KR20150020419A - 터치패널용 커버 플라스틱 시트 - Google Patents

터치패널용 커버 플라스틱 시트 Download PDF

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KR20150020419A
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KR20130096355A
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윤종선
편승용
이강규
이경민
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에스케이씨하스디스플레이필름(유)
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Abstract

본 발명은 커버 플라스틱 시트에 관한 것으로서, 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 제1 수지층과 폴리카보네이트를 포함하는 제2 수지층을 포함하는 제1 광학층 및 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 제2 광학층을 구비함으로써, 기계적 특성, 광학적 특성, 열적 특성 및 전기적 특성이 고루 우수하여, 터치패널 또는 디스플레이에 사용되는 종래의 전면 커버용 강화 유리를 대체할 수 있다.

Description

터치패널용 커버 플라스틱 시트{COVER PLASTIC SHEET FOR TOUCH PANEL}
본 발명은 터치패널 또는 디스플레이의 전면 커버에 사용할 수 있는 가볍고 유연하며 투명성, 고경도 및 내충격성이 우수한 플라스틱 시트에 관한 것이다.
LCD 평판 디스플레이의 성장이 IT 기기분야를 견인하면서 정보사회의 환경 및 기술발전은 급속히 확대되어 왔으며, 그 중에서도 특히 터치방식은 기존의 버튼식 입력기기에 비하여 직관적이며 원하는 메뉴까지 쉽게 찾아갈 수 있는 인터페이스로 인해 사용자들의 관심을 끌고 있다.
터치패널 중에서도 정전용량방식은 멀티터치가 가능하고 터치감도가 우수하다는 장점으로 인해 단기간에 빠른 속도로 시장을 잠식하고 있으며, 신규 응용기기인 태블릿 PC의 탄생을 거쳐 중대형 정전용량 방식의 터치 시대가 열리고 있다.
터치패널은 LCD나 OLED와 같은 화면을 시인할 수 있는 광학용 부품이므로 낮은 헤이즈와 고투과성을 가져야 할 뿐 아니라, 손가락을 사용하는 방식의 기기이기 때문에 손톱은 물론 경도가 높은 여러가지 물질과 접촉하여도 마찰에 의한 스크래치를 견딜 수 있는 고경도를 가질 것이 요구된다.
이러한 터치 시장의 확대와 종류의 다양화에 따라 터치센서 구조의 단순화, 경량화 및 원가절감 방안이 끊임없이 모색되고 있으며, 특히 태블릿 PC에서 제조원가의 30% 이상을 차지하는 전면 커버 유리의 원가절감의 필요성이 지속적으로 요구되고 있다.
또한 스마트폰의 경우, 다양한 애플리케이션의 적용으로 화상품질의 향상과 함께 화면 크기도 커지는 추세에 따라, 휴대성의 감소로 쉽게 떨어뜨려 유리 재질의 전면 커버가 깨지는 문제도 점차 늘어나고 있다.
그리고 아직 초기 단계이기는 하지만, 전형적인 평판형(flat type) 패널이 아닌 개성적으로 디자인의 자유도를 높힌 플랙시블형(flexible type)의 패널도 설계되고 있는데, 이 경우 기존의 단단한 유리 재질로는 곡면가공이 어려우며, 가공이 가능할 만큼 두께를 줄인다고 해도 공정이 복잡하고 제조비용이 상승한다는 문제점이 발생한다.
또한 정전용량식 터치패널은 x-y 방향으로 두 개의 투명전극을 대향하여 사용하는데, 주로 폴리에스터 필름에 인듐주석산화물(ITO)을 코팅한 투명도전성 필름이 많이 사용되고 있으며(대한민국 공개특허공보 제2012-0029530호, 제2012-0046240호 및 제2012-0114260호 참조), 최근에는 구조 단순화와 공정 간소화를 위해 기재인 유리에 직접 투명전극을 코팅한 전극일체 형태도 개발되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2012-0029530호 (주식회사 탑나노시스) 2012.03.27. 대한민국 공개특허공보 제2012-0046240호 (닛토덴코 가부시키가이샤) 2012.05.09. 대한민국 공개특허공보 제2012-0114260호 (도판 인사츠 가부시키가이샤) 2012.10.16.
따라서, 본 발명의 목적은 터치패널 또는 디스플레이의 주요 부품인 전면 커버용 강화 유리를 대체할 수 있도록 투명하고 고경도이면서 가볍고 유연하며 투명전극과 일체화된 플라스틱 시트를 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 제1 광학층 및 이의 일면에 배치된 제2 광학층을 포함하는 시트로서, 상기 제1 광학층이 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 제1 수지층과 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 제2 수지층을 포함하되, 상기 제1 수지층이 상기 제2 수지층의 일면 또는 양면에 배치되고, 상기 제2 광학층이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는, 터치패널용 또는 디스플레이 보호용의 커버 플라스틱 시트를 제공한다.
본 발명에 따른 커버 플라스틱 시트는 무겁고 충격에 깨지기 쉬운 강화 유리를 대체하여 플라스틱 재질을 사용함으로써 경량성 및 유연성이 향상되고, PMMA/PC 수지층 및 PET 수지층의 조합으로 인하여 기계적, 광학적, 열적 및 전기적 특성이 고루 향상되었으며, 투명 전극층과 일체형으로 구성되어 터치패널 또는 디스플레이에 커버 시트로서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 커버 플라스틱 시트의 단면의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 터치패널의 단면 구조의 일례를 도시한 것이다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
커버 플라스틱 시트의 구성
도 1은 본 발명의 커버 플라스틱 시트의 단면의 일례를 나타낸 것이다. 이하 도 1을 참조하여 커버 플라스틱 시트의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
제1 광학층 및 제2 광학층
본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)는 제1 광학층(110) 및 이의 일면에 배치된 제2 광학층(120)을 포함한다.
상기 제1 광학층(110)은 제1 수지층 및 제2 수지층을 포함하며, 이때 상기 제1 수지층이 상기 제2 수지층의 일면 또는 양면에 배치된다.
상기 제1 수지층은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 주성분으로 포함하며, 예를 들어 상기 제1 수지층은 PMMA로 이루어질 수 있다. 상기 PMMA의 적절한 중량평균분자량(Mw)은 60,000 내지 80,000일 수 있다.
또한, 상기 제2 수지층은 폴리카보네이트(PC)를 주성분으로 포함하며, 예를 들어 상기 제2 수지층은 PC로 이루어질 수 있다. 상기 PC의 적절한 중량평균분자량(Mw)은 10,000 내지 20,000일 수 있다.
상기 제1 수지층에 사용된 PMMA 및 제2 수지층에 사용된 PC는 모두 투명성이 높은 플라스틱 기재이다. PMMA의 경우 경도는 우수하지만, 습도나 열에 약하여 단독으로 사용할 경우 고온고습 환경하에서 휨에 약한 문제점이 있다. 또한, PC의 경우 내열성과 내충격성은 우수하지만, 표면경도가 낮아 단독으로 사용하기에는 문제점이 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 광학층은 상기 제2 수지층의 일면 또는 양면에 상기 제1 수지층을 배치하여 상호 보완 작용을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 광학층은, (i) 제1 수지층/제2 수지층, 또는 (ii) 제1 수지층/제2 수지층/제1 수지층의 적층 구성을 갖는다. 이와 같은 적층 구성은 상기 제1 수지층과 상기 제2 수지층을 공압출함으로써 적층 일체 구조로 제조될 수 있다. 상기 적층 구성 (i)의 경우 내충격성 및 내열성이 보다 우수해지는 장점이 있는 한편, 상기 적층 구성 (ii)의 경우 제1 수지층의 대칭 구조에 의한 휨 특성과 치수 안정성이 보다 우수해지는 장점이 있다.
상기 제1 광학층의 두께는 100㎛ 이상일 수 있으며, 예를 들어 100㎛ 내지 400㎛일 수 있다. 제1 광학층의 두께가 상기 범위 내일 때 연필경도 평가의 하중을 견딜 정도의 고경도를 가지면서 시트의 유연성도 함께 달성할 수 있다.
그러나, 상기 제1 광학층의 주성분인 PMMA 및 PC는, 패널에 포함되는 인듐주석산화물(ITO)층의 결정화를 높혀 저항을 낮추기 위한 어닐링(annealing) 공정 온도인 150℃를 극복하지 못하고 변형되는 문제점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 상기 제1 광학층(110)의 일면에는 제2 광학층(120)이 배치된다.
상기 제2 광학층(120)은 투명한 재질인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 싸이클로올레핀폴리머(COP), 셀룰로오스트리아세테이트(TAC) 등을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 제2 광학층은 PET로 이루어질 수 있다. 상기 PET의 적절한 중량평균분자량(Mw)은 20,000 내지 40,000일 수 있다.
PET는 투명성이 우수하고 150℃의 공정에서도 변형이 생기지 않는 내열성을 가지며 유연성과 내충격성 또한 우수한 반면, 고경도 하드코팅을 하더라도 3H 이상의 경도를 내기는 어려운 단점을 가지고 있다. 이에 따라, 상기 제1 광학층(110)과 제2 광학층(120)을 조합하여 배치함으로서, 제1 광학층에 의해 고경도 물성을 유지하면서도 제2 광학층에 의해 ITO 결정화를 위한 고온 어닐링 공정을 견뎌낼 수 있고, 또한 투명한 재질을 사용함으로써 고투명성을 확보할 수 있다.
상기 제2 광학층(120)은 표면에 코팅될 수 있는 하드코팅제와의 접착력을 향상시키기 위하여 아크릴이나 우레탄 에멀젼을 사용하여 프라이머(primer) 코팅이 될 수 있다.
상기 제2 광학층의 두께는 25㎛ 이상일 수 있으며, 예를 들어 25㎛ 내지 250㎛ 범위일 수 있다.
상기 제1 광학층(110) 및/또는 제2 광학층(120)은 앞서 언급한 주요 수지 외에도, 추가적인 광학 수지를 포함할 수 있다. 상기 추가적인 광학 수지는 상기 제1 광학층 또는 제2 광학층 내에 추가적인 개별 수지층으로서 포함될 수 있다. 또는, 상기 추가적인 광학 수지는 제1 광학층 또는 제2 광학층의 주성분인 PMMA, PC 또는 PET와 블랜드되어 포함될 수 있다. 상기 추가적인 광학 수지의 예로는, 폴리에테르설폰(PES), 폴리아크릴레이트(PA), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(PI), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP) 등을 들 수 있다.
투명 점착층
본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)는, 상기 제1 광학층(110) 및 제2 광학층(120) 사이에 투명 점착층(400)을 포함할 수 있다.
상기 투명 점착층의 소재로는 투명성을 갖는 점착 소재라면 제한없이 사용될 수 있고, 예를 들면 아크릴계 점착제, 실리콘계 점착제 등이 사용될 수 있다.
상기 투명 점착층의 두께는 5㎛ 이상의 범위일 수 있으며, 예를 들어 5㎛ 내지 100㎛의 범위일 수 있다.
하드코팅층
본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)는, 상기 제1 광학층(110) 및/또는 제2 광학층(120)의 일면에 하드코팅층(210, 220)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)는, 상기 제1 광학층(110)의 일면에 제1 하드코팅층(210)을 포함할 수 있고, 상기 제2 광학층(120)의 일면에 제2 하드코팅층(220)을 포함할 수 있다.
(a) 제1 하드코팅층 (고경도 하드코팅층)
상기 제1 하드코팅층(210)은, 상기 제1 광학층(110)의 타면, 즉 상기 제1 광학층(110)의 제2 광학층(120)과 대면하지 않은 면에 구비될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 하드코팅층(210)은 커버 플라스틱 시트(10)의 최외곽에 구비되어 표면 경도를 향상시킬 수 있다.
상기 제1 하드코팅층은 표면 경도를 4H 이상, 나아가 5H 이상으로 높이기 위해 유무기 하이브리드계 코팅제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유무기 하이브리드계 코팅제는 서로 다른 유기물과 무기물을 혼합한 복합재료를 의미하며, 예를 들어 유기 고분자와 투명성이 우수한 무기물 나노입자를 분자 수준으로 서로 혼합하여, 플라스틱 기재의 내열성, 탄성, 표면경도 등의 향상을 나타낼 수 있다. 상기 유무기 하이브리드계 코팅제는 분산된 나노입자들의 종류에 따라 다른 전기적, 광학적, 화학적 또는 기계적인 성질을 갖게 돤다.
상기 유무기 하이브리드계 코팅제에 사용될 수 있는 유기 성분으로는 열 경화형 조성물 또는 UV 경화형 조성물이 가능하며, 이 중 UV 경화형 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. UV 경화형 조성물의 경우 열 경화형 조성물에 비하여 바인딩 성능이 우수하고 경화 후 표면의 치밀도가 높기 때문에 투과율이 높으면서 높은 경도의 표면특성을 나타낼 수 있으며, 조성물의 배합설계에 따라 유동성이나 코팅막의 물리적 혹은 광학적 성질을 제어할 수 있는 장점이 있다. 상기 UV 경화형 조성물은 아크릴계, 우레탄계 및 에폭시계 조성물 중 하나 이상의 조성물을 포함할 수 있으며, 이들의 올리고머 및/또는 모노머를 포함할 수 있다. 상기 UV 경화형 조성물에는 UV 광개시제가 포함될 수 있으며, 그 외에도 희석을 위한 유기용제가 첨가될 수 있고, 또한 각종 기능 부여를 위한 첨가제들, 예를 들면 분산제, 산화방지제, 접착력증진제, 소포제, 레벨링제 등이 추가로 첨가될 수 있다.
또한, 유무기 하이브리드계 코팅제에 사용될 수 있는 무기물로는 투명성 및 경도가 높은 입자가 가능하며, 구체적인 예로는 실리카, 지르코늄, 제올라이트, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 특히, 실리카는 경도가 높은 유리 재질로서, 유기 고분자에 도입시 체적 수축없이 기계적인 강도, 경도 및 열적 특성을 향상시킬 수 있으며, 낮은 유전상수를 가져 전자재료 분야에 매우 적합하다. 상기 무기물은 나노 사이즈의 입자인 것이 바람직하며, 원하는 전기적, 광학적, 화학적, 기계적인 성질을 갖도록 무기물 입자의 사이즈를 조절할 수 있다.
(b) 제2 하드코팅층 (내충격 하드코팅층)
상기 제2 하드코팅층(220)은, 상기 제2 광학층(120)의 타면, 즉 상기 제2 광학층(120)의 제1 광학층(110)과 대면하지 않은 면에 구비될 수 있다. 이에 따라 상기 제2 하드코팅층(220)은 상기 제2 광학층(120)과 투명 전극층(300) 사이에 구비되어 고온에서 PET 필름으로부터 투명 전극층으로의 올리고머 전이를 블로킹할 수 있으며 또한 휨과 충격에 대한 영향을 완화시키는 등 내충격성을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 하드코팅층은 열 경화형 조성물 또는 UV 경화형 조성물을 포함할 수 있으며, 이 중 UV 경화형 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 UV 경화형 조성물은 아크릴계, 우레탄계 및 에폭시계 조성물 중 하나 이상의 조성물을 포함할 수 있으며, 이들의 올리고머 및/또는 모노머를 포함할 수 있다. 또한, 상기 UV 경화형 조성물에는 UV 광개시제가 포함될 수 있으며, 그 외에도 희석을 위한 유기용제가 첨가될 수 있고, 또한 각종 기능 부여를 위한 첨가제들, 예를 들면 분산제, 산화방지제, 접착력증진제, 소포제, 레벨링제 등이 추가로 첨가될 수 있다.
투명 전극층
본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)는 상기 제2 광학층(120)의 타면, 즉 상기 제2 광학층(120)의 제1 광학층(110)과 대면하지 않은 면에, 투명 전극층(300)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)는 상기 제2 광학층(120)의 타면에 제2 하드코팅층(220)을 포함하고, 그 위에 투명 전극층(300)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 투명 전극층(300)은 본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)에 있어서, 제1 하드코팅층(210) 또는 제1 광학층(110)의 반대면의 가장 외곽에 위치하는 층으로서, 커버 플라스틱 시트에 전도성을 부여하는 역할을 한다.
상기 투명 전극층은 인듐주석산화물(ITO)을 포함할 수 있으며, 예를 들어 인듐주석산화물(ITO)로 이루어질 수 있다. 상기 투명 전극층의 두께는 5nm 내지 50nm일 수 있고, 보다 바람직하게는 10nm 내지 40nm일 수 있다.
상기 투명 전극층의 일면, 바람직하게는 내부면에는 인덱스 매칭층(index matching layer)이 구비될 수 있다. 상기 인덱스 매칭층은 ITO가 증착된 부분과 ITO가 에칭된 부분의 반사율 차이를 감소시키는 역할을 수행한다. 상기 인덱스 매칭층은 SiO2(1.46), NaF(1.3), Na3AlF6(1.35), LiF(1.36), MgF2(1.38), CaF2(1.4), BaF2(1.3), LaF3(1.55), CeF3(1.63), Al2O3(1.63), Nb2O5(2.3) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다(괄호내의 숫자는 굴절율을 의미).
본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)의 전체 두께는 150㎛ 내지 800㎛인 것이 바람직한데, 상기 범위 내일 때 적절한 경도와 취급성 및 유연성이 고루 발휘될 수 있다.
커버 플라스틱 시트의 물성 및 용도
본 발명의 커버 플라스틱 시트는 PMMA/PC 수지층 및 PET 수지층의 조합으로 인하여, 경량성 및 유연성 뿐만 아니라, 기계적 특성, 광학적 특성, 열적 특성 및 전기적 특성이 고루 우수하며, 하드코팅층을 구비할 경우 표면 경도 및 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 커버 플라스틱 시트는 표면경도가 4H 이상일 수 있고, 나아가 5H 이상을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 커버 플라스틱 시트는 50g의 금속구를 떨어뜨렸을 때 시편에 이상이 없는 최대 높이가 25cm 이상일 수 있으며, 바람직하게는 30cm 이상이고, 예를 들어 30cm 내지 50cm일 수 있다.
또한, 상기 커버 플라스틱 시트는 두께가 330㎛의 일정 크기 시편의 양쪽 끝부분에 힘을 가하면서 굽힐 경우 깨지거나 크랙이 생기지 않는 최대 곡률 R 값이 약 300mm이거나 또는 그 이하일 수 있으며, R 값이 낮을수록 바람직하다.
또한, 상기 커버 플라스틱 시트는 10cmx10cm 크기의 시편을 85℃, 85RH% 및 120h 조건으로 챔버 내에 방치하였을 때, 시트의 휨에 의한 바닥과의 높이 차가 10mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 커버 플라스틱 시트는 표면저항이 200Ω/□ 이하일 수 있고, 더욱 한정한다면 150Ω/□ 이하일 수 있으며, 예를 들어 90 내지 150 Ω/□일 수 있다.
또한, 상기 커버 플라스틱 시트는 투과율이 87% 이상일 수 있으며, 예를 들어 87% 내지 91% 일 수 있다. 또한, 상기 커버 플라스틱 시트는 헤이즈가 1.5% 미만일 수 있으며, 예를 들어 0.5% 이상 1.5% 미만일 수 있다. 전광선 투과율과 헤이즈가 상기 범위일 때 전면 커버로서 화질의 시인성을 떨어뜨리지 않고 사용할 수 있는 수준이라고 평가할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 커버 플라스틱 시트는 터치패널 또는 디스플레이에 커버 시트로서 사용될 수 있다. 도 2는 본 발명의 커버 플라스틱 시트를 포함하는 터치패널의 단면의 일례를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 상기 터치패널(1)은 최외곽에 본 발명의 커버 플라스틱 시트(10)를 구비하고, 상기 커버 플라스틱 시트(10)가 하부의 터치 감지 시트(30)와 투명 점착 시트(50)에 의해 합지된 형태로 LCD 모듈(20)에 결합될 수 있다. 이때 상기 커버 플라스틱 시트(10), 투명 점착 시트(50) 및 터치 감지 시트(30) 사이에는 복수개의 센서(40)가 구비될 수 있다.
커버 플라스틱 시트의 제조방법
본 발명에 따른 커버 플라스틱 시트는 다음과 같은 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:
(1a) PMMA를 포함하는 제1 수지 및 PC를 포함하는 제2 수지를 2층 또는 3층 공압층하여 제1 광학층을 형성하는 단계;
(1b) 상기 제1 광학층의 일면에 제1 하드코팅제를 코팅하여 제1 하드코팅층을 형성하는 단계;
(2a) PET 수지를 포함하는 제2 광학층을 형성하는 단계;
(2b) 상기 제2 광학층의 일면에 제2 하드코팅제를 코팅하여 제2 하드코팅층을 형성하는 단계;
(2c) 상기 제2 하드코팅층 상에 ITO 층을 증착하고 어닐링하는 단계; 및
(3) 상기 제1 광학층 및 상기 제2 광학층 각각의 타면을 투명 점착제를 이용하여 합지하여, 커버 플라스틱 시트를 완성하는 단계.
제1 광학층 및 제2 광학층의 제조
제1 광학층은 PMMA를 포함하는 제1 수지 및 PC를 포함하는 제2 수지를 2층 또는 3층으로 공압출하여 제조할 수 있다. 구체적으로, (i) 제1 수지층/제2 수지층, 또는 (ii) 제1 수지층/제2 수지층/제1 수지층의 구조로 공압출할 수 있다.
한편, 제2 광학층은 PET를 포함하는 수지를 다이에서 용융압출하여 캐스팅하는 통상적인 필름 제막 공정으로 제조될 수 있으며, 2축 연신 등의 연신 공정이 추가로 수행될 수 있다.
하드코팅층의 형성
하드코팅층은 기재 상에 하드코팅제를 균일한 두께로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 하드코팅층은 제1 광학층의 일면에 제1 하드코팅제를 코팅함으로써 형성될 수 있다. 또한, 제2 하드코팅층은 제2 광학층의 일면에 제2 하드코팅제를 코팅함으로써 형성될 수 있다.
상기 제1 하드코팅제로는 유기 성분과 무기물이 적절히 배합된 유무기 하이브리드계 코팅제를 사용할 수 있다. 상기 유무기 하이브리드계 코팅제에 사용될 수 있는 유기 성분 및 무기물의 구체적인 예는 앞서 설명한 바와 같다.
상기 유무기 하이브리드계 코팅제는, 졸겔법에 의해 나노 사이즈의 유무기 결합구조를 갖도록 하는 화학적인 합성법, 또는 이미 제조된 무기물을 유기물 속에 강력한 기계적인 교반기술에 의해 분산하는 물리적인 분산법에 의해 제조될 수 있다. 코팅 후에는 코팅 전면에 무기물이 뭉치지 않고 고루 펼쳐지도록 하여 표면의 모폴로지(morphology)를 균일하게 함으로써, 스크래치에 잘 견딜 수 있는 물성을 부여하는 것이 좋다.
또한, 상기 제2 하드코팅제로는 열 경화형 조성물 또는 UV 경화형 조성물을 사용할 수 있으며, 이의 구체적인 예는 앞서 설명한 바와 같다.
상기 하드코팅제의 코팅은 습식 코팅(wet coating)으로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 바 코팅(bar coating), 슬롯다이(slot die) 코팅, 나이프 코팅(knife coating), 롤 코팅(roll coating), 리버스롤 코팅(reverse roll coating), 커튼 코팅(curtain coating), 압출 코팅(extrustion coating), 로드 코팅(rod coating), 딥(dip coating), 분사 코팅(spray coating), 에어나이프 코팅(air-knife coating) 등의 방법으로 수행될 수 있다.
상기 하드코팅제의 코팅은 통상적인 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 도포 장치는, 필름을 장착할 수 있는 권출부(un-winder), 설비에 걸쳐져 있는 필름의 주행을 제어하기 위한 닙(nip) 롤에 의해 압력을 주어 장력을 조절하는 유입부(in-feeder)와 배출부(out-feeder), 코팅제가 토출되어 필름 위에 적셔지는 헤드부(head), 용제를 증발시키기 위하여 열량과 풍량이 나오는 건조부(dryer), UV 경화를 위한 UV 경화 램프, 및 최종 코팅된 필름을 다시 감는 권취부(re-winder)로 구성될 수 있다. 균일하고 정밀한 코팅을 위해서는 코터의 각 부분을 정밀하게 제어하는 것이 좋으며, 기계적인 원인에 의한 규칙 혹은 불규칙적인 외관불량(cosmetic defect)이 발생하지 않도록, 필름의 주행 속도, 건조부의 온도와 풍량, 시트의 구간별 장력, 헤드부의 정밀한 코팅제 공급 및 토출압 등 여러 가지 요인을 동시에 균형있게 조건을 갖추는 것이 좋다. 또한 코팅제의 경우 헤드부로부터 필름 위에 젖음성(wetting property)이 잘 나올 수 있도록 수지와 유기 용제와의 용해성, 흡착성, 필름의 표면장력과의 적합성, 코팅제의 유변성(rheology), 용매의 증발 속도, 필터의 나노 분산, 코팅제의 표면 레벨링성 등을 고려하여 설계하는 것이 좋다. 상기 헤드부는 기재에 도포액을 전이하고, 도막 두께를 결정하며, 도막의 표면을 평활하게 하는 역할을 하게 된다.
또한, 디스플레이용 소재로 사용되기 위해서는, 두께에 의한 광학 특성 변화, 외관 변화 등의 문제점 때문에 두께 균일도의 확보가 중요하므로, 주행 방향 및 폭 방향에 대해 ±10% 이하의 두께 균일도를 확보하는 것이 좋다.
정밀코팅을 위해서는, 슬롯다이 코팅을 이용할 수 있으며, 구체적으로 슬롯다이를 통하여 공급된 코팅액이 다이의 립(lip)과 필름 사이에서 코팅 비드(bead)를 형성한 후 필름에 코팅할 수 있다. 코팅액은 슬롯다이로부터 필름에 도포되는데, 이때 다이의 폭 방향으로 균일한 유동을 형성시킬 필요가 있다.
슬롯다이 코팅에서, 코팅 두께의 균일성을 확보하기 위해서는 다음을 고려하는 것이 좋다. 첫번째는 코팅 다이 내부에서 용액을 분산시키는 부분으로서, 용액을 공급하는 정량 펌프와 다이 내부 구조가 코팅액이 필름에 도입될 때 필름 폭 방향으로의 균일성을 좌우하므로 다이의 폭 방향 균일성을 확보하는 것이 좋다. 두 번째는 코팅 다이와 필름 사이에 형성되는 코팅 비드 부분으로서, 이는 상부에서 작용하는 압력강하, 필름 주행속도, 코팅액의 유량, 코팅 다이와 필름 사이의 간격, 다이 립 구조, 용액 물성 등에 의해 영향을 받을 수 있으며, 균일한 코팅을 위해서는 공정변수가 허용범위 내에 존재하는 것이 좋다.
투명 전극층의 형성
상기 투명 전극층은 기재 상에 인듐주석산화물(ITO)을 증착하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 광학층의 일면에 형성된 제2 하드코팅층 상에 ITO 층을 스퍼터링 공정 등에 의해 증착할 수 있다.
이때 투과도를 높이고 면저항을 최소화하기 위하여, ITO 층의 증착 두께, 가스 분압, 증착 압력 및 증착율을 변화시키면서 최적의 증착 조건으로 수행하는 것이 좋다.
형성된 ITO 층은, 결정화도를 높여 저항을 낮추기 위하여, 약 150℃에서 1시간 정도의 어닐링(annealing) 공정을 거칠 수 있다. 바람직하게는, 제2 광학층이 제1 광학층과 합지되지 않은 상태에서 ITO층을 증착 및 어닐링하기 때문에, 열에 약한 제1 광학층이 고온의 어닐링 과정에서 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제2 광학층의 일면에 형성된 제2 하드코팅층 상에 인덱스 매칭층(index matching layer)를 형성한 뒤, 그 위에 ITO 층을 증착할 수 있다.
구체적인 실시예 및 시험예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 커버 플라스틱 시트의 제조
단계 1) 고경도 PMMA/PC 시트의 제조
제1 광학층으로서 PMMA층의 두께가 60nm이며 총 두께가 200㎛인 PMMA/PC 공압출 필름(C310, 세진TS사)의 PMMA면 위에 에폭시-실리카계 유무기 하이브리드 하드코팅제를 바 코팅(bar coating)하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조하여 용제를 증발시켰다. 이를 UV 경화기에서 300mJ/㎠의 조건으로 경화시켜 제1 광학층 상에 두께 10㎛의 제1 하드코팅층을 형성하였다.
단계 2) PET 투명전극 시트의 제조
제2 광학층으로서 두께 100㎛의 PET 필름(SH40, SKC사) 위에 우레탄계 올리고머와 모노머로 이루어진 유기 하드코팅제를 바 코팅하고, 80℃ 오븐에서 2분간 건조하여 용제를 증발시켰다. 이를 UV 경화기에서 250mJ/㎠의 조건으로 경화시켜 제2 광학층 상에 두께 10㎛의 제2 하드코팅층을 형성하였다.
상기 제2 하드코팅층 위에 SiO2막을 20nm 두께로 형성하고, 그 위에 In:Sn의 비율이 95:5인 인듐주석산화물(ITO)막을 30nm가 되게 증착하여 투명 전극층을 형성하였다. 이를 150℃의 챔버 내에서 1시간 어닐링하였다.
단계 3) 라미네이션 공정
앞서 단계 1에서 제조한 고경도 PMMA/PC 시트의 PC 면 위에 투명 아크릴계 점착제(BPS-5296, TOYO잉크사)를 바 코팅하고 80℃ 오븐에서 2분간 건조하여 용제를 증발시켜 투명 점착층을 20㎛의 두께로 형성하였다.
상기 투명 점착층 상에 앞서 단계 2에서 제조한 PET 투명 전극 시트의 PET 면이 접하도록 라미네이션(lamination) 공정으로 합지하여, 커버 플라스틱 시트를 완성하였다.
실시예 2: 커버 플라스틱 시트의 제조
PMMA/PC 공압출 필름의 두께를 100㎛로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차를 수행하여, 커버 플라스틱 시트를 제조하였다.
비교예 1: 커버 플라스틱 시트의 제조
제2 광학층(PET 필름)을 형성하지 않고, 두께 300㎛의 제1 광학층(PMMA/PC 공압출 필름)만을 사용하여 일면 및 타면에 각각 상기 제1 하드코팅층(에폭시-실리카계 유무기 하이브리드) 및 제2 하드코팅층(우레탄계 올리고머/모노머)을 형성하고, 그 위에 ITO계 투명 전극층을 형성하고 어닐링 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차를 수행하여, 커버 플라스틱 시트를 제조하였다. 어닐링 공정을 수행하지 않은 이유는 PC/PMMA 공압출 필름의 경우 150℃의 어닐링 조건에서 열팽창에 의해 변형이 심하고 그로 인하여 ITO계 투명 전극층에 전면에 크랙이 발생하기 때문이다.
비교예 2: 커버 플라스틱 시트의 제조
제1 광학층(PMMA/PC 공압출 필름)을 형성하지 않고, 두께 250㎛의 제2 광학층(PET 필름)만을 사용하여 일면 및 타면에 각각 제1 하드코팅층(에폭시-실리카계 유무기 하이브리드) 및 제2 하드코팅층(우레탄계 올리고머/모노머)을 형성하고, 그 위에 ITO계 투명 전극층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차를 수행하여, 커버 플라스틱 시트를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예의 구성을 하기 표 1에 정리하였다.
구분 제1 광학층 제2 광학층 제1 하드코팅층
구성 두께 구성 두께
실시예 1 PMMA/PC 200㎛ PET 100㎛ 유무기 하이브리드
실시예 2 PMMA/PC 100㎛ PET 100㎛ 유무기 하이브리드
비교예 1 PMMA/PC 300㎛ - - 유무기 하이브리드
비교예 2 - - PET 250㎛ 유무기 하이브리드
시험예
(1) 표면경도 측정
연필경도계를 사용하여 1kg의 하중을 부여한 후 JIS K5600 표준에 준하여 표면경도를 측정하였다. 이때 명확하고 재현성이 있는 결과를 얻기 위해 연필심인 흑연의 강도 외에도, 표면을 긁는 연필심의 각도와 속도 그리고 압력이 일정하도록 하였다.
(2) 내충격성 측정
내충격성은 일정 중량의 강철공을 일정한 높이에서 자유낙하시켜 시편에 충격을 가하였을 때 표면에 발생한 크랙 혹은 파손의 정도를 확인하여 평가하였다. 구체적으로, 본 시험에서는 50g의 금속구를 떨어뜨렸을 때 시편에 이상이 없는 최대 높이를 측정하여 유연성을 평가하였다.
(3) 유연성 측정
유연성은 기재의 강성도(stiffness)를 평가하는 방법으로 수행되었으며, 두께가 330㎛인 일정 크기 시편(90x150mm)의 양쪽 끝부분에 힘을 가하면서 거리를 좁힐 경우, 가해진 압력에 의해 시편이 굽혀지면서 깨지거나 크랙이 생기지 않는 최대 곡률 R값을 측정하여 평가하였다.
(4) 고온고습에서 휨 측정
10cmx10cm 크기의 시편을 85℃, 85RH% 및 120h 조건으로 챔버 내에 방치한 후, 시트의 휨에 의한 바닥과의 높이 차이를 측정하였다.
(5) 표면저항 측정
표면저항은 4침법(4-point probe)을 이용하여 측정하였다. 이때 실시예 1 및 2의 시트의 면저항 균일도는 10% 미만으로 측정되었다.
(6) 투과율 및 헤이즈 측정
투과율 및 헤이즈는 적분구 타입의 헤이즈 미터를 사용하여 JIS K7105 표준에 의거해 측정한 뒤, 다음과 같이 산출하였다.
헤이즈(%) = 확산광(DT) / 전광선 투과광(TT)
전광선 투과광(TT) = 평행광(PT) + 확산광(DT)
전광선 투과율(%) = 전광선 투과광(TT) / 전광선 입사광
이상의 시험을 실시예 및 비교예의 커버 플라스틱 시트에 각각 수행하여, 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
구분 표면경도 내충격성
(cm)		 유연성
(R,mm)		 휨 특성
(mm)		 표면저항
(Ω/□)		 투과율
(%)		 헤이즈
(%)
실시예 1 5H 50 300 3 150 90.0 0.7
실시예 2 4H 35 200 6 150 90.2 0.6
비교예 1 5H 40 250 10 220 85.0 1.7
비교예 2 3H 20 200 1 150 90.0 0.5
상기 표 2의 결과에서 보듯이, 본 발명의 실시예 1 및 2와 같이 PMMA/PC 공압출 필름과 PET 필름이 조합된 커버 플라틱 시트의 경우에는, 표면경도, 내충격성, 유연성, 휨 특성, 표면저항, 투과율, 헤이즈 등에서 고루 우수한 특성을 나타내었다.
반면, 비교예 1과 같이 PMMA/PC 공압출 필름만을 사용한 경우에는 휨 특성, 표면저항, 투과율 및 헤이즈 면에서 저조한 특성을 나타내었으며, 비교예 2와 같이 PET 필름만을 사용한 경우에는 유무기 하이브리드 하드코팅층을 구비하였음에도 표면경도 및 내충격성이 저조하였다.
이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.
1: 터치패널, 10: 커버 플라스틱 시트
20: LCD 모듈 30: 터치 감지 시트
40: 센서 50: 투명 점착 시트
110: 제1 광학층 120: 제2 광학층
210: 제1 하드코팅층 220: 제2 하드코팅층
300: 투명 전극층 400: 투명 점착층

Claims (8)

  1. 제1 광학층 및 이의 일면에 배치된 제2 광학층을 포함하는 시트로서,
    상기 제1 광학층이 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 제1 수지층과 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 제2 수지층을 포함하되, 상기 제1 수지층이 상기 제2 수지층의 일면 또는 양면에 배치되고,
    상기 제2 광학층이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는, 터치패널용 또는 디스플레이 보호용의 커버 플라스틱 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 플라스틱 시트가, 상기 제1 광학층의 타면에, 유무기 하이브리드 코팅제를 포함하는 제1 하드코팅층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 커버 플라스틱 시트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 커버 플라스틱 시트가 4H 이상의 표면경도를 갖는 것을 특징으로 하는, 커버 플라스틱 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 광학층이 100㎛ 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 커버 플라스틱 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 플라스틱 시트가, 상기 제2 광학층의 제1 광학층과 대면하는 면의 타면에, 투명 전극층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 커버 플라스틱 시트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 커버 플라스틱 시트가, 상기 제2 광학층과 상기 투명 전극층 사이에 UV 경화형 하드코팅층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 커버 플라스틱 시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 플라스틱 시트가, 상기 제1 광학층과 상기 제2 광학층 사이에, 투명 점착층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 커버 플라스틱 시트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 플라스틱 시트가, 89% 이상의 전광선 투과율 및 1.5% 미만의 헤이즈를 갖는 것을 특징으로 하는, 커버 플라스틱 시트.
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