KR20020085501A - 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

LCD의 백라이트에 사용되는 도광판이나 프리즘시트, 반사판 등과 같이 표면에 작은 크기의 경면 프리즘 요철 형상이 요구되는 제품을 기존의 금형으로 사출성형하려면 금형의 코어에 이와 대응하는 미세한 경면 프리즘 요철을 직접 기계가공하여야 하는데 이는 매우 어렵고 높은 비용이 소요되면서도 정확한 형상과 품질을 얻기가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 얇은 두께의 박판을 다수 적층시킨 뒤 이를 한꺼번에 기울여서 한쪽 끝면을 평면가공하고 다시 경면가공한 뒤 바로 세움으로써 박판 끝단에 경사진 경면을 용이하게 형성하고 이 박판들을 재배열함하여 제작하는 대칭형 또는 비대칭형의 여러 가지 프리즘 경면 요철을 갖는 적층형 금형코어 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이러한 박판의 적층을 이용한 금형의 코어 제조방법을 이용함으로써 프리즘요철의 경사면을 용이하게 경면처리할 수 있고, 금형의 제작비용을 줄일 수 있다. 이와같이 만들어진 금형의 코어로 도광판을 제작할 경우 표면에 프리즘요철이 새겨진 도광판을 제작할수 있어서 면 전체의 평균휘도를 향상시키고 백라이트 장치에서 시트류의 사용을 절감 또는 제거할 수 있다.

또한 비대칭 2면 프리즘 금형으로 도광판을 제작하면 그 비대칭성에 의하여 좌우 또는 상하의 시야각을 비대칭적으로 구현할 수도 있다.

Description

경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형 및 그 제조방법 {Stack-type core die with mirror-faced prisms, and the manufacturing method of it}

기존의 금형을 이용할 경우, LCD의 백라이트에 사용되는 도광판이나 프리즘시트, 반사판 등과 같이 표면에 작은 크기의 경면 프리즘 요철 형상이 요구되는 제품을 사출성형이나 프레스가공으로 제작하려면 금형의 코어에 이와 대응하는 미세한 경면 프리즘 요철을 형성하여야 하는데 이는 매우 어려운 가공기술이고 높은 비용이 소요되면서도 정확한 형상과 품질을 얻기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 얇은 두께의 박판을 다수 적층시킨 뒤 이를 한꺼번에 기울여서 한쪽 끝면을 평면가공하고 다시 경면가공한 뒤 바로 세움으로써 박판 끝단에 경사진 경면을 용이하게 형성하고 이 박판들을 재배열함으로써 얻을 수 있는 대칭형 또는 비대칭형의 여러 가지 프리즘 경면 요철을 갖는 적층형 금형코어 및 그 제조방법에관한 것이다.

이러한 금형의 응용분야는 여러가지이나, 이하에서는 주로 LCD의 도광판의 제조를 예로 들어 본 발명의 금형 및 이를 이용한 제작공정에 대해 설명한다.

LCD는 널리 알려진 평판 디스플레이 장치중의 하나이다. LCD에서 도광판은 측면에 부착된 형광램프로부터 입사된 광선을 표면을 통하여 외부로 고르게 출사시켜서 상부의 액정환경을 밝게 만들어 주는 백라이트(backlight) 역할을 한다[도 1 참조]. 즉, 측면의 또는 배면의 램프에 의한 점광원 또는 선광원을 면광원 형태로 전환시켜주는 역할을 하는 부품이다. 도광판(2)의 재질은 투명한 광학용 수지, 특히 아크릴이라고 부르는 PMMA 수지를 사출성형(射出成形)하여 많이 사용되며, 도광판내에 입사 임계각으로 인하여 내부에서 갇혀 흐르는 광선을 외부로 출사하기 위하여 그 표면에 빛의 산란 및 반사를 위한 여러 가지 패턴이 부착되거나 새겨진다.

기존의 이러한 도광판에서 패턴에 의해 산란된 광선은 일정한 방향성을 갖지 못하고 여러 각도로 난반사되어 외부로 출사된다[도 2 참조]. 기존의 백라이트 구조에서는 패턴부위에서 산란된 빛을 면전체에 고르게 확산시키기 위하여 확산시트(5)를 도광판 위에 장착하였고, 또한 여러각도로 분산되어 나오는 광선을 면에 수직한 정면방향으로 모아주기 위하여 도1과 같이 프리즘시트(6, 7)를 도광판 위에 장착함으로써 정면에서 바라보는 면휘도를 향상시킨다[도 2 참조].

그러나, 이러한 시트의 가격이 고가이므로 LCD용 백라이트 장치의 원가를 상승시키는 문제점이 있었고, 특히 프리즘 요철을 도광판 표면에 새기기 위한 금형의 코어를 제작하려면 코어 전체 표면에 걸쳐 피치 100㎛ 내외의 프리즘 요철이 새겨지고 그 가공면이 경면이 되도록 제작되어야 하는데, 여기에는 제작상의 어려움이 많아 금형제작 비용이 크게 높아지는 문제점이 있었다. 또한 프리즘시트에 새겨진 요철은 대칭형의 프리즘면이므로 시야각은 항상 좌우, 또는 상하의 일정한 값으로 고정될 수 밖에 없었다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는, 박판 적층형 금형 코어 제조기술을 이용하여 프리즘 요철면이 새겨진 금형 코어를 제조함으로써 이러한 금형 제조상의 어려움을 극복하는데 목적이 있다. 상기의 목적을 달성하기 위하여 박판을 적층하여 배열하되 일정한 각도로 기울인 다음, 경사진 적층박판의 끝단면부위를 평면가공하고 이를 경면처리하여 금형의 코어에서 프리즘 요철면으로 형성시켜 조립하고 이를 통해 사출함으로써 도광판을 제조한다.

도 1은 도광판이 결합된 일반적인 LCD용 백라이트 구조물의 구조도

도 2는 일반적인 프리즘시트의 기능 설명도

도 3은 본 발명의 제1실시예의 금형 제작을 위한 작업공정 블록도

도 4는 본 발명의 제1실시예의 박판의 지그 및 클램핑 공정 설명도

도 5는 본 발명의 제1실시예의 적층박판의 평면가공 및 경면작업 공정 설명도

도 6은 본 발명의 제1실시예의 적층박판에 의한 금형의 코어 조립형태와 도광판 표면의 프리즘요철 설명도

도 7은 본 발명의 제2실시예의 비대칭 2면 금형 제작을 위한 작업공정 블록도

도 8는 본 발명의 제2실시예의 박판의 지그 및 클램핑 공정 설명도

도 9는 본 발명의 제2실시예의 적층박판의 평면가공 및 경면작업공정 설명도

도 10은 본 발명의 제2실시예의 적층박판에 의한 금형의 코어 조립형태와 도광판 표면의 비대칭 프리즘 형상 설명도

1 : 반사판(reflective sheet)

2 : 도광판(light guide panel)

3 : 램프(lamp) 광원

4 : 램프 반사판(reflector)

5 : 확산시트(diffuser sheet)

6 : 프리즘시트(prism sheet) 하

7 : 프리즘시트(prism sheet) 상

8 : 보호용시트

9 : 광선(光線)

이하에서 본 발명의 구체적인 실시 방법을 도면을 이용하여 설명한다.

본 발명의 금형은 박판의 한쪽 끝단면이 경면가공된 것을 재배열함에 있어서, 한가지 두께의 박판만을 이용하는 방법과 두가지 두께의 박판을 이용하는 방법이 있으며, 전자를 「프리즘 요철을 갖는 적층식 금형」이라고 하고 제1실시예로서 설명하며, 후자를 「비대칭 2면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형」이라고 하고 제2실시예로서 설명한다.

먼저 본 발명의 제1실시예의 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조공정은 도 3과 같이 (1) 박판소재의 적층정렬 및 클램핑공정, (2) 적층박판의 평면가공 및경면처리공정, (3) 프리즘형상의 적층 박판 조립공정의 3단계로 구성된다.

첫 번째 단계인 박판소재의 적층정렬 및 클램핑공정은, 도4에 도시한 것과 같이 얇은 박판을 일정수량 적층하여 정렬하되 각각의 박판을 적당한 각도로 기울여 세팅(setting)하는 지그 및 클램핑 공정이다. 이때 사용되는 박판은 그 두께가 바로 금형코어의 프리즘요철 피치[도 6참조]를 결정하는데 LCD용 도광판의 경우 대개 15∼150㎛범위에서 선택하는 것이 바람직하며, 그 두께가 클수록 제작 측면에서는 용이해지지만 두께가 250㎛를 넘으면 굴절된 광선들간의 간섭효과가 커지므로 가능한 한 작게 한다. 박판의 재질은 크롬계열의 강이거나 그밖의 경면가공이 가능하고 충분히 강도가 유지되는 재료로 한다. 박판의 기울어진 각도는 프리즘 요철의 프리즘각[도 6참조]을 결정하는 인자로서 45° 내외 또는 필요에 따라 적당한 값으로 할 수 있으며, 지그 및 클램프 장치는 도 4에서 예시된 것처럼 A 타입의 경우 박판간에 부드러운 슬라이딩(sliding) 현상이 이루어져 가지런히 정렬되게 하고, 박판간에 빈 공간이 생기지 않게 하여 소재를 고정시켜 준다. B 타입의 경우 적층박판이 일정각도를 유지할 수 있도록 지그를 설계하고 적층소재의 양 끝단면을 절단할 수 있도록 고정시킨다. A 및 B 타입 외에도 적층된 박판을 상호 밀착 고정시키고 박판들의 한쪽 또는 양쪽 끝단부위를 경사지게 절단할 수 있는 지그 및 클램프 장치면 가능하다.

두 번째 단계인 적층박판의 평면가공 및 경면처리공정은 경사진 적층박판의 끝단면을 평면으로 절단 또는 가공하고 그 평면을 연마 및 경면처리하는 공정으로서, 도 5에 예시된 것처럼 A 타입의 경우 적층으로 요철된 표면에 접촉하여 지지하는 블록을 제거하고 평면가공 작업이 가능한 상태로 전환한 뒤, 요철된 적층박판의 끝단면을 절단 또는 연마 등으로 평면가공 하고나서 다이어몬드 파우더 래핑작업등으로 경면처리한다. B 타입의 경우 양단면을 와이어 방전 또는 밀링절삭가공 등에 의해 평면가공한 다음 한쪽은 평면연마처리 정도로 마무리하고 다른 한쪽면은 A 타입에서와 같이 경면처리 작업을 한다. A타입과 B타입의 차이는 평면가공을 위한 방법에 관한 것일 뿐 어느 경우나 프리즘면으로 작용하는 것은 경면가공된 평면이다. 여기서 경면처리함은 도광판내의 빛이 프리즘면에서 산란하지 않고 굴절반사하도록 하기 위함이다.

세 번째 단계인 프리즘형상의 적층박판 조립공정은 경면처리된 각각의 박판을 바로세워 정렬하되 박판 끝단에서의 요철이 프리즘 형상을 갖도록 배열하는 금형의 코어를 조립하는 공정이다. 상기의 코어조립 공정에서는 도 6에 도시된 바와 같이 기울어진 박판을 바로 세운뒤 가공 부착물을 제거하고 건조시킨 다음 경면 처리된 박판의 끝단 부위가 프리즘 요철의 경사면이 되도록 순차적으로 쌓아 도광판 전 표면에서 프리즘 요철이 형성되도록 조립한다. 프리즘면의 요철 형상은 단순히 박판을 바로 세워서 얻어지는 톱니모양도 가능하고 두 개의 박판을 대칭시켜서 얻어지는 나사산 모양도 가능하다(도6 참조).

이와같이 프리즘면을 가진 코어금형으로부터 얻어지는 도광판은 표면에 프리즘요철이 새겨지게 되고 이 프리즘면을 통하여 고휘도의 면광원이 도광판에서 얻어지게 된다.

본 발명의 제2실시예의 비대칭 2면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조공정은 도 7에 나타낸 것과 같이 (1) 박판소재의 적층정렬 및 클램핑공정, (2) 적층박판의 평면가공 및 경면처리공정, (3) 비대칭 프리즘형상의 적층 박판 재정렬 및 코어 조립공정의 3단계로 구성된다.

먼저 첫 번째 단계인 박판소재의 적층정렬 및 클램핑공정은, 도8에 도시한 것과 같이 얇은 박판을 일정수량 적층하여 정렬하되 각각의 박판을 적당한 각도로 기울여 세팅(setting)하는 지그 및 클램핑 공정이다. 이때 사용되는 박판은 그 두께가 바로 금형코어의 프리즘요철 피치를 결정하는데[도10 참조], 박판의 두께는 클수록 제작측면에서는 유리하지만 피치가 작을수록 프리즘의 효과가 극대화되며, 특히 피치값이 500㎛을 넘거나 박판의 두께가 250㎛ 넘게되면 프리즘 굴절광들간의 간섭이 확대되어 좋은 효과를 얻지 못하므로 그 이하의 값으로 하여야 한다. LCD용 도광판의 경우 피치값은 15∼150㎛ 범위에서 선택하는 것이 바람직하다. 그리고, 박판의 재질은 크롬계열의 강 또는 그밖의 경면가공이 가능하고 충분히 강도가 유지되는 재료로 한다. 박판의 기울어진 각도는 프리즘 요철의 프리즘각을 결정하는 인자로서 45°내외 또는 필요에 따라 적당한 값으로 할 수 있으며, 지그 및 클램프 장치는 도 8에서 예시된 것처럼 박판간에 부드러운 슬라이딩(sliding) 현상이 이루어져 가지런히 정렬되게 하고, 박판간에 빈 공간이 생기지 않게 하여 소재를 고정시켜 준다. 이때 적층박판의 클램핑은 제1실시예에서와 같이 A타입과 B타입이 모두 가능하며, A 및 B 타입 외에도 적층된 박판을 상호 밀착 고정시키고 박판들의 한쪽 또는 양쪽 끝단부위를 경사지게 절단할 수 있는 지그 및 클램프 장치면 된다.(도4 참조).

두 번째 단계인 적층박판의 평면가공 및 경면처리공정은 경사진 적층박판의 단면을 평면으로 절단 또는 가공하고 그 평면을 연마 및 경면처리하는 공정으로서, 도9에 예시된 것처럼 적층으로 요철된 표면에 접촉하여 지지하는 블록을 제거하고 평면가공 작업이 가능한 상태로 전환한 뒤, 요철된 적층 끝단면을 절단 또는 연마 등에 의해 평면가공하고나서 다이어몬드 파우더 래핑공정 등으로 경면처리한다. 여기서 경면처리의 목적은 도광판내의 빛이 프리즘면에서 산란하지 않고 굴절반사하도록 하기 위함이다.

세 번째 단계인 비대칭 프리즘형상의 적층 박판 재정렬 및 코어 조립공정은 서로 상이한 2가지의 두께와 경사로 경면처리된 박판들을 바로세워 정렬하되 박판 끝단에서의 경면이 비대칭의 프리즘 형상을 갖도록 배열하고, 이를 금형의 코어에 조립하는 공정이다. 이 공정에서는 도10에 도시된 바와 같이 기울어진 박판을 바로 세운 뒤 가공부착물을 제거하고 건조시킨 다음 경면 처리된 서로다른 두께의 박판 끝단 경면부위가 비대칭 프리즘 요철의 경사면이 되도록 순차적으로 재배열하여 도광판 금형코어의 전표면에서 비대칭 2면 프리즘 요철이 형성되도록 조립한다.

이와같이 프리즘면을 가진 코어의 금형으로부터 얻어지는 도광판은 표면에 프리즘요철이 새겨지게 되고 이 프리즘면을 통하여 기존의 도광판의 휘도성능을 높일뿐만 아니라 그 비대칭성에 의하여 좌우 또는 상하의 시야각을 비대칭적으로 구현할 수 있게 된다(도 10참조).

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 박판의 적층을 이용한 금형의 코어 제조방법을 적용함으로써 프리즘요철의 경사면을 용이하게 경면처리할 수 있고, 금형의 제작비용을 줄일수 있게된다. 이와같이 만들어진 금형의 코어를 기존의 도광판 사출성형공정에 적용할 경우 표면에 프리즘요철이 새겨진 도광판을 제작할 수 있어서 면전체의 평균휘도를 향상시키고 백라이트 장치에서 시트류의 사용을 절감 또는 제거할 수 있게 하는 효과가 있는 것이다.

또한 비대칭 2면 프리즘 금형을 이용한 도광판의 경우에는 그 비대칭성에 의하여 좌우 또는 상하의 시야각을 비대칭적으로 구현할 수 있게 된다. 따라서, 평면디스플레이 백라이트 장치에서 프리즘시트류의 사용을 절감 또는 제거할 수 있고 좌우 또는 상하 비대칭의 시야각 구현을 가능케 하여 휴대폰이나 캠코더와 같이 폴더(folder)형의 평판 디스플레이 장치에서 효과적으로 시야각 범위를 조정할 수 있게 된다.

본 발명의 프리즘 요철 금형코어는 반사용시트나 각종 프리즘시트 등의 성형제작에도 활용될 수 있으며, 사출성형용 금형으로뿐 아니라 프레스용 금형으로도 활용될 수 있다.

Claims (12)

1. 박판을 다수 적층하여 정렬하되 각각의 박판이 일정한 각도로 기울여지도록 안내하고 고정하는 박판소재의 적층정렬 및 클램핑 공정과;

   기울여진 적층박판의 끝단면을 평면으로 가공하고 가공된 평면을 경면처리하는 공정과;

   기울여진 박판을 바로세운 뒤 경면 처리된 박판의 끝단 부위가 프리즘의 경사면이 되도록 순차적으로 쌓아 금형코어의 전 표면에서 프리즘요철이 형성되도록 하는 프리즘형상의 적층박판 조립공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조 방법
2. 청구항 1에서 각 박판의 두께는 250㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조 방법
3. 청구항 1에서 상기 프리즘형상의 적층 박판 조립공정에서 박판의 경사면이 번갈아가며 바뀌도록 적층하여 프리즘면의 요철 형상이 나사산형태로 전개되도록 하는 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조 방법
4. 청구항 1에서, 상기 프리즘 형상의 적층 박판 조립공정에서, 박판의 경사면이 한쪽 방향으로만 향하도록 적층하여 프리즘면의 요철형상이 톱니모양으로 전개되도록 하는 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조 방법
5. 금형에 있어서,

   상기 금형의 코어는 다수의 박판이 정렬되어 이루어지며,

   상기 금형의 코어를 구성하는 각 적층박판의 한쪽 끝단 부위는 경면처리된 경사면으로서 프리즘의 요철 경사면을 이루며,

   상기 금형의 코어를 구성하는 각 적층박판의 두께에 의해 프리즘 요철의 피치가 결정되며 기울어진 경사에 의해 프리즘요철의 피치각이 결정되는 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 코어
6. 청구항 5에 있어서, 상기 금형의 코어의 각 적층박판의 두께는 250㎛이하인 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 코어
7. 청구항 5 또는 6에 있어서,

   상기 적층 박판의 각 경사면이 번갈아가며 경사의 각도가 바뀌도록 적층되어 프리즘면이 나사산 형태로 전개되는 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 코어
8. 청구항 5 또는 6에 있어서,

   상기 적층 박판의 각 경사면이 한쪽 방향으로만 향하도록 적층되어 프리즘면이 톱니형태로 전개되는 것을 특징으로 하는 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 코어
9. 박판을 다수 적층하여 정렬하되 각각의 박판이 일정한 각도로 기울여지도록 안내하고 고정하는 박판소재의 적층정렬 및 클램핑 공정과;

   기울여진 적층박판의 끝단면을 평면으로 가공하고 가공된 평면을 경면처리하는 공정과;

   기울여진 박판을 바로세워 2가지의 두께와 경사각을 갖는 박판을 번갈아 배치하여 정렬하되 이웃한 박판의 경사방향이 서로 다르게 하여 끝단에서의 경면이 비대칭의 프리즘 형상을 갖도록 박판을 배열하고 이를 금형의 코어에 조립하는 적층 박판 재정렬 및 코어조립 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 비대칭 2면 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조 방법
10. 청구항 9에서 2가지 박판은 각각 그 두께가 250㎛이하인 것을 특징으로 하는 비대칭 2면 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 제조 방법
11. 금형에 있어서,

    상기 금형의 코어는 다수의 박판이 적층되어 이루어지며,

    상기 박판은 2가지의 두께와 경사각을 가지면서 번갈아가며 배치되며,

    금형의 코어를 구성하는 각 적층박판의 한쪽 끝단 부위는 경면처리된 경사면으로서 프리즘의 요철 경사면을 이루며, 두 개의 접하는 박판의 단면 형상이 비대칭 경사면을 이루며, 프리즘각이 이웃하는 두 박판의 두께와 경면의 경사각에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 비대칭 2면 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 코어
12. 청구항 4에서 상기 코어를 구성하는 2가지 박판은 각각 그 두께가 250㎛이하인 것을 특징으로 하는 비대칭 2면 경면 프리즘 요철을 갖는 적층식 금형의 코어