KR102520762B1 - 유기가교입자 및 무기입자를 포함하는 pmma 광확산판 및 이의 제조방법 - Google Patents

유기가교입자 및 무기입자를 포함하는 pmma 광확산판 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기가교입자 및 무기입자를 포함하는 PMMA 광확산판 및 이의 제조방법에 관한 기술이다. 보다 상세하게 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌 가교입자 및 무기입자를 특정 함량비로 포함하여 PMMA 광확산판을 제조할 경우, 광학특성이 현저하게 우수한 PMMA 광확산판을 제공할 수 있다. 특히, 광확산제로 폴리스티렌 가교입자와 무기입자를 혼용하여 사용함으로써, 우수한 광학특성과 동시에 효과적인 경제적 장점을 얻을 수 있다. 또한, 광원에서 발산되는 열에 장시간 노출되어도 열변형 및 얼룩현상이 발생하지 않고 우수한 광학특성을 발현하므로 이를 초고화질 및 초대형 디스플레이용 백라이트 유닛에 적용하여, 고품질의 디스플레이 제품을 소비자들에게 제공할 수 있다.

Description

유기가교입자 및 무기입자를 포함하는 PMMA 광확산판 및 이의 제조방법{PMMA LIGHT DIFFUSING PLATE CONTAINING ORGANIC CROSSLINKED PARTICLES AND INORGANIC PARTICLES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유기가교입자 및 무기입자 포함하는 PMMA 광확산판 및 이의 제조방법에 관한 기술이다.
LED 광원은 전력소모가 비교적 적고 수명이 반영구적이어서 TV, 데스크탑 컴퓨터, 노트북, 휴대폰 등 각종 전자제품에 다양하게 적용되고 있다. 이러한 LED 광원은 여러 개의 유닛으로 이루어져 있는 점광원이며, 점광원을 면광원으로 균일하게 확산시켜야 하는데, 이를 위해서는 광학 필름 또는 광확산판이 필요하다.
일반적으로 광확산판은 투명 열가소성 수지 조성물에 광확산제를 첨가하여 제조하게 된다. 하지만, 광확산성을 확보하기 위하여 투입하는 광확산제는 기본수지로 사용되는 투명 열가소성 수지의 물성을 저하시킬 수 있다. 구체적으로 상기 광확산제의 종류에 따라 열적 특성이 저하될 수 있으며, 이렇게 광확산제를 적용한 광확산판은 열이나 자외선 등에 의해 쉽게 변형되거나 황변이 발생할 수 있다.
또한, 광원인 램프는 발광과 동시에 발열하고, 램프 주변의 광확산판의 온도는 80℃정도이다. 이 때문에 종래의 광확산판은 열변형이 일어나 부분적으로 휘어 버리고, 결과적으로 화면의 휘도 얼룩이 발생하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 일본특허 JP 2000-089007 A에서는 광확산층에 미소 무기충전제를 함유시킴으로써 결정화도 및 내열성을 향상시켰지만, 무기입자의 분산성이 나빠 광확산판의 광확산 계수 및 래티스 무라(Lattice Mura) 지수와 같은 광학특성이 저하된다는 단점이 있다.
또한, 한국특허 KR 10-2008-0068171 A에서는 유기화 처리된 층상 무기 화합물을 사용하여 광확산제의 분산성을 높여 열변형 온도, 굴곡강도 및 굴곡 탄성율을 개선하였지만, 여전히 광확산판의 광확산도 및 광확산 계수가 미흡하여 고품질의 LED 백라이트 유닛을 제조하기에 여전히 문제점이 있다.
따라서 LED 램프의 발광 및 발열에 따른 열변형 및 변색을 방지하기 위해 우수한 내황변성 및 열변형 온도를 갖는, 열가소성 수지 조성물의 물성을 저하시키지 않으면서 동시에 래티스 무라(Lattice Mura) 및 광확산 계수와 같은 광학특성이 우수한 광확산판의 개발이 절실히 필요한 실정이다.
JP 2000-089007 A (2000.03.31) KR 10-2008-0068171 A (2008.07.23)
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 LED 램프의 발광 및 발열에 따른 열변형 및 변색을 방지하기 위해, 우수한 기계적 특성, 내황변성 및 열변형 온도를 갖는 열가소성 수지 조성물의 물성을 저하시키지 않으면서 동시에 래티스 무라(Lattice Mura) 및 광확산 계수와 같은 광학특성이 우수한 PMMA 광확산판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명자는 우수한 열변형 온도 및 내황변성과 광학특성이 우수한 PMMA 광확산판의 제조를 위해 끊임없이 연구한 결과, 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2 중량부의 폴리스티렌 가교입자 및 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하의 무기입자를 포함하는 PMMA 광확산판을 제조할 경우, 놀랍게도 우수한 내황변성 및 열변형 온도를 가질 수 있고, 동시에 래티스 무라(Lattice Mura) 및 광확산 계수와 같은 광학특성이 현저하게 우수함을 발견하였다. 특히, 상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경이 0.1 내지 5 ㎛인 것을 사용할 때, PMMA 광확산판의 내열 및 광학특성의 효과가 더욱 우수해진다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 양태에서, 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 2 중량부 및 무기입자 0.001 내지 0.05 중량부를 포함하며, 상기 무기입자는 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하, 구체적으로는 1/150 내지 1/10 중량부를 사용하고, 상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경이 0.1 내지 5 ㎛일 경우 현저한 광학특성을 발현할 수 있어 매우 좋다.
상기 범위의 함량 및 평균입경의 광확산제를 사용할 경우 래티스 무라(Lattice Mura)지수가 4이상이고, 광확산 계수(Diffusion factor)가 38이상인 PMMA 광확산판을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무기입자는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 PMMA 광확산판은 열변형 온도가 85℃ 이상 일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 PMMA 광확산판은 230℃에서의 내황변성 테스트 결과값이 8시간 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 PMMA 광확산판은 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 열안정제, 활제 및 이들 혼합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 일 양태에 따른 PMMA 광확산판을 포함하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 45 중량부 및 무기입자 0.001 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 무기입자는 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하를 사용하고, 상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경은 0.1 내지 5 ㎛인 것인 마스터 배치 칩 (Master Batch Chip)을 제공할 수 있다.
상기 무기입자는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, (a)폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌 가교입자 및 무기입자를 포함하여 마스터 배치 칩(Master Batch Chip)을 제조하는 단계,
(b) 압출기에서 폴리메틸메타크릴레이트 수지 및 상기 마스터 배치 칩을 투입하여 함께 용융 혼련시킨 후, 압출하여 성형용 펠렛을 제조하는 단계 및
(c)상기 성형용 펠렛을 가공온도 210 내지 260℃에서 사출하여 광확산판을 제조하는 단계를 포함하며, 래티스 무라(Lattice Mura) 지수가 4이상이고 광확산 계수(Diffusion factor)가 38이상인 PMMA 광확산판의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 무기입자는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 마스터 배치 칩은 상기 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 35 중량부가 포함되는 것인 PMMA 광확산판의 제조방법일 수 있다.
본 발명에 따라 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌 가교입자 및 무기입자를 특정 함량비로 포함하여 PMMA 광확산판을 제조할 경우, 내열특성 및 광학특성이 현저하게 우수한 PMMA 광확산판을 제공할 수 있다. 또한, 광원에서 발산되는 열에 장시간 노출되어도 열변형 및 얼룩현상이 발생하지 않고 우수한 광학특성을 발현하므로 이를 초고화질 및 초대형 디스플레이용 백라이트 유닛에 적용하여, 고품질의 디스플레이 제품을 소비자에게 제공할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 유기가교입자 및 무기입자를 포함하는 PMMA 광확산판 및 이의 제조방법에 대하여 바람직한 실시형태 및 물성측정 방법을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 2 중량부 및 무기입자 0.001 내지 0.05 중량부를 포함할 수 있다. 구체적으로 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 1 중량부, 더욱 구체적으로 0.1 내지 0.7 중량부 및 무기입자 0.001 내지 0.03 중량부를 포함할 수 있다. 상기 폴리메틸메타크릴레이트를 사용할 경우 PMMA 광확산판의 경도 및 내스크래치성 등의 기계적 특성이 우수하며, 상기 범위를 만족하여 PMMA 광확산판을 제조할 경우 내황변성이 우수하고 래티스 무라 및 광확산 계수가 향상되어 매우 좋다.
상기 무기입자는 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하를 사용하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 좋게는 1/150 내지 1/10, 더 좋게는 1/100 내지 1/10 중량부를 사용할 수 있으며, 상기 범위를 만족하여 PMMA 광확산판을 제조할 경우, 열변형 온도 및 내황변성을 유지하며 우수한 광학특성을 발현할 수 있다. 본 발명의 일 양태에서 보면, 유기입자 또는 무기입자 단독의 광확산제를 사용하는 경우보다 우수한 내열특성 및 광학특성을 발휘할 수 있어 좋다.
상기 무기입자를 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/150 내지 1/10 중량부를 사용한다는 것은 폴리스티렌 가교입자와 무기입자의 중량비가 10 내지 150 : 1의 범위를 만족하는 것을 의미한다.
상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경은 0.1 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 한다. 더 좋게는 0.5 내지 4㎛인 것을 광확산제로 사용할 경우 현저하게 우수한 광학특성을 발현할 수 있어 매우 좋다. 또한, 상기 무기입자는 평균입경이 0.1 ㎛ 이상, 좋게는 평균입경이 0.5 ㎛이상일 수 있다. 상기 범위의 평균입경을 갖는 폴리스티렌 가교입자 및 무기입자를 사용하여 PMMA 광확산판을 제조할 경우, 매트릭스 수지 내에 분산성이 우수하고 차폐도가 좋아 래티스 무라 지수 및 광확산계수와 같은 광학특성이 매우 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 일 양태에 의한 PMMA 광확산판은 래티스 무라(Lattice Mura)지수가 4이상이고, 광확산 계수(Diffusion factor)가 38이상인 효과를 가질 수 있다. 래티스 무라 지수가 4 이상인 경우는 차폐력이 좋아 점광원을 면광원으로 효율적으로 확산키고 눈의 피로감을 감소시킬 수 있으며, 광확산 계수가 38 이상인 경우는 광확산판의 색상 및 밝기가 균일하여 좋다. 본 발명의 일 양태에서 상기 래티스 무라 지수 및 광확산 계수의 범위를 만족하는 경우, 상기 효과가 극대화 되어 매우 좋다. 따라서, 상기 래티스 무라 지수 및 광확산 계수를 갖는 PMMA 광확산판의 경우, 화면 전체적으로 색상 및 밝기가 균일하게 발현되어 고사양, 고품질의 디스플레이용 백라이트 유닛을 제조하는데 적합하다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무기입자는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 구체적으로는 실리카 입자 및 산화티탄 입자를 사용할 수 있지만, 본 발명에서 상술하는 PMMA 광확산판의 래티스 무라 지수 및 광확산 계수와 같은 광학특성을 저해하지 않는 한, 상기 무기입자의 종류 및 함량이 특별히 정해진 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 PMMA 광확산판은 열변형 온도가 85℃ 이상 일 수 있다. 좋게는 85 내지 95℃일 수 있고, 더욱 좋게는 88 내지 95℃일 수 있다. 상기 범위의 열변형온도를 갖는 PMMA 광확산판의 경우, 고온을 발생시키는 강한 세기의 광원에서 장시간 작동하여도 뒤틀림 등과 같은 불량이 발생하지 않아 좋다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 PMMA 광확산판은 230℃에서의 내황변성 테스트 결과값이 8시간 이상인 것일 수 있다. 좋게는 10시간 이상일 수 있고, 특별히 상한이 제한되지 않는다. 상기 범위의 내황변성을 갖는 PMMA 광확산판의 경우, 고온을 발생시키는 강한 세기의 광원에서 장시간 작동하여도 황변현상이 억제되어 일정한 품질의 색상을 구현할 수 있어 매우 좋다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 PMMA 광확산판은 목적 및 용도에 따라, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 열안정제, 활제 및 이들 혼합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 첨가제들은 본 발명에서 서술하는 PMMA 광확산판의 물성을 해하지 않는 범위 내에서 적절한 함량으로 포함될 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 벤조페논계 자외선 흡수제, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제 및 포름아미딘계 자외선 흡수제 등을 들 수 있다. 구체적으로 벤조페놀계 자외선 흡수제는 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-히드록시-4-벤질옥시벤조페논 및 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논 등이 있고, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제는 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-5-tert-옥틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-디쿠밀페닐)페닐벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3-tert-부틸-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2,2'-메틸렌비스[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-6-(2H-벤조트리아졸-2-일)페놀], 2-(2-히드록시-3,5-디tert-부틸페닐)벤조트리아졸 및 2-(2-히드록시-3,5-디-tert-부틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸 등이 있으며, 포름아미딘계 자외선 흡수제는 N-(4-에톡시카보닐페닐)-N-메틸-N-페닐포름아미딘, N,N-비스(4-에톡시카보닐페닐)-N-벤질포름아미딘, N-3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질-N'-4-에톡시카보닐페닐-N-페닐포름아미딘, N,N-비스(4-에톡시카보닐페닐)-N-3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질포름아미딘 및 N-4-부톡시카보닐페닐-N'-4-에톡시카보닐페닐-N-3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질포름아미딘 등이 있으며, 그 함량이 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 산화방지제는 페놀계 산화 방지제, 인계 산화 방지제 및 황계 산화 방지제 등을 사용할 수 있으며, 상기 페놀계 산화 방지제는 n-옥타데실3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트, n-옥타데실3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)-아세테이트, n-옥타데실3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤조에이트, n-헥실3,5-디-t-부틸4-히드록시페닐벤조에이트, n-도데실3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐벤조에이트, 네오-도데실3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트 및 도데실β(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트 등이 있고, 상기 인계 산화 방지제는 트리스노닐페닐포스파이트, 트리페닐포스파이트 및 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트 등이 있고, 상기 황계 산화 방지제는 디라우릴-3,3'-티오디프로피오네이트, 디밀리스틸-3,3'-티오디프로피오네이트, 디스테아릴-3,3'-티오디프로피오네이트 및 펜타에리트리톨테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트) 등이 있으며, 그 함량이 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 열안정제는 피페리디닐에스터류, 옥사졸리딘과 피페리디노옥사졸리딘류, 피레리디스피로아세탈류 및 디아자사이클로알카논류 등의 화합물 및 및 이들의 혼합물 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 것일 수 있지만, 이들의 종류와 함량은 PMMA 광확산판의 물성을 해하지 않는다면 그 함량이 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 활제는 압출 성형시 유동성을 좋게하고 마찰열을 억제해주는 역할을 하는 것으로 탄화수소계, 카르복실산계, 알코올계, 아미드계, 에스테르 계열 등의 화합물 및 이들의 혼합물 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 것일 수 있지만, 이들의 종류와 함량은 PMMA 광확산판의 물성을 해하지 않는다면 그 함량이 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 일 양태에 따른 PMMA 광확산판을 포함하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 PMMA 광확산판을 사용하여 백라이트 유닛을 제조할 경우, 장기간 높은 온도를 방출하는 광원에서 휨, 뒤틀림 및 황변과 같은 불량을 억제할 수 있고, 화면 전체적으로 색상 및 밝기가 균일하게 발현되어 초대형, 고사양, 고품질의 디스플레이를 제조할 수 있어 매우 좋다.
본 발명의 일 양태에서, 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 45 중량부 및 무기입자 0.001 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 무기입자는 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하를 사용하고, 상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경은 0.1 내지 5 ㎛인 마스터 배치 칩(Master Batch Chip)을 제공할 수 있다. 구체적으로 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 35 중량부 및 무기입자 0.01 내지 5 중량부를 포함할 수 있고, 상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경은 0.5 내지 4 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 마스터 배치 칩은 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 열안정제, 활제 및 이들 혼합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 구체적인 화합물의 예는 앞서 상술한 바와 동일하다.
상기 마스터 배치 칩을 이용하여 본 발명의 일 양태에 따른 PMMA 광확산판을 제조할 수 있으며, 또는 상기 마스터 배치 칩과 별도의 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 혼합하여 제조할 수 있다.
보다 구체적으로 제조방법을 설명한다.
본 발명의 일 양태에서, (a) 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌 가교입자 및 무기입자를 포함하여 마스터 배치 칩(Master Batch Chip)을 제조하는 단계;
(b) 압출기에서 폴리메틸메타크릴레이트 수지 및 상기 마스터 배치 칩을 투입하여 함께 용융 혼련시킨 후, 압출하여 성형용 펠렛을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 성형용 펠렛을 가공온도 210 내지 260℃에서 사출하여 광확산판을 제조하는 단계;를 포함하며, 래티스 무라(Lattice Mura) 지수가 4이상이고, 광확산 계수(Diffusion factor)가 38이상인 것인 PMMA 광확산판의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 압출기는 통상적인 일축 압출기, 별도의 혼련구간이 있는 일축 및 이축 압출기 등에서 선택되는 하나의 압출기를 사용할 수 있으며, 사용하는 압출기의 종류에 따라 마스터 배치 칩의 혼련성에 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로 혼련성이 높은 압출기를 사용할 경우 적은 함량의 마스터 배치 칩을 투입하여도 첨가제가 균일하게 분포되어 광학성능 및 외관이 더욱 우수하게 될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 마스터 배치 칩은 상기 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 35 중량부가 포함되는 것일 수 있다. 구체적으로 통상적인 압출기를 사용할 경우에는 5 내지 35 중량부를 투입할 수 있고, 별도의 혼련구간이 있는 일축 압출기의 경우에는 1 내지 35 중량부를, 이축 압출기의 경우에는 0.1 내지 35 중량부를 투입하는 것이 바람직하다. 상기 마스터 배치 칩의 투입량을 조절하여 최종적으로 제조되는 PMMA 광확산판의 첨가제 함유량을 결정할 수 있다.
이하, 본 발명의 유기가교입자 및 무기입자를 포함하는 PMMA 광확산판 및 이의 제조방법의 바람직한 실시형태 및 물성측정방법에 관하여 상세히 설명한다.
<물성측정방법>
1) 래티스 무라(Lattice Mura) 지수
래티스 무라는 광확산제에 의한 광학산 정도 및 차폐도를 의미한다. 측정방법은 실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판을 간이 직하형 LED 장비 위에 장치하고, 광확산판에 나타나는 출사광의 래티스 무라를 육안으로 관찰하여 우세함과 열세함을 5(우세) 내지 1(열세)로 기록하였다. 래티스 무라 지수가 4, 5인 경우 양품으로 판단할 수 있다.
2) 내황변성
실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판을 230℃오븐에 방치하고 일정 시간마다 꺼내어, 기존 시료 대비 황변의 유무를 육안으로 관찰하고 해당 시간(hr)을 기록하였다.
3) 열변형온도(Heat Deflection Temperature, HDT)
실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판을 ASTM D648에 의거하여 열변형온도를 측정하였다.
4) 광확산 계수(Diffusion factor)
실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판 시편을 고니오포토미터 (Goniophotometer, GP-5, Murakami Color Research Laboratory)를 이용하여 모든 방향(-90 내지 +90도)에서 산란광 분포를 측정하고 아래와 같이 광확산 계수를 계산하였다.
Figure 112021066496873-pat00001
D : 광확산 계수
I(n) : n도의 산란광 측정값(luminous intensity)
5) 연필경도 테스트
실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판을 ASTM D3363에 의거하여 연필경도를 측정하였다.
6) 로크웰경도 테스트(Rockwell Hardness Test)
실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판을 ISO 2037-2에 의거하여 로크웰경도를 측정하였다. 로크웰경도시험기(Rockwell Hardness Tester, Instron B2000)를 사용하였다.
7) 내스크래치성 테스트
실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판을 ISO 2409(에릭슨 스크래치 테스트, OPEL GME 60 280)에 의거하여 내스크래치성을 측정하였으며, 하기의 기준에 따라 ◎, ○, △, ×로 평가하였다.
◎(우수) : 긁힘 없을 것
○(보통) : 1㎛ 이상 4㎛ 미만
△(미흡) : 4㎛ 이상 10㎛ 미만
×(나쁨) : 10㎛ 이상
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 (HP202, LGMMA) 100 중량부에 대하여, 광확산제로 평균입경 2.5㎛인 가교 폴리스티렌 입자(MS-3FHC, ASP) 5 중량부 및 무기입자 TiO2(CL220, Kronos) 0.4 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다.
이축 압출기의 1 호퍼에 폴리메틸메타크릴레이트 수지(HP202, LGMMA) 95wt%를 이송한 후, 2 호퍼에 상기 마스터 배치 칩을 5wt%를 투입하여 충분한 시간동안 용융 혼련하여 압출기를 통해 성형용 펠렛을 얻고, 상기 성형용 펠렛을 충분히 건조한 후 가공온도 220℃에서 사출하여 세로 및 두께가 70mm x 75mm x 2.5mm의 광확산판을 제조하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 확산제로 평균입경 2.5㎛인 가교 폴리스티렌 입자(MS-3FHC, ASP) 7 중량부 및 무기입자 TiO2 0.2 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 실시예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 확산제로 평균입경 2.5㎛인 가교 폴리스티렌 입자(MS-3FHC, ASP) 9 중량부 및 무기입자 TiO2 0.1 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 실시예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 PMMA 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 4]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 확산제로 평균입경 4.0㎛인 가교 폴리스티렌 입자 입자(MS-5FHC, ASP) 12 중량부 및 무기입자 TiO2 0.2 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 실시예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 PMMA 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 확산제로 평균입경 2.5㎛인 가교 폴리스티렌 입자(MS-3FHC, ASP) 7 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 실시예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 PMMA 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 확산제로 무기입자 TiO2 6 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 실시예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 PMMA 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 3]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 확산제로 SiO2(E+508, ABC nanotech) 48 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 비교예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 4]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 확산제로 평균입경 2.5㎛인 가교 폴리스티렌 입자(MS-3FHC, ASP) 5 중량부 및 무기입자 TiO2 0.8 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 비교예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 5]
폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 확산제로 평균입경 10㎛인 가교 폴리스티렌 입자(MH-10FD, ASP) 12 중량부 및 무기입자 TiO2 0.2 중량부를 텀블러를 이용하여 믹싱하여 압출기를 통해 펠렛을 얻고 충분히 건조시켜 마스터 배치 칩을 제조하였다. 이후의 과정은 비교예 1의 과정과 동일하게 진행하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
PMMA : 폴리메틸메타아크릴레이트
PS : 폴리스티렌
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
Lattice Mura 5 5 4 5 3 3 2 3 2
내황변성(hr) 10 10 10 10 10 4 10 5 10
열변형온도(℃) 89.4 89.5 89.7 89.5　 89.1 87.6 88.4 88.0 88.9
광확산 계수 38.8 39.7 40.1 40.4 23.1 22.8 26.7 25.0 28.3
연필경도 4H 4H 4H 4H 4H 4H 4H 4H 4H
상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌 가교입자 및 무기입자를 특정 중량비로 혼용해서 사용할 경우, 우수한 내황변성 및 열변형 온도를 유지하면서 동시에 래티스 무라(Lattice Mura) 및 광확산 계수와 같은 광학특성이 매우 우수함을 확인할 수 있었다. 실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 3을 비교해 보면 광확산제를 하나의 종류만 사용하는 경우보다 폴리스티렌 가교입자와 무기입자를 혼용하여 사용하는 경우 광확산계수 및 내황변성이 현저하게 향상되는 효과를 확인하였다. 또한, 실시예 1 내지 4와 비교예 4를 비교해 보면, 무기입자를 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하로 사용할 경우에 래티스 무라 지수 및 광확산 계수가 더욱 우수하다는 것을 확인하였다.
실시예 4와 비교예 5를 비교하여 보면 평균입경이 0.1 내지 5 ㎛인 폴리스티렌 가교입자를 사용하는 경우에 래티스 무라 지수 및 광확산 계수와 같은 광학특성이 매우 우수하여 본 발명의 효과를 확인할 수 있었다.
추가로, PMMA를 사용한 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 로크웰경도는 90, 내스크래치성은 우수한 것으로 확인되었다.
[비교예 6]
실시예 1에서 폴리메틸메타크릴레이트 수지가 아닌 폴리스티렌 수지(현대EP사, Solarene® G116)를 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 7]
실시예 1에서 폴리메틸메타크릴레이트 수지가 아닌 폴리카보네이트 수지(1300-10, LG화학)를 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 8]
실시예 1에서 폴리메틸메타크릴레이트 수지가 아닌 폴리(메틸메타크릴레이트-스티렌) 수지(HX238, LGNNA)를 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 제조한 광확산판의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
PMMA : 폴리메틸메타아크릴레이트
PS : 폴리스티렌
PC : 폴리카보네이트
SMMA : 폴리(메틸메타크릴레이트-스티렌)
(중량부) 실시예 1 비교예 6 비교예 7 비교예 8
수지 PMMA PS PC SMMA
Lattice Mura 5 3 3 4
내황변성(hr) 10 0.5 2 4
열변형온도(℃) 89.4 70.5 98.1 80.3
광확산 계수 38.8 34.7 30.5 35.1
연필경도 4H F 4B 2H
로크웰경도 90 55 37 64
내스크래치성 ◎ △ △ ○
상기 표 2에서 실시예 1과 비교예 6 내지 8을 비교해보면, PMMA 수지가 아닌 PS, PC 및 SMMA를 적용할 경우 PS는 내황변성 및 연필경도가, PC는 로크웰경도 및 내스크래치성이, SMMA는 열변형온도 및 로크웰경도가 미흡하다는 것을 확인하였다.상기 표 1 및 2에서 보는 바와 같이 폴리메틸메타크릴레이트 수지에 폴리스티렌 가교입자와 무기입자를 특정 비율로 첨가할 경우, 래티스 무라 및 광확산계수와 같은 광학특성, 열적특성 및 기계적특성이 현저하게 우수하다는 것을 확인하였으며, 이를 이용하여 광원에서 발산되는 열에 장시간 노출되어도 열변형 및 얼룩현상이 발생하지 않고 우수한 광학특성을 발현할 수 있는 광확산판을 제조함으로써, 초고화질 및 초대형 디스플레이용 백라이트 유닛에 적용하여, 고품질의 디스플레이 제품을 소비자들에게 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 2 중량부 및 무기입자 0.001 내지 0.05 중량부를 포함하는 PMMA 광확산판으로서, 상기 무기입자는 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하를 사용하고, 상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경은 0.1 내지 5 ㎛이며, 상기 PMMA 광확산판은 래티스 무라(Lattice Mura) 지수가 4 이상이고 광확산 계수(Diffusion factor)가 38이상인 것인 PMMA 광확산판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기입자는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것인 PMMA 광확산판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 PMMA 광확산판은 열변형 온도가 85℃ 이상인 PMMA 광확산판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 PMMA 광확산판은 230℃에서의 내황변성 테스트 결과값이 8시간 이상인 것인 PMMA 광확산판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 PMMA 광확산판은 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 열안정제, 활제 및 이들 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 PMMA 광확산판.
  6. 제 1항 내지 5항에서 선택되는 어느 한 항의 PMMA 광확산판을 포함하는 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. (a)폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌 가교입자 및 무기입자를 포함하여 마스터 배치 칩을 제조하는 단계,
    (b) 압출기에서 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100중량부에 대하여 상기 마스터 배치 칩 0.1 내지 35 중량부를 투입하여 함께 용융 혼련시킨 후, 압출하여 성형용 펠렛을 제조하는 단계 및
    (c)상기 성형용 펠렛을 가공온도 210 내지 260℃에서 사출하여 광확산판을 제조하는 단계를 포함하며,
    래티스 무라(Lattice Mura) 지수가 4이상이고, 광확산 계수(Diffusion factor)가 38이상인 PMMA 광확산판의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 마스터 배치 칩은 폴리메틸메타크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 폴리스티렌 가교입자 0.1 내지 45 중량부 및 무기입자 0.001 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 무기입자는 상기 폴리스티렌 가교입자에 대하여 1/10 중량부 이하를 사용하고, 상기 폴리스티렌 가교입자의 평균입경은 0.1 내지 5 ㎛인 PMMA 광확산판의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 무기입자는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 PMMA 광확산판의 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 마스터 배치 칩은 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 열안정제, 활제 및 이들 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 PMMA 광확산판의 제조방법.
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