KR20060107543A - 자외선 경화성 접착제 조성물, 이를 이용한 광 픽업 장치및 광 픽업 장치를 포함하는 광 기록/재생 드라이브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리메틸 메타아크릴레이트와 금속의 결합제로서 사용되는 자외선 경화성 접착제 조성물 및 그 이용에 관한 것으로, 상기 조성물은 틱소트로픽 성질을 갖고, 수축률이 낮으며, 접착강도가 크고, 서비스 특성의 변화없이 장기간 보존할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이로 인해 광 픽업, TFT LCD, 유기 EL 소자와 같은 전자 장치에 접착제로서 사용된다.

Description

자외선 경화성 접착제 조성물, 이를 이용한 광 픽업 장치 및 광 픽업 장치를 포함하는 광 기록/재생 드라이브{UV-curable adhesive composition, optical pick-up device using the same and optical recording/reproducing drive comprising the optical pick-up device}

본 발명은 폴리메틸 메타아크릴레이트와 금속의 접착제로서 사용되는 자외선 경화성 접착제 조성물 및 그 이용에 관한 것으로서, 틱소트로피 특성, 저수축률, 높은 접착 강도, 서비스 특성 변화 없이 장기간 보존할 수 있는 특성을 갖는 자외선 경화성 접착제 소정물 및 그 이용에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조성물은 광 픽업, 박막 필름 트랜지스터-액정 반도체 표시장치(thin film transistor-liquid crystal semiconductor display: TFT LCD) 및 유기 전기 발광(electroluminescent element: EL) 소자와 같은 전자 장치의 접착제로 사용된다.

특허문헌의 분석을 통해 자외선 경화성 접착제에 관한 다수의 특허들을 발견할 수 있었다. 그러므로 광 디스크용 접착제로 사용되는 자외선 경화성 조성물(미국 특허 No.6337118, B32B, 2002년 1월 8일자 공개)을 기술한다. 상기 조성물은 에테르와 폴리부타디엔 등을 포함하는 다양한 올리고머 블록들로 갖는 올리고우레탄 아크릴레이트 5~85 중량%, 히드록시알킬 메타아크릴레이트 0.5~30 중량%, 단관능성 모노머 희석액 20~50%(이소보닐 메타아크릴레이트, 트리시클로데칸 유도체, N-비닐아미드, 트리에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트(SR-350) 및 다른 것들을 포함하는 다관능성 이화제), 1~10%의 광중합 개시제(Irgacure 184, 651 및 다른 것들)로 구성된다. 상기 조성물은 실란 접착 촉진제 및 관능성 첨가제를 포함한다.

비록 정량적인 특성이 상기 특허에서 기술되지 않았지만, 상기 특허에 따르면 접착제는 빠르게 경화되고, 열과 습기에 강하며, 폴리메틸 메타아크릴레이트, 폴리카본들, 금속들에 잘 접착된다.

그러나 이 조성물은 틱소트로픽 특성이 없으므로, 본 발명의 실현을 위해 필요한 특정 조건에서는 이용될 수 없으며, 필러를 투입하지 않아 수축률(적어도 5~6%)이 매우 높다.

본 발명에 근접한 선행기술로는 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐 타입들의 중합체 베이스들을 금속들(금, 은, 알루미늄 등)과 접합하기 위해서 DVD 제조에 사용되는 자외선 경화성 조성물(미국 특허 No.6017603, C08F 2/46, 2000년 1월 25일자 공개)이 있으며, 상기 조성물은 비스페놀 타입의 에폭시 메타아크릴레이트 10~30 중량%(분자량 450~3,000), 폴리에테르와 폴리에스테르, 폴리카보네이트와 다른 블록들을 갖는 올리고우레탄 메타아크릴레이트 30~50 중량%(분자량 400~10,000), 메타아크릴레이트 모노머(이소보닐(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸(메타)아크릴레이트, 히드로옥시에틸(메타)아크릴레이트, 메톡시에틸메 타아크릴레이트 및 다른 것들) 10~80 중량%, 광중합 개시제(Irgacure 184, Irgacure 1800) 0.01~20중량%로 이루어져 있다.

필요한 경우 폴리비닐 타입 등을 포함한 고분자량을 갖는 폴리머가 도입된다. 상기 조성물에서 실란 접착 촉진제, 산화방지제 및 필러는 바뀔 수 있다. 상기 조성물은 상술한 베이스에 대해 접착되는 강도가 크나, 이는 다른 미국 특허(No.6472451, C08F 2/46 2002년 10월 29일 공개)와 마찬가지로 DVD에 한해 적용할 수 있고, 비아크릴(non-acrylic) 타입의 모너머 희석액과 티올(tiole) 화합물이 추가적으로 필요하며, 수축률이 5.4%이상이다. 예를 들어, 폴리머 필러의 제조에 관한 가장 유사한 선행 기술에서는 폴리에틸렌을 사용할 때 수축률을 낮출 수 있으나, 접착 강도는 감소한다. 따라서 가장 유사한 선행 기술에 따른 조성물 조차도 광학 장치에서 사용될 수 없는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 자외선 경화성 접착제 조성물은 틱소트로픽 계수 K=2~3, 수축률 4% 이하이고, 초기 상태뿐만 아니라 열, 습기에 조사, 온도 강하 후에도 폴리메틸 메타아크릴레이트 베이스-금속(금속 12X18H10T) 간의 인장강도가 1.5MPa 이상이며, 1년 이상 안정적으로 보존될 수 있다.

본 발명에 따른 자외선 경화성 접착제 조성물은 다음과 같은 성분을 포함한다. (단위 : 중량%)

- 올리고우레탄 메타아크릴레이트 10-30

- 모노머-희석액 32-46

- 폴리머 필러 20-30

- 광중합 개시제 2.5-50

- 산화방지제 0.005-0.02

- 염화 폴리비닐 클로라이드 3.0-10.0

- 옥살산 0.3-2.0

- 틱소트로픽제 0.5-3.0

- 가소제 1.0-10.0

올리고에탄 메타아크릴레이트로서 분자량 2,000~3,000의 폴리부타디엔디올, 몰비율 1:2:2의 지방족, 방향족 디이소시아네이트 및 히드록시알킬(메타)아크릴레이트의 반응 생성물이 사용된다. 여기서, 폴리부타디엔디올은 1,4 및 1,2 부가반응에 따라 모노머 고리들을 포함하는 1,3-부타디엔의 중합 생성물이다. 또한, 30%의 1,4 단위들과 70%의 1,2 단위들을 포함하는 올리고머를 사용하는 것이 바람직하다

헥사메틸렌디이소시아네이트 및 그 유사체, 이소포론 디이소시아네이트, 2,4-톨루일렌디이소시아네이트 및 다른 것들이 디이소시아네이트로로서 사용된다. 히드록시알킬(메타)아크릴레이트로는 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트 및 다른 것들일 수도 있다.

올리고부타디엔 우레탄 아크릴레이트는 개별적인 화합물의 형태 뿐만 아니라 혼합물의 형태로도 사용된다. 지방족 및 방향족 우레탄 아크릴레이트의 혼합물의 질량비는 1-1,5:1인 것이 바람직하다.

모노머 희석액은 고리 치환기를 가진 단관능성 메타아크릴레이트(이소보닐-, 테트라히드로푸르푸릴-, 디시클로펜텐닐옥시에틸-), 고알콜의 메타아크릴레이트(옥틸메타아크릴레이트) 및 다관능성 메타아크릴레이트(트리에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트 및 다른 것들)의 혼합물로 이루어져 있다.

상기 접착제의 성분으로는 틱소트로픽제(예를 들면, 특정 표면 175~380㎡/g의 aerosil), BYK-410, 텍사퍼 P-61, 가소제(예를 들면, 디옥틸 프탈레이트) 및 광중합 개시제(Irgacure 181, 651 또는 이들의 혼합물) 등이 있다.

폴리 필러로는 입경 50㎛의 고밀도 분말 폴리에틸렌이 사용된다.

본 발명에 따른 조성물의 접착 강도력을 증가시키기 위해서 염소 함량 62-64%의 모노머 내에 용해된 염화 PVC 및 옥살산으로 이루어진 혼합물이 제안된다. 염화 PVC는 3~10 중량%, 옥살산은 0.3~2% 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 조합이 상기 이 문헌에 기술된 것은 아니지만 폴리메틸 메타아크릴레이트와 철(12X18H10T)을 접착할 때 접착 강도가 예측할 수 없을 정도로 상당히 증가하였다. 이를 표1 및 표2로 나타내었다.

이하, 전술한 광 경화성 접착제 조성물을 사용하는 광 픽업 장치 및 광 기록/재생 드라이브가 상세히 기술된다. 본 발명에 따른 광 픽업 장치는 베이스와, 접착제인 전술한 광 경화성 접착제 조성물을 이용하여 상기 베이스의 소정의 위치에 접착되는 광소자로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 광픽업 장치의 광학계의 구성이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 소정 파장의 광을 방출하는 광원(1), 광원(1)에서 방출되는 광을 0차 광선 및 ±1차 광선으로 분산시키는 그레이팅(grating)(2), 서로 평행한 광파(light wave)를 생성하는 콜리메이팅 렌즈(3), 광디스크(10)의 기록면 상에 광점(optical spot)을 형성하는 대물렌즈(9), 광디스크(10)의 기록면에서 반사된 광을 수신하여 정보신호와 에러신호를 검출하는 메인 광(main light) 검출기(7)가 도시되어 있다. 참조부호 4는 광원(1)으로부터 방출된 광을 대물렌즈(9)로 입사되도록 하고 광디스크(10)에서 반사된 광을 메인 광 검출기(7)로 입사되도록 하는 빔 스플리터이다. 오목렌즈(6)는 빔 스플리터(4)와 메인 광 검출기(7) 사이에 놓일 수 있다. 오목렌즈(6)는 비점수차를 보정하기 위해 사용된다. 프론트 광 검출기(8)는 광의 파워를 검출하는데 사용된다. 검출된 광의 강도가 소정 레벨 미만이거나 소정 레벨을 초과하는 경우에는 광원(1)으로부터 방출되는 광의 파워를 조절하여 소정 레벨의 파워를 갖는 광이 광디스크(10)에 입사되도록 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 픽업 장치를 나타낸다. 상기 광 픽업 장치는 알루미늄 베이스를 포함한다. 전술한 광소자들은 상기 베이스의 소정의 위치에 놓이며 상기 베이스 위로 고정되도록 하기 위해 본 발명에 따른 광 경화성 접착제 조성물이 사용된다. 예를 들어 그레이팅(2)은 베이스의 그레이팅 홀더(holder) 위에 고정되고, 레이저 다이오드는 베이스의 레이저 다이오드 홀더 위에 고정되고, 빔 스플리터(4)와 평형 렌즈는 베이스 위에 직접 고정된다. 본 발명에 따른 광 경화성 접착제 조성물은 상기 베이스 또는 상기 광소자의 특정 부분에 도포되고 자외선에 의해 조사되어 경화된다.

도 3은 상기 대물렌즈가 광 픽업 장치의 베이스에 접착될 때 본 발명에 따른 광경화성 접착제 조성물이 도포되는 부분을 나타낸다. 상기 대물렌즈는 베이스의 액튜에이터 블레이드(actuator blade)에 접착된다. 본 발명에 따른 광 경화성 접착제 조성물이 상기 액튜에이터 블레이드의 네 지점에 도포된 후, 상기 대물렌즈는 그 위에 놓이고, 상기 조성물을 경화시키기 위해 자외선이 조사된다.

도 4는 상기 빔 스플리터가 광 픽업 장치의 베이스에 접착될 때 본 발명에 따른 광경화성 접착제 조성물이 도포되는 부분을 나타낸다. 본 발명에 따른 광경화성 접착제 조성물이 상기 빔 스플리터의 두 지점에 도포된 후, 빔 스플리터는 상기 베이스위에 놓이고, 상기 조성물을 경화시키기 위해 자외선이 조사된다.

도 5는 본 발명에 따른 광 기록/재생 드라이브를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 트레이(30)는 화살표 A 방향으로 하우징 안팎으로 슬라이딩되는 방식으로 하우징(20)의 트랙과 맞물린다. 트레이(30)는 스핀들 모터(31)와 픽업 베이스(33)를 구비한다. 스핀들 모터(31)는 그 회전축 위에 회전판을 갖는다. 광 디스크(10)가 회전판(32)위에 올려질 때, 스핀들 모터(31)는 광 디스크(10)을 회전시키기 시작한다. 픽업 베이스(33)는 광 디스크(10)의 (화살표 B에 의해 표시된) 방사상 방향을 따라 슬라이딩된다. 광 디스크(10)의 기록면을 액세스하고 정보를 기록/재생하는 광 픽업 장치(40)는 픽업 베이스(33) 위에 설치된다.

상기 기술된 것으로부터 명백하다시피, 본 발명에 따른 광 경화성 접착제 조성물은 낮은 수축율과 높은 접착력의 요건을 충족시킨다. 따라서 베이스에 대한 완벽한 접착력이 뛰어나다. 또한, 본 발명에 따른 조성물은 광 픽업, TFT LCD, 유기 EL 소자와 같은 초소형 전자 장치에 사용될 때 뒤틀림이나 위치변화가 생기지 않는다. 따라서 공정의 정교함이 확보된다. 또한, 접착제 조성물에 틱소트로픽제를 첨가하는 경우 글루텐 캔디(gluten candy)와 같은 팽창이 생기지 않는다. 따라서 불필요한 부위에 접착제가 도포되어 전자 장치의 성능이 저하되는 문제점을 방지할 수 있다.

본 발명은 예시를 위해 주어지는 실시예들에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이나. 이로 인해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 자외선 경화성 접착제 조성물 제형에서 사용되는 바람직한 올리고우레탄의 제조방법이 실시예1 및 2에 나타나 있다.

실시예 1

올리고디엔우레탄메타아크릴레이트 OUMD -3000H의 합성

액상 올리고부타디엔디올(Krasol LBH-2000, Kauchuk Co., Czech) 150g이 반응기로 투입되고 45~50℃로 가열되는 동안 교반되었다. 헥사메틸렌 디이소시아네이트 18.6g이 55~60℃에서 분당 1g의 비율로 첨가되었다. 첨가가 완료되었을 때, 반응물은 이소시아네이트기가 2.75%로 될 때까지 55~60℃에서 4.5~5시간 동안 교반되었고 그 후 45~50℃로 냉각되었다. 디부틸 틴(tin) 카프릴레이트 촉매제 0.093g이 용해된 모노메타아크릴레이트 프로필렌글리콜 17.76g이 분당 1g의 비율로 반응기로 첨가되었다. 이 때, 온도는 50~55℃를 초과하지 않아야 한다. 그 후 상기 반응물은 이소시아네이트기가 제거될 때까지 55~60℃에서 7~8시간 동안 교반되었다. p-메톡 시페놀 0.0186g이 투입되었고 30분간 교반되었다.

생성물은 무색 또는 밝은 노란색의 점성이 있는 물질이었다. 동적인 점도는 66000mPa.s이다.

실시예 2

올리고디엔 우레탄 메타아크릴레이트 OUMD -3000T의 제조

디이소시아네이트로서 2,4-톨루일렌디이소시아네이트를 이용하여 실시예1과 동일한 방법으로 합성이 수행되었다.

자외선 경화성 조성물의 제조( 실시예 3 ~ 6)

조성물은 표1에서 나타난 성분을 혼합기에서 완전히 혼합하여 제조되었다.

자외선 경화성 조성물의 물리적 기계적 특성

인장 강도는 샘플 사이즈 50×50×6mm인 등급 CO-120K(러시아)의 폴리메틸 메타아크릴레이트 유리와 직경 25mm의 원통형 강철 12×18H10T의 접촉부에서 티어링 머신(tearing machine) Instron를 이용하여 25℃에서 분당 20mm의 테스트율로 테스트하여 결정되었다.

Ⅰ-접착 후 24시간 경과 후의 강도

Ⅱ-온도 60℃, 습도 95%에서 72시간을 견뎌낸 후 접착된 샘플의 강도

Ⅲ-70℃(1시간), -30℃(1시간)에서 20 사이클 후의 강도

수축률은 액상 접착제와 그로부터 생성된 중합체의 밀도비에 의해 결정되었다.

조성물의 제형 및 특성이 표1 및 2에 나타나있다.

자외선 경화성 접착제 조성물의 제형

조성물 성분	함량, 중량%
	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
	본원발명	비교예
OUMD-3000H	8.1	8.1	8.1	8.1
OUMD-3000T	7.5	7.5	7.5	7.5
이소보닐 메타아크릴레이트	15.2	15.2	15.2	15.2
디시클로펜테닐옥시에틸 메타아크릴레이트	28.4	28.4	28.4	28.4
트리메타아크릴레이트 트리메틸올프로판	0.5	0.5	0.5	0.5
옥틱메타아크릴레이트	1.8	1.8	1.8	1.8
염화 PVC	4.2	4.2	-	4.2
옥살산	0.7	-	0.7	-
아크릴산	-	1.1	-	-
디옥틸프탈레이트	1.8	1.8	1.8	1.8
Aerosil A-175	1.6	1.6	1.6	1.6
BYK-410	0.1	0.1	0.1	0.1
BYK S-740	0.8	0.4	0.8	0.8
Irgacure 184	2.9	2.9	2.9	2.9
Irgacure 651	0.7	0.7	0.7	0.7
폴리에틸렌	25.7	25.7	29.9	26.4
p-메톡시페놀	0.01*	0.01*	0.01*	0.01*

0.01* - 조성물 100중량부를 기준으로 하는 중량부

자외선 경화성 접착제 조성물의 특성

특성	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
수축률,%	3.7	3.7	3.7	3.7
인장강도 MPa Ⅰ Ⅱ Ⅲ	8.2 3.4 5.0	4.3 1.8 1.7	3.1 0.5 -	3.0 0.6 -
보관안정성,년	1	0.5	-	-

표 2는 본 발명에 따른 조성물이 요구되는 기술적 요건을 충족시키고, 종래의 조성물에 비해 수축률과 인장 강도가 뛰어난 점을 보여준다.

본 발명은 바람직한 실시예에 의해 기술되었지만, 이로 인해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명에 따라 생성된 조성물은 요구되는 요건들을 충족시키고 전자 장치에 사용하기에도 매우 적합하다.

Claims (8)

1. 올리고우레탄 아크릴레이트, 반응성 모노머-희석액, 폴리머 필러, 광중합 개시제, 산화방지제 및 접착 촉진제를 포함하는 광 경화성 접착제 조성물에 있어서,

   접착 촉진제로서 염소 함량 62~64%의 염화 폴리비닐 클로라이드 및 옥살산의 혼합물을 포함하고, 추가적으로 틱소트로픽제 및 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하며,

   상기 조성물 성분의 함량은 올리고우레탄 메타아크릴레이트 10~30 중량%, 반응성 모너머-희석액 32~46 중량%, 중합체 필러 20~30 중량%, 광중합 개시제 2.5~5.0 중량%, 산화방지제 0.005~0.02 중량%, 염화 폴리비닐 클로라이드 3.0~10.0 중량%, 옥살산 0.3~2.0 중량%, 틱소트로픽제 0.5~3.0 중량%, 가소제 1.0~10.0 중량%인 광 경화성 접착제 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 접착 촉진제는 염소 함량 62~64%의 염화 폴리비닐 클로라이드와 옥살산이 10-5:1의 질량비로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 광 경화성 접착제 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 올리고우레탄 아크릴레이트는 지방족 올리고부타디엔 우레탄 메타아크릴레이트와 방향족 올리고부타디엔 우레탄 메타아크릴레이트가 1-1.5:1의 질량비로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 광 경화성 접착제 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 반응성 모너머-희석액은 부피가 큰 고리 치환기를 갖는 단관능성 메타아크릴레이트, 고알콜의 메타아크릴레이트 및 다관능성 메타아크릴레이트의 혼합물인 것을 특징으로 하는 광 경화성 접착제 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 중합체 필러는 입경 50㎛의 고밀도 분말 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 광 경화성 접착제 조성물.
6. 베이스와, 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 따른 광 경화성 조성물을 이용하여 상기 베이스에 접착된 광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 광소자는 광 다이오드, 그레이팅, 콜리메이팅 렌즈, 빔 스플리터, 반사 거울, 광검출기, 프론트 광검출기, 대물렌즈, 베이스 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
8. 제6항에 따른 광 픽업 장치를 포함하는 광 기록/재생 드라이브.

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