KR20140058762A - 하드코팅필름 및 이를 적용한 커버 윈도우 - Google Patents

하드코팅필름 및 이를 적용한 커버 윈도우

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KR20140058762A
KR20140058762A KR1020120124551A KR20120124551A KR20140058762A KR 20140058762 A KR20140058762 A KR 20140058762A KR 1020120124551 A KR1020120124551 A KR 1020120124551A KR 20120124551 A KR20120124551 A KR 20120124551A KR 20140058762 A KR20140058762 A KR 20140058762A
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hard coating
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coating film
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금동기
손영섭
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 하드코팅필름 및 이를 적용한 커버 윈도우에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이형필름, 상기 이형필름 상에 나노섬유층 및 상기 나노섬유층 상에 하드코팅층이 적층된 하드코팅필름을 적용함으로써, 플렉시블(flexible)과 동시에 내충격강도 및 연필경도가 7H 이상으로 우수하여 디스플레이 분야에 유용하게 적용될 수 있는 커버 윈도우에 관한 것이다.

Description

하드코팅필름 및 이를 적용한 커버 윈도우 {HARD COATING FILM AND COVER WINDOW USING THE SAME}
본 발명은 플렉시블과 동시에 연필경도가 우수한 하드코팅필름 및 이를 적용한 커버 윈도우에 관한 것이다.
고분자 물질은 플라스틱의 형태로 우리의 실생활에 다양한 용도로 적용되고 있고 지금도 가공의 용이성, 대량생산성, 가격의 안정성 측면에서 기존 고분자 재료들이 많은 부분에 새롭게 채택되어 사용되고 있다.
최근에는 멀티미디어의 발달로 각종 디스플레이 분야에 고분자 재료들이 사용되고 있는데 그 중 하나가 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 전자발광 디스플레이(EL) 등과 같은 평판 디스플레이 소자의 윈도우 보호용 하드코팅 판넬이다.
외부에 노출된 평판 디스플레이 소자의 윈도우는 일상 생활에서의 내스크래치성, 각종 유기용제에 대한 저항성 및 증착, 플렉시블(flexible) 등의 가공에 따른 특성을 갖고 있어야 한다.
종래의 하드코팅제로 사용되는 고분자로는 아크릴성 중합체, 우레탄 중합체, 에폭시 중합체, 규소 중합체, 또는 실리카 화합물 등이 있다. 이러한 중합물들은 모노머나 올리고머 형태로 존재하여 이들에 광개시제를 부가하여 열이나 자외선(UV)에 의해 중합물을 형성시킴으로 하드코팅성을 갖게 된다.
이러한 대부분의 코팅제는 가교 밀도를 증가시킬수록 내마모성은 증가하지만 코팅층의 수축성으로 인해 크랙(crack)이 발생될 수 있으며 코팅 이음매의 변형을 가져올 수 있고, 이로 인하여 재질과의 접착력이 감소되어 약간의 접촉에도 쉽게 떨어져 나가는 결과를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명은 흠집 발생을 최소화 할 수 있는 내충격성과 동시에 종이처럼 접거나 두루마리처럼 말 수 있도록 플렉시블(flexible)한 특성을 갖는 하드코팅필름을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 하드코팅필름을 적용한 커버 윈도우를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이형필름, 상기 이형필름 상에 나노섬유층 및 상기 나노섬유층 상에 하드코팅층이 적층된 하드코팅필름을 제공한다.
상기 나노섬유층은 두께가 500nm 내지 5㎛일 수 있다.
상기 나노섬유층은 직경이 50 내지 100nm 범위이고 전기방사하여 형성된 나노섬유가 망상구조를 형성할 수 있다.
상기 하드코팅층은 두께가 10 내지 100㎛일 수 있다.
또한, 본 발명은 기재필름의 일면 또는 양면에, 상기 하드코팅필름이 적층된 커버 윈도우를 제공한다.
상기 커버 윈도우는 연필경도가 7H 이상이고, 크랙이 발생하기 않는 굴곡률(mandrel 봉의 직경)이 10mm 미만일 수 있다.
또한, 본 발명은 이형필름 상에, 직경이 50 내지 100nm범위인 전기방사 나노섬유를 인쇄하여 나노섬유층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 나노섬유층 상에 하드코팅액 조성물을 코팅하고, 50 내지 90℃에서 2분 내지 30분 동안 건조 후, 5 내지 50mJ/㎠ 이상의 광량으로 자외선을 조사하는 광경화 및 80 내지 110?에서 열경화하여 하드코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 하드코팅필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 이형필름 상에, 직경이 50 내지 100nm범위인 전기방사 나노섬유를 인쇄하여 나노섬유층을 형성하는 단계; 상기 형성된 나노섬유층 상에 하드코팅액 조성물을 코팅하고, 50 내지 90℃에서 2분 내지 30분 동안 건조 후, 5 내지 50mJ/㎠ 이상의 광량으로 자외선을 조사하는 광경화하여 하드코팅층을 형성하는 단계; 및 고분자 기재 필름 상에, 상기 하드코팅층을 라미네이션한 후 5 내지 50mJ/㎠ 이상의 광량으로 자외선을 조사하는 광경화하고 80 내지 110?에서 열경화하여 커버 윈도우를 제조하는 단계를 포함하는 커버 윈도우의 제조방법.
본 발명의 하드코팅필름 및 커버 윈도우는 내충격성이 우수하고 연필경도가 7H 이상이므로 상용 양태에 따른 접촉이나 충돌에 의해 그 표면이 벗겨지거나 스크래치와 같은 흠집의 발생을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 하드코팅필름 및 커버 윈도우는 플렉시블(flexible) 하여 종이처럼 접거나 두루마리처럼 말 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 하드코팅필름 및 커버 윈도우는 플렉시블과 동시에 연필경도가 우수하여 다양한 종류 및 크기의 디스플레이 분야에 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하드코팅필름의 수직 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 하드코팅필름의 제조방법을 간략하게 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 커버 윈도우의 수직 단면도이다.
본 발명은 플렉시블과 동시에 연필경도가 우수한 하드코팅필름 및 이를 적용한 커버 윈도우에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 하드코팅필름은 이형필름(10), 상기 이형필름 상에 나노섬유층(20) 및 상기 나노섬유층 상에 하드코팅층(30)이 적층된다(도 1).
이형필름은 기재필름의 일면에 이형 코팅액 조성물을 도포하고, 가열, 건조 및 경화시켜 이형 코팅층을 형성한다.
기재필름은 투명성, 기계적 강도, 열안정성, 수분차폐성, 등방성 등에서 우수한 필름이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알콜계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다.
이형 코팅액 조성물은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으나, 일례로 실리콘 화합물을 포함하는 조성물을 사용할 수 있다.
도포는 바코드법, 닥터 블레이드법, 리버스롤코트법 또는 그라비어롤 코트법 등의 공지의 방법을 사용할 수 있다.
또한 도막의 건조 및 열경화 또는 자외선 경화 등의 경화공정은 개별 또는 동시에 실시할 수 있다. 동시에 실시하는 경우 100℃ 이상에서 실시하는 것이 바람직하다. 건조 및 열경화는 100℃ 이상에서 30초 동안 수행하는 것이 바람직하다. 건조온도가 100℃ 이하 및 30초 이하의 조건에서 실시하면 도막의 경화가 불완전하며 도막의 탈락 등 내구성의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기 이형필름 상에, 나노섬유를 인쇄하여 나노섬유층을 형성한다.
본 발명의 나노섬유는 평균 직경이 500㎚ 이하인 섬유를 지칭한다. 나노섬유는 일반적으로 섬유 직경이 10 내지 1,500㎚, 바람직하게는 10 내지 1,000㎚, 더욱 바람직하게는 50 내지 100㎚인 것으로 이해하는 것이 좋다.
이때, 입자가 나노섬유 상에 존재하고 불균일하게 분포된 경우 나노섬유의 평균 직경은 공지의 기법(예, 전자현미경과 연결된 화상 분석 도구)을 사용하여 측정할 수 있으나, 섬유의 무-입자 부분에 대한 첨가된 입자의 존재에 의하여 실질적으로 확대되는 섬유의 부분은 제외한다.
상기 나노섬유는 전기방사된 나노섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 전기방사는 유체 역학과 하전된 표면상에서의 상호작용을 이용하여, 용액으로부터 나노크기의 섬유를 생성하는 방법을 의미한다.
일반적으로, 전기방사 섬유의 형성은 전압 공급원과 전기 소통하는 신체내의 오리피스에 용액을 제공하는 것을 포함하며, 여기서 전기력은 접지될 수 있는 표면상에서 또는 신체 이외의 낮은 전압에서 부착되는 미세한 섬유를 형성하는 것을 돕는 역할을 한다.
전기방사 시 니들, 슬롯 또는 기타의 오리피스 중 하나 이상으로부터 제공된 중합체 용액 또는 용융물은, 수집 그리드에 비하여 높은 전압으로 하전된다. 전기력은 표면 장력을 극복하며, 중합체 용액 또는 용융물의 미세한 분사가 접지되거나 또는 반대로 하전된 수집 그리드를 향하여 이동하도록 한다. 분사는 표적에 도달하기 이전에 훨씬 더 미세한 섬유 흐름으로 퍼질 수 있으며, 작은 섬유의 상호 연결된 웹으로서 수집된다.
다양한 형태의 전기방사된 나노섬유의 예로는 분지된 나노섬유, 튜브, 리본 및 분할 나노섬유, 나노섬유 얀, 표면-코팅된 나노섬유(예, 탄소, 금속 등을 지님), 진공하에서 생성된 나노섬유 등이 있다. 전기방사 섬유의 생성은 예를 들면 문헌[P. W. Gibson et al., "Electrospun Fiber Mats: Transport Properties," AIChE Journal, 45(1): 190-195 (January 1999)]을 비롯한 다수의 문헌 및 특허에 예시되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참고로 인용한다.
상기와 같이 전기방사방법에 의해 형성된 나노섬유층은 망상구조를 형성한다. 망상구조는 하드코팅필름의 플렉시블 특성에 영향을 미치게 된다.
상기 나노섬유층은 두께가 1 내지 5㎛일 수 있다. 두께가 1㎛ 미만이면 내충격성이 약할 수 있으며 5㎛을 초과하는 경우에는 광학특성이 저하될 수 있다.
본 발명은 나노섬유층 상에 하드코팅액 조성물을 코팅한 후, 건조 및경화하여 하드코팅층을 형성한다.
상기 하드코팅액 조성물은 당 분야에서 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 폴리에스테르 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 및 에폭시 아크릴레이드 등의 아크릴레이트계 화합물을 주성분으로 하고, 유기실란제, 무기 충전제 또는 콜로이드성 실리카 등의 첨가제를 부가적으로 함유한 것일 수 있다.
상기 건조는 하드코팅액 조성물의 용매를 제거하기 위한 것으로 사용된 용매의 종류에 따라 적절한 온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하다. 구체적으로 50 내지 90?에서 2분 내지 30분 동안 수행하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 경화는 500 내지 1000mJ/㎠ 광량 범위에서 수행되는 완전 경화가 아니라 5 내지 50mJ/㎠ 광량 범위에서 자외선을 조사하는 반경화를 수행한다. 상기 광량 범위가 5mJ/㎠미만이면 그 양이 미미하여 반경화가 수행되지 않거나 장시간이 요구되는 문제가 발생할 수 있고 50mJ/㎠을 초과하는 경우에는 완전 경화가 발생하여 본 발명이 목적으로 하는 효과 달성이 어려울 수 있다.
상기 하드코팅층은 두께가 10 내지 100㎛일 수 있다. 상기 두께가 10㎛ 미만이면 내충격성이 저하될 수 있고 100㎛을 초과하는 경우에는 굴곡성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기에서 제조된 하드코팅필름을 고분자 기재 필름 상에 라미네이션한 후, 광경화 및 열경화하여 커버 윈도우를 제조할 수 있다. 이때, 상기 고분자 기재 필름은 당 분야에서 광학용으로 사용되는 것이면 특별히 한정하지 않으며, 고분자 기재필름과 하트코팅층이 접합되도록 라미네이션을 수행한다.
또한, 상기 광경화 및 열경화에 의해 완전 경화가 이루어질 수 있다.
상기 광경화의 상기 하드코팅필름 제조와 동일하며, 열경화는 80 내지 110?에서 1 내지 3시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 기재필름(40)의 일면 또는 양면에, 상기 하드코팅필름이 적층된 커버 윈도우에 특징이 있다(도 3).
이때, 기재필름은 상기 이형필름에 사용된 것과 동일하다.
상기 커버 윈도우는 연필경도가 7H 이상이고, 크랙이 발생하기 않는 굴곡률(mandrel 봉의 직경)이 10㎜미만으로, 내충격성과 동시에 플렉시블(flexible)한 특성을 발현할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
두께가 100um인 이형필름상에, 전기방사 나노섬유(에프티이엔이제조사, 파인텍스제품명)를 랜덤하게 인쇄(하부 멀티 노즐로부터 액을 정전기에 의하여 발사하여 상부에 움직이는 필름표면에 랜덤하게 인쇄)하여 두께가 500nm인 나노섬유층을 형성하였다.
이후에 하드코팅층 형성 조성물을 코팅한 후, 70℃에서 3분 동안 건조한 후, 30mJ/㎠의 광량으로 경화시켜서 나노섬유층 상에 두께가 15㎛인 하드코팅층이 형성된 하드코팅필름을 제조하였다.
두께가 80um인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 상에 상기에서 제조된 하드코팅필름을 라미네이션한 후, 720mJ/cm2으로 광경화한 후 150℃에서 2시간 열경화하여 커버 윈도우를 제조하였다. 이때, 하드코팅층과 폴리메틸메타크릴레이트가 접합되도록 라미네이션을 수행하였다.
실시예 2
두께가 100um인 이형필름상에, 전기방사 나노섬유(에프티이엔이제조사, 파인텍스제품명)를 랜덤하게 인쇄(하부 멀티 노즐로부터 액을 정전기에 의하여 발사하여 상부에 움직이는 필름표면에 랜덤하게 인쇄)하여 두께가 500nm인 나노섬유층을 형성하였다.
이후에 하드코팅층 형성 조성물을 코팅한 후, 70℃에서 3분 동안 건조한 후, 30mJ/㎠의 광량으로 경화시켜서 나노섬유층 상에 두께가 5㎛인 하드코팅층이 형성된 하드코팅필름을 제조하였다.
두께가 80um인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 상에 상기에서 제조된 하드코팅필름을 라미네이션한 후, 720mJ/cm2으로 광경화한 후 150℃에서 2시간 열경화하여 커버 윈도우를 제조하였다. 이때, 하드코팅층과 폴리메틸메타크릴레이트가 접합되도록 라미네이션을 수행하였다.
비교예1
두께가 100um인 이형필름상에, E-glass(두께 35um)를 놓는다.
이 위에 하드코팅층 형성 조성물을 코팅한 후, 70℃에서 3분 동안 건조한 후, 30mJ/㎠의 광량으로 경화시켜서 E-glass 상에 두께가 15㎛인 하드코팅층이 형성된 하드코팅필름을 제조하였다.
두께가 80um인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 상에 상기에서 제조된 하드코팅필름을 라미네이션한 후, 720mJ/cm2으로 광경화한 후 150℃에서 2시간 열경화하여 커버 윈도우를 제조하였다. 이때, 하드코팅층과 폴리메틸메타크릴레이트가 접합되도록 라미네이션을 수행하였다.
비교예2
두께가 80um인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 상에 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트(일본화약) 35중량%, 콜로이드성 실리카(MEK-ST, 일산화학) 5중량%, 1-히드록시 사이클로헥실 페닐케톤(시바게이지) 1중량%, 메틸이소부틸케톤 68.9중량% 실록산계 계면활성제(BYK-325, 빅케미사) 0.1중량%의 조성물인 하드코팅층으로 코팅한 커버 윈도우를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1과 2 및 비교예 1과 2에서 얻어진 커버 윈도우의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1.연필경도
연필경도 시험기(PHT, 한국 석보과학 사제)를 이용하여 500g 하중을 걸고 연필경도를 측정한다. 연필은 미쯔비시 제품을 사용한다. 기스가 2개 이상이면 불량으로 판정하였다.
[평가기준]
OK: 기스가 0 또는 1개
NG: 기스가 2개 이상
2. 굴곡률
2.5㎝×20㎝ 크기의 커버 윈도우와 원하는 직경의 만드렐(Mandrel) 봉을 준비하였다. 준비된 커버 윈도우의 전극 면이 만드렐 봉 바깥쪽으로 위치하게 한 후 만드렐 봉에 대고 커버 윈도우를 접듯이 눌러주었다. 이후에 삼파장 램프를 이용하여 표면처리의 깨짐 정도를 평가하였다.
이때, 변색 및 크랙이 발생하지 않는 만드렐 직경이 10㎜이하이면 양호한 것으로 판단한다.
3. 내충격강도
커버 윈도우에 30g의 볼을 30㎝의 높이에서 떨어뜨렸을 때 견디면 OK인 것으로 판단하였다.
4. 광학적 특성
시야각이 45℃인 측면에서 표면의 색상을 육안으로 관찰하였다. 이때, 색상이 무색이면 OK인 것으로 간주한다.
구분 연필경도 (H) 굴곡률(mm, 직경) 내충격강도 광학적 특성
실시예 1 7 10 OK OK
실시예 2 6 5 OK OK
비교예 1 7 20 OK NG(보라색)
비교예 2 3 30 NG OK
상기 표 1과 같이 본 발명에 따른 하드코팅필름이 적층된 실시예 2의커버 윈도우는 비교예에 비해 플렉시블(flexible)과 동시에 연필경도 및 내충격강도, 광학적 특성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
10: 이형필름
20: 나노섬유층
30: 하드코팅층
40: 기재필름

Claims (8)

  1. 이형필름, 상기 이형필름 상에 나노섬유층 및 상기 나노섬유층 상에 하드코팅층이 적층된 하드코팅필름.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 나노섬유층은 두께가 500nm 내지 5㎛인 하드코팅필름.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 나노섬유층은 직경이 50 내지 100nm범위이고 전기방사하여 형성된 나노섬유가 망상구조를 형성하는 것인 하드코팅필름.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 하드코팅층은 두께가 10 내지 100㎛인 하드코팅필름.
  5. 기재필름의 일면 또는 양면에, 청구항 1 내지 4중 어느 한 항의 하드코팅필름이 적층된 커버 윈도우.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 커버 윈도우는 연필경도가 7H 이상이고, 크랙이 발생하기 않는 굴곡률(mandrel 봉의 직경)이 10mm 이하인 커버 윈도우.
  7. 이형필름 상에, 직경이 50 내지 100nm범위인 전기방사 나노섬유를 인쇄하여 나노섬유층을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 나노섬유층 상에 하드코팅액 조성물을 코팅하고, 50 내지 90℃에서 2분 내지 30분 동안 건조 후, 5 내지 50mJ/㎠ 이상의 광량으로 자외선을 조사하는 광경화하여 하드코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 하드코팅필름의 제조방법.
  8. 이형필름 상에, 직경이 50 내지 100nm범위인 전기방사 나노섬유를 인쇄하여 나노섬유층을 형성하는 단계;
    상기 형성된 나노섬유층 상에 하드코팅액 조성물을 코팅하고, 50 내지 90℃에서 2분 내지 30분 동안 건조 후, 5 내지 50mJ/㎠ 이상의 광량으로 자외선을 조사하는 광경화하여 하드코팅층을 형성하는 단계; 및
    고분자 기재 필름 상에, 상기 하드코팅층을 라미네이션한 후 5 내지 50mJ/㎠ 이상의 광량으로 자외선을 조사하는 광경화하고 80 내지 110?에서 열경화하여 커버 윈도우를 제조하는 단계를 포함하는 커버 윈도우의 제조방법.
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