KR100964128B1 - 박형 도광판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박형 도광판의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 투명기판에 UV 레진을 인쇄 마스크를 이용한 스크린 인쇄기법으로 도포하는 단계; 투명기판 상부에 패턴이 형성된 UV 몰드를 세팅한 후, 롤 프레싱(roll-pressing)하는 단계; 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 단계; UV 몰드를 상기의 투명기판에서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 도광판 제조방법을 제공한다. 본 발명은 UV 레진 도핑단계의 오버플로우(Over-flow) 문제를 해결하고, UV 레진 경화 단계에서의 기포 및 딤플 발생의 불량문제를 현저히 개선하여, 향상된 출사 균일도를 확보한 고휘도의 박형 도광판을 제조하는 효과를 가진다.

박형, 도광판, 스크린 인쇄, 롤 프레싱(roll pressing), UV 레진

Description

박형 도광판의 제조 방법{Manufacturing method for Lihgt guide plate of Pellicle type}

본 발명은 평판형 표시장치의 백라이트 유닛의 구성요소인 도광판의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는 자외선에 경화되는 성질을 가진 UV 레진을 이용함으로써, 도광판에 직접 반사패턴을 형성하여 제조되는 박형 도광판의 제조 분야의 발명이다.

액정표시장치 등 평판형 표시장치는 현재 국내외 디스플레이 시장에서 가장 점유율이 높은 장치로, 박형의 벽걸이 텔레비전, 노트북 컴퓨터의 모니터, 데스크탑 컴퓨터의 모니터, PDA, 휴대폰, 게임기에 이르기까지 다양한 장치에 적용되고 있다. 이때, 상기 액정표시장치의 경우, 액정은 외부의 전기, 전자 신호에 의해 특정한 형태로 배열되어 디스플레이되는 화상을 형성하지만, 자체적인 발광기능이 없기 때문에 화상을 사용자의 육안으로 관찰하기 위해서는 후방에서 발광되는 면 발광수단인 백라이트 유닛이 요구된다.

백라이트는 액정표시장치 등에 적용되어 면광원을 형성하는 조명이다. 이와 같은 조명을 구현하기 위해 빛을 공급하고 확산하여 면광원을 형성하는 어셈블리 형태를 백라이트 유닛이라 한다.

상기와 같은 백라이트 유닛은 면 발광되기 위해 대체로 사각의 플레이트 형태로 형성된 도광판과, 도광판의 어느 일측 또는 여러 측에서 빛을 공급하는 광원으로 구성된다. 여기서, 상기 도광판은 적어도 어느 일 측면에서 공급되는 빛을 수광하여 전체 면으로 확산시킨 후 면발광 되기 위해 일면은 수광된 빛을 출사하는 출사면으로 형성되고, 출사면의 이면에는 수광된 빛 중 출사면과 상이한 방향으로 출사되는 빛을 반사시켜 출사면으로 진행시키는 반사면이 형성된다. 이 출사면이나 반사면에는 도트 패턴 등의 패턴이 형성되어 빛을 굴절시키거나 확산시켜 고른 휘도를 확보하는 등의 역할을 한다.

상기와 같은 패턴이 형성된 도광판은, 사출성형 방식이나, 열압착 패턴 전사방식 등에 의해 제조된다. 상기와 같이 패턴이 형성된 도광판을 사출성형 방식으로 제조하기 위해서는, 복잡한 사출성형 장치, 예를 들면 열가소성 수지를 액화시키는 가열기와 가압 플런저 및 사출금형 등이 요구되고, 상기 도광판을 사출 성형하는 과정에서 재료의 손실이 크며, 다수의 공정(가열, 가압, 주입, 냉각 등)이 수반되어 생산성이 낮는 문제점이 있었다.

그리고, 열압착 패턴전사 방식으로 종래의 도광판을 제조하는 방식 역시, 열압착을 위한 고가의 복잡한 장비가 필요하고 도광판의 제조에도 많은 공정이 수반되어 생산성이 낮은 문제점이 있었다.

더 나아가, 현재 시장의 요구와 같이 LCD나 핸드폰이 슬림화되는 추세에 있어서, 박형의 도광판 제조가 요구되는데, 금형 제조 기술상 한계가 있으며, 가능하다고 하더라도 고비용이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서 최근 박형 도광판 제조에 있어서 사출 또는 열압착에 대한 대안으로 UV레진을 이용한 패턴이 형성된 도광판의 제조가 모색되고 있다. 이것은 자외선 경화수지 즉 UV레진을 도광판에 도핑한 후 UV 몰드를 이용해 스템프의 형식으로 가압하여 패턴을 형성하고 이것에 자외선을 조사하여 경화시켜서 도광판을 제조하는 방법이다. 대한민국출원 10-1999-0024376에서 도광판 제작 분야에서 자외선 경화수지를 이용한 방법이 제안된 이래, 10-2003-0070116, 10-2004-0086708 등의 출원에서 이 자외선 경화 수지를 이용한 패턴형성 방법이 제시되었고, 10-2006-0070323 출원에서는 보다 박형의 도광판의 제조 방법에 대해 제시하고 있다.

그러나 상기의 출원에서 제안된 기술들은 박형 도광판 제조의 상용화에 있어 문제점을 안고 있다. 첫째가 UV 레진의 오버플로우(Over-flow) 문제이다. 박형(도광판의 두께가 약 1mm 이하의 두께) 도광판의 실현을 위해서는 UV레진도 얇은 두께로 도포가 이루어져야 하며 그러기 위해서는 점도가 낮은 UV레진을 이용해야만 한다. 그렇기 때문에 일반적인 도핑방법인 라미네이팅, 스핀 코팅, 롤 코팅, 스퍼터링을 방법을 이용하게 되면 기판 전면에 UV 레진이 균일하게 도포되지 않고 오버플로우(Over-flow)의 문제가 발생하여, 균일한 박막의 UV레진 도포를 불가능하게 하는 것이다.

두번째 문제는 UV 몰드를 이용해 스템프의 형식으로 가압하여 패턴을 형성 하고 자외선을 조사하는 단계에서의 문제이다. 상기에 종래 기술로 제시된 출원은 모두 패턴이 형성된 스템프를 UV 레진의 전면에 걸쳐 위치시키고 UV 레진이 도핑된 도광판을 가압함과 동시에 그 배면에서 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 방식을 취하고 있다. 이 경우 UV 레진의 자외선 경화과정에서 기포 발생과 딤플 현상이 일어나게 되어 도광판의 치명적인 불량원인이 되는 것이다.

본 발명은 상기에 제시된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.

본 발명은 고휘도의 박형 도광판 제조의 상용화를 위한 것으로, 점도가 낮은 UV레진을 이용한 박형 도광판을 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 점도가 낮은 UV 레진을 기판에 도핑하는 공정에서 오버플로우(Over-flow)의 문제를 없애고, 균일한 두께의 UV레진을 도핑하는 것이다.

또 다른 발명의 목적은 UV 몰드를 이용해 스템프의 형식으로 가압하여 패턴을 형성하고 자외선을 조사하는 단계에서 기포 및 딤플 현상의 발생을 제거하여 공정의 불량문제를 개선하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서,

본 발명은 인쇄 마스크를 이용한 스크린 인쇄기법으로 투명기판에 UV 레진을 도포하는 단계; 투명기판 상부에 패턴이 형성된 UV 몰드를 세팅한 후, 롤 프레싱(roll-pressing) 하는 단계; 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 단계; UV 몰드를 상기의 투명기판에서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 도광판 제조 방법을 제공한다.

상기의 UV 몰드를 세팅한 후 롤 프레싱(roll-pressing) 하는 단계는,

UV 레진이 도포된 투명기판 상면에 UV 몰드를 세팅하고, 일측면부터 타측 방향으로 가압이 진행되도록 롤 프레싱(roll-pressing)하는 방법으로 UV 몰드의 패턴이 UV 레진에 전사되도록 하는 것일 수 있다.

상기의 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 단계는,

롤프래싱(roll-pressing)이 종료되고 UV 몰드가 UV레진과 접촉되어 있는 상태에서 UV 몰드의 상부에 위치된 UV 램프를 이용하여 이루어질 수 있다.

상기의 패턴은 양각 또는 음각의 도트 패턴일 수 있다.

상기의 도트 패턴은 폭이 20um ~ 100um 이고, 깊이가 1um ~ 4.9um이 바람직하다.

상기의 투명기판에 UV 레진을 도포하는 단계 전에 프라이머(primer) 도포단계를 더 포함할 수 있다.

상기의 UV 몰드는 투명 기판을 지지체로 하고, 가요성이 있는 것으로 할 수 있다.

본 발명은 UV 레진의 도핑단계에 인쇄 마스크를 이용한 스크린 인쇄기법을 도입해서 종래의 오버플로우(Over-flow) 문제를 해결한다. 또한 UV 몰드 가압단계에서 롤프레싱 방법을 도입하고 가압 후 별도로 UV 레진을 경화하는 방식을 개발함 으로써 기포 및 딤플 발생의 불량문제를 현저히 개선한다. 이에 따라 본 발명은 도광판 출사면에서의 향상된 출사 균일도를 확보한 고휘도의 박형 도광판을 제조하는 효과를 가진다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 그러나 하기에 실시예는 본 발명의 실시를 위한 서술일 뿐으로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.

도면 1의 1a ~ 1f는 본 발명의 박형 도광판 제조 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이고, 도 4는 본 발명의 박형 도광판 제조 공정의 플로우 차트이다.

본 발명은 인쇄 마스크(30)를 이용한 스크린 인쇄기법으로 투명기판(10)에 UV 레진(20)을 도포하는 단계(S1); 투명기판 상부에 패턴이 형성된 UV 몰드(40)를 세팅한 후(S2), 롤 프레싱(roll-pressing) 하는 단계(S3); 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 단계(S4); UV 몰드를 상기의 투명기판에서 분리하는 단계(S5)를 포함하는 것을특징으로 하는 박형 도광판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

다음에서는 도면 1의 본 발명의 박형 도광판 제조 공정의 개략적인 공정도를 이용하여 상기의 제조방법을 상세히 설명한다.

우선 도 1a와 같이 도광판의 기본 기판인 투명기판(10)이 준비된다. 투명기판은 통상적으로 도광판 제조에 이용되는 빛의 투과율이 높은 폴리메틸메타크릴레 이트(Polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 투명성 폴리올레핀계 수지, 투명성 아크릴로니트릴 부타디엔 스틸렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer; ABS) 등의 스틸렌계 수지 등으로 제작될 수 있다. 바람직하게는 아크릴 중 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate; PMMA)를 사용할 수 있다. 그 두께는 0.01 ~ 3mm로 할 수 있고, 바람직하게는 0.2 ~ 1.0mm로 할 수 있다.

준비된 투명기판 상면에 인쇄 마스크를 이용한 스크린 인쇄기법을 이용하여 UV 레진을 도포한다.(1b) 이 공정은 본 발명의 특징적인 부분으로 종래 기술의 문제점인 오버플로우(Over-flow)의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다. 본 발명은 박막의 도광판의 제조를 실현하기 위한 것으로, 투명기판 위에 도핑되는 UV 레진도 박형으로 도포 되어야 한다. 이를 위해 본 발명에서는 1 ~ 4000 cP (25℃)범위의 낮은 점도를 갖는 UV 레진을 이용한다. 이때 일반적인 도핑방법인 라미네이팅, 스핀 코팅, 롤 코팅, 스퍼터링을 방법을 이용하면 기판 전면에 UV 레진이 균일하게 도포되지 않고 오버플로우(Over-flow)의 문제가 발생하여, 균일한 박막의 UV 레진 도포가 불가능하게 되는 문제가 발생하는 것이다. 그러나 인쇄 마스크를 이용한 스크린 인쇄기법을 이용하면 이 문제를 해결할 수 있다.

투명기판 상면에 점도가 낮은 UV 레진(액상에 가까운 점도임)을 떨어뜨리고, 투명기판 상부에 인쇄 마스크(30)를 배치해서 스퀴지를 이동시켜 UV 레진을 투명기판상에 고르게 도핑한다. 이때 도포되는 UV 레진의 두께는 박형의 도광판의 실현을 위해 5um ~ 50 um의 범위로 하는 것이 바람직하다. 점도가 1 ~ 4000 cP 인 UV 레진을 5um ~ 50 um의 범위로 도포하기 위해서 바람직한 스크린 인쇄의 조건은 다음과 같다. 인쇄 마스크의 스크린 메쉬는 100 ~ 500 mesh 범위(더욱 바람직하게는 330~480 mesh), 스퀴지의 이동 속도는 10 ~ 1000mm/sec, 스퀴지의 가압 압력은 0.5 Kg/cm² ~ 10 Kg/cm², 스퀴지의 각도는 40도 ~ 80도의 조건을 취한다.

상기의 투명기판의 준비 단계와 UV 레진의 도핑단계의 사이에 프라이머(primer) 도핑 공정이 부과될 수 있다. 그러나 이 공정은 필요에 따라서 생략해도 무방하다. 프라이머(primer)의 도포 이유는 투명기판(10)과 UV 몰드(20) 사이에 접착력, 밀착력을 증대시키기 위한 것이다. 이러한 프라이머는 아크릴 프라이머가 이용될 수 있으며, 이것은 그라비아 인쇄기로 인쇄되어 도핑될 수 있고 IR 건조기에 의해 건조된다.

상기의 UV 레진은 자외선에 의해 경화되는 성질을 가지는 수지를 말한다. 본 발명에서의 UV 레진의 구성은 올리고머(oligomer) 40~45 중량%, 모노머(monomer) 40~45 중량%, UV 수지 경화를 촉진시키기 위한 광개시제(photoinitiator) 5~10 중량% 및 솔벤트(solvent) 10~15 중량%를 포함한다. 이때 올리고머는 UV 레진에 유연성을 부여하기 위하여 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate)가 사용될 수 있다. 솔벤트(solvent) 10~15 중량%의 추가는 박형 도광판의 실현을 위해 낮은 점도의 UV 레진을 만들기 위한 것이다. 이때 솔벤트(solvent)는 케톤(Ketone) 또는 이와 유사한 성질의 솔벤트를 사용할 수 있다.

상기의 UV 몰드(40)는 도광판의 도트 패턴 등의 미세패턴을 형성하기 위한 스템프의 역할을 하는 것으로, 상기의 UV 레진과 같은 구성으로 제조된다. 미세패턴은 도트 패턴이 일반적이고, 양각 또는 음각으로 형성할 수 있다. (도 3a, 도 3b) 상기의 도트 패턴은 폭이 20um ~ 100um 이고, 깊이가 100nm ~ 4.9um 인 것이 람직하다. 제조방법을 간단히 살펴보면, 형상의 기본적인 틀이 되는 마스터(master)에 UV 레진을 코팅하고 지지체를 접촉시킨다. 이때 지지체도 상기의 투명기판의 소재를 이용할 수 있는데, 경제적인 측면에서 PC(polycarbonate)가 바람직하다. 지지체를 접촉시키고, 그 후 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키고, 경화된 UV 레진을 마스터(master)로부터 분리하여 완성한다. 이 UV 몰드는 PC 등의 지지체와 유연성이 있는 UV 레진으로 구성되므로, 가요성(탄성)이 있으며, 따라서 소프트 몰드(soft mold)라고도 지칭된다. 이 탄성을 가진 UV 몰드는 UV 레진 가압시 일측면으로부터의 타측면으로의 순차 가압을 가능하게 하고, 탄성력으로 반복 사용을 가능하게 한다.

상기의 투명기판 상부에 UV 몰드를 세팅한 후(S2) 롤 프래싱(roll-pressing)하는 단계(S3)는, UV 레진이 도포된 투명기판 상면에 UV 몰드를 세팅하고, 기판의 일측면에 UV 몰드가 접하고 다른 일측면에는 UV 몰드가 접하지 않도록 하여 일측면 부터 타측 방향으로 순차적으로 가압이 진행되도록 롤 프레싱(roll-pressing)하는 방법으로 UV 몰드의 패턴이 UV 레진에 전사되도록 하는 것이다.(1d)

상기의 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 단계(S4)는,

롤프래싱(roll-pressing)이 종료되고 UV 몰드가 UV 레진과 접촉되어 있는 상태에서 UV 몰드의 상부에 위치된 UV 램프를 이용하여 자외선 광(R)을 조사하여 UV 몰드 패턴이 전사된 UV 레진을 경화시킨다.

상기의 패턴 형성과 자외선 조사 과정은 종래 기술인 도 2의 '패턴이 형성된 스템프를 UV 레진의 전면에 걸쳐 위치시키고 UV 레진이 도핑된 도광판을 가압(P)함과 동시에 그 배면에서 자외선(R)을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 방식'과 대별된다. 이 종래의 UV 레진의 자외선 경화과정은 기포 발생과 딤플 현상을 수반하는데, 본 발명에서는 롤가압을 이용해 순차적으로 UV 몰드와 UV 레진을 접촉시키고, 그 후 경화를 수행하므로 기포나 딤플 현상의 발생을 예방하는 것이다.

UV 경화가 끝나면 투명기판에서 UV 몰드를 분리한다(S5, 도 1f). 상기한 대로, UV 몰드는 가요성이 있으므로, UV 몰드의 분리도 용이하며 분리 과정에서 기판의 손상 등의 불량 발생률도 낮으며, UV 몰드의 재사용도 가능하다.

이렇게 대면적으로 제작된 도광판은 사이징 및 측면 클리닝 작업을 거쳐서 완성된다.

이하, 본 발명의 효과를 입증하는 실험을 제시한다.

[실험 1] UV 레진의 오버플로우(Over-flow) 개선 실험

실험 1은 본 발명의 특징인 UV 레진의 도포시에 오버플로우의 개선에 대한 실험이다. 대조군(비교예1)은 기존의 방법인 UV 레진을 정량 토출하여 단순히 가압하여 펴바르는 방법을 취한다. 결과를 보면, 인쇄 도트 면(제작되는 도광판에 도트 전사면)의 사방으로 평균 150mm의 오버플로우가 발생한다.

반면 본 발명은 인쇄마스크의 스크린매쉬의 사이즈를 위의 표 1과 같이 각각 달리하여 표 1과 같은 실험 조건으로 실험한 결과, 평균적인 오버플로우는 약 2.5mm로 오버플루우를 현전히 저감시켰음을 알 수 있다.

[실험 2] UV 몰드 가압시 기포불량 발생 개선 실험

실험 2는 본 발명의 특징인 UV 몰드의 가압 방법에 따른 기포 불량 발생의 정도를 실험한 것이다. 비교예 1은 도 2와 같이 UV레진이 도포된 아크릴판 위에 UV 몰드를 평평하게 Array하여 대면적이 동시에 대면할 수 있게 세팅 후 가압과 동시에 UV 광 조사하였는데, 도 5에서 보는 것과 같이 기판에 넓은 영역에 걸쳐 육안으로 식별가능한 기포들이 발생하였다.

이에 반해 실시예 1은 가요성이 있는 본 발명의 UV 몰드를 비스듬히 세팅하여 순차적으로 롤 가압하고 난 후 UV광을 조사하며 , 그 결과는 육안으로 식별가능한 기포들이 보이지 않는다. 따라서 기본 제품에 있었던 기포 불량을 현저히 개선했다는 것을 알 수 있다.

도 1의 1a ~ 1f는 본 발명의 박형 도광판 제조 공정을 개략적으로 나타낸 공정도.

도 2는 종래의 UV 레진을 이용한 도광판 제조 방법에서의 가압과 UV 경화 과정을 나타낸 모식도.

도 3은 본 발명의 실시예인 음각과 양각의 도트 패턴이 형성된 도광판의 모식도.

도 4는 본 발명의 박형 도광판 제조 공정의 플로우 차트.

도 5는 종래기술의 UV 몰드 가압, 경화 방식으로 제조된 도광판 확대도.

도 6은 본 발명의 UV 몰드 가압, 경화 방식으로 제조된 도광판 확대도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : 투명기판

20 : UV 레진

30 : 인쇄 마스크

40 : UV 몰드

P : 프레스

R : UV 광(자외선 광)

100 : 본 발명의 양각 패턴의 도광판

200 : 본 발명의 음각 패턴의 도광판

Claims (7)

1. 스퀴지 조건을 0.5~10㎏/㎠의 압력 및 40~80도의 각도로 하고 100~500mesh의 인쇄 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄기법으로 투명기판에 1~4000cP의 점도를 갖는 UV 레진을 5~50um두께로 도포하는 단계;

   상기 UV 레진이 도포된 투명기판 상부에 패턴이 형성된 UV 몰드를 일측면만 접하도록 세팅한 후, 상기 UV 몰드가 접하고 있는 일측면부터 UV 몰드가 접하고 있지 않은 타측면 방향으로 순차적으로 UV 몰드가 접하여지며 가압이 진행되도록 롤 프레싱(roll-pressing) 하는 단계;

   상기 롤 프레싱하는 단계에 의해 상기 UV 몰드가 상기 투명기판에 도포된 UV 레진과 접하여진 상태에서 자외선을 조사하여 상기 UV 레진을 경화시키는 단계; 및

   상기 UV 레진이 경화된 투명기판으로부터 상기 UV 몰드를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 도광판 제조방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기의 자외선을 조사하여 UV 레진을 경화시키는 단계는,

   롤 프래싱(roll-pressing)이 종료되고 UV 몰드가 UV레진과 접촉되어 있는 상태에서 UV 몰드의 상부에 위치된 UV 램프를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박형 도광판 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기의 패턴은 양각 또는 음각의 도트 패턴인 것을 특징으로 하는 박형 도광판 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기의 도트 패턴은 폭이 20um ~ 100um 이고, 깊이가 1um ~ 4.9um인 것을 특징으로 하는 박형 도광판 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기의 인쇄 마스크를 이용한 스크린 인쇄기법으로 투명기판에 UV 레진을 도포하는 단계 전에 프라이머(primer) 도포단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 도광판의 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기의 UV 몰드는 투명 기판을 지지체로 하고, 가요성이 있는 것을 특징으로 하는 박형 도광판의 제조방법.

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