KR101910903B1 - 패턴을 갖는 투명 기재 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴을 갖는 투명 기재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 투명 유리 또는 투명 플라스틱 등의 광투과율, 내지문, 방오, 발수 특성을 향상시킬 수 있는 동시에 기능성을 위한 충전층의 내구성을 향상시킬 목적으로 한다.
이를 위한 패턴을 갖는 투명 기재는, 표면의 일부에 에칭 공정에 의해 소정 패턴의 요홈부(12)가 형성되고 상기 요홈부(12) 이외의 표면이 비에칭면(14)으로 된 투명 모재(10)와, 상기 요홈부(12)에 상기 투명 모재보다 광 굴절률이 낮은 충전재가 주입된 충전층(22)을 포함하여 구성된다.

Description

패턴을 갖는 투명 기재 및 그의 제조방법{TRANSPARENT SUBSTRATE WITH PATTERN}

본 발명은 패턴을 갖는 투명 기재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 각종 전자기기의 디스플레이용 판넬, 건축물의 창유리, 광학용 투명 렌즈 등에 사용되는 투명 모재의 표면에 에칭 공정으로 소정 패턴의 요철면을 형성하고, 에칭이 된 요홈부에 내지문, 방오, 발수 특성을 가진 충전재를 주입하여 충전층을 형성한 투명 기재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

최근 스마트폰이나 테블릿 PC, 넷북, 노트북 등의 디스플레이 유리는 쉽게 깨지지 않도록 하기 위해 강화유리로 제조되고 있으며, 이러한 강화유리 표면에 특정 이미지나 로고, 문자 등을 부여하는 기술이 시도되고 있다.

이와 관련된 선행기술의 일 예로서 대한민국 등록특허 제 10-1295251호(특허문헌 1)에는, (a) 투명 디스플레이 부재의 표면을 보호하기 위해 상부 또는 하부면에 코팅층을 형성하는 단계; (b) 상기 코팅층의 상부 및 하부에 로고, 캐릭터, 문자를 포함하는 각종 이미지들이 구성된 감광성필름(DFR; Dry Film Photoresist)을 부착하는 단계; (c) 상기 감광성필름에 UV(Ultra Violet)를 조사하되, 포토 마스크를 통해 필요한 영역만 UV로부터 노출이 이루어지도록 하는 노광(Expose) 공정을 수행하는 단계; (d) 상기 감광성필름이 부착된 투명 디스플레이 부재 중 UV를 조사한 영역을 제외한 나머지 영역에 위치한 감광성필름을 제거하는 현상(Development) 공정을 수행하는 단계; (e) 상기 UV를 조사한 영역을 제외한 나머지 영역에 위치한 코팅층을 제거하는 에칭(Etching) 공정을 수행하는 단계; 및 (f) 상기 에칭 공정이 완료되면, 각종 이미지 영역에 부착 구성되어 있는 감광성필름을 제거하는 스트립 공정을 수행하는 단계를 포함하는 투명 디스플레이부 이미지 멀티 증착 방법이 제안된 바 있다.

그러나 특허문헌 1을 방법을 적용할 경우 강화유리 표면에 소재 보호를 위한 코팅층을 형성한 다음, 감광성 필름 부착 공정, UV 노광 공정, 현상 공정, 에칭 공정, 스트립 공정 등이 필요한바, 이러한 공정을 수행하기 위한 장비나 장치가 과다할 뿐 아니라 많은 시간이 소요되므로 경제적이지 못하다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는, 대한민국 특허출원 제 10-2016-0024308호와 같이 유리기재의 표면에 대하여 증착 공정 또는 에칭 공정에 의해 다수의 돗트(dot), 다수의 선형, 다수의 파형 중 어느 하나의 패턴 홈을 가진 요철면을 형성하고, 상기 요철면의 표면 상에 내지문코팅층을 형성한 투명 유리를 제안한 바 있다.

그러나 이와 같은 방식은, 내지문코팅층이 그 모재의 요철면 패턴을 따라 돌출되거나 함몰된 부분을 가지게 된다. 즉 내지문코팅층 자체도 요철면이 형성된다. 따라서 유리기판 전체 두께가 균일하지 않으므로 빛의 산란에 의해 상이 일그러지거나 무지개 빛이 감도는 등의 문제점이 있으며, 더욱이 스마트폰이나 테블릿 PC와 같이 손가락의 터치가 빈번하기 이루어지는 등의 접촉이 장시간 반복되면 내지문코팅층이 마모되거나 박리될 수 있어서 내구성이 좋지 않다는 문제점이 있다.

1. 대한민국 등록특허 제 10-1295251호(2013.8.9 공고)

상기의 종래 기술이 내포한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 고도의 기술력을 요하지 않으면서 간단한 방법으로 투명 유리 또는 투명 플라스틱 등의 광투과율, 내지문, 방오, 발수 특성을 향상시킬 수 있는 동시에 기능성을 위한 충전층의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 패턴을 갖는 투명 기재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투명 기재는,

표면의 일부에 에칭 공정에 의해 소정 패턴의 요홈부가 형성되고 상기 요홈부 이외의 표면이 비에칭면으로 된 투명 모재; 상기 요홈부에 상기 투명 모재보다 광 굴절률이 낮은 충전재가 주입된 충전층; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 예로서, 상기 투명 모재는 투명 유리 또는 투명 플라스틱일 수 있고, 상기 충전층을 이루는 충전재는 불소계 유기물 또는 실리콘계 유기물일 수 있다.

또한, 상기 요홈부의 폭 또는 직경은 이웃한 요홈부 사이의 비에칭면의 거리와 같거나 클 수 있고, 일 예로서 상기 요홈부의 폭 또는 직경은 0.5 ~ 100㎛이며, 상기 비에칭면의 거리는 0.5 ~ 70㎛ 범위에서 선택될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투명 기재의 제조방법은,

투명 모재의 표면 일부에 건식 또는 습식 에칭에 의해 소정 패턴의 요홈부를 형성하고 상기 요홈부 이외의 표면이 비에칭면을 갖도록 하는 제 1단계; 상기 요홈부 및 비에칭면이 표면에 상기 투명 모재보다 광 굴절률이 낮은 충전재를 도포하여 상기 요홈부 내에 상기 충전재를 주입하는 제 2단계; 상기 비에칭면 상에 도포된 상기 충전재를 제거하는 제 3단계; 상기 투명모재 및 상기 충전재의 용융온도보다 낮은 온도 환경하에서 상기 요홈부에 상기 충전재가 주입된 투명 모재를 열처리하는 제 4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 예로서, 상기 투명 모재는 투명 유리 또는 투명 플라스틱일 수 있고, 상기 요홈부에 주입된 충전재는 불소계 유기물 또는 실리콘계 유기물일 수 있다.

본 발명에 따르면, 투명 유리 또는 투명 플라스틱 등의 투명 기재의 광투과율, 내지문, 방오, 발수, 내구수명 등의 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 스마트폰이나 테블릿 PC, 넷북 등 각종 전자기기의 디스플레이용 판넬이나 광학용 렌즈에 적용할 경우 선명도 향상과 더불어 높은 시인성을 장시간 유지할 수 있을 뿐 아니라, 건축물의 창유리에 적용할 경우 오염을 최소화할 수 있게 되어 유지 관리비용을 절감할 수 있는 등의 유용한 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 패턴을 가진 투명 기재의 단면 확대도이다.
도 2는 본 발명에 따른 패턴을 가진 투명 기재의 다양한 패턴 실시예를 보인 평면 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 패턴을 가진 투명 기재의 제조방법을 보이기 위하여 각 공정의 단면을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로서 투명 모재의 표면 일부분에 에칭을 통해 요홈부를 형성한 상태와, 요홈부의 일부분에 충전층을 형성한 상태의 대비 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예로서 투명 모재의 요홈부 전체 구간에 대하여 충전층을 형성한 상태의 현미경 사진 및 그의 접촉각 시험 결과의 사진이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 본 발명의 바람직한 형태의 구조를 예시하고 이에 기하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 예시된 형태만으로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위는 예시된 형태의 통상적인 변경이나 균등물 내지 대체물까지 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 패턴을 가진 투명 기재의 단면 확대도이고, 도 2는 본 발명에 따른 패턴을 가진 투명 기재의 다양한 패턴 실시예를 보인 평면 확대도이다.

도 1을 참조하는 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴을 갖는 투명 기재는, 투명 모재(10) 및 충전층(22)을 포함하여 구성된다.

상기 투명 모재(10)는, 표면 일부분에 건식 에칭 또는 습식 에칭 등의 공정에 의해서 소정 패턴의 요홈부(12)가 형성되고, 에칭이 되지 않은 표면, 즉 요홈부(12)가 형성되지 않은 표면에는 비에칭면(14)이 형성된다.

상기 충전층(22)은 상기 요홈부(12) 내에 주입되어 경화된 것으로, 충전층(22)의 최상단면은 적어도 상기 비에칭면(14)의 표면과 일직선상으로 될 수 있고, 또는 충전층(22) 상단면의 가장자리에서 중심 방향으로 점차 높이가 높아지는 아치 형태로 이루어질 수 있다.

상기 투명 모재(10)는 투명 유리 또는 투명 플라스틱일 수 있고, 상기 충전층(22)을 이루는 충전재는 상기 투명 모재(10)보다 광 굴절률이 낮은 물질로서, 예를 들면 내지문, 방오, 발수 특성을 갖는 불소계 유기물 또는 실리콘계 유기물일 수 있다.

상기 불소계 유기물은 불소 수지를 포함하고, 불소 수지의 일 예로서 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; Polytetrafluoroethylene)을 들 수 있다. 그러나 본 발명에서 충전층(22)을 형성하는 충전재는 앞서 설명한 바와 같이 투명 모재(10)보다 낮은 광 굴절률을 갖는 것이면 실리콘계 유기물을 적용할 수 있는바, 이와 같은 조건을 충족한다면 충전재에 제한이 있는 것은 아니며, 또한 상기 충전층(22)은 액상 또는 분말 또는 고체를 용융시켜서 충전 후 경화시킨 것일 수 있다.

도 2를 참조하는 바와 같이 상기 요홈부(12)의 패턴은 도 2의 (a)와 같이 웨이브 다수 개가 일정한 간격을 유지하면서 반복적으로 형성될 수 있고, 도 2의 (b)와 같이 원형 돗트 다수 개가 일정 간격으로 배열되거나 도 2의 (c)와 같이 사각형 돗트 다수 개가 일정 간격으로 배열될 수 있다. 또한, 도 2의 (d)와 같이 일직선 상의 선형 다수 개가 일정한 간격을 유지하면서 반복적으로 형성될 수 있고, 도 2의 (e)와 같이 지그재그 형태로 다수 개가 일정한 간격을 유지하면서 반복적으로 형성될 수 있으며, 이들은 하나의 예시적인 패턴에 불과할 뿐, 본 발명의 요홈부(12)의 패턴은 도 2에서 예시하지 않은 다른 형태로 변형될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 2 및 도 3의 (c)를 참조하는 바와 같이 상기 요홈부(12)의 폭 또는 직경(W)은 이웃한 요홈부(12) 사이의 비에칭면(14)의 거리(S)와 같거나 클 수 있고, 일 예로서 상기 요홈부(12)의 폭 또는 직경(W)은 0.5 ~ 100㎛ 범위에서 선택될 수 있고, 이에 대응한 상기 비에칭면(14)의 거리(S)는 0.5 ~ 70㎛ 범위에서 선택될 수 있다.

여기서 요홈부(12)의 폭 또는 직경(W), 그리고 비에칭면(14)의 거리(S)가 0.5㎛보다 작으면 정밀한 고가의 장비와 복잡한 공정이 요구되어 제조비용의 상승으로 인해 가격 경쟁력이 떨어지므로 상용화가 어려울 뿐 아니라, 패턴이 일정한 간격을 유지하기 어렵다.

반대로, 비에칭면(14)의 거리(S)가 70㎛보다 크면 투명 기재 표면에서 상대적으로 충전층(22)의 면적이 축소되어 내지문, 방오, 발수 등의 특성을 기대하기 어렵다.

물론, 상술한 요홈부(12)의 폭 또는 직경(W)의 최대 수치는 예컨대 소형 전자기기의 디스플레이용 판넬 또는 광학 렌즈의 표면에 적합하게 적용될 수 있는 것으로, 예를 들어 건축물의 창유리 등에 적용하고자 하는 경우 요홈부(12)의 폭이나 직경은 더 크게 변경할 수 있으므로, 전술한 수치는 예시적인 것에 불과하다는 것을 이해해야 한다.

이와 같이 요홈부(12)에 충전층(22)이 형성된 본 발명의 특징에 따르면, 투명 기재 전체의 두께가 균일하면서 내지문, 방오, 발수 특성을 가지기 때문에 빛의 산란을 방지할 수 있으면서 요철면을 형성하지 않게 되어 손가락의 반복적인 터치에 의해서도 충전층(22)의 박리 또는 탈리가 쉽게 되지 않아 충전층(22)의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 패턴을 가진 투명 기재의 제조방법을 보이기 위하여 각 공정의 단면을 확대한 도면이다.

도 3을 참조하는 바와 같이 본 발명의 투명 기재를 제조하는 공정은 다음과 같다.

1) 제 1단계

투명 모재(10)의 표면 일부에 건식 또는 습식 에칭에 의해 소정 패턴의 요홈부(12)를 형성하면, 투명 모재(10) 상의 일부에 요홈부(12)가 형성되고, 그 이외의 표면에는 에칭이 이루어지지 않은 비에칭면(14)이 형성된다.

즉, 도 3의 (a)와 같이 투명 모재(10) 상에 소정 패턴의 에칭레지스터(30)를 인쇄한 다음, 도 3의 (b)와 같이 통상의 에칭 공정, 예를 들면 건식 에칭 또는 습식 에칭을 수행하면, 에칭 레지스터(30)가 인쇄되지 않은 투명 모재(10)의 표면에 요홈부(12)가 형성된다.

이후, 도 3의 (c)와 같이 리무버로 상기 에칭레지스터(30)를 제거하면, 투명 모재(10) 표면에는 에칭레지스터(30)에 의해서 보호된 비에칭면(14)과 에칭레지스터에 의해 보호되지 않고 에칭된 요홈부(12)가 형성된다.

여기서 건식 에칭의 경우 비활성 아르곤 가스를 고주파 방전으로 이온화하거나 할로겐 원소를 포함하는 가스의 플라스마(plasma)를 이용할 수 있으며, 이러한 건식 에칭법은 일반적으로 상용화되고 있는 공지의 기법을 선택하여 적용할 수 있다.

2) 제 2단계

도 3의 (d)를 참조하는 바와 같이 요홈부(12) 및 비에칭면(14)이 형성된 투명 모재(10)의 표면에 상기 투명 모재보다 광 굴절률이 낮은 충전재(예컨대 불소계 유기물로서 불소수지의 하나인 폴리테트라 플루오로에틸렌)을 도포하면 상기 요홈부(12) 내에 상기 충전재가 주입된다.

3) 제 3단계

도 3의 (e)를 참조하는 바와 같이 요홈부(12) 및 비에칭면(14)이 형성된 투명 모재(10)의 표면을 스크레퍼 또는 그것과 동일 기능을 가진 기구나 장치 등을 이용하여 긁거나 밀어내면 비에칭면(14) 상에 도포된 상기 충전재(20)가 제거되고 요홈부(12) 내에 주입된 충전재(20)는 제거되지 않고 잔존하여 충전층(22)을 형성한다.

4) 제 4단계

상기 투명 모재 및 불소계 유기물의 용융온도보다 낮은 온도 환경하에서 상기 요홈부에 상기 충전재가 주입된 투명 모재를 열처리하면 충전층(20)이 경화되어 요홈부(12) 내에서 고착된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예로서 투명 모재(10)의 표면 일부분에 에칭을 통해 요홈부(12)를 형성한 상태와, 요홈부(12)의 일부분에 충전층(22)을 형성한 상태의 대비 사진이다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예로서 투명 모재(10)의 요홈부 전체 구간에 대하여 충전층(22)을 형성한 상태의 현미경 사진 및 그의 접촉각 시험 결과의 사진이다.

도 5를 참조하는 바와 같이 본 발명에 따른 투명 기재의 접촉각 시험을 다음과 같이 수행하였다.

[시험 예]

두께 0.8mm의 투명 강화유리 표면에 대하여 건식 에칭 공정을 통해 웨이브 형태의 요홈부를 형성하였으며, 이때 에칭 요홈부의 폭은 평균 22㎛이고 깊이는 평균 2㎛이다,

요홈부에 고체상의 폴리테트라 플루오로에틸렌의 충전재를 용융시켜서 강화유리 표면에 도포하여 요홈부에 충전재를 주입한 다음, 비에칭면에 도포되어 있는 충전재를 제거하고 열처리하여 충전층이 형성된 투명 기재를 제조하였으며, 이렇게 제조된 투명 기재의 평면을 전자현미경으로 촬영하였다(도 5 참조).

* 접촉각 측정

충전층이 형성된 상기 실시 예의 투명 기재와, 비교재로서 패턴을 형성하지 않은 일반 투명 강화유리에 대하여 각각 독일의 KRUSS 사의 접촉각 시험 장치(모델명: DSA 100S)FMF 이용하여 3㎛ 워터 드롭의 표면 접촉각을 측정한 결과, 본 발명의 충전층이 형성된 실시 예의 투명 기재 접촉각은 132°였고, 비교재는 43°로 측정되었으며, 그 결과 본 발명에 따른 투명 기재는 일반 투명 유리에 비해 발수성, 방오성이 크게 향상됨을 확인하였다.

이와 같이 상술한 설명은 본 발명의 기술 사상을 보인 한정된 실시 예에 따라 설명하였으나, 본 발명은 특정의 실시 예나 수치에 한정되지 아니하며, 실시 예들의 구성요소 일부를 변경, 혼합하는 등, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능하고, 그러한 변형 실시는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10... 투명 모재
12... 요홈부
14... 비에칭면
20... 충전재
22... 충전층
30... 에칭레지스터
32... 홀

Claims (7)

1. 투명 유리 또는 투명 플라스틱으로 이루어지고 빛이 투과되는 영역의 표면 일부에 에칭 공정으로 소정 패턴의 요홈부가 형성되고 상기 요홈부 이외의 표면이 비에칭면으로 된 투명 모재;
   상기 요홈부에 상기 투명 모재보다 광 굴절률이 낮은 투명 충전재가 주입된 충전층;
   을 포함함으로써 빛이 투과되는 영역의 광투과율, 내지문성, 방오성, 발수성, 내구수명 중 적어도 하나 이상의 특성을 증가시킨 것을 특징으로 하는 패턴을 갖는 투명 기재.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 충전층의 충전재는 불소계 유기물 또는 실리콘계 유기물인 것을 특징으로 하는 패턴을 갖는 투명 기재.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 요홈부의 폭 또는 직경은 이웃한 요홈부 사이의 비에칭면의 거리와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 패턴을 갖는 투명 기재.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 요홈부의 폭 또는 직경은 0.5 ~ 100㎛이고, 상기 비에칭면의 거리는 0.5 ~ 70㎛인 것을 특징으로 하는 패턴을 갖는 투명 기재.
6. 투명 유리 또는 투명 플라스틱으로 이루어진 투명 모재 중 빛이 투과되는 영역의 표면 일부에 건식 또는 습식 에칭에 의해 소정 패턴의 요홈부를 형성하고 상기 요홈부 이외의 표면이 비에칭면을 갖도록 하는 제 1단계;
   상기 요홈부 및 비에칭면의 표면에 상기 투명 모재보다 광 굴절률이 낮은 투명 충전재를 도포하여 상기 요홈부 내에 상기 충전재를 주입하는 제 2단계;
   상기 비에칭면 상에 도포된 상기 충전재를 제거하는 제 3단계;
   상기 투명 모재 및 상기 충전재의 용융온도보다 낮은 온도 환경하에서 충전재가 주입된 투명 모재를 열처리하는 제 4단계;
   를 포함함으로써 빛이 투과되는 영역의 광투과율, 내지문성, 방오성, 발수성, 내구수명 중 적어도 하나 이상의 특성을 증가시킨 것을 특징으로 하는 패턴을 갖는 투명 기재의 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 요홈부에 주입된 충전재는 불소계 유기물 또는 실리콘계 유기물인 것을 특징으로 하는 패턴을 갖는 투명 기재의 제조방법.

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