KR101132446B1 - 반사시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사시트에 관한 것으로, 베이스 수지로서 아크릴계 수지를 사용하고 초임계 유체기술을 이용하여 평균 입경 50㎛ 이하의 미세기포를 형성함으로써 고반사율을 갖고 또한 내광성이 우수한 반사시트를 제공한다.

반사시트, 아크릴계 수지, 초임계 유체, 미세기포

Description

반사시트 {Reflection sheet}

본 발명은 반사시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정디스플레이의 백라이트 유닛용 반사시트에 관한 것이다.

최근 TV, 데스크탑 컴퓨터, 노트북, 휴대폰 등의 주요 부품으로 사용되고 있는 액정디스플레이는 비발광소재의 액정층을 사용하므로 별도의 광원을 설치하여야 하며, 광원의 측면 또는 배면에는 후면부로 방산되는 빛을 반사시키기 위하여 반사시트를 설치한다. 반사된 빛은 확산판, 도광판, 확산필름 및 휘도향상용 시트 등을 거치면서 전면으로 출사된다.

여기서 반사시트는 액정화면이 번쩍이지 않을 정도로 광원램프의 빛을 반사시켜 휘도의 향상을 도모하는 반사성과, 백라이트 유닛의 이면부에 배열되는 장치, 프레임 등이 확인되지 않도록 은폐성을 가져야 한다.

종래 반사시트로는 합성수지제의 시트 중 산화티탄 등의 백색안료가 분산된 것, 표면에 금속증착막을 적층한 것, 합성수지제의 시트 중에 빛을 산란시키기 위하여 기포가 분산된 것 등이 사용되고 있다.

그러나 백색안료가 분산된 경우 배면으로 광의 누설을 억제하기 위하여 안료의 첨가량을 늘려야 하는데, 백색안료는 특정파장의 광을 흡수하기 때문에 그 첨가량이 많아지면 광 손실이 증대되어 반사율이 저하되는 문제가 있다.

또한 표면에 금속증착 처리를 한 경우 우선 제조비용이 많이 드는 문제가 있고, 확산반사가 일어나기 어렵기 때문에 시트의 얼마 안 되는 일그러짐에도 휘도얼룩이 발생하는 문제가 있으며 이를 개선하기 위하여 조면화한 필름에 금속을 증착시키는 경우, 금속의 종류에 따라 높은 휘도를 얻을 수 없거나, 내구성이 부족해 열화가 빨리 진행되어 휘도의 경시적 저하현상이 일어나는 문제가 있다.

한편, 합성수지제의 시트 중에 기포를 형성시키기 위해 연신 또는 발포의 방법을 사용하고 있다.

대한민국 등록특허 제200200호의 "광반사체 및 광반사장치"에는 폴리올레핀계 수지에 대하여 무기계 충전제가 첨가된 기재의 적어도 한쪽 표면에 UV보호층이 적층된 광반사체로서, 면적배율 1.5~20배 연신되고 파장 550㎚의 광선반사율이 95%인 것을 특징으로 하는 광반사체가 개시되어 있다.

일본국 특개평 4-239540호 공보에는 2~25 중량%의 폴리올레핀을 함유하는 폴리에스테르 필름을 연신한 다공성 필름 및 다공성 필름과 5~25%의 무기입자를 함유하는 폴리에스테르 필름을 연신한 다공성 필름을 적층한 백색폴리에스테르 필름이 개시되어 있다. 이 경우 무기 입자의 양이 5~25 중량%로 작기 때문에 무기입자에 의한 광의 반사가 적고 기포의 미분산성이 불충분하기 때문에 고반사율을 얻을 수 없다.

또한, 일본국 특개평 8-143692호에도 폴리에스테르 수지 중에 폴리올레핀과 폴리스티렌 수지를 2종 함유시킨 백색 반사필름이 개시되어 있지만, 이 경우에도 마찬가지로 고반사율을 얻을 수가 없다.

합성수지제의 시트 중에 기포를 형성시키기 위해 발포의 방법을 사용하는 경우 화학발포제나 물리적 발포제를 사용하여 발포체를 제조하는 방법이 알려져 있다.

화학발포법은 일반적으로 원료수지와 성형온도에 의해 분해해서 가스를 발생하는 저분자량의 유기발포제를 혼합하고, 이 발포제의 분해온도 이상으로 가열하여 발포 성형하는 방법이다. 이 방법은 가스의 발생이 분해온도에 대하여 예민하며, 분해온도도 발포보조제 등을 첨가하기 때문에 용이하게 조제될 뿐 아니라 독립 기포를 가진 발포체를 얻을 수 있다.

물리적 발포법인 가스발포법은 성형기에 의해 수지를 용융한 곳에 부탄, 펜탄, 디클로로디플로로메탄과 같은 저비점 유기화합물을 공급하고, 혼련한 후 저압영역으로 방출하여 성형하는 방법이다. 이 방법에 사용되는 저비점 유기화합물은 수지에 대하여 친화성이 있으므로 용해성이 뛰어나고, 유지성에도 뛰어나므로 고배율발포체를 얻을 수 있다고 하는 특징을 갖고 있다.

그러나 이와 같은 방법을 사용하면 코스트가 높아지고 화학발포체의 경우 발포체 속에 잔존하는 발포체의 분해 잔류물로 인하여 발포체의 변색, 악취 등의 문제가 발생되고, 물리적 발포법을 이용하여 제조한 발포체는 가연성이나 독성 등의 위험성을 가지고 있고 대기오염문제를 발생시킬 가능성이 있다. 또한 이와 같은 방법은 반사율을 극해화 할 수 있는 수준의 기포를 미세하게 제조하는 데는 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 미국특허등록 제4473665호에는 2~25㎛의 직경을 가진 미세한 셀을 균일하게 분산시킨 발포성형체를 얻기 위한 제조방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는 먼저 가압하에서 불활성 가스를 열가소성 수지제 시트 속에 포화할 때까지 함침시키고 열가소성수지의 유리전이온도까지 가열하고 감압하여 수지에 함침되고 있는 가스를 과포화상태로 하여 셀핵을 생성하고 급랭하여 셀의 성장을 제어한다. 이 방법으로 미세하고 다수의 셀을 가진 발포체를 얻을 수 있으나 불활성 가스는 수지와의 친화성이 낮기 때문에 수지 속에 가스를 완전 함침시키는데 10수시간을 요하게 되어 생산성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.

한편, 반사시트는 지속적으로 광원램프 로부터의 빛에 노출되며, 이로 인해 자외선에 의한 반사시트의 광학 특성의 저하가 불가피하게 된다. 종래 자외선에 의한 저하를 막기 위하여 베이스 수지에 자외선 흡수제나 안정제를 포함하였으나, 근 본적인 반사시트의 광학 특성 저하를 막기는 어려운 점이 있었다.

이에 본 발명자들은 생산성이 우수하면서도 미세한 다수의 기포를 균일하게 형성시키고 기포 직경을 자유로이 제어할 수 있으며, 내광 특성이 우수한 아크릴계 수지를 적용하여 장시간의 자외선 노출에 의한 광학 특성 저하를 크게 개선시켜, 내광성이 우수한 고반사율의 반사시트를 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명은 생산성이 우수하면서도 미세한 다수의 기포를 균일하게 형성시켜 우수한 반사율을 가지는 반사시트를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 우수한 내광성을 가지는 반사시트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아크릴계 수지를 베이스 수지로 하고 평균 입경 50㎛ 이하의 미세기포를 함유하는 것을 특징으로 하는 반사시트를 제공한다.

상기 반사시트는 두께가 0.5~1.5㎜임을 특징으로 한다.

상기 반사시트는 비중이 0.2~0.8 임을 특징으로 한다.

상기 미세기포는 초임계 유체 발포에 의하여 형성된 것임을 특징으로 한다.

상기 초임계 유체는 N₂ 또는 CO₂의 초임계 유체임을 특징으로 한다.

상기 반사시트는 베이스 수지 100중량부에 대하여 무기계 충전제 40중량부 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 무기계 충전제는 황산바륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 탄산바륨, 탄산칼슘, 염화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 산화아연, 이산화티탄, 알루미나, 실리카, 탈크, 제올라이트 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 무기계 충전제는 그 평균 입경이 10㎛ 이하인 것임을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 반사시트는 아크릴계 수지를 베이스 수지로 사용한다. 아크릴계 수지는 방풍유리, 건축재료, 콘택트렌즈 등 다양한 분야에 사용되며, 광투과성 및 내광성 등의 광학적 특성이 매우 우수하여 최근 전자재료에 많이 적용되고 있다.

본 발명에서의 아크릴계 수지로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트 등의 메타크릴산알킬에스테르; 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 등의 아크릴산알킬에스테르; 시크로헥실메타크릴레이트, 2-메틸시크로헥실메타크릴레이트, 디시클로펜타닐메타크릴레이트 등의 메타크릴산시크로알킬에스테르; 시클로헥실아크릴레이트, 2-메틸시크로헥실아크릴레이트 등의 아크릴산시크로알킬에스테르; 페닐메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트 등의 메타크릴산아릴에스테르; 페닐아크릴레이트, 벤질아크릴레이트 등의 아크릴산아릴에스테르 중 선택되는 단독 중합체 또는 1종 이상의 공중합체인 것이 바람직하다.

본 발명은 베이스 수지로써 아크릴계 수지를 사용하는 외에 다층구조의 아크릴계 수지 비드를 더 포함하고 있어 반사시트의 강도를 보강하였다. 또한 상기 아크릴계 수지 비드는 다층구조, 특히 삼층구조임이 바람직하며, 단층구조의 비드에 비하여 굴절률의 차이 없이 탄성 성분을 부여할 수 있는 점이 좋다. 상기 아크릴계 수지 비드는 베이스 수지에 대하여 5~50중량부 포함하며, 5중량부 미만으로 포함하 는 경우 반사시트의 강도에 문제가 있으며, 50중량부를 초과하여 포함하면 표면특성에 문제가 있다.

여기서 상기 미세기포는 평균 입경을 50㎛ 이하로 하는 것이 좋다. 평균입경이 50㎛를 초과하는 경우엔 입사광이 반사시트의 내부까지 침투하거나 기포계면에서의 난반사의 횟수가 감소하기 때문에 반사율이 저하하게 된다.

한편 반사시트는 비중이 0.2~0.8 인 것이 바람직하며, 비중이 0.8을 초과하면, 즉 기포율이 작아지고 다른 요건을 만족하고 있더라도 발포하고 있지 않은 수지 부분에 있어서의 광흡수나 반사시트의 투명화에 의한 광투과 등에 의한 광손실이 커지므로 반사율이 저하된다. 비중이 0.2 미만이면 강성이 뚜렷이 저하되어 형상유지가 어려운 문제점을 나타낸다.

상기 반사시트는 두께를 0.5㎜ 이상 되도록 하는 것이 좋다. 두께가 0.5㎜ 이상이 되도록 함으로써 후가공시 다루기 쉽고 형상유지성이 우수해진다. 또한 누설되는 광이 적어져서 반사율이 증가한다. 또한 LCD용 백라이트 유닛에 사용될 경우에는 두께를 1.5㎜ 이하로 하여 액정디스플레이의 박형화 추세에 부응하는 것이 바람직하다.

본 발명의 반사시트는 반사효율을 더욱 향상시키기 위하여 무기계 충전제를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 무기계 충전제로는 황산바륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 탄산바륨, 탄산칼슘, 염화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 이산화티탄, 알루미나, 실리카, 탈크, 제올라이트 등을 들 수 있다. 특히 아크릴과의 분산성 및 광학특성이 우수한 황산바륨과 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반사율 증대를 위한 무기계 충전제는 평균 입경이 10㎛ 이하인 것이 좋은데, 그 이유는 평균 입경이 10㎛를 초과하면 표면특성이 저하되는 단점을 나타낸다. 한편 그 첨가량은 베이스 수지 100중량부에 대하여 40 중량부 이하인 것이 바람직하며, 40 중량부를 초과하면 마찬가지로 표면특성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 반사시트는 광안정제로써 자외선 흡수제와 자외선 안정제를 더 포함할 수 있다. 상기 자외선 흡수제로는 2-히드록시-4-메톡시-2′-카르복시벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-옥톡시벤조페논, 2,2′,4,4′-테트라히드록시벤조페논, 4-도데실옥시-2-히드록시벤조페논, 비스(5-벤조일-4-히드록시-2-메톡시페닐)메탄, 2,2′-디히드록시-4-메톡시벤조페논 등의 벤조페논계 화합물, 2-2′-메틸렌비스[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸-6-(2H-벤조트리아졸-2-일)페놀], 2-(2′-히드록시-5′-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2′-히드록시-3′,5′-디-tert-부틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸 등의 벤조트리아졸계 화합물 등이 있다.

자외선 흡수제 외에 수지의 열화를 억제하기 위하여 자외선 안정제를 보충하 는 것이 바람직하다. 자외선 안정제로서는 힌더드 아민계 안정제 등을 들 수 있다.

또한 본 발명의 반사시트는 산화방지제를 더 포함할 수 있는데, 상기 산화방지제로는 힌더드 페놀계 유도체와 방향족 아민계 유도체 등의 1차 산화방지제가 효과적이지만, 고온 내열성에 효과를 보이는 인계 유도체 또는 황계 유도체 등의 2차 산화방지제를 병용하는 것이 바람직하다. 1차 산화방지제는 고분자 물질에 생성된 자유라디칼을 탈취하여 고분자를 안정화시키는 라디칼 포착제로서의 기능을 수행하며, 2차 산화방지제는 과산화물 분해제의 기능을 수행하며 1차 산화방지제의 보조 역할을 하는 것이다.

상술한 자외선 안정제 또는 흡수제, 산화방지제의 각각의 첨가하는 양은 베이스 수지 100중량부에 대하여 1 중량부 이하가 적당하다.

본 발명인 반사시트를 제조하는 방법으로서 초임계 유체 발포 기술을 사용하는 제조 방법에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다. 이하의 설명은 본 발명인 반사시트를 제조할 수 있는 일 방법에 해당하며, 본 발명의 권리범위가 여기에 제한되는 것은 아니다.

우선 본 발명인 반사시트의 베이스 수지를 용융하는 제 1단계와; 초임계 유체를 상기 용융 베이스 수지에 주입하는 제 2단계와; 상기 초임계 유체를 상기 용 융 베이스 수지와 상호 혼련시키는 제 3단계와; 상기 혼련된 초임계 유체를 상기 베이스 수지 내에서 발포하는 제 4단계와; 상기 발포된 용융 베이스 수지를 압출하는 제 5단계를 포함한다.

본 발명의 반사시트에서는 필요에 따라서 무기 충전제 또는 광안정제, 산화방지제 등을 더 포함할 수 있으며, 이때에는 필요에 따른 각 성분을 제 1단계에서 주입 및 혼합하는 것이 바람직하다. 각각의 성분들에 대하여서는 상술한 바와 같다.

이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10의 조성 및 조성비는 하기 표 1과 같다.

하기 제조방법의 초임계 유체기술 및 화학적 발포기술은 각각 다음과 같은 방법으로 제조한 것이다.

(1) 초임계 유체기술

용융지수가 1.5g/10min (230℃, 37.3N)인 폴리메틸메타아크릴레이트 베이스 수지 100중량부에 대해, 벤조페논계 자외선 흡수제 0.2중량부와 페놀계 산화방지제 0.1중량부를 텀블러 믹서를 사용하여 혼합한 후 2축 압출기를 이용하여 펠릿형상으로 가공하여 1축 압출기에 투입하였다. 230~250℃ 범위에서 용융시킨 후, 약 1%의 초임계 유체상태의 N₂를 투입한 후 205℃의 조건에서 스크류를 이용한 혼련 및 냉각 과정을 거쳐 발포상태로 만들고 다이 및 압착롤을 통과시켜 반사시트를 형성한다.

(2) 화학적 발포기술

용융지수가 1.5g/10min (230℃, 37.3N)인 폴리메틸메타아크릴레이트 베이스 수지 100중량부에 대해, 벤조페논계 자외선 흡수제 0.2중량부와 페놀계 산화방지제 0.1중량부를 텀블러 믹서를 사용하여 혼합한 후 2축 압출기를 이용하여 펠릿형상으로 가공하여 압출기에 투입하였다. 동시에, 유기과산화물로서 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산 0.2 중량부 다관능성 모노머인 디비닐벤젠 1 중량부를 50kg/h로 65mm 텐덤형 압출기에 공급하고, 제1단 압출기(구경 65mm)속에서 200℃로 가소화한 후, 발포제로서 이소부탄을 상기 수지 100중량부에 대하여 5중량부 압입한 다음, 제2단 압출기 속에서 수지 온도를 150℃로 냉각시키고 압착롤 및 가이드롤을 지나가게 하여 두께 2mm의 시트를 얻었다.

한편 상기와 같이 제조된 반사시트 내에 형성된 기포의 평균입경은 단면의 SEM 사진을 촬영하고, 일정 단면적 내에 포함되는 기포의 입경을 측정해서 평균함으로써 구한다.

비중은 수중치환법에 의해 측정하고 측정조건은 온도 23℃, 상대습도 65%에서 실시한다. 두께는 버어니어 캘리퍼스를 이용하여 구한다.

반사율은 분광광도계 (UV spectrophotometer, Varian사)를 이용하여 380 ~ 780nm의 파장영역에서 측정하고 파장 550nm의 반사율을 대표치로 측정한다.

구분	아크릴계수지	탄산 칼슘	자외선흡수제	산화 방지제	제조방법		기포입경 (㎛)	시트비중	시트두께 (㎜)	반사율 (%)
					초임계 유체	화학적 발포
실시예1	100	0	0.2	0.1	○	×	20	0.6	1	95
실시예2	100	10	0.2	0.1	○	×	18	0.6	1	96
실시예3	100	20	0.2	0.1	○	×	19	0.6	1	97
실시예4	100	10	0.2	0.1	○	×	17	0.6	0.5	93
실시예5	100	10	0.2	0.1	○	×	20	0.6	1.5	97
비교예1	100	0	0.2	0.1	○	×	20	0.6	1	94
비교예2	100	10	0.2	0.1	○	×	18	0.6	1	97
비교예3	100	20	0.2	0.1	○	×	19	0.6	1	97
비교예4	100	0	0.2	0.1	×	○	251	0.4	1	71
비교예5	100	10	0.2	0.1	×	○	250	0.4	1	72
비교예6	100	20	0.2	0.1	×	○	248	0.4	1	76
비교예7	100	0	0.2	0.1	○	×	51	0.5	1	93
비교예8	100	0	0.2	0.1	○	×	77	0.4	1	91
비교예9	100	0	0.2	0.1	○	×	89	0.2	1	90
비교예10	100	10	0.2	0.1	○	×	19	0.6	2	97
* 아크릴계수지 : 호모폴리메틸메타아크릴레이트 (KURARAY, EH) * 자외선흡수제 : 벤조페논계 자외선흡수제 * 산화방지제 : 페놀계 산화방지제 * 탄산칼슘 : 중질탄산칼슘 (시라이시칼슘, 소프톤1800, 평균입경 1.5㎛)

상기 실험 결과, 실시예 1 내지 3에서는 양호한 고반사율의 반사시트를 얻을 수 있었고, 탄산칼슘의 양이 증가함에 따라 약간의 반사율 상승효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한 아크릴계 수지 비드를 사용하지 않은 비교예 1 내지 3과 비교하였을 때 접힘성이 우수함을 알 수 있다.

실시예 4, 실시예 5, 그리고 비교예 10에서는 시트의 두께가 두꺼워질수록 반사율이 일정 부분 증가하지만 일정 두께 (여기서는 1.5mm) 이상에서는 더 증가하지 않음을 보여 주었다.

또한, 비교예 4 내지 6에서는 일반적인 화학발포법을 적용하여서 기포입경의 크기가 상대적으로 크게 형성되어 낮은 반사율을 나타낸 것을 볼 수 있다.

비교예 7 내지 9에서는 기포의 입경이 증가함에 따라 반사율이 떨어짐을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 미세한 다수의 기포를 균일하게 형성시켜 반사율을 향상시키고 내광성 및 강도가 우수한 백라이트 유닛용 반사시트를 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 아크릴계 수지를 베이스 수지로 하고, 평균 입경 50㎛ 이하의 미세기포를 함유하되,

   상기 미세기포는 초임계 유체 발포에 의하여 형성된 것임을 특징으로 하는 반사시트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사시트는 두께가 0.5~1.5㎜임을 특징으로 하는 반사시트.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사시트는 비중이 0.2~0.8 임을 특징으로 하는 반사시트.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 초임계 유체는 N₂ 또는 CO₂의 초임계 유체임을 특징으로 하는 반사시트.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사시트는 베이스 수지 100중량부에 대하여 무기계 충전제 40중량부 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사시트.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 무기계 충전제는 황산바륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 탄산바륨, 탄산칼슘, 염화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 산화아연, 이산화티탄, 알루미나, 실리카, 탈크, 제올라이트 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 반사시트.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 무기계 충전제는 그 평균 입경이 10㎛ 이하인 것임을 특징으로 하는 반사시트.