KR101190178B1

KR101190178B1 - 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법과 장치

Info

Publication number: KR101190178B1
Application number: KR1020100018603A
Authority: KR
Inventors: 임용진
Original assignee: 주식회사 코스모엘씨디
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2012-10-15
Also published as: KR20110099525A

Abstract

본 발명은 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법과 장치에 관한 것으로, 스크린 판에 일정한 두께와 간격을 가지는 미세 띠 무늬의 마스킹 패턴을 형성하는 단계와, 상기 스크린 판을 도광판 위에 배치하는 단계 및 상기 스크린 판을 스퀴지로 밀어 저점도 자외선 경화 수지를 상기 마스킹 패턴 사이로 적하하는 단계로 구성되는 저점도 자외선 경화 수지의 코팅 방법과, 도광판이 배치되는 바닥면과, 투명하고 유연한 유기 소재로 이루어져 상기 도광판의 상부에 설치되고, 하부면에는 광학 미세 구조 무늬가 음각 형성되는 스탬프와, 상기 스탬프에 압력을 가해 상기 도광판에 밀착시키는 가압수단 및 상기 스탬프의 상부에서 자외선을 조사하는 자외선 조사 기구를 포함하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치를 포함하여, 저점도 자외선 경화 수지의 사용에 수반되는 전처리 공정을 생략 가능하고, 저점도 자외선 경화 수지의 코팅 및 스탬프 밀착시 발생하는 기포와 불량을 방지함으로써 광학 미세 구조 무늬의 전사도가 높은 고품질의 도광판을 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

도광판에 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법과 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPRINTING PATTERN OF OPTICAL MICRO STRUCTURES UPON LIGHT GUIDE PANEL}

본 발명은 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법과 장치에 관한 것으로, 특히, 도광판에 저점도 자외선 경화 수지를 스크린 코팅한 후 코팅면에 광학 미세 구조 무늬를 자외선 각인함으로써 고품질의 대면적 도광판을 제조하는 방법과 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치에 이용되는 백라이트용 도광판은 측면부를 통해 입사되는 광원(CCFL 또는 LED)을 전면부로 출광시킬 수 있도록 일면 혹은 양면에 광학 미세 구조 무늬를 구비한다.

광학 미세 구조 무늬를 형성하는 방법으로는, 도광판의 일면에 반사입자가 포함된 잉크를 이용하여 광 산란형 도트(점) 무늬를 스크린 인쇄하는 방법(이하, ‘인쇄 도광판’이라 함), 광학 미세 구조가 음각으로 형성된 금속 스탬퍼를 금형에 부착하여 사출 성형과 동시에 무늬를 각인하는 방법(이하, ‘사출 무인쇄 도광판’이라 함), 도광판의 일면에 다이아몬드 바이트로 선을 그어 무늬를 각인하는 방법(이하, ‘바이트 가공 도광판’이라 함) 및 레이저로 도광판의 일면을 점상으로 녹여 도트 무늬를 각인하는 방법(이하, ‘레이저 가공 도광판’이라 함) 등이 공지되어 있다.

이 경우, 노트북, PC, 휴대폰 등의 모바일 기기의 액정 표시 장치를 구성하는 백라이트에는 사출 무인쇄 도광판이 사용되고 있는데, 이와 같은 모바일 기기용 백라이트의 제조시에는 금형에 보다 높은 광효율을 가지는 광학 미세 구조 무늬를 각인함으로써 광손실을 낮추는 동시에 휘도를 높이고 있다.

반면, 17인치 이상의 모니터와 소형 TV 등의 액정 표시 장치를 구성하는 백라이트에는 인쇄 도광판이 사용된다. 이는 도광판이 대형화될 경우에도 사출 성형 방식을 이용하면 가공 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 비용이 상승하기 때문이다.

한편, 32인치 이상의 대형 TV 등의 액정 표시 장치를 구성하는 백라이트에는 인쇄 도광판과 함께 레이저 가공 도광판의 사용이 증가하고 있다. 다만, 도광판이 보다 대형화될 경우에 인쇄 방식을 이용하면 인쇄 면적이 넓어져 불량률이 증가하고, 잉크와 용제 사용에 따른 도광판의 후변형 가능성이 높아지는 단점이 있다. 또한, 레이저 가공 도광판은 도트 무늬를 한 개씩 순차적으로 각인하여 제조되기 때문에 도트 단위의 불량이 발생할 가능성이 높고, 생산 주기가 길며, 장비 설비에 소요되는 비용이 증가하는 단점이 있다.

이밖에 금속 스탬퍼에 열을 가하여 도광판에 핫 스탬핑(hot stamping) 함으로써 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법도 공지되어 있으나, 불완전 각인, 도광판 변형, 생산성 저하 등의 문제로 인해 대면적 도광판의 제조 방법으로 상용화되지 못하고 있는 실정이다.

이를 극복하기 위하여, 최근에는 대면적의 모니터, TV용 도광판에 광효율이 높은 광학 미세 구조 무늬를 부가하여 휘도 등 광학적 성능을 높이는 동시에 불량률을 낮춰 생산성을 향상시키고자 핫 스탬핑 또는 자외선 경화 수지를 이용하여 단시간에 광학 미세 구조 무늬를 각인(UV imprinting, 이하, ‘자외선 각인법’이라 함)하려는 시도가 있어 왔다.

자외선 각인법은 PMMA 재질의 도광판의 일면에 자외선 경화 수지(이하,‘수지’라 함) 박막을 코팅하고, 광학 미세 구조 무늬가 음각된 금속 또는 탄성 재질의 스탬프(stamp)를 밀착한 상태에서 자외선으로 수지를 경화시킨 후 스탬프를 분리시킴으로써 도광판에 무늬를 각인하는 방법으로, 고효율 광학 미세 구조 무늬가 형성된 스탬프를 사용할 경우 동일한 품질의 도광판을 빠르게 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.

그러나 도광판에 자외선 경화 수지를 10 ~ 100㎛ 두께의 박막으로 코팅할 때 사용되는 방법 중 롤 코팅(roll coating), 바 코팅(wire-wound bar 또는 D-bar coating 또는 E-roll coating) 방법은 일반적으로 두께가 얇고 두께 편차가 비교적 적은 필름에 적합하고, 수지를 기판에 일정량 적하하는 방식의 슬릿 코팅(slit coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating) 방법은 장비가 복잡하고, 도광판이 대면적화될 경우 비용이 증가할 뿐 아니라 도광판의 테두리 부분이 코팅되지 않도록 부가적인 조치를 취해야 하는 단점이 있다.

PMMA 재질의 도광판은 일반적인 필름에 비해 상대적으로 두껍고 두께 편차가 큰 편으로, 예컨대, 두께 4mm 도광판의 경우 두께 편차가 +/- 300㎛에 달하는데, 이러한 편차는 코팅하고자 하는 박막의 두께를 초과하는 것이다. 또한, 플라스틱의 특성상 취급 상태와 온도, 습도 등 주위 환경 변수에 따라 휘어지는 현상이 발생할 수 있으므로 필름의 코팅과는 전혀 다른 조건을 수반한다.

반면, 스크린 인쇄에 의한 코팅 방법은 기판의 두께 편차와 굴곡이 존재하는 경우에도 균일한 두께로 박막을 코팅할 수 있고, 도광판 상에 코팅이 불필요한 부분에 대해서는 마스킹을 스크린으로 활용함으로써 도광판의 테두리 부분에 수지가 삐져나와 외관이 손상되는 경우 채택해야 하는 후공정을 생략할 수 있을 뿐 아니라 저비용으로 실시가 가능하기 때문에 자외선 경화 수지의 코팅법으로 가장 합리적이라고 할 수 있다.

통상적인 수지 코팅에 있어서 점도의 범위는 대략 1 ~ 2500cps의 저점도와 6000 ~ 100000cps의 고점도로 분류된다. 이 경우, 중-고점도인 자외선 경화 수지(점도가 대략 1000 ~ 10000cps)를 스크린 인쇄법으로 코팅하면, PMMA로 이루어진 도광판의 특성상 코팅이 잘 되지 않아 프라이머 처리 등 전처리를 해야 한다. 뿐만 아니라, 기포 발생을 억제하기 위해 진공 환경에서 코팅을 시도하고 있으나, 이러한 공정을 통한 자외선 각인법으로는 도광판을 상용화하는 단계에까지는 도달하지 못하고 있다. 또한, 비용이 발생하는 전처리 과정을 생략하기 위하여 수지의 점도를 1000cps 이하로 낮출 경우에는 스크린과 수지의 표면장력이 더욱 높아져 코팅시 와류 발생이 많아지므로 미세 기포가 더욱 증가하는 문제점이 있다.

백라이트 부품 중의 하나인 프리즘 시트는 필름에 자외선 경화 수지를 롤 코팅하고, 광학 미세 프리즘이 음각된 원통형 스탬프(roll stamp, embossing roll)에 밀착시킨 후 자외선으로 경화시켜 무늬를 각인하는 연속 공정에 의해 양산화 단계에 있으나, 도광판과 같이 어느 정도 두께가 있는 평판으로서 두께 편차와 휨이 있는 기판은 롤 공정을 적용할 경우 도광판의 코팅층과 스탬프의 밀착이 잘 이루어지지 않아 밀착층에 빈 공간이 발생하고, 이로 인해 자외선 경화 후에도 광학 미세 구조가 불완전하게 각인되거나 기포가 포함되는 등 광학 제품으로는 심각한 품질 불량이 발생하는 등의 제반 문제로 인해 자외선 각인법에 의한 도광판이 상용화되지 못하고 있다.

또한, 도광판의 자외선 경화 수지 코팅면과 스탬프의 광학 미세 구조가 음각된 면을 서로 겹쳐놓은 상태에서 스탬프 전면에 동시에 압력을 가해 밀착하는 방법(planar pressing, 이하, ‘면가압 방식’이라 함)을 적용하기 위하여 등방압을 인가할 수 있는 면가압 장치와 기포를 억제하기 위한 진공 장치가 도입되기도 하는데, 아직까지는 기포와 불완전 각인 문제를 극복하지 못하고 광학 제품으로서 성능과 품질에 한계가 있다. 아울러, 진공과 등방 가압 장치를 적용하면, 장비 구조가 복잡해지고, 비용 증가에 의해 가격이 높아지는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 저점도 자외선 경화 수지를 스크린 인쇄할 경우 행하던 전처리 공정을 생략하고, 기포의 발생을 억제하여 고품질의 도광판을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 도광판과 스탬퍼를 밀착할 때 도광판과 스탬퍼의 두께 편차와 휨을 극복하여 고품질의 광학 미세 구조 무늬를 자외선 각인할 수 있는 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은, 도광판에 스크린 인쇄법으로 저점도 자외선 경화 수지를 코팅한 후 자외선 각인법으로 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법으로서, 상기 저점도 자외선 경화 수지의 코팅 방법은, (a) 스크린 판에 일정한 두께와 간격을 가지는 미세 띠 무늬의 마스킹 패턴을 형성하는 단계와, (b) 상기 스크린 판을 상기 도광판 위에 배치하는 단계 및 (c) 상기 스크린 판을 스퀴지로 밀어 상기 저점도 자외선 경화 수지를 상기 마스킹 패턴 사이로 적하하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법을 제공한다.

여기서, 상기 저점도 자외선 경화 수지의 점도는 1000cps 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 마스킹 패턴은 유제 또는 포토 레지스트를 이용하여 10 ~ 500㎛의 두께와 10 ~ 1000㎛의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상술한 방법에 따라 제조되는 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 자외선 각인하는 장치로서, 상기 도광판이 배치되는 바닥면과, 투명하고 유연한 유기 소재로 이루어져 상기 도광판의 상부에 설치되고, 하부면에는 광학 미세 구조 무늬가 음각 형성되는 스탬프와, 상기 스탬프에 압력을 가해 상기 도광판에 밀착시키는 가압수단 및 상기 스탬프의 상부에서 자외선을 조사하는 자외선 조사 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치를 제공한다.

여기서, 상기 광학 미세 구조 무늬 각인 장치는, 상기 스탬프의 상부에 적층되며, 투명하고 유연한 유기 소재로 이루어지는 버퍼 시트 및 상기 버퍼 시트와 상기 스탬프의 적층물을 고정하는 클램프(clamp)를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 클램프는 상기 적층물의 양단에 각각 적어도 하나 이상 형성되되, 일단에 형성되는 상기 클램프에는 상기 가압수단과 연동하여 상하로 직선 운동하는 승하강수단이 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가압수단은 유연한 유기 소재로 이루어진 롤러 또는 스퀴지일 수 있다.

또한, 상기 가압수단은 고경도 소재로 이루어지는 코어층과, 유체 또는 발포성 소재로 이루어지는 중간층과, 탄성 소재로 이루어지는 표면층으로 구성되는 롤러일 수 있다.

한편, 상기 버퍼 시트는 내부에 발포층을 구비하거나, 하부면에 요철부를 구비하는 것이 바람직하다.

계속하여, 상기 자외선 조사 기구는 자외선을 선 조명 또는 면 조명으로 조사할 수 있다.

또한, 상기 도광판은 상기 바닥면에 고정수단에 의해 고정될 수 있다.

여기서, 상기 광학 미세 구조 무늬 각인 장치는, 상기 바닥면에 형성되되, 상기 도광판의 하부에 위치하는 다수의 도광판 흡착공으로부터 진공 펌프를 이용하여 공기를 배출함으로써 상기 도광판을 상기 바닥면에 고정시킬 수 있다.

또한, 상기 광학 미세 구조 무늬 각인 장치는, 밀봉 부재에 의해 개폐되는 케이스에 내장되되, 상기 바닥면에 형성되는 다수의 공기 흡입공으로부터 상기 진공 펌프를 이용하여 공기를 배출함으로써 내부가 진공으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 저점도 자외선 경화 수지 사용에 따른 기포의 발생을 억제함으로써 투과성이 높고, 광학 미세 구조 무늬에 결함이 없는 도광판을 제조할 수 있다.

또한, 저점도 자외선 경화 수지를 사용함으로써 박막의 접착 강도가 높을 뿐 아니라 전처리 공정을 생략할 수 있다.

게다가, 박막의 두께 조절이 가능하기 때문에 두께 편차와 휨이 존재하는 PMMA 재질의 도광판에도 광학적으로 우수한 박막을 코팅할 수 있다.

뿐만 아니라, 도광판과 스탬퍼를 고른 압력으로 밀착함으로써 자외선 각인시 발생하는 광학적 품질 불량을 방지할 수 있는 동시에 구성이 비교적 단순하여 설치, 유지비용이 저렴하고, 동일한 품질의 도광판을 신속하게 대량 생산할 수 있다.

아울러, 중/대형 액정 표시 장치의 백라이트에 본 발명에 따라 제조된 도광판을 사용할 경우 백라이트의 휘도, 색감 등의 성능을 개선하는 것은 물론 광원의 수를 줄이는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명에 따라 도광판에 저점도 자외선 경화 수지를 스크린 인쇄하는 공정을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 광학 미세 구조 무늬 각인 장치를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 버퍼 시트의 형태를 비교 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 승하강수단의 일실시예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 광학 미세 구조 무늬 각인 장치의 롤러의 내부 구조를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 광학 미세 구조 무늬 각인 장치의 변형예를 도시한 도면.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

본 발명은 액정 표시 장치의 백라이트에 사용되는 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법과 장치로 대별된다.

먼저, 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 각인하는 방법은 도광판에 저점도 자외선 경화 수지를 스크린 인쇄하는 공정과, 저점도 자외선 경화 수지가 코팅된 도광판에 광학 미세 구조 무늬가 음각된 스탬프를 밀착하여 자외선을 조사하는 공정을 포함하여 구성된다. 이하, 각 공정에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 도광판에 저점도 자외선 경화 수지를 스크린 인쇄하는 공정을 나타낸 개략도이다.

도 1을 참고하면, 도광판에 저점도 자외선 경화 수지를 스크린 인쇄하는 공정은, 스크린 판(110)에 일정한 두께와 간격을 가지는 미세 띠 무늬(micro stripe pattern)의 마스킹 패턴(masking pattern, 140)을 형성하는 단계와, 스크린 판(110)을 도광판(10) 위에 배치하는 단계 및 스크린 판(110)을 스퀴지(120)로 밀어 저점도 자외선 경화 수지(20)를 마스킹 패턴(140) 사이로 적하하는 단계로 이루어진다.

이 경우, 저점도 자외선 경화 수지(20)의 점도는 1000cps 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 고점도 자외선 경화 수지는 통상 PMMA로 제조되는 도광판(10)에 잘 코팅되지 않아 프라이머 처리 공정이 추가적으로 필요하기 때문이다. 즉, 본 발명은 이러한 전처리 공정을 생략하기 위하여 저점도 자외선 경화 수지(20)를 사용하고 있으나, 일반적으로 저점도 자외선 경화 수지(20)는 스크린 코팅시 기포가 많이 발생하는 문제점이 있다.

구체적으로, 스크린 코팅은 스크린 판(110)을 도광판(10)으로부터 이격(판띄움)시킨 상태에서 스퀴지(120)로 스크린 판(110) 위의 저점도 자외선 경화 수지(20)를 밀어 도광판(10)에 적하시킨 후 스크린 판(110)을 도광판(10)으로부터 다시 분리(판들림)시키는 과정으로 이루어지는데, 이 과정에서 스퀴지(120)의 전진 방향으로 저점도 자외선 경화 수지(20)가 구르면서 발생하는 와류와, 스크린 망사(130)와 저점도 자외선 경화 수지(20)가 떨어질 때 표면 장력에 의해 발생하는 와류로 인해 기포가 발생하는 것이다. 또한, 이러한 과정에서 발생된 기포가 대기로 방출될 수 있는 여유 공간이 없다는 것도 기포의 소멸을 저지하거나 지연시키는 요인이 된다.

본 발명은 이러한 기포의 발생을 방지하기 위해 상술한 바와 같이 스크린 판(110)에 마스킹 패턴(140)을 형성한 것을 특징적인 구성으로 한다. 즉, 스퀴지(120)의 이동시 저점도 자외선 경화 수지(20)가 마스킹 패턴(140) 사이의 공간으로 적하되도록 함으로써 와류를 감소시켜 기포의 발생을 억제하는 한편, 코팅 후 스크린 판(110)을 도광판(10)으로부터 분리할 때에는 저점도 자외선 경화 수지(20)가 마스킹 패턴(140)에 의해 적하되지 않은 부분으로 퍼져 기포가 자연스럽게 방출되도록 함으로써 기포가 없는 우수한 품질의 자외선 경화 수지 박막을 코팅하는 것이다.

이를 위하여, 마스킹 패턴(140)은 유제(emulsion) 또는 포토 레지스트(photo resist) 등을 사용하여 광화학적인 포토 리소그래피법에 의해 제조될 수 있다. 이 경우, 기포 발생 억제 효과를 극대화할 수 있도록 마스킹 패턴(140)의 두께는 10 ~ 500㎛로 하고, 마스킹 패턴(140) 사이의 간격은 10 ~ 1000㎛로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 바와 같은 코팅 방법은 선 모양으로 코팅하는 점에서 바 코팅(bar coating)과 유사하지만, 본 발명에서는 대면적으로 두께 편차가 있는 도광판에도 적용할 수 있도록 유연한 스크린 판(110)을 면상으로 펼친 후 선 모양으로 저점도 자외선 경화 수지(20)를 적하하여 일정한 두께로 코팅하는 점에서 구별된다.

이 경우, 본 발명에 따르면 마스킹 패턴(140)의 형성시 스크린 망사(130)의 두께, 목수(mesh count)에 따른 투과 체적과, 유제의 두께 및 마스킹 패턴(140)의 폭과 간격에 따른 저점도 자외선 경화 수지(20)의 총 투과 체적을 자유롭게 조절함으로써 박막의 두께를 제어하는 것도 가능하다.

참고적으로, 스크린 판에서 직선거리 25.4mm(1") 사이에 있는 눈의 목수를 n, 스크린 망사의 지름(선경)을 d, 스크린 망사의 오프닝(mesh opening, 개목)을 w로 정의할 때 n=25400/(d+w)가 된다(단위는 mesh, ㎛). 한편, 스크린 망사의 공간 면적의 비율(공간률, %)은 (w/(w+d))²× 100으로 계산되고, 스크린 망사의 두께를 D라 하면, 이론적 수지 코팅 체적은 Vth[cm³ / m²]=(w/(w+d))²× D가 된다(w, d, D의 단위는 ㎛).

또한, 마스킹 패턴의 띠 무늬의 폭을 s, 띠와 띠 사이의 간격(pitch)을 p, 그리고 두께를 t로 정의하고, t는 D보다 크고 수지의 점도가 낮아 코팅 후 띠 무늬 마스킹 패턴 부분으로 고르게 퍼진다고 가정할 때 코팅 후 수지의 코팅 체적은 (w/(w+d))²× (p/(s+p))× t 가 되고, 코팅 후 용매 휘발에 의한 수축이 시작되지 않았을 때 박막의 이론적 두께는 (p/(s+p))× t가 된다. t가 D보다 작을 때 코팅 후 수지의 코팅 체적은 (w/(w+d))²× (p/(s+p))× D가 되고, 코팅 후 박막의 두께는 (p/(s+p))× D가 된다.

이를 기초로 다음과 같이 저점도 자외선 경화 수지를 제조하여 성능을 평가하였다.

먼저, 바닥면에 PMMA 재질의 도광판을 거치하고, 300목(약 250mesh)의 폴리에스터 망사와, 폭 80㎛, 두께 20㎛의 미세 띠 무늬가 80㎛ 간격으로 형성된 마스킹 패턴으로 구성된 스크린 판을 도광판의 상부에 배치한 후 점도 500cps의 자외선 경화 수지를 스크린 판에 토출시킨 다음 스퀴지로 밀어줌으로써 코팅을 실시하였다.

계속하여, 비교예로서 동일 규격의 스크린 판을 마스킹 패턴이 없는 상태로 같은 조건에서 코팅한 후 양자를 육안으로 비교한 결과, 비교예에서는 많은 기포가 발생한 반면 본 발명에 따른 실시예에서는 기포가 현저하게 억제된 것을 관찰할 수 있었다.

이상으로, 도광판에 저점도 자외선 경화 수지를 스크린 인쇄하는 방법에 대해 구체적으로 설명하였다. 이하에서는 저점도 자외선 경화 수지가 코팅된 도광판에 광학 미세 구조 무늬를 자외선 각인하는 방법에 대해 도면을 참고하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광학 미세 구조 무늬 각인 장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 저점도 자외선 경화 수지가 코팅된 도광판에 광학 미세 구조 무늬가 음각된 스탬프를 밀착하여 자외선을 조사하는 방법은 도 2에 도시된 광학 미세 구조 무늬 각인 장치(200)에 의해 이루어지는 것을 특징적인 구성으로 한다.

광학 미세 구조 무늬 각인 장치(200)는 바닥면(250)과, 스탬프(210)와 가압수단 및 자외선 조사 기구(260)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 바닥면(250)은 도광판(10)의 거치를 위한 구성으로 소정의 위치에 도광판(10)의 고정수단이 형성된다.

계속하여, 스탬프(210)는 광학 미세 구조 무늬의 각인수단으로 도광판(10)의 상부에 설치된다. 이를 위하여, 스탬프(210)의 하부면에는 광학 미세 구조 무늬(도면 미도시)가 음각 형성된다. 또한, 스탬프(210)는 도광판(10)과 완전히 밀착될 수 있도록 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같이 투명하고 유연한 유기 소재를 이용하여 1mm 내외로 제작되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 버퍼 시트의 형태를 비교 도시한 도면이다.

도 3을 추가적으로 참고하면, 상술한 스탬프(210)의 상부에는 완충 작용을 위한 버퍼 시트(220)가 추가적으로 적층(도 3의 (a))될 수 있다. 이 경우, 버퍼 시트(220)의 하부면에는 스탬프(210)와의 적층이 원활하게 이루어질 수 있도록 요철부가 형성(도 3의 (c))되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 버퍼 시트(220)는 도광판(10)과 스탬프(210)의 두께 편차에 의한 밀착 압력의 차이를 고르게 분산시킬 수 있도록 투명하고 유연한 유기 소재를 이용하여 제조되며, 바람직하게는 내부에 공기 등을 발포(도 3의 (b))하여 탄성을 부여하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이 구성되는 스탬프(210)와 버퍼 시트(220)의 적층물은 클램프(230a, 230b)에 의해 고정된다. 클램프(230a, 230b)는 적층물의 양단에 각각 적어도 하나 이상 형성될 수 있는데, 이 경우, 일단에 형성되는 클램프(230a)는 승하강수단(240)을 구비하는 것이 바람직하다.

승하강수단(240)은 도광판(10)과 적층물 사이에 경사를 형성하기 위한 구성으로 가압수단의 이동에 연동하여 높이를 제어하는 기계/전동식 승하강 기구를 포함하여 조립 설치될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 승하강수단의 일실시예를 도시한 도면이다.

승하강수단(240)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 바닥면(250)에 수직하게 설치되어 클램프(230a)를 상하로 직선 운동시키는 구동축(241)과, 클램프(230a)의 상하 운동을 가이드하는 유도축(242a, 242b)과, 구동축(241)의 하단부와 기어(245) 결합되어 구동축(241)에 동력을 전달하는 스텝 모터(246) 및 가압수단의 이동에 따라 스텝 모터(246)의 동작을 조절하여 클램프(230a)의 높이를 제어하는 제어부(도면 미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 도 4의 미설명 부호 243과 244는 각각 베어링과 유도 실린더를 나타낸다.

상술한 바와 같은 구성에 의해 가압수단의 전진과 동시에 클램프(230a)가 연동하여 하강하고, 코팅된 도광판(10)에 스탬프 적층물이 밀착된 후 자외선 조사가 끝나면 도광판(10)에서 스탬프 적층물이 분리되도록 클램프(230a)를 승강시키고 분리가 이루어지면 클램프(230a)를 원래의 위치로 하강시키게 된다.

이상으로 승하강수단(240)의 일실시예를 설명하였으나, 승하강수단(240)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 형태로 변형 가능한 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, 상술한 스텝 모터(246)는 필요에 따라 공압 실린더로 치환되는 것도 가능하다.

결국, 상술한 바와 같이 경사를 형성하면, 도광판(10)으로부터 상방으로 이격된 적층물의 일단이 승하강수단(240)에 의해 타단보다 더 높은 위치를 유지하다 가압수단의 이동에 따라 점차 낮아짐으로써 도광판(10)과 적층물의 밀착이 연속적이고 정밀하게 이루어질 수 있다.

계속하여, 가압수단은 스탬프(210)에 압력을 가해 도광판(10)과 밀착시키기 위한 수단으로 스탬프(210)의 상부에 일방향으로 이동 가능하게 설치된다. 이 경우, 가압수단으로는 접촉 부분이 선 모양을 형성하도록 유연한 유기 소재로 이루어진 롤러(300) 또는 스퀴지를 사용할 수 있으나, 여기서는 설명의 편의를 위해 롤러(300)를 예로 들어 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 광학 미세 구조 무늬 각인 장치의 롤러의 내부 구조를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 롤러(300)는 금속 등과 같은 고경도 소재로 이루어지는 코어층(310)과, 공기, 기름 등과 같은 유체 또는 발포성 소재로 이루어지는 중간층(320) 및 우레탄, 실리콘, 고무 등과 같은 탄성 소재로 이루어지는 표면층(330)으로 구성될 수 있다. 이와 같이 롤러(300)를 구성하면 압력 분산이 원활하게 이루어져 스탬프(210)와 도광판(10)을 보다 효과적으로 밀착시킬 수 있다.

마지막으로, 자외선 조사 기구(260)는 가압수단에 의해 밀착된 부분에 자외선을 선 조명 또는 면 조명 형태로 조사하여 경화시키기 위한 수단으로 스탬프(210)의 상부에 설치된다. 이 경우, 자외선 조사 기구(260)를 가압수단과 연동하여 설치하면 적층물과 도광판(10)의 압착과 동시에 경화가 이루어져 바람직하다. 본 발명에서 자외선 조사 기구(260)는 특별히 제한되지 않으며, 공지된 다양한 형태의 것을 사용할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 광학 미세 구조 무늬 각인 장치의 변형예를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 미세 구조 무늬 각인 장치(200)는 바닥면(250)에 다수 형성되는 도광판 흡착공(282)과, 도광판 흡착공(282)으로부터 공기를 흡입하여 공기 배출구(281)를 통해 배출하는 진공 펌프(도면 미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이 구성함으로써 도광판(10)이 바닥면(250)에 고정되어 불완전 각인 및 기포의 발생을 최소화할 수 있다.

한편, 상술한 광학 미세 구조 무늬 각인 장치(200)를 케이스(270)에 내장하는 것도 가능하다. 이 경우, 케이스(270)는 밀봉 부재(290)에 의해 밀봉되도록 하며, 진공 펌프로 바닥면(250)에 형성된 공기 흡입공(283)으로부터 공기를 흡입하여 공기 배출구(281)로 배출함으로써 진공 분위기를 형성할 수 있다. 이러한 진공 분위기는 불완전 각인 및 기포의 발생을 더욱 억제할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 도광판 20 : 저점도 자외선 경화 수지
100 : 스크린 인쇄 장치 110 : 스크린 판
120 : 스퀴지 130 : 망사
140 : 마스킹 패턴
200 : 광학 미세 구조 무늬 각인 장치
210 : 스탬프 220 : 버퍼 시트
230 : 클램프 240 : 승하강수단
241 : 구동축 242a, 242b : 유도축
243 : 베어링 244 : 유도 실린더
245 : 기어 246 : 스텝 모터
250 : 바닥면 260 : 자외선 조사 기구
270 : 케이스 280 : 공기 통로
281 : 공기 배출구 282 : 도광판 흡착공
283 : 공기 흡입공 290 : 밀봉 부재
300 : 롤러 310 : 코어층
320 : 중간층 330 : 표면층

Claims

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도광판에 광학 미세 구조 무늬를 자외선 각인하는 장치로서,
상기 도광판이 배치되는 바닥면과; 투명하고 유연한 유기 소재로 이루어져 상기 도광판의 상부에 설치되고, 하부면에는 광학 미세 구조 무늬가 음각 형성되는 스탬프와; 상기 스탬프에 압력을 가해 상기 도광판에 밀착시키는 가압수단; 상기 스탬프의 상부에서 자외선을 조사하는 자외선 조사 기구; 상기 스탬프의 상부에 적층되며, 투명하고 유연한 유기 소재로 이루어지는 버퍼 시트; 및 상기 버퍼 시트와 상기 스탬프의 적층물을 고정하는 클램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
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제 5 항에 있어서,
상기 클램프는 상기 적층물의 양단에 각각 적어도 하나 이상 형성되되, 일단에 형성되는 상기 클램프에는 상기 가압수단과 연동하여 상하로 직선 운동하는 승하강수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 가압수단은 유연한 유기 소재로 이루어진 롤러인 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 가압수단은 유연한 유기 소재로 이루어진 스퀴지인 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 가압수단은 고경도 소재로 이루어지는 코어층과, 유체 또는 발포성 소재로 이루어지는 중간층과, 탄성 소재로 이루어지는 표면층으로 구성되는 롤러인 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 버퍼 시트는 내부에 발포층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 버퍼 시트는 하부면에 요철부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 자외선 조사 기구는 자외선을 선 조명 또는 면 조명으로 조사하는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 도광판은 상기 바닥면에 고정수단에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 광학 미세 구조 무늬 각인 장치는,
상기 바닥면에 형성되되, 상기 도광판의 하부에 위치하는 다수의 도광판 흡착공으로부터 진공 펌프를 이용하여 공기를 배출함으로써 상기 도광판을 상기 바닥면에 고정시키는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 광학 미세 구조 무늬 각인 장치는,
밀봉 부재에 의해 개폐되는 케이스에 내장되되, 상기 바닥면에 형성되는 다수의 공기 흡입공으로부터 상기 진공 펌프를 이용하여 공기를 배출함으로써 내부가 진공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 미세 구조 무늬 각인 장치.