CN207043571U - 激光划线设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种能够在激光被用于切割脆性材料基板时容易地改变激光的焦距的激光划线设备。该激光划线设备包括：划线头单元；以及托台，基板被装载在该托台上，其中划线头单元相对于托台移动，并且划线头单元包括透镜组件和距离测量传感器组件，所述透镜组件从激光发生设备接收切割用激光束以改变切割用激光束的焦点，所述距离测量传感器组件包括距离测量传感器并且具有光束通过单元，所述距离测量传感器包括产生测量用激光束的光发射单元和接收测量用激光束的光接收单元，在透镜组件中被控制焦距的切割用激光束经过所述光束通过单元。

Description

激光划线设备
技术领域
本实用新型涉及一种激光划线设备。更具体地，本实用新型涉及一种激光划线设备，其测量与脆性材料基板的距离并且根据与脆性材料基板的距离来主动调节激光的焦距。
背景技术
存在激光作为切割待切割的物体的方法而被用于精密切割的情形。使用激光的切割不仅用于切割金属板材，而且用于切割诸如玻璃的脆性材料。
例如，利用激光来切割诸如液晶显示设备的平面显示面板。现有技术中的用于切割液晶显示设备的划线设备在对基板表面施加预定压力的同时以可旋转的方式移动由钻石或硬质合金制成的刀轮，以在基板表面上形成刻线并通过断裂过程来切割基板。
在这方面，使用激光的划线设备通过向基板照射激光并利用冷却气体等冷却基板来产生热应力，以在基板中形成裂缝。可替代地，提出了通过向基板顺序地照射不同激光来切割基板。同时，在一些情况下，可以利用激光来切割粘接构成液晶显示设备的两块基板的密封剂或者形成在基板中的黑色矩阵等，并且此后可以利用刀轮来切割基板。
然而，当待切割的基板不平时或者当需要控制激光照射深度时，存在难以立即调整的问题。
例如，韩国专利公开公报No.10-2005-0106156(“用于在平面型显示器的制造过程中切割玻璃基板的装置以及用于控制玻璃基板的切割深度的方法”，公布于2005年11月9日)公开了一种结构，其包括一种提升装置，该提升装置测量离基板的距离并且提升照射激光束的照射孔的高度，以控制激光束的焦距。
然而，在现有技术中，机械地控制照射激光束的照射孔的高度在响应方面延迟，结果是难以提高基板切割速度。此外，在现有技术中，测量离基板的距离的距离传感器与照射激光束的照射孔之间的水平距离是隔开的，结果是无法以准确深度来照射激光束。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种激光划线设备，其根据与基板的距离的测量结果来提高激光照射深度控制精度。
本实用新型的目的还在于提供一种激光划线设备，其通过根据与基板的距离的测量位置与用于切割的激光照射位置之间的差而使误差最小化来提高划线精度。
本实用新型的一个示例性实施方式提供了一种激光划线设备，其包括：划线头单元；以及托台，基板被装载在该托台上，划线头单元相对于托台移动，并且划线头单元包括透镜组件和距离测量传感器组件，所述透镜组件从激光发生设备接收切割用激光束以改变切割用激光束的焦点，所述距离测量传感器组件包括距离测量传感器并且具有光束通过单元，所述距离测量传感器包括产生测量用激光束的光发射单元和接收测量用激光束的光接收单元，在透镜组件中被控制焦距的切割用激光束经过所述光束通过单元。
在该示例性实施方式中，透镜组件可以包括形成切割用激光束的焦点的聚焦透镜和调整聚焦透镜的位置的透镜驱动单元。
光发射单元可以以非直角的角度向基板照射测量用激光束，并且光接收单元可以以非直角的角度接收到达基板的测量用激光束。
光束通过单元可以形成在光发射单元与光接收单元之间。
向基板照射测量用激光束的点可以在切割用激光束的照射位置之前。
激光划线设备还可以包括从距离测量传感器接收距离感测信息并且控制透镜驱动单元的驱动的主控制单元。
在该示例性实施方式中，主控制单元可以通过考虑要向距离测量传感器的感测点照射切割用激光束的时间来计算透镜驱动单元的驱动完成时间。
主控制单元可以通过考虑距离测量传感器的处理时间Ts、主控制单元的处理时间Tm和时间Td来计算透镜驱动单元的驱动完成时间，时间Td是直到通过从主控制单元输出控制信号而实际地驱动透镜驱动单元所需的时间。
主控制单元可以通过考虑距离测量传感器的感测点与切割用激光束的照射点之间的距离来限定划线头单元与基板之间的相对移动速度的上限值。
主控制单元可以根据划线头单元与基板之间的相对移动速度来设定距离测量传感器的感测周期。
根据本实用新型的示例性实施方式，能够根据与基板的距离测量结果而快速和精确地控制激光照射深度。
根据本实用新型的示例性实施方式，能够通过集成用于测量与基板的距离的距离测量传感器和用于切割基板的激光照射装置而使取决于距离测量位置与激光照射位置之间的差的误差最小化。
根据本实用新型的示例性实施方式，通过综合地考虑距离测量传感器的感测周期、划线头单元相对于基板的相对移动速度、距离测量传感器的感测点与切割用激光束的照射点之间的距离差等来精确地控制激光束的焦距。
结果，根据本实用新型的示例性实施方式，通过根据离诸如基板的被处理对象的距离改变切割用激光束的焦距而能够在被处理对象中形成具有均匀深度的刻线。
以上概述仅仅是说明性的，并且并非旨在以任何方式加以限制。除上述说明性的方面、实施方式和特征以外，通过参考附图和以下详细描述，进一步的方面、实施方式和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备的配置的示图。
图2是示出了设置在根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备中的距离测量传感器组件的配置的示图。
图3是示出了根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备的控制配置的框图。
图4是示出了根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备的距离测量传感器与激光照射位置之间的关系的示图。
图5是示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的激光划线设备的控制方法的流程图。
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，从而呈现说明本实用新型的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文中公开的本实用新型的特定设计特征(例如包括特定尺寸、取向、位置和形状)将部分地由具体的预期应用和使用环境来决定。
在图中，全部附图的多个图中的附图标记表示本实用新型的相同或相当的部件。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本实用新型的示例性实施方式。首先，当附图标记表示每一个图的组件时，应指出的是，尽管相同的组件在不同的图中被示出，但是尽可能由相同的附图标记表示相同的组件。此外，在以下描述中，可以省略已知的相关配置和功能的详细说明，以避免不必要地掩盖本实用新型的主题。此外，以下将描述本实用新型的示例性实施方式，但本实用新型的技术精神不限于此或由其限制，并且本领域的技术人员可以修改和以各种方式实施示例性实施方式。
图1是示出了根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备的配置的示图，而图2是示出了设置在根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备中的距离测量传感器组件的配置的示图。
根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备包括：基板1被装载到其上的托台2和设置成相对于托台2移动的划线头单元10。托台2是固定的且划线头单元10是可移动的，划线头单元10是固定的且托台2是可移动的，或者托台2和划线头单元10两者都是可移动的。划线头单元10可以设置在台架(未示出)中，台架设置成跨越托台2的上侧。激光划线设备的基本配置可以遵循被描述为现有技术的韩国专利公开公报No.10-2005-0106156的图1中所示的配置。
在理想情况下，装载到托台2的顶部的基板1是共平面的，但在实际情况下，基板1与水平面有微小的高度差。根据本实用新型的激光划线设备根据与基板1的距离来调整切割用激光束的焦距，即切割用激光束的照射深度。这里，切割用激光束的照射深度可以是基板的表面上或基板中的一个点，并且在一些情况下，切割用激光束的照射深度可以是用于将接合基板接合的密封剂的一个点或者是与基板中存在的黑色矩阵对应的位置。
划线头单元10包括距离测量传感器组件20和透镜组件30，透镜组件30设置在距离测量传感器组件20的顶部上。此外，划线头单元10中可以包括至少一个反射镜12，至少一个反射镜12用于将从单独的激光发生设备40产生的切割用激光束42传输到透镜组件30。
距离测量传感器组件20可以设置成固定于划线头单元10的托架类型。在距离测量传感器组件20下方可设置有距离测量传感器22，距离测量传感器22包括光发射单元24和光接收单元26，光发射单元24以预定角度向基板1照射测量用激光束25，光接收单元26在从光发射单元24产生的测量用激光束25在基板1上反射之后接收反射的测量用激光束25。在光发射单元24与光接收单元26之间设置有被垂直地穿透的光束通过单元28。
在透镜组件30中被调整焦距的切割用激光束42经过光束通过单元28。
测量用激光束25和切割用激光束42可以优选地具有不同波段。这是为了在光接收单元26接收测量用激光束25时防止切割用激光束42的干涉。
在透镜组件30中设置有调整切割用激光束42的焦距的聚焦透镜32。聚焦透镜32可以是单个透镜或通过组合多个透镜而获得的组件。此外，在透镜组件30中设置有调整聚集透镜32的位置的透镜驱动单元(在图1和图2中未示出)。
透镜驱动单元设置成音圈型或线性电机型，以调整聚焦透镜32的位置。距离测量传感器22测量与基板1的距离，而透镜驱动单元根据测定的距离来调整聚焦透镜32的位置，以调整向基板1照射的激光束42的焦距。
可以通过考虑划线头单元10与基板1之间的相对移动速度V来获得透镜驱动单元对聚焦透镜32的位置调整时间。
在图1中，示出的是，透镜组件30位于距离测量传感器组件20的顶部上，而经过透镜组件30的切割用激光束42经过位于透镜组件30的下方的光束通过单元28，结果，在基板1的预定位置处形成了焦点。然而，在本实用新型的示例性实施方式中，从透镜组件30输出的切割用激光束42可以配置成在切割用激光束42的光路通过单独的反射镜(未示出)变换的同时经过光束通过单元28。
在本实用新型中，距离测量传感器22测量与基板1的距离的水平面上的位置和被照射切割用激光束42的水平面上的位置彼此间隔开。在示例性实施方式中，距离测量传感器22测量与基板1的距离的位置在切割用激光束42的照射位置之前。即，该位置被设定成使得通过距离测量传感器22来测量与基板1的距离并且此后向基板1照射切割用激光束42。
图3是示出了根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备的控制配置的框图，而图4是示出了根据本实用新型的示例性实施方式的激光划线设备的距离测量传感器与激光照射位置之间的关系的示图。
参照图3，根据本实用新型的激光划线设备包括主控制单元50，主控制单元50从距离测量传感器22接收与基板1的距离测量结果，并且控制透镜组件30的透镜驱动单元34。
距离测量传感器22测量与基板1的距离，并且根据由主控制单元50进行的控制或每隔预定周期将测定的距离传送到主控制单元50。
主控制单元50通过根据距离测量传感器22的测量结果控制透镜组件30的透镜驱动单元34的驱动来调整聚焦透镜32的位置。
参照图4，从距离测量传感器22的光发射单元24产生的测量用激光束25在基板的点P1上照射并反射，并且此后入射在光接收单元26中。距离测量传感器22可以基于从光发射单元24产生的测量用激光束25入射在光接收单元26中之前的时间来计算离基板1的垂直距离。此外，可以通过光发射单元24和光接收单元26的布置以及离基板1的垂直距离来计算点P1。
切割用激光束42在基板1上形成焦点F，并且其中形成了焦点F的基板1的表面上的点是P2。在根据本实用新型的激光划线设备的安装方向上，当该方向显示在相对于水平面彼此正交的X和Y轴上时，P1和P2可以位于X轴方向或Y轴方向上的同一直线上或者位于对角线方向上。
P1和P2的水平距离通过ΔL来表示。在示例性实施方式中，ΔL可以具有数毫米的值。此外，ΔL可以在0.5mm至2mm的范围内。随着ΔL越小，可以越快地反映根据距离测量传感器22的感测结果而对切割用激光束42的焦距的调整。然而，由于根据距离测量传感器22的感测结果控制透镜驱动单元34的驱动所需的时间，可能难以将ΔL设定为过小。在本实用新型中，可以通过考虑ΔL、划线头单元10与基板1之间的相对移动速度、控制所需的时间等来实现光学划线控制。
当划线头单元10与基板1之间的相对移动速度为V时，可以通过ΔL/V来获得切割用激光束42从点P2到位于点P1处所需的时间ΔT。
主控制单元50通过借助于考虑ΔT而计算透镜驱动单元34的驱动时间来控制透镜驱动单元34的驱动。
在该示例性实施方式中，主控制单元50可以通过考虑时间Ts、主控制单元50中的处理时间Tm和时间Td来确定透镜驱动单元34的驱动完成时间T2，时间Ts是自距离测量传感器22向P1照射测量用激光束的时间T1起距离测量传感器22的内部处理所需的时间，时间Td是直到通过借助于主控制单元50输出控制信号而实际地驱动透镜驱动单元34所需的时间。
由于在切割用激光束42的位置到达P1时需要驱动透镜驱动单元34，所以此时需要满足根据式1的关系。
[式1]
ΔT＝T2-T1≥Ts+Tm+Td
主控制单元50可以设定划线头单元10与基板1之间的相对移动速度V的上限值，以满足式1的条件。
主控制单元50可以设定透镜驱动单元34的控制延迟时间，以使得透镜驱动单元34的驱动在透镜驱动单元34的驱动完成时间T2完成，并且除控制延迟时间以外还调整向透镜驱动单元34输出控制信号的时间。
可以将距离测量传感器22的感测周期设定为ΔT，以满足式1的条件。
可以将距离测量传感器22的感测周期设定为与划线头单元10和基板1之间的相对移动速度V建立关联。当相对移动速度V高时，可以缩短距离测量传感器22的感测周期，而当相对移动速度V低时，可以延长距离测量传感器22的感测周期。
图5是示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的激光划线设备的控制方法的流程图。
首先，设定切割用激光束42在基板1中的照射深度，即焦距(S100)。
距离测量传感器22周期性地或连续地测量与基板1的距离，而主控制单元50从距离测量传感器22接收测量结果(S102)。
主控制单元50从距离测量传感器22接收测量结果，并且此后通过考虑要向距离测量传感器22的感测点P1照射切割用激光束42的时间来计算激光照射深度控制时间(S104)。这里，激光照射深度控制时间可以理解为透镜驱动单元34的驱动完成时间T2之前的时间。
根据主控制单元50的控制来控制透镜驱动单元34(S106)。
在对基板1执行激光划线操作的同时反复执行步骤S102至S106。可以根据距离测量传感器22的感测周期反复执行步骤S102至S106。
如上所述，在附图和说明书中已描述和图示了示例性实施方式。为了说明本实用新型的某些原理及其实践应用而选择和描述示例性实施方式，从而使本领域的其他技术人员能够制造和利用本实用新型的各种示例性实施方式以及它们的各种替代方案和修改方案。如从以上描述显而易见的是，本实用新型的某些方面不受这里所示的例子的具体细节限制，并且因此设想本领域的技术人员将想到其它修改方案和应用或者其等同方式。然而，在查阅说明书和附图之后，本实用新型的诸多改变、修改、变化以及其它用途和应用对本领域的技术人员来说将变得明显。不背离本实用新型的精神和范围的所有这些改变、修改、变化以及其它用途和应用被视为由本实用新型所涵盖，本实用新型仅通过以下权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种激光划线设备，包括：
划线头单元，其设置在台架中；以及
托台，基板被装载在托台上，
其中，划线头单元相对于托台移动，并且
其中，划线头单元包括
透镜组件，其从激光发生设备接收切割用激光束，以改变切割用激光束的焦点，和
距离测量传感器组件，其包括距离测量传感器并且具有切割用激光束经过其中的光束通过单元，距离测量传感器包括产生测量用激光束的光发射单元和接收测量用激光束的光接收单元，切割用激光束的焦距在透镜组件中被控制。
2.根据权利要求1所述的激光划线设备，其中，透镜组件包括形成切割用激光束的焦点的聚焦透镜和调整聚焦透镜的位置的透镜驱动单元。
3.根据权利要求2所述的激光划线设备，其中，光发射单元以非直角的角度向基板照射测量用激光束，并且光接收单元以非直角的角度接收到达基板的测量用激光束。
4.根据权利要求2所述的激光划线设备，其中，光束通过单元形成在光发射单元与光接收单元之间。
5.根据权利要求4所述的激光划线设备，其中，向基板照射测量用激光束的点在切割用激光束的照射位置之前。
6.根据权利要求5所述的激光划线设备，还包括：
主控制单元，其从距离测量传感器接收距离感测信息并且控制透镜驱动单元的驱动。
7.根据权利要求6所述的激光划线设备，其中，主控制单元通过考虑要向距离测量传感器的感测点照射切割用激光束的时间来计算透镜驱动单元的驱动完成时间。
8.根据权利要求6所述的激光划线设备，其中，主控制单元通过考虑距离测量传感器的处理时间Ts、主控制单元的处理时间Tm和时间Td来计算透镜驱动单元的驱动完成时间，时间Td是直到通过从主控制单元输出控制信号而实际地驱动透镜驱动单元所需的时间。
9.根据权利要求7所述的激光划线设备，其中，主控制单元通过考虑距离测量传感器的感测点与切割用激光束的照射点之间的距离来限定划线头单元与基板之间的相对移动速度的上限值。
10.根据权利要求6所述的激光划线设备，其中，主控制单元根据划线头单元与基板之间的相对移动速度来设定距离测量传感器的感测周期。
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