KR101020790B1 - 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 패턴 가공장치에 관한 것으로서, 레이저빔을 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 레이저 패턴 가공장치에 있어서, 레이저빔을 발생시키는 레이저 발진기; 가공하자고 하는 도광판을 지지하는 기판 지지부; 상기 레이저 발진기로부터 입사된 레이저빔을 상기 도광판 측으로 조사하며, 상기 도광판의 가공면을 따라 직선이동하는 레이저 헤드; 및 상기 기판 지지부의 중심부를 관통하는 회전축을 회전중심으로 하여 상기 기판 지지부를 회전시키는 회전구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법{Apparatus for manufacturing pattern on light guide plate using laser and Method for manufacturing pattern on light guide plate using laser}

본 발명은 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도광판 상에 나선 형상의 패턴을 가공할 수 있는 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로, LCD(liquid crystal display)에 사용되는 백라이트 유닛은 도광판 상에 균일한 휘도를 형성시키기 위해 발광된 빛을 균일하게 산란시키는 것이 바람직하기 때문에 도광판의 일면을 소정 형태의 패턴으로 가공한다. 도광판에 광학적 패턴 형성을 위하여 적용되는 제조방법으로는 스크린 인쇄 방식, 금형 가공 방식, V-커팅 방식 등이 있다.

스크린 인쇄 방식은 역사가 깊어 안정되어 있지만, 공정이 복잡하고 인쇄 과정상 많은 불량을 유발시키고 있다. 금형 가공 방식은 광산란 기능을 가진 형상을 제작하여 도광판을 직접 사출하는 방법으로서, 대량 생산에는 적합한 장점이 있지 만, 도광판의 열변형에 의한 불량이 많고 금형 제작에 소요되는 비용 및 기간의 증가가 단점일 뿐만 아니라 패턴 설계가 변경될 경우 금형을 쉽게 수정할 수 없고 패턴 형상의 재현성이 저하되는 단점을 가지고 있다. V-커팅 방식은 도광판의 표면에 다이아몬드 툴을 이용하여 V자 형태의 그루브 패턴을 형성시키는 방법으로서, 모델 변경시 패턴, 금형, 스탬퍼 등의 설계 및 개발에 소요되는 기간을 단축시킬 수 있는 장점이 있으나, 가공시간이 길며 가공면의 거칠기로 인하여 빛이 균일하게 산란되지 않는 단점이 있다.

최근에는 레이저를 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 방법이 널리 사용되고 있는데, 도 1은 종래의 레이저 패턴 가공장치의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 레이저 패턴 가공장치(1)는 테이블(11) 상에 도광판(W)이 놓여지고, 테이블(11)의 상측에는 레이저 발진기(12)가 배치된다. 레이저 발진기(12)에서 출사된 레이저빔은 레이저 헤드(16)로 입사되고, 레이저 헤드(16)로 입사된 레이저빔은 도광판(W)에 조사된다. 레이저 헤드(16)를 X축 방향으로 직선이동시키는 X축구동유닛(13)과 레이저 헤드(16)를 Y축 방향으로 직선이동시키는 Y축구동유닛(14)을 구비하여, 도광판(W) 상에 X축 방향 또는 Y축 방향의 직선 형상의 패턴을 가공한다.

종래의 레이저 패턴 가공장치는 다수의 직선 형상의 패턴을 가공하기 위하여 레이저 헤드가 다수 회 직선왕복이동한다. 따라서 하나의 도광판에 패턴을 가공하는 시간이 길어지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저빔은 도광판의 중심부에서 가장자리부로 단일 횟수 직선이동하면서 도광판 자체를 회전시키면서 도광판에 패턴을 가공함으로써, 도광판의 패턴 가공시간을 현저히 줄일 수 있는 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 패턴 가공장치는, 레이저빔을 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 레이저 패턴 가공장치에 있어서, 레이저빔을 발생시키는 레이저 발진기; 가공하자고 하는 도광판을 지지하는 기판 지지부; 상기 레이저 발진기로부터 입사된 레이저빔을 상기 도광판 측으로 조사하며, 상기 도광판의 가공면을 따라 직선이동하는 레이저 헤드; 및 상기 기판 지지부의 중심부를 관통하는 회전축을 회전중심으로 하여 상기 기판 지지부를 회전시키는 회전구동부; 및 상기 도광판과 상기 기판 지지부를 동일한 회전축을 회전중심으로 하여 회전시키기 위하여, 상기 도광판의 중심부와 상기 기판 지지부의 중심부가 일치되도록 상기 기판 지지부 상에 놓여진 도광판을 정렬하는 도광판 정렬유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 패턴 가공방법은, 레이저빔을 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 레이저 패턴 가공방법에 있어서, 상기 도광판의 중심부를 관통하는 회전축을 회전중심으로 하여 상기 도광판을 회전시키는 단계; 상기 도광판이 회전하는 동안 상기 도광판에 레이저빔을 조사하면서, 상기 도광판의 중심부에서 상기 도광판의 가장자리부로 또는 상기 도광판의 가장자리부에서 상기 도광판의 중심부로 레이저빔을 직선이동하는 단계;를 포함하며, 상기 도광판에는 나선 형상의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법에 따르면, 다수의 직선으로 패턴을 가공하지 않고, 하나의 곡선으로 패턴을 가공함으로써, 도광판의 패턴 가공시간을 절감할 수 있다.

또한 본 발명의 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법에 따르면, 도광판의 중심부에서는 가공 단면의 깊이가 깊고 도광판의 가장자리에서는 가공 단면의 깊이가 얕게 형성됨으로써, 가장자리부보다 중심부에서 높은 광효율이 필요한 도광판의 품질요구조건을 만족시킬 수 있다.

또한 본 발명의 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법에 따르면, 레이저빔의 광축과 도광판 사이의 각도를 수직이 아닌 예각으로 하여 패턴을 가공함으로써, 도광판의 가장자리부의 조도와 비교하여 도광판의 중심부의 조도를 상대적으로 높게 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 패턴 가공장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참 조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 레이저 패턴 가공장치의 제1실시예의 사시도이고, 도 3은 도 2의 레이저 패턴 가공장치에 의해 가공된 도광판의 단면도이고, 도 4는 도 2의 레이저 패턴 가공장치의 레이저 헤드의 사시도이고, 도 5는 도 4의 레이저 헤드의 정면도이고, 도 6은 도 4의 레이저 헤드의 반사미러와 집광렌즈가 도 4에 도시된 위치에서 일정 각도 회전된 상태를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 반사미러와 집광렌즈에 의해 가공된 도광판의 단면도이고, 도 8은 도 2의 레이저 패턴 가공장치의 "A" 부위의 확대한 것으로서, 도광판 정렬유닛의 사시도이고, 도 9는 도 2의 레이저 패턴 가공장치의 회전구동부의 사시도이다.

도 2 내지 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 패턴 가공장치(100)는 도광판에 나선 형상의 패턴을 가공할 수 있는 것으로서, 레이저 발진기(110)와, 기판 지지부(120)와, 레이저 헤드(130)와, 회전구동부(140)와, 도광판 정렬유닛(150)을 포함한다.

상기 레이저 발진기(110)는 주로 PMMA 소재로 제작되는 도광판(W)의 가공에 적합하도록 적외선(infra-red) 파장의 레이저빔을 발생시키는 CO2 레이저 발진기가 사용된다. 레이저 발진기(110)로부터 발생되는 레이저빔(L)은 연속파(continuous wave) 레이저빔 또는 펄스발진된 레이저빔이 사용될 수 있으나, 연속파 레이저빔인 것이 바람직하다.

상기 기판 지지부(120)는, 가공하자고 하는 도광판(W)을 지지한다. 도광판(W)과 접촉하는 기판 지지부(120)의 면에는 관통홀이 형성되어 있고, 관통홀을 통해 진공압이 형성되어 도광판(W)을 흡착, 고정할 수 있다.

상기 레이저 헤드(130)는, 레이저 발진기(110)로부터 입사된 레이저빔(L)을 도광판(W) 측으로 조사하며, 반사미러(131)와, 집광렌즈(133)를 포함한다.

상기 반사미러(131)는, 레이저빔(L)을 하측에 놓여진 도광판(W)의 가공면에 조사하도록 레이저빔(L)의 방향을 전환시킨다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 반사미러(131)에 의해 반사되어 도광판(W)으로 조사되는 레이저빔의 광축(L1)과 도광판(W)의 가공면 사이에 형성되는 각도(θ1)가 변경될 수 있도록, 반사미러(131)는 회전 가능하게 설치된다. 반사미러(131)를 고정하는 플레이트를 모터(미도시)의 회전축에 결합시켜 반사미러(131)를 회전시킬 수 있다.

반사미러(131)가 회전되어 레이저빔의 광축(L1)과 도광판(W)의 각도가 예각으로 형성됨으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 레이저빔(L)이 도광판(W)에 수직으로 입사되는 경우의 패턴의 단면과 비교할 때, 패턴의 단면이 도광판(W)의 가장자리부를 향해 더 낮은 경사각을 가지도록 가공된다. 통상적으로 레이저빔(L)이 입사되는 반사미러(131)의 표면에는 반사율이 약 99.9% 인 반사막이 코팅된다.

상기 집광렌즈(133)는 반사미러(131)의 하측에 설치되어 반사미러(131)에서 반사된 레이저빔(L)을 집광하여 도광판(W)으로 조사한다. 집광렌즈(133)도 반사미러(131)와 같이 회전 가능하게 설치되며, 회전모터(미도시)에 연결되어 회전될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 반사미러(131)가 임의의 각도로 회전하면 반사미러(131)에서 반사된 레이저빔(L)이 집광렌즈(133)의 입사면에 수직으로 입사될 수 있도록, 집광렌즈(133)는 반사미러(131)와 동기적으로 회전된다.

상기 레이저 헤드(130)는 직선구동부(160)에 장착되어 도광판(W)의 가공면을 따라 직선이동할 수 있다. 상기 직선구동부(160)는 리니어 모터 및 직선운동 가이드 레일의 조합에 의해 구현될 수 있거나, 회전모터, 롤러, 벨트 및 직선운동 가이드 레일의 조합에 의해 구현될 수 있거나, 회전모터, 볼스크류, 직선운동 가이드 레일의 조합체 등에 의해 구현될 수도 있다. 이러한 직선구동부에 관한 구성은 통상의 기술자에게 널리 알려진 것이므로 더이상의 상세한 설명은 생략한다.

상기 회전구동부(140)는, 기판 지지부(120)의 하측에 설치되어 기판 지지부(120)의 중심부를 관통하는 회전축(C)을 회전중심으로 하여 기판 지지부(120)를 회전시킨다. 회전구동부(140)는 모터(141)와, 모터(141)의 출력축에 고정되는 구동롤러(143)와, 기판 지지부(120)의 회전축(C)에 고정되는 종동롤러(145)와, 구동롤러(143)와 종동롤러(145)에 감아 걸리는 벨트(147)를 포함한다. 회전구동부(140)는 이외에도 벨트를 사용하지 않고, 구동기어와 종동기어를 맞물리게 하는 조합체로 구현될 수도 있고, 모터(141)와 기판 지지부(120)의 회전축(C)을 직접 연결할 수도 있는 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 도광판 정렬유닛(150)은, 도광판(W)과 기판 지지부(120)를 동일한 회전축을 회전중심으로 하여 회전시키기 위하여, 도광판의 중심부(W1)와 기판 지지부의 중심부(121)가 일치되도록 기판 지지부(120) 상에 놓여진 도광판(W)을 정렬한다. 도광판 정렬유닛(150)은 도광판(W)의 가장자리부(W2)와 접촉 또는 이격되는 접촉부재(151)와, 접촉부재(151)가 고정되며 접촉부재(151)를 직선왕복운동시키는 공압실린더(153)를 포함한다. 도광판(W)이 기판 지지부(120)에 놓여질 때는 공압실린 더(153)의 로드는 전진된 상태이고 도광판(W)과 접촉부재(151)는 접촉되지 않으나, 도광판(W)이 기판 지지부(120)에 놓여진 후에는 공압실린더(153)의 로드가 후퇴하여 도광판(W)의 각각의 가장자리부(W2)와 접촉부재(151)가 접촉되면서 도광판의 중심부(W1)와 기판 지지부의 중심부(121)가 일치되도록 도광판(W)이 정렬된다.

도 10은 본 발명의 도광판의 제1실시예의 평면도이고, 도 11은 본 발명의 도광판의 제2실시예의 평면도이고, 도 12는 도 3의 도광판 내부에서의 광의 진행경로를 나타내는 도면이고, 도 13은 도 7의 도광판 내부에서의 광의 진행경로를 나타내는 도면이고, 도 14 및 도 15는 본 발명의 레이저 패턴 가공방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도 2 내지 도 14를 참조하면서, 상술한 레이저 패턴 가공장치를 이용하여 도광판에 나선 형상의 패턴을 가공하는 본 발명의 레이저 패턴 가공방법에 대하여 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 레이저 패턴 가공방법의 실시예들에 있어서, 나선 형상의 패턴이 전체적으로 원 형태로 가공되는 제1실시예에 대해 설명한다.

도광판(W)을 기판 지지부(120)에 안착시켜 도광판의 중심부(W1)와 기판 지지부의 중심부(121)가 일치되도록 도광판(W)을 정렬한 후, 도광판의 중심부(W1)를 관통하는 회전축(C)을 회전중심으로 하여 도광판(W)을 회전시킨다. 이때, 도광판(W)이 회전하는 동안 회전구동부(140)를 통해 도광판(W)의 회전 각속도를 일정하게 유지한다.

이후, 도광판(W)이 회전하는 동안 도광판(W)에 레이저빔(L)을 조사하면서, 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)로 레이저빔(L)을 직선이동한다. 직선구동부(160)를 통해 레이저 헤드(130)를 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)로 일정한 속도로 이동시킨다.

예를 들면, 도광판(W)이 약 300 RPM의 회전 각속도로 회전하는 동안, 레이저 헤드(130)는 약 400 mm/min의 속도로 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)로 이동된다.

이상과 같이, 도광판(W)이 회전하는 동안 도광판(W)에 레이저빔(L)을 조사하면서 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)로 레이저빔(L)을 직선이동시키면, 도 10에 도시된 바와 같은 전체적으로 원 형태에 가까운 나선 형상의 패턴(CS)이 도광판(W)에 가공되고, 도 3에 도시된 바와 같은 가공 단면을 보이게 된다. 회전중심축(C)(또는 도광판의 중심부(W1))에서 가까운 위치에서는 선속도가 늦기 때문에 가공 단면의 깊이가 깊고, 회전중심축(C)(또는 도광판의 중심부(W1))에서 먼 위치로 갈수록 선속도가 빨라지기 때문에 가공 단면의 깊이가 점점 얕게 된다.

이때, 반사미러(131)를 일정 각도 회전시켜 레이저빔의 광축(L1)과 도광판(W) 사이의 각도(θ1)가 수직이 아닌 예각으로 형성되면, 레이저빔(L)이 도광판(W)에 수직으로 입사되는 경우의 패턴의 단면과 비교할 때, 도 7에 도시된 바와 같이 패턴의 단면이 도광판의 가장자리부(W2)를 향해 더 낮은 경사각을 가지도록 가공된다.

일반적으로 평판 디스플레이는 패널의 가장자리부보다 중심부에서 더 높은 조도(照度)를 필요로 한다. 패널의 중심부에서의 조도가 상대적으로 높을 때 패널 전면적에 걸쳐 균일한 조도를 나타내는 것으로 사람의 눈에 인식된다.

도 12를 참조하면, 레이저빔(L)이 도광판(W)에 수직으로 입사되어 패턴이 형성되는 경우 패턴에 의해 반사되는 광(FL)은 도광판(W)의 상측으로 직진하게 되고, 도광판의 중심부(W1)의 조도 및 도광판의 가장자리부(W2)의 조도가 큰 차이가 없게 된다. 반면에 도 13를 참조하면, 레이저빔(L)이 도광판(W)에 예각으로 입사되어 더 낮은 경사각을 가지도록 패턴이 형성되는 경우 패턴에 의해 반사되는 광(FL)은 도광판의 중심부(W1)로 진행하게 되어 도광판의 가장자리부(W2)의 조도와 비교하여 도광판의 중심부(W1)의 조도가 상대적으로 높게 된다.

본 실시예와 같이 도광판(W)이 회전하는 동안 도광판(W)에 레이저빔(L)을 조사하면서 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)로 레이저빔(L)을 직선이동시킬 수도 있지만, 도광판(W)이 회전하는 동안 도광판(W)에 레이저빔(L)을 조사하면서 도광판의 가장자리부(W2)에서 도광판의 중심부(W1)로 레이저빔(L)을 직선이동시킬 수도 있다. 상술한 바와 동일한 원리로 가공되므로 더이상의 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 레이저 패턴 가공방법의 실시예들에 있어서, 나선 형상의 패턴이 전체적으로 타원 형태로 가공되는 제2실시예에 대해 설명한다.

도광판(W)을 기판 지지부(120)에 안착시켜 도광판의 중심부(W1)와 기판 지지 부의 중심부(121)가 일치되도록 도광판(W)을 정렬한 후, 도광판의 중심부(W1)를 관통하는 회전축(C)을 회전중심으로 하여 도광판(W)을 회전시킨다. 이때, 도광판(W)이 회전하는 동안 회전구동부(140)를 통해 도광판(W)의 회전 각속도를 일정하게 유지한다.

이후, 도광판(W)이 90도 회전하는 동안 레이저빔(L)을 도광판의 가장자리부(W2)를 향하는 방향(R1)으로 제1거리만큼 직선이동한다. 도광판(W)의 회전과 레이저빔(L)의 직선이동이 이루어지는 동안, 도 14에 도시된 바와 같이 나선 형상의 패턴(ES) 궤적 중 타원의 단축(SA)상의 위치에서 장축(LA)상의 위치로 이동되는 곡선(ES1)이 가공된다.

이후, 도광판(W)이 연속하여 한번 더 90도 회전하는 동안 레이저빔(L)을 도광판의 중심부(W1)를 향하는 방향(R2)으로 즉, 제1거리 이동할 때의 방향과 반대 방향으로 제1거리보다 짧은 제2거리만큼 직선이동한다. 도광판(W)의 회전과 레이저빔(L)의 반대 방향으로의 직선이동이 이루어지는 동안, 도 15에 도시된 바와 같이 나선 형상의 패턴(ES)의 궤적 중 타원의 장축(LA)상의 위치에서 단축(SA)상의 위치로 이동되는 곡선(ES2)이 가공된다.

이후, 도광판(W)이 연속적으로 회전하는 동안 도광판의 가장자리부(W2)를 향하는 방향으로 레이저빔(L)을 제1거리만큼 직선이동하는 단계와, 도광판의 중심부(W1)를 향하는 방향으로 레이저빔(L)을 제2거리만큼 직선이동하는 단계를 반복한다. 이렇게 되면, 레이저빔(L)은 전체적으로 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)로 이동하게 되고, 도광판(W) 전체에는 도 11에 도시된 바와 같은 전체적으로 타원 형태이면서 나선 형상의 패턴(ES)이 가공된다.

예를 들면, 도광판(W)이 약 300 RPM의 회전 각속도로 회전하는 동안, 레이저 헤드(130)는 약 6000 mm/sec의 속도로 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)로 제1거리만큼 직선이동하고, 도광판의 가장자리부(W2)에서 도광판의 중심부(W1)로 제2거리만큼 직선이동하는 과정을 반복한다.

본 실시예와 같이 전체적으로 도광판의 중심부(W1)에서 도광판의 가장자리부(W2)를 향하는 방향으로 레이저빔(L)을 직선이동하면서 타원 형태이면서 나선 형상의 패턴(ES)을 가공할 수도 있으나, 도광판(W)이 회전하는 동안 도광판의 중심부(W1)를 향하는 방향으로 레이저빔(L)을 제1거리만큼 직선이동하는 단계와, 도광판의 가장자리부(W2)를 향하는 방향으로 레이저빔을(L) 제1거리보다 짧은 제2거리만큼 직선이동하는 단계를 반복하면서 전체적으로 타원 형태이면서 나선 형상의 패턴(ES)을 가공할 수도 있다. 상술한 바와 동일한 원리로 가공되므로 더이상의 상세한 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법은, 다수의 직선으로 패턴을 가공하지 않고, 하나의 곡선으로 패턴을 가공함으로써, 도광판의 패턴 가공시간을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법은, 도광판의 중심부에서는 가공 단면의 깊이가 깊고 도광판의 가장자리에서는 가공 단면의 깊이가 얕게 형성됨으로써, 가장자리부보다 중심부 에서 높은 광효율이 필요한 도광판의 품질요구조건을 만족시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 레이저 패턴 가공장치 및 레이저 패턴 가공방법은, 레이저빔의 광축과 도광판 사이의 각도를 수직이 아닌 예각으로 하여 패턴을 가공함으로써, 도광판의 가장자리부의 조도와 비교하여 도광판의 중심부의 조도를 상대적으로 높게 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편 도 16은 본 발명의 레이저 패턴 가공장치의 제2실시예의 레이저 헤드 및 직선구동부의 확대도이다. 도 16에 있어서, 도 2 내지 도 9에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 레이저 패턴 가공방법의 제1실시예에서는 도광판(W)의 회전 각속도가 일정하게 유지되는 조건에서 패턴이 가공되지만, 도광판(W)의 회전 각속도가 변경되면서 도광판(W)에 형성되는 나선 형상의 패턴의 임의의 위치에서의 선속도가 일정하게 유지되는 조건에서 패턴이 가공될 수 있다.

이 경우 패턴의 임의의 위치에서의 선속도가 동일하므로, 패턴의 가공 단면의 깊이 역시 동일하게 형성된다. 도광판의 중심부(W1)에서의 조도가 가장자리부(W2)의 조도보다 높게 하기 위해서는 도광판의 중심부(W1)로 갈수록 패턴의 가공 단면의 깊이가 깊어져야 하는데, 이와 같은 가공을 위하여 선속도가 동일한 환경에서는 도광판의 가장자리부(W2)에서 도광판의 중심부(W1)로 갈수록 레이저 헤 드(130)와 도광판(W) 사이의 거리가 가까워지도록 직선구동부(160)를 경사지게 배치한다. 도 16에 도시된 바와 같이 직선구동부(160)는 수평면(H)에 대하여 일정 각도(θ2)를 이루며 설치된다. 따라서, 레이저 헤드(160)는 도광판의 중심부(W1)로 직선이동할수록 레이저 헤드(130)와 도광판(W)과의 거리가 가까지게 되어 도광판의 중심부(W1)로 갈수록 패턴의 가공 단면의 깊이가 깊어지게 된다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 패턴 가공장치 또는 본 발명의 레이저 패턴 가공방법을 이용하여 도광판에 패턴을 가공하게 되면, 나선 형상의 패턴이 형성된 도광판을 얻을 수 있다.

상기 도광판(W)에는 각 부위에서 균일한 조도로 광을 확산 및 산란시킬 수 있도록 나선 형상의 패턴(CS,ES)이 형성되며, 도광판의 중심부(W1)가 나선 형상의 패턴의 중심부(P1)와 일치하게 된다.

도광판의 패턴으로는 도 10에 도시된 바와 같이 전체적으로 원 형태이면서 나선 형상의 패턴(CS)이 가공될 수도 있고, 도 11에 도시된 바와 같이 전체적으로 타원 형태이면서 나선 형상의 패턴(ES)이 가공될 수도 있다.

이때, 전체적으로 타원 형태인 나선 형상의 패턴(ES)의 가로와 세로의 비는 도광판(W)의 가로와 세로의 비에 비례하는 것이 바람직하다. 예컨대, 도광판(W)의 가로와 세로의 비가 4:3인 경우, 타원 형태인 나선 형상의 패턴(ES)의 가로와 세로의 비 역시 4:3으로 구성되어, 도광판(W) 전면에 가득 차게 패턴이 가공되는 것이 바람직하다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

도 1은 종래의 레이저 패턴 가공장치의 일례를 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명의 레이저 패턴 가공장치의 제1실시예의 사시도이고,

도 3은 도 2의 레이저 패턴 가공장치에 의해 가공된 도광판의 단면도이고,

도 4는 도 2의 레이저 패턴 가공장치의 레이저 헤드의 사시도이고,

도 5는 도 4의 레이저 헤드의 정면도이고,

도 6은 도 4의 레이저 헤드의 반사미러와 집광렌즈가 도 4에 도시된 위치에서 일정 각도 회전된 상태를 나타내는 도면이고,

도 7은 도 6의 반사미러와 집광렌즈에 의해 가공된 도광판의 단면도이고,

도 8은 도 2의 레이저 패턴 가공장치의 "A" 부위의 확대한 것으로서, 도광판 정렬유닛의 사시도이고,

도 9는 도 2의 레이저 패턴 가공장치의 회전구동부의 사시도이고,

도 10은 본 발명의 도광판의 제1실시예의 평면도이고,

도 11은 본 발명의 도광판의 제2실시예의 평면도이고,

도 12는 도 3의 도광판 내부에서의 광의 진행경로를 나타내는 도면이고,

도 13은 도 7의 도광판 내부에서의 광의 진행경로를 나타내는 도면이고,

도 14 및 도 15는 본 발명의 레이저 패턴 가공방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면이고,

도 16은 본 발명의 레이저 패턴 가공장치의 제2실시예의 레이저 헤드 및 직선구동부의 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 레이저 패턴 가공장치 110: 레이저 발진기

120: 기판 지지부 130: 레이저 헤드

131: 반사미러 133: 집광렌즈

140: 회전구동부 150: 도광판 정렬유닛

Claims (15)

1. 레이저빔을 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 레이저 패턴 가공장치에 있어서,

   레이저빔을 발생시키는 레이저 발진기;

   가공하자고 하는 도광판을 지지하는 기판 지지부;

   상기 레이저 발진기로부터 입사된 레이저빔을 상기 도광판 측으로 조사하며, 상기 도광판의 가공면을 따라 직선이동하는 레이저 헤드;

   상기 기판 지지부의 중심부를 관통하는 회전축을 회전중심으로 하여 상기 기판 지지부를 회전시키는 회전구동부; 및

   상기 도광판과 상기 기판 지지부를 동일한 회전축을 회전중심으로 하여 회전시키기 위하여, 상기 도광판의 중심부와 상기 기판 지지부의 중심부가 일치되도록 상기 기판 지지부 상에 놓여진 도광판을 정렬하는 도광판 정렬유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레이저 헤드는, 상기 도광판으로 조사되는 레이저빔의 광축과 상기 도광판 사이의 각도가 변경될 수 있도록 회전 가능하게 설치된 반사미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 레이저 헤드는, 상기 반사미러에서 반사된 레이저빔을 집광하여 상기 도광판으로 조사하는 집광렌즈를 더 포함하고,

   상기 집광렌즈는, 상기 반사미러의 회전에 따라 상기 반사미러에서 반사된 레이저빔이 수직으로 입사될 수 있도록 상기 반사미러와 동기적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 회전구동부는,

   모터와, 상기 모터의 출력축에 고정되는 구동롤러와, 상기 기판 지지부의 회전축에 고정되는 종동롤러와, 상기 구동롤러와 상기 종동롤러에 감아 걸리는 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 레이저 헤드는, 상기 도광판의 가장자리부에서 상기 도광판의 중심부로 갈수록 상기 레이저 헤드와 상기 도광판 사이의 거리가 가까워지도록 경사지게 직선이동하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공장치.
7. 레이저빔을 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 레이저 패턴 가공방법에 있어서,

   상기 도광판의 중심부를 관통하는 회전축을 회전중심으로 하여 상기 도광판을 회전시키는 단계;

   상기 도광판이 회전하는 동안 상기 도광판에 레이저빔을 조사하면서, 상기 도광판의 중심부에서 상기 도광판의 가장자리부로 또는 상기 도광판의 가장자리부에서 상기 도광판의 중심부로 레이저빔을 직선이동하는 단계;를 포함하며,

   상기 도광판에는 나선 형상의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 레이저빔을 직선이동하는 단계는,

   상기 도광판이 90도 회전하는 동안 상기 레이저빔을 상기 도광판의 가장자리부를 향하는 방향으로 제1거리만큼 직선이동하는 단계;

   상기 도광판이 한번 더 90도 회전하는 동안 상기 레이저빔을 상기 도광판의 중심부를 향하는 방향으로 제1거리보다 짧은 제2거리만큼 직선이동하는 단계; 및

   상기 도광판이 연속적으로 회전하는 동안 상기 제1거리만큼 직선이동하는 단계 및 상기 제2거리만큼 직선이동하는 단계를 반복하며, 상기 도광판의 중심부에서 상기 도광판의 가장자리부로 레이저빔을 직선이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 레이저빔을 직선이동하는 단계는,

   상기 도광판이 90도 회전하는 동안 상기 레이저빔을 상기 도광판의 중심부를 향하는 방향으로 제1거리만큼 직선이동하는 단계;

   상기 도광판이 한번 더 90도 회전하는 동안 상기 레이저빔을 상기 도광판의 가장자리부를 향하는 방향으로 제1거리보다 짧은 제2거리만큼 직선이동하는 단계; 및

   상기 도광판이 연속적으로 회전하는 동안 상기 제1거리만큼 직선이동하는 단계 및 상기 제2거리만큼 직선이동하는 단계를 반복하며, 상기 도광판의 가장자리부에서 상기 도광판의 중심부로 레이저빔을 직선이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공방법.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 도광판이 회전하는 동안, 상기 도광판의 회전 각속도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공방법.
11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 도광판이 회전하는 동안, 상기 도광판에 형성되는 패턴의 임의의 위치에서의 선속도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 가공방법.
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