KR101219140B1 - 내충격성 및 표면경도가 우수한 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법 - Google Patents

내충격성 및 표면경도가 우수한 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 액정화면 보호용 투명시트는 (메타)아크릴레이트계 매트릭스 및 상기 매트릭스에 분산되어 있으며, 상기 매트릭스와 굴절률 차이가 ±0.005 이내인 충격보강제를 포함하며 상기 투명시트에는 최소한 일면에 상기 매트릭스 수지와 동일한 성분의 (메타)아크릴레이트와 상기 (메타)아크릴레이트와 굴절률 차이가 ±0.005 이내인 (메타)아크릴레이트 필러(비즈)를 포함하여 표면층을 공압출로 형성된 것을 특징으로 한다.
액정화면 보호용 투명시트, (메타)아크릴레이트계 매트릭스, 충격보강제, 굴절률, 내마모성, 표면 경도

Description

내충격성 및 표면경도가 우수한 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법{LCD PROTECTIVE TRANSPARENT SHEET WITH HIGH IMPACT, IMPROVED SURFACE HARDNESS FEATURES AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 투명성을 저하시키지 않고 충격강도 및 표면경도가 탁월한 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정화면은 외부 충격에 취약한 성질을 가지고 있으며, 특히 휴대폰에 사용되는 액정 화면의 경우, 외부 충격에 노출되기 쉽기 때문에 화면 외측에 보호시트를 구비할 필요가 있다.
종래에는 아크릴계, 폴리카보네이트계, 올레핀계 등과 같은 투명한 수지를 이용하여 보호시트를 제작하였으나, 내충격성에는 한계가 있다. 따라서, 수지에 충격보강제를 첨가하는 기술이 개발되었으나, 목적하고자 하는 충격성능을 얻기 위해서는 충분한 충격보강제를 투입하여야 하고 이로 인해 화면의 투명성을 떨어뜨려 광학 물성 및 광투과율을 저하시키는 단점이 있다.
또한 수지 자체의 분자 구조나 분자량 등을 조절하여 충격성능을 개선하고자 하는 시도가 있었으나, 내충격성의 향상에는 한계가 있고, 수지 자체의 작업성이나 투명성이 저하되는 문제가 있다.
뿐만 아니라, 종래의 투명시트는 스크래치, 열이나 오염에도 취약하여 최근의 디스플레이 장치 또는 휴대폰 등의 급격한 발달에 따라 요구되는 높은 기능성 및 제반 특성을 충족하지 못하고 있다.
최근에는 투명시트에 하드코팅층을 형성하는 방법이 사용되고 있으나, 하드코팅층의 형성 시 압출 후 코팅 공정을 추가로 도입해야하는 번거로움이 있다. 뿐만 아니라, 충격시 코팅액과 투명시트와의 물성, 즉 충격에 대한 신율 정도가 차이가 날 경우, 코팅층에서 crack이 쉽게 발생하여 투명시트에까지 큰 영향을 끼쳐 충격강도가 저하 될 수 있는 단점이 있다. 이에 따라 충격 시 서로 비슷한 신율로 늘어날 수 있는 코팅액을 개별적으로 적용하여야 한다.
따라서, 하드코팅층을 형성하지 않고도 내충격성이 우수하며, 투명성을 유지하고, 내스크래치, 내열 및 내오염성을 갖는 액정화면 보호용 투명시트의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 하나의 목적은 투명성을 유지하면서 내충격성이 우수한 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내스크래치, 내열 및 내오염성을 갖는 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하드코팅층을 형성하지 않고도 우수한 내충격성을 갖는 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 액정화면 보호용 투명시트에 관한 것이다. 구체예에서는 상기 액정화면 보호용 투명시트는 (메타)아크릴레이트계 매트릭스 및 상기 매트릭스에 분산되어 있으며, 상기 매트릭스와 굴절률 차이가 ±0.005 이내인 충격보강제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 충격보강제는 전체 투명시트중 20 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.
구체예에서 상기 충격보강제는 0.1 내지 1 ㎛ 크기를 가질 수 있다.
상기 충격보강제는 유기입자, 무기입자 또는 이들의 혼합일 수 있다. 상기 유기입자는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
구체예에서 상기 코어는 스티렌-부틸아크릴레이트계 공중합체를 포함할 수 있으며, 상기 쉘은 상기 매트릭스 수지와의 상용성을 위해 메틸메타크릴레이트계 중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 투명시트는 JIS-K5600-5-3에 의한 낙구테스트에서 위치에너지가 3 J 이상이고, 광투과율이 91 % 이상이며, HAZE 가 1.0 %이하이고, 황색도(YI)가 0.4 이하일 수 있다.
다른 구체예에서 상기 투명시트는 최소한 일면에 (메타)아크릴레이트계 수지와 필러를 포함하여 이루어진 표면층이 더 형성될 수 있다.
상기 필러는 (메타)아크릴레이트계 성분을 포함할 수 있으며, 상기 (메타)아크릴레이트계 성분은 상기 (메타)아크릴레이트계 수지와 굴절률차이가 ±0.005 이내이다.
상기 필러는 전체 투명시트 중 0.75~2 중량%로 포함할 수 있다.
상기 필러는 평균입경이 30 내지 40 ㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 액정화면 보호용 투명시트의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 (메타)아크릴레이트계 수지와 충격보강제를 포함하는 혼합물을 주압출기에 투입하고; 그리고 표면층의 (메타)아크릴레이트계 수지와 필러를 포함하여 이루어진 혼합물을 보조압출기에 투입하여 공압출하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 충격보강제는 상기 (메타)아크릴레이트계 수지와 굴절률 차이가 ±0.005 이내이고, 또한 상기 필러는 표면층의 (메타)아크릴레이트계 수지와 굴절률 차이가 ± 0.005 이내인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 투명성을 유지하면서 내충격성이 우수하고, 내스크래치, 내열 및 내오염성을 갖는 액정화면 보호용 투명시트 및 그 제조방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 확산판의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 액정화면 보호용 투명시트의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 투명시트는 (메타)아크릴레이트계 매트릭 스(10) 및 충격보강제(11)을 포함하여 이루어지며, 상기 충격보강제(11)는 매트릭스에 분산되어 있다. 본 발명의 충격보강제(11)는 매트릭스(10)와 굴절률 차이가 ±0.005 이내이다.
구체예에서 상기 (메타)아크릴레이트계 매트릭스(10)는 탄소수 1~20의 알킬 혹은 탄소수 6~20의 아릴(메타)아크릴레이트의 호모폴리머 혹은 코폴리머가 사용될 수 있다. 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트가 사용될 수 있다.
구체예에서, 상기 알킬 혹은 아릴(메타)아크릴레이트의 호모폴리머 혹은 코폴리머는 중량평균분자량이 11만~13만 g/mol 인 것이 사용될 수 있다.
상기 충격보강제는 유기입자, 무기입자 또는 이들의 혼합이 사용될 수 있다. 상기 유기입자는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 코어-쉘 구조를 가질 경우, 코어층은 고무질로, 쉘은 유리질층으로 이루어지는 그라프트 공중합체이다.
구체예에서 상기 코어는 아크릴레이트계 공중합체를 포함한다. 구체예에서는 방향족 비닐계-알킬 아크릴레이트 공중합체가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 스티렌-부틸아크릴레이트계 공중합체이다. 상기 아크릴레이트계 공중합체는 통상의 방법으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 유화중합방법으로 제조될 수 있다. 이와 같이 제조된 코어는 외부의 에너지를 흡수 전파하고 탁월한 내충격성을 갖는다.
상기 쉘은 상기 코어에 화학적으로 결합되며, 알킬(메타)아크릴레이트계 중합체가 사용될 수 있다. 구체예에서는 상기 알킬(메타)아크릴레이트계 중합체로 메틸메타크릴레이트계 중합체를 포함할 수 있다. 상기 쉘은 상기의 코어성분에 첨가하여 분자량 및 굴절률을 조절하여 유화중합방법으로 제조될 수 있다. 이와 같이 제조된 쉘은 매트릭스 수지와의 상용성이 뛰어날 뿐만 아니라, 파괴 에너지를 코어로 전달하는 역할을 하여 내충격성을 보다 향상시킨다.
상기 코어와 쉘의 중량비는 코어는 10~25 중량%이고, 쉘은 75~90 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 우수한 내충격성과 투명성의 물성 발란스를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구체예에서는 상기 충격보강제로 무기입자를 사용할 수 있다. 상기 무기입자로는 Talc, Mica, CaCO3 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 한 구체예에서는 상기 유기입자와 무기입자를 함께 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나, 혼합 사용시, 투명도나 광학적 물성의 저하가 나타날 수 있으므로, 코어-쉘 구조를 갖는 충격보강제의 적용이 가장 바람직하다.
상기 충격보강제는 전체 투명시트 중 20 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 충격강도 및 투명성의 물성 발란스를 가질 수 있다.
구체예에서 상기 충격보강제는 0.1 내지 1 ㎛ 크기를 가질 수 있다. 상기 범위에서 우수한 충격강도 및 투명성의 물성 발란스를 가질 수 있다.
또한 본 발명의 충격보강제는 매트릭스(10)와 굴절률 차이가 ±0.005 이내, 바람직하게는 ±0.003 이내이다. 상기와 같이 굴절률 차이를 최소화한 충격보강제를 사용함으로서, 투명성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 내충격성을 달성할 수 있다.
본 발명의 투명시트는 JIS-K5600-5-3에 의한 낙구테스트에서 위치에너지가 3 J 이상이고, 광투과율이 91 % 이상이며, HAZE 가 1.0 %이하이고, 황색도(YI)가 0.4 이하일 수 있다.
본 발명의 투명시트는 상기 (메타)아크릴레이트계 매트릭스(10)에 상기 충격보강제(11)외에 통상의 첨가제가 부가될 수 있다. 상기 첨가제는 가소제, 난연제, 열안정제, UV 안정제, 대전방지제, 항균제, 안료, 염료 등이 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 투명시트는 최소한 일면에 표면층이 더 형성될 수 있다. 도2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 일면에 표면층(20)이 형성된 투명시트의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
상기 표면층(20)은 상기 매트릭스 수지와 동일한 성분의 (메타)아크릴레이트계 수지와 필러를 포함하여 이루어진다. 상기 필러는 평균입경이 30 내지 40 ㎛ 크기를 갖는 유기입자, 무기입자 또는 이들의 혼합을 적용할 수 있으며, 바람직하게는 유기입자이다. 구체예에서 상기 필러는 상기 (메타)아크릴레이트계 수지와 굴절률차이가 ±0.005 이내인 (메타)아크릴레이트계 유기 필러가 사용될 수 있다. (메타)아크릴레이트계 성분을 적용할 경우, 상용성 및 투명성을 위해 바람직하다. 더욱 바람직한 구체예에서는 상기 필러는 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어져 있다.
상기 표면층(20)은 전체 투명시트 중 (메타)아크릴레이트계 수지 15~20 중량% 및 필러 0.75~2 중량%로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 필러의 크기는 평균입경이 30 내지 40 ㎛ 크기를 가질 수 있다. 상기 범위에서 표면 경도 향상 및 anti-glare 효과의 장점이 있다.
한 구체예에서 상기 표면층(20)과 충격보강제를 포함하는 매트릭스층(10)의 두께비율은 15:85 내지 10:90 일 수 있다. 상기 범위에서 투명도를 저하 시키지 않으면서 내스크래치성이 향상되는 장점이 있다.
상기 표면층(20)은 별도로 투명시트 표면에 직접 접착하거나 공압출하여 형성할 수 있다. 이중 바람직하게는 공압출하여 형성하는 것이다.
구체예에서는 주 압출기와 보조 압출기를 동시에 사용하여 수지 층을 공압출 할 수 있는 feedblock type의 압출기를 사용하여 제조할 수 있다. 주 압출기 수지와 보조 압출기 수지는 압출기 안에서 용융되어 feedblock 안에서 합쳐져 A-B-A 또는 A-B 층 구조 등으로 형성될 수 있다.
구체예에서는 상기 (메타)아크릴레이트계 수지와 상기 충격보강제를 포함하는 혼합물을 주압출기에 투입하고 그리고 상기 매트릭스 수지 성분과 동일한 (메타)아크릴레이트와 상기 필러를 포함하여 이루어진 혼합물을 보조압출기에 투입하여 공압출하여 제조될 수 있다. 상기 충격보강제 및 필러 투입시 마스터배치화하여 투입하는 것이 바람직하다.
상기 표면층은 투명시트의 양면에 형성될 수 있다. 도3은 상면 및 하면에 표면층(20a, 20b)이 형성된 투명시트를 나타낸 것이다. 상기 상면 표면층(20a)과 하면 표면층(20b)는 동일한 재질로 하거나 다른 재질로 할 수 있다. 다른 재질로 할 경우, 표면층 (메타)아크릴레이트의 분자량을 달리하거나 필러의 함량을 달리하거나 다른 제3의 첨가를 부가하는 방법 등이 있다.
본 발명은 표면경도 및 내충격성이 향성되어 하드코팅층을 필요로 하지 않으나, 하드코팅층이 형성된 경우라도 본 발명에서 제외하는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구체예에서 상기 투명시트는 표면에 하드코팅층을 형성할 수 있다. 상기 하드코팅층은 투명시트 상에 형성되거나, 표면층 상에 형성될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 각 성분의 사양은 다음과 같다:
(a) 매트릭스 : 프랑스 아케마社에서 제조된 PMMA 수지를 사용하였다.
(b) 충격보강제: 日本 Kaneka社에서 제조된 입경이 100 ~ 200nm인 메틸메타크릴레이트 Butyl acrylate copolymer 를 사용하였다.
(c) 표면층용 조성물: 프랑스 아케마社에서 제조된 매트릭스 수지와 동일한 성분의 (메타)아크릴레이트는 전체 투명시트 중 15 중량%와 일본 sekisui社에서 제조된 (메타)아크릴레이트 종류의 필러를 전체 투명시트 중 0.75 중량%를 혼합하여 제조된 것을 사용하였다.
실시예 1
feedblock type의 압출기를 사용하여 PMMA 수지(a) 70 중량%에 충격보강 제(b) 30 중량%를 혼합한 조성물을 주압출기로 용융하고, 상기 표면층용 조성물(c) 을 보조압출기로 용융하여 두께가 0.8 mm 인 2층 구조의 필름을 제조하였다. 이때 표면층 두께는 120um 이었다. 제작된 시트의 TEM 이미지는 도 4에 나타내었으며, 표면층의 광학 현미경 이미지는 도 5에 나타내었다.
비교실시예 1
日本 Kuraray社에서 제조된 액정화면 보호용 투명시트(KHI130)를 구입하여 평가하였다. 제작된 시트의 TEM 이미지는 도 6에 나타내었다.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 시트는 하기의 방법으로 물성을 평가하였다.
(1) 낙구테스트: 압출 원판 10 cm * 10 cm 크기로 재단하여 JIS-K5600-5-3 내추 낙하성 준거하여 듀퐁식 FDI(Falling Dart Impact) 테스트를 실시 하였다.충격 강도 평가 시 500g 추를 이용하여 12cm, 15cm, 20cm, 25cm, 30cm 등으로 높이를 점점 증가시켜 동일 부위에 누적하여 낙구 평가를 실시하였다. 평균 깨짐 높이(cm)와 위치에너지를 구하여 표 1에 나타내었다.
(2) 광투과율 및 haze: 日本 Nippon Denshoku社의 NDH2000W 기기를 사용하여 측정하였다(단위: %).
(3) 황색도: Minolta社의 CM-3000D를 이용하여 측정하였다.
(4) 표면 경도: 규격 연필에 2kg의 하중을 주어 45˚의 각도로 투명 시트의
표면을 3회 왕복 시 스크래치가 나지 않는 정도를 측정 하였다.
시편 실시예 1 비교예 1
1 55 45
2 70 40
3 70 20
4 75 45
5 45 45
6 65 30
7 70 40
8 60 40
9 65 40
10 60 45
평균 깨짐 높이(cm) 63.5 39
위치에너지(J) 3.112 1.911
샘플 실시예1 비교예1
광투과율(%) 91.06 92.88
Haze(%) 0.97 0.62
YI 0.34 0.44
연필경도 5H 3H
상기 표 1 ,2 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 액정화면 보호용 투명시트는 기존의 투명시트에 비해 충격강도 및 표면 경도가 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 액정화면 보호용 투명시트의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 일면에 표면층이 형성된 투명시트의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 양면에 표면층이 형성된 투명시트의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4은 실시예 1에서 제작된 시트의 TEM 이미지이다.
도 5은 실시예 1에서 제작된 시트 표면층의 광학현미경 이미지이다.
도 6은 비교실시예 1에서 사용된 시트의 TEM 이미지이다.

Claims (12)

  1. (메타)아크릴레이트계 매트릭스 및 상기 매트릭스에 분산되어 있으며, 상기 매트릭스와 굴절률 차이가 ±0.005 이내인 충격보강제를 포함하는 투명시트이며,
    상기 투명시트는 최소한 일면에 (메타)아크릴레이트계 수지와 필러를 포함하여 이루어진 표면층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충격보강제는 전체 투명시트중 20 내지 30 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 충격보강제는 0.1 내지 1 ㎛ 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 충격보강제는 유기입자, 무기입자 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유기입자는 코어-쉘 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 코어는 스티렌-부틸아크릴레이트계 공중합체를 포함하며, 상기 쉘은 메틸메타크릴레이트계 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 투명시트는 JIS-K5600-5-3에 의한 낙구테스트에서 위치에너지가 3 J 이상이고, 광투과율이 91 % 이상이며, HAZE 가 1.0 %이하이고, 황색도(YI)가 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 표면층과 충격보강제를 포함하는 매트릭스층의 두께비율은 15:85 내지 10:90 인 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 필러는 상기 (메타)아크릴레이트계 수지와 굴절률차이가 ±0.005 이내인 (메타)아크릴레이트계 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 필러는 전체 투명시트 중 0.75~2 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  11. 제9항에 있어서, 상기 필러는 평균입경이 30 내지 40 ㎛인 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트.
  12. (메타)아크릴레이트계 수지와 충격보강제를 포함하는 혼합물을 주압출기에 투입하고; 그리고
    표면층의 (메타)아크릴레이트계 수지와 필러를 포함하여 이루어진 혼합물을 보조압출기에 투입하여 공압출하는;
    단계를 포함하여 이루어지며, 상기 충격보강제는 상기 (메타)아크릴레이트계 수지와 굴절률 차이가 ±0.005 이내이고,
    또한 상기 필러는 표면층의 (메타)아크릴레이트계 수지와 굴절률 차이가 ±0.005 이내인 것을 특징으로 하는 액정화면 보호용 투명시트의 제조방법.
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