KR102067416B1 - 내지문-하드 코팅 수지 조성물 및 이를 이용한 내지문-하드 코팅층의 제조 방법 - Google Patents

내지문-하드 코팅 수지 조성물 및 이를 이용한 내지문-하드 코팅층의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 육방면체 실록산 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고경도 자외선 경화형 수지 5~99 중량부와; 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물 0.02~2 중량부와; 광개시제 0.1~10 중량부와; 잔량의 아크릴계 모노머로 구성되는 내지문-하드 코팅 수지 조성물을 제공한다.

Description

내지문-하드 코팅 수지 조성물 및 이를 이용한 내지문-하드 코팅층의 제조 방법{Anti finger printed-hard coating resin composition and method of fabricating anti finger printed-hard coating layer using the same}
본 발명은 터치 타입 표시장치에 관한 것으로, 특히 터치 타입 표시장치에 이용되며 경도 및 내지문 및 슬립 특성이 우수한 내지문-하드 코팅 수지 조성물 및 이를 이용한 내지문-하드 코팅층의 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치 등의 평판표시장치가 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
특히 최근에는 사용자가 패널을 터치하여 작동시킬 수 있는 터치 타입의 표시장치가 각광받고 있다.
예를 들어, 터치 타입의 표시장치는 저항막 방식, 정전용량 방식 등으로 나눌 수 있는데, 모든 터치 타입의 표시장치의 공통점은 표시장치의 최외부 표면을 사용자가 직접 터치하는 것이다. 이에 따라, 터치 타입 표시장치의 최외부 표면층(이하, 내지문-하드 코팅 필름)의 특성이 기기의 수명 및 품질에 있어 중요한 요소가 된다.
터치 타입 표시장치에 있어서 사용자가 표시장치의 내지문-하드 코팅 필름을 접촉하기 때문에, 내지문-하드 코팅 필름은 우수한 경도 특성을 필요로 한다. 즉, 내지문-하드 코팅 필름의 경도가 낮은 경우, 사용자의 터치에 의한 손상으로 잦은 수리와 기기 수명의 단축을 초래한다.
또한, 내지문-하드 코팅 필름은 우수한 내지문(anti finger printed) 특성을 필요로 한다. 사용자가 손가락으로 내지문-하드 코팅 필름을 터치하여 기기를 동작시키는 경우, 지문에 의해 내지문-하드 코팅 필름이 오염되는 것이 방지되어야 하기 때문이다.
또한, 내지문-하드 코팅 필름은 우수한 슬립 특성을 필요로 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 터치 타입 표시장치의 내지문-하드 코팅 필름을 형성하는 공정을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(10) 상에 다관능 아크릴레이트로 이루어지는 하드코팅층(20)을 형성한다.
이후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 하드코팅층(20) 상에 내지문코팅층(30)을 형성한다. 이때, 상기 내지문코팅층(30)은 비경화형 플루오르계 화합물을 증착하거나 코팅하여 형성된다.
그런데, 전술한 종래의 다층 구조 필름 형태는 각 층 간의 접착 특성이 좋지 않을 경우 코팅막 박리 또는 코팅막 특성의 저하 문제가 발생한다. 또한, 이원화되어 있는 공정에 의해 제조 공정이 복잡해지고 제조 원가가 상승하는 문제를 발생시킨다.
또한, 상기 하드코팅층(20)을 이루는 물질에 비경화형 실리콘계 물질을 혼합하여 단일층으로 내지문-하드 코팅층을 형성하는 경우도 있으나, 하드코팅층(30) 물질과 비경화형 실리콘계 물질이 화학적 결합되지 않고 비경화형 실리콘계 물질이 표면으로 부상하는 구조이기 때문에, 내지문 특성의 내구성이 저하된다.
한편, 하드코티층(30) 물질에 비경화형 플루오르계 화합물을 혼합하여 단일층 구조로 형성하는 것이 고려될 수 있으나, 상용성이 좋지 않기 때문에 투과 특성이 저하된다. 또한, 비경화형 실리콘계 물질에서와 마찬가지로, 하드코팅층(30) 물질과 비경화형 플루오르계 물질이 화학적 결합되지 않고 비경화형 플루오르계 물질이 표면으로 부상하는 구조이기 때문에, 내지문 특성의 내구성이 저하된다.
본 발명은 터치 타입 표시장치에 이용되는 내지문-하드 코팅층의 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 절감시키고자 한다.
또한, 내지문-하드 코팅층의 경도, 내지문 및 슬립 특성을 향상시키고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은 육방면체 실록산 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고경도 자외선 경화형 수지 5~99 중량부와; 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물 0.02~2 중량부와; 광개시제 0.1~10 중량부와; 잔량의 아크릴계 모노머로 구성되는 내지문-하드 코팅 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 내지문-하드 코팅 수지 조성물에 있어서, 상기 육방면체 실록산 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, R1은 에폭시 아크릴레이트인 것을 특징으로 한다.
Figure 112012108617831-pat00001
본 발명의 내지문-하드 코팅 수지 조성물에 있어서, 상기 우레탄 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, R은 우레탄인 것을 특징으로 한다.
Figure 112012108617831-pat00002
본 발명의 내지문-하드 코팅 수지 조성물에 있어서, 상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, m1, m2 각각은 양의 정수이며 Y는 아크릴레이트인 것을 특징으로 한다.
Figure 112012108617831-pat00003

다른 관점에서, 본 발명은 육방면체 실록산 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고경도 자외선 경화형 수지 5~99 중량부와, 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물 0.02~2 중량부와, 광개시제 0.1~10 중량부와, 잔량의 아크릴계 모노머로 구성되는 내지문-하드 코팅 수지 조성물을 베이스 필름에 코팅하여 내지문-하드 코팅 수지층을 형성하는 단계와; 상기 내지문-하드 코팅 수지층에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하는 내지문-하드 코팅층의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 내지문-하드 코팅층 제조 방법에 있어서, 상기 육방면체 실록산 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, R1은 에폭시 아크릴레이트인 것을 특징으로 한다.
Figure 112012108617831-pat00004
본 발명의 내지문-하드 코팅층 제조 방법에 있어서, 상기 우레탄 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, R은 우레탄인 것을 특징으로 한다.
Figure 112012108617831-pat00005
본 발명의 내지문-하드 코팅층 제조 방법에 있어서, 상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, m1, m2 각각은 양의 정수이며 Y는 아크릴레이트인 것을 특징으로 한다.
Figure 112012108617831-pat00006
본 발명은 육방면제 실록산기 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물로 이루어지는 고경도 자외선 경화형 수지와 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물을 포함하는 내지문-하드코팅 수지 조성물을 이용함으로써, 입체적 네트워크 구조를 형성하여 경도와, 내지문성 및 슬립성을 향상시킬 수 있다.
또한, 입체적 네트워크 구조에 의해 수축률이 감소하기 때문에, 막 특성의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 내지문-하드 코팅층은 단일층 구조를 갖기 때문에, 제조 공정을 단순화할 수 있고 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 아크릴레이트 모노머를 포함함으로써, 베이스 필름에 대한 접착력이 향상되고 수지 조성물의 점도를 낮춰 코팅 공정이 용이해지는 장점을 갖는다.
도 1a 및 도 1b는 종래 터치 타입 표시장치의 내지문 필름과 하드 코팅 필름을 형성하는 공정을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 내지문-하드 코팅 수지 조성물을 이용한 필름의 형성 공정을 보여주는 단면도이다.
도 3a 및 도 3b 각각은 자외선 경화형 플르오르계 아크릴레이트 화합물을 이용하는 본 발명에 따른 내지문-하드 코팅층의 지우개 테스트 전후의 표면을 보여주는 SEM 사진이다.
도 4a 및 도 4b 각각은 반응형 실리콘계 화합물을 이용하는 내지문-하드 코팅층의 지우개 테스트 전후의 표면을 보여주는 SEM 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 내지문-하드 코팅 조성물은 육방면체 실록산 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물로 이루어지는 고경도 자외선 경화형 수지와, 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물을 포함한다.
상기 고경도 자외선 경화형 수지에 의해 경도가 부여되고, 상기 광개시제의 의해 상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물과 상기 고경도 자외선 경화형 수지가 경화되어 전체적인 네트워크 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물이 상기 고경도 자외선 경화형 수지와 결합하여, 사용자의 터치에 따라 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물의 플루오르기가 사라지게 되어 슬립 특성이 저하되는 종래의 문제를 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 내지문-하드 코팅층은 내지문성 및 슬립성에 대한 내구성이 향상된다.
본 발명의 내지문-하드 코팅층은 단일층 구조를 가지며, 육방면체 실록산 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물 중 적어도 하나로 이루어지는 고경도 자외선 경화형 수지와, 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트와, 광개시제와 아크릴계 모노머로 이루어진다.
바람직하게는, 본 발명의 내지문-하드 코팅층은 5~99 중량부의 고경도 자외선 경화형 수지와, 0.02~2 중량부의 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트는와 0.1~10 중량부의 광개시제 및 잔량의 아크릴계 모노머로 이루어진다.
본 발명의 내지문-하드 코팅층에 이용되는 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식1로 표시된다.
화학식1
Figure 112012108617831-pat00007
상기 화학식3에서, Y는 아크릴레이트이고, m1, m2 각각은 양의 정수이다.
또한, 상기 고경도 자외선 경화형 수지에 이용되는 물질 중 하나인 육방면체 실록산 화합물은 하기 화학식2로 표시되며 R1은 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate)일 수 있다.
화학식2
Figure 112012108617831-pat00008
또한, 상기 고경도 자외선 경화형 수지에 이용되는 물질 중 하나인 우레탄 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식3으로 표시되며 R은 우레탄이다.
화학식3
Figure 112012108617831-pat00009

상기 화학식2 또는 상기 화학식3에 표시된 고경도 자외선 경화형 수지는 경도(hardness)를 부여하며, 특히 육방면체 실록산 화합물은 입체적 벌크 구조에 의해 수축률이 비교적 낮기 때문에, 외부 환경에 의한 코팅막의 특성 변화를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 화학식1에 표시된 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물은 상기 고경도 자외선 경화형 수지와 화학적으로 결합함으로써, 내지문 특성의 내구성을 향상시킨다. 또한, 상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물은 플루오르기을 최소로 포함하기 때문에, 고경도 자외선 경화형 수지와의 상용성이 향상되어 투명 특성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 모노머에 의해 베이스 필름에 대한 접착력과 코팅 공정 특성이 향상된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 내지문-하드 코팅 수지 조성물을 이용한 필름의 형성 공정을 보여주는 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 베이스 필름(110) 상에 본 발명의 실시예에 따른 내지문-하드 코팅 수지 조성물층(120)을 코팅한다.
상기 베이스 필름(110)은 PET, PC, PMMA의 단일층 또는 다층 구조일 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 내지문-하드 코팅 수지 조성물은 5~99 중량부의 고경도 자외선 경화형 수지(122)와, 0.02~2 중량부의 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물(124)과, 0.1~10 중량부의 광개시제 및 잔량의 아크릴계 모노머로 이루어지며, 상기 내지문-하드 코팅 수지 조성물층(120)은 약 5~150㎛의 두께로 코팅된다.
도 2a에서는 상기 고경도 자외선 경화형 수지가 상기 화학식2에 표시된 육방면체 실록산 화합물인 것이 보여지고 있다. 그러나, 상기 상기 고경도 자외선 경화형 수지는 상기 화학식3에서 보여지는 우레탄 아크릴레이트 화합물로 이루어지거나 육방면체 실록산 화합물과 우레탄 아크릴레이트 화합물을 모두 포함하여 이루어질 수 있다.
이후, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 내지문-하드 코팅 수지 조성물층(120)에 자외선(ultra-violet, UV)을 조사하여 경화시킴으로써, 내지문-하드 코팅층(130)을 형성한다.
이때, 자외선 조사는 질소 분위기에서 중압 수은 램프 혹은 메탈 할라이드 램프를 이용하여 진행되며, 500~2000mJ/cm2 광량의 범위로 조사된다. 조사되는 자외선 양이 500 mJ/cm2 이하이면, 고경도 자외선 경화형 수지와 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물의 화학적 결합이 불충분하여 내지문 특성의 내구성을 확보할 수 없다. 또한, 조사되는 자외선 양이 2000 mJ/cm2 이상이면, 경화가 너무 진행되어 내지문-하드 코팅층(130)이 외압에 의해 쉽게 부서지게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 자외선 경화형 플루오르 아크릴레이트 화합물을 이용하여 내지문성 특성을 부여하는데, 상기 육방면체 실록산 화합물 및 상기 우레탄 아크릴레이트 화합물과는 우수한 상용성을 가져 단일층 구조의 내지문-하드 코팅층(130)을 형성할 수 있다. 따라서, 종래에서와 같이 하드 코팅층과 내지문코팅층을 별도로 형성하는 것에 비해 제조 공정 및 제조 원가 측면에서 장점을 갖는다.
한편, 자외선 경화형 플루오르 아크릴레이트 화합물은 다른 고경도 특성 수지와는 상용성이 좋지 않아 투명 특성을 갖지 못하므로, 표시장치에 적용되기에 제한적임이 확인되었다.
또한, 자외선 경화형 플루오르 아크릴레이트 화합물의 조성비가 커질 경우, 상기 육방면체 실록산 화합물 및 상기 우레탄 아크릴레이트 화합물과의 상용성 역시 저하된다. 후술하는 내지문-하드 코팅층의 특성 실험 결과와 상용성을 참조하면, 자외선 경화형 플루오르 아크릴레이트 화합물은 0.02~2 중량부(wt%)인 것이 바람직하며, 02~0.4 중량부(wt%)인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 고경도 자외선 경화형 수지에 의해 경도가 우수한 경도 특성을 갖고, 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물이 상기 고경도 자외선 경화형 수지와 결합하기 때문에 내지문 특성의 내구성이 향상된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 내지문-하드 코팅 수지 조성물을 이용한 내지문-하드 코팅층의 실험예를 통해 그 특성을 확인하였다.
본 발명의 실시예에서와 같이 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물과 육방면체 실록산 화합물(실험예1, E1)/우레탄 아크릴레이트 화합물(실험예2, E2)을 포함하는 내지문-하드코팅층과, 육방면제 실록산 화합물과 반응형 실리콘계 아크릴레이트(비교예1, CE1)/비반응형 실리콘계 아크릴레이트(비교예2, CE2)를 포함하여 이루어지는 내지문-하드코팅층의 특성을 실험하였으며, 이를 표1에 나타내었다.
특성 실험에서, 하드 코팅 화합물, 내지문 특성 화합물(A)과 함께 광개시제와 아크릴레이트 모노머가 첨가되었으며, 접촉각 특성은 지우개 테스트에 의해 진행되었다.
Figure 112012108617831-pat00010
표1에서 보여지는 바와 같이, 실험예1과 실험예2의 내지문-하드코팅층은 비교예1과 비교예2의 내지문-하드코팅층에 비해 우수한 접촉각 특성을 갖는다. 특히, 지우개 테스트 이후, 실험예1가 실험예2의 내지문-하드코팅층은 접촉각이 비교적 적게 줄어드는데 비해, 비교예1과 비교예2의 내지문-하드코팅층은 접촉각이 비교적 크게 줄어듦을 알 수 있다.
즉, 실험예1과 실험예2의 내지문-하드코팅층은 비교예1과 비교예2의 내지문-하드코팅층에 비해 우수한 내지문 특성을 갖는다.
한편, 실험예2의 내지문-하드코팅층이 비교적 낮은 펜슬 경도를 보이고 있으나 5H의 펜슬 경도는 제품 적용에 문제가 되지 않는다.
도 3a 및 도 3b 각각은 자외선 경화형 플르오르계 아크릴레이트 화합물을 이용하는 본 발명에 따른 내지문-하드 코팅층의 지우개 테스트 전후의 표면을 보여주는 SEM 사진이다.
도 3a 및 도 3b에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에서와 같이 육방면체 실록산 화합물과 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물을 포함하여 이루어지는 내지문-하드 코팅층은 지우개 테스트에 의해 표면 특성이 거의 변화지 않는다.
그러나, 반응형 실리콘계 화합물을 이용하는 내지문-하드 코팅층의 지우개 테스트 전후의 표면을 보여주는 SEM 사진인 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 육방면체 실록산 화합물에 실리콘계 화합물을 포함하여 이루어진 내지문-하드 코팅층은 지우개 테스트에 의해 표면 특성 나빠졌음을 알 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 내지문-하드 코팅층은 우수한 내지문 특성과 경도 특성을 가지면서 단일층 구조로 형성될 수 있는 장점을 갖는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 베이스 필름
120: 내지문-하드 코팅 수지 조성물층
130: 내지문-하드 코팅층

Claims (10)

  1. 육방면체 실록산 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고경도 자외선 경화형 수지 5~99 중량부와;
    자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물 0.02~2 중량부와;
    광개시제 0.1~10 중량부와;
    잔량의 아크릴계 모노머
    로 이루어지며,
    상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, m1, m2 각각은 양의 정수이며 Y는 아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 내지문-하드 코팅 수지 조성물.
    Figure 112019092070372-pat00025

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 육방면체 실록산 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, R1은 에폭시 아크릴레이트기이고 에폭시 모이어티를 통해 Si에 결합되는 것을 특징으로 하는 내지문-하드 코팅 수지 조성물.
    Figure 112019092070372-pat00026


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  5. 육방면체 실록산 화합물 또는 우레탄 아크릴레이트 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고경도 자외선 경화형 수지 5~99 중량부와, 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물 0.02~2 중량부와, 광개시제 0.1~10 중량부와, 잔량의 아크릴계 모노머로 이루어지는 내지문-하드 코팅 수지 조성물을 베이스 필름에 코팅하여 내지문-하드 코팅 수지층을 형성하는 단계와;
    상기 내지문-하드 코팅 수지층에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하며,
    상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, m1, m2 각각은 양의 정수이며 Y는 아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 내지문-하드 코팅층의 제조 방법.
    Figure 112019092070372-pat00027

  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 육방면체 실록산 화합물은 하기 화학식으로 표시되고, R1은 에폭시 아크릴레이트기이고 에폭시 모이어티를 통해 Si에 결합되는 것을 특징으로 하는 내지문-하드 코팅층의 제조 방법.
    Figure 112019092070372-pat00028

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  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    자외선 조사에 의해 상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물이 상기 고경도 자외선 경화형 수지와 결합하여 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 내지문-하드 코팅 수지 조성물.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 자외선 경화형 플루오르계 아크릴레이트 화합물이 상기 고경도 자외선 경화형 수지와 결합하여 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 내지문-하드 코팅층의 제조 방법.
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