KR100998484B1 - 레이저 빔의 광경로 거리가 일정한 도광판 레이저 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저로 도광판을 가공함에 있어 광경로를 일정하게 유지함으로써 고품질의 도광판을 제공할 수 있는 도광판 레이저 가공장치에 관한 것으로, 레이저 빔을 반사하는 복수의 반사경과, 레이저 조사부가 광경로 거리를 늘이는 방향으로 이송될 때 상기 광경로 거리를 줄이는 방향으로 이송되는 경로조정블럭을 포함하되, 복수의 반사경 중 적어도 하나는 경로조정블럭에 설치된 레이저 전달부를 구비한 것을 특징으로 하며, 레이저 빔이 진행하는 전체 광경로 거리를 일정하게 유지할 수 있다.

Description

레이저 빔의 광경로 거리가 일정한 도광판 레이저 가공장치 {APPARATUS FOR PROCESSING LIGHT GUIDE PLATE WITH LASER HAVING UNIFORM LENGTH OF TRAVEL PATH OF LASER BEAM}

본 발명은 액정표시장치용 도광판의 가공에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저로 도광판을 가공함에 있어 광경로를 일정하게 유지함으로써 고품질의 도광판을 제공할 수 있는 도광판 레이저 가공장치에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 자기발광성이 없으므로 별도로 발광원이 필요하게 된다. 이와 같은 발광원은 액정패널의 후면에 배치되어 액정패널을 투과하여 빛을 조사하므로, 흔히 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)이라고 불린다.

백라이트 유닛은 면광원으로서 기능하는 것이 이상적이지만, 전면에 걸쳐 균일한 휘도를 가진 면광원을 구현하는 것은 기술적으로 어려운 일이므로, 냉음극 형광램프(CCFL)나 발광다이오드(LED)와 같은 선광원 또는 점광원에 유사한 광원으로부터 조사되는 빛을 확산시켜 면광원에 가까운 상태로 조정하는 방식이 사용된다. 여기서 빛의 확산을 위해 중요한 역할을 하는 것이 도광판(Light Guide Plate, LGP)이다.

도광판은 보통 아크릴 수지로 된 판재로서, 측면 또는 저면에 배치된 광원으로부터 조사되는 빛이 전면을 향해 균일하게 확산되도록 소정의 패턴이 형성되어 있다. 이 패턴은 빛을 반사하거나, 굴절시킴으로써 소기의 목적을 달성하게 되는데, 패턴의 형태에 따라 도광판 전면에서의 휘도 균일성이 결정된다. 따라서 도광판의 패턴은 점차 복잡하고 정밀한 것이 요구되고 있으며, 표시장치의 대면적화에 따라 패턴 형성에 소요되는 시간을 단축하는 것도 시급한 과제로 대두되고 이다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해 레이저 빔를 이용하여 아크릴 판재에 패턴을 형성하는 기술들이 개발되고 있다.

도 8은 종래 기술에 따라 레이저로 도광판에 패턴을 형성하는 도광판 가공장치의 일례를 나타낸 개략 평면도로서, 특허 제460790호의 일 도면을 도시한 것이다.

종래 기술에 따른 도광판 가공장치는 상대적으로 고정된 Y축 가이드레일(62)과, Y축 가이드레일을 따라 이동되는 X축 가이드레일(61)과, X축 가이드레일에 고정된 제1 미러(58)와, X축 가이드레일을 따라 이동되는 제2 미러(59)를 포함한다. 이와 같은 구성에서 레이저 시스템(53)이 제1 미러(58)를 향해 레이저 빔을 조사하면, 레이저 빔은 제1 미러(58)에서 제2 미러(59)를 향해 반사되고, 제2 미러(59)에서 다시 반사된 레이저 빔은 제2 미러(59) 하방에 위치한 도광판(41)에 도달하여 도광판(41)에 소정의 도광패턴부(45)가 형성된다.

도광판(41)의 전면에 걸쳐 도광패턴부(45)를 형성하기 위해, X축 가이드레일(61) 및 이에 고정된 제1 미러(58)는 Y축 가이드레일(62)을 따라 이동하여야 하며, 제2 미러(59)는 X축 가이드레일(61)을 따라 이동하여야 한다. 반면, 레이저 시스템(53)과 도광판(41)은 상대적으로 고정적인 위치를 유지하므로, 레이저 시스템(53)으로부터 도광판(41)에 이르는 레이저 빔의 광경로는 수시로 변화하게 된다.

이와 같이 레이저 빔의 광경로가 바뀌면, 도광판(41)에 도달할 때 레이저 빔의 단면 직경이 변화하게 된다. 예컨대 광경로가 길어지면 레이저 빔이 더 확산되므로 그 단면 직경 또한 커지게 되는 것이다. 레이저 빔의 단면 직경 변화는 도광패턴부(45)의 크기를 변화시키며, 한편으로는 에너지밀도의 감소에 따라 도광패턴부(45)의 깊이마저 변화하게 된다. 결과적으로, 형성하고자 했던 패턴과는 조금씩 다른 크기와 깊이를 가진 패턴이 도광판 상에 형성되므로, 가공이 완료된 도광판의 품질 균일성이 떨어진다는 문제점이 생긴다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 빔의 광경로를 일정하게 유지함으로써 도광판의 전면에 걸쳐 균일한 패턴을 형성할 수 있는 도광판 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 간단한 구조와 제어체계를 가지고 광경로를 일정하게 유지하도록 함으로써 제작 과정 뿐만 아니라 유지보수를 용이하게 할 수 있는 도광판 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치는, 프레임과, 레이저 빔을 생성하며 상기 프레임에 고정설치된 레이저 발진부와, 상기 프레임 상에서 직선왕복 이송되면서 상기 레이저 발진부로부터 레이저 빔을 전달받아 조사하여 가공대상인 도광판에 미리 정해진 패턴을 형성하기 위한 레이저 조사부와, 상기 레이저 출력부와 레이저 발진부 사이에서 상기 레이저 빔의 전달경로를 형성하는 레이저 전달부와, 상기 프레임 상에서 상기 레이저 조사부의 이송방향과 교차하는 방향으로 직선왕복 이송되며 상기 가공대상인 도광판을 지지하는 이송정반을 포함하며, 상기 레이저 전달부는, 상기 레이저 빔을 반사하는 복수의 반사경과 상기 레이저 조사부가 광경로 거리를 늘이는 방향으로 이송될 때 상기 광경로 거리를 줄이는 방향으로 이송되는 경로조정블럭을 포함하되, 상기 복수의 반사경 중 적어도 하나는 상기 경로조정블럭에 설치된 것을 특징으로 한다. 이와 같이 레이저 조사부와 경로조정블럭의 상대적인 이송에 따라 레이저 빔이 진행하는 전체 광경로 거리가 일정하게 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치는, 상기 레이저 전달부의 경로조정블럭은 상기 레이저 조사부와 평행한 직선 상에서 반대방향으로 이송되고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 0°라고 할 때 상기 레이저 전달부의 복수의 반사경은, 상기 프레임에 설치되어 상기 레이저 발진부에서 출사된 상기 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제1 반사경과, 상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제1 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제2 반사경과, 상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제2 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제3 반사경과, 상기 프레임에 설치되어 상기 제3 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제4 반사경과, 상기 프레임에 설치되어 상기 제4 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제5 반사경과, 상기 레이저 조사부에 설치되어 상기 제5 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제6 반사경을 포함하고, 상기 제1 반사경, 제2 반사경, 제3 반사경, 제4 반사경 및 제5 반사경은 동일한 하나의 평면 내에서 상기 레이저 빔을 반사하며, 상기 제6 반사경은 상기 평면에 수직한 평면으로 상기 레이저 빔을 반사하는 것으로 구체화되는 것이 바람직하다.

또는 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치는, 상기 레이저 전달부의 경로조정블럭은 상기 레이저 조사부와 동일 직선 상에서 동일한 방향으로 이송되고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 0°라고 할 때 상기 레이저 전달부의 복수의 반사경은, 상기 프레임에 설치되어 상기 레이저 발진부에서 출사된 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제1 반사경과, 상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제1 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제2 반사경과, 상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제2 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제3 반사경과, 상기 레이저 조사부에 설치되어 상기 제3 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제4 반사경을 포함하고, 상기 제1 반사경, 제2 반사경 및 제3 반사경은 동일한 하나의 평면 내에서 상기 레이저 빔을 반사하며, 상기 제4 반사경은 상기 평면에 수직한 평면으로 상기 레이저 빔을 반사하는 것으로 구체화될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치는, 상기 레이저 전달부의 경로조정블럭은 상기 레이저 조사부와 직각인 직선 상에서 이송되고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 0°라고 할 때 상기 레이저 전달부의 복수의 반사경은, 상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 레이저 발진부로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제1 반사경과, 상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제1 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제2 반사경과, 상기 프레임에 설치되어 상기 제2 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제3 반사경과, 상기 레이저 조사부에 설치되어 상기 제3 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제4 반사경을 포함하고, 상기 제1 반사경, 제2 반사경 및 제3 반사경은 동일한 하나의 평면 내에서 상기 레이저 빔을 반사하며, 상기 제4 반사경은 상기 평면에 수직한 평면으로 상기 레이저 빔을 반사하는 것으로 구체화될 수도 있다.

본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 경로조정블럭의 이송 속도는 상기 레이저 조사부의 이송 속도의 1/2인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 레이저 조사부 및 경로조정블럭은 각각 벨트 구동, 볼스크류 구동, 랙 앤 피니언 구동 및 리니어모터에 의한 구동 중 선택된 하나의 구동방식에 의해 이송되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 레이저 조사부 및 경로조정블럭은 각각 한 쌍의 풀리 사이에 걸쳐진 타이밍 벨트에 고정되어 있음으로써 이송되는 것이 바람직하며, 나아가서, 상기 레이저 조사부가 고정된 구동측 벨트는 제1 풀리와 제2 풀리 사이에 걸쳐 있고, 상기 경로조정블럭이 고정된 종동측 벨트는 제3 풀리와 제4 풀리 사이에 걸쳐 있으며, 상기 제1 풀리는 구동모터에 의해 회전구동되고, 상기 제2 풀리 및 제3 풀리는 일체로 회전하되, 상기 제2 풀리의 직경이 상기 제3 풀리의 직경의 2배이며, 상기 제3 풀리와 제4 풀리 사이의 거리는 상기 제1 풀리와 제2 풀리 사이의 거리의 1/2 이상이며, 상기 레이저 조사부와 상기 경로조정블럭은 구동측 벨트의 긴장측 및 종동측 벨트의 긴장측에 각각 고정되거나, 구동측 벨트의 이완측 및 종동측 벨트의 이완측에 각각 고정된 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 레이저 조사부가 이동하더라도 레이저 발진부로부터의 광경로는 일정하게 유지될 수 있으며, 그 결과 도광판의 전면에 걸쳐 균일하고 정확한 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.

또한 레이저의 광경로를 조정하기 위한 경로조정블럭은, 레이저 조사부에 연동하여 직선왕복이송되므로, 간단한 구동계통 및 제어계통 만으로, 광경로를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치를 제작하는 것은 물론 유지보수를 위한 노력, 시간 및 비용을 현저히 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 제1 실시예의 평면도,
도 2는 도 1의 실시예의 정면도,
도 3은 도 1의 실시예의 좌측면도,
도 4는 도 1의 실시예의 평면 상세도,
도 5는 도 1의 실시예의 광경로의 변화를 설명하는 개략 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 제2 실시예의 광경로 변화를 설명하는 개략 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 제3 실시예의 광경로 변화를 설명하는 개략 평면도,
도 8은 종래 기술에 따른 도광판 가공장치의 일례를 도시한 개략 평면도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 제1 실시예의 평면도이고, 도 2는 도 1의 실시예의 정면도이며, 도 3은 도 1의 실시예의 좌측면도이고, 도 4는 도 1의 실시예의 평면 상세도이다.

프레임(10)은 다른 구성들을 지지하기 위한 것으로, 그 형태나 재질, 구조는 통상의 기술에 의해 필요에 따라 구현할 수 있다.

레이저 발진부(50)는 레이저 빔을 생성하여 외부로 출사시키며, 이 레이저 빔이 결국 레이저 조사부(300)에 도달하여 아크릴판과 같은 가공대상에 조사됨으로써 미리 정해진 광학 패턴을 아크릴판에 형성하고, 그 결과로 아크릴판을 도광판으로 제조할 수 있게 된다. 레이저 발진부(50)는 프레임(10)에 대해 고정 설치되어 있다.

레이저 조사부(300)는 레이저 발진부(50)에서 출사된 레이저 빔을 전달받아 아크릴판 등으로 조사되도록 한다. 아크릴판의 판면 전체에 걸쳐 레이저 빔을 조사할 수 있도록, 레이저 조사부(300)는 프레임(10)에 대해 일방향으로 직선왕복 이송되도록 설치된다. 한편 가공대상인 아크릴판은 레이저 조사부(300)의 이송방향과 실질적으로 직각되는 방향으로 이송되며, 이로써 아크릴판의 전면에 걸쳐 패턴을 형성할 수 있게 된다. 따라서 가공대상인 아크릴판을 지지하는 이송정반(40)은 프레임(10)에 대해 직선왕복 이송되도록 설치된다.

이와 같이 프레임(10)에 대해 고정설치된 레이저 발진부(50)로부터, 프레임(10)에 대해 직선왕복 이송되는 레이저 조사부(300)에 이르기까지 레이저 빔을 원활히 전달하기 위해 레이저 전달부가 구비되는데, 레이저 전달부는 복수의 반사경(110,120,130,140,150,160)과, 경로조정블럭(200)을 포함한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 예에서 반사경(110,120,130,140,150,160)은 모두 6개가 구비되는데, 제1 반사경(110) 내지 제6 반사경(160)이 그것이다. 또한 경로조정블럭(200)은 레이저 조사부(300)와 대체로 평행한 선을 따라 직선왕복 이송되도록 설치되며, 제2 반사경(120) 및 제3 반사경(130)이 경로조정블럭(200)에 설치되어 있다. 제6 반사경(160)은 레이저 조사부(300)에 설치되어 있으며, 나머지 제1 반사경(110), 제4 반사경(140), 제5 반사경(150)은 프레임(10) 상에 설치되어 있다.

이들 반사경(110,120,130,140,150,160) 사이의 배치관계를 통해 레이저 발진부(50)로부터 레이저 조사부(300)에 이르기까지 레이저 빔의 전체 광경로를 도 4에 도시된 평면 상세도의 도면방향을 기준으로 하여 상세히 살펴보면, 우선 레이저 발진부(50)는 프레임(10)의 좌상단에 배치되어 도면기준 하방을 향해 레이저 빔을 출사시키며, 제1 반사경(110)은 레이저 발진부(50)의 전단에 위치하여 레이저 빔을 직각으로 반사시킨다. 레이저 빔이 제1 반사경(110)으로 입사될 때의 진행방향을 0°라고 하면, 제1 반사경(110)은 레이저 빔을 -90°방향으로 전환하여 진행시키는 것이다. 여기서 수치 앞에 붙는 (-)부호는 반시계 방향으로의 방향전환을 의미하며, (+)부호는 시계방향으로의 방향전환을 의미한다.

제1 반사경(110)에서 -90°진행방향이 변경된 레이저 빔은 제2 반사경(120)에 도달하며, 제2 반사경(120)은 레이저 빔의 진행방향을 +90°변경시켜 제3 반사경(130)을 향해 진행하도록 한다. 제3 반사경(130)은 다시 레이저 빔의 진행방향을 +90°변경하여 제4 반사경(140)을 향해 진행시키며, 제4 반사경(140)은 레이저 빔의 진로를 -90°방향전환하여 제5 반사경(150)을 향해 진행시키고, 제5 반사경(150) 역시 레이저 빔의 진로를 -90°방향전환하여 제6 반사경(160)을 향해 진행시키며, 제6 반사경(160)은 레이저 빔의 진로를 연직하방으로 변경하여 가공대상인 아크릴판을 향해 진행시킨다. 앞서 제1 반사경(110)으로부터 제5 반사경(150)에 이르기까지, 각 반사경에서 레이저 빔을 하나의 동일한 평면 내에서 반사시키지만, 제6 반사경(160)은 이 평면에 수직한 평면으로 레이저 빔을 진행시킨다. 즉, 도 4에서 제1 반사경(110) 내지 제5 반사경(150)에 의한 레이저 빔의 반사는 모두 도면과 같은 평면 상에서 이루어진 것이지만, 제6 반사경(160)에서의 반사는 도면을 위에서 아래로 뚫고 진행하는 방향이라고 할 수 있다. 이는 제6 반사경(160)에서의 반사가 레이저 빔을 최종적으로 가공대상으로 유도하기 위한 것인 반면, 제1 반사경(110) 내지 제5 반사경(150)에서의 반사는 레이저 빔의 광경로 거리를 조정하기 위한 것이기 때문이다.

이상에서, 제1 반사경(110) 내지 제5 반사경(150)에 의한 각 반사의 각을 더한 값은 (-90°)+(+90°)+(+90°)+(-90°)+(-90°)= (-90°)로서, 이는 곧 레이저 발진부(50)의 레이저 빔의 출사방향을 기준으로 하여 0°라고 할 때, 레이저 조사부(300)에 입사되는 레이저 빔은 -90°방향, 즉 좌측 직각 방향으로 진행하고 있음을 의미한다. 따라서 애초에 레이저 발진부(50)가 다른 위치에 배치된다면 각도 합계의 값과 반사경의 수는 바뀔 수 있다. 예컨대, 레이저 발진부(50)가 도 4의 도면방향을 기준하여 레이저 조사부(300)의 이송경로와 평행하며 그 상방에 위치한 지점에서 좌측방향으로 레이저를 출사하는 경우, 제1 반사경(110)의 상방에 위치하여 이 레이저 빔을 -90°방향전환하여 제1 반사경(110)을 향해 진행시키는 추가적인 반사경이 필요하며, 각 반사경에서의 방향전환 각도의 합은 -180°(이 값은 결과적으로는 +180°와 동일한 값이지만 방향전환의 과정을 고려하여 부호를 부기한다)가 되는 식이다.

이와 같은 구성에서, 레이저 조사부(300)가 도 4의 도면방향을 기준으로 하여 우측으로 이송되면, 제5 반사경(150)과 제6 반사경(160) 사이의 거리가 멀어지게 되는데, 이때 경로조정블럭(200)이 도면을 기준으로하여 좌측으로 이송되면, 제1 반사경(110)과 제2 반사경(120) 사이의 거리 및 제3 반사경(130)과 제4 반사경(140) 사이의 거리가 줄어들게 된다. 따라서 레이저 조사부(300)가 임의의 속도로 이송되는 동안, 경로조정블럭(200)을 그 반대방향으로 1/2의 속도로 이송시키면, 제1 반사경(110) 내지 제6 반사경(160)을 거치는 전체 광경로 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 이점에서, 경로조정블럭(200)이 이송될 수 있는 전체 범위는 레이저 조사부(300)가 이송되는 전체 거리의 최소 1/2 이상이면 충분하다는 것을 알 수 있다.

경로조정블럭(200)와 레이저 조사부(400)의 이송속도 사이의 관계를 도 5를 참조로 살펴보면, 도 5의 (a) 상태에서 레이저 조사부(300)가 우측으로 2l의 거리만큼 이송되어 도 5의 (b)와 같은 위치로 가게 되면, 그 사이 경로조정블럭(200)은 좌측으로 l의 거리만큼 이송되어 도 5의 (b)와 같은 위치로 가게 된다. 그러면, 도 5에서 점선으로 표시된 레이저 빔이 지나가는 전체 광경로 거리는 도 5의 (a)인 상태와 (b)인 상태에 불문하고 일정한 값으로 유지된다.

이상과 같은 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200)의 각 이송속도 사이의 비율은, 레이저 빔의 전체 광경로 상에 경로조정블럭(200)이 하나만 배치된 경우에 성립되는 것이다. 본 발명의 작동원리를 이해한다면 레이저 빔의 광경로 상에 경로조정블럭이 2개 이상 설치될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어 레이저 빔의 광경로 상에 경로조정블럭이 2개 배치된 경우, 각 경로조정블럭의 이송속도은 레이저 조사부의 이송속도의 1/4이 되면 충분하다. 보다 일반화하자면, 복수의 경로조정블럭이 광경로 상에 배치된 경우, 각 경로조정블럭의 이송속도를 합한 값이 레이저 조사부의 이송속도의 1/2이면 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치에서 광경로 거리를 일정하게 유지할 수 있는 것은, 레이저 조사부(300)가 광경로를 늘이는 방향으로 이송될 때, 광경로 상에 배치되어 있는 경로조정블럭(200)은 광경로를 줄이는 방향으로 이송시키고, 반대로 레이저 조사부(300)가 광경로를 줄이는 방향으로 이송될 때에는 경로조정블럭(200)을 광경로가 늘어나는 방향으로 이송시키기 때문이다. 따라서, 이와 같은 작동원리에 따른다면 도 1 내지 도 4에 도시된 제1 실시예와 다른 구조로도 본 발명의 목적을 달성하는 것이 가능하다. 예컨대 아래에 설명하는 바와 같은 제2 실시예 및 제3 실시예 또한 지금까지 설명한 제1 실시예와 작동원리가 동일하다.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 제2 실시예 및 제3 실시예의 평면도로서, 도 5에 대비하여 반사경의 수나 배치, 그리고 경로조정블럭(200)의 배치가 다른 예를 도시하고 있다.

도 6에 도시된 제2 실시예에서는 반사경이 도합 4개 사용되고 있다. 또한 경로조정블럭(200A)은 레이저 조사부(300)와 동일한 직선 상에서, 서로 동일한 방향으로 직선왕복 이송된다. 즉, 경로조정블럭(200A)은 레이저 조사부(300)의 이송경로를 연장한 연장선 상에서 이송되는 것이다.

제1 반사경(110A)은 레이저 발진부(50)에서 출사된 레이저 빔을 +90°방향전환하여 제2 반사경(120A)을 향해 진행시킨다. 제2 반사경(120A)과 제3 반사경(130A)은 각각 경로조정블럭(200A)에 설치되어 있으며, 각각 레이저 빔을 -90°방향전환시키고, 제4 반사경(140A)은 레이저 조사부(300)에 설치되어 있으며 제3 반사경(130A)으로부터 레이저 빔을 전달받아 방향전환하여 연직 하방으로 아크릴판을 향해 조사한다.

이와 같은 예에서는 반사경의 수를 4개로 줄일 수 있으나, 경로조정블럭(200A)의 이송을 위한 공간이 추가적으로 필요해지므로, 정면에서 보았을 때 도광판 레이저 가공장치의 전체 폭이 앞선 제1 실시예보다 최소 1.5배 넓어지게 된다. 본 실시예에서도 각 반사경에서 방향전환 값의 합은 -90°가 되며, 이는 역시 레이저 발진부(50)와 레이저 조사부(300)의 상대적인 위치관계가 앞선 제1 실시예와 동일하기 때문이다.

제1 실시예와는 달리 레이저 조사부(300)와 경로조정블럭(200A)이 같은 방향으로 이송되지만, 레이저 조사부(300)가 2l 만큼 이송되는 동안 경로조정블럭(200A)이 l 만큼 이송되어야 함은 제1 실시예와 동일하다.

도 7에 도시된 제3 실시예 또한 반사경이 도합 4개 사용되고 있으며, 경로조정블럭(200)은 레이저 발진부(50)의 전방에서, 도면방향을 기준으로 상하 방향으로 왕복이송된다.

제1 반사경(110B) 및 제2 반사경(120B)은 경로조정블럭(200B)에 설치되며, 레이저 발진부(50)로부터 출사된 레이저 빔을 각각 -90°방향전환하여 프레임(10)에 고정된 제3 반사경(130B)으로 진행시킨다. 제3 반사경(130B)은 레이저 빔의 진행방향을 +90°전환하여, 레이저 조사부(300)에 설치된 제4 반사경(140B)을 향해 진행시킨다. 제4 반사경(140B)은 제3 반사경(130B)으로부터 전달받은 레이저 빔을 +90°방향전환하여 연직하방에 위치한 아크릴판에 도달되도록 한다.

이와 같은 예에서도 반사경의 수를 4개로 줄일 수 있으나, 역시 경로조정블럭(200)의 이송을 위한 공간이 추가적으로 필요해지므로, 평면 상에서 보았을 때 도광판 레이저 가공장치의 세로 길이가 앞선 제1 실시예보다 길어지게 된다. 본 실시예에서도 각 반사경에서 방향전환 값의 합은 마찬가지로 -90°가 되며, 이는 역시 레이저 발진부(50)와 레이저 조사부(300)의 상대적인 위치관계가 앞선 제1 및 제2 실시예와 동일하기 때문이다. 레이저 조사부(300)와 경로조정블럭(200B)의 이송속도의 비도 앞선 실시예들과 마찬가지이다.

나아가서, 일일이 예시하지는 않았으나, 경로조정블럭(200)이 도 4의 도면방향을 기준으로 도면에 수직한 방향을 따라 이송되도록 하는 구성도 가능하다.

이밖에도, 이상의 제1 실시예 내지 제3 실시예에서, 제1 반사경(110,110A,110B)을 제거하고, 그 위치에 레이저 발진부(50)를 직접 설치하는 변형도 가능하다. 또한, 앞서 제1 실시예에 대한 설명에서와 같이, 레이저 발진기의 위치에 따라 반사경을 추가하는 변형도 가능하다. 다만 제3 실시예에서는 제1 반사경이 경로조정블럭 상에 위치하고 있으므로, 제1 반사경을 제거하고 레이저 발진기를 그 위치에 설치하면, 레이저 발진기가 이송되는 셈이 되는데, 레이저 발진기의 중량에 따른 관성력 증가, 필요 구동력의 상승, 진동 증대 등을 고려하면, 반사경이 이송되는 것에 비해 유리할 것이 많지 않다.

어느 실시예에서나, 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200,200A,200B)의 이송을 위한 기구적 구성으로, 벨트 구동, 볼스크류 구동, 랙 앤 피니언 구동 또는 리니어 모터를 이용한 구동을 이용할 수 있다. 벨트 구동의 경우, 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200,200A,200B)이 각각 벨트에 고정되어 있는 상태에서, 벨트에 맞물려 있는 풀리를 모터에 의해 회전시키는 방식으로 직선왕복 이송시킬 수 있다. 볼스크류 구동을 이용하는 경우에도, 너트에 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200,200A,200B)을 각각 고정시키고, 모터에 의해 나사축을 회전시키는 방식으로 직선왕복 이송을 구현할 수 있다. 랙 앤 피니언 구동의 경우, 랙에 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200,200A,200B)을 각각 고정시키고, 모터에 의해 랙에 맞물린 피니언을 회전시키는 방식으로 직선왕복 이송이 가능하다. 리니어 모터에 의한 구동은, 리니어 모터의 이동자에 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200,200A,200B)을 고정시키면 된다.

각 방식은 고유의 장단점이 있다. 예컨대 볼스크류 구동은 정밀한 이송제어가 가능하지만, 이송속도가 느리고, 왕복이송시 백래쉬(backlash)에 의해 진동이나 소음이 발생할 수 있다. 랙 앤 피니언 구동은 움직이는 랙을 수평하게 지지하여야 하는 어려움이 있고 피니언과의 사이에서 역시 백래쉬가 문제된다. 볼스크류 구동이나 랙 앤 피니언 구동, 그리고 벨트 구동이 회전형 모터로 간단히 값싸게 구성할 수 있음에 비해 리니어 모터에 의한 구동은 비용이 더 소요되지만, 벨트 및 풀리 또는 랙 및 피니언 또는 볼스크류와 같은 기구적 구성을 생략할 수 있다. 다만, 리니어 모터 2대가 레이저 조사부(300)와 경로조정블럭(200,200A,200B)을 각각 이송시키도록 구성하는 경우, 양자의 이송속도의 비를 2:1로 정확하게 제어하기 위해서는 정밀한 제어장치가 필요하다.

이들 방식에 비해 벨트 구동은 간단한 구성으로도 정확한 이송제어가 가능하다는 특징이 있는 바, 이하에서 다시 도 4를 참조하여 벨트 구동 방식에 대해 상세히 설명한다.

프레임(10)의 상면에는 두 쌍의 레일, 즉 제1레일(20) 및 제2레일(30)이 서로 평행하게 배치되어 있다. 도 4의 도면방향을 기준으로, 아랫쪽에 위치한 제1레일(20)에는 레이저 조사부(300)가 얹혀져 레일의 방향을 따라 슬라이드 가능하게 설치된다. 경로조정블럭(200)은 윗쪽의 제2레일(30)에 얹혀져, 역시 레일의 방향을 따라 슬라이드 가능하게 설치된다. 이들 제1레일(20) 및 제2레일(30)은 각각 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200)이 직선왕복 이송되는 동안 흔들림없이 안정적으로 이송되도록 지지해주는 역할을 한다.

제1레일(20)의 양단에는 제1 풀리(410) 및 제2 풀리(420)가 설치되어 있으며, 이들 제1 풀리(410) 및 제2 풀리(420)에 벨트(510)가 걸쳐져 있다. 아래에서 설명하겠거니와, 이 벨트(510)는 구동모터(400)에 의해 직접 구동되므로, 구동측 벨트(510)라고 할 수 있다.

같은 방식으로, 제2레일(30)의 양단에는 제3 풀리(430) 및 제4 풀리(440)가 설치되어 있으며, 이들 제3 풀리(430) 및 제4 풀리(440)에는 다른 벨트(520)가 걸쳐져 있다. 이 벨트(520)는 구동측 벨트(510)로부터 구동력을 전달받으므로 종동측 벨트(520)라고 할 수 있다.

제1 풀리(410)는 구동모터(400)에 의해 회전하게 되므로 구동 풀리이며, 나머지 제2 풀리(420), 제3 풀리(430) 및 제4 풀리(440)는 직접적으로 회전구동력을 받지는 않으므로 아이들 풀리라고 할 수 있다. 제1 풀리(410)가 회전구동되면 구동측 벨트(510)에 의해 제2 풀리(420) 또한 함께 회전하게 된다. 이때, 제3 풀리(430)는 제2 풀리(420)와 기계적으로 연동되도록 설치되어 있는데, 각 풀리의 회전축이 기어 등에 의해 맞물리도록 할 수도 있으나 가장 단순한 형태는 제3 풀리(430)와 제2 풀리(420)가 회전축을 공유하는 것이다. 이 경우, 제3 풀리(430)와 제2 풀리(420)는 함께 회전하며, 제3 풀리(430)는 종동측 벨트(520)에 대해 구동풀리의 기능을 하게 된다. 이로써 종동측 벨트(520)에 의해 제4 풀리(440)까지 회전하는 구성이 완성된다.

레이저 조사부(300)는 구동측 벨트(510)에 고정되며, 경로조정블럭(200)은 종동측 벨트(520)에 고정된다. 구동측 벨트(510)와 종동측 벨트(520)는 회전방향이 동일한데, 레이저 조사부(300)와 경로조정블럭(200)은 서로 반대방향으로 이송되어야 하므로, 조치가 필요하다. 이를 위해 레이저 조사부(300)는 구동측 벨트(510)의 상측에, 경로조정블럭(200)은 종동측 벨트(520)의 하측에 각각 고정되어 있다. 이는 구동측 벨트(510)와 종동측 벨트(520)가 각각 수평한 회전축 상에서 회전하는 풀리에 의해 구동되기 때문에 가능한 구별 기준이지만, 보다 일반적으로는, 벨트가 구동풀리로 말려들어가는 부분을 긴장측, 벨트가 구동풀리로부터 풀려나오는 부분을 이완측이라고 할 때, 예컨대 레이저 조사부(300)는 구동측 벨트(510)의 긴장측에, 경로조정블럭(200)은 종동측 벨트(520)의 긴장측에 각각 고정되어 있어야 하며, 그 반대도 가능하다는 것이 된다. 여기서 종동측 벨트(520)의 경우 제3 풀리(430)를 구동 풀리로 보아 긴장측 및 이완측을 구별할 수 있음은 자명하다.

한편, 제2 풀리(420)와 제3 풀리(430)가 회전축을 공유하는 상태에서 제2 풀리(420)의 직경이 제3 풀리(430)의 직경의 2배가 되도록 하면, 구동측 벨트(510)이 이송속도가 종동측 벨트(520)의 이송속도의 2배가 된다. 이는, 레이저 조사부(300)의 이송 거리는 그대로 레이저 빔의 전체 광경로 거리에 반영되지만, 경로조정블럭(200)의 이송 거리는 그 2배가 반영되기 때문이다. 즉, 같은 시간동안 레이저 조사부(300)가 일방향으로 1m 이송되었을 때, 경로조정블럭(200)이 반대방향으로 0.5m 이송되면, 레이저 빔이 경유하는 전체 광경로 거리를 일정하게 유지할 수 있는 것이다. 한편으로는, 같은 원리에 따라 경로조정블럭(200)이 이송될 수 있는 거리, 즉 제3 풀리(430)와 제4 풀리(440) 사이의 거리는 레이저 조사부(300)가 이송될 수 있는 거리, 즉 제1 풀리(410)와 제2 풀리(420) 사이의 거리의 1/2 이상이면 충분하다.

이와 같이 구동측 벨트와 종동측 벨트 사이의 구동력 전달을 위해, 한 쌍의 풀리가 회전축을 공유하도록 하는 구성은, 제1 실시예 뿐만 아니라 제2 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 제2 실시예에서, 레이저 조사부(300)이 고정된 벨트와 경로조정블럭(200A)이 고정된 벨트 사이에 1개의 회전축이 배치되고, 이 회전축에 2개의 풀리가 설치되어 각각 레이저 조사부(300) 측의 벨트와 경로조정블럭(200A) 측의 벨트에 맞물리도록 할 수 있다. 이때 2개의 풀리의 직경의 비 역시 제1 실시예와 마찬가지로 2:1이며, 레이저 조사부(300) 및 경로조정블럭(200A)이 같은 방향으로 이송될 수 있도록 각각의 벨트의 긴장측에 또는 반대로 둘 다 각각의 벨트의 이완측에 고정되도록 하는 것도 마찬가지이다. 제3 실시예의 경우에는, 레이저 조사부(300)가 고정된 벨트와 경로조정블럭(200B)이 설치된 벨트의 서로 인접한 한 쌍의 풀리는 서로의 회전축이 직교하므로, 베벨기어와 같은 연동수단을 따로 구비하여야 한다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치는 벨트구동에 의해 광경로 거리를 일정하게 유지할 수 있으므로, 리니어 모터와 같은 고가의 장치나 복잡한 제어기구 없이도 구동측 벨트(510)에 고정된 레이저 조사부(300)와 종동측 벨트(520)에 고정된 경로조정블럭(200)의 이송속도의 비를 정확하게 2:1로 유지하여 광경로 거리를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 또한 동일한 용량의 구동모터로도 볼스크류보다 훨씬 빠른 이송속도를 확보할 수 있다.

이상에서 레이저 조사부(300)나 경로조정블럭(200)의 정확한 위치제어를 위해 구동측 벨트(510)나 종동측 벨트(520)는 모두 타이밍 벨트인 것이 바람직하며, 이 경우 각 풀리 또한 외주면에 이가 형성된 타이밍 풀리여야 하고, 제2 풀리(420)의 직경이 제3 풀리(430)의 직경의 2배라는 것은, 제2 풀리(420)의 잇수가 제3 풀리(430)의 잇수의 2배가 된다는 것을 의미한다.

레이저 빔의 단면 직경을 조정하거나, 한 점에 집중시키기 위해 필요하다면 레이저 빔이 진행하는 광경로 상에 광학렌즈를 배치할 수 있다. 광학렌즈는 레이저 출사부(50)에서 제1 반사경(110)에 진입하기 이전, 또는 레이저 조사부(300)에서 제6 반사경(160)(제2 실시예 및 제3 실시예에서는 제4 반사경(140A,140B))으로부터 가공대상으로 진입하기 이전에 배치하는 것이 바람직하며, 그 갯수는 필요에 따라 조절될 수 있다. 또한, 광학렌즈(60)는 단일 렌즈일 수도 있지만, 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어진 렌즈군이어도 좋다. 각 실시예에서 광학렌즈(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 제6 반사경(160) 이후에 가공대상인 아크릴판으로 진입하기 이전, 즉 레이저 조사부(300)에 설치되어 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (8)

1. 프레임과,
   레이저 빔을 생성하며 상기 프레임에 고정설치된 레이저 발진부와,
   상기 프레임 상에서 직선왕복 이송되면서 상기 레이저 발진부로부터 레이저 빔을 전달받아 조사하여 가공대상인 도광판에 미리 정해진 패턴을 형성하기 위한 레이저 조사부와,
   상기 레이저 출력부와 레이저 발진부 사이에서 상기 레이저 빔의 전달경로를 형성하는 레이저 전달부와,
   상기 프레임 상에서 상기 레이저 조사부의 이송방향과 교차하는 방향으로 직선왕복 이송되며 상기 가공대상인 도광판을 지지하는 이송정반을 포함하며,
   상기 레이저 전달부는, 상기 레이저 빔을 반사하는 복수의 반사경과 상기 레이저 조사부가 광경로 거리를 늘이는 방향으로 이송될 때 상기 광경로 거리를 줄이는 방향으로 이송되는 경로조정블럭을 포함하되, 상기 복수의 반사경 중 적어도 하나는 상기 경로조정블럭에 설치된 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 전달부의 경로조정블럭은 상기 레이저 조사부와 평행한 직선 상에서 반대방향으로 이송되고,
   상기 레이저 빔의 진행방향을 0°라고 할 때 상기 레이저 전달부의 복수의 반사경은,
   상기 프레임에 설치되어 상기 레이저 발진부에서 출사된 상기 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제1 반사경과,
   상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제1 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제2 반사경과,
   상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제2 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제3 반사경과,
   상기 프레임에 설치되어 상기 제3 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제4 반사경과,
   상기 프레임에 설치되어 상기 제4 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제5 반사경과,
   상기 레이저 조사부에 설치되어 상기 제5 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제6 반사경을 포함하고,
   상기 제1 반사경, 제2 반사경, 제3 반사경, 제4 반사경 및 제5 반사경은 동일한 하나의 평면 내에서 상기 레이저 빔을 반사하며, 상기 제6 반사경은 상기 평면에 수직한 평면으로 상기 레이저 빔을 반사하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 전달부의 경로조정블럭은 상기 레이저 조사부와 동일 직선 상에서 동일한 방향으로 이송되고,
   상기 레이저 빔의 진행방향을 0°라고 할 때 상기 레이저 전달부의 복수의 반사경은,
   상기 프레임에 설치되어 상기 레이저 발진부에서 출사된 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제1 반사경과,
   상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제1 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제2 반사경과,
   상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제2 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제3 반사경과,
   상기 레이저 조사부에 설치되어 상기 제3 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제4 반사경을 포함하고,
   상기 제1 반사경, 제2 반사경 및 제3 반사경은 동일한 하나의 평면 내에서 상기 레이저 빔을 반사하며, 상기 제4 반사경은 상기 평면에 수직한 평면으로 상기 레이저 빔을 반사하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 전달부의 경로조정블럭은 상기 레이저 조사부와 직각인 직선 상에서 이송되고,
   상기 레이저 빔의 진행방향을 0°라고 할 때 상기 레이저 전달부의 복수의 반사경은,
   상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 레이저 발진부로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제1 반사경과,
   상기 경로조정블럭에 설치되어 상기 제1 반사경으로부터의 레이저 빔을 -90°방향으로 반사하는 제2 반사경과,
   상기 프레임에 설치되어 상기 제2 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제3 반사경과,
   상기 레이저 조사부에 설치되어 상기 제3 반사경으로부터의 레이저 빔을 +90°방향으로 반사하는 제4 반사경을 포함하고,
   상기 제1 반사경, 제2 반사경 및 제3 반사경은 동일한 하나의 평면 내에서 상기 레이저 빔을 반사하며, 상기 제4 반사경은 상기 평면에 수직한 평면으로 상기 레이저 빔을 반사하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 경로조정블럭의 이송 속도는 상기 레이저 조사부의 이송 속도의 1/2인 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 조사부 및 경로조정블럭은 각각 벨트 구동, 볼스크류 구동, 랙 앤 피니언 구동 및 리니어모터에 의한 구동 중 선택된 하나의 구동방식에 의해 이송되는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 레이저 조사부 및 경로조정블럭은 각각 한 쌍의 풀리 사이에 걸쳐진 타이밍 벨트에 고정되어 있음으로써 이송되는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 레이저 조사부가 고정된 구동측 벨트는 제1 풀리와 제2 풀리 사이에 걸쳐 있고,
   상기 경로조정블럭이 고정된 종동측 벨트는 제3 풀리와 제4 풀리 사이에 걸쳐 있으며,
   상기 제1 풀리는 구동모터에 의해 회전구동되고,
   상기 제2 풀리 및 제3 풀리는 일체로 회전하되, 상기 제2 풀리의 직경이 상기 제3 풀리의 직경의 2배이며,
   상기 제3 풀리와 제4 풀리 사이의 거리는 상기 제1 풀리와 제2 풀리 사이의 거리의 1/2 이상이며,
   상기 레이저 조사부와 상기 경로조정블럭은 구동측 벨트의 긴장측 및 종동측 벨트의 긴장측에 각각 고정되거나, 구동측 벨트의 이완측 및 종동측 벨트의 이완측에 각각 고정된 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
   

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