KR20010099123A - 도광판용 패턴형성장치 - Google Patents

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Abstract

도광판용 패턴형성장치를 개시한다. 본 발명은 도광판상에 레이저빔 가공에 의하여 다수개의 패턴화된 도광패턴부를 형성하기 위하여 도광판의 윗면을 스캐닝하는 레이저빔을 출력하는 레이저발진부;와, 도광판이 레이저빔의 열에 의하여 휘는 것을 방지하기 위하여 설치된 휨방지수단;과, 도광판에 도광패턴부가 형성되면서 발생되는 연기를 제거하기 위하여 설치된 흡수산란방지수단을 포함하는 것으로서, 도광판상에 레이저빔으로 스캐닝시 발생되는 국부적인 열로 인하여 도광판이 휘는 현상을 방지하게 되어서 소망하는 위치에 도광패턴부의 각 패턴을 형성시키는 것이 가능하게 되어서 불량률을 줄일 수가 있다.

Description

도광판용 패턴형성장치{Pattern forming apparatus for light guide panel}
본 발명은 도광판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도광판상에 레이저빔을 이용하여 도광패턴부를 형성시 도광판의 변형을 방지한 도광판용 패턴형성장치에 관한 것이다.
통상적으로, 도광판(light guide panel)은 광원으로부터 조사된 빛을 균일하게 산란 및 확산시키는 경로를 제공하는 플레이트로서, 액정표시소자와 같은 수광형 평판표시장치나, 조명간판등에 사용되는 면광원 장치에 포함되어 있다.
면광원 장치로는 냉음극 형광램프(cold cathode fluorescent lamp,CCFL) 또는 LED를 배치하는 방식과, 형광체가 도포된 기판을 조립한 평판형광램프방식이 널리 사용되고 있다. 냉음극 형광램프는 표시면에 광원의 배치에 따라서 도광판을 사용하는 가장자리 발광(edge light) 방식과, 평면에 중첩 배열하는 직하 발광(direct light) 방식으로 분류할 수 있다.
도 1은 종래의 도광판과 반사판을 도시한 것이고, 도 2는 종래의 가장자리 발광방식을 적용한 면광원 장치의 일부를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 면광원 장치(10)는 도광판(11)과, 그 하부에 설치되는 반사판(12)을 포함한다. 상기 도광판(11)의 측벽에는 적어도 하나 이상의 광원(13)이 설치되어 있다. 상기 광원(13)으로는 냉음극 형광램프 또는 LED 등이 사용된다. 상기 광원(13)은 커버 부재(14)에 의하여 감싸져 있다. 한편, 상기 도광판(11)의 상부에는 확산판이나, 프리즘 쉬트등이 설치될 수가 있다.
이와 같은 구조를 가지는 면광원 장치(10)는 광원(13)으로부터 조사된 빛이 도광판(11)으로 조사되고, 상기 도광판(11)으로 안내된 빛은 반사판(12)에 의하여 각 부분에서 비교적 균일한 조도를 가진 상태에서 상부로 반사되고, 이 빛은 확산판이나 프리즘 쉬트를 통하여 전방으로 확산된다.
이때, 상기 도광판(11)에는 광원(13)으로부터 입사되는 빛을 보다 효과적으로 산란 및 확산시키기 위하여 도광패턴부(15)가 다수개 형성되어 있다. 즉, 투명한 아크릴 수지로 이루어진 도광판(11)의 아랫면에는 비드(bead) 형상의 TiO2와 유리 또는 아크릴재를 포함하는 잉크를 이용하여 도광패턴부(15)가 형성되어 있다. 상기 도광패턴부(15)는 이와 상응한 패턴을 가진 마스크상에 잉크를 인가하여 인쇄법으로 형성시킨다.
이러한 인쇄 방식은 상기 도광판(11)의 측벽에 광원(13)을 위치시켜서 입사된 빛이 인쇄된 도광패턴부(15)의 각 패턴에 의하여 산란, 반사 및 확산되어 비교적 전체적으로 균일한 휘도를 가지고 조명이 가능하다.
그런데, 인쇄 방식을 이용한 도광패턴부(15)의 형성은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
도광패턴부(15)의 원소재인 잉크의 제조 및 인쇄 공정이 복잡하고, 인쇄된 도광패턴부(15)의 각 패턴이 탈락하거나 얼룩지는등의 불량률이 높아서 생산수율이 낮으며, 인쇄가 제대로 되지 않은 도광판의 재사용이 불가능하게 되어 제조 원가의 상승 요인으로 작용한다.
그 대안으로서, 레이저 가공법으로 도광판에 소정 패턴의 도광패턴부를 형성하였다. 즉, 레이저 가공법은 레이저 장치로부터 발진된 레이저 빔을 도광판상에 스캐닝하여 도광패턴부를 형성시키는 방법이다. 이러한 방식은 인쇄 방식에 의하여 도광패턴부의 각 패턴이 탈락되거나, 얼룩지는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 미세한 패턴 형성의 어려움을 극복할 수 있다.
그런데, 종래의 레이저 가공법에 따른 도광패턴부의 형성은 다음과 같은 문제점이 있다.
레이저 장치를 이용할 경우에는 도광판의 가공면에 대하여 레이저빔이 수직된 위치에서 조사되어야 한다. 이를 위하여, XY 스테이지를 이용하여 도광판에 대하여 레이저 장치를 X축 및 Y축으로 직선왕복운동을 시켜서 그 위치를 이동시킨다.
이러한 방식은 XY 스테이지를 직선왕복운동시켜서 가공하는 방식이므로 대형화되어가는 도광판일수록 왕복운동시 걸리는 시간이 상대적으로 길어지게 되어서 도광패턴부의 가공시간이 증대된다. 또한, XY 스테이지를 기계적으로 구동시킴에 따라서, 미세한 패턴을 요구시 정밀도가 저하된다.
한편, 도광판상에 레이저빔을 조사시에는 레이저 빔의 조사되는 초점부와, 인접하는 영역의 온도가 상승하게 되어서 원하는 선폭을 얻기 위해서는 가열 시간을 조절하는 것이 필요하다. 국부적으로 가열시간이 길어지게 되면, 도광판의 휨현상이 발생하게 된다. 이러한 휨현상은 특히 가장자리 부분을 따라 많이 발생하게 되는데, 이러한 휨이 발생하는 경우에는 도광판상에 도달하는 레이저빔의 입사각이 변하게 되어서 정교한 도광패턴부의 각 패턴을 정위치에서 형성시키는 것이 어렵게 된다. 또한, 도광패턴부의 형성시 발생되는 연기로 인하여 레이저빔의 에너지가 감소하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 도광판의 수평도를 유지한 상태에서 레이저빔을 스캐닝하여 빛의 산란 및 확산을 가져오는 도광패턴부를 형성하여 생산성과, 휘도나 색도의 균일성을 향상시키도록 구조가 개선된 도광판용 패턴형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 도광판과 반사판을 도시한 분리사시도,
도 2는 종래의 면광원 장치를 절제하여 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치를 도시한 분리사시도,
도 4는 도 3의 일부를 절제하여 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광패턴부를 형성하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10,30...면광원 장치 11,31...도광판
12,32...반사판 13,33...광원
14,34...커버부재 15,35...도광패턴부
51...패턴설계부 52...제어부
53...레이저스캔미러부 54...레이저발진부
55...렌즈부 510...프레임
520...진공부 530...가열부
540..송풍부 55...배기부
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 도광판용 패턴형성장치는,
도광판상에 레이저빔 가공에 의하여 다수개의 패턴화된 도광패턴부를 형성하기 위한 도광판용 패턴형성장치에 관한 것으로서,
도광판의 윗면을 스캐닝하는 레이저빔을 출력하는 레이저발진부;
상기 도광판이 레이저빔의 열에 의하여 휘는 것을 방지하기 위하여 설치된 휨방지수단; 및
상기 도광판에 도광패턴부가 형성되면서 발생되는 연기를 제거하기 위하여 설치된 흡수산란방지수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 휨방지수단은 상기 도광판이 장착되는 프레임과, 상기 프레임내에 진공통로부를 형성하여 상기 프레임에 대하여 도광판의 아랫면을 진공흡착하도록 진공력을 제공하는 진공부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 프레임에는 이에 열을 인가하여 도광판으로 열을 전달할 수 있도록 가열부가 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 흡수산란방지수단은 상기 도광판의 일측에 설치되어 상압 이상의 기체를 송풍관으로부터 공급하여 연기를 불어내는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 도광판의 타측에는 상기 도광판에 도광패턴부가 형성되면서 발생되는 연기나, 상기 송풍부로부터 송풍된 연기를 흡입제거하도록 배기부가 더 설치된 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도광판용 패턴형성장치를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치(30)를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 면광원 장치(30)가 결합된 상태를 도시한 것이다.
도 3 및 도4을 참조하면, 상기 면광원 장치(30)는 일면에 도광패턴부(35)가 형성된 도광판(31)이 마련되어 있다. 상기 도광판(31)의 하부에는 빛을 상부로 반사시키는 반사판(32)이 설치되어 있다. 상기 도광판(31)의 측벽에는 적어도 하나 이상 설치되어 상기 도광판(31)으로 빛을 조사하는 광원(33)이 장착되어 있다. 상기 광원(33)으로는 냉음극 형광램프나 LED가 이용된다. 상기 광원(33)은 도광판(31)의 반대 방향으로 조사되는 빛을 다시 도광판(31)으로 입사시키도록 반사막이 형성된 커버부재(34)에 의하여 감싸져 있다. 상기 도광판(31)의 상부에는 빛을 전방으로 산란 및 확산시키는 확산판(36)이 설치되어 있다.
이때, 상기 도광패턴부(35)는 상기 도광판(31)의 아랫면에 소정의 패턴으로형성되는데, 도시된 것처럼 도트형이나, 직선형이나, 도트형과 직선형이 조합된 혼합형으로 된 그루브로 가공할 수가 있다. 이외에도, 사각형이나 격자형이나, 이러한 형상들의 조합에 의한 그루브로 가공될 수도 있을 것이다.
또한, 상기 도광패턴부(35)는 추후 기술될 레이저 시스템과 도광판(31)과의 상대적인 위치 설정에 따라서 레이저빔의 편향 각도에 따라 가공되기 때문에, 도광패턴부(35)의 각 패턴은 빛을 효과적으로 반사 및 산란시킬수 있도록 비대칭적이고, 각 패턴은 상기 광원(33)으로부터 멀어질수록 점차적으로 증가시키는 것이 휘도 저하를 방지할 수 있어서 유리하다고 할 것이다.
한편, 상기 도광판(31)의 윗면에는 광원(33)으로부터 조사된 빛(화살표)이 도광판(31)의 전면으로 균일하게 확산가능하도록 미세한 스크래치로 된 광확산부를 더 형성시킬 수도 있을 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 도광판(31)의 일면에 형성되는 도광패턴부(35)의 각 패턴은 레이저 시스템을 이용하여 레이저빔을 스캐닝하여 형성하고, 스캐닝시 국부적인 가열로 인하여 도광판(31)이 휘는 것을 방지하고, 레이저빔의 흡수 또는 산란현상을 방지하기 위하여 별도의 수단이 마련된데에 있다.
도 5는 본 발명의 도광패턴부(35)을 형성하기 위한 시스템을 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 패턴 시스템은 패턴설계부(51)와, 제어부(52)와, 레이저발진부(53)와, 레이저스캔미러부(54)와, 렌즈부(55)와, 도광판(31)에 대하여 휨을 방지하기 위한 휨방지수단과, 레이저빔의 흡수 또는 산란현상을 방지하기 위한 흡수산란방지수단을 포함한다.
보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도광판(31)에 형성시키고자 하는 도광패턴부(35)의 각 패턴의 설계 규칙에 대한 패턴설계부(51)에 입력된 데이터는 상기 제어부(52)를 통하여 각 패턴의 좌표값과 일치하는 도광판(31)의 일면상에 스캐닝될 영역에 해당되는 위치신호를 레이저스캔미러부(53)에 전송하게 된다.
상기 레이저스캔미러부(53)의 주파수에 동기화된 펄스신호는 상기 제어부(52)를 통하여 레이저발진부(54)로 보내어지고, 상기 레이저발진부(54)로부터는 상기 도광판(31)의 패턴이 형성되고자 하는 영역을 향하여 레이저빔을 출력하게 된다.
이때, 상기 레이저스캔미러부(53)는 상기 제어부(52)로부터 전달되는 위치신호에 따라 좌우나 상호로 미소 회전을 하는 갈바노미터(galvanometer,53a)의 축상에 반사경(53b)이 결합되어 있다. 이에 따라, 상기 도광판(31)상에 패턴이 형성되고자 하는 영역에 대한 신호를 전달받게 되면, 레이저빔의 방향을 조절하는 것이 가능하다. 상기 갈바노미터(53a)는 회전축상에 코일과 같은 제동작용을 하는 기구를 설치하여 회전각도와 방향을 제어하고, 전류가 끊어지면 코일의 복원력에 의하여 회전축이 원래의 위치로 복귀하게 된다.
이처럼, 레이저발진부(54)로부터 발진된 레이저빔은 갈바노미터(53a)의 미소 구동에 의하여 그 위치가 변경되는 적어도 하나 이상의 반사경(53b)에 의하여 진행 방향이 바뀌게 되고, 렌즈부(55)를 통과하여 상기 도광판(31)의 패턴이 형성되는 영역으로 스캐닝하여 도광패턴부(35)를 형성하게 된다.
여기서, 상기 도광판(31)은 레이저빔이 스캐닝시 국부적으로 가열되면 휨현상이 발생하게 된다. 휨현상은 특히 가장자리를 따라 많이 발생하게 되는데, 그 결과로 소망하는 위치에 패턴을 형성시키는 것이 어렵게 된다. 이러한 휨현상을 방지하기 위하여 상기 도광판(31)에는 휨방지수단이 설치되어 있다.
즉, 상기 도광판(31)의 하부에는 이를 지지하는 프레임(510)이 설치되어 있다. 상기 프레임(510)에는 상기 도광판(31)의 아랫면, 즉, 도광패턴부(35)가 형성될 영역과 반대면을 완전하게 밀착할 수 있도록 진공부(520)가 설치되어 있다.
상기 진공부(520)는 상기 프레임(510) 내부를 통하여 진공통로부(521)가 마련되어 있으며, 이 진공통로부(521)를 통하여 예컨대 로터리펌프등의 펌핑력에 의하여 흡기하여 상기 프레임(510)에 대하여 도광판(310) 전면을 진공흡착하는 것이 가능하다. 이때, 상기 도광판(31)의 일면에 흠집을 방지하기 위하여 상기 진공통로부(521)의 경로상에는 진공패드(522)가 더 설치될 수가 있을 것이다. 또한, 상기 프레임(510)에 대하여 도광판(31)을 기계적인 수단, 예컨대, 클램프 고정, 조인트 고정등의 결합 방식을 채용할 수도 있을 것이다.
이렇게 상기 도광판(31)의 수평도를 유지하면서 레이저발진부(54)로부터 출력된 레이저빔의 스캐닝시에도 상기 프레임(510)에 대하여 도광판(31)의 밀착력이 충분하지 못할 경우에는 상기 도광판(31) 상하면의 온도차이를 없앰으로써 휨현상을 더욱 방지할 수가 있다.
즉, 상기 프레임(510)에 가열부(530), 예컨대 열선(531)을 그 내부 또는 외부에 설치하여 전기적으로 열을 발생시키거나, 초음파에 의하여 열를 발생시켜서상기 프레임(510)을 가열하여 그 열을 상기 도광판(31)에 전달할 수도 있을 것이다. 상기 프레임(510)이 가열되면, 상기 도광판(31)의 윗면에 스캐닝되는 레이저빔으로 인하여 상승되는 온도만큼, 상기 프레임(510)으로부터 가열된 열이 상기 도광판(31)의 아랫면에 전달되므로 온도 편차를 없앨 수 있다.
그리고, 상기 도광판(31)상에 레이저빔의 스캐닝에 의한 식각 방법은 아크릴 수지재로 된 도광판(31)의 표면을 강한 에너지로 증발시키는 식이므로, 제거되는 아크릴 수지재로 인하여 연기(s)가 발생하게 된다. 이러한 연기는 상기 도광판(31)상에 도광패턴부(35)를 형성하는 스캐닝 과정중에 레이저빔의 흡수 또는 산란 현상을 발생시켜서 레이저빔의 에너지를 감소시키게 되어서 소망하는 패턴의 가공을 방해할 수 있다.
이러한 현상을 방지하기 위하여 상기 도광판(31)의 일측에는 발생되는 연기를 불어낼 수 있도록 송풍부(540)가 선택적으로 설치될 수가 있다. 상기 송풍부(540)는 상압 이상의 기체를 주입하여 송풍관(541)을 통하여 상기 도광판(31)의 표면으로 공급하게 된다. 상기 송풍부(540)는 연기를 제거함과 동시에 도광판(31)의 윗면을 냉각시키는 역할을 공히 수행하게 된다.
또한, 상기 송풍부(540)에 의하여 제거되는 연기를 제거하기 위하여 배기부(550)가 설치되어 있다. 상기 배기부(550)는 상기 도광판(31)의 표면으로부터 증발되는 아크릴 수지의 연기를 흡입 및 배출하여 연기로 인하여 레이저빔의 흡수 또는 산란 현상을 방지할 수 있다.
이처럼, 상기 도광판(31)에 형성되는 도광패턴부(35)는 레이저발진부(54)에대하여 레이저스캔미러부(53)의 반사경(53b) 위치를 상대적으로 조정하게 되어 레이저빔을 상기 도광판(31)의 패턴이 형성되고자 하는 영역에 스캐닝함으로써 형성된다.
이때, 레이저빔으로 인하여 도광판(31)의 국부적인 휨현상을 방지하기 위하여 그 하부로부터 프레임(510)에 진공부(520)를 설치하여 상기 프레임(510)에 대하여 도광판(31)을 진공흡착하게 된다. 경우에 따라서는, 가열부(530)를 프레임(510)에 전기적으로 연결하여 열을 가하여 도광판(31)의 상하면 온도 편차를 줄일 수도 있을 것이다.
또한, 도광패턴부(35)가 형성시 제거되는 도광판(31) 패턴 부분의 원소재가 증발시 발생되는 연기는 도광판(31)의 일측에 설치된 송풍부(54)로부터 상압의 기체를 불어넣고, 배기부(550)로부터 이를 흡입 및 배출하여 제거하는 것이 가능하게 된다.
이러한 결과로, 상기 도광판(31) 상에는 도트형이나 직선형이나 도트형과 직선형이 조합된 혼합형이나 소망하는 형상의 그루브로 된 도광패턴부(35)가 미세한 패턴으로 형성하는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 도광판용 패턴형성장치는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 도광판상에 레이저빔으로 스캐닝시 발생되는 국부적인 열로 인하여 도광판이 휘는 현상을 방지하게 되어서 소망하는 위치에 도광패턴부의 각 패턴을 형성시키는 것이 가능하게 되어서 불량률을 줄일 수가 있다.
둘째, 도광패턴부를 형성시 발생되는 연기로 인하여 레이저빔의 흡수 및 산란현상이 발생하여 레이저빔의 에너지가 감소되는 것을 미연에 방지하게 되어서 정확한 패턴의 가공이 가능하다고 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 도광판상에 레이저빔 가공에 의하여 다수개의 패턴화된 도광패턴부를 형성하기 위한 도광판용 패턴형성장치에 관한 것으로서,
    도광판의 윗면을 스캐닝하는 레이저빔을 출력하는 레이저발진부;
    상기 도광판이 레이저빔의 열에 의하여 휘는 것을 방지하기 위하여 설치된 휨방지수단; 및
    상기 도광판에 도광패턴부가 형성되면서 발생되는 연기를 제거하기 위하여 설치된 흡수산란방지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판용 패턴형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휨방지수단은 상기 도광판이 장착되는 프레임과, 상기 프레임내에 진공통로부를 형성하여 상기 프레임에 대하여 도광판의 아랫면을 진공흡착하도록 진공력을 제공하는 진공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판용 패턴형성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레임에는 이에 열을 인가하여 도광판으로 열을 전달할 수 있도록 가열부가 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 도광판용 패턴형성장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수산란방지수단은 상기 도광판의 일측에 설치되어 상압 이상의 기체를 송풍관으로부터 공급하여 연기를 불어내는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판용 패턴형성장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도광판의 타측에는 상기 도광판에 도광패턴부가 형성되면서 발생되는 연기나, 상기 송풍부로부터 송풍된 연기를 흡입제거하도록 배기부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 도광판용 패턴형성장치.
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