CN110268023B - 具有优异的粘合强度的波导边缘光屏蔽组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及：一种用于波导边缘光屏蔽的可紫外光固化的组合物，包含着色剂、丙烯酸酯单体、聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅烷和光聚合引发剂，其中，固化之后对玻璃基板的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上，并且/或者根据微划痕试验(MST)为1500mN以上；和使用所述组合物形成光屏蔽膜的波导制造方法。

Description

具有优异的粘合强度的波导边缘光屏蔽组合物
技术领域
本申请要求于2017年11月28日提交的韩国专利申请No.10-2017-0160204的优先权的权益，该申请的全部公开内容通过引用并入本说明书中。
本发明涉及一种具有优异粘合性的用于光屏蔽波导边缘(edge)的组合物，更具体地，涉及一种用于波导上的光屏蔽层中以抑制漏光和外部光入流的组合物。本发明还涉及一种包括由所述组合物形成的光屏蔽层的波导、包括该波导的波导模块，以及所述波导的制备方法。
背景技术
由增强现实(AR)眼镜为代表的可穿戴增强现实设备需要近眼显示器(NED)以便将数字图像传输至用户的眼睛。NED的组件之一是平面波导。入射到波导上的光线在平行于波导平面的方向上传输并且通过光栅或半反射镜反射以到达用户的眼睛。此时，一些光线传播至波导的末端并且由波导的边缘发出，在NED的运行过程中引起如图1中所示的漏光现象。应当改善这种漏光现象，因为当运行产品时它损害了用户便利性和美观性。此外，在波导的边缘进入波导的外部光会引起不想要的光学干涉，这会导致图像质量劣化。
因此，通过在波导边缘的切割部分上形成光屏蔽涂层，可以抑制外部光进入，从而抑制从NED输出的图像质量的劣化。在过去，将塑料外壳放置在波导上，或者将胶带粘附至边沿。
然而，在上述方法中，光屏蔽层的厚度厚达，例如，数百微米至数十毫米，并且难以将光屏蔽涂层的宽度控制得薄且精确至数百纳米至数百微米的水平。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)KR 10-2012-0076973 A
发明内容
技术问题
通过诸如接触印刷的常规方式，例如，丝网印刷，难以用用于形成光屏蔽膜的油墨涂布波导的窄的切割面。特别地，当波导的切割面为曲面或斜面时，难以用光屏蔽层精确地涂布切割面。然而，作为非接触印刷方法的喷墨印刷方法即使在具有曲面或斜面的窄的切割部分中也能够精确印刷。
本发明的一个目的是提供一种用于光屏蔽波导边缘的可紫外光(UV)固化的组合物，以通过在波导的切割面上涂布含有着色剂的组合物来形成光屏蔽膜，从而防止在波导的边沿处发生漏光和外部光流入波导中；以及一种包括由所述组合物形成的光屏蔽层的波导。
技术方案
为了解决上述问题，本发明提供一种用于光屏蔽波导边缘的可紫外光固化的组合物，该组合物包含着色剂、丙烯酸酯单体、聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅烷和光聚合引发剂，其中，固化之后对玻璃基板的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且/或者根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
另外，本发明提供一种平面波导的制造方法，包括：a)在波导的边沿侧上涂布所述组合物以形成光屏蔽膜；和b)使所述光屏蔽膜固化以得到光密度(OD)为1.5以上的光屏蔽膜。
另外，本发明提供一种包括在波导的边沿侧的切割面上的光屏蔽膜的平面波导，和包括该波导的波导模块，其中，所述光屏蔽膜的厚度为2μm至120μm，所述光屏蔽膜对所述平面波导的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且/或者根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
有益效果
根据本发明，即使通过以薄的厚度将根据本发明的组合物涂布在波导的边沿处的切割面上以形成具有优异的光密度和优异的硬度的光屏蔽膜，也可以防止在波导的边缘处发生漏光现象和外部光进入波导中。
附图说明
图1是示出波导的用途和漏光现象的示意图；
图2是示出根据本发明的波导的光传播路径的示意图；
图3是示出形成本发明的波导的光屏蔽膜的过程的示意图；
图4是示出根据本发明的波导的切割面的形状形成光屏蔽膜的方法的示意图；
图5是示出根据本发明的实施例制造的波导的示意性横截面视图；
图6是示出根据本发明的实施例制造的波导的示意性前视图；
图7是示出根据本发明的实施例(右侧)和比较例(左侧)的组合物的横切程度的图。
具体实施方式
下文中，将更详细地描述本发明。
本发明提供一种用于光屏蔽波导边缘的可紫外光(UV)固化的组合物，该组合物包含着色剂、丙烯酸酯单体、聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅烷和光聚合引发剂，其中，固化之后对玻璃基板的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且/或者根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
本发明的可紫外光固化的组合物还可以包含选自光敏剂、粘合促进剂和表面活性剂中的至少一种。
通过各组分的组合可以使所述可紫外光固化的组合物的优点最大化。下文中，将详细描述可紫外光固化的组合物的各组分。
所述可紫外光固化的组合物可以含有丙烯酸酯单体和聚氨酯丙烯酸酯低聚物作为可聚合的不饱和化合物。所述可紫外光固化的组合物可以与聚氨酯丙烯酸酯低聚物组合使用，以便在固化后得到适当的韧性和适当的对基板的粘合性，而不损害颜料的分散性。
在固化的过程中，所述丙烯酸酯单体与所述聚氨酯丙烯酸酯低聚物化学反应，以得到适当的固化程度。
所述丙烯酸酯单体可以包含选自具有一个丙烯酸酯官能团的单官能丙烯酸酯单体、具有两个丙烯酸酯官能团的双官能丙烯酸酯单体和具有三个以上的丙烯酸酯官能团的多官能丙烯酸酯单体中的至少一种。
所述单官能丙烯酸酯单体可以包括具有1至14个碳原子的直链或支链烷基的丙烯酸烷基酯。所述组合物可以通过具有上述碳原子范围的烷基确保适当的粘度，并且可以在固化后得到适当的固化程度和硬度。
例如，所述丙烯酸烷基酯可以选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸仲丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基丁酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十四烷基酯和它们的组合。
另外，所述单官能丙烯酸酯单体还可以含有含羧基的(甲基)丙烯酸酯单体或含有羟基的(甲基)丙烯酸酯单体。通过羧基或羟基可以赋予适当的粘合力。例如，含有羧基或羟基的(甲基)丙烯酸酯单体可以包括选自丙烯酸、甲基丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙酸、3-(甲基)丙烯酰氧基丙酸、4-(甲基)丙烯酰氧基丁酸、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟丁酯、(甲基)丙烯酸6-羟己酯、(甲基)丙烯酸8-羟辛酯、2-羟基乙二醇(甲基)丙烯酸酯或2-羟基丙二醇(甲基)丙烯酸酯中的任意一种，和它们的组合。在一个实施方案中，单官能(甲基)丙烯酸酯单体的玻璃化转变温度(Tg)可以为约-60℃至约100℃。根据本发明的组合物可以通过玻璃化转变温度(Tg)在上述范围内的单官能丙烯酸酯单体来得到低的固化收缩性。
含有两个以上的丙烯酸酯官能团的单体的实例包括诸如丙二醇二丙烯酸酯的双官能单体、诸如季戊四醇三丙烯酸酯的三官能单体，和诸如二季戊四醇六丙烯酸酯的六官能单体，但是不限于此。当需要具有相对低的弹性模量的固化产物时，优选使用单官能化合物。然而，固化产物的弹性模量可以通过以适当比例组合含有两个以上的丙烯酸酯官能团的化合物来控制。
在一个实施方案中，所述丙烯酸酯单体可以包括选自丙烯酸四氢糠酯、环状三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、双酚A环氧二丙烯酸酯、丙烯酸2-羟乙酯、羟基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸酯基三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、丙烯酸2-羟乙酯和二季戊四醇六丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸三丙二醇酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯等中的至少一种。
在一个实施方案中，优选地，基于油墨组合物的总重量，单官能丙烯酸酯单体的含量为5重量％至40重量％。如果含量为5重量％以下，则引发剂的溶解性降低并且涂层的固化收缩性增加。如果含量为40重量％以上，则固化产物的硬度降低并且发生粘附现象。
在一个实施方案中，基于油墨组合物的总重量，双官能以上的丙烯酸酯单体的含量优选为10重量％至70重量％，例如，为15重量％至50重量％。如果含量为10重量％以下，则涂层的硬度降低。如果含量为70重量％以上，则涂层的收缩性增大并且其对基板的粘合力降低。
所述聚氨酯丙烯酸酯低聚物是通过使聚醚多元醇、含有羟基的丙烯酸衍生物和二异氰酸酯化合物聚合而制备的化合物，并且在两个末端具有碳-碳双键。所述聚醚多元醇的数均分子量优选为300至30,000，更优选为500至10,000。作为所述二异氰酸酯化合物，可以使用用于常规聚氨酯合成的任意脂肪族或芳香族二异氰酸酯。
所述聚氨酯丙烯酸酯低聚物的数均分子量优选为500至40,000，更优选为500至30,000。如果数均分子量小于500，则难以得到所需要的提高的性能。如果数均分子量大于40,000，则整体光固化性能和碱显影性受到不利影响。
基于组合物的总重量，聚氨酯丙烯酸酯低聚物优选以0.5重量％至30重量％(它指除溶剂之外的固体的重量百分比)的量使用。如果以小于0.5重量％的量使用，则难以得到所需要的提高的性能。如果以超过30重量％的量使用，则存在光固化性能的问题。
另外，本发明的组合物可以含有重量比为2:1至8:1的丙烯酸酯单体和聚氨酯丙烯酸酯低聚物。在另一实施方案中，丙烯酸酯单体与聚氨酯丙烯酸酯低聚物的重量比可以为2:1至6:1，或为3:1至5:1。
本发明的组合物还可以含有自由基光聚合引发剂，用于通过光照射进行固化反应。所述自由基光聚合引发剂可以包括选自羟基酮类化合物、苯基乙醛酸类化合物、苄基二甲基缩酮类化合物、α-氨基酮类化合物、单酰基膦类化合物、双酰基膦类化合物、氧化膦类化合物、茂金属类化合物、碘鎓盐中的任意一种，和它们的组合，但是不限于此。
基于可紫外光固化的组合物的总重量，自由基光聚合引发剂的含量优选为0.5重量％至10重量％。如果含量小于0.5重量％，则固化反应不充分完成。如果含量大于10重量％，则自由基光聚合引发剂不能完全溶解在可固化组合物中，或者组合物的粘度会增加，由此，组合物的涂布性能会劣化。
所述可固化油墨组合物可以不含有溶剂。
所述可固化油墨组合物含有着色剂。所述着色剂可以以含有一种或多种颜料、染料或它们的混合物的颜料分散体的形式使用，并且没有特别地限制，只要它可以表现出所需要的颜色即可。
在本发明的一个实施方案中，可以使用炭黑、石墨、金属氧化物、有机黑色着色剂等作为所述着色剂。
炭黑的实例包括：Cisto 5HIISAF-HS、Cisto KH、Cisto 3HHAF-HS、Cisto NH、Cisto 3M、Cisto 300HAF-LS、Cisto 116HMMAF-HS、Cisto 116MAF、Cisto FMFEF-HS、CistoSOFEF、Cisto VGPF、Cisto SVHSRF-HS和Cisto SSRF(Donghae Carbon Co.,Ltd.)；Diagramblack II、Diagram black N339、Diagram black SH、Diagram black H、Diagram LH、Diagram HA、Diagram SF、Diagram N550M、Diagram M、Diagram E、Diagram G、Diagram R、Diagram N760M、Diagram LR、#2700、#2600、#2400、#2350、#2300、#2200、#1000、#980、#900、MCF88、#52、#50、#47、#45、#45L、#25、#CF9、#95、#3030、#3050、MA7、MA77、MA8、MA11、MA100、MA40、OIL7B、OIL9B、OIL11B、OIL30B和OIL31B(Mitsubishi Chemical Corporation)；PRINTEX-U、PRINTEX-V、PRINTEX-140U、PRINTEX-140V、PRINTEX-95、PRINTEX-85、PRINTEX-75、PRINTEX-55、PRINTEX-45、PRINTEX-300、PRINTEX-35、PRINTEX-25、PRINTEX-200、PRINTEX-40、PRINTEX-30、PRINTEX-3、PRINTEX-A、SPECIAL BLACK-550、SPECIAL BLACK-350、SPECIAL BLACK-250、SPECIAL BLACK-100和LAMP BLACK-101(Degussa Co.,Ltd.)；RAVEN-1100ULTRA、RAVEN-1080ULTRA、RAVEN-1060ULTRA、RAVEN-1040、RAVEN-1035、RAVEN-1020、RAVEN-1000、RAVEN-890H、RAVEN-890、RAVEN-880ULTRA、RAVEN-860ULTRA、RAVEN-850、RAVEN-820、RAVEN-790ULTRA、RAVEN-780ULTRA、RAVEN-760ULTRA、RAVEN-520、RAVEN-500、RAVEN-460、RAVEN-450、RAVEN-430ULTRA、RAVEN-420、RAVEN-410、RAVEN-2500ULTRA、RAVEN-2000、RAVEN-1500、RAVEN-1255、RAVEN-1250、RAVEN-1200、RAVEN-1190ULTRA、RAVEN-1170(Columbia Carbon Co.)、它们的混合物等。
作为所述有机黑色着色剂，可以使用苯胺黑、内酰胺黑或苝黑系列，但是有机黑色着色剂不限于此。
在本发明中，所述可固化油墨组合物通过用紫外光照射(例如，250nm或450nm)，更优选地用具有长波长(例如，360nm至410nm)的紫外光照射来固化，以得到特定水平的OD。为此，基于可固化油墨组合物的总重量，着色剂的含量可以优选为0.1重量％至15重量％，更优选为0.5重量％至5重量％。如果含量小于0.1重量％，则不能得到适用于光屏蔽膜的OD水平。如果它超过15重量％，则过量的着色剂不能分散在油墨中并且会沉淀，或者在涂布之后紫外光不能透进膜中，并且膜不能充分固化至核部分。
所述可固化油墨组合物还可以包含粘合促进剂作为添加剂。在波导的切割面上的光屏蔽膜根据诸如温度和湿度的使用条件而重复地收缩和膨胀，使得光屏蔽膜会受到应力，由此，光屏蔽膜从波导上脱落。为了防止这种情况，可以使用选自环氧硅烷类化合物、氨基硅烷类化合物、甲基丙烯酰氧基硅烷类化合物、乙烯基硅烷类化合物、巯基硅烷类化合物、丙烯酰氧基硅烷类化合物、异氰酸酯基硅烷类化合物中的至少一种硅烷类化合物作为粘合促进剂以表现出优异结果。
其中，所述氨基硅烷类化合物优选作为本发明的粘合促进剂。例如，3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基-亚丁基)丙胺、N-2-(氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷等。
在本发明的另一实施方案中，可以使用环氧硅烷类化合物作为粘合促进剂，并且其实例包括3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷等。
基于油墨组合物的总重量，粘合促进剂优选以0.1重量％至15重量％，更优选以2重量％至10重量％的量被包含。如果所述量小于0.1重量％，则不能防止光屏蔽膜从波导剥落。如果所述量大于15重量％，则油墨溶液的粘度增加并且分散性低。
所述可紫外光固化的油墨组合物还可以含有降低组合物的表面张力的表面活性剂。
作为所述表面活性剂，可以使用市售产品，例如，它可以选自来自DIC(DaiNipponInk&Chemicals)的Megafack F-444、F-475、F-478、F-479、F-484、F-550、F-552、F-553、F-555、F-570和RS-75，或Surflon S-111、S-112、S-113、S-121、S-131、S-132、S-141和S-145(Asahi Glass Co.,Ltd.)，或Fluorad FC-93、FC-95、FC-98、FC-129、FC-135、FC-170C、FC-430和FC-4430(Sumitomo 3M Co.,Ltd.)，或Zonyl FS-300、FSN、FSN-100和FSO(DuPont)，或BYK-306、BYK-310、BYK-320、BYK-331、BYK-333、BYK-342、BYK-350、BYK-354、BYK-355、BYK-356、BYK-358N、BYK-359、BYK-361N、BYK-381、BYK-370、BYK-371、BYK-378、BYK-388、BYK-392、BYK-394、BYK-399、BYK-3440、BYK-3441、BYKETOL-AQ、BYK-DYNWET 800、BYK-SILCLEAN3700和BYK-UV 3570(BYK)，或Rad 2100、Rad 2011、Glide 100、Glide 410、Glide 450、Flow370和Flow 425(TEGO)等。
基于可固化油墨组合物的总重量，表面活性剂的含量优选为0.1重量％至5.0重量％，在另一实施方案中为0.5重量％至3.0重量％。当表面活性剂的含量小于0.1重量％时，降低组合物的表面张力的效果会不足，当组合物涂布在基材上时导致涂布失败。如果含量大于5.0重量％，则表面活性剂会过量使用，引起组合物的相容性和消泡性能甚至降低的问题。
所述可固化油墨组合物还可以包含光敏剂来补偿对于长波长的活化能射线的固化性能。
所述光敏剂可以是选自以下物质中的至少一种：蒽类化合物，如蒽、9,10-二丁氧基蒽、9,10-二甲氧基蒽、9,10-二乙氧基蒽和2-乙基-9,10-二甲氧基蒽；二苯甲酮类化合物，如二苯甲酮、4,4-双(二甲基氨基)二苯甲酮、4,4-双(二乙基氨基)二苯甲酮、2,4,6-三甲基氨基二苯甲酮、甲基邻苯甲酰基苯甲酸酯、3,3-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮和3,3,4,4-四(叔丁基过氧羰基)二苯甲酮；苯乙酮；酮类化合物，如二甲氧基苯乙酮、二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮和丙酮；苝；芴酮类化合物，如9-芴酮、2-氯-9-芴酮和2-甲基-9-芴酮；噻吨酮类化合物，如噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、1-氯-4-丙氧基噻吨酮、异丙基噻吨酮(ITX)、二异丙基噻吨酮；氧杂蒽酮类化合物，如氧杂蒽酮和2-甲基氧杂蒽酮；蒽醌类化合物，如蒽醌、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、叔丁基蒽醌和2,6-二氯-9,10-蒽醌；吖啶类化合物，如9-苯基吖啶、1,7-双(9-吖啶基)庚烷、1,5-双(9-吖啶基戊烷)和1,3-双(9-吖啶基)丙烷；二羰基化合物，如苄基、1,7,7-三甲基-双环[2,2,1]庚烷-2,3-二酮和9,10-菲醌；氧化膦类化合物，如2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦和双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦；苯甲酸酯类化合物，如甲基-4-(二甲基氨基)苯甲酸酯、乙基-4-(二甲基氨基)苯甲酸酯和2-正丁氧基乙基-4-(二甲基氨基)苯甲酸酯；氨基增效剂，如2,5-双(4-二乙基氨基苯亚甲基)环戊酮、2,6-双(4-二乙基氨基苯亚甲基)环己酮和2,6-双(4-二乙基氨基苯亚甲基)-4-甲基-环戊酮；香豆素类化合物，如3,3-羰基乙烯基-7-(二乙基氨基)香豆素、3-(2-苯并噻唑基)-7-(二乙基氨基)香豆素、3-苯甲酰基-7-(二乙基氨基)香豆素、3-苯甲酰基-7-甲氧基-香豆素和10,10-羰基双[1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H,11H-C1]苯并吡喃酮[6,7,8-ij]-喹嗪-11-酮；查尔酮化合物，如4-二乙基氨基查耳酮和4-叠氮基苯亚甲基苯乙酮；2-苯甲酰基亚甲基；和3-甲基-b-萘并噻唑啉。
基于100重量份的光聚合引发剂，光敏剂优选以1重量份至200重量份，更优选地以10重量份至100重量份的量被包含。如果所述量小于1重量份，则不能得到在所需波长下的固化敏感性的协同效应。如果所述量大于200重量份，则光敏剂不能溶解在油墨中并且图案的粘合力和交联密度会降低。
本发明中使用的可固化油墨组合物表现出优异的涂布性能，并且通过固化表现出优异的粘合性能。所述可固化油墨组合物的固化剂量为1mJ/cm2至10,000mJ/cm2，优选为80mJ/cm2至3,000mJ/cm2。所述可固化油墨组合物通过吸收波长范围为250nm至450nm，优选为360nm至410nm的紫外光来固化。
例如，在25℃下的粘度为10mPa·s至10,000mPa·s或100mPa·s至10,000mPa·s的所述可紫外光固化的组合物适用于分配器工艺(dispenser process)。具有这种粘度范围的可紫外光固化的组合物在工艺温度下良好地排出。工艺温度指为了降低可紫外光固化的组合物的粘度而加热的温度。工艺温度可以为10℃至100℃，优选为20℃至70℃。
另外，当所述可固化油墨组合物在，例如，35℃的对流烘箱中蒸发时，2小时之后的剩余质量可以为85％以上，因此，固化速率和膜特性不会降低，而蒸发速率低。
本发明的可紫外光固化的组合物在固化之后的硬度和对玻璃基板的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且/或者根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
本发明提供一种平面波导，包括在波导的边沿侧的切割面上的光屏蔽膜。当光线进入并且被平面波导的内壁反射时，如果在切割面上没有形成适当的屏蔽膜，则引起内部光发出的问题(漏光现象)或者从外部引入不必要的光。
如图2中所示，本发明的平面波导包括在其边沿侧的切割面上的具有薄的厚度和优异的光密度(OD)的光屏蔽膜。由此，可以阻挡内部光的发出和外部光的进入。
具有光屏蔽膜的波导的切割面可以为平面、曲面或斜面。本发明的光屏蔽膜可以通过下面描述的制造方法形成为各种形状。
另外，所述光屏蔽膜可以形成在波导的切割面的侧面和边沿(rim)上。通过不仅在侧面上而且在边沿(包括边缘)上形成光屏蔽膜，可以阻挡内部光的发出以及外部光进入波导中。
所述光屏蔽膜包含选自炭黑、石墨、金属氧化物、有机黑色着色剂中的至少一种黑色油墨着色剂。
炭黑的实例包括：Cisto 5HIISAF-HS、Cisto KH、Cisto 3HHAF-HS、Cisto NH、Cisto 3M、Cisto 300HAF-LS、Cisto 116HMMAF-HS、Cisto 116MAF、Cisto FMFEF-HS、CistoSOFEF、Cisto VGPF、Cisto SVHSRF-HS和Cisto SSRF(Donghae Carbon Co.,Ltd.)；Diagramblack II、Diagram black N339、Diagram black SH、Diagram black H、Diagram LH、Diagram HA、Diagram SF、Diagram N550M、Diagram M、Diagram E、Diagram G、Diagram R、Diagram N760M、Diagram LR、#2700、#2600、#2400、#2350、#2300、#2200、#1000、#980、#900、MCF88、#52、#50、#47、#45、#45L、#25、#CF9、#95、#3030、#3050、MA7、MA77、MA8、MA11、MA100、MA40、OIL7B、OIL9B、OIL11B、OIL30B和OIL31B(Mitsubishi Chemical Corporation)；PRINTEX-U、PRINTEX-V、PRINTEX-140U、PRINTEX-140V、PRINTEX-95、PRINTEX-85、PRINTEX-75、PRINTEX-55、PRINTEX-45、PRINTEX-300、PRINTEX-35、PRINTEX-25、PRINTEX-200、PRINTEX-40、PRINTEX-30、PRINTEX-3、PRINTEX-A、SPECIAL BLACK-550、SPECIAL BLACK-350、SPECIAL BLACK-250、SPECIAL BLACK-100和LAMP BLACK-101(Degussa Co.,Ltd.)；RAVEN-1100ULTRA、RAVEN-1080ULTRA、RAVEN-1060ULTRA、RAVEN-1040、RAVEN-1035、RAVEN-1020、RAVEN-1000、RAVEN-890H、RAVEN-890、RAVEN-880ULTRA、RAVEN-860ULTRA、RAVEN-850、RAVEN-820、RAVEN-790ULTRA、RAVEN-780ULTRA、RAVEN-760ULTRA、RAVEN-520、RAVEN-500、RAVEN-460、RAVEN-450、RAVEN-430ULTRA、RAVEN-420、RAVEN-410、RAVEN-2500ULTRA、RAVEN-2000、RAVEN-1500、RAVEN-1255、RAVEN-1250、RAVEN-1200、RAVEN-1190ULTRA和RAVEN-1170(Columbia Carbon Co.)、它们的混合物等。
作为所述有机黑色着色剂，可以使用苯胺黑、内酰胺黑或苝黑系列，但是有机黑色着色剂不限于此。
基于光屏蔽膜的总重量，黑色油墨着色剂的含量可以为0.1重量％至15重量％。如果黑色油墨着色剂的含量满足上述范围，则可以制备每厚度具有高的光密度的光屏蔽膜，同时确保油墨的分散稳定性和储存稳定性，而不损害膜的紫外固化。
如图3中所示，在其边沿侧的切割面上具有光屏蔽膜的本发明的波导可以抑制漏光并且阻挡外部光进入。
另外，本发明的波导的总光密度(OD)可以为1.5以上，以便抑制漏光并且阻挡外部光进入。在根据本发明的一个实施例中，光屏蔽膜的总光密度不超过6。
在本发明的一个实施方案中，所述光屏蔽膜的粘合性和涂布性能优异，对波导的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且/或者根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
本发明还提供一种包括所述波导的波导模块。对所述波导模块没有特别地限制，只要使用本发明的波导即可，但是它可以用于增强现实(AR)眼镜等。
本发明提供一种平面波导的制造方法，包括：a)在波导的边缘侧上涂布可紫外光固化的组合物以形成光屏蔽膜；和b)使所述光屏蔽膜固化以得到光密度(OD)为1.5以上的光屏蔽膜。
在步骤a)中为了在平面波导的边沿侧的切割面上形成光屏蔽膜，可以使用分配器工艺或喷墨印刷方法。喷墨印刷方法可以以常规方式使用。分配器工艺可以使用气动或压电分配阀作为精细分配装置，优选使用分配器印刷方法。
当通过上述印刷方法涂布油墨组合物时，如图4中所示，它可以在具有斜面(图4(b))或曲面(图4(c))以及平面(图4(a))的波导的边沿侧的切割面上有效地涂布为光屏蔽膜。
步骤b)中的固化可以是紫外光固化。在紫外光固化中可以使用波长为250nm至450nm，更优选地，360nm至410nm的光源。
通过上述方法制备的光屏蔽膜对波导的粘合性根据ASTM D3359标准可以为5B以上并且/或者根据微划痕试验(MST)可以为1500mN以上。
下文中，将参照实施例详细描述本发明。
实施例
制备实施例1
[表1]
Figure GDA0002159913740000131
CN8887：Sartomer USA，LLC(Sartomer)
PU256：Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd
CN9021：Sartomer USA，LLC(Sartomer)
CN8888：Sartomer USA，LLC(Sartomer)
[表2]
Figure GDA0002159913740000141
将通过混合实施例1至实施例6以及比较例1和比较例2的成分制备的用于形成光屏蔽膜的组合物通过旋转涂布方法涂布在干净波导的上表面上，使得固化之后光屏蔽膜的OD为约1.5。为了防止异物附着，在涂布之后在1分钟内在下面的条件下用紫外光(395nm)照射涂层并且固化，以形成光屏蔽膜。通过使用波长为395nm的LED灯以2500mJ/cm2的光强度照射紫外光。
实验例1：光屏蔽膜的OD的评价
通过使用X-rite OD测量装置测量各个光屏蔽膜的OD值，并且在下面示出。
实验例2：横切试验
在波导平面上具有相同厚度的光屏蔽膜上根据横切试验标准ASTM D3359标准进行横切试验。具体地，用切割刀分别沿横向和纵向以1mm的间隔在样品上画11条线，以形成宽度为1mm且长度为1mm的100个正方形格子。然后，将CT-24胶带(Nichiban Co.,Ltd.)粘附在切割面上。当胶带剥离时，根据下面标准评价与胶带分离的表面的状态。结果示于下面表3中。
<交叉线粘合力的评价标准>
5B：没有区域分离。
4B：相对于全部区域的小于5％分离。
3B：相对于全部区域的5％至15％分离。
2B：相对于全部区域的15％至35％分离。
1B：相对于全部区域的35％至65％分离。
0B：大部分区域分离。
[表3]
Figure GDA0002159913740000151
根据表3和图7中所示的结果，在实施例1至实施例6中制备的各个光屏蔽膜即使没有任何热处理也表现出5B水平的粘合性，而在比较例1和比较例2中制备的不具有聚氨酯丙烯酸酯低聚物的光屏蔽膜表现出0B水平的粘合性。可以确认，在实施例1至实施例6中制备的光屏蔽膜比现有材料得到更好的粘合性。
制备实施例2
[表4]
Figure GDA0002159913740000161
[表5]
Figure GDA0002159913740000162
将通过混合实施例7和实施例8以及比较例3至比较例5的成分制备的用于形成光屏蔽膜的组合物通过旋转涂布方法涂布在干净波导的上表面上，使得固化之后光屏蔽膜的厚度为10μm。为了防止异物附着，在涂布之后在1分钟内在下面的条件下用紫外光(395nm)照射涂层并且固化，以形成光屏蔽膜。使用波长为395nm的LED灯以2500mJ/cm2的光强度照射紫外光。
实验例3：横切试验
在波导平面上具有相同厚度的光屏蔽膜上根据横切试验标准ASTM D3359标准进行横切试验。具体地，用切割刀分别沿横向和纵向以1mm的间隔在样品上画11条线，以形成宽度为1mm且长度为1mm的100个正方形格子。然后，将CT-24胶带(Nichiban Co.,Ltd.)粘附至切割面。当胶带剥离时，评价与胶带分离的表面的状态。结果示于下面表6中。
实验例4：微划痕试验
根据下面条件对在波导平面上具有相同厚度的光屏蔽膜进行微划痕试验。用尖端直径为200μm的Rockwell金刚石尖端以5000mN/s的速率刮擦涂层的表面，同时将负载从0N增加至10N。测量基板的表面暴露的负载，并且定义为粘附临界负载。结果示于下面表6中。
微划痕试验(MST)条件
压头类型：Rockwell
材质：金刚石
半径：200μm
力接触：10mN
力速：5000mN/s
负载：0N→10N
[表6]
横切试验 微划痕试验
实施例7 5B 2500mN
实施例8 5B 2500mN
比较例3 5B 774mN
比较例4 5B 190mN
比较例5 5B 1320mN
根据表6的结果，在通过横切试验评价粘合性时，实施例7和实施例8以及比较例3至比较例5的组合物均确定为5B，因此，不能比较粘合性的优越。在横切试验中，存在的限制是，在超出所使用的胶带的粘合强度的范围内不可能比较和评价粘合力。因此，使用微划痕试验进行粘合性的数值比较。结果发现，在实施例7和实施例8中制备的光屏蔽层的临界粘合力高达约2500mN，但是比较例3至比较例5的组合物表现出显著低的粘合性。
虽然已经参照本发明的具体实施方案具体示出和描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些具体描述仅是优选实施方案，并且本发明的范围不受其限制。因此，本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (16)

1.一种用于光屏蔽波导边缘的可紫外光固化的组合物，包含：着色剂、丙烯酸酯单体、聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅烷和光聚合引发剂，
其中，所述丙烯酸酯单体包含单官能丙烯酸酯单体、双官能丙烯酸酯单体和多官能丙烯酸酯单体，
其中，基于所述组合物的总重量，所述单官能丙烯酸酯单体的含量为5重量％至40重量％，所述双官能丙烯酸酯单体和所述多官能丙烯酸酯单体的含量为10重量％至70重量％，
其中，基于所述组合物的总重量，所述聚氨酯丙烯酸酯低聚物的含量为0.5重量％至30重量％，
其中，所述丙烯酸酯单体与所述聚氨酯丙烯酸酯低聚物的重量比为2:1至6:1，
其中，固化之后对玻璃基板的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
2.根据权利要求1所述的用于光屏蔽波导边缘的可紫外光固化的组合物，其中，所述组合物还包含选自光敏剂和表面活性剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的用于光屏蔽波导边缘的可紫外光固化的组合物，其中，所述丙烯酸酯单体包括选自丙烯酸四氢糠酯、环状三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、双酚A环氧二丙烯酸酯、羟基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸酯基三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、丙烯酸2-羟乙酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于光屏蔽波导边缘的可紫外光固化的组合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述着色剂的含量为0.1重量％至15重量％。
5.根据权利要求1所述的用于光屏蔽波导边缘的可紫外光固化的组合物，其中，所述组合物是通过吸收250nm至450nm的波长范围的紫外光而固化的组合物。
6.根据权利要求1所述的用于光屏蔽波导边缘的可紫外光固化的组合物，其中，所述组合物是通过吸收360nm至410nm的波长范围的紫外光而固化的组合物。
7.一种平面波导，该平面波导包括在该波导的边沿侧的切割面上的光屏蔽膜，
其中，所述光屏蔽膜通过固化权利要求1所述的可紫外光固化的组合物形成，
其中，所述光屏蔽膜的总光密度为1.5以上，
所述光屏蔽膜对所述平面波导的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
8.根据权利要求7所述的平面波导，其中，所述光屏蔽膜包含选自炭黑、石墨、金属氧化物和有机黑色颜料中的至少一种黑色油墨颜料。
9.根据权利要求8所述的平面波导，其中，基于所述光屏蔽膜的总重量，所述黑色油墨颜料的含量为0.1重量％至15重量％。
10.一种波导模块，包括根据权利要求7所述的平面波导。
11.一种平面波导的制造方法，包括：
a) 在平面波导的边沿侧上涂布根据权利要求1所述的组合物以形成光屏蔽膜；和
b) 使所述光屏蔽膜固化以得到光密度(OD)为1.5以上的光屏蔽膜。
12.根据权利要求11所述的平面波导的制造方法，其中，在步骤a)中使用分配器工艺或喷墨印刷方法在平面波导的边沿侧的切割面上涂布所述组合物以形成所述光屏蔽膜。
13.根据权利要求11所述的平面波导的制造方法，其中，步骤b)中的所述固化是紫外光固化。
14.根据权利要求11所述的平面波导的制造方法，其中，所述光屏蔽膜对所述平面波导的粘合性根据ASTM D3359标准为5B以上并且根据微划痕试验(MST)为1500mN以上。
15.根据权利要求12所述的平面波导的制造方法，其中，包括所述光屏蔽膜的所述平面波导的所述切割面是平面、曲面或斜面。
16.根据权利要求12所述的平面波导的制造方法，其中，所述光屏蔽膜形成在所述平面波导的所述切割面的侧面和边沿上。
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