KR20200124997A - 플라스틱 기판의 제조방법 - Google Patents

플라스틱 기판의 제조방법 Download PDF

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KR20200124997A
KR20200124997A KR1020190048582A KR20190048582A KR20200124997A KR 20200124997 A KR20200124997 A KR 20200124997A KR 1020190048582 A KR1020190048582 A KR 1020190048582A KR 20190048582 A KR20190048582 A KR 20190048582A KR 20200124997 A KR20200124997 A KR 20200124997A
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Abstract

본 명세서는 플라스틱 기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 특정 화학 구조의 에피설파이드 화합물 및 방향족 헤테로 고리 화합물을 포함하는 경화성 조성물의 경화물을 포함하는 플라스틱 기판의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 기판에 관한 것이다.

Description

플라스틱 기판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING PLASTIC SUBSTRATE}
본 발명은 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 기판의 경우, 표면 평탄도 및 두께 균일도와 같은 물성이 기존의 유리 기재에 크게 미치지 못하고, 유리에 비해 고굴절률을 구현하기 어려운 문제점이 있으므로, 이의 개선을 위한 연구가 필요한 실정이다.
한국 공개공보: KR 10-2015-0060562 A
본 발명은 기존의 디스플레이용 기판 등에 사용되던 유리 혹은 강화 유리에 비해 가볍고, 표면 평탄도 및 두께 균일도가 우수하고, 강도 및 경도가 우수하면서도, 다양한 색 구현이 가능하고, 고굴절률 구현이 가능한 플라스틱 기판을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 플라스틱 기판을 제공하고자 한다.
본 명세서에서는, 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; 및
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계; 를 포함하고,
상기 경화성 조성물은 에피설파이드 화합물 및 제1 방향족 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는, 하기 식 1을 만족하는, 플라스틱 기판의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 1.05}.
또한, 본 명세서에서는, 상기 플라스틱 기판의 제조방법에 의하여 제조된 플라스틱 기판을 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 플라스틱 기판의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플라스틱 기판에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
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 명세서에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 목적으로만 사용된다.
발명의 일 구현예에 따르면, 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; 및
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계;를 포함하고,
상기 경화성 조성물은 에피설파이드 화합물 및 제1 방향족 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는, 상기 식 1을 만족하는, 플라스틱 기판의 제조방법이 제공된다.
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.
구체적으로, 상기 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 있다.
또한, 특정 화학 구조를 가지는 에피설파이드 화합물과, 고리형 폴리 티올(thiol) 화합물을 포함하는 조성물을, 상기 플라스틱 기판의 제조방법을 통해 중합 및 경화시켜 플라스틱 기판을 제조하는 경우, 고굴절 특성을 보이면서도, 기계적 물성 및 광학적 물성이 우수하여, 기존의 산업 분야에 사용되던 유리나 플라스틱 소재를 대체할 수 있는 광학 재료를 제공할 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 제조방법에 포함되는, 상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는, 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 1.05}.
구체적으로, 상기 식 1에서, 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) X 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) X 1.05} 보다 큰 경우, 경화시 수축의 불균일이 발생하여 플라스틱 기판의 외관 특성이 불량할 수 있다.
구체적으로, 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) X 0.97} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 1.03}
[식 1-2]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 0.98} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 1.02}
[식 1-3]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 0.99} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 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.
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.
상기 평판형 상부 기판의 하중은 3.4 N 내지 34 N, 또는 5.9 N 내지 27 N일 수 있다. 상기 평판형 상부 기판의 하중이 상기 범위 내인 경우, 상기 경화성 조성물의 경화시 경화 수축에 의한 변형을 최소화할 수 있고, 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.
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.
한편, 상기 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 도포후 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.
상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 X 5 ㎟, 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시, 시편의 변형((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 도달하는 순간의 힘의 측정값일 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 플라스틱 기판의 제조방법은, 상기 몰드 장비를 준비한 이후, 상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 몰딩 공간은 상기 완충형 스페이서에 의하여 구획되는, 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 구비되는 빈 공간을 의미할 수 있다.
상기 몰딩 공간에 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, 또는 100 vol%로 주입하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 상기 몰딩 공간에 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.
상기 일 구현예에 따른 플라스틱 기판의 제조방법은, 상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충한 이후, 상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계를 포함할 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.
상기 열경화를 하기 위하여 상기 경화성 조성물에 열처리 시 승온 속도는 2 ℃/min 이하 또는 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.
상기 열경화 시 최종 온도는 85 ℃ 내지 100 ℃일 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 ℃ 내지 20 ℃일 수 있으며, 상기 등온 유지 구간의 유지 시간은 각각 1 시간 내지 5 시간일 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.
상기 몰드 장비에 포함되는 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율은 각각 3 GPa 이상, 10 GPa 이상, 20 GPa 이상, 40 GPa 이상, 40 내지 200GPa일 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.
상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도는 각각 5 ㎛ 이하, 2 ㎛ 이하, 1 ㎛ 이하, 또는 1 내지 0.001㎛일 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.
상기 표면 평탄도는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, QED 사의 ASI(aspheric stitching interferometry) 장비로 지름 200 ㎜ 영역에서 0.16 X 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.
상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 0.1 MPa 내지 10 MPa, 0.1 MPa 내지 5 MPa, 0.1 MPa 내지 3 MPa, 또는 0.1 MPa 내지 2 MPa일 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.
상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 25 ℃ 및 50 RH%의 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 X 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 Υ 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.
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.
상기 일 구현예에 따른 플라스틱 기판의 제조방법은, 상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화한 이후, 상기 평판형 상부 기판 및 상기 평판형 하부 기판을 제거하여 플라스틱 기판을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
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.
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 것 일 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.
상기 경화성 조성물은 에피설파이드 화합물 및 제1 방향족 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 에피설파이드 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
n은, 0 내지 4의 정수이고, m은 0 내지 6의 정수이고;
R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이고;
R3 및 R4는, 각각 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌이다.
상기 화학식 1로 표시되는 에피설파이드 화합물은, 분자의 양 말단에 에피설파이드기가 연결된, 지방족 사슬형 골격을 가지고 있으며, 지방족 사슬 내에서는, 알킬렌 그룹이 황(S) 원자에 의해 연결되는, 티오에터(thio ether) 형태의 반복 단위를 구비한다.
상기 에피설파이드 화합물은, 상술한 특정 화학 구조로 인하여, 분자 내에, 원자 굴절이 큰 황(S) 원자를 높은 함량으로 포함할 수 있는데, 높은 황 원자 함량에 의해, 플라스틱 기판의 고굴절 특성에 기여할 수 있다. 또한, 상기 에피설파이드 화합물은, 개환 중합에 의해 경화가 가능한데, 에피설파이드기의 개환 중합에 의해 형성되는 알킬렌 설파이드 그룹은, 플라스틱 기판의 굴절률을 더욱 높일 수 있게 된다.
상기 화학식 1에서, n은 0 또는 1일 수 있으며, 독립적으로, m 역시 0 또는 1일 수 있다.
화학식 1의 n은, 알킬렌 그룹이 황(S) 원자에 의해 연결되는, 티오에터(thio ether) 반복 단위의 반복 수로, n이 지나치게 큰 경우, 분자의 사슬 길이가 길어지게 되어, 경화 시, 경화물인 플라스틱 기판의 유리 전이 온도가 낮아지게 되고, 이에 따라 경화물의 내열성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 화학식 1의 m은, 티오에터 반복 단위에 포함된, 알킬렌 그룹의 탄소 수에 관한 것으로, m이 지나치게 큰 경우, 역시, 분자 내에 탄소 사슬의 길이가 길어지게 되어, 경화 시, 경화물인 플라스틱 기판의 유리 전이 온도가 낮아지게 되고, 이에 따라 경화물의 내열성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 또한, 상대적인 황의 함량이 낮아지게 되어, 경화물의 굴절률이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R3 및 R4는, 각각 독립적으로, 단결합, 또는, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌, 또는 이소부틸렌일 수 있지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독으로 사용하거나, 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 에피설파이드 화합물은, 구체적으로 예를 들어, 비스(β-에피티오프로필)설파이드, 비스(β-에피티오프로필)디설파이드, 비스(β-에피티오프로필티오)메탄, 1,2-비스(β-에피티오프로필티오)에탄, 1,3-비스(β-에피티오프로필티오)프로판, 1,4-비스(β-에피티오프로필티오)부탄 등을 들 수 있지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 경화성 조성물에 포함되는 제1 방향족 헤테로 고리 화합물은, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서,
-SH는, 방향족 헤테로 고리의 탄소 원자에 연결된 티올(Thiol) 치환기이고,
p는, 2 또는 3이고,
방향족 헤테로 고리를 구성하는 고리 원자 수는 6이고,
X, Y, Z는, 각각 독립적으로, 탄소(C) 또는 질소(N) 원자로, 이중 하나 이상은, 질소(N) 원자이고,
상기 방향족 헤테로 고리를 구성하는 나머지 원자는 탄소(C) 원자이다.
상기 화학식 2로 표시되는 제1 방향족 헤테로 고리 화합물은, 헤테로 원자를 포함하는 6원자 방향족 고리에 2 이상의 티오 그룹(SH)이 연결된, 폴리티올 화합물로 볼 수 있다.
이러한 폴리티올 화합물은, 상술한 에피설파이드 화합물과의 경화 반응, 즉, 에피설파이드 그룹의 개환 중합 반응에서, 에피설파이드 그룹과 반응하여, 이황화 결합 등을 형성하여, 경화물을 생성할 수 있으며, 분자 내에, 원자 굴절이 큰 황(S) 원자를 높은 함량으로 포함하여, 경화물인 플라스틱 기판의 굴절률을 더욱 높일 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은, 구체적으로, 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00003
상기 화학식 2에서,
-SH는, 상기 방향족 헤테로 그룹의 탄소 원자에 연결된 티올(thiol) 치환기이고,
p1은, 2 또는 3이다.
상기 방향족 헤테로 화합물은 황 함량이 높고, 방향족 구조를 가지고 있어, 굴절률을 나타낼 수 있으며, 2개 이상의 thiol 치환기를 구비하여, 에피설파이드 화합물과 함께 경화제로 사용할 경우, 경화물의 유리 전이 온도를 높일 수 있고, 이에 따라 경화물인 플라스틱 기판의 물리적 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 경화성 조성물은, 상기 에피설파이드 화합물 100 중량부에 대하여, 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물을 1 내지 30중량부, 1 내지 25중량부, 또는 5 내지 25중량부일 수 있다.
그리고, 상기 경화성 조성물이, 상기 에피설파이드 화합물 및 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물 만으로 구성되는 경우, 에피설파이드 화합물 : 제1 방향족 헤테로 고리 화합물의 상대적인 비율은, 99:1 내지 70:30일 수 있다.
상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물의 함량이 너무 낮은 경우, 플라스틱 기판의 굴절률이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물의 함량이 너무 높은 경우, 에피설파이드 화합물의 상대적 함량이 낮아지게 되어, 플라스틱 기판의 투명성이 악화되고, 경도, 및 강도 등의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 경화성 조성물은, 하기 화학식 3으로 표시되는, 제2 방향족 헤테로 고리 화합물을 더 포함할 수도 있다.
[화학식 3]
Figure pat00004
상기 화학식 3에서,
-SH는, 상기 방향족 헤테로 그룹의 탄소 원자에 연결된 티올(Thiol) 치환기이고,
p'는, 2 또는 3 이고,
상기 방향족 헤테로 고리를 구성하는 원자 수는 5이고,
X', Y', Z'는, 각각 독립적으로, 탄소(C), 질소(N), 또는 황(S) 원자로, 이중 하나 이상은, 황(S) 원자이고,
상기 방향족 헤테로 고리를 구성하는 나머지 원자는 탄소(C) 원자이다.
상기 화학식 3으로 표시되는 제2 방향족 헤테로 고리 화합물은, 헤테로 원자를 포함하는 5원자 방향족 고리에 2 이상의 티오 그룹(SH)이 연결된, 폴리티올 화합물로 볼 수 있다.
이러한 폴리티올 화합물 역시, 상술한 에피설파이드 화합물과의 경화 반응, 즉, 에피설파이드 그룹의 개환 중합 반응에서, 에피설파이드 그룹과 반응하여, 이황화 결합 등을 형성하여, 경화물인 플라스틱 기판을 생성할 수 있으며, 경화물의 강성을 조절하여 유연성을 부여할 수 있게 된다.
그리고 이 경우, 상기 경화성 조성물은, 상기 에피설파이드 화합물 100 중량부에 대하여, 상기 제2 방향족 헤테로 고리 화합물을 약 1 내지 약 30중량부로 포함할 수 있다.
즉, 상기 경화성 조성물은, 상기 에피설파이드 화합물 100 중량부에 대하여, 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물을 약 1 내지 약 30 중량부로 포함할 수 있으며, 여기에 더하여, 상기 제2 방향족 헤테로 고리 화합물을 약 1 내지 약 30중량부로 포함할 수 있다.
상기 제2 방향족 헤테로 고리 화합물의 함량이 너무 낮은 경우, 경화물이 잘 부스러지는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 제2 방향족 헤테로 고리 화합물의 함량이 너무 높은 경우, 굴절률이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 경화성 조성물은, 이에 더하여, 경화물인 플라스틱 기판의 강도를 향상시키기 위하여, 폴리이소시아네이트 화합물을 더 포함할 수도 있다.
상기 폴리이소시아네이트 화합물은, 상술한 에피설파이드 화합물 및 방향족 헤테로 고리 화합물을 포함하는, 조성물 전체 중량에 대하여, 약 1 내지 약 25중량%, 또는 약 5 내지 약 20중량%로 포함될 수 있다. 폴리이소시아네이트 화합물의 함량이 너무 낮을 경우, 목표하는 강도 향상 효과가 충분하지 않을 수 있으며, 함량이 너무 높을 경우, 광학적 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 폴리이소시아네이트 화합물의 구체적인 예로는, 에틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 시클로헥산디이소시아네이트, 1,3-비스(이소시아네이트메틸)시클로헥산, 1,4-비스(이소시아네이트메틸)시클로헥산, 이소포론디이소시아네이트, 2,6-비스(이소시아네이트메틸)데카하이드로나프탈렌, 리신트리이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, o-톨리딘디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 디페닐에테르디이소시아네이트, 3-(2'-이소시아네이트시클로헥실)프로필이소시아네이트, 이소프로필리덴비스(시클로헥실이소시아네이트), 2,2'-비스(4-이소시아네이트페닐)프로판, 트리페닐메탄트리이소시아네이트, 비스(디이소시아네이트톨릴)페닐메탄, 4,4',4''-트리이소시아네이트-2,5-디메톡시페닐아민, 3,3'-디메톡시벤지딘-4,4'-디이소시아네이트, 1,3-페닐렌디이소시아네이트, 1,4-페닐렌디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이트비페닐, 4,4'-디이소시아네이트-3,3'-디메틸비페닐, 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트, 1,1'-메틸렌비스(4-이소시아네이트벤젠), 1,1'-메틸렌비스(3-메틸-4-이소시아네이트벤젠), m-자일릴렌디이소시아네이트, p-자일릴렌디이소시아네이트, m-테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트, p-테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트, 1,3-비스(2-이소시아네이트-2-프로필)벤젠, 2,6-비스(이소시아네이트메틸)나프탈렌, 1,5-나프탈렌디이소시아네이트, 비스(이소시아네이트메틸)테트라하이드로디시클로펜타디엔, 비스(이소시아네이트메틸)디시클로펜타디엔, 비스(이소시아네이트메틸)테트라하이드로티오펜, 비스(이소시아네이트메틸)노보넨, 비스(이소시아네이트메틸)아다만탄, 티오디에틸디이소시아네이트, 티오디프로필디이소시아네이트, 티오디헥실디이소시아네이트, 비스〔(4-이소시아네이트메틸)페닐〕설파이드, 2,5-디이소시아네이트-1,4-디티안, 2,5-디이소시아네이트메틸-1,4-디티안,2,5-디이소시아네이트메틸티오펜, 디티오디에틸디이소시아네이트, 디티오디프로필디이소시아네이트 등을 들 수 있지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 경화성 조성물은, 상술한 화합물의 중합 및 경화를 촉진시키기 위하여, 촉매를 더 포함할 수도 있다.
상기 촉매는, 예를 들어, 아민, 암모늄 염, 혹은 인산염 등을 들 수 있고, 구체적으로 예를 들어, N,N-디메틸시클로헥실아민 등의 3차 아민이나, 테트라-n-부틸암모늄 염, 트리에틸벤질암모늄 염 등의 암모늄 염을 들 수 있다.
상기 촉매의 함량은, 상술한 경화성 조성물 전체 중량에 대하여, 약 0.001 내지 약 10중량%, 0.001 내지 약 5중량%, 또는 약 0.01 내지 약 1중량%일 수 있다.
또한, 상기 경화성 조성물은, 이 외에도, 자외선 흡수제, 블루잉제, 안료 등 기타 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 경화성 조성물은 광경화성 조성물 또는 열경화성 조성물일 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물은 열경화성 조성물일 수 있다.
상술한 경화성 조성물의 경화 수축률은 15 % 이하, 1 % 내지 15 %, 1 % 내지 12 %, 또는 1 % 내지 10 %일 수 있다.
또한, 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} X 100
발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 기판의 제조방법에 의하여 제조된 플라스틱 기판이 제공된다.
상기 플라스틱 기판은, 상기 에피설파이드 화합물 및 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물의 경화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 플라스틱 기판은, 상기 화학식 1로 표시되는 에피설파이드 화합물; 및 상기 화학식 2로 표시되는 제1 방향족 헤테로 고리 화합물의 경화물을 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 기판에 포함되는 상기 경화물은, 상기 에피설파이드 화합물 100 중량부에 대하여, 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물을 약 1 내지 약 30중량부 포함할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 기판은, 상기 에피설파이드 화합물, 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물 및 상기 제2 방향족 헤테로 고리 화합물의 경화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 에피설파이드 화합물; 상기 화학식 2로 표시되는 제1 방향족 헤테로 고리 화합물; 및 상기 화학식 3으로 표시되는 제2 방향족 헤테로 고리 화합물의 경화물을 포함할 수 있다.
그 외, 에피설파이드 화합물, 제1 방향족 헤테로 고리 화합물, 제2 방향족 헤테로 고리 화합물, 및 첨가제 등에 대해서는, 상술한 플라스틱 제조방법 부분에서 설명한 것으로 갈음한다.
상기 다른 구현예에 따른 플라스틱 기판은, 두께가 400 ㎛ 내지 2,000 ㎛이고, 상기 플라스틱 기판의 두께 편차는 1 % 이하일 수 있다.
구체적으로, 상기 플라스틱 기판의 두께 편차 값이 낮을수록 상기 플라스틱 기판의 두께 균일도는 높을 수 있다. 즉, 상기 플라스틱 기판은 두께 편차가 1 % 이하로서 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) X 100
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, 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.
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, 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.
한편, 상기 플라스틱 기판에 포함된 상기 경화물 내에서, 황(S) 원자의 함량이 약 50 중량% 이상, 약 50 내지 약 70 중량%, 또는 약 52 내지 약 60 중량%일 수 있다. 황 원자의 함량이 너무 낮은 경우, 굴절률이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있으며, 황 원자의 함량이 너무 높은 경우, 경화물의 YI(Yellow index)가 높아지는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상술한 특징으로 인하여, 상기 플라스틱 기판은, 532 ㎚ 파장에서의 굴절률이 약 1.65 이상, 약 1.65 내지 약 1.80, 약 1.70 내지 약 1.80, 또는, 약 1.70 내지 약 1.75일 수 있다. 일반적인 유리 기재의 경우, 광굴절율이 532 ㎚ 파장에서 1.65 이상이므로, 상기 일 구현예에 따른 플라스틱 기판은 플라스틱 재질임에도 불구하고, 유리 기재와 동등한 수준의 광굴절율을 구현할 수 있으므로, 유리 기재를 대체할 수 있는 장점이 있다.
상기 플라스틱 기판은, 두께가 1 mm일 때 JIS K 7361에 따라 측정된 투과율, 더욱 구체적으로는, 상술한 경화물의 두께가 1 mm일 때 JIS K 7361에 따라 측정된 투과율 값이 약 80% 이상, 약 80 내지 약 99%, 또는 약 85 내지 약 90%로, 매우 높은 투과율을 가질 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 기판은, 두께가 1 mm일 때 JIS K 7136에 따라 측정된 헤이즈 값, 더욱 구체적으로는, 상술한 경화물의 두께가 1 mm일 때 JIS K 7136에 따라 측정된 헤이즈 값이 약 약 1% 이하, 약 0.01 내지 약 1%, 또는 약 0.01 내지 약 0.5%로, 매우 낮은 헤이즈 값을 가질 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 유리전이온도는 40 ℃ 이상, 40 내지 200 ℃, 또는 50 내지 180℃일 수 있다. 웨어러블 디바이스의 경우, 지속적인 영상의 전송 및 출력이 진행될 수 있으며, 이에 따라 렌즈 기재의 온도가 상승할 수 있으므로, 유리전이온도를 40 ℃ 이상으로 구현할 수 있는 상기 플라스틱 기판은, 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로 사용하더라도 온도에 따른 물성 변화를 최소화할 수 있다.
상기 플라스틱 기판은 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈 기재용일 수 있다.
또한, 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 플라스틱 기판을 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공할 수 있다. 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.
상기 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.
본 발명에 따르면, 표면 평탄도 및 두께 균일도가 우수하고, 고굴절률 구현이 가능한 플라스틱 기판을 제조하는 방법을 제공하고, 또한, 이러한 제조 방법으로 제조되고, 기존의 디스플레이용 기판 등에 사용되던 유리 혹은 강화 유리에 비해 가볍고, 표면 평탄도 및 두께 균일도가 우수하고, 강도 및 경도가 우수하면서도, 다양한 색 구현이 가능하고, 고굴절률 구현이 가능한 플라스틱 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 경화성 조성물을 경화하는 단계에서의 단면을 도시한 것이다.
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
제조예 1
에피설파이드 화합물인 하기 70A 80g, 제1 방향족 헤테로 고리 화합물인 하기 T2 20g을, 20℃에서 1시간 동안 격렬하게 혼합한 후, 기공 크기가 1㎛인 glass filter를 이용하여 여과하고, 기공 크기가 0.45㎛인 PVDF filter를 이용하여 다시 한번 여과를 진행하였다. 이후, 촉매로 N,N-디사이클로헥실메틸아민 1g을 첨가하고, 5분간 혼합하여 경화성 조성물을 제조하였다. 상기 경화성 조성물의 경화 수축력을 전술한 경화 수축력의 측정 방법으로 측정하고, 측정된 경화 수축력을 시료의 부피로 나누어 계산한 압축응력계수는 2.50*103 N/m3였다.
제조예 2 내지 4
상기 에피설파이드 화합물 및 제1 방향족 헤테로 고리 화합물로 하기 표 1에 기재된 화합물 및 함량으로 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 경화성 조성물을 제조하고, 경화 수축력을 측정하였다. 한편, 하기 화합물에서 T1은 제2 방향족 헤테로 고리 화합물이고, 70C는 폴리이소시아네이트 화합물이다. 또한, 제조예 1과 동일한 방법으로 경화 수축력을 측정하고, 측정된 경화 수축력을 시료의 부피로 나누어 계산한 압축응력계수를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pat00005
(단위: g) 70A 74A 70B 70C T2 T1 압축응력계수 (N/m3)
제조예 1 80 - - - 20 - 2.50*103
제조예 2 90 - - - 8 2 2.40*103
제조예 3 45 45 - - 5 5 2.25*103
제조예 4 88.5 - 6.5 5 - - 2.00*103
실시예 : 플라스틱 기판의 제조
실시예 1
하부 기판으로서 굴곡 탄성률 70 GPa, 표면 평탄도가 0.5 ㎛, 두께가 30 ㎜, 지름이 200 ㎜인 유리 기판을 이용하고, 압축 탄성 계수가 1 MPa, 높이가 423 ㎛, 단면적이 10 X 10 ㎟인 실리콘 재질의 완충형 스페이서를 상기 하부 기판의 원주에 접하도록 120° 간격으로 구비하여 몰딩 공간을 형성한 후, 상기 제조예 1에서 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 1042 ㎛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(301 ㎛)/비탄성층(831 ㎛)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(790 ㎛)/비탄성층(198 ㎛)의 구조로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실시예 5
압축 탄성계수가 1 MPa인 실리콘 재질의 탄성층 및 압축 탄성계수가 70 MPa인 유리 재질의 비탄성층을 이용하여, 스페이서의 구조를 탄성층(442 ㎛)/비탄성층(500 ㎛)의 구조로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실시예 6 내지 15
하기 표 2에 기재된 경화성 조성물을 사용한다는 점을 제외하고는, 상술한 실시예 1 내지 5와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
구체적으로, 실시예 6 및 11은, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실시예 7 및 12는, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실시예 8 및 13은, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실시예 9 및 14는, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
실시예 10 및 15는, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 1 내지 5
제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 사용한다는 점을 제외하고는, 상술한 실시예 1 내지 5와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
구체적으로, 비교예 1은, 제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 2는, 제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 3은, 제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 4는, 제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 5는, 제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 6
압축 탄성계수가 2 GPa이고 높이 502 ㎛인 폴리카보네이트계 스페이서를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 7
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 8
압축 탄성계수가 1 GPa이고 높이 1007 ㎛인 폴리카보네이트계 스페이서를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 9 내지 14
하기 표 3에 기재된 경화성 조성물을 사용한다는 점을 제외하고는, 상술한 비교예 6 내지 8과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
구체적으로, 비교예 9 및 12은, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 비교예 6과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 10 및 13은, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 비교예 7과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
비교예 11 및 14은, 각각 제조예 2 및 3에서 제조된 경화성 조성물을 이용한다는 점을 제외하고는, 비교예 8과 동일한 방법으로 플라스틱 기판을 제조하였다.
평가
1. 플라스틱 기판의 두께 편차
플라스틱 기판의 두께 편차는 하기 일반식 2를 통해 계산하고, 그 결과를 표 2 및 3에 나타내었다.
[일반식 2]
두께 편차(%) = (최대 편차/평균 두께) Х 100
구체적으로, 회절 도광판의 두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, Mitsutoyo사의 Digimatic Thick 547-401 장비를 이용한 접촉식 측정방법을 이용하여, 최대 두께 또는 최소 두께를 측정하고, 또한, 시편의 임의의 점을 원점으로 반지름 10 ㎜ 및 22.5 도의 간격으로 측정된 두께의 평균값을 평균 두께로 측정하였다.
2. 외관 평가
플라스틱 기판의 외관은 육안으로 플라스틱 기판의 맥리 현상이 있는지 여부로 판단하였다. 육안으로 맥리 현상이 발견되지 않는 경우 양호, 육안으로 맥리 현상이 발견되는 경우 불량으로 평가하고, 그 결과를 표 2 및 3에 나타내었다.
3. 투과율 및 헤이즈 측정
플라스틱 기판에 대해, 1mm 기준 두께로 경화된 경화물의 두께 방향으로, Nippon Denshoku Industries Co. LTD 사의 NDH-5000를 이용하여 헤이즈(JIS K 7136)와 투과율(JIS K 7361)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
4. 굴절률 측정
플라스틱 기판에 대해, Ellipso Technology 사의 spectroscopic ellipsometry 를 이용하여 굴절률 값을 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
6. 황 원자 함량 측정
플라스틱 기판에 대해, 원소 분석법을 이용하여, 황 원자의 함량을, 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
경화성 조성물 스페이서 압축 탄성계수 (MPa) 스페이서의 높이 (㎛) 스페이서의 압축 응력 (N) 경화성 조성물의 경화 수축력 (N) 상부 기판의 하중 (N) 플라스틱 기판의 지름 (mm) 플라스틱 기판의 평균 두께 (㎛) 두께 편차 (%) 외관
탄성층 비탄성층 탄성층 비탄성층
실시예 1 제조예 1 1 - 423 - 9.93 1.75 8.2 150 409 0.4 양호
실시예 2 제조예 1 1 - 1042 - 12.67 4.38 8.2 150 998 0.5 양호
실시예 3 제조예 1 0.16 70,000 301 831 12.76 4.63 8.2 150 1052 0.7 양호
실시예 4 제조예 1 0.16 70,000 790 198/198 12.52 4.38 8.2 150 980 0.2 양호
실시예 5 제조예 1 1 70,000 442 500 12.22 4.13 8.2 150 924 0.4 양호
실시예 6 제조예 2 1 - 423 - 9.93 1.73 8.2 150 409 0.3 양호
실시예 7 제조예 2 1 - 1042 - 12.38 4.32 8.2 150 999 0.8 양호
실시예 8 제조예 2 0.16 70,000 301 831 12.60 4.49 8.2 150 1053 0.2 양호
실시예 9 제조예 2 0.16 70,000 790 198/198 12.30 4.15 8.2 150 984 0.3 양호
실시예 10 제조예 2 1 70,000 442 500 12.22 3.94 8.2 150 924 0.3 양호
실시예 11 제조예 3 1 - 423 - 9.93 1.62 8.2 150 409 0.3 양호
실시예 12 제조예 3 1 - 1042 - 12.09 3.96 8.2 150 1000 0.6 양호
실시예 13 제조예 3 0.16 70,000 301 831 12.12 4.21 8.2 150 1056 0.2 양호
실시예 14 제조예 3 0.16 70,000 790 198/198 12.09 3.94 8.2 150 987 0.2 양호
실시예 15 제조예 3 1 70,000 442 500 11.88 3.69 8.2 150 925 0.5 양호
경화성 조성물 스페이서 압축 탄성계수 (MPa) 스페이서의 높이 (㎛) 스페이서의 압축 응력 (N) 경화성 조성물의 경화 수축력 (N) 상부 기판의 하중 (N) 플라스틱 기판의 지름 (mm) 플라스틱 기판의 평균 두께 (㎛) 두께 편차 (%) 외관
탄성층 비탄성층 탄성층 비탄성층
비교예 1 제조예 4 1 - 423 - 9.93 1.44 8.2 150 409 0.4 양호
비교예 2 제조예 4 1 - 1042 - 11.66 3.54 8.2 150 1002 0.4 양호
비교예 3 제조예 4 0.16 70,000 301 831 11.96 3.78 8.2 150 1057 0.2 양호
비교예 4 제조예 4 0.16 70,000 790 198/198 11.67 3.52 8.2 150 994 0.3 양호
비교예 5 제조예 4 1 70,000 442 500 11.54 3.28 8.2 150 925 0.2 양호
비교예 6 제조예 1 2,000 - 502 - 25099.60 2.13 8.2 150 481 9.2 불량
비교예 7 제조예 1 0.16 70,000 160 829 22.20 4.20 8.2 150 915 5.1 불량
비교예 8 제조예 1 1 - 1007 - 8.64 4.28 8.2 150 978 3.2 양호
비교예 9 제조예 2 2,000 - 502 - 32270.92 2.02 8.2 150 475 8.3 불량
비교예 10 제조예 2 0.16 70,000 160 829 21.30 4.03 8.2 150 918 4.5 불량
비교예 11 제조예 2 1 - 1007 - 7.75 4.25 8.2 150 981 3.4 양호
비교예 12 제조예 3 2,000 - 502 - 29880.48 1.91 8.2 150 477 7.8 불량
비교예 13 제조예 3 0.16 70,000 160 829 20.40 3.78 8.2 150 921 4.6 불량
비교예 14 제조예 3 1 - 1007 - 8.94 3.83 8.2 150 977 3.9 양호
투과율 (%) 헤이즈 (%) 굴절률 황 원자 함량 (중량%)
실시예 1 86.7 0.3 1.732 53.96
실시예 6 86.8 0.4 1.741 55.95
실시예 11 86.7 0.3 1.766 61.26
비교예 1 88 0.3 1.711 51.78
상기 표 2 및 3을 참조하면, 실시예 1 내지 15의 플라스틱 기판은 매우 낮은 두께 편차를 나타내므로, 높은 두께 균일도를 가지며, 외관 특성 또한 우수함을 확인할 수 있다.
한편, 비교예 6, 7, 9, 10, 11 및 13의 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. 또한, 비교예 6, 7, 9, 10, 11 및 13의 플라스틱 기판은 경화 시 상부 기판과의 이격에 의하여 표면에 맥리 현상이 나타나 외관 특성 또한 불량한 것을 확인할 수 있다.
나아가, 비교예 8, 11 및 14의 경우, 스페이서의 압축 응력이 낮아, 매우 불량한 두께 편차를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기 표 4를 참조하면, 제조예 1 내지 3에서 제조된 경화성 조성물을 각각 포함하는 실시예 1, 6 및 11의 플라스틱 기판은, 투과율이 매우 높고, 헤이즈 값이 낮으면서도, 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 포함하는 비교예 1의 경우, 투과율이 높고, 헤이즈가 낮은 특성을 보였으나, 본원 실시예에 비해, 굴절률 값이 다소 낮은 것으로 나타났다. 마찬가지로, 상기 제조예 4에서 제조된 경화성 조성물을 포함하는 비교예 2 내지 5의 경우도, 본원 실시예에 비해, 굴절률 값이 다소 낮은 것으로 나타나, 비교예 1 내지 5의 플라스틱 기판은, 유리를 대체하여 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈 기재로 사용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 비교예 1 내지 5의 경우, 경화성 조성물 제조 시, 본원의 실시예에 비해, 점도가 다소 높아, 플라스틱 기판으로 제조하거나, 렌즈로 가공하기 어려운 문제점이 있었다.
101: 평판형 하부 기판 102: 평판형 상부 기판
201, 202: 완충형 스페이서 300: 경화성 조성물

Claims (15)

  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; 및
    상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계; 를 포함하고,
    상기 경화성 조성물은 에피설파이드 화합물 및 제1 방향족 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
    상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는, 하기 식 1을 만족하는, 플라스틱 기판의 제조방법:
    [식 1]
    {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) X 1.05}.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율은 각각 3 GPa 이상인, 플라스틱 기판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도는 각각 5 ㎛ 이하인, 플라스틱 기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 0.1 내지 10 MPa인, 플라스틱 기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 완충형 스페이서는 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사이에 비탄성층이 구비된 구조인, 플라스틱 기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에피설파이드 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 플라스틱 기판의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure pat00006

    상기 화학식 1에서,
    n은, 0 내지 4의 정수이고, m은 0 내지 6의 정수이고;
    R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이고;
    R3 및 R4는, 각각 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는, 플라스틱 기판의 제조방법:
    [화학식 2]
    Figure pat00007

    상기 화학식 2에서,
    -SH는, 방향족 헤테로 고리의 탄소 원자에 연결된 티올(Thiol) 치환기이고,
    p는, 2 또는 3이고,
    방향족 헤테로 고리를 구성하는 고리 원자 수는 6이고,
    X, Y, Z는, 각각 독립적으로, 탄소(C) 또는 질소(N) 원자로, 이중 하나 이상은, 질소(N) 원자이고,
    상기 방향족 헤테로 고리를 구성하는 나머지 원자는 탄소(C) 원자이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에피설파이드 화합물 100 중량부에 대하여,
    상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물 1 내지 30중량부를 포함하는, 플라스틱 기판의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 경화성 조성물은, 하기 화학식 3으로 표시되는, 제2 방향족 헤테로 고리 화합물을 더 포함하는, 플라스틱 기판의 제조방법:
    [화학식 3]
    Figure pat00008

    상기 화학식 3에서,
    -SH는, 상기 방향족 헤테로 그룹의 탄소 원자에 연결된 티올(Thiol) 치환기이고,
    p'는, 2 또는 3 이고,
    상기 방향족 헤테로 고리를 구성하는 원자 수는 5이고,
    X', Y', Z'는, 각각 독립적으로, 탄소(C), 질소(N), 또는 황(S) 원자로, 이중 하나 이상은, 황(S) 원자이고,
    상기 방향족 헤테로 고리를 구성하는 나머지 원자는 탄소(C) 원자이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에피설파이드 화합물 100 중량부에 대하여,
    상기 제2 방향족 헤테로 고리 화합물 1 내지 30중량부를 포함하는, 플라스틱 기판의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 15 % 이하인, 플라스틱 기판의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판은, 상기 에피설파이드 화합물 및 상기 제1 방향족 헤테로 고리 화합물의 경화물을 포함하는, 플라스틱 기판 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판의 두께는 400 내지 2,000 ㎛이고,
    상기 플라스틱 기판의 두께 편차는 1% 이하인, 플라스틱 기판 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판의 굴절률은 1.65 이상이고,
    상기 플라스틱 기판의 투과율은 80% 이상이고,
    상기 플라스틱 기판의 헤이즈 값은 1% 이하인, 플라스틱 기판 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판은 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈 기재용인, 플라스틱 기판 제조방법.
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