KR100746209B1 - 레이저 패터닝 장치 - Google Patents

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KR100746209B1
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laser beam
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장호진
강현철
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주식회사 한광옵토
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Abstract

본 발명은 레이저 패터닝 장치에 관한 것으로서, 가공물에 레이저 빔을 사용하여 패턴을 형성시키는 장치에 있어서, 레이저 빔을 발진시키는 레이저발진기와, 레이저발진기로부터 발진된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할함과 아울러 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 조절하는 제 1 빔분할광학계와, 제 1 빔분할광학계로부터 분할된 두 개의 레이저 빔을 집속하여 가공물에 조사시키는 집속광학계를 포함하며, 제 1 빔분할광학계에 의해 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 변화시켜서 가공물에 조사되는 두 개의 레이저 빔간의 중첩 정도를 조절함으로써 가공물에 형성되는 패턴의 선폭을 조절하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 가공물에 대한 패턴의 선폭 가변이 가능하여 1 회 가공할 수 있는 선폭의 한계를 극복할 뿐만 아니라 이로 인해 생산성을 향상시키고, 단일의 레이저발진기를 이용하여 가공물의 서로 다른 부분에 패턴 형성을 동시에 가능하도록 하며, 가공물을 예열함으로써 가공시 가공부위의 온도가 가공에 필요한 임계값에 쉽게 도달하도록 하여 가공에 필요한 레이저 빔의 출력을 감소시켜서 낮은 소비 전력과 저가의 장비 구성이 가능하도록 하는 효과를 가지고 있다.

Description

레이저 패터닝 장치{APPARATUS FOR FORMING A PATTERN USING LASER BEAM}
도 1은 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치를 도시한 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치의 타원형 빔 익스팬더의 작용을 도시한 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 단일의 스팟을 이용하여 가공시 임계 가공 에너지 레벨과 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치를 사용하여 두 개의 스팟으로 가공시 임계 가공 에너지 레벨을 비교하기 위한 그래프이고,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치에 의한 패턴의 선폭이 조절되는 모습을 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 레이저발진기 120 : 제 1 빔분할광학계
121 : 제 1 반파장판 122 : 제 1 빔분할기
123 : 제 1 구동미러 124 : 제 1 미러회전수단
130 : 집속광학계 131 : 집광렌즈
132 : 제 2 구동미러 133 : 제 2 미러회전수단
140 : 제 2 빔분할광학계 141 : 제 2 반파장판
142 : 제 2 빔분할기 150 : 빔 익스팬더
151 : 타원형 빔 익스팬더 151a : 제 1 볼록렌즈
151b : 오목렌즈 151c : 제 2 볼록렌즈
152 : 방사형 빔 익스팬더 160 : 가공물이송수단
170 : 예열수단 171 : 히팅블록
172 : 반사판 180 : 빔경로조절계
181 : 반사미러 191 : 제어부
192 : 조작부
본 발명은 레이저 패터닝 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공물에 대한 패턴의 선폭 가변이 가능할 뿐만 아니라 단일의 레이저발진기를 이용하여 가공물의 서로 다른 부분에 대하여 동시에 패턴 형성을 가능하도록 하는 레이저 패터닝 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가공물에 대하여 레이저 빔을 이용한 패턴의 형성은 레이저 빔의 에너지를 열로 전환하여 사용하는 열적인 물질가공의 한 방법으로서, 레이저 빔의 높은 에너지 밀도를 이용하여 가공물의 표면을 각인 또는 변색시켜서 문자, 도형 등을 영구히 형성시키는 것을 말한다.
이와 같은 레이저 빔을 이용한 패터닝 장치는 가공물과 레이저발진기 사이에 마스크를 끼워 놓고 가공물을 이동시키면서 고출력으로 레이저 빔을 발진시킴으로써 마스크를 통과한 부위에만 패턴이 형성되도록 하는 마스크형과, 가공물의 마킹 위치에만 레이저 빔을 주사하여 원하는 형상의 패턴이 형성되도록 하는 스캔형으로 구분할 수 있다.
그러나, 종래의 마스크형의 레이저 패터닝 장치의 경우 가공물을 이동시키면서 패턴을 형성함으로써 생산량의 증대를 도모할 수 있으나, 가공이 필요치 않은 부분은 필연적으로 마스크에 가려지기 때문에 전체적으로 큰 레이저 빔의 발진을 위한 에너지를 필요로 하므로 소비 전력 및 가공비용이 상승하게 되며, 소음이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 종래의 스캔형의 레이저 패터닝 장치의 경우 가공물의 원하는 위치에 맞도록 레이저 빔을 주사하게 되므로 소비 전력과 가공비용을 낮출 수 있으나, 가공물을 일단 멈춘 상태에서 패턴을 형성시켜야 하므로 마스크형에 비하여 생산성이 낮으며, 패턴의 형성이 하나의 점에서만 이루어지므로 패턴의 형상이 복잡할수록 가공에 소요되는 시간이 증가하게 되는 문제점을 가지고 있으며, 가공이 이루어지는 레이저 빔의 초점 크기가 정해져 있기 때문에 1 회에 가공 가능한 선폭이 고정되어 있으므로 패턴의 선폭이 넓은 경우 1 회의 가공만으로는 원하는 선폭을 얻을 수 없으므로 2 회 내지 3 회 이상의 반복적인 가공이 필요하며, 이로 인해 생산성을 저하시키는 주요한 원인이 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적 은 가공물에 대한 패턴의 선폭 가변이 가능하여 1 회 가공할 수 있는 선폭의 한계를 극복할 뿐만 아니라 이로 인해 생산성을 향상시키고, 단일의 레이저발진기를 이용하여 가공물의 서로 다른 부분에 패턴 형성을 동시에 가능하도록 하며, 가공물을 예열함으로써 가공시 가공부위의 온도가 가공에 필요한 임계값에 쉽게 도달하도록 하여 가공에 필요한 레이저 빔의 출력을 감소시켜서 낮은 소비 전력과 저가의 장비 구성이 가능하도록 하는 레이저 패터닝 장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 가공물에 레이저 빔을 사용하여 패턴을 형성시키는 장치에 있어서, 레이저 빔을 발진시키는 레이저발진기와, 레이저발진기로부터 발진된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할함과 아울러 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 조절하는 제 1 빔분할광학계와, 제 1 빔분할광학계로부터 분할된 두 개의 레이저 빔을 집속하여 가공물에 조사시키는 집속광학계를 포함하며, 제 1 빔분할광학계에 의해 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 변화시켜서 가공물에 조사되는 두 개의 레이저 빔간의 중첩 정도를 조절함으로써 가공물에 형성되는 패턴의 선폭을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치를 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명 에 따른 레이저 패터닝 장치(100)는 가공물(1)에 패턴을 형성시키는 것으로서, 레이저발진기(110)와, 레이저발진기(110)로부터 발진된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할함과 아울러 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 조절하는 제 1 빔분할광학계(120)와, 제 1 빔분할광학계(120)로부터 분할된 두 개의 레이저 빔을 가공물(1)에 조사시키는 집속광학계(130)를 포함한다.
한편, 가공물(1)의 패턴을 형성하기 위하여 가공물(1)은 정지된 상태에서 본 발명의 레이저 패터닝 장치(100)를 이동시키는 방식으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 본 실시예에서처럼 레이저 패터닝 장치(100)가 고정된 상태에서 가공물이송수단(160)에 의해 직선방향으로 이송되는 가공물(1)에 패턴을 형성시킬 수 있다.
가공물이송수단(160)은 가공물(1)의 이송을 위하여 다양한 방식의 수단이 사용되는데, 예컨대, 컨베이어가 사용되거나, 모터의 회전력을 직선운동으로 변환시킴으로써 가공물(1)을 이송시키는 구성을 가지거나, 실린더의 압축 또는 팽창 행정에 의하여 가공물(1)을 이송시키는 구성을 가질 수 있다.
이 때, 제 1 빔분할광학계(120)에 의해 분할되어 두 개로 나뉘어지는 레이저 빔(a,b)의 중첩 정도에 따라 조절되는 패턴의 선폭은 가공물이송수단(160)에 의해 이송되는 가공물(1)의 이동방향에 직각을 이루는 것이 바람직하다.
가공물이송수단(160)에 의해 이송되는 가공물(1)의 이송경로상에 가공물을 예열하기 위하여 열을 가하는 예열수단(170)이 설치된다.
예열수단(170)은 일예로, 가공물이송수단(160)의 양측에 설치되어 이송되는 가공물(1)의 양측에 인접하도록 설치됨과 아울러 제어부(191)에 의해 제어되는 히 팅블록(171)이며, 히팅블록(171)의 외측에 열을 가공물(1)로 반사시키는 반사판(172)이 마련된다.
예열수단(170)은 가공물이송수단(160)의 양측에 설치됨으로써 이송되는 가공물(1)을 예열할 수 있도록 함으로써 예열을 위해 가공물(1)을 정지시키지 않아도 되므로 가공물(1)의 예열에 따른 생산성의 저하를 방지한다.
레이저발진기(110)는 레이저 빔을 발진시키는데, 이 때, 레이저 빔의 종류는 1064nm 파장대의 DPSS(Diode Pumped Solid State) Nd:YAG(Neodymium-Yttrium Aluminum Garnet) 레이저의 2차 고조파인 532nm laser를 사용하였다. 이는 파장이 짧을수록 그 에너지가 높은 빛의 특성을 이용하기 위함이다.
한편, 레이저발진기(110)로부터 발진되는 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할하는 제 2 빔분할광학계(140)를 더 포함하게 되며, 제 2 빔분할광학계(140)로부터 분할된 레이저 빔 각각이 제 1 빔분할광학계(120)에 의해 두 개로 분할되어 집속광학계(130)에 의해 가공물(1) 양측에 각각 조사되어 패턴을 형성하도록 하며, 이를 위해 제 1 빔분할광학계(120)와 집속광학계(130)가 각각 한 쌍씩 이루어진다.
제 2 빔분할광학계(140)는 레이저발진기(110)로부터 발진되는 레이저 빔의 편광축을 일치시키기 위한 제 2 반파장판(141)과, 제 2 반파장판(141)을 통과한 레이저 빔을 동일 비율로 두 개의 레이저 빔으로 분할하는 제 2 빔분할기(142)를 포함한다.
1064nm 파장대의 DPSS Nd:YAG 레이저의 2차 고조파인 532nm 레이저는 광학적인 편광의 방향이 존재함으로 정확한 분할을 위하여 제 2 반파장판(141)에 먼저 레 이저 빔이 입사된 후 실제 분할을 위한 제 2 빔분할기(142)로 입사된다.
제 2 빔분할기(142)를 통과함으로써 두 개로 분할되는 레이저 빔은 다수개의 반사미러(181)로 이루어지는 빔경로조절계(180)에 의해 제 1 빔분할광학계(120)로 입사되도록 경로가 조절된다.
한편, 제 2 빔분할광학계(140)는 응용 범위에 따라 레이저 빔을 선택적으로 분할할 수 있다.
또한, 빔경로조절계(180)와 제 1 빔분할광학계(120) 사이에 빔 익스팬더(beam expander; 150)가 설치될 수 있다.
빔 익스팬더(150)는 제 1 빔분할광학계(120)의 전단에 설치됨으로써 제 1 빔분할광학계(120)로 입사되는 레이저 빔의 사이즈와 그 형상을 조절하는데, 본 실시예에서 레이저 빔을 타원형 단면을 가지는 빔으로 확대시키되, 이러한 타원형이 가공물(1)에 형성되는 패턴의 선폭에 수직방향으로 장반경을 가지도록 하는 타원형 빔 익스팬더(151)와, 레이저 빔을 방사형 단면을 가지는 빔으로 확대시키는 방사형 빔 익스팬더(152)로 이루어지는데, 요구되는 패턴 가공의 종류에 따라 타원형 빔 익스팬더(151)와 방사형 빔 익스팬더(152) 중 어느 하나만이 사용될 수 있다.
타원형 빔 익스팬더(151)는 레이저 빔의 단일 방향 형상조절을 가능하게 위하여 사용되며, 세 장의 원통형 렌즈, 즉 제 1 볼록렌즈(151a), 오목렌즈(151b), 제 2 볼록렌즈(151c)로 이루어지는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 렌즈(151a,151b,151c)는 단일의 축방향으로만 곡률이 존재하므로 곡률이 존재하는 방향의 레이저 빔 사이즈만 변화시키며, 이에 수직인 축의 레이저 빔 사이즈는 입사 빔(c)에서 출사빔(d)까지 동일하게 유지되며, 이러한 이유에서 원형의 레이저 빔을 타원형 레이저 빔으로 변형시킬 수 있게 된다.
제 1 빔분할광학계(120)는 레이저발진기(110)로부터 발진된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔(a,b)으로 분할함과 아울러 두 개의 레이저 빔(a,b)이 이루는 각도를 조절한다.
제 1 빔분할광학계(120)는 제 2 빔분할광학계(140)로부터 분할된 레이저 빔의 편광축을 일치시키는 제 1 반파장판(121)과, 제 1 반파장판(121)을 통과한 레이저 빔을 다시 두 개의 레이저 빔(a,b)으로 분할하는 제 1 빔분할기(122)와, 제 1 빔분할기(122)에 의해 분할된 두 개의 레이저 빔(a,b)중 하나의 레이저 빔(a)을 반사시키는 제 1 구동미러(123)와, 제 1 구동미러(123)를 회전시킴으로써 분할된 두 개의 레이저 빔(a,b)이 이루는 각도를 조절하는 제 1 미러회전수단(124)을 포함한다.
제 1 빔분할광학계(120)는 제 2 빔분할광학계(140)에 의해 분할된 레이저 빔을 다시 두 개의 레이저 빔으로 분할하여 레이저 스팟을 근접하게 나란히 주사함으로써 빔 익스팬더(150)에 의한 레이저 빔 형상 변화의 한계를 극복하기 위한 것으로서, 제 1 미러회전수단(124)에 의해 회전하는 제 1 구동미러(123)는 두 개의 레이저 빔(a,b)의 간격을 정밀하게 조절하게 된다.
제 1 구동미러(123)는 그 회전축이 형성시키고자 하는 패턴의 선폭에 직교하는 방향으로 위치하는 축을 중심으로 회전한다.
제 1 미러회전수단(124)은 제 1 구동미러(123)의 회전을 위해 다양한 구동수 단이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 제어부(191)에 의해 회전각을 제어할 수 있는 모터가 사용된다.
집속광학계(130)는 제 1 빔분할광학계(120)로부터 두 개의 레이저 빔(a.b)을 집속하여 가공물(1)에 조사시키는데, 제 1 빔분할광학계(120)로부터 분할된 두 개의 레이저 빔(a,b)을 집속시키는 집광렌즈(131)와, 집광렌즈(131)에 의해 집속된 레이저 빔(a,b)을 가공물(1)에 조사되도록 반사시키는 제 2 구동미러(132)와, 제 2 구동미러(132)를 회전시킴으로써 가공물(1)상에 조사되는 레이저 빔(a,b)의 위치를 변환시키는 제 2 미러회전수단(133)을 포함한다.
제 2 구동미러(132)는 가공물(1)의 이동방향에 직각인 축을 중심으로 회전하도록 설치된다.
제 2 미러회전수단(133)은 제 2 구동미러(132)의 회전을 위해 다양한 구동수단이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 제어부(191)에 의해 회전각을 제어할 수 있는 모터가 사용된다.
이와 같은 구조로 이루어진 레이저 패터닝 장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
조작부(192)의 조작에 의해 제어부(191)로 조작신호가 입력됨으로써 제어부(191)는 조작신호에 따라 가공물(1)에 원하는 선폭의 패턴을 형성시키도록 가공물이송수단(160)을 구동시킴과 아울러 레이저발진기(110)로부터 레이저 빔이 발진되도록 제어하며, 빔 익스팬더(150) 및 제 1 및 제 2 미러회전수단(124,133)을 각각 제어한다.
레이저발진기(110)로부터 발진된 레이저 빔은 제 2 빔분할광학계(140) 및 빔경로조절계(180)에 의해 동일한 비율의 두 개의 레이저 빔으로 분할되어 각각 빔 익스팬더(150)로 조사된다.
이 때, 빔 익스팬더(150)에 의해 레이저 빔의 형상을 조절함으로써 가공물이송수단(160)에 의해 이송되는 가공물(1)에 형성시키고자 하는 패턴의 선폭을 조절하게 되는데, 만일, 선폭을 2 배로 늘리기 위해서는 종래의 원형 레이저 빔의 스팟만으로는 그 면적이 4 배로 늘려야만 직경이 2 배가 되므로 4 배의 에너지를 필요로 하는 반면, 타원형 빔 익스팬더(151)의 경우 패턴의 선폭에 직각방향으로 2 배만 늘이면 되므로 약 2 내지 2.5 배의 에너지만으로도 충분히 선폭을 2 배로 늘릴 수 있다. 한편, 패턴의 요구되는 가공 종류에 따라 타원형 빔 익스팬더(151)와 방사형 빔 익스팬더(152)를 동시에 또는 둘중 선택하여 사용할 수 있다. 따라서, 이를 통해서 기존의 원형 레이저 빔을 이용한 패턴의 가공 선폭에 비해 상대적으로 낮은 레이저 파워로도 동일한 가공이 가능해진다.
이러한 타원형 빔 익스팬더(151)는 제 1 볼록렌즈(151a)로 원형의 레이저 빔이 입사하게 되면 곡률방향의 레이저 빔 사이즈만 줄어들어 오목렌즈(151b)로 입사하게 된다. 이 때, 제 1 볼록렌즈(151a) 및 오목렌즈(151b)간의 거리에 따라 렌즈의 조합 굴절능이 바뀌므로 이에 의해 제 2 볼록렌즈(151c)를 향하는 레이저 빔의 곡률방향 발산각이 결정되며, 이를 조절하여 제 2 볼록렌즈(151c)로 입사되는 레이저 빔의 사이즈를 조절할 수 있다.
제 2 볼록렌즈(151c)로 입사된 빔은 발산 각이 존재하여 계속적으로 퍼지려 는 성질이 있으나, 역시 오목렌즈(151b)와 제 2 볼록렌즈(151c)의 거리에 따라 렌즈의 조합 굴절능이 바뀌므로 이를 적절히 조절하여 평행광으로 만들게 된다.
그러므로, 가공 선폭은 넓고, 에너지 밀도는 높여야 하는 장비의 특성상 타원형 빔 익스팬더(151)를 사용하여 한 방향으로만 스팟의 크기를 키우는 타원형 빔을 이용하여 높은 에너지 밀도와 넓은 선폭을 동시에 얻을 수 있도록 구현하였다. 이 때, 타원형 빔의 넓은 장축방향은 초점이 맺히게 되면 폭이 좁아지며, 단축방향은 상대적으로 폭이 길어지게 된다.
한편, 레이저 빔은 특성상 중앙부분은 에너지 밀도가 높고 주변부분은 에너지 밀도가 낮기 때문에 광학적으로 레이저 빔을 타원형 또는 방사형으로 늘여서 에너지를 분산시키는 것에 한계가 있다. 따라서, 제 1 빔분할광학계(120)에 의해 두 개의 레이저 빔 스팟을 근접하도록 나란히 주사함으로써 이러한 빔 익스팬더(150)에 의한 한계를 극복할 수 있다.
또한, 도 4a에 도시된 바와 같이, 종래 단일 스팟을 이용한 레이저 패터닝 장비에서는 일반적으로 가우시안 분포를 띄는 레이저의 에너지 분포 특성으로 인하여 에너지를 높일수록 가공면적도 넓어지지만 임계 가공 에너지 레벨의 중앙부분이 상대적으로 과도하게 높아져서 필요 이상의 가공이 이루어지게 되는 반면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 패터닝 장치에 의해 두 개의 스팟을 이용하는 경우 종래 단일 스팟을 이용하게 되는 단점을 보완하여 필요 이상의 에너지를 되도록이면 가공면적의 확장에 기여하도록 하며, 단일 스팟일 때 선폭(d1)보다 두 개의 스팟일 때 선폭(d2)의 확장 및 가변이 저비용으로 용이하게 구현할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1 빔분할기(122)에 의해 두 개로 분할된 레이저 빔(a,b)중 어느 하나(a)를 제 1 미러회전수단(124)의 구동에 의해 회전하는 제 1 구동미러(123)로 반사시킴으로써 두 개의 레이저 빔(a,b)간의 간격, 즉 각도를 정밀하게 조절하여 집광렌즈(131) 및 제 2 구동미러(132)에 의해 가공물(1)의 표면에 초점이 맺히면서 패턴(p) 가공이 이루어질 때 가공물(1)에 조사되는 두 개의 레이저 빔(a,b)간의 중첩 정도가 조절되도록 하여 낮은 레이저의 파워로도 가공물(1)에 형성되는 패턴(p)의 선폭을 조절하게 된다. 이 때, 제 2 미러회전수단(133)의 구동에 의해 제 2 구동미러(132)는 회전하여 가공물(1)상에 입사되는 레이저 빔(a,b)의 위치를 조절하게 된다.
한편, 집광렌즈(131)는 레이저 가공을 위해서 좁은 영역에 높은 에너지 밀도를 얻도록 한다. 이 때의 초점 스팟의 사이즈는 단위면적당 에너지 밀도와 밀접한 관련이 있기 때문에 매우 중요한 팩터이며, 이를 구하는 식은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112006050824740-pat00001
여기서,
Figure 112006050824740-pat00002
는 스팟 사이즈(직경)이고,
Figure 112006050824740-pat00003
는: 레이저의 파장이고,
Figure 112006050824740-pat00004
는 렌즈의 초점거리이고,
Figure 112006050824740-pat00005
은 렌즈로 입사되는 레이저 빔의 직경이고,
Figure 112006050824740-pat00006
는 레이저의 빔 품질 팩터인데, 수학식 1에서 보면 입사되는 레이저 빔의 사이즈가 크면 클 수록 작은 스팟을 얻을 수 있게 되며, 작은 스팟은 그 만큼 단위면적당 에너지 밀도를 높이는 결과를 얻게 됨을 알 수 있다.
또한, 레이저발진기(110)로부터 발진되는 레이저 빔이 제 1 빔분할광학계(120)로 입사되기 전에 제 2 빔분할광학계(140)에 의해 두 개의 레이저 빔으로 분할함으로써 가공물(1)의 양측에 패턴 가공을 동시에 할 수 있도록 하여 레이저 파워의 이용 효율을 증대시킨다.
한편, 가공물(1)은 레이저 빔으로 가공되기 위한 위치로 이송되기 전에 예열수단(170)의 히팅블록(171)에 의해 멈추지 않고서도 가공 임계온도 부근까지 도달하도록 가열되며, 이로 인해 레이저 빔만으로 가공을 하던 종래에 비하여 낮은 에너지 출력으로도 고속의 가공이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치는 가공물에 대한 패턴의 선폭 가변이 가능하여 1 회 가공할 수 있는 선폭의 한계를 극복할 뿐만 아니라 이로 인해 생산성을 향상시키고, 단일의 레이저발진기를 이용하여 가공물의 서로 다른 부분에 패턴 형성을 동시에 가능하도록 하며, 가공물을 예열함으로써 가공시 가공부위의 온도가 가공에 필요한 임계값에 쉽게 도달하도록 하여 가공에 필요한 레이저 빔의 출력을 감소시켜서 낮은 소비 전력과 저가의 장비 구성이 가능하도록 하는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 레이저 패터닝 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이 하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 가공물에 레이저 빔을 사용하여 패턴을 형성시키는 장치에 있어서,
    레이저 빔을 발진시키는 레이저발진기와,
    상기 레이저발진기로부터 발진된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할함과 아울러 상기 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 조절하는 제 1 빔분할광학계와,
    상기 제 1 빔분할광학계로부터 분할된 두 개의 레이저 빔을 집속하여 상기 가공물에 조사시키는 집속광학계를 포함하며,
    상기 제 1 빔분할광학계에 의해 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 변화시켜서 상기 가공물에 조사되는 두 개의 레이저 빔간의 중첩 정도를 조절함으로써 상기 가공물에 형성되는 패턴의 선폭을 조절하는 것
    을 특징으로 하는 레이저 패터닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할하는 제 2 빔분할광학계를 더 포함하고,
    상기 제 2 빔분할광학계로부터 분할된 레이저 빔 각각이 두 개로 분할되어 상기 가공물 양측에 각각 조사되어 패턴을 형성하도록 상기 제 1 빔분할광학계와 상기 집속광학계가 각각 한 쌍씩 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 레이저 패터닝 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 빔분할광학계는,
    레이저 빔의 편광축을 일치시키는 제 1 반파장판과,
    상기 제 1 반파장판을 통과한 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할하는 제 1 빔분할기와,
    상기 제 1 빔분할기에 의해 분할된 두 개의 레이저 빔중 하나의 레이저 빔을 반사시키는 제 1 구동미러와,
    상기 제 1 구동미러를 회전시킴으로써 분할된 두 개의 레이저 빔이 이루는 각도를 조절하는 제 1 미러회전수단
    을 포함하는 레이저 패터닝 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 집속광학계는,
    상기 제 1 빔분할광학계로부터 분할된 두 개의 레이저 빔을 집속시키는 집광렌즈와,
    상기 집광렌즈에 의해 집속된 레이저 빔을 상기 가공물에 조사되도록 반사시키는 제 2 구동미러와,
    상기 제 2 구동미러를 회전시킴으로써 상기 가공물상에 조사되는 레이저 빔 의 위치를 변환시키는 제 2 미러회전수단
    을 포함하는 레이저 패터닝 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 빔분할광학계의 전단에 설치되며, 상기 제 1 빔분할광학계로 입사되는 상기 레이저 빔의 형상을 조절하는 빔 익스팬더
    를 더 포함하는 레이저 패터닝 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 빔 익스팬더는,
    레이저 빔을 타원형 단면을 가지는 빔으로 확대시키되, 상기 타원형이 가공물에 형성되는 패턴의 선폭에 수직방향으로 장반경을 가지도록 하는 타원형 빔 익스팬더인 것
    을 특징으로 하는 레이저 패터닝 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 빔 익스팬더는,
    레이저 빔을 방사형 단면을 가지는 빔으로 확대시키는 방사형 빔 익스팬더인 것
    을 특징으로 하는 레이저 패터닝 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가공물을 이동시키는 가공물이송수단과,
    상기 가공물이송수단에 의해 이송되는 가공물의 이송경로상에 설치되며, 상기 가공물을 예열하도록 열을 가하는 예열수단
    을 더 포함하는 레이저 패터닝 장치.
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