KR20060103726A - 아크릴 공중합 수지 및 이를 이용한 광확산 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아크릴 공중합 수지 및 이를 이용한 광확산 필름에 관한 것으로서, 메틸메타아크릴레이트 100중량부; 부틸아크릴레이트, 로릴메타아크릴레이트, 에틸헥실아크릴레이트, 3-에톡시프로필아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트중 선택된 1종 이상 40~73중량부와; 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 또는 2-하이드록시에틸아크릴레이트 1~20중량부; 메타아크릴산 또는 아크릴산 0.2~10중량부의 조성으로 이루어진 단량체 조성물과 상기 단량체 조성물 100 중량부에 대하여 중합개시제 0.5~2.5 중량부를 포함하는 조성물을 공중합한 아크릴 공중합 수지 및 이를 이용한 광확산 필름를 제공한다.
이로써, 본 발명은 유리전이온도가 상온과 유사하여 광확산 필름에 적용시 어느 정도의 점성을 가짐으로서, 광확산 필름에 적용시 기재필름과의 부착력이 우수하고, 광확산 입자의 분산성을 좋게 하고, 광확산 입자의 박리, 탈리 현상을 방지할 수 있고, 또한, 휘도 특성이 우수한 광확산 필름을 제조할 수 있는 아크릴 공중합 수지를 제공하였으며, 또한, 이를 이용한 상술한 특성이 우수한 광확산 필름을 제공하였다.
액정 디스플레이, 광확산 필름, 유리전이온도, 휘도, 분산성

Description

아크릴 공중합 수지 및 이를 이용한 광확산 필름{Acrylic copolymer resin and light-diffusion film using the same}
본 발명은 아크릴 공중합 수지 및 이를 이용한 광확산 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정 디스플레이 장치에 사용되는 광확산 필름용 바인더 수지에 이용되는 아크릴 공중합 수지 및 이를 이용한 광확산 필름에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치에 사용되는 광확산 필름용 바인더 수지로는 투명하면서도, 바인더 수지에 혼합되는 광확산 입자들을 잘 분산시켜 입자와의 상용성이 뛰어나며, 기재필름과의 접착력이 우수하고 상기 광확산 입자들이 제 기능을 수행할 수 있도록 내마모성 및 부착력이 우수하여 광확산 입자들의 탈리 현상이 발생되지 않아야 한다.
종래 액정 디스플레이 장치에 사용되는 광확산 필름용 바인더 수지로는 대부분 건축용 도료 수지나 일반 범용 수지로 개발된 아크릴 수지를 사용하고 있다. 이러한 기존의 광확산 필름용 바인더 수지로서의 아크릴 수지는 중합 후의 유리전이 온도가 60℃ 이상으로 상온보다 현저히 높으므로, 광확산 필름과 기재필름 간의 부착력 및 내마모성이 약하여 기재필름에 코팅한 후에 작은 충격에 의해서도 광확산 입자의 탈리 현상 및 도막의 깨짐 현상이 발생하는 등 광확산 필름의 바인더 수지로 적용함에 있어서 문제점이 있었다.
또한, 기존의 광확산 필름용 바인더 수지로서의 아크릴 수지는 중합 시 사용되는 단량체들의 종류 및 함량에 의해서 기재필름과 광확산 입자들 간의 접착력을 결정하게 되므로, 이러한 사항들을 고려하여 단량체의 종류 및 함량 등을 조절하지 않게 되면, 광확산 필름으로서의 제 기능을 수행하지 못하는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중합 후의 유리전이온도가 상온과 비슷하도록 조절된 광확산 필름용 바인더 수지로서의 아크릴 공중합 수지를 제공함으로서, 바인더 수지의 중합 후 기재필름 및 광확산 입자와의 접착력 및 광확산 입자의 분산성을 좋게 하고, 광확산 필름의 제조 후에도 광확산 입자의 탈리 현상 및 깨짐현상 등이 일어나지 않도록 하는 광확산 필름용 바인더 수지로서의 아크릴 공중합 수지 및 이를 이용한 광확산 필름을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 메틸메타아크릴레이트 100중량부; 부틸아크릴레이트, 로릴메타아크릴레이트, 에틸헥실아크릴레이트, 3-에톡시프로필아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트중 선택된 1종 이상 40~73중량부와; 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 또는 2-하이드록시에틸아크릴레이트 1~20중량부; 메타아크릴산 또는 아크릴산 0.2~10중량부의 조성으로 이루어진 단량체 조성물과 상기 단량체 조성물 100 중량부에 대하여 중합개시제 0.5~2.5 중량부를 포함하는 조성물을 공중합한 아크릴 공중합 수지를 제공한다.
상기 아크릴 공중합 수지는 유리전이온도가 20~40℃인 것을 특징으로 한다.
상기 중합 개시제는 상기 단량체 조성물을 공중합하기 위하여 라디칼 중합이 가능한 중합개시제로서 BPO(Benzoyl peroxide), TBPO(Isooctyl tert-buthyl ester peroxide), TBPB(Benzoate tert-buthyl ester peroxide), DTBPO(Di- tert-butyl peroxide), AIBN(Azobisisobutyronitrile)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 기재 필름과 상기 기재필름의 일면 또는 양면에 형성된 광학산층을 포함하는 광확산 필름에 있어서, 상기 광확산층이 상기의 아크릴 공중합 수지인 바인더 수지와; 광확산 입자와; 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 필름을 제공한다.
상기 광확산 필름은 대전 방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 기본 단량체는 메틸메타아크릴레이트로서, 중합 시의 강도특성을 향상시켜 주는 동시에 중합된 후 아크릴 수지의 투명성을 부여하여 광원의 통과를 용이하게 하나, 그 자체의 유리전이온도가 100~105℃로서 상온보다 높기 때문에 전체 단량체 양에 대하여 약 50 ~ 70중량%로 적용하는 것이 바람직하다. 만약 전체 단량체 양에 대하여 약 70중량% 초과하여 사용하면 중합된 아크릴 공중합 수지 전체의 유리전이온도가 상온보다 높게 형성되어, 이를 광확산 필름에 적용하게 될 경우, 광확산 필름의 도막이 깨지게 되는 문제가 발생한다. 또한 전체 단량체 양에 대하여 약 50중량% 미만으로 사용하면 중합 후의 아크릴 공중합 수지의 투명성 떨어지므로 이를 적용한 광확산 필름의 광투과율이 저하되는 결과가 발생한다.
상기 에틸헥실아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 로릴메타아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 3-에톡시프로필아크릴레이트는 각각을 단독으로 중합시켰을때 자체의 유리전이온도가 0℃이하이므로 중합 후 아크릴 수지의 유연성을 증가시키는 역할을 하며, 에틸헥실아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 로릴메타아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 3-에톡시프로필아크릴레이트의 군으로부터 1종 이상을 선택하여 상기 메틸메타아크릴레이트 100중량부에 대하여 40~73중량부 사용한 다. 만약 40중량부 미만인 경우에는 중합 후의 아크릴 공중합 수지의 유리전이온도를 낮추어 유연성을 증가시키는 효과를 얻을 수 없으며, 73중량부 초과하여 사용하는 경우에는 중합 후의 아크릴 공중합 수지의 유리전이온도가 너무 감소되어 광확산 필름용 바인더로서 기능을 발휘할 수 없게 된다.
한편, 본 발명의 아크릴 공중합 수지는 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 또는 2-하이드록시에틸아크릴레이트를 포함하여 중합되는데, 이는 상기 아크릴 공중합 수지 조성물의 중합 후 광확산 필름을 제조하기 위하여 더 포함되는 경화제와 열경화 반응을 통하여 최종적으로 우레탄 결합을 시키기 위하여 포함되는 것이다. 이로써, 광확산 필름의 제조시 더 포함되는 광확산 입자를 단단히 고정시킬 수 있는 것이다.
상기 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 또는 2-하이드록시에틸아크릴레이트는 상기 메틸메타아크릴레이트 100중량부에 대하여 1~20중량부 포함되는데, 만약 20 중량부를 초과하면 광확산필름에 추가로 포함되는 대전방지제의 성능을 저하시키는 결과를 초래한다. 즉 광확산필름에 사용하는 대전방지제는 일반적으로 양이온계열의 대전방지제이므로 하이드록시기가 20중량부를 초과해서 들어가는 경우는 경화제와 열경화 반응을 하고 남은 미반응의 하이드록시기와 대전방지제의 양이온간의 정전기적 인력 인하여 대전방지제가 광확산필름의 표면에서 대전방지성을 발휘 할 수 없게 된다. 만약 1 중량부 미만으로 사용하면 경화제와의 충분한 열경화 반 응이 일어나지 않아서 적절한 우레탄 결합이 형성되지 않으므로 도막 강도가 약해지는 현상이 초래된다.
또한 본 발명의 아크릴 공중합 수지에 포함되는 메타아크릴산 또는 아크릴산은 상기 바인더 수지 조성물의 중합 후 기재필름과의 접착력을 증대시키는 역할을 수행하며, 상기 메틸메타아크릴레이트 100중량부에 대하여 0.2~10중량부 포함한다. 만약, 10 중량부를 초과하여 사용하는 경우 광확산 필름을 제조하기 위하여 더 포함되는 대전방지제의 성능을 저하시켜 제조된 광확산 필름의 코팅층에 이물질의 침투가 용이하게 되어 전체 광확산 필름의 성능을 저하시키는 문제가 있다. 그리고 0.2 중량부 미만으로 사용하는 경우 기재필름과의 접착력 증대의 효과를 기대하기 어렵다.
상기 아크릴 공중합 수지의 단량체는 중합 개시제의 존재 하에서 용액 중합으로 공중합시킬 수 있는데, 사용되는 중합 개시제로는 라디칼 중합이 가능한 과산화물로써 BPO(Benzoyl peroxide), TBPO(Isooctyl tert-buthyl ester peroxide), TBPB(Benzoate tert-buthyl ester peroxide), DTBPO(Di- tert-butyl peroxide), AIBN(Azobisisobutyronitrile)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용한다. 상기 중합 개시제의 선택은 반응 온도에 맞게 적절하게 선정할 수 있다.
상기 중합 개시제의 사용량은 분자량에 큰 영향이 있으므로 적정량 사용하는 것이 중요한데, 상기 단량체 조성물 100 중량부에 대하여 0.5~2.5중량부 사용하는 것이 좋다.
상기 용액중합에 사용되는 용매로는 탄화수소계, 알코올계, 에스테르계, 케톤계, 에텔렌 글리콜 유도체 등이 사용 가능하고, 용매의 선택은 건조성 반응온도, 분자량을 고려하여 사용한다. 또한 용액중합에 사용되는 용제는 작업성이 양호한 방향족 계통의 탄화수소계를 주로 사용한다.
용액중합의 반응온도는 분자량에 관계가 있으므로 분자량에 맞게 선정하는데, 보통 70~120℃에서 반응을 실시한다.
상기와 같이 제조된 공중합체는 분자량이 약 20,000~100,000이며, 유리전이온도는 25~40℃이다.
본 발명인 광확산 필름은 상술한 아크릴 공중합 수지를 사용하는 것으로서, 기재필름과; 상기 기재 필름의 일면 또는 양면에 형성된 광확산층을 포함하며, 상기 광확산층은 바인더 수지로서 상술한 아크릴 공중합 수지와, 광확산 입자와, 경화제를 포함하는 조성물을 경화시킴으로서 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 기재필름과, 광확산 입자, 경화제는 일반적인 광확산 필름에 이용되는 것으로서 선택될 수 있다.
기재 필름은 일반적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌등이 사용되며, 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할수 있다.
광확산 입자는 보통 1~30㎛입자를 사용하며 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여 약 2~250 중량부 포함된다. 경화제는 분자내에 여러개의 이소시아네이트기를 가지는 폴리이소시아네이트를 사용하며, 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여 10 ~ 60중량부 포함된다.
또, 필요에 따라서는 대전 방지 특성을 부여하기 위하여 상기 광확산층에 대전방지제를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 대전방지제는 4차아민계, 양이온계, 음이온계 등이 사용되며, 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하로 사용하는 것이 좋다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
메틸메타아크릴레이트 100중량부, 부틸아크릴레이트 17중량부, 에틸헥실아크릴레이트 50중량부, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 3중량부, 아크릴산 1중량부, BPO(Benzoyl peroxide) 2중량부를 교반장치, 질소투입관, 온도계, 적하장치(단량체 혼합조, 촉매 혼합조), 환류 냉각기가 부착된 반응기에 투입하고 톨루엔을 이용하여 반응 고형분이 40%가 되도록 하여 반응온도 75℃로 용액중합시킨다.
반응이 완료되면 불휘발분(NVM) 40%, 62호 스핀들을 사용하여 30rpm에서 측정한 브룩필드(Brookfield) 점도가 200cps인 점성용액의 아크릴 수지가 생성된다.
<실시예 2>
메틸메타아크릴레이트 100중량부, 부틸아크릴레이트 20중량부, 로릴메타아크릴레이트 40중량부, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 2중량부, 아크릴산 1.5중량부, BPO(Benzoyl peroxide) 2중량부를 상기 실시예 1과 같은 방법으로 용액중합시키고, 점도를 측정하면, 210cps인 점성용액의 아크릴 수지가 생성된다.
<실시예 3>
메틸메타아크릴레이트 100중량부, 부틸아크릴레이트 15중량부, 2-메톡시에틸아크릴레이트 55중량부, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 2.5중량부, 아크릴산 1중량부, BPO(Benzoyl peroxide) 2중량부를 상기 실시예 1과 같은 방법으로 용액중합시키고, 점도를 측정하면, 220cps인 점성용액의 아크릴 수지가 생성된다.
<실시예 4>
메틸메타아크릴레이트 100중량부, 부틸아크릴레이트 15중량부, 3-에톡시프로필아크릴레이트 50중량부, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 2.5중량부, 아크릴산 1.5중량부, BPO(Benzoyl peroxide) 2중량부를 상기 실시예 1과 같은 방법으로 용액중합시키고, 점도를 측정하면, 210cps인 점성용액의 아크릴 수지가 생성된다.
<비교예 1>
메틸메타아크릴레이트 100중량부, 부틸아크릴레이트 10중량부, 3-에톡시프로필아크릴레이트 10중량부, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 20중량부, 아크릴산 13중량부, BPO(Benzoyl peroxide) 2중량부를 상기 실시예 1과 같은 방법으로 용액중합시키고, 점도를 측정하면, 200cps인 점성용액의 아크릴 수지가 생성된다.
<비교예 2>
메틸메타아크릴레이트 100중량부, 부틸아크릴레이트 10중량부, 로릴메타아크릴레이트 20중량부, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 2중량부, 아크릴산 1.5중량부, BPO(Benzoyl peroxide) 2중량부를 상기 실시예 1과 같은 방법으로 용액중합시키고, 점도를 측정하면, 210cps인 점성용액의 아크릴 수지가 생성된다.
<비교예 3>
메틸메타아크릴레이트 100중량부, 부틸아크릴레이트 20중량부, 2-메톡시에틸아크릴레이트 15중량부, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 2.5중량부, BPO(Benzoyl peroxide) 2중량부를 상기 실시예 1과 같은 방법으로 용액중합시키고, 점도를 측정하면, 200cps인 점성용액의 아크릴 수지가 생성된다.
상기와 같이 제조된 아크릴 수지의 유리전이온도와, 상기 아크릴 수지를 이용하여 제조한 광확산 필름의 휘도 및 부착력을 하기와 같이 측정하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.
(1) 유리전이온도 측정
PERKIN ELMER DSC를 이용하여 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 아크릴 수지 7~10㎎을 취하여 측정용 cell을 만든 후, 온도구간을 -50~200℃로 하고 온도상승률을 10℃/min 으로 하여 가열/냉각/가열 과정을 수행하여 2차 가열 곡선상에 나타난 값을 유리전이온도(Tg)로 정하였다.
(2) 휘도 및 부착력 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 아크릴 수지 100중량부와, 경화제로 DN950(애경화학,이소시아네이트기 함량 12~13%) 10중량부, 대전방지제로 Cyastat609(Cytec사) 5중량부, 평균입경 10㎛의 폴리메틸메타아크릴레이크 입자 MH10F(코오롱 입자) 200중량부, 메틸에틸케톤 150중량부를 혼합하여 링밀링기를 사용하여 회전수 2000rpm으로 1시간 분산시킨 후, 이를 188㎛의 초투명 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 한면에 콤마 나이프를 사용하여 25㎛ 두께로 도포하고 100℃에서 2분간 건조하여 광확산 필름을 형성하였다.
a) 휘도 측정
광확산필름을 백라이트유니트에 장착할 수 있도록 17인치로 컷팅한 후 백라이트유니트 도광판 위에 장착하여 TOPCON사의 BM7 휘도측정기로 휘도를 평가하되, 각각을 9번 평가하여 평균을 구하여 광확산 필름의 휘도값으로 정하였다.
b) 부착력 측정
1㎜ 간격으로 긁힘 방지용 보호층을 코로스-해치(cross-hatch)하여 100개의 1㎜ × 1㎜의 격자를 만든 후, 점착테이프(3M, 스카치 매직테이프 Cat No:122A)를 격자에 부착시켰다가 박리하여 점착테이프에 부착되어 박리되지 않고 남아있는 격자의 개수를 세어, 50개 미만 남아있는 것을 ×(불량), 50~89개 남아있는 것을 △(보통), 90~99개 남아있는 것을 ○(양호), 박리되지 않고 모두 남아있는 것을 ◎(우수)로 나타내었다.
구분 유리전이온도(Tg) 휘도(㏅/㎡) 부착력
실시예 1 33 1996 ○
실시예 2 30 1998 ◎
실시예 3 29 1995 ○
실시예 4 28 1988 ◎
비교예 1 70 1960 ×
비교예 2 67 1970 ×
비교예 3 63 1980 ×
상기 측정결과, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 아크릴 공중합 수지의 유리전이온도가 상온과 유사하며, 상기 아크릴 수지를 사용하여 제조된 광확산 필름의 휘도가 높았으며, 부착력 역시 매우 우수함을 볼 수 있다.
본 발명은 유리전이온도가 상온과 유사하여 광확산 필름에 적용시 어느 정도의 점성을 가짐으로서, 광확산 필름에 적용시 기재필름과의 부착력이 우수하고, 광 확산 입자의 분산성을 좋게 하고, 광확산 입자의 박리, 탈리 현상을 방지할 수 있고, 또한, 휘도 특성이 우수한 광확산 필름을 제조할 수 있는 아크릴 공중합 수지를 제공하였으며, 또한, 이를 이용한 상술한 특성이 우수한 광확산 필름을 제공하였다.

Claims (5)

  1. 메틸메타아크릴레이트 100중량부;
    부틸아크릴레이트, 에틸헥실아크릴레이트, 로릴메타아크릴레이트, 3-에톡시프로필아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트 중 선택된 1종 이상 40~73중량부;
    2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 또는 2-하이드록시에틸아크릴레이트 1~20중량부;
    메타아크릴산 또는 아크릴산 0.2~10중량부의 조성으로 이루어진 단량체 조성물 및
    상기 단량체 조성물 전체 100 중량부를 기준으로 0.5~2.5 중량부의 중합개시제를 포함하여 공중합한 것을 특징으로 하는 아크릴 공중합 수지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크릴 공중합 수지는 유리전이온도가 25~40℃인 것을 특징으로 하는 아크릴 공중합 수지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합 개시제는 BPO(Benzoyl peroxide), TBPO(Isooctyl tert-buthyl ester peroxide), TBPB(Benzoate tert-buthyl ester peroxide), DTBPO(Di-tert-butyl peroxide), AIBN(Azobisisobutyronitrile)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 아크릴 공중합 수지.
  4. 기재 필름과 상기 기재필름의 일면 또는 양면에 형성된 광학산층을 포함하는 광확산 필름에 있어서,
    상기 광확산층은 상기 청구항 1~4항 중 어느 한 항의 아크릴 공중합 수지인 바인더 수지와;
    광확산 입자와;
    경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 필름.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광확산 필름은 대전 방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 필름.
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