JP2018523721A - ディスプレイ用pdms−ポリウレタンフィルムおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nであるディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムおよびその製造方法に関する。
Description
本出願は、2015年9月25日付で韓国特許出願第10−2015−0136867号に基づく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すべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、ディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムおよびその製造方法に関し、より詳細には、高誘電率および低モジュラス特性を有するディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムおよびその製造方法に関する。
ディスプレイ(display)に対するユーザの直観的な使用のためにタッチスクリーン(touch screen)技術が適用されたディスプレイが広く用いられており、最近は、単純に画面をタッチして操作するタッチスクリーンを超えて、ユーザへの新しいユーザ経験のために、タッチスクリーンにハプティックフィードバックを付与するハプティック機能が発展した。ここで、ハプティックは、ユーザに触覚と力、運動感などを感じさせる技術である。
一般的に、ハプティック技術は、タッチ入力が可能なディスプレイに電気的信号を振動のような機械的エネルギーに変換することで実現可能なため、電気活性に優れた透明ハプティックフィルムの開発が要求されている。
このような電気活性を有するフィルムの材料として多様な電気活性ポリマーを使用することができる。例えば、電圧による相転移を通した体積変化を利用したPiezoelectric方式を用いるPVDFなどの高分子、または誘電体のchargingによって垂直方向に収縮膨張をするDielectric方式を用いるウレタンなどの高分子がある。
このようなハプティックディスプレイ用フィルムは、ディスプレイ用であるので、基本的に透過度およびhaze特性に優れていなければならないが、前記Piezoelectric方式を用いるPVDFフィルムの場合、poling後、結晶性によるhazeの問題が発生するという根本的な特徴の問題がある。
したがって、誘電体のchargingによって垂直方向に収縮膨張をするDielectric方式を用いて、誘電率、モジュラス、光学特性に優れた高分子フィルムを開発して、ハプティックディスプレイに適用することが必要である。
上記の従来技術の問題点を解決すべく、
本発明は、誘電率およびモジュラス特性の改善により電気活性を極大化できるディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムを提供することを目的とする。
本発明は、誘電率およびモジュラス特性の改善により電気活性を極大化できるディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、
本発明は、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nであるディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムを提供する。
本発明は、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nであるディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムを提供する。
また、本発明は、PDMS系ポリオール(Polyol)とポリイソシアネート(Polyisocyanate)とを混合して、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/NであるPDMS−ポリウレタンフィルムを製造するディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法を提供する。
本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムによれば、
フィルムの誘電率およびモジュラス特性が改善されて電気活性を極大化することで、ハプティック性能を改善できるだけでなく、透過度およびhaze特性に優れてディスプレイに適用できるという利点がある。
フィルムの誘電率およびモジュラス特性が改善されて電気活性を極大化することで、ハプティック性能を改善できるだけでなく、透過度およびhaze特性に優れてディスプレイに適用できるという利点がある。
以下、本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムについて詳細に説明する。
本発明は、ディスプレイに使用するためのフィルムの材質としてPDMS−ポリウレタンを使用する。前記PDMS−ポリウレタンは、下記化学式1のように、ウレタンの置換基がPDMS(polydimethylsiloxanes)で置換されたウレタンをいい、このようなPDMS−ポリウレタンフィルムを使用する場合、一般のポリウレタンフィルムを使用する場合に比べて低い誘電率を有することができる。
前記PDMS−ポリウレタンフィルムは、弾性と誘電性をすべて有する誘電性弾性体(Dielectric Elastomer)の特性を有するフィルムであって、図1のように示すことができ、このような誘電性弾性体の変形率(strain)を求めるための式は、下記式1で表すことができる。
sz=変形率(strain)
εr=誘電率(dielectric constant)
ε0=真空誘電率
V=電圧(voltage)
Y=弾性モジュラス(Elastic Modulus)
本発明は、前記のような誘電性弾性体の変形率を調節して電気活性を極大化するために、誘電率(εr)およびモジュラス(Y、stress変化/strain変化の比率;単位N/mm2)の特性を改善することを特徴とする。
前記のように、本発明は、高い誘電率および低いモジュラス、すなわちe/Yの値が最適化された誘電性弾性体を開発するものである。特に、ウレタン樹脂は、誘電率は高い方であるが、モジュラスが高いことから、モジュラスを低下させるために、前記のようにウレタンにPDMSを適用したPDMS−ウレタンフィルムのe/Y値を極大化することで、最適なe/Yの値を得ることを特徴とする。
したがって、本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nであってもよいし、さらに好ましくは、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が4〜12mm2/Nであってもよいし、最も好ましくは、8〜12mm2/Nであってもよい。前記誘電率/弾性係数の値が2mm2/N未満であれば、ハプティック特性を十分に実現しにくい問題があり、15mm2/N超過であれば、ポリウレタンの弾性係数が非常に低かったり、架橋密度が低いことがあるため、ポリウレタンフィルムが破れやすかったり、過度に伸びやすい問題がある。これに対し、前記誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nを満足すると、hazeと透過率のような光学特性に優れるだけでなく、振動加速度の増加によって優れたハプティック特性を有することができる。
また、本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、光学特性haze値が2%以下であってもよいし、さらに好ましくは、光学特性haze値が1%以下であってもよい。前記光学特性haze値が2%超過であれば、ディスプレイ用に使用できない問題がある。
さらに、本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、ウレタン結合モル数が1.5×10−3(mol/g)以上であってもよいし、さらに好ましくは、1.5×10−3〜2×102(mol/g)であってもよい。前記ウレタン結合モル数が1.5×10−3(mol/g)未満であれば、フィルム内のPDMSの量が相対的に増加して誘電率値が低くなる問題がある。
また、本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、Siの含有量が15〜25重量%含まれてもよい。前記Siの含有量が15重量%未満であれば、含有されるPDMSの量が少なくてモジュラス値が低くなる問題があり、25重量%を超えると、PDMSの量が多くなって誘電率値が低くなり得、架橋密度が低くてフィルムの強度が低くなって破れやすい問題がある。
さらに、本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、前記のように高い誘電率および低いモジュラス、光学特性およびウレタン結合モル数を有するため、ハプティックディスプレイに使用することができる。
また、本発明は、前記のようなディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムを製造するために、
ポリオール(Polyol)とポリイソシアネート(Polyisocyanate)とを混合して、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/NであるPDMS−ポリウレタンフィルムを製造することができる。
ポリオール(Polyol)とポリイソシアネート(Polyisocyanate)とを混合して、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/NであるPDMS−ポリウレタンフィルムを製造することができる。
前記ディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造は、例えば、下記の反応式1により製造することができる。
[反応式1]
(前記反応式1において、R1−NCOは、ポリイソシアネート基を表し、R2は、PDMS(polydimethylsiloxanes)である。)
(前記反応式1において、R1−NCOは、ポリイソシアネート基を表し、R2は、PDMS(polydimethylsiloxanes)である。)
本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造は、前記反応式1のように、PDMS系ポリオール(polyol)とポリイソシアネート(polyisocyanate)とのウレタン反応により多様な組み合わせが可能であり、PDMS系ポリオール(polyol)またはポリイソシアネート(polyisocyanate)の特性によって多様な特性のウレタン樹脂を製造できるという利点がある。
前記のような本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造において、前記ポリオールは、ウレタン樹脂を製造するのに使用するものであって、PDMSで置換されたPDMS系ポリオールであれば特別な制限はない。
前記のような本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造において、前記ポリオールは、50〜300g/molのOH当量(equivalent weight)で混合される。前記ポリオールのOH当量が50g/mol未満であれば、フィルムの架橋密度が高くなり、弾性係数値が高くなる問題があり、300g/mol超過であれば、フィルム内のウレタン結合モル数が少なくなって誘電率値が低くなり、架橋密度が低くなってフィルムの強度が弱くなることによって、破れやすくなる問題がある。
また、前記のような本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造において、前記ポリイソシアネートは、ウレタン樹脂を製造するのに使用するものであれば特別な制限はないが、好ましくは、ジイソシアネート、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、1,12−ドデカンジイソシアネート、シクロブタン−1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン−1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、1−イソシアネート−3,3,5−トリメチル−5−イソシアネートメチル−シクロヘキサン、2,4−ヘキサヒドロトルエンジイソシアネート、2,6−ヘキサヒドロトルエンジイソシアネート、ヘキサヒドロ−1,3−フェニレンジイソシアネート、ヘキサヒドロ−1,4−フェニレンジイソシアネート、パーヒドロ−2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、パーヒドロ−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、1,4−ズロールジイソシアネート(DDI)、4,4’−スチルベンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート(TODI)、トルエン2,4−ジイソシアネート、トルエン2,6−ジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート(MDI)、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、およびナフチレン−1,5−イソシアネート(NDI)からなる群より選択されるいずれか1つ以上を使用することができる。
本発明のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造において、前記ポリイソシアネートは、200〜500g/molのNCO当量(equivalent weight)で混合される。前記ポリイソシアネートのNCO当量が200g/mol未満であれば、フィルムの架橋密度が高くなり、弾性係数値が高くなる問題があり、500g/mol超過であれば、フィルム内のウレタン結合モル数が少なくなって誘電率値が低くなり、架橋密度が低くなってフィルムの強度が弱くなることによって、破れやすくなる問題がある。
本発明の製造方法により製造されたディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nであってもよいし、さらに好ましくは、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が4〜12mm2/Nであってもよいし、最も好ましくは、8〜12mm2/Nであってもよい。前記誘電率/弾性係数の値が2mm2/N未満であれば、ハプティック特性を十分に実現しにくい問題があり、15mm2/N超過であれば、ポリウレタンの弾性係数が非常に低かったり、架橋密度が低いことがあるため、ポリウレタンフィルムが破れやすかったり、過度に伸びやすい問題がある。これに対し、前記誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nを満足すると、hazeと透過率のような光学特性に優れるだけでなく、振動加速度の増加によって優れたハプティック特性を有することができる。
また、本発明の製造方法により製造されたディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、光学特性haze値が2%以下であってもよいし、さらに好ましくは、光学特性haze値が1%以下であってもよい。前記光学特性haze値が2%超過であれば、ディスプレイ用に使用できない問題がある。
さらに、本発明の製造方法により製造されたディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、ウレタン結合モル数が1.5×10−3(mol/g)以上であってもよいし、さらに好ましくは、1.5×10−3〜2×102(mol/g)であってもよい。前記ウレタン結合モル数が1.5×10−3(mol/g)未満であれば、フィルム内のPDMSの量が相対的に増加して誘電率値が低くなる問題がある。
また、本発明の製造方法により製造されたディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、前記のように高い誘電率および低いモジュラス、光学特性およびウレタン結合モル数を有するため、ハプティックディスプレイに使用することができる。
さらに、本発明の製造方法により製造されたディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムは、Siの含有量が15〜25重量%含まれてもよい。前記Siの含有量が15重量%未満であれば、含有されるPDMSの量が少なくてモジュラス値が低くなる問題があり、25重量%を超えると、PDMSの量が多くなって誘電率値が低くなり得、架橋密度が低くてフィルムの強度が低くなって破れやすい問題がある。
一方、前記ディスプレイ用ポリウレタンフィルムの製造方法において、上述したディスプレイ用ポリウレタンフィルムと重複する構成に関する説明は同一である。
[実施例]
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇および技術思想の範囲内で多様な変更および修正が可能であることは当業者にとって自明であり、このような変更および修正が添付した特許請求の範囲に属することも当然である。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇および技術思想の範囲内で多様な変更および修正が可能であることは当業者にとって自明であり、このような変更および修正が添付した特許請求の範囲に属することも当然である。
(実施例)
ウレタンフィルムの製造
下記表1のように、ポリオールおよびポリイソシアネートをそれぞれ下記の当量(equivalent weight)比で混合した後、0.01%の触媒DBTDL(Dibutyltin dilaurate)を追加して均一に混合した。以後、バーコーティング方法を利用してglass基材にコーティングし、100℃で3時間処理した後、glassから分離して、80μmの厚さのウレタンフィルムを得た。
ウレタンフィルムの製造
下記表1のように、ポリオールおよびポリイソシアネートをそれぞれ下記の当量(equivalent weight)比で混合した後、0.01%の触媒DBTDL(Dibutyltin dilaurate)を追加して均一に混合した。以後、バーコーティング方法を利用してglass基材にコーティングし、100℃で3時間処理した後、glassから分離して、80μmの厚さのウレタンフィルムを得た。
(実験例)
物性の測定
前記製造されたウレタンフィルムに対して、それぞれ誘電率、モジュラス、Si含有量、光学特性およびハプティック特性を下記のように測定した。
物性の測定
前記製造されたウレタンフィルムに対して、それぞれ誘電率、モジュラス、Si含有量、光学特性およびハプティック特性を下記のように測定した。
1.誘電率
2cm*2cmの面積でフィルムの両面にPtを蒸着した後、1kHzでCapacitanceを測定し、厚さと面積を用いて誘電率を求めた。
2cm*2cmの面積でフィルムの両面にPtを蒸着した後、1kHzでCapacitanceを測定し、厚さと面積を用いて誘電率を求めた。
2.モジュラス
UTM機器(Zwick Roell社のZ010UTM機器)を用いて、stress/strainの測定によりモジュラス値を求めた。
UTM機器(Zwick Roell社のZ010UTM機器)を用いて、stress/strainの測定によりモジュラス値を求めた。
3.Si含有量評価
Perkin Elmer社のICP−OES(Optima 7300DV)装備を用いて、フィルム内のSi含有量を測定した。
Perkin Elmer社のICP−OES(Optima 7300DV)装備を用いて、フィルム内のSi含有量を測定した。
4.光学特性
Haze meter COH400(Nippon Denshoku社)を用いて、ヘイズ(haze)と透過率(transmittance)を測定した。
Haze meter COH400(Nippon Denshoku社)を用いて、ヘイズ(haze)と透過率(transmittance)を測定した。
5.ハプティック(haptic)特性
ハプティック特性を測定するために、フィルムの両面に印加した電圧下でフィルムの揺れを振動加速度で表して測定した。
80μmの厚さに製造されたフィルムの両面にITO蒸着PETフィルムを付着させ、電圧(1.5kV〜−1.5kV)を印加した後、この時のフィルムの揺れを振動測定装置で測定した。
ハプティック特性を測定するために、フィルムの両面に印加した電圧下でフィルムの揺れを振動加速度で表して測定した。
80μmの厚さに製造されたフィルムの両面にITO蒸着PETフィルムを付着させ、電圧(1.5kV〜−1.5kV)を印加した後、この時のフィルムの揺れを振動測定装置で測定した。
前記表2に示しているように、本発明により製造された実施例1〜実施例3のPDMS−ポリウレタンフィルムは、誘電率/モジュラスの比率が8以上に調節されることによって、ヘイズおよび透過率の光学特性に優れているため、ディスプレイ用に使用できるだけでなく、ハプティック特性に優れているため、ハプティック用ディスプレイに使用できることが分かった。これに対し、比較例1〜3のポリウレタンフィルムは、光学特性およびハプティック特性が低下するため、ハプティックまたはディスプレイ用フィルムに使用するのに十分でないことが分かった。
Claims (14)
- 誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/Nであるディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルム。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムの光学特性haze値が2%以下であることを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルム。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムのウレタン結合モル数が1.5×10−3(mol/g)以上であることを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルム。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムのSi含有量が15〜25重量%であることを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルム。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムは、ハプティックディスプレイ用高誘電弾性透明フィルムに使用されることを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルム。
- PDMS系ポリオール(Polyol)とポリイソシアネート(Polyisocyanate)とを混合して、誘電率(dielectric constant)/弾性係数(Elastic Modulus)の値が2〜15mm2/NであるPDMS−ポリウレタンフィルムを製造するディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記PDMS系ポリオール(Polyol)は、100〜1000g/molのOH当量(equivalent weight)で混合されることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記ポリイソシアネートは、200〜500g/molのNCO当量(equivalent weight)で混合されることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムの光学特性haze値が2%以下であることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムのウレタン結合モル数が1.5×10−3(mol/g)以上であることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムのSi含有量が15〜25重量%であることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記ポリイソシアネートは、ジイソシアネート、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、1,12−ドデカンジイソシアネート、シクロブタン−1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン−1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、1−イソシアネート−3,3,5−トリメチル−5−イソシアネートメチル−シクロヘキサン、2,4−ヘキサヒドロトルエンジイソシアネート、2,6−ヘキサヒドロトルエンジイソシアネート、ヘキサヒドロ−1,3−フェニレンジイソシアネート、ヘキサヒドロ−1,4−フェニレンジイソシアネート、パーヒドロ−2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、パーヒドロ−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、1,4−ズロールジイソシアネート(DDI)、4,4’−スチルベンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート(TODI)、トルエン2,4−ジイソシアネート、トルエン2,6−ジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート(MDI)、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、およびナフチレン−1,5−イソシアネート(NDI)からなる群より選択されるいずれか1つ以上であることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記ポリオールは、ポリエチレングリコールポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリアクリルポリオール、およびポリカーボネートポリオールジオールからなる群より選択されるいずれか1つ以上であることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
- 前記PDMS−ポリウレタンフィルムは、ハプティックディスプレイ用高誘電弾性透明フィルムに使用されることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ用PDMS−ポリウレタンフィルムの製造方法。
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