KR20220118586A - 곡면 디스플레이용 보호필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보호필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 곡면이 형성된 커브드 디스플레이의 표면에 부착되어 디스플레이의 스크래치나 파손을 방지할 수 있으며, 특히 곡면 디스플레이 표면으로부터의 들뜸 현상이 발생하지 않는 곡면 디스플레이용 보호필름에 관한 것이다. 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름은, 상부 표면에 폴리우레탄코팅층이 형성된 기재필름을 포함하는 기재층과; 상기 기재층의 폴리우레탄코팅층 상부 표면에 형성된 하드코팅층과; 상기 기재층의 투명 기재필름 하부 표면에 형성된 점착층과; 상기 점착층에 부착된 이형필름층을 포함한다.

Description

곡면 디스플레이용 보호필름{PROTECTIVE FILM FOR CURVED DISPLAY}
본 발명은 보호필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 곡면이 형성된 커브드 디스플레이의 표면에 부착되어 디스플레이의 스크래치나 파손을 방지할 수 있으며, 특히 곡면 디스플레이 표면으로부터의 들뜸 현상이 발생하지 않는 곡면 디스플레이용 보호필름에 관한 것이다.
최근 들어 디스플레이 시장의 급성장과 기술의 발전으로 다양한 형태의 디스플레이를 갖는 제품이 시장에 나오고 있다. 특히, 스마트폰 또는 태블릿과 같은 모바일 기기 뿐만 아니라 자동차 전장 또는 대시보드 등에 채용되는 디스플레이에는 표면에 곡면이 형성된 커브드 디스플레이의 수요가 급증하고 있으며, 이 밖에도 폴더블 디스플레이 또는 롤러블 디스플레이 등 다양한 형태의 디스플레이가 출시되고 있다. 한편, 이러한 디스플레이의 표면을 보호하기 위해, 도 1 에 도시된 바와 같이 곡면 디스플레이(1) 표면에 보호필름(10)이 부착되는데, 기존에 평판 디스플레이에 부착되던 보호필름들은 곡면 디스플레이(1)에 부착시 보호필름(10)의 기재 자체의 탄발력에 의해 곡면에서 들뜸 현상이 흔하게 발생하기 때문에 곡면 디스플레이에 그대로 적용하는데 문제가 많다. 이에 따라 곡면 디스플레이용 보호필름이 개발되었는바, 이러한 종래의 곡면 디스플레이용 보호필름으로는 부착후 별도의 UV 경화 장치를 통해 부착력을 높이는 제품을 예로 들 수 있는데부착력 향상을 위해 고가의 UV 경화 장치가 별도로 필요하다는 점에서 업체의 비용 증가 문제와 소비자의 접근성 저하로 크게 주목받지 못하였다. 이외에 별도의 UV 경화 장치가 필요없는 제품도 출시되었으나 제품의 경도가 약해서 보호필름의 표면 스크래치와 눌림자국이 남는 문제가 있었다.
보다 구체적으로, 현재 시장에는 PET 단독, TPU 단독, 또는 PET와 EPU의 복합 시트 형태의 보호필름이 상품화되어 있다. 기존의 PET 단독으로 제조된 보호필름은 외부 충격이나 스크래치에 강한 장점은 있으나 곡면이 있는 디스플레이에는 PET 기재의 빳빳한 성질로 인해 부착이 어려워 평면 형태의 디스플레이에만 부착이 가능하였다. TPU 단독으로 제조된 보호필름은 곡면에서의 부착성은 PET 단독 제품 보다는 양호하지만 TPU의 두께가 100~150㎛ 이상인 제품이 주로 적용되어 디스플레이에 부착후 시간 경과에 따라 들뜸 현상이 발생하며, 기재의 소프트한 성질로 인해 하드코팅층의 경도가 약해져 스크래치성이 취약한 단점이 있고, 눌림에 의한 자국이 심한 단점이 존재한다. 한편, PET와 TPU(EPU) 복합시트 형태의 보호필름은 기존의 PET 시트에 TPU 시트를 부착한 제품으로 PET와 TPU의 장점을 살린 제품이다. 그러나, 사용되는 TPU들이 기본적으로 100㎛ 이상으로 두꺼우며 경도가 높은 필름이 적용되어 곡면에서의 부분적인 들뜸현상이 여전히 발생하는 문제가 있다.
또한, 최근에는 감염병 등의 유행에 따라 항균에 대한 수요가 늘어나면서 사용빈도가 높은 생활 전자기기 등에도 항균성을 요구하는 목소리가 커지고 있다. 스마트폰 또는 태블릿과 같은 모바일 기기의 접촉이 늘어나면서 세균에 의한 2차 감염을 방지하기 위하여 항균제를 적용한 보호필름의 수요가 증가하고 있다.
대한민국 등록특허 10-1725026 대한민국 등록특허 10-1476529
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 디스플레이용 보호필름의 단점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 곡면 디스플레이 표면에 부착시에도 들뜸 현상이 발생하지 않아 부착성이 우수하고, 내스크래치성이 우수하고 눌림에 의한 자국이 남지 않으며 우수한 항균성을 나타내는 곡면 디스플레이용 보호필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름은, 상부 표면에 폴리우레탄코팅층이 형성된 기재필름을 포함하는 기재층과; 상기 기재층의 폴리우레탄코팅층 상부 표면에 형성된 하드코팅층과; 상기 기재층의 투명 기재필름 하부 표면에 형성된 점착층과; 상기 점착층에 부착된 이형필름을 포함한다.
여기서, 상기 기재필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 써멀플라스틱 폴리우레탄 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리프로필렌 필름, 무연신 폴리프로필렌 필름 중 어느 하나로 구성된 단일 시트 또는 이들의 2이상의 복합시트로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 기재필름의 두께는 12~50㎛ 인 것이 바람직하며, 상기 폴리우레탄코팅층의 두께는 30㎛~100㎛인 것이 바람직하다.
상기폴리우레탄코팅층은 상기 기재필름 표면에 열경화성 액상 폴리우레탄 수지 조성물을 코팅하여 형성되며, 상기 액상의 열경화성 폴리우레탄 수지 조성물은 액상 폴리우레탄 수지 100중량부에 이소시아네이트 계열 경화제 45중량부를 포함한다. 그리고, 상기 액상 폴리우레탄 수지는 유리전이온도가 -40℃ ~ -10℃ 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 하드코팅층은 광반응성 폴리우레탄 아크릴레이트계 올리고머 또는 열경화성 에폭시 수지 100중량부에 아크릴계 모노머 1 내지 50중량부, UV 개시제 또는 열경화제 1 내지 10중량부, 5~100㎚의 크기로 분산된 항균성을 갖는 나노 입자인 나노구리, 나노산화아연, 나노은 중 1종 또는 2종 이상을 1 내지 10중량부로 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, PET 필름(시트) 기재에 필름(시트) 타입의 TPU 대신 좀 더 소프트한 성질의 액상 폴리우레탄(PU)을 코팅함으로써, PET 필름 기재의 탄발력을 줄이고, 액상 폴리우레탄의 도포 두께를 조절함으로써 곡면의 꺽인 정도에 따라 제품의 두께를 달리하여 PET 필름 또는 PET와 TPU 복합시트 제품 대비 들뜸 현상이 감소하여 곡면 부착성이 우수하다는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 액상 폴리우레탄이 코팅된 기재층 위에 UV하드코팅층이 형성되어 표면 강도, 내지문성 및 발수성이 우수하고, 항균 성분을 함유하여 우수한 항균성을 나타내는 탁월한 장점을 갖는다.
도 1 은 곡면 디스플레이 표면에 보호필름이 부착된 상태를 나타낸 모식도,
도 2 는 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름의 층상 구조를 나타낸 단면도,
도 3 은 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름의 부착성 실험 결과를 나타낸 도표,
도 4 는 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름을 곡면 디스플레이에 부착 초기 및 24시간 경과후 부착 상태를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름(10)의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름(10)은 기재층(100), 하드코팅층(130), 점착층(140) 및 이형필름층(150)을 포함한다.
기재층(100)은 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름(10)의 메인 구조층으로서, 기재필름(110)과, 상기 기재필름(110) 상부 표면에 형성된 폴리우레탄코팅층(120)을 포함한다.
기재필름(110)으로는 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이 주로 사용되되, 이외에도 써멀플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, TPU), 폴리올레핀(Polyolefine, PO), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 무연신 폴리프로필렌(Casting Polypropylene, CPP) 단일 시트 또는 이들의 2이상의 복합시트로 구성될 수 있다.
상기 기재필름(110)은 곡면 디스플레이에 부착시 들뜸을 최소화할 수 있도록 대체로 12~50㎛의 비교적 얇은 두께로 구성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 25㎛ 이내인 것이 바람직하다. 기재필름(110)의 두께가 50㎛를 초과하는 경우에는 보호필름(10) 전체 두께가 너무 두껍고 기재필름(110)의 탄발력이 커져서 곡면에서 쉽게 들뜨거나 벗겨질 수 있고, 12㎛ 미만인 경우에는 너무 얇아서 디스플레이 보호 성능이 떨어질 수 있어 바람직하지 못하다.
폴리우레탄코팅층(120)은 상기 기재필름(110)의 상부 표면에 형성되는 코팅층으로서, 비교적 빳빳한 성질의 기재필름(110)에 연성을 부여하여 탄발력을 줄임으로써 곡면에서 보호필름(10)이 들뜨는 현상을 최소화하기 위해 형성된다. 상기 폴리우레탄코팅층(120)은 상기 기재필름(110) 표면에 열경화성 액상 폴리우레탄 수지를 코팅하는 방식으로 형성되며, 열경화성 액상 폴리우레탄 수지는 코팅후 오븐에서 경화가 이루어지므로 본 발명에 따른 보호필름은 기존의 곡면 디스플레이용 보호필름과 같이 부착후 2차적인 UV 경화가 필요없는 장점이 있다.
상기 열경화성 폴리우레탄 수지는 유리전이온도(Tg)가 0℃ 이하인 -40℃ ~ -10℃ 수준인 것이 바람직하다. 일반적으로 기재의 유리전이온도(Tg)값이 0℃ 이하일 때는 더 무른 특성을 가지며 0℃ 이상일때 더 단단한 특성을 갖는다. 통상 PET 필름의 경우 Tg 값이 0℃ 이상이며, TPU 필름의 Tg 값도 0℃ 이상으로, 기재가 단단할수록 곡면에서 원래의 형태를 유지할려고 하는 성질로 인해 탄발력이 커서 보호필름(10)의 들뜸 현상이 크게 발생한다. 이를 개선하기 위해 본 발명에서는 두께가 비교적 얇은 PET 필름에 Tg가 낮은 폴리우레탄 수지를 코팅하여 곡면에서의 복원성(탄발력)을 낮추어 들뜸 현상을 개선하고자 한 것이며, -40℃ ~ -10℃ 정도가바람직한 것으로 나타났다.
상기 폴리우레탄코팅층(120)의 두께는 30㎛~100㎛ 정도인 것이 바람직하고, 특히 40~90㎛ 두께에서 장기간 부착하여도 들뜸 현상이 없었다. 상기 폴리우레탄코팅층(120)의 두께가 30㎛ 미만인 경우에는 두께가 얇아서 기본적인 보호필름의 충격 완충 효과 및 비산방지의 효과가 떨어지며, 100㎛을 초과하는 경우에는 필름의 탄발력으로 인해 곡면에서의 부착성이 떨어지는 문제가 있어 바람직하지 못하다. 한편, 상기 폴리우레탄코팅층(120)의 두께는 디스플레이의 곡률에 따라 조절 가능하다. 폴리우레탄 수지는 액상이기 때문에 기재필름(110) 상에 도포 두께를 용이하게 조절할 수 있다.
상기 폴리우레탄코팅층(120) 형성에 사용되는 액상의 열경화성 폴리우레탄 수지 조성물은 액상 폴리우레탄 수지 100중량부에 이소시아네이트 계열 경화제 45중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
기재층(100) 상부에는 하드코팅층(130)이 형성된다. 하드코팅층(130)은 단단한 경도를 가지도록 구성되어 표면 스크래치 및 디스플레이의 손상을 방지하기 위한 구조층이다. 본 발명에 사용된 하드코팅층(130)용 조성물은 광반응성 폴리우레탄 아크릴레이트계 올리고머(Oligomer) 또는 열경화성 에폭시 수지 100중량부에, 2히드로시에틸메타아크릴레이트(2-Hydroxyethyl methacrylate), 메틸메타크릴레이트(Methyl Methacrylate)등의 아크릴계 모노머 1 내지 50중량부, UV 개시제 또는 열경화제 1 내지 10중량부를 혼합 후 1차 교반하고 5~100㎚ 정도의 크기로 분산된 항균성을 갖는 나노 입자인 나노구리, 나노산화아연, 나노은 중 1종 또는 2종 이상을 1 내지 10중량부로 포함한다. 아크릴계 모노머의 함량이 1중량부 보다 적으면 가교결합이 부족하여 경화가 느려지고, 50중량부 이상이면 미경화 모노머가 경화되지 못하고 액상으로 남는 문제가 발생하여 바람직하지 못하다. UV개시제의 함량이 1중량부 미만이면 가교 반응이 느려지고 코팅층의 경도가 낮아지며, 10중량부를 초과하면 미반응 개시제에 의해 코팅층의 경도가 낮아지는 문제가 발생하여 바람직하지 못하다. 한편, 항균성 나노 입자는 항균 효과를 위해 필요한 적정 함량으로 첨가되는 것이 바람직한데, 1 내지 10중량부 범위에서 99% 이상의 항균력을 갖는 것으로 나타났다.
이렇게 혼합된 하드코팅층 제조용 혼합액을 기재층(100) 상부 표면에 코팅후 건조 단계를 거키고 UV 경화장치를 통과 하면서 UV에 노출되어 올리고머와 모노머가 UV개시제와 라디칼 결합하여 하드코팅층이 형성된다. UV광량은 UV개시제 함량에 따라 80mJ/㎠~500mJ/㎠를 조사할수 있다. 이러한 하드코팅층(130)에 의해 보호필름(10)에 경도가 부여되어 스크래치 및 손상이 방지되고, 항균 효과와 지문 방지 효과, 발수 효과 등을 얻을 수 있다.
점착층(140)은 기재층(100)의 하부 표면에 코팅되어 디스플레이 표면에 부착되도록 하기 위한 구조층으로서, 여기에 사용되는 점착층(140) 조성물은 아크릴레이트계 점착제, 우레탄계 점착제, 실리콘계 점착제 등이 단독 사용 가능하며, 필요에 따라 산화방지제, 대전 방지제등을 첨가될 수 있다. 점착층(140) 두께는 통상 10~100㎛의 두께 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
이형필름층(150)은 상기 점착층(140)에 부착되어 점착층(140)을 보호하기 위한 것으로 폴리에스테르 등의 소재로 구성될 수 있다. 이형필름층(150)은 보호필름 부착시 제거된다.
[실시예1]
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 곡면 디스플레이용 보호필름(10)의 성능을 평가하기 위하여, 기재층(100)에 소프트한 폴리우레탄 코팅층을 두께를 달리하여 도포하고, 해당 두께별로 곡면 디스플레이에서의 부착 상태를 비교하였다. 비교군으로는 TPU FILM 타입 제품 2종을 선정하였다. 먼저, 유리전이온도(Tg) -30 ~ -10℃, 고형분 61%인 우레탄 수지 100중량부와 이소시네이트 계열 경화제 45중량부를 혼합하여 교반하여 제조된 폴리우레탄 코팅액을 23㎛ PET 기재필름(110)에 40~100㎛ 범위에서 다양한 두께로 코팅한 후 건조 오븐(Drying Oven)에 의해 150℃에서 2분간 열경화하고 50℃ 48hr 숙성하였다. 숙성한 기재필름(110)의 폴리우레탄 코팅면에 실리콘 점착제를 15㎛ 정도 도포 한후, PET 기재필름(110)면에 항균성, 내지문성이 있는 5㎛ 하드코팅층(130)을 형성하여 보호필름 샘플 시료1 내지 시료6을 제작 하였다. 그리고, 비교군 2종(TPU FILM 타입-1, TPU FILM 타입-2)과 시료1 내지 시료6을 곡면 디스플레이 표면에 각각 부착하고 상온(20℃~25℃)과 고온다습(50℃/95%)한 환경에서 72시간 동안 방치후 부착 상태를 육안으로 관찰하였다. 비교군과 각 샘플 시료별 실험 결과가 도 3 에 도표로 정리되었다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 상온에서 TPU 필름을 사용한 비교군(TPU FILM 타입-1, TPU FILM 타입-2)에서는 곡면 모서리에 미세 들뜸 현상이 관찰되었고, 고온다습한 환경에서는 곡면 필름의 끝부분에서 미세 들뜸 현상이 관찰되었다. 이에 반하여, 시료1 내지 시료6에서는 들뜸 현상이 관찰되지 않아 양호한 부착 상태를 나타내었다. 또한, 본 발명에 따른 시료1 내지 시료6에서는 폴리우레탄 코팅층의 두께를 90㎛ 까지 증가시키고 총 두께가 100㎛를 넘어가도 TPU 필름 타입 대비 우수한 부착성을 나타내는 것으로 확인되었다.
[실시예2]
본 실시예에서는 불소 코팅된 모바일용 곡면 유리에 기재별 보호필름을 부착후 상온 상태에서 24시간 방치후 들뜸 현상을 비교 관찰하고, 도 4 에 부착초기 및 부착 24시간 후의 부착 상태 비교 사진을 첨부하였다. ①번 시편은 PET(100㎛) 기재필름(110) 상부에 하드코팅층(130) 5㎛를 형성하고 하부에 실리콘 점착제 15㎛를 형성하였다. ②번 시편은 TPU(100㎛) 기재필름(110) 상부에 하드코팅층(130) 5㎛를 형성하고 하부에 실리콘 점착제 15㎛를 형성하였다. ③번 시편은 PET(23㎛) 기재필름(110)에 폴리우레탄을 65㎛ 정도 코팅후 상부에 하드코팅층(130) 5㎛를 형성하고 폴리우레탄 코팅면에 실리콘 점착제 15㎛ 형성하였다.
실험 결과, 도 4 에 나타난 바와 같이, 100㎛의 PET 기재필름(110) 단독인 ①번 시편은 초기부터 곡면에 부착이 안되었으며, TPU 기재필름(110) 단독인 ②번 시편은 24시간 방치 후 곡면 부착된 모서리 부분의 들뜸 현상이 발생하였다. 23㎛의 PET 기재필름(110)에 폴리우레탄 코팅층이 형성된 ③번 시편은 24시간 후에도 들뜸 현상이 없는 것으로 나타났다.
이와 같은 실험 결과를 통하여, PET 또는 TPU 기재필름(110)을 단독으로 사용한 보호필름 보다 기재필름(110)에 폴리우레탄 코팅층을 형성한 보호필름의 부착성이 현저하게 우수한 것으로 입증되었다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
1 : 곡면 디스플레이 기기 10 : 보호필름
100 : 기재층 110 : 기재필름
120 : 폴리우레탄코팅층 130 : 하드코팅층
140 : 점착층 150 : 이형필름층

Claims (8)

  1. 곡면 디스플레이 표면에 부착되는 보호필름으로서,
    상부 표면에 폴리우레탄코팅층이 형성된 기재필름을 포함하는 기재층과;
    상기 기재층의 폴리우레탄코팅층 상부 표면에 형성된 하드코팅층과;
    상기 기재층의 투명 기재필름 하부 표면에 형성된 점착층과;
    상기 점착층에 부착된 이형필름층을 포함하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 써멀플라스틱 폴리우레탄 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리프로필렌 필름, 무연신 폴리프로필렌 필름 중 어느 하나로 구성된 단일 시트 또는 이들의 2이상의 복합시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재필름의 두께는 12~50㎛ 인 것을 특징으로 하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄코팅층의 두께는 30㎛~100㎛인 것을 특징으로 하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기폴리우레탄코팅층은 상기 기재필름 표면에 열경화성 액상 폴리우레탄 수지 조성물을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액상의 열경화성 폴리우레탄 수지 조성물은 액상 폴리우레탄 수지 100중량부에 이소시아네이트 계열 경화제 45중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액상 폴리우레탄 수지는 유리전이온도가 -40℃ ~ -10℃ 인 것을 특징으로 하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하드코팅층은 광반응성 폴리우레탄 아크릴레이트계 올리고머 또는 열경화성 에폭시 수지 100중량부에 아크릴계 모노머 1 내지 50중량부, UV 개시제 또는 열경화제 1 내지 10중량부, 5~100㎚의 크기로 분산된 항균성을 갖는 나노 입자인 나노구리, 나노산화아연, 나노은 중 1종 또는 2종 이상을 1 내지 10중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 디스플레이용 보호필름.
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