KR20100069666A - 가요성 및 내구성을 갖는 도광체 - Google Patents

가요성 및 내구성을 갖는 도광체 Download PDF

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제니퍼 제이 살린
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켄트 에스 타버튼
데이비드 에이 엔더
크레익 알 시코라
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Abstract

본 출원은 인장 계수가 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0279 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.35 내지 약 1.65이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하는 가요성 도광체를 개시한다.

Description

가요성 및 내구성을 갖는 도광체{LIGHT GUIDE WITH FLEXIBILITY AND DURABILITY}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 2007년 9월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/967,633호의 이익을 주장한다.
본 발명은 도광체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 키패드를 포함하는 입력 장치를 위한, 가요성 및 내구성과 같은 바람직한 특성을 갖는 도광체에 관한 것이다.
다양한 장치가 전자 디스플레이 및 키패드와 같은 입력 장치를 조명하기 위해 제안되고 있다. 이들 장치는 후방 조명 패널, 전방 조명 패널, 집광기(concentrator), 반사기, 구조화된 표면 필름, 및 광을 방향전환, 시준, 분배 또는 다르게는 조작하는 다른 광학 장치를 포함한다. 수동 광학 부품(예를 들어, 렌즈, 프리즘, 미러 및 광 추출 구조물)이 잘 알려져 있고 광학 방사를 수집, 분배 또는 변경하기 위해 광학 시스템에 사용된다.
광의 효율적인 사용은 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말기, MP3 플레이어 및 랩톱 컴퓨터에 사용되는 것과 같은 전지 구동식 전자 디스플레이 및 키패드에서 특히 중요하다. 광 효율을 향상시킴으로써, 전지 수명이 증가될 수 있고, 전력이 다른 전자 부품으로 전용될 수 있으며, 그리고/또는 전지 크기가 감소될 수 있고, 이는 장치의 크기가 감소되고 장치의 기능 및 복잡성이 증가함에 따라 점점 더 중요하다. 프리즘형 필름이 광 효율을 향상시키고 백라이트 액정 디스플레이의 겉보기 휘도를 증대시키기 위해 통상 사용되며, 다수의 광원(예를 들어, 발광 다이오드(LED))이 이러한 목적을 위해 키패드에 통상 사용된다.
조명 품질은 또한 전자 디스플레이 및 키패드에서 중요한 고려사항이다. 백라이트 디스플레이 또는 키패드에 대한 조명 품질의 일 척도는 휘도 균일성이다. 디스플레이(및 다소 적은 정도로, 키패드)는 전형적으로 장기간의 시간 동안 면밀하게 연구되거나 사용되기 때문에, 휘도의 상대적으로 작은 차이라도 쉽게 인지될 수 있다. 이들 유형의 휘도 변화는 사용자에게 혼란을 주거나 불쾌감을 줄 수 있다. 불균일성을 약하게 하거나 감추기 위해, 광 산란 요소(예를 들어, 확산기)가 때때로 사용될 수 있다. 그러나, 그러한 산란 요소는 디스플레이 또는 키패드의 전체 휘도에 악영향을 미칠 수 있다.
대안적으로, 다수의 광원이 휘도 균일성을 달성하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 접근법은 감소된 전지 수명의 관련 불이익을 갖는다. 따라서, 복수의 광 추출 구조물을 포함하는 도광체의 개발을 비롯하여, 더 한정된 수의 광원으로부터의 광을 효과적으로 분배하는 다양한 수단의 개발에 다소의 주의를 기울이고 있다. 그러한 광 추출 구조물 뿐만 아니라 광 추출 구조물 어레이는, 각각이 상이한 세트의 강도 및 약함을 갖는 다양한 재료 및 다수의 상이한 기술에 의해 제조되고 있다.
또한, 입력 장치와 같은 적용에 사용되는 도광체는 추가의 특성을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 이들 적용에서, 키 또는 버튼이 성공적으로 눌러졌을 때 사용자가 소정 형태의 피드백을 받는 것이 일반적으로 바람직하다. 피드백의 통상적인 형태는 키가 성공적으로 눌러졌을 때 사람의 손가락에 의해 검출될 수 있는 물리적 저항의 변화 또는 클릭감(click)과 같은 촉각 및/또는 가청 피드백이다.
전형적인 백라이트 입력 장치 구성에서, 백라이트는 사용자가 상호 작용하는 키패드와 키가 눌러졌을 때 폐쇄되는 전기 접속부 사이에 위치된 층으로부터 발광된다. 후방 조명된 키가 눌러졌을 때 후방 조명된 키가 전기 접속부를 폐쇄하게 하는 하나의 해법은 백라이트 층에 개구를 제공하여 전기 접속부에 대면하는 키의 측면 상의 돌출부가 키가 눌러졌을 때 개구를 통과하여 전기 접속부를 폐쇄하도록 하는 것이다. 그러나, 적은 수의 광원(예를 들어, 하나 또는 둘의 LED)으로부터의 광을 지향시키기 위해 도광체를 사용할 때, 도광체의 개구는 비균일 조명을 가져올 수 있고, 이는 도광체가 사용되어 극복해야 할 바로 그 문제들 중 하나이다.
따라서, 여전히 개별 키들의 균일한 조명을 제공하면서 키로부터 전기 접촉 층으로 힘을 효과적인 전달하도록 하는 특성을 갖는 도광체가 필요하다는 것이 이해된다.
추가로, 키패드와 같은 장치는 종종 상대적으로 긴 시간 동안 사용되고, 각각의 개별 키는 수천 또는 수만번 눌러질 수 있다. 따라서, 키패드의 균일한 조명과 같은 원하는 광학 품질을 가질 뿐만 아니라 도광체가 사용된 장치의 수명 동안 광학 품질과 촉각 피드백 둘 모두를 유지하기에 충분한 내구성을 갖는 도광체가 필요하다.
일반적으로, 본 발명은 위의 목적들 중 하나 이상의 달성을 허용하는 특성들의 조합을 갖는 재료로 형성된 도광체에 관한 것이다.
일 태양에서, 본 발명은 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0279 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.35 내지 약 1.65이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하고, 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체에 관한 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 가요성 도광체는 오목부인 적어도 하나의 광 추출 구조물을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 동적 굽힘 계수 인장 계수가 23℃에서 약 45 ㎫ 내지 약 2500 ㎫이고 흡광도가 약 0.0132 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.45 내지 약 1.53이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하고, 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체에 관한 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 가요성 도광체는 오목부를 포함하는 적어도 하나의 광 추출 구조물을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 키패드와, 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0279 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.35 내지 약 1.65이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하고 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체를 포함하는 장치에 관한 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 가요성 도광체는 오목부를 포함하는 적어도 하나의 광 추출 구조물을 포함한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 복수의 광 추출 구조물을 포함하는 주형을 제공하는 단계와; 아크릴레이트, 우레탄, 실리콘, 우레탄-아크릴레이트 작용기 중 적어도 하나를 포함하는 미경화 수지를 접촉시키는 단계와; 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0279 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.35 내지 약 1.65이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하고 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체를 형성하도록 미경화 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 가요성 도광체는 오목부를 포함하는 적어도 하나의 광 추출 구조물을 포함한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 적어도 하나의 아크릴레이트를 포함하고, 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 20 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0203 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.4 내지 약 1.55이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터이고 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체에 관한 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 가요성 도광체는 오목부를 포함하는 적어도 하나의 광 추출 구조물을 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세 사항이 첨부된 도면과 하기의 설명에서 기술된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점들은 설명 및 도면 그리고 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.
<도 1>
도 1은 복수의 광 추출 구조물 어레이를 포함하는 가요성 도광체의 사시도.
<도 2a 내지 도 2i>
도 2a 내지 도 2i는 다양한 광 추출 구조물의 단면도.
<도 3>
도 3은 가요성 도광체를 형성하는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도.
<도 4>
도 4는 휴대폰 키패드 조립체에 사용되는 도광체를 예시하는 단면도.
다르게 표시되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 특징부의 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 각각의 숫자는 모든 경우에 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 표시되지 않는 한, 본 명세서에 기재된 수치적 파라미터는 획득하고자 하는 원하는 특성에 따라 본 명세서에 개시된 교시를 이용하는 당업자에 의해 변할 수 있는 근사값이다. 종점(end point)에 의한 수치 범위의 사용은 그 범위 내의 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.
일반적으로, 본 발명은 가요성과 내구성 둘 모두를 필요로 하는 환경에서 사용하기에 적합한 도광체에 관한 것이다. 하나의 그러한 환경은 입력 장치, 더 구체적으로는 휴대폰, 컴퓨터, MP3 플레이어 등을 위한 키패드를 포함한다. 이들 및 유사 적용에 사용하기에 적합한 도광체는 바람직하게는 키의 누름 및/또는 해제 동안 바람직한 촉각 피드백을 저하시키지 않는 소정의 물리적 특성과, 광의 효과적인 전달을 허용하는 소정의 광학적 특성을 갖고, 촉각 피드백과 광학적 특성 둘 모두를 보장하기에 충분한 내구성이 장치의 수명 동안 실질적으로 일정하다.
도 1은 가요성 도광체(12) 및 광원(16)을 포함하는 시스템(10)을 예시하는 사시도이다. 가요성 도광체(12)는 각각이 적어도 하나의 광 추출 구조물을 포함하는 복수의 광 추출 구조물 어레이(14)를 포함한다. 가요성 도광체(12)는 만곡된 디스플레이 스크린 또는 키패드와 같은 만곡된 표면에 순응하기에 충분히 가요성일 수 있다. 가요성 도광체(12)의 가요성은 유리 전이 온도(Tg) 및 인장 계수를 비롯한 가요성 도광체(12)를 형성하기 위해 사용된 재료의 특성에 의해 그리고 가요성 도광체(12)의 두께에 의해 영향을 받을 수 있다.
가요성 도광체(12)는 바람직하게는 각각의 광 추출 구조물 어레이(14)에서 표면(18a 또는 18b)에 사실상 수직한 방향으로 사실상 균질한 조명을 제공한다. 즉, 키패드의 경우, 각각의 키는 사실상 동등하게 조명된다. 이는 이하에 설명되는 바와 같은 기하학적 형태 및 충전율(fill factor)을 조합시킴으로써 성취될 수 있다. 가요성 도광체(12)는 바람직하게는 사실상 복굴절성을 갖지 않고 사실상 광학적으로 투명하여, 가시 광이 산란 또는 흡수로 인해 거의 손실되지 않는다. 이들 특성의 조합은 광원(16)으로부터의 광의 효율적인 사용을 제공할 수 있다.
가요성 도광체(12)는 적어도 하나의 광원(16)으로부터의 광을 지향시키고, 가요성 도광체(12)를 통해 광을 분배하며, 광 추출 구조물 어레이(14)를 거쳐 광을 방출한다. 복수의 광 추출 구조물 어레이(14)는 가요성 도광체(12)의 표면(18a, 18b)들 중 적어도 하나로부터의 광을 지향시키기 위해 광을 반사 또는 굴절시킬 수 있다. 광 추출 구조물 어레이(14)는 원하는 조명 패턴에 따라 가요성 도광체(12)의 전체에 걸쳐서 연속적으로 또는 단속적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 휴대폰 키패드 상의 키만이 조명되는 것이 요구될 때, 광 추출 구조물 어레이(14)가 키의 위치에 대응하는 또는 각각의 숫자, 문자 또는 기호의 형상에 대응하는 가요성 도광체(12) 상에 또는 그 안에 섬(island)으로서 형성될 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 광 추출 구조물 어레이(14)는 가요성 도광체(12)의 단일 주 표면(18a 또는 18b) 상에, 또는 둘 모두의 주 표면(18a, 18b) 상에 위치될 수 있다. 광 추출 구조물 어레이(14) 내의 각각의 개별 광 추출 구조물(30)은 오목부 또는 돌출부, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2h에 도시된 바와 같이, 광 추출 구조물(30)은 피라미드 또는 원추 형상의 오목부(30a) 또는 돌출부(30b)(도 2a 및 도 2b), 홈(30c)의 반복 패턴(도 2c), 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(도 2d), 폭이 늘어난 반구체 오목부(30e) 및 돌출부(30f)(도 2e 및 도 2f), 절두 단부를 갖는 폭이 늘어난 반구체(30g, 30h)(도 2g 및 도 2h) 등을 비롯하여 매우 다양한 기하학적 형태를 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2h에 도시된 기하학적 형태에 더하여, 다른 기하학적 형태가 사용될 수 있다. 구성들은 복합체(예를 들어, 원추체 및 피라미드, 또는 원추체 및 "필립스 헤드(Phillips head)" 형상의 적층된 조합과 같이 단일 구조물내의 다수 형상의 세그먼트들의 조합)일 수 있다. 기하학적 구성은 기부와, (예를 들어, 측벽을 형성하는) 하나 이상의 면과, (예를 들어, 평표면 또는 심지어 점일 수 있는) 상단부와 같은 구조적 요소를 포함할 수 있다. 그러한 요소는 본질적으로 임의의 형상일 수 있다(예를 들어, 기부, 면 및 상단부가 원형, 타원형 또는 (정 또는 불규칙) 다각형일 수 있고, 생성된 측벽은 포물선, 쌍곡선 또는 사실상 선형 또는 이들의 조합인 (기부에 수직하게 취해진) 수직방향 단면에 의해 특성화될 수 있다). 바람직하게, 측벽은 구조물의 기부에 수직하지 않다(예를 들어, 약 10도 내지 약 80도(바람직하게는 20도 내지 70도, 더 바람직하게는 30도 내지 60도)의 각도가 유용할 수 있다). 광 추출 구조물은 그의 상단부의 중심을 기부의 중심과 연결하는 주축을 가질 수 있다. 최대 약 80도(바람직하게는 최대 약 25도)의 경사각(주축과 기부 사이의 각도)이 원하는 휘도 및 시야 범위에 따라 달성될 수 있다.
광 추출 구조물(30)의 기하학적 구성에 대안으로, 광 추출 구조물(30i)이 도 2i에 도시된 예에서와 같이 본 발명의 가요성 도광체(12) 위에 또는 그 안에 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 고굴절성 또는 고반사성 잉크가 가요성 도광체(12) 위에 인쇄될 수 있고, 잉크는 상이한 굴절률의 두 재료 사이의 기하학적으로 형성된 표면과 마주치는 것과 유사하게 광이 굴절 또는 반사하게 할 것이다.
개별 광 추출 구조물(30)은 약 5 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터(바람직하게는 약 50 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 75 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터) 범위의 높이 및/또는 약 5 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터(바람직하게는 약 50 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 100 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터) 범위의 최대 길이 및/또는 최대 폭을 가질 수 있다. 도 1에 예시된 것과 같은 광 추출 구조물 어레이(14)는 사실상 균질한 구성을 가질 수 있는데, 즉 단일 어레이의 내의 모든 구조물은 유사한 크기 및 형상이고, 또는 광 추출 구조물(30)의 크기 및 형상은 단일 광 추출 구조물 어레이(14) 전체를 통해서 사실상 연속적으로 또는 대안적으로는 불연속적으로 변할 수 있다. 더욱이, 단일 광 추출 구조물 어레이(14) 내의 광 추출 구조물(30)의 충전율(예를 들어, 단위 면적당 광 추출 구조물의 개수)은 사실상 일정할 수 있고, 또는 충전율은 광 추출 구조물 어레이(14)의 전체를 통해 변할 수 있다. 많은 적용의 경우, 약 1 퍼센트 내지 100 퍼센트(바람직하게는 약 5 퍼센트 내지 50 퍼센트)의 충전율이 유용할 수 있다. 유사하게, 광 추출 구조물(30) 크기, 형상 및 충전율은 광 추출 구조물 어레이(14)들 사이에서 사실상 유사할 수 있거나, 또는 광 추출 구조물 어레이(14)들 사이에서 사실상 연속적으로 또는 불연속적으로 변할 수 있다. 바람직하게, 광원(16)으로부터 더 멀리 위치된 광 추출 구조물 어레이(14)는 광원(16)에 더 가까운 광 추출 구조물 어레이(14)와 비교할 때 더 크거나, 더 높은 충전율을 갖거나, 또는 더 크고 더 높은 충전율을 갖는 광 추출 구조물(30)을 갖는다.
위에서 간단히 설명된 바와 같이, 가요성 도광체(12)는 바람직하게는 사실상 광학적으로 투명하고, 사실상 복굴절성을 갖지 않으며, 바람직하게는 복굴절성을 갖지 않는다. 원하는 광학 투명도는 재료의 흡광도의 이론상 계산 및 가요성 도광체(12)의 굴절률의 측정에 의해 충분히 정확하게 정해질 수 있다.
예를 들어, 가요성 도광체(12)의 흡광도는 비어의 법칙(Beer's law)을 사용하여 계산될 수 있다. 즉,
I / I0 = e -αx 또는 α = - ln(I / I0) / x
여기서, I는 최종 강도이고, I0는 입사 강도이며, α는 ㎝-1 단위의 흡광도이고, x는 도광체의 치수에 기초한 전파 경로 길이와 동일하다. 원하는 흡광도를 계산하기 위해, 최종 강도를 입사 강도와 관련시킨 I/I0의 원하는 값을 선택하고, (알려진 경로 길이에 대해) 이 값을 달성하기 위해 필요한 흡광도를 계산한다. 적합한 가요성 도광체(12) 재료는 약 0.0279 ㎝-1 미만, 바람직하게는 약 0.0203 ㎝-1 미만, 가장 바람직하게는 약 0.0132 ㎝-1 미만의 흡광도를 갖는 것을 포함하고, 이들 흡광도는 약 8 ㎝의 경로 길이에 대해 광 강도의 20% 손실, 광 강도의 15% 손실, 또는 광 강도의 10% 손실에 각각 대응한다.
적합한 가요성 도광체(12) 재료는 가시 스펙트럼(대략 400 ㎚ 내지 700 ㎚) 내에서 약 1.35 내지 약 1.65, 바람직하게는 약 1.40 내지 약 1.55, 가장 바람직하게는 약 1.45 내지 약 1.53 범위의 굴절률을 갖는다.
가요성 도광체(12)는 또한 바람직하게는 촉각 피드백이 가능하도록 힘을 효과적으로 전달한다. 예를 들어, 통상의 키패드 구성은 키가 눌러졌을 때 변형하는 금속성 파플(popple)을 포함한다. 금속성 파플은 아래에 있는 회로와 접촉하여, 이는 프로세서가 키 누름을 기록하게 한다. 추가로, 파플은 파플이 거의 뒤집어져 "펑 소리가 나기" 때문에, 변형될 때 촉각 및/또는 가청 피드백을 제공한다. 가요성 도광체(12)는 전형적으로 키패드와 파플 층 사이에 위치되어, 키에 가해진 어떠한 힘도 가요성 도광체(12)를 통해 파플로 전달되어야 한다. 따라서, 가요성 도광체(12)는, 전형적으로 사용자에 의해 키에 가해진 하중 하에서 변형을 허용하기에 충분한 가요성을 가질 수 있고, 또한 이 힘을 파플에 전달하고 파플의 촉각 응답을 다시 키에 전달하기에 충분한 강성을 가질 수 있다. 입력 장치의 구성이 도 4를 참조하여 이하에서 추가로 논의될 것이다.
가요성 도광체(12)는 또한 바람직하게는 그에 가해진 하중 하에서 사실상 탄성으로 변형한다. 구체적으로, 개별 광 추출 구조물(30)과 가요성 도광체(12) 둘 모두가 바람직하게는 사실상 탄성으로 변형한다. 특히 가요성 도광체(12)가 입력 장치에서 사용될 때 가요성 도광체(12)가 변형 후에 그의 원래 형상을 유지하는 것이 내구성 및 긴 수명을 위해 중요하다.
탄성 변형에 더하여, 다른 특징들이 내구성을 증진시키기 위해 가요성 도광체(12)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 개별 광 추출 구조물(30)이 오목부로서 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 구성된 광 추출 구조물(30)은 돌출부로서 형성된 광 추출 구조물(30)과 비교할 때 키가 눌러졌을 때 덜 변형될 수 있다. 따라서, 오목한 구조물을 갖는 가요성 도광체(12)는 증대된 내구성을 나타낼 수 있다.
가요성 도광체(12)에 사용하기에 적합한 재료는 매우 다양할 수 있으며, 사전-중합되고 열 성형가능하든지, 또는 주형과 접촉한 채로 방사선 경화 또는 열 중합화되든지, 본질적으로 임의의 중합체 재료가 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 열 성형가능한 재료는 후속하여, 예를 들어 e-빔 또는 화학 경화와 같은 다양한 공정에 의해서 사후-처리 및 가교결합될 수 있다. 예시적인 재료에는 아크릴레이트, 우레탄, 실리콘, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시, 열가소성 재료, 탄성중합체 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 재료는 가요성(전형적으로, Tg, 인장 계수 및 도광체 두께의 함수), 광학 투명도(흡광도 및 굴절률과 관련됨), 및 내구성과 같은, 앞서 논의된 요구되는 특성 중 하나 이상을 달성하도록 선택될 수 있다.
광반응성 조성물에 사용하기에 적합한 반응성 화학종은 경화성 및 비경화성 화학종 둘 모두를 포함한다. 경화성 화학종이 일반적으로 바람직하며, 예를 들어, 첨가-중합성 단량체 및 올리고머 및 첨가-가교결합성 중합체(예를 들어, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 스티렌과 같은 소정의 비닐 화합물을 포함하는 자유 라디칼 중합성 또는 가교결합성 에틸렌계 불포화 화학종) 뿐만 아니라 양이온 중합성 단량체 및 올리고머 및 양이온 가교결합성 중합체(이들 화학종은 대부분 일반적으로 산-개시되며, 예를 들어, 에폭시, 비닐 에테르, 시아네이트 에스테르 등을 포함함) 등 및 이의 혼합물이 포함된다.
적합한 에틸렌계 불포화 화학종은, 예를 들어, 팔라쪼또(Palazzotto) 등의 미국 특허 제5,545,676호의 1칼럼 65행 내지 2칼럼 26행에 기재되어 있으며, 모노-, 다이- 및 폴리-아크릴레이트 및 메타크릴레이트 (예를 들어, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 아이소프로필 메타크릴레이트, n-헥실 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 알릴 아크릴레이트, 글리세롤 다이아크릴레이트, 글리세롤 트라이아크릴레이트, 에틸렌글리콜 다이아크릴레이트, 다이에틸렌글리콜 다이아크릴레이트, 트라이에틸렌글리콜 다이메타크릴레이트, 1,3-프로판다이올 다이아크릴레이트, 1,3-프로판다이올 다이메타크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 1,2,4-부탄트라이올 트라이메타크릴레이트, 1,4-사이클로헥산다이올 다이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 소르비톨 헥사아크릴레이트, 비스[1-(2-아크릴옥시)]-p-에톡시페닐다이메틸메탄, 비스[1-(3-아크릴옥시-2-하이드록시)]-p-프로폭시페닐다이메틸메탄, 트리스하이드록시에틸-아이소시아누레이트 트라이메타크릴레이트, 분자량이 약 200 내지 500인 폴리에틸렌 글리콜의 비스-아크릴레이트 및 비스-메타크릴레이트, 아크릴화 단량체의 공중합성 혼합물(예를 들어 미국 특허 제4,652,274호에 기재된 것, 및 아크릴화 올리고머, 예를 들어 미국 특허 제4, 642,126호에 기재된 것), 불포화 아미드(예를 들어, 메틸렌 비스-아크릴아미드, 메틸렌 비스-메타크릴아미드, 1,6-헥사메틸렌 비스-아크릴아미드, 다이에틸렌 트라이아민 트리스-아크릴아미드 및 베타-메타크릴아미노에틸 메타크릴레이트), 비닐 화합물(예를 들어, 스티렌, 다이알릴 프탈레이트, 다이비닐 석시네이트, 다이비닐 아디페이트, 및 다이비닐 프탈레이트) 등 및 이의 혼합물이 포함된다. 적합한 반응성 중합체에는, 예를 들어 중합체 사슬 당 1 내지 약 50 개의 (메트)아크릴레이트 기를 갖는, 펜던트 (메트)아크릴레이트 기를 갖는 중합체가 포함된다. 이러한 중합체의 예에는 방향족 산 (메트)아크릴레이트 하프 에스테르 수지, 예를 들어 사토머(Sartomer)로부터 입수가능한 사복스(Sarbox) 수지(예를 들어, 사복스 400, 401, 402, 404, 및 405)가 포함된다. 자유 라디칼 화학에 의해 경화가능한 다른 유용한 반응성 중합체에는 자유 라디칼 중합성 작용기가 부착되어 있는 펜던트 펩티드 기 및 하이드로카르빌 골격을 갖는 중합체, 예를 들어 미국 특허 제5,235,015호 (알리(Ali) 등)에 기재된 것들이 포함된다. 필요하다면, 둘 이상의 단량체, 올리고머, 및/또는 반응성 중합체의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직한 에틸렌계 불포화 화학종에는 아크릴레이트, 방향족 산 (메트)아크릴레이트 하프 에스테르 수지, 및 자유 라디칼 중합성 작용기가 부착되어 있는 펜던트 펩티드 기 및 하이드로카르빌 골격을 갖는 중합체가 포함된다.
적합한 양이온 반응성 화학종은, 예를 들어 옥스맨(Oxman) 등의 미국 특허 제5,998,495호 및 미국 특허 제6,025,406호에 기재되어 있으며 에폭시 수지가 포함된다. 넓게는 에폭시라고 부르는 이러한 재료는 단량체성 에폭시 화합물, 및 중합체 유형의 에폭사이드를 포함하며 지방족, 지환족, 방향족, 또는 헤테로사이클릭일 수 있다. 이러한 재료는 일반적으로, 분자당 평균적으로 적어도 1개(바람직하게는 적어도 약 1.5개, 그리고 더욱 바람직하게는 적어도 약 2개)의 중합성 에폭시 기를 갖는다. 중합체성 에폭사이드에는 말단 에폭시 기를 갖는 선형 중합체 (예를 들어, 폴리옥시알킬렌 글리콜의 다이글리시딜 에테르), 골격 옥시란 단위를 갖는 중합체 (예를 들어, 폴리부타디엔 폴리에폭사이드) 및 펜던트 에폭시 기를 갖는 중합체 (예를 들어, 글리시딜 메타크릴레이트 중합체 또는 공중합체)가 포함된다. 에폭사이드는 순수한 화합물이거나 또는 분자당 1개, 2개 또는 그 이상의 에폭시 기를 함유하는 화합물들의 혼합물일 수 있다. 이러한 에폭시 함유 재료는 그 골격 및 치환기의 특성에 있어서 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 골격은 임의의 유형일 수 있으며 그 위의 치환기는 실온에서 양이온성 경화를 실질적으로 방해하지 않는 임의의 기일 수 있다. 허용가능한 치환기의 예에는 할로겐, 에스테르 기, 에테르, 설포네이트 기, 실록산 기, 니트로 기, 포스페이트 기 등이 포함된다. 에폭시 함유 재료의 분자량은 약 58 내지 약 100,000 또는 그 이상으로 다양할 수 있다. 유용한 다른 에폭시 함유 재료는 하기 화학식의 글리시딜 에테르 단량체를 포함한다. 즉,:
Figure pct00001
여기서, R'은 알킬 또는 아릴이고 n은 1 내지 8의 정수이다. 예로는 다가 페놀과 과량의 클로로하이드린, 예를 들어 에피클로로하이드린을 반응시켜 얻는 다가 페놀의 글리시딜 에테르(예를 들어, 2,2-비스-(2,3-에폭시프로폭시페놀)-프로판의 다이글리시딜 에테르)가 있다. 이러한 유형의 에폭사이드의 추가적인 예가 미국 특허 제3,018,262호 및 문헌[Handbook of Epoxy Resins, Lee and Neville, McGraw-Hill Book Co., New York (1967)]에 기재되어 있다.
많은 구매가능한 에폭시 단량체 또는 수지가 사용될 수 있다. 용이하게 입수가능한 에폭사이드에는 옥타데실렌 옥사이드; 에피클로로하이드린; 스티렌 옥사이드; 비닐사이클로헥센 옥사이드; 글리시돌; 글리시딜 메타크릴레이트; 비스페놀 A의 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 미국 오하이오주 콜럼버스 소재의 헥시온 스페셜티 케미컬즈 인크.(Hexion Specialty Chemicals, Inc.)로부터 "에폰(EPON) 815C", "에폰 813", "에폰 828", "에폰 1004F" 및 "에폰 1001F"로 입수가능한 것); 및 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 스위스 바젤 소재의 시바 스페셜티 케미컬즈 홀딩 컴퍼니(Ciba Specialty Chemicals Holding Co.)로부터 "아랄다이트(ARALDITE) GY281"로, 그리고 헥시온 스페셜티 케미컬즈 인크.로부터 "에폰 862"으로 입수가능한 것)가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 다른 방향족 에폭시 수지에는 미국 매사추세츠주 뉴튼 소재의 마이크로켐 코포레이션(MicroChem Corp.)으로부터 입수가능한 SU-8 수지가 포함된다.
다른 예시적인 에폭시 단량체에는 비닐 사이클로헥센 다이옥사이드(미국 펜실베이니아주 웨스트 체스터 소재의 에스피아이 서플라이즈(SPI Supplies)로부터 입수가능한 것); 4-비닐-1-사이클로헥센 다이에폭사이드(미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미컬 컴퍼니(Aldrich Chemical Co.)로부터 입수가능한 것); 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥센 카르복실레이트(예를 들어, 미국 미시간주 미드랜드 소재의 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Co.)로부터 "시라큐어(CYRACURE) UVR-6110"로 입수가능한 것); 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-6-메틸-사이클로헥산 카르복실레이트; 2-(3,4-에폭시사이크로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시) 사이클로헥산-메타다이옥산; 비스(3,4-에폭시사이클로헥실메틸) 아디페이트(예를 들어, 다우 케미컬 컴퍼니로부터 "시라큐어 UVR-6128"로 입수가능한 것); 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸)아디페이트; 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥산 카르복실레이트; 및 다이펜텐 다이옥사이드가 포함된다.
또 다른 예시적인 에폭시 수지에는 에폭사이드화 폴리부타디엔(예를 들어, 미국 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 컴퍼니 인크.(Sartomer Co., Inc.)로부터 "폴리(POLY) BD 605E"로 입수가능한 것); 에폭시 실란(예를 들어, 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미컬 컴퍼니로부터 입수가능한 3,4-에폭시사이클로헥실에틸트라이메톡시실란 및 3-글리시독시프로필트라이메톡시실란); 난연성 에폭시 단량체(예를 들어, 미국 미시간주 미드랜드 소재의 다우 케미컬 컴퍼니로부터 입수가능한 브롬화 비스페놀 유형 에폭시 단량체인 "DER-542"로 입수가능한 것); 1,4-부탄다이올 다이글리시틸 에테르(예를 들어, 시바 스페셜티 케미컬즈로부터 "아랄다이트 RD-2"로 입수가능한 것); 수소화 비스페놀 A-에피클로로하이드린계 에폭시 단량체(예를 들어, 헥시온 스페셜티 케미컬즈 인크.로부터 "에포넥스(EPONEX) 1510"으로 입수가능한 것); 페놀-포름알데하이드 노볼락의 폴리글리시딜 에테르(예를 들어, 다우 케미컬 컴퍼니로부터 "DEN-431" 및 "DEN-438"로 입수가능한 것); 및 에폭사이드화 식물유, 예를 들어, 아토피나 케미컬즈(Atofina Chemicals)(미국 펜실베이니아주 필라델피아)로부터 "비콜록스(VIKOLOX)" 및 "비코플렉스(VIKOFLEX)"로 입수가능한 에폭사이드화 아마인유 및 에폭사이드화 대두유가 포함된다.
추가적인 적합한 에폭시 수지에는 헥시온 스페셜티 케미컬즈 인크.(미국 오하이오주 콜럼버스 소재)로부터 상표명 "헬록시(HELOXY)"로 입수가능한 알킬 글리시딜 에테르가 포함된다. 예시적인 단량체에는 "헬록시 모디파이어(HELOXY MODIFER) 7"(C8 내지 C10 알킬 글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 8"(C12 내지 C14 알킬 글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 61"(부틸 글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 62"(크레질 글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 65"(p-tert-부틸페닐 글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 67"(1,4-부탄다이올의 다이글리시딜 에테르), "헬록시 68"(네오펜틸 글리콜의 다이글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 107"(사이클로헥산다이메탄올의 다이글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 44"(트라이메틸올 에탄 트라이글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 48"(트라이메틸올 프로판 트라이글리시딜 에테르), "헬록시 모디파이어 84"(지방족 폴리올의 폴리글리시딜 에테르), 및 "헬록시 모디파이어 32"(폴리글리콜 다이에폭사이드)가 포함된다.
다른 유용한 에폭시 수지에는 글리시돌의 아크릴산 에스테르(예를 들어, 글리시딜 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트)와 하나 이상의 공중합성 비닐 화합물의 공중합체가 포함된다. 이러한 공중합체의 예는 1:1 스티렌-글리시딜 메타크릴레이트 및 1:1 메틸 메타크릴레이트-글리시딜 아크릴레이트이다. 다른 유용한 에폭시 수지가 잘 알려져 있으며, 에피클로로하이드린, 알킬렌 옥사이드(예를 들어, 프로필렌 옥사이드), 스티렌 옥사이드, 알켄일 옥사이드(예를 들어, 부타디엔 옥사이드), 및 글리시딜 에스테르(예를 들어, 에틸 글리시데이트)와 같은 에폭사이드가 포함된다.
유용한 에폭시-작용성 중합체에는 미국 특허 제4,279,717호(에크베르크(Eckberg) 등)에 기재된 것과 같은 에폭시-작용성 실리콘이 포함되며, 이는 제네럴 일렉트릭 컴퍼니(General Electric Company)로부터 입수가능하다. 이들은 1 몰% 내지 20 몰%의 규소 원자가 에폭시알킬 기(바람직하게는, 미국 특허 제5,753,346호(레이어(Leir) 등)에 기재된 것과 같이, 에폭시 사이클로헥실에틸)로 치환된 폴리다이메틸실록산이다.
다양한 에폭시-함유 재료의 블렌드를 또한 사용할 수 있다. 이러한 블렌드는 에폭시-함유 화합물의 중량 평균 분자량 분포를 둘 이상 포함할 수 있다(예를 들어, 저분자량(200 미만), 중간 분자량(약 200 내지 1000), 및 고분자량(약 1000 초과)). 대안적으로 또는 추가로, 에폭시 수지는 상이한 화학적 특성(예를 들어, 지방족 및 방향족) 또는 작용기(예를 들어, 극성 및 비극성)를 갖는 에폭시-함유 재료들의 블렌드를 포함할 수 있다. 필요하다면, 다른 양이온 반응성 중합체(예를 들어, 비닐 에테르 등)가 추가로 포함될 수 있다.
바람직한 에폭시에는 방향족 글리시딜 에폭시(예를 들어, 헥시온 스페셜티 케미컬즈 인크.로부터 입수가능한 에폰 수지, 및 XP KMPR 1050 박리성(strippable) SU-8을 포함하는, 미국 매사추세츠주 뉴튼 소재의 마이크로켐 코포레이션으로부터 입수가능한 SU-8 수지) 등, 및 이의 혼합물이 포함된다. SU-8 수지 및 이의 혼합물이 더욱 바람직하다.
적합한 양이온 반응성 화학종에는 또한 비닐 에테르 단량체, 올리고머, 및 반응성 중합체(예를 들어, 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르, tert-부틸 비닐 에테르, 아이소부틸 비닐 에테르, 트라이에틸렌글리콜 다이비닐 에테르(미국 뉴저지주 웨인 소재의 인터내셔널 스페셜티 프로덕츠(International Specialty Products)로부터 입수가능한 라피-큐어(RAPI-CURE) DVE-3), 트라이메틸올프로판 트라이비닐 에테르, 및 미국 노스캐롤라이나주 그린스보로 소재의 모플렉스, 인크.(Morflex, Inc.)로부터의 벡토머(VECTOMER) 다이비닐 에테르 수지(예를 들어, 벡토머 1312, 벡토머 4010, 벡토머 4051, 및 벡토머 4060 및 다른 제조자로부터 입수가능한 이들의 등가물)), 및 이들의 혼합물이 포함된다. 하나 이상의 비닐 에테르 수지 및/또는 하나 이상의 에폭시 수지의 (임의의 비율의) 블렌드를 또한 사용할 수 있다. 폴리하이드록시-작용성 재료(예를 들어, 미국 특허 제5,856,373호(카이사키(Kaisaki) 등)에 기재된 것)를 또한 에폭시- 및/또는 비닐 에테르-작용성 재료와 조합하여 사용할 수 있다.
비경화성 화학종에는, 예를 들어 산- 또는 라디칼-유도된 반응 시에 용해도가 증가될 수 있는 반응성 중합체가 포함된다. 이러한 반응성 중합체에는, 예를 들어 광생성된 산에 의해서 수용성 산 기로 전환될 수 있는 에스테르 기를 함유하는 수 불용성 중합체(예를 들어, 폴리(4-tert-부톡시카르보닐옥시스티렌)가 포함된다. 비경화성 화학종에는 문헌[R. D. Allen, G. M. Wallraff, W. D. Hinsberg, and L. L. Simpson in "High Performance Acrylic Polymers for Chemically Amplified Photoresist Applications, " J. Vac . Sci . Technol . B, 9, 3357 (1991)]에 기재된 화학적으로 증폭된 포토레지스트가 또한 포함된다. 화학적으로 증폭된 포토레지스트의 개념은 현재 마이크로칩, 특히 0.5 마이크로미터 미만(또는 심지어 0.2 마이크로미터 미만)의 특징부를 갖는 마이크로칩의 제조를 위해 널리 사용된다. 이러한 포토레지스트 시스템에서는, 조사에 의해서 촉매 화학종(특히, 수소 이온)이 생성되어 화학 반응의 캐스케이드(cascade)를 유도할 수 있다. 이러한 캐스케이드는 수소 이온이 더 많은 수소 이온 또는 다른 산성 화학종을 생성하는 반응을 개시하여 반응 속도를 증폭시킬 때 일어난다. 전형적인 산-촉매된 화학적으로 증폭된 포토레지스트 시스템의 예에는 탈보호(예를 들어, 미국 특허 제4,491,628호에 기재된 바와 같은 t-부톡시카르보닐옥시스티렌 레지스트, 테트라하이드로피란(THP) 메타크릴레이트계 재료, THP-페놀성 재료, 예를 들어 미국 특허 제3,779,778호에 기재된 것, t-부틸 메타크릴레이트계 재료, 예를 들어 문헌[R. D Allen et al. in Proc. SPIE 2438, 474 (1995)]에 기재된 것 등); 해중합(예를 들어, 폴리프탈알데하이드계 재료); 및 자리옮김(예를 들어, 피나콜 자리옮김에 기초한 재료)이 포함된다.
필요하다면, 상이한 유형의 반응 화학종들의 혼합물을 광반응성 조성물에 사용할 수 있다. 예를 들어, 자유 라디칼 반응성 화학종 및 양이온 반응성 화학종의 혼합물이 또한 유용하다.
광반응성 조성물의 반응성 화학종을 위해 적합한 광개시제(즉, 전자 수용체 화합물)에는 요오도늄 염(예를 들어, 다이아릴요오도늄 염), 설포늄 염(예를 들어, 알킬 또는 알콕시 기로 선택적으로 치환되며, 선택적으로 인접 아릴 부분들을 가교하는 2,2' 옥시 기를 갖는 트라이아릴설포늄 염) 등, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
광개시제는 바람직하게는 반응성 화학종에 가용성이며 바람직하게는 저장 안정성이다(즉, 반응성 화학종에 용해시 반응성 화학종의 반응을 자발적으로 촉진하지 않음). 따라서, 특정 광개시제의 선택은 상기한 바와 같은, 선택된 특정 반응성 화학종에 따라 어느 정도 좌우될 수 있다. 반응성 화학종이 산-개시 화학 반응을 겪을 수 있는 경우, 광개시제는 오늄 염(예를 들어, 요오도늄 또는 설포늄 염)이다.
적합한 요오도늄 염에는 팔라쪼또 등의 미국 특허 제5,545,676호 2칼럼 28행 내지 46행에 기재된 것이 포함된다. 적합한 요오도늄 염은 또한 미국 특허 제 3,729,313호, 미국 특허 제3,741,769호, 미국 특허 제3,808,006호, 미국 특허 제4,250,053호 및 미국 특허 제4,394,403호에 기재되어 있다. 요오도늄 염은 단순염(예를 들어, Cl-, Br-, I- 또는 C4H5 SO3 -와 같은 음이온을 함유) 또는 금속 착염(예를 들어, SbF6 -, PF6 -, BF4 -, 테트라키스(퍼플루오로페닐)보레이트, SbF5 OH- 또는 AsF6 -를 함유)일 수 있다. 필요하다면 요오도늄 염의 혼합물을 사용할 수 있다.
유용한 방향족 요오도늄 착염 광개시제의 예에는 다이페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트; 다이(4-메틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 페닐-4-메틸페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트; 다이(4-헵틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 다이(3-니트로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(4-클로로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(나프틸)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 다이(4-트라이플루오로메틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 다이페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(4-메틸페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이페닐요오도늄 헥사플루오로아르세네이트; 다이(4-페녹시페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트; 페닐-2-티에닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 3,5-다이메틸피라졸일-4-페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이페닐요오도늄 헥사플루오로안티모네이트; 2,2'-다이페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트; 다이(2,4-다이클로로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(4-브로모페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(4-메톡시페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(3-카르복시페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(3-메톡시카르보닐페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(3-메톡시설포닐페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(4-아세트아미도페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 다이(2-벤조티에닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 및 다이페닐요오도늄 헥사플루오로안티모네이트 등; 및 이들의 혼합물이 포함된다. 방향족 요오도늄 착염은 문헌[Beringer et al., J. Am. Chem. Soc. 81, 342 (1959)]의 교시에 따라 상응하는 방향족 요오도늄 단순염(예를 들어, 다이페닐요오도늄 바이설페이트)의 복분해에 의해 제조될 수 있다.
바람직한 요오도늄 염에는 다이페닐요오도늄 염(예를 들어, 다이페닐요오도늄 클로라이드, 다이페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트, 및 다이페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트), 다이아릴요오도늄 헥사플루오로안티모네이트(예를 들어, 사토머 컴퍼니로부터 입수가능한 사캣(SarCatTM) SR 1012), 및 이들의 혼합물이 포함된다.
유용한 설포늄 염에는 하기 화학식으로 나타내어질 수 있는, 미국 특허 제4,250,053호 (스미스(Smith)) 1칼럼 66행 내지 4칼럼 2행에 기재된 것들이 포함된다. 즉,
Figure pct00002
여기서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 약 4 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 방향족 기(예를 들어, 치환되거나 비치환된 페닐, 나프틸, 티에닐, 및 푸라닐 - 치환은 알콕시, 알킬티오, 아릴티오, 할로겐 등과 같은 기로 이루어질 수 있음) 및 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "알킬"은 치환된 알킬(예를 들어, 할로겐, 하이드록시, 알콕시, 또는 아릴과 같은 기로 치환됨)을 포함한다. R1, R2 및 R3 중 적어도 하나는 방향족이며, 바람직하게는 각각이 독립적으로 방향족이다. Z는 공유 결합, 산소, 황, -S(=O)- , -C(=O)- , -(O=)S(=O)- , 및 -N(R)- (여기서, R은 아릴(약 6 내지 약 20개의 탄소를 갖는 것, 예를 들어 페닐), 아실(약 2 내지 약 20개의 탄소를 갖는 것, 예를 들어 아세틸, 벤조일 등), 탄소-대-탄소 결합, 또는 -(R4-)C(-R5)- (여기서, R4 및 R5는 독립적으로 수소, 1 내지 약 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 및 약 2 내지 약 4개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기로 이루어진 군으로부터 선택됨)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. X-는 하기한 바와 같은 음이온이다.
설포늄 염을 위해 (그리고 임의의 다른 유형의 광개시제를 위해) 적합한 음이온, X-에는, 예를 들어 이미드, 메타이드, 붕소 중심, 인 중심, 안티몬 중심, 비소 중심 및 알루미늄 중심 음이온이 포함된다.
적합한 이미드 및 메타이드 음이온의 예시적이지만 비제한적인 예에는 (C2F5SO2)2N-, (C4F9SO2)2N-, (C8F17SO2)3C-, (CF3SO2)3C-, (CF3SO2)2N-, (C4F9SO2)3C-, (CF3SO2)2(C4F9SO2)C-, (CF3SO2)(C4F9SO2)N-, ((CF3)2NC2F4SO2)2N-, (CF3)2NC2F4SO2C-(SO2 CF3)2, (3,5-비스(CF3)C6H3)SO2N-SO2CF3, C6H5SO2C-(SO2CF3)2, C6H5SO2N-SO2CF3 등이 포함된다. 이러한 유형의 바람직한 음이온에는 화학식(RfSO2)3C-로 나타내어지는 것들이 포함되는데, 여기서 Rf는 1 내지 약 4개의 탄소 원자를 갖는 퍼플루오로알킬 라디칼이다.
적합한 붕소 중심 음이온의 예시적이지만 비제한적인 예에는 F4B-, (3,5-비스(CF3)C6H3)4B-, (C6F5)4B-, (p-CF3C6H4)4B-, (m-CF3C6 H4)4B-, (p-FC6H4)4B-, (C6F5)3(CH3)B-, (C6F5)3(n-C4H9)B-, (p-CH3C6H4)3(C6F5)B-, (C6F5)3FB-, (C6H5)3(C6F5)B-, (CH3)2(p-CF3C6H4)2B-, (C6F5)3(n-C18H37O)B- 등이 포함된다. 바람직한 붕소 중심 음이온은 일반적으로 붕소에 부착된, 3개 이상의 할로겐으로 치환된 방향족 탄화수소 라디칼을 포함하며 가장 바람직한 할로겐은 불소이다. 바람직한 음이온의 예시적이지만 비제한적인 예에는 (3,5-비스(CF3)C6H3)4B-, (C6F5)4B-, (C6F5)3(n-C4H9)B-, (C6F5)3FB-, 및 (C6F5)3(CH3)B-가 포함된다.
다른 금속 또는 반금속 중심을 포함하는 적합한 음이온에는, 예를 들어 (3,5-비스(CF3)C6H3)4Al-, (C6F5)4Al-, (C6F5)2F4P-, (C6F5)F5P-, F6P-, (C6F5)F5Sb-, F6Sb-, (HO)F5Sb-, 및 F6As-가 포함된다. 전술한 목록은 총망라하고자 하는 것이 아니며, 다른 유용한 붕소 중심 비친핵성 염 뿐만 아니라 다른 금속 또는 반금속을 포함하는 다른 유용한 음이온이 (상기 일반식으로부터) 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
바람직하게는, 음이온, X-는 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 헥사플루오로아르세네이트, 헥사플루오로안티모네이트, 및 하이드록시펜타플루오로안티모네이트(예를 들어, 에폭시 수지와 같은 양이온 반응성 화학종과 함께 사용하기 위하여)로부터 선택된다.
적합한 설포늄 염 광개시제의 예에는
트라이페닐설포늄 테트라플루오로보레이트
메틸다이페닐설포늄 테트라플루오로보레이트
다이메틸페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트
트라이페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트
트라이페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트
다이페닐나프틸설포늄 헥사플루오로아르세네이트
트라이톨릴설포늄 헥사플루오로포스페이트
아니실다이페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트
4-부톡시페닐다이페닐설포늄 테트라플루오로보레이트
4-클로로페닐다이페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트
트라이(4-페녹시페닐)설포늄 헥사플루오로포스페이트
다이(4-에톡시페닐)메틸설포늄 헥사플루오로아르세네이트
4-아세토닐페닐다이페닐설포늄 테트라플루오로보레이트
4-티오메톡시페닐다이페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트
다이(메톡시설포닐페닐)메틸설포늄 헥사플루오로안티모네이트
다이(니트로페닐)페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트
다이(카르보메톡시페닐)메틸설포늄 헥사플루오로포스페이트
4-아세트아미도페닐다이페닐설포늄 테트라플루오로보레이트
다이메틸나프틸설포늄 헥사플루오로포스페이트
트라이플루오로메틸다이페닐설포늄 테트라플루오로보레이트
p-(페닐티오페닐)다이페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트
10-메틸페녹사티이늄 헥사플루오로포스페이트
5-메틸티안트레늄 헥사플루오로포스페이트
10-페닐-9,9-다이메틸티옥산테늄 헥사플루오로포스페이트
10-페닐-9-옥소티옥산테늄 테트라플루오로보레이트
5-메틸-10-옥소티안트레늄 테트라플루오로보레이트
5-메틸-10,10-다이옥소티안트레늄 헥사플루오로포스페이트가 포함된다.
바람직한 설포늄 염에는 트라이아릴 치환된 염, 예를 들어 트라이아릴설포늄 헥사플루오로안티모네이트(예를 들어, 사토머 컴퍼니로부터 입수가능한 사캣 SR1010), 트라이아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트(예를 들어, 사토머 컴퍼니로부터 입수가능한 사캣 SR 1011), 및 트라이아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트(예를 들어, 사토머 컴퍼니로부터 입수가능한 사캣 KI85)가 포함된다.
바람직한 광개시제에는 요오도늄 염(더욱 바람직하게는, 아릴요오도늄 염), 설포늄 염, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 아릴요오도늄 염 및 그 혼합물이 더욱 바람직하다.
도 3은 가요성 도광체(12)를 형성하는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다. 먼저, 그리고 선택적으로, 마스터(master)가 형성된다(40). 마스터는 다광자 경화, 레이저 에칭, 화학적 에칭, 다이아몬드 선삭 기계가공 등을 비롯하여 다수의 공정 중 임의의 하나에 의해 형성될 수 있다. 현재 바람직한 공정은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 현재 계류중인 국제 공개 WO2007/137102호(마틸라(Martilla) 등)에 더 충분히 설명된 것과 같이 다광자 경화를 포함한다. 다광자 경화는 경화 광의 주사를 통해 복잡한 3차원 구조물의 제작을 허용한다. 광자 흡수의 가능성이 2광자 공정에서 제곱된 광 빔의 강도 및 3 또는 4광자 공정의 대응하는 더 높은 거듭제곱에 비례하기 때문에, 경화는 상대적으로 작은 복셀(voxel)로 제한될 수 있다. 조성물은 조성물의 생성된 노광 부분 또는 생성된 비노광 부분을 제거함으로써 선택적으로 현상될 수 있다. 다광자 경화는 어레이의 전체에 걸쳐 기하학적 형태 또는 충전율이 변하는 광 추출 구조물(30)을 포함하는 광 추출 구조물 어레이(14)를 제조하기 위해 편리하게 사용될 수 있다.
주형이 마스터로부터 형성될 수 있거나 또는 직접 형성될 수 있다(42). 예를 들어, 주형은 규소의 화학적 에칭, 금속의 레이저 에칭, 다이아몬드 선삭 기계가공 등을 사용하여 직접 형성될 수 있다.
대안적으로, 주형은 마스터의 네거티브(negative)로서 형성될 수 있다(42). 이는 마스터를 전기주조함으로써, 또는 실리콘, 플루오로중합체 또는 올레핀과 같은 다른 재료를 마스터 위에 성형함으로써 달성될 수 있다. 방사선 경화성 수지가 또한 사용될 수 있다.
추가로, 마스터를 형성하는 단계(40)와 주형을 형성하는 단계(42)의 사이에 중간 단계가 있을 수 있다. 예를 들어, 마스터는 원하는 최종 구조물의 네거티브가 되도록 다광자 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 그 다음, 마스터는 포지티브(positive) 주형을 제공하도록 전기주조될 수 있는데, 포지티브 주형 위에 실리콘이 성형되어 최종 주형을 제공하며, 이는 원하는 가요성 도광체(12)를 복제하기 위해 사용된다.
최종 주형, 즉 가요성 도광체(12)를 제조하기 위해 사용되는 주형은 위의 논의에서 명백한 바와 같이 가요성이거나 또는 강성일 수 있다. 주형은 전기주조 방법과 상용적인 니켈 또는 다른 금속을 포함할 수 있거나, 또는 주형은 예를 들어 실리콘, 올레핀, 플루오로중합체 등과 같은 중합체 재료를 포함할 수 있다. 주형은 바람직하게는 가요성 도광체(12)의 대량 생산을 위해 사용되며, 따라서 내구성이 주형을 제조할 때 고려할 중요한 인자이다.
가요성 도광체(12)를 제조하기 위해 주형을 사용할 때, 미성형(unformed) 수지가 먼저 주형(44)과 접촉하게 된다. 미성형 수지는 아크릴레이트, 실리콘, 우레탄 등과 같은 미경화 중합체 전구체일 수 있거나, 그의 연화점 또는 용융점보다 높은 열가소성 물질일 수 있다. 주형은 예를 들어 수지를 주형 안에 부어 넣음, 사출 성형, 코팅 공정 등에 의해 미성형 수지로 충전될 수 있다. 대안적으로, 주형은 예를 들어 회분식 또는 연속 공정에서 미경화 수지의 시트와 접촉될 수 있다. 일단 수지 및 주형이 가까이 접촉하면, 미경화 중합체 전구체 및 열가소성 물질의 경우 각각 경화에 의해 또는 냉각에 의해 미성형 수지가 성형된다(46). 성형된 수지는 그 다음에 주형으로부터 제거되고 에지를 절삭하는 것과 같이 필요한 임의의 마무리가 수행된다.
위에서 간단히 설명된 바와 같이, 본 발명의 가요성 도광체(12)는 입력 장치에 백라이트를 제공하기 위해 시스템에 사용될 수 있다. 도 4는 휴대폰 키패드 조립체(60)에 사용되는 가요성 도광체의 실시 형태를 예시하는 단면도이다. 가요성 도광체(12)는 일 단부가 측면-발광 LED(7)와 인접한 상태로 복수의 키(62)와 돔시트(domesheet)(64) 사이에 위치된다. 가요성 도광체(12)는 또한 각각이 복수의 광 추출 구조물(30)을 포함하는 복수의 광 추출 구조물 어레이(14)를 포함한다. 각각의 광 추출 구조물 어레이(14)는 대응 키(62) 아래에 위치되고, 광을 키(62)로 지향시킨다. 돔시트(64)는 전도성 파플(66) 및 스페이서 접착제(68)를 덮는다.
사용자가 키(62)를 누를 때(화살표 80), 대응 돌출부(78)가 또한 아래로 밀쳐져 돌출부(78)에 인접한 가요성 도광체(12)의 일부에 접촉한다. 사용자가 계속하여 키(62)를 더 누름에 따라, 가요성 도광체(12)는 변형하여 돔시트(64)와 접촉하고, 돔시트 또한 변형한다. 돔시트(64)는 인접 파플(66)과 접촉하고, 인접 파플은 변형하여 파플(66)의 적어도 일부가 뒤집어져 밀쳐질 때 "펑 소리가 난다". 이는 촉각 피드백을 야기하고, 또한 파플(66)의 적어도 일부분이 전기 접점(70)의 적어도 일부분과 접촉하게 한다. 이 접촉은 전기 회로를 폐쇄하고 키 누름으로서 해석된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 바람직한 가요성 도광체(12)는 키(62)에 가해진 힘을 파플(66)에 효과적으로 전달하여 파플(66)은 "펑 소리가 나고" 전기 접점(70)과의 전기 접촉을 이룬다.
실시예
실리콘 주형의 제조
먼저 2광자 마스터를 전기주조함으로써 니켈 마스터를 제조하였다. 미국 캘리포니아주 터스틴 소재의 비제이비 엔터프라이지스 인크.(BJB Enterprises, Inc.)로부터 TC-5045 A/B로서 입수가능한 미경화 실리콘(300 g) 및 촉매(30 g)를 혼합물이 적색 기미가 없는 고른 핑크색이 될 때까지 대략 5분 동안 혼합하였다. 그 다음에 혼합물로부터 기포를 제거하기 위해 혼합물을 실온에서 약 30분 동안 진공 하에 두었다. 그 다음에 광 추출 구조물의 네거티브 인상(impression)을 제조하기 위해 혼합물을 니켈 마스터 위에 부었다. 붓는 것에 의해 니켈-실리콘 경계면에서 포획된 기포를 제거하기 위해 혼합물을 약 10분 동안 놓아 두었다. 그 다음에 마스터 및 실리콘 혼합물을 약 65℃까지 가열된 오븐 안에 약 1.5시간 동안 두었다. 마스터 및 실리콘 주형을 오븐으로부터 제거한 후 적어도 10분 동안 냉각한 다음, 니켈 마스터로부터 실리콘 주형을 제거하였다.
폴리프로필렌 주형의 제조
먼저 2광자 마스터를 전기주조함으로써 니켈 마스터를 제조하였다. 광 추출 구조물이 폴리프로필렌 시트에 대면하는 상태로 니켈 마스터를 폴리프로필렌의 20 × 40 × 0.6 ㎝(8" × 16" × ¼") 시트 상에 배치하였다. 폴리프로필렌 시트를 1.2 ㎝(1/8") 두께의 알루미늄 시트 상에 배치하였고, 실리콘 코팅된 폴리에스테르 이형 라이너의 시트로 니켈 마스터를 위로부터 덮었다. 온도 제어 압축 성형 기계(미국 인디애나주 와바시 소재의 와바시 엠피아이(Wabash MPI))의 두 개의 플래튼 사이에 샌드위치 구성물을 배치하였다. 성형 기계의 상부 및 하부 플래튼을 138℃ 및 32℃(280℉ 및 90℉)의 온도로 각각 설정하였다. 압력을 15초에 걸쳐 10.6 Mg(10 톤)까지 증분식으로 증가시키고 약 15초 동안 10.6 Mg(10 톤)에 유지하였다. 압력의 해제 후에, 온도 제어 압축 성형 기계로부터 샌드위치 구성물을 제거하였다. 폴리프로필렌 시트로부터 니켈 주형을 제거하고 그 다음에 시트를 실리콘 처리된 폴리에스테르 이형 라이너의 두 층 사이에 배치하고 실온의 압축 성형 기계 안에 두었다. 13.79 ㎫(2000 psi)의 압력을 10분 동안 제2 층 구성물에 인가하였다. 2 × 3 배향에 6개의 동일한 추출기 패턴을 갖는 폴리프로필렌 주형을 생성하기 위해 폴리프로필렌의 동일 편부에 대해 위의 공정을 6회 반복하였다. 그 다음에, 가열 동안 폴리프로필렌 시트 안으로 도입된 임의의 뒤틀림을 제거하기 위해 구멍에 접시머리나사(countersunk screw)를 사용하여 폴리프로필렌 시트를 3.175 ㎜(1/8 인치) 두께의 알루미늄 판에 고정하였다.
폴리우레탄 도광체의 제조
그 다음, 폴리우레탄 도광체를 제조하기 위해 실리콘 주형을 사용하였다. 약 75 g의 타입 A 폴리우레탄을 비커 안에 넣고 약 2시간 동안 약 55℃의 진공에 두었다. 유사하게, 약 75 g의 타입 B 폴리우레탄을 비커 안에서 한 방울(약 0.022 g)의 다이부틸 주석 다이아세테이트 촉매와 혼합하고, 비커를 약 2시간 동안 약 55℃의 진공에 두었다. 그 다음, 폴리우레탄을 별개의 믹스팩(Mixpac) 400 mL 분배 카트리지(미국 뉴햄프셔주 살렘 소재의 콘프로텍 인크.(ConProTec Inc.))로 옮기고, 분배 카트리지를 비커 안에 노즐이 아래로 향하게 배치하고 추가 한 시간 동안 약 55℃의 진공에 두었다.
폴리우레탄 도광체를 주조하기 전에 실리콘 주형을 적어도 1시간 동안 약 99℃로 사전가열하였다. 사전가열은 실리콘을 팽창시켜 실리콘은 우레탄 경화 발열 동안 불균일하게 팽창하지 않는다. 불균일 팽창은 원하는 기하학적 형태에 대한 우레탄 도광체의 충실도를 떨어뜨릴 것이다.
두 개의 폴리우레탄 전구체의 충분한 혼합을 촉진하기 위해 두 배 길이의 정적 혼합기(MC 05-32, 미국 뉴햄프셔주 살렘 소재의 콘프로텍 인크.)를 로딩된 믹스팩 카트리지의 단부에 부착하였다. 카트리지에 기포가 없는 것을 확실하게 한 후에, 미경화 폴리우레탄 수지를 주형 공동의 중심 안에 분배하였다. 미경화 폴리우레탄 수지를 이형 라이너 및 주형으로 덮고 약 5분 동안 약 99℃의 오븐 안에 두었다. 그 다음, 주형 및 경화 폴리우레탄 도광체를 오븐으로부터 제거하고, 주형으로부터 폴리우레탄 도광체를 제거하기 전에 약 5 내지 10분의 시간에 걸쳐 실온까지 냉각하게 하였다.
폴리프로필렌 주형으로부터 실리콘 도광체의 제조
실리콘 도광체는 폴리프로필렌 주형으로부터 제조될 수 있다. 약 1.1 g의 실리콘을 폴리프로필렌 주형 안에 붓고, 실리콘 위에 이형 라이너를 배치하였다. 주형으로부터 잉여 재료를 스퀴지(squeegee)로 제거하였다. 실리콘의 경화를 이루기 위해 PP 주형 및 실리콘을 약 10분 동안 365 ㎚의 UV 흑색 광 하에 두었다. UV 흑색 광으로부터 제거 시, 실리콘을 PP 주형으로부터 제거하였다.
우레탄 아크릴레이트 제형의 제조
1작용성 아크릴레이트(미국 펜실베니아주 엑스톤 소재의 사토머 컴퍼니 인크.로부터 SR265로 입수가능함), 산화 방지제(미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미컬스로부터 이르가녹스(Irganox) 1076로 입수가능함), 및 광개시제(미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 바스프 케미컬 컴퍼니(BASF Chemical Company)로부터 루세린(Lucerin) TPO-L로 입수가능함)와 함께 2개의 지방족 폴리에스테르계 우레탄 다이아크릴레이트 올리고머(미국 펜실베니아주 엑스톤 소재의 사토머 컴퍼니 인크.로부터 CN964 및 CN965로 입수가능함)를 사용하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이 12개의 제형을 제조하였다.
Figure pct00003
각 성분의 적정한 양을 하우쉴드(Hauschild) DAC 400FV(Z)(미국 사우스 캐롤라이나주 랜드럼 소재의 플랙텍 인크.(FlackTek Inc.)로부터 입수가능함) 안에서 2200 rpm으로 4분의 혼합 사이클 2회 동안 혼합함으로써 12개의 제형을 제조하였다. 그 다음에 제형의 각각을 약 30분 동안 약 70℃의 진공 하에서 탈가스한 다음, 인장 시험, DMA 시험, 굴절률 및 촉각 응답 시험을 위한 샘플을 제조하기 위해 사용하였다.
우레탄 아크릴레이트 도광체의 제조
위의 실시예 2에 기재된 폴리프로필렌 주형을 사용하여 다양한 두께의 도광체 샘플을 제조하였다. PP 주형을 충전하고, 비-이형 코팅된 0.127 ㎜(0.005 인치)의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름의 커버 시트로 덮고, 나이프 코터(knife coater)의 바 아래에 위치시켰다. 190 내지 700 ㎛의 다양한 두께를 갖는 도광체 샘플을 제조하였다. PP 툴/도광체 코팅/PET 커버 시트의 결과적인 샌드위치 구성물을 수은 "H" 전구 및 LC-6 벤치톱 컨베이어를 갖는 퓨전 시스템즈(Fusion Systems) F300S(미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈 인크.( Fusion UV Systems, Inc.))를 사용하여 UV 광에 노광시켰다. 각각의 라미네이트를 약 10.7 ㎝/초(0.35 ft/초)의 속도로 컨베이어 벨트 상에 배치하고 라미네이트의 각 면을 향한 램프 아래를 2회 통과시켰다. 노광 후에, 도광체 및 PET 커버 시트를 PP 주형으로부터 라미네이트로서 제거하고, 보호를 위해 이형 코팅된 PET 시트를 노광된 도광체 표면에 적용하였다. 그 다음, 양 PET 필름을 그대로 놔두고 CO2 레이저를 사용하여 개별 도광체 샘플들을 6-샘플 클러스터로부터 잘라냈다. 마지막으로, 각 샘플 제조를 위해 개별 도광체 두께 측정을 수행하였다.
인장 시험
위의 제형 각각으로부터 도그본(dogbone) 인장 시편을 제조하였다. 먼저, 폭이 15.25 ㎝(6 인치)이고 두께가 127 ㎛(0.005 인치)인 실리콘 코팅된 PET 이형 라이너를 나이프 코터의 바 아래에 배치하였는데, 바와 필름 사이의 갭을 623 ㎛(0.025 인치)로 설정하였다. 상부 필름을 바 위에 늘어뜨리고 50 그램 양의 원하는 제형을 필름들 사이에 바 바로 뒤에 그에 대항하여 배치하였다. 그 다음에, 양 필름을 바 갭을 통해 끌어당겨 라미네이트 또는 샌드위치 구성물을 형성하였다. "H" 전구 및 LC-6 벤치톱 컨베이어를 갖는 퓨전 시스템즈 F300S(미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈 인크.)로부터의 UV 광에 라미네이트를 노광시킴으로써 이를 경화시켰다. 각각의 라미네이트를 약 10.67 ㎝/초(0.35 ft/초)의 속도로 컨베이어 벨트 상에 배치하고 라미네이트의 각 면을 향한 램프 아래를 2회 통과시켰다. ASTM D638 타입 IV 치수를 충족시키도록 제작된 룰 다이(rule die)로 경화 라미네이트로부터 인장 시편을 절단하였다. 분당 100% 연신율의 신장 속도로 설정된 인스트론(Instron) 5400 인장 시험 기계(미국 메사추세스주 노르우드 소재의 인스트론 코포레이션(Instron Corp.))에서 인장 시험을 수행하였다. 표 2는 각 실시예에 대한 5개 시편의 평균값을 보여준다.
Figure pct00004
동적 기계 분석 시험
동적 기계 분석용 샘플을 인장 시험에서 사용된 것과 유사하게 제조하였다. 구체적으로, 폭이 15.25 ㎝(6 인치)이고 두께가 127 ㎛(0.005 인치)인 실리콘 코팅된 PET 이형 라이너를 나이프 코터의 바 아래에 배치하였는데, 바와 필름 사이의 갭을 63.5 ㎛(0.025 인치)로 설정하였다. 상부 필름을 바 위에 늘어뜨리고 50 그램 양의 원하는 제형을 필름들 사이에 바 바로 뒤에 그에 대항하여 배치하였다. 그 다음에, 양 필름을 바 갭을 통해 끌어당겨 라미네이트 또는 샌드위치 구성물을 형성하였다. "H" 전구 및 LC-6 벤치톱 컨베이어를 갖는 퓨전 시스템즈 F300S(미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈 인크.)로부터의 UV 광에 라미네이트를 노광시킴으로써 이를 경화시켰다. 각각의 라미네이트를 약 10.7 ㎝/초(0.35 ft/초)의 속도로 컨베이어 벨트 상에 배치하고 라미네이트의 각 면을 향한 램프 아래를 2회 통과시켰다. 그 다음, 라이너를 제거한 후에 인장 시편을 절단하였다. 1 Hz의 주파수, 15 ㎛의 최대 변위 및 3℃/분의 상승 속도에서 -50℃ 내지 +150℃의 온도 범위를 갖는 인장 모드에 TA Q800 DMA 기계를 사용하였다. 계수의 측정된 탄성 및 비탄성 성분(G', G'')으로부터 각각 계산된 탄젠트(δ)의 피크 최대값으로부터 Tg를 계산하였다. 그 결과가 아래의 표 3에 보여진다.
Figure pct00005
촉각 응답
도광체 샘플의 촉각 응답 및 광 추출을 시험하기 위해, 무작위로 선택한 도광체 시편을 위에서 도 4에 관하여 설명된 바와 같이 파플, 돔시트, 도광체 및 키패드의 휴대폰 조립체 안에 삽입하였다. 누름 및 "클릭감"을 가져오는 금속 파플에 대한 충분한 접촉이 이루어질 수 있는지를 판단하기 위해 다수의 키를 눌렀다. 1 내지 4의 평가 시스템을 사용하여 촉각 응답을 정성적으로 측정하였으며, 여기서 1 = 우수, 2 = 최저 한계(marginal), 3 = 불충분, 4 = 없음이다. 표 4 내지 표 15에서 알 수 있는 바와 같이, 촉각 응답은 두께와 인장 계수의 조합의 결과이다. 도광체의 최소 두께는 광 추출 구조물의 높이에 의해 제한되고, 최대 두께는 키패드 조립체에 할당된 전체 높이 및 키패드 조립체 내의 다른 부품의 높이에 의해 제한된다. 아래의 데이터에 기초하여, 만족스러운 도광체 재료는 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫, 바람직하게는 약 1 ㎫ 내지 약 20 ㎫, 몇몇 실시 형태에서 가장 바람직하게는 약 1 ㎫ 내지 약 15 ㎫ 범위의 인장 계수를 갖는다는 것을 알 수 있다. 추가로, 만족스러운 도광체 재료는 약 -5℃ 내지 약 45℃, 바람직하게는 약 0℃ 내지 약 30℃, 가장 바람직하게는 약 0℃ 내지 약 20℃의 Tg를 갖는다는 것이 몇몇 실시 형태에서 명백하다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
아래의 표 8에 보여지는 바와 같이 재료를 변화시킨 것을 제외하고 위의 실시예 6에서 설명된 절차를 사용하여 이들 실시예의 제형을 만들었다. 사용한 재료는 CN9009 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머, SR256 - 2(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트, SR230 다이에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, SR508 다이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 및 SR268 테트라에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트이다. CN965, CN9009, SR256, SR230, SR508, SR268은 모두 미국 펜실베니아주 엑스톤 소재의 사토머 컴퍼니 인크.로부터 획득하였고, 에베크릴(Ebecryl) 4833 지방족 우레탄 다이아크릴레이트는 미국 조지아주 스미르나 소재의 사이텍 서피스 스페셜티즈 인크.(Cytec Surface Specialties Inc.)로부터 획득하였다.
Figure pct00010
실시예 16
(미국 특허 출원 공개 제2007-191506호의 "광학 물품용 경화성 조성물(Curable Compositions for Optical Articles)"에 기재되어 있는 것과 같은) 메타크릴레이트-작용화된 아크릴레이트 올리고머를 플라스틱 혼합 컵으로 옮겼다. 각 말단에 메타크릴레이트 작용기를 갖는 알킬렌 글리콜 올리고머(독일 몬하임 소재의 코그니스(Cognis)로부터 입수가능한 바이조머(Bisomer) EP100 DMA)를 아크릴레이트 올리고머 대 알킬렌 글리콜 올리고머의 중량비가 64:36이 되도록 첨가하였다. 산화 방지제로서, 0.3 중량%의 옥타데실 3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산(미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich))을 첨가하였고, 0.5 중량%의 광개시제(미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 바스프 케미컬 컴퍼니로부터의 루세린(Lucerin) TPO-L)를 첨가하였다. 혼합물을 110℃까지 가열하고 3분 동안 DAC 150 FV 스피드 믹서(Speed Mixer)(미국 사우스 캐롤라이나주 랜드럼 소재의 플랙텍 인크.로부터 입수가능함)에서 혼합하였다.
실시예 17
2액형 에폭시(쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터의 스카치웰드(Scotchweld) DP-460NS)의 샘플을 DMA50 핸드헬드형 분배 건(dispensing gun)으로부터 분배 및 혼합된 쓰리엠 제품을 사용하여 제조하였다. 기계적 시험 결과 데이터의 아래 표는 위에서 설명된 절차를 따라서 획득하였다. 이 표에서, "--"은 특성이 시험되지 않았음을 나타낸다.
Figure pct00011
Tg의 아래의 표는 위에서 설명된 동적 기계 분석(DMA) 절차를 이용하여 획득하였다. 이 표에서, "--"은 특성이 시험되지 않았음을 나타낸다.
Figure pct00012
본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없는 본 발명에 대한 다양한 수정 및 변경은 당업자에게는 명백할 것이다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 예시적 실시 형태 및 실시예로 부당하게 제한되는 것이 아니며, 그러한 실시예 및 실시 형태는 예시 및 예를 위해 제시되고, 본 발명의 범주는 이하의 본 명세서에 개시된 청구의 범위로만 제한하고자 함을 이해하여야 한다. 본 명세서에 인용된 각각의 참고 문헌은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims (13)

  1. 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0279 ㎝- 1미만이고 굴절률이 약 1.35 내지 약 1.65이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하고, 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체.
  2. 제1항에 있어서, 인장 계수는 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 20 ㎫이고, 가시 스펙트럼의 흡광도는 약 0.0203 ㎝- 1미만이고, 굴절률은 약 1.4 내지 약 1.55이고, 두께는 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터이고, 도광체는 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체.
  3. 제1항에 있어서, 복수의 광 추출 구조물 중 적어도 하나는 오목부를 포함하는 가요성 도광체.
  4. 동적 굽힘 계수 인장 계수가 23℃에서 약 45 ㎫ 내지 약 2500 ㎫이고 흡광도가 약 0.0132 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.45 내지 약 1.53이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하고, 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체.
  5. 제4항에 있어서, 복수의 광 추출 구조물 중 적어도 하나는 오목부를 포함하는 가요성 도광체.
  6. 키패드와;
    인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0279 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.35 내지 약 1.65이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 재료를 포함하고, 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체를 포함하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 복수의 광 추출 구조물 중 적어도 하나는 오목부를 포함하는 장치.
  8. 제6항에 있어서, 인장 계수는 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 20 ㎫이고, 가시 스펙트럼의 흡광도는 약 0.0203 ㎝-1 미만이고, 굴절률은 약 1.4 내지 약 1.55이고, 두께는 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터이고, 도광체는 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 복수의 광 추출 구조물 중 적어도 하나는 오목부를 포함하는 장치.
  10. 복수의 광 추출 구조물을 포함하는 주형을 제공하는 단계와;
    아크릴레이트, 우레탄, 실리콘, 우레탄-아크릴레이트 작용기 중 적어도 하나를 포함하는 미경화 수지를 접촉시키는 단계와;
    복수의 광 추출 구조물을 포함하고 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 70 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0279 ㎝-1 미만이고 굴절률이 약 1.35 내지 약 1.65이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 가요성 도광체를 형성하도록 미경화 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 미경화 수지를 경화시키는 단계는 복수의 광 추출 구조물을 포함하고 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 20 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0203 ㎝- 1미만이고 굴절률이 약 1.4 내지 약 1.55이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터인 가요성 도광체를 형성하도록 미경화 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 적어도 하나의 아크릴레이트를 포함하고, 인장 계수가 23℃에서 약 1 ㎫ 내지 약 20 ㎫이고 가시 스펙트럼의 흡광도가 약 0.0203 ㎝- 1미만이고 굴절률이 약 1.4 내지 약 1.55이고 두께가 약 50 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터이고 복수의 광 추출 구조물을 추가로 포함하는 가요성 도광체.
  13. 제12항에 있어서, 복수의 광 추출 구조물 중 적어도 하나는 오목부를 포함하는 가요성 도광체.
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