KR20190111633A - 경화성 수지 조성물 및 이로부터 형성된 굴절률 정합층 - Google Patents

경화성 수지 조성물 및 이로부터 형성된 굴절률 정합층 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들의 경화성 수지 조성물은 금속 함유 실록산 수지, 카도(cardo) 계 화합물, 중합 개시제 및 용제를 포함한다. 경화성 수지 조성물로부터 고굴절률, 고 내화학성의 굴절률 정합층을 형성할 수 있다.

Description

경화성 수지 조성물 및 이로부터 형성된 굴절률 정합층{CURABLE RESIN COMPOSITION AND INDEX MATCHING LAYER FORMED THE SAME}
본 발명은 경화성 수지 조성물 및 이로부터 형성된 굴절률 정합층에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고굴절률 성분을 포함하는 감광성 수지 조성물 및 이로부터 형성된 굴절률 정합층에 관한 것이다.
최근 액정 표시(liquid crystal display: LCD) 장치 또는 유기 발광 표시 (organic light emitting display: OLED) 장치 등과 같은 화상 표시 장치에 있어서, 각종 도전층, 광학층들의 지지층, 절연층을 형성하기 위해 유기 성분을 포함하는 수지 조성물이 사용된다.
또한, 최근에는 터치 센서 혹은 터치 스크린 패널이 상기 화상 표시 장치에 결합되어 이미지 표시 및 정보 입력 기능이 하나의 장치에 구현되고 있다.
화상 표시 장치에 터치 센서와 같은 기능성 부재들이 추가될수록 예를 들면, 센싱 전극과 같은 도전성 구조물들에 의해 이미지의 시인성이 저하될 수 있다. 따라서, 광학 기능을 향상시키기 위한 기능성 절연층이 삽입될 수 있다.
예를 들면, 상기 도전성 구조물은 일반적인 무기 절연층 혹은 유기 절연층보다 굴절률이 높으므로, 상기 도전성 구조물 및 절연층의 계면 사이에서 굴절률 차이에 의해 반사율이 증가하고 이에 따라 상기 도전성 구조물이 사용자에게 인식될 수 있으며, 이미지 품질이 저하될 수 있다.
상기 굴절률 차이를 감소시키기 위해, 상기 도전성 구조물에 인접한 절연층들을 복층으로 형성하여 굴절률을 높이는 방법이 적용되고 있으나, 이 경우 화상 표시 장치의 두께가 증가하며, 계면들 수의 증가로 오히려 광학 특성이 열화될 수도 있다.
또한, 센싱 전극과 같은 도전성 구조물의 패터닝 공정 등에 의해 인접한 절연층이 손상될 수 있다. 예를 들면, 상기 절연층은 식각액, 현상액 등과 같은 용액에 의해 손상될 수도 있다.
따라서, 기계적, 화학적 안정성을 가지면서 화상 표시 장치의 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 절연층을 형성하기 위한 조성물이 필요하다.
예를 들면, 한국공개특허 제2011-0073372호에서 화상표시 장치에 적용된 감광성 수지 조성물을 개시하고 있으나, 상술한 광학적 특성 향상을 위한 기능층에 적용되기는 곤란하다.
한국공개특허 제10-2011-0073372호
본 발명의 일 과제는 향상된 광학적 특성 및 화학적 안정성을 갖는 절연층을 형성할 수 있는 경화성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 경화성 수지 조성물을 사용하여 형성된 굴절률 정합층을 형성하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 굴절률 정합층을 포함하는 터치 센서를 제공하는 것이다.
1. 금속 함유 실록산 수지; 카도(cardo) 계 화합물; 중합 개시제; 및 용제를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 금속 함유 실록산 수지에 포함되는 금속은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 또는 주석(Sn)을 포함하며, 상기 금속 함유 실록산 수지는 실록산 구조에 포함되는 일부 규소 원자를 금속 원자가 치환한 구조를 갖는, 경화성 수지 조성물.
3. 위 2에 있어서, 상기 금속 함유 실록산 수지는 하기 구조식 1로 표시되는 구조 단위를 포함하는, 경화성 수지 조성물:
[구조식 1]
Figure pat00001
(화학식 1 중, M은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 또는 주석(Sn) 중에서 선택되는 금속 원자를 나타내며,
R1 내지 R6은 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 20의 방향족 기를 나타내며, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 상기 방향족 기임).
4. 위 3에 있어서, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 비닐기를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 카도계 화합물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 경화성 수지 조성물:
[화학식 1]
Figure pat00002
[화학식 2]
Figure pat00003
(화학식 1 및 2 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 탄소수 1 내지 20의 유기 잔기를 나타내며,
R1 또는 R2 중 적어도 하나는 불포화 이중결합을 포함하는 중합 반응성 기임).
6. 위 5에 있어서, 상기 중합 반응성 기는 하기의 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는, 경화성 수지 조성물:
[화학식 3]
Figure pat00004
[화학식 4]
Figure pat00005
(화학식 3 및 4 중 n은 0 내지 3의 정수임).
7. 위 1에 있어서, 무기 입자를 더 포함하는, 경화성 수지 조성물.
8. 위 1에 있어서, 중합성 화합물을 더 포함하는, 경화성 수지 조성물.
9. 위 8에 있어서, 상기 중합성 화합물은 2관능 이상의 아크릴레이트계 단량체를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
10. 위 1에 있어서, 조성물 고형분 100 중량부 중,
상기 금속 함유 실록산 수지 20 내지 80중량부;
상기 카도계 화합물 10 내지 60중량부;
상기 중합 개시제 0.1 내지 20중량부를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
11. 위 1 내지 10중 어느 한 항의 경화성 수지 조성물로 형성되며 1.7 이상의 굴절률을 갖는 굴절률 정합층.
12. 위 11의 굴절률 정합층을 포함하는, 터치 센서.
본 발명의 실시예들에 따른 경화성 수지 조성물은 금속 함유 실록산 수지 및 카도계 화합물을 함께 포함할 수 있다. 상기 실록산 수지 및 카도계 화합물의 조합을 통해 상기 경화성 수지 조성물로부터 형성된 절연막의 굴절률이 증가할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 실록산 수지는 방향족 기 및/또는 비닐기를 포함할 수 있으며, 이에 따라 굴절률이 추가 상승하면서 내화학성이 함께 확보될 수 있다. 또한, 복수의 방향족 고리가 포함된 상기 카도계 화합물을 통해 굴절률이 추가 상승하면서 내화학성이 추가적으로 향상될 수 있다.
상기 경화성 수지 조성물을 이용하여 예를 들면 약 1.7 이상의 굴절률을 갖는 굴절률 정합층을 형성할 수 있다. 상기 굴절률 정합층을 터치 센서에 적용하여 센싱 전극의 시인을 방지할 수 있으며, 상기 터치 센서가 적용되는 화상 표시 장치의 이미지 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 금속 함유 실록산 수지, 카도계 화합물을 포함하며 고굴절률의 절연층을 형성할 수 있는 경화성 수지 조성물, 및 상기 경화성 수지 조성물로부터 형성된 굴절률 정합층이 제공된다. 또한, 상기 굴절률 정합층을 포함하는 터치 센서 또는 화상 표시 장치가 제공된다.
이하에서, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
<경화성 수지 조성물>
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 경화성 수지 조성물은 금속 함유 실록산 수지 및 카도계 화합물을 포함하며, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화성 수지 조성물은 무기 입자 및 기타 첨가제들을 더 포함할 수 있다.
금속 함유 실록산 수지
상기 금속 함유 실록산 수지(이하에서는, 실록산 수지로 약칭될 수도 있다)는 실록산 결합(예를 들면, -Si-O-Si- 결합)이 연쇄적으로 반복되는 실록산 망상 구조를 포함할 수 있다. 상기 실록산 망상 구조는 예를 들면, 2차원 또는 3차원 그물 구조를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실록산 수지에 포함된 적어도 하나의 규소 원자(Si)가 금속으로 치환될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 함유 실록산 수지는 상기 실록산 망상 구조 내에 금속 원자가 도핑 혹은 분산된 구조를 가질 수도 있다.
예를 들면, 상기 금속은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 안티몬(Sb) 등을 포함할 수 있으며, 바람작하게는 티타늄(Ti) 또는 지르코늄(Zr)이 상기 실록산 수지와 결합될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실록산 수지는 "?誰* 기를 포함할 수 있다. 상기 방향족 기가 실록산 수지 내에 포함됨에 따라, 금속을 통한 굴절률 상승에 부가하여 상기 경화성 수지 조성물로부터 형성된 절연막의 굴절률이 보다 증가될 수 있다. 또한, 상기 방향족 기에 의해 상기 절연막의 내화학성, 구조적 신뢰성이 증진될 수 있다.
예를 들면, 상기 실록산 수지는 하기의 구조식 1로 표시되는 구조 단위를 포함할 수 있다.
[구조식 1]
Figure pat00006
상기 화학식 1 중, M은 금속 원자를 나타내며, R1 내지 R6은 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 20의 방향족 기를 나타낼 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, M은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 또는 주석(Sn)일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 상기 방향족 기를 나타낼 수 있다. 상기 방향족 기는 예를 들면, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐기로 치환될 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 실록산 수지는 비닐기를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 화학식 1 중 R1 내지 R6 중 적어도 하나는 비닐기를 포함할 수 있다. 비닐기가 포함됨에 따라 예를 들면, 후술하는 중합성 화합물과 가교 특성이 향상되어 굴절률 향상 및 기계적 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 금속 함유 실록산 수지는 알콕시 실란 화합물 및 금속 함유 화합물을 함께 반응시켜 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 알콕시 실란 화합물의 축중합에 의해 상기 실록산 망상 구조가 형성되며, 상기 금속 함유 화합물에 포함된 금속이 일부 규소 원자를 치환한 형태로 결합될 수 있다.
예를 들면, 상기 알콕시 실란 화합물은 하기의 일반식 1로 표시될 수 있다.
[일반식 1]
(RpO)n-Si-(Rq)4-n
화학식 1 중, Rp 및 Rq는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 20의 방향족 기, 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 알케닐기 혹은 에테르기일 수 있다. n은 1 내지 3의 정수일 수 있다. 화학식 1에서 상기 알콕시 실란 화합물은 적어도 하나의 방향족 기를 포함할 수 있다. 상기 알콕시 실란 화합물은 적어도 하나의 비닐기를 더 포함할 수도 있다.
상기 금속 함유 화합물은 예를 들면, 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.
[일반식 2]
M(Ra)m1(Rb)m2
화학식 2 중, M은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 또는 주석(Sn) 중에서 선택되는 금속 원자이다. Ra는 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 20의 방향족기일 수 있다. Rb는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기일 수 있다.
m1 및 m2는 금속 M의 원자가가 m일 때 각각 0 내지 m의 정수이며, m1 및 m2의 합은 m이다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따르면 금속 원자가 실록산 망상 구조에 일체화되거나 화학적으로 결합되므로, 유기 및 무기 성분이 하이브리드화 되어 실록산 수지의 기계적 특성을 유지하면서 굴절률을 증가시킬 수 있다.
비교예에 있어서, 굴절률 향상을 위해 아크릴계 수지 혹은 에폭시계 수지에 무기 입자(예를 들면, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물)를 첨가하여 분산시키는 경우 수지와 상기 무기 입자간 상용성이 낮아 평탄도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 무기 입자의 균일한 분산이 용이하지 않아 굴절률, 투과율의 영역별 편차가 발생할 수 있다.
그러나, 예시적인 실시예들에 따르면 금속 원자가 실록산 망상 구조에 일체화되거나 화학적으로 결합되므로, 유기 수지 및 무기 성분의 상용성 저하로 인한 문제가 제거될 수 있다.
상기 금속 함유 실록산 수지는 분자 구조 내에, 복수의 Si-O 결합들을 포함할 수 있다. 상기 Si-O 결합의 경우, Si-C 결합에 비해 큰 결합 에너지 및 결합각을 가지며, 이에 따라 상기 조성물을 사용하여 형성된 굴절률 정합층에 저수축성, 내구성, 내마모성, 유연성을 부여할 수 있다.
또한, 상기 금속 함유 실록산 수지는 -O-Si-O- 결합에 의해 그물 모양 혹은 3차원 모양의 벌키(bulky)한 다공성 입체 구조를 형성할 수 있다. 따라서, 예를 들면 아크릴레이트 계열 단량체로 형성된 수지에 비해 보다 우수한 유연성을 가지며 증가된 가교도 및/또는 경화도를 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 함유 실록산 수지는 불소 원자 혹은 불소 함유 치환기는 포함하지 않을 수 있다. 불소가 포함되는 경우 불소의 부피 혹은 편극 효과에 따라 수지 구조 내 공간이 초래되어 굴절률이 저하될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 조성물 고형분 100중량부에 대하여 상기 금속 함유 실록산 수지는 약 20 내지 80중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 실록산 수지의 함량이 약 20중량부 미만인 경우, 충분한 굴절률 증가 효과가 구현되지 않을 수 있으며, 굴절률 정합층의 경도가 지나치게 저하될 수 있다. 상기 실록산 수지의 함량이 약 80중량부를 초과하는 경우, 상기 굴절률 정합층의 코팅성이 떨어지고, 조성물의 용해성이 저하될 수 있다.
굴절률 상승, 내화학성 및 경도 향상을 고려하여, 바람직하게는 상기 실록산 수지의 함량은 약 30 내지 70중량부일 수 있다.
카도(cardo) 계 화합물
상기 경화성 수지 조성물은 카도계 화합물을 상기 금속 함유 실록산 수지와 함께 포함하며, 상기 경화성 수지 조성물로부터 형성된 절연막의 굴절률 및 내화학성을 추가적으로 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 카도계 화합물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00007
[화학식 2]
Figure pat00008
화학식 1 및 2 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 탄소수 1 내지 20의 유기 잔기를 나타낼 수 있다. 상기 유기 잔기는 예를 들면, 에테르 결합, 에스테르 결합, 우레탄 결합, 카르복실기, 히드록실기 등과 같은 관능기를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, R1 또는 R2 중 적어도 하나는 중합 반응성 기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 중합 반응성 기는 아크릴레이트기와 같은 불포화 이중결합을 포함할 수 있다.
상기 불포화 이중결합을 포함하는 R1 또는 R2의 예로서, 하기의 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 들 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00009
[화학식 4]
Figure pat00010
상기 화학식 3 및 4 중 n은 0 내지 3의 정수일 수 있다.
상기 카도계 화합물은 화합물 내 복수의 방향족 고리를 포함하므로, 굴절률 상승을 유도할 수 있다. 따라서, 상기 금속 함유 실록산 수지와 조합되어 굴절률이 추가 상승된 절연막 형성을 촉진할 수 있다.
또한, 상기 카도계 화합물의 치환기로서 적어도 하나의 중합 반응성 기를 포함하므로, 예를 들면 상기 금속 함유 실록산 수지에 포함된 비닐기와 같은 반응성 기와 가교되어 절연막의 내에칭성, 내화학성, 경화도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 카도계 화합물이 상기 금속 함유 실록산 수지와 추가 가교되는 경우, 수지 구조가 보다 벌키해짐에 따라 절연막의 굴절률이 추가적으로 증가할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 절연막의 내화학성, 경화도 향상을 위해 R1 및 R2 모두 상기 중합 반응성 기를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 카도계 화합물이 실질적으로 굴절률 증진제로 포함되므로, 무기 입자와 같은 고굴절 무기물 등이 상기 경화성 수지 조성물로부터 생략될 수도 있다. 상기 무기 입자가 상기 조성물 내에 다량 포함되는 경우 고열 조건에서 절연막의 크랙이 초래될 수 있으며, 절연막의 기재와의 밀착성이 저해될 수도 있다.
그러나, 예시적인 실시예들에 따르면 상기 무기 입자가 생략되는 경우에도 카도계 화합물을 통해 충분한 굴절률을 획득할 수 있으며, 상기 절연막의 크랙, 밀착력 저하를 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 조성물 고형분 100중량부에 대하여 상기 카도계 화합물은 약 10 내지 60중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 카도계 화합물의 함량이 약 10중량부 미만인 경우, 충분한 굴절률 증가 효과가 구현되지 않을 수 있으며, 굴절률 정합층의 내화학성, 경도 확보가 곤란할 수 있다. 상기 카도계 화합물의 함량이 약 60중량부를 초과하는 경우, 상기 금속 함유 실록산 수지와의 상용성 저하를 초래하여, 굴절률 정합층의 투과율을 열화시킬 수 있다.
바람직하게는 상기 금속 함유 실록산 수지와의 정합성 및 굴절률, 상승, 내화학성 향상을 함께 고려하여, 바람직하게는 상기 카도계 화합물의 함량은 약 20 내지 50중량부일 수 있다.
중합성 화합물
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 경화성 수지 조성물은 가교 밀도 향상을 위해 중합성 화합물을 더 포함할 수도 있다.
상기 중합성 화합물은 광경화성 혹은 열경화성을 갖는 적어도 하나의 작용기를 갖는 단량체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 유기 조성물 분야에서 널리 공지된 단관능 단량체, 2관능 단량체 및 기타 다관능 단량체들을 사용할 수 있다.
상기 단관능 단량체의 예로서 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 스티렌, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있다.
상기 2관능 단량체의 예로서 1,4-부탄디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A의 비스(아크릴로일옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 다관능 단량체의 구체예로서는 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 상기 중합성 화합물은 2관능 이상의 아크릴레이트계 단량체를 포함할 수 있다.
상기 중합성 화합물이 포함되는 경우, 예를 들면, 조성물 고형분 총 100중량부 중 약 1 내지 50중량부 범위일 수 있다. 상기 범위 내에서 예를 들면, 상기 금속 함유 실록산 수지로부터의 굴절률 상승을 저해하지 않으면서 가교도, 경화도를 향상시킬 수 있다.
중합 개시제
예시적인 실시예들에 따른 경화성 수지 조성물은 상기 중합성 화합물 가교 또는 경화를 촉진하기 위해 중합 개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 중합 개시제는 열중합성 개시제 및/또는 광중합성 개시제를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 광중합성 개시제는 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 옥심에스테르계 화합물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 옥심에스테르계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 열중합성 개시제는 예를 들면, 아조계 개시제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 아조 니트릴계, 아조 에스테르계, 아조 아미드계, 아조 아미딘계, 마크로아조계 개시제들이 사용될 수 있다.
상기 중합 개시제의 함량은 예를 들면, 조성물 고형분 100중량부 중 약 0.1 내지 20중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 범위 내에서 절연막의 밀착성, 굴절률을 저해하지 않으면서 경화 공정의 감도를 향상시킬 수 있다.
용제
상기 경화성 수지 조성물은 상술한 금속 함유 실록산 수지 및 카도계 화합물을 균일하게 용해기킬 수 있는 용제를 포함할 수 있다.
예를 들면, 에틸렌글리콜모노알킬에테르류; 디에틸렌글리콜디알킬에테르류; 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜모노알킬에테르류; 프로필렌글리콜디알킬에테르류; 프로필렌글리콜알킬에테르프로피오네이트류; 부틸디올모노알킬에테르류; 부탄디올모노알킬에테르아세테이트류; 부탄디올모노알킬에테르프로피오네이트류; 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디알킬에테르류; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류; 케톤류; 알코올류; 에스테르류; 테트라히드로푸란, 피란 등의 고리형 에테르류; γ-부티로락톤 등의 고리형 에스테르류 등의 용제들이 사용될 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 용제는 상술한 성분들을 제외한 잔량, 또는 상술한 성분들 및 후술하는 첨가제를 제외한 잔량으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 용제는 조성물 총 중량 중 약 60 내지 95중량부, 바람직하게는 70 내지 95 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 적절한 점도 및 코팅성이 확보되어 균일한 프로파일의 도막(예를 들면, 굴절률 정합층)을 형성할 수 있다.
무기 입자
일부 실시예들에 있어서, 상기 경화성 수지 조성물은 무기 입자를 더 포함할 수도 있다. 상기 무기 입자는 조성물 내에 분산되어 절연막의 굴절률을 추가적으로 증가시킬 수 있다.
상기 무기 입자는 예를 들면, 금속 산화물 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 또는 주석(Sn)의 산화물을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 무기 입자로서 상기 실록산 수지에 결합된 금속과 동일한 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 무기 입자 및 상기 실록산 수지를 통한 광학적 정합성을 통해 일정한 굴절률 상승 효과를 구현할 수 있으며, 투과도를 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 실록산 수지로서 지르코늄 함유 수지를 사용하고, 상기 무기 입자로서 지르코늄 산화물(지르코니아)을 사용할 수 있다. 이 경우, 절연막의 투과율을 저해하지 않으면서 굴절률을 보다 현저히 상승시킬 수 있다.
상기 무기 입자가 포함되는 경우, 조성물 고형분 100중량부에 대하여 상기 무기 입자는 약 1 내지 40중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 조성물의 밀착성, 코팅성의 열화 및 크랙을 방지하면서 굴절률을 추가적으로 증가시킬 수 있다.
기타 첨가제
상기 경화성 수지 조성물은 이로부터 형성된 절연막의 향상된 굴절률, 경화도, 내화학성 등의 특성을 저해하지 않는 범위내에서 기타 첨가제들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가제는 상기 첨가제는 산화 방지제, 레벨링제, 경화 촉진제, 계면 활성제, 충진제, 자외선 흡수제, 응집 방지제, 연쇄 이동제 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 경화성 수지 조성물은 코팅 표면의 평탄화를 위해 불소계 혹은 실란계 첨가제 등을 사용할 수 있다. 상기 불소계 또는 실란계 첨가제의 예로서 아미노프로필트리에톡시실란, 메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 바이닐트리메톡시실란, 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 퍼플루오로알킬아크릴레이트공중합물, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 헵타뎀플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트리메톡시실란, 헵타데카플로오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트리메톡시실란 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 경화성 수지 조성물은 수지 성분으로서 상술한 금속 함유 실록산 수지만을 포함하며, 이 경우에도 충분한 현상성 및 경화밀도를 구현하면서, 굴절률 상승 효과를 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 경화성 수지 조성물은 상기 실록산 수지를 통한 굴절률 상승 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 다른 수지 성분(예를 들면, 에폭시 및/또는 카르복실산기 함유 수지 등과 같은 알칼리 가용성 수지)을 함께 포함할 수도 있다.
<굴절률 정합층, 터치 센서, 화상 표시 장치>
본 발명의 실시예들에 따르면, 상술한 경화성 수지 조성물을 사용하여 형성된 굴절률 정합층 및 상기 굴절률 정합층을 포함하는 터치 센서가 제공된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면 상기 터치 센서는 기재층(100), 제1 절연층(120), 센싱 전극들(130) 및 제2 절연층(140)을 포함할 수 있다.
기재층(100)은 센싱 전극들(130) 형성을 위해 베이스 층으로 사용되는 필름 타입 기재, 또는 센싱 전극들(130)이 형성되는 대상체를 포괄하는 의미로 사용된다. 일부 실시예들에 있어서, 기재층(100)은 터치 센서가 형성 또는 적층되는 표시 패널을 지칭할 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 기재층(100)은 화상 표시 장치의 윈도우 기판을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 기재층(100)은 터치 센서에 통상적으로 사용되는 기판, 또는 필름 소재가 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 환형올레핀중합체(COP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(PI), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 폴리에테르술폰(PES), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 폴리카보네이트(PC), 환형올레핀공중합체(COC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 절연층(120)은 상술한 경화성 수지 조성물로부터 형성된 굴절률 정합층(index matching layer: IML)으로 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 경화성 수지 조성물은 실록산 수지 및 카도 계 화합물의 조합을 통해 의해 상승된 굴절률을 제공할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 절연층(120)은 약 1.7 이상, 예를 들면 약 1.7 내지 1.9 범위의 굴절률을 가질 수 있다.
센싱 전극(130)은 금속 또는 투명 도전성 산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속의 예로서 은, 금, 구리, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 니오븀, 탄탈륨, 바나듐, 칼슘, 철, 망간, 코발트, 니켈, 아연, 또는 이들의 합금을 들 수 있다.
상기 투명 도전성 산화물의 예로서, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 알루미늄아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO), 인듐주석아연산화물(ITZO), 아연주석산화물(ZTO), 인듐갈륨산화물(IGO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 들 수 있다.
일 실시예에 있어서, 센싱 전극(130)은 금속층 및 투명 도전성 산화물층을 포함하는 복층 구조를 가질 수 있다.
센싱 전극(130)은 상대적으로 유기 혹은 무기 절연층에 비해 고굴절률을 가지며, 예를 들면, 약 1.9 내지 2.5 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 절연층(120)이 굴절률 정합층으로 제공되어 센싱 전극(130)과의 굴절률 차이를 완충 혹은 감소시킬 수 있다. 따라서, 센싱 전극(130)이 사용자에게 시인되어 이미지 품질이 저해되는 것을 방지할 수 있다.
제1 절연층(120) 상에는 센싱 전극(130)을 적어도 부분적으로 덮는 제2 절연층(140)이 형성될 수 있다. 제2 절연층(140)은 아크릴계, 에폭시계 수지와 같은 유기 절연 물질, 혹은 실리콘 산화물과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 센싱 전극(130)은 서로 다른 방향(예를 들면, X축 방향 및 Y축 방향)을 따라 배열되는 제1 센싱 전극 및 제2 센싱 전극을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 센싱 전극들은 단위 패턴들이 이음부에 의해 서로 연결되어 센싱 라인 형태로 연장되며, 복수의 상기 센싱 라인들이 배열될 수 있다. 제2 센싱 전극들은 각각 서로 물리적으로 이격된 단위 패턴들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 센싱 전극을 사이에 두고 서로 이웃하는 제2 센싱 전극들을 전기적으로 연결시키는 브릿지 전극이 더 포함될 수 있다.
이 경우, 제2 절연층(140)은 상기 이음부 및 브릿지 전극의 교차부에 선택적으로 형성되어 상기 제1 및 제2 센싱 전극들을 서로 절연시킬 수 있다. 상기 브릿지 전극은 제2 절연층(140) 상에 형성되어 예를 들면, 제2 절연층(140) 내에 형성된 콘택 홀을 통해 상기 제2 센싱 전극들을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제2 절연층(140)은 상술한 경화성 수지 조성물로부터 형성되며 굴절률 정합층으로 제공될 수 있다. 이 경우, 제1 절연층(120)은 생략될 수도 있으며, 유기 혹은 무기 절연층으로 형성될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 절연층(120) 역시 제2 절연층(140)과 함께 예시적인 실시예들에 따른 경화성 수지 조성물로부터 형성된 굴절률 정합층으로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 1에 도시된 제2 절연층(140)과 같이 상기 굴절률 정합층은 센싱 전극들(130)을 덮는 오버 코팅층으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 센싱 전극(130)의 노출면에서 유발되는 굴절률 차이를 전체적으로 감소 혹은 상쇄시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상기 터치 센서가 적용된 화상 표시 장치를 제공한다.
상기 화상 표시 장치는 액정 표시(LCD) 장치, 전계 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치, 유기 발광 다이오드(OLED) 방출 표시 장치 등 각종 화상 표시 장치를 포함하며, 유연성, 굽힘 특성을 보유한 플렉시블 디스플레이 장치일 수 있다.
예를 들면, 상기 화상 표시 장치는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 TFT 어레이 기판 상에 정의된 복수의 화소들을 포함하는 TFT 어레이 기판을 포함할 수 있다. 상기 TFT 어레이 기판의 화소 전극 상에 예를 들면, 액정층 혹은 OLED 소자가 형성되며, 상기 액정층 혹은 OLED 소자를 덮는 공통전극이 형성되어 표시 패널이 정의될 수 있다.
상기 표시 패널 상에 상술한 터치 센서가 적층되고 상기 터치 센서 상에 윈도우 기판과 같은 보호 기판 혹은 보호 필름이 적층될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 터치 센서는 내화학성 및 신뢰성이 향상된 고굴절률의 굴절률 정합층을 포함할 수 있다. 따라서, 센싱 전극의 시인을 억제하면서 플렉시블, 화학적 특성이 향상된 화상 표시 장치를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 기재된 조성 및 함량(중량%)으로 성분들을 혼합하고 교반 후, 폴리프로필렌 필터를 통해 여과하여 실시예 및 비교예의 경화성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2 3
실록산 수지(A) A-1 4.74 5.74 3.40 - 5.47 3.40 - - 5.99
A-2 - - - 6.63 - - - 4.90 -
A-3 - - - - - - 5.71 - -
무기입자
(B)		 - - 3.29 - - - - - -
카도계 화합물
(C)		 C-1 3.57 - - 2.84 - - - - -
C-2 - 2.70 2.64 - - 2.64 - - -
C-3 - - - - 3.99 - 3.70 - -
중합성
화합물(D)		 D-1 - - - - - 3.29 - 4.33 -
D-2 - - - - - - - - 3.55
중합 개시제(E) 0.53 0.72 0.64 0.57 0.73 0.64 0.64 0.90 0.77
첨가제(F) 0.22 0.26 0.24 0.20 0.31 0.24 0.25 0.33 0.28
용제(G) 90.94 90.58 89.79 89.76 89.50 89.79 89.7 89.54 89.41
각 성분들로서 사용된 구체적인 화합물은 아래와 같다.
A-1) 페닐기 포함하는 지르코늄 함유 실록산 수지(DW-Z1, (주)경인양행 제조)
A-2) 페닐기 포함하는 티타늄 함유 실록산 수지 (DW-T1, ㈜ 경인양행 제조)
A-3) 금속 미함유 일반 실록산 수지(DW-OP1, (주)경인양행 제조)
B) 지르코니아 입자
C-1) 하기 화학식 1-1의 화합물
[화학식 1-1]
Figure pat00011
C-2) 하기 화학식 1-2의 화합물
Figure pat00012
C-3) 하기 화학식 2-1의 화합물
Figure pat00013
D-1) 폴리에틸렌글리콜200디아크릴레이트
D-2) 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(KAYARAD DPHA, 닛본가야꾸 제조)
E) OXE-03(BASF사 제조)
F) 불소계 계면활성제(F554, DIC Corporation 제조)
G) 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트
실험예
가로 세로 2 인치의 유리 기판(이글 2000; 코닝사 제조)을 중성 세제, 물 및 알코올로 순차 세정한 후 건조하였다. 이 유리 기판 상에 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 경화성 수지 조성물을 각각 스핀 코팅한 다음 핫 플레이트를 이용하여 100℃에서 3분간 히팅하여 박막을 형성하였다.
상기 박막을 상온으로 냉각 후 노광기(MA6; SUSS MicroTec (주) 제조)를 사용하여 100mJ/㎠의 노광량으로 마스크 없이 전면에 광을 조사하였다. 이후, 상기 핫 플레이트를 230℃의 온도에서 30분간 유지하여 1㎛ 두께의 경화막을 형성하였다.
(1) 굴절율 평가
엘립소미터(한국오츠카전자)를 이용하여 상기 경화막의 굴절율을 측정하였다.
(2) 내화학성 평가
1) 내산성 평가
상기 경화막이 형성된 기판을 식각액(MA-S02, ㈜동우화인켐)에 30℃에서 1분간 침지하여, 침지 전후 표면 변화 및 막두께 측정기(DEKTAK, Veeco)를 이용하여 두께 변화를 관찰하였다.
2) 내염기성 평가
상기 경화막이 형성된 기판을 스트립 용액(SAM-S19, ㈜ 동우화인켐)에 50℃에서 5분간 침지하여, 침지 전후 표면 변화 및 막두께 측정기(DEKTAK, Veeco)를 이용하여 두께 변화를 관찰하였다.
3) 내현상액 평가
상기 경화막이 형성된 기판을 현상액(테트라암모늄하이드록사이드 2.38%)에 상온에서 2분간 침지하여, 침지 전후 표면 변화 및 막두께 측정기(DEKTAK, Veeco)를 이용하여 두께 변화를 관찰하였다.
표면 변화의 평가기준은 하기와 같다.
○: 표면 손상이 실질적으로 관찰되지 않음
△: 국부적 표면 손상 관찰됨
×: 경화막 두께가 실질적으로 감소함
평가결과는 하기의 표 2에 나타낸다
굴절률 내화학성
내산성 내염기성 내현상성
표면 변화 △막두께
(㎛)		 표면 변화 △막두께
(㎛)		 표면 변화 △막두께
(㎛)
실시예 1 1.73 ○ 0.001 ○ 0.001 ○ 0.000
실시예 2 1.74 ○ 0.002 ○ 0.001 ○ 0.000
실시예 3 1.78 ○ 0.001 ○ 0.001 ○ 0.000
실시예 4 1.74 ○ 0.002 ○ 0.001 ○ 0.000
실시예 5 1.75 ○ 0.002 ○ 0.001 ○ 0.000
실시예 6 1.75 ○ 0.000 ○ 0.000 ○ 0.000
비교예 1 1.64 X 0.242 X 0.189 X 0.075
비교예 2 1.61 X 0.368 X 0.264 X 0.145
비교예 3 1.65 ○ 0.002 ○ 0.000 ○ 0.000
표 2를 참조하면, 금속 함유 실록산 수지 및 카도계 화합물을 함께 사용한 실시예들의 경우 모두 약 1.7 이상의 고굴절률이 확보되면사, 내화학성이 함께 향상되었다.
금속 함유 실록산 수지 및/또는 카도계 화합물이 생략된 비교예들의 경우 1.7 이상의 고굴절률이 획득되지 못했으며, 내화학성 역시 저하되었다.
100: 기재층
120: 제1 절연층
130: 센싱 전극
140: 제2 절연층

Claims (12)

  1. 금속 함유 실록산 수지;
    카도(cardo) 계 화합물;
    중합 개시제; 및
    용제를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 함유 실록산 수지에 포함되는 금속은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 또는 주석(Sn)을 포함하며,
    상기 금속 함유 실록산 수지는 실록산 구조에 포함되는 일부 규소 원자를 금속 원자가 치환한 구조를 갖는, 경화성 수지 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 금속 함유 실록산 수지는 하기 구조식 1로 표시되는 구조 단위를 포함하는, 경화성 수지 조성물:
    [구조식 1]
    Figure pat00014

    (화학식 1 중, M은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 또는 주석(Sn) 중에서 선택되는 금속 원자를 나타내며,
    R1 내지 R6은 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 20의 방향족 기를 나타내며, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 상기 방향족 기임).
  4. 청구항 3에 있어서, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 비닐기를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 카도계 화합물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 경화성 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00015

    [화학식 2]
    Figure pat00016

    (화학식 1 및 2 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 탄소수 1 내지 20의 유기 잔기를 나타내며,
    R1 또는 R2 중 적어도 하나는 불포화 이중결합을 포함하는 중합 반응성 기임).
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 중합 반응성 기는 하기의 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는, 경화성 수지 조성물:
    [화학식 3]
    Figure pat00017

    [화학식 4]
    Figure pat00018

    (화학식 3 및 4 중 n은 0 내지 3의 정수임).
  7. 청구항 1에 있어서, 무기 입자를 더 포함하는, 경화성 수지 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 중합성 화합물을 더 포함하는, 경화성 수지 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 중합성 화합물은 2관능 이상의 아크릴레이트계 단량체를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서, 조성물 고형분 100 중량부 중,
    상기 금속 함유 실록산 수지 20 내지 80중량부;
    상기 카도계 화합물 10 내지 60중량부;
    상기 중합 개시제 0.1 내지 20중량부를 포함하는, 경화성 수지 조성물.
  11. 청구항 1 내지 10중 어느 한 항의 경화성 수지 조성물로 형성되며 1.7 이상의 굴절률을 갖는 굴절률 정합층.
  12. 청구항 11의 굴절률 정합층을 포함하는, 터치 센서.
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