RESIN COMPOSITION FOR INJECTION COMPRISING LOW BIREFRINGENCE POLYMER BLEND, AND FRONT PANEL PREPARED USING SAME

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저복굴절성 고분자 블렌드를포함하는 사출용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 보더리스 TV용 전면 패널에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 TV용 전면 패널이 디스플레이 장치에 적용된 것을 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, LCD TV용 액정 모듈(110)과, 액정 모듈(110)을 감싸는 캐비닛(140)이 구비된다.

다음으로, 캐비닛(140)의 상부에는 본 발명에 따른 사출용 수지 조성물을 이용하여 제조한 전면 패널(150)이 장착되어, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(100)를 나타낸다. 이때, 액정 모듈(110)의 상부 및 하부에는 디스플레이용 편광판(120,130) 들이 더 구비될 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(100)는 LCD TV 구조를 대표적으로도시하였으나, LED 백라이트를 포함하는 LED TV, 3D용 디스플레이 액정 모듈을 포함하는 3D TV 및 PDP 장치들에도 모두 적용될 수 있다.

이때, 기존의 3D TV들의 경우 사출 성형물인 전면 패널(150)에 복굴절이 있을 경우 상이 두 개로 보이거나, 입체감이 떨어지고, 어지럼 증을 유발시키는 문제가 있다.

따라서, 전면 패널을 유리로 이용할 수 밖에 없었으나, 본 발명에 따른 수지조성물을 이용할 경우 복굴절을 최소화 할 수 있으므로, 3D TV에도 용이하게 적용할 수 있다.

또한, 보더리스 TV와 같은 디스플레이 장치의 전면에 유리 패널을 이용할 경우 패널의 무게가 무거워서, 별도의 프레임 장치 없이 전면에 고정시키기 어려운 문제가 발생되어, 완전한 보더리스 TV 적용을 위해서는 플라스틱으로 된 시트를 이용하여야 하는 문제가 있다.

이때, 통상적인 사출 제품의 경우, 잔류응력과 사출시의 배향으로 인해서 복굴절이 발생을 하므로, 복굴절을 최소화 하기 위해서, 폴리카보네이트(PC)와 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 적용한 사출 압축 성형 방법이 이용되고 있으며, 가공시간을 최대한 천천히 진행하는 방법이 행해지고 있다.

그러나, 성형 방법이나 가공시간을 증대하여도, 복굴절을 최소화하는 데에는그 한계가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 수지 조성물을 이용할 경우 상기와 같은 성형 방법이나 가공시간 등의 조건에 구속 받지 않고 복굴절률을 최소화하여, 보더리스 TV 또는 3D TV에도 용이하게 적용할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 사출용 수지 조성물의 성분 및 그 첨가 범위에 대해서 상세히 설명하는 것으로 한다.

먼저 본 발명에 따른 사출용 수지 조성물은 고분자 블렌드 100 중량부에 대하여, 유동화제 2 ~ 10 중량부가 첨가되어 있다. 이때, 상기 고분자 블렌드는 폴리카보네이트 수지 80 ~ 90 중량% 및 음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지 10 ~ 20 중량%로 이루어진 것을 이용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 조성물 배합의 원리는 가공 단계가 아닌, 수지 조성물 원료 단계에서부터 복굴절성을 작게 하는 방법으로서, 서로 반대인 양/음 부호의 복굴절성을 갖는 조성물을 혼합하여, 서로의 복굴절성을 상쇄하는 것이다.

여기서, 복굴절성의 양/음은 고분자 주쇄 방향의 분극율과 고분자 측쇄 방향의 분극율의 차로 결정된다. 예를 들면, 고분자 주쇄 방향의 분극율이 고분자 측쇄방향의 분극율보다 커지는 비스페놀 A로 이루어지는 폴리카보네이트 수지는 양의 복굴절이 되고, 고분자 측쇄 방향의 분극율이 커지는 플루오렌 구조를 갖는 비스페놀로 이루어지는 폴리카보네이트 수지는 음의 복굴절성이 된다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 다른 부호의 복굴절을 갖는 재료 조성물의 구성 비율을 조절한 고분자 블렌드 수지에, 유동화제, 광학보상첨가제 등을 이용하여복굴절을 최소화시키는 사출용 수지 조성물을 제공한다.

폴리카보네이트

상기한 바와 같이, 폴리카보네이트 수지는 양의 복굴절성을 갖는 비스페놀A로 이루어진 것을 이용하되, 트리메틸시클로헥실기를 갖는 비스페놀A(trimethylcycloheqd-bisphenol-A), 3,3,3’,3’-테트라메틸-1(3,3,3’,3’-tetramethyl-1),l-spiro-biindane 및 플로렌비 비스페놀A(fluorene-bisphenol-A) 중 하나 이상과 공중합 된 것을 이용할 수 있다.

또한, 폴리카보네이트의 멜트인덱스(MI)는 300℃에서 50 ~ 60g/10분인 것을이용하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상술한 특성을 갖는 본 발명의 폴리카보네이트는 고분자 블렌드 수지 중 80 ~90 중량%의 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

폴리카보네이트의 함량이 80 중량% 미만일 경우에는 전면 패널로서 원하는 강도를 얻을 수 없다.

그리고, 반대로 폴리카보네이트의 함량이 90 중량%를 초과하는 경우에는 양의 복굴절성이 지나치게 강해서 음의 복굴절성을 갖는 수지 조성물을 이용하여, 복굴절성을 상쇄시키는 과정이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있다.

또한, 폴리카보네이트의 멜트인덱스가 300℃에서 50g/10분 미만일 경우에는유동성이 떨어지고, 사출시에 잔류응력과 배향으로 인해서 복굴절이 너무 큰 문제가 있어서 사출 압축 성형을 하여도 복굴절이 크게 남아있다.

그리고, 반대로 폴리카보네이트의 멜트인덱스의 한계 값은 특별히 제한된 사항은 없으나, 60g/10분, 300℃ 이하의 범위에서 강도와 내충격이 우수하면서도 복굴절성이 낮은 사출 성형물을 얻을 수 있었다.

음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지

다음으로, 상기 음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지는 폴리스타이렌(PS) 및 디싸이클로펜타디엔(DCPD) 중합체 중 하나 이상을 포함하는 고분자 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 폴리스타이렌(PS)의 경우 그 분자량은 15만 ~ 20만인 것을 이용하는 것이 바람직한데, 상기 분자량 범위는 음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지 전체에도적용이 가능하다.

또한, 상기 음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 플루오렌 구조를 갖는 비스페놀로 이루어지는 폴리카보네이트(PC) 중 하나 이상을 더 포함하는 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

이상의 특성을 갖는 음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지는 10 ~ 20 중량%의범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지의 함량 범위가 10 중량% 미만이 되거나,그 분자량이 15만 미만이 될 경우에는 상기 폴리카보네이트의 양의 복굴절성을 상쇄시키는 작용이 미흡해 질 수 있다. 그리고, 이는 상용성의 한계 내에서 적용이 가능하다.

그리고, 반대로 음의 복굴절성을 갖는 고분자 수지의 함량 범위가 20 중량%를 초과하거나, 그 분자량 범위가 20만을 초과할 경우에는 반대로 음의 복굴절성이강해질 수 있으므로, 결과적으로 사출물의 복굴절률이 증가 될 수도 있고, 상용성이 나빠져서 광학용으로 적용이 불가능할 수도 있다.

유동화제

그 다음으로, 상기 유동화제는 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시킨다. 상기 유동화제는 폴리카본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 단독으로 혹은 혼합되어 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니고 당 업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.

그 중에서 폴리카본산계 유동화제가 뛰어난 분산력을 발휘한다는 면에서 가장 바람직하다. 상기 유동화제는 시멘트 입자표면에 흡착하여 입자표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반발력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 시멘트 입자의 유동을 증가시킬 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 사출용 수지 조성물은 고분자 블렌드 100 중량부에 대하여, 유동화제 2 ~ 10 중량부가 첨가될 수 있다. 상기 사출용 수지 조성물에 상기범위를 벗어나서 유동화제가 과다하게 첨가된 경우, 시간이 경과됨에 따라 사출물 표면으로 전이되어 불량을 발생할 우려가 있고, 사출물의 기계적 물성을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 유동화제의 함량이 낮거나 첨가되지 않는 경우는, 사출성형 중에 고분자수지의 유동이 나빠지며, 복굴절 현상이 악화될 수 있다.

아울러, 상기 유동화제는 분자량이 1,000 ~ 10,000인 저분자량체를 이용하되, 상기 저분자량체는 음의 복굴절성을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 저분자량체의 분자량이 1,000 미만일 경우에는 유동성이 저하되어 사출물의 복굴절률이 증가 될 수 있다.

그리고, 반대로 저분자량체의 분자량이 10,000을 초과하는 경우에는 유동성이 지나치게 증가되어, 사출 압축 성형이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있다.

광학보상첨가제 및 커플링제(Coupling agent)

그 다음으로, 본 발명에 따른 상기 수지 조성물에는 광학보상첨가제 및 커플링제(Coupling agent)를 더 첨가할 수 있다.

여기서, 상기 광학보상 첨가제는 니들(needle) 또는 로드(rod) 형태의 크리스탈인 것을 이용하는 것이 바람직하며, 그 일례로 SrCO3를 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 광학보상첨가제는 상기 고분자 블렌드 100중량부를 기준으로 0.5중량부 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

광학보상첨가제의 첨가 범위가 상기 고분자 블렌드 100중량부를 기준으로 0.5중량부를 초과할 경우에는, 오히려 사출물의 복굴절률이 증가될 수 있으므로, 그 첨가 범위를 제한하는 것이 바람직하다.

다음으로, 커플링제는 Ti 계열의 커플링제를 사용하는 것이 바람직하다.

Ti 계열(티탄산염 계열)의 커플링제는 무기필러의 계면과 고분자의 계면의 밀착성을 증대시켜 고분자 매트릭스(matrix)와의 결합력과 분산성을 개선시키는 효과가 있다.

이와 같이, 분산성 증대와 점도의 저하는 사출시 잔류응력의 감소효과를 줄수 있으며, 고충진이 가능하도록 하여 성형성을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 이상에서 설명한 본 발명에 따른 사출용 수지 조성물을 이용하여,사출물을 제조하고 그 복굴절 특성을 살펴 보면 다음과 같다.

이때, 사출물의 형태는 LCD TV, PDP TV, 보더리스(Boarderless) TV 및 3D TV중 어느 하나 TV용 전면 패널 형태가 되며, 사출 압축 성형 방법으로 3 ~ 10mm로 형성하는 것이 바람직하다.

패널의 두께가 3mm 미만일 경우에는 전면 패널로서 원하는 강도 특성을 얻을수 없으며, 패널의 두께가 10mm를 초과하는 경우에는 복굴절률이 증가될 수 있다.

사출물 제조 방법

폴리카보네이트 수지와 폴리스타이렌 수지를 1차로 컴파운딩(compounding)하고, 이 수지를 바탕으로 SrCO3 또는 유동화제를 첨가하여 2차로 컴파운딩(compounding)하여 수지를 펠렛으로 제조하였다.

상기의 펠렛화 된 수지를 이용하여, 트윈 스크류(Twin screw) 압출기를 이용

하여, 필름 형태로 제조하여 150℃에서 5분간 필름을 방치 후, 연신률이 0%, 10%가 되게 각각 처리 하고, 스캐너(AXO SCAN)를 이용하여 위상차를 측정하였다. 이때,샘플 제조는 사출기를 이용하여 샘플을 제조하였다.

실시예 1

멜트 인덱스(MI)가 60g/10분, 300℃인 폴리카보네이트 89 중량%와, 분자량(Mw) 17만인 폴리스타이렌 11중량%로 이루어진 고분자 블렌드와, 상기 고분자 블렌드 100 중량부 기준에 분자량이 1,000인 폴리카본산계 유동화제 5 중량부를 첨가한 수지 조성물을 이용하여, 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

실시예 2

상기 실시예 1의 고분자 블렌드와, 상기 고분자 블렌드 100 중량부 기준에 분자량이 1,000인 폴리카본산계 유동화제 2.5 중량부 및 광학보상 첨가제로서 SrCO₃ 0.1 중량부를 첨가 수지 조성물을 이용하여 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

비교예 1

멜트 인덱스(MI)가 30g/10분, 300℃인 폴리카보네이트 89 중량%와, 트리메틸시클로헥실 비스페놀 A 포함한 폴리카보네이트 11 중량%를 혼합한 수지 조성물을 이용하여 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

비교예 2

멜트 인덱스(MI)가 60g/10분, 300℃인 폴리카보네이트 89 중량%와, 트리메틸시클로헥실 비스페놀 A 포함한 폴리카보네이트 11 중량%를 혼합한 수지 조성물을 이용하여 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

비교예 3

상기 실시예 1의 수지 조성물에서 유동화제만 제외시킨 수지 조성물을 이용하여 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

비교예 4

멜트 인덱스(MI)가 30g/10분, 300℃인 폴리카보네이트 79 중량%와, 분자량(Mw) 17만인 폴리스타이렌 21중량%로 이루어진 고분자 블렌드와, 상기 고분자 블렌드 100 중량부 기준에 분자량이 1,000인 폴리카본산계 유동화제 5 중량부를 첨가한 수지 조성물을 이용하여, 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

비교예 5

상기 실시예 1의 고분자 블랜드에서, 고분자 블렌드 100 중량부 기준에 분자량이 1,000인 폴리카본산계 유동화제 15중량부를 첨가한 수지 조성물을 이용하여, 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

비교예 6

상기 실시예 1의 고분자 블랜드에서, 고분자 블렌드 100 중량부 기준에 분자량이 1,000인 폴리카본산계 유동화제 1중량부를 첨가한 수지 조성물을 이용하여, 3mm 두께의 패널을 제조하고, 복굴절률 및 위상지연(Retardation)값을 측정하였다.

상술한 실시예1,2와 비교예1~4의 복굴절률 결과는 하기 도 2 내지 도 7에 나타내었고, 위상지연(Retardation) 값은 하기 표 1에 나타내었다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사출용 조성물을 이용하여 사출 압축 성형을 수행한 후 복굴절률을 측정하여 나타낸 사진들이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 비교예에 따른 사출용 조성물을 이용하여 사출 압축 성형을 수행한 후 복굴절률을 측정하여 나타낸 사진들이다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예1 도 2 및 실시예2의 도3인 경우를 제외하고 모두 높은 복굴절률을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

표 1

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 사출용 조성물을 이용하면, 낮은 복굴절성을 가지면서도 투과도가 높은 패널을 용이하게 제조할 수 있고, 제조 원가를 절감시킬 수 있고, 그 활용성을 용이하게 확장시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조성물을 이용하면, 유리와 같이 낮은 복굴절성 및 높을 강도를 제공하면서도, 그 성형이 용이하고, 사출물의 무게가 감소시킬 수 있으므로, LCD TV, PDP TV, 보더리스(Boarderless) TV 및 3D TV 중 어느 하나에 용이하게 적용 가능하다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.