KR101407994B1 - Lens for forming bessel beam and Method for cutting substrate using the same - Google Patents

Lens for forming bessel beam and Method for cutting substrate using the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a bessel beam forming lens comprising an incidence surface and a light emission surface. Laser beams having gaussian-shaped energy intensity distribution are entered into the incidence surface. The light emission surface forms the entered laser beams to bessel beams having a longer length than the thickness of a substrate to be cut. The light emission surface has a conical shape protruding along the progress direction of the laser beams. Also, the light emission surface comprises a first convex part arranged at the center of the light emission surface and protruding in the progress direction of the laser beams; a second convex part arranged in the edge of the light emission surface and protruding in the progress direction of the laser beams; and a concave part arranged between the first and second convex parts and recessed against the progress direction of the laser beams. Some of the laser beams emitted via the concave part are distributed to a section where the laser beams emitted via the first and second convex parts are irradiated into the substrate.

Description

베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법{Lens for forming bessel beam and Method for cutting substrate using the same}[0001] The present invention relates to a Bessel beam forming lens and a substrate cutting method using the Bessel beam forming lens.

본 발명은 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 베셀빔을 성형하는 렌즈와 이를 통해 성형된 베셀빔을 이용하여 기판을 절단하는 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vessel beam forming lens and a substrate cutting method using the same, and more particularly, to a vessel lens forming lens for cutting a substrate using a lens for forming an improved vessel beam, a vessel beam formed through the lens, And a substrate cutting method.

일반적으로 터치스크린 및 핸드폰과 같은 휴대단말기 등에 적용되는 강화유리 셀은 평판표시패널의 외층에 해당되는 것으로서, LCD, OLED 등의 평판표시패널에 스크래치가 생성되는 것을 방지하거나 외부 충격으로부터 보호하는 기능을 담당하도록 장착된다. 이러한 강화유리 셀은 터치스크린 및 휴대단말기의 형태에 따라 다양한 외형을 갖게 되는데, 이를 위해 유리기판의 절단 등 가공작업이 필수적으로 이루어진다.Generally, a tempered glass cell applied to a portable terminal such as a touch screen and a cell phone corresponds to an outer layer of a flat panel display panel. The tempered glass cell functions to prevent scratches from being generated on a flat panel display panel such as an LCD or an OLED, . Such reinforced glass cells have various external shapes according to the shapes of the touch screen and the portable terminal. For this purpose, cutting work such as cutting of the glass substrate is essential.

도 1은 일반적인 기판 절단방법의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 2 및 도 3은 종래의 베셀빔 성형렌즈를 이용한 기판 절단방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining an example of a general substrate cutting method, and FIGS. 2 and 3 are views for explaining an example of a substrate cutting method using a conventional vessel beam forming lens.

도 1을 참조하면, 강화유리 셀(2)은 기판(1)으로부터 절단되어 휴대단말기 형상을 가지는 것을 말하며, 강화유리 셀(2)과 강화유리 셀(2) 사이에 절단 예정선(3)이 형성되어 있다. 절단 예정선(3)을 따라 레이저빔(L)을 이동시키면서 기판(1)을 절단하면 다수의 강화유리 셀(2)이 추출된다. 이때, 기판(1)은 유리기판에 강화층 및 터치층이 형성된 강화유리 기판일 수 있고, 강화층만이 형성된 강화유리 기판일 수도 있다.Referring to FIG. 1, the tempered glass cell 2 is cut from the substrate 1 to have a portable terminal shape, and a line to be cut 3 is formed between the tempered glass cell 2 and the tempered glass cell 2 Respectively. A plurality of tempered glass cells 2 are extracted by cutting the substrate 1 while moving the laser beam L along the line along which the object is intended to be cut 3. At this time, the substrate 1 may be a tempered glass substrate on which a reinforcing layer and a touch layer are formed on a glass substrate, or a tempered glass substrate on which only a reinforcing layer is formed.

도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 기판 절단방법 중 하나는 베셀빔(B)으로 성형된 레이저빔(L)을 이용하여 기판(1)을 절단하였다. 레이저빔(L)을 베셀빔(B)으로 성형하기 위해서 주로 액시콘 렌즈(10)를 이용하였는데, 액시콘 렌즈(10)는 평면 형상으로 형성된 입사면(11)과, 입사면(11)의 반대측으로 돌출된 원추 형상으로 형성된 출사면(12)을 각각 구비한다.Referring to FIGS. 2 and 3, one of the conventional substrate cutting methods is to cut the substrate 1 using a laser beam L shaped by a vessel beam B. FIG. The axicon lens 10 is mainly used to form the laser beam L into a vessel beam B. The axicon lens 10 has an incident surface 11 formed in a planar shape and an incident surface 11 formed on the incident surface 11 And an exit surface 12 formed in a conical shape protruding to the opposite side.

액시콘 렌즈(10)의 입사면(11)으로 입사되는 가우시안 형태의 에너지 강도 분포(21)를 가지는 레이저빔(L)은, 광축(C)을 따라 진행하면서 액시콘 렌즈(10)의 출사면(12)의 꼭지점을 향해 진행 방향이 굴절된다. 이와 같이 레이저빔(L)이 꼭지점을 향해 굴절되면서 출사면(12) 근처에서 베셀빔(B)으로 성형될 수 있다.The laser beam L having the Gaussian energy intensity distribution 21 incident on the incident surface 11 of the axicon lens 10 is incident on the exit surface 11 of the axicon lens 10, The moving direction is refracted toward the vertex of the second lens group 12. As described above, the laser beam L can be formed into a vessel beam B near the exit surface 12 while being refracted toward the vertex.

집광되었을 때 초점 심도(Depth Of Focus, DOF)가 비교적 짧은 일반 레이저빔(L)과 달리, 베셀빔(B)은 일정 정도 연장된 길이에서 플랫-탑 형태의 에너지 강도 분포(22)를 유지할 수 있기 때문에, 기판(1)을 절단하는데 보다 효율적일 수 있었다.Unlike the general laser beam L, which is relatively short in depth of focus (DOF) when condensed, the vessel beam B can maintain a flat-tower shaped energy intensity distribution 22 at a constantly extended length The substrate 1 can be cut more effectively.

그러나, 기판(1)의 절단 공정에서 베셀빔(B)을 이용하여도, 기판의 두께 방향(B2)에 대하여 에너지 강도를 균일하게 유지할 수 있지만, 실제 기판(1)에 전달되는 에너지량에서 있어서는 기판(1) 내부의 임의의 위치에서 차이가 발생한다.However, even in the case of using the vessel beam B in the cutting process of the substrate 1, the energy intensity can be uniformly maintained in the thickness direction B2 of the substrate. However, at the amount of energy actually transferred to the substrate 1 A difference occurs at an arbitrary position inside the substrate 1. [

예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 액시콘 렌즈(10)의 출사면(12)을 제1출사부(12a), 제2출사부(12b), 제3출사부(12c)로 3등분하면, 면적의 크기로 볼 때 제3출사부의 면적(A3)이 가장 크고, 제2출사부의 면적(A2)이 중간이고, 제1출사부의 면적(A1)이 가장 작다. 또한, 기판의 두께 방향(B2)을 따라 기판 내부를 제1두께부(1a), 제2두께부(1b), 제3두께부(1c)로 3등분하면, 제1출사부(12a)를 통해 출사되는 베셀빔은 제1두께부(1a)로, 제2출사부(12b)를 통해 출사되는 베셀빔은 제2두께부(1b)로, 제3출사부(12c)를 통해 출사되는 베셀빔은 제3두께부(1c)로 조사될 수 있다.For example, as shown in Fig. 3, the exit surface 12 of the axicon lens 10 is divided into three equal parts by the first output portion 12a, the second output portion 12b, and the third output portion 12c The area A3 of the third outgoing portion is the largest, the area A2 of the second outgoing portion is the middle, and the area A1 of the first outgoing portion is the smallest. If the inside of the substrate is divided into three portions along the thickness direction B2 of the substrate by the first thickness portion 1a, the second thickness portion 1b and the third thickness portion 1c, the first output portion 12a The vessel portion of the vessel 1 is discharged through the first thickness portion 1a and the vessel portion of the vessel 1 through the second outlet portion 12b is discharged to the second thickness portion 1b through the third outlet portion 12c. The beam can be irradiated with the third thickness portion 1c.

이러한 조건에서 베셀빔(B)에 의해 기판(1) 내부로 전달되는 에너지량의 분포(23)를 볼 때, 제1두께부(1a) 및 제3두께부(1c)에 전달되는 에너지량과 비교하여, 제2두께부(1b)에 전달되는 에너지량이 가장 크다. 여기서, 에너지량은 에너지 강도와 레이저빔이 출사되는 부분의 면적의 곱으로 표현될 수 있다.The amount of energy transferred to the first thickness portion 1a and the third thickness portion 1c and the amount of energy transmitted to the second thickness portion 1c, In comparison, the amount of energy transmitted to the second thickness portion 1b is the largest. Here, the amount of energy can be expressed by the product of the energy intensity and the area of the portion where the laser beam is emitted.

즉, 제3출사부(12c)의 면적(A3)이 가장 크지만 제3출사부(12c)에 대응되는 부분으로 입사되는 레이저빔의 에너지 강도(가우시안 형태의 에너지 강도 분포(21)에서 가장자리부)가 가장 낮기 때문에, 제3두께부(1c)에 전달되는 에너지량은 상대적으로 낮다. 제1출사부(12a)에 대응되는 부분으로 입사되는 레이저빔의 에너지 강도(가우시안 형태의 에너지 강도 분포(21)에서 중앙부)가 가장 높지만 제1출사부(12a)의 면적(A1)이 가장 작기 때문에, 마찬가지로 제1두께부(1a)에 전달되는 에너지량은 상대적으로 낮다. 반면에, 에너지 강도와 출사되는 부분의 면적의 곱으로 표현되는 에너지량의 관점에서 볼 때, 제2두께부(1b)에 전달되는 에너지량은 상대적으로 높다.That is, the energy intensity of the laser beam incident on the portion corresponding to the third emission portion 12c (the energy intensity distribution 21 of the Gaussian form) is the largest in the area A3 of the third emission portion 12c, ) Is the lowest, the amount of energy transmitted to the third thickness portion 1c is relatively low. The energy intensity of the laser beam incident on the portion corresponding to the first emission portion 12a (the central portion in the Gaussian energy intensity distribution 21) is the highest, but the area A1 of the first emission portion 12a is the smallest Therefore, similarly, the amount of energy transmitted to the first thickness portion 1a is relatively low. On the other hand, the amount of energy transferred to the second thickness portion 1b is relatively high in view of the amount of energy expressed by the product of the energy intensity and the area of the emitted portion.

이와 같이, 베셀빔(B)을 이용하여 기판(1)을 절단하더라도, 기판(1) 내부에 전달되는 에너지량이 기판 내부의 상부(1a) 및 하부(1c)에서는 낮고, 기판 내부의 중앙부(1b)에서는 높게 형성되므로, 기판 두께 방향(B2)을 따라 균일한 에너지량을 유지할 수 없게 된다.Thus, even when the vessel 1 is cut by using the vessel beam B, the amount of energy transferred to the inside of the substrate 1 is low at the top 1a and bottom 1c inside the substrate, ), A uniform amount of energy can not be maintained along the thickness direction B2 of the substrate.

이러한 상태에서 기판을 절단하면, 기판의 절단된 단면의 품질이 고르지 못한 문제점이 있다. 심지어 기판 내부의 중앙부에 과도한 에너지량의 집중으로 단면이 손상되는 현상까지 발생할 수 있다. 또한, 기판의 절단된 단면의 품질이 고르지 못해 추후 절단 단면을 매끄럽게 연마하는 공정을 추가해야 하므로, 강화유리 셀의 생산수율이 현저히 떨어지는 문제가 있다.If the substrate is cut in such a state, there is a problem that the quality of the cut section of the substrate is uneven. Even a phenomenon that the cross section is damaged due to an excessive amount of energy concentration in the central portion of the inside of the substrate may occur. In addition, since the quality of the cut section of the substrate is uneven, it is necessary to add a step of smoothly polishing the cut section later, so that the production yield of the tempered glass cell is significantly reduced.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 두께 방향 전체에 걸쳐 기판 내부에 균일한 에너지량을 공급하면서 기판을 절단함으로써, 기판의 절단된 단면의 품질을 향상시키고, 터치스크린 또는 휴대단말기의 표시패널을 보호하는 강화유리 셀의 생산수율을 현저하게 향상시킬 수 있는 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to improve the quality of a cut section of a substrate by cutting a substrate while supplying a uniform amount of energy to the inside of the substrate over the entire thickness direction of the substrate , A touch screen or a vessel for protecting a display panel of a portable terminal, and a method for cutting a substrate using the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 베셀빔 성형렌즈는, 가우시안 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 레이저빔이 입사되는 입사면과, 입사된 레이저빔을 절단하고자 하는 기판의 두께 이상의 길이를 가지는 베셀빔으로 성형하여 출사하는 출사면을 포함하며, 상기 출사면은, 전체적으로 레이저빔의 진행 방향을 따라 돌출된 원추 형상이며, 상기 출사면의 중앙부에 배치되고 상기 레이저빔의 진행 방향을 기준으로 볼록하게 형성된 제1볼록부와, 상기 출사면의 가장자리부에 배치되고 상기 레이저빔의 진행 방향을 기준으로 볼록하게 형성된 제2볼록부와, 상기 제1볼록부와 상기 제2볼록부 사이에 배치되고 상기 레이저빔의 진행 방향을 기준으로 오목하게 형성된 오목부를 포함하고, 상기 오목부를 경유하여 출사되는 레이저빔의 일부가, 상기 제1볼록부 및 상기 제2볼록부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역으로 분산되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a vessel lens forming lens according to the present invention comprises an incident surface on which a laser beam having a Gaussian energy intensity distribution is incident, a vessel surface having a length longer than the thickness of the substrate to cut the incident laser beam, And the exit surface is formed in a conical shape protruding along the advancing direction of the laser beam as a whole and is disposed at a central portion of the exit surface and convex on the basis of the advancing direction of the laser beam A second convex portion disposed at an edge portion of the emitting surface and formed to be convex with respect to a traveling direction of the laser beam; and a second convex portion disposed between the first convex portion and the second convex portion, And a concave portion formed concavely with reference to the traveling direction of the laser beam, wherein a part of the laser beam emitted via the concave portion And the laser beam emitted via the first convex portion and the second convex portion is dispersed in a region irradiated inside the substrate.

본 발명에 따른 베셀빔 성형렌즈에 있어서, 상기 제1볼록부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역에 공급하는 에너지량과, 상기 제2볼록부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역에 공급하는 에너지량과, 상기 오목부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역에 공급하는 에너지량을 실질적으로 동일하게 할 수 있다.In the vessel lens forming lens according to the present invention, the amount of energy supplied to the region irradiated with the laser beam emitted through the first convex portion and the laser beam emitted via the second convex portion, The amount of energy supplied to the region irradiated to the inside of the substrate and the amount of energy supplied to the region irradiated with the laser beam emitted via the concave portion can be made substantially equal to each other.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기판 절단방법은, 제1항 또는 제2항에 기재된 베셀빔 성형렌즈를 이용하여, 가우시안 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 레이저빔을 베셀빔으로 성형하는 베셀빔 성형단계; 상기 베셀빔의 길이 내에 상기 기판이 위치하도록, 상기 기판에 상기 베셀빔을 조사하는 조사단계; 및 상기 기판의 절단 예정선을 따라 상기 기판 또는 상기 베셀빔을 수평 방향으로 이동시키는 이동단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate cutting method for cutting a laser beam having a Gaussian energy intensity distribution into a vessel beam by using the vessel beam forming lens according to any one of claims 1 to 3, Bezel beam forming step; Irradiating the substrate with the vessel beam so that the substrate is positioned within the length of the vessel beam; And a moving step of horizontally moving the substrate or the vessel beam along a line along which the substrate is to be cut.

본 발명에 따른 기판 절단방법에 있어서, 상기 기판은 취성 재질의 기판일 수 있다.In the substrate cutting method according to the present invention, the substrate may be a brittle substrate.

본 발명의 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법에 따르면, 기판의 단면 전체에 균일한 에너지가 공급되면서, 기판 단면의 절단 품질을 향상시킬 수 있다.According to the vessel lens forming lens of the present invention and the substrate cutting method using the same, uniform energy can be supplied to the entire cross section of the substrate, and the cutting quality of the cross section of the substrate can be improved.

또한, 본 발명의 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법에 따르면, 추가적인 연마 공정이 필요치 않아, 강화유리 셀의 생산수율을 현저하게 향상시킬 수 있다.Further, according to the vessel lens forming lens of the present invention and the substrate cutting method using the same, an additional polishing process is not required, and the production yield of the tempered glass cell can be remarkably improved.

도 1은 일반적인 기판 절단방법의 일례를 설명하기 위한 도면이고,
도 2 및 도 3은 종래의 베셀빔 성형렌즈를 이용한 기판 절단방법의 일례를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an example of a general substrate cutting method,
FIGS. 2 and 3 are views for explaining an example of a substrate cutting method using a conventional vessel beam forming lens,
4 is a view for explaining a vessel beam forming lens and a substrate cutting method using the same according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a vessel beam forming lens and a substrate cutting method using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a vessel beam forming lens and a substrate cutting method using the same according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 베셀빔 성형렌즈(30)는, 기판의 두께 방향 전체에 걸쳐 기판 내부에 균일한 에너지량을 공급하도록 출사면의 형상이 개선된 것으로서, 입사면(31)과, 출사면(32)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the beam forming lens 30 according to the present embodiment has an improved outgoing surface shape to supply a uniform amount of energy to the inside of the substrate throughout the thickness direction of the substrate. And an exit surface 32, as shown in Fig.

상기 입사면(31)은 전체적으로 평면 형상으로 형성되며, 가우시안 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 레이저빔(L)이 입사된다.The incident surface 31 is formed in a planar shape as a whole, and a laser beam L having a Gaussian energy intensity distribution is incident.

상기 출사면(32)은 전체적으로 레이저빔의 진행 방향(B1)을 따라 입사면(31)의 반대측으로 돌출된 원추 형상이며, 입사된 레이저빔(L)을 절단하고자 하는 기판(1)의 두께 이상의 길이를 가지는 베셀빔(B)으로 성형하여 출사한다.The exit surface 32 is conical in shape and protrudes to the opposite side of the incident surface 31 along the traveling direction B1 of the laser beam as a whole. Shaped beam B having a predetermined length.

입사면(31)으로 입사된 가우시안 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 레이저빔(L)은, 광축(C)을 따라 진행하면서 출사면(32)에서 광축(C)을 향해 진행 방향이 굴절된다. 레이저빔의 진행 방향이 굴절되면서 출사면(32) 근처에서 베셀빔(B)으로 성형될 수 있다.The laser beam L having the Gaussian energy intensity distribution incident on the incident surface 31 is deflected in the advancing direction from the emission surface 32 toward the optical axis C while proceeding along the optical axis C. [ The laser beam can be formed into a vessel beam B near the exit surface 32 while being deflected.

본 발명의 베셀빔 성형렌즈(30)의 출사면(32)은 제1볼록부(32a)와, 제2볼록부(32c)와, 오목부(32b)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 4에 도시된 제1볼록부(32a)와, 제2볼록부(32c)와, 오목부(32b)는 발명의 기술적 특징을 명확하게 설명하기 위하여 실제 형상보다 과장되게 도시되어 있다.The exit surface 32 of the vessel lens forming lens 30 of the present invention is characterized in that it includes a first convex portion 32a, a second convex portion 32c and a concave portion 32b. The first convex portion 32a, the second convex portion 32c, and the concave portion 32b shown in Fig. 4 are exaggerated from the actual shape to clearly illustrate the technical features of the invention.

상기 제1볼록부(32a)는 출사면(32)의 중앙부에 배치되고, 레이저빔의 진행 방향(B1)을 기준으로 볼록하게 형성되어 있다. 베셀빔 성형렌즈(30)의 광축(C)이 제1볼록부(32a)를 통과한다. 제1볼록부(32a)를 경유하여 출사되는 레이저빔(L)은 기판(1) 내부의 상부에 해당하는 제1두께부(1a)에 조사된다.The first convex portion 32a is disposed at the center of the exit surface 32 and is formed to be convex with respect to the advancing direction B1 of the laser beam. The optical axis C of the vessel beam forming lens 30 passes through the first convex portion 32a. The laser beam L emitted via the first convex portion 32a is irradiated onto the first thickness portion 1a corresponding to the upper portion inside the substrate 1. [

상기 제2볼록부(32c)는 출사면(32)의 가장자리부에 배치되고, 레이저빔의 진행 방향(B1)을 기준으로 볼록하게 형성되어 있다. 제2볼록부(32c)를 경유하여 출사되는 레이저빔(L)은 기판(1) 내부의 하부에 해당하는 제3두께부(1c)에 조사된다. 이때, 제1볼록부(32a)와 제2볼록부(32c)의 곡률반경은 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다.The second convex portion 32c is disposed at the edge portion of the exit surface 32 and is formed to be convex with respect to the advancing direction B1 of the laser beam. The laser beam L emitted via the second convex portion 32c is irradiated onto the third thickness portion 1c corresponding to the lower portion inside the substrate 1. [ At this time, the curvature radii of the first convex portion 32a and the second convex portion 32c may be the same or different from each other.

상기 오목부(32b)는 제1볼록부(32a)와 제2볼록부(32c) 사이에 배치되고, 레이저빔의 진행 방향(B1)을 기준으로 오목하게 형성되어 있다. 제1볼록부(32a)와 오목부(32b) 사이에 하나의 변곡점을 포함하고, 오목부(32b)와 제2볼록부(32c) 사이에 다른 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 오목부(32b)를 경유하여 출사되는 레이저빔(L)은 기판(1) 내부의 중앙부에 해당하는 제2두께부(1b)에 조사된다.The concave portion 32b is disposed between the first convex portion 32a and the second convex portion 32c and is formed concavely with reference to the advancing direction B1 of the laser beam. It may include one inflection point between the first convex portion 32a and the concave portion 32b and another inflection point between the concave portion 32b and the second convex portion 32c. The laser beam L emitted via the concave portion 32b is irradiated onto the second thickness portion 1b corresponding to the central portion inside the substrate 1. [

제1볼록부(32a) 및 제2볼록부(32c)를 경유하여 출사되는 레이저빔(L)은 기판(1) 내부의 조사되는 영역에서 수렴되는 반면에, 오목부(32b)를 경유하여 출사되는 레이저빔(L)은 기판(1) 내부의 조사되는 영역에서 분산되는 특징이 있다. 따라서, 오목부(32b)를 경유하여 출사되는 레이저빔의 일부는 제2두께부(1b)로 조사되지만, 오목부(32b)를 경유하여 출사되는 레이저빔의 다른 일부는 제1볼록부(32a) 및 제2볼록부(32c)를 경유하여 출사되는 레이저빔이 조사되는 제1두께부(1a) 및 제3두께부(1c)로 분산된다.The laser beam L emitted via the first convex portion 32a and the second convex portion 32c is converged in the region irradiated inside the substrate 1 while the laser beam L is emitted via the concave portion 32b The laser beam L is dispersed in the region irradiated with the inside of the substrate 1. Therefore, a part of the laser beam emitted via the concave portion 32b is irradiated to the second thickness portion 1b, but another portion of the laser beam emitted via the concave portion 32b is irradiated to the first convex portion 32a And the third thickness portion 1c irradiated with the laser beam emitted via the first convex portion 32a and the second convex portion 32c.

도 3에 도시된 종래의 액시콘 렌즈(10)를 이용할 경우, 베셀빔(B)에 의해 기판(1) 내부로 전달되는 에너지량의 분포(23)가 제1두께부(1a), 제2두께부(1b) 및 제3두께부(1c)에서 균일하지 못하였다.The distribution 23 of the amount of energy transferred to the interior of the substrate 1 by the vessel beam B is smaller than the distribution of the amount of energy 23 transmitted to the substrate 1 by the first thickness portion 1a, It was not uniform in the thickness portion 1b and the third thickness portion 1c.

이와 대비하여, 본 발명의 베셀빔 성형렌즈(30)를 이용하여 성형되는 베셀빔(B)의 경우, 제1볼록부(32a)를 경유하여 출사되는 레이저빔이 제1두께부(1a)에 공급하는 에너지량과, 오목부(32b)를 경유하여 출사되는 레이저빔이 제2두께부(1b)에 공급하는 에너지량과, 제2볼록부(32c)를 경유하여 출사되는 레이저빔이 제3두께부(1c)에 공급하는 에너지량이 실질적으로 동일하게 되어, 도 4에 도시된 바와 같이 기판 두께 방향(B2)을 따라 플랫-탑 형태의 에너지량 분포(24)를 유지할 수 있다.In contrast, in the case of the vessel beam B formed by using the vessel lens forming lens 30 of the present invention, the laser beam emitted via the first convex portion 32a is incident on the first thickness portion 1a The amount of energy to be supplied and the amount of energy supplied to the second thickness portion 1b by the laser beam emitted via the concave portion 32b and the amount of energy supplied by the laser beam emitted via the second convex portion 32c, The amount of energy to be supplied to the thickness portion 1c is substantially the same, and the flatness-type energy amount distribution 24 can be maintained along the thickness direction B2 of the substrate as shown in Fig.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 베셀빔 성형렌즈(30)를 이용하는 기판 절단방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a substrate cutting method using the vessel lens forming lens 30 configured as described above will be described.

본 발명의 기판 절단방법은 베셀빔 성형단계와, 조사단계와, 이동단계를 포함한다.The substrate cutting method of the present invention includes a vessel beam forming step, an irradiating step, and a moving step.

우선, 본 발명에서 상술한 바와 같이 구성된 베셀빔 성형렌즈(30)를 이용하여 절단하는 기판(1)은 유리기판인 경우를 예로 들어 설명한다. 본 발명의 기판은 유리기판에 한정되는 것이 아니라, 취성 재질의 기판, 예를 들어 실리콘 기판, 세라믹 기판 등을 포함할 수 있다.First, the substrate 1 to be cut by using the vessel lens forming lens 30 constructed as described above in the present invention is described as a glass substrate. The substrate of the present invention is not limited to a glass substrate, but may include a substrate made of a brittle material, for example, a silicon substrate, a ceramic substrate, or the like.

상기 베셀빔 성형단계는, 가우시안 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 레이저빔(L)을, 절단하고자 하는 기판(1)의 두께 이상의 길이를 가지며 상술한 바와 같은 플랫-탑 형태의 에너지량 분포(24)를 가지는 베셀빔(B)으로 성형한다.The vesselell beam forming step may be performed by irradiating the laser beam L having a Gaussian energy intensity distribution with a flat-tower type energy amount distribution 24 having a length equal to or greater than the thickness of the substrate 1 to be cut, (B).

본 발명의 베셀빔 성형렌즈(30)에 의해 베셀빔(B)으로 성형되는 레이저빔(L)은 펨토초의 펄스폭 또는 피코초의 펄스폭과 같이 펄스폭이 짧은 레이저빔(L)을 이용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 기판(1)을 형성하는 재질의 열확산시간보다 짧은 펄스폭을 가지는 레이저빔(L)을 기판(1)에 조사하여 분자간의 결합을 끊어내는 광화학 반응을 주된 메커니즘으로 하여 절단하면, 절단되는 경로의 형상이나 길이를 제어하면서 기판(1)의 절단 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. 바람직하게는, 본 실시예의 레이저빔(L)의 펄스폭은 1 펨토초 이상 100 피코초 이하이다.It is preferable to use a laser beam L having a short pulse width such as a femtosecond pulse width or a picosecond pulse width to be formed into the vessel beam B by the vessel beam forming lens 30 of the present invention Do. Generally, when a photochemical reaction in which the laser beam L having a pulse width shorter than the thermal diffusion time of the material for forming the substrate 1 is applied to the substrate 1 to break the bond between the molecules is cut off as a main mechanism, It is possible to effectively perform the cutting process of the substrate 1 while controlling the shape and the length of the path. Preferably, the pulse width of the laser beam L of the present embodiment is 1 femtosecond to 100 picoseconds.

상기 조사단계는 베셀빔(B)의 길이 내에 기판(1)이 위치하도록, 기판(1)에 베셀빔(B)을 조사한다. 기판(1)의 두께 이상의 길이를 가지는 베셀빔(B) 영역 내에 기판(1)의 두께 전체가 수용될 수 있도록 베셀빔(B)과 기판(1)의 상대 위치를 조정한 후, 기판(1)에 베셀빔(B)을 조사한다.The irradiating step irradiates the vessel 1 with a vessel beam B such that the substrate 1 is positioned within the length of the vessel beam B. After adjusting the relative positions of the vessel ring B and the substrate 1 so that the whole thickness of the substrate 1 can be accommodated in the vessel ring B region having a length equal to or longer than the thickness of the substrate 1, (B).

상기 이동단계는 기판(1)의 절단 예정선을 따라 기판(1) 또는 베셀빔(B)을 수평 방향으로 이동시킨다.The moving step moves the substrate 1 or the vessel beam B in the horizontal direction along the line along which the substrate 1 is to be cut.

본 실시예의 이동단계에서는 베셀빔(B)을 수평 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다. 베셀빔(B)을 수평 방향으로 이동시키기 위해서는, 예를 들어 베셀빔(B)을 성형하는 베셀빔 성형 렌즈(30)를 X축 또는 Y축 방향을 따라 이동시키는 직선이송유닛(미도시)을 이용할 수 있다. 직선이송유닛은 리니어 모터 등에 의해 구현될 수 있다. 한편, 기판(1)을 지지하는 기판 지지대에 직선이송유닛을 설치하여, 기판(1)을 수평 방향으로 이동시킬 수도 있다.In the moving step of the present embodiment, it is preferable to move the vessel beam B in the horizontal direction. In order to move the vessel beam B in the horizontal direction, for example, a linear transport unit (not shown) for moving the vessel beam forming lens 30 for forming the vessel beam B along the X axis or Y axis direction Can be used. The linear transfer unit may be implemented by a linear motor or the like. On the other hand, a linear transfer unit may be provided on a substrate support for supporting the substrate 1 to move the substrate 1 in the horizontal direction.

이동단계에서는 절단 공정이 완료될 때까지 베셀빔(B) 영역 내에 기판(1)이 들어오는 상태를 유지하면서 기판(1) 또는 베셀빔(B)을 수평 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.It is preferable to move the substrate 1 or the vessel beam B in the horizontal direction while maintaining the substrate 1 in the vessel vessel B region until the cutting process is completed.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법은, 기판의 두께 방향 전체에 걸쳐 기판 내부에 균일한 에너지량을 공급하도록 출사면의 형상을 개선함으로써, 절단된 기판의 측면이 상대적으로 매끈한 상태를 유지할 수 있으며, 절단된 기판의 가공품질이 향상될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The vessel lens forming lens of the present embodiment constructed as described above and the substrate cutting method using the same can improve the shape of the exit surface so as to supply a uniform amount of energy to the inside of the substrate throughout the thickness direction of the substrate, It is possible to maintain the relatively smooth state and to obtain an effect that the machining quality of the cut substrate can be improved.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법은, 기판의 절단 단면이 매끄럽게 가공되므로, 추가적인 연마 공정이 필요치 않아, 강화유리 셀의 생산수율을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Further, in the vessel lens forming lens of the present embodiment constructed as described above and the substrate cutting method using the same, the cutting edge of the substrate is smoothly processed, so that no additional polishing step is required, and the production yield of the tempered glass cell can be remarkably improved The effect can be obtained.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but can be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

1 : 기판
30 : 베셀빔 성형렌즈
31 : 입사면
32 : 출사면
32a : 제1볼록부
32b : 오목부
32c : 제2볼록부1: substrate
30: Bessel beam forming lens
31: incidence plane
32: exit surface
32a: first convex portion
32b:
32c: second convex portion

Claims (4)

가우시안 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 레이저빔이 입사되는 입사면과, 입사된 레이저빔을 절단하고자 하는 기판의 두께 이상의 길이를 가지는 베셀빔으로 성형하여 출사하는 출사면을 포함하며,
상기 출사면은, 전체적으로 레이저빔의 진행 방향을 따라 돌출된 원추 형상이며, 상기 출사면의 중앙부에 배치되고 상기 레이저빔의 진행 방향을 기준으로 볼록하게 형성된 제1볼록부와, 상기 출사면의 가장자리부에 배치되고 상기 레이저빔의 진행 방향을 기준으로 볼록하게 형성된 제2볼록부와, 상기 제1볼록부와 상기 제2볼록부 사이에 배치되고 상기 레이저빔의 진행 방향을 기준으로 오목하게 형성된 오목부를 포함하고,
상기 오목부를 경유하여 출사되는 레이저빔의 일부가, 상기 제1볼록부 및 상기 제2볼록부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역으로 분산되는 것을 특징으로 하는 베셀빔 성형렌즈.An incident surface on which a laser beam having an energy intensity distribution of a Gaussian form is incident and an exit surface on which an incident laser beam is formed into a vessel beam having a length equal to or longer than a thickness of a substrate to be cut,
Wherein the outgoing surface is a conical shape protruding along the advancing direction of the laser beam as a whole and includes a first convex portion disposed at the center of the outgoing surface and formed to be convex with respect to a traveling direction of the laser beam, A second convex portion disposed on the second convex portion and formed to be convex on the basis of a traveling direction of the laser beam, and a concave portion formed between the first convex portion and the second convex portion, ≪ / RTI >
Wherein a part of the laser beam emitted via the concave portion is dispersed in a region irradiated with the laser beam emitted via the first convex portion and the second convex portion into the inside of the substrate. 제1항에 있어서,
상기 제1볼록부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역에 공급하는 에너지량과, 상기 제2볼록부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역에 공급하는 에너지량과, 상기 오목부를 경유하여 출사되는 레이저빔이 기판의 내부에 조사되는 영역에 공급하는 에너지량을 실질적으로 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 베셀빔 성형렌즈.The method according to claim 1,
An amount of energy supplied to a region irradiated with the laser beam emitted via the first convex portion to the inside of the substrate and an amount of energy supplied to a region irradiated with the laser beam emitted through the second convex portion into the substrate And a quantity of energy supplied to a region irradiated with the laser beam emitted via the concave portion into the substrate is made substantially equal. 제1항 또는 제2항에 기재된 베셀빔 성형렌즈를 이용하여, 가우시안 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 레이저빔을 베셀빔으로 성형하는 베셀빔 성형단계;
상기 베셀빔의 길이 내에 상기 기판이 위치하도록, 상기 기판에 상기 베셀빔을 조사하는 조사단계; 및
상기 기판의 절단 예정선을 따라 상기 기판 또는 상기 베셀빔을 수평 방향으로 이동시키는 이동단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 절단방법.A Bezel beam shaping step of shaping a laser beam having a Gaussian energy intensity distribution into a Bezel beam using the Bezel beam forming lens according to claim 1 or 2;
Irradiating the substrate with the vessel beam so that the substrate is positioned within the length of the vessel beam; And
And moving the substrate or the vessel beam in a horizontal direction along a line along which the substrate is to be cut. 제3항에 있어서,
상기 기판은 취성 재질의 기판인 것을 특징으로 하는 기판 절단방법.The method of claim 3,
Wherein the substrate is a brittle substrate.
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