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유정 증
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일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 Optical Bonding Materials for Touch Screen Panel 박초희ㆍ김현중 Cho-Hee ParkㆍHyun-Joong Kim Lab.

hjokim@snu.ac.kr (www.adhesion.org) 1. 터치스크린패널에서광학용접착소재의필요성 터치방식은현대사회에서중요한입력방식의하나로자리매김하였으며, 이에터치스크린패널 (touch screen panel, TSP) 은점차그영역을확대해가고있다.

가정에서필요로하는각종다양한기기들의입력장치로서 TSP를채용하는사례는점차늘어날전망이다 ( 그림 1). 1 TSP는구동방식에따라여러종류가있으나현재는가장수요가큰개인용전자기기에서그림 2와같이대부분정전용량방식을채택하고있기때문에 2, 정전용량 TSP 를제조하는데필요한요구물성을갖춘광학용접착소재가활발히연구개발되고있다.

1 일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 Optical Bonding Materials for Touch Screen Panel 박초희ㆍ김현중 Cho-Hee ParkㆍHyun-Joong Kim Lab. of Adhesion and Bio-Composites, Program in Environmental Materials Science, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University, Daehak-dong, Gwanak-gu, Seoul , Korea, ( 1. 터치스크린패널에서광학용접착소재의필요성 터치방식은현대사회에서중요한입력방식의하나로자리매김하였으며, 이에터치스크린패널 (touch screen panel, TSP) 은점차그영역을확대해가고있다. 2007년정전용량터치방식을채택한아이폰 (iphone) 의등장을시작으로스마트폰 (smart phone) 및태블릿 PC(tablet PC) 의성장세에힘입어그수요는급격히증가하였으며노트북, 올인원 PC(all-in-one PC), 일반모니터뿐만아니라 TV, 냉장고, 세탁기등백색가전, 자동차까지아울러기존의전자기기영역을넘어학교, 사무실, 가정에서필요로하는각종다양한기기들의입력장치로서 TSP를채용하는사례는점차늘어날전망이다 ( 그림 1). 1 TSP는구동방식에따라여러종류가있으나현재는가장수요가큰개인용전자기기에서그림 2와같이대부분정전용량방식을채택하고있기때문에 2, 정전용량 TSP 를제조하는데필요한요구물성을갖춘광학용접착소재가활발히연구개발되고있다. TSP는커버윈도우 (cover window) 아래에투명전극및디스플레이모듈 (display module) 이위치하는구조를가지며, 이들은초기에는그림 3a처럼커버윈도우와전극사이에에어갭 (air gap) 을이용한구조였으나현재는그림 3b와같이광학용접착소재를충진한풀라미네이션 (full lamination) 방식 ( 혹은다이렉트본딩 (direct bonding) 방식 ) 이일반화되어있는추세이다. 이러한풀라미네이션방식구조에서각레이어 (layer) 를접착시키기위해사용되는광학용접착소재는투명한양면테이프타입의 optically clear adhesive(oca) 와투명한액체타입의 optically clear resin(ocr 혹은 liquid optically clear adhesive, LOCA) 으로크게나눌 박초희 2009 서울대학교환경재료과학전공 ( 학사 ) 2009-현재 서울대학교환경재료과학전공석박사통합과정 ( 박사수료 ) 김현중 1987 서울대학교임산공학과 ( 학사 ) 1989 서울대학교임산공학과 ( 석사 ) 1995 The University of Tokyo 생물재료과학과 ( 박사 ) Virginia Polytechinic Institute & State Univ., Center for Adhesive & Sealant Science 화학과박사후 연구원 State Univ. of New York at Stony Brook 재료공학과, NSF-Center for Polymer at Engineered Interface 책임연구원 2013 State Univ. of New York at Stony Brook 재료공학과 Adjunct Professor Brookheven National Lab. 물리학과겸임연구원 1999-현재 서울대학교산림과학부환경재료과학전공교수 고분자과학과기술제 26 권 4 호 2015 년 8 월 313

일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 수있다. 여기서 optically clear 라는용어는소재자체의투과도가 90% 이상이됨을의미하는것으로, 매우투명한상태를가리킨다.

를통한빠른경화가가능하면서경제적인면에서도이점이있는아크릴계고분자가가장많이쓰이고있다 4.

광학용접착소재는단순히각구성층을서로접착시킬뿐아니라화질개선의측면에서도장점을가진다.

그러나에어갭을광학용접착소재로채우게되면필름층과접착소재간의굴절률차이가감소하게되어백라이트유닛으로부터의빛손실또한줄어들어선명하고밝은이미지표현이가능해지므로시인성이향상된다 ( 그림 4).

5 OCA와 OCR 두가지타입의광학용접착소재점유율은그림 6과같이예상되고있으며 OCR의점유율이점차늘어날것으로보인다.

2 일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 수있다. 여기서 optically clear 라는용어는소재자체의투과도가 90% 이상이됨을의미하는것으로, 매우투명한상태를가리킨다. 광학용접착소재로서쓰이는고분자는아크릴 (acryl) 계, 실리콘 (silicone) 계, 우레탄 (urethane) 계등이있으나매우우수한투명성을가지면서설계가용이하고 UV(ultraviolet) 를통한빠른경화가가능하면서경제적인면에서도이점이있는아크릴계고분자가가장많이쓰이고있다 4. 실리콘계고분자는우수한내열성을보유하고, 우레탄계소재는소프트세그먼트 (soft segment) 와하드세그먼트 (hard segment) 를조합하여물성을조절할수있기때문에각자의장점이있다. 광학용접착소재는단순히각구성층을서로접착시킬뿐아니라화질개선의측면에서도장점을가진다. 에어갭 을가진구조에서백라이트유닛 (backlight unit) 으로부터의빛은공기층과필름층사이의굴절률차이에의해반사되어일부손실이일어나게되고이는전반적으로흐릿한이미지를표현하게되어이미지품질의저하를유발한다. 그러나에어갭을광학용접착소재로채우게되면필름층과접착소재간의굴절률차이가감소하게되어백라이트유닛으로부터의빛손실또한줄어들어선명하고밝은이미지표현이가능해지므로시인성이향상된다 ( 그림 4). 3 또한접착소재의충진 (gap filling) 으로인해내진동성, 내충격성에서도장점을갖는다. 때문에광학용접착소재시장은그림 5에서와같이점차증가하고있으며앞으로도 TSP 의시장확대에따라성장을같이할것으로전망된다. 5 OCA와 OCR 두가지타입의광학용접착소재점유율은그림 6과같이예상되고있으며 OCR의점유율이점차늘어날것으로보인다. 이는그림 7에서처럼 OCA가가진기재적용시의기포생성가능성이라든가그림 8에서와같은커버윈도우의인쇄로인한단차메꿈능력저하등의문제가있기때문에이를해결하기위한대안으로서 OCR 의사용이증가하는것으로예상된것이라추측된다. 그러 그림 1. TSP 의시장전망. 1 (a) (b) 그림 4. 광학용접착소재를사용하지않았을때 (a) 와사용했을때 (b) 의이미지차이. 3 그림 2. 글로벌터치패널출하면적타입별추이및전망. 2 그림 3. (a) 에어갭 (air gap), (b) 풀라미네이션 (full lamination) 방식을이용한디스플레이구조. 3 그림 5. OCA/OCR 시장전망 Polymer Science and Technology Vol. 26, No. 4, August 2015

박초희ㆍ김현중 그림 6. TSP 본딩시장에서의 OCA 와 OCR 점유율. 5 그림 7. 기재적용시의기포생성사례. 8 그림 9.

9 나 OCR은레진과그에대한맞춤공정이함께개발되어야하고경화시수축률및오버플로우 (over flow) 에대해제어할수있는수단이필요하다.

광학용접착소재의요구물성 광학용접착소재는앞서언급한 OCA와 OCR의두형태로공급되고있으며형태에따라요구물성에약간씩차이가있다. 이에본고에서는먼저공통적으로요구되는성질에대해살펴본후 OCA 및 OCR 각소재별로요구되는물성에대해기술하고자한다.

코팅및경화직후의투명성은물론이거니와 TSP가사용되거나출고전저장되어있는조건을감안하여그조건내에서는투명성을지속적으로유지해야만디스플레이에서표시하는화면을사용자가보는데에문제가없기때문이다.

3 박초희ㆍ김현중 그림 6. TSP 본딩시장에서의 OCA 와 OCR 점유율. 5 그림 7. 기재적용시의기포생성사례. 8 그림 9. 고온 / 고습하에서의탁도변화 ( 테스트조건 : 글라스 (glass)/ 접착제 / 글라스 (glass), 85, 85 %RH 120 시간 ). 8 그림 8. OCA 적용시인쇄단차로인한기포생성모식도. 9 나 OCR은레진과그에대한맞춤공정이함께개발되어야하고경화시수축률및오버플로우 (over flow) 에대해제어할수있는수단이필요하다. 더불어차세대디스플레이로주목받고있는플렉서블디스플레이 (flexible display) 에는적용이어려운면이있어, 이러한공정상의요구에힘입어 OCR 및 OCA의성질을함께가지는하이브리드 (hybrid) OCA도개발되고있다. 6,7 2. 광학용접착소재의요구물성 광학용접착소재는앞서언급한 OCA와 OCR의두형태로공급되고있으며형태에따라요구물성에약간씩차이가있다. 이에본고에서는먼저공통적으로요구되는성질에대해살펴본후 OCA 및 OCR 각소재별로요구되는물성에대해기술하고자한다. 2.1 고투명성 ( 운점저항성 ) Optically clear라는소재이름에서도말해주듯, 투명성은광학용접착소재에있어가장중요한성질이다. 코팅및경화직후의투명성은물론이거니와 TSP가사용되거나출고전저장되어있는조건을감안하여그조건내에서는투명성을지속적으로유지해야만디스플레이에서표시하는화면을사용자가보는데에문제가없기때문이다. 그림 9 에서는고온고습조건으로인한광학용접착소재의탁도증가를나타내고있다. 8 이에대응하기위한운점저항성접착제및라미네이트 (cloud point-resistant adhesives and laminates) 라는명칭의특허가등록된바있으며, 운점저항성이란온도및습도변화와같은다양한환경조건에노출시접착소재가혼탁하게되지않는성질을의미하는것으로, 상기특허에따르면친수성세그먼트 (hydrophilic segment) 가혼탁발생을방지하는핵심요소로서작용하고있다. 10 헤이즈 (haze) 현상이발생하는원인은, 그림 10에모식도로나타낸바와같이접착소재를이루고있는연속적인 고분자과학과기술제 26 권 4 호 2015 년 8 월 315

일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 고분자상 (continuous adhesive phase) 에수분이흡수되면서서로상용성이좋지않은이유로수분이크게뭉쳐국지적으로존재하게되어이부분의파장이빛의파장보다크기때문에상분리및굴절률의미스매치로인해백색혹은뿌옇게보이는상태가되는것으로알려져있다.

광학용접착소재는구조상투명전극과맞닿아있기때문에그에영향을끼칠수있는데, 특히광학용접착소재로서흔히사용되는일반적인아크릴 (acryl) 계고분자의경우응집력및반응사이트 (site) 부여를위해아크릴산 (acrylic acid) 으로부 터온카르복실그룹 (carboxyl group) 을측쇄에가지는경우가많다.

4 일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 고분자상 (continuous adhesive phase) 에수분이흡수되면서서로상용성이좋지않은이유로수분이크게뭉쳐국지적으로존재하게되어이부분의파장이빛의파장보다크기때문에상분리및굴절률의미스매치로인해백색혹은뿌옇게보이는상태가되는것으로알려져있다. 이를해결하기위해서는상기에언급하였듯친수성관능기를도입하게되면, 수분이접착소재에흡수되더라도고르게분산되거나완전히용해될수있어탁도의증가를방지할수있게된다 비산성 TSP를구동하는데있어투명전극은필수적인요소로, 투명전극의손상은 TSP의고장과직결된다. 광학용접착소재는구조상투명전극과맞닿아있기때문에그에영향을끼칠수있는데, 특히광학용접착소재로서흔히사용되는일반적인아크릴 (acryl) 계고분자의경우응집력및반응사이트 (site) 부여를위해아크릴산 (acrylic acid) 으로부 터온카르복실그룹 (carboxyl group) 을측쇄에가지는경우가많다. 이러한산성분은투명전극을부식시킬수있는위험이크므로, TSP에사용되는광학용접착소재에서는최대한배제되어야한다. 따라서투명전극의대표적물질인 indium tin oxide(ito) 를부식시키지않으면서 TSP 에적용가능한광학용접착소재에대한특허또한출원된바있다. 11 그림 11에서확인할수있듯, 아크릴산이포함된접착소재는고온고습조건하에서 ITO의저항을크게증가시킨다. 상기특허에서는아크릴산대신 N-vinyl caprolactam 및 acrylamide 등의질소원소를포함한아크릴계모노머를첨가함으로써응집력을유지하면서도투명전극은부식시키지않는접착소재를제시하고있다. 2.3 고굴절률표 1에나타낸바와같이, 투명전극이코팅된 PET 필름이나커버윈도우로사용되는글라스및플라스틱의경우보통굴절률이 1.5 근방이다. 12 디스플레이의백라이트유닛에서발산된빛은 TSP 구조를이루고있는여러필름층을통과하게되기때문에, 필름과그들을서로접착시키는광학용접착소재의굴절률차이가작을수록빛손실이없이 TSP의커버윈도우까지도달할수있게된다. 빛손실은 TSP 구동시소비전력및배터리소모와도밀접한관련이있으므로굴절률차이를감소시키는것은중요한문제이다. 굴절률 1.5에근접한고굴절률광학용접착소재를만들기위해, 굴절률을제어하는여러가지방법이보고된바있 표 1. TSP 에사용될수있는각기재의굴절률 ( 기준파장 : nm) 12 기재종류 굴절률 PET ITO Polycarbonate Polyacrylate Glass 1.52 그림 10. 탁도가증가하는원인과친수성기를도입함으로써투명도를유지하게되는모식도. 10 그림 11. 고온 / 고습조건하에서투명전극 ITO 의저항증가를통해추측하는광학용접착소재의부식성평가. 11 그림 phenoxyehtyl acrylate 의도입을통한굴절률의변화 Polymer Science and Technology Vol. 26, No. 4, August 2015

5 박초희ㆍ김현중 표 2. 바이페닐그룹 (biphenyl group) 의도입으로인한굴절률제어 14 Example formula Monomer (g) IOA AA BPA Solvent (g) Initiator (g) Refractive index (RI) IOA/AA/BPA 78/2/ Ethyl acetate IOA/AA/BPA 58/2/ Ethyl acetate IOA/AA/BPA 38/2/ Ethyl acetate IOA/AA/BPA 18/2/ Ethyl acetate 그림 13. UV 조사량에따른경화된점착제의굴절률증가. 13 다. 중합시벤젠고리 (benzene ring) 를포함하는고굴절률모노머를첨가하여접착소재전체의굴절률을향상시킨연구사례가있으며 13, 그림 12에그결과를나타내었다. 일반적으로아크릴계고분자의경우 1.47 근처의굴절률을가지나, 2-phenyl ethyl acrylate를도입함으로써 1.5 이상의굴절률을얻을수있었다. 이와더불어아크릴점착제는 UV 조사에의한경화전후의굴절률에서도차이를보여, 경화가될수록굴절률이증가함을확인할수있다 ( 그림 13). 또한바이페닐그룹 (biphenyl group) 을포함한모노머를이용하여제조된굴절률 1.5 이상의광학용접착소재에대한특허도출원되었는데 14, 표 2에서바이페닐그룹 (biphenyl group) 의함량이증가함에따라굴절률이 1.49에서 1.55까지증가하는경향을볼수있다. 무기물인지르코늄카르복시에틸아크릴레이트 (zirconium carboxyethyl acrylate) 15 나이산화티타늄 (TiO 2) 16, 하프늄카르복시에틸아크릴레이트 (hafnium carboxyethyl acrylate) 17 등을블렌딩 (blending) 하여굴절률을컨트롤하는방법도시도되었다. 그림 14에서는지르코늄 (zirconium) 으로인해아크릴점착제의굴절률이 1.5까지상승한것을관찰할수있으며, 그림 15에나타난이산화티타늄 (TiO 2) 또한굴절률을증가시키는역할을하였다. 하프늄 (hafnium) 역시그림 16에서와같이그함량을증가시킴에따라 1.6 이상까지도굴절률이상승하는결과를나타내었다. 이와더불어단순히이산화티타늄 (TiO 2) 을필러 (filler) 로서그자체로첨가하는것에서한단계나아가표면을개질하여분산시킴에따라투명성을유 그림 14. 지르코늄카르복시에틸아크릴레이트 (zirconium carboxyethyl acrylate, ZrCEA) 의함량 (a) 및경화제 (methyl aziridine derivatives) 함량 (b) 에따른굴절률변화. 15 지하면서도 에이르는매우높은굴절률의점착필름을제조한연구결과도보고되고있다 ( 그림 17) 블리스터저항성 (Blister Resistance) 차세대디스플레이에서는경량화나플렉서블 (flexible) 고분자과학과기술제 26 권 4 호 2015 년 8 월 317

8,20 따라서이를방지하기위하여아크릴계점착부여수지를합성해광학용접착소재를구성하는주고분자에혼합함으로써점착제의 T g 를증가시킴에따라고온에서도기재와의접착력을유지하게하여기포생성을저하시키는방법이발표된바있다. 21 그림 15. 이산화티타늄 (TiO 2) 을함유한접착소재의굴절률.

6 일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 과같은이슈에대응하기위해 polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate(pc) 등플라스틱기재의사용량이점차증가할전망이다 ( 그림 18). 19 그러나플라스틱기재는그림 19에서나타난바와같이접착필름부착후고온고습조건하에서수증기나산소등의기체를발생시켜그로인해접착소재층과기재사이에기포가생기면서들뜨는현상이일어나게되는문제점이있다. 8,20 따라서이를방지하기위하여아크릴계점착부여수지를합성해광학용접착소재를구성하는주고분자에혼합함으로써점착제의 T g 를증가시킴에따라고온에서도기재와의접착력을유지하게하여기포생성을저하시키는방법이발표된바있다. 21 그림 15. 이산화티타늄 (TiO 2) 을함유한접착소재의굴절률. 16 상기연구결과에서살펴보면, 블리스터 (blister) 저항성은결국고온에서접착소재가얼마나접착력을유지하는가와관계가있으며, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 표면분석을통해관찰한결과블렌딩 (blending) 된점착부여수지 (tackifier) 가기재와접착소재사이의계면으로이동하여고온에서의접착력을유지해주는것으로결론짓고있다. 2.5 재작업성 (Reworkability) OCA의경우공정상에서기재에붙일때미스매치 (mismatch), 미스얼라인먼트 (misalignment) 혹은기포발생시일단박리후다시붙여야할상황이일어날가능성이존재한다. 기재가디스플레이모듈 (display module) 등의고가인경우 OCA 접착시의불량으로인해기재를버리기보다재활용해서쓸수있도록하는편이경제적이므로, OCA 필름의재작업성은중요한성질이라할수있다. 그림 20에서는닛토덴코 (Nitto Denko) 사 OCA 필름의글라스기재상에서재작업성을나타내고있는데, 재작업성이좋은경우에는그림 20a와같이깔끔하게박리가일어나지만, 재작업성이나쁜경우에는그림 20b와같이기재및 OCA 필름에서파손이일어난것을확인할수있다. 22 재작업성을좋게하기위해서는점착제의응집력을높이는방향으로설계를진행해야하며응집력은충분한가교및점착필름을구성하는고분자의하이드록실 (hydroxyl) 혹은카르복실 (carboxyl) 관능기의도입을통해그들사이의산 염기작용, 수소결합의생성으로인하여부여될수있다. 23 그림 16. 하프늄카르복시에틸아크릴레이트 (hafnium carboxyethyl acrylate) 를도입한광학용접착소재의굴절률. 17 그림 18. 차세대디스플레이인플렉서블디스플레이 (flexible display) 에서플라스틱기재가차지하는비율. 19 그림 17. 표면개질된이산화티타늄 (TiO 2) 을분산시킨용액과개질된이산화티타늄 (TIO 2) 의모식도. 18 그림 19. 광학용접착소재의블리스터저항성 (blister resistance) 테스트결과 ( 테스트조건 : 80, 240 시간 ) Polymer Science and Technology Vol. 26, No. 4, August 2015

박초희ㆍ김현중 2.6 블랙매트릭스 (Black Matrix) 에서의경화를위한이중경화형광학용접착소재 TSP의가장윗부분에해당하는커버윈도우와투명전극사이에 OCR을사용해서충진할경우, 흔히 UV 조사로경화를시키는 OCR의특성상인쇄가되어있는베젤 (bezel) 부분인커버윈도우의아랫부분에는 UV가도달하지못해경화가일어날수없게된다.

대표적인이중경화기구로는 UV에더하여열, 습기, 프라이머 (primer) 경화방식이있으며그림 21에서는열경화, 그림 22에서습기경화이중경화형광학용접착소재의경화메커니즘을나타내었다. 그외에도그림 23에서와같이측면에서 UV를조사하여경화시키는방식도고안된바있다. 6 그림 24, 25에서는 UV 없이도습기및열로인해이중경화소재의경화가진행됨을확인할수있다.

7 박초희ㆍ김현중 2.6 블랙매트릭스 (Black Matrix) 에서의경화를위한이중경화형광학용접착소재 TSP의가장윗부분에해당하는커버윈도우와투명전극사이에 OCR을사용해서충진할경우, 흔히 UV 조사로경화를시키는 OCR의특성상인쇄가되어있는베젤 (bezel) 부분인커버윈도우의아랫부분에는 UV가도달하지못해경화가일어날수없게된다. 경화가전부끝난상태로공급되는 OCA와달리, 공정상에서도포후경화를진행시키게되는 OCR은 UV와더불어그이외에추가적으로경화가일어날수있게하는경화기구를사용하여이중경화형광학용접착소재를설계하는경우도있다. 대표적인이중경화기구로는 UV에더하여열, 습기, 프라이머 (primer) 경화방식이있으며그림 21에서는열경화, 그림 22에서습기경화이중경화형광학용접착소재의경화메커니즘을나타내었다. 그외에도그림 23에서와같이측면에서 UV를조사하여경화시키는방식도고안된바있다. 6 그림 24, 25에서는 UV 없이도습기및열로인해이중경화소재의경화가진행됨을확인할수있다. 또한 UV를이용한양이온중합과하이드록실그룹 (hydroxyl group) 글리시딜그룹 (glycidyl group) 간의열로인한반응을이용한이중경화형 OCR 소재에대해연구가진행된바있으며그림 26에경화메커니즘을나타내었다 경화전후의수축률고분자소재에서경화전후수축이일어나는원인은경 그림 20. 글라스 (glass) 기재에서의 OCA 재작업성테스트 : (a) 좋은재작업성, (b) 나쁜재작업성. 22 그림 23. 블랙매트릭스 (black matrix) 아래의미경화된 OCR 과 UV 측면조사를통해경화된모습. 6 그림 21. UV 경화와열경화를이용한소재의이중경화메커니즘. 7 그림 24. 상온에서시간에따른습도에의한경화도변화. 6 그림 22. UV 경화와습기경화를이용한소재의경화메커니즘. 6 그림 에서경화시간에따른발열반응. 6 고분자과학과기술제 26 권 4 호 2015 년 8 월 319

8 일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 화전분자간에반데르발스 (van der Waals) 힘으로약하게결합되어있던분자들이서로공유결합으로강하게결합되어더큰분자구조를이루면서분자간의거리가줄어들기때문이다. 25 OCR의경우액상상태로기재에도포되어 UV가조사됨에따라경화되므로경화전후의수축률이크면기재간의미스매치 (mismatch) 및미스얼라인먼트 (misalignment), 잔존응력유발등의문제를야기할수있어통상 1 ~ 2% 대의수축률을갖는소재가바람직하다. 경화전후의수축률을측정하는방법으로는리노미터 (Linometer) 장비를이용하는것이간편한측정방법으로인해편리한데, 알루미늄플레이트에일정량의샘플을로딩하고, 그위에슬라이드글라스를덮은후일정하게떨어진거리에서 UV를조사하여경화를진행시키며실시간으로변위를측정하여수축률을얻는방식이다 ( 그림 27). 리노미터를이용해얻을수있는경화전후의수축률곡선은그림 28과같다. 실제측정된값은선수축률 (linear shrinkage) 이지만 그림 26. 하이드록실 (hydroxyl) 글리시딜 (glycidyl) 관능기를도입한이중경화형접착소재의경화메커니즘. 24 그림 27. 접착소재의수축률측정을위한리노미터 (Linometer) 의모식도. 27 그림 28. 리노미터 (Linometer) 를이용해측정한접착소재의경화전후수축률측정결과예시. 7 하기식에의해부피수축률 (volume shrinkage) 은선수축률 (linear shrinkage) 의약 3배에해당하므로두수치를연관지어생각할수있다. 26 vol% = 3ln% (lin%) (lin%) 3 수축률을감소시키기위해서는 OCR을구성하는고분자의분자량을높이고라디칼등의반응사이트밀도를낮추는방안이있으며, 일반적으로양이온중합은라디칼중합에비해낮은수축률을보인다고알려져있으므로 28 양이온중합을도입하는것또한 OCR의수축률을감소시키는데도움이될수있다. 2.8 신뢰성 TSP가사용되는여러어플리케이션의특성상제품자체의신뢰성을보장하기위해서는광학용접착소재또한신뢰성이보장되어야한다. TSP는앞으로생활가전및자동차의영역까지그경계를넓힐것으로예상되고있으므로, TSP를구성하는중요요소인광학용접착소재의신뢰성역시그중요성을더해가고있다. 위에서언급했듯시간이지나도투명성을유지해야하는것은물론, 투명전극을손상시켜서도안되며, 접착력또한저하되지않아야한다. 따라서가속노화시험을이용한수명예측을통해어느정도신뢰성이보장된소재가채택되어야한다. 현재업체에서사용하고있는가속노화시험조건은일반적으로 85 /85 %RH 29, 60 /90 %RH 30 등의조건에서 500시간방치된이후에도박리가일어나지않아야하며, 이외에도열충격 (-40 에서 30분, 85 에서 30분, 500회반복 ) 저항성시험, 85 에서 500시간이후에박리가없어야하는고온시험 30 등을거치는것으로알려져있다. 광학용접착소재는고분자이기때문에, 온도및프리퀀시 (frequency) 의변화에따라달라지는저장탄성률 (storage modulus) 및손실탄성률 (loss modulus) 그래프를얻을수있고, 모듈러스 (modulus) 를상대적인물성과연관지어생각할수있다. 그림 29에서는특정온도에서의저장탄성률 (storage modulus) 수치와관련있는접착소재의거동을간략하게서술하고있다. 31 또한특정프리퀀시영역에서의저장탄성률및손실탄성률은점착제의 3 물성 (peel, tack, shear property) 과연결되어있으므로 ( 그림 30), 32 점탄성커브를이용해물성의변화를간접적으로알아봄으로써접착소재의물성을예측하고그에따른신뢰성을평가가능하다. 이에더하여, 가속열화시험을진행한뒤접착소재의고장수명을알아볼수도있다. 실제사용조건보다가혹한조건에샘플을노출시킨뒤주요타겟물성에대하여시간에 320 Polymer Science and Technology Vol. 26, No. 4, August 2015

박초희ㆍ김현중 따라플랏하고, 일정수준까지물성이저하된고장시점을파악하여실제사용온도에서의수명을예측하는방법이다 ( 그림 31). 이때샘플을노출시킬가속시험조건은샘플의열화요인 (UV, 온도, 습도등 ) 에맞추어결정되어야하며, 가속시험후의물성은실제사용환경에서샘플을방치했을때의물성과연관지음으로써더욱신뢰도있는결과를얻을수있게된다.

결론 TSP는스마트폰이나태블릿 PC를넘어차후더욱그응용분야를넓혀갈것으로전망되며, TSP를조립하는데핵심요소로서광학용접착소재또한중요하다할수있다.

9 박초희ㆍ김현중 따라플랏하고, 일정수준까지물성이저하된고장시점을파악하여실제사용온도에서의수명을예측하는방법이다 ( 그림 31). 이때샘플을노출시킬가속시험조건은샘플의열화요인 (UV, 온도, 습도등 ) 에맞추어결정되어야하며, 가속시험후의물성은실제사용환경에서샘플을방치했을때의물성과연관지음으로써더욱신뢰도있는결과를얻을수있게된다. 33 가속열화시험으로소재의수명을예측하는것은짧은시간안에이루어질수있는것이장점이나, 재료에따라서데이터의산포가크고불규칙할수있어실제사용조건과가속시험간의상관성파악이어려워질가능성도존재할뿐아니라가혹한조건으로인한비정상적 인고장모드가발생할수도있으며, 가정했던가속모델이맞지않을때는분석에에러가일어날수있는것이단점이다. 33,34 3. 결론 TSP는스마트폰이나태블릿 PC를넘어차후더욱그응용분야를넓혀갈것으로전망되며, TSP를조립하는데핵심요소로서광학용접착소재또한중요하다할수있다. 단순히 TSP를구성하는부품들을서로접착시키기위한광학용접착소재에대한기술은어느정도성숙단계에이르렀다할수있으나 TSP의박형화및플렉서블이슈에대응하기위한전기전도성이나열전도성, 전자파차폐특성, 고내열성등다양한기능이추가적으로요구될수있어기본적인물성에더하여이러한특성을부여하기위한다방면의연구가진행중에있다. 참고문헌 그림 29. 점탄성곡선과접착물성과의관계. 31 그림 30. 일반적인접착소재의프리퀀시에따른점탄성곡선과프리퀀시영역에따른관련 3 물성. 32 그림 31. 가속열화시험과고장수명의예측예시. 1. 황준호, 2014년 IT 산업과 TSP의미래, 2014년터치패널핵심기술이슈분석및터치산업전망세미나, 비즈오션, 박종운, 2014년터치패널산업전망, 2014 Touch Panel 신소재및접착소재기술개발과상용화세미나, 산업교육연구소, en/products/b3/svr1120.html. 4. F. Keizai, Special Adhesives and Passivation Materials Market Outlook and Application 2012, Fuji Keizai, Tokyo, D. Yi, Touch Panel Report - OCA/OCR for Touch Panel , IHS, D. Lu, Liquid Optically Clear Adhesive for Display Applications, Henkel Corporation, O. Kirihara. Optically Clear Adhesives and Bonding Technology, S&T publishing, Tokyo, co.jp/e-dept/english/opteria/products/oca_ film.html. 9. 곽민기, 메탈메쉬를이용한터치패널센서의기술개발및사용화동향, 2014 Touch Panel 신소재및접착소재기술개발과상용화세미나, 산업교육연구소주최, A.I. Everaerts and J. Xia, U.S.Patent (2013). 11. A.I. Everaerts and J. Xia, U.S.Patent (2009) filmetrics. com/refractive-index-database. 13. S.-W. Lee, J.-W. Park, Y.-E. Kwon, S. Kim, H.-J. Kim, E.-A. Kim, and H.-S. Woo, J. Swiderska, Int. J. Adhes. Adhes., 38, 5 (2012). 14. M. D. Determan, A. I. Everaerts, C. L. Moore, and D. B. 고분자과학과기술제 26 권 4 호 2015 년 8 월 321

10 일반총설 터치스크린패널용광학접착소재 Olson, U. S. Patent (2010). 15. S. Kim, S.-W. Lee, D.-H. Lim, J.-W. Park, C.-H. Park, and H.-J. Kim, J. Adhes. Sci. Technol., 27(21), 2265 (2013). 16. S.-W. Lee, J.-W. Park, C.-H. Park, Y.-E. Kwon, H.-J. Kim, E.-A. Kim, and H.-S. Woo, S. Schwartz, M. Rafailovich, J. Sokolov, Int. J. Adhes. Adhes., 44, 200 (2013). 17. S.-W. Lee, J.-W. Park, C.-H. Park, and H.-J. Kim, Int. J. Adhes. Adhes., 50, 93 (2014). 18. K. Matsukawa, R. Miyazaki, R. Imura, K. Mitamura, M. Hirata, N. Nishioka, and S. Watse. Proc. 5th World Congress on Adhesion and Related Phenomena, 44 (2014) substrate-marketto-top-500-million-in-2020/. 20. E.-S. Park, J.-W. Park, and H.-J. Kim, Polymer Science and Technol., 23, 47 (2012) 21. K. Nakamura and H. Mori., Proc. 5th World Congress on Adhesion and Related Phenomena, 143 (2014). 22. T. Banba and T. Suzuki, Nitto Denko Technical Report, 47, 22 (2009). 23. Y. Toyama, S. Inoue, M. Nagata, and T. Hosokawa, U. S. Patent (2011). 24. T.-H. Lee, J.-W. Park, D.-H. Lim, P. Dou, H.-J. Kim, and S. Shin. Proc. 5th World Congress on Adhesion and Related Phenomena, 114 (2014). 25. S.-J. Ryu, J.-H. Cheon, and J.-B. Min, J. Korean Acad. Conserv. Dent., 36, 188 (2011). 26. A. De Gee, A. Feilzer, and C. Davidson, Dent. Mater., 9, 11 (1993). 27. J.-W. Park, J.-G. Lee, Y.-M. Yoo, and H.-J. Kim, S. Shin. Proc. 5th World Congress on Adhesion and Related Phenomena, 113 (2014). 28. J.-H. Park, Y.-G. Cho, H.-S. Do, D.-H. Lim, and H.-J. Kim, Korean Ind. Chem. News, 10, 35 (2007). 29. P. J. Shustack, U. S. Patent (2004). 30. E. Katakami, Japan Patent WO (2010). 31. D. Satas, Handbook of Pressure-Sensitive Adhesive Technology, Van Nostrand Reinhold, Warwick, I. Benedek, M. M. Feldstein, Fundamentals of Pressure Sensitivity, CRC Press, Boca Raton, Y.-I. Kwon, S.-J. Kim, and H.-W. Lee, Journal of Applied Reliability, 7, 149 (2007) php. 322 Polymer Science and Technology Vol. 26, No. 4, August 2015

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<C1A1C1A2C2F8C1A6BDC3C0E55F E786C7378> 점접착제 1-No. 20150900 Multi Client Report 점 접착제시장분석및전망 (2015) Sep., 2015 화학경제연구원 CHEMICAL MARKET RESEARCH INC. #1204, JnK Digital Tower, 111 Digital 26th, Guro-gu, Seoul 152-050, Korea TEL : +822-6124-6660