KR101882017B1 - 광학용 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 치수안정성이 상대적으로 높은 우레탄계 고분자 수지를 주재로 하는 프라이머층에 가공 수지와의 부착력을 부여하기 위한 아크릴계 고분자 수지를 블렌딩하여 프라이머층을 구성하고, 상용성이 없는 두 고분자의 미세상 분리를 통하여, 기재 필름과의 부착력은 우레탄계 고분자 수지가 담당하고 가공 수지와의 부착력을 아크릴계 고분자 수지가 담당하도록 하여 고온, 고습의 환경에서도 수지와 기재필름간의 부착력을 향상시켜, 후가공시에 발생할 수 있는 코팅층의 탈락을 방지할 수 있는 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서, 상기 프라이머층은 우레탄계 고분자 수지를 주재로 하고 아크릴계 고분자 수지가 블렌드 형태로 구성되어 있는 도포액으로 도포되어 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

광학용 폴리에스테르 필름{POLYESTER FILM FOR OPTICAL USE}

본 발명은 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 치수안정성이 상대적으로 높은 우레탄계 고분자 수지를 주재로 하는 프라이머층에 가공 수지와의 부착력을 부여하기 위한 아크릴계 고분자 수지를 블렌딩하여 프라이머층을 구성하고, 상용성이 없는 두 고분자의 미세상 분리를 통하여, 기재 필름과의 부착력은 우레탄계 고분자 수지가 담당하고 가공 수지와의 부착력을 아크릴계 고분자 수지가 담당하도록 하여 고온, 고습의 환경에서도 수지와 기재필름간의 부착력을 향상시켜, 후가공시에 발생할 수 있는 코팅층의 탈락을 방지할 수 있는 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

일반적으로, 폴리에스테르 필름은 치수 안정성, 두께 균일성 및 광학적 투명성이 우수하여 디스플레이 기기뿐만 아니라 여러 산업용 재료로서 그 이용 범위가 매우 넓다. 특히, 최근 액정표시장치, 유기 발광표시장치, 전자종이에 대한 관심이 급증하면서 이들 표시장치의 기판을 유리 기판 대신 폴리에스테르 필름으로 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 이유는, 폴리에스테르 필름으로 유리 기판을 대체하면 표시장치의 전체 무게가 가벼워지고 디자인의 유연성을 부여할 수 있으며, 충격에 강하며 연속 공정으로 제조할 수 있어 유리 기판에 비해 생산성이 높기 때문이다.

이러한 용도로의 전개에는 투명 전극의 증착온도를 견딜 수 있는 높은 유리전이온도, 높은 광투과도 및 표면의 내스크래치성, 기재 및 후가공 코팅액과의 부착력이 요구된다. 도 1은 종래의 광학용 폴리에스테르 필름의 단면도로서 폴리에스테르 기재필름(1)과 상기 기재필름에 형성된 프라이머층(2)이 구성되어 있으나, 상기 프라이머층(2)은 단일 수지로 구성되어 있다.

또한 이러한 폴리에스테르 필름의 경우 표면에 하드코팅층을 코팅하는 과정을 거치는 일도 잦은데, 이러한 구조로 제조할 때의 문제점은 폴리에스테르 필름과 하드코팅층 사이의 큰 선팽창계수 차이에 의한 폴리에스테르 필름의 변형과 크랙 및 박리가 발생할 수 있으며, 이러한 현상을 막기 위하여 고온, 고습의 환경에서도 기재와 가공 수지간의 부착력을 필요로 하게 되었다.

따라서 각 층의 계면에서의 응력을 최소화할 수 있는 적절한 구조의 설계와 코팅 층간의 접착성이 매우 중요한 물성으로 평가되고 있으며, 부착력을 해결하기 위해 가공 수지의 조성물과 같은 성분으로 프라이머층을 구성하게 된다. 이러한 프라이머층은 아크릴계 조액과 폴리에스테르 공중합체 혹은 폴리우레탄계 수지의 조성물로 구성되어진다(한국 특허공개공보 제2010-0081568호).

한편, 종래 기술에서의 부착력은 분산력에 의한 부착만으로 이루어져 있기 때문에 반응기가 있는 프라이머 등의 사용으로 이러한 문제점을 해결하려는 시도가 있으나, 이러한 시도에도 불구하고 고온, 고습의 극한 환경에서 수지와의 부착력을 부여하는 것은 매우 어려운 실정이었다.

한국 특허공개공보 제2010-0081568호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 고온, 고습의 환경에서도 수지와 기재필름간의 부착력을 향상시켜, 후가공시에 발생할 수 있는 코팅층의 탈락을 방지할 수 있는 광학용 폴리에스테르 필름을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적은, 폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서, 상기 프라이머층은 우레탄계 고분자 수지를 주재로 하고 아크릴계 고분자 수지가 블렌드 형태로 구성되어 있는 도포액으로 도포되어 형성된 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름에 의해 달성된다.

여기서, 상기 프라이머층을 형성하는 상기 도포액은 70중량%의 물과 30중량%의 폴리우레탄 수지로 이루어진 바인더 수지와 40중량%의 수용성 아크릴 고분자 수지를 블렌딩한 수분산액 10~90중량%와, 70중량%의 물과 30중량%의 멜라닌계 또는 에폭시계 경화제로 구성된 경화제 수분산액 1~50중량%와, 90중량%의 물과 10중량%의 음이온계 계면활성제로 구성된 계면활성제 수분산액 0.1 ~10중량%와, 30중량%의 물과 70중량%의 무기입자로 구성된 무기입자 수분산액 0.1~40중량% 및 잔량의 물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 바인더 수지와 상기 수용성 아크릴계 고분자 수지의 총 조성 중 상기 수용성 아크릴계 고분자 수지는 1~10중량%인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 프라이머층이 형성된 상기 기재필름의 면은 광투과율이 90~100%이고 헤이즈 값이 0.2~0.7%인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기재필름과 상기 프라이머층 사이의 접착력은 65℃, 95%습도 하에서 96시간 내습성 테스트 후 95~100%인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 아크릴계 고분자 수지는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산 등의 아크릴계 고분자 중 적어도 하나 인 것으로 분자량을 조절하고 친수기와의 공중합체를 통해 수용성을 부여한 수지인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 프라이머층은 건조 후 기재필름 쪽에는 상기 우레탄계 고분자 수지가 우세하게, 표면 쪽에는 상기 아크릴계 고분자 수지가 우세하게 층이 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 적어도 1축으로 연신된 투명한 폴리에스테르 기재필름에 수용성 아크릴계 고분자 수지가 폴리우레탄 수지와 블렌드된 프라이머층이 형성되어 고온, 고습의 환경에서도 수지와 기재필름간의 부착력을 향상시켜, 후가공시에 발생할 수 있는 코팅층의 탈락을 방지할 수 있는 등의 효과를 가진다.

도 1은 종래의 광학용 폴리에스테르 필름의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름의 단면도.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서, 상기 프라이머층은 우레탄계 고분자 수지를 주재로 하고 아크릴계 고분자 수지가 블렌드 형태로 구성되어 있는 도포액으로 도포되어 형성된 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름의 상기 프라이머층을 구성하는 도포액의 주성분은 폴리우레탄계 수지를 주재로 하되, 보다 바람직하게는 폴리우레탄계 수지에 아크릴계 고분자 수지가 블렌드되어 있는 형태이다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 기재필름(1)과 상기 기재필름에 형성된 프라이머층(3)이 구성되되, 상기 프라이머층(3)은 우레탄계 고분자 수지와 아크릴계 고분자 수지로 이루어진 도포액으로 도포된 것이다. 또한 상기 프라이머층(3)은 건조 후 조성물간의 미세상 분리가 일어나, 기재필름 쪽에는 우레탄계 고분자 수지가 우세하게, 표면 쪽에는 아크릴계 고분자 수지가 우세하게 층이 구성되는 것이 바람직하다. 위와 같이 상용성이 없는 두 고분자의 미세상 분리를 통하여, 기재 필름과의 부착력은 우레탄계 고분자 수지가 담당하고 가공 수지와의 부착력을 아크릴계 고분자 수지가 담당하게 되므로 고온, 고습의 환경에서도 수지와 기재필름간의 부착력을 향상시켜, 후가공시에 발생할 수 있는 코팅층의 탈락을 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 폴리우레탄계 수지와 블렌딩되는 상기 아크릴계 고분자 수지로는 구체적으로, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산 등의 아크릴계 고분자 중 적어도 하나인 것으로 분자량을 조절하고 친수기와의 공중합체를 통해 수용성을 부여한 수지인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름의 상기 프라이머층을 형성하는 상기 도포액은 70중량%의 물과 30중량%의 폴리우레탄 수지로 이루어진 바인더 수지와 40중량%의 수용성 아크릴 고분자 수지를 블렌딩한 수분산액 10~90중량%와 70중량%의 물과 30중량%의 멜라닌계 또는 에폭시계 경화제로 구성된 경화제 수분산액 1~50중량%와, 90중량%의 물과 10중량%의 음이온계 계면활성제로 구성된 계면활성제 수분산액 0.1 ~10중량%와 30중량%의 물과 70중량%의 무기입자로 구성된 무기입자 수분산액 0.1~40중량% 및 잔량의 물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 바인더 수지와 상기 수용성 아크릴계 고분자 수지의 총 조성 중 상기 수용성 아크릴계 고분자 수지는 1~10중량%인 것을 특징으로 한다. 1중량% 미만일 경우 필름의 공정 주행성이 좋지 않아 제품화에 어려움이 있다. 즉 인라인 공정에서 필름을 제조하며, 기능성을 부여하기 위한 코팅을 하기 때문에 코팅층에 입자가 1중량% 미만일 경우 제품화 자체가 어렵고, 10중량%를 초과하면 탁도의 증가와 함께 광특성에 영향을 주어 전투과율이 낮아지게 되고, 이로 인해 휘도가 떨어질 수 있어 광학용 필름으로 사용할 수 없게 되기 때문이다.

또한 본 발명에 따른 상기 프라이머층의 도포두께는 0.05~5㎛인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름의 기재필름은 투명한 폴리에스테르 필름인 것이 바람직하며, 필름의 강도를 위해서 적어도 1축 이상 연신하는 것을 기본으로 하며, 상기 기재필름은 50~300㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 상기 기재필름을 사용하여 인라인에서 프라이머층 코팅 공정까지 진행하여 한 번에 완제품 생산을 가능하게 한다.

또한 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 상기 프라이머층이 형성된 상기 기재필름의 면은 광투과율이 90~100%이고 헤이즈 값이 0.2~0.7%인 것을 특징으로 하고, 또한 상기 기재필름과 상기 프라이머층 사이의 접착력은 65℃, 95%습도 하에서 96시간 내습성 테스트 후 95~100%인 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 내지 5]

본 발명의 프라이머층을 구성한 광학용 폴리에스테르 필름의 제조를 위해 1축 연신된 폴리에스테르 필름을 기재필름으로 하고 프라이머층을 형성하는 도포액은 70중량%의 물과 30중량%의 폴리우레탄 수지로 구성된 바인더 수지에 40중량%의 수용성 아크릴 고분자 수지를 표 1의 비율과 같이 블렌딩한 수분산액 20.0중량%와 70중량%의 물과 멜라민 경화제 30중량%로 구성된 경화제 수분산액 5중량%와 물 63.9중량%를 혼합하고, 90중량%의 물과 10중량%의 음이온 계면활성제로 구성된 계면활성제 수분산액 1.0중량%와 30 중량%의 물과 70중량%의 산화티타늄 입자로 구성된 무기입자 수분산액 5중량% 및 잔량의 물을 이용하여 도포액을 제조한 후 두께 100㎛의 상기 1축 연신된 폴리에스테르 기재필름에 도포하여 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 상기 도포액의 도포는 #4 Wire bar를 이용하여 도포하였다.

하기 표 1의 "수용성 아크릴 수지 첨가량"은 상기 바인더 수지와 상기 수용성 아크릴계 고분자 수지의 총 조성 중 상기 수용성 아크릴계 고분자 수지의 중량%이다.

구분	수용성 아크릴 수지 첨가량(중량%)	고형분(%)	점도(CPS)
실시예 1	1	7.18	1.18
실시예 2	3	7.18	1.23
실시예 3	5	7.18	1.5
실시예 4	7	7.18	1.84
실시예 5	10	7.18	1.92

[비교예]

바인더 수지로 70중량%의 물과 30중량%의 폴리우레탄 수지로 구성된 수분산액 20.0중량%와, 70중량%의 물과 멜라민 경화제 30중량%로 구성된 경화제 수분산액 5중량%와 물 63.9중량%를 혼합하고, 90중량%의 물과 10중량%의 음이온 계면활성제로 구성된 계면활성제 수분산액 1.0중량%와 실리카 입자는 30 중량%의 물과 산화티타늄 입자 70중량%로 구성된 무기입자 수분산액 1~10중량% 및 잔량의 물을 이용하여 도포액을 제조한 후(표 2 참조) 두께 100㎛의 상기 실시예의 1축 연신된 폴리에스테르 기재필름에 도포하여 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 상기 도포액의 도포는 #4 Wire bar를 이용하여 도포하였다.

구분	주재 성분	고형분(%)	점도(CPS)
비교예	폴리우레탄	7.18	1.1

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예에 따른 필름을 사용하여 다음과 같은 실험예를 통해 물리적 특성을 측정하고 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

[실험예]

1. 코팅층의 두께 측정

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예에서 제조된 필름의 코팅층 두께는 마이크로메터를 이용한 침압식 측정기[미쯔토요사, 모델명: ID-Ff125]를 사용하여 측정하였으며, 총 10장의 시트의 두께 측정값에서 투명한 기재필름의 두께(㎛)를 뺀 나머지 값의 평균으로 산출하였다.

2. 굴절율 측정

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예에서 제조된 필름의 코팅층 굴절율은 상기 광학 필름위에서의 측정이 어렵기 때문에 도포액을 Si wafer에 코팅하여 Ellipsometry를 이용하여 굴절율을 측정하였다.

3. 부착력(접착성) 확인

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예에서 제조된 필름의 기재와 프라이머층 사이의 접착성을 측정하였다. #20 와이어바를 사용하여 프라이머층이 접착되어 있는 표면에 아크릴계 UV 경화수지를 도포시킨 다음, 절단기로 프라이머층이 코팅된 필름에 절단선을 만들어서, 10×10의 매트릭스에 2㎜× 2㎜ 정사각형들을 배치한다. 절단선이 있는 필름에 셀로판 테잎(No. 405, NICHIBAN제 넓이: 24㎜)을 붙이고, 벨벳을 이용하여, 테잎을 문질러서 필름에 강력하게 부착시킨 후, 수직으로 테잎을 떼어낸다. 접착층에 남아있는 프라이머층의 면적을 시각적으로 관찰하고, 다음 수학식 1에 의해 접착성을 계산하였다.

(수학식 1)

또한, 65℃, 90%습도 하에서 96시간 후의 내습성 평가를 위한 내습 접착성 테스트도 상기와 동일한 방법으로 실시하였다.

4. 코팅성 확인

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예에서 프라이머층인 코팅액과 기재 사이의 코팅성을 측정하였다. #0~#6 와이어바를 사용하여 프라이머층을 기재에 도포하여 기재의 전 표면에 프라이머층이 코팅되어졌는가를 확인하였다. 육안으로 섬처럼 코팅액이 묻지 않은 부분들이 100개의 작은 사각형 기준(1정사각형 : 1 x 1mm)에서 2개 이하로 존재할 때 코팅성이 우수하다라고 평가하였다.

5. Haze/광투과율 확인

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예에서 제조된 도포액을 188㎛의 PET 필름에 도포하여 열경화시킨 후 NIPPON DENSHOKU사에서 제조된 HAZE 측정기를 이용하여 헤이즈와 투과율을 측정하였다.

구분	코팅층 두께(㎛)	굴절율	접착성(%)	내습접착성(%)	코팅성	Haze/광투과율
실시예1	0.15	1.58	100	95	0	0.28/92.9
실시예2	0.15	1.57	100	100	O	0.32/91.4
실시예3	0.15	1.57	100	100	O	0.48/91.0
실시예4	0.15	1.55	100	100	O	0.54/90.9
실시예5	0.15	1.51	100	98	0	0.68/90.1
비교예	0.15	1.59	100	83	0	0.4/88.4

(O : 양호, Δ : 보통, X : 불량)

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 아크릴 수지의 첨가로 수지와의 내습부착력이 향상된 광학용 필름의 제조가 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

1 : 폴리에스테르 기재필름 2 : 프라이머층
3 : 우레탄 + 아크릴 프라이머층 3-1 : 아크릴 고분자 수지
3-2 : 우레탄 고분자 수지

Claims (7)

1. 광학용 폴리에스테르 필름에 있어서,
   폴리에스테르 기재필름과, 상기 기재필름의 적어도 한 면에 프라이머 코팅된 프라이머층을 포함하는 필름으로서,
   상기 프라이머층은 우레탄계 고분자 수지를 주재로 하고 아크릴계 고분자 수지가 블렌드 형태로 구성되어 있는 도포액으로 도포되어 형성되되, 상기 프라이머층은 건조 후 기재필름 쪽에는 상기 우레탄계 고분자 수지가 우세하게, 표면 쪽에는 상기 아크릴계 고분자 수지가 우세하게 층이 구성되는 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프라이머층을 형성하는 상기 도포액은 70중량%의 물과 30중량%의 폴리우레탄 수지로 이루어진 바인더 수지에 고형분이 40중량%인 수용성 아크릴 고분자 수지를 블렌딩한 수분산액 10~90중량%와, 70중량%의 물과 30중량%의 멜라닌계 또는 에폭시계 경화제로 구성된 경화제 수분산액 1~50중량%와, 90중량%의 물과 10중량%의 음이온계 계면활성제로 구성된 계면활성제 수분산액 0.1 ~10중량%와, 30중량%의 물과 70중량%의 무기입자로 구성된 무기입자 수분산액 0.1~40중량% 및 잔량의 물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
3. 제2항에 있어서,
   상기 바인더 수지와 상기 수용성 아크릴 고분자 수지의 총 조성 중 상기 수용성 아크릴계 고분자 수지는 1~10중량%인 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
4. 제1항에 있어서,
   상기 프라이머층이 형성된 상기 기재필름의 면은 광투과율이 90~100%이고 헤이즈 값이 0.2~0.7%인 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기재필름과 상기 프라이머층 사이의 65℃, 95%습도 하에서 96시간 내습성 테스트 후 하기 수학식 1로 계산된 접착성은 95~100%이되,
   (수학식 1)
   

   

   
   인 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
6. 제1항에 있어서,
   상기 아크릴계 고분자 수지는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산 중 적어도 하나인 것으로 분자량을 조절하고 친수기와의 공중합체를 통해 수용성을 부여한 수지인 것을 특징으로 하는, 광학용 폴리에스테르 필름.
7. 삭제

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