KR102196062B1

KR102196062B1 - 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치

Info

Publication number: KR102196062B1
Application number: KR1020190145441A
Authority: KR
Inventors: 윤태중
Original assignee: 윤태중
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-12-29
Also published as: CN112799167B; CN112799167A

Abstract

본 발명은 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판 생산용 마스터에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 매끄럽게 가변하여 균일한 면광원을 형성할 수 있고, 몇 가지의 도트 사이즈에 대한 가공조건을 찾은 다음 이를 조합하여 다양한 도트사이즈를 구현함에 따라 도광판의 휘도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 마스터의 제작기간을 단축할 수 있는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 관한 것이다.
본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 있어서, 상부에 패턴이 가공될 마스터를 파지하는 스테이지와, 상기 마스터에 도트로 이루어진 패턴을 가공하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원에서 발생한 레이저가 입사되어 상기 마스터에 패턴을 가공하기 위해 마스터로 조사하는 스캐너와, 상기 레이저 광원 및 스캐너를 포함하여 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 스캐너의 조사한계보다 작은 영역을 조사영역으로 형성하고 상기 레이저 광원에서 발생하는 레이저의 특성을 조절하여 상기 마스터 내에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 가변하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 따르면 도광판 생산용 마스터에 가공되는 패턴을 도트의 사이즈를 가변하여 조절할 수 있고, 2 이상의 패턴의 도트 사이즈에 대해서만 미리 가공조건을 찾더라도 다양한 도트 사이즈를 효율적으로 구현할 수 있으며, 도광판 생산용 마스터에 사이즈를 효율적으로 가변하여 마스터에 의해 생산되는 도광판의 휘도를 높이고 불량률을 줄일 수 있고, 도광판 생산용 마스터의 제작기간을 현격히 줄일 수 있다.

Description

도광판 생산용 마스터 패턴가공장치{Apparatus for engraving pattern on master for manufacturing light guide plate}

본 발명은 도광판을 생산하는데 사용되는 마스터 상에 패턴을 가공하는 장치에 대한 것이다. 도광판은 LED TV의 필수 구성인 백라이트 유닛에서 일측의 광원의 빛을 균일한 면광원으로 변환하는 구성으로 균일한 면광원을 위해 도광판 상에는 일정한 패턴이 형성되고 본 발명은 이러한 도광판을 생산하기 위한 마스터에 패턴을 가공하는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 대한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display)는 TV나 모니터 등에 많이 사용되는 디스플레이로서 기판 사이에 액정을 주입하고 액정에 전계를 형성하여 각 화소를 통과하는 빛의 투과도를 조절하여 화상을 표시하는 평판 디스플레이이다.

LCD는 자체적으로 발광하는 디스플레이가 아니기 때문에 화상정보를 표시하기 위해서는 별도의 광원장치인 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 일측 또는 후방에 점광원 또는 선광원을 마련하고 광원에서 나오는 빛을 균일하게 분산시켜 균일한 면광원을 형성하는데 이렇게 균일한 면광원을 형성하기 위해 도광판(Light Guide Plate)이라는 투광성 아크릴 판의 한쪽에 음각/양각의 패턴을 형성한다.

이렇게 도광판에 음각/양각의 패턴을 형성하기 위해 레이저를 이용하여 직접 도광판에 패턴을 가공하기도 하지만 도광판 생산용 마스터에 패턴을 가공한 후 이 마스터를 이용하여 사출하거나 롤스탬핑 장치를 통해 도광판에 패턴을 형성하는 것이 일반적이다.

종래 도광판 생산용 마스터에 패턴을 가공하기 위해 에칭을 이용하기도 했지만 정밀성이 떨어져 레이저를 이용하는 것이 보통이다.

레이저로 마스터에 패턴을 가공할 때 마스터의 재질과 레이저의 종류에 따라 테스트를 통해 몇 가지의 도트 사이즈에 대한 조건을 찾는데 도광판의 경우 균일한 면광원을 위해 광원부와 인접한 입광부의 패턴은 그 밀도가 작거나 패턴의 사이즈가 작도록 가공하고 대광부의 패턴은 그 밀도가 높거나 패턴의 사이즈가 크도록 가공되어야 한다.

다만, 종래의 경우 몇 개의 도트 사이즈로 마스터에 패턴을 가공함에 따라 도트 사이즈가 변경되는 부분에서 광량의 차이에 따른 띠가 발생하는 문제가 생기거나 가공할 도트 사이즈를 매우 촘촘하게 설정하고 레이저의 조건을 찾아야 하므로 마스터 제작기간이 매우 오래 걸리는 문제가 있다. 또한, 아무리 도트 사이즈를 촘촘하게 설정하더라도 도트 사이즈가 바뀌게 되면 균일도가 매끄럽지 않아 외관 불량이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도광판 생산용 마스터에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 매끄럽게 가변하여 균일한 면광원을 형성할 수 있고, 몇 가지의 도트 사이즈에 대한 가공조건을 찾은 다음 이를 조합하여 다양한 도트사이즈를 구현함에 따라 도광판의 휘도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 마스터의 제작기간을 단축할 수 있는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 있어서, 상부에 패턴이 가공될 마스터를 파지하는 스테이지와, 상기 마스터에 도트로 이루어진 패턴을 가공하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원에서 발생한 레이저가 입사되어 상기 마스터에 패턴을 가공하기 위해 마스터로 조사하는 스캐너와, 상기 레이저 광원 및 스캐너를 포함하여 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 스캐너의 조사한계보다 작은 영역을 조사영역으로 형성하고 상기 레이저 광원에서 발생하는 레이저의 특성을 조절하여 상기 마스터 내에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 가변하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 레이저 소스에서 발생되는 레이저의 반복률 또는 펄스 또는 레저저 소스의 평균출력 중 어느 하나 이상을 조절하여 상기 마스터에 가공되는 도트 사이즈를 변경하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 스캐너가 하나의 조사영역 내의 패턴을 모두 가공한 후 이동하도록 제어하되, 서로 인접하는 조사영역 사이에 일부 영역이 겹치도록 스캐너의 이동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 스캐너가 하나의 조사영역 내의 패턴을 가공할 때 가공되는 패턴의 도트 사이즈가 동일하도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 마스터에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 가변할 때 미리 2 이상의 도트 사이즈를 설정하고, 상기 조사영역 내에 상기 미리 설정된 도트 사이즈 이외의 도트 사이즈의 가공은 미리 설정된 도트 사이즈들이 가공되는 비율을 조절하는 방식으로 상기 패턴의 도트 사이즈를 가변하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가공되는 비율은 상기 조사영역 내에 미리 설정된 도트 사이즈들이 가공되는 확률을 조정하여 결정하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 도광판 생산용 마스터에 가공되는 패턴을 도트의 사이즈를 가변하여 조절할 수 있다.

또한, 2 이상의 패턴의 도트 사이즈에 대해서만 미리 가공조건을 찾더라도 다양한 도트 사이즈를 효율적으로 구현할 수 있다.

또한, 도광판 생산용 마스터에 사이즈를 효율적으로 가변하여 마스터에 의해 생산되는 도광판의 휘도를 높이고 불량률을 줄일 수 있다.

또한, 도광판 생산용 마스터의 제작기간을 현격히 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치의 개략적인 블록도이고,
도 2는 본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치의 조사영역에 대한 가공과정을 나타내는 도면이고,(겹쳐지는 과정)
도 3은 본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에서 조사영역의 겹침 가공에 따른 사이즈 가변효과를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치의 미리 설정된 도트 사이즈의 비율을 조절하여 사이즈 가변효과를 나타내는 도면이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치는 앞서 설명한 바와 같이 도광판에 레이저를 이용하여 직접 가공하는 방식이 아닌 마스터에 도광판에 새겨질 패턴을 미리 가공하고 패턴이 가공된 마스터를 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 방식이다. 이러한 마스터를 이용하여 도광판에 패턴을 형성할 때 사출을 이용하는 경우 마스터는 코어블럭이고 롤스탬핑을 이용하는 경우 얇은 sus재질의 스탬퍼가 될텐데 마스터는 코어블록이나 sus재질의 스탬퍼에 한정되는 것은 아니고 도광판에 패턴을 형성하는 구성이면 어느 것이든 무관하다.

본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치는 상부에 도광판에 형성할 패턴이 가공될 마스터(10)를 파지하는 스테이지(100)와 스테이지(100) 상부에 고정된 마스터(10)에 다수의 도트 형상으로 이루어진 패턴을 가공하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 광원(200)과 레이저 광원(200)에서 발생한 레이저가 입사되고 입사된 레이저의 경로를 변경하여 마스터(10)에 패턴을 가공하기 위해 마스터(10)로 조사되는 스캐너(300)와 스테이지(100), 레이저 광원(200) 및 스캐너(300)를 포함하여 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치를 제어하는 제어부(400)를 포함하여 이루어지되 제어부(400)는 스캐너(300)의 조사한계보다 작은 영역을 조사영역으로 설정하고 레이저 광원(200)에서 발생하는 레이저의 특성을 조절하여 마스터(10) 내에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 가변한다.

본 발명의 스테이지(100)는 그 상부에 패턴을 가공할 마스터(10)를 파지하는 구성이다. 마스터(10)가 코어블럭일 경우 코어블럭을 고정하기 위한 지그를 포함할 수도 있고 마스터(10)가 스탬퍼인 경우 스탬퍼의 평탄도를 유지하면서 고정하기 위해 음압을 형성하는 석션장치를 포함할 수도 있다. 어떤 구성을 포함하던 본 발명의 스테이지(100)는 마스터(10)에 원하는 패턴을 가공할 동안 마스터(10)를 안정적으로 고정하는 기능을 수행한다. 물론 마스터(10)의 이송을 위한 구성이 부가될 수도 있다.

본 발명의 레이저 광원(200)은 스테이지(100) 상부에 마련된 마스터(10)에 패턴을 가공할 레이저를 발생시키는 구성이다. 본 발명의 레이저 광원(200)은 펄스 타입의 레이저를 발생시키는 구성으로 앞서 도광판에 직접 가공하는 방식의 경우 CW 레이저가 사용되나 본 발명의 경우 사이즈 가변을 효율적으로 수행하기 위해 펄스 타입의 레이저를 발생시킨다. 본 발명의 레이저 광원(200)에서 발생시키는 레이저는 여러 가지 특성을 가지고 있지만 본 발명에서는 레이저의 여러 가지 특성 중 크게 3가지 특성을 조절하여 마스터(10)에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 가변하는데 3가지 특성은 레이저의 평균출력과 도트에 가공되는 펄스의 수와 반복률이다.

레이저의 평균출력은 1초당 나오는 에너지로서 1초에 나오는 모든 펄스의 에너지를 합한 값이고, 반복율은 헤르츠(Hz) 단위로서 1초당 나오는 펄스의 숫자이다. 따라서 한 펄스의 에너지는 평균 출력을 헤르츠로 나눈 값과 같고 평균 출력과 헤르츠를 조절하여 한 펄스가 가지는 에너지를 조절할 수 있다. 또한, 도트의 형상은 한 펄스의 에너지와 한 도트에 가공하는 펄스 수에 따라 달라진다. 한 펄스가 가지고 있는 에너지의 양은 한 펄스에 의해 가공되는 시간동안 마스터에 가하는 열영향과 관련이 있고 이 때문에 한 펄스가 가지는 에너지의 양은 가공되는 도트의 넓이 및 깊이와 비례관계이다. 일반적으로 펄스 수를 고정하고 Hz를 바꾸면 한 펄스의 에너지가 바뀌고 도트의 넓이와 깊이 사이의 비율은 대체로 유지하면서 커지거나 작아진다. 예를 들어 10펄스로 가공을 하는데, 1mW의 에너지를 가진 펄스로 가공할 때와 10mW의 에너지를 가진 펄스로 가공할 때 넓이와 깊이 모두가 커지지만 일반적으로 넓이가 커지는 특성을 가진다. 또 헤르츠를 고정하고 펄스수를 늘리거나 줄이면 넓이는 대체로 유지하면서 깊이가 깊어지거나 얕아지는 특성을 가진다. 예를 들어 1mW의 에너지를 가진 펄스를 사용하면 10펄스 가공할 때보다 20펄스 가공할 때 깊이는 증가하나 넓이는 큰 변동이 없다. 본 발명에서는 위와 같은 레이저 특성을 이용하여 도트 사이즈를 변경한다.

본 발명의 스캐너(300)는 레이저 광원(200)에서 발생되는 레이저가 입사된 후 갈바노 미터(미도시)를 조절하여 레이저의 경로를 변경하여 마스터(10)에 조사하는 구성이다. 도광판이 균일한 면광원을 형성하도록 하기 위해서는 미리 설정된 위치에 적절한 사이즈의 도트 패턴이 형성되어야 하는데 이렇게 적절한 위치에 도트 패턴이 형성되도록 레이저의 경로를 빠르게 변환하는 구성이다. 스캐너(300)는 통상적으로 갈바노 미터를 조절하여 경로를 조절하고 하부에 f-theta 렌즈를 배치하여 가공의 균일도를 유지한다. 이렇게 가공의 균일도를 유지하기 위해 적절한 곡률과 사이즈로 f-theta 렌즈를 사용하는데 이 때문에 가공 균일도를 유지하기 위해 스캐너(300)는 조사한계를 가진다. 제어부(400)는 이러한 스캐너(300)의 조사한계보다 작은 영역을 조사영역으로 설정하고 스캐너(300)가 조사영역 내에 패턴을 모두 가공한 후 다음 조사영역으로 이동하도록 제어한다.

본 발명의 제어부(400)는 스테이지(100), 레이저 광원(200) 및 스캐너(300)를 포함하여 본 발명의 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치를 제어하는 구성이다. 제어부(400)는 앞서 레이저 광원(200)에서 발생하는 레이저의 3가지 특성을 조절하여 가공되는 도트의 사이즈를 가변한다.

도광판의 경우 균일한 면광원을 형성하기 위해 일측에 위치한 광원과 인접하는 부분 즉, 입광부의 패턴의 밀도는 작아야하고 광원과 가장 먼쪽인 대광부의 패턴의 밀도는 커야 한다. 종래에는 하나의 도트 사이즈로 가공하되 입광부와 대광부에 가공되는 도트의 개수를 달리하여 패턴의 밀도를 조절하였는데 이는 외관이 얼룩덜룩한 외관 불량이 있는 경우가 많았다. 입광부의 도트 보임 현상을 피하기 위한 최소 밀도 한계 때문에 큰 도트를 사용할 수 없어 휘도가 낮은 문제가 있었다. 따라서 본 발명의 경우 입광부의 도트 사이즈를 작게 하고 대광부의 도트 사이즈를 크게 하여 균일한 면광원을 형성하되 도트 사이즈의 변환을 레이저의 특성을 조절하여 수행한다. 이를 통해 종래의 방식에 비해 외관이 깨끗하고 전체적으로 가공되는 도트의 수가 많아져 휘도가 상승하는 장점이 있다.

다만, 본 발명의 사이즈 가변 방식은 입광부에서 대광부까지 도트 사이즈를 완전히 선형적으로 증가시킨다면 가장 이상적이지만 레이저의 특성을 실시간으로 조절할 수 있는 레이저 광원(200)이 없고 완전한 선형은 아니지만 이에 준하여 변경하는 레이저는 가격이 매우 비싸고 가공을 준비하는데 걸리는 시간이 많이 소요될 수 있다. 따라서 위와 같이 레이저의 특성을 실시간으로 조절하여 가공되는 도트의 사이즈를 매 도트마다 가변하는 것이 가장 바람직하지만 실시간으로 가변하는 것이 비효율적이므로 마스터(10)의 재질, 레이저의 개별적 특성을 감안하여 미리 수차례의 테스트를 거쳐 몇 가지 일정한 크기의 도트 사이즈에 대한 레이저의 특성을 설정하는 단계를 거치고 이러한 일정한 크기의 도트 사이즈를 조합하여 사이즈 가변 효과를 내는 것이 가성비 측면에서 유리하다.

즉, 가공되는 도트의 사이즈가 많으면 많을수록 이상적인 경우에 근접하겠지만 테스트 기간이 기하급수적으로 증가하기 때문에 일정한 수의 도트 사이즈를 설정하고 이에 대한 레이저의 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 하지만 이렇게 일정한 수의 도트 사이즈를 설정한 후 순차적으로 마스터(10)에 패턴을 가공하는 경우 도 5에 도시한 것과 같이 도트 사이즈가 변하는 부분에서 띠모양(패턴 경계부)으로 밝기에 차이가 생기는 부분이 발생하고 이러한 패턴 경계부가 생기면 해당 마스터(10)는 불량으로 도광판 생산에 사용하지 못하는 문제가 있다.

이러한 패턴 경계부의 불량을 방지하기 위해 미리 레이저의 조건을 설정한 일정한 수의 도트 사이즈를 적절히 조합하여 마치 도트 사이즈가 선형적으로 증가하는 것처럼 가공하는 것이 중요한데 본 발명은 이러한 사이즈 가변을 도트 사이즈가 서로 다른 두 개의 가공영역이 겹치도록 하는 방법이 있고, 두 개의 도트 사이즈가 가공되는 확률을 조절하여 마치 사이즈가 가변되는 효과를 얻을 수 있다.

우선 제어부(400)가 스캐너(300)를 이동시키면서 가공하는 과정이 도 2에 도시되어 있는데 왼쪽(M1)은 스캐너(300)가 이동하면서 가공한 패턴을 나타내는 것이다. 마스터(10)에 가공되는 패턴(M1)은 스캐너(300)가 가공영역1~3(A1~A3)으로 이동하면서 가공하되 A1의 오른쪽과 A2의 왼쪽이 서로 겹치도록 이동하고 A2의 오른쪽과 A3의 왼쪽이 서로 겹치도록 이동하면서 가공하면 마스터(10)에 M1과 같은 패턴이 형성된다.

도 3에는 첫 번째 방법을 도시하였는데 예를 들어 A4에는 10마이크로 사이즈로 도트를 가공하고, A5에는 20마이크로 사이즈, A6에는 30마이크로 사이즈로 가공하면 3개의 가공영역이 서로 겹치는 부분의 도트 사이즈가 15, 25마이크로로 되기 때문에 사이즈가 가변되는 효과를 볼 수 있다. 겹쳐지는 영역을 조절하면 사이즈가 가변되는 범위를 보다 세밀하게 조절할 수 있다.

도 4에는 두 번째 방법을 도시하였는데 예를 들어 10마이크로, 20마이크로, 30마이크로 세 개의 도트 사이즈로 가공을 하되 세 개의 도트가 가공되는 확률을 조정하여 사이즈가 가변되는 효과를 나타낸다. P1에는 10마이크로 도트가 41개, 20마이크로 도트가 23개로 두 개의 조합으로 13.6 정도의 사이즈를 나타내고, P2에는 10마이크로 도트가 4개, 20마이크로 도트가 55개, 30마이크로 도트가 5개의 조합으로 20.2 정도의 사이즈를 나타내고, P3에는 20마이크로 도트가 18개, 30마이크로 도트가 46개로 27.2정도의 사이즈를 나타낼 수 있다. 이렇게 미리 조건을 설정한 도트의 조합으로 사이즈 가변효과를 자연스럽게 낼 수 있다. 또한 확률로 조합비율을 설정함으로써 한 곳에 동일한 사이즈의 도트가 몰려있어 패턴 경계부가 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

스테이지 : 100 레이저 광원 : 200
스캐너 : 300 제어부 : 400

Claims

도광판 생산용 마스터 패턴가공장치에 있어서,
상부에 패턴이 가공될 마스터를 파지하는 스테이지와,
상기 마스터에 도트로 이루어진 패턴을 가공하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 광원과,
상기 레이저 광원에서 발생한 레이저가 입사되어 상기 마스터에 패턴을 가공하기 위해 마스터로 조사하는 스캐너와,
상기 레이저 광원 및 스캐너를 포함하여 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 상기 스캐너의 조사한계보다 작은 영역을 조사영역으로 형성하고 상기 레이저 광원에서 발생하는 레이저의 특성을 조절하여 상기 마스터 내에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 가변하는 것을 특징으로 하되,
상기 제어부는 상기 레이저 소스에서 발생되는 레이저의 반복률 또는 펄스 또는 레저저 소스의 평균출력 중 어느 하나 이상을 조절하여 상기 마스터에 가공되는 도트 사이즈를 변경하고,
상기 제어부는 상기 스캐너가 하나의 조사영역 내의 패턴을 모두 가공한 후 이동하도록 제어하되, 서로 인접하는 조사영역 사이에 일부 영역이 겹치도록 스캐너의 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치.
삭제
삭제
청구항 1에서,
상기 제어부는 상기 스캐너가 하나의 조사영역 내의 패턴을 가공할 때 가공되는 패턴의 도트 사이즈가 동일하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치.
청구항 1에서,
상기 제어부는 상기 마스터에 가공되는 패턴의 도트 사이즈를 가변할 때 미리 2 이상의 도트 사이즈를 설정하고,
상기 조사영역 내에 상기 미리 설정된 도트 사이즈 이외의 도트 사이즈의 가공은 미리 설정된 도트 사이즈들이 가공되는 비율을 조절하는 방식으로 상기 패턴의 도트 사이즈를 가변하는 것을 특징으로 하는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치.
청구항 5에서,
상기 가공되는 비율은 상기 조사영역 내에 미리 설정된 도트 사이즈들이 가공되는 확률을 조정하여 결정하는 것을 특징으로 하는 도광판 생산용 마스터 패턴가공장치.