KR102273083B1

KR102273083B1 - 폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 플렉서블 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR102273083B1
Application number: KR1020190053676A
Authority: KR
Inventors: 김건욱; 허영민; 이세철; 박진석
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2021-07-05
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: TW202043012A; TWI730742B; US20200353733A1; KR20200129371A; CN111909404B; US11548207B2; JP7341945B2; JP2020183528A; CN111909404A

Abstract

구현예에 따른 폴리에스테르 필름은 인장 초기 단계에서의 응력의 증가율을 특정 수준 이상 높임으로써 플렉서블 디스플레이의 커버에 요구되는 탄성을 구현하였고, 그 결과 플렉서블 디스플레이 장치의 커버에 적용되어 다수의 반복 폴딩 시에도 원래의 특성을 유지할 수 있다. 따라서 상기 폴리에스테르 필름은 플렉서블 디스플레이 장치, 특히 폴더블 디스플레이 장치의 커버에 적용되어 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

Description

폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 플렉서블 디스플레이 장치{POLYESTER FILM AND FLEXIBLE DISPLAY APPARATUS COMPRISING SAME}

구현예는 인장 응력이 제어된 폴리에스테르 필름, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 광학 부품에 관한 것이다.

디스플레이 기술은 IT 기기의 발달에 따른 수요에 힘입어 거듭 발전하고 있고, 커브드(curved) 디스플레이, 벤디드(bended) 디스플레이 등의 기술은 이미 상용화되어 있다. 최근 대화면과 휴대성이 동시에 요구되는 모바일 기기 분야에서, 외력에 따라 유연성 있게 휘어지거나 폴딩(folding)될 수 있는 플렉서블 디스플레이(flexible display) 장치가 선호되고 있다. 특히 폴더블(foldable) 디스플레이 장치는 사용하지 않을 때는 접어서 작게 만들어 휴대성을 높이고, 사용할 때는 넓게 펼쳐서 대화면을 구현할 수 있는 것이 큰 장점이다.

이와 같은 폴더블 디스플레이 장치는, 도 4a 및 4b를 참조하여, 폴딩되는 방향의 안쪽에 화면이 위치하는 인폴딩(in-folding) 타입(1)과, 폴딩되는 방향의 바깥쪽에 화면이 위치하는 아웃폴딩(out-folding) 타입(2)으로 개발되고 있다. 이들 폴더블 디스플레이 장치의 커버 윈도우(cover window)로 적용되는 투명 기재(200)로는, 예를 들어 인폴딩 타입에서는 폴리이미드계 필름, 아웃폴딩 타입에서는 초박형 글래스(UTG)가 주로 사용되고 있다. 또한 상기 투명 기재(200)의 표면에는 충격 완화, 비산 방지, 스크래치 방지 등을 위해 보호 필름(100)이 적용되고 있는데, 최근 폴리에스테르 수지를 이용하여 플렉서블 디스플레이 장치용 보호 필름을 제조하려는 시도가 있다.

한국 공개특허공보 제2017-0109746호

플렉서블 디스플레이 장치에 적용되는 소재에서 유연성 못지 않게 중요한 특성은, 잦은 휘어짐이나 폴딩에도 본래의 특성의 저하가 발생하지 않는 것이다. 일반적인 소재는 완전히 폴딩했다가 펼치면 자국이 생겨 원래의 모습으로 돌아오는 것이 거의 불가능하므로, 플렉서블 디스플레이 장치에 적용되는 소재의 개발에는 이러한 한계를 극복하기 위한 연구가 수반되어야 한다.

구체적으로, 도 4a를 참조하여, 인폴딩 타입(1)의 경우 안쪽으로 작게 폴딩되는 지점(a)에 가해지는 압축 응력으로 인한 변형에 의해, 또한 도 4b를 참조하여, 아웃폴딩 타입(2)의 경우 바깥으로 크게 폴딩되는 지점(b)에 발생하는 인장 응력으로 인한 변형에 의해, 보호 필름(100) 등에 백화나 크랙이 발생하여 특성이 저하되기 쉽다. 이러한 백화 및 크랙은 일반적으로 상온에서 보호 필름의 모듈러스가 낮을 경우 해결될 수 있으나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르 수지는 대체로 상온에서 모듈러스가 커서, 플렉서블 디스플레이 장치에 적용할 때 백화 및 크랙이 쉽게 발생하는 문제가 있다.

이에 본 발명자들이 연구한 결과, 필름의 인장 시에 인장율에 따른 응력의 곡선에서(도 3 참조), 인장 초기에 곡선의 기울기가 급감하는 지점(B) 이후부터 원래의 상태로 복원이 어려움에 착안하였고, 상기 지점(B) 이후의 곡선의 기울기를 특정 수준 이상 높게 필름의 인장 응력을 조절함으로써, 다수의 반복 폴딩에도 원래의 특성이 유지되는 우수한 탄성의 필름을 구현할 수 있음을 발견하였다.

따라서, 구현예의 과제는 인장 초기 단계에서의 응력의 증가율을 특정 수준 이상 높임으로써 플렉서블 디스플레이의 커버에 요구되는 탄성을 구현한 폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

구현예의 다른 과제는 다수의 반복 폴딩 시에도 원래의 특성을 유지할 수 있는 투명 커버와 폴리에스테르 필름의 적층체 및 이를 포함하는 플렉서블 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

일 구현예에 따르면, 면내 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 수직한 면내 제 2 방향에 대해 아래 식 (1) 및 (2)를 만족하는 인장 응력을 갖는, 폴리에스테르 필름이 제공된다:

1.1 ≤ TS1[20%] / TS1[6%] ... (1)

1.1 ≤ TS2[8%] / TS2[4%] ... (2)

상기 식에서, TS1[6%] 및 TS1[20%]은 각각 상기 제 1 방향에서 6% 및 20% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이고, TS2[4%] 및 TS2[8%]은 각각 상기 제 2 방향에서 4% 및 8% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이다.

다른 구현예에 따르면, 폴리에스테르 수지를 시트상으로 형성하고 이축 연신하여 폴리에스테르 필름을 얻는 단계를 포함하고, 상기 폴리에스테르 필름이 면내 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 수직한 면내 제 2 방향에 대해 상기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 인장 응력을 갖는, 폴리에스테르 필름의 제조방법이 제공된다.

또한, 플렉서블 디스플레이 장치용 투명 커버; 및 상기 투명 커버 상에 배치되는 상기 구현예에 따른 폴리에스테르 필름을 포함하는, 적층체가 제공된다.

또한, 상기 구현예에 따른 폴리에스테르 필름을 커버에 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 구현예에 따른 폴리에스테르 필름은 인장 초기 단계에서의 응력의 증가율을 특정 수준 이상 높임으로써 플렉서블 디스플레이의 커버에 요구되는 탄성을 구현하였고, 그 결과 플렉서블 디스플레이 장치의 커버에 적용되어 다수의 반복 폴딩 시에도 원래의 특성을 유지할 수 있다.

따라서 상기 폴리에스테르 필름은 플렉서블 디스플레이 장치, 특히 폴더블 디스플레이 장치의 커버에 적용되어 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

도 1a 및 1b는 필름 샘플을 길이 방향(MD)에 대해 인장 시에 인장율(%)에 따른 응력(kgf/mm²)의 곡선을 나타낸 것이다.
도 2a 및 2b는 필름 샘플을 폭 방향(TD)에 대해 인장 시에 인장율(%)에 따른 응력(kgf/mm²)의 곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 필름의 인장 시에 인장율에 따른 응력의 곡선에서 기울기의 변화 지점(B)을 나타낸 것이다.
도 4a 및 4b는 각각 인폴딩(in-folding) 및 아웃폴딩(out-folding) 타입의 플렉서블 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸 것이다.

이하 구현예에서 설명되는 각 필름, 시트, 또는 층 등이 각 필름, 시트, 또는 층 등의 "상(on)" 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 직접(directly) 또는 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

또한 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.

[폴리에스테르 필름]

일 구현예에 따른 폴리에스테르 필름은 면내 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 수직한 면내 제 2 방향에 대해 아래 식 (1) 및 (2)를 만족하는 인장 응력을 갖는, 폴리에스테르 필름이 제공된다:

1.1 ≤ TS1[20%] / TS1[6%] ... (1)

1.1 ≤ TS2[8%] / TS2[4%] ... (2)

이때 상기 각 방향에 대한 인장율(6%, 20% 등)은, 각 방향에 대한 필름의 초기 치수를 100%로 할 때, 인장에 의한 치수의 증가분(%)을 의미한다.

상기 식 (1)에서 상기 TS1[20%]이 상기 TS1[6%]보다 0.5 kgf/mm² 이상, 1 kgf/mm² 이상, 1.5 kgf/mm² 이상, 또는 2 kgf/mm² 이상 더 클 수 있다.

상기 식 (2)에서 상기 TS2[8%]가 상기 TS2[4%]보다 0.5 kgf/mm² 이상, 1 kgf/mm² 이상, 1.5 kgf/mm² 이상, 또는 2 kgf/mm² 이상 더 클 수 있다.

구체적인 예로서, 상기 TS1[20%]이 상기 TS1[6%]보다 1 kgf/mm² 이상 더 크고, 상기 TS2[8%]이 상기 TS2[4%]보다 1.5 kgf/mm² 이상 더 클 수 있다.

상기 TS1[6%] 및 TS2[4%]는 5 kgf/mm² 내지 15 kgf/mm², 7 kgf/mm² 내지 12 kgf/mm², 10 kgf/mm² 내지 15 kgf/mm², 또는 8 kgf/mm² 내지 13 kgf/mm²일 수 있다.

상기 TS1[20%] 및 TS2[8%]은 7 kgf/mm² 내지 17 kgf/mm², 9 kgf/mm² 내지 14 kgf/mm², 12 kgf/mm² 내지 17 kgf/mm², 또는 10 kgf/mm² 내지 15 kgf/mm²일 수 있다.

구체적인 예로서, 상기 TS1[6%] 및 TS2[4%]이 8 kgf/mm² 내지 13 kgf/mm² 일 수 있다. 또한, 상기 TS1[20%] 및 상기 TS2[8%]이 10 kgf/mm² 내지 15 kgf/mm² 일 수 있다.

상기 TS1[20%] / TS1[6%] 비율은 1.1 이상, 1.15이상, 또는 1.2 이상일 수 있다. 또는 상기 TS1[20%] / TS1[6%] 비율은 1.1 내지 1.5, 1.1 내지 1.1 내지 1.3, 1.15 내지 1.4, 또는 1.1 내지 1.25일 수 있다.

상기 TS2[8%] / TS2[4%] 비율은 1.1 이상, 1.15이상, 또는 1.2 이상일 수 있다. 또는 상기 TS2[8%] / TS2[4%] 비율은 1.1 내지 1.5, 1.1 내지 1.1 내지 1.3, 1.15 내지 1.4, 또는 1.1 내지 1.2일 수 있다.

구체적인 예로서, 상기 TS1[20%] / TS1[6%] 비율이 1.1 내지 1.25 이고, 상기 TS2[8%] / TS2[4%] 비율이 1.1 내지 1.2 일 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 필름은 아래 식 (3)을 더 만족할 수 있다.

0.9 ≤ (TS2[8%] / TS2[4%]) / (TS1[20%] / TS1[6%]) ≤ 1.1 ... (3)

구체적으로, 상기 (TS2[8%] / TS2[4%]) / (TS1[20%] / TS1[6%])의 비율은 0.9 내지 1.0, 1.0 내지 1.1, 0.95 내지 1.05일 수 있다.

상기 제 1 방향은 상기 폴리에스테르 필름의 면내 임의의 방향일 수 있고, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 면내 수직한 방향으로 정해질 수 있다.

한편, 상기 폴리에스테르 필름이 제조 과정에서 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD)으로 연신될 경우, 인장 응력이 이들 연신 방향에 영향을 받을 수 있다.

따라서 상기 제 1 방향은 필름의 길이 방향(MD) 또는 폭 방향(TD)일 수 있고, 상기 제 2 방향은 이에 수직한 폭 방향(TD) 또는 길이 방향(MD)일 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 방향이 필름의 길이 방향(MD)이고, 상기 제 2 방향이 필름의 폭 방향(TD)일 수 있다.

필름의 위상차

상기 폴리에스테르 필름은 면내 위상차(Ro)가 1,200 nm 이하, 1,000 nm 이하, 600 nm 이하, 500 nm 이하, 400 nm 이하, 300 nm 이하, 또는 200 nm 이하일 수 있다. 상기 바람직한 범위 내일 때, 무지개 얼룩의 발생을 최소한으로 줄일 수 있다.

한편 상기 폴리에스테르 필름의 면내 위상차의 하한값은 0 nm일 수 있고, 또는 광학 특성과 기계적 물성의 균형을 위해 상기 면내 위상차(Ro)의 하한값을 10 nm 이상, 30 nm 이상, 또는 50 nm 이상으로 할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 필름은 두께 방향 위상차(Rth)가 5,000 nm 이상 또는 6,000 nm 이상일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 두께 40 ㎛ 내지 50 ㎛ 기준으로 한 측정값일 수 있다. 상기 바람직한 범위 내일 때 폴리에스테르 필름의 결정화를 최소화하여 기계적 물성 면에서 바람직하다. 또한 두께 방향 위상차(Rth)가 클수록 면내 위상차(Ro)에 대한 두께 방향 위상차(Rth)의 비(Rth/Ro)가 커지기 때문에 무지개 얼룩을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 상기 폴리에스테르 필름에서 무지개 얼룩을 없애기 위한 두께 한계 및 비용을 고려하여, 상기 두께 방향 위상차(Rth)의 상한값을 16,000 nm 이하, 15,000 nm 이하, 또는 14,000 nm 이하로 할 수 있다.

여기서 상기 면내 위상차(in-plane retardation, Ro)는, 필름의 평면 내의 직교하는 2개의 축의 굴절률의 이방성(△nxy＝｜nx-ny｜)과 필름 두께(d)의 곱(△nxy×d)으로 정의되는 파라미터로서, 광학적 등방성 또는 이방성을 나타내는 척도이다.

또한 두께 방향 위상차(thickness direction retardation, Rth)란, 필름 두께 방향의 단면에서 봤을 때의 2개의 복굴절인 △nxz(＝｜nx-nz｜) 및 △nyz(＝｜ny-nz｜)에 각각 필름 두께(d)를 곱하여 얻어지는 위상차의 평균으로 정의되는 파라미터이다.

또한, 상기 폴리에스테르 필름은 면내 위상차(Ro)에 대한 두께 방향 위상차(Rth)의 비(Rth/Ro)가 10 이상, 15 이상 또는 20 이상일 수 있다. 면내 위상차(Ro)는 작을수록, 두께 방향 위상차(Rth)는 클수록 무지개 얼룩이 생기는 것을 방지하는데 유리하므로 양 수치의 비(Rth/Ro)는 크게 유지되는 것이 바람직하다.

필름 조성

상기 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 수지를 포함한다.

상기 폴리에스테르 수지는 디카르복실산과 디올이 중축합된 단일중합체 수지 또는 공중합체 수지일 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 수지는 상기 단일중합체 수지 또는 공중합체 수지가 혼합된 블렌드 수지일 수 있다.

상기 디카르복실산의 예로는 테레프탈산, 이소프탈산, 오르토프탈산, 2,5-나프탈렌디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 디페닐카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 디페닐설폰카르복실산, 안트라센디카르복실산, 1,3-사이클로펜탄디카르복실산, 1,3-사이클로헥산디카르복실산, 1,4-사이클로헥산디카르복실산, 헥사하이드로테레프탈산, 헥사하이드로이소프탈산, 말론산, 디메틸말론산, 석신산, 3,3-디에틸석신산, 글루타르산, 2,2-디메틸글루타르산, 아디프산, 2-메틸아디프산트리메틸아디프산, 피멜산, 아젤라인산, 세바스산, 수베르산, 도데카디카르복실산 등이 있다.

또한, 상기 디올의 예로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,2-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 데카메틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 비스(4-하이드록시페닐)설폰 등이 있다.

바람직하게는, 상기 폴리에스테르 수지는 결정성이 우수한 방향족 폴리에스테르 수지일 수 있고, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 주성분으로 할 수 있다.

일례로서, 상기 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 수지, 구체적으로 PET 수지를 약 85 중량% 이상 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 90 중량% 이상, 95 중량% 이상, 또는 99 중량% 이상 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 폴리에스테르 필름은 PET 수지 이외에 다른 폴리에스테르 수지를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에스테르 필름은 약 15 중량% 이하의 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폴리에스테르 필름은 약 0.1 중량% 내지 10 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 5 중량%의 PEN 수지를 더 포함할 수 있다.

상기 조성에 따라 폴리에스테르 필름이 가열, 연신 등을 거치는 제조 과정에서 결정화도가 상승하고, 인장강도 등의 기계적 물성이 향상될 수 있다.

필름의 특성 및 용도

상기 폴리에스테르 필름은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 또는, 상기 폴리에스테르 필름의 두께는 10 ㎛ 내지 80 ㎛, 20 ㎛ 내지 60 ㎛ 또는 40 ㎛ 내지 60 ㎛일 수 있다.

상기 폴리에스테르 필름은 연신된 필름인 것이 결정성이 높아 기계적 물성이 우수한 점에서 바람직하다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 필름은 면내 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 수직한 면내 제 2 방향에 대해 이축 연신된 것일 수 있다. 상기 제 1 방향 연신비는 2.0 내지 5.0이며, 구체적으로 2.8 내지 3.5, 또는 3.3 내지 3.5일 수 있다. 또한 상기 제 2 방향 연신비는 2.0 내지 5.0이며, 구체적으로 2.9 내지 3.7, 또는 3.5 내지 3.8일 수 있다. 또한 상기 제 1 방향 연신비(d1)에 대한 상기 제 2 방향 연신비(d2)의 비율(d2/d1)은 1.2 이하일 수 있고, 예를 들어 1.0 내지 1.2, 1.0 내지 1.1, 1.0 내지 1.15, 또는 1.05 내지 1.1일 수 있다.

상기 폴리에스테르 필름은 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 100회 이상, 1000회 이상, 1만회 이상, 5만회 이상, 10만회 이상, 15만회 이상 또는 20만회 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에스테르 필름이 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 10만회 이상일 수 있다. 상기 바람직한 범위 내일 때, 잦은 폴딩에도 파단이 발생하지 않아서 플렉서블 디스플레이 장치에 적용이 유리하다.

이러한 특성으로 인해, 상기 보호 필름은 플렉서블 디스플레이 장치의 커버, 특히 폴더블 디스플레이 장치의 커버에 적용될 수 있으며, 인폴딩 타입에서 안쪽으로 작게 폴딩되는 지점에서 발생하는 변형 뿐만 아니라, 아웃폴딩 타입에서 바깥으로 크게 폴딩되는 지점에서 발생하는 변형에 의해서도, 원래의 특성이 저하되지 않을 수 있다.

[폴리에스테르 필름의 제조방법]

일 구현예에 따른 폴리에스테르 필름의 제조방법은, 폴리에스테르 수지를 시트상으로 형성하고 이축 연신하여 폴리에스테르 필름을 얻는 단계를 포함한다.

이때 최종 폴리에스테르 필름이 면내 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 수직한 면내 제 2 방향에 대해 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 인장 응력을 갖도록 조성 및 공정 조건을 조절한다:

1.1 ≤ TS1[20%] / TS1[6%] ... (1)

1.1 ≤ TS2[8%] / TS2[4%] ... (2)

구체적으로, 최종 폴리에스테르 필름이 상기 식 (1) 및 (2)를 만족하기 위해서는, 폴리에스테르 수지의 압출 및 캐스팅 온도를 조절하고, 연신 시의 예열 온도, 각 방향별 연신비, 연신 온도, 연신 속도 등을 조절하거나, 연신 이후에 열고정 및 이완을 수행하면서 열고정 온도 및 이완율을 조절할 수 있다.

이하 각 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.

상기 미연신 시트는 폴리에스테르 수지를 압출하여 형성될 수 있다.

이때 상기 광학 필름의 원료로 사용되는 폴리에스테르 수지의 조성은 앞서 예시한 바와 같다.

또한 상기 압출은 230℃ 내지 300℃, 또는 250℃ 내지 280℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.

상기 필름은 연신하기 전 일정 온도에서 예열될 수 있다. 상기 예열 온도의 범위는 상기 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg)를 기준으로 Tg+5℃ 내지 Tg+50℃ 범위를 만족하고, 이와 동시에, 70℃ 내지 90℃의 범위를 만족하는 범위로 결정될 수 있다. 상기 범위 내일 때, 상기 필름이 연신되기에 용이한 유연성을 확보함과 동시에, 연신 중에 파단되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 연신은 이축 연신으로 수행되며, 예를 들어 동시 이축연신법 또는 축차 이축연신법을 통해 길이 방향(또는 기계 방향)(MD) 및 폭 방향(또는 텐터 방향)(TD)의 2축으로 연신될 수 있다. 바람직하게는 먼저 한 방향으로 연신한 다음 그 방향의 직각 방향으로 연신하는 축차 이축연신법이 수행될 수 있다.

상기 연신의 속도는 6.5 m/min 내지 8.5 m/min일 수 있으나 특별히 한정되지 않는다.

상기 길이 방향 연신비는 2.0 내지 5.0이며, 구체적으로 2.8 내지 3.5, 또는 3.3 내지 3.5일 수 있다. 또한 상기 폭 방향 연신비는 2.0 내지 5.0이며, 구체적으로 2.9 내지 3.7, 또는 3.5 내지 3.8일 수 있다. 또한 상기 길이 방향 연신비(d1)에 대한 폭 방향 연신비(d2)의 비율(d2/d1)은 1.2 이하일 수 있고, 예를 들어 1.0 내지 1.2, 1.0 내지 1.1, 1.0 내지 1.15, 또는 1.05 내지 1.1일 수 있다. 상기 연신비(d1, d2)는 연신 전의 길이를 1.0으로 했을 때, 연신 후의 길이를 나타내는 비이다.

상기 광학 필름의 제조방법은, 상기 연신 이후에, 연신된 필름을 열고정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 열고정은 200℃ 이하의 온도, 구체적으로 180℃ 내지 190℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열고정은 5초 내지 1분 동안 수행될 수 있고, 보다 구체적으로, 10초 내지 45초 동안 수행될 수 있다.

또한 상기 열고정을 시작한 후에 필름은 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 이완될 수 있으며, 이때의 온도 범위는 150℃ 내지 250℃일 수 있다. 상기 이완은 1% 내지 10%, 2% 내지 7%, 또는 3% 내지 5%의 이완율로 수행될 수 있다. 또한 상기 이완은 1초 내지 1분, 2초 내지 30초, 또는 3초 내지 10초 동안 수행될 수 있다.

또한, 상기 열고정 이후에 필름을 냉각할 수 있으며, 상기 냉각은 상기 열고정 온도 대비 50℃ 내지 150℃ 더 낮은 온도 조건으로 수행될 수 있다.

[적층체]

일 구현예에 따른 적층체는 플렉서블 디스플레이 장치용 투명 커버; 및 상기 투명 커버 상에 배치되는 상기 구현예에 따른 폴리에스테르 필름을 포함한다.

상기 적층체에서, 상기 폴리에스테르 필름은, 앞서 설명한 일 구현예에 따른 폴리에스테르 필름과 실질적으로 동일한 구성 및 특성을 갖는다.

상기 투명 커버는 플렉서블 디스플레이 장치의 커버 윈도우일 수 있다.

상기 투명 커버는 고분자 필름 또는 글래스 기재일 수 있다. 구체적으로 상기 투명 커버는 폴리이미드계 필름 또는 초박형 글래스(UTG)일 수 있다.

일례로서 상기 투명 커버는 폴리이미드계 수지를 포함할 수 있다.

상기 투명 커버는 HB 이상의 표면경도 및 파장 550 nm에서 80% 이상의 광투과도를 가질 수 있다. 또한 상기 투명 커버는 두께 50 ㎛를 기준으로 황색도가 5 이하이고 헤이즈가 2% 이하일 수 있다.

상기 투명 커버는 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 100회 이상, 1000회 이상, 1만회 이상, 5만회 이상, 10만회 이상, 15만회 이상 또는 20만회 이상일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 잦은 폴딩에도 파단이 발생하지 않아서 플렉서블 디스플레이 장치에 적용이 유리하다.

구체적으로, 상기 투명 커버는 폴리이미드계 필름일 수 있고, 상기 폴리이미드계 필름은 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 10만회 이상일 수 있다.

이러한 특성으로 인해 상기 적층체는 플렉서블 디스플레이 장치의 커버, 특히 폴더블 디스플레이 장치의 커버에 적용될 수 있으며, 인폴딩 타입에서 안쪽으로 작게 폴딩되는 지점에서 발생하는 변형 뿐만 아니라, 아웃폴딩 타입에서 바깥으로 크게 폴딩되는 지점에서 발생하는 변형에 의해서도, 특성이 저하되지 않을 수 있다.

[디스플레이 장치]

일 구현예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는, 상기 구현예에 따른 폴리에스테르 필름을 커버에 포함한다.

구체적으로, 상기 플렉서블 디스플레이 장치는, 플렉서블 디스플레이 패널; 및 상기 플렉서블 디스플레이 패널의 일면 상에 배치되는 상기 구현예에 따른 폴리에스테르 필름을 포함한다.

또는, 상기 플렉서블 디스플레이 장치는, 플렉서블 디스플레이 패널; 및 상기 플렉서블 디스플레이 패널의 일면 상에 배치되는 상기 구현예에 따른 적층체(투명 커버 및 폴리에스테르 필름의 적층체)를 포함한다.

상기 플렉서블 디스플레이 장치는 폴더블 디스플레이 장치(foldable display device)일 수 있다.

구체적으로, 상기 폴더블 디스플레이 장치는 폴딩되는 방향에 따라 인폴딩(in-folding) 타입 또는 아웃폴딩(out-folding) 타입일 수 있다.

상기 플렉서블 디스플레이 장치에서, 상기 폴리에스테르 필름 또는 상기 적층체는, 앞서 설명한 일 구현예에 따른 폴리에스테르 필름 또는 상기 적층체와 실질적으로 동일한 구성 및 특성을 갖는다.

구체적으로 상기 폴리에스테르 필름은 인장 초기 단계에서의 응력의 증가율을 특정 수준 이상 높임으로써 플렉서블 디스플레이의 커버에 요구되는 탄성을 구현할 수 있고, 그 결과 상기 폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 상기 적층체는 플렉서블 디스플레이 장치의 커버에 적용되어 다수의 반복 폴딩 시에도 원래의 특성을 유지할 수 있다.

[실시예]

이하 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하나, 이들 범위로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4: 폴리에스테르 필름의 제조

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 압출기에서 약 250~280℃에서 압출 및 캐스팅하여 미연신 시트(sheet)를 제조하였다. 상기 미연신 시트를 약 70~90℃에서 예열하고, 길이 방향(MD)에 대해 약 3~3.5배 및 폭 방향(TD)에 대해 약 3.5~4배로 연신하였다. 이후, 연신된 시트를 약 185~240℃에서 열고정하고, 3~5%의 이완율로 3~10초간 이완하고 냉각하였다. 상기 연신 시의 예열 온도, 각 방향별 연신비, 연신 온도, 연신 속도, 열고정 온도 및 이완율을 조절하여, 아래 표 1과 같이 다양한 인장 응력 특성을 갖는 두께 40 ㎛의 폴리에스테르 필름들을 제조하였다.

이때 인장 응력은 필름 폭 15 mm, 초점 거리 50 mm 및 인장 속도 200 mm/min을 기준으로 하였다.

구 분	각 방향의 인장율에 따른 응력 (kgf/mm²)				인장 응력 비율
	MD		TD		B / A	D / C
	(A) 6%	(B) 20%	(C) 4%	(D) 8%	B / A	D / C
실시예 1	10.7	12.1	10.6	12.2	1.13	1.15
실시예 2	10.5	11.8	10.7	12.6	1.12	1.17
실시예 3	11.1	13.1	10.5	12.3	1.18	1.17
실시예 4	10.9	12.9	10.7	12.5	1.18	1.17
실시예 5	12.5	14.5	12.6	15	1.16	1.19
비교예 1	10	10.3	9.4	10	1.03	1.06
비교예 2	10.3	10.6	10.8	11.1	1.03	1.03
비교예 3	11.6	11.7	10.7	12.1	1.01	1.13
비교예 4	11.6	11.4	10.6	11.4	0.98	1.07

또한, 실시예 5 및 비교예 4의 필름에 대한 각 방향의 인장율에 따른 응력 곡선을 도 1a 내지 도 2b에 나타내었다.

시험예 1: 폴딩 평가

상기 제조된 폴리에스테르 필름 샘플에 대해서 ASTM D 2176 및 TAPPI T 511에 의거한 MIT 폴딩 테스트(MIT folding test)를 폴딩내구성시험기(folding endurance tester, MIT-DA, Toyoseiki사)에 의해 수행하였다. 구체적으로, 상기 MIT 폴딩 테스트는 135°의 폴딩 각도, 폭 10 mm의 샘플 사이즈, 500 gf의 하중, 0.38R의 곡률반경, 및 175회/분의 폴딩 속도 조건으로 수행되었다. 그 결과 크랙이나 파단이 발생할 때까지의 반복 폴딩 횟수를 측정하였다.

구 분	135˚ 폴딩 횟수
실시예 1	234,000
실시예 2	187,000
실시예 3	253,000
실시예 4	224,000
실시예 5	195,000
비교예 1	89,000
비교예 2	76,000
비교예 3	91,000
비교예 4	79,000

상기 표에서 보듯이, 실시예 1 내지 5의 필름은 인장 초기 단계에서의 응력의 증가율(B/A 및 D/C)이 1.1 이상인 탄성을 가짐으로써, 10만회 이상의 반복 폴딩 시에도 크랙이나 파단이 발생하지 않았다. 반면, 비교예 1 내지 4의 필름은 인장 초기 단계에서의 응력의 증가율(B/A 및 D/C)이 1.1 미만인 탄성을 가짐으로써, 크랙이나 파단이 발생하기까지의 반복 폴딩 횟수가 10만회 미만이었다.

1: 인폴딩 타입의 플렉서블 디스플레이 장치,
2: 아웃폴딩 타입의 플렉서블 디스플레이 장치,
100: 보호 필름, 200: 투명 커버,
300: 플렉서블 디스플레이 장치 몸체,
a, b: 폴딩되는 지점.

Claims

필름의 길이 방향을 제 1 방향, 폭 방향을 제 2 방향이라 할 때, 상기 제 1 방향 연신비가 2.0 내지 3.5이고, 상기 제 1 방향 연신비에 대한 상기 제 2 방향 연신비의 비율이 1.05 내지 1.2이며,
아래 식 (1) 및 (2)를 만족하는 인장 응력을 갖는, 폴리에스테르 필름:
1.1 ≤ TS1[20%] / TS1[6%] ... (1)
1.1 ≤ TS2[8%] / TS2[4%] ... (2)
상기 식에서, TS1[6%] 및 TS1[20%]은 각각 상기 제 1 방향에서 6% 및 20% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이고, TS2[4%] 및 TS2[8%]은 각각 상기 제 2 방향에서 4% 및 8% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이다.
제 1 항에 있어서,
상기 TS1[20%]이 상기 TS1[6%]보다 1 kgf/mm² 이상 더 크고,
상기 TS2[8%]이 상기 TS2[4%]보다 1.5 kgf/mm² 이상 더 큰, 폴리에스테르 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 TS1[20%] 및 상기 TS2[8%]이 10 kgf/mm² 내지 15 kgf/mm² 인, 폴리에스테르 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 TS1[20%] / TS1[6%] 비율이 1.1 내지 1.25 이고,
상기 TS2[8%] / TS2[4%] 비율이 1.1 내지 1.2 인, 폴리에스테르 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름이 아래 식 (3)을 더 만족하는, 폴리에스테르 필름:
0.9 ≤ (TS2[8%] / TS2[4%]) / (TS1[20%] / TS1[6%]) ≤ 1.1 ... (3)
상기 식에서, TS1[6%] 및 TS1[20%]은 각각 상기 제 1 방향에서 6% 및 20% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이고, TS2[4%] 및 TS2[8%]은 각각 상기 제 2 방향에서 4% 및 8% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이다.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름이 180℃ 내지 190℃에서 열고정된 것인, 폴리에스테르 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름이 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 10만회 이상인, 폴리에스테르 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름이 플렉서블 디스플레이 장치의 커버에 적용되는, 폴리에스테르 필름.
폴리에스테르 수지를 시트상으로 형성하고 이축 연신한 뒤 180℃ 내지 190℃에서 열고정하여 폴리에스테르 필름을 얻는 단계를 포함하고, 상기 폴리에스테르 필름의 길이 방향을 제 1 방향, 폭 방향을 제 2 방향이라 할 때, 상기 제 1 방향 연신비가 2.0 내지 3.5이고, 상기 제 1 방향 연신비에 대한 상기 제 2 방향 연신비의 비율이 1.05 내지 1.2이며, 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 인장 응력을 갖는, 폴리에스테르 필름의 제조방법:
1.1 ≤ TS1[20%] / TS1[6%] ... (1)
1.1 ≤ TS2[8%] / TS2[4%] ... (2)
상기 식에서, TS1[6%] 및 TS1[20%]은 각각 상기 제 1 방향에서 6% 및 20% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이고, TS2[4%] 및 TS2[8%]은 각각 상기 제 2 방향에서 4% 및 8% 인장에 대한 응력(kgf/mm²)이다.
플렉서블 디스플레이 장치용 투명 커버; 및 상기 투명 커버 상에 배치되는 제 1 항의 폴리에스테르 필름을 포함하는, 적층체.
제 10 항에 있어서,
상기 투명 커버가 폴리이미드계 필름이고, 상기 폴리이미드계 필름이 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 10만회 이상인, 적층체.
제 1 항의 폴리에스테르 필름을 커버에 포함하는, 플렉서블 디스플레이 장치.