KR20080057663A

KR20080057663A - 열전도성 난연성 점착제

Info

Publication number: KR20080057663A
Application number: KR1020060131250A
Authority: KR
Inventors: 신세진; 조병규; 연예림; 이근희; 김장순
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-25

Abstract

본 발명은 a) 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체; b) 열전도성 세라믹 무기물; c) 금속수산화물; 및 b) 인이 함유된 분산제를 포함하는 열전도성 점착제 조성물, 상기 열전도성 점착제를 포함하는 열전도성 점착시트, 백라이트 유니트 및 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 본 발명의 열전도성 점착제는 인이 함유된 분산제를 이용하여 아크릴계 수지와 무기물 필러 사이의 상용성을 향상시키기 때문에 높은 필러 함량 내에서도 가공 및 성형이 가능한 점도를 갖게 할 뿐만 아니라 저가이면서 열전도도가 낮은 금속수산화물을 사용하더라도 고분자 내부에 충진율을 향상시킴으로서 가격경쟁력이 높으면서 열전도도가 우수하고 난연성 확보가 용이하다.

인계 분산제, 열전도성 점착제, 열전도성, 난연성, 열전도성 세라믹 무기물, 금속수산화물

Description

열전도성 난연성 점착제{THERMALLY CONDUCTIVE PRESSURE-SENSITIVE ADHESIVES}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백라이트 유니트를 사용하는 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 유니트를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지-라이트형 백라이트 유니트를 도시한 단면도이다.

본 발명은 열전도성 및 난연성이 우수한 열전도성 점착제 조성물, 보다 구체적으로 a) 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체; b) 열전도성 세라믹 무기물; c) 금속수산화물; 및 b) 인이 함유된 분산제를 포함하는 열전도성 점착제 조성물, 상기 열전도성 점착제를 포함하는 열전도성 점착시트, 백라이트 유니트 및 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근 액정 디스플레이용 패널의 백라이트로서 색재현율이 우수하고, 명암 대 비비가 우수한 발광다이오우드(LED)를 적용하는 제품에 관한 연구가 진행 중에 있다. 그러나 발광다이오우드(LED)를 사용하게 되면 기존에 사용하던 냉음극 형광램프(CCFL)를 백라이트로 사용했던 액정 디스플레이 패널에 비하여 발열량이 매우 높기 때문에, 발생된 열을 후면의 백플레이트 방열판을 통하여 외부로 방출시키는 구조를 채택해야 한다. 이전에는 히트 파이프를 이용하여 열을 방출하는 구조를 검토하였으나, 제품의 두께를 줄이기 위한 방법으로 열전도성 점착 시트를 사용하는 방법이 고려되고 있다. 특히 발광다이오우드를 백라이트로 사용하는 액정 디스플레이용 패널 부품 소자의 접착에는 고분자 수지에 열전도성 세라믹 무기물 입자들이 분산되어 있는 열전도성 점착제를 이용하는 것이 더욱 효율적인 것으로 알려져 있다.

일반적으로 발광 다이오우드를 백라이트로 사용하는 액정 디스플레이 패널에 적용되는 열전도성 점착시트는 2.0 W/mK 이상의 열전도도를 요구하고 있다. 실제적으로 열전도도가 상기 값 이하인 경우 열전달 효율이 매우 떨어져 발광 다이오우드가 전소해버리는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 고열전도성 점착시트를 제조하기 위해서는 과량의 열전도성 무기물 충진제를 바인더로 사용되는 점착 수지 대비 500 중량부 이상 투입하여야 하나, 이 경우 발생되는 점도 상승의 문제로 인하여 균일한 시트 형성 및 코팅 시 가공이 용이하지 않은 상황이다.

상기 열전도성 점착제 중 고분자는 피착제 사이에 접착성을 제공하며, 열전도성 세라믹 무기물 입자들은 전기 전자 부품 소자에서 발생된 열을 후면의 금속 PCB로 전달하여 방출하는 역할을 한다. 상기 감압 점착 고분자는 아크릴계 공중합 체 및 단량체 등이 이용되며, 열전도성 세라믹 무기물 입자들로는 열전도성을 갖는 동시에 전기적으로 절연체인 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 탄산칼슘, 질화붕소, 질화알루미늄, 또는 탄화 규소 등의 충진제가 많이 이용되고 있다.

한편, 전기 전자 부품에서 발생하는 고열로 인해 일어날 수 있는 화재의 위험을 막기 위하여, 최근 개발되는 열전도성 점착제는 접착성 및 열전도성 이외에 난연성도 필수적으로 요구되고 있다. 이와 같이 열전도성 점착제에 난연성을 부가하기 위한 난연제로서 할로겐계 난연제는 환경문제로 인하여 지양되고 있으므로, 할로겐 원소가 포함되지 않는 난연제를 사용할 것이 요구되고 있다.

열전도성을 제공하면서 할로겐족 원소를 포함하지 않는 난연제로는 수화 금속 화합물이 적합하며 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 수산화 바륨, 수산화 지르코늄, 도소나이트(dawsonite), 붕산 알루미늄 등이 바람직하다.

일본특허공개공보 제2002-294192호는 메타(meta) 아크릴산 에스테르 모노머를 포함하는 아크릴계 폴리머 100 질량부에 난연제로서 입경이 1~50 ㎛인 수산화 알루미늄 40~80중량부, 열전도성 필러로 입경이 50~120 ㎛인 산화 알루미늄 40~120 중량부를 첨가하여 제작한 열전도성 점착 시트를 제시하고 있다. 상기 공보는 UL94V에 따른 난연성을 갖는 열전도성 점착 시트를 구현하였지만 실시예에서 측정된 열전도도는 0.7 W/mK 정도로서 상기에서 언급했던 액정 디스플레이 패널의 발광다이오드 백라이트와 같은 높은 방열 효과를 필요로 하는 전자 부품 부분에는 적용이 적합하지 않다.

일본특허공개공보 제2000-281997호는 메타(meta) 아크릴산 알킬 에스테 르(alkyl ester)계 단량체로 되는 공중합체 100 중량부와 열전도성 충전제 및 인과 질소를 함유하는 난연제 화합물을 8:2~3:7의 비율로 총량이 50~200 중량부가 되도록 포함하고, 열전도율이 0.3W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 전기 절연성의 열전도성 및 난연성 감압 점착제 및 시트를 개시하고 있다. 그러나 상기 공보는 인과 질소를 함유하는 난연제 화합물 첨가를 통해 난연성을 확보할 수는 있었으나, 이 화합물의 함량이 증가할수록 점착제의 열전도도를 감소시키므로 역시 발광 다이오우드 백라이트 액정 디스플레이 패널에 적용하기는 어렵다.

결국, 금속수산화물은 열전도성 세라믹 무기물에 비해 저가이며 난연성을 부여하는 효과가 있으나 점착제 제조후 열전도도가 상기의 2W/mK 이상을 만족시키기가 어려웠다. 즉, 많은 금속수산화물을 사용하면 난연성은 좋아지나 그 금속수산화물 자체의 열전도도가 낮으므로 전체적인 점착제 자체의 열전도도가 감소하며, 적은 함량의 금속수산화물을 사용하면 상대적으로 많은 금속산화물을 사용해야 원하는 열전도도를 이룰 수 있으나 난연성은 감소하는 문제가 있다.

전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점으로 인하여, 2.0W/mK 이상의 높은 열전도성을 갖고, 가공성이 용이하여 원하는 두께로 균일한 제품을 제조하는 것이 가능하면서도 우수한 난연성을 갖고 가격이 저렴한 열전도 난연성 점착제의 연구 개발이 계속 요구되고 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 본 발명자들은 점착제로써 아크릴계 고분자 수지 또는 단량체에 열전도성 및 난연성을 부여 하기 위해 무기물 충진제를 바인더 점착수지 100 중량부 대비 500 중량부 이상을 첨가시 인이 함유되어있는 분산제를 첨가하는 경우 2.0 W/mK 이상의 열전도도 및 난연성을 확보하고, 코팅 및 가공성이 우수하면서 가격이 저렴한 점착시트를 제조하는 것이 가능하다는 사실을 밝혀 내어 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명은 인이 함유되어있는 분산제를 포함하고 있기 때문에 바인더로 사용된 점착 유기체 안에서 무기물 충진제 함량이 높은 상태에서도 낮은 점도를 유지할 수 있어 가공성이 우수하고, 무기물 충진제의 유기체 내부로의 충진율을 높여서 열전도도가 증가한다. 또한 본 발명은 분산제 내부에 인이 함유되어 있기 때문에 인이 함유 되지 않은 분산제를 사용하는 경우와 비교하여 난연성을 확보하는 것이 매우 효과적이다.

따라서 본 발명의 목적은 a) 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체; b) 열전도성 세라믹 무기물; c) 금속수산화물; 및 b) 인이 함유된 분산제를 포함하는 열전도성, 난연성 및 가공성이 우수한 점착제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기재의 단면 또는 양면에 상기 본 발명에 따른 열전도성 점착제가 시트화되어 있는 열전도성 점착시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 본 발명에 따른 열전도성 점착시트 및 광원을 포함하는 백라이트 유니트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 본 발명에 따른 백라이트 유니트, 및 빛을 이용하여 이미지를 표시하는 액정 패널을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은

a) 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체;

b) 열전도성 세라믹 무기물;

c) 금속수산화물; 및

d) 인이 함유된 분산제

를 포함하는 열전도성 점착제 조성물에 관한 것이다.

상기 본 발명에 따른 조성물은 하기에 의하여 구체화 된다.

본 발명은 열전도 난연성 점착제 조성물에 아크릴계 수지(또는 단량체)를 단독 또는 2가지 이상의 종류를 사용하고, 인계 분산제 첨가 및 열전도성 세라믹 무기물 및 금속수산화물을 포함시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용할 수 있는 상기 a) 아크릴계 고분자는 특별히 한정되지 않으며 본 기술 분야에서 점착제로 사용될 수 있는 것이면 사용 가능하다.

상기 부분 중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체는 탄소수 1~12의 알킬기를 가지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 100 중량부 및 상기 단량체와 공중합이 가능한 극성 단량체 0 ~ 20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 (메타) 아크릴산 에스테르계 단량체는는 에틸(메타) 아크릴레이트, 부틸(메타) 아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타) 아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 및 이소노닐(메타)아크 릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 (메타) 아크릴산 에스테르계 단량체와 공중합이 가능한 극성 단량체는 점착제에 응집력을 부여하고 접착력을 향상시키는 작용을 한다. 상기 극성 단량체는 (메타)아크릴산, 말레인산, 또는 푸마르산 등의 카르복실기를 함유한 단량체; 또는 아크릴 아미드, N-비닐 피롤리돈, 또는 N-비닐 카프로락탐 등의 질소를 함유한 단량체를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 극성 단량체의 비율은 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 단량체의 양이 너무 많은 경우, 점착성 및 박리력이 저하되기 때문에 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용할 수 있는 상기 b) 열전도성 세라믹 무기물은 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 탄산칼슘, 질화붕소, 질화알루미늄, 및 탄화 규소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 세라믹 무기물 중 산화알루미늄을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 열전도성 세라믹 무기물의 사용량은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 100-1500 중량부인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 300-1200 중량부, 가장 바람직하게는 500-1000 중량부이다.

본 발명에서 사용된 상기 c) 금속수산화물은 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 수산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속수산화물 중 수산화알루미늄이 가장 바람직하다. 상기 금속수산화물의 사용량은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 100-1500 중량부인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100-1000 중량부, 가장 바람직하게는 200-700 중량부이다.

상기 열전도성 무기물은 점착제에 요구되는 열전도도에 따라 입경이 다른 2가지 이상의 입자를 사용하는 것이 가능하다. 큰 입자와 작은 입자를 같이 사용함으로서 큰 입자사이에 작은 입자들이 충진됨으로서 충진율이 높아지고 상대적으로 고분자가 차지하는 분율을 줄임으로서 열전도도 향상에 더욱 효과적이다.

본 발명에 있어서 상기 열전도성 세라믹 무기물 및 금속수산화물을 입경을 달리하여 사용하는 것이 가능하다. 보다 구체적으로 본 발명의 열전도성 세라믹 무기물의 입경은 1-100 ㎛ 이고, 금속수산화물의 입경은 0.1-50 ㎛ 인 것이 바람직하다. 또한 열전도성 세라믹 무기물간의 빈틈에 난연제로 사용된 금속수산화물이 위치하는 경우 열전도도를 더욱 향상시킬 수 있으므로 열전도성 세라믹 무기물의 입경은 금속수산화물의 입경보다 큰 것이 바람직하다. 한편, 난연제인 금속수산화물보다 입경이 열전도성 세라믹 무기물만을 사용할 경우에는 열전도성은 증가하나, 그 함량이 많은 경우에는 슬러리 혼합물 상태에서 침강될 가능성이 있다. 이 경우 에는 사용하고자 하는 충진제를 반응성 표면 처리제로 전처리 코팅하여 사용하면 침강문제를 해결하는 것이 가능하다. 다른 방법으로는 난연제보다 입경이 크거나 유사한 또 하나의 열전도성 세라믹 무기물을 첨가하여 입경이 큰 열전도성 세라믹 무기물 사이의 공극을 메워, 큰 입자의 침강현상 방지 및 열전도성 점착시트의 열전도율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 열전도성 세라믹 무기물은 금속수산화물의 입경보다 큰 입경을 가지는 제1열전도성 세라믹 무기물 및 상기 제1열전도성 세라믹 무기물의 입경보다 작은 입경을 가지는 제2열전도성 세라믹 무기물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 상이한 입경을 갖는 제1 및 제2 열전도성 세라믹 무기물은 그것이 열전도성 세라믹 무기물의 범위 내라면 동일한 종류이어도 좋고 상이한 종류이어도 좋다.

본 발명에 있어서, 열전도성 세라믹 무기물 및 금속수산화물의 분산 효과를 더욱 증가시키기 위하여, 분산제를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 분산제는 유기물 수지와 무기물 사이의 상용성을 향상시켜서 점도를 감소시켜 줄 뿐만 아니라, 유기물 내에서 무기물의 충진율을 좋게 하여서 열전도도를 증가시켜 주기도 한다. 하지만 일반적인 분산제는 열분해 온도가 낮은 유기물 또는 고분자이므로 연소시 제일 먼저 열분해를 일으켜 난연성을 저하시킨다. 이런 경우 난연성 확보를 위해 추가적으로 다른 유기 또는 무기계 난연제를 첨가할 수 있으나, 열전도도 감소를 야기시킬 뿐만 아니라 점도를 증가시켜 균일한 제품을 코팅/가공하는 것이 매우 어렵게 된다. 상기 문제점을 고려하여 본 발명의 발명자들은 상기 d) 인이 함유된 분산제를 첨가하여 코팅/가공성이 우수한 슬러리 점도를 확보하였으며 시트 제작시 우수한 난연성 및 열전도도를 얻게 되었다.

본 발명에 따른 상기 d) 인이 함유된 분산제는 1개 이상의 수산화기를 포함하는 포스페이트(phosphate) 계열을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 인이 함유된 분산제는 금속수산화물 및 금속산화물과의 상용성이 좋다. 또한 상기 분산제는 연소 중에 스스로 열분해하여 HPO, 또는 PO의 래디칼을 형성하고, 활성라디칼인 OH 및 H를 트랩하여 안정화 시키거나, 인산 또는 폴리 인산을 생성하여 산소를 차단하는 방법으로 난연성을 제공하는 역할을 한다. 인은 분산제 구조 내부의 주쇄(main backbone)나 가지(side chain)에 포함시킬 수 있으며 인 함량이 많을수록 난연성은 유리하다.

인이 함유되어 있는 분산제는 무기물 필러의 종류에 따라서 1개 또는 2개 이상을 같이 첨가할 수 있으며 질소가 함유되어 있는 분산제 및 유기물 첨가할 경우 난연 효과는 더 향상될 수 있다.

상기의 인이 함유된 분산제는 상업화되어 판매되고 있는 DISPERBYK 시리즈 중에 선택하여 사용하는 것이 가능하다. 인 함량은 분산제의 전체 분자량 중에 인이 차지하는 분자량으로 계산시 3% 이상인 것이 바람직하며 5% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 함량은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 0.1~40 중량부 사용하는 것이 바람직하며 3.0~30 중량부를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 인계 분산제가 너무 적은 경우에는 충진제를 아크릴계 수지 내부에 분산시키는 효과가 감소할 뿐만 아니라 난연효과도 나타나지 않고, 상기 함량 이상으로 인계 분산제를 사용하는 경우 잔존하는 분산제가 점착제 표면으로 이행하거나, 고온고습에서의 냄새문제 유발 등의 악효과를 제공할 수 있다.

본 발명의 열전도성 점착제는 전술한 아크릴계 단량체 또는 고분자 수지, 열전도성 세라믹 무기물 및 금속수산화물, 인이 함유된 분산제 그리고 필요한 경우에 가교제, 또는 광개시제 등을 사용하여 당 기술 분야의 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

상기 가교제는 사용량에 따라 점착제의 점착 특성을 조절할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 약 0.05~5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 점착제 제조 시 사용할 수 있는 가교제의 예로는 다관능성 아크릴레이트, 예컨대 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리토리톨트리아크릴레이트, 1,2-에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 또는 1,12-도데칸디올아크릴레이트 등의 가교성 단량체가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 광개시제는 사용량에 따라 점착제의 중합도를 조절할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 약 0.01-10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 점착제 제조 시 사용할 수 있는 광개시제의 예로는 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, α,α-메톡시-α-하이드록시아세토페논, 2-벤조일-2(디메틸아미노)-1-[4-(4-몰포닐)페닐]-1-부타논, 2,2-디메톡시-2-페닐 아세토페논 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 열전도성 점착제는 본 발명의 효과에 영향을 미치지 않는 한 안료, 산화 방지제, 광택제, 자외선 안정제, 소포제, 증점제, 가소제, 또는 점착성 부여 수지 등의 다른 첨가제를 포함할 수도 있다.

본 발명의 열전도성 점착제의 제조 방법의 한 실시 상태는 다음과 같다. 탄소수 1~12의 알킬기를 가지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 단독 또는 상기 단량체와 공중합이 가능한 극성 단량체의 혼합물 또는 이들의 공중합체에 인이 함유되어있는 분산제, 열전도성 세라믹 무기물, 금속수산화물, 필요한 경우 가교제 및/또는 광개시제를 첨가한 후, 열전도성 세라믹 무기물 및 금속수산화물이 단량체 중에 균일하게 분산되도록 교반하면서 혼합한다. 이어서, 이 혼합물을 자외선 조사에 의한 광중합 및 가교를 진행하여 본 발명의 열전도성 점착제를 제조할 수 있다.

본 발명은 또한 기재의 단면 또는 양면에 본 발명에 따른 상기 열전도성 점착제가 시트화되어 있는 열전도성 점착시트; 상기 열전도성시트 및 광원을 포함하는 백라이트 유니트; 및 상기 백라이트 유니트 및 빛을 이용하여 이미지를 표시하는 액정 패널을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 열전도성 시트를 포함하는 백라이트 유니트 및 이를 구비한 디스플레이 장치의 바람직한 실시예들을 자 세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백라이트 유니트를 사용하는 액정 표시 소자를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 유니트를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지-라이트형 백라이트 유니트를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 액정 표시 소자는 액정 표시 패널(LCD 패널, 200) 및 백라이트 유니트(202)을 포함한다.

LCD 패널(200)은 하부 편광필름(204), 상부 편광필름(206), 하부 기판(208), 상부 기판(210), 칼라필터(212), 블랙매트릭스(214), 화소전극(216), 공통전극(218), 액정층(220) 및 TFT 어레이(222)를 포함한다.

칼라필터(212)는 레드, 그린 및 블루에 해당하는 칼라필터들을 포함하며, 빛이 인가되는 경우 레드, 그린 또는 블루에 해당하는 이미지를 발생시킨다.

TFT 어레이(222)는 스위칭 소자로서 화소전극(216)을 스위칭한다.

공통전극(218) 및 화소전극(216)은 외부에서 인가되는 소정 전압에 따라 액정층(220)의 분자들을 배열한다.

액정층(220)은 소정 분자들로 이루어져 있고, 상기 분자들이 화소전극(216)과 공통전극(218) 사이의 전압차에 상응하여 배열된다.

그 결과, 이하의 백라이트 유니트(202)으로부터 제공되는 빛이 액정층(220)의 분자 배열에 상응하여 칼라필터(212)에 입사된다.

백라이트 유니트(Back Light Unit, 이하 "BLU"라 함, 202)은 LCD 패널(200) 의 하부에 위치하며, LCD 패널(200)에 빛, 예를 들어 백색광을 제공한다.

한편 BLU(202)는 광원이 액정 패널의 아래에 위치하는 직하 방식(Direct-lighting)과 광원이 도광판의 측면에 위치하는 에지-라이트 방식(edge-light method)으로 나뉘며, 본 발명에 따른 LCD 소자에는 직하 방식과 에지-라이트 방식의 BLU(202)가 모두 사용될 수 있음은 물론이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 직하 방식의 BLU(202a)는 광원(302), 투명 아크릴 플레이트(310), 반사 시트(320), 열전도성 점착시트(340) 및 광학필름(Optical film, 330)을 포함한다.

광원(302)은 복수의 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL), 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 또는 외부전극형광램프(External Electrode Flourscent Lamp: EEFL)가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 발광 다이오드를 사용하는 것이다. 상기 LED는 적색, 녹색 및 청색으로 구성되거나 백색광의 단일색으로 구성될 수 있다. 상기 LED를 광원으로 사용하는 BLU(202a)의 경우, BLU(202a)의 소형화 및 빛의 효율성을 향상시킬 수 있으면서 빛의 균일성을 유지할 수 있다.

반사 시트(320)는 광원(302)의 하부에 위치하여 광원(302)으로부터 오는 빛을 투명 아크릴 플레이트(310)의 전면으로 반사시키는 역할을 한다. 한편, 반사 시트(320) 대신 광원(302)의 하부에 광원 반사판(미도시)을 위치시켜 광원(302)을 실장하고, 광원(302)에서 나온 빛을 확산 시트(332)로 입사시켜 광 효율을 향상시 키도록 구성할 수도 있다.

또한 직하 방식의 BLU(202a)는 에지-라이트 방식과 달리, 복수의 광원(302)이 LCD 패널(200)의 하부에 위치하므로 광원(302)에서 발생된 휘선이 LCD 패널(200)의 상부에서 일정한 패턴으로 나타나게 된다. 이때 투명 아크릴 플레이트(310)는 패턴이 형성되어 있어, 광원(302)에서 발생된 휘선을 제거하면서 빛을 통과시키는 역할을 한다. 투명 아크릴 플레이트(310)는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에 따른 BLU(202a)는 패턴이 형성되어 있지 않은 투명 아크릴 플레이트를 사용할 수 있음은 물론이다.

광학필름(330)은 확산 시트(332), 프리즘 시트(334), 보호 시트(336) 및 반사형 편광필름(338)을 포함한다.

확산 시트(332)는 입사하는 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다. 확산 시트(332)를 통과한 빛은 휘도가 급격히 떨어지게 되는데, 이를 방지하기 위해 프리즘 시트(334)가 사용된다.

프리즘 시트(334)는 확산 시트(332)에 의해 확산 또는 집광된 빛 중 일부를 보호 시트(336) 방향으로 집광시키고, 나머지 빛을 확산 시트(332) 방향으로 반사시킨다.

보호 시트(336)는 프리즘 시트(334) 위에 위치하여 프리즘 시트(334)의 흠집을 방지하고, 또한 프리즘 시트(334)에 의해 좁아진 시야각을 넓혀주는 기능을 한다.

반사형 편광필름(338)은 보호 시트(336)에 의해 확산된 빛 중 일부를 광 원(302) 방향으로 반사시키고, 나머지 빛은 LCD 패널(도 1의 200)에 제공한다. 즉, 반사형 편광필름(338)은 특정 편광을 통과시키고, 나머지 다른 편광은 반사시키는 역할을 한다. 예를 들어, 반사형 편광필름(338)은 보호 시트(336)에 의해 확산된 빛 중 종파(P파)를 투과시키고, 횡파(S파)는 도광판 방향으로 반사시킨다.

반사형 편광필름(338)에서 반사된 횡파는 반사 시트(320)에서 재반사된다. 이 경우, 빛의 물리적 특성상, 상기 재반사된 빛은 종파 및 횡파를 포함한다.

즉, 반사형 편광필름(338)에 의해 반사된 횡파는 반사 시트(320)에 의해 재반사됨에 의해 횡파와 종파를 포함하는 빛으로 변화된다.

이어서, 상기 변화된 빛은 확산 시트(332), 프리즘 시트(334) 및 보호 시트(336)를 통과하여 반사형 편광필름(338)으로 다시 입사된다.

그 결과, 상기 변화된 빛 중 종파는 반사형 편광필름(338)을 투과하고, 횡파는 확산 시트(332) 방향으로 반사된다.

계속하여, 상기 반사된 빛은 다시 반사 시트(320)에 의해 반사되어 종파와 횡파를 포함하는 빛으로 변화된다.

또한, 보호 시트(336)와 반사형 편광필름(338)은 상술한 바와 같이 모두 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 어느 하나만 선택적으로 사용할 수 있음은 물론이다. BLU(202a)는 이러한 과정을 반복하여 빛의 효율을 향상시킨다.

한편 본 발명에 따른 열전도성 점착시트(340)는 일 예를 들어 반사 시트(320) 하부에 위치할 수 있다. 상기 열전도성 점착시트는 열전도성 점착제의 두께가 50 ㎛ - 3 mm이고, 열전도도가 2.0W/mK이상인 것이 바람직하다. 그 두께가 50 ㎛ 보다 얇으면 열 전달 접촉면적이 작아져서 발열체와 방열시트와의 충분한 열전달이 이루어지기 어려우며, 3 mm 보다 두꺼우면 시트의 열 저항성이 커지고 방열을 이루는데 많은 시간이 소요된다.

또한 상기 시트에서 사용될 수 있는 기재로서는 플라스틱, 종이, 부직포, 유리, 금속 등이 있으며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름을 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 5을 참조하면, 에지-라이트 방식의 BLU(202b)는 광원부(300), 도광판(340), 반사 시트(320), 열전도성 시트(350) 및 광학필름(330)을 포함한다.

광원부(300)는 하나 이상의 광원(302) 및 광원 반사판(304)을 포함한다. 광원(302)은 소정 파장을 가지는 빛을 발생시킨다. 한편, 광원(302)은 직하 방식의 BLU(202a)에서 상술한 바와 같이, CCFL, LED 또는 EEFL이 사용될 수 있음은 물론이며, 그 중 LED가 바람직하다.

광원 반사판(304)은 광원(302)으로부터 발생된 광을 도광판(340) 측으로 반사시켜 도광판(340)으로 입사되는 빛의 양을 증가시킨다.

광원(302)에 의해 발생된 빛은 광원 반사판(304) 및 반사 시트(320)에 의해 반사되며, 그런 후 반사된 빛은 도광판(340) 전체에 걸쳐서 균일하게 확산된다.

반사 시트(320)는 광원부(300)의 하부에 위치하여 광원(302)으로부터 오는 빛을 도광판(340)의 전면으로 반사시키는 역할을 한다. 광 생성 과정에서 광원부(300)에서 발생된 열은 그 하부에 위치한 반사 시트(320)로 전달된다.

이 때 본 발명에 따른 열전도성 점착시트(350)는 일 예를 들어 상기 반사 시 트(320) 하부에 위치할 수 있으며, 구체적인 내용은 상기 직하 방식의 BLU(202a)에서 상술한 바와 동일하다.

광학필름(330)은 확산 시트(332), 프리즘시트(334), 보호 시트(336) 및 반사형 편광필름(338)을 포함한다.

이하, 확산 시트(332, 프리즘 시트(334), 보호 시트(336) 및 반사형 편광필름(338)의 구조 및 특성에 대해서는 상기 직하 방식의 BLU(202a)에서 상술한 바와 동일하므로 설명을 생략한다.

한편, 도 1을 다시 참조하면, BLU(202)는 백색광인 평면광을 LCD 패널(200)에 제공한다. 이어서, TFT 어레이(222)가 화소전극(216)을 스위칭한다. 계속하여, 화소전극(216)과 공통전극(218) 사이에 소정 전압차가 인가되고, 그 결과 액정층(220)이 레드 칼라필터, 그린 칼라필터 및 블루 칼라필터에 각기 상응하여 배열된다.

이 경우, BLU(202)로부터 제공된 평면광은 액정층(220)을 통과하면서 광량이 조절되고, 광량이 조절된 평면광이 칼라필터(212)에 제공된다. 그 결과, 칼라필터(212)는 소정 계조를 가지고 이미지를 구현한다. 상세하게는, 레드 칼라필터, 그린 칼라필터 및 블루 칼라필터가 한 개의 픽셀을 형성하며, 상기 픽셀은 상기 레드 칼라필터, 그린 칼라필터 및 블루 칼라필터를 통과한 빛의 조합에 의해 소정 이미지를 구현한다.

이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하며, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

2-에틸 헥실 아크릴레이트 95 중량부(아크릴계 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 함, 이하 동일)와 극성 단량체인 아크릴산 5 중량부를 1 리터 유리 반응기에서 열로서 부분 중합시켜 점도 500 cP 시럽을 얻었다. 얻어진 아크릴 공중합 수지 100 중량부와 인계 분산제 DISPERBYK-102 (BYK CHEMIE사)를 아크릴계 수지 대비 10 중량부를 1리터 유리 반응기에 넣고, 여기에 광개시제로서 이가큐어-651(α,α-메톡시-α-하이드록시아세토페논) 0.2 중량부, 가교제로서 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA) 0.5 중량부를 혼합한 후 충분히 교반하였다. 상기 혼합물에 열전도성 세라믹 무기물로서 입경이 약 40 ㎛인 산화알루미늄(일본 쇼와덴코사, AS-10) 600 중량부와 입경이 약 4 ㎛인 수산화알루미늄(일본 쇼와덴코사, H-32ST) 300 중량부를 혼합하고 충분히 균일해질 때까지 교반하였다. 상기 혼합물을 진공펌프를 이용하여 감압 탈포한 후, 나이프코팅을 이용하여 폴리에스테르 이형필름 위에 두께 0.3 mm로 코팅하였다. 이때 산소를 차단하기 위해 폴리에스테르 필름을 코팅 층의 위에 씌웠다. 이후 메탈 할라이드 자외선 램프를 이용하여 5분간 조사하여 열전도 난연성 점착시트를 얻었다.

실시예 2

인계 분산제를 DISPERBYK-111 10중량부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도 난연성 점착시트를 얻었다.

실시예 3

인계 분산제를 DISPERBYK-102 5중량부, DISPERBYK-111 5중량부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도 난연성 점착시트를 얻었다.

실시예 4

인계 분산제를 DISPERBYK-102 15중량부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도 난연성 점착시트를 얻었다.

실시예 5

2-에틸 헥실 아크릴레이트 95 중량부와 아크릴산 5 중량부를 부분 중합시키지 않고 단량체 상태로 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 실시하여 열전도 난연성 점착시트를 얻었다.

실시예 6

산화알루미늄을 입경이 다른 2가지 종류 40 ㎛ 400 중량부, 4 ㎛ 200중량부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 열전도 난연성 점착시트를 얻었다.

비교예 1

분산제를 사용하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 점착시트를 얻었다.

비교예 2

인을 함유하지 않은 분산제인 DISPERBYK-9077 10중량부를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 점착시트를 얻었다.

비교예 3

인계 난연제인 암모늄 폴리포스페이트 (APP:Ammonium Polyphosphate)를 100중량부 사용하고 분산제를 사용하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 점착시트를 얻었다.

비교예 4

인계 난연제인 암모늄 폴리포스페이트 (APP:Ammonium Polyphosphate)를 100중량부 사용하고 인을 함유하지 않은 분산제인 DISPERBYK-9077을 10 중량부를 사용 한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 점착시트를 얻었다.

상시 실시예 및 비교예에서 사용한 분산제 및 수지의 종류, 무기물 충진제의 종류 및 함량, 입경 등을 하기 표 1에 나타내었다.

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 열전도성 점착시트의 물성을 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

1. 점도 시험

제조된 혼합물을 Brookfield digital viscometer (DV-1+, DV-2+pro)를 이용하여, 기포가 제거된 슬러리 혼합물에 스핀들을 비스듬히 넣고 이 스핀들을 점도계에 연결하여 홈을 맞춘 후 RPM을 선택 후 점도를 측정하며, 신뢰구간이 약 10% 이상이 되는 RPM을 찾아서 그 값을 고정 후 점도를 측정하였다.

2. 열전도율 시험

제조된 시트를 약 10mm×10mm의 크기로 절단하고, 이 샘플의 열전도율을 독일 네취사의 열전도 측정장치(레이저 플래쉬 열확산, 비열 측정장치) LFA 447과 DSC 204F1 를 사용하여 측정하였다.

3. 난연성 시험

제조된 시트에 대해 UV94V 규격에 근거한 연소시험을 행하고 난연성을 판정하였다. 구체적인 시험 내용은 다음과 같다. 난연 등급을 판정하기 위한 항목으로는 각 시편의 1, 2차 연소시간과 불똥 소화시간의 합, 5개 시편의 1, 2차 연소시간의 총합, 불꽃의 낙하로 인한 솜의 인화여부가 측정되었다. 시험 시편의 규격은 폭0.5인치, 길이 5인치이다. 시험 방법으로는 메탄가스 파란색 높이 3/4인치 단일 불꽃을 이용하여 시편에 10초간 불꽃을 접촉한 후 불꽃을 제거하고 시편의 불이 꺼

지면 다시 10초간 접촉시킨 후 불꽃을 다시 제거하는 방법을 이용하였다. 난연 등급은 아래의 표에 근거하여 판정한다.

4. 코팅/가공성 시험

제조된 슬러리 혼합물을 기울여서 나이프 코팅을 위하여 폴리에스테르 이형필름 위에 떨어뜨릴 때 슬러리 혼합물이 점도가 높아 흐르지 않거나, 떨어진 후에도 점도가 높아서 코팅하고자 하는 두께를 기준으로 하여 20% 이상 차이가 나지 않는 것을 기준으로 다음과 같이 판정한다.

○ : 잘 흐르고, 두께가 균일함.

×: 잘 흐르지 않고, 두께가 불균일함 (목표 코팅 두께 대비 20% 이상

차이남).

상기와 같은 방법에 의한 물성 측정의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 아크릴계 수지에 무기물 필러 함량을 고충진 시킬때 인이 함유된 분산제를 첨가한 실시예에서는 우수한 코팅/가공성과 V-0 등급의 우수한 난연성을 갖는 높은 열전도성 난연 점착 시트를 제작할 수 있었다. 특히 실시예 6에서는 입경이 다른 산화알루미늄을 2가지 종류로 사용함으로써 큰 입자간의 충진율을 높임으로서 열전도도가 실시예 1에 비해 향상됨을 알 수 있었다. 비교예 1은 분산제를 사용하지 않음으로써 슬러리 점도가 매우 높으며 아울러 입경이 큰 산화알루미늄간의 충진효율을 증대시켜 열전도도를 상승시키는 목적으로 사용된 수산화알루미늄이 그 자체적으로 난연성을 제공하기에는 함량이 부족하여 난연성이 확보되지는 못하였다. 비교예 2는 분산제를 사용하여 코팅/가공성이 우수하였으나 분산제 내에 인이 포함되어 있지 않으므로 난연성이 나타나질 않았다. 비교예 3과 비교예 4는 인계 난연제를 사용하지 않은 상태로 난연등급을 얻기 위해 인을 함유하는 고체상태의 난연입자를 사용하여 난연등급을 확보하였으나 이 난연제는 유기물로서 시트자체의 열전도도를 감소시킴으로서 높은 열전도도를 요구하는 전자제품에 사용되기는 어렵다.

본 발명의 열전도성 점착제는 인이 함유된 분산제를 이용 아크릴계 수지에 무기물 충진제를 고충진해도 가공성이 우수한 점도 및 난연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 열전도율을 위하여 두 가지 이상의 열전도성 세라믹 무기물 및 금속수산화물을 조합하고 고충진할 수 있어 열전도도에서 우수한 효과를 나타낸다.

특히 본 발명의 점착제는 전자 방열 부품으로써의 높은 열전도도를 갖으며 난연성 및 코팅성 확보를 위하여 인이 함유되어 있는 분산제 첨가하여 다른 추가적인 난연제 첨가없이 난연성을 확보할 수 있었다. 구체적으로, 본 발명의 점착제는 슬러리 혼합물일 경우 점도가 6,000-40,000 cP로 가공 및 성형성이 우수하였다. 또한, 상기 0.3 mm 두께의 시트의 열전도도를 측정하였을 때 2.0 W/mK를 초과하는 것으로 확인되었다. 따라서 상기와 같이 우수한 가공성 및 성형성, 열전도성 및 난연성을 갖는 본 발명의 열전도성 점착제는 상기 특성들에 대하여 엄격한 규격의 성능을 요구하는 발광다이오우드(LED)를 백라이트로 사용하는 액정 디스플레이 패널 같은 전자 부품의 발열체에서 발생하는 열을 후면으로 전달해주어 구성 부품에 손상이 가지 않게 이용될 수 있다.

Claims

a) 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체;

b) 열전도성 세라믹 무기물;

c) 금속수산화물; 및

d) 인이 함유된 분산제

를 포함하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체는 탄소수 1~12의 알킬기를 가지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 100 중량부 및 상기 단량체와 공중합이 가능한 극성 단량체 0 ~ 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 2 항에 있어서, (메타) 아크릴산 에스테르계 단량체는 에틸(메타) 아크릴레이트, 부틸(메타) 아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타) 아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 및 이소노닐(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 2 항에 있어서, 극성 단량체는 (메타)아크릴산, 말레인산, 푸마르산, 아크릴 아미드, N-비닐 피롤리돈, 및 N-비닐 카프로락탐로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 열전도성 세라믹 무기물은 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 탄산칼슘, 질화붕소, 질화알루미늄 및 탄화 규소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 열전도성 세라믹 무기물은 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 100-1500 중량부로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 금속수산화물은 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 및 수산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 금속수산화물은 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 100-1500 중량부로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 열전도성 세라믹 무기물의 입경은 1-100 ㎛이고, 금속수산화물의 입경은 0.1-50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 9 항에 있어서, 열전도성 세라믹 무기물의 입경은 금속수산화물의 입경보다 큰 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 10 항에 있어서, 열전도성 세라믹 무기물은 금속수산화물의 입경보다 큰 입경을 가지는 제1열전도성 세라믹 무기물 및 상기 제1열전도성 세라믹 무기물의 입경보다 작은 입경을 가지는 제2열전도성 세라믹 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 인이 함유된 분산제는 1개 이상의 수산화기를 포함한 포스페이트 계열을 함유하며, 인 함유량이 3% 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 인이 함유된 분산제는 부분중합된 아크릴계 공중합체 또는 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 0.1~40 중량부로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 가교제 및 광개시제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착제 조성물.
기재의 단면 또는 양면에 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 열전도성 점착제가 시트화되어 있는 열전도성 점착시트.
제 15 항에 있어서, 열전도성 점착제의 두께가 50㎛ - 3mm이고, 열전도도가 2.0 W/mK 이상인 열전도성 점착시트.
제 15 항에 있어서, 상기 기재는 플라스틱, 종이, 부직포, 유리, 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전도성 점착시트.
제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 열전도성 점착시트; 및

광원을 포함하는 백라이트 유니트.
제 18 항에 있어서,

상기 광원은 유기발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
제 18 항 또는 제 19 항에 따른 백라이트 유니트; 및

빛을 이용하여 이미지를 표시하는 액정 패널을 포함하는 디스플레이 장치.