KR20180067161A - 하드코팅 필름 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 하드코팅 필름 - Google Patents

하드코팅 필름 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 하드코팅 필름 Download PDF

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KR20180067161A
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hard
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이윤재
김민수
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솔브레인 주식회사
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Abstract

본 발명은 하드코팅 필름 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 하드코팅 필름에 관한 것이다.

Description

하드코팅 필름 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 하드코팅 필름{COMPOSITION FOR HARD-COATING FILM AND HARD-COATING FILM MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 디스플레이 패널을 보호하기 위한 하드코팅 필름 및 상기 하드코팅 필름을 형성하는데 사용되는 조성물에 관한 것이다.
표시장치의 두께가 점차 슬림화됨에 따라 표시장치를 구성하는 여러 개의 디스플레이 패널 중 일부가 생략되거나 기존의 디스플레이 패널보다 얇게 식각하는 방법을 통해 초슬림 디스플레이 패널이 개발되고 있다.
그런데 상기 초슬림 디스플레이 패널은 경도 및 기계적 강도가 약해 표시장치의 제조과정 또는 사용과정에서 깨짐 등이 발생하여 표시장치의 불량률이 상승하고 있다. 이에 따라 초슬림 디스플레이 패널의 경도 및 기계적 강도를 높이고자 보호필름이 적용되고 있다.
상기 보호필름의 적용은 디스플레이 패널 상에 보호필름을 부착하는 것으로, 보호필름에 결합되어 있는 이형지를 제거하고 부착하는 등의 여러 단계를 거쳐야 하는 번거로움이 있다. 또한 보호필름의 경도, 내마모성 등이 낮아 사용과정에서 보호필름이 찢어지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2014-0050296호
본 발명은 경도, 내마모성 등이 우수한 하드코팅 필름을 형성할 수 있는 하드코팅 필름 형성용 조성물을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 상기 하드코팅 필름 형성용 조성물을 이용하여 제조된 하드코팅 필름을 제공하고자 한다.
또 본 발명은 상기 하드코팅 필름을 포함하는 표시장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 관능기수가 6 내지 12개인 아크릴레이트계 모노머; 관능기수가 10 내지 15개인 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머; 관능기수가 2 내지 4개인 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머; 실리카; 실록산 화합물; 광개시제; 및 용제를 포함하는 하드코팅 필름 형성용 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 하드코팅 필름 형성용 조성물로 제조된 하드코팅 필름을 제공한다.
또 본 발명은, 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널의 적어도 어느 일 측에 구비된 상기 하드코팅 필름을 포함하는 표시장치를 제공한다.
여기서 본 발명에 기재된 관능기수란 경화 반응에 참여할 수 있는 작용기를 의미하는 것으로, 그 예로는 아크릴기, 비닐기 등을 들 수 있다.
본 발명은 특정 아크릴레이트계 모노머와 특정 우레탄 아크릴레이트계 올리고머를 포함하는 하드코팅 필름 형성용 조성물을 이용하여 하드코팅 필름을 제조함에 따라 경도가 높고, 내마모성, 투명성이 우수한 하드코팅 필름을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명의 하드코팅 필름을 디스플레이 패널의 보호를 위해 적용할 경우, 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 표시장치의 성능 및 수명 등을 높일 수 있다.
이하 본 발명을 설명한다.
1. 하드코팅 필름 형성용 조성물
본 발명의 하드코팅 필름 형성용 조성물(이하, '조성물'이라 함)은 아크릴레이트계 모노머, 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머, 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머, 실리카, 실록산 화합물, 광개시제 및 용제를 포함한다.
본 발명의 조성물에 포함되는 아크릴레이트계 모노머는 multifunction acrylate로 하드코팅 필름의 경도를 높이는 역할을 한다. 이러한 아크릴레이트계 모노머는 관능기수가 6 내지 12개로, 상기 범위의 관능기수를 가짐에 따라 하드코팅 필름의 내스크래치성, 내열성, 경도 등을 높일 수 있다.
상기 아크릴레이트계 모노머의 중량평균분자량(Mw)은 특별히 한정되지 않으나, 520 내지 620인 것이 바람직하다. 또한 아크릴레이트계 모노머의 유리전이온도(Tg)도 특별히 한정되지 않으나, 50 내지 60 ℃인 것이 바람직하다.
구체적으로, 아크릴레이트계 모노머는 디페닐펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 펜타에리스리톨프로판 테트라아크릴레이트, 또는 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트일 수 있다.
이러한 아크릴레이트계 모노머의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 상기 아크릴레이트계 모노머의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 하드코팅 필름의 경화속도가 느려져 경도가 저하될 수 있고, 10 중량부를 초과할 경우에는 하드코팅 필름에 크랙 또는 curl이 발생할 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 하드코팅 필름의 경도를 높이면서 Curl을 개선하는 역할을 한다. 이러한 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 관능기수가 10 내지 15개로, 상기 범위의 관능기수를 가짐에 따라 하드코팅 필름의 내열성, 경도 등을 높일 수 있다.
상기 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 특별히 한정되지 않으나, 3,600 내지 4,000인 것이 바람직하다. 또한 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 점도도 특별히 한정되지 않으나, 60 ℃에서 점도가 2,200 내지 2,800 cPs인 것이 바람직하다.
구체적으로, 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 관능기수가 2개인 지방족 이소시아네이트의 화합물(예를 들어, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 등)과, 중합 가능한 불포화 그룹을 분자당 3개 이상 함유하는 하이드록시 아크릴레이트 모노머(예를 들어, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 트리아크릴레이트 등)를 반응시켜 얻어진 것일 수 있다.
이러한 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 100 중량부를 기준으로 11 내지 17 중량부인 것이 바람직하다. 상기 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 함량이 11 중량부 미만일 경우에는 하드코팅 필름의 경화 밀도가 떨어져 경도가 저하될 수 있고, 17 중량부를 초과할 경우에는 하드코팅 필름에 크랙이 발생할 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 하드코팅 필름의 Curl을 개선하고 크랙 발생을 제어하는 역할을 한다. 이러한 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 관능기수가 2 내지 4개로, 상기 범위의 관능기수를 가짐에 따라 하드코팅 필름의 Curl 및 크랙 발생 등을 제어할 수 있다.
상기 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 특별히 한정되지 않으나, 10,000 내지 20,000인 것이 바람직하다. 또한 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 점도도 특별히 한정되지 않으나, 60 ℃에서 점도가 7,200 내지 8,800 cPs인 것이 바람직하다.
이러한 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 15 중량부인 것이 바람직하다. 상기 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 하드코팅 필름의 Curl이 저하되거나 크랙이 발생할 수 있고 15 중량부를 초과할 경우에는 하드코팅 필름의 경도가 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 실리카는 하드코팅 필름의 기계적 강도를 높이는 역할을 한다. 이러한 실리카는 특별히 한정되지 않으나, 건식 실리카 또는 습식 실리카를 사용할 수 있다. 상기 실리카의 평균 입자 크기(D50)는 특별히 한정되지 않으나, 10 내지 30 ㎚인 것이 바람직하다. 상기 실리카의 평균 입자 크기(D50)가 10 ㎚ 미만일 경우에는 실리카의 비표면적이 과도하게 높아져 하드코팅 필름의 경도 상승으로 인해 내크랙성 등이 저하될 수 있고, 30 ㎚를 초과할 경우에는 조성물 내에 분산성, 작업성 등이 저하될 수 있다.
이러한 실리카의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 100 중량부를 기준으로, 10 내지 15 중량부인 것이 바람직하다. 상기 실리카의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 하드코팅 필름의 기계적 강도가 저하될 수 있고, 15 중량부를 초과할 경우에는 하드코팅 필름의 밴딩성, 내크랙성 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 실록산 화합물은 하드코팅 필름의 경도, 내마모성 등을 높이는 역할을 한다. 이러한 실록산 화합물의 중량평균분자량(Mw)은 특별히 한정되지 않으나, 500 내지 2,000인 것이 바람직하다. 구체적으로, 하드코팅 필름의 경도, 내마모성 등을 고려할 때, 상기 실록산 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R은 아크릴기 또는 C1 내지 C10의 알킬기이며, 복수의 R은 서로 동일하거나 상이하고, 복수의 R 중 적어도 4개 이상이 아크릴기이다.
이러한 실록산 화합물의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 상기 실록산 화합물의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 하드코팅 필름의 내마모성이 저하될 수 있고, 10 중량부를 초과할 경우에는 하드코팅 필름에 크랙이 발생할 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 광개시제는 상기 모노머와 올리고머들의 경화 반응을 매개하는 역할을 한다.
상기 광개시제는 특별히 한정되지 않으나, 1-하이드록시시클로헥실페닐케톤, 2,4,6-트리메틸 벤조일-디페닐 포스핀 옥사이드, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸-1-온, 1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-하이드록시-2-메틸-프로판-1-온, 2,2-디에톡시-1-페닐-에타논, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
이러한 광개시제의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 100 중량부를 기준으로, 1 내지 3 중량부인 것이 바람직하다. 상기 광개시제의 함량이 1 중량부 미만일 경우에는 조성물의 미경화로 인해 하드코팅 필름의 외관 불량 및 물성 저하 등이 유발될 수 있으며, 3 중량부를 초과할 경우에는 미반응된 광개시제가 잔류되어 하드코팅 필름의 내크랙성, 접착성 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 용제는 점도를 조절하는 역할을 한다. 이러한 용제는 당 업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
상기 용제의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 100 중량부를 기준으로, 50 내지 60 중량부인 것이 바람직하다. 상기 용제의 함량이 50 중량부 미만일 경우에는 조성물의 작업성 등이 저하될 수 있고, 60 중량부를 초과할 경우에는 하드코팅 필름의 성형성 등이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 조성물은 하드코팅 필름의 물성을 높이기 위해 레벨링제 및 접착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 하드코팅 필름의 물성을 고려할 때, 조성물 100 중량부를 기준으로, 1 내지 3 중량부인 것이 바람직하다.
2. 하드코팅 필름
본 발명은 상술한 조성물을 이용하여 제조된 하드코팅 필름을 제공한다. 상기 하드코팅 필름을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 기재 상에 상술한 조성물을 도포 및 경화시키는 과정을 거쳐 제조할 수 있다.
상기 조성물을 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 스핀(spin) 코팅, 롤(roll) 코팅, 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅 등을 들 수 있다. 또한 도포된 조성물을 경화시키는 조건도 특별히 한정되지 않으나, 경화 온도는 80 ℃ 내지 120 ℃이고, 경화 시간은 1 분 내지 5 분일 수 있다. 또한 UV 경화 시 조사되는 광량은 500 mJ/㎠ 내지 2000 mJ/㎠일 수 있다.
이러한 본 발명의 하드코팅 필름은 상술한 조성물로 제조됨에 따라 경도가 높고, 밴딩성, 투명성, 내마모성이 우수하기 때문에 디스플레이 패널을 보호하는 필름으로써 유용하게 사용될 수 있다.
3. 표시장치
본 발명은 디스플레이 패널 및 하드코팅 필름을 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 표시장치에 포함되는 디스플레이 패널은 외부에서 인가되는 구동 신호와 데이터 신호에 따라 화상을 디스플레이한다. 이러한 디스플레이 패널의 구조는 당 업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 표시장치에 포함되는 하드코팅 필름은 상기 디스플레이 패널의 적어도 어느 일 측에 구비된다. 즉, 상기 하드코팅 필름은 상기 디스플레이 패널의 상 측 또는 하 측 중 어느 한 쪽에 구비되거나, 상 측 및 하 측 모두에 구비될 수 있다. 이러한 하드코팅 필름에 대한 설명은 상기 '2. 하드코팅 필름'에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
상기 하드코팅 필름은 경도가 높고, 일정 수준의 경도를 갖고, 밴딩성, 투명성, 내마모성이 우수하기 때문에 상기 디스플레이 패널에 적용할 경우, 표시장치의 성능을 우수하게 유지시킬 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 내지 3]
100 ㎖ bottle에 아크릴레이트계 모노머, 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머, 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머를 넣은 후 용제를 첨가하여 희석하였다. 이후 실리카, 실록산 화합물, 광개시제 및 첨가제를 첨가하고 상온에서 3 시간 동안 교반하는 과정을 거쳐 조성물을 제조하였다. 이때, 사용된 성분 및 함량은 하기 표 1과 같다.
다음, 제조된 조성물을 bar coating 방법으로 PI 필름에 도포하고, 100 ℃에서 3 분 동안 건조시켜 용제를 제거한 후 메탈할라이드 램프로 1500 mJ/㎠의 광을 조사하면서 경화시켜 두께 10 ㎛인 하드코팅 필름을 제조하였다.
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
아크릴레이트계 모노머 M-600 (미원): 관능기수 6 5 5 5
제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머 SC-2153 (미원): 관능기수 10 15 13 11
제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머 PU-2050 (미원): 관능기수 2 10 10 10
실리카 NCH-2010 (미원) 10 10 10
실록산 화합물 SL-100 (솔브레인) 6 8 10
광개시제 TPO (Basf) 1.5 1.5 1.5
레벨링제 BYK-371 (BYK) 0.5 0.5 0.5
접착증진제 GPTMS (신네츠) 1.5 1.5 1.5
용제 Propylene glycol monomethyl ether 50.5 50.5 50.5
합계(중량%) 100 100 100
[ 비교예 1 내지 3]
하기 표 2의 성분 및 함량을 적용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 조성물 및 하드코팅 필름을 제조하였다.
성분 비교예 1 비교예 2 비교예 3
아크릴레이트계 모노머 M-600 (미원): 관능기수 6 5 5 5
제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머 SC-2153 (미원): 관능기수 10 21 15 -
제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머 PU-2050 (미원): 관능기수 2 10 16 21
실리카 NCH-2010 (미원) 10 10 10
실록산 화합물 SL-100 (솔브레인) - - 10
광개시제 TPO (Basf) 1.5 1.5 1.5
레벨링제 BYK-371 (BYK) 0.5 0.5 0.5
접착증진제 GPTMS (신네츠) 1.5 1.5 1.5
용제 Propylene glycol monomethyl ether 50.5 50.5 50.5
합계(중량%) 100 100 100
[ 실험예 1]
제조된 하드코팅 필름의 물성을 다음과 같이 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
1. 경도: 연필경도 시험기를 이용하여 1kg의 하중을 걸고 연필경도를 평가하였다. 이때, 연필은 미쯔비시 제품을 사용하고 5 회씩 수행하여 스크래치가 1회 이하로 나타낸 때를 최대 연필경도로 측정하였다.
2. 투과도: 투과율 측정기를 사용하여 하드코팅 필름의 투과율을 측정하였다.
3. 벤딩성: A4 크기의 하드코팅 필름을 곡률반경 2 ㎜ 간격으로 밴딩될 수 있도록 밴딩평가 시험기에 부착한 후 3초 간격으로 밴딩성 평가를 진행하였으며, 크랙이 발생하지 않는 횟수를 측정하였다.
4. 내마모성: 스틸울 시험기를 이용하여 1kg/(1cm*1cm) 하에서 하드코팅 필름을 왕복 운동시키면서 스크레치가 발생하지 않는 횟수를 측정하였다.
5. 컬(Curl): A4 크기의 하드코팅 필름을 평탄한 석반정 위에 올려 놓은 후 4각의 석반정으로부터 떨어진 거리를 측정하여 평균값을 구하였다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
경도 8H 8H 7H 6H 4H 4H
투과도 91% 91% 90% 91% 90% 90%
밴딩성 3만회 3만회 4만회 1만회 4만회 4만회
Curl 2mm 2mm 2mm 7mm 3mm 1mm
내마모성 4천회 3천회 3천회 <1천회 <1천회 2천회
상기 표 3을 참조하면, 본 발명의 조성물로 하드코팅 필름을 제조함에 따라 높은 경도를 나타내며, 내마모성과 밴딩성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 관능기수가 6 내지 12개인 아크릴레이트계 모노머;
    관능기수가 10 내지 15개인 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머;
    관능기수가 2 내지 4개인 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머;
    실리카;
    실록산 화합물;
    광개시제; 및
    용제를 포함하는 하드코팅 필름 형성용 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 모노머는 중량평균분자량(Mw)이 520 내지 620인 것인 하드코팅 필름 형성용 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 3,600 내지 4,000인 것인 하드코팅 필름 형성용 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 10,000 내지 20,000인 것인 하드코팅 필름 형성용 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리카는 평균 입자 크기(D50)가 10 내지 30 ㎚인 것인 하드코팅 필름 형성용 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 실록산 화합물이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것인 하드코팅 필름 형성용 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00002

    상기 화학식 1에서,
    R은 아크릴기 또는 C1 내지 C10의 알킬기이며,
    복수의 R은 서로 동일하거나 상이하고, 복수의 R 중 적어도 4개 이상이 아크릴기이다.
  7. 청구항 1에 있어서,
    레벨링제 및 접착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 하드코팅 필름 형성용 조성물.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 하드코팅 필름 형성용 조성물을 이용하여 제조된 하드코팅 필름.
  9. 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 적어도 어느 일 측에 구비된 청구항 8의 하드코팅 필름을 포함하는 표시장치.
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