KR101952833B1 - 차폐성이 향상된 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판 - Google Patents

차폐성이 향상된 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 폴리스티렌 수지 85~90 중량%; 및 b) 캐리어인 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여 폴리메틸메타크릴레이트 비드 10~15 중량부 및 실리콘 비드 0.1~1.5 중량부를 함유하는 광확산제 마스터배치 10~15 중량%;를 포함하는 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판을 제공한다.
본 발명에 따른 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 종래 광확산제로 다량의 실리콘 비드를 사용함에 따른 휘도와 차폐성의 트레이드-오프 관계를 해결하여 휘도 및 차폐성을 동시에 향상시키고, 아울러 광확산판을 간단한 단일층 구조로 설계함으로써 생산원가도 절감할 수 있으므로, 차세대 근거리 무선 통신(Li-Fi), 다양한 디스플레이 및 조명기구 등에도 적용이 가능하다.

Description

차폐성이 향상된 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판 {Polystyrene-based high-luminance light diffusing monolayer sheet having improved light-shielding effect}
본 발명은 차폐성이 향상된 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 광확산제로 많이 사용하던 실리콘 비드의 함량을 크게 줄이면서도 폴리메틸메타크릴레이트 비드계 고휘도 마스터배치를 포함함으로써 차폐성과 휘도를 동시에 향상시킨 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판을 제공하는 것이다.
광확산판은 점 또는 선광원을 균일한 면광원으로 나타나게 하는 쉬트 형태의 것으로서, 디스플레이용 직하형 백라이트 유닛(BLU), 간판, 조명기구, 자동차 방향지시등의 보호 커버 및 표시 판넬과 같은 광학용으로 사용되고 있어 일반적으로 우수한 광투과도와 광확산도가 요구된다. 이들 중 디스플레이용 직하형 BLU의 광확산판은 직하형 BLU에서 광확산판 하부에 위치한 일정한 간격을 갖는 일련의 램프로부터 빛을 받아 들여 상부에 위치한 디스플레이에 균일한 면광원을 제공하는 광확산성을 구비한 쉬트 형태의 플라스틱 제품으로서 전체 디스플레이 장치의 성능과 품질에 지대한 영향을 주며 백라이트 장치의 효율성 및 제조단가, 두께는 사용되는 광확산판에 의해 크게 좌우된다. 특히, 액정디스플레이(LCD) 또는 발광다이오드(LED) TV 등의 디스플레이용 직하형 BLU에 적용되는 광확산판은 BLU의 광원을 가리는 우수한 차폐력 및 높은 휘도가 요구된다.
본 특허출원의 발명자는 이미 폴리스티렌 수지 또는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 수지를 주재로 하여 종래 광확산판에 비해 두께는 얇아지고 휘도율은 증가하는 다층 구조의 광확산판을 개발하여 특허로 등록한 바 있다. 그런데 이러한 다층 구조의 광확산판은 다층 구조를 구현하기 위하여 각 층에 상이한 성분의 수지를 사용하여야 하고, 기재층 또는 코어층 위에 상층 및 하층의 적층 공정이 수반되어야 하므로 생산원가 상승의 단점이 있었다.
한편, 종래 광확산제로 많이 사용하던 실리콘 비드는 광확산판 내에 그 함량이 많아지면 광확산판의 차폐성은 높아지는 반면, 휘도가 떨어지는 단점이 있는바, 이러한 휘도와 차폐성 사이의 트레이드-오프 관계를 해결하는 것이 광확산판의 상용화에 중요한 지표가 된다.
그러므로 본 발명자는 종래 폴리스티렌계 광확산판의 광확산제로 많이 사용하던 실리콘 비드의 함량을 크게 줄여 높은 휘도를 확보하고, 동시에 차폐성 향상을 위하여 고휘도 마스터배치를 포함함으로써 단일층 구조의 폴리스티렌계 광확산판을 제조할 수 있으면, 휘도와 차폐성의 트레이드-오프 관계를 해결한, 휘도 및 차폐성이 모두 향상된 광확산판을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 광확산판을 간단한 단일층 구조로 제조함으로써 생산원가의 절감에도 기여할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
특허문헌 1. 한국등록특허공보 제10-1170776호
특허문헌 2. 일본공개특허공보 평6-123802호
특허문헌 3. 한국공개특허공보 제10-2005-0108485호
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 광확산제로 다량의 실리콘 비드를 사용함에 따른 휘도와 차폐성의 트레이드-오프 관계를 해결하여 휘도 및 차폐성을 동시에 향상시키고, 아울러 광확산판을 간단한 단일층 구조로 설계함으로써 생산원가도 절감한 폴리스티렌계 광확산판을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 a) 폴리스티렌 수지 85~90 중량%; 및 b) 캐리어인 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여 폴리메틸메타크릴레이트 비드 10~15 중량부 및 실리콘 비드 0.1~1.5 중량부를 함유하는 광확산제 마스터배치 10~15 중량%;를 포함하는 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판을 제공한다.
상기 폴리메틸메타크릴레이트 비드 및 실리콘 비드는 평균 입경이 1∼10 μm인 것을 특징으로 한다.
상기 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 광 안정화제, 형광증백제, 자외선 흡수제, 산화방지제, 대전방지제, 난연제, 윤활제 및 안료로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 표면에 10~20 μm 크기의 엠보싱이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 그 두께가 1.0~2.0 mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 종래 광확산제로 다량의 실리콘 비드를 사용함에 따른 휘도와 차폐성의 트레이드-오프 관계를 해결하여 휘도 및 차폐성을 동시에 향상시키고, 아울러 광확산판을 간단한 단일층 구조로 설계함으로써 생산원가도 절감할 수 있으므로, 차세대 근거리 무선 통신(Li-Fi), 다양한 디스플레이 및 조명기구 등에도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판.
이하에서는 본 발명에 따른 차폐성이 향상된 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 a) 폴리스티렌 수지 85~90 중량%; 및 b) 캐리어인 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여 폴리메틸메타크릴레이트 비드 10~15 중량부 및 실리콘 비드 0.1~1.5 중량부를 함유하는 광확산제 마스터배치 10~15 중량%;를 포함하는 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판을 제공한다.
먼저, 폴리스티렌 수지로서는 광학용으로 적합하고 가격이 저렴한 범용성 폴리스티렌(GPPS) 수지를 단독으로 사용하나, 충격강도를 개선할 수 있는 임팩트 폴리스티렌 수지를 적절히 배합하여 사용하여도 무방하다.
본 발명에 따른 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 상기 폴리스티렌 수지에 광확산제 마스터배치를 혼합하여 시트 압출기를 이용하는 간단한 공정으로 제조되는 것인바, 상기 광확산제 마스터배치는 캐리어 수지인 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여 폴리메틸메타크릴레이트 비드 10~15 중량부 및 실리콘 비드 0.1~1.5 중량부를 함유하여 펠렛 형태로 성형하며, 이렇게 성형한 광확산제 마스터배치의 혼합으로 인하여 광확산판의 휘도 및 차폐성이 동시에 향상된다.
즉, 본 발명에서는 종래 광확산제로서 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자 등의 무기계 입자, 또는 아크릴계 가교입자, 실리콘계 가교입자, 스티렌계 가교입자 등의 유기계 입자를 다량으로 사용함으로써 휘도는 향상되지만 차폐성이 크게 떨어지는 휘도와 차폐성의 트레이드-오프 문제를 해결한 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 광확산제로서 실리콘 성분과 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 성분을 병용하되, 이 2개의 성분을 비드 형태로 하여 캐리어인 폴리스티렌 수지에 배합한 마스터배치로 성형한다. 특히, 실리콘 비드의 함량을 크게 줄여 차폐성을 높이는 동시에, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 비드의 함량을 조절함으로써 광확산판의 휘도 및 차폐성을 동시에 향상시킨 것이다.
이때, 상기 광확산제 마스터배치는 광확산판 총량 대비 10~15 중량%를 혼합하는바, 광확산제 마스터배치의 함량이 10 중량% 미만이면 광확산 효과가 미미하며, 15 중량%를 초과하면 광확산 효과는 향상되는 반면, 휘도가 저하되므로 광확산제 마스터배치는 광확산판을 구성하는 폴리스티렌 수지 85~90 중량%와 함께 상기 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 비드 및 실리콘 비드는 평균 입경이 1∼10 μm인 것이 바람직한바, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 비드 및 실리콘 비드의 평균 입경이 1 μm미만이면 광확산판의 황변현상이 발생할 우려가 있고, 10 μm를 초과하면 비드의 크기가 너무 커서 폴리스티렌 수지와의 분산성 및 혼화성이 떨어져 광확산 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 본 발명에 따른 상기 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 광 안정화제, 형광증백제, 자외선 흡수제, 산화방지제, 대전방지제, 난연제, 윤활제 및 안료로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더욱 포함할 수도 있다.
상기 광 안정화제는 광확산판의 자외선에 의한 내광성을 더욱 향상시키기 위한 것으로, 힌더드 아민계 광 안정화제(hindered amine light stabilizer : Hals)를 바림직하게 사용할 수 있고, 힌더드 아민계 광 안정화제로서는 2,2,6,6-테트라알킬 피페리딘 유도체이면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있으며, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바세이트를 더욱 바람직하게 사용한다. 이러한 힌더드 아민계 광 안정화제는 광확산판 총량 대비 0.05~0.2 중량%를 함유할 수 있다.
또한, 상기 형광증백제는 일반적으로 360~380 nm 파장 범위의 자외선을 흡수하여 보다 파장이 긴 청색-보라색 가시광을 재방사할 수 있는 것으로 광확산판에 광택을 부여하는 기능을 갖는다.
형광증백제로서는 트리아진계, 벤즈옥사졸계, 쿠마린계, 이미다졸계, 피라졸린계, 스틸벤계 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 사용하며, 벤즈옥사졸계 화합물로서 2,2'-(1,2-에텐디일디-4, 1-페닐렌)비스벤즈옥사졸을 더욱 바람직하게 사용한다. 이러한 형광증백제는 광확산판 총량 대비 0.01~0.05 중량%를 함유할 수 있다.
또한, 태양광 또는 기타 광원으로부터 방출되는 자외선 즉, 파장 280~400 nm의 빛은 폴리스티렌 수지와 같은 열가소성 수지를 열화시켜 황변 현상을 일으킴으로써 광학적, 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 상기 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 자외선 흡수제를 함유할 수도 있는바, 광확산판에 내광성을 부여하고 자외선 흡수제의 가시광선 흡수에 의하여 야기되는 착색을 충분히 억제할 수 있다.
자외선 흡수제로서는 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 살리실레이트계, 벤조에이트계, 니켈 착염계, 옥살아닐리드계, 시아노아크릴레이트계, 말론산 에스테르계, 신남산 에스테르계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을사용하며, 벤조트리아졸계 화합물로서 2-(2'-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 자외선 흡수제는 광확산판 총량 대비 0.05~0.2 중량%를 함유할 수 있다.
아울러 상술한 첨가제 이외에 필요에 따라 산화방지제, 대전방지제, 난연제, 윤활제 또는 안료와 같은 기능성 첨가제를 더욱 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 간단한 압출성형에 의하여 광확산판을 단일층 구조로 제조함으로써 종래 다층 구조의 광확산판에 비하여 생산원가를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 게다가 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 표면에 엠보싱이 형성될 수도 있다. 엠보싱 패턴은 램프로부터 입사되는 빛을 균일하게 산란시켜 주고, 램프의 휘선이 보이지 않게 하는 역할을 수행한다. 즉, 램프로부터 직접 입사된 빛이 엠보싱 패턴을 통해 일정한 방향이 아닌 여러 방향으로 산란 및 확산됨으로써 광투과율 및 광확산성을 증가시키고 전체적인 휘도를 더욱 증가시킬 수 있다. 이러한 엠보싱 패턴의 크기는 광확산판과 램프의 거리, 램프의 밝기, 램프의 수, 램프의 배치 등에 따라 조절 가능한 것이나, 10~20 μm인 것이 광투과율 및 광확산성을 더욱 증가시킬 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 그 두께가 1.0~2.0 mm인 것이 우수한 기계적 물성과 함께 광학적 특성을 나타내면서도 양산공정을 통한 제품으로서의 경제성을 갖는다.
이하 구체적인 실시예 및 비교예를 상세히 설명한다.
(실시예 1)
범용성 폴리스티렌 수지 89.0kg에 광확산제 마스터배치 11.0kg(폴리스티렌 수지 89 중량%에 평균 입경이 2 μm인 PMMA 비드 10 중량% 및 실리콘 비드 1 중량%를 배합하여 성형한 것)을 첨가하여 고속 교반기로 혼합한 후, 압출기를 이용하여 펠렛 형태의 원료 수지를 얻었다. 상기 펠렛 형태의 원료 수지를 건조시킨 다음 시트 압출기를 이용하여 표면에 11 μm 크기의 엠보싱이 형성된 1.5 mm 두께의 단일층 광확산판을 제조하였다.
(실시예 2)
범용성 폴리스티렌 수지 89.70kg에 광확산제 마스터배치 10.3kg(폴리스티렌 수지 89.7 중량%에 평균 입경이 2 μm인 PMMA 비드 10 중량% 및 실리콘 비드 0.3 중량%를 배합하여 성형한 것)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광확산판을 제조하였다.
(실시예 3)
힌더드 아민계 광안정화제로서 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바세이트 0.1kg을 추가로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광확산판을 제조하였다.
(시험예)
상기 실시예 1 내지 3으로부터 제조된 광확산판 및 비교예 1, 2[비교예 1, 2는 각각 ㈜세원정공에서 상용화된 DSE-60L(실리콘 비드 함량 0.6 중량%) 및 DSE-70L(실리콘 비드 함량 0.4 중량%) 폴리스티렌계 광확산판]의 광학적 물성을 아래 방법에 의하여 측정하였다.
(1) 전광선 투과율 및 광확산도(haze)는 ASTM D1003 방법에 따라 헤이즈미터를 이용하여 측정하였다.
(2) 내광성은 ATLAS-UVCON을 이용하여 60℃에서 72시간 동안 자외선을 조사한 후, YI(Yellow Index) 변화량(△)을 측정하였다.
(3) 휘도는 휘도계를 이용하여 단위면적당 나오는 빛의 밝기(cd/m2)로 계산하였다.
구분 헤이즈
(%)		 전광선투과율
(%)		 휘도
(cd/m2)		 차폐성 △YI 색좌표
x y
실시예 1 96.13 73.39 5,468 우수 1.2 0.3031 0.3301
실시예 2 96.05 79.80 5,689 양호 1.3 0.3025 0.3293
실시예 3 96.10 73.25 5,460 우수 1.0 0.3032 0.3302
비교예 1 96.83 62.10 5,018 양호 2.2 0.3039 0.3315
비교예 2 96.70 71.03 5,113 양호 2.0 0.3024 0.3301
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3으로부터 제조된 광확산판은 비교예 1, 2의 광확산판에 비하여 차폐성이 동등하거나 그 이상이면서도, 동시에 전광선투과율 및 휘도가 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. 아울러 실시예 3으로부터 제조된 광확산판은 힌더드 아민계 광 안정화제를 추가로 포함함으로써 내광성이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.
그러므로 본 발명에 따른 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판은 종래 광확산제로 다량의 실리콘 비드를 사용함에 따른 휘도와 차폐성의 트레이드-오프 관계를 해결하여 휘도 및 차폐성을 동시에 향상시키고, 아울러 광확산판을 간단한 단일층 구조로 설계함으로써 생산원가도 절감할 수 있으므로, 차세대 근거리 무선 통신(Li-Fi), 다양한 디스플레이 및 조명기구 등에도 적용이 가능하다.

Claims (5)

  1. a) 폴리스티렌 수지 85~90 중량%; 및
    b) 캐리어인 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여 평균 입경이 1∼10 μm인폴리메틸메타크릴레이트 비드 10~15 중량부 및 실리콘 비드 0.1~1.5 중량부를 함유하는 광확산제 마스터배치 10~15 중량%;를 포함하는 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 광확산판은 광 안정화제, 형광증백제, 자외선 흡수제, 산화방지제, 대전방지제, 난연제, 윤활제 및 안료로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광확산판은 표면에 10~20 μm 크기의 엠보싱이 형성된 것을 특징으로 하는 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광확산판은 그 두께가 1.0~2.0 mm인 것을 특징으로 하는 단일층 구조의 폴리스티렌계 고휘도 광확산판.
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