KR100991510B1 - 도광부재의 패턴 가공을 위한 마스터롤 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도광부재에 패턴을 가공하는 데 사용되는 마스터롤 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 니켈의 높은 경도로 인하여 바이트의 마모가 빨리 진행되어 품질의 불균일성을 가져오는 문제점을 해결할 수 있고 부식의 염려가 없는 마스터롤 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른, 도광부재의 패턴 가공을 위한 마스터롤의 제조방법은, 롤 철심을 준비하는 단계, 상기 롤 철심의 표면상에 니켈-인(Ni-P) 도금을 하는 단계를 포함하며, 상기 니켈-인 도금에서 질량기준으로 니켈-인 중에서의 인의 함유량은 14% 이상, 18% 이하인 것을 특징으로 한다.

마스터롤, 인 함유량, 도광부재, 이중 패턴, 바이트 마모

Description

도광부재의 패턴 가공을 위한 마스터롤 및 그 제조방법{Master roll for patterning a light guide member, Process for manufacturing thereof}

본 발명은 도광부재에 패턴을 가공하는 데 사용되는 마스터롤 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 니켈의 높은 경도로 인하여 바이트의 마모가 빨리 진행되어 품질의 불균일성을 가져오는 문제점을 해결할 수 있고 부식의 염려가 없는 마스터롤 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, LCD 모니터, 노트북 LCD, LCD TV, 휴대폰 등의 백라이트 유닛에 사용되고 있는 도광부재(예컨대 확산시트, 프리즘시트, 복합시트, 반사시트, DBEF 등의 시트류와, 도광판, 확산판 등의 판류)에는 휘도를 향상시키기 위하여 마이크로 패턴이 여러 가지 형태로 가공되어 있다.

이러한 마이크로 패턴은 요구되는 광효율의 성능에 따라 다양한 형태를 가지게 된다. 참고로, 도 1에는 이러한 도광부재(시트류 또는 판류)에 가공되어 있는 여러 가지 형태의 마이크로 패턴이 도시되어 있다.

위와 같은 시트류 또는 판류에 원하는 패턴을 효율적으로 전사하기 위하여, 표면에 패턴이 가공되어 있는 마스터롤(master roll)을 이용하여 패턴을 시트류 또 는 판류에 직접 전사하는 하드 롤(hard roll) 방식이 사용되고 있다.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 원주표면에 소정의 패턴이 형성된 마스터롤(100)이 회전가능하게 배치된다. 그리고 기저필름(base film, 200)이 이송롤(500)에 의하여 마스터롤(100)의 표면과 소정의 간격만큼 떨어지게 배치되어 이송된다.

UV경화소재(300)는 이송되는 기저필름(200)에 코팅된 후 회전하는 마스터롤(100)을 통과하게 되고, 이때 마스터롤(100)의 패턴이 기저필름(200)에 코팅된 UV경화소재(300)에 전사된다. 그리고 UV경화소재(300)가 마스터롤(100)의 아래 쪽에 위치하는 자외선 조사장치(400)에 의해 경화되면 마스터롤(100)에 형성된 마이크로 패턴이 UV경화소재(300)에 전사된다.

위와 같이, 기저필름(200) 상에 코팅된 UV경화소재(300)에 소정의 패턴이 전사되고 경화되어 이송되면, 이송롤(700,800)을 사용하여 코팅면 또는 베이스면에 보호필름(600)을 부착하는 과정을 거쳐 프리즘시트 또는 복합시트가 최종적으로 완성된다.

종래에는, 이러한 마스터롤을 생산하기 위하여 다음과 같은 방식이 사용되었다.

먼저, 강철로 이루어진 롤심을 제조하고, 그 원주면 상에 구리층을 소정의 두께만큼 도금한다.

그 다음 황삭가공, 정삭가공을 거친 후, 최종적으로 다이아몬드 바이트(diamond bite)를 사용하여 구리층의 표면상에 원하는 마이크로 패턴을 가공한 다.

그런데 동도금의 경우 경도가 약하고, 재질 특성상 시간이 경과함에 따라 대기 중에서 서서히 산화되어 마스터롤 표면이 부식되는 현상이 발생하고 이는 제품수율과 품질에 커다란 문제를 발생시켰다.

또한, 생산된 마스터롤은 부식으로 인한 경도변화가 약하여 마스터롤의 수명이 짧은 문제점이 있었다. 따라서, 동도금의 산화 방지와 마스터롤의 경도를 높이기 위한 별도의 대책이 요구되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 강철로 이루어진 롤심의 표면에 니켈만을 도금한 후 바이트로 원하는 마이크로 패턴을 가공하는 방식이 있다.

그러나 롤심에 니켈만을 도금한 후 마스터롤을 가공하는 방식은 바이트의 마모가 빨리 진행되어 마스터롤 표면의 마이크로 패턴이 균일하지 못하여 생산된 시트류 또는 판류 등의 도광부재의 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 패턴 가공시 바이트 마모로 인한 바이트 교체가 빈번하여, 이중 프리즘, 마이크로 렌즈 어레이, 삼각뿔, 사각뿔 같은 이중 패턴 가공시에는 바이트 교체 전의 직전 가공 위치를 정확하게 찾는 것이 기술적으로 곤란하여, 종래의 마스터롤 가공에서는 이들 이중 패턴 가공이 현실적으로 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부식의 염려가 없으며, 니켈의 높은 경도로 인하여 바이트의 마모가 빨리 진행되어 품질의 불균일성을 가져오는 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 마스터롤 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른, 도광부재의 패턴 가공을 위한 마스터롤의 제조방법은, 롤 철심을 준비하는 단계, 상기 롤 철심의 표면상에 니켈-인(Ni-P) 도금을 하는 단계를 포함하며, 상기 니켈-인 도금에서 질량기준으로 니켈-인 중에서의 인의 함유량은 14% 이상, 18% 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 마스터롤은 상기와 같은 방법에 의하여 제작된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따르면, 니켈의 높은 경도로 인하여 바이트의 마모가 빨리 진행되어 마스터롤 표면에 가공된 패턴 품질의 불균일성을 가져오는 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있다.

또한, 초정밀 가공에 사용되는 다이아몬드 바이트의 수명이 연장되어 길이 2m 이상의 대형 마스터롤의 가공이 가능하다.

또한, 바이트 수명이 획기적으로 연장되므로, 바이트 3개를 장착할 수 있는 전용 자동 공구 교환기(auto tool changer)를 사용할 경우, 다이아몬드 바이트의 교체 없이 마스터롤에 이중 패턴 가공이 가능해진다.

이하에서는, 본 발명에 따른 마스터롤의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 롤 철심을 준비한다. 여기서, 철심의 재료로는 SKM15 등의 재료를 사용할 수 있다.

그 다음, 롤 철심의 표면상에 니켈-인(Ni-P) 도금을 한다. 니켈-인 도금에서 질량기준으로 니켈-인 중에서의 인의 함유량은 14% 이상, 18% 이하이다. 한편, 인 함유량은 차아인산량(HPH₂O₂)의 농도 조절을 통하여 조정될 수 있다. 대략적인 공정순서는 탈지→수세→활성화→수세→무전해니켈도금→수세→건조 순으로 이루어질 수 있다. 이러한 인 함유량의 범위에서 롤 철심의 표면에 경도 변화가 유발되어 다이아몬드 바이트로 가공시 바이트의 마모가 최소화되는 환경이 조성된다.

최종적으로, 바이트, 예컨대 다이아몬드 바이트를 사용하여 니켈-인 도금이 완료된 마스터롤에 원하는 패턴을 가공하여 완성한다.

아래의 [표 1]은 본 발명에 따른 인 함유량(14%≤P≤18%)을 가진 마스터롤과, 본 발명과는 다른 인 함유량(P<14% 또는 P>18%)을 가진 마스터롤에 패턴을 가공할 때 다이아몬드 바이트의 마모량을 비교하여 나타낸다. 참고로, 인 함유량은 질량기준으로 니켈-인 중에서의 함유량을 말한다.

시료 번호	인 함유량(%)	바이트 마모량 (㎛)
1	8~10	3.5
2		2.8
3		3.1
4		2.9
1	10~12	2.8
2		2.5
3		2.9
4		3.1
1	14~16	0.8
2		0.3
3		0.5
4		0.7
1	16~18	0.9
2		0.5
3		0.6
4		0.8

[표 1]에서 알 수 있는 바와 같이, 인 함유량 14~18%을 가지는 본 마스터롤에 다이아몬드 바이트로 패턴 가공시에 바이트 마모량은 약 0.3~0.9 ㎛ 로 다른 인 함유량을 가질 때에 비하여 바이트 마모량이 대폭 감소하는 것을 알 수 있다(도 2 참조).

따라서, 본 발명에 따른 마스터롤을 가공하는 다이아몬드 바이트의 수명이 대폭 연장되어 삼각형(v-groove) 프리즘 패턴, 이중 프리즘 패턴, 마이크로 렌즈 어레이 패턴, 삼각뿔 패턴, 사각뿔 패턴 등 다양한 형태의 패턴 가공이 가능해진다.

즉, 종래에는 마스터 롤의 패턴 가공 중에 바이트 마모로 인한 바이트 교체가 빈번하여, 제품의 정밀도가 떨어지게 된다. 특히, 삼각형 프리즘을 제외한 이중 프리즘, 마이크로 렌즈 어레이, 삼각뿔 등의 패턴 가공은 가공 도중에 바이트를 교체할 경우 정확한 직전 가공 위치를 찾기가 현실적으로 불가능한 문제점이 있었다(삼각형 프리즘의 경우, 구조의 단순성으로 인하여 바이트가 마스터 롤의 일단에서 타단으로 일직선상으로 이동하면서 가공이 이루어지므로, 가공 도중 바이트 교체로 인한 패턴 정밀도 저하는 상대적으로 낮다). 따라서, 종래의 마스터 롤에 다이아몬드 바이트를 가지고 삼각형 프리즘을 제외한 이중 프리즘, 마이크로 렌즈 어레이, 삼각뿔 등의 패턴 가공을 하는 것은 불가능하였다.

그러나 본 발명에 따른 마스터롤을 이용할 경우, 바이트 마모가 현저히 감소하여 이중 프리즘, 마이크로 렌즈 어레이 등의 패턴 가공도 가능하고, 또한 φ300mm(직경)×2,000mm(길이) 크기의 대면적의 마스터 롤에도 바이트 교체 없이 패턴 가공하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 시트류나 판류에 패터닝되어 있는 다양한 패턴의 확대도이다.

도 2는 인 함유량 대비 바이트 마모량을 나타내는 그래프이다.

도 3은 마스터롤을 사용하여 도광부재에 패턴을 가공하는 공정의 모식도이다.

Claims (2)

1. 도광부재의 패턴 가공을 위한 마스터롤의 제조방법에 있어서,

   롤 철심을 준비하는 단계,

   상기 롤 철심의 표면상에 니켈-인(Ni-P) 도금을 행하는 단계, 및

   상기 니켈-인(Ni-P) 도금된 롤 철심에 패턴을 가공하는 단계

   를 포함하며,

   상기 니켈-인 도금에서, 질량기준으로 니켈-인 중에서의 인의 함유량은 14% 이상, 18% 이하인 것

   을 특징으로 하는 마스터롤의 제조방법.
2. 제1항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 마스터롤.

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