KR101850713B1 - 터치 스크린용 고분자 수지 기판 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

알릴디글리콜카르보네이트, 아크릴계 모노머, 우레탄 모노머를 동시에 혼합하고, 공중합하여 광투과율 85~98%인 고분자 수지 기판에, 이 기판의 굴절률과 동등 또는 ±7% 이내의 하드 코팅 조성물로 하드 코팅을 수행함을 특징으로 하여 제조한 터치 스크린용 고분자 수지 기판 및 그의 제조방법.

Description

터치 스크린용 고분자 수지 기판 및 그의 제조방법 {SYNTHETIC RESINOUS PLATE FOR TOUCH SCREEN, AND A PROCESS THEREFOR}

본 발명은 터치 스크린용 고분자 수지 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더 상세히는 스마트 폰, 테블릿 PC 등 터치 스크린용 고분자 수지 기판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

최근 휴대전화, 스마트폰, 태블릿PC 등의 휴대용 제품, 특히 터치 스크린이 장착된 전자제품들이 급격히 증가하면서 대량의 평면용 소재가 필요로 하고 있으나, 고분자 수지를 이용한 소재는 수지 자체의 특성인 연성 문제로 인하여 사용이 상당히 제한적이어서, 표면에 대한 강화없이 사용하는 것에는 상당한 제한을 가지고 있다. 또한 고분자 수지로 된 제품은 내스크랫치성이 빈약하고, 표면경도가 약며먀, 스크린상에 지문이 남아 보안이 유지되지 못하고, 광의 굴절에 의한 광간섭 현상이 심하여 특히 컬러의 경우 어른거림이 심하여 사용하기 곤란하고, 스크린이 충분한 강도를 갖지 못하는 경우, 터치에 의해 굴곡이나 휨 발생이 생기고, 더욱이 화학적 안정성, 가공 안정성 등에는 만족할 수 있는 제품이 아직까지 개발되지 못하고 있다. 따라서, 고분자 수지 기판는 스마트 폰 등의 터치용 윈도우로서 사용되지 못하고 여러 문제점를 갖고 있는 강화유리가 여전히 사용되고 있다.

즉, 강화 유리는 그 자체의 취성으로 인하여 가공 과정에서 크랙이나 파괴로 인하여 불량품이 다량 발생하여 출발 유리 원료로부터 최종 강화유리 제품으로까지의 수율이 50%도 못미치는 현상이다. 이로 인하여 제조단가의 상승과 강화유리 최종제품의 수율 저하로 이어지고 있으나, 이러한 문제를 해결하기 위한 방법은 해결되지 못하고 있다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 강화유리를 사용하는 대신 고분자수지 평판제품을 사용하기 위한 시도가 이루어져 왔다. 즉, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 알릴디글리콜카르보네이트(CR-39), 아크릴계 수지, 비닐계 수지, 시클로폴리올레핀계 수지 등의 합성수지를 이용하여 판상재로 제조한 후, 가공처리하여 제조하는 방법이 제시되어 있다(참고, 특허문헌 1, 특허문헌 2 등).

상기 특허문헌 2에 의해 제조된 고분자 수지 평판재는 투과도나 부착성의 면에서는 터치식 스크린에 요구되는 물성에 적합한 것으로 인정될 수 있을지라도, 표면의 연필 경도가 4H이하이어서 스마트 폰과 같은 터치식 스크린으로서는 적합하지 못하고, 종래의 비터치식인 폴더형 전화 등에 사용 가능할 뿐이다.

상기와 같은 평판 고분자 수지 제품이 강화유리 스크린의 대체품으로서 사용하기 위해 요구되는 물성중 투과도, 내마모성 등은 종래의 기술에 의해 어느 정도 해결할 수 있어 비터치형인 전자제품의 스크린으로 사용하는 것이 가능하나, 최근의 스마트 폰과 같은 터치용 평판재로 사용하기 위해 요구되는 전술한 각종 물성을 만족할 수 있는 제품이 아직까지 개발되지 못하고 있다.

따라서, 합성수지재의 평판은 스마트 폰 등의 터치용 스크린으로서 사용되지 못하고 전술한 문제점이 있는 강화유리가 여전히 사용되고 있다.

특허문헌 1: 특허 제10-0756408호

특허문헌 2: 특허 제10-0761426호,

본 발명은 상기와 같은 종래의 핸드폰이나 소형 터치용 소재로서 고려되고 있는 고분자 수지 기판의 문제점을 해결하기 위하여 굴곡이나 휨 현상이 발생하지 않고, 표면 경도가 5H이상이며, 광간섭 현상이 발생하지 않는 것을 그 해결하려는 과제로 한다.

본 발명자는 전술한 문제를 해결하기 위하여 터치 스크린으로서 사용하기 위하여 투과도가 높은 재료로서 알릴디글리콜 카르보네이트 모노머를 기본 재료로 하고, 굴절률 및 강도를 조절하기 위하여 아크릴계 모노머 및 우레탄계 모노머를 조합한 합성수지를 공중합하고, 얻어진 공중합체를 표면처리함을 상기 과제를 해결하는 수단으로 한다.

본 발명에 의한 고분자 수지 터치 스크린에 의해 종래 취성을 갖고 있는 강화 유리를 대체할 수 있고, 또한 화학적으로 안정적이고, 저렴하고 대량으로 생산할 수 있는 터치 스크린을 제공하는 효과가 있다.

현재 투명한 광학용 소재로는 우레탄 계열, 아크릴 계열, 또는 그 혼합 계열과, CR-39로 알려진 알릴디글리콜 카르보네이트, PMMA로 통칭되는 소재들이 알려져 있으며, 이들 중, 알릴디글리콜 카르보네이트가 널리 사용되고 있다. 알릴디글리콜 카르보네이트는 전투기의 강화유리 플라스틱 연료 탱크로 개발되었으나, 1947년부터 안경렌즈로 사용되었고, 안경렌즈로 사용하는 초기에는 투과도가 낮고, 굴절률이 낮은 단점이 있었으나, 최근에는 자체 투과도가 약 90% 이상으로 향상되고, 더욱이 표면에 무기질 코팅 등의 멀티코팅을 수행함으로서 투과도를 약 98%이상으로 향상되었다.

최근 이러한 고분자 수지의 제조에 관하여는 특히 한정되는 것은 아니다. 통상 당분야에서는 공중합체 기판의 강도는 제조사별로 자체 기준으로 하여 제조하고 있으며, 의뢰인의 요구에 따라 그의 강도를 조정하여 제공하고 있다. 이들 제조사로부터 고분자 수지 터치 스크린으로 요구되는 기판의 강도, 즉, 화면을 터치 하였을 때 LCD화면이 누름에 의한 색 번짐이 없게 할 수 있는 굴곡, 휨 현상을 일으키지 않은 고분자 수지 판재를 입수하는 것은 공연히 알려진 사항이다.

전술한 고분자 수지 기판의 중합방법은 특히 한정되는 것은 아니며, 통상의 과산화물계의 개시제를 이용하여 성형틀에 넣고 열중합하여 얻을 수 있다.

또한, 상기 알릴디글리콜 카르보네이트를 중합시켜 얻은 폴리머의 굴절률은 중합방법 등에 차이가 있으나, 대부분 1.48 내지 1.50 정도이며, 이러한 굴절률을 높이기 위하여는 우레탄계 수지 및 아크릴계 수지를 소정의 비율로 혼합하여 공중합시키면 1.46 내지 1.73으로 맞출 수 있다. 이러한 굴절률의 조정은 제조사의 자체 규정에 의해 제조되며, 또한 이러한 굴절률의 조정에 관한 특허기술로서는 공개특허10-2004-0083942호, 공개특허10-2005-0011957호 등이 알려져 있있다.

이러한 고분자 수지 제품의 표면 경도는 전술한 바와 같이, 연성의 표면을 갖고 있어서 강화하지 않고 강화 유리 대체품으로 사용하는 것은 실질적으로 가능하지 않다. 그리하여 이러한 고분자 (공)중합체의 강화방법으로는 표면을 하드 코팅하는 것이 널리 알려져 있다. 이러한 하드코팅 조성물로서는 주로 콜로이드 실리카, 변성 실란 가수분해물 또는 부분 축합물, 산화티타늄 졸, 산화지르코늄 졸, 산화주석 졸, 산화안티몬 졸, 알루미늄 킬레이트 화합물, 에폭시 수지와 유기 실란, 용매 등으로 이루어져 있으며, 이러한 하드 코팅 조성물로서는 특허출원 제1020080078342호, 동제1020080036272호, 동제1020020026496호, 동제1020090005354호, 특허등록 제10-0550883호 등을 들 수 있다. 이러한 하드 코팅액 조성물을 이용하여 전술한 고분자 수지 판재의 표면에 경화막을 만들어서 마찰에 대한 내성을 부여하면 연필 경도 5H 이상의 표면경도를 갖게 할 수 있다.

현재까지 전술한 바와 같은 고강도의 고분자 수지 판재에 하드 코팅을 시행하여 내마찰성을 부여하여도 현재 사용되는 강화유리를 대체하는 데 실패한 가장 큰 이유는 고분자 수지 기판과 코팅 조성물의 굴절률의 차이를 인식하지 못한데 있다. 그리하여 본 발명자는 이러한 문제를 인식하고, 고분자 수지 기판과 코팅 조성물의 굴절률의 차이를 7%이내로 하였다. 전술한 바와 같이, 고분자 수지 기판은 종래의 합성수지를 이용하여 제조하며, 이들 수지 기판의 굴절율은, 전술한 바와 같이, 예컨대 CR-39의 경우는 대개 1.49 내지 1.50이며, 이러한 굴절률을 높이기 위하여 아크릴계 수지 및/또는 우레탄계 수지를 배합하여 공중합함으로서, 목적하는 굴절률, 예컨대 1.52 내지 1.57로 맞추게 된다. 이러한 기판에 하드 코팅 조성물의 굴절률을 동일 또는 ±7%이내로 하여야만 기재와 코팅액의 굴절률 차이로 인한 광간섭을 없게 할 수 있으며, 이러한 조건이 충족되어야만 현재 사용되고 있는 강화유리를 대체할 수 있다.

하드 코팅 조성물의 굴절률은 제조사별로 차이가 있고, 또한 롯트별로 차이가 있으므로, 이의 굴절률을 조정하여 사용할 수 있다. 이러한 하드 코팅 조성물의 굴절률은 공지의 계측기, 예컨대 레이저 굴절계 또는 아베(Abbe) 굴절계를 이용하여 굴절률을 측정하면서 조절할 수 있다.

또한, 상기에서 얻어진 하드 코팅 처리된 고분자 수지 기판의 투과성을 높이기 위하여 다시 공지의 멀티 코팅, 내지문 코팅을 하고, 또한 필요에 따라 컬러링 등을 행할 수 있다. 이러한 코팅재로는 싱에츠 화학, 다이킨사, 다우 코닝 등에서 시판하고 있으며, 그의 주성분이 불소계 폴리머라는 것이외는 알 수 없고, 이들 제조사로부터 국내 업체들이 수입, 소분하고 블랜드를 부착하여 판매하고 있다. 본 출원인도 상기 업체들로부터 수입하여 SH-HT 9055란 블랜드로 판매하고 있다.

이하 실시예로서 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

전북 익산 소재의 우노켐사에 의뢰하여 알릴디글리콜카르보네이트, 아크릴계 수지 및 우레탄계 수지를 이용하여 제조한 굴절률 1.56의 고분자 수지 공중합체 1.0㎜ 두께의 판재 4㎝ × 4㎝를 구입하였다.

이 판재의 표면 연성을 강화하기 위하여 주)도은에서 생산된 VH-56(T2)제품(특허 제10-0550883호)의 하드표면 처리제(굴절률: 1.56)에 침지한 후, 120℃에서 2시간 가열 경화시켰다.

진공 챔버에서 광투과율을 높이기 위하여 무반사 코팅을 실시하고 발수 및 발유 표면을 만들기 위하여 공지의 불소계 폴리머 [주)도은의 SH-HT 9055]를 사용하여 공지의 방법으로 코팅을 실시하였다.

비교예 1

진공 챔버 내에서 강화 유리 표면에 SiO₂를 130Å 코팅하고 주) 도은의 SH-HT 9055를 코팅하여 제조한 제품을 비교재로 하였다.

비교예 2

진공 챔버에서 PMMA 소재 표면에 SiO₂를 130Å 코팅하고 주)도은의 SH-HT 제품을 코팅하여 제품을 완성하였다.

비교예 3

상기 실시예 1에서 하드 코팅의 굴절률을 9% 높게 하여 수행한 것을 제외하고는 동일하게 수행하여 고분자 수지 기판을 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 제품을 4㎝ × 4㎝의 크기로 재단하여 시편을 제작하고, 이 시편의 내마모성 및 화면 상태를 하기 검사 기준에 따라 실험하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.

	광투과율(%)	내마모성	화면 상태
실시예 1	98	양호	양호
비교예 1	96	양호	양호
비교예 2	93	불양	불량
비교예 3	96	양호	불량

검사 기준

광투과율: 95%이상

내마모성: 500g 하중에서 공업용 지우개를 사용하여 40회/분의 속도로 1500회 왕복 후에 물방울 접촉각 저하 10도 이내.

화면 상태: 화면을 터치 하였을 때 LCD화면이 누름에 의한 색 번짐이 없을 것

이상의 실험 결과로부터 본 발명에 따른 고분자 수지 기판을 종래 강화 유리를 대체할 수 있음을 확인 할 수 있다.

Claims (4)

1. 알릴디글리콜카르보네이트, 아크릴계 모노머, 우레탄 모노머를 동시에 혼합하고, 공중합하여 얻어진, 광투과율이 98%이고, 굴절률이 1.52 내지 1.57인 고분자 수지 기판에,
   이 기판의 굴절률과 동등 또는 ±7% 이내의, 하드 코팅 조성물로 하드 코팅을 수행하여 연필 경도 5H 이상의 표면 경도를 가지는 터치 스크린용 고분자 수지 기판.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 얻어진 고분자 수지 기판의 표면을 무반사 코팅, 또는 발수 및 발유성 처리하여 제조한 터치 스크린용 고분자 수지 기판.
   
4. 삭제