KR101819154B1 - 내열성이 우수한 광학 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내열성이 우수한 광학 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 광학 시트는 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 후면코팅층에 의해 내열성이 향상되어, 열에 의해 광학 시트가 주름이나 욺 등이 발생하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 조성물은 고내열성뿐만 아니라 인성(toughness) 및 탄성감을 가지므로 광학 시트의 기능 특성을 높이고 빠른 경화성으로 인한 제조시의 공정성도 높일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 시트를 포함하는 백라이트유닛은 열에 의한 품질 저하가 거의 없고 내구성이 우수하므로, 이를 사용하는 액정디스플레이의 휘도, 화질, 수명 등을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 광학 시트는 일정 비율로 블렌딩된 상기 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 사용함으로써 저광량에서도 경화성이 유지되고 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 이를 이용하여 제조된 후면코팅층은 인접층과의 갈림 현상이 억제되어 추가적인 코팅 공정이 필요치 않으므로 공정성이 향상된다.

Description

내열성이 우수한 광학 시트 및 이의 제조방법{OPTICAL SHEET HAVING IMPROVED HEAT RESISTANCE AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 액정표시장치(LCD)의 백라이트유닛(BLU)에 사용될 수 있는 프리즘 시트 또는 확산 시트 등의 광학 시트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 BLU의 광원에서 발생하는 열에 의한 시트 주름이나 욺과 같은 변형을 방지할 수 있는 내열성이 우수한 광학 시트에 관한 것이다.
평판형 디스플레이로서 널리 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD)는 외부에서 들어오는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 장치이기 때문에, 화면 전체에 균일한 밝기를 유지할 수 있는 배면 광원 형태의 백라이트유닛(back light unit; BLU)이 필요하다. 백라이트유닛은 스스로 빛을 내지 못하는 LCD에 램프 빛을 공급해 정보를 표현할 수 있도록 하는 장치로, LCD의 뒷면에 있어 백라이트유닛이라 불린다.
이러한 백라이트유닛에 사용되는 광원은 주로 소형 형광 램프 또는 발광다이오드(LED)가 사용되며, 상기 소형 형광 램프 또는 LED는 선광원(線光源) 또는 점광원(點光源)이므로, 백라이트유닛에서는 이를 도광판과 반사시트, 확산 시트, 프리즘 시트 등의 광학 시트를 사용하여 면광원 형태로 바꾸어 이용한다. 이들 중 도광판은 광원으로부터 입사된 빛을 균일한 평면광으로 변환시켜 주는 역할을 하며, 반사시트는 도광판의 하부로부터 출사된 광을 다시 도광판 쪽으로 반사시켜 광의 손실을 최소화하는 역할을 담당한다.
특히, 백라이트유닛에 사용되는 광원은 다른 광원들과는 달리 입력된 전력 중 약 70~80％ 이상이 열에너지로 전환되어, 광원 또는 도광판에 인접한 확산 시트 또는 프리즘 시트 등의 광학 시트에 고열에 의한 욺이나 주름(wave)을 유발하게 된다. 이와 같은 광학 시트의 변형은 LCD 화면의 얼룩 발생, 휘도 저하 및 수명 단축의 원인이 되기도 한다. 특히, 최근 사용되는 노트북 PC나 태블릿/모바일 기기들은 매우 얇은 두께의 LCD 패널이 채용되므로, 이에 사용되는 광학 시트들은 고열에 의한 변형 문제가 더욱 심화되고 있다.
이를 해결하기 위해, 종래에는 광학 시트의 두께를 두껍게 하거나, 광학 시트의 기재층의 일면 또는 양면에 하드코팅 또는 UV코팅 등을 수행하고 있다. 또는 광학 시트의 열에 의한 변형을 백라이트유닛 등의 설계변경을 통해 해결하려는 시도가 있었다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 기존의 백라이트유닛용 광학 시트와 동일한 방식으로 제조하면서, 광학 시트의 후면코팅층의 내열성을 높임으로써 상술한 문제점들을 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
한국 등록특허공보 제1158691호 (2012.06.22.)
본 발명은 내열성이 우수하여 열에 의한 변형이 최소화된 광학 시트를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 상기 광학 시트의 제조방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 상기 광학 시트를 포함하는 백라이트유닛을 제공하고자 한다.
본 발명은 기재층;
상기 기재층의 일면에 배치된 광학기능층; 및
상기 기재층의 타면에 배치된 후면코팅층을 포함하는 광학 시트로서,
상기 후면코팅층이 (i) 하기 화학식 1로 표시되는 제1 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 반복단위를 갖는 페닐실리콘계 수지; 및 (ii) 하기 화학식 3의 화합물, 하기 화학식 4의 화합물, 및 하기 화학식 5의 화합물을 중합시켜 얻어진 우레탄계 수지를 포함하는 광학 시트를 제공한다:
[화학식 1] [화학식 2]
Figure 112016109125852-pat00001
Figure 112016109125852-pat00002
[화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
Figure 112016109125852-pat00003
Figure 112016109125852-pat00004
Figure 112016109125852-pat00005
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬이고;
R3는 -NCO 또는
Figure 112016109125852-pat00006
이고;
A 및 B는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬렌, 또는 포화되거나 불포화된 C6 - 10카보사이클이고, 이때 상기 C6 - 10카보사이클은 하나 이상의 C1 - 3알킬로 치환되거나 치환되지 않으며;
R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬렌, 또는 포화되거나 불포화된 C6 - 10카보사이클이고, 이때 상기 C6 - 10카보사이클은 하나 이상의 C1 - 3알킬로 치환되거나 치환되지 않으며;
n은 1 내지 20의 정수이다.
나아가, 본 발명은 (1) 기재층의 일면에 광학기능층을 형성하는 단계, 및
(2) 상기 기재층의 타면에 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 수지 조성물을 코팅하여 후면코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 수지 조성물이 (i) 상기 화학식 1로 표시되는 제1 반복단위 및 상기 화학식 2로 표시되는 제2 반복단위를 갖는 페닐실리콘계 수지; 및 (ii) 상기 화학식 3의 화합물, 상기 화학식 4의 화합물, 및 상기 화학식 5의 화합물을 중합시켜 얻어진 우레탄계 수지를 포함하는, 광학 시트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 도광판, 상기 도광판에 인접하여 배치된 광원, 및 상기 도광판의 일면 또는 양면에 배치된 제1항의 광학 시트를 포함하는, 백라이트유닛을 제공한다.
본 발명의 광학 시트는 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 후면코팅층에 의해 내열성이 향상되어, 열에 의해 광학 시트가 주름이나 욺 등이 발생하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광학 시트는 고내열성뿐만 아니라 인성(toughness) 및 탄성감을 가지므로 광학 시트의 기능 특성을 높이고 빠른 경화성으로 인한 제조시의 공정성도 높일 수 있다.
이에 따라, 상기 광학 시트를 포함하는 백라이트유닛은 열에 의한 품질 저하가 거의 없고 내구성이 우수하므로, 이를 사용하는 액정디스플레이의 휘도, 화질, 수명 등을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 광학 시트는 상기 후면코팅층에 기인하여 인접층과의 갈림 현상이 억제되어 추가적인 코팅 공정을 필요로 하지 않아 공정성을 향상시킨다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 광학 시트의 단면도의 예시들을 도시한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1 및 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 광학 시트(101, 102)는 기재층(110); 상기 기재층(110)의 일면에 배치된 광학기능층(121, 122); 및 상기 기재층(110)의 타면에 배치된 후면코팅층(130)을 포함한다.
이하 각 구성층별로 구체적으로 설명한다.
상기 기재층(110)은 상기 광학 시트의 내부층으로 배치되어 다른 층들을 지지하는 역할을 한다. 상기 기재층은 투명하거나 불투명할 수 있다.
상기 기재층은 폴리에스테르 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리올레핀 수지, 에폭시 수지, 폴리염화비닐 수지, 아크릴아미드계 수지, 또는 이들의 혼합 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기재층은 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(cellulose acetate propionate, CAP) 또는 이들의 혼합 수지를 포함할 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 기재층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기재층은 투명 PET 수지층이거나, 또는 백색 PET 수지층일 수 있다.
상기 기재층은 두께가 20 내지 350㎛의 범위, 50 내지 350㎛의 범위, 또는 100 내지 350㎛의 범위일 수 있다.
상기 광학기능층(121, 122)은 상기 기재층(110)의 일면에 배치되어, 광학 시트(101, 102)에 휘도 향상, 집광, 확산, 반사와 같은 광학 특성을 부여하는 역할을 한다.
상기 광학기능층은 예를 들어 프리즘패턴층(121) 또는 확산비드층(122)일 수 있다. 상기 광학기능층이 프리즘패턴층일 경우, 상기 광학 시트는 프리즘 시트(101)로 사용될 수 있다. 또한, 상기 광학기능층이 확산비드층일 경우, 상기 광학 시트는 확산 시트(102)로 사용될 수 있다.
상기 프리즘패턴층 및 상기 확산비드층은 각각 통상적인 프리즘패턴층 또는 확산비드층으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프리즘패턴층은 프리즘 렌즈 패턴을 구비할 수 있다. 상기 프리즘 렌즈 패턴은 비대칭 프리즘 또는 이중각 프리즘 형상을 가질 수 있다. 상기 프리즘 렌즈 패턴의 꼭지각(도 1의 θ)은 60°≤ θ ≤ 110°일 수 있다.
또한, 상기 확산비드층은 고분자 수지 및 상기 고분자 수지 내에 분산된 확산비드들을 포함할 수 있다. 상기 확산비드는 경질 아크릴레이트, 폴리스티렌, 나일론, 연질 아크릴레이트 및 실리콘 중에서 선택된 고분자 수지를 포함할 수 있으며, 이들 중 내용제성이 좋아 분산이 용이한 경질 아크릴레이트가 바람직하다. 상기 확산비드는 구형이 바람직하며, 0.5 내지 10㎛, 바람직하게는 0.8 내지 5 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 확산비드는 그 굴절율이 상기 광경화형 수지의 굴절율과의 차이가 0.02 이상인 것이 바람직하다. 상기 확산비드는 확산비드층에 포함된 고분자 수지 100 중량부에 대하여 30 내지 180 중량부, 바람직하게는 50 내지 150 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
또한 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 광학기능층은 반사층일 수 있다. 상기 광학기능층은 반사층일 경우, 상기 광학 시트는 백라이트유닛의 하면에 배치되어 반사 시트로 사용될 수 있다. 상기 반사층은 금속 또는 금속 산화물 성분을 함유할 수 있다.
상기 후면코팅층(130)은 상기 기재층(110)의 타면에 배치되어, 광학 시트(101, 102)에 추가적인 기능성을 부여함과 동시에 광학 시트의 내열성을 높이는 역할을 한다.
상기 후면코팅층(130)은 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지가 블렌딩된 혼합수지(131)를 포함한다. 또한, 상기 후면코팅층(130)은 상기 혼합수지(131) 중에 분산된 비드(132)들을 포함할 수 있다.
상기 후면코팅층(130)은 (i) 하기 화학식 1로 표시되는 제1 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 반복단위를 갖는 페닐실리콘계 수지; 및 (ii) 하기 화학식 3의 화합물, 하기 화학식 4의 화합물, 및 하기 화학식 5의 화합물을 중합시켜 얻어진 우레탄계 수지를 포함한다:
[화학식 1] [화학식 2]
Figure 112016109125852-pat00007
Figure 112016109125852-pat00008
[화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
Figure 112016109125852-pat00009
Figure 112016109125852-pat00010
Figure 112016109125852-pat00011
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬이고;
R3는 -NCO 또는
Figure 112016109125852-pat00012
이고;
A 및 B는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬렌, 또는 포화되거나 불포화된 C6 - 10카보사이클이고, 이때 상기 C6 - 10카보사이클은 하나 이상의 C1 - 3알킬로 치환되거나 치환되지 않으며;
R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬렌, 또는 포화되거나 불포화된 C6 - 10카보사이클이고, 이때 상기 C6 - 10카보사이클은 하나 이상의 C1 - 3알킬로 치환되거나 치환되지 않으며;
n은 1 내지 20의 정수이다.
상기 페닐실리콘계 수지가 상기 화학식 2와 같이 디이소시아네이트 블록을 포함하기 때문에, 도막의 내열성, 유연성 및 경도 면에서 보다 향상될 수 있다.
일례로서, 상기 제2 반복단위는 하기 화학식 2a로 표시될 수 있다:
[화학식 2a]
Figure 112016109125852-pat00013
상기 식에서, R2, A 및 B는 상기에서 정의한 바와 같다.
구체적인 예로서, 상기 A는
Figure 112016109125852-pat00014
,
Figure 112016109125852-pat00015
,
Figure 112016109125852-pat00016
, 헥실렌 등일 수 있다. 상기 B는 헥실렌, 부틸렌, 에틸렌 등 일 수 있다.
상기 페닐실리콘계 수지가 상기 화학식 2a와 같이 메타크릴레이트 블록을 포함할 경우, UV 경화성, 내열성 및 기계적 물성 면에서 보다 향상될 수 있다.
상기 제1 및 제2 반복단위는 특정 비율로 페닐실리콘계 수지 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반복단위는 상기 제1 반복단위에 대해서 1 내지 1.5의 몰비(제2 반복단위/제1 반복단위)로 상기 페닐실리콘계 수지 내에 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 몰비(제2 반복단위/제1 반복단위)는 0.8 내지 1.2일 수 있다. 몰비가 상기 범위 내일 때, 안정적인 합성을 가져오고 내열특성을 높일 수 있다.
상기 페닐실리콘계 수지는 굴절률이 1.4 내지 1.7일 수 있고, 보다 구체적으로 1.5 내지 1.6일 수 있다. 굴절률이 상기 범위 내일 때, Tg가 높아 내열성 면에서 이점이 있다.
상기 우레탄계 수지는 상기 화학식 3의 화합물: 화학식 4의 화합물: 화학식 5의 화합물을 1: 0.5 내지 1 : 0.5 내지 1의 당량비로 중합시킨 것일 수 있고, 구체적으로, 1: 0.5 내지 0.8 : 0.5 내지 0.8의 당량비로 중합시킨 것일 수 있다.
상기 중합을 통해, 화학식 3의 화합물의 이소시아네이트기와 화학식 4의 화합물의 하이드록시기가 서로 반응하여 우레탄 결합을 형성할 수 있고, 화학식 3의 또 다른 이소시아네이트기와 화학식 5의 화합물의 하이드록시기가 서로 반응하여 우레탄 결합을 형성할 수 있다. 이때, 상기 중합을 통해 형성된 우레탄계 수지는 무황변의 특성 및 소프트필의 효과를 나타내며, 가교도, 경도, 경화성 등의 기계적 물성 측면에서 보다 유리하다.
상기 후면코팅층은 상기 페닐실리콘계 수지 및 상기 우레탄계 수지를 적정 비율로 블렌딩하여 혼합된 형태로 사용할 수 있다. 이때, 상기 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지의 혼합 비율은 1: 1.5 내지 3.5, 구체적으로 1: 2 내지 3의 중량비일 수 있다. 상기 범위 내일 때, UV 코팅 공정, 건조 공정 등으로부터 발생하는 열에 의한 시트의 욺 현상을 방지할 수 있고, 나아가, UV 광량 및 경화속도를 적정하게 조절가능하므로 저광량에서도 경화성을 유지시킬 수 있고 공정에 무리가 없이 내열성, 경화성 등의 물성이 우수한 광학 시트를 얻을 수 있다.
상기 비드(132)는 상기 페닐실리콘계 수지 및 상기 우레탄계 수지를 블렌딩한 혼합수지(131) 중에 분산되어 후면코팅층(130) 표면에 조도를 형성함으로써, 도광판과의 갈림(grinding) 현상 등을 방지하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 광학 시트와 도광판과의 적층 후 도광판 하부의 돗트 인쇄 패턴이나 레이저 가공에 의한 요철패턴, 또는 광학 시트 상부의 진동에 의한 마찰마모로 계면 갈림 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 비드는 아크릴 수지, 아크릴 수지, 폴리스티렌 수지, 나일론 수지, 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 비드는 진동에 의한 마찰마모에 우수한 연질 아크릴 수지, 나일론 수지 또는 연질 실리콘 수지를 포함할 수 있다.
상기 비드는 3 내지 50㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 비드의 평균 입경이 3㎛ 이상일 경우에 비드가 고분자 수지에 묻혀서 표면의 돌출에 의한 표면의 접촉면적을 최소화시켜 슬립(slip)성을 발휘하는데 보다 유리하고, 50㎛ 이하일 경우에 비드가 후면코팅층으로부터 탈락되거나 또는 과도한 표면요철로 도광판에 손상을 주는 것을 방지하는데 유리할 수 있다. 바람직하게는, 상기 비드는 3 내지 10㎛의 평균 입경을 가질 수 있다.
상기 비드는 상기 후면코팅층의 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 비드의 함량이 5중량% 이상인 경우에 표면에 요철을 줄 수 있는 입자의 밀도가 충분하여 도광판 하부와의 마찰마모에 의한 스크래치 발생을 최소화하는데 보다 유리할 수 있다. 또한, 상기 비드의 함량이 15중량% 이하인 경우에 고분자 수지의 비율이 상대적으로 적어지는 것이 방지되어 표면의 인성(toughness) 및 내열성 등을 발휘하는데 보다 유리할 수 있다.
상기 후면코팅층은 필요에 따라 필러, 열안정제, UV 광개시제, 커플링제, 산화방지제, 계면활성제, 실리콘 첨가제, UV 흡수제, 용매 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 필러는 경질 아크릴레이트, 폴리스티렌, 나일론, 연질 아크릴레이트 및 실리콘 중에서 선택된 재질을 포함하는 유기 고분자 필러일 수 있으며, 이들 중 내용제성이 좋고 분산이 용이한 경질 아크릴레이트가 바람직하다. 상기 필러는 구형이 바람직하며, 0.5 내지 5 ㎛, 바람직하게는 0.8 내지 3 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 필러는 그 굴절율이 상기 고분자 수지의 굴절율과의 차이가 0.02 이상인 것이 바람직하다. 상기 필러는 확산층을 이루는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 40 내지 80 중량부, 바람직하게는 50 내지 60 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
상기 UV 경화제는 통상적으로 UV 경화형 수지를 경화하기 위해서 사용할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. α-하이드록시케톤(α-hydroxyketone), 페닐글리옥실레이트(phenylglyoxylate), 벤질디메틸케탈(benzyldimethyl-ketal), α-아미노케톤(α-aminoketone), 포스핀(phosphine) 이외에 트리아릴 술포늄 헥사플루오로 안티몬나이트(triaryl sulfonium hexafluoro antimonite), 트리아릴 설포늄 헥사플루오로 포스페이트(triaryl sulfonium hexafluoro phosphate) 및 디아릴 인도늄 염(diaryl indonium salt)과 같은 양이온성 광개시제를 포함한다.
상기 커플링제로서는 실란 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 알루미네이트계 커플링제, 실리콘 화합물 등을 들 수 있으며, 이들 커플링제는 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 산화방지제로서는 페놀계, 유황계 또는 인계 산화방지제를 들 수 있고, 상기 산화방지제는 열경화성 수지 조성물의 열경화시의 산화 열화를 방지함으로써 경화물의 내열 안정성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.
상기 계면활성제로서는 분자 속에 일정 길이의 탄화수소 소수기와 -COONa, -OSO3Na 라는 친수기를 분자 속에 가지는 화합물로써 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온계면활성제, 양성계면활성제, 술폰산염, 황산염, 황산에스테르염, 에톡실레이트 등을 들 수 있으며, 이들 계면활성제는 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용매로는 전술한 고분자 수지와 상용성을 가지되 이들과 반응하지 않는 것으로서, 수지 조성물에 사용되는 공지의 용매이면 어느 것이나 사용 가능하다. 이러한 용매의 예로는 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 톨루엔, 자일렌, 부틸아세테이트 또는 사이클로헥사논 등을 들 수 있다. 상기 용매는 단독 또는 2종 이상을 배합하여 사용할 수 있다.
상기 후면코팅층은 두께가 3㎛ 내지 20㎛의 범위, 보다 구체적으로 3㎛ 내지 10㎛의 범위일 수 있다. 상기 후면코팅층의 두께가 3㎛ 이상인 경우 공기 중의 산소방해에 의해 경화도가 충분하고 또한 수지의 내열특성이 충분할 수 있으며, 두께가 20㎛ 이하인 경우 두꺼운 두께에 의한 수지층의 균열이나 깨짐 현상을 방지할 수 있다.
이상과 같은 광학 시트는 상기 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 후면코팅층에 의해 내열성이 향상되어, 열에 의해 광학 시트가 주름이나 욺 등이 발생하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 광학 시트는 후면코팅층에 탄성감이 좋은 우레탄계 수지를 포함함으로써 내열성이 향상되고 인성(toughness)과 같은 기계적 물성이 우수하여 외부 마찰에 의한 스크래치 발생을 최소화하고, 다른 시트와의 적층 구조에서도 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다.
상기 광학 시트의 제조방법은 (1) 기재층의 일면에 광학기능층을 형성하는 단계, 및 (2) 상기 기재층의 타면에 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 수지 조성물을 코팅하여 후면코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 수지 조성물이 (i) 하기 화학식 1로 표시되는 제1 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 반복단위를 갖는 페닐실리콘계 수지; 및 (ii) 하기 화학식 3의 화합물, 하기 화학식 4의 화합물, 및 하기 화학식 5의 화합물을 중합시켜 얻어진 우레탄계 수지를 포함한다:
[화학식 1] [화학식 2]
Figure 112016109125852-pat00017
Figure 112016109125852-pat00018
[화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
Figure 112016109125852-pat00019
Figure 112016109125852-pat00020
Figure 112016109125852-pat00021
상기 식에서,
R1 내지 R5, A 및 n은 앞서 정의한 바와 같다.
상기 단계 (2)를 거쳐 제조된 광학 시트는 앞에서 상술한 광학 시트와 동일한 구성을 가질 수 있다.
이하 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
단계 (1)은 기재층의 일면에 광학기능층을 형성하는 단계이다.
상기 기재층의 구체적인 조성 및 두께 범위는 앞서 예시한 바와 같다. 이와 같은 기재층은 통상적인 압출 성형 방법과 습식 코팅(wet coating) 방법으로 제조될 수 있다. 상기 광학기능층의 구성 및 종류에 대한 구체적인 내용은 앞서 예시한 바와 같다. 상기 광학기능층은 통상적인 제조방법, 즉 통상적인 프리즘패턴층 제조방법이나 확산비드층 제조방법에 의해 형성될 수 있다.
단계 (2)는 상기 기재층의 타면에 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 수지 조성물을 코팅하여 후면코팅층을 형성하는 단계이다.
상기 수지 조성물은 페닐실리콘계 수지를 포함한다. 상기 페닐실리콘계 수지는 상기 화학식 1로 표시되는 제1 반복단위 및 상기 화학식 2로 표시되는 제2 반복단위를 갖는다.
상기 페닐실리콘계 수지는 (a) 상기 제1 반복단위를 갖는 수지를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 수지를 하기 화학식 6으로 표시되는 디이소시아네이트 화합물과 반응시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다.
[화학식 6]
OCN-A-NCO
상기 화학식 6에서, A는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같다.
이때, 상기 제1 반복단위를 갖는 수지는 양 말단에 반응성 관능기, 예를 들어 하이드록시(-OH)기를 가질 수 있다.
또는, 상기 페닐실리콘계 수지는, (a) 상기 제1 반복단위를 갖는 제1 수지를 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 제1 수지를 하기 화학식 6으로 표시되는 디이소시아네이트 화합물과 반응시켜 제2 수지를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 제조된 제2 수지를 하기 화학식 7로 표시되는 아크릴계 화합물과 반응시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다.
[화학식 6] [화학식 7]
OCN-A-NCO
Figure 112016109125852-pat00022
상기 식에서, A 및 B는 앞서 정의한 바와 같다.
상기 화학식 6의 화합물의 구체적인 예로서, 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI) 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 화학식 7의 화합물의 구체적인 예로서, 헥산디올디메타크릴레이트(HDDMA), 부탄디올디메타크릴레이트(BDDMA), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(EGDMA), 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 수지 조성물은 우레탄계 수지를 포함한다.
상기 우레탄계 수지는 상기 화학식 3의 화합물, 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물을 40 내지 70℃, 구체적으로 50 내지 60℃ 온도에서 중합시켜 얻을 수 있다.
구체적으로, 화학식 3의 화합물에 대하여 상기 화학식 4 및/또는 5의 화합물을 1:1 당량으로 반응시키면 중합이 100% 진행되지 않기 때문에, 상기 화학식 3 내지 5의 화합물을 적절한 당량비로 중합시켜 반응시킨다. 이때, 상기 화학식 3의 NCO기 각각에 대하여 상기 화학식 4의 OH기 및 화학식 5의 OH기가 반응해 각각 우레탄 결합을 형성할 수 있다.
상기 화학식 3의 화합물: 화학식 4의 화합물: 화학식 5의 화합물은 1: 0.5 내지 1 : 0.5 내지 1, 구체적으로 1: 0.5 내지 0.8 : 0.5 내지 0.8의 당량비로 반응시킬 수 있다. 이때, 화학식 4의 화합물과의 중합이 추가로 진행되면 소프트필 쪽에 가까운 물성이 나타나고, 화학식 5의 화합물과의 중합이 추가로 진행되면 경화성이 빠르고 보다 하드한 물성이 나타난다.
　
상기 중합 반응시, 우레탄 수지의 제조에 사용되는 공지의 반응 촉매를 적절히 첨가할 수 있다. 예를 들면, 반응 촉매로서 디부틸주석디라우레이트, 디부틸주석디클로라이드, 디메틸주석디클로라이드, 디메틸주석디아세테이트, 디부틸주석디옥타노에이트, 디부틸주석디라우레이트, 디부틸주석디부톡사이드, 디옥틸주석디부톡사이드 등일 수 있고, 구체적으로 디부틸주석디라우레이트일 수 있다.
상기 페닐실리콘계 수지 및 상기 우레탄계 수지를 포함하는 수지 조성물은, 상기 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지에 3 내지 50㎛, 바람직하게는 3 내지 10㎛의 평균 입경을 갖는 비드들을 분산시켜 제조될 수 있다.
상기 수지 조성물의 코팅은 일정한 도포량을 균일하게 도포하여 도막이 균일하게 형성되도록 하는 것이 바람직하며, 코팅 방법으로는 마이크로 그라비아 롤을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코팅의 구체적인 두께 범위는 앞서 예시한 바와 같다.
상기 코팅 이후에 UV 광을 조사하여 경화시키는 공정을 추가로 거칠 수 있다. 이때, UV 광의 조사량은 50 내지 200 mJ/㎠일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 150 mJ/㎠일 수 있다. 또한, UV 광원으로서 200nm 내지 400nm를 주 파장으로 하는 고압수은 램프를 사용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 광학 시트는 종래의 광학 시트 제조공정을 그대로 이용하면서 단지 후면코팅층의 재료가 되는 고분자 수지만을 변경하여 우수한 내열성을 갖도록 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 광학 시트는 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 후면코팅층에 의해 내열성이 향상되어, 열에 의해 광학 시트가 주름이나 욺 등이 발생하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광학 시트는 고내열성뿐만 아니라 인성(toughness) 및 탄성감을 가지므로 광학 시트의 기능 특성을 높이고 빠른 경화성으로 인한 제조시의 공정성도 높일 수 있다.
또한, 상기 광학 시트는 일정 비율로 블렌딩된 상기 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 사용함으로써 저광량에서도 경화성이 유지되고 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 이를 이용하여 제조된 후면코팅층은 인접층과의 갈림 현상이 억제되어 추가적인 코팅 공정을 필요로 하지 않으므로 공정성을 향상시킨다.
이에 따라, 상기 광학 시트를 포함하는 백라이트유닛은 열에 의한 품질 저하가 거의 없고 내구성이 우수하므로, 이를 사용하는 액정디스플레이의 휘도, 화질, 수명 등을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트유닛은 도광판, 상기 도광판에 인접하여 배치된 광원, 및 상기 도광판의 일면에 배치된 광학 시트를 포함할 수 있다. 이때, 상기 광학 시트는 앞서 설명한 광학 시트와 구성 및 특성이 동일하다.
상기 백라이트유닛은 광학 특성 향상을 위한 추가적인 광학 시트, 예를 들어 추가적인 프리즘 시트, 확산 시트 또는 반사 시트를 더 포함할 수 있다.
상기 백라이트유닛은 앞서의 고내열성 광학 시트를 채용하여, 열에 의한 품질 저하가 거의 없고 내구성이 우수하므로, 이를 사용하는 액정디스플레이의 휘도, 화질, 수명 등을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다. 단 하기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 이에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 내지 5: UV 경화형 코팅 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 바와 같은 중량 비율로 성분들을 배합하여 각각의 UV 경화형 코팅 조성물을 제조하였다. 이때 배합되는 각 성분들에 대한 구체적인 설명은 아래와 같다.
- 페닐실리콘 아크릴레이트: 페닐실리콘과 디이소시아네이트 화합물을 1:1 당량비로 반응시킨 후 메타크릴레이트 화합물로 블록 처리된 페닐실리콘 아크릴레이트 올리고머
- 우레탄계 수지 : CHTU-9993 (캠톤사)
- DPGDA: 디프로필렌글리콜 디아크릴레이트
- HPNDA: 하이드록실 피발릭 엑시드 네오페닐 글리콜 디아크릴레이트
- 비드 입자: 평균 입경 3㎛인 연질 아크릴 비드 (soken사, MX-300)
- 광개시제: 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤 (바스프사, I-184)
성분 (단위: 중량%) 제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5
페닐실리콘 아크릴레이트 30 25 20 15 10
우레탄계 수지 6 11 16 21 26
DPGDA 5 5 5 5 5
HPNDA 5 5 5 5 5
톨루엔 40 40 40 40 40
메틸에틸케톤 10 10 10 10 10
비드 입자 1 1 1 1 1
광개시제 3 3 3 3 3
실시예 1: 광학 시트의 제조
기재 필름으로서 두께 125㎛ PET 필름(T7610B, SKC사)의 일면에 프리즘 렌즈 코팅층을 형성하고, 타면에 상기 제조예 1에 얻은 UV 경화형 코팅 조성물을 이용하여 마이크로 그라비아 롤을 통해 후면코팅층을 형성하였다. 이때 마이크로 그라비아 롤의 구경은 55Ø이고, 코팅의 두께를 일정하게 유지하기 위해서 그라비아 롤은 50/50mesh를 사용했으며, 주행 스피드와 주속배율을 최적 조건으로 세팅하여 코팅 두께를 5㎛로 유지하면서 코팅을 하였다. 코팅시에 고압수은 램프를 이용하여 100mJ/㎠의 양으로 UV를 조사하여 경화시켰다.
실시예 2: 광학 시트의 제조
상기 제조예 2에서 얻은 UV 경화형 코팅 조성물을 이용하여 후면코팅층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 3: 광학 시트의 제조
상기 제조예 3에서 얻은 UV 경화형 코팅 조성물을 이용하여 후면코팅층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 4: 광학 시트의 제조
상기 제조예 4에서 얻은 UV 경화형 코팅 조성물을 이용하여 후면코팅층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 5: 광학 시트의 제조
상기 제조예 5에서 얻은 UV 경화형 코팅 조성물을 이용하여 후면코팅층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 1
시판하는 두께 125㎛의 프리즘 시트(HFT32K2, SKC-Haas社)를 사용하였다.
상기 제조된 조성물 및 광학 시트의 물성을 아래와 같이 측정하였다.
시험예 1: UV 경화형 코팅 조성물의 경화 전 물성
(1-1) 점도
상기 제조예 1 내지 5에서 제조된 각 조성물에 대해 25℃에서 Brookfield Viscometer(모델명 : LVD-II+)로 점도를 측정하였다.
(1-2) 고형분 함량
상기 제조예 1 내지 5에서 제조된 각 조성물을 107℃의 오븐에서 1시간 동안 건조시킨 후 꺼내고, 건조액 및 용기의 중량을 측정한 뒤, 고형분 함량을 하기 수학식에 의해 계산하였다.
고형분 함량(중량%) : [(용기와 건조액의 중량 합) - (용기 중량)] / (사용된 성분들의 중량 합) x 100
시험예 2: 후면코팅층이 형성된 광학 시트의 물성 평가
(2-1) 접착력 평가
상기 실시예 및 비교예의 광학 시트를 10x10mm의 영역 내에서 100개의 조각으로 절개한 후, 그 위에 테이프를 접착하고 수직으로 강하게 이형하면서 떨어져 나온 매트릭스 개수를 표기하였다. 총 100개의 조각 중에 이형되지 않은 조각의 갯수를 측정하여, 하기 표 2에 "이형되지 않은 갯수/총 갯수"로 표시하였다.
(2-2) 수축율 측정
상기 실시예 및 비교예의 광학 시트를 길이 200mm x 폭 15mm로 재단하여 150℃ 오븐에서 30분 유지한 후에 길이 수축변화를 측정하였다. 이때 코팅 필름의 MD(필름의 길이 방향) 및 TD(필름의 폭 방향)에 대하여 각각 측정하였다.
(2-3) 내열성 평가
상기 실시예 및 비교예의 광학 시트를 A4 사이즈로 균일하게 재단한 후, 유리판 상면에 모서리를 고정하고 100℃ 및 120℃ 오븐에 1시간씩 넣어 코팅 필름의 휨 상태와 주름(wave) 갯수를 측정하였다.
(2-4) 표면 경도
상기 실시예 및 비교예의 광학 시트에 대해, 연필경도 시험기(모델명 : KP-M5000M, 제조사: Kipae E&T)를 이용하여 200g 하중을 걸고 연필표면 경도를 측정하였다. 연필은 미쯔비시 제품을 사용하고, 연필 표면경도는 5회 실시하여 스크래치가 2개 이상이면 불량으로 판정하였다.
(2-5) 내마모성 평가
상기 실시예 및 비교예의 광학 시트를 5x10cm로 재단하여 내마모 테스터기(모델명: Neoplus Neo-Tribo, 제조사: Neoplus)를 이용하여 내마모성을 시험하였다(시험 조건: Moving distance: 40mm, Speed: 2000mm/min, Weigh: 200g, Cycle: 20times). 이때 시료 상면은 비드코팅된 3% 헤이즈의 백시트를 사용하여 내마모 테스트를 하였다. 평가수준은 1(우수) ← 3(보통) → 5(불량)으로 평가하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
점도 (cps) 13±2 12±2 11±2 10±2 10±2 -
고형분 (중량%) 50±1 50±1 50±1 50±1 50±1 -
접착력 100/100 100/100 100/100 100/100 100/100 100/100
수축율
(%)		 MD 0.007 0.006 0.005 0.005 0.003 0.01
TD 0 0 0 0 0 0
내열성
(주름갯수)		 100℃ 1 1 1 0 0 2
120℃ 2 1 1 1 0 3
표면경도 F F F-H F-H H F-H
내마모성 평가 3 2-3 2 2 2-1 2-3
상기 표 2를 살펴보면, 페닐실리콘 아크릴레이트 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 수지 조성물을 사용하여 후면 코팅층을 형성한 실시예 1 내지 5의 광학 시트들은 접착력, 수축율, 내열성, 표면경도 및 내마모성이 고르게 우수하였고, 종래의 시판하는 비교예 1의 필름과 비교하여도 동등한 수준이거나 그 이상의 우수한 물성을 나타내었다.
101: 광학 시트 (프리즘 시트)
102: 광학 시트 (확산 시트)
110: 기재층
121: 광학기능층 (프리즘패턴층)
122: 광학기능층 (확산비드층)
130: 후면코팅층
131: 페닐실리콘계 수지 및 우레탄 수지를 포함하는 혼합수지
132: 비드

Claims (17)

  1. 기재층;
    상기 기재층의 일면에 배치된 광학기능층; 및
    상기 기재층의 타면에 배치된 후면코팅층을 포함하는 광학 시트로서,
    상기 후면코팅층이 (i) 하기 화학식 1로 표시되는 제1 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 반복단위를 갖는 페닐실리콘계 수지; 및 (ii) 하기 화학식 3의 화합물, 하기 화학식 4의 화합물, 및 하기 화학식 5의 화합물을 중합시켜 얻어진 우레탄계 수지를 포함하는, 광학 시트:
    [화학식 1] [화학식 2]
    Figure 112016109125852-pat00023
    Figure 112016109125852-pat00024

    [화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
    Figure 112016109125852-pat00025
    Figure 112016109125852-pat00026
    Figure 112016109125852-pat00027

    상기 식에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬이고;
    R3는 -NCO 또는
    Figure 112016109125852-pat00028
    이고;
    A 및 B는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬렌, 또는 포화되거나 불포화된 C6 - 10카보사이클이고, 이때 상기 C6 - 10카보사이클은 하나 이상의 C1 - 3알킬로 치환되거나 치환되지 않으며;
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1 - 6알킬렌, 또는 포화되거나 불포화된 C6 - 10카보사이클이고, 이때 상기 C6 - 10카보사이클은 하나 이상의 C1 - 3알킬로 치환되거나 치환되지 않으며;
    n은 1 내지 20의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반복단위가 하기 화학식 2a로 표시되는 것인, 광학 시트:
    [화학식 2a]
    Figure 112016109125852-pat00029

    상기 식에서,
    R2, A 및 B는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 페닐실리콘계 수지가 상기 제2 반복단위를 상기 제1 반복단위에 대해서 1 내지 1.5의 몰비(제2 반복단위/제1 반복단위)로 포함하는, 광학 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 우레탄계 수지가 상기 화학식 3의 화합물: 화학식 4의 화합물: 화학식 5의 화합물을 1: 0.5 내지 1 : 0.5 내지 1의 당량비로 중합시켜 얻어진 것인, 광학 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 후면코팅층이 상기 페닐실리콘계 수지 및 상기 우레탄계 수지를 1: 1.5 내지 3.5의 중량비로 포함하는, 광학 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 후면코팅층이 상기 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지 중에 분산된 비드들을 추가로 포함하는, 광학 시트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비드들이 3 내지 10㎛의 평균 입경을 갖는, 광학 시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 후면코팅층이 3 내지 20㎛의 두께를 갖는, 광학 시트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 후면코팅층이 UV 경화된 것인, 광학 시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광학기능층이 프리즘패턴층 또는 확산비드층이고,
    상기 광학 시트가 프리즘 시트 또는 확산 시트로 사용되는, 광학 시트.
  11. (1) 기재층의 일면에 광학기능층을 형성하는 단계, 및
    (2) 상기 기재층의 타면에 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지를 포함하는 수지 조성물을 코팅하여 후면코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 수지 조성물이 (i) 하기 화학식 1로 표시되는 제1 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 반복단위를 갖는 페닐실리콘계 수지; 및 (ii) 하기 화학식 3의 화합물, 하기 화학식 4의 화합물, 및 하기 화학식 5의 화합물을 중합시켜 얻어진 우레탄계 수지를 포함하는, 광학 시트의 제조방법:
    [화학식 1] [화학식 2]
    Figure 112016109125852-pat00030
    Figure 112016109125852-pat00031

    [화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
    Figure 112016109125852-pat00032
    Figure 112016109125852-pat00033
    Figure 112016109125852-pat00034

    상기 식에서,
    R1 내지 R5, A 및 n은 제1항에서 정의한 바와 같다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 페닐실리콘계 수지가
    (a) 상기 제1 반복단위를 갖는 수지를 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 수지를 하기 화학식 6으로 표시되는 디이소시아네이트 화합물과 반응시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는, 광학 시트의 제조방법:
    [화학식 6]
    OCN-A-NCO
    상기 식에서,
    A는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 페닐실리콘계 수지가
    (a) 상기 제1 반복단위를 갖는 제1 수지를 제조하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 제1 수지를 하기 화학식 6으로 표시되는 디이소시아네이트 화합물과 반응시켜 제2 수지를 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 단계 (b)에서 제조된 제2 수지를 하기 화학식 7로 표시되는 아크릴계 화합물과 반응시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는, 광학 시트의 제조방법:
    [화학식 6] [화학식 7]
    OCN-A-NCO
    Figure 112016109125852-pat00035

    상기 식에서,
    A 및 B는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 우레탄계 수지가 상기 화학식 3의 화합물: 화학식 4의 화합물: 화학식 5의 화합물을 1: 0.5 내지 1 : 0.5 내지 1의 당량비로 40 내지 70℃에서 중합시켜 얻어진 것인, 광학 시트의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (2)에서, 상기 기재층의 타면에 상기 수지 조성물을 코팅한 다음 UV 경화시켜 후면코팅층을 형성하는, 광학 시트의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 수지 조성물이 상기 페닐실리콘계 수지 및 우레탄계 수지 중에 분산된 평균 입경 3 내지 10㎛의 비드들을 추가로 포함하는, 광학 시트의 제조방법.
  17. 도광판,
    상기 도광판에 인접하여 배치된 광원, 및
    상기 도광판의 일면 또는 양면에 배치된 제1항의 광학 시트를 포함하는, 백라이트유닛.
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