KR101719733B1

KR101719733B1 - 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법

Info

Publication number: KR101719733B1
Application number: KR1020110128854A
Authority: KR
Inventors: 박병하; 조상호; 김명곤; 송기용; 함철; 황인오
Original assignee: 삼성전자주식회사; 조상호
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2017-03-27
Also published as: JP6088226B2; CN103129062A; EP2602293B1; KR20130062544A; CN103129062B; EP2602293A1; US8883296B2; JP2013116633A; US20130143017A1

Abstract

본 발명은 코팅 대상 제품과 코팅층 사이에 산화알루미늄층 및 이산화규소층을 형성시켜 코팅층의 내구성, 신뢰성 및 내식성을 향상시킬 수 있고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있는 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법을 제공한다.
이를 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 제품의 표면에 형성되는 코팅 구조는, 상기 제품의 표면에 형성되는 산화알루미늄(Al₂O₃)층; 상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층 위에 형성되는 이산화규소(SiO₂)층; 및 상기 이산화규소(SiO₂)층 위에 형성되는 코팅 조성물층을 포함한다.

Description

코팅 구조 및 이를 형성하는 방법{COATING STRUCTURE AND FORMING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 내구성 및 내식성이 우수한 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법에 관한 것이다.

전자제품의 디스플레이부, 예를 들어 TV의 화면, PC나 노트북의 모니터 화면, 휴대폰이나 PDA 등 모바일 기기의 화면 또는 전자제품의 터치패널은 사용자가 손으로 접촉하거나 통화를 하기 위해 얼굴을 대는 경우 지문이나 얼굴의 지방질, 단백질 등의 성분이 그 표면에 부착되어 더러움이 눈에 잘 띄게 되고 보기에도 지저분하게 된다.

이에 따라 발수성, 발유성의 불소를 포함하는 피막을 그 표면에 형성하거나 발수성 실리콘수지 골격을 입혀 내지문성 코팅층을 형성하는 방법 등이 도입되고 있다.

내지문성 코팅층을 형성하는 방법으로 AF(Anti-Fingerprint) 코팅이 주로 사용되고 있다. AF 코팅은 easy cleaning성 및 슬립감 향상을 위해 패널의 표면에 스프레이 또는 증착 방법에 의해 코팅층을 형성시키는 방법이다.

AF 코팅층의 내마모 향상을 위해 코팅 대상 제품의 표면에 이산화티타늄(TiO₂) 혹은 이산화규소(SiO₂)를 증착시킨 후, 그 상부에 AF 코팅층을 형성시킨다. 그러나, 제품 표면과 AF 코팅층의 사이에 이산화규소 층만을 사용한 경우에는 장기간 사용시 이산화규소층이 염수에 의해 부식되어 AF 코팅층의 실사용 수명이 단축되는 문제점이 있다.

또한, 기존의 AF 코팅층은 지문의 주성분인 지방질의 부착을 방지하거나 제품 표면에 묻은 지문이 잘 보이지 않게 하는 것이 아니라, 지문을 잘 닦아낼 수 있는 것이므로 제품 표면에 묻은 지문이 눈에 띄어 지저분해 보이는 문제점이 있다.

본 발명은 코팅 대상 제품과 코팅층 사이에 산화알루미늄층 및 이산화규소층을 형성시켜 코팅층의 내구성, 신뢰성 및 내식성을 향상시킬 수 있고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있는 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 제품의 표면에 형성되는 코팅 구조는, 상기 제품의 표면에 형성되는 산화알루미늄(Al₂O₃)층; 상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층 위에 형성되는 이산화규소(SiO₂)층; 및 상기 이산화규소(SiO₂)층 위에 형성되는 코팅 조성물층을 포함한다.

상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 두께는 50Å 이상 400Å 이하인 것으로 한다.

상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 한다.

상기 이산화규소(SiO₂)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 한다.

상기 코팅 조성물은, [RaO-(CH2CH2O)p-Rb-]의 화학식 1로 표현되고, 상기 Ra는 수소 및 탄소수 1~3의 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 하고, 상기 Rb는 탄소수 5~20의 알킬기, 탄소수 5~20의 알케닐기, 탄소수5~20의 알키닐기, 탄소수 5~20의 아릴기, 탄소수 6~20의 아릴알킬기, 탄소수 5~20의 고리형 알킬기, 탄소수5~20의 헤테로 원자를 포함하는 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것으로 하고, 상기 p는 1~12의 정수인 것으로 하는 R1기; 및 (Rc)q의 화학식 2로 표현되고, 상기 Rc는 탄소수 3~20의 고리형 알킬기인 것으로 하고, 상기 q는 1~3의 정수인 것으로 하는 R2기를 포함하는 실란 올리고머를 포함한다.

상기 R1기는 메톡시에톡시운데실기, 메톡시트리글리콜록시-운데실기, 3-메톡시에톡시-4-아세톡시사이클로헥실에틸기, 16-(2-메톡시-에톡시)헥사데실기 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 한다.

상기 R2기는 3-사이클로펜타디에닐프로필기, 다이사이클로-펜틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로옥틸기 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 한다.

상기 실란 올리고머는 아래의 [구조식 1]을 갖는다.

[구조식 1]

여기서, 상기 m 및 상기 n은 각각 1에서 10 사이의 정수인 것으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 표면에 코팅 구조가 형성되는 제품에 있어서, 상기 코팅 구조는, 상기 디바이스의 표면에 형성되는 산화알루미늄(Al₂O₃)층;상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층 위에 형성되는 이산화규소(SiO₂)층; 및 상기 이산화규소(SiO₂)층 위에 형성되는 코팅 조성물층을 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따른 제품의 표면에 코팅 구조를 형성하는 방법은, 상기 제품의 표면에 산화알루미늄(Al₂O₃)층을 형성하고; 상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층 위에 이산화규소(SiO₂)층을 형성하고; 상기 이산화규소(SiO₂)층 위에 코팅 조성물층을 형성하는 것을 포함한다.

상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 형성, 상기 이산화규소(SiO₂)층의 형성 및 코팅 조성물층의 형성은 진공 증착에 이루어진다.

본 발명의 일 측면에 따른 코팅 구조 및 이를 형성하는 방법에 의하면, 코팅 대상 제품과 코팅층 사이에 산화알루미늄층 및 이산화규소층을 형성시킴으로써 코팅층의 내구성, 신뢰성 및 내식성을 향상시킬 수 있고, 아울러 제품의 수율도 향상시킬 수 있다.

또한, IF(Invisible Fingerprint) 코팅층을 사용함으로써 지문이 코팅층에 묻더라도 지문의 지방질 성분이 그 표면에 넓게 펴지기 때문에 지문에 의한 더러움이 돋보이지 않게 된다.

도 1에는 기존의 방식으로 제품 표면에 형성된 코팅 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 3에는 산화알루미늄층의 두께 변화에 따른 반사율의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 4a에는 이산화규소 단독층의 표면 형상 사진이 도시되어 있고, 도 4b에는 산화알루미늄층 위에 형성된 이산화규소층의 표면 형성 사진이 도시되어 있다.
도 5에는 앞서 설명한 도 1의 코팅 구조 및 도 2의 코팅 구조에 염수를 분무하고 시간 경과에 따라 내지문성 코팅 조성물층의 접촉각을 측정한 결과 그래프가 도시되어 있다.
도 6a는 이산화규소층만 형성되어 있는 샘플에 대한 분석 결과 그래프이고, 도 6b는 산화알루미늄층 및 이산화규소층이 차례로 형성되어 있는 샘플에 대한 분석 결과 그래프이다.
도 7은 [구조식 1]의 실란 화합물이 이산화규소층 위에 코팅되었을 때 나타나는 현상을 도시한 도면이다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조에서 내지문성 코팅층을 [구조식 1]의 실란 화합물로 한 경우, 상기 코팅 구조에 의해 형성된 피막 표면에 묻은 물(H2O), 디아이오도메탄(Diiodomethane)에 빛이 반사되는 모양이 도시되어 있다.
도 9에 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 형성 방법을 간략하게 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 10a에는 피막 형성의 건식 공정의 일 예로서 진공증착 공정이 도시되어 있고 도 10b에는 피막 형성의 습식 공정의 예시들이 도시되어 있다.
도 11에 진공 증착 방식으로 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 형성하는 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1에는 기존의 방식으로 제품 표면에 형성된 코팅 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 기존에는 제품 표면에 이산화규소(SiO₂)층을 코팅하고, 그 위에 코팅 조성물층을 코팅하여 제품의 표면을 보호하고 지문을 방지하는 코팅 구조를 형성하였다.

이산화규소층을 코팅하는 것은 코팅 조성물층과 이산화규소층 사이의 결합을 통해 내구성 또는 내마모성을 향상시키기 위함이다. 그러나, 제품 표면에 바로 이산화규소층을 형성할 경우에는 염수에 의한 부식현상이 발생되어 코팅 조성물층의 효과가 지속되기 어렵다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조(100)를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조(100)는, 코팅 대상이 되는 제품의 표면에 형성되는 산화알루미늄층(Al₂O₃), 산화알루미늄층 위에 형성되는 이산화규소층(SiO₂) 및 이산화규소층 위에 형성되는 코팅 조성물층(이하 코팅층과 혼용하여 사용.)을 포함한다.

본 발명에서 사용되는 코팅 조성물은 제품의 표면 보호, 이물질 부착 방지, 지문 부착 방지, 지문 돋보임 방지 등 여러 가지 용도로 사용되는 다양한 코팅 조성물일 수 있다. 다만, 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의상 내지문성 코팅 조성물을 주로 사용할 것이나, 본 발명에서 사용되는 코팅층이 내지문성 코팅층에 한정되는 것이 아님에 유의한다.

또한, 코팅 대상이 되는 제품은 휴대폰, PDA 등의 휴대용 단말기나 TV, 컴퓨터 모니터 등의 디스플레이 장치 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 사용 중 사용자의 지문 등 이물질이 묻을 수 있거나 표면에 코팅층이 형성될 수 있는 것이면 제품의 종류에 제한은 없다.

또한, 코팅 구조가 형성되는 제품의 표면은 제품에 구비되는 터치 스크린 패널의 표면이나 LCD, LED 등의 표시부의 표면 등을 포함하나 역시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용 중 사용자의 지문 등의 이물질이 묻을 수 있거나 표면에 코팅층이 형성될 수 있는 것이면 된다.

산화알루미늄은 고강도, 고경도, 내마모성, 내부식성 등의 성질을 가지며 낮은 제조 온도와 짧은 제조 시간을 가지고 있어 크기 및 구조의 제어가 용이한 물질이다. 그러나 산화알루미늄은 1.76~1.77 정도의 높은 굴절률을 갖기 때문에 그 두께가 증가할수록 반사율도 증가하게 된다.

도 3에는 산화알루미늄층의 두께 변화에 따른 반사율의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 3의 그래프는 산화알루미늄층 위에 이산화규소층을 코팅하여 코팅 구조를 형성하고 산화알루미늄층의 두께를 변화시켜가면서 반사율을 측정하여 얻어진 것이다. 이 때 이산화규소층의 두께는 110Å으로 하였다.

도 3에 도시된 바와 같이, 산화알루미늄의 두께가 증가할수록 코팅 구조의 반사율 역시 증가하게 된다. 반사율이 증가하면 사용자의 눈의 피로가 심해지고 더불어 코팅 구조가 형성된 제품이 디스플레이 장치인 경우 해상도 역시 저하되어 전체 화질이 떨어질 수 있다.

따라서 산화알루미늄의 두께를 적절하게 조절하는 것이 요구되는 바, 산화알루미늄의 두께가 50Å 미만인 경우 반사율이 크지 않지만 코팅 구조의 내마모성, 내식성 향상을 위해 산화알루미늄의 두께를 50Å 이상으로 하는 것이 적절하다.

본 발명의 일 실시예에서는 코팅구조의 반사율과 내구성을 모두 고려하여 산화알루미늄의 두께를 50Å 이상 400Å이하로 할 수 있으며, 산화알루미늄의 두께를 100Å 이상 200Å 이하로 하면 반사율과 내구성 측면에서 모두 우수한 코팅 구조를 얻을 수 있다. 또한, 이산화규소층의 두께는 100Å~200Å으로 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 설계자가 실험을 통해 적절한 두께를 결정할 수 있다.

도 4a에는 이산화규소 단독층의 표면 형상 사진이 도시되어 있고, 도 4b에는 산화알루미늄층 위에 형성된 이산화규소층의 표면 형성 사진이 도시되어 있다.

도 4a 및 도 4b의 사진은 이산화규소의 단독층만 형성된 샘플과 산화알루미늄층 위에 이산화규소층이 형성된 샘플을 각각 SEM(Scanning Electron Microscope) 으로 촬영한 것이다.

도 4a를 참조하면, 이산화규소의 단독층은 그 표면이 다공질(porous) 구조로 되어 있고, 도 4b를 참조하면, 산화알루미늄층 위에 형성된 이산화규소층은 그 표면이 조밀한 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 이산화규소층의 표면이 다공질인 경우, 외부 환경 요인에 쉽게 영향을 받게 되는 바, 외부에서 충격이 가해지면 쉽게 부서지고 염수에 노출되었을 때에는 입자 사이의 결합이 약해 부식이 잘 된다. 그러나 이산화규소층이 조밀한 구조를 갖는 경우에는 염수가 이산화규소층에 쉽게 스며들지 못하고 입자 사이의 결합이 단단하여 외부에서 가해지는 충격 및 염수에의 노출에 상대적으로 강하다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 내식성 테스트 결과를 설명하도록 한다.

도 5에는 앞서 설명한 도 1의 코팅 구조 및 도 2의 코팅 구조에 염수를 분무하고 시간 경과에 따라 코팅 조성물층의 접촉각을 측정한 결과 그래프가 도시되어 있다. 여기서, 코팅 조성물층은 지문의 부착 또는 돋보임을 방지하는 내지문성 코팅 조성물층을 사용하였다.

당해 실험에서는 염수분무를 통한 내식성 테스트를 위해 염화나트륨(NaCl) 5% 용액을 분사한 후 72시간 동안 내지문성 코팅층의 물 접촉각을 측정하였다. 상기 실험의 온도 조건은 35℃이다.

접촉각은 액적이 수평 고체 표면 위에 놓여 일정한 렌즈 모양을 유지하는 방울이 되는 경우 고체의 표면과 액체의 표면이 이루는 일정한 각도를 의미하며, 액체와 고체의 종류에 따라 그 크기가 결정된다.

도 5를 참조하면, 제품의 표면에 이산화규소층 및 내지문성 코팅층만 형성한 경우에는 내지문성 코팅층에 대한 물의 초기 접촉각이 시간이 지남에 따라 점점 감소하였고, 염수 분무 후 48시간이 경과한 시점에서는 염수 분무 전 측정한 초기 접촉각보다 50도 이상 감소한 것을 확인할 수 있다.

그리고, 제품의 표면에 산화알루미늄층을 먼저 형성한 후에 이산화규소층 및 내지문성 코팅층을 형성한 경우에는 내지문성 코팅층에 대한 물의 초기 접촉각은 크게 감소하지 않았고 72시간 동안 10도 정도밖에 감소하지 않은 것을 알 수 있다.

이를 통해, 제품의 표면에 이산화규소층만 형성한 후 그 위에 내지문성 코팅층을 형성하면 코팅층이 염수에 노출될 경우 부식이 발생하여 코팅층이 점점 없어지게 되고, 제품의 표면에 산화알루미늄을 형성한 후 그 위에 이산화규소층 및 내지문성 코팅층을 형성하면 코팅층이 염수에 노출되더라도 장시간 유지되는 것을 알 수 있다.

염수분무 테스트의 failure mode 분석을 위해 도 1의 코팅 구조에서 내지문성 코팅층이 제거되어 이산화규소층만 형성되어 있는 샘플과, 도 2의 코팅 구조에서 내지문성 코팅층이 제거되어 산화알루미늄층 및 이산화규소층이 차례로 형성되어 있는 샘플의 두께를 측정하는 실험을 하였다.

당해 실험에서는 상기 두 가지의 샘플에 단차를 미리 생성 및 측정해 놓고 35℃의 온도조건에서 염화나트륨(NaCl) 5% 용액을 상기 두 가지의 샘플에 분사하고 72시간이 경과한 후에 상기 두 가지 샘플의 단차를 측정하여 분석하였다.

도 6a는 이산화규소층만 형성되어 있는 샘플에 대한 분석 결과 그래프이고, 도 6b는 산화알루미늄층 및 이산화규소층이 차례로 형성되어 있는 샘플에 대한 분석 결과 그래프이다.

도 6a를 참조하면, 이산화규소층만 형성되어 있는 샘플은 염수분무 후에 단차 측정이 되지 않는 것을 확인할 수 있는 바, 이는 상기 샘플의 이산화규소층은 분사된 염수에 의해 부식되어 녹은 것으로 판단할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 산화알루미늄층과 이산화규소층이 순차적으로 형성되어 있는 샘플은 생성되었던 단차가 그대로 유지된 것을 확인할 수 있는 바, 이는 상기 샘플의 이산화규소층이 분사된 염수에 의해 부식되지 않은 것으로 판단할 수 있다.

이와 같은 결과는 앞서 도 4에서 설명한 각 샘플의 표면 형상 분석 결과와 일치한다. 즉, 이산화규소의 단독층은 그 표면이 다공질 형상을 하고 있어 염수에 노출되었을 때 쉽게 부식되고, 산화알루미늄층 위에 형성된 이산화규소층은 그 표면이 조밀한 구조를 하고 있어 염수에 노출되었을 때 쉽게 부식되지 않고 장시간 유지된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조는 산화알루미늄층, 이산화규소층 및 내지문성 코팅층을 포함하는 바, 내지문성 코팅층의 재료로는 내지문성 피막으로 주로 사용되는 발수성, 발유성의 불소를 포함하는 피막, 발수성 실리콘 수지 골격을 포함하는 피막 등이 채용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 제품의 용도에 따라 다양한 코팅 재료가 사용될 수 있다.

또한, 코팅층에 묻은 지문이 돋보이는 것을 방지하기 위해 내지문성 코팅층의 재료로 IF(Invisible Fingerprint) 코팅 조성물을 사용할 수 있는 바, 이하 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.

참고로, 본 발명에서 내지문성이라 함은 지문이 묻는 것을 방지하는 것은 물론 지문이 잘 닦이거나 지문이 묻더라도 잘 보이지 않게 하는 성질을 모두 포함하는 것으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내지문성 코팅층의 재료로 사용될 수 있는 IF 코팅 조성물은 [RaO-(CH2CH2O)p-Rb-]의 화학식 1로 표현되는 R1기 및 (Rc)q의 화학식 2로 표현되는 R2기를 포함하는 실란 올리고머를 포함한다.

상기 화학식 1에서 Ra는 수소 및 탄소수 1~3의 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택된 것으로서 상기 알킬기는 치환된 것일 수도 있고 치환되지 않은 것일 수도 있다. 상기 화학식 1에서 Rb는 탄소수 5~20의 알킬기, 탄소수 5~20의 알케닐기, 탄소수 5~20의 알키닐기, 탄소수 5~20의 아릴기, 탄소수 6~20의 아릴알킬기, 탄소수5~20의 고리형 알킬기 및 탄소수 5~20의 헤테로 원자를 포함하는 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택된 것 일 수 있다. 상기 반응기들은 치환된 것일 수도 있고 치환되지 않은 것일 수도 있다. 상기 화학식 1의 p는 1~12의 정수이다.

상기 화학식 2에서 Rc는 탄소수 3~20의 고리형 알킬기이고 상기 알킬기는 치환된 것일 수도 있고 치환되지 않은 것일 수도 있다. 상기 화학식의 q는 1~3 의 정수이다.

또한, 이 때 두 실란 화합물과 증류수의 중량비를 1:1:0.01~0.1로 할 경우, 내지문성 및 슬립성 측면에서 모두 우수한 특성을 나타내지만 본 발명이 상기 중량비에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 실란 올리고머의 분자량이 30000을 넘게 되면 gel 상태가 되어 피막을 형성하기가 용이하지 않으므로 액상을 유지하기 위하여 알킬기(R1, R2)를 선택할 때 실란 올리고머의 분자량이 30000을 넘지 않도록 할 수 있고, 실란 올리고머의 분자량을 100~30000으로 하면 기재 표면에 피막을 형성하기에 적절한 화합물을 얻을 수 있다.

실란(silane)은 수소화규소의 한 계열을 가리키는 명칭으로서, 그 화학식은 Si_nH_2n+2로 나타낼 수 있다. 실란 화합물은 Si_nH_2n ₊₂에서 하나 이상의 수소가 다른 반응기로 치환된 화합물을 나타내며 치환된 반응기에 따라 다양한 성질을 갖는 화합물을 얻을 수 있다.

상기 R1기를 포함하는 실란 화합물, 상기 R2기를 포함하는 실란 화합물은 그 자체로도 지문 돋보임을 방지하는 내지문성 코팅 조성물이 될 수 있다. 상기 각각의 실란 화합물로 제품의 표면을 코팅하는 경우 우수한 내지문성을 갖게 되나 두 실란 화합물을 혼합하여 생성되는 올리고머는 내지문성은 물론 슬립(slip)성도 개선된 코팅 조성물을 형성할 수 있게 된다.

일 실시예로서, 상기 두 실란 화합물을 증류수(H2O)와 함께 혼합하게 되면 각 실란 화합물의 Si에 결합되어 있는 R1, R2기를 제외한 반응기들이 하이드록시기(OH-)로 바뀌는 가수분해가 일어나고 뒤이어 분자간 축합 반응이 일어나 아래의 [구조식 1]과 같은 실란 올리고머가 생성된다.

[구조식 1]

실란 화합물에 첨가되는 물질은 실란 화합물 사이에 축합반응을 일으켜 실란 올리고머를 생성할 수 있는 것이면 증류수(H₂O) 이외에 어떤 물질이든지 가능하다. 예를 들어, 각종 산(acid)도 실란 화합물들과 함께 혼합되어 축합반응을 일으켜 실란 올리고머를 생성할 수 있다.

다만, Si에 결합된 반응기가 [구조식 1]과 같이 하이드록시기(-OH)로 치환되면 이산화규소층과 실록산 결합을 하기가 용이하여 내구성 측면에서 유리하다.

이하에서는 [구조식 1]의 실란 올리고머를 이용하여 내지문성 코팅층을 형성한 본 발명의 코팅 구조가 갖는 특성을 설명하도록 한다.

도 7은 [구조식 1]의 실란 화합물이 이산화규소층 위에 코팅되었을 때 나타나는 현상을 도시한 도면이다.

제품 표면에 산화알루미늄층 및 이산화규소층을 차례로 형성하고, 상술한 R1기 및 R2기를 포함하는 [구조식 1]의 실란 화합물을 이산화규소층 위에 코팅하여 피막이 형성되면 R1 및 R2의 알킬기는 이산화규소층 표면으로부터 바깥쪽으로 배향하게 되며 지문과 직접 접촉하게 된다. 따라서 후술할 R1 및 R2의 알킬기의 특성에 따라 피막 표면에 묻은 지문 성분이 눈에 잘 띄지 않게 된다. 이에 대한 자세한 내용은 아래에서 자세히 설명하도록 한다.

그리고 [구조식1]에서 R1기 및 R2기의 알킬기 반대편에 결합되어 있는 하이드록시기는 이산화규소층과의 화학 반응을 통해 실록산(siloxane) 결합을 하여 우수한 내구성을 제공한다.

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조에서 내지문성 코팅층을 [구조식 1]의 실란 화합물로 한 경우, 상기 코팅 구조에 의해 형성된 피막 표면에 묻은 물(H2O), 디아이오도메탄(Diiodomethane)에 빛이 반사되는 모양이 도시되어 있다.

접촉각이 큰 상태의 물과 디아이오도메탄에 빛이 조사되면 난반사가 일어나게 되고 이를 보는 사람의 눈에 잘 띄게 된다. 따라서 물과 디아이오도메탄에 대한 접촉각이 큰 표면에 물과 디아이오도메탄 성분을 포함하는 지문 성분이 묻으면 눈에 잘 띄어서 더러워 보이게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조에서 [구조식 1]의 실란 화합물을 내지문성 코팅층의 재료로 할 경우 도 7에서 확인한 바와 같이 R1, R2의 알킬기가 바깥족으로 배향되고 지문 성분과 접촉하게 된다.

R1, R2의 알킬기는 물에 대한 접촉각이 60도에서 80도 사이의 값을 갖고 디아이오도메탄에 대한 접촉각은 45도 이하의 값을 갖는다. 따라서 상기 코팅 구조의 표면에 묻은 물이나 디아이오도메탄은 도 8에 도시된 바와 같이 넓게 퍼지게 되고 여기에 빛이 조사되면 빛은 대부분 반사되지 않고 기재를 투과한다.

따라서 물, 디아이오도메탄 성분을 포함하는 지문 성분이 상기 피막에 묻더라도 코팅 구조의 표면에 얇게 퍼져서 눈에 잘 띄지 않고 지저분해 보이지 않게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 형성 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 9에 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조의 형성 방법을 간략하게 나타낸 순서도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 형성하는 방법은 코팅 대상이 되는 제품 표면에 산화알루미늄층을 형성하고(210), 산화알루미늄층 위에 이산화규소층을 형성하고(211), 이산화규소층 위에 내지문성 코팅 조성물층을 형성(212)하는 것을 포함한다. 앞서도 언급한 바와 같이, 이산화규소층 위에 형성되는 코팅층은 내지문성 코팅 조성물층에 한정되지 않고, 다양한 코팅층이 형성될 수 있다.

이하, 각 층의 형성 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 10a에는 피막 형성의 건식 공정의 일 예로서 진공증착 공정이 도시되어 있고 도 10b에는 피막 형성의 습식 공정의 예시들이 도시되어 있다.

도 10a를 참조하면, 전자제품의 표시부 또는 터치 패널 등에 피막을 형성하기 위한 건식 공정으로 진공 증착 공정이 채용될 수 있다.

진공 증착이란 진공 중에서 금속이나 화합물을 증발시켜 증발원과 마주 보고 있는 상대 표면에 박막을 만드는 것을 의미한다. 진공 증착 공정의 일 실시예를 설명하면, 진공 상태의 챔버에 지그(jig)를 설치하고 지그에 기재를 장착시키되, 코팅될 표면이 아래 방향을 향하도록 하고, 기재와 마주보는 위치의 챔버 바닥에 코팅 용액이 담긴 수조 또는 도가니(crucible)를 놓고 수조에 열이나 전자빔을 가하여 코팅 용액을 증발시키면 증발된 코팅 용액은 지그에 장착된 기재의 표면에 증착되어 피막을 형성한다. 또한, 코팅 용액이 아닌 금속 등의 고체에 열이나 전자빔을 가하여 승화시키는 것도 가능하다.

이 때, 본 발명의 내지문성 코팅층을 앞서 설명한 IF 코팅 조성물로 형성할 경우 R1기 및 R2기에 따라 끓는점이 달라지므로 코팅 조성물의 끓는점을 고려하여 열 또는 전자빔의 강도를 결정한다.

도 10b를 참조하면, 용액 상태로 존재하는 코팅 조성물을 전자제품의 기재 표면에 박막화 시키는 습식 공정으로서 침지(dipping) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 분사(spray) 코팅이 적용될 수도 있다.

침지(dipping) 코팅은 코팅 용액에 전자제품의 기재를 일정 시간 동안 담갔다가(dipping) 꺼내어 용매 성분을 증발시키는 방식으로서 불규칙한 표면을 갖는 기재를 코팅하는 경우에 주로 사용되는 바, 코팅 대상이 되는 전자제품의 기재에 따라 침지 코팅 방법을 적용할 수 있다.

스핀(spin) 코팅은 코팅 용액을 회전하는 기재 위에 분사한 후 건조와 열처리 과정을 거쳐 피막을 형성하는 방식으로서 얇은 피막을 형성하는 경우에 주로 사용된다. 스핀 코팅은 스핀 코터(spin-coater)가 물체를 회전시켜서 물체 위에 올려진 액체를 원심력에 의해 밖으로 밀려나가게 하는 방법으로서, 이 때 코팅 재료로 사용되는 물질은 용매에 용해 되거나 액체 상태로 존재할 수 있는 물질이어야 한다.

분사(spray) 코팅은 코팅 용액의 점도가 낮은 경우 코팅 용액을 스프레이 노즐을 통해 분사하는 방법으로서 기재의 표면의 불규칙하거나 요철이 있는 경우에도 피막이 균일하게 형성될 수 있으며 주로 기재의 한 면에만 적용시키므로 침지 코팅보다 더욱 소량의 코팅 용액이 사용되며 증발시키기 위해 필요한 에너지도 감소한다는 이점이 있다.

본 발명에 따른 코팅 구조는 진공 증착 방식에 의해 코팅되는 것이 가장 적절하나, 진공 증착 이외의 건식 공정이나 습식 공정을 적용하는 것도 가능하다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 진공 증착 방식에 의해 형성하는 방법을 상세히 설명하도록 한다. 여기서, 코팅 구조를 형성하는 코팅 조성물층으로 내지문성 코팅 조성물층을 사용하는 것으로 한다.

도 11에 진공 증착 방식으로 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 구조를 형성하는 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, 먼저 코팅 대상이 되는 제품의 표면에 부착된 이물, 먼지 등을 제거한다(310). 이 때 아르곤(Ar) 플라즈마 클리닝 방식을 사용할 수도 있고, 이온에어건(Ionization air blowing)을 사용할 수도 있다. 코팅 대상 제품을 지그에 올려 놓고 자석을 이용해 제품을 고정시킨 상태에서 이온에어건을 사용하면, 제품의 표면에 붙어 있는 이물질이나 수분을 충분히 제거되고 제품의 표면이 활성화되어 증착이 잘 이루어진다. 그리고 이물질이 제거된 제품을 진공 챔버 내부에 장착시키고 도가니(crucible)의 위치나 증착 두께 등의 증착 조건을 설정한다.

도가니에 산화알루미늄을 넣고 진공 증착기를 가동시키면 전자빔이 산화알루미늄을 타격하고 산화알루미늄이 기화된다(311). 그리고 기화된 산화알루미늄은 제품의 표면에 증착되어 산화알루미늄층을 형성하게 된다(312). 여기서 산화알루미늄의 증착 두께는 100~200Å으로 할 수 있다.

산화알루미늄층의 형성이 완료되면, 이산화규소 및 내지문성 코팅 조성물에 대해서도 같은 과정을 거친다. 구체적으로, 도가니에 이산화규소를 넣고 전자빔이 이산화규소를 타격하게 하여 이산화규소를 기화시킨다(313). 기화된 이산화규소는 산화알루미늄층 위에 증착되어 이산화규소층을 형성하게 된다(314). 여기서 이산화규소층의 증착 두께는 100~200Å으로 할 수 있다.

그리고 도가니에 내지문성 코팅 조성물을 넣고 전자빔을 이용해 타격하면 내지문성 코팅 조성물이 기화되고(315), 기화된 내지문성 코팅 조성물은 이산화규소층 위에 증착되어 내지문성 코팅층을 형성하게 된다(316). 내지문성 코팅 조성물은 불소 계열, 실리콘 계열 등의 AF 코팅 조성물도 사용될 수 있고 앞서 설명한 IF 코팅 조성물도 사용될 수 있는 바, 본 발명에서 사용되는 내지문성 코팅 조성물은 본 발명의 예시에 한정되지 않는다.

내지문성 코팅 조성물로서 IF 코팅 조성물을 사용하는 경우에 IF 코팅 조성물의 제조 방법을 간단히 설명하면, 두 실란 화합물과 증류수는 모두 액체 상태이므로 용매를 사용하지 않고 원액으로 혼합하여 코팅 조성물을 제조할 수 있다. 그러나 원가 절감 측면을 고려하는 경우에는 유기 용매에 희석하여 사용하는 것도 가능하다. 이 때 두 실란 화합물과 증류수를 혼합하여 [구조식 1]의 코팅 조성물을 제조한 후에 이를 유기 용매에 희석할 수도 있고, 혼합 전에 두 실란 화합물을 각각 유기 용매에 희석하는 것도 가능하다.

사용 가능한 유기 용매는 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 이소프로판올(Isopropanol) 등의 알코올, 헥사데칸(Hexadecane), 옥탄(Octane), 헥산(Hexane) 등의 지방족 탄화수소, 사이클로헥산(Cyclohexane), 사이클로펜탄(Cyclopentane) 등의 고리형 탄화수소, 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), 벤젠(Benzene) 등의 방향족 탄화수소, 사염화탄소, 클로로폼(Chloroform), 메틸렌 클로라이드(Methylene chloride) 등의 유기할로겐 화합물 등을 들 수 있다. 상기 유기 용매들은 단독으로 사용할 수도 있고 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.

100 : 코팅 구조

Claims

제품의 표면에 형성되는 코팅 구조에 있어서,
상기 제품의 표면에 형성되는 산화알루미늄(Al₂O₃)층;
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층 위에 형성되는 이산화규소(SiO₂)층; 및
상기 이산화규소(SiO₂)층 위에 형성되는 코팅 조성물층을 포함하고,
상기 코팅조성물층을 이루는 코팅 조성물은,
[RaO-(CH2CH2O)p-Rb-]의 화학식 1로 표현되고, 상기 Ra는 수소 및 탄소수 1~3의 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 하고, 상기 Rb는 탄소수 5~20의 알킬기, 탄소수 5~20의 알케닐기, 탄소수5~20의 알키닐기, 탄소수 5~20의 아릴기, 탄소수 6~20의 아릴알킬기, 탄소수 5~20의 고리형 알킬기, 탄소수5~20의 헤테로 원자를 포함하는 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것으로 하고, 상기 p는 1~12의 정수인 것으로 하는 R1기;및
(Rc)q의 화학식 2로 표현되고, 상기 Rc는 탄소수 3~20의 고리형 알킬기인 것으로 하고, 상기 q는 1~3의 정수인 것으로 하는 R2기를 포함하는 실란 올리고머를 포함하는 코팅 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 두께는 50Å 이상 400Å 이하인 것으로 하는 코팅 구조.
제 2 항에 있어서,
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 하는 코팅 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 이산화규소(SiO₂)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 하는 코팅 구조.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 R1기는 메톡시에톡시운데실기, 메톡시트리글리콜록시-운데실기, 3-메톡시에톡시-4-아세톡시사이클로헥실에틸기, 16-(2-메톡시-에톡시)헥사데실기 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 하는 코팅 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 R2기는 3-사이클로펜타디에닐프로필기, 다이사이클로-펜틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로옥틸기 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 하는 코팅 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 실란 올리고머는 아래의 [구조식 1]을 갖는 코팅 구조.
[구조식 1]

여기서, 상기 m 및 상기 n은 각각 1에서 10 사이의 정수인 것으로 한다.
표면에 코팅 구조가 형성되는 제품에 있어서,
상기 코팅 구조는,
상기 제품의 표면에 형성되는 산화알루미늄(Al₂O₃)층;
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층 위에 형성되는 이산화규소(SiO₂)층; 및
상기 이산화규소(SiO₂)층 위에 형성되는 코팅 조성물층을 포함하고,
상기 코팅 조성물층을 이루는 코팅 조성물은,
[RaO-(CH2CH2O)p-Rb-]의 화학식 1로 표현되고, 상기 Ra는 수소 및 탄소수 1~3의 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 하고, 상기 Rb는 탄소수 5~20의 알킬기, 탄소수 5~20의 알케닐기, 탄소수5~20의 알키닐기, 탄소수 5~20의 아릴기, 탄소수 6~20의 아릴알킬기, 탄소수 5~20의 고리형 알킬기, 탄소수5~20의 헤테로 원자를 포함하는 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것으로 하고, 상기 p는 1~12의 정수인 것으로 하는 R1기;및
(Rc)q의 화학식 2로 표현되고, 상기 Rc는 탄소수 3~20의 고리형 알킬기인 것으로 하고, 상기 q는 1~3의 정수인 것으로 하는 R2기를 포함하는 실란 올리고머를 포함하는 제품.
제 9 항에 있어서,
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 두께는 50Å 이상 400Å 이하인 것으로 하는 제품.
제 10 항에 있어서,
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 하는 제품.
제 11 항에 있어서,
상기 이산화규소(SiO₂)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 하는 제품.
제품의 표면에 코팅 구조를 형성하는 방법에 있어서,
상기 제품의 표면에 산화알루미늄(Al₂O₃)층을 형성하고;
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층 위에 이산화규소(SiO₂)층을 형성하고;
상기 이산화규소(SiO₂)층 위에 코팅 조성물층을 형성하는 것을 포함하고,
상기 상기 코팅 조성물을 이루는 코팅 조성물은,
[RaO-(CH2CH2O)p-Rb-]의 화학식 1로 표현되고, 상기 Ra는 수소 및 탄소수 1~3의 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것으로 하고, 상기 Rb는 탄소수 5~20의 알킬기, 탄소수 5~20의 알케닐기, 탄소수5~20의 알키닐기, 탄소수 5~20의 아릴기, 탄소수 6~20의 아릴알킬기, 탄소수 5~20의 고리형 알킬기, 탄소수5~20의 헤테로 원자를 포함하는 알킬기로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것으로 하고, 상기 p는 1~12의 정수인 것으로 하는 R1기;및
(Rc)q의 화학식 2로 표현되고, 상기 Rc는 탄소수 3~20의 고리형 알킬기인 것으로 하고, 상기 q는 1~3의 정수인 것으로 하는 R2기를 포함하는 실란 올리고머를 포함하는 코팅 구조 형성 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 형성, 상기 이산화규소(SiO₂)층의 형성 및 코팅 조성물층의 형성은 진공 증착에 이루어지는 코팅 구조 형성 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 이산화규소(SiO₂)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 하는 코팅 구조 형성 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 산화알루미늄(Al₂O₃)층의 두께는 100Å 이상 200Å 이하인 것으로 하는 코팅 구조 형성 방법.
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