KR101163153B1 - 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치 및 방법 - Google Patents

복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 헤드부를 통해서 복수개의 스폿을 조사시켜 복수개의 도광패턴부를 한번에 형성하여 가공속도를 향상시킬 뿐만 아니라 복수개의 스폿을 오버랩시켜 다양한 형상의 도광패턴을 형성가능한 복수의 스폿을 이용한 도광패턴 형성장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치는, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 조사된 레이저 빔을 복수개의 레이저 빔으로 분할하는 빔 스플릿터와, 상기 빔 스플릿터로부터 출사된 복수개의 레이저 빔을 복수개의 스폿으로 집광하는 광학계와, 상기 광학계에 의해서 도광패턴부가 가공될 도광판이 정렬배치되는 작업테이블을 포함한다.

Description

복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치 및 방법{METHOD FOR FORMING A PATTERN USING A PLURALITY OF SPOTS}
본 발명은 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 헤드부를 통해서 복수개의 스폿을 조사시켜 복수개의 도광패턴부를 한번에 형성하여 가공속도를 향상시킬 뿐만 아니라 복수개의 스폿을 오버랩시켜 다양한 형상의 도광패턴을 형성가능한 복수의 스폿을 이용한 도광패턴 형성장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도광판(light guide panel)은 광원으로부터 스캐닝된 빛을 균일하게 산란 및 확산시키는 경로를 제공하는 플레이트로서, 액정 표시 소자와 같은 수광형 평판 표시 장치나, 조명 간판 등에 사용되는 면광원 장치에 적용되고 있다.
도 1은 종래의 면광원 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 면광원 장치(10)는 도광판(11)과, 도광판(11)의 하부에 설치된 반사판(12)과, 도광판(11)의 측벽에 설치된 광원(13)과, 광원(13)을 커버하는 커버부재(14)를 포함한다. 광원(13)으로는 냉음극 형광 램프 또는 LED 등이 사용될 수 있다.
도광판(11)에는 투명한 아크릴 수지의 일면으로 입사되는 광을 산란 및 확산시키기 위하여 산화 티타늄(TiO2)과, 글라스 또는 아크릴 등을 포함하는 잉크를 이용하여서 인쇄한 다수의 도광패턴부(15)가 형성되어 있다.
최근에 이러한 도광판(11)에 도광패턴부(15)를 형성하기 위해서 레이저 시스템이 사용되고 있다.
특히 레이저 중에서도 가공효율을 높이기 위해서 고출력 연속 레이저로서 탄산가스(CO2) 레이저가 사용되고 있다.
그런데, 이러한 탄산가스(CO2) 레이저의 경우 그 출력이 도 2에 도시된 바와 같이 일정하지 않아 편이(Deviation)를 가지며, 이로 인해 도광판(11)에 형성되는 도광패턴부(15)의 균일성을 보장할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 면광원 장치(10)가 대형화됨에 따라서 레이저 빔의 광경로가 달라져 도광판(11)에 형성된 도광패턴이 각 도광패턴의 가장자리를 따라 외관 틀어짐 현상이 발생한다는 문제점이 있다.
또한, 고출력의 연속 레이저라 하더라도 여전히 대형화된 도광판(11)에 도광패턴부(15)를 형성하는 가공속도면에서 충분하지 못한 문제점이 있으며, 이러한 가공속도를 높이기 위해서 여러 대의 레이저를 이용하면 도광판 패턴 형성시스템이 대형화되며 복잡하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 가공속도의 문제 때문에 가공속도가 가장 빠른 바아 형태의 도광패턴부(15)를 형성하는데 국한되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 헤드부를 통해서 복수개의 스폿을 조사시켜 복수개의 도광패턴부를 한번에 형성하여 가공속도를 향상시킬 뿐만 아니라 복수개의 스폿을 오버랩시켜 다양한 형상의 도광패턴을 형성가능한 복수의 스폿을 이용한 도광패턴 형성장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치는, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 조사된 레이저 빔을 복수개의 레이저 빔으로 분할하는 빔 스플릿터와, 상기 빔 스플릿터로부터 출사된 복수개의 레이저 빔을 복수개의 스폿으로 집광하는 광학계와, 상기 광학계에 의해서 도광패턴부가 가공될 도광판이 정렬배치되는 작업테이블을 포함하며,
상기 빔 스플릿터와 상기 광학계는 레이저헤드부 내부에 배치되며, 상기 레이저 발진기와 상기 레이저헤드부 사이에 상기 레이저 발진기로부터의 레이저 빔을 상기 레이저헤드부로 유도하는 반사미러를 더 포함하며,
상기 레이저 빔이 상기 빔 스플릿터로 입사되기 전에 레이저 빔의 단면형상을 확대하기 위한 빔 익스팬더와 상기 레이저 빔의 단면형상을 구형으로 정형화하기 위한 애퍼처를 순서대로 더 포함하며,
상기 빔 스플릿터로부터 분기된 복수개의 레이저 빔을 소정의 형상으로 정형화하는 복수개의 애퍼처를 더 포함하며, 상기 애퍼처의 직경은 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 헤드부를 통해서 복수개의 스폿을 조사시켜 복수개의 도광패턴부를 한번에 형성하여 가공속도를 향상시킬 뿐만 아니라 복수개의 스폿을 오버랩시켜 다양한 형상의 도광패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대형 도광판에 대하여, 영역을 그룹핑하여 균일한 가공출력으로 복수개의 도광패턴부를 형성할 수 있기 때문에, 도광판 전체에 외관 틀어짐 현상이 발생할는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 면광원 장치의 측단면도이며,
도 2는 탄산가스(CO2) 레이저의출력을 나타내는 그래프이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치의 구성도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치를 이용하여 복수개의 도광패턴부를 동시에 가공하는 방법을 설명하는 개념도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치를 이용하여 복수개의 스폿을 오버랩시켜 다양한 도광패턴부를 형성하는 방법을 설명하는 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치를 이용하여 복수개의 도광패턴부를 동시에 가공하는 방법을 설명하는 개념도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치를 이용하여 복수개의 스폿을 오버랩시켜 다양한 도광패턴부를 형성하는 방법을 설명하는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치(100)는 도광판(11)이 배치되는 작업테이블(110)이 제 1 구동부(111)와 제 2 구동부(113)에 의하여 전후좌우로 구동될 수 있다.
물론, 상기 작업테이블(110)대신에 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진기(120)로부터 레이저 빔을 상기 작업테이블(110)로 유도하는 레이저 헤드부(130)가 제 1 구동부(131)와 제 2 구동부(133)에 의하여 전후좌우로 구동될 수도 있으며, 상기 작업테이블(110)이 전후로 이동하고, 상기 레이저 헤드부(130)가 좌우로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치(100)에 있어서, 상기 레이저 발진기(120)로부터 생성된 레이저 빔은 반사미러(121) 등에 의해서 상기 레이저 헤드부(130)에 입사되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴 형성장치(100)에 있어서, 상기 레이저 발진기(120)로부터 생성된 레이저 빔은 상기 레이저 헤드부(130)내에 배치된 빔 스플릿터(135)에 의해서 적어도 2 방향으로 조사되는 직선 편광으로 분할될 수 있다.
상기 빔 스플릿터(135)에 의해서 직선 편광으로 분할된 적어도 2 이상이 분할 빔은 반사미러(136)에 의해서 소정의 위치로 반사되어 복수개의 스폿으로 상기 작업테이블(110) 상에 배치된 도광판(11)에 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 도광패턴부(n1, n2, n3....)를 그룹화하여 형성할 수 있다.
따라서, 대형 도광판에 대하여, 영역을 그룹핑하여 균일한 가공출력으로 복수개의 도광패턴부를 형성할 수 있기 때문에, 도광판 전체에 외관 틀어짐 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 빔 스플릿터(135)는 분기 프리즘일 수도 있다.
한편, 상기 빔 스플릿터(135)에 입사되기 전에 애퍼처(138)에 의하여 TEM00 모드 또는 구형 단면을 갖는 레이저 빔으로 정형화될 때 가공출력의 변화를 적게 하기 위해서 빔 익스팬더(137)에 의해서 레이저 빔이 확장되고, 애퍼처(138)에 의해서 그 단면이 구형화되어 균일한 가공출력을 유지하도록 제어 될 수 있다.
즉, 애처퍼(138)는 상기 레이저 빔 중에서, 상기 레이저 빔이 TEM00 모드인 경우에 균일한 출력부분만 선택하도록 직경이 선택되어 레이저 빔은 균일한 가공출력을 가질 것이며, 이와 같이 균일한 가공출력을 갖는 레이저 빔의 가공출력을 도광판 상의 복수개의 스폿의 위치에 따라 다르게 제어하도록 상기 애퍼처(138)의 직경을 제어하는 제어부(140)를 더 구비할 수 있다.
물론, 상기 애퍼처(138)는 상기 빔 스플릿터(135)로부터 분기된 적어도 2 이상의 레이저 빔을 소정의 형상으로 정형화하는 데 이용될 수 있다.
상기 빔 스플릿터(135)로부터 분기된 적어도 2 이상의 분기 레이저 빔은 광학계(139)에 의해서 상기 작업테이블(110)상의 도광판(11) 상에 복수개의 스폿으로 집광되도록 제어될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 빔 스플릿터(135)로부터 분기된 적어도 2 이상의 분기 레이저 빔을 적어도 2 이상의 반사미러(136)의 반사각도를 상기 제어부(140)에 의해서 다르게 제어하여 상기 작업테이블(110)상의 도광판(11) 상의 소정 위치에 오버랩되게 하여 삼각형의 도광패턴부(n1, n2, n3..)를 형성할 수 있다.
물론, 삼각형의 도광패턴부 뿐만 아니라 다양한 형상의 도광패턴부를 형성할 수 있으며, 상기 복수개의 스폿이 오버랩되는 부분의 가공출력이 비오버랩부분의 가공출력과 균일해질 수 있도록 상기 빔 스플릿터(135)에서 분기율을 달리할 수 있다.
또한, 상기 애퍼처(128)를 복수개 구비하며, 그 직경을 상기 제어부(140)의 제어하여 달리하여 삼각형의 도광패턴부(15) 전체에 대해서 균일한 가공출력이 제공될 수 있도록 제어될 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 복수개의 레이저 빔 스폿을 오버랩시켜 도광판(11)에 복수개의 도광패턴부(n1, n2, n3....)를 형성하더라도 각각의 도광패턴부의 모양이 변형하거나 도광판(11)이 국부적으로 손상되는 것을 방지할 수 있다.
11 : 도광판
15 : 도광판 패턴부
128 : 애퍼처
135 : 빔 스플릿터
136 : 반사미러
140 : 제어부

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 조사된 레이저 빔을 복수개의 레이저 빔으로 분할하는 빔 스플릿터와, 상기 빔 스플릿터로부터 출사된 복수개의 레이저 빔을 복수개의 스폿으로 집광하는 광학계와, 상기 광학계에 의해서 도광패턴부가 가공될 도광판이 정렬배치되는 작업테이블을 포함하며,
    상기 빔 스플릿터와 상기 광학계는 레이저헤드부 내부에 배치되며, 상기 레이저 발진기와 상기 레이저헤드부 사이에 상기 레이저 발진기로부터의 레이저 빔을 상기 레이저헤드부로 유도하는 반사미러를 더 포함하며,
    상기 레이저 빔이 상기 빔 스플릿터로 입사되기 전에 레이저 빔의 단면형상을 확대하기 위한 빔 익스팬더와 상기 레이저 빔의 단면형상을 구형으로 정형화하기 위한 애퍼처를 순서대로 더 포함하며,
    상기 빔 스플릿터로부터 분기된 복수개의 레이저 빔을 소정의 형상으로 정형화하는 복수개의 애퍼처를 더 포함하며, 상기 애퍼처의 직경은 제어부에 의해서 제어되는 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔 스플릿터로부터 분기된 복수개의 레이저 빔을 상기 작업테이블상에 배치된 도광판상의 소정의 영역에 복수개의 스폿으로 집광시키는 복수개의 반사미러를 더 포함하는 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성장치.
  6. 레이저 발진기로부터 생성된 레이저 빔을 빔 스플릿터로 복수개의 레이저 빔으로 분할하여, 작업테이블상에 배치된 도광판에 복수개의 스폿을 형성하여 도광패턴부를 형성하며,
    상기 빔 스플릿터로 상기 레이저 빔을 분기하기 전에 빔 익스팬더로 레이저 빔의 단면을 확대하고, 애퍼처를 통과시켜 소정의 균일한 가공출력을 갖도록 하며,
    상기 빔 스플릿터로부터 분기된 레이저 빔이 복수개의 반사미러에 의해서 상기 도광판상에 복수개의 스폿 오버랩되어 하나의 도광패턴부를 형성하도록 제어되며, 상기 빔 스플릿터로부터 분기된 레이저 빔은 복수개의 애퍼처에 의해서 상기 복수개의 스폿이 오버랩된 부분과 비오버랩된 부분에서 동일한 가공출력을 갖도록 제어되는 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 빔 스플릿터로부터 분기된 레이저 빔이 광학계를 통해 상기 도광판상에 복수개의 스폿으로 집광되어, 복수개의 도광패턴부가 동시에 형성되며, 상기 복수개의 도광패턴부 사이의 이격거리에 따라 상기 빔 스플릿터의 분기율이 다르게 제어되는 복수의 스폿을 이용한 도광판 패턴 형성방법.
  9. 삭제
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