KR20100025220A - 광확산 수지 조성물, 이를 이용한 광확산판, 백라이트장치,액정표시장치 및 조명장치 - Google Patents

광확산 수지 조성물, 이를 이용한 광확산판, 백라이트장치,액정표시장치 및 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광확산 수지 조성물, 이를 이용한 광확산판, 백라이트장치, 액정표시장치 및 조명장치에 대한 것으로, 특히 투명수지와 광확산제를 포함하여 이루어진 것으로써, 상기 투명수지는 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지와 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지(graft copolymer)를 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, 흡습성이 낮고 내열성이 뛰어난 수지 조성물을 제조할 수 있어서, 열변형 및 흡습에 의한 변형이 작고 가격이 저렴한 광확산판을 제공할 수 있다.
액정디스플레이, 광확산판, 내열성 확산판, 폴리카보네이트

Description

광확산 수지 조성물, 이를 이용한 광확산판, 백라이트장치, 액정표시장치 및 조명장치{Light Diffusion Resin Composition, Light Diffusion Plate, Back Light Unit and Liquid Crystal Display and Lighting Device Using The Same}
본 발명은 백라이트장치나 액정표시장치 또는 조명장치 등에 적용되는 광학산판의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 광확산 수지 조성물에 관한 것이다. 특히 종래 폴리스티렌 수지나 아크릴계수지를 혼합사용할 때 나타나는 상분리 현상으로 인하여 광확산판 가공시 가공방향으로 깨지는 문제점을 개선하여 열에 의한 변형, 흡습 후 램프의 점등에 의한 가열 및 건조에 의한 광확산판의 변형을 최소화하여 균일한 화질을 구현할 수 있는 광학산 수지 조성물에 관한 것이다.
광확산판은 광산란 또는 광확산 등에 의해 광원의 빛을 균일하게 분배하는 기능을 가진다. 이러한 기능의 발현은 전등의 커버 내지는 액정 TV 또는 모니터 등의 백라이트 유닛에서 이용되어지고 있다. 특히 백라이트 유닛을 이용한 액정 디스플레이의 경우, 광원의 바로 위에 광확산판을 설치함으로써 백라이트 광원의 빛을 균일하게 출사시켜 전체 디스플레이 화면상에서 광원의 위치에 의한 명암의 차가 발생하지 않게 하는 기능을 담당하고 있다. 이러한 광확산판은 비단 은폐성능 또는 광확산 성능 뿐만 아니라 광의 효율적인 이용을 위하여 높은 휘도 성능을 유지하여야 하며, 이러한 성능의 발현을 위해서는 상대적으로 높은 광투과율 및 광확산 효율을 유지하여야 한다.
상기 광확산판에 사용되는 주요 기재로써는 아크릴계 수지, 폴리스티렌계 수지, 및 아크릴 단량체와 스티렌 단량체의 공중합체인 MS계 수지, 사이클로올레핀계 수지, 및 폴리카보네이트계 수지 등이 사용되어져 왔으며, 이러한 주요기재에 주요기재와 굴절률의 차이가 나는 광확산제를 첨가하여 광확산 효율 및 광투과효율을 조정하여 왔다.
최근, 액정 디스플레이의 대형화로 인하여 직하형 백라이트 유닛 방식의 액정 TV가 주류를 형성하게 되었다. 이러한 디스플레이의 대형화와 더불어 요구 되어지는 확산판의 성능은 낮은 흡습성 및 높은 내열성이다.
흡습성의 경우, 광확산판은 기재의 흡습 특성에 기인하여 램프 점등시의 가열 및 건조에 따라 광확산판의 휨 변형이 많이 발생하고 있으며, 이러한 확산판의 휨이 패널 부분을 압박하여 화면상의 얼룩으로 작용하는 경우가 많아져 흡습성이 보다 낮은 기재를 원료로 하는 확산판이 요구되어 지고 있다. 이에, 흡습성이 낮은 폴리스티렌을 기재로 사용하는 확산판이 많이 개발되어 실제 제품에 응용되고 있다. 그러나, 폴리스티렌의 경우 흡습성이 낮은 장점을 가지고 있음에도 불구하고 상대적으로 낮은 내열성을 가지고 있어 40인치 이상의 대형 디스플레이에서는 백라 이트내 광원의 열에 의한 장시간 변형 등의 단점이 있다.
한편, 액정 TV의 대형화에 의한 램프 수의 증가 및 휘도의 향상을 위하여 LED 등의 고휘도 광원을 사용하는 방법이 제시되고 있으나 이 경우, 백라이트 유닛 내의 온도가 상승하여, 확산판의 열변형이 일어나기 쉽게 된다. 따라서, 휘도의 불균일 및 화면의 얼룩이 발생하게 되어 내열성이 높은 확산판이 요구되고 있다. 최근 이러한 목적을 달성하기 위하여 내열성이 우수한 폴리카보네이트계 확산판을 사용하고 있으나, 폴리카보네이트계 확산판은 높은 내열성에도 불구하고 고가이며, 상대적으로 높은 흡습성을 가지는 단점이 있다.
종래에 이러한 서로 간의 문제점을 해결하기 위해 스티렌계 수지와 폴리카보네이트를 혼합(Blending)하여 사용하였다. 하지만 단순히 스티렌계 수지와 폴리카보네이트 수지를 혼합하여 사용할 경우, 수지간의 계면장력(interface tension)으로 인해 상분리 현상(Phase separation)으로 인해 가공방향(MD방향: Machine direction)으로 깨지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스티렌계 수지와 폴리카보네이트 수지를 혼합사용하는 과정에서 발생하는 상분리 현상으로 인한 광확산판 가공시 가공방향으로 깨지는 문제점을 개선함과 아울러 흡습성이 낮고 내열성이 우수한 광확산판 제조용 광확산 수지 조성물을 제조하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 광확산 수지 조성물을 이용하여 제조된 것으로 온도 변화에 의한 열변형 및 흡습에 의한 변형이 작은 광확산판을 제공하는데 다른 목적이 있다.
아울러 본 발명은 상기 광확산판을 구비한 백라이트 장치와, 이러한 백라이트 장치를 구비하는 액정표시장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 광확산판을 구비한 조명장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
투명수지와 광확산제를 포함하여 이루어지는 광확산 수지 조성물에 있어서, 상기 투명수지가 스티렌계 수지, 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지가 투명수지 100중량부에 대하여 1 내지 30중량부 포함된 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 스티렌계 수지가 메타크릴산을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 메타크릴산이 상기 스티렌계 수지 100중량%에 대하여 1 내지 30중량% 함유된 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 스티렌계 수지가 메타크릴산 단량체와 스티렌계 단량체를 공중합하여서된 것임을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 광확산제가 투명수지 100중량부에 대하여 0.001∼50중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 광확산제가 실리카, 실리콘 고무, 아크릴계 및 폴리스티렌수지 중에서 적어도 하나 이상이 선택된 것임을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 투명수지가 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지 9∼90중량부, 폴리카보네이트 9∼90중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상술한 바와 같은 광확산 수지 조성물을 베이스 수지로 하여 형성된 확산 기재층, 및 상기 확산 기재층의 적어도 한면에 형성된 기능성층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광확 산판을 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 기능성층에 사용되는 베이스 수지가 상기 확산 기재층에 사용되는 수지, 스티렌계 수지, 폴리카보네이트 또는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합 수지(MS)에서 선택된 것임을 특징으로 하는 광확산판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 기능성층은 기능성층에 도포된 베이스 수지를 기반으로 하여 렌티큘러, 프리즘, R-프리즘 또는 타원 형상을 갖도록 한 것임을 특징으로 하는 광확산판을 제공한다.
여기서, 상기 확산 기재층 또는 상기 기능성층은 상기 베이스 수지에 광확산제가 포함되어 형성될 수 있고, 경우에 따라서는 광확산제 없이 베이스 수지로만 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상술한 바와 같은 광확산판을 구비한 것을 특징으로 하는 백라이트 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 이러한 백라이트 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상술한 바와 같은 광확산판을 구비한 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.
상기한 본 발명에 따른 광확산 수지 조성물은 스티렌계 수지, 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지를 포함하는 투명수지 를 사용함으로써, 종래 스티렌계 수지와 폴리카보네이트만을 혼합하여서 된 광확산 수지 조성물보다 흡습성이 낮고 내열성과 기계적 강도가 우수한 광확산판을 제공할 수 있다.
따라서 상기의 투명수지를 광확산판의 확산 기재층에 사용시 열에 의한 변형 및 흡습 후 램프의 점등에 의한 가열 및 건조에 의한 확산판의 변형을 최소화하여 균일한 화질을 구현할 수 있는 광확산판을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 광확산 수지 조성물은 광확산판 제조에 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 광확산판은 주로 램프의 수가 증가되어 백라이트유닛 내의 온도가 상승된 대형 크기의 액정 TV나 발열량이 많은 LED와 같은 광원을 가진 신규 액정 TV용 광확산판으로써 널리 응용될 수 있다.
이하 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 본 발명의 일부 실시예에 대한 설명이므로 하기의 구체적인 기술 내용에 의해 본 발명이 한정되지 않으며, 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정된다.
먼저, 본 발명에 따른 광확산 수지 조성물은 기본적으로 투명수지에 광확산제를 포함하여 이루어진다.
여기서, 투명수지는 스티렌계 수지, 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이 종래에 폴리카보네이트와 폴리스티렌을 혼합(Blending)하여 광확산 수지 조성물의 주요기재로 사용하는 경우, 서로간의 계면장력(Interface tension)이 크게 작용하여 상분리(Phase separation)가 되고, 연신 과정에서 폴리카보네이트와 폴리스티렌이 각각 서로 배열되는 문제점이 발생하여 가공방향(MD방향: Machine direction)의 기계적 강도가 감소하는 단점을 가지고 있었다.
그러나, 본 발명에서와 같이 스티렌계 투명수지, 폴리카보네이트, 그리고 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지를 혼합(blending)하여 이루어진 투명수지를 사용하면, 기존의 광확산 수지 조성물에 비하여 내열성이 향상되고, 흡습성은 낮아지고, 기계적 강도가 향상되는 우수한 광확산 수지 조성물 및 광확산판을 제공할 수 있다. 즉, 상기의 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지는 스티렌계 수지와 폴리카보네이트와의 혼합(Blending)시 서로간의 계면장력(interface tension)을 낮춰주어 상분리 현상(Phase separation)을 억제하고, 이로 인해 가공방향(MD방향: Machine direction)으로 깨지는 문제점을 향상 시킬 수 있다. 상기의 깨지는 문제점은 제조과정 시뿐만 아니라 백라이트장치, 액정표시장치 및 조명장치에 있어서 매우 중요한 항목이다.
본 발명에서 사용되는 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지는 혼성중합(Graft Copolymerization)으로써 곧은 사슬중합체를 주사슬(main chain)로 하고, 다른 종류의 중합체를 마치 가지가 뻗듯이 곁사슬(Side chain)로 결합시킨 수지이다. 주사슬(Main chain)은 반응성이 높은 작용기와 유연성을 함유 한 폴리카보네이트로 이루어져 있고, 곁사슬(Side chain)은 폴리스티렌 구조로 이루어져 있다.
폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지에 있어, 폴리카보네이트는 디하이드록시 페놀과 포스겐으로부터 제조되거나, 디하이드록시 페놀과 카보네이트 전구체의 반응에 의하여 제조된 선형 및 가지 달린 카보네이트 단일중합체 및 폴리에스터 공중합체 또는 이들 1종 이상의 혼합물에서 선택된 것을 사용하는 것이 좋고, 스티렌 수지는 스티렌, α-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌, 메타크릴산이 포함된 스티렌계 중 선택되는 어느 하나의 단독 중합체 또는 이들의 공중합체인 것이 좋다.
상기 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지는 투명수지 100중량에 대하여 1 내지 30중량부 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 1중량부 미만일 경우, 상분리 현상이 개선되지 않아 가공방향으로 깨지는 문제점을 해소할 수 없으며, 30중량부를 초과할 경우 내열성이 떨어지고 흡습성은 높아질 뿐만 아니라 제조가격이 상승되는 문제점을 가지고 있다.
본 발명에 따르면, 스티렌계 수지는 메타크릴산을 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 스티렌계 수지는 열변형온도(HDT)가 높은 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지인 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 상기 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지로 메타크릴산 단량체와 스티렌(styrene)계 단량체가 공중합된 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 스티렌(styrene)계 단량체로서는, 스티렌(styrene), p-메틸 스티 렌(methyl styrene), p-t-브틸 스티렌(butyl styrene) 등을 사용할 수 있으며, 가장 바람직한 것은 스티렌(styrene)이다.
그리고, 경우에 따라서는 상기 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지로 메타크릴산 단량체와 비닐(vinyl)계 단량체 또는 하기 [화학식1]로 표시되는 이소프로페닐기를 포함하는 단량체를 이용하여 공중합된 것도 사용 가능하다.
[화학식1]
Figure 112008061128202-PAT00001
(상기 화학식 1에서, 치환기 R1은 수소 또는 -CnH2n+1의 탄화수소기를 나타내는 것이고, n은 1 이상의 정수이다)
본 발명에 있어서, 비닐(vinyl)계 단량체로서의 예는, 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), n-부틸 아크릴레이트(butyl acrylate) 등의 (메타(meta))아크릴산 에스테르(ester)계 단량체, 아크릴로니트릴(acrylonitrile)이나 메타크릴로니트릴 등의 시안(cyan)화 비닐(vinyl) 단량체, 무수 말레산, 말레인산, 이타콘산, 무수 이타콘산 등의 메타크릴산 이외의 불포화 카르본산 단량체, 말레 이미드(Male imide), N-메틸 말레 이미드(methyl Male imide), N-페닐 말레 이미드(phenyl Male imide) 등의 말레 이미드(Male imide) 단량체 등을 들 수 있다. 이것들은 1종 또는 2종 이상이 필요에 따라 선택되어 사용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 이소프로페닐기를 포함하는 단량체로서는, 예를 들면, 이소프로페닐벤젠(α-메틸 스티렌), 이소프로페닐톨루엔, 이소프로페닐에틸벤젠, 이소프로페닐프로필벤젠, 이소프로페닐부틸벤젠, 이소프로페닐펜틸벤젠, 이소프로페닐헥실벤젠, 이소프로페닐옥틸벤젠과 같은 알킬-치환 이소프로페닐벤젠을 들 수 있다. 그 중에서도 α-메틸 스티렌이 바람직하다.
스티렌계 수지에서 메타크릴산 단량체는 스티렌계 수지의 단량체 전체중량에 대하여 1∼30중량%가 바람직하며, 중합성 및 내열성을 고려하여 5∼15중량% 더욱 바람직하다. 상기 메타크릴산 단량체가 1중량% 미만의 경우 내열성이 낮아지게 되며, 또한 30중량% 초과할 경우 중합시 겔화현상이 일어나는 문제점이 있다.
이러한 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지의 제조 방법은 특히 제한이 없으나, 괴상중합, 현탁중합, 유화중합법에 의해 적절히 제조가 가능하다.
또한 상기 상기 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지는 투명수지 100중량부에 있어, 9∼90중량부가 함유되는 것이 바람직하다. 9 중량부 미만일 경우 흡습성이 높아지는 문제점이 있으며, 90중량부를 초과할 경우 내열성이 향상되지 않은 문제점 있다.
상기한 스티렌계 수지와 함께 본 발명에서 사용되는 폴리카보네이트 수지는 일반적으로 사용되고 있는 방향족 폴리카보네이트 수지로서 디하이드록시 페놀과 포스겐으로부터 제조되거나, 디하이드록시 페놀과 카보네이트 전구체의 반응에 의하여 제조된 선형 및 가지 달린 카보네이트 단일중합체 및 폴리에스터 공중합체 또는 이들 1종 이상의 혼합물을 포함한다. 상기 폴리카보네이트는 투명수지 100중량 에 있어, 9∼90중량부가 함유되는 것이 바람직하다. 9중량부 미만일 경우, 내열성이 향상되지 않고, 90중량부를 초과할 경우, 흡습성이 높은 단점과 제조가격이 상승되는 문제점이 있다.
상기한 투명수지에는 상술한 성분들 이외에 본 발명의 특징을 변화시키지 않는 범위내에서 기타 추가적인 성분들이 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 광확산 수지 조성물은 상기한 투명수지에 광확산제가 포함되어 이루어진 것이고, 상기 광확산제로는 유기 및/또는 무기확산제를 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다. 일례로, 실리콘계 가교 미립자, 아크릴계 가교 미립자, 스티렌계 가교 미립자, 메타크릴산메틸ㆍ스티렌 공중합물계 가교 미립자(MS계 가교미립자), 탄산칼슘, 황산바륨, 폴리카보네이트계 수지, 올레핀계 수지, 이산화티탄(TiO2) 실리카 등이 사용될 수 있다. 제한되지 않으나 입자 크기는 0.1∼50㎛ 범위내, 더욱 적절하게는 0.5∼20㎛이 적당하다.
광확산제의 사용량은 상기 투명수지 100중량부에 대하여 0.001∼50 중량부 사용되는 것이 좋으며, 보다 바람직하기로는 0.005∼10 중량부가 좋다. 또한, 본 발명의 광확산제에는 재료를 사용하는 것뿐만 아니라 확산 기재층에 다공성을 형성하는 등, 광확산을 위해 가해지는 모든 구성도 포함된다.
본 발명에 있어 투명수지와 광확산제와의 배합방법에는 특별한 제한은 없으나, 헨젤 믹서기 등과 같은 공지된 혼합 장치를 이용하여 예비 혼합을 한 후, 단축 또는 이축 압출기에 의해 용융 혼연에 의한 배합방법이 적당하다. 이러한 배합에서 는 광확산제의 농도가 높은 마스터배치(Master Batch)를 제작한 후, 이러한 마스터 배치와 스티렌계 수지와의 압출공정에 의한 2차적인 배합을 실시할 수 있다.
본 발명에 따르면 상술한 바와 같은 광확산 수지 조성물을 베이스 수지로 하여 형성된 확산 기재층과 상기 확산 기재층의 적어도 한면에 형성된 기능성층을 포함하여 이루어지는 광확산판을 제공한다. 첨부된 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 광확산판의 단면 개략도이다.　
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광확산판은 상술한 광확산 수지 조성물을 베이스 수지로 하여 형성된 확산 기재층(20)을 포함하여 이루어진다.
상기 확산 기재층의 두께는 제한되지 않으나 약 0.1∼4mm 범위가 좋다. 확산 기재층이 어느 정도의 두께를 가짐으로써, 확산판으로서 필요한 강성이 얻어짐과 동시에, 확산 기재층에서 광이 일부 흡수됨으로써 투과율을 조절할 수 있게 된다.
도 2a와 도2b는 본 발명의 다른 예에 따른 광확산판의 단면 개략도이다.
도면에 도시된 바와 같이 확산 기재층(20)의 적어도 한면에는 기능성층(30)이 형성될 수 있다. 상기 기능성층(30)의 베이스 수지로는 상기 확산 기재층에 사용되는 수지, 스티렌계 수지, 폴리카보네이트 또는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합 수지(MS)에서 선택된 광확산 수지 조성물을 베이스 수지로 하여 형성된 것이 바람직하다.
상기 기능성층(30)의 두께는 0.01mm∼0.5mm의 범위가 좋으며 0.04mm∼0.15mm의 범위가 더욱 적절하다.
또한 상기 기능성층(30)은 렌티큘러, 프리즘, R-프리즘 또는 타원 형상으로 형성될 수 있다. 그 중에서도 특히 타원 형상인 것이 더욱 바람직하다. 상기 R-프리즘 형상이란 일반적인 프리즘 형상에서 꼭지점이 곡선으로 처리된 형상을 의미한다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 따른 광확산판의 확산 기재층(20) 또는 기능성층(30)에는 본 발명에 따른 광확산 수지 조성물에 포함되는 광확산제와는 별도로 광확산제(21)가 포함되어 상기 베이스 수지와 함께 광확산판을 형성하는 것이 가능하다. 이렇게 기재층(20) 또는 기능성층(30)의 내부에 포함되는 광확산제(21)를 통하여 더욱 효과적으로 광을 확산시킬 수 있는 광확산판을 제조할 수 있다.
이러한 광확산제(21)에 대한 구체적인 설명은 상술한 광확산제에 대한 예시를 포함한다. 이와 함께, 본 발명에 따른 기능성층(30)은 상기한 별도의 광확산제 없이 전술한 광확산 수지 조성물을 베이스 수지로 하여 형성되는 것도 가능하다.
또한 본 발명에 따른 광확산판의 확산 기재층(20) 또는 기능성층(30)에는 자외선 흡수제, 산화 방지제, 대전 방지제 등의 첨가제가 선택적으로 포함될 수 있다.
확산 기재층(20) 및 기능성층(30)에 사용되는 자외선 흡수제로는 시아노아크릴계, 살리실레이트계, 말론산 에스테르계, 옥살아닐리드계, 디케톤계, 하이드록시 벤조페논계, 하이드록시 벤조트리아졸계, 유기금속계 등을 들 수 있으며 이러한 자외선 흡수제를 직접 각 수지와 혼연하여 사용할 수 있다. 이러한 자외선 흡수제의 농도 범위는 베이스 수지 대비 0.1∼2 중량부가 좋으며 더욱 적절하게는 0.5∼1.2 중량부가 좋다.
경우에 따라서는 자외선 흡수를 위하여, 실리카와 같은 무기입자내에 함유시킨 자외선 흡수제를 내포하는 무기입자(1)를 사용할 수 있다. 상기 자외선 흡수제를 내포하는 무기 입자(1)는 무기재가 자외선 흡수제를 내포하여 자외선 흡수제의 열안정성 문제를 해결할 수 있으며, 더불어 광확산 기능도 수행될 수 있다. 또한, 다른 첨가제들을 내포하여 추가적인 기능을 부가할 수 있다. 본 발명에서 자외선 흡수제를 내포하는 무기 입자(1)에는 무기재가 자외선 흡수제 외곽을 코팅하는 형태뿐만 아니라 무기재 내에 자외선 흡수제가 함유된 형태 및 다공성 등의 무기재 표면의 다공성 부위에 자외선 흡수제가 함침된 형태 등도 모두 포함하는 넓은 의미이다.
상기 자외선 흡수제를 포함한 무기 입자(1)는 제한되지 않으나 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.001∼50 중량부, 바람직하게는 0.005∼20 중량부 사용되는 것이 좋다. 자외선 흡수제를 포함한 무기 입자(1)의 사용량이 상기 범위 미만이면 자외선 흡수 및 광확산성에 불리하고, 상기 범위를 초과하면 광투과성에서 불리하다.
상기 자외선 흡수제를 내포한 무기 입자(1)는 보통 베이스 수지와의 굴절률이 다른 것이 사용되며 확산율을 높일 수 있는 것이 좋다.　베이스 수지와의 굴절률 차이가 큰 경우에는 적은 양으로도 광확산 효과가 발휘되고, 굴절률 차이가 작은 경우에는 상대적으로 많은 양이 포함되어야 한다.　제한되지 않으나 자외선 흡수제를 내포한 무기 입자는 굴절률이 1.3∼1.6이고 비중이 1.5∼2.5이며 열안정이 300℃ 이상인 것이 바람직하다.
자외선 흡수제의 함량은 자외선 흡수제를 포함한 무기 입자(1) 총 100 중량부에 대하여 0.1∼85 중량부이고, 바람직하게는 1∼80 중량부이고, 보다 바람직하게는 10∼50 중량부이다. 상기 범위에서 자외선에 의한 황변 현상이 발생하지 않고, 양호한 투과도를 얻을 수 있다.
상기 자외선 흡수제로서는 300∼400nm 자외선 영역의 광을 흡수할 수 있는 것이 바람직하다. 이의 예로서 유기금속계, 시아노아크릴계, 살리실레이트계, 옥살아닐리드계, 디케톤계, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 말론산 에스테르계 등을 들 수 이다. 이들 중 선택된 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있고, 벤조페논계, 벤조트리아졸계 또는 말론산 에스테르계가 가장 바람직하다.
벤조페논계 자외선 흡수제의 경우, 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-히드록시-4-벤질옥시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논 등을 들 수 있다.
벤조트리아졸계 자외선 흡수제로서는 2-[2-히드록시-3,5-비스(α,α-디메틸벤질)페닐]-2H-벤조트리아졸, 2-(5-메틸-2-히드록시페닐)벤조트리아졸, 2-(3,5-디-t-부틸-2-히드록시페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-5'-t-옥틸페닐)벤조트리아졸, 2-(3-t-부틸-5-메틸-2-히드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(3,5-디-t-부틸-2-히드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(3,5-디-t-아밀-2-히드록시페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-5'-t-옥틸페닐)벤조트리아졸 등을 들 수 있다. 그 중에서도 2-[2-히드록시-3,5-비스(α,α-디메틸벤질)페닐]-2H-벤조트리아졸, 2-(5-메틸- 2-히드록시페닐)벤조트리아졸이 바람직하다.
말론산 에스테르계 자외선 흡수제로서는 디메틸말로네이트, 디에틸말로네이트, 디벤질말로네이트, 디알릴말로네이트 등을 들 수 있다. 그 중에서도 디메틸말로네이트가 바람직하다.
한편, 이러한 자외선 흡수제를 내포하는 무기 입자(1)의 무기재의 예로는 제한되지 않으나, 실리카, 탄산칼슘, 실리콘 및 실세스퀴옥산으로 이루어지는 그룹 중에서 적어도 하나가 선택될 수 있고, 특히 실리카 입자가 바람직하다.
상기 자외선 흡수제를 내포하는 무기입자(1)는 졸-겔 방법(W. Stober 등, J. colloid and Interface Science, 26, 62-69(1968), 마이크로 에멀전법(특허공개 10-2002-0096118), 분무건조법, 분무열분해법 등 본 기술분야에서 알려진 방법에 의해 제조할 수 있다.
졸-겔 방법에 관한 일례로서, 부분 가수분해된 실란화합물과 자외선 흡수제 및 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)를 혼합하여 혼합액을 제조한다. 그런 다음, 상기에서 제조한 혼합액을 교반기를 이용하여 O/W를 10∼20중량%로 암모니아수에 유화하여 에멀젼을 형성하고, 졸겔 고형화 과정에서 캡슐 입자의 응집을 방지하기 위하여 폴리비닐알코올 용액을 첨가할 수 있다. 제조한 자외선 흡수제가 내포된 에멀젼을 기계식 교반기를 사용하여 500rpm 으로 교반을 하면서 2시간 동안 반응시켜 자외선 흡수제가 내포된 실리카 입자를 제조할 수 있다. 수용액 상의 실리카 입자는 원심분리기를 이용하여 4000 rpm에서 10분간 원심분리하여 회수하고, 상온에서 건조하여 분말상의 자외선 흡수제가 내포된 실리카 입자를 얻는다.
마이크로 에멀전법의 일례로서 특허공개 2002-0096118의 기재된 방법으로 제조된, 0.05∼20nm의 공극을 갖는 실리카 입자에 필요에 따라 실란 커플링제의 전처리를 실시하고, 자외선 흡수제가 용해된 용매, 바람직하게는 비극성 용매에 상기 전처리된 실리카 입자를 함침시킨 후, 용매를 제거하여 상기 전처리된 실리카 입자에 자외선 흡수제를 흡착시켜 자외선 흡수제를 내포하는 실리카 입자(무기입자)를 제조한다. 필요에 따라 실란 화합물로 자외선 흡수제가 흡착된 실리카 입자 표면을 개질한다.
또한, 상기 확산 기재층(20) 또는/및 기능성층(30)에는 산화방지제가 포함될 수 있으며, 일례로, 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제 등을 들 수 있고 이들 중에서 페놀계 산화방지제와 인계 산화방지제가 바람직하며 가장 바람직한 것은 페놀계 산화방지제이며 이는, 투명성, 내열성 등을 저하시키지 않고, 코팅시 발생되는 열이나 산화 열화 등에 의한 성형체의 착색이나 물성을 저하시키지 않으면서 방지할 수 있다. 제한되지 않으나, 상기 스티렌계 공중합 수지 100 중량에 대하여, 산화방지제 0.01∼10 중량부를 더 포함하여 이루어지는 것이 좋다.
페놀계 산화방지제 종류는, 옥타데실 3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트, n-옥타데실 3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)-아세테이트, n-옥타데실 3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤조에이트, n-헥실 3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐벤조에이트, n-도데실 3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐벤조에이트, 네오-도데실 3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 도데실β(3,5-디-t-부틸-4-히드록 시페닐)프로피오네이트의 구조로 형성된 페놀계 산화방지제가 예시되며, 트리스노닐페닐포스파이트, 트리페닐포스파이트, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트의 구조로 형성된 인계 산화방지제, 디라우릴-3,3'-티오디프로피오네이트, 디밀리스틸-3,3'-티오디프로피오네이트, 디스테아릴-3,3'-티오디프로피오네이트, 펜타에리트리틸테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트)로 형성된 황계 산화방지제 등이 있고, 이중 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
이외에도, 상기 확산 기재층(20) 또는/및 기능성층(30)에는 대전방지제와 같은 첨가제가 더 포함될 수 있다.
대전방지제의 경우 일반적으로 금속산화물 입자, 전도성 고분자, 계면활성제, 친수성 모노머, 이온전도성 모노머 등을 고려할 수 있으며, 이중 바람직하게는 계면활성제, 전도성 고분자, 수용성 고분자계를 사용할 수 있다. 대표적인 전도성 고분자로는 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리티오펜 등으로 중합이 용이하고, 우수한 전도성과 산화안정성을 지니고 있어 좋으며, 이중 폴리티오펜계인 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT)의 경우는 다른 전도성 고분자에 비해 수용성, 가용성 등이 뛰어나 바람직하게 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광확산판은 상술한 바와 같은 스티렌계 수지를 포함하는 광확산 수지 조성물을 성형해서 제조되며, LCD TV용 백라이트 장치에 바람직하게 적용될 수 있다.　백라이트 장치의 광원은 열음극관, 냉음극관, 발광 다이오드(LED), 유기전기발광소자(OLED) 등 제한 없이 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 광확산판을 갖는 백라이트 장치를 구비한 액 정표시장치를 제공한다. 상기 백라이트 장치는 반사형, 투과형, 반투과형 LCD 또는 TN형, STN형, OCB형, HAN형, VA형, IPS형 등의 각종 구동 방식의 액정표시장치에 적용되어 바람직하게 이용될 수 있다.　액정표시장치에 관한 구성은 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.　
또한, 본 발명에 따른 광확산판은 조명 장치에 바람직하게 적용될 수 있다.　조명 장치는 특별히 제한되지 않으며, 본 기술분야에서 알려진 조명 장치는 모두 적용될 수 있고 본 발명에 포함된다.　조명 장치의 광원으로는 열음극관, 냉음극관, 발광 다이오드(LED), 유기전기발광소자(OLED) 등이 제한 없이 이용될 수 있다. 조명장치에 관한 구성은 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하고자 한다.
< 투명수지 제조예 1 내지 14>
투명수지는 하기 조성비율로 제조하였다. 즉, 일축 압출기(스크류 직경: 135 mm, 압출량: 700kg/hr)의 호퍼에, 하기 표 1에 나타난 바와 같은 성분 및 함량을 가지는 수지 조성물 1000kg을 투입하고, 혼합(blending)시켰다. 여기서, 상기 압출기의 실린더 내부 온도는 220∼270 ℃이었다. 이어서, 상기 혼합물의 온도를 250℃로 상승시켜 20torr의 진공 조건에서 탈기한 후, 연속적인 압출 공정에 의한 펠릿 형상의 제품을 얻었다.
　 메타크릴산이 포함된 스티렌계 (a) 폴리카보네이트(PC)- 그래프트 (graft)- 스티렌(PS) 수지(b) 폴리카보네이트 (c) 메타크릴산이 포함되지 않은 스티렌계 수지(d)
제조예 1 69중량부 1중량부 30 중량부 -
제조예 2 65중량부 5중량부 30중량부 -
제조예 3 60중량부 10중량부 30중량부 -
제조예 4 50중량부 20중량부 30중량부 -
제조예 5 80중량부 10중량부 10중량부 -
제조예 6 40중량부 10중량부 50중량부 -
제조예 7 100중량부 - - -
제조예 8 90중량부 - 10중량부 -
제조예 9 70중량부 - 30중량부 -
제조예 10 50중량부 - 50중량부 -
제조예 11 30중량부 - 70중량부 -
제조예 12 - - 100중량부 -
제조예 13 20중량부 50중량부 30중량부 -
제조예 14 - 10중량부 30중량부 60중량부
(a) 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지: T080, Toyo styrene사
(b) 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지: CL130D, NOF Corp.
(c) 폴리카보네이트 : 200-13, Sumitomo Dow사
(d) 메타크릴산이 포함되지 않은 스티렌계 수지: 폴리스티렌 수지, HRM40, Toyo styrene사
<광확산판 제조 실시예 1 내지 6 비교예 1 내지 8>
하기 표 2에 기재된 조성비율로 광확산판을 제작하였고, 그 물성 특성을 평가하였다.
먼저, 주압출기인 일축 압출기(스크류 직경: 135 mm, 압출량: 700kg/hr)의 호퍼에, 하기 표 2에 기재된 바와 같은 조성을 가지는 수지 조성물 1000kg을 투입하여 기재층을 제작하였다. 상기 압출기의 압출 온도 조건은 실린더 내부 온도가 230-250 ℃이었으며, 다이부의 온도는 240-250℃이었다.
그리고, 상기 주압출기에 연결된 부압출기(스크류 직경 60 mm, 압출량 80kg/min)에는 하기 표2에 기재된 바와 같은 조성을 가지는 수지 혼합물 200kg을 투입해서 상기 기재층 상에 기능성층을 형성하여 다층형 광확산판을 제작하였다. 부압출기의 실린더 내부온도는 220∼250℃ 이었다.
기재층 기능성층
투명수지 (100중량부) 광확산제 (e) 광안정제 (f) 두께 (mm) 베이스수지 (100중량부) 광확산제 (실리콘비드) 광안정제 두께 (mm)
실시예 1 제조예 1 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
실시예 2 제조예 2 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
실시예 3 제조예 3 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
실시예 4 제조예 4 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
실시예 5 제조예 5 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
실시예 6 제조예 6 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 1 제조예 7 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 2 제조예 8 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 3 제조예 9 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 4 제조예 10 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 5 제조예 11 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 6 제조예 12 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 7 제조예 13 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
비교예 8 제조예 14 0.3중량부 0.2중량부 1.3 MS수지 4중량부 0.5중량부 0.1
e : 실리콘 비드 : 실리콘 수지 비드
f: 광안정제 : Hostavin PR-25, 일본 Clariant사
MS수지 : 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합 수지
< 실험예 >
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 8에서 제조한 광확산판을 아래와 같은 방법으로 각항목을 측정하고, 그 결과를 하기 표3에 나타내었다.
1.열변형 온도( HDT )
측정은 열변형온도 측정장치(도세이상사 제작, 모델명: 3M-2)를 이용하였고, 이러한 평가방법은 일본공업규격(JIS) K7206의 규정을 따라 평가 되었다.
2. 흡수율(%)
흡수율의 평가를 이용하여 상온(23℃)에서의 수중 침적에 의한 흡수율을 측정하였으며 그 평가 방법은 다음과 같다. 수지를 건조 시킨 후 사출로 시편을 제작하였다. 이때 시편의 크기는 100×100×3.2mm 이었으며, 제작된 시편을 50℃의 건조 오븐에 24시간 동안 보관한 후, 시편을 다시 실온의 데시케이터 안에서 2시간 동안 보관하여 방냉시키고 항량 한 후, 무게(A1)를 칭량하였다. 그 후, 23℃의 수조에 샘플을 침적 시킨 후 24시간동안 방치 한 후, 꺼내어 표면의 수분을 제거한 뒤 그 무게(A2)를 측정하였다. 상기 결과에 의해, 흡수율은 다음과 같이 계산되었다.
흡수율 (%) = [(A2-A1)/A1]*100.
3. 굴곡강도(Flexural Stress)상기 실시예 및 비교예에서 제조된 광확산판을 ASTMD790 규격에 맞게 가공하여, UTM(5567, Instron)을 이용하여 평가하였다.
열변형온도 (HDT/oC) 흡습율 (%) 굴곡강도 (Mpa)
실시예 1 112.9 0.26 43
실시예 2 113.5 0.26 53
실시예 3 113.9 0.26 60
실시예 4 114.4 0.27 66
실시예 5 108.5 0.22 55
실시예 6 120.1 0.31 70
비교예 1 105.0 0.20 58
비교예 2 107.4 0.22 50
비교예 3 112.7 0.26 39
비교예 4 118.5 0.30 38
비교예 5 124.9 0.34 43
비교예 6 136.0 0.40 91
비교예 7 121.8 0.33 68
비교예 8 103.6 0.27 61
상기 표 3에서 볼 수 있듯이, 기재층의 투명수지가 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지와 폴리카보네이트 그리고 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지(graft copolymer)를 혼합하여 제조된 광확산 수지 조성물을 이용한 실시예 1 내지 6의 광확산판의 경우 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지와 폴리카보네이트의 2종으로 혼합(Blending)된 비교예 2 내지 5에 비해 열 변형온도와 기계적 강도가 향상되는 결과를 볼 수 있었다. 이는 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지(graft copolymer)를 함유시킴으로써, 각각의 계면장력을 감소시켜 상분리 현상을 감소시켰기 때문이다.
또한, 각각 단독으로 기재층을 유지하는 비교예1 및 비교예6과 비교 시, 본 발명에 따른 실시예는 비교예 1에 비해 열변형 온도를 향상시킬 수 있었으며, 비교예 6과 비교 시 내습성을 증가시키고 가격이 저렴한 광확산판을 제조할 수 있는 결과를 볼 수 있었다.
이에 본 발명은 현재, 액정표시 장치의 가장 중요한 특성으로 언급되는 열적특성, 내습성, 기계적 특성, 가격을 동시에 만족할 수 있다.
비교예 7은 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS)수지가 본 발명의 범위를 벗어난 경우에 해당되는 것으로서, 굴곡강도는 다소 높지만 내흡습성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
비교예 8은 메타크릴산이 포함된 스티렌계 수지대신 메타크릴산이 포함되지 않은 스티렌계 수지를 사용한 경우에 해당되는 것으로서, 유사한 조건인 본 발명의 실시예 3에 비하여 열변형 온도가 감소된 것을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 광확산판의 단면 개략도이며,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 예에 따른 광확산판의 단면 개략도이다.
** 도면의 주요부호에 대한 설명**
1: 자외선 흡수제가 내포된 무기입자
20: 확산 기재층
21: 광확산제
30: 기능성층

Claims (14)

  1. 투명수지와 광확산제를 포함하여 이루어지는 광확산 수지 조성물에 있어서,
    상기 투명수지가 스티렌계 수지, 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리카보네이트(PC)-그래프트(graft)-스티렌(PS) 수지가 투명수지 100중량부에 대하여 1 내지 30중량부 포함된 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스티렌계 수지가 투명수지 100중량부에 대하여 9∼90중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리카보네이트가 투명수지 100중량부에 대하여 9∼90중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스티렌계 수지가 메타크릴산을 포함하는 것임을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스티렌계 수지가 메타크릴산 단량체와 스티렌계 단량체로 공중합된 수지인 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 메타크릴산 단량체는 상기 스티렌계 수지에 대하여 1∼30중량% 범위내로 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 광확산제가 투명수지 100중량부에 대하여 0.001∼50중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산 수지 조성물.
  9. 청구항 1의 광확산 수지 조성물을 베이스 수지로 하여 형성된 확산 기재층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 확산 기재층의 적어도 한면에 형성된 기능성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기능성층이 청구항 1의 투명수지, 스티렌계 수지, 폴리카보네이트 또는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합 수지(MS)로부터 선택된 것을 베이스 수지로 하여 형성된 것을 특징으로 하는 광확산판.
  12. 청구항 9 또는 청구항 10의 광확산판을 구비한 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  13. 청구항 12의 백라이트 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 청구항 9 또는 청구항 10의 광확산판을 구비한 것을 특징으로 하는 조명장치.
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