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KR102170123B1 - 차광막이 형성되어 있는 도파관 및 이의 제조방법 - Google Patents

차광막이 형성되어 있는 도파관 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102170123B1
KR102170123B1 KR1020160170797A KR20160170797A KR102170123B1 KR 102170123 B1 KR102170123 B1 KR 102170123B1 KR 1020160170797 A KR1020160170797 A KR 1020160170797A KR 20160170797 A KR20160170797 A KR 20160170797A KR 102170123 B1 KR102170123 B1 KR 102170123B1
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waveguide
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raven
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유재현
박성은
김준형
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 평판 도파관의 테두리측 절단면에 2 내지 10㎛의 두께로, 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 1.0 의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막이 형성되어 있는 도파관 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

차광막이 형성되어 있는 도파관 및 이의 제조방법 {WAVEGUIDE HAVING LIGHT SHIELDING AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 차광막이 형성되어 있는 도파관에 관한 것으로 보다 구체적으로는 빛샘 및 외광 유입을 억제하기 위한 차광층을 포함하고 있는 도파관에 관한 것이다.
증강현실(AR) 안경으로 대표되는 웨어러블 증강현실 장치는 디지털 이미지를 사용자의 눈에 전달하기 위해 근안 디스플레이(Near-Eye Display, NED)가 필요하며, NED의 구성요소 중 하나로 평판 도파관(waveguide)이 사용된다. 이러한 도파관에 입사된 광선은 도파관 면에 평행한 방향으로 전달되어 격자(grating) 또는 하프미러(half-mirror) 등에 반사 후 사용자의 눈에 도달하게 되는데, 이 때 일부 광선은 도파관의 끝단부까지 전파되고, 도파관의 가장자리로 발산되어, NED 구동 시에 도 1에서 볼 수 있는 빛샘 현상을 야기시킨다. 이러한 빛샘 현상은 제품 구동 시, 사용자의 편의와 미관을 저해하기 때문에 개선되어야 할 사항이다. 또한 도파관 가장자리에서 도파관 내로 유입되는 외광은 의도치 않은 광간섭을 유발하여 이미지 품질의 저하를 초래할 수 있다.
따라서, 도파관 가장자리 절단부에 차광코팅을 하면 이러한 외광 유입을 억제하여 NED에서 출력되는 이미지 품질 저하를 억제할 수 있어, 기존에는 도파관에 플라스틱 케이스를 씌우거나, 테두리에 테이프를 붙여 차광하는 방법 등을 사용하였다.
그러나 상기 방법들은 차광층의 두께가 수십 um ~수 mm로 두껍고, 차광코팅의 폭을 수 um ~수백 nm 수준으로 얇고 정교하고 조절하는데 어려움이 있었다.
KR 10-2012-0076973 A
차광막을 형성하는데 잉크를 사용하는 방식에서, 기존의 접촉식 인쇄방식인 스크린 프린팅 등의 수단으로는 도파관의 좁은 절단면에 코팅하기가 어렵고, 도파관의 절단면이 곡면 또는 경사면으로 가공된 경우 더욱 기존 방식으로 정교하게 차광층을 코팅하는 것이 어려웠다. 그러나 잉크젯 프린팅 방식은 비접촉식 인쇄방식으로서, 곡면 또는 경사면 가공이 되어있는 좁은 절단부 영역에도 정교하게 인쇄가 가능하다.
이에 본 발명의 목적은, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 도파관 절단면에 블랙잉크를 코팅하여 차광막을 형성함으로써, 도파관 테두리에서 발생하는 빛샘 현상 및 도파관 내로의 외광 유입을 방지하는 도파관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 2 내지 10㎛의 두께로, 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 1.0의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막이 형성되어 있는 도파관을 제공한다.
또한 본 발명은, a) 경화형 잉크 조성물을 사용하여, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 2 내지 10㎛의 두께로 차광막 코팅층을 형성하는 단계; 및 b) 상기 차광막 패턴을 경화하여 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 1.0 의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막을 형성하는 단계;를 포함하는 도파관의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 도파관을 포함하는 도파관 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 얇은 두께로 차광막을 형성함에도, 우수한 광학밀도와 우수한 부착력을 가지기 때문에 도파관 테두리에서 발생하는 빛샘 현상 및 도파관 내로의 외광 유입을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 도파관의 사용 및 빛샘 현상을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 도파관에 따른 빛의 이동 경로를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 도파관의 차광막 형성 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 도파관의 절단면의 형태에 따른 형성방법을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 도파관의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 도파관의 정면을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막이 형성되어 있는 도파관을 제공한다.
평판 도파관을 사용하는 경우, 빛이 입사하여 도파관의 내부의 벽을 반사하여 이동하게 되는데, 이 때 절단면에 아무런 적절한 차광막이 형성되어 있지 않으면, 내광이 발산되는 문제(빛샘현상)가 발생하거나, 외부로부터 불필요한 빛이 유입되는 문제가 발생할 수 있다.
이에 본 발명의 도파관은 도 2에 나타낸 바와 같이, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 얇은 두께로, 우수한 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막을 형성하여, 내광 발산을 차단하고, 또한 외광 유입을 차단할 수 있다.
상기 차광막이 형성되어 있는 도파관의 절단면은 평면, 곡면 또는 경사면으로 가공되어 있을 수 있다. 본 발명은 후술하는 제조방법에 의하여 제조함으로써, 다양한 형상에 대하여 차광막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 차광막은 도파관의 절단면의 옆면 및 테두리에 형성될 수 있다. 단순히 옆면뿐만 아니라 테두리(엣지 포함)에도 차광막을 형성함으로써, 내광 발산을 차단하고, 또한 외광 유입을 차단할 수 있다.
상기 차광막은 카본 블랙, 흑연, 금속 산화물 및 유기블랙 안료로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 블랙 잉크 안료를 포함한다.
카본 블랙의 예로는 시스토 5HIISAF-HS, 시스토 KH, 시스토 3HHAF-HS, 시스토 NH, 시스토 3M, 시스토 300HAF-LS, 시스토 116HMMAF-HS, 시스토 116MAF, 시스토 FMFEF-HS, 시스토 SOFEF, 시스토VGPF, 시스토 SVHSRF-HS 및 시스토 SSRF(동해카본 ㈜); 다이어그램 블랙 II, 다이어그램 블랙 N339, 다이어그램 블랙 SH, 다이어그램 블랙 H, 다이어그램 LH, 다이어그램 HA, 다이어그램 SF, 다이어그램 N550M, 다이어그램 M, 다이어그램 E, 다이어그램 G, 다이어그램 R, 다이어그램 N760M, 다이어그램 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 및 OIL31B(미쯔비시화학㈜) ; 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, 및 LAMP BLACK-101(대구사㈜); 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, 및 RAVEN-1170(콜롬비아 카본㈜) 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 유기블랙 안료로 아닐린 블랙, 락탐 블랙 또는 페릴렌 블랙계열 등을 사용할 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.
상기 블랙 잉크 안료의 함량은 상기 차광막의 총 중량에 대하여 10~25 중량%으로 포함될 수 있다. 상기 블랙 잉크 안료의 함량이 상기 범위를 만족해야 잉크의 분산안정성 및 저장안정성을 확보하고, 필름의 자외선 경화를 저해하지 않으면서, 높은 두께당 광학밀도를 갖는 차광막을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 도파관은 도 3에서와 같이, 도파관의 테두리측 절단면에 차광막을 형성함으로써, 빛샘을 억제하고, 외광의 유입을 차단할 수 있다.
이를 위하여, 앞서 기술한 바와 같이, 상기 차광막의 두께는 2 내지 10㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 3 내지 7㎛일 수 있다. 종래 기술의 차광 테이프 부착 방식 또는 케이스 부착 방식에서는 이러한 얇은 두께의 차광막을 형성하는 것이 어려웠으나, 본 발명의 도파관은 후술하는 제조방법에 의하여 제조함으로써, 상기 범위의 얇은 두께로 차광막이 형성되어 있음에도 불구하고 빛샘을 억제하고, 외광의 유입을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 도파관은 빛샘을 억제하고, 외광의 유입을 차단하기 위하여, 상기 차광막의 전체 광학밀도(Optical Density, OD)는 2.5 이상으로 할 수 있다. 상기 범위를 만족할 때 차광막의 차폐 특성이 충분해진다. 또한 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 1.0으로 하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 차광막의 두께가 2 내지 5㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.80 내지 1.0 일 수 있고, 상기 차광막의 두께가 5 내지 10㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.70 내지 0.90 일 수 있다. 상기 범위를 만족할 때 본 발명의 차광막의 차폐 특성이 최적으로 된다.
또한, 상기 차광막의 도파관에 대한 부착력이 4B 내지 5B 일 수 있으며, 구체적으로는 ASTM D3359 규격으로 4B 내지 5B일 수 있어 부착력 및 코팅성이 우수하다.
본 발명은 상기와 같은 도파관을 제조하기 위한 방법으로, a) 경화형 잉크 조성물을 사용하여, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막 코팅층을 형성하는 단계; 및 b) 상기 차광막 패턴을 경화하여 차광막을 형성하는 단계;를 포함하는 도파관의 제조방법을 제공한다.
상기 경화형 잉크 조성물은 착색제, 에폭시 수지, 옥세탄 수지, 광중합 개시제 및 끓는점이 190~280℃인 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 경화형 잉크 조성물은 계면활성제, 밀착증진제, 희석제 및 광증감제로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 경화형 잉크 조성물에는 통상적으로 라디컬 중합형 수지와 양이온 중합형 수지가 주로 사용될 수 있다. 라디컬 중합형 수지의 경우, 산소에 의한 경화 장애를 받기 때문에 박막의 경화에 적합하지 않으며, 또한 경화 수축이 크기 때문에 유리 기재와의 밀착성이 낮아 차광막 형성에 적합하지 않다. 반면에 양이온 중합형 수지의 경우, 통상적으로 경화 수축율이 낮으며 산소에 의한 영향이 작기 때문에 박막을 경화하는 데 유리하다.
본 발명에서 사용하는 경화형 잉크 조성물은 양이온성 경화 성분으로서 에폭시 수지를 포함한다. 상기 에폭시 수지는 구체적으로 비스페놀형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 글리시딜 에스테르형 에폭시 수지, 글리시딜 아민형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지 및 지환식 에폭시 화합물 중에서 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물일 수 있다.
상기 지환식 에폭시 화합물은, 에폭시화 지방족 고리기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
에폭시화 지방족 고리기를 포함하는 상기 지환족 에폭시 화합물에서, 상기 에폭시화 지방족 고리기는 지환식 고리에 결합된 에폭시 기를 의미하는 것으로, 예를 들면, 3,4-에폭시시클로펜틸기, 3,4-에폭시시클로헥실기, 3,4-에폭시시클로펜틸메틸기, 3,4-에폭시시클로헥실메틸기, 2-(3,4-에폭시시클로펜틸)에틸기, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸기, 3-(3,4-에폭시시클로페틸)프로필기 또는 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필기 등의 관능기가 예시될 수 있다. 상기에서 지환식 고리를 구성하는 수소 원자는, 임의적으로 알킬기 등의 치환기에 의해 치환될 수도 있다. 상기 지환식 에폭시 화합물로는, 예를 들면, 이하에서 구체적으로 예시되는 화합물을 사용할 수 있으나, 사용할 수 있는 에폭시 화합물이 하기의 종류에 제한되는 것은 아니다.
예컨대 디시클로펜타디엔디옥사이드, 시클로헥센옥사이드, 4-비닐-1,2-에폭시-4-비닐시클로헥센, 비닐시클로헥센디옥사이드, 리모넨모노옥사이드, 리모넨디옥사이드, (3,4-에폭시시클로헥실)메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 3-비닐시클로헥센옥사이드, 비스(2,3-에폭시시클로펜틸)에테르, 비스(3,4-에폭시시클로헥실메틸)아디페이트, 비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸)아디페이트, (3,4-에폭시시클로헥실)메틸알코올, (3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실)메틸-3,4-에폭시-6-메틸시클로헥산카르복실레이트, 에틸렌글리콜비스(3,4-에폭시시클로헥실)에테르, 3,4-에폭시시클로헥센카르본산 에틸렌글리콜디에스테르, (3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 다이셀 코포레이션사의 셀록사이드 8000 등을 사용할 수 있다.
상기 에폭시 수지의 함량은 상기 경화형 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 5~40 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10~30 중량%일 수 있다. 40 중량%를 초과하면 조성물의 점도가 상승하고, 5 중량% 미만이면 경화 감도가 저하된다.
상기 경화형 잉크 조성물은 다른 양이온 중합성 단량체로서 옥세탄 수지를 포함한다.
옥세탄 수지는, 분자 구조 내에 4원 고리형 에테르기를 가지는 화합물로서, 양이온성 경화된 잉크 조성물의 점도를 낮추는(일례로, 25℃에서 50cPs 미만) 작용을 할 수 있다.
구체적으로는, 3-에틸-3-히드록시메틸 옥세탄, 1,4-비스[(3-에틸-3-옥세타닐)메톡시메틸]벤젠, 3-에틸-3-(페녹시메틸)옥세탄, 디[(3-에틸-3-옥세타닐)메틸]에테르, 3-에틸-3-(2-에틸헥실옥시메틸)옥세탄, 3-에틸-3-시클로헥실옥시메틸 옥세탄 또는 페놀노볼락 옥세탄 등이 예시될 수 있다. 옥세탄 화합물로는, 예를 들면, 토아고세이㈜사의 「알론옥세탄 OXT-101」, 「알론옥세탄 OXT-121」, 「알론옥세탄 OXT-211」, 「알론옥세탄 OXT-221」 또는 「알론옥세탄 OXT-212」 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로, 혹은 2종 이상을 조합으로 이용할 수 있다.
상기 옥세탄 수지의 함량은 상기 경화형 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 20~70 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 40~60 중량%일 수 있다. 70 중량%를 초과하면 경화 감도가 낮고, 20 중량% 미만이면 점도가 상승하여 코팅성이 저하된다.
또한, 본 발명의 옥세탄 수지는 1개의 옥세탄 고리를 갖는 옥세탄 화합물 및 2개의 옥세탄 고리를 갖는 옥세탄 화합물을 포함하여 사용할 수 있다. 상기 1개의 옥세탄 고리를 갖는 옥세탄 화합물 및 2개의 옥세탄 고리를 갖는 옥세탄 화합물을 함께 사용하는 경우에는 점도 및 막의 유연성을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 상기와 같이 2종의 옥세탄 화합물을 함께 사용하는 경우, 1개의 옥세탄 고리를 갖는 옥세탄 화합물: 2개의 옥세탄 고리를 갖는 옥세탄 화합물의 함량범위는 1:16 내지 1:3의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 잉크 조성물은 양이온성 광중합 개시제로서 자외선의 조사에 의해 양이온(cation) 종이나 브론스테드산을 만들어내는 화합물, 예를 들면 요오드늄 염 또는 설포늄 염 등을 포함하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 요오드늄 염 또는 설포늄 염은 자외선 경화 과정에서 잉크에 함유된 불포화 이중결합을 갖는 모노머가 반응하여 고분자를 형성하는 경화 반응이 일어나도록 하며, 중합 효율에 따라 광증감제를 사용할 수도 있다.
일 예로, 상기 광중합 개시제는 SbF6-, AsF6-, BF6-, (C6F5)4B-, PF6- 혹은 RfnF6-n으로 표시되는 음이온을 갖는 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광중합 개시제는 경화형 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 0.5~10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 광중합 개시제의 함량이 0.5 중량% 미만이면 경화 반응이 충분하지 않고, 10 중량% 초과이면 모두 용해되지 않거나 점도가 증가하여 코팅성이 저하될 수 있다.
상기 잉크 조성물은 잉크의 점도를 저하시켜 유동성을 증가시킴으로써 코팅성을 개선하고, 단위 두께당 차광 밀도의 저하를 방지하기 위해 끓는점이 190~280℃인 용매를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 끓는점이 210~260℃인 용매를 포함할 수 있다. 본 발명은 상기와 같이 끓는점이 190~280℃인 용매를 사용함으로써 잉크젯 인쇄 시에 노즐 건조 발생하지 않으면서도, 경화 속도에 저하를 유발하지 않아 도막의 경화에 문제를 발생시키지 않을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 용매로는 끓는점이 190~280℃인 알콜, 글리콜 및 글리콜계 에테르로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 끓는점이 190~280℃인 글리콜계 에테르는 알킬 글리콜 부의 탄소 원자 수가 C1~C6인 알킬렌 글리콜 알킬 에테르일 수 있으며, 보다 바람직하게는 에틸렌글리콜 알킬 에테르, 디에틸렌글리콜 알킬 에테르, 트리에틸렌글리콜 알킬 에테르, 테트라에틸렌글리콜 알킬 에테르, 프로필렌글리콜 알킬 에테르, 디프로필렌글리콜 알킬 에테르 및 글리콜 디알킬렌 에테르로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 알킬 에테르부의 탄소 원자 수가 C1~C4의 알킬기를 1개를 갖는 모노 알킬 에테르이거나 또는 알킬 에테르부의 탄소 원자 수가 C1~C4의 알킬기를 2개를 갖는 디알킬 에테르를 사용할 수 있다.
상기 용매의 함량은 경화형 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 1~40 중량%인 것이 바람직하다. 상기 용매의 함량이 40 중량% 초과이면 경화 감도가 저하된다.
상기 경화형 잉크 조성물은 착색제를 포함한다.
상기 착색제로는 1종 이상의 안료, 염료 또는 이들의 혼합물을 포함하는 안료 분산액 형태로 사용할 수 있으며, 필요에 따른 색을 발현할 수 있다면 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 일 구체예로서는, 상기 안료로서 카본 블랙, 흑연, 금속 산화물, 유기블랙 안료 등을 사용할 수 있다.
카본 블랙의 예로는 시스토 5HIISAF-HS, 시스토 KH, 시스토 3HHAF-HS, 시스토 NH, 시스토 3M, 시스토 300HAF-LS, 시스토 116HMMAF-HS, 시스토 116MAF, 시스토 FMFEF-HS, 시스토 SOFEF, 시스토VGPF, 시스토 SVHSRF-HS 및 시스토 SSRF(동해카본 ㈜); 다이어그램 블랙 II, 다이어그램 블랙 N339, 다이어그램 블랙 SH, 다이어그램 블랙 H, 다이어그램 LH, 다이어그램 HA, 다이어그램 SF, 다이어그램 N550M, 다이어그램 M, 다이어그램 E, 다이어그램 G, 다이어그램 R, 다이어그램 N760M, 다이어그램 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 및 OIL31B(미쯔비시화학㈜) ; 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, 및 LAMP BLACK-101(대구사㈜); 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, 및 RAVEN-1170(콜롬비아 카본㈜) 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 유기블랙 안료로 아닐린 블랙, 락탐 블랙 또는 페릴렌 블랙계열 등을 사용할 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.
본 발명에서 경화형 잉크 조성물은 자외선(일예로 250 또는 450nm), 보다 바람직하게는 장파장의 자외선 (일예로 360 nm 내지 410 nm)의 조사에 의해 경화되어 일정 수준의 OD(Optical Density)를 갖는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 상기 착색제의 함량은 경화형 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3 내지 10 중량%일 수 있다. 착색제의 함량이 5중량% 미만일 경우, 차광막에 적용할 만한 수준의 OD가 나타나지 않으며, 20중량% 초과일 경우, 과량의 착색제가 잉크에 분산되지 않고 침전물이 형성되거나, 코팅 후 필름 내로 자외선 투과가 어려워 필름 심부까지 충분히 경화가 되지 않을 수 있다.
상기 경화형 잉크 조성물은 작은 테이퍼 각을 나타내기 위해 잉크 조성물의 표면장력을 낮춰주는 계면활성제를 포함한다.
상기 계면활성제로는 시판품을 사용할 수 있으며, 예를 들면DIC(DaiNippon Ink & Chemicals) 사의 Megafack F-444, F-475, F-478, F-479, F-484, F-550, F-552, F-553, F-555, F-570, RS-75 또는 아사히 가라스 사의 Surflon S-111, S-112, S-113, S-121, S-131, S-132, S-141 및 S-145 또는 스미토모 스리엠 사의 Fluorad FC-93, FC-95, FC-98, FC-129, FC-135, FC-170C, FC-430 및 FC-4430 또는 듀퐁 사의 Zonyl FS-300, FSN, FSN-100 및 FSO 및 BYK사의 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 및 BYK-UV 3570 또는 테고 사의 Rad 2100, Rad 2011, Glide 100, Glide 410, Glide 450, Flow 370 및 Flow 425 등으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 경화형 잉크 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 3.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 계면활성제의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 조성물의 표면장력을 낮추는 효과가 충분치 않아 기재에 조성물을 코팅 시 코팅불량이 발생하게 되고, 5.0 중량%를 초과할 경우에는 계면활성제가 과량으로 사용되어 조성물의 상용성 및 소포성이 오히려 감소하게 되는 문제점이 있다.
상기 경화형 잉크 조성물은 장파장 활성 에너지 선에서의 경화성을 보완하기 위해 광 증감제를 더 포함할 수 있다.
상기 광 증감제는 안트라센, 9,10-디부톡시안트라센, 9,10-디메톡시
안트라센, 9,10-디에톡시안트라센, 2-에틸-9,10-디메톡시안트라센 등의 안트라센계 화합물; 벤조페논, 4,4-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, 2,4,6-트리메틸아미노벤조페논, 메틸-o-벤조일벤조에이트, 3,3-디메틸-4-메톡시벤조페논, 3,3,4,4-테트라(t-부틸퍼옥시카보닐)벤조페논 등의 벤조페논계 화합물; 아세토페논; 디메톡시아세토페논, 디에톡시아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 프로판온 등의 케톤계 화합물; 페릴렌; 9-플로레논, 2-크로로-9-프로레논, 2-메틸-9-플로레논 등의 플로레논계 화합물; 티옥산톤, 2,4-디에틸 티옥산톤, 2-클로로 티옥산톤, 1-클로로-4-프로필옥시 티옥산톤, 이소프로필티옥산톤(ITX), 디이소프로필티옥산톤 등의 티옥산톤계 화합물; 크산톤, 2-메틸크산톤 등의 크산톤계 화합물; 안트라퀴논, 2-메틸 안트라퀴논, 2-에틸 안트라퀴논, t-부틸 안트라퀴논, 2,6-디클로로-9,10- 안트라퀴논 등의 안트라퀴논계 화합물; 9-페닐아크리딘, 1,7-비스(9-아크리디닐)헵탄, 1,5-비스(9-아크리디닐펜탄), 1,3-비스(9-아크리디닐)프로판 등의 아크리딘계 화합물; 벤질, 1,7,7-트리메틸-비시클로[2,2,1]헵탄-2,3-디온, 9,10-펜안트렌퀴논 등의 디카보닐 화합물; 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드 등의 포스핀 옥사이드계 화합물; 메틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트, 에틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트, 2-n-부톡시에틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트 등의 벤조에이트계 화합물; 2,5-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로펜타논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로헥사논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)-4-메틸-시클로펜타논 등의 아미노 시너지스트; 3,3-카본닐비닐-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-메톡시-쿠마린, 10,10-카르보닐비스[1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H,11H-C1]-벤조피라노[6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온 등의 쿠마린계 화합물; 4-디에틸아미노 칼콘, 4-아지드벤잘아세토페논 등의 칼콘 화합물; 2-벤조일메틸렌; 및 3-메틸-b-나프토티아졸린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 광 증감제는 광중합 개시제 100 중량부에 대해, 1 내지 200 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 중량부로 포함된다. 1 중량부 미만일 경우에는 원하는 파장에서의 경화감도 상승 작용을 기대할 수 없으며, 200 중량부 초과일 경우 광 증감제가 용해되지 못하고 패턴의 접착력 및 가교 밀도를 저하시키는 문제점이 있다.
상기 경화형 잉크 조성물은 첨가제로서 밀착증진제를 더 포함할 수 있다.
도파관의 절단면에 부착된 차광막은 온도와 습도 등 사용 조건에 따라 수축과 팽창을 반복함으로써, 차광막에 응력이 가해지게 되어 차광막이 도파관에서 탈락될 수 있다. 이를 방지하기 위해 밀착증진제로서 알콕시 실란계 화합물, 에폭시 실란계 화합물, 아미노페닐 실란계 화합물, 아미노 실란계 화합물, 메르캅토 실란계 화합물 및 비닐 실란계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 실란계 화합물을 사용할 경우 우수한 결과를 나타낼 수 있다.
이 중에서도 에폭시 실란계 화합물이 본 발명의 밀착증진제로 더욱 바람직하다.
상기 밀착증진제는 잉크 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 15 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2 내지 10 중량%로 포함된다. 0.1 중량% 미만일 경우에는 차광막이 도파관의 절단면으로부터 박리하는 것을 방지하여 주지 못하며, 15 중량% 초과인 경우에는 잉크 용액의 점도가 상승하고 분산성이 낮은 문제점이 있다.
본 발명에서 사용하는 경화형 잉크 조성물은 도포 후 짧은 시간 내에 퍼짐이 일어나서, 우수한 도막 특성을 나타내며, 경화되어 우수한 접착 특성을 나타낸다. 따라서, 상기 경화형 잉크 조성물을 잉크젯으로 적용시에는 잉크젯 프린팅과 동시에 경화가 가능하도록 잉크젯 헤드 바로 뒤에 UV-lamp를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 경화형 잉크 조성물은 경화 도즈량이 1~10,000 mJ/㎠, 바람직하게는 80~2,000 mJ/㎠이다. 상기 경화형 잉크 조성물은 250 nm 내지 450 nm, 바람직하게는 360 nm 내지 410 nm의 파장 범위에서 자외선을 흡수하여 경화된다.
상기 경화형 잉크 조성물은 일 예로 25℃에서 1 내지 20 mPa·s의 점도를 가짐으로써 잉크젯 공정에 적합하다. 상기의 점도 범위를 갖는 경화형 잉크 조성물은 공정 온도에서의 토출이 양호하다. 상기 공정 온도는 경화형 잉크 조성물의 점도가 낮아지도록 가열한 온도를 의미한다. 공정 온도는 10℃ 내지 100℃일 수 있으며, 바람직하게는 20℃ 내지 70℃일 수 있다.
또한, 상기 경화형 잉크 조성물은 일 예로 35℃의 대류 오븐에서 증발시켰을 때 2시간 경과 후의 잔여 질량이 85% 이상 일 수 있어, 증발 속도는 낮으면서도 경화 속도 및 막 특성이 불량하지 않게 된다.
상기 a) 단계에서 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막 코팅층을 형성하는 방법은 잉크젯(Inkjet) 인쇄 또는 디스펜서 공정을 이용할 수 있다. 상기 잉크젯 인쇄 방법은 통상의 방법으로 사용할 수 있으며, 디스펜서 공정은 미세토출장치는 공압 또는 압전을 이용한 디스펜싱 밸브를 이용할 수 있는데, 바람직하게는 잉크젯 인쇄 방법을 사용할 수 있다.
상기 잉크젯 인쇄 방법으로 차광막 코팅층을 형성하게 되면, 도 4에 기재된 바와 같이 평면(도 4의 (a)) 뿐만 아니라 경사면(도 4의 (b)) 또는 곡면(도 4의 (c))으로 가공된 도파관의 테두리측 절단면에도 효과적으로 차광막 코팅층을 형성할 수 있게 된다.
상기 b) 단계의 경화는 자외선 경화일 수 있다. 상기 자외선 경화 시에 250 내지 450nm의 광원을, 보다 바람직하게는 360 nm 내지 410 nm 의 광을 광원으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 방법으로 제조된 차광막의 두께는 2 내지 10㎛일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 7㎛일 수 있다.
상기 방법으로 제조된 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 1.0 일 수 있다. 상기 차광막의 두께가 2 내지 5㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.8 내지 1.0 일 수 있고, 상기 차광막의 두께가 5 내지 10㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 0.9 일 수 있다.
또한 상기 방법으로 제조된 차광막의 도파관에 대한 부착력은 4B 내지 5B일 수 있다.
또한, 상기 차광막이 형성되어 있는 도파관의 테두리측 절단면은 평면, 곡면 또는 경사면으로 가공될 수 있고, 상기 차광막은 도파관의 테두리측 절단면의 옆면 및 테두리에 형성될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 도파관을 포함하는 도파관 모듈을 제공한다. 상기 도파관 모듈은 본 발명의 도파관이 사용되는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 증강현실(AR) 안경 등에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 범위 및 그 치환 및 변경을 포함하며, 실시예의 범위로 한정되지 않는다.
실시예
[제조예]
카본 블랙 안료 분산액 (BK-5282, Tokushiki社, 안료 포함량 25중량%) 55 중량%, 에폭시 수지로 3,4-에폭시사이클로헥실카르복실레이트(TTA-21P, Tetrachem) 5 중량%, 옥세탄 수지로 3-에틸-3-[(2-에틸헥실옥시)메틸]옥세탄 (GASON DOX, Guarson Chemical) 15 중량%, 광개시제로 UVI-6992 (Dow社) 1중량%, 밀착증진제로 KBM-303 (2-(3,4 에폭시씨클로헥실)에틸트리메톡시실란, 신에츠실리콘) 1 중량% 및 용매로 DEGDBE (디에틸 글리콜 디부틸에테르, 비등점 251도) 23 중량%를 혼합하여 차광막 형성용 조성물을 제조하였다.
[실시예 1]
상기 제조예에서 제조한 조성물을 세정된 도파관의 테두리측 절단면 상에 경화 후에 두께가 4㎛가 되도록 잉크젯 코팅 방법으로 코팅하였다. 이물질 부착을 방지하기 위해 코팅 후 1분 이내에 코팅층을 하기 조건으로 자외선을 조사하여 경화함으로써 차광막 코팅층을 형성하였다. 자외선 조사기는 고압 수은등을 사용하였으며, UV 기준 1000 mJ/cm2의 광량으로 조사하였다.
[실시예 2]
상기 제조예에서 제조한 조성물을 세정된 도파관의 테두리측 절단면 상에 경화 후에 두께가 9㎛가 되도록 잉크젯 코팅 방법으로 코팅하였다. 이물질 부착을 방지하기 위해 코팅 후 1분 이내에 코팅층을 하기 조건으로 자외선을 조사하여 경화함으로써 차광막 코팅층을 형성하였다. 자외선 조사기는 고압 수은등을 사용하였으며, UV 기준 1000 mJ/cm2의 광량으로 조사하였다.
[비교예 1]
시판 중인 UV 경화형 차광 잉크 조성물로, AGFA(아그파)사의 Jeti KM Black 잉크를 이용하여 세정된 도파관의 절단면 상에 경화 후에 두께가 80㎛가 되도록 롤러 코팅 방법으로 코팅하였다. 이물질 부착을 방지하기 위해 코팅 후 1분 이내에 코팅층을 하기 조건으로 자외선을 조사하여 경화함으로써 차광막 코팅층을 형성하였다. 자외선 조사기는 고압 수은등을 사용하였으며, UV 기준 1000 mJ/cm2의 광량으로 조사하였다.
실험예
<실험예 1>: 차광막의 OD 평가
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1과 동일한 방법을 이용하여 도파관 평면 상에 동일한 두께로 제조된 차광막의 OD를 X-rite 사의 OD 측정기를 이용하여 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다.
<실험예 2>: 크로스-해치 밀착력
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 과 동일한 방법을 이용하여 도파관 평면 상에 동일한 두께로 제조된 차광막을 크로스 컷 시험 기준인 ASTM D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트를 수행하였다. 구체적으로, 시편을 1 mm의 간격으로 가로 및 세로 방향으로 각각 11줄씩 칼로 그어서 가로와 세로가 각각 1 mm인 100개의 정사각형 격자를 형성하였다. 그 후, Nichiban사의 CT-24 접착 테이프를 상기 재단면에 부착한 후 떼어낼 때에, 함께 떨어지는 면의 상태를 측정하여 하기 기준으로 평가하여, 하기 표 1에 나타내었다.
<크로스-해치 접착력 평가 기준>
5B: 떨어진 면이 없는 경우
4B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 이내인 경우
3B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5 내지 15%인 경우
2B: 떨어진 면이 총 면적 대비 15 내지 35%인 경우
1B: 떨어진 면이 총 면적 대비 35 내지 65%인 경우
0B: 거의 대부분이 떨어지는 경우
두께 광학밀도/두께 부착력
실시예 1 4㎛ 0.90/1.0㎛ 5B
실시예 2 9㎛ 0.85/1.0㎛ 5B
비교예 1 80㎛ 0.037/1.0㎛ 1B
상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에서 사용된 잉크 조성물로 제조한 실시예 1 내지 2에서는 차광층 1㎛ 당 광학밀도가 각각 0.90, 0.70로 높은 수준을 보여, 10㎛ 이하 두께로도 전체적으로 3 이상의 광학밀도를 갖는 차광층 제조가 가능한데 반해, 종래의 재료로 제조한 비교예 1은 두께 1㎛당 광학밀도가 0.037 수준으로 낮아 광학밀도 3.0의 차광을 위해서 80㎛ 두께로 차광층을 제조하여야 했다. 즉, 실시예 1과 실시예 2의 방법을 이용하면, 비교예 1보다 약 1/10 수준의 얇은 두께로 높은 광학밀도를 갖는 차광층 형성이 가능함을 알 수 있었다.
또한, 실시예 1과 실시예 2에서 제조한 차광층의 경우 별도의 열처리 없이도 5B 수준의 부착력이 발현됨에 반해, 비교예 1에서 제조한 차광층의 경우 1B 수준의 부착력을 보여, 실시예 1 내지 2에서 제조된 차광층이 부착력 측면에서도 기존 재료보다 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (20)

  1. 평판 도파관의 테두리측 절단면에 2 내지 10㎛의 두께로, 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 1.0 의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막이 형성되어 있는 도파관으로서,
    상기 차광막의 두께가 2 내지 5㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.80 내지 1.0 이고,
    상기 차광막의 두께가 5 내지 10㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.70 내지 0.90 이고,
    상기 차광막은 블랙 잉크 안료, 에폭시 수지, 옥세탄 수지, 광중합 개시제 및 끓는점이 190℃ 내지 280℃인 용매를 포함하고,
    상기 블랙 잉크 안료의 함량은 상기 차광막의 총 중량에 대하여 10 내지 25 중량%인 도파관.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 블랙 잉크 안료는 카본 블랙, 흑연, 금속 산화물 및 유기블랙 안료로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 도파관.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광막의 두께는 3 내지 7㎛인 것을 특징으로 하는 도파관.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광막의 도파관에 대한 부착력이 4B 내지 5B인 것을 특징으로 하는 도파관.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광막이 형성되어 있는 도파관의 절단면은 평면, 곡면 또는 경사면으로 가공된 것을 특징으로 하는 도파관.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광막은 도파관의 절단면의 옆면 및 테두리에 형성된 것을 특징으로 하는 도파관.
  10. a) 경화형 잉크 조성물을 사용하여, 평판 도파관의 테두리측 절단면에 2 내지 10㎛의 두께로 차광막 코팅층을 형성하는 단계; 및 b) 상기 차광막 코팅층을 경화하여 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 1.0 의 광학밀도(Optical Density, OD)를 가지는 차광막을 형성하는 단계;를 포함하는 도파관의 제조방법으로서,
    상기 차광막의 두께가 2 내지 5㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.8 내지 1.0 이고,
    상기 차광막의 두께가 5 내지 10㎛이면, 상기 차광막의 광학밀도(Optical Density, OD)는 차광막 두께 1.0㎛ 기준으로 0.7 내지 0.9 이고,
    상기 차광막은 블랙 잉크 안료, 에폭시 수지, 옥세탄 수지, 광중합 개시제 및 끓는점이 190℃ 내지 280℃인 용매를 포함하며,
    상기 블랙 잉크 안료의 함량은 상기 차광막의 총 중량에 대하여 10 내지 25 중량%인, 도파관의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 a) 단계에서 평판 도파관의 테두리측 절단면에 차광막 코팅층을 형성하는 방법은 잉크젯(Inkjet) 인쇄 또는 디스펜서 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 도파관의 제조방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 b) 단계의 경화는 자외선 경화인 것을 특징으로 하는 도파관의 제조방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 차광막의 두께는 3 내지 7㎛인 것을 특징으로 하는 도파관의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 차광막의 도파관에 대한 부착력이 4B 내지 5B인 것을 특징으로 하는 도파관의 제조방법.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 차광막이 형성되어 있는 도파관의 절단면은 평면, 곡면 또는 경사면으로 가공된 것을 특징으로 하는 도파관의 제조방법.
  19. 청구항 10에 있어서,
    상기 차광막은 도파관의 절단면의 옆면 및 테두리에 형성된 것을 특징으로 하는 도파관의 제조방법.
  20. 청구항 1의 도파관을 포함하는 도파관 모듈.
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