KR102125920B1 - 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법 - Google Patents

탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재, 상기 하드코팅부재 하부에 배치되는 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 베이스부재 및 상기 베이스부재 하부에 배치되는 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 포함하여 구성되고, 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하는 단계, Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부 및 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 8-12 중량부, Buthyl alcohol 2-4 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 25-27 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하는 단계, 상기 하드코팅액을 상기 베이스부재 상부에 도포하고 열건조하여 용매를 제거하고 광경화하여 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재를 형성시키는 단계 및 상기 베이스부재 하부에 실리콘(Silicon)계 점착층 또는 아크릴(Acryl)계 점착층을 도포하고 경화하여 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 형성시키는 단계를 포함하여 구성되며, 본 발명은 긁힘이 발생하는 주된 원인이 되는 마찰력의 주요성분인 수직항력을 감소시키며, 외부 스트레스의 높은 임계치까지 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 변형이 일어나지 않게 하고, 높은 임계치를 초과하는 외부 스트레스가 가해지는 경우에만 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 변형이 일어나도록 하여 내긁힘성을 현저하게 향상시키는 효과를 가진다.

Description

탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법{A laminate structure for display cover window improved in scratch resistance using difference in elastic modulus and a method for manufacturing the same}
본 발명은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 층간 구조를 탄성 계수의 차이를 기준으로 설계하여 내긁힘성을 크게 향상시킨, 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
PC 모니터, 텔레비전, 휴대전화 등의 액정표시장치의 표면에는 유리나 플라스틱 재질의 커버 윈도우가 설치되어 있다. 그리고, 일반적으로 플라스틱은 강화 유리에 비해 비산(飛散) 방지성과 내충격성이 우수한 측면에서 널리 사용되고 있다. 그러나 플라스틱 재료는 강화 유리에 비해 내긁힘성이 부족한 문제가 있었다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 내충격성 및 내습성은 열세이지만 투명성이 탁월한 양면 하드코팅된 단층구조의 폴리메틸메타아크릴레이트 및 내긁힘성은 열악하나 투명성, 내충격성 및 내습성이 우수한 양면 하드코팅된 단층구조의 폴리카보네이트가 디스플레이 보호용 커버 윈도우 소재로 사용되고 있다. 마찬가지로 폴리메틸메타아크릴레이트 단독 중합체로 성형된 커버 윈도우는 투명성이 극히 우수하지만 내충격성, 내습성 및 내열성 면에서 열세인 문제가 있었다.
이에 따라 단일 수지가 아닌 2종 이상의 재료을 사용한 다층구조의 적층체에 대한 연구가 큰 관심을 끌게 되었고 그 개발사례로 투명성, 내충격성 및 내습성이 우수한 종래 폴리카보네이트계 수지를 기재층 원료로 사용하고 스킨층 원료로 투명성이 우수한 메틸메타아크릴레이트와 스틸렌과의 공중합체를 사용하거나, 스킨층 원료로 투명성이 우수한 메틸메타크릴레이트와 아크릴산 에스테르와의 공중합체 등 종래 아크릴계 수지를 사용하여 공압출로 제조하는 2층 구조의 적층체가 개발되어 강화유리 대비 가볍고 저가인 큰 장점에 힘입어 일부 스마트폰 커버 윈도우용 적층구조체로 적용되어 사용되고 있다. 그렇지만 이 경우에 종래 기술에는 스마트폰을 현실의 사용 조건에서 사용시에 긁힘이 잘 발생하는 등 내긁힘성에 문제가 있다. 이와 같이 종래에는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계하여 마찰력의 주요 성분인 수직항력을 감소시켜 스마트폰을 현실로 사용하는 조건에서 발생될 수 있는 긁힘을 줄이려는 시도는 전무한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 10-2016-0106889호의 디스플레이용 투명 필름 및 그 제조방법에서는 무기물 배리어층을 사전에 안티 블로킹 처리된 투명 PET 필름 부착에 의한 구성으로 보호될 수 있게 한 것에 의해, 무기물 배리어층에 손상(Damage)을 안 주면서도, 블로킹 방지와 아울러 외부로부터의 긁힘을 방지하는 내긁힘 특성을 발휘하게 하고, 또 내긁힘 특성에 의한 보호지 추가 설치작업의 불요로 인한 제조 원가의 절감을 달성되게 하며, 또한 접착제에 의한 투명 PET 필름의 무기물 배리어층에 대한 부착은 접착제가 열 안정성을 부여하는 역할을 하여 내열성을 갖게 함은 물론 필름 움 현상을 없게 하는 이점을 부여하고, 또한 가운데 접착제를 중심으로 하여 양측에 투명 PET 필름의 설치로 PET 필름 위에 기존과 같이 유기막층이 설치된 구조에 비하여 컬(Curl)발생을 적게 할 수 있게 하는 디스플레이용 투명 플라스틱 필름을 개시하고 있다. 그러나 상기 디스플레이용 투명 플라스틱 필름에서는 스마트폰을 현실로 사용시에 긁힘이 잘 발생하는 등 내긁힘성에 문제가 잔존하고, 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계하여 마찰력의 주요 성분인 수직항력을 감소시켜 스마트폰을 현실에서 사용시 발생될 수 있는 긁힘을 줄이려는 시도는 전무한 실정이다.
또한 플라스틱 재료의 표면경도, 내긁힘성을 향상시키기 위한 방법으로 졸-겔 공정을 이용하여 유, 무기 하이브리드 하드코팅액을 개발하거나, 진공 증착과 같은 표면처리 기술을 이용한 연구가 활발하게 연구되어 왔다. 그러나 하드코팅을 적용한 경우 일반적으로 표면경도는 향상되지만 내긁힘성이 선형적으로 비례하여 증가하지는 않는 경우가 많다. 특히 나노실리카와 같은 무기 충진제의 첨가는 표면경도와 내열성 등의 특성은 향상시키지만, 내긁힘성에 대해서는 크게 개선된 효과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
이처럼 재료의 화학적 특성의 개선만으로는 원하는 물성을 얻는데 한계점이 있다. 따라서 본 발명자는 재료의 화학적 특성 개선과 병행하여 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 구성하는 층간 구조를 설계하여 기계적 거동 및 내긁힘성 특성을 개선하는 방법을 연구하여 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 완성하였다.
대한민국 공개특허공보 10-2016-0106889호(공개일자: 2016년 09월 13일)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계함으로써 다양한 재질의 조합으로 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 형성하는 것이 가능하여, 다양한 환경이나 기기에 사용가능한 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계함으로써, 긁힘이 발생하는 주된 원인이 되는 마찰력의 주요성분인 수직항력을 감소시켜 내긁힘성이 현저하게 향상된 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계함으로써, 긁힘이 발생하지 않는 외부 스트레스의 임계치를 높게 설정하는 것이 가능하고, 긁힘이 발생하지 않는 외부 스트레스의 높은 임계치까지 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 변형 및 파손이 일어나지 않게 하고, 높은 임계치를 초과하는 외부 스트레스가 가해지는 경우에만 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 변형 및 파손이 일어나도록 하며, 높은 임계치의 외부 스트레스에 의해 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에 가해지는 마찰력의 주요성분인 수직항력을 감소시켜 내긁힘성이 현저하게 향상된 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체는 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재, 상기 하드코팅부재 하부에 배치되는 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 베이스부재 및 상기 베이스부재 하부에 배치되는 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 포함하여 구성된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 제조방법은 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하는 단계, Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부 및 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 8-12 중량부, Buthyl alcohol 2-4 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 25-27 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하는 단계, 상기 하드코팅액을 상기 베이스부재 상부에 도포하고 열건조하여 용매를 제거하고 광경화하여 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재를 형성시키는 단계 및 상기 베이스부재 하부에 실리콘(Silicon)계 점착층 또는 아크릴(Acryl)계 점착층을 도포하고 경화하여 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 형성시키는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계함으로써 다양한 재질의 조합으로 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 형성하는 것이 가능하여, 다양한 환경이나 기기에 사용가능한 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제공하는 효과가 있다.
둘째, 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계함으로써, 긁힘이 발생하는 주된 원인이 되는 마찰력의 주요성분인 수직항력을 감소시켜 내긁힘성이 현저하게 향상된 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제공하는 효과를 가진다.
셋째, 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법은 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 설계함으로써, 긁힘이 발생하지 않는 외부 스트레스의 임계치를 높게 설정하는 것이 가능하고, 긁힘이 발생하지 않는 외부 스트레스의 높은 임계치까지 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 변형이 일어나지 않게 하고, 높은 임계치를 초과하는 외부 스트레스가 가해지는 경우에만 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 변형이 일어나도록 하며, 높은 임계치의 외부 스트레스에 의해 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에 가해지는 마찰력의 주요성분인 수직항력을 감소시켜 내긁힘성이 현저하게 향상된 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제공하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 제조방법의 순서도이다,
도 2는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4의 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체와 비교예 1과 비교예 2의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 기본적 단면 구성을 나타내는 그림이다.
도 3은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 하드코팅부재 표면에 대한 AFM 사진이다.
도 5는 댐핑부재가 없이 하드코팅부재가 상부에 형성된 베이스부재에서와 같이 수평면에 작용하는 수직항력의 값과 하드코팅부재가 상부에 형성되고 댐핑부재가 하부에 형성된 베이스부재에서와 같이 경사면에 작용하는 수직항력의 값을 비교한 그림이다.
도 6은 Steel Wool Test에 의한 긁힘 발생 전과 발생 후의 하드코팅부재 표면을 보여주는 광학현미경 사진이다.
도 7은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4와 비교예 1 및 비교예 2에 대해 내긁힘성의 판단을 위한 Steel Wool Test 결과를 비교한 그림이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않으며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 점에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아닌바, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 가능하거나 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 비교예 및 실험예를 설명한다.
본 발명에서 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체는 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재와 상기 하드코팅부재 하부에 배치되는 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 베이스부재 및 상기 베이스부재 하부에 배치되는 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 포함하여 구성된다.
일반적으로 디스플레이 커버 윈도우용 플라스틱 재료의 표면경도, 내긁힘성 등을 향상시키기 위한 방법으로 졸-겔 공정을 이용하여 유, 무기 하이브리드 하드코팅 액을 개발하거나, 진공 증착과 같은 표면처리 기술을 이용한 연구가 활발하게 연구되어 왔다. 그러나 단순히 하드코팅을 적용한 경우 일반적으로 표면경도는 향상되지만 내긁힘성에는 충분한 개선효과를 가지지 않는 것이 일반적이다. 또한 나노실리카와 같은 무기충진제의 첨가는 표면경도와 내열성 등의 특성은 향상시키지만, 내긁힘성에 대해서는 크게 개선 사항을 얻지 못했다.
이처럼 단순한 재료의 화학적 특성의 개선만으로는 원하는 내긁힘성을 얻는데 한계점이 있다. 따라서 본 발명에서는 재료의 화학적 특성 개선과 별개로 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 구성하는 층간 물리적 구조를 설계하여 내긁힘성 특성을 개선하는 방안을 완성하였다. 기본적으로 본 발명에서는 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 베이스부재의 상부에 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재를 배치하여, 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 표면 경도를 향상시켜 기본적으로 내긁힘성을 향상시키며, 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하고 마찰력의 주요성분인 마찰계수(μ)를 감소시켜 내긁힘성을 1차적으로 향상시킨다. 또한 본 발명에서는 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 베이스부재의 하부에 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 배치하여, 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에 외부 스트레스에 대한 댐핑(흡수)효과를 주어 마찰력의 주요성분인 수직항력을 감소시켜 내긁힘성을 2차적으로 향상시킨다. 원칙적으로 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 하드코팅부재와 베이스부재는 외부 스트레스에 저항하는 탄성특성을 부여하여 외부 스트레스에 의한 변형 및 파손이 쉽게 일어나지 않도록 하여 내긁힘성을 1차적으로 향상시키고, 임계치에 도달하는 외부 스트레스에 의해 변형이 발생하면 댐핑부재가 외부 스트레스를 흡수하는 점성특성을 부여하여, 외부 스트레스에 의한 변형이 발생시 마찰력의 주요 성분인 수직항력을 줄여주어 내긁힘성을 2차적으로 향상시킨다.
이와 같이 탄성과 점성 특성을 모두 가지는 다층구조를 가지는 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체는 외부에서 스트레스가 가해지면 1차적으로 탄성층이 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하고, 2차적으로 변형이 발생하면 점성층의 댐핑 효과에 의해 스트레스의 일부분이 에너지 손실로 분산되고, 그 스트레스의 나머지 성분만이 수직항력으로 작용하여 마찰력을 감소시킨다. 일반적으로 마찰력이 커질수록 긁힘 발생이 커지므로, 동일한 외부 스트레스 하에서 마찰력을 감소시키는 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 물리적 적층 구조를 설계하는 것이 중요하다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 하드코팅부재의 탄성계수가 4.9GPa를 초과하면 하드코팅부재의 경도가 과도하게 커져 충격에 약해지고 깨짐이 발생할 위험이 있다. 또한 하드코팅부재의 탄성계수가 4.4GPa 미만이면 기본적인 내긁힘성이 불량하고, 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하는 정도가 약하며, 마찰력의 주요성분인 마찰계수(μ)를 감소시키는 정도가 약하여 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 베이스부재의 탄성계수가 4.0GPa를 초과하면 충격에 약해져 외부 스트레스에 의해 깨짐이나 파열이 발생할 가능성이 커지고, 베이스부재의 탄성계수가 3.3GPa 미만이면 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하는 정도와 능력이 작아져, 작은 외부 스트레스에도 쉽게 긁힘이 발생하여 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 댐핑부재의 탄성계수가 0.05GPa를 초과하면, 임계치를 넘어서는 외부 스트레스에 의한 변형에 대항하여 외부 스트레스를 흡수하는 점성특성이 약해지고, 점성특성 감소에 따라 외부 스트레스에 의한 변형에 의한 수직항력을 감소가 미흡하여 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 있다. 또한 댐핑부재의 탄성계수가 0.01GPa 미만이면 디스플레이와 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체와의 접착력이 미흡하여, 시간의 경과에 따라 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체가 디스플레이로부터 용이하게 탈착되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 상기 하드코팅부재는 5㎛-20㎛의 두께를 가지고, 상기 베이스부재는 30㎛-1000㎛의 두께를 가지며, 상기 댐핑부재는 10㎛-300㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 하드코팅부재가 5㎛ 미만이면 기본적인 내긁힘성에서 문제가 발생할 수 있고, 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하는 정도가 약해지고, 마찰력의 주요성분인 마찰계수(μ)를 감소시키는 정도가 약해져서 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다. 또한 하드코팅부재가 20㎛를 초과하면 내충격성이 약해져서 하드코팅부재가 충격에 약해지고 파열이나 깨짐이 발생할 위험이 있다. 나아가 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 베이스부재가 30㎛ 미만이면 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하는 정도와 능력이 미흡하고, 작은 외부 스트레스에도 쉽게 긁힘이 발생하여 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다. 베이스부재가 1000㎛를 초과하면 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 자체의 두께가 지나치게 두꺼워지는 문제와 충격에 약해져 외부 스트레스에 의해 깨짐이나 파열이 발생할 가능성이 커지는 문제가 있다. 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 댐핑부재가 10㎛ 미만이면 임계치를 넘어서는 외부 스트레스에 의한 변형에 대항하여 외부 스트레스를 흡수하는 점성특성이 약해지는 문제와 점성특성 감소에 따라 외부 스트레스에 의한 변형에 의한 수직항력의 감소가 미흡하여 내긁힘성의 향상에 미흡한 문제가 발생할 수 있다. 또한 댐핑부재가 300㎛를 초과하면 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하는 정도가 약해지고 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 자체의 두께가 지나치게 두꺼워지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 상기 베이스부재는 10㎛-350㎛의 두께를 가지는 제1베이스부재, 상기 제1베이스부재 하부에 배치되는 10㎛-300㎛의 두께를 가지는 보조댐핑부재 및 상기 보조댐핑부재 하부에 배치되는 10㎛-350㎛의 두께를 가지는 제2베이스부재를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이 베이스 부재를 제1베이스부재 및 제2베이스부재로 나누고 그 사이에 보조댐핑부재를 위치시키게 되면, 외부 스트레스에 의한 변형에 대항하여 외부 스트레스를 흡수하는 점성특성이 강해져서 외부 스트레스에 의한 변형에 의해 발생하는 수직항력 감소가 커지고, 이에 따라 내긁힘성의 향상이 더욱더 증폭되는 효과를 가진다. 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 제1베이스부재 또는 제2베이스부재 중 어느 하나 이상의 두께가 10㎛ 미만이면 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하는 정도와 능력이 미흡하고, 작은 외부 스트레스에도 쉽게 긁힘이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 제1베이스부재 또는 제2베이스부재 중 어느 하나 이상의 두께가 350㎛를 초과하면 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 자체의 두께가 지나치게 두꺼워져 충격에 약해지고 외부 스트레스에 의해 깨짐이나 파열이 발생할 가능성이 커지는 문제가 있다. 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 보조댐핑부재의 두께가 10㎛ 미만이면 임계치를 넘어서는 외부 스트레스에 의한 변형에 대항하여 외부 스트레스를 흡수하는 점성특성이 약해져, 외부 스트레스에 의한 변형에 의해 발생하는 수직항력을 감소시키는 능력이 미흡해지고 내긁힘성에 문제가 발생할 수 있다. 보조댐핑부재의 두께가 300㎛를 초과하면 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 자체의 두께가 지나치게 두꺼워지고 외부 스트레스에 의한 변형에 저항하는 정도가 약해지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 상기 하드코팅부재는 Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부, 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부를 포함하여 구성되며, 상기 베이스부재, 상기 제1베이스부재 및 상기 제2베이스부재는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA)를 포함하여 구성되며, 상기 댐핑부재와 상기 보조댐핑부재는 경화된 실리콘(Silicon)계 점착제 또는 경화된 아크릴(Acryl)계 점착제 중 어느 하나를 포함하여 구성된다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 하드코팅부재가 Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부, 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부의 범위를 벗어나게 되면, 하드코팅부재의 탄성계수 범위가 4.4GPa-4.9GPa의 범위를 벗어날 수 있으며, 이에 따라 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다. 경우에 따라서는 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 하드코팅부재의 탄성계수의 범위는 용매를 제거하는 열건조 조건과 광경화 조건의 변화을 통해 조절될 수 있다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 상기 베이스부재, 상기 제1베이스부재 및 상기 제2베이스부재는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA)의 재질을 가지는 것이 바람직하며, Poly(methyl methacrylate)(PMMA)의 분자량 등의 조절을 통해 상기 베이스부재, 상기 제1베이스부재 및 상기 제2베이스부재의 탄성계수는 3.3GPa-4.0GPa 범위로 조절될 수 있다.
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 상기 댐핑부재와 상기 보조댐핑부재는 경화된 실리콘(Silicon)계 점착제 또는 경화된 아크릴(Acryl)계 점착제 중 어느 하나의 재질을 가지는 것이 바람직하며, 실리콘(Silicon)과 아크릴(Acryl)의 경화도 조절을 통해 상기 댐핑부재와 상기 보조댐핑부재의 탄성계수는 0.01GPa-0.05GPa 범위로 조절될 수 있다.
도 1은 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 제조방법의 순서도이다,
도 1에 의하면 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 제조방법은 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하는 단계, Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부, 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 8-12 중량부, Buthyl alcohol 2-4 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 25-27 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하는 단계, 상기 하드코팅액을 상기 베이스부재 상부에 도포하고 열건조하여 용매를 제거하고 광경화하여 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재를 형성시키는 단계 및 상기 베이스부재 하부에 실리콘(Silicon)계 점착층 또는 아크릴(Acryl)계 점착층을 도포하고 경화하여 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 형성시키는 단계를 포함하여 구성된다.
베이스부재를 준비하는 단계는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 분자량 등의 조절을 통해 탄성계수가 3.3GPa-4.0GPa 범위로 조절되며, 이러한 조절 과정을 통해서 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재가 준비된다. 하드코팅액을 제조하는 단계에서 하드코팅액의 구성성분이 지정된 범위를 벗어나게 되면, 추후에 제조되는 하드코팅부재의 탄성계수 범위가 4.4GPa-4.9GPa의 범위를 벗어날 수 있고, 이에 따라 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다. 하드코팅부재를 형성시키는 단계는 상기 하드코팅액을 베이스부재 상부에 도포하고 80℃-90℃에서 30초 내지 90초 동안 열건조하여 Methyl cellosolve, Buthyl alcohol 및 1-Methoxy-2-propanol의 용매를 제거하고, 300mJ-400mJ의 광량으로 자외선을 조사하고 광경화시켜 4.4GPa-4.9GPa 범위의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재를 형성시키는 단계이다.
이 경우 하드코팅액을 제조하는 단계 및 하드코팅부재를 형성시키는 단계의 공정조건이 충족되지 않으면, 형성된 하드코팅부재의 탄성계수의 범위가 4.4GPa-4.9GPa를 벗어나 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다. 댐핑부재를 형성시키는 단계는 상기 베이스부재 하부에 실리콘(Silicon)계 점착층 또는 아크릴(Acryl)계 점착층을 도포하고 110℃-130℃에서 90초-150초 동안 1차 열경화하고 150℃-170℃에서 90초-150초 동안 2차 열경화하여 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수 범위를 가지는 댐핑부재를 형성시키는 단계이다. 댐핑부재를 형성시키는 단계의 공정조건이 충족되지 않으면, 형성된 댐핑부재의 탄성계수의 범위가 0.01GPa-0.05GPa를 벗어나 내긁힘성의 향상에 미흡한 측면이 발생할 수 있다.
[실시예 1]
본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제조하기 위하여 3.5GPa의 탄성계수를 가지고 150㎛의 두께를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하였다. Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 4 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 22 중량부, Nano-silica 13 중량부, Methyl methacrylate 7 중량부, 경화제 12.5 중량부, 레벨링제 0.3 중량부 및 광경화제 1.5 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 10 중량부, Buthyl alcohol 3 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 26 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하였다. 제조된 하드코팅액을 베이스부재 상부에 바코더 12번을 사용하여 도포하고 85℃에서 60초 열건조하여 용매를 제거하고, 350mJ의 광량으로 자외선(Ultra Violet) 광경화하여 4.7GPa의 탄성계수를 가지고 7.3㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재를 형성시켰다. 실리콘(Silicon)계 점착제 2가지(SC3300L과 SG6500A, KCC Corporation)를 50 중량부와 50 중량부로 혼합하고, 여기에 경화제(SK0010C, KCC Corporation) 1 중량부, 가교제(SC0016B, KCC Corporation) 1 중량부, 백금촉매 혼합물(SH0003A, KCC Corporation) 1 중량부를 첨가하여 형성된 실리콘(Silicon)계 점착층을 바코터 24~36번을 사용하여 도포하고 120℃에서 12초 동안 1차 열경화하고, 160℃에서 120초간 2차 열경화하여 0.03GPa의 탄성계수를 가지고 10㎛의 두께를 가지는 댐핑부재를 형성시켰다.
[실시예 2]
본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제조하기 위하여 3.5GPa의 탄성계수를 가지고 150㎛의 두께를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하였다. Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 4 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 22 중량부, Nano-silica 13 중량부, Methyl methacrylate 7 중량부, 경화제 12.5 중량부, 레벨링제 0.3 중량부 및 광경화제 1.5 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 10 중량부, Buthyl alcohol 3 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 26 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하였다. 제조된 하드코팅액을 베이스부재 상부에 바코더 12번을 사용하여 도포하고 85℃에서 60초 열건조하여 용매를 제거하고, 350mJ의 광량으로 자외선(Ultra Violet) 광경화하여 4.4GPa의 탄성계수를 가지고 8.3㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재를 형성시켰다. 실리콘(Silicon)계 점착제 2가지(SC3300L과 SG6500A, KCC Corporation)를 50 중량부와 50 중량부로 혼합하고, 여기에 경화제(SK0010C, KCC Corporation) 1 중량부, 가교제(SC0016B, KCC Corporation) 1 중량부, 백금촉매 혼합물(SH0003A, KCC Corporation) 1 중량부를 첨가하여 형성된 실리콘(Silicon)계 점착층을 바코터 24~36번을 사용하여 도포하고 120℃에서 12초 동안 1차 열경화하고, 160℃에서 120초간 2차 열경화하여 0.02GPa의 탄성계수를 가지고 20㎛의 두께를 가지는 댐핑부재를 형성시켰다.
[실시예 3]
본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제조하기 위하여 3.5GPa의 탄성계수를 가지고 150㎛의 두께를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하였다. Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 4 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 22 중량부, Nano-silica 13 중량부, Methyl methacrylate 7 중량부, 경화제 12.5 중량부, 레벨링제 0.3 중량부 및 광경화제 1.5 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 10 중량부, Buthyl alcohol 3 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 26 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하였다. 제조된 하드코팅액을 베이스부재 상부에 바코더 12번을 사용하여 도포하고 85℃에서 60초 열건조하여 용매를 제거하고, 350mJ의 광량으로 자외선(Ultra Violet) 광경화하여 4.9GPa의 탄성계수를 가지고 6.0㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재를 형성시켰다. 실리콘(Silicon)계 점착제 2가지(SC3300L과 SG6500A, KCC Corporation)를 50 중량부와 50 중량부로 혼합하고, 여기에 경화제(SK0010C, KCC Corporation) 1 중량부, 가교제(SC0016B, KCC Corporation) 1 중량부, 백금촉매 혼합물(SH0003A, KCC Corporation) 1 중량부를 첨가하여 형성된 실리콘(Silicon)계 점착층을 4-side Applicator를 사용하여 도포하고 120℃에서 12초 동안 1차 열경화하고, 160℃에서 120초간 2차 열경화하여 0.05GPa의 탄성계수를 가지고 30㎛의 두께를 가지는 댐핑부재를 형성시켰다.
[실시예 4]
본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체를 제조하기 위하여 3.5GPa의 탄성계수를 가지고 150㎛의 두께를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하였다. Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 4 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 22 중량부, Nano-silica 13 중량부, Methyl methacrylate 7 중량부, 경화제 12.5 중량부, 레벨링제 0.3 중량부 및 광경화제 1.5 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 10 중량부, Buthyl alcohol 3 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 26 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하였다. 제조된 하드코팅액을 베이스부재 상부에 바코더 12번을 사용하여 도포하고 85℃에서 60초 열건조하여 용매를 제거하고, 350mJ의 광량으로 자외선(Ultra Violet) 광경화하여 4.6GPa의 탄성계수를 가지고 7.6㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재를 형성시켰다. 실리콘(Silicon)계 점착제 2가지(SC3300L과 SG6500A, KCC Corporation)를 50 중량부와 50 중량부로 혼합하고, 여기에 경화제(SK0010C, KCC Corporation) 1 중량부, 가교제(SC0016B, KCC Corporation) 1 중량부, 백금촉매 혼합물(SH0003A, KCC Corporation) 1 중량부를 첨가하여 형성된 실리콘(Silicon)계 점착층을 4-side Applicator를 사용하여 도포하고 120℃에서 12초 동안 1차 열경화하고, 160℃에서 120초간 2차 열경화하여 0.01GPa의 탄성계수를 가지고 40㎛의 두께를 가지는 댐핑부재를 형성시켰다.
[비교예 1]
본 발명과 비교되는 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체를 제조하기 위하여 3.1GPa의 탄성계수를 가지고 125㎛의 두께를 가지는 Polyethylene terephthalate(PET) 재질의 베이스부재 4개를 준비하였다. Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 4 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 22 중량부, Nano-silica 13 중량부, Methyl methacrylate 7 중량부, 경화제 12.5 중량부, 레벨링제 0.3 중량부 및 광경화제 1.5 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 10 중량부, Buthyl alcohol 3 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 26 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하였다. 제조된 하드코팅액을 베이스부재 상부에 바코더 12번을 사용하여 도포하고 85℃에서 60초 열건조하여 용매를 제거하고, 350mJ의 광량으로 자외선(Ultra Violet) 광경화하여 4.4GPa-4.6GPa의 탄성계수를 가지고 6.7㎛-7.5㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재를 형성시켰다. 실리콘(Silicon)계 점착제 2가지(SC3300L과 SG6500A, KCC Corporation)를 50 중량부와 50 중량부로 혼합하고, 여기에 경화제(SK0010C, KCC Corporation) 1 중량부, 가교제(SC0016B, KCC Corporation) 1 중량부, 백금촉매 혼합물(SH0003A, KCC Corporation) 1 중량부를 첨가하여 형성된 실리콘(Silicon)계 점착층을 바코터 24~36번을 사용하거나 4-side Applicator를 사용하여 도포하고 120℃에서 12초 동안 1차 열경화하고, 160℃에서 120초간 2차 열경화하여 0.02GPa-0.04GPa의 탄성계수를 가지고, 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께를 가지는 댐핑부재를 형성시켰다.
[비교예 2]
본 발명과 비교되는 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체를 제조하기 위하여 0.05GPa의 탄성계수를 가지고 100㎛의 두께를 가지는 Thermoplastic PolyUrethane(TPU) 재질의 베이스부재 4개를 준비하였다. Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 4 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 22 중량부, Nano-silica 13 중량부, Methyl methacrylate 7 중량부, 경화제 12.5 중량부, 레벨링제 0.3 중량부 및 광경화제 1.5 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 10 중량부, Buthyl alcohol 3 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 26 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하였다. 제조된 하드코팅액을 베이스부재 상부에 바코더 12번을 사용하여 도포하고 85℃에서 60초 열건조하여 용매를 제거하고, 350mJ의 광량으로 자외선(Ultra Violet) 광경화하여 4.6GPa-4.8GPa의 탄성계수를 가지고 6.8㎛-7.1㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재를 형성시켰다. 실리콘(Silicon)계 점착제 2가지(SC3300L과 SG6500A, KCC Corporation)를 50 중량부와 50 중량부로 혼합하고, 여기에 경화제(SK0010C, KCC Corporation) 1 중량부, 가교제(SC0016B, KCC Corporation) 1 중량부, 백금촉매 혼합물(SH0003A, KCC Corporation) 1 중량부를 첨가하여 형성된 실리콘(Silicon)계 점착층을 바코터 24~36번을 사용하거나 4-side Applicator를 사용하여 도포하고 120℃에서 12초 동안 1차 열경화하고, 160℃에서 120초간 2차 열경화하여 0.02GPa-0.03GPa의 탄성계수를 가지고, 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께를 가지는 댐핑부재를 형성시켰다.
도 2는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4의 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체와 비교예 1과 비교예 2의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 기본적 단면 구성을 나타내는 그림이다.
도 2에 의하면 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체는 베이스부재를 하드코팅부재와 댐핑부재가 상하에서 둘러싸는 샌드위치 구조를 가진다.
[실험예 1]
Scanning Electron Microscope(SEM)을 사용하여 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체에서 각층별 두께를 측정하였다. 도 3은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 SEM 사진이다. 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체에서 하드코팅부재 표면의 거칠기를 평가하기 위해 AFM(ToscaTM, Anton Paar GmbH.)을 사용하여 RMS(Root Mean Square) 조도 값을 측정하였다. 측정 조건은 샘플의 가로축 50㎛와 세로축 50㎛의 크기에서 각 축에 대해 0.125㎛간격으로 측정하였다. 도 4는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 하드코팅부재 표면에 대한 AFM 사진이다.
표 1은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체에서 측정된 하드코팅부재의 두께와 하드코팅부재 표면의 거칠음 정도를 나타낸 것이다.
Sample name 하드코팅부재 두께(㎛) RMS Roughness(nm)
실시예 1 7.3 1.70
실시예 2 8.3 1.66
실시예 3 6.0 1.70
실시예 4 7.6 1.73
표 1에 의하면 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체는 근사한 하드코팅부재 두께를 가지며, 근사한 RMS Roughness를 가져 상호 유사한 표면상태를 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 표면 거칠기 값은 모두 1.66nm ~ 1.73nm 범위로 거의 유사한 값을 보여주고 있다. 이것은 동일한 PMMA 재질의 베이스 부재에 동일한 성분의 하드코팅액을 사용하여 근사한 두께로 도포하고 동일한 경화 조건을 사용하여 하드코팅부재가 형성되었기 때문이다. 4개의 실시예에서 보여주는 RMS Roughness는 매우 낮은데, 이것으로부터 하드코팅부재의 면이 매우 매끈함을 알 수 있다. 각 실시예마다 유사한 표면상태를 가지므로, 내긁힘성을 판단하는 긁힘 테스트에서 마찰력에 영향을 주는 두 가지 성분인 수직항력과 마찰계수 중에서 하드코팅부재 표면의 마찰계수는 각 실시예 상호 간에 매우 유사한 값을 가진다고 볼 수 있다. 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체에서는 댐핑부재의 두께만이 유의미한 차이를 가지므로, 댐핑부재의 두께 변화에 따른 수직항력의 변화를 관찰하여, 두께 변화에 따른 긁힘 특성 변화를 평가 할 수 있었다.
도 5는 댐핑부재가 없이 하드코팅부재가 상부에 형성된 베이스부재에서와 같이 수평면에 작용하는 수직항력의 값과 하드코팅부재가 상부에 형성되고 댐핑부재가 하부에 형성된 베이스부재에서와 같이 경사면에 작용하는 수직항력의 값을 비교한 그림이다.
도 5에 의하면 마찰력은 다음과 같은 구성요소를 갖는다.
마찰력(F) = 마찰계수(μ) x 수직항력(N)
여기서 마찰계수 μ는 물체의 재질, 표면의 매끄러운 정도, 윤활제의 유무 등에 따라 달라질 수 있다. 하지만 본 발명에서 사용된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 비교예 1 및 비교예 2 등의 샘플들처럼 하드코팅부재의 재질과 표면상태가 서로 유사하면, 마찰력은 마찰계수보다 수직항력에 지배적으로 영향을 받는다. 이 경우 댐핑부재가 없이 하드코팅부재가 상부에 형성된 베이스부재의 경우 도 5에 나타난 것과 같이 수평면에서 작용하는 수직항력(N)으로 볼 수 있기 때문에 수직항력의 값은 도 5에서 나타난 바와 같이 외부 스트레스와 동일한 수직항력값(N = mg)을 가진다. 반면에 댐핑부재를 가지고 하드코팅부재가 상부에 형성된 베이스부재의 경우는 외부 스트레스를 주기위한 하중이 가해질 때 댐핑부재의 눌림으로 인해 하중을 가하여 이동하는 Steel Wool bar 아래에 기울기가 발생한다. 그리고 댐핑부재의 두께가 두꺼워질수록 이 기울기는 더 커지며, 이로 인해서 수직항력은 더 작아진다. 즉 댐핑부재를 가지고 하드코팅부재가 상부에 형성된 베이스부재의 경우 도 5에서 나타난 바와 같이 경사면에서 작용하는 수직항력(N)으로 볼 수 있기 때문에, 외부 스트레스 값보다 감소된 수직항력값(N = mgCosθ)을 가진다. 즉, 경사각의 값 θ가 커질수록 수직항력값 N은 작아지고, 그에 따라 마찰력값 F도 작아져서 결과적으로 내긁힘성이 향상되게 된다.
[실험예 2]
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 하드코팅부재에 대한 마찰 및 탄성회복률을 측정하기 위해 상업적 인덴터(Micro Scratch Tester(MST), Anton Parr GmbH.)를 사용하여 긁힘 특성을 평가하고 표 2, 표 3에 나타내었다. 긁힘 특성은 Progressive 방식 인덴터에 초기 하중(Begin load)을 10mN로 시작해서 종결하중(End load)이 7,000mN이 될때까지 233mN/sec의 속도로 하중을 증가시키며 측정하였다. Tip의 이동 속도는 12mm/min이고, 긁힘 길이는 6mm였다. 각 6mm 긁힘이 끝나면 잔류 긁힘 깊이를 측정하기 위해서 동일한 팁을 사용하여 Scanning load 10mN의 하중으로 긁힘 깊이를 다시 스캔 하였다. 인덴터는 Rockwell type의 반경 200㎛와 120°의 각도를 갖는 Diamond tip(AI-200)을 실험예 2에서 사용하였다. 이러한 실험예 2를 통해 점탄성 특성을 가진 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 탄성회복의 평가를 가능하게 한다. 또한 점탄성 특성을 가진 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 댐피부재, 즉 점성층의 두께 증가에 따른 긁힘 특성을 평가하였다.
표 2는 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4에서 긁힘이 발생하는 최대 응력값을 나타내는 것이다.
Silicone Adhesive Layer
10㎛ 20㎛ 30㎛ 40㎛
Stress (mN) 1994.322 2492.374 5470.648 5578.492
표 2에 의하면 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛의 두께로 도입된 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 실시예 1은 1994.322mN에서 긁힘이 발생하였고, 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도입된 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 실시예 4는 5578.492mN에서 긁힘이 발생하였다. 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체가 스트레스에 의한 변형 파괴를 버틸 수 있는 범위 내에서, 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 두꺼워질수록 외부 스트레스를 damping하는 능력이 커져서, 더 큰 스트레스가 가해질 때에 하드코팅부재 표면에 긁힘이 발생하였다. 즉, 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 두꺼워질수록 긁힘이 발생하는 최대 응력값이 커진다는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 댐핑부재의 두께를 높이는 것이 내긁힘성 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다.
표 3은 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 적층 구조체에 동일한 하중(10㎛ 두께의 실리콘(Silicon)계 점착층을 가진 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 긁힘이 발생할 때 구조체에 가해진 1,994mN의 하중)을 가했을 때 Peak Indentation Depth와 Residual Indentation Depth 및 탄성회복률(%)①값을 나타낸 것이다.
Silicone Adhesive Layer Thickness Peak Indentation Depth Residual Indentation Depth Elastic Recovery Rate (%)
10㎛ 13,180nm 1,023nm 92.24
20㎛ 14,702nm 716nm 95.13
30㎛ 15,539nm 619nm 96.02
40㎛ 16,186nm 422nm 97.39
① 탄성회복률(%)=[(Peak Indentation Depth - Residual Indentation Depth)/(Peak Indentation Depth)] X 100
디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛에서 40㎛까지 증가하는 동안, 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에의 표면에 동일한 하중을 가했을 때 peak indentation depth는 증가하였고 residual indentation depth는 오히려 감소하였다. 이것은 점탄성체인 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 점성 특성이 큰 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 증가하면, 외부 스트레스에 대한 damping 효과가 커지고 peak indentation depth는 증가하게 된다. 즉, 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 두꺼워질수록 점성 특성이 더 커지고, 이로 인해서 동일한 하중에 대해서 기판이 더 많이 눌리게 되어 peak indentation depth는 증가하였다. 반면 실리콘(Silicon)계 점착층, 즉 점성층의 damping 효과가 증가하면 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 하드코팅부재 표면이 실제로 받게 되는 스트레스는 줄어들게 되고, residual indentation depth는 감소하게 된다. 실리콘(Silicon)계 점착층이 도입된 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4 모두에서 높은 탄성회복률(%)을 보이고 있다. 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛일 때 탄성회복률(%)은 92.24%였고, 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 40㎛로 증가하면 탄성회복률(%)이 97.39%까지 증가하였다. 그 이유는 점착층이 도입된 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 점성 특성이 큰 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 증가하면, 실리콘(Silicon)계 점착층의 외부 스트레스에 대한 damping 효과가 커지기 때문이다. 그 결과로, 점착층이 도입된 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 하드코팅부재 표면이 실제로 받게 되는 스트레스는 줄어들기 때문이다.
[실험예 3]
본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4에 대한 Hardness와 Modulus를 측정하기 위해 상업적 Indenter(Ultra nanoindenter(UNHT), Anton Paar GmbH.)를 사용하여 기계적 물성을 평가하고 표 4에 나타내었다. 본 실험에서는 본 발명인 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 전체의 특성을 평가하기 위해, 적층 구조체가 스트레스에 의한 변형 파괴를 버틸 수 있는 범위 내에서 압입 깊이를 최대한 깊게 되도록 하중을 가하여 측정하였다.
표 4는 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에 Berkovich indenter로 Linear load 95.0mN을 60초 동안 부가하여 측정한 기계적 물성(Mechanical Property)을 나타낸 것이다.
물성 Silicone Adhesive Layer
10㎛ 20㎛ 30㎛ 40㎛
H IT (O&P) , [MPa] 391.657 355.167 359.346 376.990
tan δ (Sinus mean) 0.031 0.037 0.063 0.083
Storage Modulus (Sinus mean) , [ GPa ] 4.593 4.322 3.716 3.794
Loss Modulus (Sinus mean) , [ GPa ] 0.144 0.161 0.234 0.316
표 4에 의하면 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 표면경도 HIT는 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛일 때 391.657MPa이었고, 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 40㎛일 때 376.990MPa의 값을 나타내었다. 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 표면경도는 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께 변화에 영향을 받지 않고, 상호 유사한 범위 내에서 높은 값을 보여주고 있다. 즉, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 긁힘 테스트에서 실리콘(Silicon)계 점착층이 두꺼워지면 peak indentation depth가 두께 증가에 비례하여 증가하였으나, 표면경도 HIT는 두께 변화와 상관없이 상호 유사한 표면경도를 유지하였다. 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 외부 스트레스에 대한 damping 능력을 의미하는 tan δ값은 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛일 때 0.031, 20㎛일 때 0.037, 30㎛일 때 0.063, 40㎛일 때 0.083이었다. 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께 증가에 따라서 tan δ값도 비례하여 증가하였다. 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에서 전체의 탄성 반발력으로 작용하는 성분인 storage modulus는 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛에서 30㎛로 증가하는 동안 4.593GPa에서 3.716GPa로 점진적으로 감소하였다. 그리고 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 40㎛일때 storage modulus는 3.794로 소폭 상승하였다. 반면 외부에서 가해진 스트레스를 에너지 손실로 분산하여 스크래치(긁힘)의 주요 원인이 되는 수직항력 N 또는 마찰력을 줄여주는 성분인 loss modulus는 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛에서 40㎛로 증가하는 동안 0.144GPa에서 0.316GPa로 크게 증가하였다. 따라서 storage modulus에 대한 loss modulus의 비인 tan δ값이 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께에 비례하여 증가하였다. 이러한 특성으로부터 점성 특성이 큰 실리콘(Silicon)계 점착층을 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에 도입할 경우 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 표면경도 손실 없이 내긁힘 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
[실험예 4]
점탄성 특성을 가진 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 하드코팅부재 표면에서의 마찰 특성을 측정하기 위해서 Abrasion Rubbing Tester(No. 580, Yuyuinst Co., Ltd.)를 사용하여 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 4.6GPa의 탄성계수를 가지는 7.7㎛ 두께의 하드코팅부재와 3.5GPa의 탄성계수를 가지는 150㎛ 두께의 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재로만 이루어진 기본 샘플과 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 샘플에 대한 긁힘 특성을 비교, 평가하였다. 긁힘 특성은 Steel wool(#0000)이 부착된 Bar에 1Kg의 하중을 가하여, 하드코팅 막에 긁힘이 발생하는 시점까지의 왕복 횟수를 측정하여 평가하였다. 이때 Bar는 40mm의 이동거리를 60RPM의 이동속도로 왕복한다(Steel Wool Test).
도 6은 Steel Wool Test에 의한 긁힘 발생 전과 발생 후의 하드코팅부재 표면을 보여주는 광학현미경 사진이다.
본 실험에서는 실리콘(Silicon)계 점착층이 도포된 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체에 Steel Wool Test와 같은 Sin 형태의 응력이 가해졌을 때 각 샘플이 나타내는 응력-변형 사이의 위상차를 평가하였다. 이를 위하여 본 실험에서는 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재(기본 샘플)와 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포된 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재(실시예 4)를 사용하였다. 그리고 각각의 샘플에 대하여 Steel Wool의 왕복 이동속도를 20RPM과 80RPM의 두가지 조건으로 하여 Steel Wool Test를 진행하였다. 그 결과를 표 5와 표 6에 나타내었다.
표 5는 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재(기본 샘플)의 Steel Wool Test 결과이다.
Steel Wool 왕복 횟수 20RPM(27.6mm/초) 80RPM(107.7mm/초)
20 Scratch Scratch
15 Scratch Scratch
10 Scratch Scratch
9 Scratch Scratch
8 Scratch Scratch
7 Scratch Scratch
6 No Scratch No Scratch
표 6은 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재(실시예 4)의 Steel Wool Test 결과이다.
Steel Wool 왕복 횟수 20RPM(27.6mm/초) 80RPM(107.7mm/초)
120 Scratch Scratch
80 Scratch Scratch
70 Scratch No Scratch
60 Scratch No Scratch
50 Scratch No Scratch
40 No Scratch No Scratch
일반적으로 운동 마찰력은 운동하는 물체의 이동속도와 상관없기 때문에 이동속도를 달리하여도 마찰력의 크기는 동일하여야 한다. 이러한 점은 표 5의 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재의 Steel Wool Test 결과에 잘 나타나 있다. 표 5의 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재의 경우 20RPM과 80RPM의 두 가지 속도로 긁힘 테스트를 진행하였을 때, 두 경우 모두 Steel Wool 왕복횟수가 7회일 때 긁힘이 발생하였다. 이로부터 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재처럼 점성특성이 작은 경우 Steel Wool의 이동속도와 상관없이 동일한 크기의 운동 마찰력이 발생하였음을 알 수 있다.
표 6은 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재(실시예 4)의 Steel Wool Test 결과이다.
표 6에 의하면 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재는 운동하는 물체의 이동속도가 빠를수록 마찰력의 크기가 작아져 내긁힘 특성이 커지는 현상을 보여준다. 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에 20RPM과 80RPM의 두가지 이동속도로 내긁힘 테스트를 진행하였을 때, 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재 보다 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재가 두가지 이동속도 모두에서 긁힘이 발생하는 시점의 Steel Wool 왕복횟수가 커서, 내긁힘성이 우수하다는 점을 알 수 있었다. 또한 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재는 운동하는 물체의 이동속도가 빠를수록 마찰력의 크기가 작아져 내긁힘특성이 커지는 현상을 보였다. 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에서 이동속도가 20RPM일 때 Steel Wool 왕복횟수가 50회에서 긁힘이 발생하였고, 이동속도가 80RPM에서는 Steel Wool 왕복횟수가 80회에서 긁힘이 발생하였다. 이와 같이 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛의 두께로 도포되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재의 경우 마찰력의 주요 성분인 수직항력이 실리콘(Silicon)계 점착층의 외부 스트레스에 대한 damping 효과 때문에 감소하였다. 이로 인해 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재는 실리콘(Silicon)계 점착층이 없이 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재 보다 내긁힘 특성이 크게 향상되었다. 또한 이상의 결과는 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에서 Steel Wool bar의 이동속도가 증가하면, 긁힘이 발생하는 Steel Wool 왕복 횟수가 비례하여 증가하는 것을 보여주고 있다. 즉 점성 특성을 가지는 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에서는 운동마찰력의 크기가 이동속도의 영향을 받음을 알 수 있었다. 이것은 점성 특성을 가지는 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재와 같은 점탄성 고분자 물질에 Sin 형태의 응력을 가했을 때 시료의 내부 damping에 의해 발생되는 응력-변형 사이의 위상차가 발생하기 때문이다. 본 실험에서 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에서는 이동하는 Steel Wool bar의 하중이 특정 지점에 도착하면 이 지점에서 점성재질의 damping 효과로 인해 기판이 순간적으로 눌린다. 이때 Steel Wool bar 아래에 경사면이 발생하고, 이로 인해 수직항력이 감소한다. Steel Wool bar의 이동속도가 20RPM 정도로 낮은 이동속도에서는, 점성 재질인 실리콘(Silicon)계 점착층이 하중에 충분히 눌릴 시간이 있고, 이렇게 점성 재질이 충분히 눌리게 되면 Steel Wool bar 바로 아랫부분의 국소적인 영역에서 눌린 플라스틱 기판의 경사면 기울기가 완만해진다. 이와 같이 경사각의 값 θ가 작아질수록 수직항력값 N은 상대적으로 상승하게 되고, 그에 따라 마찰력값 F도 커져서 결과적으로 내긁힘성 개선효과가 일부 줄어든 것으로 판단된다. 반면 Steel Wool bar의 이동속도가 80RPM으로 상대적으로 높은 경우, Steel Wool bar에 의해 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재가 눌려서 발생된 초기 기울기 값은 일정하게 유지된다. 따라서 Steel Wool bar의 이동속도가 80RPM일 때 20RPM의 경우 보다 경사각의 값 θ가 크고, 수직항력값 N이 상대적으로 작게 작용한다. 이로 인해 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에서는 Steel Wool bar의 이동속도가 높을수록 내긁힘성 개선 효과가 높게 관측된 것으로 판단된다. 일반적으로 운동마찰력을 고려할 때 이동속도와는 무관하다고 알려져 있다. 하지만 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에서는 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 두꺼워질수록 점성 특성이 커지고 이동속도에 따라 내긁힘성 개선 효과가 커짐을 알 수 있다. 이로부터 점성 재질이 하중을 damping해 주는 속도와 Steel Wool bar의 이동속도가 상호 연관되어 마찰력(수직항력)에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재의 경우 실리콘(Silicon)계 점착층이 두꺼워 질수록(즉 점성 성분의 영향이 커질수록), 특정시간 범위 안에서 이동하는 하중에 대한 수직항력을 점성층이 damping하는 능력이 커진다. 그 결과, 마찰력이 낮아지고 내긁힘성이 증가함을 알 수 있었다. 실리콘(Silicon)계 점착층이 있는 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재에서 이동속도가 빠를수록 내긁힘 특성이 비례적으로 증가하는 특성은 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체를 다양한 환경에서 현실에서 사용시에 긁힘을 방지할 수 있는 유용한 특성에 해당한다.
[실험예 5]
점탄성 특성을 가진 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 하드코팅부재 표면에서의 내긁힘 특성을 측정하기 위해서 Abrasion Rubbing Tester(No. 580, Yuyuinst Co., Ltd.)를 사용하여 하드코팅부재로만 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재, 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입되고 하드코팅부재로 코팅된 PMMA 재질의 베이스부재(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4)와 하드코팅부재로만 코팅된 PET 재질의 베이스부재, 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입되고 하드코팅부재로 코팅된 PET 재질의 베이스부재(비교예 1) 및 하드코팅부재로만 코팅된 TPU 재질의 베이스부재, 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입되고 하드코팅부재로 코팅된 TPU 재질의 베이스부재(비교예 2)에 대한 내긁힘 특성을 비교, 평가하였다.
도 7은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4와 비교예 1 및 비교예 2에 대해 내긁힘성의 판단을 위한 Steel Wool Test 결과를 비교한 그림이다.
도 7의 (a)는 150㎛ 두께의 PMMA 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로만 코팅한 경우와 150㎛ 두께의 PMMA 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로 코팅하고 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 경우(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4)를 비교한 것이다. PMMA 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로만 코팅한 경우에는 긁힘이 발생하는 시점까지의 Steel Wool 왕복 횟수가 5회에 불과하였다(실리콘(Silicon)계 점착층 두께 0㎛). 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛로 두꺼워질수록 긁힘이 발생하는 시점까지의 Steel Wool 왕복 횟수가 59 ~ 79회까지 증가하였다. 이는 실리콘(Silicon)계 점착층이 없는 경우보다 10배 이상 급격히 증가한 수치이다. 도 7의 (b)는 125㎛ 두께의 PET 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로만 코팅한 경우와 125㎛ 두께의 PET 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로 코팅하고 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 경우(비교예 1)를 비교한 것이다. PET 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로만 코팅한 경우에는 긁힘이 발생하는 시점까지의 Steel Wool 왕복 횟수가 8회에 불과하였다(실리콘(Silicon)계 점착층 두께 0㎛). 그리고 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛로 두꺼워질수록 긁힘이 발생하는 시점까지의 Steel Wool 왕복 횟수가 15 ~ 27회까지 증가하였다. 이는 실리콘(Silicon)계 점착층이 없는 경우보다 2 ~ 3배 이상 증가한 수치이다. 도 7의 (c)는 100㎛ 두께의 TPU 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로만 코팅한 경우와 100㎛ 두께의 TPU 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로 코팅하고 실리콘(Silicon)계 점착층이 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛의 두께로 각각 도입된 경우(비교예 2)를 비교한 것이다. TPU 재질의 베이스부재에 하드코팅부재로만 코팅한 경우에는 긁힘이 발생하는 시점까지의 Steel Wool 왕복 횟수가 7회에 불과하였다(실리콘(Silicon)계 점착층 두께 0㎛). 그리고 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 10㎛, 20㎛로 두꺼워질수록 긁힘이 발생하는 시점까지의 Steel Wool 왕복 횟수가 2-7회 감소하였다가 회복하였고, 실리콘(Silicon)계 점착층의 두께가 30㎛, 40㎛로 두꺼워질수록 긁힘이 발생하는 시점까지의 Steel Wool 왕복 횟수가 12 ~ 14회까지 증가하였다. 이는 실리콘(Silicon)계 점착층이 없는 경우보다 약 2배 정도 증가한 수치이다.
이상의 결과에 따르면 베이스부재의 탄성계수가 3.3GPa-4.0GPa에 도달할 정도로 높은 경우에 하드코팅부재와 댐핑부재를 도입하였을때 외부 스트레스에 대한 댐핑효과가 크고 수직항력과 마찰력이 작아져 내긁힘성의 개선효과가 커졌다. 이에 반해 PMMA보다 탄성계수가 작은 PET를 베이스부재로 사용하여 하드코팅부재와 댐핑부재를 도입한 경우에는 일정한 정도의 내긁힘성의 개선효과를 발생시켰지만, 그 개선의 정도가 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 베이스부재를 사용한 경우와 비교하여 미흡하였다. 나아가 PMMA보다 탄성계수가 아주 작은 TPU를 베이스부재로 사용하여 하드코팅부재와 댐핑부재를 도입한 경우에는 내긁힘성의 개선효과가 거의 발생되지 않았다. 이는 연질 재질의 TPU가 외부 스트레스에 의한 하드코팅부재의 변형(파괴)을 막아주는 지지층 역할을 거의 하지 못하여, 외부 스트레스가 곧바로 하드코팅부재에 작용하여 변형을 일으키고, 수직항력(N)이 작용하여 마찰력이 제한 없이 발생하기 때문이다.
이와 같이, 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체는 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지는 하드코팅부재를 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지는 베이스부재 상부에 코팅하고, 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지는 댐핑부재를 베이스부재 하부에 도포한 구조를 가지고 있을때에만 우수한 내긁힘성을 보였다.
이와 같이 하드코팅부재의 표면경도 감소 없이 내긁힘 특성이 향상된 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체를 제조하기 위하여, 디스플레이 커버 윈도우용 적층구조체의 하드코팅부재 표면경도와 탄성계수가 최대가 되도록 하드코팅액의 화학적 구조와 조성을 변화시켰고, 베이스부재 상부에 하드코팅액을 도포하고 열건조하여 하드코팅부재를 형성시켰다. 그리고 하드코팅부재가 코팅된 베이스부재의 반대면에 실리콘(Silicon)계 점착층이 도입되었다. 하드코팅부재와 실리콘(Silicon)계 점착층이 도입된 베이스부재의 기계적 거동 및 내긁힘 특성 등을 평가하기 위해서 Indentation, Scratch 및 Steel-wool test를 수행하였다. 그 결과 PMMA와 같이 경도와 탄성계수가 높은 재질을 베이스부재로 사용한 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체의 경우, 상대적으로 연질 재질인 PET나 TPU보다 더 우수한 내긁힘 특성을 보여주었다. 특히 실리콘(Silicon)계 점착층이 40㎛ 두께로 도포된 PMMA 재질의 베이스부재가 최상의 성능을 보여주고 있다. 긁힘 테스트에서 Residual Indentation Depth는 422nm로 가장 낮았고, 탄성회복률은 97.39%로 가장 높았다. 그리고 긁힘이 발생하는 최대 응력은 5578.492mN으로 가장 높았다. 또한 표면경도 HIT는 376.990MPa이고, tan δ는 0.083으로 우수한 damping 능력을 보였다. 이처럼 높은 표면경도와 내긁힘 특성을 보이는 탁월한 기계적 거동은 본 발명인 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체는 휴대전화 등의 다양한 Mobile device에 대해 유용하게 사용될 수 있는 cover window material의 후보가 될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예와 실험예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예와 실험예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 변형실시 또는 추가실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시 또는 추가실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (8)

  1. 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지고 5㎛-20㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재;
    상기 하드코팅부재 하부에 배치되는 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지고 30㎛-1000㎛의 두께를 가지는 베이스부재; 및
    상기 베이스부재 하부에 배치되는 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지고 10㎛-300㎛의 두께를 가지는 댐핑부재;를 포함하여 구성되고,
    상기 하드코팅부재는 Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer), Pentaerythritol Triacrylate(PETA), Nano-silica, Methyl methacrylate, 경화제, 레벨링제 및 광경화제를 포함하여 구성되며,
    상기 베이스부재는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA)를 포함하여 구성되며,
    상기 댐핑부재는 경화된 실리콘(Silicon)계 점착제 또는 경화된 아크릴(Acryl)계 점착제 중 어느 하나를 포함하여 구성되는 것
    을 특징으로 하는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부재는
    10㎛-350㎛의 두께를 가지는 제1베이스부재;
    상기 제1베이스부재 하부에 배치되는 10㎛-300㎛의 두께를 가지는 보조댐핑부재; 및
    상기 보조댐핑부재 하부에 배치되는 10㎛-350㎛의 두께를 가지는 제2베이스부재;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체.
  3. 제1항에 있어서
    상기 하드코팅부재는 Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부, 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부를 포함하여 구성되는 것
    을 특징으로 하는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하드코팅부재는 Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부, 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부를 포함하여 구성되며,
    상기 제1베이스부재와 상기 제2베이스부재는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA)를 포함하여 구성되며,
    상기 보조댐핑부재는 경화된 실리콘(Silicon)계 점착제 또는 경화된 아크릴(Acryl)계 점착제 중 어느 하나를 포함하여 구성되는 것
    을 특징으로 하는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체.
  5. 3.3GPa-4.0GPa의 탄성계수를 가지고 30㎛-1000㎛의 두께를 가지는 Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 재질의 베이스부재를 준비하는 단계;
    Hexamethylene Diisocycnate Trimer(HDI-Trimer) 3-5 중량부, Pentaerythritol Triacrylate(PETA) 20-24 중량부, Nano-silica 10-15 중량부, Methyl methacrylate 5-8 중량부, 경화제 10-15 중량부, 레벨링제 0.1-0.5 중량부 및 광경화제 1-2 중량부를 포함하여 구성된 고형성분을, Methyl cellosolve 8-12 중량부, Buthyl alcohol 2-4 중량부 및 1-Methoxy-2-propanol 25-27 중량부를 포함하여 구성된 용매성분에 녹여 하드코팅액을 제조하는 단계;
    상기 하드코팅액을 상기 베이스부재 상부에 도포하고 열건조하여 용매를 제거하고 광경화하여 4.4GPa-4.9GPa의 탄성계수를 가지고 5㎛-20㎛의 두께를 가지는 하드코팅부재를 형성시키는 단계; 및
    상기 베이스부재 하부에 실리콘(Silicon)계 점착층 또는 아크릴(Acryl)계 점착층을 도포하고 경화하여 0.01GPa-0.05GPa의 탄성계수를 가지고 10㎛-300㎛의 두께를 가지는 댐핑부재를 형성시키는 단계;
    를 포함하는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 베이스부재는
    10㎛-350㎛의 두께를 가지는 제1베이스부재;
    상기 제1베이스부재 하부에 배치되는 10㎛-300㎛의 두께를 가지는 보조댐핑부재; 및
    상기 보조댐핑부재 하부에 배치되는 10㎛-350㎛의 두께를 가지는 제2베이스부재;를 포함하여 구성되는 것
    을 특징으로 하는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 하드코팅부재를 형성시키는 단계는 상기 하드코팅액을 상기 베이스부재 상부에 도포하고 80℃-90℃에서 30초-90초 열건조하여 용매를 제거하고 300mJ-400mJ의 광량으로 자외선(Ultra Violet) 경화하는 단계이며,
    상기 댐핑부재를 형성시키는 단계는 상기 베이스부재 하부에 실리콘(Silicon)계 점착층 또는 아크릴(Acryl)계 점착층을 도포하고 110℃-130℃에서 90초-150초 동안 1차 열경화하고 150℃-170℃에서 90초-150초 동안 2차 열경화하는 단계인 것
    을 특징으로 하는 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 제조방법.
KR1020180136106A 2018-11-07 2018-11-07 탄성계수의 차이를 이용하여 내긁힘성을 향상시킨 디스플레이 커버 윈도우용 적층 구조체 및 이의 제조방법 KR102125920B1 (ko)

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