KR101204597B1 - 내긁힘성 박막 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 기재를 포함하는 내긁힘성 박막 필름에 관한 것으로서, 상기 기재는 하측면에 하나 이상의 미세 구조층 및 상측면에 하나 이상의 내긁힘층을 포함하며, 상기 내긁힘층은 요철 구조를 가지고, 108 내지 1012 Ω/□ 범위의 표면 비저항, JIS K5400 표준법에 따라 측정했을 때 3H 이상의 연필 경도 및 JIS K7136 표준법에 따라 측정했을 때 30% 내지 98% 범위의 탁도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 필름은 광 개선 및 광 균질성을 보이며, 부피 수축성이 낮으며, 뒤틀리지 않고, 우수한 대전방지성 및 높은 경도 특성을 갖는다.

Description

내긁힘성 박막 필름{SCRATCH-RESISTANT THIN FILM}
본 발명은 경화된 코팅을 갖는 내긁힘성 (scratch-resistant) 박막 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 디스플레이 (LCD) 백라이트 모듈에 적용할 수 있는 광학 박막 필름 (optical thin film)에 관한 것이다.
액정 패널은 스스로 빛을 방출하지 못하기 때문에, 휘도(brightness)의 원천으로 작용하는 백라이트 모듈은 LCD의 디스플레이 기능을 발휘하는데 중요한 요소이고, LCD의 휘도를 향상시키기 위해 매우 중요하다. 현재, 백라이트 모듈에 다양한 광학 필름이 사용되고 있는데, 이러한 다양한 광학 필름을 사용하는 것은 임의의 소자 디자인의 변경 또는 추가적인 에너지 소비 없이 LCD 패널의 휘도를 향상시켜 광원의 서비스 효율을 최적화시키는데 가장 경제적이고 편리한 해결책이 되어 왔다. 도 1은 백라이트 모듈에 포함된 다양한 광학 필름을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 통상의 백라이트 모듈에 포함된 광학 필름은 도광판(light guide plate) (2)의 아래에 배치된 반사 필름(reflective film) (1); 및 도광판(2) 위에 배치된 다른 광학 필름들, 즉 아래에서부터 위로, 확산 필름 (3), 휘도 향상 필름 (4, 5) 및 보호 확산 필름 (protective diffusion film)(6)을 순서 대로 포함한다.
최근 백라이트 모듈에서 V-컷 도광판을 사용하는 새로운 기술이 개발되어 최근의 노트북 컴퓨터에 사용되는 패널용 백라이트 모듈 분야에서 널리 사용되는 기술이 되었다. V-컷 도광판은 주로 도광판 위에 프리즘을 직접 미세-가공(micro-fabricating)하여 만드는데, 백라이트 모듈에서 하향 톱니(serration)를 갖는 프리즘 시트 [역프리즘 시트(reverse prism sheet)]와 결합하여 사용됨으로써 종래의 백라이트 모듈에서 상향 톱니를 갖는 두 개의 프리즘 시트를 대체한다. 도 2는 V-컷 도광판을 구비한 백라이트 모듈의 개략도이다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, V-컷 기술은 하나의 역프리즘 시트 (9)와, 역프리즘 시트 아래에 하나의 V-컷 도광판 (8) 및 하나의 반사 필름 (7)을 주로 채용하며, 역 프리즘 시트 (9) 위에 추가로 확산 필름 (10)을 채용한다. 종래의 백라이트 모듈에 비해 V-컷 도광판을 갖는 백라이트 모듈의 휘도는 거의 30%까지 증가하여 필요한 전력을 삼분의 일로 줄일 수 있는데, 이는 절전 성능의 개선에 상당히 유익한 것이다.
기술적으로는 광학적 특성으로 인하여 역 필름 시트의 구조는 명암 줄무늬 (bright-and-dark stripes)가 생기는 경향이 있고, 역 프리즘 시트는 휘도 균일도 (brightness uniformity)가 약 75%로서 종래의 85%의 균일도보다 낮다. 그러므로 줄무늬를 제거하고 단일 측면상의 자외선 경화 코팅 및 필름의 V-형 구조로 인한 필름의 뒤틀림을 줄이는 기술적 해결책이 필요하다.
이러한 관점에서 본 발명은 상기 단점을 극복할 수 있는 내긁힘성 박막 필름을 제공한다. 본 발명에서는 다른면이 반대의 미세 구조층(micro structured layer)을 구비하는 기재 표면에 내긁힘층을 형성하기 위해 신규한 하드 코트 용액을 사용한다. 경화후 내긁힘층은 박막 필름의 경도를 개선시킬 수 있으며, 어느 정도의 빛-확산 효과가 있어 JIS K7136 표준법으로 측정시 30% 내지 98%의 탁도(haze)를 갖게 되므로 명암 줄무늬와 역 프리즘 시트에 의해 발생하는 저 휘도 균일도에 관한 문제점을 효율적으로 해결할 수 있다.
본 발명은 투명 기재를 포함하는 내긁힘성 박막 필름에 관한 것으로서, 이 기재는 하측면 상에 하나 이상의 미세 구조층 및 상측면 상에 하나 이상의 내긁힘층을 포함하고 있다. 내긁힘층은 108 내지 1012Ω/□ 범위의 표면 비저항(surface resistivity), JIS K7136 표준법으로 측정했을 때 30% 내지 98% 범위의 탁도, 및 JIS K5400 표준 방법에 따라 측정했을 때 3H 이상의 연필 경도를 갖는다.
본 발명에 따른 내긁힘성 박막 필름에 사용되는 기재는 당업자들에게 잘 알려진 임의의 종류의 기재가 될 수 있다. 상기 플라스틱 기재는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN)와 같은 폴리에스테르 수지; 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)와 같은 폴리아크릴레이트 수지; 폴리이미드 수지; 폴리시클로올레핀 수지; 폴리카보네이트 수지; 폴리우레탄 수지; 트리아세테이트 셀룰로오스 (TAC); 또는 이들의 혼합물을 포함하지만 이들에 한정되지 않는다. 바람직한 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리시클로올레핀 수지 또는 트리아세테이트 셀룰로스 또는 이들의 혼합물로부터 형성된 것이다. 보다 바람직하게는, 상기 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 상기 기재의 두께는 보통 광학 물품의 요구되는 용도에 따르며, 16㎛ 내지 300㎛ 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 투명 기재로는 상업적으로 입수할 수 있는 필름을 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 사용할 수 있는 상업적으로 입수할 수 있는 투명 PET 기재로는 토래이사가 생산하는 U34®(상품명) 미쯔비시사가 생산하는 T680E® 또는 T900E®(상품명), 토요보사가 생산하는 A4300®(상품명), 일본 테이진-듀퐁사(TDFJ)가 생산하는 KDDW® 또는 KD84W®(상품명)을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
플라스틱 기재를 사용할 경우 플라스틱 기재 표면상에 내긁힘층이 형성되어 경도가 향상되고 기재의 표면에 긁힘을 방지할 수 있어 내긁힘 효과를 달성할 수 있다. 당업계에서 통상 이용되는 내긁힘층은 대표적으로 UV 경화수지를 포함하는데, 이는 표면상 경화도는 증가하지만 가교반응으로 인한 고르지 않은 응력과 불균일한 수축으로 인해 뒤틀리는 경향이 있다.
뒤틀림과 관련된 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 하드 코트 용액을 기재에 코팅하고 열 및 UV의 이중 경화를 거쳐서 내긁힘층을 형성한다. 본 발명에 따르면, 대전 방지제 및 UV 경화 수지에 더하여, 하드 코트 용액은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 열경화성 수지를 포함한다. 얻어진 내긁힘층은 열경화성 수지의 높은 강도 및 우수한 인성에 의해 극히 낮은 부피 수축성 및 탁월한 내열성을 가질 수 있게 되어, 뒤틀림에 관한 문제점을 극복할 수 있다. 한편, 본 발명의 박막 필름의 내긁힘층은 우수한 대전방지성 및 높은 경도 특성을 가지고, 108 내지 1012Ω/□의 표면 비저항을 가지며(Ω/□은 ohm/square를 나타낸다), JIS K5400 표준 방법에 따라 측정된 바로는 3H 이상의 연필 경도를 갖는다.
광 확산 효과를 달성하기 위해, 본 발명에 따른 내긁힘층은 기재의 상측면 (즉, 발광면)에 위치하며 미세한 요철 (fine concave-convex) 구조를 갖는다. 본 발명의 박막 필름의 내긁힘층은 JIS K7136 표준법을 측정했을 때 30% 내지 98 % 범위, 바람직하게는 50% 내지 70% 범위의 탁도를 갖는다. 미세한 요철 구조를 갖는 내긁힘층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지는 않지만 당업자에게 잘 알려진 방법, 예를 들어 스크린 프린팅법, 코팅법, 엠보싱법 및 스프레이 코팅법이 포함될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 내긁힘층의 두께는 바람직하게는 3 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 15㎛의 범위이다.
본 발명에 따르면, 미세 요철구조를 갖는 내긁힘층은 바람직하게는 대전 방지제, UV 경화 수지, 유기 입자 및 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는 하드 코트 용액을 기재위에 코팅하여 형성시킬 수 있다. 유기 입자의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 구형, 타원형 또는 다이아몬드형일 수 있다. 입자의 종류 또한 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 메타크릴레이트 수지 또는 실리콘 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있고, 이들 중 메타크릴레이트 수지가 바람직하다. 전술한 입자는 직경이 동일하거나 다를 수 있으며, 약 1㎛ 내지 약 20㎛의 범위인 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면 유기 입자는 바람직하게는 동일한 직경이며, 약 2㎛ 내지 약 15㎛의 범위에서 동일 직경을 갖는 것이 보다 바람직하다. 유기 입자의 양은 상기 하드 코트 용액 내의 수지 성분 총 중량을 기초로 1 내지 300 중량%이며, 5 내지 30 중량%가 바람직하다.
본 발명의 하드 코트 용액에 유용한 UV 경화 수지는 하나 또는 그 이상의 관능기를 갖는 하나 이상의 아크릴레이트 단량체를 함유한다. 본 발명에서 유용한 아크릴레이트 단량체는 예컨대, (메타)아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 또는 에폭시 아크릴레이트를 포함하며, 이들 중에서 (메타)아크릴레이트가 바람직하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명에서 유용한 아크릴레이트 단량체는 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-페녹시 에틸 아크릴레이트, 에톡시화 2-페녹시 에틸 아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트, 시클릭 트리메틸올프로판 포말(formal) 아크릴레이트, β-카르복시에틸 아크릴레이트, 라우릴 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 스테아릴 (메타)아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 이소보르닐 (메타)아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 히드록시피발릴 히드록시피발레이트 디아크릴레이트, 에톡시화 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리시클로데칸 디메탄올 디아크릴레이트, 에톡시화 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 프로폭시화 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀-A 디(메타)아크릴레이트, 2-메틸-1,3-프로판디올 디아크릴레이트, 에톡시화 2-메틸-1,3-프로판디올 디아크릴레이트, 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트 포스페이트, 트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프로폭시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 에톡시화 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디-트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 프로폭시화 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 메타크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 알릴화 시클로헥실 디(메타)아크릴레이트, 이소시아누레이트 디(메타)아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸올 프로판 트리(메타)아크릴레이트, 프로폭시화 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리(메타)아크릴레이트, 및 트리스(아크릴옥시에틸) 이소시아누레이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
하드 코트 용액의 필름 형성 특성을 향상시키기 위하여, 본 발명에 따른 UV 경화 수지는 선택적으로 103 내지 104 범위의 분자량을 갖는 올리고머를 포함할 수 있다. 그러한 올리고머는 당업자에게 잘 알려져 있으며, 예를 들면 아크릴레이트 올리고머를 들 수 있는데, 여기에는 예를 들면 지방족 우레탄 아크릴레이트, 지방족 우레탄 헥사아크릴레이트 및 방향족 우레탄 헥사아크릴레이트와 같은 우레탄 아크릴레이트; 비스페놀-A 에폭시 디아크릴레이트, 노볼락 에폭시 아크릴레이트와 같은 에폭시 아크릴레이트; 폴리에스테르 디아크릴레이트와 같은 폴리에스테르 아크릴레이트; 또는 호모-아크릴레이트가 포함되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 하드 코트 용액에 유용한 열경화성 수지의 평균 분자량은, 대체로 104 내지 2×106 범위이고, 바람직하게는 2×104 내지 3×105 범위이며, 보다 바람직하게는 4×104 내지 105 범위이다. 본 발명에 따른 열경화성 수지는 폴리에스테르 수지, 폴리(메타)아크릴레이트 수지 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으며, 이들 중 폴리메틸(메타)아크릴레이트와 같은 폴리(메타)아크릴레이트 수지가 바람직하다. 열경화성 수지는 가교성을 향상시키기 위하여 선택적으로 히드록시기 (-OH), 카르복시기 (-COOH), 또는 아미노기 (-NH2)를 함유할 수 있으며, 이들 중 히드록시에틸 아크릴레이트 (HEA), 히드록시프로필 아크릴레이트 (HPA), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트 (HEMA), 또는 히드록시프로필 메타크릴레이트 (HPMA), 또는 이들의 혼합물과 같은 히드록시기 함유 수지가 바람직하다.
본 발명에 따른 하드 코트 용액에 유용한 열가소성 수지는 폴리에틸렌 (PE) 또는 폴리프로필렌 (PP)와 같은 폴리올레핀 수지; 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)와 같은 폴리(메타)아크릴레이트 수지; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 열가소성 수지의 평균 분자량은, 대체로 104 내지 2×106 범위이고, 바람직하게는 2×104 내지 3×105 범위이며, 보다 바람직하게는 4×104 내지 105 범위이다.
상기 수지 재료의 가공 또는 제조 과정에서, 수지 재료 자체에서 또는 수지 재료와 다른 재료 사이에서 발생한 마찰에 의해 정전기가 생성될 것이고, 이로써 공기 중의 유리 먼지 (free dust)가 그 표면 위에 엉겨붙어서 고가의 전자 장치를 훼손하고, 심지어 연소 가스 또는 분말의 점화에 의한 화재를 초래하게 된다. 따라서, 수지 재료에 대전방지제를 첨가할 필요가 있다.
본 발명에 따른 하드 코트 용액은 대전방지제와 수지를 직접 섞은 후 혼합 공정에 의해 얻어진다. 본 발명에 따른 하드 코트 용액에 유용한 대전방지제는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업자에게 잘 알려져 있는 것이며, 예를 들면 에톡시 글리세린 지방산 에스테르, 4급 아민 화합물, 지방족 아민 유도체, (폴리에틸렌 옥사이드와 같은) 에폭시 수지, 실록산, 또는 폴리(에틸렌 글리콜) 에스테르, 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르 등과 같은 다른 알코올 유도체 등을 포함한다.
본 발명에 따르는 하드 코트 용액은 선택적으로 당업자에게 알려진 첨가제를 포함할 수 있는데, 예컨대 경화제, 광개시제, 평활제, 분산제 또는 안정제를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 유용한 경화제는 당업자에게 잘 알려져 있는 것으로서, 분자간 화학 결합에 의해 가교를 형성하게 하는데, 예를 들면 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 광개시제는 광조사에 의해 자유 라디칼을 생성하여 자유 라디칼의 전달을 통해 중합을 개시하는 물질이다. 본 발명에 적용 가능한 광개시제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 벤조페논, 벤조인, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 1-히드록시 시클로헥실 페닐 케톤, 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐 포스핀 옥사이드, 또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 광개시제는 벤조페논 또는 1-히드록시 시클로헥실 페닐 케톤인 것이 바람직하다.
본 발명의 내긁힘성 박막 필름은 당업자에게 알려진 임의의 방법, 예컨대 코팅법 및 롤투롤 (roll-to-roll) 연속 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로 내긁힘층 및 미세 구조층을 코팅하는 순서는 특별히 제한이 없다. 본 발명에 따르면 우선 기재에 내긁힘층을 코팅한 다음 미세 구조층을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 내긁힘층을 제조하는 방법은 특별히 제한되지는 않으며 예를 들어 하기 단계를 포함하는 코팅 공정으로 제조될 수 있다:
(Ⅰ) UV 경화 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 유기 입자, 용매 및 대전방지제, 및 선택적으로 공지의 첨가제를 혼합하여 콜로이드성 하드 코트 용액을 형성하는 단계;
(Ⅱ) 투명 기재 표면에 상기 하드 코트 용액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계;
(Ⅲ) 상기 코팅된 기재를 오븐에 넣어 용매를 증발시키고, 상기 기재를 상기 열경화성 수지의 경화점보다 높이 상승된 온도에서 수분간 가열하여 열경화성 중합을 수행하는 단계; 및
(Ⅳ) 에너지선 강도가 100 내지 1000 mJ/㎠, 바람직하게는 200 내지 800 mJ/㎠ 의 범위의 에너지선을 상기 코팅에 직접 조사하여 광중합을 개시하여 내긁힘층을 형성하는 단계.
필요에 따라, 전술한 단계를 반복 실시하여 복수의 내긁힘층을 얻을 수 있다.
상기 (Ⅱ) 단계에서, 기재에 하드 코트 용액을 도포하는 코팅 방법은 당업자에게 잘 알려진 것이며, 예컨대 슬릿 다이 코팅, 마이크로 그라비어 코팅, 롤러 코팅, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
휘도 향상 효과를 달성하기 위해서, 본 발명에 따르는 내긁힘층으로 코팅된 기재는 하측면 (즉,광입사면)에 하나 이상의 미세 구조층을 휘도 향상 필름으로 구비할 수 있다. 미세 구조층은 UV 경화 수지 단량체와 광 개시제를 포함하는 조성물을 기재 위에 코팅하여 만든다. 본 발명의 박막 필름의 미세 구조층의 두께는 10㎛ 내지 100㎛의 범위가 바람직하며, 20㎛ 내지 80㎛의 범위가 더욱 바람직하고, 50㎛ 내지 70㎛의 범위가 가장 바람직하다. 본 발명에 따르는 UV 경화 수지로 유용한 단량체는 당업자에게 잘 알려진 것들로서, 예를 들어 상술한 하드 코트 용액에 사용된 하나 또는 그 이상의 관능기를 갖는 아크릴레이트 단량체, 바람직하게는 메타크 릴레이트, 또는 고 굴절률을 갖고 스티렌, 비닐 나프탈렌, 페닐 아크릴레이트 또는 나프탈렌 아크릴레이트와 같은 방향족 기를 포함하는 반응성 단량체일 수 있다. 유용한 광 개시제는 상술한 하드 코트 용액용 광 개시제일 수 있다. 또한, 상기 조성물은 선택적으로 무기 충진제, 평활제, 소포제 또는 대전 방지제와 같은 종래의 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명의 미세 구조층의 형태는 당업자에게 잘 알려진 어떤 형태로도 가능하며, 예컨대 규칙 또는 불규칙 프리즘 패턴, 둥근 프리즘 패턴, 입체각 패턴 (solid angle pattern), 비드 패턴(bead pattern), 또는 렌즈형(lenticular) 또는 파형(wave-like) 패턴일 수 있으며, 그 중에서 60°내지 75°의 꼭지점 각 (apex angle)을 갖는 규칙 또는 불규칙 프리즘 패턴이 바람직하며, 이러한 휘도 향상층에 의해 더 우수한 휘도 향상 효과가 나타나서 디스플레이의 휘도가 향상된다. 또한 미세 구조층은 서로 엇갈리거나 (interlaced) 또는 순차적 (non-interlaced) 프리즘 구조를 가질 수 있으며, 두 프리즘 구조가 서로 엇갈리는 경우에는 인접하는 프리즘간의 공간 (즉, 두 프리즘의 끝 사이의 거리)가 0 내지 100 ㎛ 의 범위이고, 두 프리즘 구조가 서로 순차적인 경우에는 인접하는 프리즘 간의 공간이 1 내지 100 ㎛ 이다.
본 발명의 박막 필름의 미세 구조층은 당업자에게 잘 알려진 어떤 방식으로나 제조할 수 있다. 상술한 바와 같이 내긁힘층 및 미세 구조층을 코팅하는 순서는 특별히 제한되지는 않는다. 코팅된 내긁힘층을 갖는 기재위에 미세 구조층을 만드는 방법은 후술하는 실시예로 설명하지만 그것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도는 아니다. 예를 들어 상술한 방법에 따라 내긁힘층으로 코팅된 기재의 다른 면에 미세 구조층을 만드는 방법은 다음의 단계를 포함한다:
(Ⅰ) UV 경화 수지 단량체 및 광 개시제, 및 선택적으로 공지의 첨가제를 혼합하여 조성물을 형성하는 단계;
(Ⅱ) 코팅된 내긁힘층을 갖는 기재의 다른 표면에 상기 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계;
(Ⅲ) 상기 코팅층을 V-컷 몰드로 압착하여 프리즘 구조를 갖는 코팅층으로 만들고, 그 층을 에너지선 강도가 100 내지 1000 mJ/㎠, 바람직하게는 200 내지 800 mJ/㎠ 의 범위의 에너지선으로 조사하여 광중합을 개시하는 단계;
(IV) 필름을 꺼내는 단계; 및
(V) 선택적으로, (IV) 단계 후에 프리즘 구조를 갖는 코팅층을 에너지선 강도가 100 내지 1000 mJ/㎠, 바람직하게는 200 내지 800 mJ/㎠ 의 범위의 에너지선으로 직접 다시 조사하여 광중합을 개시하게 하여 코팅층을 완전히 경화시키는 단계.
상기 (Ⅱ) 단계에서, 기재에 조성물을 도포하는 코팅 방법은 당업자에게 잘 알려진 것이며, 예컨대 슬릿 다이 코팅, 마이크로 그라비어 코팅, 롤러 코팅, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
또한, 기재의 내긁힘층에는 유기입자가 있어서 빛을 확산시키고 기재의 내긁힘층을 통해 조사되는 에너지선의 강도가 (III) 단계에서 감소되기 때문에 미세 구조층을 완전히 경화시키기 위해 (IV) 단계 이후에 (V) 단계를 선택적으로 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 내긁힘성 박막 필름(20)의 구체예를 나타내며, 투명 기재 (12)는 요철 구조의 내긁힘층(13)을 갖고 상측면에는 유기 입자 (14), 하측면에는 휘도 증강 기능을 갖는 미세 구조층 (11)을 포함한다.
본 발명의 내긁힘성 박막 필름은 V-컷 도광판을 구비한 백라이트 모듈에 유용하며, V-컷 도광판의 발광면 위에 위치한다. 본 발명의 내긁힘성 박막 필름은 기재 표면에 미세한 요철 구조를 갖는 내긁힘층을 갖기 때문에, 접촉 수단을 보호할 수 있도록 효과적으로 경도를 개선할 수 있으며 필름 표면이 뒤틀림없이 평면이므로 광학적 특성에 영향을 받지 않는다. 또한, 본 발명의 내긁힘성 박막 필름은 휘도 향상 및 광 분산 효과를 부여하므로 디스플레이의 백라이트 모듈에서 역 프리즘과 상부 확산 필름 모두에 대한 대체물로서 사용될 수 있다. 도 4는 본 발명의 내긁힘성 박막 필름을 V-컷 도광판을 갖는 백라이트 모듈에 사용하는 것을 보여주는 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 V-컷 도광판 (22) 아래에 반사막(21)이 위치하며; 본 발명의 내긁힘성 박막 필름 (23)은 종래의 V-컷 도광판 (도 2 참조)에서 사용되던 역 프리즘 필름 및 상부 확산막을 대체하여 V-컷 도광판 (22)의 위에 위치한다.
본 발명에 따른 내긁힘성 광학 필름은 우수한 대전 방지성 및 높은 경도 특성을 가지며 그 표면은 뒤틀림 없이 평탄하여서 광학 특성에 악영향을 받는 것이 방지된다.
하기 실시예는 본 발명을 더욱 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 당업자에 의해 용이하게 달성할 수 있는 임의의 수정 및 변형도 명세서의 개시 및 청구항의 권리범위에 속하는 것이다.
실시예
실시예 1
250ml 유리병에 22g의 톨루엔과 22g의 부타논을 용매로서 첨가하였다. 고속으로 교반하면서, 평균입자 직경 10 ㎛의 아크릴레이트 수지 미세입자 (MX-1000, Soken Company) 4.8g; UV 경화 수지 {2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 단량체의 혼합물 총중량 18g}, 및 열경화성 수지 {아크릴레이트 수지 (Eterac 7363-ts-50, Eternal Co.)(고형분 함량 약 50%) 18g}를 순차적으로 첨가한 후, 경화제 (Desmodur 3390, Bayer Co.)(고형분 함량 약 75%) 2.0g, 대전방지제 (GMB-36M-AS, Marubishi Oil Chem. Co., Ltd)(고형분 함량 약 20%) 3.6g, 및 광개시제 (벤조페논 및 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤의 혼합물 총중량 1g)를 첨가하였다. 최종적으로 고형분 함량 약 40%인 코팅 물질을 약 95.2g 수득하였다. 상기 코팅 물질을 RDS 바 코터 #12로 투명 PET 필름 (U34®(188㎛), 토레이사)의 한 표면 위에 코팅하고, 100℃에서 1분간 건조한 다음, 15m/분의 속도 및 100% 파워로 설정된 UV 노광기 (Fusion UV, F600V, 600 W/인치, H타입 램프 소스) 내에서 200 mJ/㎠의 에너지선으 로 노광시켜 건조하여서, 약 12㎛의 코팅 두께를 갖는 내긁힘층을 얻었다. 얻어진 내긁힘성 광학 필름은 전체 필름 두께가 200㎛이다. 또한, 얻어진 광학 필름은 JIS K7136 표준법으로 측정하였을 때 탁도가 70%이고 총 광투과도가 95% 이었다. 필름 두께, 탁도 및 총 광투과도의 측정은 후술하는 테스트 방법에서 상세하게 설명한다.
또 다른 250ml 유리병에 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 단량체의 혼합물 총중량 100g, 및 광개시제 (벤조페논 및 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤의 혼합물) 총중량 5g를 첨가하였다. 최종적으로 고형분 함량 약 100%인 코팅 물질을 약 105g 수득하였다. 상기 코팅 물질을 RDS 바 코터 #30로 내긁힘층으로 코팅된 투명 PET 필름 (U34®(188㎛), 토레이사)의 다른 표면 위에 코팅하고, V-컷 몰드로 압축한 다음, 10m/분의 속도 및 100% 파워로 설정된 UV 노광기 (Fusion UV, F600V, 600 W/인치, H타입 램프 소스) 내에서 250 mJ/㎠의 에너지선으로 노광시켜 경화시키고, 꺼내어 약 50㎛의 코팅 두께를 갖는 휘도 향상 필름을 얻었다. 얻어진 내긁힘성 박막 필름은 전체 필름 두께가 250㎛이었으며 후술하는 다양한 특성에 대해 시험하였다.
비교예 1
시판되는 250㎛의 두께의 휘도 증강 필름 (Enplas Company)에 대하여 다양한 특성의 시험을 수행하였다.
시험 방법
필름 두께 시험: 시료의 필름 두께를 1N 압축 접촉(pressing contact)하에서 코팅 두께 게이지 (PIM-100, TESA사)로 측정했다.
탁도 및 총 투과도 시험: JIS K7136 표준법에 따라 NDH 5000W 탁도 시험기 (Haze Meter) (Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.)로 시료의 탁도 (Hz) 및 투과도 (Tt)를 측정했다.
연필 경도 시험: JIS K-5400의 방법에 따라 미츠비시 연필 (2H, 3H)를 사용하여 연필 경도계 (Elcometer 3086, SCRATCH BOY)로 시료를 시험하였다. 시험 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
표면 비저항 시험: 초절연계 (Superinsulation Meter)(EASTASIA TOADKK Co., SM8220&SME-8310, 500V)로 시료의 표면 비저항을 측정하였다. 측정 조건은 다음과 같다: 23±2℃ 및 55±5% RH. 시험 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
내긁힘성 시험: 선형 마모기 (Linear Abraser)(TABER 5750)이 사용되었고, 3M BEF-Ⅲ-10T 필름 (20mm 길이×20mm 폭)을 600g 플랫폼 (면적: 20mm 길이×20mm 폭) 위에 붙였다. 필름의 프리즘 마이크로구조층(prismatic microstructure layer) 위에 직접 압력을 가하여 시료의 내긁힘성을 시험하였다. 상기 내긁힘성 시험은 2 인치의 시험 경로 및 10 주기/분의 속도로 10 주기로 수행되었다. 시험 결과를 하기 1에 나타냈다.
뒤틀림 시험: 시료를 100mm 길이×100mm 폭의 평탄한 필름 (level film)으로 절단하고 10분간 120℃ 오븐에 넣어둔 다음, 꺼내어 실온에서 방치하였다. 실온으로 냉각한 후에는 갭 게이지 (기록 단위: mm, 기록 방식: 예를 들어 0;0;0;0)로 상 기 필름의 4개의 코너에서 뒤틀림 수준을 측정하고, 이로써 시료의 내열성 및 내뒤틀림성을 평가하였다. 시험 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
[표 1]
실시예 1 비교예 2
내긁힘층의 연필 경도 3H 2H
내긁힘층의 표면 비저항 (Ω/□) 5.6×1011 2.4×1015
내긁힘층의 내긁힘성 시험 긁힘 없음 긁힘
뒤틀림 시험 (mm) (120℃, 10분) 0;0;0;0 0.2;0.2;0.2;0.2
상기 실시예 및 비교예의 결과로부터 본 발명에 따른 내긁힘성 광학 필름은 우수한 대전방지성 및 높은 경도 특성을 가지며 그 표면은 뒤틀림 없이 평탄하여서 광학 특성에 악영향을 받는 것이 방지됨을 알 수 있다.
도 1은 백라이트 모듈에 포함되는 다양한 광학 필름 개략도이다.
도 2는 V-컷 백라이트 모듈의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 내긁힘성 박막 필름의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 내긁힘성 박막 필름을 사용한 V-컷 도광판을 구비한 백라이트 모듈의 개략도이다

Claims (24)

  1. 투명 기재를 포함하는 내긁힘성 (scratch-resistant) 박막 필름으로서, 상기 기재의 하측면에 하나 이상의 미세 구조층(micro structured layer) 및 상측면에 하나 이상의 내긁힘층을 포함하며, 상기 내긁힘층은 요철 구조를 가지고, 108 내지 1012 Ω/□ 범위의 표면 비저항, JIS K7136 표준법에 따라 측정했을 때 30% 내지 98% 범위의 탁도, 및 JIS K5400 표준법에 따라 측정했을 때 3H 이상의 연필 경도를 가지며, 상기 미세 구조층은 60°내지 75°의 꼭지점 각 (apex angle)을 갖는 규칙 또는 불규칙 프리즘 패턴인 내긁힘성 박막 필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내긁힘층은 하드 코트 용액을 상기 기재에 코팅한 다음 열 및 UV로 이중 경화함으로써 형성되고, 상기 하드 코트 용액은 대전방지제, UV 경화 수지, 유기 입자 및 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지를 포함하는 내긁힘성 박막 필름.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 내긁힘층은 두께가 3㎛ 내지 20㎛ 범위인 내긁힘성 박막 필름.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 기재는 플라스틱 또는 유리인 내긁힘성 박막 필름.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 유기 입자는 메타크릴레이트 수지, 실리콘 수지 및 그들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 내긁힘성 박막 필름.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 유기 입자의 직경은 1㎛ 내지 20㎛의 범위인 내긁힘성 박막 필름.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 유기 입자의 직경은 2㎛ 내지 15㎛의 범위인 내긁힘성 박막 필름.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 유기 입자의 양은 상기 하드 코트 용액중의 수지 성분의 총 중량에 기초하여 1 내지 300 중량%의 범위인 내긁힘성 박막 필름.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 대전방지제는 에톡시 글리세린 지방산 에스테르, 4급 아민 화합물, 지방족 아민 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드, 실록산 또는 알코올 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 내긁힘성 박막 필름.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 UV 경화 수지는 하나 또는 그 이상의 작용기를 갖는 아크릴레이트 단량체를 적어도 하나 이상 포함하는 내긁힘성 박막 필름.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 아크릴레이트 단량체는 메타크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 또는 에폭시 아크릴레이트인 내긁힘성 박막 필름.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 UV 경화 수지는 추가로 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 내긁힘성 박막 필름.
  13. 청구항 2에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 폴리에스테르 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리메타크릴레이트 수지, 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 내긁힘성 박막 필름.
  14. 청구항 2에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리메타크 릴레이트 수지, 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 내긁힘성 박막 필름.
  15. 청구항 2에 있어서,
    상기 하드 코트 용액은 추가로 첨가제를 포함하는 내긁힘성 박막 필름.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 미세 구조층은 두께가 10㎛ 내지 100㎛ 의 범위인 내긁힘성 박막 필름.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 미세 구조층은 서로 엇갈리거나 (interlaced) 또는 순차적 (non-interlaced) 프리즘 구조를 갖는 내긁힘성 박막 필름.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 미세 구조층은 서로 엇갈린 프리즘 구조이며 인접하는 프리즘간의 공간이 0 내지 100 ㎛ 의 범위인 내긁힘성 박막 필름.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 미세 구조층은 서로 순차적인 프리즘 구조이고, 인접하는 프리즘 간의 공간이 1 내지 100 ㎛ 의 범위인 내긁힘성 박막 필름.
  22. 디스플레이의 백라이트 모듈에 사용되는 청구항 1의 박막 필름.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 백라이트 모듈은 V-컷 도광판을 포함하며 상기 박막은 V-컷 도광판의 발광면 위에 위치하는 박막 필름.
  24. V-컷 도광판을 구비한 백라이트 모듈을 포함하는 디스플레이 장치로서, 상기 백라이트 모듈이 청구항 1의 박막 필름을 포함하며 V-컷 도광판의 발광면 위에 위치하는 디스플레이 장치.
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