KR20160112053A - 평판 디스플레이용 하드코팅 필름 및 그를 이용한 반사방지 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 기재필름상에 하드코팅층이 형성된 하드코팅 필름으로서, 상기 하드코팅층은 전리방사선 경화형 아크릴 모노머 및 광중합 개시제를 포함하는 코팅 조액을 경화시켜 형성되고, 표면에너지가 35dyne/cm 이상인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이용 필름용 하드코팅 필름 및 그를 이용한 반사방지 필름을 제공한다. 본 발명에 따르는 하드코팅 필름은 올리고머나 고분자 수지를 포함하지 않고 모노머만을 포함하는 코팅조액으로부터 제조된다. 따라서, 하드코팅층의 기재필름에 대한 레이블링성이 우수하다. 또한, 본 발명에 따르는 하드코팅 필름은 그 성분으로서 실리콘계 또는 불소계 첨가제를 포함하지 않아 표면에너지가 높다. 따라서, 상기 하드코팅층 상에 적층되는 박막코팅층과의 접착력이 우수하다.

Description

평판 디스플레이용 하드코팅 필름 및 그를 이용한 반사방지 필름{HARD COATING FILM FOR LCD AND ANTI-REFLECTION FILM USING THE SAME}

본 발명은 하드코팅 필름 및 그를 이용한 반사방지 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기재필름상에 형성되는 하드코팅층이 (메타)아크릴레이트 모노머 만을 포함하는 코팅 조액으로부터 형성되어, 기재필름에 대한 레이블링성이 우수하고, 표면에너지가 높아, 그 위에 적층되는 굴절율 조절용 박막필름에 대한 접착력이 우수한 하드코팅 필름 및 그를 이용한 반사방지 필름에 관한 것이다.

최근 몇 년간 평판형 디스플레이(Flat Panel Display)분야에서 액정 표시장치(Liquid Crystal Display,LCD)의 약진이 두드러져 왔다. LCD는 전통적으로 사용되어 왔던 일반 중소형 디스플레이 분야뿐 아니라 터치방식의 중, 소형 디스플레이에도 적용이 되고 있다. 터치방식의 중,소형 디스플레이 중 내부 밧데리로 전력을 공급받는 모바일이나 테블렛 기기의 경우 저전력 고휘도 제품에 대한 요구가 높아지고 있다.

하드코팅 필름의 경우 터치 방식의 디스플레이에 적용되는 터치패널에 1~3장씩 사용이 되고 있다. 하지만 일반 하드코팅 필름의 경우 빛의 난반사에 의해 휘도가 떨어지므로 투과율을 높이기 위하여 하드코팅층 위에 저굴절층이나 저굴절층 및 고굴절층 같은 박막코팅층이 도포된 반사방지 필름이 개발, 적용되고 있다(특허문헌 1, 2, 3 참조)

그러나, 상기와 같이 하드코팅층 상에 굴절율 조절용 박막코팅층을 형성하는 경우, 상기 하드코팅층을 형성하는 조액에는 일 성분으로 레이블링성의 향상을 위하여 실리콘이나 불소계 화합물이 첨가되는 것이 보통이다. 그러나 이 경우에는 역설적이게도 상기 첨가되는 실리콘 또는 불소계 화합물은 상부에 형성되는 박막코팅과의 접착력을 떨어뜨리는 원인이 된다.

이에, 본 발명자들은 하드코팅층을 형성함에 있어 상술한 실리콘 또는 불소계 첨가제가 갖는 딜레마, 즉, 기재필름에 대한 레이블링성은 향상되나 굴절율 조절용 박믹필름과의 접착렵 부족이라는 상반되는 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 본 발명을 완성하였다.

KR2009-0053061A KR2014-0095862A KR2011-0057556A

본 발명의 목적은 기재필름상에 하드코팅층이 형성된 하드코팅 필름으로서, 기재필름에 대한 하드코팅층의 레이블링성이 우수하고, 표면에너지가 높아 그 위에 적층되는 굴절율 조절용 박막필름에 대한 접착력이 우수한 하드코팅필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 하드코팅 필름을 이용하여 제조되는 반사방지 필름을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 기재필름상에 하드코팅층이 형성된 하드코팅 필름으로서, 상기 하드코팅층이 전리방사선 경화형 아크릴 모노머 및 광중합 개시제를 포함하는 코팅 조액을 경화시켜 형성되고, 표면에너지가 35dyne/cm 이상인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이용 하드코팅 필름을 제공한다.

상기 코팅 조액은 (메타)아크릴레이트 모노머 100 중량부에 대하여 광개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 하드코팅층의 두께는 1.5 내지 3.5㎛인 것이 바람직하다.

상기 하드코팅 필름은, 가시광선(400~700nm) 영역에서의 평균 표면 반사율은 6% 이하, 전광선투과율이 80% 이상, 헤이즈값은 바람직하게는 3% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 하드코팅 필름상에, 굴절율 조절용 박막 필름이 하나 이상 형성된 반사방지 필름을 제공한다.

상기 굴절율 조절용 박막필름은 1.38~1.48의 굴절율을 갖는 저굴절층 단독이거나; 또는 1.38~1.48의 굴절율을 갖는 저굴절층과 1.58~1.70의 굴절율을 갖는 고굴절층이 순차적으로 형성된 것;임이 바람직하다.

본 발명에 따르는 하드코팅 필름은 올리고머나 고분자 수지를 포함하지 않고 모노머만을 포함하는 코팅조액으로부터 제조된다. 따라서, 하드코팅층의 기재필름에 대한 레이블링성이 우수하다.

또한, 본 발명에 따르는 하드코팅 필름은 그 성분으로서 실리콘계 또는 불소계 첨가제를 포함하지 않아 표면에너지가 높다. 따라서, 상기 하드코팅층 상에 적층되는 박막코팅층과의 접착력이 우수하다.

도 1은 본 발명에 따르는 하드코팅 필름의 모식적 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따르는 반사방지 필름(20, 30)의 모식적 단면도이다.

1. 하드코팅 필름

도 1은 본 발명에 따르는 하드코팅 필름의 모식적 단면도이다. 도 1을 참조할 때, 본 발명에서는 기재필름(11)과 상기 기재필름(11)의 일면에 형성되는 하드코팅층(12)를 포함하는 하드코팅 필름(10)을 제공한다.

1.1. 기재필름

본 발명에서, 상기 기재 필름은 폴리에스테르수지, 트리아세틸 셀룰 로오스 수지, 폴리 카보네이트 수지, 알릴 카보네이트 수지, 폴리우레탄수지, 폴리에테르 술폰 수지, 폴리 아크릴레이트 수지, 시클로 올레핀 수지 및 아크릴 스티렌 수지 등 투명성이 높은 재료가 좋으며, 특히 디스플레이 분야에서의 적용이 용이하게 하기 위해서는 광선투과율은 높고, 헤이즈 값은 낮을수록 바람직하다. 전광선투과율은 가시광선 영역(400~700nm)에서 70%이상, 바람직하게는 80% 이상이며, 헤이즈값은 3% 이하, 바람직하게는 1% 이하가 적절하다. 또한, 기재의 사용에 의해 광학특성 뿐만 아니라 기계적 강도 및 내구성이 우수할수록 좋은 재료가 된다. 기재는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 생산 및 코팅이 용이할 수 있도록 다양한 첨가제, 예를 들면 염료 및 안료와 같은 착색제, 자외선 흡수제 및 항산화제를 함유할 수 있으며 필요한 경우 코로나 방전 처리나 인라인 코팅 처리와 같이 다양하게 표면처리를 할 수 있다. 다만, 표면에 인라인 코팅처리를 할 경우 코팅막의 굴절율은 기재필름의 굴절율(약 1.62)이나 하드코팅의 굴절율(1.5~1.6)과 유사하도록 하여 계면에서의 빛의 간섭을 최소화할 수 있도록 하는 것이 좋다. 기재필름의 두께는 적용분야에 따라 다르겠지만 일반적으로 25~500㎛ 정도의 것이 좋으며, 25 ~200㎛정도의 것이 더욱 바람직하다.

1.2. 하드코팅층

상기 하드코팅층은 전리방사선 경화성 아크릴 모노머 및 광중합 개시제를 포함하는 코팅 조액을 건조 및 경화시켜 형성된다.

상기 코팅 조액에 포함되는 전리방사선 경화성 아크릴 모노머로는 (메타)아크릴레이트 화합물이 이용된다. 상기 (메타)아크릴레이트 화합물은 아크릴 관능기가 분자내에 하나인 단관능 또는 2 이상인 다관능 화합물중에서 하나 이상이 단독으로 또는 2 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

상기 단관능 (메타)아크릴레이트 화합물은 예를 들어, 메틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르(메타) 아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트 등의 단관능 아크릴레이트 화합물을 들 수 있다.

한편, 상기 다관능 (메타) 아크릴레이트 화합물은, 내용제성, 경도향상 등을 목적으로 추가될 수 있으며, 예를 들어, 펜타에리 스리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨테트라(메타) 아크릴레이트, 디펜타에리스톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리 스리톨헥사(메타)아크릴레이트,트리메티롤프로판트리(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.

마지막으로, 본 발명에서 적용되는 광중합 개시제는 특별히 한정되지 않아서, 예를 들어, 벤조페논류, 아세트페논류, 하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 티옥산톤류, 디벤질디설파이트, 디에틸옥사이드, 트리페닐비이미다졸 및 이소프로필-N, N-디메틸아미노벤조에이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.

이때, 광중합 개시제의 함량은 상기 전리방사선 경화형 (메타)아크릴레이트 화합물100중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함된다. 개시제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 광경화가 충분하지 않은 문제가 있으며, 함량이 5중량부를 초과할 경우 경화에는 잔존하는 개시제에 의해 장시간 방치 시 표면에 개시제가 석출되거나 하드코팅층의 특성에 변화가 생길 수 있다

한편, 상기 코팅 조액은 전리방사선 경화성 (메타)아크릴레이트 화합물 및 광중합 개시제의 전체 함량 100 중량부에 대하여 용매 30~500 중량부를 추가로 가하여 얻을 수 있다. 이 목적으로 사용되는 용매는 케톤계, 에스테르계, 지방족 탄화수소계, 할로겐화 탄화수소계, 방향족 탄화수소계, 아민계, 물, 알코올 등으로 통상 비점이 60~170℃의 액체이면 제한 없이 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는 톨루엔, 메틸에틸케톤 메틸이소부틸케톤 및 시클로헥사논으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.

한편, 하드코팅층은 기재필름 상에 하드코팅 조액을 도포한 후 건조 및/또는 경화시켜 형성된다.

경화에 사용되는 활성선으로는 자외선, 전자선 및 방사선(α선, β선, γ선 등)등 아크릴계 비닐기를 중합시키는 전자파가 적용될 수 있으며, 실용적으로 자외선이 간편해서 바람직하다.

하드코팅층은 일정 두께 이하의 경우 코팅성의 저하 및 최종 반사필름의 기계적 물성 저하를 가져올 수 있고, 일정 두께 이상의 경우 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 코팅후 경화 과정에서 미경화 발생 등의 문제를 초래할 수 있다. 본 발명에서는 하드코팅층의 두께를 1.5 내지 3.5㎛로 하여 상기 문제점에 대비하였다. 기재필름 위에 하드코팅을 한 후의 가시광선(400~700nm) 영역에서의 평균 표면 반사율은 6% 이하, 전광선투과율이 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상이며, 헤이즈값은 바람직하게는 3% 이하, 보다 바람직하게는 1% 이하가 될 수 있도록 해야 최종적으로 얻어지는 하드코팅필름의 광학 특성 저하를 방지할 수 있다.

2. 반사방지 필름

또한, 본 발명에서는 상기 하드코팅 필름의 하드코팅층 상에 굴절율 조절용 박막코팅층이 형성된 반사방지 필름을 제공한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따르는 반사방지 필름(20, 30)의 모식적 단면도이다. 도 2a 및 도2b를 참조할 때, 하드코팅층 상에 형성되는 상기 박막코팅층은 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이 저굴절층(23) 단독이거나, 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 저굴절층(33)과 고줄절층(34)이 순차적으로 적층된 다층 박막일 수 있다.

본 발명에서 저굴절층이라 함은 1.38~1.48의 굴절율과 0.05 ~ 10.0㎛의 두께를 갖는 저굴절 하드코트층을 말하고, 고굴절층이라 함은 1.58~1.70의 굴절율과 30~100nm의 두께를 갖는 고굴절 하드코팅층을 말한다.

상기 저굴절층 및 고굴절층은 전리방사선 경화성 수지를 주성분으로 하는 바인더 수지와 굴절율 조절용 무기미립자를 포함하는 코팅 조액을 준비한 다음, 이를 통상의 방법에 따라 건조 및 경화시켜 형성한다.

예를 들어, 저굴절층은 입경이 0.001㎛∼0.2㎛인 실리카 또는 중공 실리카 미립자등 저굴절율을 갖는 무기 미립자를 추가로 첨가하여 얻은 코팅조액을 이용하여 얻을 수 있다. 한편, 고굴절층은 주석함유 산화안티몬입자, 아연함유 산화안티몬입자, 주석함유 산화인듐입자, 산화아연/산화알루미늄입자, 산화안티몬입자 등의 고굴절율을 갖는 미립자를 추가로 첨가하여 얻은 코팅조액을 이용하여 얻을 수 있다.

한편, 상기 코팅 조액에 포함되는 전리방사선 경화형 수지는 (메타)아크릴 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에테르 수지, 올레핀 수지 및 폴리이미드 수지를 골격구조에 포함하는 것이 바람직하며, 상기 수지의 반복단위 수가 3~10인 중합체 올리고머일 수 있다.

보다 구체적으로, (메타)아크릴 수지를 골격구조에 포함하는 수지로는 (메타)아크릴모노머를 중합 또는 공중합한 수지, (메타)아크릴 모노머와 다른 에틸렌성 불포화 이중결합을 갖는 모노머를 공중합한 수지가 있으며, 폴리우레탄 수지를 골격구조에 포함하는 수지로는 분자쇄 중에 우레탄 결합을 포함하는 수지가 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 수지를 골격 구조에 포함하는 수지는 분자쇄 중에 에스테르 결합을 포함하는 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등이 있으며, 상기 폴리에테르 수지를 골격 구조에 포함하는 수지는 분자쇄 중에 에테르 결합을 포함하는 수지로서 폴리에틸렌 글라이콜, 폴리프로필렌글라이콜, 폴리테트라메틸렌 글라이콜 등이 있다. 또한, 상기 올레핀 수지를 골격 구조에 포함하는 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체, 에틸렌ㆍ아세트산바이닐 공중합체, 아이오노머, 에틸렌ㆍ바이닐알코올 공중합체, 에틸렌ㆍ염화바이닐 공중합체 등이 있으며, 상기 폴리이미드 수지를 골격 구조에 포함하는 수지는 분자쇄 중에 이미드 결합을 포함하는 수지로서 상기 골격구조의 2종 이상으로 이루어지는 공중합체 또는 상기 골격 구조와 그 이외의 모노머로 이루어지는 공중합체일 수 있다.

한편, 상기 코팅 조액에는 조성물의 경화도를 높이기 위한 것으로 작용기가 3개 이상의 (메타)아크릴레이트가 포함된 다작용성 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 상기 다작용성 모노머는 (메타)아크릴레이트와 다가 알코올과의 탈 알코올 반응물이 사용될 수 있으며, 구체적으로 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이(메타)아크릴레이트 및 다이트라이메틸올프로페인 테트라(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하다.

한편, 박막코팅층에 관하여는 추가적으로 KR2009-0053061A, KR2014-0095862A, KR2011-0057556A 등을 참조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

전리방사선 경화성 수지로서 아크릴레이트 단량체의 혼합물(금호석유화학, G-3000) 100 중량부에 대하여 벤조페논 계열의 광 개시제 0.5중량부가 메틸에틸케논 100 중량부에 용해된 하드코팅용 코팅 조액을 준비하였다.

상기 코팅 조액을 50㎛ 두께의 폴리에스테르 기재(PET Film, 굴절률: 1.65, Torayamk inc.)상에 바코터를 이용하여 도포한 다음, 80℃에서 30초간 건조하고, UV-경화시켜 두께가 2.5㎛인 하드코팅층을 형성하였다.

상기 하드코팅층 상에 저굴절층 형성용 코팅 조액을 준비한 다음, 이를 코팅하고 건조 및 UV-경화시켜, 두께가 5㎛이고 굴절률이 1.28인 저굴절층을 형성하여 반사방지 필름을 제조하였다. 상기 저굴절층 형성용 코팅 조액은 중공 실리카 입자(일본 촉매화성/ELCOME)와 전리방사선 경화타입 우레탄아크릴계의 수지 비를 1.52 : 1 중량비로 하고, 광개시제(Ciba社 Igarcure184, 전체수지대비 2.8 중량비)와 용매(MIBK와 MEK비를 1 : 1 중량비로 구성)를 혼합하여, 고형분 5.5wt%로 희석하여 사용하였다.

비교예 1

실시예 1에서, 하드코팅용 코팅 조액에 아크릴레이트 올리고머(금호석유화학, G-1000)를 아크릴레이트 모노머 100 중량부에 대하여 100중량부의 비율로 추가로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반사방지 필름을 제조하였다.

비교예 2

하드코팅용 코팅 조액에, 불소계 첨가제(BYK사, BYK-388)를 아크릴레이트 모노머 100 중량부에 대하여 0.1중량부의 비율로 추가로 첨가한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 반사방지 필름을 제조하였다.

비교예 3

하드코팅용 코팅 조액에, 실리콘계 첨가제(BYK사, BYK-311)를 아크릴레이트 모노머 100 중량부에 대하여 0.1중량부의 비율로 추가로 첨가한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 반사방지 필름을 제조하였다.

평가

1. 표면에너지

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 고투명 배리어 필름(100)을 접촉각계(㈜쿄와 제품, Drop Master 300 모델)를 사용하여 표면에 직경 2mm의 정제수 및 헥사테칸을 적하하여 표면과 액적의 접촉각 측정하고, 오웬-벤트(Owen-Wendt)식을 이용하여 표면에너지를 계산하였다.

2. 표면경도

JIS 5400-1990 규격에 의거하여 연필경도를 측정하여, 삼파장 램프아래서 스크래치의 유무를 육안으로 확인하여 평가하였다.

3. 밀착력 평가

JIS D0202-1988 4.15 규격에 의거하여, 코팅표면에 Cross Hatch를 이용하여, 상하 좌우로 일정한 힘으로 컷팅한 다음, 규격 테이프를 붙였다 떼서 코팅층의 박리여부로 판정하여, 박리가 없으면 "양호"로, 박리가 있으면 "NG"로 평가하였다.

상기 표 1의 결과로부터, 하드코팅용 조액이 모노머만을 포함하는 실시예 1의 경우 표면에너지가 40dyne/cm로서 매우 높아, 경우 박막코팅이 가능하면서도 기재필름 및 상부의 저굴절층과의 밀착력도 양호한 반사필름이 제조될 수 있음을 확인할 수 있다.

반면, 하드코팅 조액에 올리고머가 포함된 경우, 그로부터 형성된 하드코팅층의 표면에너지는 실시예 1과 유사하였으나, 레이블링성이 좋지 않아, 그로부터 제조되는 하드코팅층의 외관이 좋지 않았다. 한편, 하드코팅 조액에 실리콘계 또는 불소계 첨가제가 추가된 경우에는 표면에너지가 높지 않아, 하드코팅층 위에 형성되는 저굴절층과의 밀착력이 좋지 않음을 확인할 수 있다.

10.. 하드코팅 필름
11, 21, 31.. 기재필름 12, 22, 32.. 하드코팅층
20, 30.. 반사방지 필름
23, 33.. 저굴절층 34.. 고굴절층

Claims (6)

1. 기재필름상에 하드코팅층이 형성된 하드코팅 필름으로서,
   상기 하드코팅층은 전리방사선 경화형 아크릴 모노머 및 광중합 개시제를 포함하는 코팅 조액을 경화시켜 형성되고, 표면에너지가 35dyne/cm 이상인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이용 하드코팅 필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조액은 (메타)아크릴레이트 모노머 100 중량부에 대하여 광개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이용 하드코팅 필름.
3. 제1항에 있어서, 상기 하드코팅층의 두께는 1.5 내지 3.5㎛인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이용 하드코팅 필름.
4. 제1항에 있어서, 가시광선(400~700nm) 영역에서의 평균 표면 반사율은 6% 이하, 전광선투과율이 80% 이상, 헤이즈값은 3% 이하인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이용 하드코팅 필름.
5. 제1항의 하드코팅필름 상에, 굴절율 조절용 박막필름이 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
6. 제5항에 있어서, 상기 굴절율 조절용 박막필름이 1.38~1.48의 굴절율을 갖는 저굴절층 단독이거나; 또는 1.38~1.48의 굴절율을 갖는 저굴절층과 1.58~1.70의 굴절율을 갖는 고굴절층이 순차적으로 형성된 것;임을 특징으로 하는 반사방지 필름.

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