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LCD 단면구조

OCA 유무에 따른 선명도 차이

해외 제품에 의존하고있는 부품소재 중에 하나로는 OCA(optically clear adhesive, 광학용 점착제)가 있습니다. 상기그림은 LCD 단면 구조를 나타낸 것입니다. 백라이트에서 나온 빛이 각 필름과 공기 층의 굴절률차이로 계면에서 반사되어 약 8%의 빛만이 우리 눈에 들어오게 됩니다. 필름 사이에는 점착제가 사용되는데 필름을 고정시킬 뿐만 아니라 빛의 손실을 막아주어 점착제의 유무에 따라 상기그림과 같이 선명도에 영향을 주기도 합니다. 점착제의 굴절률 조절을 위해 고굴절 물질인 phenoxyethyl acrylate(PEA)등을 사용하기도 합니다. 이와 달리 무기계 킬레이트를 이용하여 경화시킴으로써 굴절률 향상하는 방법이 제시되고 있지만 무기계 킬레이트 경화제는 소량을 사용 하므로 굴절률에 크게 영향을 미치지 않습니다.
고굴절 점착제의 사용처와 달리 projection screen에 사용되는 렌즈에서는 저굴절의 점착제가 요구되고 있습니다. 여기에 사용되는 렌즈는 투과된 빛의 평행 정도가 중요합니다.
이를 위해서는 Fresnel 렌즈와 Lenticular 렌즈 사이에 굴절률이 1.4 이하의 매질이 필요합니다. 1.4 이하의 굴절률을 갖는 매질은 공기, 물, 불소계 고분자 등이 있습니다.
Air gap으로는 일정한 렌즈 간격을 유지하는데 어려움이 있어 굴절률이 낮은 점 ･접착제의 개발이 요구되고 있습니다. 일반적으로 사용되는 것이 불소계 모노머인데, 불소함량이 늘어날수록 굴절률이 줄어듦니다. 다음의 Lorents-Lorez식으로써 굴절률과 분자의 polarizability와 volume 과의 관계를 쉽게 알 수 있습니다.

여기서 n 은 굴절률(refractive index)을 나타내고 N 은 단위부피당 분자의 개수, α는 mean polarizability를 나타냅니다.
따라서 낮은 굴절률을 갖기 위해서는 낮은 polarizability를 갖는 동시에 분자의 크기가 작아야 합니다. RL(proportional to the induced dipole moment)과 VL(molar volume)의 비로 각 원자의 굴절률의 크기를 비교해 볼 수 있습니다. 대부분의 불소계 물질은 유리전이온도가 상대적으로 높아 점착제에 적용하기 위해서는 Dahlquist theory에 의해 dynamic modulus가 약 107dynes/cm2 값을 갖도록 해야 합니다.

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UV 경화에서 발생하는 불량 종류별로 현재 나타나는 불량 현상을 정확하게 파악하는 것이 좋습니다. 현상을 정확하게 파악해야 그기에 따른 대책도 정확히 수립됩니다.
1. 경화 불량 : 경화가 제대로 되지 않고, 덜 경화된 상태(미 경화)이거나 경화가 지나쳐서 과경화(Overcured) 된 경우입니다. 과경화(Overcured)된 경우에는 제품이 타거나, 열을 많이 받아 열변형을 동반하는 경우가 많고, 미 경화된 경우에는 제품이 끈적 끈적하거나 접착력이 나쁜 경우가 많습니다.
2. 제품의 열 변형 : 금속이나 목재인 경우는 열에 대해 큰 문제가 없으나, 얇은 플라스틱 계열의 필름이나 박막 제품에서 열변형이 잘 일어납니다.
경화 후 즉시 일어나기도 하지만, 일정 시간이 지나면 일어나거나 2차로 열을 받으면 일어나는 경우도 있습니다. 2가지 이상의 판이나 필름을 붙이는 경우는 각각 판재나 박막 재질의 연성, 경도, 열이력에 의해 추후에 열변형이 발생하는 경우도 많습니다.
대부분의 UV 설비에서 가장 큰 문제가 열변형입니다.
3. 접착력 낮음 : 경화는 제대로 되었다고 하여도 모재(Substrate)와 코팅막 사이의 접착력이 잘 나오지 않는 경우입니다. 작은 힘만 가해도 저절로 벗겨지거나, 손톱으로 밀거나 동전으로 밀면 벗겨 지는 경우와, 일견 접착력이 나오는 것 같아도 크로스 캇트 시험(Cross cut test)에서 견디지 못합니다. 핸드폰 부품, LCD용 Display 부품이나 필름, COG, BGA등 칩 부품등은 접착력이 좋아야 합니다.
4. 표면 크랙 : 확산 필름, 프리즘 시트등 정밀한 박막인 경우 경화도나 접착력이 충분해도 현미경으로 관찰시 미세한 크랙이 생깁니다. 원인도 정확히 밝혀져 있지 않고 대책도 수지마다 다르므로 제거하기가 비교적 어려운 불량입니다.
5. 황변 현상 : 투명한 수지인 경우 많이 발생합니다. 원래 코팅층은 투명해야 하지만 엹은 황색 내지갈색을 띱니다.
제품의 UV 경화 방법은 열 건조 방법에 비해 높은 생산성, 고 경도, 표면 광택, 전기 절연성 등 여러가지 장점 때문에 UV 경화 방법을 도입하지만 uv 경화 공정중이나 UV 경화 후에 트러블이 발생하면 담당자들은 정확한 원인이 무엇이고, 이에 대한 구체적인 대책을 정확히 세우지 못해 트러블 슈팅에 시간과 비용을 허비하는 경우가 많습니다.
특히 구체적인 원인이 1가지인 경우도 있지만2개 이상 복합적이 될수 도 있습니다. 트라블 원인이 1 가지 인 경우는 비교적 간단하지만, 원인이 2개 이상 복합적인 경우는 원인이 2가지 이상이므로 대책은 여러 경우를 동시에 검토하여야 합니다. 우리가 지금 겪는 현상에 맞는 실질적인 대책은 담당자의 느낌이나, 원자재, 설비 메이커의 개별적인 의견보다는 수지, uv 램프, 소재 혹은 uv경화기의 각재질, 공정조건, 경화후의 여러가지 물성 등을 사실에 입각하여 기본적인 메커니즘부터 검토하는 것이 트라블을 빨리 풀어나갈 수 있습니다.
가끔씩 경험하는 일이지만, 어떤 트러블이 일어나면 트러블의 원인이 되는 소재, 작업 조건, 공정 조건, 기계의 관점에서 물리, 화학, 재질의 관점에서 대책을 수립해야 하는데, 이러한 여러가지에 대해서 전부 알기는 어려우므로 담당자나 관리자가 아는 범위만의 지식으로 대책을 세워서 실질적인 해결 방안이 잘 나오지 않거나, 시행 착오를 오래 겪는 경우가 많은데, 이런 경우에는 각 분야에 종합적인 지식을 가진 엔지니어와 문제를 풀어가는 게 좋습니다.

비단 신규로 uv 경화 공정을 도입하는 회사 뿐만 아니라 수십년간 UV 경화를 하고 있는 회사 조차도 접착력, 열변형 등의 트라블에 대해서는 뾰족한 대책이 없는 편입니다. 특히 열변형에 대한 문제는 내열 온도가 낮은 소재의 박판인 경우 심각한 문제가 되므로 열변형에 대한 문제는 소재, 화학, 설비, 공정 조건에 대해 종합적인 지식을 갖춘 전문가와 상의하는 게 좋습니다.

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기계나 구조물의 조립에서 접착접합기술은 필수 기술입니다. 기계의 소형화, 콤팩트화, 경량화, 구조물의 고층화 및 고기능화는 모두 접착접합기술에 의존하는 것입니다. 이 때문에 접착접합기술은 첨단적인 기계나 구조물의 개발을 뒷받침하는 기반기술입니다. 그러나 볼트나 리벳을 사용하는 기계적 접합에 비하여 접착접합은 비가역적 접합이기 때문에 기계나 구조물을 해체할 경우 매우 불리할 뿐만 아니라 피착재의 재이용과 재자원화에 있어서는 매우 중요한 문제입니다.