KR20170082213A - 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법 - Google Patents

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KR20170082213A
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박진영
김혜민
장영래
신부건
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 두께가 20㎛ 내지 200㎛인 지지 기재 및 지지 기재의 양면에 부착된 코팅층을 포함하는 폴더블(foldable) 플라스틱 필름의 레이저 재단방법에 있어서, 레이저는 CO2 펄스 레이저이고, 15W 내지 60W의 평균 출력, 400mm/s 내지 500mm/s의 속도, 50㎛ 내지 100㎛의 스폿 사이즈로 조사되는 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 방법으로 폴더블 플라스틱 필름을 재단함으로써, 사용시 굽힘에 대한 내구성이 우수하여 재단면의 크랙이 발생하지 않을 수 있다.

Description

폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법{THE LASER CUTTING METHOD FOR FOLDABLE PLASTIC FILM}
본 발명은 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반복적인 굽힘에 대한 내구성이 우수하도록 CO2 펄스 레이저로 폴더블 플라스틱 필름을 재단하는 방법에 관한 것이다.
최근 모바일 기기의 보급이 급격하게 증가하게 됨에 따라 폴더블 디스플레이 기기의 개발이 활발해 지고 있다. 이러한 폴더블 디스플레이 기기의 화면에 사용되는 플라스틱 필름은 높은 수준의 유연성과 동시에, 모바일 기기의 특성에 따른 일상생활에서 발생되는 다양한 스크래치, 충격 등의 외부작용에 대하여 견딜 수 있는 높은 경도와 내충격성을 만족해야 한다.
따라서, 폴더블 디스플레이 기기에는 유연성 및 내구성이 우수한 지지 기재 상하부에 표면경도를 부여하는 코팅층이 적층되어 형성되는 플라스틱 필름이 사용될 수 있다.
코팅층을 포함하는 플라스틱 필름을 재단하는 공정에는 코팅층의 경도가 높아짐에 따라, 쉽게 쪼개지는 취성(brittle)이 증가하게 되어 기존에 이용되었던 칼날을 이용하여 물리적으로 재단하는 방법을 적용하기가 어렵다. 이는 물리적인 힘이 가해질 때 유발되는 인장에 의해 지지 기재와 코팅층 사이에 전단 응력이 발생하여 재단면을 따라 크랙 등이 쉽게 형성되며, 칼날의 지속적인 사용으로 인해 칼날이 마모되고 칼날의 예리함이 저하되어 편광필름 절단면의 품질이 떨어지는 문제가 발생된다. 특히 반복적으로 높은 굴곡 반경으로 수십만 회의 굽힘을 반복하는 폴더블 디스플레이로의 적용에 있어서는 재단 공정에서 발생하는 미소한 크랙도 허용이 불가하다. 이에, 칼날을 이용해 플라스틱 필름을 재단함으로써 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 레이저를 사용하여 플라스틱 필름을 절단하는 방법이 제안되고 있다.
대한민국 공개 특허 제 10-2012-0043941(이하, 특허문헌 1)는 필름 절단을 위한 레이저 절단 장치 및 이를 이용한 필름 절단 방법을 제안하고 있다. 이 특허는 레이저 발진부, 레이저 빔을 집광하여 편광 필름에 조사하는 딥 포커스 렌즈를 포함하는 레이저 절단 장치를 이용하여 적층 필름을 절단하는 방법을 개시하고 있다. 다만, 이 특허는 수십만 회의 굽힘을 반복하는 폴더블 플라스틱 필름의 재단에 적용하는 것이 적합하지 않다.
특허문헌 1: 대한민국 공개 특허 제 10-2012-0043941호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 굽힘에 대한 내구성이 우수하도록 폴더블 플라스틱 필름을 레이저로 재단하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 두께가 20㎛ 내지 200㎛인 지지 기재 및 지지 기재의 양면에 부착된 코팅층을 포함하는 폴더블(foldable) 플라스틱 필름의 레이저 재단방법에 있어서, 레이저는 CO2 펄스 레이저이고, 15W 내지 60W의 평균 출력, 400mm/s 내지 500mm/s의 속도, 50㎛ 내지 100㎛의 스폿 사이즈로 조사되는 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따른 방법으로 폴더블 플라스틱 필름을 재단함으로써, 사용시 굽힘에 대한 내구성이 우수하여 재단면의 크랙이 발생하지 않을 수 있다.
도 1은 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1에 사용되는 폴더블 플라스틱 필름의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 실시예 1 및 실시예 2의 방법으로 재단된 폴더블 플라스틱 필름의 재단면의 광학 현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 재단방법에 의해 재단된 폴더블 플라스틱 필름에 대한 굽힘 내구성 테스트를 실시하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4(a)는 비교예 1의 방법으로 재단되고 60,000회의 굽힘 내구성 테스트 결과를 나타낸 이미지이고, 도 4(b)는 비교예 1의 방법으로 재단되고 90,000회의 굽힘 내구성 테스트 결과를 나타낸 이미지이다.
도 5는 실시예 1의 방법으로 재단된 폴더블 플라스틱 필름의 굽힘 내구성 테스트 후 필름의 절단면을 나타낸 광학 현미경 이미지이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명에 있어서, "폴더블(foldable)" 이란, 직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 크랙(crack)이 발생하지 않는 정도의 유연성을 갖는 상태를 의미한다. 따라서 본 발명의 폴더블 플라스틱 필름은 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 플렉시블(flexible) 또는 롤러블(rollable) 디스플레이 등으로 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 아크릴레이트계란, 아크릴레이트 뿐만 아니라 메타크릴레이트, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트에 치환기가 도입된 유도체를 모두 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법은 두께가 20㎛ 내지 200㎛인 지지 기재 및 상기 지지 기재의 양면에 부착된 코팅층을 포함하는 폴더블(foldable) 플라스틱 필름의 레이저 재단방법에 있어서, 상기 레이저는 CO2 펄스 레이저이고, 15W 내지 60W의 평균 출력, 400mm/s 내지 500mm/s의 속도, 50㎛ 내지 100㎛의 스폿 사이즈로 조사되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 측면에 따른 방법으로 폴더블 플라스틱 필름을 재단함으로써, 사용시 굽힘에 대한 내구성이 우수하여 재단면의 크랙이 발생하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 지지 기재는 두께가 20㎛ 내지 200㎛의 범위인 광학용 투명 플라스틱 수지라면 연신 필름 또는 비연신 필름 등 지지 기재의 제조방법이나 재료에 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 지지 기재의 두께가 20㎛ 미만이면 코팅층 형성 공정 시 지지 기재에 파단이 형성되거나, 컬(curl)이 발생할 우려가 있으며 고경도를 달성하기 어려울 수 있다. 반면, 두께가 200㎛를 초과하면 플라스틱 필름의 유연성이 감소되어 폴더블 플라스틱 필름의 형성이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 지지 기재는 유연성(flexibility) 및 경도(hardness)를 확보할 수 있도록 ASTM D638에 따라 측정하였을 때 2GPa 내지 9GPa의 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 지지 기재의 탄성 모듈러스가 2Gpa 미만이면 폴더블 플라스틱 필름에 충분한 경도를 부여하지 못할 수 있고, 9Gpa를 초과하여 너무 높으면, 유연성을 보유한 폴더블 플라스틱 필름을 제공하기 어려울 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 지지 기재의 양면에 부착되는 코팅층은 두께 범위, 탄성 모듈러스, 연신율 등의 물리적인 성질이 동일 또는 상이할 수 있다. 예를 들면, 지지 기재의 상부에 부착된 코팅층은 5㎛의 두께를 가질 수 있으며, 지지 기재의 하부에 부착된 코팅층은 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 다만, 전술한 코팅층의 물리적 성질은 설명을 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 지지 기재는 폴리이미드(Polyimide,PI), 폴리이미드아미드(Polyimideamide), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephtalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 지지 기재는 단층 또는 필요에 따라 서로 동일하거나 상이한 고분자 화합물로 이루어진 2개 이상의 기재를 포함하는 다층 구조가 될 수 있으며, 특별히 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 지지 기재 및 코팅층의 두께의 비는 1:0.05 내지 1:0.8일 수 있다. 지지 기재 및 코팅층의 두께의 비가 상기 범위일 때, 고경도 및 유연성을 나타내는 폴더블 플라스틱 필름이 용이하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 코팅층은 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더와 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 가교 공중합체 및 입경이 15nm 내지 30nm인 무기 미립자를 포함할 수 있다.
3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더 및 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더는 가교 중합되어 공중합체를 형성하며, 경화 후 형성되는 코팅층에 고경도를 부여할 수 있다. 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더는 단독으로 또는 서로 다른 종류를 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 트리메틸올프로판에톡 시트리아크릴레이트(TMPEOTA), 글리세린 프로폭실화 트리아크릴레이트(GPTA), 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(PETA), 또는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA) 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 다만, 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더의 종류는 전술한 예로 한정되지는 않는다. 또한, 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더는 단독으로 또는 서로 다른 종류를 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 7 내지 9 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더와, 10 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더를 혼합 사용할 수 있으나, 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 종류는 전술한 예로 한정되지는 않는다.
3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더는 아크릴레이트 당량(equivalent weight)이 50g/mol 내지 300g/mol의 범위일 수 있고, 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더는 아크릴레이트 당량(equivalent weight)이 200g/mol 내지 1,500g/mol의 범위일 수 있다. 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 아크릴레이트 당량이 너무 높으면 코팅층의 경도가 충분하지 않을 수 있고, 당량이 낮으면 경도는 향상되지만 유연성이 떨어질 수 있다. 따라서, 고경도와 유연성을 동시에 보유하는 코팅층을 형성하기 위해서는 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 아크릴레이트 당량이 300g/mol 내지 500g/mol의 범위인 것이 바람직 할 수 있다.
3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더는 중량 평균 분자량(Mw)이 200 g/mol 내지 2,000g/mol의 범위일 수 있고, 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더는 중량 평균 분자량이 2,000g/mol 내지 8,000g/mol의 범위일 수 있다. 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더 및 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 중량 평균 분자량이 각각 상술한 범위 내에 있을 때 보다 최적화된 물성의 코팅층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 코팅층은 입경이 15nm 내지 30nm인 무기 미립자를 포함할 수 있다. 코팅층은 상기의 입경 범위를 가지는 무기 미립자를 포함함으로써, 고경도 및 유연성을 동시에 모두 달성할 수 있다. 이때, 상기 입경은 산술 평균 입경을 의미한다. 입경이 15nm 내지 30nm인 무기 미립자는 아크릴레이트로 표면 처리될 수 있다. 아크릴레이트로 표면 처리된 무기 미립자는 바인더의 아크릴레이트기와 반응이 가능하여, 지지 기재와의 밀착성이 높고 경도가 향상된 코팅층이 제공될 수 있다.
또한, 코팅층은 입경이 30nm 내지 100nm인 무기 미립자를 더 포함할 수 있다. 코팅층은 상기의 입경 범위를 가지는 무기 미립자를 더 포함함으로써, 코팅층의 표면 경도 및 유연성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더 및 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 중량비는 1:9 내지 4:6일 수 있다. 상기 중량비로 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더 및 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더가 가교 결합된 가교 공중합체가 포함됨으로써, 충분한 유연성 및 고경도를 보유하는 코팅층이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 무기 미립자의 함량은 가교 공중합체 100 중량부에 대하여 5 내지 100 중량부일 수 있다. 입경이 15nm 내지 30nm인 무기 미립자를 상기 중량 범위로 포함함으로써 고경도 및 유연성을 보유하는 폴더블 플라스틱 필름을 제공할 수 있다. 또한, 코팅층에 입경이 30nm 내지 100nm인 무기 미립자가 더 포함되는 경우, 입경이 15nm 내지 30nm인 무기 미립자 및 입경이 30nm 내지 100nm인 무기 미립자는 9:1 내지 3:7, 8:2 내지 4:6 또는 7:3 내지 5:5의 중량비로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따른 코팅층은 전술한 가교 공중합체와 무기 미립자 외에도, 계면활성제, 황변 방지제, 레벨링제, 방오제 등 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 첨가제의 함량은 본 발명의 폴더블 플라스틱 필름의 물성을 저하시키지 않는 범위 내에서 다양하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 첨가제는 가교 공중합체 100 중량부에 대하여, 약 0.1 내지 약 10 중량부로 포함될 수 있다. 다만, 첨가제의 함량은 전술한 범위로 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 폴더블 플라스틱 필름은 각 코팅층에 부착되는 보호 필름층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호 필름층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
CO2 펄스 레이저는 레이저 발진 파장을 결정하는 공진기(resonator) 및 이득 매질(gain media)에 CO2가 사용된다. CO2 펄스 레이저를 사용하여 폴더블 플라스틱 필름을 재단하는 경우, 절삭 공구 등이 요구되지 않으며 물리적 외력에 의한 재단에 따른 플라스틱 필름의 변형 및 균열이 발생하는 현상을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 레이저의 평균 출력은 15W 내지 60W로, 레이저의 평균 출력이 15W보다 낮은 경우에는, 출력이 불안정하게 되어 레이저가 플라스틱 필름에 안정적으로 도달하지 못하는 문제가 발생될 수 있으며, 필름의 full-cutting에 요구되는 충분한 에너지를 충족하지 못하므로 효과적인 재단 공정이 불가할 수 있다. 레이저의 평균 출력이 60W보다 높으면, 과도한 열변형 등에 의해 플라스틱 필름의 재단면에 품질의 열화가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 레이저의 재단속도는 400mm/s 내지 500mm/s로, 폴더블 플라스틱 필름의 재단에 필요한 에너지 밀도를 갖는 레이저를 순간적으로 노출시켜 폴더블 플라스틱 필름을 구성하는 필름들의 열화시간을 최소화하는 경우, 재단면의 품질 저하가 감소될 수 있으나, 레이저의 출력을 고려하여 상기 범위내로 재단속도를 조정하게 된다. 재단속도는 폴더블 플라스틱 필름을 이동시키는 속도를 변화시켜 조정할 수 있고, 폴더블 플라스틱 필름에 대한 레이저 조사장치를 이동시키는 속도를 변화시켜 조정할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 레이저의 펄스 반복률은 20kHz 내지 60kHz로, 고경도 및 유연성을 보유하는 폴더블 플라스틱 필름을 제공하기 위한 레이저의 펄스 반복률은 20kHz 내지 30kHz인 것이 바람직하다. 이는 재단 속도와 집속된 빔의 직경, 그리고 펄스 반복률에 의해 결정되는 값으로, 집속된 빔의 직경이 일정하다고 할 때, 재단 속도 대비 펄스 반복률이 너무 낮으면 집속된 빔의 중첩도가 낮아 필름의 재단이 효율적이지 못할 뿐 아니라 재단면의 품질이 떨어질 수 있다. 반면, 재단 속도 대비 펄스 반복률이 너무 높으면, 집속된 빔의 중첩도가 높아 재단면에 과잉의 에너지 조사로 인한 필름의 열화가 발생될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 펄스 반복률에 대한 집속된 빔의 중첩률은 50 ~ 85 %인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 레이저의 스폿 사이즈는 50㎛ 내지 100㎛ 로, 레이저의 스폿 사이즈가 증가될수록, 재단면 인접영역의 열영향부(heat affected zone, HAZ)가 커져 재단면의 열변형이 확장될 수 있다. 다만, 레이저의 스폿 사이즈가 감소되면 플렉시블 플라스틱 필름의 재단면의 열변형을 줄일 수 있으나, 레이저의 스폿 사이즈가 감소되는 만큼 레이저 스폿의 중첩률이 떨어지게 되어 레이저 재단공정이 불안정해질 수 있다. 이상적으로 레이저 스폿 사이즈가 작을수록 필름 재단 공정에 있어 열영향에 따른 필름의 열화에 따른 부작용이 작을 것이나, 스폿 사이즈는 레이저의 파장에 비례하는 값으로 광학계 및 CO2 파장을 고려할 때 50㎛ 내지 100㎛가 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 방법에 의해 재단되어, 직경 4mm의 만드렐(mandrel)에 감았을 때 크랙(crack)이 발생하지 않는 코팅층이 포함된 폴더블 플라스틱 필름이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 레이저를 이용하여 재단되는 폴더블 플라스틱 필름은 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 플렉시블(flexible), 롤러블(rollable) 또는 폴더블(foldable) 형태의 이동통신 단말기, 스마트 폰, 태블릿 PC의 터치패널 및 디스플레이의 커버 기판 또는 소자 기판의 용도로 사용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
폴더블 플라스틱 필름의 준비
도 1은 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1에 사용되는 폴더블 플라스틱 필름의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 1에서와 같이 구성되고, 하기와 같은 물성을 보유한 폴더블 플라스틱 필름을 준비하였다. 30㎛ 두께를 가지는 폴리이미드 필름으로 형성된 지지 기재, 5㎛ 두께를 가지고 지지 기재의 상부 및 하부에 부착되는 코팅층을 포함하는 것을 사용하였다. 상기 코팅층은 본 발명의 일 구현예에 따라, 3 관능의 아크릴레이트계 바인더인 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) (제조사: Cytec, Mw=296 g/mol, 아크릴레이트기 당량=99g/mol) 30g, 9 관능의 우레탄 아크릴레이트계 바인더인 MU9800(제조사: 미원, Mw=3500 g/mol, 아크릴레이트기 당량=389g/mol) 40g, 10 관능의 우레탄 아크릴레이트계 바인더인 MU9020(제조사: 미원, Mw=4500 g/mol, 아크릴레이트기 당량=450g/mol) 30g, 광개시제 Irgacure 184(제조사: Ciba) 1g, 메틸에틸케톤(MEK) 50g을 혼합하여 아크릴레이트 용액을 제조하고, 이 아크릴레이트 용액에 입경이 20nm인 실리카 입자가 PGMEA(propylene glycol mono ester acetate)에 50 중량% 분산되어 있는 Nanopol C764(제조사: Evonik) 20g을 혼합하여 제조되었다.
실시예 1 및 실시예 2
상기 폴더블 플라스틱 필름을 준비한 후, 하기 표 1에 기재한 조건에 따른 CO2 펄스 레이저를 이용하여 폴더블 플라스틱 필름을 재단하였다.
비교예 1
상기 폴더블 플라스틱 필름을 준비한 후, 하기 표 1에 기재한 조건에 따른 CO2 펄스 레이저를 이용하여 폴더블 플라스틱 필름을 재단하였다.
Figure pat00001
도 2에 실시예 1 및 실시예 2의 방법으로 재단된 폴더블 플라스틱 필름의 재단면의 광학 현미경 이미지를 나타내었다. 도 2에서 보듯이, 실시예 1 및 실시예 2의 방법으로 재단된 폴더블 플라스틱 필름의 재단면에는 크랙이 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 또한, 실시예 1의 방법으로 재단된 폴더블 플라스틱 필름은 재단면 인접영역의 열영향부(heat affected zone, HAZ)가 약 25㎛ 이하로 형성되었고, 실시예 2의 방법으로 재단되는 경우에는 열영향부가 약 44㎛ 이하로 형성되어, 대체적으로 재단면 인접영역의 열영향부의 선폭이 작은 것으로 확인되었다.
굽힘 내구성 테스트
재단공정에 사용되는 레이저의 조건에 따른 폴더블 플라스틱 필름의 굽힘 내구성을 조사하기 위해, 조건을 달리하여 설정한 레이저에 의해 재단된 폴더블 플라스틱 필름에 대한 굽힘 내구성 테스트를 진행하였다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 재단방법에 의해 재단된 폴더블 플라스틱 필름에 대한 굽힘 내구성 테스트를 실시하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에서 보듯이, 굽힘 내구성 테스트는 재단된 폴더블 플라스틱 필름으로부터 보호필름을 제거한 후, 직경(R) 4mm의 원통형 테스트 만드렐(Cylindrical Mandrel)에 닿도록 놓고, 만드렐 봉을 중심으로 필름의 양 쪽을 90도로 접었다 폈다를 1회당 약 3초의 속도로 상온에서 3만회씩 반복하여 크랙이 발생하지 여부를 확인하면서 총 20만회까지 굽힘 테스트를 연장하는 방식으로 진행하였다.
도 4(a)는 비교예 1의 방법으로 재단되고 60,000회의 굽힘 내구성 테스트 결과를 나타낸 이미지로, 재단면에 200㎛ 내지 300㎛ 길이의 미세 크랙이 발생하는 것으로 확인되었다. 또한, 도 4(b)는 비교예 1의 방법으로 재단되고 90,000회의 굽힘 내구성 테스트 결과를 나타낸 이미지로, 재단면에 이미 형성된 크랙의 길이는 약 20㎛ 정도 증가하였으며, 재단면에 발생되는 크랙의 개수가 증가하는 것으로 확인되었다.
도 5에 실시예 1의 방법으로 재단된 폴더블 플라스틱 필름의 굽힘 내구성 테스트 후 필름의 절단면의 광학 현미경 이미지를 나타내었다. 도 5는 실시예 1의 방법으로 재단되고 200,000회의 굽힘 내구성 테스트 결과를 나타낸 이미지로, 약 20만회의 굽힘 내구성 테스트를 수행한 후에도 재단면에 크랙이 발생되지 않는 것으로 확인되었다. 하기 표 2에 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1의 굽힘 내구성 테스트 결과를 나타내었다.
Figure pat00002
상기 표 2에서 보듯이, 실시예 1 및 실시예 2의 방법으로 재단된 폴더블 플라스틱 필름은 20만회의 굽힘 내구성 테스트를 수행한 후에도 크랙이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 다만, 비교예 1의 방법으로 재단하는 경우에는 6만회 이후에서 크랙이 발생되는 것을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 두께가 20㎛ 내지 200㎛인 지지 기재; 및 상기 지지 기재의 양면에 부착된 코팅층을 포함하는 폴더블(foldable) 플라스틱 필름의 레이저 재단방법에 있어서,
    상기 레이저는 CO2 펄스 레이저이고, 15W 내지 60W의 평균 출력, 400mm/s 내지 500mm/s의 속도, 50㎛ 내지 100㎛의 스폿 사이즈로 조사되는 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기재는 ASTM D638에 따라 측정하였을 때 2GPa 내지 9GPa의 탄성 모듈러스를 가지는 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기재는 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리이미드아미드(Polyimideamide), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephtalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 고분자 화합물을 포함하는 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기재 및 상기 코팅층의 두께의 비는 1:0.05 내지 1:0.8인 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더와 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 가교 공중합체 및 입경이 15nm 내지 30nm인 무기 미립자를 포함하는 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 3 내지 6 관능성 아크릴레이트계 바인더 및 상기 7 내지 20 관능성 우레탄 아크릴레이트계 바인더의 중량비는 1:9 내지 4:6인 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 무기 미립자의 함량은 상기 가교 공중합체 100 중량부에 대하여 5 내지 100 중량부인 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저는 20kHz 내지 60kHz의 펄스 반복률로 조사되는 폴더블 플라스틱 필름의 레이저 재단방법.

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