KR20040091251A - 도광판 성형용 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인쇄 도광판의 정밀사출 성형시 발생하는 불균일 냉각에 의한 변형과 이것으로 인한 휘도 및 균일도의 저하를 감소시킬 수 있도록 된 도광판 성형용 금형에 관한 것으로서, 이를 위해 예열 및 냉각재가 통과하는 관군의 피치를 변화시키되, 관군에 의한 열전달률을 금형의 전체적에 균일하도록 입구측에서 출구측으로 갈수록 작게 함으로써, 금형의 열전달율 차이에 따른 도광판의 변형을 감소시킬 수 있는 도광판 성형용 금형에 관한 것이다.

Description

도광판 성형용 금형{a mold for Light Guide Panel forming}

본 발명은 도광판 성형용 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도광판의 정밀사출 성형시 발생하는 불균일 냉각에 의한 변형과 이것으로 인한 휘도 및 균일도의 저하를 감소시킬 수 있도록, 예열 및 냉각재가 통과하는 관군의 피치를 변화시키되, 관로에 의한 열전달율을 금형의 전체적에 균일하도록 입구측에서 출구측으로 갈수록 작게 함으로써, 금형의 열전달율 차이에 따른 도광판의 변형을 감소시킬 수 있는 도광판 성형용 금형에 관한 것이다.

최근 초고속 정보화의 시대에 발 맞추어 디스플레이 산업은 급속한 성장을 보이고 있고 이러한 추세는 앞으로도 상당 기간 지속되리라 예측된다.

동영상을 포함한 대부분의 정보들은 사람의 눈을 통해서 전달될 수밖에 없고, 따라서 디스플레이 제품은 사람의 시각을 만족시키도록 발전할 수밖에 없는 실정이다.

자연에 가까운 색이나, 자연에 가까운 정교함을 표현하기 위한 결실이 바로 디스플레이 장치(display device)이다.

한편, 상기와 같은 디스플레이 장치에 사용되는 도광판은 TFT-LCD 패널 전체에 고르게 빛을 전달하는 조광장치로 현재의 경우에는 빛을 전면으로 향하도록 하는 dot 형성을 위한 인쇄 공정을 반드시 수반하고 있다.

그러나, 이러한 인쇄 공정은 역사가 깊어 안정되어 있지만 공정이 복잡하고 인쇄 과정상 많은 불량을 유발하는 문제점이 있었다.

이러한 이유로, 인쇄 공정 없이 바로 도광판 자체가 광 산란 기능을 가지도록 만드는 무인쇄 도광판 제작 기술이 개발되어 사용되고 있다.

그러나, 상술한 무인쇄 도광판 제작 기술은 정밀사출성형 기술로서 금형의 온도 조절 방법 및 균일한 온도 분포를 이루는 금형의 제작이 어렵고, 상기한 금형의 온도 조절 방법 및 온도 분포가 불균일할 경우에 성형되는 성형품들은 성형품의 외관, 성형 재료의 물리적 성질, 광학성능 등이 현저하게 떨어지는 문제점이 발생하게 되었다.

특히, 금형의 냉각시 냉각속도의 불균일로 인하여 수축이 불균일하게 되면 성형품의 변형이 증가하게 되는데, 이는 성형되는 성형품의 휘도 및 균일도를 감소시키는 문제점이 발생하게 되었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 금형의 전체적에 열전달율을 균일하게 하여 금형의 열전달율 차이에 따라 발생되는 도광판의 변형을 감소시킬 수 있는 도광판 성형용 금형을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 성형용 금형을 도시한 평면도.

도 2는 도 1의 A-A의 단면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 성형용 금형을 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 성형용 금형의 고정측 금형의 온도분포를 2차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 성형용 금형의 고정측 금형의 열전달률을 2차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 성형용 금형의 고정측 금형을 3차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 나타낸 도면.

도 7은 종래의 도광판 성형용 금형의 고정측 금형의 온도분포를 2차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 나타낸 도면.

도 8은 종래의 도광판 성형용 금형의 고정측 금형의 열전달률을 2차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 나타낸 도면

도 9는 종래의 도광판 성형용 금형의 고정측 금형을 3차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 도광판 10: 금형

12: 고정측 금형 14: 가동측 금형

16: 게이트 20: 관군

22: 관로 24: 관로입구

26: 관로출구 28: 피치

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도광판 성형용 금형은 도광판을 성형하는 성형장치에 있어서, 상기 도광판을 성형하는 금형 즉, 고정측 금형과 가동측 금형의 내부에 예열제 및 냉각제가 순환되도록 관군이 각각 형성되되, 고정측 금형과 가동측 금형의 전 체적에서 열전달율 차이를 감소시켜 도광판의 변형이 방지되도록 관군의 피치를 각기 다르게 형성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 성형용 금형을 도시한 도면으로서, 도광판(2)을 성형하기 위한 도광판 성형용 장치(미도시)는 금형(10)을 이용하여 사출기(미도시)에 고정된다.

아울러, 상기한 금형(10)은 고정측 금형(12)과 가동측 금형(14)으로 이루어지며, 상기 가동측 금형(12)에 형성된 캐비티(미도시)에 노즐접촉부(미도시)를 통해 용융된 수지를 금형의 게이트(16)에 주입하여 도광판(2)을 성형하며, 상기 가동측 금형(14)을 후퇴시켜 캐비티에 성형된 도광판(2)을 추출한다.

한편, 고정측 금형(12)과 가동측 금형(14)은 일정 두께를 갖는 플레이트로서, 그 내부에 금형(10)을 예열 및 냉각을 할 수 있도록 관군(20)을 이루는 다수의 관로(22)가 형성되되, 상기한 관로(22)는 금형(10)의 일측에 형성된 관로입구(24)와 상기 관로입구가 형성된 동일면상에서 이격되며, 상기 관로입구(24)와 연통된 관로출구(26)가 형성된다.

이때, 금형(10)에 의해 사출되는 도광판(2)이 열전달율의 차이에 따른 변형이 방지되도록 관로(22)의 피치(28)를 입구측에서 출구측으로 갈수록 좁게 형성한다.

아울러, 상기한 관군(tube banks)의 피치(pitch)는 1:0.83:0.66:0.4:0.33의 비로 이루어지며, 이는 관로(22)내에 투입되는 예열제 및 냉각제가 입구측에서 출구측으로 유동될수록 잃어버리는 열량과 관로 내부에서의 마찰손실 열량을 금형의 전 체적에서 보상할 수 있게 되고, 후술되는 실시예를 통해 구체화 된다.

또한, 상기와 같이 형성된 관군(20)의 피치(28) 조절을 통해 도광판(2)의 정밀사출 성형시 발생하는 불균일 냉각에 의한 변형과 이것으로 인한 휘도 및 균일도의 저하를 감소시킬 수 있는 것이다.

한편, 도광판(Light Guide Panel)이란 빛을 전달해주는 얇은 판을 의미하며, 스스로 빛을 발하지 않는 LCD를 보조하여 LCD로 나타내는 형상을 밝게 볼 수 있는 역할을 하고, 우리가 사용하는 노트북이나 PDA, 핸드폰에 많이 사용되는 핵심부품이다.

아울러, 상기한 도광판을 구성하는 투명수지는 도광판으로서 요구되는 물성을 만족시킬 수 있는 것이면 되는데, 예컨대 메타크릴수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 메틸메타크릴레이트와 스티렌의 공중합체인 MS수지, 비정질 시클로올레핀계 폴리머, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 아크릴로니트릴과 부타디엔과 스티렌의 공중합체인 ABS수지, 폴리술폰수지, 열가소성 폴리에스테르수지 등 용융 성형이 가능한 열가소성수지를 들 수 있다.

아울러, 메타크릴수지는 메틸메타크릴레이트를 주체로 하는 중합체로, 메틸메타크릴레이트의 단독 중합체 이외에, 메틸메타크릴레이트와 소량의 예컨대 10 중량% 정도까지의 다른 단량체, 예컨대 메틸아크릴레이트나 에틸아크릴레이트와 같은 알킬아크릴레이트류의 공중합체일 수도 있다.

또한, 이들 투명수지는 필요에 따라 이형제, 자외선흡수제, 안료, 중합억제제, 연쇄이동제, 산화방지제, 난연화제 등을 함유할 수도 있다.

한편, 캐비티 내에 충진된 수지의 보온 및 냉각은 금형에 형성된 캐비티면을 통해 행해지므로, 수지성형체의 열 교환은 캐비티면의 열전달율에 의존한다.

즉, 금형 캐비티면의 재질로서는 금형을 구성하는 금속 (통상적으로는 강재) 보다 열전도율이 높은 금속, 예컨대 강 또는 그 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 비교예 1,2와 실시예 1,2를 통해 본 발명에 따른 기술적 사상을 보다 구체화하여 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 기술적 사상은 금형(10)에 형성된 관로(22)의 피치(28)를 조절하여 열전달 유체가 입구측에서 출구측으로 유동될수록 잃어버리는 열량과, 관로 내부에서의 마찰손실로 인한 손실열량을 보상할 수 있도록 된 제작된 금형(10)을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명에 예시되는 실시예 1,2는 상기에 언급한 관로(22)의 피치(28)의 비로 제작된 금형(10)으로 이루어진다.

아울러, 비교예 및 실시예에 사용되는 금형(10)은 15"인치 도광판(2)을 생산하는 금형에 한정된 것이며, 금형(10)의 예열조건 및 냉각조건은 비교예 및 실시예와 동일하고, 상기한 비교예 1,2에서는 종래 기술에 따라 금형의 관군을 등간격으로 형성한 것이며, 실시예 1,2에서는 본 발명에 따라 금형(10)에 형성된 관군(20)의 피치(28)를 입구측에서 출구측으로 작게형성된 금형(10)을 사용하였다.

또한, 비교예 및 실시예의 시험에 사용되는 유한요소해석(Finite Element Analysis： FEA)란, 유한요소법(Finite Element Method： FEM）라고 하는 수치해석법(이론)을 이용하여 공학해석을 하는 것이다.

즉, 유한요소법(有限要素法)의 이론체계에 기초하여 개발된 software（FEM 프로그램)을 이용하여 컴퓨터상에서 다양한 공학문제의 수치해석을 실시하는 것이이다.

비교예 1

본 비교예 1에서는 금형에 형성된 관군의 피치(1:1:1:1:1)가 등간격으로 형성된 고정측 금형으로서, 본 발명에 따라 금형에 형성된 관군의피치(1:0.83:0.66:0.4:0.33)가 입구측에서 출구측으로 작게 형성된 고정측 금형과 비교된다.

한편, 비교예 1에 따른 금형의 시험은 관로의 입구에 중온수를 유입시켜, 사출되는 도광판의 낮은 성형변형을 달성하도록 금형을 수지재료의 유리전이온도 이상이 되는 110℃~130℃까지 예열 시킨다.

상기와 같이 예열된 고정측 금형의 조건을 2차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 첨부도면 도 7,8에 나타내었다.

첨부도면 도 7은 등간격 관군을 형성하는 고정측 금형의 온도분포를 나타낸 것이고, 첨부도면 도 8은 등간격의 관군을 형성하는 금형의 열전달율을 나타낸 것이다.

비교예 2

본 비교예 2에서는 관군의 피치(1:1:1:1:1)가 등간격으로 형성된 고정측금형으로서, 본 발명에 따라 관군의 피치(1:0.83:0.66:0.4:0.33)가 입구측에서 출구측으로 작게 형성된 고정측 금형과 비교된다.

한편, 비교예 2에 따른 금형의 시험은 관로의 입구에 중온수를 유입시켜, 사출되는 도광판의 낮은 성형변형을 달성하도록 금형을 수지재료의 유리전이온도 이상이 되는 110℃~130℃까지 예열 시킨다.

예열된 금형에 270℃로 용융된 수지를 가동측 금형의 형성된 캐비티에 주입시킨다.

이후, 관로의 입구를 통해 20℃의 냉각수를 이용하여 금형을 냉각시킨다.

금형을 냉각시킨 후 상기 가동측 금형을 후퇴시켜 캐비티에 성형된 도광판을 추출한다.

상기와 같은 금형에 의해 사출되는 도광판의 사출전과정을 3차원 금형모델로 사용하여 실제 공정과 같은 조건으로 유한요소해석한 결과를 도 9에 나타내었다.

실시예 1

본 발명에 따른 실시예 1은 종래기술에 따른 비교예 1과 비교되며, 상기한 실시예 1은 실제공정과 동일한 조건으로 하기와 같이 시험되었다.

금형의 관로 입구에 중온수를 유입시켜, 사출되는 도광판의 낮은 성형변형을 달성하도록 금형을 수지재료의 유리전이온도 이상이 되는 110℃~130℃까지 예열 시킨다.

상기와 같이 예열된 고정측 금형의 조건을 2차원 모델로 사용하여 유한요소해석한 결과를 첨부도면 도 4,5에 나타내었다.

첨부도면 도 4은 본 발명에 따른 금형의 온도분포를 나타낸 것이고, 첨부도면 도 5는 본 발명에 따른 금형의 열전달율을 나타낸 것이다.

실시예 2

본 발명에 따른 실시예 2는 종래기술에 따른 비교예 2와 비교되며, 실시예 2는 실제공정과 동일한 조건으로 하기와 같이 시험되었다.

금형의 관로 입구에 중온수를 유입시켜, 사출되는 도광판의 낮은 성형변형을 달성하도록 금형을 수지재료의 유리전이온도 이상이 되는 110℃~130℃까지 예열 시킨다.

예열된 금형에 270℃로 용융된 수지를 가동측 금형의 형성된 캐비티에 주입시킨다.

이후, 관로의 입구를 통해 20℃의 냉각수를 이용하여 금형을 냉각시킨다.

금형을 냉각시킨 후 상기 가동측 금형을 후퇴시켜 캐비티에 성형된 도광판을 추출한다.

상기와 같은 금형에 의해 사출되는 도광판의 사출전과정을 3차원 금형모델로 사용하여 실제 공정과 같은 조건으로 유한요소해석한 결과를 도 6에 나타내었다.

비교예 1과 실시예 1의 비교

실시예 1에서 유한요소해석된 금형은 비교예 1에서 유한요소해석된 고정측 금형의 온도분포보다 완만하게 나타남을 알 수 있는데, 첨부도면에 나타난 본 발명의 도 4와 종래기술에 따른 도 7의 비교를 통해 알 수 있었다.

또한, 실시예 1에서의 열절달율도 비교예 1에서 시험된 열전달율보다 열전달율의 분포가 금형의 전체적에서 보다 균일하게 나타남을 알 수 있는데, 첨부도면에 나타난 본 발명의 도 5와 종래기술에 따른 도 8의 비교를 통해 알 수 있다.

아울러, 본 발명에서는 금형의 출구측에서 열전달이 활발하게 일어나는 것을 알 수 있는데, 상기와 같은 결과는 실시예 1의 금형에 형성된 관군의 피치의 조절을 통해, 열전달 유체가 입구측에서 출구측으로 유동될수록 잃어버리는 열량과, 관군내부에서의 마찰손실로 인한 손실 열량을 금형 전 체적에서 보상할 수 있었기 때문이다.

비교예 2와 실시예 2의 비교

본 발명에 따라 금형에 의해 사출되는 도광판의 사출전과정을 실제공정과 동일한 조건으로 유한요소해석한 실시예 2는 종래 금형에 의해 사출되는 도광판의 사출 전과정을 유한요소해석한 비교예 2와 비교되어, 불균일 냉각에 의한 성형품의 변형을 나타낸 것이다.

아울러, 본 발명에 의한 금형을 적용했을 경우 불균일 냉각에 의한 성형품의 변형을 나타낸 것으로 본 발명에 따른 금형은 불균일 예열 및 냉각에 의한 변형을 감소시키는 것을 확인 할 수 있었다.

즉, 첨부도면에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 도 9에서는 변형량도 크게 나타났으며, 냉각에 의한 변형량의 분포가 비대칭적으로 발생한 것을 볼 수 있는데 이러한 비대칭적인 변형은 취출된 성형품의 변형을 가중시키게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 도 6에서는 변형량도 미소하고 냉각에 의한 변형량의 분포는 대칭성을 이루게 되어 냉각 불균일에 의한 변형을 감소시킬 수 있게 된다.

결론적으로, 불균일 예열 및 냉각에 의한 변형이 감소하면 휘도 및 균일도가 증가하게 되는데, 이를 위해 금형에 형성된 관군의 피치의 조절을 통해 열전달 유체가 입구측에서 출구측으로 유동될수록 잃어버리는 열량과, 관군내부에서의 마찰손실로 인한 손실열량을 금형 전 체적에서 보상하여, 균일한 예열 및 냉각을 할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 도광판 성형용 금형은 예열제 및 냉각재가 통과하는 관군의 피치를 변화시키되, 관군에 의한 열전달률을 금형의 전 체적에서 균일하도록 입구측에서 출구측으로 갈수록 작게 함으로써, 도광판의 정밀사출성형시 발생하는 불균일 냉각에 의한 변형, 휘도 및 균일도의 저하를 감소시킬 수 있으며, 변형량분포의 대칭성도 유지되어 도광판의 휘도와 균일도를 증가시 킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 도광판(2)을 성형하는 성형장치에 있어서,

   상기 도광판(2)을 성형하는 금형(10) 즉, 고정측 금형(10)과 가동측 금형(14)의 내부에 예열제 및 냉각제가 순환되도록 관군(20)이 각각 형성되되, 고정측 금형(10)과 가동측 금형(14)의 전 체적에서 열전달율의 차이를 감소시켜 불균일 예열 및 냉각에 의한 도광판(2)의 변형을 방지하도록 관군(20)의 피치(28)를 각기다르게 형성한 것을 특징으로 하는 도광판 성형용 금형.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 피치(28)는 관군(20)의 입구측에서 출구측으로 갈수록 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 도광판 성형용 금형.
3. 도광판(2)을 성형하는 성형장치에 있어서,

   상기 도광판(2)을 성형하는 금형(10) 즉, 고정측 금형(12)과 가동측 금형(14)의 내부에 예열제 및 냉각제가 순환되도록 관군(20)이 형성되되, 고정측 금형(12)과 가동측 금형(14)의 전 체적에서 열전달율의 차이를 감소시켜 불균일 예열 및 냉각에 의한 도광판(2)의 변형이 방지되도록 관군(20)의 피치(28)를 입구측에서 출구측으로 갈수록 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 도광판 성형용 금형.