KR101767311B1 - 광학필름 제조용 금형 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법 및 이를 이용한 금형 제조방법 및 이를 이용한 광학필름 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법은 가공 롤러를 마련하는 준비단계; 및, 상기 가공 롤러 외면에 입자를 부착하여 미세패턴을 형성하는 가공 툴 제조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 광을 확산시키는 확산필름과 광을 집광시키는 프리즘 필름의 기능을 동시에 수행하는 복합패턴이 형성된 광학필름을 제조할 수 있는 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법 및 이를 이용한 금형 제조방법 및 이를 이용한 광학필름 제조방법이 제공된다.

Description

광학필름 제조용 금형 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING MOLD FOR MANUFACTURING OPTICAL FILM}

본 발명은 광학필름 제조용 금형의 가공툴 제조방법 및 이를 이용한 금형 제조방법 및 이를 이용한 광학필름 제조방법 및 금형 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 불규칙한 미세패턴 또는 복합패턴이 형성된 광학필름을 제조할 수 있는 광학필름 제조용 금형의 가공툴 제조방법 및 이를 이용한 금형 제조방법 및 이를 이용한 광학필름 제조방법 및 금형 제조장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이(LCD : Liquid Crystal Display)는 비자발광 디스플레이의 일종으로써 외부에서 독자적으로 만들어진 백색광을 공급받아 화소별로 투과도와 투과 스펙트럼을 조절하여 필요한 영상정보를 구현하는 장치이다.

액정 디스플레이는 크게 액정 패널, 구동 회로, 백라이트 유닛(BLU : Back Light Unit)으로 구성된다. 액정 디스플레이는 자체적으로 발광이 불가능하기 때문에, 액정 디스플레이 패널에 밝고 고른 백색광을 공급해 주는 백 라이트 유닛(BLU : Back Light Unit)이 필요하며, 이러한 백라이트 유닛은 액정 디스플레이의 화질 특성 중 휘도(luminance), 휘도 균일도, 색좌표와 같은 중요 특성들을 결정해 주는 핵심 부품이다.

도 1은 액정 디스플레이의 백라이트 유닛의 개략적인 분해사시도이다. 도 1을 참조하면, 백라이트 유닛(10)은 선광원인 냉음극형광램프(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 점광원인 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)로 마련되는 광원(11)과, 도광판(12)과, 반사필름(13)과, 확산필름(14) 및 프리즘 필름(15)을 포함한다. 이때, 프리즘 필름(15)은 2장으로 마련되어 각각 액정 디스플레이의 길이방향과 폭방향으로 적층된다.

대형 액정 디스플레이로 갈수록 백라이트 유닛(10)의 원가 비중이 더욱 커지기 때문에 다양한 기술혁신을 통해 백라이트 유닛의 가격을 낮추고 액정 디스플레이의 화질을 개선하는 것이 매우 중요한 기술적 과제로 떠오르고 있으나, 기존의 백라이트 유닛(10)은 많은 수의 광학필름(반사필름(13), 확산필름(14), 2장의 프리즘 필름(15))을 사용하므로 생산 단가의 저하 및 경량화에 한계가 있다는 문제점이 있다.

또한, 광학필름은 직접적으로 사람의 눈을 통해서 그 품질이 최종적으로 결정되는데, 미세 패턴의 형상이 균일하지 않은 경우 화면의 미묘한 왜곡현상이 나타난다. 미세패턴의 간격이 변하거나, 미세패턴의 형상에 변화가 있거나, 미세패턴이 가공된 금형 자체에 미세한 결함이 있는 경우 성형된 광학필름이 사용된 액정 디스플레이에서는 기계적으로 발견할 수 없는 영상의 왜곡현상이 사람의 눈에 나타나므로 이러한 불량요소를 제거하기 위한 고균일 가공공정기술이 반드시 필요하다.

종래에는 금형에 미세패턴을 형성하기 위하여 금형을 가공기에 장착하여 다이아몬드 절삭공구를 이용하여 가공한다. 그러나, 절삭을 이용하는 경우 절삭공구 자체에 의한 오차가 발생하는 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가공 툴을 이용하여 금형을 압입함으로써 정밀한 불규칙 미세패턴이 형성된 금형을 용이하게 제조할 수 있는 광학필름 제조용 금형의 가공툴 제조방법 및 이를 이용한 금형 제조방법 및 이를 이용한 광학필름 제조방법 및 금형 제조장치를 제공함에 있다.

또한, 광을 확산시키는 확산필름과 광을 집광시키는 프리즘 필름의 기능을 동시에 수행하는 복합패턴이 형성된 광학필름을 제조할 수 있는 광학필름 제조용 금형의 가공툴 제조방법 및 이를 이용한 금형 제조방법 및 이를 이용한 광학필름 제조방법 및 금형 제조장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 가공 롤러를 마련하는 준비단계; 및, 상기 가공 롤러 외면에 입자를 부착하여 미세패턴을 형성하는 가공 툴 제조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 가공 툴 제조단계는, 상기 미세패턴이 불규칙 패턴이 되도록 상기 입자의 크기와 배치를 불균일하도록 부착하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 가공 툴 제조단계는, 상기 입자가 표면에 부착되어 상기 미세패턴이 형성된 제1면과, 제1면의 반대편인 제2면을 포함하는 랩핑 필름을 마련하는 랩핑 필름 준비단계;와, 상기 랩핑 필름의 제2면을 상기 가공 롤러의 외주면을 감싸도록 부착하는 부착단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 입자는 다이아몬드 입자로 마련되는 것이 바람직하다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 광학필름 제조용 금형 제조방법에 있어서, 가공 롤러 외면에 입자를 부착하여 미세패턴이 형성된 가공 툴을 제조하는 가공 툴 제조단계; 상기 가공 툴을 모재에 압입하여 미세패턴을 상기 모재에 전사하는 미세패턴 전사단계; 및 미세패턴이 전사된 상기 모재에 규칙적인 함몰패턴을 형성하는 함몰패턴 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 미세패턴이 전사된 상기 모재에 규칙적인 함몰패턴을 형성하는 함몰패턴 형성단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 함몰패턴 형성단계는 레이저 가공법을 이용하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 함몰패턴 형성단계는 급속이송공구대(FTS : Fast Tool Servo)를 이용하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 함몰패턴 형성단계는 타공법을 이용하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 미세패턴 전사단계는, 상기 가공 툴을 상기 모재에 압입하는 압입 단계;와, 상기 가공 툴의 가압력을 조절하는 압력 조절 단계; 및 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시켜 미세패턴이 형성된 금형을 제조하는 패턴 형성 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 압력 조절 단계는, 압력 센서를 통하여 상기 가공 툴의 가압력을 측정하여 조절하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 패턴 형성 단계는, 상기 가공 툴의 회전축과 상기 모재의 회전축이 나란하게 배치되어 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시키는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 가공 툴의 회전축과 상기 모재의 회전축이 수직으로 배치되어 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시키는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 가공 툴의 회전축과 상기 모재의 회전축이 사선으로 배치되어 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시키는 것이 바람직하다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 상기 금형과 필름을 상호 가압하여 복합패턴을 상기 필름에 전사하여, 확산 패턴과 마이크로렌즈가 형성된 광학필름을 제조하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조방법에 의해 달성된다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 모재가 상면을 따라 이동가능한 스테이지; 상기 모재를 가공하여 금형을 제조하는 금형 가공기를 상기 스테이지 상면으로부터 이격배치 되도록 고정하는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 제조장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 고정부는, 고정플레이트와, 상기 고정플레이트 상에서 승강 가능하며 상기 금형 가공기가 탈착가능하게 장착되는 장착부를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 금형 가공기는, 입자에 의해 표면에 미세패턴이 형성되며, 경면 가공된 상기 모재에 압입되어 상기 미세패턴을 상기 모재에 전사하는 랜덤패턴 가공기; 및 상기 미세패턴이 형성된 상기 모재에 규칙적인 함몰패턴을 형성하는 렌즈 가공기;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 금형 가공기는 상기 모재를 경면 가공하는 경면 가공기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 랜덤패턴 가공기는 입자에 의해 표면에 미세패턴이 형성되는 가공툴과, 상기 가공툴을 회전시키는 모터;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 모재에 접촉 또는 가압되는 상기 금형 가공기의 가압력을 측정하는 압력센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 복합패턴이 형성된 광학필름을 제조할 수 있는 광학필름 제조용 금형의 가공툴 및 금형을 제조할 수 있다.

또한, 금형을 통하여 불규칙한 패턴과 마이크로 렌즈 규칙적으로 배열된 복합패턴이 형성된 광학필름을 제조할 수 있다.

또한, 광학필름은 불규칙한 패턴을 통하여 광을 확산시키며, 마이크로 렌즈를 통하여 광을 집중시킴으로써, 확산필름과 프리즘 필름 기능을 동시에 수행하는 광학필름이 제공된다.

또한, 압입 공정을 이용하여 가공 툴을 통하여 금형을 제조함으로써, 절삭공구 등에 의하여 금형에 오차가 생기는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가공 툴은 랩핑 필름 외면에 입자를 이용하여 미세패턴을 형성하거나, 미세패턴이 형성된 랩핑 필름을 부착함으로써 용이하게 제작할 수 있다.

또한, 가공 툴과 금형 간의 접촉 및 이동방향에 따라 금형의 길이방향, 둘레방향 및 사선방향을 따라 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 단일의 장치에서 경면 가공, 불규칙 미세패턴 형성 및 규칙적인 패턴을 모두 형성할 수 있는 금형 제조 장치가 제공된다.

도 1은 액정 디스플레이의 백라이트 유닛의 개략적인 분해사시도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법의 공정 순서도이며,
도 3은 도 2의 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법의 가공 툴의 개략적인 사시도이며,
도 4는 도 2의 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법의 가공 툴 제조단계를 계락적으로 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형 제조방법의 공정 순서도이며,
도 6은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 압입 단계와 압력 조절단계를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 7 내지 도 13은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 패턴 형성단계를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 14는 도 10의 A-A' 를 따라 절단한 개략적인 단면도이며,
도 15 및 도 16은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 함몰패턴 형성단계를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 17은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 금형의 개략적인 사시도이며,
도 18은 도 17의 B-B'를 따라 절단한 개략적인 단면도이며,
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조방법의 개략적인 공정이며,
도 20은 도 15의 광학필름의 개략적인 사시도이며,
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 금형 제조장치의 개략적인 사시도이며,
도 22는 도 21의 금형 제조장치의 경면 가공기가 장착된 상태를 도시한 도면이며,
도 23은 도 21의 금형 제조장치의 경면가공을 도시한 도면이며,
도 24 및 도 25는 도 21의 금형 제조장치의 불규칙 패턴 형성을 도시한 도면이며,
도 26은 도 21의 금형 제조장치의 렌즈 가공기가 장착된 상태를 도시한 도면이며,
도 27은 도 21의 금형 제조장치의 함몰패턴 형성을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법의 공정 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법(S100)은, 준비단계(S110) 및 가공 툴 제조단계(S120)를 포함한다.

도 3은 도 2의 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법의 가공 툴의 개략적인 사시도이다. 가공 툴(100)은 외주면이 모재(210, 도 6 참조)에 압입됨으로써 금형(200, 도 17 참조)에 역상 패턴(211, 도 17 참조)을 형성하기 위한 구성이다. 도 3을 참조하면, 가공 툴(100)은 롤 형상이며 외주면에 미세 입자에 의하여 미세패턴이 형성된다.

준비단계(S110)에서 가공 툴(100)의 모재가 되는 가공 롤러(110)를 준비하며, 본 실시예에서 가공 롤러(110)는 원통형으로 마련된다. 다만, 반드시 원통형에 제한되는 것은 아니며 휠 형상으로도 마련될 수 있다. 가공 롤러(110)는 우레탄과 같이 플렉서블한 재질로 마련될 수 있으며, 이에 대해서는 광학필름 제조용 금형 제조방법(S200)에서 설명한다.

도 4는 도 2의 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법의 가공 툴 제조단계를 계락적으로 도시한 도면이다.

가공 툴 제조단계(S120)는 랩핑 필름 준비단계(S121) 및 부착단계(S122)를 포함한다.

랩핑 필름 준비단계(S121)는 가공 툴(100)을 제조하기 위하여 가공 롤러(110)의 외면을 감싸기 위한 랩핑 필름(120)을 마련하는 단계이다. 랩핑 필름(120)은 제1면과 제2면을 구비하며, 제1면의 표면에는 미세입자에 의하여 패턴이 형성된다. 미세입자의 형상은 원형, 다각형 등 다양하게 마련될 수 있으며, 도 4의 (a)를 참조하면, 미세입자의 크기 및 배치 또한 불규칙하게 마련되어 랩핑 필름(120) 제1면의 미세패턴은 불규칙 패턴(랜덤 패턴)이 된다. 랩핑 필름(120)은 연마포로 마련될 수도 있다.

한편, 패턴을 형성하기 위한 미세입자의 종류는 제한되지 않으나, 다이아몬드 입자로 마련되는 것이 바람직하다. 다이아몬드 입자는 경도가 높으므로, 압입 공정을 이용하여 금형(200, 도 17 참조)에 역상 패턴(211) 형성시 용이하게 형성할 수 있다.

부착 단계(S122)는 가공 툴(100)을 제조하는 단계이다. 가공 툴(100)은 랩핑 필름(120)을 가공 롤러(110)의 외주면을 감싸도록 부착함으로써 제조된다. 랩핑 필름(120)의 제1면에는 다이아몬드 입자와 같은 미세입자에 의하여 불규칙 패턴이 형성되며, 랩핑 필름(120)의 제2면을 가공 롤러(110)에 부착함으로써, 외면에 미세입자에 의하여 미세패턴이 형성된 가공 툴(100)이 제조된다. 미세입자에 의하여 불규칙 패턴은 가공 롤러(110) 외면으로부터 돌출 형성된다.

본 실시예에서 가공 툴 제조단계(S120)는 롤러(110)의 외주면에 랩핑 필름(120)을 부착하는 것으로 하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 방법으로 제조될 수 있다.

예를 들어, 가공 롤러(110) 외면에 직접 입자를 부착함으로써 미세패턴을 형성할 수 있다. 이때, 입자의 형상, 입자의 크기 및 배치는 불규칙하므로 가공 툴(100) 외면의 미세패턴은 랩핑 필름(120)의 제1면과 같이 불규칙 패턴(랜덤 패턴)이 되며, 입자가 부착되므로 랜덤 패턴은 가공 롤러(110) 외면으로부터 돌출 형성된다. 만일 가공 롤러(110)를 연삭/연마 휠을 이용하는 경우 외면에 입자를 포함하도록 제작할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 다이아몬드 입자와 같은 미세입자를 통하여 가공 롤러(110)의 외면으로부터 돌출 형성되며 불규칙한 랜덤 패턴이 형성된 광학필름 제조용 금형의 가공 툴이 제공된다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형 제조방법의 공정 순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조용 금형 제조방법(S200)은, 가공 툴 제조단계(S120)와, 미세패턴 전사단계(S220) 및 함몰패턴 형성단계(S230)를 포함한다. 가공 툴 제조단계(S120)는 상술한 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법(S100)과 동일하므로 중복 설명은 생략한다.

미세패턴 전사단계(S220)는 금형(200, 도 17 참조)의 모재(210)에 불규칙 패턴의 역상인 역상 패턴(211, 도 14 참조)을 형성하는 단계로서, 압입 단계(S221)와, 압력 조절단계(S222) 및 패턴 형성단계(S223)를 포함한다.

모재(210)는 금형(200)의 형상과 동일하게 마련되며, 판형으로 마련되거나 또는 대면적 롤러로 마련되는 등 그 형상은 제한되지 않는다. 예를 들어 모재(210)가 대면적 롤러로 마련되는 경우, 길이 약 2m에 직경 300~400mm 무게 약 1톤의 원통형상일 수 있다. 금형(200)은 무게, 크기 등에 의하여 회전시의 안정성 확보가 중요하며, 금형(200)이 질량불평형을 가지고 있을 경우 회전속도가 높아질수록 진동현상이 크게 나타나므로, 모재(210)는 제작 시 정밀하게 제작되는 것이 바람직하다.

도 6은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 압입 단계와 압력 조절단계를 개략적으로 도시한 도면이다.

압입 단계(S221)에서 상술한 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법(S100)에서 제조된 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입한다. 모재(210) 상에 패턴이 정밀하게 형성될 수 있도록, 가공 툴(100)을 충분한 압력으로 모재(210)에 가압하는 것이 바람직하다.

압력 조절단계(S222)에서 압력 센서(220)를 통하여 가공 툴(100)의 가압력을 측정한다. 입자에 의하여 가공 툴(100) 외면에는 돌출된 미세패턴이 형성되며, 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입함으로써 모재(210)의 외면이 함몰된다. 이때, 압입하는 힘의 크기에 따라 함몰 정도가 상이해지므로, 압력 센서(220)를 통하여 일정한 힘으로 압입될 수 있도록 지속적으로 측정하여 조절한다.

한편, 가공 툴(100)은 우레탄과 같은 플렉서블한 재질로 마련될 수 있다. 숫돌과 같은 재질로 마련되는 경우 가공 툴(100)과 모재(210)의 접촉시 파손될 수 있으나, 플렉서블한 재질로 마련되는 경우 파손의 위험이 없으며 가공 툴(100)과 모재(210) 간의 접촉력이 향상되어 용이하게 압입을 할 수 있다.

도 7 내지 도 13은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 패턴 형성단계를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 중, 도 7 내지 도 9는 모재(210)가 판형으로 마련되는 경우의 패턴 형성단계를 도시한 도면이며, 도 10 내지 도 12는 모재(210)가 롤러로 마련되는 경우의 패턴 형성단계를 도시한 도면이며, 도 13은 패턴 형성단계의 변형예이다.

모재(210)가 판형인 경우에는, 도 7을 참조하면, 가공 툴(100)의 회전축과 판형의 모재(210)의 길이방향을 나란하게 한 상태에서 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입하여 회전시킴으로써, 불규칙 패턴의 역상인 역상패턴(211)이 모재(210)의 길이방향을 따라 형성된다.

또한, 도 8을 참조하면, 가공 툴(100)의 회전축과 판형의 모재(210)의 폭방향을 나란하게 한 상태에서 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입하여 회전시킴으로써, 역상패턴(211)을 모재(210)의 폭방향을 따라 형성할 수 있다.

나아가, 도 9와 같이, 가공 툴(100)의 회전축을 모재(210)의 길이방향 또는 폭방향과 사선으로 배치한 상태에서 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입하여 회전시킴으로써, 역상패턴(211)을 모재(210)의 사선방향을 따라 형성할 수 있다.

즉, 종래의 다이아몬드 절삭 공구를 이용하여 모재(210) 상에 패턴을 형성하는 경우와 달리, 가공 툴(100)과 모재(210) 간의 배치를 변경함으로써, 모재(210) 상에 형성되는 역상패턴(211)의 방향을 용이하게 변경할 수 있다. 또한, 여러 방향을 따라 가공 툴(100)을 회전시킴으로써 어느 한 영역에서 역상패턴(211)의 밀도가 차이나는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 가공 툴(100)의 미세패턴은 불규칙 패턴으로서 그 크기 및 위치 등이 랜덤이다. 따라서, 가공 툴(100)의 전 영역에 미세패턴이 균일하게 분포되지 않을 수도 있으며, 이 경우 한 방향으로만 모재(210)에 압입하여 회전하는 경우 균일도가 저하될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 가공 툴(100)의 위치 및 회전방향을 자유롭게 변경할 수 있으므로 불규칙한 미세패턴의 균일도를 향상시킬 수 있다.

모재(210)가 롤러인 경우에는, 도 10을 참조하면, 가공 툴(100)의 회전축과 모재(210)의 회전축을 나란하게 한 상태에서 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입하여 상호 회전시킴으로써, 불규칙 패턴의 역상인 역상패턴(211)이 모재(210)의 둘레방향을 따라 형성된다.

또한, 도 11을 참조하면, 가공 툴(100)의 회전축과 모재(210)의 회전축이 수직으로 교차되도록 한 상태에서 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입하여 상호 회전시킴으로써, 역상패턴(211)을 모재(210)의 길이방향을 따라 형성할 수 있다.

나아가, 도 12와 같이, 가공 툴(100)의 회전축을 모재(210)의 회전축과 사선으로 배치한 상태에서 가공 툴(100)을 모재(210)에 압입하여 상호 회전시킴으로써, 역상패턴(211)을 모재(210)의 사선방향을 따라 형성할 수 있다.

즉, 종래의 다이아몬드 절삭 공구를 이용하여 모재(210) 상에 패턴을 형성하는 경우와 달리, 가공 툴(100)과 모재(210) 간의 배치를 변경함으로써, 모재(210) 상에 형성되는 역상패턴(211)의 방향을 용이하게 변경할 수 있다.

도 13은 패턴 형성단계의 변형예이다. 도 13을 참조하면, 가공 툴(100)은 복수 개를 사용할 수 있다. 즉, 한 쌍의 가공 툴(100)을 이용하여 압입하거나 4개의 가공 툴(100)을 이용하여 압입하는 등 복수 개의 가공 툴(100)을 이용함으로써, 금형(200) 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

도 14는 도 10의 A-A' 를 따라 절단한 개략적인 단면도이다. 도 10을 참조하면, 가압 툴(100)의 미세패턴인 불규칙 패턴과 역상인 역상 패턴(211)이 모재(210)에 형성된다. 즉, 가공 툴(100)의 외면에는 입자에 의하여 미세패턴이 돌출 형성되며, 가공 툴(100)을 모재(210)에 가압하여 모재(210)에 미세패턴을 형성하므로, 가공 툴(100)의 미세패턴과는 역상인 역상 패턴(211)이 모재(210)에 전사된다.

만일, 미세패턴 전사단계(S220)에 의하여 가압 툴(100)의 미세패턴인 불규칙 패턴과 역상인 역상 패턴(211)이 형성된 모재(210)를 그대로 금형으로 이용하는 경우, 이 금형을 이용하여 광학필름 제조시 광학필름에는 불규칙한 패턴인 확산 패턴(310, 도 20 참조)만 형성되므로, 이 광학필름은 확산 필름으로서의 기능을 수행한다.

도 15 및 도 16은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 함몰패턴 형성단계를 개략적으로 도시한 도면이다.

함몰패턴 형성단계(S230)는 불규칙한 역상 패턴(211)이 형성된 모재(210)의 외면에 규칙적인 함몰패턴(212, 도 17 참조)을 형성하는 단계이다. 함몰패턴(212)은 최종 형성되는 광학 필름(300, 도 20 참조)의 마이크로 렌즈(320)를 형성하기 위한 것이다. 함몰패턴(212)은 불규칙한 역상 패턴(211) 보다 크게 마련되며, 복수 개가 동일한 크기 및 형상을 가지며 상호 일정간격 이격되어 형성된다.

도 15를 참조하면, 함몰패턴(212)은 레이저 가공을 통하여 형성될 수 있으며, 도 16에 도시된 바와 같이 타공법을 이용하여 형성할 수도 있다. 타공법을 이용하는 경우 고속으로 가공을 위해 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator)를 이용할 수 있으며, 솔레노이드 액츄에이터의 종류와 인가전압 변경에 따라 함몰패턴(212)의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 함몰패턴(212)은 급속이송공구대(FTS : Fast Tool Servo)를 이용하여 형성할 수도 있다.

도 17은 도 5의 광학필름 제조용 금형 제조방법의 금형의 개략적인 사시도이며, 도 18은 도 17의 B-B'를 따라 절단한 개략적인 단면도이다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 가공 툴(100)에 의하여 불규칙한 역상 패턴(211)이 형성된 모재(210) 상에 규칙적인 함몰패턴(212)을 형성함으로써, 최종 금형(200)이 제조된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 복합패턴이 형성된 광학필름을 제조할 수 있는 광학필름 제조용 금형이 제공된다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조방법에 대하여 설명한다.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 광학필름 제조방법의 개략적인 공정이다. 도 19를 참조하면, 기본 필름(Base film)에 UV경화 광학소재를 일정한 두께로 코팅한 후 금형(200) 사이로 코팅된 필름을 통과시킨 후 UV로 경화시키는 등 일련의 공정을 통하여 광학필름(300)을 형성한다.

도 20은 도 19의 광학필름의 개략적인 사시도이다. 광학필름(300)은 금형(200)에 가압되어 금형(200)에 형성된 패턴들이 전사된다. 즉, 금형(200)에는 함몰되어 형성되는 불규칙한 역상 패턴(211)과, 규칙적으로 배열되는 함몰패턴(212)이 있으며, 이러한 금형(200)에 기본 필름이 가압되므로 역상 패턴(211)과 함몰패턴(212)이 기본 필름에 역상으로 전사된다.

따라서, 광학필름(300)에는 역상 패턴(211)에 의하여 돌출형성되는 확산 패턴(310)과, 함몰패턴(212)에 의해 돌출형성되는 마이크로 렌즈(320)가 형성된다. 즉, 광학필름(300)에는 복합패턴이 형성된다.

본 광학필름(300)에서 확산 패턴(310)은 광원-도광판을 거친 광을 균일하게 확산하는 역할을 하며, 마이크로 렌즈(320)는 확산 패턴(310)에 의해 확산된 광을 집중시켜 휘도를 향상시키는 역할을 한다. 즉, 확산 필름과 프리즘 필름 기능을 동시에 수행하는 광학 필름(300)이 제공된다.

다음으로 본 발명의 일실시예에 따른 금형 제조장치에 대하여 설명한다.

도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 금형 제조장치의 개략적인 사시도이다. 도 21을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 금형 제조장치(400)는, 스테이지(410)와 고정부(420) 및 압력 센서(220)를 포함한다.

스테이지(410)는 금형의 모재(210)가 상면에 안착되며, 모재(210)가 순차적으로 경면 가공, 미세패턴 형성 및 규칙적인 함몰패턴이 형성되도록 모재(210)를 이동시키는 구성이다. 스테이지(410) 상면에는 벨트가 설치되어 모재(210)가 이동할 수 있다.

고정부(420)는 모재(210)를 가공하여 금형(200, 도 17 참조)을 제조하는 금형 가공기(430)가 장착되는 구성으로서, 고정 플레이트(421) 및 장착부(422)를 포함한다.

고정 플레이트(421)는 장착부(422)가 고정되는 영역이며, 장착부(422)는 금형 가공기(430)가 탈착 가능하게 장착된다.

장착부(422)에 장착된 금형 가공기(430)는 스테이지 상방에 배치되며, 스테이지(410)를 따라 이동하는 모재(210)의 경면가공, 미세패턴 형성 및 규칙적인 함몰패턴 형성을 수행한다.

금형 가공기(430)는 모재(210)를 경면 가공, 미세패턴 형성 및 규칙적인 함몰패턴 형성하기 위한 구성으로서, 경면 가공기(431)와, 랜덤패턴 가공기(432) 및 렌즈 가공기(433)를 포함한다.

도 22는 도 21의 금형 제조장치의 경면 가공기가 장착된 상태를 도시한 도면이며, 도 23은 도 21의 금형 제조장치의 경면가공을 도시한 도면이다.

경면 가공기(431)는 모재(210)를 고정도로 경면 가공하는 구성이다. 경면 가공기(431)는 다이아몬드 공구로 마련된다. 다만, 별도의 공정에서 경면 가공된 모재(210)를 통하여 미세패턴 형성 및 규칙적인 함몰패턴을 형성할 수 있으므로 경면 가공기(431)는 반드시 금형 제조장치(400)에 포함되어야 하는 것은 아니다.

도 24 및 도 25는 도 21의 금형 제조장치의 불규칙 패턴 형성을 도시한 도면이다.

랜덤패턴 가공기(432)는 입자에 의해 외면에 불규칙 패턴이 형성된 가공 툴(100)을 포함한다. 즉, 랜덤패턴 가공기(432)는 모재(210)에 불규칙 패턴인 역상패턴(211)을 형성하기 위한 구성이다. 경면 가공된 모재(210)가 스테이지(410)에 의해 랜덤패턴 가공기(432) 하방에 위치하면, 장착부(422)가 하강하여 가공 툴(100)이 모재(210)에 가압되며, 가공 툴(100)의 회전에 의해 불규칙 패턴이 모재(210)에 압입됨으로써 모재(210)에 역상패턴(211)이 형성된다.

도 26은 도 21의 금형 제조장치의 렌즈 가공기가 장착된 상태를 도시한 도면이며, 도 27은 도 21의 금형 제조장치의 함몰패턴 형성을 도시한 도면이다.

렌즈 가공기(433)는 불규칙한 역상 패턴(211)이 형성된 모재(210)에 함몰패턴(212, 도 17 참조)을 형성하기 위한 구성으로서 다이아몬드 공구를 포함한다. 그러나, 렌즈 가공기(433)에 포함되는 다이아몬드 공구는 경면 가공기(431)의 다이아몬드 공구와는 상이하다. 본 실시예에서 렌즈 가공기(433)의 다이아몬드 공구는 단부가 원뿔형이며 말단에 구형의 다이아몬드가 장착된다. 이때 다이아몬드의 직경은 200㎛ 이하이다.

역상 패턴(211)이 형성된 모재(210)가 스테이지(410)에 의해 렌즈 가공기(433) 하방에 위치하면, 렌즈 가공기(433)는 모재(210)에 규칙적인 함몰패턴(212)을 형성한다. 솔레노이드 액츄에이터를 통해 다이아몬드 공구가 모재(210)를 타공하여 함몰패턴(212)을 형성하며, 솔레노이드 액츄에이터의 종류와 인가전압 변경에 따라 패턴의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 솔레노이드 액츄에이터로 가공이 힘든 큰 함몰패턴(212)인 경우에는 가공 가능한 함몰패턴(212)의 크기범위를 넓히기 위하여 캠축의 편심을 이용하여 함몰패턴(212)을 가공할 수 있다.

한편, 장착부(422)는 고정 플레이트(421)에 탈착 가능하게 장착된다. 즉, 각각의 금형 가공기(430)는 장착부(422)에 장착되며, 장착부(422)는 고정 플레이트(421)로부터 탈착되어 각각의 금형 가공기(430)를 교체하며 금형을 제조할 수 있다.

본 실시예에서 장착부(422)는 2개로 마련되어 고정플레이트(421)에 장착되며, 랜덤패턴 가공기(432)가 장착된 장착부(422)는 그대로 두고, 경면 가공기(431)와 렌즈 가공기(433)가 장착된 장착부(422)를 교대로 탈부착되는 것으로 하였으나, 장치의 설계에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

다만, 반드시 장착부(422)를 교체해야하는 것은 아니며, 금형 가공기(430) 자체를 교체하여 사용할 수도 있다. 상기의 경면 가공기(431)와, 랜덤패턴 가공기(432) 및 렌즈 가공기(433)는 장착부(422)에 탈착 가능하게 마련되며, 구체적으로 경면 가공기(431)와, 랜덤패턴 가공기(432) 및 렌즈 가공기(433)는 동일한 장착부(422)와의 결합관계를 가질 수 있다. 즉, 경면 가공기(431)가 장착된 장착부(422)로부터 경면 가공기(431)를 제거하고 랜덤패턴 가공기(432) 및 렌즈 가공기(433)를 장착할 수 있다. 이에 따라, 단일의 장치에서 각각의 금형 가공기(430)를 교체하며 사용할 수 있어 장치의 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있다.

압력 센서(220)는 모재(210)와 접촉 또는 가압되는 금형 가공기(430)의 가압력을 측정하는 구성이다. 모재(210)에 가압되는 가압력이 상이해지는 경우 정밀도에 영향을 미칠 수 있으므로, 일정한 힘으로 압입 등의 가공을 할 수 있도록 압력 센서(220)를 통하여 압력을 측정한다.

지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 금형 제조장치의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 경면 가공기(431)와 랜덤패턴 가공기(432)가 각각 장착된 장착부(422)를 고정 플레이트(421) 상에 장착한다.

스테이지(410)에 모재(210)가 안착되며, 스테이지(410)의 구동에 의하여 모재(210)가 이동하여 경면 가공기(431) 하방에 위치한다. 장착부(422)가 하강하여 경면 가공기(431)의 다이아몬드 공구와 모재(210)가 접촉되며, 스테이지(410) 또는 다이아몬드 공구의 이동에 의하여 모재(210)가 경면 가공된다.

경면 가공이 완료되면, 스테이지(410)가 구동하여 모재(210)가 랜덤패턴 가공기(432) 하방에 배치되며, 경면 가공기(431)가 장착된 장착부(422)는 고정 플레이트(421)로부터 제거된다.

랜덤패턴 가공기(432)의 가공 툴(100)은 모재(210)와 접촉하여 미세패턴이 압입되며, 모터의 회전에 의해 가공 툴(100)은 회전하여 모재(210)에는 불규칙한 미새패턴의 역상인 역상 패턴(211)이 형성된다. 랜덤패턴 형성시 압력센서(220)를 통하여 가공 툴(100)과 모재(210) 간의 가압력을 지속적으로 측정한다.

한편, 경면 가공기(431)가 장착된 장착부(422)가 제거된 고정 플레이트(421) 영역에는 렌즈 가공기(433)가 장착된 장착부(422)가 장착되며, 역상 패턴(211)이 형성된 모재(210)는 스테이지(410)를 따라 이동하여 렌즈 가공기(433) 하방에 배치된다.

렌즈 가공기(433)의 솔레노이드 액츄에이터에 의해 다이아몬드 공구가 승강하며, 다이아몬드 공구의 타공에 의하여 모재(210)에는 규칙적인 함몰패턴(212)이 형성된다.

따라서, 본 발명에 의하면 복합패턴이 형성된 광학필름을 제조할 수 있는 광학필름 제조용 금형 제조장치가 제공된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

S100 : 광학필름 제조용 금형의 가공 툴 제조방법
S110 : 준비단계 S120 : 가공 툴 제조단계
S200 : 광학필름 제조용 금형 제조방법 S220 : 미세패턴 전사단계
S230 : 함몰패턴 형성단계 S300 : 광학필름 제조단계
100 : 가공 툴 110 : 가공 롤러
120 : 랩핑 필름 200 : 금형
210 : 모재 211 : 역상의 미세패턴
212 : 함몰패턴 300 : 광학필름
310 : 불균일 패턴 320 : 마이크로 렌즈
400 : 금형 제조장치 410 : 스테이지
420 : 고정부 421 : 고정 플레이트
422 : 장착부 430 : 금형 가공기

Claims (21)

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5. 광학필름 제조용 금형 제조방법에 있어서,
   입자에 의하여 미세패턴이 형성된 가공 툴을 제조하는 가공 툴 제조단계; 및
   상기 가공 툴을 모재에 압입하여 미세패턴을 상기 모재에 전사하는 미세패턴 전사단계;를 포함하며,
   상기 미세패턴 전사단계는, 압력 센서를 통하여 상기 모재에 압입되는 상기 가공 툴의 가압력을 측정하여, 상기 가공 툴의 가압력을 조절하는 압력 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   미세패턴이 전사된 상기 모재에 규칙적인 함몰패턴을 형성하는 함몰패턴 형성단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 함몰패턴 형성단계는 레이저 가공법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 함몰패턴 형성단계는 급속이송공구대(FTS : Fast Tool Servo)를 이용하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
9. 제6항에 있어서,
   상기 함몰패턴 형성단계는 타공법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
10. 제5항에 있어서,
    상기 미세패턴 전사단계는,
    상기 가공 툴을 상기 모재에 압입하는 압입 단계; 및 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시켜 미세패턴이 형성된 금형을 제조하는 패턴 형성 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
11. 삭제
12. 제10항에 있어서,
    상기 패턴 형성 단계는,
    상기 가공 툴의 회전축과 상기 모재의 회전축이 나란하게 배치되어 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시키는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 패턴 형성 단계는,
    상기 가공 툴의 회전축과 상기 모재의 회전축이 수직으로 배치되어 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시키는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
14. 제10항에 있어서,
    상기 패턴 형성 단계는,
    상기 가공 툴의 회전축과 상기 모재의 회전축이 사선으로 배치되어 상기 가공 툴과 상기 모재 중 적어도 하나를 회전시키는 것을 특징으로 하는 광학필름 제조용 금형 제조방법.
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