4. 커버용 플라스틱 재료

커버용 재료로 필요한 플라스틱 재료에 요구되는 특성을 <표1>에 유리와 대비하여 표시했다. 커버용 플라스틱은 <표2>에 나와 있는 것처럼 재료가 후보로 발매 또는 시작 중에 있다. 전체적으로 봐도 깨지지 않고 비산하지 않으며 가동성이 있고 가볍고 가공성이 우수하다는 것은 플라스틱 본래의 유리한 특성이다.
한편, 유리에 비해 떨어지는 투명성, 표면고도, 경질감은 플라스틱의 고도화와 동시에 표면 처리법의 고도화로 유리에 필적한 특성을 얻고 있다. 예를 들면, 표면의 상처 방지를 나타내는 연필경도로는 유기, 무기 공중합체화한 아사히철주금화학(NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD.)의 ‘실플러스’(10)에서는 9H가, 자외선경화형 우레탄아크릴레이트로 작성한 일본합성화학공업(The Nippon Synthetic Chemical Industry Co.,Ltd.)의 ‘ORGA’(11)에서는 7H가 실현되고 있다.
범용 플라스틱에서도 아크릴(PMMA) 수지의 표면 하드코드 도공처리로는 명판 진공의 ‘리게일리어’에서 9H가 가능하다고 한다. 벌크 특성으로 비교적 부드러운 폴리카보네이트(PC)로도 표면의 하드코트 처리는 3H정도가 된다. PC는 내충격성이 우수해 PC의 표면에 표면경량이 양호한 PMMA를 형성하는 공압출품이 테이진이나 미쓰비시가스화학에서 제공되고있다. DNP(Dai Nippon Printing. Co., Ltd.)에서는 PMMA/PC/PMMA의 3층 구성으로 하드코트처리하여 9H의 경도를 발표하고 있다.
하드코트처리는 처리제를 도공하는 방법과 금속산화물을 진공증착이나 스퍼터법으로 형성하는 방법이 있다. 도공제로는 자외선경화형의 다관능 아크릴 수지가 다루기 쉬워, 높은 표면 경도를 얻을 수 있는 것이다. 실란 화합물은 경화하면 유리구조를 가지게 되어 경도와 경질감, 내구성이 양립 가능하다.
플라스틱 커버 재료에서 해결해야만 하는 과제는 강성, 촌법안정성(선팽창, 온도팽창), 전기특성이 있지만 굉장히 어려운 과제이다. 이들은 수지의 벌크 특성 부여가 필요하다. 강성, 촌법안정성은 스미토모베이크라이트(SUMITOMO BAKELITE Co.,Ltd.)의 ‘스미라이트TTR’과 같이 글라스크로스를 첨가하여 탄성율이 17Gpa, 선팽창 계수가 9~11ppm/℃로 유리만큼 얻을 수 있다. 단, 두께가 얇은 것밖에 없으며 한편으로는 비중(比重)이 높아진다.
전기특성으로는 터치패널 감도에 영향받는 유전률이 유리(ε=7.5)에 비해 낮다는 문제가 있다. 강성 있는 수지의 유전률은 3정도로, 유리의 절반 이하이기 때문에 유리와 같은 감도를 얻기 위해서는 두께를 절반 이상 절감해야 한다. 이는 유리보다 강성이 낮은 플라스틱 커버재로는 두께를 늘리지 못하기에 강성을 확보하는 것이 곤란하다는 것을 말한다.
여기에서, 터치패널 단품으로 강성과 전기특성을 평가하는 것이 아닌, 터치패널부의 디스플레이 전체에서 강성을 확보하는 동시에 감도를 유지하는, 다시 말해 충격을 가해도 디스플레이가 파괴되지 않는 것을 중심으로 생각하면 다른 터치패널 구조를 생각할 수 있다. 그 중 하나가 <그림4>의 뒷대기형 터치패널이다.
표면에는 경도가 높은 경질관(硬質?)인 0.3~0.6㎜의 얇은 플라스틱시트를 가지고 있고 터치패널 뒷면에는 강성 있는 플라스틱시트를 붙이며 디스플레이에는 내충격성의 높은 겔시트재를 중간에 세워 접촉하는 구조이다. 내충격성의 높은 우레탄 겔층이나 실리콘 겔층만을 뒷대기판에 활용하여 디스플레이에 직접 접합하는 구조도 후보로 있다. 표면은 얇은 플라스틱커버재를 사용하기 때문에 터치패널 감도의 저하를 방지할 수 있다. 이와 같은 구조로 대형이어도 가볍고 깨질 염려가 없는 터치패널부의 디스플레이가 될 수 있다.

5. One Plastic Solution(OPS)의 가능성

커버재로 후보에 오른 재료의 예로는 ORGA나 실플러스와 같이 200℃가 넘는 내구성을 가지고 있는 것도 있다. 높은 내열성은 커버시트에 접촉, 투명전도성막(ITO)의 성막이 가능한 것을 말하며, 유리커버재에서 과제가 되었던 OGS와 같은 구조의 OPS가 쉽게 작성 가능하다.
물론 SpiderNet에서 OPS를 쉽게 작성할 수 있다. 또한 SpiderNet으로는 커버재로서 내열성을 필요로 하지 않는다는 이점도 있다. 대형 플라스틱시트를 소편화하는 가공방법의 용이함에서 OGS보다 OPS 쪽이 실현하기 쉽다. 스마트폰 정도의 소형에서 넓혀진 것으로 보인다.

6. 맺음말

터치패널의 경량화, 코스트 저감에 있어서 플라스틱화는 중요하다. 하지만 플라스틱화로 간단히 코스트다운이 된다고 생각하는 것은 잘못된 것이며, 대량생산되고 있는 플라스틱 재료는 코스트가 비교적 저가이지만, 특수한 수지에서 생산량이 적다면 화학강화 유리보다 고가가 될 경우가 많다. APT화에서는 접합공정을 포함한 터치패널 생산방법의 개선이 필요하다.
유기EL디스플레이에서는 완곡디스플레이의 발표가 다수 있어 최종적으로는 두루마리식 가요성 디스플레이를 목표로 한 개발이다. 커버 재료에도 가요성이나 2D, 2.5D 형상품을 찾는다. 형상품을 양산하는데는 폴리머 수지의 사출성형이 후보 중 하나다. 사출성형으로는 커버 주변 부분의 액자 가식을 한 번에 작성할 수 있는 2색성형법, 터치패널을 금형 내에 설치하여 커버 재료 수지를 사출성형으로 주입하거나, UV 경화 수지를 주입·경화시켜 일체화하는 인몰드 성형 등의 활용도 예상된다.

<참고문헌>
(1) 中谷：”ディスプレイ技術年鑑2012”、p.166、タッチパネル技術のロドマップ
(2) 中谷：”電ガラス”、45、p.7(2011年)
(3) 中谷：日エレクトロニクス、p.75　“大型タッチパネルを安なCu配線で現”(2013年4月15日)
(4) Nakatani : Proceeding of the 19th International Display Workshops in conjunction with Asia Display 2012 (IDW/AD’12), pp.807-810
(5) Sony(株)「CX-PAL」,Vol.91, New Products ACX-433BLN4 (2012年冬)
(6) Apple社　i-Pad　カタログより http:www.apple.com/jp/ipad/compare/
(7) SID2012 Business Seminar of HISby Randy-Lawson
(8) 日Tec-On[iPad Miniの部材サプライヤ](2012年10月22日)
(9) J.Colegrove Touch Display Recearch SID 2013 Market focus conference
(10) 朝日住金化株「シルプラス」カタログより
(11) 日本合成化工業株「ORGA」カタログより

* 필자
中谷健司(NAKATANI KENJI)
(주)터치판넬연구소 개발부 부장