KR101021572B1 - 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저로 도광판을 가공함에 있어 도광판이 변형되는 것을 방지함으로써 정밀한 패턴이 형성된 고품질의 도광판을 가공할 수 있는 도광판 레이저 가공장치에 관한 것으로, 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 이송정반과, 상기 도광판과 접하여 회전하며 상기 도광판을 상기 이송정반 측으로 압박하는 압박롤러를 포함하여 이루어진다.

Description

도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치 {APPARATUS FOR PROCESSING LIGHT GUIDE PLATE WITH LASER HAVING MEANS FOR PREVENTING FLEXURE OF LGP}

본 발명은 액정표시장치용 도광판의 가공에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저로 도광판을 가공함에 있어 도광판이 변형되는 것을 방지함으로써 정밀한 패턴이 형성된 고품질의 도광판을 가공할 수 있는 도광판 레이저 가공장치에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)를 위한 광원으로서 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)에 소요되는 도광판(Lighit Guide Plate, LGP)은 광투과성 합성 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 있다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해 레이저 빔를 이용하여 합성수지 판재에 패턴을 형성하는 기술들이 개발되고 있다. 종래 기술에 따른 도광판 레이저 가공장치는 레이저 발진기에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 가공대상인 도광판을 향해 최종적으로 조사하는 레이저 조사부를 구비하고 있으며, 이 레이저 조사부가 도광판에 대해 XY테이블 상에서 이송되도록 하여 도광판의 전면에 걸쳐 패턴을 형성할 수 있도록 하고 있다. 예컨대, 레이저 조사부가 X축 방향으로 1회 이송되면서 도광판 상에 첫번째 라인의 패턴을 형성한 뒤 Y축 방향으로 정해진 피치만큼 이송되고, 레이저 조사부가 X축을 따라 반대 방향으로 1회 이송되면서 다시 도광판 상에 두번째 라인의 패턴을 형성하며, 이와 같은 레이저 조사부의 왕복이송이 반복적으로 수행된다.

이런 반복적인 동작은 매우 빠른 속도로 이루어지는데, 왕복이송 동작에 의해 필연적으로 진동이 발생하게 된다. 이런 진동은 도광판이 이송정반으로부터 들뜨거나, 일부분이 휘는 등의 변형을 초래한다. 또한 진동의 영향이 없더라도 대면적화된 도광판이 그 전면에 걸쳐 완전한 평탄면을 이루고 있다고 기대하기도 어렵다. 이와 같은 도광판의 부분적인 들뜸이나 휨과 같은 변형은 레이저 빔이 조사될 때의 입사각에 변화를 주고, 같은 시간 동안 조사되는 레이저 빔의 밀도에 미세하게나마 변화를 주며, 결과적으로 도광판에 형성된 패턴이 애초에 설계했던 것과는 다른 위치에 다른 형태로 생성되어 도광판의 품질을 떨어뜨린다. 나아가서 도광판이 가공 도중 이송정반으로부터 미끄러져 이동한다면, 패턴이 형성된 위치가 달라져서 균일한 휘도를 보장할 수 있어야 하는 도광판으로서는 치명적인 불량이 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래 기술에 따른 도광판 레이저 가공장치는 이송정반에 상하방향으로 에어홀을 관통하여 형성하고, 이 에어홀에 진공펌프를 연결하여 공기를 하방으로 흡입함으로써, 이송정반 위에 올려진 도광판이 진공압에 의해 이송정반에 부착되도록 하고 있다.

이와 같이 진공펌프를 이용하는 종래 기술은 이송정반의 전면에 걸쳐 에어홀을 구비하고 있는데, 가공대상인 도광판의 면적이 이송정반의 면적보다 작기 마련이므로, 도광판에 의해 가려지지 않는 에어홀들이 다수 존재하게 된다. 이는 진공펌프의 에너지 손실을 초래하므로 필요 이상으로 큰 용량의 진공펌프가 필요해지며, 에어홀을 통한 공기 흡입에 따라 가공 중 소음 발생이 불가피하다는 문제점이 있다. 또한 가공 시간 동안 진공압에 의해 이송정반에 밀착되어 있던 도광판은 이송정반에 부착되는 경향이 있어서 가공 완료 후 후공정으로 반송해야 할 때 이송정반으로부터 도광판을 분리하는 것을 곤란하게 만드는데, 특히나 대면적 도광판의 경우 면적에 비해 얇은 두께를 가지므로 이 분리작업은 도광판이 파손되지 않도록 조심스럽게 이루어져야만 한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 진공압을 이용하지 않고서도 도광판의 변형을 방지할 수 있는 도광판 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 가공 중에는 도광판을 이송정반으로 밀착시키면서도 가공이 완료된 이후에는 이송정반으로부터 도광판을 용이하게 분리할 수 있는 도광판 레이저 가공장치를 제공하는 데에 있다.

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 변형 방지수단을 구비한 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 이송정반과, 상기 도광판과 접하여 회전하며 상기 도광판을 상기 이송정반 측으로 압박하는 압박롤러를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 압박롤러는, 상기 도광판에 대하여 승강되도록 설치된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 이송정반은, 상하방향으로 복수의 관통구멍이 형성되어 있다. 여기서 상기 이송정반의 복수의 관통구멍 중 일부는 슬릿이고, 적어도 일부가 상기 이송정반의 상면으로 돌출되며 상기 슬릿의 길이방향을 따라 슬라이드 가능하도록 상기 슬릿에 삽입된 고정편과, 상기 이송정반의 배면에서 상기 슬릿을 통해 상기 고정편과 결합되어 상기 고정편을 슬라이드 작동시키는 슬라이딩 액츄에이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치는, 상기 이송정반의 복수의 관통구멍을 통해 상기 이송정반의 상면으로 돌출 가능한 이젝트핀을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압박롤러가 레이저 조사부의 전후방에서 도광판을 이송정반 측으로 압박하므로, 특히 가공이 진행 중인 영역 내에서의 변형을 선별적으로 억제할 수 있다. 압박롤러는 소음 발생 요인을 가지지 않으며, 진공시스템을 구성하는 것에 비해 기구적으로 단순하므로 유지관리가 용이하고 비용도 적게 소요된다.

본 발명은 또한 도광판의 전면에 걸쳐 이송정반 측으로 압박하는 것에 비해 도광판의 분리가 용이하다. 나아가서 이송정반의 상면으로 돌출가능한 이젝트핀을 구비하고 있으므로 이송정반으로부터 도광판을 분리하는 작업이 매우 간단해진다.

도 1은 본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치의 일실시예의 정면도,
도 2는 도 1의 실시예의 평면도,
도 3은 도 1의 실시예의 좌측면도,
도 4는 본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치의 압박롤러의 일례의 사시도,
도 5는 도 4의 압박롤러의 부분확대 사시도,
도 6은 도 4의 압박롤러의 우측면도,
도 7은 본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치의 이송정반 및 고정편의 일례의 분해 사시도,
도 8은 도 7의 이송정반 및 고정편의 평면도,
도 9는 도 7의 이송정반 및 고정편의 단면도이다.

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

도 1은 본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치의 일실시예의 정면도이고, 도 2는 도 1의 실시예의 평면도이며, 도 3은 도 1의 실시예의 좌측면도이다.

프레임(110)은 다른 구성들을 지지하기 위한 것으로, 그 형태나 재질, 구조는 통상의 기술에 의해 필요에 따라 구현할 수 있다. 다만, 프레임(110)은 이송정반(150)이 직선왕복 이동할 수 있도록 지지하는 부분과, 이송정반(150)의 상방에서 레이저 조사부(130)가 직선왕복 이동할 수 있도록 지지하는 부분을 포함하고 있는 것이 바람직하다.

레이저 발진부(120)는 레이저 빔을 생성하여 외부로 출사시키며, 이 레이저 빔이 결국 레이저 조사부(130)에 도달하여 합성수지판인 가공대상에 조사됨으로써 미리 정해진 광학 패턴을 합성수지판에 형성하고, 그 결과로 합성수지판을 도광판으로 제조할 수 있게 된다. 레이저 발진부(120)는 프레임(110)에 대해 고정 설치되어 있다.

레이저 조사부(130)는 레이저 발진부(120)에서 출사된 레이저 빔을 전달받아 가공대상인 도광판으로 조사되도록 한다. 도광판의 판면 전체에 걸쳐 레이저 빔을 조사할 수 있도록, 레이저 조사부(130)는 프레임(110)에 대해 일방향으로 직선왕복 이송되도록 설치된다. 한편 가공대상인 합성수지판은 레이저 조사부(130)의 이송방향과 실질적으로 직각되는 방향으로 이송되며, 이로써 합성수지판의 전면에 걸쳐 패턴을 형성할 수 있게 된다. 따라서 가공대상인 합성수지판을 지지하는 이송정반(150)은 프레임(110)에 대해 직선왕복 이송되도록 설치되며, 그 이송방향은 레이저 조사부(130)이 이송되는 방향과는 동일한 투영면, 예컨대 도 2와 같은 평면도 상에서 봤을 때 실질적으로 직각되는 방향이다.

이와 같이 프레임(110)에 대해 고정설치된 레이저 발진부(120)로부터, 프레임(110)에 대해 직선왕복 이송되는 레이저 조사부(130)에 이르기까지 레이저 빔을 원활히 전달하기 위해 레이저 전달부가 구비된다. 레이저 전달부는 다양한 형태로 설계될 수 있으나, 본 실시예에서는 레이저 전달부가 복수의 반사경(141,142,143,144,145,131)을 포함하며, 이들 반사경(141,142,143,144,145,131) 중 일부인 이동 반사경(142,143)이 레이저 조사부(130)의 이송에 연동하되, 레이저 조사부(130)의 이송에 대해 그 반대방향으로 1/2의 이송속도로 이송되는 것으로 예시하고 있다. 레이저 빔의 전달 경로를 보면, 레이저 발진부(120)으로부터 각 반사경(141,142,143,144,145)을 차례로 거쳐 레이저 조사부(130)에 설치된 마지막 반사경(131)에 이르러 가공대상인 도광판(50)으로 조사되게 되는데, 이동 반사경(142,143)이 레이저 조사부(130)의 이송방향과 반대로 1/2의 속도로 이송되면 레이저 조사부(130)의 위치에도 불구하고 레이저 빔의 전달 경로의 길이가 변하지 않는다. 따라서 도광판(50)에 조사되는 레이저 빔의 단면 직경이 불변하므로, 고품질의 패턴을 정밀하게 형성할 수 있다. 레이저 조사부(130)와 이동 반사경(142,143)을 일정 속도비로 이송시키기 위해 구동모터(160)가 마련되며, 구동모터(160)는 벨트기구를 통해 레이저 조사부(130)와 이동 반사경(142,143)을 이송시킨다. 즉, 레이저 조사부(130) 및 이동 반사경(142,143)이 각각 벨트에 고정되어 있으며, 구동모터(160)는 풀리를 통해 이들 벨트를 작동시키는 것이다. 벨트기구 이외에도 리니어 모터와 같은 선형 액츄에이터를 통해 레이저 조사부(130) 및 이동 반사경(142,143)을 이송시키는 것도 가능하다. 이와 같은 구성은 대한민국 특허출원 제10-2010-0065320호 및 제10-2010-0067056호에 더욱 상세히 설명되어 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치의 압박롤러의 일례를 도시한 것으로, 도 4는 압박롤러의 일례의 사시도이고, 도 5는 도 4의 압박롤러의 부분확대 사시도이며, 도 6은 도 4의 압박롤러의 우측면도이다.

지지대(210)는 압박롤러(220)를 지지하기 위한 것으로 프레임(110)에 고정되도록 설치된다. 지지대(210)는 도 1 내지 도 6에 걸쳐 이송정반(150)의 상방을 가로지르는 가로보의 형태인 것으로 예시되어 있는데, 이와 같은 형태로 한정될 필요는 없으며 압박롤러(220)를 지지하기 위해 필요한 형태로 변형될 수 있다.

압박롤러(220)는 지지대(210)에 회전가능하게 설치되며, 이송정반(150)의 상면에 지지된 도광판(50)에 접촉하여 이송정반(150) 측으로 압박한다. 압박롤러(220)는 이송정반(150) 즉 도광판(50)이 이송됨에 따라 회전하면서 지속적으로 접촉 및 압박을 하게 된다. 따라서 압박롤러(220)의 롤러면은 도광판(50)과의 마찰에 의해 도광판(50)에 손상을 주지 않으면서 마찰력을 확보할 수 있도록 고무와 같은 탄력있고 부드러운 소재로 만들어진다. 도광판(50)의 크기에 따라 레이저 조사부(130)의 이송 범위 전체에 걸쳐 도광판(50)을 압박할 수 있도록 압박롤러(220)의 길이나 갯수는 임의로 변경될 수 있다. 한편, 도광판(50)을 이송정반(150)에 새로 설치하거나, 이송정반(150)으로부터 분리할 때 압박롤러(220)가 도광판(50)의 끝단부에 걸려 있을 수도 있으므로, 지지대(210)와 압박롤러(220) 사이에 승강 액츄에이터(221)를 설치하여 압박롤러(220)를 도광판(50)에 대하여 승강작동시키는 것이 바람직하다. 이 승강 액츄에이터(221)는 공압실린더와 같은 구성에 의해 구체화될 수 있다. 또한 압박롤러(220)는 레이저 조사부(130)의 이송범위를 기준으로 그 전후에 각각 쌍으로 배치될 수 있다. 도 4 및 도 6에는 레이저 조사부(130)를 기준으로 하여 그 전단, 즉 아직 레이저 조사부(130)로 진입하지 않은 도광판(50)의 일부분을 압박하도록 배치된 전방 압박롤러(220)와, 레이저 조사부(130)의 후단, 즉 레이저 조사부(130)를 지나온 도광판(50)의 일부분을 압박하도록 배치된 후방 압박롤러(240)를 함께 도시하고 있다. 이때에는 후방 압박롤러(240)를 지지하기 위한 후방 지지대(230)도 필요하다. 후방 압박롤러(240) 또한 후방 지지대(230)에 대해 승강되도록 후방 승강 액츄에이터(241)를 구비한다.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치의 이송정반 및 고정편의 일례를 도시한 것으로, 도 7은 이송정반 및 고정편의 일례의 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 이송정반 및 고정편의 평면도이며, 도 9는 도 7의 이송정반 및 고정편의 단면도이다.

이송정반(150)에는 복수의 관통구멍(151,152)이 형성되어 있다. 이들 관통구멍(151,152) 중 일부는 도 2의 평면도 상에서 보았을 때 길쭉한 한 쌍의 홈 형태인 슬릿(151)이다. 슬릿(151)에는 고정편(310)이 슬라이드 가능하도록 삽입된다. 고정편(310)은 적어도 일부가 이송정반(150)의 상면으로 돌출되는 돌출부(310a)를 구비하는데, 돌출부(310a)는 이송정반(150)에 지지될 도광판(50)의 끝단을 지지함으로써 이송정반(150) 상에서 도광판(50)이 미끄러져 이동하는 것을 방지하고, 패턴 가공을 위한 도광판(50)의 위치결정을 정확히 수행하도록 한다. 이송정반(150)의 배면에는 슬라이딩 액츄에이터(미도시)가 설치되는데, 이 슬라이딩 액츄에이터는 슬릿(151)을 통하여 볼트(B)에 의해 고정편(310)과 결합되어 있어서, 슬릿(151)을 따라 고정편(310)이 작동되도록 한다. 슬라이딩 액츄에이터 또한 공압 실린더로 구체화될 수 있다. 이송정반(150)에 복수의 슬릿(151)을 형성해두고 각 슬릿(151)마다 배면에 액츄에이터를 배치한 후, 도광판(50)의 크기에 따라 적절한 슬릿(151)을 선택하여 선택된 슬릿(151)의 배면에 설치된 액츄에이터에 고정편(310)을 볼트(B)로 고정하는 방식으로 고정편(310)의 위치를 손쉽게 변경할 수 있다. 이는 다양한 크기의 도광판(50)을 가공할 때 고정편의 활용도를 높여준다.

한편, 복수의 관통구멍(151,152)에는 이젝트핀(미도시)이 구비될 수도 있다. 이젝트핀은 이송정반(150)의 배면으로부터 상면으로 돌출되도록 작동가능한 것으로서, 이송정반(150)의 상면에 부착된 도광판(50)을 이송정반(150)으로부터 분리하는 작업을 용이하게 한다. 이젝트핀은 복수 개가 액츄에이터에 의해 자동적으로 상승하도록 설치될 수도 있으며, 작업자에 의해 수동으로 상승하도록 설치될 수도 있다. 나아가서 이젝트핀은 이송정반(150)에 설치되는 것이 아니라 별도의 부품으로 존재하며, 필요에 따라 작업자가 관통구멍(151,152)을 통해 상승시킴으로써 도광판(50)을 밀어올리는 방식으로 사용될 수도 있다. 이젝트핀은 슬릿(151)이 아닌 나머지 관통구멍(152)에 구비되는 것이 바람직하지만, 도광판(50)의 크기에 따라 고정편(310)의 위치도 변경될 수 있으므로 경우에 따라서는 슬릿(151)을 관통하여 상승시킬 수도 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 (5)

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 이송정반과,
   상기 도광판과 접하여 회전하며 상기 도광판을 상기 이송정반 측으로 압박하는 압박롤러를 포함하고,
   상기 이송정반은 상하방향으로 복수의 관통구멍이 형성되고,
   상기 이송정반의 복수의 관통구멍 중 일부는 슬릿이며,
   적어도 일부가 상기 이송정반의 상면으로 돌출되며 상기 슬릿의 길이방향을 따라 슬라이드 가능하도록 상기 슬릿에 삽입된 고정편을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압박롤러는,
   상기 도광판에 대하여 승강되도록 설치된 것을 특징으로 하는 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 이송정반의 배면에서 상기 슬릿을 통해 상기 고정편과 결합되어 상기 고정편을 슬라이드 작동시키는 슬라이딩 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이송정반의 복수의 관통구멍을 통해 상기 이송정반의 상면으로 돌출 가능한 이젝트핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 변형 방지수단을 구비한 도광판 레이저 가공장치.
   
   

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