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JP7517660B2 - 光学積層体およびこれを含むフレキシブルディスプレイ装置 - Google Patents

光学積層体およびこれを含むフレキシブルディスプレイ装置 Download PDF

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Description

本出願は2020年12月23日付韓国特許出願第10-2020-0181985号および2021年11月23日付韓国特許出願第10-2021-0162577号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、光学積層体およびこれを含むフレキシブルディスプレイ装置に関するものである。
最近、スマートフォン、タブレットPCのようなモバイル機器の発展と共にディスプレイ用基材の薄膜化およびスリム化が要求されている。このようなモバイル機器のディスプレイ用ウィンドウまたは前面板には機械的特性に優れた素材としてガラスまたは強化ガラスが一般に使用されている。しかし、ガラスおよび強化ガラスはそれ自体の重量が重くてモバイル機器の高重量化を招き、また外部衝撃によって破損しやすい問題があり、柔軟性が低くてフレキシブルまたはフォルダブルディスプレイ機器に適用するには限界がある。また、ガラスの上に指紋防止層をコーティングしてディスプレイ用ウィンドウまたは前面板に防汚性を付与してきたが、ガラスと指紋防止層間の接着力が低くて耐スクラッチ性などの耐久性が低い限界がある。
このようなガラスを代替するための素材としてプラスチック樹脂が研究されている。プラスチック樹脂は、軽量でありながらも壊れる恐れが少なく、柔軟性を有していてモバイル機器の軽量化および柔軟化により適する。代表的に、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアクリレート(PAR)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)などが使用されているが、これらプラスチック樹脂を用いた基板の場合、硬度および耐スクラッチ性がガラス素材に比べて足りない問題がある。これにより、プラスチック樹脂基板に樹脂組成物をコーティングしてハードコーティング層を形成することによって高硬度および耐摩耗性を補完しようとする方法が試みられている。
一例として、フォルダブル用ディスプレイ基材に対するハードコーティング用として主にUV硬化の可能なアクリレート系樹脂が使用されている。しかし、前記アクリレート系樹脂は硬化時収縮率が高く、その結果、歪み(curl)がひどく発生するため薄いコーティングで行われなければならず、これによって耐衝撃性が低い限界がある。
また、ハードコーティング層用樹脂組成物上に指紋防止用添加剤を添加してディスプレイ用ウィンドウまたは前面板に防汚性を付与したりもするが、コーティング層の硬度と防汚性特性はトレードオフ(trade-off)関係であるので、このような二つの特性を全て満たす技術の確保が必要であるのが実情である。
本発明は、優れた防汚性および高硬度特性と共に、接着力および耐スクラッチ性が向上して、強化ガラスカバーウィンドウを代替することができ、特に反復的な曲げや折り畳む動作によってもフィルムの損傷が殆どなくてベンダブル、フレキシブル、ローラブル、またはフォルダブルモバイル機器、またはディスプレイ機器などに容易に適用することができる光学積層体を提供する。
また、本発明は、前記光学積層体を含むフレキシブルディスプレイ装置を提供する。
本明細書では、ポリシロキサンを含むハードコーティング層;プライマー層;およびフッ素含有化合物を含む指紋防止層;を含み、前記指紋防止層表面に対する水接触角が100°以上であり、前記指紋防止層表面に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層表面の水接触角変化量が10°以下であり、前記指紋防止層に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層表面の摩擦係数変化量が0.2以下である光学積層体を提供する。
また、本明細書では、前記光学積層体を含むフレキシブルディスプレイ装置を提供する。
以下、発明の具体的な実施形態による光学積層体およびこれを含むフレキシブルディスプレイ装置についてより詳細に説明する。
本明細書で、"フレキシブル(flexible)"とは、直径が3mmの円筒形マンドレル(mandrel)に巻いた時、長さ3mm以上のクラック(crack)が発生しない程度の柔軟性を有する状態を意味し、したがって、前記光学積層体はベンダブル(bendable)、フレキシブル(flexible)、ローラブル(rollable)、またはフォルダブル(foldable)ディスプレイのカバーフィルムなどとして適用可能である。
また、本明細書で、"(メタ)アクリレート"は、アクリレートまたはメタクリレートを全て含む意味である。
また、本明細書で、"(メタ)アクリルオキシ基"は、アクリルオキシ基またはメタクリルオキシ基を全て含む意味である。
また、本明細書で、"フッ素含有化合物"は、化合物にフッ素原子(F)が一つ以上含まれている化合物を意味する。
また、本明細書で、"有機シラン化合物"または"変性シラン化合物"は有機シラン化合物だけでなく、前記有機シラン化合物の部分加水分解縮合物をさらに含む意味である。
また、本明細書で、硬化は光硬化または熱硬化を全て含む意味である。
本明細書で、重量平均分子量は、GPC法によって測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。前記GPC法によって測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を測定する過程では、通常知られた分析装置と示差屈折率検出器(Refractive Index Detector)などの検出器および分析用カラムを使用することができ、通常適用される温度条件、溶媒、flow rateを適用することができる。前記測定条件の具体的な例を挙げれば、Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm長さのカラムを用いてWaters PL-GPC220機器を用いて、評価温度は160℃であり、1,2,4-トリクロロベンゼンを溶媒として使用し、流速は1mL/minの速度で、サンプルは10mg/10mLの濃度で調製した後、200μLの量で供給し、ポリスチレン標準を用いて形成された検定曲線を用いてMwの値を求めることができる。ポリスチレン標準品の分子量は2,000/10,000/30,000/70,000/200,000/700,000/2,000,000/4,000,000/10,000,000の9種を使用した。
また、本明細書で"置換もしくは非置換の"という用語は、重水素;ハロゲン基;ニトリル基;ニトロ基;ヒドロキシ基;カルボニル基;エステル基;イミド基;アミノ基;ホスフィンオキシド基;アルコキシ基;アリールオキシ基;アルキルチオキシ基;アリールチオキシ基;アルキルスルホキシ基;アリールスルホキシ基;シリル基;ホウ素基;アルキル基;シクロアルキル基;アルケニル基;アリール基;アラルキル基;アラルケニル基;アルキルアリール基;アルキルアミン基;アラルキルアミン基;ヘテロアリールアミン基;アリールアミン基;アリールホスフィン基;またはN、OおよびS原子のうちの一つ以上を含むヘテロ環基からなる群より選択された一つ以上の置換基で置換もしくは非置換のもの、または前記例示された置換基のうちの2以上の置換基が連結された置換もしくは非置換のものを意味する。例えば、"2以上の置換基が連結された置換基"はビフェニル基であってもよい。即ち、ビフェニル基はアリール基であってもよく、二つのフェニル基が連結された置換基と解釈することができる。
発明の一実施形態によれば、ポリシロキサンを含むハードコーティング層;プライマー層;およびフッ素含有化合物を含む指紋防止層;を含み、前記指紋防止層表面に対する水接触角が100°以上であり、前記指紋防止層表面に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層表面の水接触角変化量が10°以下であり、前記指紋防止層に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層表面の摩擦係数変化量が0.2以下である光学積層体を提供することができる。
本発明者らは、フレキシブルディスプレイ装置のカバーウィンドウに適用可能な光学積層体に関する研究を行って、2層以上の多層構造を有する光学積層体で、特定組成を有するハードコーティング層上に、プライマー層とフッ素含有化合物を有する指紋防止層を含み、前記指紋防止層表面に対する水接触角が100°以上であり、前記指紋防止層表面に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層表面の水接触角変化量が10°以下であり、前記指紋防止層に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層表面の摩擦係数変化量が0.2以下である場合、層間の付着力に優れて、外部衝撃による摩耗などの損傷が防止され、耐スクラッチ性および耐摩耗性に顕著に優れながらも、優れた撥水および撥油特性を実現して防汚性だけでなく優れたタッチ感(スリップ性)を実現することができるという点を確認して発明を完成した。
また、前記光学積層体は反復的な曲げや折り畳む動作によってもフィルムの損傷が殆どなくて、具体的に、前記ハードコーティング層または指紋防止層を内側にして曲率直径が3mmになるように両側を90度に折り畳んでから開く連続動作を20万回反復して遂行させた時、3mm以上のクラックが発生しない程度の曲げ耐久性を示す。
具体的に、前記光学積層体に含まれている指紋防止層表面に対する水接触角が100°以上、105°以上、110°以上、または115°~150°であってもよい。前記指紋防止層表面の水接触角が100°以上であることによって優れた撥水および撥油特性を実現して優れた防汚性およびスリップ性を実現することができる。一方、前記指紋防止層表面の水接触角が100°未満であれば、撥水および撥油特性が低下して汚染とスクラッチに対する耐性が低下することがある。
また、前記指紋防止層表面に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層表面の水接触角変化量は10°以下、9°以下、8°以下、7°以下、5°~0.1°であってもよい。前記指紋防止層は、スチールウールを往復させた前後における水接触角変化量が10°以下であることによって、外部の擦りや摩擦などによって表面が一部変形しても水接触角の変化が少なくて、優れた撥水および撥油特性を維持して優れた防汚性およびスリップ性を示すことができる。但し、前記水接触角変化量が10°を超過すれば、使用時間による耐久性下落程度が増加して優れた防汚性とスリップ性を維持することができないことがある。
一方、前記指紋防止層表面に対して500g荷重でスチールウールで1000回往復させた後、前記指紋防止層表面の水接触角は100°超過、101°以上、102°以上、102°~160°、103°~150°または104°~130°であってもよい。
また、前記指紋防止層表面に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後において、前記指紋防止層表面の摩擦係数変化量は0.20以下、0.01~0.19、0.01~0.18、0.05~0.17、または0.05~0.15であってもよい。前記摩擦係数は、前記指紋防止層に対してFriction tester(Toyoseiki、Model TR type)装置を使用してASTM D1894により測定した静止摩擦係数であってもよい。
前記指紋防止層はスチールウールを往復させた前後における摩擦係数変化量が0.20以下であることによって、外部の擦りや摩擦などによって表面が一部変形しても摩擦係数の変化が少なくて、優れた撥水および撥油特性を維持して優れた防汚性およびスリップ性を示すことができる。但し、前記摩擦係数変化量が0.20を超過すれば、使用時間による耐久性下落程度が増加して優れた防汚性とスリップ性を維持できないことがある。
前記一実施形態による光学積層体に含まれるハードコーティング層は、エポキシ基含有官能基を含む繰り返し単位を70モル%以上含むポリシロキサンと、弾性重合体を含むことができる。
一方、前記エポキシ基含有官能基はエポキシ基を含む官能基であれば特に限定するのではないが、例えば、脂環式エポキシ基および下記化学式1で表される官能基からなる群より選択されるいずれか一つであってもよい。
[化学式1]
上記化学式1中、
は、置換もしくは非置換の炭素数1~6のアルキレン基、置換もしくは非置換の炭素数2~20のアルケニレン基、置換もしくは非置換の炭素数2~20のアルキニレン基、-R-CH=CH-COO-R-、-R-OCO-CH=CH-R-、-ROR-、-RCOOR-、または-ROCOR-であり、
~Rは、それぞれ独立して、単一結合;または置換もしくは非置換の炭素数1~6のアルキレン基である。
前記化学式1で表される官能基はエポキシ基を含んで、光学積層体の高硬度および耐スクラッチ性の物性を向上させるだけでなく、反復的な曲げや折り畳む動作によってもフィルムの損傷が殆どなくてベンダブル、フレキシブル、ローラブル、またはフォルダブルモバイル機器、またはディスプレイ機器などに容易に適用することができる。
例えば、前記化学式1で表されるエポキシ基含有官能基はRはメチレン、エチレン、プロピレン、アリレン、-R-CH=CH-COO-R-、-R-OCO-CH=CH-R-、-ROR-、-RCOOR-、または-ROCOR-であってもよい。
例えば、前記化学式1中、R~Rは単一結合、メチレン、エチレン、プロピレンまたはブチレンであってもよい。
例えば、Rはメチレン、エチレン、または-ROR-であってもよく、この時、RおよびRは直接結合、メチレンまたはプロピレンであってもよい。
例えば、前記化学式1で表される官能基はこれによって限定するのではないが、グリシドキシ、グリシドキシエチル基、グリシドキシプロピル基またはグリシドキシブチル基であってもよい。
また、前記脂環式エポキシ基はこれによって限定するのではないが、例えば、エポキシシクロヘキシルであってもよい。
また、前記ポリシロキサンは下記化学式2で表すことができる。
[化学式2]
(RSiO3/2(RSiO3/2(O1/2R)
上記化学式2中、
は、前記エポキシ基含有官能基であり、前記化学式2の総モル比含量に対してRの置換基を含む繰り返し単位を70モル%以上含み、
は、置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数2~20のアルケニル基、置換もしくは非置換の炭素数2~20のアルキニル基、置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7~20のアリールアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数7~20のアルキルアリール基、エポキシ基、水素原子、アミノ基、メルカプト基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、(メタ)アクリレートまたはスルホン基であり、
Rは、水素原子または炭素数1~20のアルキル基であり、
a/(a+b)≧0.7、
aは正数であり、
bおよびcはそれぞれ独立して0または正数である。
前記化学式2で表されるポリシロキサンは、T3単位体として(RSiO3/2)のシルセスキオキサン単位を含む。
前記(RSiO3/2)のシルセスキオキサン構成単位において、Rは前記化学式1で表される官能基であって、これは前記化学式2の総モル比含量に対して、70モル%以上、70~99モル%、または80~90モル%、または50~70モル%で含むことができる。前記化学式1で表される官能基の含量が70モル%未満である場合、硬化密度の低下で上部および下部コーティング層が十分な表面硬度を示しにくいという問題点がある。
また、前記ポリシロキサンは、前述の(RSiO3/2)のシルセスキオキサン単位と共にT3単位体として(RSiO3/2)のシルセスキオキサン単位をさらに含むことができる。前記(RSiO3/2)のシルセスキオキサン単位はポリシロキサンの硬化密度を高めてハードコーティング層の表面硬度特性を向上させることができる。
前記Rは、具体的に、置換もしくは非置換の炭素数1~12のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数3~12のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6~12のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7~12のアリールアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数7~12のアルキルアリール基、エポキシ基、および水素原子からなる群より選択されるものであってもよい。この中でもポリシロキサンの硬化密度をさらに高めてハードコーティング層の表面硬度特性をさらに向上させることができるという点から、前記Rはより具体的に、アクリル基、メタクリル基、ビニル基、アリル基、エポキシ基およびオキセタン基からなる群より選択される1種以上の置換基で置換もしくは非置換の、炭素数1~6のアルキル基または炭素数6のアリール基であるか、またはエポキシ基であってもよい。一方、前記エポキシ基は、オキシラン環を含む官能基として、脂環式エポキシ基、脂肪族エポキシ基、および芳香族エポキシ基を含み、前記化学式1で表されるエポキシ基含有官能基を除外する。
また、前記ポリシロキサンは、(O1/2R)の構成単位を含むことができる。前記構成単位を含むことによって優れた硬度特性を維持しながらも柔軟性を向上させることができる。前記Rは具体的に、水素原子であるか、または炭素数1~12のアルキル基であってもよく、より具体的には、水素原子であるか、またはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基などの炭素数1~4の直鎖または分枝型アルキル基であってもよい。
前述の構成単位を含むポリシロキサンは、各構成単位のシロキサン単量体、具体的には前記化学式1の官能基を有するアルコキシシラン単独、または前記化学式1の官能基を有するアルコキシシランと異種のアルコキシシラン間の加水分解および縮合反応によって製造することができ、この時、前記アルコキシシランの含量比制御を通じて各構成単位のモル比を制御することができる。具体的に、前記化学式2中、a、b、およびcはそれぞれ、前記ポリシロキサンを構成する(RSiO3/2)単位、(RSiO3/2)単位、および(O1/2R)単位のモル比を示すものであって、0<a<1、0≦b<1および0≦c<1であってもよい。
また、前記ポリシロキサンは前述の構成単位それぞれの含量範囲を充足する条件下で、(RSiO3/2)の構成単位を、ポリシロキサンを構成するT単位体総量、即ち、100モル%に対して70モル%以上、より具体的には70モル%以上100モル%以下に含むことによって、ハードコーティング膜の形成時に、硬化密度が増加し、その結果、光学積層体が顕著に改善された表面硬度を示すことができる(モル比で表現時、0.7≦a/(a+b)≦1)。前記ポリシロキサン内(RSiO3/2)構成単位のモル含量が70モル%未満であれば、硬化密度の低下で上部および下部コーティング層が十分な表面硬度を示しにくい。よりさらに具体的には、(RSiO3/2)の構成単位を、T単位体総量、即ち、100モル%に対して70モル%以上85モル%未満、あるいは85モル%以上100モル%以下に含むことができる。
また、前記ポリシロキサンが前記(RSiO3/2)の構成単位をさらに含む場合、bに該当するモル比(0<b<1)で含むことができ、より具体的には0<b<0.5あるいは0.01≦b≦0.5、よりさらに具体的には0.1≦b≦0.3を充足するようにするモル比で(RSiO3/2)の構成単位をさらに含むことができる。前記含量範囲で(RSiO3/2)の構成単位を含む場合、ポリシロキサンの硬化密度を高めてハードコーティング層の表面硬度特性を向上させることができる。
また、前記ポリシロキサンが前記(O1/2R)の構成単位をさらに含む場合、cに該当するモル比(0<c<1)で含むことができ、より具体的には0<c<0.5、よりさらに具体的には0.01≦c≦0.3あるいは0.01≦c≦0.05を充足するようにするモル比で(O1/2R)単位をさらに含むことができる。前記含量範囲で(O1/2R)単位を含む場合、優れた硬度特性を維持しながらも柔軟性を向上させることができる。
また、前述の含量範囲を充足する条件下で、前記ポリシロキサン内含まれる各構成単位のモル比の総合(a+b+c)は1であってもよい。一方、前記ポリシロキサンを構成する各構成単位の含量は、H-NMRまたは29Si-NMRスペクトル測定によって求めることができる。
一方、前記ポリシロキサンは、前記エポキシ基含有官能基当量が3.0~6.3mmol/gまたは4.0~6.0mmol/gであってもよい。前記化学式1で表される官能基の当量が過度に少ない場合、ハードコーティング層の密度が減少して表面硬度が低下されるという問題点が発生し、過度に多い場合、柔軟性が低下し、未硬化のエポキシが残存して環境信頼性が低下するという問題点が発生する。このような官能基の当量はポリシロキサンの分子量を官能基の数で割った値であって、H-NMRまたは化学的滴定法で分析することができる。
また、前記ポリシロキサンは製造時、反応温度、触媒の量、種類溶媒などを用いた反応速度調節を通じて重量平均分子量、数平均分子量、分子量分布などを調節することができ、前述のポリシロキサンは1,000~50,000g/mol、または1,200~15,000g/molの重量平均分子量を有するものであってもよい。前記範囲の重量平均分子量を有することによってより優れた硬度特性を示すことができる。もし重量平均分子量が1,000g/mol未満であれば、硬度が実現されず、むしろ軟性が発現される恐れがあり、また50,000g/molを超過すれば高硬度を示すが、フィルム加工性が低下する恐れがある。
また、前記ポリシロキサンは前述のMwと共に数平均分子量(Mn)が1,000~10,000g/mol、より具体的には1,000~8,000g/molであるものであってもよい。前記数平均分子量条件を充足する場合、ハードコーティング層形成用樹脂組成物内において他の成分との相溶性が増加し、硬化物の表面硬度が向上して、硬化物の耐熱性および耐摩耗性がさらに向上できる。一方、前記ポリシロキサンの重量平均分子量および数平均分子量はゲル透過クロマトグラフィーによる標準ポリスチレン換算値である。
また、前記ポリシロキサンは、分子量分布(Mw/Mn)が1.0~10.0、より具体的には1.1~5.0であるものであってもよい。前記範囲内の分子量分布を有する場合、表面硬度改善効果がより優れ、ポリシロキサンが液状で存在して取り扱いが容易である。
前記一実施形態による光学積層体に含まれるハードコーティング層は、弾性重合体を含む。前記弾性重合体は、ハードコーティング層のtoughnessを通じたストレス抵抗特性を付与して硬化時収縮を最少化することができ、その結果、歪み特性を改善し、同時に屈曲性などの柔軟性を改善させ、硬度特性を向上させることができる。
前記ハードコーティング層に含まれる弾性重合体の含量は具体的に、前記エポキシ基含有官能基を含む繰り返し単位を70モル%以上含むポリシロキサン100重量部に対して、前記弾性重合体は、20~80重量部、30~75重量部、35~70重量部、または40~65重量部で含むことができる。前記弾性重合体の含量が過度に多ければ、表面硬度特性が低下する恐れがあり、弾性重合体の含量が過度に少なければ、弾性重合体を含むことによる改善効果を十分に得ることができず、歪み特性および屈曲性が低下する恐れがある。
前記弾性重合体はこれによって限定するのではないが、例えば、炭素数1~20のアルカンジオール、ポリオレフィンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエーテルポリオールおよびポリカーボネートポリオールからなる群より選択された一つ以上を含むことができる。これら弾性重合体は、ゴムなど通常の弾性重合体と比較して紫外線照射によって架橋重合され、また他の物性の低下なく高硬度と柔軟性を実現することができる。
この中でも、前記弾性重合体はポリカプロラクトンジオール、ポリカーボネートジオール、またはこれらの混合物を含むことができ、特に前記ポリカプロラクトンジオールは繰り返し単位内にエステル基とエーテル基が同時に含まれて繰り返されることによって、前記ポリシロキサンとの組み合わせ使用時、柔軟性と硬度、耐衝撃性面でより優れた効果を示すことができる。
前記弾性重合体は、数平均分子量(Mn)が500~10,000Da、または530~5,000Daであってもよい。前記数平均分子量条件を充足する場合、ハードコーティング層内において他の成分との相溶性が増加し、硬化物の表面硬度が向上して、硬化物の耐熱性および耐摩耗性がさらに向上できる。
前記一実施形態による光学積層体に含まれるハードコーティング層は、前記ポリシロキサンと架橋可能な官能基を1以上含む反応性モノマーをさらに含むことができる。前記反応性モノマーは前述のポリシロキサンと架橋可能な官能基を1以上含むことによって、前記ポリシロキサンネットワークの間に架橋剤役割を果たすことによってハードコーティング層の引張強度を高めることができる。
前記反応性モノマーは、前記ポリシロキサンと架橋可能な官能基として、例えば、脂環式エポキシ基、グリシジル基およびオキセタニル基からなる群より選択される一つ以上を含むことができる。
また、前記ポリシロキサンと架橋可能な官能基を1以上含む反応性モノマーは、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、4-ビニルシクロヘキセンジオキシド、シクロヘキセンビニルモノオキシド、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル3,4-エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート、3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)-1,3-ジオキソラン、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、p-ブチルフェノールグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、クレシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、リモネンジオキシド、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、3-メチルオキセタン、2-メチルオキセタン、3-オキセタノール、2-メチレンオキセタン、3-メチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3,3-オキセタンジメタンチオール、2-エチルヘキシルオキセタン4-(3-メチルオキセタン-3-イル)ベンゾニトリル、N-(2,2-ジメチルプロピル)-3-メチル-3-オキセタンメタンアミン、N-(1,2-ジメチルブチル)-3-メチル-3-オキセタンメタンアミン、キシレンビスオキセタン、3-エチル-3[{(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ}メチル]オキセタン、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチルメタクリレート、および4-[(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ]ブタン-1-オールからなる群より選択された一つ以上を含むことができる。
前記ハードコーティング層に含まれるポリシロキサンおよび反応性モノマーの重量比は99:1~70:30、95:5~72:28、90:10~74:26、または80:20~75:25であってもよい。前記ポリシロキサンが反応性モノマーに比べて過度に多く含まれる場合、反応性モノマーを含むことによる改善効果が微小なことがある。一方、前記ポリシロキサンが弾性重合体に比べて過度に少なく含まれる場合、過量の反応性モノマーによって硬化サイト間距離が狭くなり、これによる硬化収縮によってコーティング膜の内部応力が増加してクラック抵抗性が減少することがある。
前記ハードコーティング層は、表面硬度改善のためにアクリレート系化合物をさらに含むことができる。
前記アクリレート系化合物としては、2-エチルヘキシルアクリレート、オクタデシルアクリレート、イソデシルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、べへニルアクリレート、トリデシルメタクリレート、ノニルフェノールエトキシレートモノアクリレート、β-カルボキシエチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、4-ブチルシクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、エトキシレイテッドモノアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、トリフェニルグリコールジアクリレート、ブタンジオールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコール、ジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、エトキシレイテッドネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ペンタエリトリトールトリメタクリレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、エトキシレイテッドトリアクリレート、トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート、ジペンタエリトリトールペンタクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、アルコキシレイテッドテトラアクリレートなどが挙げられ、好ましくは、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ペンタエリトリトールトリメタクリレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、またはペンタエリトリトールテトラアクリレートなどのような多官能性アクリレート系化合物が挙げられ、これらのうちのいずれか一つまたは二つ以上の混合物を使用することができる。
その他にも、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ウレタンアクリレート、またはエポキシアクリレートなどのようなアクリレート系オリゴマーが挙げられ、これらのうちのいずれか一つまたは二つ以上の混合物を使用することができる。前記アクリレート系化合物の中でも、前述のポリシロキサンとの組合せ使用時に表面硬度改善効果の顕著さを考慮する時、ウレタンアクリレートオリゴマーがより好ましく使用できる。
前記ウレタンアクリレートオリゴマーは、官能基数が6~9個であってもよい。官能基が6個未満であれば硬度改善効果が微小なことがあり、9個超過であれば硬度は優れるが、粘度が上昇することがある。また、前記ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーは当該分野で使用されるものを制限なく使用することができるが、好ましくは、分子内で一つ以上のイソシアネート基を有する化合物と分子内でヒドロキシ基を一つ以上有する(メタ)アクリレート化合物を反応させて製造されたものを使用することができる。
前記アクリレート系化合物がさらに含まれる場合、前記ポリシロキサン100重量部に対して0.1~20重量部、1~15重量部、または5~10重量部で含まれてもよい。反応性モノマーの含量が0.1重量部未満であればアクリレート系化合物を含むことによる改善効果が微小であり、20重量部を超過する場合、過量のアクリレート系化合物によって表面硬度改善効果がむしろ阻害されることがある。
前記成分と共にハードコーティング層は、独立的に、酸化防止剤、界面活性剤、黄変防止剤、無機充填剤、滑剤、コーティング助剤、防汚剤など通常使用される添加剤を1種以上追加的に含むことができる。
前述のように、前記ハードコーティング層は前記ポリシロキサンなどが含まれることによって、前記光学積層体に優れた硬度特性と改善された柔軟性および歪み特性を付与することができる。また、前記ハードコーティング層上にはプライマー層および指紋防止層を順次に積層することができる。前記ハードコーティング層、プライマー層および指紋防止層は順次に積層されることによって優れた防汚性、耐指紋性、高強度および耐スクラッチ性を付与することができる。
具体的に、前記指紋防止層はフッ素含有化合物を含むことによって、前記光学積層体の防汚性および耐指紋性を向上させることができる。また、前記プライマー層はハードコーティング層と指紋防止層間の付着力を増加させてせん断応力によるハードコーティング層と指紋防止層のせん断破壊および損失を防止することができる。これによって、前記光学積層体は強化ガラスを代替してディスプレイ用カバーウィンドウとして適用可能になる。
また、このような光学積層体は反復的な曲げや折り畳む動作によってもフィルムの損傷が殆どなくて、具体的に、前記ハードコーティング層または指紋防止層を内側にして曲率直径が3mmになるように90度に折り畳んでから開く連続動作を20万回反復遂行させた時に、3mm以上のクラックが発生しない程度の曲げ耐久性を示すことができる。
図1は、動的曲げ特性を評価する方法を概略的に示したものである。
図1を参照すれば、光学積層体は底と水平になるように置いた後、光学積層体の中間部分に折り畳まれる部位の間隔が3mmになるようにして、光学積層体の両側を底面に対して90度に折り畳んでから開くことを25℃で1.5秒当たり1回の速度で20万回繰り返す方式で曲げに対する耐久性を測定することができる。この時、折り畳まれる部位間隔を一定に維持するために例えば、前記光学積層体を直径(R)3mmの棒に触れるように置き、光学積層体の残りの部分を固定し、棒を中心にして光学積層体の両側を折り畳んでから開くことを繰り返す方式を取ることができる。また、前記折り畳まれる部分は光学積層体の内部でさえあれば特に制限されず、測定便宜上、折り畳まれる部分を除いた光学積層体の残り両側が対称になるように光学積層体の中央部分が折り畳まれるようにすることができる。
このような動的曲げ特性評価において、前記光学積層体は20万回の曲げを実施した後にも1cm以上、または3mm以上のクラックが発生せず、実質的にクラックが発生しない。特に、前記光学積層体の内側および外側のうちのいずれの側に曲げてもクラックが発生せず、例えば、前記光学積層体の指紋防止層を内側に折り畳むか、ハードコーティング層を内側に折り畳むか、前記ハードコーティング層の一面に支持基材層を含む場合、支持基材層を内側に折り畳んでもクラックが発生しない。したがって、反復的に折り畳むか、巻くか、歪むようにするなどの実際使用状態においてもクラックが発生する恐れが非常に低くてフレキシブルディスプレイ装置のカバーウィンドウ用として適するように適用することができる。
前記一実施形態による光学積層体に含まれるプライマー層は、有機シラン化合物を含むことができる。前記有機シラン化合物はシランカップリング剤の作用をする官能基を有する化合物であって、1分子中に少なくとも一つの有機官能基を有することができる。前記有機官能基は、エポキシ基、(メタ)アクリルオキシ基、メルカプト基、アミノ基、ビニル基およびウレイド(ureido)基からなる群より選択された少なくとも1種であってもよい。また、前記有機シラン化合物は少なくとも一つの加水分解性基を有し、前記加水分解性基がケイ素原子に結合したアルコキシ基などである化合物であってもよい。
具体的に、前記有機官能基を有する有機シラン化合物は、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)-エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メタクリルオキシトリメトキシシラン、メタクリルオキシトリエトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシランおよびメルカプトプロピルトリメトキシシランからなる群より選択された1種以上を使用することができる。
前記有機官能基を有する有機シラン化合物は、プライマー層総重量100重量%に対して40~95重量%、50~90重量%、60~85重量%、または70~80重量%であってもよい。前記有機シラン化合物の含量が過度に少なければ、プライマー層の密度低下で接着力が低くなって前記光学積層体の耐スクラッチ性が低下する問題があり、有機シラン化合物の含量が過度に多ければ、コーティング性が低下し、副反応によってヘイズが発生し耐久性が低下するという問題点がある。
前記プライマー層は前記エポキシ基、(メタ)アクリルオキシ基、メルカプト基、アミノ基、ビニル基、およびウレイド基からなる群より選択された少なくとも1種の有機官能基を有する有機シラン化合物以外にも、他の有機官能基を有する有機シラン化合物をさらに含むことができる。例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、およびメチルトリブトキシシランからなる群より選択された1種以上の有機シラン化合物をさらに含むことができる。
また、前記プライマー層は、前記有機シラン化合物以外にも、シリカナノ微粒子、アルミニウムオキシド微粒子、チタニウムオキシド微粒子、ジンクオキサイド微粒子またはポリシラザン群をさらに含むことができる。
また、プライマー層を形成するために、溶媒をさらに含むことができる。前記溶媒の種類が制限されるわけではないが、好ましく、トリフルオロトルエン、塩化フッ化炭素、ヒドロフルオロカーボン、ヒドロフルオロエーテル、アルコールおよび炭素数2~20のアルコキシフルオロアルカンからなる群より選択された1種以上であってもよい。
前記プライマー層を形成する方法は、前述の成分を混合後、一般的な熱硬化または光硬化を通じて形成することができるが、硬化方法が大きく制限されない。また、前記プライマー層は、前記ハードコーティング層の上に少なくとも1層以上含む構造を含むことができる。
前記一実施形態による光学積層体に含まれる指紋防止層は、フッ素含有化合物を含むことができる。前記フッ素含有化合物は、ペルフルオロポリエーテル化合物、オキシペルフルオロアルキレン基を含む化合物、フルオロ変性シラン化合物、およびフルオロアルキル基を含む化合物からなる群より選択された少なくとも1種を含むことができる。
例えば、前記オキシペルフルオロアルキレン基を含む化合物は、これによって限定されるのではないが、例えば、ペルフルオロポリエチレンウレタンアクリレート、ペルフルオロポリエチレンポリメタクリレートまたはペルフルオロポリメタクリレートであってもよい。
また、前記フルオロ変性シラン化合物は、これによって限定されるのではないが、例えば、ペルフルオロ変性シラン、ペルフルオロポリエチレン変性シランであってもよい。
また、前記フルオロアルキル基を含む化合物は、これによって限定されるのではないが、例えば、ペルフルオロポリエチレンであってもよい。
前記フッ素含有化合物は、重量平均分子量が300~200,000g/mol、450~150,000g/mol、480~130,000g/mol、または520~100,000g/molであってもよい。前記フッ素含有化合物の重量平均分子量が過度に小さければ、指紋防止層が防汚性およびスリップ性を示しにくいことがあり、重量平均分子量が過度に大きければ、耐スクラッチ性や耐摩耗性を示しにくいことがある。
前記フッ素含有化合物は、指紋防止層総重量100重量%に対して50重量%以上、50~100重量%、または70~99%であってもよい。前記フッ素含有化合物の含量が過度に少なければ、防汚性およびスリップ性が低下する問題がある。
前記指紋防止層は、前記フッ素含有化合物以外に、シランまたはシラザンで表面改質された無機微粒子をさらに含むことができる。ここで、無機微粒子は、シリカナノ微粒子、アルミニウムオキシド微粒子、チタニウムオキシド微粒子、またはジンクオキサイド微粒子群を含むことができる。
また、指紋防止層を形成するために、溶媒をさらに含むことができる。前記溶媒の種類が制限されるわけではないが、好ましく、トリフルオロトルエン、塩化フッ化炭素、ヒドロフルオロカーボン、ヒドロフルオロエーテル、アルコールおよび炭素数2~20のアルコキシフルオロアルカンからなる群より選択された1種以上であってもよい。
前記指紋防止層を形成する方法は、前述の成分を混合後、一般的な熱硬化または光硬化を通じて形成することができ、硬化方法が大きく制限されない。また、前記指紋防止層は、前記プライマー層の上に少なくとも1層以上含む構造を含むことができる。
一方、前記光学積層体に含まれる前記プライマー層と指紋防止層の厚さ比は、1:0.01~10,000、1:0.05~100、1:0.1~500であってもよい。前記プライマー層に比べて指紋防止層の厚さが過度に薄ければ、表面改質度が低下して防汚性が低下するという問題点があり、指紋防止層の厚さが過度に厚ければ、表面硬度が低下して耐久性が低下し、積層体中のハードコーティング層の硬度特性を低下させるという問題点がある。
具体的に、前記プライマー層は厚さが1nm~5μm、10nm~900nm、または20nm~800nmであってもよく、前記指紋防止層は厚さが1nm~20μm、5nm~10μm、または10nm~1μmであってもよい。
また、前記ハードコーティング層は、厚さが10~100μm、30~90μm、または40~80μmであってもよい。前記ハードコーティング層の厚さが厚いほど強度が増加するが、厚さが過度に厚い場合、フォールディング時壊れやすく、厚さが過度に薄い場合、フォールディング性が確保されても強度が不良であることがある。また、後述の支持基材層の両面にハードコーティング層が形成される場合、上部ハードコーティング層と下部ハードコーティング層は厚さが同じか異なってもよい。
前記光学積層体は前記ハードコーティング層、プライマー層および指紋防止層を順次に含み、前記プライマー層に対向するように前記ハードコーティング層の一面に位置する支持基材層をさらに含むことができる。また、前記光学積層体は前記ハードコーティング層に対向するように前記支持基材層一面に他のハードコーティング層をさらに含むことができる。即ち、前記支持基材層の両面にハードコーティング層を配置することができ、これらは上部ハードコーティング層および下部ハードコーティング層に区分することができる。
前記支持基材層は、300nm以上の波長で透過率が50%以上、75%以上、85%以上、または95%以上であってもよい。
また、前記支持基材層は、透明性プラスチック樹脂を含むことができる。前記プラスチック樹脂の具体的な例としては、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂またはスルホン系樹脂などが挙げられ、これらのうちのいずれか一つまたは二つ以上の混合物を使用することができる。
より具体的には、前記支持基材層は、ポリエチレンテレフタレート(polyethyleneterephtalate、PET)、サイクリックオレフィン共重合体(cyclic olefin copolymer、COC)、ポリアクリレート(polyacrylate、PAC)、ポリカーボネート(polycarbonate、PC)、ポリエチレン(polyethylene、PE)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate、PMMA)、ポリエーテルエーテルケトン(polyetheretherketon、PEEK)、ポリエチレンナフタレート(polyethylenenaphthalate、PEN)、ポリエーテルイミド(polyetherimide、PEI)、ポリイミド(polyimide、PI)、ポリアミドイミド(PAI)およびトリアセチルセルロース(triacetylcellulose、TAC)のうちの少なくとも一つを含むことができる。
また、前記支持基材層は単層であってもよく、または互いに同じかまたは異なる物質からなる2層以上の多層構造であってもよい。一例として、前記支持基材層は、ポリエチレンテレフタレート(PET)の多層構造体、ポリメチルメタクリレート(PMMA)/ポリカーボネート(PC)の共押出しで形成した多層構造体、またはポリメチルメタクリレート(PMMA)とポリカーボネート(PC)の共重合体(copolymer)を含む単一層構造体であってもよい。
また、前記支持基材層は必要によってプラズマ表面処理されたものであってもよく、その方法は特に提案されず通常の方法によって行うことができる。
また、前記支持基材層はその厚さが過度に厚いか薄ければ表面硬度、耐衝撃性低下またはフォールディング特性の問題があるところ、その範囲を適切に設定するのが好ましい。一例として、前記支持基材層は、30~100μm、より具体的には50~80μmの厚さを有することができる。
前記一実施形態による光学積層体は、前記ハードコーティング層に対向するように前記支持基材層の一面に位置する粘着層をさらに含むことができる。前記粘着層は接着剤または粘着性フィルムなどで実現することができ、当該技術分野に知られているものであれば特に制限されない。一方、粘着性フィルムは当該技術分野に知られているものであれば特に制限されないが、OCA(optically clear adhesive)フィルムのような両面粘着フィルムを使用することができる。
前述の構造および構成を有する前記光学積層体は、ハードコーティング層形成用樹脂組成物を前記支持基材層の一面に塗布した後に硬化してハードコーティング層を形成し、プライマー層形成用樹脂組成物を前記ハードコーティング層上に塗布した後に硬化してプライマー層を形成し、指紋防止層形成用樹脂組成物をプライマー層上に塗布した後に硬化してプライマー層を形成する方法で製造することができる。また、前記ハードコーティング層を前記支持基材層の一面に塗布する前または塗布した後、前記ハードコーティング層形成用樹脂組成物と類似するか同一なハードコーティング層形成用樹脂組成物を、前記支持基材層の他の側に塗布し硬化して下部ハードコーティング層を形成することができる。
また、前記ハードコーティング層上にプライマー層形成用樹脂組成物を塗布する前に、ハードコーティング層表面をプラズマまたはコロナなどによって表面処理して付着力を向上させることができる。
前述の光学積層体製造方法において、ハードコーティング層形成用樹脂組成物に含まれるポリシロキサン、弾性重合体、反応性モノマーなどの構成およびこれらの重量比は先に説明したとおりであり、プライマー層形成用樹脂組成物に含まれる有機シラン化合物などの組成とこれらの含量は先に説明したとおりであり、指紋防止層形成用樹脂組成物に含まれるフッ素含有化合物などの組成とこれらの含量は先に説明したとおりである。
また、前記ハードコーティング層形成用樹脂組成物、プライマー層形成用樹脂組成物および指紋防止層形成用樹脂組成物は、開始剤をさらに含むことができる。前記開始剤はこの分野によく知られた光重合または熱重合開始剤であってもよく、その種類が大きく制限されない。例えば、光重合開始剤はアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート塩、アリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート塩、ジフェニルジヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩、ジフェニルジヨードニウムヘキサアンチモニウム塩、ジトリルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩、および9-(4-ヒドロキシエトキシフェニル)チアントレニウムヘキサフルオロホスフェート塩からなる群より選択された1種以上であってもよいが、これに制限されない。前記熱重合開始剤は、3-メチル-2-ブテニルテトラメチレンスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート塩、イッテルビウムトリフルオロメタンスルホネート塩、サマリウムトリフルオロメタンスルホネート塩、エルビウムトリフルオロメタンスルホネート塩、ジスプロシウムトリフルオロメタンスルホネート塩、ランタニウムトリフルオロメタンスルホネート塩、テトラブチルホスホニウムメタンスルホネート塩、エチルトリフェニルホスホニウムブロミド塩、ベンジルジメチルアミン、ジメチルアミノメチルフェノール、トリエタノールアミン、N-n-ブチルイミダゾールおよび2-エチル-4-メチルイミダゾールからなる群より選択された1種以上を含むことができるが、これに制限されない。
前記開始剤は、前記組成物総含量100重量%に対して0.1~10重量%、0.5~5重量%または1~4重量%で含むことができる。前記開始剤含量が0.1重量%未満であれば、表面硬化のみ起こるかエポキシ硬化が十分に起こらなくて硬度が低いことがあり、10重量%を超過すれば、速い硬化速度によってクラックと剥離を誘発することがある。
前記ハードコーティング層形成用樹脂組成物、プライマー層形成用樹脂組成物、および指紋防止層形成用樹脂組成物は、工程上問題がない場合、無溶剤(solvent-free)で使用可能であるが、選択的にコーティング時組成物の粘度および流動性を調節し組成物の塗布性を高めるために選択的に有機溶媒をさらに含むことができる。
前記有機溶媒がさらに含まれる場合、前記有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールのようなアルコール系溶媒;2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、1-メトキシ-2-プロパノールのようなアルコキシアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルプロピルケトン、シクロヘキサノンのようなケトン系溶媒;プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチルグリコールモノエチルエーテル、ジエチルグリコールモノプロピルエーテル、ジエチルグリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール-2-エチルヘキシルエーテルのようなエーテル系溶媒;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのアセテート系溶媒;またはベンゼン、トルエン、キシレンのような芳香族溶媒などを単独でまたは混合して使用することができる。
また、前記ハードコーティング層形成用樹脂組成物、プライマー層形成用樹脂組成物、および指紋防止層形成用樹脂組成物は前述の成分以外に、酸化防止剤、界面活性剤、黄変防止剤、無機充填剤、滑剤、コーティング助剤、防汚剤などをさらに含むことができる。また、その含量は物性を低下させない範囲内で多様に調節することができるので、特に制限しないが、例えば、前記組成物総含量100重量%に対して0.1~10重量%で含むことができる。
一例として、前記酸化防止剤は重合開始剤に起因する酸化反応を抑制するためのものであって、フェノリック系、ホスフェート系、アミニック系、チオエステル系などからなる群より選択される1種以上の混合物を含むことができるが、これに制限されない。前記界面活性剤は、1~2官能性のフッ素系アクリレート、フッ素系界面活性剤またはシリコン系界面活性剤であってもよい。この時、前記界面活性剤は、前記架橋共重合体内に分散または架橋されている形態で含まれてもよい。また、前記黄変防止剤としては、ベンゾフェノン系化合物またはベンゾトリアゾール系化合物などが挙げられる。
前記ハードコーティング層形成用樹脂組成物、プライマー層形成用樹脂組成物、および指紋防止層形成用樹脂組成物の塗布工程は、ダイコーター、エアーナイフ、リバースロール、スプレー、ブレード、キャスティング、グラビア、スピンコーティング、またはバーコーティングなどの公知された方法によって行うことができる。
また、それぞれの樹脂組成物を塗布した後には硬化のための工程を行うことができ、前記硬化は通常の方法による熱硬化または光硬化で行うことができる。前記熱硬化および光硬化のための熱処理または光照射条件は開始剤の種類によって波長領域および光量、または熱処理温度などの調節を通じて適切に制御することができる。
発明の他の実施形態によれば、前記光学積層体を含むフレキシブルディスプレイ装置を提供することができる。
前記フレキシブルディスプレイ装置は、カーブド(curved)、ベンダブル(bendable)、フレキシブル(flexible)、ローラブル(rollable)、またはフォルダブル(foldable)形態の移動通信端末器、スマートフォン、タブレットPCのタッチパネル、ウェアラブル装置および各種ディスプレイを全て含むことができる。多様な実施形態によれば、ウェアラブル装置は、アクセサリー型(例:時計、指輪、腕輪、アンクレット、ネックレス、眼鏡、コンタクトレンズ、またはヘッドマウント装置(head-mounted-device(HMD))、織物または衣類一体型(例:電子衣服)、身体付着型(例:スキンパッド(skin pad)または入れ墨)、または生体移植型(例:implantable circuit)のうちの少なくとも一つを含むことができる。
一方、前記フレキシブルディスプレイ装置は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)装置、発光ダイオード(LED)ディスプレイ装置、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ装置、マイクロ電子機械システム(MEMS)ディスプレイ装置または巻取り可能ディスプレイ装置(rollable display or foldable display)であってもよい。
例えば、前記有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ装置は、前記フレキシブル有機発光ダイオードディスプレイ装置のカバーウィンドウが光や画面が出る方向の外殻部に配置することができ、電子を提供する陰極(cathode)、電子輸送層(Eletron Transport Layer)、発光層(Emission Layer)、正孔輸送層(Hole Transport Layer)、正孔を提供する陽極(anode)が順次に形成されていてもよい。また、前記有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイは、正孔注入層(HIL、Hole Injection Layer)と電子注入層(EIL、Electron Injection Layer)をさらに含んでもよい。
前記有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイがフレキシブルディスプレイの役割および作動を果たすために、前記陰極および陽極の電極と、各構成成分を所定の弾性を有する材料を使用することができる。
前記フレキシブルディスプレイ装置の他の一例として、巻取り可能ディスプレイ装置(rollable display or foldable display)が挙げられる。
一方、前記巻取り可能ディスプレイ装置は適用分野および具体的な形態などによって多様な構造を有することができ、例えば、カバーウィンドウ、タッチパネル、偏光板、バリアフィルム、発光素子(OLED素子など)、透明基板などを含む構造であってもよい。
前記フレキシブルディスプレイ装置のまた他の一例として、互いに対向する一対の偏光板;前記一対の偏光板の間に順次に積層された薄膜トランジスタ、カラーフィルタおよび液晶セル;およびバックライトユニットを含む液晶ディスプレイ装置であってもよい。
前記ディスプレイ装置において前記光学積層体はディスプレイパネルの観測者側またはバックライト側の最外殻表面に備えられてもよい。
本発明によれば、優れた防汚性および高硬度特性を共に示しながらも、接着力および耐スクラッチ性に優れ、特に反復的な曲げや折り畳む動作によってもフィルムの損傷が殆どない光学積層体およびこれを含むフレキシブルディスプレイ装置を提供することができる。
また、前記光学積層体は改善された歪み特性を示しながらも、柔軟性、高硬度および耐スクラッチ性の物性に優れ、特に、反復的な曲げや折り畳む動作によってもフィルムの損傷がほとんど少なくてベンダブル(bendable)、フレキシブル(flexible)、ローラブル(rollable)、またはフォルダブル(foldable)モバイル機器、ディスプレイ機器、各種計器板の前面板、表示部などに有用に適用することができる。
動的曲げ特性を評価する方法を概略的に示したものである。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。但し、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるのではない。
<製造例>
製造例1-1:指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-1)製造
ペルフルオロ変性シラン化合物(製品名:KY-185、製造会社:Shinetsu社、重量平均分子量:520)1g、水0.01g、およびフッ素系溶媒であるヒドロフルオロエーテル(製品名:HFE-7200、製造会社:Novec社)100gを混合して指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-1)を製造した。
製造例1-2:指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-2)製造
ペルフルオロポリエチレンウレタンアクリレート(製品名:AD1700、製造会社:SOLVAY社、重量平均分子量:3000)0.1gおよびフッ素系溶媒であるヒドロフルオロエーテル(製品名:HFE-7200、製造会社:Novec社)100gを混合して指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-2)を製造した。
製造例1-3:指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-3)製造
3-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(製品名:KBM-503、製造会社:Shinetsu社)50g、トリメトキシフェニルシラン(製品名:フェニルトリメトキシシラン、製造会社:アルドリッチ、分子量:198)50g、光開始剤(Irgacure 127)1g、有機溶媒である2-ブタノン400g、およびペルフルオロポリエチレンポリメタクリレート2gを混合して指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-3)を製造した。
製造例1-4:指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-4)製造
ペルフルオロポリエチレンウレタンアクリレート(製品名:AD1700、製造会社:SOLVAY社)15g、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.7g、およびトリフルオロトルエン84.3gを混合して指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-4)を製造した。
製造例2:プライマー層形成用樹脂組成物(P-1)製造
N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン1g、メチルトリメトキシシラン0.3g、エタノール100g、およびt-アミルアルコール20gを混合してプライマー層形成用樹脂組成物(P-1)を製造した。
製造例3-1:ハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-1)製造
1000mL三口フラスコにシランモノマーとして3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTMS、KBM-403TM、Shinetsu社)、水およびトルエンを入れて攪拌した(GPTMS:水:トルエンの比=4mol:1mol:3mol)。結果の混合溶液に塩基性触媒(TMAH)を前記シランモノマー100重量部に対して1重量部で添加し100℃で2時間反応させて、グリシドキシプロピル変性シリコン(glycidoxypropyl modified silicone、以下、GP)100モル%を含むポリシロキサンを製造した(数平均分子量:2,000g/mol、分子量分布(PDI):1.4、グリシプロピル基当量:6.0mmol/g)。
前記ポリシロキサン10g、ビスフェノールAジグリシジルエーテル(Merck社)3g、ポリカプロラクトンジオール(Mn:530、Merck社)4gおよび開始剤であるヨージニウム、(4-メチルフェニル)[4-(2-メチルプロピル)フェニル]-、ヘキサフルオロホスフェート(1-)(Iodinium、4-methylphenyl)[4-(2-methylpropyl)phenyl]-、hexafluorophosphate(1―)、(IGM resins社)0.3gを混合してハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-1)を製造した。
製造例3-2:ハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-2)製造
ポリカプロラクトンジオール(Mn:530、Merck社)4gの代わりにポリカプロラクトンジオール(Mn:530、Merck社)8gを使用したという点を除いて、製造例3-1と同様な方法でハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-2)を製造した。
製造例3-3:ハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-3)製造
ビスフェノールAジグリシジルエーテル3gの代わりにビスフェノールAジグリシジルエーテル6gを使用したという点を除いて、製造例3-1と同様な方法でハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-3)を製造した。
<実施例>
実施例1
下記表1に記載された通り、前記製造例でそれぞれ製造された組成物を順次にコーティングおよび硬化して光学積層体を製造した。
具体的に、15cm×20cm、厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)基材(支持基材層)の一面に、製造例3で製造されたハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-1)を塗布した後、UVランプを用いて紫外線を照射(照射量:400mJ/cm)して光硬化することによって80μm厚さの下部ハードコーティング層を形成し、前記下部コーティング層が形成されたPET基材の反対側面に製造例3で製造されたハードコーティング層形成用樹脂組成物(H1)を塗布し、UVランプを用いて紫外線を照射(照射量:400mJ/cm)して光硬化して80μm厚さの上部ハードコーティング層を形成した。
その後、前記上部ハードコーティング層をプラズマで表面処理した後、製造例2で製造されたプライマー層形成用樹脂組成物(P-1)を塗布した後、110℃で30分間熱硬化することによって30nm厚さのプライマー層を形成した。前記プライマー層上に製造例1-1で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-1)を塗布した後、110℃で30分間熱硬化することによって10nm厚さの指紋防止層を形成して、光学積層体を製造した。
実施例2
製造例1-1で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-1)の代わりに製造例1-2で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-2)を使用し、下部ハードコーティング層を形成しなかったという点を除いては、実施例1と同様な方法で光学積層体を製造した。
実施例3
製造例1-1で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-1)の代わりに製造例1-2で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-2)を使用したという点を除いては、実施例1と同様な方法で光学積層体を製造した。
比較例1
製造例1-1で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-1)の代わりに製造例1-2で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-2)を使用し、プライマー層を形成しなかったという点を除いては、実施例1と同様な方法で光学積層体を製造した。
比較例2
15cm×20cm、厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)基材の一面に、製造例3で製造されたハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-1)を塗布した後、UVランプを用いて紫外線を照射(照射量:400mJ/cm)して光硬化することによって80μm厚さの下部ハードコーティング層を形成し、前記下部コーティング層が形成されたPET基材の反対側面に製造例1-3で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-3)を塗布し、UVランプを用いて紫外線を照射(照射量:400mJ/cm)して光硬化して10nm厚さの指紋防止層を形成して、光学積層体を製造した。
比較例3
製造例1-1で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-1)の代わりに製造例1-4で製造された指紋防止層形成用樹脂組成物(AF-4)を使用し、プライマー層を形成しなかったという点を除いては、実施例1と同様な方法で光学積層体を製造した。
比較例4
製造例3-1で製造されたハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-1)の代わりに製造例3-2で製造されたハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-2)を使用したという点を除いては、実施例1と同様な方法で光学積層体を製造した。
比較例5
製造例3-1で製造されたハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-1)の代わりに製造例3-3で製造されたハードコーティング層形成用樹脂組成物(H-3)を使用したという点を除いては、実施例1と同様な方法で光学積層体を製造した。
Figure 0007517660000002
<実験例>
実施例および比較例で製造した光学積層体に対して、次の方法で物性を測定し、その結果を下記表2に示した。
1.スチールウール評価前後における水接触角測定
実施例および比較例の指紋防止層(比較例2の場合、上部ハードコーティング層)に対して接触角測定器(CAX-150)を用いて接触角を測定した。接触角測定時、水滴一つの大きさは3μlにしてコーティングの均一性を確認するためにコーティングした試料一つ当り5ポイントの接触角を測定した後に平均を求めて、その結果を下記表2のスチールウール評価前の水接触角に示した。
その後、指紋防止層の表面に対して500g荷重でスチールウール(#0000)で1000回往復した後、前記指紋防止層表面に対して前述の方法と同様な方法で水接触角を測定し、その結果を下記表2のスチールウール評価後の水接触角に示した。
2.スチールウール評価前後における摩擦係数測定
実施例および比較例の指紋防止層(比較例2の場合、上部ハードコーティング層)に対してFriction tester(Toyoseiki、Model TR type)を使用してASTM D1894によって静止摩擦係数を測定し、その結果を下記表2のスチールウール評価前の摩擦係数に示した。
その後、指紋防止層の表面に対して500g荷重でスチールウール(#0000)で1000回往復した後、前記指紋防止層表面に対してASTM D1894によって静止摩擦係数を測定し、その結果を下記表2のスチールウール評価後の摩擦係数に示した。
3.耐スクラッチ性評価
実施例および比較例の指紋防止層(比較例2の場合、上部ハードコーティング層)表面に対して500g荷重でスチールウール(#0000)で1,000回往復した後、肉眼でスクラッチ発生の有無を確認し、3mm以下のスクラッチ発生時に"O.K."とし、3mm超過のスクラッチ発生時に、"N.G."と判断した。
4.消ゴム摩耗度評価
実施例および比較例の指紋防止層(比較例2の場合、上部ハードコーティング層)表面に対して500g荷重でミノアン消ゴムを1,500回往復した後、肉眼でスクラッチコーティング膜摩耗の有無(スクラッチ、Haze)を確認後、変形がない時に"O.K."とし、摩耗変形発生時に、"N.G."と判断した。
5.動的曲げ特性評価
図1は本発明の一実施例による光学積層体に対して、動的曲げ特性を評価する方法を概略的に示した図である。
前記光学積層体を裁断し、エッジ(edge)部位の微細クラックを最小化するように80×140mmの大きさにレーザ裁断した。測定装備の上にレーザ裁断したフィルムを載せて、下部ハードコーティング層(実施例2の場合、支持基材層)を内側にし、折り畳まれる部位の間隔(内側曲率直径)が3mmになるようにして、常温でフィルムの両側を底面に対して90度に折り畳んでから開くことを連続動作(フィルムが折り畳まれる速度は1.5秒当たり1回)で20万回繰り返して、下記基準によって動的曲げ特性を評価した。
O.K.:クラック発生しない
N.G.:クラック発生
Figure 0007517660000003
前記表2によれば、実施例1~3の光学積層体はハードコーティング層、プライマー層および指紋防止層を順次に含み、スチールウール評価前後水接触角変化量が10°以下であり、摩擦係数変化量が0.2以下であることによって、優れた耐スクラッチ性および消ゴム摩耗性を示し、折り畳んでから開く連続動作を20万回繰り返してもクラックが発生しない動的曲げ特性を示すことを確認した。
一方、比較例の光学積層体はプライマー層を含んでいないか、本願と異なる組成のハードコーティング層を使用していて、上部ハードコーティング層と指紋防止層間の付着力が弱く、そのために耐スクラッチ性および耐摩耗性が不良であることを確認し、また、スチールウール評価前後における水接触角変化量と摩擦係数変化量が大きいという点を確認した。

Claims (14)

  1. ポリシロキサンを含むハードコーティング層;プライマー層;およびフッ素含有化合物を含む指紋防止層;を含み、
    前記指紋防止層の表面に対する水接触角が100°以上であり、
    前記指紋防止層の表面に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層の表面の水接触角変化量が10°以下であり、
    前記指紋防止層に対してスチールウールを500g荷重で1000回往復させた前後における、前記指紋防止層の表面の摩擦係数変化量が0.2以下であ
    前記ポリシロキサン100重量部に対して弾性重合体を30~75重量部で含む、
    光学積層体。
  2. 前記ポリシロキサンはエポキシ基含有官能基を含む繰り返し単位を70モル%以上含む、請求項1に記載の光学積層体。
  3. 前記エポキシ基含有官能基は、脂環式エポキシ基および下記化学式1で表される官能基からなる群より選択されるいずれか一つである、請求項2に記載の光学積層体:
    [化学式1]
    上記化学式1中、
    は、置換もしくは非置換の炭素数1~6のアルキレン基、置換もしくは非置換の炭素数2~20のアルケニレン基、置換もしくは非置換の炭素数2~20のアルキニレン基、-R-CH=CH-COO-R-、-R-OCO-CH=CH-R-、-ROR-、-RCOOR-、または-ROCOR-であり、
    ~Rは、それぞれ独立して、単一結合;または置換もしくは非置換の炭素数1~6のアルキレン基である。
  4. 前記ポリシロキサンは、前記エポキシ基含有官能基の当量が3.0~6.3mmol/gである、請求項2または3に記載の光学積層体。
  5. 前記ポリシロキサンは、1,000~50,000g/molの重量平均分子量、1,000~10,000g/molの数平均分子量、および1.0~10.0の分子量分布を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の光学積層体。
  6. 前記弾性重合体は、ポリカプロラクトンポリオールを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の光学積層体。
  7. 前記プライマー層は、エポキシ基、(メタ)アクリルオキシ基、メルカプト基、アミノ基、ビニル基およびウレイド(ureido)基からなる群より選択された少なくとも1種の有機官能基を有する有機シラン化合物を含む、請求項1からのいずれか一項に記載の光学積層体。
  8. 前記有機シラン化合物は、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)-エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メタクリルオキシトリメトキシシラン、メタクリルオキシトリエトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、およびメルカプトプロピルトリメトキシシランからなる群より選択された1種以上を含む、請求項に記載の光学積層体。
  9. 前記プライマー層は、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、およびメチルトリブトキシシランからなる群より選択された1種以上の有機シラン化合物をさらに含む、請求項に記載の光学積層体。
  10. 前記フッ素含有化合物は、ペルフルオロポリエーテル化合物、オキシペルフルオロアルキレン基を含む化合物、フルオロ変性シラン化合物、およびフルオロアルキル基を含む化合物からなる群より選択された少なくとも1種を含む、請求項1からのいずれか一項に記載の光学積層体。
  11. 前記プライマー層と指紋防止層の厚さ比は1:0.01~10,000である、請求項1から1のいずれか一項に記載の光学積層体。
  12. 前記ハードコーティング層、プライマー層、および指紋防止層は順次に積層され、
    前記プライマー層に対向するように前記ハードコーティング層の一面に位置する支持基材層をさらに含む、請求項1から1のいずれか一項に記載の光学積層体。
  13. 前記ハードコーティング層に対向するように前記支持基材層の一面に位置する粘着層をさらに含む、請求項1に記載の光学積層体。
  14. 請求項1から1のいずれか一項による光学積層体を含む、フレキシブルディスプレイ装置。
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