게이트 전극(350)과 동일한 모양으로 패터닝될 경우, 제 1 및 제 2 콘택홀(354, 356)은 층간 절연막(352) 내에만 형성될 수도 있다.
상기 층간 절연막(352) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(360)과 드레인 전극(362)이 형성된다.
소스 전극(360)과 드레인 전극(362)은 상기 게이트 전극(350)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(354, 356)을 통해 상기 반도체층(344)의 양측과 접촉한다.
상기 반도체층(344)과, 상기 게이트전극(350), 상기 소스 전극(360), 상기 드레인전극(362)은 상기 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 반도체층(344)의 상부에 상기 게이트 전극(350), 상기 소스 전극(360) 및 상기 드레인 전극(362)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(362)을 노출하는 드레인 콘택홀(366)을 갖는 보호층(364)이 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
상기 보호층(364) 상에는 상기 드레인 콘택홀(366)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(362)에 연결되는 제 1 전극(370)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 상기 제 1 전극(370)은 애노드(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(370)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층(364) 상에는 상기 제 1 전극(370)의 가장자리를 덮는 뱅크층(376)이 형성된다. 상기 뱅크층(376)은 상기 화소영역에 대응하여 상기 제 1 전극(370)의 중앙을 노출한다.
상기 제 1 전극(370) 상에는 유기 발광층(372)이 형성된다. 상기 유기 발광층(372)은 발광물질로 이루어지는 발광물질층(emitting material layer)의 단일층 구조일 수 있다. 또한, 발광 효율을 높이기 위해, 상기 유기 발광층(372)은 상기 제 1 전극(370) 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(372)이 형성된 상기 기판(340) 상부로 제 2 전극(374)이 형성된다. 상기 제 2 전극(374)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극(374)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극(370), 상기 유기발광층(372) 및 상기 제 2 전극(374)은 발광다이오드(D)를 이룬다.
상기 제 2 전극(374) 상에는, 외부 수분이 상기 발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 380)이 형성된다. 상기 인캡슐레이션 필름(380)은 제 1 무기 절연층(382)과, 유기 절연층(384)과 제 2 무기 절연층(386)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 인캡슐레이션 필름(380) 상에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판(390)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다. 그러나, 외부광에 의한 명암비 저하의 문제가 없다면, 상기 편광판(390)은 생략될 수 있다.
상기 하드코팅 필름(도 5의 320)은 상기 편광판(390) 상에 코팅되어 형성되거나 별도의 필름 형태로 상기 편광판(390)에 부착될 수 있다.
한편, 도 6b에 도시된 바와 같이, 액정패널(410)이 표시패널(도 5의 210)로 이용될 수 있다.
액정패널(410)은, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(412, 450)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(412, 450) 사이에 개재되며 액정분자(462)를 포함하는 액정층(460)을 포함한다.
상기 제 1 기판(412) 상에는 제 1 버퍼층(420)이 형성되고, 상기 제 1 버퍼층(420) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 제 1 버퍼층(420)은 생략될 수 있다.
상기 제 1 버퍼층(420) 상에는 게이트 전극(422)이 형성되고, 상기 게이트 전극(422)을 덮으며 게이트 절연막(424)이 형성된다. 또한, 상기 버퍼층(420) 상에는 상기 게이트 전극(422)과 연결되는 게이트 배선(미도시)이 형성된다.
상기 게이트 절연막(424) 상에는 반도체층(426)이 상기 게이트 전극(422)에 대응하여 형성된다. 상기 반도체층(426)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 반도체층(426)은 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층을 포함할 수 있다.
상기 반도체층(426) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(430)과 드레인 전극(432)이 형성된다. 또한, 상기 소스 전극(430)과 연결되는 데이터 배선(미도시)이 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된다.
상기 게이트 전극(422), 상기 반도체층(426), 상기 소스 전극(430) 및 상기 드레인 전극(432)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다.
상기 박막트랜지스터(Tr) 상에는, 상기 드레인 전극(432)을 노출하는 드레인 콘택홀(436)을 갖는 보호층(434)이 형성된다.
상기 보호층(434) 상에는, 상기 드레인 콘택홀(436)을 통해 상기 드레인 전극(432)에 연결되는 화소 전극(440)과, 상기 화소 전극(440)과 교대로 배열되는 공통 전극(442)이 형성된다.
상기 제 2 기판(450) 상에는 제 2 버퍼층(452)이 형성되며, 상기 제 2 버퍼층(452) 상에는 상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선 등 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스(454)가 형성된다. 또한, 화소영역에 대응하여 컬러필터층(456)이 형성된다. 상기 제 2 버퍼층(452)과 상기 블랙매트릭스(454)는 생략될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 기판(412, 450)은 액정층(460)을 사이에 두고 합착되며, 상기 화소 전극(440)과 상기 공통 전극(442) 사이에서 발생되는 전계에 의해 상기 액정층(460)의 액정분자(462)가 구동된다.
상기 제 1 및 제 2 기판(412, 450) 각각의 외측에는 서로 수직한 투과축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판(462, 464)이 부착된다.
또한, 도시하지 않았으나, 상기 액정층(460)과 접하여 상기 제 1 및 제 2 기판(412, 450) 각각의 상부에는 배향막이 형성될 수 있고, 상기 제 1 기판(412) 하부에 빛을 공급하는 플렉서블 타입 백라이트 유닛이 위치할 수 있다.
상기 하드코팅 필름(도 5의 320)은 상기 제 2 편광판(464) 상에 코팅되거나 별도의 필름 형태로 상기 제 2 편광판(464)에 부착될 수 있다.
본 발명의 하드코팅 필름(320)은, 고분자 매트릭스와, 분산되어 있는 나프토파이란 화합물 또는 고분자 매트릭스와 결합되어 있는 나프토파이란 모이어티를 포함하며, 나프토파이란 화합물 또는 나프토파이란 모이어티에 의해 하드코팅 필름(320)은 자기 치유 특성을 갖는다.
따라서, 하드코팅 필름(320)을 포함하는 표시장치(300)는 하드코팅 필름(320)의 자기 치유 특성에 의해 외부 충격에 의한 스크래치와 같은 손상이 방지되며 커버 글라스가 생략되어 경량-박형의 장점을 갖는다.
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, 200, 320: 하드코팅 필름 110, 210: 고분자 매트릭스
120: 나프토파이란 화합물 220: 나프토파이란 모이어티
300: 표시장치 310: 표시패널

Claims (7)

  1. 고분자 매트릭스와;
    상기 고분자 매트릭스 내에 분산되는 나프토파이란 화합물
    을 포함하는 하드코팅 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나프토파이란 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, X, Y 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아로마틱 그룹 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아로마틱 그룹으로부터 선택되는 하드코팅 필름.
    Figure pat00022

  3. 고분자 매트릭스와;
    상기 고분자 매트릭스에 결합되는 나프토파이란 모이어티
    를 포함하는 하드코팅 필름.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 나프토파이란 모이어티 하기 화학식으로 표시되고, X, Y 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아로마틱 그룹 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아로마틱 그룹으로부터 선택되며, Z는 비닐기이고, n은 0 또는 1인 하드코팅 필름.
    Figure pat00023

  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 하드코팅 필름과;
    상기 하드코팅 필름의 일측에 위치하는 표시 패널
    을 포함하는 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하드코팅 필름과 상기 표시 패널 사이에 위치하는 터치 패널을 더 포함하는 표시장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하드코팅 필름은 결함을 스스로 치유할 수 있는 표시장치.
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