KR101911718B1 - 화상표시장치에 사용되는 광학용 자외선 경화형 수지조성물 - Google Patents

Abstract

화상표시장치에 사용되는 광학용 자외선 경화형 수지조성물이 개시된다. 본 수지조성물은 220 ~ 400nm의 파장을 가지는 자외선으로 경화시켰을 때, 경화된 수지조성물의 유전율이 5.0 이상이고, 상기 화상표시장치에 사용되는 유리 글래스와의 전단접합강도가 12MPa 이상이며, 50g의 볼을 이용한 볼드랍 테스트의 파괴강도높이가 45cm 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

화상표시장치에 사용되는 광학용 자외선 경화형 수지조성물{UV CURABLE OPTICAL RESIN COMPOSITION IN USE OF DISPLAY DEVICES}

본 발명은 화상표시장치의 제조에 사용되는 광학용 자외선 경화용 수지조성물에 관한 것이다.

종래의 화상표시장치에 사용되고 있는 커버 글래스, 표시패널, 그리고 터치센서에 대하여 1종 이상을 부착하거나 각 부재 사이의 충진을 위해서 액상 수지 조성물이 사용되고 있다. 이러한 액상 수지 조성물은 일반적으로 개시제, 모노머, 가소제, 올리고머 및 기타 첨가제 등으로 구성되어 있다. 종래의 화상표시장치에서는, 액상 수지 조성물이 각 부재들을 단순 부착하거나 각 부재들 사이를 충진하는 용도로만 적용되어 왔기 때문에 기계적 특성 및 유전특성을 동시에 요구하지 않는다.

일반적으로 화상표시장치에 적용되는 글래스로는 사파이어 글래스, 고릴라 글래스 등이 사용되고 있는데, 특히 사파이어 글래스는 유전율이 높기 때문에, 액상 수지 조성물의 두께가 100㎛ 이상이어도 지문인식률에 크게 문제가 없으므로, 액상 수지 조성물의 유전특성이 중요하지 않았다.

그러나, 최근에는 화상표시장치의 소형화 및 슬림화가 이루어지고 있는 추세이므로, 이를 위해 박형의 글래스 적용이 필수적으로 되었다. 이러한 상황에서, 유전율이 우수한 사파이어 글래스는 슬림화 작업이 매우 어려워 박형 글래스로 적용할 수 없게 되었다. 대안으로서 다른 종류의 글래스로 대체하여야 하는데, 유전특성이 낮은 글래스를 적용하는 경우 지문인식성능이 저하되므로, 액상수지 조성물의 유전특성이 중요하게 되었으나, 종래의 액상수지 조성물은 유전특성이 3.5 이하로 낮은 수준이므로 적용이 곤란하다.

또한, 박형 글래스는 0.1T(0.1mm) 혹은 그 이하 수준의 두께이므로, 낮은 외력에도 쉽게 파손이 발생할 수 있기 때문에, 박형 글래스를 부착 또는 충진하기 위한 액상 수지 조성물은 매우 높은 수준의 강성이 필수적으로 요구된다.

결국, 종래의 액상수지 조성물은 박형의 화상표시장치에 요구되는 유전특성 및 강성을 동시에 만족시킬 수 없으므로, 박형 글래스에 적용할 수 있는 새로운 액상 수지 조성물의 개발이 시급하다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 박형의 화상표시장치에 요구되는 유전특성 및 강성을 동시에 만족시킬 수 있는, 광학용 자외선 경화형 수지조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 화상표시장치에 사용되는 광학용 자외선 경화형 수지조성물은, 자외선을 흡수하여 광 개시반응을 유발하는 광개시제; 이소보르닐아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸메타크릴레이트 및 2-히드록시부틸메타크릴레이트를 포함하는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합으로 이루어진 모노머; 폴리우레탄아크릴레이트, 폴리이소프렌계 아크릴레이트, 폴리이소프렌계 아크릴레이트 에스테르, 테르펜계 수소 첨가 수지 및 부타디엔 중합체를 포함하는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 분자량이 10,000Mw ~ 100,000Mw 이내인 올리고머; 및 헥사메틸디실라젠으로 표면개질된 하이드로포빅(hydrophobic)계 건식 실리카;를 포함한다.

여기서, 상기 모노머의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 30 중량% 이상 및 40중량% 이하이고, 상기 올리고머의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 47중량% 이상 및 57중량% 이하이고, 상기 건식 실리카의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 3중량% 이상 및 20중량% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 수지조성물을 220 ~ 400nm의 파장을 가지는 자외선으로 경화시켰을 때, 경화된 수지조성물의 유전율이 5.0 이상이고, 상기 화상표시장치에 사용되는 유리 글래스와의 전단접합강도가 12MPa 이상이며, 50g의 볼을 이용한 볼드랍 테스트의 파괴강도높이가 45cm 이상인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 광개시제는, 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 2-히드록시-1-{4-[4-(2-히드록시-2-메틸-프로피오닐)-벤질]페닐}-2-메틸-프로판-1-온, 및 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 건식 실리카의 평균입도는 1nm 이상 및 10nm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자외선 경화형 수지조성물은, 고강도 특성을 발현할 수 있기 때문에 0.1T 이하의 박형 혹은 그 이하의 초박형 글래스에 적용이 가능하다. 특히 중요한 특징으로는 강성이 우수할 뿐만 아니라 유전율이 높기 때문에 박형 혹은 초박형 커버 글래스가 적용된 일체형 지문인식 패키지에 유리하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수지조성물에 대한 전단접합강도 테스트 방법을 설명하는 도면으로서, 경화된 수지조성물(10)이 두개의 유리 글래스(20) 사이에 개재된 상태에서 A 방향으로 인장하는 상태를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 수지조성물에 대한 강성 테스트 방법을 설명하는 도면으로서, 경화된 수지조성물(10)이 두 개의 유리 글래스(20) 사이에 개재된 상태에서 50g의 볼(30)을 B 방향으로 낙하시키는 상태를 도시한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 광학용 자외선 경화형 수지조성물은, 액정표시장치(LCD) 등과 같은 화상표시장치에 사용되는 광학성 투명 수지조성물로서, 화상표시패널, 보호패널 등의 시트부재들 사이에 액상의 수지조성물로서 충전되어 사용된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 수지조성물은 자외선에 의해 광경화가 가능한 수지조성물로서, (a) 광개시제, (b) 모노머, (c) 올리고머, 및 (d) 건식 실리카를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명에 따른 수지조성물은 0.1T 또는 그 이하의 두께를 갖는 박형의 글래스 패널의 부착에 유리하게 적용될 수 있다.

박형 글래스를 적용하기 위해서는, 변형이 일어나지 않기 위한 최소한의 강도 및 경도 유지가 필요하나 접착 및 비산 문제 때문에 많은 제약이 있다. 특히, 윈도우용 보호 글래스의 경우, 화면 파손에 의한 액정 손상이 모바일 장치 고장의 50% 수준에 육박하고 있기 때문에, 박형 글래스를 부착하기 위해서는 일반적인 액상 수지 조성물 보다 높은 수준의 강성이 요구 된다. 특히, 일체형 지문센서에 적용되는 박형 글래스의 부착에 사용되는 수지조성물에는 높은 강성뿐만 아니라 높은 전기적 특성(유전율)이 요구된다.

본 발명에서는, 박형의 글래스에 유리하게 적용하기 위하여, 수지조성물이 높은 유전특성(유전율 5.0 이상)을 발현할 수 있으면서 동시에 전단접합강도가 12MPa 이상이 되도록 하였다. 특히, 본 발명에 따른 수지조성물이 박형의 글래스의 부착에 적용될 때 고강도를 구현하기 위해서, 모노머, 올리고머, 무기입자의 성분 및 함량으로 제어하였다. 수지조성물의 유전특성, 기계적 특성 및 광학적 특성을 동시에 만족시키기 위하여, 특히 올리고머의 구조적 및 화학적 특성 개질을 통해 극복하였으며, 그 결과, 유전율이 5.0 이상의 수준을 유지하면서 전단접합강도가 12MPa 이상, 아울러 강성(ball drop, 50g) 테스트의 파괴강도높이 45cm 이상을 만족하는 수지조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예에서, 자외선을 흡수하여 광 개시반응을 유발하는 광개시제로는, 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 및 2-히드록시-1-{4-[4-(2-히드록시-2-메틸-프로피오닐)-벤질]페닐}-2-메틸-프로판-1-온 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합으로 이루어진 것을 사용하였다.

또한, 모노머로는, 1관능, 2관능 및 3관능 모노머 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합을 사용할 수 있는데, 특히 디시클로펜테닐옥시에틸메타크릴레이트 및 2-히드록시부틸메타크릴레이트를 포함하는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종으로 이루어진 모노머가 바람직하다.

아울러, 올리고머는 주구조가 우레탄(urethane) 계열로서 분자량이10,000Mw ~ 100,000Mw 이내인 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 폴리우레탄아크릴레이트, 폴리이소프렌계 아크릴레이트, 폴리이소프렌계 아크릴레이트 에스테르, 테르펜계 수소 첨가 수지 및 부타디엔 중합체를 포함하는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하였다.

마지막으로, 무기입자로서, 헥사메틸디실라젠(HMDS; Hexamethyldisilazane)으로 표면개질된 하이드로포빅(hydrophobic)계 건식 실리카 분말을 사용하였다. 여기서, 건식 실리카 분말의 평균입도는 1nm 이상 및 10nm이하인 것이 바람직하다. 일반적으로, 실리카는 표면에 있는 실란올기(Si-OH) 때문에 친수성을 갖으나, 본 발명에 따른 수지조성물은 소수성(Hydrophobic)을 가지므로 일반적인 실리카와 상호작용이 적어 친화성이 떨어진다. 따라서, 본 발명에서는, 실리카 분말의 표면을 헥사메틸디살라젠으로 표면을 개질함으로써 화학적 결합에 의한 접합강도 증대를 유도할 수 있다. 즉, 커플링제의 두 관능기가 각각 고분자와 무기접합면에 공유결합을 형성함으로써, 커플링제(coupling agent)를 사이에 둔 가교 결합체를 형성하게 되어 접착면의 안정성을 도모할 수 있게 된다. 더구나, 공유 결합의 형성이 없는 경우에도, 접착표면에 흡착된 커플링제에 의하여 표면에너지가 높은 친수성의 무기성분의 기판표면이 소수성으로 바뀌게 되어 광경화성 수지와의 상용성이 증가됨에 따라 계면접착력의 증가를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 광학용 자외선 경화형 수지 조성물에 높은 유전율을 부여함과 동시에 높은 강성을 구현하기 위하여, 모노머, 올리고머, 건식 실리카를 적절한 혼합비로 제조하였다. 즉, 표 1에서 보듯이, 모노머의 함량은 수지조성물 전체 중량에 대하여 30 중량% 이상 및 40중량% 이하로 제어하고, 올리고머의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 47중량% 이상 및 57 중량% 이하로 제어하며, 상기 건식 실리카의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 3 중량% 이상 및 20 중량% 이하로 제어하였다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
무기입자(중량%)	3.0	5.0	6.0	10.0	10.0	20.0
개시제(중량%)	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
모노머(중량%)	40.0	40.0	40.0	40.0	30.0	30.0
올리고머(중량%)	54.0	52.0	51.0	47.0	57.0	47.0

상술한 조성의 수지조성물을 220 ~ 400nm의 파장을 가지는 자외선으로 경화시킨 후, 경화된 수지조성물의 유전율, 접착력, 강성을 측정하여 표 2에 나타내었다. 여기서, 자외선 경화 광원은 LED(365nm, 385nm, 395nm), 할로겐(D-bulb, H-bulb) 중에서 1종 또는 1종 이상을 단계별로 적용하였다. 그리고 유전율 측정은 임피던스 분석기(Impedance analyzer)를 이용하여 1MHz에 대하여 평가하였다. 접착력 평가는 도 1과 같이 제작하여 전단접합강도를 측정하였으며, 강성평가는 도 2와 같이 50g의 볼을 이용한 볼드랍 테스트를 이용하여 측정하였다. 여기서, 파괴강도높이가 45cm 이상인 경우, 볼을 45cm에서 낙하시켰을 때에는 파괴가 일어나지 않으나 그 보다 높은 높이에서 낙하시켰을 때 파괴됨을 의미한다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
유전율(1MHz)	5.5	5.8	6.8	7.8	7.3	7.3
파괴강도높이(cm)	45	45	50	45	45	50
전단접합강도(MPa)	14.7	13.3	13.8	12.4	12.3	13.4

표 2에서 보듯이, 실시예 1 내지 6 모두에서 유전율 5.0 이상, 전단접합강도 12MPa 이상, 파괴강도높이 45cm 이상으로 우수한 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. 이러한 결과는, 종래의 광학용 수지조성물의 유전율이 3.0 미만인 것과 대조된다. 특히, 본 발명에 따른 수지조성물은 유전율 5.0 이상, 전단접합강도 12MPa 이상 및 파괴강도높이 45cm 이상을 동시에 구현하고 있다는 점에서, 우수한 유전특성 및 접착력, 및 강성을 가지기 때문에, 박형 또는 초박형 글래스의 접착 또는 충진용 소재뿐만 아니라 전기전자, 자동차, 항공 등의 다양한 분야에 적용이 가능하다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

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Claims (3)

1. 두께가 0.1mm 이하인 박형의 글래스 패널을 포함하는 화상표시장치에서 상기 박형의 글래스 패널의 부착에 사용되는 광학용 자외선 경화형 수지조성물에 있어서,
   1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 및 2-히드록시-1-{4-[4-(2-히드록시-2-메틸-프로피오닐)-벤질]페닐}-2-메틸-프로판-1-온 중에서 선택된 1종 또는 2종을 포함하고, 자외선을 흡수하여 광 개시반응을 유발하는 광개시제;
   디시클로펜테닐옥시에틸메타크릴레이트 및 2-히드록시부틸메타크릴레이트를 포함하는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종으로 이루어진 모노머;
   폴리우레탄아크릴레이트, 폴리이소프렌계 아크릴레이트, 폴리이소프렌계 아크릴레이트 에스테르, 테르펜계 수소 첨가 수지 및 부타디엔 중합체를 포함하는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 분자량이 10,000Mw ~ 100,000Mw 이내인 올리고머; 및
   평균입도가 1nm 이상 및 10nm 이하이고, 헥사메틸디실라젠으로 표면개질된 하이드로포빅(hydrophobic)계 건식 실리카;를 포함하고,
   상기 모노머의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 30 중량% 이상 및 40중량% 이하이고, 상기 올리고머의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 47중량% 이상 및 57 중량% 이하이고, 상기 건식 실리카의 함량은 상기 수지조성물 전체 중량에 대하여 3 중량% 이상 및 20 중량% 이하이고,
   상기 수지조성물을 220 ~ 400nm의 파장을 가지는 자외선으로 경화시켰을 때, 경화된 수지조성물의 유전율이 5.0 이상이고, 상기 화상표시장치에 사용되는 유리 글래스와의 전단접합강도가 12MPa 이상이며, 상기 경화된 수지조성물의 두께가 50㎛일 때 50g의 볼을 이용한 볼드랍 테스트의 파괴강도높이가 45cm 이상인 것을 특징으로 하는, 광학용 자외선 경화형 수지조성물.
   
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