KR101110134B1 - 패턴 형성 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시트의 패턴 형성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시트의 두께 차이에 따라 롤러를 상하로 틸팅 제어함으로써 시트 내의 두께 차이 또는 굴곡도에 따라 시트 상에 형성되는 패턴의 불일치를 방지하여 전사효과 및 광 특성을 향상시킬 수 있는 패턴 형성 장치에 관한 것이다.

Description

패턴 형성 장치 {Pattern Transferring Device}
본 발명은 시트의 패턴 형성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시트의 두께 차이에 따라 롤러를 상하로 틸팅 제어함으로써 시트 내의 두께 차이 또는 굴곡도에 따라 시트 상에 형성되는 패턴의 불일치를 방지하여 전사효과 및 광 특성을 향상시킬 수 있는 패턴 형성 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 시트에 대하여 압축하는 방향으로 작용하는 압력에 의해 스탬퍼의 패턴을 전사하는 정압 롤 패턴 전사 방식에 적용될 수 있다.
일반적으로 백라이트 유닛 등 광원으로부터 발생한 광을 효율적으로 외부로 출사시키기 위해 도광판, 광학 필름 등의 시트가 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 도광판의 경우 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 상부로 가이드하는 역할을 담당하고 도광판으로 출사된 광을 상부로 최대한 난반사시켜 광 효율을 높이기 위해 표면에 요철, 프리즘, 도트 등의 패턴을 형성한다.
상기와 같은 시트 표면에 패턴을 형성하기 위해 일반적으로 사용되는 방법으로 스탬퍼가 부착된 롤러를 이용하여 시트를 열에 의해 가압하여 스탬퍼에 형성된 요철 또는 패턴을 시트 표면에 전사시키는 방법이 활용되고 있다.
종래의 도광판 패턴 형성 장치는 롤러의 외주 면에 플레이트 형상으로 제조된 스탬퍼를 감아서 끝단을 롤러에 고정한 후, 도광판이 가이드 롤러에 의해 전진 이동하고, 제자리에서 롤러가 회전하면서 도광판 표면에 스탬퍼의 패턴을 전사시키는 방법으로 도광판 표면에 패턴을 형성한다.
그러나 도광판의 원재료인 베이스 시트의 제조시 육안으로는 확인이 불가능하지만 동일한 베이스 시트라 하더라도 도 1과 같은 굴곡에 따라 횡방향 또는 종방향으로 베이스 시트의 두께가 0.01 mm ~ 0.02mm 정도의 미세한 차이의 두께 오차가 발생할 수 있다. 특히, 베이스 시트의 크기가 대형화될수록 두께 오차는 커지게 된다.
여기서, 시트 상에 전사되는 패턴의 깊이 역시 0.005 ~0.02mm 정도로 미세하므로 롤러에 스탬퍼가 감겨서 베이스 시트에 패턴이 전사될 경우 베이스 시트의 두께 오차 또는 굴곡도에 따라 도 2와 같이 전사되는 패턴의 깊이에 대한 불일치가 발생한다.
상기 베이스 시트의 두께 오차가 심한 경우에는 패턴이 베이스 시트 상에 전사되지 않는 영역 또한 발생할 수 있다.
상기와 같은 베이스 시트 상의 패턴의 불일치가 발생할 경우 휘도 저하, 광손실 및 광이 특정 영역에 집중되어 광학 특성이 저하되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 베이스 시트의 두께를 측정하여 두께 차이 만큼 롤러를 상하로 틸팅시켜 시트의 두께 차이를 보정함으로써 베이스 시트의 두께 차이에 따른 시트 상에 형성되는 패턴의 불일치를 방지하여 전사효과 및 광 특성을 향상시킬 수 있는 패턴 형성 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 시트의 두께를 측정하는 두께측정부와 상기 시트 상에 패턴을 전사시키는 롤러부재와 상기 두께측정부를 통해 측정된 두께 데이터를 토대로 롤러의 틸팅을 제어하는 제어부와 상기 제어부의 제어에 따라 상기 롤러의 회전 및 틸팅을 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 두께 측정부는 접촉식 또는 비접촉식 두께 측정장치로 구성되고; 시트 내 특정 부분 또는 전면 전체를 스캐닝하여 상기 두께 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 두께 측정부는 시트 내 특정 부분을 두께를 측정하는 경우 시트의 양단의 두께를 측정하여 측정된 두께 데이터를 상기 제어부로 전송하고; 상기 제어부는 전송된 두께 데이터를 분석하여 두께 차이(△t)가 있는 경우 상기 두께 차이(△t)만큼 롤러를 상하 틸팅하는 제어 신호를 생성하여 상기 구동부로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 두께 측정부는 시트 전면 전체의 두께를 스캐닝하는 경우 스캐닝된 두께 데이터 상기 제어부로 전송하고; 상기 제어부는 전송된 두께 데이터를 분석하여 시트내 영역별 두께 차이(△t)가 있는 경우 영역별로 상기 두께 차이(△t)만큼 롤러를 상하 틸팅하는 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 롤러부재는 상 하부에 배치된 2개의 롤러로 구성되고; 적어도 하나의 롤러는 패턴을 형성하는 스탬퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동부는 롤러에 회전에 필요한 구동력을 제공하는 제 1 구동부와 롤러의 상하 틸팅에 필요한 구동력을 제공하는 제 2 구동부 및 상기 제어부로부터 전송된 제어 신호를 수신하여 상기 제 1 및 2 구동부의 구동을 인가하는 구동 드라이버 및 하부 롤러의 양단에 형성되어 틸팅시 변위에 따른 양단의 중량을 일정하게 유지하는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 2 구동부는 롤러 양단에 형성되어 상기 두께 차이((△t) 만큼 양 단에 갭을 발생하는 한 쌍의 서보 모터 또는 스텝 모터와; 상기 모터에 의한 갭을 공압으로 유지하는 에어 컴프레샤와; 상기 모터에 의한 갭 만큼 롤러의 양단의 상하 틸팅하는 리니어 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 베이스 시트의 두께를 측정하여 두께 차이만큼 롤러를 상하로 틸팅 제어함으로써 베이스 시트의 굴곡, 구배 등에 의해 두께 차가 있는 경우에도 균일한 패턴 전사가 가능하여 광학 성능을 유지시킬 수 있으므로 수율 향상이 가능한 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 제조된 베이스 시트에 발생되는 두께차에 대한 예시이다.
도 2은 종래의 패턴 형성장치에 의해 전사된 시트 패턴의 예시이다.
도 3는 본 발명에 따른 패턴 형성 장치를 개략적으로 도시한 시스템 구성도이다.
도 4는 롤러부재와 스탬퍼가 분리 형성된 구성에 대한 예시이다.
도 5는 시트의 두께차이에 따라 롤러를 상하 틸팅 제어하는 것을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 다수 개의 두께 차이 영역이 발생하는 시트에 대한 예시이다.
도 7은 본 발명에 따라 전사된 시트의 패턴을 종래의 전사된 패턴과 비교한 예시이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 시트 제조용 롤러부재는 시트에 대하여 압축하는 방향으로 작용하는 압력에 의해 스탬퍼의 패턴을 전사하는 정압 롤 패턴 전사 방식에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 패턴 형성 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 시트의 두께를 측정하는 두께측정부(10)와 시트 상에 패턴을 전사시키는 롤러부재(20)와 상기 두께측정부를 통해 측정된 데이터를 토대로 롤러의 틸팅을 제어하는 제어부(30)와 상기 제어부의 제어에 따라 상기 롤러의 회전 및 틸팅을 구동하는 구동부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 시트는 도광판, 광학 필름 등 광학적인 목적으로 사용되는 모든 수단을 포함하여 정의하기로 하고, 상기 패턴은 요철, 프리즘, 마이크로 렌즈 등 시트 표면에 다양한 형상으로 형성되는 미세 구조를 포괄하여 정의하기로 한다.
상기 두께측정부(10)는 렌즈 등의 광학계, CCD 카메라, 레이저 스캔 마이크로 미터를 이용하여 간접 측정하는 비접촉식 방식과 마이크로미터가 시트의 양면을 접촉하여 직접 두께를 측정하는 접촉식 방식 등 마이크로 단위로 두께를 측정할 수 있는 두께 측정장치는 무엇이나 적용될 수 있다.
상기 두께 측정장치는 이미 공지된 기술에 해당하고, 본 발명의 특징은 두께 측정보다는 두께 보정에 특징이 있으므로 두께 측정부에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 두께측정부(10)를 통해 시트의 특정 부분 또는 전면 스캐닝을 통해 시트의 두께 분포도를 측정할 수 있다.
상기 롤러 부재(20)는 상 하부에서 한 쌍으로 구성된 롤러를 포함할 수 있으며, 스탬퍼를 구비하고 회전력 뿐만 아니라 상하 틸팅 구동하는 상부의 제 1 롤러와 회전력만을 제공하는 하부의 제 2 롤러를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 시트에 양면에 대한 패턴을 전사하는 경우 상기 제 1 및 2 롤러는 모두 스탬퍼를 구비할 수 있다.
상기 제 1 롤러는 제 1 구동부(420)와 연결된 롤러의 회전축 양단에 제 구동부(430)와 연결되어 개별적으로 상하 길이 조절이 가능한 리니어 가이드(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도 3은 상기 스탬퍼가 탄성 부재 외주 면에 감아서 롤러와 일체로 형성되는 경우에 대한 것이지만, 스탬퍼는 도 4와 같이 롤러와 분리되어 판 형태로 설치될 수 있으므로 반드시 롤러부재와 일체로 형성되어야 하는 것은 아니다.
또한, 상기 롤러 내부에는 가열 장치(미도시)가 내장되어 전사되는 온도가 조절될 수 있으며, 가압되는 압력과 롤러가 이동하는 회전 속도를 조절하여 전체 전사 온도, 전사 압력 및 전사 속도가 조절될 수 있다.
여기서, 상기 가열 장치 내부에는 온유기를 통해 공급된 오일이 충진되는 오일 탱크를 구비할 수 있으며, 상기 오일탱크 내의 오일을 가열하도록 구성될 수 있다. 상기 오일은 빠른 승온과 냉각이 가능하므로 다른 유체에 비해 가열 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 전사온도, 전사 압력 및 전사 속도는 전사되는 시트의 크기와 재료 및 광학적 특성에 따라 다르게 설정될 수 있으므로 구체적인 값에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제어부(30)는 상기 두께 측정부를 통해 측정된 시트의 두께 정보를 전송받아 롤러의 틸팅을 제어하는 역할을 담당하고, 구동부는 상기 제어부의 제어에 따라 롤러의 회전 및 상하 틸팅을 구동하는 역할을 담당한다.
상기 구동부(40)는 롤러에 회전에 필요한 구동력을 제공하는 제 1 구동부(420)와 제 1롤러의 상하 틸팅에 필요한 구동력을 제공하는 제 2 구동부(430) 및 상기 제어부로부터 전송된 제어 신호를 수신하여 상기 제 1 및 2 모터의 구동을 인가하는 구동 드라이버(410) 및 하부 롤러 수평축에 형성되어 틸팅시 좌우측 압력을 일정하게 유지하는 로드셀(450)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 스탬퍼가 구비된 제 1 롤러만 상하 틸팅이 제어되고, 회전력만을 제공하는 제 2 롤러는 고정 설치될 수 있다.
그리고 상기 제 1 및 2 구동부(420,430)는 동력을 제공하는 구동 모터와 상기 동력을 롤러에 제공하기 위해 베어링 및 기어 어셈블리가 상기 모터와 결합되어 구성될 수 있다.
상기 베어링 및 기어 어셈블리의 조합은 본 발명의 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자에게 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 구동부(430)는 롤러의 두개의 회전축에 직각으로 배치되어 롤러 양단의 리니어 가이드(440)를 독립적으로 상하 높이를 증감시켜 틸팅을 수행하는 역할을 담당한다. 상기 양단의 리니어 가이드(440)를 독립적으로 제어하기 위해 상기 제 2 구동부는 2개의 틸팅 구동 모터가 한 쌍으로 구성될 수 있다.
상기 틸팅 구동 모터는 마이크로 단위의 정밀 제어를 위해 서보 모터 또는 스텝 모터로 구성될 수 있으며, 공압에 의해 정밀 제어가 가능한 에어 장치 또는 상기 모터와 에어 장치 혼합 구동 방식으로 구성될 수 있다.
상기 에어 장치는 공압을 공급하는 에어 컴프레샤와 상기 에어 컴프레샤와 연결되어 공압을 유지하거나 배출하는 에어 실린더를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 틸팅 구동 모터는 롤러의 회전축에 수평으로 배치되거나, 회전축에 수직으로 회전력을 제공하여 롤러의 틸팅에 상관없이 회전력을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤러의 상하 틸팅 제어 방법에 대해 개략적으로 도시한 것이다. 참고로, 도 5는 제 2 구동부가 서보 모터와 에어 장치가 혼합 구동되는 방식에 관한 것이지만, 서보 모터나 스텝 모터가 단독으로 구성되거나, 에어 장치가 단독으로 구성될 수 있음은 자명한 것이다.
도 5를 참조하여 롤러의 상하 틸팅 제어 방법에 대해 살펴보면 상기 두께 측정부(10)가 시트의 양 단에서 두께를 측정하도록 구성된 경우 양 단에서의 두께가 동일할 경우 상기 롤러부재(20)의 틸팅이 필요 없지만, 양 단의 두께가 달라서 두께 차이(△t)가 발생할 경우 상기 두께 차이(△t)를 보정하기 위한 롤러의 상하 틸팅 제어가 필요하고 상기 제어부(30)는 롤러부재(20)를 두께 차이(△t) 만큼 틸팅하는 제어신호를 구동부(40)로 전송한다.
상기 구동부의 구동 드라이버(410)는 상기 제어신호를 수신하여 제 2 구동부(430)에 구동신호를 인가하고, 제 2 구동부(430)모터는 두께가 △t 작은 단이 통과하는 롤러의 회전축의 길이가 △t 만큼 증가되도록 틸팅 구동한다.
보다 구체적으로, 상기 제 2 구동부(430)의 틸팅이 필요한 단의 서보 모터(431)가 두께 차이(△t)를 보정하기 위해 상기 두께차이의 갭(△t)만큼 서보 모터를 구동시킨다.
이에 따라, 상기 서보 모터(431)와 연결된 에어 장치는 에어 컴프레셔(432a)가 상기 갭(△t)만큼 만큼의 공압을 에어 실린더(432b)에 공급하고, 상기 에어 실린더(432b)가 상기 갭에 해당하는 공압을 공급받아 유지하고, 상기 에어 실린더(432b)의 구동에 따라 일단에 결합된 리니어 가이드(440)가 갭 만큼 양단을 틸팅한다. 그리고, 패턴 전사가 종료하면 상기 에어 실린더(432b)가 상기 공압을 배출하여 상기 리니어 가이드(440)가 원 위치로 복귀되어 틸팅이 해제된다.
이를 통해, 시트에 두께 차이가 있는 경우에도 두께 보정을 통해 균일한 패턴 전사가 가능하다.
상기와 같이 롤러가 틸팅될 경우 롤러 좌우측의 중량이 달라지고 이로 인해 시트에 가압시 가압 압력이 양 단에서 다르게 작용하여 균일한 전사가 어려울 수 있다.
이를 방지하기 위해, 하부 롤러의 양단에 형성된 로드셀(450)이 틸팅 구동시 롤러 양단의 중량을 일치시키고 이를 통해 시트 전체에 균일한 압력에 의한 패턴 전사가 가능하게 된다.
한편, 상기와 같은 시트의 양 단이 아닌 전면의 두께를 스캐닝하도록 구성된 경우 제어부는 시트의 두께 분포를 분석하여 하나의 시트를 여러 단계로 틸팅 제어하도록 구성할 수 있다.
예를 들어, 하나의 시트 내에서 다양한 두께 차이가 나타나는 영역이 있을 수 있으며 이런 경우 하나의 시트에 대해서도 2개 이상의 다른 틸팅 제어가 수행될 수 있다.
도 6은 하나의 시트 내에서 다양한 두께 차이가 나타나는 영역이 나타나는 시트에 대한 예시이다.
도 6을 참조하면, 시트 전면에 대한 두께 스캐닝 결과 A 영역은 타단이 일단보다 △t1만큼 두께가 작지만, B 영여에서는 타단과 일단 사이에 두께차이가 없으며, C 영역에서는 일단이 타단보다 △t2만큼 두께가 작은 3가지의 서로 다른 두께차이가 나타남을 알 수 있다.
이 경우 하나의 틸팅 제어로는 균일한 패턴 전사가 어려우므로 3가지 조건을 충족하는 3가지 틸팅 제어가 필요하다.
따라서, A구간에서는 롤러 타단을 △t1만큼 증가하도록 틸팅시키고, B구간에서는 두께차이가 없으므로 롤러를 수평으로 복귀시키고, C구간에서는 일단을 △t2만큼 증가하도록 틸팅시켜 전사성을 확보할 수 있다.
한편, 시트 양면에 패턴을 전사하는 경우에도 상기 실시예가 동일하게 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴 형성 장치에 의해 패턴이 전사된 상태와 종래의 패턴 형성 장치에 의해 패턴이 전사된 상태를 비교한 것이다.
도 7을 통해 알 수 있듯이, 시트 내에 두께 차가 있는 경우 종래의 패턴 형성 장치는 두께 보정이 없으므로 두께가 얇은 쪽은 패턴 전사 효과가 떨어짐을 알 수 있으나, 본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 두께 보정에 따라 롤러를 틸팅제어하여 균일한 패턴 전사가 가능함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 두께 측정부 20 : 롤러 부재
30 : 제어부 40 : 구동부

Claims (8)

  1. 시트의 두께를 측정하는 두께측정부와;
    상기 두께 측정부 후단에 형성되어 상기 시트 상에 패턴을 전사시키는 롤러부재와;
    상기 두께 측정부와 연결되어 두께측정부를 통해 측정된 두께 데이터를 토대로 롤러의 틸팅을 제어하는 제어부와;
    상기 롤러부재의 양단과 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 롤러의 회전 및 틸팅을 구동하는 구동부를 포함하는 패턴 형성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 두께 측정부는
    접촉식 또는 비접촉식 두께 측정장치로 구성되고;
    시트 내 특정 부분 또는 전면 전체를 스캐닝하여 상기 두께 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 두께 측정부는
    시트 내 특정 부분을 두께를 측정하는 경우
    시트의 양단의 두께를 측정하여 측정된 두께 데이터를 상기 제어부로 전송하고;
    상기 제어부는
    전송된 두께 데이터를 분석하여 두께 차이(△t)가 있는 경우 상기 두께 차이(△t)만큼 롤러를 상하 틸팅하는 제어 신호를 생성하여 상기 구동부로 전송하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 두께 측정부는
    시트 전면 전체의 두께를 스캐닝하는 경우
    스캐닝된 두께 데이터 상기 제어부로 전송하고;
    상기 제어부는
    전송된 두께 데이터를 분석하여 시트내 영역별 두께 차이(△t)가 있는 경우 영역별로 상기 두께 차이(△t)만큼 롤러를 상하 틸팅하는 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 롤러부재는
    상 하부에 배치된 2개의 롤러로 구성되고;
    적어도 하나의 롤러는 패턴을 형성하는 스탬퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는
    롤러에 회전에 필요한 구동력을 제공하는 제 1 구동부와;
    롤러의 상하 틸팅에 필요한 구동력을 제공하는 제 2 구동부 및;
    상기 제어부로부터 전송된 제어 신호를 수신하여 상기 제 1 및 2 구동부의 구동을 인가하는 구동 드라이버 및;
    하부 롤러의 양단에 형성되어 틸팅시 변위에 따른 양단의 중량을 일정하게 유지하는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 구동부는
    롤러 양단에 형성되어 상기 두께 차이((△t) 만큼 양 단에 갭을 발생하는 한 쌍의 서보 모터 또는 스텝 모터와;
    상기 모터에 의한 갭을 공압으로 유지하는 에어 장치와;
    상기 에어 장치와 결합되어 모터에 의한 갭 만큼 롤러의 양단의 상하 틸팅하는 리니어 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 에어 장치는
    상기 모터의 갭에 해당하는 공압을 제공하는 에어 컴프레샤와;
    상기 에어 컴프레샤와 결합되어 공급된 공압을 유지하여 상기 리니어 가이드에 틸팅을 필요한 구동력을 제공하는 에어 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치.
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