KR20170015675A - 복수의 스탬퍼를 가공하기 위한 레이저 스템퍼 가공기 - Google Patents

Abstract

스탬퍼 제작용 레이저 스탬퍼 가공기에 좌표 입력이 가능한 제어 프로그램 장치를 겸비하여 레이저 빔을 제어하여 한 번에 복수 개의 스탬퍼를 가공함으로써 스탬퍼 한 매당 공정 시간을 단축하고 공정 간 대기시간을 없앨 수 있으므로 생산율을 증대하고 스탬퍼 제조 비용을 대폭 절감할 수 있다.

Description

복수의 스탬퍼를 가공하기 위한 레이저 스템퍼 가공기 {Laser stamper manufacturing machine for manipulating multi stampers}

본 발명은 레이저 가공기로서, 특히 복수의 스탬퍼를 한 번에 가공하기 위한 레이저 스탬퍼 가공기에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(backlihgt) 또는 조명용 LED(Light Emitting Diode)의 구성부품의 하나인 도광판은 주로 스탬퍼(stamper)라 불리는 금형에 의하여 사출 또는 롤 방식으로 제조되는데, 스탬퍼는 통상적으로 스테인리스 등의 재질인 금속판의‘반사면’이라 불리는 한 면에 레이저 빔에 의하여 통상적으로 ‘도트(dot)’라 불리는 요철이 음각으로 새김(engraving)으로써 만들어진다.

일반적으로 금속판 내지 스탬퍼는 한 매씩 레이저 스탬퍼 가공기의 선반 또는 흡입판에 얹히어져 레이저 빔에 의하여 도트가 스탬퍼에 형성된다. 그런데, 한 매씩 레이저 가공할 경우에는 스탬퍼와 스탬퍼의 가공 사이에 대기시간(waiting time) 내지는 손실시간(loss of time)이 발생하여 스탬퍼 쓰루풋(throughput)을 높이는 데 한계가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 스테이지에 설치된 흡입판 상에 복수의 금속판 내지 스탬퍼를 소정의 위치에 배열한 후 각 스탬퍼에 기준좌표값을 부여하여 복수의 스탬퍼에 대하여 도트의 레이저 가공을 연속적으로 할 수 있는 레이저 스탬퍼 가공기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일실시예인 레이저 스탬퍼 가공기는

레이저 가공을 위한 스테이지;

상기 스테이지 위에 놓여 스탬퍼를 고정시키는 흡입판;

상기 스테이지 위에 설치되어 레이저 투사기를 소정의 위치로 이동시키는 x-축, y-축, z-축 라이너;

상기 z-축 라이너에 고정된 스탬퍼 새김용 레이저 투사기; 및

가공 컨트롤러;

를 포함하되, 상기 가공 컨트롤러는 복수의 스탬퍼를 가공하는 제어 프로그램을 갖춘 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 스탬퍼 가공기는 도광판 제작용 사출기 내지는 롤 금형기에 사용되는 스탬퍼에 도트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 스탬퍼 가공기는 2~10매의 복수 개의 스탬퍼를 가공하는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 스탬퍼 가공기는 복수 개의 스탬퍼에 동일한 크기의 상이한 도트 패턴을 가공하는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 스탬퍼 가공기는 복수 개의 상이한 크기의 스탬퍼에 동일한 도트 패턴을 가공하는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 스탬퍼 가공기는 복수 개의 상이한 크기의 스탬퍼에 상이한 도트 패턴을 가공하는 것을 특징으로 한다.

상기 도트의 크기는 10㎛∼100㎛으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 도트의 깊이는 5㎛∼50㎛으로 하는 것을 특징으로 한다.

레이저 스탬퍼 가공기의 스테이지에 복수의 스탬퍼를 가공하는 장치를 구비하여 연속적으로 스탬퍼를 가공하여 대기시간 내지는 손실시간을 줄임으로써 쓰루풋을 높이고 결과적으로 스탬퍼 제조 비용을 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 레이저 스탬퍼 가공기의 입체적인 개념도이다.
도 2는 도 1의 레이저 스탬퍼 가공기를 제어하는 컨트롤 패널을 나타낸 개념도이다.
도 3의 (a)는 도 1의 레이저 스탬퍼 가공기를 사용하여 스탬퍼에 도트를 형성하는 것을 나타낸 개념도이고, 도 3의 (b)는 도트가 형성된 스탬퍼를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 동일한 도트 패턴을 동일한 크기의 스탬퍼에 새김한 것을 나타낸 도면이다. 도 4의 (b)는 상이한 도트 패턴을 동일한 크기의 스탬퍼에 새김한 것을 나타낸 도면이다. 도 4의 (c)는 소정 패턴의 도트를 상이한 크기의 스탬퍼에 새김한 것을 나타낸 도면이다.

도 1은 도광판 제작용 레이저 스탬퍼 가공기(1)의 개념도이다. 복수의 스탬퍼, 예를 들어 네 장의 스탬퍼(9)의 한 면(통상적으로 ‘반사면’이라 부름)에 일정한 크기와 밀도의 요철을 갖는 LCD 백라이트용 도광판의 제작을 위하여 사출 또는 롤 금형(통상적으로 ‘스탬퍼’라 부름)을 레이저(4)로 새김하여 통상적으로 ‘도트(dot)’라 부르는 요철을 가공하며, 이 때 사용되는 레이저로는 Nd:YAG Laser를 이용하고, 금형으로서 금속판(예를 들면 스테인리스 스틸 SUS302)를 이용한다.

도광판 반사면에 해당하는 금속판의 일면에 일정한 형태의 요철 도트를 형성함에 있어서 도트의 형상은 레이저의 파워와 파워 밀도에 따라 차이가 있는데, 보통 원형과 타원형으로 새김되며, 도트의 직경은 10㎛∼100㎛, 깊이는 10㎛∼50㎛ 정도이다. 레이저 소스는 그린 레이저 532nm로서 최대 7W의 파워를 갖는다. 레이저 출력 파워는 퍼센트 단위로 조절하며, 1~6W의 범위에서 도트의 크기를 조정할 때 사용한다. 레이저 펄스 반복률은 도트의 크기나 버(burr) 형상에 약간의 변화를 가할 때 사용한다. 도트당 레이저 펄스 회수는 3~10의 범위이며, 도트의 깊이를 조절할 때 사용하는데, 1 펄스당 약 1㎛ 차이가 난다. 펄스의 값이 너무 크게 되면 도트가 패인 것 같은 형상을 띄게 되므로 적절한 값을 설정하는 것이 좋다.

스탬퍼 가공기는 스테이지(2)에 흡입판(8)이 놓여지고 x-축 라이너(5), y-축 라이너(6), z-축 라이너(7)가 구비되고, 헤드(3)를 포함하는 레이저(4)는 z-축 라이너(7)에 고정된다. 또한, 스테이지(2)에는 흡입판(8)을 구비하여 스탬퍼(9)를 일정한 위치에 고정한다. 흡입판(8)은 스탬퍼를 정해진 위치에 고정시키기 위해 진공력을 발생시키는 진공 수단(미도시)에 의해서 복수의 스탬퍼(9)를 흡입판(8)에 고정 및 해제시킬 수 있다. 이와 같은 레이저 가공기의 구성과 여러 가지 변형 예는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.

도 2는 레이저 스탬퍼 가공기 컨트롤러의 패널(10)을 나타낸 개념도이다. 컨트롤 패널(10)의 화면에는 레이저의 파워, 각 스탬퍼의 좌표와 기준점(인식점), 도트의 간격, 등이 표시된다. 컨트롤러(미도시)는 사용자가 가공하고자 하는 광학패턴(도트) 데이터를 로딩하여 지정된 조건에 따라 모션 장치 및 레이저를 연동하여 가공하도록 패널(10)에 그 정보를 표시한다.

영역 10a의 부분에 나타내는 정보는 데이터의 초기화, 도트 형상에 따른 조건을 실제 가공시 불러와서 사용할 수 있도록 저장하는 조건 설정, 등이 담겨 있다. 영역 10b는 가공하고자 하는 패턴 및 가공 조건을 선택할 수 있는 부분으로서, 패턴 목록, 패턴 정보, 레이저 조건, 스테이지 이동 속도, 가공 시작 좌표, 가공 조건 불러오기, 등의 정보가 담겨 있다. 복수의 스탬프 가공시 각 스탬프의 가공 시작 좌표값들의 정보가 들어간다. 영역 10c은 가공 정보를 표시하는 부분으로서, 가공 시작, 멈춤, 계속. 중지, 가공시간, 진행률, 등을 표시한다. 영역 10d는 모션 정보를 표시하는 부분으로서, 현재 스테이지상의 좌표, x-축, y-축, z-축에 대한 호밍(Homing), x-축, y-축, z-축에 대한 + 방향과 - 방향으로의 이동, 설정 초기화, 측정 위치로 이동, 명령 취소, 수동 스테이지 이동, 등의 정보를 표시한다. 영역 10e는 레이저의 정보 표시 및 제어를 담당하는 부분으로서, 드라이버 파워(%), 반복률(kHz), 레이저 파워(W), 레이저 에너지(mJ), 레이저 다이오드에 공급되는 전압(V), 레이저 헤드 자체의 온도, 등의 정보를 표시한다. 영역 10f은 헤드 위치, 이동 상태, 원점 위치, 패턴 위치, 등의 정보를 그래픽으로 표시하는 부분이다. 영역 10g은 소프트웨어의 상태를 표시하는 부분이다.

도 3의 (a)와 (b)는 레이저(4)로부터 방출된 빔(11)이 스탬퍼(9)에 쪼여져 도트(12)가 형성되는 모양을 나타내고 있다. 도트의 크기는 상기 레이저 조건을 조절하여 너비는 10㎛∼100㎛, 간격은 50㎛∼200㎛, 그리고 깊이는 10㎛∼50㎛ 범위로 한다. 너비와 간격을 적절히 선택하여 도트의 밀도를 조절할 수 있다.

도 4의 (a)는 레이저 스탬퍼 가공기(1)에 의하여 균일한 크기의 도트(12)가 스탬퍼(9)에 형성된 것을 보인 것이다.

스탬퍼(9)의 크기는 LCD의 화면 크기에 따라서 다양하여 스탬퍼의 대각선 길이가 5 인치로부터 60 인치까지 범위에 걸쳐 있는데, 복수 개의 스탬퍼(9)를 한 번에 흡입판(8)에 놓고서 각 스탬퍼의 일정 위치를 레이저 스탬퍼 가공기 컨트롤러의 패널(10) 영역 10b에 입력하여 계속적으로 스탬퍼들을 가공할 수 있다.

도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 동일한 패턴의 도트 새김을 반복적으로 실행할 수도 있고, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상이한 패턴의 도트 새김을 실행할 수도 있다. 여기서 패턴이라 함은 도트의 크기, 모양, 밀도 등을 포함하는 개념이다. 아울러, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상이한 크기의 다수 스탬퍼들을 흡입판에 놓고서 상이한 패턴의 도트 새김을 실행할 수도 있다. 도 4의 (c)에서는 도트의 패턴은 생략되어 있다. 다양한 크기를 갖는 복수의 스탬퍼를 동일한 흡입판에 놓고서 상이한 패턴의 도트 새김을 실행하면 개별적으로 도트 새김을 실행하는 것에 비하여 스탬퍼 제작 시간을 대폭적으로 단축할 수 있다.

1: 레이저 스탬퍼 가공기 2: 스테이지
3: 레이저 헤드 4: 레이저
5: x축 라이너 6: y축 라이너
7: z축 라이너 8: 흡입판(Suction Plate)
9: 스탬퍼 10: 컨트롤 모니터 패널
11: 레이저 빔 12: 도트

Claims (3)

1. 레이저 가공을 위한 스테이지;
   상기 스테이지 위에 놓여 스탬퍼를 고정시키는 흡입판;
   상기 스테이지 위에 설치되어 레이저 투사기를 소정의 위치로 이동시키는 x-축, y-축, z-축 라이너;
   상기 z-축 라이너에 고정된 스탬퍼 새김용 레이저 투사기; 및
   상기 레이저 투사기의 위치를 제어하여 상기 스탬퍼에 도트 패턴을 형성하게 하는 가공 컨트롤러;
   를 포함하되, 상기 가공 컨트롤러는 복수의 스탬퍼를 가공하는 제어 프로그램을 갖춘 것을 특징으로 하는 레이저 스템퍼 가공기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 스탬퍼 가공기는 도광판 제작용 사출기 내지는 롤 금형기에 사용되는 스탬퍼에 적용하는 것을 특징으로 하는 레이저 스템퍼 가공기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 스탬퍼 가공기는 복수의 스탬퍼에 10㎛∼100㎛ 크기의 도트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 스템퍼 가공기.

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