KR20160076025A

KR20160076025A - 광학용 폴리에스테르 필름

Info

Publication number: KR20160076025A
Application number: KR1020140185110A
Authority: KR
Inventors: 김지헌; 김용원; 전용현
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2014-12-20
Filing date: 2014-12-20
Publication date: 2016-06-30

Abstract

본 발명은 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 필름 내에 무기 미립자의 함량을 최소화하고 2종의 무기 미립자를 투입하여 그 무기 미립자의 표면 굴절률을 폴리머의 굴절률보다 크게 함으로써, 필름의 내부 반사율을 감소시켜서 휘도 특성을 향상시키고 높은 투과율을 가지면서 공정주행성을 확보할 수 있도록 개선된 물성을 가지는 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

Description

광학용 폴리에스테르 필름{Polyester film for optical film}

본 발명은 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 필름 내에 무기 미립자의 함량을 최소화하고 입자 크기가 다른 2종의 무기 미립자를 투입하여 그 무기 미립자의 표면 굴절률을 폴리머의 굴절률보다 크게 함으로써, 필름의 내부 반사율을 감소시켜서 휘도 특성을 향상시키고 높은 투과율을 가지면서 공정주행성을 확보할 수 있도록 개선된 물성을 가지는 광학용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

광학용 필름에는 시야각 확대필름, 반사방지 필름, 보상필름, 휘도 상승 필름 등이 있으며, 이러한 광학용 필름에 가장 많이 사용되는 것이 폴리에스테르 필름이다.

디스플레이 분야에서 사용되는 폴리에스테르 필름은 액정표시장치에 사용하기 위하여 오프라인 코팅을 통한 하드코팅 가공공정 등을 거치는 터치패널용 베이스필름, PDP 패널에 사용되는 필름, 백라이트 유니트부에 포함되는 확산시트, 프리즘 렌즈시트, 프리즘 보호필름 등에 사용되는 베이스필름, 외부 빛에 의해 발생하는 눈부심을 방지하기 위한 무반사 코팅용 베이스필름 등에 사용되고 있다.

이러한 디스플레이 분야에서 사용되는 베이스필름은 공정 주행안정성, 투명성, 내스크래치성, 평면성 및 광투과성 등의 여러 가지 특성이 요구되는데, 이렇게 많은 요구조건이 필요한 이유는 디스플레이 분야에서 베이스필름이 사용되는 목적이 광학적 특수성을 만족해야 하기 때문이다.

폴리에스테르 필름은 치수 안정성, 두께 균일성 및 광학적 투명성이 우수하여 광학용뿐만 아니라 여러 산업용 재료로서 그 이용범위가 매우 넓으며, 특히 최근에는 액정표시장치, 유기발광 표시장치, 전자종이에 대한 관심이 급증하면서 이들 표시장치의 기판을 유리기판 대신에 폴리에스테르 필름으로 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다

일반적으로 디스플레이용 폴리에스테르 필름은 휘도 향상, 투명성, 안티스크래치 특성이 요구되며 그의 특성을 만족하기 위해 필름 내에 함유되는 필러 입자의 크기 및 함량을 조절하거나 필름 표면 코팅층의 도포 두께를 조절하여 광학용 폴리에스테르 필름을 제조하고 있다.

그러나 이러한 입자의 사용으로도 휘도 특성을 향상시키는 데는 한계가 있어서 이를 개선하기 위한 노력이 이어지고 있다.

이러한 광학용 폴리에스테르 필름의 종래 기술로서, 한국공개특허 제2013-0078158호에서는 폴리에스테르 수지와 소듐 알루미네이트로 표면처리 된 실리카 입자를 포함하는 기재필름과 이의 일면에 형성된 이형층을 포함하며, ASTM D-1003에 따른 헤이즈가 2.0이하이며, ASTM D-1894에 따른 마찰계수가 0.1이상인 폴리에스테르 이형필름에 관하여 제안하고 있다.

또한, 한국공개특허 제1987-0010122호에서는 디메틸 테레프 레이트와 에틸렌글리콜을 주로 한 폴리에스테르의 제조에 있어서, 활제로 평균입경 1.5 내지 40 마이크론인 실리카(A) 0.05 내지 0.005중량부와 평균입경 7 내지 16 마이크론인 실리카(B) 0.1 내지 0.01중량부를 그 병용비가 0.1 내지 4가 되도록 투입하여 고투명성 필름 제조용 폴리에스테르를 제조하는 방법에 관하여 제안하고 있다.

그리고, CN 공개 001482174 A에서는 고투명성을 목적으로 평균입경 20-50nm인 실리카 50-2000ppm과 평균 입경 1.2-2.0um인 실리카 1-300ppm 사용하는 기술이 제안되어 있다.

그러나 이러한 종래기술의 입자 사용에 관한 기술들은 투명성 향상 등을 위해 크기가 다른 실리카를 입자를 사용하는 기술이 제안되고 있으나, 이러한 실리카 입자의 크기 조절이 적절하지 않거나 사용비율이 적절하지 않은 경우 휘도 특성의 향상을 기대하기 어려운 문제가 있다. 상기와 같은 종래기술들의 경우 고투명성은 어느 정도 기대할 수 있지만 휘도 특성을 동시에 향상시키는 것은 기대하기 어려운 문제가 있었다.

한국공개특허 제2013-0078158호 한국공개특허 제1987-0010122호 CN 공개 001482174 A

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 입자를 포함하는 광학용 폴리에스테르 필름에서 내부 반사율을 감소시켜서 휘도 특성을 향상시키고 높은 투과율을 가지면서 공정주행성을 확보할 수 있도록 개선된 물성을 가지도록 하는 것을 기술적인 해결 과제로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 휘도 특성이 향상되고 동시에 높은 투과율을 가지면서 공정주행성을 확보할 수 있도록 개선된 광학용 폴리에스테르 필름을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 필름 내에 함유되는 무기입자 크기와 함량을 새롭게 조절하여 각종 물성이 우수한 광학용 폴리에스테르 필름을 제공하는데 있다.

위와 같은 본 발명의 관제 해결을 위하여, 본 발명은 실리콘 입자를 함유하는 광학용 폴리에스테르 필름에 있어서, 200 내지 400nm 입자 크기의 구형 실리카 85~95중량%와 0.1 내지 2.0㎛ 입자크기의 구형 실리카 5~15중량%로 이루어진 실리카 미립자가 상기 필름 내에 30 내지 500ppm으로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름을 제공한다.

본 발명에 따른 상기와 같은 광학용 폴리에스테르 필름은 서로 다른 입자 크기를 가지는 실리카 미립자를 투입하여 필름 표면의 슬립성을 개선하고, 미립자의 표면을 굴절률 1.65 이상으로 표면 처리하여 사용함으로 인해 광의 내부 반사율을 줄여 높은 투명성과 입자 시인성을 개선하여 T.T 90% 이상, 선명도 94% 이상, 표면조도 0.5㎛ 이하의 우수한 물성을 갖는 효과가 있다.

그러므로 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 휘도 특성과 투명성 등이 동시에 우수한 효과가 있는 것이다.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 실리카 입자를 함유하는 폴리에스테르 필름에 있어서, 실리카 입자 크기가 서로 다른 것을 특정 비율로 혼합 사용함으로써, 휘도 특성과 투명성이 모두 우수하여 광학용으로 사용하기에 적합하며 슬립성이 개선된 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 200 내지 400nm 입자 크기의 구형 실리카 85~95중량%와 0.1 내지 2.0㎛ 입자크기의 구형 실리카 5~15중량%로 이루어진 실리카 입자가 필름 내에 30 내지 500ppm 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 필름 내에 입자 크기가 큰 입자와 입자 크기가 작은 입자를 혼합하여 투입하되 입자크기가 작은 입자의 경우 200 내지 400nm 인 것을 사용한다. 필름내 무기입자에 의한 산란이 작게 하는 것이 가시광의 산란을 최소화할 수 있으며 산란의 정도는 입자와 기재와의 굴절율 차이와 입경의 함수가 되며, 특히 입자경 6승에 비례하므로 입자경을 작게하는 것이 산란 정도를 작게 만드는 중요한 변수임을 알 수 있다. 이러한 레일리 산란식은 다음과 같으며 산란 S에 가장 영향을 주는 산란계수 α는 0.4보다 작은 때 레일리 산란이 발생된다. S=((m²-1)/(m²+1))²*(4λ²α⁶/3π) (S=산란, m=np/nb, np=입자의 굴절율, nb=기재의 굴절율, 산란계수α=πD/λ, D=입자입경, λ=파장)

따라서 예를 들면 400nm 가시광파장에서 투명하기 위한 이론적인 최소입경은 50nm이며 최대 가시광 파장과의 간섭을 줄이기 위해 380nm보다는 작아야 투명성을 높일 수 있다. 이때 그 큰 입자 크기가 너무 작으면 큰 입자로서의 첨가 효과가 미진하여 Slip성이 악화되어 Scratch 발생의 문제가 있으며, 그 큰 입자의 크기가 너무 크면 광특성이 저하되는 등의 문제가 있다. 또한 작은 입자의 경우 0.2 내지 0.4㎛ 입자크기로 사용하는바, 그 입자 크기가 상기 보다 크면 상기 기술한 바와 같이 산란에 의한 투명성 저하의 문제가 있다. 그러므로 본 발명에서 큰 입자와 작은 입자의 크기 한정에 따른 임계적 의의가 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 작은 입자와 큰 입자를 각각 85~95중량%와 5~15중량%의 비율로 혼합 사용하는 바, 이때 큰 입자의 함량이 너무 적으면 Slip성이 악화되어 Scratch 발생의 문제가 있고, 너무 과량 사용하면 광특성의 문제가 있다. 더욱 바람직하게는 상기 작은 입자를 88~92중량%, 큰 입자를 8~12중량% 로 혼합 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 실리카는 구형 실리카로서 그 표면 굴절률이 폴리에스터 필름의 폴리머와 유사한 굴절율을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 굴절률이 1,60이상, 가장 바람직하게는 굴절률이 1.6~1.7인 것을 사용하는 것이 좋다. 이렇게 굴절률이 폴리에스테르를 구성하는 폴리머의 굴절률과 유사한 입자 예컨대 굴절률이 1.60~1.70의 범위인 것을 사용하여 필름 내의 내부 반사율을 감소시켜서 휘도 특성을 더욱 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 구형 실리콘 입자의 혼합물은 폴리에스테르 필름의 폴리머에 대해 30 내지 500ppm으로 혼합 사용하는 바, 그 입자의 사용량이 너무 적으면 Slip성 저하로 인한 외관 Scratch 발생으로 인해 본 발명의 목적 달성이 불가하고, 그 사용 함량이 상기보다 과량이면 휘도 및 투명성 저하의 문제가 있다.

본 발명에 따른 상기와 같은 폴리에스테르 필름의 제조를 위해서는, 예컨대 PET(Polyethyleneterephthalate)) 또는 에틸렌테레프탈레이트를 주된 반복단위로 90몰%이상 포함하는 공중합체로 이루어진 것으로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트는 디카르복실산을 주성분으로 하는 산성분과 알킬렌글리콜을 주성분으로 하는 글리콜 성분을 축중합하여 얻어진다. 이때, 디카르복실산의 주성분으로는 테레프탈산 또는 그의 알킬에스테르나 페닐에스테르 등을 주로 사용할 수 있으며, 그의 일부를 예컨대 이소프탈산, 옥시에톡시 안식향산, 아디핀산, 세바신산, 5-나트륨설포이소프탈산 등의 이관능성 카르본산 또는 그의 에스테르형성 유도체로 대체하여 사용할 수 있다.

또한, 글리콜 성분으로는 에틸렌글리콜을 주된 대상으로 하지만, 그 일부를 예컨대 프로필렌 글리콜, 트리메틸렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 1,4-비스옥시에톡시벤젠, 비스페놀, 폴리옥시에틸렌글리콜 등으로 대치하여 사용할 수도 있다. 이때 폴리에스테르의 중축합 반응을 위한 적절한 촉매를 사용할 수 있다.

이러한 폴리머 성분에 대해 상기한 큰 입자 크기의 구형 실리카와 작은 입자 크기의 구형 실리카는 상기 혼합비율로 혼합하고 이를 이축 연신하여 광학용 폴리에스테르 필름으로 제조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 광학용 폴리에스테르 필름은 큰 입자와 작은 입자가 혼합된 구형의 실리콘 미립자를 필름 내에 투입하여 필름 표면의 슬립성을 개선하고, 특히 실리콘 미립자의 표면에 굴절률 1.60~1.70 범위의 표면 처리를 통해 광의 내부 반사율을 줄여 높은 투명성과 입자 시인성을 개선할 수 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 광학용 폴리에스테르 필름은 T.T가 90% 이상이고, 선명도가 94% 이상이며, 표면조도가 0.5㎛ 이하의 특성을 갖는 것으로 제조될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 각종 물성이 우수하고 특히 슬립성이 우수하며 휘도 특성과 투명성 등이 동시에 우수한 필름 특성을 가진다. 또한, 높은 투과율을 가지면서 공정주행성을 확보할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

평균입자 크기가 0.3㎛(90%)와 1.0㎛(10%)인 무기입자함량이 300ppm 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 다음 표 1에 나타낸 비율로 건조 후 다이를 통해 압출한 후 캐스팅 드럼에서 냉각시켜 시트를 제조하였다. 이 시트를 종방향으로 90℃에서 120℃의 온도범위에서 3.2배의 연신비로 연신 후 양면에 우레탄 코팅처리를 하여 횡방향으로 100℃에서 140℃의 온도 범위에서 3.4배 연신하여 210℃~230℃의 온도 범위에서 열처리를 행하여 125㎛의 필름을 제조하였으며, 그 특성을 다음 표 2에 수록하였다.

실시예 2

굴절율 1.70인 알루미나 처리가 된 평균입자 크기가 0.3㎛(90%)와 1.0㎛(10%)인 무기입자함량이 300ppm으로 평균두께 125㎛의 필름을 제작하였으며 표 1및 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

실시예 3

굴절율 1.70인 알루미나 처리가 된 평균입자 크기가 0.3㎛(95%)와 1.0㎛(5%)인 무기입자함량이 300ppm으로 평균두께 125㎛의 필름을 제작하였으며 표 1및 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

실시예 4

굴절율 1.70인 알루미나 처리가 된 평균입자 크기가 0.3㎛(85%)와 1.0㎛(15%)인 무기입자함량이 300ppm으로 평균두께 125㎛의 필름을 제작하였으며 표 1및 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

실시예 5

굴절율 1.70인 알루미나 처리가 된 평균입자 크기가 0.3㎛(85%)를 무기입자함량이 300ppm으로 평균두께 125㎛의 필름을 제작하였으며 표 1 및 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

	PET Film내 무기입자 투입 정보
	평균 입자 직경(㎛)	투입 함량(wt%)	Alumina 처리 유무
실시예1	0.3 + 1.0	0.3(90%) + 1.0(10%)	X
실시예2	0.3 + 1.0	0.3(90%) + 1.0(10%)	O
실시예3	0.3 + 1.0	0.3(95%) + 1.0(5%)	O
실시예4	0.3 + 1.0	0.3(85%) + 1.0(15%)	O
비교예1	0.3	0.3(100%)	O

구분		광특성			표면조도		외관 (Scratch 발생)
구분		T.T(%)	Haze(%)	휘도(cd/m²)	R_a(㎛)	R_z(㎛)	외관 (Scratch 발생)
실시예	1	91.81	1.32	2271	0.004	0.468	양호 ○
	2	92.03	0.87	2310	0.004	0.428	양호 ○
	3	92.10	0.75	2325	0.004	0.327	양호 ○
	4	91.65	1.04	2242	0.005	0.574	양호 ○
비교예	1	92.24	0.68	2368	0.004	0.298	불량 X

본 실험에서 각 물성의 측정방법은 다음과 같다.

(1) T.T 및 Haze

제막된 필름의 시편을 Haze Meter(모델명: Nipon denshoku, Model NDH 5000)를 이용하여 측정하였다.

(2) 선명도

제막된 필름의 시편을 Clarity 측정기(모델명 : SUGA, Model ICM-1T)를 이용하여 측정하였다.

(3) 휘도

제막된 필름위 상부에 프리즘 코팅을 한 후 휘도 측정기(모델명 : TOPCON, Model BM-7 Luminance Colorimeter)를 이용하여 측정하였다.

(4) 표면조도

제막된 필름의 표면 Roughness를 측정하기 위해 표면 조도 측정기 (모델명 : Kosaka Laboratory ET 4000A)를 이용하여 측정하였다.

본 발명에 따른 광학용 폴리에스테르 필름은 터치패널용 베이스필름, PDP 패널에 사용되는 필름, 백라이트 유니트부에 포함되는 확산시트, 프리즘 렌즈시트, 프리즘 보호필름 등에 사용되는 베이스필름, 외부 빛에 의해 발생하는 눈부심을 방지하기 위한 무반사 코팅용 베이스필름 등에 사용될 수 있다.

Claims

실리콘 입자를 함유하는 광학용 폴리에스테르 필름에 있어서, 200 내지 400nm 입자 크기의 구형 실리카 85~95중량%와 0.1 내지 2.0㎛ 입자크기의 구형 실리카 5~15중량%로 이루어진 실리카 미립자가 필름 내에 30 내지 500ppm으로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 폴리에스테르 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 실리콘은 그 표면 굴절률이 폴리에스테르 필름의 굴절률에 비해 큰 것임을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.
청구항 2에 있어서, 상기 실리콘은 그 표면 굴절률이 1.65 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리에스테르 필름은 T.T가 90% 이상이고, 선명도가 94% 이상이며, 표면조도가 0.5㎛ 이하의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.