KR101673049B1 - 도광판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 도광판은 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 중합체로서, 상기 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 몰비가 1 : 1.02 내지 1.35이고, 중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol이며, 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%인 방향족 폴리카보네이트 수지로부터 사출 성형되며, 80℃의 온도 및 90%의 상대습도 조건에서 500 시간 체류 후 측정한 색편차가 0.005 내지 0.020이고, 휘도 최소치와 최대치간의 백분율(휘도 균일도)이 80 내지 95%인 것을 특징으로 한다. 상기 도광판은 특정 방향족 폴리카보네이트 수지를 적용하여, 사출 성형 시의 황변 현상을 감소시킬 수 있고, 고온 및 고습 조건에서도 색편차가 적고, 내변색성, 휘도 품질(휘도 균일도) 등이 우수할 수 있다.

Description

도광판 및 그 제조방법{LIGHT GUIDE PLATE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 도광판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 특정 방향족 폴리카보네이트 수지를 적용하여, 사출 성형 시의 황변 현상을 감소시킬 수 있고, 고온 및 고습 조건에서도 색편차가 적고, 내변색성, 휘도 품질(휘도 균일도) 등이 우수한 도광판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD) 등의 액정 화면은 액정 자체가 빛을 내지 못하므로 앞면으로 들어온 빛을 액정 뒤의 거울에 반사시켜 다시 내보내거나 뒷면의 백라이트 유닛(back light unit: BLU)에서 발생되어 나오는 빛의 투과량과 색을 조절하여 화면이 보이도록 한다.
도 1은 종래 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛은 광원(10), 도광판(20), 반사시트(30) 및 확산시트(42), 프리즘시트(44), 보호시트(46) 등을 포함하는 광학시트(40)를 포함할 수 있다. 상기 광원(10)으로는 발광다이오드(light emitting diode: LED), 형광 램프, 냉음극관, 레이저 다이오드, 유기 EL 등의 자기 발광체 등을 사용할 수 있다. 상기 광원(10)으로부터 출사된 광은 도광판(20)의 입광면에 입사한다. 상기 도광판(20)은 점광원을 면(face)광원으로 바꾸어 출사하는 역할을 하는 것으로서, 한쪽 면이 경사면을 갖는 쐐기형 단면의 도광판, 평판 형상 도광판 등일 수 있다. 상기 광원(10)으로부터 발생한 광은 도광판(20)의 내부에서 전반사, 난반사, 굴절 및 회절 등을 반복하여 균일한 휘도의 면광원으로 변환되어 상면(전면) 및 하면(배면)으로 출사된다. 이때, 상기 도광판(20)에서 하면으로 출사된 광은 반사시트(30)에 입사된다. 상기 반사시트(30)는 상기 광을 반사시켜 도광판(20)의 상면으로 출사한다. 그리고, 도광판(20)의 상면으로 출사된 광은 광학시트(40)에 입사하게 된다. 상기 광학시트(40)는 일반적으로 확산시트(42), 프리즘시트(44), 보호시트(46) 등으로 구성될 수 있다. 상기 확산시트(42)는 입사된 광을 확산하는 역할을 하고, 상기 프리즘시트(44)는 상기 광을 부분적으로 집광시키는 역할을 하며, 보호시트(46)는 상기 프리즘시트(42) 및 확산시트(44)가 외부의 이물질이나 스크래치 등으로 인해 결함이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 통상적으로 광원으로부터 출사된 광은 도광판(20) 및 광학시트(40)를 통과하면서 시야각은 넓어지지만 휘도는 낮아지게 된다.
종래에 도광판은 주로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 수지 조성물로부터 성형되었다. 그러나, 보다 선명한 화상을 투영하는 표시장치가 요구되고 있고, 광원 등에서 발생하는 열에 의해 도광판이 변성되는 것을 막기 위해 보다 내열성이 높은 방향족 폴리카보네이트 수지 조성물로 대체되고 있다. 특히, 비교적 작은 크기의 휴대용 디스플레이 장치에 사용되는 도광판의 경우, 높은 열안정성과 고온 및 고습 하에서의 장기 신뢰성을 요구하므로 주로 방향족 폴리카보네이트 수지 조성물로부터 성형되고 있다.
최근 휴대 전화 등 휴대용 디스플레이 장치의 크기가 다양화되고 있고, 이에 따라, 기존 2 내지 4인치 크기 및 0.5 mm 내외 두께를 갖는 도광판에 비해 대형화 및 박막화된 도광판이 요구되고 있다. 이러한 대형화 및 박막화된 도광판을 사출 성형하기 위해서는 종래의 성형 온도보다 높은 온도에서 사출하여 방향족 폴리카보네이트 수지의 유동성 및 전사성을 충분히 확보하여야 한다. 그러나, 일반적으로 높은 온도에서 사출된 도광판은 주요 기능인 빛의 면확산에 있어 노란색(황변)을 가질 수 있으며, 오랜 시간 고온 및 고습 조건에서 사용 시, 황변 현상이 가속화된다.
사출 성형 시, 열안정성, 색상 등을 개선하기 위하여, 폴리카보네이트 수지에 폴리올 등의 첨가제를 추가하는 방법이 사용되고 있다(한국 공개특허 2011-0050381호 등 참조). 그러나, 상기 방법의 경우에도 고온, 고습 하에서 오랜 시간 사용 시, 황변과 함께 첨가제에 의한 부반응이 발생할 우려가 있다.
따라서, 고온 및 고습 조건에서도 색편차가 적고, 내변색성, 휘도 품질(휘도 균일도) 등이 우수한 도광판의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 사출 성형 시의 황변 현상을 감소시킬 수 있고, 고온 및 고습 조건에서도 색편차가 적고, 내변색성, 휘도 품질(휘도 균일도) 등이 우수한 도광판 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사출 성형성, 열안정성, 신뢰성 등이 우수한 도광판용 방향족 폴리카보네이트 수지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 도광판에 관한 것이다. 상기 도광판은 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 중합체로서, 상기 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 몰비가 1 : 1.02 내지 1.35이고, 중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol이며, 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%인 방향족 폴리카보네이트 수지로부터 사출 성형되는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 도광판은 80℃의 온도 및 90%의 상대습도 조건에서 500 시간 체류 후 측정한 색편차가 0.005 내지 0.020이고, 휘도 최소치와 최대치간의 백분율(휘도 균일도)이 80 내지 95%인 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 도광판은 전면, 상기 전면과 대향하는 배면, 및 상기 전면과 배면을 연결하는 측면을 포함하며, 상기 배면에는 광학 패턴이 형성될 수 있다.
구체예에서, 상기 측면은 광원이 위치하는 제1 측면; 상기 제1 측면과 대향하는 제2 측면; 상기 제1 측면과 제2 측면을 연결하는 제3 측면; 및 상기 제3 측면과 대향하고, 상기 제1 측면과 제2 측면을 연결하는 제4 측면;을 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 ASTM D1238에 의거하여 300℃ 및 1.2 kgf의 조건에서 측정한 용융지수(Melt Index: MI)가 55 내지 165 g/10분일 수 있다.
구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 하기 식 1로 표시되는 황색 지수 변화(ΔYI)가 0.5 내지 3.5일 수 있다:
[식 1]
황색 지수 변화(ΔYI) = YI1 - YI0
상기 식 1에서, YI0는 사출 온도(실린더 온도) 340℃, 금형 온도 70℃에서 통상의 사이클 타임(cycle time)에 따라 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지(도광판)의 황색 지수이고, YI1은 동일한 조건(사출 온도 340℃, 금형 온도 70℃)에서 실린더 내부에 용융된 상태의 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 인위적으로 5분 동안 체류시킨 후 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지(도광판)의 황색 지수이다.
본 발명의 다른 관점은 상기 도광판의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은 방향족 디히드록시 화합물과 디아릴카보네이트를 1 : 1.02 내지 1.35의 몰비로 중합하여, 중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol이고, 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%인 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하고; 그리고 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 사출 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 사출 성형은 320 내지 360℃의 사출 온도(실린더 온도)로 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 가열하여 용융 수지를 제조한 후, 50 내지 90℃의 금형 온도를 갖는 금형의 내부 공간에 상기 용융 수지를 300 내지 800 mm/sec의 사출 속도로 사출하여 성형하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 도광판용 방향족 폴리카보네이트 수지에 관한 것이다. 상기 도광판용 방향족 폴리카보네이트 수지는 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 중합체로서, 상기 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 몰비가 1 : 1.02 내지 1.35이고, 중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol이며, 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%인 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 ASTM D1238에 의거하여 300℃ 및 1.2 kgf의 조건에서 측정한 용융지수(Melt Index: MI)가 55 내지 165 g/10분일 수 있다.
본 발명은 특정 방향족 폴리카보네이트 수지를 적용하여, 사출 성형 시의 황변 현상을 감소시킬 수 있고, 고온 및 고습 조건에서도 내변색성, 색편차, 휘도 품질(휘도 균일도) 등이 우수한 도광판 및 이의 제조방법과 사출 성형성, 열안정성, 신뢰성 등이 우수한 상기 도광판용 방향족 폴리카보네이트 수지를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 종래 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판의 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
본 발명에 따른 도광판은 특정 도광판용 방향족 폴리카보네이트 수지를 사출 성형하여 얻을 수 있다.
본 발명의 도광판용 방향족 폴리카보네이트 수지는 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 중합체로서, 상기 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 몰비(방향족 디히드록시 화합물: 디아릴카보네이트)가 1 : 1.02 내지 1.35, 예를 들면 1.02 내지 1.25일 수 있고, GPC(gel permeation chromatography)로 측정한 중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol, 예를 들면 11,000 내지 17,000 g/mol일 수 있으며, 1H-NMR로 측정한 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%, 예를 들면 10 내지 28 몰%일 수 있다.
상기 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 몰비가 1 : 1.02 미만일 경우, 방향족 폴리카보네이트 수지의 말단 히드록시기의 함량이 증가하여, 사출 성형시 이형성과 열안정성이 저하될 우려가 있고, 1 : 1.35를 초과할 경우, 원료 비율이 비정상적인 상황이 되므로 충분한 분자량의 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하지 못할 우려가 있다.
상기 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량이 10,000 g/mol 미만일 경우, 분자량이 너무 낮아 도광판에 필요한 물성을 구현하지 못할 우려가 있고, 18,000 g/mol을 초과할 경우, 성형성이 저하되어 원하는 형태의 도광판을 얻지 못하거나 성형을 위해 온도를 높일 경우, 황변 현상이 발생할 우려가 있다.
또한, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지의 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 100 몰% 중 5 몰% 미만일 경우, 충분한 분자량의 방향족 폴리카보네이트 수지를 얻지 못할 우려가 있고, 30 몰%를 초과할 경우, 방향족 폴리카보네이트 수지의 이형성과 열안정성이 저하되어 도광판에 적용하기 어려울 수 있다.
구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 방향족 디히드록시 화합물과 디아릴카보네이트를 용융 중합(에스테르 교환 반응)하여 제조할 수 있다.
상기 방향족 디히드록시 화합물로는 방향족 폴리카보네이트 수지 제조에 사용되는 통상의 방향족 디히드록시 화합물을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013119119628-pat00001
상기 화학식 1에서, A는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기, -CO-, -S-, 또는 -SO2-이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
본 발명의 명세서에서, "탄화수소기"는 특별한 언급이 없는 한, 선형, 분지형 또는 환형의 포화 또는 불포화 탄화수소기를 의미하며, 상기 "치환"은 수소 원자가 할로겐기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 할로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 이들의 조합 등의 치환기로 치환된 것을 의미한다.
구체예에서, 상기 A는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C30(탄소수 1 내지 30)의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C5의 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C5의 알킬리덴기, 치환 또는 비치환된 C5-C6의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C6의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C10의 시클로알킬리덴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알콕실렌기, 할로겐산 에스테르기, 탄산에스테르기, -CO-, -S-, 또는 -SO2-이고, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30, 예를 들면 1 내지 10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30, 예를 들면 6 내지 10의 아릴기이다.
상기 방향족 디히드록시 화합물의 예로는 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 4,4'-비페놀, 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판("비스페놀 A")을 사용할 수 있다.
상기 디아릴카보네이트로는 방향족 폴리카보네이트 수지 제조에 사용되는 통상의 디아릴카보네이트를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112013119119628-pat00002
상기 화학식 2에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20, 바람직하게는 6 내지 10의 아릴기이다.
상기 디아릴카보네이트의 예로는 디페닐카보네이트, 디토릴카보네이트, 비스(클로로페닐)카보네이트, m-크레실카보네이트, 디나프틸카보네이트, 비스(디페닐)카보네이트 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로는 디페닐카보네이트를 사용할 수 있다.
구체예에서, 상기 용융 중합은 촉매 존재 하에 수행될 수 있다. 상기 촉매로는 통상의 방향족 폴리카보네이트 수지 용융 중합에 사용되는 촉매를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 알칼리 금속 촉매, 알칼리 토금속 촉매 등이 사용될 수 있다. 상기 알칼리 금속 촉매의 예로는 LiOH, NaOH, KOH 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
구체예에서, 상기 촉매의 사용량은 상기 방향족 디히드록시 화합물에 대하여, 60 내지 30 ppb(몰 기준), 예를 들면 80 내지 150 ppb일 수 있다. 상기 범위에서 잔류 촉매에 의한 황변 현상을 방지할 수 있다.
상기 용융 중합은 250 내지 290℃, 예를 들면 260 내지 280℃의 온도 및 0.1 내지 100 torr, 예를 들면 0.3 내지 50 torr의 압력에서, 예를 들면, 1 내지 10시간 동안 수행할 수 있다. 상기 범위에서 상기 중량평균분자량 범위 및 말단 히드록시기 함량 범위를 갖는 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조할 수 있다.
구체예에서, 상기 중합 시, 산화 방지제, 열안정제, 이형제 등의 통상의 첨가제를 더욱 첨가할 수 있다. 첨가제 사용 시, 사용량은 반응물 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 1 중량부, 예를 들면 0.01 내지 0.1 중량부일 수 있다. 다만, 상기 첨가제는 가급적 소량 사용하는 것이 내변색성 등에 바람직할 수 있다.
이와 같은 제조방법에 따라, 상기 몰비의 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트로부터 중합된 방향족 폴리카보네이트 수지는 방향족 디히드록시기 화합물의 히드록시기(-OH) 및 디아릴카보네이트의 페녹시기 등의 아릴옥시기를 말단기로 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 ASTM D1238에 의거하여 300℃ 및 1.2 kgf의 조건에서 측정한 용융지수(Melt Index: MI)가 55 내지 165 g/10분, 예를 들면 60 내지 150 g/10분일 수 있다. 상기 범위에서 사출 성형성이 우수하며, 장기 신뢰성 평가 시, 색편차가 적고, 휘도 균일도가 우수한 도광판을 제조할 수 있다.
또한, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 하기 식 1로 표시되는 황색 지수 변화(ΔYI)가 0.5 내지 3.5, 예를 들면 1.0 내지 3.0일 수 있다. 상기 범위에서 내변색성이 우수한 도광판을 제조할 수 있다.
[식 1]
황색 지수 변화(ΔYI) = YI1 - YI0
상기 식 1에서, YI0는 사출 온도(실린더 온도) 340℃, 금형 온도 70℃에서 통상의 사이클 타임(cycle time)에 따라, 즉, 별도의 체류 시간 없이, 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지(도광판)의 황색 지수이고, YI1은 동일한 조건(사출 온도 340℃, 금형 온도 70℃)에서 실린더 내부에 용융된 상태의 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 인위적으로 5분 동안 체류시킨 후 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지(도광판)의 황색 지수이다.
본 발명의 도광판은 통상의 도광판 형상을 가질 수 있으며, 예를 들면, 쐐기 형상, 평판 형상 등의 형상을 가질 수 있다. 한 구체예에서는 경사면 또는 평면 상에 적어도 1개 이상의 요철 패턴(프리즘 형상, 원주 형상 등의 패턴)이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 요철 패턴은 사출 성형 시, 금형의 일부 표면에 형성된 요철부를 전사하는 것에 의해 부여될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판의 개략적인 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도광판은 전면(110), 상기 전면과 대향하는 배면(120), 및 상기 전면(110)과 배면(120)을 연결하는 측면(130)을 포함하며, 상기 배면(120)에는 광학 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 전면(110)은 디스플레이 장치의 패널(LCD 패널 등)과 대향할 수 있으며, 측면 광원으로부터 빛을 패널 쪽으로 출사하여 디스플레이가 표시되도록 할 수 있다.
상기 배면(120)은 상기 전면(110)과 대향하고, 측면 광원으로부터의 빛 중 일부를 상기 전면(110)으로 다시 반사시켜 광효율을 높일 수 있다. 상기 배면(120)에 광학 패턴이 형성되어 있을 경우, 광학 패턴은 광원의 빛이 광학 패턴을 거치면서 전반사되어 전면(110)을 통해 패널 쪽으로 출사되도록 함으로써, 도광판의 광 효율을 높일 수 있다.
상기 광학 패턴은 측면 광원으로부터 빛을 반사시킬 수 있다면, 음각, 양각 또는 이들의 혼합 형상에 제한되지 않고, 밀집도, 이격 거리 등에 특별한 제한 없이 랜덤하게 형성될 수 있다. 또한, 광학 패턴은 원뿔, 프리즘 바 등의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 광학 패턴의 높이는 6 내지 30 ㎛일 수 있고, 폭 또는 직경이 10 내지 35 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 측면(130)은 광원이 위치하는 제1 측면(132)과 상기 제1 측면과 대향하는 제2 측면(134), 상기 제1 측면(132)과 제2 측면(134)을 연결하는 제3 측면(136), 및 상기 제3 측면(136)과 대향하고, 상기 제1 측면(132)과 제2 측면(134)을 연결하는 제4 측면(138)을 포함할 수 있다.
상기 도광판은 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 측면의 높이가 제2 측면의 높이보다 긴 경사면(배면)을 가질 수 있고, 평판 형상일 수도 있다. 예를 들면 경사면을 갖는 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 도광판의 평균 두께는 0.3 내지 0.7 mm, 예를 들면 0.35 내지 0.50 mm일 수 있다. 상기 범위에서 박막형 휴대용 디스플레이 장치를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 도광판 제조방법은 상기와 같이 방향족 폴리카보네이트 수지를 용융 중합하고, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 사출 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 사출 성형은 320 내지 360℃, 예를 들면 330 내지 350℃ 의 사출 온도(실린더 온도)로 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 가열하여 용융 수지를 제조한 후, 50 내지 90℃, 예를 들면 60 내지 80℃의 금형 온도를 갖는 금형의 내부 공간(cavity)에 상기 용융 수지를 300 내지 800 mm/sec, 예를 들면 500 내지 700 mm/sec의 사출 속도로 사출하여 성형하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 색편차가 적고, 내변색성, 휘도 품질(휘도 균일도) 등이 우수한 도광판을 얻을 수 있다.
상기 사출 성형 시, 예를 들면, 일반의 강재 금형을 사용하는 방법, 저열도전성 재료(세라믹, 폴리이미드 등의 수지 등)를 금형의 일부로 사용한 단열 금형을 사용하는 방법, 금형 표면을 선택적으로 급가열, 급냉각하는 방법 등이 사용된다. 구체적으로는 지르코니아 세라믹을 사용한 단열금형을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 단열 금형을 사용할 경우, 금형 내부 공간의 용융 수지의 급냉에 의한 고화층의 형성을 회피할 수 있고, 금형의 두께가 매우 얇은 경우에서도 일반적인 강재 금형 등에 비하여 내부 공간을 방향족 폴리카보네이트 수지로 충전하는 것이 용이하여, 미세한 요철 패턴의 전사성이 우수한 도광판의 제조에 더욱 적합할 수 있다.
본 발명의 도광판은 80℃의 온도 및 90%의 상대습도 조건에서 500 시간 체류 후 측정한 색편차가 0.005 내지 0.020, 예를 들면 0.010 내지 0.020일 수 있고, 휘도 최소치와 최대치간의 백분율(휘도 균일도)이 80 내지 95%, 예를 들면 82 내지 92%일 수 있다. 도광판의 색편차가 크게 발생하거나, 휘도 균일도가 낮을 경우, 디스플레이의 위치에 따라 색감이 다르게 나타날 수 있으며, 이는 고객의 불만으로 이어질 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
제조예 1: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판("비스페놀 A", BPA), 디페닐카보네이트(DPC), 및 촉매로서 KOH 150 ppb(비스페놀 A 몰 기준)를 반응기에 차례로 첨가한 후, 질소를 사용하여 반응기 내의 산소를 제거하였다. 반응기의 온도를 160℃로 올리고, 190℃까지 다시 승온시켜 6시간 동안 반응시켰다. 6시간 후, 반응기의 온도를 210℃까지 다시 승온시키고, 100 torr의 압력에서 1시간 동안 유지하였다. 이후, 반응기의 온도를 260℃로 승온시키고 20 torr의 압력에서 1시간 동안 유지한 후, 압력을 0.5 torr까지 낮춰 1시간 동안 유지하여 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조예 2: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 디페닐카보네이트의 함량을 조절한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조예 3: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 디페닐카보네이트의 함량을 조절한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조예 4: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 디페닐카보네이트의 함량을 조절한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조예 5: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 디페닐카보네이트의 함량을 조절한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조예 6: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 디페닐카보네이트의 함량을 조절한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조예 7: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 디페닐카보네이트의 함량을 조절한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조예 8: 방향족 폴리카보네이트 수지의 제조
하기 표 1의 함량비(몰비)에 따라, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 디페닐카보네이트의 함량을 조절한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하였다(수율: 99.9%). 제조된 방향족 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량, 용융지수(MI), 스파이럴 플로우(spiral flow)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 중량평균분자량(단위: g/mol): GPC(gel permeation chromatography)를 사용하여 측정하였다.
(2) 용융지수(Melt Index: MI, 단위: g/10분): ASTM D1238에 의거하여 300℃ 및 1.2 kgf의 조건에서 평가하였다.
(3) 말단 히드록시기(OH) 함량(단위: 몰%): 1H-NMR 스펙트럼 결과를 통해 말단 구조 중 히드록시기 프로톤과 페닐기 프로톤의 면적 비율을 통해 계산하였다.
(4) 스파이럴 플로우(spiral flow, 단위: cm): 6 oz 사출 성형기로 사출 온도 320℃, 금형 온도 60℃의 일정한 조건에서 두께 2mm인 스파이럴(spiral) 형태의 금형에 사출 성형하여 성형품 시편의 길이를 측정하였다. 스파이럴 플로우가 길수록 사출 성형성이 우수하다고 판단하였다.
(5) 이형성(단위: N): 200 ml 종이 컵 크기의 컵 모양 금형을 이용하여, 6 oz 사출 성형기로 사출 온도 320℃, 금형 온도 60℃의 일정한 조건으로 사출 성형하여 성형품 시편을 제조할 때, 금형 코어로부터 시편이 분리되는 순간 이젝트-핀(eject-pin)에 걸리는 힘을 측정하였다. 이젝트-핀에 걸리는 힘이 작을수록 이형성이 우수하다고 판단하였다.
제조예
1 2 3 4 5 6 7 8
몰비(DPC/BPA) 1.02 1.15 1.10 1.15 1.22 1.01 1.10 1.27
중량평균분자량 (g/mol) 16,800 16,900 15,200 13,100 11,900 16,800 18,200 19,400
말단 OH 함량 (%) 27 15 20 15 11 33 20 8
용융지수 (g/10분) 62 62 80 110 145 62 50 42
Spiral flow (cm) 25 25 30 37 45 25 19 15
이형성 (N) 230 220 210 202 185 280 250 220
실시예 1
상기 제조예 1에서 제조한 방향족 폴리카보네이트 수지를 전면 대각선 길이가 5 인치(inch)이고, 평균 두께가 0.4 mm인 박막 금형을 포함하는 130톤 사출 성형기(제조사: Toyo Machinery and Metal Co., Ltd.)를 이용하여 사출 온도 340℃ 금형 온도 70℃, 사출 속도 500 mm/sec, 사이클 타임 13초의 조건으로 사출 성형하여 도광판을 제조하였다. 제조된 도광판을 포함하는 BLU(back light unit)를 조립하고, 하기의 방법으로 물성을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 2 내지 5
상기 제조예 1의 방향족 폴리카보네이트 수지 대신에 각각 제조예 2 내지 5의 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하였다. 제조된 도광판을 포함하는 BLU(back light unit)를 조립하고, 하기의 방법으로 물성을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 1 내지 3
상기 제조예 1의 방향족 폴리카보네이트 수지 대신에 각각 제조예 6 내지 8의 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하였다. 제조된 도광판을 포함하는 BLU(back light unit)를 조립하고, 하기의 방법으로 물성을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 사출 성형 시 황색도 변화(ΔYI): 도광판 제조시 사출 온도(실린더 온도) 340℃, 금형 온도 70℃에서 실린더 내부에 용융된 상태의 방향족 폴리카보네이트 수지를 인위적으로 5분 동안 체류시킨 후 사출 성형하여 도광판 시편을 제조하고, 하기 식 1에 따라 사출 성형 시 황색도 변화를 측정하였다.
[식 1]
황색 지수 변화(ΔYI) = YI1 - YI0
상기 식 1에서, YI0는 사출 온도(실린더 온도) 340℃, 금형 온도 70℃에서 통상의 사이클 타임(즉, 별도의 체류 시간 없이, 본 평가에서는 13초)에 따라 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지(도광판)의 황색 지수이고, YI1은 동일한 조건(사출 온도 340℃, 금형 온도 70℃)에서 실린더 내부에 용융된 상태의 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 인위적으로 5분 동안 체류시킨 후 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지(도광판)의 황색 지수이다.
(2) 색편차(Δy) 및 휘도(단위: cd) 측정: 상기 실시예 및 비교예의 BLU를 실온에서 1일 보관한 후, CIE 색도도(Chromaticity diagram) 방식을 이용하여, BLU의 도광판에 대한 임의의 9개 부위의 색좌표(x, y) 값 및 휘도를 15V 전압에서 색채 휘도계(제조사: Topcon, 모델명: BM-7 fast)로 측정하였다. 또한, 측정한 색좌표 중 y 좌표 값의 최대치와 최소치의 차이(Δy)를 산출하였다.
(3) 장기 신뢰성 평가: 상기 실시예 및 비교예의 BLU를 항온, 항습 장비를 사용하여, 80℃의 온도 및 90%의 상대습도 조건에서 500 시간 체류시킨 후, 상기와 같이, 색편차 및 휘도를 측정 및 산출하였고, 측정한 휘도의 최소치와 최대치간의 백분율(휘도 균일도(단위: %))을 산출하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3
사용한 방향족
폴리카보네이트 수지		 제조예
1 2 3 4 5 6 7 8
사출 성형 시 황색 지수 변화 (ΔYI) 3.0 1.4 2.2 1.5 1.0 4.0 2.0 0.8
도광판
사출		 색편차 (△y) 0.020 0.015 0.017 0.012 0.010 0.025 0.028 0.030
휘도 (cd) 5,500 5,850 6,080 6,270 6,550 5,490 5,070 4,580
장기 신뢰성 평가 색편차 (△y) 0.018 0.014 0.016 0.012 0.010 0.028 0.030 0.035
휘도 (cd) 5,350 5,800 6,010 6,130 6,380 4.880 4,250 3.530
휘도 균일도(%) 83.5 85.5 87.2 90.7 91.5 81.1 78.5 77.7
상기 결과로부터, 본 발명에 따른 중량평균분자량, 말단 히드록시기 함량 등의 범위를 갖는 방향족 폴리카보네이트 수지(제조예 1 내지 5)를 사용한 도광판(실시예 1 내지 5)은 사출 성형 시, 이형성, 사출 성형성 등이 우수하고, 황색 지수 변화가 3 이하로 크지 않으며, 낮은 색편차 및 높은 휘도를 나타냄을 알 수 있다. 이로 인해, 고온, 고습 조건에서의 장기 신뢰성 평가에서도 색편차가 동일하거나 감소하며, 높은 휘도를 유지하고, 휘도 균일도도 매우 우수함을 알 수 있다.
반면, 비교예 1 내지 3의 경우, 색편차가 크게 발생하고 휘도가 상대적으로 낮은 것으로 나타났으며, 특히, 비교예 1은 황색 지수 변화가 커 사출 성형 조건 변경에 따른 불량 발생 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한, 비교예 1 내지 3은 장기 신뢰성 평가 후, 휘도 및 휘도 균일도가 크게 저하됨을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (10)

  1. 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 중합체로서, 상기 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 몰비가 1 : 1.02 내지 1.35이고, 중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol이고, 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%이며, ASTM D1238에 의거하여 300℃ 및 1.2 kgf의 조건에서 측정한 용융지수(Melt Index: MI)가 55 내지 165 g/10분인 방향족 폴리카보네이트 수지로부터 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도광판은 80℃의 온도 및 90%의 상대습도 조건에서 500 시간 체류 후 측정한 색편차가 0.005 내지 0.020이고, 휘도 최소치와 최대치간의 백분율(휘도 균일도)이 80 내지 95%인 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도광판은 전면, 상기 전면과 대향하는 배면, 및 상기 전면과 배면을 연결하는 측면을 포함하며, 상기 배면에는 광학 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 측면은 광원이 위치하는 제1 측면; 상기 제1 측면과 대향하는 제2 측면; 상기 제1 측면과 제2 측면을 연결하는 제3 측면; 및 상기 제3 측면과 대향하고, 상기 제1 측면과 제2 측면을 연결하는 제4 측면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 하기 식 1로 표시되는 황색 지수 변화(ΔYI)가 0.5 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 도광판:
    [식 1]
    황색 지수 변화(ΔYI) = YI1 - YI0
    상기 식 1에서, YI0는 사출 온도(실린더 온도) 340℃, 금형 온도 70℃에서 통상의 사이클 타임에 따라 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지의 황색 지수이고, YI1은 사출 온도(실린더 온도) 340℃, 금형 온도 70℃에서 실린더 내부에 용융된 상태의 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 인위적으로 5분 동안 체류시킨 후 사출 성형한 방향족 폴리카보네이트 수지(도광판)의 황색 지수이다.
  7. 방향족 디히드록시 화합물과 디아릴카보네이트를 1 : 1.02 내지 1.35의 몰비로 중합하여, 중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol이고, 말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%이며, ASTM D1238에 의거하여 300℃ 및 1.2 kgf의 조건에서 측정한 용융지수(Melt Index: MI)가 55 내지 165 g/10분인 방향족 폴리카보네이트 수지를 제조하고; 그리고
    상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 사출 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 사출 성형은 320 내지 360℃의 사출 온도(실린더 온도)로 상기 방향족 폴리카보네이트 수지를 가열하여 용융 수지를 제조한 후, 50 내지 90℃의 금형 온도를 갖는 금형의 내부 공간에 상기 용융 수지를 300 내지 800 mm/sec의 사출 속도로 사출하여 성형하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조방법.
  9. 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 중합체로서,
    상기 방향족 디히드록시 화합물 및 디아릴카보네이트의 몰비가 1 : 1.02 내지 1.35이고,
    중량평균분자량이 10,000 내지 18,000 g/mol이고,
    말단 히드록시기 함량이 전체 말단기 중 5 내지 30 몰%이며,
    ASTM D1238에 의거하여 300℃ 및 1.2 kgf의 조건에서 측정한 용융지수(Melt Index: MI)가 55 내지 165 g/10분인 것을 특징으로 하는 도광판용 방향족 폴리카보네이트 수지.
  10. 삭제
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