KR20150016146A - 발수성 및 발유성을 갖는 필름 및 전기 전자 장치 - Google Patents

발수성 및 발유성을 갖는 필름 및 전기 전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 특정의 형상 및 크기를 갖는 미세 돌기가 표면에 형성된 발수성 및 발유성을 갖는 필름, 상기 필름을 포함하는 전기 전자 장치 및 특정의 형상 및 크기를 갖는 미세 돌기가 형성된 외부면을 포함하는 전기 전자 장치에 관한 것이다.

Description

발수성 및 발유성을 갖는 필름 및 전기 전자 장치{WATER AND OIL REPELLENT FILM AND ELECTRICAL AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 발수성 및 발유성을 갖는 필름, 상기 필름을 포함한 전기 전자 장치 및 특정의 구조를 갖는 외부면을 포함한 전기 전자 장치에 관한 것이다.
오염 물질의 전사로 인하여 전자 제품의 성능이 저하되거나 오작동이 유발되고 보다 높은 외관 품질이 요구됨에 따라서, 최근에서는 내오염성을 갖는 표면 처리가 된 전자 제품이 등장하고 있다.
디스플레이 장치 등의 전자 제품의 표면에 내오염성을 부여하기 위하여, 제품의 외부 표면에 특정한 패턴을 형성하여 오염 물질의 전사량을 낮추는 방법이나, 친유성 코팅를 통해 전사되는 오염 물질을 넓게 퍼지게 하는 방법 등이 사용되고 있는 실정이다.
구체적으로, 제품의 외부 표면에 특정한 패턴을 형성하여 내오염성을 확보하는 방법에서는, 마이크로 사이즈의 입자나 패턴을 제품의 외부에 형성함으로서 표면 요철을 만들어서 헤이즈를 높게 하고, 이에 따라 오염 물질이 제품에 묻어도 눈에 쉽게 띄지 않도록 한다.
예를 들어, 한국공개특허 제2007-0084369호는 그물망 형태로 연결된 돌출구조물을 표면으로 구비한 초소수성 기판이 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2010-0105241호에는 특정의 높이 및 넓이를 갖는 내지문 패턴에 관하여 개시하고 있으며, 한국공개특허 제2011-7003244호에는 원기둥, 피라미드형 각뿔대, 원뿔대, 복합포물선, 복합타원형, 폴리오브젝트(polyobject), 또는 입체로 된 원뿔 곡선 회전체 형태의 돌기로 이루어진 패턴이 개시되어 있다.
그러나, 이전에 알려진 특정한 패턴이나 돌기를 형성하는 방법에 따르면 헤이즈가 10% 이상이 되어 디스플레이 장치 등에서는 화면의 선명도를 저하시키거나, 과량의 오염 물질이 전사되었을 때에는 표면의 요철 내부로 오염 물질이 침투하여 제거가 오히려 어려워지는 한계가 있었다.
그리고, 친유성 코팅은 불량한 외관 특성을 유발하는 주요 인자인 피지가 묻었을 때 얇고 넓게 퍼지게 함으로써 가시성을 확보할 수 있게 한다. 다만, 친유성 코팅은 높은 투과도와 낮은 헤이즈 특성을 갖는데 반하여, 지문이 묻는 양을 감소시키기 보다는 묻은 지문이 잘 보이지 않게 하는 지문 은닉 방법으로서, 지문 전사량 자체를 줄일 수 없으며, 지문이 과량으로 전사 및 적층되는 경우 완전히 제거하기가 용이하지 않은 한계가 있다.
한편, 불소계 화합물을 포함하는 코팅 재료를 사용하여, 제품 외부의 표면 에너지를 낮추어 내오염 특성을 확보하는 방법도 알려져 있다. 그러나, 불소계 화합물을 포함하는 코팅 재료의 코팅에 따라서, 물과 기름에 대한 접촉각이 커져서 발수 및 발유 특성을 높일 수 있으나, 오염 물질의 전사를 방지할 정도의 특성, 예를 들어 초발수 및 초발유 특성을 확보하는 데에는 부족하였다. 또한, 상기 방법에 의해서도 오염 물질이 전사되는 양을 충분히 줄이기 어려웠으며, 전사된 오염 물질의 제거가 용이하지 않은 한계가 있었다.
즉, 이전에 알려진 내오염성 제품들은 발수성 및 발유성을 동시에 갖지 못하였으며, 전사되는 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성 또한 갖지 못하였다.
한국공개특허 제2007-0084369호 한국공개특허 제2010-0105241호 한국공개특허 제2011-7003244호
본 발명은 제품 표면에 전사되는 오염 물질의 양을 최소화할 수 있고 전사된 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성을 가지면서도, 높은 발수성 및 발유성을 동시에 갖는 필름을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 필름을 포함하는 전기 전자 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 제품 표면에 전사되는 오염 물질의 양을 최소화할 수 있고 전사된 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성을 가지면서도, 높은 발수성 및 발유성을 동시에 갖는 외부면을 포함한 전기 전자 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 기둥부 및 상기 기둥부의 윗면에 위치한 판상부를 포함하는 마이크로 후드 형상을 갖는 미세 돌기를 2이상 포함하고, 상기 미세 돌기 표면에는 불소계 화합물층이 적층되는 발수성 및 발유성을 갖는 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 필름을 포함하는 전기 전자 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 제품 표면에 전사되는 오염 물질의 양을 최소화할 수 있고 전사된 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성을 가지면서도, 높은 발수성 및 발유성을 동시에 갖는 외부면을 포함한 전기 전자 장치를 제공하기 위한 것이다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 발수성 및 발유성을 갖는 필름 및 디스플레이 장치에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, ?訶?은 얇은 막 형태의 물건을 의미하며, 그 재질은 크게 제한되지 않고, 예를 들어 고분자 등의 유기물 또는 금속이나 실리콘 등의 무기물 등을 포함할 수 있다.
발명의 일 구현예에 따르면, 기둥부 및 상기 기둥부의 윗면에 위치한 판상부를 포함하는 마이크로 후드 형상을 갖는 미세 돌기를 2이상 포함하고, 상기 미세 돌기 표면에는 불소계 화합물층이 적층되는 발수성 및 발유성을 갖는 필름이 제공될 수 있다.
본 발명자들은, 상기 특정의 구조를 가지면 크기에 관련한 비율이 특정된 미세 돌기를 포함하는 필름이 물에 대하여서뿐만 아니라 유기 성분에 대해서도 높은 접촉각을 가져서 초발수성 및 초발유성을 구현할 수 있고, 전사되는 오염 물질의 양을 최소화하면서도 전사된 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성을 갖는다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 필름에 유기 성분이나 액체가 전사되는 경우, 상기 미세 돌기와 상기 필름의 기재면으로 정의되는 소정의 공간에 공기 주머니(air pocket)를 형성하여, 상기 유기 성분이나 액체에 대하여 높은 반발력과 높은 접촉각을 갖도록 할 수 있다.
특히, 상기 필름에는 상술한 형상을 가지며 표면에 불소계 화합물층이 적층된 미세 돌기가 2이상 포함될 수 있으며, 서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)이 0.2이상, 또는 0.2 내지 0.4일 수 있다.
상기 비율(H/S)는 상기 서로 이웃하는 2개의 미세 돌기들의 판상부 간의 거리에 대한 상기 2개의 미세 돌기들 중 하나의 높이의 비율 일 수 있다.
상기 서로 이웃하는 2개의 미세 돌기들의 판상부 간의 거리는, 서로 이웃하는 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 최단 거리일 수 있다.
상기 미세 돌기의 형태적 특징과 상기 서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)에 따른 표면 특성과 상기 불소계 화합물층으로 인하여, 상기 필름은 물에 대하여서뿐만 아니라 유기 성분에 대해서도 높은 접촉각을 가져서 초발수성 및 초발유성을 구현할 수 있고, 전사되는 오염 물질의 양을 최소화하면서도 전사된 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 발수성 및 발유성을 갖는 필름은 올레산 또는 증류수에 대하여 높은 접촉각을 가질 수 있으며, 예를 들어 3ul의 올레산(oleic acid) 및 3ul의 증류수에 대하여 각각 130°이상의 접촉각, 또는 130°내지 165°의 접촉각을 가질 수 있다. 즉, 상기 발수성 및 발유성을 갖는 필름은 유기물 성분 및 수분 성분에 모두 대하여 Cassie-Baxter state를 구현할 수 있으며, 초발수성 및 초발유성을 함께 가질 수 있다.
상기 불소계 화합물층은 유기물 성분이나 수분 성분에 대한 접촉각과 반발력을 보다 높일 수 있으며, 상기 성분들이 상기 필름 외부에 접촉하는 면적을 보다 작게 할 수 있다. 즉, 상기 불소계 화합물층은 상기 미세 돌기의 형태적 특징 및 상기 비율(H/S)에 따른 표면 특성으로 인하여 구현되는 발수성 및 발유성을 보다 높일 수 있다.
또한, 상기 불소계 화합물층은 상기 필름에 전사되는 유기물 성분 또는 수분 성분 등에 대하여 높은 반발력을 가지며, 이에 따라 시간에 경과나, 외부의 압력이나 액체에 작용하는 중력, 도는 모세관 현상 등에 의하여 공기 주머니(air pocket)가 붕괴되어 필름 표면에 전사된 상기 성분 들이 내부로 파고드는 현상을 방지할 수 있다.
상기 불소계 화합물층은 5㎚ 내지 5 ㎛, 또는 10㎚ 내지 1 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 판상부의 상면(미세 돌기 돌출 방향으로 최외각면)에서는 상기 불소계 화합물층이 30㎚ 내지 5 ㎛, 또는 50 ㎛ 내지 1 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 판상부의 상면과 대향하는 하면에서는 상기 불소계 화합물층이 5㎚ 내지 1 ㎛, 또는 10㎚ 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 미세 돌기의 기둥부 상에는 5㎚ 내지 1 ㎛, 또는 10㎚ 내지 300nm의 두께를 갖는 불소계 화합물층이 형성될 수 있다.
상기 불소계 화합물층은 불소계 단분자 화합물, 불소계 고분자 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 불소계 단분자 화합물은 불소가 치환된 지방족, 지환족 또는 방향족의 작용기를 포함하는 실록산계 분자이거나, 퍼플루오로폴리에테르계 화합물일 수 있으며, 이러한 화합물 또는 분자는 상기 미세 돌기 또는 일 구현예의 필름의 표면과 결합 가능한 에폭시 실란, 메톡시 실란, 클로로 실란 등의 작용기를 말단에 포함할 수 있다.
상기 불소계 고분자 화합물은 불소를 포함한 작용기를 포함하는 반응성 단량체를 이용하여 합성되는 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 불소계 고분자 화합물은 불소계 작용기가 치환된 (메타)아크릴레이계 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 불소계 작용기가 치환된 (메타)아크릴레이계 고분자 화합물은 탄소수 2 내지 12의 퍼플루오로알킬 (메타)아크릴레이트, 펜타플루오로페닐 (메타)아크릴레이트, 펜타플로오로벤질 (메타)아크릴레이트 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 중합 또는 공중합하여 얻어질 수 있다.
또한, 상기 불소계 고분자 화합물은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌 옥사이드(Polytetrafluoroethylene oxide), 폴리테트라플루오로프로필렌 옥사이드(polyhexafluoropropylene oxide) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 불소계 화합물층은 다양한 코팅 방법이나 증착 방법을 통하여 상기 미세 돌기의 외면에 형성될 수 있으며, 상기 미세 돌기뿐만 아니라 상기 필름의 기재면에 적층될 수 도 있다.
상기 불소계 화합물층의 형성 또는 적층에는 다양한 코팅 방법 및 증착 방법이 사용될 수 있으며, 보다 균일하고 적절한 두께를 갖는 불소계 화합물층을 형성을 위해서는 열적 증착 방법, 열선화학기상증착(HW-CVD) 방법 또는 라디칼 중합법을 사용할 수 있다.
상기 열선화학기상증착(HW-CVD) 방법을 사용하면, 상기 기둥부 및 판상부를 포함하는 2미세 돌기의 전체 영역에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 불소계 화합물층을 형성할 수 있으며, 특히, 상기 미세 돌기의 판상부의 하면이나 상기 기둥부와 판상부가 접하는 부분에도 균일한 두께의 불소계 화합물층을 형성할 수 있다.
이에 따라, 상기 불소계 화합물층은 열선 기상 화학 증착 방법을 사용하여 상기 불소계 고분자 수지 또는 이의 전구체를 상기 2미세 돌기 외부에 적층함으로서 형성될 수 있다.
한편, 상기 미세 돌기는 상기 내오염성 필름 외부로 돌출되도록 형성되며 ㎚ 또는 ㎛ 단위의 높이나 폭을 갖는 구조체를 의미한다. 상기 미세 돌기의 형태, 크기 및 미세 돌기간의 간격 등은 상기 미세 돌기 외부 표면에 형성된 불소계 화합물층까지 포함하여 정의된다.
상술한 바와 같이, 상기 미세 돌기는 기둥부 및 상기 기둥부의 윗면에 위치한 판상부를 포함하는 마이크로 후드 형상을 가질 수 있으며, 서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)이 0.2이상, 또는 0.2 내지 0.4일 수 있다.
상기 비율(H/S)는 상기 서로 이웃하는 2개의 미세 돌기들의 판상부 간의 거리에 대한 상기 2개의 미세 돌기들 중 하나의 높이의 비율 일 수 있다.
상기 서로 이웃하는 2개의 미세 돌기들의 판상부 간의 거리는, 서로 이웃하는 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 최단 거리일 수 있다.
이와 같이, 이웃하는 미세 돌기의 상부간의 거리와 하나의 미세 돌기의 높이가 상술한 범위의 비율을 갖음에 따라서, 표면에 전사된 유기물 성분이나 수분 성분에 대한 접촉각이 보다 높일 수 있고, 상기 성분들의 접촉하는 면적을 줄일 수 있으며, 상기 미세 돌기와 필름의 기재면으로 정의되는 공간에 공기 주머니(air pocket)를 보다 용이하게 형성하고 유지할 수 있다. 또한, 상기 발수성 및 발유성을 갖는 필름 이 유기물 성분이나 또는 물에 대하여 보다 낮은 상호 작용 에너지를 갖게 하여, 전사되는 유기물 성분이나 수분의 양을 최소화할 수 있으면서도 전사된 유기물을 용이하게 제거할 수 있다.
상기 이웃하는 미세 돌기들의 상부 간의 거리에 대한 미세 돌기의 높이의 비율이 너무 작은 경우, 예를 들어 상기 미세 돌기의 높이가 너무 작거나 상기 미세 돌기들의 판상부가 간의 거리가 너무 크면, 상기 미세 돌기와 필름의 기재면으로 정의되는 공간이 공기 주머니(air pocket)를 형성하기에 적절한 부피나 형상을 갖기 어렵거나 형성되는 공기 주머니가 쉽게 붕괴될 수 있다.
또한, 상기 이웃하는 미세 돌기들의 상부 간의 거리에 대한 미세 돌기의 높이의 비율이 너무 큰 경우, 예를 들어 상기 미세 돌기의 높이가 너무 크면 상기 필름이나 미세 돌기 자체의 기계적 경도나 물성이 저하될 수 있으며, 상기 미세 돌기들의 판상부가 간의 거리가 너무 작으면 상기 필름 외부 면이 미세 돌기가 형성되지 않은 평면과 실질적으로 차이가 없는 구조적 특징 또는 표면 특징을 갖게 되어 상술한 발수성 및 발유성의 특성을 동시에 확보하기 어려울 수 있다.
이전에는 필름 외부에 일정한 패턴이나 돌기가 형성되어 일정 수준의 이상의 발수성을 갖는 재료에 대해서는 일부 알려진 바 있으나, 이러한 종래의 필름에서는 시간에 경과에 따라서, 또는 외부의 압력이나 액체에 작용하는 중력, 또는 모세관 현상 등에 의하여 공기 주머니(air pocket)가 붕괴되어 표면에 전사된 유기물 성분이나 수분 성분이 내부로 파고들게 되어 버리는 현상이 나타났다.
그러나, 상기 일 구현예의 필름에 포함되는 미세 돌기의 형태적 특징과 상기 이웃하는 미세 돌기들의 상부 간의 거리에 대한 미세 돌기의 높이의 비율에 따른 표면 특성으로 인하여, 상술한 시간의 경과나 외부 압력, 액체에 작용하는 중력, 모세관 현상 등의 요인에 의한 공기 주머니(air pocket) 붕괴를 방지할 수 있으며, 필름 외부에 전사되는 유기물 성분이나 수분 성분이 내부로 파고들거나 스며드는 현상을 방지할 수 있다.
상기 미세 돌기의 기둥부는 원기둥, 원뿔대, 다각기둥, 다각뿔대, 역원뿔대 또는 역다각뿔대의 형상을 가질 수 있다.
상기 미세 돌기는 일정한 기둥부의 윗면에 위치하는 판상부의 존재로 인하여, 표면에 전사된 유기물 성분이나 수분 성분에 대한 접촉각이 매우 커질 수 있으며, 상기 유기물 성분이나 수분 성분이 상기 내오염성 필름에 접하는 면적도 최소화할 수 있다.
또한, 상기 미세 돌기의 판상부는 상기 필름의 내부 구조 상에 형성되는 공기 주머니(air pocket)를 감싸는 형태를 취할 수 있어서 공기 주머니(air pocket)의 붕괴를 방지할 수 있으며, 상기 필름 표면에 전사된 유기물 성분이나 수분 성분을 일부 지지 하여 이들이 필름 내부로 파고드는 현상을 방지할 수 있다.
표면에 전사된 유기물 성분이나 수분 성분에 대한 접촉각을 보다 높이고 공기 주머니(air pocket)를 보다 용이하게 형성하고 유지하기 위하여, 상기 미세 돌기의 기둥부는 원기둥, 원뿔대, 다각기둥, 다각뿔대, 역원뿔대 또는 역다각뿔대의 형상을 가질 수 있다.
상기 판상부가 상기 기둥부의 윗면, 즉 상기 기둥부의 돌출 방향 최외각면에 비하여 넓은 면적을 가질 수 있다. 즉, 상기 판상부는 상기 기둥부의 돌출 방향의 상부 최외각면의 전체 면적에 접하면서도, 이러한 기둥부의 상면의 최외각부에 비하여 넓은 면적을 가질 수 있다.
상기 판상부의 넓이가 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 기둥부의 돌출 방향의 최외각면의 단면적(기재와 수평 방향에 대한 단면)에 비하여 1.2배 내지 10배의 넓이를 가질 수 있다. 상기 판상부의 넓이가 너무 작으면 판상부를 포함함에 따른 효과의 발현이 미미할 수 있다. 또한, 상기 판상부의 넓이가 너무 크면 상기 필름 외부의 기계적 강도가 낮아질 수 있으며, 상기 미세 돌기의 구조가 쉽게 붕괴될 수 있다.
상기 판상부의 형태는 크게 한정되는 것은 아니나, 예들 들어 상기 필름의 기재면 방향에 대한 상기 판상부의 단면이 원, 타원 또는 3 내지 20의 내각을 갖는 다각형일 수 있다. 상기 필름의 기재면 방향에 대한 상기 판상부의 단면은 상기 필름의 기재면과 평행한 방향에서의 상기 판상부 단면을 의미한다.
또한, 상기 기재의 수직 방향에 대한 상기 판상부의 단면은 직사각형, 사다리꼴 또는 역사다리꼴 일 수 있다.
상기 미세 돌기의 판상부의 최대 직경이 0.1㎛ 내지 100 ㎛, 또는 0.2㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 판상부의 최대 직경이 너무 크면, 상기 필름의 표면에서 판상부가 차지하는 비율이 너무 커지거나, 유기물 성분이나 수분 성분이 상기 필름에 접하는 면적이 지나치게 넓어져서 통상의 평면 필름과 실질적으로 동일한 표면 구조 또는 특성을 갖게 되어 버릴 수 있다. 또한, 상기 판상부의 최대 직경이 너무 작으면, 상기 미세 돌기가 판상부를 포함하지 않은 것과 같은 형상을 갖게 되거나, 상기 유기물 성분이나 수분 성분이 상기 필름에 접할 때에 상기 판상부에 따른 입체 구조적 특성이 발현되기 어려울 수 있다.
상기 미세 돌기의 판상부의 두께가 0.05 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있다. 상기 판상부의 두께가 너무 작으면, 상기 필름 외부의 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 상기 판상부가 너무 두꺼우면 상기 기재와 상기 미세돌기로 정의되는 공간 내에 공기 주머니가 형성되기 용이하지 않을 수 있다.
상기 미세 돌기의 기둥부의 높이가 0.02 ㎛ 내지 40 ㎛, 또는 0.05 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 미세 돌기의 기둥부의 높이는 상기 필름의 기재면으로부터 판상부까지의 거리로 정의될 수 있다.
상기 미세 돌기의 높이가 너무 작으면, 상기 미세 돌기와 필름의 기재면으로 정의되는 공간이 공기 주머니(air pocket)를 형성하기에 적절한 부피나 형상을 갖기 어렵거나 형성되는 공기 주머니가 쉽게 붕괴될 수 있다. 또한, 상기 미세 돌기의 높이가 너무 크면, 상기 필름이나 미세 돌기 자체의 기계적 경도나 물성이 저하될 수 있다.
상기 미세 돌기의 돌출 방향으로의 단면의 최초 폭이 0.1 ㎛ 내지 200 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 미세 돌기 단면의 최초 폭이 너무 작으면, 상기 일 구현예의 필름의 표면의 기계적 물성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 미세 돌기 단면의 폭이 너무 크면, 상기 일 구현예의 필름 외부에 전사되는 표면에 전사된 유기물 성분이나 수분 성분에 대한 접촉각이 낮아지거나 이들에 대한 반발력이 저하될 수 있다. 또한, 상기 미세 돌기 단면의 최초 폭이 너무 작거나 크면, 유기물 성분이나 수분 성분이 상기 필름 표면에 접하는 면적이 지나치게 넓어져서 상기 일 구현예의 필름이 통상의 평면 필름과 실질적으로 동일한 표면 구조 또는 특성을 갖게 되어버릴 수 있다.
상기 미세 돌기는 제조하는 방법에 따라서 다양한 재질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 미세 돌기는 유리, 실리콘, 금속으로 도핑된 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘계 고분자, 금속, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, (메타)아크릴레이트계 고분자 수지, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지 및 감광성 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 미세 돌기의 재질로 사용 가능한 성분이 포함된 기재 상에 에칭 마스크를 이용하여 상기 판상부의 패턴을 형성하고 이를 에칭하여 상기 미세 돌기의 판상부를 형성할 수 있으며, 이후에 남은 재료를 에칭하여 상기 미세 패턴의 기둥부를 형성할 수 있다.
또한, 소정의 기재 상에 상기 미세 돌기의 기둥부를 이루는 성분을 적층하고 그 위에 상기 판상부를 이루는 성분을 적층한 이후에, 에칭 마스크를 이용하여 판상부 형상의 패턴을 형성하고, 판상부를 이루는 재료 및 기둥부를 이루는 재료를 순차적으로 에칭함으로서, 상술한 미세 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 상기 미세 돌기는 감광성 수지 조성물을 소정의 기판(예들 들어 실리콘 기판, 유기 기판 또는 고분자 기판 등)에 도포하고, 노광 및 알카리 현상하여 일정한 패턴을 형성하여 얻어질 수 있다. 예들 들어, 감광성 수지 조성물을 소정의 기판에서 도포한 후, 특정 패턴의 포토마스크를 사용하고, 미세 돌기의 돌출 방향 쪽 또는 이의 후면 방향에서 노광하고 현상하여, 측면이 경사를 갖는 역원뿔대의 형상을 갖는 미세 돌기를 형성할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 발명의 일 구현예의 발수성 및 발유성을 갖는 필름을 포함하는, 전기 전자 장치가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 발수성 및 발유성을 갖는 필름은 기둥부 및 상기 기둥부의 윗면에 위치한 판상부를 포함하는 마이크로 후드 형상을 갖는 미세 돌기를 2이상 포함하고, 상기 미세 돌기 표면에는 불소계 화합물층이 적층되고, 서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)이 0.2 내지 0.4일 수 있다.
상기 필름에 형성되는 미세 돌기에 대한 구체적인 내용은 상술한 바와 같다.
상기 필름은 3ul의 올레산(oleic acid)에 대하여 130°이상의 접촉각, 또는 130°내지 150°의 접촉각을 가질 수 있다.
또한, 상기 필름은 3ul의 증류수에 대하여 130°이상의 접촉각, 또는 130°내지 150°의 접촉각을 가질 수 있다.
상기 필름에서는 유기물 성분이나 수분 성분에 대하여 극히 높은 접촉각과 높은 반발력을 가질 수 있으며, 이러한 유기물 성분이나 수분 성분이 접촉하는 면적 또한 극히 작다. 상기 필름은 유기물 성분 및 수분 성분에 모두 대하여 Cassie-Baxter state를 구현할 수 있다.
상기 전기 전자 장치는 각종 전기 소자, 디스플레이 장치, 반도체 장치, 가전 제품 등을 모두 포함하는 의미이다.
이러한 전기 전자 장치의 예로는, TV, 컴퓨터 모니터, 핸드폰 액정 장치, 다양한 LCD, LED 또는 OLED장치 등의 디스플레이 장치; 다이오드와 트랜지스터 등으로 이루어진 집적회로소자, 열전자방출소자, 전자식 카메라의 전하결합소자, 태양전지 또는 발광소자 등의 전기 소자; 또는 냉장고, 에어컨, 세탁기, 식기 세척기, 밥솥, 오븐 등의 가전 제품 등을 들 수 있다.
상기 발수성 및 발유성을 갖는 필름은 상기 전기 전자 장치의 내부 또는 외부의 적어도 일면에 형성 또는 결합될 수 있다. 특히, 상기 발수성 및 발유성을 갖는 필름은 디스플레이 장치의 화면부 표면에 형성될 수 있다.
한편, 상술한 미세 돌기가 표면에 형성된 필름을 전기 전자 장치에 형성하여 상술한 초발수 및 초발유성 특성을 구현할 수도 있으며, 또한 상술한 구현예들의 필름의 표면이 갖는 구조적인 특성을 전지 전자 장치의 일면에 형성함으로서 상술한 구현예들에서 나타나는 작용 및 효과를 구현할 수도 있다.
이에 따라, 발명의 또 다른 하나의 구현예에 따르면, 기둥부 및 상기 기둥부의 윗면에 위치한 판상부를 포함하는 마이크로 후드 형상을 가지며 표면에는 불소계 화합물층이 적층된 미세 돌기가 2이상 형성된 외부면을 포함하고, 상기 서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)이 0.2 내지 0.4인 전기 전자 장치가 제공될 수 있다.
상기 구현예들의 전기 전자 장치의 외부면에는 상기 특정 형상의 미세 돌기가 상술한 구조적 특징을 가지고 형성되어, 유기물 성분이나 수분 성분에 대하여 극히 높은 접촉각과 높은 반발력이 나타날 수 있으며, 이에 따라 상기 외부면에 대하여 유기물 성분이나 수분 성분이 접촉하는 면적 또한 극히 작다.
그리고, 상기 구현예들의 전기 전자 장치의 외부면은 유기물 성분 및 수분 성분에 모두 대하여 Cassie-Baxter state를 구현할 수 있다.
상기 구현예들의 전기 전자 장치의 외부면의 구조적인 특징은 상술한 구현예들의 필름에 관해서 상술한 내용을 모두 포함한다.
상기 구현예들의 전기 전자 장치의 외부면에는 불소계 화합물층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제품 표면에 전사되는 오염 물질의 양을 최소화할 수 있고 전사된 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성을 가지면서도, 높은 발수성 및 발유성을 동시에 갖는 필름과, 상기 필름을 포함하는 전기 전자 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제품 표면에 전사되는 오염 물질의 양을 최소화할 수 있고 전사된 오염 물질을 용이하게 제거할 수 있는 특성을 가지면서도, 높은 발수성 및 발유성을 동시에 갖는 외부면을 포함한 전기 전자 장치가 제공될 수 있다.
도1은 실시예1에서 제조된 필름의 미세 돌기의 단면 SEM사진을 나타낸 것이다.
도2는 실시예1에서 제조된 필름의 미세 돌기의 평면 SEM사진을 나타낸 것이다.
도3은 실시예1에서 제조된 필름의 미세 돌기의 표면에 형성된 불소계 고분자층의 단면 SEM사진을 나타낸 것이다.
도4은 실시예1에서 제조된 필름의 미세 돌기의 표면에 형성된 불소계 고분자층의 단면 SEM사진을 나타낸 것이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 : 필름의 제조>
실시예1
(1) 미세 돌기의 형성
실리콘 웨이퍼 상에 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition)를 이용하여 500nm 두께의 SiO2층을 형성하였다. 상기 SiO2층 상에 네가티브 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크를 이용하여 직경 15㎛의 판상부 패턴이 형성되도록 자외선을 조사하였다. 그리고, 포토레지스트 박리액을 사용하여 상기 판상부의 패턴(에칭 마스크 역할)만을 남기고 다른 부분은 제거하였다.
이후, BOE(buffered oxided etchant)를 이용하여 상기 SiO2층을 에칭하여 상기 판상부의 패턴으로도 구현되는 미세 돌기의 판상부[두께: 0.3㎛]를 형성하고, 수산화칼륨 용액(실리콘 웨이퍼 에칭)을 사용하여 실리콘을 에칭하여 3㎛ 높이의 패턴의 기둥부를 형성하였다.
상기 판상부 및 기둥부를 포함한 미세돌기가 형성된 필름의 단면도 및 평면도는 각각 도1 및 도2에 나타낸 바와 같다.
(2) 불소계 화합물층 형성
1 torr의 압력, 헥사플루오로프로필렌옥사이드(HFPO) 50 sccm, 열선 온도 650℃를 적용하여, 상기 형성된 판상부 및 기둥부를 포함한 미세돌기가 형성된 필름의 표면에 폴리테트라플루오르에틸렌 (Polytetrafluroethylene, PTFE)를 열선화학기상증착(HW-CVD) 하였다.
상기 제조된 필름의 미세 돌기의 단면 SEM사진 및 평면 SEM사진을 각각 도1 및 도2에 나타내었다. 상기 실시예1에서 얻어진 필름에서, 서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)은 0.2 이였다.
그리고, 실시예1에서 제조된 필름의 미세 돌기의 표면에 형성된 불소계 고분자층의 단면 SEM사진 및 보다 확대된 단면 SEM사진을 각각 도3 및 도4에 나타내었다.
실시예2
(1) 미세 돌기의 형성
유기 기판 상에 스퍼터(sputter)를 이용하여 크롬(Cr) 을 약 200nm의 두께로 증착하였다. 상기 증착된 크롬층 상에 네가티브 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크를 이용하여 직경 6㎛의 원형 패턴의 역상이 형성되도록 자외선을 조사하였다. 그리고, 포토레지스트 박리액을 사용하여 경화되지 않은 영역을 제거하였다[포토마스크의 제조].
이후, 상기 원형 패턴이 형성된 크롬층 상에 네가티브 포토레지스트를 7㎛의 두께로 도포하고, 굴절률 정합제(Index matching liquid)와 디퓨저(Diffuser)를 사용하여 자외선을 노광하여 역원뿔대 또는 역다각뿔대의 형상을 갖는 미세 돌기가 포함된 포토레지스트(PR)을 형성하였다.
상기 미세 돌기가 포함된 포토레지스트(PR) 상에 불소 표면 처리를 한 이후, polydimethylsiloxane을 이용하여 몰드를 제조하였다. 그리고, 상기 몰드 상에 불소 표면 처리를 한 이후, 상기 몰드에 polydimethylsiloxane를 주입하여 미세 돌기가 형성된 필름을 제조하였다.
(2) 불소계 화합물층 형성
상온에서 플루오로알콜(fluoroalcohol, 3M사 FC3283) 용액에 Optool DSX를 0.8wt%의 함량으로 희석하여 코팅액을 제조하였다. 그리고, 상기 제조된 판상부 및 기둥부를 포함한 미세돌기가 형성된 필름을 상기 코팅액에 침지하여 표면 처리하였다.
상기 표면 처리된 필름을 60℃ 및 90RH%의 조건의 항온 항습기에서 60분 동안 처리하여, 불소계 화합물층이 표면에 적층된 필름을 얻었다.
< 실험예 : 내오염성 필름의 물성 측정>
1. 정접촉각 측정
탄젠트 방법(Tangent method)에 의하여 물과 올레산(oleic acid) 각각을 상기 실시예에서 얻어진 필름 상에 올리고, DSA 100 측정 장치를 이용하여 정접촉각을 측정하였다.
정접촉각 측정 결과
3ul의 올레산 3ul의 증류수
실시예1 148° 138 °
실시예2 150 ° 155 °
상기 표1에서 확인되는 바와 같이, 특정 형태의 미세 돌기가 특정의 구조 및 배열로 형성된 상기 실시예 1 및 2의 필름은 물에 대하여서뿐만 아니라 올레산에 대해서도 높은 접촉각을 나타내어 우수한 발수성 및 발유성을 함께 갖는 것으로 확인되었다. 구체적으로, 상기 실시예 1 및 2의 필름은 130°이상의 접촉각을 나타내어 초발수성 및 초발유성을 갖는 것으로 확인되었다.

Claims (17)

  1. 기둥부 및 상기 기둥부의 윗면에 위치한 판상부를 포함하는 마이크로 후드 형상을 갖는 미세 돌기를 2이상 포함하고,
    상기 미세 돌기 표면에는 불소계 화합물층이 적층되는, 발수성 및 발유성을 갖는 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)이 0.2 내지 0.4인, 발수성 및 발유성을 갖는 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불소계 화합물층은 5㎚ 내지 5 ㎛의 두께를 갖는 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불소계 화합물층은 불소계 단분자 화합물, 불소계 고분자 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세 돌기의 기둥부는 원기둥, 원뿔대 또는 역원뿔대의 형상을 갖는, 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세 돌기의 판상부가 상기 기둥부의 돌출 방향의 최외각 단면에 비하여 1.2배 내지 10배의 면적을 갖는, 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필름의 기재면 방향에 대한 상기 미세 돌기의 판상부의 단면이 원, 타원 또는 3 내지 20의 내각을 갖는 다각형인, 필름
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미세 돌기의 판상부의 최대 직경이 0.1㎛ 내지 100 ㎛인, 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미세 돌기의 판상부의 두께가 0.05 ㎛ 내지 10 ㎛인, 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 미세 돌기의 높이가 0.02 ㎛ 내지 40 ㎛인, 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 미세 돌기의 돌출 방향으로의 단면의 최초 폭이 0.1 ㎛ 내지 200 ㎛인, 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미세 돌기는 유리, 실리콘, 금속으로 도핑된 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘계 고분자, 금속, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 메타)아크릴레이트계 고분자 수지, 폴리올레핀 수지 및 감광성 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 필름
  13. 제1항의 필름을 포함하는, 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 필름은 3ul의 올레산(oleic acid)에 대하여 130°이상의 접촉각을 갖는, 전기 전자 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 필름은 3ul의 증류수에 대하여 130°이상의 접촉각을 갖는, 전기 전자 장치.
  16. 기둥부 및 상기 기둥부의 윗면에 위치한 판상부를 포함하는 마이크로 후드 형상을 가지며 표면에는 불소계 화합물층이 적층된 미세 돌기를 2이상 포함하는 외부면을 포함하는, 전기 전자 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 서로 이웃하는 2개의 상기 미세 돌기들의 판상부 간의 거리(S)에 대한 상기 미세 돌기 중 하나의 높이(H)의 비율(H/S)이 0.2 내지 0.4인, 전기 전자 장치.
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