KR102236737B1 - 플라스틱 기판의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플라스틱 기판 - Google Patents

플라스틱 기판의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플라스틱 기판 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 두께 균일도가 우수한 플라스틱 기판의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 두께 균일도가 우수한 플라스틱 기판에 관한 것이다.

Description

플라스틱 기판의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플라스틱 기판{METHOD FOR MANUFACTURING PLASTIC SUBSTRATE AND PLASTIC SUBSTRATE MANUFACTURED BY THE SAME}
본 명세서는 2017년 11월 3일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2017-0145903호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다. 본 발명은 플라스틱 기판의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플라스틱 기판의 제조방법에 관한 것이다.
최근 가상 현실 디바이스(Virtual Reality Device) 및 증강 현실 디바이스(Augmented Reality Device) 등을 이용하여, 사용자에게 3차원의 화상을 제공하는 장치의 개발이 이루어지고 있다.
가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스는 일반적인 안경과 같은 렌즈에 회절 도광 패턴을 형성하여 원하는 이미지를 사용자에게 보이도록 할 수 있다. 일반적으로, 가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스 용도의 렌즈는 굴절율이 높은 유리 기재를 사용하게 되는데, 유리 기재는 높은 굴절율 및 광투과도를 가지는 장점이 있으나, 파손 시 사용자의 안구에 치명적인 손상을 가할 수 있고, 무게가 무거워 장시간 착용에 불편함이 존재한다.
이에 따라, 가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스 용도로 사용할 수 있도록, 높은 광투과도, 높은 굴절율을 가지며, 나아가 가볍고 파손 시 상대적으로 안전한 렌즈 기재에 대한 연구가 필요하다.
유리 기재를 대체하기 위한 플라스틱 기재의 경우, 표면 평탄도 및 두께 균일도와 같은 물성이 기존의 유리 기재에 크게 미치지 못하는 문제점이 있으므로, 이의 개선을 위한 연구가 필요한 실정이다.
한국 공개공보: KR 10-2015-0060562 A
본 발명은 플라스틱 기판의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명은 두께 균일도가 우수한 플라스틱 기판의 제조방법을 제공한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 평판형 하부 기판, 평판형 상부 기판, 및 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 완충형 스페이서를 포함하고, 상기 완충형 스페이서에 의하여 몰딩 공간이 구획되는 몰드 장비를 준비하는 단계;
상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계;
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계; 및
상기 평판형 상부 기판 및 상기 평판형 하부 기판을 제거하여 플라스틱 기판을 수득하는 단계;를 포함하고,
상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는 하기 식 1을 만족하는 것인 플라스틱 기판의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05}
본 발명의 일 실시상태는, 상기 플라스틱 기판의 제조방법에 의하여 제조된 플라스틱 기판을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 플라스틱 기판의 제조방법에 따르면, 표면 평탄도 및 두께 균일도가 우수한 플라스틱 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 플라스틱 기판의 제조방법에 따르면, 간단한 방법으로 우수한 두께 균일도 및 두께 평탄도를 가지는 플라스틱 기판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 경화성 조성물을 경화하는 단계에서의 단면을 도시한 것이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 발명자들은 경화성 조성물을 몰드에 주입한 후 경화하여 플라스틱 기판을 제조하는 경우, 경화성 조성물의 경화 수축에 의하여 경화 도중 몰드 기판에서 박리되어, 제조되는 플라스틱 기판의 표면에 박리 자국이 남고, 두께 균일도가 크게 훼손되는 문제점이 있음을 인식하고, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 평판형 하부 기판, 평판형 상부 기판, 및 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 완충형 스페이서를 포함하고, 상기 완충형 스페이서에 의하여 몰딩 공간이 구획되는 몰드 장비를 준비하는 단계;
상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계;
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계; 및
상기 평판형 상부 기판 및 상기 평판형 하부 기판을 제거하여 플라스틱 기판을 수득하는 단계;를 포함하고,
상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는 하기 식 1을 만족하는 것인 플라스틱 기판의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05}
본 발명의 일 실시상태에 따른 플라스틱 기판의 제조방법은 완충형 스페이서를 이용하여, 경화성 조성물의 경화시 수축에 따른 몰드 장비의 기판에서 박리되는 현상을 최소화하여, 표면 평탄도 및 두께 균일도가 매우 우수한 플라스틱 기판을 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 상기 식 1을 만족한다. 상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 상기 평판형 상부 기판의 하중과 상기 경화성 조성물의 경화 수축력의 합의 5 % 이내의 차이를 가지고 있으므로, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계에서 상기 경화성 조성물의 경화시 수축에 따라 상기 평판형 상부 기판이 상기 경화성 조성물에 밀착되게 된다. 이에 따라, 제조되는 플라스틱 기판은 우수한 표면 평탄도를 나타내게 되며, 나아가, 두께 균일도도 우수하게 구현될 수 있다. 한편, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력이 {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} 보다 작은 경우, 평형이 도달하기 전에 경화가 완료되어 플라스틱 기판 두께의 불균일이 발생할 수 있다. 그리고, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력이 {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05} 보다 큰 경우, 경화시 수축의 불균일이 발생하여 플라스틱 기판의 외관 특성이 불량할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 식 1은 하기 식 1-1, 식 1-2, 또는 식 1-3을 만족할 수 있다.
[식 1-1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.97} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.03}
[식 1-2]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.98} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.02}
[식 1-3]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.99} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.01}
구체적으로, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 상기 평판형 상부 기판의 하중과 상기 경화성 조성물의 경화 수축력의 합의 3 % 이내, 2 % 이내, 또는 1 % 이내의 차이를 가질 수 있으며, 이에 따라 제조되는 플라스틱 기판은 보다 우수한 표면 평탄도를 나타내게 되며, 두께 균일도도 보다 우수하게 구현될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 평판형 상부 기판의 하중, 상기 경화 수축력 및 상기 압축 응력의 단위는 kgf 또는 N일 수 있다.
상기 완충형 스페이서는 상기 경화성 조성물의 경화에 따른 수축에 따라 상기 경화성 조성물이 상기 평판형 상부 기판과 박리되는 것을 방지하도록 하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 완충형 스페이서는 상기 경화성 조성물이 경화됨에 따라 수축하는 정도 및 상기 평판형 상부 기판의 하중을 고려한 압축 응력을 가지므로, 상기 경화성 조성물의 수축에 따라 상기 평판형 상부 기판의 하중에 의해 압축되어, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계에서 상기 경화성 조성물과 상기 평판형 상부 기판이 밀착된 상태를 유지하도록 하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 평판형 상부 기판의 하중은 3.4 N 이상 34 N 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 평판형 상부 기판의 하중은 5.9 N 이상 27 N 이하일 수 있다.
상기 평판형 상부 기판의 하중이 상기 범위 내인 경우, 상기 경화성 조성물의 경화시 경화 수축에 의한 변형을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 평판형 상부 기판의 하중이 상기 범위 내인 경우, 상기 경화성 조성물의 광경화시 투과율 저하를 최소화할 수 있고, 또한 상기 경화성 조성물의 열경화시 반응열의 배출 불균일을 최소화하여, 상기 경화성 조성물의 균일한 경화를 유도할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 경화성 조성물의 경화 수축력은 하기와 같은 방법으로 측정될 수 있다. 구체적으로, 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서 TA 사의 Texure Analyzer 장비를 사용하여, 하부 지그 위에 일정량의 경화성 조성물을 도포 후 상부 지그를 하강하여 경화성 조성물과 접촉시켜 힘의 초기값을 기록한다. 그리고, 온도를 90 ℃로 상승시켜 5시간 유지한 후 힘의 최종값을 기록하여 힘의 최종값과 초기값 간의 차이로 얻어진 값으로 측정될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 완충형 스페이서의 압축 응력은 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 Х 5 ㎟, 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시, 시편의 변형((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 도달하는 순간의 힘의 측정값일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 몰딩 공간은 상기 완충형 스페이서에 의하여 구획되는, 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 구비되는 빈 공간을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 경화성 조성물을 완충하는 단계는 상기 몰딩 공간에 상기 경화성 조성물을 주입하여 상기 경화성 조성물이 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판과 밀착되도록 충분히 채워 넣는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물을 완충하는 단계는 상기 몰딩 공간에 상기 경화성 조성물은 95 vol% 이상, 97 vol% 이상, 99 vol% 이상, 바람직하게는 100 vol%로 주입하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 경화성 조성물을 완충하는 단계는 상기 완충형 스페이서가 구비된 평판형 하부 기판의 몰딩 공간에 상기 경화성 조성물을 주입하고, 상기 평판형 상부 기판을 적층하는 방법, 또는 상기 몰드 장비에 주입구를 구비하여 상기 경화성 조성물을 주입하는 방법 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.
도 1은 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계에서의 단면을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1은 평판형 하부 기판(101)과 평판형 상부 기판(102) 사이에 구비되는 완충형 스페이서(201, 202)를 포함하는 몰딩 장비의 몰딩 공간에 경화성 조성물(300)을 주입하여 완충된 것을 나타낸 것이다. 이와 같이, 경화성 조성물이 완충된 후, 광경화 및/또는 열경화를 하여 플라스틱 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 열경화를 하기 위하여 상기 경화성 조성물에 열처리 시 승온 속도는 2 ℃/min 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 승온 속도는 1 ℃/min 이하일 수 있다. 상기 승온 속도가 상기 범위 내인 경우, 상기 경화성 조성물에 전달되는 열의 위치 간 편차를 최소화하고 반응열의 배출 불균일을 최소화하여 상기 경화성 조성물의 균일한 경화를 유도할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 열경화 시 최종 온도는 85 ℃ 이상 100 ℃ 이하일 수 있으며, 상기 최종 온도 도달 전 최종 온도보다 낮은 온도에서 등온 유지 구간을 세 번 이상 둠으로써 상기 경화성 조성물에 전달되는 열의 위치 간 편차를 최소화할 수 있다. 상기 등온 유지 구간 사이의 온도 차이는 10 ℃ 이상 20 ℃ 이하일 수 있으며, 상기 등온 유지 구간의 유지 시간은 각각 1 시간 이상 5 시간 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 경화성 조성물을 상온(25 ℃)에서 2 시간 방치 한 후, 45 ℃에서 2 시간, 60 ℃에서 2 시간, 75 ℃에서 2 시간, 90 ℃에서 4 시간 동안 열경화하여 플라스틱 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율은 각각 3 GPa 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율은 각각 10 GPa 이상, 20 GPa 이상, 40 GPa 이상일 수 있다.
상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율이 상기 범위 내인 경우, 상기 평판형 상부 기판의 보잉(bowing) 현상을 최소화할 수 있으므로, 제조되는 플라스틱 기판의 두께 균일도를 크게 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도는 각각 5 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도는 각각 2 ㎛ 이하, 또는 1 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도가 상기 범위 내인 경우, 제조되는 플라스틱 기판의 표면 평탄도도 일반적인 플라스틱 기판보다 매우 향상될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 표면 평탄도는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, QED 사의 ASI(aspheric stitching interferometry) 장비로 지름 200 ㎜ 영역에서 0.16 Х 0.16 ㎟ 당 한 점을 측정하거나, 또는 덕인 사의 3차원 형상 측정기 장비를 사용하여, 지름 200 ㎜ 영역에서 임의의 원점을 기준으로 반지름 5 ㎜ 및 11.25 도 간격으로 측정된 높이의 최고값과 최저값 간의 차이를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 0.1 MPa 이상 5 MPa 이하, 0.1 MPa 이상 3 MPa 이하, 또는 0.1 MPa 이상 2 MPa 이하일 수 있다.
상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수가 상기 범위 내인 경우, 상기 평판형 상부 기판의 접촉시 균일하게 상기 경화성 조성물에 하중을 전달하여, 상기 플라스틱 기판의 두께 균일도를 높일 수 있다.
본 발명에 있어서, 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 25 ℃ 및 50 RH%의 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 Х 5 ㎟, 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시 측정되는 힘의 시편 변형 ((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 대한 기울기를 의미할 수 있다. 또한, 완충형 스페이서가 2 이상의 상이한 층으로 구성되는 경우의 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는, 적층된 시편을 면적 5 Х 5 ㎟로 준비하여 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시 측정되는 힘의 시편 변형 ((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 대한 기울기를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 완충형 스페이서는 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사이에 비탄성층이 구비된 구조일 수 있다. 한편, 상기 완충형 스페이서가 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사이에 비탄성층이 구비된 구조인 경우 상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 탄성층의 압축 탄성 계수를 의미하는 것일 수 있다.
상기 완충형 스페이서는 상기 경화성 조성물의 수축 정도를 고려하여 설계될 수 있으므로, 상기 비탄성층으로 지지 역할을 수행하고, 상기 탄성층으로 상기 경화성 조성물의 수축에 따른 높이 변화를 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태예 따르면, 상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 15 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 1 % 이상 15 % 이하, 1 % 이상 12 % 이하, 또는 1 % 이상 10 % 이하일 수 있다.
상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 하기 일반식 1과 같이 도출될 수 있다.
[일반식 1]
경화 수축률(%) = {(경화 전 부피 - 완전 경화 후 부피) / 경화 전 부피} Х 100.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 플라스틱 기판의 두께는 400 ㎛ 이상 2,000 ㎛ 이하이고, 상기 플라스틱 기판의 두께 편차는 1 % 이내일 수 있다.
구체적으로, 상기 플라스틱 기판의 두께 편차 값이 낮을수록 상기 플라스틱 기판의 두께 균일도는 높을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시상태에 따라 제조되는 플라스틱 기판은 두께 편차가 1 % 이내로서 매우 우수한 두께 균일도를 가질 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 두께는 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 이격 거리 및 상기 경화성 조성물의 경화 수축률에 따라 조절될 수 있다. 나아가, 상기 플라스틱 기판의 용도에 따라 상기 범위 내에서 상기 플라스틱 기판의 두께를 조절할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 기판의 두께 편차는 하기 일반식 2와 같이 도출될 수 있다.
[일반식 2]
두께 편차(%) = (최대 편차/평균 두께) Х 100
본 명세서에서, 부재의 두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, Mitsutoyo사의 Digimatic Thick 547-401 장비를 이용한 접촉식 측정방법을 이용하여, 최대 두께 또는 최소 두께를 측정할 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 부재의 두께는 25 ℃ 및 50 RH%에서 Micro-Epsilon 사의 IFS-2405-1 또는 IFC-2451-MP 장비를 이용한 비접촉식 측정 방법을 이용하여 최대 두께 또는 최소 두께를 측정할 수 있다.
본 명세서에서, 부재의 평균 두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, Mitsutoyo사의 Digimatic Thick 547-401 장비를 이용한 접촉식 측정방법을 이용하여, 임의로 배치된 시편의 임의의 점을 원점으로, 반지름 10 ㎜ 및 22.5 도의 간격으로 측정된 두께의 평균값일 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 부재의 평균 두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, 파이버프로 사의 OWTM(Optical Waper Thickness Measurement system) 장비를 이용한 비접촉식 측정방법을 이용하여, 임의로 배치된 시편의 임의의 점을 원점으로, 가로 및 세로 각각에 대하여 1 mm 간격으로 측정된 두께의 평균값일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 경화성 조성물은 광경화성 조성물 또는 열경화성 조성물일 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물은 열경화성 조성물일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판은 각각 투명 기판일 수 있다. 구체적으로, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판은 각각 유기 기판일 수 있으며, 이는 우수한 투광성에 의하여 효과적으로 상기 경화성 조성물의 광경화를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 평판형 상부 기판 및 상기 평판형 하부 기판을 제거하여 플라스틱 기판을 수득하는 단계를 포함한다. 상기 평판형 상부 기판 및 상기 평판형 하부 기판을 제거하는 것은, 상기 경화성 조성물의 경화가 완료된 이후, 상기 평판형 상부 기판과 상기 평판형 하부 기판을 상기 경화성 조성물의 경화물인 플라스틱 기판에서 분리하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면은 각각 이형제로 표면 처리된 것일 수 있다. 상기 이형제는 당업계에서 일반적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 적용할 수 있다. 일 예로 상기 이형제로 표면 처리한 것은 불소계 실란 커플링제를 이용하여 표면 코팅된 것일 수 있다.
상기 이형제를 이용하여 표면 코팅된 경우, 상기 플라스틱 기판을 수득하는 단계에서, 상기 플라스틱 기판의 표면에 손상을 최소화하며 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 경화성 조성물은 플라스틱 기판을 제조하기 위한 것이라면 제한 없이 적용할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물은 몰드 캐스팅을 이용하여 플라스틱 기판을 제조할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 플라스틱 기판의 제조방법에 의하여 제조된 플라스틱 기판을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 플라스틱 기판은 하기의 물성을 만족시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 플라스틱 기판의 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율은 1.65 이상일 수 있다.
일반적인 유리 기재의 경우, 광굴절율이 532 ㎚ 파장에서 1.65 이상이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 기판은 플라스틱 재질임에도 불구하고, 유리 기재와 동등한 수준의 광굴절율을 구현할 수 있으므로, 유리 기재를 대체할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 플라스틱 기판의 유리전이온도는 40 ℃ 이상일 수 있다.
웨어러블 디바이스의 경우, 지속적인 영상의 전송 및 출력이 진행될 수 있으며, 이에 따라 렌즈 기재의 온도가 상승할 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따른 플라스틱 기판은 유리전이온도가 40 ℃ 이상으로 구현할 수 있으므로, 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로 사용하더라도 온도에 따른 물성 변화를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 플라스틱 기판은 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈 기재용일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 플라스틱 기판을 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공한다. 구체적으로, 상기 웨어러블 디바이스는 증강현실 디바이스 또는 가상현실 디바이스일 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 상기 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로 포함될 수 있으며, 상기 플라스틱 기판은 일면 상에 회절 도광 패턴부를 포함하여 입력된 광정보의 입력, 이동 및 송출을 하는 기재로서 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 플라스틱 기판은 높은 광굴절율을 가지므로, 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로 사용되는 경우, 광손실을 최소화하며 광정보의 이동을 도모할 수 있다. 나아가, 상기 플라스틱 기판은 높은 유리전이온도를 가지므로, 웨어러블 디바이스의 작동에 따른 열에 의하여 물성의 변화를 최소화하여 높은 내구성을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[ 제조예 ] - 경화성 조성물의 제조
비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드(Bis(2,3-epithiopropyl)disulfide) 88.5 중량부, 2,2'-티오디에탄티올(2,2'-Thiodiethanethiol) 6.5 중량부, 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate) 5.0 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드(Tetrabutylphosphonium bromide) 0.07 중량부를 포함하는 경화성 조성물을 제조하였다.
제조된 경화성 조성물의 경화 수축력은, 전술한 경화 수축력의 측정방법으로 측정한 결과, 2.00 Х 10-4 N/㎣ 였다.
[ 실시예 1]
하부 기판으로서 굴곡 탄성률 70 GPa, 표면 평탄도가 0.5 ㎛, 두께가 30 ㎜, 지름이 200 ㎜인 유리 기판을 이용하고, 압축 탄성 계수가 1.0 MPa, 높이가 427 ㎛, 단면적이 10 Х 10 ㎟인 실리콘 재질의 완충형 스페이서를 상기 하부 기판의 원주에 접하도록 120° 간격으로 구비하여 몰딩 공간을 형성한 후, 상기 제조예에 따라 제조된 경화성 조성물을 몰딩 공간에 주입한 후, 상부 기판으로서 굴곡 탄성률 70 GPa, 하중이 8.2 N, 지름이 200 ㎜, 표면 평탄도가 0.5 ㎛인 유리 기판을 이용하여 상기 경화성 조성물을 몰딩 공간에 완충시켰다.
나아가, 상기 경화성 조성물을 제이오텍 사의 대류 오븐에 넣고, 상온에서 2 시간 방치 한 후, 승온 속도를 1 ℃/min으로 설정한 후 45 ℃에서 2 시간, 60 ℃에서 2 시간, 75 ℃에서 2 시간, 90 ℃에서 4 시간 동안 열경화하여 플라스틱 기판을 제조하였다.
[ 실시예 2]
스페이서의 높이를 1,007 ㎛로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
[ 실시예 3]
압축 탄성계수가 0.16 MPa인 자외선 가교 폴리올레핀계 탄성층 및 압축 탄성계수가 70 GPa인 유리 재질의 비탄성층을 이용하여, 스페이서의 구조를 탄성층(171 ㎛)/비탄성층(829 ㎛) 의 구조로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
[ 실시예 4]
압축 탄성계수가 0.16 MPa인 자외선 가교 폴리올레핀계 탄성층 및 압축 탄성계수가 70 GPa인 유리 재질의 비탄성층을 이용하여, 스페이서의 구조를 비탄성층(198 ㎛)/탄성층(164 ㎛)/비탄성층(198 ㎛)의 구조로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
[ 실시예 5]
압축 탄성계수가 1.0 MPa인 실리콘 재질의 탄성층 및 압축 탄성계수가 70 MPa인 유리 재질의 비탄성층을 이용하여, 스페이서의 구조를 탄성층(430 ㎛)/비탄성층(500 ㎛) 의 구조로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
[ 비교예 1]
압축 탄성계수가 2 GPa이고 높이 502 ㎛인 폴리카보네이트계 스페이서를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
[ 비교예 2]
압축 탄성계수가 0.16 MPa인 자외선 가교 폴리올레핀계 탄성층 및 압축 탄성계수가 70 GPa인 유리 재질의 비탄성층을 이용하여, 스페이서의 구조를 탄성층(160 ㎛)/비탄성층(829 ㎛)의 구조로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
[ 비교예 3]
열경화 조건을 승온 속도 3 ℃/min으로 설정하여 60 ℃에서 2 시간, 90 ℃에서 4 시간으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 구체적인 사항 및 제조된 플라스틱 기판의 물성은 하기 표 1과 같다.
스페이서의 압축 탄성계수
(MPa)		 스페이서의 높이
(㎛)		 스페이서의 압축 응력
(N)		 경화성 조성물의 수축력
(N)		 상부 기판의 하중
(N)		 플라스틱 기판의 지름
(㎜)		 플라스틱 기판의 두께
(㎛)		 두께 편차
(%)		 외관
탄성층 비탄성층 탄성층 비탄성층
실시예 1 1.0 - 427 - 9.84 1.46 8.2 150 413 0.4 양호
실시예 2 1.0 - 1,007 - 11.62 3.40 8.2 150 968 0.4 양호
실시예 3 0.16 70,000 171 829 11.51 3.40 8.2 150 959 0.2 양호
실시예 4 0.16 70,000/
70,000		 164 198/
198		 9.95 1.86 8.2 150 526 0.3 양호
실시예 5 1.0 70,000 430 500 11.86 3.24 8.2 150 913 0.2 양호
비교예 1 2,000 - 502 - 4,780.88 1.76 8.2 150 478 8.4 불량
비교예 2 0.16 70,000 160 829 20.10 3.18 8.2 150 922 4.5 불량
비교예 3 1.0 - 1,007 - 8.04 3.42 8.2 150 980 4.1 양호
상기 표 1의 플라스틱 기판의 외관에 대한 평가는 육안으로 플라스틱 기판의 맥리 현상이 있는지 여부로 판단하였다. 육안으로 맥리 현상이 발견되지 않는 경우 양호, 육안으로 맥리 현상이 발견되는 경우 불량으로 평가하였다.
나아가, 상기 표 1의 스페이서의 압축 탄성계수, 스페이서의 압축 응력, 경화성 조성물의 수축, 및 두께 편차 등은 전술한 바와 같이 측정하였다.
상기 표 1에 따르면, 실시예에 따라 제조된 플라스틱 기판은 매우 낮은 두께 편차를 나타내므로, 높은 두께 균일도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 1 및 2의 경우, 스페이서의 압축 응력이 지나치게 높아, 실시예와 같이, 경화성 조성물의 경화에 따른 수축시 상부 기판과의 밀착력을 유지하지 못하여, 매우 불량한 두께 편차를 나타내므로, 낮은 두께 균일도를 가지는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 플라스틱 기판은 경화 시 상부 기판과의 이격에 의하여 표면에 맥리 현상이 나타나 외관 특성도 불량한 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 3의 경우, 스페이서의 압축 응력이 낮아, 매우 불량한 두께 편차를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 제조 방법은 두께 균일도가 우수하며 외관 특성이 우수한 플라스틱 기판을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
101: 평판형 하부 기판
102: 평판형 상부 기판
201, 202: 완충형 스페이서
300: 경화성 조성물

Claims (10)

  1. 평판형 하부 기판, 평판형 상부 기판, 및 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 완충형 스페이서를 포함하고, 상기 완충형 스페이서에 의하여 몰딩 공간이 구획되는 몰드 장비를 준비하는 단계;
    상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계;
    상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계; 및
    상기 평판형 상부 기판 및 상기 평판형 하부 기판을 제거하여 플라스틱 기판을 수득하는 단계;를 포함하고,
    상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는 하기 식 1을 만족하는 것인 플라스틱 기판의 제조방법:
    [식 1]
    {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05}.
    상기 식 1에 있어서, 상기 평판형 상부 기판의 하중, 상기 경화성 조성물의 경화 수축력 및 상기 완충형 스페이서의 압축 응력의 단위는 kgf 또는 N이고,
    상기 경화성 조성물의 경화 수축력은 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서 TA 사의 Texure Analyzer 장비를 사용하여, 하부 지그 위에 상기 경화성 조성물을 도포 후 상부 지그를 하강하여 상기 경화성 조성물과 접촉시켜 기록한 힘의 초기값과, 온도를 90 ℃ 로 상승시켜 5시간 유지한 후 기록한 힘의 최종값 간의 차이이고,
    상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 × 5 ㎟, 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시, 시편의 변형((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 도달하는 순간의 힘의 측정값이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율은 각각 3 GPa 이상인 것인 플라스틱 기판의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도는 각각 5 ㎛ 이하인 것인 플라스틱 기판의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하인 것인 플라스틱 기판의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충형 스페이서는 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사이에 비탄성층이 구비된 구조인 것인 플라스틱 기판의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 15 % 이하인 것인 플라스틱 기판의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라스틱 기판의 두께는 400 ㎛ 이상 2,000 ㎛ 이하이고,
    상기 플라스틱 기판의 두께 편차는 1 % 이내인 것인 플라스틱 기판의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면은 각각 이형제로 표면 처리된 것인 플라스틱 기판의 제조방법.
  9. 청구항 1에 따른 플라스틱 기판의 제조방법에 의하여 제조된 플라스틱 기판.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 플라스틱 기판은 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈 기재용인 것인 플라스틱 기판.
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