KR20070029320A

KR20070029320A - 대면적 도광판 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR20070029320A
Application number: KR1020050083971A
Authority: KR
Inventors: 이승섭; 전영균
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-14

Abstract

본 발명은 대면적 도광판 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보다 작은 금형으로 도광판에 광학 패턴을 성형하여 제조비용을 절감할 수 있는 도광판 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치 및 제조방법은 원판을 연속적으로 진행시키면서 광학패턴을 형성하며, 원판과 폭만 동일하고 길이는 훨씬 짧은 크기의 금형만으로 도광판을 제조할 수 있다. 따라서 금형 제작비를 현저히 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 가공할 수 있는 원판의 길이에 제한이 없다.

대면적, 도광판, 광학패턴, 롤러금형, 슬라이드.

Description

대면적 도광판 제조장치 및 제조방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING LARGE-SIZED LIGHT GUIDE PANEL}

도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛의 일례를 도시한 단면도이고,

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 백라이트 유닛의 도광판을 도시한 사시도이며,

도 3은 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치의 일실시예의 사시도이고,

도 4는 도 3의 실시예의 사용상태도이며,

도 5는 도 4의 A-A선에서 바라본 단면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치의 다른 실시예의 사시도이며,

도 7은 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조방법의 일실시예의 순서도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호 설명♣

50 : 원판 50a, 50b : 광학패턴

100 : 베이스 110 : 하부금형

111 : 돌기 200 : 상부롤러금형

210 : 원통 220 : 금속박판

액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 크게 엘씨디 모듈과 엘씨디 모듈을 조명하기 위한 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)으로 이루어진다. 도 1에 도시한 바와 같이 백라이트 유닛은 다시 도광판(11)과, 확산필름(12), 프리즘필름(13), 반사필름(14)과 같은 광학 필름과, 광원(15) 등으로 이루어지며, 백라이트 유닛의 광원으로는 냉음극관이나 발광다이오드(Light Emitting Diode)가 사용된다.

도광판(11)은 일측면에 설치된 광원(15)으로부터 제공된 선광이나 점광의 진행경로를 변경시켜 엘씨디 모듈(20)에 면광을 제공하기 위한 것으로서, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA)와 같은 광투과성 합성수지로 된 판상의 부품이다. 도광판이 광경로를 변경시키는 원리는 빛의 확산, 굴절, 또는 반사를 이용하는 것으로서, 그 제조방법으로는 도트인쇄법, 사출성형법, 커팅법 등이 있다. 도트인쇄법은 도광판 하부면에 빛을 산란시키는 재질의 입자를 포함한 잉크를 도트(dot) 형상으로 인쇄하고, 이 입자로 입사된 빛이 산란되도록 하는 방법이다. 사출성형법은 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 도광판(11)의 상면 또는 상 하 양면에 미세한 광학패턴(11a, 11b)이 형성되도록 전체를 한번에 사출성형하는 방법으로서, 측면으로부터 제공된 빛이 광학패턴(11a, 11b)의 형상에 의해 반사 또는 굴절되면서 상면을 향해 면광의 형태로 진행되도록 하는 방법이다. 이때 광학패턴(11a, 11b)은 도 2a에 도시한 도광판의 상면에 형성된 오목 렌즈 형상(11a)과 같이 단속적인 것일 수도 있고, 도 2b에 도시한 도광판의 하면에 형성된 길쭉한 홈(11b)과 같이 연속적인 것일 수도 있다. 커팅법은 합성수지로 된 판의 평탄면을 절삭하여 사출성형법에서와 같은 광학패턴을 형성하는 방법이다.

이와 같은 도광판 제조방법 중 도트인쇄법은 잉크가 빛을 흡수하므로 밝기가 떨어지고, 평면에 인쇄하는 방식이므로 적절한 면광 제공을 위해 패턴을 다양화하는 데에 한계가 있다. 또한 커팅법은 절삭된 면이 깨끗하지 못한 문제점이 있다. 따라서 도광판의 제조에는 사출성형법이 널리 사용되고 있다.

그러나 종래 기술에 따른 사출성형법은 제조하려는 도광판과 금형의 크기가 같아야 한다. 따라서 대면적의 도광판을 제조하기 위해서는 금형 또한 대형화되어야 하는데, 미세한 광학패턴을 정밀하게 성형하기 위해서는 금형 제작비가 매우 많이 소요된다. 특히 폴리메틸메타크릴레이트의 사출성형에는 높은 사출압력이 필요한데 대면적 도광판을 사출성형하기에 충분할 만큼 높은 사출압력을 가진 사출장비의 개발은 막대한 비용이 소요되어 현실적으로 개발이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술들의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 제조하려는 도광판보다 작은 크기의 금형으로 대면적의 도광판을 제조할 수 있도록 하여 제조비용을 절감한 대면적 도광판 제조장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조하려는 도광판보다 작은 크기의 금형으로 대면적의 도광판을 제조할 수 있는 대면적 도광판 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치는, 광투과성 합성수지 재질의 원판을 일방향으로 슬라이드 가능하도록 지지하는 베이스와, 베이스에 설치되고 원판의 하면에 접하며 원판의 하면에 형성할 광학패턴의 형상에 대응하는 돌기가 형성된 하부금형과, 원판의 상면을 압박하면서 회전하는 상부롤러금형과, 원판을 가열하는 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치에 있어서, 하부금형은, 원판의 하면에 형성할 연속적인 홈 형상의 광학패턴의 단면형상과 같은 형상의 돌기가 상부에 형성된 것이 바람직하다. 또는 하부금형은, 베이스에 회전가능하게 설치되고 원판의 하면에 형성할 광학패턴에 대응하는 돌기가 외주면에 형성된 롤러인 것이 원판의 슬라이드가 원활하게 되므로 바람직하다. 이때 롤러는, 금속재질의 원통과, 원통의 외주면에 부착되고 원판의 하면에 형성할 광학패턴이 새겨진 금속박판을 포함하는 것이 제조가 용이하므로 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치에 있어서, 상부롤러금형은, 원판의 상면에도 광학패턴을 형성할 수 있도록 원판의 상면에 형성할 광학패턴에 대응하는 돌기가 외주면에 형성된 것이 바람직하다. 이때 상부롤러금형은, 금속재 질의 원통과, 원통의 외주면에 부착되고 원판의 상면에 형성할 광학패턴이 새겨진 금속박판을 포함하는 것이 제조가 용이하므로 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치에 있어서, 원판의 하면에 형성될 광학패턴의 깊이를 가변시킬 수 있도록 하부금형을 상하방향으로 구동하는 하부금형구동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한 원판의 상면에 형성될 광학패턴의 깊이를 가변시키기 위하여 상부롤러금형을 상하방향으로 구동하는 상부롤러금형구동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 대면적 도광판 제조방법은, 광투과성 합성수지 재질의 원판을 소성변형이 가능한 정도로 가열하는 단계와, 원판의 일면을 압박하기 위한 제1금형과 원판의 타면에 접촉하여 제1금형측으로 압박하는 제2금형 사이로 원판을 통과시키는 단계를 포함하며, 제1금형과 제2금형중 적어도 하나는 원판의 접촉면에 소정의 광학패턴을 형성하기 위한 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 대면적 도광판 제조방법에 있어서, 제1금형과 제2금형 사이로 원판이 원활히 통과할 수 있도록 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나는 회전가능하게 설치된 롤러 형상인 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치의 바람직한 실시예를 첨부의 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치의 일실시예의 사시도이고, 도 4는 도 3의 실시예의 사용상태도이며, 도 5는 도 4의 A-A선에서 바라본 단면도이다.

도광판은 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 광투과성의 합성수지로 된 판을 원판(50)으로 하여 열간성형된다. 즉, 원판(50)은 베이스(100)는 위에서 일방향으로 슬라이드되는 동안 가열수단에 의해 소성변형에 적합한 온도로 가열된다. 가열수단으로는 베이스(100) 내부에 포설된 열선인 것이 바람직하지만 마이크로 웨이브 방식과 같은 다른 공지의 기술이 적용되어도 무방하다.

원판(50)이 베이스(100) 위에서 슬라이드 되면 베이스(100)의 상면에 설치된 하부금형(110)에 접하게 된다. 하부금형(110)은 상부에 원판(50)의 하면에 형성할 광학패턴(50b)에 대응하는 형상의 돌기(111)가 돌출되어 있다. 즉, 원판(50)이 가열된 상태에서 하부금형(110)을 지나도록 슬라이드되면, 하부금형(110)의 돌기(111)에 의해 압박된 원판(50)의 하면이 소성변형되어 돌기(111)의 형상과 동일한 단면을 갖는 연속적인 길쭉한 홈(50b)이 형성된다. 따라서 하부금형(110)은 원판(50)의 폭과 같은 폭을 갖고, 원판(50)의 진행방향에 따른 길이는 짧아도 되므로 전체적으로는 원판(50)보다 매우 작은 크기를 가진다.

하부금형(110)과의 접촉에 의해 원판(50)의 하면에 연속적인 홈(50b)이 형성되는 동안 원판(50)과 하부금형(110)이 밀착된 상태를 유지할 수 있도록 상부롤러금형(200)이 원판(50)의 상면을 하측으로 압박해준다. 상부롤러금형(200)은 원통형상으로서 원판(50)의 상면에 접하여 원판(50)을 하측으로 압박해주면서 자체적으로 회전하도록 설치되어 있다.

한편 제조하려는 도광판의 형상에 따라 원판(50)의 하면 뿐만 아니라 상면에도 광학패턴(50a)을 형성할 필요가 있다. 이 경우 상부롤러금형(200)의 외주면에 원판(50)의 상면에 형성하고자 하는 광학패턴의 형상에 대응하는 돌기(50a)를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상부롤러금형(200)의 외주면에 반구형 돌기(50a)를 형성하여 원판(50)의 상면을 압박하도록 한다. 그리고 상부롤러금형(200)을 지나치도록 가열된 원판(50)을 슬라이드 시키면, 원판(50)의 상면에는 오목렌즈 형상의 딤플(dimple)이 형성되고 이 딤플이 빛을 굴절, 확산시키게 된다. 상부롤러금형(200)의 성형성을 향상시키기 위해 앞서 언급한 가열수단은 상부롤러금형(200) 내부에 포설된 열선을 더 포함하는 것이 바람직하다. 한편 상부롤러금형(200)은 금속재질의 원통(210)과, 원통(210)의 외주면에 부착되고 광학패턴의 형상에 대응하는 돌기(220a)가 형성된 금속박판(220)을 포함하는 것이 제조가 용이해지므로 바람직하다.

원판(50)의 하면에 형성될 광학패턴의 깊이를 조절할 수 있도록 하기 위해서는 하부금형(110)을 상하로 가동시키는 하부금형구동수단을 구비하는 것이 바람직하다. 하부금형구동수단은 하부금형(110)을 베이스(100)에 대해 상하방향으로 직선운동시킬 수 있는 것이라면 공압 또는 유압실린더, 크랭크와 커넥팅로드와 같은 공지의 기술을 포함한 어떤 수단을 사용하더라도 무방하다. 또한 다양한 두께의 원판(50)으로 도광판을 제조할 수 있고, 원판(50)의 상면에 형성될 광학패턴의 깊이를 조절할 수 있도록 상부롤러금형(200) 또한 상하로 가동되는 것이 바람직하다. 따라서 상부롤러금형(200)을 상하방향으로 직선운동시킬 수 있는 상부롤러금형구동수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 상부롤러금형구동수단의 구체적 구성은 앞선 하부금형구동수단의 구성과 마찬가지로 공지의 기술을 용이하게 적용하여 구현 할 수 있는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치의 다른 실시예의 단면도이다.

베이스(100)와 상부롤러금형(200)과 가열수단은 앞선 실시예와 다르지 않다. 그러나 하부금형(300)은 베이스(100)에 회전가능하게 설치된 롤러형상이다. 즉, 하부금형(300)은 원통형상의 외주면에 원판(50)의 하면에 형성할 광학패턴(50)에 대응하는 형상의 돌기(320a)가 형성되어 있다. 그리고 하부금형(300)은 외주면이 원판(50)의 하면에 접하도록 배치된다. 따라서 돌기(320a)는 원판(50)의 하면을 압박하여 하면에 돌기(320a)의 형상대로 광학패턴(50b)을 형성시킨다. 이 경우 하부금형(300)에 형성된 돌기(320a)는 상부롤러금형(200)의 돌기(220a)와 마찬가지로 단속적인 패턴일 수도 있지만, 앞선 실시예의 하부금형에서와 같이 연속적인 패턴을 가질 수도 있다. 즉, 하부금형(300)의 외주면에 반구형 돌기(320a)를 형성하거나 원주방향을 따라 연속된 핀(fin) 타입의 돌기를 형성할 수도 있다. 또한 하부금형(300)이 베이스(100)에 회전가능하게 설치되어 있으므로 원판(50)의 슬라이딩이 더욱 원활해진다. 한편 하부금형(300)은 앞선 실시예의 상부롤러금형과 마찬가지로 금속재질로 된 원통(310)과, 광학패턴에 대응하는 형상의 돌기(320a)가 형성되고 원통의 외주면에 부착된 금속박판(320)을 포함하는 것이 바람직하다.

대면적 도광판을 제조하기 위해서는 먼저 광투과성 합성수지 재질로 된 원판을 가열한다(S10). 이때 가열되는 온도는 원판의 재질에 따라 결정되며, 소성변형 이 가능한 정도이면 충분하다.

다음으로 마주보도록 배치된 제1금형 및 제2금형 사이로 원판을 통과시킨다(S20). 제1금형과 제2금형은 원판의 양면을 각각 압박하기 위한 것이다. 또한 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나는 원판의 일면에 형성할 소정의 광학패턴에 대응하는 형상의 돌기가 형성되어 있다. 따라서 제1금형과 제2금형 사이를 통과하는 원판은 제1금형 및 제2금형에 의해 압박되어 그 일면 또는 양면에 소정의 광학패턴이 형성된다. 광학패턴은 앞서 언급한 바와 같이 오목렌즈 형상의 딤플일수도 있고 길쭉한 홈 형상일수도 있다.

한편 제1금형과 제2금형 사이를 통과하는 원판의 진행이 원활하도록 하기 위해 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나는 회전가능하게 설치된 롤러 형상인 것이 바람직하다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 대면적 도광판 제조장치 및 제조방법은 원판과 폭만 동일하고 길이는 훨씬 짧은 크기의 금형만으로 도광판을 제조 할 수 있다. 따라서 금형 제작비를 현저히 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 원판을 연속적으로 진행시키면서 광학패턴을 형성하므로 가공할 수 있는 원판의 길이에 제한이 없다. 또한 도광판 전체를 일체로 사출성형하는 것이 아니므로 높은 사출압력을 가진 사출기가 필요하지도 않다.

Claims

광투과성 합성수지 재질의 원판을 일방향으로 슬라이드 가능하도록 지지하는 베이스와,

상기 베이스에 설치되고 상기 원판의 하면에 접하며 상기 원판의 하면에 형성할 광학패턴의 형상에 대응하는 돌기가 형성된 하부금형과,

상기 원판의 상면을 압박하면서 회전하는 상부롤러금형과,

상기 원판을 가열하는 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 하부금형은,

상기 원판의 하면에 형성할 연속적인 홈 형상의 광학패턴의 단면형상과 같은 형상의 돌기가 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 하부금형은,

상기 베이스에 회전가능하게 설치되고 상기 원판의 하면에 형성할 광학패턴에 대응하는 돌기가 외주면에 형성된 롤러인 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
제3항에 있어서, 상기 롤러는,

금속재질의 원통과,

상기 원통의 외주면에 부착되고 상기 원판의 하면에 형성할 광학패턴이 새겨진 금속박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 상부롤러금형은,

상기 원판의 상면에 형성할 광학패턴에 대응하는 돌기가 외주면에 형성된 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 상부롤러금형은,

금속재질의 원통과,

상기 원통의 외주면에 부착되고 상기 원판의 상면에 형성할 광학패턴이 새겨진 금속박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
제1항에 있어서,

상기 하부금형을 상하방향으로 구동하는 하부금형구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
제1항에 있어서,

상기 상부롤러금형을 상하방향으로 구동하는 상부롤러금형구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조장치.
광투과성 합성수지 재질의 원판을 소성변형이 가능한 정도로 가열하는 단계와,

상기 원판의 일면을 압박하기 위한 제1금형과 상기 원판의 타면에 접촉하여 상기 제1금형측으로 압박하는 제2금형 사이로 상기 원판을 통과시키는 단계를 포함하며,

상기 제1금형과 제2금형 중 적어도 하나는 상기 원판의 접촉면에 소정의 광학패턴을 형성하기 위한 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나는 회전가능하게 설치된 롤러 형상인 것을 특징으로 하는 대면적 도광판 제조방법.