KR20170080545A

KR20170080545A - 레이저 절단 장치

Info

Publication number: KR20170080545A
Application number: KR1020170058811A
Authority: KR
Inventors: 이세용; 배성호
Original assignee: (주)엔에스
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2017-07-10

Abstract

본 발명에 따른 레이저 절단 장치는, 보호 필름층, 액티브층 및 투과도 향상층을 적어도 포함한 다수의 필름층들로 구성된 편광 필름 원단을 레이저 절단하기 위한 레이저 절단 장치에 있어서, 157 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하의 파장을 갖고, 편광 필름 원단의 절단 부위의 평활도를 조절 가능한 제1 레이저빔을 발진하는 제1 레이저 발진기; 9.3 ㎛의 파장을 갖고, 편광 필름 원단의 절단 속도를 조절 가능한 제2 레이저빔을 발진하는 제2 레이저 발진기; 및 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 합성하는 합성부와, 합성부에 의해 합성된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 편광 필름 원단에 동시에 조사하여 편광 필름 원단을 미리 정해진 형상으로 절단하는 조사부를 구비하는 절단 헤드;를 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, 편광 필름 원단의 필름층들에 고르게 흡수될 수 있는 DUV 레이저를 이용해 편광 필름 원단을 절단함으로써 숄더, 스웰링, 멜팅 및 절단면 경사 각도 저하 등의 이상 현상의 발생을 최소화할 수 있고, DUV 레이저를 보조하기 위해 CO₂ 레이저를 DUV 레이저와 함께 이용해 편광 필름 원단을 절단함으로써 편광 필름 원단의 절단 속도를 적절한 생산성을 확보할 수 있을 정도로 증가시킬 수 있다.

Description

레이저 절단 장치{Laser cutting device}

본 발명은 절단 대상물을 레이저 절단 가능한 레이저 절단 장치에 관한 것이다.

종래 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(cathode ray tube)는 TV를 비롯해서 계측기기, 정보단말기기 등의 모니터에 주로 이용되어 오고 있으나, CRT 자체의 큰 무게나 크기로 인하여 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극 대응할 수 없었다.

이러한 CRT를 대체하기 위해 소형, 경량화의 장점을 갖고 있는 액정표시장치가 활발하게 개발되어 왔고, 최근에는 평판표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 그 수요가 점차 증가하고 있다.

이러한 액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로서, 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 이방성과 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열의 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명절연기판으로 이루어진 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 각 전계생성전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러가지 화상을 표시한다.

이때, 상기 액정패널의 상부 및 하부에 각각 액정표시장치의 액정 배향변화를 가시화하는 편광 필름이 위치되는데, 상기 편광 필름은 투과측과 일치하는 편광성분의 빛을 투과시키므로, 두 개의 편광 필름의 투과축의 배치와 액정의 배열 특성에 의해 빛의 투과정도를 결정하게 된다.

일반적으로 편광 필름은, 표면 손상을 방지하는 보호 필름층과, 점착제를 매개로 보호 필름에 부착되며, 편광 필름의 주된 기능을 수행하는 메인 필름층과, 점착제를 매개로 메인 필름층에 박리 가능하게 부착되는 이형 필름층을 포함한다. 또한, 메인 필름층은, 빛의 편광 특성을 변화시키는 편광축이 형성된 PVA 필름층과, PVA 필름층을 보호 및 지지하는 TCA 필름층 등으로 구성될 수 있다.

이러한 편광 필름은, 편광 필름 원단을 목형 절단 장치 또는 레이저 절단 장치를 이용해 절단하여 제조하고 있으며, 레이저빔의 물리적 우수성으로 인해 레이저 절차 장치의 사용 비중이 점차 증가되고 있다. 종래의 레이저 절단 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 편광 필름 원단(100)의 미리 정해진 절단 가공점(P)에 레이저빔(LV)을 조사하여 편광 필름 원단(100)을 미리 정해진 형상으로 레이저 절단함으로써 편광 필름을 제조할 수 있다. 절단 가공점(P)이란, 편광 필름 원단(100)을 절단하기 위한 절단 예정선 상에 위치한 임의의 점으로서, 편광 필름 원단(100)의 최외곽에 마련된 보호 필름층(120) 또는 이형 필름층(160) 상에 설정된다.

그런데, 편광 필름 원단(100)을 구성하는 필름층들은 그 물성에 따라 레이저 흡수도가 서로 상이하다. 이로 인해, 도 2에 도시된 바와 같이, 절단 가공점(P)에 숄더(Shoulder)(122)가 발생하고, TCA 필름층의 절단면에 스웰링(Swelling)(142)이 발생하고, PVA 필름층에 멜팅(Melting)이 발생하고, 절단면(T)의 경사 각도가 낮아지는 등의 이상 현상들이 발생할 수 있다. 따라서, 종래의 레이저 절단 장치는, 전술한 이상 현상들로 인해 편광 필름을 이용해 제조한 액정 패널에 불량이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전술한 절단 가공점과 절단면을 포함한 편광 필름 원단의 절단 부위의 평활도가 향상되도록 구조를 개선한 레이저 절단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 편광 필름 원단의 절단면의 경사 각도를 증가시킬 수 있도록 구조를 개선한 레이저 절단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 편광 필름 원단의 절단 속도를 증가시킬 수 있도록 구조를 개선한 레이저 절단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 절단 장치는, 보호 필름층, 액티브층 및 투과도 향상층을 적어도 포함한 다수의 필름층들로 구성된 편광 필름 원단을 레이저 절단하기 위한 레이저 절단 장치에 있어서, 157 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하의 파장을 갖고, 편광 필름 원단의 절단 부위의 평활도를 조절 가능한 제1 레이저빔을 발진하는 제1 레이저 발진기; 9.3 ㎛의 파장을 갖고, 편광 필름 원단의 절단 속도를 조절 가능한 제2 레이저빔을 발진하는 제2 레이저 발진기; 및 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 합성하는 합성부와, 합성부에 의해 합성된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 편광 필름 원단에 동시에 조사하여 편광 필름 원단을 미리 정해진 형상으로 절단하는 조사부를 구비하는 절단 헤드;를 포함한다.

바람직하게, 제1 레이저빔은, 266 ㎚의 파장을 갖는다.

바람직하게, 제1 레이저빔은, 제4 고조파 고체 레이저빔 또는 심층 자외선 레이저이다.

바람직하게, 제2 레이저빔은, 이산화탄소 레이저이다.

바람직하게, 제1 레이저빔은, 2 W 이상 5 W 이하의 출력을 갖고, 제2 레이저빔은, 10 W 이상 200 W 이하의 출력을 갖고, 절단 헤드는, 합성부에 의해 합성된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 미리 정해진 절단 예정선을 따라 5 ㎜/s 이상 500 ㎜/s 이하의 절단 속도로 조사한다.

바람직하게, 보호 필름층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 중 적어도 하나를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 액티브층은, 폴리비닐 알코올과 액정 중 적어도 하나를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 투과도 향상층은, 아크릴, 트리아세틸 셀룰로우즈 및 올레핀 폴리머 중 적어도 하나를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 올레핀 폴리머는 시클로 올레핀 폴리머이다.

바람직하게, 편광 필름 원단은, 박리 가능하게 마련되는 이형 필름층을 더 포함한다.

바람직하게, 이형 필름층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 중 적어도 하나를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 합성부는, 양쪽 미러면 중 어느 한쪽 미러면에 제1 레이저빔이 입사되고 다른 한쪽 미러면에 제2 레이저빔이 입사되도록 배치되며, 다른 한쪽 미러면이 제2 레이저빔을 어느 한쪽 미러면 쪽으로 투과시키고 어느 한쪽 미러면이 제1 레이저빔을 전반사함과 동시에 제2 레이저빔을 투과시켜, 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 합성하는 이색성 미러를 갖는다.

바람직하게, 이색성 미러는, 플루오르화 바륨을 적어도 포함하여 구성된다.

바람직하게, 조사부는, 합성부에 의해 합성된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 집광 가능한 적어도 하나의 집광 렌즈를 포함한다.

본 발명에 따른 레이저 절단 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 편광 필름 원단의 필름층들에 고르게 흡수될 수 있는 DUV 레이저를 이용해 편광 필름 원단을 절단함으로써 숄더, 스웰링, 멜팅 및 절단면 경사 각도 저하 등의 이상 현상의 발생을 최소화할 수 있다.

둘째, DUV 레이저를 보조하기 위해 CO₂ 레이저를 DUV 레이저와 함께 이용해 편광 필름 원단을 절단함으로써 편광 필름 원단의 절단 속도를 적절한 생산성을 확보할 수 있을 정도로 증가시킬 수 있다.

셋째, DUV 레이저와 CO2 레이저를 합성하여 편광 필름 원단에 동시에 조사하여, 절단 가공에 소요되는 시간을 줄이고, DUV 레이저와 CO2 레이저를 서로 동일한 절단 가공점에 정밀하게 조사할 수 있다.

도 1은 종래의 레이저 절단 장치를 이용해 편광 필름 원단에 레이저빔을 조사하는 양상을 나타내는 도면.
도 2는 종래의 레이저 절단 장치에 의해 레이저 절단된 편광 필름 원단의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 이용해 레이저 절단하기 위한 편광 필름 원단의 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 레이저 절단 장치를 이용해 편광 필름 원단을 절단하는 양상을 나타내는 도면.
도 6은 도 4에 도시된 레이저 절단 장치에 의해 레이저 절단된 편광 필름 원단의 단면도.
도 7은 실시예 1에 따른 레이저 절단 장치에 의해 레이저 절단된 편광 필름 원단의 단면도.
도 8은 비교예 1에 따른 레이저 절단 장치에 의해 레이저 절단된 편광 필름 원단의 단면도.
도 9는 비교예 2에 따른 레이저 절단 장치에 의해 레이저 절단된 편광 필름 원단의 단면도.
도 10은 비교예 3에 따른 레이저 절단 장치에 의해 레이저 절단된 편광 필름 원단의 단면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 이용해 레이저 절단하기 위한 편광 필름 원단의 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 절단 장치(1)를 이용해 절단 가능한 편광 필름 원단(10)은 특별히 한정되지 않으며, 편광 필름 원단(10)은 다수의 필름층들이 미리 정해진 순서로 적층되어 마련될 수 있다. 예를 들어, 편광 필름 원단(10)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 보호 필름층(11), 액티브층(12), 투과도 향상층(13) 및 이형 필름층(14)을 포함할 수 있다.

먼저, 보호 필름층(11)은 편광 필름 원단(10)의 표면 손상을 방지하기 위한 필름층이다.

보호 필름층(11)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 보호 필름층(11)은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 폴리에틸렌(PE) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 보호 필름층(11)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 후술할 투과도 향상층(13)의 TAC 필름층(16)에 점착제가 도포되어 형성된 제1 점착층(15)에 점착된다. 점착제는 감압 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA)인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 액티브층(12)은, 빛의 편광 특성을 변화시키기 위한 필름층이다.

액티브층(12)은 폴리비닐 알콜(Polyvinyl alcohol, PVA)로 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 액트브층은 액정으로 구성될 수도 있다. 이하에서는, 액티브층(12)이 PVA 필름층인 경우를 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.

다음으로, 투과도 향상층(13)은, 광원을 디스플레이 앞쪽으로 최대한 많이 투과시키기기 위한 필름층이다.

투과도 향상층(13)은, 트리아세틸 셀룰로우즈(Triacetyl Cellulose, TAC), 아크릴(Acrylic) 및 올레핀 폴리머(Olefin polymer) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 올레핀 폴리머는, 시클로 올레핀 폴리머(Cyclo Olefin polymer, COP)인 것이 바람직하다. 이하에서는, 투과도 향상층(13)으로서, 액티브층(12)과 보호 필름층(11) 사이에 마련되는 TAC 필름층(16)과, 액티브층(12)과 이형 필름층(14) 사이에 마련되는 COP 필름층(17)이 각각 마련되는 경우를 기준으로 본 발명을 생성하기로 한다.

다음으로, 이형 필름층(14)은, 편광 필름 원단(10)을 레이저 절단하여 제조한 편광 필름을 액정 패널에 부착하기 위한 점착층을 오염물로부터 격리하기 위한 필름층이다.

이형 필름층(14)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이형 필름층(14)은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 폴리에틸렌(PE) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 이형 필름층(14), 도 3에 도시된 바와 같이, COP 필름층(17)에 점착제가 도포되어 형성된 제2 점착층(18)에 박리하게 가능하게 점착된다. 따라서, 편광 필름을 액정 패널에 부착할 때에는, 제2 점착층(18)이 외부로 노출되도록 이형 필름층(14)을 제2 점착층(18)으로부터 박리한 후, 제2 점착층(18)을 이용해 편광 필름을 액정 필름에 부착할 수 있다. 점착제는 감압 점착제(Pressure sensitive adhesive, PSA)인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 절단 장치(1)는, 전술한 편광 필름 원단(10)을 레이저 절단하기 위한 레이저 절단 장치(1)에 있어서, 157 ㎚ 이상 편광 필름 원단(10)의 절단 부위의 평활도를 조절 가능한 제1 레이저빔(LV1)을 발진하는 제1 레이저 발진기(20); 편광 필름 원단(10)의 절단 속도를 조절 가능한 제2 레이저빔(LV2)을 발진하는 제2 레이저 발진기(30); 및 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 합성하는 합성부(42)와, 합성부(42)에 의해 합성된 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 편광 필름 원단(10)에 동시에 조사하여 편광 필름 원단(10)을 미리 정해진 형상으로 절단하는 조사부(44)를 구비하는 절단 헤드(40);를 포함한다.

먼저, 제1 레이저 발진기(20)는 편광 필름 원단(10)의 절단 부위의 평활도를 조절하기 위한 장치이다.

일반적으로 레이저빔은 파장에 따라 절단 가능한 재질이 달라진다. 이는, 레이저빔의 재질에 따라 특정 파장에 대한 레이저 흡수도가 변화되기 때문이다. 또한, 레이저빔의 파장은 레이저 소스에 따라 결정된다.

그런데, 일반적으로 편광 필름 원단을 구성하는 필름층들은, 서로 상이한 재질을 가지므로, 특정 파장에 대한 레이저 흡수도 또한 서로 상이할 수밖에 없다. 이로 인해, 절단 헤드에서 방출된 레이저빔이 직사되는 절단 가공점의 인접 영역이 열 변형에 의해 팽창되어 외측으로 돌출되는 숄더(Shoulder)가 발생하거나, 레이저 절단된 절단면(T)이 열 변형에 의해 팽창되어 외측으로 돌출되는 스웰링(Swelling)이 발생하거나, 필름층이 용융되어 편광 필름 원단에 빈 공간이 발생하는 멜팅(Melting)이 발생하거나, 절단면의 경사 각도가 낮아지는 등 편광 필름 원단의 절단 부위에 여러 가지 이상 현상들이 발생할 수 있다. 특히, 이러한 이상 현상은, 다른 필름층들에 비해 레이저 흡수도가 상대적으로 낮은 COP 필름층과 같은 필름층이 편광 필름 원단에 포함되는 경우에 더욱 심화될 수 있다.

그런데, 편광 필름 원단(10)을 구성하는 필름층들은, 157 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하의 파장을 갖는 심층 자외선(Deep Ultraviolet, DUV) 레이저에 대하여 상대적으로 높은 레이저 흡수도를 갖는다. 따라서, 제1 레이저 발진기(20)는, 편광 필름 원단(10)들의 절단 부위에서 전술한 이상 현상들이 발생하는 것을 최소화하기 위하여, 157 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하의 파장과 2 W 이상 5 W 이하의 출력을 갖는 제1 레이저빔(LV1)을 생성하여 발진한다. 바람직하게는, 제1 레이저 발진기(20)는, 266 ㎚의 파장을 갖는 제1 레이저빔(LV1)을 생성하여 발진한다. 예를 들어, 제1 레이저빔(LV1)은, 제4 고조파 고체 레이저(4th Hamonic Solid State Laser), 심층 자외선 Q-스위칭 레이저(Deep UV Q-switching Laser) 등일 수 있다.

다음으로, 제2 레이저 발진기(30)는 편광 필름 원단(10)의 절단 속도를 조절하기 위한 장치이다.

제1 레이저빔(LV1)은, 전술한 이상 현상들의 발생을 최소화할 수 있지만, 일정 수준 이상의 출력을 가질 수 없다는 기술적인 제약을 갖는다. 따라서, 이러한 제1 레이저빔(LV1)만을 이용해 편광 필름 원단(10)을 절단할 경우에는, 편광 필름 원단(10)의 절단 공정에 실제로 적용 가능한 수준의 절단 속도를 확보하기 어렵다.

이를 해결하기 위하여, 제2 레이저 발진기(30)는, 9.3 ㎛의 파장과 10 W 이상 200 W 이하의 출력을 갖는 제2 레이저빔(LV2)을 생성하여 발진할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저빔(LV2)은, 이산화탄소(CO₂) 레이저일 수 있다. 이산화탄소 레이저는 DUV 레이저에 비해 상대적으로 높은 출력을 가질 수 있다. 따라서, 이산화탄소 레이저인 제2 레이저빔(LV2)을 DUV 레이저인 제1 레이저빔(LV1)과 편광 필름 원단(10)에 함께 조사할 수 있도록 제2 레이저 발진기(30)를 마련하여, 편광 필름 원단(10)의 절단 속도를 증가시킬 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 레이저 절단 장치를 이용해 편광 필름 원단을 절단하는 양상을 나타내는 도면이며, 도 6은 도 4에 도시된 레이저 절단 장치에 의해 레이저 절단된 편광 필름 원단의 단면도이다.

다음으로, 절단 헤드(40)는 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 편광 필름 원단(10)에 동시에 조사하여 편광 필름 원단(10)을 레이저 절단하기 위한 장치이다.

절단 헤드(40)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 합성하는 합성부(42)와, 합성부(42)에 의해 합성된 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 편광 필름 원단(10)에 동시에 조사하여 편광 필름 원단(10)을 미리 정해진 형상으로 레이저 절단하는 조사부(44)를 포함한다. 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 서로 다른 절단 헤드를 이용해 편광 필름 원단(10)에 조사할 경우에는, 정밀도의 한계로 인해 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 동일한 가공점에 정밀하게 조사하기 어렵다. 이를 해결하기 위하여, 레이저 절단 장치(1)는, 단일의 절단 헤드(40)를 이용해 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 합성하여 편광 필름 원단(10)에 동시에 조사할 수 있도록 마련되는 것이다.

편광 필름 원단(10)의 절단 속도는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 절단 헤드(40)는 편광 필름 원단(10)을 5 ㎜/s 이상 500 ㎜/s 이하의 절단 속도로 절단할 수 있다.

합성부(42)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 합성부(42)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이색성 미러(46)를 포함할 수 있다. 이색성 미러(46)는, 양쪽 미러면 중 어느 한쪽 미러면(46a)이 제1 레이저빔(LV1)을 전반사하고, 양쪽 미러면 중 다른 한쪽 미러면(46b)이 제2 레이저빔(LV2)을 상기 어느 한쪽 미러면(46a) 쪽으로 투과시킬 수 있도록 마련된다. 이를 위하여, 상기 어느 한쪽 미러면(46a)은 제1 레이저빔(LV1)을 전반사함과 동시에 제2 레이저빔(LV2)을 투과시킬 수 있도록 코팅되고, 상기 다른 한쪽 미러면(46b)은 제2 레이저빔(LV2)을 상기 어느 한쪽 미러면(46a) 쪽으로 투과시킬 수 있도록 코팅된다. 이러한 이색성 미러(46)는 플루오르화 바륨(BaF₂ ₎을 적어도 포함하여 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 이색성 미러(46)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 어느 한쪽 미러면(46a)에 제1 레이저빔(LV1)이 입사되고, 상기 다른 한쪽 미러면(46b)에 제2 레이저빔(LV2)이 입사되도록 배치된다. 그러면, 이색성 미러(46)는, 상기 다른 한쪽 미러면(46b)이 제2 레이저빔(LV2)을 투과시키고, 상기 어느 한쪽 미러면(46a)이 제1 레이저빔(LV1)을 전반사함과 동시에 제2 레이저빔(LV2)을 투과시킴으로써 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 동일한 광축을 갖도록 합성할 수 있다.

한편, 합성부(42)는, 이색성 미러(46)로 구성되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 동일한 광축을 갖도록 합성 가능한 다양한 광학계로 구성될 수 있다.

조사부(44)의 구조는 특별히 한정되는 않는다. 예를 들어, 조사부(44)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이색성 미러(46)에 의해 합성된 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 집광하여 편광 필름 원단(10)에 조사 가능한 집광 렌즈(48)를 포함할 수 있다. 집광 렌즈(48)는 플루오르화 바륨(BaF₂)을 적어도 포함하여 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도 4에서는 조사부(44)가 하나의 집광 렌즈(48)를 포함하는 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 조사부(44)는 복수의 집광 렌즈(48)들을 포함할 수도 있다.

이러한 절단 헤드(40)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 합성 및 집광된 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 미리 정해진 절단 예정선(E)을 따라 동시에 조사하여 편광 필름 원단(10)을 미리 정해진 형상으로 레이저 절단할 수 있다. 절단 예정선(E)이란, 편광 필름 원단(10)을 레이저 절단하여 제조하고자 하는 편광 필름의 형상에 대응하도록 편광 필름 원단(10)의 최외곽층에 마련된 보호 필름층(11) 상에 설정된 가상선을 말한다. 또한, 절단 가공점(P)은, 절단 헤드(40)에서 방출된 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)이 실시간으로 직사되는 절단 예정선(E) 상의 일 지점을 말한다. 한편, 절단 예정선(E)과 절단 가공점(P)은, 보호 필름층(11) 상에 설정되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 보호 필름층(11)과 반대 쪽에 마련되는 이형 필름층(14) 상에 설정될 수도 있다.

이처럼 절단 헤드(40)를 이용해 제1 레이저빔(LV1)과 제2 레이저빔(LV2)을 합성 및 집광하여 보호 필름층(11) 상에 설정된 절단 가공점(P)에 조사하면, 제1 레이저빔(LV1)은 편광 필름 원단(10)의 필름층들에 고르게 흡수되어 편광 필름 원단(10)의 필름층들을 고르게 절단함으로써 편광 필름 원단(10)의 절단 부위의 평활도를 증가시킬 수 있다. 이에 대응하여, 제2 레이저빔(LV2)은 상대적으로 출력이 낮은 제1 레이저빔(LV1)을 보조하여 편광 필름 원단(10)의 필름층들을 레이저 절단함으로써 편광 필름 원단(10)의 절단 속도를 적절한 생산성을 확보할 수 있을 정도로 증가시킬 수 있다.

도 6은 이러한 절단 헤드(40)를 이용해 레이저 절단한 편광 필름 원단(10)의 단면을 나타내며, 이러한 도 6을 통해 분석한 편광 필름 원단(10)의 절단 부위의 구체적인 양상은 다음과 같다.

1) 보호 필름층(11) 상에 설정된 절단 가공점(P)의 인접 영역에는 상대적으로 낮은 높이의 갖는 숄더(11a)가 발생한다.

2) 편광 필름 원단(10)의 절단면(T), 특히 COP 필름층(17)의 절단면은 매끄러운 표현을 갖게 된다.

3) 편광 필름 원단(10)의 절단면(T)은, 수직에 가까운 경사 각도를 갖게 된다.

4) 편광 필름 원단(10)의 필름층들에 멜팅으로 인한 빈 공간이 형성되지 않는다.

이하, 실시예와 비교예들을 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 따라 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

레이저빔을 이용해 편광 필름 원단(10)을 레이저 절단하면, 편광 필름 원단(10)은 레이저빔을 기준으로 양단된다. 따라서, 이하에서는 양단된 편광 필름 원단(10)을 각각 '좌'와 '우'라고 명명하여, 절단 부위의 특성을 '좌'와 '우'로 나누어 개별적으로 살펴보기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위해 실시예와 비교예들 모두 보호 필름층(11) 상에 절단 가공점(P)이 설정되고 이형 필름층(14)은 절단되지 않도록 레이저빔의 출력을 조절하였다.

<실시예>

266 ㎚의 파장 및 4 W의 출력을 갖는 DUV 레이저인 제1 레이점빔과, 9.3 ㎛의 파장 및 50 W의 출력을 갖는 C0₂ 레이저인 제2 레이저빔(LV2)을 절단 헤드(40)를 이용해 편광 필름 원단(10)에 동시에 조사하여 편광 필름 원단(10)을 100 ㎜/s의 절단 속도로 절단하였다. 도 7은 실시예에 따라 절단된 편광 필름 원단(10)의 단면을 나타낸다.

이러한, 도 7을 분석하여, 보호 필름층(11) 상에 절단 가공점(P)의 인접 영역에 형성된 숄더(11a)의 높이와, 절단면(T)의 테이퍼의 길이(L)를 산출한 결과는 표 1 및 표 2와 같다. 테이퍼의 길이(L)란, 절단면(T)의 상단부와 절단면(T)의 하단부 사이의 수평 거리를 나타내는 것으로서, 이를 통해 절단면(T)의 경사 각도를 파악할 수 있다. 참고적으로, 숄더(11a)는, 10 ㎛ 이하의 매우 낮은 높이를 가지므로, 설명의 편의를 위해 숄더(11a)의 높이를 10 ㎛ 이하라고만 기재하기로 한다

샘플	구분	좌(㎛)	우(㎛)
1	숄더 높이	10 이내	10 이내
1	테이퍼 길이	50.5	58.3
2	숄더 높이	10 이내	10 이내
2	테이퍼 길이	51.6	48.2
3	숄더 높이	10 이내	10 이내
3	테이퍼 길이	55.0	50.5
4	숄더 높이	10 이내	10 이내
4	테이퍼 길이	47.6	47.6

구분	최소최대제외 평균(㎛)
숄더 높이	10.0
테이퍼 길이	51.2

<비교예 1>

1065 ㎚의 파장 및 36 W의 출력을 갖는 IR 레이저를 이용해 편광 필름 원단(10)을 100 ㎜/s의 절단 속도로 절단하였다. 도 8은 비교예 1에 따라 절단된 편광 필름 원단(10)의 단면을 나타낸다. 이러한 도 8을 분석하여, 숄더(11a)의 높이와, 테이퍼의 길이(L)를 산출한 결과는 표 3 및 표 4와 같다.

샘플	구분	좌(㎛)	우(㎛)
1	숄더 높이	33.6	31.4
1	테이퍼 길이	96.4	108.6
2	숄더 높이	28.0	25.8
2	테이퍼 길이	88.6	108.8
3	숄더 높이	27.0	34.8
3	테이퍼 길이	116.6	125.6
4	숄더 높이	26.9	25.8
4	테이퍼 길이	99.8	92.0

구분	최소최대제외 평균(㎛)
숄더 높이	29.4
테이퍼 길이	103.7

이처럼 표 3 및 표 4에 의하면, 비교예 1에 따른 편광 필름 원단(10)의 절단 부위는 전술한 실시예에 따른 편광 필름 원단(10)의 절단 부위에 비하여 높은 숄더(11a) 높이와 긴 테이퍼 길이(L)를 갖는다. 특히, 비교예 1의 경우에는, 비교예들 중에서 가장 긴 테이퍼 길이(L)를 갖는다. 따라서, 이러한 비교예 1을 이용해 제조한 편광 필름은 전술한 실시예를 이용해 제조한 편광 필름에 비해 열악한 품질을 갖게 된다.

<비교예 2>

532 ㎚ 파장 및 14 W의 출력을 갖는 Green 레이저를 이용해 편광 필름 원단(10)을 100 ㎜/s의 절단 속도로 절단하였다. 도 9는 비교예 2에 따라 절단된 편광 필름 원단(10)의 단면을 나타낸다. 이러한 도 9을 분석하여, 숄더(11a)의 높이와, 테이퍼의 길이(L)를 산출한 결과는 표 5 및 표 6과 같다.

샘플	구분	좌(㎛)	우(㎛)
1	숄더 높이	23.6	29.2
1	테이퍼 길이	79.6	78.5
2	숄더 높이	28.0	25.8
2	테이퍼 길이	83.0	62.8
3	숄더 높이	26.9	32.5
3	테이퍼 길이	92.0	87.5
4	숄더 높이	28.1	29.2
4	테이퍼 길이	87.5	79.6

구분	최소최대제외 평균(㎛)
숄더 높이	27.9
테이퍼 길이	82.6

이처럼 표 5 및 도 6에 의하면, 비교예 2에 따른 편광 필름 원단(10)의 절단 부위는 전술한 실시예에 따른 편광 필름 원단(10)의 절단 부위에 비하여 높은 숄더(11a) 높이와 긴 테이퍼 길이(L)를 갖는다. 특히, 도 9에 도시된 바와 같이, 비교예 2의 경우에는, PVA 재질을 갖는 액티브층(12)이 Green 레이저에 의해 용융됨으로써 TAC 필름층(16_과 COP 필름층(17) 사이에 소정의 빈 공간(V)이 형성된다. 따라서, 이러한 비교예 2를 이용해 제조한 편광 필름은 전술한 실시예를 이용해 제조한 편광 필름에 비해 열악한 품질을 갖게 된다.

<비교예 3>

355 ㎚ 파장 및 16 W의 출력을 갖는 UV 레이저를 이용해 편광 필름 원단(10)을 100 ㎜/s의 절단 속도로 절단하였다. 도 10은 비교예 3에 따라 절단된 편광 필름 원단(10)의 단면을 나타낸다. 이러한 도 10을 분석하여, 숄더(11a)의 높이와, 테이퍼(L)의 길이를 산출한 결과는 표 7 및 표 8과 같다.

샘플	구분	좌(㎛)	우(㎛)
1	숄더 높이	43.7	41.5
1	테이퍼 길이	95.3	88.6
2	숄더 높이	35.9	42.6
2	테이퍼 길이	100.9	96.4
3	숄더 높이	46.0	47.1
3	테이퍼 길이	99.8	93.1
4	숄더 높이	44.9	56.1
4	테이퍼 길이	90.8	97.6

구분	최소최대제외 평균(㎛)
숄더 높이	43.8
테이퍼 길이	95.5

이처럼 표 7 및 표 8에 따르면, 비교예 3에 따른 편광 필름 원단(10)의 절단 부위는 전술한 실시예에 따른 편광 필름 원단(10)의 절단 부위에 비하여 높은 숄더(11a) 높이와 긴 테이퍼 길이(L)를 갖는다. 특히, 비교예 3의 경우에는, 비교예들 중에서 가장 높은 숄더(11a) 높이를 갖는다. 따라서, 이러한 비교예 3을 이용해 제조한 편광 필름은 전술한 실시예를 이용해 제조한 편광 필름에 비해 열악한 품질을 갖게 된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 레이저 절단 장치
10 : 편광 필름 원단
11 : 보호 필름층
11a : 숄더
12 : 액티브층
13 : 투과도 향상층
14 : 이형 필름층
15 : 제1 점착층
16 : TAC 필름층
17 : COP 필름층
18 : 제2 점착층
20 : 제1 레이저 발진기
30 : 제2 레이저 발진기
40 : 절단 헤드
42 : 합성부
44 : 조사부
46 : 이색성 미러
46a : 어느 한쪽 미러면
46b : 다른 한쪽 미러면
48 : 집광 렌즈
LV1 : 제1 레이저빔
LV2 : 제2 레이저빔

Claims

보호 필름층, 액티브층 및 투과도 향상층을 적어도 포함한 다수의 필름층들로 구성된 편광 필름 원단을 레이저 절단하기 위한 레이저 절단 장치에 있어서,
157 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하의 파장을 갖고, 상기 편광 필름 원단의 절단 부위의 평활도를 조절 가능한 제1 레이저빔을 발진하는 제1 레이저 발진기;
9.3 ㎛의 파장을 갖고, 상기 편광 필름 원단의 절단 속도를 조절 가능한 제2 레이저빔을 발진하는 제2 레이저 발진기; 및
상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 합성하는 합성부와, 상기 합성부에 의해 합성된 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 상기 편광 필름 원단에 동시에 조사하여 상기 편광 필름 원단을 미리 정해진 형상으로 절단하는 조사부를 구비하는 절단 헤드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 레이저빔은, 266 ㎚의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 레이저빔은, 제4 고조파 고체 레이저빔 또는 심층 자외선 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 레이저빔은, 이산화탄소 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 레이저빔은, 2 W 이상 5 W 이하의 출력을 갖고
상기 제2 레이저빔은, 10 W 이상 200 W 이하의 출력을 갖고,
상기 절단 헤드는, 상기 합성부에 의해 합성된 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 미리 정해진 절단 예정선을 따라 5 ㎜/s 이상 500 ㎜/s 이하의 절단 속도로 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 보호 필름층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 액티브층은, 폴리비닐 알코올과 액정 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 투과도 향상층은, 아크릴, 트리아세틸 셀룰로우즈 및 올레핀 폴리머 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제8항에 있어서,
상기 올레핀 폴리머는 시클로 올레핀 폴리머인 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 편광 필름 원단은, 박리 가능하게 마련되는 이형 필름층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제10항에 있어서,
상기 이형 필름층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 합성부는,
양쪽 미러면 중 어느 한쪽 미러면에 상기 제1 레이저빔이 입사되고 다른 한쪽 미러면에 상기 제2 레이저빔이 입사되도록 배치되며, 상기 다른 한쪽 미러면이 상기 제2 레이저빔을 상기 어느 한쪽 미러면 쪽으로 투과시키고 상기 어느 한쪽 미러면이 상기 제1 레이저빔과 전반사함과 동시에 상기 제2 레이저빔을 투과시켜, 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 합성하는 이색성 미러를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제12항에 있어서,
상기 이색성 미러는, 플루오르화 바륨을 적어도 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 조사부는,
상기 합성부에 의해 합성된 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 집광 가능한 적어도 하나의 집광 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
제14항에 있어서,
상기 집광 렌즈는, 플루오르화 바륨을 적어도 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.