KR100446661B1 - 러빙 장치 - Google Patents

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KR100446661B1 KR10-2001-0073130A KR20010073130A KR100446661B1 KR 100446661 B1 KR100446661 B1 KR 100446661B1 KR 20010073130 A KR20010073130 A KR 20010073130A KR 100446661 B1 KR100446661 B1 KR 100446661B1
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박종성
신두현
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Abstract

액정 디스플레이 장치의 광학 보상 필름 등의 제작에 사용되는 러빙 장치에 관한 것으로서, 러빙 장치는 기재 필름을 걸어 지지하면서 기재 필름을 일방향으로 이동시키는 다수의 기재 롤러와; 러빙 천을 걸어 지지하면서 러빙 천을 기재 필름의 이동 방향과 반대 방향으로 이동시켜 러빙천과 기재 필름의 접촉으로 러빙 처리가 이루어지도록 하는 다수의 러빙 롤러; 및 러빙 롤러 하단에 설치되어 러빙 롤러 전체를 기재 필름의 이동 방향에 대해 시계 또는 반시계 방향으로 0~180°범위 내의 임의 각도로 회전시키는 회전 장치를 포함한다. 이러한 러빙 장치는 러빙각 조절이 자유로워 다양한 액정 디스플레이 장치에서 요구되는 광학 보상 필름을 용이하게 제작할 수 있으며, 광학 보상 필름과 편광 필름 및 기타 광학 보상 필름의 연속적인 롤-투-롤 합판 처리가 가능한 장점을 갖는다.

Description

러빙 장치 {RUBBING DEVICE}
본 발명은 광학 보상 필름 등의 제작에 사용되는 러빙 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기재 필름의 이동 방향에 대한 러빙각 설정이 자유롭고, 연속적인 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정으로 합판 처리가 가능한 러빙 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 디스플레이 장치에는 편광 필름, 위상차 필름, 광학 보상 필름 등이 부착되어 액정 패널의 광학 특성을 조절한다. 이 가운데 광학 보상 필름은 일정한 배향을 갖는 액정 중합체를 구비하여, 액정 패널의 칼라 쉬프트(color shift)와 콘트라스트 비 등을 조절함으로써 광 시야각을 확보하도록 하며, 편광 패턴을 변환시키는 공지의 1/4파장 지연 필름으로 사용될 수 있다.
이러한 광학 보상 필름의 제작은 기재 필름 표면을 러빙(rubbing) 처리하여 기재 필름 표면에 일정 방향의 골을 만들고, 액정 물질을 도포하여 상기 골 사이로 액정 분자들을 배향시키는 과정을 포함한다.
공지의 러빙 처리는 러빙 천과 기재 필름을 각자의 러빙 롤러와 기재 롤러에 감고, 러빙 천을 기재 필름과 접촉시킨 상태에서 기재 필름의 이동 방향과 반대 방향으로 러빙 롤러를 회전시켜 러빙 천과 기재 필름을 문지르는 것으로 이루어지며, 통상의 경우 러빙 방향은 기재 필름의 이동 방향과 동일하게 설정된다.
한편, 광학 보상 필름의 광 흡수축이 편광 필름이나 기타 광학 보상 필름의 광 흡수축과 일정한 각도를 갖도록 설정해야 하는 경우가 있다. 이 때, 광학 보상 필름의 광 흡수축은 러빙 방향에 의해 결정되며, 편광 필름의 광 흡수축은 편광 필름의 인장 방향과 동일하다.
따라서 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이, 편광 필름(1)을 A 방향으로 인장하고, 이를 절단하여 A 방향의 광 흡수축을 갖는 편광 필름(1)을 제작한다. 그리고 기재 필름(3)을 A 방향으로 이동시키면서 A 방향으로 러빙 처리하고, 액정 물질을 도포하여 광학 보상 필름(5)을 제작한 다음, 이를 일정 각도로 비스듬히 재단한다.
이로서 편광 필름(1)과 광학 보상 필름(5)은 각자의 광 흡수축이 일정한 각도를 가지면서 일체로 합판 처리된다. (도면에서 B 방향이 광학 보상 필름의 광 흡수축을 나타낸다.)
그러나 전술한 방법은 별도의 라인에서 제작된 개개의 필름을 단판으로 합판하기 때문에, 제작 과정이 복잡하고, 제조 비용이 상승하는 단점을 안고 있다. 또한, 제작된 필름의 일부를 재단하여 사용하기 때문에, 사용되지 않는 부분이 낭비되는 문제가 있다.
이로서 기재 필름의 이동 방향과 러빙 방향을 다르게 설정하여, 기재 필름의 길이 방향에 대해 원하는 방향으로 기울어진 광 흡수축을 갖도록 하는 축이탈(off-axis) 러빙이 제안되었으며, 축이탈 러빙의 전형적인 방법은 회전하는 러빙 천에 대해 기재 필름을 비스듬하게 가로질러 이동시키는 것이다.
이러한 축이탈 러빙과 관련하여 국내 공개특허공보 공개번호 특2000-12120호가 다수의 기재 롤러 가운데 일부의 기재 롤러를 축이탈시켜 회전하는 러빙 천에 대해 기재 필름의 일부를 비스듬하게 위치시키는 방법을 개시하고 있다.
그러나 종래 기술에 의한 축이탈 러빙은 다음과 같은 단점을 안고 있다.
첫째, 종래의 축이탈 러빙은 러빙각이 최대 60°를 넘지 못하며, 90° 또는90°이상의 러빙각을 실현하기가 불가능하다. 즉, 러빙각 적용 범위에 한계가 있으므로, 액정 디스플레이 장치의 특성에 따른 다양한 광 흡수축을 갖는 광학 보상 필름을 제작하는데 한계가 있다.
둘째, 이동하는 기재 필름에 대한 경사 방향으로 기재 필름의 일부가 비스듬하게 위치하기 때문에, 기재 필름에 원하지 않는 방향으로 배향면이 형성되거나 마찰이 발생하여 기재 필름에 주름을 형성할 수 있다. 이것은 기재 필름에 피복되는 액정 물질의 품질 및 균일성에 나쁜 영향을 미친다.
셋째, 종래의 축이탈 러빙은 다양한 러빙각 실현과 러빙각의 자유로운 조절이 어려우며, 광학 보상 필름과 편광 필름 및 기타의 광학 보상 필름을 연속 공정으로 롤-투-롤 합판 처리하기가 불가능하므로, 제작 공정이 복잡하고 제조 비용이 증가하는 한계가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 러빙각을 실현함과 아울러 러빙각 조절을 자유롭게 하여 다양한 액정 디스플레이 장치에서 요구되는 광학 보상 필름을 용이하게 제작하며, 광학 보상 필름과 편광 필름 및 기타 광학 보상 필름의 연속적인 롤-투-롤 합판 공정을 가능하게 하여 제조 과정을 단순화할 수 있는 러빙 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 광학 보상 필름과 편광 필름의 합판 과정을 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 러빙 장치의 측면도.
도 3은 도 2에 도시한 기재 필름과 기재 롤러의 평면도.
도 4는 도 2에 도시한 러빙 천과 러빙 롤러의 평면도.
도 5와 도 6은 각각 러빙 천과 러빙 롤러가 회전 장치에 의해 회전된 상태를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명에 의한 광학 보상 필름과 편광 필름의 합판 과정을 설명하기 위한 개략도.도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기재 롤러의 측면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 기재 롤러의 평면도.
도 10은 기재 필름의 포갬각을 설명하기 위한 개략도.
도 11은 광학 보상 필름의 러빙각과 러빙 속도를 설명하기 위한 개략도.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
기재 필름을 걸어 지지하면서 기재 필름을 일방향으로 이동시키는 다수의 기재 롤러와, 러빙 천을 걸어 지지하면서 러빙 천을 기재 필름의 이동 방향과 반대 방향으로 이동시켜 러빙천과 기재 필름의 접촉으로 러빙 처리가 이루어지도록 하는 다수의 러빙 롤러와, 러빙 롤러 하단에 설치되어 러빙 롤러 전체를 기재 필름의 이동 방향에 대해 시계 또는 반시계 방향으로 0~180°범위 내의 임의 각도로 회전시키는 회전 장치를 포함하는 러빙 장치를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 러빙 장치의 측면도로서, 러빙 장치(2)는 크게 기재 필름(4)을 걸어 지지하면서 기재 필름(4)을 이동시키는 다수의 기재 롤러(6)와, 러빙 천(8)을 걸어 지지하면서 러빙 천(8)을 기재 필름(4)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동시키는 다수의 러빙 롤러(10)와, 러빙 롤러(10) 전체를 회전시켜 러빙각을 부여하는 회전 장치(12)로 이루어진다.
상기 기재 롤러(6)는 기재 필름(4)을 지지하고 미끄러짐을 방지하는 한쌍의 제1, 2 가이드 롤러(14, 16)와, 기재 필름(4)을 러빙 천(8)에 접촉시키며 러빙 깊이와 러빙 길이를 조절하는 터치 롤러(18)를 포함한다. 여기서, 기재 필름(4)은 연속적인 롤-투-롤 방식에 의한 러빙 처리가 가능하도록 가요성(flexible)이 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 트리아세트 셀룰로우즈(TAC)와 같은 고분자 필름으로 이루어진다.
상기 제1, 2 가이드 롤러(14, 16)와 터치 롤러(18)는 도 3에 도시한 바와 같이, 각자의 회전축이 A 방향으로 모두 동일하게 정렬되어 기재 필름(4)을 A 방향과수직한 B 방향으로 이동시키며, 기재 롤러(6) 전체는 도시하지 않은 와인더에 의해 구동한다. 이 때, 기재 필름(4)의 이동 속도와 텐션 등은 와인더의 회전 속도에 의해 조절될 수 있다.
그리고 러빙 천(8)을 지지하는 러빙 롤러(10)는 도시하지 않은 모터에 의해 회전하는 구동 롤러(20)와, 러빙 천(8)에 텐션을 부여하여 주름 발생을 억제하는 텐션 가이드 롤러(22) 및 가이드 롤러(24)로 이루어진다. 또한, 구동 롤러(20)와 가이드 롤러(24) 사이에는 주름 방지막(26)이 제공되어 러빙 천(8)의 주름에 의한 효율 저하를 방지한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 구동 롤러(20)와 가이드 롤러(24) 및 텐션 가이드 롤러(22) 또한 각자의 회전축이 A 방향으로 동일하게 정렬되어 러빙 천(8)을 B 방향으로 이동시키며, 이 때 기재 필름(4)의 이동 방향과 러빙 천(8) 이동 방향 사이의 각으로 정의되는 러빙각은 0°이다.
한편, 러빙 천(8)을 지지하는 러빙 롤러(10) 전체는 러빙 롤러(10) 하단에 설치된 회전 장치(12)에 의해 회전하여 러빙 롤러(10)의 회전축을 변화시킨다. 상기 회전 장치(12)는 러빙 롤러(10)가 고정되는 회전판(28)과, 회전판(28)을 회전시키는 구동 모터(30)와, 구동 모터(30)의 회전 정도, 즉 회전각을 제어하는 제어부(32)로 구성된다.
이로서 회전 장치(12)가 구동하여 도 5에 도시한 바와 같이, 일례로 구동 롤러(10) 전체를 반시계 방향으로 일정 각도 회전시키면, 러빙 롤러(10)의 회전축은 C 방향으로 변화되어 러빙 천(8)의 이동 방향은 D 방향으로 변화된다. 따라서 러빙 천(8)과 기재 필름(4)은 B 방향과 D 방향 사이의 각으로 정의되는 Θ의 러빙각을 갖게 된다.
특히 본 실시예는 도 6에 도시한 바와 같이 90°의 러빙각도 용이하게 실현할 수 있으며, 기재 필름(4)의 이동 방향에 대해 러빙 방향을 시계 또는 반시계 방향으로 0~180°변화시킬 수 있다.
그 결과, 본 실시예는 기재 필름(4)의 위치를 변화시키지 않고도 단지 회전 장치(12)를 구동하는 것에 의해 러빙 천(8)의 이동 방향을 용이하게 조절할 수 있고, 다양한 광 흡수축을 갖는 광학 보상 필름을 용이하게 제작할 수 있다.
또한, 본 실시예는 전술한 러빙 장치(2)에 의해 광학 보상 필름, 편광 필름 및 기타의 광학 보상 필름을 연속적인 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정으로 합판 처리하여 제작 과정을 단순화하는 장점을 갖는다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이 본 실시예는 전술한 러빙 장치(2)를 이용하여 기재 필름(4)의 이동 방향(B)에 대해 D 방향으로 러빙 처리를 진행하고, 이후 공정에서 기재 필름(4) 위에 액정 물질을 도포하여 광학 보상 필름을 제작한 다음, 광학 보상 필름 위에 A 방향으로 연장된 편광 필름(34)을 부착하여 연속적인 롤-투-롤 공정으로 합판할 수 있다.
이로서 본 실시예는 동일한 라인 상에서 연속적인 공정으로 광학 보상 필름, 편광 필름, 기타의 광학 보상 필름을 합판하고, 이를 재단하여 최종 제품을 얻을 수 있다. 그 결과, 본 실시예는 필름의 이용 효율을 높이고, 공정을 단순화하여 제조 비용 절감에 유리한 장점을 갖는다.
또한, 본 실시예는 회전 장치(12)의 구동에 의해 러빙각 조절이 용이하므로, 다양한 광 흡수축이 요구되는 여러 종류의 광학 보상 필름을 연속적인 롤-투-롤 공정으로 용이하게 제작할 수 있다.
한편, 러빙 방향이 기재 필름(4)의 이동 방향과 다를 경우, 기재 필름(4)과 러빙 천(8) 사이의 마찰에 의해 기재 필름(4)이 미끄러지거나 기재 필름(4)에 주름이 발생할 수 있으므로, 본 실시예는 도 8에 도시한 바와 같이, 제1, 2 가이드 롤러(14, 16)의 외면에 실리콘 러버와 같은 점착재(36)를 부착하여 기재 필름(4)이 사행하거나 미끄러지는 것을 방지한다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이 본 실시예는 제1, 2 가이드 롤러(14, 16)와 터치 롤러(18)의 위치를 변경하여 기재 필름(4)의 포갬각을 조절함으로써 러빙 길이, 러빙 깊이, 러빙 밀도 등을 용이하게 제어할 수 있다. 여기서, 기재 필름(4)의 포갬각(Ψ)은 도 10에 도시한 바와 같이, 터치 롤러(18)의 회전 중심(O)과 기재 필름(4)이 터치 롤러(18)와 접촉하는 두 접점(C1, C2) 사이의 각으로 정의된다.
보다 구체적으로, 제1, 2 가이드 롤러(14, 16)는 서로에 대해 가까워지거나 멀어지는 방향, 즉 도면의 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 터치 롤러(18)는 러빙 천(8)에 가까워지거나 멀어지는 방향, 즉 도면의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다.
이러한 기재 롤러(6)의 위치 변화에 따라 기재 필름(4)의 포갬각(Ψ)은 대략 0~270°범위에서 변화한다. 상기한 포갬각 조절에 따라 전술한 러빙 길이와 러빙깊이 및 러빙 밀도 등을 조절하는데, 도 11에서 VS는 기재 필름(4)의 이동 속도를 나타내고, Raxis는 기재 필름(4)의 이동 방향에 대해 러빙각 Θ만큼 기울어진 러빙 천(8)의 회전축을 나타낸다.
그리고 러빙 속도 VR은 기재 필름(4)의 이동 방향과 평행한 성분 RP와, 수직한 성분 RN으로 나뉘어지며, 실제 얻어진 기재 필름(4)의 이동 방향과 평행한 러빙 속도 RO는 러빙 천(8)이 기재 필름(4)의 이동 방향과 반대 방향으로 회전하기 때문에, 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다.
따라서 전체 러빙 속도(VT)와 실제 러빙되는 각도(Θeff)는 각각 다음의 수학식 2와 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
한편, 러빙 길이는 포갬각 Ψ, 터치 롤러(18)의 직경 및 러빙 속도에 비례하며, 기재 필름(4)의 이동 속도에 반비례한다. 따라서, 기재 필름(4)과 러빙 천(8)의 접촉 시간(t)과 러빙 길이(lt)는 각각 다음의 수학식 4와 수학식 5로 나타낼 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 기재 필름(4) 위에 액정 물질을 가장 바람직한 방향으로 배향시키기 위해 전술한 수학식들에 언급된 여러 변수들을 조절하여, 가장 효과적인 러빙 각과 러빙 깊이 등을 용이하게 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 의한 러빙 장치에 따르면, 시계 또는 반시계 방향으로 0~180°범위에 걸쳐 다양한 러빙각을 실현할 수 있으며, 러빙각 조절이 용이하여 다양한 액정 디스플레이 장치에서 요구되는 광학 보상 필름을 용이하게 제작할 수있다. 또한, 광학 보상 필름과 편광 필름 및 기타 광학 보상 필름의 연속적인 롤-투-롤 합판 공정이 가능하여 제작 과정을 단순화하는 효과를 갖는다.

Claims (13)

  1. 기재 필름을 걸어 지지하면서 상기 기재 필름을 일방향으로 이동시키는 다수의 기재 롤러와;
    러빙 천을 걸어 지지하면서 상기 러빙 천을 이동시켜 러빙천과 기재 필름의 접촉으로 러빙 처리가 이루어지도록 하는 다수의 러빙 롤러; 및
    상기 다수의 러빙 롤러 전체를 지지하면서 그 하단에 설치되는 회전판과, 회전판을 회전시키는 구동 모터와, 회전판의 회전각을 제어하는 제어부를 구비하여 다수의 러빙 롤러 전체를 기재 필름의 이동 방향에 대해 시계 또는 반시계 방향으로 0~180°범위 내의 임의 각도로 회전시키는 회전 장치를 포함하는 러빙 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기재 롤러가 기재 필름을 지지하고 미끄러짐을 방지하는 제1, 2 가이드 롤러와, 상기 기재 필름을 러빙 천에 접촉시키는 터치 롤러를 포함하는 러빙 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기재 필름이 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 트리아세트 셀룰로우즈(TAC)로 이루어지는 러빙 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 2 가이드 롤러와 터치 롤러가 각자의 회전축이 모두 동일한 방향으로 정렬되어 상기 회전축과 수직한 방향으로 기재 필름을 이동시키는 러빙 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 2 가이드 롤러 외면에 부착되어 기재 필름의 사행 또는 미끄러짐을 방지하는 점착재를 더욱 포함하는 러빙 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 점착재가 실리콘 러버로 이루어지는 러빙 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 2 가이드 롤러와 터치 롤러가 수평 또는 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되어 기재 필름의 포갬각을 조절하는 러빙 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    각자의 제1, 2 가이드 롤러가 수평 방향으로 이동하여 서로에 대해 가까워지거나 멀어지는 방향으로 위치 조절이 이루어지는 러빙 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 터치 롤러가 상하 방향으로 이동하여 러빙 천과 가까워지거나 멀어지는방향으로 위치 조절이 이루어지는 러빙 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 러빙 롤러가 모터에 의해 회전하는 구동 롤러와, 러빙 천에 텐션을 부여하는 텐션 가이드 롤러 및 러빙 천을 가이드하는 가이드 롤러를 포함하는 러빙 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 구동 롤러와 가이드 롤러 사이에 배치되어 러빙 천의 주름을 방지하는 주름 방지막을 더욱 포함하는 러빙 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 구동 롤러와 가이드 롤러 및 텐션 가이드 롤러가 각자의 회전축이 모두 동일한 방향으로 정렬되어 상기 회전축과 수직한 방향으로 러빙 천을 이동시키는 러빙 장치.
  13. 삭제
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