터치패널(Touch Panel)에 사용되는 접착제

 

표. 터치스크린 패널 방식 비교

 

근래에 들어 smart phone 및 tablet PC의 수요가 폭발적으로 늘어나면서 터치패널 개발에 대한 관심이 커지고 있습니다.
터치패널의 종류를 살펴보면 상기표와 같습니다. Smart phone 이전의 핸드폰에 저항막(registive) 방식의 터치스크린 패널을 주로 사용하였는데, 현재는 반응속도가 빠른 정전용량(electros tatic capacity) 방식을 채택하고 있습니다.
터치패널에도 역시 광학용 접착제가 사용되고 있는데, 공통적으로 높은 투과율, 낮은 탁도가 요구되며 ITO(indium tin oxide)에 대한 내부식성이 요구됩니다. 또한 작업 용이성 및 불량 감소를 위해 기포 발생이 최소화 되어야 합니다. 여기서 ITO는 투명한 전도막으로 스퍼터(sputter) 방식으로 수십 nm로 증착되고, 유리에 시트(sheet) 방식, PET 필름에 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 진행됩니다.

 

 

 

아이폰 터치패널의 구성도

 

박막형 On-Cell 타입의 터치패널의 구성

 

상기그림은 유리기재에 ITO 증착을 한 것을 예로 든 것인데, 첫번째그림은 유리의 상하면에 각각 X, Y축의 전극을 형성하였고, 두번째그림은 유리기재의 한 면에 유전체를 사이에 두고 X축과 Y축을 동시에 형성한 것이 가장 큰 차이점입니다. 공통적으로 광학적 접착제가 ITO와 직접 닿는 구조이기 때문에 비산성(acid free)이 내구성 측면에서 크게 작용합니다. 왜냐하면 장시간 산에 접촉할 경우 금속과 반응하여 전도막의 저항을 높여 터치 불량을 야기할 수 있기 때문입니다.
광학용 접착제를 개발함에 있어 고려해야 할 사항을 자세히 살펴보자면 다음과 같습니다. 광학용 접착제에서 중요한 것은 투과율을 높이고 탁도를 낮추는 것인데, 높은 온도와 습도에서 장시간 노출되면 부옇게 보여서 인성에 영향을 줍니다.

 

 

접착제의 탁도 상승의 예상 원인 모식도

 

이와 같은 현상은 외부의 수분이 접착제 안으로 흡수되어 내구성 측정 조건에서 팽창했다가 응축되어 빛을 산란시키는 것으로 예상됩니다(상기그림). 이에 대한 대응책은 친수성 또는 친유성으로 설계하면 사용되는 모노머가 친수성일 경우 수분이 흡수될 것이고, 친유성이 되면 흡수되지 못하여 탁도 상승에 대한 수분 영향을 줄일 수 있을 것입니다.
ITO 내부식성을 높이기 위해서는 선행되어야 할 것은 접착제 설계 시 산을 사용하지 않는 것입니다. PET 필름 기재에 ITO가 증착된면과 접착제를 붙인 후 60 ℃/90% 조건에서 시간이 지남에 따른 저항의 상승 정도를 살펴보았습니다. Control은 접착제를 붙이지 않은 것이며, 각 예시에 따른 조성은 사용된 모노머의 종류만을 명기하였습니다. 아크릴산이 들어가 있는 comparative 그래프가 저항이 급격히 상승한 것을 알 수 있습니다. 이로써 산이 ITO에 미치는 영향을 극명하게 볼 수 있습니다. 이는 저항이 높아지는 것뿐만 아니라 ITO가 부식됨에 따라 초기의 투과도와 달라지게 됩니다.
접착제 적용 시 불량 원인으로 많이 지목되는 것 중에 하나가 기포 발생입니다. 이는 앞서 편광판에 적용되는 접착제에서 신뢰성 테스트 조건에 따라 수축되는 PVA로 인해 기포가 과장되게 보이는 경우를 짧게 언급하였습니다. 기포가 발생되는 이유를 접착제뿐만 아니라 접착제 이외에서도 찾아볼수 있습니다. 첫 번째는 접착제가 탄성이 없어서 기포가 발생되는 경우입니다. 유리 기재의 표면이 균일하지 않아 접착제를 붙였을 때 그 안에 있던 기포가 미쳐 빠져나가지 못하는 경우입니다. 이와 비슷한 경우로 다른 한가지는 터치패널의 테두리(bezel)과 같이 인쇄된 층의 단차를 접착제가 모두 채우지 못하여 발생되는 기포 입니다. 색에 따라 사용되는 pigment가 달라져 검정색은 10 μm 흰색은 40 μm 분홍색은 70 μm의 두께를 갖습니다. 이 두 경우 모두 접착제가 부드럽지 못하여 발생한 것으로 Tg를 높이거나 겔분율(gel fraction)을 낮추는 것이 해결방안으로 제시됩니다. 이를 통해 응집력을 약화시켜 기포가 쉽게 빠져나갈 수 있도록 해줌과 동시에 표면 젖음성(wetting)의 향상을 기대할 수 있다. 접착제 합성에서 주로 사용되는 모노머의 종류 및 특성이 있습니다. 원하는 tack과 peel strength값에 맞게 알킬기의 사슬길이가 4~10의 탄소수를 갖는 soft 모노머 혹은 hard 모노머를 선택하여 디자인합니다. 사용된 모노머의 비율과 Tg 값에 따라 합성된 접착제의 Tg를 Fox equation으로 구할 수 있는데 식은 다음과 같습니다.

 

Tack과 peel adhesion을 높이기 위해 soft 모노머를 사용하고 응집력을 부여하기 위해 hard 모노머를 선택합니다. AA와 2-HEA는 기재와의 부착력 증진에 도움을 주기 때문에 소량 사용하기도 합니다. 고분자 디자인 이외에도 물리적인 방법으로는 오토클레이브(autoclave)를 이용하여 기포를 빼내는 방법도 있습니다.
두 번째는 접착제층 안에 기포가 갇혀 있는 예로써 미세한 기포가 접착제 안에 존재하다가 외부에서 열을 받아 팽창하면서 눈에 감지될 정도의 기포로 자라는 것입니다. 또한 PC(polycarbonate)와 같은 플라스틱을 기재로 사용할 경우 기재에서 발생되는 가스가 접착제 내부로 들어와서 기포로 보이게 되는 경우입니다. 이와 같은 경우에는 접착제의 분자량 또는 겔분율을 높여 내부응집력을 강화하여 기포가 커지지 않게 하거나, 초기에 접착제 안으로 들어오지 못하게 하여 해결하는 방법이 있습니다.

이처럼 접착제 적용 시 기포 발생 원인을 정확히 판단하고, 그에 따른 Tg의 조절과 겔분율의 조절 그리고 내부응집력의 조화가 중요합니다. 이와 더불어 오토클레이브로 처리하는 것도 기포 제거시 중요합니다.

 

 

 

 

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