包含硅氧烷化合物的超亲水性防反射涂敷组合物、利用其的超亲水性防反射膜及其制备方法

摘要

本发明涉及一种能够形成具有低折射率和超亲水性的涂敷层的超亲水性防反射涂敷组合物、利用其的超亲水性防反射膜及上述超亲水性防反射膜的制备方法，更详细的，涉及使用包含硅氧烷化合物作为粘结剂的超亲水性防反射涂敷组合物来形成涂敷层，从而能够使反射率最小化并且超亲水性优秀的防反射膜及其制备方法。利用上述超亲水性反射涂敷组合物的超亲水性防反射膜的防反射效果和自净功能优秀，因此，期待能够适用于室外用等多种显示设备。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以形成具有低折射率和超亲水性的涂敷层的超亲水性防 反射涂敷组合物、利用其的超亲水性防反射膜及上述超亲水性防反射膜的制备 方法，更详细的，涉及使用包含将硅氧烷化合物聚合而成的粘结剂的超亲水性 防反射涂敷组合物来形成涂敷层，从而能够使反射率最小化并且超亲水性优秀 的超亲水性防反射膜及其制备方法。

背景技术

在显示器暴露于各种照明和自然光等外光的情况下，随着在显示器的内部 形成的图像因反射光而不能鲜明地凝聚在眼中，致使对比度(contrast)降低， 从而不仅难以看到画面，还会使眼睛感到疲劳或引发头痛。基于这种理由，对 防反射的要求也在逐渐强烈。

就形成有单层防反射膜的基板而言，将基板定义为基板的折射率为n_s、单 层防反射膜的折射率为n的情况下，防反射膜的反射率R的最小值表示为(n_s-n²) ²/(n_s+n²)²。上述反射率R的最小值在n²＝n_s时出现，因此，单层防反射膜的折 射率n越接近(n_s)^1/2，单层防反射膜的反射率越小。一般，考虑到在透明导电 性膜中作为基板使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯的折射率n_s约为1.54，为了降低 防反射膜的反射率R，优选地，防反射膜的折射率n尽可能接近大约1.22～1.24 范围。

以往的防反射膜主要在透光性基材上配置防反射层，例如，在日本公开特 许第2002-200690号中公开的上述防反射层是从透光性基材一侧开始依次层迭 硬涂层、厚度为1μm以下的高折射率层及低折射率层的三层结构。

并且，为了简化制备工序，在日本公开特许第2000-233467中公开了在上述 防反射层中省略高折射率层，并将由硬涂层和低折射率层层迭而成的二层结构。

另一方面，通过作为低折射材料的中空型二氧化硅粒子的开发，进行了对 于折射率非常低的低折射涂敷材料的研究。但是，利用现有的丙烯酸树脂来开 发的低折射涂敷材料的情况下，折射率未能达到作为对防反射的上述理论性最 佳值的1.22～1.24。为了改善这样的问题，进行了添加包含氟的高分子物质来降 低折射率的努力，但产生了涂敷面的表面能过高的问题。因此，主要开发具有 疏水性表面的防反射涂敷层。

但是，防反射涂敷层使用于室外用显示器的情况下，考虑到具有自净功能 的物质围绕产品的环境时非常有利，并且可以因其超亲水性期待这样的自净功 能。但是，处于在防反射涂敷层同时赋予超亲水功能的例子全无的实情。

发明内容

本发明要解决的技术问题

为此，本发明人为了开发将具有低折射率和超亲水性的二氧化硅涂敷层涂 敷于基材上的超亲水性防反射膜而进行研究、努力的结果发现，使用包含将硅 氧烷化合物聚合而成的粘结剂的涂敷液的情况下，可以制备出包含具有超亲水 性和低折射率的涂敷层在内透射率为94％以上、光反射率为2.0％以下且水滴接 触角为10°以下的超亲水性防反射膜，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于，提供利用包含特定硅氧烷化合物粘结剂的涂敷 液形成超亲水性防反射层，使反射率最小化的同时，提高光透射率并体现超亲 水功能的防反射膜及其制备方法。

技术方案

为了达成上述目的的本发明的超亲水性防反射涂敷组合物，其特征在于， 包含：粘结剂，其由下述化学式1所表示的硅烷化合物聚合而成；以及中空二 氧化硅粒子。

[化学式1]

R¹_xSi(OR²)_4-x

在上述化学式1中，R¹为碳数1～10的烷基、碳数6～10的芳基或碳数3～ 10的烯基，R²为碳数1～6的烷基，x表示0≤x＜4的整数。

并且，本发明的超亲水性防反射膜，其特征在于，包含超亲水性低折射率 层，所述超亲水性低折射率层是通过将上述超亲水性涂敷组合物涂敷于基材的 表面而形成的。

并且，本发明的超亲水性防反射膜的制备方法，包括：将上述化学式1所 表示的硅烷化合物聚合来制备粘结剂的步骤；制备包含经过表面处理的中空二 氧化硅粒子的超亲水性涂敷组合物的步骤，上述表面处理是指，在中空二氧化 硅粒子添加上述粘结剂和催化剂；在基材膜的至少一面涂敷上述超亲水性涂敷 组合物的步骤；以及对所涂敷的上述超亲水性涂敷组合物进行热处理的步骤。

有益效果

使用本发明的超亲水性防反射涂敷组合物的情况下，可以形成具有低折射率的 同时能够以超亲水性体现自净功能的超亲水性反射涂敷层。

利用这样的超亲水性反射涂敷组合物的超亲水性防反射膜的防反射效果和自 净功能优秀，因此期待可以适用于室外用等多种显示设备。

具体实施方式

参照详细后述的一些实施例，能够使本发明的优点和特征以及实现这些优点和 特征的方法更加明确。但是，本发明并不局限于以下所公开的一些实施例，而是以 相互不同的多种形态体现，本实施例仅仅使本发明的公开更加完整，且为了将本发 明的范畴完整地告知于本发明所属技术领域的普通技术人员而提供，本发明仅根据 发明要求保护范围来定义。

以下，对本发明的实施例的防反射涂敷组合物、防反射膜及其制备方法进行详 细说明。

超亲水性防反射涂敷组合物

本发明的超亲水性防反射涂敷组合物包含：粘结剂，其由下述化学式1所表示 的一种以上的硅烷化合物聚合而形成；以及中空二氧化硅粒子；

[化学式1]

R¹_xSi(OR²)_4-x

在上述化学式1中，R¹为碳数1～10的烷基、碳数6～10的芳基或碳数3～10 的烯基，R²为碳数1～6的烷基，x表示0≤x＜4的整数。

上述化学式1所表示的硅烷化合物，在x为0的情况下，可表现为具有四个烷 氧基的四官能团型烷氧基硅烷，在x为1的情况下，可表现为具有三个烷氧基的三 官能团型烷氧基硅烷，在x为2的情况下，可表现为具有两个烷氧基的二官能团型 烷氧基硅烷。在x为3的情况下，作为官能团的烷氧基仅有一个，因此，在与上述 化学式1所表示的其他硅烷化合物发生缩合反应方面并不优选。

在上述化学式1中，碳数为6～10的芳基可包含苯基或甲苯基等，碳数为3～ 10的烯基可包含烯丙基、1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基或3-丁烯基等。

作为上述硅烷化合物，可以使用选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基 硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷、三 甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧 基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙 氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙烯基 三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、 二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷及二苯基二乙氧 基硅烷中的一种或两种以上的化合物，但并不局限于此。

上述化学式1所表示的硅烷化合物在进行水解后进行脱水缩合聚合。另一方面， 在上述水解及脱水缩合反应中可以使用酸催化剂，更具体地，可以使用硝酸、盐酸、 硫酸或醋酸等。

上述形成的硅氧烷化合物起到粘结剂的作用的同时，起到对中空二氧化硅粒子 进行表面处理的作用。

上述硅氧烷化合物的重均分子量为1000～100000，优选为2000～50000，更加 优选为5000～20000的范围。如果上述重均分子量小于1000，则难以形成所需的超 亲水性的具有低折射率的涂敷层，在上述重均分子量大于100000的情况下，存在 降低超亲水性防反射膜的透光度的问题。

另一方面，所谓中空二氧化硅粒子(hollow silica particles)是由硅化合物或有 机硅化合物汇出的二氧化硅粒子，意味着在上述二氧化硅粒子的表面和/或内部存在 空的空间的形态的粒子。

上述中空二氧化硅粒子为分散于分散溶剂(水或有机溶剂)的形态，上述中空 二氧化硅粒子可以是固体成分的含量为5～40重量％的胶体(colloid)形态。在此， 作为可以用作上述分散溶剂的有机溶剂，可以使用甲醇(methanol)、异丙醇 (isoproply alcohol，IPA)、乙二醇(ethylene glycol)、丁醇(butanol)等醇(alcohol) 类，甲基乙基酮(methyl ethyl ketone)、甲基异丁基酮(methyl iso butyl ketone，MIBK) 等酮(ketone)类，甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)等芳香族碳氢类，二甲基甲 酰胺(dimethyl formamide)、二甲基乙酰胺(dimethyl acetamide)、N-甲基吡咯烷酮 (methyl pyrrolidone)等酰胺(amide)类，醋酸乙酯、醋酸丁酯、γ-丁内酯等酯(ester) 类，四氢呋喃(tetrahydrofuran)、1，4-二氧六环等醚(ether)类或它们的混合物。 但如上所述，以分散在分散溶剂的胶体溶液的形态来使用的情况下，考虑到固体成 分含量等，优选地，调节成中空二氧化硅粒子的含量相当于上述范围。

并且，上述中空二氧化硅粒子的数均直径为1～1000nm，优选为5～500nm， 最优选为10～100nm的范围，这有利于在维持膜的透明性的同时呈现防反射效果。

相对于100重量份的上述中空二氧化硅粒子，使用10～120重量份的上述硅氧 烷化合物的粘结剂，优选地，使用20～100重量份，最优选地，使用40～80重量 份。在使用小于10重量份的粘结剂的情况下，存在涂敷面产生白化现象的问题， 使用大于120重量份的粘结剂的情况下，存在防反射效果显著降低的问题。

另一方面，上述防反射涂敷组合物中可包含酸催化剂，以促进基于粘结剂对中 空二氧化硅粒子进行表面处理，只要是在本领域通常使用的，上述酸催化剂并不受 特殊限定，但是优选使用硝酸或盐酸。优选地，相对于100重量份的上述中空二氧 化硅粒子，使用0.1重量份～20重量份的上述酸催化剂。由于使用上述酸催化剂， 涂敷组合物的pH调节在约2～4范围为有利。

超亲水性防反射膜

本发明提供超亲水性防反射膜，上述超亲水性防反射膜包含通过将上述超亲水 性防反射涂敷组合物涂敷于基材表面而形成的超亲水性低折射率层。

作为上述基材，可以使用适用于透明高分子树脂等通常的液晶显示设备等的多 种基板，具体地，作为上述基材可以使用醋酸纤维素(triacetyl cellulose，TAC)、 聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯 (polyethylenenaphthalate，PEN)、聚醚砜(polyethersulfone，PES)、聚碳酸酯(Poly  carbonate，PC)、聚丙烯(poly propylene，PP)及降冰片烯类树脂等。

在使用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为上述基材的材质的情况下，聚对苯二甲酸乙 二醇酯膜的厚度为约10μm至约300μm，更加优选为约20μm至100μm以内。如果 透明基材的厚度小于约10μm，则基材的机械性强度存在问题，如果透明基材的厚 度大于约300μm，则可能使透光性变差。

利用上述超亲水性防反射涂敷组合物形成的超亲水性低折射率层的折射率在 1.24～1.30范围。

并且，优选地，上述超亲水性低折射率层的厚度为1nm～1000nm，更优选为 10nm～500nm。在上述超亲水性低折射率层的厚度小于1nm的情况下，存在防反射 效果甚微的问题，在超亲水性低折射率层的厚度大于1000nm的情况下，存在超亲 水性低折射率层的附着性变差的问题。

本发明的超亲水性防反射膜由于透射率为94％以上且光反射率在0.5％～2.0％ 范围内，因而可以呈现出优秀的防反射效果。

超亲水性防反射膜的制备方法

本发明的超亲水性防反射膜的制备方法，其特征在于，包括：将上述化学式1 所表示的硅烷化合物聚合来制备粘结剂的步骤；制备包含经过表面处理的中空二氧 化硅粒子的超亲水性涂敷组合物的步骤，上述表面处理是指，在中空二氧化硅粒子 添加上述粘结剂和酸催化剂；在基材膜的至少一面涂敷上述超亲水性涂敷组合物的 步骤；以及对所涂敷的上述超亲水性涂敷组合物进行热处理的步骤。

可通过在酸催化剂条件下，在溶剂内混合上述化学式1所表示的一种以上的硅 烷化合物，来制备出上述粘结剂，并可以通过脱水及聚合反应来制备成硅氧烷化合 物。

所制备的上述粘结剂与中空二氧化硅粒子在溶剂内在酸催化剂条件下进行混 合，从而适用于上述中空二氧化硅粒子的表面处理。优选地，上述粘结剂与中空二 氧化硅粒子在20℃～40℃条件下混合约5小时～50小时，更加优选地，混合10小 时～40小时，最优选地，一边搅拌一边混合20小时～30小时。

另一方面，优选地，如上所述，涂敷组合物中，相对于100重量份的中空二氧 化硅粒子，包含10重量份～120重量份的粘结剂以及0.1重量份～20重量份的酸催 化剂。

并且，在制备涂敷组合物时，需要暂时调节pH，此时，优选地，将pH调节为 4～9范围，更加优选为4～8，最优选为5～8范围。通过这样的pH的调节，增加 涂敷组合物成分中的羟基(OH)的量，从而可以减少涂敷时表面的接触角。并且， 为了调节上述涂敷组合物的pH，可以使用pH调节剂等，作为上述pH调节剂，可 以使用氨、有机胺类及金属氢氧化物(LiOH、KOH、NaOH)溶液等。

将通过上述混合来获得的涂敷组合物涂敷于基材膜的至少一面，上述涂敷可以 使用选自凹版(gravure)涂敷法、狭缝型模压(slot die)涂敷法、旋涂法、喷涂法、 辊涂法及沉积涂敷法中的一种方法，但并不局限于此。

上述涂敷组合物以1nm～1000nm的厚度涂敷于基材膜的一面，并在涂敷有上 述涂敷液的状态下，以50℃～200℃进行热处理，来形成超亲水性防反射层。更加 具体地，可以在100℃～200℃的高温条件下干燥约1分钟～10分钟，从而除去溶 剂之后，在50℃～100℃条件下进行约10小时～100小时的时效处理(aging)，来 形成防反射层。

以下，通过本发明的优选实施例来对本发明的防反射膜进行详细的说明。

以下的实施例仅仅用于例示本发明，本发明的范围并不局限于下述实施例。

实施例1

1、硅氧烷化合物粘结剂的制备

将100重量份的水、460重量份的异丙醇及38重量份的0.1M HNO₃放入反应 器内，并搅拌10分钟。然后，利用漏斗将400重量份的四乙氧基硅烷(硅酸四乙 酯，TEOS)慢慢投入30分钟。接着，在50℃温度下搅拌2小时之后冷却至常温， 之后再以200rpm的速度搅拌24小时，从而获得透明的粘结剂溶液。上述溶液的固 体成分显示为11.5重量％，pH被确认为3.5。在不经过额外的纯化过程的情况下， 将透明的上述溶液使用于下一步骤的涂敷组合物的制备。

2、超亲水性防反射涂敷组合物的制备

将100重量份的所制备的上述粘结剂溶液、127重量份的异丙醇、133重量份 的数均直径为60nm的中空二氧化硅粒子-异丙醇分散溶胶(20％w/w，日挥触媒化 成株式会社，Thrulya 4110)(包含27重量份的中空二氧化硅粒子)及3重量份的 NH₄OH放入反应器中，并在常温下搅拌24小时之后投入6.7重量份的0.8M HNO₃， 从而制备出超亲水性防反射涂敷组合物。所制备的上述超亲水性防反射涂敷组合物 的固体成分体现为10重量％，pH被确认为2.0，相对于100重量份的中空二氧化硅 粒子，粘结剂的含量为43重量份。

3、超亲水性防反射膜的制备

利用迈耶棒(Mayer bar)，将所制备的上述超亲水性防反射涂敷组合物以100nm 的厚度涂敷于50μm厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上后，在130℃温度下干燥2 分钟，从而形成超亲水性反射涂敷层。之后，在60℃的烤箱中进行24小时以上的 时效处理，从而最终制备出超亲水性防反射膜。

实施例2

除了在制备涂敷组合物时使用107重量份的异丙醇和102重量份的直径为 60nm的中空二氧化硅粒子-异丙醇分散溶胶(20％w/w，日挥触媒化成株式会社， Thrulya 4110)以外，以与上述实施例1相同的方式制备出超亲水性防反射涂敷组 合物及超亲水性防反射膜。所制备的上述超亲水性防反射涂敷组合物的固体成分体 现为10重量％，pH被确认为2.1，相对于100重量份的中空二氧化硅粒子，粘结剂 的含量为56重量份。

实施例3

除了在制备涂敷组合物时使用50重量份的异丙醇和48重量份的直径为60nm 的中空二氧化硅粒子-异丙醇分散溶胶(20％w/w，日挥触媒化成株式会社，Thrulya  4110)以外，以与上述实施例1相同的方式制备出超亲水性防反射涂敷组合物及超 亲水性防反射膜。所制备的上述超亲水性防反射涂敷组合物的固体成分体现为10 重量％，pH被确认为1.8，相对于100重量份的中空二氧化硅粒子，粘结剂的含量 为120重量份。

实施例4

除了在制备涂敷组合物时使用500重量份的异丙醇和520重量份的直径为 60nm的中空二氧化硅粒子-异丙醇分散溶胶(20％w/w，日挥触媒化成株式会社， Thrulya 4110)以外，以与上述实施例1相同的方式制备出超亲水性防反射涂敷组 合物及超亲水性防反射膜。所制备的上述超亲水性防反射涂敷组合物的固体成分体 现为10重量％，pH被确认为2.3，相对于100重量份的中空二氧化硅粒子，四乙氧 基硅烷的含量为11重量份。

评价

1、水滴接触角的测定

利用德菲(Dataphysics)公司的OCA200接触角测定仪来测定出所制备的上述 超亲水性防反射膜的水滴接触角。将上述测定结果表示于以下表1。

由下述表1可以确认的是，实施例的超亲水性防反射膜能够体现出10°以下的 对于水滴的接触角，并体现出超亲水性优秀的特性。

2、折射率的测定

利用棱镜耦合器在532nm、632.8nm、830nm波长下测定所制备的上述超亲水 性防反射膜上的涂敷层的折射率，利用柯西(cauchy)色散公式计算550nm条件下 的折射率，并将其结果表示于下表1。

由下述表1确认出，实施例的超亲水性反射涂敷层在使用聚对苯二甲酸乙二醇 酯基材的情况下，可以体现出接近折射率的理论性最佳值的1.24和1.30。

3、透射率及最低反射率的测定

利用柯尼卡美能达(Konica Minolta)公司的CM-5分光亮度计 (CM-5Spectrophotometer)来测定了所制备的上述超亲水性防反射膜的透射率，并 且，对超亲水性防反射膜的背面进行黑色处理之后，测定了光反射率和最低反射率。 将上述测定结果表示于下表1。

如下表1确认到，实施例的超亲水性防反射膜的透射率为94％以上、光反射率 为0.9％～1.3％、最低反射率为0.8％～1.2％，可以呈现出优秀的防反射特性。

表1

以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但这仅是示例性的，只要是本发 明所属技术领域的普通技术人员就会理解，可以由此进行多种变形及均等的其他实 施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应根据申请专利范围进行判断。