KR100881603B1 - 패턴성형용 마스터 롤 - Google Patents

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주황영
손승식
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주식회사 코아옵틱스
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Abstract

본 발명은 패턴성형용 마스터 롤 및 광학 필름에 관한 것으로써, 특히, 마스터 롤 외주면에 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 성형돌기가 형성되며, 상기 성형돌기에는 축경부가 형성되어, 마스터 롤에 의해 광학필름에 패턴을 성형하게 되면, 광학필름을 사용할 때에 휘도가 향상되고 직광을 효과적으로 모을 수 있는 패턴성형용 마스터 롤 및 광학필름에 관한 것이다.
패턴, 광학, 필름, 마스터, 롤

Description

패턴성형용 마스터 롤{Master roll for making pattern}
본 발명은 패턴성형용 마스터 롤 및 광학 필름에 관한 것으로써, 특히, 외주면에 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 성형돌기가 형성되며, 상기 성형돌기에는 축경부가 형성되어 패턴성형용 마스터 롤 및 광학 필름에 관한 것이다.
종래의 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를위한 성형몰드는 한국등록특허 제10-0605386호에 제시되어 있다.
현재 디스플레이용 광학부재로 널리 사용되고 있는 대표적인 것으로는, LCD (Liquid Crystal Display)에 사용되는 것으로 광 확산을 위한 확산판과 확산된 빛을 집광하여 직진성을 향상시키는 프리즘 필름(Prism Film) 등이 있으며, 산업용으로는 홀로그램이나 재귀반사(Cube corner) 필름 등이 있다. 이러한 필름들은 초기에 단품으로 생산되었으나 최근에는 미세가공 기술의 발전에 따라 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 대량생산되어 시장경쟁력을 한층 높여가고 있다.
이러한 대량생산을 가능케 하는 종래의 광학부재 가공방식은 크게, (1) 기계적으로 가공한 패턴 마스터를 직접 몰드로 사용하는 직접 가공방식과, (2) 패턴 마스터를 모재(Mother)로 하여 전해도금한 금속피막을 몰드로 사용하는 스탬 퍼(Stamper) 가공방식으로 분류할 수 있다.
먼저, 패턴 마스터를 이용한 직접 가공방식의 경우 원통형의 금속표면에 패턴형상을 기계적으로 가공하고, 이렇게 패턴가공된 몰드를 제조장치에 직접 장착한 후, 기재와 몰드 사이에 성형성이 용이한 재료를 주입하고 이를 경화시켜서 몰드 표면의 형상을 기재상에 연속적으로 이송/도포하는 방식이다.
또한, 스탬퍼 가공방식은 스탬퍼를 원통형의 금속 지지체 표면에 밀착 고정시킨 후, 기재와 스탬퍼 몰드 사이에 성형성이 용이한 재료를 주입 및 경화시킴으로써 스탬퍼 몰드의 형상을 기재상에 연속적으로 이송/도포하는 방식이다.
이때, 도포재료를 경화하는 방식으로는 전사성을 높이기 위해 몰드에 직접적으로 열을 가하여 사용하는 경우가 일반적이며, 때로는 UV 자외선에 반응하여 경화하는 재료를 사용하기도 하였다.
필름형태의 기재를 사용하는 광학부재의 제조에 사용되는 종래의 제조장치의 구성은 도 1 에 도시되어 있다. 도 1 에 도시된 종래의 광학부재 제조장치는, 필름형태의 기재(베이스 필름, 10)이 감겨져 제 1 롤(20)과 패턴이 성형된 광학부재 (12)가 감기는 제 2 롤(50)이 양측에 구비되어 베이스 필름(10)을 지지 구동시키고, 제 1 롤과 제 2 롤 사이에는 베이스 필름을 이송시키는 가이드 롤(30a 내지 30d)과 베이스 필름에 패턴을 성형하기 위한 패턴 롤(40)이 구비된다. 또한, 베이스 필름(10)이 패턴 롤(40)에 인입되는 지점에는 패턴성형을 위한 코팅액(62)을 공급하는 코팅액 주입수단(60)이 구비되고, 패턴롤의 주변으로는 베이스 필름에 도포된 코팅액을 경화시키기 위한 경화수단(70)이 구비된다.
베이스 필름(10)은 제 1 롤(20)에서 풀리면서 가이드 롤(30a 내지 30d)을 따라 이송되어 패턴 롤(40)과 접촉하게 된다. 이때, 베이스 필름이 패턴 롤에 인입되는 지점으로는 코팅액 주입수단(60)으로부터 코팅액(60)이 주입되고, 주입된 코팅액은 패턴 롤(40)에 의해 패턴모양으로 베이스 필름(10)에 도포되게 되며, 베이스 필름에 도포된 코팅액은 패턴 롤의 주변에 설치된 경화수단(70)으로부터 발산되는 열 또는 UV에 의해 경화된다. 따라서, 베이스 필름은 패턴 롤을 거치면서 패턴성형된 코팅액이 도포되게 된다.
이때, 베이스 필름(10)을 패턴 롤(40)에 인입시키는 가이드 롤 30b는 베이스 필름에 성형되는 패턴의 갭을 조절하는 역할을 한다. 즉, 가이드 롤 30b를 패턴 롤에 밀착시키면 베이스 필름이 패턴 롤에 밀착하게 되므로 성형되는 패턴의 두께가 얇아지고, 반대로 가이드 롤 30b 을 패턴 롤과 거리를 두면 베이스 필름과 패턴 롤 사이의 간격이 넓어져 코팅액이 많이 유입되므로 패턴의 두께가 두꺼워진다.
패턴 롤(40)을 거치면서 패턴이 성형된 베이스 필름(광학부재, 12)는 가이드 롤 30c에 의해 이끌려 패턴 롤과 분리된 후 이송되어 제 2 롤(50)에 감기게 된다.
도 2 는 도 1 에 도시한 종래의 광학부재 제조장치의 성형몰드, 즉 패턴 롤의 단면도로서, 도 2a 는 패턴마스터를 이용한 직접 가공방식에 의한 패턴 롤의 단면도이고, 도 2b 는 스탬퍼 가공방식에 의한 패턴 롤의 단면도이다.
먼저, 직접 가공방식은, 도 2a 에 도시한 바와 같이, 패턴(42)이 형성된 마스터 롤을 직접 장치에 부착하여 기재와 마스터롤의 표면 사이에 형성되는 공간에 도포재료를 채우고 열 또는 자외선을 조사하여 도포재료를 경화시킨 후, 기재와 마 스터롤을 분리시켜서 마스터 롤 표면의 패턴 형상을 기재 표면에 성형 도포한다.
그러나, 이러한 종래의 마스터롤을 통해 형성된 패턴(42)은 간격과 깊이가 일정해서 광학용으로 사용시 2장을 90도로 겹쳐서 사용하게 되는데, 이 때 일정 간격의 선들이 모아레 현상을 만들어 디스플레이 품질이 떨어지게 되며, 휘도도 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 마스터 롤에 의해 광학필름에 패턴을 성형하게 되면, 광학필름을 사용할 때에 휘도가 향상되고 직광을 효과적으로 모을 수 있는 패턴성형용 마스터 롤 및 광학 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패턴성형용 마스터 롤은,외주면에 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 성형돌기가 형성되며, 상기 성형돌기에는 축경부가 형성된다.
상기 성형돌기는 여러 개 형성되며, 상기 성형돌기는 두개의 상기 성형돌기 사이에 성형홈을 형성함으로써 형성되며, 상기 성형홈은 제1바이트를 통해 1차로 가공하여 예비성형홈을 형성한 후에, 상기 예비성형홈에 제2바이트를 삽입하여 2차로 추가 가공하여 형성될 수 있다.
상기 예비성형홈은 단면형상이 원호형상 또는 상기 예비성형홈은 단면형상이 4각 이상의 다각형일 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 필름은 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 패턴돌기가 형성되며, 상기 패턴돌기에는 확경부가 형성된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 패턴성형용 마스터 롤에 따르면, 다음 과 같은 효과가 있다.
마스터 롤 외주면에 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 성형돌기가 형성되며, 상기 성형돌기에는 축경부가 형성되어, 마스터 롤에 의해 광학필름에 패턴을 성형하게 되면, 광학필름을 사용할 때에 휘도가 향상되고 직광을 효과적으로 모을 수 있다.
상기 성형돌기는 여러 개 형성되며, 상기 성형돌기는 두개의 상기 성형돌기 사이에 성형홈을 형성함으로써 형성되며, 상기 성형홈은 제1바이트를 통해 1차로 가공하여 예비성형홈을 형성한 후에, 상기 예비성형홈에 제2바이트를 삽입하여 2차로 추가 가공하여 형성되어, 바이트를 교체하지 않아도 다양한 각도를 갖는 여러 개의 성형홈을 연속적이고 신속하게 가공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공방법 플로우 차트이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공장치 사시도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공장치 간략도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공 상세도이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마스터 롤 가공방법은, 제1바이트(231)를 통해 마스터 롤(300)에 예비성형홈(310')을 가공하는 1차가공단계(S1)와, 제2바이트(232)를 회전 또는 이동시켜서 상기 마스터 롤(300)과 상기 제2바이트(232)의 상대 위치를 조절하는 조절단계(S3)와, 상기 예비성형홈(310')에 상기 제2바이트(232)를 삽입하여 추가로 가공하여 성형홈(310)을 형성하는 2차가공단계(S5)를 포함한다.
1차가공단계(S1)에서는 제1바이트(231)를 통해 마스터 롤(300)에 예비성형홈(310')을 가공한다. 이와 같은 1차가공단계(S1)를 통해 성형홈(310)의 상부 측면인 제1측면(331)이 형성된다. 이러한 예비성형홈(310')의 단면형상은 도 6, 7에 도시된 바와 같이 원호형상으로 형성되거나, 4각 이상의 다각형(사각형, 오각형 등)으로 형성된다. 상세하게는, 예비성형홈(310')이 원호형상일 때에는 반타원형으로 형성되며, 4각 이상의 다각형일 때에는 사디리꼴 형상으로 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마스터 롤 가공 방법에서 마스터 롤(300)은 작업대(100) 위에 놓여지며, 작업대(100)에 고정되는 고정지그부(110)와 작업대(100)에 대해 좌우방향(x)으로 이동가능하게 설치되는 이송지그부(120)를 통해 양측이 고정되고, 작업대(100)에 대해 수평한 축을 중심으로 마스터 롤(300)이 회전된다. 또한, 마스터 롤(300)을 가공하는 가공장치(200)는 작업대(100) 위에 작업대(100)에 대해 좌우방향(x)으로 이동가능하게 설치되는 제1이송대(210)와, 제1이송대(210) 위에 작업대(100)에 대해 전후방향(y)으로 이동가능하게 설치되는 제2이송대(220)와, 제2이송대(220) 위에 작업대(100)에 대해 수직한 축(A)을 중심으로 회전가능하게 설치되는 제3이송대(230)를 포함하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3이송대(230) 후방 양측에는 제1바이트(231)와 제2바이트(232)가 서로 이격되게 배치되어 설치된다. 또한, 가공장치(200)에는 가공장치(200)를 전후 왕복운동시키는 미소이송 공구대(Fast Tool Servo:FTS)가 적용될 수 있으며, 이와 같은 미소이송 공구대가 구비되면 깊이가 다른 성형홈(310)을 효과적으로 성형할 수 있게 된다. 상기 전후방향(y) 및 상기 좌우방향(x)으로 슬라이딩 되는 면은 벨로우즈(130)에 의해 둘러싸여서 이물질 및 먼지가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 카메라와 같은 검사장치(400, 500)가 마스터 롤(300)의 측부 또는 마스터 롤(300)의 상부에 배치되어 가공이 정확하게 이루어지고 있는지 확인할 수 있다. 이러한, 가공장치(200)를 전후 및 좌우방향(x,y)으로 이송시키고 수직한 축(A)을 중심으로 회전시키는 액추에이터(모터 또는 실린더 등)와 가이드 및 베어링은 선반장치에서 널리 쓰이는 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 가공되는 마스터 롤(300)은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 광학필름에 패턴을 성형하는 원통형상의 마스터 롤(300)이다. 마스터 롤(300)을 이용해서 광학필름에 패턴을 성형하는 것은 전술한 종래기술에 기재되어 있다. 또한, 마스터 롤(300) 외주면은 구리로 도금되어, 구리층이 형성될 수 있으며, 상기 구리층은 산화방지를 위한 도금층이 코팅되어, 마스터 롤(300)의 수명을 높일 수 있다.
조절단계(S3)는 제2바이트(232)를 회전 또는 시켜서 상기 마스터 롤(300)과 상기 제2바이트(232)의 상대 위치를 조절한다. 상세하게는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2이송대(220)가 전방으로 이송된 후, 작업대(100)에 대해 수직한 축(A)을 중심으로 제3이송대(230)가 회전되어, 제1바이트(231) 및 제2바이트(232)가 동시에 회전된다. 이와 같이, 제2바이트(232)가 회전함에 따라 다양한 각도로 성형홈(310)을 형성할 수 있다.
이어서, 제2이송대(220)를 후방으로 이송함으로써, 상기 예비성형홈(310')에 상기 제2바이트(232)를 삽입하여 추가로 가공하여 성형홈(310)을 형성하는 2차가공단계(S5)가 이어진다. 또한, 제2바이트(232)의 삽입 정도를 조절하여 성형홈(310)의 깊이를 조절할 수 있게 된다. 이와 같은 2차가공단계(S5)를 통해 성형홈(310)의 하부 측면인 제2측면(312)이 형성된다. 성형홈(310)에서 2차가공단계(S5)를 통해 형성된 부분은 1차가공단계(S1)에서 형성된 부분보다 단면적이 작도록 형성된다. 또한, 성형홈(310)에서 2차가공단계(S5)를 통해 형성된 부분의 단면형상은 삼각형상으로 형성된다.
이와 같은 마스터 롤(300)에 형성되는 성형홈(310)의 개수만큼 1차가공단계(S1), 조절단계(S3), 2차가공단계(S5)는 순환 반복된다.
이로써, 본원발명의 마스터 롤 가공방법은 바이트를 교체하지 않아도 다양한 각도를 갖는 여러 개의 성형홈(310)을 연속적이고, 신속하게 가공할 수 있다.
이하, 전술한 방법을 통해 만들어진 마스터 롤(300)을 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 방법을 통해 만들어진 원통형의 마스터 롤(300)은 외주면에 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 성형돌기(320)가 형성되며, 상기 성형돌기(320)에는 상부에 축경부(321)가 형성된다. 축경부(321)는 성형돌기(320)의 단면적이 급격하게 감소되는 부분을 의미한다. 따라서, 성형돌 기(320)의 양측에는 돌출부(322)가 형성되어, 양 측면이 밋밋하지 않고 굴곡지게 형성된다.
성형돌기(320)는 마스터 롤(300)의 외주면에 원주방향을 따라 형성되며, 여러 개 형성되어 마스터 롤(300)의 길이방향을 따라 배열된다.
성형돌기(320) 상부의 양 측면인 제1측면(311)은 원호형상으로 굴곡지게 형성되거나 일정한 각도로 꺽여진 경사면으로 형성된다. 성형돌기(320) 하부의 양 측면인 제2측면(312)은 경사지게 형성된다. 따라서, 성형돌기(320)의 양 측면은 상부와 하부가 연속되게 형성되지 않고 굴곡지게 형성된다.
성형돌기(320)는 두개의 성형돌기(320) 사이에 성형홈(310)을 형성함으로써 형성되며, 성형홈(310)은 제1바이트(231)를 통해 1차로 가공하여 예비성형홈(310')을 형성한 후에, 예비성형홈(310')에 제2바이트(232)를 삽입하여 2차로 추가 가공하여 형성된다.
도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 예비성형홈(310')은 단면형상이 원호형상 또는 4각 이상의 다각형일 수 있다.
한편, 성형돌기(320)의 양 측면이 이루는 각도는 각 성형돌기(320) 마다 다르도록 형성될 수 있으며, 각 성형돌기(320) 마다 높이(T)도 다르게 형성될 수 있다. 높이(T)는 마스터 롤(300)의 중심으로부터 성형돌기(320)의 수직 높이를 의미한다. 나아가, 두개의 성형돌기(320) 사이의 폭(P)도 서로 다르게 형성될 수 있다. 폭(P)은 두개의 성형돌기(320)에서 마주보는 측면 사이 거리 중에서 가장 먼 거리를 의미한다.
이와 같은 마스터 롤(300)을 통해 광학 필름(600)에 패턴을 성형하게 되면, 광학 필름(600)을 사용할 때에 휘도가 향상된다.
전술한 마스터 롤(300)을 통해 패턴이 성형되는 광학 필름(600)은 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 패턴돌기(610)가 형성되며, 상기 패턴돌기(610)에는 확경부(611)가 형성된다. 확경부(611)는 패턴돌기(610)의 하부에 형성되며, 패턴돌기(610)의 단면적이 급격하게 감소되는 부분을 의미한다. 따라서, 패턴돌기(610)의 양측에는 홈(612)이 형성되어, 양 측면이 밋밋하지 않고 굴곡지게 형성된다.
패턴돌기(610)는 전술한 성형홈(310)의 형상에 대응되도록 형성된다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 패턴성형용 마스터 롤은, 특히, 디스플레이용 광학필름에 패턴을 성형하는 마스터 롤에 적합하다.
도 1 은 종래의 광학부재 제조장치의 구성도.
도 2 는 종래의 광학부재 제조장치의 성형몰드의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공방법 플로우 차트.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공장치 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공장치 간략도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 가공 상세도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤 단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴성형용 마스터 롤을 통해 성형된 광학 필름 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스터 롤 가공 상세도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 작업대 110 : 고정지그부
120 : 이송지그부 130 : 벨로우즈
200 : 가공장치 210 : 제1이송대
220 : 제2이송대 230 : 제3이송대
231 : 제1바이트 232 : 제2바이트
300 : 마스터 롤 310 : 성형홈
311 : 제1측면 312 : 제2측면
320 : 제1성형돌기 400, 500 : 검사장치

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 외주면에 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 성형돌기가 형성되며, 상기 성형돌기에는 축경부가 형성되고,
    상기 성형돌기는 여러 개 형성되며,
    상기 성형돌기는 두개의 상기 성형돌기 사이에 성형홈을 형성함으로써 형성되며,
    상기 성형홈은 제1바이트를 통해 1차로 가공하여 예비성형홈을 형성한 후에, 상기 예비성형홈에 제2바이트를 삽입하여 2차로 추가 가공하여 형성되는 패턴성형용 마스터 롤.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 예비성형홈은 단면형상이 원호형상인 패턴성형용 마스터 롤.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 예비성형홈은 단면형상이 4각 이상의 다각형인 패턴성형용 마스터 롤.
  5. 외측으로 향할수록 단면적이 작아지는 패턴돌기가 형성되며, 상기 패턴돌기 에는 확경부가 형성되는 광학 필름.
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