KR101354554B1 - 광학 필름 제조용 마스터 롤 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원기둥 형상으로 이루어진 광학 필름 제조용 마스터 롤로서, 상기 마스터 롤의 외주 면에 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스터 롤에 관한 것으로, 본 발명에 따른 마스터 롤은 마스터 롤의 외주 면에 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴이 형성되어 있으며, 또한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 마스터 롤은 외주 면에 형성된 미세패턴의 경계가 시인되는 문제점이 없으므로, 종 방향의 미세패턴을 가지는 광폭의 광학필름의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

광학 필름 제조용 마스터 롤 및 그의 제조방법{MASTER ROLL USED IN PRODUCING AN OPTICAL FILM AND METHOD FOR PREPARING SAME}

본 발명은 광학필름 제조용 마스터 롤 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학필름의 미세패턴을 형성시키는데 사용되는 광학필름 제조용 마스터 롤 및 마스터 롤의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

평판형 디스플레이로서 널리 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD)는 외부에서 들어오는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 장치이기 때문에, 화면 전체에 균일한 밝기를 유지할 수 있는 배면광원 형태의 백라이트 유닛(back light unit; BLU)이 필요하다.

백라이트 유닛은 스스로 빛을 내지 못하는 LCD에 램프 빛을 공급해 정보를 표현할 수 있도록 하는 장치로, LCD의 뒷면에 있어 백라이트 유닛이라 불린다.

백라이트 유닛의 광원으로는 주로 소형 형광 램프 또는 발광다이오드(LED)가 사용되는데, 상기 소형 형광 램프 또는 LED는 선광원(線光源) 또는 점광원(點光源)이므로, BLU에서는 이를 균일한 면광원으로 변환시켜주는 도광판, 도광판 하측으로 빠져나가는 빛을 반사시켜 광 손실을 줄이는 반사판, 도광판 상측으로 발산되는 빛을 산란시켜 결함(defect)을 가려주고 광을 확산시켜주는 확산시트, LCD 크기에 따라 균일하게 확산된 빛을 집광시켜 강한 세기의 빛을 만들어 주는 프리즘시트 등의 광학필름을 사용하여 면광원 형태로 바꾸어 이용하게 된다. 이외에도 광원에서 발산되는 빛을 최대한 LCD 패널 방향으로 보내기 위해 여러 종류의 플레이트(plate) 및 필름이 사용되고 있다.

상기 광학필름은 통상 롤 투 롤(roll to roll)방식에 의해 마스터 롤에 형성된 미세패턴을 플라스틱 수지와 같은 재질을 가지는 필름에 전사시켜 제조되며, 보다 자세하게는, 마스터 롤에 미세패턴을 바이트나 레이저 등으로 절삭 가공하여 각인한 후, UV 도료를 코팅한 다음 마스터 롤의 패턴이 기재 필름 상에 전사되도록 한 뒤, 자외선을 조사함으로써 미세패턴을 형성하는 방법, 또는 압출 방법에 의해 플라스틱 원재료를 열을 이용하여 녹이고 액상의 플라스틱 평판이 고체화되면서 상기 마스터 롤의 패턴이 전이되도록 하는 방법 등의 공지된 다양한 방법을 이용하여 미세패턴을 형성할 수 있다. 상기와 같이 필름에 미세패턴이 형성되면 이를 보호하기 위해 보호필름을 부착함으로써 제품 형태의 광학필름이 완성된다.

이때, 마스터 롤에 형성된 미세패턴은 도 1에 나타낸 바와 같이, 마스터 롤의 원주 방향(종 방향)으로 형성되어 있으므로, 플라스틱 필름에 패턴을 전이시켜 광학 필름을 제조하는 경우, 종 방향의 미세패턴을 가지는 광학 필름은 필름 롤의 진행 방향(MD)으로는 그 크기에 특별한 제한이 없지만, 필름의 폭은 마스터 롤의 폭에 의해 제한을 받게 된다.

따라서, 종 방향의 미세패턴을 가지는 광학필름의 폭을 넓히기 위해선 마스터 롤의 폭을 넓히거나, 또는 도 2에 나타낸 바와 같이, 마스터 롤에 형성된 미세패턴의 방향을 마스터 롤의 길이 방향(횡 방향)으로 형성시켜야 한다.

그러나, 마스터 롤의 길이를 무작정 넓게 하는 것에는 한계가 있으며 일정 크기 이상의 롤은 제작이 어려우며, 롤을 제작하더라도 이를 이용한 생산이 어렵고 필름 수급 역시 쉽지 않다는 문제가 있어 마스터 롤에 형성된 미세패턴의 방향을 마스터 롤의 길이 방향으로 형성시키려는 시도를 많이 하고 있다. 그러나 이런 경우, 마스터 롤의 표면을 바이트 등을 이용하여 기계적으로 절삭 가공하는데 소요되는 시간이 마스터 롤의 원주 방향으로 형성시키는 경우에 비해 매우 오래 걸리므로, 마스터 롤 표면의 금속 도금이 공기 중에서 산화되어 마스터 롤에 형성된 미세패턴이 순차적으로 부식되기도 하며, 바이트도 절삭 가공에 따라 마모가 진행되어 마스터 롤에 형성된 미세패턴의 시작과 끝이 만나는 부분에서 상기 마모 정도에 따른 절삭 정도의 차이가 나타나서, 도 3에 도시한 바와 같이 경계가 시인되는 문제점이 발생되어 지금까지 가공 성공 사례가 없었다.

따라서, 상기 문제점을 해결한 외주면에 길이 방향의 미세패턴을 가지는 광폭의 광학필름을 제조할 수 있는 새로운 마스터 롤 및 그의 제조방법을 필요로 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 넓은 폭을 가지는 종 방향의 미세패턴을 가지는 광학필름을 제조할 수 있는 길이 방향(횡 방향)의 미세패턴을 가지는 마스터 롤 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원기둥 형상으로 이루어진 광학 필름 제조용 마스터 롤로서, 상기 마스터 롤의 외주 면에 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스터 롤을 제공한다.

또한, 본 발명은 원기둥 형상으로 이루어진 광학 필름 제조용 마스터 롤의 외주 면에, 상기 마스터 롤의 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 마스터 롤의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 마스터 롤은 마스터 롤의 외주 면에 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴이 형성되어 있고, 또한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 마스터 롤은 외주 면에 형성된 미세패턴의 경계가 시인되는 문제점이 없으므로, 종 방향의 미세패턴을 가지는 광폭의 광학필름의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 종래의 마스터 롤에 형성된 미세패턴의 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 마스터 롤의 길이 방향으로 미세패턴이 형성된 마스터 롤을 예시한 도면이다.
도 3은 종래의 순차 가공 방식으로 마스터 롤에 미세패턴을 형성했을 경우, 제조된 마스터 롤에서 경계가 시인되는 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 원기둥의 각 부분을 정의하기 위한 도면이다.
도 5는 미세패턴에 포함된 홈의 형태를 다양하게 예시한 도면이다.
도 6은 홈의 단면을 나타낸 것으로, 꼭지부가 예리한(sharp) 형상을 가지는 경우와, 꼭지부가 미세하게 라운드(round) 형상을 가지는 경우를 나타낸 도면이다.
도 7은 미세 패턴의 형성과정을 나타낸 도면이다.
도 8 및 9는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 홈의 단면으로서, 인접한 홈들의 단면을 함께 보여주는 도면이다.

본 발명의 마스터 롤은 원기둥 형상으로 이루어진 광학 필름 제조용 마스터 롤로서, 상기 마스터 롤의 외주 면에 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 마스터 롤은 원기둥 형상으로 이루어지며, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 명세서에서는, 원기둥의 높이를 길이로, 원기둥의 옆면을 외주면으로 나타내었다. 또한, 원기둥의 원주방향을 종 방향으로, 원기둥의 길이 방향을 횡 방향으로 나타내었다.

상기 마스터 롤은 길이에 제한은 없지만, 마스터 롤의 샤프트 부분을 제외 한 길이가, 예컨대 700 mm 이상, 800 mm 이상, 1,000 mm 이상, 1,200 mm 이상, 1,400 mm 이상, 1,500 mm 이상, 1,600 mm 이상 또는 1,700 mm 이상일 수 있고, 3,000 mm 이하, 2,500 mm 이하, 2,400 mm 이하, 2,300 mm 이하, 2,200 mm 이하, 2,100 mm 이하 또는 2,000 mm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 700 내지 2,000 mm일 수 있다.

상기 마스터 롤의 직경은 그 크기에 제한은 없지만, 예컨대 150 내지 500 mm일 수 있고, 바람직하게는 200 내지 450 mm, 200 내지 400 mm, 보다 바람직하게는 250 내지 350 mm일 수 있다.

상기 마스터 롤의 외주 면에 형성되어 있는 미세 패턴은 복수개의 홈이 패턴을 이루고 있을 수 있다.

상기 마스터 롤에 형성되어 있는 미세 패턴을 플라스틱 수지와 같은 재질을 가지는 필름에 전사시켜 패턴을 가지는 광학 필름을 제조할 수 있으며, 상기 광학 필름은 상기 마스터 롤의 미세 패턴에 경화성 수지를 도포한 후 이를 경화시켜 제조하거나, 상기 마스터 롤의 미세 패턴에 열을 이용하여 유동성을 갖게 한 프라스틱 수지를 압착하여 미세 패턴이 전이되도록 하는 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

도 5에는 상기 홈의 단면 형태가 다양하게 나타나 있다. 도 5를 참조하면, 상기 홈은 단면이 역삼각형 형태를 가질 수 있고, 그 구체적인 형상은 위 아래가 뒤집힌 형태의, 프리즘 형상(a), 이중각 프리즘 형상(b), 비대칭 프리즘 형상(c), 프리즘 꼭지가 곡선의 라운드 형태인 라운드 프리즘 형상(d), 또는 비구면 형상(e)일 수 있다.

상기 홈은 그 폭(w)이 10 내지 150 ㎛, 바람직하게는 20 내지 90 ㎛일 수 있고, 그 깊이(d)는 3 내지 100 ㎛, 바람직하게는 8 내지 70 ㎛일 수 있으며, 꼭지부와 만나는 두 선이 이루는 각도인 꼭지각(θ)은 60 내지 120˚, 바람직하게는 80 내지 100˚일 수 있다.

상기 홈은 마스터 롤의 표면에 절삭 기구를 이용하여 형성되거나 화학 에칭에 의해 형성될 수 있다. 상기 절삭 기구의 예로는 레이저 또는 바이트를 들 수 있으며, 구체적으로 용융 레이저 또는 다이아몬드 바이트가 사용될 수 있다.

상기 절삭 기구 중, 레이저 등의 비접촉식 절삭 기구를 제외한, 나머지 기계식 절삭 기구를 이용하여 상기 마스터 롤의 외주 면에 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 형성하여 미세 패턴을 제조하는 경우, 상기 절삭 기구가 마모될 수 있으므로 이에 따라 상기 복수개의 홈 각각의 꼭지부의 형상은 미세한 차이를 가질 수 있다.

상기 마스터 롤의 미세 패턴은 (i) 기준 홈을 형성하는 단계; (ii) 상기 기준 홈에 인접하여 일측 홈을 형성하는 단계; (iii) 상기 기준 홈을 기준으로 상기 일측 홈과 대칭이 되도록 타측 홈을 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 일측 홈에 인접한 추가의 홈을 형성하고, 상기 기준 홈을 기준으로 상기 추가의 홈과 대칭이 되는 타측에 홈을 형성하는 과정을 반복하는 단계를 통하여 형성될 수 있으며, 이에 따라 마지막에 형성되는 상기 기준 홈과 외주면 상에 대칭되는 위치(마스터 롤을 180˚ 회전시켰을 때의 위치) 부근에 존재하는 홈의 단면은 도 6에 나타낸 바와 같이, 꼭지부의 형상이 미세하게 라운드 형상을 가질 수 있다.

즉, 본 발명의 마스터 롤은 외주 면에 길이 방향을 따라 미세 패턴이 형성되어 있고, 상기 미세 패턴은 기준 홈을 비롯한 복수 개의 홈을 포함하며, 상기 기준 홈의 단면이 역 프리즘 형상을 가질 경우, 상기 마스터 롤의 외주면 상에 대칭되는 위치의 홈은 그 꼭지부가 미세하게 라운드 형상을 가지는 역 라운드 프리즘 형상일 수 있다.

상기 마스터 롤의 외주 면은 구리 또는 니켈-인으로 도금되어 있을 수 있다.

본 발명의 마스터 롤은 원기둥 형상으로 이루어진 광학 필름 제조용 마스터 롤의 외주 면에, 상기 마스터 롤의 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.

상기 마스터 롤의 미세 패턴은 (i) 기준 홈을 형성하는 단계; (ii) 상기 기준 홈에 인접하여 일측 홈을 형성하는 단계; (iii) 상기 기준 홈을 기준으로 상기 일측 홈과 대칭이 되도록 타측 홈을 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 일측 홈에 인접한 추가의 홈을 형성하고, 상기 기준 홈을 기준으로 상기 추가의 홈과 대칭이 되는 타측에 홈을 형성하는 과정을 반복하는 단계를 통하여 형성될 수 있다.

도 7에는 상기 미세 패턴의 형성과정을 나타낸 도면이 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, ① 기준 홈을 형성하고, ② 상기 기준 홈에 인접하여 일측 홈을 형성한 후, ③ 상기 기준 홈을 기준으로 상기 일측 홈과 대칭이 되도록 타측 홈을 형성한 후, ④ 상기 일측 홈에 인접한 추가의 홈을 형성하고, ⑤ 상기 추가의 홈과 대칭이 되는 타측에 홈을 형성하는 방법을 통하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.

상기와 같은 방법을 통하여 미세 패턴을 형성하는 경우, 상기 마스터 롤의 외주면에 형성되는 홈들은, 어느 영역에서도 이웃하고 있는 홈들 간의 형성시기가 유사하여, 형성된 홈의 가공표면 정도가 사실상 동일하거나 극히 유사하고, 절삭 기구의 마모 정도에 따른 홈의 절삭 정도의 차이가 거의 없어서, 전체적인 미세 패턴이 경계부가 없이 연속성을 가질 수 있다. 즉, 도 8 및 9에 도시한 바와 같이, 상기 미세 패턴에서 이웃하고 있는 홈들은 그 단면이 사실상 동일하다.

상기 미세 패턴은 도 2에 나타낸 바와 같이, 마스터 롤이 정지한 상태에서 절삭 기구를 수평 이동하면서 상기 마스터 롤의 외주 면에 홈을 형성할 수 있고, 다음 홈의 위치가 되도록 마스터 롤을 일정 각도 회전시킨 후, 마스터 롤이 정지한 상태에서 절삭 기구를 수평 이동하면서 상기 마스터 롤의 외주 면에 홈을 형성하는 과정을 반복하여 각 홈들을 한 줄씩 개별적으로 형성할 수 있다.

상기 미세 패턴을 형성하는 단계는, 상기 마스터 롤을 한 방향으로 회전시키면서 홈을 형성하여 이루어질 수 있다.

예컨대, 마스터 롤을 기준 홈을 0˚의 위치로 하여 0.02˚씩 회전시킨 위치에 홈을 형성하는 경우인 경우, 0˚의 위치에 기준 홈을 형성하고; 마스터 롤을 0.02˚ 회전시키고 일측 홈을 형성한 후; 상기 기준 홈을 기준으로 했을 때 상기 일측 홈과 대칭이 되도록, 상기 마스터 롤을 359.98˚의 위치로 회전시키고 타측 홈을 형성 한 다음; 다시 상기 마스터 롤을 0.04˚의 위치로 회전시키고 일측 홈에 인접한 추가의 홈을 형성한 후; 상기 추가의 홈과 대칭이 되도록 상기 마스터 롤을 359.96˚ 위치로 회전시켜 타측에 홈을 형성할 수 있다.

상기 마스터 롤은 상기 미세 패턴을 형성하는 단계 전에, (1) 상기 마스터 롤의 외주면을 전해 도금 처리하는 단계; 및 (2) 도금 처리된 상기 마스터 롤의 외주면을 경면 가공하는 단계를 거친 것일 수 있다.

상기 전해 도금 처리는 일정 온도, 일정 전압, 일정 전류 조건 하에서, 마스터 롤을 구리 또는 니켈-인을 포함하는 도금 조(槽) 내에서 회전시키는 전기 도금 방법에 의해 이루어질 수 있다.

상기 전해 도금 처리 및 상기 경면 가공하는 단계를 통하여 상기 마스터 롤의 표면을 매끄럽게 함으로써, 이후 마스터 롤 표면을 기계 가공하여 미세 패턴을 형성할 때, 표면의 영향을 최소화시켜 가공 정밀도를 극대화할 수 있으며, 이는 마스터 롤을 이용하여 제조되는 광학시트에 그대로 반영된다.

한편, 마스터 롤 표면의 금속 도금이 공기 중에서 산화되어 마스터 롤에 형성된 미세 패턴이 순차적으로 부식되는 경우에 발생하는 미세 패턴의 부식 정도를 일치시키기 위하여, 상기 미세 패턴이 형성된 이후에 상기 마스터 롤의 외주면을 전해액을 이용하여 부식시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 미세 패턴이 형성된 이후에, 상기 마스터 롤의 외주면에 대하여 표면을 강화 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 상기 표면을 강화 처리하는 단계는 상기 부식시키는 단계 이후에 상기 미세 패턴의 추가적인 부식을 방지하기 위하여도 이루어질 수 있다.

상기 표면을 강화 처리하는 단계는, 바람직하게는 크롬 또는 니켈을 이용한 표면 강화 도금처리일 수 있고, 예컨대 무전해 도금 또는 전해 도금 처리 등과 같은 표면 강화 도금 처리에 의해 상기 마스터롤의 외주면의 표면을 강화할 수 있다. 전해 도금 처리되는 경우에는 상기 미세 패턴을 형성하는 단계 전에 이루어질 수 있는 전해 도금 처리와 같은 방법으로 이루어질 수 있다.

제조 방법의 예

본 발명의 마스터 롤은 예컨대 하기의 방법을 통하여 제조될 수 있다.

원기둥 형상으로 이루어진 마스터 롤의 원주면을 구리 또는 니켈-인을 이용하여 충분히 도금 처리한 후, 도금 면을 황삭, 중삭, 경삭, 경면 연마의 단계로 경면화 가공을 진행한다.

마스터 롤러의 최종 직경을 정확히 측정하고 가공하고자 하는 미세 패턴 홈의 크기를 형성하기 위한 마스터 롤의 분할 회전 각도를 계산한다

가공기(절삭 장치)의 가공 초기화 및 바이트(절삭 기구) 세팅을 하고 가공 조건을 입력하여 정지 상태에서 바이트의 이동을 통해 횡 방향(마스터 롤의 길이 방향)으로 한 홈씩 가공을 진행한다.

상기 가공시, 가공되는 한 개의 홈당 최소 2회 이상 다단 절입을 진행하여 홈을 형성한다.

이때, 가공 순서는 한 개의 홈을 가공한 후 피치(분할 각도)만큼 회전 후 이웃하게 계속 순차적으로 가공하는 것이 아니라 최초 0도 위치의 기준 홈을 기준으로 대칭 교차 가공을 진행한다.

즉, 분할 각도가 0.02˚인 경우, 0˚에서 기준 홈을 가공하고, 마스터 롤을 0.02˚ 위치로 회전 이동 후, 바이트를 이용한 횡 방향 가공을 통하여 제2 홈을 가공하고, 롤러를 0.02˚ 추가 회전 이동한 0.04˚ 위치에서 홈을 가공하는 일반 순차 이동 가공이 아니라, 0.02˚ 위치와 기준 홈에 대해 대칭이 되는 359.98˚ 위치로 이동하여 횡 방향 가공을 진행하여 제 3 홈을 형성한다.

이후, 다시 롤러를 0.04˚ 위치로 회전 이동하여 제 4 홈을 가공 형성하고, 다시 롤러를 0.02˚ 위치와 기준 홈에 대해 대칭이 되는 359.93˚ 위치로 회전 이동 후 제 5 홈을 가공 형성하는 대칭 교차 이동가공을 진행한다.

이렇게 진행될 경우 최종적으로 최초로 형성한 기준 홈으로부터 180˚ 회전 이동한 위치에서 교차 가공한 홈이 서로 만나면서 종료하여 바이트의 마모 상태나 도금의 변색 수준의 차이를 최소화함으로써 육안으로 시인되는 경계가 발생하지 않도록 마스터 롤을 제조할 수 있다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 원기둥 형상으로 이루어진 광학 필름 제조용 마스터 롤의 외주 면에,
   상기 마스터 롤의 길이 방향을 따라 복수개의 홈을 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 마스터 롤의 제조방법으로서,
   상기 미세 패턴을 형성하는 단계가,
   (i) 기준 홈을 형성하는 단계;
   (ii) 상기 기준 홈에 인접하여 일측 홈을 형성하는 단계;
   (iii) 상기 기준 홈을 기준으로 상기 일측 홈과 대칭이 되도록 타측 홈을 형성하는 단계; 및
   (iv) 상기 일측 홈에 인접한 추가의 홈을 형성하고, 상기 기준 홈을 기준으로 상기 추가의 홈과 대칭이 되는 타측에 홈을 형성하는 과정을 반복하는 단계
   를 포함하는 마스터 롤의 제조방법.
   
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 미세 패턴을 형성하는 단계가, 상기 마스터 롤을 한 방향으로 회전시키면서, 홈을 형성하여 이루어지는 마스터 롤의 제조방법.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 미세 패턴을 형성하는 단계 전에,
   (1) 상기 마스터 롤의 외주면을 전해 도금 처리하는 단계; 및
   (2) 도금 처리된 상기 마스터 롤의 외주면을 경면 가공하는 단계
   를 추가로 포함하는 마스터 롤의 제조방법.
   
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 미세 패턴이 형성된 이후에, 상기 마스터 롤의 외주면을 전해액을 이용하여 부식시키는 단계를 추가로 포함하는 마스터 롤의 제조방법.
   
10. 제 5 항에 있어서,
    상기 미세 패턴이 형성된 이후에, 상기 마스터 롤의 외주면에 대하여 표면을 강화 처리하는 단계를 추가로 포함하는 마스터 롤의 제조방법.
    

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