KR102050532B1 - 3차원 레이저 패터닝 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태는 레이저 광을 생성하여 출력하는 레이저 광원 유닛; 커브드 기판을 지지하며, 상기 커브드 기판을 X축 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있는 스테이지 유닛; 상기 스테이지 유닛을 이동시켜 커브드 기판의 표면상에서 패터닝이 이루어지는 영역인 패터닝 영역을 레이저 광의 조사 범위 내로 이동시키는 스테이지 이송 유닛; 커브드 기판의 패터닝 영역을 센싱하여 X좌표, Y좌표, Z좌표로 된 3차원 형상을 생성하는 변위 측정 센서; 커브드 기판의 각 패터닝 영역별로 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터가 저장된 패터닝 데이터 저장 유닛; 패터닝 데이터 저장 유닛에서 추출한 X축 패터닝 데이터와 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜 X축 패터닝 보정 데이터, Y축 패터닝 보정 데이터, 및 레이저 초점 보정 데이터를 생성하는 패터닝 데이터 보정 유닛; 상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되며, 상기 레이저 광원 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 상기 레이저 초점 보정 데이터에 따라서 레이저 광의 초점 위치를 가변시켜 출력하는 초점 조절 유닛; 및 상기 초점 조절 유닛과 스테이지 유닛 사이에 위치되며, 상기 초점 조절 유닛으로부터 입사되는 레이저 광의 조사각을 상기 X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터에 따라서 레이저 광의 X축 변위 및 Y축 변위를 가변시켜 커브드 기판의 패터닝 영역으로 조사하는 스캐너 유닛;을 포함할 수 있다.

Description

3차원 레이저 패터닝 장치{Apparatus for 3D laser patterning}
본 발명은 3차원 레이저 패터닝 장치로서, 휘어진 형태의 커브드 기판에 대해서 레이저 패터닝을 수행하는 3차원 레이저 패터닝 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 갈바노미러 스캐너를 이용한 레이저 패터닝 장치는 레이저 유닛으로부터 레이저 빔을 생성 및 출력시키고, 출력된 레이저 빔을 하프 미러에 반사시켜 갈바노미러 스캐너로 입사시킨다. 이후, 갈바노미러 스캐너는 입사된 레이저 빔을 X축 갈바노미러와 Y축 갈바노미러를 통해 굴절시켜, 레이저 빔을 제어부에 입력된 경로에 따라 기판상에 조사되도록 유도시킨다. 갈바노미러는 통상적으로 기판상에 커팅될 문자나 도형 등의 마크에 대한 레이저 빔의 이동 경로가 입력된 제어부에 의해 제어되고, 제어부에 입력된 경로에 따라 기판상에 레이저 빔을 조사시킴으로써, 기판상의 소정 부위에 마크를 형성시킨다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 2D 레이저 패터닝 장치는 레이저 광원부(10), 스캐너부(20), 광학부(30) 및 스테이지(50)를 포함한다.
레이저 광원부(10)는 레이저 광을 생성하여 조사하며, 스캐너부(20)는 레이저 광원부(10)로부터 입사된 레이저광을 갈바노미러 스캐너를 이용하여 반사하여 기판상에 원하는 패턴으로 조사한다. 광학부(30)는 스캐너부(20)로부터 입사된 레이저 광을 기판상에 초점이 맺히도록 조절한다.
한편, 2013년부터 모바일 기기용 플렉서블 AMOLED 공급을 시작으로 자동차, 생활용품 분야 등으로 플렉서블 기판의 수요가 급속히 확산되고 있다.
그런데 기존의 레이저 패터닝 장치는 2D(X,Y) 표면의 광학계에만 적용될 수 있어, 플렉서블 기판과 같이 휘어진 형태의 기판인 커브드 기판의 3D(X,Y,Z) 표면에 대해서는 적용할 수 없는 한계를 가지고 있다. 즉, 커브드 기판에 대해 레이저 패터닝 시에 기존의 2D 표면 마킹으로 처리하게 되면, 휘어진 커브드 기판의 3D 표면상의 레이저 초점의 높이가 달라지게 되어 커브드 기판상에 조사되는 레이저 광의 초점이 균일하지 않게 되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2012-0016797호
본 발명의 기술적 과제는 휘어진 형태의 커브드 기판에 대해서 레이저 패터닝을 수행하는 3D 레이저 패터닝 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 레이저 광을 생성하여 출력하는 레이저 광원 유닛; 커브드 기판을 지지하며, 상기 커브드 기판을 X축 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있는 스테이지 유닛; 상기 스테이지 유닛을 이동시켜 커브드 기판의 표면상에서 패터닝이 이루어지는 영역인 패터닝 영역을 레이저 광의 조사 범위 내로 이동시키는 스테이지 이송 유닛; 커브드 기판의 패터닝 영역을 센싱하여 X좌표, Y좌표, Z좌표로 된 3차원 형상을 생성하는 변위 측정 센서; 커브드 기판의 각 패터닝 영역별로 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터가 저장된 패터닝 데이터 저장 유닛; 패터닝 데이터 저장 유닛에서 추출한 X축 패터닝 데이터와 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜 X축 패터닝 보정 데이터, Y축 패터닝 보정 데이터, 및 레이저 초점 보정 데이터를 생성하는 패터닝 데이터 보정 유닛; 상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되며, 상기 레이저 광원 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 상기 레이저 초점 보정 데이터에 따라서 레이저 광의 초점 위치를 가변시켜 출력하는 초점 조절 유닛; 및 상기 초점 조절 유닛과 스테이지 유닛 사이에 위치되며, 상기 초점 조절 유닛으로부터 입사되는 레이저 광의 조사각을 상기 X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터에 따라서 레이저 광의 X축 변위 및 Y축 변위를 가변시켜 커브드 기판의 패터닝 영역으로 조사하는 스캐너 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 변위 측정 센서는, 패터닝 영역의 표면을 미리 설정된 단위 크기별로 센싱하여 패터닝 영역의 3차원 형상을 생성할 수 있다.
상기 패터닝 데이터 보정 유닛은, X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜, X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터를 생성하는 XY축 패터닝 데이터 보정 모듈; 및 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜, 레이저 초점 보정 데이터를 생성하는 레이저 초점 데이터 보정 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 XY축 패터닝 데이터 보정 모듈은, 패터닝 영역의 3차원 형상의 X축 곡률에 따른 X축 위치 보정값을 X축 패터닝 데이터에 적용하여 X축 패터닝 보정 데이터를 생성하며, 패터닝 영역의 3차원 형상의 Y축 곡률에 따른 Y축 위치 보정값을 Y축 패터닝 데이터에 적용하여 Y축 패터닝 보정 데이터를 생성할 수 있다.
상기 초점 조절 유닛은, 상기 레이저 광원에서 출사되는 레이저 광을 수렴하는 초점 가변 렌즈를 구비하며, 상기 초점 가변 렌즈를 이동시켜 레이저 광의 초점 조절을 수행할 수 있다.
상기 레이저 광의 파장은 1030nm ~1090nm인 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 초점 데이터 보정 모듈은, 패터닝 영역을 복수개의 격자로 분할하여 각 격자 위치의 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 획득하는 grid 보정과, 센싱되는 패터닝 영역의 Z축 높이 변화에 따른 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 산출하는 ABC 보정과, 각 패터닝 영역의 그리드별로 상기 ABC 보정을 수행하여 그리드별 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 결정하여 할당하는 stretch 보정을 수행할 수 있다.
상기 초점 조절 유닛은, 레이저 광이 조사되는 패터닝 영역의 그리드에 할당된 초점 가변 렌즈의 이동 위치로서 초점 가변 렌즈를 이동시켜 레이저 광의 초점 조절을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 3D 레이저 패터닝을 수행함으로써, 손상없이 휘거나 구부리거나 할 수 있는 차세대 디스플레이 등의 다양한 커브드 기판에 패터닝할 수 있다.
도 1은 기존의 2D 패터닝 장치를 도시한 그림.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 레이저 패터닝 장치의 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 레이저 패터닝 장치의 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초점 조절 유닛의 예시 그림,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 레이저 패터닝 장치의 예시 그림.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커브드 기판의 예시 그림.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 패터닝 시에 커브드 기판의 이송 방향을 도시한 그림.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 XY축 보정 전후의 테이블 예시를 도시한 그림.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈의 이동에 의해 초점이 가변되는 모습을 도시한 그림.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 레이저 패터닝 장치의 개념도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 레이저 패터닝 장치의 구성 블록도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초점 조절 유닛의 예시 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 레이저 패터닝 장치의 예시 그림이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커브드 기판의 예시 그림이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 패터닝 시에 커브드 기판의 이송 방향을 도시한 그림이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 XY축 보정 전후의 테이블 예시를 도시한 그림이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈의 이동에 의해 초점이 가변되는 모습을 도시한 그림이다.
본 발명의 3D 레이저 패터닝 장치는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 레이저 광원 유닛(100), 광학 유닛(400), 스테이지 유닛(600), 스테이지 이송 유닛(650), 변위 측정 센서(500), 패터닝 데이터 저장 유닛(700), 패터닝 데이터 보정 유닛(750), 초점 조절 유닛(200), 및 스캐너 유닛(300)을 포함할 수 있다.
레이저 광원 유닛(100)은, 레이저 광을 생성하여 출력하는 유닛이다. 레이저 광원 유닛(100)의 후단에 설치되어, 레이저 빔의 파워를 조절하여 출력하는 레이저 빔 파워 조절기(미도시)가 추가될 수 있다.
본 실시예에서 레이저 광의 파장은 레이저 파장 1030nm ~ 1090nm이 바람직하다. 또한, 본 실시예에 따른 3D 레이저 패터닝 장치는 모발일용 3D 글래스 잉크 정밀 패터닝 및 리워크 분야 또는 자동차용 3D 글래스 잉크 정밀 패터닝 및 리워크 분야에 사용된다.
초점 조절 유닛(200)은, 레이저 광원 유닛(100)의 후단에 설치되어, 레이저 광원 유닛(100)으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 가변시켜 출력하는 모듈이다. 커브드 기판의 특성상 표면은 곡률을 가지기 때문에 레이저 패터닝시에 왜곡이 발생하게 되는데, 초점 조절 유닛은 패터닝 시에 이러한 초점 왜곡을 보정하기 위해, 레이저 광이 광학 유닛을 투과하는 위치에 따라 레이저 광의 초점을 조절함으로써, 기판 전영역에서 레이저 광의 초점 높이가 균일하게 유지되도록 한다.
이를 위해 초점 조절 유닛(200)은 도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 광원에서 출사되는 레이저 광을 수렴하는 초점 가변 렌즈(210)를 구비하며, 초점 가변 렌즈를 이동시켜 레이저 광의 초점 조절을 수행할 수 있다.
참고로, 3차원 표면 마킹 방법은 3차원 도면(CAD) 파일을 소프트웨어에서 가공 위치의 좌표를 3차원으로 인식하여 표면 가공하는 방법으로서, Z축은 좌표 위치에 따라 포커스 가변형 시스템의 초점 가변 렌즈(210)(Diverging lens)와 로봇 Z축(Stroke : 350mm)이 이동함으로써 가공위치에 따라 포커스(Z축) 위치를 변화시켜 3차원 표면 마킹이 가능하도록 할 수 있다.
스캐너 유닛(300)은, 초점 조절 유닛(200)과 스테이지 유닛(600) 사이에 위치되며, 초점 조절 유닛(200)으로부터 입사되는 레이저 광의 조사각을 가변시켜 커브드 기판의 패터닝 영역으로 조사한다. 예컨대, 스캐너 유닛(300)은 도 5에 도시한 바와 같이 제1갈바노 스캐너(310)와 제2갈바노 스캐너(320)의 조합으로 구성되며, 제1갈바노 스캐너(310)는 초점 조절 유닛(200)으로부터 입사되는 레이저 광의 제1축(X축) 방향의 변위를 조절하고, 제2갈바노 스캐너(320)는 제2축(Y축) 방향의 변위를 조절하는 기능을 수행한다.
제1갈바노 스캐너(310)는 제1갈바노 미러(311)와 제1갈바노 미러 구동부(312)를 포함하며, 제2갈바노 스캐너(320)는 제2갈바노 미러(321)와 제2갈바노 미러 구동부(322)를 포함한다. 제1갈바노 미러(311)는 레이저 광을 반사하도록 회전가능하게 설치되며, 제1갈바노 미러 구동부(312)는 제1갈바노 미러(311)의 단부에 설치되어, 제1갈바노 미러(311)를 지지하면서, 제1갈바노 미러(311)를 회동시킨다. 그리고, 제2갈바노 미러(321)는 레이저 광을 반사하도록 회전 가능하게 설치되며, 제2갈바노 미러 구동부(322)는 제2갈바노 미러(321)의 단부에 설치되어, 제2갈바노 미러(321)를 지지하면서, 제2갈바노 미러(321)를 회동시킨다. 제1갈바노 미러(311)에 의해 반사된 레이저 광은 제2갈바노 미러(321)로 입사되며, 제2갈바노 미러(321)에 입사된 레이저 광(laser beam)은 광학 유닛(400)을 거쳐서 스테이지 유닛(600)에 거치된 커브드 기판(S)의 방향으로 반사된다.
광학 유닛(400)은, 스캐너 유닛(300)과 스테이지 유닛(600) 사이에 설치되어, 레이저 광을 커브드 기판(S)상에 전달하는 역할을 수행한다. 광학 유닛(400)은, 스캐너 유닛(300)으로부터 입사된 레이저 광을 커브드 기판 상에 초점이 배치되도록 조절하는데, 에프-세타(f-theta) 렌즈가 이용될 수 있다. 참고로, 에프-세타 렌즈의 특성상 필드의 중심 영역에서 에지 영역으로 갈수록 레이저 광의 초점 높이가 달라질 수 있다.
스테이지 유닛(600)은, 커브드 기판을 지지하며, 커브드 기판을 X축 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있는 유닛이다. 여기서 커브드 기판(curved board)이라 함은 평평(flat)한 기판이 아니라 도 6에 도시한 바와 같이 곡률을 가져 휘어진 기판으로서, 종이처럼 얇고 유연하여 손상없이 휘거나 구부릴 수 있는 플렉서블 기판 등이 모두 해당될 수 있다.
스테이지 이송 유닛(650)은, 스테이지 유닛을 이동시켜 커브드 기판의 표면상에서 패터닝이 이루어지는 영역인 패터닝 영역을 레이저 광의 조사 범위 내로 이동시키는 유닛이다. 이를 위해 제1엔코더(미도시)와 제2엔코더(미도시)를 포함하는데, 제1엔코더는 스테이지 유닛(600)에 결합되어 스테이지 유닛(600)의 X축 위치 정보를 확인하기 위한 제1엔코더 신호를 출력하고, 제2엔코더는 스테이지 유닛(600)에 결합되어 스테이지 유닛(600)의 Y축 위치 정보를 확인하기 위한 제2엔코더 신호를 출력한다.
따라서 스테이지 유닛(600)의 X축 위치 정보 및 Y축 위치 정보를 파악하여, 도 7에 도시한 바와 같이 레이저 광이 조사되는 부위에, 각각의 패터닝 영역이 위치하도록 X축 및 Y축으로 이동 제어된다. 참고로, 커브드 기판상에 격자 단위로 구별되는 패터닝 영역은, 패터닝이 이루어지는 영역으로서, 레이저 광이 각 패터닝 영역의 표면에 조사되어 패터닝이 이루어질 수 있다.
변위 측정 센서(500)는, 광학 유닛(400)의 대향된 하측에 위치한 커브드 기판의 패터닝 영역을 센싱하여 X좌표, Y좌표, Z좌표로 된 3차원 형상을 생성한다. 스테이지 이송 유닛(650)의 제어에 의해 스테이지 유닛(600)이 이동되어, 커브드 기판의 어느 패터닝 영역이 레이저 광 조사 범위 내로 이동되어 오면, 변위 측정 센서(500)는 해당 패터닝 영역을 센싱하여 X좌표, Y좌표, Z좌표로 된 3차원(3D) 형상을 생성한다.
참고로, 일반적인 3D측정 방법은 CMM(Coordinate Measuring Machine)과 3차원 스캐너 방식이있다. CMM은 측정 정확도가 매우 정밀하지만, 측정속도가 매우 느리고 복잡한 측정 사전 준비 작업이 요구되며, 한번 설치 이후 이동이 불가능하다. 3차원 스캐너는 고밀도 점군을 생성하여 빠른 측정이 가능하며 이동성 및 휴대성이 좋지만, CMM에 비하여 상대적으로 낮은 측정 정확도와 동일 측정 정확도 수준의 CMM 대비 상대적으로 매우 가격이 높다. 이런 방법들은 고가의 장비이다 보니 가격적인 측면에서 큰 경제적 부담이 있다. 이에 본 발명의 변위 측정 센서(500)는, 패터닝 영역의 표면을 미리 설정된 단위 크기(pre-define)별로 센싱하여 패터닝 영역의 3차원 형상을 생성하도록 한다. 예를 들어, 일정 단위 크기별로 센싱하여 표면의 평탄도를 포함하는 3D 형상을 센싱할 수 있다. 나아가 추가 초점(Z축) 보정을 통하여 높은 정확도를 가질 수 있도록 할 수 있다.
패터닝 데이터 저장 유닛(700)은, 커브드 기판의 각 패터닝 영역별로 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터가 저장된 저장부이다.
패터닝 데이터 보정 유닛(750)은, 패터닝 데이터 저장 유닛(700)에서 추출한 X축 패터닝 데이터와 Y축 패터닝 데이터를 변위 측정 센서(500)에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜 X축 패터닝 보정 데이터, Y축 패터닝 보정 데이터, 및 레이저 초점 보정 데이터를 생성한다.
패터닝 데이터 보정 유닛(750)은, XY축 패터닝 데이터 보정 모듈과, 레이저 초점 데이터 보정 모듈을 포함할 수 있다.
XY축 패터닝 데이터 보정 모듈은, X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서(500)에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜, X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터를 생성한다.
즉, 패터닝 영역의 3차원 형상의 X축 곡률에 따른 X축 위치 보정값을 X축 패터닝 데이터에 적용하여 X축 패터닝 보정 데이터를 생성하며, 마찬가지로 패터닝 영역의 3차원 형상의 Y축 곡률에 따른 Y축 위치 보정값을 Y축 패터닝 데이터에 적용하여 Y축 패터닝 보정 데이터를 생성한다. 곡률이 클수록 패터닝 보정 데이터의 위치 범위는 작아지게 되는데, 참고로, 도 8은 X축-Y축 보정 전후의 데이터를 도시한 테이블로서, X축 패터닝 데이터는 X축 92.8um, Y축 패터닝 데이터는 13.6um의 위치 범위를 보였으나, 보정 후의 X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터는 약 5um의 위치 범위를 나타냄을 알 수 있다.
결국, 보정된 X축 패터닝 데이터와 Y축 패터닝 데이터를 이용하여 X축과 Y축에 대해서 스캐너 유닛(300)의 좌표 제어를 하게 된다. 상술하면, 스캐너 유닛(300)은, X축과 Y축의 좌표 제어를 함에 있어서, 초점 조절 유닛(200)으로부터 입사되는 레이저 광의 조사각을 X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터에 따라서 레이저 광의 X축 변위 및 Y축 변위를 가변시켜 커브드 기판의 패터닝 영역으로 조사하여 패터닝을 수행하게 된다.
한편, 레이저 초점 데이터 보정 모듈은, X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 변위 측정 센서(500)에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜, 레이저 초점 보정 데이터를 생성하는 모듈이다. 레이저 초점 보정 데이터는, 레이저 광의 초점이 보정된 데이터로서, 각 X-Y좌표별로 조사되는 레이저 광의 초점이 커브드 기판의 표면에 초점이 맺혀지도록 보정시킨 데이터이다.
이러한 레이저 초점 보정 데이터를 생성하기 위하여, 패터닝 영역을 복수개의 격자로 분할하여 각 격자 위치의 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 획득하는 grid 보정과, 센싱되는 패터닝 영역의 Z축 높이 변화에 따른 초점 조절 유닛(200)의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 산출하는 ABC 보정과, 각 패터닝 영역의 그리드별로 ABC 보정을 수행하여 그리드별 초점 조절 유닛(200)의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 결정하여 할당하는 stretch 보정이 차례대로 이루어지도록 한다.
grid 보정, ABC 보정, 및 stretch 보정에 대하여 상술하기로 한다.
gird 보정(grid correction)은 패터닝 영역을 복수개의 격자로 분할하여 각 격자 위치의 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 획득하는 과정으로서, 광학 유닛의 에프-세타(f-theta) 렌즈 영역의 필드사이즈에 맞춰서 5ｘ5 혹은 9ｘ9 혹은 더 많은 수의 그리드를 마킹하여 마킹된 그리드를 각각 위치별 좌표값을 저장한다. 5ｘ5의 그리드만으로도 데이터를 취득해서 gird 보정을 진행할 수 있지만 많은 수의 그리드를 마킹해서 세밀한 영역의 데이터를 취득하면 정확도를 향상할 수 있다. grid 보정은 3D가 아닌 2D의 보정을 의미하며 ABC 보정과 stretch 보정의 추가 보정을 진행하여 초점(Z축) 보정이 완료된다.
ABC 보정(ABC correction)은 센싱되는 패터닝 영역의 Z축 높이 변화에 따른 초점 조절 유닛(200)의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 산출하는 과정이다. 일반적으로 광학 유닛의 에프-세타(f-theta) 렌즈는 Z축의 높이 변화에 따라 높아지면 영역이 넓어지고 낮아지면 영역이 좁아지는 형태를 보이기 때문이다.
stretch 보정(stretch correction)은, 각 패터닝 영역의 그리드별로 상기 ABC 보정을 수행하여 그리드별 초점 조절 유닛(200)의 초점 가변 렌즈(210)의 이동 위치를 결정하여 할당하는 보정으로서, 초점 조절 유닛(200)의 초점 가변 렌즈(210)의 이동 위치를 ±동일한 위치에 5ｘ5 마킹을 진행한다. 마킹된 박스를 위치별 좌표값 저장한다. -위치에서의 좌표값과 +위치에서의 좌표값 등 총 2가지 위치의 좌표값을 취득하여 초점 조절 유닛(200)의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 결정할 수 있다.
결국, Z축은 보정된 레이저 초점 보정 데이터의 좌표 위치에 따라서 초점 조절 유닛(200)의 초점 가변 렌즈(210)(Diverging lens)의 Z축이 이동함으로써 가공위치에 따라 초점(Z축) 위치를 변화시켜 3차원의 커브드 기판에 대한 표면 패터닝이 가능해진다. 초점 조절 유닛(200)은, 레이저 광이 조사되는 패터닝 영역의 그리드에 할당된 초점 가변 렌즈의 이동 위치로서 초점 가변 렌즈를 이동시켜 레이저 광의 초점 조절을 하게 된다. 예를 들어, 도 9(a)에 도시한 바와 같이 초점 가변 렌즈(210)를 왼쪽으로 이동시에는 초점 길이가 길어지며, 도 9(b)에 도시한 바와 같이 초점 가변 렌즈(210)를 오른쪽으로 이동할수록 초점 길이가 짧아진다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100:레이저 광원 유닛
200:초점 조절 유닛
300:스캐너 유닛
400:광학 유닛
500:변위측정센서
600:스테이지 유닛
700:패터닝 데이터 저장 유닛
750:패터닝 데이터 보정 유닛

Claims (6)

  1. 레이저 광을 생성하여 출력하는 레이저 광원 유닛;
    커브드 기판을 지지하며, 상기 커브드 기판을 X축 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있는 스테이지 유닛;
    상기 스테이지 유닛을 이동시켜 커브드 기판의 표면상에서 패터닝이 이루어지는 영역인 패터닝 영역을 레이저 광의 조사 범위 내로 이동시키는 스테이지 이송 유닛;
    커브드 기판의 패터닝 영역을 센싱하여 X좌표, Y좌표, Z좌표로 된 3차원 형상을 생성하는 변위 측정 센서;
    커브드 기판의 각 패터닝 영역별로 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터가 저장된 패터닝 데이터 저장 유닛;
    패터닝 데이터 저장 유닛에서 추출한 X축 패터닝 데이터와 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜 X축 패터닝 보정 데이터, Y축 패터닝 보정 데이터, 및 레이저 초점 보정 데이터를 생성하는 패터닝 데이터 보정 유닛;
    상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되며, 상기 레이저 광원 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 상기 레이저 초점 보정 데이터에 따라서 레이저 광의 초점 위치를 가변시켜 출력하는 초점 조절 유닛; 및
    상기 초점 조절 유닛과 스테이지 유닛 사이에 위치되며, 상기 초점 조절 유닛으로부터 입사되는 레이저 광의 조사각을 상기 X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터에 따라서 레이저 광의 X축 변위 및 Y축 변위를 가변시켜 커브드 기판의 패터닝 영역으로 조사하는 스캐너 유닛;을 포함하며,
    상기 패터닝 데이터 보정 유닛은,
    X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜, X축 패터닝 보정 데이터 및 Y축 패터닝 보정 데이터를 생성하는 XY축 패터닝 데이터 보정 모듈; 및 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 상기 변위 측정 센서에서 센싱한 3차원 형상에 매칭시켜, 레이저 초점 보정 데이터를 생성하는 레이저 초점 데이터 보정 모듈;을 포함하며,
    상기 레이저 초점 데이터 보정 모듈은,
    패터닝 영역을 복수개의 격자로 분할하여 각 격자 위치의 X축 패터닝 데이터 및 Y축 패터닝 데이터를 획득하는 grid 보정과, 센싱되는 패터닝 영역의 Z축 높이 변화에 따른 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 산출하는 ABC 보정과, 각 패터닝 영역의 그리드별로 상기 ABC 보정을 수행하여 그리드별 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈의 이동 위치를 결정하여 할당하는 stretch 보정을 수행하며,
    상기 초점 조절 유닛은,
    레이저 광이 조사되는 패터닝 영역의 그리드에 할당된 초점 가변 렌즈의 이동 위치로서 초점 가변 렌즈를 이동시켜 레이저 광의 초점 조절을 수행함을 특징으로 하는 3D 레이저 패터닝 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 변위 측정 센서는,
    패터닝 영역의 표면을 미리 설정된 단위 크기별로 센싱하여 패터닝 영역의 3차원 형상을 생성하는 3D 레이저 패터닝 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 XY축 패터닝 데이터 보정 모듈은,
    패터닝 영역의 3차원 형상의 X축 곡률에 따른 X축 위치 보정값을 X축 패터닝 데이터에 적용하여 X축 패터닝 보정 데이터를 생성하며,
    패터닝 영역의 3차원 형상의 Y축 곡률에 따른 Y축 위치 보정값을 Y축 패터닝 데이터에 적용하여 Y축 패터닝 보정 데이터를 생성하는 3D 레이저 패터닝 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 초점 조절 유닛은,
    상기 레이저 광원에서 출사되는 레이저 광을 수렴하는 초점 가변 렌즈를 구비하며, 상기 초점 가변 렌즈를 이동시켜 레이저 광의 초점 조절을 수행하는 3D 레이저 패터닝 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광의 파장은 1030nm ~1090nm인 것을 특징으로 하는 3D 레이저 패터닝 장치.
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