KR101250384B1 - 곡률패턴을 구비한 금형 및 그 제조방법,금형을 이용해 제조되는 광학시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세가공시 곡률부의 패턴을 형성할 수 있는 금형의 제조에 관한 것으로, 본 발명에 있어서의 곡률부의 형성은 패턴과 패턴 사이에 평탄면을 갖는 기본 금형 위에 유기물 코팅을 통한 곡률부를 형성하여, 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 방식으로 곡률부를 형성하게 된다. 특히 상기 유기물의 두께를 조절하여 곡률부의 반경을 조절하며, 유기물의 점도를 1~1000cP로 하여 곡률부의 패턴을 형성한다.

본 발명에 따르면, 평탄부를 구비한 기본금형에 유기물 코팅을 통하여 곡률부를 형성하고, 이를 통하여 효율적으로 패턴과 패턴 사이에 곡률부가 형성된 제2금형을 제조할 수 있도록 하여, 미세한 곡률패턴을 구비한 금형을 효율적이고 간이한 방식으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

곡률패턴, 마이크로렌즈어레이, 유기물코팅

Description

곡률패턴을 구비한 금형 및 그 제조방법,금형을 이용해 제조되는 광학시트{MOLD TRANSFORM AND MANUFACTURING METHOD OF MOLD TRANSFORM, AND OPTICAL SHEET USINF THE SAME}

본 발명은 패턴과 패턴 사이에 평탄면을 갖는 기본 금형 위에 유기물 코팅을 통한 곡률부를 형성하여, 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 금형제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는 미세한 곡률부를 형성하기 위한 금형을 제조하기 위해 곡률패턴을 형성함에 있어서, 기존의 기계가공을 통한 금형제작방법이나 포토리소 그라피(Photo Lithography)를 이용한 미세 패턴을 구비한 금형을 제조하는 방법에서 벗어나, 곡률패턴의 형성을 유기물 코팅을 통해 매우 용이한 방식으로 구현할 수 있는 금형제조방법에 관한 것이다.

첨단화되고 있는 디스플레이 장비나, 미소광학 및 극한소자를 이용하여 자기(磁氣) 및 광 헤드와 같은 각종 정보기기 부품에 응용하는 MEMS(micromachine)에서는 마이크로 단위의 미세한 패턴의 형성과 특히 이러한 패턴의 형성에 곡률부를 형성하는 미세 가공기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 미세 가공기술에서 미세 패턴을 형성하는 분야가 가장 직접적으로 활용되는 분야가 LCD의 확산필름이나, 앞서 말한 MEMS를 이용한 가공분야이다. 이 중 LCD의 확산필름에서 사용되는 패턴의 형성분야를 통해 종래 기술의 문제점을 설명한다.

액정표시장치인 LCD는 비발광형 전자 디스플레이 소자로서 동화상의 선명하고 자연스러운 천연색상을 양질로 구현해 내기 위해 별도의 광원, 즉 백라이트(Backlight)를 구비하여야 하며 발생된 광의 균일화와 고휘도 특성을 제공하기 위하여 확산필름, BEF, DBEF 등의 광학시트 조합을 사용한다.

특히 확산필름 중에는 수백 마이크로미터(㎛)의 피치와 수십 마이크로미터 이하의 높이를 갖는 것을 특징으로, 렌즈와 렌즈, bead와 bead 사이 간 간격도 수 내지 수십 마이크로미터를 가지는 2차원 배열 형태로 제작된 마이크로렌즈어레이 필름이 사용되고 있으며 이런 마이크로렌즈어레이 필름의 경우 photo lithography나 화학적 식각, 기계가공을 이용하여 먼저 금형을 제작하고, 금형을 이용하여 마이크로렌즈어레이 필름을 제조한다.

도 1a에서 도시한 것이 상술한 수백 마이크로 미터의 피치를 구비한 패턴을 형성하기 위한 금형을 제조하는 방법 중에 기계가공을 이용하는 방식을 도시한 것이다. 강성(剛性)이 큰 금속판(1)을 스크래처(Scratcher)(2)로 일회 또는 반복하여 긁어서 금속판(1)에 반구형의 패턴(3)을 형성한다. 이때, 패턴(3)과 패턴(3) 사이에는 갭(Gap)(5)이 존재하는데, 갭(5)은 금형을 이용하여 렌티큘러시트를 제조하였을 때, 렌티큘러의 피치에 해당한다. 상기 렌티큘러의 피치는 텔레비전의 선명도를 좌우하는 요소로써, 피치가 좁을수록 텔레비전의 선명도는 높아진다. 그러나, 상기와 같은 종래의 제조방법은 스크래처를 사용하여 패턴과 패턴 사이의 갭을 미세하 게 가공하기가 대단히 어려울 뿐만 아니라, 반구형 패턴 내면을 매끄럽게 다듬질하기가 대단히 어렵다. 이로 인해, 미세한 피치를 가지며 균일한 표면을 가지는 렌티큘러시트를 제작하기가 어려운 단점이 있다.

또한, 미세패턴을 형성하는 다른 방법으로 photo lithography를 이용한 방법을 도 1b에 도시한다.단계(S10)에서는 금속, 글라스, 세라믹 또는 실리콘재의 기판(110)상에 포토레지스트(120)를 코팅하고, 단계(S20)에서는 포토레지스트(120)를 노광 및 현상한다. 그러면, 불필요한 포토레지스트는 제거되고, 필요한 부위의 포토레지스트(120a)만 잔존한다. 그후, 단계(S30)에서는 잔존하는 포토레지스트(120a) 사이로 노출된 기판(110)의 부위를 습식 또는 건식으로 1차 에칭하여 형성하고자 하는 형상의 패턴(111)을 기판(110)에 형성하고, 단계(S40)에서는 잔존하는 포로레지스(120a)를 제거한다. 그러면, 제조하고자 하는 금형(130)이 제조되는 것이다. 그후, 기판(110)에 형성된 패턴(111)의 면을 습식 또는 건식으로 2차 에칭하여 매끄럽게 다듬질한다. 금형(130)을 이용하여 렌티큘러시트 및 마이크로렌즈 배열시트를 제조하는 방법은 금형(130)의 패턴(111)으로 열경화성수지 또는 광경화성수지를 주입하여 렌티큘러 또는 마이크로렌즈 패턴을 형성하고, 상기 렌티큘러 또는 마이크로렌즈 패턴 위에 기재필름(Substrate)을 접착하면 된다.

그러나 이러한 방법도, 각각의 패턴 간에 곡률을 갖는 패턴부를 형성하기는 매우 어려운 만점이 있었다. 패턴과 패턴 사이에 존재하는 평탄면(F)이 존재하게 되는 경우에는 원하는 부품의 효능을 완벽하게 구현하지 못하여 제품의 품질을 떨어뜨리게 된다. 특히 상술한 방법에 의해 제조된 금형(도 1c)에 나타나는 패 턴(140)과 패턴 사이에 형성되는 평탄면(F)이 존재하는 경우에는 이로 인해 제조되는 제조물도 평탄하게 나오는바, 곡률을 별도로 형성하기는 매우 어렵게 된다.

이를 테면 상술한 마이크로렌즈 어레이의 금형을 제조하기 위하여 포토리소그래피 방법을 사용하는 경우에는 렌즈 간 간격의 상이가 평탄한 면을 갖게 되기 때문에 램프 어셈블리에서 나오는 빛들의 균일도가 달라 휘선 제거가 어려워, LCD의 백라이트 유닛의 슬림화가 어려워지는 난점이 발생하게 되는 것이다.

또한, 이러한 문제로 패턴과 패턴 사이의 곡률을 형성하기 위하여 미세가공을 별도로 하는 것은 그 비용과 실현가능성 및 신뢰도가 매우 낮아 비용 및 제조상의 문제로 대두되게 되었다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 평탄부를 구비한 기본금형에 유기물 코팅을 통하여 곡률부를 형성하고, 이를 통하여 효율적으로 패턴과 패턴 사이에 곡률부가 형성된 제2금형을 제조할 수 있도록 하여, 미세한 곡률패턴을 구비한 금형을 효율적이고 간이한 방식으로 제조하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 패턴과 패턴 사이에 평탄면을 갖는 기본 금형 위에 유기물 코팅을 통한 곡률부를 형성하여, 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 방식으로 곡률부를 형성하게 된다. 특히 상기 유기물의 두께를 조절하여 곡률부의 반경을 조절하며, 유기물의 점도를 1~1000cP로 하여 곡률부의 패턴을 형성한다.

본 발명에 따르면, 평탄부를 구비한 기본금형에 유기물 코팅을 통하여 곡률부를 형성하고, 이를 통하여 효율적으로 패턴과 패턴 사이에 곡률부가 형성된 제2금형을 제조할 수 있도록 하여, 미세한 곡률패턴을 구비한 금형을 효율적이고 간이한 방식으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 패턴과 패턴 사이에 평탄면을 갖는 기본 금형 위에 유기물 코팅을 통한 곡률부를 형성하여, 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 금형제조방법을 제공하여, 미세패턴의 곡률부를 매우 간소한 공정으로 효율적으로 제조할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 유기물은 점도가 1~1000cP를 갖는 것을 특징으로 하는 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 금형제조방법을 제공하여 유기물의 점도 및 표면장력을 이용하여 곡률부를 효율적으로 형성할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 곡률패턴의 곡률반경은 코팅되는 유기물의 두께를 조절하여 형성하는 것을 특징으로 하는 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 금형제조방법을 제공하여, 제조방식의 효율성을 도모한다.

또한, 본 발명은 상기 패턴은 크기가 동일하거나 다른 다수의 렌즈가 균일 또는 불균일하게 분포되는 마이크로 렌즈에레이 패턴인 것을 특징으로 하는 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 금형제조방법을 제공하여, 일반적인 미세 곡률패턴의 형성을 마이크로 렌즈 어레이를 포함한 렌즈타입(반구형)의 필름에 적용하여 효율적으로 휘선 제거 및 빛의 균일한 확산, 분산시킴으로써 광균일도를 개선할 수 있는 곡률부를 구비할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 패턴은 크기가 동일하거나 다른 다수의 렌즈가 균일 또는 불균일하게 분포되는 렌티큘라 렌즈어레이 패턴인 것을 특징으로 하는 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 금형제조방법을 제공하여, 간이한 공정으로도 상술한 곡률부를 형성시킴으로써, 우수한 품질의 확산시트를 제공할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 패턴과 패턴 사이에 평탄면을 갖는 기본 금형 위에 유기물 코팅을 통한 곡률부를 형성하여, 곡률패턴을 구비한 제2금형을 제조하는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 금형의 제조방법을 통하여 제조되는 곡률패턴을 구비한 금형을 제공할 수 있도록 한다. 이를 통해 마이크로 렌즈어레이를 포함하는 LCD용 필름 뿐만 아니라, 다양한 미세가공분야에서 필수적인 곡률부의 형성을 매우 간이한 공정으로 효율적으로 제공할 수 있도록 한다.

도 2를 이용하여 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 기본적으로 일정한 패턴과 패턴 사이에 존재하는 평탄면에 곡률부를 형성함에 있어, 상기 평탄면에 유기물을 도포하고 이 유기물의 점도와 표면장력을 이용하여 곡률부의 패턴을 형성하고, 이를 이용하여 소프트금형 또는 금속금형으로 제조할 수 있도록 하는 데 그 기본 요지가 있다. 따라서 본 발명의 요지는 상술한 LCD의 확산필름 등에 사용되는 마이크로 렌즈어레이를 구비한 필름에서 각 렌즈간 평탄면을 곡률부로 형성하는 것이나, 미세기계가공인 MEMS를 통한 공정에서 패턴사이의 곡률을 갖는 모양의 제작 등에도 다양하게 적용될 수 있는 범용적인 이용가능성이 있는 장점이 있다.

이하에서는 마이크로렌즈 어레이를 포함한 렌즈타입의 필름에서 곡률부를 형성하는 방법을 통해 본 발명의 적용예를 설명하기로 한다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 기본적으로 기본금형(10)을 준비한다. 기본 금형은 패턴과 패턴 사이에 평탄부를 구비하고 있다(P1). 다음으로 상기 패턴의 상부에 유기물을 코팅(20)한다(P2). 이 경우 유기물은 점도가 1~1000cP를 갖는 것을 이 용함이 바람직하다. 특히 상술한 유기물 코팅을 하게 되는 경우, 패턴과 패턴 사이의 평평한 면에서는 유기물의 점도 및 표면장력에 의해 곡률부(T)를 갖게 된다. 또한, 유기물의 두께를 이용하여 곡률부의 반경을 조절할 수 있다. 이후, 유기물 코팅된 금형 또는 성형품을 이용한 금형(30)을 제작하게 된다(P3).

본 발명의 다른 일 실시예로는 상기 유기물이 코팅된 단계의 기본금형(10)을 그대로 금형으로 사용할 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 P2 단계에서 유기물 코팅 후 건조된 것을 그대로 금형으로 사용할 수 있으며, 더 나아가 금형의 강화를 위해 유기물층(20) 위에 금속 전주도금 등을 통해 강화된 금형을 만들 수 있다. 이와 같이 금형을 형성하여 성형품을 제작하면, 도 2의 P3의 부호 30과 유사한 형상에 해당하는 성형품이 나오게 된다.

도 3은 본 금형의 제작방법으로 제작된 광학시트를 일 예로 도시한 것이다.

곡률부룰 가지는 금형을 통하여 광학시트(10)를 제조하게 된 경우에는 패턴과 패턴(20,30)사이에 곡률부(T₁ 내지 T₃)를 구비하게 되고, 이러한 곡률부의 존재는 광학시트의 패턴간의 평탄면의 존재로 인한 휘선 제거의 난점을 해결하고, 광확산과 광균일도를 향상하여 우수한 품질의 광학시트를 제공하는 효과가 있다. 본 일예에서는 마이크로 렌즈형상을 설명하였으나, 이는 렌티큘러 형상에도 적용이 가능하며, 나아가 균일한 패턴의 분포가 아닌 불균일한 분포에도 적용이 가능하다.

도 4는 상술한 유기물의 코팅 후의 곡률부의 형성에 대한 사진을 도시한 것이다. (a)는 유기물의 점도가 2cP인 경우이며, (b)는 유기물의 점도가 4cP,(c)는 7cP, (d)는 17cP를 도시한 것이다. 각 점도의 조절로 인해 곡률반경이 조절되는 것을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 유기물은 점도가 1~1000cP를 갖는 것을 이용함이 바람직하다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 미세 패턴의 형성방법에 관한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 곡률패턴을 구비한 마이크로 렌즈어레이의 제조공정을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 금형에 의해 제조된 마이크로 렌즈어레이를 구비한 광학시트의 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 유기물 점도에 따른 곡률반경의 형성을 나타낸 도면이다.

Claims (8)

1. 패턴과 패턴 사이에 평탄면을 갖는 기본 금형을 준비하는 단계;

   상기 기본 금형 상부에 점도가 1~1000cP를 갖는 유기물을 코팅하는 단계;

   상기 코팅된 유기물의 점도 및 표면장력에 의해 상기 평탄면에 곡률부가 형성되는 단계; 및

   상기 곡률부가 형성된 상기 기본 금형 위에 전주도금으로 곡률패턴이 성형된 제2금형을 제조하는 단계

   를 포함하고,

   상기 패턴은 크기가 동일하거나 다른 다수의 렌즈가 균일 또는 불균일하게 분포되는 패턴인, 금형제조방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   곡률패턴이 성형된 제2금형을 제조하는 단계는,

   상기 코팅되는 유기물의 두께를 조절하여 상기 곡률패턴의 곡률반경을 형성하여, 상기 제2금형을 제조하는 단계

   를 포함하는 금형제조방법.
4. 삭제
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 패턴은 크기가 동일하거나 다른 다수의 렌즈가 균일 또는 불균일하게 분포되는 렌티큘라 렌즈어레이 패턴인, 금형제조방법.
6. 패턴과 패턴 사이에 평탄면을 갖는 기본 금형을 상부에 점도가 1~1000cP를 갖는 유기물을 코팅하고, 상기 코팅된 유기물의 점도 및 표면장력에 의해 상기 평탄면에 곡률부가 형성되어, 상기 곡률부가 형성된 상기 기본 금형 위에 전주도금으로 곡률패턴이 성형된 제2금형을 제조하며, 상기 패턴은 크기가 동일하거나 다른 다수의 렌즈가 균일 또는 불균일하게 분포되는 것인, 곡률패턴을 구비한 금형.
7. 청구항 6의 제2금형을 이용하여 제조되는 양각의 렌즈와 렌즈 사이에 곡률부를 포함하여 구성되는 광학시트.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 곡률부는 오목렌즈인 광학시트.

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