KR20160103737A - 연속식 광학필름 제조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효율적이고 경제적인 광학필름 생산을 위해 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하기 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 단층 또는 다층 필름원단을 연속 생산하는 원단제조장치; (B) 상기 원단제조장치의 후단에서, 연속생산되는 필름원단을 소정 폭이 되도록 길이방향으로 재단하는 슬리터(slitter)와, 필름원단을 소정 길이가 되도록 폭방향으로 재단하는 크로스커터를 포함하고 있어, 필름원단을 소정 규격의 광학필름으로 재단하는 재단장치; 및 (C) 클리닝롤러쌍을 포함하고 있어 인입된 광학필름이 그 사이를 통과하면 양면에 부착된 이물질을 제거하는 클리닝부를 가지는 클리닝장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템에 관한 것이다.

Description

연속식 광학필름 제조 시스템{System for Continuous Preparation of Optical Film}
본 발명은 효율적이고 경제적인 광학필름 생산을 위해 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다.
LCD(liquid crystal display)는 백라이트에서 나오는 빛을 액정분자의 광 스위칭 기능을 이용하여 on-off를 제어하는 표시방식인데, 고품위의 표시를 실현하기 위해서 여러 종류의 광학필름이 사용되고 있다. 광학필름으로는 백라이트를 유효하게 사용하기 위한 필름군(확산필름, 프리즘시트, 휘도향상필름 등), 편광판에 사용되는 필름군(편광필름, 편광자 보호필름), 액정 셀과 편광판의 위상차를 보정(補正)하기 위한 위상차 필름 등이 있다.
혼동을 방지하기 위해 본 발명에서 사용되는 용어를 정리한다.
소정의 크기로 재단된 광학필름 판을 단순히 '광학필름'으로, 재단되지 않은 긴 길이의 광학필름을 '필름원단'으로, 필름원단이 롤(roll)에 감겨 있는 것을 '롤원단'으로 칭하기로 한다.
종래 이러한 광학필름은 몇 단계를 거쳐 제작된다. 먼저 소정 종류와 개수의 필름을 점착제로 라미네이팅결합(laminating)하여 롤 형태의 광학필름 원단인 롤원단이 만들어진다. 이후 롤원단이 풀리면서, 필름원단을 소정 폭이 되도록 길이방향(필름 이송방향)으로 재단하는 슬리터(slitter)와, 필름을 소정 길이가 되도록 폭방향(필름 이송방향의 직각방향)으로 재단하는 크로스커터로 이루어지는 재단기를 거치게 하여 소정 규격의 판 형태의 광학필름을 완성한다. 완성된 광학필름은 후단공정으로의 이송을 위해 적층포장된다.
그런데 재단하는 과정에서 절단 부스러기가 발생하고 점착제가 일부 노출되는 등 문제가 있다. 이러한 부스러기나 점착제가 광학필름 사이에 끼어들어가게 되면 광학필름에 상처를 주어 결과적으로 제품에 불량을 일으키는 등 후속 공정에 악영향을 미치게 된다. 또한 노출된 부스러기와 점착제는 제작된 광학필름의 적재-이송-보관-후공정시에 광학필름의 표면에 묻어서 역시 불량을 초래하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 공개특허 10-2008-0077333(도 1a 참조)에서는, 사전에 제작된 광학필름 롤원단(상기 문헌에서는 '원반 롤'로 표현하고 있음)으로부터 재단된 광학필름을 적층포장하기 전에 광학필름이 그 사이를 통과하면 양면에 부착된 이물질을 제거하는 한 쌍의 클리닝롤러가 추가된 재단장치를 제시하고 있다. 상기 문헌에 의하면 롤원단으로부터 광학필름이 절단되자마자 한 쌍의 클리닝롤러에 의해 양면에 존재할 수 있는 부스러기나 점착제와 같은 이물질을 제거하기 때문에 절단공정에서의 이물질에 의한 불량을 대폭 줄이면서 절단공정의 속도를 높일 수 있게 된다.
한편, 이상과 같은 종래기술에 의한 광학필름 제조과정의 예시적 흐름도를 도 1b에 도시하였다. 도시된 예는 다수의 원료필름을 제작하고 이를 라미네이팅하여 필름원단을 생산하는 것이지만, 경우에 따라서는 단순히 하나의 원료필름을 필름원단으로 할 수 있을 것이다. 하나의 원료필름인 경우 당연히 라미네이팅공정은 없다.
도시되었듯이, 제조과정은 크게 원료수지→원료필름→필름라미네이팅 공정을 거쳐 광학필름 롤원단을 얻는 단계와, 롤원단을 입수하여 위 문헌처럼 재단하는 단계로 구분된다. 종래에는 전단계는 롤원단 제작사에서, 후단계는 광학필름 재단/가공사에서 이루어지는 등 전후단계가 (경우에 따라서는 같은 공장에서 이루어지더라도) 시간적 공간적으로 분리되어 있었다. 그러나 이러한 방식에 의하면 롤원단 제작단계에서 롤의 측면을 정리하는 트리밍공정과, 재단단계에서 이송되는 필름측면을 일부 잘라내는 슬리팅공정 등 두 번에 걸쳐 광학필름 원단의 일부를 제거하기 때문에 생산성이 낮아진다. 또한 필름원단을 롤에 감았다가(전단계) 다시 푸는(후단계) 과정이 필요하고, 롤원단을 전단계에서 보관하고 이송하고 후단계에서 다시 보관하는 등의 추가적인 노력이 요구된다.
공개특허 10-2008-0077333
본 발명은 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 단층 또는 다층 필름원단을 연속 생산하는 원단제조장치; (B) 연속생산되는 필름원단을 소정 폭이 되도록 길이방향(필름 이송방향)으로 재단하는 슬리터(slitter)와, 필름원단을 소정 길이가 되도록 폭방향(필름 이송방향의 직각방향)으로 재단하는 크로스커터를 포함하고 있어, 필름원단을 소정 규격의 광학필름으로 재단하는 재단장치; 및 (C) 상기 재단된 광학필름을 인입하는 인입부, 클리닝롤러쌍을 포함하고 있어 인입된 광학필름이 그 사이를 통과하면 양면에 부착된 이물질을 제거하는 클리닝부 및 클리닝된 광학필름을 배출하는 배출부를 가지는 클리닝장치;를 포함하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템을 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 연속생산되는 필름원단을 감아서 롤원단 형태로 준비하였다가 이를 풀면서 광학필름을 생산하는 종래 광학필름 제조시스템과는 달리 롤원단 형성과정을 생략할 수 있으므로, 제조공정 및 제조소요시간 단축, 필름원단의 효율적 활용, 롤원단 보관/이송을 위한 공간 및 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1a는 종래기술에 의한 재단장치의 예를 보어주는 도면.
도 1b는 종래기술에 의한 광학필름 제조과정의 예시적 흐름도.
도 2는 본 발명의 광학필름을 제조하는 제조시스템에 의한 광학필름 제조과정의 예시적 흐름도.
도 3은 본 발명에 의한 광학필름을 제조하는 제조시스템에서 각 장치의 배치를 보여주는 개념적 평면도.
도 4a는 본 발명에 의한 제조시스템에서 클리닝부의 두 가지 예를 보여주는 개념적 단면도.
도 4b는 본 발명에 의한 제조시스템에서 클리닝부가 작동하고 있는 상태, 1차롤러쌍의 간극이 벌어진 상태와, 계속해서 1차롤러와 2차롤러의 간극이 벌어진 상태의 개념적 단면도.
도 5a는 본 발명에 의한 제조시스템에서 복수개의 클리닝장치가 연속 장착되어 있는 예의 개념적 단면도.
도 5b는 본 발명에 의한 제조시스템에서 클리닝장치에 복수개의 클리닝부가 연속 장착되어 있는 예의 개념적 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. 또한 청구범위의 구성요소에 도면부호가 병기되어 있는 경우, 이는 설명 위한 예시적인 것일 뿐 도면부호가 구성요소를 한정하려는 의도가 아님도 명백할 것이다.
본 발명에서는 소정의 크기로 재단된 광학필름 판을 '광학필름'으로, 재단되지 않은 긴 길이의 광학필름을 '필름원단'으로, 필름원단이 롤(roll)에 감겨 있는 것을 '롤원단'으로 칭하기로 한다. 본 발명에서 '광학필름'은 그대로 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 완제품과, 추가적인 가공공정을 거쳐서 적용되는 반제품을 포함하는 개념이다.
전술하였듯이 본 발명은 원단제조장치(10), 재단장치(20) 및 클리닝장치(30)를 포함하는, 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템에 관한 것이다(청구항 1).
본 발명에 의한 제조시스템으로 광학필름 제조과정에 대한 예시적 흐름도를 도 2에 도시하였다. 종래기술에 관한 도 1a와 본 발명에 관한 도 2에 명확히 표현되어 있듯이, 본 발명은 최초 원료수지 등으로부터 시간적 공간적 단절 없이 연속해서 광학필름을 제조하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 필름원단을 감아서 롤원단을 만드는 단계, 롤원단을 트리밍하는 단계, 롤원단을 보관/이송/보관하는 단계, 롤원단을 풀어내는 단계 등이 모두 생략되는 것이다.
본 발명에 의한 제조시스템의 개념적 평면도를 도 3에 도시하였다. 도면에서는 이해의 편의를 위해 각 장치들이 크기 비를 임의적으로 정하였다.
본 발명에서 상기 원단제조장치(10)는, 재단을 하면 광학필름이 되는 필름원단을 연속하여 생산하는 장치이다. 광학필름이 단층이나 다층이냐에 따라서, 또한 다층인 경우 다층을 이루는 각 원료필름까지 직접 생산할 것인지 여부에 따라서 상기 원단제조장치(10)가 달라질 수 있다. 즉, 원단제조장치(10)는, 광학필름이 ① 단층인 경우 원료수지로부터 필름을 제조하는 필름캐스팅장치 또는 필름압출장치 등과 같은 필름제조장치이며, ② 다층인 경우, ②ⓐ복수개의 원료필름 롤들을 라미네이팅하는 라미네이팅장치이거나, ②ⓑ 복수개의 원료수지로부터 원료필름을 제조하는 필름제조장치와, 이를 라미네이팅하는 라미네이팅장치일 수 있다. 필름캐스팅장치, 필름압출장치, 라미네이팅장치 등은 종래 널리 알려진 장치들이며, 본 발명에서는 이들을 적절하게 선택하여 활용할 수 있기 때문에 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서 상기 재단장치(20)는, 상기 원단제조장치(10)의 후단에 위치하여 연속하여 이송되어 오는 필름원단을 소정 규격의 광학필름으로 재단하는 것으로서, 상기 원단제조장치(10)에서 연속생산되는 필름원단을 소정 폭이 되도록 길이방향(필름 이송방향)으로 재단하는 슬리터(21)(slitter)와, 필름원단을 소정 길이가 되도록 폭방향(필름 이송방향의 직각방향)으로 재단하는 크로스커터(22)를 포함하고 있다.
상기 슬리터(21)는 소정 폭의 광학필름에 대응하여 필름원단의 양측면 가장자리를, 또한 필름원단의 폭방향으로 재단되는 광학필름의 사이를 재단하는 커터로서, 각각 하나의 회전형 원형커터이거나 마주보는 한쌍의 원형커터일 수 있으나, 구체적인 형태나 구조가 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 크로스커터(22)는 소정 길이의 광학필름에 대응하여 필름원단 이송방향의 직각방향으로 재단하는 기능을 한다. 크로스커터(22)로는 작동주기가 조절되는 프레스커터나, 적어도 1장의 나이프를 외주면 상에 길이 방향에 구비한 나이프 롤러와 이 나이프 롤러의 하방에 위치하고 외주면이 상기 나이프의 절삭날에 접하는 플레인 롤러로 구성되는 로터리커터를 체택할 수 있다. 그러나 구체적인 형태와 구조가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 클리닝장치(30)는, 재단된 광학필름의 양면에 존재할 수 있는 부스러기나 점착제와 같은 이물질을 제거하기 위한 것으로서, 클리닝롤러쌍을 포함하고 있어 인입된 광학필름이 그 사이를 통과하면 양면에 부착된 이물질을 제거하는 클리닝부(31)를 가진다.
상기 클리닝부(31)의 클리닝롤러쌍은 외주면이 점착성이 있어 그 사이를 통과하는 광학필름 표면의 이물질을 제거한다.
도 3에 예시적으로 도시하였듯이, 본 발명에 의한 광학필름을 제조하는 제조시스템에서 상기 클리닝장치(30)의 후단에는, 재단되고 클리닝된 광학필름을 자동 또는 수동으로 적층하기 위한 적층장치(40)를 구비할 수 있다. 수동으로 작업하는 경우 상기 적층장치(40)는 [작업자+제진된 포장박스]일 수 있다.
또한 도 3에 예시적으로 도시하였듯이 상기 클리닝장치(30)는, 클리닝부(31)의 전단과 후단에 각각 하나 또는 복수개의 롤러나 컨베이어벨트 등으로 이루어져 재단된 광학필름을 클리닝부(31)로 이송하는 인입부(32) 및/또는 클리닝된 광학필름을 상기 적층장치(40)로 이송시키는 배출부(33)를 추가로 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 클리닝장치(30)의 클리닝부(31)는, ① 상기 재단된 광학필름이 접촉하면서 이송되도록 상하로 배열된, 간극조절이 가능한 1차롤러(31a)쌍과, ② 상기 1차롤러(31a)쌍과 접촉하면서 회전하며 1차롤러(31a)쌍에 부착된 이물질을 분리하는, 1차롤러(31a)쌍과 간극조절이 가능한 2차롤러(31b)쌍을 포함할 수 있다(청구항 2). 이에 의해 재단된 광학필름 표면의 이물질이 1차롤러(31a)를 거쳐 2차롤러(31b)로 옮겨지게 된다. 이러한 클리닝부(31)를 포함하는 클리닝장치(30)의 예시적 단면도를 도 4a에 도시하였다. 도면에서 (A)와 (B)는 각각 1차롤러(31a)쌍이 하나인 경우와 둘인 경우의 예이고, 적색선은 재단된 광학필름의 단면이다.
재단된 광학필름이 이와 같은 클리닝부(31)를 통과하면 광학필름의 양면에 부착되어 있던 이물질이 점착성 있는 1차롤러(31a)쌍의 표면으로 옮겨지고, 이것이 다시 2차롤러(31b)도 옮겨지면서 궁극적으로 광학필름의 표면이 클리닝되는 것이다. 따라서 2차롤러(31b)가 1차롤러(31a)보다 강한 점착력을 가지는 것이 좋다.
2차롤러(31b)에 상당한 정도의 이물질이 쌓여서 1차롤러(31a)를 클리닝하는 효과가 떨어지면 시스템을 멈추고 도 4b에 도시한 것처럼 2차롤러(31b)를 1차롤러(31a)로부터 이격(도면에서 좌→우)시킨 다음 새로운 2차롤러(31b)로 교체하고 다시 처음 상태로 세팅한 다음 작동을 재개하는 것이다. 이때 어느 롤러가 이격되는 순서는 중요하지 않다.
한편, 본 발명자들이 본 발명에 의한 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템을 장기간 운용해본 결과, 고장이나 하자가 발생하여 제조시스템을 멈추어야 할 만한 사건이 발생하는 빈도는 [재단장치(20)<원단제조장치(10)<클리닝장치(30)] 순으로, 클리닝장치(30)가 원단제조장치(10)에 비해 1.5~2.5배 많은 횟수의 유지보수가 필요하였다.
그런데 최상류의 원단제조장치(10)가 정지되면 후단의 장치도 정지되면서 원재료의 추가적 손실이 발생하지는 않지만, 클리닝장치(30)에 문제가 생기면 결국 원단제조장치(10)도 멈출 수밖에 없어 제조시스템을 재가동할 때 안정화될 때까지 상당한 정도의 원재료의 손실을 감수해야만 한다.
이렇게 클리닝장치(30)의 잦은 정지에 따른 손실을 방지하기 위하여 본 발명에서는 어떠한 경우라도 "클리닝 공정이 유효하게 진행"되도록 추가적인 개발을 하였다.
본 발명에 의한 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템에서, 상호 독립적으로 작동하는 복수개의 상기 클리닝장치(30)를 연속 배열되도록 하는 것이 바람직하다(청구항 3, 4). 이러한 예의 예시적 단면도를 도 5a에 도시하였다.
이렇게 복수개의 클리닝장치(30)를 연속으로 배열해 두고, 예를 들면 처음에는 첫 번째 클리닝장치(30)를 작동시키고 두 번째 클리닝장치(30)의 1차롤러(31a)쌍을 이격('스탠바이' 상태)시켜두어 첫 번째 클리닝장치(30)에서 클리닝된 광학필름이 두 번째 클리닝장치(30)에서 그냥 통과되도록 한다(도 5a 상태). 만일 첫 번째 클리닝장치(30)에 문제가 발생하면 이를 감지하여 첫 번째 클리닝장치(30)의 1차롤러(31a)쌍을 이격시킴과 동시에 두 번째 클리닝장치(30)의 1차롤러(31a)쌍을 밀착시켜 작동되도록 하는 것이다(도시 생략). 이에 따라 클리닝공정이 중단 없이 진행될 수 있는 것이다. 첫 번째 클리닝장치(30)는 바로 수리하여 '스탠바이' 상태가 되도록 한다.
클리닝장치(30)가 스탠바이 상태일 때 광학필름이 잘 통과되도록 클리닝장치(30)에 하나 또는 복수개의 보조롤러나 보조 컨베이어벨트(도 5a) 등을 둘 수도 있다.
또한 본 발명에 의한 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템에서, 상기 클리닝장치(30)는, 상호 독립적으로 작동하는 복수개의 클리닝부(31)가 연속 장착되어 있는 것이 바람직하다(청구항 5, 6). 이러한 예의 예시적 단면도를 도 5b에 도시하였다.
이렇게 하나의 클리닝장치(30)에 복수개의 클리닝부(31)를 연속으로 배열해 두고, 예를 들면 처음에는 첫 번째 클리닝부(31)를 작동시키고 두 번째 클리닝부(31)의 1차롤러(31a)쌍을 이격('스탠바이' 상태)시켜두어 첫 번째 클리닝부(31)에서 클리닝된 광학필름이 두 번째 클리닝부(31)에서 그냥 통과되도록 한다(도 5b 상태). 만일 첫 번째 클리닝에에 문제가 발생하면 이를 감지하여 첫 번째 클리닝부(31)의 1차롤러(31a)쌍을 이격시킴과 동시에 두 번째 클리닝부(31)의 1차롤러(31a)쌍을 밀착시켜 작동되도록 하는 것이다. 이에 따라 클리닝공정이 중단 없이 진행될 수 있는 것이다. 첫 번째 클리닝장치(30)는 바로 수리하여 '스탠바이' 상태가 되도록 한다.
클리닝부(31)가 스탠바이 상태일 때 광학필름이 잘 통과되도록 클리닝부(31)에 하나 또는 복수개의 보조롤러(도시 생략)를 둘 수도 있다.
F. 필름원단
P. 광학필름
10. 원단제조장치
20. 재단장치
21. 슬리터 22. 크로스커터
30. 클리닝장치
31. 클리닝부 31a. 1차롤러 31b. 2차롤러
32. 인입부 33. 배출부
40. 적층장치

Claims (6)

  1. (A) 단층 또는 다층 필름원단을 연속 생산하는 원단제조장치;
    (B) 상기 원단제조장치의 후단에서, 연속생산되는 필름원단을 소정 폭이 되도록 길이방향으로 재단하는 슬리터(slitter)와, 필름원단을 소정 길이가 되도록 폭방향으로 재단하는 크로스커터를 포함하고 있어, 필름원단을 소정 규격의 광학필름으로 재단하는 재단장치; 및
    (C) 클리닝롤러쌍을 포함하고 있어 인입된 광학필름이 그 사이를 통과하면 양면에 부착된 이물질을 제거하는 클리닝부를 가지는 클리닝장치;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝장치의 클리닝부는,
    ① 상기 재단된 광학필름이 접촉하면서 이송되도록 상하로 배열된, 간극조절이 가능한 1차롤러쌍과, ② 상기 1차롤러쌍과 접촉하면서 회전하며 1차롤러쌍에 부착된 이물질을 분리하는, 1차롤러쌍과 간극조절이 가능한 2차롤러쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상호 독립적으로 작동하는 복수개의 상기 클리닝장치가 연속 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수개의 클리닝장치는 교대로 작동하는 것을 특징으로 하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 클리닝장치는,
    상호 독립적으로 작동하는 복수개의 클리닝부가 연속 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수개의 클리닝부는 교대로 작동하는 것을 특징으로 하는 연속 생산되는 필름원단으로부터 연속적으로 광학필름을 제조하는 제조시스템.
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