KR20080006190A - 마이크로패턴 금형제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로패턴 금형제조방법에 관한 것으로서, 기계가공성이 우수한 금속의 표층에 광학패턴을 가공하여 마스터를 제작하는 1단계; 상기 광학패턴이 형성된 마스터 상면에 소정두께의 전주 도금층을 형성하는 2단계; 상기 전주 도금층이 소정두께 이상 실시된 후, 이를 마스터로부터 분리하는 3단계; 및 상기 마스터로부터 분리된 도금층을 지그와 결합시켜 스템퍼를 제작하는 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은 경도가 낮고 기계가공성이 우수한 금속재질을 이용해 마스터를 제작함으로써, 종래의 스테인레스(Stainless) 등의 금형강을 이용한 금형 코어 제작공정에서의 기계가공성의 한계를 극복하도록 함으로써, 절삭공정에 소요되는 시간을 대폭 단축하고, 가공깊이를 깊게 할 수 있어 이로 제작된 도광판의 성능이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 기계가공성이 우수한 금속재질의 마스터를 제작하여, 상기 마스터를 이용한 전주도금패턴을 복제하여 스탬퍼를 제작하여 금형공정에 사용되도록 함으로써, 마스터의 제작이 쉽고 용이하여 제작비용이 절감되는 한편, 상기 마스터를 이용하여 스탬퍼를 무한 복제하여 사용하는 것이 가능하고, 필요시 빠른 시간 안에 스탬퍼를 복제할 수 있게 됨으로써, 생산효율이 향상되는 효과를 갖는다.

Description

마이크로패턴 금형제조방법{A manufacturing method of Micro-patterned mold}

도 1은 일반적인 LCD용 백라이트 장치의 내부구조를 도시한 사시도.

도 2는 종래의 프리즘시트가 부착되는 도광판구조를 설명하는 개략도.

도 3은 종래의 프리즘 패턴이 가공된 도광판구조를 설명하는 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 금형제조방법을 나타내는 공정도.

도 5내지 도 12는 본 발명에 따른 금형제조공정을 단계별로 도시한 개략공정도.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 마스터 111: 광학패턴

120: 바이트 130: 전주 도금층

131: 도금패턴 140: 지그

150: 스탬퍼 160: 금형

170: 도광판

본 발명은 도광판을 제작하기 위한 금형제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경도가 낮고 기계가공성이 우수한 금속재질을 이용해 마스터를 제작함으로써, 종래의 SUS재질을 이용한 금형 코어 제작공정에서의 기계가공성의 한계를 극복하도록 된 마이크로패턴 금형제조방법에 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.

이러한 단점을 보완하고, 어두운 곳에서도 액정표시장치(LCD)의 사용이 가능하도록 하기 위해, 상기 액정표시장치의 패널 전체에 고르게 빛을 전달하는 조광장치로서 백라이트 유닛이 사용된다.

상기 백라이트 유닛은 배경광원과, 빛을 반사시켜주는 반사판, 도광판, 확산판 등으로 구성되는데, 특히 상기 도광판은 양측면에 광원으로 사용되는 배경광원에서 방출되는 빛을 액정표시장치의 전체면에 균일하게 조사시키는 역할을 한다.

도 1은 일반적인 LCD용 백라이트 장치의 내부구조를 도시한 사시도이다.

동 도면에서와 같이 LCD에서 도광판은 측면에 부착된 형광램프로부터 입사된 광선을 표면을 통하여 외부로 고르게 출사시켜서 상부의 액정환경을 밝게 만들에 주는 백라이트(backlight) 역할을 한다. 즉, 측면의 또는 배면의 램프에 의한 점광 원 또는 선광원을 면광원 형태로 전환시켜주는 역할을 하는 부품이다.

이와 같은 도광판(2)의 재질은 투명한 광학용 수지, 특히 아크릴이라고 부르는 PMMA 수지를 많이 사용하며, 이를 주로 사출성형에 의해 제조하며, 도광판 내에 입사 임계각으로 인하여 내부에서 갇혀 흐르는 광선을 외부로 출사하기 위하여 그 표면에 빛의 산란 및 반사를 위한 여러 가지 패턴이 부착되거나 새겨진다.

도 2는 종래의 프리즘시트가 부착되는 도광판구조를 설명하는 개략도로서, 도 2에 도시된 것과 같이 기존의 이러한 도광판에서 패턴에 의해 산란된 광선은 일정한 방향성을 갖지 못하고 여러 각도로 난반사되어 외부로 출사된다.

기존의 백라이트 장치에서는 패턴부위에서 산란된 빛을 면 전체에 고르게 확산시키기 위하여 확산시트(5)를 도광판 위에 장착하고, 또한 여러 각도로 분산되어 나오는 광선을 면에 수직한 정면방향으로 모아주기 위하여 프리즘시트(6, 7)를 도광판 위에 장착함으로써 정면에서 바라보는 면 휘도를 향상시킨다.

그러나, 프리즘시트들의 가격이 고가이어서 LCD용 백라이트 장치의 원가를 상승시키는 주요인이 되어왔다.

도 3은 종래의 프리즘 패턴이 가공된 도광판구조를 설명하는 개략도로서, 상기 도 3에 도시된 바와 같이 도광판 상부표면에 직접 미세 프리즘요철을 형성하여 프리즘시트의 역할을 하기 위한 노력이 경주되어 왔다. 이러한 프리즘 도광판용 금형 코어를 제작하려면 코어 전체 표면에 걸쳐 깊이 50 ㎛ 이하의 프리즘 요철이 새겨지고 그 가공면이 경면이 되도록 제작되어야 한다.

일반적으로 사출용 금형 코어의 재료로 강(Steel)괴류가 많이 사용하고 있는 바, 기존의 제조공정을 보면 용융 상태의 철을 냉각시키면서 주조, 단조 및 압연 등의 과정을 거치는데, 이러한 과정에서 조직 내부에 기포발생과 결정의 이방성 배열 등으로 금속조직 결정의 균일성이 떨어지게 된다.

따라서, 이러한 재료에 대해 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 정도의 미소 깊이 절삭가공을 할 경우 프리즘요철에서 필요한 평균표면조도(Ra) 10 nm 이하의 경면 수준을 얻기 어려우며, 또한 절삭 가공 후에도 래핑공정을 진행하기 어려운 점 때문에 기존의 재료 및 공정으로는 경면의 미세 프리즘 요철을 갖는 금형 코어를 제조하기가 곤란한 문제가 있었다.

또한, 상기한 금형 코어를 비철재료를 사용하여 제작할 수도 있지만 낮은 경도로 인한 내마모성의 문제나, 상기의 강괴류와 같은 이유로 사용되지 못하고 있는 실정이다.

또한, 미소 요철부위의 경면가공에 연마석을 고속 회전시키는 방법이 사용될 수 있으나 마이크로나 나노 단위의 미세 프리즘 요철부의 꼭지점 모서리 부위를 날카롭게 세울 정도로 연마석의 정밀도를 유지하는 것은 사실상 불가능하다.

이 때문에 최근에는 조직이 치밀하고, 높은 경도를 갖는 동시에 가공면의 경면화가 뛰어난 스테인레스 강의 일종인 스테인레스(Stainless) 등의 금형강이 금형 코어의 제작에 이용되고 있다.

이와 같은 금형강을 이용한 금형 코어는 높은 경도로 인해 일반적으로 다이아몬드 재질의 바이트가 절삭가공에 사용되고 있다.

그러나, 상기 다이아몬드 바이트를 이용해 금형강 재질의 금형 코어를 가공 하는 데에는 15인치 액정패널을 기준할 경우 1주일 이상의 가공시일이 소요되는 문제가 있었다.

또한, 상기 가공 도중에 다이아몬드 바이트가 부러질 경우, 8시간 ~ 16시간 이상의 시간을 들여 바이트 날을 재가공해야 할 뿐만 아니라, 금형 코어 자체를 처음부터 다시 가공해야 하기 때문에 막대한 경비와 시간을 들여야 하는 문제가 있었다.

또한, 상기와 같은 문제로 인해 요철부의 가공깊이를 5~10㎛로 제한해야하기 때문에 이와 같은 금형 코어로 제작된 도광판의 성능이 제한되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 첫 번째 목적은, 경도가 낮고 기계가공성이 우수한 금속재질을 이용해 마스터를 제작함으로써, 종래의 SUS재질을 이용한 금형 코어 제작공정에서의 기계가공성의 한계를 극복하도록 함으로써, 절삭공정에 소요되는 시간을 대폭 단축하고, 가공깊이를 깊게 할 수 있도록 하는 도광판 제조용 금형제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 두 번째 목적은, 기계가공성이 우수한 금속재질의 마스터를 제작하여, 상기 마스터를 이용한 전주도금패턴을 복제하여 스탬퍼를 제작하여 금형공정에 사용되도록 함으로써, 마스터의 제작이 쉽고 용이하여 제작비용이 절감되는 한편, 상기 마스터를 이용하여 스탬퍼를 무한 복제하여 사용하는 것이 가능하고, 필요시 빠른 시간 안에 스탬퍼를 복제할 수 있도록 한 도광판 제조용 금형제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 세 번째 목적은, 마스터의 제작이 용이하기 때문에 대면적 마이크로패턴의 금형제조가 가능한 도광판 제조용 금형제조방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로패턴 금형제조방법은 기계가공성이 우수한 금속의 표층에 광학패턴을 가공하여 마스터를 제작하는 1단계; 상기 광학패턴이 형성된 마스터 상면에 소정두께의 전주 도금층을 형성하는 2단계; 상기 전주 도금층이 소정두께 이상 실시된 후, 이를 마스터로부터 분리하는 3단계; 및 상기 마스터로부터 분리된 도금층을 지그와 결합시켜 스템퍼를 제작하는 4단계를 포함하는 구성을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마이크로패턴 금형제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 금형제조방법을 나타내는 공정도이고, 도 5내지 도 12는 본 발명에 따른 금형제조공정을 단계별로 도시한 개략공정도로서, 동 도면에 보는 바와 같은 본 발명에 따른 금형제조방법은 기계가공성이 우수한 금속의 표층에 광학패턴을 가공하여 마스터(110)를 제작하는 1단계(S10)와, 상기 광학패턴이 형성된 마스터(110) 상면에 소정두께의 전주 도금층(130)을 형성하는 2단계(S20) 와, 상기 전주 도금층(130)이 소정두께 이상 실시된 후, 이를 마스터(110)로부터 분리하는 3단계(S30)와, 상기 마스터(110)로부터 분리된 도금층(130)을 지그와 결합시켜 스탬퍼(150)를 제작하는 4단계(S40)를 포함한다.

우선, 도 5는 SUS재질에 비해 낮은 경도를 갖는 기계가공성이 우수한 금속재 표층에 절삭공구를 이용하여 나노단위의 광학패턴(111)이 가공되는 작업공정을 도시하고 있다.

상기와 같은 광학패턴(111)이 가공된 금속재는 이후 수행될 전주 도금공정을 위한 마스터(110)로 사용하게 된다.

따라서 상기 마스터(110)는 전주도금 공정을 위해 뛰어난 도전성을 갖는 동시에 기계가공성이 우수한 특성이 요구된다. 이러한 금속재질로는 구리(Cu)가 사용될 수 있다.

또한, 상기 마스터(110)의 금속 재질은 단결정 니켈(Single Crystal Ni)이 사용되거나, 구리 또는 단결정 니켈과 동등한 도전성 및 기계가공성을 갖는 금속재 중 어느 하나가 사용될 수도 있다.

그리고, 상기 광학패턴(111)을 미세 프리즘의 요철면 형상으로 가공하게 되는데, 도 5에서와 같이 평면형상이 선형으로 가공된다. 이를 도 6을 통해 보다 자세히 살펴보면, 상기 요철면은 산과 골이 반복되는 것을 볼 수 있고, 이와 같은 산과 골의 각도는 절삭공구인 바이트(120)의 내각(θ)에 의해 결정되고, 이와 같은 바이트(120)의 내각은 90ㅀ를 형성하는 것이 바람직하다.

물론, 상기 바이트(120)의 내각이 90ㅀ 내외로 제작되는 것도 가능하다. 또 한, 이와 같은 절삭공구로는 다이아몬드 바이트가 사용될 수 있다.

상기와 같은 바이트(120)를 이용해 가공되는 본 발명의 광학패턴(111)의 가공 깊이는 20㎛~50㎛로 깊게 가공하는 것이 가능해진다.

다음, 도 7은 마스터(110)의 광학패턴(111) 상면에 전주 도금층(130)을 형성하는 단계를 설명하고 있다. 이를 위해 상기 마스터(110)를 도금장비에 장착하고 니켈(Ni) 전기 도금이 실시되도록 한다. 이때 도금두께는 시간과 전류량에 의해 결정되며, 자유롭게 조절할 수 있다.

이때, 바람직하게는 상기 도금층(130)이 기계적강도를 유지하기 위해 충분한 두께로 도금되도록 하는 것이 바람직하다.

이후, 소정두께 이상 도금층(130)을 형성하게 되면, 도 8에서 보는 바와 같이 마스터(110)로부터 도금패턴(131)이 분리되도록 한다.

이때, 분리된 도금패턴(131)은 양각 또는 음각 형태의 광학패턴(111)이 마스터(110)로부터 복제된 상태이다.

이와 같은 광학패턴(111)이 복제된 도금패턴(131)은 도 9에서와 같이 별도의 지그(140)에 부착됨으로써, 스탬퍼(150)를 구성하게 된다. 이때, 상기 도금패턴(131)과 지그(140)는 별도의 접착물질을 사용해 결합되도록 할 수 있다.

그리고, 상기와 같이 제조된 스탬퍼(150)는 도 10에서 보는 바와 같은 상부 금형(160)에 결합된다. 이때, 상기 상부 금형(160)과 대합구조를 갖는 하부 금형(160) 내에는 도광판(170) 제조를 위한 광학용 수지가 채워지게 된다.

이후, 도 11에서와 같이 상부 금형(160)과 하부 금형(160)이 결합하게 됨으로써, 도금패턴(131)이 도광판(170)에 복제된다. 도 12는 이와 같은 공정을 통해 제조된 도광판(170)의 완성된 구조를 개략적으로 도시하고 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 도광판 제조용 마이크로패턴 금형제조방법은 대면적 마이크로 패턴 및 마이크로패턴의 금형을 빠른 시간에, 고정도로 제작할 수 있게 되며, 반사판지용 시트 또는 프리즘 시트에 적용될 수도 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

상기와 같은 본 발명은 경도가 낮고 기계가공성이 우수한 금속재질을 이용해 마스터를 제작함으로써, 종래의 SUS재질을 이용한 금형 코어 제작공정에서의 기계가공성의 한계를 극복하도록 함으로써, 절삭공정에 소요되는 시간을 대폭 단축하고, 가공깊이를 깊게 할 수 있어 이로 제작된 도광판의 성능이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 기계가공성이 우수한 금속재질의 마스터를 제작하여, 상기 마스터를 이용한 전주도금패턴을 복제하여 스탬퍼를 제작하여 금형공정에 사용되도록 함으로써, 마스터의 제작이 쉽고 용이하여 제작비용이 절감되는 한편, 상기 마스터를 이용하여 스탬퍼를 무한 복제하여 사용하는 것이 가능하고, 필요시 빠른 시간 안에 스탬퍼를 복제할 수 있게 됨으로써, 생산효율이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 마스터의 제작이 용이하기 때문에 대면적 마이크로패턴의 금형제조가 가능한 효과를 갖는다.

Claims (15)

1. 기계가공성이 우수한 금속의 표층에 광학패턴을 가공하여 마스터(110)를 제작하는 1단계(S10);

   상기 광학패턴이 형성된 마스터(110) 상면에 소정두께의 전주 도금층(130)을 형성하는 2단계(S20);

   상기 전주 도금층(130)이 소정두께 이상 실시된 후의 도금패턴(131)을 마스터(110)로부터 분리하는 3단계(S30); 및

   상기 마스터(110)로부터 분리된 도금패턴(131)을 지그와 결합시켜 스탬퍼(150)를 제작하는 4단계(S40);

   를 포함하는 마이크로패턴 금형제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 1단계의 마스터 금속은 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 1단계의 마스터 금속은 단결정 니켈(Single Crystal Ni)인 것을 특징으 로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 1단계의 마스터 금속은 구리 또는 단결정 니켈과 동등한 기계가공성을 갖는 금속재질 중 어느 하나가 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 1단계의 광학패턴은 미세 프리즘의 요철면인 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 1단계의 절삭공구로 다이아몬드 바이트가 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 광학패턴의 가공 깊이를 20~50㎛로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 2단계의 전주도금은 니켈(Ni)을 이용하는 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 스탬퍼(150)는 양각 스템퍼인 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 스탬퍼(150)는 음각 스템퍼인 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 스탬퍼(150)는 금형에 결합되어 도광판 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로패턴 금형제조방법.
12. 제 1항 내지 제 11항의 금형제조방법으로 제조된 스탬퍼.
13. 제 1항 내지 제 11항의 금형제조방법으로 제조된 도광판.
14. 제 1항 내지 제 11항의 금형제조방법으로 제조된 반사판지용 시트.
15. 제 1항 내지 제 11항의 금형제조방법으로 제조된 프리즘 시트.

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