KR20120115617A - 스템퍼 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20120115617A
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유호한
김태석
홍승표
이승엽
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

스템퍼는 금속 지지층, 패턴 형성층 및 접착층을 포함한다. 금속 지지층은 제1 열전도율을 가진다. 패턴 형성층은 금속 지지층 상에 배치되고 제1 면에 성형 패턴이 형성된다. 접착층은 금속 지지층과 패턴 형성층 사이에 게재하여 패턴 형성층을 금속 지지층에 고정시키며, 제1 열전도율보다 낮은 제2 열전도율을 가진다. 이에 의하여, 스템퍼의 변형을 방지할 수 있으며, 표시 장치의 표시 품질의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 열전도율이 낮은 접착층을 이용하므로, 도광판 사출 성형시 단열 효과를 일으켜 광학 패턴의 전사성을 향상시킬 수 있다.

Description

스템퍼 및 이의 제조 방법{STAMPER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 스템퍼 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도광판 제조에 이용되는 스템퍼 및 이의 제조 방법 에 관한 것이다.
액정 표시장치는 두께가 얇고 무게가 가벼우며 전력소모가 낮은 장점이 있어, 모니터, 노트북, 휴대폰 등에 주로 사용된다. 이러한 액정 표시장치는 액정의 광투과율을 이용하여 영상을 표시하는 액정 표시패널 및 상기 액정 표시패널의 하부에 배치되어 상기 액정 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함한다.
상기 백라이트 유닛은 도광판 및 광원을 포함한다. 상기 도광판은 일측에 배치된 광원에서 발생되는 광을 액정 표시패널 측으로 출광하도록 가이드한다. 또한, 상기 백라이트 유닛은 광학 시트를 더 포함할 수 있다. 상기 광학 시트는 상기 도광판의 상부에 배치되어 상기 도광판으로부터 출사된 광의 광학 특성을 향상시킨다.
그런데, 도광판의 상부 표면에 직접 미세 광학 패턴을 형성하여 상기 광학 시트의 역할을 대체할 수 있다. 도광판은 도광판 재료를 도광판 제조 금형에 충진시키고 이를 응고시켜 사출하여 제조한다. 상기 도광판에 상기 광학 패턴을 형성하기 위해서 성형 패턴이 형성된 스템퍼를 이용한다.
상기 스템퍼는 상기 도광판 제조시, 높은 온도의 도광판 재료에 접촉되므로 변형이 일어날 수 있다. 상기 스템퍼의 변형으로 인해 취부시 어려움이 발생할 수 있고, 상기 스템퍼가 파손될 수 있다. 또한, 상기 도광판에 형성되는 상기 광학 패턴이 변형될 수 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 도광판 제조과정에서 변형을 방지할 수 있는 스템퍼를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 스템퍼의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 스템퍼는 금속 지지층, 패턴 형성층 및 접착층을 포함한다. 상기 금속 지지층은 제1 열전도율을 가진다. 상기 패턴 형성층은 상기 금속 지지층 상에 배치되고 제1 면에 성형 패턴이 형성된다. 상기 접착층은 상기 금속 지지층과 상기 패턴 형성층 사이에 게재하여 상기 패턴 형성층을 상기 금속 지지층에 고정시키며, 상기 제1 열전도율보다 낮은 제2 열전도율을 가진다.
일 실시예에서, 상기 접착층은 FRP(Fiber Reinforced Plastics)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접착층은 고분자중합체(Polymer)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패턴 형성층은 니켈을 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 스템퍼의 제조 방법은 제1 열전도율을 갖는 금속 지지층 상에 상기 제1 열전도율보다 낮은 제2 열전도율을 가지는 접착층을 배치한다. 제1 면에 성형 패턴이 형성된 패턴 형성층을 상기 접착층 상에 배치하는 단계; 및 상기 금속 지지층, 상기 접착층 및 상기 패턴 형성층을 압착한다.
일 실시예에서, 전주 복제 공정을 이용하여 상기 패턴 형성층을 제조할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패턴 형성층을 제조하는 단계는, 상기 성형 패턴에 대응하는 복제 패턴이 일면에 형성된 마스터를 제조하는 단계, 상기 마스터의 상기 복제 패턴 상에 전주 복제층을 형성하는 단계, 상기 마스터로부터 제1 면에 상기 성형 패턴이 형성된 전주 복제층을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전주 복제층의 제2 면을 편평하게 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접착층에 의해 상기 패턴 형성층이 부착된 상기 금속 지지층의 배면을 편평하게 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접착층은 FRP(Fiber Reinforced Plastics)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접착층은 고분자중합체(Polymer)를 포함할 수 있다.
이러한 스템퍼 및 이의 제조 방법에 의하면, 고강도 접착층이 패턴 형성층과 금속 지지층 사이에 배치됨으로써 스템퍼의 강도를 향상시킬 수 있으며, 이에 의하여, 스템퍼의 변형을 방지할 수 있으며, 표시 장치의 표시 품질의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 열전도율이 낮은 접착층을 이용하므로, 도광판 사출 성형시 단열 효과를 일으켜 광학 패턴의 전사성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템퍼의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 스템퍼의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 도 1의 스템퍼를 포함하는 도광판 제조 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 도광판 제조 금형을 구체적으로 도시한 단면도들이다.
도 5는 도 3의 도광판 제조 장치에 의해 제조된 도광판의 단면도이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시장치의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템퍼의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 스템퍼(100)는 금속 지지층(110), 패턴 형성층(120) 및 접착층(130)을 포함한다.
상기 금속 지지층(110)은 상기 스템퍼(100)의 최하단에 위치하며 제1 열전도율을 가진다. 상기 금속 지지층(110)은 상기 스템퍼(100)를 구성하는데 있어서, 상기 패턴 형성층(120)의 부족한 기계적 강도를 보강시켜 준다. 상기 금속 지지층(110)은 조직이 치밀하고, 높은 경도를 갖는 동시에 가공면의 경면화가 뛰어난 SUS32 등의 스테인레스(Stainless) 재질인 것이 바람직하다.
상기 패턴 형성층(120)은 상기 금속 지지층(110) 상에 배치되고 제1 면(121)에 성형 패턴(P1)이 형성된다. 상기 성형 패턴(P1)은 도광판의 광학 패턴에 대응하며, 상기 광학 패턴과 성형 패턴(P1)은 서로 맞물려 일치하는 형상을 가진다. 상기 패턴 형성층(120)은 니켈을 포함할 수 있다.
상기 접착층(130)은 상기 금속 지지층(110)과 상기 패턴 형성층(120) 사이에 게재하여 상기 패턴 형성층(120)을 상기 금속 지지층(110)에 고정시키며, 상기 제1 열전도율보다 낮은 제2 열전도율을 가진다. 상기 접착층(130)은 상기 패턴 형성층(120)과 상기 금속 지지층(110)을 견고하게 접합시킴과 동시에, 매우 낮은 제2 열전도율을 가짐으로써, 상기 패턴 형성층(120)의 높은 온도가 외부로 쉽게 전달되지 않도록 한다. 상기 접착층(130)은 매우 낮은 제2 열전도율을 가지기 위해, 유리섬유 재질인 FRP(Fiber Reinforced Plastics)를 포함하거나, 고분자중합체(Polymer)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명은 상기 금속 지지층(110), 패턴 형성층(120) 및 접착층(130)의 적층구조를 형성함으로써, 상기 스템퍼(100)의 강도를 보다 향상시킬 수 있으며, 이에 의하여, 도광판 제조과정에서 발생하는 상기 스템퍼(100)의 변형을 방지할 수 있으며, 나아가 표시품질의 저하를 방지하고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 열전도율이 낮은 접착층(130)을 이용하므로, 도광판 사출 성형시 단열 효과를 일으켜 광학 패턴의 전사성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도광판 제조시 용융사출되는 도광판 원료는 고온이지만, 저온의 도광판 제조 금형 내부로 충진되면서 급격히 식게되고, 이로 인하여 도광판 제조 금형의 가장자리 부위는 광학 패턴이 샤프하게 생성되지 않아 오차가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 열전도율이 낮은 접착층(130)이 도광판 원료의 고온을 유지할 수 있도록 도와주는 단열 효과를 일으키므로, 광학 패턴의 오차가 줄어들어 보다 정밀한 광학 패턴을 제조할 수 있게 된다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 스템퍼의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 전주 복제 공정을 이용하여 상기 패턴 형성층(120)을 제조한다. 구체적으로, 상기 패턴 형성층(120)의 성형 패턴(P1)에 대응하는 복제 패턴(P2)이 일면에 형성된 마스터(200)를 제조한다. 상기 성형 패턴(P1)은 도광판의 광학 패턴에 대응하므로, 상기 복제 패턴(P2)은 상기 도광판의 광학 패턴과 일치한다. 예컨대, 재료 금속층(미도시)에 상기 도광판의 광학패턴과 동일한 복제 패턴(P2)을 가공하여 전주 복제 공정을 위한 마스터(200)로 사용할 수 있다. 상기 마스터(200)는 전주 복제 공정을 위해 뛰어난 도전성을 갖는 동시에 기계 가공성이 우수한 특성이 요구된다.
도 2b를 참조하면, 상기 마스터(200)의 일면에 형성된 상기 복제 패턴(P2) 상에 전주 복제층(120a)을 형성한다. 상기 전주 복제층(120a)의 제1 면(121)에는 상기 마스터(200)의 복제 패턴(P2)에 대응하여 성형 패턴(P1)이 형성된다. 예컨대, 상기 마스터(200)를 도금 장비에 장착하고 니켈(Ni) 전기 도금이 실시되도록 한다. 이때 도금 두께는 시간과 전류량에 의해 결정되며, 자유롭게 조절할 수 있다. 바람직하게는 상기 전주 복제층(120a)이 기계적 강도를 유지하기 위해 충분한 두께로 도금되도록 하는 것이 바람직하다.
도 2c를 참조하면, 상기 마스터(200)로부터 상기 제1 면(121)에 상기 성형 패턴(P1)이 형성된 전주 복제층(120a)을 분리한 다음, 상기 분리된 전주 복제층(120a)의 제2 면(122)을 편평하게 연마하여 패턴 형성층(120b)을 얻는다.
다음으로, 제1 열전도율을 갖는 금속 지지층(110b) 상에 상기 제1 열전도율보다 낮은 제2 열전도율을 가지는 접착층(130b)을 배치하고, 상기 접착층 상에 상기 패턴 형성층(120b)을 배치한다. 그리고 상기 적층된 금속 지지층(110b), 접착층(120b) 및 패턴 형성층(130b)을 고열 및 고압의 프레스 공정을 통하여 하나의 예비 스템퍼(100a)를 제조한다.
도 2d를 참조하면, 상기 제조된 예비 스템퍼(100a)에서 최하단의 금속 지지층(110c)의 배면(111)을 편평하게 연마한 다음, 후술할 도광판 제조 금형의 형틀 크기에 일치하도록 상기 예비 스템퍼(100a)의 단면을 소정의 절단선(SAWING LINE)을 따라 절단한다. 이로써 완성된 스템퍼(100)를 얻을 수 있다.
도 3은 도 1의 스템퍼를 포함하는 도광판 제조 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 도광판 제조장치(300)는 도광판 원료 주입부(310), 몸체(320), 실린더(330) 및 도광판 제조 금형(340)을 포함할 수 있다.
상기 도광판 원료 주입부(310)는 상기 몸체(320)의 일측에 형성되며, 상기 도광판 원료 주입부(310)를 통해 도광판 원료(R)가 상기 몸체(320) 내부로 주입된다. 상기 도광판 원료(R)는 플라스틱 계열의 투명한 물질로서 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethyl MethAcrylate: PMMA) 등과 같은 아크릴 수지 또는 폴리카보네이트(PolyCarbonate: PC) 등이 사용될 수 있다.
상기 몸체(320)는 내부의 일측에 상기 실린더(330)가 구비되며, 타측은 금형 입구(345)를 통해 상기 도광판 제조 금형(340)과 연결된다. 또한, 상기 몸체(320)는 상기 몸체(320) 내부에 충진된 도광판 원료(R)에 열을 가하여 용융시키는 가열부(325)를 포함할 수 있다.
상기 실린더(330)는 구동부(미도시)의 동력에 의해 상기 몸체(320) 내부에서 용융된 도광판 원료(R)를 상기 도광판 제조 금형(340)를 향해 사출한다.
상기 도광판 제조 금형(340)은 일측에 형성된 금형 입구(345)를 통해 주입된 상기 도광판 원료(R)를 내부에 충진시키고 이를 응고시킨다. 상기 도광판 제조 금형(340) 내에서 응고된 상기 도광판 원료(R)는 도광판(400)을 형성한다.
상기 도광판 제조 금형(340)은 상기 스템퍼(100)를 포함한다. 상기 스템퍼(100)는 상기 도광판(400)의 상부면 및 하부면에 대응하는 제1 스템퍼(101) 및 제2 스템퍼(102)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스템퍼(101) 및 제2 스템퍼(102)는 상기 설명된 스템퍼(100)와 동일한 적층구조를 가지므로 별도의 설명은 생략한다. 다만, 성형 패턴의 형상, 각 층의 두께, 각 층을 구성하는 재질은 서로 차이가 있을 수 있다.
상기 도광판 제조장치(300)는 사출성형에 의해 도광판을 제조하는 장치이며, 이의 구성과 형태는 상기 설명된 실시예에 한정되지 않고, 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 도광판 제조 금형을 구체적으로 도시한 단면도들이며, 도 5는 도 3의 도광판 제조 장치에 의해 제조된 도광판의 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하면, 상기 도광판 제조 금형(340)은 제1 금형(341), 제2 금형(342), 제1 스템퍼(101) 및 제2 스템퍼(102)를 포함할 수 있다. 상기 도광판 제조 금형(340)은 내부에 상기 도광판 원료(R)가 충진되는 금형 공간(347)을 가진다.
상기 도광판 제조 금형(340)은 상기 금형 공간(347)을 중심으로 상기 제1 금형(341)과 상기 제2 금형(342)으로 구성될 수 있다. 상기 제1 금형(341)에는 상기 제1 스템퍼(101)가 결합되고, 상기 제2 금형(342)에는 상기 제1 스템퍼(101)와 마주보도록 상기 제2 스템퍼(102)가 결합된다.
상기 제1 금형(341)과 상기 제2 금형(342)은 서로 분리 또는 결합 가능하다. 상기 제1 금형(341)과 상기 제2 금형(342)이 결합하게 됨으로써, 도광판(400)의 형상이 형성되고, 상기 제1 스템퍼(101) 및 제2 스템퍼(102)의 성형 패턴(P1)이 도광판(400)의 광학 패턴(P3)으로 복제된다. 또한, 상기 제1 스템퍼(101) 및 제2 스템퍼(102)를 설치하거나, 성형 완료된 도광판(400)을 상기 금형 공간(347)으로부터 빼낼 경우, 상기 제1 금형(341)과 상기 제2 금형(342)은 분리된다.
성형 완료된 도광판(400)은 일면에 또는 양면에 광학 패턴(P3)이 형성된다. 상기 광학 패턴(P3)은 상기 도광판(400)으로부터 출사된 광의 광학 특성을 향상시키기 위한 것으로서, 미세 프리즘의 요철 형상을 가질 수 있으며, 이 외에도 다양한 형상을 가질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 패턴 형성층과 금속 지지층 사이에 고강도 접착층을 게재하여 스템퍼의 강도를 향상시킬 수 있으며, 이에 의하여, 도광판 제조과정에서 발생하는 스템퍼의 변형을 방지할 수 있으며, 표시품질의 저하를 방지하고, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 열전도율이 낮은 접착층을 이용하므로, 도광판 사출 성형시 단열 효과를 일으켜 광학 패턴의 전사성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 스템퍼 110: 금속 지지층
120: 패턴 형성층 130: 접착층
200: 마스터 120a: 전주 복제층
300: 도광판 제조장치 310: 도광판 원료 주입부
320: 몸체 325: 가열부
330: 실린더 340: 도광판 제조 금형
400: 도광판

Claims (11)

  1. 제1 열전도율을 가지는 금속 지지층;
    상기 금속 지지층 상에 배치되고 제1 면에 성형 패턴이 형성된 패턴 형성층; 및
    상기 금속 지지층과 상기 패턴 형성층 사이에 게재하여 상기 패턴 형성층을 상기 금속 지지층에 고정시키며, 상기 제1 열전도율보다 낮은 제2 열전도율을 가지는 접착층을 포함하는 스템퍼.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 접착층은 FRP(Fiber Reinforced Plastics)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템퍼.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 접착층은 고분자중합체(Polymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템퍼.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 패턴 형성층은 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 스템퍼.
  5. 제1 열전도율을 갖는 금속 지지층 상에 상기 제1 열전도율보다 낮은 제2 열전도율을 가지는 접착층을 배치하는 단계;
    제1 면에 성형 패턴이 형성된 패턴 형성층을 상기 접착층 상에 배치하는 단계; 및 상기 금속 지지층, 상기 접착층 및 상기 패턴 형성층을 압착하는 단계를 포함하는 스템퍼의 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 전주 복제 공정을 이용하여 상기 패턴 형성층을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스템퍼의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 패턴 형성층을 제조하는 단계는,
    상기 성형 패턴에 대응하는 복제 패턴이 일면에 형성된 마스터를 제조하는 단계;
    상기 마스터의 상기 복제 패턴 상에 전주 복제층을 형성하는 단계; 및
    상기 마스터로부터 제1 면에 상기 성형 패턴이 형성된 전주 복제층을 분리하는 단계를 포함하는 스템퍼의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 전주 복제층의 제2 면을 편평하게 연마하는 단계를 더 포함하는 스템퍼의 제조 방법.
  9. 제5 항에 있어서, 상기 접착층에 의해 상기 패턴 형성층이 부착된 상기 금속 지지층의 배면을 편평하게 연마하는 단계를 더 포함하는 스템퍼의 제조 방법.
  10. 제5 항에 있어서, 상기 접착층은 FRP(Fiber Reinforced Plastics)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템퍼의 제조 방법.
  11. 제5 항에 있어서, 상기 접착층은 고분자중합체(Polymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템퍼의 제조 방법.
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