KR100742564B1 - 측면 변형을 방지하는 도광판 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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한영수
이원홍
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Abstract

측면 변형을 방지하는 도광판 제조 방법 및 장치를 제시한다. 본 발명에 따르면, 도광판의 상부 또는 하부 표면을 가압 가열 프레스(press)로 프리즘 패턴을 형성하는 동안 도광판의 측면을 선택적으로 냉각(cooling)한다. 이러한 도광판 측면 냉각은 냉각 유체 흐름의 주입, 열전도성 금속판의 부착, 또는, 열전기적 냉각기 또는 히트 파이프(heat pipe)와 같은 열교환부의 부착 등에 의해서 수행될 수 있다.
도트 프리즘 도광판, 측면 변형, 열교환부, 가압 가열 프레스

Description

측면 변형을 방지하는 도광판 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for manufacturing light guide plate with preventing side distortion}
도 1은 종래의 프리즘(prism) 도광판을 포함하는 액정표시 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 프리즘 도광판의 구조를 개략적으로 도시한 사시 도면이다.
도 3은 종래의 도광판 제조 방법에 의해 생산된 프리즘 도광판을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 프리즘 도광판 제조 방법 및 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 프리즘 도광판 제조 방법 및 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 프리즘 도광판 제조 방법 및 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
100: 도광판 101: 도광판 측면
105: 프리즘 200: 금형
300: 챔버 410: 냉각 유체 공급관부
411: 냉각유체 이동 경로 420: 냉각 유체 배기부
430: 열전도성 금속판 450: 열전기적 냉각기
본 발명은 면광원 장치에 관한 것으로, 특히, 가압 프레스(press) 방식에 의한 프리즘(prism) 도광판 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD)와 같은 평면 표시 장치는 면광원 장치(plane or flat light source unit)를 표시 패널(display panel) 후면에 구비하고 있다.
도 1은 종래의 프리즘(prism) 도광판을 포함하는 액정표시 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 종래의 프리즘 도광판의 구조를 개략적으로 도시한 사시 도면이다.
도 1을 참조하면, 평면 표시 장치에 사용되는 전형적인 액정표시 장치는, 측부에 설치된 광원(10), 예컨대, 냉음극관(CCFL) 또는 LED 광원으로부터 측면으로 입사되는 광의 내부 전반사를 유도하여 평면광을 출사하는 도광판(light guide plate:100)을 구비하고 있다. 이때, 도광판(100)의 하부에는 반사판(30)이 도입되고, 상부에는 출사광의 특성을 개질하기 위한, 확산 시트(diffusion sheet: 40) 및, 편광 시트(sheet) 또는 프리즘 시트 등의 광학 시트(50)가 액정 패널(panel: 60)과 도광판(100) 사이에 도입될 수 있다.
프리즘 도광판은 도광판(100)의 표면에 프리즘(21 또는 25)의 패턴을 도입한 도광판으로, 휘도 향상을 주된 목적으로 적용되고 있다. 후면 도트프리즘(25) 및 전면프리즘(21)은 가압 가열 프레스(heating press) 방식에 의해 도광판(100) 표면에 형성된다.
이때, 도광판(100)의 후면에는 도트(dot) 형태의 제1프리즘(21)이 평반사면(23)에 대해 음각 또는 약각되고, 제1프리즘(21)의 도트(21) 내에는 다수의 단차(step) 패턴(22)이 형성되어 프리즘 작용을 하게 된다. 또한, 도광판(100)의 평면광이 출광되는 전면에는 슬릿(slit) 형태의 제2프리즘(25)이 형성되어 평면광의 출광을 유도하게 된다. 이러한 도트 프리즘 도광판(100)은 인쇄 도광판에 비해 상대적으로 높은 휘도 증가를 구현할 수 있다.
한편, 가압 가열 프레스 방식은, 아크릴과 같은 열가소성 수지의 도광판(100)표면에 열을 가해 유동성을 확보한 상태에서, 가압하여 프리즘(21 또는 25) 패턴을 형성시킬 수 있다. 그런데, 이러한 가압 가열 프레스 방식에서, 방식의 특성 상 도광판(100)의 측면의 광이 입사되는 측면 부위에 불량이 발생될 수 있다.
도 3은 종래의 도광판 제조 방법에 의해 생산된 프리즘 도광판을 개략적으로 도시한 단면도이다.
종래 기술에 의하면 도 3과 같이 도광판 가열 및 가열을 통해 프리즘을 전사하는 공정 중에 도광판(100)의 가소된 아크릴이 변형되어 도광판(100)의 측면인 광이 입사되는 측면(27)이 크게 변형될 수 있다.
이때, 변형된 측면(29)을 통해 입사한 광은 정상적인 경로와 다르게 되므로, 면광원 장치, 즉, 백라이트 장치 상에서 휘선 또는/ 및 암부를 발생시키는 요인으 로 작용할 수 있다.
이러한 불량을 후속 보상하기 위해, 변형된 측면(29)을 정상 측면(27)으로 가공하기 위한 추가적인 2차 경면 가공 과정이수행된다. 이러한 2차 측면 가공은 도광판(100) 생산 원가를 높이는 주된 요인으로 작용할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 가압 가열 프레스로 도광판 표면에프리즘을 형성할 때, 도광판의 측면 변형이 발생되는 것을 방지하여 추가적인 측면 가공을 생략할 수 있는 프리즘 도광판 제조 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 도광판을 반응 챔버에 도입하는 단계, 가압 가열 프레스(press)로 상기 도광판 표면에 프리즘 형상을 형성하는 단계, 및 상기 가압 가열 프레스 중에 상기 도광판의 상기 측면을 선택적으로 냉각(cooling)하는 측면 냉각 단계를 포함하는 프리즘 도광판 제조 방법을 제시한다.
상기 냉각 단계는 상기 도광판의 상기 측면에 냉각 유체를 접촉시켜 상기 측면을 냉각하는 것일 수 있다.
상기 냉각 단계는 상기 반응 챔버 내로 상기 냉각 유체를 주입하는 단계, 및
상기 냉각 유체가 상기 도광판의 측면에 접촉한 후 배기되도록 상기 반응 챔버를 진공으로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉각 유체는 공기, 물, 암모니아 가스, 프레온 가스, 질소 가스 또는 이산화탄소 가스를 사용할 수 있다.
상기 냉각 유체 흐름과 상기 측면과의 열교환 작용을 촉진하기 위한 열교환부를 상기 측면에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부로 열전도성 금속판, 열전기적 냉각기(TE cooler) 또는 히트 파이프(heat pipe)를 이용할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 관점은, 도광판이 도입되는 반응 챔버, 상기 도광판 표면에 프리즘 형상을 전사하는 금형, 상기 반응 챔버에 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급부, 및 상기 반응 챔버를 진공으로 유지하는 진공 유지부를 포함하는 프리즘 도광판 제조 장치를 제시한다.
상기 냉각 유체를 상기 측면에 접촉시키기 위한 열교환부를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부는 열전도성 금속판, 열전기적 냉각기(TE cooler) 또는 히트 파이프(heat pipe)를 포함할 수 있다.
상기 열전도성 금속판은 금, 은, 구리, 알루미늄, 아연, 니켈, 아연-니켈 합금 또는 스테인레스강을 포함하여 형성된 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가압 가열 프레스로 프리즘을 도광판 표면에 형성할 때, 도광판의 측면 변형이 발생되는 것을 방지할 수 있어, 추가적인 측면 가공은 프리즘 도광판 제조 방법을 제시할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 도광판의 일면 또는 양면에 프리즘 형상을 형성하기 위해 금형 또는 도광판 마스터를 이용하여 가압 가열 프레스할 때, 도광판의 측면의 변형을 방지하기 위해서, 가압 가열 프레스를 수행하는 동안 도광판의 측면인 측면을 냉각시키는 제조방법 및 장치를 제시한다.
이에 따라, 가압 가열 프레스가 수행되는 동안에도 입광부인 도광판의 측면의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 측면의 원하지 않는 온도 상승에 따른 측면 변형이 발생되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
이에 따라, 측면 변형에 따른 휘선 또는 암선 등의 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 또한, 변형된 측면을 보상하기 위한 추가적인 측면 가공을 생략할 수 있다. 추가 측면 가공을 실시하여 생산 단가가 높아지는 취약점을 해소할 수 있어 제조 원가를 효과적으로 절감할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 프리즘 도광판 제조 방법 및 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 도광판 제조 방법은, 네 측면이 측면 가공된 사각 판형 도광판(100)을 가압 가열 프레스 장치의 가압 가열 금형(200)이 설치된 진공 챔버(vacuum chamber: 300)에 도입한다. 도광판(100)의 네 측면은 입사광의 입사를 위한 측면(101)이 가공된 상태로 챔버(300) 내에 장착된다.
가압 가열 금형(200) 또는 도광판 마스터는 도광판(100)의 상부 표면 또는/ 및 하부 표면에 프리즘(105)을 형성하기 위한 프리즘 패턴이 구현되어 있는 금형으로 이해될 수 있다. 이러한 금형(200)에 마련된 프리즘 패턴은 가압 가열 프레스 가공에 의해 도광판(100) 표면으로 전사되게 된다.
이러한 프리즘 패턴은, 도 1 및 도 2에 제시된 바와 같이, 광원에서 조명되는 광을 액정 표시 패널(60) 쪽으로 회절 또는 반사시키기 위해서, 도광판(100)의 하측 표면에서 광원의 길이 방향에 대해 평행한 프리즘(23)을 구비한 다수의 원형 또는 타원형 도트 프리즘(21)을 포함할 수 있다. 또한, 도광판(100)의 상측 표면에서 프리즘(25)이 평반사면과 번갈아 교번적으로 배치되게 형성될 수 있다.
이러한 프리즘 패턴(21, 25)을 전사하기 위한 금형(도 4의 200)은 상측 프리즘(25)과 하측 프리즘(21)을 위한 프리즘 패턴들이 각각 마련된 상부 금형(201) 및 하부 금형(203)을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 금형(201, 203)들은 도광판(100)을 가압 및 가열하여 프리즘 패턴을 전사하게 된다. 이때, 프레스 온도는 대략 110 내지 210℃ 범위에서 수행될 수 있다.
이와 같이, 금형(200)을 이용한 가압 가열 프레스(press)로 도광판(100) 표면에 프리즘 형상을 형성할 때, 가압 가열 프레스가 수행되는 동안 도광판(100)의 측면(101)을 선택적으로 냉각(cooling)하는 측면 냉각 단계를 도입한다.
이때, 측면(101)의 냉각은 측면 냉각부, 즉, 진공 챔버(300)의 벽면에 측면(101)에 대향되는 위치에 설치된 냉각 유체 공급관부(410), 예컨대, 분사 노 즐(nozzle)에 의해 제공되는 냉매, 예컨대, 냉각된 공기 등과 같은 냉각 유체의 흐름에 의해서 수행된다. 냉각 유체 흐름(411), 즉, 냉각 유체의 주입에 따른 흐름은 도광판(100)을 측방향으로 돌아 네 측면(101)에 접촉하여 냉각하도록 형성될 수 있다. 이때, 냉각 유체는 공기, 물, 암모니아 가스, 프레온 가스, 질소 가스 또는 이산화탄소 가스를 사용할 수 있다.
냉각 유체 흐름(411)을 유도하기 위해 진공 챔버(300)의 반대쪽 측벽에 진공 챔버(300)를 진공 배기(vacuum exhaust)하는 진공 배기관부(420)를 설치할 수 있다. 진공 배기관부(420)에는 진공 펌프(도시되지 않음)가 설치되어 냉각 유체 흐름(411)이 유도되게 진공 배기한다.
이와 같이 제공되는 냉각 유체 흐름(411)에 의해 측면(101)은 가압 가열 프레스 시 냉각된 상태로 유지되게 되므로, 가압 가열에 따른 온도 상승이 효과적으로 억제되게 된다. 이에 따라, 온도 상승에 따른 변형이 억제된다. 따라서, 측면 변형(도 3의 29)이 발생됨에 따른 면광원 장치의 점등 시 입광부 휘선 또는 암선 등의 발생에 의한 시인성 변화를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 프리즘 도광판 제조 방법 및 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 냉각 유체 흐름(도 4의 411)과 도광판(100)의 측면(101)과의 열교환 작용을 보다 촉진하여 냉각 효과를 보다 더 제고하기 위해서, 측면(101) 상에 열교환부(heat exchanging part)를 부착할 수 있다. 이러한 열교환부로 열전도성 금속판(430)을 예로 들 수 있다. 이러한 열전도성 금속판(430)은 측면(101)의 열분포를 균일하게 유지시켜 주어, 냉각 유체의 흐름(411)에 의한 측면(101) 냉각 효과를 보다 효과적으로 제고하여 줄 수 있다. 이러한 열전도성 금속판(430)은 금, 은, 구리, 알루미늄, 아연, 니켈, 아연-니켈 합금 또는 스테인레스강을 포함하여 형성된 것을 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 프리즘 도광판 제조 방법 및 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 열교환부로 열전기적 냉각기(TE cooler: 450) 또는 히트 파이프(heat pipe)와 같은 열교환 작용을 하는 장치를 측면(101) 상에 부착할 수 있다. 이때, 계면에 열전도성 금속판(430)을 더 도입할 경우, 열분포의 균일화를 구현할 수 있어 냉각 효과를 보다 효과적으로 제고할 수 있다. 이때, 열전도성 금속판(430)은 금, 은, 구리, 알루미늄, 아연, 니켈, 아연-니켈 합금 또는 스테인레스강을 포함하여 형성된 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 측면(101)에 대한 냉각 과정을 가압 가열 프레스 과정에 도입함으로써, 가압 가열 프레스 과정에 따른 측면(101)의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 이러한 열교환부, 즉, 열전도성 금속판(430) 또는/ 및 열전기적 냉각기(450)등은 측면(101)을 보다 효과적으로 냉각시키기 위해, 측면(101)의 표면을 모두 덮는 크기, 예컨대, 측면(101)의 크기와 대등한 크기로 도입될 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 냉각 유체 흐름의 제공, 또는/및 높은 열전도성을 가지는 금속판의 부착, TE 냉각기 등의 부착에 의한 도광판의 측면 냉각을, 프리즘 형성을 위한 가압 가열 프레스 과정에 도입함으로써, 가열 프레스 시 측면에 가해지는 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
이에 따라, 측면에의 온도 상승을 억제 또는 방지하여, 온도 상승에 따른 측면의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 도광판을 채용한 평면 표시 장치 또는 액정 표시 장치의 고휘도 달성 및 시인성 개선이 가능하다.
또한, 가압 가열 프레스 방식을 이용하여 프리즘 형상을 가공할 때, 측면의 변형을 억제할 수 있으므로, 도광판의 시인성을 유지하기 위한 추가적인 변형된 측면에 대한 측면 가공을 생략할 수 있다. 이에 따라, 생산 단가의 감소 및 생산성의 증가를 구현할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (10)

  1. 도광판을 반응 챔버에 도입하는 단계;
    가압 가열 프레스로 상기 도광판 표면에 프리즘 형상을 형성하는 단계; 및
    상기 가압 가열 프레스 중에 상기 도광판의 측면을 선택적으로 냉각하는 측면 냉각 단계를 포함하는 프리즘 도광판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 단계는 상기 도광판의 측면에 냉각 유체를 접촉시켜 냉각하는 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 공기, 물, 암모니아 가스, 프레온 가스, 질소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 일군에서 선택된 어느 하나의 유체를 사용하는 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 냉각 단계는
    상기 반응 챔버 내로 상기 냉각 유체를 주입하는 단계; 및
    상기 냉각 유체가 상기 도광판의 측면에 접촉한 후 배기되도록 상기 반응 챔버를 진공으로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 유체와 도광판 측면과의 열교환을 촉진하기 위하여 열교환부를 상기 도광판 측면에 부착하는 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열교환부는 열전도성 금속판, 열전기적 냉각기(TE cooler) 또는 히트 파이프(heat pipe)인 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전도성 금속판은 금, 은, 구리, 알루미늄, 아연, 니켈, 아연-니켈 합금 및 스테인레스강을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 금속을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 방법.
  8. 도광판이 도입되는 반응 챔버;
    상기 도광판 표면에 프리즘 형상을 전사하는 금형;
    상기 반응 챔버에 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급부; 및
    상기 반응 챔버를 진공으로 유지하는 진공 유지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 유체를 도광판 측면에 접촉시키기 위한 열교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열교환부는 열전도성 금속판, 열전기적 냉각기(TE cooler) 또는 히트 파이프(heat pipe)인 것을 특징으로 하는 프리즘 도광판 제조 장치.
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