KR100514095B1 - 레이저 커팅설비 및 이를 이용한 커팅 경로 보정 방법 - Google Patents

레이저 커팅설비 및 이를 이용한 커팅 경로 보정 방법 Download PDF

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Abstract

커팅용 레이저 빔의 파장을 가시광선 대역의 파장으로 변조하여 지시용 레이저 빔을 발생시키는 광 변조 장치를 레이저 커팅 설비에 추가로 설치하여 지시용 레이저 빔이 커팅용 레이저 빔과 동일선상에서 커팅용 레이저 빔을 뒤따라가게 한다.
또한, 얼라인용 레이저 빔이 출력되는 얼라인 장치를 레이저 커팅 설비에 추가로 설치하여 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인에 대하여 소정 각도만큼 틀어질 경우 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔이 틀어진 각도를 측정하여 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔을 자동적으로 얼라인시켜 준다.
그러므로, 지시용 레이저 빔을 통해 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인을 따라 일직선으로 진행되는 지를 작업자가 육안으로 확인할 수 있어 지속적으로 커팅 불량으로 인해 제품의 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 설비 가동시간을 증가시킬 수 있어 제품의 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

레이저 커팅 설비 및 이를 이용한 커팅 경로 보정 방법
본 발명은 레이저 커팅 설비에 관한 것으로, 커팅용 레이저 빔과 동일선상에 지시용 레이저 빔이 조사되도록 광 변조 장치를 레이저 커팅 설비에 추가로 설치하여 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인을 따라 일직선으로 진행하는 지를 육안으로 식별하여 커팅 불량을 최소화한 레이저 커팅 설비에 관한 것이다.
또한, 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인에 대하여 소정 각도만큼 틀어지면, 기준이 되는 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔이 틀어진 각도를 측정한 후 커팅용 레이저 빔의 이동 경로를 보정하여 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔을 일치시킨 커팅 경로 보정 방법에 관한 것이다.
최근 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 가지고 있어 CRT(Cathode Ray Tube)의 대체품으로 각광을 받고 있는 LCD 모듈(Liquid Crystal Display module)은 LCD 패널 내부에 주입된 액정 물질의 전기 광학적 성질을 이용한 평판 표시 장치이다.
정보를 표시하는 LCD 패널은 크게 TFT 기판과, TFT 기판과 마주보도록 부착되는 칼라필터 기판과, TFT 기판과 칼라필터 기판 사이에 주입되는 액정으로 구성되는데, LCD 패널을 구성하는 FTF 기판과 칼라필터 기판은 예를 들어, 6 장의 LCD 단위 셀이 동시에 형성되는 두 장의 대형 유리 모 기판에 형성된다.
두 장의 유리 모 기판 중 TFT 기판들이 형성되는 유리 모 기판에는 복수개의 데이터 라인들과 데이터 라인들이 서로 교차되도록 형성되고, 게이트 라인 및 데이터 라인들의 각 교점에는 TFT(Thin Film Transistor) 소자들이 형성되며, 교차영역에는 TFT 소자에서 인가된 전기적 신호에 따라 온/오프(on/off)되는 화소전극들이 형성된다.
또한, 칼라필터 기판들이 형성되는 유리 모 기판에는 게이트 라인과 데이터 라인 및 박막트랜지스터 소자들을 가리기 위한 블랙매트릭스, TFT 기판의 화소전극과 대응되는 위치에 형성된 칼라필터 패턴 및 상부 전극인 공통전극이 형성된다.
이와 같이 두장의 유리 모 기판에 TFT 기판 및 칼라필터 기판이 형성되면, TFT 기판들이 형성된 유리 모 기판과, 칼라필터 기판들이 형성된 유리 모 기판을 얼라인시켜 부착한 후 두 장의 유리 모 기판을 절단하여 LCD 단위 셀을 개별화시키고, 칼라필터 기판과 TFT 기판의 사이에 액정을 주입한다.
여기서, 유리 모 기판으로부터 LCD 단위 셀을 정확히 절단하기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 유리 모 기판(1)에 형성된 LCD 단위 셀(10)의 각 모서리에 커팅 키(20)를 형성한다. 그리고, 커팅 키(20)로 인해 형성된 스크라이브 라인(25)을 따라서 경도가 높은 다이아몬드 커터로 유리 모 기판(1)에 소정 깊이를 갖는 예비 절단 홈을 형성한 후 유리 모 기판(1)에 충격을 가하여 유리 모 기판(1)에서 LCD 단위 셀 A∼F(10)를 절단한다.
그러나, 다이아몬드 커터에 의하여 예비 절단된 LCD 단위 셀(10)의 절단면에는 날카로운 요철들이 형성되고, 요철이 심하게 형성된 부분에 높은 응력(stress)이 걸리게 됨으로써, 유리 모 기판(1)에 충격이 가해지면 예비 절단 홈을 따라 LCD 단위 셀(10)이 절단되지 않고 높은 응력이 걸려 있는 부분을 따라 LCD 단위 셀(10)이 절단되는 불량이 발생된다.
이러한, 문제를 극복하기 위해서 최근에는 도 2에 도시된 바와 같이 레이저 커팅 설비(100)를 이용하여 유리 모 기판(1)으로부터 LCD 단위 셀(10; 도 1 참조)을 매끄럽게 절단하는 기술이 도입되고 있다.
레이저 커팅 설비를 이용하여 LCD 단위 셀을 절단하는 과정에 대해 개략적으로 언급하면 다음과 같다.
먼저, 가열장치(120)의 소정영역에 설치된 프리 스크라이버(170)가 유리 모 기판(1) 쪽으로 회동하여 스크라이브 라인(20; 도 2 참조) 중 레이저 절단이 개시될 부분에 절단 홈(미도시)을 형성한다.
이후, 레이저 발진 유닛(122)에서 발진되어 포커싱 렌즈 하우징(128)의 취출구로 출력된 커팅용 레이저 빔(130)은 절단 홈을 시작으로 스크라이브 라인(20)을 따라 유리 모 기판(1)을 높은 온도로 급속하게 가열시키고, 포커싱 렌즈 하우징(128)의 후단에 설치된 냉각장치(140)에서 냉각 유체(146)를 분사하여 높은 온도로 가열된 유리 모 기판(1)을 급속 냉각시킨다.
이때, 유리 모 기판의 열 팽창과 수축으로 인해 발생된 열응력에 의해 비정질 유리 분자 구조가 깨지므로 LCD 단위 셀(10)이 스크라이브 라인(20)을 따라 유리 모 기판(1)에서 매끄럽게 절단된다.
그러나, 앞에서 설명한 유리 모 기판 커팅공정은 커팅용 레이저 빔의 파워로 인해 암실 챔버에서 진행되고, 파장이 1300㎚ 정도인 적외선 영역대의 커팅용 레이저 빔을 이용하여 커팅공정을 진행하기 때문에 작업자는 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인을 따라 일직선으로 전진하는 지를 육안으로 확인할 수 없다.
이는, 커팅용 레이저 빔의 진행 방향에 따라 크랙이 전파되기 때문에 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인에서 LCD 단위 셀 안쪽으로 틀어질 경우 크랙도 LCD 단위 셀 안쪽으로 전파되므로 유리 모 기판에서 절단된 LCD 단위 셀 전부가 불량으로 판정되는 문제점이 있다.
이러한, 커팅 불량은 한 장의 유리 모 기판에서 끝나는 것이 아니라 후속으로 커팅 공정이 진행되는 수십장 또는 수백장의 유리 모 기판에서 커팅 불량이 직속적으로 발생될 수 있으므로 대량의 LCD 단위 셀이 불량으로 판정된다는 더 큰 문제점을 가지고 있다.
이는, 레이저 커팅이 완료된 후 챔버에서 나온 유리 모 기판의 커팅 상태를 작업자가 일일이 확인하는 것이 불가능하기 때문이다.
다른 문제점으로, 작업자가 커팅 불량을 인지했을 경우 유리 모 기판에 형성된 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔을 얼라인시키는데 많은 시간이 소요되기 때문에 제품의 생산성이 저하된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 유리 기판을 절단하는 커팅용 레이저 빔의 진행 경로를 육안으로 식별하여 스크라이브 라인에서 커팅용 레이저 빔이 이탈되는 지를 작업자가 용이하게 확인할 수 있게 하여 LCD 단위 셀에 지속적인 불량이 발생되는 것을 방지하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 커팅용 레이저 빔의 진행 경로를 육안으로 식별함과 동시에 스크라이브 라인에서 커팅용 레이저 빔이 이탈하면 커팅용 레이저 빔의 이동 경로를 보정하여 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔을 얼라인시켜 LCD 단위 셀에 지속적인 불량이 발생되는 것과 제품의 생산성을 향상시키는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해 질 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 가열장치에서 출사된 커팅용 레이저 빔의 일부는 투과시키고 일부는 반사시킨 후 반사된 커팅용 레이저 빔을 가시광선 대역의 파장으로 변조시켜 커팅용 레이저 빔의 경로를 인지시키는 광 변조부를 가열장치의 포커싱 렌즈 하우징의 하부에 설치한다.
일예로, 광 변조부는 가열장치에서 출사된 커팅용 레이저 빔의 일부는 그대로 투과시키고 나머지 일부는 반사시키는 빔 스플리터와, 가열장치 진행방향을 기준으로 빔 스플리터의 후단에 설치되어 빔 스플리터에서 반사된 커팅용 레이저 빔의 파장을 가시광선 대역의 파장으로 변조하여 지시용 레이저 빔을 발생시키는 광 변조부와, 광 변조부의 후단에 소정 기울기를 가지고 설치되어 지시용 레이저 빔을 스크라이브 라인으로 반사시키는 반사경으로 구성된다.
바람직하게, 커팅용 레이저 빔과 지시용 레이저 빔은 동일선상에 조사되고, 지시용 레이저 빔은 커팅용 레이저 빔의 뒤쪽에 위치한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 가열장치의 진행 방향을 기준으로 냉각장치의 후단에는 유리 기판 상에 발생된 크랙에 얼라인용 레이저 빔을 조사하는 얼라인 장치가 설치되고, 얼라인 장치의 소정영역에는 크랙의 입사면에서 반사된 얼라인용 레이저 빔을 수광하여 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인을 이탈했는지를 감지하는 감지부가 설치된다.
일예로, 얼라인 장치는 얼라인용 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진 유닛과, 레이저 발진 유닛의 전면에 설치되어 얼라인용 레이저 빔을 굴절시키는 굴절 렌즈부와, 굴절 렌즈부의 하부에 설치되어 굴절된 얼라인용 레이저 빔의 초점을 조정하는 포커싱 렌즈군과, 포커싱 렌즈군의 외부를 감싸는 포커싱 렌즈 하우징으로 구성된다.
바람직하게, 감지부는 크랙의 입사면에서 반사된 얼라인용 레이저 빔의 광량을 검출하는 광량 검출센서이다.
한편, 커팅용 레이저 빔과 냉각 유체를 이용하여 유리 기판의 스크라이브 라인에 크랙을 발생시키고, 크랙에 얼라인용 레이저 빔을 조사한 다음 크랙에서 반사된 얼라인용 레이저 빔의 광량을 빛의 세기로 환산하여 기 입력된 빛의 세기와 비교하고, 판단 결과 기 입력된 빛의 세기와 환산된 빛의 세기가 서로 다를 경우 스크라이브 라인에 대하여 커팅용 레이저 빔이 틀어진 각도를 측정한 후 이송부의 위치를 조절하고, 이송부가 이송된 후 크랙에서 반사된 얼라인용 레이저 빔의 광량을 빛의 세기로 환산하고 환산된 빛의 세기와 기 입력된 빛의 세기를 비교하여 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인과 얼라인되었는 지를 판단하며, 판단결과 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔이 일치되었으면 절단 공정을 진행한다.
이하 본 발명에 의한 레이저 커팅 설비 커팅용 레이저 빔의 이동경로 확인 방법 및 레이저 빔의 이동경로 보정방법을 첨부된 도면 도 3내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
<제 1 실시예>
도 4에 도시된 바와 같이 챔버(300) 내부에 설치된 레이저 커팅 설비(200)는 유리 모 기판(1)의 X-Y축 평면을 따라 이동하는 이송장치(210)와, 유리 모 기판(1)의 커팅 키로 인해 형성된 스크라이브 라인(20)을 급속 가열하는 가열장치(220)와, 커팅용 레이저 빔(230)의 이동 경로를 육안으로 확인하도록 지시용 레이저 빔(235)을 발생시키는 광 변조 장치(250)와, 급속 가열된 유리 모 기판(1)을 급속 냉각시키는 냉각장치(240)와, 유리 모 기판(1)의 일단과 타단 소정영역에 홈을 형성하는 프리 스크라이버(260)로 구성된다.
여기서, 챔버(300)의 외측벽에는 가시광선인 지시용 레이저 빔(235)을 통해 커팅용 레이저 빔(230)의 이동경로를 작업자가 관찰할 수 있도록 윈도우(310)가 설치된다.
또한, 이송 장치(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 유리 모 기판(1)의 상부로부터 일정 간격 이격되어 설치되는 것으로, 유리 모 기판(1)의 X 축 방향으로만 구동되는 X축 이송 플레이트(212)와, X축 플레이트(212)에 의해 유리 모 기판의 X축으로 이동되고 가열장치(220)를 Y 축 방향으로 이동시키는 Y축 이송 플레이트(214)로 구성된다.
바람직하게, 앞에서 설명한 X축 플레이트(212)와 Y축 플레이트(214)를 별도로 설치하지 않고 가열장치(220)를 기준으로 유리 모 기판(1)이 놓여지는 스테이지(도시 안됨)를 X, Y축으로 이동시켜주어도 무방하다.
가열장치(220)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 Y축 이송 플레이트(214)의 상부면에 설치되어 커팅용 레이저 빔(230)을 발진시키는 레이저 발진 유닛(222)과, 레이저 발진 유닛(222)의 전면에 설치되어 커팅용 레이저 빔(230)의 주사 방향을 굴절시키는 굴절 렌즈부(224)와, 굴절 렌즈부(224)의 하부에 설치되어 굴절된 커팅용 레이저 빔(230)의 초점을 조정하는 포커싱 렌즈군(226;도 4참조)과, 포커싱 렌즈군(226)을 감싸고 굴절 렌즈부(224)와 연통된 포커싱 렌즈 하우징(228)으로 구성된다.
바람직하게, 레이저 발진 유닛(222)에서 발진되어 포커싱 렌즈 하우징(228)의 취출구(227;도 4 참조)로 출사된 커팅용 레이저 빔(230)은 발진 파장(λ)이 1300㎚인 적외선이고, 50∼250(W) 정도의 고출력을 갖는 야그 레이저 빔이거나, CO2 레이저 빔이다.
한편, 본 발명에 의한 광 변조 장치(250)는 커팅용 레이저 빔(230)이 출사되는 포커싱 렌즈 하우징(228)의 하부에 설치되는 것으로, 외함(260)과, 외함(260)을 Y축 플레이트(214)에 고정시켜주는 지지부(265)와, 외함(260) 내부에 설치되고 적외선 대역의 파장을 갖는 커팅용 레이저 빔(230)을 가시광선 대역의 파장으로 변환시켜 커팅용 레이저 빔(230)의 이동 경로를 알 수 있도록 지시용 레이저 빔(235)을 생성시키는 빔 스플리터(beam splitter; 252), 광 변조부(254) 및 반사경(256)으로 구성된다.
도 4를 참조하여 이를 좀더 상세히 설명하면, 빔 스플리터(252)는 커팅용 레이저 빔(230)이 출사되는 위치와 대응되는 부분에 설치된 것으로, 한면이 경사지게 절단된 2개의 직각 프리즘의 경사면이 서로 접하도록 배치하고, 2 개의 직각 프리즘 중 하나의 경사면에 편광판을 부착하여 입사면 대하여 평행한 광성분은 그대로 투과시키고, 입사면 대하여 수직인 광성분은 90°반사시킨다.
또한, 광 변조부(254)는 가열장치(220) 진행방향을 기준으로 빔 스플리터(252)의 후단에 빔 스플리터(252)와 평행이 되도록 설치되는 것으로, 빔 스플리터(252)에서 반사된 적외선 대역의 커팅용 레이저 빔(230)을 가시광선 대역의 지시용 레이저 빔(235)으로 변조한다.
바람직하게, 광 변조부(254)는 비선형 물질인 크리스탈 또는 액정으로, 1300㎚ 정도의 파장을 갖는 커팅용 레이저 빔(230)을 사람이 눈으로 식별 가능한 630㎚ 정도의 파장을 갖는 가시광선 대역으로 변환시킨다.
또한, 반사경(256)은 광 변조부(254)의 후단에 소정 기울기를 가지고 설치되어 있어 광 변조부(254)에서 출사된 지시용 레이저 빔(235)을 커팅용 레이저 빔(230)의 뒤쪽으로 반사시킨다. 여기서, 커팅용 레이저 빔(230)과 지시용 레이저 빔(235)은 동일선상인 스크라이브 라인(25) 상에 위치한다.
한편, 빔 스플리터(252), 광 변조부(254), 반사경(256)을 감싸는 외함(260)에는 빔 스플리터(252)가 설치된 부분으로 커팅용 레이저 빔(230)이 입사시키는 입사구(262)와, 빔 스플리터(252)를 투과한 커팅용 레이저 빔(230)이 출사되는 제 1 출사구(264)와, 반사경(256)에서 반사된 지시용 레이저 빔(235)이 출사되는 제 2 출사구(266)가 형성된다.
여기서, 입사구(262)는 포커싱 렌즈 하우징(228)과 마주보는 외함(260)의 상부면 중 커팅용 레이저 빔(230)이 출사되는 취출구(227)와 대응되는 부분에 커팅용 레이저 빔(230)의 직경보다 약간 크게 형성된다.
또한, 제 1 출사구(264)는 외함(260)의 하부면 중 입사구(262)와 대응되는 부분에 형성되며, 제 2 출사구(266)는 제 1 출사구(264)의 후단, 즉 지시용 레이저 빔(235)의 반사경로와 대응되는 부분에 형성된다.
한편, 냉각장치(240)는 Y축 이송 플레이트(214)의 진행 방향을 기준으로 포커싱 렌즈 하우징(228)의 후단에 설치되고 유리 모 기판(1)에 냉각 유체를 분사하는 유체 분사관(244)과, 냉각 유체(246)가 저장된 냉각 유체 저장부(도시 안됨)로 구성된다.
또한, 프리 스크라이버(270)는 포커싱 렌즈 하우징(228)의 소정영역에 설치되어 유리 모 기판(1) 쪽으로 회동하는 회동축(272)과, 회동축(272)의 단부에 고정되어 유리 모 기판(1)에 절단 개시 홈 및 절단 마감 홈을 형성하는 회전 톱날(264)로 구성된다.
제 1 실시예에 의한 레이저 커팅 설비를 이용하여 유리 모 기판을 절단하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, LCD 단위 셀들(10)의 가장자리를 따라 발생된 스크라이브 라인(25)과 프리 스크라이버(270)의 회전 톱날(274)과 광 변조 장치(250)의 외함에 형성된 제 1 및 제 2 출사구(264, 266)가 정확히 일치하도록 정렬시킨다. 여기서, 스크라이브 라인(25)은 LCD 단위 셀들(10)의 각 모서리에 형성된 커팅 키(20)에 의해 발생되며, 제 2 출사구(266)에서 나오는 지시용 레이저 빔(235)을 이용하여 스크라이브 라인과 제 1 및 제 2 출사구(264, 266)를 쉽게 얼라인시킨다.
이와 같이 회전 톱날(274), 제 1 및 제 2 출사구(264, 266)가 스크라이브 라인(25)과 정렬되면, 프리 스크라이버(270)의 회동축(272)이 유리 모 기판(1) 쪽으로 회동하고, 회동축(272)에 고정된 회전 톱날(274)은 유리 모 기판(1)의 일단부에 소정깊이의 절단 개시 홈을 형성한다.
이후, 회동축(272)은 역회동되어 원래 위치로 복원되고, 레이저 발진 유닛(222)에서는 커팅용 레이저 빔(230)을 발진시킨다. 여기서, 레이저 발진 유닛에서 발진된 커팅용 레이저 빔(230)은 굴절 렌즈부(224)로 조사된 후 굴절 렌즈(도시 안됨)에 의해서 포커싱 렌즈군(226)으로 전달되고, 포커싱 렌즈군(226)을 통과한 레이저 빔(230)은 수 ㎛ 정도 집속되어 포커싱 렌즈 하우징(228)의 취출구(227)로 출사된다.
포커싱 렌즈 하우징(228)의 취출구(227)로 출사된 커팅용 레이저 빔(230)은 외함(260)에 형성된 입사구(262)를 통해 광 변조장치(250)로 유입된다. 여기서, 광 변조장치(250)로 유입된 커팅용 레이저 빔(230) 중 일부는 입사되기 전과 동일한 파장을 가지고 제 1 출사구(264)를 그대로 통과하고, 나머지 일부는 가시광선 대역의 파장으로 변조된 후 제 2 출사구(266)를 통과한다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 광 변조장치(250)로 입사된 커팅용 레이저 빔(230) 중 50％는 빔 스플리터(252)를 그대로 투과한 후 제 1 출사구(262)를 통하여 유리 모 기판(1)에 형성된 스크라이브 라인(25)으로 조사되고, 나머지 50％는 빔 스플리터(252)에서 90°로 반사된다.
빔 스플리터(252)에서 반사된 커팅용 레이저 빔(230)은 빔 스플리터(252)와 평형으로 설치된 광 변조부(254)로 입사되고, 광 변조부(254)로 입사된 커팅용 레이저 빔(230)은 사람이 눈으로 볼 수 있는 색을 나타내는 가시광선 대역의 파장으로 변조된다. 예를 들면, 1300㎚의 파장을 갖는 커팅용 레이저 빔(230)이 광 변조부(254)를 통과하면 630㎚의 파장을 갖는 빨간색으로 변조된다.
이와 같이, 가사광선 대역의 파장으로 변조된 지시용 레이저 빔(235)은 반사경(256)에서 유리 모 기판(1) 쪽으로 반사된 후 외함(260)의 하부면에 형성된 제 2 출사구(266)를 통하여 커팅용 레이저 빔(230)과 동일선상인 스크라이브 라인(25)에 조사된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 출사구(264)에서 출사된 커팅용 레이저 빔(230)은 스크라이브 라인(25)을 급속히 가열하고, 제 2 출사구(266)에서 출사된 지시용 레이저 빔(235)은 커팅용 레이저 빔(230)을 뒤따라가면서 커팅용 레이저 빔(230)의 진행 경로를 작업자에게 알려 준다.
한편, 커팅용 레이저 빔(230)에 의해 급속히 가열된 유리 모 기판(1)은 유체 분사관(244)에서 분사된 냉각 유체(246)에 의해 급속 냉각된다. 이때, 유리 모 기판(1)의 스크라이브 라인(20)에는 열 팽창과 수축에 의해 높은 열응력이 발생되고, 이 열응력의 크기가 유리 분자들의 결합력보다 클 경우 비정질 유리 분자 구조는 깨져 스크라이브 라인(25)을 따라 크랙이 생성됨으로써, LCD 단위 셀(10)이 유리 모 기판(1)으로부터 절단된다.
여기서, 크랙의 생성 방향은 커팅용 레이저 빔(230)의 진행 방향과 동일하기 때문에 커팅용 레이저 빔(230)이 스크라이브 라인(25)에서 이탈될 경우 LCD 단위 셀(10)에 커팅 불량이 발생된다.
그러므로, 작업자는 커팅이 진행되는 과정을 수시로 확인하여 지시용 레이저 빔(235)이 스크라이브 라인(25)을 따라 일직선으로 진행하는 지를 판단한다. 판단 결과 지시용 레이저 빔(25)이 스크라이브 라인(25)에서 이탈된 경우 커팅용 레이저 빔(230)도 스크라이브 라인(25)에서 이탈된 것이므로 레이저 커팅 설비(200)의 가동을 중지시킨 가열장치(220)를 조절하여 다음 스크라이브 라인(230)과 지시용 레이저 빔(235)을 다시 얼라인시키고 공정을 진행한다.
이와 같이 지시용 레이저 빔(235)을 통해 작업자가 커팅용 레이저 빔(230)의 진행 경로를 육안으로 확인할 수 있으면 커팅 불량으로 인해 폐기 처분되는 LCD 단위 셀(10)을 최소화 할 수 있다.
여기서, 지시용 레이저 빔(235)을 이용하여 커팅용 레이저 빔(230)의 진행 경로를 확인하는 이유는, 커팅용 레이저 빔(230)이 육안으로 식별할 수 없는 적외선이고, 유리 모 기판(1)에 형성된 크랙도 아주 미세하기 때문에 챔버(300) 내에서는 크랙을 확인할 수 없기 때문이다.
<제 2 실시예>
챔버(도시 안됨) 내부에 설치된 레이저 커팅 설비(400)는 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 유리 모 기판(1)의 X-Y축 평면을 따라 이동하는 이송장치(410)와, 유리 모 기판(1)의 커팅 키로 인해 형성된 스크라이브 라인(25)을 급속 가열하는 가열장치(420)와, 커팅용 레이저 빔(430)과 스크라이브 라인(25)을 얼라인시키기 위해 커팅용 레이저 빔(430)과 동일선상에 얼라인용 레이저 빔(435)을 조사하는 얼라인 장치(450)와, 급속 가열된 유리 모 기판(1)을 급속 냉각시키는 냉각장치(440)와, 유리 모 기판(1)의 일단과 타단에 홈을 형성하는 프리 스크라이버(470)와, 레이저 커팅 설비(400)를 제어하는 중앙처리장치(470)로 구성된다.
여기서, 챔버의 외측벽에는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 얼라인용 레이저 빔(435)을 통해 커팅용 레이저 빔(430)의 이동경로를 작업자가 관찰하도록 윈도우가 설치된다.
또한, 이송 장치(410)는 도 6에 도시된 바와 같이 유리 모 기판(1)의 상부로부터 일정 간격 이격되어 설치되는 것으로, 유리 모 기판(1)의 X 축 방향으로만 구동되는 X축 이송 플레이트(412)와, X축 플레이트(412)에 의해 유리 모 기판의 X축으로 이동되고 가열장치(420)를 Y 축 방향으로 이동시키는 Y축 이송 플레이트(414)로 구성된다.
바람직하게, 앞에서 설명한 X축 플레이트(412)와 Y축 플레이트(414)를 별도로 설치하지 않고 가열장치(420)를 기준으로 유리 모 기판(1)이 놓여지는 스테이지(도시 안됨)를 X, Y축으로 이동시켜주어도 무방하다.
한편, 본 발명에 의한 얼라인 장치(450)는 가열장치(420)의 이동방향을 기준으로 가열장치(420)의 후단에 설치되는 것으로, 레이저 발진 유닛(452)과, 굴절 렌즈부(454)와, 포커싱 렌즈군(도시 안됨)과, 포커싱 렌즈 하우징(458)과, 센서(460)로 구성된다.
여기서, 레이저 발진 유닛(452)은 Y축 이송 플레이트(214)에 설치되어 얼라인용 레이저 빔(435)을 발진시킨다. 일실시예로 얼라인용 레이저 빔(435)은 가시광선이고, 발진 파장(λ)이 630㎚ 정도인 헬륨 네온 레이저 빔으로, 작업자의 육안으로 커팅용 레이저 빔(430)의 이동경로를 제 1 실시예에서와 같은 방법으로 확인할 수 있도록 한다.
또한, 굴절 렌즈부(454)는 레이저 발진 유닛(452)의 전면에 설치되어 얼라인용 레이저 빔(435)의 주사 방향을 굴절시키고, 포커싱 렌즈군은 굴절 렌즈부(454)의 하부에 설치되어 굴절된 얼라인용 레이저 빔(435)의 초점을 조정하며, 포커싱 렌즈 하우징(458)은 포커싱 렌즈를 감싼다.
또한, 센서(460)는 포커싱 렌즈 하우징(458)의 소정영역에 설치되어 커팅용 레이저 빔(430)이 스크라이브 라인(25)에서 이탈되었는 지에 여부를 감지한다. 바람직하게, 센서(460)는 유리 모 기판(1)에서 반사된 얼라인용 레이저 빔(435)의 광량을 검출하는 광량 검출센서이다.
가열장치(420)는 Y축 이송 플레이트(414)의 진행 방향을 기준으로 얼라인 장치(450)의 전단에 설치되는 것으로, 레이저 발진 유닛(422)과, 굴절 렌즈부(424)와, 포커싱 렌즈군(도시 안됨)과, 포커싱 렌즈 하우징(428)으로 구성된다. 이러한 구성은 얼라인 장치(450)의 구성 요소와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
바람직하게, 레이저 발진 유닛(422)에서 발진되어 포커싱 렌즈 하우징(428)의 하부로 출사된 커팅용 레이저 빔(430)은 발진 파장(λ)이 1300㎚인 적외선이고, 50∼250(W) 정도의 고출력을 갖는 야그 레이저 빔이거나, CO2 레이저 빔이다.
또한, 냉각장치(440)는 Y축 이송 플레이트(414)의 진행 방향을 기준으로 얼라인 장치(450)의 후단에 설치되고 유리 모 기판(1)에 냉각 유체(446)를 분사하는 유체 분사관(444)과, 냉각 유체(446)가 저장된 냉각 유체 저장부(도시 안됨)로 구성된다.
또한, 프리 스크라이버(470)는 포커싱 렌즈 하우징(428)의 소정영역에 설치되어 유리 모 기판(1) 쪽으로 회동하는 회동축(472)과, 회동축(472)의 단부에 고정되어 유리 모 기판(1)에 절단 개시 홈 및 절단 마감 홈을 형성하는 회전 톱날(474)로 구성된다.
제 2 실시예에 의한 레이저 커팅 설비를 이용하여 유리 모 기판을 절단하는 과정과 첨부된 도면 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, LCD 단위 셀들(10)의 가장자리를 따라 발생된 스크라이브 라인(25)과 프리 스크라이버(470)의 회전 톱날(474)과 커팅용 레이저 빔(430) 및 얼리인용 레이저 빔(435)을 일렬로 정렬시킨다.
이와 같이 회전 톱날(474), 커팅 및 얼라인용 레이저 빔(430, 435)이 스크라이브 라인(25)과 일치되면, 프리 스크라이버(470)의 회동축(472)이 유리 모 기판(1) 쪽으로 회동하고, 회동축(472)에 고정된 회전 톱날(474)은 유리 모 기판(1)의 일단부에 소정깊이의 절단 개시 홈을 형성한다.
이후, 회동축(472)은 역회동되어 원래 위치로 복원되고, 수 ㎛로 집속되어 가열장치(420)의 포커싱 렌즈 하우징(428)으로 출사된 커팅용 레이저 빔(430)은 유리 모 기판(1)에 형성된 절단 개시 홈을 시작으로 스크라이브 라인(25)을 따라 유리 모 기판(1)을 급속 가열시킨다.
이어, 가열장치(420)의 후단에 설치된 냉각 유체관(444)에서는 가열된 유리 모 기판(1)에 냉각 유체(446)를 분사시켜 스크라이브 라인(25)을 따라 유리 모 기판(1)에 크랙이 발생되도록 함으로써, LCD 단위 셀(10)을 유리 모 기판(1)에서 절단하기 시작한다.(S500)
한편, 포커싱 렌즈군에서 수 ㎛로 집속된 후 얼라인 장치(450)의 포커싱 렌즈 하우징(458)의 하부로 출사된 얼라인용 레이저 빔(435)은 커팅용 레이저 빔(430)과 동일한 경로를 통해 냉각 유체(446)를 뒤따라가면서 유리 모 기판(1)에 발생된 크랙을 조사한다.
여기서, 얼라인용 레이저 빔(435)이 크랙을 조사하면, 얼라인용 레이저 빔(435) 중 일부는 크랙의 입사면에서 반사되는데, 스크라이브 라인(25)을 따라 일직선으로 진행된 크랙에서 반사된 얼라인용 레이저 빔(435)의 광량과 스크라이브 라인(25)에서 이탈되어 소정 각도로 기울어져 진행된 크랙에서 반사된 얼라인용 레이저 빔(435)의 광량은 서로 다르다.
한편, 크랙에 조사된 얼라인용 레이저 빔(435)이 크랙의 입사면에서 반사되면, 얼라인 장치(450)의 포커싱 렌즈 하우징(458)에 설치된 센서(460)는 반사된 얼라인용 레이저(435)의 광량을 감지한 후 이에 상응하는 전기적 신호를 중앙처리장치(470)로 전달한다.
이후, 센서(460)에서 전달된 전기적 신호가 중앙처리장치(470)에 입력되면 중앙처리장치(470)는 센서(460)에서 전달된 전기적 신호를 광의 세기로 환산시킨 후 기 입력된 빛의 세기와 환산된 빛의 세기(이하 센서에서 입력된 빛의 세기라함)를 비교하여 커팅용 레이저 빔(430)이 스크라이브 라인(25)에서 이탈되었는지를 판단한다(S510). 여기서, 기 입력된 빛의 세기는 스크라이브 라인(25)을 따라 일직선으로 진행된 크랙에서 반사된 빛의 양을 빛의 세기로 환산한 것이다.
비교판단 결과, 기 입력된 빛의 세기와 센서(460)에서 입력된 빛의 세기가 동일한 경우 커팅 공정을 계속적 진행한다.
하지만, 비교 판단 결과 기 입력된 빛의 세기와 센서(460)에서 입력된 빛의 세기가 서로 다를 경우 커팅용 레이저 빔(430)이 스크라이브 라인(25)에서 이탈되었으므로 중앙처리장치(470)는 기 입력된 빛의 세기와 센서(460)에서 입력된 빛의 세기를 이용하여 도 7에 도시된 바와 같이 스크라이브 라인(25)과 커팅용 레이저 빔(430)이 틀어진 각도를 측정한다(S520).
이후, 중앙처리장치(470)는 계산된 이탈각만큼 X축 이송 플레이트(412)의 위치를 조정하여 커팅용 레이저 빔(430)을 스크라이브 라인(25)을 일치시킨다(S 530).
이어, X축 이송 플레이트(412)의 조정에 의해 가열장치(420)가 이동되면서 발생된 크랙에 얼라인용 레이저 빔(435)이 조사되고, 센서(460)는 크랙의 입사면에서 반사된 얼라인용 레이저 빔(435)의 광량을 감지한 후 이에 상응하는 전기적 신호를 다시 중앙처리장치(470)로 전달한다.
계속해서, 중앙처리장치(470)는 센서(460)에서 입력된 광량을 빛의 세기로 환산한 후 기 입력된 빛의 세기와 환산된 빛의 세기를 비교하여 커팅용 레이저 빔(430)이 스크라이브 라인(25)이 일치되었는 지를 판단한다(S540).
비교 판단결과 스크라이브 라인(25)과 커팅용 레이저 빔(430)이 일치되었으면 유리 모 기판(1)을 급속 가열하고 냉각시켜 유리 모 기판(1)에서 LCD 단위 셀들(10)을 절단하는 공정을 계속 진행한다(S550).
비교 판단 결과 커팅용 레이저 빔(430)과 스크라이브 라인(25)이 일치되지 않은 경우 이탈각 측정하는 단계로 되돌아간다.
이와 같이 유리 커팅 설비(400)에서 자동적으로 스크라이브 라인(25)과 커팅용 레이저 빔(430)을 일치시켜 주면, 스크라이브 라인(25)에서 커팅용 레이저 빔(430)이 이탈된 후 커팅 경로가 보정된 한 장의 LCD 단위 셀(10)에만 커팅 불량이 발생되므로 대량사고가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 커팅용 레이저 빔의 파장을 가시광선 대역의 파장으로 변조하여 지시용 레이저 빔을 발생시키는 광 변조 장치를 레이저 커팅 설비에 추가로 설치하여 지시용 레이저 빔이 커팅용 레이저 빔과 동일선상에서 커팅용 레이저 빔을 뒤따라가게 한다.
그러므로, 지시용 레이저 빔을 통해 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인을 따라 일직선으로 진행되는 지를 작업자가 육안으로 확인할 수 있어 지속적으로 커팅 불량으로 인해 제품의 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 얼라인용 레이저 빔이 출력되는 얼라인 장치를 레이저 커팅 설비에 추가로 설치하여 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인에 대하여 소정 각도만큼 틀어질 경우 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔이 틀어진 각도를 측정하여 스크라이브 라인과 커팅용 레이저 빔을 자동적으로 얼라인시켜 준다.
따라서, 지속적인 커팅 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 설비 가동시간을 증가시킬 수 있어 제품의 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 복수개의 LCD 단위 셀이 형성된 유리 모기판에 스크라이브 라인이 형성된 것을 도시한 평면도이고,
도 2는 종래의 레이저 커팅 설비를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 커팅설비를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명에 의한 광 변조장치의 구조를 도시하기 위한 레이저 커팅설비의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 커팅설비의 구조를 나타낸 개념도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 커팅설비의 구조를 나타낸 사시도이고,
도 7은 커팅용 레이저 빔이 스크라이브 라인에서 이탈된 것을 설명하기 위한 설명도이고,
도 8은 커팅용 레이저 빔과 스크라이브 라인을 얼라인시키는 과정을 나타낸 순서도이다.

Claims (15)

  1. 커팅 공정이 진행되는 챔버와;
    상기 챔버 내부에 설치되며, 커팅용 레이저 빔이 출사되어 유리 기판 상에 형성된 스크라이브 라인을 따라 상기 유리 기판을 급속 가열하는 가열 수단과;
    상기 가열 수단의 하부에 설치되어 출사된 상기 커팅용 레이저 빔의 일부는 투과시키고 일부는 반사시킨 후 반사된 상기 커팅용 레이저 빔을 가시광선 대역의 파장으로 변조시켜 상기 커팅용 레이저 빔의 경로를 인지시키는 광변조수단과;
    상기 가열 수단의 진행 방향을 기준으로 상기 가열 수단의 후단에 설치되고 급속 가열된 상기 유리 모 기판 상에 냉각 유체를 분사시켜 상기 유리 기판에 크랙을 발생시키는 냉각 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가시광선 발생 수단은
    상기 커팅용 레이저 빔이 출사되는 위치와 대응되는 부분에 설치되어 입사된 상기 커팅용 레이저 빔 중 일부는 그대로 투과시키고 나머지 일부는 반사시키는 빔 스플리터와;
    상기 가열장치 진행방향을 기준으로 상기 빔 스플리터의 후단에 설치되어 상기 빔 스플리터에서 반사된 상기 커팅용 레이저 빔의 파장을 가시광선 대역의 파장으로 변조하여 지시용 레이저 빔을 발생시키는 광 변조부와;
    상기 광 변조부의 후단에 소정 기울기를 가지고 설치되어 상기 지시용 레이저 빔을 상기 스크라이브 라인으로 반사시키는 반사경으로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 커팅용 레이저 빔과 상기 지시용 레이저 빔은 동일선상에 조사되고, 상기 지시용 레이저 빔은 상기 커팅용 레이저 빔을 뒤따라가면서 상기 커팅용 레이저 빔의 이동 경로를 인지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 광 변조부는 비선형 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 비선형 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 비선형 물질은 고분자(poiymer)인 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 비선형 물질은 크리스탈인 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 빔 스플리터와 상기 광 변조부 및 상기 반사경의 외부에는 각각의 부재를 감싸고 지지하는 외함이 추가로 설치되고,
    상기 가열장치와 대향하는 상기 외함의 상부면 중 상기 커팅용 레이저 빔의 출사 위치와 대응되는 부분에 입사구가 형성되고, 상기 입사구와 대응되는 상기 외함의 하부면에는 제 1 출사구가 형성되며, 상기 지시용 레이저 빔의 반사경로와 대응되는 부분에는 제 2 출사구가 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 외측벽에는 커팅 공정을 관찰하기 위한 위도우가 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  10. 커팅용 레이저 빔이 출사되어 유리 기판 상에 형성된 스크라이브 라인을 따라 상기 유리 기판을 급속 가열하는 가열 수단과;
    상기 가열 수단의 진행 방향을 기준으로 상기 가열 수단의 후단에 설치되어 급속 가열된 상기 유리 모 기판 상에 냉각 유체를 분사하여 상기 유리 기판에 크랙을 발생시키는 냉각 수단과;
    상기 냉각 수단의 후단에 설치되고, 상기 커팅용 레이저 빔의 이동 경로를 상기 스크라이브 라인과 일치시키기 위해 상기 크랙에 얼라인용 레이저 빔을 조사하는 얼라인 수단과;
    상기 가열수단과 냉각 수단 및 얼라인 수단을 이송시켜 주는 이송수단과와;
    상기 얼라인 수단의 소정영역에 설치되고, 상기 크랙의 입사면에서 반사된 상기 얼라인용 레이저 빔을 빛을 수광하여 상기 커팅용 레이저 빔이 상기 스크라이브 라인에서 이탈되었는 지를 감지하는 감지부와;
    상기 감지부에서 전달된 신호에 따라 상기 이송수단을 제어하여 상기 레이저 빔과 상기 스크라이브 라인을 얼라인시켜 주는 중앙저리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 얼라인 수단은
    상기 얼라인용 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진 유닛과;
    상기 가열장치의 진행방향을 기준으로 상기 레이저 발진 유닛의 전면에 설치되어 상기 얼라인용 레이저 빔을 굴절시키는 굴절 렌즈부와;
    상기 굴절 렌즈부의 하부에 설치되어 굴절된 상기 얼라인용 레이저 빔의 초점을 조정하는 포커싱 렌즈군과;
    상기 포커싱 렌즈군의 외부를 감싸는 포커싱 렌즈 하우징으로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 얼라인용 레이저 빔은 가시광선 대역이고, 상기 커팅용 레이저 빔과 동일선상에 조사되어 상기 커팅용 레이저 빔의 이동 경로를 인지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 감지부는 상기 크랙의 입사면에서 반사된 상기 얼라인용 레이저 빔의 광량을 검출하는 광량 검출센서인 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 설비.
  14. 커팅용 레이저 빔으로 스크라이브 라인을 따라 유리 기판을 급속가열하고, 냉각 유체로 급속 가열된 상기 유리 기판을 급속 냉각시켜 유리 기판에 크랙을 발생시키는 단계와;
    상기 크랙에 얼라인용 레이저 빔을 조사하고, 상기 크랙의 입사면에서 반사된 얼라인용 레이저 빔의 광량을 감지부가 감지하고 이에 상응하는 전기적 신호를 중앙처리장치에 전달하며, 중앙처리장치는 입력된 전기적 신호를 빛의 세기로 환산하여 기 입력된 빛의 세기와 비교한 후 상기 커팅용 레이저 빔이 상기 스크라이브 라인에서 이탈되었는지를 판단하는 단계와;
    비교 판단 결과 상기 기 입력된 빛의 세기와 상기 환산된 빛의 세기가 서로 다를 경우, 상기 스크라이브 라인에 대하여 상기 커팅용 레이저 빔이 틀어진 각도를 측정하고, 측정된 각도만큼 이송수단의 위치를 조절하는 단계와;
    상기 이송수단이 이송된 후 상기 중앙처리장치는 상기 감지부에서 계속적으로 전달된 광량을 빛의 세기로 환산하고, 환산된 빛의 세기와 상기 기 입력된 빛의 세기와 비교하여 상기 커팅용 레이저 빔이 상기 스크라이브 라인과 얼라인되었는 지를 판단하는 단계와;
    비교 판단결과 상기 스크라이브 라인과 상기 커팅용 레이저 빔이 일치되었으면 유리 기판의 절단 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 경로 보정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 기 입력된 빛의 세기는 상기 스크라이브 라인을 따라 일직선으로 진행된 크랙에서 반사된 빛의 양을 빛의 세기로 환산한 값인 것을 특징으로 하는 커팅 경로 보정 방법.
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