KR20110112234A - 미세 패터닝 캐리어로 제조되는 양면 도광판 - Google Patents

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KR20110112234A
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light guide
guide plate
patterning
optical sheet
roller
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허롱 레이
마이클 알. 랜드리
자이앙-동 미
제후다 그리너
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에스케이씨하스디스플레이필름(유)
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Abstract

본 발명은 광원으로부터 광을 받아들이기 위한 입사 표면, 광을 내보내기 위한 미세 패터닝된 출사 표면, 및 출사 표면에 대향하는 미세 패터닝된 바닥 표면을 포함하는 도광판에 있어서, 레진을 닙 압력(P1)에서 패터닝 롤러와 패터닝 캐리어 필름 사이의 닙(nip) 안으로 압출시켜 광학 시트를 형성하는 단계(광학 시트는 제 1 패터닝 표면 및 제 2 패터닝 표면을 포함하고, 제 1 패터닝 표면은 패터닝 롤러로부터 전사된 미세 패턴을 포함하며, 제 2 패터닝 표면은 패터닝 캐리어 필름으로부터 전사된 미세 패턴을 포함한다); 패터닝 캐리어 필름을 광학 시트로부터 벗겨내는 단계; 및 광학 시트를 복수 개의 양면 도광판들로 절단하여 종료하는 단계(상기 양면 도광판은 소정 길이 및 폭 치수를 가진다)를 포함하는 단계로 생산되는 것을 특징으로 하는 도광판을 제공한다.

Description

미세 패터닝 캐리어로 제조되는 양면 도광판{DOUBLE SIDED LIGHT GUIDE PLATE MANUFACTURED WITH MICRO-PATTERNED CARRIER}
본 발명은 일반적으로 도광판에 관한 것이고, 더 구체적으로 양면 도광판 및 이를 생산하는 공정에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCDs)는 가격 및 성능면에서 계속 향상되었고, 많은 컴퓨터, 기기 장치(instrumentation) 및 오락 응용 장치들에 대한 바람직한 디스플레이 기술이 되었다. 전형적인 LCD 모바일폰들, 노트북들 및 모니터들은 광원(light source)으로부터 광을 받고, LCD를 가로질러 더 또는 덜(more or less) 균일하게 광을 재분배하기 위한 도광판을 포함한다. 존재하는 도광판은 일반적으로 0.8 내지 2mm 사이의 두께이다. 도광판은 일반적으로 CCFL 또는 복수의 LED들인 광원과 효과적으로 결합하고, 더 많은 광을 시청자쪽으로 재배향하기 위해 충분히 두꺼워야만 한다. 또한, 종래의 사출 성형(injection molding) 공정을 이용하여 약 0.8mm보다 작은 두께와 60mm보다 큰 폭 또는 길이를 가진 도광판을 만드는 것은 일반적으로 어렵고 비용이 많이 든다. 반면에, 특별히 LED들의 크기가 더 작아지는 것과 같이 LCD의 전체적인 두께 및 무게를 줄이기 위해 일반적으로 도광판을 슬림하게 하는 것이 요구된다. 따라서, 최선의 광 이용 효율, 낮은 제조 비용, 얇음(thinness) 및 밝기를 달성하기 위해 균형(balance)이 이러한 모순되는 요구들 사이에서 충돌해야만 한다.
대부분의 응용에서, 충분한 광 추출 및 재배향 능력을 달성하기 위해 도광판은 일면에 패터닝이 되어야만 한다("일면 도광판"(one-sided light guide plate)). 그러나, 일부 경우에서는, 예를 들어 터닝 필름 시스템에서는(turning film system), 판의 양면에 미세 패터닝(micro-patterning)이 요구된다("양면 도광판"). LCD의 배면광(backlight) 유닛에서 터닝 필름의 사용은 충분히 밝은 휘도(luminance) 레벨을 획득하는데 필요한 광 관리 필름(light management films)들의 수를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 불행하게도, 판이 상대적으로 얇을 때(<0.8mm) 양 패턴들의 좋은 복제를 달성하는 것은 터닝 필름 옵션의 허용(acceptance)에서 주요한 장벽이 되어 왔다. 정말로, 얇은 양면 도광판을 제조하기 위한 방법의 선택은 비용, 생산성 및 성능을 조절하는 데, 터닝 필름 기술을 더욱 경제적으로 매력적인 것으로 만드는데 결정적이다.
지금까지 선택의 방법은 사출 성형 공정 및 이들의 일부 변형들이었다. 이 공정에서, 용융된 뜨거운 폴리머는 주형 충진 및 냉각 단계 동안 응고되어 형성된 판의 표면상으로 전사되는 패턴들을 가진 미세 가공된(micro-machined) 표면들을 가지는 주형 구멍(mold cavity) 내로 높은 속도 및 압력으로 주입된다. 판의 두께가 상대적으로 크고(≥0.8mm), 측면 치수들(폭 및/또는 길이)이 상대적으로 작을 때(≤300mm), 사출 성형 기술은 매우 효과적이다. 그러나, 두 개의 주요한 면에 미세 패턴들을 가진 상대적으로 얇은 판들(≤0.8mm)에 대해, 사출 성형 공정은 일반적으로 나쁜 치수 안전성 및 낮은 물품 산출량을 창출하는 나쁜 복제와 높은 잔류 스트레스 및 형성된 판의 복굴절을 유도하는 주입 압력의 의미있는 레벨을 요구한다.
일면 도광판(일 표면상의 미세 패턴)을 제조하는데 사용되는 또 다른 접근은 평평하고, 압출된 캐스트 시트의 일면에 잉크젯(ink-jet), 스크린 프린팅(screen printing) 또는 프린팅 방법들의 다른 종류들을 이용하여 분리된 미세 패턴을 프린트하는 것이다. 이 공정은 압출 성형 캐스팅 단계가 추가적인 고비용의 프린팅 단계를 요구하고, 분리된 미세 익스트렉터들(micro-extractors)의 형상 및 치수가 미리 정해지며, 잘 조절되지 않는다는 점에서 불리하다. 본 발명에서 요구되는 것과 같이 양 표면들이 패턴닝될 때 이 접근은 훨씬 덜 매력적이 된다.
연속적인 롤 대 롤(roll-to-roll) 압출 성형 캐스팅 공정은 미국 특허번호 제5,885,490호(카와구치(Kawaguchi) 외), 미국 특허공개번호 제2007/0052118호 A1(쿠도(Kudo) 외), 미국 특허번호 제2007/0013100호 A1(카팔도(Capaldo) 외) 및 미국 특허번호 제2008/0122135호(히사노리(Hisanori) 외)에서 개시된 것처럼 얇고, 일면에 미세 패터닝된 된 필름들에 매우 적합하다. 카와구치 외는 두 개의 역회전하는 롤러들에 의해 형성된 닙 영역(nip region)을 통하여 지나가는 유연한 캐리어(carrier) 필름들의 패터닝된 표면상으로 용융된 레진를 주조함으로써 생산물(product) 필름의 양면에 패턴들을 나누는 것의 가능성을 고려하였다. 이 방법은 본질적으로 고비용이다. 왜냐하면, 패터닝(patterning) 표면은 주조 공정 전에 분리적으로 준비되어야 할 필름 그 자체이고, 다음에 매우 제한적인 사용 후에 폐기된다. 카팔도 외는 일 표면상에 제어된 거칠음(roughness)을 가지는 필름들을 만들기 위한 압출 성형 주조 방법을 개시한다. 히사노리 외 및 쿠도 외는 또한 압출 성형 주조를 사용한 필름 패터닝 방법들을 개시하지만, 이들은 이들의 개시를 단일면 필름들로 제한한다. 쿠도 외는 상대적으로 높은 표면 온도(>Tg+20℃)를 가지는 패터닝 롤러를 명확하게 요구한다. 압출 성형 주조 공정을 이용하여 두꺼운 도광판을 만드는 방법은 타카다(Takada) 외에 의해 개시되지만(WO 2006/098479), 이 방법은 일면 도광판을 만드는 것으로 다시 한정된다.
따라서, 구체적인 도광판 및 이러한 판을 압출 성형, 롤 대 롤 동작,을 통해 만드는 방법에 대해 제안된 방법들이 있지만, 단일 패스 압출 성형 주조 공정을 이용하여 본 발명에서 개시된 종류의 양면 도광판을 효율적인 비용으로 준비하는 것의 필요성이 남아있다.
본 발명은 광원으로부터 광을 받아들이기 위한 입사 표면, 광을 내보내기 위한 미세 패터닝된 출사 표면, 및 출사 표면에 대향하는 미세 패터닝된 바닥 표면을 포함하는 도광판에 있어서, 레진을 패터닝 롤러 온도(T1) 및 닙 압력(P1)에서 패터닝 롤러와 패터닝 캐리어 필름 사이의 닙(nip) 안으로 압출시켜 광학 시트를 형성하는 단계(광학 시트는 제 1 패터닝 표면 및 제 2 패터닝 표면을 포함하고, 제 1 패터닝 표면은 패터닝 롤러로부터 전사된 미세 패턴을 포함하며, 제 2 패터닝 표면은 패터닝 캐리어 필름으로부터 전사된 미세 패턴을 포함한다); 패터닝 캐리어 필름을 광학 시트로부터 벗겨내는 단계; 및 광학 시트를 복수 개의 양면 도광판들로 절단하여 종료하는 단계(상기 양면 도광판은 소정 길이 및 폭 치수를 가진다)를 포함하는 단계로 생산되는 것을 특징으로 하는 도광판을 제공한다.
도 1은 복수개의 도광판 패턴들을 포함하는 대형 광학 시트의 개략도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 대형 광학 시트로부터 절단된 도광판의 저면도 및 측면도를 도시한다.
도 2c는 도광판의 일 표면 상에 패터닝된 분리된 요소들에 대한 밀도 함수의 정의에 사용되는 단위 영역을 도시한다.
도 3a는 폭 방향과 평행한 방향으로 본, 백라이트 유닛 내의 도광판의 확대된 측면도를 도시한다.
도 3b는 길이 방향과 평행한 방향으로 본, 도광판의 확대된 측면도를 도시한다.
도 3c는 도광판 상의 선형 프리즘들의 평면도이다.
도 3d는 도광판 상의 구부러진 파동형 프리즘들의 평면도이다.
도 4aa, 4ab 및 4ac은 첫번째 종류의 분리된 요소들의 사시도, 평면도 및 측면도이다.
도 4ba, 4bb 및 4bc은 두번째 종류의 분리된 요소들의 사시도, 평면도 및 측면도이다.
도 4ca, 4cb 및 4cc은 세번째 종류의 분리된 요소들의 사시도, 평면도 및 측면도이다.
도 5a 및 5b는 각각 복수개의 서브 패턴들을 포함하는 패터닝된 롤러의 개략적인 정면도 및 펼친 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 연속적인 패턴을 포함하는 패턴 롤러의 개략적인 정면도 및 펼친 도면이다.
도 7a 및 7b는 도 5a 내지 6b에 도시된 2개의 롤러들을 사용하여 만들어진 광학 시트로부터 절단될 수 있는 상이한 도광판들을 도시한다.
도 8a는 본 발명의 광학 시트를 만들기 위한 장치 및 방법을 개략적으로 도시한다.
도 8b 및 8c는 도 8a의 공정에서 만들어지는 최초 패터닝 레이어 및 최종 광학 시트의 개략적인 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 광학 시트를 만들기 위한 장치 및 방법을 개략적으로 도시한다.
도 9b는 도 9a의 방법에서 만들어진 최종 광학 시트의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 광학 시트를 만들기 위한 장치 및 방법을 개략적으로 도시한다.
도 11a는 본 발명의 광학 시트를 만들기 위한 장치 및 방법을 개략적으로 도시한다.
도 11b는 도 11a의 방법에서 만들어진 최종 광학 시트의 개략적인 단면도이다.
도 12a는 본 발명의 광학 시트를 만들기 위한 장치 및 방법을 개략적으로 도시한다.
도 12b, 12c 및 12d는 도 12a에 도시된 본 발명의 3개의 변형을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 도광판은 도광판의 일 표면에 위치되는 일반적으로 프리즘과 같은 형상을 갖는 광 재배향 미세 구조물과 도광판의 반대 표면에 위치되고 분리된 요소와 같은 형상을 가진 광 추출 미세 구조물을 이용한다. 정확한 프리즘들은 적어도 두 개의 평평한 면들을 가진다. 그러나, 광 재배향 구조물들의 하나 또는 그 이상의 표면들은 모든 구체예에서 평평할 필요는 없지만 만곡되거나 복수의 영역들을 가질 수 있기 때문에, 본 명세서에서 더 일반적인 용어인 "광 재배향 구조물"이 사용된다.
복수의 도광판들을 가지는 대형 광학 시트( optical sheet )
도 1은 본 발명의 대형 광학 시트(300)의 평면도를 도시한다. 광학 시트의 길이(Ls)가 0.8 m와 동일하거나 더 클 때, 바람직하게는 1.0 m와 동일하거나 더 클 때, 가장 바람직하게는 1.4 m와 동일하거나 더 클 때, 그리고 광학 시트의 폭(Ws)이 0.3m와 동일하거나 더 클 때, 바람직하게는 0.6 m와 동일하거나 더 클 때, 가장 바람직하게는 0.9m와 동일하거나 더 클 때 광학 시트(300)가 크다고 언급된다. 광학 시트(300)는 약 0.05 내지 약 2mm 사이의 범위, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.7mm 사이의 범위, 가장 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.5mm 사이의 범위에서 두께(Ds)를 가진다. 광학 시트(300)는 그 위에 적어도 2개의 도광판 패턴들, 바람직하게는 적어도 4개의 도광판 패턴들, 가장 바람직하게는 적어도 20개의 도광판 패턴들을 가진다.
도 1에 도시된 광학 시트(300)는 각각이 또한 길이와 폭을 가지는 도광판 패턴들(250a-250j)을 포함한다. 예를 들어, 도광판 패턴(250a)이 길이(L1)과 폭(W1)을 가지는 반면에 도광판 패턴(250e)은 길이(L5)와 폭(W5)을 가진다. 각 도광판 패턴은 또한 입사(input) 표면(18), 엔드(end) 표면(14) 그리고 두 개의 사이드 표면들(15a, 15b)을 가진다. 동일한 광학 시트에서 만들어진 복수의 도광판 패턴들을 가지는 것의 장점은 향상된 생산성과 단위 도광판 당 감소된 비용이다. 도광판 패턴이 직사각형이 아닌 경우에, 이것의 폭 및 길이는 두 개의 직교하는 방향의 최대 치수로서 정의된다.
대형 광학 시트로부터 절단된 도광판들
도 2a와 도 2b는 대형 광학 시트(300)로부터 절단된 도광판(250)의 저면도 및 측면도를 각각 도시한다. 도광판(250)은 도 1의 도광판들(250a-250j)의 어느 것일 수 있다. 이것은 길이(L) 및 폭(W)을 가진다. LCD의 배면광 유닛에서 사용될 때, 도광판은 항상 하나 또는 그 이상의 광원(12)에 결합된다. 폭(W)은 Y축을 따라 정렬된 광원들(12)에 대해 평행으로 정의되는 반면에, 길이(L)는 폭(W) 또는 Y축에 대해 직교로 정의된다.
길이(L) 및 폭(W)은 응용 장치에 의존하여 보통 20 내지 500mm 사이에서 변한다. 도광판(250)의 두께(Ds)는 일반적으로 일정하며, 이는 두께의 변화가 보통 20%보다 작거나, 바람직하게는 10%보다 작거나, 가장 바람직하게는 5%보다 작은 것을 의미한다.
도광판(250)은 바닥 표면(17)에 점들로 나타낸 분리된 요소들의 미세 패턴(217)을 가진다. 패턴(217)은 광원(12)의 라인에 대해 각각 평행이고 직교인 길이(L0)와 폭(W0)을 가진다. 일반적으로 패턴(217)은 길이 방향의, 폭 방향의 또는 양 방향의 도광판(250)보다 더 작은 치수를 가진다. 즉, L0≤L이고 W0≤W이다. 분리된 요소들의 크기 및 개수는 길이 방향 및 폭 방향을 따라 변할 수 있다.
(x, y)위치에서 분리된 요소들 D2D(x, y)의 2차원(2D) 밀도 함수는 분리된 요소들을 포함하는 전체 영역으로 분리된 요소들의 전체 영역을 나눈 것으로서 정의된다. 여기서, x=X/L0, y=Y/W0, X와 Y는 길이 및 폭 방향을 따라 원점(O)으로부터 측정된 분리된 요소의 거리이다. 원점(O)은 편의를 위해 도광판(250)의 입사 표면(18) 근처 패턴의 코너에 위치되도록 선택된다. 도 2c에 도시된 일 실시예에서, a1, a2, a3, a4, a5, a6의 영역들을 가지는 여섯 개의 분리된 요소들(227)이 △W0
Figure pat00001
△L0의 작은 면적을 가지는 임의의 직사각형 내에 위치된다. 이 작은 면적 내 분리된 요소들의 밀도는
Figure pat00002
이다. 여기서 △W0
Figure pat00003
△L0의 작은 면적 내 분리된 요소들의 전체 개수를 나타내는 N=6이다. 이 면적에 제한된 분리된 요소들은 동일한 면적을 가질 수 있다.
일반적으로, 분리된 요소들 D2D(x, y)의 밀도 함수는 위치 (x, y)에 따라 변한다. 실제로는, 밀도 함수 D2D(x, y)가 폭 방향을 따라 약하게(weakly) 변하는 반면에, 길이 방향을 따라 강하게(strongly) 변한다. 단순화를 위해, 일차원 밀도 함수 D(x)는 보통 분리된 요소들의 패턴을 특징짓기 위해 사용되고, 예를 들어, 와 같이 계산될 수 있다. 일차원(1D) 밀도 함수의 다른 형태는 또한 2D 밀도 함수 D2D(x, y)로부터 쉽게 유도될 수 있다. 다음에서는, 독립 변수 x가 일차원 밀도 함수 D(x)를 계산하기 위해 사용될 수 있는 어느 하나로써 해석되어야만 한다. 예를 들어, 만약 광원이 점 같고(point-like) 도광판의 코너 근처에 위치된다면, x는 원점(O)으로부터의 반지름이 될 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 도광판(250)은 광원(12)으로부터 방출되는 광을 결합하기 위한 광 입사 표면(18), 도광판(250)의 밖으로 광을 방출하기 위한 출사 표면(16), 입사 표면(18)과 대향되는 엔드 표면(14), 출사 표면(16)과 대향되는 바닥 표면(17) 및 두 개의 사이드 표면들(15a, 15b)을 가진다. 광원(12)은 냉음극 형광 램프(CCFL)와 같은 단일의 선형 광원 또는 광 방출 다이오드들(LEDs)과 같은 복수의 점 같은 광원들이 될 수 있다. 대안적으로, 패턴(217)은 도광판(250)의 출사 표면(16) 상에 있을 수 있다.
도 3a는 폭 방향에 대해 평행한 방향에서 봤을 때 도광판(250), 터닝 필름(22)과 같은 프리즘 모양의 필름, 반사 필름(142)의 연장된 측면도를 도시한다. 복수의 프리즘들(216)이 도광판(250)의 출사 표면(16)상에 있고, 복수의 분리된 요소들(227)이 바닥 표면(17)상에 있다. 도 3b는 길이 방향을 따라 봤을 때 도광판(250)의 연장된 측면도를 도시한다. 출사 표면(16) 상의 각 프리즘(216)은 일반적으로 꼭대기 각도(apex angle; α0)를 가진다. 프리즘은 둥글게 된 꼭대기를 가질 수도 있다. 도 3c는 프리즘들(216)의 평면도이다. 본 실시예에서, 프리즘들은 서로 평행한다. 도 3d에 도시된 또 다른 실시예에서, 프리즘들(216)은 파형으로 만곡된다. 어떤 공지된 변형을 가진 프리즘들이 본 발명에서 사용될 수 있다. 실시예들은 변할 수 있는 높이, 변할 수 있는 꼭대기 각도 및 변할 수 있는 피치(pitch)들을 가지는 프리즘들을 포함한다.
도 4aa, 4ab 및 4ac은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 분리된 요소들(227a)의 첫 번째 종류의 사시도, 평면도 및 측면도를 각각 도시한다. 각 분리된 요소는 필수적으로 삼각으로 분할된 프리즘이다. 도 4ba, 4bb 및 4bc은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 분리된 요소들(227b)의 두 번째 종류의 사시도, 평면도 및 측면도를 도시한다. 각 분리된 요소는 필수적으로 평평한 상부를 가진 삼각으로 분할된 프리즘이다. 도 4ca, 4cb 및 4cc은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 분리된 요소들(227c)의 세 번째 종류의 사시도, 평면도 및 측면도를 각각 도시한다. 각 분리된 요소는 필수적으로 만곡된 분할된 프리즘이다. 실린더 형태 및 반구 형태와 같은 다른 공지된 형태의 분리된 요소들 또한 사용될 수 있다. 이들은 대칭일 수 있고, 대칭이 아닐 수도 있다. 상기 실시예들은 모두 포함하는 것이 아니고, 요소들의 다른 종류들이 본 발명과 함께 사용될 수 있다.
상기 형태들을 가지는 분리된 요소들이 일반적으로 공지된 반면에, 대형 광학 시트(300)에 대해 가장 유용한 분리된 요소들은 상대적으로 얕고(shallow), 다음의 주요 특징들을 가진다: 이들의 높이(d)는 이들의 길이(△L) 및 이들의 폭(△W)보다 작다. 더 명확하게, 높이(d)는 바람직하게 12μm와 동일하거나 더 작고, 더 바람직하게는 10μm와 동일하거나 더 작고, 가장 바람직하게는 6μm와 동일하거나 더 작다; 반면에 길이 △L과 폭 △W 모두는 15μm와 동일하거나 더 크고, 더 바람직하게는 20μm와 동일하거나 더 크고, 가장 바람직하게는 25μm와 동일하거나 더 크다. 일반적으로 길이 △L과 폭 △W는 100μm보다 작다.
대안적으로, d/△L와 d/△W 비율들은 바람직하게 0.45와 동일하거나 작고, 더 바람직하게는 0.3과 동일하거나 더 작고, 가장 바람직하게는 0.2와 동일하거나 더 작다.
상기 특징들을 가지는 분리된 요소들은 약간의 장점들을 가지고, 분리된 요소들을 포함하는 광학 시트를 만들기 위한 다음의 공정들을 가능하게 한다. 첫 번째로, 이들은 패터닝 롤러 위에서 생산되기 쉽다. 일반적으로 눈에 띄는 장비의 마모 없이 0.8m 와이드 롤러에 상기 특징들을 가지는 분리된 요소를 새기기(engraving) 위해 하나의 다이아몬드 장비가 충분하다. 두 번째로, 이러한 분리된 요소들로 형성된 패턴은 패터닝 롤러로부터 광학 시트로 상대적으로 낮은 압력 및 온도에서 좋은 복제 충실도(replication fidelity)로 전사하기 쉽다. 세 번째로, 이러한 분리된 요소들로 형성된 패턴은 거의 마모가 없기 때문에 긴 수명을 가진다. 마지막으로, 이러한 패턴을 가지는 도광판은 배면광 유닛 내 인접한 구성요소를 닳게 하는 경향을 가지지 않는다. 이러한 장점들은 대형 광학 시트를 제조하기 위한 방법들을 하기에서 설명할 때 더 명백해질 것이다.
비교되는 실시예에서, 분리된 요소들은 길이 △L=50μm, 폭 △W=50μm 그리고 높이 d=25μm를 가지고, 따라서 본 발명의 치수적 특징들을 지니지 못한다. 일반적으로, 장비 마모로 인해 0.23m의 반경의 0.8m 와이드 롤러를 새기기 위해 2에서 4개의 다이아몬드 장비들이 요구된다. 이러한 분리된 요소들을 가지는 패턴은 패턴닝 롤러 상에서 만들어지는 것이 어렵고, 그 이유는 큰 비율들인 d/△L과 d/△W가 다이아몬드 장비들을 깨지게 하는 경향이 있기 때문이다. 추가적으로, 이러한 분리된 요소들을 가지는 패턴은 이하에서 설명된 바람직한 공정 구체예에서 패턴닝 롤러로부터 광학 시트(300)로 쉽게 전사될 수 없다. 더 나아가, 이러한 패턴을 가진 패턴닝 롤러는 패턴이 변형되거나 깨지기 전까지 많이 사용될 수 없다. 마지막으로, 이러한 패턴을 가지는 도광판은 인접한 구성요소를 닳게 할 가능성이 있다.
양면 도광판 생산 방법
일 방법에서, 양면 도광판 생산 방법은 다음의 3가지 핵심 단계들: 1. 2개의 패터닝 롤러들을 구비하는 단계; 2. 2개의 패터닝 롤러들을 사용하는 압출 캐스트성형 공정을 통해 복수 개의 도광판 패턴들을 포함하는 대형 광학 시트를 제조하는 단계; 3. 대형 광학 시트를 소정 길이 및 폭 치수를 갖는 복수 개의 양면 도광판으로 절단하는 단계를 포함한다. 이런 단계들은 다음에서 설명된다.
패터닝 롤러들의 준비
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 복수 개의 서브-패턴들(252a 내지 252d)을 포함하는 패턴(252)은 예를 들어, 적합한 다이아몬드 도구를 사용하는 직접 미세 머시닝 방법(direct micro machining method)에 의해 패터닝 롤러(480a) 상에 생성된다. 도 5a는 패터닝 롤러(480a) 상의 서브 패턴들(252a, 252b)의 정면도를 도시하고, 반경(R 1 ) 및 폭(W R1 )을 갖는다. 도 5b는 4 개의 서브 패턴들(252a 내지 252d)을 포함하는 패턴(252)의 전개도를 도시한다. 패턴(252)은 길이(L R1 )를 갖고, L R1 = 2πR 1 이다. 서브 패턴(252a)은 폭(W P1 ) 및 길이(L P1 )를 갖는다. 4개의 서브 패턴들은 동일하거나 상이한 폭 또는 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, R 1 152㎜이고, L R1 = 2π R 1
Figure pat00006
955㎜이며, W R1 = 406㎜이고, L P1 = 182㎜이며, W P1 = 396㎜이다. 일반적으로, 2개의 이웃하는 서브 패턴들 사이에는 빈 공간이 존재한다. 그러나, 몇몇의 경우에는 2개의 이웃하는 서브 패턴들 사이에 빈 공간을 최소화하여 롤러 표면의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 어느 한 경우에, 각각의 서브 패턴에서 (이전에 설명된) 밀도 함수는 길이 및/또는 폭 방향 중 어느 하나로 변한다. 일 실시예에서, 밀도 함수는 우선 감소하고 이어서 증가한다.
유사하게는, 다른 패턴(254)은 어떤 공지된 조각 방법에 의해 다른 패터닝 롤러(480b) 상에 생성된다. 도 6a 및 도 6b는 패터닝 롤러(480b) 상의 패턴(254)의 정면도 및 전개도를 도시한다. 패터닝 롤러(480b)는 반경(R 2 ), 길이(L R2 = 2π R 2 ) 및 폭(W R2 )을 갖는다. 패턴(254)은 폭(W P2 ) 및 길이(L P2 )를 갖는다. 일 실시예에서, R 2 = R 1
Figure pat00007
152㎜이고, L R2 = L P2 = 2π R 2
Figure pat00008
955㎜이며, W R2 = W R1 = 406㎜이고, W P2 = 400㎜이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 패턴(254)는 롤러(480b)의 길이 방향에 평행한 선형 패턴이다. 선형 패턴은 어떤 공지된 선형 프리즘, 렌즈 또는 실린더 패턴일 수 있다. 이는 가변적이거나 일정한 피치, 높이 또는 형상을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 패턴(254)은 롤러(480b)의 폭 방향에 대한 각으로 배열된다. 또 다른 실시예에서, 제 2 패턴(254)은 파형 선형 프리즘 패턴이다. 또 다른 실시예에서, 제 1 패턴(252)에 대한 것으로서, 제 2 패턴(254)은 복수 개의 서브 패턴들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제 2 패턴(254)의 범위는 롤러(480b)의 크기와 비교하여 작고, 즉, 비율 W P2 / W R2 < 0.1이다. 극한의 경우에, 패턴(254)이 근본적으로 조각된 미세 구조체들을 거의 갖지 않거나 전혀 갖지 않을 때, 비율 W P2 / W R2 은 0에 근접한다.
도 5b 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 패턴(254)은 연속적인 패턴인 반면에, 패턴(252)은 복수 개의 분리된 서브 패턴들(252a 내지 252d)을 갖고, 각각의 서브 패턴은 도 2c 및 도 4aa 내지 도 4ca에 도시된 바와 같은 분리된 요소들을 포함한다. 그러나, 패턴(254)은 또한 패턴(252)과 유사한 분리된 요소들을 갖는 패턴일 수 있다.
롤러 표면 상에 생성된 패턴은 압출 캐스트성형 공정에 의해 생산되는 도광판을 위하여 설계된 패턴들의 역(inverse)("반(negative)")이다. 미세 패턴을 롤 표면에 가하는 다른 선택은 롤러를 패터닝 시트 또는 슬리브(sleeve)로 싸는 것을 포함하고, 이는 도 11a를 참조하여 아래에서 설명되는 패터닝 캐리어 필름(474a) 또는 도 12b 내지 도 12d를 참조하여 아래에서 설명되는 패터닝 벨트(479, 479a 또는 479b)일 수 있다. 패터닝 시트 또는 슬리브는 금속 또는 폴리머일 수 있다. 패턴들(252, 254)이 각각 패터닝 롤러들(480a, 480b) 상에 생성된 후에, 광학 시트들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)의 형태로 광학 시트(300')는 몇몇의 압출 캐스트성형 공정 구체예들 중 하나로 생산될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 일면 상에는 패턴(252) 및 타면 상에는 패턴(254)을 갖는 광학 시트(300')의 평면도이다. 상이한 크기 및 빈 공간들을 갖는 2개의 도광판들(250a1, 250a2)은 동일한 서브 패턴(252c)으로부터 절단될 수 있다. 도광판의 치수를 변경시키는 유연성은 본 발명의 대형 광학 시트에 의해 가능하게 된다.
압출 캐스트성형 공정
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스트성형 방법은 도 8a에 개략적으로 도시된다. 공정은 다음을 포함한다:
(1) 필수적인 물리 및 광학 특성을 갖는 폴리머 레진(450a)은 제 1 압출기(476a) 및 제 2 시팅 다이(sheeting die)를 갖는 제 1 압출 스테이션(470a; extrusion station)을 통해 공급 롤러(472a)로부터 공급된 강성이 있으나 플렉시블한 폴리머 캐리어 필름(474) 위로 2개의 반대로 회전하는 롤러들(480a, 478a) 사이의 제 1 닙(nip) 안으로 압출된다. 이전에 설명된 바와 같이, 롤러(480a)는 본 발명의 도광판을 위하여 설계된 미세 구조체 패턴(252)을 갖는 패터닝 롤러이다. 롤러(480a)의 표면 온도(TPaR ,1)는 TPaR ,1 > Tg1 - 50℃ 이도록 유지되고, Tg1은 제 1 압출된 레진(450a)의 유리 천이 온도이다. 롤러(478a), 제 1 가압 롤러는 부드러운 탄성 표면 및 TP ,1 < TPaR ,1인 표면 온도를 갖는다. 2 개의 롤러들 사이의 닙 압력(P)은 P가 롤러 폭의 밀리미터 당 8 뉴턴(Newton)보다 크도록 유지된다.
(2) 닙 영역으로부터 발행된 캐스트 레진(cast resin) 및 캐리어 필름(474)은 바람직하게는 닙으로부터 하측으로 약간 떨어져 고형화할 때까지 원하는 두께로 시트를 형성하는 패터닝 롤러(480a)에 부착된다.
(3) 고형화된 시트 및 캐리어 필름은 패터닝 롤러로부터 벗겨지고, 제어된 인장력 하에서 당겨 올려진다(taken up). 이어서 캐리어 필름은 벗겨지는 지점(481a)으로부터 하측으로 약간 떨어져 형성된 패터닝 시트로부터 벗겨내어 진다. 형성된 패터닝 시트는 도광판의 제 1 레이어(410a)를 포함한다. 도 8b는 제 1 레이어(410a)의 확대도이고, 여기서 패턴(252)은 개략적이고 일정한 비율로 도시되지 않는다. 제 1 레이어(410a)는 두께(D1)를 갖고, 이는 일반적으로 0.025㎜ 내지 0.5㎜에서 변한다. D1은 바람직하게는 약 0.05㎜ 내지 0.35㎜ 사이의 범위에서 존재하고, 더 바람직하게는 0.15㎜ 내지 0.25㎜ 사이의 범위에서 존재한다.
(4) 제 1 레이어(410a)가 이어서 제 2 패터닝 롤러(480b) 및 제 2 가압 롤러(478b)를 갖는 제 2 압출 스테이션(470b)으로 공급된다. 레진(450b)의 제 2 레이어가 압출기(476b)로부터 시팅 다이(477b)를 통해 제 1 레이어(410a)의 비패터닝 면 위로 캐스트성형되는 동시에, 제 1 레이어(410a)의 패턴(252)을 갖는 패터닝 면은 제 2 가압 롤러(478b)를 향하여 배향되고 롤러들(480b, 478b) 사이의 제 2 닙 영역을 통해 이송된다. 제 2 닙 영역에서 압력은 롤러 폭의 밀리미터 당 8 뉴턴보다 큰 P로 제어된다. 패터닝 롤러(480b)의 표면 온도는 TPaR ,2 > Tg2 - 50℃ 이고, Tg2는 제 2 압출된 레진(450b)의 유리 천이 온도이며, 가압 롤러(478b)의 온도는 TP,2 < TPaR ,2이다. 롤러(480b)의 표면 상의 패턴(254)은 롤러(480b)로부터 제 2 닙 영역 안으로 캐스트성형된 레진으로 전사된다.
(5) 제 2 닙 영역을 통과한 레진(450b)은 제 1 레이어(410a)에 부착되어 복합 광학 시트(300a)를 형성한다. 복합 광학 시트는 제 2 닙으로부터 하측으로 약간 떨어져 고형화된다. 도 8c는 패턴들(252, 254)이 개략적이고 일정한 비율로 그려지지 않는 레이어들(410a, 410b)을 갖는 광학 시트(300a)의 확대도이다. 레이어(410b)는 두께(D2)를 갖고, 이는 0.025㎜ 내지 0.5㎜로 변할 수 있다. D2는 바람직하게는 약 0.05㎜ 내지 0.35㎜ 사이의 범위에서 존재하고, 더 바람직하게는 0.15㎜ 내지 0.25㎜ 사이의 범위에서 존재한다. 광학 시트의 총 두께는 두께(D1 + D2)를 갖고, 이는 일반적으로 0.05㎜ 내지 1.0㎜의 범위에서 존재하고, 바람직하게는 0.1㎜ 내지 0.7㎜의 범위에서 존재하며, 더 바람직하게는 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 범위에서 존재한다.
(6) 고형화된 광학 시트(300a)는 롤러(480b)로부터 벗겨지고, 제어된 인장력 하에서 시트가 하나의 라인으로 종료되거나(시팅되거나) 나중에 종료하기 위하여 롤러(484a) 상에 감겨지는 테이크 업(take-up) 스테이션으로 당겨진다(take up). 이런 시트는 이어서 설계된 도광판의 최종 소정 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
복합 플레이트의 광학 특성 및 최종 두께(D)가 설계 요구조건을 충족시키기만 하면 제 1 및 제 2 레이어들의 두께는 동일할 필요가 없고(일반적으로 D1 ≠ D2), 제 2 압출 스테이션(470b)에서 압출된 레진(450b)은 제 1 스테이션(470a)에서 압출된 레진(450a)과 동일한 필요가 없다. 패턴들(252, 254)을 적용하는 순서는 중요하지 않고, 실제적인 고려사항으로 판단될 것이다.
일 실시예에서, 용융된 레진(450a, 450b)은 약 145℃의 유리 천이 온도(Tg)를 갖는, 폴리카보네이트(PC)이다. 다른 실시예에서, 용융된 레진(450a, 450b)은 95 내지 106℃ 범위의 유리 천이 온도(Tg)를 갖는, 충격 개선된 PMMA이다. 충격 개선된 PMMA는 순수 PMMA보다 취성이 낮고, 이어서 개선되지 않는 PMMA보다 압출하기에 더 용이한 것으로 증명된다. 또다른 실시예에서, 용융된 레진(450a, 450b)은 폴리올레핀 폴리머이다.
양면 광학 시트(300a)는 또한 2단 공정에서 하나의 압출 스테이션만으로 생산될 수 있다. 특히, 폴리머 레진(450a)의 제 1 레이어를 닙 안으로 압출하여 제 1 패터닝 롤러(480a)를 사용하여 제 1 레이어 필름을 생산한 후에, 제 1 레이어 필름은 롤로 감겨지고 나중에 사용을 위하여 저장될 수 있다. 이어서 제 1 패터닝 롤러(480a)는 제 2 패터닝 롤러(480b)로 대체되고, 제 1 레이어 필름 롤은 풀리고 가압 롤러를 향하여 배향된 패터닝 면을 갖는 닙 안으로 다시 이송된다. 폴리머 레진(450b)의 제 2 레이어는 동일한 압출기(476a) 및 시팅 다이(477a)로부터 제 1 레리어의 비패터닝 면 위로 캐스트성형되고 광학 시트(300a)를 형성한다. 비록 이런 방법이 단일 압출 스테이션만을 요구하더라도, 추가로 경로를 취하여 광학 시트(300a)의 제조를 완성하고 일반적으로 경제적인 측면에서 바람직하지 않을 것이다.
비록 캐리어 필름의 사용없이 제조된 필름의 품질을 제어하는 것이 일반적으로 더 어려울 것이라도, 제 1 레이어를 생산함에 있어 캐리어 필름(474)의 사용은 몇몇의 경우에서 선택적이다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스트성형 공정은 도 9a에서 개략적으로 도시된다. 2 개의 단일면 미세 패터닝 레이어들(410a, 410b)은 도 8a에 도시된 제 1 레이어의 형태와 유사한 방식으로 2 개의 압출 스테이션들(470a, 470b)로 각각 형성된다. 2 개의 형성된 패터닝 레이어들(410a, 410b)은 상호 간에 모든 레이어들의 비패터닝 표면들을 부착시킴으로써 라미네이션 스테이션(490; lamination station)에서 동시에 라미네이팅되어 도 9b에 도시된 바와 같은 시트의 표면 각각 상에 패턴들(252, 254)을 갖는 단일 광학 시트(300b)를 형성한다. 유사하게는, 이런 시트는 이어서 설계된 도광판의 최종 소정 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
2 개의 고형 레이어들의 라미네이션은 용매 라미네이션, 가압 라미네이션, UV 라미네이션 또는 가열 라미네이션을 포함하는 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 용매 라미네이션은 레이어의 비패터닝 표면을 끈적끈적하게 하는 얇은 용매 레이어를 일면 또는 양면에 도포하고 이에 의해 접착을 촉진함으로써 수행된다. 이어서 과다한 용매는 건조에 의해 제거된다. 가압 라미네이션은 양면들을 잘 부착시키는 압력 감지 접착제를 사용함으로써 달성된다. UV 라미네이션에서, 한쪽 또는 양쪽 필름의 표면은 접착 레이어의 UV 경화 후에 접착을 촉진하는 UV 접착제로 코팅된다. 가열 라미네이션에서, 온도 감지 레이어는 한쪽 또는 양쪽 표면에 도포되고, 이어서 도광판 레진의 Tg 아래에서 적합한 온도로 가열되며, 이에 따라 레이어들 사이의 접착을 촉진한다. (용매 라미네이션을 제외한) 모든 라미네이션 방법에서, 접착 레이어는 바람직하게는 도광판의 광학 성능에 영향을 최소화시키기 위하여 도광판 레진에 현저하게 근접한 광학 성능(특히, 굴절률, 색상 및 투과율)을 갖는다. 인쇄 및 압출 단계들은 도 9a에 도시된 바와 같이 하나의 라인으로 수행될 수 있거나, 압출 및 인쇄 단계들이 분리되는 방식으로 다른 라인으로 수행될 수 있다. 본 공정에서 캐리어 필름의 사용은 선택적이고, 기계는 캐리어 필름(474)의 사용없이 제 1 레이어 및/또는 제 2 레이어를 제조하도록 설계될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스트성형 공정이 도 10에 개략적으로 도시된다. 패턴(254)을 갖는 단일면 레이어(410b)는 도 9a에 도시된 바와 같은 레이어(410b)의 생성과 유사한 방식으로 생성된다. 이어서, 패턴(252)이 레이어(410b)의 비패터닝 면 상에 가해져 적합한 인쇄 방법에 의해 광학 시트(300c)를 형성한다. 예를 들어, 단일면 레이어(410b)는 패턴(252)이 필름(410b)의 비패터닝면 상에 인쇄되는 인쇄 스테이션(492)을 통과한다. 인쇄 방법 중 상당수 형태가 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄 등을 포함하는 이런 단계를 위하여 선택될 수 있다. 어떤 경우에는, 투명 잉크의 광학 특성이 압출된 레이어에 주의깊게 조화되어야만 한다. 만약 인쇄 재료(잉크)가 UV 감지성이라면, UV 스테이션이 인쇄된 잉크를 경화시키는 인쇄 스테이션 후면에 바로 배치되어야 한다. 광학 시트(300a, 300b)의 총 두께가 도 8c 및 도 9b에서의 레이어(410b)보다 훨씬 큰 반면에, 최종 광학 시트(300c)는 레이어(410b)의 두께와 공칭적으로 동일한 총 두께(D1)를 갖는다. 광학 시트들(300a, 300b)과 유사한 광학 시트(300c)는 또한 이어서 최종 소정 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다. 인쇄 및 압출 단계들은 도 10에 도시된 바와 같이 하나의 라인으로 수행될 수 있거나, 압출 및 인쇄 단계들이 분리되는 방식으로, 다른 라인으로 수행될 수 있다. 본 공정에서 캐리어 필름의 사용은 선택적이고, 기계는 캐리어 필름(474)의 사용없이 레이어(410b)를 생산하도록 설계될 수 있다. 이런 방법은 다른 구체예들과 비교하여 미세 머시닝이 덜 된 하나의 패터닝 롤러를 요구하나, 인쇄 방법은 이런 방법으로 발생된 분리된 요소들의 형상 및 크기로 한정될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스트성형 공정은 도 11a에서 개략적으로 도시된다. 즉, 캐리어 필름은 미세 패터닝 캐리어 필름(474a)이다. 폴리머 레진(450a)은 압출기(476a) 및 시팅 다이(477a)를 통해 이런 패터닝 캐리어 필름 위로 압출된다. 캐리어 필름 및 캐스트 레진은 바람직하게는 닙으로부터 하측으로 약간 떨어져 고형화할 때까지 시트를 형성하는 패터닝 롤러(480a)에 부착된다. 고형화된 시트 및 캐리어 필름은 패터닝 롤러(480a)로부터 벗겨지고 제어된 인장 하에서 테이크업되며, 패터닝 캐리어 필름은 벗겨지는 지점(481a)으로부터 하측으로 약간 떨어진 형성된 패터닝 시트로부터 벗겨내어 진다. 도 11b에 도시된 바와 같은 최종 광학 시트(300d)는 패터닝 캐리어 필름(474a)로부터 전사된 일면 상의 패턴(254) 및 패터닝 롤러(480a)로부터 전사된 타면 상의 패턴(252)을 갖는다. 이어서 이런 시트는 설계된 도광판의 최종 특정한 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
패터닝 롤러(480a 또는 480b)는 롤러 표면 상에 조각된 패턴을 갖는 것을 필요로 하지 않는다. 대신에, 패턴은 도 11a에 도시된 패터닝 캐리어 필름(474a)과 유사한, 롤러 주위에 싸인 패터닝 필름에 의해 생성될 수 있다.
본 발명에서, 만약 캐리어 필름이 닙 영역으로부터 벗겨지는 지점을 지난 형성된 레진의 이송을 용이하게 하는 데에 사용된다면, 캐리어 필름은 몇몇의 핵심 요구조건을 충족시켜야 한다: 이는 강성 및 유연성이 있어야 하고, 속건성이 캐리어 필름 위로 캐스트성형되는 닙 영역에서 접하는 상승된 온도 및 압력 하에서 치수 일체성 및 물리적 특성을 유지하여야만 한다. 또한, 필름의 표면은 꽤 매끄러워야 하고 고형화된 레진에 약하게 부착되어 벗겨지는 지점으로부터 하측으로 몇몇 지점에서 형성된 패터닝 필름으로부터 손쉽게 벗겨내어 질 수 있도록 할 필요가 있다. 이런 요구조건들을 충족시키는 재료의 실시예는 이축 배향된 PET 및 PEN 필름, 폴리술폰 필름 및 폴리아릴레이트 필름을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스트성형 공정은 도 12a에서 개략적으로 도시된다. 즉, 본 발명의 광학 시트(300a)는 캐리어 필름의 사용없이 가압 롤러(480b) 및 패터닝 롤러(480a) 상에 모두 패턴들을 배치시킴으로써 단일 패터닝 단계에서 준비된다. 닙 영역에서 패터닝 가압 롤러(480b)와 레진의 짧은 잔류 시간 및 접촉 시간 때문에, 패터닝 시트의 양면 상에 허용가능한 복제 피델티(fidelity)를 달성하기 위하여 가압 롤러(480b)로부터 전사된 패턴은 손쉽게 복제되는 것(예를 들어, 매우 얕은 프리즘)이 바람직하다. 또한, 더 손쉬운 복제로 가압 롤러의 면 상에 상이한 레진의 레이어를 동시압출하고, 특징을 형성함으로써, 더 짧은 접촉 시간에서 더 양호한 복제를 달성하는 것이 가능하다. 이런 양상에서 유용할 수 있는 레진의 실시예는 조성에 있어 도광판에 사용된 벌크 폴리머와 유사하나 더 낮은 분자량 또는 적절한 가소제로 제제된 레진을 갖는 폴리머이다. 일 실시예에서, 최종 광학 시트(300e)는 2개의 표면들 상에 패턴들(252, 254)을 갖는다. 이런 방법은 실행하기에 가장 단순하나, 품질 및 비용에 대하여 최적일 수 없다.
대안적으로, 도 12b는 도 12a 및 도 11a의 약간 변형된 방법을 제공한다. 도 12b에 도시된 압출 캐스트성형 공정은 롤러(478a)에 걸쳐 이송된 미세 구조체 패터닝 벨트(479)가 패터닝 가압 롤러(480b)를 대체하는 것을 제외하고는 도 12a에 도시된 것과 동일하다. 닙 영역에서 벨트(479)와의 레진의 짧은 잔류 시간 및 접촉 시간 때문에, 패터닝 시트의 양면 상에 허용가능한 복제 피델티를 달성하기 위하여 벨트로부터 전사된 패턴은 손쉽게 복제되는 것(예를 들어, 매우 얕은 프리즘)이 바람직하다.
도 12c에 도시된 압출 캐스트성형 공정은 미세 패터닝 벨트(479)가 닙으로부터 하측으로 패터닝 롤러(480a)를 부분적으로 싸는 것을 제외하고는 도 12b에 도시된 것과 동일하다. 본 발명의 광학 시트는 일면, 및 대향하는 면 상의 패터닝 표면(480a)으로부터의 타면 상에 패터닝 벨트(479)로부터의 패턴들 중 하나를 복제함으로써 단일 패터닝 단계에서 준비된다. 약간 떨어진 것에 대하여 패터닝 롤러(480a) 상에서 패터닝 벨트(479)를 싸는 것은 벨트(479)와의 레진의 접촉 시간을 증가시키고, 이에 따라 벨트로부터 광학 시트 위로의 구조체들의 복제 피델티를 향상시킨다.
도 12d에 도시된 압출 캐스트성형 공정은 패터닝 롤러들(480a, 480b)이 도시된 바와 같이 구동 롤러들 주위에 싸인 연속적인 미세 패터닝 벨트들(479a, 479b)로 대체되는 것을 제외하고는, 도 12a에 도시된 것과 유사하다.
도 12a 내지 도 12d에 도시된 공정 구체예들을 통해 생산된 최종 양면 광학 시트(300e)는 도 11b에 도시된 광학 시트(300d)와 동일한 단면을 갖는다. 광학 시트(300e)는 설계된 도광판의 최종 소정 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
패터닝 롤러를 포함하는 모든 구체예들에서, 패터닝 롤러의 표면 온도(TPaR)는 바람직하게는 Tg - 50℃보다 크고, 더 바람직하게는 Tg - 30℃보다 크며, 가장 바람직하게는 Tg - 20℃보다 크고, Tg는 압출된 레진의 유리 천이 온도이다.
상기에 설명된 구체예들 중 어떤 것에 의해 생성된 광학 시트는 최종적으로 설계된 도광판의 소정 길이 및 폭 치수를 갖는 복수 개의 양면 도광판으로 절단되는 종료 스테이션으로 전사된다. 단일 광학 시트로부터 종료된 도광판은 동일하거나 상이한 치수 및 미세 패턴들을 가질 수 있다.
레진 재료
상당수 폴리머 재료가 본 발명을 실시하는 데에 사용될 수 있다. 레진 재료는 일반적인 압출 조건 하에서 압출가능하여야 하고, 캐스트성형되기에 손쉬워야하며, 분리된 미세 패턴 및/또는 선형 미세 패턴을 복제가능하여야 한다. 재료는 또한 실제로 사용하는 동안에 파단 및 변형을 최소화시키기에 현저한 강성이 있어야하고 인성이 있어야 한다. 또한, 재료는 낮은 색상 및 스펙트럼의 가시적 범위에 걸쳐 높은 레벨의 투과율을 가져야만 한다. 이런 적용에 가장 중요한 특성은 흡광 계수(extinction coefficient)이다. 재료의 고유 광학 밀도(OD) 또는 흡광 계수는
Figure pat00009
로부터 계산되고, 여기서 Tr은 투과율이고, L은 광학 경로 길이이다. 이런 특성은 도광판에서 흡수 손실을 최소화시키기 위하여 가능한 한 낮아야만 한다. 본 발명에서 유용한 재료는 강도 개선된 PMMA 및 메틸 메타크릴레이트의 코폴리머 및 다른 아크릴 및 비아크릴 모노머를 포함하는 PMMA 및 다른 아크릴 폴리머, 폴리카보네이트, 폴리 싸이클로 올레핀, 싸이클릭 블럭 코폴리머, 폴라아미드, 스티렌, 폴리술폰, 폴리에스테드, 폴리에스테르-카보네이트 및 이의 다양한 혼화성 블렌드를 포함하나 이에 한정되지 않는다. PMMA에 대한 일반적인 OD는 대략적으로 0.0002/㎜와 0.0008/㎜ 사이에 변할 수 있는 반면에, 폴리카보네이트에 대하여서는 일반적으로 재료의 순도 및 등급에 따라, 0.0003/㎜ 내지 0.0015/㎜의 범위에 있다.
실시예들
본 발명 실시예 1
광학 시트(300)는 길이 Ls
Figure pat00010
957mm, 폭 Ws
Figure pat00011
343mm, 그리고 0.1 내지 0.7mm사이에서 변하는 두께 Ds를 가진다. 광학 시트(300)는 위에 4개의 도광판 패턴들을 가지고, 각각은 150 내지 240mm 사이에서 변하는 동일한 길이, 그리고 150 내지 320mm 사이에서 변하는 폭을 가진다. 모든 4개의 도광판들이 롤 대 롤 공정에서 함께 만들어지기 때문에, 각 도광판은 250mm/second의 기계 라인 속도에서 1초 아래에서 만들어진다. 생각할 수 있는 바로는, 동일한 광학 시트(300) 및 동일한 패터닝 롤러 상에 더 작은 도광판들, 예를 들어 약 20mm의 길이 및 폭 치수들, 의 더 많은 개수에 대해, 단위 도광판 당 제조 타이머(timer)는 동일한 기계 라인 스피드에서 매우 작아질 것이다.
본 발명 실시예 2
광학 시트(300)는 길이 Ls
Figure pat00012
1436mm, 폭 Ws
Figure pat00013
686mm, 그리고 0.1 내지 0.7mm사이에서 변하는 두께 Ds를 가진다. 광학 시트(300)는 14개의 도광판 패턴들을 가지고, 각각은 150 내지 240mm 사이에서 변하는 길이, 그리고 150 내지 320mm 사이에서 변하는 폭을 가진다.
14개의 도광판 패턴들은 하나 또는 그 이상의 하기 특징들을 가진다. 일 측면에서, 14개의 도광판들의 적어도 두 개는 상이한 길이를 가진다. 다른 측면에서, 14개의 도광판들의 적어도 두 개는 상이한 폭을 가진다. 또 다른 측면에서, 14개의 도광판들의 적어도 하나는 광학 시트(300)와 동일한 폭 방향을 가진다. 예를 들어, W1으로 특정된 도 1에 도시된 도광판(250a)의 폭 방향은 Ws로 특정된 광학 시트(300)의 폭 방향과 평행한다. 또 다른 측면에서, 14개의 도광판들의 적어도 하나는 광학 시트(300)의 폭 방향과 직교인 폭 방향을 가진다. 예를 들어, W6으로 특정된 도광판(250f)의 폭 방향은 Ws로 특정된 광학 시트(300)의 폭 방향에 대해 직교이다.
또 다른 측면에서, 도광판(250j)과 같은 도광판들 중 하나의 폭 방향은 광학 시트(300)의 폭 방향에 대해 상대적으로 0 내지 90도 사이의 각도에서 배열되는 것이 가능하다. 도광판들 중 하나 또는 그 이상이 직사각형이 아니지만, 정사각형, 원형 또는 어떤 다른 공지된 형태가 되는 것 또한 가능하다.
일반적으로, 어떤 두 개의 이웃하는 도광판들 사이에 빈 공간(260)이 있기 때문에, 빈 공간의 일부분을 포함함으로써 원래 의도된 도광판으로부터 도광판의 크기를 증가시키는 것이 가능하다. 대안적으로, 도광판은 원래 의도된 도광판보다 더 작게 절단될 수 있다. 상이한 도광판들을 가지는 광학 시트의 장점은 단일 제조 공정에서 상이한 LCD 장치들을 위한 도광판들을 생산하는 것이다. 디스플레이 분야에서 충분한 표준들이 부족하기 때문에, 상이한 디스플레이 유저들이 상이한 크기의 도광판들을 필요로 할 수 있다. 본 발명의 광학 시트(300)는 복수의 유저들로부터의 상이한 요구들을 만족시키는 저비용 해결방안을 제공한다.
본 발명 실시예 3
광학 시트(300)는 길이 Ls
Figure pat00014
1436mm, 폭 Ws
Figure pat00015
980mm, 그리고 0.1 내지 0.7mm사이에서 변하는 두께 Ds를 가진다. 광학 시트(300)는 21개의 도광판 패턴들을 가지고, 각각은 150 내지 240mm 사이에서 변하는 길이, 그리고 150 내지 320mm 사이에서 변하는 폭을 가진다.
광학 시트(300)가 152mm/second의 기계 속도에서 만들어진 경우, 21개의 도광판들을 포함하는 하나의 광학 시트(300)를 만드는데 약 9.4초가 소요된다. 유사한 도광판들의 종래의 사출 성형으로 가능한 것보다 훨씬 빠른 속도에서 평균적으로 하나의 도광판을 만드는데 0.5초보다 덜 걸린다.
비교 실시예
비교로서, 약 150mm보다 큰 길이 또는 폭을 가지는 오직 단일의 도광판이 일반적인 사출 성형 사이클로 만들어질 수 있다. 따라서, 단위 도광판 당 사이클 시간(cycle time)이 비교적 길어진다. 복수의 도광판들이 사출 성형에 의해 단위 사이클 당 생산될 수 있지만, 두 개의 패터닝된 표면들에 대한 양호한 복제 충실도를 달성하는 반면에 이렇게 하는 것의 난이도는 두께를 감소시키는 것에 따라 상당히 증가하고, 판의 길이 및 폭을 감소시키는 것에 따라 증가한다.
요약하면, 본 발명의 적어도 0.8m의 길이와 적어도 0.3m의 폭을 가진 대형 광학 시트로부터 끝나는 도광판들은 종래 사출 성형 기술로 현재 실현 가능한 것보다 훨씬 빠른 속도 및/또는 훨씬 큰 크기 및 더 작은 두께에서 유리하게 만들어진다. 이들 도광판들은 또한 상이한 사용자들의 변화하는 니즈에 부합하도록 커스터마이즈(customize)되기 쉽다.

Claims (12)

  1. 광원으로부터 광을 받아들이기 위한 입사 표면, 광을 내보내기 위한 미세 패터닝된 출사 표면, 및 출사 표면에 대향하는 미세 패터닝된 바닥 표면을 포함하는 도광판에 있어서,
    레진을 패터닝 롤러 온도(T1) 및 닙 압력(P1)에서 패터닝 롤러와 패터닝 캐리어 필름 사이의 닙(nip) 안으로 압출시켜 광학 시트를 형성하는 단계(광학 시트는 제 1 패터닝 표면 및 제 2 패터닝 표면을 포함하고, 제 1 패터닝 표면은 패터닝 롤러로부터 전사된 미세 패턴을 포함하며, 제 2 패터닝 표면은 패터닝 캐리어 필름으로부터 전사된 미세 패턴을 포함한다);
    패터닝 캐리어 필름을 광학 시트로부터 벗겨내는 단계; 및
    상기 광학 시트를 복수 개의 양면 도광판들로 절단하여 종료하는 단계(상기 양면 도광판은 소정 길이 및 폭 치수를 가진다)를 포함하는 단계로 생산되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판은 1.0 mm 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판은 0.15 m 이상의 폭 및 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 1 항에 있어서, 출사 표면 또는 바닥 표면 상의 미세 패턴은 분리된 요소들을 포함하고, 다른 주요 표면 상의 미세 패턴은 연속적인 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제 1 항에 있어서, 출사 표면 및 바닥 표면 상의 미세 패턴 모두는 연속적인 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 1 항에 있어서, 출사 표면 및 바닥 표면 상의 미세 패턴 모두는 분리된 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 분리된 요소들은 15 ㎛ 이상인 길이와 폭을 가지고, 12 ㎛ 이하인 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 분리된 요소들은 길이(△L), 폭(△W) 및 높이(d)를 가지고, 비율(d/△L) 및 비율(d/△W)은 0.45 이하인 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 1 항에 있어서, 닙 압력(P1)은 롤러 폭의 밀리미터당 8 뉴턴보다 큰 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 1 항에 있어서, T1은 Tg1 - 50℃보다 크고, Tg1은 압출된 레진의 유리 천이 온도인 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제 1 항에 있어서, 패터닝 롤러 상의 패턴은 패터닝 벨트로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제 1 항에 있어서, 압출된 레진은 폴리카보네이트, 올레핀 폴리머 또는 아크릴 폴리머인 것을 특징으로 하는 도광판.
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