WO2024071911A1 - Creep변형 거동이 개선된 광학필름 - Google Patents

Creep변형 거동이 개선된 광학필름 Download PDF

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WO2024071911A1
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optical film
filler
creep
equation
paragraph
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PCT/KR2023/014667
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양종원
권경욱
박효준
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코오롱인더스트리 주식회사
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00

Definitions

  • the present invention relates to an optical film and a display device including the same, and particularly to an optical film having excellent mechanical properties.
  • optical films instead of glass as cover windows.
  • an optical film In order for an optical film to be used as a cover window of a display device, it is necessary to have excellent mechanical properties as well as excellent optical properties.
  • the optical film needs to have excellent strength, hardness, wear resistance, and flexibility properties.
  • Fillers may vary depending on the physical properties required for the optical film.
  • One embodiment of the present invention seeks to provide an optical film comprising a rod-shaped or fiber-shaped filler dispersed in a light-transmissive matrix.
  • Another embodiment of the present invention seeks to provide an optical film having a creep index of 0.46 or less.
  • Another embodiment of the present invention seeks to provide an optical film having a Martens hardness (HM) in the range of 200 to 300 MPa.
  • HM Martens hardness
  • Another embodiment of the present invention seeks to provide an optical film having a Vickers hardness (HV) in the range of 40 to 70.
  • HV Vickers hardness
  • Another embodiment of the present invention seeks to provide an optical film having resistance to creep deformation.
  • the optical film according to the present invention which has resistance to creep deformation, can be usefully applied to display devices.
  • Another embodiment of the present invention seeks to provide a display device including the optical film.
  • One embodiment of the present invention provides an optical film including a light-transmitting matrix and a filler dispersed in the light-transmitting matrix, and having a creep index of 0.46 or less.
  • the creep index can be calculated using Equation 1 below.
  • Creep index Creep strain/Creep stress
  • Equation 1 the creep strain rate can be calculated using Equation 2 below.
  • Creep strain (tensile length after 3600s - tensile length at 1% strain)/(specimen measured length)
  • Equation 1 the creep stress can be calculated using Equation 3 below.
  • Creep stress 1% strain tensile strength/yield tensile strength
  • the 1% strain tensile strength means the stress value required to deform the film by 1% strain
  • the yield tensile strength refers to the stress at the contact point caused by offsetting the modulus (slope) of the S-S Curve by 0.2%.
  • Another embodiment of the present invention provides a display device including a display panel and the optical film disposed on the display panel.
  • the filler included in the optical film has a rod shape or a fiber shape and can entangle the polymer chains constituting the light-transmissive matrix.
  • the mechanical strength of the optical film can be improved.
  • breakage during folding can be prevented or suppressed, and the force to resist deformation can be improved.
  • the degree of deformation can be said to be small.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical film according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a portion of a display device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of portion "P" in Figure 2.
  • Spatially relative terms such as “below, beneath,” “lower,” “above,” and “upper” refer to one element or component as shown in the drawing. It can be used to easily describe the correlation with other elements or components. Spatially relative terms should be understood as terms that include different directions of the element during use or operation in addition to the direction shown in the drawings. For example, if an element shown in the drawings is turned over, an element described as “below” or “beneath” another element may be placed “above” the other element. Accordingly, the illustrative term “down” may include both downward and upward directions. Likewise, the illustrative terms “up” or “on” can include both up and down directions.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.
  • At least one should be understood to include all possible combinations from one or more related items.
  • “at least one of the first, second, and third items” means each of the first, second, or third items, as well as two of the first, second, and third items. It can mean a combination of all items that can be presented from more than one.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical film 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a film having light transparency is called an optical film 100.
  • the optical film 100 includes a light-transmissive matrix 110 and a filler 120 dispersed in the light-transmissive matrix.
  • the light-transmitting matrix 110 has light-transmitting properties.
  • the light-transmissive matrix 110 may have flexible characteristics.
  • the light-transmitting matrix 110 may have bending characteristics, folding characteristics, or rollable characteristics.
  • the optical film 100 according to an embodiment of the present invention has light transparency and may have bending characteristics, folding characteristics, or rollable characteristics.
  • the light-transmissive matrix 110 may include at least one of an imide repeating unit and an amide repeating unit.
  • the light-transmissive matrix 110 may be manufactured from monomer components including, for example, dianhydride and diamine.
  • the light-transmissive matrix 110 may include an imide repeating unit formed by dianhydride and diamine.
  • the light-transmitting matrix 110 is not limited thereto, and the light-transmitting matrix 110 may be manufactured from monomer components containing a dicarbonyl compound in addition to dianhydride and diamine. You can.
  • the light-transmissive matrix 110 according to an embodiment of the present invention may have an imide repeating unit and an amide repeating unit.
  • the light-transmissive matrix 110 having an imide repeating unit and an amide repeating unit includes, for example, polyamide-imide resin.
  • the light-transmissive matrix 110 may include a polyimide-based polymer.
  • polyimide-based polymers include polyimide polymers and polyamide-imide polymers.
  • the light-transmissive matrix 110 according to an embodiment of the present invention may be made of, for example, polyimide-based polymer resin.
  • the light-transmissive matrix 110 may have a thickness sufficient for the optical film 100 to protect the display panel.
  • the light-transmissive matrix 110 may have a thickness of 10 to 100 ⁇ m.
  • the thickness of the light-transmissive matrix 110 may be the same as the thickness of the optical film 100.
  • the filler 120 may have a rod shape or a fiber shape.
  • a shape with a length greater than the diameter is referred to as a fiber shape.
  • the fiber shape may also be referred to as a filament shape.
  • the length of the pillar 120 may be more than twice the diameter.
  • the filler 120 has a fiber shape and can interweave the polymer chains constituting the light-transmissive matrix 110.
  • the stability and arrangement characteristics of the polymer chains can be improved, the mechanical properties of the light-transmissive matrix 110 can be improved, and the mechanical properties of the optical film 100 can also be improved.
  • the aspect ratio of the pillar 120 may range from 30 to 2,000.
  • the aspect ratio is the ratio of the length to the diameter of the pillar 120.
  • the filler 120 is not long enough and the function of linking the polymer chains to each other is not sufficiently exercised, so the effect of improving the stability and arrangement characteristics of the polymer chains may not be sufficiently exerted.
  • the length of the filler 120 is too long, which may reduce the dispersibility of the filler 120 and cause aggregation of the filler 120 within the light-transmissive matrix 110. there is. As a result, the light transmittance of the optical film 100 may decrease and haze may increase, and the optical properties of the optical film 100 may deteriorate.
  • the mechanical strength of the optical film 100 may decrease in the area where agglomeration of the filler 120 occurs, and as a result, the modulus of the optical film 100 may decrease, and the optical film 100 ) the mechanical strength may decrease.
  • the length of the filler 120 may range from 1 to 6 um.
  • the function of the filler 120 to weave the polymer chains together may not be sufficiently exercised.
  • the length of the filler 120 exceeds 6 um, the dispersibility of the filler 120 may decrease, and as a result, agglomeration of the filler 120 may occur within the light-transmissive matrix 110, and the polymer chain may Gel formation is likely to occur due to interaction with . Accordingly, the light transmittance of the optical film 100 may decrease and haze may increase, and the optical properties of the optical film 100 may deteriorate.
  • the diameter of the filler 120 may range from 3 to 33 nm.
  • the diameter of the filler 120 is less than 3 nm, the stability of the filler 120 may decrease, the filler may break or break, contaminating the optical film 100, and the haze of the optical film 100 may increase. .
  • the diameter of the filler 120 exceeds 33 nm, it may be difficult for the filler 120 to have a fiber shape, the function of weaving polymer chains together may be reduced, and the optical film 100 may increase or transmittance may decrease. there is.
  • filler 120 There is no particular limitation on the type of filler 120. If it has a fiber shape, it can be used as the filler 120 according to an embodiment of the present invention without limitation to its type.
  • the filler 120 may be inorganic or organic.
  • the filler 120 may include at least one of inorganic fibers, organic fibers, and organic-inorganic composite fibers.
  • the filler 120 may have a fiber shape.
  • the filler 120 may have a single-stranded fiber shape, a multi-stranded fiber shape, or a shape in which multiple strands are arranged in the form of branches on one central strand. You can have it.
  • the filler 120 may include at least one of glass fiber, aluminum fiber, and fluoride fiber.
  • Glass fiber contains SiO 2 and may further contain other components in addition to SiO 2 .
  • Aluminum fibers contain Al 2 O 3 and may further contain other components in addition to Al 2 O 3 .
  • the fluorine fiber may contain at least one of PTFE (Polytetrafluoroethylene) and PVDF (Polyvinylidene Fluoride), and may further contain other components in addition to PTFE and PVDF.
  • the filler 120 may include at least one of aluminum oxide hydroxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • aluminum oxide hydroxide SiO 2 , Al 2 O 3
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the filler 120 may be surface treated.
  • fibers surface-treated with an organic compound group having an alkoxy group may be used as the filler 120.
  • aluminum fiber may include at least one of aluminum oxide hydroxide and Al 2 O 3 .
  • Aluminum oxide hydroxide is also called Boehmite and can be expressed as ⁇ -AlO(OH). More specifically, aluminum oxide hydroxide may include a structure represented by any of the following formulas 1, 2, and 3.
  • n ranges from 1,000 to 20,000
  • m ranges from 1,000 to 20,000
  • p ranges from 1,000 to 20,000.
  • the filler 120 may include a structure represented by any of the following Chemical Formulas 4, 5, and 6.
  • Chemical Formula 1 may be expressed, for example, by Chemical Formula 4 below.
  • Formula 4 below corresponds to the case where n is 3 in Formula 1.
  • Formula 2 may be expressed, for example, by Formula 5 below.
  • Formula 5 below corresponds to the case where m is 4 in Formula 2.
  • Chemical Formula 3 may be expressed, for example, by Chemical Formula 6 below.
  • Formula 6 below corresponds to the case where p is 5 in Formula 3.
  • Al 2 O 3 may have a unit structure represented by the following Chemical Formula 7.
  • SiO 2 may have a unit structure represented by the following Chemical Formula 8.
  • the filler 120 when the filler 120 is added, appropriate light scattering occurs by the filler 120, so that the optical properties of the optical film 100 can be improved.
  • the content of the filler 120 included in the optical film 100 may be adjusted.
  • the content of the filler 120 may be 3 to 50 PHR. More specifically, the content of the filler 120 may be adjusted to 4 to 30 PHR, or may be 5 to 20 PHR.
  • the content of the filler 120 is less than 3 PHR, the light scattering effect by the filler 120 is minimal, so the effect of improving the light transmittance of the optical film 100 may not appear, and the filler 120 may be used to bind the polymer chains together.
  • the function may not be fully functional.
  • the dispersibility of the filler 120 may decrease, the haze of the optical film 100 may decrease, and the excessive filler 120 may cause a decrease in the haze of the optical film 100.
  • Agglomeration of the filler 12 occurs and the agglomerated filler 120 blocks light, which may reduce the light transmittance of the optical film 100.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of the display device 200 according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the “P” portion of FIG. 2.
  • a display device 200 includes a display panel 501 and an optical film 100 on the display panel 501.
  • the display panel 501 includes a substrate 510, a thin film transistor (TFT) on the substrate 510, and an organic light emitting device 570 connected to the thin film transistor (TFT).
  • the organic light emitting device 570 includes a first electrode 571, an organic light emitting layer 572 on the first electrode 571, and a second electrode 573 on the organic light emitting layer 572.
  • the display device 200 disclosed in FIGS. 2 and 3 is, for example, an organic light emitting display device.
  • Substrate 510 may be made of glass or plastic. Specifically, the substrate 510 may be made of plastic such as polyimide resin or optical film. Although not shown, a buffer layer may be disposed on the substrate 510.
  • a thin film transistor is disposed on the substrate 510.
  • the thin film transistor (TFT) includes a semiconductor layer 520, a gate electrode 530 that is insulated from the semiconductor layer 520 and overlaps at least a portion of the semiconductor layer 520, a source electrode 541 connected to the semiconductor layer 520, and It includes a drain electrode 542 spaced apart from the source electrode 541 and connected to the semiconductor layer 520.
  • a gate insulating film 535 is disposed between the gate electrode 530 and the semiconductor layer 520.
  • An interlayer insulating film 551 may be disposed on the gate electrode 530, and a source electrode 541 and a drain electrode 542 may be disposed on the interlayer insulating film 551.
  • the planarization film 552 is disposed on the thin film transistor (TFT) to planarize the top of the thin film transistor (TFT).
  • the first electrode 571 is disposed on the planarization film 552.
  • the first electrode 571 is connected to the thin film transistor (TFT) through a contact hole provided in the planarization film 552.
  • the bank layer 580 is disposed on a portion of the first electrode 571 and the planarization film 552 to define a pixel area or a light emitting area.
  • the bank layer 580 may be arranged in a matrix structure in the boundary area between a plurality of pixels, so that the pixel area may be defined by the bank layer 580.
  • the organic light emitting layer 572 is disposed on the first electrode 571.
  • the organic light emitting layer 572 may also be disposed on the bank layer 580.
  • the organic light-emitting layer 572 may include one light-emitting layer or two light-emitting layers stacked top and bottom. This organic light-emitting layer 572 may emit light having any one of red, green, and blue colors, and may also emit white light.
  • the second electrode 573 is disposed on the organic light emitting layer 572.
  • the organic light emitting device 270 may be formed by stacking the first electrode 571, the organic light emitting layer 572, and the second electrode 573.
  • each pixel may include a color filter to filter the white light emitted from the organic emission layer 572 by wavelength.
  • a color filter is formed on the path of light.
  • a thin film encapsulation layer 590 may be disposed on the second electrode 573.
  • the thin film encapsulation layer 590 may include at least one organic layer and at least one inorganic layer, and at least one organic layer and at least one inorganic layer may be alternately disposed.
  • the optical film 100 is disposed on the display panel 501 having the laminated structure described above.
  • the optical film 100 includes a light-transmissive matrix 110 and a filler 120 dispersed in the light-transmissive matrix 110.
  • the creep strain ratio of the optical film 100 is 0.46 or less, and the creep strain ratio is calculated using Equation 1 below.
  • Creep index Creep strain/Creep stress
  • Equation 1 the creep strain rate can be calculated using Equation 2 below.
  • Creep strain (tensile length after 3600s - tensile length at 1% strain)/(specimen measured length)
  • Equation 1 the creep stress can be calculated using Equation 3 below.
  • Creep stress 1% strain tensile strength/yield tensile strength
  • the 1% strain tensile strength means the stress value required to deform the film by 1% strain
  • the yield tensile strength refers to the stress at the contact point caused by offsetting the modulus (slope) of the S-S Curve by 0.2%.
  • the creep deformation ratio is more than 0.46, the level of deformation due to external force is greater, and the force to resist deformation may be weak. As a result, the folding angle of the film is large when folding, and the film may be broken.
  • the optical film 100 may have a Martens hardness (HM) in the range of 200 to 300 MPa. More specifically, the optical film 100 may have a Martens hardness (HM) ranging from 230 to 270 MPa, and may also range from 250 to 265 MPa.
  • HM Martens hardness
  • the Martens hardness (HM) of the optical film 100 is less than 200 MPa, it may be vulnerable to external scratches. In other words, if external force is applied to the outside of the film, scratches or cracks may easily occur.
  • the optical film 100 may easily break.
  • the optical film 100 may have a Vickers hardness (HV) in the range of 40 to 70. More specifically, the optical film 100 may have a Vickers hardness (HV) ranging from 43 to 56, and may also range from 46 to 53.
  • HV Vickers hardness
  • the Vickers hardness (HV) of the optical film 100 is less than 40, it may be vulnerable to external scratches. In other words, if external force is applied to the outside of the film, scratches or cracks may easily occur.
  • the optical film 100 may easily break.
  • the optical film 100 may have a creep stress in the range of 0.5 to 0.65. More specifically, the optical film 100 may have a creep stress ranging from 0.55 to 0.63, and may also range from 0.57 to 0.6.
  • the creep stress of the optical film 100 is less than 0.5, this means that less energy is required to deform the optical film. In other words, the force to resist external force is small and can be easily deformed by external force.
  • the method of manufacturing the optical film 100 includes the steps of producing a first mixed solution by first dispersing the filler 120 in a resin solution for forming the polymer matrix 110, and casting the first mixed solution. It may include the step of manufacturing a cast film.
  • a polyimide-based resin solution may be used as a resin solution for forming the polymer matrix 110.
  • the method of manufacturing the optical film 100 includes manufacturing polyimide-based resin powder, dissolving the polyimide-based resin powder in a first solvent to prepare a polyimide-based resin solution. It may include preparing a dispersion, preparing a dispersion, and mixing a filler dispersion and a polyimide resin solution to prepare a first mixed solution.
  • the filler dispersion may be prepared, for example, by dispersing the filler 120 in a second solvent.
  • DMAc N,N-Dimethylacetamide
  • DMAc N,N-Dimethylacetamide
  • MEK methyl ethyl ketone
  • one embodiment of the present invention is not limited to this, and other solvents known as the first solvent and the second solvent may be used.
  • the pH of the first mixed solution may be adjusted.
  • the pH of the first mixed solution may be adjusted to a range of 5 to 7. Accordingly, agglomeration or agglomeration of the filler 120 can be prevented.
  • the first mixed solution may be cast, dried, and heat treated to form the optical film 100.
  • a film formed by casting the first mixed solution may be referred to as a cast film, and a film manufactured by drying and heat treating the cast film may be referred to as the optical film 100.
  • Cast film can be said to be an uncured film.
  • convection can be prevented during the drying and heat treatment process of the cast film formed by casting, so that the filler 120 can be oriented in a certain direction.
  • the orientation of the filler 120 may decrease. Therefore, the cast film can be allowed to dry slowly to prevent convection. For example, drying of the cast film may be carried out while increasing the temperature from 80°C to 120°C at a temperature increase rate of 1°C/1 minute (1 degree/1 minute). When dried above a certain level, the orientation of the filler 120 may be fixed.
  • the solid content of the polyimide-based polymer produced here is a solid content of polyamide-imide polymer.
  • alumina hydrate filler dispersion consisting of 10% by weight of the alumina hydrate filler with an average particle diameter of 4 nm and an average length of 1500 nm was dispersed in a DMAc (N,N-dimethylacetamide) solution (second solvent).
  • DMAc N,N-dimethylacetamide
  • the prepared liquid polyimide-based resin solution was slowly added for 1 hour using a cylinder pump to prepare a first mixed solution containing a silica dispersion and a polyimide-based resin solution.
  • the pH of the first mixed solution When the pH of the first mixed solution is measured immediately after preparing the first mixed solution, the pH is 8 or higher.
  • a weak acid such as acetic acid is added to the first mixed solution to adjust the pH of the first mixed solution to a range of 5 to 7.
  • the first mixed solution prepared in this way is a polyimide-based resin solution in which the fibrous filler 120 is dispersed.
  • a casting substrate is used for casting.
  • a glass substrate stainless steel (SUS) substrate, Teflon substrate, etc. may be used.
  • a glass substrate may be used as a casting substrate.
  • a film was manufactured by placing it in a hot air oven at 80°C and slowly drying it at 120°C for about 40 minutes at a rate of 1°C/min. The manufactured film was placed on a glass substrate. It was peeled off and fixed to the frame with pins.
  • the frame on which the film was fixed was placed in a vacuum oven and slowly heated from 100°C to 280°C for 2 hours, then slowly cooled and separated from the frame to obtain an optical film.
  • the optical film was again heat treated at 250°C for 5 minutes.
  • an optical film 100 was manufactured in the same manner as Example 1, and these were referred to as Examples 2-3, respectively.
  • filler 1 is a nanowire with an aspect ratio of 375
  • filler 2 is a nanoparticle with a particle diameter of 15 nm.
  • the length of pillar 1 is 1.5 ⁇ m and the diameter is 4 nm.
  • the molar ratio represents the relative molar ratio with respect to the total 100 moles of diamine.
  • PHR stands for Per Hundred Resin, meaning the weight (g) of the filler per 100 weight (g) of the light-transmitting matrix.
  • PHR according to an embodiment of the present invention means the weight (g) of filler added per 100 weight (g) of solid content of polyimide-based polymer.
  • the modulus of the optical film was measured using an Instron universal tensile tester (MODEL 5967).
  • Creep stress 1% strain tensile strength/yield tensile strength
  • Creep strain (tensile length after 3600s - tensile length at 1% strain)/(specimen measured length)
  • the creep index is calculated using Equation 1 below,
  • Creep index Creep strain/Creep stress
  • the creep characteristics of the optical film were measured using Instron's universal tensile tester (MODEL 5967).
  • the optical film 100 according to an embodiment of the present invention has a creep index of 0.46 or less.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 광투과성 매트릭스 및 상기 광투과성 매트릭스에 분산된 필러를 포함하며, 상기 필러는 섬유 형상을 가지며, 0.46 이하인 Creep 지수를 갖는 광학 필름 및 이러한 광학 필름을 포함하는 표시장치를 제공한다.

Description

CREEP변형 거동이 개선된 광학필름
본 발명은 광학 필름 및 이를 포함하는 표시장치에 대한 것으로, 특히, 우수한 기계적 특성을 갖는 광학 필름에 대한 것이다.
최근, 표시장치의 박형화, 경량화, 플렉서블화로 인하여, 커버 윈도우로 유리 대신 광학 필름을 사용하는 것이 검토되고 있다. 광학 필름이 표시장치의 커버 윈도우로 사용되기 위해서는, 우수한 광학특성과 함께 우수한 기계적 특성을 가지는 것이 필요하다. 예를 들어, 광학 필름이 우수한 강도와 경도, 내마모성, 굴곡성 등의 특성을 가질 필요가 있다.
다양한 물성 특성이 요구되는 광학 필름에 목적하는 물성을 부여하기 위하여, 필러가 첨가되기도 한다. 필러는 광학 필름에서 요구되는 물성에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 광투과성 매트릭스 내에 분산되어 있는 막대형상 또는 섬유형상의 필러를 포함하는, 광학 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 일 실시예는, Creep 지수가 0.46 이하인 광학 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 마르텐스 경도(HM)가 200 내지 300MPa 범위인 광학 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 비커스 경도(HV)가 40 내지 70 범위인 광학 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, Creep 변형에 대한 저항을 갖는 광학 필름을 제공하고자 한다. Creep 변형에 대한 저항을 갖는 본 발명에 따른 광학 필름은 표시장치에 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 상기 광학 필름을 포함하는 표시장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 광투과성 매트릭스 및 상기 광투과성 매트릭스에 분산된 필러를 포함하고, 0.46 이하인 Creep 지수를 갖는 광학 필름을 제공한다.
상기 Creep 지수는 하기 식 1로 계산될 수 있다.
[식1]
Creep 지수 = Creep 변형율/Creep stress
상기 식1에서 상기 Creep 변형율은 하기 식 2로 계산될 수 있다.
[식2]
Creep 변형율 = (3600s 후 인장된 길이 - 1% strain 시 인장된 길이)/(시편 측정 길이)
상기 식 1에서 상기 Creep stress는 하기 식 3로 계산될 수 있다.
[식3]
Creep stress = 1% strain 인장강도/항복인장강도
상기 식 3에서 상기 1% strain 인장강도는 상기 필름을 1% strain 변형하는데 필요한 stress 값을 의미하고,
상기 항복인장강도는 S-S Curve의 Modulus(기울기)를 0.2% offset하여 생기는 접점에서의 Stress를 의미한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 표시패널 및 상기 표시패널 상에 배치된 상기의 광학 필름을 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 필름에 포함된 필러가 막대형상 또는 섬유형상을 가져, 광투과성 매트릭스를 구성하는 고분자 체인을 얽어 맬 수 있다. 그 결과, 광학 필름이 기계적 강도가 향상될 수 있다. 그 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름이 표시장치에 사용되었을 때 폴딩 시 파단이 발생되는 것이 방지 또는 억제될 수 있고, 변형에 저항하는 힘이 향상될 수 있다. 또한, 동일 조건으로 지속적인 외부의 힘이 가해질 때, 변형되는 정도가 작다고 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 일부에 대한 단면도이다.
도 3은 도 2의 "P" 부분에 대한 확대 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 아래에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위한 예시적 목적으로 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 구성 요소는 동일 참조 부호로 지칭될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략된다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 이상, 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소가 단수로 표현된 경우, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함한다. 또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부 (lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예시적인 용어인 "위" 또는 "상"은 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)의 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광투과성을 갖는 필름을 광학 필름(100)이라고 한다.
발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)은 광투과성 매트릭스(110) 및 광투과성 매트릭스에 분산된 필러(120)를 포함한다.
광투과성 매트릭스(110)는 광투과성을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광투과성 매트릭스(110)는 플렉서블 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 광투과성 매트릭스(110)은 벤딩(bending) 특성, 폴딩(folding) 특성 또는 롤러블(rollable) 특성을 가질 수 있다. 그 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)은 광투과성을 가지며, 벤딩(bending) 특성, 폴딩(folding) 특성 또는 롤러블(rollable) 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광투과성 매트릭스(110)는 이미드 반복단위 및 아마이드 반복단위 중 적어도 하나를 포함할 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광투과성 매트릭스(110)는, 예를 들어, 디안하이드라이드 및 디아민을 포함하는 모노머 성분들로부터 제조될 수 있다. 구체적으로, 광투과성 매트릭스(110)는 디안하이드라이드와 디아민에 의하여 형성된 이미드 반복 단위를 포함할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광투과성 매트릭스(110)가 이에 한정되는 것은 아니며, 광투과성 매트릭스(110)는 디안하이드라이드 및 디아민에 더하여 디카르보닐 화합물을 포함하는 모노머 성분들로부터 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광투과성 매트릭스(110)는 이미드 반복단위와 아마이드 반복단위를 가질 수 있다. 이미드 반복단위와 아마이드 반복단위를 갖는 광투과성 매트릭스(110)로, 예를 들어, 폴리아마이드-이미드 수지가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광투과성 매트릭스(110)는 폴리이미드계 고분자를 포함할 수 있다. 폴리이미드계 고분자의 예로, 폴리이미드 고분자, 폴리아마이드-이미드 고분자 등이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광투과성 매트릭스(110)는, 예를 들어, 폴리이미드계 고분자 수지로 만들어질 수 있다.
광투과성 매트릭스(110)는, 광학 필름(100)이 표시패널을 보호하기에 충분한 정도의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 광투과성 매트릭스(110)은 10 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다. 광투과성 매트릭스(110)의 두께는 광학 필름(100)의 두께와 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)는 막대 형상 또는 섬유 형상을 가질 수 있다. 이하, 직경 보다 길이가 큰 형상을 섬유 형상이라고 한다. 섬유 형상을 필라멘트 형상이라고 할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)의 길이는 직경 보다 2배 이상 더 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)는 섬유 형상을 가져, 광투과성 매트릭스(110)를 구성하는 고분자 체인들을 서로 엮을 수 있다. 그 결과, 고분자 체인들의 안정성 및 배열 특성을 향상되어, 광투과성 매트릭스(110)의 기계적 특성이 향상될 수 있고, 광학 필름(100)의 기계적 특성 역시 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)의 aspect ratio는 30 내지 2,000의 범위일 수도 있다. 상기 aspect ratio는 필러(120)의 직경에 대한 길이의 비이다.
필러(120)의 aspect ratio가 30 미만인 경우, 필러(120)가 충분히 길지 않아 고분자 체인들을 서로 엮는 기능이 충분히 발휘되지 않아, 고분자 체인들의 안정성 및 배열 특성을 향상 효과가 충분히 발휘되지 못할 수 있다.
필러(120)의 aspect ratio가 2,000 초과인 경우, 필러(120)의 길이가 지나치게 길어 필러(120)의 분산성이 저하되고 광투과성 매트릭스(110) 내에서 필러(120)의 응집이 발생될 수 있다. 그 결과, 광학 필름(100)의 광투과율이 저하되고 헤이즈가 증가될 수 있으며, 광학 필름(100)의 광학적 특성이 저하될 수 있다. 또한, 필러(120)의 응집이 발생된 부분에서 광학 필름(100)의 기계적 강도가 저하될 수 있고, 그 결과, 광학 필름(100)의 모듈러스(modulus)가 저하될 수 있으며, 광학 필름(100)의 기계적 강도가 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)의 길이는 1 내지 6um의 범위일 수도 있다.
필러(120)의 길이가 1um 미만인 경우, 필러(120)가 고분자 체인들을 서로 엮는 기능이 충분히 발휘되지 않을 수 있다.
필러(120)의 길이가 6um 초과인 경우, 필러(120)의 분산성이 저하될 수 있고, 그 결과, 광투과성 매트릭스(110) 내에서 필러(120)의 응집이 발생될 수 있고, 고분자 사슬과의 상호작용으로 Gel화가 일어나기 쉽다. 그에 따라, 광학 필름(100)의 광투과율이 저하되고 헤이즈가 증가될 수 있으며, 광학 필름(100)의 광학적 특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)의 직경은 3 내지 33nm의 범위일 수도 있다.
필러(120)의 직경이 3nm 미만인 경우, 필러(120)의 안정성이 저하될 수 있고, 필러가 끊기거나 부스러져, 광학 필름(100)을 오염시켜 광학 필름(100)의 헤이즈가 증가될 수 있다.
필러(120)의 직경이 33nm를 초과하는 경우, 필러(120)가 섬유 형상을 가지기 어렵거나, 고분자 체인들을 서로 엮는 기능이 저하될 수 있고, 광학 필름(100)가 증가되거나 투과도가 감소될 수 있다.
필러(120)의 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 섬유 형상을 갖는다면, 그 종류에 제한없이 본 발명의 일 실시예에 따른 필러(120)로 사용될 수 있다. 필러(120)는 무기물일수도 있고 유기물일수도 있다. 필러(120)는 무기 섬유, 유기 섬유 및 유기-무기 복합 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 필러(120)는 섬유 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 필러(120)는 한 가닥으로 된 섬유 형상을 가질 수도 있고, 여러 가닥으로 된 섬유 형상을 가질 수도 있고, 하나의 중심 가닥에 여러 개의 가닥이 가지(branch) 형태로 배치된 형상을 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)는, 유리 섬유(Glass fiber), 알루미늄 섬유(Aluminum fiber) 및 불소 섬유(Fluoride fiber) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유리 섬유는 SiO2를 포함하며, SiO2 외에 다른 성분을 더 포함할 수 있다. 알루미늄 섬유는 Al2O3를 포함하며, Al2O3 외에 다른 성분을 더 포함할 수 있다. 불소 섬유는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 및 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, PTFE와 PVDF 외에 다른 성분을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)는, 알루미나 수화물(aluminum oxide hydroxide), SiO2, Al2O3, PTFE (Polytetrafluoroethylene) 및 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)는 표면 처리될 수 있다. 예를 들어, 알콕시기를 갖는 유기 화합물기에 의하여 표면 처리된 섬유가 필러(120)로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 섬유(Aluminum fiber)는 알루미나 수화물(aluminum oxide hydroxide) 및 Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 알루미나 수화물(aluminum oxide hydroxide)은 보헤마이트(Boehmite)라고도 하며, γ-AlO(OH)로 표현될 수 있다. 보다 구체적으로, 알루미나 수화물(aluminum oxide hydroxide)은 하기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표현되는 구조를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000002
[화학식 3]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000003
여기서, 상기 n은 1,000 내지 20,000 범위이고, 상기 m은 1,000 내지 20,000 범위이고, 상기 p는 1,000 내지 20,000 범위이다.
필러(120)의 구조에 대한 이해를 돕기 위해, 화학식 1, 2 및 3의 구조를 확장하면, 필러(120)는 하기 화학식 4, 5 및 6 중 어느 하나로 표현되는 구조를 포함할 수 있다.
화학식 1로 표현되는 구조는, 예를 들어, 하기 화학식 4로 표현될 수 있다. 하기 화학식 4은 화학식 1에서 n이 3인 경우에 대응된다.
[화학식 4]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000004
화학식 2로 표현되는 구조는, 예를 들어, 하기 화학식 5로 표현될 수 있다. 하기 화학식 5은 화학식 2에서 m이 4인 경우에 대응된다.
[화학식 5]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000005
화학식 3으로 표현되는 구조는, 예를 들어, 하기 화학식 6로 표현될 수 있다. 하기 화학식 6는 화학식 3에서 p가 5인 경우에 대응된다.
[화학식 6]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000006
상기 화학식 4 내지 6에서 "*"은 결합 위치를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Al2O3는 하기 화학식 7로 표현되는 단위 구조를 가질 수 있다.
[화학식 7]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000007
본 발명의 일 실시예에 따르면, SiO2는 하기 화학식 8로 표현되는 단위 구조를 가질 수 있다.
[화학식 8]
Figure PCTKR2023014667-appb-img-000008
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)가 첨가되는 경우, 필러(120)에 의해 적절한 광 산란이 발생하여 광학 필름(100)의 광학 특성이 향상될 수 있다. 광산란 효과 증진 위하여, 광학 필름(100)에 포함된 필러(120)의 함량이 조정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)의 함량은 3 내지 50 PHR 일 수 있다. 보다 구체적으로, 필러(120)의 함량은 4 내지 30 PHR로 조정될 수 있고, 5 내지 20 PHR이 될 수도 있다.
필러(120)의 함량이 3 PHR 미만인 경우, 필러(120)에 의한 광 산란 효과가 미미하여 광학 필름(100)의 광투과도 개선 효과가 거의 나타나지 않을 수 있고, 필러(120)가 고분자 체인들을 서로 엮는 기능이 충분히 발휘되지 않을 수 있다.
반면, 필러(120)의 함량이 50 PHR을 초과하는 경우, 필러(120)의 분산성이 저하되어, 광학 필름(100)의 헤이즈(Haze)가 저하될 수 있고, 과량의 필러(120)에 의한 필러(12) 응집이 발생되고 이와 같이 응집된 필러(120)가 광을 차단하여 광학 필름(100)의 광투과도가 저하될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시장치(200)의 일부에 대한 단면도이고, 도 3는 도 2의 "P" 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시장치(200)는 표시패널(501) 및 표시패널(501) 상의 광학 필름(100)을 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 표시패널(501)은 기판(510), 기판(510) 상의 박막 트랜지스터(TFT) 및 박막 트랜지스터(TFT)와 연결된 유기 발광 소자(570)를 포함한다. 유기 발광 소자(570)는 제1 전극(571), 제1 전극(571) 상의 유기 발광층(572) 및 유기 발광층(572) 상의 제2 전극(573)을 포함한다. 도 2 및 도 3에 개시된 표시장치(200)는, 예를 들어, 유기발광 표시장치이다.
기판(510)은 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 구체적으로, 기판(510)은 폴리이미드계 수지 또는 광학 필름과 같은 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 도시되지 않았지만, 기판(510) 상에 버퍼층이 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 기판(510) 상에 배치된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 반도체층(520), 반도체층(520)과 절연되어 반도체층(520)의 적어도 일부와 중첩하는 게이트 전극(530), 반도체층(520)과 연결된 소스 전극(541) 및 소스 전극(541)과 이격되어 반도체층(520)과 연결된 드레인 전극(542)을 포함한다.
도 3를 참조하면, 게이트 전극(530)과 반도체층(520) 사이에 게이트 절연막(535)이 배치된다. 게이트 전극(530) 상에 층간 절연막(551)이 배치되고, 층간 절연막(551) 상에 소스 전극(541) 및 드레인 전극(542)이 배치될 수 있다.
평탄화막(552)은 박막 트랜지스터(TFT) 상에 배치되어 박막 트랜지스터(TFT)의 상부를 평탄화시킨다.
제1 전극(571)은 평탄화막(552) 상에 배치된다. 제1 전극(571)은 평탄화막(552)에 구비된 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(TFT)와 연결된다.
뱅크층(580)은 제1 전극(571)의 일부 및 평탄화막(552) 상에 배치되어 화소 영역 또는 발광 영역을 정의한다. 예를 들어, 뱅크층(580)이 복수의 화소들 사이의 경계 영역에 매트릭스 구조로 배치됨으로써, 뱅크층(580)에 의해 화소 영역이 정의될 수 있다.
유기 발광층(572)은 제1 전극(571) 상에 배치된다. 유기 발광층(572)은 뱅크층(580) 상에도 배치될 수 있다. 유기 발광층(572)은 하나의 발광층을 포함할 수도 있고, 상하로 적층된 2개의 발광층을 포함할 수도 있다. 이러한 유기 발광층(572)에서는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 광이 방출될 수 있으며, 백색(White) 광이 방출될 수도 있다.
제2 전극(573)은 유기 발광층(572) 상에 배치된다.
제1 전극(571), 유기 발광층(572) 및 제2 전극(573)이 적층되어 유기 발광 소자(270)가 이루어질 수 있다.
도시되지 않았지만, 유기 발광층(572)이 백색(White) 광을 발광하는 경우, 개별 화소는 유기 발광층(572)에서 방출되는 백색(White) 광을 파장 별로 필터링하기 위한 컬러 필터를 포함할 수 있다. 컬러 필터는 광의 이동경로 상에 형성된다.
제2 전극(573) 상에 박막 봉지층(590)이 배치될 수 있다. 박막 봉지층(590)은 적어도 하나의 유기막 및 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 유기막 및 적어도 하나의 무기막이 교호적으로 배치될 수 있다.
이상 설명된 적층 구조를 갖는 표시패널(501) 상에 광학 필름(100)이 배치된다. 광학 필름(100)은 광투과성 매트릭스(110) 및 광투과성 매트릭스(110)에 분산된 필러(120)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 필름(100)의 Creep 변형비는 0.46 이하이고, 상기 Creep 변형비는 하기 식 1로 계산된다.
[식1]
Creep 지수 = Creep 변형율/Creep stress
상기 식1에서 상기 Creep 변형율은 하기 식 2로 계산될 수 있다.
[식2]
Creep 변형율 = (3600s 후 인장된 길이 - 1% strain 시 인장된 길이)/(시편 측정 길이)
상기 식 1에서 상기 Creep stress는 하기 식 3로 계산될 수 있다.
[식3]
Creep stress = 1% strain 인장강도/항복인장강도
상기 식 3에서 상기 1% strain 인장강도는 상기 필름을 1% strain 변형하는데 필요한 stress 값을 의미하고,
상기 항복인장강도는 S-S Curve의 Modulus(기울기)를 0.2% offset하여 생기는 접점에서의 Stress를 의미한다.
Creep 변형비가 0.46 이상인 경우, 외부의 힘에 변형되는 수준이 더 크며, 변형에 저항하는 힘이 약할 수 있다. 그로 인해, 폴딩 시 필름의 접히는 각도가 크고, 필름이 파단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)은 200 내지 300MPa 범위의 마르텐스 경도(HM)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 필름(100)은 230 내지 270 MPa 범위의 마르텐스 경도(HM)를 가질 수 있고, 250 내지 265 MPa가 될 수도 있다.
광학 필름(100)의 마르텐스 경도(HM)가 200MPa 미만인 경우, 외부의 찍힘에 취약할 수 있다. 다시 말해, 필름의 외부에 외력이 가해지는 경우, 쉽게 스크래치가 생기거나, 크랙이 발생할 수 있다.
광학 필름(100)의 마르텐스 경도(HM)가 300MPa 초과인 경우, 광학 필름(100)이 쉽게 깨질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)은 40 내지 70 범위의 비커스 경도(HV)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 필름(100)은 43 내지 56 범위의 비커스 경도(HV)를 가질 수 있고, 46 내지 53가 될 수도 있다.
광학 필름(100)의 비커스 경도(HV)가 40 미만인 경우, 외부의 찍힘에 취약할 수 있다. 다시 말해, 필름의 외부에 외력이 가해지는 경우, 쉽게 스크래치가 생기거나, 크랙이 발생할 수 있다.
광학 필름(100)의 비커스 경도(HV)가 70 초과인 경우, 광학 필름(100)이 쉽게 깨질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광함 필름(100)은 0.5 내지 0.65 범위의 Creep stress를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 필름(100)은 0.55 내지 0.63 범위의 Creep stress를 가질 수 있고, 0.57 내지 0.6이 될 수도 있다.
광학 필름(100)의 Creep stress가 0.5 미만인 경우, 광학 필름의 변형에 더 적은 에너지가 필요한 것을 의미한다. 다시 말해, 외력에 저항하는 힘이 작고, 외력에 의해 쉽게 변형될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)의 제조방법은 고분자 매트릭스(110) 형성용 수지 용액에 필러(120)를 1차 분산시켜 제1 혼합액을 제조하는 단계, 및 제1 혼합액을 캐스팅하여 캐스트 필름을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자 매트릭스(110) 형성용 수지 용액으로 폴리이미드계 수지 용액이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필름(100)의 제조방법은, 폴리이미드계 수지 분말을 제조하는 단계, 폴리이미드계 수지 분말을 제1 용매에 용해시켜 폴리이미드계 수지 용액을 제조하는 단계, 분산액을 준비하는 단계, 필러 분산액과 폴리이미드계 수지 용액을 혼합하여 제1 혼합액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
필러 분산액은 예를 들어, 필러(120)를 제2 용매에 분산시켜 제조될 수 있다.
제1 용매로 DMAc(N,N-Dimethylacetamide)가 사용될 수 있다. 제2 용매로 DMAc(N,N-Dimethylacetamide) 또는 메틸에틸케톤(Methyl Ethyl Ketone, MEK)이 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 용매 및 제2 용매로 공지된 다른 용매가 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필러(120)의 분산성을 향상시키기 위하여, 제1 혼합액의 pH가 조정될 수 있다. 예를 들어, 제1 혼합액의 pH는 5 내지 7의 범위로 조정될 수 있다. 그에 따라 필러(120)의 응집 또는 뭉침 현상이 방지될 수 있다.
다음, 제1 혼합액을 캐스팅하고, 건조 및 열처리하여 광학 필름(100)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 혼합액의 캐스팅에 의하여 형성된 필름을 캐스트 필름이라 하고, 캐스트 필름의 건조 및 열처리에 의하여 제조된 필름을 광학 필름(100)이라고 할 수 있다. 캐스트 필름은 미경화 필름이라고 할 수 있다.
또한, 캐스팅에 의하여 형성된 캐스트 필름의 건조 및 열처리 과정에 대류를 방지하여, 필러(120)가 일정한 방향으로 배향되도록 할 수 있다.
구체적으로, 열을 이용하여 캐스트 필름을 건조할 때, 내부에 대류가 발생하면 필러(120)의 배향성이 저하될 수 있다. 따라서, 대류를 방지하기 위해 캐스트 필름이 천천히 건조되도록 할 수 있다. 예를 들어, 80℃ 내지 120℃까지 1℃/1minute (1도/1분)의 승온 속도로 승온하면서 캐스트 필름에 대한 건조가 진행될 수 있다. 일정 수준 이상 건조가 되면 필러(120)의 배향성이 고정될 수 있다.
이하, 예시적인 제조예 및 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하 설명되는 제조예나 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1: 폴리이미드계 중합체 고형분 제조>
교반기, 질소주입장치, 적하깔때기, 온도조절기 및 냉각기를 부착한 1L 반응기에 질소를 통과시키면서, DMAc(N,N-Dimethylacetamide) 719.104g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후, TFDB 54.439g(0.17mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 BPDA 13.505g(0.046mol)을 첨가하고 3시간 동안 교반하여 BPDA를 완전히 용해시킨 후, 6FDA 9.063g(0.020mol)을 첨가하여 완전히 용해시켰다. 반응기 온도를 10℃로 내린 후 TPC 21.053g(0.104mol)을 첨가한 후 25℃에서 12시간 반응하여 고형분의 농도가 12중량%인 중합체 용액을 얻었다.
얻어진 중합체 용액에 피리딘 11.54g, 아세틱 안하이드라이드 14.90g을 투입하여 30분 교반 후, 다시 80℃까지 승온후 동일 온도에서 1시간 교반하여 반응시킨 후 상온으로 식히고, 얻어진 중합체 용액에 메탄올 20L를 첨가하여 고형분을 침전시키고, 침전된 고형분을 여과하고 분쇄한 후, 다시 메탄올 2L로 세정한 후, 100℃에서 진공으로 6시간 이상건조하여 분말 상태의 폴리이미드계 중합체 고형분을 얻었다. 여기서 제조된 폴리이미드계 중합체 고형분은 폴리아마이드-이미드 중합체 고형분이다.
<실시예 1>
1L 반응기에 723.46g의 DMAc(제1 용매)를 채운 후, 반응기의 온도를 10℃로 유지한 채 일정시간 교반하였다. 이후, 제조예 1에서 제조된 고형분 분말의 폴리아마이드-이미드(폴리이미드계 수지 분말) 110g을 투입한 후, 1시간 교반 후 25℃로 승온시켜서 액상의 폴리이미드계 수지 용액을 제조하였다.
이후 DMAc(N,N-디메틸아세트아마이드) 용액(제2 용매)에 평균 입경 4 nm, 평균 길이 1500 nm인 Alumina 수화물계 필러가 10중량%의 함량으로 분산되어 이루어진 알루미나 수화물계 필러 분산액 55g을 상기 제조된 액상의 폴리이미드계 수지 용액을 실린더 펌프를 이용하여 1시간 동안 천천히 투입시켜, 실리카 분산액과 폴리이미드계 수지 용액이 혼합된 제1 혼합액을 제조하였다.
제1 혼합액을 제조한 직후 제1 혼합액에 대하여 pH를 측정하면 pH가 8 이상이다. 필러(120)의 배열 특성을 향상시키기 위하여, 아세트산(acetic acid)과 같은 약산을 제1 혼합액에 투입하여 제1 혼합액의 pH가 5~7의 범위가 되도록 조절한다. 이와 같이 제조된 제1 혼합액은 섬유 형상의 필러(120)가 분산된 폴리이미드계 수지 용액이다.
얻어진 제1 혼합액을 캐스팅하였다. 캐스팅을 위해 캐스팅 기판이 사용된다. 캐스팅 기판의 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 캐스팅 기판으로, 유리 기판, 스테인레스(SUS) 기판, 테프론 기판 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐스팅 기판으로 유리 기판이 사용될 수 있다.
캐스트 필름의 건조 과정에서 필러(120)의 배향성을 유지하기 위해 80℃의 열풍 오븐에 넣고 1℃/분의 속도로 120도까지 약 40분간 천천히 건조하여 필름을 제조하고, 제조된 필름을 유리 기판에서 박리하여 프레임에 핀으로 고정하였다.
필름이 고정된 프레임을 진공오븐에 넣고 100℃부터 280℃까지 2시간 동안 천천히 가열한 후, 서서히 냉각해 프레임으로부터 분리하여 광학 필름을 수득하였다. 다시 광학 필름을 250℃에서 5분 동안 열처리하였다.
그 결과, 광투과성 매트릭스(110) 및 광투과성 매트릭스에 분산된 실리카계 필러(120)를 포함하는, 50㎛ 두께의 광학 필름(100)이 완성되었다.
<실시예 2-3>
표 1의 조건에 따라, 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필름(100)을 제조하고 이를 각각 실시예 2-3라 하였다.
<비교예 1-7>
표 1의 조건에 따라, 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필름(100)을 제조하고 이를 각각 비교예 1-7이라 하였다.
구분 광투과성 매트릭스(몰비) 필러
종류		 필러
함량(PHR)
디아민 디안하이드라이드 디카보닐
TFDB 6FDA BPDA TPC
실시예1 100 12 27 61 필러1 5
실시예2 100 12 27 61 필러1 7
실시예3 100 12 27 61 필러1 10
비교예1 100 12 27 61 미첨가 0
비교예2 100 12 27 61 필러2 5
비교예3 100 12 27 61 필러2 10
비교예4 100 12 27 61 필러2 20
비교예5 100 12 27 61 필러2 45
비교예6 100 12 27 61 필러1 2.5
비교예7 100 12 27 61 필러1 53
표 1에서 필러 1은 Aspect ratio가 375인 나노와이어이고, 필러 2는 입경이 15nm인 나노파티클이다. 구체적으로, 필러 1의 길이는 1.5㎛이고, 직경은 4nm이다.
표 1에서 몰비는 디아민 전체 100몰에 대한 상대적인 몰비를 나타낸다.
표 1에서 PHR은 Per Hundred Resin로서, 광투과성 매트릭스의 100 중량(g)에 대하여 필러의 중량(g)을 의미하다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 PHR은 폴리이미드계 중합체 고형분의 100 중량(g) 당 첨가되는 필러의 중량(g)을 의미한다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 광학 필름에 대하여 다음과 같은 물성을 측정하였다.
(1) 마르텐스 경도(HM) 측정
Fisher社의 HM-2000을 이용하여 측정하였다.
- Force: 12mN
- Running Time: 12s
- Hold Time: 5s
(2) 비커스 경도(Hv) 측정
Fisher 사의 HM-2000을 이용하여 측정하였다.
- Force : 12mN
- Running Time : 12s
- Hold Time : 5s
(3) 모듈러스(modulus) 측정
ASTM D885 방법에 따라, 인스트론사의 만능인장시험기(MODEL 5967)를 이용하여 광학 필름의 모듈러스(modulus)도를 측정하였다.
- 필름 제조 후 세시간 이내 측정 기준
- Road Cell 30KN, Grip 250N.
- 시편 크기 10mm X 50mm, 인장속도 25mm/min
(4) 항복인장강도 측정
- S-S Curve의 Modulus(기울기)를 0.2% offset하여 생기는 접점에서의 Stress 값
- 인스트론사의 만능인장시험기(MODEL 5967)를 이용하여 측정하였다.
(5) 1% Strain 인장강도 측정
- 1% Strain 도달 시 Stress 값
- 인스트론사의 만능인장시험기(MODEL 5967)를 이용하여 측정하였다.
(6) Creep stress 측정
Creep stress는 하기 식 3로 계산되며,
[식3]
Creep stress = 1% strain 인장강도/항복인장강도
(7) Creep 변형율 측정
Creep 변형율 = (3600s 후 인장된 길이 - 1% strain 시 인장된 길이)/(시편 측정 길이)
(8) Creep 변형비 측정
Creep 지수는 하기 식 1로 계산되며,
[식1]
Creep 지수 = Creep 변형율/Creep stress
(9) Creep Test조건
인스트론사의 만능인장시험기(MODEL 5967)를 이용하여 광학 필름의 Creep특성을 측정하였다.
- Road Cell 30KN, Grip 250N.
- 시편 크기 10mm X 50mm, 인장속도 25mm/min
- Hold Strain : 1%
- Hold Time : 60min
측정결과는 다음 표 2와 같다.
구분 마르텐스
경도(HM)
(MPa)		 비커스 경도
(HV)		 Modulus
(GPa)		 인장강도
(MPa)
항복점		 인장강도
(MPa)
1% Strain		 Creep
Stress		 Creep
변형율
(%)		 Creep
지수
실시예 1 258 49 8.53 135 78 0.577 0.265 0.459
실시예 2 260 50 9.12 142 85 0.598 0.271 0.453
실시예 3 262 51 9.98 150 89 0.593 0.268 0.452
비교예 1 238 45 6.98 111 61 0.555 0.269 0.484
비교예 2 237 43 7.11 113 63 0.558 0.263 0.471
비교예 3 238 45 7.25 121 64 0.531 0.266 0.501
비교예 4 240 44 7.24 123 71 0.577 0.280 0.485
비교예5 252 43 7.52 142 73 0.514 0.317 0.617
비교예6 240 45 7.25 114 64 0.561 0.268 0.477
비교예7 310 72 11.88 182 110 0.604 0.287 0.475
표 2의 측정결과에 개시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학 필름(100)은, Creep 지수가 0.46이하임을 확인할 수 있다.

Claims (13)

  1. 광투과성 매트릭스; 및
    상기 광투과성 매트릭스에 분산된 필러를 포함하고,
    0.46 이하인 Creep 지수를 갖는, 광학 필름:
    상기 Creep 지수는 하기 식 1로 계산되며,
    [식1]
    Creep 지수 = Creep 변형율/Creep stress
    상기 식1에서 상기 Creep 변형율은 하기 식 2로 계산되며,
    [식2]
    Creep 변형율 = (3600s 후 인장된 길이 - 1% strain 시 인장된 길이)/(시편 측정 길이)
    상기 식 1에서 상기 Creep stress는 하기 식 3로 계산되며,
    [식3]
    Creep stress = 1% strain 인장강도/항복인장강도
    상기 식 3에서 상기 1% strain 인장강도는 상기 필름을 1% strain 변형하는데 필요한 stress 값을 의미하고,
    상기 항복인장강도는 S-S Curve의 Modulus(기울기)를 0.2% offset하여 생기는 접점에서의 Stress를 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필러는 막대형상 또는 섬유형상을 갖는, 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필러는 Aspect Ratio가 30 내지 2,000인, 광학 필름:
    상기 aspect ratio는 상기 필러의 직경에 대한 길이의 비이다.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 필러는 1 내지 6um 범위의 길이를 갖는, 광학 필름.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 필러는 3 내지 33nm 범위의 직경을 갖는, 광학 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필러는, 유리 섬유(Glass fiber), 알루미늄 섬유(Aluminum fiber) 및 불소 섬유(Fluoride fiber) 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필러는, 알루미나 수화물(aluminum oxide hydroxide), SiO2, Al2O3, PTFE (Polytetrafluoroethylene) 및 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필러의 함량은, 상기 광투과성 매트릭스의 100 중량에 대하여3 내지 50 PHR의 함량을 갖는, 광학 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    200 내지 300MPa 범위의 마르텐스 경도(HM)를 갖는, 광학 필름:
    상기 마르텐스 경도(HM)는 상기 광학 필름의 Martens 경도이고,
    상기 마르텐스 경도(HM)는 HM-2000을 사용하여, 12mN/Running Time 12s/Hold time 5s 조건에서 측정된다.
  10. 제1항에 있어서,
    40 내지 70 범위의 비커스 경도(HV)를 갖는, 광학 필름:
    상기 비커스 경도(HV)는 상기 광학 필름의 비커스 경도이고,
    상기 비커스 경도(HV)은 HM-2000을 사용하여, 12mN/Running Time 12s/Hold time 5s 조건에서 측정된다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 Creep stress는 0.5 내지 0.65 범위인, 광학 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광투과성 매트릭스는 이미드 반복단위 및 아마이드 반복단위 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 필름.
  13. 표시패널; 및
    상기 표시패널 상에 배치된, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 한의 광학 필름;을 포함하는, 표시장치.
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