KR20070089979A - 고굴절율의 내구성을 갖는 하드코트 - Google Patents

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리차드 제이. 포코르니
로저 에이. 메이더
데이비드 비. 올손
브랜트 유. 콜브
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

신규한 조성물 및 신규한 방향족 황 아크릴레이트 단량체의 개발을 통해 개선된 하드코트 필름, 및 상기 하드코트 필름을 포함하는 개선된 광학적 필름을 수득한다. 필름은 디스플레이 시스템상에 포함될 때 그를 개선시킨다. 다관능성 아크릴레이트 가교제 및 약 1.58 이상의 고굴절율의 방향족 황 아크릴레이트와 관능화된 지르코니아 나노입자의 배합물이 상대적으로 고굴절율의 내마모성 하드코트를 생산한다.
황 아크릴레이트 단량체, 하드코트 필름, 디스플레이, 지르코니아 나노입자

Description

고굴절율의 내구성을 갖는 하드코트{HIGH REFRACTIVE INDEX, DURABLE HARD COATS}
CRT 스크린과 같은 디스플레이 장치용 보호 필름으로서의 필름 또는 코팅에 대한 개발은 본 분야에 잘 문서화되어 있다. 이들은 반사 방지 코팅, 하드코트, 광학 코팅 등을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 광학적으로 적용시키기 위해 중합성의 고굴절율 물질 개발에 대해서는 추가적인 개선이 계속적으로 요구되고 있다. 예를 들면, 반사 방지 코팅, 하드코트, 및 기타 필름 물질로 적용된다. 다수의 중합성 필름들은 1.5 이하의 굴절율을 갖는다. 그러나, 굴절율을 1.58 이상, 및 더욱 바람직하게 1.6 이상까지 증가시키는 것이 광학적으로 유익하기 때문에 이것이 바람직한 개선안이 될 것이다. 또한, 상대적으로 보다 높은 굴절율을 나타내면서, 내구성을 갖고, 저렴하며, 추가로는 품질이 우수한 반사 방지 코팅도 요구되고 있다. 1.58 이상의 굴절율을 갖는 하드코트 조성물에 대한 개발이 제조 비용의 절감, 원료비의 절감을 용이하게 할 것이며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 같은 바람직한 기판상에 프린징(fringing)이 없는 하드코트도 제공할 것이다.
발명의 요약
하나의 실시태양에서,
투광성 기판; 표면 개질된 무기 나노입자, 적어도 하나의 아크릴레이트 가교제, 및 방향족 황 아크릴레이트 단량체의 반응 산물을 포함하고, 상기 기판에 결합되어 있는 하드코트층, 및
임의로, 상기 하드코트층에 결합되어 있는 저굴절율층을 포함하는, (광학) 디스플레이를 기술한다.
또다른 실시태양에서, 수지 매트릭스내 방향족 황 아크릴레이트 및 표면 개질된 지르코니아 나노입자를 포함하고, 하드코트가 적어도 1.58의 굴절율을 갖는 하드코트 조성물을 기술한다.
또다른 실시태양에서, 나프탈렌계 기 또는 하나 이상의 방향족기를 포함하는 방향족 황 아크릴레이트; 아크릴레이트 가교제; 및 관능화된 지르코니아 나노입자를 포함하는 코팅 조성물을 기술한다.
추가의 다른 실시태양에서, 방향족 황 아크릴레이트 단량체를 기술한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 페닐 부류의 아릴 티오 시약을 구조적으로 도시한다.
도 2는 나프틸 부류의 아릴 티오 시약을 구조적으로 도시한다.
도 3은 아크릴산 2-{4-[4-(2-아실로일옥시-에틸설파닐)-페닐설파닐]-페닐설파닐}-에틸 에스테르의 형성을 구조적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시태양을 구조적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른, 광학 코팅을 포함하는 반사 방지 코팅 구조물을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 전형적인 디스플레이 장치를 도시한다.
상세한 설명
본 발명은 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 관능성 분자를 함유하는 조성물을 포함한다. 그에 따라, "아크릴계(acrylic)"는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 관능성 분자 양자 모두를 포함하는 것으로서 정의된다. 더욱 특히, 본 발명은 방향족 황 아크릴레이트 단량체를 함유하는 조성물을 포함한다. "방향족 황 아크릴레이트 단량체"는 방향족기에 결합하는 적어도 하나의 2가 황 원자를 갖는 방향족 관능기를 포함하는 아크릴계 관능성 단량체로서 정의된다.
본 발명의 방사선 경화성 조성물은 고굴절율의 방향족 황 아크릴레이트 단량체들을 하나 이상 포함하고, 여기에서 각각의 단량체는 하나 이상의 방향족 구조, 예를 들면, 바이페닐계 또는 나프탈렌계를 포함하는 적어도 2개의 환을 포함한다. 본 발명의 티오 방향족 아크릴레이트 단량체는 바람직하게 나프탈렌계 기 또는 하나 이상의 방향족기를 포함한다. 또는, 본 발명의 티오 방향족 아크릴레이트 단량체는 1.55 이상, 및 더욱 바람직하게 1.58 이상의 굴절율을 나타낼 것이다.
예를 들면, 본원에 기재된 다양한 광학 코팅내 통합된 것과 같이, 그리고 디스플레이 시스템에 적용된 것과 같이, 잠재적으로 유용한 한 세트의 단량체 분자들은 하기 화학식으로 기술된다.
Figure 112007047771861-PCT00001
상기 도시한 것과 같은 예시적인 분자들은 실시예 11 및 12에서 기술된다.
잠재적으로 유용한, 고굴절율의 아릴 황 아크릴레이트 단량체 분자들의 또다른 세트는 하기 화학식으로 기술된다.
Figure 112007047771861-PCT00002
상기 식에서, R1은 H, CH3이고; m, n, p, q는 독립적으로 1-6이며; Ar은 임의의 방향족기이다.
상기 도시한 것과 같은 예시적인 분자들은 실시예 1에서 기술된다. 실시예 1b, 1d, 및 12에서 기술된 분자, 또는 번호 (2), (4) 및 (11)로 표시된 구조가 신규한 것으로서 간주되는 고굴절율의 방향족 황 아크릴레이트를 예시한다. 본 발명의 신규한 분자는 추가로 상기에 제공된 나프탈렌계 구조 및 상기에 직접적으로 제공된 다-방향족 및 다-아크릴레이트 구조에 의해 정의된 바와 같은 나프탈렌계 황 아크릴레이트, 및, 다-방향족, 다-아크릴레이트 황 아크릴레이트로서 특징화될 수 있다. 상기에 제공된 나프탈렌계 구조 및 상기에 직접적으로 제공된 다-방향족 및 다-아크릴레이트 구조를 포함하는(incorporating) 중합성 조성물은, 이들 타입의 분자들을 포함하는 조성물이 본원에서 소개된 데이타에서 제시하는 바와 같이 상대적으로 보다 높은 고굴절율, 및 상대적으로 더욱 우수한 내구성을 나타낸다는 점에서 신규한 것으로서 간주된다.
본원에서 기술하는 조성물은 나노복합체(nanocomposites)로서 특징화될 수 있다. 나노복합체는 잘-분산된 나노입자를 함유하는 중합체 매트릭스로서 정의된다. 나노입자는 200 나노미터보다 작은, 그리고 대개는, 100nm보다 작은 입자로서 정의된다. 미국 특허번호 제5,385,776호는 폴리아미드내 혼입되어 있는 나노복합체에 대한 현 이해상태를 예시하고 있고, 이는 본원에서는 참고문헌으로서 인용된다. 나노입자는 일반적으로 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 또는 금속 염화물과 같은 무기 입자이다. 고굴절율의 나노입자를 포접하는 것이 이를 포함하고 있는 조성물의 굴절율을 증가시킬 수 있다. 티타니아, 안티몬, 금속 산화물의 혼합물, 및 혼합된 금속 산화물과 같은, 고굴절율의 다른 나노입자도 허용될 수 있지만, 바람직한 나노입자로서 결정질 지르코니아를 포함한다. 결정질 지르코니아를 함유하는 조성물의 굴절율이 더욱 높기 때문에 결정질 지르코니아가 무정형 지르코니아보다 바람직하다. 마무리처리된 코팅의 보강 및 내마모성을 증가시키기 위하여 관능화된 실리카 나노입자를 지르코니아 기재 조성물에 첨가할 수 있다. 유용한 지르코니아의 일례는 미국 특허번호 제6,376,590호에 기재되어 있는 것이고, 티타니아의 일례는 미국 특허번호 제6,432,526호에 기재되어 있다. 지르코니아 입자는 예를 들면, 날코(NALCO) 및 뷜러(BUHLER)에 의해 공급받을 수 있다. 관능화된 지르코니아의 바람직한 중량% 범위는 25 내지 75%, 및 더욱 바람직하게 40 내지 60%이다. 바람직할 경우, 지정된 중량% 범위내에서 전체 지르코니아 나노입자를 보완하기 위하여 실리카 나노입자를 사용할 수 있다. 추가적으로 본 발명에 따라, 크기가 상대적으로는 보다 크지만, 여전히 그 크기가 1 미크론 미만인 입자들이 상대적으로 적은 퍼센트로 본 조성물내 포함될 수 있다. 퍼센트가 낮기 때문에, 굴절율이 상대적으로 높거나 낮은, 보다 큰 입자를 사용하는 것이 포함된다.
나노입자의 표면을 개질시키는 것은 입자 표면상의 특정 분자의 반응과 관련되고, 이는 중합체 매트릭스내에서의 우수한 산포도 또는 용해도를 달성하는데, 코팅 투명도를 개선시키는데, 및 코팅 내구성을 개선시키는데 유용하다. 나노입자의 표면 개질과 관련하여, 아크릴레이트 관능기가 메타크릴레이트 관능기보다 바람직하다. 한편, 메타크릴레이트 관능기는 비반응성, 또는 비중합성 관능기보다 바람직하다.
또한, 나노입자를 표면 개질제, 예로서, 카르복실산, 실란 및/또는 분산제로 처리함으로써 그들을 중합체 매트릭스와 혼화시키는데 도움을 줄 수 있다. 미국 특허번호 제6,329,058호는 전형적인 표면 개질제를 예시한다. 본질적으로, 표면 개질을 통해 입자의 응집을 저지시킴으로써, 단량체 및 수지내에서 입자의 분산을 촉진시킬 수 있고, 이에 의해 코팅 제제의 투명도를 증진시킬 수 있다고 여겨지고 있다. 추가로, 본 발명의 혼합물은 초(very) 박층의, 그러나 균일한 코팅을 형성할 수 있는, 고굴절율의 입자를 함유하고, 코팅은 이후 UV 경화에 의해 균일한 고굴절율 층을 형성할 수 있다. 표면 개질은 또한 투명성을 위해서도 필요하고, 단량체 및 수지내에 입자가 용이하게 분산할 수 있도록 돕는데도 필요하다. 표면 개질제 분자는 입자 표면에 공유결합하거나 그에 흡착될 수 있는 관능기를 나타낸다. 예를 들면, 카르복실산 또는 실란 관능기는 입자 표면에 공유결합하거나 그에 흡착될 수 있고, 이러한 개질제의 예로는 메톡시에톡시에톡시아세트산 (MEEAA) 및 상표명 "실퀘스트(Silquest) A1230"하에 상업적으로 입수가능한 PEG-실란을 포함한다. 고굴절율의 표면 개질제를 사용하는 것 또한 바람직하고, 나프틸 아세트산 및 트리메톡시 페닐 실란을 포함한다.
본 발명의 나노입자는 또한 반응성 또는 공중합성 표면 개질제에 의해서도 표면이 개질될 수 있다. 반응성 표면 개질이란 입자 표면에 흡착되거나 그와 공유 결합할 수 있는 관능기외에도, 중합화를 촉진시키는 관능기를 포함하는 표면 개질제가 사용되는 것을 의미한다. 본 발명의 코팅이 중합화될 때 (또는 경화될 때), 나노복합체가 형성되는데, 이 나노복합체는, 중합체 매트릭스에 공유결합함으로써 경화된 코팅의 내구성을 증진시키는 입자를 갖는다. 상기 개질제의 일례는 라디칼 중합성 기를 갖는 아크릴산, 메타크릴산, 및 실란이고, 예로서, 트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트가 바람직하다. 나노입자의 혼합물을 사용할 경우, 잇점들이 복합적으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 표면 개질된 지르코니아를 첨가하면 굴절율을 상승시킬 수 있는 반면, 표면 개질된 실리카를 가하면 추가로 내구성을 증진시킬 수 있다. 나노입자는 중합성 표면 개질제를 함유하지만, 표면 개질제의 전체량중 약 50% 이하는, 첨가될 수도 있고, 특정 수지에서 나노입자의 분산에 유용할 수도 있는 비관능성 개질제로 구성될 수 있는 것이 바람직하다.
공중합화 표면 개질은 관능화된 입자가 제제내에서 반응성 단량체 및 가교제와 함께 공중합화할 수 있도록 하는 관능기를 제공하는 것으로 여겨진다. 나노입자의 표면 개질과 관련하여, 아크릴레이트 관능기가 메타크릴레이트 관능기보다 바람직하다. 한편, 메타크릴레이트 관능기는 비반응성, 또는 비중합성 관능기보다 바람직하다. 나노복합체가 경화됨에 따라, 생성된 네트워크는 실질적인 아크릴레이트 관능기를 갖는 원료를 선택함으로써 고도로(heavily) 가교결합하게 된다.
본 발명의 조성물은 임의로 적어도 하나의 광개시제를 포함한다. 하나의 광개시제 또는 그의 혼화물이 본 발명의 다양한 필름 및/또는 코팅에 사용될 수 있다. 일반적으로, 광개시제(들)는 적어도 부분적으로는 가용성이고 (예로서, 수지의 가공처리 온도에서), 중합체된 후에는 실질적으로 무색이다. 광개시제는 색상을 띨 수 있지만 (예로서, 황색), 단, UV 광원에 노출된 후에는 실질적으로 무색이 된다.
적합한 광개시제, 바람직하게는 UV 광개시제는 모노아실포스핀 옥시드 및 비스아실포스핀 옥시드를 포함한다. 상업적으로 입수가능한 모노 또는 비스아실포스핀 옥시드 광개시제는 상표명 "루시린(Lucirin) TPO"하에 BASF (노스캐롤라이나주 샬럿 소재)로부터 상업적으로 입수가능한 2,4,6-트리메틸벤조이디페닐포스핀 옥시드; 상표명 "루시린 TPO-L"하에 또 BASF로부터 상업적으로 입수가능한 에틸-2,4,6-트리메틸벤조일페닐 포스피네이트; 및 상표명 "이르가큐어(Irgacure) 819"하에 시바 스페셜티 케미칼스(Ciba Specialty Chemicals)로부터 상업적으로 입수가능한 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥시드를 포함한다. 기타 적합한 광개시제는 상표명 다라큐르(Daracur) 1173하에 시바 스페셜티 케미칼스로부터 상업적으로 입수가능한 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온을 포함한다. 기타 광개시제는 상표명 "다로큐르(Darocur) 4265", "이르가큐어 651", "이르가큐어 1800", "이르가큐어 369", "이르가큐어 1700", 및 "이르가큐어 907"하에 상업적으로 입수가능하다. 광개시제는 일반적으로 수지 조성물에 대하여 약 .5 내지 4phr (수지 100에 대한 중량부(part per hundred resin))로 첨가된다. 색상 및 경화 속도에 대한 요건, 및 기타 디자인 조건에 따라 그보다 많게 또는 적게 사용될 수 있다.
중합성 아크릴레이트 매트릭스는 본 발명의 가교결합된 중합체 성분의 생산에 유용한 하나 이상의 가교제를 함유할 것이다. 가교제는 단량체 종을 가교결합시킬 수 있는 광범위하게 다양한 이관능성 또는 다관능성 부위로부터 선택된다. 일반적으로, 가교결합에 대한 활성 부위로서의 역할을 하는 반응성 관능기는 에틸렌계 관능기(function)이지만, 기타 반응성이고 유효한 가교결합 관능기도 이하 기재되는 바와 유사하게 유용하다. 중합체의 제조에서 가교제의 용도는 본 분야의 당업자들에게 잘 공지되어 있으며, 당업자들은 유사하게 상기 가교제가 적어도 2개의 반응성 관능기를 갖는 것이 필요하다는 것에 대하여 인지하고 있다.
가교제는 에틸렌계 불포화 단량체로서 형성될 수 있다. 에틸렌계 불포화 단량체는 바람직하게 아크릴산 또는 메타크릴산의 이관능성 에틸렌계 불포화 에스테르, 아크릴산 또는 메타크릴산의 삼관능성 에틸렌계 불포화 에스테르, 아크릴산 또는 메타크릴산의 사관능성 에틸렌계 불포화 에스테르, 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 (메트)아크릴산의 다관능성 에틸렌계 불포화 에스테르이다. 이들중, (메트)아크릴산의 삼관능성 및 사관능성 에틸렌계 불포화 에스테르가 더욱 바람직하다.
특히 바람직한 에틸렌계 불포화 단량체는 하기 화학식을 갖는다:
Figure 112007047771861-PCT00003
상기 식에서, R1은 수소, 할로겐, 및 저급 알킬기, 바람직하게는, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬기, 더욱 바람직하게 수소 또는 메틸로 구성된 군으로부터 선택되는 구성원을 나타내고; R2는 분자량이 14 내지 1000이고 원자가가 m+n인 다원자가 유기기(organic group)를 나타내며; m은 에스테르중 아크릴: 또는 메타크릴 기 또는 양자 모두의 갯수를 명시하는 정수, 바람직하게 2 내지 9, 더욱 바람직하게 2 내지 5를 나타내고, 아크릴 또는 메타크릴 단량체의 혼합물을 사용할 경우에는, 바람직하게 평균값 1.05 내지 5를 갖고; n은 1 내지 5의 정수값을 나타내며; Y는 수소, C1-C5 저급 알킬기 및 양성자성 관능기로 구성된 군으로부터 선택되고, 바람직하게는, --OH, --COOH, --SO3H, --SO(OH)2, --PO(OH)2, 및 옥사졸리돈으로 구성된 군으로부터 선택된다. 다원자가 유기기 R2는 질소, 비퍼옥시드(nonperoxidic) 산소, 황, 또는 인 원자를 갖는 사이클릭 또는 선형, 분지형, 방향족, 지방족, 또는 헤테로사이클릭일 수 있다. 아크릴레이트 에스테르 단량체는 20중량% 내지 80중량%, 더욱 바람직하게, 30중량% 내지 70중량%로 코팅에 사용된다. 적합한 (메트)아크릴산의 관능성 에틸렌계 불포화 에스테르의 일례는 예를 들면, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,3-사이클로펜탄디올, 1-에톡시-2,3-프로판디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 1,4-사이클로헥산디올, 1,6-헥사메틸렌디올, 1,2-사이클로헥산디올, 1,6-사이클로헥산디메탄올과 같은 지방족 디올의 디아크릴산 및 디메틸아크릴산 에스테르; 글리세린, 1,2,3-프로판트리메탄올, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,5-펜탄트리올, 1,3,6-헥산트리올, 및 1,5,10-데칸트리올과 같은 지방족 트리올의 트리아크릴산 및 트리메타크릴산 에스테르; 트리스(하이드록시에틸) 이소시아누레이트의 트리아실산 및 트리메타크릴산 에스테르; 1,2,3,4-부탄테트롤, 1,1,2,2-테트라메틸올레탄, 1,1,3,3-테트라메틸올프로판, 및 펜타에리트리톨과 같은 지방족 테트롤의 테트라아크릴산 및 테트라메타크릴산 에스테르; 아도니톨과 같은 지방족 펜톨의 펜타아크릴산 및 펜타메타크릴산 에스테르; 소르비톨 및 디펜타에리트리톨과 같은 헥사놀의 헥사아크릴산 및 헥사메타크릴산 에스테르; 레조르시놀, 피로카테콜, 비스페놀 A, 및 비스(2-하이드록시에틸) 프탈레이트와 같은 방향족 디올의 디아크릴산 및 디메타크릴산 에스테르; 피로갈롤, 플로로글루시놀, 및 2-페닐-2,2-메틸올에탄올과 같은 방향족 트리올의 트리메타크릴산 에스테르를 비롯한, 다가 알코올(polyhydric alcohols)의 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산 에스테르이다. 바람직하게, 이로운 산 내성을 위해서, (메트)아크릴산의 다관능성 에틸렌계 불포화 에스테르는 (메트)아크릴산의 비폴리에테레알(nonpolyethereal) 다관능성 에틸렌계 불포화 에스테르이다. 더욱 바람직하게, (메트)아크릴산의 다관능성 에틸렌계 불포화 에스테르는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트, 디-펜타에리트리톨 펜타크릴레이트 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게, 가교결합 단량체는 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트이다. 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 (PETA)는 상표명 "SR944"하에 펜실베이니아주 섹스톤에 소재하는 사토머(Sartomer); 상표명 "비스코트(Viscoat) #300"하에 일본 오사카에 소재하는 오사카 유키가가쿠고교 가부시키가이샤(Osaka Organic Chemical Industry, Ltd.); 상표명 "아로닉스(Aronix) M-305"하에 일본 도쿄에 소재하는 도아고세이 가부시키가이샤(Toagosei Co. Ltd.); 및 상표명 "SR351"하에 대만 카오슝에 소재하는 이터널 케미칼 컴퍼니 리미티드(Eternal Chemical Co., Ltd.) 및 상표명 "아로닉스 M-309"하에 도아고세이 가부시키가이샤를 비롯한 수개의 공급처로부터 상업적으로 입수가능하다.
상기 언급한 가교제들의 제조 및/또는 필요 조건은 미국 특허번호 제4,396,476호에서와 같이 본 분야에 기재되어 있거나, 상업적으로 입수가능하다. 예시적인 공급처로서는 펜실베이니아주 섹스톤에 소재하는 사토머, 및 조지아주 스미르나에 소재하는 UCB 래드큐어(UCB Radcure)를 포함한다.
지르코니아의 바람직한 범위는 전체 조성물의 약 25 내지 75wt%, 및 더욱 바람직하게 약 40 내지 60wt%이다. 이어서, 수지 매트릭스가 조성물의 완성을 위해 부족분을 보충하거나, 약 75 내지 25wt%, 및 더욱 바람직하게 약 60 내지 40wt%를 구성할 것이다. 수지내 가교제의 바람직한 수준은 수지 전체 중량의 약 20 내지 80wt%이다. 수지중 나머지, 또는 수지 전체 중량의 약 80 내지 20wt%는 방향족 황 아크릴레이트이다.
광학 필름으로서의 무광택 코팅의 용도는 디스플레이 산업에 있어 잘 공지되어 있다. 무광택 외관은 "난반사"를 제공하는, 상대적으로 더욱 큰, 1-10 마이크로미터의 입자의 사용을 통해 섬광(glare)를 감소시킴으로써 판독자에게 향상된 출사를 제공한다. 이런한 종류의 산물은 어떤 AR 기능없이도 제조될 수 있다. 그러나, 후지(Fuji)에 의해 미국 특허번호 제6,693,746호에 기재된 바와 같은 고굴절율층 또는 하드코트층내 큰 (1-10 미크론) 입자를 혼입시킴으로써 반사 방지(AR) 구조물에 상기의 더욱 큰 입자에 의해 제공되는 섬광 방지(antiglare) (AG) 특징을 첨가할 수 있다.
따라서, 미립자 무광처리제(particulate matting agent)는 임의로 본원에 기재된 조성물내로 혼입될 수 있다 (예로서, 섬광 방지 성질을 첨가하기 위해). 미립자 무광처리제는 또한 하드코트층과 관련된 간섭에 의해 유발되는 반사율 감소와 균일하지 못한 배색을 막는다. 미립자 무광처리제는 바람직하게, 약 90% 초과의 투과도 값을 나타내면서, 투명하여야 한다. 다르게는, 또는 그외에도, 탁도 값(haze value)은 바람직하게 약 5% 미만, 및 더욱 바람직하게 약 2% 미만, 및 가장 바람직하게 약 1% 미만이다.
무광처리제를 하드 코팅층으로 혼입시키되, 상이한 코팅 조성물을 갖는 시스템의 일례는 예를 들면, 미국 특허번호 제6,693,746호에 기재되어 있다. 추가로, 무광택 필름의 일례는 상표명 "N4D2A"하에 조지아주 세다르타운에 소재하는 유.에스.에이. 키모토 테크(U.S.A. Kimoto Tech)로부터 상업적으로 입수가능하다.
첨가되는 미립자 무광처리제의 양은 층(18)의 두께에 따라 다르되, 조성물 중 전체 고체의 약 0.5 내지 10%이고, 바람직한 양은 약 2%이다. 섬광 방지층(18)의 두께는 바람직하게 0.5 내지 10 미크론, 더욱 바람직하게, 0.8 내지 7 미크론이고, 이는 일반적으로 광택 하드 코팅의 두께와 동일한 범위이다.
미립자 무광처리제의 평균 입자 직경은 부분적으로 층 두께에 따라 달라지는 소정의 최소값 및 최대값을 갖는다. 그러나, 일반적으로 말하면, 평균 입자 직경이 1.0 미크론 미만일 경우에는 포접을 보장할 만큼의 충분한 섬광 방지값(degree of anti-glare)을 제공하지 못하는 반면, 평균 입자 직경이 10.0 미크론 초과일 경우에는 투과 영상의 선명성을 저하시킨다. 따라서, 평균 입자 크기는 콜터(Coulter) 방법에 의해 측정된 평균수치값에 의하면, 바람직하게, 약 1.0 내지 10.0 미크론, 및 더욱 바람직하게, 1.7 내지 3.5 미크론이다.
미립자 무광처리제로서 예를 들면, 무정형 실리카 입자, TiO2 입자, Al2O3 입자, 가교결합된 아크릴 중합체 입자, 예를 들면, 가교결합된 폴리(메틸 메타크릴레이트)로 제조된 것, 가교결합된 폴리스티렌 입자, 멜라민 수지 입자, 벤조구아나민 수지 입자, 및 가교결합된 폴리실록산 입자를 비롯한 무기 입자 또는 수지 입자가 사용된다. 제조 공정시 섬광 방지층 및/또는 하드코트층을 위한 코팅 혼합물내 입자의 분산 안정성 및 침전 안정성을 고려할 때, 수지 입자가 더욱 바람직하고, 특히, 수지 입자는 결합제 물질에 대하여 친화력은 높고 비중은 작기 때문에, 가교결합된 폴리스티렌 입자가 바람직하게 사용된다.
미립자 무광처리제의 형상과 관련하여, 구형 및 무정형 입자가 사용될 수 있다. 그러나, 일관된 섬광 방지 성질을 얻기 위해서는 구형 입자가 바람직할 수 있다. 2종 이상의 미립자 물질 또한 배합하여 사용될 수 있다.
광학 필름에 사용되는 것으로서 공지된 기타 첨가제들도 본 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들면, UV 감작제, 산소 스캐빈저, 및 자유 라디칼 경화에 유용한 다른 성분들이 본 분야에 공지되어 있는 것으로서 사용될 수 있다. 기타 임의의 첨가제로는 항산화제, UV 흡수제, 계면활성제, 기타 분산제, 착색제, 안료, 및 기타 입자, 기타 광개시제, 및 본 분야에 공지되어 있는 기타 성분들을 포함한다.
얇은 필름은 딥 코팅(dip coating), 순방향 및 역방향 롤 코팅(forward and reverse roll coating), 전선 권취 막대 코팅(wire wound rod coating), 및 다이 코팅(die coating)을 비롯한 다양한 기술을 사용하여 적용될 수 있다. 다이 코팅기는 그중 나이프 코팅기, 슬로트 코팅기(slot coater), 슬라이드 코팅기(slide coater), 유체 베어링 코팅기(fluid bearing coater), 슬라이드 커튼 코팅기(slide curtain coater), 드롭 다이 커튼 코팅기(drop die curtain coater), 및 압출 코팅기를 포함한다. 여러가지 타입의 다이 코팅기가 예를 들면, 문헌 ([Edward Cohen and Edgar Gutoff, Modern Coating and Drying Technology, VCH Publisher, NY 1992, ISBN 3-527-28246-7] 및 [Gutoff and Cohen, Coating and Drying Defects: Troubleshooting Operating Problem, Wiley Interscience, NY ISBN 0-471-59810-0])에 기재되어 있다.
다이 코팅기는 일반적으로 제1 다이 블록(die block) 및 제2 다이 블록을 사용하여 다기관 공동부(manifold cavity) 및 다이 슬로트를 형성하는 기기를 언급한다. 코팅 유체는 압력하에서 다기관 공동부를 통과하여 코팅 슬로트 밖으로 흘러 코팅 물질 리본을 형성한다. 코팅은 단층으로 또는 2개 이상의 중첩된 층(superimposed layers)으로서 적용될 수 있다. 보통 연속 웹(continuous web) 형태인 기판이 사용하기 편리하지만, 기판은 또한 분리형 시트(discrete sheet)의 연속물로도 형성될 수 있다.
따라서, 필름의 두께 범위는 그의 적용에 따라 .05 미크론 만큼 얇게, 내지는 8 미크론 이상일 수 있다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 필름 두께는 원하는 내구성 특징과 함께 원하는 광반사율/흡광성 특징에 따라 달라질 수 있다.
다층 필름을 제조하는 기타 공지 기술은 스핀 코팅, 나이프 코팅 등을 포함한다. 미국 특허번호 제6,737,154호는 다층 중합성 필름 제조 방법 하나를 예시한다. 다층 필름 구조물을 형성하는 방법은 본 분야에 공지되어 있고, 따라서, 추가로 언급될 필요는 없다.
본 발명의 또다른 측면에서, 상기 기술된 고굴절율의 하드코트는 일반적으로 필름 구조물, 및 더욱 바람직하게, 반사 방지 필름 구조물 (예로서, 광학 디스플레이용)내 포함된다. 도 5 및 6에 나타낸 바와 같이, 코팅물(10) (바람직하게, 반사 방지 코팅)은 PET 또는 폴리카보네이트, 또는 반사 방지 필름에서 기판으로서의 유용성이 인정된 임의의 기타 물질로부터 형성된 기판(12)을 포함한다. 기판(12)는 디스플레이 장치(16), 및 기판(12)로부터 바깥쪽으로 배향된 병치층(juxtaposed layer)과도 결합한다. 임의의 접착제(14)를 사용하여 디스플레이 장치(16)에 수지 기판(12)를 접착 결합시킬 수 있다. 본 발명에 따라, 고굴절율의 하드코트층(18)은 기판(12)와 결합하고, 그 위에 적층되어 기판(12)와 물리적으로 접촉하고 있는, 바깥쪽으로 배향된 층을 형성하게 된다. 본 발명의 추가의 또다른 측면에서, 하드코트층(18)은 또한 고굴절율층으로서의 역할을 함으로써, 전형적으로 AR 구조물에서 분리층을 형성하고, 적어도 1.55 및 더욱 바람직하게 1.58의 상대적으로 높은 굴절율을 갖는다. 굴절율은 1.75 이하의 범위일 수 있다. 보통, 2개의 분리된(discrete) 고굴절율층 및 하드코트 층에 의해 달성되는 내구성 및 고굴절율을 하드코트층이 제공한다면, 그 자체로서, 분리형의 고굴절율층은 필요없다. 이어서, 굴절율이 1.5 이하인 얇은 저굴절율층(20)이 임의로 하드코트층(18)과 결합하고, 그 위에 적층된다.
저굴절율층(20)은 본 분야에 공지되어 있는 바와 같이 형성될 수 있다. 저굴절율층은 전형적으로 1.5 이하의 굴절율을 갖는다. 전형적으로, 저굴절율층의 굴절율 범위는 1.35 내지 1.45이다. 고굴절율층과 저굴절율층 사이의 굴절율 차는 전형적으로, 적어도 0.15 이상 및 더욱 전형적으로, 0.20 이상이다. 미국 특허번호 제6,723,423호에서는 예시적으로 저굴절율층을 형성하는 것에 대하여 공지 이해되고 있다. 예시적인 저굴절율층은 저굴절율의 플루오로중합체 조성물로부터 형성될 수 있고, 예로서, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA)와 같은 다관능성 아크릴레이트 (즉, 아크릴레이트 상), 및 임의로 자외선광에 의해 또는 가열 수단에 의해 코팅되고 경화될 수 있는 추가의 불소화된 일관능성 아크릴레이트 또는 불소화된 다관능성 아크릴레이트와 혼화된, 반응성 플루오로플라스틱(fluoroplastic) 및/또는 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer) (즉, 관능성 플루오로중합체 상)를 포함하는 상호침투형 중합체 네트워크(Interpenetrating polymer network) 또는 반-상호침투형 중합체 네트워크로부터 유도될 수 있다. 아크릴레이트 가교제의 존재를 통해 조성물은 저굴절율을 갖게 되고, 동시에 고굴절율의 중합체 기판, 예로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ("PET") 또는 하드 코팅된 PET 필름에 대하여 향상된 부착성을 갖게 된다. 저굴절율의 코팅 혼합물은 바람직하게, 단량체 다관능성 아크릴레이트 사이의 가교결합 반응에 참여할 수 있는, 반응성 고분자 플루오로중합체(들)을 기술한다. 이는 성형 폴리아크릴레이트 상에 대한 플루오로중합체 상의 가교결합력을 증진시키고, 고굴절율층과 저굴절율층 사이의 계면 접촉성이 향상된, 공-가교결합된 상호침투형 또는 반-상호침투형 중합체 네트워크를 형성한다. 본원에 기술된 코팅 조성물은 바람직하게, 적합한 내마모성(Abrasion Resistance)을 제공하고, 이는 실시예에서 추가로 상세히 설명되는 시험 방법에 의해 측정된 바와 같다. 내마모성은 전형적으로 3 이하이고, 바람직하게는, 2 이하이다.
용어 "광학 디스플레이", 또는 "디스플레이 패널"은 제한하는 것은 아니지만, 예로서, 액정 디스플레이 ("LCDs"), 플라즈마 디스플레이, 전면 및 후면 프로젝션 디스플레이, 음극선관 ("CRTs"), 및 신호계와 같은 다중-문자(multi-character) 다중-선(multi-line) 디스플레이 뿐만 아니라, 예로서, 발광 다이오드 ("LEDs"), 신호등 및 스위치와 같은 단문자(single-character) 또는 2진(binary) 디스플레이를 비롯한 임의의 종래 비조사되는(non-illuminated) 것 및 특히, 조사되는 광학 디스플레이를 언급할 수 있다. 상기 디스플레이 패널의 노출면은 "렌즈"로서 언급될 수 있다. 본 발명은 특히 잉크펜, 마커 및 기타 마킹 장치, 닦개천, 종이 제품 등에 의한 터치 또는 접촉에 대하여 민감한 출사면(viewing surface)을 갖는 디스플레이에 유용하다.
본 발명의 코팅은 다양한 휴대용 및 비휴대용 정보 디스플레이 물품에 사용될 수 있다. 이들 물품으로는 PDA, 휴대폰 (PDA/휴대폰 복합물 포함), LCD 텔레비젼 (직발광식(direct lit) 및 에지 발광식(edge lit)), 접촉 감지 스크린, 손목 시계, 자동차 네비게이션 시스템, 전세계 측위 시스템, 깊이측정기, 계산기, 전자책, CD 및 DVD 플레이어, 프로젝션 텔레비젼 스크린, 컴퓨터 모니터, 노트북 컴퓨터 디스플레이, 기구 계기, 기구 계기판 커버, 그래프 디스플레이와 같은 신호계 등에 사용될 수 있다. 출사면은 임의의 통상적인 크기 및 형상을 가질 수 있고, 평면이거나 평면이 아닐 수 있지만, 평판 디스플레이가 바람직하다.
코팅 조성물 또는 코팅된 필름은 다양한 다른 물품, 예로서, 카메라 렌즈, 안경 렌즈, 쌍안경 렌즈, 거울, 역반사 시팅, 자동차 창, 건물의 창, 기차의 창, 보트의 창, 항공기의 창, 차량의 전조등 및 미등, 디스플레이 케이스, 안경, 도로 포장 마커 (예로서, 양가(raised)) 및 포장 마킹 테이프, 오버헤드 프로젝터, 스테레오 케비넷식 문, 스테레오 커버, 시계 커버, 뿐만 아니라 광학 및 고압 자석-광학 기록용 등에도 사용될 수 있다.
디스플레이 패널의 경우, 기판(12)는 투광성이며, 이는 빛이 기판(12)를 통과하여 투과함으로써 디스플레이가 출사될 수 있다는 것을 의미한다.
투명한 투광성 기판 (예로서, 광택) 및 무광택 투광성 기판(12) 양자 모두가 디스플레이 패널에 사용된다. 기판(12)는 통상 다양한 광학 장치에서 사용되는, 광범위하게 다양한 비중합성 물질, 예로서, 유리, 또는 다양한 열가소성 및 가교결합된 중합성 물질, 예로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), (예로서, 비스페놀 A) 폴리카보네이트, 셀룰로스 아세테이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리올레핀, 예로서, 2축 방향으로 배향된 폴리프로필렌중 임의의 것으로 구성될 수 있다. 기판은 또한 폴리아미드, 폴리이미드, 페놀 수지, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 에폭시 등을 포함하거나, 그로 구성될 수 있다. 전형적으로, 기판은 의도하는 용도를 위해 원하는 광학적 및 기계적 성질에 대하여 부분적으로 의존하여 선택될 것이다. 상기의 기계적 성질은 전형적으로 가요성, 치수 안정성 및 내충격성을 포함할 것이다. 기판의 두께 또한 전형적으로 의도하는 용도에 따라 달라질 것이다. 대부분 적용되기 위해서는 기판의 두께가 약 0.5mm인 것이 바람직하고, 약 0.02 내지 약 0.2mm인 것이 더욱 바람직하다. 자립형(Self-supporting) 중합성 필름이 바람직하다. 중합성 물질은 압출과 같은 통상의 필름제작 기술을 사용하여 필름으로 형성될 수 있고, 임의의 1축 또는 2축 배향된 압출된 필름으로 형성될 수 있다. 예로서, 화학적 처리, 대기 또는 질소 코로나와 같은 코로나 처리, 플라즈마, 화염, 또는 활성 방사선과 같이 기판을 처리하여 기판과 하드코트층 사이의 부착성을 개선시킬 수 있다. 원하는 경우, 임의의 연결층(tie layer) 또는 프라이머를 기판 및/또는 하드코트층에 적용시켜 층간 부착성을 증가시킬 수 있다. 제한하는 것은 아니지만, 다층 광학 필름, 미세구조 필름, 예로서, 역반사 시팅 및 휘도 향상 필름, (예로서, 반사 또는 흡착) 편광 필름, 확산 필름 뿐만 아니라 (예로서, 2축) 지연 필름(retarder film) 및 보상 필름, 예로서, 2004년 1월 29월 출원된 미국 특허출원 공개번호 제2004-0184150호에 기재된 것을 비롯한 다양한 투광성 광학 필름이 공지되어 있다.
미국 특허출원 공개번호 제2003/0217806호에는 다층 광학 필름, 즉, 적어도 부분적으로 굴절율이 상이한 미세층을 배열하여 바람직한 투과 및/또는 반사 성질을 제공하는 필름이 기재되어 있다. 일부의 빛이 인접한 미세층 사이의 경계면에서 반사될 수 있도록 하기 위하여 미세층은 굴절율이 상이한 특징을 갖는다. 미세층들은 다수개의 계면에서 반사된 빛이 필름에 바람직한 반사 또는 투과 성질을 제공하도록 구성적 또는 파괴적 간섭을 행할 수 있도록 충분히 얇다. 자외선, 가시광선 또는 근적외선 파장에서 빛을 반사하도록 디자인된 광학 필름의 경우, 각 미세층은 일반적으로 약 1㎛ 미만의 광학 두께 (즉, 물리적 두께에 굴절율을 곱한 것)를 갖는다. 그러나, 필름의 외부 표면에서의 스킨층 또는 미세층들의 패킷(packet)을 분리시키는 필름내에 배치된 보호 경계 층들과 같은 보다 두꺼운 층들도 또한 포함될 수 있다. 다층 광학 필름 본체는 또한 라미네이트내에서 다층 광학 필름의 2개 이상의 시트들을 결합시키기 위하여 하나 이상의 두꺼운 접착제 층들을 포함할 수도 있다.
다층 광학 필름 본체의 반사 및 투과 특성은 각각의 미세층들의 굴절율의 함수이다. 각 미세층은 적어도 필름내 국소화 위치에서 필름의 평면내 굴절율 nx, ny, 및 두께 축과 관련된 굴절율 nz에 의해 특징화될 수 있다. 이들 굴절율은 각각 상호 직교하는 x-, y- 및 z-축을 따라 편광된 빛에 대한 실험 물질의 굴절율을 나타낸다. 실제로, 굴절율은 적절한 물질 선택 및 가공처리 조건에 의해 조절된다. 필름은 전형적으로는 2개의 교대되는 중합체 A, B의 수십 또는 수백개의 층들의 동시압출에 의해, 이어서 임의적으로 다층 압출물을 1개 이상의 증식 다이를 통과시키거나 또는 다르게는 압출물을 배향시켜 최종 필름을 형성함으로써 제조될 수 있다. 생성된 필름은 전형적으로는 두께 및 굴절율이 스펙트럼의 바람직한 영역(들)에, 예를 들면, 가시광선 또는 근적외선에 하나 이상의 반사 밴드들을 제공하도록 맞춰진 수십 또는 수백개의 개별 미세층들로 구성된다. 합리적인 수의 층들로 높은 반사능을 달성하기 위하여, 인접하는 미세층들은 바람직하게는 x-축을 따라 편광된 빛에 대해 적어도 0.05의 굴절율 차이(δnx)를 나타낸다. 2개의 직교하는 편광에 대해 높은 반사능이 바람직하다면, 인접하는 미세층들은 또한 바람직하게는 y축을 따라 편광된 빛에 대해 적어도 0.05의 굴절율 차이(δny)를 나타낸다. 다르게는, 굴절율 차이는 한 편광 상태의 입사광을 수직으로 반사시키고 직교하는 편광 상태를 갖는 수직으로 입사되는 빛을 투과시키는 다층 적층물(stack)을 제조하기 위해 0.05 미만, 바람직하게는 약 0일 수 있다. 경우에 따라, z-축을 따라 편광된 빛에 대한 인접하는 미세층들 사이의 굴절율 차이(δnz)도 또한 비스듬히 입사되는 빛의 p-편광 성분에 대해 바람직한 반사능을 달성할 수 있도록 맞춰질 수 있다.
중합성 다층 광학 필름의 제조에 사용될 수 있는 예시적인 물질은 PCT 공개 WO99/36248 (니어빈(Neavin) 등)에서 발견할 수 있다. 바람직하게는, 물질중 적어도 하나가 응력 광학 계수가 큰 절대치를 갖는 중합체이다. 달리 말하면, 중합체는 바람직하게는 연신되었을 때 큰 복굴절 (적어도 약 0.05, 더욱 바람직하게는, 적어도 약 0.1 또는 심지어는 0.2)을 나타낸다. 다층 필름의 용도에 따라, 복굴절은 필름의 평면내 2개의 직교하는 방향들 사이에, 하나 이상의 평면내 방향과 필름 평면에 수직인 방향 사이에, 또는 이들의 조합으로 나타날 수 있다. 연신되지 않은 중합체 층들 사이의 등방성 회절율이 광범위하게 떨어져 있는 특수 경우, 비록 복굴절이 여전히 종종 바람직하지만, 적어도 하나의 중합체들에서의 큰 복굴절에 대한 선호가 완화될 수 있다. 상기 특수 경우는 2개의 직교하는 평면내 방향으로 필름을 연신시키는, 2축 방법을 사용하여 형성된 편광기 필름에 대한 및 거울 필름에 대한 중합체의 선택에서 일어날 수 있다. 추가로, 중합체는 바람직하게는 바람직한 광학 특성이 마무리처리된 필름에 부여될 수 있도록, 스트레칭 후에 복굴절을 유지할 수 있다. 마무리처리된 필름 내에서 제2 중합체의 적어도 한 방향에서의 굴절율이 동일 방향의 제1 중합체의 굴절율과 상당히 상이하도록 다층 필름의 다른 층들에 대해 제2 중합체가 선택될 수 있다. 편의상, 필름은 단지 2개의 다른 중합체 물질들을 사용하고 압출 공정 동안 이들 물질을 사이에 끼워 교대되는 층들 A, B, A, B 등을 생성시켜 제조될 수 있다. 그러나, 단지 2개의 다른 중합체 물질들을 사이에 끼우는 것이 요구되지는 않는다. 대신에, 다층 광학 필름의 각 층이 필름내 다른 곳에서는 발견되지 않는 독특한 물질 또는 혼화물로 구성될 수 있다. 바람직하게 동시압출된 중합체는 동일하거나 또는 유사한 융점 온도를 갖는다.
적절한 굴절율 차이 및 적절한 층간 접착성을 모두 제공하는 예시적인 2개의 중합체 조합은 하기를 포함한다: (1) 주로 1축 스트레칭을 갖는 방법을 사용하여 제조한 다층 광학 필름을 편광시키기 위해서는, PEN/coPEN, PET/coPET, PEN/sPS, PET/sPS, PEN/Eastar™ , 및 PET/Eastar™ (여기에서, "PEN"은 폴리에틸렌 나프탈레이트를 말하고, "coPEN"은 나프탈렌 디카르복실산에 기초한 공중합체 또는 혼화물을 말하고, "PET"는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 말하고, "coPET"는 테레프탈산에 기초한 공중합체 또는 혼화물을 말하고, "sPS"는 신디오택틱 폴리스티렌 및 그의 유도체를 말하고, Eastar™은 이스트맨 케미칼 코포레이션(Eastman Chemical Co.)으로부터 상업적으로 입수가능한 폴리에스테르 또는 코폴리에스테르 (시클로헥산디메틸렌 디올 유니트 및 테레프탈레이트 유니트를 포함하는 것으로 여겨짐)이다); (2) 2축 스트레칭 방법의 가공처리 조건을 조작하여 제조한 다층 광학 필름을 편광시키기 위해서는, PEN/coPEN, PEN/PEN, PEN/PBT, PEN/PETG 및 PEN/PETcoPBT (여기에서, "PBT"는 폴리부 틸렌 테레프탈레이트를 말하고, "PETG"는 제2 글리콜 (보통 시클로헥산디메탄올)을 사용하는 PET의 공중합체를 말하고, 및 "PETcoPBT"는 테레프탈산의 코폴리에스테르 또는 그의 에틸렌 글리콜 및 1,4-부탄디올의 혼합물과의 에스테르를 말한다); (3) 거울 필름 (착색된 거울 필름 포함)의 경우, PEN/PMMA, coPEN/PMMA, PET/PMMA, PEN/Ecdel™ , PET/Ecdel™ , PEN/sPS, PET/sPS, PEN/coPET, PEN/PETG, 및 PEN/THV™ (여기에서, "PMMA"는 폴리메틸 메타크릴레이트를 말하고, Ecdel™은 이스트맨 케미칼 코포레이션으로부터 상업적으로 입수가능한 열가소성 폴리에스테르 또는 코폴리에스테르 (시클로헥산디카르복실레이트 유니트, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 유니트 및 시클로헥산디메탄올 유니트를 포함하는 것으로 여겨짐)이고, 및 THV™은 3M 컴퍼니(3M Company)로부터 상업적으로 입수가능한 플루오로중합체이다).
적합한 다층 광학 필름 및 관련된 구조물들에 대한 추가의 상세한 설명은 미국 특허 제 5,882,774호 (존자(Jonza) 등), 및 PCT 공개번호 WO 95/17303 (아우더커크(Ouderkirk) 등) 및 WO 99/39224 (아우더커크 등)에서 찾아볼 수 있다. 중합성 다층 광학 필름 및 필름 본체는 그들의 광학적, 기계적, 및/또는 화학적 특성을 위해 선택된 추가의 층 및 코팅을 포함할 수 있다. 미국 특허 제6,368,699호 (길버트(Gilbert) 등) 참조. 중합성 필름 및 필름 본체는 또한 금속 또는 금속 산화물 코팅 또는 층과 같은 무기 층을 포함할 수 있다.
다양한 영구식 및 제거식 등급의 접착제 조성물(14)를 기판(12)의 반대쪽 (즉, 하드코트(18)의 반대쪽)상에 코팅시켜 물품(10)이 디스플레이 표면상에 용이하게 탑재될 수 있도록 할 수 있다. 전형적으로, 접착제(14), 기판(12), 및 하드 코팅층(18)은, 접착제(14)에 부착되는 이형층 (나타내지 않음)을 갖는 필름(19)로서 미리 포장된다. 이어서, 이형층이 제거되고, 접착제층(14)는 디스플레이(16)의 하우징 또는 기타 영역과 결합하여 광학 디스플레이(16)을 형성한다.
적합한 접착제 조성물(14)는 (예로서, 수소화된) 블록 공중합체, 예로서, "크라톤(Kraton) G-1657"하에 텍사스주 웨스트할로우에 소재하는 크라톤 폴리머스(Kraton Polymers)로부터 상업적으로 입수가능한 것, 뿐만 아니라, 기타 (예로서, 유사한) 열가소성 고무를 포함한다. 접착제의 다른 일례로는 아크릴-기재, 우레탄-기재, 실리콘-기재, 및 에폭시-기재 접착제를 포함한다. 바람직한 접착제는 광학적 품질 및 광안정성은 충분하기 때문에 광학 디스플레이의 출사 품질을 떨어뜨리는 악천에 노출되거나, 시간이 경과함에도 접착제는 황색으로 변색되지 않는다. 접착제는 전사 코팅(transfer coating), 나이프 코팅(knife coating), 스핀 코팅(spin coating), 다이 코팅 등과 같이 공지되어 있는 다양한 코팅 기술을 사용하여 적용시킬 수 있다. 예시적인 접착제들은 미국 특허출원 공개번호 제2003/0012936호에 기재되어 있다. 상기와 같은 수개의 접착제들은 상표명 8141, 8142, 및 8161하에 미네소타주 세인트 포올에 소재하는 3M 컴퍼니로부터 상업적으로 입수가능하다. 기판층(12)는 통상 다양한 광학 장치에서 사용되는, 광범위하게 다양한 비중합성 물질, 예로서, 유리, 또는 중합성 물질, 예로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 비스페놀 A 폴리카보네이트, 셀룰로스 트리아세테이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 2축 방향으로 배향된 폴리프로필렌중 임의의 것으로 구성될 수 있다.
본 발명은 예를 들면, 반사 방지 필름을 비롯한 광학 코팅 및 필름에서의 주된 실용성이 발견될 것이라 예상된다. 그러나, 그에 제한되는 것은 아니다. 추가로, 본 발명은 본 발명의 다양한 구성 요소들의 위치 이성체 및 동족체 모두를 포함한다. 추가로, 본 발명의 실시태양에 관한 상기의 기재는 단지 설명하기 위한 목적으로 이해되어야 할 것이다. 그 자체로서, 본원에 개시된 다양한 구조적 특징 및 사용상의 특징은 본 분야의 당업자의 능력에 맞게 다수 변형될 수 있지만, 이중 어느 것도 첨부되는 청구 범위에서 정의되는 본 발명의 범주를 벗어나지는 않는다.
본 발명은 하기 기재된 실시예에 의해 추가로 설명되지만, 이로써 제한되는 것은 아니다.
실시예 1:
a. 아크릴산 2,2-비스-(나프탈렌-2-일설파닐메틸)-프로판-1,3-디올(1)의 합성.
1리터의 3목 라운드형 바닥 플라스크에 기계식 교반기, 응축기 및 온도 탐침을 장착시켰다. 25g의 2-티오나프탈렌, 230g의 디메틸포름아미드, 및 20.4g의 2,2-비스(브로모메틸)-1,3-프로판디올을 플라스크에 가하였다. 혼합물을 충분히(good) 교반시키면서 75℃까지 가열하였다. 2-메틸-2-프로판올중 156ml의 1M 포타슘 t-부톡시드를 약 ½시간에 걸쳐 교반식 플라스크에 적가하였다. 일단 첨가를 다 마치고 나면, 반응물을 약 ½시간동안 75℃에서 유지시켰다.
이어서, 외장 얼음 배쓰를 사용하여 반응물을 약 20℃까지 냉각시킨 후, 포트(pot)의 온도를 20-30℃로 유지시키면서 560g의 물을 플라스크에 첨가하였다. 500g의 에틸 아세테이트를 플라스크에 첨가하였다. 잘 교반하고 상을 분리시켰다. 상부의 유기상을 제거한 후, 수성상을 300g의 에틸 아세테이트로 재추출하였다. 300g의 물 및 20g의 진한 HCl의 혼합물을 사용하여 혼합된 유기상을 세척하였다. 300g의 물 및 30g의 염화나트륨의 혼합물을 사용하여 혼합된 유기상을 세척하였다. 회전식-증발기상에서 유기상으로부터 용매를 탈거(strip)시켰다.
1400g의 톨루엔중 상기 2개의 반응물로부터 생성된 고체를 재결정화하였다. 산물을 대기건조시켰다. 회수된 회백색 고체의 수율은 48.0g (73%)이었다. 산물의 mp는 121-125℃이고, 1H 및 13C NMR 분석을 통해 상기가 원하는 산물 (1)임을 확인하였다.
Figure 112007047771861-PCT00004
b. 아크릴산 2- 아크릴로일옥시메틸 -3-(나프탈렌-2- 일설파닐 )-2-(나프탈렌-2-일설파닐메틸)-프로필 에스테르(2)의 합성.
1리터의 3목 라운드형 바닥 플라스크에 기계식 교반기, 응축기 및 온도 탐침을 장착시켰다. 25g의 상기 중간체 (1)을 250g의 디메틸포름아미드, 14.4g의 트리에틸아민, 및 각 O.O1g의 살리실알독시메 및 테트라메틸 페닐렌디아민과 함께 플라스크에 가하였다. 이 혼합물을 충분히 교반시키면서 40℃까지 가열하였다. 포트를 약 40℃로 유지시키면서 11.8g의 아크릴로일 클로라이드를 약 ½시간에 걸쳐 플라스크에 첨가하였다. 반응물을 약 1시간동안 40℃에서 유지시켰다. 3g의 트리에틸아민을 플라스크에 첨가한 후, 2g의 아크릴로일 클로라이드를 적가하였다. 반응물을 약 1시간동안 40℃에서 유지시켰다.
반응물을 실온으로 냉각시켰다. 430g의 물, 이어서, 520g의 에틸 아세테이트를 플라스크에 첨가하였다. 5g의 진한 HCl을 가하고 잘 교반한 후, 상은 수성상으로 분리하였다. 300g의 물 및 30g의 탄산나트륨의 혼합물로 유기상을 세척하였다. 300g의 물 및 30g의 염화나트륨의 혼합물로 유기상을 세척하였다. 회전식-증 발기상에서 용매를 탈거시켜 불투명한 연황색의 액체를 수득하였고, 이는 방치시켰을 때는 반고체로 바뀌었다. 굴절율은 1.6490이었다. 1H 및 13C NMR 분석을 통해 상기가 >95%의 원하는 산물 (2)임을 확인하였다. 원하는 산물(2)는 3.4ppm (-CH 2 -S-Napth), 4.2ppm (-CH 2 -OAcr), 5.8, 6.0 및 6.2ppm (아크릴레이트 올레핀 양성자), 7.4-7.5ppm 및 7.7-7.9ppm (방향족 양성자)에서 1H NMR 신호 (d6-DMSO, TMS)를 나타내었다.
원하는 산물 (2)는 35.8.ppm (-CH 2 -S-Napth), 43.3ppm (펜타에리트리톨-골격 4급 탄소), 64.2ppm (-CH 2 -O Acr), 164.7ppm (아크릴레이트 카보닐), 131.2ppm ("4a" 4급 탄소, 임시 지정), 133.2ppm 및 133.4ppm (황에 대해 입소(ipso) 4급 탄소 및 "8a" 4급 탄소; 미측정된 특정 지정) 및 125.8, 126.6 (매 나프틸 환마다 2C), 126.9, 127.0, 127.5 (매 나프틸 환마다 2C) 및 128.4ppm (나머지 방향족 탄소)에서 13C NMR 신호 (d6-DMSO, TMS)를 나타내었다.
Figure 112007047771861-PCT00005
c. 2,2- 비스 - 페닐설파닐메틸 -프로판-1,3- 디올(3)의 합성:
합성은 상기와 같이 수행하되, 단, 예외적으로 2-티오나프탈렌보다는 화학양 론적 등가량의 티오페놀을 사용하였다. 조 반응 혼합물을 하기 기재한 바와 같이 후처리(work up)하여 연갈색 오일을 수득하였다. 수득율은 약 100%였다. 이 물질을 1H 및 13C NMR에 의해 분석하였고, 이를 통해 물질이 약 60%의 원하는 중간체 (3)인 것으로 밝혀졌다. 이 물질을 하기 단계에서 사용하였다.
Figure 112007047771861-PCT00006
d. 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-페닐설파닐-2-페닐설파닐메틸-프로필 에스테르(4)의 합성.
합성은 상기와 같이 수행하되, 단, 예외적으로 중간체 (1)보다는 화학양론적 등가량의 중간체 (3)을 사용하였다. 연황색 오일로서 69% 수율의 아크릴레이트 단량체 산물을 수득하였다. 이 물질을 1H 및 13C NMR에 의해 분석하였고, 이를 통해 물질이 약 60%의 원하는 산물인 것으로 밝혀졌다.
소량의 조 물질 (4)의 시료는 에틸 아세테이트 및 헥산을 사용하여 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 원하는 산물을 수거하고 용매는 회전식 증발기상에서 제거하였다. 이 물질을 1H 및 13C NMR에 의해 분석하였고, 이를 통해 물질이 >95%의 원하는 산물 (4)인 것으로 밝혀졌다. 굴절율은 약 1.5837인 것으로 측정되었다. 원하는 산물 (4)는 3.2ppm (-CH2-S-Ar), 4.2ppm (-CH2-OAcr), 5.8, 6.0, 및6.3ppm (아크릴레이트 올레핀 양성자) 및 7.2-7.4ppm (방향족 양성자)에서 1H NMR 신호 (CDCl3, TMS)를 나타내었다.
원하는 산물 (4)는 37.6ppm (-CH2-S-Ar), 43.9ppm (펜타에리트리톨-골격 4급 탄소), 64.5ppm (-CH2-OAcr), 165.3ppm (아크릴레이트 카보닐), 136.1ppm (황에 대해 입소 4급 탄소), 129.0 및 130.5ppm (각각 2C; 황 치환에 대하여 오르토- 및 메타-인 방향족 메탄 탄소; 미측정된 특정 지정), 126.8ppm (황 치환에 대하여 파라-인 방향족 메탄 탄소), 131.1ppm (아크릴레이트 올레핀 메틸렌), 127.7ppm (아크릴레이트 올레핀 메탄; 임시 지정) 및 126.8ppm (황 치환에 대하여 파라-인 방향족 메탄 탄소; 임시 지정)에서 13C NMR 신호 (CDCl3, TMS)를 나타내었다.
Figure 112007047771861-PCT00007
상기 합성 전략법은 또한 치환된 티오페놀 및 치환된 티오나프탈렌을 포함시킬 수 있다. 도 1 및 2는 각각 이러한 분류들을 예시한다. 도 8에서 Q는 Br, F, Cl, 또는 R 또는 CF3을 비롯한 군으로부터 선택되고, 이들 각각은 임의의 조합으로 0-5번에 존재할 수 있고, R은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 1-6개의 탄소를 포함하는 기이다. 도 2에서 Q는 Br, F, Cl, 또는 R 또는 CF3을 비롯한 군으로부터 선택되고, 이들 각각은 임의의 조합으로 0-7번에 존재할 수 있고, R은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 1-6개의 탄소를 포함하는 기이다. 도 1 및 2에서 예시한 부류들 양 자 모두는 본 분야에 잘 공지되어 있는 공급처로부터 상업적으로 입수가능하다. 예시적인 치환된 티오페놀은 2-브로모티오페놀 및 2-이소프로필티오페놀을 포함하며, 양자 모두는 위스콘신주 밀워키에 소재하는 알드리치 케미컬 컴퍼니(Aldrich Chemical Company)로부터 이용가능하다.
실시예 1과 관련하여, 그리고 본 발명의 또다른 측면에서, 방향족 황 아크릴레이트 단량체, 또는 티오 방향족 아크릴레이트 단량체를 형성하는 방법을 하기에 기재하고, 이는 실시예 1에 기재되는 바와 같이 다양한 시약 및 공정 조건, 및 그의 유사물에 의해 확대된다:
1. 적어도 2몰의 티오 방향족 화합물을 제공하고;
2. 적어도 1몰의 디-할로겐화된(di-halogenated) 디올을 제공하고;
3. 티오 방향족 화합물과 디-할로겐화된 디올을 반응시켜 디-티오 방향족 디올을 형성하고;
4. 적어도 2몰의 아크릴로일 클로라이드 및 적어도 2몰의 트리에틸아민을 제공하고;
5. 티오 방향족 디올과 반응량의 아크릴로일 클로라이드 및 트리에틸아민을 반응시켜 디-티오 방향족 디-아크릴레이트 단량체를 형성한다.
아크릴레이트 에스테르를 형성하는 기타 방법들은 본 분야의 당업자에게 잘 공지되어 있고, 이는 일반적으로 본 명세서내 포함되어 있다. 본 발명의 다른 측면은 상기 제공된 방법에 의해 형성된 티오 방향족 아크릴레이트 단량체를 포함하고, 여기에서, 바람직한 단량체는 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-(나프탈렌-2- 일설파닐)-2-(나프탈렌-2-일설파닐메틸)-프로필 에스테르 (2) 및 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-페닐설파닐-2-페닐설파닐메틸-프로필 에스테르 (4)를 포함한다. 본 발명의 추가의 측면은 상기 제공된 방법에 의해 제조된 티오 방향족 아크릴레이트를 포함하는 하드코트 및 반사 방지 구조물, 및 상기 제공된 방법에 의해 생산된 이들 하드코트 및/또는 반사 방지 구조물을 포함하는 디스플레이 시스템을 포함한다.
방향족 황 아크릴레이트를 형성하는 방법과 관련된 본 발명의 측면은 상기 공정에 의해 형성된 단량체, 단량체를 포함하는 하드코트, 및 단량체로 형성된 하드코트를 포함하는 디스플레이 시스템을 포함한다. 본 방법으로부터 형성된 산물의 바람직한 실시태양은 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-(나프탈렌-2-일설파닐)-2-(나프탈렌-2-일설파닐메틸)-프로필 에스테르(2) 및 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-페닐설파닐-2-페닐설파닐메틸-프로필 에스테르(4)를 포함한다
실시예 2:
표면 개질된 지르코니아 나노입자 ZrO2 메타실록시프로필트리메톡시실란 제조
ZrO2 졸 투석
ZrO2 졸 (207.4g)을 투석용 백에 충진시키고, 6시간동안 350Og의 탈이온수중에서 투석시켰다. 시그마 진단용 배관 MWCO > 1200을 사용하였다. 졸을 분리하고 (34.03% 고체), 실란 처리를 위해 사용하였다.
투석된 ZrO2 졸 (8Og, 34.03% 고체, 30.8% ZrO2)을 16oz 자(jar)에 충진시켰다. 교반하면서 물 (80g)을 충진시켰다. 교반하면서 메톡시프로판올 (16Og), 메 타크릴옥시프로필 트리메톡시 실란 (8.59g)을 500ml 비이커에 충진시켰다. 이어서, 교반하면서 메톡시프로판올 혼합물을 ZrO2 졸에 충진시켰다. 자를 봉인하고 3시간 15분동안 90℃까지 가열하였다. 가열한 후, 회전식 증발에 의해 혼합물을 170g으로 탈거시키고 백색 슬러리를 수득하였다.
탈이온수 (258g) 및 진한 NH3 (5.7g, 29wt%)를 1리터 비이커에 충진시켰다. 최소한도로 교반하면서 이것에 상기의 농축된 졸을 가하였다. 진공 여과를 통해 고체를 습식 필터 케이크로서 분리하였다. 습식 고체 (82g)를 메톡시프로판올 (20Og)에 분산시켰다. 이어서, 회전식 증발에 의해 혼합물을 농축시켰다 (97g). 메톡시프로판올 (204g)을 가하고, 회전식 증발에 의해 혼합물을 농축시켰다 (85.5g). 메톡시프로판올 (205g)을 충진시키고, 회전식 증발에 의해 혼합물을 농축시켰다. 최종 산물 91.46g은 27.4% 고체로 분리되었다. 혼합물을 1um 필터를 사용하여 여과하였다.
2004년 12월 30일 출원된, 공계류중의 미국 출원 시리얼 번호 제11/027426호는 예시적인 3M 지르코니아 입자를 기재하고 있고, 이는 참고문헌으로서 인용된다. 제조업계에서 공지되어 있는 바와 같이, 날코 및 뷜러 또한 본 발명에 따른 지르코니아 입자를 제공한다.
실시예 4-10:
하기 제공되는 표에서 실시예 4-10으로 표시된 각 조성물을 에틸 아세테이트에 용해시키고, 전선 권취 막대를 사용하여 건식 두께가 약 4 미크론이 되도록 코팅하였다. 1분동안 100℃의 공기가 순환하는 오븐에서 건조시켰다. 이어서, 2개 의 과정(pass)을 사용하여 20ft/분에서 500-와트 퓨전(Fusion) UV 처리장치를 사용함으로써 경화시켰다. 지르코니아를 메타크릴레이트 실란으로 관능화시켰다. 실리카를 또한 메타크릴레이트 실란으로 관능화시켰다. 2-나프탈렌 티오 에톡시 아크릴레이트 (2-NSEA)는 방향족 황 아크릴레이트로서 사용하고, 공지된 방식으로 제조한다.
아크릴산 2-(나프탈렌-2-일설파닐)-에틸 에스테르(6)은 방향족 일관능성 황 아크릴레이트 단량체로서 사용하고, 하기 기재하는 바와 같이 제조한다. 구조 또한 하기에 제시한다.
2-(나프탈렌-2- 일설파닐 )-에탄올(5)의 합성:
12리터의 3목 라운드형 바닥 플라스크에 온도 탐침, 기계식 교반기 및 응축기를 장착시켰다. 2000g의 2-티오나프톨, 4000g의 톨루엔, 및 63.1g의 트리에틸아민을 가하였다. 매질을 교반시키면서, 배취를 75℃까지 가열하였다. 반응 혼합물에 1209g의 용융된 에틸렌 카보네이트를 적가하였다. 배취에서 CO2를 증발시켰다. 약 3시간에 걸쳐 첨가하였다. 첨가 종결시 반응물을 95℃에서 약 12시간동안 유지시켰다. 배취를 실온으로 냉각시켰다. 기체 크로마토그래피는 1% 미만의 잔류 2-티오나프톨을 표시하였다. 회전식 증발기상에서 용매를 탈거시켜, 방치시 결정화되는 황색 오일의 중간체 알코올을 수득하였다. 수율은 1815g이었다. 상기 물질의 융점은 61-63℃였다.
Figure 112007047771861-PCT00008
아크릴산 2-(나프탈렌-2-일설파닐)-에틸 에스테르(6)의 합성:
250ml의 3목 라운드형 바닥 플라스크에 온도 탐침, 기계식 교반기 및 응축기를 장착시켰다. 50g의 상기 중간체, 29.7g의 트리에틸아민, 각 0.01g의 살리실알독시메 및 테트라메틸 페닐렌디아민 및 430g의 t-부틸메틸 에테르를 플라스크에 가하였다. 혼합물을 40℃까지 가열하고, 24.4g의 아크릴로일 클로라이드를 반응물에 적가하였다. 반응물을 40℃에서 1시간동안 유지시켰다. GC를 통해 반응물에는 잔류 출발 물질이 존재하지 않는 것으로 나타났다. 반응물을 실온으로 냉각시켰다. 400g의 물을 플라스크에 가하였다. 5g의 진한 HCl을 가하고, 잘 교반한 후, 상을 수성상으로 분리시켰다. 유기상을 300g의 물 및 30g의 탄산나트륨의 혼합물을 사용하여 세척하였다. 유기상을 300g의 물 및 30g의 염화나트륨의 혼합물을 사용하여 세척하였다. 회전식-증발기상에서 용매를 탈거시켜 황색 오일을 수득하였다. 수율은 50g이었다. 상기 단량체 (6)의 굴절율은 1.6209이었다.
원하는 산물 (6)은 32.0ppm (-CH 2 -S-Napth), 62.9ppm (-CH 2 -OAcr), 165.7ppm (아크릴레이트 카보닐), 및 125.8, 126.6 (매 나프틸 환마다 2C), 126.9, 127.0, 127.5 (매 나프틸 환마다 2C) 및 128.4ppm (나머지 방향족 탄소)에서 13C NMR 신호 (d6-DMSO, TMS)를 나타내었다.
Figure 112007047771861-PCT00009
아크릴산 2-{4-[4-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-페닐설파닐]-페닐설파닐}- 에틸 에스테르는 방향족 황 아크릴레이트로서 사용하였다. 펜타에리트리톨 트리 및 테트라아크릴레이트 혼합물 (SR 295)을 가교제로서 사용하였다. 다라큐르 4265 및 TPO는 광개시제로서 사용하였고, 이는 그에 대하여 잘 공지되어 있는 공급처로부터 이용가능하다. 예를 들면, TPO 및 다라큐르 4265는 뉴욕주 태리타운에 소재하는 시바-가이기(Geigy)로부터 이용가능한 광개시제이다.
코팅 조성물은 습식 필름으로서 코팅시키고, 오븐에서 건조시켜 용매를 제거한 후, 원하는 파장, 바람직하게 불활성 대기하에서 (50ppm(parts per million) 미만의 산소) H-벌브(bulb) 또는 기타 램프를 사용하여 자외선 방사에 노출시켰다. 반응 기작을 통해 아크릴레이트 상의 다관능성 성분이 티오 아크릴레이트 단량체 상과 공유 가교결합하도록 하였다. 예를 들면, 고굴절율의 하드코트 광학 코팅으로서 생성된 필름은 두께가 약 2-8 미크론, 및 더욱 바람직하게 약 3-6 미크론인 공-가교결합된 중합체 네트워크를 구성한다. 상기 조성물은 AR 구조물중 보다 얇은 박층에서 약 75-130의 범위로 사용될 수 있다.
내마모성(Abrasion Resistance)은 변형된 진동식 샌드 방법(Oscillating Sand Method) (ASTM F 735-94)을 사용하여 실시하였다. 궤도 진탕기(orbital shaker) (VWR DS-500E, 코네티컷주 브리스톨에 소재하는 VWR로부터 입수)를 사용하였다. 시료는 50g의 20-30 메쉬 오타와(Ottawa) 샌드 (코네티컷주 브리스톨에 소재하는 VWR로부터 입수)로 커버된 16oz의 자(jar) (W216922, 뉴저지주 밀빌에 소재하는 휘톤(Wheaton)으로부터 입수)에 놓았다. 진탕기는 1시간동안 400rpm으로 설정하였다. 450nm에서 확산 투과 모드로 람다 900 분광광도계 (코네티컷주 셀튼에 소재하는 퍼킨 앨머(Perkin Elmer)로부터 입수)를 사용하여 시험 전후로 시료의 탁도를 측정하였다. 시험 전후의 탁도의 차이는 시료의 마모도로서 기록하였다. 굴절율은 메트리콘(Metricon)™으로 측정하였다.
실시예 지르코니아 Si SR295 아크릴산 2-{4-[4-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-페닐설파닐]-페닐설파닐}-에틸 에스테르 (8) 아크릴산 2-(나프탈렌-2-일설파닐)-에틸 에스테르 (6) P.I.% RI 내마모성
4 50 25 25 Dar 4265 4 1.54 2.2
5 50 25 25 Dar 4265 4 1.64 1.7
6 60 40 Dar 4265 2 7.7
7 60 40 Dar 4265 2 1.5
8 60 15 25 Dar 4265 2 1.6
9 50 50 TPO 3.3 1.59 3.0
10 50 17 33 TPO 3.3 1.66 2.8
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예들은 고굴절율의 내구성을 갖는 하드코트를 생산하기 위해서는 3개의 모든 성분들, 관능화된 지르코니아, 아크릴레이트 가교제, 및 방향족 황 아크릴레이트가 필요하다는 것을 제시하고 있다. 실시예 4 및 5는 고굴절율 코팅을 위해서는 지르코니아가 필요하다는 것, 및 아크릴레이트 가교제 및 방향족 황 아크릴레이트와 함께 배합될 경우, 이는 실리카와 유사한 내구성을 제공한다는 것을 제시하고 있다. 실시예 6은 단지 방향족 황 아크릴레이트만을 지르코니아와 배합할 경우 내구성이 불충분하다는 것을 제시하고 있다. 한편, 지르코니아 및 가교제 및 방향족 황 아크릴레이트 (실시예 8)를 배합할 경우, 이는 지르코니아와 가교제를 배합하였을 때 (실시예 7)의 결과와 유사한 내구성을 나타낸다. 더욱 중요하게, 실시예 9 및 10은, 가교제 일부를 방향족 황 아크릴레이트로 대체할 경우 (실시예 10) 유사한 내구성을 제공하지만, 단지 가교제 및 지르코니아 (실시예 9)와만 비교하였을 때는 더욱 높은 굴절율을 제공한다는 것을 제시하고 있다.
실시예 11:
도 3에 나타낸 아크릴산 2-{4-[4-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-페닐설파닐]-페닐설파닐}-에틸 에스테르(8)의 합성
30ml의 톨루엔중 15g의 4,4'-티오비스벤젠티올(1), 11.6g의 에틸렌 카보네이트, 및 0.6g의 트리에틸아민을 함유하는 혼합물을 9O℃에서 4시간동안 가열하였다. 혼합물을 톨루엔중 10% 에틸아세테이트로부터 재결정하여 13.2g의 2-{4-[4-(2-하이드록시-에틸설파닐}-페닐설파닐]-페닐설파닐}-에탄올(7)을 수득하였다.
Figure 112007047771861-PCT00010
13g의 (7) 및 14.9g의 디이소프로필에틸아민을 함유하는 용액을 5℃로 냉각시키고, 10.4g의 아크릴로일 클로라이드를 20분에 걸쳐 상기에 가하였다. 75ml의 1N HCl 및 100ml의 에틸 아세테이트를 함유하는 혼합물에 부은 후, 혼합물을 5-1O℃에서 2시간동안 교반하였다. 5분동안 교반한 후, 유기상을 제거하고, KCl 포화 용액에 이어서, 10%의 수성 중탄산칼륨으로 세척하였다. 용매를 제거하고, 잔류물을 칼럼 크로마토그래피 (25% 에틸아세테이트/헥산으로 용출되는 실리카 겔)상에서 정제하여 제1 분획인 8.5g의 (8)을 수득하였다.
실시예 11의 방법에 의해 형성된 원하는 산물 (8)은 3.2ppm [황에 대해 -CH 2 -알파], 4.3ppm [산소에 대하여 -CH 2 -알파], 5.8ppm 및 6.4ppm [올레핀 메틸렌; 각각 시스- 및 트랜스-양성자], 6.1ppm [올레핀 메틴] 및 7.26 및 7.32ppm [방향족 메틴 양성자]에서 1H NMR 신호 (CDCl3, TMS)를 나타내었다.
원하는 산물 (8)은 32.1ppm [황에 대해 -CH2-알파], 62.8ppm [산소에 대하여 -CH2-알파], 128.0ppm [아크릴레이트 올레핀 메틴], 130.2 및 131.5ppm [방향족 메틴 탄소], 131.3ppm [아크릴레이트 올레핀 메틸렌], 133.7 및 134.5ppm [황에 대해 입소 방향족 환 탄소] 및 165.8ppm [아크릴레이트 카보닐]에서 13C NMR 신호 (CDCl3, TMS)를 나타내었다.
Figure 112007047771861-PCT00011
실시예 12:
아크릴산 아크릴산 2-[7-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-나프탈렌-2-일설파닐]-에틸 에스테르(11) (도 4에서 (11)로 표시됨)
1O℃로 냉각된 140ml의 물중 32g의 2,7-디하이드록시나프탈렌 및 26.3g의 수산화칼륨을 함유하는 혼합물에 88ml의 테트라하이드로푸란중 56.8g의 디메틸티오카바모일 클로라이드를 서서히 가하였다. 첨가하는 내내 온도를 12℃ 미만으로 유지시켰다. 형성된 고체를 여과하고, 물로 세척하고, 물중에서 다시 슬러리하고, 여과하여 50.2g의 디메틸-티오카밤산 O-(7-디메틸티오카바모일옥시-나프탈렌-2-일) 에스테르를 수득하였다. 건조시킨 후, 이를 라운드형 바닥 플라스크에 놓고, 질소 대기하에 250℃에서 1.5시간동안 가열하였다. 혼합물을 냉각시키고, 고체를 에틸 아세테이트로부터 재결정화시켜 17g의 디메틸-티오카밤산 S-(7-디메틸카바모일설파닐-나프탈렌-2-일) 에스테르를 수득하였다. 50ml의 에탄올 및 32mil의 물중 22.4g의 칼슘 용액의 혼합물에 상기를 가한 후, 환류에서 30분동안 가열하였다. 혼합물을 냉각시키고, 30ml의 물로 희석하고, 염산으로 산성화시켰다. 형성된 고체를 여과하고, 건조시켜 8.5g의 나프탈렌-2,7-디티올(9)를 수득하였다
Figure 112007047771861-PCT00012
20ml의 톨루엔중 5.4g의 나프탈렌-2,7-디티올(9), 5.4g의 에틸렌 카보네이트 및 0.26g의 트리에틸아민을 함유하는 혼합물을 4시간동안 9O℃까지 가열하였다. 혼합물을 냉각시키고, 여과하여 고체를 제거하였다. 고체를 에틸 아세테이트로부터 재결정시켜 5.3g의 2-[7-2-하이드록시-에틸설파닐)-나프탈렌-2-일설파닐]-에탄올(10)을 수득하였다.
Figure 112007047771861-PCT00013
40ml의 테트라하이드로푸란중 5.2g의 (10) 및 7.2g의 디이소프로필에틸아민을 함유하는 혼합물을 5℃로 냉각시키고, 이것에 5g의 아크릴로일 클로라이드를 가하였다.
75ml의 1N HCl 및 100ml의 에틸 아세테이트를 함유하는 혼합물에 상기를 부은 후, 혼합물을 상기 온도에서 2시간동안 교반하였다. 5분동안 교반한 후, 유기상을 분리하고, 염화칼륨 포화 용액에 이어서, 10%의 탄산칼륨을 사용하여 세척하였다. 용매를 제거하고, 헥산중 25%의 에틸 아세테이트로 용출되는 실리카 겔상의 칼럼 크로마토그래피에 의해 잔류물을 정제하여 제1 분획인 2.6g의 (11)을 수득하였다.
실시예 12의 방법에 의해 형성된 원하는 산물 (11)은 5.8ppm, 6.1ppm, 및 6.4ppm (아크릴 올레핀 양성자), 7.4 및 7.7ppm (나프탈렌 환 시스템의 3-, 4-, 5-, 및 6-번 위치에서의 방향족 환 메틴), 및 7.75ppm (나프탈렌 환 시스템의 1- 및 8-번 위치에서의 방향족 환 메틴)에서 1H NMR 신호 (CDCl3, TMS)를 나타내었다.
산물 (11)은 165.8ppm (아크릴레이트 카보닐), 134.0ppm (4-번과 5-번 위치 사이의 환 결합부(ring junction)에서의 4급 환 탄소), 133.8ppm (황에 대해 입소 4급 탄소), 131.3ppm (아크릴레이트 올레핀 메틸렌), 130.3ppm (1-번과 8-번 위치 사이의 환 결합부에서의 4급 환 탄소) 및 128.4ppm, 128.0ppm, 127.3ppm, 및 126.5ppm (나프탈렌 환 메틴 및 아크릴레이트 올레핀 메틴)에서 13C NMR 신호 (CDCl3, TMS)를 나타내었다.
Figure 112007047771861-PCT00014
상기 제공된 방법을 사용하여 간단하게, 출발 나프탈렌 디올을 적절하게 선택하고, 동일한 방법에 따라 (11)의 다른 나프탈렌계 이성체를 제조할 수 있다고 여겨진다.
하기 표 2는 다양한 예시적인 조성의 조성물, 및 각 조성물에 대한 RI 및 마모성 시험 결과를 제시한다.
실시예 지르코니아 wt% SR295 wt% 수지wt% P.I.wt% Igr 907 내마모성 RI
15 48 48 0 4 1.7 1.59
16 48 24 24 아크릴산 2-(나프탈렌-2-일설파닐)-에틸 에스테르(6) 4 1.8 1.64
17 48 24 24 아크릴산 2-[7-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-나프탈렌-2-일설파닐]-에틸 에스테르(11) 실시예 12 4 2.2 1.63
18 48 24 24 아크릴산 2-{4-[4-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-페닐설파닐]-페닐설파닐}-에틸 에스테르(8) 실시예 11 4 2.1 1.64
19 48 24 24 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-(나프탈렌-2-일설파닐)-2-(나프탈렌-2-일설파닐메틸)-프s로필 에스테르(2) 실시예 1b 4 2.3 1.66
20 48 24 24 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-페닐설파닐-2-페닐설파닐메틸-프로필 에스테르(4) 실시예 1d 4 1.61

Claims (23)

  1. 투광성 기판;
    표면 개질된 무기 나노입자, 적어도 하나의 아크릴레이트 가교제, 및 방향족 황 아크릴레이트 단량체의 반응 산물을 포함하고, 상기 기판에 결합되어 있는(coupled) 하드코트층(hardcoat layer), 및
    임의로, 상기 하드코트층에 결합되어 있는 저굴절율층을 포함하는 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 무기 나노입자가 표면 개질된 지르코니아인 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서, 하드코트층이 적어도 1.58의 굴절율을 갖는 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서, 저굴절율층이 1.5 이하의 굴절율을 갖는 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서, 방향족 황 아크릴레이트 단량체가 나프탈렌계 기 또는 하나 이상의 방향족기를 포함하는 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서, 방향족 황 아크릴레이트 단량체가 하기 나프탈렌계 및 페닐계 화학식에 의해 정의되는 화합물들의 군으로부터 선택되는 디스플레이.
    Figure 112007047771861-PCT00015
  7. 제1항에 있어서, 아크릴레이트 가교제가 다관능성이고, 방향족 황 아크릴레이트가 적어도 1.58 이상의 굴절율을 나타내는 디스플레이.
  8. 제1항에 있어서, 방향족 황 아크릴레이트 단량체가 아크릴산 2-[7-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-나프탈렌-2-일설파닐]-에틸 에스테르 및 아크릴산 2-{4-[4-(2-아크릴로일옥시-에틸설파닐)-페닐설파닐]-페닐설파닐}-에틸 에스테르로 구성된 군으로부터 선택되는 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서, 방향족 황 아크릴레이트 단량체가 하기 화학식에 의해 정의되는 화합물들의 군으로부터 선택되는 디스플레이.
    Figure 112007047771861-PCT00016
    상기 식에서, R1은 H 또는 CH3이고, m, n, p, q는 독립적으로 1-6이며, Ar은 임의의 방향족기이다.
  10. 제9항에 있어서, 방향족 황 아크릴레이트가 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-(나프탈렌-2-일설파닐)-2-(나프탈렌-2-일설파닐메틸)-프로필 에스테르 및 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-페닐설파닐-2-페닐설파닐메틸-프로필 에스테르로 구성된 군으로부터 선택되는 디스플레이.
  11. 수지 매트릭스내 방향족 황 아크릴레이트 및 표면 개질된 지르코니아 나노입자를 포함하고, 하드코트가 적어도 1.58의 굴절율을 갖는 하드코트 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 아크릴레이트 가교제와 가교결합된 하드코트.
  13. 제11항에 있어서, 광개시제를 추가로 포함하는 하드코트.
  14. 제11항에 있어서, 변형된 ASTM F 735-94에 의해 측정된 바, 3.0% 이하의 탁 도(haze)로 내마모성을 갖는 하드코트.
  15. 제11항에 있어서, 수지 매트릭스가 관능가(functionality)가 적어도 3인 다관능성 아크릴레이트로서 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트를 포함하는 하드코트.
  16. 제15항에 있어서, 다관능성 아크릴레이트가 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트인 하드코트.
  17. 제11항의 하드코트를 포함하는 디스플레이.
  18. 나프탈렌계 기 또는 하나 이상의 방향족기를 포함하는 방향족 황 아크릴레이트;
    아크릴레이트 가교제; 및
    관능화된 지르코니아 나노입자를 포함하는 코팅 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 지르코니아 나노입자가 약 10-30 나노미터의 직경을 갖는 조성물.
  20. 하기 화학식에 의해 정의되는 방향족 황 아크릴레이트 단량체.
    Figure 112007047771861-PCT00017
    상기 식에서, R1은 H 또는 CH3이고, m, n, p, q는 독립적으로 1-6이며, Ar은 임의의 방향족기이다.
  21. 제20항에 있어서, 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-(나프탈렌-2-일설파닐)-2-(나프탈렌-2-일설파닐메틸)-프로필 에스테르 및 아크릴산 2-아크릴로일옥시메틸-3-페닐설파닐-2-페닐설파닐메틸-프로필 에스테르로 구성된 군으로부터 선택되는 단량체.
  22. 하기 화학식에 의해 정의되는 방향족 황 아크릴레이트 단량체.
    Figure 112007047771861-PCT00018
  23. 하기 화학식에 의해 정의되는 군으로부터 선택되는 황 아크릴레이트 단량체 를 포함하는 중합성 조성물.
    Figure 112007047771861-PCT00019
    상기 식에서, R1은 H 또는 CH3이고, m, n, p, q는 독립적으로 1-6이며, Ar은 임의의 방향족기 및
    Figure 112007047771861-PCT00020
    이다.
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