KR100695565B1 - 광학시트 표면의 패턴화 방법 - Google Patents

광학시트 표면의 패턴화 방법 Download PDF

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KR100695565B1
KR100695565B1 KR1020050099045A KR20050099045A KR100695565B1 KR 100695565 B1 KR100695565 B1 KR 100695565B1 KR 1020050099045 A KR1020050099045 A KR 1020050099045A KR 20050099045 A KR20050099045 A KR 20050099045A KR 100695565 B1 KR100695565 B1 KR 100695565B1
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김성국
정오용
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제일모직 주식회사
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Abstract

감광성수지조성물 필름을 이용한 광학시트 표면의 패턴화 방법이 제공된다. 광학시트 표면의 패턴화 방법은 (a)감광성수지조성물 필름을 광학시트에 라미네이션 시키는 단계, (b)감광성수지조성물 필름을 스탬퍼를 이용하여 일정한 패턴으로 가공하는 단계, (c)패터닝된 감광성수지조성물 필름에 노광을 실시하여 패터닝된 형태대로 감광성수지조성물 필름을 경화시켜주는 단계, 및 (d)스탬퍼를 경화된 감광성수지조성물 필름으로부터 제거해주는 단계를 포함한다.
감광성수지조성물, 광학시트, 패터닝

Description

광학시트 표면의 패턴화 방법{Method for patterning of optical sheet surface}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 3은 감광성 드라이 필름을 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법을 설명하기 위한 공정사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
400: 광학시트 410: 감광성수지조성물 필름
420: 스탬퍼
본 발명은 광학시트 표면의 패턴화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감광성수지조성물을 이용한 광학시트 표면의 패턴화 방법에 관한 것이다.
TFT-LCD의 백라이트 유닛(back light unit)의 도광판 및 확산판, 프로젝션 TV의 스크린에 사용되는 프레스넬 렌즈(Presnel lens) 및 렌티큘라 렌즈(lenticular lens)에는 빛의 굴절 및 확산을 촉진하여 빛의 균일도(uniformity)와 휘도(brightness)를 증가시키기 위해 광학시트(optical sheet)가 사용된다.
이러한 광학시트는 그 본래 가지고 있던 성질 이외에 빛의 확산능력 및 휘도를 증가시키기 위해서 표면에 일정한 패터닝(patterning) 처리를 해주는 것이 일반적인데, 종래에는 이러한 패터닝을 위해서 금형(mold)를 이용한 사출성형법(injection molding method)이 주로 이용되었다.
그러나, 사출성형법은 공정시간이 매우 길고 특히 두께가 두꺼운 광학시트의 경우에는, 냉각시간이 너무 길어지는 관계로 제품을 대량생산하는데에 많은 어려움이 내재한다.
또한, 사출성형법은 온도제어가 매우 어렵고, 19인치 이상의 대화면용 광학시트의 제조에는 양산성 및 품질의 확보가 많은 어려움이 따르고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광학시트의 양산성 및 품질을 확보 하고, 특히 19인치 이상의 대화면용 광학시트의 제조에도 사용할 수 있도록 감광성수지조성물을 이용한 광학시트 표면의 패턴화 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법은 (a)광학시트의 표면에 감광성수지조성물을 코팅하는 단계,(b)감광성수지조성물 상에 필름형태의 스탬퍼를 접착시켜 감광성수지조성물에 소정의 패턴을 형성하는 단계,(c)스탬퍼가 부착된 상태로 감광성수지조성물을 노광시켜주는 단계, 및 (d)감광성수지조성물 상에 부착된 스탬퍼를 제거해주는 단계를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법은 (a) 감광성수지조성물 필름을 광학시트에 라미네이션 시키는 단계, (b)감광성수지조성물 필름을 스탬퍼를 이용하여 일정한 패턴으로 가공하는 단계, (c) 패터닝된 감광성수지조성물 필름에 노광을 실시하여 패터닝된 형태대로 감광성수지조성물 필름을 경화시켜주는 단계, 및 (d)스탬퍼를 경화된 감광성수지조성물 필름으로부터 제거해주는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 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.
또한, 도면에서 층과 막 또는 영역들의 크기 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 막 또는 층이 다른 막 또는 층의 "상에" 형성된다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막 또는 층이 상기 다른 막 또는 층의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막 또는 층이 개재될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 감광성수지조성물을 이용한 광학시트 표면을 패터닝하기 위해서는 먼저, 광학시트의 표면에 감광성수지조성물을 코팅한다(S110).
이때, 사용되는 감광성수지조성물은 광중합개시제, 광중합성 모노머 및 올리고머, 각종 첨가제를 기본적으로 포함하고 있으며, 여기에 바인더 폴리머, 용제(solvent) 를 더 포함할 수도 있는 물질로서, 자외선, 가시광선 또는 전자빔 (electron beam)에 의해 조성물 내에서 화학반응이 일어나 빛을 조사 받는 부분에 경화가 진행되는 물질이다.
감광성수지조성물은 감광성수지조성물에 광중합개시제, 광중합성 모노머 및 올리고머와 각종 첨가제를 필수적인 성분으로 하고, 바인더 폴리머와 용제는 필요에 따라 추가로 첨가할 수 있다.
광중합개시제는 자외선, 가시광성, 또는 전자빔에 의하여 개시반응(initiation reaction)이 일어나는 화학물질을 말한다.
광중합개시제의 예로는 안트라퀴논 유도체 즉, 2-메틸 안트라퀴논과 2-에틸 안트라퀴논, 벤조인 유도체 즉, 벤조인 메틸 에테르, 벤조페논, 페난트렌 퀴논, 그리고 4,4'-비스-(디메틸아미노)벤조페논 등을 들수 있다. 이외에도 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2,2'-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥사이드, 1-[4-(2-히드록시메톡시)페닐]-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2,4-디에틸티옥산톤, 2-클로로티옥산톤, 1-(4-이소프로필페닐)2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-벤조일-4'-메틸디메틸설파이드, 4-디메틸아미노벤조산, 메틸-4-디메틸아미노벤조에이트, 에틸-4-디메틸아미노벤조에이트, 부틸-4-디메틸아미노벤조에이트, 2-에틸헥실-4-디메틸아미노벤조에이트, 2-이소아밀 4-디메틸아미노벤조에이트, 2,2-디에톡시아세토페논, 벤질케톤 디메틸아세탈, 벤질케톤 β-메톡시 디에틸아세탈, 1-페닐-1,2-프로필디옥심-o,o'-(2-카르보닐)에톡시에테르, 메틸 o-벤조일벤조에이트, 비스(4-디메틸아미노페닐)케톤, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'- 디클로로벤조페논, 벤질, 벤조인, 메톡시벤조인, 에톡시벤조인, 이소프로폭시벤조인, n-부톡시벤조인, 이소부톡시벤조인, tert-부톡시벤조인, p-디메틸아미노아세토페논, p-tert-부틸트리클로로아세토페논, p-tert-부틸디클로로아세토페논, 티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 디벤조수베론, α,α-디클로로-4-페녹시아세토페논, 펜틸 4-디메틸아미노벤조에이트 중에서 선택된 화합물을 광중합 개시제로서 사용할 수 있다.
광중합개시제의 함량은 전체 감광성수지조성물의 0.1~10 wt% 정도가 바람직하다.
광중합성 모노머 및 올리고머는 일반적인 반응성 올리고머류들이 사용되어질수 있다. 특히 굴절율이 높은 물질들이 바람직하다. 그 예로는 사토머사(Sartomer corp.)의 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate)류, 비스페놀(bisphenol) 유도류들, 다양한 형태의 우레탄 아크릴레에트(Urethane acrylate)류들, 그리고, 이들이 혼합된 제품들이 이용되어질 수 있다.
대표적인 예로는 CN-104, CN-124, CN-120, CN-120S80, CN151, SR-349, SR-348, SR-601, CN-118, CN-117 등이다.
또한 미원상사(Miwon Commercial Co., Ltd)의 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate)류들인 PE110, PE240, PE250, PE2120C, PE2900, PU460, PU640, SC3320, SC3340, SC6400, SC6610, SC8030, UA5090, UA5093등과 아크릴레이트 모노머(acrylate monomer)류들인 M2101, M270, M144, M140, M233, M241, M240, M200, M3130 및 M300등이 이용될 수 있다.
또한 미국특허 제6,355,754호에 언급된 브롬원소(Br)를 포함하는 다양한 형태의 아크릴레이트류들이 바인더폴리머의 서브유닛(sub-unit)구조나 광중합성 모노머 또는 올리고머의 한 성분으로 이용될 수 있다. 그러나, 상기 언급한 모노머 및 올리고머류들로 한정하는 것이 아니며, 일반적으로 분자구조내에 아크릴기를 포함하는 물질은 사용이 가능하다.
바인더폴리머는 (메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산의 공중합 군에서 바람직하게 선택한 고분자수지이다. (메타)아크릴산과 (메타)아크릴레이트와의 공중합체로서, 구체적으로는 다음에서 선택된 둘 이상의 모노머들의 공중합을 통해 얻어진 공중합 아크릴산 고분자가 바람직하다.
메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트, 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 스타이렌, α-메틸 스타이렌, 페녹시 에틸 아크릴레이트 유도체, 이소보닐아크릴레이트, 이소보닐메타크릴레이트등의 1관능기 유도체들로 합성된 선형 아크릴산 고분자는 패턴닝 공정과 경화공정 이후의 강도(Hardness), 황변성, 및 기판과의 밀착력 등을 고려하여 평균 분자량이 3,000 ~ 150,000이며, 유리전이온도 20~150℃ 범위인 고분자 화합물이 바람직하다.
바인더폴리머의 함량은 전체 감광성 수지 조성 중 20~80중량%인 것이 바람직하다.
각종 첨가제로는 감광성 수지조성물의 황변을 억제시킬수 있는 UV 안정제류들, 가소제류, 및 설팩턴트(surfactant)류 등이 첨가되어질 수 있다.
자외선안정제로는 시바 케미칼(Ciba Specialty Chemical INC.) 의 티뉴빈 시리즈(Tinuvin series) 등이 이용되어질 수 있는데, 이러한 물질들은 감광성 수지 조성물의 경시변화에 따른 황변특성을 최소화시키기 위하여 사용되어진다.
가소제류들은 필름형 감광성 수지조성물의 필름특성을 향상시키기 위하여 사용된다. 설팩턴트류들은 코팅시 탈포 및 레벨링특성을 향상시키는 목적으로 사용된다. 시트류들과 드라이필름형태의 감광성수지조성물과의 밀착력을 향상시키기 위하여 밀착조제들이 이용되어진다.
이외에도 기타 첨가제류들은 미국특허 제5,300,401호에 언급한 것들과 같다.
용제는 유기용제 형태의 감광성수지조성물과 드라이필름형태의 감광성수지조성물의 생산 시에 사용되어지는 용제로서 탄화수소계인 케로센, 노말헥산, 시클로헥사놀, 메틸시클로헥사놀, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 할로겐화 탄화수소인 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌클로로벤젠, 올소-디클로로벤젠, 알코올류인 1부타놀, 2부타놀, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올, 알데히드류, 에테르류인 에틸에테르, 디옥산, 테트라하이드로부탄, 에스테르류인 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 초산이소프로필, 초산부틸, 초산이소부틸, 초산펜틸, 초산이소펜틸, 케톤류인 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸부틸케톤(MBK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 글리콜에테르(셀로솔브)인 에틸렌글리콜모노메틸에테르(메틸 셀로솔브), 에틸렌글리콜모노에틸에테르(에틸셀로솔브), 에틸렌글리콜모노에틸 에테르아세텔(셀로솔브아세테이트), 에틸렌글리콜모노부틸에테르(부틸셀로솔브)등이 사용되어질 수 있다. 바람직하게는 비점이 낮으며 유독성이 다소 낮은 메틸에틸케톤이나 아세톤등이 적당하다. 이들 용제는 하나 이상을 섞어 사용하여 건조의 효율이나 코팅면의 균일성을 도모할 수도 있다.
이하 상기에서 설명한 감광성수지조성물을 용제가 들어가지 않은 무용제형태와 용제가 들어간 용제형태의 감광성수지조성물로 구분하여 그 구체적인 감광성수지조성물을 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
(1)무용제 형태의 액상 감광성수지조성물
무용제 형태의 액상 감광성수지조성물은 2가지 형태로 나누어 볼수 있는데 1) 광중합개시제, 광중합성 모노머, 올리고머, 바인더폴리머 및 각종첨가제 등으로 구성된 경우, 2) 광중합개시제, 광중합성 모노머, 올리고머 및 각종첨가제로 구성된 경우로 나눌 수 있다.
바인더 폴리머는 바인더 폴리머의 분자량 및 조성비에 따라서 모노머 및 올리고머에 대한 용해도가 달라지므로 적절한 것을 선정하여야 하는데, 실험에 따르면 바인더 폴리머가 감광성수지조성물의 조성내부에 포함되었는지 여부에 따라서 감광성수지조성물의 밀착력이 크게 영향을 받는 것을 알 수 있다.
무용제 형태의 액상 감광성수지조성물은 2가지 방법으로 제조할수 있다.
첫번째 방법은, 광중합개시제, 광중합성 모노머 및 올리고머, 바인더 폴리 머, 및 각종첨가제로 구성되어 있는 조성의 경우는 모노머에 광중합개시제 및 각종첨가제를 적정량 투입한 다음 3시간 동안 믹싱한다.
여기에, 바인더 폴리머를 적정량 투입하여 6시간 동안 바인더 폴리머를 믹싱하면서 녹여준다.
여기에 고비점(high boiling point)을 가진 올리고머(b)를 투입하여 3시간 동안 믹싱하게 되면 코팅액이 완성되고, 이렇게 제조된 코팅액을 6시간 이상 방치(바람직하게는 진공상태에서 방치)하여 코팅액을 안정화시킨다.
모노머에 용해되는 바인더폴리머는 상당히 제한 되어진다. 특히, 바인더폴리머의 용해도는 바인더폴리머의 분자량에 따라서 상당히 달라지는데 일반적으로 바인더폴리머의 분자량이 3,000~30,000사이의 범위인 것을 선택한다. 바람직하게는 5,000~20,000 범위의 것이 바람직하다.
광중합개시제, 반응성 모노머 및 올리고머 및 각종첨가제로 구성되어 있는 감광성수지조성물의 경우는 모노머에 광중합개시제와 각종첨가제류를 적정량 투입한 후 3시간 동안 믹싱한다.
그 후, 상기의 혼합 조성물에 고점도(high viscosity)를 가진 광중합성 올리고머를 첨가한 후 다시 6시간 동안 믹싱해준다.
이렇게 제조된 코팅용 감광성수지조성물은 6시간이상 방치(바람직하게는 진공 중에 방치)하여 조성물 중에 잔존하는 기포(pore)를 충분히 탈포시킨 후 안정화시켜 코팅 준비를 한다.
(2) 용제를 포함하는 액상 감광성 수지조성물
유기용제 형태의 액상 감광성수지조성물은 1) 광중합개시제, 광중합성 모노머, 올리고머, 바인더폴리머, 각종첨가제 및 용제를 포함하는 조성, 2) 광중합개시제, 광중합성 모노머, 올리고머, 각종첨가제 및 용제를 포함하는 조성으로 나눌 수 있다.
유기용제 형태의 액상 감광성수지조성물의 경우는 무용제 형태의 액상감광성수지조성물에 비하여 상대적으로 밀착력이 양호한 특성을 나타내는데 이것은 용제가 광학시트의 표면에 접촉하면서 광학시트의 표면을 팽윤시키거나, 표면의 표면조도를 변화시켜 감광성수지조성물과의 밀착력이 증가되기 때문으로 판단된다.
유기용제 형태의 액상 감광성수지조성물의 제조는 다음과 같은 순서에 따라서 제조한다.
용제에 광중합개시제 및 각종첨가제류들를 적정량 투입한 후 3시간 동안 믹싱하여 줌으로써 녹여준다.
여기에 광중합성 모노머 및 올리고머들을 투입하고, 다시 1시간 동안 믹싱한 후에 바인더폴리머를 투입하여 6시간동안 다시 믹싱하여 준다. 이후에 6시간 이상 방치(바람직하게는 진공 중에 방치)하여 코팅액에 포함된 기포를 탈포시키고 코팅액을 안정화시킨다.
상기와 같이 제조된 감광성수지조성물을 광학시트상에 코팅하기 위해서는 다양한 방법이 가능하나, 본 발명에서는 가장 간단하면서도 균일하게 대면적의 코팅이 가능한 스핀코팅(spin coating)을 이용하였다.
다만, 용제(solvent)를 포함하는 감광성수지조성물의 경우에는 용제를 증발시켜주기 위하여 광학시트에 코팅한 후에 건조공정을 거쳐야 하는데, 본 발명에서는 열풍건조기를 이용하여 75~85℃의 온도에서 약 10분정도 건조시켜주었다.
그리고, 광학시트 상의 엠보싱 특성의 향상을 위하여 열풍건조기에서 프리베이킹(pre-baking) 해주는 단계를 더 거칠 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 감광성수지조성물을 이용한 광학시트 표면을 패터닝하기 위해서는, 다음으로 감광성수지조성물 상에 필름 형태의 스탬퍼(stamper)를 접착시킨다(S120).
스탬퍼는 금속 또는 필름 형태의 틀(mold)로서, 스탬퍼를 감광성수지 조성물 또는 감광성필름에 압착시켜 광학시트 표면을 패턴화 할 수 있다.
다음으로, 스탬퍼가 부착된 채로 또는 스탬퍼를 제거한 후, 상기 감광성수지조성물을 노광시켜 준다.
스탬퍼가 금속인 경우에는 자외선 조사시 스탬퍼가 부착된 면의 반대 면으로 노광을 시켜야 하지만, 스탬퍼가 필름인 경우에는 어느 면으로 조사하여도 무방하다.
그 결과, 빛(본 발명에서는 지외선 사용)이 조사된 부분의 감광성수지조성물은 경화된다.
다만, 본 공정단계는 앞서 설명한 바와 같이 스탬퍼를 이형시키지 않고 부착한 채로 노광공정을 수행할 수도 있으나, 스탬퍼를 이형시키고 소정의 음각형상으로 패터닝된 감광성수지조성물 상에 노광을 실시하여도 무방하다.
다만, 앞서 설명한 바와 같이 엠보싱 특성을 개선하기 위하여 스탬퍼를 감광성수지조성물에 적층하기 전에 프리베이킹(pre-baking)을 하거나, 노광 후에 스탬퍼가 감광성수지 조성물로부터 잘 제거될 수 있도록 스탬퍼와 감광성수지조성물 사이에 이형제를 추가로 형성할 수도 있다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 감광성수지조성물을 이용하여 광학시트 표면을 패터닝 하기 위해서는 먼저, 감광성 드라이 필름을 준비한다(S210).
감광성 드라이 필름(photosensitive dry film)은 도 3에 도시된 바와 같이 3층의 구조로 된 고형(solid) 필름이다.
도 3을 참고하면, 감광성 드라이 필름(30)은 감광성수지조성물 필름(300)을 중심으로 그 일면에는 베이스 필름(320)이 적층되어 있고, 그 타면에는 보호필름(310)이 적층되어 있다.
다만, 이때 감광성수지조성물 필름(300)은 광중합개시제, 광중합성 모노머 및 올리고머, 바인더 폴리머, 및 기타 첨가제를 포함하며, 이들 각각의 대한 설명은 앞서 액상의 감광성수지조성물에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 앞서 기술한 내용을 참조하면 된다.
감광성수지조성물 필름(300)은 1.3 ~ 1.8 정도의 비교적 높은 굴절율을 가져야 하며, 바람직하게는 1.4 ~ 1.6의 굴절율을 가져야 한다.
또한, 감광성수지조성물 필름(300)의 유리전이온도(glass transition point; Tg)는 -40 ~ 100℃, 바람직하게는 -10 ~ 30℃를 가져야 하는데, 이는 Tg가 너무 낮을 경우 감광성수지조성물을 필름형태로 제조하였을 때, 감광성수지조성물 필름(300)이 베이스 필름(320)과 보호필름(310) 사이에서 흘러내려 필름의 제조가 어려워지기 때문이고, Tg가 너무 높으면 감광성수지조성물 필름을 다른 필름들과 라미네이션(Lamination) 시킬 때 접착력에 문제가 생기기 때문이다.
그리고, 감광성수지조성물 필름(300)의 두께는 5~200㎛로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 감광성수지조성물 필름(300)의 두께가 5㎛보다 작으면 라미네이션 공정에서 확산시트의 미세한 돌출부에 의해 영향을 받기 쉽기 때문이고, 두께가 200㎛보다 크면 도광판과 감광성수지조성물의 굴절률 차이에 따른 광특성 문제가 발생할 가능성이 있기 때문이다.
베이스필름(320)은 감광성수지조성물 필름(300)이 최초에 적층되는 필름이고 보호필름(310)은 적층된 감광성수지조성물 필름(300)의 표면을 외부오염으로부터 보호하는 역할을 한다.
베이스필름(320)과 보호필름(310)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌( Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리비닐클로라이드(poly-vinyl chloride), 폴리비닐리덴클로라이드(poly-vinylidenechloride), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate) 등이 이용될 수 있으나, 특히 베이스필름(320)의 경우에는 열안정성, 내약품성, 치수안정성 및 표면 탄도 등을 고려 할 때 폴레에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 필름, 폴리프로필렌(polypropylene)필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 필름을 사용하는 것이 바람직하며, 보호필름(310)으로는 드라이필름의 라미네이션 특성을 고려하여 폴리에틸렌(polyethylene) 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
감광성 드라이 필름(30)을 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
혼합기에 광중합개시제와 용매를 넣고 약 1시간동안 교반하여 완전히 용해시킨다. 그 후, 광중합성 모노머 및 올리고머류와 바인더 폴리머를 각각 간격을 두고 혼합기에 투입하고 각각 1시간 정도 교반시켜 혼합한다. 그 후 약 6시간정도의 탈포과정을 거쳐 제조된 코팅액을 안정화시킨다.
그 후, 베이스필름(320)에 코팅액을 코팅시키고, 건조 공정을 거쳐 감광성수지조성물 필름(300)을 완성한다. 그리고, 감광성수지조성물 필름(300) 상에 보호필름(310)을 라미네이션시키게 되면 감광성 드라이 필름(30)이 제조된다.
다시, 도 2를 참조하여 광학시트 표면을 패터닝하는 방법을 설명하면, 감광성 드라이 필름(30)을 준비한 다음 보호필름(310)을 제거하고, 광학시트에 감광성 드라이 필름(30)을 라미네이션 시킨다(S220).
이 공정은 라미네이터를 이용하여 가온 및 가압된 상태에서 행해지게 된다.
다만, 본 공정에서 주의할 점은 감광성 드라이필름(30)을 광학시트에 라미네이션 시킴에 있어서 라미네이션되는 계면에 기포가 발생하지 않도록 해야한다.
다음으로, 베이스필름(320)을 제거하고 감광성수지조성물 필름(300)을 식각한다(S230).
이때 식각은 금속 스탬퍼(stamper) 및 필름 스탬퍼(stamper)를 이용한 프레스법, 인각롤러를 이용하는 방법, 스탬퍼를 핫롤 라미네이터(hot-roll laminator)에 부착시켜 패터닝하는 방법 중 하나의 방법에 의해 수행될 수 있다.
다만, 프레스를 이용한 식각공정의 경우에는 광학시트의 미세한 휨(bending)에 의해서 스탬퍼 표면의 손상이나, 전사의 불균형이 발생할 가능성이 높다. 따라서, 감광성수지조성물 필름(300)의 두께를 앞서 설명한 바와 같이 소정의 두께 이상이 되어야 한다.
다만, 두께가 너무 두꺼워지면 휘도가 낮아지거나 광학시트의 광특성이 변질되는 문제가 있는바, 감광성수지조성물 필름(300)에 대한 두께 조절이 필요하다.
그리고, 필름스탬퍼의 경우에는 고분자나 금속과 같이 감광성수지조성물 필름보다 강도가 높은 재질로서 표면에 가공하고자하는 패턴이 형성되어 있는 형태의 필름을 사용할 수 있다. 다만, 필름스탬퍼의 두께 및 재질은 본 발명의 권리범위를 한정하지 않고 필름형태로 제조될 수 있으며, 본 발명의 감광성수지조성물 필름을 변형시킬 수 있는 필름이라면 모든 것이 사용 가능하다.
다음으로, 식각 공정이 완료된 감광성수지조성물 필름(300)을 노광(exposure)시켜 준다(S240).
노광공정은 식각공정과 동시에 행하여 질 수도 있으며 식각공정 후에 행하여 질수도 있다.
이때, 노광은 자외선조사, 전자빔 조사에 의해 행해질 수 있으나, 본 발명에서는 자외선조사에 의한 방법을 사용하였다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법을 설명하기 위한 공정사시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 감광성수지조성물 필름을 이용하여 광학시트에 패터닝을 형성하기 위해서는 먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 광학시트(400)를 준비하고, 도 4b에 도시된 바와 같이 광학시트(400) 상에 감광성수지조성물 필름(410)을 라미네이팅 시킨다.
다만, 앞서 설명한 바와 같이 감광성수지조성물 필름(410)은 베이스 필름 및 보호필름이 그 표면에 적층되어 있을 수도 있으나, 여기서는 핵심적인 구성요소인 감광성수지조성물 필름(400)이 적층되는 것만을 서술하기로 한다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이 스탬프(420;앞서 설명한 스탬프와 동일)를 통해 감광성수지조성물 필름(410)이 변형시켜, 감광성수지조성물 필름(410)을 패터닝 시킨다.
다만, 도 4c는 프리즘형태로 패터닝되어 있는 감광성수지조성물 필름(410)을 나타낸다.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이 노광(exposure)을 실시한다.
이때, 노광은 광학시트(400)를 통해 빛이 들어와 패터닝된 감광성수지조성물 필름(410)에 노광이 일어나도록 해준다.
노광 결과 스탬프(420)에 의해 패터닝된 감광성수지조성물 필름(410)은 패터닝된 형태 그대로 경화(hardening)된다.
그 후, 도 4e에 도시된 바와 같이 스탬프(420)를 제거해주면, 광학시트(400) 의 표면에 일정한 패터닝화되어 경화된 감광성수지조성물 필름(410)이 형성된다.
다만, 도 4a 내지 도 4e에서 설명한 바에 의하면 스탬프(420)가 이형되지 않은 상태에서 노광이 일어나고, 노광 후 감광성수지조성물 필름(410)이 경화된 후에 스탬프를 경화시킨다고 하였으나, 실제 공정에서는 스탬프(420)를 노광단계 이전에 이형시키더라도 패터닝된 감광성수지조성물 필름(410)은 패터닝된 형태대로 유지되므로, 이러한 상태에서 노광을 실시하더라도 앞서 설명한 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
이하에서 발명의 상세한 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.
<실시예>
각 조성물의 조성은 아래 <표 1>에 상세하게 기재하였다.
1. 무용제 형태의 액상 감광성수지조성물 제조
(1) 바인더폴리머를 포함하지 않는 액상 감광성수지조성물 (F-1)
반응기에 Tinuvin 400, M-240, M-270, 및 methyl methacrylate에 넣고, 1시간동안 교반하였다. 여기에 SR-423, SC-6400, 및 PS-610를 넣고 3시간 교반시킨 후 6시간 방치하였다.
(2) 바인더폴리머를 포함하는 액상 감광성수지조성물 (F-2)
반응기에 根上공업주식회사의 M-4221을 티뉴빈(Tinuvin) 400, M-240, M-270, 및 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate)에 넣고, 6시간동안 교반시켜 녹였 다. 여기에 SR-423, SC-6400, 및 PS-610를 넣고 3시간 교반시킨 후 6시간 방치하였다.
2. 유기용제 형태의 액상 감광성수지조성물 (F-3)
반응기에 (주)삼우고분자의 SWP-2501B-1를 용제인 메틸에틸케톤에 넣고 6시간 동안 80℃에서 환류(reflux)시켜 바인더 폴리머 용액을 제조하였다.
다른 반응기에 메틸에틸케톤을 계량하여 넣고, 여기에 광개시제인 앞서 언급한 TPO 754, 그리고 안정제인 티누빈(Tinuvin) 400을 계량하여 넣고 상온에서 3시간 동안 혼합하였다. 이 용액에 티누빈(Tinuvin) 400, M-240, M-270, SR-423, SC-6400, 및 PS-610를 넣고 3시간 혼합하였다. 여기에 이미 제조한 바인더 폴리머 용액을 계량하여 투입한 후 다시 3시간 동안 혼합하였다. 혼합이 완료된 후 액의 안정화를 위하여 3시간 정도 방치하였다.
3. 필름형태의 감광성 수지조성물의 제조 (F-4, F-5)
표 1에 따라서 반응기에 (주)삼우고분자의 SWP-2501B-1와 SWP-2501B-2를 각각 용제인 메틸에틸케톤에 넣고 6시간 동안 80℃에서 환류(reflux)시켜 바인더폴리머 용액을 제조하였다. 다른 반응기에 메틸에틸케톤를 계량하여 넣고, 여기에 광개시제인 TPO, 754, 그리고 안정제인 티누빈(Tinuvin) 400을 계량하여 넣고 상온에서 3시간 혼합하였다.
이 용액에 티누빈(Tinuvin) 400, M-240, M-270, SR-423, SC-6400, 및 PS- 610를 넣고 3시간 동안 혼합하였다. 여기에 기 제조된 바인더폴리머용액을 계량하여 투입한 후 다시 3시간 동안 혼합하였다. 혼합이 완료된 후 액의 안정화를 위하여 적어도 3시간 이상 방치하였다.
표 1에 따라서 반응기에 (주)삼우고분자의 SWP-2501B-1를 용제인 메틸에틸케톤에 넣고 6시간 동안 80℃에서 환류(reflux)시켰다. 이 용액을 30℃로 냉각시킨 후, 여기에 티누빈(Tinuvin) 400, M-240, M-270, SR-423, SC-6400, 및 PS-610를 넣고 3시간 교반시킨 후 6시간 방치하였다.
탈포가 완료된 코팅액은 코팅장치를 이용하여 18㎛ 두께의 PET 필름 위에 약 30㎛의 두께로 코팅한 후 80℃의 열풍오븐에서 약 5분 정도 건조시켰다. 최종적인 필름형 감광성수지조성물은 건조가 완료된 필름형 감광성수지조성물에 보호필름 (23㎛ PE)을 수지층 위에 라미네이션 시켜 제조하였다.
위 실시예에서 각각 제조된 조성물의 구체적인 성분은 <표 1>과 같다.
Figure 112005059350180-pat00001
4. 물성평가
PMMA(PolyMethylMethAcrylate) 재질의 광학시트에 액상형태의 무용제형 감광성수지조성물(F-1, F-2)을 스핀 코팅기(Spin-coater)를 이용하여 30㎛ 두께로 코팅하였다.
감광성 수지조성물이 코팅된 광학시트 상부에 필름 스탬퍼를 올려 놓은 후에 핫 롤(Hot-roll) 라미네이터 (운전조건: 25℃, 2kgf/cm2, 0.5m/min)를 통과시켰다. 핫 롤 라미네이터를 통과한 광학시트에 500mJ/cm2의 UV에너지를 조사한 후 광학시트와 스탬퍼를 이형시켰다.
액상형태의 유용제형 감광성수지조성물(F-3)는 스핀 코팅기를 이용하여 코팅 및 건조(열풍오븐 80℃, 7분)한 후 평균 도포 두께가 30㎛이 되게 코팅하였다.
그 상부에 필름 스탬퍼를 부착한 후 핫 롤 라미네이터(25℃, 2kgf/cm2, 0.5m/min)를 통과시켰다. 핫롤 라미네이터를 통과한 광학시트에 500mJ/cm2의 UV에너지를 조사한 후 광학시트와 스탬퍼를 이형시켰다.
상기 제조된 필름형 감광성수지조성물(F-4, F-5)는 보호필름을 제거시킨 후 10.0mm의 광학시트 위에 핫롤 라미네이터(120℃, 6kgf/cm2, 1.5m/min)를 이용하여 라미네이션 시켰다. 필름형 감광성수지조성물이 도포된 광학시트의 감광성수지조성물의 베이스필름을 제거하고 그 상부에 필름 스탬퍼를 올려 놓은 후에 핫롤 라미네이터 (120℃, 6kgf/cm2, 0.5m/min)를 통과시켰다. 핫롤 라미네이터를 통과한 광학시트에 500mJ/cm2의 UV에너지를 조사한 후 PMMA 시트와 스탬퍼를 이형시켰다.
상기와 같이 제조된 광학시트 상의 패턴에 대하여 밀착력, 경도, 엠보싱 특성 및 에지(Edge)부위 오염에 관한 물성을 평가하였다. 밀착력은 감광성수지조성물이 도포된 광학시트를 패턴닝공정을 거치지 않은 상태에서 크로스커팅(Cross-cutting)시켜 감광성수지조성물 층의 탈리 정도를 가지고서 평가하였다. 패턴의 경도는 스팸퍼를 이용한 패턴닝공정과 UV경화공정을 거친 패턴에 연필경도 테스트를 실시하여 패턴의 손상이 나타난 부위를 기준으로 평가하였다. 엠보싱 특성은 패턴닝 공정 이후에 형성된 패턴의 균일성 및 선명도(sharpness) 등을 종합적으로 고려하여 평가하였다. 에지 부위의 오염은 패턴닝공정 이후에 잉여의 감광성수지조성물이 광학시트의 단면부위를 오염시키는 유무에 따라서 평가하였다. 평가결과는 아래 <표 2>에 정리하였다.
Figure 112005059350180-pat00002
액상형 감광성수지조성물은 에지부위의 오염이 심하여 2차 가공이 불가피 한 것으로 판단된다. 이에 비하여 필름형 감광성수지조성물인 F-4과 F-5 조성은 패턴닝공정 이후에 시트의 edge부위 단면의 오염현상이 없거나, 실험오차 수준의 오염 정도만 발생하였다.
밀착력 및 경도의 경우는 무용제 액상 감광성수지조성물로 형성된 패턴이 상대적으로 밀착력이 부족한 것으로 평가되었다. 같은 무용제 액상형태의 감광성수지조성물에 있어서도 바인더폴리머의 함량이 증가할수록 밀착력이 증가됨을 알수 있었다.
또한, 동일한 액상형태의 감광성수지조성물에 있어서도 코팅 시 감광성수지조성물에 용제가 포함된 조성의 밀착력이 상대적으로 양호했다. 이것은 코팅시 용제가 광학시트의 표면을 팽윤시키거나 표면의 조도를 변경시켜 감광성수지조성물과의 밀착력을 증가시킨 것으로 판단된다.
엠보싱 특성의 경우는 액상 감광성수지조성물이 필름형 감광성수지조성물에 비하여 우수하며 동일한 필름형 감광성 수지조성물에서도 분자량이 작을수록 엠보싱 특성이 우수한 것을 알 수 있다. 바인더폴리머 SWP-2501B-1은 96℃의 Tg와 75,560의 Mw를 가지는 아크릴계열의 폴리머이며, SWP-2501B-2는 96℃의 Tg와 53,970의 Mw를 가지는 아크릴계열의 폴리머이다.
액상 감광성수지조성물을 이용하는 F-1조성의 경우에는 감광성수지조성물이 유동성을 가지는 액체상태이므로 엠보싱공정과 UV노광 공정이 반드시 동시에 이루어져야 하는 반면 드라이필름을 이용하는 F-4 및 F-5와 조성적으로 동일한 F-3와 같은 조성의 경우에는 상온에서 유동성의 변화가 극히 제한적이므로 엠보싱공정과 UV노광 공정이 반드시 동시에 이루어져야 할 필요가 없다. 엠보싱공정 이후, 패널의 온도가 30℃ 이하가 된 상태에서 스탬퍼와 광학시트를 이형시킨 후에 UV에너지를 조사하여도 패턴의 변형이 일어나지 않는다. 따라서 설비의 구조가 단순해 지며 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광학시트 표면의 패턴화 방법에 의하면 다음의 효과가 하나 또는 그 이상 존재한다.
첫째, 종래에 사용되던 사출방법에 비하여 생산성이 증대되고, 특히 19인치 이상의 대면적 패널에 대한 광학시트의 양산이 가능해진다.
둘째, 감광성 드라이필름을 사용하여 광학시트를 패터닝할 경우에는 광학시트의 에지부위에 오염이 생기지 않아 패터닝 공정 이후에 2차 가공이 필요없게 되어 제조 공정이 간단해지고 제조 비용이 줄어들게 된다
셋째, 포토마스크를 사용한 노광방식이 아닌 스탬퍼를 이용하여 물리적으로 패턴형상을 만든 후 이를 노광에 의해 경화시키는 방법을 사용하므로 제조가 매우 간단하다는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. (a) 광학시트에 감광성수지조성물 필름을 라미네이션시키는 단계;
    (b) 상기 감광성수지조성물 필름을 스탬퍼로 압착시켜 일정한 패턴으로 가공하는 단계;
    (c) 패턴화된 상기 감광성수지조성물 필름에 노광을 실시하여 감광성수지조성물 필름을 경화시키는 단계; 및
    (d) 상기 스탬퍼를 경화된 상기 감광성수지조성물 필름으로부터 제거하는 단계를 포함하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  2. (a) 광학시트에 감광성수지조성물 필름을 라미네이션시키는 단계;
    (b) 상기 감광성수지조성물 필름을 스탬퍼로 압착시켜 일정한 패턴으로 가공하는 단계;
    (c) 상기 스탬퍼를 패터닝된 감광성수지조성물 필름으로부터 제거하는 단계; 및
    (d) 패턴화된 상기 감광성수지조성물 필름에 노광을 실시하여 감광성수지조성물 필름을 경화시키는 단계를 포함하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스탬퍼는 필름 스탬퍼인 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성수지조성물 필름은 광중합개시제, 광중합성 모노머 및 올리고머, 바인더 폴리머, 용제 및 첨가제를 반응시켜 제조된 것을 특징으로 하는 감광성수지조성물을 이용한 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 라미네이팅은 가열, 가압 상태에서 행하여 지는 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성수지조성물 필름의 유리전이온도(Tg)는 -40 내지 100℃인 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성수지조성물 필름의 굴절율은 1.3 ~ 1.8인 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성수지조성물 필름의 두께는 5~200㎛인 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 바인더 폴리머는 메타아크릴산과 메타아크릴레이트와의 공중합체로서, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트, 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 스타이렌, α-메틸 스타이렌, 페녹시 에틸 아크릴레이트 유도체, 이소보닐아크릴레이트, 이소보닐메타크릴레이트등의 1관능기 유도체에서 선택된 둘 이상의 모노머들의 공중합을 통해 얻어진 공중합 아크릴산 고분자인 것을 특징으로 하는 광학시트 표 면의 패턴화 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 첨가제는 감광성수지조성물의 황변을 억제시킬수 있는 UV 안정제류들, 가소제류, 및 설팩턴트(surfactant)류 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 바인더 폴리머는 평균분자량이 20,000 내지 150,000인 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 바인더 폴리머의 유리전이온도는 20 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 광학시트 표면의 패턴화 방법.
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KR20050026344A (ko) * 2003-09-09 2005-03-15 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 광학용 시트 및 그 제조방법

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