KR100439679B1 - 레이저를 이용한 도광판 가공 장치 - Google Patents

레이저를 이용한 도광판 가공 장치 Download PDF

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주식회사 쿠키혼
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Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 도광판 가공 장치에 관한 것으로서, 복수개의 도광판 장착부를 포함하는 테이블과, 상기 테이블의 상방에서 X축 및 Y축 양방향으로 왕복이동하는 XY 스테이지와, 레이저 빔을 발생시키는 복수개의 레이저 발진부와 상기 레이저 발진부에 각각 결합되며 상기 레이저 발진부에 의해 발생된 레이저 빔을 각각 확장하여 전송하는 복수개의 빔 확장 수단과, 상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 설치되며, 상기 빔 확장 수단에 의해 확장 전송되는 레이저 빔을 X 스테이지 방향으로 각각 반사하는 복수개의 반사경과, 상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 의해 왕복 이동하며, 상기 반사경에 의해 반사된 레이저 빔을 상기 도광판 방향으로 각각 집속하여 주사하는 복수개의 레이저 헤드부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 도광판의 가공 위치에 따른 레이저 빔 출력의 변화를 보상하여 균일한 도광판 가공 품질을 보장할 수 있으며, 도광판 가공 속도를 향상시킬 수 있다.

Description

레이저를 이용한 도광판 가공 장치{LASER DEVICE FOR PATTERNING LIGHT GUIDE PANELS}
본 발명은 도광판 가공 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 레이저를 이용한 도광판 가공 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 장치(LCD)에 사용되는 백라이트 유니트는, 예컨대 냉음극 형광 램프(CCFL) 또는 발광 다이오드(LED) 등의 광원 설치 위치에 따라 직하 발광 방식(direct light) 또는 측면 발광 방식(edge light)으로 구분된다. 직하 발광 방식은 전술한 광원으로부터 발생된 빛을 확산판을 이용하여 균일화하여 액정 패널에 입사시키는 방식이며, 측면 발광 방식은 도광판의 측면에서 발생된 빛을 도광판으로 반사하여 액정패널에 입사시킨다. 최근의 기술적 동향으로는 LCD 모듈의박형화, 경량화 추세에 부응하여 측면 발광 방식을 보다 선호하고 있다.
측면 발광 방식을 채용하는 백라이트 유니트는 도광판 상에 균일한 휘도를 형성시키기 위해 발광된 빛을 균일하게 산란시키는 것이 바람직하므로, 도광판의 일면을 소정 형태의 패턴으로 가공하여야 한다.
도광판 패턴 가공을 위해 다이아몬드를 사용한 V-컷팅 장치를 사용할 경우 가공면의 거칠기로 인하여 빛이 균일하게 산란되지 않는 단점이 있어, 최근에는 레이저를 사용하여 도광판에 패턴을 형성하는 것이 일반적이다.
도 1은 종래 기술에 따른 도광판용 패턴형성장치의 개략적인 구성도로서, 한국특허출원 제2001-53844호에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 레이저스캔미러부(53)는 제어부(52)로부터 전달되는 위치신호에 따라 좌우나 상하로 미소 회전을 하는 갈바노미터(galvanometer,53a)의 축상에 반사경(53b)이 결합되어 있다. 이에 따라, 상기 도광판(31)상에 패턴이 형성되고자 하는 영역에 대한 신호를 전달받아 레이저빔의 방향을 조절한다.
따라서, 레이저발진부(54)로부터 발진된 레이저빔은 갈바노미터(53a)의 미소 구동에 의하여 그 위치가 변경되는 적어도 하나 이상의 반사경(53b)에 의하여 진행 방향이 바뀌게 되고, 렌즈부(55)를 통과하여 상기 도광판(31)의 패턴이 형성되는 영역으로 주사되어 도광패턴부(35)를 형성하게 된다.
전술한 갈바노 스캐닝 방식에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 렌즈부(55)에 의해 바렐 왜곡 또는 핀 쿠션 현상이 발생하기 때문에 가공 면적이 대략 300 mm 이하로 제한될 뿐만 아니라, 갈바노미터에 의한 레이저스캔미러부(53)("갈바노 스캐너"라고도 함)는 시간 경과 및 주위 환경의 영향으로 드리프트(drift) 현상이 발생하기 때문에, 재현성이 불량해져 레이저 가공 품질의 저하를 초래한다. 여기서, 드리프트 현상이란 갈바노미터에 의해 미소 구동되는 반사경의 변위가 전술한 위치 신호에 의해 미리 정해진 위치로부터 벗어나는 현상이다.
따라서, 갈바노 스캐너는 대형 도광판의 패턴 가공에 있어 제약이 있으며, 이를 극복하기 위해서는 별도의 보정 장치를 필요로 하는 단점이 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 갈바노 스캐너를 이용하지 않는 레이저 가공 장치가 한국등록실용신안 제324786호에 개시되어 있다.
도 3을 참조하면, 2개의 도광판(W1,W2)이 x축방향을 따라 배치된 테이블(1)의 후방에 2개의 레이저발생기(10a,10b)가 x축방향을 따라 일정한 간격을 두고 배치되고, 각각은 y축방향으로 배치되어 있다. 상기 테이블(1)의 좌우측 가장자리에는 각각 y축방향으로 배치된 볼스크류(11a,11b)가 배치되어 볼스크류 구동모터(12a,12b)에 의해 회전제어되고, 이들 1쌍의 볼스크류(11a,11b)에는 x축방향으로 배치된 x축가이드레일(13)이 볼스크류(11a,11b)에 의해 안내되어 전후진하게 연결되어 있다. 상기 x축가이드레일(13)상에는 상기 각 레이저발생기(10a,10b)로부터 조사되는 레이저 빔을 전달받아 대응하는 각 도광판(W1,W2)에 조사하는 반사거울(17a,17b)이 설치되며, 반사거울(17a,17b)에 의하여 반사된 레이저 빔은 레이저 헤드(16a, 16b)에 의해 도광판(W1,W2)에 조사된다.
도 3에 따른 종래 기술에 의하면, 도광판의 패턴 형성 위치에 따라 레이저발생기(10a,10b)와 레이저 헤드(16a, 16b) 사이의 거리가 변화되기 때문에 레이저 빔의 출력이 가공 위치에 따라 일정하게 유지되지 않는다. 특히, 대형 도광판 가공시에는 레이저발생기와 레이저 헤드 사이의 이격 거리가 상당히 증가하게 되어 레이저 헤드의 빔 출력이 저하되어 최대 이격 거리에서 원하는 레이저 식각량을 성취하기가 용이하지 않았다. 또한, X축 및/또는 Y축 이동에 따라 기계적으로 발생하는 진동 등에 의하여 빔 경로, 즉 레이저 발생기와 반사경(17a, 17b, 17), 그리고 반사경(17a, 17b, 17)과 레이저 헤드(16a, 16b) 사이에 빔 오조준이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 가공이 완료된 도광판을 탈착하고 미가공 상태의 도광판을 다시 장착하는 데 필요한 리드 타임(Lead Time)으로 인하여 단위 시간당 도광판 가공량을 향상시키기가 용이하지 않았다.
아울러, 종래의 XY 스테이지는 볼 스크류, 벨트 또는 체인 등을 사용하여 모터의 회전력을 직선 구동력으로 변환하기 때문에, 마찰에 의한 효율 저하 및 소음 발생 등의 문제가 야기될 뿐만 아니라 하나 또는 그 이상의 레이저 발진부(415)를 XY 스테이지에 직접 장착하여 이동시킬 경우 소정의 이동 속도를 보장할 수 없는 문제점도 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하고자, 도광판의 가공 위치에 따른 레이저 빔 출력의 변화를 보상하여 일정한 도광판 가공 품질을 보장함과 아울러 도광판 가공 속도를 향상시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하며, 특히 대형 도광판의 패턴 가공에 보다 적합한 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 도광판용 패턴형성장치의 개략도.
도 2는 종래 기술에 따른 렌즈 왜곡 현상을 나타내는 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 레이저 패턴형성장치의 개략도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 패턴형성장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전 테이블 가이드의 측면도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전 테이블 구동 장치 및 진공 흡착 장치의 구성도.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 패턴형성장치의 구성도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 헤드의 구성도.
도 9a는 종래의 XY 스테이지의 방향별 속도 제어 그래프.
도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 XY 스테이지의 방향별 속도 제어 그래프.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 XY 스테이지의 이동 궤적도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
405: 회전 테이블 410: XY 스테이지
415: 레이저 발진부 420: 회전 테이블 가이드
430, 725: 레이저 헤드 605 : DD 모터
610: 하우징 615, 625: 관 부재
630: 진공펌프 연결부 635: 관부재 연결부
640: 밸브 개폐 수단 705, 805: 빔 익스팬더
710, 720: 반사경 715 : 다운 콜리메이터
810: 대물렌즈 815 : 공기 분사기
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면 레이저를 이용하여 도광판을 가공하기 위한 장치가 제공되며, 도광판을 장착하는 테이블과, 상기 테이블의 상방에서 X축 및 Y축 양방향으로 왕복이동하는 XY 스테이지와, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진부와, 상기 레이저 발진부에 결합되며, 상기 레이저 발진부에 의해 발생된 레이저 빔을 확장하여 전송하는 빔 익스팬더와, 상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 설치되며, 상기 빔 확장 수단에 의해 확장 전송되는 레이저 빔을 X 스테이지 방향으로 반사하는 반사경과, 상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 의해 왕복 이동하며, 상기 반사경에 의해 반사된 레이저 빔을 상기 도광판 방향으로 집속하여 주사하는 레이저 헤드부를 포함한다.
본 발명의 제2측면에 따르면, 복수개의 도광판 장착부를 포함하는 테이블과, 상기 테이블의 상방에서 X축 및 Y축 양방향으로 왕복이동하는 XY 스테이지와, 레이저 빔을 발생시키는 복수개의 레이저 발진부와 상기 레이저 발진부에 각각 결합되며 상기 레이저 발진부에 의해 발생된 레이저 빔을 각각 확장하여 전송하는 복수개의 빔 확장 수단과, 상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 설치되며, 상기 빔 확장 수단에 의해 확장 전송되는 레이저 빔을 X 스테이지 방향으로 각각 반사하는 복수개의 반사경과, 상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 의해 왕복 이동하며, 상기 반사경에 의해 반사된 레이저 빔을 상기 도광판 방향으로 각각 집속하여 주사하는 복수개의 레이저 헤드부를 포함하는 도광판 가공 장치가 제공된다.
이 때, 상기 테이블을 회전시키는 모터를 더 포함하고 상기 테이블은 상기복수개의 도광판 장착부와 180도 회전 대칭인 복수개의 도광판 장착부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명토록 하며, 후술하는 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 4a 내지 도 4d는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 패턴형성장치의 사시도, 평면도, 정면도, 측면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 패턴형성장치는 도광판을 장착하는 회전 테이블(405)과, XY 스테이지(410)와, 상기 XY 스테이지에 X 및 Y 방향으로 왕복 이동 가능하도록 설치되어 레이저 빔을 발진하는 두 개의 레이저 발진부(415)와, 상기 레이저 발진부에 결합하여 레이저 빔을 집속하여 도광판에 주사하는 레이저 헤드(430)를 구비하고 있다.
먼저, 회전 테이블(405)은 도광판 가공 속도를 향상시키기 위해 네 개의 프레임(도광판 장착부)을 구비하고 있다. 이에 따라, 두 개의 레이저 헤드(430)의 하방에 장착된 두 개의 도광판이 동시에 가공되며, 전면에 위치한 나머지 두 개의 프레임에는 가공 중인 두 개의 도광판에 후속하여 가공될 도광판이 미리 장착된다.
도광판 가공이 완료되면, 회전 테이블(405)의 하부에 장착된 직접 구동 모터(Direct Drive Motor, 이하 "DD 모터"라 함)에 의해 회전 테이블을 180도 회전함으로써 가공이 완료된 두 개의 도광판이 전면으로 이동하고, 후속 가공될 도광판을 레이저 헤드(430)에 의한 가공 위치에 정치한다. 회전 테이블의 원주를 따라 세 개의 회전 테이블 가이드(420)가 설치되어 있으므로 회전 테이블이 180도 회전할때 일정한 회전면을 따라 상하 진동 없이 회전할 수 있다.
테이블 회전에 의해 가공 완료된 도광판이 장치의 전면으로 회전 이동함에 따라, 작업자에 의해 이를 수동으로 탈착하거나 핸들러 또는 여타 이송 장치에 의해 자동으로 탈착하여 이송할 수 있으며, 이어서 미가공 상태의 도광판을 전술한 바와 유사한 방법으로 장착할 수 있다.
한편, 회전 테이블(405)은 도시된 바와 같이 네 개의 도광판을 각각 안착하기 위한 프레임이 구비되고, 각 프레임 영역별로 도광판의 하부면을 진공 흡착하는 다수의 흡입공이 형성된다. 도광판의 진공 흡착을 위한 구성에 대한 상세한 사항은 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 후술한다.
XY 스테이지(410)는 회전 테이블(405)의 주변에 설치되어 레이저 발진부(415)를 회전 테이블(405)의 상방에서 테이블의 폭 방향(이하 "X축 방향"이라 함) 및 테이블의 길이 방향(이하 "Y축 방향"이라 함)으로 왕복 이동시킨다. 도 4b에 도시된 바와 같이 Y 스테이지는 Y축 이동을 위해 회전 테이블의 X축 방향 양단에 설치된 두 개의 리니어 모터 및 가이드로 구성되며, X 스테이지는 레이저 발진부(415)를 X 축 방향 이동시키는 하나의 리니어 모터 및 가이드로 구성되어 있다.
리니어 모터는 일반 회전형 모터에 비해 직선 구동력을 직접 발생시키기 때문에 볼 스크류, 벨트 또는 체인 등을 사용한 구동 메커니즘에 비하여 효율이 높을 뿐만 아니라, 두 개의 레이저 발진부(415)를 장착하여 이동시키는 경우에도 종래의 볼 스크류 또는 벨트 구동 방식과 달리 일정한 속도를 보장할 수 있다.
특히, 도 4a에 도시된 바와 같이 무거운 두 개의 레이저 발진부(415)를 장착하여 이동시키는데 있어서, Y 스테이지는 두 개의 레이저 발진부 및 X 스테이지의 하중을 부담하면서 이동하여야 하므로 하나의 리니어 모터로는 소정의 Y축 방향 이동 속도를 보장할 수 없다. 따라서, X축 방향 양단에 두 개의 리니어 모터를 설치하고 상기 두 개의 리니어 모터에 동일한 제어 신호를 동시에 인가하여 동기 제어(Synchronous Control)함으로써 소정의 이동 속도를 보장할 뿐만 아니라 양 리니어 모터의 이동 변위를 일치시킬 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 두 개의 레이저 발진부(415) 및 레이저 헤드(430)를 하나의 조립체로서 장착한 XY 스테이지의 경우에 두 개의 레이저 헤드(430)에 의해 두 개의 도광판이 동시에 패턴 가공되기 때문에, XY 스테이지의 실제 이동 범위는 하나의 도광판 영역만을 포함할 수 있으며 바람직하게는 소정의 마진 영역을 더 포함할 수 있다.
레이저 발진부(415)는 도광판의 소재로 통상적으로 채용되는 아크릴판 가공에 적합한 CO2 레이저를 사용하며, 발진된 레이저 빔은 레이저 발진부(415)에 결합된 레이저 헤드(430)에 입사된다.
레이저 헤드(430)는 레이저 발진부(415)로부터 입사된 레이저 빔을 100% 반사경에 의해 도광판의 가공 영역에 수직한 방향으로 반사하고, 빔 익스팬더에 의해 일정 직경의 평행광으로 확대한다. 이어서, 상기 빔 익스팬더에 의해 출력된 평행광은 대물 렌즈에 의해 도광판의 가공면에 초점이 형성되어 소정의 패턴을 식각한다. 레이저 헤드(430)의 구성은 도 8과 관련하여 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서 레이저 발진부(415)와 레이저 헤드(430)가 XY 스테이지에 함께 장착되어 레이저 발진부(415)와 대물렌즈의 경로차가 매우 작기 때문에 상기 빔 익스팬더를 생략할 수 있다. 따라서 이 때는 반사경에 의해 반사된 레이저 빔이 대물렌즈(focusing lens)에 의해 바로 수렴되어 가공면에 소정의 패턴을 식각한다.
도 5는 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 설명한 회전 테이블 가이드(420)를 도 4b의 BB' 방향에서 바라본 측면 형상을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 회전 테이블 가이드는 도 4b의 회전 테이블(405)의 주연부와 접하는 홈을 구비하여 회전 테이블이 일정한 회전면을 따라 상하 진동 없이 회전하도록 안내한다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전 테이블 구동 장치 및 진공 흡착 장치의 사시도, 평면도 및 측면도이며, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하고 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 회전 테이블 구동 장치는 전술한 회전 테이블(405) 및 가이드(420)와, 회전 테이블의 구동력을 발생시키는 직접 구동 모터(605), 회전 테이블(405) 및 모터(605)에 연결되어 모터의 구동력을 회전 테이블에 전달하는 축 부재(620)로 구성되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 두 개의 레이저 헤드에 의하여 두 개의 도광판에 동시에 패턴이 형성되므로, 회전 테이블(405)은 도시된 바와 같이 180도 회전할 때 대칭이 되도록 그 중심을 기준으로 각 사분면에 네 개의 도광판 설치 영역이 배치되어 있다. 만약 하나의 레이저 헤드를 사용하여 하나의 도광판을 가공하는경우에는 회전 테이블에 두 개의 도광판 장착부를 구비할 수 있으나, 이 때는 회전 테이블의 회전 영역에 대하여 두 개의 도광판 장착부가 차지하는 면적이 비율이 감소하여 공간 효율성이 저하될 수 있다. 또한, 세 개 이상의 레이저 헤드를 장착하여 세 개 이상의 도광판을 동시에 가공할 수 있으나, 이 경우에도 회전 테이블을 사용하면 장치의 공간 효율성이 저하될 수 있다.
따라서, 전술한 회전 테이블(405)은 네 개의 도광판 장착부를 구비하여, 두 개의 도광판에 대한 가공 작업과 가공이 완료된 도광판의 교체 작업이 동시에 수행될 수 있도록 구성하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 진공 흡착 장치는 회전 테이블(405)의 전면을 통해 네 개의 도광판 장착부별로 설치된 다수의 흡착공에 연결되어 상기 회전 테이블과 함께 회전하는 네 개의 관 부재(615)를 구비하며, 상기 네 개의 관 부재(615)는 축 부재(620)의 내부에 설치된 관 부재 연결부(635)에서 상호 연결된다. 관 부재 연결부(635)는 상기 네 개의 관 부재(615)를 각각 개폐하기 위한 밸브가 설치되며, 가공 중인 두 개의 도광판이 설치되는 영역과 대기 중인 두 개의 도광판이 설치되는 영역에 각각 대응하여 두 개의 관 부재(615)를 함께 개폐하기 위한 밸브 개폐 수단(640)이 구비되어 있다.
관 부재(625)는 축 부재(620)의 내부를 통하여 관 부재 연결부(635)와, 모터(605)의 하부에 설치된 진공 펌프 연결부(630)를 상호 연결한다. 즉, 직접 구동 모터(605)는 회전축 부재(620)의 외면과 결합하여 회전력을 전달하도록 구성될 수 있기 때문에, 회전축 부재의 내부를 통해 관 부재 연결부(635)와 진공 펌프연결부(630)를 상호 연결할 수 있다.
상기 진공 펌프 연결부(630)는 회전 가능한 관 부재(625)와의 기밀을 유지하기 위해 O-링 및 베어링 등을 통해 관 부재(625)와 연결되며, 양측으로 두 개의 진공 펌프를 연결하여 공기를 흡입할 수 있도록 구성된다. 진공 펌프 연결부(630)에 연결되는 두 개의 진공 펌프는 필요에 따라 상호 교대로 동작시키거나 두 개 중 하나 또는 둘 모두를 함께 동작시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 패턴형성장치의 구성을 도시하고 있다. 전술한 도면에서와 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하므로, 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서 두 개의 레이저 발진부(415)는 XY 스테이지(410)의 Y축 방향과 평행하게 설치되어 있으며, 대안으로서 Y축 방향과 일직선에 설치할 수 있다. 레이저 발진부(415)로부터 발진된 레이저 빔은 레이저 발진부(415)에 각각 결합되어 있는 빔 익스팬더(705)를 거쳐 일정 직경의 평행광으로 확대되어 출력된다. XY 스테이지(410)의 X 스테이지의 양단에는 빔 익스팬더(705)로부터 출력되는 레이저 빔의 경로를 X축 방향으로 변경하는 제1 반사경(100% 미러)(710)이 설치되며, 상기 제1 반사경은 Y축 방향으로 왕복 이동 가능하고 X축 방향으로 고정 설치된다.
XY 스테이지(410)의 X 스테이지에는 다운 콜리메이터(715), 제2 반사경(100% 미러)(720) 및 레이저 헤드(725)의 집합체가 X축 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 있다. 다운 콜리메이터(715)는 제1 반사경(710)으로부터 반사된 빔을 일정 직경의 평행광으로 변환하며, 빔 익스팬더(405)에 의하여 확대된 빔 직경을 소정의 크기로 축소할 수 있다. 제2 반사경(720)은 레이저 빔의 경로를 도광판의 가공면에 수직인 방향으로 변경한다. 이어서, 레이저 헤드(725)는 제2 반사경(720)에 의해 반사된 레이저 빔이 도광판의 가공면에 초점이 형성되도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서는 XY 스테이지(410)에 레이저 발진부(415)를 장착하지 아니하고 XY 스테이지(410)의 Y축 방향과 평행하게 고정 설치하며, 반사경(710)이 X 스테이지에 고정 설치되어 X 스테이지와 함께 Y축 방향으로 왕복 이동하면서 레이저 빔의 경로를 제공하고, 레이저 헤드(725)는 XY 스테이지(410) 상에서 X축 및 Y축 방향으로 이동하면서 식각 공정을 수행한다. 이 때, 도광판의 길이 및 폭이 증가함에 따라 레이저 발진부(415)와 레이저 헤드(725) 사이의 최단 경로와 최장 경로 사이에 상당한 거리차가 발생할 수 있다. 그러나, 레이저 발진부(415)에 빔 익스팬더(405)를 장착하여 레이저 빔을 평행광으로 성형하기 때문에, 빔 경로가 멀어지더라도 레이저 빔이 확산되는 것을 미연에 방지하여 빔 경로차에 따른 도광판 식각율의 편차를 감소시킬 수 있다. 또한, 빔 익스팬더(405)는 레이저 빔을 평행광으로 성형할 뿐만 아니라 레이저 빔의 직경을 확대하기 때문에, 레이저 발진기(415)와 반사경(710) 사이의 거리 및/또는 반사경(710)과 반사경(720) 사이의 거리가 멀어지더라도 반사경(710) 및 반사경(720)에 빔을 용이하게 조준할 수 있다.
한편, 도 7a에 도시되어 있지 않으나, 네 개의 도광판이 설치되는 테이블(405)은 제1 실시예에서와 같이 원형 회전 테이블을 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 레이저 헤드의 구성을 도시하고 있으며, 빔 익스팬더(805), 대물렌즈(810) 및 공기 분사기(Air Injection)(815)로 구성되어 있다.
빔 익스팬더(805)는 레이저 헤드에 입사되는 레이저 빔의 직경을 일정하게 확대하여 평행광으로 변환하며, 대물렌즈(810)는 상기 빔 익스팬더(805)에 의해 확대된 평행광의 초점이 도광판의 가공면에 형성되도록 하여 소정의 패턴을 식각한다. 한편, 빔 익스팬더(805)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
공기 분사기(815)는 레이저 빔에 의하여 도광판이 식각될 때 발생하는 연기를 제거하여 레이저 빔의 흡수 및/또는 산란을 방지하며, 도광판의 식각면을 냉각시키는 기능을 수행한다.
마지막으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 XY 스테이지의 동작을 도 9a 및 도 9b, 그리고 도 10과 관련하여 설명한다. 도 9a는 종래의 XY 스테이지의 방향별 속도 제어를 도시하고 있으며, 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 XY 스테이지의 방향별 속도 제어를 도시하고 있다. 도 10은 도 9b에 따라 방향별로 속도가 제어되는 XY 스테이지의 이동 궤적을 도시한 것이다.
도 9a를 참조하면, 종래의 XY 스테이지는 먼저 X 스테이지의 리니어 모터가 X 축 방향으로 일정한 속도로 이동하다가 미리 지정된 구간에 도달하면 정지하고(t1, t3), 이어서 Y 스테이지의 리니어 모터가 Y축 방향으로 지정된 거리만큼 이동한다(t1-t2, t3-t4). Y 스테이지의 이동이 완료되면(t2, t4), X 스테이지의 리니어 모터가 반대 방향으로 이동을 개시한다. 이에 따라, 종래의 XY 스테이지는 이동 구간의 양단에서 수직인 괘적을 나타낸다.
한편, 전술한 리니어 모터의 동작 개시 및 정지에 있어서 리니어 모터의 기계적 특성으로 인하여 도시된 바와 같이 각각 소정의 가속 구간 및 감속 구간이 존재하며, X 스테이지의 감속(가속) 시간 및 Y 스테이지의 이동 시간 동안에는 도광판에 패턴 가공을 할 수 없다.
도 9b를 참조하면, 본 발명에 따른 XY 스테이지는 X 스테이지의 리니어 모터가 이동 구간의 양단에서 일시 정지하지 아니하고 연속적으로 방향 전환을 한다(t1'-t3', t2'-t4'). 이에 따라, 감속 및 가속이 시간적으로 연속하여 이루어지며, Y 스테이지의 리니어 모터는 전술한 X 스테이지의 방향 전환 동안에 이동한다. 한편, 도 9b에는 설명의 편의를 도모하고자 X축 방향 전환 및 Y축 이동 시간이 완전히 일치하는 것으로 도시하였으나, 실질적으로는 포함 관계일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 XY 스테이지에서 Y 스테이지는 X 스테이지의 양단에 각각 하나씩의 리니어 모터를 구비하므로, X 스테이지 리니어 모터의 방향 전환 동안에 Y 스테이지의 리니어 모터를 안정적으로 이동시키는 것이 가능하다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 XY 스테이지는 점선으로 표시된 도광판 가공 영역의 좌우 양단에서 X축 방향 전환 및 Y축 방향 이동이 동시에 수행되기 때문에 종래의 XY 스테이지와 달리 곡선 형태의 이동 궤적을 취하고 있으며, 바람직하게는 원형이거나 타원 형태일 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 여타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 레이저를 이용한 도광판 가공 장치에 있어서 XY 스테이지에 장착되어 레이저 빔을 도광판의 가공면에 수직으로 주사하기 때문에 종래의 갈바노 스캐닝 방식에 따른 각종 왜곡 현상 및 드리프트 현상이 발생하지 않는다. 뿐만 아니라, 레이저 발진부에 빔 익스팬더가 부착되기 때문에, 레이저 빔 경로에 의한 효율 감소를 보상할 수 있으며 진동 등으로 인한 빔 오조준의 문제도 극복할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 도광판 가공 장치는 회전 테이블을 이용하여 복수개의 도광판을 가공함과 동시에 가공 완료된 도광판의 교체 작업을 동시에 수행할 수 있어서 도광판 교체로 인하여 발생하는 리드 타임을 절감할 수 있으며, XY 스테이지의 X축 방향 전환 및 Y축 이동이 동시에 수행되기 때문에 도광판 가공 시간도 함께 절감할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 단위 시간당 도광판 가공량을 상당히 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 도광판을 장착하는 테이블과,
    상기 테이블의 상방에서 X축 및 Y축 양방향으로 왕복이동하는 XY 스테이지와,
    레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진부와,
    상기 레이저 발진부에 결합되며, 상기 레이저 발진부에 의해 발생된 레이저 빔을 확장하여 전송하는 빔 익스팬더와,
    상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 설치되며, 상기 빔 확장 수단에 의해 확장 전송되는 레이저 빔을 X 스테이지 방향으로 반사하는 반사경과,
    상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 의해 왕복 이동하며, 상기 반사경에 의해 반사된 레이저 빔을 상기 도광판 방향으로 집속하여 주사하는 레이저 헤드부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 도광판 가공 장치.
  2. 복수개의 도광판 장착부를 포함하는 테이블과,
    상기 테이블의 상방에서 X축 및 Y축 양방향으로 왕복이동하는 XY 스테이지와,
    레이저 빔을 발생시키는 복수개의 레이저 발진부와,
    상기 레이저 발진부에 각각 결합되며, 상기 레이저 발진부에 의해 발생된 레이저 빔을 각각 확장하여 전송하는 복수개의 빔 확장 수단과,
    상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 설치되며, 상기 빔 확장 수단에 의해 확장 전송되는 레이저 빔을 X 스테이지 방향으로 각각 반사하는 복수개의 반사경과,
    상기 XY 스테이지의 X 스테이지에 의해 왕복 이동하며, 상기 반사경에 의해 반사된 레이저 빔을 상기 도광판 방향으로 각각 집속하여 주사하는 복수개의 레이저 헤드부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 도광판 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 테이블을 180도 회전시키는 모터를 더 포함하며,
    상기 테이블은 상기 복수개의 도광판 장착부와 180도 회전 대칭인 복수개의 도광판 장착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 도광판 가공 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 레이저 헤드부는 상기 반사경에 의해 반사된 레이저 빔을 평행광으로 성형하는 콜리메이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 도광판 가공 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 XY 스테이지는 X축 방향 이동을 위한 하나의 리니어 모터와, Y축 방향이동을 위한 두 개의 리니어 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 도광판 가공 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 XY 스테이지는 X축 방향 전환 및 Y축 이동을 함께 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 도광판 가공 장치.
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