JP3982800B2 - 非金属基板切断方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非金属基板の切断方法に関するものであり、より詳細には、非金属基板を急速加熱するためのエネルギー源の形状及び配置を最適化し切断速度の向上及び切断面の品質向上が得られるようにする非金属基板の切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下で頻繁に使用される非金属基板には“シリコン”により製作された“シリコン基板”又は“ガラス”により製作された“ガラス基板”が含まれる。
【０００３】
このように、非金属基板がシリコン基板である場合、シリコン基板は単位面積当りに莫大なデータを貯蔵し、又は、単位時間当たりに莫大なデータを処理する半導体製品の母材料として使用される。
【０００４】
一方、このような非金属基板がガラス基板である場合、ガラス基板はＣＲＴ方式ディスプレー装置に比べ重量及び体積が画期的に減少され、ディスプレー品質はより向上された液晶表示装置の液晶表示パネルを製作する母材料として使用される。
【０００５】
最近、製品生産性を極大化するために、このような非金属基板上に複数個の製品が同時に形成された後、これら製品を個別化する方法が主に使用されている。
【０００６】
例えば、非金属基板がシリコン基板である場合、シリコン基板には複数個の半導体チップが形成された後、個別化されパッケージングされることにより、一つのシリコン基板から多数個の半導体製品が生産される。
【０００７】
一方、非金属基板がガラス基板である場合、ガラス基板には共通的な製造工程により複数個の表示パネル層が形成され、表示パネル層をアセンブリした後、後続工程を経て液晶表示パネルを製作することにより液晶表示パネルの生産効率を極大化することができる。
【０００８】
この時、非金属基板に複数個の製品を同時に形成した状態で、これらを個別化する過程は相当に重要である。これは非金属基板に形成された複数個の製品を個別化する工程が製品生産の殆ど最後段階であるためである。この過程で不良が発生する場合、生産性は相当に大きく低下される。
【０００９】
また、非金属基板から製品を個別化する過程で発生する不良は殆ど改修が不可能であるために、この工程での不良は激しい生産性低下を発生させる。
【００１０】
従来では、非金属基板から製品を個別化するために接触−衝撃式切断方法が使用された。
【００１１】
接触−衝撃式切断方法は具体的には、物理的に非金属基板の表面にスクライブラインを形成した状態で、スクライブラインに衝撃を加えて非金属基板から製品が個別化されるようにする。
【００１２】
これを具現するための装置は、厚さが薄い円板の円周面に切断用ダイアモンドが細かくはめ込まれ、円板の中心に円板の回転装置が設けられたダイアモンドブレード及び非金属基板に軽い衝撃を加える装置が備えられたダイアモンドカッターが使用される。
【００１３】
しかし、このような接触−衝撃式切断方法により非金属基板を切断する方式は、相当に多い問題点を発生させ生産性を大きく低下させる。
【００１４】
具体的には、非金属基板を接触−衝撃式方法により切断する場合、特にガラス基板を接触−衝撃式方法により切断する場合、ガラス基板の予想しない部分が頻繁に切断される問題点を有する。
【００１５】
この問題点の原因はダイアモンドブレードを用いて非金属基板、特にガラス基板にスクライブラインを発生させる過程でスクライブラインの切断面が粗く加工されることにある。
【００１６】
このように、スクライブラインの切断が粗く加工される場合、粗く加工された切断面には応力集中現象が発生し、外部から加えられた小さい応力にも微細クラックが容易に発生する。勿論、この微細クラックは再び加えられた小さい応力、振動又は衝撃により予想しないところに急速に伝播され、結局、ガラス基板が切断されるようにする。
【００１７】
このように、予期せぬ場合に伝播されるクラックがガラス基板に形成された表示パネルに達する場合、表示パネルには修復が不可能である致命的な不良が発生する。
【００１８】
このような問題点以外にも、接触−衝撃式方法により非金属基板を切断する際には、非金属基板を直接加工するために多数の微小破片が発生し、それ用の別の洗浄工程を必要とし、製造工程数が増加される問題点を有する。
【００１９】
これと別に、ダイアモンドブレードなどを通じて非金属基板を切断するためには、非金属基板に最小限ダイアモンドブレードの幅に余裕マージンが加えられた切断面積が保障されなけらばならないが、この切断面積により非金属基板に製品が形成される面積を極大化し難しい問題点を有する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、切断器具との非接触方式により非金属基板が切断されるようにし、非金属基板の切断不良を防止することは勿論、洗浄工程を必要とせず、非金属基板に製品が形成される面積を最大化することができるようにすると同時に、切断速度を極大化させた非金属基板の切断方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節された第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記第１レーザビームの照射経路に沿って第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含み、前記第１レーザビームは前記長軸に関しては対称形状を有し、前記第１レーザビームの前記短軸に関しては非対称形状を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記急速加熱された前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記冷却流体と隣接する前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含み、
前記第１レーザビームは前記長軸に関しては対称形状を有し、前記第１レーザビームの前記短軸に関しては非対称形状を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記急速加熱された前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、 前記冷却流体と隣接する前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含む。
【００２４】
また、本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節された第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記冷却流体と隣接した前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ長軸：短軸の比が１．１：１〜１０：１である第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含む。
【００２５】
本発明によると、非金属基板を非接触−非衝撃式方法により切断し、切断面の品質を向上し、非正常的な切断を防止し、切断速度を極大化することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。
【００２７】
まず、本発明の一実施形態による非金属基板の切断は接触−衝撃式方法である従来技術と異なり非接触−非衝撃方法が使用される。
【００２８】
本発明に適用された非金属基板を非接触−非衝撃方法により切断するためには、非金属基板の独特な物理的特性が十分に活用されなければならない。
【００２９】
具体的には、本発明で非金属基板が一実施形態でガラス基板である場合、ガラス基板は熱により加熱されると体積が膨張し、冷却されると体積が収縮するという物理的特性を用いて非金属基板が切断されるようにする。
【００３０】
このとき、非金属基板が切断されるようにするためには、ガラス基板の一部が急速加熱、急速冷却される過程でガラス分子とガラス分子との分子結合力より大きな“熱応力”が加えられるようにすることにより、ガラス基板のガラス分子とガラス分子との間の結合が壊れ形成されたクラックを必要とする。
【００３１】
本発明で使用されるクラックは制御が可能であるか否かにより、肯定的なものにも否定的なものにもなり得る。
【００３２】
否定的な側面でのクラックは、制御が不可能であるクラックを言う。この制御不可能であるクラックは、形成方向の予測が不可能であって、ガラス基板に治癒できない致命的な欠陥である“基板切断による破損”を発生させる。
【００３３】
一方、肯定的な側面でのクラックは、制御可能であるクラックを言う。この制御可能であるクラックは形成方向の正確な予測が可能であって、ガラス基板のうちの所望の部分が選択的に切断されることができるようにする。
【００３４】
図１は、クラックの形成方向の正確な予測が可能であるようにし、ガラス基板の所望の部分を選択的に切断することができるようにする非金属基板切断装置８００を概念的に示す。
【００３５】
図１を参照すると、非金属基板切断装置８００は、基板切断モジュール６００、移送装置７００及び制御装置１００により構成される。
【００３６】
より具体的には、移送装置７００は基板切断モジュール６００又は基板切断モジュール６００により切断される被加工物である非金属基板１のうちのいずれか一方を移送するように設けられる。
【００３７】
このとき、基板切断モジュール６００用に移送装置７００が設けられる場合、非金属基板１が固定された状態で基板切断モジュール６００が移動されつつ非金属基板１の切断を実施する。
【００３８】
これとは逆に、非金属基板１用に移送装置７００が設けられる場合、基板切断モジュール６００が固定された状態で非金属基板１が基板切断モジュール６００に対し移送される。
【００３９】
このような、移送装置７００は非金属基板１が平面上で自由に動ける構成を有する。望ましい一実施形態として、移送装置７００はＸＹ軸方向へ自由に動くＸＹテーブルである。
【００４０】
本発明では、図１に図示されたように一実施形態として、基板切断モジュール６００が固定された状態で移送装置７００が非金属基板１を移送する場合について説明する。
【００４１】
移送装置７００により移送される非金属基板１は基板切断モジュール６００により切断される。
【００４２】
基板切断モジュール６００が非金属基板１を切断するために、基板切断モジュール６００は第１レーザビーム照射装置２００、第２レーザビーム照射装置５００、冷却流体供給装置３００及び冷却流体吸収装置４００により構成される。
【００４３】
ここで、第１レーザビーム照射装置２００では第１レーザビーム２１０が発生され、第２レーザビーム照射装置５００では第２レーザビーム５１０が発生される。これら、第１レーザビーム２１０及び第２レーザビーム５１０は非金属基板１内の相当に小さい面積を急速に加熱するのに適する。
【００４４】
このような、第１レーザビーム照射装置２００と第２レーザビーム照射装置５００との間には、冷却流体３１０を噴射する冷却流体供給装置３００が設けられる。
【００４５】
また、冷却流体供給装置３００と第２レーザビーム照射装置５００との間には、冷却流体供給装置３００で噴射された冷却流体３１０を再び吸収する冷却流体吸収装置４００が設けられる。
【００４６】
第１レーザビーム照射装置２００で発生した第１レーザビーム２１０と冷却流体供給装置３００で供給された冷却流体３１０は、非金属基板１を完全切断するには弱い熱応力を加え、非金属基板１の表面に所定深さを有するようにガイドクラックが発生されるようにする。
【００４７】
また、第２レーザビーム照射装置５００で発生した第２レーザビーム５１０は、ガイドクラックに再び熱応力を加え、非金属基板１がフルカッティング即ち完全切断されるようにする。
【００４８】
このような構成を有する非金属基板切断装置８００及び移送装置７００は、これらの動作を精密に制御する制御装置１００と連結される。
【００４９】
このような、構成を有する非金属基板切断装置８００の生産性は、第１レーザビーム２１０の形状、第２レーザビーム５１０の形状及び第１レーザビーム２１０及び第２レーザビーム５１０の離隔距離などにより相当に多くの影響を受ける。
【００５０】
以下、図１に図示された非金属基板切断装置８００で発生された第１レーザビーム２１０、第２レーザビーム５１０及び第１レーザビーム２１０及び第２レーザビーム５１０の離隔間隔の最適化により、切断品質及び切断速度を向上させるための実施形態を説明する。
【００５１】
〈実施形態１〉
非金属基板切断装置８００により非金属基板１を切断するためにまず、図１に図示された制御装置１００は移送装置７００に制御命令を送信し、移送装置７００が非金属基板１の切断予定線が指定された位置に位置するようにする。
【００５２】
次いで、制御装置１００は、第１レーザビーム照射装置２００に制御命令を送信し、第１レーザビーム照射装置２００から第１レーザビーム２１０が非金属基板１の切断予定線に正確に射出されるようにする。
【００５３】
この時、第１レーザビーム２１０は非金属基板１にフルカッティングのためのガイドクラックが形成されるように非金属基板１を局部的に予熱する役割を有する。
【００５４】
この時、非金属基板１の切断速度をさらに速くするためには、第１レーザビーム２１０が有するエネルギーを効率的に非金属基板１に伝達するようにしなければならない。
【００５５】
この時、第１レーザビーム２１０が速い時間内に非金属基板１の切断予定線温度を指定された温度に到達するようにする要因には、第１レーザビーム２１０の形状が大きな比重を占める。
【００５６】
これは、第１レーザビーム２１０の形状により非金属基板１の切断速度に差ができることを意味する。
【００５７】
具体的には、第１レーザビーム２１０の長軸の長さをＳL、第１レーザビーム２１０の短軸の長さをＳW、第１レーザビーム２１０のパワーをＰ、第１レーザビーム２１０の速度をＶとした場合、第１レーザビーム２１０により上昇された最終温度Ｔ（ｆ）は次の式１により定まる。
Ｔ（ｆ）∝Ｐ／（ＳW×Ｖ） （１）
【００５８】
ここで、式１によると、理論的には第１レーザビーム２１０の長さＳLは第１レーザビーム２１０により上昇された非金属基板１の最終温度Ｔ（ｆ）にどんな影響も及ぼさないことを示す。
【００５９】
理論的には、これは第１レーザビーム２１０の幅ＳW、速度Ｖ及びパワーＰが一定の状態で第１レーザビーム２１０の長さＳLのみ調節する場合、第１レーザビーム２１０が短いか長いかに関係なしに、第１レーザビーム２１０が通過した経路に加えられた全体エネルギーの和が全て同一であるためである。
【００６０】
しかし、実際工程においては理論とは異なり式１は正確に適用され難しい。これは式１では、実際工程中に発生する非金属基板での熱損失、放出される熱などが考慮されていないためである。
【００６１】
これらを考慮すると、第１レーザビーム２１０の幅は勿論、第１レーザビーム２１０の長さにより第１レーザビーム２１０の最終温度Ｔ（ｆ）が影響を受け、これにより非金属基板１の切断速度が影響を受ける。
【００６２】
具体的には、以下、テスト結果を参照しこれを説明する。添付された図３に図示されたように一実施形態として、第１レーザビーム２１０の短軸の長さが一定であるようにした状態で第１レーザビーム２１０の長軸長さを望ましくは、３０ｍｍ以上及び８０ｍｍ以下で調節することにより、図３に図示されたように最大切断速度（Ｖmax）を得ることができる。
【００６３】
このとき、切断条件は第１レーザビーム２１０にＣＯ2レーザビームが使用され、第１レーザビーム２１０のパワーは５０Ｗから２５０Ｗであり、非金属基板１は０．７ｍｍの厚さを有するＴＦＴ基板と０．７ｍｍの厚さを有するカラーフィルタ基板を接合したＬＣＤ基板が使用される。
【００６４】
このとき、第１レーザビーム２１０の長軸の長さが３０ｍｍ未満である場合、図３に図示されたように切断速度が最大切断速度（Ｖmax）に比べ顕著に低下する傾向を示す。
【００６５】
これは非金属基板１に照射される第１レーザビーム２１０のエネルギー密度が高すぎる場合、集中されたエネルギーにより非金属基板１の表面にはバーニング（焼け）又はチッピング（微小切り欠き）が発生し、この過程でエネルギーの一部が非金属基板１を加熱せず損失されるためである。
【００６６】
また、第１レーザビーム２１０の長軸の長さが８０ｍｍより大きい場合、図３に示したように該当切断速度は最高切断速度（Ｖmax）に比べ顕著に低下する傾向を示す。
【００６７】
一方、図４には第１レーザビーム２１０の長軸の長さを一定にした状態で、第１レーザビーム２１０の幅変化による非金属基板１の切断速度と関連したシミュレーション結果が図示されている。
【００６８】
シミュレーション結果によると、一実施形態として第１レーザビーム２１０の短軸の長さが０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下で非金属基板１の最高切断速度（Ｖmax）を得ることができる。
【００６９】
このとき、第１レーザビーム２１０の短軸の長さが０．５ｍｍ未満である場合、非金属基板１に部分的に切断が行われない部分が発生される。これと共に、非金属基板１表面に過渡なエネルギーが加えられ表面が熱により焦げるスコーチング現象が発生し、切断面品質不良と共に切断速度が最高切断速度（Ｖmax）に比べ大きく低下される問題点を有する。
【００７０】
また、第１レーザビームの短軸の長さが２ｍｍ以上である場合、エネルギー密度が顕著に低下され、やはり最高切断速度（Ｖmax）に比べ切断速度が顕著に低下される問題点と共に切断面がウェーブ状に切断され切断面品質低下が発生する問題点を有する。
【００７１】
図５に示したように、第１レーザビーム２１０の長軸の長さと第１レーザビーム２１０の短軸の長さの比が一実施形態として４０：１〜８０：１（長軸：短軸）になるようにしたとき、非金属基板１を最高切断速度（Ｖmax）で切断できかつ精密である切断面品質を得ることができる。
【００７２】
さらに、第１レーザビーム２１０の形状変更により非金属基板１の切断速度を極大化することができる。
【００７３】
添付された図８に図示された第１レーザビーム２２０の形状は、図２に図示された第１レーザビーム２１０の形状と相異する。まず、図２に図示された第１レーザビーム２１０は長軸を基準に左右対称あり、短軸を基準に左右対称であるが、図８に図示された第１レーザビーム２２０は長軸（ＳL1）を基準には対称形状であるが、長軸（ＳL1）の１／２の位置に形成された短軸を基準には非対称形状を有する。
【００７４】
このとき、第１レーザビーム２２０を、短軸を基準に２区画に分けた状態で、分けられた第１レーザビーム２２０の進行方向を基準に、前方に位置した第１レーザビーム部分２２０ａの面積が後方に位置した第１レーザビーム部分２２０ｂの面積に比べ大きくなるようにする。
【００７５】
図８に図示されたように、短軸を基準に左右非対称である第１レーザビーム２２０は第１レーザビーム照射装置２００で発生された第１レーザビームが凸レンズ及び凹レンズにより構成されたレンズグループを通過するとき、レンズグループの焦点中心から一側にオフセットされたところを通過することにより得られる。
【００７６】
一方、図２を参照すると、第１レーザビーム２１０により急速過熱された切断予定線１ａには、図１及び図２又は図８に図示されたように、冷却流体供給装置３００で供給された冷却流体３１０が供給される。これにより、急速加熱された切断予定線１ａには相当に大きな熱応力が加えられる。このように、切断予定線１ａに加えられた熱応力により非金属基板１の表面から所定深さを有するガイドクラックが発生される。以下、このガイドクラックをスクライブライン１ｂと称する。
【００７７】
以後、スクライブライン１ｂが形成される過程で切断予定線１ａに噴射された冷却流体３１０は、再び、図１に示された冷却流体吸収装置４００に完全に吸収される。
【００７８】
このように、冷却流体３１０を再吸収するのは、第一に、非金属基板切断装置８００の周辺汚染を防止するためのものである。第二に、冷却流体３１０が付着している非金属基板１に第２レーザビーム５１０が照射される間における第２レーザビーム５１０の冷却流体３１０から受ける散乱によるエネルギー損失を最小化するためのものである。第三に、第２レーザビーム５１０が冷却流体３１０を加熱することによる非金属基板１に加えられる熱の損失を最小化するためのものである。
【００７９】
続いて、第２レーザビーム５１０が図２に図示されたように、スクライブライン１ｃに照射されることにより、スクライブライン１ｃの両側で熱による体積膨張が発生し、スクライブライン１ｃに過度の応力が発生する。これにより、スクライブライン１ｃからは応力によりクラックが伝播するが、クラックの伝播方向は非金属基板１が完全切断されるようにする方向を有する。
【００８０】
〈実施形態２〉
以下、非金属基板を切断する方法を具現するための第２実施形態を説明する。
【００８１】
第２実施形態により非金属基板１を切断するためには、図１又は図２に図示されたように、まず、非金属基板１の切断予定線１ａに第１レーザビーム照射装置２００で発生された第１レーザビーム２１０を照射し、切断予定線１ａを局部的に急速加熱する。
【００８２】
続いて、急速加熱された切断予定線１ａには、冷却流体噴射装置３００で噴射された冷却流体３１０が噴射されるにつれて、局部加熱された切断予定線１ａに沿って微細なガイドクラックが発生されるようにする。このガイドクラックを以下、スクライブライン１ｂと称する。
【００８３】
微細クラックが発生したスクライブライン１ｂに沿って非金属基板１を完全切断するために、スクライブライン１ｂには第２レーザビーム５１０が照射される。この第２レーザビーム５１０は第１レーザビーム２１０及び冷却流体３１０により形成されたスクライブライン１ｂを完全に切断１ｃするようにする役割を有する。
【００８４】
この時、第２レーザビーム５１０はスクライブライン１ｂを完全に切断するために第１レーザビーム２１０に比べ高いパワーが要求される。一実施形態として、第２レーザビーム５１０は２００Ｗ〜５００Ｗ程度のパワーが要求される。
【００８５】
このような役割を有する第２レーザビーム５１０は、本発明の実施形態２ではスクライブライン１ｂ方向に長軸が形成された楕円形状を有する。以下、切断予定線１ａを基準に切断予定線１ａと平行な方向へ延びた軸を長軸（ＢL）と称し、切断予定線１ａと垂直な方向へ延びた軸を短軸（ＢW）と称する。
【００８６】
上記条件のもと、第２レーザビーム５１０の形状により非金属基板１の完全切断の可否、スコーチの存否及びブリッジ（切断個所の不連続）の存否などが判別された。
【００８７】
図２又は図６を参照すれば、第２レーザビーム５１０の長軸方向長さが４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、第２レーザビーム５１０の短軸方向長さが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるところで非金属基板１が完全に切断され、スコーチが発生せず、ブリッジが発生しないことが確認できた。
【００８８】
このとき、第２レーザビーム５１０の長軸長さが一定の状態で、短軸の長さが短くなる場合、ブリッジは発生しないが、完全切断が難しく、スコーチが発生し易い。
【００８９】
逆に、第２レーザビーム５１０の長軸長さが一定の状態で短軸の長さが増加される場合、完全切断が可能でありスコーチは発生しないが、ブリッジが発生する問題点を有する。
【００９０】
このような理由で、長軸と短軸の比率は１．１：１〜１０：１程度になるようにし、完全切断特性が得られ、スコーチが発生せず、ブリッジが発生しないようにする。
【００９１】
〈実施形態３〉
以下、非金属基板の切断方法を具現するための第３実施形態を説明する。
【００９２】
実施形態３により、非金属基板１を切断するためには、まず、図２に図示されたように非金属基板１の切断予定線１ａに第１レーザビーム照射装置２００で発生された第１レーザビーム２１０を照射し切断予定線１ａを局部的に急速加熱する。
【００９３】
続いて、急速加熱された切断予定線１ａには、冷却流体噴射装置３００から冷却流体３１０が噴射されることによって、局部加熱された切断予定線１ａに沿って微細なガイドクラックが発生されるようにする。このガイドクラックを以下、スクライブライン１ｂと称する。
【００９４】
微細クラックが発生したスクライブライン１ｂに沿って非金属基板１を完全切断するために、スクライブライン１ｂには第２レーザビーム５１０が照射される。この第２レーザビーム５１０は第１レーザビーム２１０及び冷却流体３１０により形成されたスクライブライン１ｂを完全に切断（１ｃ）する役割を有する。
【００９５】
このとき、第１レーザビーム２１０のうち、冷却流体３１０と隣接する端部と第２レーザビーム５１０との間にギャップがないようにすることが望ましいが、これは相当に難しい。これは、冷却流体３１０を吸収する冷却流体吸収装置４００が第１レーザビーム２１０と第２レーザビーム５１０との間に設けられるためである。
【００９６】
このとき、第１レーザビーム２１０と第２レーザビーム５１０との間の間隔は、相当に重要である。本発明の第３実施形態では、望ましい一実施形態として５ｍｍ〜３０ｍｍ程度離隔されるようにすることが望ましい。このとき、５ｍｍ以下の間隔では、冷却流体吸収装置４００と干渉を起こす問題があり、３０ｍｍ以上離隔された状態では第１レーザビーム２１０及び冷却流体３１０により形成されたスクライブライン１ｂが自発的に復元される問題が発生するためである。
【００９７】
ここで、添付された図７から明らかなように、切断速度の側面から見ても第１レーザビーム２１０と第２レーザビーム５１０との間の間隔が５ｍ未満になる場合、最大速度（Ｖmax）に比べ顕著に低下された切断速度を示し、３０ｍｍより大きい場合、最大速度（Ｖmax）に比べやはり顕著に低下された切断速度を有する。
【００９８】
以下、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の方法により液晶表示パネルアセンブリを製造する方法を添付された図９、図１０を参照して、より具体的に説明する。
【００９９】
まず、液晶表示パネルアセンブリを製造する一番目の過程は組立基板９３０を製造する過程から始まる。
【０１００】
図９に図示されたように、透明な基板、例えば、二枚のガラス基板９１０、９２０には各々相異する半導体製造工程によりカラーフィルタ基板部９１５及びＴＦＴ基板部９２５が形成される。次いで、ＴＦＴ基板部９２５とカラーフィルタ基板部９１５が形成されたガラス基板９１０、９２０がアセンブリされることにより、“組立基板９３０”が形成される。
【０１０１】
組立基板９３０で相互に向き合う関係であるカラーフィルタ基板部９１５及びＴＦＴ基板部９２５を以下ＬＣＤ単位セル９３５と称する。このＬＣＤ単位セル９３５は液晶が注入された状態にある。
【０１０２】
一方、図１０に図示されたように、組立基板９３０に形成されたＬＣＤ単位セル９３５のうち、切断される部分に該当する切断予定線９４０、９４５には第１レーザビーム２１０が照射され、切断予定線９４０、９４５を急速加熱する。このとき、第１レーザビーム２１０は楕円形状であり、具体的には第１レーザビーム２１０の長軸：短軸の比率が４０：１〜８０：１になるように調節することにより、最適の条件により切断予定線９４０、９４５が急速加熱されるようにする。
【０１０３】
このように、切断予定線９４０、９４５を急速加熱した状態で切断予定線９４０、９４５には冷却流体３１０が供給され、切断予定線９４０、９４５には急速加熱及び急速冷却によりグルーブ形状を有する切断溝が形成される。以下、切断溝をスクライブラインと称する。
【０１０４】
このように、切断予定線９４０、９４５にスクライブラインが形成された状態で、また噴射された冷却流体３１０が、吸収され除去された状態で、第１レーザビーム２１０の端部から５ｍｍ〜３０ｍｍ離隔された所にはスクライブラインを再加熱する第２レーザビーム５１０が照射される。
【０１０５】
このとき、第２レーザビーム５１０は組立基板９３０を完全切断すると同時に、スコーチ発生を抑制し、ブリッジなどが発生しないようにするために、第２レーザビーム５１０の進行方向の長軸及び長軸と直交する短軸の比が１．１：１〜１０：１になるようにする。これにより、最適の速度及び最高の品質で組立基板９３０からＬＣＤ単位セル９３５を切断しＴＦＴ基板９５７及びカラーフィルタ基板９５５により構成されたＬＣＤパネル９５０を製作する。
【０１０６】
以後、ＬＣＤパネル９５０には駆動モジュール、駆動印刷回路基板９６２、９６６、テープキャリアパッケージ９６４、９６８などがアセンブリされＬＣＤパネルアセンブリ９６０が製作される。
【０１０７】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によると、非金属基板を非接触−非衝撃式切断方式により切断し、切断面品質を向上させ、非定常的の切断を防止し、切断速度を極大化することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による非金属基板切断方法を具現するための非金属基板切断装置を示す概念図である。
【図２】 本発明の一実施形態による非金属基板切断方法を具現するための第1レーザビーム、冷却流体、冷却流体吸収領域、第２レーザビームを示す概念図である。
【図３】 本発明の一実施形態による第１レーザビームの長さによる非金属基板の切断速度を示すグラフである。
【図４】 本発明の一実施形態による第１レーザビームの幅による非金属基板の切断速度を示すグラフである。
【図５】 本発明の一実施形態による第１レーザビームの長さ及び幅の比による非金属基板の切断速度を示すグラフである。
【図６】 本発明の一実施形態により非金属基板の完全切断、スコーチ発生抑制、ブリッジ発生を抑制する第２レーザビームの長さ及び幅領域を示すグラフである。
【図７】 本発明の一実施形態により第１レーザビームと第２レーザビームの離隔距離による切断速度を示すグラフである。
【図８】 本発明の第１レーザビームの他の実施形態である。
【図９】 本発明の一実施形態による液晶表示パネルアセンブリの製作過程を示す工程図である。
【図１０】 本発明の一実施形態による液晶表示パネルアセンブリの製作過程を示す工程図である。
【符号の説明】
１ 非金属基板
１００ 制御装置
２００ 第１レーザビーム照射装置
２１０ 第１レーザビーム
３００ 冷却流体供給装置
４００ 冷却流体吸収装置
５００ 第２レーザビーム照射装置
５１０ 第２レーザビーム
６００ 基板切断モジュール
７００ 移送装置
８００ 非金属基板切断装置
９１５ カラーフィルタ基板部
９２５ ＴＦＴ基板部
９３５ ＬＣＤ単位セル
【発明の属する技術分野】
本発明は、非金属基板の切断方法に関するものであり、より詳細には、非金属基板を急速加熱するためのエネルギー源の形状及び配置を最適化し切断速度の向上及び切断面の品質向上が得られるようにする非金属基板の切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下で頻繁に使用される非金属基板には“シリコン”により製作された“シリコン基板”又は“ガラス”により製作された“ガラス基板”が含まれる。
【０００３】
このように、非金属基板がシリコン基板である場合、シリコン基板は単位面積当りに莫大なデータを貯蔵し、又は、単位時間当たりに莫大なデータを処理する半導体製品の母材料として使用される。
【０００４】
一方、このような非金属基板がガラス基板である場合、ガラス基板はＣＲＴ方式ディスプレー装置に比べ重量及び体積が画期的に減少され、ディスプレー品質はより向上された液晶表示装置の液晶表示パネルを製作する母材料として使用される。
【０００５】
最近、製品生産性を極大化するために、このような非金属基板上に複数個の製品が同時に形成された後、これら製品を個別化する方法が主に使用されている。
【０００６】
例えば、非金属基板がシリコン基板である場合、シリコン基板には複数個の半導体チップが形成された後、個別化されパッケージングされることにより、一つのシリコン基板から多数個の半導体製品が生産される。
【０００７】
一方、非金属基板がガラス基板である場合、ガラス基板には共通的な製造工程により複数個の表示パネル層が形成され、表示パネル層をアセンブリした後、後続工程を経て液晶表示パネルを製作することにより液晶表示パネルの生産効率を極大化することができる。
【０００８】
この時、非金属基板に複数個の製品を同時に形成した状態で、これらを個別化する過程は相当に重要である。これは非金属基板に形成された複数個の製品を個別化する工程が製品生産の殆ど最後段階であるためである。この過程で不良が発生する場合、生産性は相当に大きく低下される。
【０００９】
また、非金属基板から製品を個別化する過程で発生する不良は殆ど改修が不可能であるために、この工程での不良は激しい生産性低下を発生させる。
【００１０】
従来では、非金属基板から製品を個別化するために接触−衝撃式切断方法が使用された。
【００１１】
接触−衝撃式切断方法は具体的には、物理的に非金属基板の表面にスクライブラインを形成した状態で、スクライブラインに衝撃を加えて非金属基板から製品が個別化されるようにする。
【００１２】
これを具現するための装置は、厚さが薄い円板の円周面に切断用ダイアモンドが細かくはめ込まれ、円板の中心に円板の回転装置が設けられたダイアモンドブレード及び非金属基板に軽い衝撃を加える装置が備えられたダイアモンドカッターが使用される。
【００１３】
しかし、このような接触−衝撃式切断方法により非金属基板を切断する方式は、相当に多い問題点を発生させ生産性を大きく低下させる。
【００１４】
具体的には、非金属基板を接触−衝撃式方法により切断する場合、特にガラス基板を接触−衝撃式方法により切断する場合、ガラス基板の予想しない部分が頻繁に切断される問題点を有する。
【００１５】
この問題点の原因はダイアモンドブレードを用いて非金属基板、特にガラス基板にスクライブラインを発生させる過程でスクライブラインの切断面が粗く加工されることにある。
【００１６】
このように、スクライブラインの切断が粗く加工される場合、粗く加工された切断面には応力集中現象が発生し、外部から加えられた小さい応力にも微細クラックが容易に発生する。勿論、この微細クラックは再び加えられた小さい応力、振動又は衝撃により予想しないところに急速に伝播され、結局、ガラス基板が切断されるようにする。
【００１７】
このように、予期せぬ場合に伝播されるクラックがガラス基板に形成された表示パネルに達する場合、表示パネルには修復が不可能である致命的な不良が発生する。
【００１８】
このような問題点以外にも、接触−衝撃式方法により非金属基板を切断する際には、非金属基板を直接加工するために多数の微小破片が発生し、それ用の別の洗浄工程を必要とし、製造工程数が増加される問題点を有する。
【００１９】
これと別に、ダイアモンドブレードなどを通じて非金属基板を切断するためには、非金属基板に最小限ダイアモンドブレードの幅に余裕マージンが加えられた切断面積が保障されなけらばならないが、この切断面積により非金属基板に製品が形成される面積を極大化し難しい問題点を有する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、切断器具との非接触方式により非金属基板が切断されるようにし、非金属基板の切断不良を防止することは勿論、洗浄工程を必要とせず、非金属基板に製品が形成される面積を最大化することができるようにすると同時に、切断速度を極大化させた非金属基板の切断方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節された第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記第１レーザビームの照射経路に沿って第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含み、前記第１レーザビームは前記長軸に関しては対称形状を有し、前記第１レーザビームの前記短軸に関しては非対称形状を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記急速加熱された前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記冷却流体と隣接する前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含み、
前記第１レーザビームは前記長軸に関しては対称形状を有し、前記第１レーザビームの前記短軸に関しては非対称形状を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記急速加熱された前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、 前記冷却流体と隣接する前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含む。
【００２４】
また、本発明の目的を達成するための非金属基板の切断方法は、非金属基板に設定された切断経路上に楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節された第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記冷却流体と隣接した前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ長軸：短軸の比が１．１：１〜１０：１である第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含む。
【００２５】
本発明によると、非金属基板を非接触−非衝撃式方法により切断し、切断面の品質を向上し、非正常的な切断を防止し、切断速度を極大化することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。
【００２７】
まず、本発明の一実施形態による非金属基板の切断は接触−衝撃式方法である従来技術と異なり非接触−非衝撃方法が使用される。
【００２８】
本発明に適用された非金属基板を非接触−非衝撃方法により切断するためには、非金属基板の独特な物理的特性が十分に活用されなければならない。
【００２９】
具体的には、本発明で非金属基板が一実施形態でガラス基板である場合、ガラス基板は熱により加熱されると体積が膨張し、冷却されると体積が収縮するという物理的特性を用いて非金属基板が切断されるようにする。
【００３０】
このとき、非金属基板が切断されるようにするためには、ガラス基板の一部が急速加熱、急速冷却される過程でガラス分子とガラス分子との分子結合力より大きな“熱応力”が加えられるようにすることにより、ガラス基板のガラス分子とガラス分子との間の結合が壊れ形成されたクラックを必要とする。
【００３１】
本発明で使用されるクラックは制御が可能であるか否かにより、肯定的なものにも否定的なものにもなり得る。
【００３２】
否定的な側面でのクラックは、制御が不可能であるクラックを言う。この制御不可能であるクラックは、形成方向の予測が不可能であって、ガラス基板に治癒できない致命的な欠陥である“基板切断による破損”を発生させる。
【００３３】
一方、肯定的な側面でのクラックは、制御可能であるクラックを言う。この制御可能であるクラックは形成方向の正確な予測が可能であって、ガラス基板のうちの所望の部分が選択的に切断されることができるようにする。
【００３４】
図１は、クラックの形成方向の正確な予測が可能であるようにし、ガラス基板の所望の部分を選択的に切断することができるようにする非金属基板切断装置８００を概念的に示す。
【００３５】
図１を参照すると、非金属基板切断装置８００は、基板切断モジュール６００、移送装置７００及び制御装置１００により構成される。
【００３６】
より具体的には、移送装置７００は基板切断モジュール６００又は基板切断モジュール６００により切断される被加工物である非金属基板１のうちのいずれか一方を移送するように設けられる。
【００３７】
このとき、基板切断モジュール６００用に移送装置７００が設けられる場合、非金属基板１が固定された状態で基板切断モジュール６００が移動されつつ非金属基板１の切断を実施する。
【００３８】
これとは逆に、非金属基板１用に移送装置７００が設けられる場合、基板切断モジュール６００が固定された状態で非金属基板１が基板切断モジュール６００に対し移送される。
【００３９】
このような、移送装置７００は非金属基板１が平面上で自由に動ける構成を有する。望ましい一実施形態として、移送装置７００はＸＹ軸方向へ自由に動くＸＹテーブルである。
【００４０】
本発明では、図１に図示されたように一実施形態として、基板切断モジュール６００が固定された状態で移送装置７００が非金属基板１を移送する場合について説明する。
【００４１】
移送装置７００により移送される非金属基板１は基板切断モジュール６００により切断される。
【００４２】
基板切断モジュール６００が非金属基板１を切断するために、基板切断モジュール６００は第１レーザビーム照射装置２００、第２レーザビーム照射装置５００、冷却流体供給装置３００及び冷却流体吸収装置４００により構成される。
【００４３】
ここで、第１レーザビーム照射装置２００では第１レーザビーム２１０が発生され、第２レーザビーム照射装置５００では第２レーザビーム５１０が発生される。これら、第１レーザビーム２１０及び第２レーザビーム５１０は非金属基板１内の相当に小さい面積を急速に加熱するのに適する。
【００４４】
このような、第１レーザビーム照射装置２００と第２レーザビーム照射装置５００との間には、冷却流体３１０を噴射する冷却流体供給装置３００が設けられる。
【００４５】
また、冷却流体供給装置３００と第２レーザビーム照射装置５００との間には、冷却流体供給装置３００で噴射された冷却流体３１０を再び吸収する冷却流体吸収装置４００が設けられる。
【００４６】
第１レーザビーム照射装置２００で発生した第１レーザビーム２１０と冷却流体供給装置３００で供給された冷却流体３１０は、非金属基板１を完全切断するには弱い熱応力を加え、非金属基板１の表面に所定深さを有するようにガイドクラックが発生されるようにする。
【００４７】
また、第２レーザビーム照射装置５００で発生した第２レーザビーム５１０は、ガイドクラックに再び熱応力を加え、非金属基板１がフルカッティング即ち完全切断されるようにする。
【００４８】
このような構成を有する非金属基板切断装置８００及び移送装置７００は、これらの動作を精密に制御する制御装置１００と連結される。
【００４９】
このような、構成を有する非金属基板切断装置８００の生産性は、第１レーザビーム２１０の形状、第２レーザビーム５１０の形状及び第１レーザビーム２１０及び第２レーザビーム５１０の離隔距離などにより相当に多くの影響を受ける。
【００５０】
以下、図１に図示された非金属基板切断装置８００で発生された第１レーザビーム２１０、第２レーザビーム５１０及び第１レーザビーム２１０及び第２レーザビーム５１０の離隔間隔の最適化により、切断品質及び切断速度を向上させるための実施形態を説明する。
【００５１】
〈実施形態１〉
非金属基板切断装置８００により非金属基板１を切断するためにまず、図１に図示された制御装置１００は移送装置７００に制御命令を送信し、移送装置７００が非金属基板１の切断予定線が指定された位置に位置するようにする。
【００５２】
次いで、制御装置１００は、第１レーザビーム照射装置２００に制御命令を送信し、第１レーザビーム照射装置２００から第１レーザビーム２１０が非金属基板１の切断予定線に正確に射出されるようにする。
【００５３】
この時、第１レーザビーム２１０は非金属基板１にフルカッティングのためのガイドクラックが形成されるように非金属基板１を局部的に予熱する役割を有する。
【００５４】
この時、非金属基板１の切断速度をさらに速くするためには、第１レーザビーム２１０が有するエネルギーを効率的に非金属基板１に伝達するようにしなければならない。
【００５５】
この時、第１レーザビーム２１０が速い時間内に非金属基板１の切断予定線温度を指定された温度に到達するようにする要因には、第１レーザビーム２１０の形状が大きな比重を占める。
【００５６】
これは、第１レーザビーム２１０の形状により非金属基板１の切断速度に差ができることを意味する。
【００５７】
具体的には、第１レーザビーム２１０の長軸の長さをＳL、第１レーザビーム２１０の短軸の長さをＳW、第１レーザビーム２１０のパワーをＰ、第１レーザビーム２１０の速度をＶとした場合、第１レーザビーム２１０により上昇された最終温度Ｔ（ｆ）は次の式１により定まる。
Ｔ（ｆ）∝Ｐ／（ＳW×Ｖ） （１）
【００５８】
ここで、式１によると、理論的には第１レーザビーム２１０の長さＳLは第１レーザビーム２１０により上昇された非金属基板１の最終温度Ｔ（ｆ）にどんな影響も及ぼさないことを示す。
【００５９】
理論的には、これは第１レーザビーム２１０の幅ＳW、速度Ｖ及びパワーＰが一定の状態で第１レーザビーム２１０の長さＳLのみ調節する場合、第１レーザビーム２１０が短いか長いかに関係なしに、第１レーザビーム２１０が通過した経路に加えられた全体エネルギーの和が全て同一であるためである。
【００６０】
しかし、実際工程においては理論とは異なり式１は正確に適用され難しい。これは式１では、実際工程中に発生する非金属基板での熱損失、放出される熱などが考慮されていないためである。
【００６１】
これらを考慮すると、第１レーザビーム２１０の幅は勿論、第１レーザビーム２１０の長さにより第１レーザビーム２１０の最終温度Ｔ（ｆ）が影響を受け、これにより非金属基板１の切断速度が影響を受ける。
【００６２】
具体的には、以下、テスト結果を参照しこれを説明する。添付された図３に図示されたように一実施形態として、第１レーザビーム２１０の短軸の長さが一定であるようにした状態で第１レーザビーム２１０の長軸長さを望ましくは、３０ｍｍ以上及び８０ｍｍ以下で調節することにより、図３に図示されたように最大切断速度（Ｖmax）を得ることができる。
【００６３】
このとき、切断条件は第１レーザビーム２１０にＣＯ2レーザビームが使用され、第１レーザビーム２１０のパワーは５０Ｗから２５０Ｗであり、非金属基板１は０．７ｍｍの厚さを有するＴＦＴ基板と０．７ｍｍの厚さを有するカラーフィルタ基板を接合したＬＣＤ基板が使用される。
【００６４】
このとき、第１レーザビーム２１０の長軸の長さが３０ｍｍ未満である場合、図３に図示されたように切断速度が最大切断速度（Ｖmax）に比べ顕著に低下する傾向を示す。
【００６５】
これは非金属基板１に照射される第１レーザビーム２１０のエネルギー密度が高すぎる場合、集中されたエネルギーにより非金属基板１の表面にはバーニング（焼け）又はチッピング（微小切り欠き）が発生し、この過程でエネルギーの一部が非金属基板１を加熱せず損失されるためである。
【００６６】
また、第１レーザビーム２１０の長軸の長さが８０ｍｍより大きい場合、図３に示したように該当切断速度は最高切断速度（Ｖmax）に比べ顕著に低下する傾向を示す。
【００６７】
一方、図４には第１レーザビーム２１０の長軸の長さを一定にした状態で、第１レーザビーム２１０の幅変化による非金属基板１の切断速度と関連したシミュレーション結果が図示されている。
【００６８】
シミュレーション結果によると、一実施形態として第１レーザビーム２１０の短軸の長さが０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下で非金属基板１の最高切断速度（Ｖmax）を得ることができる。
【００６９】
このとき、第１レーザビーム２１０の短軸の長さが０．５ｍｍ未満である場合、非金属基板１に部分的に切断が行われない部分が発生される。これと共に、非金属基板１表面に過渡なエネルギーが加えられ表面が熱により焦げるスコーチング現象が発生し、切断面品質不良と共に切断速度が最高切断速度（Ｖmax）に比べ大きく低下される問題点を有する。
【００７０】
また、第１レーザビームの短軸の長さが２ｍｍ以上である場合、エネルギー密度が顕著に低下され、やはり最高切断速度（Ｖmax）に比べ切断速度が顕著に低下される問題点と共に切断面がウェーブ状に切断され切断面品質低下が発生する問題点を有する。
【００７１】
図５に示したように、第１レーザビーム２１０の長軸の長さと第１レーザビーム２１０の短軸の長さの比が一実施形態として４０：１〜８０：１（長軸：短軸）になるようにしたとき、非金属基板１を最高切断速度（Ｖmax）で切断できかつ精密である切断面品質を得ることができる。
【００７２】
さらに、第１レーザビーム２１０の形状変更により非金属基板１の切断速度を極大化することができる。
【００７３】
添付された図８に図示された第１レーザビーム２２０の形状は、図２に図示された第１レーザビーム２１０の形状と相異する。まず、図２に図示された第１レーザビーム２１０は長軸を基準に左右対称あり、短軸を基準に左右対称であるが、図８に図示された第１レーザビーム２２０は長軸（ＳL1）を基準には対称形状であるが、長軸（ＳL1）の１／２の位置に形成された短軸を基準には非対称形状を有する。
【００７４】
このとき、第１レーザビーム２２０を、短軸を基準に２区画に分けた状態で、分けられた第１レーザビーム２２０の進行方向を基準に、前方に位置した第１レーザビーム部分２２０ａの面積が後方に位置した第１レーザビーム部分２２０ｂの面積に比べ大きくなるようにする。
【００７５】
図８に図示されたように、短軸を基準に左右非対称である第１レーザビーム２２０は第１レーザビーム照射装置２００で発生された第１レーザビームが凸レンズ及び凹レンズにより構成されたレンズグループを通過するとき、レンズグループの焦点中心から一側にオフセットされたところを通過することにより得られる。
【００７６】
一方、図２を参照すると、第１レーザビーム２１０により急速過熱された切断予定線１ａには、図１及び図２又は図８に図示されたように、冷却流体供給装置３００で供給された冷却流体３１０が供給される。これにより、急速加熱された切断予定線１ａには相当に大きな熱応力が加えられる。このように、切断予定線１ａに加えられた熱応力により非金属基板１の表面から所定深さを有するガイドクラックが発生される。以下、このガイドクラックをスクライブライン１ｂと称する。
【００７７】
以後、スクライブライン１ｂが形成される過程で切断予定線１ａに噴射された冷却流体３１０は、再び、図１に示された冷却流体吸収装置４００に完全に吸収される。
【００７８】
このように、冷却流体３１０を再吸収するのは、第一に、非金属基板切断装置８００の周辺汚染を防止するためのものである。第二に、冷却流体３１０が付着している非金属基板１に第２レーザビーム５１０が照射される間における第２レーザビーム５１０の冷却流体３１０から受ける散乱によるエネルギー損失を最小化するためのものである。第三に、第２レーザビーム５１０が冷却流体３１０を加熱することによる非金属基板１に加えられる熱の損失を最小化するためのものである。
【００７９】
続いて、第２レーザビーム５１０が図２に図示されたように、スクライブライン１ｃに照射されることにより、スクライブライン１ｃの両側で熱による体積膨張が発生し、スクライブライン１ｃに過度の応力が発生する。これにより、スクライブライン１ｃからは応力によりクラックが伝播するが、クラックの伝播方向は非金属基板１が完全切断されるようにする方向を有する。
【００８０】
〈実施形態２〉
以下、非金属基板を切断する方法を具現するための第２実施形態を説明する。
【００８１】
第２実施形態により非金属基板１を切断するためには、図１又は図２に図示されたように、まず、非金属基板１の切断予定線１ａに第１レーザビーム照射装置２００で発生された第１レーザビーム２１０を照射し、切断予定線１ａを局部的に急速加熱する。
【００８２】
続いて、急速加熱された切断予定線１ａには、冷却流体噴射装置３００で噴射された冷却流体３１０が噴射されるにつれて、局部加熱された切断予定線１ａに沿って微細なガイドクラックが発生されるようにする。このガイドクラックを以下、スクライブライン１ｂと称する。
【００８３】
微細クラックが発生したスクライブライン１ｂに沿って非金属基板１を完全切断するために、スクライブライン１ｂには第２レーザビーム５１０が照射される。この第２レーザビーム５１０は第１レーザビーム２１０及び冷却流体３１０により形成されたスクライブライン１ｂを完全に切断１ｃするようにする役割を有する。
【００８４】
この時、第２レーザビーム５１０はスクライブライン１ｂを完全に切断するために第１レーザビーム２１０に比べ高いパワーが要求される。一実施形態として、第２レーザビーム５１０は２００Ｗ〜５００Ｗ程度のパワーが要求される。
【００８５】
このような役割を有する第２レーザビーム５１０は、本発明の実施形態２ではスクライブライン１ｂ方向に長軸が形成された楕円形状を有する。以下、切断予定線１ａを基準に切断予定線１ａと平行な方向へ延びた軸を長軸（ＢL）と称し、切断予定線１ａと垂直な方向へ延びた軸を短軸（ＢW）と称する。
【００８６】
上記条件のもと、第２レーザビーム５１０の形状により非金属基板１の完全切断の可否、スコーチの存否及びブリッジ（切断個所の不連続）の存否などが判別された。
【００８７】
図２又は図６を参照すれば、第２レーザビーム５１０の長軸方向長さが４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、第２レーザビーム５１０の短軸方向長さが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるところで非金属基板１が完全に切断され、スコーチが発生せず、ブリッジが発生しないことが確認できた。
【００８８】
このとき、第２レーザビーム５１０の長軸長さが一定の状態で、短軸の長さが短くなる場合、ブリッジは発生しないが、完全切断が難しく、スコーチが発生し易い。
【００８９】
逆に、第２レーザビーム５１０の長軸長さが一定の状態で短軸の長さが増加される場合、完全切断が可能でありスコーチは発生しないが、ブリッジが発生する問題点を有する。
【００９０】
このような理由で、長軸と短軸の比率は１．１：１〜１０：１程度になるようにし、完全切断特性が得られ、スコーチが発生せず、ブリッジが発生しないようにする。
【００９１】
〈実施形態３〉
以下、非金属基板の切断方法を具現するための第３実施形態を説明する。
【００９２】
実施形態３により、非金属基板１を切断するためには、まず、図２に図示されたように非金属基板１の切断予定線１ａに第１レーザビーム照射装置２００で発生された第１レーザビーム２１０を照射し切断予定線１ａを局部的に急速加熱する。
【００９３】
続いて、急速加熱された切断予定線１ａには、冷却流体噴射装置３００から冷却流体３１０が噴射されることによって、局部加熱された切断予定線１ａに沿って微細なガイドクラックが発生されるようにする。このガイドクラックを以下、スクライブライン１ｂと称する。
【００９４】
微細クラックが発生したスクライブライン１ｂに沿って非金属基板１を完全切断するために、スクライブライン１ｂには第２レーザビーム５１０が照射される。この第２レーザビーム５１０は第１レーザビーム２１０及び冷却流体３１０により形成されたスクライブライン１ｂを完全に切断（１ｃ）する役割を有する。
【００９５】
このとき、第１レーザビーム２１０のうち、冷却流体３１０と隣接する端部と第２レーザビーム５１０との間にギャップがないようにすることが望ましいが、これは相当に難しい。これは、冷却流体３１０を吸収する冷却流体吸収装置４００が第１レーザビーム２１０と第２レーザビーム５１０との間に設けられるためである。
【００９６】
このとき、第１レーザビーム２１０と第２レーザビーム５１０との間の間隔は、相当に重要である。本発明の第３実施形態では、望ましい一実施形態として５ｍｍ〜３０ｍｍ程度離隔されるようにすることが望ましい。このとき、５ｍｍ以下の間隔では、冷却流体吸収装置４００と干渉を起こす問題があり、３０ｍｍ以上離隔された状態では第１レーザビーム２１０及び冷却流体３１０により形成されたスクライブライン１ｂが自発的に復元される問題が発生するためである。
【００９７】
ここで、添付された図７から明らかなように、切断速度の側面から見ても第１レーザビーム２１０と第２レーザビーム５１０との間の間隔が５ｍ未満になる場合、最大速度（Ｖmax）に比べ顕著に低下された切断速度を示し、３０ｍｍより大きい場合、最大速度（Ｖmax）に比べやはり顕著に低下された切断速度を有する。
【００９８】
以下、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の方法により液晶表示パネルアセンブリを製造する方法を添付された図９、図１０を参照して、より具体的に説明する。
【００９９】
まず、液晶表示パネルアセンブリを製造する一番目の過程は組立基板９３０を製造する過程から始まる。
【０１００】
図９に図示されたように、透明な基板、例えば、二枚のガラス基板９１０、９２０には各々相異する半導体製造工程によりカラーフィルタ基板部９１５及びＴＦＴ基板部９２５が形成される。次いで、ＴＦＴ基板部９２５とカラーフィルタ基板部９１５が形成されたガラス基板９１０、９２０がアセンブリされることにより、“組立基板９３０”が形成される。
【０１０１】
組立基板９３０で相互に向き合う関係であるカラーフィルタ基板部９１５及びＴＦＴ基板部９２５を以下ＬＣＤ単位セル９３５と称する。このＬＣＤ単位セル９３５は液晶が注入された状態にある。
【０１０２】
一方、図１０に図示されたように、組立基板９３０に形成されたＬＣＤ単位セル９３５のうち、切断される部分に該当する切断予定線９４０、９４５には第１レーザビーム２１０が照射され、切断予定線９４０、９４５を急速加熱する。このとき、第１レーザビーム２１０は楕円形状であり、具体的には第１レーザビーム２１０の長軸：短軸の比率が４０：１〜８０：１になるように調節することにより、最適の条件により切断予定線９４０、９４５が急速加熱されるようにする。
【０１０３】
このように、切断予定線９４０、９４５を急速加熱した状態で切断予定線９４０、９４５には冷却流体３１０が供給され、切断予定線９４０、９４５には急速加熱及び急速冷却によりグルーブ形状を有する切断溝が形成される。以下、切断溝をスクライブラインと称する。
【０１０４】
このように、切断予定線９４０、９４５にスクライブラインが形成された状態で、また噴射された冷却流体３１０が、吸収され除去された状態で、第１レーザビーム２１０の端部から５ｍｍ〜３０ｍｍ離隔された所にはスクライブラインを再加熱する第２レーザビーム５１０が照射される。
【０１０５】
このとき、第２レーザビーム５１０は組立基板９３０を完全切断すると同時に、スコーチ発生を抑制し、ブリッジなどが発生しないようにするために、第２レーザビーム５１０の進行方向の長軸及び長軸と直交する短軸の比が１．１：１〜１０：１になるようにする。これにより、最適の速度及び最高の品質で組立基板９３０からＬＣＤ単位セル９３５を切断しＴＦＴ基板９５７及びカラーフィルタ基板９５５により構成されたＬＣＤパネル９５０を製作する。
【０１０６】
以後、ＬＣＤパネル９５０には駆動モジュール、駆動印刷回路基板９６２、９６６、テープキャリアパッケージ９６４、９６８などがアセンブリされＬＣＤパネルアセンブリ９６０が製作される。
【０１０７】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によると、非金属基板を非接触−非衝撃式切断方式により切断し、切断面品質を向上させ、非定常的の切断を防止し、切断速度を極大化することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による非金属基板切断方法を具現するための非金属基板切断装置を示す概念図である。
【図２】 本発明の一実施形態による非金属基板切断方法を具現するための第1レーザビーム、冷却流体、冷却流体吸収領域、第２レーザビームを示す概念図である。
【図３】 本発明の一実施形態による第１レーザビームの長さによる非金属基板の切断速度を示すグラフである。
【図４】 本発明の一実施形態による第１レーザビームの幅による非金属基板の切断速度を示すグラフである。
【図５】 本発明の一実施形態による第１レーザビームの長さ及び幅の比による非金属基板の切断速度を示すグラフである。
【図６】 本発明の一実施形態により非金属基板の完全切断、スコーチ発生抑制、ブリッジ発生を抑制する第２レーザビームの長さ及び幅領域を示すグラフである。
【図７】 本発明の一実施形態により第１レーザビームと第２レーザビームの離隔距離による切断速度を示すグラフである。
【図８】 本発明の第１レーザビームの他の実施形態である。
【図９】 本発明の一実施形態による液晶表示パネルアセンブリの製作過程を示す工程図である。
【図１０】 本発明の一実施形態による液晶表示パネルアセンブリの製作過程を示す工程図である。
【符号の説明】
１ 非金属基板
１００ 制御装置
２００ 第１レーザビーム照射装置
２１０ 第１レーザビーム
３００ 冷却流体供給装置
４００ 冷却流体吸収装置
５００ 第２レーザビーム照射装置
５１０ 第２レーザビーム
６００ 基板切断モジュール
７００ 移送装置
８００ 非金属基板切断装置
９１５ カラーフィルタ基板部
９２５ ＴＦＴ基板部
９３５ ＬＣＤ単位セル
Claims (12)
- 非金属基板に設定された切断経路上に楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節された第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記第１レーザビームの照射経路に沿って第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含み、
前記第１レーザビームは前記長軸に関しては対称形状を有し、前記第１レーザビームの前記短軸に関しては非対称形状を有することを特徴とする非金属基板の切断方法。 - 前記第１レーザビームの進行方向で見て前記短軸を基準に前記第１レーザビームの前方領域の面積が後方領域の面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の非金属基板の切断方法。
- 前記短軸の長さは０．５〜２ｍｍであり、前記長軸の長さは３０〜８０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の非金属基板の切断方法。
- 非金属基板に設定された切断経路上に第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記第１レーザビームの照射経路に沿って長軸：短軸の比が１．１：１〜１０：１である第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含むことを特徴とする非金属基板の切断方法。
- 前記第１レーザビームは、楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節されることを特徴とする請求項４に記載の非金属基板の切断方法。
- 前記第２レーザビームの前記短軸の長さは３〜１０ｍｍであり、前記長軸の長さは４〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の非金属基板の切断方法。
- 非金属基板に設定された切断経路上に第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記急速加熱された前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記冷却流体と隣接する前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含み、
前記第１レーザビームは前記長軸に関しては対称形状を有し、前記第１レーザビームの前記短軸に関しては非対称形状を有することを特徴とする非金属基板の切断方法。 - 前記第１レーザビームは、楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節されることを特徴とする請求項７に記載の非金属基板の切断方法。
- 前記第１レーザビームはＣＯ２レーザビームであり５０Ｗ〜２５０Ｗのパワーを有し、前記第２レーザビームはＣＯ２レーザビームであり２００Ｗ〜５００Ｗのパワーを有することを特徴とする請求項７に記載の非金属基板の切断方法。
- 前記冷却流体と隣接する前記第１レーザビームの端部と前記第２レーザビームの離隔距離は、前記第１レーザビームの長さより短いことを特徴とする請求項７に記載の非金属基板の切断方法。
- 前記非金属基板はガラス基板またはシリコン基板であることを特徴とする請求項７に記載の非金属基板の切断方法。
- 非金属基板に設定された切断経路上に楕円形状であって長軸：短軸の比が４０：１〜８０：１の間で調節された第１レーザビームを照射し前記切断経路を急速加熱する段階と、前記切断経路上に冷却流体を噴射しそれによる熱衝撃により前記非金属基板の表面から溝形態でスクライブラインを形成する段階と、前記冷却流体と隣接する前記第１レーザビームの端部と５〜３０ｍｍ離隔されたところへ長軸：短軸の比が１．１：１〜１０：１である第２レーザビームを照射し、前記非金属基板を切断する段階とを含むことを特徴とする非金属基板の切断方法。
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