KR100708900B1

KR100708900B1 - 광산란 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치

Info

Publication number: KR100708900B1
Application number: KR1020040021908A
Authority: KR
Inventors: 정오용; 박종선; 김성국
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2007-04-18
Also published as: KR20050096511A

Abstract

본 발명의 광산란 도광판은 (A) 메타크릴계 수지 100 중량부; 및 (B) 평균 입경이 0.1∼10㎛인 구상의 유기계 광산란제 0.0001∼0.005 중량부로 이루어지는 수지 조성물을 압출한 것을 특징으로 하며, 상기 메타크릴계 수지에는 단관능 불포화 단량체가 약 40 중량% 이내로 공중합될 수 있다.

광산란 도광판, 메타크릴계 수지, 광산란제, 아크릴계 가교 입자, 실록산계 가교 입자, LCD

Description

광산란 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치{Light Scattered Light Guiding Plates and Liquid Crystal Display Device Using the Same}

발명의 분야

본 발명은 광산란 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 메타크릴계 수지 및 특정 크기를 갖는 구상의 유기계 광산란제로 이루어지며, 휘도 및 휘도 균일도가 우수한 광산란 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치에 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 구조로서는, 형광 램프 등의 광원을 액정 판넬의 하부에 배치하는 직하 방식과 광원을 측면으로 배치한 도 광판을 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 도광체의 이면에 인쇄층 이나 조면부 등을 두기도 한다.

그런데, 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.

도광판을 구성하는 투명 수지중에, 투명 수지와는 굴절률이 다른 무기 입자나 유기 입자를 첨가해서, 도광판 내부에서 광 산란을 일으키게 한 입사광을 효율적으로 분산시키는 방법이 제안되고 있다.

예를 들면 일본공개특허 평5-16002호에서는, 평균 입자 지름 0.3∼10 ㎛의 구상 실리콘 입자를 1∼ 50 질량% 첨가한 도광판을 개시하고 있다.

일본공개특허 평6-324215호에는, 평균 입자 지름 0.1∼50 ㎛이며 기재 수지와의 굴절률 차이가 0.02∼0.2의 입자를 첨가한 도광판을 제안하고 있다.

또한 일본공개특허 평10-265530호에는 0.5∼25 ㎛의 미소 입자가 폴리머 1g당 10,000개 이하인 아크릴 수지를 사용한 도광판을 개시하고 있다.

그러나, 이와 같이 무기 입자나 유기 입자를 첨가할 경우에는, 이들 산란 입자 자체가 가시광 영역의 빛을 흡수하기 때문에, 광선 투과율이 저하되어 높은 휘 도를 얻을 수 없는 결점이 있다.

따라서 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 내후성이 양호한 메타크릴계 수지를 기초수지로 하고 여기에 특정 크기를 갖는 구상의 유기계 광산란제를 일정 비율로 혼합함으로써, 휘도가 높은 동시에 휘도 균일도가 우수하고, 광투과성 및 내후성이 뛰어난 광산란 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 휘도 및 휘도 균일도가 우수한 광산란 도광판을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광투과성이 우수한 광산란 도광판을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내후성이 양호한 광산란 도광판을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 광산란성 도광판을 이용함으로써 휘도가 우수한 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 광산란 도광판은 (A) 메타크릴계 수지 100 중량부; 및 (B) 평균 입경이 0.1∼10㎛인 구상의 유기계 광산란제 0.0001∼0.005 중량부로 이루어지는 수지 조성물을 압출한 것을 특징으로 하며, 상기 메타크릴계 수지는 단관능 불포화 단량체가 약 40 중량% 이내로 공중합될 수 있다.

또한, 상기 광산란제는 아크릴계 가교 입자, 실록산계 가교 입자, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

본 발명의 광산란 도광판의 제조방법은 광산란제를 메타크릴계 수지와 1차 혼합 후, 압출에 의해 마스터배치(MB) 형태로 제조한 다음, 최종 수지판내 광산란제 함량이 0.0001∼0.005 중량%가 되도록 상기 마스터배치를 라인상에서 메타크릴계 수지와 혼합하여 4 내지 10 mm 두께로 압출성형하여 제조된다.

이하, 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

(A) 메타크릴계 수지

종래에는 내후성이 약한 폴리카보네이트계 수지가 기초수지(매트릭스)로 사용된 것과는 달리, 본 발명에서는 내후성이 양호한 메타크릴계 수지를 기초수지로 사용한다.

본 발명에 따른 메타크릴계 수지는 투명성을 갖고, 장시간 빛에 노출되어도 변색이 일어나지 않기 때문에 폴리카보네이트 수지보다 내후성이 우수한 장점을 갖는다.

상기 메타크릴계 수지의 예로는 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크 릴산 부틸, 메타크릴산 시클로 헥실, 메타크릴산 벤질, 메타크릴산 2-에틸 헥실, 메타크릴산 2-히드록시 에틸, 메타크릴산 페닐, 메타크릴산 클로로 페닐 등이 있으며, 이중 투과율이 높은 메타크릴산 메틸계 수지가 가장 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 메타크릴계 수지는 단관능 불포화 단량체와 공중합될 수 있으며, 약 40 중량% 이내로 공중합되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 단관능 불포화 단량체를 약 30 중량% 이내로 공중합하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 단관능 불포화 단량체를 약 20 중량% 이내로 공중합한다.

상기 단관능 불포화 단량체의 예로는 메타크릴산 메틸, 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, 및 아크릴산 2-히드록시 에틸 등을 포함하는 아크릴산 에스테르계 화합물; 메타크릴산 및 아크릴산 등을 포함하는 불포화 산 화합물; 스티렌, 아크릴로 니트릴, 무수 말레산, 페닐 말레 이미드, 및 시클로 헥실 말레 이미드 등이 있다.

또한, 상기 단관능 불포화 단량체를 하나 이상 혼합하여 사용하여도 무방하다.

메타크릴계 수지와 단관능 불포화 단량체를 공중합시키는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

(B) 구상의 유기계 광산란제

본 발명에 따른 유기계 광산란제는 아크릴계 중합체 입자, 실록산계 중합체 입자, 또는 이들의 혼합물이다. 상기 유기계 광산란제는 내후성이 양호하기 때문에, 최종 수지 조성물을 장시간 빛에 노출시켜도 황변 현상이 발생하지 않는다. 이는 종래의 유기계 광산란제로 사용되는 스티렌계 입자가 황변 현상을 일으키는 것과는 구분되는 특징이다.

상기 아크릴계 중합체 입자로는, 아크릴계 단관능 단량체를 50중량% 이상 함유한 중합체 입자가 사용된다. 예컨대, 아크릴계 단관능 단량체를 중합시켜 얻은 고분자량 중합체 입자; 아크릴계 단관능 단량체와 다른 단관능 단량체를 중합시켜 얻은 고분자량 중합체 입자; 아크릴계 단관능 단량체와 다관능 단량체를 중합시켜 얻은 가교 중합체 입자; 아크릴계 단관능 단량체와 다른 단관능 단량체와 다관능 단량체를 중합시켜 얻은 가교 중합체 입자 등이 사용된다. 이들 아크릴계 중합체 입자를 얻기 위한 중합 방법으로는, 통상 현탁 중합법, 미크로 현탁 중합법, 유화 중합법, 분산 중합법 등이 채택된다.

상기 아크릴계 단관능 단량체의 예로는, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산부틸, 메타크릴산시클로헥실, 메타크릴산페닐, 메타크릴산벤질, 메타크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산 2-히드록시에틸과 같은 메타크릴산 에스테르류; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산부틸, 아크릴산시클로헥실, 아크릴산페닐, 아크릴산벤질, 아크릴산 2-에틸헥실, 아크릴산 2-히드록시에틸과 같은 아크릴산 에스테르류; 메타크릴산, 아크릴산 등을 들 수 있고, 필요에 따라 이들의 2종 이상을 사 용할 수도 있다.

아크릴계 중합체 입자의 굴절률은 그 구성 성분에 따라 다르지만, 통상 1.46∼1.55 정도이다. 아크릴계 중합체 입자도 스티렌계 중합체 입자와 마찬가지로 페닐기를 많이 함유할수록, 그리고 할로게노기를 많이 함유할수록 굴절율이 향상되는 경향이 있다.

상기 실록산계 중합체 입자는 일반적으로 실리콘고무 또는 실리콘수지라고 하는 것으로 상온에서 고체형상인 것이 사용된다. 실록산계 중합체는 디메틸디클로로실란, 디페닐디클로로실란, 페닐메틸디클로로실란, 메틸트리클로로실란, 페닐트리클로로실란과 같은 클로로실란류를 가수분해, 축합함으로써 제조할 수 있다. 이렇게 해서 얻은 중합체는 추가로 과산화벤조일, 과산화-2,4-디클로르벤조일, 과산화-P-클로르벤조일, 과산화 디큐밀, 과산화 디-t-부틸, 2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산과 같은 과산화물을 작용시킴으로써 가교시키거나 또는 말단에 실란올기를 갖는 것이면 알콕시실란류와 축합 가교시킬 수도 있다. 이러한 중합체로는 규소원자 1개당 유기기가 2∼3개 결합된 가교 중합체가 바람직하다.

본 발명의 실록산계 중합체 입자는 예컨대 실록산계 중합체를 기계적으로 미세 분쇄함으로서 얻거나, 일본 공개특허공보 소59-68333호에 기재되어 있는 바와 같이 선형 오르가노실록산 블럭을 갖는 경화성 중합체 또는 그의 조성물을 분무상태에서 경화시킴으로서 구형 입자로 얻거나, 일본공개특허공보 소60-13813호에 기재되어 있는 바와 같이 알킬트리알콕시실란 또는 그의 부분 가수분해 축합물을 암모니아 또는 아민류의 수용액 중에 가수분해ㆍ축합시킴으로써 구형입자로 얻을 수 도 있다.

실록산계 중합체 입자의 굴절율은 그 구성 성분에 따라서도 다르지만, 통상 1.40∼1.47 정도이다. 일반적으로 페닐기를 많이 함유할수록, 그리고 규소원자에 직결된 유기기를 많이 함유할수록 굴절율이 향상되는 경향이 있다.

본 발명의 광산란제의 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.

본 발명에 있어서 구상 광산란제 입자의 평균 입경은 0.1∼10 ㎛인 것이 바람직하다. 만일 광산란제 평균 입경이 10 ㎛ 이상일 경우 빛의 산란 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한 광산란제 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만인 경우에는 입사광의 파장보다 입자가 작기 때문에 빛을 효과적으로 산란시킬 수 없고, 액정 유니트에 산란 출사하는 광량이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 이울러, 광산란 도광판 전체의 산란능을 변경하지 않고 굴절율 불균일 구조를 갖는 입자를 광산란 도광판 전체에 분포시키는데 있어서, 입자 직경을 과도하게 작게하면 산란에 빛의 파장 의존성이 생겨서 무용한 착색 현상이 초래될 염려가 있다.

본 발명의 광산란제는 메타크릴계 수지 100 중량부에 대하여 0.0001∼0.005 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 농도가 0.005 중량부 이상이면 압출방식에 의해 제조되는 두께 2∼10 mm 의 에지 라이트(edge light) 방식의 백라이트 도광판에 있어서는 광원 부근에서의 산란능이 너무 커지기 때문에 백라이트 면 전체의 휘도를 균일하게 얻을 수 없다. 또한 0.0001 중량부 이하의 농도에서는 산란능이 너무 약하기 때문에 광산란성 도광판에 적합하지 않다.

본 발명에 따른 광산란 도광체의 원료인 수지 조성물에는 조성물의 물성에 영향을 주지 않는 범위 내에서 첨가제를 더 포함시킬 수 있다. 예를 들어 자외선 흡수제로 벤조페논계, 벤조트리아졸계 등을 더 첨가할 수 있고, 광안정제로서 힌더드 아민계 등을 더 첨가할 수 있다. 또한, 수지의 열화에 의한 황변 현상 때문에 발생하는 외관 불량을 방지하기 위해 블로잉제를 첨가할 수도 있다. 그밖에 가소제, 산화 방지제, 열안정제, 활제, 난연제, 충전제, 이형제, 염료, 안료, 항균제, 적하 방지제, 대전방지제, 핵제 등을 더 첨가할 수 있다.

본 발명에 따른 도광판의 제조에 있어서, 도광판의 용도에 따라 사출 성형, 압출 성형, 진공 성형, 열프레스 성형, 공압출 성형 등 열가소성 수지의 모든 성형 방법이 적용될 수 있으나, 압출 성형에 의해 두께 2∼10mm 광산란 도광판을 제조하는 것이 바람직하다.

또한 광산란제의 농도가 낮기 때문에 미리 산란제 농도가 높은 마스터배치(MB) 펠렛을 제조한 다음, 이를 다시 투명수지와 혼합해서 압출기에 투입하는 방법이 바람직하다.

구체적으로 광산란제를 메타크릴계 수지와 1차 혼합 후, 압출에 의해 마스터배치(MB) 형태로 제조한 다음, 최종 수지판내 광산란제 함량이 0.0001∼0.005 중량%가 되도록 상기 마스터배치를 라인상에서 메타크릴계 수지와 혼합하여 2 내지 10 mm 두께로 압출성형하여 제조된다.

산란제 입자를 투명수지에 골고루 분산시키기 위해서는 펠렛상 또는 비드상의 투명수지와 산란제 입자를 믹서를 이용해서 혼합하고, 압출기를 이용해서 혼련하는 방법이 바람직하다. 도광판내 산란제의 분포가 불균일할 경우에는, 백라이트로서 휘도 편차가 심하고 또 사출성형에 의해 도광판을 제조하는 경우에는 은조현상(silver streak)등의 성형불량이 발생될 가능성이 많다. 따라서, 산란제를 적절히 분산시키는 기술이 중요하며, 본 발명에서는 공정상의 정밀제어 기술을 이용해서 분산 효율성을 극대화하였다.

본 발명에 따른 도광판의 제조에 있어서, 적절한 첨가제를 첨가하거나 용도에 따른 성형법을 적용하여 광산란 도광판을 제조하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 광산란 도광판을 이용하여 LCD를 제조하는 것은 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 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

메타크릴계 수지의 일종인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지 (Sumitomo EXN) 100 중량부에 광산란제로서 평균 입경이 2㎛인 실리콘계 가교입자(GE Toshiba, Tospearl 120)를 0.3 중량부 첨가하여 클린룸 조건하에서 압출에 의해 MB 펠렛을 제조하였다. 상기 조성물을 일정 유속으로 라인을 통해 이송해서 역시 일정유속으로 유입되는 PMMA 수지와 버퍼 호퍼에서 1차 혼합한 다음, 압출기 상부 2차 호퍼에 이송하였다. 상기 물질을 압출기에 투입하여 다이의 온도 210∼260℃에서 압출 성형함으로써, 두께 8 mm 인 수지판을 제조하였다. 최종 수지판내 광산란제 함량을 0.005 중량부가 되도록 혼합하였다. 상기 방법에 의해 얻어진 두께 8 mm 수지판을 17" LCD 모니터용 크기로 절단, 경면가공을 실시하였다. 한쪽면에 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.

실시예 2

최종 수지판내 광산란제 함량을 0.003 중량부가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 3

최종 수지판내 광산란제 함량을 0.001 중량부가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 4

최종 수지판내 광산란제 함량을 0.0001 중량부가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 1

광산란제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 2

최종 수지판내 광산란제 함량을 0.00005 중량부가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 3

최종 수지판내 광산란제 함량을 0.01 중량부가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

구분		사용량 (중량부)	수지판 두께(mm)	평균휘도 (cd/m²)	휘도균일도 (%)	광투과율 (%)
실시예	1	0.005	8	4,459	74.3	92.0
	2	0.003	8	4,498	73.9	92.1
	3	0.001	8	4,464	73.8	92.2
	4	0.0001	8	4,434	74.1	92.1
비교 실시예	1	-	8	4,239	73.9	92.2
	2	0.00005	8	4,216	74.3	92.1
	3	0.01	8	4,304	74.5	92.1

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1∼4의 경우 우수한 휘도 및 휘도분포를 가지는 반면, 상기 비교실시예 1∼3은 휘도가 낮기 때문에 실용성이 감소한다. 따라서, 본 발명에 따른 광산란 도광판은 비교실시예 1∼3에 비해 휘도가 매우 뛰어나다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 산란제가 고르게 분산되며, 휘도 및 휘도 균일도가 우수하고, 광투과성 및 내후성이 뛰어난 광산란 도광판 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 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

(A) 메타크릴계 수지 100 중량부; 및

(B) 아크릴계 가교 입자, 실록산계 가교 입자, 또는 이들의 혼합물로 선택되고, 평균 입경이 0.1∼10㎛인 구상의 유기계 광산란제 0.0001∼0.005 중량부;

로 이루어지는 수지 조성물을 두께 4∼10 mm로 압출한 광산란 도광판.
제1항에 있어서, 상기 메타크릴계 수지는 단관능 불포화 단량체가 약 40 중량% 이내로 공중합된 것을 특징으로 하는 광산란 도광판.
제2항에 있어서, 상기 단관능 불포화 단량체는 메타크릴산 메틸, 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, 및 아크릴산 2-히드록시 에틸 등을 포함하는 아크릴산 에스테르계 화합물; 메타크릴산 및 아크릴산 등을 포함하는 불포화 산 화합물; 스티렌, 아크릴로 니트릴, 무수 말레산, 페닐 말레 이미드, 및 시클로 헥실 말레 이미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광산란 도광판.
삭제
제1항에 있어서, 상기 수지 조성물은 자외선 흡수제, 광안정제, 블로잉제, 가소제, 산화 방지제, 열안정제, 활제, 난연제, 충전제, 이형제, 염료, 안료, 항균제, 적하 방지제, 대전방지제, 핵제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란 도광판.
광산란제를 메타크릴계 수지와 1차 혼합 후, 압출에 의해 마스터배치(MB) 형태로 제조한 다음, 최종 수지판내 광산란제 함량이 0.0001∼0.005 중량%가 되도록 상기 마스터배치를 라인상에서 메타크릴계 수지와 혼합하여 4 내지 10 mm 두께로 압출성형한 것을 특징으로 하는 광산란 도광판의 제조방법.
제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항의 광산란 도광판을 이용한 액정표시장치(LCD)용 백 라이트 유니트.
제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항의 광산란 도광판을 이용한 액정표시장치(LCD).