KR100559945B1

KR100559945B1 - 레이저를 이용한 절단 장치

Info

Publication number: KR100559945B1
Application number: KR1019990001069A
Authority: KR
Inventors: 추대호; 정성욱; 김병일; 이우식; 김범수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1999-01-15
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2006-03-13
Also published as: KR20000050910A

Abstract

본 발명은 절단속도 및 절단면의 품질 향상을 위한 레이저를 이용한 절단장치를 개시한다. 본 발명의 레이저 절단장치는 취약한 성질을 갖는 절단물, 예를 들어 액정표시기 패널을 위한 합착 상태의 모 유리기판을 절단하는데 사용되고, 절단 대상물의 절단 예정선을 소정 온도로 예열하는 예열수단과, 예열된 절단예정선을 따라 특정 파장의 레이저 빔을 조사하는 레이저와, 레이저의 레이저 빔이 조사된 절단선을 냉각하는 냉각수단을 포함한다.

Description

레이저를 이용한 절단 장치{Cutting apparatus using a laser}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 절단장치의 사시도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 예열장치의 사시도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 절단장치의 구성도.

본 발명은 레이저를 이용한 절단기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 빔을 이용하여 합착상태의 액정표시기 패널용 모 유리기판을 절단하는 레이저 절단기에 관한 것이다.

액정표시기(Liquid Crystal Display, 이하 LCD로 언급함)는, 최근 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점으로 음극선관(Cathode Ray Tube:CRT)의 대체품으로 각광을 받고 있는 평판 표시기의 일종이다.

액정표시기는 두 장의 유리기판 사이에 개재된 액정을 포함한다. 액정은 전기장에 따라 정렬 상태가 변화되어, 입사광을 통과 및 차단시키는 광 셔터 역할을 한다.

이러한 액정표시기의 제조에 있어서, 생산성을 높이기 위하여, 한 번의 공정동안 다수의 패널을 제작하는 방법이 제안되고 있다. 그 중, 한 가지는, 단위 패널의 면적을 다수개 합한 면적에 해당하는 면적을 가진 유리기판, 예를 들어 6개의 단위 셀 면적에 해당하는 면적을 가진 모 유리기판의 사용이다.

모 유리기판을 사용하여 박막 트랜지스터 액정표시장치를 제조할 때, 두 장의 모 유리기판 중 하나의 기판에는 6매의 단위 TFT 기판에 필요한 게이트 라인, 데이트 라인, 박막 트랜지스터, 화소전극 및 배향막 등이 형성되고, 다른 하나의 기판에는 6매의 단위 컬러 필터 기판에 필요한 컬러 필터층, 대향전극, 및 블랙 매트릭스 등이 형성된다.

상기한 구성요소들이 형성된 2 매의 모 유리기판은 합착을 위한 조립공정과, 단위 패널로 분리하기 위한 절단공정, 액정 주입공정, 액정 주입구를 밀봉하는 엔드 씰 공정을 거쳐서, 단위 패널로 분리된다.

이러한 액정표시기 패널과 같은 절단 대상물의 절단을 위하여 다이아몬드 커터나 레이저 빔을 이용하는 레이저 커터 등이 사용된다.

레이저 커터는 다이아몬드 커터를 이용하여 절단 대상물을 절단할 때, 절단선 주위에 칩 글라스가 발생되는 문제점과, 거친 절단면으로 인한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 절단 예정선을 따라서 레이저 빔을 조사하고, 레이저 빔이 조사되어 급속 가열된 절단 예정선을 따라 냉각제를 산포하여 급속냉각시키는 것에 의하여 크랙을 발생시키므로써, 절단을 수행한다.

그러나, 이러한 레이저 커터를 액정표시기 패널용 합착기판의 절단에 적용하기 위해서는, 커팅 속도의 향상이 강하게 요구된다.

따라서 본 발명은 레이저를 이용하여 부서지기 쉬운 유리기판과 같은 재료로 이루어진 액정표시기 패널을 절단할 때 절단속도 및 절단면의 품질을 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 빔을 이용한 절단장치는, 절단 대상물의 절단 예정선을 예열하기 위한 예열장치를 포함한다. 예열장치와 절단 대상물의 절단 예정선을 따라 레이저 빔이 조사되기 전에, 절단 예정선을 소정 온도로 예열시키므로써, 절단 속도와 절단면의 품질을 향상시킨다.

본 발명의 레이저 커터에 의한 절단은 절단장치와 절단 대상물의 상대적인 위치 변위에 의하여 수행될 수 있는데, 예열장치와 레이저가 일체로 구성되고, 레이저의 이동에 의하여 절단이 수행되는 경우, 예열장치는 레이저의 진행방향의 전단에 설치된다. 예열장치는 절단 대상물이 안치되는 스테이지에 선택적으로 설치될 수 있다. 이때, 스테이지에는 행과 열 방향으로 다수의 예열선이 배치되고, 절단 대상물의 절단 예정선은 스페이지의 예열선에 정렬된다. 정렬된 예열선이 선택적으로 예열되어, 절단 대상물의 절단 예정선을 예열하고, 레이저는 예열된 절단예정선을 따라 조사된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 본 발명의 상세한 설명에서 보다 명 확해질 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

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

도 1에서 절단 대상물은, 예를 들어 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판이 합착된 액정표시기 패널(100)로서, 참조부호 120은 절단 예정선을 나타낸다.

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

레이저 절단 장치(200)는, 합착 기판(100)의 절단선(120)을 예열하기 위한 예열수단인 레이저(240)와, 레이저(240)에 의하여 예열된 절단 예정선을 따라 절단용 레이저 빔을 조사하는 레이저(이하, 제 1 레이저로 언급함:220)와, 제 1 레이저(220)의 후단에 설치되며, 제 1 레이저(220)의 레이저 빔이 조사된 절단선(120)을 냉각하는 냉각장치(240)와, 이들 냉각장치(240), 프리 스크라이버(260), 및 레이저(220)가 설치되고, 냉각장치(240), 프리 스크라이버(260), 및 레이저(220)를 절단 방향인 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 이송장치(212, 214)를 포함한다.

도 1에 도시한 것처럼 이송장치(212, 214)를 따라 레이저 커터(200)가 이동하는 경우, 레이저(이하, 제 2 레이저로 언급함:240)는 제 1 레이저(220)의 진행방향의 전단에 설치되어, 절단 예정선(120)을 예열한다.

제 1, 제 2 레이저(220, 240)는 각각 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진 유닛(222)과, 레이저 발진 유닛(222)으로부터 발진된 레이저 빔의 조사 방향을 굴절시키는 굴절 렌즈(224)와, 상하 이동에 의하여 굴절된 레이저 빔의 초점을 조절하는 포커싱 렌즈군이 수납되는 포커싱 렌즈군 하우징(226)을 포함한다.

레이저 발진 유닛으로는, 발진 파장(λ)이 약 10.6㎛ 이고 50∼250(W) 정도의 고출력을 갖는 야그(YAG) 레이저, CO₂ 레이저, 다이오드를 이용한 레이저 등이 사용될 수 있다. 여기서, 레이저(226)의 출력은 절단대상인 합착기판이 유리기판인 경우, 절단선 부분이 고상에서 액상으로 상변환되는 유리전이온도(Glass Transition Temperature; Tg)에 이른다.

제 1, 제 2 레이저(220, 240)로부터 조사된 레이저 빔에 의하여 가열된 절단 예정선(120)을 냉각하기 위한 냉각장치는 제 1 레이저(220)의 진행 방향을 기준으로 제 1 레이저(220)의 후단에 설치되며, 냉각 유체가 저장된 냉각 유체 저장부(232)와, 냉각 유체 저장부(232)로부터 공급받은 냉각 유체를 레이저 빔이 조사된 합착 기판(100)의 절단선(120)을 따라 분사하는 분사 노즐(230)을 포함한다.

냉각유체로는 순수, 냉각 오일, 액체 질소 및 액체 헬륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나의 물질이 사용될 수 있고, 냉각 유체는 분사 노즐(232)로부터 0.1초∼0.3초의 간격을 두고 급속 가열된 절단 예정선(120)으로 분사된다.

상기한 구성을 갖는 레이저 절단 장치(200)를 사용하여 합착 상태의 모 유리기판(100)을 절단하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 절단 대상용 합착 모 유리기판(100)이 고정 플레이트(미도시)에 안치된다. 레이저 절단 장치(200)는 모 유리기판(100)을 향하여 이동하고, 제 2 레이저(240)는 모 유리기판(100)의 시작 단부로부터 마감단부까지 레이저 빔을 조사하여 절단 예정선(120)을 소정 온도로 예열한다.

제 2 레이저(240)를 뒤따르는 제 1 레이저(220)는 예열된 절단 예정선(120)을 따라 레이저 빔을 조사하고, 제 1 레이저(220)를 뒤따르는 노즐(230)은 절단 예정선(120)을 향하여 냉각제를 산포하여 가열된 절단 예정선(120)을 급속 냉각시킨다. 가열과 냉각으로 절단 예정선(120)에 열팽창과 열수축이 일어나서, 높은 열응력이 발생된다.

발생된 열응력의 크기가 유리 분자와 분자를 결합시키는 결합력보다 커질 경우 비정질 유리 분자 구조는 깨지게 되고, 분자 구조가 깨짐에 따라서 모 유리기판(100)의 절단선(120)을 따라서 크랙이 생성된다.

이때, 크랙의 생성 및 크랙 진행 방향은 제 1 레이저(220)로부터 출사된 레이저 빔의 조사 방향과 동일하게 즉, 모 유리기판(100)의 평면에 대하여 수직 방향으로 진행되므로 모 유리기판(100)은 완전하게 절단된다.

상기한 과정으로 절단이 완료된 절단면은 미끈하고, 예열수단을 사용하지 않는 레이저 커터에 비하여 절단속도는 상당히 향상된다.

도 2는 절단예정선을 예열하기 위한 예열장치가 스테이지(300)에 설치된 예를 보여주는 도면으로서, 스테이지(300)에 다수의 예열선(302)이 매트릭스 배열되어 있다.

절단 대상물, 예를 들어 합착상태의 모 유리기판(100)은 절단 예정선이 예열선과 일치되도록 스테이지(300) 위에 안치된다. 이 때, 절단장치는 도 1의 구성요소에서 제 2 레이저((240)가 생략된다.

모 유리기판(100)의 절단 예정선(120)과 일치된 예열선(302)을 예열하여 모 유리기판(100)의 절단 예정선(120)을 소정 온도로 예열한다. 그런다음, 도 1의 제 1 레이저(220)로부터 레이저 빔이 출사되어, 예열된 절단 예정선을 가열하고, 뒤따르는 노즐((230)은 가열된 절단 예정선(120)을 따라 냉각제를 산포하는 것에 의하여 절단예정선(120)을 따라 크랙을 발생시킨다.

이처럼, 스테이지(300)에 예열수단을 설치하는 경우에도 도 1의 레이저 커터와 마찬가지로 절단면의 품질과 절단속도를 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 절단 대상물(100)의 절단 예정선(120)과의 직접 접촉에 의하여 절단 예정선을 예열하는 예열 수단인 예열용 바(250)을 절단용 레이저(220)의 전단에 설치한 구성을 보여준다.

예열용 바(250)는 레이저(220)로부터 레이저 빔이 출사되기 전에 절단 예정선(120)의 시작단부에 접촉되고, 절단 예정선(120)의 시작단부로부터 절단 예정선(120)을 예열하면서 절단 예정선(120)의 마감 단부까지 진행한다.

예열용 바(250)의 후단에 설치된 레이저(220)는 예열된 절단 예정선(120)을 따라 레이저 빔을 조사하고, 레이저(220)를 뒤따르는 노즐(230)로부터 냉각제가 산포되어 예열 및 가열된 절단 예정선(120)을 급속 냉각한다.

상기한 과정에 의하여 절단 예정선(120)을 따라 크랙이 전파되어, 절단 대상 물(100)은 절단 예정선(120)을 기준으로 절단면이 매끈하게 분할된다.

도 3에서 제시된 레이저 커터(202) 또한 절단용 레이저 빔이 절단 예정선을 따라 조사되기 전에 절단 예정선이 미리 예열되므로, 절단면의 품질 및 절단속도가 실질적으로 향상된다.

한편, 상기한 실시예들에서 절단대상물은 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판이 합착된 기판을 예를 들어 설명하였지만, 절단 대상물은 그들에만 한정되지 않는다. 즉, 절단선의 시작 단부와 종료 단부에 크랙 발생 가능성이 있는 낮은 인성(Toughness)을 갖는 모든 종류의 기판들, 예를 들어 실리콘 기판도 본 발명의 레이저 빔을 이용한 절단장치에 적용될 수 있다.

또한, 상기한 실시예들에서는 절단장치가 이송하면서 절단 대상물을 절단하는 경우를 보이고 설명하였지만, 절단장치는 고정된 상태로 있고, 절단 대상물을 지지하는 플레이트가 이송하면서 절단을 수행하는 것도 가능하다. 즉, 레이저와 절단 대상물의 상대적인 위치 변경에 의하여 절단 대상물의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 절단장치는, 절단 예정선을 따라 절단용 레이저 빔이 조사되기 전에 절단 예정선을 소정 온도로 예열하므로써, 절단면을 더욱 매끈하게 하고, 절단 속도를 실질적으로 향상시킨다.

한편, 여기에서는, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 이하 특허 청구범위는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한 그러한 모든 변형과 변경을 포함하는 것으로 간주된다.

Claims

절단 예정선을 따라 제1 레이저 빔을 상기 절단 예정선에 직접 접촉하여 조사하여 절단 대상물을 예열시키는 예열부와 상기 예열된 절단 예정선을 따라 제2 레이저 빔을 조사하는 조사부를 포함하는 레이저 발생 유닛; 및

상기 제2 레이저 빔이 조사된 상기 절단 예정선을 따라 상기 절단 대상물을 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단장치.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저 발생 유닛 및 상기 냉각 유닛이 장착되고, 상기 레이저 발생 유닛 및 상기 냉각 유닛을 선택 방향으로 이송하는 이송 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단장치.
제 1 항에 있어서, 상기 예열부와 상기 조사부는 서로 다른 특정 파장을 갖는 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단장치.
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제 1 항에 있어서, 상기 레이저 발생 유닛은 상기 제1 및 제2 레이저 빔들을 발생시키는 레이저 빔 발생부, 상기 레이저 빔 발생부로부터 발생된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들의 조사 방향을 굴절시키는 굴절 렌즈 및 상기 제1 및 제2 레이저 빔들의 초점을 조절하는 포커싱 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 절단장치.