KR20120050068A - 수지형 도광판용 조성물, 이로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치 - Google Patents

수지형 도광판용 조성물, 이로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수지형 도광판용 조성물, 이로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 벌크 중합하여 제조된 아크릴 시럽, 아크릴계 단량체 및 광개시제를 포함한다.
본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 기재와의 접착력이 우수하고 수축이 적은 에지형, 또는 로컬디밍이 가능한 에지형 등의 백라이트 유닛에 적용가능한 도광판을 간단한 경화방식으로 형성할 수 있다.

Description

수지형 도광판용 조성물, 이로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치 {Composition for resin type light guide panel, backlight unit comprising the light guide panel manufactured by thereof and liquid crystal display including the backlight unit}
본 발명은 수지형 도광판용 조성물, 이로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치에 관한 것으로, 구체적으로 기재와의 접착력이 우수하고 수축이 적은 로컬디밍이 가능한 직하형 백라이트 유닛 및 모듈구조의 백라이트 유닛에 적용가능한 도광판을 간단한 경화방식으로 형성할 수 있고 후막 형성이 가능한 수지형 도광판용 조성물, 이로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점으로 노트북 PC 및 모니터뿐만 아니라 TV, 옥외 전광판 등 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 액정표시장치는 액정패널 및 백라이트 유닛(backlight unit)을 포함한다. 백라이트 유닛은 액정패널에 광을 제공하고, 광은 액정패널을 투과하게 된다. 이때, 액정패널은 광의 투과율을 조절하여 영상을 표시하게 된다. 백라이트 유닛은 광원이 배치된 형태에 따라 에지형(edge type)과 직하형(direct type)으로 분류된다. 에지형에 있어서, 광원은 액정패널의 측면에 배치되고, 도광판은 액정패널의 배면에 배치되어, 액정패널의 측면에서 제공된 광을 액정패널의 배면으로 가이드 한다. 이와 달리, 상기 직하형은 액정패널 배면에 다수의 광원들을 구비되고, 다수의 광원들로부터 발광된 광은 직접적으로 액정패널의 배면으로 제공된다. 상기 광원으로는 EL(Electro Luminescence), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), 발광 다이오드(LED) 등이 사용된다. 이들 중 발광 다이오드는 소비 전력이 낮으며 발광 효율이 뛰어난 장점을 가져 최근 그 사용이 증대하고 있다.
도 1 은 에지형 발광 다이오드의 백라이트 유닛의 구조를 나타낸다. 발광 다이오드가 에지형으로 적용될 경우, 발광 다이오드(40)는 인쇄회로기판(10)에 실장되어 도광판(50-A)의 측면에 고정된다. 도광판(50-A)은 다수의 발광 다이오드(40)로부터 입사된 빛이 여러 번의 전반사에 의해 도광판(50-A) 내를 진행하면서 도광판(50-A)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지게함으로써 액정패널에 면광원을 제공한다. 반사판(20)은 도광판(50-A)의 배면에 위치하여, 도광판(50-A)의 배면을 통과한 빛을 액정패널 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다. 그러나, 이러한 에지형은 구조상 로컬 디밍, 즉 필요없는 부분의 램프를 부분적으로 꺼주는 기술 적용이 힘들다.
이에 비해 직하형의 경우 도 2와 같이 인쇄회로기판(10) 및 반사판(20)의 전면에 발광 다이오드(40)를 구성하여, 발광 다이오드를 부분적으로 온/오프 할 수 있어 로켈 디밍이 가능하다. 그러나, 휘도 균일도을 위하여 발광 다이오드(40)의 개수가 늘어나 로켈 디밍의 소비전력 감소의 효과를 효과적으로 적용하기 힘들다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것이 도 3과 같은 로컬 디밍이 가능한 모듈형 백라이트 구조이다. 도 3 과 같은 백라이트 유닛은 에지형 구조지만 직하형 구조처럼 인쇄회로기판(10) 및 반사판(20) 전면에 발광 다이오드(40)를 규칙적으로 구성하여 발광 다이오드(40)의 개수는 줄이고 로컬 디밍의 효과는 그대로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이때 발광 다이오드에서 생성되어진 빛을 측면으로 고르게 분산하기 위하여 도광판이 필요하나 발광 다이오드 인쇄회로기판 전면에 도광판을 장착할 수 없다는 문제가 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명의 목적은 기재와의 접착력이 우수하고 수축이 적은 로컬 디밍이 가능한 모듈형 백라이트 유닛에 적용가능한 도광판을 간단한 경화방식으로 형성할 수 있고 후막 형성이 가능한 수지형 도광판용 조성물, 이로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하고자 본 발명은,
2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 벌크 중합하여 제조된 아크릴 시럽, 아크릴계 단량체 및 광개시제를 포함하는 수지형 도광판용 조성물을 제공한다.
상기 아크릴계 에스테르 단량체는 탄소수 6 이상의 알킬기로 치환된 알킬아크릴레이트 단량체가 전체 단량체 중 40중량% 이상일 수 있다.
상기 아크릴계 에스테르 단량체는 비극성 아크릴계 에스테르 단량체 및 극성 아크릴계 에스테르 단량체를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 에스테르 단량체는 메틸메타아크릴레이트 및 상기 메틸메타아크릴레이트와 공중합 가능한 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 포함할 수 있다.
상기 아크릴 시럽은 고형분 농도가 10 내지 60 중량%로 부분 중합된 것일 수 있다.
상기 아크릴 시럽은 중량평균분자량이 100,000 내지 500,000 일 수 있다.
상기 아크릴 시럽은 조성물 전체 100중량부에 대하여 20 내지 80 중량부로 포함될 수 있다.
상기 아크릴 시럽은 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체에 사슬 이동제를 혼합하고 30 내지 100 ℃로 승온하는 혼합 단계; 상기 혼합 단계에서 생성된 혼합물에 중합 개시제를 첨가하고 부분 중합하는 중합 단계; 및 상기 중합 단계에서 일어나는 중합 반응의 최고반응온도 전 또는 후에 산소를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 열중합을 방지하는 중합 방지 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하도록 본 발명은
발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드가 커버되도록 본 발명의 수지형 도광판용 조성물로 반사판 상에 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하도록 본 발명은
상기 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 조성물은 1 mm 이상의 후막형성이 가능하여, 발광 다이오드의 위치에 관계없이 본 발명의 조성물을 도포하여 간단한 경화방식으로 점광원을 면광원으로 바꾸는 도광판을 형성할 수 있다.
본 발명의 조성물은 에지형과 직하형을 혼합한 로컬디밍이 가능한 모듈형 백라이트 구조에서 도광판을 형성하는데 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물은 경화수축이 적고 접착력이 우수할 뿐만 아니라 색좌표의 변화가 없다.
도 1 은 에지형 발광 다이오드 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 것이다.
도 2 는 직하형 발광 다이오드 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 에지형과 직하형을 혼합한 모듈형 발광 다이오드 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 것이다.
도 4 는 발광 다이오드에 본 발명의 조성물로 도광판을 형성하지 않은 상태에서의 발광 모습을 나타낸 것이다.
도 5 는 발광 다이오드에 본 발명의 조성물로 도광판을 형성한 상태에서의 발광 모습을 나타낸 것이다.
이하, 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 아크릴 시럽을 포함한다.
상기 아크릴 시럽은 본 발명의 수지형 도광판용 조성물의 경화 수축률을 최소로 하면서 기재와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다.
상기 아크릴 시럽은 아크릴계 에스테르 단량체를 중합하여 제조될 수 있으며, 바람직하게는 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 중합하여 제조될 수 있다. 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 혼합하여 사용함으로써 제조공정시 반응성이 온화해질 수 있으며 접착성을 향상시키고 표면불량이 억제될 수 있다.
또한, 보다 바람직하게는 상기 아크릴계 에스테르 단량체 중 탄소수 6개 이상의 알킬기로 치환된 알킬아크릴레이트 단량체가 전체 단량체에 대하여 40 중량% 이상으로 함유될 수 있다. 탄소수 6 이상의 알킬기로 치환된 알킬아크릴레이트 단량체가 40 중량% 이상인 경우 기재와의 접착력이 강화되어 피로 테스트에서의 내구성이 우수하며, 코팅 후 내수성이 향상되어 신뢰성 평가시 수분의 침투 등에 의한 코팅층의 갈라짐 현상이나 이탈 등을 방지할 수 있다.
상기 아크릴계 에스테르 단량체는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 포함하는 알킬(메타)아크릴산에스테르, (메타)아크릴산아릴에스테르, (메타)아크릴산알콕시알킬, (폴리)알킬렌글리콜(메타)아크릴산에스테르 또는 다가(메타)아크릴산에스테르 등을 사용할 수 있다. 구체적으로 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트 헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴 레이트, 옥틸(메타)아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트, 옥타데실아크릴레이트, 이소노닐아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트, 트리데실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 시클릭트리메틸올프로판 포말아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 페닐아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트, 카프로락톤아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜 600 모노아크릴레이트, 노닐페놀에틸렌옥사이드 (4몰) 아크릴레이트 및 노닐페놀에틸렌옥사이드 (8몰) 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 아크릴계 에스테르 단량체는 메틸메타아크릴레이트 및 상기 메틸메타아크릴레이트와 공중합이 가능한 2종 이상, 바람직하게는 3종이상의 (메타)아크릴계 에스테르 단량체를 포함할 수 있으며 이 경우, (메타)아크릴계 에스테르 단량체는 비극성 아크릴계 에스테르 단량체 및 극성 아크릴계 에스테르 단량체를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 극성 아크릴계 에스테르 단량체는 응집력을 부여하여 본 발명의 수지형 도광판용 조성물의 접착력을 향상시키는 작용을 한다. 상기 극성 아크릴계 에스테르 단량체는 구체적으로, (메타)아크릴산, 말레인산, 푸마르산 등의 카르복실기를 함유한 단량체, 히드록시(메타)아크릴레이트, 히드록시(메타)메틸아크릴레이트 등의 히드록시기를 함유한 단량체 또는 아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐 카프로락탐 등의 질소를 함유한 단량체 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 극성 아크릴계 에스테르 단량체는 전체 아크릴계 에스테르 단량체에 대하여 사용비율이 특별히 한정된 것은 아니며 바람직하게는 전체 아크릴계 에스테르 단량체 100중량부에 대하여 0.5 내지 2.0 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함되는 경우 수지형 도광판용 조성물의 접착력 향상 효과가 우수하다.
또한, 상기 아크릴 시럽은 상기 아크릴계 에스테르 단량체 외에 이와 공중합 가능한 불포화 단량체로 스티렌, 벤조일(메타)아크릴레이트 등의 스티렌계 단량체를 공중합시켜 제조될 수 있다.
상기 아크릴 시럽은 상기 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 벌크 중합하여 제조될 수 있다. 본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 무용제형의 벌크 중합법을 이용하여 제조된 아크릴 시럽을 포함하여 후막 형성이 가능하다.
상기 아크릴 시럽은 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 라디칼 중합 개시제 및 사슬이동제를 사용하여 부분 중합시킨 것을 사용할 수 있다. 상기 부분 중합법을 사용하는 경우 고분자 미립자 또는 펠렛을 사용하지 않으므로 제조공정이 단순하며, 중합시간, 개시제의 함량 및 사슬이동제의 함량 변화를 통해 용이하게 점도 및 고형분 을 조절할 수 있어 수지형 도광판용 조성물에 사용하기 적당한 점도 및 수축률을 갖는 아크릴 시럽을 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 아크릴 시럽의 제조방법은 혼합 단계(S1), 중합 단계(S2), 냉각단계(S3) 및 중합 방지 단계(S4)를 포함한다. 벌크 중합의 경우 중합열의 제어가 어렵고 반응의 진행에 따라 급격하게 점도가 증가하여 원하는 시점에 적절한 방법으로 반응을 종료시키지 않으면 반응이 폭주할 가능성이 높으나, 본 발명은 중합 방지 단계를 포함하여 효과적으로 반응을 종료시킴으로써 불필요한 반응의 진행을 차단하여 고형분 및 분자량을 원하는 수준으로 조절할 수 있다.
상기 혼합 단계(S1)는 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 혼합한 다성분계 단량체 혼합액에 사슬 이동제를 혼합하고 30℃~100℃로 승온하는 단계이다. 상기 아크릴계 에스테르 단량체는 상술한 바와 같으므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
상기 사슬 이동제는 분자량 조절을 위하여 사용되는 것으로, 에틸 메르캅탄, 부틸 메르캅탄, 헥실 메르캅탄, 또는 도데실 메르캅탄등과 같은 알킬 메르캅탄류, 페닐 메르캅탄, 또는 벤질 메르캅탄등과 같은 티오페놀류, 티오글리콜산, 3-메르캅토 프로피온산, 또는 티오살리실산등과 같은 카르복실기 함유 메르캅탄류, 2-메르캅토 에탄올 또는 3-메르캅토 프로판다이올과 같은 수산기 함유 메르캅탄류 등을 사용할 수 있으며, 또는 펜타에리트리톨 테트라키스 3-메르캅토 프로피오네이트와 같이 상기의 기능기를 조합적으로 두개 이상 갖는 메르캅탄류도 사용할 수 있다. 상기 사슬 이동제는 상기 아크릴계 에스테르 단량체 혼합액 100중량부에 대하여 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.005 내지 1 중량부로 사용될 수 있다. 상기 함량이 0.001 중량부 미만이면 중합체의 분자량이 너무 커져 중합이 급격히 진행되는 문제점이 있고, 5 중량부를 초과하는 경우에는 중합속도가 늦어지고 분자량이 너무 낮아질 수 있다.
반응 온도는 30℃ 내지 100℃일 수 있으며, 바람직하게는 40℃ 내지 80℃일 수 있다. 사용하는 개시제의 10 시간 반감기 온도보다 10 내지 20 ℃ 높은 온도로 선정하여 반응을 개시하는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도가 30℃ 미만이면 반응 속도가 너무 느리거나 라디칼의 형성이 어려운 문제점이 있고, 100℃를 초과하는 경우에는 발열온도가 너무 높게 나타나 원하는 전환율을 얻기 이전에 반응을 종료해야 하는 경우가 발생할 수 있다.
상기 중합 단계(S2)는 상기 혼합 단계(S1)에서 승온된 단량체 혼합액에 라디칼 중합 개시제를 추가하고 10분 ~ 30분간 부분 중합하는 단계이다.
상기 라디칼 중합 개시제는 열중합 개시제로 10 시간 반감기 온도가 80℃ 이하인 것이 바람직하며, 70℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 라디칼 중합 개시제로는 2,2'-아조비스-2-메틸부티로니트릴, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴, 또는 2,2'-아조비스-4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴 등의 아조계 개시제 또는 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시네오데카노에이트, 디4-t-부틸시클로헥실퍼옥시디카보네이트, 디2-에틸헥실퍼옥시카보네이트, t-부틸퍼옥시네오데카노에이트, 디부틸퍼옥시디카보네이트, 디세틸퍼옥시디카보네이트, 디미리스틸퍼옥시디카보네이트, 1,1,3,3-t-메틸부틸퍼옥시피발레이트, t-부틸퍼옥시네오헵타노에이트, t-아밀퍼옥시피발레이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, 디라우로일퍼옥사이드, 디데카노일퍼옥사이드 또는 디벤조일퍼옥사이드 등의 퍼옥사이드계 개시제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 라디칼 중합 개시제는 아크릴계 에스테르 단량체 100중량부에 대하여 0.0001 내지 0.1 중량부로 사용될 수 있다. 상기 함량이 0.0001 중량부 미만이면 개시제의 사용량이 너무 적어 반응이 진행되지 않을 수 있으며, 0.1 중량부를 초과하는 경우에는 폭발적인 반응의 진행으로 겔이 과다하게 생성되거나, 원하는 점도 및 분자량의 아크릴 시럽을 얻지 못하는 문제점이 있을 수 있다.
상기 냉각 단계(S3)는 상기 중합 단계(S2)에서 중합된 중합물을 상온으로 냉각시키는 단계이다.
상기 중합 방지 단계(S4)는 상기 중합 및 냉각 단계(S2~S3)에서 일어나는 중합 반응의 최고반응온도 전 또는 후에 산소를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 열중합을 방지하는 단계이다. 본 발명의 벌크 중합의 개시반응 후에는 특별히 가열이나 냉각을 할 필요 없이 개시제의 소비에 의한 반응계의 자기발열로 반응물의 온도가 수분 이내에 급격히 상승하여 최고반응온도에 도달하게 되는데, 최고반응온도 도달 전 또는 후에 산소를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 반응속도를 제어하거나 단시간 내에 효과적으로 반응을 종료시켜 열중합을 방지하고 전환율을 제어할 수 있다.
상기 산소를 포함하는 불활성 가스로는 바람직하게는 공기를 사용할 수 있으며, 상기 공기 주입은 최고반응온도 도달 이후 수분 내에 곧바로 시행하는 것이 바람직하며, 최고반응온도가 너무 높거나 지속적인 온도 상승이 관찰되는 경우 최고반응온도 도달 이전에 주입하여도 무방하다.
상기 최고반응온도는 사용하는 개시제의 종류에 따라 상이하며, 개시제의 10 시간 반감기의 온도가 높을수록 최고반응온도가 높게 나타난다. 본 발명의 수지형 도광판 조성물에 적합한 전환률과 점도를 갖는 아크릴 시럽을 제조하기 위해서는 최고반응온도가 110 ℃ 내지 160 ℃ 인 것이 바람직하다. 상기 공기 주입 온도는 최고반응온도 범위인 110 내지 160 ℃ 일 수 있으며, 바람직하게는 120 내지 150 ℃일 수 있다. 상기 온도가 110 ℃ 미만이면 빠른 반응 종료로 인하여 전환율과 점도가 너무 낮아질 수 있으며, 160 ℃를 초과하는 경우에는 반응액의 점도가 너무 높아 교반 효율이 저하되어 효과적으로 반응을 제어하기 어려울 수 있다. 상기 주입되는 공기의 함량은 효과적인 반응 제어를 위해 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위내에서 당업자가 임의로 조절할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 아크릴 시럽은 고형분 농도가 10 내지 60 중량%가 되도록 부분중합될 수 있다. 또한, 중량평균분자량이 80,000 내지 500,000, 점도가 10,000 내지 80,000 cPs 일 수 있다.
또한 바람직하게는 본 발명에 의한 부분중합된 아크릴계 시럽의 중합체 중량평균분자량이 90,000 ~ 120,000, 전체시럽의 점도가 2000 ~ 40000 cps 일 수 있다. 상기 범위로 제조되는 경우 본 발명의 수지형 도광판용 조성물에 사용하기 적당한 점도 및 수축률을 갖는다.
상기 아크릴 시럽은 조성물 전체 100중량부에 대하여 20 내지 80중량부 포함될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 70중량부로 포함될 수 있다. 상기 아크릴 시럽이 30 중량부 미만으로 포함되는 경우 수축률 저하효과가 미미하며, 컬이 생기고, 접착력이 낮아질 수 있으며, 70 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 점도가 높아 작업성이 나빠지며, 경화성이 떨어져 생산속도가 낮아질 수 있다.
본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 아크릴계 단량체를 포함한다.
상기 아크릴계 단량체는 상기 아크릴 시럽의 점도를 조절하는 희석제 역할뿐 아니라 경화성 조절하는 역할을 한다.
상기 아크릴계 단량체는 구체적으로, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 (메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에틸 아크릴레이트, 시클릭트리메틸올프로판 포말 아크릴레이트, 트리데실 아크릴레이트, 옥틸데실 아크릴레이트, 이소보닐 (메타)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트, 이소데실 (메타)아크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 스테아릭 (메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜 600 모노아크릴레이트, 노닐페놀 에틸렌옥사이드(4몰) 아크릴레이트, 노닐페놀 에틸렌옥사이드(8몰) 아크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌글리콜 600 모노아크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타아크릴레이트, 트리데실 메타아크릴레이트, 헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 단량체는 조성물 전체 100중량부에 대하여 10내지 70중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 20내지 50중량부로 포함될 수 있다. 10중량부 미만으로 포함되는 경우 조성물의 점도가 높아 도공성이 떨어지고 외관에 문제가 있을 수 있으며, 70중량부를 초과하여 포함되면 기계적 물성이 감소하고 접착력이 저하될 수 있다.
본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 광개시제를 포함한다.
상기 광개시제는 광조사로 인한 경화 반응을 위하여 사용되는 것으로, 액상 레진을 광조사로 고상으로 변경시키는 역할을 한다.
상기 광개시제는 화학구조 또는 분자결합 에너지의 차에 의해 분자의 분해로 라디칼이 생성되는 Type 1형 개시제와 3차 아민과 공존하여 수소탈환형의 Type 2 형 개시제가 있다. 상기 Type 1형 개시제의 구체적인 예로는, 4-페녹시디클로로아세트페논, 4-t-부틸디클로로아세트페논, 4-t-부틸트리클로로아세트페논, 디에톡시아세트페논, 2-히드록시-2-메틸-l-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-l-온, 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)-페닐(2-히드록시-2-프로필)케톤, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 등의 아세트페논류, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤질 디메틸케탈등의 벤조인류, 아실포스핀옥사이드류, 티타노센 화합물 등을 들 수 있다. Type 2형 개시제의 구체적인 예로는, 벤조페논, 벤조일벤조익에시드, 벤조일벤조익에시드메틸에테르, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 4-벤졸-4'-메틸디페닐설파이드, 3,3'-메틸-4-메톡시벤조페논등의 벤조페논류, 티옥산톤, 2-크로로티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2, 4-디메틸티옥산톤, 이소프로필티옥산톤등의 티옥산톤 등을 들 수 있다. 상기 광개시제는 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, Type 1형과 Type 2형을 병용하여도 무방하다.
상기 광개시제는 조성물 전체 100중량부에 대하여 0.1내지 10중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 내지 3중량부로 포함될 수 있다. 상기 광개시제가 0.1중량부 미만으로 포함되는 경우 경화 미흡으로 충분한 기계적 물성이나 접착력을 구현하기 어려우며, 10중량부를 초과하여 포함되는 경우 경화 수축으로 인한 접착력 불량이나 깨짐 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 경화성 향상을 위해 3 관능 이상의 (메타)아크릴레이트 경화제를 더 포함할 수 있다.
상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 경화제의 관능기는 (메타)아크릴레이트 관능기를 의미하며, 구체적으로는 글리세롤 프로필 부가 트리 (메타)아크릴레이트, 디트리메틸올 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디이소시아네이트와 반응한 펜타에리스리톨 트리 (메타)아크릴레이트 우레탄 올리고머, 디이소시아네이트와 반응한 디펜타 (메타)아크릴레이트 우레탄 올리고머 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 경화제는 조성물 전체 100중량부에 대하여 1내지 5중량부로 포함될 수 있다. 1중량부 미만으로 포함되는 경우 경화성 향상이 미비하며 5중량부를 초과하여 포함되는 경우 수축이 심하여 접착력이 낮아지며, 컬이 발생하여 기구 손상이 있을 수 있다.
본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 필요에 따라 자외선 안정제와 열안정제를 포함할 수 있다.
상기 자외선 안정제는 경화된 조성물의 지속적인 자외선 노출에 의해 분해를 막기 위해 자외선을 차단하거나 흡수하는 역할을 한다.
상기 자외선 안정제는 작용기구에 따라 흡수제, 소광제(Quenchers), 힌더드 아민 광안정제(HALS, Hindered Amine Light Stabilizer)로 구분한다. 또 화학구조에 따라 페닐 살리실레이트(Phenyl Salicylates, 흡수제), 벤조페논(Benzophenone, 흡수제), 벤조트리아졸(Benzotriazole, 흡수제), 니켈유도체(소광제), 라디칼 스캐빈저(Radical Scavenger)로 구분할 수 있다. 본 발명에 있어서 조성물의 초기 색상을 크게 변화시키지 않는 자외선 안정제라면 특별히 한정하지는 않는다.
상기 열안정제는 상업적으로 적용할 수 있는 폴리페놀계, 포스파이트계, 락톤계를 모두 사용할 수 있다. 상기 자외선 안정제와 열안정제는 경화성에 영향이 없는 수준에서 적절히 함량을 조정하여 사용할 수 있다.
본 발명의 수지형 도광판용 조성물은 상기 자외선 안정제 또는 열안정제 외에 당업계에 통상적으로 쓰이는 첨가제를 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위내에서 당업자가 그 필요에 따라 함량을 조절하여 첨가할 수 있다.
본 발명은 또한, 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드가 커버되도록 본 발명의 수지형 도광판용 조성물로 반사판 상에 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
도 3 은 로컬디밍이 가능한 에지형 백라이트 유닛의 구조를 나타낸다. 도 3 을 참조하면, 본 발명의 백라이트 유닛은 인쇄회로기판(10); 반사판(20); 발광 다이오드(30) 및 도광판(40-B)를 포함할 수 있다. 또한, 도 3 에는 미도시되어 있으나, 상기 도광판(50-B)의 상면에 적층된 확산판, 확산필름, 집광필름, 반사형 편광필름 등을 더 포함할 수 있다.
도3 과 같은 에지형과 직하형이 혼합된 구조의 모듈형 백라이트 유닛은 발광 다이오드가 인쇄회로기판(10) 및 반사판(20)의 전면에 분포되어 있어 도광판을 장착하기 어려워진다. 따라서, 본 발명의 수지형 도광판용 조성물을 반사판(20)의 상면에 발광 다이오드(30)의 높이 이상으로 평탄하게 도포, 경화시켜 도광판(40-B)을 형성할 수 있다. 상기 도광판(40-B)의 두께는 0.2 내지 2 mm 일 수 있다. 상기 도광판(40-B)은 점광원을 면광원으로 전환하는 역할을 수행하며 접착력이 우수할 뿐만 아니라 경화수축이 작고 색좌표의 변화가 없다. 도 4 는 발광 다이오드에 본 발명의 조성물로 도광판을 형성하지 않은 상태에서의 발광 모습을 나타낸 것이고, 도 5 는 본 발명의 조성물로 도광판을 형성한 상태에서의 발광 모습을 나타낸 것이다. 도 4 및 도 5 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성물로 형성된 도광판은 점광원을 면광원으로 전환하여 주는 역할을 한다.
본 발명은 또한, 상기 백라이트 유닛을 구비한 액정 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 액정 디스플레이 장치는 본 발명의 조성물로 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 구비한다.
상기 액정 디스플레이 장치 역시 그 구조에 제한이 없으며, 본 기술분야에서 알려진 구조를 채용할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며, 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.
하기 합성예에서 벌크 중합된 아크릴 시럽의 물성 평가 방법은 다음과 같다.
<고형분 농도>
제조된 일정량의 시럽을 메탄올에 적하하여 중합체를 침전시킨 후 중합체를 여과한다. 그 뒤 60℃ 진공오븐에서 24시간 건조하여 그 무게를 측정하였다.
<점도>
브룩필드(Brookfield) 점도계를 이용하여 측정하였다(4번 spindle, 25℃, 20rpm).
<중량 평균 분자량>
얻어진 중합체에 대해 겔 침투 크로마토그래피(Gel permeation chromatography, waters사)를 이용하여 측정하였다.
< 합성예 1> 아크릴 시럽의 제조
교반기와 질소가스 도입관, 공기 도입관, 온도센서, 콘덴서를 갖춘 4-neck 1리터 유리 반응기에서 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA) 480 g과 아크릴산(AA) 20 g, 도데실 메르캅탄(n-DDM) 0.05 g을 투입하고 질소기류를 이용해 용존 산소를 30분 동안 제거시키면서 충분히 혼합하고 반응온도를 65 ℃로 승온시켰다. 10 시간 반감기 온도가 51 ℃인 2,2-아조비스 2,4-디메틸발레로니트릴 0.03 g을 소량의 에틸아세테이트에 녹여 용존 산소를 제거한 개시제를 투입시켜 반응을 개시하였다. 이때 반응기 자켓 온도를 반응온도인 70 ℃로 꾸준히 유지하여 온도제어를 하였다. 반응은 빠른 속도로 진행되어 5 분만에 반응온도가 최고 온도 135 ℃까지 상승하였다. 최고반응온도 도달 후 500 ml/min의 속도로 반응액에 공기를 주입하여 반응을 종료시켰다. 이후 별다른 냉각조작 없이 반응시작 30 분 후 반응시작 온도로 하강하였다. 공기 주입 이후 반응액 온도는 빠른 속도로 하강하였으며 발열과 폭주의 현상 또한 나타나지 않았다. 상기 수득된 부분 중합된 아크릴 시럽의 고형분 농도는 50.4 %였으며 점도는 54,000 센티포아즈(cPs), 중량 평균 분자량은 400,000, 분자량 분포는 4.5로 나타났다.
< 합성예 2> 아크릴 시럽의 제조
반응온도를 80 ℃로 하고, 개시제로 10 시간 반감기 온도가 65 ℃인 2,2-아조비스 2,4-디메틸발레로니트릴 0.025 g을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 동일하게 합성하였다. 반응은 빠른 속도로 진행되어 5 분만에 반응 온도가 145 ℃에 도달하였으며 이후 온도 상승 속도는 줄어들었지만 꾸준한 온도 상승이 관찰되었다. 반응 온도가 147 ℃에 이르러 500 ml/min의 속도로 반응액에 공기를 주입하여 반응을 종료시켰다. 이후 별다른 냉각조작 없이 반응시작 40 분 후 반응시작 온도로 하강하였다. 공기 주입이후 반응액 온도는 빠른 속도로 하강하였으며 발열과 폭주의 현상 또한 나타나지 않았다. 상기 수득된 부분 중합된 아크릴 시럽의 고형분 농도는 57 %였으며, 점도는 72,000 센티포아즈(cPs), 중량 평균 분자량은 350,000, 분자량 분포는 4.8로 나타났다.
< 합성예3 > 아크릴 시럽의 제조
상기 합성예 2에서 반응 온도가 135 ℃에 도달하였을 때 공기를 주입하여 반응을 종료시킨 것을 제외하고는 상기 합성예 2와 동일하게 실시하였다. 공기 주입 이후 별다른 냉각조작 없이 반응액 온도는 빠른 속도로 하강하여, 반응시작 27 분 후 반응시작 온도로 하강하였다. 상기 수득된 부분 중합된 아크릴 시럽의 고형분 농도는 37 %였으며, 점도는 32,000 센티포아즈(cPs), 중량 평균 분자량은 370,000, 분자량 분포는 3.7로 나타났다.
<합 성예 4> 아크릴 시럽의 제조
상기 합성예 1 에서 메틸메타크릴레이트 258 g, n-부틸아크릴레이트 80 g, 2-에틸헥실아크릴레이트 110 g, 에틸아크릴레이트 52 g을 투입하는 것 이외에 동일한 과정으로 합성을 진행하였다. 상기 수득된 부분 중합된 아크릴시럽의 고형분 농도는 55.4 %였으며 점도는 61,000 센티포아즈(cPs), 중량 평균 분자량은 380,000, 분자량 분포는 4.8로 나타났다.
< 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 5> 수지형 도광판 조성물의 제조
하기 표 1 의 조성으로 상기 합성예에서 제조한 아크릴 시럽을 사용하여 당업계에 공지된 방법으로 수지형 도광판용 조성물을 제조하였다.
성 분 실 시 예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1
합성예1 50 - - - 40 - 30 10 - 25 30 10 -
합성예2 - 50 - - - - - - - - - - -
합성예3 - - 50 - - - - - - - - - -
합성예4 - 50 30 40 - - 10 - 45 10 -
BR-1061) - - - - - 10 - 40 - - - - 20
BR-1162) - - - - - - - - 40 - - - 30
2-HEMA3 ) 9 9 9 9 5 9 19 9 9 19 4 20 9
NPEA4 ) 30 30 30 30 20 20 30 10 10 30 10 30 10
2-PEA5 ) - - - - - 10 10 20 20 10 - - 20
HDDA6 ) 9 9 9 9 3 9 9 9 9 10 9 29 9
TMPTA7 ) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 - 1
D-TPO8 ) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
Iganox 10109) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
1) BR-106: 유리전이온도 50도, 산값 3.5의 아크릴 수지 파우더 (미쯔비시레이온사)
2) BR-116: 유리전이온도 50도, 산값 7의 아크릴 수지 파우더 (미쯔비시레이온사)
3) 2-HEMA: 2-Hydroxy ethyl metacrylate(코그니스)
4) NPEA: Nonyl phenol ethylene oxide(4mol) Acrylate(한농화성, NP-041)
5) 2-PEA: 2-페녹시 에틸 아크릴레이트
6) HDDA : 트리프로릴렌글리콜 디아크릴레이트(미원상사, M200)
7) TMPTA: 트리메틸프로판올 트리아크릴레이트(미원상사, M300)
8) D-TPO: 2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphineoxide(시바게이지)
9) Iganox 1010: 페놀계 열안정제(시바게이지)
< 실험예 1> 접착력 측정
도4와 같은 구조물에 상기 실시예 및 비교예의 조성물을 1.5 mm의 두께로 테이블 코팅하고 질소분위기 하에 Black Light 램프에서 350 mJ/cm2 로 1차 경화 후 메탈 하라이드 램프에서 1J/cm2 광량으로 2차 경화 하여 시편 제작을 하였다. 제작된 각각의 시편을 인스트롱사의 UTM을 이용하여 T테스트를 진행하였다. 2 mm/min의 속도로 접착력을 측정하여 최대, 최소값을 제외한 나머지 평균값을 이용하여 유리와 금속의 2종간의 접착력을 평가하여 그 결과를 하기 표 2 에 나타내었다.
< 실험예 2> 색좌표의 변화 측정
상기 실험예 1 과 같은 방법으로 제작된 시편을 기재와 분리하여 유리판에 붙여 니폰 덴쇼쿠사의 Spectro color meter SE200 을 이용하여 투과모드로 유리판과 시편의 색값을 측정하여 ΔE*ab 를 구하였다. 그 결과는 하기 표 2 와 같다.
< 실험예 3> 내광성의 측정
상기 실험예 1 과 같은 방법으로 제작된 시편을 코아테크사의 CT-UVT 장비(UV-B, 280~360nm)에 100시간 방치하여 니폰 덴쇼쿠사의 Spectro color meter SE200을 이용하여 투과모드로 초기 값과 내광성 테스트 후 색값을 측정하여 ΔE*ab 를 구하였다. 그 결과는 하기 표 2 와 같다.
ΔE*ab = {(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2}1/2
< 실험예 4> 고온고습 평가
60도 95% 습도의 항온항습 챔버에 상기 실시예 및 비교예의 조성물로 신율 측정시 제조한 시편과 동일한 방법으로 시편을 제조하여 500시간 방치 후 초기 색차값과의 차이를 ΔE*ab 값으로 표현하였다. 그 결과는 하기 표 2 와 같다.
실 시 예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1
접착성(N) 42 34 39 39 40 37 25 17 16 30 40 21 9
초기색값 0.3 0.4 0.4 0.5 0.3 0.6 0.5 1.2 1.5 0.9 0.5 1.9 1.2
내광성 4.2 5.1 4.4 5.2 3.7 5.3 4.7 11.5 12.7 7.2 4.5 15.7 11.2
고온고습 1.5 1.8 1.3 2.8 2.5 1.9 2.0 9.1 8.7 2.5 3.5 10.8 9.8
상기 표 2 에 나타난 바와 같이 아크릴 시럽을 포함하는 본 발명의 수지형 도광판 조성물을 사용하여 도광판을 형성한 경우 접착력이 우수할 뿐만 아니라 수축률이 작고, 도광판을 형성한 후 및 자외선 또는 고온고습에 장시간 방치한 후에도 색값의 변화가 작았다.
10: 인쇄회로기판
20: 반사필름
30: 발광다이오드
40-A: 도광판
40-B: 본 발명의 조성물로 형성된 수지형 도광판

Claims (13)

  1. 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 벌크 중합하여 제조된 아크릴 시럽, 아크릴계 단량체 및 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 아크릴계 에스테르 단량체가 탄소수 6 이상의 알킬기로 치환된 알킬아크릴레이트 단량체를 전체 단량체에 대하여 40 중량% 이상으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 아크릴계 에스테르 단량체가 비극성 아크릴계 에스테르 단량체 및 극성 아크릴계 에스테르 단량체를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 아크릴계 에스테르 단량체가 메틸메타아크릴레이트 및 상기 메틸메타아크릴레이트와 공중합 가능한 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  5. 청구항 1 에 있어서
    상기 아크릴 시럽이 고형분 농도가 10 내지 60 중량%로 부분 중합된 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  6. 청구항 1 에 있어서,
    상기 아크릴 시럽이 중량평균분자량이 100,000 내지 500,000 인 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  7. 청구항 1 에 있어서,
    상기 아크릴 시럽이 조성물 전체 100중량부에 대하여 20 내지 80 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  8. 청구항 1 에 있어서,
    상기 아크릴 시럽이 2종 이상의 아크릴계 에스테르 단량체에 사슬 이동제를 혼합하고 30 내지 100 ℃로 승온하는 혼합 단계; 상기 혼합 단계에서 생성된 혼합물에 중합 개시제를 첨가하고 부분 중합하는 중합 단계; 및 상기 중합 단계에서 일어나는 중합 반응의 최고반응온도 전 또는 후에 산소를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 열중합을 방지하는 중합 방지 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  9. 청구항 1 에 있어서
    상기 수지형 도광판용 조성물이 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  10. 청구항 1 에 있어서,
    상기 조성물이 자외선 안정제 또는 열안정제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지형 도광판용 조성물.
  11. 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드가 커버되도록 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 조성물로 반사판상에 형성된 도광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 도광판의 두께가 0.2 내지 2 mm 인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 청구항 11의 백라이트 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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KR20160038198A (ko) * 2014-09-29 2016-04-07 (주)엘지하우시스 아크릴 시럽의 제조방법 및 아크릴 시럽

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