TWI713936B - 具有優異黏著性之用於將波導邊緣遮光的組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於將波導邊緣遮光的紫外光(UV)可固化組成物及藉由使用該組成物形成遮光膜以製造波導之方法，其中該組成物包含著色劑、丙烯酸酯單體、胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物、有機矽烷、和光聚合反應引發劑，且其根據ASTM D3359標準在固化之後對於玻璃基材之黏著性是5B或更高且/或根據微刮痕試驗(MST)為1500 mN或更高。

Description

具有優異黏著性之用於將波導邊緣遮光的組成物
此申請案主張2017年11月28日提出申請的韓國專利申請案第10-2017-0160204號之優先權，茲將該案全文以引用方式納入本文中。
本發明係關於一種具有極佳黏著性之用於將波導邊緣遮光的組成物，且更特別是關於用於在波導上的遮光層中之用以抑制漏光和外部光流入之組成物。本發明亦係關於包括由該組成物形成的遮光層之波導、包含該波導之波導模組、和製造該波導之方法。
由擴增實境(AR)眼鏡代表的可穿戴擴增實境裝置需要近眼顯示器(near-eye display，NED)來將數位影像發送到使用者的眼睛。NED的組件之一是平面波導。在波導上的入射光在平行於波導平面的方向傳送且被柵鏡或半鏡反射到達使用者的眼睛。此時，一些光傳播到波導的末端並從波導的邊緣發射，導致在操作NED期間有如圖1所示的漏光現象。因為在操作此產品時，此漏光現象損及使用者的便利性和美感，所以須改良此漏光現象。再者，在波導邊緣進入波導的外部光可能引發非蓄意的光學干擾，此可能會造成影像品質的劣化。
因此，藉由在波導邊緣的切割部分上形成遮光塗層，則可能抑制外部光流入以抑制自 NED 輸出的影像品質的劣化。過去，是將塑膠殼置於波導上或將膠帶接合至周緣。
但是，在以上方法中，該遮光層的厚度為例如數百微米至數十毫米，且難薄化地控制遮光塗層的寬度和準確地至數百奈米至數百微米。 [先前技術文獻] [專利文件]
(專利文件1) KR 10-2012-0076973 A
所欲解決技術問題
藉常規方式(如，接觸印刷，例如，網版印刷)難以使用用於形成遮光膜的油墨塗覆波導的狹窄切割面。特別地，當波導的切割面是曲面或斜面時，難以遮光層準確地塗覆切割面。但是，作為非接觸印刷法之噴墨印刷法能夠準確地印刷，即使在具有曲面或斜面之狹窄的切割部分亦然。
本發明的一個目的是提出一種用於將波導邊緣遮光以防止波導周緣發生漏光及外部光流入波導中的紫外光(UV)可固化組成物，藉由將含有著色劑之組成物塗覆在波導的切割面上以形成遮光膜，及包括自該組成物形成的遮光層之波導。
為了要解決以上問題，本發明提出一種用於將波導邊緣遮光的紫外光(UV)可固化組成物，包含著色劑、丙烯酸酯單體、胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物、有機矽烷、和光聚合反應引發劑，其中根據ASTM D3359標準在固化之後對於玻璃基材之黏著性是5B或更高且/或根據微刮痕試驗(microscratch test, MST)為1500 mN或更高。
此外，本發明提出一種製造平面波導之方法，包含：a) 將該組成物塗覆於該波導周緣側上以形成遮光膜；及b)將該遮光膜固化以得到具有1.5或更高的光學密度(optical density, OD)之遮光膜。
此外，本發明提出一種平面波導，其包括在該波導周緣側的切割面上之遮光膜，及一種包含該波導之波導模組，其中該遮光膜的厚度是2至120μm，根據ASTM D3359標準，該遮光膜對該波導的黏著性是5B或更高且/或根據微刮痕試驗(MST)為1500 mN或更高。 發明對照先前技術之功效
根據本發明，藉由將根據本發明之組成物塗覆在波導周緣側的切割表面上以形成具有優異的光學密度和即使在薄的厚度下也具有優異硬度之遮光膜，可以防止在波導的邊緣處發生的漏光現象和外部光流入波導中。
下文中，將更詳細地描述本發明。
本發明提出一種用於將波導邊緣遮光的紫外光(UV)可固化組成物，包含著色劑、丙烯酸酯單體、胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物、有機矽烷、和光聚合反應引發劑，其中根據ASTM D3359標準在固化之後對於玻璃基材之黏著性是5B或更高且/或根據微刮痕試驗(microscratch test, MST)為1500 mN或更高。
本發明之UV可固化組成物可另包含選自由光敏劑、黏著促進劑、和界面活性劑所組成之群組之至少一者。
藉由合併各組份可以使得該UV可固化組成物的優點最大化。下文中，將詳細描述該UV可固化組成物的各組份。
該UV可固化組成物可含有丙烯酸酯單體和胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物作為可聚合的不飽和化合物。該UV可固化組成物可以與胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物併用以在固化之後達到適當的韌度和對於基材之適當的黏著性，不會損及顏料的分散性。
在固化期間內，該丙烯酸酯單體與該胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物發生化學反應以達到適當的固化程度。
該丙烯酸酯單體可包含選自由具有一個丙烯酸酯官能基的單官能性丙烯酸酯單體、具有二個丙烯酸酯官能基的二官能性丙烯酸酯單體、和具有三或更多個丙烯酸酯官能基的多官能性丙烯酸酯單體所組成之群組中之至少一者。
該單官能性丙烯酸酯單體可包含具有1至14個碳原子的直鏈或支鏈烷基的丙烯酸烷酯。該組成物經由具有以上碳原子範圍的烷基可確保適當的黏度且在固化之後可達到適當的固化程度和硬度。
例如，該丙烯酸烷酯可選自由(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸三級丁酯、(甲基)丙烯酸二級丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基丁酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸異辛酯、(甲基)丙烯酸異壬酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十四烷基酯、和其組合所組成之群組。
此外，該單官能性丙烯酸酯單體可以另外含有含羧基的(甲基)丙烯酸酯單體或含羥基的(甲基)丙烯酸酯單體。可經由羧基或羥基賦予適當的黏著力。例如，該含有羧基或羥基的(甲基)丙烯酸酯單體可包含選自由丙烯酸、甲基丙烯酸、2-(甲基)丙烯醯氧基乙酸、3-(甲基)丙烯醯氧基丙酸、4-(甲基)丙烯醯氧基丁酸、(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羥基丁酯、(甲基)丙烯酸6-羥基己酯、(甲基)丙烯酸8-羥基辛酯、2-羥基乙二醇(甲基)丙烯酸酯或2-羥基丙二醇(甲基)丙烯酸酯、和其組合所組成之群組之任一者。一個具體實施例中，該單官能性(甲基)丙烯酸酯單體可具有約-60℃至約100℃的玻璃轉變溫度(Tg)。根據本發明之組成物可經由具有在以上範圍內的玻璃轉變溫度(Tg)之單官能性丙烯酸酯單體達到低的固化收縮率。
含有二或更多個丙烯酸酯官能基的單體的例子包括二官能性單體(如，丙二醇二丙烯酸酯)、三官能性單體(如，新戊四醇三丙烯酸酯)、和六官能性單體(如，二新戊四醇六丙烯酸酯)，但不限於此。當須要具有相對低彈性模量的固化產物時，較佳地使用單官能性化合物。但是，固化產物的彈性模量可藉由與含有二或更多個丙烯酸酯官能基的化合物以適當的比合併而控制。
一個具體實施例中，該丙烯酸酯單體可包含選自由丙烯酸四氫糠酯、環狀三(羥甲基)丙烷縮甲醛丙烯酸酯、雙酚A環氧基二丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基乙酯、羥基三甲基乙酸新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羥基乙酯、三(羥甲基)丙烷三丙烯酸酯、參(2-羥基乙基)異三聚氰酸酯三丙烯酸酯、新戊四醇四丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基乙酯和二新戊四醇六丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙基酸酯、二新戊四醇六丙烯酸酯、二新戊四醇五丙烯酸酯等所組成之群組中之至少一者。
一個具體實施例中，較佳地，基於該油墨組成物總重量，該單官能性丙烯酸酯單體的含量是5至40重量%。若其含量為5重量%或更低，則引發劑的溶解度降低且塗層的固化收縮率提高。若其含量為40重量%或更高，則固化產物的硬度降低和發生發黏現象。
一個具體實施例中，基於該油墨組成物總重量，二官能性或更高之丙烯酸酯單體的含量較佳為10至70重量%，例如15至50重量%。若其含量是10重量%或更低，則塗層的硬度降低。若其含量是70重量%或更高，則塗層的收縮率提高且對於基材的黏著力降低。
該胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物是藉由聚合聚醚多元醇、含羥基的丙烯酸系衍生物和二異氰酸酯化合物而製得的化合物，並於兩端點具有碳-碳雙鍵。該聚醚多元醇具有較佳300至30,000，更佳500至10,000的數量平均分子量。可以使用常規胺甲酸酯合成中使用的任何脂族或芳族二異氰酸酯作為該二異氰酸酯化合物。
該胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物具有較佳500至40,000，更佳500至30,000的數量平均分子量。若此數量平均分子量低於500，則難達到所欲的改良性質。若此數量平均分子量超過40,000，則整體光固化性質和鹼顯影性受到負面影響。
基於該組成物總重量，該胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物的用量較佳為0.5至30重量%(此是指排除溶劑的固體之重量%)。若其用量低於0.5重量%，則難得到所欲的改良性質。若其用量超過30重量%，則有光固化性方面的問題。
此外，本發明之組成物可含有重量比為2:1至8:1的丙烯酸酯單體和胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物。另一具體實施例中，該丙烯酸酯單體對該胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物的重量比可為2:1至6:1，或3:1至5:1。
本發明之組成物可以另外含有用以藉照光進行固化反應之自由基光聚合反應引發劑。該自由基光聚合反應引發劑可包含選自由羥基酮系化合物、苯基乙醛酸系化合物、苄基二甲基縮酮系化合物、α-胺基酮系化合物、單醯基膦系化合物、雙醯基膦系化合物、膦氧化物系化合物、二茂金屬系化合物、錪鹽、和其組合所組成之群組之任一者，但不在此限。
基於該UV可固化組成物總重量，該自由基光聚合反應引發劑的較佳含量是0.5至10重量%。若其含量低於0.5重量%，則不足以達成固化反應。若其含量超過10重量%，則該自由基光聚合反應引發劑未完全溶於可固化組成物或者組成物的黏度可能會提高，且結果可能會損及組成物的塗佈性。
該可固化的油墨組成物可以不含溶劑。
該可固化的油墨組成物含有著色劑。該著色劑可以含有一或多種顏料、染料、或其混合物的顏料分散液形式使用，且沒有特別的限制，只要其能如所須的表現出顏色即可。
本發明的一個具體實施例中，碳黑、石墨、金屬氧化物、有機黑色著色劑等可以作為著色劑。
碳黑的例子包括Cisto 5HIISAF-HS、Cisto KH、Cisto 3HHAF-HS、Cisto NH、Cisto 3M、Cisto 300HAF-LS、Cisto 116HMMAF-HS、Cisto 116MAF、Cisto FMFEF-HS、Cisto SOFEF、Cisto VGPF、Cisto SVHSRF-HS、和Cisto SSRF (Donghae Carbon Co., Ltd.); Diagram black II、Diagram black N339、Diagram black SH、Diagram black H、Diagram LH、Diagram HA、Diagram SF、Diagram N550M、Diagram M、Diagram E、Diagram G、Diagram R、Diagram N760M、Diagram 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和OIL31B (Mitsubishi Chemical Corporation)；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、及LAMP BLACK-101 (Degussa Co., Ltd.); 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、RAVEN-1170 (Columbia Carbon Co.)、其混合物之類。
可以使用苯胺黑、內醯胺黑、或苝黑系列作為有機黑色著色劑，但是該有機黑色著色劑不在此限。
本發明中，該可固化的油墨組成物係藉UV輻射(如，250或450 nm)照射，更佳以具有長波長(如，360至410 nm)的UV輻射照射而固化以達到某些OD程度。用於此目的，基於該可固化的油墨組成物總重量，該著色劑的含量較佳為0.1至15重量%，更佳為0.5至5重量%。若其含量低於0.1重量%，則可能無法得到可施至遮光膜的OD程度。若其超過15重量%，則過量的著色劑可能無法分散於油墨中且可能會沉澱，或者UV光可能無法穿透到塗覆之後的膜中且該膜可能無法充分固化至核心部分。
該可固化的油墨組成物可以另外包黏著促進劑作為添加劑。取決於使用的條件(如，溫度和濕度)，在波導的切割面上的遮光膜重複收縮和膨脹，造成遮光膜可能感受到應力，結果，遮光膜自波導脫離。為了要防止此情況，可以使用至少一種矽烷系化合物(選自由環氧基矽烷系化合物、胺基矽烷系化合物、甲基丙烯醯氧基矽烷系化合物、乙烯基矽烷系化合物、巰基矽烷系化合物、丙烯醯氧基矽烷系化合物、異氰酸酯矽烷系化合物所組成之群組)作為黏著促進劑以展現優良的結果。
其中，較佳地使用胺基矽烷系化合物作為本發明之黏著促進劑。例如，3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基-亞丁基)丙胺、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷等。
本發明的另一具體實施例中，環氧基矽烷系化合物可作為黏著促進劑，可使用的例子包括3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基二甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基二甲氧基矽烷、辛基三甲氧基矽烷、十二碳烷基三甲氧基矽烷、十八碳烷基三甲氧基矽烷等。
基於該油墨組成物總重量，該黏著促進劑的含量較佳為0.1至15重量%，更佳為2至10重量%。若其量低於0.1重量%，則無法防止該遮光膜自該波導脫離。若其量高於15重量%，則油墨溶液的黏度提高且分散性低。
該UV可固化油墨組成物可以另外含有用以降低該組成物的表面張力之界面活性劑。
可以使用市售品作為界面活性劑，例如其可選自由下列者所組成之群組：得自DIC (DaiNippon Ink & Chemicals)的Megafack F-444、F-475、F-478、F-479、F-484、F-550、F-552、F-553、F-555、F-570和RS-75，或Surflon S-111、S-112、S-113、S-121、S-131、S-132、S-141和S-145 (Asahi Glass Co., Ltd.)，或Fluorad FC-93、FC-95、FC-98、FC-129、FC-135、FC-170C、FC-430和FC-4430 (Sumitomo 3M Co., Ltd.)，或Zonyl FS-300、FSN、FSN-100和FSO (DuPont)、或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和BYK-UV 3570 (BYK)，或Rad 2100、Rad 2011、Glide 100、Glide 410、Glide 450、Flow 370和Flow 425 (TEGO)等。
基於該可固化的油墨組成物總重量，該界面活性劑的較佳含量是0.1至5.0重量%，而在另一具體實施例中是0.5至3.0重量%。當該界面活性劑的含量低於0.1重量%時，降低該組成物的表面張力的效果會不足，造成組成物塗覆於基材上時的塗覆失敗。若其含量高於5.0重量%，則該界面活性劑可能過量使用，引發組成物的相容性和消泡性會降低的問題。
該可固化的油墨組成物可以另外包含光敏劑以補償長波長的活性能量射線之固化性。
該光敏劑可為選自由下列者所組成之群組中之至少一者：蒽系化合物，如蒽、9,10-二丁氧基蒽、9,10-二甲氧基蒽、9,10-二乙氧基蒽和2-乙基-9,10-二甲氧基蒽；二苯甲酮系化合物，如二苯甲酮、4,4-雙(二甲基胺基)二苯甲酮、4,4-雙(二乙基胺基)二苯甲酮、2,4,6-三甲基胺基二苯甲酮、甲基-鄰-苯甲醯基苯甲酸酯、3,3-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮和3,3,4,4-四(三級丁基過氧羰基)二苯甲酮；乙醯苯；酮系化合物，如二甲氧基乙醯苯、二乙氧基乙醯苯、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮和丙酮；苝；茀酮(fluorenone)系化合物，如9-茀酮、2-氯-9-茀酮和2-甲基-9-茀酮；硫
Figure 107141464-A0304-12-01
酮(thoixanthone)系化合物，如硫
Figure 107141464-A0304-12-01
酮、2,4-二乙基硫
Figure 107141464-A0304-12-01
酮、2-氯硫
Figure 107141464-A0304-12-01
酮、1-氯-4-丙氧基硫
Figure 107141464-A0304-12-01
酮、異丙基硫
Figure 107141464-A0304-12-01
酮(ITX)、二異丙基硫
Figure 107141464-A0304-12-01
酮；
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酮(xanthone)系化合物，如
Figure 107141464-A0304-12-01
酮和2-甲基
Figure 107141464-A0304-12-01
酮；蒽醌系化合物，如蒽醌、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、三級丁基蒽醌和2,6-二氯-9,10-蒽醌；吖啶系化合物，如9-苯基吖啶、1,7-雙(9-吖啶基)庚烷、1,5-雙(9-吖啶基戊烷)和1,3-雙(9-吖啶基)丙烷；二羰基化合物，如苄基、1,7,7-三甲基-二環[2,2,1]庚烷-2,3-二酮和9,10-菲醌；膦氧化物系化合物，如2,4,6-三甲基苄醯基二苯基膦氧化物和雙(2,6-二甲氧基苄醯基)-2,4,4-三甲基戊基膦氧化物；苯甲酸酯系化合物，如甲基-4-(二甲基胺基)苯甲酸酯、乙基-4-(二甲基胺基)苯甲酸酯和2-正丁氧基乙基-4-(二甲基胺基)苯甲酸酯；胺基增效劑，如2,5-雙(4-二乙胺基苯亞甲基)環戊酮、2,6-雙(4-二乙胺基苯亞甲基)環戊酮、和2,6-雙(4-二乙胺基苯亞甲基)-4-甲基-環戊酮；香豆素系化合物，如3,3-羰基乙烯基-7-(二乙胺基)香豆素、3-(2-苯并噻唑基)-7-(二乙胺基)香豆素、3-苄醯基-7-(二乙胺基)香豆素、3-苄醯基-7-甲氧基-香豆素和10,10-羰基雙[1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氫-1H,5H,11H-C1]苯并吡喃并[6,7,8-ij]-喹嗪-11-酮；查耳酮(chalcone)化合物，如4-二乙胺基查耳酮和4-疊氮基苯亞甲基乙醯苯；2-苯甲醯基甲烯；和3-甲基-b-萘并噻唑啉。
基於100重量份的該光聚合反應引發劑，該光敏劑的含量較佳為1至200重量份，更佳為10至100重量份。若其量低於1重量份，則可能無法得到在所欲波長範圍的固化感度的增效效果。若其量高於200重量份，則該光敏劑可能不溶於該油墨中且圖案的黏著力和交聯密度可能會降低。
本發明中使用的該可固化的油墨組成物展現極佳的塗覆性，並藉固化展現極佳的黏著性。該可固化的油墨組成物具有1至10,000 mJ/cm2 ，較佳80至3,000 mJ/cm2 的固化劑量。該可固化的油墨組成物係藉由吸收在250 nm至450nm，較佳360 nm至410nm的波長範圍內的UV光而固化。
該UV可固化組成物，例如，具有10至10,000 mPa·s或100至10,000 mPa·s之於25℃的黏度，適用於分配器法。具有此黏度範圍的該UV可固化組成物於加工溫度良好地排放。該加工溫度是指用以降低該UV可固化組成物的黏度之受熱溫度。該加工溫度可為10℃至100℃，且較佳為20℃至70℃。
此外，當該可固化的油墨組成物蒸發時，例如，在對流烤箱中於35℃，經過2小時之後的殘餘質量可為85%或更高，使得在蒸發速率低的同時，固化速率和膜特性不會退化。
本發明之該UV可固化組成物具有硬度且根據ASTM D3359標準在固化之後對於玻璃基材之黏著性是5B或更高和/或根據微刮痕試驗(microscratch test, MST)為1500 mN或更高。
本發明提出一種平面波導，包括在該波導周緣側的切割面上之遮光膜。當光進入和藉平面波導的內壁反射時，若適當的遮膜未形成於該切割面上時，則會有內部光發射(漏光現象)或非須要的光自外部引入的問題。
如圖2所示，本發明的平面波導包括在其周緣側的切割表面上具有薄的厚度和優異的光密度(OD)的遮光膜。由此，可以阻擋內部光的發射和外部光的流入。
該具有該遮光膜之波導的切割面可為平面、曲面、或斜面。藉以下描述的製法，本發明之遮光膜可以製成各種形狀。
此外，該遮光膜係可形成於該波導的側面上和切割面周緣上。藉由不僅在側面上且亦在周緣(包括邊緣)上形成該遮光膜，可以阻斷該波導的內部光的發射和外部光的流入。
該遮光膜包含至少一種選自由碳黑、石墨、金屬氧化物和有機黑色著色劑所組成之群組之黑色油墨著色劑。
碳黑的例子包括Cisto 5HIISAF-HS、Cisto KH、Cisto 3HHAF-HS、Cisto NH、Cisto 3M、Cisto 300HAF-LS、Cisto 116HMMAF-HS、Cisto 116MAF、Cisto FMFEF-HS、Cisto SOFEF、Cisto VGPF、Cisto SVHSRF-HS、和Cisto SSRF (Donghae Carbon Co., Ltd.); Diagram black II、Diagram black N339、Diagram black SH、Diagram black H、Diagram LH、Diagram HA、Diagram SF、Diagram N550M、Diagram M、Diagram E、Diagram G、Diagram R、Diagram N760M、Diagram 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和OIL31B (Mitsubishi Chemical Corporation); 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和LAMP BLACK-101 (Degussa Co., Ltd.); 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、和RAVEN-1170 (Columbia Carbon Co.)其混合物之類。
可以使用苯胺黑、內醯胺黑、或苝黑系列作為該有機黑色著色劑，但該有機黑色著色劑不在此限。
基於該遮光膜總重量，該黑色油墨著色劑的含量可為0.1至15重量%。若該黑色油墨著色劑的含量符合以上範圍，則能夠製造具有關於其厚度之高光學密度的遮光膜，同時確保油墨的分散安定性和儲存安定性且未損及膜的UV固化。
如圖3中所示，本發明之其周緣側的切割面上具有遮光膜的波導能夠抑制漏光和阻斷外部光流入。
此外，本發明之該波導可具有1.5或更高的總光學密度(OD)以抑制漏光和阻斷外部光流入。根據本發明的一個例子，該遮光膜的總光學密度不超過6。
本發明的一個具體實施例中，該遮光膜的黏著性和塗覆性極佳，該遮光膜對波導的黏著性依據ASTM D3359標準是5B或更高和/或根據微刮痕試驗(MST)為1500 mN或更高。
本發明亦提出一種包含該波導之波導模組。只要使用本發明之波導，未特別限制該波導模組，但其可用於擴增實境(AR)眼鏡等。
本發明提出一種製造平面波導之方法，包含：a)將該UV可固化組成物塗覆於該波導周緣側上以形成遮光膜；及b)將該遮光膜固化以得到具有1.5或更高的光學密度(OD)之遮光膜。
使用分配器法或噴墨印刷法在步驟a)中之平面波導的周緣側的切割面上形成遮光膜。噴墨印刷法可以一般方式使用。分配器法可以使用氣動或壓電分配閥作為精細分配裝置，較佳為分配器印刷方法。
當油墨組成物藉上述印刷方法塗覆時，如圖4中所示，該組成物可以在具有斜面(圖4(b))或曲面(圖4(c))和平面(圖4(a))之波導的周緣側上的切割面上有效地塗覆成遮光膜。
步驟b)中的固化可為UV固化。波長250至450nm，更佳360至410nm的光源可用於此UV固化。
藉以上方法製造的遮光膜對於波導的黏著性，根據ASTM D3359標準是5B或更高且/或根據微刮痕試驗(MST)為1500 mN或更高。
下文中，將參照實例，詳細描述本發明。
實例
製備例1
Figure 02_image001
Figure 02_image003
Figure 02_image005
藉混合實例1至6及比較例1和2的組份製得之用以形成遮光膜之組成物藉旋塗法塗覆於經清潔的波導的上表面上以使得該遮光膜在固化之後具有約1.5的OD。為了要防止外來物質黏著，塗層在塗覆之後的1分鐘內以UV光(395 nm)在以下條件下照射並固化以形成遮光膜。使用具有395 nm的波長的LED燈以2500 mJ/cm2 的光強度照射UV光。
實驗例1：遮光膜的OD之評估
藉由使用X-rite OD 測定裝置測定各遮光膜的OD值並如以下所示。
實驗例2：交錯切割試驗
根據ASTM D3359標準(其為交錯切割試驗標準)在導波平面上之具有相同厚度的遮光膜上進行交錯切割試驗。具體言之，在試樣上以切割刀分別以1 mm的間距分別在橫向和縱向劃出11條線，以形成100個1mm寬和1mm長的正方格。之後，將CT-24黏著膠帶(Nichiban Co., Ltd.)黏著至切割表面。當黏著膠帶被剝離時，根據以下標準評估黏著膠帶脫離之表面的狀態。其結果示於下面的表3。 ＜方格黏著力的評估標準＞ 5B：沒有脫離的區域。 4B：相對於總面積，低於5%脫離。 3B：相對於總面積，5%至15%脫離。 2B：相對於總面積，15%至35%脫離。 1B：相對於總面積，35%至65%脫離。 0B：大部分的面積脫離。
Figure 02_image007
由表3和圖7中所示結果，實例1至6中製造的遮光膜展現5B-程度的黏著性，甚至未經任何熱處理亦然，而比較例1和比較例2製造之不含有胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物的遮光膜展現 0B-程度的黏著性。證實實例1至6中製造的遮光膜所達到的黏著性優於現有材料。
製備例2
Figure 02_image009
Figure 02_image011
藉混合實例7和8及比較例3至5的組份製得之用以形成遮光膜之組成物藉旋塗法塗覆於經清潔的波導的上表面上以使得該遮光膜在固化之後具有10 μm的厚度。為了要防止外來物質黏著，塗層在塗覆之後的1分鐘內以UV光(395 nm)在以下條件下照射並固化以形成遮光膜。使用具有395 nm的波長的LED燈以2500 mJ/cm2 的光強度照射UV光。
實驗例3：交錯切割試驗
根據ASTM D3359標準(其為交錯切割試驗標準)在導波平面上之具有相同厚度的遮光膜上進行交錯切割試驗。具體言之，在試樣上以切割刀分別以1 mm的間距分別在橫向和縱向劃出11條線，以形成100個1mm寬和1mm長的正方格。之後，將CT-24黏著膠帶(Nichiban Co., Ltd.)黏著至切割表面。當黏著膠帶被剝離時，評估黏著膠帶脫離之表面的狀態。其結果示於下面的表6。
實驗例4：微刮痕試驗
根據以下條件，對導波平面上之具有相同厚度的遮光膜進行微刮痕試驗。塗層表面以具有200 μm尖端直徑的Rockwell 鑽石尖端以5000 mN/s的速率刮畫，同時將負荷自0提高至10N。測定基材表面外露時的負荷並將其界定為黏著臨界負荷(adhesion critical loa)。其結果示於下面的表6。 微刮痕試驗(MST)的條件 壓頭類型：Rockwell 材料：鑽石 半徑：200 um 接觸力：10 mN 力速率：5000 mN/s 負荷：0 → 10N
Figure 02_image013
由表6的結果，在藉交錯切割試驗的黏著性評估中，實例7和8及比較例3至5之組成物皆測定為5B，因此無法比較黏著性的優劣。在交錯切割試驗中，在超過膠帶的黏著強度的範圍中有著無法比較和評估黏著力的限制。因此，使用微刮痕試驗進行黏著性的數值比較。結果發現實例7和8製造的遮光層的黏著臨界力高達約2500 mN，但比較例3至5之組成物展現明顯低的黏著性。
雖然已經參考本發明之特定的具體實施例具體示出和描述了本發明，但是對於本領域技術人員來說顯而易見的是，該具體描述僅僅是較佳的具體實施例，並且本發明的範圍不限於此。因此，本發明的範圍欲由所附申請專利範圍及其等效者界定。
圖1是示出使用波導和漏光現象的示意圖。
圖2是表示根據本發明的波導的光傳播路徑的示意圖。
圖3是說明形成本發明的波導的遮光膜的過程的示意圖。
圖4是顯示根據本發明的波導的切割面的形狀形成遮光膜的方法的示意圖。
圖5是根據本發明的實例製造的波導的示意性截面圖。
圖6是根據本發明的實例製造的波導的示意性正視圖。
圖7是顯示根據本發明的實例(右側)和比較例(左側)之組成物的交錯切割(crosscut)程度的圖。

Claims (16)

  1. 一種用於將波導邊緣遮光的紫外光(UV)可固化組成物，包含作為著色劑之碳黑、丙烯酸酯單體、胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物、有機矽烷、和光聚合反應引發劑，其中：該丙烯酸酯單體包含選自由單官能性丙烯酸酯單體、二官能性丙烯酸酯單體、和多官能性丙烯酸酯單體所組成之群組中之至少一者，基於該組成物總重量，該單官能性丙烯酸酯單體的含量是5至40重量%而該二官能性丙烯酸酯單體和該多官能性丙烯酸酯單體的含量是10至70重量%，基於該組成物總重量，該胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物的含量是0.5至30重量%，該丙烯酸酯單體和該胺甲酸酯丙烯酸酯寡聚物的重量比為2：1至8：1，且根據ASTM D3359標準在固化之後對於玻璃基材之黏著性是5B或更高且根據微刮痕試驗(microscratch test,MST)為1500mN或更高。
  2. 如請求項1之用於將波導邊緣遮光的UV可固化組成物，其中該組成物另包含選自由光敏劑和界面活性劑所組成之群組之至少一者。
  3. 如請求項1之用於將波導邊緣遮光的UV可固化組成物，其中該丙烯酸酯單體包含選自由丙烯酸四氫糠酯、環狀三(羥甲基)丙烷縮甲醛丙烯酸酯、雙酚A環氧基二丙烯酸酯、羥基三甲基乙酸新戊二醇二丙烯酸酯、三(羥甲基)丙烷三丙烯酸酯、參(2-羥基乙基)異三聚氰酸酯三丙烯酸酯、新戊四醇四丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基乙酯和二新戊四醇六丙烯酸酯所組成之群組中之至少一者。
  4. 如請求項1之用於將波導邊緣遮光的UV可固化組成物，其中基於該組成物總重量，該著色劑含量是0.1至15重量%。
  5. 如請求項1之用於將波導邊緣遮光的UV可固化組成物，其中該組成物係藉由吸收在250nm至450nm的波長範圍內的UV光而固化之組成物。
  6. 如請求項1之用於將波導邊緣遮光的UV可固化組成物，其中該組成物係藉由吸收在360nm至410nm的波長範圍內的UV光而固化之組成物。
  7. 一種平面波導，包括在該波導周緣側的切割面上之由請求項1至6中任一項之UV可固化組成物所形成的遮光膜，其中該遮光膜的總光學密度是1.5或更高， 根據ASTM D3359標準，該遮光膜對該波導的黏著性是5B或更高且根據微刮痕試驗(MST)為1500mN或更高。
  8. 如請求項7之平面波導，其中該遮光膜包含碳黑作為黑色油墨顏料。
  9. 如請求項8之平面波導，其中基於該遮光膜總重量，該黑色油墨顏料的含量是0.1至15重量%。
  10. 一種波導模組，其包含如請求項7之波導。
  11. 一種製造平面波導之方法，包含：a)將如請求項1之組成物塗覆於該波導周緣側上以形成遮光膜；及b)將該遮光膜固化以得到具有1.5或更高的光學密度(optical density,OD)之遮光膜。
  12. 如請求項11之製造平面波導之方法，其中使用分配器法或噴墨印刷法在步驟a)中將該組成物塗覆於該波導周緣側的切割面上以形成該遮光膜。
  13. 如請求項11之製造平面波導之方法，其中在步驟b)中的該固化係UV固化。
  14. 如請求項11之製造平面波導之方法，其中該遮光膜對 該波導的黏著性依據ASTM D3359標準是5B或更高且根據微刮痕試驗(MST)為1500mN或更高。
  15. 如請求項11之製造平面波導之方法，其中包括該遮光膜之該波導的切割面係平面、曲面、或斜面。
  16. 如請求項11之製造平面波導之方法，其中該遮光膜係形成於該波導的側面上和切割面周緣上。
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