KR100687727B1 - 반사방지 필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 반사방지필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사방지 필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 반사방지 필름에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 고분자 물질을 저비등점을 갖는 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 고비등점을 갖는 비용매를 첨가하고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 기판 상에 코팅하는 단계를 포함하는 반사방지 필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 반사방지 필름에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 다단계 작업이나 후처리 공정이 필요 없이, 단일 공정에 의하여 짧은 시간 내에 경제적으로 우수한 반사방지 효과를 갖는 반사방지필름을 제조할 수 있다.

반사방지 필름

Description

반사방지 필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 반사방지 필름 {Process for the preparation of antireflection film and the antireflection film prepared therefrom}

도 1a 및 1b는, 일반적으로 디스플레이 장치에 사용되는 광학 필터에 대한 사시도 및 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따라서 제조된 반사방지 필름으로 코팅된 유리기판의 반사율을 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따라서 제조된 반사방지 필름의 단면 구조를 전자현미경으로 관찰한 사진이다.

본 발명은 반사방지 필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 반사방지 필름에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 다단계 작업이나 후처리 공정이 필요 없이, 단일 공정에 의하여 짧은 시간 내에 경제적으로 우수한 반사방지 효과를 갖는 반사방지필름을 제조할 수 있는 반사방지 필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 반사방지 필름에 관한 것이다.

반사방지 필름 (antireflection film)이란, 광반사를 방지하기 위한 필름을 의미하며, 이는 예를 들어 가시광선 영역에서 사용하는 반사방지 필름의 경우에는 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 다양한 디스플레이 장치에 있어서, 콘트라스트 및 화상 품질을 향상시키기 위한 목적으로 디스플레이 장치 표면으로부터 소정 간격 떨어진 지점에 장착되며, 이는 색감 향상을 위한 선택 흡수층 및 전자파 차폐를 위한 전자파 차폐층 등과 함께 광학 필터의 구성 요소가 되기도 한다. 또한, 근적외선 영역에서 사용하는 반사방지 필름의 경우에는 광통신 및 광전자 소자 등의 다양한 분야에 폭넓게 이용된다.

도 1a 및 1b에는, 일반적으로 디스플레이 PDP에 사용되는 광학 필터에 대한 사시도 및 단면도를 도시하였다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 필터 (100)와 PDP (110)는 수 mm의 간격을 가지고 배치되며, 필터 (100)는 각각의 필름을 부착시키기 위한 투명 기재로서 유리 또는 투명 플라스틱 기판 (103)을 사용하고, 여기에 전자파 차폐층 (104), 색감 향상을 위한 선택흡수층 (102) 및 반사방지층 (101) 등을 적층시킨 구조를 가지며, 도전막에 대전되는 전하를 PDP 내부의 섀시 (120)를 통하여 접지시킨다.

상기와 같은 광학 필터로서, 대한민국 공개특허공보 제2004-7002099호, 일본 공개특허공보 제2001-137282호 및 일본 공개특허공보 제1999-091091호 등에서는 특정 파장을 흡수하는 색소를 사용한 광학 필터들을 개시하고 있다.

종래에 이러한 반사방지 필름의 제조에 있어서는 무기물의 증착방법 또는 플루오르계 폴리머로 된 저굴절층과 아크릴계 폴리머로 된 고굴절층의 2층 구조를 필 름에 코팅하는 방법을 사용하여 왔다. 또한, 광산란이 적은 나노기공을 도입하여 저굴절층을 만들고자 하였는데, 필름을 코팅하고 상분리를 시킨 후 에칭하는 방법 등이 사용되었다.

그러나, 이러한 종래기술에 따른 방법들은 다단계 공정으로 이루어져 공정이 매우 복잡하고, 고진공 증착기 등의 고가 장비를 사용하며, 플루오르계 폴리머가 매우 고가라는 단점이 있었다.

이에 본 발명자들은 상기 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해서, 고가의 장비를 사용하거나 또는 다단계 작업을 수행할 필요 없이, 단일 공정에 의하여 간이하게 반사방지필름을 제조할 수 있는 방법 및 그로부터 제조된 반사방지 필름을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 일 구현예에서는,

고분자 물질을 저비등점을 갖는 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계;

상기 고분자 용액에 고비등점을 갖는 비용매를 첨가하고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및

상기 혼합 용액을 기판 상에 코팅하는 단계를 포함하는 반사방지 필름의 제조방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 다른 구현예에서는,

상기 방법에 의해서 제조된 반사방지 필름을 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 반사방지 필름의 제조방법 및 그로부터 제조된 반사방지 필름에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 다단계 작업이나 후처리 공정이 필요 없이, 단일 공정에 의하여 짧은 시간 내에 경제적으로 우수한 반사방지 효과를 갖는 반사방지필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면 반사방지 필름의 제조방법이 제공되며, 본 발명에 따른 반사방지 필름의 제조방법은, 고분자 물질을 저비등점을 갖는 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 고비등점을 갖는 비용매를 첨가하고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 기판 상에 코팅하는 단계를 포함한다.

본 발명은 용매와 비용매 사이의 비등점 차이에서 기인하는 고분자의 상분리 현상을 이용한 것으로서, 고분자/용매/비용매 용액에서 용매의 비등점이 비용매의 비등점보다 낮게 되면 코팅 중에 기판 상에 도포된 용액의 표면은 용매의 빠른 증발에 의하여 먼저 고체화되고, 그 아래로는 비용매의 높은 비등점으로 인하여 비용매의 함량이 증가하여 상분리 현상이 초래된다. 따라서, 최종적으로는 코팅된 필름은 표면으로부터 치밀한 표면층과 그 아래로 기공 구조를 갖게 된다. 이러한 기공 구조는 가시광선에서 굴절율이 낮은 층으로 인식되어 전체적으로 빛의 간섭 결과가 상쇄 간섭을 일으키도록 하여 반사가 방지된다.

본 발명에서 사용가능한 고분자로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 아크릴 계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 스티렌계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 플루오르계 고분자 및 그 혼합물 등과 같은 비정형의 투명한 고분자가 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용가능한 저비등점 용매로는 비등점이 60 내지 100℃인 것이 사용될 수 있다. 저비등점 용매의 비등점이 60℃ 미만인 경우에는 용액의 증발의 너무 빨라 균일한 코팅이 어려운 문제점이 있으며, 100℃를 초과하는 경우에는 비등점 차를 이용한 상분리가 잘 일어나지 않는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

한편, 이러한 저비등점 용매로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 에테르, 벤젠 및 톨루엔 등과 같은 유기 용매들이 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용가능한 고비등점 비용매는 그 비등점이 용매보다 높은 것이 사용되어야 하며, 바람직하게는 90 내지 235℃인 것이 사용될 수 있다. 고비등점 비용매의 비등점이 90℃ 미만인 경우에는 상분리가 잘 일어나지 않아 기공성 조직이 잘 발달되지 않는 문제점이 있으며, 235℃를 초과하는 경우에는 상분리가 커지게 되어 기공의 크기가 커지고, 많은 양의 빛을 산란 시키는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

한편, 이러한 고비등점 비용매로는, 저비등점 용매와 혼합이 가능하고 비등점이 저비등점 용매보다 높은 비용매들이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 옥탄, 노탄, 데칸, 운데칸, 도데칸, 트라이데칸 및 그 혼합물 등과 같은 알칸 계열의 고비등점 비용매들이 사용될 수 있다. 상기 알칸 계열 고비등점 비용매들의 비등점은 각각 125℃, 151℃, 174℃, 195℃, 215℃ 및 235℃이다.

고분자 물질을 저비등점을 갖는 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계에 있어서, 고분자 물질의 농도는 얻고자하는 필름의 두께, 즉 반사방지 효과가 있는 빛의 파장 영역에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 고분자 물질의 농도가 0.007 내지 0.01g/cc인 경우에는 가시광선 영역에서, 고분자 물질의 농도가 0.01 내지 0.03g/cc인 경우에는 근적외선 영역에서 반사방지 효과를 내는데 사용될 수 있다.

고분자 물질의 농도가 상기 범위 미만인 경우에는 필름의 두께가 너무 얇아서 가시광선 영역에서 반사방지 효과를 발휘할 수 없다는 문제점이 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 필름의 두께가 너무 두꺼워서 가시광선 및 근적외선 영역에서 반사방지 효과를 발휘할 수 없다는 문제점이 있다.

상기와 같이 제조된 고분자 용액에 고비등점을 갖는 비용매를 첨가하고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계에 있어서, 첨가되는 비용매의 양은 고분자의 농도와 비용매의 비등점에 따라서 매우 달라진다. 예를 들어, 상기 고분자 용액의 농도가 0.009g/cc인 경우라면, 고비등점을 갖는 비용매로서 옥탄을 사용하는 경우에는 그 함량이 3 부피%, 노난을 사용하는 경우에는 그 함량이 2 부피%, 또한 데칸을 사용하는 경우에는 그 함량이 1.5 부피%이면 적정양이 된다.

비용매의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 기공층이 발달할 수 없어서 반사방지 효과가 적어진다는 문제점이 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 기공의 크기를 매우 크게하므로 빛의 산란이 커지게 되고 반사방지 효과가 떨어진다는 문제점이 있다.

최종적으로, 상기 고분자 용액과 비용매의 혼합 용액을 기판 상에 코팅하는 단계를 수행한다. 코팅 방법으로는 혼합 용액을 신속하게 증발시킬 수 있고, 필름의 두께를 제어할 수 있는 방법이라면 무방하며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 롤코팅, 바코팅, 스핀코팅 및 딥 코팅 등과 같은 다양한 코팅 방법들이 사용될 수 있다.

코팅에 있어서, 혼합 용액의 코팅량은 원하는 크기의 기판을 잘 덮을 수 있을 정도면 무방하며, 예를 들어 2.5 cm² × 2.5cm² 크기의 기판이라면 0.3cc 정도의 혼합 용액이면 충분하다.

코팅시 사용되는 기판으로는, 혼합 용액에 녹지 않고, 굴절율이 1.45 내지 1.8인 것들이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 유리, 인듐 틴옥사이드 (ITO) 및 플라스틱 기판 (폴리에스테르 (PET), 이미드, 폴리카보네이트) 등이 사용될 수 있다.

기판의 굴절율이 상기 범위 미만인 경우와 상기 범위를 초과하는 경우에는 빛의 상쇄 간섭 결과가 크지 않아 반사방지 효과가 떨어지는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

코팅 방법으로서 스핀코팅을 사용하는 경우, 그 회전 속도 (rpm)는 2,000 내지 9,000 rpm의 범위 내에서 원하는 두께를 맞추기 위해 광범위하게 조절이 가능하다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 방법에 의해서 제조된 반사방지 필름 이 제공된다.

본 발명에 따른 방법에 의해서 제조된 반사방지 필름은 최종 코팅된 필름의 구조가 표면에 존재하는 치밀한 표면층과 그 아래에 존재하는 기공을 포함하는 구조를 가지며, 전체적인 필름의 두께는 80 내지 300 nm 정도가 된다. 이때, 기공층의 기공 직경은 30 내지 200 nm 이하가 되어 가시광선 하에서는 굴절율이 낮은 층으로 인식되어 전체적으로 빛의 간섭결과가 상쇄 간섭을 일으키도록 함으로써 반사가 방지된다. 종래에 상기와 같은 구조는 기체분리용 분리막 제조에 사용되는 경우가 있었으나, 그 두께와 기공의 크기가 수십 마이크론 정도에 불과하여 반사방지 필름에 적용할 수 없다는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하여 두께를 100nm 정도로, 기공의 크기를 200nm 정도로 제어함으로써, 반사방지 필름에 적용가능한 구조를 제조할 수 있게 하였다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예

고분자로 폴리메틸메타크릴레이트 (이하, PMMA), 저비등점 용매로 클로로포름, 비용매로 노난을 사용하였다.

먼저, PMMA를 클로로포름에 용해하여 PMMA의 농도를 0.009g/cc가 되도록 준비한 후, 노난을 전체 부피에 대하여 2 부피% 함량이 되도록 첨가하였다. 이어서, 2.5cm² × 2.5cm² 크기의 유리 기판에 혼합 용액을 도포하고, 회전 속도를 9000, 5000, 3000 rpm으로 하여 스핀 코팅을 수행하였다. 필름이 형성되는 것은 모두 30초 이내의 스핀코팅으로 충분하였다.

도 3은 본 발명에 따라서 제조된 반사방지 필름의 단면 구조를 전자현미경으로 관찰한 사진이며, 필름의 단면 구조를 전자현미경으로 관찰한 결과, 필름의 윗부분은 치밀한 표면층이었으며, 그 아래 부분은 기공층으로 이루어져 있었다. 생성되는 필름의 두께는 회전 속도가 감소함에 따라 증가하였다.

또한, 필름이 코팅된 유리의 반사율을 측정하여 본 결과, 도 2 및 하기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 그 반사율이 크게 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 9000 rpm을 사용하였을 경우, 550nm에서 최소반사율이 0.84%, 5000 rpm인 경우 710 nm에서 0.43%, 3000 rpm인 경우 800 nm에서 0.50%로 매우 낮게 측정되어 우수한 반사방지 효과를 나타내었다.

사용된 용액	PMMA 0.009g/cc 클로포포름/2부피% 함량의 노난 용액
스핀코팅의 회전수	9000rpm	5000rpm	3000rpm
최소반사율	0.84%	0.43%	0.50%
최소반사율에서의 파장	550nm	710nm	800nm

본 발명에 따르면, 다단계 작업이나 후처리 공정이 필요 없이, 단일 공정에 의하여 짧은 시간 내에 경제적으로 우수한 반사방지 효과를 갖는 반사방지필름을 제조할 수 있다.

Claims (17)

1. 비정형의 투명 고분자 물질을 60 내지 100℃의 저비등점을 갖는 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계;

   상기 고분자 용액에 90 내지 235℃의 고비등점을 갖는 비용매를 첨가하고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및

   상기 혼합 용액을 기판 상에 코팅하는 단계를 포함하는 반사방지 필름의 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 고분자 물질은 아크릴계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 스티렌계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 플루오르계 고분자 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 저비등점 용매는 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 에테르, 벤젠, 톨루엔 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 고비등점 비용매는 옥탄, 노탄, 데칸, 운데칸, 도데칸, 트라이데칸 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 고분자 물질의 농도는 0.007 내지 0.01g/cc인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 고분자 물질의 농도는 0.01 내지 0.03g/cc인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 첨가되는 비용매의 양은 전체 혼합 용액에 대하여 1.5 부피% 내지 3 부피%인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 혼합 용액을 기판 상에 코팅하는 방법은 롤코팅, 바코 팅, 스핀코팅 또는 딥코팅인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 기판의 굴절율은 1.45 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 코팅 방법이 스핀코팅인 경우, 그 회전 속도 (rpm)는 2,000 내지 9,000 rpm인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조방법.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제

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