KR101692343B1 - 고굴절 모노머, 그를 함유한 프리즘 시트성형용 레진 조성물 및 그를 이용한 프리즘 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말단기에 적어도 1개 이상의 아크릴 관능기를 가지고, 모노머의 굴절률 1.57이상을 충족하도록 설계된 고굴절 모노머, 상기 고굴절 모노머 단독 또는 적어도 2종 이상의 혼합형태로 함유하여, 굴절률, 점도, 경도 및 황변도를 제어할 수 있는 프리즘 시트성형용 레진 조성물, 상기 최적의 배합으로 이루어진 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 이용하여, 경화전 액상의 고굴절률과 저점도를 구현하고, 투명성과 내황변성의 양호한 프리즘 시트가 개시되어 있다. 이에, 본 발명은 고휘도의 프리즘 시트를 제공함으로써, 동일 휘도를 구현하기 위해 적용되는 시트의 개수를 줄여 슬림화 및 성능의 향상과 원가 절감에 기여함으로써, 백라이트 유닛에 사용되는 LED 램프의 개수를 줄일 수 있으므로 에너지 절감 효과를 제공한다.

Description

고굴절 모노머, 그를 함유한 프리즘 시트성형용 레진 조성물 및 그를 이용한 프리즘 시트{HIGH REFRACTIVE MONOMER, RESIN COMPOSITION FOR PRISM SHEET CONTAINING THE SAME AND PRISM SHEET USING THE SAME}

본 발명은 고굴절 모노머, 그를 함유한 프리즘 시트성형용 레진 조성물 및 그를 이용한 프리즘 시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고휘도가 요구되는 프리즘 시트를 성형하기 위하여, 굴절률, 점도, 경도 및 황변도를 제어할 수 있는 고굴절 모노머를 설계하고, 상기 고굴절 모노머가 함유된 레진 조성물을 이용하여 고휘도의 프리즘 시트를 제공함으로써, 동일 휘도를 구현하기 위해 적용되는 시트의 개수를 줄여 슬림화 및 성능의 향상과 원가 절감에 기여할 수 있는 고굴절 모노머, 그를 함유한 프리즘 시트성형용 레진 조성물 및 그를 이용한 프리즘 시트에 관한 것이다.

액정표시장치(liquid crystal display; LCD)는 매트릭스 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여 그 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 조절할 수 있는 표시장치로서, 자체적으로 발광하지 못하므로 그 배면에 조명장치(lamp device)를 설치하여 화상을 표현할 수 있도록 설계된다.

이러한 조명장치(lamp device)는 자체적으로 빛을 내지 못하는 LCD 뒷면에 디스플레이 영상이 보일 수 있도록 고르게 빛을 비춰주는 역할을 하며, 상기 도광판은 조명장치(lamp device)의 휘도와 균일한 조명 기능을 수행하는 부품으로 광원(LED)에서 발산되는 빛을 LCD 전체 면에 균일하게 전달하는 플라스틱 성형렌즈의 하나이다. 따라서 이러한 도광판은 기본적으로 이러한 조명장치(lamp device)의 필수적인 부품으로 사용되지만, 도광판 자체의 두께로 인해 전체적인 제품의 두께를 박형화할 수 있는데 한계를 나타내고 있으며, 대면적 조명장치(lamp device)의 경우, 화질이 저하되는 문제를 야기하고 있다.

이에, 보통 LCD 백라이트의 광원에서 나온 빛은 도광판 및 확산판을 통과하고 확산필름을 통과하면서 광휘도는 급격히 떨어지는데, 여기서 프리즘 시트는 광확산 필름으로부터 나오는 빛을 출광면 정면 이외의 방향으로 나가는 것을 막고 광지향성을 향상시켜 시야각을 좁혀서 백라이트 출광면 정면 방향으로의 휘도를 증대시켜주는 역할을 한다.

프리즘 시트의 구조는 띠 모양의 마이크로 프리즘(Micro-Prism)이 모재(PET) 상부에 형성된 것으로 중소형 백라이트 유닛에서 수평, 수직 두장을 한 세트로 사용하고, 대형 LCD-TV에서는 모니터 및 중소형 LCD에 비해 넓은 광시야각을 요구함으로써, 수평방향인 프리즘 시트 1장과 DBEF(Double brightness enhance film) 필름을 추가하여 사용하는 것이 일반적이다.

그러나, 가격적인 측면을 고려하여, LCD-TV의 저가형 일반사양에서는 고가의 DBEF 필름을 제거한 상태로 제작하는 경우가 있으며, 프리즘 시트는 산 형태, 프리즘의 산 각도, 배면처리 등에 따라 집광성, 밀착성, 내스크래치성 등이 다르기 때문에 제품 특성에 맞게 선택 적용하여 사용한다.

프리즘 시트의 제작 방법을 살펴보면, 사출을 이용한 열가압 방식과 UV 경화형 재료를 이용한 방법이 사용되고 있다.

열가압 방식은 필름 재료인 펠렛(pellet)을 투입하고 고온으로 녹인 후 사출 시스템으로 사출하고, 롤에 형성된 패턴을 이용하여 프리즘 형상을 형성하고 보호 필름을 부착하여 제품화하는 방식으로 이루어진다.

UV 경화형 재료를 이용한 프리즘 시트 제작 기술은 패턴이 형성된 금속 롤이나 금형에 UV 경화 수지액을 도포하고, 자외선을 투과하는 투명수지 필름 기재에 자외선 조사하여 경화시킨 후 이형시키고, 경화된 프리즘 패턴에 기재층을 입히는 공정으로 주로 진행되고 있다.

이상의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 타입의 확산필름을 통칭한 집광필름은 표면에 프리즘구조가 형성되어 있어, 관찰자 방향으로 광이 굴절한다. 이들의 정확한 성능(Performance)을 계산하기 위해서는, 세밀한 광선추적분석이 필요하지만, 3가지 광선의 입사각도 즉, 거의 수직인 0°, 거의 수평인 89° 그리고 출사광선이 수직이 되도록 선택된 입사각도를 분석하여 집광 필름의 성능 분석이 이루어진다.

이때, 프리즘 정점각도가 너무 큰 경우는 효과가 적은데, 이러한 결과는 표면이 평면적인 필름에 근접할수록, 광학적인 역할을 수행할 수 없기 때문이다.

또한, 필름 뒷면이 광을 굴절하므로, 프리즘 면을 가까이 대어감에 따라, 39° 이상의 각도로부터 광선이 입사되는 일은 없다. 필름의 뒷면이 거칠거나, 필름 내에서 광이 산란한 경우만 높은 각도로부터 광선이 입사되는데, 이 광선들은 큰 각도에서 출사되므로, 표면의 거칠기나 필름 내의 산란은 프리즘 시트의 효과를 방해하는 원인이 된다.

이러한 프리즘 시트의 집광효과를 좌우하는 매개변수로는 이외에도 많이 있는데, 높은 굴절률을 가진 소재의 경우 광을 구부리는 효과가 높으므로, 집광특성도 높다. 예를 들면, 굴절률을 0.1 단위로 올리는 것만으로, 싱글 프리즘 시트 대비 전방휘도가 ∼10% 가량 높아진다. 즉, 프리즘을 구성하는 물질의 굴절률이 크면, 스넬의 법칙에 의해 공기 매질로 빛이 나길 때 굴절이 많이 일어나게 되어, 전방휘도가 상승하는 효과가 발생한다.

또한, 휘도란 단위면적(㎡)당 광원에서 나오는 광원의 세기(Cd)를 나타내는 것으로서, 디스플레이의 성능을 좌우하는 주요인자이며, 디스플레이의 휘도를 높이기 위하여, 광원의 세기를 높이거나 휘도향상용 광학필름을 사용하는 방법을 수행하고 있다.

프리즘 시트에서 굴절률이 높아질수록 휘도가 상승하는데, 굴절률 1.60 이상에서는 전방휘도는 상승하나, 시야각이 좁아지는 단점이 있다. 이에 프리즘 시트에서 최적의 휘도는 굴절률 1.55∼1.58 수준으로 조절될 때임을 확인할 수 있다.

LCD 시장이 TV나 모니터에서 휴대폰 및 기타 수요처로 확대되고, 참여업체가 늘어나면서 경쟁이 심화되고 있는 상황에서, 고기능화, 슬림화에 따른 성능의 향상과 원가와 직결되는 고휘도, 고굴절 프리즘 및 복합 시트의 제조기술 확보가 가장 중요한 경쟁력으로 평가되고 있다.

현재 적용되고 있는 프리즘 패턴 레진의 굴절률은 기술의 한계로 인하여 1.55 이하를 사용하고 있으며, 현재까지도 주력으로 생산되는 제품의 굴절률 역시 1.53 수준이다.

대한민국 공개특허 제2013-96140호에는 인쇄회로기판 상에 형성되는 다수의 LED 광원과 상기 LED 광원 상에 적층되어, 출사되는 빛을 전방으로 확산 유도하는 레진층을 포함하되, 상기 레진층은 올리고머를 포함하는 합성수지로 이루어진 광확산 유도용 레진 조성물을 개시하고 있다. 이에, 일반적인 조명장치의 구조에 필수적인 도광판을 제거하고, 올리고머를 주성분으로 하는 레진층을 이용하여 광원을 유도하는 구조를 형성함으로써, 광원수를 절감할 수 있으며, 특히 고온 점등의 지속시 휘도의 변화를 최소화하여 우수한 내열특성 및 광특성을 구현한다고 보고하고 있다. 그러나, 상기 발명은 우레탄 아크릴레이트 올리고머(urethane acrylate oligomer)를 주재료로 한 레진층이 개시되어 있다.

이에, 본 발명자들은 종래 BLU 소재들의 기술개발을 통해 축적된 기술과 고굴절 원재료들을 디자인하고 합성 가능한 제조기술을 응용하여 프리즘 시트의 고휘도를 구현하고자 노력한 결과, 말단기에 적어도 1개 이상의 아크릴 관능기를 가지는 구조의 모노머가 굴절률 1.57이상을 충족하도록 설계하고, 상기 고굴절 모노머 단독 또는 적어도 1종 이상의 혼합형태를 최적의 배합으로 함유한 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 통해 경화전 액상의 고굴절률과 저점도를 구현한 프리즘 시트를 제공함에 따라, 동일 휘도를 구현하기 위해 적용되는 시트의 개수를 줄여 슬림화 및 성능의 향상과 원가 절감에 기여할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 프리즘 시트 성형시 원재료로서 유용한 할로겐 프리 고굴절 모노머를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 할로겐 프리 고굴절 모노머를 함유하는 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 프리즘 시트성형용 레진 조성물로 성형된 고휘도의 프리즘 시트를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) 굴절률 1.57이상, 2) 말단기에 적어도 1개 이상의 아크릴 관능기를 가지는 프리즘 시트 레진용 할로겐 프리 고굴절 모노머를 제공한다.

더욱 상세하게는, 상기 고굴절 모노머가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.

화학식 1

상기 식에서, Ar은 치환 또는 비치환된 방향족 환이고, a 및 b는 0 내지 20의 정수이나, a 및 b가 동시에 0은 아니고; Ra 및 Rb 중 적어도 어느 하나가 아크릴 관능기를 말단기로 포함하고, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 알킬렌옥시알킬렌이고, n은 1 내지 2의 정수이다.

상기에서 Ar의 방향족 환은 페닐, 비페닐, 비페닐알킬렌, 나프탈렌, 파이렌, 페릴렌, 올리고비페닐, 안트라센, 페난트렌 및 플루오렌으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명은 이상의 고굴절 모노머를 단독 또는 적어도 1이상의 혼합형태로 함유하는 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 제공한다. 이때, 상기 고굴절 모노머는 10 내지 30중량%로 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명의 프리즘 시트성형용 레진 조성물은 1) 경화 전 액상의 굴절률이 1.57이상이고, 2) 25℃에서의 점도가 1,500cPs이하인 것을 충족한다.

나아가, 본 발명은 이상의 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 이용한 성능이 개선된 프리즘 시트를 제공한다.

본 발명은 말단기에 적어도 1개 이상의 아크릴 관능기를 가지고, 모노머의 굴절률 1.57이상을 충족하도록 설계한 고굴절 모노머를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 고굴절 모노머 단독 또는 적어도 1종 이상의 혼합형태를 최적의 배합으로 함유한 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 통해 경화전 액상의 고굴절률과 저점도를 구현하고, 경화후 높은 접착력을 보이는 프리즘 시트를 제공할 수 있다.

이에, 동일 휘도를 구현하기 위해 적용되는 시트의 개수를 줄여 슬림화 및 성능의 향상과 원가 절감에 기여할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 1) 굴절률 1.57이상,

2) 말단기에 적어도 1개 이상의 아크릴 관능기를 가지는 프리즘 시트 레진용 할로겐 프리 고굴절 모노머를 제공한다.

이에, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 고굴절 모노머를 제공한다.

화학식 1

상기 식에서, Ar은 치환 또는 비치환된 방향족 환이고, a 및 b는 0 내지 20의 정수이나, a 및 b가 동시에 0은 아니고; Ra 및 Rb 중 적어도 어느 하나가 아크릴 관능기를 말단기로 포함하고, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 알킬렌옥시알킬렌이고, n은 1 내지 2의 정수이다.

이때, 본 발명의 고굴절 모노머는 자유라디칼에 의해 중합이 가능한 화합물이 사용되며, 방향족기를 가지는 화합물로부터 중합되는 것이다. 상기 Ar의 방향족 환의 구체적인 일례로는 페닐, 비페닐, 비페닐알킬렌, 나프탈렌, 파이렌, 페릴렌, 올리고비페닐, 안트라센, 페난트렌 및 플루오렌으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 관능기인 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 플루오렌, 페닐, 비페닐, 나프탈렌, 파이렌을 예시로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니할 것이다.

이에, 본 발명의 고굴절 모노머는 할로겐 화합물이 배제되어 합성되므로, 환경적인 문제를 해소하고, 할로겐 화합물의 경우, 고온 및 항온항습 신뢰성 평가 이후의 황변에 대한 문제를 최소화할 수 있다.

다만, 본 발명의 방향족기를 가지는 화합물로부터 중합되는 고굴절 모노머의 경우, 구조상 결정형으로 제조되는 점을 염두에 두고, 구조상의 굴절률 및 결정성의 특징들을 제어하기 위하여, 방향족 환 구조들의 거리를 굴절률의 저하가 발생되지 않을 정도로 조절하거나, 아크릴 관능기의 수를 제어하거나, 대칭형태의 구조를 비대칭형태의 구조로 변환시켜 설계하는 방식으로 수행한다.

이에, 본 발명의 실시예 1 내지 8에서 바람직한 일례로 설명하고 있는 고굴절 모노머는 하기와 같으며, 이에 한정되지는 아니할 것이다.

화학식 1-1

화학식 1-2

화학식 1-3

화학식 1-4

화학식 1-5

화학식 1-6

화학식 1-7

화학식 1-8

또한, 본 발명은 이상의 고굴절 모노머를 단독 또는 적어도 2종 이상의 혼합형태로 함유하는 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 제공한다.

이때, 상기 고굴절 모노머는 단독 또는 적어도 2이상의 혼합형태가 10 내지 30중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 혼합형태의 경우, 각 모노머의 구조상의 물성과 굴절률에 따라, 선택 배합될 수 있다. 상기 고굴절 모노머의 함량이 상기 범위를 벗어나면, 굴절률, 점도 물성이 저하된다.

더욱 구체적으로는, 상기 고굴절 모노머의 구조 특성 및 아크릴 관능기의 수에 따라 물성을 제어할 수 있는데, 하기 실시예 1의 모노머(A), 실시예 4의 모노머(B) 및 실시예 7의 모노머(C)에서 선택된 단독 또는 적어도 2종 이상의 혼합형태로 배합한다. 이때, 실시예에 제시된 비율에 따라, A: B: C의 모노머 성분간의 혼합비율은 0∼1: 0∼1: 0∼0.5의 몰비율로 배합되는 것이다.

실시예 1의 모노머:

실시예 4의 모노머:

실시예 7의 모노머:

본 발명의 프리즘 시트성형용 레진 조성물은 주요 원료성분으로서, 고굴절 모노머를 함유하는 특징 이외에, 점도를 조절하기 위한 희석용도로 점도조절제 35 내지 50중량%를 함유할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 o-페닐페놀아크릴레이트(OPPEOA) 또는 페녹시에틸아크릴레이트(POEA)가 사용되고 있으나, 이 기술분야에서 동일목적으로 적용 가능한 공지물질을 사용할 수 있다.

또한, 프리즘의 경도를 구현하기 위한 목적으로 고관능기의 모노머인 경도강화제 15 내지 20중량% 및 공지의 고굴절 올리고머 20 내지 30중량%가 더 함유될 수 있으며, 물성 향상을 위한 목적으로 광개시제 1 내지 5중량%가 함유될 수 있다. 광개시제는 단파장 및 중파장의 개시제의 혼합형태로 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 본 밟명의 프리즘 시트성형용 레진 조성물에는 대전방지제 1 내지 2.5중량%가 함유되며, 이때, 대전방지제 함량은 10¹¹의 표면저항치를 구현하는 최적치로 결정된다. 이에, 대전방지제가 1중량% 미만으로 함유되면, 10¹²의 표면저항치가 달성되는 반면, 2.5중량%를 초과하면, 함량증가에 따른 대전성의 향상정도가 미미하다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 대전방지제 함량은 1.5중량%로 사용되어, 10¹¹의 표면저항치를 구현하며, 이러한 대전성으로 인해 프리즘 시트의 이물불량을 해소할 수 있다.

이외, 실리콘계 이형성 첨가제가 1중량% 미만으로 함유된다.

이상의 프리즘 시트성형용 레진 조성물은 1) 경화 전 액상의 굴절률이 1.57이상이고, 2) 25℃에서의 점도가 1,500cPs이하를 충족함으로써, 높은 굴절률로 인한 고휘도와 저점도로 인한 생산성을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 프리즘 시트성형용 레진 조성물은 고굴절 모노머의 아크릴 관능기 수가 적을수록 경도가 떨어지는 경향을 확인함으로써, 이에 따른 고굴절 모노머의 구조에 따라 적어도 2종 이상의 배합시 희석용도로 사용하거나, 경도를 올려주는 역할을 제공하므로, 고굴절 모노머의 혼합형태일 때, 물성향상을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명의 프리즘 시트성형용 레진 조성물은 신뢰성 평가 이후 투명성과 양호한 물성을 확인할 수 있다.

나아가, 본 발명은 굴절률, 점도, 경도 및 황변도를 제어할 수 있는 고굴절 모노머를 설계하고, 상기 고굴절 모노머가 함유된 레진 조성물을 이용하여 고휘도의 프리즘 시트를 제공한다.

이에, 본 발명의 프리즘 시트는 동일 휘도를 구현하기 위해 적용되는 시트의 개수를 줄여 슬림화 및 성능의 향상과 원가 절감에 기여함으로써, 백라이트 유닛에 사용되는 LED 램프의 개수를 줄일 수 있으므로 에너지 절감 효과를 제공한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 고굴절 모노머 합성

단계 1: 9,9- Bis (4- hydroxyphenyl ) fluorene (1-1)의 합성

질소분위기 하에서 500㎖ 반응플라스크에 9-플루오렌(138.7mmol, 25.0g), 페놀 (332.5mmol, 31.29g), 3-머캅토프로피오닉엑시드(13.8mmol, 1.47g)를 투입하고 톨루엔(140.5g)을 첨가하였다. 상기 혼합물에 메탄설포닉엑시드(276.7mmol, 26.6g)를 투입한 후 40℃로 서서히 승온하고, 동일 온도에서 13시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 상온으로 냉각한 후 농축하여 톨루엔을 제거하고, 테트라하이드로퓨란 155.5g을 첨가하여 교반 용해하였다. 용해 확인 후 메틸렌클로라이드 198.7g을 더하고 정제수 150.0g으로 2회 세척하고, 농축하여 용매를 제거하였다. 메탄올 175.0g을 더하고 승온하여 30분간 환류반응하였다. 10℃로 냉각한 후 1시간 동안 교반한 후 여과하고 건조하여 목적화합물, 9,9-비스(4-하이드록시 페닐)플루오렌(1-1)을 수득하였다[수율 85%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ), 6.50∼6.67(m, 4H, ArH), 6.80∼6.95(m, 4H, ArH), 7.20∼7.41(m, 6H, ArH), 7.84∼7.88(m, 2H, ArH), 9.29(s, 2H, -OH)].

단계 2: 9,9- 비스(4-글리시딜옥시페닐)플루오렌 (1-2)의 합성

질소분위기 하에서 1L 반응플라스크에 톨루엔 209.0g, DMSO 53.0g을 더한 후 40℃로 승온하였다. 한편 다른 반응기에 9-비스[4-(글리시딜옥시)페닐]플루오렌(2) 100.0g(285.3mmol), 에피클로로하이드린 316.87g(3.42mol)을 더하여 용해시킨 용액을 앞선 반응용액에 주입하였다. 또 다른 한편 다른 반응기에 테트라메틸암모늄클로라이드 0.344g(3.1mmol), 정제수 16g, NaOH 22.8g(0.57mol)을 더하여 용해시켰다. 상기 용액을 앞선 반응액에 주입한 후 100℃로 승온 후 1시간 환류 반응하였다. 반응 완료 후 반응액을 40℃로 냉각하고. 헥산 60㎖, 메틸렌클로라이드 300㎖, 1N-HCl 300㎖를 더한 후 교반, 분리하였다. 정제수 250㎖로 2회 세척하고, 유기층을 농축한 후 메탄올 200㎖를 더한 후 12시간 교반하였다. 여과하고 건조하여 목적화합물인 9,9-비스(4-글리시딜옥시페닐)플루오렌(1-2)을 수득하였다[수율 90%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ) 5.01(s, 2H, -OH), 6.61∼7.85(m, 16H, ArH)].

단계 3: 9,9-비스[4-(2,3- 디하이드록시프로판 ) 페닐 ] 플루오렌 (1-3a)의 합성

질소분위기 하에서 2L 반응플라스크에 9,9-비스(4-글리시딜옥시페닐)플루오렌(2) 100.0g(216.1mmol), 톨루엔 600㎖, 테트라부틸암모늄브로마이드 27.8g(86.2mmol), 페놀 48.7g(517.4mmol)을 더한 후 5시간 동안 환류 반응시켰다. 반응완료 후 상온으로 냉각하고, 정제수 300㎖로 3회 세척하여, 유기층을 농축하여 목적화합물인 9,9-비스[4-(2,3-디하이드록시프로판)페닐]플루오렌(1-3a)을 얻는다[수율 70%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ) 4.08(m, 8H, CH₂), 4.25(m, 2H, CH), 6.75∼7.90(m, 26H, ArH)].

단계 4: 9,9-비스[4-((2- 아크릴레이트 -3- 페녹시 )프로판) 페닐 ] 플루오렌 (1)의 합성

질소분위기 하에서 딘-스탁 장비를 설치한 250㎖ 반응기에 9,9-비스[4-(2,3-디하이드록시프로판)페닐]플루오렌(3b) 10g(15.3mmol), 벤젠 100g, 아세틱엑시드 8.85g(122.9mmol), 메탄설포닉엑시드 2.93g(30.6mmol)을 더한 후 12시간 환류 반응시켰다. 반응 완료 후 상온으로 냉각하고, 포화된 소듐비카보네이트 용액(100g)으로 2회 세척한 후 정제수 100㎖로 2회 세척하였다. 이후 유기층을 농축하여 목적화합물 9,9-비스[4-((2-아크릴레이트-3-페녹시)프로판)페닐]플루오렌(4)을 수득하였다[수율 70%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ) 4.17(m, 8H, CH₂), 5.41(m, 2H, CH), 5.85(d, 1H, CH), 6.10(q, 1H, CH), 6.35(d, 1H, CH), 6.68∼7.83(m, 26H, ArH)].

< 실시예 2∼3> 고굴절 모노머 합성

상기 실시예 1의 단계 2에서 얻어진 9,9-비스(4-글리시딜옥시페닐)플루오렌(1-2)를 출발물질로 사용하고 단계 3 및 단계 4와 동일한 방법으로 수행하여, 하기 표 1에 표기된 각 단계별 화합물을 얻고, 고굴절 모노머 2 및 3을 수득하였다.

< 실시예 4> 고굴절 모노머 합성

단계 1: 9,9-비스[(4- 옥시에탄올 ) 페닐 ] 플루오렌 (1-2a)의 합성

질소분위기 하에서 3L 반응기에 상기 실시예 1의 단계 1에서 얻어진 비스(4-하이드록시 페닐)플루오렌(1-1) 100.0g(285.3mmol), DMF 500㎖, 에틸렌카보네이트 52.7g(599.0mmol), KF 1g을 더한 후 4시간 환류 반응시켰다. 반응 완료 후 상온으로 냉각하고 정제수 1L를 더하고 20분 교반하였다. 메틸렌클로라이드 1L를 더한 후, 30분 교반하고, 유기층을 분리하였다. 정제수 1L로 4회 세척하고, 유기층을 농축하여 목적물을 수득하였다[수율 75%, ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ), 3.65(m, 4H, CH₂), 3.90(m, 4H, CH₂), 4.80 (m, 2H, -OH), 6.80∼7.01(m, 8H, ArH), 7.30∼7.91(m, 8H, ArH)].

단계 2: 9,9-Bis[(4- 옥시에틸아크릴레이트 ) 페닐 ] 플루오렌 (4) 합성

질소분위기 하에서 딘-스탁 장비를 설치한 2 L 반응용기에, 상기 단계에서 얻어진 9,9-비스[(4-옥시에탄올)페닐]플루오렌(2a) 80.0g(182.0 mmol), 벤젠 800㎖, 아크릴산 27.6g(383.0mmol), 메탄설포닉엑시드 8.2g(182.0mmol)을 더한 후 12시간 환류 반응시켰다. 반응 완료 후 상온으로 냉각하고, 포화된 소듐비카보네이트 용액 400g으로 2회 세척 후 정제수 400㎖로 4회 세척하였다. 유기층에 활성탄 40g, Na₂SO₄ 10g을 투입한 후 4시간 교반하여 셀라이트를 이용하여 여과하고, 농축하여 원하는 목적화합물인 9,9-Bis[(4-옥시에틸아크릴레이트)페닐]플루오렌(4)을 수득하였다[수율 65%, ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ), 4.16(m, 4H, CH₂), 4.40(m, 4H, CH₂), 5.91(d, 2H, CH), 6.18(q, 2H, CH), 6.29(d, 2H, CH) 6.83∼7.02(m, 8H, ArH), 7.29∼7.91(m, 8H, ArH)].

< 실시예 5> 고굴절 모노머 합성

단계 1: 2-( 글리시딜옥시 ) 페닐페놀 (5-1)의 합성

질소분위기 하에서 2L 반응플라스크에 톨루엔 209.0g, DMSO 53.0g을 더한 후 40℃로 승온하였다. 한편 다른 반응기에 2-페닐페놀 100.0g(587.5mmol), 에피클로로하이드린 652.3g(7.05mol)을 더하여 용해시킨 용액을 앞선 반응용액에 주입하였다. 또 다른 한편 다른 반응기에 테트라메틸암모늄클로라이드 0.708g(6.4mmol), 정제수 16g, NaOH 47.0g(0.57mol)을 더하여 용해시켰다. 상기 용액을 앞선 반응액에 주입 후 100℃로 승온 후 1시간 환류 반응시켰다. 반응 완료 후 반응액을 40℃로 냉각하고 헥산 60㎖, 메틸렌클로라이드 300㎖, 1N-HCl 300㎖를 더한 후 교반, 분리한다. 정제수 250㎖로 2회 세척하고, 유기층을 농축하여 목적화합물인 2-(글리시딜옥시)페닐페놀(5-1)을 수득하였다[수율 90%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ) 2.63∼2.78(m, 2H, CH₂), 3.65(m, 1H, CH), 3.89(m, 2H, CH₂), 7.01∼7.54(m, 9H, ArH)].

단계 2: 1,3- 비스 (2- 페닐페녹시 )-2- 프로판올(5-2a)의 합성

질소분위기 하에서 2L 반응플라스크에, 상기 단계 1에서 얻어진 2-(글리시딜옥시)페닐페놀(5-1) 100.0g(441.9mmol), 톨루엔 600㎖, 테트라부틸암모늄브로마이드 14.2g(44.1mmol), 2-페닐페놀 150.4g(883.8mmol)를 더한 후 5시간 동안 환류 반응시켰다. 반응완료 후 상온으로 냉각하고, 정제수 300㎖로 3회 세척하고, 활성탄 처리 후 여과 농축하여 목적물인 1,3-비스(2-페닐페녹시)-2-프로판올(5-2a)를 수득하였다[수율 70%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ) 4.03(m, 4H, CH₂), 4.20(m, 2H, CH), 7.10∼7.70(m, 18H, ArH)].

단계 3: 1,3- 비스 (2- 페닐페녹시 )-2- 프로필아세틸레이트 (5) 합성

질소분위기 하에서 딘-스탁 장비를 설치한 500㎖ 반응기에, 상기 단계 2에서 얻어진 1,3-비스(2-페닐페녹시)-2-프로판올(5-2a) 10g(25.2mmol), 벤젠 100g, 아세틱엑시드 14.5g(201.6mmol), 메탄설포닉엑시드 4.83g(50.4mmol)을 더한 후 12시간 환류 반응시켰다. 반응 완료 후 상온으로 냉각하고, 포화된 소듐비카보네이트 용액 100g으로 2회 세척 후 정제수 100㎖로 2회 세척하였다. 이후 유기층을 농축하여 목적물인 1,3-비스(2-페닐페녹시)-2-프로필아세틸레이트(5)을 수득하였다[수율 70%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ) 4.05(m, 4H, CH₂), 4.18(m, 2H, CH), 5.90(d, 1H, CH), 6.15(q, 1H, CH), 6.28(d, 1H, CH), 7.09∼7.73(m, 18H, ArH)].

< 실시예 6> 고굴절 모노머 합성

상기 실시예 5의 단계 1에서 얻어진 2-(글리시딜옥시)페닐페놀(5-1)을 사용하고 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하여, 하기 표 2에 표기된 단계별 화합물을 얻고, 고굴절 모노머 6을 수득하였다.

< 실시예 7> 고굴절 모노머 합성

단계 1: 4- 하이드록시벤질 에틸아크릴레이트 (7) 합성

질소분위기 하에서 딘-스탁 장비를 설치한 500㎖ 반응기에 4-하이드록시벤질에탄올(7-1) 10.0g(36.1mmol), 벤젠 100g, 아세틱엑시드 2.86g(39.7mmol), 메탄설포닉엑시드 3.46g(36.1mmol)를 더한 후 12시간 환류 반응시켰다. 반응 완료 후 상온으로 냉각하고, 포화된 소듐비카보네이트 용액 100g으로 2회 세척 후 정제수 100㎖으로 2회 세척하고, 유기층을 농축하여 목적화합물인 4-하이드록시벤질 에틸아크릴레이트(7)을 수득하였다[수율 70%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ) 2.76∼2.80(t, 2H, -CH₂-), 4.19∼4.22(m, 2H,-CH₂-), 5.91(d, 1H, CH), 6.15(q, 1H, CH), 6.25(d, 1H, CH), 6.65∼7.03(m, 4H, ArH), 9.21(s, 1H, -OH)].

단계 2: 4- 하이드록시벤질 에틸아크릴레이트 (8) 합성

질소하 분위기에서 500㎖ 반응기에 2-클로로메틸나프탈렌 36.76g(476.5mmol), 포타슘카보네이트, DMF 367.6g, 상기 단계 1에서 수득된 4-하이드록시벤질 에틸아크릴레이트(7) 46.01g(767.3mmol), KI 0.69g(9.6mmol)을 더하고, 반응액을 40℃로 승온한 후 3시간 동안 반응시켰다. 반응 완료 후 상온으로 냉각하고, 포화된 소듐비카보네이트 용액 100g으로 2회 세척 후 정제수 100㎖로 2회 세척하였다. 이후 유기층을 농축하여 목적물인 4-(2-메틸나프틸-옥시)벤질)에틸아크릴레이트(9)를 수득하였다[수율 80%. ¹H-NMR (DMSO-d ⁶ , δ), 2.83(m, 2H, -CH₂-), 4.27(m, 2H,-CH₂-), 5.49(d, 2H, -CH₂-), 5.90(d, 1H, CH), 6.12(q, 1H, CH), 6.26(d, 1H, CH), 7.01∼7.19(dd, 4H, ArH), 7.49∼8.07(m, 7H, ArH)].

< 실시예 8> 고굴절 모노머 합성

상기 실시예 7과 동일한 방법으로 수행하여, 화학식 9로 표기되는 목적화합물을 수득하였다.

< 실험예 1> 굴절률 측정

상기 실시예 1 내지 10에서 제조된 화합물에 대하여, 상온 25℃에서 아베(ABBE) 굴절계로 굴절률을 측정하여 표 3에 나타내었다.

< 실시예 9∼17> 고굴절 모노머를 함유한 프리즘 시트성형용 조성물 제조

상기 실시예 1 내지 8에서 제조된 고굴절 모노머 중에서, 실시예 1, 실시예 4 및 실시예 7에서 제조된 모노머를 원료수지로 선정하고, 하기 표 4에서 제시된 배합에 의해 프리즘 시트성형용 조성물을 제조하였다.

< 실험예 2> 프리즘 시트성형용 조성물의 물성평가

상기 표 4에서 제조된 실시예 9∼17에서 제조된 프리즘 시트성형용 조성물의 물성을 측정하여 하기 표 5에 기재하였다.

1. 표면저항 측정

표면저항은 표면저항 측정장비(HIOKI사의 SM-8220)로 측정하였고, 측정 조건은 상온 25℃에서 1,000V 전압에서 수행하여, 표면저항치(Ω/□)를 표 5에 기재하였다.

2. 굴절률 및 점도 측정

굴절률은 상온 25℃에서 ABBE 굴절계로 측정하였고, 점도는 상온 25℃에서 브룩필드(Brookfield)사의 점도계(LVDV II+ type)를 이용하여 측정하였다.

3. 경도측정

경도(Hardness)에 대한 평가는 연필경도 측정기를 사용하여 평가하였고, 무게추의 무게 750g을 기준으로 프리즘의 TD 방향으로 5회 측정 후 지우개로 연필의 자국을 지우는 방식으로 측정하였다. 이때, 좀 더 정확하게 평가를 하기 위해서 측정 시편을 현미경으로 확인하여 프리즘의 산이 깨지는 정도를 정확하게 확인하였다.

4. △E*ab 및 황변 (△YI) 지수 측정

신뢰성 평가는 신뢰성 평가 장비(Q-Lab사의 QUV tester)를 사용하여, 50℃ 온도에서 UV A 램프 1.0J 조건으로 2시간 후 50℃ 온도에서 humi. 100% 상태로 2시간을 1 사이클로 7일(168시간)동안 평가 진행한 후 초기값 대비 변화수치인 △E*ab와 황변 (△YI)를 측정하였다.

이하의 표 5에는 신뢰성 평가 이후 △E*ab와 황변 (△YI)의 평가 결과를 나타내었다.

비교예 1에서 배합된 조성물은 굴절률 1.55 수준, 점도 1,600cPs, 경도 HB, 헤이즈 0.3%, 광투과도 95.0%, △E*ab 9.0, 황변(△YI) 8.5, 표면저항 없음의 특성을 보였다.

이에, 표면저항 측정결과, 비교예 1의 표면저항치와의 큰 변화없이 유지되었다.

반면에, 굴절률은 실시예 11∼19에서 제조된 프리즘 시트성형용 조성물 모두의 경우, 1.570 이상의 고굴절률을 충족하였다.

또한, 점도측정결과, 실시예 9 및 10을 제외한 나머지 프리즘 시트성형용 조성물은 비교예 1보다 낮은 점도를 보였다.

경도 측정결과, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 9에서 제조된 모노머의 경도치 경향(실시예 1> 실시예 2> 실시예 9)과 동일하게 확인되었다. 즉, 이를 구조적으로 살펴보면, 아크릴 관능기 수가 적을수록 경도가 떨어지는데, 이는 UV 경화 시 아크릴 관능기 수의 차이로 경화밀도가 결정되기 때문이다. 이때의 경화밀도란 단분자 상태에서 고분자 상태로 변형될 때 얼마나 단단하게 경화가 되었는지를 판단하는 기준이 된다.

따라서 경화밀도가 떨어진다는 것은 경화의 정도가 느슨하게 이루어진다는 것을 의미하며 경화가 느슨하게 이루어진다는 것은 경도가 떨어진다는 것을 의미하므로, 이러한 아크릴 관능기 수가 적을수록 경화밀도가 떨어지고, 이에 경도도 같이 떨어지는 결과를 확인하였다.

이에, 실시예 9에서 제조된 모노머의 경우, 점도는 상당히 낮게 합성되어 배합 시 희석의 용도로 사용이 가능하지만, 아크릴 관능기수가 적음으로써 경도를 올려주는 역할로는 사용이 어렵다.

반면에, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 모노머의 구조적 차이를 살펴보면, 두 개의 원재료 모두 아크릴 관능기 2개와 백본은 플루오렌(fluorine) 구조로 동일하게 되어있으나, 실시예 2의 말단 작용기가 소프트성이 상당히 높은 에틸렌옥사이드 구조를 가지고 있어, 실시예 1의 모노머보다 경도가 낮아진다. 즉, 아크릴 관능기 수와 화합물의 백본이 동일하더라도, 말단 작용기에 따라, 경도를 제어할 수 있음을 확인하였다.

이러한 결과로부터, 본 발명의 프리즘 시트성형용 레진 조성물은 고굴절 모노머의 아크릴 관능기 수가 적을수록 경도가 떨어지는 경향을 확인함으로써, 이에 따른 고굴절 모노머의 구조에 따라 적어도 2종 이상의 배합시 희석용도로 사용하거나, 경도를 올려주는 역할을 제공하므로, 물성향상을 구현할 수 있다.

신뢰성 평가 이후 △E*ab 값의 경우, 최종 목표수준인 10.0 이하 수준을 충족하였으며 내황변성의 양호한 결과를 확인하였다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 말단기에 적어도 1개 이상의 아크릴 관능기를 가지고, 모노머의 굴절률 1.57이상을 충족하도록 설계한 고굴절 모노머를 제공하고, 상기 고굴절 모노머 단독 또는 적어도 1종 이상의 혼합형태를 최적의 배합으로 함유한 프리즘 시트성형용 레진 조성물을 제공하였다.

이상의 최적의 배합으로 이루어진 프리즘 시트성형용 레진 조성물은 경화전 액상의 고굴절률과 저점도를 구현하고, 투명성과 내황변성의 양호한 결과를 보임으로써, 이로부터 제조된 프리즘 시트의 물성을 개선할 수 있다.

이에, 본 발명의 프리즘 시트는 동일 휘도를 구현하기 위해 적용되는 시트의 개수를 줄여 슬림화 및 성능의 향상과 원가 절감에 기여함으로써, 백라이트 유닛에 사용되는 LED 램프의 개수를 줄일 수 있으므로 에너지 절감 효과를 제공한다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 중에서, Ar이 비치환된 비페닐, 나프탈렌및 파이렌으로 이루어진 군에서 선택되는 단독형태의 고굴절 모노머; 또는 하기 모노머(A): 모노머(B): 모노머(C)로 구성된 성분 중에서 적어도 플루오렌을 함유한 2종 이상의 혼합형태의 고굴절 모노머;를 함유한 조성물이고,
   상기 조성물이 1) 경화 전 액상의 굴절률이 1.57 이상이고,
   2) 25℃에서의 점도가 1,500cPs 이하를 충족하는 프리즘 시트성형용 레진 조성물:
   화학식 1
   

   

   
   모노머(A)
   

   

   
   모노머(B)
   

   

   
   모노머(C)
   

   

   
   상기 화학식 1에서, a 및 b는 0 내지 20의 정수이나, a 및 b가 동시에 0은 아니고; R₁ 및 R₂는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 알킬렌옥시알킬렌이다.
5. 제4항에 있어서, 상기 고굴절 모노머가 10 내지 30중량%로 함유된 것을 특징으로 하는 프리즘 시트성형용 레진 조성물.
6. 삭제
7. 제4항 또는 제5항의 프리즘 시트성형용 레진 조성물로 성형된 프리즘 시트.