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KR102609848B1 - 하드코팅 필름 및 이를 구비한 플렉시블 디스플레이 - Google Patents

하드코팅 필름 및 이를 구비한 플렉시블 디스플레이 Download PDF

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KR102609848B1
KR102609848B1 KR1020160177306A KR20160177306A KR102609848B1 KR 102609848 B1 KR102609848 B1 KR 102609848B1 KR 1020160177306 A KR1020160177306 A KR 1020160177306A KR 20160177306 A KR20160177306 A KR 20160177306A KR 102609848 B1 KR102609848 B1 KR 102609848B1
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coating layer
coating film
transparent substrate
weight
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이승우
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 투명 기재; 상기 투명 기재의 한면에 형성된 제1 하드코팅층; 상기 투명 기재의 다른 한면에 형성된 제2 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제1 하드코팅층 사이에 위치하는 제3 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제2 하드코팅층 사이에 위치하는 제4 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제3 하드코팅층 사이에 위치하는 제5 하드코팅층; 및 상기 투명 기재와 제4 하드코팅층 사이에 위치하는 제6 하드코팅층을 포함하고, 상기 제1 하드코팅층 내지 제6 하드코팅층은 각각 두께가 5 내지 50 ㎛ 이고, 가교강직성 값의 범위가 1.2 내지 15 kPa·m인 플렉시블 디스플레이용 하드코팅 필름, 및 상기 하드코팅 필름이 구비된 플렉시블 디스플레이를 제공한다. 본 발명에 따른 하드코팅 필름은 경도가 높으면서도 유연성이 뛰어나다.

Description

하드코팅 필름 및 이를 구비한 플렉시블 디스플레이 {Hard Coating Film and Flexible Display Having the Same}
본 발명은 하드코팅 필름 및 이를 구비한 플렉시블 디스플레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경도가 우수하면서 유연성을 가지는 하드코팅 필름 및 상기 하드코팅 필름을 구비한 플렉시블 디스플레이에 관한 것이다.
하드코팅 필름은 액정 표시장치, 일렉트로루미네센스(EL) 표시장치, 플라즈마 디스플레이(PD), 전계 방출 디스플레이(FED: Field Emission Display) 등의 화상표시장치에 표면 보호 등의 목적으로 이용되고 있다.
최근에는 기존의 유연성이 없는 유리기판 대신에 플라스틱 등과 같이 유연성 있는 재료를 사용하여 종이처럼 휘어져도 표시 성능을 그대로 유지할 수 있는 플렉시블(flexible) 디스플레이가 차세대 표시장치로 급부상하면서, 경도(hardness)가 높고 내찰상성이 좋을 뿐만 아니라, 제조 공정이나 사용 중에 필름 가장자리의 컬(curl) 현상이 일어나지 않고, 적당한 유연성을 갖추어 크랙이 발생하지 않는 하드코팅 필름이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제2014-0027023호에는 지지 기재; 상기 기재의 일면에 형성되며, 제1 광경화성 가교 공중합체를 포함하는 제1 하드코팅층; 및 상기 기재의 다른 일면에 형성되며, 제2 광경화성 가교 공중합체, 및 상기 제2 광경화성 가교 공중합체 내에 분산되어 있는 무기 미립자를 포함하는 제2 하드코팅층을 포함하는 하드코팅 필름이 개시되어 있으며, 상기 하드코팅 필름은 고경도, 내충격성, 내찰상성 및 고투명도를 나타낸다고 기재되어 있다.
그러나, 이러한 하드코팅 필름은 플렉시블 디스플레이에 적용하기에는 유연성이 충분하지 않은 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제2014-0027023호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 경도가 우수하면서 유연성을 가지는 플렉시블 디스플레이용 하드코팅 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 하드코팅 필름이 구비된 플렉시블 디스플레이를 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은 투명 기재; 상기 투명 기재의 한면에 형성된 제1 하드코팅층; 상기 투명 기재의 다른 한면에 형성된 제2 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제1 하드코팅층 사이에 위치하는 제3 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제2 하드코팅층 사이에 위치하는 제4 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제3 하드코팅층 사이에 위치하는 제5 하드코팅층; 및 상기 투명 기재와 제4 하드코팅층 사이에 위치하는 제6 하드코팅층을 포함하고,
상기 제1 하드코팅층 내지 제6 하드코팅층은 각각 두께가 5 내지 50 ㎛ 이고, 하기 수학식 1로 정의되는 가교강직성 값의 범위가 1.2 내지 15 kPa·m인 플렉시블 디스플레이용 하드코팅 필름을 제공한다.
[수학식 1]
가교강직성(kPa·m) = 압축 탄성율(GPa)×층 두께(㎛)×가교밀도
본 발명의 일 실시형태에서, 1000g의 하중으로 평가한 제1 하드코팅층의 연필경도는 3H 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 하드코팅 필름은 상기 제2 하드코팅층이 점착제와 접하도록 점착제에 부착한 상태에서 1000g의 하중으로 평가한 연필경도가 H 이상일 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 하드코팅 필름이 구비된 플렉시블 디스플레이를 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 상기 하드코팅 필름이 구비된 플렉시블 디스플레이의 윈도우를 제공한다.
본 발명에 따른 하드코팅 필름은 경도가 높으면서도 유연성이 뛰어나므로 플렉시블 디스플레이에 효과적으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 투명 기재; 상기 투명 기재의 한면에 형성된 제1 하드코팅층; 상기 투명 기재의 다른 한면에 형성된 제2 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제1 하드코팅층 사이에 위치하는 제3 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제2 하드코팅층 사이에 위치하는 제4 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제3 하드코팅층 사이에 위치하는 제5 하드코팅층; 및 상기 투명 기재와 제4 하드코팅층 사이에 위치하는 제6 하드코팅층을 포함하고,
상기 제1 하드코팅층 내지 제6 하드코팅층은 각각 두께가 5 내지 50 ㎛ 이고, 하기 수학식 1로 정의되는 가교강직성 값의 범위가 1.2 내지 15 kPa·m인 플렉시블 디스플레이용 하드코팅 필름을 제공한다.
[수학식 1]
가교강직성(kPa·m) = 압축 탄성율(GPa)×층 두께(㎛)×가교밀도
본 발명의 일 실시형태에 따른 하드코팅 필름은 그 양면에 두께가 5 내지 50 ㎛의 범위로 얇으면서 가교강직성 값이 1.2 내지 15 kPa·m인 하드코팅층이 형성되어 있어 경도가 우수하면서 유연성을 갖게 된다. 특히, 접거나 구부릴 때 바깥 방향에서의 인장응력이 가해지기 때문에 하드코팅층에서 크랙 발생이 완화된다. 상기 가교강직성의 값이 1.2 kPa·m 미만인 경우에는 경도 향상이 어렵고, 15 kPa·m를 초과하는 경우에는 굽힘 특성 발현이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 하드코팅층의 압축 탄성율은 10,000 내지 15,000 MPa이고, 상기 제3 하드코팅층의 압축 탄성율은 5,000 내지 10,000 MPa이며, 상기 제5 하드코팅층의 압축 탄성율은 3,000 내지 5,000 MPa이다. 또한, 상기 제2 하드코팅층의 압축 탄성율은 3,000 내지 5,000 MPa이고, 상기 제4 하드코팅층의 압축 탄성율은 5,000 내지 7,000 MPa이며, 상기 제6 하드코팅층의 압축 탄성율은 7,000 내지 10,000 MPa일 수 있다.
본 발명에서 상기 압축 탄성율을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 후술하는 실험예에 제시된 방법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 하드코팅층과 제2 하드코팅층의 가교밀도는 5 내지 20%이고, 상기 제3 하드코팅층과 제4 하드코팅층의 가교밀도는 5 내지 15%이며, 상기 제5 하드코팅층과 제6 하드코팅층의 가교밀도는 2 내지 15%일 수 있다. 상기 범위의 가교밀도를 만족할 때 하드코팅층 형성시 경도 향상 및 유연성 개선 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 상기 가교밀도를 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 후술하는 실험예에 제시된 방법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 1000g의 하중으로 평가한 제1 하드코팅층의 연필경도는 3H 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 연필경도를 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 후술하는 실험예에 제시된 방법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 하드코팅 필름은 제2 하드코팅층이 점착제와 접하도록 점착제에 부착한 상태에서 1000g의 하중으로 평가한 연필경도가 H 이상일 수 있다. 상기 점착제는 25μm 이상의 두께를 가지고, 예들 들어 감압 점착제(PSA) 또는 광학 투명 접착제(OCA)일 수 있다.
본 발명에서 상기 점착제 연필경도를 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 후술하는 실험예에 제시된 방법으로 측정할 수 있다
본 발명의 일 실시형태에 따른 하드코팅 필름은 투명 기재의 양면에 하드코팅 조성물을 도포하고 경화시켜 제1 내지 제6 하드코팅층을 형성함으로써 제조할 수 있다.
상기 투명 기재로는 투명성이 있는 플라스틱 필름이면 어떤 것이라도 사용 가능하다. 예를 들면, 노르보르넨이나 다환 노르보르넨계 단량체와 같은 시클로올레핀을 포함하는 단량체의 단위를 갖는 시클로올레핀계 유도체, 셀룰로오스(디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스부틸레이트, 이소부틸에스테르셀룰로오스, 프로피오닐셀룰로오스, 부티릴셀룰로오스, 아세틸프로피오닐셀룰로오스), 에틸렌아세트산비닐공중합체, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴, 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리우레탄 및 에폭시 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 미연신, 1축 또는 2축 연신 필름을 사용할 수 있다.
상기 투명 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 8 내지 1000㎛, 구체적으로는 20 내지 150㎛일 수 있다. 상기 투명 기재의 두께가 8㎛ 미만이면 필름의 강도가 저하되어 가공성이 떨어지게 되고, 1000㎛ 초과이면 투명성이 저하되거나 하드코팅 필름의 중량이 커지는 문제가 발생한다.
상기 제1 하드코팅층 내지 제6 하드코팅층을 형성하는 하드코팅 조성물은 광경화형 수지, 광개시제 및 용제를 포함할 수 있으며, 입경이 10 내지 100 nm인 나노실리카를 함유하는 실리카 졸을 추가로 포함할 수 있다.
상기 광경화형 수지는 광경화형 (메타)아크릴레이트 올리고머, 모노머, 아크릴계 덴드리머, 폴리카프로락톤, 폴리로타세인 및 포스파젠 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 광경화형 (메타)아크릴레이트 올리고머로는 에폭시 (메타)아크릴레이트, 우레탄 (메타)아크릴레이트 등을 통상적으로 사용하며, 다관능 우레탄 (메타)아크릴레이트가 보다 바람직하다. 상기 다관능 우레탄 (메타)아크릴레이트는 분자내에 히드록시기를 갖는 다관능 (메타)아크릴레이트와 이소시아네이트기를 갖는 화합물을 촉매 존재 하에서 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 분자내에 히드록시기를 갖는 다관능 (메타)아크릴레이트는 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시이소프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 개환 히드록시아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리/테트라(메타)아크릴레이트 혼합물 및 디펜타에리스리톨펜타/헥사(메타)아크릴레이트 혼합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
또한, 상기 이소시아네이트기를 갖는 화합물은 1,4-디이소시아나토부탄, 1,6-디이소시아나토헥산, 1,8-디이소시아나토옥탄, 1,12-디이소시아나토도데칸, 1,5-디이소시아나토-2-메틸펜탄, 트리메틸-1,6-디이소시아나토헥산, 1,3-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 트랜스-1,4-시클로헥센디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스(시클로헥실이소시아네이트), 이소포론디이소시아네이트, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트, 톨루엔-2,6-디이소시아네이트, 자일렌-1,4-디이소시아네이트, 테트라메틸자일렌-1,3-디이소시아네이트, 1-클로로메틸-2,4-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스(2,6-디메틸페닐이소시아네이트), 4,4'-옥시비스(페닐이소시아네이트), 헥사메틸렌디이소시아네이트로부터 유도되는 3관능성 이소시아네이트, 및 트리메탄프로판올어덕트톨루엔디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 모노머는 당해 기술분야에서 사용되는 것일 수 있으며, 구체적으로 광경화형 관능기, 예컨대 (메타)아크릴로일기, 비닐기, 스티릴기, 알릴기 등의 불포화기를 분자내에 갖는 화합물, 바람직하게는 (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물이다.
상기 (메타)아크릴로일기를 갖는 모노머는 네오펜틸글리콜아크릴레이트, 1,6-헥산디올(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에탄트리(메타)아크릴레이트, 1,2,4-시클로헥산테트라(메타)아크릴레이트, 펜타글리세롤트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 트리펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 트리펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 비스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트디(메타)아크릴레이트, 하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 하이드록시부틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소덱실(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼푸릴(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 및 이소보네올(메타)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 광경화형 수지는 상기 하드코팅 조성물 전체 100 중량%에 대하여 15 내지 85 중량%, 바람직하게는 25 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 15 중량% 미만인 경우에는 코팅 두께를 올리기 어렵고, 충분한 기계적 특성을 확보하는 것이 어려울 수 있으며, 85 중량% 초과인 경우에는 코팅성이 현저하게 나빠져 외관이 불량하고 두께 균일도를 확보하기 어려울 수 있다.
상기 광개시제는 당해 기술분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]2-모폴린프로판온-1, 디페닐케톤 벤질디메틸케탈, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-온, 4-히드록시시클로페닐케톤, 디메톡시-2-페닐아세토페논, 안트라퀴논, 플루오렌, 트리페닐아민, 카바졸, 3-메틸아세토페논, 4-클로로아세토페논, 4,4-디메톡시아세토페논, 4,4-디아미노벤조페논, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 및 벤조페논으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 광개시제는 상기 하드코팅 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 광개시제의 함량이 0.1 중량% 미만이면 경화 속도가 늦고, 10 중량%를 초과하면 과도한 경화로 인해 하드코팅층에 크랙이 발생할 수 있다.
상기 용제는 당해 기술분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 알코올계(메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 등), 셀로솔브계(메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브 등), 케톤계(메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸케톤, 디프로필케톤, 시클로헥사논 등), 헥산계(헥산, 헵탄, 옥탄 등), 벤젠계(벤젠, 톨루엔, 자일렌 등) 등이 사용될 수 있다. 상기 용제들은 각각 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 용제는 하드코팅 조성물 전체 100 중량%에 대하여 10 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 10 중량% 미만인 경우 점도가 높아 작업성이 떨어지고, 80 중량% 초과인 경우에는 건조 및 경화 과정에서 많은 시간이 소요되며, 하드코팅막을 형성할 시에 높은 두께를 형성하기 어렵다는 단점이 있다.
한편, 추가로 사용가능한 상기 실리카 졸은 입경이 10 내지 100 nm인 나노실리카가 유기 용매에 분산되어 있는 콜로이드 형태일 수 있다. 상기 유기 용매로는 메탄올 및 이소프로판올과 같은 알코올류, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤과 같은 케톤류 등이 사용될 있으며, 이중에서 메틸에틸케톤이 하드코팅 필름의 밀착성을 개선시킬 수 있어 바람직하다.
상기 실리카 졸은 하드코팅 조성물 전체 100 중량%에 대하여 10 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 10 중량% 미만인 경우에는 내마모성, 내스크래치성, 연필경도 등의 기계적 물성이 충분하지 않을 수 있으며, 60 중량% 초과인 경우에는 외관 불량 및 유연성이 저하될 수 있다.
상기 하드코팅 조성물은 상기한 성분들 이외에도, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 성분들, 예를 들어 레벨링제, 자외선 안정제, 열 안정제, 항산화제, 계면활성제, 윤활제, 방오제 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
상기 레벨링제는 상기 하드코팅 조성물을 코팅 시 도막의 평활성 및 코팅성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 상기 레벨링제는 시판되는 실리콘 형태의 레벨링제, 불소 형태의 레벨링제, 아크릴 고분자 형태의 레벨링제 등을 사용할 수 있으며, 예를 들면 비와이케이 케미사의 BYK-3530, BYK-323, BYK-331, BYK-333, BYK-337, BYK-373, BYK-375, BYK-377, BYK-378, 대구사의 TEGO Glide 410, TEGO Glide 411, TEGO Glide 415, TEGO Glide 420, TEGO Glide 432, TEGO Glide 435, TEGO Glide 440, TEGO Glide 450, TEGO Glide 455, TEGO Rad 2100, TEGO Rad 2200N, TEGO Rad 2250, TEGO Rad 2300, TEGO Rad 2500, 3M사의 FC-4430, FC-4432 등을 사용할 수 있다. 상기 레벨링제는 상기 하드코팅 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 1 중량% 범위로 사용하는 것이 좋다.
상기 하드코팅 조성물은 다이코터, 에어 나이프, 리버스 롤, 스프레이, 블레이드, 캐스팅, 그라비아, 마이크로 그라비아, 스핀코팅 등 공지된 방식을 적절히 사용하여, 투명기재에 도공(Coating Process)이 가능하다.
상기 하드코팅 조성물을 투명기재에 도포한 후에는, 30 내지 150℃의 온도에서 10초 내지 1시간 동안, 보다 구체적으로는 30초 내지 30분 동안 휘발물을 증발시켜 건조시킨 다음, UV광을 조사하여 경화시킨다. 상기 UV광의 조사량은 구체적으로 약 0.01 내지 10J/㎠일 수 있으며, 보다 구체적으로 0.1 내지 2J/㎠일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 하드코팅 필름이 구비된 플렉시블 디스플레이에 관한 것이다. 일례로, 본 발명의 하드코팅 필름은 플렉시블 디스플레이의 윈도우에 부착시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 하드코팅 필름은 반사형, 투과형, 반투과형 LCD 또는 TN형, STN형, OCB형, HAN형, VA형, IPS형 등의 각종 구동 방식의 LCD에 사용될 수 있다.　 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 하드코팅 필름은 플라즈마 디스플레이, 필드 에미션 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 무기 EL 디스플레이, 전자 페이퍼 등의 각종 화상표시장치에도 사용될 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
제조예 1: 제1 하드코팅층 -형성 조성물의 제조
메틸에틸케톤 실리카졸(MEK-AC-2140Z, 닛산화학, 입경 10-15nm) 40 중량%, 10관능 우레탄아크릴레이트 올리고머(UV1000, 신아티앤씨) 15 중량%, 3관능 모노머(M340, MIRAMER) 18.5 중량%, 광개시제(I-184, BASF) 1.2 중량%, 레벨링제(BYK-3530, BYK) 0.3 중량% 및 메틸에틸케톤(MEK) 25 중량%를 혼합하여 제1 하드코팅층-형성 조성물을 제조하였다.
제조예 2: 제2 하드코팅층 -형성 조성물의 제조
메틸에틸케톤 실리카졸(MEK-AC-2140Z, 닛산화학, 입경 10-15nm) 30 중량%, 10관능 우레탄아크릴레이트 올리고머(UV1000, 신아티앤씨) 25 중량%, 3관능 모노머(M340, MIRAMER) 18.5 중량%, 광개시제(I-184, BASF) 1.2 중량%, 레벨링제(BYK-3530, BYK) 0.3 중량% 및 메틸에틸케톤(MEK) 25 중량%를 혼합하여 제2 하드코팅층-형성 조성물을 제조하였다.
제조예 3: 제3 하드코팅층 -형성 조성물의 제조
메틸에틸케톤 실리카졸(MEK-AC-2140Z, 닛산화학, 입경 10-15nm) 30 중량%, 10관능 우레탄아크릴레이트 올리고머(UV1000, 신아티앤씨) 15 중량%, 3관능 모노머(M340, MIRAMER) 18.5 중량%, 광개시제(I-184, BASF) 1.2 중량%, 레벨링제(BYK-3530, BYK) 0.3 중량% 및 메틸에틸케톤(MEK) 35 중량%를 혼합하여 제3 하드코팅층-형성 조성물을 제조하였다.
제조예 4: 제4 하드코팅층 -형성 조성물의 제조
메틸에틸케톤 실리카졸(MEK-AC-2140Z, 닛산화학, 입경 10-15nm) 20 중량%, 10관능 우레탄아크릴레이트 올리고머(UV1000, 신아티앤씨) 15 중량%, 3관능 모노머(M340, MIRAMER) 18.5 중량%, 광개시제(I-184, BASF) 1.2 중량%, 레벨링제(BYK-3530, BYK) 0.3 중량% 및 메틸에틸케톤(MEK) 45 중량%를 혼합하여 제4 하드코팅층-형성 조성물을 제조하였다.
제조예 5: 제5 하드코팅층 -형성 조성물의 제조
아이소프로필알콜 실리카졸(ST, 닛산화학, 입경 10-15nm) 30 중량%, 10관능 우레탄아크릴레이트 올리고머(UV1000, 신아티앤씨) 15 중량%, 3관능 모노머(M340, MIRAMER) 18.5 중량%, 광개시제(I-184, BASF) 1.2 중량%, 레벨링제(BYK-3530, BYK) 0.3 중량% 및 메틸에틸케톤(MEK) 35 중량%를 혼합하여 제5 하드코팅층-형성 조성물을 제조하였다.
제조예 6: 제6 하드코팅층 -형성 조성물의 제조
아이소프로필알콜 실리카졸(ST, 닛산화학, 입경 10-15nm) 25 중량%, 10관능 우레탄아크릴레이트 올리고머(UV1000, 신아티앤씨) 10 중량%, 3관능 모노머(M340, MIRAMER) 18.5 중량%, 광개시제(I-184, BASF) 1.2 중량%, 레벨링제(BYK-3530, BYK) 0.3 중량% 및 메틸에틸케톤(MEK) 45 중량%를 혼합하여 제6 하드코팅층-형성 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3: 하드코팅 필름의 제조
실시예 1:
상기 제조예 5에서 제조된 제5 하드코팅층-형성 조성물을 폴리이미드(PI) 필름(30㎛)의 일면에 5㎛의 두께로 코팅하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조한 후 고압 수은램프에서 350mJ/㎠의 광량으로 경화하여 제5 하드코팅층을 형성하고, 상기 제조예 6에서 제조된 제6 하드코팅층-형성 조성물을 상기 폴리이미드(PI) 필름의 다른 일면에 5㎛의 두께로 코팅하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조한 후 고압 수은램프에서 350mJ/㎠의 광량으로 경화하여 제6 하드코팅층을 형성하였다. 이후, 제조예 3에서 제조된 제3 하드코팅층-형성 조성물을 상기 제5 하드코팅층 상에 5㎛의 두께로 코팅하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조한 후 고압 수은램프에서 350mJ/㎠의 광량으로 경화하여 제3 하드코팅층을 형성하고, 제조예 4에서 제조된 제4 하드코팅층-형성 조성물을 상기 제6 하드코팅층 상에 5㎛의 두께로 코팅하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조한 후 고압 수은램프에서 350mJ/㎠의 광량으로 경화하여 제4 하드코팅층을 형성하였다. 이어서, 제조예 1에서 제조된 제1 하드코팅층-형성 조성물을 상기 제3 하드코팅층 상에 5㎛의 두께로 코팅하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조한 후 고압 수은램프에서 350mJ/㎠의 광량으로 경화하여 제1 하드코팅층을 형성하고, 제조예 2에서 제조된 제2 하드코팅층-형성 조성물을 상기 제4 하드코팅층 상에 5㎛의 두께로 코팅하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조한 후 고압 수은램프에서 350mJ/㎠의 광량으로 경화하여 제2 하드코팅층을 형성함으로써 하드코팅필름을 제조하였다.
실시예 2:
상기 하드코팅층-형성 조성물을 각각 10㎛의 두께로 코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
실시예 3:
상기 하드코팅층-형성 조성물을 각각 15㎛ 의 두께로 코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 1:
상기 제1 내지 2 하드코팅층을 형성하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 2:
상기 제3 내지 4 하드코팅층을 형성하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 3:
상기 제5 내지 6 하드코팅층을 형성하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
비교예 4:
각 하드코팅층의 형성시에 고압 수은램프의 광량을 1500mJ/㎠로 증가시켜 경화를 수행하는 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정으로 하드코팅 필름을 제조하였다.
실험예 1:
상기에서 제조된 하드코팅 필름의 물성을 후술하는 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 압축탄성율
각 하드코팅층의 표면 중앙을 피코덴터 HM-500((주)피셔 인스트루먼츠)을 사용해서 나노 인덴테이션법에 의해 압축 탄성율을 측정하였다. 상기 측정은 온도 25℃, 습도 50％에서 수행되었으며, 각 하드코팅층에 대해서 5회 측정한 후 평균값을 도출하였다.
(2) 가교밀도
각 하드코팅층을 15ml 테트라하이드로퓨란(THF) 용액 내에서 상온 조건하에 24시간 동안 보관하여 여과한 후, 녹지 않는 부분을 100℃에서 3시간 동안 건조 후 다시 50℃에서 15시간 동안 건조하였다. 이때, 각 하드코팅층에 대한 THF 용액에 담지시키기 전의 중량(W0) 및 THF 용액에 담지시킨 후의 중량(Wt)을 측정하여, 하기 식에 따라 가교밀도를 계산하였다.
가교밀도 = Wt/W0
(3) 가교강직성
상기 측정된 압축탄성율 및 가교밀도를 이용하여 하기 수학식 1에 따라 가교강직성을 계산하였다.
[수학식 1]
가교강직성(kPa·m) = 압축 탄성율(GPa)×층 두께(㎛)×가교밀도
(4) 연필경도
유리 기판 상에 하드코팅 필름을 놓고, 연필경도 시험기(PHT, 한국 석보과학사)를 이용하여 1000g 하중을 걸고 제1 하드코팅층에 대한 연필경도를 측정하였다. 연필은 미쯔비시 제품을 사용하고, 한 연필경도당 5회 실시하였다.
점착제 연필경도는 유리 기판 상에 50㎛ 두께의 점착제층을 형성시키고, 상기 점착제층 상에 하드코팅 필름을 이의 제2 하드코팅층이 점착제층과 접하도록 부착하여(위부터 제1 하드코팅층/제3 하드코팅층/제5 하드코팅층/기재/제6 하드코팅층/제4 하드코팅층/제2 하드코팅층/점착제/유리 기판의 순서) 평가하였다.
(5) 굴곡성
지름 4mm 및 6mm의 굽힘 테스트 기기(㈜ 코보텍)에 하드코팅 필름의 제1 하드코팅층이 안쪽으로 향하게 하여 굽혔을 때 필름에 파단(크랙)이 발생하는지 여부를 확인하였으며, 굽힘 과정을 20만회 반복하였다. 상기 테스트 기기에 굽힘 횟수를 입력한 후 실시간 카메라를 통해 크랙이 발생한 위치 및 굽힘 횟수를 확인하였다. 각 평가는 n=3으로 진행하였다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4

제1 하드코팅층
 두께 (㎛) 5 10 15 - 5 5 5
가교강직성 (kPa·m) 4 8 12 - 4 4 20
압축탄성율(GPa) 11 11 11 - 11 11 11
가교밀도(%) 7.2 7.2 7.2 - 7.2 7.2 36.3

제2 하드코팅층
 두께 (㎛) 5 10 15 - 5 5 5
가교강직성 (kPa·m) 3.5 7 10.5 - 3.5 3.5 7
압축탄성율(GPa) 4 4 4 - 4 4 4
가교밀도(%) 17.5 17.5 17.5 - 17.5 17.5 35


제3 하드코팅층
 두께 (㎛) 5 10 15 5 - 5 5
가교강직성 (kPa·m) 3 6 9 3 - 3 7
압축탄성율(GPa) 6 6 6 6 - 6 6
가교밀도(%) 10 10 10 10 - 10 23.3

제4 하드코팅층
 두께 (㎛) 5 10 15 5 - 5 5
가교강직성 (kPa·m) 2.5 5 7.5 2.5 - 2.5 7
압축탄성율(GPa) 6 6 6 6 - 6 6
가교밀도(%) 8.3 8.3 8.3 8.3 - 8.3 23.3

제5 하드코팅층
 두께 (㎛) 5 10 15 5 5 - 5
가교강직성 (kPa·m) 2 4 6 2 2 - 10
압축탄성율(GPa) 4 4 4 4 4 - 4
가교밀도(%) 10 10 10 10 10 - 50

제6 하드코팅층
 두께 (㎛) 5 10 15 5 5 - 5
가교강직성 (kPa·m) 1.5 3 4.5 1.5 1.5 - 10
압축탄성율(GPa) 8 8 8 8 8 - 8
가교밀도(%) 3.7 3.7 3.7 3.7 3.7 - 25
점착제 부착전 하드코팅 필름의 연필경도 6H 6H 7H 2H H F B
점착제 부착후 하드코팅 필름의 연필경도 H H H 3B 2B 2B 3B
하드코팅 필름의 굴곡성(2R) 12만 10만 9만 0.5만 0.5만 0.5만 0.1만
하드코팅 필름의 굴곡성(3R) 20만 17만 15만 1.5만 1만 1만 0.4만
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 6개의 하드코팅층을 구비하면서 각 층의 두께가 5 내지 50㎛이고 각층의 가교강직성 값이 1.2 내지 15 kPa·m의 범위를 동시에 만족하는 실시예 1 내지 3의 하드코팅 필름은 이러한 조건을 만족하지 못하는 비교예 1 내지 4의 경우에 비해 연필경도가 높고 우수한 굽힘 결과를 나타내었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 투명 기재; 상기 투명 기재의 한면에 형성된 제1 하드코팅층; 상기 투명 기재의 다른 한면에 형성된 제2 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제1 하드코팅층 사이에 위치하는 제3 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제2 하드코팅층 사이에 위치하는 제4 하드코팅층; 상기 투명 기재와 제3 하드코팅층 사이에 위치하는 제5 하드코팅층; 및 상기 투명 기재와 제4 하드코팅층 사이에 위치하는 제6 하드코팅층을 포함하고,
    상기 제1 하드코팅층 내지 제6 하드코팅층은 각각 두께가 5 내지 50 ㎛ 이고, 하기 수학식 1로 정의되는 가교강직성 값의 범위가 1.2 내지 15 kPa·m인 플렉시블 디스플레이용 하드코팅 필름:
    [수학식 1]
    가교강직성(kPa·m) = 압축 탄성율(GPa)×층 두께(㎛)×가교밀도.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 하드코팅층의 압축 탄성율은 10,000 내지 15,000 MPa이고, 상기 제3 하드코팅층의 압축 탄성율은 5,000 내지 10,000 MPa이며, 상기 제5 하드코팅층의 압축 탄성율은 3,000 내지 5,000 MPa이고, 상기 제2 하드코팅층의 압축 탄성율은 3,000 내지 5,000 MPa이고, 상기 제4 하드코팅층의 압축 탄성율은 5,000 내지 7,000 MPa이며, 상기 제6 하드코팅층의 압축 탄성율은 7,000 내지 10,000 MPa인 하드코팅 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 하드코팅층과 제2 하드코팅층의 가교밀도는 5 내지 20%이고, 상기 제3 하드코팅층과 제4 하드코팅층의 가교밀도는 5 내지 15%이며, 상기 제5 하드코팅층과 제6 하드코팅층의 가교밀도는 2 내지 15%인 하드코팅 필름.
  4. 제1항에 있어서, 1000g의 하중으로 평가한 제1 하드코팅층의 연필경도는 3H 이상인 하드코팅 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 하드코팅층이 점착제와 접하도록 점착제에 부착한 상태에서 1000g의 하중으로 평가한 연필경도가 H 이상인 하드코팅 필름.
  6. 제5항에 있어서, 상기 점착제의 두께가 25μm 이상인 하드코팅 필름.
  7. 제5항에 있어서, 상기 점착제가 감압 점착제(PSA) 또는 광학 투명 점착제(OCA)인 하드코팅 필름.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 6 하드코팅층이 광경화형 수지, 광개시제 및 용제를 포함하는 하드코팅 조성물로부터 형성되는 하드코팅 필름.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하드코팅 조성물은 실리카 졸을 추가로 포함하는 하드코팅 필름.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 하드코팅 필름이 구비된 플렉시블 디스플레이.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 하드코팅 필름이 구비된 플렉시블 디스플레이의 윈도우.
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