KR20120080050A - 투명 기판 - Google Patents

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KR20120080050A
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최의타
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김인욱
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주식회사 두산
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Abstract

본 발명은 굴절률이 1.51 내지 1.53 범위인 유리 섬유에 비스페놀 A형 에폭시 수지와 지환식 에폭시 수지를 포함한 수지 혼합물을 포함하는 수지 조성물이 함침되어 경화된 경화물을 포함하는 투명 기판을 제공한다.

Description

투명 기판 {TRANSPARENT SUBSTRATE}
본 발명은 투명 기판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에폭시 수지 조성물이 유리 섬유에 함침 후 경화되어 디스플레이 분야에서 요구하는 수준의 높은 유리전이온도 및 낮은 열팽창 계수를 갖는 투명 기판에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 디스플레이, 액정 소자용 디스플레이 및 유기 발광 소자용 디스플레이와 같은 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display, FPD)에는 유리 기판이 사용되고 있다. 유리 기판을 사용하는 디스플레이가 점차 경박화, 소형화됨에 따라 유리 기판 대체용으로서 투명 플라스틱 기판이 검토되고 있다.
유리 기판 대체용 투명 플라스틱 기판으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 필름이나 폴리에테르설폰(Polyether sulfone, PES) 필름이 개발되었다. PET 필름이나 PES 필름은 투명한 고분자 수지를 필름화한 것이다. 이렇게 고분자 수지로만 만들어진 투명 필름은 유리 기판에 비해 연성은 좋지만, 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)가 유리 기판에 비해 낮기 때문에 내열성이 떨어진다. 또한, 고분자 수지로만 만들어진 투명 필름은 유리 기판에 비해 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)가 높기 때문에 액정 소자 및 유기 발광 소자용 디스플레이의 공정온도(220℃ 이상)에서 쉽게 변형이 될 수 있다. 따라서 고 내열성과 낮은 열팽창 계수를 만족시키는 투명 플라스틱 기판 소재의 개발이 요구되고 있다.
열팽창 계수를 낮추기 위해 무기 충전재(inorganic filler)를 복합화하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 무기 충전재의 분산성 문제와 고분자 수지와의 굴절률 차이로 인해 투명한 복합재료를 얻기는 힘든 실정이다.
일본 특허 공개 제2004-307851호는 아크릴레이트 수지가 유리 섬유에 함침된 투명 플라스틱 시트(sheet)를 개시하고 있다. 이 특허에 따르면, 아크릴레이트 수지에 광중합 개시제를 첨가하여 UV 경화를 유도하여 투명 플라스틱 시트를 제조한다. 일본 특허 공개 제2007-091962호는 실리콘계 경화성 수지를 유리 섬유에 함침하여 제작한 투명 플라스틱 시트(sheet)를 개시하고 있다. 굴절률을 유리 섬유와 일치시킨 실리콘계 경화성 수지를 이용함으로써 내열성이 우수한 투명 플라스틱 시트를 제조하였다.
대한민국 특허 공개 제2010-0076038호는 시아네이트 에스테르 수지가 유리 섬유에 함침된 투명 필름을 개시하고 있다. 상기 투명 필름은 상술한 플라스틱 필름이나 무기 필러 복합재료에 비해 높은 유리전이온도와 낮은 열팽창 계수를 만족시키며, 높은 투명성을 나타낸다.
그러나 상기의 선행 특허문헌들의 경우, 열팽창 계수가 상당히 높고 유리전이온도가 액정디스플레이의 공정온도보다 여전히 크게 낮아 디스플레이 분야에서의 적용이 어려운 실정이다.
본 발명의 목적은 에폭시 수지 조성물이 유리 섬유에 함침 후 경화되어 디스플레이 분야에서 요구하는 수준의 높은 유리전이온도 및 낮은 열팽창 계수를 갖는 투명 기판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 굴절률이 1.51 내지 1.53 범위인 유리 섬유에 비스페놀 A형 에폭시 수지와 지환식 에폭시 수지를 포함한 수지 혼합물을 포함하는 수지 조성물이 함침되어 경화된 경화물을 포함하는 투명 기판을 제공한다.
본 발명의 투명 기판에 사용된 유리 섬유는 열팽창 계수를 유리 기판 수준으로 낮출 수 있고, 이러한 유리 섬유에 함침되는 에폭시 수지 조성물은 디스플레이 분야에서 요구하는 수준의 높은 유리전이온도를 가지고 있어 투명 기판의 내열성을 향상시키며, 에폭시 수지 조성물의 굴절률 또한 사용된 유리 섬유의 굴절률과 거의 유사하여 최종적으로 제작된 투명 기판은 과도한 굴절률을 방지하여 디스플레이에 필요한 우수한 시인성(높은 투과율)을 나타낼 수 있다. 이에 따라 본 발명의 투명 기판은 플라즈마 디스플레이, 액정 소자용 디스플레이와 같은 디스플레이용 기판으로서 널리 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 기판을 도시한 모식도이다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 “수지 혼합물”은 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 필요하다면 추가의 다른 수지로 구성된 수지들의 혼합물을 의미하고, “수지 조성물”은 협의로는(narrow meaning) 상술한 수지 혼합물을 의미하고, 광의로는(broad meaning) 수지 혼합물 이외에, 경화 개시제, 경화제 등을 포함하는 의미로 해석한다.
본 발명의 투명 기판은 굴절률이 1.51 내지 1.53 범위인 유리 섬유에 비스페놀 A형 에폭시 수지와 지환식 에폭시 수지를 포함한 수지 혼합물을 포함하는 수지 조성물이 함침된 후 경화된 경화물을 포함한다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 유리전이온도가 높아 내열성이 우수한 수소첨가 에폭시 수지(수첨형 에폭시 수지로도 불림)일 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 수지 분자량을 기준으로 10% 이상 30% 이하의 수소첨가 수준을 가진 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 수지 분자량을 기준으로 10% 이상 30% 이하의 수소첨가 수준을 가진 비스페놀 A형 에폭시 수지와 에폭시 수지 분자량을 기준으로 1% 이상 10% 미만의 수소첨가 수준을 가진 비스페놀 A형 에폭시 수지의 혼합물일 수 있다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지의 특히 바람직한 예로는 2-[4-(2,3-에폭시프로폭시)페닐]-2-[4-[1,1-비스[4-([2,3-에폭시프로폭시]페닐)]에틸]페닐]프로판(2-[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]-2-[4-[1,1-bis[4-([2,3-poxypropoxy]phenyl)]ethyl]phenyl] propane)과 1,3-비스[4-[1-[4-(2,3-에폭시프로폭시)페닐]-1-[4-[1-[4-(2,3-에폭시프로폭시페닐)-1-메틸에틸]페닐에틸]페녹시]-2-프로판올(1,3-bis[4-[1-[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]-1-[4-[1-[4-(2,3-epoxypropoxyphenyl)-1-methylethyl]phenyl]ethyl]phenoxy]-2-propanol])의 혼합물(VG3101)이 있다.
상기 수소첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지는 상온에서 고형인 것이 바람직하다. 상온에서 액상인 수소첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지를 사용할 수도 있지만, 고형인 경우 프리프레그(prepreg)를 제조할 때에 프리프레그의 취급성이 좋아지는 이점이 있다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지의 함량이 증가할수록 수지 조성물의 굴절률이 증가하지만 강직한 구조로 인해 유리전이온도를 상승시킬 수 있다. 이에 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 수지 조성물 총 중량을 기준으로 10 내지 70 중량%로 포함될 수 있다.
상기 지환식(cycloaliphatic) 에폭시 수지는 방향족환이 아닌 지방족환을 가진 에폭시 수지로서, 내열성과 유리전이 온도면에서 우수하지만 상대적으로 굴절률이 높은 비스페놀 A형 에폭시 수지와 혼합 사용되어 최종 조성물의 굴절률을 유리섬유의 굴절률과 거의 일치시킬 수 있으며 이로 인해 투과도가 90% 이상인 투명 복합체를 제조할 수 있다. 지환식 에폭시 수지로는 지환식 아세탈형 에폭시 수지, 지환식 카르복실레이트형 에폭시 수지, 사이클로헥산형 에폭시 수지, 비닐사이클로헥센형 에폭시 수지, 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. 상기의 지환식 에폭시 수지 중에서, 투명성이 우수하고 수지 조성물의 굴절률을 낮추는 데 용이한 사이클로헥산형 에폭시 수지가 바람직하다. (3'-4'-에폭시사이클로헥산)메틸 3-4-에폭시사이클로헥실 카복실레이트 [(3'-4'-Epoxycyclohexane)methyl 3-4-Epoxycyclohexyl-Carboxylate](Celoxide 2021P), [2,2-비스(하이드록시메틸)1-부탄올]의 1,2-에폭시-4(2-옥시라닐)-사이클로헥산과 (3'-4'-에폭시사이클로헥산)메틸 3-4-에폭시사이클로헥실-카복실레이트의 혼합물{[1,2-Epoxy-4(2-oxiranyl)-Cyclohexane of 2,2-bis(hydoroxymethyl)1-butanol]/[(3'-4'-Epoxycyclohexane)methyl 3-4-Epoxycyclohexylcarboxylate] mixture} (EHPE 3150)) 등이 특히 바람직하다.
상기 지환식 에폭시 수지는 방향족환이 없으므로 투명성이 높고 굴절률이 낮으므로 다소 높은 함량으로 사용될 수 있는 이점이 있다. 이에 상기 지환식 에폭시 수지는 수지 조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
상기 수지 조성물은 유무기 복합 에폭시 수지를 추가로 포함할 수 있다. 유무기 복합 에폭시 수지는 높은 투명성을 확보할 수 있고 다관능 에폭시기를 가지고 있어 다른 에폭시 수지와의 상용성이 우수하다. 유무기 복합 에폭시 수지의 비-제한적인 예로는 알콕시실란, 클로로실란, 폴리실세스퀴옥산 등과 같은 실리콘 에폭시 수지 등이 있다. 예를 들어, 폴리실세스퀴옥산은 수소, 알킬, 알킬렌, 알릴, 알릴렌 유도체로 이루어져 있고 랜덤, 사다리형, 새장형(cage) 및 부분적인 새장형(cage) 등의 다양한 구조를 가지고 있다. 이러한 폴리실세스퀴옥산의 외곽에 에폭시, 아미노, 히드록시, 알콕시 등의 치환기를 도입하여 유무기 복합재료로 사용될 수 있다. 특히, 에폭시-폴리실세스퀴옥산의 유무기 복합 에폭시 수지, 예를 들어, 트리메톡시-[2-(7-옥사바이사이클로[4.1.0]헵트-3-일)에틸]실란(Trimethoxy-[2-(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl]silane)(EP0408)은 굴절률이 낮고 투명성이 우수하며 높은 유리전이온도 및 낮은 열팽창 계수를 가지고 있어 바람직하다.
수지 조성물이 유무기 복합 에폭시 수지를 추가로 포함하는 경우, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지 및 유무기 복합 에폭시 수지는 수지 조성물 총 중량을 기준으로 각각 30 내지 70 중량%, 10 내지 50 중량%, 및 10 내지 50 중량%로 포함될 수 있다.
상기 수지 조성물은 또한 경화 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 경화 개시제 중에서 에폭시기(epoxy group) 끼리 직접 경화하게 만들어 에폭시 수지의 경화밀도를 높여주고, 그로 인해 유리전이온도를 향상시키는 열경화 개시제가 바람직하다. 열경화 개시제 중에서는 수지의 투명성을 더욱 향상시킬 수 있는 양이온계 열경화 개시제가 사용될 수 있다. 양이온계 열경화 개시제의 비제한적인 예로는 암모늄염; 방향족 요오드염; 알루미늄 킬레이트; 삼불화붕소-아민 착제; 술포늄염 등이 사용될 수 있다. 손쉬운 열경화 개시 속도 조절 및 높은 유리전이온도를 위해 SbF6 - 술포늄염(SI100L, SI150L)을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
상기 경화 개시제는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부로 포함될 수 있다. 상기 함량범위를 충족할 경우 경화속도가 빠르지 않고 보다 높은 Tg를 구현할 수 있는 이점이 있다.
상기 수지 조성물은 또한 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 경화제는 에폭시 수지의 경화에 사용되는 것이면 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들어 프탈산 무수물(phthalic anhydride, PA), 테트라히드로 프탈산 무수물(tetrahydro phthalic anhydride, THPA), 메틸테트라히드로 프탈산 무수물(methyltetrahydro phthalic anhydride, MTHPA), 헥사히드로 프탈산 무수물(hexahydro phthalic anhydride, HHPA)과 같은 산무수물(anhydride)계 경화제; 2,4,6-트리스(디아미노 메틸)페놀, 2-디메틸 페놀, 폴리설파이드, 페놀 노볼락, 디시안 디아미드, 메타 크실렌 디아민, 디아미노 디페닐 메탄, 트리에틸렌 테트라민과 같은 아민계 경화제 등이 사용될 수 있다.
상기 경화제는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 함량범위를 충족할 경우 유리전이온도를 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 수지 조성물은 필요시 용매를 포함하여 바니쉬(varnish) 형태로 제조될 수 있다. 사용 가능한 용매의 비-제한적인 예로는 2-메톡시에탄올, N,N'-디메틸 아세트아미드, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 아세트산 부틸, 아세트산 에틸, 2-부탄올, 이소프로필 알코올, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 메틸 이소 부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 크실렌, 톨루엔, 벤젠 등과 같은 유기용매를 포함할 수 있다.
상기 용매는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 20 내지 50 중량부로 포함될 수 있다.
상기 수지 조성물은 유리전이온도가 200℃ 이상이 되도록 제조될 수 있다. 유리전이온도가 200℃ 이상이면 결과적으로 얻어진 투명 기판의 내열성이 높아진다. 유리전이온도의 상한은 특별히 한정할 필요는 없지만, 250℃일 수 있다. 유리전이온도의 조정은 수지 조성물 중의 비스페놀 A형 에폭시 수지의 함량을 조절함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 수지 조성물 중에 비스페놀 A형 에폭시 수지가 30 중량% 이상 함유되어 있으면 수지 조성물의 유리전이온도를 220℃ 이상으로 조절할 수 있다.
굴절률이 1.51 내지 1.53 범위인 유리 섬유의 대표적인 예로는 T-유리 섬유(T-glass fiber, T-glass fabric)가 있으며, T-유리 섬유는 당업계에 널리 사용되고 있는 유리섬유의 일종으로서, 굴절율은 1.521에 가깝고 유리섬유 자체의 열팽창계수는 2.9 ppm/℃로서 매우 낮다.
상기 수지 조성물은 사용된 유리 섬유의 굴절률(n)에 대해 하기의 반응식 (1)을 충족하는 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 수지 조성물의 굴절률은 수지 조성물을 구성하는 성분들을 배합한 상태에서의 굴절률을 의미하며, 나트륨 D선 (파장 589 nm)에서 아베 굴절계로 측정한 값으로 정의한다:
<반응식 1>
수지 조성물의 굴절률 = n+0.001 ~ n+0.009
유리 섬유의 굴절률이 1.5210이 되도록 선택될 경우, 수지 조성물의 굴절률은 1.5220 내지 1.5300일 수 있으며, 바람직하게는 1.5240일 수 있다.
상술한 바와 같이 준비한 수지 조성물을 유리 섬유에 함침하고 건조하여 프리프레그(prepreg)를 제조한 다음 프리프레그를 가열 가압하여 투명 기판을 제조할 수 있다. 예를 들어, 건조는 100 내지 200℃의 온도에서 2 내지 9분간 수행될 수 있다. 가열 가압 이전에 프리프레그의 양쪽면을 이형필름(release film)으로 감싼 다음, 압력 5 내지 45 kgf/cm2 하에 100 내지 250℃의 온도에서 30 내지 180분간 가열 가압할 수 있다.
두께가 40 내지 100 ㎛인 1매의 유리 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 2매 이상 적층하여 프리프레그를 제조할 수 있지만 1매로 진행될 때가 수지 조성물과의 상용성이 보다 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 기판을 도시한 것으로, T-유리 섬유(2)에 본 발명의 수지 조성물(3)이 함침되어 경화된 구조물의 양면에 가열가압 시 투명 기판을 보호하기 위해 이형필름(1)이 형성된 구조를 예시하고 있다. 이형필름(1)은 배리어 코팅(barrier coating)이나 하드 코팅(hard coating) 이전에 제거된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수지 조성물은 높은 유리전이온도를 나타내는 수지 매트릭스를 형성하여 내열성이 우수한 투명 기판을 제조할 수 있다. 또한, 투명 기판 중에 유리 섬유를 30 내지 65 중량%로 배합할 경우 낮은 열 팽창 계수 및 고 투명성을 더욱 보장할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
상온에서 고상인 비스페놀 A형 에폭시 수지(VG3101, Printec) 10 중량부, 상온에서 액상인 지환식 에폭시 수지 (Celoxide 2021P, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 80 중량부, 상온에서 고상인 지환식 에폭시 수지(EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 10 중량부, 경화 개시제로서 SbF6 - 술포늄염(SI-100L, Sanshin Chemical Industry Co. Ltd.) 1.8 중량부 및 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol, MCS) 35 중량부를 혼합한 다음 상온에서 교반하여 굴절률이 1.5230인 수지 조성물을 제조하였다.
이후, 두께가 90 ㎛이고 굴절률이 1.5210인 유리 섬유(Nittobo 제품, 상품명 "2116")에 상기 수지 조성물을 함침한 다음 150℃에서 6분간 가열하여 수지를 반경화시킨 프리프레그(Prepreg)를 제조하였다.
이렇게 준비한 프리프레그 1매를 이형필름 2매 사이에 배치하고 프레스기를 이용하여 25 kgf/cm2의 압력하에 100℃에서 30분간, 5700 LB의 압력하에 220℃에서 80분간 가열 가압하여 투명 기판을 완성하였다.
< 실시예 2>
상온에서 고상인 비스페놀 A형 에폭시 수지(VG3101, Printec) 20 중량부, 상온에서 액상인 지환식 에폭시 수지(Celoxide 2021P, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 70 중량부, 상온에서 고상인 지환식 에폭시 수지(EHPE 3150, Daicel chemical Industries, Ltd.) 10 중량부, 경화 개시제로서 SbF6 - 술포늄염(SI-100L, Sanshin Chemical Industry Co. Ltd.) 1.8 중량부 및 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol, MCS) 35 중량부를 혼합하고 상온에서 교반하여 굴절률이 1.5242인 수지 조성물을 제조하였다.
상기 수지 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정에 의해 투명 기판을 제조하였다.
< 실시예 3>
상온에서 고상인 비스페놀 A형 에폭시 수지 (VG3101, Printec) 30 중량부, 상온에서 액상인 지환식 에폭시 수지(Celoxide 2021P, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 60 중량부, 상온에서 고상인 지환식 에폭시 수지(EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 10 중량부, 경화 개시제로서 SbF6 - 술포늄염(SI-100L, Sanshin Chemical Industry Co. Ltd.) 1.8 중량부 및 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol, MCS) 35 중량부를 혼합한 다음 상온에서 교반하여 굴절률이 1.5245인 수지 조성물을 제조하였다.
상기 수지 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정에 의해 투명 기판을 제조하였다.
< 실시예 4>
경화 개시제로서 SbF6 - 술포늄염(SI-150L, Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) 1.8 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 과정에 의해 수지 조성물을 제조하고 이를 이용하여 투명 기판을 제조하였다.
< 실시예 5>
경화 개시제로서 SbF6 - 술포늄염(SI-150L, Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) 1.8 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정에 의해 수지 조성물을 제조하고 이를 이용하여 투명 기판을 제조하였다.
< 실시예 6>
상온에서 고상인 비스페놀 A형 에폭시 수지(VG3101, Printec) 30 중량부, 상온에서 액상인 지환식 에폭시 수지 (Celoxide 2021P, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 10 중량부, 상온에서 고상인 지환식 에폭시 수지(EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 10 중량부, 유무기 복합 에폭시 수지(EP 0408, POSS) 50 중량부, 경화 개시제로서 SbF6 - 술포늄염(SI-150L, Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) 1.8 중량부 및 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol, MCS) 35 중량부를 혼합한 다음 상온에서 교반하여 굴절률이 1.5112인 수지 조성물을 제조하였다.
상기 수지 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정에 의해 투명 기판을 제조하였다.
< 비교예 1>
경화 개시제를 사용함이 없이 경화제로서 산무수물 경화제(TDA-100, 新日本理化 제품) 100 중량부를 추가적으로 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 굴절률이 1.5620인 수지 조성물을 제조하였다.
이후, 두께가 80 ㎛이고 굴절률이 1.561인 유리 섬유(3313, Nittobo 제품)에 상기 수지 조성물을 함침하여 실시예 1과 동일한 방법으로 투명 기판을 제조하였다.
< 비교예 2>
경화 개시제를 사용함이 없이 경화제로서 산무수물 경화제(TDA-100, 新日本理化 제품) 100 중량부를 추가적으로 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방식으로 굴절률이 1.5642인 수지 조성물을 제조하였다.
이후, 두께가 80 ㎛이고 굴절률이 1.561인 유리 섬유(3313, Nittobo 제품)에 상기 수지 조성물을 함침하여 실시예 3과 동일한 방법으로 투명 기판을 제조하였다.
< 비교예 3>
상온에서 고상인 비스페놀 A형 에폭시 수지(VG3101, Printec 제품) 60 중량부, 상온에서 액상인 지환식 에폭시 수지(Celoxide 2021P, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 30 중량부, 상온에서 고상인 지환식 에폭시 수지(EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 10 중량부, 경화 개시제로서 SbF6 - 술포늄염(SI-150L, Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) 1.8 중량부 및 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol, MCS) 35 중량부를 혼합한 다음 상온에서 교반하여 굴절률이 1.5589인 수지 조성물을 제조하였다.
이후, 두께가 80 ㎛이고 굴절률이 1.561인 유리 섬유(3313, Nittobo 제품)에 상기 수지 조성물을 함침하여 실시예 1과 동일한 방법으로 투명 기판을 제조하였다.
상기의 실시예 1-6 및 비교예 1-3에서 제조한 투명 기판에 대해 유리전이온도, 열팽창 계수 및 굴절률을 측정하였다. 유리전이온도(Tg)는 DMA Q800V7.5 Build 127 장치를 이용하여 DMA 방법(IPC-TM-650 2.4.24.4)에 따라 30~350℃의 온도 프로파일, 50℃/분의 가열속도에서 측정하였고, 열팽창 계수(CTE)는 2940 TMA V2.4E 장치를 이용하여 TMA 방법(IPC-TM-650 2.4.24.5)에 따라 50~260℃의 온도 프로파일, 10℃/분의 가열속도에서 측정하였으며, 굴절률은 589 nm 파장에서 아베 굴절계를 이용하여 측정하였다. 그 결과가 하기 표 1에 나타나 있다.
성분(중량부) 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2 3
비스페놀 A형
에폭시
수지		 VG3101 10 20 30 30 10 30 10 30 60
지환식
에폭시
수지		 Celoxide
2021P		 80 70 60 60 80 10 80 60 30
EHPE-3150 10 10 10 10 10 10 10 10 10
유무기
복합
에폭시
수지		 EP0408 50
경화
개시제		 SI-150L 1.8 1.8 1.8 1.8
SI-100L 1.8 1.8 1.8
경화제 TDA-100 100 100
수지 조성물의
굴절률		 1.5230 1.5242 1.5245 1.5245 1.5230 1.5112 1.5620 1.5642 1.5589
유리 섬유의
두께 (㎛)		 90 90 90 90 90 90 80 80 80
유리전이온도(℃) 205 212 220 237 217 263 192 217 239
열팽창 계수 (ppm/℃) 15 14 14 13 14 9 19 17 16
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수지 조성물을 굴절률이 1.5210인 유리 섬유에 함침하여 경화시켜 얻어진 투명 기판은 유리전이온도가 205℃ 이상으로 매우 높고 15 ppm 이하의 낮은 열 팽창 계수를 나타내며 수지 조성물의 굴절률이 사용된 유리 섬유의 굴절률과 거의 유사하여 우수한 시인성을 나타낸다.
구체적으로, 실시예 1-3을 살펴보면, 비스페놀 A형 에폭시 수지의 함량이 증가할수록 유리전이온도가 높아져, 투명 기판의 내열성이 향상되었다. 유무기 복합 에폭시 수지를 첨가한 실시예 6의 경우, 유리전이온도가 260℃ 이상으로, 유리전이온도 상승에 더욱 많은 기여를 하는 것을 알 수 있다.
굴절률이 1.5210인 유리 섬유를 사용한 실시예 1-6의 투명 기판의 경우, 굴절률이 1.561인 유리 섬유를 사용하는 비교예 1-3의 투명 기판과 비교하여, 15 ppm이하의 낮은 열 팽창 계수를 나타내고 있는데, 이는 굴절률이 1.5210인 유리 섬유가 열팽창 계수를 현저히 낮추는 데 매우 효과적임을 알 수 있다.
유무기 복합 에폭시 수지를 사용한 실시예 6의 경우, 열팽창 계수가 9 ppm/℃로서, 굴절률이 1.5210인 유리 섬유를 사용하는 다른 실시예에 비해 더욱 낮은 열팽창 계수를 제공함을 알 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 굴절률이 1.51 내지 1.53 범위인 유리 섬유에 비스페놀 A형 에폭시 수지와 지환식 에폭시 수지를 포함한 수지 혼합물을 포함하는 수지 조성물이 함침되어 경화된 경화물을 포함하는 투명 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 수지 분자량을 기준으로 10% 이상 30% 이하의 수소첨가 수준을 가진 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 수지 분자량을 기준으로 10% 이상 30% 이하의 수소첨가 수준을 가진 비스페놀 A형 에폭시 수지와 에폭시 수지 분자량을 기준으로 1% 이상 10% 미만의 수소첨가 수준을 가진 비스페놀 A형 에폭시 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지환식 에폭시 수지는 지환식 아세탈형 에폭시 수지, 지환식 카르복실레이트형 에폭시 수지, 사이클로헥산형 에폭시 수지, 및 비닐사이클로헥센형 에폭시 수지로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 및 지환식 에폭시 수지는 수지 조성물 총 중량을 기준으로 각각 10 내지 70 중량% 및 30 내지 90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 경화 개시제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 경화 개시제는 양이온계 열경화 개시제로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 경화 개시제는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 유무기 복합 에폭시 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유무기 복합 에폭시 수지는 실리콘 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지 및 유무기 복합 에폭시 수지는 수지 조성물 총 중량을 기준으로 각각 30 내지 70 중량%, 10 내지 50 중량%, 및 10 내지 50 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 경화제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 경화제는 프탈산 무수물(phthalic anhydride, PA), 테트라히드로 프탈산 무수물(tetrahydro phthalic anhydride, THPA), 메틸테트라히드로 프탈산 무수물(methyltetrahydro phthalic anhydride, MTHPA), 및 헥사히드로 프탈산 무수물(hexahydro phthalic anhydride, HHPA)로 구성된 군으로부터 선택된 산무수물(anhydride)계 경화제; 2,4,6-트리스(디아미노 메틸)페놀, 2-디메틸 페놀, 폴리설파이드, 페놀 노볼락, 디시안 디아미드, 메타 크실렌 디아민, 디아미노 디페닐 메탄, 및 트리에틸렌 테트라민으로 구성된 군으로부터 선택된 아민계 경화제; 또는 이들의 조합물인 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 경화제는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 10 내지 20 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 용매를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 용매는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 20 내지 50 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 상기 유리 섬유의 굴절률(n)에 대해 하기의 반응식 1을 충족하는 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 투명 기판:
    <반응식 1>
    수지 조성물의 굴절률 = n+0.001 ~ n+0.009
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 굴절률은 589 nm 파장의 나트륨 D선을 이용한 아베 굴절계로 측정되는 것을 특징으로 하는 투명 기판.
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