KR100553119B1 - 레이저를 이용한 절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절단속도의 향상 및 보다 매끈한 절단면을 갖도록 하는 레이저를 이용한 절단장치를 개시한다. 본 발명의 레이저 절단장치는 절단 대상물의 절단 예정선을 따라 특정 파장의 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛과, 레이저 유닛으로부터 출사된 레이저 빔의 조사에 의하여 가열된 절단 예정선을 냉각하는 냉각장치를 포함하며, 냉각장치는 냉각제를 분사하기 위한 노즐의 분사구가 장방형으로 된 것을 특징으로 한다.

Description

레이저를 이용한 절단장치{Cutting apparatus using a laser}

도 1은 레이저를 이용한 절단장치의 개략적 사시도.

도 2는 도 1의 절단장치를 이용하여 절단 대상물을 절단하는 과정을 보여주는 개략적 모식도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 절단장치를 이용하여 절단 대상물을 절단하는 과정을 보여주는 개략적 모식도.

도 4a는 도 3의 절단장치에서 사용된 노즐의 저면도.

도 4b는 도 3의 절단장치에서 사용된 노즐의 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 절단장치에서 냉각장치의 개략도.

본 발명은 레이저를 이용하여 절단 대상물을 절단하는 레이저 절단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절단속도를 향상시킬 수 있는 레이저 절단장치에 관한 것이다.

취약한 특성을 갖는 유리와 같은 재료의 특정선을 따라 다이아몬드 블레이드 를 이용하여 예비 절단홈을 형성하고, 충격을 가하여 절단을 행하는 방법이 잘 알려져 있다.

다이아몬드 블레이드를 이용하여 절단하는 상기한 방법은 글라스 칩이 많이 발생하고 그리고 절단면이 거칠다는 단점을 가지므로, 이러한 단점을 보완하기 위한 대안이 요구되었다.

절단 대상물의 특정선을 따라 레이저 빔을 조사하고, 레이저 빔의 조사에 의하여 가열된 특정선을 급속 냉각하는 것에 의하여 절단을 행하는 레이저 커팅 방법은 다이아몬드 블레이드의 사용으로 인한 문제를 해결할 수 있는 하나의 대안이다.

레이저를 이용한 절단은 특히 액정표시기 패널의 제조를 위한 절단공정, 즉 합착된 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판의 합착후, 액정의 주입전에 행하는 절단공정에 특히 효과적으로 사용되리라는 것이 본원 발명의 발명자들에 의하여 이미 제안되었다.

이러한 레이저 절단장치의 사용에 있어서, 절단속도의 향상은 공정의 효율을 결정하는 중요한 요인이다.

따라서, 본 발명은 레이저 빔을 이용한 절단공정에서 절단속도를 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저를 이용한 절단장치는 절단 대상물의 절단 예정선을 따라 특정 파장의 레이저 빔을 조사 하는 레이저와, 레이저 빔의 조사에 의하여 가열된 절단 예정선을 급속 냉각하는 냉각수단을 포함하며, 상기 냉각수단은 냉각제가 타원구조로 분사되도록, 냉각제의 분출구가 장방형의 구조를 갖는 노즐을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 레이저를 이용한 절단장치는, 절단 대상물의 절단 예정선과 평행한 장축을 갖는 레이저 빔을 상기 절단 예정선을 따라 조사하는 레이저 유닛과, 레이저 빔이 조사된 절단 예정선을 따라 냉각제를 산포하기 위한 냉각제 산포 노즐을 갖는 냉각장치와, 상기 절단 예정선과 접촉되는 냉각제가 상기 절단 예정선과 평행한 장축을 갖는 장방형으로 되도록, 상기 냉각장치의 노즐로부터 산포되는 냉각제를 소정 압력으로 불어주는 가스 분사수단을 포함한다.

상기 가스 분사수단의 분사 가스는 질소, 헬륨, 및 아르곤으로 구성되는 그룹으로부터 하나가 선택되고, 바람직하게는 질소 가스가 선택된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 첨부한 도면을 참조한 하기의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 레이저 빔을 이용한 절단장치(200)의 사시도이다.

도 1에서 절단대상물은, 예를 들어 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판이 합착된 액정표시기 패널(100)로서 액정의 주입공정이 시작되기 전의 상태에 있는 기판이다.

도 1에 도시하지는 않았지만, 박막 트랜지스터 기판은 그의 내표면에 형성된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터에 연결된 데이터 및 게이트 버스 라인, 박막 트 랜지스터에 연결된 화소전극을 포함하고, 컬러필터 기판은 그의 내표면에 형성된 컬러 필터층 및 대향전극을 포함한다.

도 1을 참조하면, 레이저 절단장치(200)는, 액정표시기 패널(100)의 외표면에 표시되는 절단 예정선(또는 스크라이브 라인)을 따라 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛(220)과, 레이저 유닛(220)으로부터 조사된 레이저 빔(228)에 의하여 가열된 절단 예정선을 따라 냉각제를 산포하는 노즐(230)을 포함한다. 노즐(230)의 일측 단부는 냉각제를 공급하기 위한 공급관을 통하여 냉각제 공급부(232)에 연결된다.

절단 예정선을 가열하는 속도와, 가열된 절단 예정선을 냉각하는 속도는 절단속도에 큰 영향을 미친다. 따라서, 본원 발명에 따르면, 레이저 빔은 장축이 절단 예정선과 평행한 장방형의 타원 구조로 조사되도록 하고, 냉각제 또한 장축이 절단 예정선과 평행한 타원 구조로 산포되도록 한다.

도 2는 장축이 절단 예정선과 평행한 타원 구조의 레이저 빔을 절단 예정선을 따라 조사하고, 냉각제는 레이저 빔의 접촉 직경에 비하여 상대적으로 크게 적은 원형으로 산포될 때의 경우를 도시한 도면으로서, 참조부호 100은 합착 상태의 액정표시기 패널중 일측 기판만을 나타낸 것이다.

레이저 빔은 장방형의 타원 구조를 가지므로, 원형의 레이저 빔에 비하여 진행속도를 증가시킬 수 있다.

도 2에 도시한 것과 같이, 레이저 빔이 조사된 기판(100)은 레이저 빔의 조사 표면으로부터 하방으로 갈수록 온도가 낮아지는 분포를 보이는 온도 전이층을 갖는다.

그런데, 레이저 빔의 타원 구조와는 달리 냉각제의 산포가 원형으로 되는 경우를 고려하면, 레이저 빔(228)이 타원구조로 됨에 따라 레이저 빔의 진행속도는 빨라지고, 이와 동시에 냉각제의 산포 또한 빨라지게 된다. 그런데, 냉각제의 접촉 구조가 원형으로 계속 유지되므로, 절단 예정선의 임의 위치에서 냉각제의 접촉 시간 및 접촉량이 감소하고, 그 결과 냉각효과가 저하된다.

따라서, 본원 발명에서는 레이저 빔의 조사속도 증가에 따른 냉각효과의 저하를 방지하기 위하여 냉각제의 산포 형태가 도 3에 도시한 것과 같이 절단 예정선과 평행한 장축을 갖는 타원구조가 되도록 한다.

냉각제의 산포 형태를 타원구조로 만들기 위하여, 도 4a에 도시한 것처럼 노즐(260)의 분사구(260a)를 장방형으로 구성한다. 그리고, 분사구(260a)로부터 산포되는 냉각제가 충분한 분사압을 갖도록, 분사구(260a)는 끝단의 직경이 넓고, 공급 경로의 직경이 상대적으로 작은 깔때기 형상을 갖도록 한다.

선택적으로, 노즐의 분사구(239a)는 도 5에 도시한 것처럼 일자 형태로 구성할 수 있지만, 거의 원형에 가까운 형태로 산포되는 냉각제를 타원구조로 만들어주기 위하여, 레이저 빔이 조사된 절단 예정선의 일측 방향으로 산포되는 냉각제를 불어주는 가스 분사기(270)가 필수적으로 구비되어야 한다.

냉각제는 질소 가스, 헬륨 가스, 및 아르곤 가스로 구성되는 그룹으로부터 하나가 선택적으로 사용된다. 그러므로, 가스 분사기(270)으로부터 분사되는 가스또한 냉각제로 사용되는 가스와의 혼합에 의한 냉각효과의 저하를 방지하도록, 냉 각제로 사용되는 가스와 동일한 가스가 사용되는 것이 바람직하다.

다시, 도 3을 참조하면, 레이저(220)와 노즐(260)은 타원구조의 레이저 빔(228)과 냉각제(262)를 산포하면서 절단 대상물(100)의 절단 예정선을 따라 빠른 속도로 진행한다.

냉각제(262)가 타원 구조로 산포되므로, 앞서가는 레이저 빔(228)의 조사에 의하여 소정 온도로 가열된 절단 예정선의 임의 위치는 반복적으로 산포되는 냉각제와 접촉한다. 그 결과, 냉각선(104)은 온도 전이영역 중 절단 대상물(100)의 아래쪽에 위치한 가장 낮은 온도 전이 영역까지 영향을 미치므로, 크랙의 전파가 도 2의 경우에 비하여 보다 원활해지고, 그 결과 절단면은 더욱 매끈하게 된다.

선택적으로, 상기한 구성에 더하여, 절단용 레이저 빔이 절단 예정선을 따라 조사되기 전에 미리 절단 예정선을 예열하므로써, 절단면의 품질과 절단 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 상기한 실시예에서 절단 대상물은 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판이 합착되 기판을 예를 들어 설명하였지만, 절단 대상물은 그들에만 한정되지 않는다. 즉, 웨이퍼와 같이 취약한(Brittle) 재료도 본 발명의 레이저 절단 장치에 적용될 수 있다.

그리고, 상기한 실시예에서는 절단 장치가 이송하면서 절단 대상물을 절단하는 경우를 보이고 설명하였지만, 절단 장치는 고정된 상태로 있고, 절단 대상물을 지지하는 플레이트가 이동하면서 절단을 수행하는 것도 가능하다. 즉, 레이저와 절단 대상물의 상대적인 위치 변경에 의하여 절단 대상물의 절단 예정선을 따라 레이 저 빔을 조사하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 레이저 절단장치는, 레이저 빔과 냉각제가 절단 대상물의 절단 예정선에 장축이 절단 예정선과 평행한 타원 구조로 접촉되도록 하므로써, 절단 속도와 절단면의 품질을 향상시킨다.

한편, 여기서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 이하 특허청구범위는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한 그러한 모든 변형과 변경을 포함하는 것으로 간주된다.

Claims (5)

1. 절단 대상물의 절단 예정선을 따라 특정 파장을 갖고 상기 절단 예정선과 평행한 장축을 갖는 타원구조의 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛; 및

   상기 레이저 유닛으로부터 출사된 레이저 빔의 조사에 의하여 가열된 절단 예정선을 냉각하며, 상기 절단 예정선과 평행한 장축을 갖는 장방형으로 냉각제를 분사하는 분사부를 갖는 냉각 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단장치.
2. 삭제
3. 절단 대상물의 절단 예정선을 따라 특정 파장의 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛;

   상기 레이저 유닛으로부터 출사된 레이저 빔의 조사에 의하여 가열된 절단 예정선을 냉각하도록 냉각제를 산포하는 노즐을 포함하는 냉각 유닛; 및

   상기 절단 예정선과 접촉되는 냉각제가 상기 절단 예정선과 평행한 장축을 갖는 장방형으로 되도록, 상기 냉각장치의 노즐로부터 산포되는 냉각제를 소정 압력으로 불어주는 가스 분사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 분사수단의 분사 가스는 질소, 헬륨, 및 아르곤으로 구성되는 그룹으로부터 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 분사부는 분사 방향의 단부로 갈수록 넓어지는 형상을 가지고, 상기 단부에 형성된 개구의 상기 장축 방향의 길이보다 길게 상기 냉각제를 분사하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단 장치.

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