KR20120043221A - Method for forming pattern of a light guided plate using a laser processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 가공기를 이용하여 도광판에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 그레이 스케일링(gray scaling)하고 레이저의 파워를 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당하고 할당된 레이저빔을 도광판에 주사하여 도광판 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a pattern on a light guide plate by using a laser processing machine. More particularly, in order to improve the brightness and uniformity of the light guide plate, the gray distribution of the density distribution of the light guide plate dot pattern and the power of the laser are increased. The present invention relates to a method of forming a light guide plate pattern by dividing and allocating to correspond to a gray scaling step and scanning the allocated laser beam on the light guide plate.
최근, 반도체 및 정보 기술의 급속한 발전에 따라 경량이면서, 고해상도, 저전력화 및 친환경적인 장점을 갖는 액정 표시(Liquid Crystal Display, LCD)장치가 광범위하게 사용되고 있다. 액정 표시 장치는 이동 통신 단말기, 네비게이션, 휴대용 게임기 또는 노트북과 같은 소형 표시 장치에서, 데스크탑 컴퓨터 및 텔레비전과 같은 대형 표시 장치에 이르기까지 그 응용 범위가 광범위하다.Recently, with the rapid development of semiconductor and information technology, a liquid crystal display (LCD) device having light weight, high resolution, low power, and environmentally friendly advantages has been widely used. Liquid crystal displays have a wide range of applications, from small display devices such as mobile communication terminals, navigation, handheld game machines or laptops to large display devices such as desktop computers and televisions.
LCD는 자체 발광을 하지않는 수동 소자이므로 화면 전체를 균일한 밝기로 만들어 주는 면광원 형태의 백라이트 유닛이 필요하다. 이러한 백라이트 유닛을 구성하는 부품 중에서 도광판은 광원으로부터 방사된 광을 액정패널로 균일한 밝기로 안내하는 기능을 하는 것으로서, 도광판 내부로 입사된 광을 도광판의 외부로 출사시키기 위해 난반사를 일으키는 반사 도트 패턴이 형성되어 있다.Since LCD is a passive device that does not emit light, it needs a backlight unit in the form of a surface light source that makes the entire screen uniform. Among the components constituting the backlight unit, the light guide plate functions to guide light emitted from the light source to the liquid crystal panel with uniform brightness, and a reflective dot pattern causing diffuse reflection to emit light incident inside the light guide plate to the outside of the light guide plate. Is formed.
도광판에 도트 패턴을 가공하는 방식으로는 인쇄 방식과 절삭 및 사출 가공을 이용한 기계적 방식과 레이저빔을 이용한 레이저 가공방식이 있다.As a method of processing a dot pattern on a light guide plate, there are a printing method, a mechanical method using cutting and injection processing, and a laser processing method using a laser beam.
인쇄 방식은 패턴을 형성하기 위하여 스크린 프린팅 등의 방식을 사용하여 폴리머 잉크를 원판에 인쇄한다. 이러한 인쇄방식은 오븐 등의 부대설비가 필요하여 설비 면적이 크게 소요되고 대형 도광판에서 불량률이 높다는 문제점이 있다. 또한, 절삭 및 사출 가공을 이용하는 기계적 방식은 가공 시간이 길고 생산능률이 낮고, 패턴을 자유롭게 조절하기 어렵다는 문제점이 있다.The printing method prints the polymer ink on the original plate by using a method such as screen printing to form a pattern. Such a printing method requires an additional facility such as an oven, which requires a large area of equipment and has a high defect rate in a large light guide plate. In addition, the mechanical method using cutting and injection processing has a problem that the processing time is long, the production efficiency is low, and it is difficult to freely adjust the pattern.
레이저빔을 이용한 도광판 가공방법은 레이저 헤드를 이동시키면서 도광판의 표면에 직접 레이저빔을 조사하여 도광판의 표면에 일정한 규칙을 갖는 다수의 도트로 이루어진 패턴을 생성하는 방법으로서, 높은 휘도와 변형이 작아 대면적의 3D TV 등에 사용되는 도광판의 가공에 적합하다. A light guide plate processing method using a laser beam is a method of generating a pattern consisting of a plurality of dots having a certain rule on the surface of the light guide plate by irradiating a laser beam directly on the surface of the light guide plate while moving the laser head. It is suitable for processing light guide plates used in 3D TVs and the like of areas.
종래의 레이저 가공 방식으로는 갈바노 스캐닝 방식이 공개특허 제2001-0099123호에 개시되어 있다. 이러한 갈바노 스캐닝 방식에서는 레이저빔이 주사되는 가공 영역 전체에 동일한 초점을 형성하기 위하여 에프쎄타(f-θ) 렌즈를 사용하는데, 에프쎄타 렌즈를 사용할 경우 10 인치(240mm) 이상의 사이즈에서는 에프쎄타(f-θ) 렌즈의 크기의 제한과 렌즈 수차에 의하여 왜곡이 발생하여 대면적의 도광판을 가공할 수 없는 문제점이 있다. As a conventional laser processing method, a galvano scanning method is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2001-0099123. In the galvano scanning method, an f-theta lens is used to form the same focal point in the entire processing area where the laser beam is scanned. When the f-theta lens is used, the f-theta lens is larger than 10 inches (240 mm). f-θ) There is a problem that the light guide plate of a large area cannot be processed due to distortion caused by the size of the lens and lens aberration.
한편, 갈바노 스캐너를 이용하지않는 레이저 가공 방식으로는 등록실용신안 제324786호에 레이저 헤드를 벨트로 좌우 왕복 구동하는 방식이 개시되어 있는데, 벨트에 의한 왕복 구동방식이기 때문에 회전모터의 정역회전에 의한 가감속이 필연적이어서 평균 가공속도가 느려 생산성에 제약이 있어 왔다. 최근에는 회전모터 대신에 속도가 빠른 선형모터(LM)를 사용하여 4m/sec 이상의 가공속도를 높이고 있으나 마찬가지로 왕복 구동방식이어서 감가속 구간이 발생하기 때문에 46인치 도광판을 생산하는데 3-4분이 소요되어 생산성 향상에 한계가 있다.On the other hand, as a laser processing method that does not use a galvano scanner, the registered utility model No. 324786 discloses a method in which the laser head is reciprocally driven by a belt. Acceleration and deceleration are inevitable, and the average processing speed has been slow, which has limited productivity. Recently, the high speed linear motor (LM) is used instead of the rotating motor to increase the processing speed of 4m / sec or more. However, it takes 3-4 minutes to produce the 46-inch light guide plate because the deceleration section occurs because of the reciprocating drive method. There is a limit to productivity improvement.
최근에 에프쎄타(f-θ) 렌즈를 사용하지 않고 보상제어 방식을 이용하여 초점과 빔 사이즈를 제어하는 도광판 가공 장치가 개발되어(특허출원 제10-2010-0069676호), 기존의 갈바노 스캐닝 방식에서는 실현 불가능하였던 40 인치 내지 70인치의 대면적 도광판도 단시간 내에 가공할 수 있어 생산성을 대폭 향상시켰다. Recently, a light guide plate processing apparatus for controlling focus and beam size using a compensation control method without using an f-theta (f-θ) lens has been developed (Patent Application No. 10-2010-0069676), and conventional galvano scanning A large area light guide plate of 40 inches to 70 inches, which was not feasible with the method, can be processed in a short time, thereby greatly improving productivity.
종래의 레이저 가공기를 이용한 도트 패턴의 가공방법으로는 레이저 헤드를 왕복구동시키면서 레이저빔을 주사하여 도 1과 같이 단속적인 직선 형상의 도트 패턴이 형성된다. 종래의 방식에서 도광판의 휘도와 균일도의 조정은 도트의 크기, 가로 방향 도트 간의 간격(X피치) 및 세로 방향의 도트 간의 간격(Y피치)을 조절하여 도트의 좌표 및 길이 정보를 가진 설계 데이터를 DXF 포맷으로 변환하여 사용하였다.In the conventional method for processing a dot pattern using a laser processing machine, an intermittent linear dot pattern is formed as shown in FIG. 1 by scanning a laser beam while reciprocating a laser head. In the conventional method, the brightness and uniformity of the light guide plate are adjusted by adjusting the size of the dot, the distance between the dots in the horizontal direction (X pitch), and the distance between the dots in the vertical direction (Y pitch) to adjust the design data having the coordinate and length information of the dots. Converted to DXF format.
그러나, 개발된 보상제어방식 장초점 레이저 가공기는 기존의 연속 출사 방식이 아닌 펄스 출사 방식이기 때문에 기존의 길이정보를 가진 데이터를 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.However, the developed compensation control type long focus laser processing machine has a problem in that it is difficult to apply data having existing length information because it is a pulse emission method rather than a conventional continuous emission method.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 레이저 가공기를 이용한 패턴형성 방법은 도광판의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 그레이 스케일링(gray scaling)하고 레이저의 파워를 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당하고 할당된 레이저빔을 도광판에 주사하여 도광판 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.In the pattern forming method using the laser processing machine according to the present invention for solving the above problems, the gray scale of the density distribution of the light guide plate dot pattern and gray power of the laser to improve the brightness and uniformity of the light guide plate. The present invention provides a method of forming a light guide plate pattern by dividing and allocating the corresponding laser beams and scanning the allocated laser beams.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 가공기를 이용한 도광판 패턴형성 방법은, 패턴 생성부에서 도광판의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 조정하여 설계하는 단계, 설계된 데이터를 소정의 단계로 그레이 스케일링(gray scaling)하여 이미지 데이터로 변환하는 단계, 제어부에서 레이저의 파워를 상기 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당하는 단계 및 제어부에서 그레이 스케일링 된 이미지 데이터를 독출하고 이미지 데이터에 할당된 레이저 파워를 출력시켜 도광판에 주사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the light guide plate pattern forming method using the laser processing machine according to the present invention comprises the steps of: designing by adjusting the density distribution of the light guide plate dot pattern in order to improve the brightness and uniformity of the light guide plate in the pattern generating unit; Converting to grayscale image data by a predetermined step; dividing and allocating the power of a laser to correspond to the grayscale step in the controller; and reading the grayscaled image data in the controller and reading the image data into the image data. Outputting the allocated laser power and scanning the light guide plate.
또한, 도광판 도트 패턴의 밀도분포의 조정은 가우시안(Gaussian) 분포함수를 이용하여 조정하는 것을 특징으로 한다.The density distribution of the light guide plate dot pattern may be adjusted by using a Gaussian distribution function.
또한, 그레이 스케일링은 2n(n은 1에서 10 중 하나의 정수) 단계로 하는 것을 특징으로 한다.In addition, gray scaling is characterized in that 2 n (n is an integer of 1 to 10) step.
또한, 이미지 데이터는 BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, PCX 중 어느 하나의 그래픽 포맷으로써 픽셀에 이미지를 갖는 비벡터 이미지인 것을 특징으로 한다.In addition, the image data is a non-vector image having an image on a pixel in any one of graphic formats of BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, and PCX.
또한, 도광판의 가로 및 세로를 소정의 간격(X피치, Y피치)으로 분할하여 격자로 된 셀을 형성하고 각 셀에 도트 패턴을 배치하거나 비배치 설계하여 패턴 배열이 다이아몬드 형상이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the width and length of the light guide plate are divided at predetermined intervals (X pitch, Y pitch) to form a cell of lattice, and the dot pattern is arranged or unarranged in each cell so that the pattern arrangement becomes a diamond shape. It is done.
또한, 도트 패턴의 밀도분포를 조정하기 위하여 X피치와 Y피치를 가변시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to adjust the density distribution of the dot pattern, it is characterized by varying the X pitch and the Y pitch.
또한, 도트 패턴의 배열을 가변시키기 위해서 X축에 오프셋 값을 가산하여 홀수라인과 짝수라인을 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to vary the arrangement of the dot pattern, an offset value is added to the X-axis to arrange odd lines and even lines alternately.
또한, 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도트 패턴을 원형으로 하고 도트 크기(지름)를 변화시키는 것을 특징으로 한다.Further, in order to improve the brightness and uniformity, the dot pattern is made circular and the dot size (diameter) is changed.
또한, 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도트 패턴의 깊이를 변화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the depth of the dot pattern is characterized in order to improve the brightness and uniformity.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 레이저 가공기를 이용한 패턴형성 방법은 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 그레이 스케일링(gray scaling)하고 레이저의 파워를 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당하고 할당된 레이저 파워를 도광판에 주사함으로써 도광판의 휘도와 균일도를 향상시킬 수 있다.The pattern forming method using the laser processing machine according to the present invention for solving the above problems is to grayscale the density distribution of the light guide plate dot pattern and to divide and assign the power of the laser to correspond to the grayscaling step. By scanning the laser power on the light guide plate, the brightness and uniformity of the light guide plate can be improved.
또한, 300mm가 넘는 작업영역에서도 고휘도의 도광판을 생산할 수 있으며, 40 내지 70인치에 이르는 대형 도광판까지도 고속으로 가공할 수 있어 고품질의 도광판을 높은 생산성으로 양산할 수 있다.In addition, it is possible to produce a light guide plate of high brightness even in the working area of more than 300mm, and even a large light guide plate of 40 to 70 inches can be processed at high speed to mass-produce high quality light guide plate with high productivity.
도 1은 종래 패턴형성장치의 도트 패턴을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공기의 전체 구성도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단계의 순서도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 형성되는 도트 패턴을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 형성되는 도트 패턴의 도광판 단면도
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 형성되는 X축과 Y축의 셀의 피치가 균등한 도트 패턴을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 형성되는 도트의 패턴을 홀수라인과 짝수라인을 어긋나게 배치되는 도면
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 형성되는 X축과 Y축의 셀의 피치가 비균등한 도트 패턴을 도시한 도면
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 형성되는 X축의 셀의 피치가 넓어지는 도트 패턴을 도시한 도면1 is a view showing a dot pattern of a conventional pattern forming apparatus
2 is an overall configuration diagram of a laser processing machine according to an embodiment of the present invention
3 is a flowchart of steps according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a dot pattern formed according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a light guide plate of a dot pattern formed according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view illustrating a dot pattern with uniform pitches of cells of the X-axis and the Y-axis formed according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a diagram in which a pattern of dots formed according to an embodiment of the present invention is shifted between odd lines and even lines; FIG.
8 is a view illustrating a dot pattern in which pitches of cells of the X-axis and the Y-axis formed in accordance with an embodiment of the present invention are uneven;
FIG. 9 is a diagram illustrating a dot pattern in which a pitch of a cell of an X-axis formed according to an embodiment of the present invention is widened. FIG.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 가공기를 이용한 도광판 패턴형성 방법의 일실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명을 명확하게 하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 각 도면의 구성요소들에 도면부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, an embodiment of a light guide plate pattern forming method using a laser processing machine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings of the present invention, the size or dimensions of the structures are shown to be enlarged or reduced than the actual to clarify the present invention is not limited to the drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used to refer to the same components as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2를 참조하면, 본 발명에 사용되는 보상제어방식 장초점 레이저 가공기는, 크게 프로그램에 의하여 도광판의 패턴을 생성하는 패턴 생성부(101), 레이저빔을 발진하는 레이저 발진부(105), 정초점(正焦點)을 형성하고 보정하는 장초점(長焦點) 보정장치(107), 레이저빔을 종횡으로 주사하는 디지털 미러부(112) 및 상기 레이저 발진부(105), 장초점 보정장치(107), 디지털 미러부(112)를 제어하는 제어부(103)를 포함한다.
2, the compensation control method long focus laser processing machine used in the present invention includes a
상기 패턴 생성부(101)는 도광판(115)의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 조정하여 설계하는 패턴 설계프로그램이 탑재된 컴퓨터로서 패턴 생성 프로그램은 도광판의 크기, 광원, 패턴의 형태 및 밀도를 고려하여 시뮬레이션하고 패턴을 생성한다. 이때, 도트 패턴의 소밀에 의하여 형성되는 이미지(도트 패턴의 밀도가 낮은 곳은 밝게 하고 높은 곳은 어둡게 한다. 또는 그 반대로 할 수 있다)를 소정의 단계로 그레이 스케일링을 하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
The
레이저 발진부(105)는 패턴 생성부(101)로부터 읽어들인 패턴 데이터에 따라 제어부에서 제어하여 레이저를 발진하는 것으로서, 패턴 데이터에 따라 레이저의 연속 부하율(duty cycle)을 제어하여 레이저빔을 발생시킨다. 레이저의 출력은 주위 환경에 민감하며 특히 온도에 매우 민감하여 온도 제어가 필수적이다. 따라서, 레이저빔의 출력에 대한 감시 및 제어를 위하여 레이저 발진부(105)의 출사쪽에 빔 분할기를 설치하여 출력 중에서 일부를 분할시켜 측정하여 궤환제어(feedback control)로 레이저의 안정도를 유지시켜야 한다. 여기서 분할되는 레이저 발진부(105)의 출력 비율은 0.5% 내지 2%가 적당하다.
The
레이저에는 적외선(IR) 및 자외선(UV) 레이저를 포함한 펄스 발진형 또는 연속파형의 가스 레이저 및 고상 레이저 등을 포함한다. 가스 레이저의 예로는 이산화탄소(CO2) 레이저, 엑시머 레이저, 아르곤(Ar) 레이저, 크립톤(Kr) 레이저 등이 포함되며, 고상 레이저의 예로는 이트륨-알루미늄 가닛(YAG) 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저, YAlO3 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, 알렉산드리트 레이저, Ti:사파이어 레이저, Y2O3 레이저 등이 포함된다. 여기에서, 고상 레이저는 Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, Yb 또는 Tm으로 도핑된 YAG, YVO4, YLF, YAlO3 등의 결정들을 이용할 수 있다. 도광판 가공을 위한 레이저들은 10㎛ 파장 대역의 레이저가 적절하며 펄스 발진형 CO2 레이저가 바람직하다.
Lasers include pulsed or continuous wave gas lasers and solid state lasers, including infrared (IR) and ultraviolet (UV) lasers. Examples of gas lasers include carbon dioxide (CO 2 ) lasers, excimer lasers, argon (Ar) lasers, krypton (Kr) lasers, and the like. Examples of solid state lasers are yttrium-aluminum garnet (YAG) lasers, YVO4 lasers, and YLF lasers. , YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, Y2O3 laser and the like. Here, the solid state laser may use crystals of YAG, YVO 4, YLF, YAlO 3 , and the like doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, Yb, or Tm. Lasers for light guide plate processing are preferably lasers having a wavelength range of 10 μm, and pulse oscillation type CO 2 lasers are preferable.
제어부(103)는 패턴 생성부(101)에서 생성된 패턴 데이터에 따라, 레이저 발진부(105), 장초점 보정장치(107) 및 디지털 미러부(112)를 제어하여 가공하고자 하는 도광판(115)에 소정 깊이와 크기로 패턴을 생성하며 도광판에 원점을 잡고 종횡 가공할 면적에 대한 좌표(x, y)와 그에 대응하는 디지털 미러(109, 111)의 회전 각도를 계산한다. 또한, 실제 출력과 목표 출력을 비교연산하여 레이저 발진부의 출력을 제어한다. 이때, 레이저 출력의 안정도를 유지하기 위하여 레이저 발진부(105)의 출력 측에 빔 분할기를 설치하여 출력 중에서 일부를 분할시켜 측정한다. 또한, 제어부(103)는 상기 레이저 발진부(105)에서 발진 되는 레이저의 파워를 분할하여 제어할 수 있기 때문에 상기 패턴 생성부(101)에서 생성된 이미지 데이터에 대응하는 레이저 파워를 출력시켜 도광판(115)에 주사하도록 제어한다.
The
디지털 미러부(112)는 대면적의 도광판 가공을 위해 에프쎄타(f-θ) 렌즈를 사용하지 않고 다이내믹(dynamic) 장초점 보정장치(107)를 사용하여 초점거리를 길게 형성하여 초점 이탈 편차를 줄임과 동시에 렌즈를 가변시켜 초점을 맞추고, 디지털 미러(112)를 장초점 보정장치(107)와 연동하여 구동함으로써 가공 영역 내의 모든 패턴이 정초점이 형성되도록 한다. 상기 디지털 미러부(112)는 x축을 따라 회전하는 제 1 디지털 미러(111) 및 y축을 따라 회전하는 제 2 디지털 미러(109)로 구성하고, 제 1, 2 디지털 미러(111, 109)는 미러를 구동하는 제 1, 2 회전모터(201, 211)를 포함한다. 제 1, 2 디지털 미러(111, 109)와 제 1, 2 회전모터(201, 211)는 제 1, 2, 3, 4 냉각 수단(203, 205, 207, 209)이 더 구비되어 있으며 상기 냉각 수단은 수냉식 또는 전자식 냉각 수단으로 할 수 있다.
The
장초점 보정장치(107)는 상기 레이저 발진부(105)와 상기 디지털 미러부(112) 사이에 위치하고, 상기 디지털 미러부(112)의 회전각도에 따른 초점 이탈 편차를 줄임과 동시에 도광판(115)의 좌표 위치에 따라 이탈된 초점을 보정하기 위하여 렌즈를 가변시켜 도광판의 가공영역 모두에 정초점(正焦點)을 형성하는 장초점(長焦點) 보정장치이다. 장초점으로 인하여 레이저 빔이 확산하여 초점 빔의 사이즈가 변하고 레이저 출력 밀도가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 가변렌즈를 사용한 빔 사이즈 조절장치를 상기 레이저 발진부(105)와 상기 장초점 보정장치(107) 사이에 위치시킨다. 장초점 보정장치(107)의 구성은 고정된 제 1 블록 렌즈, 상기 제 1 블록 렌즈와 쌍을 이루면서 상기 레이저 발진부(105)에서 생성된 레이저빔을 확산하여 상기 제 1블록 렌즈로 투사하는 가변 제 1 오목 렌즈 및 상기 제어부(103)의 제어에 따라 상기 제 1 블록 렌즈와 광학적으로 일직선을 유지하면서 상기 제 1 오목 렌즈를 구동시켜 장초점을 형성하는 제 1 렌즈 구동수단으로 이루어지며, 상기 제 1 렌즈 구동 수단은 리니어 모터, 보이스 코일 모터 또는 피스톤식 구동 수단 중 적어도 하나의 모터이다. 또한, 장초점 보정장치(107)의 바람직한 초점 거리는 1 내지 3m이다.
The long
상기 빔 사이즈 조절장치는 상기 레이저 발진부(105)와 상기 장초점 보정장치(107) 사이에 위치하며, 고정된 제 2 블록 렌즈, 상기 레이저 발진부(105)에서 생성된 레이저빔을 확산하여 상기 제 2 블록렌즈에 투사하는 가변 제 2 오목 렌즈 및 상기 제 2 블록 렌즈와 광학적으로 일직선을 유지하고 상기 장초점 보정장치(107)와 연동하면서 상기 제 2 오목 렌즈를 가변시켜 도광판(115)에 주사되는 최종 빔 사이즈를 조절하는 제 2 렌즈 구동 수단을 포함한다.
The beam size adjusting device is positioned between the
본 발명에 따른 보상제어방식 장초점 레이저 가공기를 이용한 도광판 패턴형성 방법은 도 3에서 보여주는 바와 같이,As shown in FIG. 3, the light guide plate pattern forming method using the compensation control method long focus laser processing machine according to the present invention,
1. 패턴 생성부에서 도광판의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 조정하여 설계하는 단계1. Designing by adjusting the density distribution of the light guide plate dot pattern to improve the brightness and uniformity of the light guide plate in the pattern generator
2. 설계된 데이터를 소정의 단계로 그레이 스케일링하여 이미지 데이터로 변환하는 단계2. Converting the designed data into image data by gray scaling in a predetermined step
3. 제어부에서 레이저의 파워를 상기 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당하는 단계3. The control unit divides and allocates the power of the laser to correspond to the gray scaling step.
4. 제어부에서 그레이 스케일링 된 이미지 데이터를 독출하고 이미지 데이터에 할당된 레이저 파워를 출력시켜 도광판에 주사하는 단계를 포함한다.
4. The control unit reads the gray scaled image data, outputs the laser power allocated to the image data, and scans the light guide plate.
상기의 각 단계를 순서대로 설명하면 다음과 같다.
Each of the above steps will be described in order as follows.
1. 패턴 생성부에서 도광판의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 조정하여 설계하는 단계(S1)1. Designing by adjusting the density distribution of the light guide plate dot pattern in order to improve the brightness and uniformity of the light guide plate in the pattern generator (S1)
패턴 생성부(101)는 패턴 설계프로그램이 탑재된 컴퓨터로서 도광판의 정광특성 사양을 충족하기 위하여 BLU(back light unit)의 광원의 배치, 도광판 사이즈, 도광판 두께, 도트의 형상 및 크기 등이 입력 파라미터로 사용된다. 정광 특성 중 중요한 사양인 휘도와 균일도를 만족시키기 위하여 도트의 크기 및 도트 간의 간격(X피치, Y피치)을 변화시켜 도트 패턴의 밀도분포를 조정한다. 이때 확률분포함수인 가우시안(Gaussian) 분포함수를 이용하여 조정하면 용이하게 밀도분포를 조정할 수 있다. 도 4는 보상제어방식 장초점 레이저 가공기를 이용하여 형성한 일반적인 도광판 패턴을 보여준다.
The
2. 설계된 데이터를 소정의 단계로 그레이 스케일링하여 이미지 데이터로 변환하는 단계(S2)2. converting the designed data into image data by gray scaling in a predetermined step (S2)
특정한 BLU에 대하여 원하는 휘도와 균일도를 충족시키려면 광원에 가까이 있는 변쪽과 광원에서 먼 중앙부의 도트 패턴의 밀도분포는 다르게 형성된다. To meet the desired luminance and uniformity for a particular BLU, the density distribution of the dot pattern in the side near the light source and in the center far from the light source is formed differently.
일반적으로 설계된 데이터는 좌표정보와 길이정보를 가진 DXF 포맷으로 변환되어 제어기에서 독출되어 레이저 출사를 제어하게 된다. 그러나 기존의 DXF 포맷의 경우 많은 정보량을 고속으로 처리를 하여야 하므로 제어시스템이 복잡해지고 가격이 고가일 뿐만 아니라 패턴마다 레이저의 출력 정보를 가질 수 없는 단점이 있어 사용하기 곤란하다.In general, the designed data is converted into DXF format having coordinate information and length information, which is read by a controller to control laser emission. However, in the case of the existing DXF format, a large amount of information must be processed at a high speed, which makes it difficult to use the control system because it is complicated, expensive, and cannot have laser output information for each pattern.
본 발명에서는 도트 패턴의 소밀에 의하여 형성되는 이미지(도트 패턴의 밀도가 낮은 곳은 밝게 하고 높은 곳은 어둡게 한다. 또는 그 반대로 할 수 있다)를 소정의 단계로 그레이 스케일링(gray scaling)한다. 그레이 스케일링 된 이미지는 BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, PCX 등 각 픽셀에 이미지를 갖는 비벡터(scalar) 이미지 포맷으로 변환하여 제어부(103)로 전송한다. 그레이 스케일링 단계는 이진수로서 2n(n은 1에서 10 중 하나의 정수)의 단계로 하며 16 단계 내지 256 단계가 바람직하다.
In the present invention, gray scaling of an image formed by the denseness of the dot pattern (where the density of the dot pattern is low and the high point is dark, or vice versa) can be gray scaled in a predetermined step. The gray scaled image is converted into a non-vector image format having an image in each pixel such as BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, and PCX, and transmitted to the
3. 제어부에서 레이저의 파워를 상기 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당하는 단계(S3)3. The control unit divides and allocates the power of the laser to correspond to the gray scaling step (S3).
제어부(103)는 레이저 발진부(105)에서 발진되는 레이저의 파워 레벨을 제어하는 제어기로서 그레이 스케일링된 단계에 대응하도록 연산하는 과정을 거쳐서 파워 레벨을 분할하여 할당한다. 레이저의 파워 레벨을 그레이 스케일링 된 단계에 대응하는 것으로 일대일, 일대다수 또는 다수대일과 같이 분할하여 대응할 수 있다.
The
4. 제어부에서 그레이 스케일링 된 이미지 데이터를 독출하고 이미지 데이터에 할당된 레이저 파워를 출력시켜 도광판에 주사하는 단계(S4)4. The control unit reads the gray scaled image data, outputs the laser power allocated to the image data, and scans the light guide plate (S4).
제어부는 상기 패턴 생성부(101)에서 그레이 스케일링 된 이미지 데이터를 독출하고, 상기 S3단계에서 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당한 레이저 파워를 레이저 발진부(104)로 하여금 출력시켜 도광판(115)에 주사하는 단계이다. The control unit reads the gray scaled image data from the
도 5는 그레이 스케일링 된 이미지 데이터에 따라 형성된 도트 패턴의 단면도를 파워 레벨에 따라 크기(지름)와 깊이 변화를 예시한 것이다. 레이저 파워 레벨은 a<b<c 순이다.
FIG. 5 illustrates a cross-sectional view of a dot pattern formed according to gray scaled image data according to a power level in size (diameter) and depth change. The laser power levels are in the order a <b <c.
본 발명은 패턴 생성부(101)에서 도광판(115)의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판(115) 도트 패턴(117)의 밀도분포를 조정하여 설계한다. 즉, 본 발명은 데이터량이 큰 길이정보를 가지고 있지않고 도광판(115)의 가로 및 세로를 소정의 간격(X피치, Y피치)으로 분할하여 격자로 된 셀을 형성하고 각 셀에 도트 패턴을 도 6과 같이 배치하거나 비배치 설계하여 패턴 배열이 다이아몬드 형상이 되도록 하여 패턴 형성 속도를 높일 수 있으며 대형의 도광판(115)에도 적용할 수 있다.
The present invention is designed by adjusting the density distribution of the
또한, 도 7은 도광 패턴을 X피치 및 Y피치로 분할하여 격자로 된 셀에 빠짐없이 균일하게 도트를 배치하고자 할 때, 상기 제어부(103)에서 패턴의 배열을 가변시키기 위해서 X축에 오프셋 값을 가산하여 홀수라인과 짝수라인을 어긋나게 배치할 수 있다. 즉, 도 7에서 보듯이 홀수라인 또는 짝수라인 중에 적어도 하나의 라인에 있는 도트를 대상으로 하여 오프셋 값을 가산하여 쉬프트(shift)한다. 이때, 쉬프트는 셀 밖으로 벗어나지 않는다. 예를 들어, 도트와 도트 사이의 간격이 2mm이면 1mm씩 쉬프트하여 다이아몬드 형상이 된다.
In addition, in FIG. 7, when the light guide pattern is divided into X pitches and Y pitches, and the dots are uniformly arranged in the cells of the lattice, the
또한, 도트 패턴의 밀도분포를 조정하기 위하여 도 8 및 도 9와 같이 X피치와 Y피치의 비율을 X축 및 Y축에 대하여 균등 또는 비균등한 셀로 가변시킬 수 있다. X피치와 Y피치를 가변시켜도 다이아몬드 형상이 유지된다. 도 6, 7은 본 발명의 실시 예에 따라 균등한 셀로 형성한 도면인 반면에, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 형성되는 X축과 Y축의 피치에 대하여 셀의 X피치가 Y피치보다 길게 하는 비균등한 도트 패턴(117)을 도시한 도면이고, 도 9는 셀의 X피치가 Y피치보단 짧게 하는 비균등한 도트 패턴(117)을 도시한 도면이다. 즉, 이러한 다이아몬드 형상을 가진 패턴 배열은 X피치 및 Y피치 중 적어도 하나 이상에 대하여 보정을 하더라도(패턴 셀의 피치가 보정되는 경우), 도 8과 도 9에서 보듯이, 홀수라인과 짝수라인이 규칙적인 패턴을 유지할 수 있으므로 고품질의 높은 휘도 특성과 향상된 균일도를 제공할 수 있는 효과가 있다.
In addition, in order to adjust the density distribution of the dot pattern, as shown in FIGS. 8 and 9, the ratio of the X pitch and the Y pitch may be varied into cells equal or unequal with respect to the X axis and the Y axis. Even if the X and Y pitches are varied, the diamond shape is maintained. 6 and 7 are diagrams formed of cells uniformly according to an embodiment of the present invention, while FIG. 8 is an X pitch of a cell with respect to a pitch of an X axis and a Y axis formed according to an embodiment of the present invention. Fig. 9 shows the
또한, 이러한 X축 및 Y축의 피치가 비균등한 셀로 조절되어도 고품질의 밝은 휘도를 제공하는 것은 도 5에서 보듯이 그레이 스케일링 된 이미지 데이터에 할당된 레이저 파워를 출력하기 때문에, 도광판(115)에 패턴의 크기(지름)를 다르게 패턴을 형성할 수 있다.In addition, even if the pitch of the X-axis and the Y-axis is adjusted to non-uniform cells, providing high quality bright luminance outputs laser power allocated to gray scaled image data as shown in FIG. The size (diameter) of can form a pattern differently.
L : 레이저빔 101 : 패턴 생성부
103 : 제어부 105 : 레이저 발진부
107 : 장초점 보정장치 109 : 제 2 디지털 미러
111 : 제 1 디지털 미러 112 : 디지털 미러부
115 : 도광판 117 : 도트 패턴
201 : 제 1 회전모터 203 : 제 3 냉각 수단
205 : 제 1 냉각 수단 207 : 제 2 냉각 수단
209 : 제 4 냉각 수단 211 : 제 2 회전모터L: laser beam 101: pattern generator
103
107: long focus correction device 109: second digital mirror
111: first digital mirror 112: digital mirror unit
115: light guide plate 117: dot pattern
201: first rotating motor 203: third cooling means
205: first cooling means 207: second cooling means
209: fourth cooling means 211: second rotating motor
Claims (9)
패턴 생성부에서 도광판의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판 도트 패턴의 밀도분포를 조정하여 설계하는 단계;
설계된 데이터를 소정의 단계로 그레이 스케일링(gray scaling)하여 이미지 데이터로 변환하는 단계;
제어부에서 레이저의 파워를 상기 그레이 스케일링 단계에 대응하도록 분할하여 할당하는 단계;
제어부에서 그레이 스케일링 된 이미지 데이터를 독출하고 이미지 데이터에 할당된 레이저 파워를 출력시켜 도광판에 주사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법In the light guide plate pattern formation method using a laser processing machine,
Adjusting the density distribution of the light guide plate dot pattern to improve brightness and uniformity of the light guide plate in the pattern generation unit;
Converting the designed data into image data by gray scaling the predetermined data;
Dividing and allocating power of a laser to correspond to the gray scaling step in a control unit;
And reading the gray scaled image data from the controller and outputting the laser power allocated to the image data to scan the light guide plate.
도광판 도트 패턴의 밀도분포의 조정은 가우시안(Gaussian) 분포함수를 이용하여 조정하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 1,
Light guide plate pattern formation method characterized in that the adjustment of the density distribution of the light guide plate dot pattern using a Gaussian distribution function
그레이 스케일링은 2n(n은 1 에서 10 중 하나의 정수) 단계로 하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 1,
Light guide plate patterning method characterized in that the gray scaling is 2 n (n is an integer of 1 to 10) step
이미지 데이터는 BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, PCX 중 어느 하나의 그래픽 포맷으로써 픽셀에 이미지를 갖는 비벡터 이미지인 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 1,
Image data is a light guide plate pattern forming method characterized in that the non-vector image having an image on the pixel in any one of the graphic formats of BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, PCX
도광판의 가로 및 세로를 소정의 간격(X피치, Y피치)으로 분할하여 격자로 된 셀을 형성하고 각 셀에 도트 패턴을 배치하거나 비배치 설계하여 패턴 배열이 다이아몬드 형상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 1,
The horizontal and vertical portions of the light guide plate are divided at predetermined intervals (X pitch, Y pitch) to form cells of lattice, and the dot pattern is arranged or unplaced in each cell so that the pattern arrangement becomes a diamond shape. Light guide plate pattern formation method
도트 패턴의 밀도분포를 조정하기 위하여 X피치와 Y피치를 가변시키는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 5,
A light guide plate pattern forming method characterized by varying the X pitch and the Y pitch in order to adjust the density distribution of the dot pattern.
도트 패턴의 배열을 가변시키기 위해서 X축에 오프셋 값을 가산하여 홀수라인과 짝수라인을 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 1,
A light guide plate pattern formation method comprising displacing odd lines and even lines by adding an offset value to the X axis in order to vary the arrangement of dot patterns.
휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도트 패턴을 원형으로 하고 도트 크기(지름)를 변화시키는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 1,
Light guide plate pattern forming method characterized by changing the dot size (circle) and the dot pattern to improve the brightness and uniformity
휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도트 패턴의 깊이를 변화시키는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴형성 방법The method of claim 1,
The light guide plate pattern formation method characterized by changing the depth of a dot pattern in order to improve brightness and uniformity.
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