KR101614267B1 - 광학부재 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤의 교체 없이 표면에 다른 형상의 패턴을 전사할 수 있어 다양한 모델에 따른 패터닝 구현이 가능한 압출 방식의 도광판 제조장치에 관한 것으로, 본 발명의 광학부재 제조장치는, 열가소성 수지를 용융시켜 일측의 토출구를 통하여 광학시트를 토출하는 압출부; 상기 압출부의 후단에 설치되어 토출되는 상기 광학시트를 성형 가공하는 다수의 폴리싱 롤; 및 회전 가능한 중심축, 상기 중심축에 방사상으로 연결되는 다수의 지지축, 롤 회전축을 매개로 상기 지지축의 단부에 체결되는 다수의 패턴 롤로 구성되어, 상기 광학시트 표면에 패턴을 전사하도록 상기 폴리싱 롤 후단에 설치되는 패턴 롤 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광학부재 제조장치{Manufacturing Apparatus of Light Guide Plate}

본 발명은 도광판 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 롤의 교체 없이 표면에 다른 형상의 패턴을 전사할 수 있어 다양한 모델에 따른 패터닝 구현이 가능한 압출 방식이 도광판 제조장치에 관한 것이다.

최근 들어 다양한 디스플레이 장치들이 개발되고 있는데 이들 평판표시장치들로는 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP : Plasma Display Panel), 전계방출 표시장치(FED : Field Emission Display) 등이 있으며, 이와 같은 디스플레이 장치들에 대한 표시 품질을 향상시키기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이 중 LCD는 두 장의 유리판 사이에 액정을 주입하고, 상하 유리판에 설치된 전극에 전원을 인가하여 각 화소에서 액정의 분자 배열을 변화시킴으로써, 액정 사이를 통과하는 빛으로 영상을 표시하는 장치이다. 따라서, LCD는 다른 표시장치와는 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 액정패널 외에 광원으로 백라이트 장치를 더 포함하며, 백라이트 장치가 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 화상을 구현하게 된다.

이와 같이 백라이트 장치는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 조명장치를 말하며, 백라이트 장치는 외부 하우징을 형성하는 커버버텀과 가이드 패널, 광원인 LED 어레이, LED 어레이의 빛을 균일한 면광원으로 전환시키고 고품질의 면광원으로 전환시키는 도광판, 외부로 출사되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시키기 위한 프리즘시트와 확산시트를 포함한다.

여기서, 도광판, 프리즘시트 및 확산시트는 백라이트 장치의 광 특성을 개선하기 위한 광학부재로서, 이들의 형상이나 표면에 형성되는 패턴과 같은 외형적 특성에 의하여 백라이트 장치의 광 특성이 크게 좌우된다. 또한, 최근에는 도광판 표면에 직접 광 특성을 개선하기 위한 다양한 형상의 패턴들이 형성되어 기능성 광학시트들을 대체함으로써, 도광판 상부에 적층되는 광학시트의 수를 최소로 하고 있다.

이러한 도광판은 열가소성 수지를 이용한 압출 방식이나 사출 방식으로 제조될 수 있다. 압출 공정은 사출 공정에 비하여 필름이나 시트 형태의 얇은 두께의 도광판 제조가 가능하고, 압출과 커팅을 이용하여 도광판을 연속적으로 제조할 수 있는 장점을 나타낸다. 또한, 압출 공정을 이용한 도광판의 제조는 롤(roll)에 특정 패턴을 형성하거나 패턴이 형성된 스탬퍼(stamper)를 롤에 체결하여 도광판 표면에 다양한 형상의 패턴을 전사할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 압출 공정을 이용한 도광판 제조장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 주요부인 패턴 롤의 다양한 예를 나타낸 측면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 도광판 제조장치는 열가소성 수지(10)를 용융시켜 토출하는 압출부(30)와, 압출부(30)에서 토출되는 수지(10)를 소정의 두께와 형상으로 가공하는 다수의 롤(40,50,60) 및 가공된 도광시트(20)를 냉각시키는 냉각 롤(70)을 포함한다. 이때, 도광시트(20)의 상면과 하면에 특정 패턴을 형성하기 위하여 제2롤(50)과 제3롤(60) 표면에는 전사용 패턴(51,61)이 형성된다.

이러한 구성의 도광판 제조장치는 압출부(30)에서 토출되는 도광시트(20)가 제1롤(40)과 제2롤(50)을 통과하면서 소정의 두께를 갖도록 성형 가공됨과 동시에 시트(20)의 상면에 제2롤(50)에 의하여 특정 형상의 패턴(20a)이 전사된다. 또한, 제1롤(40)과 제2롤(50)을 통과한 시트(20)는 연속적으로 제2롤(50)과 제3롤(60)을 통과하면서 하면에 제3롤(60)에 의하여 특정 형상의 다른 패턴(20b)이 전사된다. 그리고, 제2롤(50)과 제3롤(60)을 통과하면서 양면에 패턴(20a,20b)이 전사된 도광시트(20)는 냉각 롤(70)을 거치면서 냉각되고, 커팅기(미도시)에 의하여 소정의 크기로 절단되어, 양면에 패턴이 형성된 도광판이 제조된다. 이때, 도광시트(20)에 패턴을 전사하기 위하여 제2롤(50) 및 제3롤(60)의 표면에는 도 2의 (a)와 같이 전사패턴(51,61)이 직접 가공되거나, (b)와 같이 전사패턴(51,61)이 형성된 스탬퍼(52,62)가 부착될 수 있다.

한편, 도광판에 형성되는 패턴은 도광판의 기능에 따라 프리즘 패턴, 렌티큘러 패턴, 도트 패턴, V-cut 패턴 등 다양한 형상이 적용된다. 따라서, 종래의 도광판 제조장치에서는 도광시트에 다른 패턴을 전사하여야 하는 경우, 그에 해당하는 전사패턴이 형성된 롤로 교체하거나 롤에 부착된 스탬퍼를 교체하여야 한다.

이와 같은 종래의 도광판 제조장치는 도광판의 종류에 따라 패턴을 달리하는 경우 매번 그에 따른 롤 또는 스탬퍼를 교체하여야 하므로 교체 작업에 따른 압출 공정이 번거로운 문제점이 있으며, 롤 또는 스탬퍼 교체시 작업이 중단되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 도광판 제조장치는 이와 같은 롤 또는 스탬퍼 교체 작업 중 미세한 전사패턴이 손상되는 경우가 많아 제조된 도광판의 광 특성이 저하되거나 생산 수율이 저하되는 문제점을 초래한다.

국내공개특허 10-2014-0110644호(2014.09.17.출원공개)

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광학부재에 형성되는 패턴을 달리하는 경우에도 롤이나 스탬퍼를 교체하지 않고 다른 형상의 패턴을 전사할 수 있는 광학부재 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 광학시트 표면에 다양한 형상의 패턴을 동시에 또는 연속적으로 전사할 수 있도록 구성되어 생산성을 향상시킬 수 있는 광학부재 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학부재 제조장치는, 열가소성 수지를 용융시켜 일측의 토출구를 통하여 광학시트를 토출하는 압출부; 상기 압출부의 후단에 설치되어 토출되는 상기 광학시트를 성형 가공하는 다수의 폴리싱 롤; 및 회전 가능한 중심축, 상기 중심축에 방사상으로 연결되는 다수의 지지축, 롤 회전축을 매개로 상기 지지축의 단부에 체결되는 다수의 패턴 롤로 구성되어, 상기 광학시트 표면에 패턴을 전사하도록 상기 폴리싱 롤 후단에 설치되는 패턴 롤 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 패턴 롤 어셈블리는 상기 광학시트의 상하측에 모두 설치되어, 상기 광학시트 양면에 패턴을 전사하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴 롤 어셈블리는 다수의 상기 패턴 롤 중 적어도 두 개 이상의 패턴 롤이 동시에 상기 광학시트 표면에 패턴을 전사하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리싱 롤은 다수의 폴리싱 롤 중 어느 하나는 표면에 전사패턴이 형성된 패턴 롤로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴 롤은 롤 표면에 전사패턴이 직접 형성되거나 롤 표면에 전사패턴이 형성된 스탬퍼가 부착되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 광학부재 제조장치는 상기 광학시트를 가열시키기 위하여 상기 패턴 롤 어셈블리 전단에는 설치되는 히팅부;를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 서로 다른 전사패턴을 갖는 다수의 패턴 롤이 하나의 롤 어셈블리를 이루어, 패턴 롤을 교체하지 않고도 하나의 장치에서 다양한 형상의 패턴을 갖는 도광판을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 롤을 교체하는 작업이 요구되지 않아 다른 형상의 패턴을 갖는 도광판을 제조하는 과정에서도 작업의 중단 없이 연속적인 작업이 이루어지므로 작업의 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명은 서로 다른 패턴이 전사된 다수의 패턴 롤이 동시에 도광시트에 패턴을 전사하도록 구성되어, 하나의 공정에서 다중 패턴을 전사할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 압출 공정을 이용한 도광판 제조장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 주요부인 패턴 롤의 다양한 예를 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 주요부인 패턴 롤 어셈블리를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 도광판 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 도광판 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 본 발명의 설명에 있어서 도광시트의 상면과 하면은 편의상 도면을 기준으로 한 것으로 시트의 '일면'과 그 '반대면'을 말하며, 전단 및 후단은 배치 순서 상의 위치를 말하는 것으로 연속되는 위치 또는 그 사이에 다른 구성이 개입된 다소 이격된 위치일 수 있다. 또한, 본 발명의 설명에 있어서 도광판을 제조하는 과정을 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 장치를 구성하는 프리즘시트, 확산시트 등 다양한 기능의 광학부재가 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 주요부인 패턴 롤 어셈블리를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 도광판 제조장치는 도광시트(20)를 압출하는 압출부(100), 압출부(100)의 후단에서 도광시트(20)를 가공하는 다수의 폴리싱 롤(200, polishing roll), 폴리싱 롤(200)의 후단에서 도광시트(20)를 냉각시키는 제1냉각 롤(310), 패턴 롤 어셈블리(500) 전단에서 도광시트(20)를 재가열시키는 히팅부(400), 히팅부(400)의 후단에서 도광시트(20) 표면에 패턴을 전사하는 패턴 롤 어셈블리(500, pattern roll assembly) 및 패턴 롤 어셈블리(500)의 후단에서 도광시트(20)를 냉각시키는 제2냉각 롤(320) 및 제2냉각 롤(320)의 후단에서 도광시트(20)를 재단하는 커팅부(600, cutting)로 구성된다.

구체적으로 살펴보면, 압출부(100)는 열가소성 수지를 용융 압출시켜 판(plate) 형상의 시트 또는 필름으로 성형하기 위한 구성으로, 하측에 토출구가 형성되면서 소정의 내부 용량을 갖는 호퍼(hopper)로 구성될 수 있다. 도광판의 원재료가 되는 열가소성 수지는 소정의 굴절율을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지가 이용되며, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly stylene), MS(Meta stylene) 또는 PC(Polycarbonate) 등의 수지로 구성된다. 열가소성 수지는 펠릿(pellet) 또는 분말(powder) 상태로 호퍼에 주입되고, 압출부(100)는 수지를 가열하여 겔(gel) 상태로 용융시킨 후 압출하여 도광시트(20)를 성형하게 된다.

폴리싱 롤(200)은 압출된 도광시트(20)가 전체적으로 일정한 두께를 가지도록 하고, 경우에 따라 도광시트(20) 표면에 소정의 패턴이 형성되도록 가공한다. 이러한 폴리싱 롤(200)은 다수개로 구성되며, 도시된 바와 같이 제1롤(210), 제2롤(220) 및 제3롤(230)로 구성될 수 있다. 이때, 서로 인접하는 제1롤(210)과 제2롤(220) 및 제2롤(220)과 제3롤(230)은 서로 반대 방향으로 회전하면서, 도광시트(20)가 가공됨과 동시에 이동될 수 있도록 한다. 또한, 제1롤(210)과 제2롤(220) 및 제2롤과 제3롤(230) 사이에는 소정의 간격이 형성되어 각 롤 사이를 통과하는 도광시트(20)가 일정한 두께로 성형되도록 한다. 또한, 제1롤(210), 제2롤(220) 또는 제3롤 중 어느 하나의 롤은 표면에 전사패턴이 형성된 패턴 롤로 구성될 수 있다. 도면에서 제1롤(210) 또는 제3롤(230)이 패턴 롤로 구성되는 경우 도광시트(20)의 하면에 패턴이 전사되고, 제2롤(220)이 패턴 롤로 구성되는 경우 도광시트(20)의 상면에 패턴이 전사된다. 또한, 제1롤(210)은 가이드 롤로 구성될 수 있다.

제1냉각 롤(310)과 제2냉각 롤(320)은 폴리싱 롤(200)과 패턴 롤 어셈블리(500)를 통과한 도광시트(20)를 냉각시키는 기능을 한다. 폴리싱 롤(200) 또는 패턴 롤 어셈블리(500)에서 성형되는 도광시트(20)는 대략 200℃ 이상의 고온에서 성형되는데, 냉각 롤(310,320)은 도광시트(20)의 표면 온도를 저하시켜 성형된 도광시트(20)의 형태가 안정적으로 유지되도록 한다. 이러한 냉각 롤(310,320)은 냉각용 질소 또는 공기가 토출되는 냉풍 롤이나 내부를 흐르는 냉각수를 이용한 냉각수 롤로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 도광판 제조장치에서 냉각 롤(310,320)은 제1냉각 롤(310)과 제2냉각 롤(320) 모두가 구비될 수 있으나, 제2냉각 롤(320)만 구비될 수도 있다.

히팅부(400)는 패턴 롤 어셈블리(500)의 전단에서 패턴 롤(530)로 진입되는 도광시트(20)를 재가열시키는 기능을 한다. 패턴 롤(530)에 의하여 도광시트(20) 표면에 패턴이 전사되기 위해서는 도광시트(20)가 대략 200℃ 이상의 고온 상태가 유지되어야 한다. 폴리싱 롤(200)을 통과한 도광시트(20)는 제1냉각 롤(310) 또는 자연 상태에 의하여 냉각되므로, 패턴을 전사하기 위해서는 도광시트(20)를 다시 고온으로 가열할 필요가 있다. 이를 위하여 히팅부(400)는 도광시트(20)가 소정의 온도에 도달하도록 가열시킨다.

패턴 롤 어셈블리(500)는 도광시트(20) 표면에 다양한 형상의 패턴을 전사시키는 기능을 한다. 본 발명의 패턴 롤 어셈블리(500)는 서로 다른 형상의 전사패턴을 구비한 다수의 패턴 롤(530)로 구성된다. 이를 위한 패턴 롤 어셈블리(500)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 중심축(510), 중심축(510)에서 방사상으로 연결되는 다수의 지지축(520) 및 각 지지축(520)의 단부에 체결되는 패턴 롤(530)로 구성된다.

여기서, 중심축(510)은 방사상으로 체결된 다수의 패턴 롤 중 어느 하나의 패턴 롤(530)을 선택하기 위한 구성으로, 소정의 길이를 갖는 원기둥 형상의 회전 가능한 축으로 이루어진다. 지지축(520)은 중심축(510)으로부터 소정 간격 이격되도록 패턴 롤(530)을 중심축(510)에 체결시키는 구성으로, 다수의 지지축(520)이 일정 간격을 이루면서 중심축(510)에 연결된다. 이때, 다수의 지지축(520)은 중심축(510)에 대하여 소정의 방사각을 이루면서 방사상으로 연결되며, 중심축(510) 양 단부의 각 지지축(520)은 서로 쌍을 이룬다. 패턴 롤(530)은 각 지지축(520)에 지지되어 도광시트(20) 표면에 패턴을 전사하기 위한 구성으로 롤 회전축(531)을 매개로 한 쌍의 지지축(520)에 체결된다. 이를 위하여 패턴 롤(530) 표면에는 전사패턴이 형성되며, 전사패턴은 롤 표면에 직접 형성되거나(도 2의 (a)참조) 스탬퍼에 형성되어 롤 표면에 부착될 수 있다(도 2의 (b)참조).

상기와 같은 구성의 패턴 롤 어셈블리(500)는 폴리싱 롤(200) 후단에 설치되어 일정 두께로 가공된 도광시트(20) 표면에 패턴을 전사한다. 패턴 롤 어셈블리(500)는 대략 3~5개의 패턴 롤(530)을 구비할 수 있으며, 각 패턴 롤(530) 표면에는 서로 다른 형상의 전사패턴이 형성된다. 따라서 본 발명의 패턴 롤 어셈블리(500)는 다수의 패턴 롤(530) 중 제조하고자 하는 도광판 모델에 해당하는 특정 패턴을 가진 어느 하나의 패턴 롤(530)을 선택함으로써, 패턴 형상에 따른 다양한 모델의 도광판을 제조할 수 있다.

이때, 패턴 롤(530)은 중심축(510)의 회전으로 선택될 수 있으며, 중심축(510)을 회전시키는 구성은 압출장치에서 패턴 롤을 회전시키는 구성과 같은 일반적인 기술이 적용될 수 있다. 또한, 패턴 롤 어셈블리(500)는 중심축(510)의 회전이 용이하게 이루어질 수 있도록 지지축(520)이 신축 가능하도록 구성된다. 또한, 도 3과 같이 패턴 롤 어셈블리(500)가 도광시트(20)의 상측에 설치되는 경우 도광시트(20)의 하측에는 별도의 가이드 롤(700)이 설치될 수 있다.

커팅부(600)는 패턴이 전사된 도광시트(20)를 일정 길이로 절단하여 재단한다. 커팅부(600)에서 절단된 도광판은 팔렛트 등에 적층되어 이송된다. 한편, 도시되지는 않았지만, 패턴이 전사된 도광시트(20) 표면에 보호시트가 부착된 후 커팅부(600)에서 절단이 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 패널 롤 어셈블리(500)에 다양한 패턴을 가진 다수의 패널 롤(530)이 구비됨으로써, 패턴 롤의 교체 작업 없이 서로 다른 패턴을 형성할 수 있으며, 이에 따라 서로 다른 패턴을 갖는 도광판 제조 공정에서도 연속적인 작업이 이루어질 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 5의 실시예에 따른 도광판 제조장치는 패턴 롤 어셈블리(500)가 도광시트(20)의 상하측에 설치된다. 이러한 구성에 의하여 도광시트(20) 상면과 하면 동시에 패턴이 전사될 수 있으며, 상하면에 더욱 다양한 패턴을 갖는 도광판을 제조할 수 있다.

또한, 도 6의 실시예에 따른 도광판 제조장치는 패턴 롤 어셈블리(500)가 동시에 두 개의 패턴 롤(530)이 도광판 표면에 패턴을 전사하도록 구성된다. 즉, 도시된 바와 같이 제1패턴 롤(530-1)과 제2패턴 롤(530-2)이 동시에 도광시트(20)에 접촉되어 패턴을 전사한다. 이러한 구성에 의하여 일면에 복합 형상의 패턴을 갖는 도광판을 제조할 수 있다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100 : 압출부
200, 210, 220, 230 : 폴리싱 롤
310, 320 : 냉각 롤
400 : 히팅부
500 : 패턴 롤 어셈블리 510 : 중심축
520 : 지지축 530 : 패턴 롤
600 : 커팅부

Claims (6)

1. 열가소성 수지를 용융시켜 일측의 토출구를 통하여 광학시트를 토출하는 압출부;
   상기 압출부의 후단에 설치되어 토출되는 상기 광학시트를 가공하는 다수의 폴리싱 롤; 및
   회전 가능한 중심축, 상기 중심축에 방사상으로 연결되는 다수의 지지축, 롤 회전축을 매개로 상기 지지축의 단부에 체결되는 다수의 패턴 롤로 구성되어, 상기 광학시트 표면에 패턴을 전사하도록 상기 폴리싱 롤 후단에 설치되는 패턴 롤 어셈블리;를 포함하는 광학부재 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 패턴 롤 어셈블리는,
   상기 광학시트의 상하측에 모두 설치되어, 상기 광학시트 양면에 패턴을 전사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학부재 제조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패턴 롤 어셈블리는,
   다수의 상기 패턴 롤 중 적어도 두 개 이상의 패턴 롤이 동시에 상기 광학시트 표면에 패턴을 전사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학부재 제조장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 폴리싱 롤은,
   다수의 폴리싱 롤 중 어느 하나는 표면에 전사패턴이 형성된 패턴 롤로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학부재 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 패턴 롤은,
   롤 표면에 전사패턴이 직접 형성되거나 롤 표면에 전사패턴이 형성된 스탬퍼가 부착되는 것을 특징으로 하는 광학부재 제조장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 광학시트를 가열시키기 위하여 상기 패턴 롤 어셈블리 전단에는 설치되는 히팅부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재 제조장치.
   

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