KR20060056534A - 다공 또는 중공 형태의 광확산제를 함유하는 광확산용조성물 - Google Patents

다공 또는 중공 형태의 광확산제를 함유하는 광확산용조성물 Download PDF

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KR20060056534A
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Abstract

본 발명은 다공(多空) 또는 중공(中空) 형태의 에어 보이드(air void)를 가지는 유, 무기 광확산제와 이를 함유하는 광확산용 조성물에 관한 것으로서, 특히 에어 보이드에 의하여 물질의 고유한 굴절률보다 낮은 겉보기 굴절률을 가지게 되며, 다공 또는 중공 형태에 의하여 비표면적이 크고 기능성 물질의 도입이 용이하며 각종 용매에서의 분산성이 우수한 광확산제 및 이를 함유하여 우수한 광확산 효과을 갖는 광확산용 조성물에 관한 것이다,
또한 상기의 광확산용 조성물을 사용하여 굴절률을 낮춤으로써 광확산 효과가 더욱 향상된 광확산 필름, 광확산 시트, 광확산 판넬 등의 광확산용 소재를 제조하고, 상기의 광확산용 소재를 적용하여 광확산 효율 및 정면 휘도가 증가된 조명물, 광고판, 프로젝션 스크린, 그리고 주요하게는 액정표시장치인 LCD(liquid crystal display) 백라이트 모듈을 제공한다.
광확산제, 광확산용 조성물, 실리카, 실리콘 레진, 다공, 중공, 굴절률, 광확산 필름, LCD 백라이트 모듈

Description

다공 또는 중공 형태의 광확산제를 함유하는 광확산용 조성물{LIGHT-DIFFUSING RESIN COMPOSITION CONTAINING POROUS LIGHT-DIFFUSING AGENT}
도 1은 실시예 1에 의하여 제조된 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카의 SEM 사진이다.
도 2는 광확산 필름의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 LCD 백라이트 모듈에서 광의 진행방향을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 광확산 필름 2 : 필름기재
3 : 광확산층 4 : 광확산제
8 : 광원 9 : 반사판
10 : 도광판 11 : 프리즘
12 : 프리즘 보호필름
본 발명은 다공(多空) 또는 중공(中空) 형태의 에어 보이드(air void)를 가지는 유, 무기 광확산제와 이를 함유하는 광확산용 조성물 및 이를 적용한 광확산 용 제품, 예건데, 광확산 필름, 광확산 시트, 광확산 판넬, LCD 백라이트 모듈 등에 관한 것으로서, 특히 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드에 의하여 물질의 고유한 굴절률보다 낮은 겉보기 굴절률을 가지게 됨으로써 보다 향상된 광확산 효과를 가지는 광확산용 조성물 및 이를 적용한 광확산용 제품에 관한 것이다.
광확산용 조성물에 함유되는 광확산제는 광확산 필름이나 광확산 판넬 등 광확산용 소재에서 빛을 확산시키기 위해서 사용되는 여러 종류의 유기 또는 무기 입자를 말하며, 광확산용 조성물에 함유되는 광확산제는 유기 또는 무기 광확산제를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 유기 광확산제의 예로서는 실리콘 레진(Silicon resin), 아크릴 레진(acrylic resin), 우레탄 레진(Urethane resin), 폴리에틸렌 레진(Poly Ethylene resin), 나일론 레진(Nylon resin), 폴리스티렌 레진(Poly Styrene resin), 폴리카보네이트 레진(Poly Carbonate resin) 등의 호모폴리머나 이들 모노머의 코폴리머를 들 수 있고, 무기 광확산제의 예로서는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 글래스(Glass), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc), 마이카(Mica), 황산바륨(BaSO4), 산화아연(ZnO), 산화세슘(CeO2), 이산화티탄(TiO 2), 산화철(Irone Oxide) 등을 들 수 있다. 이들 대표적인 광확산제의 굴절률은 표1 및 표2에 나타낸 바와 같다.
[표1]
유기 광확산제 굴절율
Silicone resin 1.43
PMMA resin 1.49
Urethane resin 1.51
Poly Ethylene resin 1.54
Nylon resin 1.54
Poly Styrene resin 1.59
Poly Carbonate resin 1.59

[표2]
무기 광확산제 굴절률
Silica 1.47
Alumina 1.50~1.56
Glass 1.51
CaCO3 1.51
Talc,Mica 1.56
BaSO4 1.63
ZnO 2.03
CeO2 2.15
TiO2(Anatase) 2.50
TiO2(Rutile) 2.71
Irone Oxide 2.90
상기 광확산제 중에서 가장 주목 받는 것이 실리카와 실리콘 레진 인데, 광확산제로 사용되는 실리콘 레진의 화학명은 폴리메틸실세스키옥산(polymethylsilsesquioxane)으로서 통상적으로 사용되는 유기 또는 무기 광확산제 중에서 가장 낮은 굴절률을 가지고 있으며 유전율이 낮고 내열성이 우수하다는 장점이 있다.
또한 빛의 확산 효과는 서로 다른 굴절률을 가지는 매질에서 빛의 입사각과 출사각의 관계를 나타내는 스넬의 법칙(snell's law) nisinφi=nfsinφ f(ni,nf는 각 매질의 굴절률, φi는 입사각, φf는 굴절각)에 의해 설명될 수 있는데, 매질간의 굴절률 차이가 작을수록 굴절각이 작아진다.
한편 액정표시장치에 사용되는 확산판의 필름기재는 PMMA, PC, PS 등 플라스틱 계통의 수지이고 이들 수지의 굴절률은 1.49 ~ 1.60 이므로, 이들 수지의 굴절률 보다 충분히 낮은 굴절률을 가지는 광확산제를 사용할 경우 광확산 효율 및 정면 휘도를 증가시키는 효과가 있게 됨으로, 통상적으로 사용되는 유기 또는 무기 광확산제보다 굴절률이 낮은 광확산제의 개발이 요구되고 있으며, 특히 굴절률이 낮으며 가격이 저렴한 실리카와 실리콘 레진의 기술적 상업적 가치가 주목되고 있다.
종래 실리콘 레진을 광확산제로 사용하여 광확산 필름 또는 광확산 판넬을 제조하는 선행기술로는 미국특허 USP 5831774호 "LIGHT DIFFUSION COMPOSITE"에 바인더로서 아크릴 레진을 사용하고 광확산제로서 아크릴 레진 및 실리콘 레진을 혼용한 광화산용 조성물의 발명이 개시되어 있으며, 또한 일본특허 특개평 제11-19928호 및 특개평 제11-21357호에 아크릴 수지와 실리콘 미립자를 사용하는 확산판 조성에 관한 발명이 개시되어 있으나, 광확산 효율 및 정면 휘도를 더욱 증가시키기 위해서는 물질 고유의 굴절률보다 더욱 더 낮은 굴절률을 가지는 광확산제의 사용이 필요하다.
그러나 종래의 선행기술들은 광확산 효율 및 정면 휘도를 향상시키기 위하여 광확산제의 균일한 분산이나 광확산층의 균일한 도포 등의 방법만을 모색할 뿐 광확산용 조성물에 함유된 광확산제에 대해서는 물질 고유의 굴절률만을 이용하기 때문에 상기와 같은 요구를 충족시킬 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서 보다 낮은 굴절률을 가지는 광확산제의 구현을 위한 연구가 지속적으 로 요구되고 있으며, 이러한 요구의 일환으로 상기 표1 및 표2에 기재된 통상의 광확산제를 개량한 저굴절률을 가지는 광확산제 및 이를 함유하는 광확산용 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 다공(多空) 또는 중공(中空) 형태의 에어 보이드(air void)를 가지는 유기 또는 무기 광확산제와 이를 함유하는 광확산용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드에 의하여 물질의 고유한 굴절률보다 낮은 겉보기 굴절률을 가지게 됨으로써 우수한 광확산 효과를 가지는 광확산용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 광확산용 조성물을 사용하여 광확산 효과가 더욱 향상된 광확산 필름, 광확산 시트, 광확산 판넬 등의 광확산용 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 광확산 필름, 광확산 시트, 광확산 판넬 등의 광확산용 소재를 사용하여 광확산 효율 및 정면 휘도가 더욱 증가된 조명물, 광고판, 프로젝션 스크린, 그리고 주요하게는 액정표시장치인 LCD(liquid crystal display) 백라이트 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다공(多空) 또는 중공(中空) 형태의 에어 보이드(air void)를 가지며 광확산용으로 사용되는 유기 또는 무기 광확산 제를 제공한다.
또한 본 발명은 a) 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 유기 또는 무기 광확산제, b) 바인더 수지, c) 유기용매, 및 경우에 따라 d)첨가제를 포함하는 광확산용 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 광확산용 조성물을 사용하여 광확산 효과가 더욱 향상된 광확산 필름, 광확산 시트, 광확산 판넬 등의 광확산용 소재를 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 광확산용 소재를 사용하여 광확산 효율 및 정면 휘도가 증가된 조명물, 광고판, 프로젝션 스크린, LCD의 백라이트 모듈 등을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용하는 용어는 본 명세서의 내용에 따라 파악되어야 하며, 본 명세서상의 에어 보이드(Air void)란 용어는 다공 또는 중공 형태의 광확산제에 있어서 내부의 빈 공간이 다른 불순물에 의하여 채워지지 않고 지속적으로 유지되는 상태를 말한다.
본 발명의 발명자들은 광확산 효과를 향상시키기 위하여 고유물질의 굴절률을 낮추는 방법에 관해 연구하던 중 광확산제로 사용되는 물질에 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 갖도록 변형하면 물질 고유의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 가지게 됨을 확인하고 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 광확산제와 이를 함유하는 광확산용 조성물을 발명하게 되었다.
본 발명은 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 광확산제와 이를 함유하는 광확산용 조성물을 제공한다. 이렇게 제공된 광확산용 조성물은 광확산 효 과가 더욱 향상되는 특성을 나타낸다.
상기의 광확산용 조성물은 a) 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 광확산제 1 ~ 80 중량%, b) 바인더 수지 10 ~ 90 중량%, c) 유기용매 1 ~ 80 중량%를 기본적 구성요소로 하며, 여기에 용도에 따라 d)첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 a)의 광확산제로는 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 유기 또는 무기 광확산제를 사용한다. 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 광확산제는 에어 보이드의 도입 정도를 조절함으로서 굴절률이 낮아지는 정도를 조절할 수 있는데, 5 ~ 95 %로 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드가 도입된 광확산제를 사용하는 것이 바람직하다. 5 % 미만으로 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드가 도입된 광확산제는 굴절률 낮춤의 정도가 적어 실용성이 없으며, 95 %를 초과하여 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드가 도입된 광확산제는 형태 안정성이 현저하게 낮아지므로 비드의 구형 형태를 유지하기가 어렵다. 다만 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드 도입 정도는 사용되는 광확산제의 경도에 따라 그 최대범위를 달리하는데 실리카와 같이 경도가 높은 물질은 형태 안정성을 해하지 않으면서도 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드 도입 정도가 높은 광확산제를 제조할 수 있다.
상기의 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 광확산제는 입자크기 1.0 ~ 30 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 입자크기가 1.0 ㎛ 미만일 경우에는 정면 휘도의 향상 효과를 기대하기 어렵고, 입자크기가 30 ㎛를 초과할 경우에는 정면 휘도의 손상 없이 충분한 광확산 효과를 획득하는 것이 어렵다.
일반적으로 사용되는 유기 광확산제의 예로서는 실리콘 레진(Silicon resin), 아크릴 레진(acrylic resin), 우레탄 레진(Urethane resin), 폴리에틸렌 레진(Poly Ethylene resin), 나일론 레진(Nylon resin), 폴리스티렌 레진(Poly Styrene resin), 폴리카보네이트 레진(Poly Carbonate resin) 등이 있으며, 일반적으로 사용되는 무기 광확산제의 예로서는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 글래스(Glass), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc), 마이카(Mica), 황산바륨(BaSO4), 산화아연(ZnO), 산화세슘(CeO2), 이산화티탄(TiO2), 산화철(Irone Oxide) 등을 들 수 있는데, 이들 광확산제에 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 도입함으로써 물질 고유의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 광확산제를 제조하여 이를 사용할 수 있다.
상기의 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 도입하는 방법들은 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대 유기 광확산제에 다공 또는 중공 형태를 도입하는 방법으로는 포밍법(Foaming method), 신터링법(Sintering method), 스트레칭법(Stretching method), 추출법(Extraction method), 트랙 에칭법(Track etching method), 솔벤트 페이즈세퍼레이션법(Solvent phase separation method), 페이즈 트랜스포메이션법(Phase transformation method), 옵티멈법(Optimum method) 등이 각각의 유기 광확산제에 따라 적절히 선택되어 사용될 수 있다.
본 발명에 사용되는 유기 광확산제의 구체적 일예로서는 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리콘 레진을 들 수 있다. 광확산제로 사용되는 실리콘 레진의 화학명은 폴리메틸실세스키옥산(polymethylsilsesquioxane)인데 통상적 으로 사용되는 광확산제 중에서도 낮은 굴절률을 갖는 편에 속하며, 내열성이 뛰어나 다른 수지와 비교하면 열 분해량이 매우 작고, 전기 절연도가 우수하여 넓은 온도 범위에서 사용이 가능하며, 물과 친화성이 있는 극성기를 갖지 않고 또한 물에 대한 접촉각이 크기 때문에 우수한 내수성 및 내습성을 갖고, 내약품성이 뛰어나며, 경화속도, 기계적 강도, 밀착성, 난연성에서도 뛰어난 물성을 가진다는 장점이 있다.
다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리콘 레진의 제조방법은 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예건데 포타시움 폴리메틸실리코네이트(Potassium polymethylsilliconate) 수용액을 초산(Acetic acid)으로 중화하면 흰색의 침전물이 생기는데, 이를 걸러내서 물로 세척함으로써 염(Alkaline salts)을 제거하고 건조하면 다공 형태의 폴리메틸실세스키옥산(Polymethylsilsesquioxsane)분말을 얻을 수 있다.
본 발명에 사용되는 무기 광확산제의 구체적 일예로서는 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카를 들 수 있다. 실리카는 통상적으로 사용되는 무기 광확산제 중에서 낮은 굴절률을 가지는 편에 속하며, 낮은 열팽창계수와 좋은 내화도를 가지고 있어서 내열성이 우수하고, 뛰어난 화학적 안정도를 가지고 있으며, UV나 IR 또는 가시광선에 대한 투명도를 가지고 있고, 모오스 경도 7의 뛰어난 강도를 나타내며, 가격이 저렴한 장점이 있다.
다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카의 제조방법은 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예건데 비극성 유기용매에 Sorbitan oleate와 같은 비이온 계면활성제를 첨가하고, 상기 용액에 규산나트륨(Na2O·nSiO2·mH2O, 1≤n≤3, 5≤m≤7)을 첨가하여 고속 교반기로 교반하여 유화 액적을 제조하며, 상기 제조된 유화 액적을 중탄산암모늄 용액 또는 탄산암모늄 용액에 첨가하여 교반시키거나 이산화탄소 기체를 기포화하여 반응시켜 0.5 ~ 20 ㎛의 입자 크기인 미립자를 제조하고, 상기 미립자를 물과 알코올로 세척 및 건조함으로써 중공 형태의 실리카를 얻을 수 있다. 또 다른 일예로서 핵산 용매에서 물유리 용액(Na2SiO3)과 비이온 계면활성제를 이용하여 Water-in-Oil 마이크로에멀젼(microemulsion)법으로 속이 빈 형태의 실리콘 미립자을 제조할 수 있는데, 미립자의 크기 및 기공분포는 Water/Oil비, 계면활성제/Oil비, 교반속도, 물유리의 농도 등에 따라 조절할 수 있으며, Water/Oil비가 0.1 ~ 0.5에서 물의 양이 증가할수록 입자 크기가 작아지고 입자크기의 분포가 균일해지는 경향을 보이며, 계면활성제/Oil비가 2 ~ 10에서 계면활성제의 농도가 증가할수록 입자크기가 증가한다.
상기의 방법 등에 의하여 제조된 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리콘 레진이나 실리카는 현저히 낮은 굴절률을 가지게 되므로 광확산 효율 및 정면 휘도를 증가시키는 효과가 더욱 뛰어나며, 특히 다공성인 경우에는 비표면적이 크고 기능성 물질의 도입이 용이하며 각종 용매에서의 분산성이 우수한 물성을 가지게 된다.
상기의 다공 또는 중공 형태의 광확산제는 단독으로도 사용할 수 있음은 물론, 다른 광확산제들과 혼합하여 사용하면 정면 휘도 및 시야각 조절을 위하여 광 확산용 조성물에서 요구되는 다양한 굴절률 및 입자크기에 효과적으로 대처할 수 있다. 이때 굴절률 또는 입자크기가 상이한 다른 광확산제는 전체 광확산제 100 중량 % 대비 1 ~ 30 중량%로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 범위 내에서의 사용이 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 광확산제의 광학적 특성을 저해하지 않는다.
한편 굴절률과 관련된 빛의 확산 효과는 서로 다른 굴절률을 가지는 매질에서 빛의 입사각과 출사각의 관계를 나타내는 스넬의 법칙(snell's law) nisinφi=nfsinφf(ni,nf는 각 매질의 굴절률, φ i는 입사각, φf는 굴절각)에 의해 설명될 수 있는데, 매질간의 굴절률 차이가 작을수록 굴절각이 작아지는 특성을 가진다.
또한 상기 b)의 바인더 수지는 광확산용 조성물에 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 폴리비닐알콜, 에틸렌비닐 코폴리머, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지 등과 같은 열경화형 또는 자외선 경화형 수지를 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 아크릴 레진을 사용하는 것이 내후성이 뛰어나 가장 적당한데 특히 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl metacrylate)가 내열성, 내용매성, 열역학적 안전성에서 우수하다. 바인더 수지의 함량은 10 ~ 90 중량%가 적당하며, 바인더 수지의 함량이 10 중량% 미만이면 기재필름에 대한 광확산층의 접착력이 불충분하게 되고, 바인더 수지의 함량이 90 중량%를 초과하면 상대적으로 광확산제의 함량이 적어져 충분한 광확산 효율을 얻기가 어렵다.
또한 상기 c)의 유기용매는 광확산용 조성물에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 체적 저항률이 작은 유기용매로서 예건데 톨루엔, 디클로로에탄, 메틸에틸케톤. 사이클로헥사논, 크실렌, 사이클로헥산 등을 사용하는 것이 휘도 특성 및 휘도 균일도가 우수하여 각종 액정표시장치에 적용하기가 적합하다.
또한 상기 d)의 첨가제는 광확산용 조성물에 통상적으로 사용되는 분산제, 경화제, 대전방지제, 레벨링제 등 다양한 첨가제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 바인더 수지 100 중량%에 대하여 첨가제 0.1 ~ 10 중량%를 사용하는 것이 광확산제의 휘도 특성을 첨가제가 크게 저해하지 않기 때문에 적합하다.
또한 본 발명은 상기의 광확산용 조성물을 이용한 광확산 필름, 광확산 시트, 광확산 판넬 등의 광확산용 소재를 제공하는데, 본 발명의 광확산용 소재의 제조에는 당해 기술분야에서 통상적으로 적용되는 공정들이 그대로 적용됨은 물론이다.
구체적인 일예로서 본 발명의 광확산용 조성물을 적용한 광확산 필름의 제조공정을 기재하면 다음과 같다. 먼저 톨루엔이나 디클로로에탄과 같은 유기용매에다가 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 광확산제로서 예컨대 중공 형태의 실리카를 넣고, 여기에 다시 폴리비닐계 수지나 아크릴계 수지와 같은 바인더 수지를 넣으며, 여기에 더하여 통상적으로 사용되는 분산제를 첨가한 후, 일반적으로 사용하는 임펠러 교반기를 이용하여 광확산제가 바인더 수지 내에서 상호 응집 되지 않고 독립적으로 존재하도록 분산시킴으로써 광확산 필름에 사용할 광확산용 조성물을 제조한다. 이때에 분산제는 유기 또는 무기 광확산제가 장시간에 걸쳐 분산됨으로써 시간경과에 따라 광확산제끼리 쉽게 재응집되고, 분산안전성이 저하되며, 결국은 광확산 필름의 광확산 효과가 나빠지게 되는 것을 방지하여 주는 역할을 한다. 이렇게 제조된 상기의 조성물을 폴리메틸메타아크릴레이트 수지나 폴리카보네이트 수지와 같은 확산판의 필름기재 상면에 도포한 후 건조함으로써 광확산 필름을 형성하는데, 광확산용 조성물을 필름기재에 도포하는 방법은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 에어 나이프(Air knife)방식, 그라비어(Gravure)방식, 리버스 롤(Reverse roll) 방식, 스프레이(Spray) 방식 등이 사용될 수 있다.
한편 액정표시장치에 사용되는 확산판의 필름기재는 높은 투명도가 요구되기 때문에 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 수지와 같은 폴리아크릴 수지는 물론, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리스티렌(PS) 수지, 폴리올리핀 수지 등과 같은 고투명도의 고분자 수지로부터 제조되는 플라스틱 계통의 수지가 주로 사용되는데, 특히 플라스틱 계통의 수지 중에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephthalate, 일명 PET)는 투명도가 높고, 기계적 강도가 양호하여 가공성이 우수하며, 빛과 열에 대한 내구성이 강한 특성을 가지고 있다. 이때에 이들 플라스틱 계통 수지의 굴절률이 1.49 ~ 1.60 인 관계로, 이들 수지의 굴절률 보다 충분히 낮은 굴절률을 가지는 광확산제를 사용할 경우 광확산 효율 및 정면 휘도를 증가시킬 수 있다. 따라서 통상적으로 사용되는 유기 또는 무기 광확산제의 굴절률을 낮 추는 것이 매우 중요한데, 특히 굴절률이 1.43 미만으로 낮아지는 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리콘 레진이나 굴절률이 1.47 미만으로 낮아지는 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카가 광확산제로서 함유된 광확산용 조성물을 적용한 광확산용 소재가 기술적 상업적으로 특히 유용하다.
또 한편 바인더 수지로서 아크릴 레진을 사용하고, 광확산제로서 아크릴 레진 100중량부 대비 1 ~ 500 중량부로 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 유기 또는 무기 광확산제를 함유하는 것을 특징으로 하는 광확산용 조성물을 도포하여 광확산 필름, 광확산 시트, 또는 광확산 판넬 등의 광확산용 소재를 제조하면, 바인더 수지로 사용된 아크릴 레진의 내후성이 뛰어나므로 제품의 내구성이 좋아지는 효과가 있다.
또한 본 발명은 상기의 광확산용 소재를 적용한 조명물, 광고판, 프로젝션 스크린, LCD 백라이트 모듈 등의 제품을 제공하는 바, 상기 제품의 제조에는 광확산용 소재를 적용하여 완성품 등의 제품을 제조하는데 있어서 당해 기술분야에서 통상적으로 적용되는 공정들이 그대로 적용됨은 물론이며, 이렇게 제조된 제품에는 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드에 의해 더욱 낮아진 굴절률을 가지는 광확산제가 사용됨에 따라 기존의 제품보다 광확산 효율 및 정면 휘도가 더욱 증가되는 장점이 있다.
구체적인 일예로서 본 발명의 광확산용 조성물을 사용하여 제조한 광확산 필름을 적용한 LCD 백라이트 모듈에 대하여 기재하면 다음과 같다. 액정디스플레이(LCD)는 다른 평판 디스플레이 방식과는 달리 비발광소재인 액정을 사용하기 때문 에 화면의 밝기를 향상시키는 추가적인 발광장치가 필요한데, 이러한 발광장치에는 프론트라이트(Front light) 방식과 백라이트(Back light) 방식이 대표적이며, 백라이트 방식은 도3에 도시된 바와 같이 디스플레이 소자의 뒷면에 부착된 백라이트 유니트(Back light unit)의 광원(8)으로부터 발생되는 빛(화살표)이 도광판(10) 및 반사판(9)을 거쳐 전면으로 출사되고 광확산 필름을 경유하면서 빛이 확산되어 결과적으로 화면의 밝기를 향상시키는 간접 조명방식이다. LCD 백라이트 모듈에 사용되는 광확산 필름은 광투과율 및 광확산 효과가 우수할 것이 요구되며, 광투과율 및 광확산 효과가 우수하면 정면휘도가 향상된다. 따라서 본 발명의 광확산용 조성물을 사용하여 제조한 광확산 필름을 적용한 LCD 백라이트 모듈은 광확산 효율 및 정면 휘도가 증가되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1.
비극성 유기용매인 Kerosene 400 g에 비이온 계면활성제인 Sorbitan oleate 5 g을 첨가하고, 상기 용액에 규산나트륨(Na2O·nSiO2·mH2O, 1≤n≤3, 5≤m≤7) 400 g을 첨가하여 고속 교반기로 교반하여 유화 액적을 제조하였다.
상기 제조된 유화 액적을 중탄산암모늄 용액 400~2400 L에 첨가하여 25~40 ℃에서 2~18시간 동안 교반시켜 반응시킴으로써 0.5 ~ 20 ㎛의 입자 크기인 미립자를 제조하고, 상기 미립자를 물과 알코올로 세척 및 건조함으로써 중공 형태의 실리카를 얻을 수 있었다. 이에 의하여 제조된 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카의 굴절률은 하기의 표 3에 나타내었다.
[표 3]
구 분 굴절률
실시예 1 1.41
실리카 1.47
상기의 표 3을 통하여, 실시예 1에 의해 제조된 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카가 통상의 실리카보다 굴절률이 낮음을 확인할 수 있었다.
실시예 2.
유기용매인 n-부틸아세테이트 40 중량부에, 바인더 수지(아크리딕 AA-960-50, 애경화학사 제품, 고형분 55 %) 27중량부와 경화제(브루녹 DN-950, 애경화학사 제품) 3 중량부를 첨가하고, 여기에 광확산제로서 상기 실시예 1에서 제조된 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카 30 중량부를 더욱 첨가하여 광확산용 조성물을 제조하였다.
상기의 조성을 갖는 광확산용 조성물을 교반기를 이용하여 600 rpm으로 10분간 교반하고, 0.3 mm의 메이어 바를 이용하여 100 ㎛ 두께의 폴리카보네이트 필름기재상에 도포하고, 110 ℃ 에서 5분간 건조하여 광확산층의 두께가 30 ㎛인 광확산 필름을 제조하였다. 이렇게 하여 제조된 광확산 필름의 광학적 특성은 하기의 표 4에 나타내었다.
비교예 1
광확산제로서 에어 보이드를 가지는 않는 통상의 실리카를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 실시하여 광확산 필름을 제조하였다. 이렇게 하여 제조된 광확산 필름의 광학적 특성은 하기의 표 4에 나타내었다.
[표 4]
구 분 투과율(%) 확산율(%) 정면휘도(cd/㎡)
실시예 2 84 92 1827
비교예 1 75 86 1760
- 투과율 및 확산율의 측정방법 -
일본 전색공업사의 NDH-2000을 사용하여 측정하였다.
- 정면휘도의 측정방법 -
액정 백라이트 유니트의 도광판 위에 상기 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 광확산 필름을 올려놓고 휘도계(일본 Topcon사의 모델명 BM-7)를 사용하여 액정 백라이트 유니트의 중앙부에서 휘도를 측정하였다.
상기 표 4를 통하여, 중공 형태의 실리카를 함유하는 광확산용 조성물을 사용하여 제조한 실시예 2의 광확산 필름이 통상의 실리카를 함유하는 광확산용 조성물을 사용하여 제조한 비교예 1의 광확산 필름보다 투과율, 확산율 및 정면휘도에서 우수한 효과를 가짐을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 광확산제 및 이를 함유한 광확산용 조성물은 다공(多空) 또는 중공(中空) 형태의 에어 보이드(air void)를 가지는 유, 무기 광확산제를 사용 하므로, 에어 보이드에 의하여 물질의 고유한 굴절률보다 낮은 겉보기 굴절률을 가지게 되고, 다공 또는 중공 형태에 의하여 비표면적이 크고 기능성 물질의 도입이 용이하며 각종 용매에서의 분산성이 우수한 특성을 가진다.
또한 상기의 광확산용 조성물을 적용하여 굴절률을 낮춤으로서 광확산 효과가 더욱 향상된 광확산 필름, 광확산 시트, 광확산 판넬 등의 광확산용 소재를 제공하는 효과가 있다.
또한 상기의 광확산용 소재를 적용하여 광확산 효율 및 정면 휘도가 증가된 조명물, 광고판, 프로젝션 스크린, 그리고 주요하게는 액정표시장치인 LCD(liquid crystal display) 백라이트 모듈을 제공하는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지며 광확산용으로 사용되는 유기 또는 무기 광확산제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기의 광확산제가 5 ~ 95 %의 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 또는 무기 광확산제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기의 광확산제가 1.0 ~ 30 ㎛의 입자크기를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 또는 무기 광확산제.
  4. a) 제1항에 따른 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 유기 또는 무기 광확산제 1 ~ 80 중량%;
    b) 바인더 수지 10 ~ 90 중량%;
    c) 유기용매 1 ~ 80 중량%;
    를 포함하는 광확산용 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 a)의 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 유기 광확산제가 실리콘 레진, 아크릴 레진, 우레탄 레진, 폴리에틸렌 레진, 나일론 레진, 폴리스티렌 레진, 폴리카보네이트 레진으로 이루어지는 유기 광확산제의 군으로부터 1종 이상 선택된 것에 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 도입한 미립자인 것을 특징으로 하는 광확산용 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 a)의 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 무기 광확산제가 실리카, 알루미나, 글래스, 탄산칼슘, 탈크, 마이카, 황산바륨, 산화아연, 산화세슘, 이산화티탄, 산화철로 이루어지는 무기 광확산제의 군으로부터 1종 이상 선택된 것에 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 도입한 미립자인 것을 특징으로 하는 광확산용 조성물.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 b)의 바인더 수지가 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에틸렌비닐 코폴리머, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 에폭시계 수지로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 광확산용 조성물.
  8. 제4항에 있어서,
    굴절률 또는 입자크기가 상이한 유기 또는 무기 광확산제가 전체 광확산제 100 중량% 대비 1 ~ 30 중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 광확산용 조성물.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기의 광확산용 조성물에 첨가제로써 분산제, 열경화제, 광경화제, 대전방지제, 레벨링제 또는 습윤제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산용 조성물.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 광확산용 조성물이 도포된 광확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 필름, 광확산 시트 또는 광확산 판넬.
  11. 제10항에 있어서,
    굴절률 1.43 미만인 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리콘 레진을 광확산제로서 함유한 광확산용 조성물이 도포된 광확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 필름, 광확산 시트, 또는 광확산 판넬.
  12. 제10항에 있어서,
    굴절률 1.47 미만인 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 실리카를 광확산제로서 함유한 광확산용 조성물이 도포된 광확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 필름, 광확산 시트, 또는 광확산 판넬.
  13. 제10항에 있어서,
    아크릴 레진을 바인더 수지로서 사용하고, 아크릴 레진 100 중량부 대비 1 ~ 500 중량부로 다공 또는 중공 형태의 에어 보이드를 가지는 유기 또는 무기 광확산제를 함유하는 것을 특징으로 하는 광확산용 조성물이 도포된 광확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 필름, 광확산 시트, 또는 광확산 판넬.
  14. 제10항에 따른 광확산 필름, 광확산 시트 또는 광확산 판넬을 적용한 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 모듈, 액정표시장치, 프로젝션 스크린, 조명물 또는 광고판.
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