KR20100131076A - 터치 패널용 투명 도전성 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 도전성 필름의 적층 구조를 최적화하여 정전용량 방식의 터치 패널에 사용하기 적합하도록 개발된 투명 도전성 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술구성은, 기재 필름(10)의 일면에는 하드코팅층(50)이 형성되고, 상기 기재 필름(10)의 타면에는 고굴절 언더코팅층(20), 저굴절 언더코팅층(30) 및 투명 도전체층(40)이 차례로 형성된 터치 패널용 투명 도전성 필름에 있어서, 상기 하드코팅층(50)의 두께는 2 ~ 20㎛이고, 상기 고굴절 언더코팅층(20)의 두께는 상기 하드코팅층(50)의 두께와의 차이가 1㎛ 이내가 되도록 구성된다.
터치 패널, 하드코팅층, 고굴절 언더코팅층, 저굴절 언더코팅층, 투명 도전체층

Description

터치 패널용 투명 도전성 필름 및 그 제조방법{Transparent conductive film for touch panel and method thereof}
본 발명은 터치 패널용 투명 도전성 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명 도전성 필름의 적층 구조를 최적화하여 정전용량 방식의 터치 패널에 사용하기 적합하도록 개발된 투명 도전성 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
디지털 기술을 이용하는 컴퓨터가 발달함에 따라 그에 따른 보조 장치들도 함께 개발되고 있다. 이 중 키보드와 마우스는 외부 데이터를 컴퓨터로 입력하는 데 사용되는 장치로서, 키보드는 키들을 타이핑하여 데이터를 입력하는 것이고 마우스는 화면상에서 커서 또는 다른 물체를 이동시킬 때 사용하는 입력 장치이다. 그런데, 보다 효과적이고 간편한 방법은 사용자가 컴퓨터에 연결된 모니터의 스크린을 터치함에 따라 데이터를 컴퓨터로 입력하여 명령을 내리는 것이다.
예컨대, 컴퓨터를 이용하여 그래픽을 처리할 때, 키보드나 마우스를 사용하여 작업하는 것에 비해 사용자가 직접 펜을 사용하여 종이에 그래픽을 그리는 것이 훨씬 용이하기 때문에 사람들이 컴퓨터를 이용하여 그래픽을 처리하는데 있어서 많 은 불편을 겪고 있다. 그러나 터치 펜을 사용하여 터치 패널의 화면에서 직접 그래픽을 처리하게 되면 마치 종이에 직접 그림을 그리는 것과 같은 원리이기 때문에 그래픽 작업을 매우 쉽고 정교하게 처리할 수 있다. 이에 따라, 최근에는 터치 패널이 구비된 휴대용 장치들이 많이 보급되고 있는 실정이다.
이러한 터치 패널을 구현하는 방식에는 위치 검출의 방법에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등이 있다.
저항막 방식은 투명 전극층(ITO막)이 코팅되어 있는 두 장의 기판을 도트 스페이서(Dot Spacer)를 사이에 두고 투명 전극층이 서로 마주보게 합착시키는 구조로 이루어진다. 손가락이나 펜 등에 의해 상부 기판을 접촉하였을 때 위치 검출을 위한 신호가 인가되며, 하부 기판의 투명 전극층과 접촉되었을 때 전기적 신호를 검출하여 위치를 결정한다. 이 방식은 응답속도와 경제성이 높은 반면에 내구성이 저하되고 파손의 위험이 큰 단점이 있다.
정전용량 방식은 터치 화면 센서를 구성하는 기재 필름의 일면에 전도성 금속 물질을 코팅 처리하여 투명 전극을 형성하고 일정량의 전류를 유리표면에 흐르게 한다. 사용자가 화면을 터치하였을 때 인체 내 정전용량을 이용하여 전류의 양이 변경된 부분을 인식하고 크기를 계산하여 위치를 결정한다. 내구성과 투과율이 우수한 반면에 인체의 정전용량을 이용하므로 펜이나 장갑 등을 낀 손에 의해서는 동작이 어렵다는 단점이 있다.
초음파 방식은 압압 효과를 응용한 압전소자를 사용하여 터치 패널 접촉시에 발생되는 표면파를 X와 Y 방향으로 교대로 발생시켜 각각의 입력점까지 거리를 계 산하여 위치를 결정한다. 해상도와 광 투과율이 높지만 센서의 오염과 액체에 취약하다는 단점이 있다.
적외선 방식은 발광소자와 수광소자가 패널 주위에 다수 배치하여 매트릭스 구조로 만든다. 사용자에 의해 광선을 차단하게 되면 그 차단된 부분에 대한 X,Y 좌표를 얻어 입력좌표를 판단하게 된다. 광 투과율이 높고 외부충격이나 긁힘에 대한 강한 내구성을 갖는 반면, 부피가 크고 부정확한 터치에 대한 식별성이 낮고 응답속도 또한 느린 단점이 있다.
이 중에서 최근에 가장 많이 사용되고 있는 것이 저항막 방식과 정전용량 방식이다. 이들 방식에는 기재 필름에 언더코팅층, 투명 도전체층 등이 형성된 도전성 필름이 공통으로 사용되는데, 이 도전성 필름의 물성이 터치 패널의 최종 품질이나 제조 원가에 큰 영향을 미친다. 그러나, 현재까지 개발된 도전성 필름을 보면 투명 도전체층의 패턴부가 시각적으로 드러나 외관이 손상되거나, 결정화를 위한 어닐링 열처리 과정에서 필름이 휘어지는 컬(Curl) 현상이 발생하는 등 여러 가지 문제점들이 나타나 그 개선의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 이러한 필요성에 부응하고자 새로이 개발된 터치 패널용 도전성 필름에 관한 것으로서, 기재 필름 양면의 두께 균형을 맞추어 어닐링 열처리 시에 컬 현상이 발생하는 것을 방지하고, 언더코팅층과 투명 도전체층의 시감 반사율 차이를 일정 기준 이하로 제어하여 투명 도전체층의 패턴부가 시각적으로 드러나지 않도록 해주는 터치 패널용 도전성 필름을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 패널용 투명 도전성 필름은, 기재 필름의 일면에는 하드코팅층이 형성되고, 상기 기재 필름의 타면에는 고굴절 언더코팅층, 저굴절 언더코팅층 및 투명 도전체층이 차례로 형성된 터치 패널용 투명 도전성 필름에 있어서, 상기 하드코팅층의 두께는 2 ~ 20㎛이고, 상기 고굴절 언더코팅층의 두께는 상기 하드코팅층의 두께와의 차이가 1㎛ 이내가 되도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 고굴절 언더코팅층은 굴절률이 1.55 ~ 1.70, 두께가 1 ~ 21㎛이고, 상기 저굴절 언더코팅층은 굴절률이 1.30 ~ 1.46, 두께가 0.01 ~ 0.05㎛이며, 상기 투명 도전체층은 굴절률이 1.9 ~ 2.1, 두께가 0.01 ~ 0.022㎛로 이루어지고; 상기 투명 도전체층은 패턴화되어 있으며, 패턴부와 비패턴부의 평균 반사율의 차이가 0.7% 미만으로 구성된다.
본 발명은 상기한 투명 도전성 필름으로 제조되어 정전용량 방식으로 사용되 는 터치 패널을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 터치 패널용 투명 도전성 필름의 제조방법은, 기재 필름의 일면에 하드코팅층을 형성하고, 상기 기재 필름의 타면에 고굴절 언더코팅층, 저굴절 언더코팅층 및 투명 도전체층을 차례로 형성함에 있어서, 상기 하드코팅층은 그 두께가 2 ~ 20㎛가 되도록 형성하고, 상기 고굴절 언더코팅층은 그 두께가 상기 하드코팅층의 두께와의 차이가 1㎛ 이내가 되도록 형성하며, 100 ~ 150℃의 온도로 어닐링 열처리를 하여 상기 투명 도전체층을 결정화한다.
바람직하게는, 상기 고굴절 언더코팅층은 굴절률이 1.55 ~ 1.70, 두께가 1 ~ 21㎛가 되도록 형성하고, 상기 저굴절 언더코팅층은 굴절률이 1.30 ~ 1.46, 두께가 0.01 ~ 0.05㎛가 되도록 형성하며, 상기 투명 도전체층은 굴절률이 1.9 ~ 2.1, 두께가 0.01 ~ 0.022㎛가 되도록 형성함으로써; 상기 투명 도전체층을 패턴화한 결과 패턴부와 비패턴부의 평균 반사율의 차이가 0.7% 미만이 되도록 제조한다.
더욱 바람직하게는, 상기 투명 도전체층을 패턴화한 후, 100 ~ 150℃의 온도로 어닐링 열처리를 하여 상기 투명 도전체층을 결정화한다.
본 발명은 상기한 방법으로 제조된 투명 도전성 필름을 사용하여 정전용량 방식의 터치 패널을 제조하는 방법을 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 터치 패널용 투명 도전성 필름 및 그 제조방법을 사용하면, 투명 도전성 필름의 어닐링 열처리 시에 컬 현상을 방지할 수 있어 불량율을 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 투명 도전성 필름의 언더코팅층의 두께를 크게 함으로써 기재 필름에 포함된 첨가제가 외부로 방출되는 것을 효과적으로 차단하여 투명 도전체층의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 투명 도전성 필름의 적층 구조를 개선하여 투명 도전체층의 패턴부와 비패턴부와의 평균 반사율 차이를 0.7% 미만으로 제어함으로써 패턴부가 시각적으로 드러나지 않도록 하여 양호한 외관을 얻을 수 있다.
본 발명이 속하는 터치 패널용 투명 도전성 필름은 터치된 위치의 식별성을 높이기 위하여 투명 도전체층을 패턴화하는 경우가 있다. 투명 도전체층을 패턴화함에 있어서 패턴부와 비패턴부의 평균 반사율의 차이가 증가하면 패턴의 형태가 시각적으로 드러나게 되어 표시 소자로서 외관이 악화된다. 특히, 정전용량 방식의 터치 패널에 있어서는 투명 도전체층이 입사 표면층으로 사용되기 때문에 투명 도전체층을 패턴화하였을 경우에 그 외관이 양호할 것이 요구된다.
본 발명자는 여러 번의 실험을 통해 패턴부와 비패턴부의 평균 반사율의 차이가 0.7% 미만인 때에는 일반인의 시각으로 볼 때 패턴의 형태를 구별하기 어려워 양호한 외관을 얻을 수 있는 반면, 0.7 ~ 1.5%인 때에는 비교적 용이하게 패턴의 형태를 구별할 수 있으며, 1.5% 이상이 되면 패턴의 형태가 명확하게 식별되어 표시 소자로서 사용이 어렵다는 사실을 알아내었다. 이러한 사실을 토대로 패턴화된 투명 도전성 필름의 적층 구조를 최적화하여 시각적으로 양호한 외관을 얻음과 동시에 고온의 열처리 공정에서도 컬 현상을 방지할 수 있는 새로운 투명 도전성 필 름을 개발하게 된 것이다.
대한민국 공개특허 제2008-68552호에는 현재까지 개발된 패턴화된 투명 도전성 필름의 다양한 적층 구조가 개시되어 있는바, 본 발명의 기술구성을 상세히 설명하기에 앞서 이들 적층 구조를 도 1 및 도 2를 참조로 간단히 설명한다.
가장 기본적인 적층 구조는 투명한 기재 필름(1) 상에 굴절률이 1.5 ~ 1.7인 1개의 언더코팅층(2)을 형성하고, 그 위에 투명 도전체층(3)을 형성한 다음 에칭 공정을 통한 패턴화 작업을 실시하여 패턴부(a)와 비패턴부(b)를 형성하는 것이다[도 1의 (a)]. 다른 적층 구조로는 투명한 기재 필름(1) 상에 굴절률이 1.5 ~ 1.7이고 두께가 0.1 ~ 0.22㎛인 고굴절 언더코팅층(2b)과 굴절률이 1.4 ~ 1.5이고 두께가 0.02 ~ 0.08㎛인 저굴절 언더코팅층(2a)으로 된 2개의 언더코팅층(2)을 형성하고, 그 위에 투명 도전체층(3)을 형성한 후 패턴화한 것이 있다[도 1의 (b)]. 또 다른 적층 구조로는 투명한 기재 필름(1) 상에 굴절률이 1.5 ~ 1.7이고 두께가 0.1 ~ 0.22㎛인 고굴절 언더코팅층(2b)과 굴절률이 1.4 ~ 1.5이고 두께가 0.02 ~ 0.08㎛인 저굴절 언더코팅층(2a)으로 된 2개의 언더코팅층(2)을 형성하고, 투명 기재(1)로부터 가장 멀리 떨어져 있는 저굴절 언더코팅층(2a)을 투명 도전체층(3)과 동일하게 패턴화한 것이 있다[도 1의 (c)].
도 1의 (a),(b)와 같이 언더코팅층(2)을 별도로 패턴화하지 않은 경우에는 투명 도전체층(3)의 패턴부(a)와 저굴절 언더코팅층(2a)의 비패턴화부(b) 사이의 평균 반사율의 차이가 0.7% 이상이 되므로 시각적으로 패턴의 형태가 드러나 양호한 외관을 얻을 수 없다.
도 1의 (c)와 같이 투명 도전체층(3)의 바로 아래에 형성된 저굴절 언더코팅층(2a)을 투명 도전체층(3)과 동일하게 패턴화하는 경우에는 비패턴부(b)에 고굴절 언더코팅층(2b)이 위치하게 되어 고굴절의 투명 도전체층(3)으로 된 패턴부(a)와의 평균 반사율이 감소된다. 그 결과 패턴부(a)와 비패턴부(b)와의 평균 반사율의 차이를 0.7% 미만으로 제어할 수 있다. 그러나, 이러한 적층 구조에 따르면 저굴절 언더코팅층(2a)을 투명 코팅층(3)과 동일한 형태로 패턴화하는 작업 공정이 추가되어야 하므로, 생산 비용이 증가하고 공정 추가에 따른 불량율 상승의 원인이 된다.
한편, 도 2에는 상기 대한민국 공개특허 제2008-68552호에 개시된 또 다른 형태의 패턴화된 투명 도전성 필름의 적층 구조가 도시되어 있다. 이 투명 도전성 필름은 투명한 기재 필름(1) 상에 하나 또는 둘 이상의 언더코팅층(2)이 형성되고, 그 위에 투명 도전체층(3)이 형성된 후 패턴화된다는 점에서는 도 1에 개시된 적층 구조들과 동일하다.
그러나, 이 투명 도전성 필름에서는 상기 기재 필름(1) 중 언더코팅층(2)이 형성된 면의 반대쪽 면에 점착층(4)을 매개로 투명기재(5)와 하드코팅층(6)이 차례로 형성된다. 비록 도면에는 두께가 거의 유사하게 도시되어 있지만, 실제로는 언더코팅층(2) 및 투명 도전체층(3)의 총 두께는 0.3㎛ 이하인 반면에 내스크래치성 향상을 위해 형성되는 하드코팅층(6)의 두께는 1 ~20㎛나 되어 기재 필름(1) 양쪽의 두께 불균형이 매우 크다. 이러한 두께 차이로 인해 고온의 어닐링 열처리 시에 컬 현상이 발생되어 불량율이 높아지는 것이다. 언더코팅층(2)과 하드코팅층(6)의 온도팽창 계수가 다를 경우에는 상기 컬 현상이 심해져 불량율이 더욱 높아지게 된 다.
한편, 도 1 및 도 2에 개시된 모든 패턴화된 투명 도전성 필름의 적층 구조에서는 언더코팅층(2)이 매우 얇은 박막으로 형성된다. 그 결과 기재 필름(1)에 혼합된 첨가제의 분자가 열적 확산을 통해 외부로 방출되는 것을 방지하지 못하여 터치 패널을 장시간 사용하는 경우 투명 도전체층(3)이 손상되는 공통의 문제점을 가지고 있다.
본 발명자는 종래 패턴화된 투명 도전성 필름이 가지는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 최적의 적층 구조를 개발하였는 바, 이하에서 도 3 및 도 4를 참조로 본 발명에 따른 터치 패널용 투명 도전성 필름 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터치 패널용 투명 도전성 필름은 기재 필름(10)의 일면에 하드코팅층(50)이 형성되고, 상기 기재 필름(10)의 타면에는 고굴절 언더코팅층(20), 저굴절 언더코팅층(30) 및 투명 도전체층(40)이 차례로 형성된다. 또한, 상기 투명 도전체층(40)은 일정한 형태로 패턴화되어 패턴부(a)와 비패턴부(b)가 형성된다.
상기 기재 필름(10)의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 투명성을 갖는 각종 플라스틱 필름이 주로 사용된다. 예를 들어, 폴리에스테르계 수지, 아세테이트계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리올레핀계 수지, (메타)아크릴계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수 지, 폴리아릴레이트계 수지 등이 사용된다. 바람직하게는 투명성 및 내구성이 우수한 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 상기 기재 필름(10)의 두께는 2 ~ 500㎛인 것이 바람직하다. 기재 필름(10)의 두께가 2㎛ 미만이 되면 기계적 강도가 낮아서 그 위에 코팅층을 형성하기 어려우며, 두께가 500㎛를 초과하면 필름의 투과도가 저하된다.
상기 하드코팅층(50)은 기재 필름(10)의 스크래치를 방지하기 위해 코팅되는 것으로, 일정한 내스크래치성을 나타내기 위해서는 두께가 2 ~ 20㎛ 정도의 후막으로 코팅되는 것이 바람직하다. 하드코팅층(50)의 재료는 특별히 제한되지 않으나 디펜타에리스리톨 헥사이크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 기타 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴계 수지를 조합한 수지가 주로 사용된다.
상기 고굴절 언더코팅층(20) 및 저굴절 언더코팅층(30)은 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 혼합물 등 다양한 재료에 의해 형성될 수 있다. 무기물로는 SiO2, MgF2, Al2O3, NaF, Na3AlF6, LiF, CaF2, BaF2, LaF3, CeF3 등이 사용되며, 이 중에서 SiO2, MgF2, Al2O3가 바람직하게 사용된다. 유기물로는 멜라민 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 실록산계 폴리머, 유기 실란 축합물 등이 사용되며, 이 중에서 상기 멜라민 수지, 알키드 수지 및 유기 실란 축합물의 혼합물로 이루어지는 열경화형 수지가 바람직하게 사용될 수 있다.
고굴절 언더코팅층(20)은 코팅 후에 열경화 또는 자외선 경화 등의 방법으로 가교 가능한 수지가 사용될 수도 있다. 저굴절 언더코팅층(30)은 가교 반응이 가능 한 불소 수지, 열경화 실리카 졸 및 스퍼터링에 의한 실리카 코팅막 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 본 발명자가 기출원한 대한민국 공개특허 제2008-103215호에 개시된 반사 방지용 저굴절 코팅제가 사용될 수도 있다.
상기 고굴절 언더코팅층(20)은 1 ~ 21㎛ 두께 범위 내에서 상기 하드코팅층(50)의 두께 차이가 1㎛ 이내가 되도록 두꺼운 후막으로 코팅되는 것이 바람직하다. 앞서 설명한 바와 같이 종래의 투명 도전성 필름은 기재 필름의 양면에 형성되는 코팅층의 두께 차이가 너무 커서 후공정인 어닐링 열처리 시에 컬 현상이 발생되었다. 본 발명은 고굴절 언더코팅층(20)의 두께가 하드코팅층(50)의 두께와 유사하도록 구성함으로써 상기한 컬 밸런스(Curl balance)의 문제를 완전히 해결한 것이다. 이와 같이 고굴절 언더코팅층(20)의 두께를 크게 하면 기재 필름(10)의 첨가제 분자가 확산을 통해 투명 도전체층(40)으로 확산되는 것도 차단할 수 있어 장시간 사용시에도 투명 도전체층(40)이 손상되는 것도 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 고굴절 언더코팅층(20)은 굴절률이 1.55 ~ 1.70인 것이 바람직하다. 본 발명의 주된 목적 중의 하나는 투명 도전체층(40)의 패턴부(a)와 비패턴부(b)의 평균 반사율의 차이를 0.7% 미만으로 제어하는 것이다. 상기 평균 반사율이 차이는 고굴절 언더코팅층(20)의 광학두께(굴절률 × 두께)와 저굴절 언더코팅층(30)의 광학두께(굴절률 × 두께)의 조합에 의해 주로 결정된다. 따라서, 고굴절 언더코팅층(20)의 굴절률이 1.55 미만이 되면 본 발명에 따른 두께 증가분을 고려할 때 평균 반사율의 차이를 0.7% 미만으로 제어하는 것이 어렵고, 굴절률이 1.70을 초과하면 이러한 고굴절률의 재료를 제조하는 것이 어려워 원가 상승의 원인이 된다.
상기 저굴절 언더코팅층(30)은 굴절률이 1.30 ~ 1.46, 두께가 0.01 ~ 0.05㎛로 형성된다. 저굴절 언더코팅층(30)의 굴절률 및 두께가 상기한 범위를 벗어나게 되면 앞서 설명한 고굴절 언더코팅층(20)의 광학두께 제어가능 범위 내에서 패턴부(a)와 비패턴부(b)의 평균 반사율의 차이를 0.7% 미만으로 만드는 것이 어렵게 된다. 본 발명에 따르면 고굴절 언더코팅층(20)의 두께가 크게 증가되는 반면에 저굴절 언더코팅층(30)의 두께는 그 위에 형성되는 투명 도전체층(40)을 고려하여 크게 변화시킬 수 없다. 따라서, 고굴절 언더코팅층(20)의 광학두께가 결정된 상태에서 상기 평균 반사율의 차이를 0.7% 미만으로 제어하기 위해서는 저굴절 언더코팅층(30)의 굴절률을 가급적 낮게 가져가야 하며, 이러한 점에서 저굴절 언더코팅층(30)의 굴절률 상한치를 1.40 미만으로 제어하는 것이 더욱 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 고굴절 언더코팅층(20)과 저굴절 언더코팅층(30)의 굴절률 및 두께는 상기한 범위 내에서 제어되는 것이 바람직하다. 다만, 각각의 굴절률과 두께 범위는 고굴절 언더코팅층(20)의 두께를 크게 형성하는 조건 하에서 패턴부(a)와 비패턴부(b)의 평균 반사율의 차이를 0.7% 미만으로 제어할 수 있는 수치값의 최대 범위이고, 상기 평균 반사율의 차이는 언더코팅층의 광학두께 이외의 다른 인자에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 제어범위 안에 속하는 굴절률과 두께의 조합이라 하더라도 평균 반사율의 차이가 0.7% 이상이 되는 경우도 발생할 수 있으나, 이러한 굴절률과 두께의 조합은 본 발명의 기술사상에 포함되지 않는다 할 것이다.
상기 투명 도전체층(40)의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 인듐, 주석, 아 연, 갈륨, 안티몬, 티탄, 규소, 지르코늄, 마그네슘, 알루미늄, 금, 은, 구리, 팔라듐, 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 금속으로 된 산화물이 주로 사용된다. 이 금속 산화물은 필요에 따라 상기 군에 포함된 금속 원자를 함유할 수 있다. 그 예로서 산화 주석을 함유한 산화 인듐, 안티몬을 함유한 산화 주석 등이 사용될 수 있다.
투명 도전체층(40)은 굴절률이 1.9 ~ 2.1, 두께가 0.01 ~ 0.022㎛로 형성된다. 투명 도전체층(40)의 두께가 0.01㎛ 미만이 되면 도전성이 저하되고 0.022㎛를 초과하면 투명성이 저하된다. 이러한 투명 도전체층(40)의 광학두께(굴절률×두께)는 투명 도전성 필름 분야에서 통상적으로 사용되는 범위이며, 상기한 고굴절 언더코팅층(20) 및 저굴절 언더코팅층(30)의 광학두께는 이러한 투명 도전체층(40)의 광학두께에 맞추어 패턴부(a)와 비패턴부(b)의 평균 반사율의 차이를 0.7% 미만으로 제어하기 위해 최적화한 것이다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 투명 도전성 필름의 제조방법을 도 4를 참조로 간단히 설명한다.
먼저, 투명한 기재 필름(10)의 일면에 하드코팅층(50)을 형성한다(S10). 이는 질소, 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 하드코팅층(50)의 액상 수지를 도포한 다음 이를 경화시켜 만든다. 도 2에 도시된 종래의 투명 도전성 필름과 같이 기재 필름의 일면에 점착층을 매개로 하드코팅층을 형성하는 경우에는 점착층이 하드코팅층 만큼이나 두껍기 때문에 기재 필름의 반대면에 형성되는 고굴절 언더코팅층의 두께를 증가시켜 양면의 컬 밸런스을 맞추는 것이 사실상 어렵게 된다.
따라서, 본 발명에서는 점착층을 사용하지 아니하고 기재 필름(10)에 하드코팅층(50)을 직접 코팅한다. 점착층은 터치 시 필름에 가해지는 충격을 흡수하는 기능을 하는 것으로서 저항막 방식의 터치 패널용 필름에 주로 사용된다. 본 발명의 투명 도전성 필름은 점착층을 사용하지 않으므로 저항막 방식보다는 정전용량 방식의 터치 패널에 더욱 적합하다.
하드코팅층(50)이 형성된 기재 필름(10)의 타면에 고굴절 언더코팅층(20)과 저굴절 언더코팅층(30)을 차례로 형성한다(S20,S30). 이 언더코팅층(20,30)으로 무기물, 유기물 및 이들의 혼합물 등 다양한 재료를 사용할 수 있음은 이미 상기한 바와 같으며, 이들 재료에 따라 도포, 스프레이, 스퍼터링 등 다양한 코팅방법을 모두 사용할 수 있다. 특히, 고굴절 언더코팅층(20)은 하드코팅층과의 두께 차이가 1㎛ 미만이 되도록 제어되어야 하므로, 예를 들어 불활성 분위기 하에서 액상 수지를 도포할 때에는 정밀한 두께 제어가 요구된다.
저굴절 언더코팅층(30) 위에 ITO막으로 기능하는 투명 도전체층(40)을 형성한다(S40). 투명 도전체층(40)의 코팅 방법은 특별히 한정되지 않으며, 필요로 하는 두께에 따라 진공증착, 스퍼터링, 이온도금 등을 적절히 사용할 수 있다.
투명 도전체층(40)의 코팅이 완료되면 에칭 공정을 통해 이를 패턴화한다(S50). 먼저, 투명 도전체층(40) 위에 드라이필름포토레지스트를 라미네이션한 다음 일정한 패턴이 연속적으로 교차된 패턴필름을 올려 놓는다. 그 후 자외선을 조사하여 드라이필름포토레지스트 영역을 현상하고 산성 또는 알칼리성 에칭 용액 을 이용하여 자외선이 조사된 드라이필름포토레지스트 영역만을 박리시킴으로써 이를 패턴화한다. 그 결과 패턴부(a)에 위치한 투명 도전체층(40)과 비패턴부(b)에 위치한 언더코팅층(20,30)의 광학두께의 조합에 의해 평균 반사율의 차이가 0.7% 미만으로 제어되는 것이다.
패턴화가 완료되면 투명 도전체층(40)을 결정화시켜 투과도 및 내구성을 향상시키기 위해 어닐링 열처리를 한다(S60). 이 어닐링 열처리는 통상 100 ~ 150℃에서 이루어지므로, 본 발명에 따른 투명 도전성 필름을 구성하는 재료는 150℃ 이상의 내열성이 요구된다. 투명 도전체층(40)을 결정화하면 에칭이 어려워지는 경우도 있으므로, 어닐링 열처리는 상기 패턴화 공정 이후에 실시하는 것이 바람직하다.
이하에서 본 발명에 따른 투명 도전성 필름의 기술적 효과를 알아보기 위해 다음과 같이 실험을 실시하였다.
[ 실시예1 ]
1. 하드코팅층 형성단계
먼저 두께가 188㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(이하, "PET 필름"이라고 한다)로 만든 기재 필름을 준비한다. 그리고, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트 및 우레탄 아크릴계 수지를 조합한 수지 100중량부에 광중합 개시제로서의 히드록시 시클로헥실 페닐케톤(치바스페셜티케미컬즈사 제조의 이르가큐어 184) 4중량부를 가하고, 희석제로서 메틸에틸케톤 200중량 부를 가하여 하드코팅용 수지를 제조한다. 이 하드코팅용 수지를 두께가 188㎛인 상기 기재 필름의 일면에 도포하고 80℃에서 3분간 건조시킨다. 그 후, 질소분위기(산소농도 500ppm) 하에서 고압 수은등을 이용해 자외선을 조사하여 두께 5㎛인 하드코팅층을 형성한다.
2. 고굴절 언더코팅층 형성단계
아크릴계 올리고머(미원상사 제조의 Miramer HR3200) 100중량부에 광중합 개시제로서의 히드록시 시클로헥실 페닐케톤(치바스페셜티케미컬즈사 제조의 이르가큐어 184) 4중량부를 가하고, 희석제로서 메틸에틸케톤 200중량부를 가하여 고굴절 언더코팅용 수지를 제조한다. 이 고굴절 언더코팅용 수지를 하드코팅층이 형성된 기재 필름의 타면에 도포하여 80℃에서 3분간 건조시킨다. 그 후, 질소분위기(산소농도 500ppm) 하에서 고압 수은등을 이용해 자외선을 조사하여 두께 5㎛인 고굴절 언더코팅층을 형성한다. 이 고굴절 언더코팅층의 굴절률은 1.605이다.
3. 저굴절 언더코팅층 형성단계
저굴절층 언더코팅 수지는 본 발명자가 기출원한 대한민국 공개특허 제2008-103215호에 개시된 반사 방지용 저굴절 코팅제를 사용한다. 이 코팅제의 제조방법은 먼저 n-헥산 15L(9.905kg)를 반응기에 투입하고 계면활성제로서 디도데실석시네이트 설폰산 나트륨염 214.5g을 투입한 후 용해한다. 고형분 15% 콜로이드 실리카 수용액 495g을 투입한 후 4시간을 교반하여 역마이셀 입자를 제조한다. 반응기에 트리에톡시메틸실란 58.5g을 투입하고 20시간을 더 교반시킨다. 그 후 1% 암모니아수를 투입하여 3시간을 더 교반시킨 다음 이 실리카 용액을 에틸헥실 알코올 10kg에 서서히 가하여 분산시킨다.
분산된 헥산, 에틸헥실 알코올 혼합용매를 여과하여 헥산용매와 계면활성제를 제거하고, 이를 농축하여 고형분 2% 농도의 기공을 함유한 100nm 이하의 실리카 입자 용액 0.3kg을 제조한다. 제조된 실리카 입자의 평균입경은 25nm이다. 한편 별도의 용기에 트리에톡시메틸실란 117g을 에탄올 177g에 가하고, 0.1N 질산 수용액 81g을 가한 후 24시간 교반시킨다. 에탄올 410g을 더 가하여 고형분 5%의 열경화성 수지를 제조한 다음 고형분 5%의 수지 100중량부에 평균입경 25nm인 고형분 2% 수지 150중량부를 혼합한 후, 고굴절 언더코팅층에 스핀 코팅을 행한다. 이를 150℃에서 10분간 건조하여 두께 0.034㎛의 저굴절 언더코팅층을 형성한다. 이 저굴절 언더코팅층의 굴절률은 1.35이다.
4. 투명 도전체층 형성단계
저굴절 언더코팅층 상에 아르곤 가스 98%와 산소 가스 2%로 이루어진 0.4Pa의 분위기 하에서, 산화 인듐 97 중량%, 산화 주석 3 중량%의 소결체 재료를 사용한 반응성 스퍼터링 방법에 의해, 두께 0.020㎛의 투명 도전체층(굴절률 2.00)을 형성한다.
5. 패턴화 단계
투명 도전성 필름의 최상위에 형성된 투명 도전체층에 드라이필름포토레지스트를 라미네이션하고, 100㎛의 패턴이 연속적으로 교차된 패턴필름을 올려 놓은 다음 자외선으로 경화시킨다. 5% 탄산나트륨 용액을 이용하여 자외선이 조사되지 않은 드라이필름포토레지스트 영역을 현상한 다음, 25℃, 5%의 염산(염화수소 수용액)에 1분간 침지하여 ITO막인 투명 도전체층의 에칭을 실시한다. 에칭 후 2% 수산화나트륨 용액을 이용하여 자외선이 조사된 드라이필름포토레지스트 영역을 박리하여 패턴화된 필름을 제조한다.
[ 실시예 2]
하드코팅층과 고굴절 언더코팅층은 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한다. 저굴절 언더코팅층에 있어서는 고형분 5% 수지 100중량부에 평균입경 25nm인 고형분 2% 수지 250중량부를 혼합한 다음 고굴절 언더코팅층에 스핀 코팅을 행한다. 이를 150℃에서 10분간 건조하여 두께 0.034㎛의 저굴절 언더코팅층을 형성한다. 이 저굴절 언더코팅층의 굴절률은 1.33이다. 저굴절 언더코팅층 상에 실시예 1과 코팅시간을 제외한 동일한 방법으로 두께 0.022㎛의 투명 도전체층(굴절률 2.00)을 형성하여 투명 도전성 필름을 제조한다.
[ 실시예 3]
하드코팅층과 고굴절 언더코팅층은 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한다. 저굴절 언더코팅층에 있어서는 고형분 5% 수지 100 중량부에 평균입경 25nm인 고형분 2% 수지 70중량부와 에탄올 200중량부를 혼합한 다음 고굴절 언더코팅층에 스핀 코팅을 행한다. 이를 150℃에서 10분간 건조하여 두께 0.020㎛의 저굴절 언더코팅층을 형성한다. 이 저굴절 언더코팅층의 굴절률은 1.40이다. 저굴절 언더코팅층 상에 실시예 1과 코팅시간을 제외한 동일한 방법으로 두께 0.015㎛의 투명 도전체층(굴절률 2.00)을 형성하여 투명 도전성 필름을 제조한다.
[ 실시예 4]
하드코팅층은 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한다. 아크릴계 올리고머(미원상사 제조의 Miramer HR3200) 100중량부에 광중합 개시제로서의 히드록시 시클로헥실 페닐케톤(치바스페셜티케미컬즈사 제조의 이르가큐어 184) 4중량부를 가하고, 희석제로서 메틸에틸케톤 570중량부를 가하여 고형분 15%의 고굴절 언더코팅용 수지 제조한다. 제조된 고형분 15%의 수지 100중량부와 DSM사 DN-0071 수지 100중량부를 혼합한 수지를 하드코팅층이 형성된 기재 필름의 타면에 도포하고 80℃에서 3분간 건조시킨다. 그 후 질소분위기(산소농도 500ppm) 하에서 고압 수은등을 이용해 자외선을 조사하여 두께 5㎛인 고굴절 언더코팅층을 형성한다. 이 고굴절 언더코팅층의 굴절률은 1.65이다.
저굴절 언더코팅층은 고형분 5% 수지 100중량부와 에탄올 300중량부를 혼합한 다음 고굴절 언더코팅층에 스핀 코팅하고, 150℃에서 10분간 건조하여 두께 0.040㎛의 저굴절 언더코팅층을 형성한다. 이 저굴절 언더코팅층의 굴절률은 1.46 이다. 저굴절 언더코팅층 상에 실시예 1과 코팅시간을 제외한 동일한 방법으로 두께 0.020㎛의 투명 도전체층(굴절률 2.00)을 형성하여 투명 도전성 필름을 제조한다.
[ 비교예 1]
하드코팅층과 고굴절 언더코팅층은 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한다. 저굴절 언더코팅층을 형성하지 않고 고굴절 언더코팅층에 실시예 1과 동일한 방법으로 두께 0.020㎛의 투명 도전체층(굴절률 2.00)을 형성하여 투명 도전성 필름을 제조한다.
[ 비교예 2]
하드코팅층을 코팅하지 않은 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 제조한다.
상기한 방법으로 제조된 실시예 1 내지 4와 비교예 1, 2의 투명 도전성 필름을 아래와 같은 방법으로 평가하고, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
<400 ∼ 700 nm 의 평균 반사율 값>
(주) 필름메트릭스사의 반사율 측정 설비를 이용하여 스펙트럼을 측정하고, 400 ∼ 700nm 영역에서의 평균 반사율을 산출하였다. 이러한 측정은 투명 도전성 필름 중 하드코팅층이 형성된 일면에 샌드페이퍼를 이용하여 반사방지 처리를 하고 흑색 스프레이를 사용하여 차광층을 형성함으로써 하드코팅층이 형성된 면에서의 반사나 광 입사가 거의 없는 상태에서 실시하였다.
<외관 평가>
외관 평가는 대한민국 공개공보 제2008-68552호에 기술된 것과 동일한 방법으로 평가하였다. 즉, 검은 판 위에 투명 도전성 필름을 투명 도전체층이 위로 오도록 놓고 육안에 의해 패턴부와 비패턴부의 판별을 할 수 있는지 여부를 평가하였다. 또한, 150℃에서 30분간 어닐링 열처리를 한 후 컬 현상의 발생 정도를 확인하였다.
◎ : 패턴부와 비패턴부의 판별이 곤란. 혹은 컬 발생 없음.
○ : 패턴부와 비패턴부를 약간 판별할 수 있음. 혹은 약간의 컬 발생
× : 패턴부와 비패턴부를 명확하게 판별할 수 있음. 혹은 상당한 컬 발생
아래 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 고굴절 언더코팅층의 두께를 하드코팅층의 두께와 동일하게 한 경우에 컬이 발생하지 않았고, 패턴부와 비패턴부의 평균 반사율 차이를 0.7% 미만으로 제어한 경우에 시각적으로 패턴의 형태를 판별하기 어려워 양호한 외관을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
이에 반해, 저굴절 언더코팅층을 형성하지 않은 비교예 1은 패턴부와 비패턴부의 평균 반사율 차이가 3.4%나 되어 외관 평가에서 패턴 형태를 뚜렷이 판별할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 하드코팅층을 형성하지 않은 비교예2는 기재 필름 양쪽의 컬 밸런스가 맞지 않아 어닐링 열처리 시에 상당한 컬이 발생하는 것으로 확인되었다.
[표 1]
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
기재 필름의 두께(㎛) 188 188 188 188 188 188
하드코팅층의 두께(㎛) 5 5 5 5 5 -
고굴절 언더코팅층의 굴절율 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60
고굴절 언더코팅층의 두께(㎛) 5 5 5 5 5 5
저굴절 언더코팅층의 굴절율 1.35 1.33 1.40 1.46 - 1.35
저굴절 언더코팅층의 두께(㎛) 0.034 0.034 0.020 0.040 - 0.034
투명 도전체층의 굴절율 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
투명 도전체층의 두께(㎛) 0.020 0.022 0.015 0.020 0.020 0.020
비패턴부 평균 반사율(%)
(400~700nm)		 4.4 4.7 4.0 5.0 8.7 4.4
패턴부 평균 반사율(%)
(400~700nm)		 4.2 4.2 4.3 4.4 5.3 4.2
평균 반사율의 차(%)
(400~700nm)		 0.2 0.5 0.3 0.6 3.4 0.2
패턴부 식별 평가 ◎ ◎ ◎ ◎ × ◎
컬 발생 평가 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ×
도 1은 종래의 터치 패널용 투명 도전성 필름의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 터치 패널용 투명 도전성 필름의 또 다른 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 터치 패널용 투명 도전성 필름의 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 터치 패널용 투명 도전성 필름의 제조 과정을 나타낸 순서도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10: 기재 필름 20: 고굴절 언더코팅층
30: 저굴절 언더코팅층 40: 투명 도전체층
50: 하드코팅층
a: 패턴부 b: 비패턴부

Claims (7)

  1. 기재 필름(10)의 일면에는 하드코팅층(50)이 형성되고, 상기 기재 필름(10)의 타면에는 고굴절 언더코팅층(20), 저굴절 언더코팅층(30) 및 투명 도전체층(40)이 차례로 형성된 터치 패널용 투명 도전성 필름에 있어서,
    상기 하드코팅층(50)의 두께는 2 ~ 20㎛이고, 상기 고굴절 언더코팅층(20)의 두께는 상기 하드코팅층(50)의 두께와의 차이가 1㎛ 이내가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 도전성 필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고굴절 언더코팅층(20)은 굴절률이 1.55 ~ 1.70, 두께가 1 ~ 21㎛이고, 상기 저굴절 언더코팅층(30)은 굴절률이 1.30 ~ 1.46, 두께가 0.01 ~ 0.05㎛이며, 상기 투명 도전체층(40)은 굴절률이 1.9 ~ 2.1, 두께가 0.01 ~ 0.022㎛로 이루어지고;
    상기 투명 도전체층(40)은 패턴화되어 있으며, 패턴부(a)와 비패턴부(b)의 평균 반사율의 차이가 0.7% 미만인 것을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 도전성 필름.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 투명 도전성 필름으로 제조되어 정전용량 방식으로 사용되는 터치 패널.
  4. 기재 필름(10)의 일면에 하드코팅층(50)을 형성하고, 상기 기재 필름(10)의 타면에 고굴절 언더코팅층(20), 저굴절 언더코팅층(30) 및 투명 도전체층(40)을 차례로 형성하는 터치 패널용 투명 도전성 필름의 제조방법에 있어서,
    상기 하드코팅층(50)은 그 두께가 2 ~ 20㎛가 되도록 형성하고, 상기 고굴절 언더코팅층(20)은 그 두께가 상기 하드코팅층(50)의 두께와의 차이가 1㎛ 이내가 되도록 형성하며, 100 ~ 150℃의 온도로 어닐링 열처리를 하여 상기 투명 도전체층(40)을 결정화하는 것을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 도전성 필름의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고굴절 언더코팅층(20)은 굴절률이 1.55 ~ 1.70, 두께가 1 ~ 21㎛가 되도록 형성하고, 상기 저굴절 언더코팅층(30)은 굴절률이 1.30 ~ 1.46, 두께가 0.01 ~ 0.05㎛가 되도록 형성하며, 상기 투명 도전체층(40)은 굴절률이 1.9 ~ 2.1, 두께가 0.01 ~ 0.022㎛가 되도록 형성함으로써;
    상기 투명 도전체층(40)을 패턴화한 결과 패턴부(a)와 비패턴부(b)의 평균 반사율의 차이가 0.7% 미만이 되도록 제조하는 것을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 도전성 필름의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 투명 도전체층(40)을 패턴화한 후, 100 ~ 150℃의 온도로 어닐링 열처리를 하여 상기 투명 도전체층(40)을 결정화하는 것을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 도전성 필름의 제조방법.
  7. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 의해 제조된 투명 도전성 필름을 사용하여 정전용량 방식의 터치 패널을 제조하는 방법.
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