KR100656896B1 - 표면기능성 도광판 및 그의 연속 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 표면기능성 도광판은 (1) 메타크릴계 수지로 이루어진 도광판 표면에 메타크릴계 수지 100 중량부와 평균 입경이 0.1∼10 ㎛인 구상의 광산란제 0.5 중량부 이하로 이루어진 확산층을 공압출하여 표면에 확산층이 형성된 확산 도광판을 제조하고; (2) 상기 확산 도광판 표면에 자외선 경화수지를 도포하고; (3) 상기 자외선 경화수지가 도포된 확산 도광판을 패턴이 형성된 롤스탬퍼에 연속적으로 통과시키는 것과 동시에, 한쪽 면에 자외선을 조사함으로서 원하는 패턴을 연속적으로 도광판에 전사하는 단계로 제조된다. 본 발명에 따른 표면기능성 도광판은 휘도, 균일도 및 내후성이 양호하며, 액정표시장치(LCD)에 이용될 수 있다.

도광판, 액정표시장치(LCD), 메타크릴계 수지, 유기계 또는 무기계 광산란제, 광투과성, 표면기능.

Description

표면기능성 도광판 및 그의 연속 제조방법{Surface-functional Light Guiding Plates and Method for Continuous Preparation of the Same}

제1도 (a)∼(c)는 본 발명의 방법에 따라 형상이 전사된 표면기능성 도광판을 나타낸 것이다.

발명의 분야

본 발명은 표면기능성 도광판 및 그의 연속 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 빛의 반사, 굴절 및 확산기능이 부여된 지향출사성의 표면기능성 도광판 및 이를 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

근래 액정 표시 장치를 갖춘 노트 PC, 액정 모니터, 액정 TV, 카 내비게이션 시스템 등에 있어서, 고화질을 얻기 위해서는 휘도가 높으며, 휘도 분포가 균일한 백 라이트가 요구된다. 이러한 기기류에 사용되는 면광원의 구조로는 형광 램프 등의 광원을 액정 판넬의 하부에 배치하는 직하 방식과 광원을 측면으로 배치한 도광판을 이용하는 에지 라이트 방식으로 구별된다.

이 중, 에지 라이트 방식에서는 면광원을 슬림화할 수 있는 장점이 있지만, 직하 방식과 비교해 휘도가 낮은 결점을 가지고 있어 액정 표시 장치의 고휘도, 전력 최소화라고 하는 과제에 충분히 대응 할 수 있는 것은 아니었다. 이러한 에지 라이트 방식에서는 도광판 이면에 인쇄층 이나 조면부 등을 두기도 한다.

도광판 내를 전반사하는 빛이 인쇄층이나 조면부 등에 도달했을 때에 반사 또는 산란이 일어나, 입사 한 일부의 빛은 도광판 내부에서 반사를 반복하는 것에 따라 감쇠해 버리기 때문에, 입사 한 모든 빛이 도광판 상부로 출사되지 않고 빛의 이용 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 에지라이트 방식의 평면 모니터용 백라이트 유닛은 일반적으로 반사쉬트, 도광판과 확산쉬트 및 프리즘쉬트, 보호쉬트등이 아래서부터 차례로 적층된 구조와, 도광판의 양쪽 측면에 배치된 형광램프 등으로 구성되어 있다. 반사쉬트에는 도광판 밑면에 설치되어 도광판을 통해 입사된 빛을 모두 도광판 윗면으로 반사시키고, 도광판에는 양쪽 측면으로부터 입사된 빛을 산란시킬 수 있도록 밑면에 인쇄형 확산도트가 형성된다. 도광판 윗면으로 출사된 빛은 확산쉬트에 의해 균일하게 퍼지고, 균일하게 퍼진 빛은 프리즘쉬트에 의해 도광판 윗면의 수직방향으로 굴절되어 집광된다. 또한 프리즘 산을 보호하고 프리즘쉬트에 의해 좁아진 시야각을 개선하기 위해 보호쉬트가 조합되는 경우가 일반적이다.

대한민국 특허 제295505호에서는 다수의 요철형태를 갖는 스탬퍼를 제작해서 도광판 표면에 광경화성 수지를 도포한 다음 압력을 가해 누르면서 노광함으로서 요철면이 형성된 도광판을 제조하는 공정에 대해 소개하고 있다. 그러나, 이와 같은 스탬핑 방식은 도광판 한장마다 하나씩 압착해야 하기 때문에 생산성 면에서 불리한 점이 있다.

도광판의 광 출사지향성을 향상시키기 위해 도광판용 투명 수지와는 굴절률이 다른 무기 입자나 유기 입자를 첨가하여 도광판 내부에서 광 산란을 일으키게 함으로써 입사광을 효율적으로 분산시킬 방법이 제안되었다.

예를 들면 일본공개특허 평6-324215호에서는, 평균 입자 지름 0.1∼10 ㎛ 이며기재 수지와의 굴절률 차이가 0.02∼0.2의 입자를 첨가한 도광판을 개시하고 있다. 또한, 일본공개특허 평10-265530호에는 0.5∼25 ㎛의 미소 입자가 폴리머 1g당 10,000개 이하인 아크릴 수지를 사용한 도광판이 제안되었다.

그러나 이와 같이 무기 입자나 유기 입자를 첨가할 경우에는, 이들 산란 입자 자체가 가시광 영역의 빛을 흡수하기 때문에, 광선 투과율이 저하되어 높은 휘도를 얻을 수 없다고 하는 결점이 있었다.

본 발명자는 상기의 문제점을 극복하기 위하여, 메타크릴계 수지로 이루어진 도광판 표면에 광산란제를 포함한 확산층을 별도로 형성한 확산 도광판을 제조하고, 연속 롤 방식에 의한 패턴 전사를 통해 도광판 표면에 일정한 형상을 전사시켜 빛의 반사, 굴절 및 확산기능이 부여된 지향출사성의 표면기능성 도광판 및 그의 연속 제조방법을 개발하기에 이른 것이다. 본 발명에 따른 표면기능성 도광판을 액정디스플레이용 백라이트에 이용시 휘도가 향상되고, 균일도가 우수하다.

본 발명의 목적은 도광판 표면에 확산층을 별도로 형성한 확산 도광판을 제조함으로써 확산쉬트의 기능을 갖는 표면기능성 도광판을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 확산쉬트와 프리즘쉬트 기능을 동시에 구현함으로서 액정 모니터용 백라이트유닛에서 확산쉬트와 프리즘쉬트를 절감함으로써 백라이트 유닛의 제조원가를 크게 절감할 수 있는 표면기능성 도광판을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 액정디스플레이용 백라이트에 이용시 휘도가 향상되고, 균일도가 우수한 표면기능성 도광판을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 원하는 패턴을 연속적으로 전사할 수 있는 표면기능성 도광판의 연속 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명의 표면기능성 도광판은 (1) 메타크릴계 수지로 이루어진 도광판 표면에 메타크릴계 수지 100 중량부와 평균 입경이 0.1∼10 ㎛인 구상의 광산란제 0.5 중량부 이하로 이루어진 확산층을 공압출하여 표면에 확산층이 형성된 확산 도광판을 제조하고; (2) 상기 확산 도광판 표면에 자외선 경화수지를 도포하고; (3) 상기 자외선 경화수지가 도포된 확산 도광판을 패턴이 형성된 롤스탬퍼에 연속적으로 통과시키는 것과 동시에, 한쪽 면에 자외선을 조사함으로서 원하는 패턴을 연속적으로 도광판에 전사하는; 단계로 제조된다. 이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

(1) 광확산판 제조단계

본 발명의 표면기능성 도광판에서 사용되는 확산 도광판은 메타크릴계 수지로 이루어진 도광판 표면에 메타크릴계 수지 100 중량부와 평균 입경이 0.1∼10 ㎛인 구상의 광산란제 0.5 중량부 이하로 이루어진 확산층을 공압출하여 제조한다.

본 발명에서는 기초수지로서 메타크릴계 수지를 사용한다. 상기 메타크릴계 수지는 투명성을 갖고, 장시간 빛에 노출되어도 변색이 일어나지 않기 때문에 폴리카보네이트 수지보다 내후성이 우수한 장점을 갖는다. 바람직하기로는 투과율이 높은 메타크릴산 메틸계 수지가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 메타크릴계 수지는 약 40 중량% 이내의 단관능 불포화 단량 체와 공중합될 수 있다. 더욱 바람직하게는 단관능 불포화 단량체를 약 30 중량% 이내로 사용하고, 가장 바람직하게는 단관능 불포화 단량체를 약 20 중량% 이내로 사용해서 공중합하게 된다.

상기 단관능 불포화 단량체로는 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 부틸, 메타크릴산 시클로 헥실, 메타크릴산 벤질, 메타크릴산 2-에틸 헥실, 메타크릴산 2-히드록시 에틸, 메타크릴산 페닐, 메타크릴산 클로로 페닐, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 부틸, 아크릴산 시클로 헥실, 아크릴산 페닐, 아크릴산 벤질, 아크릴산 2-에틸 헥실, 또는 아크릴산 2-히드록시 에틸을 포함하는 아크릴산 에스테르계 화합물; 메타크릴산이나 아크릴산을 포함하는 불포화 산 화합물; 스티렌; 아크릴로니트릴; 무수 말레산; 페닐 말레 이미드; 시클로헥실 말레이미드 등이 있다. 또한, 이 단량체를 하나 이상 혼합하여 사용하여도 무방하다.

공압출 방식에 의해 2층 구조의 확산 도광판을 제조하는데, 표면에는 메타크릴계 수지에 평균 입경이 0.1∼10 ㎛인 구상의 광산란제를 0.5 중량부 이하로 혼합한 확산층을 형성한다.

상기 메타크릴계 수지로 이루어진 도광판 표면에 메타크릴계 수지와 구상의 유기계 광산란제로 이루어진 확산층을 형성하는데, 구상의 유기계 광산란제는 아크릴계 가교 입자, 실록산계 가교 입자, 또는 이들의 혼합물이다.

입자의 형상은 부정형이 아니라 구상 또는 이것에 가까운 형상인 것이 바람직하다. 구상입자는 빛의 반사에 의한 광선손실을 가장 작게 할 수 있고, 입사광을 효율적으로 액정 유니트에 산란 출사할 수 있다.

또한 광산란 도광판 전체의 산란능을 변경하지 않고 굴절율 불균일 구조를 갖는 입자를 광산란 도광판 전체에 분포시키기 위해서는 광산란제의 입자가 적절한 크기를 갖는 것이 필요하다. 입자 직경을 과도하게 작게하면 산란에 빛의 파장 의존성이 생겨서 무용한 착색 현상이 초래될 염려가 있다.

본 발명에 따른 유기계 광산란제는 평균 입경이 0.1∼10 ㎛인 구상의 가교 미립자를 사용한다. 0.1 ㎛ 미만인 경우에는 입사광의 파장보다 입자가 작기 때문에 빛을 효과적으로 산란시킬 수 없고, 액정 유니트에 산란 출사하는 광량이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 반대로 평균 입경이 10 ㎛이상이면 빛의 산란 효율이 저하된다.

본 발명에 사용되는 광산란제의 농도는 도광판의 두께, 크기 등에 따라 다르지만, 최종 광산란성 압출 도광판에서 0.5 중량부 이하의 범위가 바람직하다. 농도가 0.5 중량부를 초과하면 빛의 투과율이 낮아져서 최종적으로 백라이트 상에서 휘도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에서는 광산란제의 농도가 낮기 때문에 미리 메타크릴계 수지와 혼합시켜 산란제 농도가 높은 마스터배치(MB) 펠렛을 제조한 다음, 이를 다시 메타크릴계 수지와 혼합해서 압출기에 투입하는 방법이 바람직하다. 특히 본 발명에서는 도광판 내부에 산란제를 투입하지 않고 공압출 방식에 의해 도광판 위에 별도의 확산층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 확산층의 두께는 1000 ㎛ 이하가 바람직하다. 또한 본 발명에 따른 도광판은 2층 구조 외에 필요에 따라 3층 이상의 다층구조도 형성 가능하다.

(2) 경화수지 도포단계

상기에서 제조된 광확산판은 연속 컨베이어 벨트에 의해 자외선 경화수지 도포 설비까지 이동시킨 후, 광확산판 표면에 자외선 경화수지를 도포한다. 도포되는 경화수지의 종류 및 도포 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 발명에서는 연속 스탬핑 전사설비를 사용하여 경화수지 도포 및 전사를 연속적으로 수행할 수 있다. 상기 연속전사 설비는 자외선 경화수지 도포 설비, 롤 스탬퍼를 이용해서 도광판 표면에 가열 압착하는 설비 및 자외선을 조사하는 설비로 구성된다.

(3) 전사 단계

상기 자외선 경화수지가 도포된 광확산판을 패턴이 형성된 롤스탬퍼에 연속적으로 통과시키는 것과 동시에, 한쪽 면에 자외선을 조사함으로서 도광판에 원하는 패턴을 연속적으로 전사한다.

상기 롤스탬퍼는 패턴이 성형된 얇은 Ni 스탬퍼를 롤에 감거나 또는 롤 표면에 직접 패턴을 가공하여 형성된다. 구체적으로, 기계 절삭 가공 또는 에칭 가공 등의 방법에 의해 스테인레스 스틸 또는 구리가 도금된 스테인레스 스틸 원판에 삼각형, 오각형, 팔각형, 반구 등 일정한 패턴을 가공하여 마스터를 제작한 다음, 상기 마스터 위에 전주를 통해 니켈 스탬퍼를 일정두께로 제조하고 이를 롤 표면에 감아 패턴이 성형된 롤 스탬퍼를 제작한다. 또는 롤 표면에 구리를 일정 두께로 도 금한 다음, 기계 절삭가공에 의해 롤 표면에 직접 패턴을 성형해서 사용할 수도 있다.

자외선 경화수지가 표면에 도포된 수지판을 패턴이 새겨진 롤에 통과시켜 가열압착하는 것과 동시에 한쪽면에는 자외선을 조사한다. 따라서 원하는 패턴을 연속적으로 도광판에 전사할 수 있는 것이다. 도1(a)∼(c)는 형상이 전사된 수지판의 예를 나타낸 것이다. 상기와 같이 형상이 전사된 수지판은 적절한 크기로 절단된 다음 적재되며, 백라이트 유니트 및 액정표시장치의 제조에 이용될 수 있다.

상기 자외선을 조사하는 단계는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 표면기능성 도광판은 빛의 반사, 굴절, 산란현상을 모두 구현가능하기 때문에 휘도가 우수하고 휘도 분포가 균일하며 확산쉬트와 프리즘쉬트를 절감함으로써 백라이트 유닛의 제조원가를 크게 절감할 수 있다. 본 발명에 따른 표면기능성 도광판을 이용하여 액정표시장치(LCD)를 제조하는 것은 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 발명은 하기의 실시 예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예 1∼7

메타크릴계 수지의 일종인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지 (Sumitomo EXN)에 평균 입경이 10 ㎛ 이하인 구상의 유기계 확산제를 0.5 중량부 이하로 혼합해서 마스터 배치를 미리 제조하였다. 공압출시 한쪽에서는 100 중량부의 순수한 PMMA가 용융되어 나오고, 다른 한쪽에서는 상기의 마스터 배치가 일정량 용융되어 배출됨으로써 두께 2∼10 ㎜인 수지판 및 산란제가 첨가된 0.5 ㎜ 두께의 확산층을 제조하였다. 상기로부터 제조된 수지판을 연속 컨베이어 벨트에 의해 자외선 경화수지 도포 설비까지 이동하였다. 여기서 자외선 경화수지를 수지판 표면에 도포를 한 다음, 패턴이 새겨진 롤을 통과함과 동시에 자외선을 약 30초 정도 조사하였다. 도면1(a)∼(c)와 같이 형상이 전사된 수지판을 얻었다. (a)의 꼭지각은 최대 130°, (b)의 꼭지각은 최대 90° 그리고, (c)의 꼭지각은 최대 100° 이다. 상기 수지원판은 적절한 크기로 절단된 다음 적재하였다. 제조된 수지판의 두께는 8 mm 이었다. 상기 제조된 수지판을 17" LCD 모니터용 크기로 절단, 경면가공을 실시하였다. 도광판 하부에는 도트 인쇄를 통해서 균일도를 조절하였다. 양쪽 면에 냉음극형광램프(CCFL)가 각각 2개씩 연결된 두(two)면 에지 라이트형 LCD 모니터용 백라이트 유니트에 조립해서 휘도 및 휘도 분포를 BM-7 휘도계를 이용해서 측정하였다.

비교실시예 1∼5

최종 수지판 상부에 표면가공을 하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

구분		패턴형상	산란제 함량 (중량부)	평균휘도 (cd/㎡)	휘도균일도(%)
실시예	1	(a)	0.001	5,732	84.8
	2	(a)	0.09	5,820	85.0
	3	(b)	0.001	5,786	86.6
	4	(b)	0.09	5,850	86.5
	5	(c)	0.001	5,762	85.2
	6	(c)	0.05	5,860	85.3
	7	(c)	0.001	5,765	86.8
비교 실시예	1	-	0	4,620	85.4
	2	-	0.09	4,710	84.6
	3	(a)	0	4,730	83.5
	4	(b)	0	4,785	84.2
	5	(c)	0	4,745	83.6

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 패턴이 형성된 도광판을 액정디스플레이용 백라이트에 이용한 실시예 1∼7의 경우, 빛의 반사, 굴절 현상을 조절할 수 있었으며, 휘도가 향상되고, 균일도가 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 표면기능성 도광판을 사용하면 확산쉬트 및 프리즘쉬트를 제거할 수 있을 정도로 휘도가 매우 뛰어나다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 확산쉬트와 프리즘쉬트 기능을 동시에 구현하여 액정 모니터용 백라이트유닛에서 확산쉬트와 프리즘쉬트를 절감함으로써 백라이트 유닛의 제조원가 를 크게 절감할 수 있고 액정디스플레이용 백라이트에 이용시 휘도가 향상되고, 균일도가 우수하며, 빛의 반사, 굴절 및 확산기능이 부여된 지향출사성의 표면기능성 도광판 및 그의 연속제조방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

1. (1) 메타크릴계 수지로 이루어진 도광판 표면에 메타크릴계 수지 100 중량부와 평균 입경이 0.1∼10 ㎛인 구상의 광산란제 0.5 중량부 이하로 이루어진 확산층을 공압출하여 표면에 확산층이 형성된 확산 도광판을 제조하고;

   (2) 상기 확산 도광판 표면에 자외선 경화수지를 도포하고;

   (3) 상기 자외선 경화수지가 도포된 확산 도광판을 패턴이 형성된 롤스탬퍼에 연속적으로 통과시키는 것과 동시에, 한쪽 면에 자외선을 조사함으로서 원하는 패턴을 연속적으로 도광판에 전사하는;

   단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광확산기능과 지향출사성 기능을 갖는 도광판의 연속 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 메타크릴계 수지는 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 부틸, 메타크릴산 시클로 헥실, 메타크릴산 벤질, 메타크릴산 2-에틸 헥실, 메타크릴산 2-히드록시 에틸, 메타크릴산 페닐, 메타크릴산 클로로 페닐, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 부틸, 아크릴산 시클로 헥실, 아크릴산 페닐, 아크릴산 벤질, 아크릴산 2-에틸 헥실, 아크릴산 2-히드록시 에틸을 포함하는 아크릴산 에스테르계 화합물; 메타크릴산, 아크릴산을 포함하는 불포화 산 화합물; 스티렌; 아크릴로니트릴; 무수 말레산; 페닐 말레 이미드; 시클로헥실 말레이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 단관능 불포화 단량체를 40 중량% 이내로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산기능과 지향출사성 기능을 갖는 도광판의 연속 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 광산란제는 미리 메타크릴계 수지와 혼합된 마스터 배치(MB) 형태로 투입되는 것을 특징으로 하는 광확산기능과 지향출사성 기능을 갖는 도광판의 연속 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 롤스탬퍼는 패턴이 성형된 얇은 Ni 스탬퍼를 롤에 감거나 또는 롤 표면에 직접 패턴을 가공하여 형성된 것을 특징으로 하는 광확산기능과 지향출사성 기능을 갖는 도광판의 연속 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 상기 확산층은 5∼1000 ㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광확산기능과 지향출사성 기능을 갖는 도광판의 연속 제조방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 2∼10 ㎜의 두께를 갖는 광확산기능과 지향출사성 기능을 갖는 도광판.

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