KR100819539B1

KR100819539B1 - 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 도광판 제조용 금형 및 그제조방법

Info

Publication number: KR100819539B1
Application number: KR1020060072892A
Authority: KR
Inventors: 이영종; 주병권; 신경; 여철호
Original assignee: (주)에이치엔디 레볼루션; 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-04-08
Also published as: KR20080012004A

Abstract

본 발명은 도광판 제조용 금형 제조방법에 관한 것으로, 도광판의 상부 표면에 미세 프리즘 요철을 형성하여 휘도를 상향시켜며, 도광판의 하부 표면에 산란 및 확산의 기능을 가지는 홀로그램 패턴을 형성하여 균일 면광원화함으로써 보다 높은 휘도를 얻기 위한 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형 제조방법에 관한 것이다. 이렇게, 도광판을 제조할 경우 도광판의 측면에서 투과되는 광 휘도를 크게 향상시키며, 도광판 상면의 출광원도 균일하게 상향 일직선으로 방출하며 고휘도의 효과가 있다.

도광판, 프리즘, 홀로그램, 금형

Description

프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 도광판 제조용 금형 및 그 제조방법{Mold for manufacturing light guide plate having a prism and hologram pattern and method for manufacturing thereof}

도 1은 종래의 일반적인 도광판을 적용한 엘시디(LCD)용 백라이트 장치를 나타낸 도면.

도 2는 종래의 프리즘시트와 도광판를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 프리즘 패턴 금형부를 나타낸 도면.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 프리즘 패턴 금형부 제조 공정도.

도 5는 본 발명에 따른 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 홀로그램 패턴 금형부를 나타낸 도면.

도 6a 내지 6g는 본 발명에 따른 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 홀로그램 패턴 금형부 제조 공정도.

도 7은 본 발명의 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 사출 장치에 적용을 나타낸 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 정사각형 패턴 11 : 사각뿔 요철

31 : 구면파 32 : 홀로그램 파면

51,54,71,74 : 포토레지스트층 52,56 : 실리콘 기판

53 : 마스크 패턴 57,75 : 금속층

58 : 프리즘 패턴 금형부 72 : 유리기판

76 : 홀로그램 패턴 금형부 91 : 광원

본 발명은 도광판 제조용 금형 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 상부 표면에 미세 프리즘 요철을 형성하고, 도광판의 하부 표면에 산란 및 확산의 기능을 가지는 홀로그램 패턴을 형성하여 균일한 면광원과 고휘도를 얻는 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형 및 그 제조방법에 관한 것이다.

LCD나 PDP는 널리 알려진 평판 디스플레이 장치 중의 하나이다. LCD나 PDP는 모두 같은 도광판을 적용하므로 이하, LCD만으로 설명한다.

도 1은 종래의 일반적인 도광판을 적용한 엘시디(LCD)용 백라이트 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 프리즘시트와 도광판를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 도광판이 결합된 일반적인 LCD의 백라이트 장치로서, LCD에서 도광판은 측면에 부착된 형광램프로부터 입사된 광선을 표면을 통하여 외부로 고르게 출사시켜 상부의 액정환경을 밝게 만들에 주는 백라이트(backlight) 역할을 한다. 상기 백라이트는 일반적으로 도광판(2)과 상기 도광판(2)의 하부에 반사시트(1)와 상기 도광판(2)의 상부에 확산시트(5)와 프리즘시트(6, 7)와 보호시트(8)를 결합시키며, 도광판의 일측면에 광원(3)과 상기 광원(3)을 고정하며 빛을 반사하기 위한 램프 반사판(4)으로 구성된다. 즉, 측면 또는 배면의 램프(3)에 의한 점광원 또는 선광원을 면광원 형태로 전환시켜 주는 역할을 하는 부품이다. 도광판(2)의 재질은 투명한 광학용 수지 또는 PC(polycarbonate), 특히 아크릴이라고 부르는 PMMA 수지를 많이 사용하며, 이를 주로 사출성형에 의해 제조하며, 도광판 내에 입사 임계각으로 인하여 내부에서 갇혀 흐르는 광선을 외부로 출사하기 위하여 그 표면에 빛의 산란 및 반사를 위한 여러 가지 패턴이 부착되거나 새겨진다.

이러한 기존의 도광판에서 패턴에 의해 산란된 광선은 도 2에 도시한 바와 같이, 일정한 방향성을 갖지 못하고 여러 각도로 난반사되어 외부로 출사된다. 기존의 백라이트 장치에서는 패턴부위에서 산란된 빛을 면 전체에 고르게 확산시키기 위하여 확산시트(5)를 도광판 위에 장착하고, 또한 여러각도로 분산되어 나오는 광선을 면에 수직한 정면방향으로 모아주기 위하여 프리즘시트(6,7)와 보호시트(8)를 도광판 위에 장착함으로써 정면에서 바라보는 면휘도를 향상시킨다.

그러나, 프리즘시트들의 가격이 고가이어서 LCD용 백라이트 장치의 원가를 상승시키는 주 요인이 되어왔고, 도광판 상부표면에 직접 미세 프리즘요철을 형성하여 프리즘시트의 역할을 하기 위한 노력이 경주되어 왔다. 이러한 프리즘도광판용 금형 코어를 제작하려면 코어 전체 표면에 걸쳐 깊이 50㎛ 이하의 프리즘 요철 이 새겨지고 그 가공면이 경면이 되도록 제작되어야 한다.

일반적으로 사출용 금형 코어의 재료로 강(Steel)괴류가 많이 사용하고 있는 바, 기존의 제조공정을 보면 용융 상태의 철을 냉각시키면서 주조, 단조 및 압연 등의 과정을 거치는데, 이러한 과정에서 조직 내부에 기포발생과 결정의 이방성 배열 등으로 금속조직 결정의 균일성이 떨어지게 된다. 따라서, 이러한 재료에 대해 5㎛ 내지 50 ㎛ 정도의 미소 깊이 절삭가공을 할 경우 프리즘요철에서 필요한 평균표면조도(Ra) 10nm 이하의 경면 수준을 얻기 어려우며, 또한 절삭 가공후에도 래핑공정을 진행하기 어려운 점 때문에 기존의 재료 및 공정으로는 경면의 미세 프리즘 요철을 갖는 금형 코어를 제조하기가 곤란하다는 문제점이 있다.

또한, 미소 요철부위의 경면가공에는 연마석을 고속회전시키는 방법이 일반적이나 프리즘 요철부의 꼭지점 모서리부위를 날카롭게 세울 정도로 연마석의 정밀도를 유지하기는 어렵다.

이 때문에 별도의 일체형 프리즘 도광판은 기대되는 많은 장점과 노력에도 불구하고 금형 제조의 어려움 때문에 현재까지 상업적인 규모의 양산이 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 기존의 금형코어를 직접 연마 및 절삭 가공하는 방식보다 노광을 하여 착광에 따른 식각의 깊이를 달리하여 패턴형을 제작한 프리즘과 홀로그램 일체형 패턴을 구비하여 고휘도 도광판을 제작하기 위한 금형을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프리즘 패턴 금형부 및 홀로그램 패턴 금형부로 이루어진 일체형 도광판 제조용 금형 제조방법에 있어서,

상기 프리즘 패턴 금형부는,

실리콘 기판에 포토레지스트층 패턴을 형성하는 단계와;

상기 패턴된 포토레지스트층과 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판을 사각뿔 요철 형상으로 형성하는 단계와;

상기 사각뿔 요철이 형성된 실리콘 기판에 전기도금방법으로 금속층을 형성하는 단계와;

상기 금속층을 분리시키는 단계; 및

상기 분리된 금속층의 일측면과 패턴 타단면를 경면 가공하는 단계;를 포함하여 이루어지고,

상기 홀로그램 패턴 금형부는,

유리기판에 형성된 포토레지스트층을 굴절 간섭광으로 노광시키는 단계와;

홀로그램 패턴의 포토레지스트층을 형성하는 단계와;

상기 홀로그램 패턴의 포토레지스트층에 전기도금방법으로 금속층을 형성하는 단계와;

상기 금속층을 분리시키는 단계; 및

상기 분리된 금속층의 일측면과 패턴 타단면을 경면 가공하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 사각뿔의 이등변 삼각형 내부각(A)은 50∼60˚로 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 57.4˚로 형성한다.

상기 사각뿔 밑면의 정사각형 패턴 길이는 0.5∼50㎛로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 금속층은 0.3mm 내지 1cm 두께로 형성하는 것이 바람직하고, 니켈, 구리, 주석, 크롬중 어느 하나 또는 둘 이상을 합금하여 형성하는 것이 바람직하며, 니켈로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프리즘 패턴 금형부 및 홀로그램 패턴 금형부로 이루어진 일체형 도광판 제조용 금형에 있어서,

사각뿔의 이등변 삼각형 내부각(A)이 50˚ 내지 60˚이며, 상기 사각뿔 저면의 정사각형 패턴 길이가 0.5㎛ 내지 50㎛인 주기성 패턴으로 이루어진 프리즘 패턴 금형부와;

구형파 돌기 형상으로 일정한 간격으로 넓어지며, 폭이 0.1㎛ 내지 20㎛인 비주기성 패턴으로 이루어진 홀로그램 패턴 금형부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 프리즘 패턴 금형부를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 도광판의 상부면에 일정 순에 의하여 다량의 정사 각형 패턴(10)을 형성하며, 정사각형 패턴(10)은 상향 사각뿔 요철(11) 형상으로 하여 출광원을 상향 균일 일직광을 만들게 된다.

이때, 상기 정사각형 패턴(10)의 크기는 0.5㎛ 내지 50㎛ 정도로 형성하는 것이 바람직하고, 상기 사각뿔 요철(11) 이등변 삼각형 내부각(A)은 50˚ 내지 60˚로 형성하는 것이 바람직하며, 최적의 휘도를 위해 57.4˚로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 프리즘 패턴 금형부 제조 공정도이다.

도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 먼저 실리콘 기판(52)에 포토레지스트층(51)을 형성하고, 마스크 패턴(53)을 이용하여 포토레지스트층(51)을 노광시킨 후 식각하여 패턴된 포토레지스트층(54)을 형성한다.

이어서, 도 4d에 도시한 바와 같이 수산화칼륨(KOH) 용액으로 패턴된 포토레지스트층(54)과 실리콘 기판(52)을 식각하여 사각뿔 요철 형상의 실리콘 기판(56)을 형성한다. 이때 사각뿔 밑면의 정사각형 패턴의 길이는 0.5∼50㎛로 형성하는 것이 바람직하고, 사각뿔 이등변 삼각형 내부각(A)은 50˚ 내지 60˚로 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 최적의 휘도를 위해 57.4˚로 형성한다.

이어서, 상기 사각뿔 요철 형상의 실리콘 기판(56)에 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇ Potassium Dichromate, 6g)과 초순수(D.I WATER, 2000ml)를 혼합한 이형제를 분무하여 도포한다.

이어서, 도 4e에 도시한 바와 같이 상기 사각뿔 요철 형상의 실리콘 기판(56) 상부면에 0.3mm 내지 1cm 두께로 전기도금방법으로 금속층(57)을 형성한다. 이때 사각뿔 요철 형상의 실리콘 기판(56)에 전기 도금할 경우 도금층의 두께에 의해 내부 장력으로 인한 실리콘 기판(56)의 파손을 막기 위해 일정 크기의 몰드(미도시)를 부착하여 내부 장력을 분산하여 제작한다.

이어서, 도 4f에 도시한 바와 같이 상기 사각뿔 요철 형상의 실리콘 기판(56)에서 금속층(57)을 분리시킨다. 이때, 사각뿔 요철 형상의 실리콘 기판(56)에 이형제가 분무 도포되어져 있어 손쉽게 분리된다. 또한, 상기 금속층(57)은 니켈, 구리, 주석, 크롬 중 어느 하나 또는 이들 각각을 합금하여 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 니켈로 형성한다.

마지막으로, 4g에 도시한 바와 같이 상기 금속층(57)의 일측면과 패턴 타단면을 사출장치에 적용 가능하게 절삭하거나 경면 가공하여 프리즘 패턴의 금형부(58)를 형성한다. 이때, 상기 금속층(57)은 프리즘을 절삭시 요구되는 평균표면조도(Ra) 10nm 이하를 위해 경면 가공하여 LCD 백라이트 유닛 모델에 따른 절삭 및 표면가공을 수행하여 프리즘 패턴의 금형부(58)를 형성한다.

도 5는 본 발명의 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 홀로그램 패턴 금형부를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 도광판의 하부면은 일측 광원(91)의 타단에서 일정 간격으로 넓어지는 구면파(31) 홀로그램 파면(32)을 형성하게 된다. 이때, 상기 홀로그램 파면(32)는 일측의 광원(91)에서 투과된 빛을 균일한 면광원으로 확산시 키게 된다.

도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 홀로그램 패턴 금형부 제조 공정도이다.

도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이, 먼저 유리기판(72)의 상부면에 포토레지스트층(71)을 형성한 후 굴절 간섭광원으로 노광시킨다. 이때 도 5에 도시한 바와 같이, 구면파(31)의 홀로그램 파면(32) 복제광의 차이에 의해 홀로그램 패턴의 포토레지스트층(74)이 형성되며, 빛의 굴절각을 달리하여 굴절 간섭광을 노광하게 되면 접촉량에 따라 패턴이 형성되게 된다.

이어서, 도 6d 및 도 6e에 도시한 바와 같이 노광된 포토레지스트층(71)을 식각하여 홀로그램 패턴의 포토레지스트층(74)을 형성한 후 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇ Potassium Dichromate, 6g)과 초순수(D.I WATER, 2000ml)를 혼합한 이형제를 분무하여 도포하고, 전기도금방법으로 0.3mm 내지 1cm 두께의 금속층(75)을 형성한다. 이때, 상기 금속층(57)은 니켈, 구리, 주석, 크롬 중 어느 하나 또는 이들 각각을 합금하여 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 니켈로 형성한다.

이어서, 도 6f에 도시한 바와 같이 상기 홀로그램 패턴의 포토레지스트층(74)으로부터 금속층(75)을 분리시킨다. 이때, 홀로그램 패턴의 포토레지스트층(74)에 이형제가 분문 도포되어져 있어 손쉽게 분리된다.

마지막으로, 도 6g에 도시한 바와 같이 상기 금속층(75)의 일측면과 패턴 타단면을 사출장치에 적용 가능하게 절삭하거나 경면 가공하여 홀로그램 패턴의 금형 부(76)를 형성한다. 여기서, 홀로그램 패턴의 금형부(76)는 광원(91)의 타단측 일중심점에서 구형파 돌기 형상이 일정한 간격으로 넓어지며, 폭이 0.1㎛ 내지 20㎛인 비주기성 패턴으로 형성한다.

도 7은 본 발명의 프리즘과 홀로그램 패턴을 갖는 일체형 도광판 제조용 금형의 사출 장치에 적용을 나타낸 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 실린더(81,83)와 지지대(82,84,85)로 이루어진 사출장치 내부에 프리즘 패턴 금형부(58)와 홀로그램 패턴 금형부(76)를 실장하되 패턴을 마주보게 장착하여 그 사이에 PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate)나 PC(polycarbonate) 또는 레진 수지를 장입시켜 실린더(81,83)를 상하로 이동시킴과 동시에 상기 프리즘 패턴 금형부(58)가 하강하며 상기 홀로그램 패턴 금형부(76)가 상승하여 가압함으로써 도광판을 형성하게 된다.

본 발명에 따르면, 백라이트 유닛에서 균일한 면광원을 공급하기 위한 도광판의 양측면에 프리즘 패턴과 홀로그램 패턴을 전기도금에 의해 금형을 제작하고 이를 경면처리에 의한 가공을 용이하게 할 수 있다. 이와 같이 만들어진 금형을 이용하여 도광판 사출성형공정이나 프레스 공정 등에 적용하게 되면 일률적이고 안정된 패턴을 제작할 수 있다. 또한, 이렇게 제조되는 금형으로 도광판을 제조할 경우 도광판의 측면에서 투과되는 광 휘도를 크게 향상시키며, 도광판 상면의 출광원도 균일하게 상향 일직선으로 방출하여 균일한 고휘도를 얻을 수 있다. 또한, 상기 도광판에 의한 휘도 상승효과로 인하여, 휘도향상을 위한 추가적인 장치를 줄일 수 있어 원가절감효과가 기대된다.

Claims

프리즘 패턴 금형부 및 홀로그램 패턴 금형부로 이루어진 일체형 도광판 제조용 금형 제조방법에 있어서,

상기 프리즘 패턴 금형부는,

실리콘 기판에 포토레지스트층 패턴을 형성하는 단계와;

상기 패턴된 포토레지스트층과 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판을 사각뿔 요철 형상으로 형성하는 단계와;

상기 사각뿔 요철이 형성된 실리콘 기판에 전기도금방법으로 금속층을 형성하는 단계와;

상기 금속층을 분리시키는 단계; 및

상기 분리된 금속층의 일측면과 패턴 타단면를 경면 가공하는 단계;를 포함하여 이루어지고,

상기 홀로그램 패턴 금형부는,

유리기판에 형성된 포토레지스트층을 굴절 간섭광으로 노광시키는 단계와;

홀로그램 패턴의 포토레지스트층을 형성하는 단계와;

상기 홀로그램 패턴의 포토레지스트층에 전기도금방법으로 금속층을 형성하는 단계와;

상기 금속층을 분리시키는 단계; 및

상기 분리된 금속층의 일측면과 패턴 타단면을 경면 가공하는 단계;를 포함 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판 제조용 금형 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 금속층을 형성하는 단계 이전에, 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇ Potassium Dichromate)과 초순수(D.I WATER)를 혼합한 이형제를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조용 금형 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 사각뿔의 이등변 삼각형 내부각(A)은 50∼60˚로 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조용 금형 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 사각뿔 밑면의 정사각형 패턴 길이는 0.5∼50㎛로 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조용 금형 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 금속층은 0.3mm 내지 1cm 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조용 금형 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 금속층은 니켈, 구리, 주석, 크롬 중 어느 하나 또는 이들 각각의 합금으로 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조용 금형 제조방법.
프리즘 패턴 금형부 및 홀로그램 패턴 금형부로 이루어진 일체형 도광판 제조용 금형에 있어서,

사각뿔의 이등변 삼각형 내부각(A)이 50˚ 내지 60˚이며, 상기 사각뿔 밑면의 정사각형 패턴 길이가 0.5㎛ 내지 50㎛인 주기성 패턴으로 이루어진 프리즘 패턴 금형부와;

구형파 돌기 형상으로 일정한 간격으로 넓어지며, 폭이 0.1㎛ 내지 20㎛인 비주기성 패턴으로 이루어진 홀로그램 패턴 금형부;를 포함하는 도광판 제조용 금형.