KR102026628B1

KR102026628B1 - 투명한 압력 감지 필름 조성물

Info

Publication number: KR102026628B1
Application number: KR1020177028221A
Authority: KR
Inventors: 차오 장; 미카엘 펭 가오; 빌 후; 다니엘 엘. 더모디; 통 썬; 자오 왕; 피터 트레포나스; 마이크 허스; 양 리우
Original assignee: 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈 엘엘씨; 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2019-09-30
Also published as: US20180067602A1; JP2018514906A; WO2016154846A1; TWI591111B; TW201700573A; KR20170132199A

Abstract

매트릭스 폴리머; 및 복수의 전도성 입자를 갖는 투명한 압력 감지 필름 조성물로서, 상기 매트릭스 폴리머가 25 내지 100 중량%의 알킬 셀룰로오스를 포함하고; 상기 투명한 압력 감지 필름의 전기 저항이, 상기 전기 저항이 가해진 압력의 z-성분에 따라서 감소되도록 상기 투명한 압력 감지 필름의 두께를 따라 배향된 z 성분을 갖는 상기 가해진 압력에 따라서 가변되는, 투명한 압력 감지 필름 조성물이 제공된다.

Description

투명한 압력 감지 필름 조성물

본 발명은 투명한 압력 감지 필름 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 투명한 압력 감지 필름 제조 방법 및 상기 필름을 포함하는 장치에 관한 것이다.

전자 디스플레이 장치, 예컨대, 텔레비젼, 컴퓨터 모니터, 휴대폰 및 태블릿 시장은, 다양한 제품 개발자들이 경쟁력있는 가격으로 개선된 제품 특성을 제공하기 위해 계속해서 경쟁하고 있는 경기장이다.

많은 전자 디스플레이 장치는 이들의 디스플레이 인터페이스를 통하여 사용자로부터 정보를 수신하고 전달한다. 터치 스크린은 사용자로부터 입력을 수용하는 직관적인 수단을 제공한다. 그와 같은 터치 스크린은 대안적인 입력 수단, 예를 들면, 마우스 및 키보드가 실용적이지 않거나 요구되지 않는 장치에 대하여 특히 유용하다.

저항성, 표면 음향파, 용량성, 적외선, 광학 이미징, 분산 신호 및 음향 펄스를 포함하는 많은 터치 감지 기술이 개발되어 왔다. 이러한 기술의 각각은 디스플레이 스크린 상에서 터치 또는 터치들 (즉, 다중-터치)의 위치를 감지하도록 작동한다; 그러나, 이러한 기술은 스크린에 가해진 압력의 세기에는 반응하지 않는다.

터치 위치 및 가해진 터치 압력에 반응하는 터치 감지 장치는 알려져 있다. 그와 같은 터치 감지 장치는 전형적으로 폴리머 매트릭스 재료 중에 분산된 전기적 활성 입자를 사용한다. 그러나, 이러한 장치의 광학 특성은 일반적으로 전자 디스플레이 장치 응용예에 사용하기에는 호환되지 않는다.

따라서, 압력 감지 능력과 함께 통상의 터치 및 다중 터치 능력을 촉진시키며, 광학 디스플레이 터치 감지 장치에서의 사용을 촉진시키도록 광학적으로 투명한, 압력 감지 필름이 필요하다.

루시(Lussey) 등은 터치 스크린 장치에 적합한 복합 재료를 개시한다. 구체적으로, 루시 등의 미국 특허 출원 공개 번호 20140109698에는 길이 및 폭, 그리고 상기 길이 및 상기 폭과 비교하여 비교적 작은 두께를 갖는 캐리어 층을 포함하는, 구체적으로 터치 스크린에 적합한 전기 반응성 복합 재료가 개시되어 있다. 상기 복합 재료는 또한 복수의 전기 전도성 또는 반-전도성 입자를 포함한다. 상기 입자는 응집되어, 각각의 응집체가 복수의 입자를 포함하도록 캐리어 층 내에 분산된 복수의 응집체를 형성한다. 상기 응집체는, 전기 반응성 복합 재료가 가해진 압력에 따라 감소된 저항을 갖도록 가해진 압력에 따라 캐리어 층의 두께를 가로질러 전기 전도를 제공하게끔 배열된다. 루시 등은, 전기 전도성 또는 반-전도성 입자가 WO 99/38173에 기재된 과립으로 미리 성형될 수 있음을 추가로 개시한다. 그러한 미리 성형된 과립은 매우 얇은 층의 폴리머 결합제로 코팅된 전기적 활성 입자를 포함한다.

그럼에도 불구하고, 광학적으로 투명하고, 압력 입력에 추가하여 통상의 터치 및 다중-터치 입력을 가능케 하는 터치 감지 디스플레이의 제조를 촉진시키는 압력 감지 필름이 계속해서 필요하다.

본 발명은, 매트릭스 폴리머, 및 ≤ 2의 평균 종횡(aspect) 비, AR _평균 을 갖는 복수의 전도성 입자를 포함하는 투명한 압력 감지 필름으로서, 상기 매트릭스 폴리머가 25 내지 100 중량%의 알킬 셀룰로오스를 포함하고; 상기 복수의 전도성 입자가 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되며; 상기 복수의 전도성 입자가 매트릭스 폴리머 중에 위치하고; 상기 투명한 압력 감지 필름이 < 10 중량%의 복수의 전도성 입자를 함유하고; 상기 투명한 압력 감지 필름이 길이, 폭, 두께, T, 및 평균 두께, T _평균 을 가지며; 상기 평균 두께, T _평균 이 0.2 내지 1,000 μm이고; 상기 매트릭스 폴리머가 전기적 비-전도성이며; 상기 투명한 압력 감지 필름의 전기 저항이, 이 전기 저항이 가해진 압력의 z-성분에 따라서 감소되도록 투명한 압력 감지 필름의 두께, T를 따라 배향된(directed) z 성분을 갖는 가해진 압력에 따라서 가변되는, 투명한 압력 감지 필름을 제공한다.

본 발명은, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름; 및 압력이 투명한 압력 감지 필름에 가해지는 경우에 저항에서의 변화를 감지하기 위해, 투명한 압력 감지 필름에 결합된 컨트롤러를 포함하는 장치를 제공한다.

본 발명은, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름; 압력이 투명한 압력 감지 필름에 가해지는 경우에 저항에서의 변화를 감지하기 위해, 투명한 압력 감지 필름에 결합된 컨트롤러; 및 투명한 압력 감지 필름이 전자 디스플레이와 인터페이스되는 전자 디스플레이를 포함하는 장치를 제공한다.

본 발명은, 정지 상태로부터 탄성적으로 변형가능한 매트릭스 폴리머를 제공하는 단계로서, 상기 제공된 매트릭스 폴리머가 25 내지 100 중량%의 알킬 셀룰로오스를 포함하는, 단계; ≤ 2의 평균 종횡 비, AR _평균 을 갖는 복수의 전도성 입자를 제공하는 단계로서, 상기 제공된 복수의 전도성 입자가 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 상기 제공된 복수의 전도성 입자가 매트릭스 폴리머 중에 위치하는, 단계; 테르피네올, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 사이클로헥사논, 부틸 카비톨, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 크실렌 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 용매를 제공하는 단계; 매트릭스 폴리머 및 복수의 전도성 입자를 용매 중에 분산시켜서 필름 형성 조성물을 형성시키는 단계; 기판 위에 필름 형성 조성물을 증착시키는 단계; 및 필름 형성 조성물을 경화시켜서 기판 위에 투명한 압력 감지 필름을 제공하는 단계를 포함하는, 투명한 압력 감지 필름 제공 방법을 제공한다.

도 1은 투명한 압력 감지 필름의 투시 상부/측면도를 도시한다.
도 2는 복수의 유기-무기 복합 입자를 함유하는 투명한 압력 감지 필름에 대한 대표적인 압력 부하-해제 주기이다.
도 3은 복수의 유기-무기 복합 입자를 함유하는 투명한 압력 감지 필름에 대한 대표적인 압력 부하-해제 주기이다.
도 4는 복수의 유기-무기 복합 입자를 함유하는 투명한 압력 감지 필름에 대한 대표적인 압력 부하-해제 주기이다.

전통적인 위치 입력 (즉, x,y-성분)과 함께 압력 입력 요소 (즉, z-성분)를 가능케 하는 터치 감지 광학 디스플레이는, 장치 제조에 장치 설계 및 인터페이스에서의 추가 유연성을 제공한다. 본 발명의 투명한 압력 감지 필름은 그와 같은 터치 감지 광학 디스플레이에 대한 중요 성분을 제공하며, 신속한 (즉, ≤ 10분의 경화 시간) 저온 가공성 (즉, ≤ 130℃의 경화 온도)을 제공한다. 본 발명의 투명한 압력 감지 필름은 또한 높은 투과율 (즉, ≥ 85%) 및 낮은 불투명도(haze) (즉, ≤ 5%)를 유지하면서, 인듐 주석 산화물 코팅된 기판 (예를 들면, 유리 위의 ITO; PET 위의 ITO)으로의 좋은 접착력 (바람직하게는 ≥ 4B)을 갖는다.

매트릭스 폴리머와 관련하여 본원에서 그리고 첨부된 청구범위에서 사용된 용어 "전기적 비-전도성"은, 상기 매트릭스 폴리머가 ASTM D257-14에 따라 측정된 ≥ 10⁸ Ω·cm의 체적 저항, ρ _v 를 가짐을 의미한다.

본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 매트릭스 폴리머; 및 ≤ 2 (바람직하게는, ≤ 1.5; 더 바람직하게는, ≤ 1.25; 가장 바람직하게는, ≤ 1.1)의 평균 종횡 비, AR _평균 을 갖는 복수의 전도성 필름을 포함하고; 상기 매트릭스 폴리머가 25 내지 100 중량%의 알킬 셀룰로오스를 포함하며; 상기 복수의 전도성 입자가 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되며; 상기 복수의 전도성 입자가 매트릭스 폴리머 중에 위치하고; 상기 투명한 압력 감지 필름이 < 10 중량%의 복수의 전도성 입자를 함유하고; 상기 투명한 압력 감지 필름이 길이, 폭, 두께, T, 및 평균 두께, T _평균 을 가지며; 상기 평균 두께, T _평균 이 0.2 내지 1,000 μm이고; 상기 매트릭스 폴리머가 전기 비-전도성이고; 상기 투명한 압력 감지 필름의 전기 저항이, 이 전기 저항이 가해진 압력의 z-성분에 따라서 감소되도록 투명한 압력 감지 필름의 두께, T를 따라 배향된 z 성분을 갖는 가해진 압력에 따라서 가변된다 (도 1 참고).

본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 길이, L, 폭, W, 두께, T, 및 평균 두께, T _평균 을 갖는다 (도 1 참고.) 투명한 압력 감지 필름 (10)의 길이, L, 및 폭, W은 바람직하게는 투명한 압력 감지 필름 (10)의 두께, T보다 훨씬 더 크다. 투명한 압력 감지 필름 (10)의 길이, L, 및 폭, W은, 투명한 압력 감지 필름 (10)이 혼입되는 터치 감지 광학 디스플레이 장치의 크기에 기초하여 선택될 수 있다. 대안적으로, 투명한 압력 감지 필름 (10)의 길이, L, 및 폭, W,은 제조 방법에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은, 투명한 압력 감지 필름 (10)이 나중에 원하는 크기로 절단되는 롤-투-롤(roll-to-roll) 유형의 작동으로 제조될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.2 내지 1,000 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.5 내지 100 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 1 내지 25 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 1 내지 5 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은, 이 필름의 두께를 따른 z-방향에서의 성분을 갖는 힘을 가할 때 높은 저항의 정지 상태에서 더욱 낮은 저항의 스트레스 받은 상태로 가역적으로 전이된다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.1 내지 42 N/cm² (더 바람직하게는, 0.14 내지 28 N/cm²) 세기를 갖는 z-방향에서의 성분을 갖는 힘을 가할 때 높은 저항의 정지 상태에서 더욱 낮은 저항의 스트레스 받은 상태로 전이된다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은, 일정한 응답 전이를 유지하면서 높은 저항의 정지 상태에서 더욱 낮은 저항의 스트레스 받은 상태로 적어도 500,000 주기를 겪을 수 있다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 정지 상태에 있는 경우에 ≥ 10⁵ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 더 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 정지 상태에 있는 경우에 ≥ 10⁷ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 가장 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 정지 상태에 있는 경우에 ≥ 10⁸ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 28 N/cm²의, z 방향에서의 성분을 갖는 압력을 가하는 경우에 < 10⁵ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 더 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 28 N/cm²의, z 방향에서의 성분을 갖는 압력을 가하는 경우에 < 10⁴ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 가장 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 28 N/cm²의, z 방향에서의 성분을 갖는 압력을 가하는 경우에 < 10³ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 ASTM D1003-11e1에 따라 측정한 < 5%의 불투명도, H _불투명도 를 갖는다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 ASTM D1003-11e1에 따라 측정한 < 4%의 불투명도, H _불투명도를 갖는다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 ASTM D1003-11e1에 따라 측정한 < 3%의 불투명도, H _불투명도 를 갖는다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 ASTM D1003-11e1에 따라 측정한 > 75%의 투과율, T _투과율 을 갖는다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 ASTM D1003-11e1에 따라 측정한 > 85%의 투과율, T _투과율 을 갖는다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 ASTM D1003-11e1에 따라 측정한 > 89%의 투과율, T _투과율 을 갖는다.

바람직하게는, 매트릭스 폴리머는 25 내지 100 중량% 알킬 셀룰로오스를 포함한다. 바람직하게는, 매트릭스 폴리머는 알킬 셀룰로오스와 폴리실록산의 조합물을 포함한다. 더 바람직하게는, 매트릭스 폴리머는 25 내지 75 중량%의 알킬 셀룰로오스와 75 내지 25 중량%의 폴리실록산의 조합물이다. 더욱 더 바람직하게는, 매트릭스 폴리머는 30 내지 65 중량%의 알킬 셀룰로오스와 70 내지 35 중량%의 폴리실록산의 조합물이다. 가장 바람직하게는, 매트릭스 폴리머는 40 내지 60 중량%의 알킬 셀룰로오스와 60 내지 40 중량%의 폴리실록산의 조합물이다.

바람직하게는, 알킬 셀룰로오스는 C_1-6 알킬 셀룰로오스이다. 더 바람직하게는, 알킬 셀룰로오스는 C_1-4 알킬 셀룰로오스이다. 더욱 바람직하게는, 알킬 셀룰로오스는 C_1-3 알킬 셀룰로오스이다. 가장 바람직하게는, 알킬 셀룰로오스는 에틸 셀룰로오스이다.

바람직하게는, 폴리실록산은 하이드록시 작용성 실리콘 수지이다. 바람직하게는, 폴리실록산은 500 내지 10,000 (바람직하게는, 600 내지 5,000; 더 바람직하게는, 1,000 내지 2,000; 가장 바람직하게는, 1,500 내지 1,750)의 수 평균 분자량을 갖는 하이드록시 작용성 실리콘 수지이다. 바람직하게는, 하이드록시 작용성 실리콘 수지는 분자 당 평균 1 내지 15 중량% (바람직하게는, 3 내지 10 중량%; 더 바람직하게는, 5 내지 7 중량%; 가장 바람직하게는, 6 중량%)의 하이드록실 기를 갖는다. 바람직하게는, 하이드록시 작용성 실리콘 수지는 알킬페닐폴리실록산이다. 바람직하게는, 알킬페닐폴리실록산은 5:1 내지 1:5 (바람직하게는, 5:1 내지 1:1; 더 바람직하게는, 3:1 내지 2:1; 가장 바람직하게는,2.71:1)의 페닐:알킬 몰 비를 갖는다. 바람직하게는, 알킬페닐폴리실록산은 알킬 라디칼 당 평균 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 함유한다. 더 바람직하게는, 알킬페닐폴리실록산은 알킬 라디칼 당 평균 2 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 함유한다. 더 바람직하게는, 알킬페닐폴리실록산은 알킬 라디칼 당 평균 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 함유한다. 바람직하게는, 알킬페닐폴리실록산은 500 내지 10,000 (바람직하게는, 600 내지 5,000; 더 바람직하게는, 1,000 내지 2,000; 가장 바람직하게는, 1,500 내지 1,750)의 수 평균 분자량을 갖는다.

바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 전기 전도성 금속 입자, 전기 전도성 금속 합금 입자, 전기 전도성 금속 산화물 입자, 금속 합금의 전기 전도성 산화물 입자; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 안티몬 도핑된 주석 산화물 (ATO) 입자; 은 입자; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 안티몬 도핑된 주석 산화물 (ATO) 및 은 입자로 이루어지는 군으로부터 선택된다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 < 10 중량%의 복수의 전도성 입자를 함유한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.01 내지 9.5 중량%의 복수의 전도성 입자를 함유한다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.05 내지 5 중량%의 복수의 전도성 입자를 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.5 내지 3 중량%의 복수의 전도성 입자를 함유한다.

바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 복수의 복합 입자이며, 여기서 각각의 복합 입자는 유기 결합제와 함께 결합된 복수의 주요 입자를 포함한다. 바람직하게는, 복수의 복합 입자는 분무 건조된 입자이다.

바람직하게는, 복수의 주요(primary) 입자는 10 내지 100 nm의 평균 입자 크기를 가지며, 전기 전도성 재료; 전기 반전도성 재료; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 복수의 주요 입자는 전기 전도성 금속 입자, 전기 전도성 금속 합금 입자, 전기 전도성 금속 산화물 입자, 금속 합금의 전기 전도성 산화물 입자; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 복수의 주요 입자는 안티몬 도핑된 주석 산화물 (ATO) 입자; 은 입자; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 복수의 주요 입자는 안티몬 도핑된 주석 산화물 (ATO) 및 은 입자로 이루어지는 군으로부터 선택된다.

바람직하게는, 유기 결합제는 비닐 아세테이트 폴리머, 아크릴 폴리머, 폴리우레탄 폴리머, 에폭시 폴리머, 폴리올레핀 폴리머, 알킬 셀룰로오스, 실리콘 폴리머 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 유기 결합제는 아크릴 폴리머이다. 가장 바람직하게는, 유기 결합제는 중공 코어 아크릴 폴리머이다.

바람직하게는, 복수의 복합 입자는 정지되었을 때 높은 저항 상태에서 압축력이 가해졌을 때 낮은 저항, 비-정지 상태로 가역적으로 전환가능하다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 < 10 중량%의 복수의 복합 입자를 함유한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.01 내지 9.5 중량%의 복수의 복합 입자를 함유한다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.05 내지 5 중량%의 복수의 복합 입자를 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.5 내지 3 중량%의 복수의 복합 입자를 함유한다.

바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 10 nm 내지 50 μm의 평균 입자 크기, PS _평균 을 갖는다. 더 바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 1 내지 30 μm의 평균 입자 크기, PS _평균 을 갖는 복수의 복합 입자이다. 가장 바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 1 내지 20 μm의 평균 입자 크기, PS _평균 을 갖는 복수의 복합 입자이다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)은, 필름의 두께를 따른 z-방향에서의 성분을 갖는 힘을 가하는 경우에 높은 저항의 정지 상태에서 더욱 낮은 저항의 비-정지 상태로 가역적으로 전이된다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 0.1 내지 42 N/cm² (더 바람직하게는, 0.14 내지 28 N/cm²) 세기를 갖는 z-방향에서의 성분을 갖는 압력을 가하는 경우에 높은 저항의 정지 상태에서 더욱 낮은 저항의 비-정지 상태로 가역적으로 전이된다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 일정한 응답 전이를 유지하면서 높은 저항의 정지 상태에서 더욱 낮은 저항의 비-정지 상태로 적어도 100,000 주기를 겪을 수 있다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 정지 상태에 있는 경우에 ≥ 10⁵ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 더 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 정지 상태에 있는 경우에 ≥ 10⁷ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 가장 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 정지 상태에 있는 경우에 ≥ 10⁸ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 28 N/cm²의, z 방향에서의 성분을 갖는 압력을 가하는 경우에 < 10⁵ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 더 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 28 N/cm²의, z 방향에서의 성분을 갖는 압력을 가하는 경우에 < 10⁴ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다. 가장 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름 (10)은 28 N/cm²의, z 방향에서의 성분을 갖는 압력을 가하는 경우에 < 10³ Ω·cm의 체적 저항을 갖는다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)에 사용된 매트릭스 폴리머는 ASTM D257-14에 따라 측정하여 ≥10⁸ Ω·cm의 체적 저항, ρ _v 을 갖는다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)에 사용된 매트릭스 폴리머는 ASTM D257-14에 따라 측정하여 ≥10¹⁰ Ω·cm의 체적 저항, ρ _v 을 갖는다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)에 사용된 매트릭스 폴리머는 ASTM D257-14에 따라 측정하여 10¹² 내지 10¹⁸ Ω·cm의 체적 저항, ρ _v 을 갖는다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)에 사용된 매트릭스 폴리머는 z-방향에서의 성분을 갖는 압력을 가함으로써 압축시키는 경우에 정지 상태에서 비-정지 상태로 탄성적으로 변형가능하다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)에 사용된 매트릭스 폴리머는 0.1 내지 42 N/cm²의, z-방향에서의 성분을 갖는 압력을 가함으로써 압축시키는 경우에 정지 상태에서 비-정지 상태로 탄성적으로 변형가능하다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름 (10)에 사용된 매트릭스 폴리머는 0.14 내지 28 N/cm²의, z-방향에서의 성분을 갖는 압력을 가함으로써 압축시키는 경우에 정지 상태에서 비-정지 상태로 탄성적으로 변형가능하다.

바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 매트릭스 폴리머 중에 위치한다. 더 바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 매트릭스 폴리머 전체를 통하여 분산되거나 배열되는 것 중 적어도 하나의 상태로 존재한다. 가장 바람직하게는, 복수의 전도성 입자는 매트릭스 폴리머 전체를 통하여 분산된다.

본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법은, 정지 상태로부터 탄성적으로 변형가능한 매트릭스 폴리머를 제공하는 단계로서, 상기 제공된 매트릭스 폴리머가 25 내지 100 중량%의 알킬 셀룰로오스를 포함하는 단계; ≤ 2 (바람직하게는, ≤ 1.5; 더 바람직하게는, ≤ 1.25; 가장 바람직하게는, ≤ 1.1)의 평균 종횡 비, AR _평균 을 갖는 복수의 전도성 입자를 제공하는 단계로서, 상기 제공된 복수의 전도성 입자가 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 상기 제공된 복수의 전도성 입자가 매트릭스 폴리머 중에 위치하는, 단계; 테르피네올, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 사이클로헥사논, 부틸 카비톨, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 크실렌 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 용매를 제공하는 단계; 매트릭스 폴리머 및 복수의 전도성 입자를 용매 중에 분산시켜서 필름 형성 조성물을 형성시키는 단계; 기판 위에 필름 형성 조성물을 증착시키는 단계; 및 필름 형성 조성물을 경화시켜서 기판 위에 투명한 압력 감지 필름을 제공하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법에서, 매트릭스 폴리머는 0.1 내지 50 중량%의 농도로 필름 형성 조성물 중에 포함된다. 더 바람직하게는, 매트릭스 폴리머는 0.1 내지 30 중량%의 농도로 필름 형성 조성물 중에 포함된다. 가장 바람직하게는, 매트릭스 폴리머는 5 내지 20 중량%의 농도로 필름 형성 조성물 중에 포함된다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법에서, 필름 형성 조성물은 잘 알려진 증착 기술을 사용하여 기판 위에 증착된다. 더 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 분무 도장, 딥 코팅, 스핀 코팅, 나이프 코팅, 키스 코팅, 그라비아 코팅, 스크린 인쇄, 잉크 젯 인쇄 및 패드 인쇄로 이루어지는 군으로부터 선택된 공정을 사용하여 기판 표면에 적용된다. 더 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 딥 코팅, 스핀 코팅, 나이프 코팅, 키스 코팅, 그라비아 코팅 및 스크린 인쇄로 이루어지는 군으로부터 선택된 공정을 사용하여 기판 표면에 적용된다. 가장 바람직하게는, 상기 조합물은 나이프 코팅 및 스크린 인쇄로부터 선택된 공정에 의해 기판 표면에 적용된다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법에서, 필름 형성 조성물이 경화되어 기판 위에 투명한 압력 감지 필름을 제공한다. 바람직하게는, 필름 형성 조성물 내 휘발성 성분, 예컨대 용매는 경화 공정 동안 제거된다. 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 가열에 의해 경화된다. 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 번-오프(burn-off), 마이크로 펄스 광자 가열, 연속 광자 가열, 마이크로파 가열, 오븐 가열, 진공 노 가열 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 공정에 의해 가열된다. 더 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 오븐 가열 및 진공 노 가열로 이루어지는 군으로부터 선택된 공정에 의해 가열된다. 가장 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 오븐 가열에 의해 가열된다.

바람직하게는, 필름 형성 조성물은 100 내지 200℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다. 더 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 120 내지 150℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다. 더욱 더 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 125 내지 140℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다. 가장 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 125 내지 135℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다.

바람직하게는, 필름 형성 조성물은 1 내지 45분의 기간 동안 100 내지 200℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다. 더 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 1 내지 45분 (바람직하게는, 1 내지 30분; 더 바람직하게는, 5 내지 15분; 가장 바람직하게는, 10분 동안)의 기간 동안 120 내지 150℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다. 더욱 더 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 1 내지 45분 (바람직하게는, 1 내지 30분; 더 바람직하게는, 5 내지 15분; 가장 바람직하게는, 10분 동안)의 기간 동안 125 내지 140℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다. 가장 바람직하게는, 필름 형성 조성물은 1 내지 45분 (바람직하게는, 1 내지 30분; 더 바람직하게는, 5 내지 15분; 가장 바람직하게는, 10분 동안)의 기간 동안 125 내지 135℃의 온도에서의 가열에 의해 경화된다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법에서, 기판 위에 제공된 투명한 압력 감지 필름은 0.2 내지 1,000 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다. 더 바람직하게는, 기판 위에 제공된 투명한 압력 감지 필름은 0.5 내지 100 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 기판 위에 제공된 투명한 압력 감지 필름은 1 내지 5 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다. 가장 바람직하게는, 기판 위에 제공된 투명한 압력 감지 필름은 1 내지 5 μm의 평균 두께, T _평균 을 갖는다.

바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법에서, 제공된 복수의 전도성 입자는 평균 입자 크기, PS _평균 을 갖도록 선택된 복수의 복합 입자이어서, 투명한 압력 감지 필름에서 0.5*T _평균 ≤ PS _평균 ≤ 1.5*T _평균 이 기판 위에 제공된다. 더 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법에서, 제공된 복수의 전도성 입자는 평균 입자 크기, PS _평균 을 갖도록 선택된 복수의 복합 입자이어서, 투명한 압력 감지 필름에서 0.75*T _평균 ≤ PS _평균 ≤ 1.25*T _평균 이 기판 위에 제공된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름의 제공 방법에서, 제공된 복수의 전도성 입자는 평균 입자 크기, PS _평균 을 갖도록 선택된 복수의 복합 입자이어서, 투명한 압력 감지 필름에서 T _평균 ≤ PS _평균 ≤ 1.1*T _평균 이 기판 위에 제공된다.

본 발명의 장치는, 본 발명의 투명한 압력 감지 필름; 및, 압력이 투명한 압력 감지 필름에 가해지는 경우에 저항에서의 변화를 감지하기 위해, 투명한 압력 감지 필름에 결합된 컨트롤러를 포함한다.

바람직하게는, 본 발명의 장치는 전자 디스플레이를 추가로 포함하는데, 여기서 투명한 압력 감지 필름이 전자 디스플레이와 인터페이스된다. 더 바람직하게는, 투명한 압력 감지 필름이 전자 디스플레이를 덮어 씌운다.

본 발명의 일부 구현예가 지금부터 하기 실시예에서 상세하게 설명될 것이다.

실시예에 기록된 데이타, 투과율, T _투과율 은 BYK Gardner 분광광도계를 사용하여 ASTM D1003-11e1에 따라 측정하였다. ITO 유리 위의 각각의 압력 감지 필름 샘플을 3개의 상이한 지점에서 측정하였고, 측정치의 평균을 기록하였다.

실시예에 기록된 데이타, 불투명도, H _불투명도 는 BYK Gardner 분광광도계를 사용하여 ASTM D1003-11e1에 따라 측정하였다. ITO 유리 위의 각각의 압력 감지 필름 샘플을 3개의 상이한 지점에서 측정하였고, 측정치의 평균을 기록하였다.

실시예 1: 복합 전도성 입자

1.5 mm 노즐을 갖는 BUCHI Labortechnik AG 제품인 B-290 분무 건조기를 사용하여 수성 분산액을 분무 건조시켜서 복합 전도성 입자를 제조하였다. 분무 건조기를 통해 분무된 상기 수성 분산액은, 평균 1.2 μm 직경을 갖는 제1 중공 코어 아크릴 수지 (5 g; The Dow Chemical Company로부터 입수가능한 HP1055 Ropaque^TM 폴리머); 평균 120 nm 직경을 갖는 제2 중공 코어 아크릴 수지 (1 g; The Dow Chemical Company로부터 입수가능한 MSRC2731 Ropaque^TM 폴리머); 수성 안티몬 도핑된 주석 산화물 (ATO) (10 g, 고형물 기준, Shanghai Huzheng Nanotechnology Co., Ltd. 제품인 WP-020); 및 100℃ 및 10 mL/min의 유체 유속에서의 공기 중에서 탈이온수 (200 g)에 분산시킨 소포제 (3 mg, Air Products 및 Chemicals, Inc. 제품인 Foamaster® NXZ 소포제)를 함유하였다. 형성된 생성물 분무 건조시킨 복합 전도성 입자는 10 μm의 평균 입자 크기와 함께 1 내지 20 μm의 입자 크기 분포를 지녔다.

실시예 2-10: 매트릭스 폴리머 제조

실시예 2 내지 10의 매트릭스 폴리머는, 에틸셀룰로오스 (하기 표 1에 기재됨)를 7:3 중량 비의 테르피네올과 글리콜 메틸 에테르 아세테이트의 용매 혼합물 (The Dow Chemical Company 제품인 Dowanol^TM DMPA) 내로 용해시킨 다음; 폴리실록산 (하기 표 1에 기재됨)을 첨가하여 10 중량%의 고형물 함량 및 하기 표 1에 기재된 에틸셀룰로오스:폴리실록산 중량 비를 갖는 폴리머 용액을 제공함에 의해 제조하였다.

실시예 11-22: 매트릭스 폴리머 필름 제조

실시예 11-22의 매트릭스 폴리머 필름은, 하기 표 2에 기재된 기판 위에 하기 표 2에 기재된 매트릭스 폴리머를 증착시켜서 제공하였다. 실시예 11 내지 22의 각각에서, 50 μm 블레이드를 지닌 기계적 드로우다운 공정을 사용하여 필름을 형성시켰다. 그 후, 10분 동안 하기 표 2에 기재된 온도에서 필름을 경화시켰다.

매트릭스 폴리머 필름 접착력

실시예 11 내지 22에 기재된 기판 위에 증착된 매트릭스 폴리머 필름을 평가하여, ASTM D3359-09에 따라 그리고 3M으로부터 입수가능한 Scotch^® 8915 테이프를 사용하여 기판으로의 이들의 접착력을 평가하였다. 결과가 하기 표 3에 기재되어 있다.

매트릭스 폴리머 필름 투명도 및 불투명도

실시예 11 내지 22의 각각에 따라 제조된 기판 위에 증착된 매트릭스 폴리머 필름의 투과율, T _투과율 및 불투명도, H _불투명도 가 하기 표 4에 제시되어 있다.

실시예 23 내지 25: 압력 감지 잉크 제형

실시예 23 내지 25에서의 압력 감지 잉크 제형은, 실시예 1에 따라 제조된 복합 입자를 각각 실시예 2 및 4 내지 5에 따라 제조된 매트릭스 폴리머 내로 분산시켜서 각각의 압력 감지 잉크 제형 중에 1 중량%의 복합 입자 농도를 제공함에 의해서 제조하였다.

실시예 26 내지 28: 압력 감지 필름

실시예 26 내지 28에서의 압력 감지 필름은, 하기 표 5에 기재된 실시예 23 내지 25에 따라 제조된 압력 감지 잉크 제형을 하기 표 5에 기재된 기판 위에 증착시켜서 제공하였다. 실시예 26 내지 28의 각각에서, 25 μm의 블레이드 갭을 갖는 기계적 드로우다운 공정을 사용하여 필름을 형성시켰다. 그 후, 10분 동안 130℃에서 필름을 경화시켰다.

실시예 26 내지 28의 압력 감지 필름의 투과율, T _투과율 , 및 불투명도, H _불투명도 가 하기 표 5에 제시되어 있다.

실시예 29 내지 31: 압력 감지 반응

인듐-주석 산화물 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을, 인듐-주석 산화물 (ITO) 코팅된 표면이 압력 감지 필름과 마주보게 하여, 실시예 26 내지 28의 각각에 따라 제조된 압력 감지 필름 위에 위치시켰다. 그 후, 각각의 압력 감지 필름의 저항 응답을, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 미처리된 표면 위에 위치한 강철 디스크 프로브 (1 cm 직경) 위의 입력 압력을 제어하기 위한 스프링과 일체화된 로봇 암을 사용하여 3개의 상이한 지점에서 평가하였다. 강철 디스크 프로브를 통해 필름 스택 위에 나타난 입력 압력은 1 내지 200 g으로 가변되었다. 압력 감지 필름에 의해 나타난 저항을, 인듐 주석 산화물 코팅된 기판 슬라이드에 연결된 하나의 프로브, 및 덮어 씌워진 인듐-주석 산화물 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름에 연결된 하나의 프로브를 갖는 저항계를 사용하여 기록하였다. 압력 대(versus) 각각의 실시예 29 내지 31에 따라 제조된 압력 감지 필름에 대한 저항의 그래프가 각각 도 2 내지 4에 제시되어 있다.

Claims

매트릭스 폴리머, 및 2 이하의 평균 종횡 비, AR_평균 을 갖는 복수의 전도성 입자를 포함하는, 투명한 압력 감지 필름으로서,
상기 매트릭스 폴리머가 25 내지 75 중량%의 알킬 셀룰로오스 및 75 내지 25 중량%의 알킬페닐폴리실록산을 포함하고;
상기 복수의 전도성 입자가 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되며;
상기 복수의 전도성 입자가 상기 매트릭스 폴리머 중에 위치하고;
상기 투명한 압력 감지 필름이 10 중량% 미만의 상기 복수의 전도성 입자를 함유하고;
상기 투명한 압력 감지 필름이 길이, 폭, 두께, T, 및 평균 두께, T_평균 을 가지며;
상기 평균 두께, T_평균 이 0.2 내지 1,000 μm이고;
상기 매트릭스 폴리머가 전기적 비-전도성이고;
상기 투명한 압력 감지 필름의 전기 저항이, 상기 전기 저항이 가해진 압력의 z-성분에 따라서 감소되도록 상기 투명한 압력 감지 필름의 상기 두께, T를 따라 배향된 z 성분을 갖는 상기 가해진 압력에 따라서 가변되는, 투명한 압력 감지 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 복수의 전도성 입자가 안티몬 도핑된 주석 산화물 (ATO) 입자 및 은 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 투명한 압력 감지 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 복수의 전도성 입자가 복수의 복합 입자이고;
각각의 복합 입자가 유기 결합제와 함께 결합된 복수의 주요 입자를 포함하고; 그리고
상기 복수의 주요 입자가 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 투명한 압력 감지 필름.
청구항 3에 있어서, 상기 복수의 복합 입자가 1 내지 50 μm의 입자 크기, PS_평균 을 갖는, 투명한 압력 감지 필름.
청구항 1에 따른 투명한 압력 감지 필름; 및
압력이 상기 투명한 압력 감지 필름에 가해지는 경우에 저항에서의 변화를 감지하기 위해, 상기 투명한 압력 감지 필름에 결합된 컨트롤러를 포함하는, 장치.
청구항 5에 있어서,
전자 디스플레이를 추가로 포함하되,
상기 투명한 압력 감지 필름이 상기 전자 디스플레이와 인터페이스되는, 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 투명한 압력 감지 필름이 상기 전자 디스플레이를 덮어 씌우는, 장치.
투명한 압력 감지 필름의 제공 방법으로서,
정지 상태로부터 탄성적으로 변형가능한 매트릭스 폴리머를 제공하는 단계로서, 상기 제공된 매트릭스 폴리머가 25 내지 75 중량%의 알킬 셀룰로오스 및 75 내지 25 중량%의 알킬페닐폴리실록산을 포함하는, 단계;
2 이하의 평균 종횡 비, AR_평균 을 갖는 복수의 전도성 입자를 제공하는 단계로서, 상기 제공된 복수의 전도성 입자가 전기 전도성 재료 및 전기 반전도성 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 상기 제공된 복수의 전도성 입자가 상기 매트릭스 폴리머 중에 위치하는, 단계;
테르피네올, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 사이클로헥사논, 부틸 카비톨, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 크실렌 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 용매를 제공하는 단계;
상기 매트릭스 폴리머 및 상기 복수의 전도성 입자를 상기 용매 중에 분산시켜서 필름 형성 조성물을 형성시키는 단계;
기판 위에 상기 필름 형성 조성물을 증착시키는 단계; 및
상기 필름 형성 조성물을 경화시켜서 상기 기판 위에 상기 투명한 압력 감지 필름을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
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