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KR101102354B1 - 레이저를 이용한 패턴 형성 장치 - Google Patents

레이저를 이용한 패턴 형성 장치 Download PDF

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KR101102354B1
KR101102354B1 KR1020100003006A KR20100003006A KR101102354B1 KR 101102354 B1 KR101102354 B1 KR 101102354B1 KR 1020100003006 A KR1020100003006 A KR 1020100003006A KR 20100003006 A KR20100003006 A KR 20100003006A KR 101102354 B1 KR101102354 B1 KR 101102354B1
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Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 패턴 형성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는
레이저와, 상기 레이저에서 발생한 레이저 빔을 차단하는 셔터와, 상기 레이저 빔의 편광을 변화시켜 반사하는 위상 지연 미러와, 상기 반사된 레이저 빔을 확대하는 빔 확대기와, 상기 빔 확대기를 통한 레이저 빔의 패턴 형상을 형성하는 조리개, 및 상기 패턴 형상의 초점심도 및 패턴 크기를 결정하는 복수개로 분할된 포커스 렌즈 또는 패턴용 실린드리컬 렌즈로 구성하는 레이저를 이용한 패턴 형성 장치에 관한 것이다.

Description

레이저를 이용한 패턴 형성 장치{PATTERN FORMATION DEVICE USING LASER}
본 발명은 2m/sec 이상의 스캔속도로 기판 위에 패턴을 형성하는 레이저를 이용한 패턴 형성장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(LCD)에 사용되는 백라이트 유니트는 최근에 박형화, 경량화 추세에 따라 발광다이오드(LED)로 빠르게 바뀌면서 도광판 가공방법도 레이저를 이용하여 가공하는 방법이 주류를 이루고 있다.
도 1은 종래의 스캐너를 이용한 패턴 형성 장치의 개략도이다.
도1은 한국 특허 출원번호 제10-2002-0026023호에 관한 것으로, 레이저 스캔 미러부(53)는 제어부(52)로부터 전달되는 위치신호에 따라 좌우 또는 상하로 미소 회전을 하는 갈바노미터(Galvanometer, 53a)의 축 상에 반사경(53b)이 결합되어 있다. 이에 따라, 도광판(31)상에 패턴이 형성되고자 하는 영역에 대한 신호를 전달받아 레이저 빔의 방향을 전달한다.
따라서, 레이저 발진부(54)로부터 발진된 레이저 빔은 갈바노미터(53a)의 미수 구동에 의하여 그 위치가 변경되는 적어도 하나 이상의 반사경(53b)에 의하여 진행 방향이 바뀌게 되고, 렌즈부(55)를 통과하여 상기 도광판(31)상에 패턴이 형성되는 영역으로 주사되어 도광패턴부(35)를 형성하게 된다.
전술한 갈바노 스캐닝 방식에 의하면 렌즈부의 초점거리 및 왜곡에 의해 가공면적이 대략 300mm 이하로 제한되며, 이를 영역으로 나누어 패턴을 형성하여 가로 및 세로가 0.5m 이상의 대면적에 패턴을 형성할 경우 스티칭(stitching)등의 문제에 의해 줄무늬등의 무라(mura)가 발생하는 문제가 있다.
또한, 도 2는 종래의 포커스렌즈 및 스테이지 구동을 이용한 패턴 형성 장치의 개략도로써, 도2에 도시한 바와 같이, 레이저 발생장치(10), 포커스 렌즈를 구비한 레이저헤드(20), 거리조절 수단(30), 좌우 이동수단(40), 가이드 레일(50)로 구성되어 있으며, 기본적으로 포커스 렌즈부가 X축으로 고속 이동할 수 있는 스테이지 위에 놓여 스캔하고 기판은 Y축으로 스텝하는 방식에 의해 패턴이 형성되는 형태이다.
그러나, 포커스 렌즈 한 개만을 사용하여 스테이지가 모든 구간을 이동해야 하므로 가공시간이 길고 줄무늬 등의 무라(mura)가 발생하는 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 레이저를 이용하여 기판 상에 두 개 이상의 패턴을 동시에 형성하는 레이저를 이용한 패턴 형성 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 패턴 형성시 발생하는 줄무늬 등의 무라(mura)를 최소화하는 레이저를 이용한 패턴 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치는 레이저와, 상기 레이저에서 발생한 레이저 빔을 차단하는 셔터와, 상기 레이저 빔의 편광을 변화시켜 반사하는 위상 지연 미러와, 상기 반사된 레이저 빔을 확대하는 빔 확대기와, 상기 빔 확대기를 통한 레이저 빔의 패턴 형상을 만드는 조리개, 및 상기 패턴 형상의 초점심도 및 패턴 크기를 결정하는 포커스 렌즈를 포함하되, 상기 포커스 렌즈는 복수개의 분할로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치는 레이저와, 상기 레이저에서 발생한 레이저 빔을 차단하는 셔터와, 상기 레이저 빔의 편광을 변화시켜 반사하는 위상 지연 미러와, 상기 레이저 빔을 확대하여 라인 빔으로 변환하는 실린드리컬 렌즈와, 상기 라인 빔을 이용하여 패턴의 형상을 만드는 조리개, 및 상기 패턴 형상의 초점심도 및 패턴 크기를 결정하는 막대모형의 패턴용 실린드리컬 렌즈를 포함하되, 상기 패턴용 실리드리컬 렌즈는 레이저 빔을 복수개로 분할 하는 것을 특징으로 한다.
상기 특징에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치의 상기 레이저는 레이저 빔을 조사할 때 파장이 300 나노미터 내지 10.6 마이크로미터까지의 펄스 및 CW 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 한다.
상기 특징에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치의 상기 패턴은 기판에 형성될 때 열 또는 행으로 일정한 간격으로 형성되고, 다음 열 또는 행에 상기 패턴 사이로 일정한 간격으로 서로 엇갈리도록 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 특징에 따르면,
본 발명은 패턴 형성속도가 빠르고, 저비용으로 고효율의 생산성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 복수의 패턴을 형성하는데 줄무늬등의 무라(mura)를 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 스캐너를 이용한 패턴 형성 장치의 개략도이다.
도 2는 종래의 포커스렌즈 및 스테이지 구동을 이용한 패턴 형성 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치의 포커스 렌즈를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 렌즈 분할 포커스를 이용한 레이저 패턴을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치의 포커스 렌즈를 나타낸 도면이고, 도5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치는 레이저(310), 셔터(320), 위상 지연 미러(330), 빔 확대기(340), 조리개(350), 포커스 렌즈(360, 360a, 360b), 및 기판(370)를 포함하여 구성한다.
여기서, 레이저(310)는 패턴을 형성하는데 필요한 에너지 원으로 레이저 빔을 발생한다. 이때, 상기 레이저(310)는 기판(370)이 다른 재질인 경우 파장 300 나노미터 이상의 모든 펄스 및 연속발진(Continuous Wave)하는 레이저(310)를 이용할 수 있으며, 도광판에 이용하는 아크릴 수지의 경우 이산화탄소 레이저의 파장인 10.6 마이크로미티 영역에서 좋은 가공 특성을 보인다.
또한, 스테인레스 및 PCB 등에 사용되는 다른 유전체인 경우 355 내지 532 나노미터 등에서 더 좋은 가공 특성을 나타낸다.
여기서, 셔터(320)는 상기 레이저(310)에서 발생한 레이저 빔을 차단한다.
여기서, 위상 지연 미러(330)는 상기 레이저 빔의 편광을 변화시켜 반사하며, 더욱 자세하게는 선평광된 레이저 빔을 원편광으로 바꾸어서 가공시 수평, 수직 방향의 패턴 형성 특성을 똑같게 하고, 레이저 빔의 경로를 바꾼다.
여기서, 빔 확대기(340)는 포커스 렌즈(360)에 충분히 레이저 빔을 전달할 수 있도록 상기 위상 지연 미러(330)에 반사된 레이저 빔을 확대한다.
여기서, 조리개(350)는 상기 빔 확대기(340)를 통한 레이저 빔의 패턴(600) 형상을 만든다.
여기서, 포커스 렌즈(360)는 상기 패턴 형상의 초점심도 및 패턴 크기를 결정한다. 이때, 상기 포커스 렌즈(360)는 복수개의 포커스 렌즈(360)를 구비하거나, 포커스 렌즈(360) 자체를 분할하여 동시에 복수의 패턴(600)을 형성한다.
이때, 상기 포커스 렌즈(360)는 도 4에 도시한 바와 같이, 두 개의 분할로 형성된 포커스 렌즈(360a) 또는 세 개의 분할로 형성된 포커스 렌즈(360b)형성할 수 있다. 허나, 본 발명의 실시 예에서는 상기 분할 개수에 해당하는 도면을 도시하여 설명하였으나, 분할 개수는 적어도 2개 이상의 분할로 이루어지며 그 수는 한정하지 아니 한다.
상기와 같이 형성된 레이저를 이용한 패턴 형성 장치로부터 형성한 패턴(600)은 도 5에 도시한 바와 같으며 기판(370) 상에 형성된 패턴(600)은 줄무늬 등의 무라(mura)를 최소화하기 위해 각 패턴(600)을 일직선상에 형성하는 것이 아니라, 도 5와 같이 패턴이 열 또는 행으로 일정한 간격으로 형성하고, 다음 열 또는 행에 상기 패턴 사이로 일정한 간격으로 서로 엇갈리도록 패턴을 형성한다.
또한, 각 패턴(600)과 패턴(600)의 수직 방향 간격은 분할된 포커스 렌즈(360)를 기구적으로 가변하여 조절한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 레이저를 이용한 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치는 레이저(410), 셔터(420), 위상 지연 미러(430), 실린드리컬 렌즈(440), 조리개(450), 패턴용 실린드리컬 렌즈(460), 및 기판(470)을 포함하여 구성한다.
여기서, 레이저(410)는 패턴(700)을 형성하는데 필요한 에너지 원으로 레이저 빔을 발생한다. 이때, 상기 레이저(410)는 기판(470이 다른 재질인 경우 파장 300 나노미터 이상의 모든 펄스 및 연속발진(Continuous Wave)하는 레이저(410)를 이용할 수 있으며, 도광판에 이용하는 아크릴 수지의 경우 이산화탄소 레이저의 파장인 10.6 마이크로미티 영역에서 좋은 가공 특성을 보인다.
또한, 스테인레스 및 PCB 등에 사용되는 다른 유전체인 경우 355 내지 532 나노미터 등에서 더 좋은 가공 특성을 나타낸다.
여기서, 셔터(420)는 상기 레이저(410)에서 발생한 레이저 빔을 차단한다.
여기서, 위상 지연 미러(430)는 상기 레이저 빔의 편광을 변화시켜 반사하며, 더욱 자세하게는 선평광된 레이저 빔을 원편광으로 바꾸어서 가공시 수평, 수직 방향의 패턴 형성 특성을 똑같게 하고, 레이저 빔의 경로를 바꾼다.
여기서, 실린드리컬 렌즈(440)는 상기 레이저 빔을 확대하여 라인 빔으로 만든다.
여기서, 조리개(450)는 상기 라인 빔을 이용하여 패턴의 형상을 만든다.
여기서, 패턴용 실린드리컬 렌즈(460)는 상기 패턴 형상의 초점심도 및 패턴 크기를 결정한다. 이때, 상기 패턴용 실린드리컬 렌즈(460)는 막대 모형으로 형성하고, 복수개의 레이저 빔으로 분할한다. 이때, 상기 레이저 빔은 적어도 2개 이상으로 분할하여 패턴 수를 조절한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저를 이용한 패턴 형성 장치로 형성한 패턴으로써, 줄무늬 등의 무라(mura)를 최소화하기 위해 도 5에 도시한 제1 실시 예에 의해 형성된 패턴과 마찬가지로 각 패턴(700)을 엇갈려 형성한다.
본 발명의 실시 예와 같이 복수개의 패턴을 동시에 형성하는 경우 종래 방식에 비해 두 배 이상의 속도로 패턴을 형성하여 생산성을 높일 수 있다.
또한, 레이저 빔의 길이를 길게 조절하고, 분할된 포커스 렌즈(360) 또는 패턴용 실린드리컬 렌즈(460)의 조합 개수를 증가 시켜 기판(370, 470)에 형성되는 패턴의 수를 늘릴 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
310, 410 : 레이저 320, 420 : 셔터
330, 430 : 위상지연 미러 340 : 빔 확대기
440 : 실린드리컬 렌즈 350, 450 : 조리개
360, 360a, 360b : 포커스 렌즈 460 : 패턴용 실리느리컬 렌즈
370, 470 : 기판 600, 700 : 패턴

Claims (4)

  1. 레이저와, 상기 레이저에서 발생한 레이저 빔을 차단하는 셔터와, 상기 레이저 빔의 편광을 변화시켜 반사하는 위상 지연 미러와, 상기 반사된 레이저 빔을 확대하는 빔 확대기와, 상기 빔 확대기를 통한 레이저 빔의 패턴 형상을 만드는 조리개, 및 상기 패턴 형상의 초점심도 및 패턴 크기를 결정하는 포커스 렌즈를 포함하되,
    상기 포커스 렌즈는 복수개의 분할로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패턴 형성 장치.
  2. 레이저와, 상기 레이저에서 발생한 레이저 빔을 차단하는 셔터와, 상기 레이저 빔의 편광을 변화시켜 반사하는 위상 지연 미러와, 상기 레이저 빔을 확대하여 라인 빔으로 변환하는 실린드리컬 렌즈와, 상기 라인 빔을 이용하여 패턴의 형상을 만드는 조리개, 및 상기 패턴 형상의 초점심도 및 패턴 크기를 결정하는 막대모형의 패턴용 실린드리컬 렌즈를 포함하되,
    상기 패턴용 실리드리컬 렌즈는 레이저 빔을 복수개로 분할 하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패턴 형성 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저는 레이저 빔을 조사할 때 파장이 300 나노미터 내지 10.6 마이크로미터까지의 펄스 및 CW 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패턴 형성 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 패턴은 기판에 형성될 때 열 또는 행으로 일정한 간격으로 형성되고, 다음 열 또는 행에 상기 패턴 사이로 일정한 간격으로 서로 엇갈리도록 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패턴 형성 장치.

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