KR100964707B1 - 광학용 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2축 연신 폴리에스테르 필름의 일면에 확산, 프리즘, 마이크로렌즈를 형성하는 수지와의 접착력이 높은 이접착 프라이머층과, 다른 일면에 유기입자로 표면조도를 형성하여, 액정디스플레이 장치 내 도광판이나 필름과의 적층 시 뉴턴링 발생을 방지하고, 필름 재단 및 펀칭공정성이 우수하며, 고온 고습환경에서 경시변화가 없는 뉴턴링 방지층이 형성된 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

2축 연신 폴리에스테르 필름, 이접착 프라이머층, 뉴턴링 방지층, 폴리에스테르 필름

Description

광학용 폴리에스테르 필름{Polyester film for optical use}

본 발명은 터치패널, 액정표시판(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP)등의 내부에 장착되는 필름들이 적층 시 발생되는 동심원 모양의 뉴턴링을 억제하는 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

일반적인 광확산이나 휘도향상에 사용되는 광학용 폴리에스테르 필름은 이접착성 코팅 처리된 폴리에스테르 필름의 이접착면을 그대로 두거나, 한쪽 면에 수 ㎛의 크기의 유기비드를 코팅하거나 또는 자외선 경화형 수지로 반구형의 패턴을 가공하고, 반대면 이접착층에 확산, 프리즘, 마이크로렌즈와 같은 형상을 갖도록 코팅을 하여 제조된다.

이 중 이접착면을 그대로 사용하는 경우에는 이접착면이 도광판에 닿거나 마이크로 렌즈 필름과 같이 균일한 패턴형상을 갖는 필름이 겹쳐지게 되면 적층필름 계면간의 간섭현상에 의해 동심원 형상의 뉴턴링이 발생하게 되어 액정디스플레이 화면에 그대로 나타나게 된다. 이를 방지하기 위해 한쪽 이접착면에 수 ㎛의 유기비드를 코팅하는 방법에 제시되고 있으나, 이의 경우에는 별도의 백코팅(Back Coating) 공정을 거쳐야 하며, 백코팅은 유기용제에 녹여진 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레탄계 수지, 멜라민 수지에 유기비드를 잘 분산하여 제조한 코팅액을 사용하는데, 이들 조액은 친환경적이지 못하고 작업성이 나쁜 문제점이 있다. 또한, 자외선 경화형 수지로 반구형 패턴을 뜨는 경우에는, 작업성과 공정성이 불리하여 생산성이 나빠지는 단점이 있다. 이외에도 일반적인 수용성 내지 수분산 수지는 열과 수분에 취약하여 액정 디스플레이에 장착하여 고온 고습에서 작동 시 코팅면의 도막강도가 약해지고, 헤이즈가 증가하는 단점이 있다. [대한민국 특허공개 제2007-0025733호, 제2001-0012365호, 제 2006-0104254호]

본 발명은 광학용 폴리에스테르 필름을 광확산, 휘도향상과 같은 디스플레이에 사용되는 광학필름에 효과적으로 적용하기 위하여 종래에 다양하게 제시되고 있는 폴리에스테르 필름의 표면 처리 방법에 비해 도막강도, 신뢰성 및 공정성, 수율 등을 개선하기 위한 새로운 방법을 제시하고자 한다.

본 발명은 2축 연신 폴리에스테르 필름 및 상기 폴리에스테르 필름의 일면에 이접착 프라이머층과, 다른 일면에 바인더 수지, 계면활성제, 유기입자 및 경화제 가 함유되어 이루어진 뉴턴링 방지층이 형성된 후, 적어도 한쪽 방향으로 연신하여 형성된 광학용 폴리에스테르 필름에 그 특징이 있다.

본 발명에 따라 제조된 광학용 폴리에스테르 필름은 액정디스플레이 장치 내 도광판이나 필름과의 적층 시 뉴턴링 발생을 방지하고, 필름 재단 및 펀칭공정성이 우수하며, 고온 고습 환경에서 경시변화가 없다.

본 발명은 2축 연신 폴리에스테르 필름의 일면에 이접착 프라이머층과, 다른 일면에 뉴턴링 방지층을 형성한 후 적어도 한쪽 방향으로 연신하여 형성된 광학용 폴리에스테르 필름에 그 특징이 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 기재로 사용되는 폴리에스테르 시트는 통상의 다가 유기산 성분과 지방족 글리콜을 축중합시켜 제조할 수 있으며 이들을 2종 이상 병용할 수도 있다. 특히, 본 발명에 따른 폴리에스테르 시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트(PEN)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리에스테르필름은 2축 연신함으로서 내약품성, 내열성, 기계적 강도 등을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 필름은, 통상적으로 주행성 향상을 위해 함유 시키는 무기입자를 포함하지 않는 것이 바람직하나, 필요에 따라 폴리에스테르 수지 중에 각종 첨가제를 함유하여 사용할 수 있다. 이때, 첨가제는 구체적으로 산화방지제, 대전방지제, 자외선 안정제 및 무기입자를 혼합 사용할 수 있다.

본 발명의 2축 연신 폴리에스테르 필름의 일면에 코팅하는 이접착 프라이머층은 폴리에스테르계 우레탄 수지, 열반응형 수용성 우레탄 수지 및 아크릴 공중합체 수지 중에서 선택된 1종 이상의 바인더 수지 20 ∼ 90 중량%, 수용성 열경화형 멜라민계 수지 0 ∼ 45 중량%, 불활성 무기입자 0.1 ∼ 25 중량% 및 비이온성 계면활성제 0.02 ∼ 10 중량%를 함유하여 이루어진다.

본 발명에서 사용된 프라이머층의 주성분인 열경화형 멜라민 수지는 이접착 특성과 도막강도를 구현하는 역할을 하며, 바인더 종류에 따라 첨가하지 않고 사용할 수 있다. 단, 사용량이 45 중량%를 초과한 경우 경화반응에 의하여 조액 안정성이 떨어져 조액의 점도를 증가시켜 코팅 공정성을 저해하는 단점이 있으므로 상기 범위를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

상기 무기입자는 실리카 입자를 사용할 수 있는 바, 이러한 무기입자는 0.1 중량% 미만이면 필름의 블록킹이 발생하기 싶고, 25 중량%를 초과하는 경우에는 헤이즈가 높아지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 필요에 따라서 반응을 촉진하거나 코팅성을 향상시키기 위해 당 분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제 성분인 촉매 또는 계면활성제, pH 조절제, 왁스, 슬립제 등을 사용할 수 있는 바, 이들은 본 발명의 효과에 불리한 영향을 미치지 않는 범위내에서 효과량으로 첨가할 수 있다.

본 발명의 뉴턴링 방지 코팅층은 폴리에스테르 수지와 아크릴 수지가 혼합된 바인더 수지 50 ∼ 85 중량%, 계면활성제 0.1 ∼ 10 중량%, 유기입자 0.1 ∼ 10 중량% 및 경화제 5 ∼ 30 중량%를 함유하여 이루어진다.

상기 바인더 수지는 폴리에스테르 수지와 아크릴 수지가 혼합된 것으로, 각각의 폴리에스테르 수지와 아크릴 수지는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다.

상기 폴리에스테르는 디카르복실산과 디올을 에스테르 교환 및 축중합시켜 얻어진 수용성 또는 수분산성 고분자 화합물이다. 상기 폴리에스테르에 사용되는 디카르복실산 성분으로는 테레프틸산, 이소프탈산, 아디프산, 5-나트륨 설퍼이소프탈산, 트리렐리트산, 무수 프탈산, 세바크산, 숙신산 등이 사용될 수 있다. 또한 디올 성분으로는 에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리 프로필렌 글리콜, 사이클로 헥산 디 메탄올 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 수지 조성물은 상기와 같은 폴리에스테르 공중합 수지에 아크릴 수지를 혼합하여 만들어진다. 이러한 아크릴 수지는 구체적으로 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 이소 부틸, t-부틸, 2-에틸 헥실, 시클로 헥실 등의 알킬기를 갖는 알킬 아크릴레이트 또는 알킬 메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트 등의 히드록시 함유 모노머 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더 수지의 고형분 농도는 20 ∼ 40 중량%, 바람직하기로는 30 중 량%를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 바인더 수지는 폴리에스테르 수지 50 ∼ 70 중량%와 아크릴 수지가 30 ∼ 50 중량% 범위로 혼합되어 이루어진 것을 사용하는 바, 상기 폴리에스테르 수지의 사용량이 50 중량% 미만이면 폴리에스테르 필름과의 부착력이 부족하고 70 중량%를 초과하는 경우에는 도막강도가 나빠지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 바인더 수지는 도포량에 따라 달라질 수 있으며, 비드와의 부착력을 유지하고, 비드의 탈락을 방지하기 위해 건조 후 도포두께가 0.5 ∼ 2 ㎛ 범위를 유지할 수 있도록 도포하는 것이 바람직하다.

상기 바인더 수지의 사용량이 50 중량% 미만이면 비드탈락이 발생하고, 80 중량%를 초과하는 경우에는 코팅성이 나빠지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

계면활성제는 입자의 분산성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 알콕시기, 히드록시기, 아민기 및 공액 이중결합으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상의 관능기를 갖는 계면활성제를 사용할 수 있다. 이러한 계면활성제는 0.1 ∼ 10 중량% 범위, 바람직하기로는 0.1 ∼ 2 중량% 범위로 사용된다. 분말입자 상태의 입자는 물에 분산되지 않으므로, 조액 시 직투입하여 사용할 수 없으므로 계면활성제를 분산제로 사용하여 입자를 계면활성제와 잘 비벼 섞어 페이스트 상태로 만들어 사용한다. 이때, 상기 계면활성제 양이 0.1 중량% 미만으로 충분하지 않으면 비드 분산이 고르게 되지 않으며, 10 중량% 범위를 초과하는 경우에는 신뢰성 평가 시 계면활성제가 도막으로 기어 나와 수분과 결합하여 헤이즈가 상승하고 도막강도를 저하시키는 문제가 있다.

또한, 상기 본 발명의 뉴턴링 방지 코팅층은 높은 표면저항으로 인한 이물부착을 방지하고 필름제단 공정성을 높이기 위해 대전방지제를 추가로 포함할 수 있으며, 비드분산성을 향상시키기 위해 사용하는 계면활성제를 대전방지제로 대체하여 사용할 수 있다.

유기입자는 뉴턴링을 방지하기 위한 조도 형성제로 사용되는 바, 구체적으로 아크릴계, 스티렌계 및 실리콘계 중에서 선택된 것으로 구형 또는 타원형이고, 크기가 2 ∼ 15 ㎛ 범위인 것을 사용할 수 있다. 상기 입자의 크기가 2 ㎛ 미만이면 뉴턴링 방지 기능을 할 수 없고 15 ㎛을 초과하는 경우에는 비드가 커서 바인더에서 쉽게 탈락하는 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 유기입자는 0.1 ∼ 10 중량%, 바람직하기로는 0.1 ∼ 5 중량% 범위로 사용하는 바, 상기 사용량이 0.1 중량% 미만이면 비드에 의해 만들어지는 표면조도가 작아 뉴턴링 개선 효과가 없으며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 헤이즈가 상승하며, 빛투과율이 저하되어 광학필름으로 적용이 적절하지 않은 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

경화제는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나 구체적으로, 멜라민-폴름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 수용성 블록화 디이소시아네이트 수지 및 카르보디이민 등을 사용할 수 있다. 이러한 경화제는 5 ∼ 30 중량%, 바람직하기로는 10 ∼ 30 중량% 범위로 사용하는 것이 좋 다. 액정 디스플레이는 평가항목으로 고온 고습에서 신뢰성 평가를 실시하는데, 액정 디스플레이에 사용되는 광학필름도 고온 고습에서 물성변화가 없어야 한다. 경화제는 뉴턴링 방지층의 도막강도를 유지하고, 열과 수분에 의한 바인더의 열화를 방지하기 위해 사용하는 바, 상기 경화제의 사용량이 5 중량% 미만이면 도막강도가 강화되지 않고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 미경화된 경화제로 인하여 오히려 도막강도 향상이 어려운 문제가 있다.

상기 이접착 프라이머층과 뉴턴링 방지층을 형성하기 위한 각각의 용액은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 그라비아 코팅, 롤코팅, 압출코팅, 바코팅 및 블레이드 코팅 등의 통상의 알려진 방법들이 이용될 수 있으며, 바람직하기로는 양면 코터를 사용하여 각각의 용액을 코팅하는 인라인 코팅을 사용하는 것이 좋다.

폴리에스테르 필름의 제조방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 다음과 같이 통상의 방법으로 제조할 수 있다.

먼저, 극한점도가 0.4 ∼ 0.9 ㎗/g인 폴리에스테르 수지를 통상의 방법을 이용하여 용융 압출한 다음, 20 ∼ 30 ℃의 냉각롤에 정전인가하여 시트로 성형한다. 상기 성형된 시트를 70 ∼ 100 ℃에서 종방향으로 2 ∼ 5배, 바람직하게는 3 ∼ 4배로 연신한 다음, 다시 100 ∼ 120 ℃에서 횡방향으로 2 ∼ 5배, 바람직하게는3 ∼ 4배로 연신한 후, 200 ∼ 260 ℃, 바람직하게는 220 ∼ 240 ℃에서 열고정시켜 이축연신 폴리에스테르 필름을 제조한다.

이때 상술한 프라이머층과 뉴턴링 방지층 성분을 함유하는 적절한 농도의 수 분산 수지조성물(이접착 조성물)을 미연신 시트의 양면에 도포하거나, 종방향으로만 연신된 폴리에스테르 필름의 양면에 코팅한다.

이와 같은 방법으로 제조된 광학용 폴리에스테르 필름은 두께가 50 ∼ 350 ㎛ 범위이고, 빛투과율이 89 ∼ 92% 범위이며, 헤이즈가 0.5 ∼ 10%, 바람직하기로는 0.5 ∼ 4% 범위이고, 신뢰성(65℃/98%RH) 평가 후 헤이즈 증가량이 1% 이하, 구체적으로 평가 전과 동일하거나, 이의 증가량이 최대 1% 범위인 것이 바람직하다. 이때, 뉴턴링 방지층은 건조 후 코팅 두께가 0.5 ∼ 2 ㎛ 범위를 유지한다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폴리에스테르 수지(폴리에틸렌테레프탈레이트, SKC)를 280 ℃에서 용융압출 시킨 후, 약 85 ℃에서 진행방향으로 3.5배 연신시켜 폴리에스테르 시트를 얻었다. 상기에서 얻어진 폴리에스테르 시트의 일면에, 폴리에스테르계 우레탄 수지(대일본잉크화학 Hydran AP-201, 고형분 30 중량%), 35 중량%, 수분산 실리카 입자(일산화학, Snowtex ST-ZL, 고형분 40 중량%) 2 중량%, 계면활성제(3M, FC4430, 고형분 100 중량%) 0.1 중량% 및 순수 62.9 중량%으로 이루어진 수용성 고분자 분산액을 이접착 프라이머층으로 도포하였다. 상기 폴리에스테르 다른 한 면에는 아크릴-에스터 혼합 수지(다카마쯔 TWX-488, 고형분 30 중량%) 45 중량%, 4 ∼ 6 ㎛ 아 크릴 비드(일본촉매 MA1006, 고형분 100 중량%)와 계면활성제(일본순약 SAT-6C, 고형분 50 중량%)를 1 :1 중량비로 혼합한 비드 페이스트 1 중량%, 경화제(닛신보, Carbodelite, 고형분 40 중량%) 10 중량% 및 순수 44 중량%의 혼합비로 이루어진 백 코팅액을 바코팅 방법으로 도포시켰다. 이후에, 다시 120 ℃에서 횡방향으로 4배 연신시키는 동시에 도포된 코팅층을 건조, 경화시킨 뒤, 이어서 230 ℃의 온도에서 열고정하여 경화시켜 이접착 코팅층의 도포두께가 0.15 g/m², 반대면 백 코팅의 도포두께가 1 g/m²가 되도록 하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백 코팅층에 사용되는 비드의 크기가 6 ∼ 8 um인 것을 사용하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백코팅층에 사용하는 경화제를 멜라민계 경화제(대일본잉크화학 Bekamine J-101, 고형분 80 중량%) 6 중량%를 사용하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백 코팅층에 사용되는 바인더 수지를 폴리에스테르계 수지(도요보 MD-1480, 고형분 30%) 45 중량%를 사용하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백 코팅층에 사용되는 바인더 수지를 아크릴계 수지(아베시아 네오크릴 A-1110, 고형분 30 중량%) 45 중량%을 사용하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

비교예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백 코팅층에 경화제를 사용하지 않고 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

비교예 4

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백 코팅층에 아크릴 비드를 사용하지 않고 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

상기 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 4에서 제조된 폴리에스테르 필름을 하기와 같은 방법으로 필름 물성을 측정하고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

[물성측정방법]

(1) 헤이즈

ASTM D 1003의 표준 측정법에 따라 가드너(Gardener)사의 XL 211 헤이즈 미터를 사용하여 측정하였다.

(2) 빛투과율

ASTM D 1003의 표준 측정법에 따라 가드너(Gardener)사의 XL 211 헤이즈 미터를 사용하여 측정하였다.

(3) 도막강도

기배이앤트 社에서 제조한 러빙 테스터기 KPD-301을 사용하여, 실시예에 의해 제조된 필름의 뉴턴링 방지 코팅층 표면에 200 g의 하중으로 왕복하였을 때 코팅층이 벗겨지는 시점의 왕복 회수를 측정하였다.

○ : 70회 이상 ∼ 100회 미만, △ : 30회 이상 ∼ 50회 미만, × : 10회 미만

(4)신뢰성

BLU상에 장착되어지는 순서로 필름을 넣고 항온항습기 65℃/95%습도에서 100 시간 경과 후 코팅필름의 도막강도와 헤이즈 값을 측정한다.

(5)뉴턴링

발생 상면에 마이크로 렌즈 코팅을 한 필름 2장을 겹쳐 도광판 사이에 넣고 뉴턴링이 발생하는지 확인한다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 ∼ 3에서 얻어진 광학용 폴리에스테르 필름은 비교예 1 ∼ 4에서 제조된 필름에 비해 도막강도가 우수하고, 고온 고습에서의 경시변화가 없으며, 뉴턴링 발생이 없어 인라인 백코팅 기능을 가지는 광학용 필름임을 확인할 수 있었다.

이상 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 우수한 내구성과 광학물성을 가지면서 뉴턴링 발생을 방지하므로 별도의 후 가공 백코팅 공정 없이 액정 디스플레이에 적용할 수 있다.

Claims (11)

1. 2축 연신 폴리에스테르 기재 필름; 및

   상기 폴리에스테르 필름의 일면에는 고형분을 기준으로 폴리에스테르계 우레탄 수지, 열반응형 수용성 우레탄 수지 및 아크릴 공중합체 수지 중에서 선택된 1종 이상의 바인더 수지 20 ∼ 90 중량%; 열경화형 멜라민계 수지 6 ∼ 45 중량%; 불활성 무기입자 0.1 ∼ 25 중량%; 및 비이온성 계면활성제 0.02 ∼ 10 중량%; 가 함유되어 이루어진 이접착 프라이머층이 도포되고,

   상기 폴리에스테르 필름의 다른 일면에는 폴리에스테르 수지 50 ∼ 70 중량%와 아크릴 수지 30 ∼ 50 중량%가 혼합된 바인더 수지 50 ∼ 85 중량%; 계면활성제 0.1 ∼ 10 중량%; 유기입자 0.1 ∼ 10 중량%; 및 경화제 5 ∼ 30 중량%; 가 함유되어 이루어진 건조 후의 두께가 0.5 ∼ 2 ㎛인 뉴턴링 방지층이 도포되어 있으며,

   적어도 한쪽 방향으로 연신하여 형성된 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이접착 프라이머층과 뉴턴링 방지층은 인라인 코팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자는 실리카 입자인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 유기입자는 아크릴계, 스티렌계 및 실리콘계 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 유기입자는 구형 또는 타원형이고, 크기가 2 ∼ 15 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 기재 필름은 두께가 50 ∼ 350 ㎛ 범위이고, 빛투과율이 89 ∼ 92% 범위이며, 헤이즈가 0.5 ∼ 10% 범위인 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름.
11. 삭제