KR20050089286A - 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를위한 성형몰드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 디스플레이나 광학소자 등에 사용되며 마이크로 또는 나노 스케일의 다양한 미세형상을 갖는 광학부재를 연속적으로 대량생산함에 있어서 취급성과 수율을 개선할 수 있는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를 위한 성형몰드에 관한 것이다.

본 발명에 따른 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를 위한 성형몰드는 미세형상의 광학부재의 생산시 취급성과 수율을 향상시켜 제조 단가를 절감시킬 뿐만 아니라 다양하고 대형화된 패턴을 용이하게 성형할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Description

미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를 위한 성형몰드 {APPARATUS, METHOD AND FORMING MOLD FOR PRODUCING OPTICAL MATERIAL HAVING MINUTE SHAPE}

본 발명은 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를 위한 성형몰드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 디스플레이나 광학소자 등에 사용되며 마이크로 또는 나노 스케일의 다양한 미세형상을 갖는 광학부재를 연속적으로 대량생산함에 있어서 취급성과 수율을 개선할 수 있는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를 위한 성형몰드에 관한 것이다.

현재 디스플레이용 광학부재로 널리 사용되고 있는 대표적인 것으로는, LCD (Liquid Crystal Display)에 사용되는 것으로 광 확산을 위한 확산판과 확산된 빛을 집광하여 직진성을 향상시키는 프리즘 필름(Prism Film) 등이 있으며, 산업용으로는 홀로그램이나 재귀반사(Cube corner) 필름 등이 있다. 이러한 필름들은 초기에 단품으로 생산되었으나 최근에는 미세가공 기술의 발전에 따라 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 대량생산되어 시장경쟁력을 한층 높여가고 있다.

이러한 대량생산을 가능케 하는 종래의 광학부재 가공방식은 크게, (1) 기계적으로 가공한 패턴 마스터를 직접 몰드로 사용하는 직접 가공방식과, (2) 패턴 마스터를 모재(Mother)로 하여 전해도금한 금속피막을 몰드로 사용하는 스탬퍼 (Stamper) 가공방식으로 분류할 수 있다.

먼저, 패턴 마스터를 이용한 직접 가공방식의 경우 원통형의 금속표면에 패턴형상을 기계적으로 가공하고, 이렇게 패턴가공된 몰드를 제조장치에 직접 장착한 후, 기재와 몰드 사이에 성형성이 용이한 재료를 주입하고 이를 경화시켜서 몰드 표면의 형상을 기재상에 연속적으로 이송/도포하는 방식이다.

또한, 스탬퍼 가공방식은 스탬퍼를 원통형의 금속 지지체 표면에 밀착 고정시킨 후, 기재와 스탬퍼 몰드 사이에 성형성이 용이한 재료를 주입 및 경화시킴으로써 스탬퍼 몰드의 형상을 기재상에 연속적으로 이송/도포하는 방식이다.

이때, 도포재료를 경화하는 방식으로는 전사성을 높이기 위해 몰드에 직접적으로 열을 가하여 사용하는 경우가 일반적이며, 때로는 UV 자외선에 반응하여 경화하는 재료를 사용하기도 하였다.

필름형태의 기재를 사용하는 광학부재의 제조에 사용되는 종래의 제조장치의 구성은 도 1 에 도시되어 있다. 도 1 에 도시된 종래의 광학부재 제조장치는, 필름형태의 기재(베이스 필름, 10)이 감겨져 제 1 롤(20)과 패턴이 성형된 광학부재 (12)가 감기는 제 2 롤(50)이 양측에 구비되어 베이스 필름(10)을 지지 구동시키고, 제 1 롤과 제 2 롤 사이에는 베이스 필름을 이송시키는 가이드 롤(30a 내지 30d)과 베이스 필름에 패턴을 성형하기 위한 패턴 롤(40)이 구비된다. 또한, 베이스 필름(10)이 패턴 롤(40)에 인입되는 지점에는 패턴성형을 위한 코팅액(62)을 공급하는 코팅액 주입수단(60)이 구비되고, 패턴 롤의 주변으로는 베이스 필름에 도포된 코팅액을 경화시키기 위한 경화수단(70)이 구비된다.

베이스 필름(10)은 제 1 롤(20)에서 풀리면서 가이드 롤(30a 내지 30d)을 따라 이송되어 패턴 롤(40)과 접촉하게 된다. 이때, 베이스 필름이 패턴 롤에 인입되는 지점으로는 코팅액 주입수단(60)으로부터 코팅액(60)이 주입되고, 주입된 코팅액은 패턴 롤(40)에 의해 패턴모양으로 베이스 필름(10)에 도포되게 되며, 베이스 필름에 도포된 코팅액은 패턴 롤의 주변에 설치된 경화수단(70)으로부터 발산되는 열 또는 UV에 의해 경화된다. 따라서, 베이스 필름은 패턴 롤을 거치면서 패턴성형된 코팅액이 도포되게 된다.

이때, 베이스 필름(10)을 패턴 롤(40)에 인입시키는 가이드 롤 30b는 베이스 필름에 성형되는 패턴의 갭을 조절하는 역할을 한다. 즉, 가이드 롤 30b를 패턴 롤에 밀착시키면 베이스 필름이 패턴 롤에 밀착하게 되므로 성형되는 패턴의 두께가 얇아지고, 반대로 가이드 롤 30b 을 패턴 롤과 거리를 두면 베이스 필름과 패턴 롤 사이의 간격이 넓어져 코팅액이 많이 유입되므로 패턴의 두께가 두꺼워진다.

패턴 롤(40)을 거치면서 패턴이 성형된 베이스 필름(광학부재, 12)는 가이드 롤 30c에 의해 이끌려 패턴 롤과 분리된 후 이송되어 제 2 롤(50)에 감기게 된다.

도 2 는 도 1 에 도시한 종래의 광학부재 제조장치의 성형몰드, 즉 패턴 롤의 단면도로서, 도 2a 는 패턴마스터를 이용한 직접 가공방식에 의한 패턴 롤의 단면도이고, 도 2b 는 스탬퍼 가공방식에 의한 패턴 롤의 단면도이다.

먼저, 직접 가공방식은, 도 2a 에 도시한 바와 같이, 패턴(42)이 형성된 마스터 롤을 직접 장치에 부착하여 기재와 마스터 롤의 표면 사이에 형성되는 공간에 도포재료를 채우고 열 또는 자외선을 조사하여 도포재료를 경화시킨 후, 기재와 마스터 롤을 분리시켜서 마스터 롤 표면의 패턴 형상을 기재 표면에 성형 도포한다. 이때, 도포재료는 경화된 이후에는 금속 성분의 마스터 롤 가공표면과 이형성이 우수한 것을 선택하여 사용한다.

또한, 스탬퍼 가공방식은 기본적으로 직접 가공방식과 유사하지만, 도 2b는에 도시한 바와 같이, 마스터 롤 대신에 비교적 매끄러운 표면을 갖는 원통형의 몰드 지지체(44) 상에 패턴(42)이 형성된 스탬퍼 몰드(46)를 밀착 고정하여 패턴을 성형하게 된다.

이외에도, 보다 우수한 전사특성을 얻기 위해 몰드에 열을 가하기 위한 방식으로 마스터 롤, 또는 몰드지지체 중간에 히터나 유체 순환라인을 설치하여 도포재료의 정성을 조절하는 경우도 있다.

상기의 종래 기술 중 마스터 롤을 이용한 직접 가공방식의 경우 제품의 형성품질이 비교적 우수하다는 장점이 있는 반면, 생산성을 고려하면 패턴의 가공면적이 최소한 직졍 500mm 이상의 대면적을 가공해야 하므로 패턴가공 비용이 기하급수적으로 증가하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 중량과 부피가 커져서 취급이 어려울 뿐만 아니라, 제품생산시 작업불량으로 부분적인 오염이 발생할 수 있고, 스크래치 등으로 인한 유지보수와 마모에 의한 수명 문제로 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다. 또한, 기계적 가공이 어려운 수 마이크로 및 나노 스케일의 미세형상 제작이 불가하며, 특히 음각 형상의 마스터 패턴에 대한 기계적 가공이 현실적으로 불가능하기 때문에 양각과 음각이 모두 동일한 형상에 대해서만 적용이 제한되는 문제점이 있었다.

한편, 스탬퍼 방식의 경우 금속으로 스탬퍼 몰드를 가공하는 것이 어려운 등 스탬퍼 자체의 제조공정이 까다롭고, 대면적화할수록 제조에 소요되는 기간이 장기화되고 균일한 두께의 스탬퍼 몰드를 제작하기가 어려우며, 취급과정에서 접히거나 변형이 발생하면 복원이 불가능한 문제점이 있었다. 또한, 스탬퍼 몰드는 주로 소형, 평판타입의 압축성형에 사용되고 대형의 롤투롤(Roll to Roll) 방식의 생산에는 부적합하였다. 뿐만 아니라, 롤 방식에서는 스탬퍼 몰드를 몰드 지지체에 장착하면서 양 끝단 간에 이음매(46a)가 발생하므로, 이음매 부분에서 패턴 불량이 발생할 뿐만 아니라 불량 위치의 주기가 짧아서 수율을 크게 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 미세형상의 광학부재를 연속적으로 대량생산함에 있어서 취급성과 수율을 향상시켜 제조 단가를 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 패턴의 형상에 제약되지 않고 양각 및 음각 등 다양한 패턴을 구현할 수 있으며, 대형화된 패턴성형이 가능한 광학부재의 제조장치, 제조방법 및 이를 위한 성형몰드를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치는, 디스플레이 및 광학소자에 사용되며 다양한 미세형상의 제 1 패턴이 성형된 광학부재를 제조함에 있어서, 제 1 패턴의 역상인 제 2 패턴이 일면에 성형된 필름 형상의 성형몰드를 이용하여 광학부재의 기재가 되는 필름 형상의 베이스 필름 상에 제 1 패턴을 성형함으로써 광학부재를 제조하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치로서, 베이스 필름이 감겨 있는 제 1 롤과, 제조된 광학부재가 감기는 제 2 롤과, 제 1 롤과 제 2 롤 사이에 배치되며, 베이스 필름 및 광학부재를 이송하는 하나 이상의 가이드 롤과, 가이드 롤 중 적어도 하나와 근접하도록 배치되며 성형몰드를 이송하는 마스터 롤 및 성형몰드를 이송하는 하나 이상의 패턴 가이드롤을 포함하는 패턴 몰딩부와, 마스터 롤과 가이드 롤이 근접하는 영역에 구비되어 성형몰드의 제 2 패턴 사이로 유동성 있는 재료를 주입하는 재료 주입장치, 그리고 마스터 롤의 주변부에 구비되어 성형몰드의 제 2 패턴 사이에 주입된 재료를 경화시키는 경화장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 패턴 몰딩부가 마스터 롤 및 각 패턴 가이드롤의 연장선 상을 밸트 형상으로 감싸며 장착되는 성형몰드를 더 포함하도록 한다. 또한, 패턴 몰딩부는 성형몰드가 감겨 있는 제 3 롤과, 마스터 롤 및 각 패턴 가이드롤에 의해 이송된 성형몰드가 감기는 제 4 롤을 더 포함할 수 있으며, 이때 성형몰드는 베이스 필름과 동일한 길이로 형성하는 것이 바람직하다.

아울러, 마스터 롤 및 마스터 롤과 근접하는 가이드 롤 사이의 간격을 조절하여 제 1 패턴의 두께를 조절하도록 한다. 또한, 재료로는 제 1 패턴 형상으로 성형되어 베이스 필름에 도포되는 코팅액을 사용하도록 하며, 경화수단은 열 또는 UV를 조사하여 재료를 경화시키도록 한다.

또한, 상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미세형상을 갖는 광학부재의 제조방법은, 디스플레이 및 광학소자에 사용되며 다양한 미세형상의 제 1 패턴이 성형된 광학부재를 제조하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조방법으로서, 광학부재의 기재가 되는 베이스 필름을 이송시키는 제 1 단계와, 제 1 패턴의 역상인 제 2 패턴이 일면에 성형된 필름 형상의 성형몰드를 이송시키는 제 2 단계와, 베이스 필름의 일면과 성형몰드 중 제 2 패턴이 성형된 일면을 밀착시키는 제 3 단계와, 베이스 필름과 성형몰드가 밀착되는 영역으로 유동성 있는 재료를 주입하여 제 2 패턴 사이를 충진시키는 제 4 단계와, 제 2 패턴 사이에 충진된 재료를 경화시킴으로써 재료를 베이스 필름에 도포시키는 제 5 단계, 그리고 성형몰드와 재료가 도포된 베이스 필름을 분리하는 제 6 단계를 포함하고, 제 1 단계와 제 2 단계가 순서에 무관하게 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제 4 단계와 제 5 단계 사이에, 밀착된 베이스 필름과 성형몰드에 압력을 가하여 재료를 제 2 패턴 사이에 고르게 충진시키는 제 4-1 단계를 더 포함하도록 한다. 더욱 바람직하게는, 제 5 단계가, 제 2 패턴 사이에 충진된 재료에 열을 조사하는 제 5-1 단계 또는 제 2 패턴 사이에 충진된 재료에 UV를 조사하는 제 5-2 단계를 포함하도록 한다.

또한, 상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드는, 디스플레이 및 광학소자에 사용되는 광학부재를 제조하기 위하여, 하나 이상의 롤에 의해 이송되면서 광학부재의 기재가 되는 베이스 필름에 밀착하고, 베이스 필름의 일면으로 도포되는 유동성 있는 재료에 다양한 미세형상의 제 1 패턴을 성형하는 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드로서, 필름 형상의 기재층과, 기재층의 일면으로 제 1 패턴의 역상인 제 2 패턴이 성형된 패턴층을 포함하고, 기재층의 또 다른 일면으로 각 롤의 표면과의 마찰력을 증가시키기 위한 마찰부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 기재층이 PET 필름으로 형성하고 패턴층은 고분자 수지로 형성하도록 한다. 또한, 마찰부는 다수의 미세한 요철 또는 탄성재료로 형성된 박막필름으로 형성하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시례에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 1 실시례의 구성도로서, 밸트 형태의 성형몰드(142)를 이용하여 종래의 패턴 롤에 비해 이음매의 주기를 연장시킴으로써 완성된 광학부재(112)의 이음매로 인한 패턴 불량 주기를 늘이는 실시례를 도시한 것이다. 도 3 을 참조하여 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 1 실시례의 구성 및 동작을 설명하면 이하와 같다.

본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 1 실시례는, 베이스 필름(110)이 감겨져 있는 제 1 롤(120)과 패턴이 성형된 광학부재(112)가 감기는 제 2 롤(150)이 양측에 구비되고, 베이스 필름 및 패턴이 성형된 광학부재를 이송시키는 가이드 롤 (130a 내지 130e)이 제 1 롤(120)과 제 2 롤(150) 사이에 구비된다. 또한, 가이드 롤 130c와 가이드 롤 130d 사이에는 베이스 필름(110)에 패턴성형된 코팅액을 도포하기 위한 패턴 몰딩부(140)가 근접 배치되는데, 패턴 몰딩부는 도 1 에 도시한 종래의 패턴 롤의 역할을 수행하게 된다.

패턴 몰딩부(140)는 패턴형상이 구현된 필름 형상의 성형몰드(142), 주입되는 코팅액을 성형몰드에 압착시킴으로써 성형몰드에 구현된 패턴대로 코팅액을 패턴성형하여 베이스 필름에 도포시키는 마스터 롤(144) 및 성형몰드를 이송시키는 패턴 가이드롤(146a, 146b)로 이루어진다.

상기의 성형몰드(142)는 필름 형상의 기재층 위에 패턴이 구현된 패턴층이 도포된 것으로서 길쭉한 밸트 타입으로 형성된다. 성형몰드는 종래의 패턴롤과 같이 코팅액을 패턴성형하는 역할을 한다. 도 3 에서는 성형몰드의 패턴층에 구현된 패턴을 일부만 도시한 것으로, 실제 실시상으로는 성형몰드 전체에 걸쳐 패턴이 구현된다.

성형몰드(142)를 장착함에 있어서, 마스터 롤(144)과 가이드 롤(146a, 146b)을 연결하는 연장선 상을 성형몰드를 감싼 후 성형몰드의 양 끝단을 연결하게 된다. 이때, 성형몰드(142)의 양 끝단 연결로 인해 생기는 이음매는 종래의 패턴 롤의 이음매 보다 주기가 현저하게 길어지므로, 이음매 부분에서 발생하는 패턴 불량의 주기 또한 길어져 완성된 광학부재(112)의 수율을 크게 개선할 수 있게 된다. 이음매의 주기를 보다 늘리기 위해서는 성형몰드(142)를 보다 길게 형성하고 마스터 롤(144)과 가이드 롤(146a, 146b) 사이 간격을 보다 늘리면 될 것이다.

베이스 필름(110)이 패턴 몰딩부(140)에 인입되는 지점에는 코팅액을 주입하기 위한 코팅액 주입수단(160)이 구비되고, 베이스 필름과 성형몰드(142)가 밀착 이동되는 지점으로는 열 또는 UV를 조사하여 코팅액을 경화시키기 위한 경화수단 (170)이 구비된다.

한편, 도 3 에서 가이드 롤(130a 내지 130e) 및 패턴 가이드롤(146a, 146b)의 갯수와 위치 등은 실시 상태에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 1 실시례를 이용하여 광학부재를 제조하는 과정에 대하여 설명하면 이하와 같다.

먼저, 제 1 롤(120)에 감긴 베이스 필름(110)은 가이드 롤 130a 내지 130c에 의해 이송된다. 이때, 패턴 몰딩부(140)의 성형몰드(142) 역시 마스터 롤(144)과 패턴 가이드롤(146a, 146b)에 감긴채 이송/회전하는 상태가 된다. 이때, 마스터 롤(144)은 가이드 롤 130c 및 130d에 맞물려 있으므로, 베이스 필름(110)은 가이드 롤 130c에 이끌려 성형몰드(142)에 맞물리게 된다. 여기서, 가이드 롤 130c는 베이스 필름에 도포되는 코팅액, 즉 완성된 광학부재(112)의 패턴층의 두께를 조절하는 갭 조절 기능을 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 가이드 롤 130c가 마스터 롤(144)에 밀착하면 광학부재의 패턴층을 보다 얇게 형성할 수 있고, 반대로 가이드 롤 130c를 마스터 롤과 좀더 떨어지게 할 경우 광학부재의 패턴층을 보다 두껍게 형성할 수 있다. 이러한 광학부재 패턴층의 두께는, 가이드 롤 130c와 마스터 롤(144) 사이의 간격 이외에도, 코팅액의 점도, 패터닝 속도 및 베이스 필름의 장력 등에 의해 조절 가능하다.

한편, 베이스 필름(110)이 가이드 롤 130c과 마스터 롤(144)이 맞물린 지점으로는 코팅액 주입수단(160)에 의해 코팅액이 주입되어 성형몰드(142)의 패턴 사이로 밀려 들어가 충진되고, 가이드 롤 130c와 마스터 롤(144) 사이의 압력에 의해 균일하게 분포되어 패턴성형된다. 패턴 사이에 분포된 코팅액은 경화수단(170)으로부터 방출되는 열 또는 UV에 의해 경화된다.

패턴성형된 코팅액이 경화 및 도포된 베이스 필름은 가이드 롤 130d에 이끌려 나오면서 성형몰드(142)와 분리되고, 완성된 광학부재(112)는 가이드 롤(130e)에 의해 이송되어 제 2 롤(150)에 감기게 된다. 여기서, 가이드 롤 130d는 코팅액이 도포된, 즉 패턴층이 형성된 광학부재(112)를 성형몰드(142)와 분리시키는 박리 기능을 수행하게 된다.

상기에서 베이스 필름(110)과 완성된 광학부재(112)는 서로 연결된 상태로 설명의 편의상 명칭을 분류한 것이다. 즉, 베이스 필름(110)은 패턴이 형성되기 이전의 상태를 의미하고, 광학부재(112)는 패턴 몰딩부(140)를 통과하면서 패턴성형된 코팅액이 베이스 필름에 도포되어 완성된 상태를 의미한다. 또한, 도 3 에서는 광학부재(112)에 형성된 패턴층의 일부만을 도시한 것으로, 실제로는 제 2 롤 (150)에 감긴 광학부재 역시 패턴층이 형성된 상태가 된다.

도 4 는 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 2 실시례의 구성도로서 도 3 의 패턴 몰딩부(140)의 구성을 변형한 실시례를 도시한 것이다. 구체적으로는, 성형몰드(242)를 베이스 필름(210)의 길이만큼 길게 롤 타입으로 형성함으로써 완성된 광학부재(212)에 이음매가 없도록 한 실시례이다. 도 4 를 참조하여, 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 2 실시례의 구성 및 동작에 대해 설명하면 이하와 같다.

본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 2 실시례 역시 베이스 필름(210)이 감겨져 있는 제 1 롤(220)과 패턴이 성형된 광학부재(212)가 감기는 제 2 롤(250)이 양측에 구비되고, 베이스 필름 및 패턴이 성형된 광학부재를 이송시키는 가이드 롤(230a 내지 230f)이 제 1 롤(220)과 제 2 롤(250) 사이에 구비된다. 또한, 가이드 롤 230c와 가이드 롤 230d 사이에는 베이스 필름(210)에 패턴성형된 코팅액을 도포하기 위하여 패턴 몰딩부(240)의 마스터 롤(246)이 밀착된다. 여기서 가이드 롤(230a 내지 230f)의 갯수와 위치 등은 실시 상태에 따라 변경 가능함은 물론이다.

패턴 몰딩부(240)는 패턴형상이 구현된 필름 형상의 성형몰드(242), 성형몰드가 감겨져 있는 제 3 롤(244), 주입되는 코팅액을 성형몰드에 압착시켜 성형몰드의 패턴대로 코팅액을 패턴성형하고 이를 베이스 필름(210)에 도포시키는 마스터 롤(246), 성형몰드를 이송시키는 패턴 가이드롤(247a 내지 247d) 및 이송된 성형몰드가 감기는 제 4 롤(248)로 이루어진다. 패턴 가이드롤(247a 내지 247d)의 갯수와 위치 등은 실시 상태에 따라 변경할 수 있음은 물론이다.

상기의 성형몰드(242)는, 도 3 의 실시례와는 달리 제 3 롤(244)에 감긴채 마스터 롤(246) 및 가이드 롤(247a 내지 247d)에 의해 이송되면서 베이스 필름 (210)에 코팅액으로 이루어진 패턴을 성형한 후 제 4 롤(248)에 감기게 된다. 이때, 성형몰드(242)는 베이스 필름(210)과 동일한 길이로 형성하는 것이 바람직하며, 이를 통해 완성된 광학부재(212)에 이음매로 인한 패턴 불량이나 패턴의 끊김이 없이 전 영역에 걸쳐 패턴이 고르게 형성되게 된다. 도 4 에서는 성형몰드의 패턴층에 구현된 패턴을 일부만 도시하였으나, 실제 실시상으로는 성형몰드 전체에 걸쳐 패턴이 구현된다.

베이스 필름(210)이 패턴 몰딩부(240)에 인입되는 지점, 즉 가이드 롤 230c와 마스터 롤(246)이 밀착되는 지점으로는 코팅액을 주입하기 위한 코팅액 주입수단(260)이 구비되고, 베이스 필름과 성형몰드(242)가 밀착 이동하는 지점에는 열 또는 UV를 조사하여 코팅액을 경화시키기 위한 경화수단(270)이 구비된다.

본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 2 실시례를 이용하여 광학부재를 제조하는 과정에 대하여 설명하면 이하와 같다.

먼저, 제 1 롤(220)에 감긴 베이스 필름(210)은 가이드 롤 230a 내지 230c에 의해 이송되어 가이드 롤 230c와 마스터 롤(244)가 맞물리는 지점으로 인입된다. 이때, 패턴 몰딩부(240)의 성형몰드(242) 역시 제 3 롤(244)로부터 풀려 패턴 가이드롤 247a에 의해 이송되어 마스터 롤(246)과 가이드 롤 230c 사이로 인입되어 베이스 필름(210)과 밀착하게 된다. 여기서, 가이드 롤 230c는 상기한 바와 같이 완성된 광학부재(212)의 패턴층의 두께를 조절하는 갭 조절 기능을 수행하게 된다.

한편, 베이스 필름(210)이 가이드 롤 230c과 마스터 롤(246) 사이로 인입되는 지점으로는 코팅액 주입수단(260)에 의해 코팅액이 주입되므로, 코팅액은 성형몰드(242)의 패턴 사이로 밀려 들어가 충진되고 가이드 롤 230c와 마스터 롤(246) 간의 압력에 의해 균일하게 분포된 후 경화수단(270)으로부터 방출되는 열 또는 UV에 의해 경화된다. 따라서, 코팅액은 패턴성형되어 베이스 필름(210)에 도포된 상태가 된다.

패턴성형된 코팅액이 도포된 베이스 필름(완성된 광학부재)은 가이드 롤 230d 및 가이드 롤 230e에 의해 이송되고, 성형몰드(242) 역시 가이드 롤 230d 및 패턴 가이드롤 247b에 의해 이송된다. 따라서, 가이드 롤 230d와 가이드 롤 230e(또는 패턴 가이드롤 247b) 사이 구간에는 패턴성형된 코팅액이 도포된 베이스 필름(광학부재)과 성형몰드(242)가 밀착된 상태로 함께 이송되게 된다.

이후에, 패턴이 성형된 광학부재(212)는 가이드 롤 230f에 의해 이끌려 이송된 후 제 2 롤(250)에 감기게 된다. 또한, 성형몰드(242)는 패턴 가이드롤 247c와 247d에 이끌려 이송된 후 제 4 롤(248)에 감기게 된다. 여기서 가이드 롤 230e와 패턴 가이드롤 247b는 각기 광학부재(212)와 성형몰드(242)를 분리시키는 박리기능을 하게 된다.

한편, 상기한 바와 같이, 성형몰드(242)의 길이와 베이스 필름(210)의 길이를 동일하게 구성할 경우, 성형몰드가 제 3 롤(244)에서 풀려 나와 제 4 롤(248)에 다시 감길 때까지 베이스 필름의 전면에 걸쳐 패턴을 성형하여 광학부재(212)를 생성할 수 있으며, 이때 생성된 광학부재에는 이음매로 인한 패턴 불량이 발생하지 않는다.

또한, 도 4 에서는 광학부재(212)와 성형몰드(242)에 형성된 패턴층의 일부만을 도시하였으나, 실제 실시상으로는 제 2 롤(250)에 감기는 광학부재와 성형몰드의 전면에 걸쳐 패턴층이 형성된 상태가 된다.

도 5 는 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 성형몰드의 단면도이다. 도 5 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 성형몰드(142)는 성형몰드는 코팅액 주입수단에 의해 주입되는 코팅액을 패턴성형하기 위한 구성부로서, 고분자로 구성된 수지에 패턴형상이 구현된 유연성이 있는 필름 형상으로 이루어진다. 구체적으로는 비교적 균일한 두께의 연속적인 평탄면을 갖는 기재층(142a)과 기재층의 적어도 일면으로 미세 형상이 각인된 패턴층(142b)이 형성된 2층 구조를 갖는다.

성형몰드(142)의 기재층(142a)의 재질로는 투명하고 유연성이 있으며 소정의 인장 강도 및 내구성이 있는 필름을 사용하도록 하며, PET 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 패턴층(142b)을 구성하는 수지재료로는 올리고머(Oligomer) 또는 경화개시제 등 고분자 재료를 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 성형몰드(142)는 도 3 및 도 4 에 도시한 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 1 실시례 및 제 2 실시례에 모두 적용 가능함은 물론이다.

이러한 성형몰드(142)의 제조방법의 일례를 들면 이하와 같다.

먼저, 금속 또는 박막형태를 갖는 마스터를 고정시키고 마스터 위에 몰드용 고분자 레진(resin, 수지)을 도포한다. 다음으로, 고분자 수지가 도포된 마스터 위에 성형몰드용 기재필름(142a)을 덮은 후 그 위로 원통형의 롤러를 이동시킴으로써 소정의 압력을 골고루 가한다. 이때, 도포된 고분자 수지가 마스터의 패턴 사이로 밀려 들어가 충진되고 롤러의 압력에 의해 소정의 두께로 균일하게 분포되게 된다. 이후에 수지의 특성에 따라 마스터와 기재필름 사이에 수지가 충진된 접촉 상태에서 열 또는 UV를 조사하여 경화시킨 후 기재필름을 마스터로부터 분리하면 된다.

여기서, 기재필름으로는 필요에 따라 몰드용 고분자 수지와 부착력을 갖도록 표면 처리된 것을 사용하도록 한다.

성형몰드는 상기의 제조방법 이외에도 다양한 방법으로 제조 가능하며 도 3 및 도 4 에서의 광학부재 제조방법과 동일한 방법으로도 제조 가능하다.

한편, 도 3 및 도 4 에 도시한 바와 같이 마스터 롤과 패턴 가이드롤에 성형몰드(142, 242)를 장착함에 있어서, 마스터 롤 또는 패턴 가이드롤의 표면과 성형몰드 사이에 기포나 이물질이 없도록 밀착 고정시키는 것이 중요하다. 이때, 작업성을 좋게 하기 위해서는 마스터 롤과 가이드롤의 표면에 일정 간격으로 미세 홀을 형성하여 기포가 자연적으로 소멸되도록 할 수 있다.

또한, 광학부재 제조장치를 구동시킴에 있어서 완성된 광학부재의 패턴 불량 등을 줄이고 품질을 향상시키기 위하여, 마스터 롤 및 가이드롤의 표면과 성형몰드 사이에 미끌림이 발생하는 것을 방지하여야 하는데, 이를 위한 성형몰드의 변형례는 도 6 에 도시되어 있다.

도 6 은 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 성형몰드의 변형례의 단면도로서, 도 6(a)는 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 성형몰드(142, 242)의 제 1 변형례의 단면도이고, 도 6(b)는 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 성형몰드(142, 242)의 제 2 변형례의 단면도이다. 상기한 바와 같이, 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 성형몰드의 실시례는 성형몰드의 이송시 성형몰드가 마스터 롤 또는 패턴 가이드롤의 표면에 미끄러지지 않고 밀착할 수 있도록 하기 위한 변형례이다.

먼저, 도 6(a)에 도시한 바와 같이 성형몰드(142, 242)의 제 1 변형례는 기재층(142a)의 저면에 수마이크로 미터 크기의 요철(143a)을 다수개 구비함으로써, 마스터 롤 또는 패턴 가이드롤의 표면과 요철 사이에 높은 마찰력이 생기도록 하여 성형몰드가 미끄러지는 것을 방지하게 된다. 이때, 요철(143a)은 고무나 실리콘 등 탄성재질을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 6(b)에 도시한 바와 같이 성형몰드(142, 242)의 제 2 변형례는 기재층(142a)의 저면으로 박막필름(143b)을 형성하여 마스터 롤 또는 패턴 가이드롤의 표면과의 마찰력을 높이도록 한다. 이때, 박막필름(143b) 역시 고무나 실리콘 등 탄성재질을 사용하도록 한다.

한편, 상기에서 제시한 것 이외에도 성형몰드(142, 242)의 미끌림 방지를 위한 다양한 변형/실시가 가능함은 물론이다.

이상 설명한 바대로, 본 발명에 따른 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를 위한 성형몰드는 미세형상의 광학부재의 생산시 취급성과 수율을 향상시켜 제조 단가를 절감시킬 뿐만 아니라 다양하고 대형화된 패턴을 용이하게 성형할 수 있는 현저한 효과가 있다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치와 제조방법 및 이를 위한 성형몰드는,

첫째로, 패턴성형을 위하여 필름 형상의 성형몰드를 사용하므로 마스터 패턴의 가공비용의 절감 및 반영구적 사용이 가능하고,

둘째로, 성형몰드의 이음매의 주기를 늘이거나 없앰으로써 완성된 광학부재의 이음매로 인한 패턴 불량 주기를 늘이거나 줄일 수 있어 광학부재의 수율과 품질을 개선할 수 있으며,

셋째로, 일단 하나의 패턴이 있으면 그 역상을 찍어내어 성형몰드로 사용할 수 있으므로, 기계적으로 가공/성형이 어려운 미세형상도 용이하게 성형할 수 있어 다양한 패턴의 성형이 가능하고,

넷째로, 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 대면적의 미세형상 성형이 가능할 뿐만 아니라 동일 마스터 패턴으로 양각 및 음각 패턴을 자유로이 성형할 수 있으며,

다섯째로, 몰드를 대량으로 제작할 수 있고 취급 및보관이 용이하고,

여섯째로, 성형몰드의 기재층 저면으로 미세한 요철 또는 박막필름을 형성함으로써 마스터 롤 등의 표면과의 마찰력을 증대시켜 성형몰드가 마스터 롤 등과 미끄러지는 것을 방지할 수 있으므로, 광학부재 제조장치의 동작을 안정적으로 유지할 수 있어 완성된 광학부재의 품질을 향상시킬 수 있으며,

마지막으로, 패턴 몰딩부와 성형몰드 구조를 다양하게 변형 실시할 수 있으므로 응용의 폭이 넓다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.

도 1 은 종래의 광학부재 제조장치의 구성도.

도 2 는 종래의 광학부재 제조장치의 성형몰드의 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 1 실시례의 구성도.

도 4 는 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 제 2 실시례의 구성도.

도 5 는 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 성형몰드의 단면도.

도 6 은 본 발명에 따른 광학부재 제조장치의 성형몰드의 변형례의 단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***

110, 210 : 베이스 필름 112, 212 : 광학부재

120, 220 : 제 1 롤 140, 240 : 패턴 몰딩부

142, 242 : 성형몰드 150, 250 : 제 2 롤

Claims (17)

1. 디스플레이 및 광학소자에 사용되며 다양한 미세형상의 제 1 패턴이 성형된 광학부재를 제조함에 있어서, 상기 제 1 패턴의 역상인 제 2 패턴이 일면에 성형된 필름 형상의 성형몰드를 이용하여 상기 광학부재의 기재가 되는 필름 형상의 베이스 필름 상에 상기 제 1 패턴을 성형함으로써 상기 광학부재를 제조하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치로서,

   상기 베이스 필름이 감겨 있는 제 1 롤;

   상기 제조된 광학부재가 감기는 제 2 롤;

   상기 제 1 롤과 상기 제 2 롤 사이에 배치되며, 상기 베이스 필름 및 상기 광학부재를 이송하는 하나 이상의 가이드 롤;

   상기 가이드 롤 중 적어도 하나와 근접하도록 배치되며 상기 성형몰드를 이송하는 마스터 롤 및 상기 성형몰드를 이송하는 하나 이상의 패턴 가이드롤을 포함하는 패턴 몰딩부;

   상기 마스터 롤과 상기 가이드 롤이 근접하는 영역에 구비되어 상기 성형몰드의 제 2 패턴 사이로 유동성 있는 재료를 주입하는 재료 주입장치; 및

   상기 마스터 롤의 주변부에 구비되어 상기 성형몰드의 제 2 패턴 사이에 주입된 상기 재료를 경화시키는 경화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴 몰딩부가,

   상기 마스터 롤 및 상기 각 패턴 가이드롤의 연장선 상을 밸트 형상으로 감싸며 장착된 상기 성형몰드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴 몰딩부가,

   상기 성형몰드가 감겨 있는 제 3 롤; 및

   상기 마스터 롤 및 상기 각 패턴 가이드롤에 의해 이송된 상기 성형몰드가 감기는 제 4 롤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 성형몰드가 상기 베이스 필름과 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스터 롤 및 상기 마스터 롤과 근접하는 상기 가이드 롤 사이의 간격을 조절하여 상기 제 1 패턴의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 재료가,

   상기 제 1 패턴 형상으로 성형되어 상기 베이스 필름에 도포되는 코팅액인 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화수단이 열을 조사하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화수단이 UV를 조사하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조장치.
9. 디스플레이 및 광학소자에 사용되며 다양한 미세형상의 제 1 패턴이 성형된 광학부재를 제조하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조방법으로서,

   상기 광학부재의 기재가 되는 베이스 필름을 이송시키는 제 1 단계;

   상기 제 1 패턴의 역상인 제 2 패턴이 일면에 성형된 필름 형상의 성형몰드를 이송시키는 제 2 단계;

   상기 베이스 필름의 일면과 상기 성형몰드 중 상기 제 2 패턴이 성형된 일면을 밀착시키는 제 3 단계;

   상기 베이스 필름과 상기 성형몰드가 밀착되는 영역으로 유동성 있는 재료를 주입하여 상기 제 2 패턴 사이를 충진시키는 제 4 단계;

   상기 제 2 패턴 사이에 충진된 재료를 경화시킴으로써 상기 재료를 상기 베이스 필름에 도포시키는 제 5 단계; 및

   상기 성형몰드와 상기 재료가 도포된 상기 베이스 필름을 분리하는 제 6 단계를 포함하고,

   상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계가 순서에 무관하게 수행되는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 4 단계와 상기 제 5 단계 사이에,

    밀착된 상기 베이스 필름과 상기 성형몰드에 압력을 가하여 상기 재료를 상기 제 2 패턴 사이에 고르게 충진시키는 제 4-1 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 5 단계가,

    상기 제 2 패턴 사이에 충진된 재료에 열을 조사하는 제 5-1 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조방법.
12. 상기 제 9 항에 있어서,

    상기 제 5 단계가,

    상기 제 2 패턴 사이에 충진된 재료에 UV를 조사하는 제 5-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재의 제조방법.
13. 디스플레이 및 광학소자에 사용되는 광학부재를 제조하기 위하여, 하나 이상의 롤에 의해 이송되면서 상기 광학부재의 기재가 되는 베이스 필름에 밀착하고, 상기 베이스 필름의 일면으로 도포되는 유동성 있는 재료에 다양한 미세형상의 제 1 패턴을 성형하는 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드로서,

    필름 형상의 기재층; 및

    상기 기재층의 일면으로 상기 제 1 패턴의 역상인 제 2 패턴이 성형된 패턴층을 포함하고,

    상기 기재층의 또 다른 일면으로 상기 각 롤의 표면과의 마찰력을 증가시키기 위한 마찰부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 기재층이 PET 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 패턴층이 고분자 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드.
16. 제 13 항에 있어서,

    상기 마찰부가,

    다수의 미세한 요철로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드.
17. 제 13 항에 있어서,

    상기 마찰부가,

    탄성재료로 형성된 박막필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세형상을 갖는 광학부재 제조용 성형몰드.