KR20050093891A - 레이저 가공 방법, 그에 의해 가공된 투명수지부재가공품및 투명수지부재가공품을 이용한 표시장치 - Google Patents

레이저 가공 방법, 그에 의해 가공된 투명수지부재가공품및 투명수지부재가공품을 이용한 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명수지부재에 레이저 빔을 조사하여 상기 투명수지부재 내부의 빔 집점위치와 상기 투명수지부재를 상대 이동시켜 상기 투명수지부재 내부의 복수개의 부위에 미소 크랙을 형성하는 레이저 가공방법과, 이것에 의해 가공된 투명수지부재 가공품 및 그 투명수지부재 가공품을 이용한 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 레이저 가공방법은 투명수지부재에 레이저 빔을 조사(照射)하여 상기 투명수지부재 내부의 빔 집점위치와 상기 투명수지부재를 상대 이동시켜 상기 투명수지부재 내부의 복수개의 위치에 미소(微小) 크랙을 형성함에 있어서, 각 미소 크랙이 형성될 때에 상기 레이저 빔에 의해 40 나노초 이하 동안에 상기 투명수지부재를 승화(昇華)시키는 것이다.

Description

레이저 가공 방법, 그에 의해 가공된 투명수지부재가공품 및 투명수지부재가공품을 이용한 표시장치{Laser processing method, transparent resin member product processed by the method, and display device using the product}
본 발명은 투명수지부재에 레이저 빔을 조사하여 상기 투명수지부재 내부의 빔 집점위치와 상기 투명수지부재를 상대 이동시켜 상기 투명수지부재 내부의 복수개의 부위에 미소 크랙을 형성하는 레이저 가공방법과, 이것에 의해 가공된 투명수지부재 가공품 및 그 투명수지부재 가공품을 이용한 표시장치에 관한 것이다.
종래로부터 유리와 아크릴 수지 등의 내부에 복수개의 미소 크랙을 2차원적으로 또는 3차원적으로 배열하여 형성하고, 유리 및 아크릴 수지 속에 문자나 도형 등이 떠 보이도록 제작된 장식품이 있었다. 이와 같은 장식품에 외부로부터 빛을 조사하면, 복수개의 미소 크랙으로 구성된 문자나 도형의 부분에서 조사광의 반사가 일어난다. 이와 같이 내부에서 상술된 문자나 도형이 빛을 내며 밝게 표시되는 현상을 이용하여 통상의 광고간판 등과는 사뭇 다른 전광(電光)장치를 제작할 수 있게 된다(특개평 10-232638 호 참조).
또한, 유리 및 알칼리 수지 등의 투명수지부재의 내부에 미소 크랙을 만들기 위해서는, 레이저 가공기술이 이용된다. 우선, 그리고자 하는 문자나 문형에 따라 레이저 빔의 집점위치를 연속적으로 움직이면서 그 빔의 집점위치에 빛 에너지를 집중시킨다. 그러면, 복수개의 미소 크랙이 배열되어 구성된 문자나 도형을 얻을 수 있다. 더욱이, 레이저 빔의 집광위치의 깊이를 변화시킴으로써 3차원적으로 배열된 미소 크랙 군을 형성할 수도 있다.
지금까지 미소 크랙을 만들기 위하여 사용되는 레이저는 거의 다 YAG 레이저이었다. 그러나 YAG 레이저를 이용한 경우에는 다중모드(multi mode) 발진이라는 이유 때문에, 레이저 빔의 직경이 커지고, 렌즈 등을 사용하여 집속시켜도 집점위치에서의 스폿의 크기가 크게 형성되므로, 형성되는 크랙의 크기가 커지는 문제점이 있었다.
더욱이, 미소 크랙이 형성될 때에, 예를 들어, 자이언트 펄스(giant pulse) 등을 이용하여 빔 집점위치에 매우 짧은 동안에 큰 빛 에너지를 줄 필요가 있지만, YAG 레이저를 이용한 경우에는, Q 스위칭 주파수를 크게 하면 출력되는 빛 에너지가 저하되어 버리는 문제가 있었다. 그 결과, 크랙을 형성하기 위해서는 비교적 긴 시간의 레이저 빔 조사를 행함으로써 상기 투명수지부재를 승화시킬 필요가 있으나, 그 경우에는 레이저 빔 조사에 의한 열이 비교적 넓은 영역으로 확산되어 나가기 때문에 크랙의 크기가 크게 되거나 투명수지부재가 녹을 정도의 에너지밖에 주어지지 않는다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점에 비추어지지 않은 것으로서, 그 목적은 집점위치에 대하여 매우 짧은 동안에 큰 빛 에너지를 줌으로써 미소 크랙을 만드는 레이저 가공방법을 제공하는 데에 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법의 특징은 투명수지부재에 레이저 빔을 조사(照射)하여 상기 투명수지부재 내부의 빔 집점위치와 상기 투명수지부재를 상대 이동시켜 상기 투명수지부재 내부의 복수개의 위치에 미소(微小) 크랙을 형성하는 레이저 가공방법에 있어서, 각 미소 크랙이 형성될 때에 상기 레이저 빔에 의해 40 나노초 이하 동안에 상기 투명수지부재를 승화(昇華)시키는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 40 나노초 이하의 특별히 짧은 시간의 레이저 빔 조사에 의해 상기 투명수지부재를 국소적으로 승화시켜 투명수지 부재의 승화가 발생된 좁은 영역에 미소 크랙을 형성할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법의 다른 특징은 상기 투명수지부재에 상기 레이저 빔을 조사할 때의 상기 레이저 빔의 광축과 상기 투명수지부재의 표면 사이의 각도설정이 자유로운 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 상기 투명수지부재의 표면을 따라 평행한 방향으로 레이저 빔의 집점위치와 상기 투명수지부재를 상대 이동시키면서 레이저 빔을 자유롭게 조사할 수 있고, 상기 투명수지부재를 기울어진 상태로 이동시키면서 레이저 빔을 자유롭게 조사할 수 있으므로, 투명수지부재의 표면에 대하여 평행한 문자나 도형을 투명수지부재 내부의 미소 크랙에 의해 형성할 수도 있고, 투명수지부재의 표면으로부터의 깊이가 서로 다른 미소 크랙들에 의해 3차원적인 문자 또는 도형을 형성할 수도 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법의 또 다른 특징은 복수개의 레이저 빔을 복수개의 방향으로부터 상기 빔 집점위치에 동시에 조사하는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 복수개의 레이저 빔으로부터 방출되는 빛 에너지를 빔 집점위치에 집중시킬 수 있으므로, 한 개의 레이저 빔만을 빔 집점위치에 집속시키는 경우에 비교적 강한 빛 에너지를 빔 집점위치에 집중시킬 수 있다. 그 결과, 미소 크랙이 형성될 때에 투명수지부재를 승화시키기 위한 빛 에너지의 제공이 용이하게 된다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법의 또 다른 특징은 상기 빔 집점위치를 통과하는 직선상의 서로 다른 방향으로부터 상기 빔 집점위치에 2개의 레이저 빔을 동시에 조사하는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 일반적으로는 레이저 빔을 투명수지부재 내부의 집점위치에 집속시키는 경우, 투명수지부재 내부에서의 광경로의 길이에 대응하여 레이저 빔의 감쇠가 발생하기 때문에, 통상은 광경로의 길이가 길수록 집점위치에 주어지는 빛 에너지가 작아지지만, 본 특징구성에 의하면, 빔 집점위치를 통과하는 직선상의 서로 다른 방향으로부터 그 빔 집점위치에 2개의 레이저 빔을 동시에 조사하기 때문에, 2개의 레이저 빔에 발생하는 감쇠의 합계가 항상 일정하게 유지된다는 이점이 있다. 그 결과, 빔 집점위치에 주어지는 빛 에너지를 일정하게 유지시킬 수 있고, 형성되는 복수개의 미소 크랙의 크기를 균일하게 할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법의 또 다른 특징은 동일 빔 집점위치를 향하여 상기 레이저 빔의 조사를 복수 번 행하여 상기 빔 집점위치의 근방에 복수개의 미소 크랙을 조밀하게 형성하는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 동일한 빔 집점위치를 향하여 레이저 빔의 조사를 복수 번 행하는 경우에 레이저 빔의 흔들림에 따른 빔 집점위치의 미소한 변위를 이용하여 상기 빔 집점위치의 미소근방에 복수개의 미소 크랙을 조밀하게 형성할 수 있다. 그 결과, 미소 크랙의 소밀을 조정하는 것이 가능해진다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법의 또 다른 특징은 상기 빔 집점위치에 대한 상기 레이저 빔의 조사방향을 조정하여 상기 미소 크랙이 자라는 방향을 제어하는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 상기 투명수지부재 속에 형성되는 미소 크랙이 자라는 방향에 빔 집점위치에 대한 레이저 빔의 조사방향에 대응하여 변화하는 경향이 있는 것을 이용하여 투명수지부재 속에 형성되는 복수개의 미소 크랙이 자라는 방향을 의도적으로 조정할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법의 또 다른 특징은 상기 레이저 빔이 Nd:YVO4 레이저로부터 방출되는 빔인 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 단일모드(single mode) 발진이 가능함으로써 레이저 빔의 빔 단면을 매우 작게 (예를 들어, 직경 20 μm ~ 40 μm) 할 수 있고, 더욱이 Q 스위칭 주파수를 높게 해도 발생하는 자이언트 펄스의 레이저 출력을 충분히 확보할 수 있기 때문에 미소 크랙이 형성될 때에 레이저 빔에 의해 40 나노초 이하 동안에 상기 투명수지부재를 매우 좁은 영역으로 국소적으로 승화시킬 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 투명수지부재 가공품의 특징은 상술한 레이저 가공방법에 의해 가공되는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 상기 레이저 가공방법의 특징구성에 의해 얻어지는 효과와 같이 매우 작은 미소 크랙이 내부에 형성된 투명수지부재 가공품을 얻을 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 표시장치의 특징은 상술한 투명수지부재 가공품에 조사되는 빛이 상기 미소 크랙에 의해 산란(散亂)됨으로써, 상기 투명수지부재 가공품의 내부에서 모양을 표시하는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 투명수지부재 가공품의 내부에 형성된 복수개의 미소 크랙으로 구성되는 문자와 도형을 빛나서 밝게 표시시킴으로써 주위로부터의 시인성을 높일 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 빔 집점위치에 대하여 상기 레이저 빔의 조사를 복수 번 행하여 상기 빔 집점위치의 근방에 복수개의 미소 크랙을 조밀하게 형성하는 레이저 가공방법이 이용되는 경우에는 투명수지부재 가공품의 내부에 미소 크랙의 소밀분포를 형성할 수 있으므로, 미소 크랙의 광반사에 의한 밝은 부분 중에서도 미소 크랙이 성기게 배열되어 있는 영역으로부터의 반사를 약하게 하고 미소 크랙이 조밀하게 되어 있는 영역으로부터의 반사를 강하게 하여 콘트라스트를 높일 수 있다.
또한, 미소 크랙이 자라는 방향이 제어되고 있는 경우에는 미소 크랙에 의한 빛의 반사방향을 제어할 수 있기 때문에 표시장치를 보는 방향에 따라 미소 크랙으로부터의 반사광이 강한 경우와 반사광이 약한 경우 등을 설정할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 표시장치의 특징은 방출하는 빛의 스펙트럼이 서로 다른 복수개의 광원을 가지는 조명장치를 구비하고, 상기 복수개의 광원으로부터 방출되는 빛의 강도를 각각 조정하여 상기 투명수지부재 가공품에 조사되는 상기 복수개의 광원에 의한 합성광의 스펙트럼을 제어 가능하도록 구성되는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 투명수지부재 가공품에 대하여 복수개의 색의 빛을 조사할 수 있으므로, 상기 투명수지부재 가공품의 내부에 형성되는 복수개의 미소 크랙으로 구성되는 문자와 도형을 복수개의 색으로 광휘하여 밝게 표시할 수 있다. 그 결과, 표시장치에 대한 시인성을 향상시킬 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 표시장치의 특징은 상기 합성광의 스펙트럼의 피크 파장이 시간적으로 연속하여 변화하도록 상기 복수개의 광원으로부터 방출되는 빛의 강도가 조정되는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 투명수지부재 가공품의 내부에 형성된 복수개의 미소 크랙에 대하여 조사되는 빛의 색이 시간적으로 연속하여 서서히 변하는 것 같은 표시장치를 구성할 수 있으므로, 그 표시장치에 대한 시인성을 향상시킬 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 표시장치의 특징은 상기 조명장치가, 적색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원과, 녹색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원과, 청색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원을 구비하여 구성되는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 적색, 녹색 및 청색의 빛의 삼원색을 혼합하여 얻는 총천연색 표시가 가능한 표시장치를 제공할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 표시장치의 특징은 상기 투명수지부재가, 조사되는 빛에 대하여 형광을 나타내는 재료를 포함하여 구성되는 데에 있다.
상기 특징구성에 의하면, 투명수지부재 가공품에 대하여 조사되는 파장의 빛을 미소 크랙으로 반사시켜 그 투명수지부재 가공품의 내부에 그 파장의 색의 모양을 표시함과 아울러 형광재료에 의한 발광을 투명수지부재 가공품의 내부로부터 표시할 수 있다. 그 결과, 빛이 조사되는 경우에는 미소 크랙이 형성되어 있지 않은 부위에도 색 표시가 행해지는 표시장치를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 레이저 가공방법에 대하여 설명한다.
도 1에 표시되는 것은 본 발명에 관계된 레이저 가공방법을 실시 가능한 레이저 가공장치(1)의 기능 블록도이다. 이 레이저 가공장치(1)는 여기장치(3)로부터 방출된 여기광에 의해 레이저 빔 발생장치(4)의 레이저 매질(6)을 여기하고, 레이저 빔 발생장치(4)로부터 출력된 레이저 빔(L)을 가공대(12) 위에 설치한 투명수지부재(11)에 조사하여, 투명수지부재(11)에 대한 레이저 가공을 실시하는 장치이다. 여기서, 레이저 매질(6)의 여기방식은 엔드 펌핑(end pumping) 방식을 채용하고 있다. 또한 여기장치(3), 레이저 빔 발생장치(4) 및 가공대(12)의 동작 제어는 제어장치(2)에 의해 행해진다.
레이저 빔 발생장치(4)는 반사거울(5), 레이저 매질(6), Q 스위치(7), 출력거울(8), 갈바노스캐너(Galvano scanner)(9) 및 Fθ 렌즈(10)를 구비하여 구성되어 있다. 레이저 매질(6)은 Nd:YVO4(네오디뮴(neodymium)) 첨가의 이트륨배너데이트(yttrium vanadate) 결정이다. 이 레이저 빔 발생장치(4)에서는 Q 스위치(7)가 설치되어 있으므로 Q를 높게 하면, 레이저 매질(6)로부터 방출된 빛은 반사거울(5)과 출력거울(8)로 구성된 광공진기에서 레이저 발진의 상태로 되고 출력거울(8)로부터 레이저 빔(L)으로 방출된다. 얻어지는 레이저 빔(L)의 파장은 1064 nm이지만, 파장변환소자를 설치하여 파장 532 nm의 레이저 빔을 얻을 수도 있다.
출력거울(8)로부터 방출된 레이저 빔은 갈바노스캐너(9)와 Fθ 렌즈(10)를 경유하여 가공대(12) 위의 투명수지 부재(11)에 조사된다. 갈바노스캐너(9)는 도면에서의 화살표로 표시하는 방향으로 회전가능하다. 그 결과, 레이저 빔(L)의 빔 집점위치를 투명수지부재(11)의 표면에 대하여 수평방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, Fθ 렌즈(10)를 이용하여 레이저 빔(L)의 집점위치를 조정할 수도 있다. 더욱이, 투명수지부재(11)가 설치되는 가공대(12)는 수평이동, 상하이동, 회전이동이 가능하도록 구성되어 있기 때문에, 갈바노스캐너(9) 및 Fθ 렌즈(10)를 이용하지 않고도 레이저 빔(L)의 집점위치를 투명수지 부재(11) 속에서 자유롭게 이동시킬 수도 있다.
여기서, 투명수지부재(11) 내배의 빔 집점위치에서는 레이저 빔(L)의 빛 에너지가 집중됨으로써 투명수지부재(11)의 국소적인 승화가 발생하고, 그 결과, 빔 집점위치에 미소 크랙이 발생한다. 미소 크랙의 크기를 작게 하고 싶은 경우에는 빔 집점위치에서의 레이저 빔(L)의 직경을 작게 하면 된다.
상세히는 펄스 폭이 40 나노초 이하의 자이언트 펄스(레이저 빔 L)를 Q 스위칭 주파수에 대응하여 발생시키고, 그 레이저 빔(L)에 의한 40 나노초 이하 동안의 레이저 조사에 의해 투명수지부재(11)는 국소적으로 승화된다. 그 결과, 승화가 발생한 영역에서 투명수지부재가 국소적으로 비뚤어지고 미소 크랙이 형성된다. 복수개의 미소 크랙을 배열하여 형성하는 경우에는 소정의 Q 스위칭 주파수로 자이언트 펄스를 발생시키면서 그 레이저 빔(L)의 집점위치와 투명수지부재(11)를 상대이동 시키면 된다.
여기서, 미소 크랙이 자라는 방향은 빔 집점위치로의 레이저 빔(L)의 조사방향에 대응하여 변화하는 경향이 있다. 더욱이, 분자배열구조와 형성시의 수지압출 방향 등의 투명수지부재(11)의 특성에 따라 변화하는 경우도 있다. 따라서 레이저 빔(L)의 투명수지부재(11)로의 입사각도를 조정함으로써 투명수지부재(11) 속에 형성되는 미소 크랙이 자라는 방향을 자유로이 제어하는 것도 가능하다. 예를 들어, 복수개의 미소 크랙을 형성하는 경우에는 레이저 빔(L)의 투명수지부재(11)로의 입사각도를 통일함으로써 형성되는 미소 크랙의 자라는 방향에 통일성을 줄 수도 있다.
또한 동일한 빔 집점위치를 향하여 레이저 빔 조사를 복수 번 행한 경우에는 레이저 빔 (L)의 흔들림에 의해 레이저 빔 조사를 되풀이할 때에 그 빔 집점위치에 미소한 변위(흔들림)가 발생하기 때문에, 빔 집점위치의 근방의 매우 좁은 영역(빔 집점위치의 흔들림의 범위)에 복수개의 미소 크랙을 조밀하게 형성할 수 있다. 그 결과, 상술한 바와 같이, 소정의 Q 스위칭 주파수로 자이언트 펄스를 발생시키면서 그 레이저 빔(L)의 집점위치와 투명수지부재(11)를 상대 이동시키면서 동일한 빔 집점위치를 향한 레이저 빔 조사의 반복 회수를 조정함으로써 미소 크랙의 소밀을 조정할 수 있다.
도 2에 예시하는 것은 본 실시예에서 사용되는 Nd:YVO4 레이저로부터 출력되는 레이저 빔(L)의 특성이고, 비교예로서 YAG 레이저로부터 출력되는 레이저 빔의 특성도 예시한다.
도 2A에 예시되는 바와 같이 Nd:YVO4 레이저는 단일모드 발진(1번의 피크)이기 때문에 레이저 빔(L)의 단면을 작게 할 수 있고, 도 2B에 예시되는 바와 같이, 레이저 빔(L)의 단면의 직경은 약 20μm ~ 40μm가 된다. 따라서 Fθ 렌즈(10)를 사용하여 이 레이저 빔(L)을 집속시킨 경우에 투명수지부재(11)의 내부의 매우 좁은 영역(빔 집점위치)에 레이저 빔(L)의 빛 에너지를 집중시킬 수 있고, 형성되는 미소 크랙의 크기를 매우 작게 할 수 있다.
다른 한편으로, 도 2A에 예시하는 바와 같이 YAG 레이저는 다중모드 발진(복수개의 피크)이기 때문에 레이저 빔의 단면이 크게 되고 도 2B에 예시하는 바와 같이 레이저 빔의 단면의 직경은 약 100μm로 된다. 따라서 YAG 레이저로부터 출력되는 레이저 빔을 사용하여 투명수지부재(11)의 내용의 빔 집점위치에 빛 에너지를 집중시킨다 해도 형성되는 미소 크랙의 크기는 YVO4 레이저를 사용하여 제작한 미소 크랙에 비하여 크게 된다.
도 3에 도시한 것은 본 발명에 관한 레이저 가공방법을 이용하여 상술한 바와 같은 미소크랙을 형성하는 가공이 행하여진 투명수지부재 가공품을 이용한 표시장치이다. 이 표시장치는 내부에 “새암누리”라는 문자가 복수개의 미소 크랙에 의해 형성된 투명수지부재(투명수지부재 가공품)(11)의 측면에 조명장치(13)를 설치하고 조명장치(13)로부터 방사된 빛이 투명수지부재(11)의 내부를 진행하여 미소크랙에 도달하도록 구성되어 있다. 미소 크랙에 도달한 빛은 반사되어 투명수지 부재(11)의 외부로 방출되어 형성된 문자를 빛이 나게 하여 밝게 표시한다.
상술한 바와 같이 동일한 빔 집점위치를 향하여 레이저 빔(L)의 조사를 복수 번 행한 경우에 레이저 빔이 흔들리는 것에 동반하는 빔 집점위치의 미소한 변위를 이용하여 상기 빔 집점위치의 미소 근방에 복수개의 미소 크랙을 조밀하게 형성할 수 있으므로, 미소 크랙을 조밀하게 형성한 영역으로부터의 반사광을 강하게 하고, 미소 크랙을 성기게 형성한 영역으로부터의 반사광을 비교적 약하게 하는 등의 조정을 행할 수도 있다.
또한 상술한 바와 같이 투명수지부재(11) 중에 형성된 복수개의 미소 크랙이 자라는 방향이 레이저 빔의 조사방향에 의해 제어되고 있는 경우에는 그 미소 크랙에 의한 반사광의 진행방향을 제한되기 때문에 어떤 방향으로부터 본 경우의 반사광을 강하게 하고, 다른 방향으로부터 본 경우의 반사광을 약하게 하는 등의 조정을 행할 수 있다.
여기서, 도 3B에 예시하는 바와 같이 “새암누리”라는 문자를 구성하는 복수개의 미소 크랙은 연속적으로 깊이가 변하여 형성되고 있다. 미소 크랙이 깊이가 변하여 형성되고 있는 것으로 도시하는 바와 같이 다른 미소 크랙에 방해되지 않고 거의 완전한 미소 크랙에 대하여 빛을 조사하는 것이 가능해진다. 그 결과, 그것들의 미소 크랙이 확실히 빛이 나게 된다. 통상 본 실시예에서는 조명장치(13)를 설치하지만 반드시 설치할 필요는 없다. 예를 들어, 주변에 전등 등의 통상의 조명기기가가 설치되어 있는 장소에, 내부에 미소 크랙이 형성된 투명수지부재(투명수지부재 가공품)를 설치하면, 투명수지부재 가공품에 조사되는 빛이 미소 크랙에 의해 산란되는 것으로 투명수지부재 가공품의 내부에서 모양을 표시할 수 있는 표시장치를 구성할 수 있다.
여기서, 조명장치(13)가 방출하는 빛의 스펙트럼이 서로 다른 복수개의 광원을 가지고 그것들 복수개의 광원으로부터 방출되는 빛의 강도를 각각 조정하여 투명수지부재 가공품에 조사되는 상기 복수개의 광원에 의한 합성광 스펙트럼을 제어 가능하도록 구성되어 있으면, 광원으로부터 각각 방출되는 단색광이 아니라 복수개의 광원으로부터 방출되는 빛을 적당히 합성하여 얻어지는 복수개의 색의 빛에 의해 미소 크랙을 빛이 나게 할 수 있다.
특히, 조명장치(13)가 적색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원과, 녹색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원과, 청색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원이라는 3원색의 광원을 구비하여 구성되는 경우에는 각 광원으로부터 방출되는 빛의 강도를 각각 조정하여 빛의 합성을 행하여 총천연색 표시가 가능한 조명장치(13)를 제공할 수 있다.
또한, 조명장치(13)가 방출하는 빛의 스펙트럼이 서로 다른 복수개의 광원을 가지는 경우에, 합성광의 스펙트럼의 피크 파장이 시간적으로 연속하여 변화하도록 각 광원으로부터 방출되는 빛의 강도를 제어하면, 투명수지부재 가공품에 조사되어 미소 크랙에 의하여 반사되는 빛의 파장을 시간적으로 연속하여 변화시킬 수 있고, 그 표시장치에 대한 시인성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 방출되는 빛이 청색으로부터 시작하여 녹색, 황색, 오랜 지색으로 천천히 변화하는 조명장치(13)를 구비한 표시장치를 구성할 수 있다.
또한, 도 4B에 도시된 것은 도 4A의 경우와는 달리, 투명수지부재(11)의 표면이 기울어진 상태로 도면에 나타난 화살표 방향으로 레이저 집점위치와 투명수지부재(11)가 상대 이동하도록 구성된 경우의 예이다. 도 4A에 나타난 경우에는, 투명수지부재(11)의 표면에 대하여 수평방향의 위치와 수직방향의 위치가 서로 다른 복수개의 미소 크랙을 형성하기 위해서는 레이저 집점위치와 투명수지부재(11)를 투명수지부재(11)의 표면에 대하여 수직방향 및 수평방향으로 상대 이동시키면서 레이저 빔 조사를 행하는 필요가 있으나, 도 4B에 나타난 경우에는 레이저 집점위치와 투명수지부재(11)를 투명수지부재(11)의 표면에 대하여 평행방향으로 상대 이동시키면서 레이저 빔을 조사하는 것만으로도 투명수지부재(11)의 표면에 대하여 수평방향의 위치와 수직방향의 위치가 서로 다른 복수개의 미소 크랙을 형성할 수도 있다.
<다른 실시예>
< 1 >
도 5에 예시하는 것은 본 발명의 레이저 가공방법의 다른 실시예이다.
우선 도 5A에 예시하는 것은 복수개의 레이저 빔(도면에서는 예로서 제1 빔(L1)과 제2 빔(L2)의 2개의 레이저 빔의 경우를 나타냄)을 복수개의 방향들로부터 빔 집점위치에 동시에 조사하는 레이저 가공방법이다. 복수개의 레이저 빔을 얻기 위해서는 도 1에 예시된 바와 같은 모양의 레이저 빔 발생장치(4)를 복수개 설치하면 된다. 혹은, 1개의 레이저 빔 발생장치(4)로부터 출력되는 1개의 레이저 빔을 분리시켜 복수개의 레이저 빔을 얻을 수도 있다.
이와 같이, 복수개의 레이저 빔으로부터 방출되는 빛 에너지를 빔 집점위치에 집중시킬 수 있으므로, 1개의 레이저 빔만을 빔 집점위치에 집속시키는 경우에 비하여 강한 빛 에너지를 빔 집점위지에 집중시킬 수 있다. 그 결과, 미소 크랙이 형성될 때에 투명수지부재(11)를 승화시키기 위한 빛 에너지의 공급이 용이하게 된다.
다음으로, 도 5B에서 예시하는 것은 빔 집점위치를 통과하는 직선상의 서로 다른 방향으로부터 그 빔 집점위치에 2개의 레이저 빔(제1 빔(L1)과 제2 빔(L2))을 동시에 조사하는 레이저 가공방법이다. 도 5A의 경우에 관하여 설명한 것과 같은 모양으로 2개의 레이저 빔은 레이저 빔 발생장치(4)를 2개 설치하는 것 또는 1개의 레이저 빔을 2개로 분리하는 것에 의해 얻을 수 있다.
이와 같이 통상 레이저 빔을 투명수지부재 내부에 입사시켜 집점위치에 집속시키는 경우에 투명수지부재 내부에서의 광경로 길이에 대응하여 레이저 빔의 감쇠가 발생하기 때문에 광경로의 길이가 길수록 집점위치에 주어지는 빛 에너지가 작게 되지만, 본 특징구성에 의하면 빔 집점위치를 통과하는 직선상의 서로 다른 방향으로부터 그 빔 집점위치에 2개의 레이저 빔을 동시에 조사하기 때문에, 2개의 레이저 빔에 발생하는 감쇠의 합계가 보통 일정하게 유지된다는 이점이 있다. 그 결과, 빔 집점위치에 주어지는 빛 에너지를 일정하게 유지할 수 있고 형성되는 복수개의 미소 크랙의 크기를 균일하게 할 수 있다.
< 2 >
상술한 투명수지부재(11)는 아크릴 수지나 다른 수지부재를 사용하여 형성되지만, 어떤 수지부재에 무색 또는 유색의 다른 유기화합물이나 무기화합물을 혼합하여 형성할 수도 있다. 또한, 수지재료에 혼합되는 재료에 상술한 표시장치가 구비되는 조명장치(13)로부터 조사되는 빛에 대하여 형광을 나타내는 유기 형광재료나 무기 형광재료를 이용한 경우에 상술한 표시장치에서는 조명장치(13)로부터 조사되는 빛과 상기 형광재료로부터 발광되는 빛이 보인다.
구체적으로는 가시광에 대하여는 거의 무색투명의 녹색형광재료가 투명수지부재(11)에 혼합된 투명수지부재 가공품에 대하여 조명장치(13)로부터 청색의 빛이 조사되도록 구성된 경우에 조명장치(13)로부터의 조사광이 온(on)이면, 미소 크랙이 형성되어 있지 않은 투명수지부재(11)로부터는 상술한 형광재료에 의한 발광이 나타나고, 또한 조명장치(13)로부터의 청색광이 미소 크랙에 의해 반사되는 것 같은 표시장치를 구성할 수 있다. 그리고 조명장치(13)로부터의 조사광이 오프(off)이면, 투명수지부재 가공품은 가시광에 대하여 무색투명이므로 색을 나타내지 않는다.
본 발명은 빔 집점위치에 주어지는 빛 에너지를 일정하게 유지시킬 수 있고, 형성되는 복수개의 미소 크랙의 크기를 균일하게 할 수 있다는 데에 그 효과가 있다. 본 발명은 다른 효과는 미소 크랙의 소밀을 조정하는 것이 가능하다는 데에 있다. 본 발명은 표시장치에 대한 시인성을 향상시킬 수 있다는 데에 그 또 다른 효과가 있다. 본 발명은 또한 빛이 조사되는 경우에는 미소 크랙이 형성되어 있지 않은 부위에도 색 표시가 행해지는 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 레이저 가공장치의 기능 블록도.
도 2A는 YVO4 레이저 및 YAG 레이저의 빔 단면도.
도 2B는 YVO4 레이저 및 YAG 레이저의 빔 강도분포를 나타낸 도면.
도 3A는 표시장치의 상면도.
도 3B는 표시장치의 단면도.
도 4A 및 4B는 투명수지부재의 단면도.
도 5A 및 5B는 투명수지부재의 단면도.
* 도면의 부호에 대한 설명 *
1: 레이저 가공장치 2: 제어장치
3: 여기장치 4: 레이저 빔 발생장치
5: 여기 거울 6: 레이저 매질
7: Q 스위치 8: 출력 거울
9: 갈바노 스캐너(Galvano scanner) 10: Fθ 렌즈
11: 투명수지부재 12: 가공대
13: 조명장치 L: 레이저 빔

Claims (13)

  1. 투명수지부재에 레이저 빔을 조사(照射)하여 상기 투명수지부재 내부의 빔 집점위치와 상기 투명수지부재를 상대 이동시켜 상기 투명수지부재 내부의 복수개의 위치에 미소(微小) 크랙을 형성하는 레이저 가공방법에 있어서,
    각 미소 크랙이 형성될 때에 상기 레이저 빔에 의해 40 나노초 이하 동안에 상기 투명수지부재를 승화(昇華)시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 투명수지부재에 상기 레이저 빔을 조사할 때의 상기 레이저 빔의 광축과 상기 투명수지부재의 표면 사이의 각도설정이 자유로운 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    복수개의 레이저 빔을 복수개의 방향으로부터 상기 빔 집점위치에 동시에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 빔 집점위치를 통과하는 직선상의 서로 다른 방향으로부터 상기 빔 집점위치에 2개의 레이저 빔을 동시에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  5. 제1 항, 제2 항 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일 빔 집점위치를 향하여 상기 레이저 빔의 조사를 복수 번 행하여 상기 빔 집점위치의 근방에 복수개의 미소 크랙을 조밀하게 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  6. 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 집점위치에 대한 상기 레이저 빔의 조사방향을 조정하여 상기 미소 크랙이 자라는 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  7. 제1 항, 제2 항, 제4 항 및 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔이 Nd:YVO4 레이저로부터 방출되는 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  8. 제7 항의 어느 한 항에 기재된 레이저 가공방법에 의해 가공된 것을 특징으로 하는 투명수지부재 가공품.
  9. 제8 항에 기재된 투명수지부재 가공품에 조사되는 빛이 상기 미소 크랙에 의해 산란(散亂)됨으로써, 상기 투명수지부재 가공품의 내부에서 모양을 표시하는 투명수지부재 가공품을 이용한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    방출하는 빛의 스펙트럼이 서로 다른 복수개의 광원을 가지는 조명장치를 구비하고,
    상기 복수개의 광원으로부터 방출되는 빛의 강도를 각각 조정하여 상기 투명수지부재 가공품에 조사되는 상기 복수개의 광원에 의한 합성광의 스펙트럼을 제어 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 합성광의 스펙트럼의 피크 파장이 시간적으로 연속하여 변화하도록 상기 복수개의 광원으로부터 방출되는 빛의 강도가 조정되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 조명장치가,
    적색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원과,
    녹색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원과,
    청색영역에 스펙트럼의 피크 파장을 가지는 광원을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 투명수지부재가, 조사되는 빛에 대하여 형광을 나타내는 재료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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