KR20230102958A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20230102958A
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display panel
display device
formula
disposed
silicon
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KR1020210193463A
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황준식
김성희
김기문
조준혁
박재휘
이은지
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엘지디스플레이 주식회사
일동케미칼(주)
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Abstract

본 발명은 표시 장치에 관한 발명으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 표시 패널, 표시 패널 하부에 배치되는 제1 편광판, 표시 패널 상에 배치되는 제2 편광판 및 표시 패널과 제2 편광판 사이에 배치되는 정전기 방지막을 포함하고, 정전기 방지막은 실리콘계 매트릭스, 실리콘계 매트릭스에 분산된 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트를 포함하고, 실리콘계 매트릭스는 테트라 알콕시실란, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란, 아미노알킬 트리알콕시실란, (퍼)플루오로알킬 알콕시실란 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하여 경화된 것이다. 따라서, 저가의 폴리티오펜계 화합물을 포함하는 정전기 방지막을 구비하여 터치 감도를 저하시키지 않으면서도 정전기 방전 효과가 우수하고, 고온 및 고습 신뢰성이 개선된 표시 장치를 제공한다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 및 고습 신뢰성이 우수한 정전기 방지막을 포함하여 표시 장치의 신뢰성을 향상시키고, 비용 절감 및 정전기 방지막 형성 공정을 간소화할 수 있는 표시 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보 신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저전력화 등의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 표시 장치(Display Device)가 개발되고 있다. 이러한 표시 장치의 구체적인 예로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device: OLED) 등을 들 수 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 일면에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 전극이 형성되어 있는 면이 마주하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정 물질을 개재한 후, 각 기판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다. 이때, 액정 표시 장치의 각 기판의 제조 시 단위 공정을 진행하는 과정에서 많은 정전기가 발생하고 있다.
따라서, 이러한 정전기를 방전시키고, 완성된 제품 형성 시에 충친된 전하를 효과적으로 방출시키고자 상부 기판의 외측면에 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 정전기 방지막으로 활용하고 있다. 하지만, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)는 매우 값비싼 투명 도전성 금속 물질이므로 제조 비용을 향상시키는 요인이 되고 있다.
최근에 들어서는 개인 휴대가 가능한 휴대폰, 태블릿 PC 및 노트북 등에서 터치 센서가 내장되어 화면을 터치하여 동작할 수 있는 기능을 갖는 제품이 출시되어 사용자의 많은 관심을 끌고 있다. 이러한 추세에 편승하여 다양한 응용 제품에 표시 소자로서 이용되고 있는 액정 표시 장치에 있어서도 터치 기능을 갖도록 하기 위해 최근 다양한 시도가 진행되고 있다. 일례로 애드온 타입(Add On Type)의 액정 표시 장치는 액정 패널 위에 별도의 터치 소자가 형성된 기판이나 패널을 부착하는 방식이 있다. 다른 예로, 인 셀 타입(In Cell Type)의 액정 표시 장치는 표시 장치 위에 별도의 터치 패널을 부착하지 않고 표시 패널부에 터치 전극을 형성하여 터치 기능이 내부에 탑재된 방식이다. 이들 중 인 셀 타입 액정 표시 장치는 제품의 슬림화, 원가 절감, 경량화 등의 장점이 있어 최근 수요가 증가하고 있다.
인 셀 타입 액정 표시 장치에서는 ITO와 같은 투명 도전성 금속 물질로 정전기 방지막을 형성하면 터치 센서를 구비하더라도 터치에 의해 발생되는 정전 용량의 크기에 비해 정전기 방지막의 전도도가 크기 때문에 방전을 일으켜 터치 감도가 현저하게 저하된다. 따라서, 터치 감도와 정전기 방지 효과를 동시에 확보하기 위해 특정 영역대의 저항을 갖는 물질로 정전기 방지막을 형성하여야 한다. 이에 상면에 특정 영역대의 저항을 갖는 도전층을 형성한 편광판을 표시 패널 상에 배치하는 방식이 제안되었다. 그러나, 이 경우, 공정 단계가 복잡하고 원가 상승 등의 또 다른 문제점을 야기하였다.
이에 상부 편광판과 표시 패널 사이에 탄소 나노 튜브나 폴리티오펜계 고분자(예. PEDOT:PSS)와 같은 전도성 물질이 분산된 용액을 코팅하여 정전기 방지막을 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나, 탄소 나노 튜브는 고온 안정성이 우수하나 고가의 재료로 원가 절감에 제한이 되는 문제가 있었고, 폴리티오펜계 고분자의 경우 탄소 나노 튜브 대비 저렴하나 고온 및 고습 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저가의 폴리티오펜계 고분자를 사용하여 정전기 방전 효과가 우수하면서도 고온 및 고습 신뢰성이 우수한 정전기 방지막을 구비하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 터치 감도를 저하시키지 않으면서도 정전기 방전 효과가 우수한 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 표시 패널, 표시 패널 하부에 배치되는 제1 편광판, 표시 패널 상에 배치되는 제2 편광판 및 표시 패널과 제2 편광판 사이에 배치되는 정전기 방지막을 포함하고, 정전기 방지막은 실리콘계 매트릭스, 실리콘계 매트릭스에 분산된 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트를 포함하고, 실리콘계 매트릭스는 테트라 알콕시실란, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란 및 아미노알킬 트리알콕시실란을 포함하여 경화된 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 실리콘계 매트릭스는 (퍼)플루오로알킬 알콕시실란 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 더 포함하여 경화된 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(화학식 1에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, n은 1 내지 100의 정수이고, m은 1 내지 10의 정수이다)
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 표시 장치는 전도성 물질로 저가의 폴리티오펜계 화합물을 포함하는 정전기 방지막을 구비하여 정전기 방전 효과가 우수하면서도 고온 및 고습 신뢰성이 우수한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면 터치 감도를 저하시키지 않으면서도 정전기 방전 효과가 우수한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시 장치는 표시 패널과 상부 편광판 사이에 단순한 공정으로 정전기 방지막을 형성하여 공정을 단순화하고, 비용 절감 및 생산성 향상에 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'에 따른 개략적인 단면도이다.
도 3은 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란 및/또는 아미노알킬 트리알콕시실란의 유무에 따른 정전기 방지막의 시간에 따른 표면 저항 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 비교예 1 및 참조예 1 내지 참고예 3 각각에 따른 정전기 방지막의 시간에 따른 표면 저항 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 및 참조예 2 각각에 따른 정전기 방지막의 시간에 따른 표면 저항 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형상으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 면적, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 제한되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
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'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
또한 제 1, 제 2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 구성 요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 면적 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 면적 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
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 실시할 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'에 따른 개략적인 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 하부 기판(110), 액정층(130) 및 상부 기판(140)을 포함하는 표시 패널(PNL), 제1 편광판(121), 제2 편광판(122), 정전기 방지막(150), 접지 패드(GND) 및 도전 부재(AGP)를 포함한다.
표시 패널(PNL)은 영상을 표시하는 패널이다. 예를 들어, 표시 패널(PNL)은 액정층을 포함하고, 액정의 광 투과율을 조절하여 영상을 표시하는 액정 표시 패널일 수 있다. 이하에서는 표시 패널(PNL)이 액정 표시 패널인 것으로 가정하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에 대해 구체적으로 설명하나, 표시 패널(PNL)이 액정 표시 패널로 제한되지 않는다.
표시 패널(PNL)은 표시 영역 및 비표시 영역으로 정의되는 영역들을 포함한다. 표시 영역은 복수의 화소가 배치되어 실질적으로 영상이 표시되는 영역이다. 표시 영역에는 영상을 표시하기 위한 발광 영역을 포함하는 화소, 화소를 구동하기 위한 구동 박막 트랜지스터 등의 구동 소자가 배치된다. 비표시 영역은 차광부재 등에 가려져 실질적으로 영상이 표시되지 않는 영역이다. 비표시 영역에는 표시 영역에 배치되는 화소 및 구동 소자를 구동하기 위한 다양한 배선, 인쇄 회로 기판 등이 배치된다.
표시 패널(PNL)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 액정 표시 패널에 광을 공급하는 광원이다. 예를 들어, 백라이트 유닛은 엣지형 백라이트 유닛 또는 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
표시 패널(PNL)은 터치 센서가 내장된 인-셀(In-cell) 터치 타입 표시 패널일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 표시 패널(PNL)이 인-셀 터치 타입 표시 패널인 것으로 가정하여 설명한다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 본 발명의 표시 패널(PNL)이 인-셀 터치 타입 표시 패널로 제한되는 것은 아니다.
하부 기판(110)은 복수의 화소 및 각각을 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 구비되는 박막 트랜지스터 어레이 기판이다. 하부 기판(110)에는 복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인이 교차하도록 형성되어 복수의 화소 영역을 정의한다. 복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인의 교차점마다 화소를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 구비된다.
각각의 박막 트랜지스터는 각 화소에 형성된 화소 전극과 연결되어, 게이트 라인을 통해 인가되는 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인들을 통해 공급되는 데이터 전압을 각각의 화소로 공급한다.
공통 전극은 화소 전극과 전계를 형성하여 액정을 제어한다. 데이터 라인을 통해 인가되는 데이터 전압과 공통 전압에 따라 전계를 형성하여 액정의 배열을 제어함으로써 액정층(130)이 구동하게 된다.
공통 전극 및 화소 전극 각각은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 등의 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다.
하부 기판(110)은 사용자의 터치에 따른 정전용량을 감지하여 터치를 검출하기 위한 터치 센서를 구비한다. 예를 들어, 터치 센서는 터치 구동 신호가 공급되는 복수의 구동 전극 및 터치 신호를 센싱하는 복수의 감지 전극을 포함할 수 있다. 비표시 영역에 대응되는 하부 기판(110) 상에는 터치 드라이버가 배치된다. 터치 드라이버는 터치 구동 IC 및 터치 감지 IC를 포함할 수 있다. 터치 구동 IC는 구동 전극 라인을 통해 복수의 터치 구동 전극에 터치 구동 신호를 공급한다. 터치 감지 IC는 터치 감지 전극 라인을 통해 복수의 감지 전극과 연결되어 터치 신호를 센싱한다.
인-셀(In-cell) 터치 타입 표시 패널에서는 화소에 공통 전압을 공급하기 위해 형성되는 공통 전극을 패터닝하여 구동 전극 및 감지 전극으로 이용하도록 구성될 수도 있다.
비표시 영역에 대응되는 하부 기판(110) 상에는 정전기에 의해 형성된 전하를 접지시키기 위한 접지 패드(GND)가 배치될 수 있다. 접지 패드(GND)는 정전기에 의해 축적된 전하를 방전시킨다. 접지 패드(GND)는 후술할 도전 부재(AGP)에 의해 정전기 방지막(150)과 전기적으로 연결된다.
상부 기판(140)은 컬러 필터 및 블랙 매트릭스를 구비하는 컬러 필터 어레이 기판이다. 컬러 필터는 특정 파장의 광을 선택적으로 투과시킨다. 이에 따라 백라이트 유닛으로부터 발광된 광은 하부 기판(110)과 상부 기판(140) 사이의 액정층(130) 및 컬러 필터를 통과하며 다양한 색상의 광으로 변환된다. 예를 들어, 컬러 필터는 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터를 포함하며, 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터는 각각의 화소가 표시하는 색상에 대응하도록 배치된다. 블랙 매트릭스는 각각의 화소의 경계에 대응하도록 형성되어 각각의 화소를 구획하고 혼색을 방지한다. 또한, 블랙 매트릭스는 하부 기판(110)에 배치된 게이트 라인, 데이터 라인 또는 박막 트랜지스터 등이 시인되지 않도록 가릴 수 있다.
하부 기판(110)과 상부 기판(140)의 사이에는 액정층(130)이 배치된다. 액정층(130)은 하부 기판(110)에 구비되는 박막 트랜지스터 및 터치 센서 상에 배치될 수 있다. 액정층(130)은 액정 분자, 액정 폴리머 등의 액정 물질을 포함한다. 액정층(130)에 인가되는 전계에 의해 액정 물질의 배열을 제어함으로써 백라이트 유닛으로부터 발생된 광의 투과율이 조절될 수 있다.
표시 패널(PNL)의 하부에는 제1 편광판(121)이 배치된다. 제1 편광판(121)은 표시 영역에 중첩하도록 하부 기판(110)의 하면에 부착된다. 표시 패널(PNL) 상에는 제2 편광판(122)이 배치된다. 제2 편광판(122)은 표시 영역에 중첩하도록 상부 기판(140) 상에 배치된다. 구체적으로 제2 편광판(122)은 후술한 정전기 방지막(150) 상에 부착될 수 있다.
예를 들어, 제1 편광판(121) 및 제2 편광판(122) 각각은 요오드(I)가 염착된 폴리비닐알코올을 연신하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 편광판(121) 및 제2 편광판(122) 각각은 연신 방향으로 흡수축이 형성되어 흡수축에 평행한 방향으로 진동하는 빛은 흡수되고, 흡수축에 수직한 방향으로 진동하는 빛 만을 선택적으로 통과시킨다. 이에 따라 표시 장치(100)의 광학 특성 및 표시 품질이 더욱 향상될 수 있다.
표시 패널(PNL)의 상부에는 정전기 방지막(150)이 배치된다. 정전기 방지막(150)은 표시 장치(100)의 제조 및 사용 중에 발생하는 정전기에 의해 전하가 축적되어 발생하는 손상 및 터치 감지 오류를 최소화한다. 정전기 방지막(150)은 상부 기판(140)의 상면에 배치된다. 정전기 방지막(150)은 상부 기판(140)의 상면에 직접 접하도록 형성된다. 정전기 방지막(150)이 상부 기판(140)의 상면에 직접 접하도록 형성될 경우, 종래 제2 편광판 상면에 정전기 방지막을 형성하는 구조 대비 공정을 간소화하여 생산성을 향상시키고 제조 원가를 절감할 수 있다.
구체적으로, 제2 편광판 상면에 정전기 방지막을 형성하게 되면, 표시 패널 상에 정전기 방지막이 형성된 제2 편광판을 부착하고, 정전기 방지막의 일측 끝단과 접지 패드를 연결하도록 도전 테이프와 같은 연결 부재를 부착한 뒤, 연결 부재의 일측 끝단과 정전기 방지막의 접촉 영역 및 연결 부재의 타측 끝단과 접지 패드의 접촉 영역 각각에 도전 부재를 도팅(dotting)하여 전기적으로 접속이 가능하도록 하였다. 이와 달리, 도 2에 도시한 바와 같이 정전기 방지막(150)을 상부 기판(140) 상에 직접 배치하는 경우, 정전기 방지막(150)과 접지 패드(GND)를 연결하기 위한 연결 부재를 필요로 하지 않으며, 연결 부재의 양 끝단 각각에 도전 부재를 도팅하지 않고, 단일 공정으로 도전 부재(AGP)를 도팅하는 것만으로 정전기 방지막(150)과 접지 패드(GND) 간의 전기적인 접속이 가능할 수 있다. 따라서, 공정 효율이 향상되고 원가가 절감될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서 정전기 방지막(150)과 접지 패드(GND) 간의 연결 구조를 구체적으로 설명한다.
하부 기판(110) 및 상부 기판(140) 각각은 제1 편광판(121) 및 제2 편광판(122) 보다 외측으로 더 연장될 수 있다. 하부 기판(110) 및 상부 기판(140)의 일측 끝단은 제1 편광판(121) 및 제2 편광판(122) 각각의 일측 끝단 보다 외측으로 더 연장된다.
하부 기판(110)의 일측 끝단은 상부 기판(140)의 일측 끝단 보다 외측으로 더 연장될 수 있다. 접지 패드(GND)는 상부 기판(140)에 의해 커버되지 않고, 노출된 하부 기판(110) 상에 배치된다.
상술한 바와 같이, 정전기 방지막(150)은 상부 기판(140) 상에 직접 배치된다. 이에 따라 정전기 방지막(150)은 상부 기판(140)에 대응하도록, 정전기 방지막(150)의 일측 끝단은 제2 편광판(122)의 일측 끝단 보다 외측으로 더 연장될 수 있다.
도전 부재(AGP)는 제2 편광판(122)에 의해 커버되지 않고 노출된 정전기 방지막(150)의 상면과 접지 패드(GND)를 전기적으로 연결하도록 배치된다. 도전 부재(AGP)는 제2 편광판(122) 보다 외측으로 연장되어 제2 편광판(122)에 의해 커버되지 않고 노출된 정전기 방지막(150)의 상면, 정전기 방지막(150)의 측면 및 상부 기판(140)의 측면 및 접지 패드(GND)의 상면과 직접 접촉하도록 배치된다. 이와 같이 정전기 방지막(150)이 도전 부재(AGP)에 의해 접지 패드(GND)와 연결되어, 표시 장치(100)에서 발생된 정전기에 의해 축적된 전하가 외부로 방출될 수 있다.
예를 들어, 도전 부재(AGP)는 금, 은, 구리 등으로부터 선택되는 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 부재(AGP)는 접착성 바인더 수지 및 은(Ag)을 포함하는 도전성 페이스트를 도팅(dotting)하는 방식으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하에서는 정전기 방지막(150)에 대해 구체적으로 설명한다. 정전기 방지막(150)은 실리콘계 매트릭스, 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트를 포함한다. 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트는 실리콘계 매트릭스 중에 분산된다.
폴리티오펜계 화합물은 전도성 고분자로 정전기를 효과적으로 방전시킬 수 있으면서도 터치 감도를 저하시키지 않고 높게 유지할 수 있도록 한다. 종래 정전기 방지막으로 사용되는 투명 도전성 금속 물질인 ITO 등의 재료는 면저항이 너무 낮아 터치에 의해 축적된 전하를 방전시키며, 이에 따라 터치에 의해 발생되는 정전 용량 변화를 정확하게 감지할 수 없어 터치 감도가 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 폴리티오펜계 화합물은 종래 전도성 물질로 사용되는 탄소 나노 튜브 대비 광투과율이 우수하고, 단가가 훨씬 저렴한 이점이 있다. 이에 따라 정전기 방지막(150)의 전도성 물질로 폴리티오펜계 화합물을 사용할 경우, 정전기 방지막(150)의 투과율이 향상되어 표시 장치(100)의 광학적 특성이 우수하고, 제조 원가를 절감할 수 있다.
예를 들어, 폴리티오펜계 화합물은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)[PEDOT:PSS]일 수 있다. 이는 전기 전도도가 우수하여 정전기 방지에 효과적인 이점이 있다. 필요에 따라 선택적으로 전도성 물질로서 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리설퍼니트라이드 중 선택되는 전도성 고분자를 더 포함할 수도 있다.
예를 들어, 폴리티오펜계 화합물은 평균 입경이 30nm 내지 70nm 또는 50±10nm일 수 있다. 이 범위 내일 경우, 고온에서 입자간의 뭉침을 억제하여 뭉침에 의한 전자의 편재를 방지할 수 있어 고온에서 안정적인 저항 특성을 나타낸다. 일반적으로 폴리티오펜계 화합물은 열에 의해 입자간의 뭉침이 발생하여 입자 분포의 균일성이 저하되며, 이 경우, 접촉 저항이 증가하는 문제점이 있다. 평균 입경이 50±10nm 수준이면서 입자 크기 분포가 균일할 경우, 입자 간의 뭉침을 억제하여 고온에서도 전기적인 특성이 안정적으로 유지될 수 있다.
고비점 도펀트는 폴리티오펜계 화합물 간의 상호작용을 방해하여 폴리티오펜계 화합물이 실리콘계 매트릭스 중에 고르게 분산될 수 있도록 한다. 이에 따라 정전기 방지막(150)의 전기적 특성 및 고온 안정성이 향상될 수 있다. 폴리티오펜계 화합물은 사슬간의 상호작용으로 서로 얽히려는 경향성이 크다. 이에 폴리티오펜에 폴리(스티렌설포네이트)를 도핑한 PEDOT:PSS 형태로 활용되고 있다. 그러나, PEDOT:PSS 형태로 도입하더라도 고온에서 사슬 간의 얽힘이 발생하여 고온 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다. 고비점 도펀트는 PEDOT:PSS 사슬 간의 상호작용을 더욱 약화시켜 뭉침을 억제함으로써 전기적인 특성 및 고온 안정성을 향상시킨다.
예를 들어, 고비점 도펀트는 비점이 190℃ 내지 260℃이고, 증기압(25℃)이 0.100mmHg 이하인 화합물일 수 있다. 이 경우, 정전기 방지막(150)의 고온 신뢰성이 더욱 우수하다. 구체적으로 예를 들어, 고비점 도펀트는 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이러한 물질은 폴리티오펜 사슬 사이사이로 쉽게 침투하고, 폴리티오펜 및 폴리(스티렌설포네이트) 사슬 각각과 상호작용하여 고분자 사슬이 뭉치지 않고, 선형 구조체로 유지될 수 있도록 한다. 이에 따라 정전기 방지막(150)의 전기적인 특성 및 고온 안정성이 개선될 수 있다.
실리콘계 매트릭스는 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트를 고르게 분산시키고, 정전기 방지막(150)에 내열성 및 내습성을 부여한다. 실리콘계 매트릭스는 테트라 알콕시실란, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란, 아미노알킬 트리알콕시실란, (퍼)플루오로알킬 알콕시실란 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 용액의 졸-겔 반응에 의해 형성될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
화학식 1에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, n은 1 내지 100 또는 1 내지 10의 정수이고, m은 1 내지 10의 정수일 수 있다.
실리콘계 매트릭스는 산촉매, 알코올계 용매, 물, 테트라 알콕시실란, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란, 아미노알킬 트리알콕시실란, (퍼)플루오로알킬 알콕시실란 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 실란졸 용액으로부터 형성될 수 있다.
물은 알콕시실란계 화합물의 가수 분해를 위해 첨가된다. 산촉매는 물과 알콕시실란계 화합물의 가수 분해를 촉진하고, 가교 결합을 위해 첨가된다. 예를 들어, 산촉매는 염산, 황산, 인산, 질산, 초산 등으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 알코올계 용매는 반응 매질이며, 예를 들어 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올, sec-부탄올, tert-부탄올, n-아밀알코올, 이소아밀알코올, sec-아밀알코올, tert-아밀알코올, 1-에틸-1-프로판올, 2-메틸-1-부탄올, n-헥산올 또는 시클로헥산올 등으로부터 선택될 수 있다.
알콕시실란계 화합물을 물, 산촉매 및 알코올계 용매 하에서 가수 분해로 인해 실란졸을 형성하고, 실란졸은 축합 반응을 통해 고분자화 및 가교되어 실리콘계 매트릭스를 형성한다. 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트는 상기 실란졸 용액에 첨가되어 실리콘계 매트릭스에 고르게 분산될 수 있다.
이하, 실란졸 용액에 포함되는 알콕시실란계 화합물 및 화학식 1로 표시되는 화합물 각각에 대해 설명한다.
테트라 알콕시실란은 바인더로서 포함된다. 테트라 알콕시실란은 기재인 상부 기판(140)과의 밀착성이 뛰어난 이점이 있다. 예를 들어, 테트라 알콕시실란은 테트라 에톡시실란, 테트라 메톡시실란, 테트라-n-프로폭시실란 등으로부터 선택될 수 있다.
전도성 물질인 폴리티오펜계 화합물은 종래 탄소 나노 튜브 대비 투명하고 저렴하다는 이점이 있으나, 상대적으로 내열성 및 내습성이 취약한 단점이 있었다. 이에 따라 고가임에도 불구하고 정전기 방지막 재료로 탄소 나노 튜브를 주로 사용하였다. 이에 본 발명의 실시예는 폴리티오펜계 화합물의 내열성을 보완하기 위해 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란 및 아미노알킬 트리알콕시실란을 첨가한다.
먼저, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란은 경화 첨가제로서 폴리티오펜계 화합물의 내열성을 개선시킨다. 예를 들어, 폴리티오펜계 화합물이 PEDOT:PSS인 경우, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란의 글리시딜기(
Figure pat00003
)는 경화 시 PSS의 설포네이트기(-SO3 -)와 결합할 수 있다. 이에 따라 PEDOT:PSS가 실리콘계 매트릭스 중에 단순히 분산된 상태로 존재하는 것이 아니라, 실리콘계 매트릭스와 화학 결합을 형성하여 전기적인 특성 및 내열성이 개선되는 효과를 제공한다. 또한, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란은 폴리티오펜계 화합물의 산화를 방지하여 정전기 방지막(150)의 신뢰성을 개선시킨다.
예를 들어, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란은 (3-글리시딜옥시프로필) 트리에톡시실란 및 (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
아미노알킬 트리알콕시실란은 정전기 방지막(150)의 내열성을 개선하여 고온 신뢰성을 향상시킨다. 또한, 아미노알킬 트리알콕시실란은 상부 기판(140)과의 밀착력을 향상시켜 준다. 예를 들어, 아미노알킬 트리알콕시실란은 (3-아미노프로필) 트리에톡시실란 및 (2-아미노에틸-3-아미노프로필) 트리메톡시실란 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란과 아미노알킬 트리알콕시실란을 함께 첨가하는 경우, 시너지 효과로 이들 중 하나만 첨가하는 경우 대비 내열성이 크게 향상될 수 있다. 이에 대해 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3은 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란 및/또는 아미노알킬 트리알콕시실란 유무에 따른 정전기 방지막의 시간에 따른 표면 저항 변화를 보여주는 그래프이다. 도 3에서, Sample A는 (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란(GOPS) 및 아미노알킬 트리알콕시실란(ATS)을 모두 포함하지 않는 실리콘계 매트릭스에 PEDOT:PSS가 분산된 정전기 방지막이고, Sample B는 GOPS를 포함하는 실리콘계 매트릭스에 PEDOT:PSS가 분산된 정전기 방지막이고, Sample C는 GOPS 및 ATS를 모두 포함하는 실리콘계 매트릭스에 PEDOT:PSS가 분산된 정전기 방지막이다. 표면 저항은 Sample A, Sample B, Sample C 각각에 따른 정전기 방지막을 제조한 직후 표면 저항을 측정하고, 온도 105℃인 조건하에 보관하며 일정 시간이 경과할 때 마다 측정하였다. 표면 저항은 SYMCO JAPAN사의 ST-4 표면 저항 측정기를 이용하여 측정하였다.
도 3을 참조하면, GOPS 및 ATS를 포함하지 않는 Sample A의 경우 고온 신뢰성 평가 초기부터 면저항이 급격하게 증가하고 1000시간 동안 면저항이 안정화되지 못하고 지속적으로 상승하는 것을 확인할 수 있다. 한편, GOPS를 포함하는 Sample B의 경우, Sample A 대비 저항의 변동폭이 크게 완화되나, 저항이 안정화되지 않고 지속적으로 상승하는 것을 확인할 수 있다. 한편, GOPS 및 ATS를 모두 포함하는 Sample C의 경우, 1000시간 동안 저항 변동이 거의 없어 고온에서 전기적 특성이 안정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란과 아미노알킬 트리알콕시실란을 함께 첨가하는 경우에, 고온에서 전기적 특성이 안정적으로 유지되어 고온 신뢰성이 크게 개선되는 것을 알 수 있다.
폴리티오펜계 화합물을 포함하는 정전기 방지막은 고습 조건에서 신뢰성 평가 시 200시간 이내의 초기에 수분에 의한 수막이 형성되어 저항이 급격하게 하강한다. 그러나, 임계 시간 이후로는 수분에 의해 고분자의 팽윤 및 분해로 인해 저항이 지속적으로 상승하여 전기적 특성이 저하되는 양상을 나타낸다. 이에 본 발명의 실시예는 포리티오펜계 화합물의 취약한 내습성을 보완하기 위해 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (퍼)플루오로알킬 알콕시실란을 첨가한다.
먼저, 화학식 1로 표시되는 화합물은 폴리아크릴레이트의 측쇄를 구성하는 일부 원자(단)이 실란올기로 치환된 화합물이다. 이를 실란졸 용액에 포함하여 반응시키면, 실란올기는 축합 중합되어 실리카 입자에 폴리아크릴레이트가 결합된 유무기 복합체를 형성한다. 또한, 실란올기는 실란졸 용액에 포함된 다른 알콕시실란계 화합물과도 축합 중합될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
화학식 1에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, n은 1 내지 100 또는 1 내지 10의 정수이고, m은 1 내지 10의 정수일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 화합물의 실란올기의 축합 중합으로 형성되는 실리카 입자는 다공성 구조를 가지며, 수분을 흡수하여 수분에 의해 폴리티오펜계 화합물이 분해되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 정전기 방지막(150)의 고습 신뢰성이 향상될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 화합물은 상대적으로 친수성 특성을 가져 수분을 흡수하는 방식으로 수분에 의한 정전기 방지막(150)의 열화를 방지하는 반면에, (퍼)플루오로알킬 알콕시실란은 발수 특성을 가져 수분의 침투 자체를 억제한다. (퍼)플루오로알킬 알콕시실란의 (퍼)플루오로알킬기는 소수성 특성이 강하여 수분의 침투를 억제할 수 있다. 또한, (퍼)플루오로알킬기는 내열성이 우수한 작용기로 내열성 향상에도 기여할 수 있다.
예를 들어, (퍼)플루오로알킬 알콕시실란은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00005
화학식 2에서, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, a는 1 내지 10의 정수이고, b는 1 내지 10의 정수일 수 있다.
(퍼)플루오로알킬 알콕시실란의 알콕시실란기는 실란졸 용액에 포함된 다른 알콕시실란계 화합물과 상호작용 및 화학적 결합이 가능하여 소수성 작용기를 포함하더라도 상분리되지 않고 실란졸 용액에 잘 분산될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 화합물 및 (퍼)플루오로알킬 알콕시실란을 함께 첨가하는 경우, 시너지 효과로 이들 중 하나만 첨가하는 경우 대비 내습성이 크게 향상되어 고습 신뢰성이 우수한 이점을 제공한다.
실리콘계 매트릭스는 랜덤형 실세스퀴옥산 화합물, 케이지형 실세스퀴옥산 화합물 또는 이들 모두를 더 포함하여 형성될 수 있다. 랜덤형 실세스퀴옥산 화합물, 및/또는 케이지형 실세스퀴옥산 화합물을 더 포함하는 경우, 정전기 방지막(150)의 밀도 및 경도가 더욱 향상되어 신뢰성이 우수한 이점이 있다.
랜덤형 실세스퀴옥산 화합물, 및/또는 케이지형 실세스퀴옥산 화합물은 실란졸 용액에 첨가된다. 알콕시실란계 화합물은 물 및 산촉매에 의해 가수분해되어 실란올을 형성하며, 실란올은 실세스퀴옥산 화합물의 -OH기와 반응하여 결합될 수 있다.
정전기 방지막(150)은 상술한 산촉매, 알코올계 용매, 물, 테트라 알콕시실란, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란, 아미노알킬 트리알콕시실란, (퍼)플루오로알킬 알콕시실란 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 실란졸 용액에 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트를 첨가한 정전기 방지막 코팅액을 상부 기판(140) 상에 도포하고, 경화시켜 형성될 수 있다. 예를 들어, 정전기 방지막 코팅액은 슬릿 코팅법, 나이프 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어 바 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법, 노즐 코팅법, 모세관 코팅법 등의 공지된 방법으로 상부 기판(140) 상에 도포될 수 있다. 도포 이후에 소정 온도로 가열하여 경화시킴으로써 정전기 방지막(150)을 형성할 수 있다. 필요에 따라 선택적으로 정전기 방지막 코팅액에 레벨링제, 실란 커플링제, 분산제, 계면활성제 등의 첨가제를 더 첨가할 수 있다.
예를 들어, 정전기 방지막(150)의 면저항은 107Ω/sq 내지 109Ω/sq일 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치(100)는 터치 감도가 우수하면서도 정전기 방전 특성이 뛰어난 이점을 제공한다. 정전기 방지막(150)의 면저항이 너무 작을 경우, 사용자가 표시 장치(100)를 터치함으로써 발생되는 전압이 정전기 방지막(150)으로 인해 방전되어 터치 감도가 크게 저하될 수 있다. 정전기 방지막(150)의 면저항이 너무 클 경우에는 터치 감도는 우수하나 표시 장치(100) 제조 공정 중 또는 표시 장치(100)를 사용하면서 발생되는 정전기가 방전되는 속도가 너무 느리거나 방전되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전기 방지막(150)은 종래의 ITO와 같은 투명 도전성 물질이나 탄소 나노 튜브 대비 원가가 저렴한 폴리티오펜계 화합물을 포함하여 표시 장치의 제조 단가를 크게 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 폴리티오펜계 화합물의 취약한 내열성 및 내습성을 보완하기 위해 고비점 도펀트 및 특정 조성의 실리콘계 매트릭스를 사용하여 고온 및 고습 신뢰성 평가 시 장시간 동안 높은 전기적 특성을 유지할 수 있다.
예를 들어, 정전기 방지막(150)은 온도 60℃, 상대습도 90%인 조건에서 1000시간 동안 측정된 면저항의 최대값과 최소값의 차이가 0.5*107Ω/sq 이하로 고온 및 고습 조건에서 면저항이 안정적으로 유지될 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[참조예 1]
환류 반응기에 테트라에톡시실란(TEOS), 에탄올을 표 1에 기재된 바와 같은 중량부로 첨가하여 혼합하고, 물을 첨가한 뒤 교반한 후, 3.5% 염산 수용액을 서서히 적하하였다. 다음으로, 하기 표 1에 기재된 바와 같은 중량부로 (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란(GOPS), (3-아미노프로필) 트리에톡시실란(ATS), PEDOT:PSS, 에틸렌 글리콜(EG) 및 레벨링제를 첨가하여 정전기 방지막 코팅액을 제조하였다. 유리 기판 상에 상기 정전기 방지막 코팅액을 스핀 코팅(400rpm, 15초)하고, 140℃에서 10분간 가열하고, 열풍 건조기를 사용하여 30분간 건조를 실시하여 정전기 방지막을 형성하였다.
[참조예 2], [참조예 3] 및 [비교예 1]
정전기 방지막 코팅액 재료들을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 첨가한 것을 제외하고는 상기 참조예 1과 동일한 방법으로 정전기 방지막을 형성하였다.
비교예 1 참조예 1 참조예 2 참조예 3
PEDOT:PSS 2.5 2.5 2.5 2.5
TEOS 1.0 1.0 1.0 1.0
Ethanol 96.1 96.0 95.9 95.8
EG 0.1 0.1 0.1 0.1
GOPS - 0.1 0.1 0.2
ATS - - 0.1 0.1
레벨링제 0.3 0.3 0.3 0.3
[실험예 1]
상기 비교예 1 및 참조예 1 내지 참조예 3 각각에 따른 정전기 방지막의 고온 신뢰성을 평가하기 위해 시편 제조 직후에 표면 저항을 측정하고, 온도 105℃인 고온 조건하에 보관하며 일정 시간이 경과할 때 마다 표면 저항을 측정하였다. 표면 저항은 SYMCO JAPAN사의 ST-4 표면 저항 측정기를 이용하여 측정하였다. 이에 대한 결과를 표 2 및 도 4에 나타내었다. 도 4는 비교예 1 및 참조예 1 내지 참조예 3 각각에 따른 정전기 방지막의 시간에 따른 표면 저항 변화를 보여주는 그래프이다.
비교예 1 참조예 1 참조예 2 참조예 3
0hr 6.2*107 6.2*107 6.2*107 6.2*107
240hr 7.5*107 6.4*107 6.3*107 6.3*107
480hr 9.0*107 6.6*107 6.3*107 6.5*107
720hr 9.7*107 6.9*107 6.3*107 6.7*107
1000hr 10.5*107 7.0*107 6.4*107 6.8*107
(표면 저항의 단위: Ω/sq)
표 2 및 도 4를 함께 참조하면, GOPS 및 ATS를 모두 포함하지 않는 비교예 1의 경우, 참조예 1 내지 참조예 3 대비 고온 신뢰성 평가 초기부터 면저항이 급격하게 증가하고 1000시간 동안 면저항이 안정화되지 못하고 지속적으로 상승하는 것을 확인할 수 있다.
GOPS 및 ATS 중 적어도 하나를 포함하는 참조예 1 내지 참조예 3의 경우, 비교예 1 대비 저항 변화 폭이 적고 안정한 것을 확인할 수 있으며, GOPS와 ATS를 모두 포함하는 참조예 1 및 참조예 2의 경우 고온 신뢰성이 보다 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히, GOPS와 ATS를 동일 함량으로 포함하는 참조예 2의 경우, 저항 변화 폭이 가장 적어 고온 신뢰성이 가장 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
고온 신뢰성 뿐만 아니라 고습 신뢰성 개선 효과를 알아보기 위해 하기와 같이 화학식 1 및/또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 더 포함하여 정전기 방지막을 제조하고, 고온 및 고습 신뢰성 평가를 실시하였다. 참고로, 특정 화합물의 유무에 따른 고온 및 고습 신뢰성 개선 효과를 비교하기 위해 비교예 1 및 참조예 2에 따른 정전기 방지막에 대해서도 고온 및 고습 신뢰성 평가를 진행하였다.
[실시예 1]
환류 반응기에 테트라에톡시실란(TEOS), 에탄올을 표 1에 기재된 바와 같은 중량부로 첨가하여 혼합하고, 물을 첨가한 뒤 교반한 후, 3.5% 염산 수용액을 서서히 적하하였다. 다음으로, 하기 표 1에 기재된 바와 같은 중량부로 (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란(GOPS), (3-아미노프로필) 트리에톡시실란(ATS), 화학식 1로 표시되는 화합물, PEDOT:PSS, 에틸렌 글리콜(EG) 및 레벨링제를 첨가하여 정전기 방지막 코팅액을 제조하였다. 유리 기판 상에 상기 정전기 방지막 코팅액을 스핀 코팅(400rpm, 15초)하고, 140℃에서 10분간 가열하고, 열풍 건조기를 사용하여 30분간 건조를 실시하여 정전기 방지막을 형성하였다.
[실시예 2] 내지 [실시예 3]
정전기 방지막 코팅액 재료들을 하기 표 3에 기재된 바와 같이 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 정전기 방지막을 형성하였다.
비교예 1 참조예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3
PEDOT:PSS 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
TEOS 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Ethanol 96.1 95.9 95.4 95.4 94.9
EG 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
GOPS - 0.1 0.1 0.1 0.1
ATS - 0.1 0.1 0.1 0.1
화학식 1 - - 0.5 - 0.5
화학식 2 - - - 0.5 0.5
레벨링제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
(상기 표 1에서 각 성분의 함량 단위는 중량부이며, 전체 성분의 총 중량인 100중량부를 기준으로 한다.)
[실험예 2]
상기 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 및 참조예 2 각각에 따른 정전기 방지막의 고온 및 고습 신뢰성을 평가하기 위해 시편 제조 직후에 표면 저항을 측정하고, 온도 60℃, 상대습도 90%인 조건하에 보관하며 일정 시간이 경과할 때 마다 표면 저항을 측정하였다. 표면 저항은 SYMCO JAPAN사의 ST-4 표면 저항 측정기를 이용하여 측정하였다. 이에 대한 결과를 표 4 및 도 5에 나타내었다. 도 5는 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 및 참조예 2 각각에 따른 정전기 방지막의 시간에 따른 표면 저항 변화를 보여주는 그래프이다.
비교예 1 참조예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3
0hr 6.2*107 6.2*107 6.2*107 6.2*107 6.2*107
240hr 5.2*107 5.2*107 5.9*107 5.6*107 6.2*107
480hr 5.5*107 5.3*107 5.8*107 5.9*107 6.3*107
720hr 5.9*107 5.7*107 6.3*107 6.4*107 6.3*107
1000hr 6.6*107 6.3*107 6.5*107 6.6*107 6.4*107
(표면 저항의 단위: Ω/sq)
상기 표 4를 함께 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3, 참조예 2 및 비교예 1 각각에 따른 정전기 방지막의 제조 직후 면저항은 동일한 것을 확인할 수 있다. 도 5를 함께 참조하면, 실시예 3의 정전기 방지막은 경우 고온 및 고습 조건에서 1000시간 동안 면저항 변화가 거의 없어 전기적 특성이 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 즉, GOPS, ATS, 화학식 1의 화합물 및 화학식 2의 화합물을 모두 포함하는 경우, 고온 및 고습 특성이 동시에 개선될 수 있다.
이와 달리, GOPS, ATS, 화학식 1의 화합물 및 화학식 2의 화합물을 포함하지 않고 제조된 비교예 1의 정전기 방지막은 신뢰성 평가 초기에 면저항이 급격하게 저하되고, 1000시간 후에는 다시 급격하게 상승하여 고온 및 고습 조건에서 전기적 특성이 안정적이지 않은 것을 확인할 수 있다.
또한, GOPS 및 ATS를 포함하는 참조예 2의 경우, 실시예 1 내지 실시예 3 대비 고온 및 고습 특성이 떨어지나, 비교예 1 대비 소폭 향상된 안정성을 나타낸다.
또한, GOPS, ATS 및 화학식 1의 화합물을 포함하는 실시예 1의 경우, 비교예 1 및 참조예 2 대비 초기 저항의 변동폭이 완화된 것을 확인할 수 있다. 또한, GOPS, ATS 및 화학식 2의 화합물을 포함하는 실시예 2의 경우에도 마찬가지로 비교예 1 및 참조예 2 대비 초기 저항의 변동폭이 적은 것을 확인할 수 있다.
본 실험예로부터 GOPS, ATS, 화학식 1의 화합물 및 화학식 2의 화합물은 PEDOT:PSS의 내열성 및 내습성을 보완하여 정전기 방지막의 고온 및 고습 신뢰성을 크게 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치는 다음과 같이 설명될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 표시 패널, 표시 패널 하부에 배치되는 제1 편광판, 표시 패널 상에 배치되는 제2 편광판 및 표시 패널과 제2 편광판 사이에 배치되는 정전기 방지막을 포함하고, 정전기 방지막은 실리콘계 매트릭스, 실리콘계 매트릭스에 분산된 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트를 포함하고, 실리콘계 매트릭스는 테트라 알콕시실란, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란 및 아미노알킬 트리알콕시실란을 포함하여 경화된 것이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 실리콘계 매트릭스는 (퍼)플루오로알킬 알콕시실란 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 더 포함하여 경화된 것 일 수 있다
[화학식 1]
Figure pat00006
(화학식 1에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, n은 1 내지 100의 정수이고, m은 1 내지 10의 정수이다)
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 폴리티오펜계 화합물은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)[PEDOT:PSS]일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 고비점 도펀트는 비점이 190℃ 내지 260℃이고, 증기압(25℃)이 0.100mmHg 이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 고비점 도펀트는 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란은 (3-글리시딜옥시프로필) 트리에톡시실란 및 (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 아미노알킬 트리알콕시실란은 (3-아미노프로필) 트리에톡시실란 및 (2-아미노에틸-3-아미노프로필) 트리메톡시실란 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, (퍼)플루오로알킬 알콕시실란은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00007
(상기 화학식 2에서, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, a는 1 내지 10의 정수이고, b는 1 내지 10의 정수일 수 있다)
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 실리콘계 매트릭스는 랜덤형 실세스퀴옥산 화합물, 케이지형 실세스퀴옥산 화합물 또는 이들 모두를 더 포함하여 경화된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 제1 편광판 상에 배치되는 하부 기판, 하부 기판 상에 배치되는 액정층 및 액정층 상에 배치되는 상부 기판을 포함하고, 정전기 방지막 및 상부 기판의 일측 끝단은 제2 편광판의 일측 끝단 보다 외측으로 더 연장되고, 하부 기판의 일측 끝단은 상부 기판 및 정전기 방지막의 일측 끝단 보다 외측으로 더 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상부 기판 및 정전기 방지막 보다 외측으로 더 연장된 하부 기판 상에 배치되는 접지 패드 및 정전기 방지막과 접지 패드를 연결하는 도전 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 도전 부재는 제2 편광판 보다 더 연장된 정전기 방지막의 상면 및 도전 부재와 직접 접촉하고, 정전기 방지막의 측면 및 상부 기판의 측면을 덮도록 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 터치 센서가 내장된 인-셀(In-cell) 터치 타입 표시 패널일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 정전기 방지막은 온도 60℃, 상대습도 90%인 조건에서 1000시간 동안 측정한 면저항의 최대값과 최소값의 차이가 0.5*107Ω/sq 이하일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 표시 장치
110: 하부 기판
121: 제1 편광판
122: 제2 편광판
130: 액정층
140: 상부 기판
150: 정전기 방지막
GND: 접지 패드
AGP: 도전 부재
PNL: 표시 패널

Claims (14)

  1. 표시 패널;
    상기 표시 패널 하부에 배치되는 제1 편광판;
    상기 표시 패널 상에 배치되는 제2 편광판; 및
    상기 표시 패널과 상기 제2 편광판 사이에 배치되는 정전기 방지막을 포함하고,
    상기 정전기 방지막은 실리콘계 매트릭스 및 상기 실리콘계 매트릭스에 분산된 폴리티오펜계 화합물 및 고비점 도펀트를 포함하고,
    상기 실리콘계 매트릭스는 테트라 알콕시실란, 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란 및 아미노알킬 트리알콕시실란을 포함하여 경화된, 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘계 매트릭스는 (퍼)플루오로알킬 알콕시실란 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 더 포함하여 경화된, 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure pat00008

    (상기 화학식 1에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 100의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, n은 1 내지 10의 정수이고, m은 1 내지 10의 정수이다)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리티오펜계 화합물은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)[PEDOT:PSS]인, 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고비점 도펀트는 비점이 190℃ 내지 260℃이고, 증기압(25℃)이 0.100mmHg 이하인, 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 고비점 도펀트는 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상인, 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 글리시딜옥시알킬 트리알콕시실란은 (3-글리시딜옥시프로필) 트리에톡시실란 및 (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란 중에서 선택되는 1종 이상인, 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 아미노알킬 트리알콕시실란은 (3-아미노프로필) 트리에톡시실란 및 (2-아미노에틸-3-아미노프로필) 트리메톡시실란 중에서 선택되는 1종 이상인, 표시 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    (퍼)플루오로알킬 알콕시실란은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인, 표시 장치.
    [화학식 2]
    Figure pat00009

    (상기 화학식 2에서, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬기로부터 선택되고, a는 1 내지 10의 정수이고, b는 1 내지 10의 정수이다)
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘계 매트릭스는 랜덤형 실세스퀴옥산 화합물, 케이지형 실세스퀴옥산 화합물 또는 이들 모두를 더 포함하여 경화된, 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표시 패널은,
    상기 제1 편광판 상에 배치되는 하부 기판;
    상기 하부 기판 상에 배치되는 액정층; 및
    상기 액정층 상에 배치되는 상부 기판을 포함하고,
    상기 정전기 방지막 및 상기 상부 기판의 일측 끝단은 상기 제2 편광판의 일측 끝단 보다 외측으로 더 연장되고,
    상기 하부 기판의 일측 끝단은 상기 상부 기판 및 상기 정전기 방지막의 일측 끝단 보다 외측으로 더 연장된, 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부 기판 및 상기 정전기 방지막 보다 외측으로 더 연장된 상기 하부 기판 상에 배치되는 접지 패드 및
    상기 정전기 방지막과 상기 접지 패드를 연결하는 도전 부재를 더 포함하는, 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도전 부재는 상기 제2 편광판 보다 더 연장된 상기 정전기 방지막의 상면 및 상기 도전 부재와 직접 접촉하고,
    상기 정전기 방지막의 측면 및 상기 상부 기판의 측면을 덮도록 배치되는, 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 표시 패널은 터치 센서가 내장된 인-셀(In-cell) 터치 타입 표시 패널인, 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 정전기 방지막은 온도 60℃, 상대습도 90%인 조건에서 1000시간 동안 측정한 면저항의 최대값과 최소값의 차이가 0.5*107Ω/sq 이하인, 표시 장치.
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