KR102284057B1 - 광학 기재 형성용 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 광학 기재 - Google Patents

광학 기재 형성용 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 광학 기재 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 광학 기재 형성용 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 광학 기재에 관한 것이다.

Description

광학 기재 형성용 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 광학 기재{COMPOSITION FOR FORMING OPTICAL SUBSTRATE AND OPTICAL SUBSTRATE COMPRISING CURED PRODUCT THEREOF}
본 명세서는 광학 기재 형성용 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 광학 기재에 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.
한국 공개공보 10-2017-0089662
본 발명은 광학 기재 형성용 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 광학 기재를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 광학 기재를 포함하는 웨어러블 디바이스를 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, 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체; 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체; 및 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.8 이상이고, 입경이 50 ㎚ 이하인 무기 입자;를 포함하는 광학 기재 형성용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 경화물을 포함하는 광학 기재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시상태는, 상기 광학 기재를 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 광학 기재는 우수한 광굴절율을 가지므로, 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로서의 유리 기재를 대체할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 광학 기재는 유리 기재에 비하여 가볍기 때문에 웨어러블 디바이스에 적용 시 사용자의 피로도를 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 광학 기재는 높은 유리전이온도를 가지므로, 웨어러블 디바이스에 적용하더라도 우수한 내구성을 구현할 수 있다.
본 명세서에서 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 명세서에서 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 명세서에서 용어 "단량체"는 중합체를 형성하기 위한 단위체를 의미할 수 있으며, 동일한 반복단위로 이루어진 프리폴리머를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 "단량체 중합 단위"는 그 단량체가 중합 반응을 거쳐서 그 중합체의 골격, 예를 들면, 주쇄 또는 측쇄를 형성하고 있는 형태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 입자의 입경은 SEM(scanning electron microscope) 이미지, TEM(transmission electron microscope) 이미지 또는 입도 분석기(Malvern, 일본)로 측정될 수 있다. 구체적으로, 입자의 입경은 입도 분석기를 이용하여, 콜로이드 나노 용액 상의 동적 광산란에 의하여 2차 입도를 측정한 것일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 입자의 평균 입경은 입자를 TEM(transmission electron microscope)으로 사진을 찍어, 가장 작은 입자 1개의 크기가 2 ㎜ 내지 5 ㎜가 되는 배율로 50 내지 100 개의 입자의 최대 지름을 측정하고 그 평균치를 평균 입경으로 구할 수 있다.
본 명세서에 있어서, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 유리 전이 온도(Tg)는 DSC(Differential Scanning Calorimeter)(DSC 823e; Mettler Toledo사)를 이용하여 -15 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도 범위에서 가열속도 10 ℃/min으로 승온하여 측정하여 DSC 곡선의 중간점으로 결정된 값일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 광굴절율은 25 ℃ 및 50 RH%에서 Spectroscopy Ellipsometry(Ellipsometer M-2000, J.A. Woollam)를 사용하고, Cauchy Film Model을 이용하여 532 ㎚ 파장을 기준으로 측정된 값일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 조성물의 점도는 25 ℃ 및 50 RH%에서 Toki Sangyo사의 Viscometer TVE-22L을 이용하여 측정한 값일 수 있다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체; 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체; 및 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.8 이상이고, 입경이 50 ㎚ 이하인 무기 입자;를 포함하는 광학 기재 형성용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 분자 구조 중 고리상 탄화수소를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 고리상 탄화수소를 주쇄 및/또는 측쇄에 포함할 수 있다. 상기 고리상 탄화수소는 탄소수 3 내지 20의 지방족 고리 구조; 이종 원자로서 O, S 및 N 중 하나 이상을 포함하는 탄소수 3 내지 20의 헤테로 고리 구조; 및 탄소수 6 내지 25의 방향족 고리 구조 중 적어도 1종을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고리상 탄화수소는 플루로렌 구조, 벤젠 구조 및 나프탈렌 구조 중 적어도 하나의 고리상 구조를 포함할 수 있다.
상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 부피당 쌍극자 모멘트가 큰 고리상 탄화수소를 포함함으로써, 분극율이 높아 제조되는 광학 기재의 광굴절율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 2개의 관능기, 예를 들면 라디칼 중합성 관능기를 2개 가지는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 2개의 (메트)아크릴로일기를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.53 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.55 이상, 1.57 이상, 또는 1.60 이상인 것일 수 있다.
상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체만을 경화한 경화물의 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.53 이상인 경우, 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 광학 기재 내에서 높은 광굴절율의 고분자 매트릭스를 형성하며, 상기 무기 입자와 함께 광학 기재의 광굴절율을 1.65 이상으로 높게 구현시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 디시클로펜타닐(dicyclopentanyl) 디(메트)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디시클로펜테닐 디(메트)아크릴레이트, 알릴(allyl)화 시클로헥실 디(메트)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올(메트)아크릴레이트, 디메틸롤 디시클로펜탄 디(메트)아크릴레이트, 트리시클로데칸 디메탄올(메트)아크릴레이트, 9,9-비스[4-(2-아크릴로일옥시에톡시)페닐]플루오렌(fluorine), 비스플루오렌 디아크릴레이트, 비스페놀 변성 플루오렌 디아크릴레이트, 페닐 변성 우레탄 디아크릴레이트, 비스플루오렌 변성 우레탄 디아크릴레이트 중 적어도 1종일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 비스플루오렌 디아크릴레이트, 비스페놀 변성 플루오렌 디아크릴레이트, 페닐 변성 우레탄 디아크릴레이트, 및 비스플루오렌 변성 우레탄 디아크릴레이트 중 적어도 1종을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체는, 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.51 이상인 것일 수 있다.
상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체만을 경화한 경화물의 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.51 이상인 경우, 광학 기재의 광굴절율을 저하시키지 않으면서 유기 매트릭스의 가교 구조를 치밀하게 하여, 광학 기재의 유리 전이 온도를 40 ℃ 이상으로 구현시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체는 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡시화트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭시화트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리스2-하이드록시에틸이소시아누레이트 트리(메트)아크릴레이트, 글리세린 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트 및 디트리메틸올프로판 헥사(메트)아크릴레이트 중 적어도 1종을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학 기재 형성용 수지 조성물은, 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체는, 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.52 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체는, 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.53 이상일 수 있다.
상기 단관능 (메트)아크릴레이트는 낮은 점도로 인하여, 무기 입자가 유기 매트릭스 내에 고르게 분산될 수 있도록 할 수 있게 하며, 상기 광굴절율의 범위 내로 조절되는 경우 광학 기재의 굴절율의 저하를 최소화할 수 있다. 나아가, 상기 단관능 (메트)아크릴레이트는 상기 광학 기재 형성용 수지 조성물의 점도 조절을 용이하게 하여 광학 기재를 형성하기 위한 몰드 캐스팅 시 제조 편의성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 2-에틸페녹시(메트)아크릴레이트, 2-에틸티오페닐(메트)아크릴레이트, 페닐(메트)아크릴레이트, 비페닐메틸(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 2-페닐에틸(메트)아크릴레이트, 3-페닐프로필(메트)아크릴레이트, 4-페닐부틸(메트)아크릴레이트, 2-2-메틸페닐에틸(메트)아크릴레이트, 2-3-메틸페닐에틸(메트)아크릴레이트, 2-4-메틸페닐에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-프로필페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-(1-메틸에틸)페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-메톡시페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-사이클로헥실페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(2-클로로페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(3-클로로페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-클로로페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-브로모페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(3-페닐페닐)에틸메타)아크릴레이트, 2-(4-벤질페닐)에틸 (메트)아크릴레이트, 및 o-페닐페녹시에틸아크릴레이트 중 적어도 1종을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자는 실리카, 알루미나, 지르코니아, 제올라이트, 티타늄 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자는 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.8 이상, 구체적으로 1.9 이상, 보다 구체적으로 2.0 이상일 수 있다.
본 명세서에서, 무기 입자의 광굴절율은 아베 굴절계를 이용하여 측정될 수 있다. 또한, 무기 입자와 아크릴레이트 바인더를 혼합하여 제조한 플라스틱 기재의 굴절률을 Ellipsometer로 측정하여 간단히 계산할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어 아크릴레이트 HR6042(굴절률 RI아크릴 1.60, 밀도 1.18) 50 중량부에 무기 입자 50 중량부를 혼합하여 제조한 플라스틱 기재의 굴절률이 RI기재이고 아크릴레이트의 부피 분율이 V아크릴, 무기 입자의 부피 분율이 V입자 인 경우, RI기재 = (RI아크릴 × V아크릴) + (RI입자 × V입자)이므로 이를 이용하여 무기 입자의 굴절률을 구할 수 있다.
상기 무기 입자는 상기 광학 기재 형성용 조성물을 이용하여 제조된 광학 기재의 광굴절율을 조절할 수 있으며, 구체적으로, 상기 광학 기재의 광굴절율을 1.65 이상으로 조절할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자의 입경은 50 ㎚ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 무기 입자의 입경은 40 ㎚ 이하, 35 ㎚ 이하, 또는 30 ㎚ 이하일 수 있다. 또한, 상기 무기 입자의 입경은 5 ㎚ 이상, 또는 10 ㎚ 이상일 수 있다. 나아가, 상기 무기 입자의 입경은 평균 입경일 수 있다.
상기 무기 입자의 입경이 상기 범위 내인 경우, 상기 무기 입자는 상기 광학 기재 형성용 조성물 내에서 높은 분산성을 유지할 수 있으며, 나아가, 상기 광학 기재 형성용 조성물을 이용하여 제조된 광학 기재에 투명성을 부여하여 광굴절율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서, 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체는 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체, 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체; 및/또는 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 총 함량을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 20 중량부 이상 70 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 무기 입자의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 25 중량부 이상 70 중량부 이하, 또는 30 중량부 이상 70 중량부 이하일 수 있다.
상기 무기 입자의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 광학 기재 형성용 조성물을 이용하여 제조된 광학 기재의 광굴절율이 532 ㎚ 파장에서 1.65 이상으로 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 10 중량부 이상 40 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 10 중량부 이상 35 중량부 이하일 수 있다.
상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 광학 기재 형성용 조성물을 이용하여 제조된 광학 기재의 유리전이온도를 40 ℃ 이상으로 높게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 30 중량부 이상 60 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 30 중량부 이상 55 중량부 이하일 수 있다.
상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량이 상기 범위 내인 경우, 광학 기재 내에서 높은 광굴절율의 고분자 매트릭스를 형성하며, 상기 무기 입자와 함께 광학 기재의 광굴절율을 1.65 이상으로 높게 구현시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 10 중량부 이상 40 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 10 중량부 이상 35 중량부 이하일 수 있다.
상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량이 상기 범위 내인 경우, 무기 입자가 유기 매트릭스 내에 고르게 분산될 수 있도록 할 수 있게 하며, 별도의 용제 없이도 광학 기재 형성용 수지 조성물의 점도 조절을 용이하게 하여 광학 기재 제조시 핸들링을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학 기재 형성용 조성물은 무용제형일 수 있다. 구체적으로, 상기 광학 기재 형성용 조성물은 용제를 포함하지 않는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 점도는 25 ℃ 및 50 RH%에서 500 cP 이상 70,000 cP 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 점도는 25 ℃ 및 50 RH%에서 1,000 cP 이상 40,000 cP 이하, 2,000 cP 이상 20,000 cP 이하일 수 있다.
상기 광학 기재 형성용 조성물의 점도가 상기 범위 내인 경우, 광학 기재 형성을 위한 몰드 캐스팅시 공정성이 매우 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학 기재 형성용 조성물은 광개시제, 열개시제, 이형제, UV 흡수제, 산화 방지제, UV 안정제, 염료, 및 안료 중 적어도 1종의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광개시제는 광경화제는 벤조 페논계 화합물, 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 옥심계 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 광경화제의 구체적인 예로는 벤조페논(Benzophenone), 벤조일 메틸 벤조에이트(Benzoyl methyl benzoate), 아세토페논(acetophenone), 2,4-디에틸 티오크산톤(2,4-diehtyl thioxanthone), 2-클로로 티오크산톤(2-chloro thioxanthone), 에틸 안트라키논(ethyl anthraquinone), 1-히드록시 시클로헥시 페닐 케톤(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 시판 제품으로는 BASF사의 Irgacure 184), 또는 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one, 시판 제품으로는 BASF사의 Darocur1173)을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 광경화제는 Irgacure 184, Irgacure 819, Irgacure 250, Darocur 1173 (이상, BASF사제), WPI-113, WPI-116, WPI-169, WPI-170, WPI-124, WPAG-638, WPAG-469, WPAG-370, WPAG-367, WPAG-336(이상, 와코쥰야쿠 공업 주식회사제), B2380, B2381, C1390, D2238, D2248, D2253, I0591, T1608, T1609, T2041, T2042(이상, 도쿄카세이공업 주식회사제), AT-6992, At-6976(ACETO사제), CPI-100, CPI-100P, CPI101A, CPI-200K, CPI-210S(이상, 산아프로 주식회사제), SP-056, SP-066, SP-130, SP-140, SP-150, SP-170, SP-171, SP-172(이상, ADEKA주식회사제), CD-1010, CD-1011, CD-1012(이상, 사토머사제), San Aid SI-60, SI-80, SI-100, SI-60L, SI-80L, SI-100L, SI-L145, SI-L150, SI-L160, SI-L110, SI-L147(이상, 산신카가쿠공업 주식회사제), PI2074(이상, 로디아재팬제) 등을 이용할 수 있다. 다만, 에에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 사용되는 광경화제를 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 열경화제는 과산화물, 아조계 화합물 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 과산화물은 di-tert-부틸 퍼옥사이드(di-tert-butyl peroxide), 또는 di-tert-아밀 퍼옥사이드(di-tert-amyl peroxide)일 수 있으며, 상기 아조계 화합물은 2,2'-아조비스(2-메틸-프로판)(2,2'-azobis(2-methyl-propane)일 수 있다.
구체적으로, 상기 열경화제는 PP-33, CP-66, CP-77(이상, (주) 아데카(ADEKA)제); FC-509(쓰리엠제); 우베(UVE)1014(G.E.제); 선에이드 SI-60L, 선에이드 SI-80L, 선에이드 SI-100L, 선에이드 SI-110L, 선에이드 SI-150L, SI-B3(이상, 산신 가가쿠 고교(주)제); CG-24-61(바스프제); TA-60, TA-100, TA-120, TA-160(이상, 산-아프로(주)제); 포토이니시에이터(PHOTOINITIATOR) 2074(이상, 로디아 재팬(주)제) 등을 이용할 수 있다. 다만, 에에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 사용되는 열경화제를 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이형제는 불소계 화합물, 실리콘계 화합물 또는 알킬 포스페이트계 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 사용되는 이형제를 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 UV 흡수제는 벤조페논(Benzophenone)계 화합물, 벤조트리아졸(Benzotriazole)계 화합물, 또는 히드록시페닐트리아진(Hydroxy phenyl triazine)계 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 사용되는 UV 흡수제를 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 UV 안정제는 힌더드아민(Hindered Amine)계 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 사용되는 uv 안정제를 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 염료 및/또는 안료는 상기 광학 기재의 색상값의 개선을 위하여 첨가되는 것으로서, 당업계에서 사용되는 염료 및/또는 안료를 적용할 수 있다. 예를 들어, 광학 기재의 초기 색상의 yellow index가 높을 경우, 청색 염료로서 안트라퀴논(Anthraquinone)계 화합물, 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 화합물, 인단스렌(Indanthren)계 화합물 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 첨가제 각각의 함량은 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여 각각 0.1 중량부 이상 5 중량부 이하일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 광학 기재의 용도에 따라서 상기 첨가제의 함량은 적절하게 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 광학 기재 형성용 조성물의 경화물을 포함하는 광학 기재를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학 기재는 상기 광학 기재 형성용 조성물을 경화하여 형성된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광학 기재는 상기 광학 기재 형성용 조성물을 몰드 캐스팅 방식으로 광경화하여 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학 기재의 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율은 1.65 이상일 수 있다.
일반적인 고굴절 유리 기재의 경우, 광굴절율이 532 ㎚ 파장에서 1.65 이상이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 기재는 플라스틱 재질임에도 불구하고, 유리 기재와 동등한 수준의 광굴절율을 구현할 수 있으므로, 유리 기재를 대체할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광학 기재의 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 광학 기재는 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 광학 기재는 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈 기재용일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 광학 기재를 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공한다. 구체적으로, 상기 웨어러블 디바이스는 증강현실 디바이스 또는 가상현실 디바이스일 수 있다. 상기 광학 기재는 상기 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로 포함될 수 있으며, 상기 광학 기재는 일면 상에 회절 도광 패턴부를 포함하여 입력된 광정보의 입력, 이동 및 송출을 하는 기재로서 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 광학 기재는 높은 광굴절율을 가지므로, 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로 사용되는 경우, 광손실을 최소화하며 광정보의 이동을 도모할 수 있다. 나아가, 상기 광학 기재는 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.
[실시예 1]
고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체로서 20 중량부의 비스플루오렌 디아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer HR6022) 및 10 중량부의 2관능 우레탄 아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, 상품명: Miramer HR3700), 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체로서 10 중량부의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer M300), 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체로서 20 중량부의 비페닐메틸 아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer M1192), 및 무기 입자로서 532 nm 파장에서 광굴절율이 2.0이고 평균 입경이 10 ㎚인 지르코니아 입자를 40 중량부, 광개시제로서 BASF사의 Darocur 1173을 1 중량부로 포함하는 광학 기재 형성용 조성물을 준비하였다.
상기 광학 기재 형성용 조성물을 몰드 캐스팅 방식으로 도포한 후 UV 경화하여, 1,000 ㎛ 두께의 광학 기재를 제조하였다.
[실시예 2 내지 6]
하기 표 1과 같은 조성으로, 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 광학 필름을 제조하였다.
. 재료 (경화 후)
광굴절율		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
단관능 아크릴레이트 M1142 1.59 20 중량부 20 중량부
M1182 1.53 10 중량부 25 중량부
M1192 1.64 20 중량부 10 중량부 5 중량부
2관능
아크릴레이트		 HR6042 1.62 40 중량부 40 중량부
HR6022 1.62 20 중량부 35 중량부
HR3700 1.61 10 중량부 20 중량부 40 중량부
3관능 이상
아크릴레이트		 M300 1.51 10 중량부 25 중량부 20 중량부 15 중량부
M600 1.52 15 중량부 10 중량부
무기 입자 ZrO2 2.0 40 중량부 25 중량부 40 중량부 35 중량부
TiO2 2.4 25 중량부 25 중량부
조성물의 점도
(cP)		 6,210 3,040 9,500 2,960 18,050 2,900
[비교예 1 내지 6]
하기 표 2와 같은 조성으로, 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 광학 필름을 제조하였다.
. 재료 (경화 후)
광굴절율		 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
단관능 아크릴레이트 M1142 1.59 50 중량부 50 중량부 50 중량부
M1182 1.53
M1192 1.64 15 중량부 40 중량부 40 중량부
2관능
아크릴레이트		 HR6042 1.62 50 중량부 50 중량부 50 중량부
HR6022 1.62 40 중량부 10 중량부
HR3700 1.61
3관능 이상
아크릴레이트		 M300 1.51 40 중량부
M600 1.52 5 중량부
무기 입자 ZrO2 2.0 40 중량부 40 중량부 10 중량부 10 중량부
TiO2 2.4 10 중량부
조성물의 점도
(cP)		 1,080 3,500 2,300 890 920 1,340
표 1 및 표 2에서의 각 재료는 하기와 같다.
* M1142: o-페닐페놀 에틸렌옥사이드 아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer M1142)
* M1182: 벤질 아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer M1182)
* M1192: 비페닐메틸 아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer M1192)
* HR6042: 비스플루오렌 디아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, 상품명: Miramer HR6042)
* HR6022: 비스플루오렌 디아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer HR6022)
* HR3700: 페닐 변성 2관능 우레탄 아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, 상품명: Miramer HR3700)
* M300: 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer M300)
* M600: 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(미원스페셜티케미칼사, Miramer M600)
* ZrO2: 지르코니아 입자(굴절률 2.0 @ 532 nm, 평균 입경 10 ㎚)
* TiO2: 티타늄 산화물 입자(굴절률 2.4 @ 532 nm, 평균 입경 25 ㎚)
상기 실시예 및 비교예 따른 광학 필름의 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율 및 유리전이온도를 측정한 결과는 하기 표 3과 같다.
광굴절율 유리전이온도 (℃)
실시예 1 1.66 43
실시예 2 1.65 45
실시예 3 1.66 60
실시예 4 1.66 69
실시예 5 1.67 54
실시예 6 1.69 61
비교예 1 1.61 40
비교예 2 1.66 38
비교예 3 1.65 35
비교예 4 1.64 25
비교예 5 1.65 23
비교예 6 1.62 72
상기 결과에 따르면, 실시예에 따른 광학 필름은 40 ℃ 이상의 유리전이온도를 나타내며, 1.65 이상의 광굴절율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 무기 입자 및 3관능 이상 아크릴레이트를 포함하지 않는 비교예 1은 낮은 굴절율을 나타내는 문제점이 있었다. 또한, 3관능 이상 아크릴레이트의 함량이 낮은 비교예 2 및 3관능 이상 아크릴레이트를 포함하지 않는 비교예 3 내지 5는 유리전이온도가 지나치게 낮은 문제점이 있었다. 또한, 3관능 이상 아크릴레이트를 포함하되 무기 입자의 함량이 지나치게 낮은 비교예 6은 광굴절율이 지나치게 낮은 문제점이 있었다.

Claims (15)

  1. 광학 기재 형성용 조성물로서,
    고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체;
    3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체;
    단관능 (메트)아크릴레이트 단량체; 및
    532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.8 이상이고, 입경이 50 ㎚ 이하인 무기 입자;를 포함하는 광학 기재 형성용 조성물에 있어,
    상기 무기 입자의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 25 중량부 이상 70 중량부 이하이고,
    상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 10 중량부 이상 40 중량부 이하이고,
    상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 10 중량부 이상 35 중량부 이하이고,
    점도가 25 ℃ 및 50 RH%에서 2,900 cP 이상 70,000 cP 이하이고,
    상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.53 이상이고,
    상기 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 단량체는 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.51 이상이고,
    상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 경화 후 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율이 1.52 이상인 것인 광학 기재 형성용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고리상 탄화수소를 포함하는 2관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 함량은, 상기 광학 기재 형성용 조성물의 총 단량체 100 중량부에 대하여, 30 중량부 이상 60 중량부 이하인 것인 광학 기재 형성용 조성물.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 기재 형성용 조성물은 무용제형인 것인 광학 기재 형성용 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 기재 형성용 조성물은 광개시제, 열개시제, 이형제, UV 흡수제, 산화 방지제, UV 안정제, 염료, 및 안료 중 적어도 1종의 첨가제를 더 포함하는 것인 광학 기재 형성용 조성물.
  12. 청구항 1에 따른 광학 기재 형성용 조성물의 경화물을 포함하는 광학 기재.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 광학 기재의 532 ㎚ 파장에서의 광굴절율은 1.65 이상인 것인 광학 기재.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 광학 기재의 유리전이온도는 40 ℃ 이상인 것인 광학 기재.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 광학 기재는 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈 기재용인 것인 광학 기재.
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