KR102210938B1

KR102210938B1 - 부착력이 우수한 도파관 엣지 차광용 조성물

Info

Publication number: KR102210938B1
Application number: KR1020170160204A
Authority: KR
Inventors: 김아름; 유재현; 박성은; 김준형
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2021-02-01
Also published as: TWI713936B; CN110268023A; JP2020504772A; EP3569665B1; WO2019107817A1; JP6866926B2; US20200248016A1; TW201925386A; US10895678B2; EP3569665A1; EP3569665A4; CN110268023B; KR20190061628A

Abstract

본 발명은 착색제, 아크릴레이트 모노머, 우레탄아크릴레이트 올리고머, 유기실란 및 광중합 개시제를 포함하고, 경화 후의 유리기재에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상 및/또는 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상인 것인 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물 및 상기 조성물을 사용하여 차광막을 형성하는 도파관의 제조방법에 관한 것이다.

Description

부착력이 우수한 도파관 엣지 차광용 조성물 {A COMPOSITION FOR SHIELDING A WAVEGUIDE EDGE WITH EXCELLENT ADHESION}

본 발명은 부착력이 우수한 도파관 엣지 차광용 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 빛샘 및 외광 유입을 억제하기 위해 도파관에 형성되는 차광층에 사용하기 위한 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 조성물을 사용하여 차광층을 형성한 도파관, 상기 도파관을 포함하는 도파관 모듈 및 상기 도파관의 제조방법에 관한 것이다.

증강현실(AR) 안경으로 대표되는 웨어러블 증강현실 장치는 디지털 이미지를 사용자의 눈에 전달하기 위해 근안 디스플레이(Near-Eye Display, NED)가 필요하며, NED의 구성요소 중 하나로 평판 도파관(waveguide)이 사용된다. 이러한 도파관에 입사된 광선은 도파관 면에 평행한 방향으로 전달되어 격자(grating) 또는 하프미러(half-mirror) 등에 반사 후 사용자의 눈에 도달하게 되는데, 이 때 일부 광선은 도파관의 끝단부까지 전파되고, 도파관의 가장자리로 발산되어, NED 구동시에 도 1에서 볼 수 있는 빛샘 현상을 야기시킨다. 이러한 빛샘 현상은 제품 구동시, 사용자의 편의와 미관을 저해하기 때문에 개선되어야 할 사항이다. 또한 도파관 가장자리에서 도파관 내로 유입되는 외광은 의도치 않은 광간섭을 유발하여 이미지 품질의 저하를 초래할 수 있다.

따라서, 도파관 가장자리 절단부에 차광코팅을 하면 이러한 외광 유입을 억제하여 NED에서 출력되는 이미지 품질 저하를 억제할 수 있어, 기존에는 도파관에 플라스틱 케이스를 씌우거나, 테두리에 테이프를 붙여 차광하는 방법 등을 사용하였다.

그러나 상기 방법들은 차광층의 두께가 예컨대 수백 μm 내지 수십 mm로 두껍고, 차광코팅의 폭을 수백 nm ~수백 μm 수준으로 얇고 정교하고 조절하는데 어려움이 있었다.

KR 10-2012-0076973 A

차광막을 형성하는데 잉크를 사용하는 방식에서, 기존의 접촉식 인쇄방식인 스크린 프린팅 등의 수단으로는 도파관의 좁은 절단면에 코팅하기가 어렵고, 도파관의 절단면이 곡면 또는 경사면으로 가공된 경우 더욱 기존 방식으로 정교하게 차광층을 코팅하는 것이 어려웠다. 그러나 잉크젯 프린팅 방식은 비접촉식 인쇄방식으로서, 곡면 또는 경사면 가공이 되어있는 좁은 절단부 영역에도 정교하게 인쇄가 가능하다.

이에 본 발명의 목적은, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 도파관 절단면에 착색제를 포함하는 조성물을 코팅하여 차광막을 형성함으로써 도파관 테두리에서 발생하는 빛샘 현상 및 도파관 내로의 외광 유입을 방지하기 위한 도파관 엣지 차광용 자외선 경화용 조성물 및 이를 사용하여 차광막을 형성한 도파관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 착색제, 아크릴레이트 모노머, 우레탄아크릴레이트 올리고머, 유기실란 및 광중합 개시제를 포함하고, 경화 후의 유리기재에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상 및/또는 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500mN 이상인 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 사용하여, 평판 도파관의 테두리측에 차광막 코팅층을 형성하는 단계; 및 b) 상기 차광막 패턴을 경화하여 1.5 이상의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막을 형성하는 단계를 포함하는 도파관의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막이 형성된 도파관으로서, 상기 차광막의 두께는 2 내지 120 ㎛이고, 상기 차광막의 도파관에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상 및/또는 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상인 것인 도파관, 및 상기 도파관을 포함하는 도파관 모듈을 제공한다.

본 발명에 따르면, 얇은 두께로 차광막을 형성함에도, 우수한 광학밀도와 우수한 부착력을 가지기 때문에 도파관 테두리에서 발생하는 빛샘 현상 및 도파관 내로의 외광 유입을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 도파관의 사용 및 빛샘 현상을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 도파관에 따른 빛의 이동 경로를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 도파관의 차광막 형성 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 도파관의 절단면의 형태에 따른 형성방법을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 도파관의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 도파관의 정면을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 일 실시예(우측) 및 비교예(좌측)의 조성물에 따라 크로스 컷 정도가 달라지는 모습을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 착색제, 아크릴레이트 모노머, 우레탄아크릴레이트 올리고머, 유기실란 및 광중합 개시제를 포함하고, 경화 후의 유리기재에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상 및/또는 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상인 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명의 자외선 경화형 조성물은 광증감제, 밀착증진제, 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 자외선 경화형 조성물의 이점은 상기 각 성분의 조합에 의해 극대화될 수 있다. 이하, 상기 자외선 경화형 조성물의 각 성분에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 자외선 경화형 조성물은 중합성 불포화 화합물로서 아크릴레이트 모노머와 우레탄아크릴레이트 올리고머를 포함할 수 있다. 본 발명의 자외선 경화형 조성물은 우레탄아크릴레이트 올리고머를 혼합하여 사용함으로써 경화 후의 적절한 인성(toughness) 및 기재에 대한 적절한 부착력을 달성하면서 안료의 분산성을 해치지 않을 수 있다.

상기 아크릴레이트 모노머는 경화시에 상기 우레탄아크릴레이트 올리고머와 화학적으로 반응하여 적절한 경화도를 구현하는 역할을 수행한다.

상기 아크릴레이트 모노머는 한 개의 아크릴레이트 관능기를 포함하는 단관능성 아크릴레이트 모노머, 2 개의 아크릴레이트 관능기를 포함하는 이관능성 아크릴레이트 모노머, 및 3 개 이상의 아크릴레이트 관능기를 포함하는 다관능성 아크릴레이트 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 단관능성 아크릴레이트 모노머는 탄소수 1 내지 14의 선형 또는 분지형 알킬기를 갖는 알킬아크릴레이트를 포함할 수 있다. 상기 탄소수 범위의 알킬기를 통하여 상기 광경화성 조성물이 적절한 점도를 확보할 수 있고, 경화 이후에 적절한 경화도 및 경도를 구현할 수 있다.

예를 들어, 상기 알킬아크릴레이트는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, 펜틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 테트라데실(메타)아크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 단관능성 아크릴레이트 모노머는 카르복실기 함유 (메타)아크릴레이트 모노머 또는 히드록시기 함유 (메타)아크릴레이트 모노머를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 카르복실기 또는 히드록시기를 통하여 적절한 접착력을 부여할 수 있다. 예를 들어, 상기 카르복실기 또는 히드록시기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 2-(메타)아크릴로일옥시 아세트산, 3-(메타)아크릴로일옥시 프로필산, 4-(메타)아크릴로일옥시 부틸산, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 단관능성 (메타)아크릴레이트 모노머는 유리전이온도(Tg)가 약 -60℃ 내지 약 100℃일 수 있다. 상기 범위의 유리전이온도(Tg)를 갖는 단관능성 아크릴레이트 광경화성 모노머를 사용하여, 본 발명에 따른 조성물이 낮은 경화 수축률을 구현할 수 있다.

2 개 이상의 아크릴레이트 관능기를 포함하는 모노머로는 프로필렌글리콜 디아크릴레이트 등의 2관능성 모노머, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트 등의 3관능성 모노머, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트 등의 6관능성 모노머 등을 예로 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 비교적 탄성율이 낮은 경화물이 요구되는 경우에는 단일 관능성 화합물을 사용하는 것이 바람직하나, 2개 이상의 아크릴레이트 관능기를 포함하는 화합물을 적당한 비율로 병용하여 경화물의 탄성율을 조절할 수도 있다.

일 양태에서, 상기 아크릴레이트 모노머는 테트라하이드로퍼푸릴 아크릴레이트, 사이클릭 트리메틸올프로판 포말 아크릴레이트, 비스페놀A 에폭시 다이아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시 피발릭산 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 히드록시에틸메타아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 헥산디올디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트로, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 양태에서, 단관능 아크릴레이트 모노머 함량이 전체 잉크 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 40 중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량% 이하인 경우 개시제 용해도가 저하되고, 코팅층의 경화수축률이 증가하며, 40 함량% 이상이면 경화물의 경도가 저하되고, sticking 현상이 발생하는 문제가 있다.

일 양태에서, 2관능 이상의 아크릴레이트 모노머 함량은 전체 잉크 조성물의 총 중량에 대해 10 내지 70 중량%인 것이 바람직하고, 예컨대 15 내지 50 중량% 일 수 있다. 상기 함량이 10 중량% 이하인 경우 코팅층의 경도가 저하되고, 70 중량% 이상인 경우 수축률이 증가하고 기재 부착력이 저하된다.

상기 우레탄아크릴레이트 올리고머는 폴리에테르 폴리올, 수산기 함유 아크릴 유도체 및 디이소시아네이트 화합물을 중합시켜 제조한 화합물이며, 양 말단에는 탄소-탄소 이중결합을 갖는다. 폴리에테르 폴리올로는 수평균 분자량이 300 내지 30,000인 것을 사용하며 보다 바람직하게는 분자량이 500 내지 10,000인 것을 사용한다. 디이소시아네이트 화합물은 통상의 우레탄 합성시 사용되는 것으로서, 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트를 모두 사용할 수 있다.

상기 우레탄아크릴레이트 올리고머는 수평균 분자량이 500 내지 40,000인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 수평균 분자량이 500 내지 30,000인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 수평균 분자량이 500미만인 경우에는 본 발명이 목적하는 특성 개선을 이루기가 곤란하다는 문제점이 있으며, 40,000을 초과할 경우에는 전체적인 광경화성과 알칼리 현상성에 악영향을 미친다는 문제점이 있다.

상기 우레탄아크릴레이트 올리고머는 조성물 총 중량에 대해서 0.5 내지 30 중량%(용매를 제외한 고형분의 중량%를 의미한다. 이하 동일하다)의 함량으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5 중량% 미만으로 사용될 경우에는 본 발명이 목적하는 특성 개선의 효과를 얻기 어려우며, 30 중량%를 초과하여 사용할 경우에는 광경화성에 문제를 초래하게 된다.

또한, 본 발명의 조성물은 아크릴레이트 모노머와 우레탄아크릴레이트 올리고머를 2:1 내지 8:1의 중량비로 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 아크릴레이트 모노머 대 우레탄아크릴레이트 올리고머의 중량비는 2:1 내지 6:1이거나, 또는 3:1 내지 5:1일 수 있다.

본 발명의 조성물은 광 조사에 의해 경화 반응을 수행하기 위하여 광중합 개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 광중합 개시제는 히드록시케톤계 화합물, 페닐글리옥실레이트계 화합물, 벤질디메틸케탈계 화합물, α-아미노케톤계 화합물, 모노아실포스핀계 화합물, 비스아실포스펜계 화합물, 포스핀옥시드계 화합물, 메탈로센계 화합물, 아이오도늄염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 광중합 개시제는 자외선 경화형 조성물의 총 중량에 대하여 0.5~10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 광중합 개시제의 함량이 0.5 중량% 미만이면 경화 반응이 충분하지 않고, 10 중량% 초과이면 모두 용해되지 않거나 점도가 증가하여 코팅성이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 경화형 잉크 조성물은 용제를 포함하지 않을 수 있다.

상기 경화형 잉크 조성물은 착색제를 포함한다. 상기 착색제로는 1종 이상의 착색제, 염료 또는 이들의 혼합물을 포함하는 착색제 분산액 형태로 사용할 수 있으며, 필요에 따른 색을 발현할 수 있다면 특별히 한정하지 않는다.

일 구현예에서, 상기 착색제로서 카본 블랙, 흑연, 금속 산화물, 유기블랙 착색제 등을 사용할 수 있다.

카본 블랙의 예로는 시스토 5HIISAF-HS, 시스토 KH, 시스토 3HHAF-HS, 시스토 NH, 시스토 3M, 시스토 300HAF-LS, 시스토 116HMMAF-HS, 시스토 116MAF, 시스토 FMFEF-HS, 시스토 SOFEF, 시스토VGPF, 시스토 SVHSRF-HS 및 시스토 SSRF(동해카본 ㈜); 다이어그램 블랙 II, 다이어그램 블랙 N339, 다이어그램 블랙 SH, 다이어그램 블랙 H, 다이어그램 LH, 다이어그램 HA, 다이어그램 SF, 다이어그램 N550M, 다이어그램 M, 다이어그램 E, 다이어그램 G, 다이어그램 R, 다이어그램 N760M, 다이어그램 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 및 OIL31B(미쯔비시화학㈜) ; 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, 및 LAMP BLACK-101(데구사㈜); 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, 및 RAVEN-1170(콜롬비아 카본㈜) 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.

상기 유기블랙 착색제로 아닐린 블랙, 락탐 블랙 또는 페릴렌 블랙계열 등을 사용할 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.

본 발명에서 경화형 잉크 조성물은 자외선(일례로 250 또는 450nm), 보다 바람직하게는 장파장의 자외선 (일예로 360 nm 내지 410 nm)의 조사에 의해 경화되어 일정 수준의 OD(Optical Density)를 갖는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 상기 착색제의 함량은 경화형 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%인 것이 바람직하며, 또 다른 양태에서 0.5 내지 5 중량%일 수 있다. 착색제의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우, 차광막에 적용할 만한 수준의 OD가 나타나지 않으며, 15 중량% 초과일 경우, 과량의 착색제가 잉크에 분산되지 않고 침전물이 형성되거나, 코팅 후 필름 내로 자외선 투과가 어려워 필름 심부까지 충분히 경화가 되지 않을 수 있다.

상기 경화형 잉크 조성물은 첨가제로서 밀착증진제를 포함할 수 있다. 도파관의 절단면에 부착된 차광막은 온도와 습도 등 사용 조건에 따라 수축과 팽창을 반복함으로써, 차광막에 응력이 가해지게 되어 차광막이 도파관에서 탈락될 수 있다. 이를 방지하기 위해 밀착증진제로서 에폭시 실란계 화합물, 아미노 실란계 화합물, 메타크리로시 실란계 화합물, 비닐 실란계 화합물, 메르캅토 실란계 화합물, 아크릴로시 실란계 화합물, 이소시아네이트 실란계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 실란계 화합물을 사용할 경우 우수한 결과를 나타낼 수 있다.

이 중에서도 아미노 실란계 화합물이 본 발명의 밀착증진제로 바람직하다. 예컨대, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시릴-N-(1,3디메틸-부티리딘)프로필아민, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서 밀착증진제로 에폭시 실란계 화합물이 사용될 수 있고, 예컨대 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 메타아크릴로일옥시 프로필트리메톡시 실란, 메타아크릴로일옥시 프로필 디메톡시 실란, 메타아크릴로일옥시 프로필트리에톡시 실란, 메타아크릴로일옥시 프로필디메톡시실란, 옥틸트리메톡시 실란, 도데실트리메톡시 실란, 옥타데실트리메톡시 실란 등이 사용될 수 있다.

상기 밀착증진제는 잉크 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 15 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 또 다른 양태에서 2 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 0.1 중량% 미만일 경우에는 차광막이 도파관의 절단면으로부터 박리하는 것을 방지하여 주지 못하며, 15 중량% 초과인 경우에는 잉크 용액의 점도가 상승하고 분산성이 낮은 문제점이 있다.

상기 자외선 경화형 조성물은 조성물의 표면장력을 낮춰주는 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.

상기 계면활성제로는 시판품을 사용할 수 있으며, 예를 들면 DIC(DaiNippon Ink & Chemicals) 사의 Megafack F-444, F-475, F-478, F-479, F-484, F-550, F-552, F-553, F-555, F-570, RS-75 또는 아사히 가라스 사의 Surflon S-111, S-112, S-113, S-121, S-131, S-132, S-141 및 S-145 또는 스미토모 스리엠 사의 Fluorad FC-93, FC-95, FC-98, FC-129, FC-135, FC-170C, FC-430 및 FC-4430 또는 듀퐁 사의 Zonyl FS-300, FSN, FSN-100 및 FSO 및 BYK사의 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-SILCLEAN 3700 및 BYK-UV 3570 또는 테고 사의 Rad 2100, Rad 2011, Glide 100, Glide 410, Glide 450, Flow 370 및 Flow 425 등으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

상기 계면활성제는 경화형 잉크 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 5.0 중량%으로 포함되는 것이 바람직하고, 또 다른 양태에서 0.5 내지 3.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 계면활성제의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 조성물의 표면장력을 낮추는 효과가 충분치 않아 기재에 조성물을 코팅 시 코팅불량이 발생하게 되고, 5.0 중량%를 초과할 경우에는 계면활성제가 과량으로 사용되어 조성물의 상용성 및 소포성이 오히려 감소하게 되는 문제점이 있다.

상기 경화형 잉크 조성물은 장파장 활성 에너지 선에서의 경화성을 보완하기 위해 광 증감제를 추가로 포함할 수 있다.

상기 광 증감제는 안트라센, 9,10-디부톡시안트라센, 9,10-디메톡시안트라센, 9,10-디에톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디메톡시안트라센 등의 안트라센계 화합물; 벤조페논, 4,4-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, 2,4,6-트리메틸아미노벤조페논, 메틸-o-벤조일벤조에이트, 3,3-디메틸-4-메톡시벤조페논, 3,3,4,4-테트라(t-부틸퍼옥시카보닐)벤조페논 등의 벤조페논계 화합물; 아세토페논; 디메톡시아세토페논, 디에톡시아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 프로판온 등의 케톤계 화합물; 페릴렌; 9-플로레논, 2-크로로-9-프로레논, 2-메틸-9-플로레논 등의 플로레논계 화합물; 티옥산톤, 2,4-디에틸 티옥산톤, 2-클로로 티옥산톤, 1-클로로-4-프로필옥시 티옥산톤, 이소프로필티옥산톤(ITX), 디이소프로필티옥산톤 등의 티옥산톤계 화합물; 크산톤, 2-메틸크산톤 등의 크산톤계 화합물; 안트라퀴논, 2-메틸 안트라퀴논, 2-에틸 안트라퀴논, t-부틸 안트라퀴논, 2,6-디클로로-9,10- 안트라퀴논 등의 안트라퀴논계 화합물; 9-페닐아크리딘, 1,7-비스(9-아크리디닐)헵탄, 1,5-비스(9-아크리디닐펜탄), 1,3-비스(9-아크리디닐)프로판 등의 아크리딘계 화합물; 벤질, 1,7,7-트리메틸-비시클로[2,2,1]헵탄-2,3-디온, 9,10-펜안트렌퀴논 등의 디카보닐 화합물; 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드 등의 포스핀 옥사이드계 화합물; 메틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트, 에틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트, 2-n-부톡시에틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트 등의 벤조에이트계 화합물; 2,5-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로펜타논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로헥사논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)-4-메틸-시클로펜타논 등의 아미노 시너지스트; 3,3-카본닐비닐-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-메톡시-쿠마린, 10,10-카르보닐비스[1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H,11H-C1]-벤조피라노[6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온 등의 쿠마린계 화합물; 4-디에틸아미노 칼콘, 4-아지드벤잘아세토페논 등의 칼콘 화합물; 2-벤조일메틸렌; 및 3-메틸-b-나프토티아졸린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 광 증감제는 광중합 개시제 100 중량부에 대해, 1 내지 200 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 중량부로 포함된다. 1 중량부 미만일 경우에는 원하는 파장에서의 경화감도 상승 작용을 기대할 수 없으며, 200 중량부 초과일 경우 광 증감제가 용해되지 못하고 패턴의 접착력 및 가교 밀도를 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명에서 사용하는 경화형 잉크 조성물은 우수한 도막 특성을 나타내며, 경화되어 우수한 접착 특성을 나타낸다. 상기 경화형 잉크 조성물은 경화 도즈량이 1~10,000 mJ/㎠, 바람직하게는 80~3,000 mJ/㎠이다. 상기 경화형 잉크 조성물은 250 nm 내지 450 nm, 바람직하게는 360 nm 내지 410 nm의 파장 범위에서 자외선을 흡수하여 경화된다.

상기 자외선 경화형 조성물은 일 예로 25℃에서 10 내지 10,000 mPa·s의 점도, 또는 100 내지 10,000 mPa·s의 점도를 가짐으로써 디스펜서 공정에 적합하다. 상기의 점도 범위를 갖는 자외선 경화형 조성물은 공정 온도에서의 토출이 양호하다. 상기 공정 온도는 자외선 경화형 조성물의 점도가 낮아지도록 가열한 온도를 의미한다. 공정 온도는 10℃ 내지 100℃일 수 있으며, 바람직하게는 20℃ 내지 70℃일 수 있다.

또한, 상기 자외선 경화형 조성물은 일 예로 35℃의 대류 오븐에서 증발시켰을 때 2시간 경과 후의 잔여 질량이 85% 이상 일 수 있어, 증발 속도는 낮으면서도 경화 속도 및 막 특성이 불량하지 않게 된다.

본 발명의 자외선 경화형 조성물은 경화 후의 유리기재에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상 및/또는 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상으로 부착력과 경도가 우수하다.

본 발명은, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막이 형성되어 있는 도파관을 제공한다. 평판 도파관을 사용하는 경우, 빛이 입사하여 도파관의 내부의 벽을 반사하여 이동하게 되는데, 이 때 절단면에 아무런 적절한 차광막이 형성되어 있지 않으면, 내광이 발산되는 문제(빛샘현상)가 발생하거나, 외부로부터 불필요한 빛이 유입되는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 본 발명의 도파관은 도 2에 나타낸 바와 같이, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 얇은 두께로, 우수한 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막을 형성하여, 내광 발산을 차단하고, 또한 외광 유입을 차단할 수 있다.

상기 차광막이 형성되어 있는 도파관의 절단면은 평면, 곡면 또는 경사면으로 가공되어 있을 수 있다. 본 발명은 후술하는 제조방법에 의하여 제조함으로써, 다양한 형상에 대하여 차광막을 형성할 수 있다.

또한, 상기 차광막은 도파관의 절단면의 옆면 및 테두리에 형성될 수 있다. 단순히 옆면뿐만 아니라 테두리(엣지 포함)에도 차광막을 형성함으로써, 내광 발산을 차단하고, 또한 외광 유입을 차단할 수 있다.

상기 차광막은 카본 블랙, 흑연, 금속 산화물 및 유기블랙 착색제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 블랙 잉크 착색제를 포함할 수 있다.

상기 블랙 잉크 착색제의 함량은 상기 차광막의 총 중량에 대하여 0.1-15 중량%으로 포함될 수 있다. 상기 블랙 잉크 착색제의 함량이 상기 범위를 만족해야 잉크의 분산안정성 및 저장안정성을 확보하고, 필름의 자외선 경화를 저해하지 않으면서, 높은 두께당 광학밀도를 갖는 차광막을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 도파관은 도 3에서와 같이, 도파관의 테두리측 절단면에 차광막을 형성함으로써, 빛샘을 억제하고, 외광의 유입을 차단할 수 있다.

또한, 본 발명의 도파관은 빛샘을 억제하고, 외광의 유입을 차단하기 위하여, 상기 차광막의 전체 광학밀도(Optical Density, OD)는 1.5 이상으로 할 수 있다. 본 발명에 따른 일 예에서, 상기 차광막의 전체 광학밀도는 6을 초과하지 않는다.

또한, 본 발명의 일 양태에서, 상기 차광막의 도파관에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상 및/또는 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상으로서 부착력 및 코팅성이 우수하다.

또한 본 발명은 상기 도파관을 포함하는 도파관 모듈을 제공한다. 상기 도파관 모듈은 본 발명의 도파관이 사용되는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 증강현실(Augmented reality, AR) 안경 등에 사용될 수 있다.

본 발명은 a) 상기 자외선 경화형 조성물을 사용하여, 평판 도파관의 테두리측에 차광막 코팅층을 형성하는 단계; 및 b) 상기 차광막 패턴을 경화하여 1.5 이상의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막을 형성하는 단계를 포함하는 도파관의 제조방법을 제공한다.

상기 a) 단계에서 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막 코팅층을 형성하는 방법은 디스펜서 공정 또는 잉크젯(Inkjet) 인쇄를 이용할 수 있다. 상기 잉크젯 인쇄 방법은 통상의 방법으로 사용할 수 있으며, 디스펜서 공정은 미세토출장치는 공압 또는 압전을 이용한 디스펜싱 밸브를 이용할 수 있는데, 바람직하게는 디스펜서 인쇄 방법을 사용할 수 있다.

상기 인쇄 방법으로 차광막 코팅층을 형성하게 되면, 도 4에 기재된 바와 같이 평면(도 4의 (a)) 뿐만 아니라 경사면(도 4의 (b)) 또는 곡면(도 4의 (c))으로 가공된 도파관의 테두리측 절단면에도 효과적으로 차광막 코팅층을 형성할 수 있게 된다.

상기 b) 단계의 경화는 자외선 경화일 수 있다. 상기 자외선 경화 시에 250 내지 450nm의 광원을, 보다 바람직하게는 360 nm 내지 410 nm 의 광을 광원으로 사용할 수 있다.

또한 상기 방법으로 제조된 차광막의 도파관에 대한 부착력은 ASTM D3359 규격으로 5B 이상 및/또는 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로1500 mN 이상일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세하게 설명한다.

실시예

제조예 1

CN8887: Sartomer USA, LLC (사토머)

PU256: 미원스페셜티케미칼(주)

CN9021: Sartomer USA, LLC (사토머)

CN8888: Sartomer USA, LLC (사토머)

상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1, 및 비교예 1 및 2의 조성에 따라 혼합하여 제조한 차광막 형성용 조성물을 세정된 도파관의 상면에 경화 후, 차광막의 OD가 약 1.5가 되도록 스핀코팅 방법으로 코팅하였다. 이물질 부착을 방지하기 위해 코팅 후 1분 이내에 코팅층을 하기 조건으로 자외선(395 nm)을 조사하여 경화함으로써 차광막 코팅층을 형성하였다. 자외선 조사기는 395 nm 파장의 LED 램프를 사용하였으며, 2500 mJ/cm²의 광량으로 조사하였다.

실험예 1: 차광막의 OD 평가

상기 형성한 차광막 코팅층에 대해 OD를 X-rite 사의 OD 측정기를 이용하여 측정하여, 하기에 나타내었다.

실험예 2: 크로스-컷 테스트(Cross-cut test)

상기 도파관 평면 상에 동일한 두께로 제조된 차광막을 크로스 컷 시험 기준인 ASTM D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트를 수행하였다. 구체적으로, 시편을 1 mm의 간격으로 가로 및 세로 방향으로 각각 11줄씩 칼로 그어서 가로와 세로가 각각 1 mm인 100개의 정사각형 격자를 형성하였다. 그 후, Nichiban사의 CT-24 접착 테이프를 상기 재단면에 부착한 후 떼어낼 때에, 함께 떨어지는 면의 상태를 측정하여 하기 기준으로 평가하여, 하기 표 3에 나타내었다.

<크로스-해치 접착력 평가 기준>

5B: 떨어진 면이 없는 경우

4B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 이내인 경우

3B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5 내지 15%인 경우

2B: 떨어진 면이 총 면적 대비 15 내지 35%인 경우

1B: 떨어진 면이 총 면적 대비 35 내지 65%인 경우

0B: 거의 대부분이 떨어지는 경우

	실시예1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예1	비교예 2
부착력 (cross-cut)	5B	5B	5B	5B	5B	5B	0B	0B
OD	1.50	1.52	1.51	1.53	1.50	1.55	1.52	1.50

상기 표 3 및 도 7의 결과로부터, 실시예 1 내지 6에서 제조한 차광층의 경우 별도의 열처리 없이도 5B 수준의 부착력을 나타내는데 반해, 우레탄아크릴레이트 올리고머를 첨가하지 않은 비교예 1과 비교예 2에서 제조한 차광층의 경우 각각 0B 수준의 부착력을 보여, 실시예 1 내지 6에서 제조된 차광층이 기존 재료보다 우수한 부착력을 달성함을 확인할 수 있었다.

제조예 2

상기 실시예 7 및 8, 비교예 1 내지 3의 조성에 따라 혼합하여 제조한 차광막 형성용 조성물을 세정된 도파관의 세정된 도파관의 상면에 경화 후, 차광막의 두께가 10 ㎛가 되도록 스핀코팅 방법으로 코팅하였다. 이물질 부착을 방지하기 위해 코팅 후 1분 이내에 코팅층을 하기 조건으로 자외선(395 nm)을 조사하여 경화함으로써 차광막 코팅층을 형성하였다. 자외선 조사기는 395 nm 파장의 LED 램프를 사용하였으며, 2500 mJ/cm²의 광량으로 조사하였다.

실험예 3: 크로스-컷 테스트(Cross-cut test)

상기 도파관 평면 상에 동일한 두께로 제조된 차광막을 크로스 컷 시험 기준인 ASTM D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트를 수행하였다. 구체적으로, 시편을 1 mm의 간격으로 가로 및 세로 방향으로 각각 11줄씩 칼로 그어서 가로와 세로가 각각 1 mm인 100개의 정사각형 격자를 형성하였다. 그 후, Nichiban사의 CT-24 접착 테이프를 상기 재단면에 부착한 후 떼어낼 때에, 함께 떨어지는 면의 상태를 측정하여 하기 표 6에 나타내었다.

실험예 4: 마이크로스크래치 테스트(Microscratch test)

상기 도파관 평면 상에 동일한 두께로 제조된 차광막에 대해 하기 조건에 따라 마이크로스크래치 테스트하였다. 팁 끝단의 지름이 200 ㎛인 Rockwell 다이아몬드 팁으로 0에서 10 N까지 하중을 증가시키면서 5000 mN/s의 속도로 코팅층의 표면을 긁었을 때 기재의 표면이 드러나는 지점에서의 하중을 측정하고 이를 adhesion critical load로 판정하였다. 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

Microscratch test (MST) 조건

Indenter type : Rockwell

Material : Diamond

Radius : 200 um

Force contact : 10 mN

Force speed : 5000 mN/s

Load : 0 → 10 N

	Cross-cut test	Microscratch test
실시예 7	5B	2500 mN
실시예 8	5B	2500 mN
비교예 3	5B	774 mN
비교예 4	5B	190 mN
비교예 5	5B	1320 mN

상기 표 6의 결과로부터, 크로스-컷 테스트를 통한 부착력 평가에서는 실시예 7 및 8과 비교예 3 내지 5의 조성물이 모두 5B로 판정되어 부착력의 우위가 비교되지 못하였다. 크로스-컷 테스트에서는 사용하는 테이프의 접착력을 초과하는 범위의 부착력을 비교 평가할 수가 없다는 한계점이 있다. 따라서 마이크로스크래치 테스트를 이용하여 부착력의 수치화 비교를 실시하였고, 그 결과 실시예 7 및 8에서 제조한 차광층의 경우 adhesion critical force가 약 2500 mN으로 높게 나타났으나, 비교예 3 내지 5의 조성물의 경우 현저히 낮은 부착력을 나타냄을 확인할 수 있었다.

이상으로 본 발명을 실시예를 통해 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

착색제, 아크릴레이트 모노머, 우레탄아크릴레이트 올리고머, 유기실란 및 광중합 개시제를 포함하고,
상기 아크릴레이트 모노머는 단관능성 아크릴레이트 모노머, 이관능성 아크릴레이트 모노머, 및 다관능성 아크릴레이트 모노머를 포함하고,
자외선 경화형 조성물 총 중량에 대해, 상기 단관능성 아크릴레이트 모노머의 함량은 5 내지 40 중량%이고, 상기 이관능성 아크릴레이트 모노머와 상기 다관능성 아크릴레이트 모노머의 함량은 10 내지 70 중량%이고,
상기 우레탄아크릴레이트 올리고머의 함량은 상기 자외선 경화형 조성물 총 중량에 대해 0.5 내지 30 중량%이고,
상기 아크릴레이트 모노머: 상기 우레탄아크릴레이트 올리고머의 중량비율이 2:1 내지 6:1 이고,
경화 후의 유리기재에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상이고, 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상인 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물은 광증감제 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 추가로 포함하는 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 아크릴레이트 모노머는 테트라하이드로퍼푸릴 아크릴레이트, 사이클릭 트리메틸올프로판 포말 아크릴레이트, 비스페놀A 에폭시 다이아크릴레이트, 하이드록시 피발릭산 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물.
제1항에 있어서, 상기 착색제의 함량은 상기 자외선 경화형 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 15 중량%인 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 조성물은 250 nm 내지 450 nm의 파장 범위의 자외선을 흡수하여 경화되는 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물은 360 nm 내지 410 nm의 파장 범위의 자외선을 흡수하여 경화되는 것인, 도파관 엣지 차광용 자외선 경화형 조성물.
평판 도파관의 테두리측 절단면에 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 자외선 경화형 조성물로 형성된 차광막이 형성된 도파관으로서,
상기 차광막의 전체 광학밀도(optical density)는 1.5 이상이고,
상기 차광막의 도파관에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상이며, 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상인 것인, 도파관.
제10항에 있어서, 상기 차광막은 카본 블랙, 흑연, 금속 산화물 및 유기블랙 안료로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 블랙 잉크 안료를 포함하는 것인, 도파관.
제11항에 있어서, 상기 블랙 잉크 안료의 함량은 상기 차광막의 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%인 것인, 도파관.
제10항에 따른 도파관을 포함하는 도파관 모듈.
a) 제1항에 따른 조성물을 사용하여, 평판 도파관의 테두리측에 차광막 코팅층을 형성하는 단계; 및
b) 상기 차광막 코팅층을 경화하여 1.5 이상의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막을 형성하는 단계를 포함하는 도파관의 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 a) 단계에서 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막 코팅층을 형성하는 방법은 디스펜서 공정 또는 잉크젯(Inkjet) 인쇄를 이용하는 것인 도파관의 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 b) 단계의 경화는 자외선 경화인 것인 도파관의 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 차광막의 도파관에 대한 부착력이 ASTM D3359 규격으로 5B 이상이고, 마이크로스크래치 테스트(microscratch test: MST)로 1500 mN 이상인 것인 도파관의 제조방법.
제14항에 있어서, 차광막이 형성되어 있는 도파관의 절단면은 평면, 곡면 또는 경사면으로 가공된 것인 도파관의 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 차광막은 도파관의 절단면의 옆면 및 테두리에 형성된 것인 도파관의 제조방법.