KR101085834B1 - 광확산판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정디스플레이의 백라이트 유닛이나 조명장치 등에 사용되는 광확산판에 관한 것으로, 기재층의 베이스 수지로서 폴리카보네이트 수지 및 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 포함하는 광확산판을 제공한다.

Description

광확산판{Light-diffusion plate}
본 발명은 액정디스플레이의 백라이트 유닛이나 조명장치 등에 사용되는 광확산판에 관한 것이다.
기존의 메틸메타크릴레이트 수지로 제조된 광확산판은 전광선 투과율 등의 광특성이 우수하나 치수안정성이 낮아, 냉음극 형광램프 및 LED와 같은 광원과 함께 사용되어 점등 및 소등에 의한 온도 변화시 광확산판의 수분흡수율이 쉽게 변동될 수 있어 휨, 주름과 같은 변형, 이에 수반되는 크래킹 등의 문제점이 있다. 즉, 고온 다습한 환경에서 휨현상과 같은 변형이 발생되는 문제점이 있다 (일본,특허출원공개 평07-100985, 일본특허출원공개 평08-198976).
이러한 문제점을 해결하기 위해서 광투과율이 비교적 우수하고 고내열성과 높은 내흡수성을 지니고 있어 치수안정성이 매우 뛰어난 폴리카보네이트 수지가 적용된 광확산판이 제안되었으나, 폴리카보네이트 수지가 적용된 광확산판의 경우 수지의 고내열성 및 내흡수성에 의해 높은 치수안정성을 나타내지만 내광성이 낮아 광원에 장시간 노출시 황변현상이 발생하는 문제가 있으며, 비용이 고가인 단점이 있다.
이에 본 발명자들은 폴리카보네이트 수지와 굴절률이 유사하면서 가격이 상대적으로 저렴하고, 열적 특성이 우수한 구조를 갖는 폴리스티렌 수지를 적용하여 휨발생을 억제할 수 있는 광확산판을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명은 내열성이 우수하여 휨현상이 발생되지 않는 광확산판을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 구현예로서, 기재층의 베이스 수지로서 폴리카보네이트 수지 및 폴리스티렌 수지를 포함하며, 상기 폴리스티렌 수지는 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 포함하는 광확산판을 제공한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 기재층의 베이스 수지 중의 폴리스티렌 수지 전체 중량에 대하여 10~90중량% 사용하는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 베이스 수지는 폴리카보네이트 수지와 폴리스티렌 수지의 혼합 중량비가 9 : 1 ~ 1 : 9 인 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 기재층의 일면 또는 양면에 상기 기재층의 베이스 수지와 같거나 다른 베이스 수지를 포함하는 표면층을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 폴리스티렌 수지의 동적점탄성의 tanδ 피크 온도가 120℃ 이상 150℃ 미만인 것일 수 있다.
본 발명은 열적 특성이 우수하여 휨현상이 발생되지 않는 광확산판을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 기재층의 베이스 수지로서 폴리카보네이트 수지와 폴리스티렌 수지를 혼합 사용한 광확산판에 관한 것으로, 상기 폴리스티렌 수지는 하기 화학식 1 로 나타내는 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
<화학식 1>
CH2=C(CH3)COOH
상기 화학식 1의 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지는 통상의 폴리스티렌 수지보다 높은 동적점탄성의 tanδ 피크 온도를 갖는 바, 구체적으로는 동적점탄성 의 tanδ 피크 온도가 120℃ 이상 150℃ 미만의 범위를 나타내는데, 이러한 범위의 수지를 사용할 경우, 열적 변화에 따른 치수변화율이 감소되므로 유리하다.
본 발명의 구현예에 따르면, 기재층의 베이스 수지로서 폴리카보네이트 수지와 폴리스티렌 수지를 혼합하여 사용하는데, 베이스 수지의 내열성을 높이기 위하여 폴리스티렌 수지 중 상기 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 포함하여 사용하는 것이 바람직하다. 이같은 폴리스티렌 수지는 분자량이 200,000~250,000인 것이 바람직하다.
또한 광확산판의 내열성을 고려하여 상기 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 본 발명의 광확산판의 베이스 수지에 사용하는 폴리스티렌 수지 전체 중량에 대하여 10~90중량% 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 광확산판에 사용되는 베이스 수지는 폴리카보네이트 수지와 폴리스티렌 수지를 1 : 9 ~ 9 : 1의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 폴리카보네이트의 유연성 및 치수안정성의 장점을 살리고 폴리스티렌의 내흡수성 및 강도가 높은 장점을 살리기 위해서는 각각의 함량이 최소 10중량% 이상이 되도록 혼합하는 것이 좋다.
상기 폴리카보네이트 수지는 일반적으로 사용되고 있는 방향족 폴리카보네이트 수지로서, 디하이드록시 페놀과 포스겐을 반응시키거나 디하이드록시 페놀과 카보네이트 전구체의 반응에 의하여 제조된 선형 또는 분기형 카보네이트 단일 중합 체, 폴리에스터 공중합체 또는 이들 1종 이상의 혼합물을 포함한다. 상기 디하이드록시 페놀은 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판(즉, 비스페놀 A), 비스(4-하이드록시 페닐)메탄, 2,2-비스(4-하이드록시-3,5-다이메틸페닐)프로판 및 1,1-비스(4-하이드록시페닐)시클로헥산 등을 포함하며, 카보네이트 전구체는 디페닐 카보네이트, 카보닐 할라이드 및 다이 아릴 카보네이트를 포함하며, ASTM D1238기준 조건하에서 300℃, 1.2kg 하중에서의 용융지수(MI)가 7 ~ 30 g/10min 의 범위인 것이 바람직하다.
상기 폴리카보네이트 수지와 상기 폴리스티렌 수지의 혼합을 위하여 스크류 직경 30㎜의 이축압출기를 사용하였으며, 성형온도는 200~300℃, 바람직하게는 250℃에서 모터스피드 250rpm으로 용융 혼련하여 제조한다.
다층의 광확산판의 경우, 상기 설명한 기재층 이외에 기재층의 일면 또는 양면에 표면층을 더 포함하고 있는데, 표면층의 베이스 수지로는 특별히 한정되지는 않으나, 아크릴계 수지 또는 스티렌-아크릴계 공중합 수지를 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트 등의 메타크릴산알킬에스테르; 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 등의 아크릴산알킬에스테르; 시클로헥실메타크릴레이트, 2-메틸시클로헥실메타크릴레이트, 디시클로펜타닐메타크릴레이 트 등의 메타크릴산시클로알킬에스테르; 시클로헥실아크릴레이트, 2-메틸시클로헥실아크릴레이트 등의 아크릴산시클로알킬에스테르; 페닐메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트 등의 메타크릴산아릴에스테르; 페닐아크릴레이트, 벤질아크릴레이트 등의 아크릴산아릴에스테르 중 선택되는 어느 하나의 단독 중합체 또는 이들의 공중합체인 것이 바람직하다.
상기 스티렌-아크릴계 공중합 수지는 아크릴계 모노머로서 상기 언급한 수지를 사용하며, 상기 스티렌계 모노머로서는 스티렌 또는 치환된 스티렌을 들 수 있다. 치환된 스티렌으로서는 α-메틸스티렌과 같은 알킬 스티렌, 클로로스티렌과 같은 할로겐화 스티렌 및 비닐스티렌 등을 들 수 있으며, 필요한 경우 2종 이상의 스티렌계 모노머를 조합하여 사용할 수 있다.
이 때, 공중합되는 아크릴계 모노머와 스티렌 모노머의 중량비는 기재층과의 결합력을 고려하여 6 : 4 ~ 1 : 9 인 것이 바람직하다.
상기 기재층 또는 표면층에는 광확산제가 더 포함될 수 있는데, 광확산제는 보통 기재 수지와의 굴절률이 같지 않은 것으로서, 빛의 확산율을 높이기 위하여 사용되며, 이에는 다양한 유기 및 무기의 입자들이 사용된다. 이 때, 광확산제는 기재 수지와의 굴절율이 큰 경우에는 적은 양으로도 광확산 효과가 발휘되지만, 굴절율 차이가 적은 경우에는 상대적으로 많은 양이 포함되어야 한다.
대표적으로 사용되는 유기입자의 예로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴 레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 히드록시 에틸아크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 중합체 혹은 이들의 공중합체 혹은 삼원 공중합체 등의 아크릴계 중합체 입자; 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체 입자; 아크릴과 올레핀계의 공중합체 입자, 상기 단일중합체, 공중합체 혹은 삼원공중합체들의 입자를 형성 후 그 층위에 다른 종류의 단량체로 덮어 씌워서 만드는 다층 다성분계 입자, 실록산계 중합체 입자, 테트라플루오로에틸렌계 입자 등이 있다.
한편, 무기계 광확산 입자의 예로는 탄산칼슘, 황산바륨, 산화규소, 수산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄, 불화마그네슘, 탈크, 글래스, 마이카 등이 있다. 통상 무기입자에 비해 유기입자의 광확산성이 우수하며 필요하면 2종류 이상의 광확산 입자를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 표면층에 광확산제를 더 포함하는 경우 광확산 효과를 더욱 증대시킬 뿐만 아니라, 상기 광확산 입자가 상기 표면층의 표면으로 돌출되어 엠보싱 형상을 가지게 됨으로써 무광택 표면 및 낮은 반사율을 가지는 효과를 꾀할 수 있다. 이 때, 상기 표면층의 표면조도는 약 0.1~50㎛가 적당하며, 조도가 50㎛ 초과하면 표면 충격강도가 불충분하며, 조도가 0.1㎛ 미만이면 무광택 효과가 떨어진다.
본 발명의 기재층 또는 표면층에 사용되는 광확산제의 함량은 상기 기재층의 베이스 수지 또는 표면층의 각 전체 조성 중 0.01 ~ 35중량%이며, 바람직하게는 0.5 ~ 15중량%이다. 광확산제의 양이 0.01중량% 미만이면 충분한 광확산 효과 및 은폐성을 기대하기 어렵고, 35중량% 초과이면 빛의 투과성이 좋지 않다. 이 때, 광확산제의 함량은 베이스 수지와의 굴절률 차이에 따라 결정될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 기재층 또는 표면층에 광안정제가 첨가될 수도 있는데, 첨가될 수 있는 광안정제로서는 250nm ~ 380nm 범위에 극대 흡수 파장을 가지는 자외선 흡수제와 라디칼 스캐빈저로서 광안정 효과를 극대화시킬 수 있는 힌더드 아민류의 자외선 안정제가 바람직하다. 이들은 오랫동안 효력을 발휘할 수 있어야 하고, 증발되거나 추출되어 시트로부터 유리되거나 제거되지 않아야 되며, 기재와의 상용성이 좋은 흡수제를 선택해야 한다.
자외선 흡수제의 예는 시아노아크릴계, 살리실레이트계, 말론산 에스테르계, 옥살아닐리드계, 디케톤계, 하이드록시 벤조페논계, 하이드록시 벤조트리아졸계, 유기금속계 등을 들 수 있으며, 이들 중 선택된 2 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
자외선 안정제의 예는 피페리디닐 에스터류, 옥사졸리딘과 피페리디노옥사졸리딘류, 피페리디스피로아세탈류, 디아자시클로알카논류 등이 있으며, 이들 중 선 택된 2 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
광안정제의 함량은 상기 기재층 또는 표면층의 각 전체 수지 조성 중 0.01중량% ~ 5 중량%이고, 바람직하게는 0.1 중량% ~ 2 중량%이다. 이들은 특히 표면층에 함유시킴으로써 기재층의 전광선 투과율 및 물성의 저하 없이 기대되는 광안정 효과를 얻을 수 있으며, 또한 원가절감의 효과를 가져올 수 있다.
본 발명의 광확산판이 상기 기재층의 일면 또는 양면에 표면층을 형성하는 경우에는 공지된 기술인 공압출성형, 적층, 열접착, 표면코팅 등의 방법에 의해 제조할 수 있다.
본 발명의 광확산판은 옥내외의 각종 용도에 사용될 수 있다. 즉, 간판, 조명 간판, 조명 커버, 유리 진열장에 사용될 수 있고, 바람직하게는 디스플레이용 광확산판으로 사용될 수 있다. 디스플레이 광확산판의 대표적인 예로는 액정 디스플레이 백라이트 또는 에지 라이트형 백라이트용의 광확산판을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예의 조성 및 조성비는 하기 [표 1] 내지 [표 4]와 같다.
기재층의 베이스 수지는 폴리카보네이트와 폴리스티렌을 표에 나타낸 조성비로 균일하게 투입하여 2축 압출기로 250℃의 온도에서 용융 혼련하였다.
이 때 상기 폴리카보네이트는 ASTM D1238기준 조건하에서 300℃, 1.2kg 하중에서의 용융지수(MI)는 22g/10min인 것을 사용하였다.
성형은 각각 1축의 스크류직경 135㎜, 60㎜에서 공압출하였으며, 성형온도는 250℃에서 수행하였다.
하기 표 1은 기재층만으로 형성된 광확산판의 경우이며, 표 2는 양면에 표면층이 형성된 광확산판의 경우이며, 표 3은 비교예로서 기재층만으로 형성되고 내열 폴리스티렌 수지를 사용하지 않은 광확산판의 경우이며, 표 4는 양면에 표면층이 형성되고 내열 폴리스티렌수지를 사용하지 않은 광확산판의 경우이다.
기재층만으로 형성한 표 1과 표 3의 실시예 및 비교예에서는 기재층의 두께를 2.0㎜로 하였으며, 기재층의 양면에 표면층을 형성한 표 2과 표 4의 실시예 및 비교예에서는 기재층의 두께를 1.8㎜, 표면층의 두께는 양면 각각 0.1㎜로 하였다.
Figure 112007063588685-pat00001
Figure 112007063588685-pat00002
Figure 112007063588685-pat00003
Figure 112007063588685-pat00004
상기 실시예 및 비교예에서 사용한 물질들은 하기와 같다.
* PC : 폴리카보네이트 (2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판과 포스겐을 반응시킨 폴리카보네이트, LG Dow(社), 상품명 Calibre 300-22)
* PS-1 : 메타크릴산을 갖는 분자량 200,000~250,000인 폴리스티렌 (동적점탄성의 tanδ 피크 온도가 120℃ 이상 150℃ 미만, Toyo Styrene(社), 상품명 T-080)
* PS-2 : 분자량 200,000~250,000인 폴리스티렌 (동적점탄성의 tanδ 피크 온도가 80℃ 이상 120℃ 미만)
* MS : 스티렌-아크릴레이트 공중합 수지 (스티렌 함량 80중량%, 아크릴레이트 함량 20중량%)
상기 동적점탄성의 tanδ 피크 온도의 구체적인 평가방법은 다음과 같다. 하기의 설정으로 동적점탄성을 측정하고 얻어지는 tanδ의 변곡점 중 가장 높은 값을 나타내는 점을 tanδ 피크로 하였다. 즉, tanδ 피크 온도라 함은 tanδ 치의 가장 높은 점에서의 온도가 된다.
* 측정 장치 : 세이코 전자(주) DMS 200
* 샘플 형상 : 9㎜ × 40㎜
* 측정 모드 : 인장모드
* 프로파일 : 20℃~400℃, 승온율 3℃/분
* 주파수 : 1Hz, 5Hz, 10Hz
* Lamp.(교류 왜곡 진폭 목표치) : 20㎛
* Fbase(측정 중의 장력 최소치) : 0g
* F0gain(측정 중에 장력을 교류력 진폭에 따라서 변화시키는 경우의 계수) :3.0
실시예 및 비교예에 의한 광확산판의 조성으로서, 기재층은 표 1의 조성에 의한 베이스 수지 및 상용화제에 광확산제로 실리콘 수지 비드(평균입경 2㎛) 0.2중량부와 광안정제로 자외선 흡수제인 B-Cap (테트라에틸-2,2′-(1,4-페닐렌-디메틸리덴)-비스말로네이트) 를 0.05중량부 혼합하고, 표면층을 형성하는 경우의 표면층은 표 1의 조성에 의한 베이스 수지에 광확산제로 실리콘 수지 입자(평균입경 2㎛) 2중량부와 광안정제로 자외선 흡수제인 B-Cap (테트라에틸-2,2′-(1,4-페닐렌-디메틸리덴)-비스말로네이트) 를 0.5중량부 혼합했다.
상기 실시예들과 비교예들에서 제조된 광확산판에 대하여 내열성, 휨저항성, 광투과도, 충격강도, 헤이즈, 수분흡수율 및 열변형온도를 다음과 같은 방법으로 측정하여 표 5 내지 표 8에 나타내었다.
(1) 열변형온도
ASTM D648법에 의하여 측정하였다.
(2) 휨저항성
광확산판을 32″크기의 백라이트유닛에 장착한 후 70℃, 상대습도 90%에서 96시간 방치한 후 바닥에서부터 네 모서리의 뜨는 정도를 측정.
(3) 광투과도
ASTM D1003 방법에 의하여 측정
(4) 충격강도
ASTM D1256 방법에 의하여 측정
(5) 헤이즈
ASTM D1003 방법에 의하여 측정.
(6) 수분흡수율
광확산판을 10 × 10 ㎝로 절단한 후 물속에서 25℃, 24시간 방치 후 무게 변화로부터 수분 흡수율을 측정.
구분 열변형온도
(℃)		 휨저항성
(mm)		 충격강도
(J/m)		 광투과도
(%)		 헤이즈
(%)		 수분흡수율
(%)
실시예 1 123.1 0.22 25.6 73.1 99.2 0.20
실시예 2 126.4 0.25 28.7 72.6 99.3 0.21
실시예 3 130.9 0.36 32.1 73.5 98.9 0.25
실시예 4 120.8 0.18 24.3 74.2 99.1 0.15
실시예 5 122.4 0.23 27.2 72.8 99.2 0.24
실시예 6 118.6 0.12 23.4 73.4 98.8 0.12
실시예 7 124.5 0.16 28.1 73.2 99.3 0.18
실시예 8 124.2 0.20 26.3 74.4 98.7 0.21
실시예 9 125.8 0.23 27.5 73.1 99.1 0.24
실시예 10 129.6 0.31 33.2 72.9 98.7 0.26
실시예 11 121.1 0.15 25.8 72.4 98.6 0.18
실시예 12 123.2 0.18 26.7 73.5 98.9 0.21
실시예 13 119.5 0.10 25.1 73.9 99.4 0.11
실시예 14 123.8 0.13 29.5 74.1 99.2 0.14
구분 열변형온도
(℃)		 휨저항성
(mm)		 충격강도
(J/m)		 광투과도
(%)		 헤이즈
(%)		 수분흡수율
(%)
비교예 1 101.9 0.45 24.9 72.8 98.6 0.20
비교예 2 105.4 0.57 27.3 73.4 99.1 0.21
비교예 3 114.3 0.61 31.6 72.8 98.2 0.25
비교예 4 100.4 0.32 23.8 72.5 98.4 0.15
비교예 5 104.2 0.45 26.7 73.4 99.3 0.24
비교예 6 97.3 0.22 24.3 71.9 98.48 0.12
비교예 7 101.3 0.32 29.0 73.3 98.2 0.18
비교예 8 109.4 0.28 27.6 72.1 99.1 0.21
비교예 9 100.8 0.33 26.7 74.8 98.1 0.24
비교예 10 117.1 0.58 32.5 72.4 98.9 0.26
비교예 11 98.8 0.34 24.7 73.6 99.3 0.18
비교예 12 104.7 0.36 27.2 71.5 98.3 0.21
비교예 13 101.2 0.21 24.6 74.2 99.2 0.11
비교예 14 101.5 0.28 29.1 72.8 98.2 0.14
상기 물성평가 결과, 실시예와 비교예의 비교로부터 알 수 있듯이 통상의 폴리스티렌 수지를 사용할 경우에 비해 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 사용할 경우 광투과도나 헤이즈 등의 광학 특성에는 큰 변화가 없으면서 열에 의한 변형에 대해 더 안정적인 고내열성을 가짐을 휨 저항성 및 열 변형 온도로부터 알 수 있다.
또한 폴리스티렌 수지의 함량이 증가함에 따라 광투과도나 헤이즈의 변화는 일정한 수준 범위 내에서 큰 변화가 없었으나, 수분 흡수율이 낮아지고 휨 저항성도 낮아짐을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 기재층의 베이스 수지로서 폴리카보네이트 수지 및 폴리스티렌 수지를 포함하며, 상기 폴리스티렌 수지는 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 포함하는 광확산판으로서,
    상기 메타크릴산을 갖는 폴리스티렌 수지를 기재층의 베이스 수지 중의 폴리스티렌 수지 전체 중량에 대하여 10~90중량% 포함하며,
    상기 폴리스티렌 수지의 동적점탄성의 tanδ 피크 온도가 120℃ 이상 150℃ 미만인 것을 특징으로 하는 광확산판.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 폴리카보네이트 수지와 폴리스티렌 수지의 혼합 중량비가 9 : 1 ~ 1 : 9 인 것임을 특징으로 하는 광확산판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재층의 일면 또는 양면에 상기 기재층의 베이스 수지와 같거나 다른 베이스 수지를 포함하는 표면층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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