KR101876494B1 - 표면강화스탬퍼 제조방법 - Google Patents

표면강화스탬퍼 제조방법 Download PDF

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Abstract

재료비가 절감되고 생산성이 향상된 표면강화스탬퍼 제조방법이 제안된다. 본 발명에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법은 마스터 금형에 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층을 형성하는 단계; 제1도금층 상에 제1금속을 포함하는 제2도금층을 형성하는 단계; 및 마스터 금형을 제거하여 제1도금층 및 제2도금층을 포함하는 복합도금층을 얻는 단계;를 포함한다.

Description

표면강화스탬퍼 제조방법{Manufacturing method of surface enhanced stamper}
본 발명은 표면강화스탬퍼 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 재료비가 절감되고 생산성이 향상된 표면강화스탬퍼 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 LCD는 널리 알려진 평판 디스플레이 장치 중의 하나로서, CRT, PDP, FED와는 달리 액정표시장치(LCD)에 의한 표시 자체가 비 발광성이기 때문에 빛이 없는 곳에서는 사용이 불가능하다. 따라서, 액정표시장치의 패널 전체에 고르게 빛을 전달하는 조광장치로서 백라이트 유닛이 사용된다.
백라이트 유닛은 배경광원과, 빛을 반사시켜주는 반사판, 도광판, 확산판 등의 광학시트를 포함한다. 도광판은 양측면에 광원으로 사용되는 배경광원에서 방출되는 빛을 액정표시장치의 전체면에 균일하게 조사시키는 역할을 한다.
광학시트는 다양한 재료를 사용하고, 표면 패턴을 형성하여 광원으로부터의 광을 광학적으로 조절한다. 도광판의 경우 성형가능한 고분자 수지, 예를 들면 PMMA와 같은 아크릴레이트계 수지를 사용하고 표면에 패턴을 형성하여 제조된다. 수지표면에 패턴을 형성하는 방법으로는 패턴이 형성된 다른 금형을 이용하여 패턴을 전사하는 방식이 사용될 수 있다.
금형에 패턴을 형성하기 위해서는 다이아몬드 커터를 사용한 절삭가공이나 레이저 가공 방식이 사용되었는데, 이러한 방식으로는 미세패턴 형성시 소요시간이 너무 길고 장비가 고가이면서 실제 형성된 패턴이 가공때마다 정확하게 형성되지 않는 문제가 있었다.
이와 달리 표면에 패턴이 형성된 스탬퍼를 이용하여 광학시트를 제조하는 방법이 있는데, 스탬퍼를 이용하는 경우 공정이 단순하고, 롤스탬핑이 가능하며, 비교적 낮은 비용으로 패턴형성이 가능하다. 이러한 스탬퍼는 사용시의 특성상 표면경도가 높아야 오랜시간동안 사용이 가능하고, 고온의 사용온도에서도 내구성이 우수하여야 하는 종래 금속스탬퍼의 경우 표면경도가 낮아 수회 사용 후 패턴이 손상되어 문제가 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 재료비가 절감되고 생산성이 향상된 표면강화스탬퍼 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법은 마스터 금형에 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층을 형성하는 단계; 제1도금층 상에 제1금속을 포함하는 제2도금층을 형성하는 단계; 및 마스터 금형을 제거하여 제1도금층 및 제2도금층을 포함하는 복합도금층을 얻는 단계;를 포함한다.
제1도금층은 제2도금층보다 표면경도가 높을 수 있다 .
제1도금층의 두께는 제2도금층의 두께의 1/100이하일 수 있다.
제1금속은 니켈(Ni)이고, 제2금속은 인(P)일 수 있다.
제2금속은 제1도금층의 전체 중량을 기초로 하여 1wt% 내지 13wt%로 포함될 수 있다.
마스터 금형은 가장자리에 도금층이탈방지부가 부착되고, 도금층이탈방지부는 복합도금층의 내부응력을 감소시켜 복합도금층이 마스터 금형으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것일 수 있다.
도금층이탈방지부는 니켈을 포함할 수 있다.
도금층이탈방지부는 제1도금층과 접촉하는 영역에 복합도금층의 내부응력을 감소시키기 위한 추가패턴을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법은 복합도금층을 표면경도증가를 위한 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 일면에 패턴이 형성되고, 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층; 및 제1도금층의 타면에 제1금속을 포함하는 제2도금층;을 포함하는 표면강화스탬퍼가 제공된다.
본 발명에 따른 표면강화스탬퍼는 원통형일 수 있고, 도광판 광학시트 제조용 스탬퍼일 수 있다.
본 발명에 따른 표면강화스탬퍼는 표면경도가 비커스 경도 400 내지 700 Hv이고, 열처리 후에는 표면경도가 비커스 경도 800 내지 1,000 Hv일 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층 및 제1금속을 포함하는 제2도금층을 포함하는 표면강화스탬퍼를 제조하기 위한 패턴을 포함하는 마스터 금형; 및 마스터 금형의 가장자리에 위치하는 도금층이탈방지부;를 포함하는 표면강화스탬퍼 제조장치로서, 도금층이탈방지부는 제1도금층 및 제2도금층의 내부응력을 감소시켜 마스터 금형으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조장치가 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면 공정수율이 높아져 생산성이 향상되고 최종적으로 제조된 스탬퍼의 표면강도가 우수한 효과가 있다.
이에따라 제조된 스탬퍼는 표면경도가 높으면서도 일정곡률이상이 되어도 파손될 가능성이 낮아져 신뢰성이 우수하고, 고온에서도 기계적 특성이 지속되며 표면손상이나 사용중 스크래치에 강한 특성 등을 나타내어 신뢰성 높은 스탬퍼를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법의 설명에 제공되는 도면들이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법의 설명에 제공되는 도면들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼를 성형롤에 부착한 것을 도시한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼의 열처리에 따른 표면경도변화를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법의 설명에 제공되는 도면들이다. 본 실시예에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법은 마스터 금형(110)에 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층(120)을 형성하는 단계; 제1도금층(120) 상에 제1금속을 포함하는 제2도금층(130)을 형성하는 단계; 및 마스터 금형(110)을 제거하여 제1도금층(120) 및 제2도금층(130)을 포함하는 복합도금층을 얻는 단계;를 포함한다.
본 실시예에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법에서는 일면에 패턴(111)이 형성된 마스터 금형(110)을 이용하여 패턴(111)이 전사된 복합도금층(120, 130)을 얻어 표면강화스탬퍼(100)를 제조한다. 도 1a을 참조하면, 마스터 금형(110)은 패턴(111)이 형성되어 있고 패턴(111)은 전주도금방식에 의해 제1도금층(120)에 전사된다.
마스터 금형(110)은 도금하고자하는 금속의 종류나 도금조건에 따라 선택될 수 있다. 마스터 금형(110)은 제1도금층(120)에 니켈(Ni)이 포함되는 경우, 니켈이나 동(Cu)을 포함할 수 있다. 마스터 금형(110)의 표면은 도금진행을 위하여 이형처리될 수 있다.
제1도금층(120)은 제1금속 및 제2금속을 포함한다. 제1금속은 제2금속과 다른 금속이며, 제2금속은 제1도금층(120)의 표면경도를 높이기 위하여 포함될 수 있다.
미세패턴용 스탬퍼에 사용되는 금속으로는 니켈(Ni)을 예로 들 수 있다. 니켈은 기계적 특성이 우수하고 곡률이 높은 경우에도 손상가능성이 낮아 스탬퍼재료로 사용된다. 그러나, 니켈 스탬퍼는 표면경도가 최대 300 Hv 정도로 비교적 낮기 때문에 공정 중 이물 등에 의한 표면손상에 취약한 문제가 있으며, 불량 발생시 교체시간 및 비용이 발생함에 따라 생산성 향상을 저해할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점이 발생하는 금속은 추가적으로 표면경도가 높아지도록 제2금속을 더 포함한다. 제1금속이 니켈인 경우, 제2금속은 인(P)일 수 있다. 니켈-인 합금의 경우, 표면경도가 높은 복합도금층 형성이 가능하다. 표면경도가 높아지게 되면 그에 따라 취성이 증가되어 취급용이성이 낮아질 수 있으나, 본 발명에서와 같이 제1도금층(120) 및 제2도금층(130)를 모두 포함하는 경우 2개의 서로 다른 층이 포함되어 하나의 도금층을 형성하므로 취성증가에 의한 손상이 방지될 수 있다. 니켈-인 합금은 표면경도가 680Hv일 수 있다. 제1도금층(120) 및 제2도금층(130)을 포함하는 복합도금층(120, 130)은 표면경도가 비커스 경도 400 내지 700 Hv이고, 열처리 후에는 표면경도가 비커스 경도 800 내지 1,000 Hv로 상승할 수 있다.
제2금속은 제1도금층(120)의 전체 중량을 기초로 하여 1wt% 내지 13wt%로 포함될 수 있다. 도 1b에서와 같이 마스터 금형(110) 상에 제1도금층(120)이 형성되면, 제1도금층(120) 상에 제1금속을 포함하는 제2도금층(130)이 도금된다(도 1c).
제1도금층(120)은 제2금속을 포함하고 있으므로 제1금속만 포함하는 제2도금층(130)보다 표면경도가 높을 수 있다. 제1도금층(120) 및 제2도금층(130)의 두께 및 두께비는 제1도금층(120)의 표면경도증가정도를 고려하여 선택될 수 있는데, 예를 들면 제1도금층(120)의 두께는 제2도금층(130) 두께의 1/100이하일 수 있다.
복합도금층(120, 130)이 형성되면, 마스터 금형(110)을 제거하여 제1도금층(120) 및 제2도금층(130)을 포함하는 복합도금층을 얻게 된다(도 1d). 복합도금층(120, 130)의 양측면을 제거하여 원하는 표면강화스탬퍼(100)를 얻을 수 있다(도 1e).
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법의 설명에 제공되는 도면들이다. 본 실시예에서는 마스터 금형(110)의 가장자리에 도금층이탈방지부(140)가 부착되어 있다(도 2a). 도금층이탈방지부(140) 마스터 금형(110) 상부에 형성될 복합도금층(120, 130)의 내부응력을 감소시켜 복합도금층(120, 130)이 마스터 금형(110)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것일 수 있다.
본 발명의 스탬퍼는 도금방식, 특히 전주도금방식으로 제조된다. 전주도금의 불량여부를 결정하는 특성은 주로 도금층내부에 발생되는 응력이다. 도금층 내부의 응력이 발생하게 되면 도금층이 마스터 금형으로부터 탈락하게 되어 불량도금층이 된다. 발생된 응력의 빈도에 따라 수율이 낮아진다.
전주도금층의 내부응력을 제어하기 위하여 도금조건 조정 및 각종 첨가제를 사용할 수 있으나 공정이 복잡해지고 유해한 첨가제 사용에 따른 비용증가가 문제된다. 이에 반해 본 발명에 따르면, 마스터 금형(110)의 가장자리에 도금층 내부응력을 감소시킬 수 있는 도금층이탈방지부(140)가 위치하게 되고, 제1도금층(120) 도금시 도금층이탈방지부(140)가 제1도금층(120)과 상호작용하여(도 2b) 도금층 내부의 응력을 감소시킨다. 즉, 도금층이탈방지부(140)에 의해 제1도금층(120)이 도금시 내부응력(주로 인장응력)에 의하여 도금 중 탈락되거나, 가장자리가 들리는 불량이 억제된다.
제2도금층(130)이 도금되면(도 2c), 마스터 금형(110)이 제거되고(도 2d), 도금층이탈방지부(140)를 포함하는 영역이 제거되어 최종적으로 표면강화스탬퍼(100)를 얻는다(도 2e).
제1도금층(120)의 제1금속이 니켈인 경우, 도금층이탈방지부(140)는 니켈 또는 니켈과 같은 금속구조를 갖는 금속을 포함할 수 있다.
도금층이탈방지부(140)는 제1도금층(120)과 접촉하는 영역에 복합도금층(120, 130)의 내부응력을 감소시키기 위한 추가패턴을 포함할 수 있다. 도금층이탈방지부(140)와 제1도금층(120)이 접촉하는 영역에 임의패턴 또는 복잡한 패턴을 추가하여 제1도금층(120)의 이탈을 방지할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼를 성형롤에 부착한 것을 도시한 도면들이다. 본 발명의 표면강화스탬퍼(100)는 일면에 패턴(미도시)이 형성되고, 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층; 및 제1도금층의 타면에 제1금속을 포함하는 제2도금층;을 포함한다.
본 발명에 따른 표면강화스탬퍼(100)는 도 3a에서와 같이 원통형일 수 있어서, 도 3b와 같이 성형롤(200)에 감긴상태로 부착될 수 있다. 본 발명의 스탬퍼는 표면경도가 증가되었으나 제1도금층 및 제2도금층의 이중층형태로 구현되어 일정 곡률이상으로 사용되어도 크랙발생과 같은 파손이 방지된다. 따라서, 도 3b와 같은 원통형상으로 사용될 수 있어 다양한 응용이 가능하다.
이러한 원통형의 표면강화스탬퍼(100)를 성형롤(200)에 감고 도광판과 같은 다양한 광학시트 패턴형성용 스탬퍼로 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 표면강화스탬퍼의 열처리에 따른 표면경도변화를 도시한 그래프이다. 본 발명에 따른 표면강화스탬퍼 제조방법은 복합도금층을 표면경도증가를 위한 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있는데, 복합도금층(120, 130)은 표면경도가 비커스 경도 800 내지 1,000 Hv일 수 있는데, 예를 들어, 400℃ 1시간 정도 열처리를 하면, 표면경도는 900 내지 1,000Hv 정도로 추가적으로 향상될 수 있다.
도 4를 참조하면, 300 내지 400℃ 영역에서 급격하게 경도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 400℃ 이후에는 조금씩 감소하는 경향을 보였다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층 및 제1금속을 포함하는 제2도금층을 포함하는 표면강화스탬퍼를 제조하기 위한 패턴을 포함하는 마스터 금형; 및 마스터 금형의 가장자리에 위치하는 도금층이탈방지부;를 포함하는 표면강화스탬퍼 제조장치로서, 도금층이탈방지부는 제1도금층 및 제2도금층의 내부응력을 감소시켜 마스터 금형으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조장치가 제공된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 표면강화스탬퍼
110 마스터 금형
111 패턴
120 제1도금층
130 제2도금층
140 도금층이탈방지부
200 성형롤

Claims (14)

  1. 마스터 금형에 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층을 형성하는 단계;
    상기 제1도금층 상에 상기 제1금속을 포함하는 제2도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 마스터 금형을 제거하여 상기 제1도금층 및 제2도금층을 포함하는 복합도금층을 얻는 단계;를 포함하는 표면강화스탬퍼 제조방법으로서,
    상기 마스터 금형은 가장자리에 도금층이탈방지부가 부착되고,
    상기 도금층이탈방지부는 상기 복합도금층의 내부응력을 감소시켜 상기 복합도금층이 상기 마스터 금형으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1도금층은 상기 제2도금층보다 표면경도가 높은 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1도금층의 두께는 상기 제2도금층의 두께의 1/100이하인 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1금속은 니켈(Ni)이고,
    상기 제2금속은 인(P)인 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2금속은 상기 제1도금층의 전체 중량을 기초로 하여 1wt% 내지 13wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 도금층이탈방지부는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 도금층이탈방지부는 상기 제1도금층과 접촉하는 영역에 상기 복합도금층의 내부응력을 감소시키기 위한 추가패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합도금층을 표면경도증가를 위한 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1금속 및 제2금속을 포함하는 제1도금층 및 상기 제1금속을 포함하는 제2도금층을 포함하는 표면강화스탬퍼를 제조하기 위한 패턴을 포함하는 마스터 금형; 및
    상기 마스터 금형의 가장자리에 위치하는 도금층이탈방지부;를 포함하는 표면강화스탬퍼 제조장치로서,
    상기 도금층이탈방지부는 상기 제1도금층 및 상기 제2도금층의 내부응력을 감소시켜 상기 마스터 금형으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 표면강화스탬퍼 제조장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210025153A (ko) * 2019-08-26 2021-03-09 부산대학교 산학협력단 탄소섬유강화 플라스틱 기반 나노 원통 금형 제조 방법

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