KR101010999B1 - 광학용 폴리에스테르필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구형 비드를 사용하여 공압출법에 의해 표면층을 형성시킨 광확산 기능을 갖는 광학용 폴리에스테르필름에 관한 것으로, 상세하게는 굴절율이 1.6 내지 1.8인 폴리에스테르수지로 된 기재층; 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성되고 상기 폴리에스테르수지에 비하여 용융점이 낮은 폴리에스테르 공중합체와, 구형의 유기 또는 무기계 비드가 혼합된 표면층; 으로 이루어지며, 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적리플로우 현상에 의해 구형비드가 요철을 이루는 광학용 폴리에스테르필름을 제공하여, 광특성이 우수하며 공압출에 의해 제조되는 신규 광학 필름을 제공하는 것이다.
광학 필름, 휘도, 표면 조도
Description
본 발명은 기재필름의 일면 또는 양면에 광확산 기능을 부여하기 위하여, 구형의 비드를 함유하는 표면층을 갖는 광학용 폴리에스테르필름에 관한 것이다.
일반적으로 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 'PET'라 한다)나 폴리에틸렌나프탈레이트는 우수한 열적 특성, 전기적 특성, 내약품성, 내습성, 내수성 및 투명성이 우수하여 섬유, 병(Bottle), 엔지니어링 플라스틱, 필름 또는 시이트 등에 이르기까지 실로 광범위하게 사용되어지고 있으며, 특히 최근에는 전자부품용 투명소재 필름으로 많이 사용되고 있는 실정이다.
이러한 폴리에스테르 필름은, 일반적으로 2염기산인 테레프탈산(TPA) 또는 디메틸테레프탈레이트(DMT)등과 같은 2가산 또는 2가 에스테르와 2가 알코올인 에틸렌글리콜을 촉매 및 각종 첨가제 존재 하에서 상압 에스테르 교환 반응하여 단량체를 만들고, 상기 단량체를 중합 촉매 및 각종 첨가제 존재 하에서 고진공 중합반응하여 폴리에스테르 중합체를 만든 다음, 이를 다시 건조, 용융, 압출하여 두꺼운 시트(Sheet)로 성형하고, 이를 다시 폴리에스테르의 유리전이온도 이상에서 2축 연신하고, 연화점 이하에서 열고정한 후, 롤(roll)상으로 권취함으로써 제조된다.
즉, 이러한 PET는 통상적으로 다음과 같은 2단계 반응에 의해 공업적으로 제조되고 있다.
에스테르 형성 유도체와 에틸렌글리콜을 통상 260 ∼ 300℃의 가열반응에 의해 저(低)중합체를 형성하는 제1단계 반응과, 생성된 저 중합체를 안티몬화합물, 티탄화합물 및 게르마늄화합물 중 적어도 하나의 촉매와 인산계열의 열안정제 등 각종 첨가제의 존재 하에서 통상 280 ∼ 310℃ 에서 원만한 중축합 반응에 의한 일정 점도를 가지는 액상의 폴리에스테르 생성을 위한 제2단계 반응과, 이러한 반응을 통해 얻어진 폴리에스테르 수지를 펠렛화하고 예비결정 과정과 건조과정을 거친 다음, 필름 제조용으로 사용되게 된다.
필름의 제조방법의 일예를 든다면, 먼저 폴리에스테르 수지를 280℃ 이상의 고온에서 용융시킨 다음, 압출시킨 후 내부에서 냉각수가 순환되고 있는 캐스팅드럼을 이용하는 정전인가 캐스팅법을 이용하여 상온에서 냉각, 고화 시켜 비결정성의 미연신 폴리에스테르 시트(sheet)를 제조한 후, 이를 상하 또는 횡으로 배치된 롤(Roll)을 사용하여 유리전이온도 이상의 온도에서 필름의 이동방향과 동일한 종방향으로 일정비율 이상으로 연신시킨 후, 연신된 필름을 열풍으로 예열하는 텐터 내에서 진행방향과 수직인 횡방향으로 일정비율 이상 연신시켜 폴리에스테르 필름을 제조하는 것을 예로 들 수 있지만, 이러한 필름의 제조방법은 상기에서 기재한 방법 이외에도 당 분야에 공지의 다양한 방법이 있으므로 본 발명에서는 이를 제한하지 않는다.
한편, 이러한 폴리에스테르 필름의, 주행성 향상을 위해 롤(Roll)과의 마찰 계수를 감소시키는 것과 일정 투명도를 유지하는 기술이 엄격히 요구되는데, 이는 투명전자부품으로 사용할 수 있는 폴리에스테르 필름이 광투과 등을 위하여 그러한 투과성과 또한 대량 생산을 위한 생산성 및 제조공정 중 슬립성의 열세에 의해 얻어지는 표면 불량문제에 의한 광 투과 훼손 등의 문제점을 해소하는데 매우 중요하기 때문이다.
광투과도, 슬립성 향상, 휘도의 증가를 목적으로 투명하면서도 확산효율이 좋은 유기계 고분자 입자 또는 무기계 입자를 사용하고 있다.
유기계 고분자 입자를 사용하는 경우 대부분 에멀젼 중합에 의해 이루어지는 고분자들이기 때문에 입자의 종류가 한정적이며, 융점이 낮아 별도의 코팅공정이 필요한 단점이 있다.
무기계 입자를 사용하는 경우 카올린, 활석, 탄산칼슘, 실리카, 이산화티탄, 클레이, 알루미나, 칼슘실리케이트, 마이카 등의 불용성 무기입자들이 사용되나, 불용성 무기입자는 폴리에스테르와의 친화력이 떨어지므로 보이드(void)가 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 별도의 코팅공정을 사용하지 않고 공압출에 의해 제조되는 슬립성이 우수하고, 휘도가 우수한 광학용 폴리에스테르 필름을 제공하고자 한다.
구체적으로 본 발명은 구형비드를 함유하는 표면층의 열적 리플로우에 의해 표면 조도가 향상되고, 내부기공(보이드)이 제거된 광학용 폴리에스테르 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 광학용 폴리에스테르필름은 굴절율이 1.6 내지 1.8인 폴리에스테르수지로 된 기재층; 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성되고 상기 폴리에스테르수지에 비하여 용융점이 낮은 폴리에스테르 공중합체와, 구형의 유기 또는 무기계 비드가 혼합된 표면층; 으로 이루어지며, 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적리플로우 현상에 의해 구형비드가 요철을 이루는 광학용 폴리에스테르필름에 관한 것이다.
상기 폴리에스테르는 통상적인 필름에 사용하는 폴리에스테르를 사용한다면 그 제한을 두지 않지만, 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 PET라 함) 또는 에틸렌테레프탈레이트를 주된 반복단위로 하는 공중합체로 이루어진 수지를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 표면층은 기재층에 비하여 0.05 이상 낮은 굴절률을 가지는 폴리에스테르 공중합체로 이루어진다.
상기 구형비드는 입경이 1 ~ 30㎛의 실리콘 비드 또는 실리케이트, 알루미나 등의 무기계 비드이며, 상기 표면층은 1 ~ 70 중량%의 비드를 함유한다.
상기 요철은 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적 리플로우(thermal reflow)에 의해 형성되며, 상세하게는 상기 기재층 및 상기 표면층을 공압출하여 연신 및 냉각(고정화)한 후, 상기 폴리에스테르수지와 상기 폴리에스테르 공중합체의 융점 사이의 온도에서 열처리하여 형성된다.
상기 폴리에스테르 공중합체의 열적 리플로우에 의해 요철을 형성시키기 위해 상기 폴리에스테르 공중합체의 융점은 상기 폴리에스테르수지의 융점보다 낮으며, 상기 폴리에스테르 공중합체의 융점은 230℃ 이하인 것이 바람직하다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 광학 필름을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 광학 필름은 도 1에 도시된 바와 같이, 굴절율이 1.6 내지 1.8인 폴리에스테르수지(130)로 된 기재층(100); 상기 기재층(100)의 일면 또는 양면에 형성되고 상기 폴리에스테르수지에 비하여 용융점이 낮은 폴리에스테르 공중합체(120)와, 구형의 유기 또는 무기계 비드(110)가 혼합된 표면층(200); 으로 이루어지며, 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적리플로우(thermal reflow) 현상에 의해 구형비드가 요철(A, B)을 이루는 광학용 폴리에스테르필름에 관한 것이다.
본 발명의 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하는 방법으로는 폴리에스테르수지(130)와 구형비드(110)가 포함된 폴리에스테르 공중합체(120)를 각각 용융시킨 후, (a)단계에 도시된 바와 같이 공압출하여 필름으로 제조한다. 이후, (b)단계에 도시된 바와 같이 연신 및 냉각을 한다. 상기 압출, 연신 및 냉각(고정화) 단계는 통상적인 필름의 제조방법에서 수행되는 것으로, 일반적이며 잘 알려진 기술을 활용할 수 있다.
이때 연신에 의해 구형비드(110)와 연신된 폴리에스테르 공중합체 필름간에 내부기공(111)이 생기게 되며, 이러한 기공은 표면불량 및 필름의 광투과율을 저하시키게 된다. 따라서 이러한 내부기공(111)을 없애기 위하여 상기 폴리에스테르수지(130)필름의 용융온도보다 낮고, 상기 폴리에스테르 공중합체(120)필름의 용융온도보다 높은 온도 범위로 재용융시켜 열적리플로우 현상에 의해 폴리에스테르 공중합체(120)가 재용융되어 상기 표면층에 갇혀있던 기체가 배출되어 내부기공(111)이 제거된다. 이때, 효과적으로 내부기공을 제거하기 위해 진동을 가할 수도 있다.
상기 재용융에 의해 (c)단계의 점선(A)과 같이 구형비드(110)에 의한 요철 및 점선(B)와 같이 재용융된 폴리에스테르 공중합체(120)에 의한 요철이 동시에 형성되므로, 비드의 크기, 표면층의 비드 함유량에 의해 상기 표면층의 구조가 조절 되게 된다. 본 발명에 의한 제조공정으로 제조된 필름은 도 1에 도시한 바와 같이 코팅공정 없이도 한 번의 가공으로 원하는 물성을 가지는 광학필름을 얻을 수 있다.
상기 폴리에스테르 공중합체의 열적 리플로우는 발열체에 의한 열 또는 고주파 진동장치를 사용한 폴리에스테르 공중합체의 진동에 의해 유발된 열에 의해 수행된다. 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적 리플로우를 야기하는 열원이 진동일 경우, 진동의 진폭, 주파수, 파워 등을 조절하고, 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적 리플로우를 야기하는 열원이 외부 발열체일 경우, 발열체에 흐르는 전류의 양등을 조절하여, 상기 폴리에스테르의 수지의 용융 온도보다 낮으며 상기 폴리에스테르 공중합체의 용융 온도보다 높은 온도 조건으로 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적 리플로우가 수행되게 된다.
상기 폴리에스테르 공중합체의 열적 리플로우가 수행되는 단계에서 기재층의 물질 이동(mass flow)을 방지하며, 폴리에스테르 공중합체를 용융 상태로 만들기 위해, 상기 폴리에스테르 공중합체의 용융 온도는 상기 폴리에스테르 수지의 용융 온도 보다 낮으며, 230℃ 이하, 보다 바람직하게는 130 ~ 220℃ 이다. 융점이 230℃ 이하일 경우, 공 압출 후, 열적 리플로우가 수행되는 단계에서 표면층의 폴리에스테르 공중합체가 재용융됨에 따라 표면층의 표면부에 비드가 돌출되어 표면조도를 증가시키는 효과를 가지기 때문이다.
기재층은 유동성이 없을 정도로 융점이 높아야 하고, 표면층은 재용융되어 비드의 함입부위가 돌출되게 되어 표면 조도를 심화시키게 된다. 이때, 폴리에스테 르 공중합체의 용융 온도는 광학 필름을 구비한 전자 제품 또는 광학 제품의 사용 환경에서 폴리에스테르 공중합체가 안정한 온도 이상의 용융 온도(180℃ 이상)를 가진다. 따라서 상기 열적 리플로우는 180 ~ 230℃의 온도에서 수행되게 된다.
상기 비드는 상기 공압출 시 가공온도인 300℃ 이상의 온도에서 안정하며, 광특성이 우수한 실리콘 비드를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘 비드의 상업 제품으로는 토요보의 Tospal 또는 코오롱의 Diasphere 등이 있다.
상기 비드의 입경은 1 ~ 30㎛이며, 상기 범위로 사용하는 경우 표면 조도를 향상시킬 수 있으며, 광확산 효과를 달성할 수 있다. 30㎛를 초과하는 경우 입자를 감싸고 있어야 할 층의 두께가 두꺼워져야 하며, 이렇게 되면 전체 두께에서 표층의 공압출층이 두꺼워져 열적안정성이 떨어지며, 컬(Curl)이 발생할 수 있다.
상기 표면층은 1 ~ 70 중량%의 비드를 함유한다. 상기 범위로 사용하는 경우 표면에 균일한 요철이 형성되고, 폴리에스테르 공중합체와 균일한 혼합이 가능하며, 비드에 의해 야기되는 요철이 적절하여 광확산 효과가 향상된다.
또한 상기 표면층을 형성하는 폴리에스테르 공중합체의 굴절률은 상기 기재층을 형성하는 폴리에스테르의 굴절률보다 낮고, 휘도의 향상 및 전반사에 의한 손실을 최소화하기 위해 상기 굴절률의 차이가 0.05 이상, 바람직하게는 0.05 ~ 0.3 이다. 상기의 굴절률 조건이 만족되는 경우, 제조된 광학필름의 투과도가 매우 우수하고, 저가의 광확산 필름을 후 공정 없이 공압출로 바로 제조가능하다.
또한 인라인 코팅(ILC)을 통하여 필름 표면에 코팅층을 형성하는 경우 광투과를 더욱 향상시킬 수 있다. 인라인 코팅을 하는 경우 광투과도를 약 5%정도까지 상승시킬 수 있다.
상기 폴리에스테르 공중합체는 다이올 성분으로 시클로헥산디메탄올(CHDM; Cyclohexanedimethanol), 네오펜틸글리콜(NPG; NeoPentylGlycol)등의 물질을 테레프탈산, 디메틸테레프탈레이트 등과 반응하여 제조하거나 또는 다이엑시드 물질인 이소프탈산(IPA; isophthalic acid)등의 물질과 에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 부탄다이올 등의 성분과 상기 다이올 성분과의 반응으로 만들어진 공중합 폴리에스테르이다. 이러한 공중합성분을 사용함으로써 폴리에틸렌테레프탈레이트의 결정구조형성에 유리한 규칙성을 감소시켜 결정화를 억제하고, 융점을 감소시킬 수 있다.
이때, 상기 폴리에스테르 공중합체에 광확산 입자를 분산시켜 넣어서 공압출의 표면층으로 사용할 수 있다. 또한 상기 기재층의 폴리에스테르는 광확산 입자를 함유할 수 있다. 광확산 입자를 함유하는 경우, 기재층 또는 표면층의 광확산 입자에 의한 휘도의 증가를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 광학필름은 폴리에스테르 공중합체 및 구형의 비드를 함유하는 표면층의 폴리에스테르 공중합체의 재용융(thermal reflow)을 통해 광확산 기능을 갖으며, 내부기공이 효과적으로 제거되고, 우수한 슬립성을 가지며, 기재층과 표면층의 굴절률을 조절하여 향상된 휘도를 갖는다.
또한 본 발명에 따른 광학필름은 별도의 코팅과정 없이 비드가 함유된 폴리에스테르 공중합체와 폴리에스테르를 공압출을 통해 제조하므로, 그 제조방법이 간단하다.
이하 본 발명의 보다 구체적인 설명을 위하여 일 예를 들어 발명의 보다 구체적으로 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
기재층으로 굴절율이 1.58, 용융온도가 250℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트수지(PET)를 300℃에서 용융시키고, 표면층으로 평균입경이 10㎛인 실리콘비드(코오롱, Diasphere) 30중량% 함유하는 굴절률 1.55, 용융온도가 200℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체(18mole%의 네오펜틸글리콜(Neopenthylglycol) 함유)를 280 ℃에서 용융시킨 후, 공압출기를 이용하여 기재층의 일면에 표면층이 형성되도록 공압출하였다. 이때 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트수지가 1900㎛두께로 압출되고 이의 일면에 실리콘비드를 함유하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체가 200㎛ 두께가 되도록 공압출 하였다. 이렇게 적층된 적층 시트(sheet)를 기계방향(MD)으로 3배, 기계방향에 수직방향으로(TD)으로 3.5배 축차 연신한 후, 열처리공정인 텐터 내에서 온도를 230℃로 하여, 약 1분간 열처리를 통해서 표면 조도가 향상되고 MD연신에서 발생된 내부기공이 제거된 광학 필름을 제조하였다.
연신 후 기재층은 굴절율이 1.65수준이며, 표면의 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 층은 재용융 과정에서 배향에 의한 굴절율 증가가 미미하여 굴절율이 약 1.58수준으로 되었다.
[실시예 2]
기재층으로 굴절율이 1.58, 용융온도가 250℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트수지(PET)를 300℃에서 용융시키고, 표면층으로 평균입경이 10㎛인 실리콘비드(코오롱, Diasphere) 30중량% 함유하는 굴절률 1.55, 용융온도가 200℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체(18mole%의 네오펜틸글리콜(Neopenthylglycol) 함유)를 280 ℃에서 용융시킨 후, 공압출기를 이용하여 기재층의 일면에 표면층이 형성되도록 공압출하였다. 이때 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트수지가 1900㎛두께로 압출되고 이의 양면에 실리콘비드를 함유하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체가 200㎛ 두께가 되도록 공압출하였다. 이렇게 적층된 적층 시트(sheet)를 기계방향(MD)으로 3배, 기계방향에 수직방향으로(TD)으로 3.5배 축차 연신한 후, 열처리공정인 텐터 내에서 온도를 230℃로 하여, 약 1분간 열처리를 통해서 표면 조도가 향상되고 MD연신에서 발생된 내부기공이 제거된 광학 필름을 제조하였다.
연신 후 기재층은 굴절율이 1.65수준이며, 표면의 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 층은 재용융 과정에서 배향에 의한 굴절율 증가가 미미하여 굴절율이 약 1.58수준으로 되었다.
도 1은 본 발명의 광학필름의 제조방법을 도시한 도면이며, 도 1(a)는 공압출 단계의 적층 시트, 도 1(b)는 연신 및 냉각 단계의 적층 필름, 도 1(c)는 열적 리플로우 단계의 광학 필름을 도시한 것이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 구형비드 111 : 내부기공
120 : 폴리에스테르 공중합체 130 : 폴리에스테르수지
100 : 기재층 200 : 표면층
A, B : 요철
Claims (7)
- 굴절율이 1.6 내지 1.8인 폴리에스테르수지로 된 기재층;상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성되고 상기 폴리에스테르수지에 비하여 용융점이 낮은 폴리에스테르 공중합체와, 구형의 유기 또는 무기계 비드가 혼합된 표면층;으로 이루어지며, 상기 폴리에스테르 공중합체의 열적리플로우 현상에 의해 구형비드가 요철을 이루는 광학용 폴리에스테르필름.
- 제 1항에 있어서,상기 폴리에스테르 공중합체의 굴절율이 상기 기재층에 비하여 0.05 이상 낮은 광학용 폴리에스테르필름.
- 제 1항에 있어서,상기 유기비드는 입경이 1 ~ 30㎛의 실리콘 비드인 광학용 폴리에스테르필름.
- 제 1항에 있어서,상기 요철은 상기 기재층 및 표면층을 공압출하여 기계적 방향으로 연신 및 냉각한 후, 열처리공정인 텐터 내에서 상기 폴리에스테르수지의 융점보다는 낮고, 상기 폴리에스테르 공중합체의 융점보다는 높은 온도에서 열처리하여 형성되는 광학용 폴리에스테르필름.
- 제 4항에 있어서,상기 폴리에스테르 공중합체의 융점이 230℃ 이하인 광학용 폴리에스테르필름.
- 제 1항에 있어서,상기 표면층은 1 ~ 70 중량%의 비드를 함유하는 광학용 폴리에스테르필름.
- 제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 광학용 폴리에스테르필름.
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