Investigation on Recovery, Permittivity and UV absorption of Acrylic Pressure Sensitive Adhesives for Display Application

Abstract

다양한 정보를 화면에 출력하는 표시 장치를 디스플레이라고 정의한다. 기종 디스플레이는 TV와 컴퓨터 모니터로 제한되었지만 21세기에는 휴대 전화 및 테블릿까지 응용 범위가 확장되었다. 따라서, 디스플레이를 위한 다양한 기능이 요구된다. 기존의 점착제 (PSA)는 디스플레이를 구성하는 각층을 고정시키는 역할을 했다. 그러나, 디스플레이가 발전됨에 따라 PSA의 다양한 기능이 요구되고 있다. 현재 디스플레이용 PSA에 요구되는 대표적인 기능성은 투명성, 복원 특성, 낮은 유전율 및 자외선 (UV) 흡수 등이 있다. 디스플레이를 구성하는 각 층은 아크릴 PSA에 의해 고정되기 때문에, 충분한 점착력이 요구된다. 특히, 유연 디스플레이용 아크릴 PSA는 점착력 뿐만 아니라 연신 및 복원 특성도 필요하다. 이러한 이유로, 아크릴계 PSA 상에 고/저 가교도 영역을 갖는 패턴을 제조하여 UV 패턴 효과를 확인하였다. 가교제 함량 및 UV dose에 따른 Gel fraction 측정 결과, 가교제 함량 1 phr 및 1600 mJ/cm2의 UV dose에서 가장 높은 Gel fraction 값이 얻어졌다. 최적의 낮은 가교도 영역을 제조하기 위해, 회색 및 흑색 명암에 따른 패턴 필름을 이용하였다. UV intensity 측정 결과, 회색 50 %는 가장 큰 가교도 차이를 나타냈다. 패턴 형성의 가시화를 위해, 발광 화합물인 2,5-bis(5-tert-butyl-benzoxazol-2-yl)thiophene (BBT)를 첨가하였고, 최적 함량은 0.001 phr임을 확인하였다. 패턴 크기에 따른 UV 패턴 아크릴 PSA의 Peel strength 및 Pull-off 측정 결과, 패턴이 형성됨에 따라 감소하는 경향을 보였다. 허나, 패턴 사이즈가 2 mm로 감소하였을 때, 점착력이 증가하였다. 한편, Lap shear 시험 결과, 패턴이 형성되었을 때, 최대 전단 응력 및 전단 변형이 감소하였다. 패턴 사이즈가 감소에 따른 큰 차이는 보이지 않았다. 응력 완화를 통한 복원 측정 결과, 패턴 사이즈가 4 mm 이하로 감소하였을 때, 특정 변형을 견디기 시작하였다. 또한, 패턴 사이즈가 2 mm로 감소하였을 때, 복원이 약 60 %로 증가하였다. 이 결과를 통해, 아크릴 PSA의 점착력 및 복원에 대한 UV 패턴의 가능성을 확인하였다. 스마트 장비의 터치 패널을 부드럽게 구동하려면 PSA의 유전율을 조절할 수 있어야 한다. 이러한 이유로, 아크릴 프리폴리머를 합성하였고, 4 가지 종류의 Low-k 단량체를 선택하였다. 아크릴 프리폴리머를 Low-k 단량체와 혼합하고 UV 가교를 통해 PSA 필름을 제조하였다. 제조한 필름의 점착력 및 유전율을 측정하였다. 아크릴 PSA는 Hexamethyldisiloxane (HMDS)의 함량이 증가함에 따라, 점착력이 감소하였으나, N-vinylcaprolactam (NVC)의 함량이 증가함에 따라, 점착력이 증가하였다. Low-k 단량체의 함량이 증가함에 따라, 아크릴 PSA의 유전율은 감소하는 경향을 보였지만, 다른 물성들은 단량체의 종류에 따라 다른 경향을 보였다. 이 결과를 통해, Low-k 단량체의 종류 및 함량에 따라 자유 부피 형성의 차이로 인해 아크릴 PSA의 점착력 및 유전율이 조절될 수 있음을 확인하였다. 최근 디스플레이는 야외에서 널리 이용되고 있다. 이러한 이유로, 디스플레이는 UV 조사로 인한 노화 및 신뢰성 문제를 야기할 위험이 있다. 이러한 문제로 인해 디스플레이의 각 층을 고정하는 PSA에도 UV 흡수 특성이 필요하다. 광중합을 통해, 아크릴 프리폴리머를 제조하였고, UV 흡수제 (UVA) 및 가교제를 이용하여 아크릴계 PSA를 제조하였다. UVA의 종류 및 함량에 따라 가시 영역에서의 색상 변화 및 투과율 측정 결과, 큰 차이를 보이지 않았다. UVA의 종류 및 함량에 따른 UV 흡수을 측정한 결과, 아졸기를 갖는 UVA가 벤젠기를 갖는 UVA보다 효과적이었다. 아졸기를 갖고 비교적 분자량이 작은 Benzotriazole의 효율이 더 높고 즉각적이었다. UVA의 종류 및 함량에 따른 점착력 특정 결과, 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나, 분자량이 큰 Triazine 함량 3 phr에서 응집력 감소로 인해 점착력이 급격히 감소하였다. 즉, 일정 함량의 UVA는 점착력 및 투명성을 감소시키지 않으면서 UV 흡수가 가능하였다. 다양한 종류의 UVA 중에서도, 아졸기를 갖고 분자량이 작은 UVA가 UV 흡수에 가장 효과적이었다. 디스플레이 적용을 위한 아크릴 PSA의 기능성 향상 및 점착력에 미치는 영향에 대한 연구가 앞으로 보다 심화된 연구를 진행하는데 참고될 수 있기를 바랍니다.

A display device that outputs various information to the screen is called display. Existing displays were limited to TVs and computer monitors, but in the 21st century, the range of applications such as mobile phones and tablets has expended. Accordingly, various functions for the display are required. The existing pressure sensitive adhesives (PSAs) were all responsible for fixing the layers that compose the display. However, various functions are also required for PSAs for the development of displays. The functionalities required for current display PSAs include transparency, flexibility, low permittivity and UV absorption. Since each layer constituting the display is fixed with an acrylic PSAs, a sufficient adhesion is required. In particular, an acrylic PSAs for flexible displays requires not only adhesion performance but also stretching and recovery characteristics. For this reason, we prepared the pattern with high/low crosslinking density region on the acrylic PSAs and confirmed the effect of the UV pattern. As result of gel fraction measurement with the content of the crosslinking agent and UV dose, the highest gel fraction value was obtained with the content of 1 phr of the crosslinking agent and UV dose of 1600 mJ/cm2. To prepare the optimal low crosslinking density region, a pattern film as a function of the contrast of the grey and black patterns was used. As a result of measuring the UV intensity, grey 50% showed the most difference in the degree of crosslinking. For visualization of pattern formation, 2,5-bis(5-tert-butyl-benzoxazol-2-yl) thiophene (BBT), a luminescent compound, was added, and the optimal content was 0.001 phr. As a result of peel strength and full-off measurement of UV patterned acrylic PSAs according to pattern size, it showed a tendency to decrease as pattern was formed. But when the pattern size was reduced to 2 mm, the adhesion increased. On the other hand, as a result of lap shear test, when a pattern was formed, the maximum stress and strain decreased. However, there was no significant difference even when the pattern size was decreased. The measurement results of the recovery via stress relaxation began to withstand a specific strain when the pattern size decreased to 4 mm or less. In addition, the recovery increased to about 60 % when the pattern size was reduced to 2 mm. Therefore, the possibility of the UV pattern on the adhesion performance and recovery of acrylic PSAs was confirmed. However, additional research on pattern shape and size is necessary. To smoothly drive the touch panel of the smart device, it is necessary to be able to adjust the relative permittivity of the PSA. For these reasons, acrylic prepolymers were synthesized, and four types of low-k monomers were selected. The acrylic prepolymer was mixed with low-k monomers and UV-crosslinked to prepare a PSA film. The adhesion performance and relative permittivity of the produced film were measured. As the content of hexamethyldisiloxane (HMDS) increased, the adhesion properties decreased; however, as the content of N-vinylcaprolactam (NVC) increased, the adhesion performance increased. As the content of low-k monomer increased, the relative permittivity of the acrylic PSA film showed a tendency to decrease, but other behaviors were shown to vary depending on the type. Through this result, it was confirmed that the adhesion properties and the relative permittivity of the PSA film are adjustable via the type and content of low-k monomer due to the difference in the formation of free volume. Recently, displays are widely used outdoors. For this reason, there is a risk that the display may cause aging and reliability problems due to ultraviolet (UV) irradiation. Because of these problems, the PSA that fixes each layer of the display, also required UV absorption. An acrylic oligomer was prepared through photopolymerization, and an acrylic PSA was prepared using UV absorbers (UVAs) and a crosslinking agent. There was no significant difference in the color change and the transmittance in the visible region depending on the type and content of UVAs. As a result of investigating UV absorption according to the type and content of UVAs, the UV absorption of UVAs with azole group was more effective than those with benzene group. The efficiency of benzotriazole (BTZ) with low molecular weight of UVA with azole group was higher and sooner. There was no significant difference in the measurement results of adhesion properties according to the type and content of UVAs. However, when the content of triazine (TZ) having a large molecular weight was 3 phr, the adhesion rapidly decreased due to a decrease in cohesion. In other words, a certain amount of UVA content could provide UV absorption without decreasing the adhesion properties and transparency. Among them, the UV absorption of UVA with azole group and low molecular weight was the most effective.