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JP2024070781A - 光学コーティング材料、光学フィルム、及び光学基板 - Google Patents

光学コーティング材料、光学フィルム、及び光学基板 Download PDF

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JP2024070781A JP2023055491A JP2023055491A JP2024070781A JP 2024070781 A JP2024070781 A JP 2024070781A JP 2023055491 A JP2023055491 A JP 2023055491A JP 2023055491 A JP2023055491 A JP 2023055491A JP 2024070781 A JP2024070781 A JP 2024070781A
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Abstract

Figure 2024070781000001
【課題】高透明性、高硬度、高屈折率、及び良好な接着性を有する光学コーティング材料、光学フィルム、及び光学基板を提供する。
【解決手段】光学コーティング材料は、１５重量％～４０重量％の樹脂、１重量％～１０重量％のナノ分散溶液、及び４０重量％～７０重量％の有機溶剤を含む。樹脂は、ポリウレタンアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂及びアクリルポリオール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種である。ナノ分散溶液はナノ粒子を含む。ナノ粒子は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンまたは酸化ケイ素を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、コーティング材料、フィルム、及び基板に関し、特に、光学コーティング材料、光学フィルム、及び光学基板に関する。
一般的に、導電性ガラスは、ガラスの表面に透明な導電層をコーティングすることで透明性と導電性を兼ね備えたガラスで、ディスプレイ、タッチパネル、及び太陽電池などに広く使われている。しかしながら、光が導電性ガラスを通過すると、透明導電層を通過するパターンが干渉現象を引き起こし、透明導電性パターンの痕跡が現れることがある。したがって、導電性ガラスを製品に適用する際に望ましくないパターンが発生し、製品の品質が低下することがある。このため、導電性ガラスの干渉現象によるパターンをいかに低減するかが現在の課題である。
光が導電性ガラスを通過すると、干渉現象により導電性ガラスの透明な導電パターンが現れ、それによって導電性ガラスの品質が低下することがある。
本発明は、高透明性、高硬度、高屈折率、及び良好な接着性を有する光学コーティング材料、光学フィルム、及び光学基板を提供する。
本発明の光学コーティング材料は、樹脂１５重量％～４０重量％と、１重量％～１０重量％のナノ分散溶液と、４０重量％～７０重量％の有機溶剤と、を含む。樹脂は、ポリウレタンアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂及びアクリルポリオール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種である。ナノ分散溶液は、ナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム、酸化チタンまたは二酸化ケイ素を含む。
本発明の一実施形態において、前記ポリウレタンアクリレート樹脂は、脂肪族ポリウレタンアクリレートまたは芳香族ポリウレタンアクリレートを含む。
本発明の一実施形態において、前記エポキシ樹脂は、脂環式エポキシ樹脂またはカルボキシル基エポキシ樹脂を含む。
本発明の一実施形態において、前記アクリレート樹脂は、ビスフェノールＡ変性アクリレート樹脂を含む。
本発明の一実施形態において、前記光学コーティング材料は、さらに１重量％～１０重量％の光開始剤と、０．１重量％～１重量％のレベリング剤と、を含む。
本発明の一実施形態において、前記有機溶剤は、メチルエチルケトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル及びトルエンからなる群より選択される。
本発明の光学フィルムは、前記光学コーティング材料から形成される。
本発明の一実施形態において、前記光学フィルムの屈折率は、１．６３～１．６７である。
本発明の光学基板は、基板と、導電層と、前記光学フィルムと、を備える。導電層は基板上に配置され、光学フィルムは、導電層及び基板を覆う。
本発明の一実施形態において、前記導電層の材料は、インジウムスズ酸化物、ガリウムドープ酸化亜鉛、 アルミニウムドープ酸化亜鉛、または、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホナートを含む。
以上により、本発明の光学コーティング材料は、樹脂１５重量％～４０重量％と、１重量％～１０重量％のナノ分散溶液と、４０重量％～７０重量％の有機溶剤と、を含み、樹脂は、ポリウレタンアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂及びアクリルポリオール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であり、ナノ分散溶液の前記ナノ粒子は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンまたは二酸化ケイ素を含むので、高透明性、高硬度、高屈折率、及び良好な接着性を有する光学フィルムを形成することができる。光学フィルムが光学基板に設けられると、光学フィルムが高屈折率を有するので、光学フィルムとその下にある材料との屈折率の差が小さくなり、良好な光学整合を有し、これにより、光路差に起因する干渉または回折が回避され、光学基板の品質が向上する。
本発明の一実施形態による光学基板の回路図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、これらの実施形態は例示であり、本発明の開示はそれに限定されない。
本発明の一実施形態において、光学コーティング材料は、高透明性、高硬度、高屈折率、及び良好な接着性を備えた光学フィルムを形成するために使用される。光学コーティング材料は、樹脂１５～４０重量％、ナノ分散溶液１～１０重量％、有機溶剤４０～７０重量％を含む。いくつかの実施形態において、光学コーティング材料はまた、光開始剤及びレベリング剤を含む。
樹脂
樹脂は光学コーティング材料の主体であり、ポリウレタンアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂及びアクリルポリオール樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであってよい。例えば、樹脂は、ポリウレタンアクリレート樹脂及びアクリレート樹脂からなってもよい。その他の実施形態において、樹脂はアクリレート樹脂からなってもよいが、これに限定されない。樹脂の組成は、実際の必要性（硬度、屈折率等）に応じて、上記の群より適切な組み合わせおよび比率で選択することができる。
ポリウレタンアクリレート樹脂は、ウレタン基とアクリル基を含む樹脂である。例えば、ポリウレタンアクリレート樹脂は、脂肪族ポリウレタンアクリレート、芳香族ポリウレタンアクリレート、またはその他の適切なポリウレタンアクリレートを含む。いくつかの実施形態において、ポリウレタンアクリレート樹脂は、脂肪族イソシアネートまたは芳香族イソシアネートとポリオール及びアクリレートから合成される。脂肪族イソシアネートは、例えば、１，６－ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、４，４’－メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）（ＨＭＤＩ）、シクロヘキサンジイソシアネート（ＣＨＤＩ）、または前記材料の混合物、または、その他の適切な脂肪族イソシアネートを含む。芳香族イソシアネートは、例えば、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、ｐ－フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、３，３’－ジメチル－４，４’－ビフェニレンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、または前記材料の混合物、またはその他の適切な芳香族イソシアネートを含む。ポリオールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、または前記材料の混合物、またはその他の適切なポリオールであってよい。しかし、本発明はこれに限定されない。
エポキシ樹脂は、例えば、脂環式エポキシ樹脂、カルボキシル基エポキシ樹脂、またはその他の適切なエポキシ樹脂を含む。具体的には、カルボキシル基エポキシ樹脂は、カルボキシル基及びエポキシ基を有する樹脂である。脂環式エポキシ樹脂は、３，４－エポキシシクロヘキシルメチル－（３，４－エポキシ）シクロヘキサンカルボキシレート、二脂環式ジエーテルジエポキシ［２－（３，４－エポキシ）シクロヘキシル－５，５－スピロ（３，４－エポキシ）－シクロヘキサン－ｍ－ジオキサン］、ビス（３，４－エポキシ－シクロヘキシルメチル）ヘキシルジエステル、ビス（３，４－エポキシ－シクロヘキシル）アジペート、ポリ［（２－オキシラニル）－１，２－シクロヘキサンジオール］２－エチル－２－（ヒドロキシメチル）－１，３－プロパンジオールエーテル等の脂環式エポキシモノマー、またはその他の適切な脂環式エポキシモノマーを架橋することで得られるが、本発明はこれに限定されず、脂環式エポキシモノマーは、上記で形成された群より選択された１つまたは複数を含んでよい。
アクリレート樹脂は、アクリレートモノマーを架橋することにより得ることができる。アクリレートモノマーは、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、２－エチルヘキシルアクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、エチルヘキシルアクリレート、またはその他の適切なアクリレートモノマーを含むが、本発明はこれに限定されず、アクリレートモノマーは、上記で形成された群より選択された１つまたは複数を含んでよい。
いくつかの実施形態において、アクリレート樹脂は、ビスフェノールＡ変性アクリレート樹脂であってよい。
アクリルポリオール樹脂は、水酸基含有アクリレートと水酸基非含有アクリレートとを重合して得られる非晶性ポリオールである。ヒドロキシル基含有アクリレートは、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシエチルメタアクリレート、ヒドロキシプロピルメタアクリレート、またはその他の適切な材料を含む。しかし、本発明はこれに限定されず、水酸基含有アクリレートは、上記で形成された群より選択された１つまたは複数を含んでよい。水酸基非含有アクリレートは、例えば、前記アクリレートモノマーと類似の材料を含んでもよい。
本実施形態において、光学コーティング材料は、樹脂約１５重量％～４０重量％のを含む。これにより、光学コーティング材料は、形成された光学フィルムが良好な機械的特性及び透明度を有するように、良好なフィルム形成特性を提供することができる。樹脂含有量が１５重量％未満であると、フィルムの形成が容易でない可能性がある。樹脂含有量が４０重量％を超える場合、光学コーティング材料により形成された光学フィルムの光学特性（透明度、屈折率等）が影響を受ける可能性がある。
ナノ分散溶液
ナノ分散溶液は、光学コーティング材料の屈折率を高めるために使用される。ナノ分散溶液は、溶剤中に分散されたナノ粒子を含む。ナノ粒子は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、二酸化ケイ素、またはその他の適切な材料を含む。ナノ分散溶液の溶剤は、エタノール、イソプロパノール等の有機溶剤、または光学コーティング材料中の有機溶剤（詳細については、以下の説明を参照）と混和可能な溶媒であってよいが、本発明はこれに限定されない。
いくつかの実施形態において、ナノ粒子の平均粒径は５ｎｍ～１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、ナノ分散溶液のナノ粒子固形分は、１重量％～１０重量％である。
本実施形態において、光学コーティング材料はその後光学コーティング材料によって形成される光学フィルムの屈折率を改善するために、約１重量％～１０重量％のナノ分散溶液を含む。ナノ分散溶液の含有量が１重量％未満であると、形成された光学フィルムの屈折率が不十分になる可能性がある。ナノ分散溶液の含有量が１０重量％を超えると、形成される光学フィルムの透明度に影響を与える可能性があり、製造コストが増加する可能性がある。
光開始剤
光開始剤は、光エネルギー（紫外光等）を吸収して励起することによりフリーラジカル、陽イオンまたは陰イオンを発生させ、重合反応を開始させるために使用される。光開始剤は、フェニルホスフィンオキシド、シクロヘキシルフェニルケトン、メチルフェニルアセトン、ベンゾインジメチルエーテルおよびメチルフェニルアセテートからなる群より選択される１つまたは複数であってよい。しかし、本発明はこれに限定されない。
いくつかの実施形態において、光学コーティング材料は、約１重量％～１０重量％の光開始剤を含む。光開始剤の含有量が１重量％未満である場合、光学コーティング材料は、硬化が困難であるか、または硬化効率が低い可能性がある。光開始剤の含有量が１０重量％を超える場合、硬化反応が速すぎて、フィルム層の収縮が大きくなり、基材への接着性が低下し、樹脂モノマーの残留物が生じて、フィルム層が剥がれやすくなったり、その機械的特性が低下したり、製造コストが上昇したりする可能性がある。
レベリング剤
レベリング剤は、光学コーティング材料の流動性を高め、光学コーティング材料を被塗物上に均一に分散させ、表面を平滑にするために用いられる。レベリング剤は、アクリレートコポリマー、変性リン酸エステル、マルチアクリレート官能基変性ポリシロキサン、オルガノシリコンアクリレート、およびポリエーテルポリエステル変性オルガノシロキサンからなる群より選択される１つ以上であってよいが、本発明はこれに限定されない。
いくつかの実施形態において、光学コーティング材料は、約０．１重量％～１重量％のレベリング剤を含む。レベリング剤の含有量が０．１重量％未満であると、光学コーティング材料がレベリング効果を達成することが困難になる場合がある。レベリング剤の含有量が１重量％を超える場合、コーティングの均一性に影響を与え、さらに光学コーティング材料によって形成される光学フィルムの外観、光学特性または機械的特性に影響を与える可能性がある。
有機溶剤
有機溶剤は、前記溶質（樹脂、ナノ分散溶液、光開始剤及びレベリング剤を含む）を混合して、光学コーティング材料のコーティングを容易にするために使用される。有機溶剤は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＭ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、酢酸エチル（ＥＡＣ）及びトルエンからなる群より選択される少なくとも１つであってよいが、本発明はこれに限定されない。
本実施形態において、光学コーティング材料は、全ての溶質を効果的に均一に混合するために、重量で約４０重量％～７０重量％の有機溶剤を含む。
本発明の別の実施形態の光学フィルムは、前記コーティング材料により形成され、高透明性、高硬度、高屈折率、及び良好な接着性を有する。いくつかの実施形態において、前記光学コーティング材料により形成された光学フィルムは、屈折率が１．６３～１．６７である。いくつかの実施形態において、光学フィルムは、２Ｈ～５Ｈの鉛筆硬度を有する。いくつかの実施形態において、光学フィルムの可視光透過率は、８５％～９５％である。
図１は、本発明の一実施形態による光学基板の回路図である
図１を参照すると、光学基板１０は、基板１００と、導電層１１０と、光学フィルム１２０と、を備える。導電層１１０は、基板１００上に配置される。光学フィルム１２０は、導電層１１０及び基板１００を覆う。
基板１００は透明基板であり、例えば、ガラス基板、ＰＥＴ基板またはその他の適切な透明基板である。いくつかの実施形態において、基板１００の厚さｔ１は、０．３ｍｍ～３ｍｍであってよく、０．３ｍｍ～０．５ｍｍが好ましい。
導電層１１０はパターン導電層であり、接続線または回路要素（図示せず）を含んでもよい。導電層１１０の材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホナート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等の透明な導電性材料、またはその他の適切な透明導電材料であってよい。図１は導電層を模式的に示しているが、これは、本発明を限定するために使用されるものではない。導電層の数及び実際の配列は、実際のニーズに応じて調整することができる。いくつかの実施形態において、導電層１１０の厚さｔ２は、０．１μｍ～２μｍであってよく、１．５μｍ～２μｍが好ましい。
光学フィルム１２０は、前記光学コーティング材料によって形成された光学フィルムであってもよい。具体的には、光学コーティング材料は、スピンコーティング法を用いて基板１００及び導電層１１０上にコーティングすることができる。続いて、光学コーティング材料を乾燥および加熱してその中の有機溶剤を除去し、次いで紫外線によって硬化させて光学フィルム１２０を形成する。いくつかの実施形態において、光学フィルム１２０の厚さｔ３は、２μｍ～１０μｍであってよく、３μｍ～５μｍが好ましい。
いくつかの実施形態において、光学フィルム１２０の屈折率は、１．６３～１．６７である。これにより、光学基板１０が太陽光または可視光によって照射されるとき、光学フィルム１２０は高屈折率を有するので、良好な光学整合を有し、それによって光路差に起因する干渉または回折が回避される。
いくつかの実施形態において、光学フィルム１２０は、導電層１１０の表面を覆う。つまり、導電層１１０は露出しない。さらに、光学フィルム１２０は高硬度を有するので、導電層１１０を保護し、損傷によるダメージを軽減することができる。
いくつかの実施形態において、光学基板１００は、タッチパネル、ディスプレイ、太陽電池への応用に適している。
以下の試験は、本発明の有効性を確認するために列挙されたものであり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。
実施例１
まず、ＩＴＯ導電層を有するガラス基板を提供する。次に、表１の実験例１の配合に従って、光学コーティング材料を撹拌容器内で均一に混合し、次いで、光学コーティング材料を、スピンコーティング法により、ＩＴＯ導電層を有するガラス基板上にコーティングし、ここで、スピンコート法の回転数は約１０００～２５００ｒｐｍ、時間は約３０秒～９０秒である。次いで、光学コーティング材料がコーティングされた基板を摂氏１００度のオーブンに入れ、３０秒～９０秒間ベークして溶剤を除去する。その後、紫外線で硬化させて光学フィルム（または光学基板）を得る。ここで、紫外線の硬化エネルギーは５００ｍＪ／ｃｍ２～１５００ｍＪ／ｃｍ２の間である。
比較例１
比較例１は、ＩＴＯ導電層付きガラス基板上に光学フィルムを形成しない。すなわち、比較例１はＩＴＯ導電層を有するガラス基板のみである。
実施例２並びに比較例２及び３
実施例２並びに比較例２及び３の調製方法は、実施例２並びに比較例２及び３の光学コーティング材料が実施例２の処方であることを除いて、実施例１の調製方法と同じである。実施例２並びに比較例２及び３をそれぞれ表１に示す。
実施例１～実施例２及び比較例１～比較例３で作製した光学基板について、光照射下での光学基板の干渉縞の有無の観察、鉛筆硬度、基板上の光学フィルムの碁盤目密着性試験、光学基板の屈折率、可視光透過率の試験をそれぞれ実施した。試験結果は、表１に示す通りである。
＊：比較例１では、光学フィルムがないので、基板上での光学フィルムの接着性試験は行われていない。
樹脂１：Ｒ＆Ａ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮより購入したビスフェノールＡ二官能性アクリレートモノマー。
樹脂２：Ｑｕａｌｉｐｏｌｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．より購入した脂肪族ポリウレタンアクリレート。
ナノ分散溶液：Ｒ＆Ａ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮより購入したナノサイズジルコニア分散液。
前記実施例１～２及び比較例２～３では、同一の光開始剤、レベリング剤、及び有機溶剤が使用された。光開始剤はオムニラッド（Ｏｍｎｉｒａｄ）ＴＰＯから購入し、有機溶剤はＭＥＫから購入した。
表１の実験結果によれば、光学フィルムを有さない比較例１の光学基板と比べ、光学基板の表面に光学フィルムを有する実施例１及び２は、好ましい硬度、接着性、屈折率、及び可視光透過率を有するので、光学基板の内部を損傷から保護し、光路差に起因する干渉や回折を回避することができる。比較例２の光学コーティング材料は、４０重量％を超える樹脂を添加したため、光学フィルムの屈折率が低くなり、光路差に起因する干渉または回折を効果的に低減することができなかった。比較例３の光学コーティング材料は、１０重量％を超えるナノ分散溶液を添加したため、可視光透過率が低下し、形成された光学フィルムの透明性が低下した。
以上をまとめると、本発明の光学コーティング材料は、樹脂１５重量％～４０重量％と、１重量％～１０重量％のナノ分散溶液と、４０重量％～７０重量％の有機溶剤と、を含み、樹脂は、ポリウレタンアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂及びアクリルポリオール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であり、ナノ分散溶液の前記ナノ粒子は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンまたは二酸化ケイ素を含む。したがって、光学コーティング材料により高透明性、高硬度、高屈折率、及び良好な接着性 を有する光学フィルムが形成される。光学フィルムが光学基板に設けられると、光学フィルムが高屈折率を有するので、光学フィルムとその下にある材料との屈折率の差が、良好な光学整合により小さくなり、これにより、光路差に起因する干渉または回折が回避され、光学基板の品質が向上する。
当業者にとって、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、開示された実施形態に対して各種修正および変形を行うことができることは、明らかである。以上を考慮して、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内において、修正および変更を包含することを意図している。
光学コーティング材料、光学フィルム、及び光学基板は、タッチパネル、ディスプレイ、または太陽電池の分野に適用される。
１０： 光学基板
１００： 基板
１１０： 導電層
１２０： 光学フィルム
ｔ１，ｔ２，ｔ３： 厚さ

Claims (10)

  1. ポリウレタンアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂及びアクリルポリオール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂１５重量％～４０重量％と、
    ナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンまたは二酸化ケイ素を含む１重量％～１０重量％のナノ分散溶液と、
    ４０重量％～７０重量％の有機溶剤と、
    を含む光学コーティング材料。
  2. 前記ポリウレタンアクリレート樹脂が、脂肪族ポリウレタンアクリレートまたは芳香族ポリウレタンアクリレートを含む、請求項１に記載の光学コーティング材料。
  3. 前記エポキシ樹脂が、脂環式エポキシ樹脂またはカルボキシル基エポキシ樹脂を含む、請求項１に記載の光学コーティング材料。
  4. 前記アクリレート樹脂が、ビスフェノールＡ変性アクリレート樹脂を含む、請求項１に記載の光学コーティング材料。
  5. さらに、
    １重量％～１０重量％の光開始剤と、
    ０．１重量％～１重量％のレベリング剤と、
    を含む請求項１に記載の光学コーティング材料
  6. 前記有機溶剤が、メチルエチルケトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル及びトルエンからなる群より選択される、請求項１に記載の光学コーティング材料。
  7. 請求項１に記載の光学コーティング材料により形成された光学フィルム。
  8. 前記光学フィルムの屈折率が１．６３～１．６７である、請求項７に記載の光学フィルム。
  9. 基板と、
    基板上に配置された導電層と、
    前記導電層及び前記基板を覆う、請求項７に記載の光学フィルムと、
    を含む光学基板。
  10. 前記導電層の材料が、インジウムスズ酸化物、ガリウムドープ酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛またはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホナートを含む、請求項９に記載の光学基板。
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