KR100400238B1

KR100400238B1 - 유브이 경화형 백라이트용 잉크 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100400238B1
Application number: KR10-2000-0064826A
Authority: KR
Inventors: 이대성; 김준범; 류재명
Original assignee: 주식회사 루밴틱스
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2003-10-01
Also published as: KR20020034040A

Abstract

본 발명은 액정표시장치(LCD)의 UV경화형 백라이트용 잉크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조방법은 Tetramethoxysilane과 0.1 내지 1.0% HCl 수용액의 무게비율이 2:1 내지 3:1이 되도록 혼합하고, 이 혼합물에 acryloxyfunctional silane을 20 내지 50 무게% 첨가하여 표면이 acryloxyfunctional silane으로 처리된 콜로이달 실리카용액을 얻은 후, 이 실리카용액에 monomer를 20 내지 50무게% 첨가한 후, 알코올 용매와 수분을 제거하고 epoxy acrylate 5 내지 15무게%, 광개시제 1 내지 5무게%, 그리고 충전재(filler)를 5 내지 12 무게% 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 잉크는 이 제조방법을 통하여 얻어진 것이다. 본 발명에 따른 UV경화형 백라이트용 잉크는 열경화형 백라이트용 잉크와 비교하여 재질의 변질을 방지할 뿐만 아니라, 잉크의 건조속도 및 백라이트의 휘도를 향상시키는 효과를 발휘한다.

Description

유브이 경화형 백라이트용 잉크 및 그 제조방법{UV Curable Back Light Ink and Prepartion Thereof}

본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display :LCD)의 UV경화형 백라이트용 잉크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 acryloxyfunctional silane으로 표면 처리한 콜로이달 실리카 바인더에 산란입자가 분산된 백라이트용 잉크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자 제품의 소형화, 경량화 추세에 들어선 시점에서, 텔레비전을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 사용되는 CRT(Cathode Ray Tube)는 자체의 큰 무게나 크기로 인하여 소형, 경량화 요구에 적극 대응할 수 없었다. 따라서, 이를 대체하기 위해 소형, 경량화의 장점을 갖고 있는 액정표시장치(LCD)의 개발이 활발히 진행되어 왔고, 근래에는 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도이며, 그 수요가 계속 증가하고 있다.

그러나, 액정표시장치(LCD)는 자체 발광을 하지 못하고, 투과광의 양을 변조(modulation)시키는 역할만 하므로, 액정을 사용한 모니터 화면을 균일하게 조사하는 백라이트 어셈블리가 LCD패널의 후방에 설치되어져야한다. 이 면광원 형태의 백라이트에 요구되는 성능은 표시면 전체의 휘도가 균일해야 하며, 액정 패널의 투과율이 10% 미만인 것을 고려하여 충분한 휘도가 유지되어야한다.

도 1에 나타낸 것과 같이, 종래의 램프 어셈블리는 LCD패널의 전면으로 광을 전달하도록 LCD패널의 후면에 백라이트 어셈블리(Backlight Assembly)가 설치된다. 백라이트 어셈블리는 LCD패널의 후면 모서리에 발광램프(5)와 램프 반사판(4)으로 구성된 램프 어셈블리가 설치되고, 발광램프(5)로부터의 광선과 램프 반사판(4)으로부터의 광선을 LCD패널(1)의 전면으로 균일하게 유도하도록 도광판(6)이 설치되며, 도광판(6)의 후면에 반사판(8)이 부착되고, 도광판(6)으로부터 유도된 광선을 확산하고 집광하는 확산판(3)과 프리즘(2)과 같은 시트류가 도광판(6)과 LCD패널(1) 사이에 설치되도록 구성되어있다. 도광판(6) 하단부는 잉크가 도트 형태를 한 패턴으로 인쇄되고 램프에서 가까운 부분은 작게, 먼 부분은 더 큰 크기의 도트로 형성되어 반사량을 조절하며 백라이트 면 전체에 균일한 휘도 분포를 갖게 만든다.

이와 같이 구성되는 종래의 백라이트 어셈블리는 제품의 기술 경쟁력 우위를 판단하는 척도인 고휘도화와 박형화를 위해 고휘도 시트, 고휘도 발광램프, 고휘도 기구 구조 등의 개발에 집중되어 왔다.

그 중에서 도광판(6) 하단부에 인쇄되는 잉크는 열경화형으로 많은 연구가 되어왔다. 그러나 열경화시 발생하는 열에 의해 재질이 변질 될 가능성과 건조 속도가 늦다는 단점이 있다. 따라서, 이와 같은 단점을 극복하기 위해서는 건조 속도가 빠르며, 또한 열에 의한 재질의 변질 가능성이 없는 백라이트용 잉크가 요구 되어지고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 백라이트용잉크의 제조시 잉크의 건조 속도를 빠르게 하여 작업 능률을 올리고, UV경화법을 사용하여 열경화로 인한 재질의 변질을 방지하는 UV 경화형 백라이트용 잉크의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 백라이트용 잉크보다 산란 효과와 광투과성이 좋은 콜로이달 실리카를 사용하여 균일한 산란 입자의 배열로 LCD의 균일한 면광원을 유지하고 휘도를 증가시키는 UV 경화형 백라이트용 잉크를 제공하는 것이다.

도 1은 종래기술의 LCD 백라이트 어셈블리의 개략도이다.

도 2는 종래기술의 UV경화기구 개념도이다.

도 3은 본 발명에 의한 UV경화형 백라이트 잉크층의 개략도이다.

도 4는 LCD 패널의 휘도 측정 포인트에 대한 개략도이다

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : LCD 패널 2 : 프리즘 3 : 확산판

4 : 램프 반사판 5 : 발광램프 6 : 도광판

7 : 도트 인쇄층 8 : 반사판 9 : 콜로이달 실리카

10 : 충전재

본 발명의 UV경화형 백라이트용 잉크의 제조방법은 silane과 산성용액을 2:1 내지 3:1로 혼합하여 시간과 온도를 조절하여 반응한 후, 원하는 입자크기의 콜로이달 실리카 용액을 얻은 다음, 콜로이달 실리카를 acryloxyfunctional silane으로 표면처리하여 아크릴 관능기를 갖는 콜로이달 실리카를 얻은 후 광개시제와 충전재(filler)를 첨가하는 것이다.

본 발명의 백라이트 발생방법은 상기와 같이 제조된 UV경화형 백라이트용 잉크를 액정표시장치(LCD) 모듈의 백라이트 어셈블리의 도광판 하단면에 도트 인쇄하여, 도광판 내부로 유도된 광을 효율적으로 산란시켜 균일한 면광원이 전면으로 나아가게 한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 제조방법은, 먼저, silane이 든 용기를 40 ~ 60℃로 유지하며 0.1 내지 1.0% HCl 수용액을 서서히 적가한다. 이 때 silane과 HCl 수용액의 비율이 2:1 내지 3:1이 되도록 혼합하여 2 ~ 3시간 동안 반응시킨다. silane의 비율이 상기범위 이상일 경우에는 콜로이달 실리카가 형성되지 않고, 상기범위 미만일 경우에는 콜로이달 실리카의 입자 크기가 너무 커지는 문제점이 있다. 혼합될 수 있는 silane으로는 4관능기를 갖는 tetramethoxysilane과 tetraethoxysilane 또는 3관능기를 갖는 methyltrimethoxysilane 등이 있다. 또한 HCl 수용액의 농도가 상기범위 이상일 경우에는 혼합된 용액이 쉽게 겔화되고, 상기범위 미만일 경우에는 콜로이달 실리카가 형성되지 않는 문제점이 있다.

이어서, 콜로이달 입자 크기가 대략 20 ~ 100㎚로 형성된 상기 용액에 acryloxyfunctional silane을 20 내지 50 무게% 첨가하여 40 ~ 60℃에서 2 ~ 3시간 동안 반응시켜 표면이 acryloxyfunctional silane으로 처리된 콜로이달 실리카를 얻는다. acryloxyfunctional silane의 첨가비율이 상기범위 이상일 경우에는 인쇄된 잉크의 도막에 연성이 부여되지 않아 갈라짐 현상이 생기고, 상기범위 미만일 경우에는 도막의 부착성이 떨어지는 문제점이 있다. 첨가된 acryloxyfunctional silane으로는 acryloxypropyltrimethoxysilane, acryloxypropyltriethoxysilane, acryloxymethyldimethylacryloxysilane, N-(3-acryloxy-2-hydroxypropyl)- 3-aminopropyltriethoxysilane, acryloxypropyldimethylmethoxysilane, acryloxypropylmethyldimethoxysilane, methacryloxymethylphenyldimethylsilane, methacryloxyethoxytrimethylsilane, methacrylamidopropyltrimethoxysilane, methacryloxymethyltriethoxysilane, methacryloxyemthyltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldiethoxysilane 중에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함한다.

상기 용액에 acryl monomer를 20 내지 50무게% 첨가한 후, 알코올 용매와 수분을 제거하기 위해 40 ~ 50℃에서 회전증발(rotary evaporation)시킨다. acryl monomer의 첨가비율이 상기범위 이상일 경우에는 인쇄 후 도막의 물성이 떨어지고, 상기범위 미만일 경우에는 용매와 수분을 제거할 때 점도가 증가하게 된다. 여기에 사용되어질 수 있는 acryl monomer로는 hexanediol dicarylate, tripropyleneglycol diacrylate, polyethyleneglycol diacrylate, ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, methyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl methacrylate, 2-hydroxyehtyl methacrylate, hydroxyethyl acrylate, glycidyl methacrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate 등이 있다.

위와 같은 방법으로 얻은 콜로이달 실리카 용액에 oligomer 5 내지 15무게%, 광개시제 1 내지 5무게%, 그리고 충전재 5 내지 12무게%를 첨가한 후 40℃ 이하에서 30분 동안 교반하게 되면 UV경화형 백라이트용 잉크가 얻어 진다. 여기에서 oligomer 첨가비율이 상기범위 이상일 경우에는 점도가 증가하여 스크린 인쇄 작업성이 떨어지고, 상기범위 미만일 경우에는 도막의 부착성이 떨어지는 문제점이 있다. 그리고 광개시제의 첨가비율이 상기범위 이상일 경우에는 광개시제에 의한 라디칼 반응이 계속 진행되어 경화된 도막을 분해하여 내구성을 떨어뜨리게 되고, 상기범위 미만일 경우에는 경화 속도가 느려지는 문제점이 있다. 또한 충전재의 첨가비율이 상기범위 이상일 경우에는 점도증가로 인해 인쇄 작업성이 떨어지며, 상기범위 미만일 경우에는 산란효율이 떨어진다.

사용가능한 oligomer로는 urethane acrylate, epoxy acrylate, epoxy methacrylate, melamine acrylate 등이 있다. 광개시제로는 2-hydroxycyclohexylphenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl propanone, isobutylbenzoin ether, 그리고 2,2-dimethyoxy-2-phenyl acetophenone 등이 있다. 충전재로는 SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, 그리고 BaSO₄등이 있다.

첨가되는 충전재(filler)는 10㎛ 미만의 평균입자크기를 가진 것을 사용하는 것이 바람직하다. 충전재(filler)의 첨가에 의하여 도광판 내부로 도광된 광을 산란하여 난반사시키는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예는 아래와 같다.

<제조실시예>

먼저, tetramethoxysilane이 든 용기를 50℃로 유지하며 0.5% HCl 수용액을 서서히 적가한다. 이 때 tetramethoxysilane과 HCl 수용액의 비율이 2:1 내지 3:1이 되도록 혼합하며 3시간 동안 반응하였다. 이어서, acryloxypropyltrimethoxysilane을 40 무게% 첨가하여 50℃에서 3시간 동안 반응시켜 표면이 acryloxypropyltrimethoxysilane으로 처리된 콜로이달 실리카를 얻었다. 얻어진 용액에 hexanediol diacrylate를 40무게% 첨가한 후, 알코올 용매와 수분을 제거하기 위해 45℃에서 회전증발(rotary evaporation)하였다.

상기의 방법으로 얻은 콜로이달 실리카 용액에 10무게%의 epoxy acrylate, 3무게%의 isobutylbenzoin ether , 그리고 평균입경 7㎛ 의 SiO₂, TiO₂, 그리고 BaSO₄가 동일 비율로 혼합된 충전재(filler)를 투입한 후 40℃ 이하에서 Dispermat(독일, VMA-Getzmann 사)으로 30분 정도 분산하여 UV경화형 백라이트용 잉크를 제조하였다.

<비교제조예>

본 발명자의 선행기술인 대한민국 특허출원 제 2000-58772호에 의거하여, 톨루엔, 크실렌 및 시크로헥사논(cyclohexanone)이 동일 비율 조성으로 혼합된 혼합용매에 30무게%의 분자량 100,000의 acrylic copolymer와 분자량 30,000의 vinyl copolymer를 용해시켰다. 이 용액을 ethylene oxide기와 propylene oxide기를 함유한 분자량 25,000의 polydimethylsiloxane과 혼합한 후, 130℃의 온도에서 300rpm의 속도로 2시간 동안 교반한 후, 온도를 60℃ 이하로 낮추고 tetraethoxysilane과 methyl tetramethoxysilane이 8무게% 함유된 메탄올용액을 2시간 동안 적가하였다. 동일 조건에서 1시간 동안 유지시킨 후 aminomethylpropanol과 메탄올이 1:1 무게비로 혼합된 용액을 30분 동안 적가하고 같은 조건으로 4시간 동안 유지시킨 다음, 평균입경 7㎛ 의 SiO₂, TiO₂, 그리고 BaSO₄를 동일 비율로 혼합된 충전재를 투입한 후 Dispermat(독일, VMA-Getzmann 사)로 30분 정도 분산하여 열경화형 백라이트용 잉크를 제조하였다.

<실시예 및 비교예>

제조실시예에 의하여 얻어진 UV경화형 백라이트용 잉크를 액정표시장치(LCD)모듈의 백라이트 어셈블리의 도광판 하단면에 도트 인쇄하여 Fusion Systems사의 Fusion Lamp를 이용하여 UV경화하였다. 이때 경화조건은 line speed가 7.7m/min이었고, 광량은 128.8mJ/cm²이었다. 비교제조예에 의하여 얻어진 열경화형 백라이트용 잉크 또한 위와 같은 방법으로 인쇄하여 60℃ 오븐에서 10분간 건조하였다.

LCD판넬상에서 휘도를 측정한 포인트와 결과를 표 1에 나타내었다. 표1에서 나타난 바와 같이 열경화형보다 UV경화형으로 인쇄한 것이 약 5%( 50 ~ 100 cd/m²) 정도의 휘도 증가율을 보이며 균일도가 향상된다는 것을 알 수 있다.

point	비교예(단위 cd/m²)	실시예(단위 cd/m²)
1	1935	1995
2	1919	2011
3	1914	1996
4	1958	2017
5	1919	1992
6	1780	1924
7	1727	1848
8	1836	1892
9	1888	1915
10	1892	1952
11	1832	1945
12	1748	1893
13	1811	1921
평균값	5 points	1929	2002
평균값	13 points	1858	1946
균일도	5 points	1.02	1.01
균일도	13 points	12.43	8.77

이상의 실시예 및 비교예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 UV경화형 백라이트용 잉크는 열경화형 백라이트용 잉크와 비교하여 재질의 변질을 방지할 뿐만 아니라, 잉크의 건조속도 및 백라이트의 휘도를 향상시키는 효과를 발휘한다.

Claims

테트라메톡시실란(Tetramethoxysilane)과 0.1 내지 1.0% HCl 수용액의 무게비율이 2:1 내지 3:1이 되도록 혼합하고, 이 혼합물에 아크리록시펑쇼날 실란(acryloxyfunctional silane)을 20 내지 50 무게% 첨가하여 표면이 아크리록시펑쇼날 실란(acryloxyfunctional silane)으로 처리된 콜로이달 실리카용액을 얻은 후, 이 실리카용액에 헥산디올 디아크리레이트(hexanediol diacrylate)를 20 내지 50무게% 첨가한 후, 알코올 용매와 수분을 제거하고 에폭시 아크리레이트(epoxy acrylate) 5 내지 15무게%, 이소부틸벤조인 에테르(isobutylbenzoin ether) 1 내지 5무게%, 그리고 충전재(filler)를 5 내지 12 무게% 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 경화형 백라이트용 잉크의 제조방법.
제1항에 있어서, 첨가하는 아크리록시펑쇼날 실란(acryloxyfunctional silane)은 아크리록시프로필트리메톡시실란( acryloxypropyltrimethoxysilane), 아크리록시프로필트리에톡시실란(acryloxypropyltriethoxysilane), 아크리록시메틸디메틸아크리록시실란(acryloxymethyldimethylacryloxysilane), N-(3-아크리록시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, (N-(3-acryloxy-2-hydroxypropyl)-3-aminopropyltriethoxysilane), 아크리록시프로필디메틸에톡시실란 (acryloxypropyldimethylmethoxysilane), 아크리록시프로필메틸디메톡시실란 (acryloxypropylmethyldimethoxysilane), 메타크리록시메틸페닐메틸실란(

methacryloxymethylphenyldimethylsilane), 메타크리록시에톡시트리메틸실란 (methacryloxyethoxytrimethylsilane), 메타크릴아미도프로필트리메톡시실란 (methacrylamidopropyltrimethoxysilane), 메타크리록시메틸트리에톡시실란 (methacryloxymethyltriethoxysilane), 메타크리록시메틸트리메톡시실란 (methacryloxymethyltrimethoxysilane), 메타크리록시프로필메틸디에톡시실란 (methacryloxypropylmethyldiethoxysilane) 중에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 UV경화형 백라이트용 잉크의 제조방법.
제 1항에 있어서, 충전재(filler)는 10㎛ 미만의 SiO₂, TiO₂, 그리고 BaSO₄를 함유한 것을 특징으로 하는 UV경화형 백라이트용 잉크의 제조방법.
제1항 기재의 방법에 의하여 얻어진 UV경화형 백라이트용 잉크.
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