KR20140084267A - 디스플레이 장치를 위한 가요적인 내스크랫치성 필름 - Google Patents

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KR20140084267A
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로버트 제이. 페트카비치
단리앙 진
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유니-픽셀 디스플레이스, 인코포레이티드
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Abstract

투명한 내스크랫치성 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로, (1) 가요성 기재의 표면을 청결하게 하는 단계; (2) 가요성 기재의 표면의 표면 에너지를 변화시키는 단계; (3) 기능화 기(functionalized group) 단량체 및 용매를 포함하는 투명한 내스크랫치성 코팅으로 가요성 기재의 표면을 코팅하는 단계; (4) 투명한 내스크랫치성 코팅을 젖게 하는 단계; 및 (5) 투명한 내스크랫치성 코팅을 경화시켜 가교 결합 중합체 구조를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

디스플레이 장치를 위한 가요적인 내스크랫치성 필름{FLEXIBLE SCRATCH RESISTANCE FILM FOR DISPLAY DEVICES}
본 출원은 2011년 10월 25일에 "Methods and Application of Flexible Scratch Resistance Film for Display Devices" 라는 명칭으로 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/551,009 호의 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참조로 관련되어 있다.
터치 스크린 기술은 타블렛 컴퓨터 및 휴대폰과 같은 현대의 많은 전자 기기의 중요한 구성품이 되고 있다. 일반적으로, 터치 스크린 기술은 디스플레이의 일 부분을 구성하는 저항성 또는 용량성 센서 층을 사용한다. 이러한 기술을 이용하는 장치를 위한 스크린은 사용자가 스크린에 접촉하는 정도가 증가되어 종종 손상을 입기 쉽다. 이러한 손상은 일반적으로, 사용되는 재료 및 그의 사용에 따라 스크린 자체의 스크랫칭 및 파손을 포함한다. 결과적으로, 저항성 및 용량성 터치 센서는, 환경적 조건, 마모, 산소 및 유해한 화학 물질로부터 터치 센서를 보호하고 격리시키기 위해 디스플레이 구조체 위에 배치되는 반투명의 전기 절연성 덮개를 일반적으로 포함한다.
일반적으로, 티치 스크린 패널에서 보호 덮개로서 유리 또는 폴리에스테르 필름이 사용된다. 가요적인 폴리에스테르 필름은 최소 수준의 경도만 제공할 수 있다. 특히, 그러한 필름은 약 2H ∼ 4H 범위의 표면 경도를 제공한다. 그러므로, 폴리에스테르 필름은 스크랫치를 받기 쉽다. 또한, 7H 이상의 연필 경도를 가질 수 있는 유리 덮개는 매우 양호한 스크랫치 보호를 제공한다. 그러나, 그러한 유리 덮개는 높은 수준의 가요성을 갖고 있지 않으며 그래서 딱딱한 표면에 부딪히면 파손되기 쉽다.
본 개시는, 6H 이상의 연필 표면 경도를 얻을 수 있는, 투명한 내스크랫치성 코팅을 투명한 가요성 기재 필름에 형성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 일부 실시 형태는 가요적인 내스크랫치성 필름에 관한 것으로, 이 필름은 가요성 기재; 및 이 가요성 기재에 부착되는 투명한 내스크랫치성 코팅을 포함하고, 상기 투명한 내스크랫치성 코팅은 기능화 단량체로 형성되는 가교 결합 중합체 구조를 포함한다.
다른 실시 형태는 투명한 내스크랫치성 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로, (1) 가요성 기재의 표면을 청결하게 하는 단계; (2) 상기 가요성 기재의 표면의 표면 에너지를 변화시키는 단계; (3) 기능화 기(functionalized group) 단량체 및 용매를 포함하는 투명한 내스크랫치성 수지 코팅으로 상기 가요성 기재의 표면을 코팅하는 단계; (4) 상기 투명한 내스크랫치성 코팅을 증착하는 단계; 및 (5) 상기 투명한 내스크랫치성 코팅을 경화시켜 가교 결합 중합체 구조를 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시 형태는, 가요성 기재; 및 이 가요성 기재에 부착되는 투명한 내스크랫치성 코팅을 포함하고, 상기 투명한 내스크랫치성 코팅은 기능화 단량체로 형성되는 가교 결합 중합체 구조를 포함하고, 가요적인 내스크랫치성 필름의 연필 경도는 적어도 6H 이며, 상기 투명한 내스크랫치성 코팅은 적어도 50%의 가교 결합 밀도를 갖는 내스크랫치성 필름에 관한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시 형태들의 상세한 설명을 위해, 이제 첨부 도면을 참조하도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선형 중합체 구조(A) 및 가교 결합 중합체 구조(B)를 나타낸다.
도 2 는 투명한 내스크랫치성 필름을 만들기 위한 방법의 일 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 3 은 투명한 내스크랫치성 필름을 만들기 위한 방법의 다른 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 투명한 내스크랫치성 필름을 만들기 위한 방법의 또 다른 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 투명한 내스크랫치성 필름의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 6 은 투명한 내스크랫치성 필름의 표면에 대해 연필 경도 시험을 수행하기 위한 장치를 나타낸다.
이하의 설명은 본 발명의 다양한 실시 형태에 대한 것이다. 이들 실시 형태 중의 하나 이상이 바람직할 수 있더라도, 개시된 실시 형태는 청구 범위를 포함한 본 개시의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 달리 사용되어서는 아니 된다. 또한, 당업자라면, 이하의 설명은 넓은 적용성을 가지며 어떤 실시 형태에 대한 논의도 그 실시 형태의 예를 들기 위한 것 뿐이며 청구 범위를 포함한 본 발명의 범위가 그 실시 형태에 한정되는 것을 암시하는 것은 아님을 이해할 것이다.
여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "대략"은 "±10%" 를 의미하는 것이다. 추가로, 여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "투명한"은 광파가 90% 이상의 투과율로 투과되는 것을 의미한다.
터치 스크린 장치에 사용되는 대부분의 코팅은 중합체계 분자 구조를 갖는다. 중합체는 수천개의 비교적 작은 분자(단랑체라고 함)를 화학적으로 결합시켜 얻어지는 비교적 큰 분자이다. 단량체는 그의 약한 분자간 힘 때문에 기체, 액체 또는 구조적으로 약한 분자 구조의 형태로 존재할 수 있다.
도 1 은 선형 중합체 구조(A) 및 가교 결합 중합체 구조(B)의 일 실시예를 나타낸다. 여기서 사용되는 바와 같이, "가교 결합"은 한 단량체 또는 중합체 체인을 다른 것에 결합하는 화학적 결합(공유 결합 또는 이온 결합)을 말하는 것이다. 전형적인 중합 반응에서, 이중 기능기(dual functional group)를 갖는 단량체들이 함께 결합되어 선형 중합체 구조(A)의 중합체를 형성하게 된다. 그러나, 선형 중합체 구조(A)를 포함하는 중합체계 코팅 필름으로 만들어진 필름은 보통 내스크랫치성이 없다. 그러므로, 상기 코팅 필름의 내스크랫치성을 증가시키기 위해, 중합체 코팅의 기계적 강도를 향상시킬 필요가 있다.
가교 결합 중합체 구조(B)는 3차원 구조로 함께 결합되는데, 이러한 구조에 의해, 중합체 체인 내의 분자간 힘(보통 공유 결합)이 증가되고, 또한 압력을 받으면 보통 오목부 또는 홈으로 나타나게 되는 중합체 체인 이완이 감소된다. 그러므로, 가교 결합 중합체 구조(B)를 포함하는 중합체계 코팅 필름은 내스크랫치성을 갖는 경향이 있다.
가교 결합 중합체 구조의 경우에는 분자 강도가 높지만, 기재 상에 중합체를 가하거나 코팅하는 것은 용액 공정을 통해서는 가능하지 않을 수 있다. 그 이유는, 가교 결합 중합체는 용매에 분해되지 않고 그 용매 중에 있으면 일반적으로 부풀리기 때문이다. 액체 상태의 코팅 조성물은 분자가 보다 효율적으로 움직여 반응할 수 있게 해준다. 저밀도 가교 결합 네트워크를 갖는 재료는 액체 같은 점성 겔로서 거동하고, 고밀도 가교 결합 네트워크를 갖는 재료는 고체 상태에서 매우 강성적이다. 바람직한 실시 형태에 따르면, 가교 결합 구조는 액체 상태로 기재에 가해진 후에 생기게 된다. 가교 결합 구조는 중합체가 기재에 가해진 후에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태는, 중합체 체인에서 기원하지 않은 가교 졀합 구조에 기반하는 투명한 내스크랫치성 코팅을 사용한다. 대신에, 그 코팅은 상이한 접합점에서 동시에 반응하여, 매우 높은 가교 결합 밀도 및 이에 따른 내스크랫치성을 나타내는 가교 결합된 3차원 중합체 구조를 생성하는 단량체들로 구성될 수 있다. 특히, 상기 투명한 내스크랫치성 코팅은 단기능 및 다기능 아크릴 단량체 및 올리고머를 포함할 수 있다. 이 코팅은, 휴대폰 및 타블렛 컴퓨터와 같은 전자 기기에 있는 디스플레이를 위한 보호 덮개로서 사용될 수 있는 투명한 가요성 필름 위에 가해질 수 있다.
도 2 는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 투명한 내스크랫치성 필름(500)을 제조하기 위한 코팅 도포 시스템(200)을 나타낸다. 코팅 도포 시스템(200)은 일반적으로 코로나 처리 모듈(206), 코팅 모듈(208), 전이 영역(202), 및 경화 모듈(216)을 포함한다. 작업 중에, 투명한 가요성 기재(204)가 언와인드 롤(212)로부터 코팅 도포 시스템(200) 안으로 공급된다. 그런 다음 기재(204)는 코로나 처리 모듈(206), 코팅 모듈(208), 전이 영역(204), 및 경화 모듈(216)을 각각 통과하면서 전진되어, 투명한 내스크랫치성 필름(500)이 얻어지게 된다. 경화 모듈(216)에서 나오면, 투명한 내스크랫치성 필름(500)은 권취 롤(218) 상에 감기게 된다. 상기 모듈 및 단계 각각을 아래에서 자세히 설명하도록 한다.
적어도 일부 실시 형태에서는 내스크랫치성 코팅(202)을 도포하기 전에 청결한 표면을 갖는 것이 바람직하므로, 상기 코로나 처리 모듈(206)은 기재(204)의 표면에서 작은 입자, 기름 및 그리스를 제거하게 된다. 추가로, 코로나 처리 모듈(206)은 기재(204) 상에서 충분한 젖음성 및 부착성을 얻기 위해 표면 에너지를 변화시키기 위해(예컨대, 증가시키기 위해) 사용될 수도 있다. 기재(204)가 코로나 처리 모듈(206)을 통과할 때, 고주파 전자들이 기재(204)의 표면 상으로 방출되어 고 극성기(high polarity group)를 형성하게 되는데, 이러한 극성기는 코팅 조성물과 반응하여, 부착성을 개선시키는 수소 결합을 형성하게 된다. 일반적으로, 더 높은 레벨의 전자들이 기재(204)의 표면 상으로 방출되면, 더 많은 극성기 및 부착점들이 형성되어 결국에 더 높은 표면 에너지가 얻어지게 된다.
일부 실시 형태에서, 기재(204)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴라카보네이트, 셀룰로스 중합체 또는 유리를 포함할 수 있다. 특히, 기재(204)용으로 적절한 재료는 듀퐁/테이진 Melinex 454 및 듀퐁/테이진 Melinex ST505를 포함할 수 있는데, 후자는, 특히 열처리가 포함되는 공정을 위해 설계된 열안정화 필름이다. 추가적으로, 기재(204)의 두께는 12 ∼ 500 미크론 일 수 있고, 바람직한 두께는 50 ∼ 150 미크론이다.
기재(204)용 재료에 따라, 요구되는 코로나 처리시의 와트/밀도는 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 예컨대, 기재(204)가 PET 필름으로 구성된 경우, 코로나 처리 모듈(206)에서의 밀도 레벨은 약 1 ∼ 50 W/min/m2 일 수 있고, 바람직한 표면 에너지는 약 40 ∼ 95 Dynes/cm 일 수 있다. 대안적으로, 기재(204)가 폴리카보네이트로 구성된 경우, 코로나 처리 모듈(206)에서의 밀도 레벨은 약 1 ∼ 50 W/min/m2 일 수 있고, 바람직한 표면 에너지는 약 40 ∼ 95 Dynes/cm 일 수 있다.
기재(204)는 코로나 처리 모듈(206)에서 나오면 코팅 모듈(208)에 들어간다. 이 코팅 모듈(208)은 투명한 내스크랫치성 코팅(202)의 균일한 층을 기재(204) 상에 도포하는데 사용된다. 나타나 있는 실시 형태에서, 코팅 모듈(208)은 슬롯-다이 공정를 이용하는데, 이 공정에서는, 코팅 모듈(208)이 압력 또는 중력을 이용하여 투명한 가요성 기재(204) 상으로 투명한 내스크랫치성 코팅(202)을 밖으로 짜내어, 약 3 ∼ 50 미크론의 두께(바람직한 두께는 15 ∼ 20 미크론)를 갖는 비교적 정밀한 컨포멀(conformal) 층을 형성하게 된다. 슬롯-다이 코팅 공정 대신에, 투명한 내스크랫치성 코팅(202)은, 그라비어(Gravure) 코팅, 마이어 로드(Meier Rod) 코팅 및 분무 코팅과 같은 일반적으로 사용되는 다른 코팅 기술을 통해 도포될 수 있다.
투명한 내스크랫치성 코팅(202)은 최대 100% 중량 농도 내의 고형분 및 약 1% ∼ 6% 농도의 광 개시제 또는 열 개시제로 구성될 수 있다. 추가로, 코팅(202)은 점도를 조절하기 위해 약 20% ∼ 30% 용매를 함유할 수 있으며, 이는 사용되는 코팅법 및 원하는 두께에 달려 있다. 가능한 용매의 예를 들면, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 이소 부틸 에틸 케톤과 같은 케톤형 용매 및 에톡시 에탄올과 메톡시 에탄올과 같은 알콜형 용매가 있다. 용매를 첨가해도 코팅(202)의 특성에 영향을 주지 않는데, 이는 도포 후에 용매가 오븐 채널을 통과할 때 증발하기 때문이다. 그러한 용매는 또한 기재(204)가 코로나 처리 모듈(206)을 통과한 후에 남아 있는 잔류물을 제거할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 코팅(202)은 100%의 고형분으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 100% 고형분이 사용되는 경우, 코팅(202)의 바람직한 코팅 두께는 코팅 모듈(208)에서 기재(204) 상에 놓여 경화 모듈(216)을 통과한 후에도 실질적으로 동일하게 유지된다(후술함). 100% 고형분을 사용하여 더 두꺼운 코팅을 얻은 것이 더 쉬워진다. 대안적으로, 용매가 사용되는 경우, 코팅(202)의 두께는 코팅이 코팅 도포 시스템(200)를 통과할 때 줄어들게 되는데, 이는 용매가 밖으로 증발하기 때문이다. 예컨대, 20 미크론의 두께를 갖고 또한 20%의 용매 농도를 갖는 투명한 내스크랫치성 코팅(202)이 기재(204) 상에 있을 때, 경화 모듈(216)을 통과한 후에 두께는 20% 이하 만큼 감소하여 16 미크론 이하로 될 수 있다. 용매는 필요한 코팅 설비 작업에 부합할 수 있는 점도를 조작하는데 도움을 줄 수 있고, 더 얇은 코팅을 얻는 것이 비교적 쉽게 된다.
전술한 바와 같이, 투명한 내스크랫치성 코팅(202)은, 반응하여 가교 결합 중합체 구조를 형성하는 기능기 단량체들로 구성된다. 사용될 수 있는 가능한 기능기 단량체의 예를 들면, 프로폭실화 트리메틸올프로판 트리(메트) 아크릴레이트, 고 프로폭실화 글리세릴 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴 레이트, 고순도 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 저점도 트리메틸올프로판 트리아크릴 레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 프로폭실화 트리메틸올프로판 트리 아크릴레이트, 삼기능 아크릴레이트 에스테르, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디-트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 에톡실화 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타아크릴레이트 에스테르가 있다.
추가적으로, 코팅 공정을 위해 적절한 점도를 갖기 위해 또한 가교 결합된 중합체의 응력을 제어하기 위해, 하부 기능화 단량체가 도입될 수 있다. 사용될 수 있는 가능한 하부 기능화 단량체의 예를 들면, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 프로폭실화 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 1,3-부틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 1,6 헥사네디올 디메타크릴레이트, 1,4-부타네디올 디메타크릴레이트 및 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트가 있다.
마지막으로, 투명한 내스크랫치성 코팅(202)이 UV 광원을 사용하여 경화될 때 그 코팅에 광 개시제가 포함될 수 있다(후술함). 가능한 광 개시제의 예를 들면, 벤조페논, 4,4'-디히드록시벤조페논, 3-히드록시벤조페논, 4-히드록시벤조페논, 2-메틸-4'-(메틸티오)-2-모포리노프로피오페논 및 아세토페논과 같은 벤조페논형 개시제가 있다.
계속 도 2 를 참조하면, 일단 기재(204)가 투명한 내스크랫치성 코팅(202)으로 코팅되면, 그 기재(204)와 코팅(202)의 조합물은 전이 영역(214)로 이동된다. 이 전이 영역(214)은 기재(204)의 표면에 걸쳐 코팅(202)의 적절한 젖음성을 얻을 수 있게 해준다. 또한, 전이 영역(214)은 실온(20℃ ∼ 30℃) 또는 높아진 온도로 유지될 수 있고 주어진 재료에 대해 약 5 ∼ 300 초의 처리 시간을 가능하게 해준다. 실온에서, 전이 영역(214)은 코팅이 넓은 면적의 기판 위에 정착되어 평탄하게 될 수 있게 해준다. 높아진 온도에서는, 코팅의 점도는 감소되며, 매끄럽고 평평한 표면이 비교적 용이하게 얻어질 수 있다. 용매가 존재하면, 높아진 온도는 경화 공정 전에 용매를 증발시키는데 도움이 될 수 있다.
기재(204)와 코팅(202)은 전이 영역(214)에서 나오면 경화 모듈(216) 안으로 들어가게 된다. 경화 모듈(216)에서 코팅(202)은 가교 결합 중합체 구조(도 1 의 B 참조)를 형성하게 되며, 이 구조는 코팅(202)에 내스크랫치성을 준다. 다수의 기능화된 단량체들이 반응하여 가교 졀합 중합체 구조로 되는 것은 바람직하게는,단량체들이 움직여 결과적으로 더욱 효율적인 가교 결합 구조를 얻을 수 있도록 코팅(202)이 여전히 액체 상태에 있을 때 일어난다. 추가로, 높은 가교 결합 밀도를 얻기 위해서는, 불활성 가스 환경 또는 실질적으로 산소가 없는(에컨대, 1% 미만의 산소) 환경에서 코팅(202)을 경화하는 것이 바람직하다. 이 공정에 적절한 불활성 가스의 예를 들면 질소와 이산화탄소가 있다.
나타나 있는 실시 형태에서, 경화 모듈(216)은, 코팅(202)이 경화 모듈(216)을 통과할 때 그 코팅을 경화하는 자와선(UV) 광원(215)을 이용한다. UV 광원(216)은 UVA, UVB 또는 UVC 자외선 광원일 수 있고, 코팅(202)을 매우 짧은 시간 내에 경화시키는 것이 요망되므로 바람직하게는 산업용 UV 광원이다. 특히, 코팅(202)을 약 0.1 ∼ 2.0 초 내에 경화시키는 것이 요망된다. 추가로, UV 광원(215)은, 약 0.25 ∼ 20.00 J/cm2 의 목표 밀도와 함께 약 280 ∼ 480 nm 의 파장을 갖는 것이 바람직하다. 마지막으로, 불활성 환경이 사용되면, UV 광 세기 요건은 한 오더 크기로 낮아질 수 있고 동등한 정도의 가교 결합을 이룰 수 있다.
이제 도 3 을 참조하면, 본 발명의 대안적인 실시 형태가 나타나 있다. 여기서, 투명한 내스크랫치성 필름(500)은 도 2 와 관련하여 전술한 것과 실질적으로 동일한 방식으로 제조된다. 그러나, UV 광원(도 2 에서 참조 번호 "215") 대신에, 열경화 모듈(302)은, 코팅(202)이 가교 결합 중합체 구조를 형성하도록 하기 위해 온도 구배(304)를 따른 열 방사선을 사용한다. 경화 모듈(302)에서 온도 구배(304)는, 코팅(202)을 약 5 ∼ 300 초의 시간 내에서 점진적으로 경화시켜 열응력을 줄이고 또한 코팅(202)에 대한 가능한 컬업(curl-up) 효과를 피하도록 설계되어 있다. 특히, 온도 구배(304)는 3개의 온도 영역(A, B, C)을 만들어 유지하는데, 이들 온도 영역은 각각 70℃, 120℃ 및 200℃ 이상이다. 코팅(202)이 열경화 모듈(302)을 통과하는 중에 그 코팅에 열 개시제가 포함되는 경우, 그러한 열 개시제의 활성화 온도는 70℃ ∼ 200℃ 일 수 있다. 바람직한 온도는 70 ∼ 150℃ 인데, 이 온도는 기재의 안정성에 부합해야 한다
이제 도 4 를 참조하면, 본 발명의 대안적인 실시 형태가 나타나 있다. 여기서, 투명한 내스크랫치성 필름(500)은 도 2 와 관련하여 전술한 것과 실질적으로 동일한 방식으로 제조된다. 그러나, UV 광원(도 2 에서 참조 번호 "215") 대신에, 본 실시 형태는, 코팅(202)을 경화를 하고 그 코팅 내에 가교 결합 중합체 구조를 형성하기 위해 이온화 방사선을 사용한다. 특히, 나타나 있는 실시 형태는 이 단계를 수행하기 위해 전자 비임(E-비임) 모듈(402)을 사용한다. 본 실시 형태에 따르면, E-비임 경화 모듈(402)은 전자 방출(404)을 이용하여 내스크랫치성 코팅을 경화시킨다. 보다 구체적으로, E-비임 모듈(402)은 제어된 양의 고에너지 전자를 사용하여 중합 재료를 신속하게 중합시키고 가교 결합시킨다. 용액 내의 전자들이 개시제로서 작용하므로, E-비임 모듈(402)을 사용할 때는 투명한 내스크랫치성 코팅(202) 내에서 열 개시제 또는 광 개시제를 사용할 필요가 없다. 내스크랫치성 코팅(202)에 가해지는 E-비임 양은 약 0.01 ∼ 5 초 동안 약 0.5 ∼ 5 MRads 일 수 있다.
가교 결합 밀도는 주어진 중합체 내에서의 가교 결합의 비율을 말한다. 이러한 밀도는 반응 시간과 온도에 관련된다. 일반적으로, 세기가 높고 또한 반응이 빠를수록, 가교 결합 밀도가 더 높게 된다. 따라서, 경화법이 다르면 가교 결합 반응의 비율의 면에서 다른 밀도가 얻어진다. 최대 가교 결합 밀도는, 열경화 공정을 사용하는 경우 약 50% ∼ 60% 이고, UV 경화를 사용하는 경우 60% ∼ 70% 이며, E-비임 경화를 사용하는 경우에는 최대 80% 일 수 있다. 제조 관점에서 볼 때, 처리 시간, 비용 및 파워 요건 면에서, UV 경화가 바람직한 경화법이 될 수 있다. 대안적으로, 더 우수한 광학적 마무리가 요망된다면, 열경화가 바람직할 수 있다.
도 5 를 참조하면, 투명한 내스크랫치성 필름(500)의 단면도가 나타나 있다. 투명한 내스크랫치성 필름(500)은 일반적으로 투명한 가요성 기재(204) 및 투명한 내스크랫치성 코팅(202)을 포함한다. 또한, 코팅(202)은, 보호 덮개를 필요로 하는 전자 디스플레이의 크기에 따라, 투명한 내스크랫치성 필름(500)의 총 중량에 대해 약 10 ∼ 20 중량% 으로 될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 투명한 내스크랫치성 필름(500)은 투명한 가요성 접착층(미도시)을 더 포함할 수 있는데, 이 층은 코팅(202)의 반대쪽에서 기재(204)에 부착된다. 접착층에 의해, 휴대폰 및 타블렛 컴퓨터와 같은 장치에 있는 전자 터치 디스플레이를 포함한 전자 터치 디스플레이에 투명한 내스크랫치성 필름(500)이 부착될 수 있다. 상기 접착층의 두께는 약 20 ∼ 50 미크론일 수 있다. 예컨대, 접착층은 3M의 광학적으로 투명한 접착제#8171로 구성될 수 있다.
이제 도 6 을 참조하면, 코팅(202)의 표면 경도를 측정하기 위한 연필 경도 시험(600)(ASTM D3363 시험법에 따름)이 나타나 있다. 이 시험을 수행하기 위해, 연필(602)이 6B ∼ 9H 의 경도를 갖는 일 세트의 연필 중에서 선택된다. 최고 경도와 최저 경도 사이에서 선택하여 제 1 연필(602)을 측정 카트(604)에 싣는다. 이 시험에 사용되는 측정 카트(604)는 BAMR 에서 구입가능한 Elcometer 3080 이다. 이 측정 기구에 의해, 연필(602)은 약 7.5 N의 일정한 누름력 및 적절한 각도로 유지될 수 있으며, 이리하여 시험의 재현성이 증가된다. 연필(602)이 실린 상태에서, 측정 카트(604)는 코팅(202)의 표면을 가로질러 이동하게 된다. 연필(602)이 스크랫치을 남기면, 다음의 더 연한 연필(602)를 사용하여 과정을 반복한다. 흔적을 남기지 않는 제 1 연필(602)의 경도 수가 코팅(202)의 연필 경도로 간주 된다.
약 5 ∼ 50 미크론의 두께를 사용할 때, PET로 만들어진 기재(204) 상의 코팅(202)의 연필 경도는, 내스크랫치성 코팅(202)의 두께에 따라 2H에서부터 최대 9H 까지 측정된다. PET 기재(204) 위에 있는 내스크랫치성 코팅(202)에서 15 미크론의 바람직한 두께를 사용하면, 6H 이상의 표면 연필 경도가 얻어질 수 있다. PET 기재(204)에 도포되는 코팅(202)의 성능 특성들이 표 1 에 나타나 있다.
Figure pct00001
추가적으로, 폴리카보네이트 기재에 도포되는 내스크랫치성 코팅(202)의 성능 특성들이 표 2 에 나타나 있다.
Figure pct00002
표 1 및 표 2 의 결과를 비교해 보면, 내스크랫치성은 기재 재료가 달라지면 변하지만 다른 특성은 동일하게 유지됨을 알 수 있다. 그 이유는, 폴리카보네이트 기재가 PET 기재 보다 연하기 때문이다. 그러므로, 코팅(202)이 얻을 수 있는 최대 표면 경도는 PET 기재와는 반대로 폴리카보네이트 기재 위에 도포될 때 더 낮아지게 된다.
상기 논의는 본 발명의 원리 및 다양한 실시 형태를 설명하기 위한 것이다. 상기 개시가 충분히 이해되면 많은 변형예와 수정예가 당업자에게 명백하게 될 것이다. 이하의 청구 범위는 그러한 모든 변형예 및 수정예도 포함하는 것이다.

Claims (23)

  1. 내스크랫치성 필름으로서,
    기재; 및
    상기 기재에 부착되는 내스크랫치성 코팅을 포함하고,
    상기 내스크랫치성 코팅은 기능화 단량체로 형성되는 가교 결합 중합체 구조를 포함하는 내스크랫치성 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름의 연필 경도는 적어도 6H 인 내스크랫치성 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅은 적어도 50%의 가교 결합 밀도를 갖는 내스크랫치성 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅은 단기능 및 다기능 아크릴 단량체 및 아크릴 올리고머를 포함하는 내스크랫치성 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴라카보네이트, 셀룰로스 중합체 및 유리 중의 적어도 하나를 포함하는 내스크랫치성 필름.
  6. 내스크랫치성 필름을 제조하는 방법으로서,
    기재의 표면을 청결하게 하는 단계;
    상기 기재의 표면의 표면 에너지를 변화시키는 단계;
    기능화 기(functionalized group) 단량체 및 용매를 포함하는 내스크랫치성 코팅으로 상기 기재의 표면을 코팅하는 단계;
    상기 내스크랫치성 코팅을 젖게 하는 단계; 및
    상기 내스크랫치성 코팅을 경화시켜 가교 결합 중합체 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 내스크랫치성 필름을 제조하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기재의 표면을 청결하게 하고 그 기재의 표면의 표면 에너지를 변화시키는 단계는, 상기 가재의 표면에 고주파 전자 흐름을 가하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고주파 전자 흐름의 세기는 1 ∼ 50 W/min/m2 인 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기재의 변화된 표면 에너지는 약 20 ∼ 95 Dynes/cm 인 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅은 3 ∼ 30 미크론의 두께를 갖는 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅으로 상기 기재의 표면을 코팅하는 단계는, 슬롯 다이, 그라비어(Gravure), 마이어 로드(Meier Rod) 및 분무 코팅 기술 중의 적어도 하나를 사용하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅을 경화시키는 단계는 280 ∼ 480 nm의 파장을 갖는 UV 광을 가하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅을 경화시키는 단계는 상기 내스크랫치성 코팅에 열 방사선을 가하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅은 각각 70℃, 120℃ 및 200℃ 이상인 3개의 온도 영역을 거치게 되는 방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅을 경화시키는 단계는 상기 내스크랫치성 코팅에 이온화 방사선을 가하는 것을 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이온화 방사선을 가하는 것은 상기 내스크랫치성 코팅에 전자 비임을 사용하는 것을 더 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전자 비임을 가하는 것은 0.01 ∼ 5 초의 시간 동안 0.5 ∼ 5 MRads 양의 전자 비임을 가하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅은 광 개시제 또는 열 개시제를 더 포함하는 방법.
  19. 제 6 항에 있어서,
    상기 내스크랫치성 코팅을 경화시키는 단계는 불활성 가스 환경에서 수행되는 방법.
  20. 제 6 항에 있어서,
    보호 코팅 용액을 경화시키는 단계는 산소가 거의 없는 환경에서 수행되는 방법.
  21. 제 6 항의 방법에 따라 만들어진 내스크랫치성 필름.
  22. 제 21 항에 있어서,
    내스크랫치성 코팅은 적어도 50%의 가교 결합 밀도를 갖는 내스크랫치성 필름.
  23. 내스크랫치성 필름으로서,
    기재; 및
    상기 기재에 부착되는 내스크랫치성 코팅을 포함하고,
    상기 내스크랫치성 코팅은 기능화 단량체로 형성되는 가교 결합 중합체 구조를 포함하고,
    상기 내스크랫치성 필름의 연필 경도는 적어도 6H 이며,
    상기 내스크랫치성 코팅은 적어도 50%의 가교 결합 밀도를 갖는 내스크랫치성 필름.
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