KR20090109755A - 도광판 진공성형 장치 및 진공성형 방법 - Google Patents

도광판 진공성형 장치 및 진공성형 방법

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KR20090109755A
KR20090109755A KR1020080035144A KR20080035144A KR20090109755A KR 20090109755 A KR20090109755 A KR 20090109755A KR 1020080035144 A KR1020080035144 A KR 1020080035144A KR 20080035144 A KR20080035144 A KR 20080035144A KR 20090109755 A KR20090109755 A KR 20090109755A
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Abstract

본 발명은, 수지가 도포된 도광판에 광학 패턴을 성형하기 위한 진공 성형 장치와 진공 성형 방법에 관한 것이다. 진공 성형 장치는, 통상의 측벽과 측벽의 상방과 하방을 밀폐하는 커버와 바닥판으로 구성된 진공 체임버 본체를 구비하고, 진공 체임버 본체 내부에는, 도광판에 광학 패턴을 전사하는 스탬퍼와, 스탬퍼의 가장자리를 고정하는 승강 가능한 스탬퍼 프레임을 포함하며, 상기 커버, 측벽 및 바닥판에 의해 밀폐되는 공간은, 상기 스탬퍼 프레임의 하강에 의하여, 상부 체임버와 하부 체임버로 분할된다. 도광판 진공 성형 방법은, a) 도광판에 수지를 도포하는 단계, b) 상기 도광판을 진공 체임버 내에 장착하고 진공을 형성하는 단계, c) 진공 상태에서 상기 수지가 도포된 도광판의 일면에 스탬퍼를 접촉시키는 단계, d) 상기 스탬퍼의 상부 영역과 하부 영역이 서로에 대하여 기밀 상태가 되도록 유지하는 단계, 및 e) 상기 스탬퍼를 경계로 압력 차이를 발생시켜 스탬퍼를 도광판에 밀착시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 복잡한 형태의 광학 패턴에도 적용 가능할 뿐만 아니라, 도광판의 크기가 대형화하더라도 도광판에 형성된 광학 패턴에 미성형부가 발생하거나 기포 등의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

도광판 진공성형 장치 및 진공성형 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VACUUM MOLDING LIGHT GUIDE PANEL}
본 발명은 액정 표시 장치에 이용되는 백라이트용 도광판(light guided panel, LGP)을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 대면적의 도광판에 광학 패턴을 형성할 수 있는 진공 성형 장치 및 진공 성형 방법에 관한 것이다.
도광판은 액정 표시 장치에 이용되는 백라이트 장치의 부품으로, CCFL(냉음극 형광 램프)과 같은 선광원 또는 LED와 같은 점광원을 면광원으로 변환시켜 주기 위한 광학 패턴을 일면 또는 양면에 구비하고 있다.
이러한 광학 패턴을 도광판에 성형하기 위해서는, 사출, 반사형 잉크를 이용한 실크 인쇄, 자외선 경화성 수지(이하, UV 수지) 또는 열 경화성 수지를 이용한 성형 방법 등이 사용되어 왔다.
사출법은 복잡한 구조물을 성형하기에 적합하나 성형 시간과 냉각 시간이 길고, 비교적 공정이 간단한 인쇄법은 복잡한 광학 패턴에 적용할 수 없다. 이러한 이유로, 열 경화성 수지, 또는 공정이 비교적 간단하고 경화 시간이 짧아 보다 바람직한 UV 수지를 이용하여 도광판의 광학 패턴을 성형하는 방법에 관한 많은 시도가 있어 왔다.
UV 성형법은 UV 수지가 코팅된 대면적 도광판에 스탬퍼를 밀착시키고, 그 사이에 있는 UV 수지가 빈 틈 없이(빈 공간 없이) 충진되도록 한 이후, 이를 UV광으로 경화하고 스탬퍼를 이형하면, 스탬퍼에 새겨져 있는 광학 패턴 형상이 도광판에 전사되는 성질을 이용한 것이다.
하지만, 종래 UV 성형법 중 롤(roll)형의 스탬퍼를 사용하거나 평판형의 경질 스탬퍼(hard stamper)를 사용하는 경우, 대면적 도광판과 스탬퍼간의 평탄도를 정밀하게 조절하기 어려우며, 이로 인해 스탬퍼와 도광판 사이에 UV 수지 이외에 빈 공간이 발생하여, 이로 인해 미성형, 기포 등의 불량이 쉽게 발생하게 된다.
또한, 도광판에 도포된 수지가 스탬퍼와 밀착 시에 도광판 외곽으로 빠져 나와 외관이 손상되는 문제점이 발생하기도 한다.
백라이트의 부품 중 하나로서 프리즘 시트와 같이 연속 공급되는 시트에 UV 수지를 이용하여 광학 패턴을 성형하는 방법은 이미 양산화 단계에 있기는 하나, UV 성형법을 이용하여 낱장 공급(불연속 공급)되는 도광판에 광학 패턴을 성형하는 방법은 전술한 바와 같은 문제점으로 인하여 아직 상용화의 단계까지는 이르지 못하고 있다.
한편, 도광판에 UV 수지를 코팅하는 방법으로는 실크 인쇄법, 슬릿 코팅(slit coating)법, 롤 코팅(roll coating)법 등이 있으나, 비교적 고점도인 UV 수지(통상적으로 점도가 500 cps ~ 10,000 cps)를 실크 인쇄법으로 코팅하는 경우에는 실크 제판의 미세 격자와 UV 수지의 표면 장력에 의해 미세 기포가 다수 발생하고, 이러한 미세 기포가 실크 제판을 통과하여 도광판에 코팅됨으로써 도광판의 광학 패턴에 영향을 주는 문제가 발생한다. 슬릿 코팅법은 슬릿 코터 기구가 고가이어서 경제성에서 불리하며, 롤 코팅법은 공정 안정성이 낮아 잦은 불량으로 양산성에서 불리한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, UV 수지를 실크 인쇄할 수 있도록 고안된 방법을 제공하고, 진공 체임버 내에서 투명하고 유연한 스탬퍼를 사용하여 광학 패턴을 성형하는 공정을 이용하여 도광판을 제조하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 진공 성형 방법 및 장치는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, (1) 투명하고 유연한 스탬퍼를 사용하며, (2) 진공 체임버 내에서 광학 패턴을 성형하고, (3) 스탬퍼 자체가 이중 진공 체임버의 한쪽 벽을 형성하여 기압 차이에 의해 스탬퍼가 도광판에 밀착되도록 하는 것 등을 주요 특징으로 한다.
본 발명이 요지로 하는 바는 다음과 같다.
(1) 수지가 도포된 도광판에 광학 패턴을 성형하기 위한 도광판 진공 성형 장치로서, 통상의 측벽과, 측벽의 상방과 하방을 밀폐하는 커버와 바닥판으로 구성된 진공 체임버 본체를 구비하고, 진공 체임버 본체 내부에는, 도광판에 광학 패턴을 전사하는 스탬퍼와, 스탬퍼의 가장자리를 고정하는 승강 가능한 스탬퍼 프레임을 포함하며, 상기 커버, 측벽 및 바닥판에 의해 밀폐되는 공간은, 상기 스탬퍼 프레임의 하강에 의하여, 상부 체임버와 하부 체임버로 분할되는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(2) (1)에 있어서, 상기 스탬퍼는 상부 체임버와 하부 체임버의 격벽을 구성하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(3) (1)에 있어서, 상기 바닥판에는 도광판을 고정하는 홀더가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치
(4) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 바닥판은 분리 가능하고 승강하도록 구성되고, 최고 상승 위치에서 측벽의 하방을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(5) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 상부 체임버와 하부 체임버는 독립적으로 압력 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(6) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 진공 체임버 본체에는 상기 상부 체임버와 하부 체임버 각각에 연통하는 통기 라인이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(7) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 스탬퍼는 유연하고 투명한 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(8) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 커버는 UV 광에 투광성이 있는 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(9) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 커버의 상방에 자외선 램프 스테이지가 배치된 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
(10) (4)에 있어서, 상기 측벽은, 스탬퍼 프레임의 상승과 바닥판의 상승의 상호 간섭을 방지하기 위하여 단면이 L자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 진공 성형 장치.
(11) 도광판에 광학 패턴을 성형하기 위한 도광판 진공 성형 방법으로서, a) 도광판에 수지를 도포하는 단계, b) 상기 도광판을 진공 체임버 내에 장착하고 진공을 형성하는 단계, c) 진공 상태에서 상기 수지가 도포된 도광판의 일면에 스탬퍼를 접촉시키는 단계, d) 상기 스탬퍼의 상부 영역과 하부 영역이 서로에 대하여 기밀 상태가 되도록 유지하는 단계, 및 e) 상기 스탬퍼를 경계로 압력 차이를 발생시켜 스탬퍼를 도광판에 밀착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(12) (11)에 있어서, 상기 e) 단계에서, 스탬퍼의 하부 영역의 진공 상태로 유지하고, 스탬퍼의 상부 영역의 진공을 해제하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(13) (11) 또는 (12)에 있어서, 상기 e) 단계 후에, f) 수지를 경화시키는 단계와, g) 스탬퍼의 하부 영역의 진공을 해제하는 단계와, h) 스탬퍼와 도광판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(14) (11) 또는 (12)에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 스템퍼의 상부 영역에 대기압이 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(15) (11) 또는 (12)에 있어서, 상기 b) 단계에서, 진공 압력을 10-3 torr ~ 102 torr로 설정하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(16) (11) 또는 (12)에 있어서, 상기 수지는 UV 수지인 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(17) (11) 또는 (12)에 있어서, 상기 스탬퍼는 유연하고 투명한 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(18) (16)에 있어서, 상기 a) 단계를 진공 중에서 실크 인쇄 공정에 의하여 실시하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(19) (16)에 있어서, 상기 a) 단계를, 도광판에 1~10회 코팅 가능한 양만큼의 UV 수지를 실크 제판위에 토출하는 정밀 노즐을 설치한 실크 인쇄 장치에 의하여 실시하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
(20) (17)에 있어서, 상기 e) 단계 후에, 상기 스탬퍼를 통해 도광판에 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
본 발명에 따르면, 도광판과 스탬퍼의 평탄도가 정밀하게 조절되지 않더라도 도광판과 스탬퍼가 균일한 압력으로 완벽하게 밀착되도록 할 수 있으며, 도광판의 성형 공정을 진공 중에서 실시함으로써, 아무리 복잡한 형태의 광학 패턴이라고 하더라도 스탬퍼와 도광판 사이에 성형이 이루어지 않은 미성형부가 발생하거나 기포 등의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도광판의 크기나 두께에 관계없이 균일한 광학 패턴의 성형이 가능하므로, 본 발명에 따른 방법과 장치를 적용하여 대면적 액정 표시 장치를 제조할 수 있어, 당업계에 기여하는 바가 지대하다.
도 1은 본 발명에 따른 한 실시 형태에 따른 도광판 성형 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도광판 상에 수지를 실크 인쇄법에 의하여 도포한 후의 수지의 표면 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 도광판에 도포된 수지에 광학 패턴을 형성시키기 위한 진공 성형 장치의 개략도이다,
도 4는, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 도광판에 도포된 수지에 광학 패턴을 형성시키기 위한 진공 성형 장치의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 진공 성형 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
<도면 부호의 설명>
10: 도광판 20: 스탬퍼
100: 진공 성형 장치 110: 커버
120: 측벽 122: 연장부
130: 바닥판 140: 진공 체임버 본체
150: 진공 체임버 150a: 상부 체임버
150b: 하부 체임버 152,154,156,158: 밀봉 부재
162,164: 통기 라인 170: 스탬퍼 프레임
180: 승강 기구 190: 자외선 램프 스테이지
이하에서 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 한 실시 형태에 따른 도광판 성형 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 도광판 상에 수지를 실크 인쇄법에 의하여 도포한 후의 수지의 외관을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도광판에 도포된 수지에 광학 패턴을 형성시키기 위한 진공 성형 장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 도광판에 도포된 수지에 광학 패턴을 형성시키기 위한 진공 성형 장치의 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 진공 성형 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 도광판 기재(bare LGP)에 수지를 도포하는 공정과 수지에 광학 패턴을 형성하는 공정에 의하여 도광판을 제조하며, 특히 수지로서는 UV 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이하에서, UV 수지를 도포하는 공정과 광학 패턴을 형성하는 공정에 대하여 구체적인 실시예를 참조하여 설명한다.
<UV 수지 도포 공정>
UV 수지를 도포함에 있어서는, 실크 인쇄법, 슬릿 코팅법, 롤 코팅법 등을 사용할 수 있으나, 본 발명의 한 실시예에서는 실크 인쇄법을 사용하였으며, 기포 발생과 관련된 문제를 해결하기 위하여 수지 도포를 진공 체임버 내에서 실시하였다.
진공 체임버 내부에 실크 제판과, 실크 인쇄를 수행하기 위한 2개의 스퀴즈를 구비한 이송 장치를 설치하였으며, 진공 체임버의 진공도를 조정하여, UV 수지의 물성(점도)과 사용 제판의 목수에 따라 기포가 발생하지 않는 진공도를 결정하였다. 그 결과는 아래의 표와 같다.
UV 수지 점도 제판 목수 기포 미발생 진공도
1,000 cps 200목 550 torr
1,500 cps 150목 400 torr
2,500 cps 100목 50 torr
도 2는 도광판 상에 점도가 1000cps인 UV 수지를 실크 인쇄법에 의하여 도포한 후의 UV 수지의 외관을 나타내는 도면이며, (a)와 (b)는 각각 대기압 조건과 500torr의 진공도의 조건으로 UV 수지를 도포하였을 때의 표면 상태를 나타낸다.
도 2의 (b)와 같이, 실크 인쇄 조건에 따른 적정 진공도를 설정하여 UV 수지를 도광판 상에 도포함으로써, UV 수지에 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있었다.
또 다른 실시예에서는, 대기압에서 실크 인쇄가 반복될수록 기포 발생이 점점 더 심해지는 현상에 착안하여 도광판에 코팅되는 UV 수지의 양을 소량으로 제어할 수 있는 정밀 노즐을 설치하고, 1회 ~ 10회 코팅 가능한 UV 수지 양만을 제판위에 토출하는 방법을 사용하여 대기압에서 실크 인쇄를 수행하였다. 통상적인 UV 수지의 경우 1회 ~ 2회 코팅 가능한 양이 적합하나, 소포성이 우수한 UV 수지를 사용하는 경우, 10회 이상 코팅 가능한 양으로도 실크 인쇄를 수행할 수 있다.
<광학 패턴 성형>
본 발명에 따라 도광판에 수지를 도포한 후에 수지에 광학 패턴을 성형하는 공정에서는, 투명하고 유연한 연질의 스탬퍼(예를 들면, (주)미뉴타텍의 Regi-Flex)를 사용하였으며, 진공 체임버 내에서 성형하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 도광판(10)의 일면에 도포된 수지(도면에는 도시 생략)를 유연한 스탬퍼(20)에 의하여 가압하여 광학 패턴을 성형하는 본 발명의 진공 성형 장치(100)의 한 실시예를 나타낸다.
진공 성형 장치(100)는 커버(110), 측벽(120) 및 바닥판(130)을 구비하는 진공 체임버 본체(140)를 포함한다.
측벽(120)은 소정의 공간을 포위하는 각통, 원통 등과 같은 통상의 형태이며, 그 형상이 특별히 한정되지는 않는다. 도 3의 실시예에서, 바닥판(130)은 측벽(120)의 하단으로부터 일체형으로 연장되고, 커버(110)는 측벽(120)의 상방을 덮음으로써, 바닥판(130), 측벽(120) 및 커버(110)에 의하여 진공 체임버(150)가 구획된다.
측벽(120)에는 미도시의 개폐 가능한 문이 설치되어, 수지가 도포된 도광판(10)을 진공 체임버(150) 내로 이송하여 바닥판(130)에 안착시킬 수 있다. 이 때, 도광판(10)을 고정하기 위하여, 바닥판(130)에 홀더(132)가 부착되어 있는 것이 바람직하다.
진공 체임버(150)가 외부와 기밀 상태를 유지하도록, 커버(110)와 측벽(120)의 연결부에는 밀봉 부재(152)가 배치된다.
진공 체임버(150)에는 도광판(10)에 광학 패턴을 전사하는 스탬퍼(20)와, 스탬퍼(20)의 가장자리를 고정하는 스탬퍼 프레임(170)이 배치되고, 스탬퍼 프레임(170)은 승강 기구(180)에 의하여 승강 가능하도록 구성된다.
스탬퍼(20)는 두께가 1mm 정도인 유연한 플라스틱 소재로 이루어지고, 액자의 형태와 같이 스탬퍼 프레임(170)에 고정된다. 스탬퍼 프레임(170)은 금속과 같은 강성의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
스탬퍼 프레임(170)이 최저 위치로 하강하여 바닥판(130)과 접촉하면, 스탬퍼(20)는 도광판(10)에 근접하도록 구성된다. 이 때, 스탬퍼(20), 스탬퍼 프레임(170) 및 바닥판(130)에 의하여 포위된 공간이 스탬퍼(20)의 상부 영역을 포함하는 공간과 기밀 상태를 유지하도록, 스탬퍼(20)와 스탬퍼 프레임(170)의 고정부와, 스탬퍼 프레임(170)과 바닥판(130)의 접촉부에는 밀봉 부재(156, 158)가 배치된다.
이와 같이 진공 체임버(150)가 상부 체임버와 하부 체임버로 분할되었을 때에 상부 및 하부 체임버의 진공도가 각각 제어될 수 있도록, 진공 체임버 본체(140)에는 2개의 통기 라인(162, 164)이 설치된다. 도 2에 예시된 실시예에서는, 통기 라인(162, 164)이 측벽(120)과 바닥판(130)에 배치되어 상부 체임버와 하부 체임버에 각각 연통하도록 구성되어 있다.
전술한 바와 같은 구성의 진공 성형 장치(100)를 이용하여, 도광판(10)에 광학 패턴을 전사하는 공정에 대하여 설명한다.
도광판(10)을 진공 체임버(150) 내로 이송하고 진공 체임버(150)를 밀폐한 후에, 진공 펌프(도 3에 도시 생략)를 가동하여 통기 라인(162, 164)을 통해 진공 체임버(150) 내의 공기를 배출시킨다. 진공 체임버(150)의 압력은 잔류 공기에 의한 불량 발생을 감소시키기 위하여 100 torr 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 진공도를 증가시킬 경우에는 고가의 장비가 필요하게 되므로 10-3 torr ~ 102 torr의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
진공 체임버(150)를 진공 상태로 한 후에, 승강 기구(180)를 작동시켜 스탬퍼 프레임(170)을 서서히 하강하여, 스탬퍼 프레임(170)에 고정된 스탬퍼(20)가 수지가 도포된 도광판(10)의 일면에 접촉되도록 한다.
이 때, 스탬퍼(20)와 스탬퍼 프레임(170) 사이의 밀봉 부재(156)와, 스탬퍼 프레임(170)과 바닥판(130) 사이의 밀봉 부재(158)에 의하여, 진공 체임버(150) 내의 스탬퍼(20)의 상부 영역을 포함하는 공간과 하부 영역을 포함하는 공간이 서로에 대하여 기밀 상태로 유지된다. 즉, 진공 체임버(150)는 서로 연통하지 않는 2개의 체임버로 분할되고, 스탬퍼(20)는 2개의 체임버의 경계로서의 격벽의 역할을 한다.
그 후, 스탬퍼(20)의 상부 영역과 연통하는 통기 라인(162)을 통하여 진공을 해제하고, 스탬퍼(20)의 하부 영역은 진공을 유지하도록 하면, 스탬퍼(20)를 경계로 하여 발생한 압력 차이에 의하여 스탬퍼(20)가 도광판(10)에 완벽하게 밀착하게 된다. 예를 들면, 스탬퍼(20)의 상부 영역에 대기압이 작용하도록 하면, 스탬퍼(20)의 상하에 대략 1기압의 차이를 발생시킬 수 있다.
스탬퍼(20)와 밀착된 상태에서 수지를 경화시키면, 스탬퍼(20)에 새겨져 있는 광학 패턴이 도광판(10)에 전사된다. 수지의 경화가 완료되면, 스탬퍼(20)의 하부 영역과 연통하는 통기 라인(164)을 통하여 진공을 해제하고, 스탬퍼 프레임(170)을 상승시켜 스탬퍼(20)와 도광판(10)을 이형한다.
본 발명에 따른 진공 성형 방법의 변형 실시예에 의하면, UV 수지가 도포된 도광판(10)을 사용하는 것이 바람직하고, 특히 “UV 수지 도포 공정”에 기재된 공정을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우에, 진공 성형 장치(100)는 자외선 램프 스테이지(UV lamp stage)를 또한 포함할 수 있다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 진공 성형 장치(100)의 다른 실시예를 나타낸다. 도 4와 도 5에 도시된 진공 성형 장치(100)의 구성요소 중에서, 도 3의 진공 성형 장치(100)와 동일하거나 대응하는 부재에는 동일한 도면부호를 부여되어 있으며, 중복되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
진공 성형 장치(100)는 커버(110), 측벽(120) 및 바닥판(130)을 구비하는 진공 체임버 본체(140)를 포함하며, 진공 체임버 본체(140) 내에는 승강 가능한 스탬퍼 프레임(170)과 스탬퍼 프레임(170)에 고정된 스탬퍼(20)가 구비된다. 본 실시예에서는, UV 수지가 도포된 도광판(10)에 광학 패턴을 형성하는 공정에 적합하도록, 진공 성형 장치(100)는 UV 수지를 경화시키기 위한 UV 램프 스테이지(190)를 또한 포함한다.
도 4의 실시예에서의 바닥판(130)은, 도 3의 실시예에서 측벽과 일체형으로 형성된 바닥판과는 달리, 분리 가능하고 미도시의 승강 기구에 의하여 상하 운동을 하도록 구성되고, 최고 상승 위치에서 측벽(120)의 하방을 밀폐한다. 커버(110), 측벽(120) 및 바닥판(130)에 의하여 밀폐된 공간은 진공 체임버(150)를 형성한다.
측벽(120)은 스탬퍼(20)의 승강 기구(180)와 간섭되지 않도록 대략 L자형으로 연장되는 연장부(122)를 구비하며, 바닥판(130)은 상승 시에 측벽(120)의 연장부(122)에 밀착된다.
또한, 측벽(120)에는 진공 체임버(150)를 감압하거나 가스를 주입하기 위한 통기 라인(162, 164)이 2개소의 위치에 설치된다. 2개의 통기 라인(162, 164) 중에서 하나는 측벽(120)의 상측 근방에, 다른 하나는 측벽(120)의 하측 근방에 배치된다. 2개의 통기 라인(162, 164)은 진공 체임버(150)가 분할되어 형성되는 2개의 체임버에 각각 연통하도록 구성되는데, 이에 대해서는 도 4을 참조하여 다시 설명하기로 한다.
스탬퍼(20)는 유연하고 UV 광에 대하여 투광성을 갖는 플라스틱 소재로 제작된다. 스탬퍼(20)는, 스탬퍼 프레임(170)과 함께, 승강 기구(180)에 의해 상하 운동을 할 수 있다. 스탬퍼 프레임(170)의 하강 시에, 스탬퍼(20)의 하방의 공간이 상방의 공간과 분리되어 기밀 상태를 유지하도록, 스탬퍼(20)와 스탬퍼 프레임(170)의 접촉부에 밀봉 부재(156)가 배치되고, 측벽(120)의 연장부(122)와 스탬퍼 프레임(170)의 접촉부에도 밀봉 부재(158)가 배치된다.
다음으로, 도 4와 도 5를 참조하여 진공 성형 장치(100)의 작동 과정에 대하여 설명한다.
우선, 커버(110)를 분리하고 바닥판(130)을 하강하여, 진공 체임버 본체(140)의 상방과 하방을 개방한다. 스탬퍼(20)를 스탬퍼 프레임(170)에 고정한 후에 커버(100)를 닫고, 도광판(10)이 장착된 홀더(132)를 이송 장치(도면에 도시 생략)에 의하여 바닥판(130) 상으로 이송시키면, 도 4와 같이 진공 성형을 위한 준비 상태가 된다.
이어서, 바닥판(130)을 상승시켜 측벽(120)의 연장부(122)에 바닥판(130)을 밀착시키면, 커버(110), 측벽(120) 및 바닥판(130)에 의해 구획된 공간이 밀폐되어 진공 체임버(150)를 형성하고, 진공 펌프(도면에 도시 생략)를 가동하여 통기 라인(162, 164)을 통해 진공 체임버(150) 내의 공기를 배출시킨다.
진공 체임버(150)를 진공 상태로 한 후에, 승강 기구(180)를 작동시켜 스탬퍼 프레임(170)을 서서히 하강하여, 스탬퍼 프레임(170)에 고정된 스탬퍼(20)가 UV 수지가 도포된 도광판(10)의 일면에 접촉되도록 한다.
이 때, 스탬퍼(20)와 스탬퍼 프레임(170) 사이의 밀봉 부재(156)와, 스탬퍼 프레임(170)과 측벽(120)의 연장부(122) 사이의 밀봉 부재(158)에 의하여, 진공 체임버(150) 내의 스탬퍼(20)의 상부 영역을 포함하는 공간과 하부 영역을 포함하는 공간이 서로에 대하여 연통하지 않는 기밀 상태로 유지된다. 이러한 작동 상태가 도 4에 도시되어 있으며, 진공 체임버(150)는 상부 체임버(150a)와 하부 체임버(150b)로 분할되는데, 스탬퍼(20)는 상부 및 하부 체임버(150a, 150b)의 경계로서의 격벽의 역할을 한다.
상부 체임버(150a)와 하부 체임버(150b)가 형성된 상태에서, 상부 체임버(150a)와 연통하는 통기 라인(162)을 통하여 진공을 해제하고, 하부 체임버(150b)의 진공은 유지하도록 하면, 기압 차에 의하여 스탬퍼(20)가 도광판(10)에 완벽하게 밀착하게 된다.
커버(110)를 열고, UV 램프 스테이지(190)에 의하여 투명한 스탬퍼(20)를 통해 UV를 조사하면, 도광판(10)에 코팅되어 있던 UV 수지는 스탬퍼(20)와 밀착된 상태에서 경화하게 되고, 스탬퍼(20)에 새겨져 있는 광학 패턴이 도광판(10)에 전사된다. 석영과 같이 UV 광에 투명하고 견고한 재질을 커버(110)로 사용할 경우, 커버(110)를 개방하는 조작이 필요하지 않을 수도 있다.
UV 수지의 경화가 완료되면, 하부 체임버(144)의 진공을 해제하고 스탬퍼(20)가 장착된 스탬퍼 프레임(170)을 상승시켜, 스탬퍼(20)와 도광판(10)을 이형한다.
전술한 바와 같은 공정 순서에 의해, 도광판(10)이 대형화하더라도 평탄도에 관계없이 기포 발생이나 미성형과 같은 불량 요인을 발생을 방지할 수 있다.
이상으로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위가 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질적이고 필수적인 특징적 구성을 일탈함이 없이 다양한 변형 형태가 가능함은 물론이다. 특히 본 발명의 실시 예에서는 연속 제조 공정의 효율성을 위해 진공 체임버에 착탈되는 도광판 홀더와 상부 커버를 도입하였으나, 도광판의 투입 방법이나 진공 체임버의 형태 등은 당업자 수준에서 다양한 방법으로 변형 형태가 가능하다. 따라서 본 명세서에서 전술한 실시 형태는 예시적인 것일 뿐 제한적인 의미를 갖지는 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 기재된 사항 및 이로부터 파악될 수 있는 모든 변형 실시 형태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 수지가 도포된 도광판에 광학 패턴을 성형하기 위한 도광판 진공 성형 장치로서,
    통상의 측벽과, 측벽의 상방과 하방을 밀폐하는 커버와 바닥판으로 구성된 진공 체임버 본체를 구비하고,
    진공 체임버 본체 내부에는, 도광판에 광학 패턴을 전사하는 스탬퍼와, 스탬퍼의 가장자리를 고정하는 승강 가능한 스탬퍼 프레임을 포함하며,
    상기 커버, 측벽 및 바닥판에 의해 밀폐되는 공간은, 상기 스탬퍼 프레임의 하강에 의하여, 상부 체임버와 하부 체임버로 분할되는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스탬퍼는 상부 체임버와 하부 체임버의 격벽을 구성하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바닥판에는 도광판을 고정하는 홀더가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바닥판은 분리 가능하고 승강하도록 구성되고, 최고 상승 위치에서 측벽의 하방을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상부 체임버와 하부 체임버는 독립적으로 압력 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진공 체임버 본체에는 상기 상부 체임버와 하부 체임버 각각에 연통하는 통기 라인이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스탬퍼는 유연하고 투명한 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는
    도광판 진공 성형 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버는 UV 광에 투광성이 있는 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버의 상방에 자외선 램프 스테이지가 배치된 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 측벽은, 스탬퍼 프레임의 상승과 바닥판의 상승의 상호 간섭을 방지하기 위하여 단면이 L자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 장치.
  11. 도광판에 광학 패턴을 성형하기 위한 도광판 진공 성형 방법으로서,
    a) 도광판에 수지를 도포하는 단계,
    b) 상기 도광판을 진공 체임버 내에 장착하고 진공을 형성하는 단계,
    c) 진공 상태에서 상기 수지가 도포된 도광판의 일면에 스탬퍼를 접촉시키는 단계,
    d) 상기 스탬퍼의 상부 영역과 하부 영역이 서로에 대하여 기밀 상태가 되도록 유지하는 단계, 및
    e) 상기 스탬퍼를 경계로 압력 차이를 발생시켜 스탬퍼를 도광판에 밀착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 e) 단계에서, 스탬퍼의 하부 영역의 진공 상태로 유지하고, 스탬퍼의 상부 영역의 진공을 해제하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 e) 단계 후에, f) 수지를 경화시키는 단계와, g) 스탬퍼의 하부 영역의 진공을 해제하는 단계와, h) 스탬퍼와 도광판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 e) 단계에서, 상기 스템퍼의 상부 영역에 대기압이 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 진공 압력을 10-3 torr ~ 102 torr로 설정하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 수지는 UV 수지인 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 스탬퍼는 유연하고 투명한 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 a) 단계를 진공 중에서 실크 인쇄 공정에 의하여 실시하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 a) 단계를, 도광판에 1~10회 코팅 가능한 양만큼의 UV 수지를 실크 제판위에 토출하는 정밀 노즐을 설치한 실크 인쇄 장치에 의하여 실시하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 e) 단계 후에, 상기 스탬퍼를 통해 도광판에 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 도광판 진공 성형 방법.
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