KR20050066209A - 평면디스플레이용 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물 및이를 이용하여 제조된 전도성 광확산 필름 - Google Patents

평면디스플레이용 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물 및이를 이용하여 제조된 전도성 광확산 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면디스플레이용 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 전도성 광확산 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 폴리스티렌술포네이트(PSS)로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT) 수용액; (b) 실란커플링제; (c) 아마이드계 용매; 및 (d) 탄소수 1~7개의 알코올 용매를 포함하여 이루어지는 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물, 및 이를 이용하여 제조된 전도성 광확산 필름에 관한 것이다. 본 발명의 코팅액 조성물 및 이를 이용한 전도성 광확산 필름은 평판디스플레이(flat display)용 LCD(Liquid Crystal Display) TV의 백라이트에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

평면디스플레이용 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 전도성 광확산 필름 {LIGHT DIFFUSER CONDUCTIVE FILM COATING COMPOSITION FOR FLAT PANEL DISPLAYS AND THE LIGHT DIFFUSER CONDUCTIVE FILM FORMED THEREBY}
본 발명은 평면디스플레이용 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 전도성 광확산 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LCD-TV 백라이트에 적용되는 광확산 필름 및 전도성 필름을 일체화시킴에 의해, 기존 백라이트의 휘도특성 및 색재현성 등의 광학특성을 저하시키지 않으면서 대형크기(26인치이상)의 LCD-TV의 스크린 불량(Waterfall)이 제거된 일체형 전도성 광확산 필름에 관한 것이다.
전자산업의 급속한 발전과 정보소재 및 디스플레이 산업에 대한 시대적 요구에 따라 전자파간섭(EMI; electromagnetic interference)에 의한 피해가 심각한 문제로 대두되는 가운데, 이미 선진국을 중심으로 EMI에 대한 규제가 실시되기 시작하였으며 차츰 더 강화되는 추세이다. 이는 평면브라운관으로부터 LCD, PDP 등의 타 디스플레이분야로 점차 확대해 가고 있다.
종래의 광확산 필름(Diffusion Film)은 도광판을 통해 입사되는 빛을 확산, 산란시켜 전체 화면에서의 휘도를 균일하게 해주는 기능을 가지고 있다. 특히 휘도의 균일성이 중요하다. 현재 주로 사용되고 있는 LCD-TV의 백라이트 대부분은 냉음극형광램프(CCFL type; Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 광원으로 하며, 그의 발광면 방향으로 확산판, 전도성 필름, 확산필름, 그리고 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)을 포함하는 구조를 나타내며, 그 단면도를 도 1에 나타내었다.
상기 구조의 백라이트는 대형 크기의(26인치 이상) LCD-TV의 경우, 발광구동부에서 발생하는 전자파로 인해 전면패널 외관상에 결점(스크린 불량, Waterfall)이 생기는 취약점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결키 위해 구동회로에서 보완할 경우 장치비와 패널 제조단가가 상승하는 단점을 가지고 있다.
기존에는 이러한 유해전자파를 차단하기 위해, 광확산 필름과 프리즘 필름 사이에 ITO(인듐주석산화물)가 스퍼터링 코팅된 박막을 추가로 위치시켜 전자파를 차폐하였다. 하지만, 이러한 구조의 백라이트는 전자파는 차단하지만 휘도 및 색상등의 광학특성이 저하되고 패널의 외관상 결점이 잔재하는 문제점을 가지고 있었다.
참고로 일본 특개평 8-86906호에 개시된 방법은 광확산 필름을 구성하는 PET 기재와 광확산 물질 박막의 사이에 SiO2와 같은 산화물 박막을 위치시킴으로서 가시광선 투과율을 향상시키고 있으나, 이와 같은 구조 역시 패널 외관상 결점과 전자파차폐 기능이 미약한 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 LCD-TV 백라이트에 적용되는 광확산 필름 및 전도성 필름을 일체화시킴에 의해, 기존 백라이트의 휘도특성 및 색재현성 등의 광학특성을 저하시키지 않으면서 대형크기(26인치이상)의 LCD-TV의 스크린 불량(Waterfall)이 제거된 일체형 전도성 광확산 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 하나의 측면은 다음을 포함하는 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물에 관한 것이다:
(a) 폴리스티렌술포네이트(PSS)로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT) 수용액;
(b) 실란커플링제;
(c) 아마이드계 용매; 및
(d) 탄소수 1~7개의 알코올 용매.
본 발명의 다른 측면은 다음의 단계들을 포함하는 전도성 광확산 필름의 제조방법에 대한 것이다:
(i) 상기 코팅액 조성물을 광확산 물질 박막이 형성된 PET 기재에 마이크로 그라비아(Micro Gravure) 코팅후 건조시켜 전도성 박막을 형성하는 단계; 및
(ii) 상기 전도성 박막을 열소성하는 건조단계.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 방법에 의해 제조된, 표면저항 103∼104 Ω/□, 투과율 89%~90%, 막경도 1H∼2H의 특성을 갖는 전도성 광확산 필름 및 이를 포함하는 백라이트에 관한 것이다.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 PET 기재필름, 광확산물질 코팅박막 및 마이크로그라비아 방식에 의해 형성된 전도성 박막이 차례로 적층된 LCD-TV 백라이트용 전도성 광확산 필름에 있어서, 전도성 박막을 형성하기 위한 코팅액 조성물을 제공함을 특징으로 한다.
본 발명에서는 상기 전도성 코팅액 조성물을 PET 기재 필름과 광확산 물질 박막의 복합박막 위에 코팅하여 전도성 광확산 필름을 제공한다. 이때 PET 기재 필름위에 박막으로 형성되는 광확산 물질로는 구체적으로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethyl-
methacrylate), 에틸아세테이트(Eethyl Actetate), 톨루엔(Toluene), 메틸에틸케톤(MEK) 등을 예로 들 수 있다. 이하에서 PET 기재는 광확산 물질 박막이 형성된 PET 필름을 지칭한다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 전도성 광확산 코팅액 조성물의 조성성분을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 조성물에는 우수한 도전성을 지닌 전도성 고분자로서 폴리티오펜계 고분자의 일종인 수용성 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT)이 사용된다. 보다 바람직하게는 중량평균분자량이 150,000∼200,000의 범위에 들고, 도판트(dopant)로서 폴리스티렌술포네이트(PSS)로 도프된 PEDT를 사용한다. 이러한 PEDT는 물에 잘 녹는 성질을 나타내며 내열성, 내습성 및 UV 안정성이 매우 우수하다는 장점을 가진다(이하에서, PEDT는 PSS로 도프된 PEDT를 의미함). 본 발명의 코팅액 제조시 상기 PEDT는 수용액의 형태로 첨가되는데, 이때 PEDT 수용액은 물에 대한 최적의 용해도를 유지하도록 고형분 농도가 1.2~1.5중량%로 조정되어 있다. 이러한 PEDT 수용액은 물 및/또는 알코올과 같은 유전상수가 큰 용매와 잘 혼합되기 때문에, 이러한 용매들로 희석하여 쉽게 코팅할 수 있다.
본 발명의 코팅액 조성물 내 상기 PEDT 수용액(고형분 함량 1.2~1.5중량%)의 함량은 15∼25중량%이다. PEDT 수용액을 15중량% 미만으로 사용하면 도전성 박막 필름의 상업적으로 유용한 최소의 전도도값인 표면저항 104Ω/□를 넘게 되어 문제가 있으며, 25중량%를 초과하여 사용하는 경우에는 전도도는 우수하게 되나 코팅막의 두께가 증가하여 휘도저하를 일으키기 때문에 고균일 박막이 요구되는 필름코팅에는 적합하지 않다.
본 발명의 코팅액 조성물에는 코팅필름의 PET 기재와의 접착성 및 막경도를 개선하기 위한 바인더로서 실란커플링제가 첨가된다. 이들은 본 발명의 코팅액 조성물 제조시 상기 PEDT 수용액에 함유된 물 또는 추가로 첨가된 물과 반응하여 가수분해반응 및 축합반응을 거쳐 실리카졸(-SiO2-SiO2-) 또는 알킬 실리카졸(R-SiO 2-SiO2-)을 형성한 후, PEDT와 유기-무기 하이브리드를 형성한다. 이러한 실리카졸은 그를 포함하는 코팅액 조성물을 PET 기재 위에 박막으로 코팅한 후 열경화시키면 폴리실리케이트 결정을 형성하는데, 이러한 폴리실리케이트 결정은 PET 기재와의 접착성을 가지며, 코팅된 필름의 막경도를 증가시키는 역할을 하게 된다. 상기 바인더 물질로서 구체적으로는 감마 글리시독시프로필 트리메톡시실란, 베타 3,4-에폭시시클로헥실에틸트리메톡시실란 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 코팅액 조성물 내 상기 실란커플링제의 함량은 0.1~0.3중량%이다. 상기 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 충분한 막경도(1H 이상)를 달성할 수 없는 반면, 0.3중량%를 초과하는 경우에는 막경도는 높아지나 전도성에 악영향을 주는 폴리실리케이트의 양이 과다하게 되어, 별도의 전도도 향상제를 첨가하여도 본 발명의 목표인 전자파차폐 수준에 달하는 104 Ω/□ 이하의 표면저항을 달성할 수 없다.
본 발명의 코팅액 조성물에서는 코팅된 필름막의 전도성을 향상하기 위한 목적으로 아마이드계 용매를 사용한다. 이러한 아마이드 용매로서 구체적으로는 노말메틸 아세트아마이드, 포름아마이드, 디메틸 포름아마이드 등을 예로 들 수 있다. 이들 아미이드계 용매계는 컨쥬게이션 결합(Conjugation bonding) 구조를 하고있어, 전도성 고분자의 전도성흐름 패스(Conductive path)를 원활하게 해준다.
본 발명의 코팅액 조성물 내 상기 아마이드 용매의 함량은 0.5∼2중량%이다. 아마이드 용매의 함량이 0.5중량% 미만인 경우에는 전도성 향상 개선효과가 없는 문제점이 있고, 반대로 2중량%를 초과하는 경우 코팅액이 필름을 형성할때 미건조되는 문제점이 있다.
본 발명의 코팅액 조성물에서는 상기에 열거한 성분들을 분산시키기 위한 용매로서 1종 이상의 C1~7 알코올 용매를 사용하며, 바람직하게는 메탄올(MeOH), 에탄올(EtOH), 이소프로필 알코올(IPA), 노말프로필알콜(NPA), 노말부틸알콜(n-BuOH) 및 디아세톤 알코올(DAA)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 혼용한다.
본 발명의 코팅액 조성물의 알코올 용매 함량은 전체 조성물의 72.7~84.4중량%이다.
본 발명의 코팅액 조성물을 제조하기 위해서는, 우선 소정용량의 용기에 PEDT 전도성 고분자 수용액을 첨가하고 격렬하게 교반하면서, 알코올 용매, 실란커플링제, 및 아마이드용매를 순차적으로 첨가하고, 상온에서 3시간 정도 교반한다. 코팅액의 균일성을 부여하기 위해 교반은 Homogenizer를 사용하여 반응기내의 용액이 침전없이 균일한 상태를 유지토록 한다. 코팅액 완성 후에는 이물 제거를 위해 10.0 마이크론 캡슐형 필터를 이용하여 필터링을 실시하는 것이 좋다. 또한, 가능한한 별도의 압력을 가하지 않고 자중으로 코팅액이 필터를 통과할 수 있도록 하는 것이 좋다.
본 발명의 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물을 사용하여 PET 기재에 코팅필름을 형성하는 방법을 단계별로 나누어 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
i) PET 기재(두께 125nm)와 광확산 물질 박막의 복합 박막 위에 본 발명에 따른 전도성 코팅액을 마이크로그라비아(Micro Gravure) 코팅방식을 채택하여 코팅층을 형성시킨다. 이때 코터 진행속도는 10~20mpm이 적당하며, 사용되는 코팅 메쉬 사이즈는 150~180정도가 적당하다.
ii) 다음으로 150~160℃에서 5~10분 동안 건조하여 전도성 광확산 필름을 얻는다.
상기와 같이 형성된 전도성 광확산 필름은 표면저항 103∼104 Ω/□, 투과율 89%~90%, 막경도 1H∼2H의 특성을 나타낸다.
상기 전도성 광확산 필름을 사용하여 LCD-TV용 백라이트를 제조할 수 있다. 도 2는 본 발명에 따른 전도성 광확산 필름을 포함하는 LCD-TV용 백라이트의 구조를 나타낸 단면도이다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1~4 : 본 발명에 따른 코팅액의 제조 및 전도성 광확산 필름 제작
하기 표 1에 기재된 조성에 따라, 소정용량의 용기에 먼저 PEDT 전도성 고분자 수용액을 첨가하고 격렬하게 교반하면서, 이소프로필알콜, 에탄올, 노말프로필알콜, 노말부틸알콜, 노말메틸아세트아마이드, 바인더로서 감마 글리시독시프로필 트리메톡시 실란을 첨가하여 상온에서 3시간 동안 고속 교반한 후 10.0 마이크론 필터로 필터링하여 코팅액 조성물을 완성하였다.
상기에서, PEDT 전도성 고분자 수용액으로는 베이어(BAYER)사의 Baytron PH를 사용하였으며, 바인더로서는 GE-TOSHIBA 실리콘사의 감마 글리시독시프로필 트리메톡시 실란을 사용하였다.
또한 전도성 필름을 제작하기 위해 광확산 물질이 코팅된 PET 필름(125um, 도레이새한사, XG6DF1 또는 도요보사의 A-4300)에 상기에 상술한 바와 같이 제조된 본 발명의 코팅액 조성물을 마이크로그라비아 코팅하여 코팅층을 형성시켰다. 이때 마이크로그라비아 코팅시 진행속도는 20mpm로 조절하였고, 사용되는 코팅메쉬바의 사이즈는 180인 것을 사용하였다. 코팅 후 약 150℃에서 5~10분 동안 소성하여 고투과 전도성 광확산 코팅 필름을 얻었다.
이와 같이 형성된 코팅필름의 물성평가는 표면저항의 경우 미쯔비시 케미칼(MITSUBISHI CHEMICAL)사의 Loresta(4-point probe)를 사용하여 단위 면적당 표면저항으로 평가하였고, 투과율은 UV-가시광선 스펙트로미터를 사용하여 550nm에서의 투과도로 평가하였으며, 막경도는 연필경도계를 이용하여 측정하였다. 평가결과는 하기 표 2에 나타내었다.
한편, 상기 전도성 광확산 코팅 필름을 사용하여 도 2와 같은 구조의 직하형 백라이트를 구성하고, MINOLTA사의 휘도 계측기(LS100)을 사용하여 휘도를 평가하여 이를 표 3에 나타내었다. 또한 스크린 불량(waterfall) 발생정도를 육안으로 관찰하여 이를 표 4에 나타내었다.
구 분 조 성
실시예 1 PEDT(1.3wt%, aq) 15wt% IPA 26.8wt% EtOH 50wt% NPA 5wt% n-BuOH 2wt% NMAA 1wt% GPTMS 0.2wt%
실시예 2 PEDT(1.3wt%, aq) 18wt% IPA 26.8wt% EtOH 47wt% NPA 5wt% n-BuOH 2wt% NMAA 1wt% GPTMS 0.2wt%
실시예 3 PEDT(1.3wt%, aq) 21wt% IPA 26.8wt% EtOH 44wt% NPA 5wt% n-BuOH 2wt% NMAA 1wt% GPTMS 0.2wt%
실시예 4 PEDT(1.3wt%, aq) 24wt% IPA 26.8wt% EtOH 41wt% NPA 5wt% n-BuOH 2wt% NMAA 1wt% GPTMS 0.2wt%
주) IPA : Isopropylalcohol(이소프로필알코올)
EtOH : Ethyl Alcohol(에틸알코올)
NPA : N-propyl alcohol(노말 프로필알코올)
n-BuOH : N-Butyl alcohol(노말 부틸알콜)
NMAA : N-Methyl acet amide(노말 메틸 아세트아마이드)
GPTMS : γ-Glycidoxy propyl trimethoxy silane (감마 글리시독시프로필 트리메톡시 실란)
구분 코팅막 물성
전광선투과율(%)표면저항(Ω/□) 전광선투과율(%) 분광선 투과율(at 550nm) 막경도 스크래치
실시예 1 3.0E04 90.1 91.2 1H 양호
실시예 2 1.2E04 89.9 91.0 1H 양호
실시예 3 8.5E03 89.3 90.8 1H 양호
실시예 4 5.0E03 88.8 90.6 1H 양호
비교예 1.0E03 88.7 90.8 1B 양호
* 비교예: 일본 오치토비사 제품(ITO 필름(230BT3) + 확산 필름(CH27))
비교예 실시예 4
x y x y
White 0.288 0.302 0.276 0.287
Red 0.646 0.333 0.642 0.333
Green 0.281 0.596 0.277 0.595
Blue 0.144 0.067 0.145 0.063
Tc(K) 8700 10663
Rep.(%) 72.4 72.3
- 모듈 평가 : 1시간 어닐링 후 측정
비교예 실시예 4
스크린불량(Warterfall) 발생정도 중 경미
상기 표 2, 3, 4로부터, 본 발명에 따른 전도성 광확산 필름을 포함하는 백라이트는 투과율, 표면저항, 막경도 등이 경쟁 ITO 제품대비 동등이상 수준이고, 색좌표와 색재현성에 있어서도 우수함 물성을 나타내며, 특히 대형크기의 LCD-TV 패널의 외관상 결점인 워터폴(waterfall) 스크린 불량 개선효과가 있음을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 코팅액 조성물에 따른 전도성광확산 필름은 도전성이 우수함과 동시에 고투과, 전자파차폐 효율 특성을 가지며, 특히 대형 LCD-TV의 워터폴(Waterfall) 스크린 불량을 개선하는 용으로 LCD-TV 백라이트에 유용하게 사용되어질 수 있다.
도 1은 종래기술의 LCD-TV용 백라이트의 구조단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전도성 광확산 필름을 포함하는 LCD-TV용 백라이트의 구조단면도이다.

Claims (6)

  1. (a) 폴리스티렌술포네이트(PSS)로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT) 수용액; (b) 실란커플링제; (c) 아마이드계 용매; 및 (d) 탄소수 1~7개의 알코올 용매를 포함하는 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물:
  2. 제 1항에 있어서,
    (a) 폴리스티렌술포네이트(PSS)로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT) 수용액(고형분 함량 1.2~1.5중량%) 15~25중량%;
    (b) 실란커플링제 0.1~0.3중량%;
    (c) 아마이드 용매 0.5~2중량%; 및
    (d) 탄소수 1~7개의 알코올 용매 72.7~84.4중량%가 첨가되어 형성된 것을 특징으로 하는 전도성 광확산필름 코팅액 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 실란커플링제가 감마 글리시독시프로필 트리메톡시실란 또는 베타 3,4-에폭시시클로헥실에틸트리메톡시실란이고,
    상기 아마이드 용매가 노말메틸 아세트아마이드, 포름아마이드, 또는 디메틸 포름아마이드이며,
    상기 알코올 용매가 메탄올(MeOH), 에탄올(EtOH), 이소프로필 알코올(IPA), 노말프로필알콜(NPA), 노말부틸알콜(n-BuOH), 및 디아세톤 알코올(DAA)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 광확산 필름 코팅액 조성물.
  4. 다음의 단계들을 포함하는 전도성 광확산 필름의 제조방법:
    (i) 제 1항 또는 제 2항에 따른 코팅액 조성물을 광확산 물질 박막이 형성된 PET 기재에 마이크로 그라비아(Micro Gravure) 코팅후 건조시켜 전도성 박막을 형성하는 단계; 및
    (ii) 상기 전도성 박막을 열소성하는 건조단계.
  5. 제 4항의 방법에 의해 제조된, 표면저항 103∼104 Ω/□, 투과율 89%~90%, 막경도 1H∼2H의 특성을 갖는 전도성 광확산 필름.
  6. 제 5항에 따른 전도성 광확산 필름을 포함하는 백라이트.
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