KR100859571B1

KR100859571B1 - 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물 및 이를 적용한도파쉬트

Info

Publication number: KR100859571B1
Application number: KR1020070080399A
Authority: KR
Inventors: 이명진; 서원석
Original assignee: (주)엔피케미칼
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2008-09-22

Abstract

본 발명은 (i) 우레탄아크릴레이트 올리고머, (ii) 다관능기의 단량체, (iii) 입자 크기가 2 ~ 30㎛인 광확산제, (iv) 광개시제를 포함하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물을 제공한다.

본 발명의 광확산용 자외선 경화형 조성물을 스크린 인쇄하여 이루어진 광확산층을 갖는 도파쉬트는 50~1000mJ/m²의 자외선 조사에 의해 경화되며, 폴리카보네이트 재질의 도파쉬트에 접착력이 우수하며, 기계적 물성 및 광학특성이 우수하고, 열변형이 없고, 빛의 밝기(휘도)가 변하지 않고 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.

우레탄아크릴레이트, 다관능 단량체, 광학산제, 광개시제, 도파쉬트

Description

광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물 및 이를 적용한 도파쉬트{UV CURABLE INK COMPOSITION FOR LIGHT DIFFUSION AND LIGHT GUIDE SHEET USING THE SAME}

본 발명은 광확산용으로 사용 가능한 자외선 경화형 잉크 조성물 및 이를 적용한 도파쉬트에 관한 기술이다. 본 발명의 잉크 조성물은 광확산이 필요한 기술분야에 적용 가능하며, 특히, 폴리카보네이트로 이루어진 키패드 광원용 인쇄형 도파쉬트에 도트 형태로 스크린 인쇄되어 광을 확산시키는 광확산층용 재료로 사용할 수 있다.

본 발명은 키패드 광원용 인쇄형 도파쉬트 내의 광확산층 등으로 사용가능한 신규한 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 휴대폰의 두께를 얇게 하기위해 두께가 약 200um가 되는 도파쉬트를 사용하는데, 이 도파쉬트에 LED를 비추어 휴대폰 키에 빛이 들어오게 한다. 광확산용 자외선 경화형 조성물은 이 도파쉬트에 높이가 약 30um의 높이의 확산 렌즈층, 즉, 광확산층을 형성하게 하여 빛의 굴절과 확산 조성물의 우수한 광학 특성으로 빛의 밝기(휘 도)를 상승시켜주는 역할을 한다. 본 발명은 상기 광확산층으로 사용 가능한 자외선 경화형 잉크 조성물에 관한 기술이다.

종전의 도파쉬트 내의 광확산층은 금형이나 플로터를 사용하여 표면에 스크래치가 나게하여 도파쉬트에 스크래치 또는 도트를 형성하여 빛을 굴절시키게 하였으나, 스크래치 형태의 변형이 어렵고 제조 비용이 증가하며, 휘도 균일도가 떨어지고 크랙, 찢어짐 등으로 신뢰성에 많은 문제점이 있었다.

이러한 종래의 금형이나 플로터를 이용한 광확산층의 제조방법에 대한 대안으로서 LED, EL 등에서 발생된 광이 도파쉬트 위에 스크린 인쇄에 의해 형성된 확산층을 통해 키패드 전체 부위에 전달될 수 있도록 하여 문자나 숫자를 인식할 수 있도록 하는 광원용 인쇄형 도파로시트에 관한 기술이 대한민국공개실용신안 제20-2007-252호에 개시되어 있다. 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 인쇄회로기판(1)의 일측 상에 광원으로 사용되는 LED(2)가 위치하고, 상기 인쇄회로기판(1) 위에는 메탈돔(3)이 위치되며, 상기 메탈돔(3)의 위에는 메탈돔쉬트(5)가 형성된다. 이때, 상기 메탈돔(3)의 접점부가 인쇄회로기판(1)의 해당 스위치부에 접촉되면, 전기신호가 발생된다. 이와 같이 전기신호가 발생되면, LED(2)로부터 발광된 광이 메탈돔쉬트(5) 상부에 위치된 도파쉬트(4)를 통해 분산되는 광은 인쇄, 특히, 스크린 인쇄에 의해 형성된 도트로 이루어진 광확산층(6)에 의해 확산되고, 이와같이 확산된 광은 키탑부(7)로 확산되어 키탑부(7)에 형성된 문자나 숫자를 인식할 수 있도록 한다.

상기 실용신안은 빛의 확산을 위하여 도파쉬트의 상부를 금형사출방식으로 도트나 굴곡을 주는 종래 방식에 비하여 투자비용이 적게 들고, 다양한 패턴화가 가능하며, 대량생산이 가능하다는 장점이 있어 차기 도파쉬트용 확산층으로서 각광을 받을 것으로 예상된다.

본 발명은 상기 대한민국공개실용신안 제20-2007-252호와 같은 스크린 인쇄를 통하여 광확산층을 형성할 수 있는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물을 제공하는 데 있다.

전술한 바와 같이 인쇄형 도파쉬트의 광확산층으로 사용하기 위한 잉크 조성물은 자외선 경화시 경화속도가 빠르고, 도파쉬트의 주재료로 사용되는 폴리카보네이트와의 접합이 우수하여야 하며, LED 등의 광원으로부터 나온 빛의 확산이 균일하고, 휘도를 증가시킬 수 있는 물성이 요구되며, 본 발명은 상기의 물성을 만족하는 잉크 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 우레탄아크릴레이트 올리고머, 다관능기의 단량체, 입자 크기가 2 ~ 30㎛인 광확산제 및 광개시제를 포함하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물을 제공한다.

또한, 상기 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물을 폴리카보네이트 재질의 도파쉬트 상에 스크린 인쇄하여 광확산층을 구비하는 것을 특징으로 하는 도파쉬트를 제공한다.

본 발명에 따른 광확산제를 포함한 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물은 초미분 무기물을 간단한 공정으로 단량체에 도입하여 광확산율과 물리적 물성의 특성의 저하 없이 우수한 기계적 물성을 나타내는 것으로서, 본 발명의 잉크 조성물을 적용하는 경우 휴대폰에 사용되는 도파쉬트의 대량 생산 및 생산성 증가, 원가절감이 가능한 장점이 있다.

이하 본 발명의 구성 성분별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우레탄아크릴레이트 올리고머

본 발명에서는 광경화형 화합물로서 광투과율이 우수하고 헤이즈가 낮은 우레탄아크릴레이트 올리고머를 사용한다.

본 발명에서 사용할 수 있는 우레탄아크릴레이트 올리고머는 아크릴릭, 폴리에스테르, 폴리에테르, 부타디엔, 폴리비닐 등을 골격으로 한 우레탄아크릴레이트 올리고머로서, 분자량이 100 미만이면 안정된 신뢰성을 기대할 수 없고, 350를 초과하면 스크린 인쇄 작업에서 균일도를 유지하기 곤란하기 때문에 분자량은 100 ~ 350 사이가 적당하다.

우레탄아크릴레이트 올리고머는 코팅조성물 전체 중량의 10 ~ 80중량% 사용하는 것이 바람직하다. 10% 이하이면 올리고머 특성을 발현하기 곤란하고, 80%를 초과하면 제조 비용이 증가하고 점도가 상승하게 되어 소포력이 떨어져 불량률이 증가한다.

본 발명에서는 다양한 우레탄아크릴레이트는 도파쉬트의 주재료인 폴리카보네이트와의 접착력이 우수하고, 굴절률이 높은 특성을 갖는다. 우레탄아크릴레이트 올리고머의 종류는 매우 다양하므로, 본 발명에서는 구체적인 우레탄아크릴레이트의 종류에 한정되지 않는다.

광확산제

본 발명에서 사용하는 광학산제는 2 ~ 30㎛ 크기의 통상의 광확산제가 모두 사용가능하다. 광확산제의 예로는 이산화티탄(TiO₂), 실리카(SiO₂), 실리콘비드 및 글라스비드 등이 있다.

상기 광학산제는 5 내지 50중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. 5 중량% 이하로 첨가되면 광확산이 잘 이루어지지 않으며, 50 중량% 이상이면, 우레탄아크릴레이트와의 혼합이 어려울뿐만 아니라, 자외선경화 후 광확산층의 물리적인 강도가 약화된다.

다관능 단량체

광확산층의 기계적 또는 신뢰성 특성 확보하기 위해 일관능기 이상, 즉, 일관능, 이관능, 삼관능 등 다관능기를 갖는 단량체를 첨가한다(이하 본 발명에서 "다관능기를 갖는 단량체"는 편의상 "1관능기 이상을 갖는 단량체"를 의미한다). 상기 단량체는 분자 내의 다관능기로 인하여 광경화시 우레탄아크릴레이트의 가교를 도와 점도 조절, 경화속도 조절을 할 뿐만 아니라, 일종의 희석제 역할도 함께 수행한다. 특히, 기계적 물성 및 광학 특성을 확보하기 위한 다관능 단량체로는 알리패틱 아크릴레이트 또는 사이클릭 아크릴레이트가 바람직하며, 관능기 갯수는 1개에서 6개 정도인 것이 바람직하다.

이러한 단량체는 코팅조성물 총 중량 중 5 ~ 30중량%로 첨가할 수 있는데 이러한 첨가량은 관능기의 갯수가 많을수록 적게 넣는 것이 바람직하다. 30중량%보다 많으면 표면 경도는 좋아지나, 충격에 의한 깨짐이 발생하거나 변형을 가져온다. 다관능 단량체를 첨가함으로써, 우레탄아크릴레이트 올리고머의 가교반응이 더 활발히 일어나도록 한다.

광개시제

상기 우레탄아크릴레이트 올리고머의 자외선 경화를 위해 사용되는 광개시제는 황변 현상이 없고, 특히 고온 고습에서 산 또는 염기가 유리되어 흑점 또는 부식이 발생하지 않는 광개시제를 사용하는 것이 유리하다. 따라서 알파-하이드록시-케톤(α-hydroxy-ketone) 계와 내부 경화에 유리한 포스핀(phosphine) 계를 적절히 조합하여 사용하는 것이 유리하며, 광개시제는 조성물 총 중량 중 2 ~ 15중량%로 사용한다. 2중량%보다 적으면 완전 경화가 일어나지 않고, 15중량%를 초과하면 고온고습 신뢰성에 표면 흑점 또는 부식이 발생할 수 있다. 또한 포스핀계 광개시제는 내부 경화에는 도움되지만 5중량%를 초과하면 흑점이나 부식이 다량 발생할 수 있다.

기타 성분

확산 조성물의 제조 과정에서 발생할 수 있는 기포나 요변성을를 개선하기 위해 실리콘계 또는 불소계 첨가제, 예를 들어, 실리콘 아크릴 변성 폴리머, 실리콘 우레탄 변성 폴리머, 불소 변성 아크릴, 불소 변성 실리콘 등을 사용할 수 있는데, 전제 중량의 1% 이내로 제한하여 사용한다. 첨가제의 함량이 1%이상 접착력이 저하되고 안정한 인쇄막을 얻을 수 없다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 4

다음과 같이 표 1의 함량대로 실시예 1 내지 4의 잉크 조성물을 제조하였다.

표 1

성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비고
CN-9001	45				aliphatic urethane acrylate
CN-9009	5				hexafunctional urethane acrylate
SR531	20				cyclic trimethylopropane formal acrylate
HEA	13				hydroxy ethyl acrylate
Ir-184^®	3				알파히드록시 케톤계 광개시제(스위스 Ciba specialty chemical사 제품)
TPO^®	3				포스핀옥사이드계 광개시제(이탈리아의 Lambert사 제품)
요변제	0.5				독일 BYK Chemcal사의 상품명 BYK-410^®, 우레아 변성 증점제
레벨링첨가제	0.5				실리콘 오일, 독일 BYK Chemcal사의 상품명 BYK-3700^®
TiO₂	10
SiO₂		10
실리콘비드			10
글라스비드				10

** 상기 조성별 함량은 중량%임.

실험예

상기 실시예 1 내지 4의 조성물을 폴리카보네이트 기재 위에 스크린 프린팅 을 하여 수은램프로 500mJ/m² 광량으로 경화하였다. 경화 후 휘도를 측정한 결과 하기 표 2와 같다.

표 2

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
평균휘도(Sb)	19.1	20.0	17.6	21.3

종래의 기술에서는 평균휘도가 대략 15 Sb 정도였으나, 본 발명의 잉크를 적용한 결과 평균적으로 약 5 Sb 정도 휘도증가 효과가 나타나는 것을 알 수 있었다.

도 1은 전형적인 인쇄형 도파쉬트를 채용한 키패드의 단면도이다.

도 2는 도 1의 광확산층을 역할을 설명하기 위한 개념도이다.

** 도면의 주요 부호에 대한 설명 **

1 : 인쇄회로기판 2 : 광원(LED 등)

3 : 메탈돔(metal dom) 4 : 도파쉬트

5 : 메탈돔쉬트 6 : 광확산층

7 : 키탑부

Claims

(i) 분자량이 100 내지 350인 우레탄아크릴레이트 올리고머;

(ii) 다관능기의 단량체;

(iii) 입자 크기가 2 ~ 30㎛인 광확산제; 및

(iv) 광개시제를 포함하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물.
제 1 항에서, 상기 우레탄아크릴레이트 올리고머 10 ~ 80중량%, 다관능기의 단량체 5 ~ 30중량%, 광학산제 5 ~ 50중량%, 광개시제 2 ~ 15 중량%인 것을 특징으로 하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물.
제 2 항에서, 상기 광개시제로 포스핀계 또는 알파-하이드록시-케톤계를 사용하는 것을 특징으로 하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물.
제 3항에서, 상기 광개시제로 포스핀계를 사용인 경우 2 내지 5중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다관능기의 단량체가 관능기 1 내지 6개의 알리패틱 아크릴레이트 또는 사이클릭 아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물.
삭제
제 1 항 또는 제 2항에서, 실리콘 아크릴 변성 폴리머, 실리콘 우레탄 변성 폴리머, 불소 변성 아크릴, 불소 변성 실리콘 중에서 선택되는 1종 이상의 실리콘계 첨가제 또는 불소계 첨가제를 1 중량% 이내로 더 추가하는 것을 특징으로 하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물.

`
제 1 항에서, 상기 광확산제가 이산화티탄(TiO₂), 실리카(SiO₂), 실리콘비드 및 글라스비드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물.
폴리카보네이트 재질의 도파쉬트 위에 제 1 항의 광확산용 자외선 경화형 잉크 조성물을 스크린 인쇄하여 얻어지는 광확산층을 갖는 것을 특징으로 하는 도파쉬트.