JP2007275861A

JP2007275861A - 硬化樹脂層の形成方法

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Publication number: JP2007275861A
Application number: JP2006152965A
Authority: JP
Inventors: Kokuryu Kyu; 邱國隆; ▲ちゃん▼煌義; Kogi Chan; Ya-Chuan Cheng; 鄭雅娟; Kenshi Rai; 頼建志; Dosei Yo; 葉土生
Original assignee: Optimax Technology Corp
Current assignee: Optimax Technology Corp
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2007-10-25
Also published as: TW200738463A

Abstract

【課題】硬化樹脂層にカールが発生することを防ぐとともに、硬化樹脂層の硬度を高める硬化樹脂層の形成方法を提供する。
【解決手段】先ず基材上に樹脂材料を塗布して樹脂層を形成する（ステップ２１０）。続いて、樹脂層へ紫外線を照射して硬化樹脂層を形成する（ステップ２２０）。最後に硬化樹脂層に対して熱処理を行い（ステップ２３０）、硬化樹脂層の硬度を高め、カールが発生することを防ぐ。
【選択図】図２

Description

本発明は硬化樹脂層の形成方法に関し、特に表示装置に用いる硬化樹脂層の形成方法に関する。

現在の発展趨勢から見た場合、例えば、液晶表示装置、プラズマ表示装置、陰極線管（ＣＲＴ）表示装置、屋外表示装置又はパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）表示装置などの表示装置は、多様化の方向に向かって発展していることが分かる。そして、表示装置のパネルを保護するため、耐擦傷性に非常に優れた高硬度のハードコートフィルムを使用する必要があった。

従来の硬化樹脂層の形成方法は、透明基材上に熱硬化型樹脂材料又は紫外線硬化型樹脂材料を塗布することが一般的であった。続いて、加熱又は紫外線照射の方式により架橋反応を行って樹脂を硬化し、硬化樹脂層（即ち前述のハードコートフィルム）を形成していた。しかし、樹脂を硬化させる工程では、樹脂層の硬化収縮に伴って硬化樹脂層が跳ね上がることがあった。

一般に、形成される硬化樹脂層の厚みが約１０μｍになると、硬化樹脂層にカール及び層間剥離が発生することがあり、硬化樹脂層の鉛筆硬度は約３Ｈとなり、ガラスの９Ｈよりも低かった。

また、硬化樹脂層の硬度を向上させるため、硬化樹脂層の厚みを増大させる方法があった。しかし、硬化樹脂層の厚みが約３０μｍにまで増大されると、硬化樹脂層に発生するカールもそれに伴って大きくなった。そのため、硬化樹脂層にカールが発生することを防ぐため、特許文献１において、ペンタエリストールアクリレート及びイソシアヌル酸エトキシ変性ジアクリレートの二種類の樹脂材料からなる硬化樹脂層によりカール現象を改善する方法が開示されている。しかし、この方法により形成される硬化樹脂層の鉛筆硬度は、ガラスの鉛筆硬度よりも低く１Ｈしかなかった。

また、硬化樹脂層のカール、割れ又は剥がれが発生しないように、特許文献２では、先ず基材上に厚みが３から５０μｍの緩衝層を塗布してから、その緩衝層上に厚みが３から１５μｍの硬化樹脂層を塗布する方法が開示されている。そして、これによりカール現象を改善して硬度を高める効果を達成していた。しかし、多層塗布方式を採用すると、厚みが増大し、工程の複雑度を高めるとともに工程の収率が下がるため、コストが無駄となった。

そのため、硬化樹脂層にカールが発生することを防ぐとともに、硬化樹脂層の硬度を高める必要があった。さらに、複雑な硬化樹脂層の工程を簡略化する必要もあった。

台湾特許公告第２００５１７２６０号公報台湾特許公告第５７４１０６号公報

従って、本発明の主な目的は、一回の塗布方式により硬化樹脂層を形成し、工程を簡略化する硬化樹脂層の形成方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、硬化樹脂層を熱処理することにより、硬化樹脂層のカールレベルを改善すると同時に密着性を高める硬化樹脂層の形成方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の硬化樹脂層の形成方法は、基材上に樹脂材料を塗布して樹脂層を形成する。続いて、樹脂層へ紫外線を照射して架橋硬化反応を発生させて硬化樹脂層を形成する。最後に適切な温度下で硬化樹脂層に対して熱処理を行い、フィルムにカールが発生することを防ぐ。

また本発明の樹脂には、有機又は無機の微粒子を注入してもよい。
さらに本発明の樹脂層への紫外線の照射は、強度及び照射量を調整し、一回又は複数回に分けて行ってもよい。
さらに本発明の熱処理は、約８０から１１０℃の間の温度で、３から１０分間の間の時間で行う。

本発明の硬化樹脂層の形成方法は、簡素化された構造及び簡略化された工程を有する。さらに、この硬化樹脂層は、紫外線を複数回照射してその硬度を高めることができる。そして、熱処理された硬化樹脂層は、カールが発生することを防ぐことができる上、その鉛筆硬度は、ガラスに近い４から８Ｈにまで達し、同時に耐擦傷性を向上させることもできる。そのため、この硬化樹脂層は、例えば表示装置の偏光板、拡散板、表面機能膜又は光学保護フィルムなどにも応用することができる。

（第１実施例）
図１Ａ及び図２を同時に参照する。図１Ａは、本発明の第１実施例による硬化樹脂層を示す断面図である。図２は、本発明の第１実施例による硬化樹脂層の形成方法を示す流れ図である。

先ず、ステップ２１０において、基材１１０上に樹脂材料を塗布して樹脂層を形成する。

続いて、ステップ２２０において、樹脂層へ紫外線を照射して架橋硬化反応を発生させ、硬化樹脂層１２０を形成する。本発明の好適な実施形態において使用する紫外線の波長は、４００ｎｍよりも短い（例えば、２５４ｎｍや３６５ｎｍなどである）。紫外線の強度は約１．０から１．４ワット／ｃｍ^２の間であり、その照射量は約０．２０から１．５ジュール／ｃｍ^２の間である。樹脂架橋硬化の反応工程は迅速（約１から２秒間の間）に行われるため、樹脂層が瞬間的に収縮して応力が集中し、カールが発生することがある。そのため、紫外線の照射ステップにおいて累積される応力を緩和するため、紫外線の照射ステップ２２０を行った後に熱処理ステップ２３０を行う。

ステップ２３０において、硬化樹脂層１２０及び基材１１０を適切な温度及び時間で装置内へ置き、熱処理を行って硬化樹脂層１２０にカールが発生することを防ぐ。同時に、この熱処理により硬化樹脂層１２０と基材１１０との間の密着性を高める。熱処理ステップ２３０は、約８０から１１０℃の間の温度で行われることが好ましく、熱処理ステップ２３０は、約３から１０分間の間の時間で行われることが好ましい。そして、上述の方法により形成される硬化樹脂層１２０は、鉛筆硬度が４から６Ｈの間となる。

本発明の好適な実施形態において、基材１１０は、例えばトリアセテートセルロース（Triacetate Cellulose：ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（Poly Ethylene Terephthalate：ＰＥＴ）、ポリエチレン（Polyethylene：ＰＥ）又はポリカーボネート（Polycarbonate：ＰＣ）などからなる。

上述の樹脂材料は、少なくとも一種類の光硬化性樹脂モノマー又は光硬化性樹脂オリゴマーを主に含み、光硬化性樹脂モノマーは、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート（Trimethylolpropane Triacrylate：ＴＭＰＴＡ）、ペンタエリスリトールトリアクリレート（Pentaerythritol Triacrylate：ＰＥＴＩＡ）、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（1,6-Hexanediol Diacrylate：ＨＤＤＡ）又はトリプロピレングリコールジアクリレート（Tripropylene Glycol Diacrylate：ＴＰＧＤＡ）などである。上述の光硬化性樹脂オリゴマーは、例えば脂肪族ポリエステル系ウレタンヘキサアクリレート（Aliphatic Polyester based Urethane Hexaacrylate）、変性エポキシアクリレート（Modified Epoxy Acrylate）、ポリエステルジアクリレート（Polyester Diacrylate）又は有機シリコンポリエーテルアクリレート（Silicone Polyether Acrylate）などである。また、樹脂層の塗布厚みは約１０から３５μｍの間である。

図１Ｂは、本発明のもう一つの実施形態による硬化樹脂層を示す断面図である。図１Ｂに示すように、樹脂層に高硬度のマイクロ粒子１３０及びナノ粒子１４０を添加することにより硬化樹脂層１２０の硬度を高める。マイクロ粒子１３０及びナノ粒子１４０を含む硬化樹脂層１２０の鉛筆硬度は、約４から８Ｈの間である。

マイクロ粒子１３０及びナノ粒子１４０は、重力作用を受けて硬化樹脂層１２０内を下向きに沈降する。そのため、硬化樹脂層１２０内で粒子を均一に分布させるため、マイクロ粒子１３０及びナノ粒子１４０は、適切な粒子沈降速度を有する材料から選択することが好ましい。

上述のマイクロ粒子１３０は、例えばポリメチルメタクリレート（Poly Methyl Methacrylate：ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（Polystyrene：ＰＳ）又はポリカーボネート（Polycarbonate：ＰＣ）など、粒径が約１から２０μｍである有機材料からなることが好ましい。上述のナノ粒子は、例えばシリカ、酸化チタン又は酸化アルミニウムなど、粒径が５から１００ｎｍの間である無機材料からなることが好ましい。

（第２実施例）
図３は、本発明の第２実施例による硬化樹脂層の形成方法を示す流れ図である。この第２実施例では、第１実施例の紫外線照射ステップ（ステップ２０２）を二回の紫外線照射ステップ（ステップ３２０、３２５）に分けて行う。樹脂材料、マイクロ粒子１３０及びナノ粒子１４０は、前述の実施例と同じであるため、ここでは繰り返して述べない。以下では、ステップ３２０、３２５のみについて詳しく説明する。ステップ３２０では、樹脂層に第１の紫外線照射を行う。その後、ステップ３２５において、第２の紫外線照射により樹脂層を硬化し、硬化樹脂層１２０を形成する。樹脂層に紫外線を二回照射する際に使用する紫外線は、一回当りの強度が、紫外線を一回だけ照射する第１実施例の強度よりも弱い。また、紫外線照射を二回行う時に使用する紫外線は、照射量の総量が紫外線照射を一回しか行わない方法で使用される量よりも多い。

紫外線を二回に分けて樹脂層を照射して紫外線の強度を下げる場合、樹脂層が受ける紫外線照射量の総量を増やすことができ、架橋硬化反応の時間を延ばすことができる。これにより、硬化樹脂層１２０の硬度をより一層高めることができる。本発明の好適な実施形態において使用する紫外線の波長は４００ｎｍよりも短い（例えば、２５４ｎｍや３６５ｎｍなどである）。第１の紫外線は、強度が約０．６から１．０ワット／ｃｍ^２の間であり、照射量は約０．２から１．５ジュール／ｃｍ^２の間である。第２の紫外線は、強度が約０．６から１．０ワット／ｃｍ^２の間であり、照射量は約０．２から１．５ジュール／ｃｍ^２の間である。

硬化樹脂層１２０の構造が図１Ａに示すようにマイクロ粒子及びナノ粒子を含まない場合、第２実施例により形成される硬化樹脂層１２０は、鉛筆硬度が４から６Ｈの間に達する。硬化樹脂層１２０の構造が、図１Ｂに示すようにマイクロ粒子１３０及びナノ粒子１４０が中に含まれている場合、第２実施例により形成される硬化樹脂層１２０は、鉛筆硬度が４から８Ｈの間に達する。

（測定例）
以下、測定例により上述の好適な実施例をさらに詳細に説明する。表１は、測定例で用いる樹脂材料を示す。この測定例では、使用する樹脂材料内にマイクロ粒子及びナノ粒子を添加する。表２は、樹脂硬化方法１（第１測定例）、樹脂硬化方法２（第２測定例）及び従来の方法（比較例）のそれぞれを、測定例の形成条件（例えば、基材材料、樹脂材料の塗布厚み、紫外線強度、紫外線照射量、熱処理温度及び熱処理時間などのデータ）による比較結果を示す。

１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンは、チバ・スペシャルティ・ケミカル社（Ciba Specialty Chemicals Inc.）の製品である「イルガキュア（Irgacure）（登録商標）１８４である。脂肪族ポリエステル系ウレタンヘキサアクリレートは、サートマー社（Sartomer Co. Inc.）の製品であるＣＮ９６８である。ペンタエリスリトールトリアクリレートは、サートマー社（Sartomer Co. Inc.）の製品であるＳＲ４４４である。ポリメチルメタクリレートは、綜研化学株式会社（Soken Chemical & Engineering Co., Ltd.）の製品であるＭＸ−８００Ｓである。シリカは、クラリアント化学株式会社（Clariant Chemical Taiwan Co., Ltd.）の製品であるＯＧ−５０２である。

表２に示すように、第１測定例では、強度が約１．２１ワット／ｃｍ^２で、照射量が約０．２８ジュール／ｃｍ^２の紫外線を樹脂層に一回照射する。続いて、約１００℃で約５分間熱処理を行い、硬化樹脂層を熱処理する。

第２測定例では、強度が約０．８３ワット／ｃｍ^２で、照射量が約１．０ジュール／ｃｍ^２の第１の紫外線を樹脂層へ照射してから、強度が約０．８３ワット／ｃｍ^２で、照射量が約１．０ジュール／ｃｍ^２の第２の紫外線を樹脂層へ照射する。続いて、約１００℃の温度で、約５分間硬化樹脂層を熱処理する。

比較例では、強度が約１．２１ワット／ｃｍ^２で、照射量が約０．２８ジュール／ｃｍ^２の紫外線を樹脂層へ一回照射した。ただし、この比較例では、硬化樹脂層に熱処理を行わなかった。

そして、上述の測定が終了した後に、硬化樹脂層の鉛筆硬度、耐擦傷性、密着性及びカールの測定を行う。表３は、硬化樹脂層の鉛筆硬度、耐擦傷性、密着性及びカールの測定結果を示す。ここで注意しなければならないことは、鉛筆硬度はＪＩＳ規格−Ｋ５４００により測定され、耐擦傷性は、ＪＩＳ規格−Ｋ５４００により測定されるということである。密着性は、基盤目試験用カッターにより１００個に分けられた面積寸法が１ｍｍ×１ｍｍの検体を測定し、密着性が良好な検体の数を測定する。

硬化樹脂層のカール高さの測定は、硬化樹脂層をＡ４の寸法（２９．７ｃｍ×２１．０ｃｍ）に切って室温環境下へ置き、カールの四角の平均高さを測定することにより行う。表３において、「非常に良好」はカールが全く発生していない状態を示し、「不良」はカールの平均高さが１０から２０ｍｍの状態を示す。

表３に示す第１測定例及び比較例から分かるように、硬化樹脂層に対して熱処理を行うと、耐擦傷性及び密着性が高まり、カールが発生することを防ぐことができる。また、第１測定例と第２測定例とを比較すると分かるように、紫外線を硬化樹脂層に二回照射してから熱処理ステップを行うと、硬化樹脂層の鉛筆硬度をさらに高めることができる。そのため、硬化樹脂層に対し非常に優れた耐擦傷性及び密着性を同時に提供し、硬化樹脂層にカールが発生することを防ぐことができる。

上述した本発明の好適な実施形態から分かるように、本発明は硬化樹脂層の構造を簡素化することにより、工程を簡略化することができる。また、紫外線の照射強度、照射量及び照射回数を変えてから熱処理を行い、樹脂層を硬化させてカールが全く発生しない硬化樹脂層を形成し、硬化樹脂層の密着性を高めることができる。このほか、硬化樹脂層は鉛筆硬度（４から８Ｈ）を高めることにより、耐擦傷性を向上させることもできる。そのため、この硬化樹脂層は、例えば表示装置の偏光板、拡散板、表面機能膜又は光学保護フィルムなどにも応用することができる。

本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明の第１実施例による硬化樹脂層を示す断面図である。本発明の第２実施例による硬化樹脂層を示す断面図である。本発明の第１実施例による硬化樹脂層の形成を示す流れ図である。本発明の第２実施例による硬化樹脂層の形成を示す流れ図である。

符号の説明

１１０基材
１２０硬化樹脂層
１３０マイクロ粒子
１４０ナノ粒子
１５０樹脂

Claims

基材上に光硬化性樹脂を含む樹脂材料を塗布し、樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層に対して紫外線照射ステップを行い、硬化樹脂層を形成する工程と、
前記硬化樹脂層を熱処理する工程と、
を含むことを特徴とする硬化樹脂層の形成方法。
前記紫外線照射ステップで用いる紫外線は、強度が１．０から１．４ワット／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載の硬化樹脂層の形成方法。
前記紫外線照射ステップは、
第１の紫外線照射ステップ及び第２の紫外線照射ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の硬化樹脂層の形成方法。
前記第１の紫外線照射ステップ及び前記第２の紫外線照射ステップで用いる紫外線は、強度が０．６から１．０ワット／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項３に記載の硬化樹脂層の形成方法。
前記熱処理は、８０から１１０℃の間の温度で、３から１０分間の間の時間で行うことを特徴とする請求項１に記載の硬化樹脂層の形成方法。