KR100723681B1 - 실리콘을 이용한 확산시트 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실리콘 수지를 이용한 확산시트가 개시된다.
본 발명의 확산시트는 청색 파장 혹은 청색 파장과 청색 이외의 파장이 적어도 하나 이상 혼합된 파장을 갖는 광원으로부터 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 상기 발광된 빛의 파장과는 다른 파장의 빛을 발광하고, 상기 광원에서 발광된 빛의 나머지 부분을 투과하도록 하는 광여기 확산 시트로서, 발광된 빛을 투과시킬 수 있는 베이스수지층 상에 상기 광원에서 발광된 빛을 여기 및 증폭시키는 광 여기 물질과 상기 광원에서 발광된 빛을 산란 및 확산시키는 확산 물질이 액상의 실리콘 수지상에 혼합된 상태로 도포되어 경화형성된 확산층이 형성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 박막의 확산시트(또는 광여기 확산시트)를 얻을 수 있고, 액상의 실리콘 수지에 균일하게 혼합된 색변환형 형광체 및 광학산제를 다양한 형태의 박막 시트로 제조하여 여러분야에 응용될 수 있는 확산시트의 제조가 가능해진다.
실리콘수지, 확산시트, 여기시트

Description

실리콘을 이용한 확산시트 및 그의 제조방법{Photoluminescent diffusion sheet}
도 1은 본 본 발명의 확산시트의 개념을 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 확산시트와 종래의 PMMA확산시트의 휘도를 측정한 그래프이고,
도 3은 휘엄짐을 테스트하기 위해 휨력을 부가하였을 때의 사진으로서 도 3a는 종래의 PMMA확산시트이고 도 3b는 본발명의 확산시트의 사진이다.
본 발명은 각종의 전자기기에 사용되는 백라이트 등에 이용되는 실리콘을 이용한 확산시트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래 파장변환형 형광체를 수지 메트릭스내에 함침시킨 구조의 시트(광여기 시트)가 개발되어 액정표시장치 등의 백라이트 장치 등에 사용되고 있다.
이러한 광여기시트 중에 일본국 특개평11-199781호(색변환 시트 및 이를 이용한 발광장치)는 외부로부터의 청색 빛을 투과하는 수지시트안에기 청색 빛의 적어도 일부를 흡수하고 청색 빛보다 장파장의 빛을 배출시키는 무기형광체를 함유한 색변환시트를 개시하고 있는데, 특정의 형광체(세륨으로 도핑된 이트리움(yttrium).알루미늄(aluminium).가넷(garnet)계)및 특정의 열가소성수지(폴리아릴레이트 또는 폴리카보네이트)에 따라 고농도의 형광무질을 첨가한 경우에 있어서도 강도가 강하고 내충격성이 있으며 가공시의 불순물 소나 경화후의 내열성 등을 향상시키면서 내광성이 우수한 효과를 내는 것으로 기재하고 있다.
그런데 상기 종래 색변환시트는 수지매트릭스로서 열가소성 수지에 무기형광체를 2축 압출기에 의해 혼련시키는 관계로 수지시트내에 형광체의 균일한 혼합이 어려워 휘도 및 색좌표의 불균일이 심한 문제점이 있다.
또한 베이스수지와 형광체가 혼련된 칼러드펠렛(colored pellet)을 압출성형하여 색변환시트를 제조하는 관계로 제조된 색변환시트는 동일한 압출성형조건에서는 동일한 형태의 색변환시트만이 생산되어 응용성이 떨어지는 단점이 있다.
또한 베이스수지로서 열경화성수지인 폴라카보네이트나 폴리메틸메타크릴레이트 수지는 취성이 강하여 쉽게 깨지는 성질이 있어 그 적용에 한계가 있다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 안출된 것으로서 본 발명의 주목적은 액상의 실리콘 수지상에 색변환형 형광체 및 광학산제를 혼합하여 이를 수지상에 인쇄 등의 방법으로 도포하여 박막의 확산시트(또는 광여기 확산시트)를 얻고자 하는 것이다.
또한 본 발명은 액상의 실리콘 수지에 균일하게 혼합된 색변환형 형광체 및 광학산제를 다양한 형태의 박막 시트로 제조하여 여러분야에 응용될 수 있는 확산 시트의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 청색 파장 혹은 청색 파장과 청색 이외의 파장이 적어도 하나 이상 혼합된 파장을 갖는 광원으로부터 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 상기 발광된 빛의 파장과는 다른 파장의 빛을 발광하고, 상기 광원에서 발광된 빛의 나머지 부분을 투과하도록 하는 확산시트로서, 상기 확산시트는 발광된 빛을 투과시킬 수 있는 베이스수지층 상에 상기 광원에서 발광된 빛을 여기 및 증폭시키는 광 여기 물질과 상기 광원에서 발광된 빛을 산란 및 확산시키는 확산 물질이 액상의 실리콘 수지상에 혼합된 상태로 도포되어 경화형성된 확산층이 형성된 것임을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 확산시트를 제공한다.
또한 상기 본 발명에서 베이스 수지는 PET필름 또는 PC필름인 것이 바람직하다.
또한 상기 확산층은 상기 베이스 수지층에 스크린프린팅법에 의해 형성된 것일 수 있다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은 청색 파장 혹은 청색 파장과 청색 이외의 파장이 적어도 하나 이상 혼합된 파장을 갖는 광원으로부터 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 상기 발광된 빛의 파장과는 다른 파장의 빛을 발광하고, 상기 광원에서 발광된 빛의 나머지 부분을 투과하도록 하는 확산시트의 제조방법에 있어서,투명한 베이스 필름을 준비하는 단계; 광여기 물질과 광확산 물질을 액상의 실리콘 수지에 혼합하여 실리콘액제를 제조하는 단계; 상기 제조된 실리콘 액제를 상기 베이스 필름상에 도포하는 단계; 및 도포된 실리콘 액제를 경화시키는 단계를 포함해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지를 이용한 확산시트의 제조방법을 제공한다.
또한 상기의 확산시트의 제조방법에서 상기 실리콘 액제를 상기 베이스 필름상에 스크린프린팅법에 의해 도포하는 것일 수 있다.
이하 본 발명을 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명한다.
본 발명은 액상의 실리콘 수지에 형광체 단독 또는 형광체와 확산물질을 혼합하여 제조한 실리콘액제를 베이스수지에 인쇄 등의 방법으로 도포하여 다양한 형태로 확산시트(또는 광여기확산시트, 이하 같다.)를 제조한다.
- 실리콘수지(3)
본 발명에서 사용되는 수지매트릭스는 실리콘수지이다. 실리콘수지는 연성이 좋고 필름에 인쇄시 접착력이 우수하다. 본 발명에서 사용가능한 실리콘수지의 바람직한 특성은 광투과도가 85% 이상이고, 점도가 3000cp이상이며 120℃이하에서 건조(경화)되는 것이다. 또한 형광체 등과의 혼합이 양호하여야 하며 휘발성은 낮을 수록 좋고, 필름(베이스수지)과의 접착성이 좋아야 한다. 이러한 실리콘수지는 시중에서 쉽게 구득할 수 있는데, 예를 들면 다우코닝사의 실리콘수지시스템 LS4326(실리콘수지)-LS4326A(경화제)-LS4326C(경화촉진제)-톨루엔 또는 자일렌(70%, 점도조절제 또는 용매)이나, 같은 회사의 실리콘수지시스템 CF5010(실리콘수지)-SO400(경화제)-실리콘오일(점도조절제 또는 용매) 등이다. 이러한 실리콘수지는 자체적으 로 소포제가 첨가되어 있기 때문에 스크린인쇄 방식에서 문제가 되는 기포문제를 해결할 수 있다.
- 형광체(1) 및 확산물질(2)
본 발명의 상기 실리콘수지에 혼입되어 광여기와 확산기능을 수행하는 물질은 다음과 같다.
광여기물질은 무기 형광체를 이용한다. 대표적인 광여기 무기 형광체는 가넷계(Gd) 물질에 Y3Al5O12 (YAG)에 세륨(cerium)을 도핑(doping)한 형광체로 구성되어진다. 구제적으로 광 여기 발광물질을 기술하면 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 (YAG:Gd,Ce), (Y1-xCex)3Al5O12 (YAG:Ce), (Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12 (YAG:Ga,Ce), (Y1-x-yGdxCey)3(Al5-zGaz)5O12(YAG:Gd,Ga,Ce), (Gd1-xCex)SC2Al3O12 (GSAG)로 나타낸다. 일반적으로 YAG계 형광체는 (Y1-x-yGdxCey)3(Al1-zGaz)O12 (단, x+y≤1; 0≤x≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤1) 로 표시된다. 광 여기 발광물질에서 발광하는 주 파장은 상기에서 기술한 광 여기 발광물질에 따라 다르다. 가넷계(garnet composition)에 의존하는 Ce3+ 발광은 광 효율의 감소없이 녹색 (~ 540 nm; YAG:Ga,Ce)에서 적색 (~ 600 nm; YAG:Gd,Ce)까지 다양하게 발광 시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 대주전자의 (Y, Gd, Ce)3(Al, Ga)5O12와 Phosphor Technology사의 Y3Al5O12 :Ce 을 사용하였다. 또한, 심적색을 발광시키기 위한 대표적인 무기 형광체는 SrB4O7:Sm2+ 이다. SM2+는 주로 적색의 파장을 나타내는데 기여한다. 특히 상기와 같은 심적색 무기 형광체는 600 nm 이하의 가시광 영역 전체를 흡수하여 심적색 즉, 650 nm 이상의 파장을 갖고 발광을 한다. 휘도 향상을 위해 Phosphor Technology사의 SrS:Eu계열의 620nm 파장대의 형광체를 사용한다. 게다가, 녹색을 발광시키기 위한 대표적인 무기 형광체는 SrGa2S4:Eu2+ 이다. 상기와 같은 녹색 무기 형광체는 500 nm 이하의 광을 흡수하여 535 nm의 주 파장을 방출한다. 또한 청색을 발광시키기 위한 대표적인 무기 형광체는 BaMg2Al16O27:Eu2+ 이다. 상기와 같은 청색 무기 형광체는 430 nm 이하의 광을 흡수하여 450 nm의 주 파장을 방출한다.
광을 균일하게 해주는 산란 또는 확산 기능을 가지는 확산물질은 크게 투명 확산제와 백색 확산제로 나뉜다. 투명 확산제로는 아크릴수지, 스틸렌수지, 실리콘 수지 등의 유기 투명 확산제와 합성실리카, 글래스비드, 다이아몬드 등의 무기 투명 확산제가 있으며, 백색 확산제로는 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BASO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 클레이 등을 포함한 무기 산화물 등이 대표적이다.
확산제의 크기 및 농도는 광원으로부터 입사한 빛의 산란 정도를 결정하는 요인이다. 확산제가 너무 작게되면 광확산 효율이 떨어지고, 지나치게 많아지면 광투과율을 저하시킨다. 본 발명의 경우 SiO2의 크기는 5~7μm이 가장 좋은 특성을 보였다. 또한 확산제의 농도는 13%일 때가 광확산 및 투과율이 좋은 특성을 보였다.
형광체의 크기 또한 확산제와 같이 제한이 된다. 형광체의 크기는 5~7μm 정도가 적당하며, 너무 작아지면 광여기 효율이 줄어들고, 너무 커지면 광투과도 및 박막의 균일도를 떨어지게 한다.
- 필름(베이스수지, 10)
본발명의 베이스필름으로 사용가능한 수지로는 광 투과도가 우수한 것으로서 무색투명한 합성 수지를 사용하는데, 특별히 한정되는 것은 아니나 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트( Polyethylene terephthalate : PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 아크릴 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리스틸렌(Polystyrene) 등이 있다. 이중에 폴리에틸렌 테레프탈레이트( Polyethylene terephthalate : PET)필름은 투명성이 우수하고, 강도 및 휨성이 뛰어나다. 또한 내열성, 내화학성이 필요한 경우에는 베이스 필름을 폴리카보네이트(Polycarbonate)으로 하는 것이 바람직하다. 베이스 필름의 두께는 10 ~ 50μm 이내의 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 10μm 이하의 필름은 취급이 난해하고, 50μm 이상의 필름은 광투과도가 떨어지기 때문이다.
한편, 스크린인쇄에 사용되는 폴리망 제판은 기계적 강도가 약하기 때문에 양산 효율성을 위해 스테인리스 제판을 사용함이 바람직하다. 제판의 메쉬크기는 인쇄되는 두께 및 격자의 크기이 따라 적절히 조절하여 사용가능하다. 본 발명의 실시예에서는 메쉬크기가 50 ~ 120되는 제판을 사용하였다.
- 기타 액상의 실리콘수지와 형광체(여기물질)와 확산제의 혼합이 원활하게 이루어져 막을 균일하게 제조하거나 기포의 발생등을 방지하기 위하여 침전방지제, 바인더, 기포방지제 등이 혼입될 수 있다.
- 제조방법
젤형태의 실리콘수지(3)에 경화제, 경화촉진제, 기포방지제, 형광체(여기물질) 및/또는 확산제를 혼합 교반하고 실리콘 오일 등으로 점도를 조절한 후, 실리콘액제를 제조한 후, 베이스필름(10)상에 스크린 프린팅 방식, 슬릿코팅 방식, 롤코팅 방식 등으로 인쇄를 하고 건조하여 광여기확산시트(100)를 제조한다.
(실시예)
LS4326에 LS4326 100 중량%를 기준으로 LS4326A 0.5중량%, LS4326C 2중량%를 순서대로 첨가하여 액상의 실리콘 수지를 제조하였다. 상기에서 제조된 액상실리콘수지에 형광체로서 (Y, Gd, Ce)3(Al, Ga)5O12(대주전자 제품)와 Y3Al5O12 :Ce(Phosphor Technology사 제품)을 위에서 제작된 액상실리콘 수지 100중량%을 기준으로 하여 13중량%, 액상실리콘 수지 100중량%을 기준으로 확산제로서 SiO2 (5 ~ 7μm) 13중량%을 상기 액상실리콘 수지에 혼합하여 공.자전 교반기를 이용하여 교반하였다. 그런 다음 1층의 두께가 25μm이고, 2층의 두께가 75 ~ 100μm인 2층구조를 갖는 PET 필름의 상기 1층을 인쇄면으로 하여 스크린인쇄 방식을 이용하여 상기 혼합된 실리콘수지를 코팅하여, 적외선 건조기를 통해 120℃에서 경화한 후 이형층인 두께 75~100μm의 2층을 제거함으로서 본발명의 확산시트를 제조하였다.
상기에서 제작된 확산시트를 시판되고 있는 PMMA수지(IF850(LG제품))를 이용하여 상기와 동일한 조건으로 제조된 PMMA확신시트와 비교하기 위해 휘도를 측정해 보았는데 그 결과 본발명의 확산시트가 PMMA를 이용하여 제작한 광여기확산시트보다 동등수준 이상의 광특성을 보여주었으며(도 2), 또한 동일한 휨력에 대해 PMMA를 이용하여 제작한 광여기확산시트는 깨졌으나(도 3a) 본 발명의 확산시트는 연성이 우수하여 휘기만 할 뿐 깨지는 현상은 보이지 않았다.(도 3b)
이상 설명한 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
1. 실리콘 수지는 연성이 좋고, 필름에 인쇄 시 접착력 우수하다..
2. 제판의 mesh size 및 간격을 조절함으로서 확산시트에 격자무늬를 넣을 수 있기 때문에 광학적 특성을 고려하여 제작할 경우, 프리즘시트의 역할을 대체할 수도 있다. 또한 박막의 두께를 조절함과 동시에 여러층의 박막을 형성할 수 있기 때문에 다채로운 박막의 형성이 가능하다.
3. 스크린 인쇄시 휘발성이 없기 때문에 원료의 재활용이 가능하며, 동시에 많은 횟수를 인쇄할 수 있다. (단가절하 가능)
4. 인체 유해물질 없기 때문에 작업에 효율성 높아짐.
5. 스크린 인쇄를 이용한 광여기확산시트 제작 시 DMF를 사용하지 않기 때문 에 저가의 스퀴지를 사용할 수 있다.(고가의 스퀴지 대비 5~10이상의 가격차이)
6. 내화학성, 내열성 우수하다.
7. 내수성이 강하기 때문에 형광체 및 확산제의 보호층으로서 탁월하다.
8. 스크린 인쇄 시 큰 문제 중 하나인 기포 발생이 해결되었다.

Claims (5)

  1. 청색 파장 혹은 청색 파장과 청색 이외의 파장이 적어도 하나 이상 혼합된 파장을 갖는 광원으로부터 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 상기 발광된 빛의 파장과는 다른 파장의 빛을 발광하고, 상기 광원에서 발광된 빛의 나머지 부분을 투과하도록 하는 확산시트로서,
    상기 확산시트는 발광된 빛을 투과시킬 수 있는 베이스수지(10)층 상에 상기 광원에서 발광된 빛을 여기 및 증폭시키는 광 여기 물질(1)과 상기 광원에서 발광된 빛을 산란 및 확산시키는 확산 물질(2)이 액상의 실리콘 수지상에 혼합된 상태로 도포되어 경화형성된 확산층(20)이 형성된 것임을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 확산시트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 베이스 수지(10)는 PET필름인 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 확산시트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 확산층은 상기 베이스 수지(10)층에 스크린프린팅법에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 확산시트.
  4. 청색 파장 혹은 청색 파장과 청색 이외의 파장이 적어도 하나 이상 혼합된 파장을 갖는 광원으로부터 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 상기 발광된 빛의 파장
    과는 다른 파장의 빛을 발광하고, 상기 광원에서 발광된 빛의 나머지 부분을 투과하도록 하는 확산 시트의 제조방법에 있어서,
    투명한 베이스 필름을 준비하는 단계;
    광여기 물질과 광확산 물질을 액상의 실리콘 수지에 혼합하여 실리콘액제를 제조하는 단계;
    상기 제조된 실리콘 액제를 상기 베이스 필름상에 도포하는 단계; 및
    도포된 실리콘 액제를 경화시키는 단계를 포함해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지를 이용한 확산시트의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서 상기 제조된 실리콘 액제를 상기 베이스 필름상에 스크린프린팅법에 의해 도포하는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지를 이용한 확산시트의 제조방법.
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