KR101523821B1 - 실록산 화합물을 포함하는 반사 방지 코팅 조성물, 이를 이용하여 표면 에너지가 조절된 반사 방지 필름 - Google Patents

실록산 화합물을 포함하는 반사 방지 코팅 조성물, 이를 이용하여 표면 에너지가 조절된 반사 방지 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 낮은 굴절률을 가지면서도 표면 에너지가 조절된 코팅층을 형성할 수 있는 반사 방지 코팅 조성물, 이를 이용한 반사 방지 필름 및 상기 반사 방지 필름의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플루오로알킬기를 가지는 오르가노실란(organosilane)과 알콕시 실란을 일정 중량비로 반응시켜 합성된 실록산 화합물을 바인더로 포함하는 반사 방지 코팅 조성물을 사용하여 코팅층을 형성함으로써 반사율을 최소화하고 표면 에너지를 조절한 반사 방지 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기 반사 코팅 조성물을 이용한 반사 방지 필름은 반사 방지 효과가 우수하여 터치 필름 등 다양한 디스플레이 기기에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

실록산 화합물을 포함하는 반사 방지 코팅 조성물, 이를 이용하여 표면 에너지가 조절된 반사 방지 필름{ANTI-REFLECTION COATING COMPOSITION CONTAINING SILOXANE COMPOUND, ANTI-REFLECTION FILM HAVING CONTROLLED SURFACE ENERGY USING THE SAME}
본 발명은 낮은 굴절률을 가지면서도 표면 에너지가 조절된 코팅층을 형성할 수 있는 반사 방지 코팅 조성물, 이를 이용한 반사 방지 필름 및 상기 반사 방지 필름의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플루오로알킬기를 가지는 오르가노실란(organosilane)과 알콕시 실란을 일정 중량비로 반응시켜 합성된 실록산 화합물을 바인더로 포함하는 반사 방지 코팅 조성물을 사용하여 코팅층을 형성함으로써 반사율을 최소화하고 표면 에너지를 조절한 반사 방지 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이가 각종 조명 및 자연광 등의 외광에 노출되는 경우 반사광에 의해 디스플레이 내부에서 만들어지는 이미지가 눈에 선명하게 맺히지 못함에 따른 컨트라스트(contrast)의 저하로 화면 보기가 어려워질 뿐 아니라 눈이 피로감을 느끼거나 두통을 유발하게 된다. 이러한 이유로 반사방지에 대한 요구도 매우 강해지고 있다.
단일층 반사방지막이 형성된 기판에 있어서, 기판의 기판의 굴절률 ns, 단일층 반사방지막의 굴절률이 n 으로 정의하는 경우, 반사방지막의 반사율 R의 최소값은 (ns - n2)2 /(ns + n2)2으로 나타난다. 상기 반사율 R의 최소값은 n2=ns 일 때 나타나므로, 단일층 반사방지막의 굴절률 n은 (ns)1/2 에 가까울수록 반사율이 적어지게 된다. 일반적으로 투명 도전선 필름에서 기판으로 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 굴절률 ns가 대략 1.54 임을 고려할 때, 반사방지막의 반사율 R을 낮추기 위하여는, 반사방지막의 굴절률 n 이 대략 1.22 ~ 1.24 범위에 가능한 한 근접하는 것이 바람직하다.
종래 반사 방지 필름은 주로 투광성 기재 상에 반사 방지층이 배치되는데, 예를 들어 일본 공개특허 제2002-200690호에서 상기 반사 방지층은 투광성 기재 측에서부터 하드코팅층, 두께 1 ㎛ 이하의 고굴절율층 및 저굴절율층이 순차적으로 적층된 3층 구조를 개시하고 있다.
또한 제조 공정을 단순화하기 위하여, 일본 공개특허 제2000-233467호에서는 상기 반사 방지층에서 고굴절율층을 생략하고, 하드코팅층과 저굴절율층이 적층된 2층 구조를 개시하고 있다.
한편, 저굴절 재료인 중공형 실리카 입자의 개발로 굴절률이 매우 낮은 저굴절 코팅재에 대한 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 기존 아크릴계 수지를 이용하여 개발된 저굴절 코팅재의 경우 굴절률이 반사방지에 대한 상기 이론적 최적값인 1.22 ~ 1.24에 이르지 못하였다. 이러한 점을 개선하기 위해 불소가 함유된 고분자물질을 첨가하여 굴절률을 낮추는 노력이 이루어졌으나, 코팅면의 표면 에너지가 지나치게 높아지는 문제가 발생하였다. 또한 중공형 실리카 입자와 아크릴계 수지간의 상용성이 좋지 않아 이를 개선하기 위해 실리카 입자에 아크릴계 수지와 결합할 수 있는 표면처리가 요구되었다.
한국공개특허 제2004-0070225호에서는 알콕시실란을 가수분해 및 중축합처리하여 얻어진 실리카 전구체를 포함하는 코팅조성물을 개시하고 있다. 그러나 실란 화합물을 축합시켜 열경화하는 방법은 저온 및 단시간의 열경화로는 충분한 경화가 부족하여 충분한 경화 밀도를 갖기 위해서는 고온 또는 장시간의 경화가 필요하여 제조비용이 높아지고 생산성이 나빠지는 점과 플라스틱 필름 기재를 손상시키거나 경질 코팅층, 특히 하드코팅층이 가열에 의해 수축되어 크랙이 생기는 등의 문제점을 가지고 있다.
또한, 불소를 함유한 알콕시 실란을 도입하여 저굴절률 코팅층을 제조하는 기술도 고려되고 있으나, 이 경우 상 분리 등의 문제가 발생하는 문제가 있어 이를 적용하는데 한계가 있었다.
한편, 터치 센서 패널(Touch Sensor Panel) 등을 제조함에 있어서, 필름 표면에서의 부착력을 적절하게 형성하는 것이 요구되며, 이를 위하여 코팅층의 표면 에너지를 조절함으로써 코팅층 표면에서의 부착력을 제어하는 것을 고려할 수 있다.
따라서 낮은 굴절률을 가지면서도 적절한 표면 에너지를 나타내는 실리카 코팅층을 상 분리 없이 기재에 형성할 수 있는 방법의 개발이 지속적으로 요구되는 실정이다.
이에 본 발명자들은, 낮은 굴절률과 적절한 표면 에너지를 가지는 실리카 코팅층이 기재 상에 코팅된 반사 방지 필름을 개발하기 위하여 연구, 노력한 결과, 플루오로알킬기를 갖는 오르가노실란과 알콕시 실란을 일정 비율로 반응시켜 합성된 실록산 화합물을 바인더로 포함하는 코팅액을 사용하는 경우, 상 분리가 나타나지 않으면서도, 낮은 굴절률을 가지며 코팅층의 표면에서 물에 대한 접촉각이 적절하게 조절된 반사 방지 필름을 제조할 수 있음을 발견함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 플루오로알킬기를 갖는 오르가노실란과 알콕시 실란을 일정 비율로 반응시켜 합성된 실록산 화합물 바인더를 포함하는 코팅액으로 반사방지층을 형성하여 광학적 특성이 우수하면서도 표면 에너지가 조절된 반사 방지 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반사 방지 코팅 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 하기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물이 0.1 ~ 20 중량부로 중합되어 형성되는 바인더; 및 중공 실리카 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
R1 xSi(OR2)4-x
상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 ~ 10의 알킬기, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기 또는 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기이고, R2 는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
[화학식 2]
R3 ySi(OR4)4-y
상기 화학식 2에서, R3은 탄소수 1 ~ 12의 플루오로알킬기이고, R4는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, y는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
또한, 본 발명의 반사 방지 필름은 상기 코팅 조성물이 기재 표면에 코팅되어 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층 표면의 물에 대한 접촉각이 40 ~ 80° 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반사 방지 필름의 제조방법은, 상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물 0.1 ~ 20 중량부를 중합하여 바인더를 제조하는 단계; 중공 실리카 입자에 상기 바인더 및 산 촉매를 가하여 표면 처리된 중공 실리카 입자를 포함하는 코팅 조성물을 제조하는 단계; 상기 코팅 조성물을 기재 필름의 적어도 일 면에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 코팅 조성물을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반사 방지 코팅 조성물을 사용하는 경우 종래 나타난 상 분리의 문제를 해결하면서도 낮은 굴절률과 적절한 표면 에너지를 가지는 반사 코팅층을 형성할 수 있다.
이러한 반사 코팅 조성물을 이용한 반사 방지 필름은 반사 방지 효과가 우수하여 터치 필름 등 다양한 디스플레이 기기에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 반사 방지 코팅 조성물, 반사 방지 필름 및 이의 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
반사 방지 코팅 조성물
본 발명의 반사 방지 코팅 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 하기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물이 0.1 ~ 20 중량부로 중합되어 형성되는 바인더; 및 중공 실리카 입자를 포함한다.
[화학식 1]
R1 xSi(OR2)4-x
상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 ~ 10의 알킬기, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기 또는 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기이고, R2 는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
[화학식 2]
R3 ySi(OR4)4-y
상기 화학식 2에서, R3은 탄소수 1 ~ 12의 플루오로알킬기이고, R4는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, y는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물은, x가 0인 경우 4개의 알콕시기를 가지는 사작용기성 알콕시 실란, x가 1인 경우 3개의 알콕시기를 가지는 삼작용기성 알콕시 실란 및 x가 2인 경우 2개의 알콕시기를 가지는 이작용기성 알콕시 실란으로 나타날 수 있다. x가 3인 경우에는 작용기인 알콕시기가 하나만 있어 상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물과의 축합 반응이 이루어지는데 바람직하지 않다.
상기 화학식 1에서, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기는 페닐기 또는 톨릴기 등이 포함되며, 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기로는 알릴기, 1-프로페닐기, 1-부테닐기, 2-부테닐기 또는 3-부테닐기 등이 포함될 수 있다.
상기 실란화합물로는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란, 테트라-sec-부톡시실란, 테트라-tert-부톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리메톡시실란 알릴트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 및 디페닐디에톡시실란 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
또한 상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물은 트리플루오로메틸트리메톡시실란, 트리플루오로메틸트리에톡시실란, 트리플루오르프로필트리메톡시실란, 트리플루오르프로필트리에톡시실란, 노나플루오로부틸에틸트리메톡시실란, 노나플루오로부틸에틸트리에톡시실란, 노나플루오로헥실트리메톡시실란, 노나플루오로헥실트리에톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리에톡시실란, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실트리에톡시실란 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 아니하며, 보다 바람직하게는 R3은 탄소수 3 ~ 5의 플루오로알킬기를 사용하는 것이 상 분리를 발생시키지 않는 점에서 유리하다.
상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물은 가수분해된 후 탈수 축합 중합되어 실록산 화합물이 형성된다. 한편 상기 가수분해 및 탈수 축합 반응에는 산 촉매가 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 질산, 염산, 황산 또는 초산 등이 사용될 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20 중량부가 사용되어 중합되며, 바람직하게는 1 ~ 15 중량부, 더욱 바람직하게는 5 ~ 10 중량부가 사용되는 것이 좋다. 상기 오르가노실란 화합물이 0.1 중량부 미만으로 사용되는 경우 형성되는 코팅층의 접촉각이 너무 낮게 형성되고, 굴절률 저하효과가 미미한 문제가 있으며, 20 중량부를 초과하여 사용되는 경우 코팅층의 접촉각이 지나치게 커지게 되고, 오히려 굴절률을 증가될 수 있는 문제가 있다. 따라서 상기 범위 안에서 요구되는 물에 대한 접촉각에 따라 상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물의 함량을 조절할 수 있다.
상기 형성된 실록산 화합물은 유무기 하이브리드 바인더로 작용하여 중공 실리카 입자의 표면을 처리하는 역할을 한다.
상기 실록산 화합물의 중량평균분자량은 1,000 ~ 100,000, 바람직하게는 2,000 ~ 50,000, 더욱 바람직하게는 5,000 ~ 20,000 범위에 있는 것이 좋다. 상기 중량평균분자량이 1,000 미만이면 목적하는 낮은 굴절률을 갖는 코팅층을 형성하기 어려우며, 100,000을 초과하는 경우 반사 방지 필름의 광 투과도를 저하시키는 문제가 있다.
한편, 중공 실리카 입자(hollow silica particles)라 함은 규소 화합물 또는 유기 규소 화합물로부터 도출되는 실리카 입자로서, 상기 실리카 입자의 표면 및/또는 내부에 빈 공간이 존재하는 형태의 입자를 의미한다.
상기 중공 실리카 입자는 분산매(물 또는 유기용매)에 분산된 형태로서 고형분 함량이 5 내지 40 중량%인 콜로이드상으로 포함될 수 있다. 여기서, 상기 분산매로 사용 가능한 유기용매로는 메탄올(methanol), 이소프로필 알코올(isoproply alcohol, IPA), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 부탄올(butanol) 등의 알콜류; 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 메틸 이소 부틸 케톤(methyl iso butyl ketone, MIBK) 등의 케톤류; 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene) 등의 방향족 탄소수소류; 디메틸 포름 아미드(dimethyl formamide), 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide), N-메틸 피롤리돈(methyl pyrrolidone) 등의 아미드류; 초산에틸, 초산부틸, γ-부티로락톤 등의 에스터(ester)류; 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 1,4-디옥산 등의 에테르(ether)류; 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 다만, 상기와 같이 분산매에 분산된 콜로이드 용액의 형태로 사용될 경우 고형분 함량 등을 고려하여 중공 실리카 입자의 함량이 전술한 범위에 해당되도록 조절하는 것이 바람직하다.
또한 상기 중공 실리카 입자의 수평균 직경은 1 ~ 1,000 nm, 바람직하게는 5 ~ 500 nm, 가장 바람직하게는 10 ~ 100 nm 의 범위의 것을 사용하는 것이 필름의 투명성을 유지하면서도 반사 방지 효과를 나타내는데 유리하다.
상기 실록산 화합물의 바인더는 상기 중공 실리카 입자 100 중량부에 대하여 10 ~ 120 중량부, 바람직하게는 20 ~ 100 중량부, 가장 바람직하게는 40 ~ 80 중량부가 사용되는 것이 좋다. 바인더가 10 중량부 미만으로 사용되는 경우 코팅면에서 백화현상이 발생하는 문제가 있으며, 120 중량부를 초과하여 사용되는 경우 반사방지 효과가 현저히 감소하는 문제가 있다.
한편, 상기 반사 방지 코팅 조성물은 바인더에 의한 중공 실리카 입자의 표면 처리를 촉진하기 위하여 산 촉매를 포함할 수 있으며, 상기 산촉매는 당업계에서 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 질산 또는 염산을 사용하는 것이 좋다. 상기 산촉매는 상기 중공 실리카 입자 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20 중량부가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 반사 방지 코팅 조성물 제조시의 pH는 2 ~ 9 범위에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 ~ 8, 가장 바람직하게는 4 ~ 7 범위로 형성하는 것이 접촉각의 조절 면에 있어서 유리하다.
상기 반사 방지 코팅 조성물의 pH 조절을 위하여 pH 조절제를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 상기 pH 조절제를 통하여 조성물 내 OH- 이온이 많아지면 물에 대한 접촉각을 감소시킬 수 있으며, 상기 pH 조절제로는 암모니아, 유기아민류, 금속수산화물(LiOH, KOH, NaOH) 용액 등을 사용하는 것이 좋다.
반사 방지 필름
본 발명은 상기 반사 방지 코팅 조성물이 기재 표면에 코팅되어 형성된 코팅층을 포함하는 반사 방지 필름을 제공한다.
상기 기재는 투명 고분자 수지 등 통상의 액정표시장치 등에서 사용되는 다양한 종류의 기판이 사용될 수 있으나, 구체적으로 상기 기재로서는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PC(Poly carbonate), PP(poly propylene), 노보르넨계 수지 등이 사용될 수 있다.
상기 기재의 재질로 PET를 사용하는 경우, PET 필름의 두께는 약 10㎛ 내지 약 200㎛이며, 보다 바람직하게는 약 20㎛ 내지 100㎛이내이다. 투명기재의 두께가 약 10㎛ 미만이면 기재의 기계적 강도에 문제가 있으며, 두께가 약 200㎛를 초과하면, 터치 패널용으로서의 타점 특성의 향상이 도모되지 않는 경우가 있다.
상기 반사 방지 코팅 조성물에 의하여 형성된 코팅층의 표면은 물에 대한 접촉각이 40 ~ 80° 인 것이 바람직하다. 상기 물에 대한 접촉각이 40° 미만이면 보호 필름 등이 잘 분리되지 않고, 내오염성에 문제가 있으며, 물에 대한 접촉각이 80°를 초과하면 코팅층의 표면에서의 부착력에 문제가 있어 터치 패널 등의 적용이 어렵게 된다.
또한, 상기 반사 방지 코팅 조성물에 의하여 형성된 코팅층은 굴절율이 1.20 ~ 1.25 범위에 있게 된다.
또한 상기 코팅층은 1 ~ 1,000 nm 의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 ~ 500 nm의 두께로 형성한다. 상기 두께가 1 nm 이하인 경우 반사방지 효과가 미미한 문제가 있으며, 1,000 nm를 초과하는 경우 코팅층의 부착성이 나빠지는 문제가 있다.
본 발명의 반사 방지 필름은 투과율이 94% 이상이고, 시감 반사율이 0.5 ~ 2.0% 범위에 있어 우수한 반사 방지 효과를 나타낼 수 있다.
반사 방지 필름의 제조방법
본 발명의 반사 방지 필름의 제조방법은,
상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물 0.1 ~ 20 중량부를 중합하여 바인더를 제조하는 단계;
중공 실리카 입자에 상기 바인더 및 산 촉매를 가하여 표면 처리된 중공 실리카 입자를 포함하는 코팅 조성물을 제조하는 단계;
상기 코팅 조성물을 기재 필름의 적어도 일 면에 도포하는 단계; 및
상기 도포된 코팅 조성물을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 바인더는 용매 내에서 상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물이 0.1 ~ 20 중량부를 산 촉매 하에서 혼합하면, 탈수 및 중합 반응을 거쳐 실록산 화합물로서 제조될 수 있다.
상기 제조된 바인더는 중공 실리카 입자와 용매 내에서 산 촉매 하에 혼합되어, 상기 중공 실리카 입자의 표면 처리에 적용된다. 상기 바인더와 중공 실리카 입자는 20 ~ 40 ℃에서 약 5 ~ 50 시간 동안 혼합하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ~ 40 시간, 가장 바람직하게는 20 ~ 30 시간 동안 교반하면서 혼합되도록 하는 것이 좋다.
한편, 코팅 조성물은 상기 설명한 바와 같이 중공 실리카 입자 100 중량부에 대하여 바인더 10 ~ 120 중량부 및 산 촉매 0.1 ~ 20 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 코팅 조성물의 제조 시 pH는 2 ~ 9 범위로 조절하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 ~ 8, 가장 바람직하게는 4 ~ 7 범위로 조절하는 것이 좋다. 또한, 상기 코팅 조성물의 pH 조절을 위하여 pH 조절제 등을 사용할 수 있으며, 상기 pH 조절제로는 암모니아, 유기아민류, 금속수산화물(LiOH, KOH, NaOH) 용액 등이 사용될 수 있다.
상기 혼합에 의하여 얻어진 코팅 조성물을 기재 필름의 적어도 일 면에 도포하며, 상기 도포는 그라비아(gravure) 코팅법, 슬롯 다이(slot die) 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 바 코팅법 및 침적 코팅법 중에서 선택된 하나의 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 코팅 조성물은 기재 필름의 일면에 1 ~ 1,000 nm의 두께로 도포되고, 상기 코팅액이 도포된 상태에서 50 ~ 200℃로 열처리하여 반사 방지층이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 100 ~ 200 ℃의 고온에서 약 1 ~ 10 분간 건조시켜 용매를 제거한 후, 50 ~ 100 ℃에서 약 10 ~ 100 시간 동안 에이징(aging)하여 반사 방지층을 형성시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 반사 방지 필름에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
이하의 실시예 및 비교예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1. 실록산 화합물 바인더의 제조
물 26 중량부, 이소프로판올 290 중량부 및 0.1M HNO3 9 중량부를 반응기에 넣고, 10분간 교반하였다. 다음 테트라에톡시실란(테트라에틸 오르쏘실리케이트, TEOS) 100 중량부 및 (3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 0.65 중량부를 깔대기를 통하여 30분간 천천히 투입하였다. 다음 2시간 동안 50℃에서 교반한 후 상온으로 냉각한 후, 다시 24시간 동안 200 rpm의 속도로 교반하여 투명한 바인더 용액을 얻었다. 상기 용액의 고형분은 6.7 중량%로 나타났으며, pH는 2.1로 확인되었다. 상기 투명한 용액을 별도의 정제 과정 없이 다음 단계의 코팅 조성물의 제조에 사용하였다.
2. 반사 방지 코팅 조성물의 제조
상기 제조된 바인더 용액 100 중량부, 수평균 직경 60nm의 중공 실리카 입자-메틸이소부틸케톤 분산 졸(20% w/w, JGC C&C사, Thrulya 4320) 60 중량부 및 NH4OH 1 중량부를 반응기에 넣고, 24시간 동안 상온에서 교반시킴으로써 반사 방지 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 제조된 반사 방지 코팅 조성물의 고형분은 3 중량%로 나타났으며, pH는 4.2 로 확인되었다.
3. 반사 방지 필름의 제조
상기 제조된 반사 방지 코팅 조성물을 20 ㎛ 두께의 PET 필름 상에 Mayer bar를 이용하여 100 nm의 두께로 도포한 후, 130℃에서 2 분간 건조하여 반사 코팅층을 형성하였다. 다음, 60℃의 오븐에서 24시간 동안 에이징 하여 최종 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 2
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 1.3 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 3
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 2.7 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 4
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 3.4 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 5
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 5.4 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 6
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 7.9 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 7
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 13.3 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 8
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 7.9 중량부를 사용하고, 코팅 조성물의 제조 시 NH4OH 를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
실시예 9
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 7.9 중량부를 사용하고, 코팅 조성물의 제조 시 60nm의 중공 실리카 입자-이소프로판올 분산 졸(20% w/w, JGC C&C사, Thrulya 4110) 60 중량부를 사용하며, 코팅 조성물의 제조 시 NH4OH 를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
비교예 1
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란을 사용하지 않고, 테트라에톡시실란만을 축합 중합하여 바인더를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
비교예 2
(3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란 29 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 반사 방지 코팅 조성물 및 반사 방지 필름을 제조하였다.
평가
1. 코팅층의 굴절률 측정
상기 제조된 반사 방지 필름 상의 코팅층의 굴절률을 프리즘 커플러로 532nm, 632.8nm, 830nm 파장에서 측정하고, cauchy 분산식을 이용하여 550nm에서의 굴절률을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
굴절률
실시예1 1.23
실시예2 1.23
실시예3 1.23
실시예4 1.23
실시예5 1.23
실시예6 1.23
실시예7 1.24
실시예8 1.23
실시예9 1.23
비교예1 1.26
비교예2 1.24
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 상기 코팅층은 PET 기재를 사용하는 경우 굴절률의 이론적 최적값인 1.23 값을 구현할 수 있음을 확인하였다.
2. 물에 대한 접촉각의 측정
상기 실시예 및 비교예의 반사 방지 필름의 코팅층 표면에서 물에 대한 접촉각을 측정하였고, 상기 측정은 Dataphysics사의 OCA200 접촉각 측정기를 통하여 이루어졌으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
접촉각(°)
실시예1 44
실시예2 47
실시예3 52
실시예4 55
실시예5 58
실시예6 64
실시예7 75
실시예8 69
실시예9 43
비교예1 15
비교예2 95
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예의 코팅층에서는 40 ~ 80° 의 물에 대한 접촉각을 나타내었으며, 바인더 내 (3,3,3-트리플루오로프로필)트리에톡시실란의 함량이 높아질수록 접촉각이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, NH4OH 를 사용하지 않는 경우, pH 가 낮아져 접촉각이 증가하는 것을 확인한 바, 플루오로알킬기를 포함하는 오르가노실란 화합물의 함량과 코팅 조성물의 pH를 조절함으로써 접촉각을 적절하게 조절할 수 있음을 확인하였다.
3. 투과율 및 최저 반사율의 측정
Konica Minolta사의 CM-5 Spectrophotometer를 이용하여 상기 제조된 반사 방지 필름의 투과율을 측정하였으며, 또한 반사 방지 필름의 뒷면을 흑색 처리한 후 시감반사율과 최저반사율을 측정하였다. 상기 측정 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
투과율(D65) (%) 시감 반사율(D65)(%) 최저반사율 (%)
실시예1 95.8 0.9 0.9
실시예2 95.5 1.2 1.1
실시예3 94.3 1.4 1.3
실시예4 94.9 1.7 1.6
실시예5 95.3 1.7 1.6
실시예6 95.2 1.5 1.4
실시예7 94.9 1.7 1.5
실시예8 95.6 1.2 1.1
실시예9 96.2 0.7 0.6
비교예1 95.5 1.2 1.1
비교예2 96.0 0.7 0.6
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 실시예의 반사 방지 필름의 경우 투과율이 94% 이상, 시감 반사율이 0.6 ~ 1.8%, 최저반사율이 0.6 ~ 1.6%로 나타난 바, 우수한 반사 방지 특성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 하기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물이 5 내지 10 중량부로 중합되어 중량평균분자량이 5000 내지 20000인 실록산 화합물이 형성되는 바인더; 중공 실리카 입자, 산촉매 및 PH 조절제를 포함하고, 상기 중공 실리카 입자는 분산매에 분산된 형태로서 콜로이드상으로 포함되고, 상기 분산매는 메탄올(methanol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 부탄올(butanol), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), 디메틸 포름 아미드(dimethyl formamide), 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide), N-메틸 피롤리돈(methyl pyrrolidone), 초산에틸, 초산부틸, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 1,4-디옥산 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 상기 중공 실리카 입자 100중량부에 대하여 상기 산촉매를 0.1 내지 20 중량부로 포함하고, PH가 3 내지 8 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반사 방지 코팅 조성물.
    [화학식 1]
    R1 xSi(OR2)4-x
    상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 ~ 10의 알킬기, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기 또는 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기이고, R2 는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
    [화학식 2]
    R3 ySi(OR4)4-y
    상기 화학식 2에서, R3은 탄소수 1 ~ 12의 플루오로알킬기이고, R4는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, y는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란, 테트라-sec-부톡시실란, 테트라-tert-부톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리메톡시실란 알릴트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 및 디페닐디에톡시실란 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 반사 방지 코팅 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물은 트리플루오로메틸트리메톡시실란, 트리플루오로메틸트리에톡시실란, 트리플루오르프로필트리메톡시실란, 트리플루오르프로필트리에톡시실란, 노나플루오로부틸에틸트리메톡시실란, 노나플루오로부틸에틸트리에톡시실란, 노나플루오로헥실트리메톡시실란, 노나플루오로헥실트리에톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리에톡시실란, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실트리에톡시실란 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 반사 방지 코팅 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1의 x는 0, 1 또는 2의 정수인 것을 특징으로 하는 반사 방지 코팅 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 2의 R3은 탄소수 3 ~ 5의 플루오로알킬기인 것을 특징으로 하는 반사 방지 코팅 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공 실리카 입자는 수평균 직경이 1 ~ 1,000 nm 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반사 방지 코팅 조성물.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중에서 선택된 어느 한 항의 코팅 조성물이 기재 표면에 코팅된 코팅층이 형성된 필름으로서,
    상기 코팅층 표면의 물에 대한 접촉각이 40 ~ 80°이고, 굴절률이 1.20 ~ 1.25 범위에 있고, 투과율이 94% 이상이고, 시감 반사율이 0.5 ~ 2.0% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 특징으로 반사 방지 필름.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께는 1 ~ 1,000 nm 인 것을 특징으로 하는 반사 방지 필름.
  11. 삭제
  12. 제 8 항의 반사 방지 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  13. 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 하기 화학식 2로 표시되는 오르가노실란 화합물 5 내지 10 중량부를 중합하여 중량평균분자량이 5000 내지 20000인 실록산 화합물이 형성되어 바인더를 제조하는 단계;
    중공 실리카 입자를 분산매에 분산된 형태로서 콜로이드상으로 포함하고, 상기 분산매는 메탄올(methanol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 부탄올(butanol), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), 디메틸 포름 아미드(dimethyl formamide), 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide), N-메틸 피롤리돈(methyl pyrrolidone), 초산에틸, 초산부틸, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 1,4-디옥산 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 상기 중공 실리카 입자에 상기 바인더 및 산 촉매를 가하여 표면 처리된 중공 실리카 입자를 포함하고, 상기 중공 실리카 입자 100 중량부에 대하여 상기 산촉매를 0.1 내지 20 중량부로 포함하고, PH 조절제를 포함하고, PH가 3 내지 8 범위에 있는 코팅 조성물을 제조하는 단계;
    상기 코팅 조성물을 기재 필름의 적어도 일 면에 도포하는 단계; 및
    상기 도포된 코팅 조성물을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 방지 필름의 제조방법.
    [화학식 1]
    R1 xSi(OR2)4-x
    상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 ~ 10의 알킬기, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기 또는 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기이고, R2 는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
    [화학식 2]
    R3 ySi(OR4)4-y
    상기 화학식 2에서, R3은 탄소수 1 ~ 12의 플루오로알킬기이고, R4는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, y는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 코팅 조성물은 중공 실리카 입자에 상기 바인더 및 산 촉매를 가하고, 20 ~ 40 ℃에서 5 ~ 50 시간 동안 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 반사 방지 필름의 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 열처리는 50 ~ 200 ℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 방지 필름의 제조방법.
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