KR20120129355A - 도광판용 패턴 형성 장치 및 도광판 패턴 형성 방법 - Google Patents

도광판용 패턴 형성 장치 및 도광판 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도광판용 패턴 형성 장치 및 도광판 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 도광판의 패턴 형성시에 도광판의 하부에 도광판의 온도를 미리 설정된 온도 범위이내로 유지하는 장치를 이용함으로써 도광판에 형성되는 패턴의 재현성을 확보하고 이로 인해 액정표시장치의 휘도 및 휘도 균일도의 균일도를 상승시키기 위한 발명이다.
본 발명에 따른 도광판용 패턴 형성 장치 및 도광판 패턴 형성 방법은 도광판의 상부에서 상기 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성하는 패턴 형성부; 상기 도광판의 하부에서 상기 도광판에 열을 공급하는 열 공급부; 상기 도광판의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및 상기 온도 감지부로부터 상기 도광판의 온도를 전달받고 상기 열 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하며 상기 열 공급부는 상기 제어부의 제어하에 열을 공급하여 상기 도광판의 온도를 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

도광판용 패턴 형성 장치 및 도광판 패턴 형성 방법{Pattern forming apparatus for light guide panel, Method of forming the pattern for the light guide panel by using the apparatus}
본 발명은 백라이트 유닛의 도광판 패턴 형성과 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 도광판에 패턴 형성시 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 기판을 이용하여 도광판에 균일한 패턴을 형성하는 도광판용 패턴 형성 장치 및 도광판 패턴 형성 방법에 관한 발명이다.
평판 디스플레이 분야에서 가장 널리 상업화되고 실용화된 액정표시장치(Liquid Crystal Display ; LCD)는 자체 발광을 하지 못하기 때문에 백라이트 유닛(Back light unit ; BLU)이라는 발광장치가 필요하다. 그리고 액정표시장치의 성능은 그 자체의 특성뿐만이 아니라, 상기 백라이트 유닛의 성능에 의존하는 바가 크다. 즉, 광을 소모하는 전력에 대비하여 얼마나 효율적으로 발산하며 전체 디스플레이 화면에 얼마나 균일하게 광을 발산하는지에 따라 액정표시장치의 성능이 좌우된다.
이러한 백라이트 유닛은 램프 위치에 따라 직하 방식(direct light)과 에지 방식(edge light)으로 구분된다.
직하 방식은 광원으로부터 발생된 광을 확산판을 이용하여 균일화하여 액정 패널에 입사시키는 방식이며, 에지 방식은 도광판의 측면에서 발생된 광을 도광판으로 반사하여 액정패널에 입사시키는 방식이다. 최근의 기술적 동향으로는 액정표시장치(LCD) 모듈의 박형화, 경량화 추세에 발맞추어, 에지 방식을 보다 선호하고 있다.
이하, 도면에 제시된 에지형 백라이트 유닛의 구성을 통해 광을 발산하는 원리를 알아보고 균일한 광 발산을 위해서는 어떤 사항이 요구되는지 검토해본다.
도 1은 종래 에지형 백라이트 유닛의 구성을 나타낸 단면도이다.
먼저 백라이트 유닛(10)의 구성요소 중에서 광원(20)은 발광다이오드(light emitting diode : LED) 등으로 이루어지고, 광원(20)으로부터 발생된 광은 경면부(45)에 직접 입사하거나 반사판(30)에 의하여 반사 및 집광되어 도광판(40)의 경면부(45)로 입사한다.
도광판(40)은 일 측면(edge)인 경면부(45)에 설치된 광원(20)으로부터 입사된 광을 내부에서 전반사, 난반사, 굴절 및 회절 등을 반복하여 균일한 휘도의 면(face)광원으로 변환시킨 후에 상면 및 하면으로 출사한다.
이때 하측 반사부(50)는 하면으로 출사된 면광원의 광을 반사시켜 도광판(40)이 상면으로만 면광원을 출사하도록 한다. 그리고 프리즘판(60)은 입사된 면광원을 부분적으로 집광 및 확산(산란)하여 보호판(70)이 위치한 방향으로 출사하도록 한다.
여기서, 균일한 광을 발산하기 위해서는 도광판(40)에서 균일한 면광원을 출사시키는 것이 중요하다. 이때, 도광판(40)이 균일한 휘도의 면광원을 형성하기 위해서는 광을 균일하게 산란시키는 것이 요구되므로, 도광판(40)의 일면에 소정 형태의 패턴을 형성시키게 된다. 결국 도광판(40)에 형성되는 패턴의 모양이 균일한 광 발산을 위한 중요 요건이 된다.
이하, 도광판에 패턴을 형성시키는 방법에 대하여 알아본다. 종래 도광판에 패턴을 형성하는 방식으로는 다이아몬드를 이용한 기계적인 V-노치(V-notch)를 형성시키는 방법, 인쇄에 의한 방법, 레이저를 이용하여 패턴을 형성하는 방법이 있다.
그 중에, 다이아몬드에 의한 기계적인 커팅방식은 그 속도가 상대적으로 느려서 생산성이 떨어지고, 가공면의 거칠기로 인하여 광이 균일하게 산란되지 못하며, 절삭커터의 제어방향이 단순하여 단순한 패턴 형성에는 어느 정도 적합하나 다양한 형태의 패턴을 형성하기는 어려워 재현성이 떨어지는 단점이 있다.
다음으로, 인쇄에 의한 방법은 마스크 패턴에 의한 노광 및 현상을 수행한 후 부식액을 사용하는 경우 부식액이 마스크와 도광판 사이로 스며들어 미세패턴을 형성하기가 어려워 휘도가 낮다는 문제점과 도광판이 박판인 경우에 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.
레이저 장치를 이용한 방법은 다른 방법보다 제어가 용이하고 균일한 형태의 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 최근에는 레이저 장치를 이용하는 경우가 많아지고 있다.
그러나 상기 레이저 장치를 이용한 도광판 패턴 형성 방법도 주위 환경이 변화하는 조건에서는 도광판 패턴이 달라지는 문제점이 있었는데 가장 핵심적인 요인은 온도였다.
도광판은 적재 보관소에서 대량으로 보관되는데 여기서 온도는 상온 20~25℃ 정도가 된다. 그러나 적재 보관소에서 패턴 형성 공간으로 도광판을 이동하는 동안은 외부에 노출되기 때문에 10~25℃ 정도의 외부 온도 영향을 받는다. 그리고 패턴 형성 공간으로 이동 후에는 다시 20~25℃의 내부 온도 영향을 받게 되고 이때 도광판 표면의 온도는 10~25℃ 정도가 된다. 즉, 도광판 표면 온도는 적재장소 온도, 이송장소 온도, 적재 상태 등에 따라 다양하게 변화하게 된다.
이러한 온도의 변화는 레이저로 패턴을 형성할 때 다른 조건이 동일 함에도 도광판 패턴의 형상을 불균일하게 하였고, 결과적으로 광학특성에도 영향을 주어 휘도 및 휘도 균일도의 산포도 커지게 하였다.
따라서, 균일한 광학특성치의 확보를 위해서는 도광판의 항온 상태가 유지되어야하며 이를 위해서는 적재 보관소부터 패턴 형성 공간까지 이어지는 모든 장소의 항온상태가 필요하다. 그러나 생산량이 많아지면 생산 물량에 맞는 항온 상태를 유지하는 공간확보가 필요하나 넓은 공간 전체에서 항온 상태를 유지하기 위해서는 기술적, 비용적 어려움이 있으므로 이것은 사실상 불가능하다. 그래서 현재 필요구간의 최소 온도관리를 하고 있다. 하지만 이러한 최소 온도관리만으로는, 특히 겨울처럼 외기의 영향을 많이 받게 되는 때에 이송 및 보관되는 경우에는, 도광판의 온도의 항상성을 유지하기 어려워 패턴의 재현성 확보가 어렵다는 문제점이 제기되어 왔다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 도광판 하부에 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 장치를 구비하여 패턴 형성의 재현성을 확보하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 도광판용 패턴 형성장치는 도광판의 상부에서 상기 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성하는 패턴 형성부; 상기 도광판의 하부에서 상기 도광판에 열을 공급하는 열 공급부; 상기 도광판의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및 상기 온도 감지부로부터 상기 도광판의 온도를 전달받고 상기 열 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하며 상기 열 공급부는 상기 제어부의 제어하에 열을 공급하여 상기 도광판의 온도를 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열 공급부는, 상기 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성하는 동안에, 상기 제어부의 제어하에 열을 공급하여 상기 도광판의 온도를 상기 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열 공급부는 상기 도광판의 하부에 위치한 기판 또는 상기 도광판의 하부에 위치하여 상기 도광판을 지지하고 패턴 형성 공간을 확보하는 테이블에 내장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열 공급부, 상기 온도 감지부, 상기 제어부는 상기 도광판의 하부에 위치한 기판 또는 상기 도광판의 하부에 위치하여 상기 도광판을 지지하고 패턴 형성 공간을 확보하는 테이블에 내장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴 형성부는 레이저를 이용하여 상기 도광판의 상부에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열 공급부는 전열선, 액체가 흐르는 파이프, 적외선 램프 또는 히터 중 어느 하나를 통해 열을 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기설정된 온도 범위 중 하한의 범위가 제 1 하한과 상기 제 1 하한에서 소정의 범위보다 높은 제 2 하한으로 설정된 경우에, 상기 제어부는 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한 미만인 경우 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 하한까지 상승시키며, 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한과 같은 경우 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 하한까지 상승시키며, 상기 도광판의 온도가 상기 제 2 하한과 같은 경우 상기 열 공급부의 작동을 중지시킴으로써 상기 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 도광판을 냉각시키는 냉각부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하며,
또한, 냉각부가 추가로 포함된 도광판용 패턴 형성 장치에 있어서, 상기 기설정된 온도 범위 중 상한의 범위가 제 1 상한과 상기 제 1 상한에서 소정의 범위보다 낮은 제 2 상한으로 설정된 경우에, 상기 제어부는 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한을 초과한 경우 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 상한까지 하강시키며, 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한과 같은 경우 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 상한까지 하강시키며, 상기 도광판의 온도가 상기 제 2 상한과 같은 경우 상기 냉각부의 작동을 중지시킴으로써 상기 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 도광판 패턴 형성 방법은 열 공급부의 상부에 도광판을 위치시키는 단계; 상기 도광판의 온도를 상기 열 공급부를 통해 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 단계; 및 상기 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성하는 단계;를 포함하며 상기 도광판에 패턴을 형성하는 동안, 제어부가 온도 감지부로부터 상기 도광판의 온도를 전달받고 상기 열 공급부를 제어하여 상기 기설정된 온도 범위 내로 상기 도광판의 온도를 유지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 도광판에 패턴을 형성하는 단계는, 상기 온도 감지부는 상기 도광판의 온도를 감지하는 단계; 상기 제어부는 상기 온도 감지부로부터 전달받은 상기 도광판의 온도가 상기 기설정된 온도 범위에서 벗어나는지 판단하는 단계; 및 상기 제어부는 상기 도광판의 온도가 상기 기설정된 온도 범위를 벗어나지 않도록 상기 열 공급부를 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부에 상기 기설정된 온도 범위 중 하한의 범위를 제 1 하한과 상기 제 1 하한에서 소정의 범위보다 높은 제 2 하한으로 설정하는 단계; 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한 미만인 경우 상기 제어부는 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 하한까지 상승시키는 단계; 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 하한까지 상승시키는 단계; 및 상기 도광판의 온도가 상기 제 2 하한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 열 공급부의 작동을 중지시키는 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도광판의 온도가 상기 기설정된 온도 범위보다 높은 경우 상기 제어부를 통해 냉각부를 제어하여 도광판의 온도를 상기 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 도광판 패턴 형성 방법에서, 상기 제어부에 상기 기설정된 온도 범위 중 상한의 범위를 제 1 상한과 상기 제 1 상한에서 소정의 범위보다 낮은 제 2 상한으로 설정하는 단계; 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한을 초과한 경우 상기 제어부는 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 상한까지 하강시키는 단계; 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 상한까지 하강시키는 단계; 및 상기 도광판의 온도가 상기 제 2 상한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 냉각부의 작동을 중지시키는 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도광판에 패턴을 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열 공급부는 전열선, 액체가 흐르는 파이프, 적외선 램프 또는 히터 중 어느 하나를 통해 열을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 도광판의 패턴 형성의 재현성을 확보함으로써 도광판에 국부적인 밝기 차이를 좁히고 결과적으로 도광판의 광학 특성, 즉, 휘도 및 휘도 균일도의 재현성을 확보하는 효과가 있다.
또한 도광판 패턴과 관련된 도광판 양산 장치의 안정성을 확보하는 효과도 있다.
도 1은 종래 에지형 백라이트 유닛의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 구성 및 동작 원리를 나타낸 순서도이다.
도 4a는 종래 기술에 의해 낮은 온도에서 형성된 도광판의 패턴을 도광판 상부에서 찍은 사진이다.
도 4b는 본 발명에 의해 정상적인 패턴 형성 온도에서 형성된 도광판의 패턴을 도광판 상부에서 찍은 사진이다.
도 5a는 휘도와 휘도 균일도를 측정하는 도광판 상의 측정 포인트를 나타낸 평면도이다.
도 5b는 종래 기술에 의해 낮은 온도에서 형성된 도광판의 휘도와 휘도 균일도를 측정한 표이다.
도 5c와 도 5d는 본 발명에 의해 정상적인 패턴 형성 온도에서 형성된 도광판의 휘도와 휘도 균일도를 측정한 표이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 도광판용 패턴 형성 장치 및 도광판 패턴 형성 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 구성을 나타낸 개략도이다.
먼저 테이블(300) 상부에 기판(P)이 세팅된다. 상기 테이블(300)은 기판(P)을 지지하며 패턴을 형성하는 공간을 확보하기 위한 역할을 한다. 그 후 상기 기판(P) 상부에 도광판(40)이 세팅된다. 그리고 기판(P)은 상기 도광판(40)의 온도가 상온(약 25 ℃)보다 낮다면 도광판(40)을 가열하여 상온(약 25 ℃)으로 끌어올린 후 상기 도광판(40)의 온도를 유지하도록 한다.
여기서 기판(P)이 제거되고 상기 테이블(300)이 상기 도광판(40)의 온도 유지 역할 기능을 가질 수도 있다.
그 후에 도광판(40)의 상부에 패턴(55)을 형성하는 과정이 진행된다.
먼저 제어 시스템이 레이저 광원(100)에 레이저를 방출하라는 온(on) 스위칭 신호를 전달한다. 그리고 레이저 광원(100)은 셔터(101)를 향해 레이저를 조사한다.
레이저 광원(100)은 그 발생원리 또는 레이저의 증폭에 사용되는 물질에 따라 다양한 종류가 있으며 그에 따라 발생된 레이저의 특성 또한 다양하다. 그 중 이산화탄소 레이저는 이산화탄소의 진동 준위 간의 전이를 이용한 기체 레이저로서 도광판(40)의 재질이 아크릴 수지일 경우 흡수도가 높고 RF(Radio Frequency) 신호를 이용하여 손쉽게 발진시킬 수 있기 때문에 레이저를 이용한 도광판(40) 가공에 적합한 레이저 광원이다. 다만, 광학패턴의 형성을 위해서는 패턴(55)에 대응하는 펄스 형태의 레이저를 도광판(40)에 조사하여야 하므로 통상 광학패턴에 대응하는 레이저 펄스를 발생시키기 위해 이산화탄소 레이저 광원에 RF 신호를 인가시켜 레이저를 발진시키되 가공할 광학패턴에 따라 RF 신호의 주기를 조절한다.
셔터(101)는 레이저를 레이저 펄스로 변환하는 역할을 한다. 이때 상기 셔터(101)가 레이저 펄스로 변환하는 원리는 레이저 광원(100)으로부터 조사된 레이저를 규칙적으로 통과시키거나 차단하는 것이다. 상기 셔터(101)는 레이저를 아주 짧은 시간 동안 차단하거나 통과시킬 수 있는 것이면 모두 사용될 수 있다.
상기 셔터(101)를 통과한 레이저는 빔 익스펜더(102)를 통과하여 그 세기가 확장된다.
그 후, 레이저는 제 1 반사 거울(110)을 향해 가고, 제 1 반사 거울(110)에서 제 2 반사 거울(111)을 향해 반사되며, 제 2 반사 거울(111)에서 다시 반사된 레이저는 제 2 반사 거울(111)의 하부에 위치한 집광 렌즈(80)에 입사된다.
집광 렌즈(80)는 도광판(40)에 패턴(55) 형성을 용이하게 하기 위한 것으로 큰 에너지의 레이저가 필요하게 되므로 입사된 레이저를 집광하여 도광판(40) 상부에 입사한다.
그리고 집광 렌즈(80)를 통과한 레이저는 도광판(40)에 도달하게 되고 상기 도광판(40)에 도달한 레이저는 도광판(40)에 소정의 형상의 패턴(55)을 형성한다. 상기 패턴(55)은 원형, 혹은 직사각형 등의 모양을 가질 수 있다.
이때, 도광판(40)의 전면에 패턴(55)을 형성하기 위해 제 2 반사 거울(111)은 수직 및 수평 이동을 한다.
수평 라인에 패턴(55)을 형성하는 과정은 다음과 같다. 제 1 반사 거울(110)은 수평 가드레일(151)에 고정이 되어 있으며, 제 2 반사 거울(111)은 수평 가드레일(151) 상에서 이동가능한 제 2 이동체(150)에 고정되어 있다. 제 2 이동체(150)는 수평 이동이 가능하므로 제 2 반사 거울(111) 역시 수평 이동이 가능하게 된다. 제 2 반사 거울(150)의 이러한 움직임을 통해 수평 라인에 대한 패턴(55)을 형성한다. 상기 도면에서 점선 모양으로 표시된 부분은 집광 렌즈(80)와 레이저의 경로가 수평 이동시 위치할 수 있는 임의적 위치를 도시한 것이다.
수직 라인에 패턴(55)을 형성하는 과정은 다음과 같다. 수평 가드레일(151)은 수직 가드레일(156)의 제 1 이동체(155)에 고정되어 있다. 그리고 제 1 이동체(155)는 수직 가드레일(156) 상에서 수직 이동이 가능하다. 따라서 수평 가드레일(151)은 제 1 이동체(155)에 의해 수직 이동이 가능하고 그에 따라 제 2 반사 거울(111)도 수직 이동이 가능하다. 제 2 반사 거울(111)의 이러한 움직임을 통해 도광판(40)에 수직 라인에 대한 패턴(55)이 형성된다.
상기와 같은 과정으로 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성한다. 상기 패턴을 형성하는 동안 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 장치의 동작에 관해서는 다음에서 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 구성 및 동작 원리를 나타낸 순서도이다.
기판은 열 공급부(P30)를 포함하며 전원 공급부(P40), 제어부(P10), 온도 감지부(P20)는 기판의 내부에 내장될 수도 있으며 기판의 외부에 기판과 별개로 설치될 수도 있다.
전원 공급부(P40)는 외부로부터 전원을 공급받기 위해 전원케이블이 연결되는 기판 외곽에 고정된 전원커넥터를 통해 전원을 공급받는다. 그리고 상기 전원을 제어부(P10), 온도 감지부(P20), 열 공급부(P30)에 공급한다. 그러므로 도광판이 기판의 상부에 세팅되기 전에 제어부(P10), 온도 감지부(P20), 열 공급부(P30)는 전원을 공급받아 동작이 준비된 상태가 되어 있을 것이다.
도광판이 기판의 상부에 세팅된 후 온도 감지부(P20)는 도광판의 온도를 감지하고 제어부(P10)로 상기 감지된 온도를 전달한다.
제어부(P10)는 다수의 저항과 트랜지스터로 이루어지므로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB)으로 제조될 수 있다.
제어부(P10)에는 상기 도광판의 패턴 형성에 가장 적합한 온도 범위가 미리 설정이 되어 있다. 상기 설정된 온도 범위는 도광판의 패턴이 균일하게 형성되기 위한 온도가 된다. 일반적으로 그 온도 범위는 상온(약 25℃) 안팎이 될 수 있으며 하한과 상한이 정해져 설정될 수 있다. 그러나 공정의 특성에 따라 상온(약 25℃)보다 높거나 낮은 범위도 설정될 수 있을 것이다.
상기 미리 설정된 온도범위는 구체적으로 설명하면, 하한은 제 1 하한과 제 1 하한보다 소정의 범위만큼 높은 제 2 하한으로, 상한은 제 1 상한과 제 1상한보다 소정의 범위만큼 낮은 제 2 상한으로 설정이 될 것이다. 여기서 제 2 하한은 제 2 상한보다 낮은 온도로서 서로 겹치지 않게 설정된다.
그리고 온도 감지부(P20)로부터 상기 도광판의 온도를 전달받은 제어부(P10)는 상기 도광판의 온도와 상기 미리 설정된 온도 범위를 비교하여 상기 도광판의 온도가 더 낮은지 높은지를 판단하게 된다.
그 후, 제어부(P10)는 도광판의 온도를 상기 미리 설정된 온도 범위 이내로 유지하도록 작동되는데 그 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
만약 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한보다 더 낮거나 같다면 상기 제어부(P10)는 도광판에 열을 공급하도록 상기 열 공급부(P30)를 작동시킨다. 상기 도광판은 온도가 상승하게 되고 도광판의 온도가 제 1 하한에 도달하게 된다. 이때 제어부(P10)는 제 2 하한까지 도광판의 온도를 상승시키기 위해 상기 열 공급부(P30)가 도광판에 열을 공급하도록 제어한다. 그리고 도광판의 온도는 계속하여 상승되고 도광판의 온도가 제 2 하한과 같게 되는 경우 상기 제어부(P10)는 상기 열 공급부(P30)의 작동을 멈추게 한다. 이때, 도광판의 온도는 제 2 하한 이상에서 잠시 머물다가 열의 공급이 더 이상 없기 때문에 다시 제 2 하한 이하로 내려갈 수 있다. 도광판의 온도가 다시 내려가게 되는 경우 그것이 제 1 하한에 도달하면 제어부(P10)는 다시 제 2 하한까지 도광판의 온도가 상승하도록 상기 열 공급부(P30)를 작동시키고 그 이후는 위와 같은 과정을 반복하게 된다. 이상으로 상기와 같은 과정을 통해 도광판의 온도를 유지하게 된다.
위와 같은 제어과정은 도광판의 온도가 미리 설정된 온도 범위보다 높게 감지되는 경우에도 적용될 수 있다. 다만 이 경우는 기판에 냉각부(미도시)가 따로 내장되어 있어야 할 것이다.
이를 구체적으로 설명하면, 만약 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한보다 더 높다면 상기 제어부(P10)는 도광판의 온도가 내려가도록 상기 냉각부(미도시)를 작동시킨다. 상기 도광판은 온도가 하강하게 되고 도광판의 온도가 제 1 상한에 도달하게 된다. 이때, 제어부(P10)는 도광판의 온도가 제 2 상한까지 내려가도록 상기 냉각부(미도시)를 작동시킨다. 도광판의 온도는 계속하여 하강되고 도광판의 온도가 제 2 상한과 같게 되는 경우 상기 제어부(P10)는 상기 냉각부(미도시)의 작동을 멈추게 한다. 그리고 도광판의 온도는 제 2 하한 이하에서 잠시 머물다가 냉각이 더 이상 되지 않기 때문에 외부의 열에 의해 다시 올라가게 될 수 있다. 도광판의 온도가 올라가게 되는 경우 그것이 제 1 상한에 도달하면 다시 제어부(P10)는 도광판의 온도가 제 2 상한까지 내려가도록 다시 냉각부(미도시)를 작동시키고 그 이후는 위와 같은 과정을 반복함으로써 도광판의 온도를 유지하게 된다.
이러한 과정은 도광판의 전면에 패턴 형성이 완료 될때까지 이루어진다.
여기서, 열 공급부(P30)가 도광판에 열을 공급하는 수단은 여러가지가 될 수 있다.
기판에 액체가 지나갈 수 있는 파이프를 기판의 전면에 내장한다면 액체를 가열한 후 파이프에서 액체를 순환시키는 방식으로 열을 공급할 수 있다. 이 경우는 액체가 공급될 수 있는 파이프 및 액체 주입구와 배출구가 더 구비되어야 할 것이다.
또한 전열선을 기판의 전면에 내장할 수도 있다. 전열선은 전원이 공급되면 발열하는 발열체로서, 현재 많이 이용되는 합금선, 예를 들어 니켈 크롬선 및 철 크롬선 등을 이용할 수 있다. 이 경우는 장치의 슬림화를 위한 구조 설계가 가능하다는 장점이 있다.
또한 적외선 램프를 사용할 수도 있다. 적외선 램프는 순간적인 가열이 가능하다는 면에서 장점이 있다.
그리고 히터를 사용할 수도 있다. 이 경우 히터는 전도열이 아니라 대류열로 열을 공급하므로 반드시 히터가 내장된 기판이 도광판과 접촉되어 있을 필요는 없을 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예는 제어부(P10), 온도 감지부(P20), 열 공급부(P30), 전원 공급부(P40) 외에 퓨즈(미도시)를 포함할 수도 있다. 퓨즈(미도시)는 상기 제어부(P10)에 이상이 발생하여 도광판의 비정상적인 온도 상승이 있게 되는 경우 일정 온도까지 상승되면 제어부(P10)에 공급되는 전원을 차단시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명과 종래 기술의 온도 차이에 의한 패턴 형성의 재현성 차이를 패턴의 외양으로 비교하여 보겠다.
도 4a는 종래 기술에 의해 낮은 온도에서 형성된 도광판의 패턴을 도광판 상부에서 찍은 사진이다. 도 4b는 본 발명에 의해 정상적인 패턴 형성 온도에서 형성된 도광판의 패턴을 도광판 상부에서 찍은 사진이다.
상기 도면에서 기판은 도광판(40)을 나타낸 것이고, 기판 상부의 둥근 모양은 패턴(55)을 나타낸 것이다. 패턴 상부의 날카로운 줄기는 집광 렌즈(80)를 통하여 입사되는 레이저(85)를 나타낸 것이다. 그리고 사진은 패턴 형성 모양을 확대한 것이다.
이하, 도 4a와 도 4b를 비교해 본다.
먼저 패턴(55)의 윤곽을 비교해보면 도 4a에서는 왼쪽부분이 더 둥근 비대칭의 타원이 형성되어 있다. 도 4b에서는 거의 완벽히 대칭인 타원이 형성되어 있다. 즉, 낮은 온도에서 형성된 패턴은 그 윤곽이 균일하지 못하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 패턴의 깊이 및 균일도를 비교해본다. 도 4a에서 A1과 A2는 도 4b에서 B1과 B2에 비해 더 밝은 색을 띄고 있다. 또한 A1과 A2 영역 내에서도 밝기의 정도가 균일하지 않다. 그리고 도 4a의 A1, A2 이외의 영역의 모양은 도 4b의 B1, B2 이외의 영역보다 하얀 부분의 모양이 좌우 대칭적이지 않고 산발적이며 전체적으로 도 4b의 영역보다 밝은 색을 띄고 있다.
도 4a의 사진이 더 밝게 보이는 이유는 낮은 온도에서 형성된 패턴은 패턴의 표면이 균일하지 않고 거칠기 때문에 상부에서 입사된 광이 패턴의 표면에서 산란이 되며, 패턴의 깊이가 얇아서 상부에서 입사된 광의 반사량이 더 많기 때문이다.
상기 도면을 통해 온도 차이에 따라 패턴 형성의 재현성이 육안으로도 확연히 비교될 만큼 차이가 난다는 것을 알 수 있다.
이하, 온도 차이에 의한 패턴 형성의 재현성 차이를 휘도와 휘도 균일도의 측정 데이터를 통해 더욱 명확히 알아보겠다.
도 5a는 휘도와 휘도 균일도를 측정하는 도광판 상의 측정 포인트를 나타낸 평면도이다. 제 1 포인트(1)는 도광판(40)의 상부 표면에서 가장 가운데 지점이다. 9개 포인트(9)는 제 1 포인트(1)와 제 1 포인트(1) 주변의 포인트를 합한 9개의 포인트를 지칭한다. 17개 포인트(17)는 9개 포인트(9)와 도광판(40)의 가장 자리의 8개 포인트를 합친 전체 포인트를 지칭한다.
이하, 도 5b에서 도 5d까지 표에서 다룰 용어에 대하여 설명한다.
제 1 포인트 휘도는 도 5a의 제 1 포인트(1)의 휘도를 측정한 값이며 단위는 니트(nit)이다. 17개 포인트 휘도는 도 5a의 각 17개 포인트(17)의 휘도를 평균한 값이며 단위는 니트(nit)이다. 9개 포인트의 휘도 균일도는 9개 포인트(9) 중 휘도가 가장 높은 포인트의 휘도값을 9개 포인트(9) 중 휘도가 가장 낮은 포인트의 휘도값으로 나눈 값이다. 17개 포인트의 휘도 균일도 역시 9개 포인트(9) 휘도 균일도의 계산 방법과 동일하게 하여 17개 포인트(17)의 휘도 균일도를 산출한 값이다. 그러므로 휘도 균일도는 1에 가까운 경우 균일한 성질이 크다고 할 수 있다.
도 5b는 종래 기술에 의해 낮은 온도에서 형성된 도광판의 휘도와 휘도 균일도를 측정한 표이다.
가로축은 도광판의 번호를 나타낸 것이다. 즉, 상기 표는 1번부터 15번까지 있으므로 패턴이 형성된 도광판 중 임의의 15개를 추출하여 휘도와 휘도 균일도를 측정한 것이다.
먼저, 휘도면에서 비교해 본다.
1번 도광판과 7번 도광판은 제 1 포인트 휘도에 있어 가장 큰 차이가 난다. 1번 도광판의 제 1 포인트 휘도(L1)는 7번 도광판의 제 1 포인트 휘도(L2)와 1270니트만큼 차이가 나며 이것은 26.5%의 차이를 보인다.
또한 1번 도광판의 17개 포인트 휘도(L3)와 7번 도광판의 17개 포인트 휘도(L4)는 17개 포인트 휘도에 있어 가장 큰 차이가 난다. 상기 값들은 1098니트만큼 차이가 나며 이것은 24.6%의 차이를 보인다.
따라서 낮은 온도에서 형성된 도광판들의 휘도들은 최대 약 26% 까지 차이를 보인다. 즉, 편차가 약 26%까지 차이를 보인다.
다음으로, 휘도 균일도면에서 비교해 본다.
1번부터 15번 도광판까지 9개 포인트의 휘도 균일도는 0 ~ 0.07의 범위의 편차를 가지며 대체적으로 각각 약 1.17의 값을 가진다. 1번부터 15번 도광판까지 17개 포인트의 휘도 균일도는 0 ~ 0.06의 범위의 편차를 가지며 대체적으로 약 1.5의 값을 가져 균일도가 좋지 못하다는 것을 보여준다. 따라서 낮은 온도에서 형성된 도광판들의 휘도 균일도는 좋지 못하다.
상기 도면과 같은 결과를 바탕으로 했을 때 낮은 온도에서 형성된 도광판의 휘도 및 휘도 균일도는 큰 편차를 가지며 그 균일도가 좋지 못하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 5c와 도 5d는 본 발명에 의해 정상적인 패턴 형성 온도에서 형성된 도광판의 휘도와 휘도 균일도를 측정한 표이다.
도 5c는 1번부터 10번의 숫자를 지정하여, 도 5d는 11번부터 20번의 숫자를 지정하여 각각 10개의 도광판에 대해 휘도와 휘도 균일도를 측정한 것이다.
세로축상 표의 값은 MIN과 MAX는 각각 해당 포인트의 10개 값 중 최소, 최대 값을 나타낸 것이며 편차는 최대값과 최소값의 편차이고 평균은 해당 포인트의 10개 값의 평균을 나타낸 것이다. 균일도는 (평균 - 편차) / 평균 × 100 을 산출한 값이다.
먼저 휘도면에서 비교해 본다.
도 5c의 제 1 포인트 휘도의 최소값(S1)과 도 5d의 제 1 포인트 휘도의 최대값(S2)은 20개 도광판의 제 1 포인트 휘도 중 가장 차이가 많이 나는 값들이다. 이 두 값들의 편차를 계산해 보면 5.3%만큼 차이가 난다. 도 5b에서 최대 26.5%의 차이가 난 것과 비교하면 굉장히 많이 편차가 좁혀진 것이다.
도 5c와 도 5d의 제 1 포인트 값들을 보아도 대략 6300 ~ 6600 니트까지의 분포를 보이나 도 5b의 제 1 포인트 값들은 4000 ~ 5900 니트 정도로만 분포하고 있으므로 휘도값 자체 역시 상당히 상승한 효과를 보인다.
도 5d의 17개 포인트의 휘도의 최대값(S3)과 도 5d의 17개 포인트 휘도의 최소값(S4)은 20개 도광판의 17개 포인트 휘도 중 가장 차이가 많이 나는 값들이다. 이 두 값들의 편차를 계산해 보면 8.85%만큼 차이가 난다. 도 5b에서 최대 24.6%의 차이가 난 것과 비교하면 굉장히 많이 편차가 좁혀진 것이다.
이하, 휘도 균일도 면에서 비교해 본다.
또한 9개 포인트의 휘도 균일도를 보면 도 5c에서는 1.15(S5)이고 도 5d에서는 1.18(S6)의 값을 가짐으로써 도 5b의 약 1.17과 비슷하다. 그러나 17개 포인트의 휘도 균일도를 보면 도 5c에서는 1.36(S7)이고 도 5d에서는 1.39(S8)을 가지게 되므로 도 5b의 약 1.5보다 1에 더 가까워 훨씬 좋아진 휘도 균일도 특성을 보인다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 도광판에 패턴이 형성되는 동안 도광판의 하부에 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 기판을 제공함으로써 패턴의 모양과 깊이를 균일하게 형성하는 효과가 있다. 이것은 도광판의 전면에 균일한 광학특성을 가질 수 있도록하며 결과적으로 균일한 휘도와 높은 휘도 균일도의 특성을 가질 수 있게 한다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 레이저를 이용한 도광판 패턴 장비만을 언급하고 있으나 본 발명은 기계적인 커터방식을 이용한 도광판 패턴 장비 및 인쇄 방식을 이용한 도광판 패턴 장비 등 도광판에 패턴을 형성하는 모든 장비에 적용 될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 장치로 도광판 하부에 위치한 기판과 테이블만을 언급하였으나 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 것이라면 도광판과의 위치관계 및 장치의 외양에 한정되지않고 도광판의 주변에 위치한 모든 장치에 적용이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
P : 기판 40 : 도광판
55 : 패턴 300 : 테이블
P10 : 제어부 P20 : 온도 감지부
P30 : 열 공급부 P40 : 전원 공급부

Claims (16)

  1. 도광판의 상부에서 상기 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성하는 패턴 형성부;
    상기 도광판의 하부에서 상기 도광판에 열을 공급하는 열 공급부;
    상기 도광판의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및
    상기 온도 감지부로부터 상기 도광판의 온도를 전달받고 상기 열 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하며
    상기 열 공급부는 상기 제어부의 제어하에 열을 공급하여 상기 도광판의 온도를 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급부는, 상기 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성하는 동안에, 상기 제어부의 제어하에 열을 공급하여 상기 도광판의 온도를 상기 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급부는 상기 도광판의 하부에 위치한 기판 또는 상기 도광판의 하부에 위치하여 상기 도광판을 지지하고 패턴 형성 공간을 확보하는 테이블에 내장되는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급부, 상기 온도 감지부, 상기 제어부는 상기 도광판의 하부에 위치한 기판 또는 상기 도광판의 하부에 위치하여 상기 도광판을 지지하고 패턴 형성 공간을 확보하는 테이블에 내장되는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 형성부는 레이저를 이용하여 상기 도광판의 상부에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급부는 전열선, 액체가 흐르는 파이프, 적외선 램프 또는 히터 중 어느 하나를 통해 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기설정된 온도 범위 중 하한의 범위가 제 1 하한과 상기 제 1 하한에서 소정의 범위보다 높은 제 2 하한으로 설정된 경우에,
    상기 제어부는 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한 미만인 경우 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 하한까지 상승시키며,
    상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한과 같은 경우 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 하한까지 상승시키며,
    상기 도광판의 온도가 상기 제 2 하한과 같은 경우 상기 열 공급부의 작동을 중지시킴으로써 상기 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 제어되어 상기 도광판을 냉각시키는 냉각부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기설정된 온도 범위 중 상한의 범위가 제 1 상한과 상기 제 1 상한에서 소정의 범위보다 낮은 제 2 상한으로 설정된 경우에,
    상기 제어부는 상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한을 초과한 경우 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 상한까지 하강시키며,
    상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한과 같은 경우 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 상한까지 하강시키며,
    상기 도광판의 온도가 상기 제 2 상한과 같은 경우 상기 냉각부의 작동을 중지시킴으로써 상기 도광판의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 장치.
  10. 열 공급부의 상부에 도광판을 위치시키는 단계;
    상기 도광판의 온도를 상기 열 공급부를 통해 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 단계; 및
    상기 도광판에 소정의 형상의 패턴을 형성하는 단계;를 포함하며
    상기 도광판에 패턴을 형성하는 동안, 제어부가 온도 감지부로부터 상기 도광판의 온도를 전달받고 상기 열 공급부를 제어하여 상기 기설정된 온도 범위 내로 상기 도광판의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도광판에 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 온도 감지부는 상기 도광판의 온도를 감지하는 단계;
    상기 제어부는 상기 온도 감지부로부터 전달받은 상기 도광판의 온도가 상기 기설정된 온도 범위에서 벗어나는지 판단하는 단계; 및
    상기 제어부는 상기 도광판의 온도가 상기 기설정된 온도 범위를 벗어나지 않도록 상기 열 공급부를 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부에 상기 기설정된 온도 범위 중 하한의 범위를 제 1 하한과 상기 제 1 하한에서 소정의 범위보다 높은 제 2 하한으로 설정하는 단계;
    상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한 미만인 경우 상기 제어부는 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 하한까지 상승시키는 단계;
    상기 도광판의 온도가 상기 제 1 하한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 열 공급부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 하한까지 상승시키는 단계; 및
    상기 도광판의 온도가 상기 제 2 하한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 열 공급부의 작동을 중지시키는 단계;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 도광판의 온도가 상기 기설정된 온도 범위보다 높은 경우 상기 제어부를 통해 냉각부를 제어하여 도광판의 온도를 상기 기설정된 온도 범위 내로 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부에 상기 기설정된 온도 범위 중 상한의 범위를 제 1 상한과 상기 제 1 상한에서 소정의 범위보다 낮은 제 2 상한으로 설정하는 단계;
    상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한을 초과한 경우 상기 제어부는 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 1 상한까지 하강시키는 단계;
    상기 도광판의 온도가 상기 제 1 상한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 냉각부를 제어하여 상기 도광판의 온도를 상기 제 2 상한까지 하강시키는 단계; 및
    상기 도광판의 온도가 상기 제 2 상한과 같은 경우 상기 제어부는 상기 냉각부의 작동을 중지시키는 단계;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 도광판에 패턴을 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 열 공급부는 전열선, 액체가 흐르는 파이프, 적외선 램프 또는 히터 중 어느 하나를 통해 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 도광판 패턴 형성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109954980A (zh) * 2019-03-28 2019-07-02 苏州亿光源光电科技有限公司 一种导光板镜面刻纹加工装置

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