JP2020113237A - ポリマープラスチックフロントパネルとその製法 - Google Patents
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Abstract
Description
該保護層12及び該硬質層13は、表面ハードコーティング(Hard Coating;HC)技術によって該プラスチック基板11の両面に塗布される。現在、よく見られるHC材料は、紫外線(UV)硬化型の多官能基高表面張力オリゴマー(Oligomer)、又は高表面張力モノマー配合物を含み、これは、材料硬度を補強する薄膜であり、スクラッチ紡糸効果を形成する。HC技術は、主にPCやPMMAプラスチック基板11などのフレキシブル基板の表面に用いられ、このようなプラスチック基板11は比較的柔らかいため、表面をHCで硬化処理した後は、硬度は、例えばガラスであることができ、拭き取り易く、スクラッチが生じ難い。
また、プラスチック基板11の貼合面の硬質層13にインクで印刷することによって硬質層13の表面に特定のパターン又は文字のインク21を印刷することができる。その後、光学接着剤22(Optically Clear Adhesive;OCA)を用いてプラスチック基板11の貼合面の該硬質層13上に塗布され、フロントパネル10をタッチパネル23に貼合し、硬質層13とインク21をプラスチック基板11とタッチパネル23の間に挟ませ、光学接着剤22によって接着結合させる。
従来のプラスチック基板11の貼合面の硬質層13のHC材料組成は、高い表面ダイン値(>38ダイン)を有し、インク印刷することができ、光学接着剤22(OCA)貼合に有利であり、光学接着剤22(OCA)の間の貼合性も良好であるが、一般的な多機能高表面張力オリゴマー及び高表面張力モノマーの配合物のガス拡散をバリアする効果が乏しいので、自動車産業によって車両用タッチ電子装置のフロントパネル10の過酷な高温、高温低温冷熱衝撃環境試験を通過させることは依然として不可能であり、フロントパネル10の環境試験後にガス拡散(Outgassing)、湿気の侵入による気泡(Delay Bubbles)、及び層間分離(Delamination)等の問題を発生させる。
この単層連続ガスバリア層14の材料は、アルミナ等のガス不透過性材料であればよく、硬質層13全体の表面を完全に被覆している。この方法の利点は、連続ガスバリア層14と光学接着剤22(OCA)の貼合性が良く、ガス拡散の初期バリア効果が優れていることである。しかし、連続ガスバリア層14は、高温−低温冷熱衝撃環境試験において、多くのマイクロ又はナノスケールの亀裂(Micro or Nano Cracks)を生成するので、環境試験後のガス拡散効果は良くない。
また、連続ガスバリア層14プロセスは、真空コーティングによって実施されなければならず、高コストかつ生産率が低い。さらに、連続ガスバリア層14のインクは、印刷適性は劣っており(無機物層材料はインクとの密着性が劣っている)、故に良好な解決策ではない。
しかしながら、硬質層210に含まれるガスバリア構造は不連続であるため、球状のナノガスバリア粒子212同士の間に隙間が多く、ガス拡散の初期バリア効果は良好ではなく、環境試験後のガス拡散効果も良好でなく、依然として改善の余地がある。
ステップ(B):該プラスチック基板の該貼合面に該硬質層塗料を塗布する。
ステップ(C):該硬質層を硬化させて硬質層を該プラスチック基板の該貼合面に形成し、ここで、硬化過程において、複数の分散したフレーク状ナノ無機物(無機物質、無機材料)が重力及び流体力学の影響を受け、ランダムに分布して水平平行方向に該硬質層中に分散し、該複数の分散したフレーク状ナノ無機物に、硬化後の該硬質層中に不連続な層状分散ガスバリア層を形成させることができる。
ステップ(A1):キャリアプレート上に無機物層を形成する。
ステップ(A2):該無機物層を該キャリアプレートから離脱させ、複数の微小な無機物断片に形成する。
ステップ(A3):該複数の微小な無機物断片を滑らかにして分散処理し、該複数の微小な無機物断片を該複数の分散したフレーク状ナノ無機物を形成する。
ステップ(A4):該複数の分散したフレーク状ナノ無機物を該有機無機混合紫外線硬化型オリゴマー、該紫外線硬化型樹脂添加物及び該光重合開始剤を含む溶液に加え、該硬質層塗料を構成する。
ステップ(A1)において、該キャリアプレートは、ガラスキャリアプレートであり、該ガラスキャリアプレートの表面には離型膜が設けられ、該離型膜に真空スパッタリング法により無機材料をメッキし、一枚の該無機物層を該離型膜の表面に形成し、
ステップ(A2)において、一枚の該無機物層を破砕して該キャリアプレートから離脱し、該複数の微小な無機物断片に形成し、
ステップ(A3)において、該複数の微小な無機微断片をナノ分散装置で攪拌し、該複数の無機微断片のエッジを滑らかにし、それぞれ分散させて、該複数の分散したフレーク状ナノ無機物を形成する。
主板層の一側又は上下両側のサブ板層(Sub-layer)の厚さは、プラスチック基板の全厚さの0.01%〜40%を占め、その材料は、PMMA、ModifiedPMMA、ModifiedPC、PMMI、PET、PEN、PES、PIなどの何れか1つを選択できる。該プラスチック基板11は、対応する操作面(外側表面)と貼合面(内側表面)とを有し、該操作面側は、ユーザがタッチパネルに触れて操作するためのものであり、該貼合面側は、インク層を印刷させ、光学接着剤を塗布して該タッチパネルに貼合させるためのものである。
保護層12は、該プラスチック基板11の操作面(外側表面)に設けられ、硬質層31は、該プラスチック基板11の貼合面(内側表面)に設けられている。該保護層12及び該硬質層31は、表面ハードコーティング(HC)技術によって該プラスチック基板11の操作面(外側表面)及び貼合面(内側表面)にそれぞれ塗布される。
図4に示すような本発明の該ポリマープラスチックフロントパネル30の該硬質層31の表面は、図1に示すように、インク層を印刷し、光学接着剤を塗布し、該タッチパネルに貼合する表面に接着させることができる。本実施例において、該プラスチック基板11の厚さは、100μm〜1000μm以下の間である。
本発明の好適実施例において、該高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型オリゴマーは、120℃以上のガラス転移温度(Tg)値を有するポリウレタンアクリレート(Polyurethane acrylate)であり、該高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型モノマーは、240℃以上のガラス転移温度(Tg)値を有するトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌル酸トリアクリレート(THEICTA)である。該フレーク状ナノ無機物33の材料は、シリカ(SIO2)、酸化アルミニウム(AL2O3)、窒化ケイ素(SI3N4)、窒酸化ケイ素(SIOXNY)、窒酸化アルミニウム(ALOXNY)のうちの1つを含む。本実施例において、該第1重量パーセントの値が50%〜70%の間であり、該第2重量%の値が30%〜50%の間であり、該フレーク状ナノ無機物33の該硬質層中の重量パーセントの値は、5%〜15%の間である。
また、硬質層31のHC組成に含まれる層状に分散し、且つフレーク状を呈するナノ無機物(無機物質、無機材料)33は、ポリマープラスチックフロントパネル30の貼合面に極めて低いガス透過性を提供し、高い透明性及び低ヘイズを維持させる。該ナノスケールナノ無機物33は、硬質層31中に不連続な層状分散ガスバリア層を形成することができ、高温、高温、高湿、高温低温の熱衝撃等の自動車業界の過酷な環境試験時におけるポリマープラスチックシートのオーバーフローガスの拡散を抑制し、オーバーフローガスが光学接着剤貼合層へ進入することを回避し、環境試験後の気泡及び層間剥離の問題を解決し、従来技術の様々な欠陥を確実且つ有効に改善する。
図7Cに示すように、ステップ513に記載されているように該複数の微小な無機物断片を滑らかにし、分散処理が完了した後、各分散された該フレーク状ナノ無機物622は、厚さ(t)、縦幅(w1)及び横幅(w2)を有し、該厚さ(t)、該縦幅(w1)及び該横幅(w2)の三者の測定方向は、相互に垂直であり、w1≧w2≧tである。該厚さ(t)は、0.1nmから50nmの間であり、該縦幅(w1)は、100nm〜1000nmの間であり、且つ該横幅及び該縦幅の比値(w2/w1)は0.01〜1の間である。本発明の好適実施例において、10nm≦t≦30nm、300nm≦w1≦800nm、0.1≦(w2/w1)≦1である時、より好ましい効果が得られる。
本発明の好適実施例において、該高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型オリゴマーは、120℃以上のガラス転移温度(Tg)値を有するポリウレタンアクリレート(Polyurethane acrylate)である。該高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型モノマーは、240℃以上のガラス転移温度(Tg)値を有するトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリサミンアクリレート(THEICTA)である。ここで、該第1重量パーセントの値は50%〜70%の間であり、該第2重量パーセントの値は、30%〜50%の間であり、該フレーク状ナノ無機物の該硬質層中の重量パーセントの比の値は、5%〜15%の間であり、該光重合開始剤の重量パーセントの値は、約5%である。
次に、図8Bに示すように、ベーキングや遠赤外線(IR)プロセスによって該硬質塗料32に含まれる溶剤が徐々に揮発する時、該硬質層塗料は、ゆっくり硬化しつつ厚さもゆっくり薄くなるので、該硬質層塗料32に含まれるフレーク状ナノ無機物33は、重力や流体力学の影響を受けるため、徐々にランダムに分布して水平平行方向に該硬質層31中に分散する。
最後に、硬化過程の完成後、図8Cに示すように、該複数の分散したフレーク状ナノ無機物33は、硬化後の該硬質層31中に不連続な層状分散ガスバリア層を形成することができる。このような不連続な層状分散ガスバリア層構造は、その「層状」且つ「水平平行分散」のためのフレーク状ナノ無機物33は、図2に示すような連続ガスバリア層の亀裂のない状態時に近い良好なガスバリア効果を提供することができ、且つこれらのフレーク状ナノ無機物33は「不連続」な層状配列及び堆積であるので、高温、高温高湿、高温低温冷熱衝撃などの過酷な自動車産業の環境試験条件下でも亀裂を発生せず、ポリマープラスチックシート材のオーバーフローガスの拡散を有効に低減し、オーバーフローガスが光学接着剤貼合層に入ることを回避し、環境試験後の気泡及び層間剥離の問題を解決し、前述の従来技術が有する様々な欠陥を確実且つ有効に改善することができる。
組成A欄の値は、ポリウレタン樹脂(Polyurethane resin)とゾルゲルシリカ混合物(sol-gel silica hybrid)とを含む有機無機混合紫外線硬化型オリゴマー(Organic-Inorganic hybrid UV Oligomer)が硬質層中に占める重量パーセントである。
◎:優良Excellent、○:良好Good 、△:普通Normal、X:失敗Fail;又は、
◎:観察される気泡無しNo Bubble Observed 、○:少数の小さな気泡有りFew Small Bubbles 、△:幾つかの大きな気泡Some Big Bubbles 、X:貼合失敗Lamination Failure。
1.鉛筆硬度試験:Mitsubishi硬度試験専用鉛筆、荷重750g、材料表面に異なる鉛筆硬度の滑動試験を実施し、スクラッチがない場合、該表面の硬度(規格:JISK5600)として定義した。
2.落下ボール衝撃試験:130gのステンレスボールで自由落下体の落下試験を実施し、材料表面がどれだけの高さに耐えることができるか耐衝撃性を評価した。(規範:出願人自ら設定)。
3.初期密着性/沸騰水ボイル:クロスカット試験(Cross Cut Test)後、3Mテープを剥がし、材料の表面剥離状態により密着性の優劣を判定した。また、沸騰水でボイルした後、上記試験を行って沸騰水ボイル後の密着性の優劣を判断した(規格:ASTM D3002、上表2においての5B、3B、0BはASTM D3002を基準に、密着性の優劣を判定するための比較単位である)。
4.表面スクラッチ性:タッチ製品使用における耐ネイルスクラッチ性をシミュレーションした(規格:出願人自ら設定)。試験結果のマークの意味は、次のとおりである。◎:Excellentスクラッチ無し、○:Good極軽微なスクラッチ(スクラッチ3本内)、△:Normal軽微なスクラッチ(スクラッチ3〜5本)、X:Fail深刻なスクラッチ(スクラッチ>5本)。
5.柔軟性試験:半径10mmの円柱の周りに材料を貼付し、たわみ後の外観の変化を観察した(規格:ASTMD522)。試験結果のマークの意味は、次のとおりである。◎:Excellentクラック無し、○:Good極軽微なクラック(クラック3本内)、△:Normal軽微なクラック(クラック3〜5本)、X:Fail深刻なクラック(クラック>5本)。
6.光学接着剤(OCA)貼合環境試験:材料がOCAにより硬質層に接着された後、環境試験後に貼合面の気泡又は貼合の離脱があるかを観察した(規格:出願人自ら設定)。試験結果のマークの意味は、次のとおりである。それは様々なループ試験にかけられて、リング試験後に貼合面から気泡があるか又は離れているかどうかを観察する。注文する。試験結果の意味は次の通りである。
◎:No Bubble Observed気泡無し、○:Few Small Bubbles少数の小さな気泡、△:Some Big Bubbles幾つかの大きな気泡、X:Lamination Failure貼合離脱。
良好なインク印刷適性と光学接着剤貼合性を有するだけでなく、該ナノスケールフレーク状無機酸化物により硬質層中に不連続な層状分散ガスバリア層を形成することができ、高温、高温高湿、高温低温冷熱衝撃等の過酷な自動車産業の環境試験時のポリマープラスチックシート材のオーバーフローガスのガス拡散を抑制し、オーバーフローガスの光学接着剤貼合層への進入を回避し、環境試験後の気泡及び層間剥離の問題を解決することができる。
ここで、該硬質層の樹脂配合に含まれる固形成分の重量割合において、有機無機混合紫外線硬化型オリゴマーの重量パーセントは、50%〜70%以下の間であり、高いガラス転移温度(Tg)値を有する紫外線硬化型樹脂添加物の重量パーセントの値は、30%〜50%の間であり、フレーク状ナノ無機物の重量パーセントの値は、5%〜15%の間であり、光重合開始剤の重量パーセントは約5%である。出願人の既存のポリマー材料配合、塗料配合及び精密塗装技術を使用して、上記サンプルSample9、Sample10、及びSample11のような自動車産業の過酷な耐候性規格を満たすことができるポリマープラスチックフロントパネルを製造することが可能である。
11 プラスチック基板
12 保護層
13 硬質層
14 ガスバリア層
21 インク
22 光学接着剤
23 タッチパネル
210 硬質層
211 樹脂材料
212 球状ナノガスバリア粒子
30 フロントパネル
31 硬質層
32 塗料
33 フレーク状ナノ無機物
51〜53、511〜514 ステップ
61 キャリアプレート
611 離型膜
62 無機物層
621 無機物断片
622 フレーク状ナノ無機物
63 ナノ分散装置
Claims (10)
- タッチパネルに貼合させることができ、
操作面及び貼合面を有するプラスチック基板と、
該操作面上に設置された保護層と、
該貼合面に設置された硬質層と、
を含むポリマープラスチックフロントパネルであって、
該硬質層は、
第1重量パーセントの有機無機混合紫外線硬化型オリゴマー(Organic-Inorganic hybrid UV Oligomer)と、第2重量パーセントの高いガラス転移温度(Tg)値を有する紫外線硬化型樹脂添加物と、複数の分散したフレーク状ナノ無機物と、光重合開始剤(Photo Initiator)とが混合されてなるものを含み、且つ該複数の分散したフレーク状ナノ無機物が、該硬質層中にランダムに分布されて水平平行方向に分散され、該硬質層中に不連続な層状分散ガスバリア層を構成することを特徴とするポリマープラスチックフロントパネル。 - 前記有機無機混合紫外線硬化型オリゴマーは、ポリウレタン樹脂(Polyurethane resin)とゾル−ゲルシリカ混合物(sol-gel silica hybrid)とを含み、
該紫外線硬化型樹脂添加物は、ガラス転移温度(Tg)値が120℃以上であり、且つ、該紫外線硬化型樹脂添加物は、高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型オリゴマー(High Tg UV oligomer)、又は高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型モノマー(High Tg UV monomer)の少なくとも1つを含み、
フレーク状ナノ無機物質の材料は、シリカ(SIO2)、酸化アルミニウム(AL2O3)、窒化ケイ素(SI3N4)、窒酸化ケイ素(SIOXNY)、窒酸化アルミニウム(ALOXNY)のうちの1つを含み、
該プラスチック基板は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)シート材、ポリカーボネート(PC)シート材、PMMA/PC二層複合シート材、又はPMMA/PC/PMMA三層複合シート材のうち1つを含み、
且つ、該ポリマープラスチックフロントパネルの該硬質層の表面は、インク層を印刷させ、光学接着剤を塗布して該タッチパネルに貼合する表面に接着させることができる請求項1に記載のポリマープラスチックフロントパネル。 - 前記高いガラス転移温度を有する紫外線硬化型オリゴマーは、ガラス転移温度(Tg)値が120℃以上であるポリウレタンアクリレート(Polyurethane acrylate)であり、
前記高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型モノマーは、ガラス転移温度(Tg)値が240℃以上であるトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリサミンアクリレート(THEICTA)である請求項2に記載のポリマープラスチックフロントパネル。 - 前記フレーク状ナノ無機物質は、厚さ(t)、縦幅(w1)、横幅(w2)を有し、該厚さ(t)、該縦幅(w1)及び該横幅(w2)の三者の測定方向は、互いに垂直であり、且つw1≧w2≧tであり、該厚さ(t)は、0.1nm〜50nmの間であり、該縦幅(w1)は、100nmから1000nmの間であり、該横幅と該縦幅の比値(w2/w1)は、0.01から1の間であり、
該第1重量パーセントの値は、50%〜70%の間であり、該第2重量パーセントの値は、30%〜50%の間であり、該フレーク状ナノ無機物質の該硬質層中の重量パーセントの値は、5%〜15%の間である請求項1に記載のポリマープラスチックフロントパネル。 - 10nm≦t≦30nm、300nm≦w1≦800nm、0.1≦(w2/w1)≦1である請求項4に記載のポリマープラスチックフロントパネル。
- 以下のステップを含むポリマープラスチックフロントパネルの製法。
ステップ(A):プラスチック基板及び硬質層塗料を提供し、ここで、該硬質層塗料は、第1重量パーセントの有機無機混合紫外線硬化型オリゴマー(Organic-Inorganic hybrid UV Oligomer)、第2重量パーセントの高いガラス転移温度(Tg)値を有する紫外線硬化型樹脂添加物と、複数の分散したフレーク状ナノ無機材料と、光重合開始剤(Photo Initiator)とが混合されてなるものを含み、
ステップ(B):該プラスチック基板の該貼合面に該硬質層塗料を塗布し、
ステップ(C):該硬質層を硬化させて硬質層を該プラスチック基板の該貼合面に形成し、ここで、硬化過程において、複数の分散したフレーク状ナノ無機物が重力及び流体力学の影響を受け、ランダムに分布して水平平行方向に該硬質層中に分散し、該複数の分散したフレーク状ナノ無機物に、硬化後の該硬質層中に不連続な層状分散ガスバリア層を形成させることができる。 - ステップ(A)に記載の該硬質層塗料の製法が、以下のステップを含む請求項6に記載のポリマープラスチックフロントパネルの製法。
ステップ(A1):キャリアプレート上に無機物層を形成し、
ステップ(A2):該無機物層を該キャリアプレートから離脱させ、複数の微小な無機物断片に形成し、
ステップ(A3):該複数の微小な無機物断片を滑らかにして分散処理し、該複数の微小な無機物断片を該複数の分散したフレーク状ナノ無機物に形成し、
ステップ(A4):該複数の分散したフレーク状ナノ無機物を該有機無機混合紫外線硬化型オリゴマー、該紫外線硬化型樹脂添加物及び該光重合開始剤を含む溶液に加え、該硬質層塗料を構成する。 - ステップ(A1)において、該キャリアプレートは、ガラスキャリアプレートであり、該ガラスキャリアプレートの表面には離型膜が設けられ、該離型膜に真空スパッタリング法により無機材料をメッキし、一枚の該無機物層を該離型膜の表面に形成し、
ステップ(A2)において、一枚の該無機物層を破砕して該キャリアプレートから離脱し、該複数の微小な無機物断片に形成し、
ステップ(A3)において、該複数の微小な無機微断片をナノ分散装置で攪拌し、該複数の無機微断片のエッジを滑らかにし、それぞれ分散させて、該複数の分散したフレーク状ナノ無機物に形成する、
請求項7に記載のポリマープラスチックフロントパネルの製法。 - 前記有機無機混合紫外線硬化型オリゴマーは、ポリウレタン樹脂(Polyurethane resin)とゾル−ゲルシリカ混合物(sol-gel silica hybrid)とを含み、
該紫外線硬化型樹脂添加物は、ガラス転移温度(Tg)値が120℃以上であり、且つ、該紫外線硬化型樹脂添加物は、高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型オリゴマー(High Tg UV oligomer)、又は高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型モノマー(High Tg UV monomer)の少なくとも1つを含み、
フレーク状ナノ無機材料の材料は、シリカ(SIO2)、酸化アルミニウム(AL2O3)、窒化ケイ素(SI3N4)、窒酸化ケイ素(SIOXNY)、窒酸化アルミニウム(ALOXNY)のうちの1つを含み、
前記高いガラス転移温度を有する紫外線硬化型オリゴマーは、ガラス転移温度(Tg)値が120℃以上であるポリウレタンアクリレート(Polyurethane acrylate)であり、
該高いガラス転移温度値を有する紫外線硬化型モノマーは、ガラス転移温度(Tg)値が240℃以上であるトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリサミンアクリレート(THEICTA)であり、
該プラスチック基板は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)シート材、ポリカーボネート(PC)シート材、PMMA/PC二層複合シート材、又はPMMA/PC/PMMA三層複合シート材のうち1つを含み、
且つ、該ポリマープラスチックフロントパネルの該硬質層の表面は、インク層を印刷させ、光学接着剤を塗布して該タッチパネルに貼合する表面に接着させることができる、
請求項6に記載のポリマープラスチックフロントパネルの製法。 - 前記フレーク状ナノ無機物は、厚さ(t)、縦幅(w1)、横幅(w2)を有し、該厚さ(t)、該縦幅(w1)及び該横幅(w2)の三者の測定方向は、互いに垂直であり、且つw1≧w2≧tであり、該厚さ(t)は、0.1nm〜50nmの間であり、該縦幅(w1)は、100nmから1000nmの間であり、該横幅と該縦幅の比値(w2/w1)は、0.01から1の間であり、
該第1重量パーセントの値は、50%〜70%の間であり、該第2重量パーセントの値は、30%〜50%の間であり、該フレーク状ナノ無機物の硬質層中の重量パーセントの値は、5%〜15%の間である、
請求項6に記載のポリマープラスチックフロントパネルの製法。
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