KR20090054912A - 광확산판용 수지조성물 및 광확산판 - Google Patents

광확산판용 수지조성물 및 광확산판 Download PDF

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KR20090054912A
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케이이치 하야시
토모노리 키시타
타카히로 이마무라
이치키 토모자와
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신닛테츠가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

저흡수, 고경도로 내열성이 뛰어난 광확산판을 제공한다.
메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 20~80중량부, 메타크릴산-스티렌계 공중합체 80~20중량부를 배합하여 이루어지는 수지조성물 100중량부에 대하여, 부분적으로 가교한 실록산계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자 또는 탄산칼슘으로부터 선택되는 광확산제 0.1~10중량부 배합하여 이루어지는 광확산판용 수지조성물, 및 이 광확산판용 수지조성물을 두께 0.5~3㎜의 판상으로 성형하여 얻어지는 광확산판.
광확산판, 광확산판용 수지조성물

Description

광확산판용 수지조성물 및 광확산판{RESIN COMPOSITION FOR LIGHT DIFFUSING PLATE AND LIGHT DIFFUSING PLATE}
본 발명은 고내광, 고내열, 저흡수, 고휘도, 고광확산인 광확산판 및 그에 사용되는 수지조성물에 관한 것이다.
수지를 주재료로 하는 광확산 투과성을 가지는 광확산판은 균일한 휘도면이 얻어진다. 이 때문에, 광확산판은 조명 커버, 내부조명식 간판, 투과형 디스플레이 등의 용도에 널리 사용되고 있다. 최근에는, 액정 디스플레이 혹은 액정 텔레비전의 직하형 백라이트용의 면광원체로서의 광확산판의 수요가 늘고 있다.
광확산판은 상기의 기능을 최적으로 발휘하기 위해, 광선을 가능한한 직진시키지 않고 산란시키는 동시에 가능한한 산란에 의한 광투과 손실을 억제하는 것이 요망된다.
이러한 요구 특성을 발현시키는 광확산판을 얻기 위해, 투명수지에 탄산칼슘, 황산바륨, 산화티탄, 산화규소, 탤크, 마이카, 수산화알루미늄, 산화마그네슘 등의 무기계 입자를 첨가하는 방법, 스티렌계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자, 실록산계 중합체 입자 등의 부분적으로 가교한 폴리머 미립자를 첨가하는 방법, 혹 은 이들을 병용하는 방법에 의해, 첨가물에 의해 광을 산란시키는 수법이 채용되어 왔다(예를 들면, 특허문헌 1~3 참조).
광확산판에 사용되는 투명수지로서 아크릴수지, 폴리카보네이트, 그리고 메타크릴산메틸-스티렌 공중합체를 들 수 있는데, 이들은 내열성, 경도, 흡수성의 면에서 만족하는 물성을 가지고 있지 있다. 또한 특허문헌 4, 5에서는 스티렌계 단량체와 메타크릴산의 공중합체에 확산제를 배합하는 수법이 개시되어 있고, 내열성의 향상에 관해서는 개선되어 오고 있지만, 스티렌계 단량체가 주성분이기 때문에 내광성이 떨어져 별도 자외선 흡수층을 마련하는 등의 수법이 병용되고 있다. 또한 특허문헌 6에는 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체와 메타크릴산-스티렌계 공중합체를 포함하는 고내열성 수지조성물의 개시가 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공보 3195543
[특허문헌 2] 일본국 특허공보 3195544
[특허문헌 3] 일본국 특허공보 2512544
[특허문헌 4] 일본국 공개특허공보 2006-124522호
[특허문헌 5] 일본국 공개특허공보 2007-219456호
[특허문헌 6] 일본국 공개특허공보 2002-053720호
최근, 액정 디스플레이 혹은 액정 텔레비전의 부재 특성의 향상이 도모되고 있는 중, 아크릴수지를 사용한 광확산판은 고흡수성을 가지기 때문에 백라이트 점등시의 휨이 문제가 되고 있다.
또한 디스플레이 사용중 백라이트가 발열하기 때문에 그 바로 위에 있는 광확산판에는 내열성도 요망된다. 그러나 종래의 아크릴수지는 그 특성을 만족하는 것은 아니다.
또한 내열 스티렌수지는 흡수성과 내열성을 개선하지만, 내광성이 떨어지고, 장기의 백라이트의 조사로 착색이나 기계 물성의 저하가 발생하여, 디스플레이로 했을 때의 색 편차나 깨짐이 발생한다.
상기와 같이 종래의 광확산판은 고내광, 고휘도, 고광확산, 저흡수를 필요로 하는 광확산판으로서의 기능을 충분히 만족하는 것은 아니다.
본 발명은 상기의 과제에 비추어 이루어진 것으로서, 고내광, 고내열, 고저흡수, 고휘도, 고광확산인 광확산판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 예의 검토한 결과, 특정의 조성을 가지는 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체, 메타크릴산-스티렌계 공중합체 및 확산제로 이루어지는 광확산판용 수지조성물을 사용함으로써 성형된 광확산판이 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명에 따른 광확산판용 수지조성물은 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 20~80중량부, 메타크릴산-스티렌계 공중합체 80~20중량부를 배합하여 이루어지는 수지조성물 100중량부에 대하여, 광확산제 0.1~10.0중량부 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체는 스티렌계 단위의 함유율이 30~80중량%이며, 메타크릴산-스티렌계 공중합체의 스티렌계 단위의 함유율이 80~98중량%인 것이 좋다. 또한 상기 광확산제는 부분적으로 가교한 실록산계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자 또는 탄산칼슘이며, 입자지름이 1~10㎛인 것이 좋다.
또한 본 발명은 상기 광확산판용 수지조성물을 용융압출성형 또는 사출성형에 의해, 두께 0.5~3㎜의 판상으로 성형된 광확산판에 관한 것이다.
본 발명의 광확산판용 수지조성물에 사용하는 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 및 메타크릴산-스티렌계 공중합체(이하, 양자를 총칭하여 공중합체라 칭함)의 제조법은, 완전혼합형 반응기를 사용한 연속 괴상(塊狀) 중합법 또는 연속 용액 중합법을 이용하는 것이 조성이나 분자량의 균일성과 양호한 외관을 유지하는 데 있어 바람직하지만, 배치(batch)식의 괴상 또는 용액 중합으로도 가능하다. 중합시에는 개시제를 존재시키는 것이 바람직하고, 개시제로서는 통상의 라디칼 중합에 사용하는 과산화물 및/또는 아조화합물이 사용 가능하다. 또한 분자량을 조절하기 위해 알킬메르캅탄과 같은 연쇄이동제를 적량 첨가해도 지장없다. 중합 종료후는 상법(常法)에 의해 휘발, 펠릿화 등의 처리를 행하여 본 발명의 광확산판용 수지조성물에 사용하는 공중합체를 얻을 수 있다.
메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체의 스티렌계 단위의 함유율은 30~80중량%, 바람직하게는 45~75중량%인 것이 좋다. 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체의 스티렌계 단위의 비율이 30중량%미만이면 최종적인 조성물이 고흡습성을 가지기 때문에 휨이 일어나는 재료가 되기 쉽고, 80중량%를 넘으면 내광성능이 떨어지는 경향이 되기 쉽다.
또한 메타크릴산-스티렌계 공중합체의 스티렌계 단위의 함유율은 80~98중량%, 바람직하게는 85~93중량%인 것이 좋다. 메타크릴산-스티렌계 공중합체의 메타아크릴산 단위의 비율이 2중량%미만이면 내열성이 지나치게 낮은 경향이 있고, 20중량%를 넘으면 중합시에 가교에 의한 겔 발생량이 과잉하여 표면이 고르지 않은 시트가 되기 쉽다.
여기서, 스티렌계 단위는 상기 공중합체를 구성하는 스티렌계 단위이며, 공중합체를 제조하기 위해 사용되는 스티렌계 모노머에 유래하는 단위를 말한다.
그리고, 이 공중합체들을 배합하여 생기는 광확산판용 수지조성물을 구성하는 수지조성물(수지성분)에 포함되는 스티렌계 단위의 함유율이 50~77중량%, 메타크릴산메틸 단위의 함유율이 10~40중량%, 메타크릴산 단위가 3~10중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 광확산판용 수지조성물과 그것을 구성하는 수지조성물(수지성분)을 구별하는 경우, 전자를 광확산판용 수지조성물이라 칭하고, 후자를 수지조성물이라 칭한다.
이 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 및 메타크릴산-스티렌계 공중합체 중의 스티렌계 단위로서는, 스티렌 단위 외에 치환 스티렌 단위류가 있고, 이들 단위 를 1종 이상 가질 수도 있다. 유리하게는 스티렌 단위이다.
이러한 스티렌계 단위를 부여하는 모노머로서는, 스티렌 외에 클로로스티렌, 브로모스티렌과 같은 할로겐화 스티렌류, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌과 같은 알킬스티렌류 등의 치환 스티렌류가 있다.
또한 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체에 있어서는, 메타크릴산메틸 단위 이외의 1종 이상의 (메타)아크릴산에스테르류 단위를 소량 가질 수도 있다. (메타)아크릴산에스테르류 단위를 부여하는 모노머로서는 메타크릴산에틸, 메타크릴산부틸, 메타크릴산시클로헥실, 메타크릴산옥타데실, 메타크릴산페닐, 메타크릴산벤질, 메타크릴산옥타데실, 메타크릴산2-에틸헥실 등과 같은 메타크릴산에스테르류, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산부틸, 아크릴산시클로헥실, 아크릴산페닐, 아크릴산벤질, 아크릴산2-에틸헥실 등과 같은 아크릴산에스테르류 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서 사용되는 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 및 메타크릴산-스티렌계 공중합체는 공지의 방법에 의해 중합하여 제조할 수 있다. 이 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 및 메타크릴산-스티렌계 공중합체 중량평균 분자량은 모두 10000~400000인 것이 바람직하다. 100000 미만이면 유동성이 높아져 시트의 두께 컨트롤이 곤란해진다. 또한 400000 이상이 되면 유동성이 낮아 성형온도를 높여야 하기 때문에 착색되는 경우가 있다.
또한 상기 2종류의 공중합체의 멜트 플로우 레이트는 각각 0.5~3.0g/10min의 범위로 하는 것이 좋다. 바람직하게는 0.5~2.5g/10min이다. 멜트 플로우 레이트 3.0g/10min보다 높아지면 두께 편차가 있는 시트가 되기 쉽고, 멜트 플로우 레이트 0.5g/10min미만이 되면 유동성이 지나치게 낮아지기 때문에 성형이 곤란해진다.
또한 이 광확산판용 수지조성물의 비캣연화온도(Vicat Softening Temperature, VST)는 103℃이상, 바람직하게는 105~130℃인 것이 좋다. 비캣연화온도 103℃미만이면 백라이트의 발열에 대한 내열성이 낮기 때문에 기재의 변형 등이 발생하기 쉬워진다.
또한 상기 광확산판용 수지조성물은 흡수율 0.30%이하, 바람직하게는 0.25%이하인 것이 좋다. 흡수율 0.30%를 넘으면 흡수에 의한 휨의 문제가 발생하기 쉬워진다.
본 발명에 따른 광확산판용 수지조성물은 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 20~80중량부, 메타크릴산-스티렌계 공중합체 80~20중량부를 배합하여 이루어지는 수지조성물 100부(중량부)에 대하여, 광확산제를 0.1~10.0부, 바람직하게는 0.2~5.0부 존재시키도록 배합하여 얻어진다. 배합량이 0.1부 미만이면 광원의 은폐성이 결여되기 때문에 백라이트 광원의 이미지에 기인하는 휘도 편차가 눈에 띄는 광확산판이 된다. 10.0부를 넘으면 투과광량이 불충분하기 때문에 밝음이 부족한 광확산판이 된다.
광확산제로서는 공지의 미립자를 사용할 수 있는데, 바람직하게는 입자지름 1~10㎛의 부분적으로 가교한 실록산계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자 또는 탄산칼슘이다. 이들 확산제는 1종만을 사용해도, 수종을 사용해도 된다. 또한 그 외의 확산제로서 황산바륨, 산화티탄, 산화규소, 탤크, 마이카, 수산화알루미늄, 산화마그네슘 등의 무기계 입자나 스티렌계 중합체 입자를 병용할 수도 있지만, 확산 제의 50중량%미만에 머무르는 것이 좋다.
공중합체와 확산제의 혼합은 공지의 방법으로 균일 혼합물이 되도록 행할 수 있다. 이렇게 하여 얻어지는 광확산판용 수지조성물은 압출성형 또는 사출성형하여 두께 0.5~3㎜의 판상으로 성형하는 것이 유리하다. 두께가 0.5㎜미만이면 백라이트용 확산판으로서의 강도를 확보할 수 없다. 또한 두께가 3㎜를 넘으면 확산판 중량이 커지기 때문에 대형화, 박형화에 대응할 수 없다. 이것을 그대로 또는 소정 사이즈로 절단 또는 표면처리 등을 하여, 본 발명에 따른 광확산판으로 한다. 그러나 그 제조방법은 본 발명의 목적을 만족할 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 광확산판은 상기 광확산판용 수지조성물로 구성되어 있으면, 단일의 층으로 구성되어도 되고, 2층 이상의 다층으로 구성되어도 된다.
본 발명의 광확산판은 메타크릴산메틸-스티렌계 수지와 메타크릴산-스티렌계 수지와 확산제를 사용함으로써, 고내광, 고내열, 고저흡수, 고휘도, 고광확산 등의 물성을 실현하는 것인데, 이 목적을 현저하게 저해하지 않는 범위이면 필요에 따라, 대전방지제, 산화방지제, 난연제, 광안정제, 자외선 흡수제, 형광 증백제 등 다양한 첨가제를 사용할 수도 있다.
본 발명의 광확산판은 광확산성과 광투과성의 밸런스가 요구되는 용도, 주로 액정 디스플레이 혹은 액정 텔레비전의 직하형 백라이트용 확산판으로서 사용되고, 특히 대형, 박형화에 수반하여 고내광, 내열성, 고경도가 요구되는 용도에 적합하다. 그리고, 본 발명에 따른 광확산판용 수지조성물로부터 얻어지는 광확산판은 고 내열, 저흡수이며, 내광성이 뛰어나다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
광확산판용 수지조성물에 사용되는 공중합체의 물성의 측정은 이하의 방법에 의해 행하였다.
(1)분자량
겔퍼미에이션 크로마토그래피를 사용하여 폴리스티렌 환산의 중량평균 분자량을 측정하였다.
(2)공중합체 중의 각 단위 조성
메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체의 각 단위 조성은 열분해형 가스 크로마토그래피의 모노머의 면적비로부터 각 모노머 단위 조성을 산출하고, 메타크릴산-스티렌계 공중합체의 각 단위 조성은 공중합체의 메타크릴산 단위를 전위차 자동 적정(適定)장치로 적정하여 산출하였다.
(3)멜트 플로우 레이트(MFR)
JIS K-7210에 준거하여 200℃, 5㎏ 하중으로 행하였다.
(4)비캣연화온도(VST)
JIS K-7206에 준거하여 행하였다.
(5)흡수율
JIS K-7209에 준거하여 측정하였다.
광확산판의 물성 평가는 이하의 방법에 의해 행하였다.
(1)전(全)광선 투과율
JIS K7105의 B법에 준거하여 행하였다.
(2)광확산성
2㎝ 간격으로 냉음극관 4개를 나열하고, 10㎜상에 광확산판 샘플을 평행하게 고정하여, 육안으로 보아, 광원인 냉음극관이 비치지 않는 것을 ○, 비치는 것을 ×로 나타내었다.
(3)휘도 편차
2㎝ 간격으로 냉음극관 4개를 나열하고, 10㎜상에 광확산판 샘플을 평행하게 고정하여, 육안으로 보아, 화면상에서 휘도가 균일한 것은 ○, 휘도 편차가 있는 것은 ×로, 약간의 편차가 있지만 사용에 문제가 없는 수준인 것을 △로 나타내었다.
(4)내광성
메탈할라이드램프를 광원으로 한 촉진 내광성 시험기를 사용하여 필터: KF-1(투과파장영역; 295~780nm), 운전모드: 연속 조사, UV 조도: 75㎽/㎠, BP 온도: 80℃, 조(槽)내 습도: 50%RH, 스프레이: 없음, 시험시간: 24시간, 샘플 두께는 2㎜ 시트를 사용하였다. 내광시험 후의 샘플을 분광형 측색계를 사용하여 투과광의 ΔE로 평가하였다.
또한 실시예 및 비교예 중에서 사용하는 약호는 다음의 의미를 가진다.
MMA: 메타크릴산메틸
MAA: 메타크릴산
St: 스티렌
개시제: 파카독스 12-EB20
(참고예 1~9)
원료 모노머 및 중합개시제를 표 1의 폴리머 조성이 되도록 넣고, 반응온도 120℃, 5시간 체류 조건하에서 일조(一槽)형 완전혼합 반응기와 휘발조(揮發槽)를 연결한 설비를 사용하여 연속 괴상 중합, 휘발, 펠릿화하여 목적으로 하는 투명한 공중합체를 얻었다. 상기 수지를 75t 성형기(미츠비시 쥬코사 제품)에 의해, 수지온도 240℃로 사출성형을 행하여, 세로 50×가로 75㎜×두께 4㎜의 흡수율 측정용 플레이트, 세로 10×가로 10㎜×두께 4㎜의 VST 측정용 시험편을 얻었다. 얻어진 공중합체의 조성을 표 1에 기재한다. 표 1에 있어서, 공중합체 조성은 MAA 단위/MMA 단위/St 단위이다. 분자량 및 각종의 물성에 대하여 측정한 결과도 표 1에 나타낸다.
Figure 112008081433056-PAT00001
<실시예>
(실시예 1~4 및 비교예 1~2)
참고예에서 제작한 공중합체, 및 표 2에 나타내는 확산제를 2축 압출기로 혼합반죽, 펠릿화한 광확산판용 수지조성물로 하였다. 이 광확산판용 수지조성물을 수지온도 220℃로 압출성형하여 두께 2㎜의 광확산판을 제작하였다. 얻어진 광확산판의 전광선 투과율, 광확산성, 휘도 편차에 대하여 표 3에 기재한다. 여기서 사용한 실록산계 중합체 입자는 평균 입자지름 2㎛, 아크릴계 중합체 입자는 평균 입자지름 10㎛, 탄산칼슘은 평균 입자지름 1.8㎛이다. 표 2에 있어서는 실록산계 중합체 입자를 실록산계로, 아크릴계 중합체 입자를 아크릴계로, 탄산칼슘을 탄칼로 약칭한다. 배합비는 중량비이다.
Figure 112008081433056-PAT00002
Figure 112008081433056-PAT00003

Claims (4)

  1. 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 20~80중량부, 메타크릴산-스티렌계 공중합체 80~20중량부를 배합하여 이루어지는 수지조성물 100중량부에 대하여,
    광확산제 0.1~10.0중량부 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광확산판용 수지조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체 중의 스티렌계 단위의 함유율이 30~80중량%이고,
    메타크릴산-스티렌계 공중합체 중의 스티렌계 단위의 함유율이 80~98중량%인 것을 특징으로 하는 광확산판용 수지조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    광확산제가 부분적으로 가교한 실록산계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자 또는 탄산칼슘으로부터 선택되는 적어도 1종이며,
    입자지름이 1~10㎛인 것을 특징으로 하는 광확산판용 수지조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 광확산판용 수지조성물을 용융압출성형 또는 사출성형에 의해, 두께 0.5~3㎜의 판상으로 성형한 것을 특징으로 하 는 광확산판.
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