KR101798197B1 - 복층 기판의 일 방향 절단 장치 및 이를 이용한 복층 기판의 일 방향 절단 방법 - Google Patents

복층 기판의 일 방향 절단 장치 및 이를 이용한 복층 기판의 일 방향 절단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 실링 부재를 이중으로 형성할 필요가 없어서 제한된 면적을 가지는 투명 기판에서 더욱 많은 디스플레이 패널을 제조할 수 있게 하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 평판 형태의 투명 기판들이 불투명한 실링 부재에 의해 접합되어 복층의 투명 기판을 이루고 있을 때 이를 절단하는 장치로서, 광원; 및 상기 광원으로부터 출사된 광의 일부는 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 상측에 놓인 투명 기판 내부에 집광하고, 광의 다른 일부는 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 하측에 놓인 투명 기판 내부에 집광하는 광학계를 포함하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치를 제공한다.

Description

복층 기판의 일 방향 절단 장치 및 이를 이용한 복층 기판의 일 방향 절단 방법{Apparatus of cutting dual panel in one direction and method of cutting dual panel in one direction using the same}
본 발명은 복층 기판의 절단 장치 및 이를 이용한 복층 기판의 절단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 장 이상의 투명 기판이 불투명 실링 부재로 접합되어 이루어진 복층 패널에서 불투명 실링 부재가 위치하는 지점을 한 번의 세팅으로 동일한 방향(일 방향)으로 한 번에 가해지는 광(光)을 사용하여 절단할 수 있는 복층 기판의 일 방향 절단 장치 및 이를 이용한 복층 기판의 일 방향 절단 방법에 관한 것이다.
유리, 실리콘, 사파이어 등의 투명 기판을 절단하여 분리시키는데 사용되는 방법으로는, 스크라이빙(scribing), 블레이드 다이싱(blade dicing)의 기계적인 절단 방법과 광(光) 기반가공의 절단 방법이 사용되고 있다.
기존 기계적 절단 방법은 가공 시 다량의 칩을 형성하여 가공 후 칩 제거 및 세척 공정 등이 부가적으로 요구되고, 잔류응력을 가공물에 남기며 공구와 시편간의 물리적인 접촉 과정에서 공구의 마모가 발생하고, 가공 후 절단면에 남아있는 마이크로 크랙들은 추후 시편의 파손을 야기하는 등의 단점이 존재한다.
상기 광 기반의 절단 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 첫째는 절단하려는 시편의 흡수대역에 해당하는 파장을 갖는 레이저를 사용하여 액화나 기화, 혹은 플라즈마화 등의 상변화를 통해 시편의 일부를 제거함으로써 시편을 절단하는 방법이다. 이러한 방법에서는 한 번의 레이저 조사를 통해 제거할 수 있는 시편의 양이 제한되어 있는 관계로, 통상적으로 여러 번의 스캔을 통해 깊이방향으로 시편 물질을 제거해 가는 형태로 절단이 진행된다. 때문에 가공시간이 오래 걸리며, 이 과정에서 가공 주변 영역으로 넓은 열영향지대(HAZ: Heat Affected Zone)를 형성하여, 가공물의 물성치를 변화시키고 잔류응력을 남겨 강도를 약화시키거나 시편의 균일도를 떨어뜨리는 등의 한계를 가지고 있으며, 상기 기계적 절단 방법과 마찬가지로 가공 중 많은 데브리(debris)가 발생하여 이를 제거하는 공정이 요구되는 등의 단점이 있다. 레이저의 출력을 증가시켜 한 번의 스캔으로 절단을 수행하는 경우도 있으나 출력 증가에 따라 동반되는 악영향은 위의 언급된 단점들과 유사하다.
광 기반의 두 번째 절단 방법으로는 물리적인 시편 물질의 제거가 아닌 크랙을 발생시키고 전파하여 절단을 돕거나 직접적으로 절단을 수행하는 것이다. 여기서 상기 레이저는 시편의 원하는 영역의 온도를 높이는데 사용되고, 시편의 온도가 식는 과정에서 인장력이 형성되어 크랙이 발생 및 전파된다.
한편, 현재 디스플레이 분야에 있어서는 모기판상에 다수의 디스플레이부를 형성하고 그 위에 모대향기판을 프릿(frit) 등의 실링 부재를 사용하여 접합하여 다수의 디스플레이 패널을 형성한 후, 각각의 디스플레이 패널 별로 절단하여 디스플레이 패널을 제작하는 과정을 거치게 된다.
도 1에는 종래의 디스플레이 패널의 제조 방식의 일례를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 디스플레이 패널(5)의 제조 공정에 있어서는 복수 개의 디스플레이부가 배치된 모기판(1)과, 상기 모기판(1)에 대향하여 배치된 모대향기판(2)과, 상기 모기판(1)과 상기 모대향기판(2)을 서로 접합하여 디스플레이부를 외기와 차단하는 실링 부재(3)를 포함한다. 이러한 대형의 모기판(1)과 대형의 모대향기판(2) 사이에 복수의 디스플레이부를 형성하고 각각의 디스플레이부 단위로 디스플레이 패널(5)이 되도록 상기 모기판(1)과 상기 모대향기판(2)을 절단하여 디스플레이 패널(5)을 대량으로 제조하게 된다. 모기판(1)과 모대향기판(2)을 절단하기 위해서는 기존의 레이저를 이용한 절단 방법을 사용할 수 있다. 상기 실링 부재(3)는 통상 유리 분말, 접착제 등을 포함하여 만들어지기 때문에 레이저 광선이 투과하지 못하는 불투명한 소재이다.
레이저를 이용한 절단 방법은 불투명한 소재를 절단하지 못하므로 도 1에 도시된 것과 같이 실링 부재(3)를 이중으로 도포하고 그 사이의 실링 부재(3)가 없는 영역을 절단(절단선, 4)하는 방식을 사용하여 왔다. 그러나 제한된 면적의 모기판에서 더욱 많은 디스플레이 패널을 얻기 위해서는 실링 부재를 이중으로 형성하는 방식은 수율을 낮추어 경제성을 악화시키는 단점이 있다. 이에 불투명 소재인 실링 부재가 있는 지점에서도 유리 기판 등의 투명 기판을 절단할 수 있는 새로운 장치를 개발할 필요성이 크게 대두된다.
대한민국 등록특허 제10-1647991호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실링 부재를 이중으로 형성할 필요가 없어서 제한된 면적을 가지는 투명 기판에서 더욱 많은 디스플레이 패널을 제조할 수 있게 하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,
평판 형태의 투명 기판들이 불투명한 실링 부재에 의해 접합되어 복층의 투명 기판을 이루고 있을 때 이를 절단하는 장치로서,
레이저광을 출사하는 레이저 광원; 및
상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 상측에 놓인 투명 기판 내부에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 하측에 놓인 투명 기판 내부에 집광하는 광학계를 포함하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치를 제공한다.
여기서, 상기 광학계는,
굴절 광학 소자 또는 회절 광학 소자를 포함하여 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절하고,
빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 상측의 투명 기판 내에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 하측의 투명 기판 내에 집중하도록 조절하는 것일 수 있다.
또는 여기서, 상기 광학계는, 레이저광에 대한 투과도가 공기에 비해 낮은 소재로 만들어지고, 상기 레이저 광원과 상기 복층 투명 기판 사이에 배치된 것으로 원형의 평면 형상의 중앙에 관통공이 형성된 도넛 형태의 스크린을 포함하여서,
상기 스크린의 중앙의 관통공을 통과한 레이저광은 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 상측의 투명 기판 내에 집중하고, 상기 스크린의 외측을 지나는 레이저광은 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 하측의 투명 기판 내에 집중하도록 조절하는 것일 수 있다.
또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 평판 형태의 투명 기판들이 간격을 두고 복층의 투명 기판을 이루고 있을 때 이를 절단하는 장치로서,
레이저광을 출사하는 레이저 광원; 및
상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상측 투명 기판 내부의 일 지점(F2)에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 하측 투명 기판 내부의 일 지점(F1)에 집광하는 광학계를 포함하고,
상기 광학계는,
굴절 광학 소자 또는 회절 광학 소자를 포함하여 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절하고,
빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상측 투명 기판(20)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 위 일 지점(F2)에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 하측 투명 기판(10)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 아래 일 지점(F1)에 집중하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 광학계는, 이중 곡면 렌즈를 포함하고,
상기 이중 곡면 렌즈는, 광경로 방향에서 바라볼 때 원형의 중앙 부분에 비해 중앙의 원형 부분을 둘러싼 도넛 모양의 외곽 부분의 곡률 반경이 더 큰 것일 수 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 평판 형태의 투명 기판들이 간격을 두고 복층의 투명 기판을 이루고 있을 때 이를 절단하는 장치로서,
레이저광을 출사하는 레이저 광원; 및
상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상측 투명 기판 내부의 일 지점(F2)에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 하측 투명 기판 내부의 일 지점(F1)에 집광하는 광학계를 포함하고,
상기 광학계는,
상기 레이저 광원으로부터 발생된 레이저광을 상측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광하는 집속 렌즈; 및
상기 집속 렌즈와 상측 투명 기판 사이에 위치하는 것으로, 중앙 부분에 관통공이 형성되고 투광 소재로 만들어지며, 상기 관통공을 통과하는 레이저광은 그대로 상측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광되도록 하고, 투광 소재로 만들어진 부분을 통과하는 레이저광은 하측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광되도록 하는 옵티컬 패스 체인저를 포함하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 간격(d)을 두고 배치된 복층의 평판 형태의 투명 기판들을 준비하는 준비 단계;
하나의 광원으로부터 레이저 빔을 발생시키는 빔 발생 단계;
굴절 광학 소자 또는 회절 광학 소자를 포함하여 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절하는 빔 프로파일 조절 단계;
빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상측 투명 기판(20)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 위 일 지점(F2)에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 하측 투명 기판(10)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 아래 일 지점(F1)에 집중하도록 조절하는 집광 단계; 및
상기 투명 기판들에 대해 상기 광학계를 상대 이동 시켜 각각의 투명 기판에 절단 예비 라인을 형성하는 절단 라인 형성 단계를 포함하는 복층 기판의 일 방향 절단 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
여기서, 상기 집광 단계는,
중앙과 외측의 초점 거리가 상이한 것으로, 중앙부의 초점거리와 외측부의 초점 거리의 차이가 상측 투명 기판의 두께(t1)와 투명 기판들 사이의 간격(d)의 합에 비해 더 크고 상측의 투명 기판의 두께(t1)와 하측의 투명 기판의 두께(t2)와 투명 기판들 사이의 간격(d)의 합에 비해 더 작은 집속 렌즈를 이용하여 상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상측 투명 기판 내부의 일 지점(F2)에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 하측 투명 기판 내부의 일 지점(F1)에 집광하는 것일 수 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 간격(d)을 두고 배치된 복층의 평판 형태의 투명 기판들을 준비하는 준비 단계;
광원으로부터 레이저 빔을 발생시키는 빔 발생 단계;
집속 렌즈로 광원으로부터 발생된 레이저광을 상측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광하는 집광 단계;
상기 일 지점으로 집광되는 레이저광의 경로에 놓인, 중앙 부분에 관통공이 형성되고 투광 소재로 만들어진 옵티컬 패스 체인저에 의해, 관통공을 통과하는 레이저광은 그대로 상측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광되고, 투광 소재로 만들어진 부분을 통과하는 레이저광은 하측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광되는 이중 집광 단계; 및
상기 투명 기판들에 대해 상기 광학계를 상대 이동 시켜 각각의 투명 기판에 절단 예비 라인을 형성하는 절단 라인 형성 단계를 포함하는 복층 기판의 일 방향 절단 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 불투명 소재인 실링 부재를 사용하여 기판을 접합한 경우에도 실링 부재가 위치하는 지점에서 기판을 절단할 수 있게 된다. 이에 따라 디스플레이 패널 등의 제조 공정에서 기판을 접합하는 실링 부재를 이중으로 형성할 필요가 없어서 제한된 면적을 가지는 기판에서 더욱 많은 디스플레이 패널을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 디스플레이 패널의 제조 공정에서 레이저를 사용하여 복층 기판을 절단하는 방식을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치의 일 실시예를 보여주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치에 사용되는 레이저 광선의 빔 프로파일을 보여주는 그래프.
도 4는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 5는 도 4에 사용되는 마스크를 레이저 광선 입사 방향에서 본 모습을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치의 또 다른 실시예로서, 이중 곡면 렌즈를 사용하는 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치의 또 다른 실시예로서, 옵티컬 패스 체인저를 사용하는 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 2에는 본 발명에 따른 일 방향 조사 레이저를 사용한 복층 기판의 절단 징치의 일 실시예를 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치에 사용되는 레이저 광선의 빔 프로파일을 보여주는 그래프가 도시되어 있다.
본 발명의 복층 기판의 일 방향 절단 장치는 기본적으로, 복수의 투명 기판이 불투명한 실링 부재(30)로 접합된 것을 한 번의 세팅으로 절단할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 본 발명의 장치는 디스플레이 패널 등의 제조 과정에서 복층 기판의 각각의 투명 기판에 레이저광을 동시에 집속할 수 있는 장치이다.
상기 투명 기판은 실리콘(Si), 유리, 실리콘 카바이드(SiC), LiTaO3 또는 사파이어(Al2O3)를 포함하는 투명 소재의 그룹에서 선택된 하나 이상의 소재를 포함하여 만들어진 것일 수 있다. 즉, 투명 기판은 강화유리 등이 그 대상일 경우가 많을 것이나 유리에 한정되지 않고 사용된 레이저파장에 투명한 소재이면 어떤 것이든 해당될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치는, 평판 형태의 투명 기판들이 불투명한 실링 부재(30)에 의해 접합되어 복층의 투명 기판을 이루고 있을 때 이를 절단하는 장치로서, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부를 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 상측에 놓인 투명 기판 내부에 집광하고, 레이저광의 다른 일부를 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 하측에 놓인 투명 기판 내부에 집광하는 광학계를 포함한다.
상기 레이저 광원은 투명 기판의 절단을 위해 투명 기판의 내부 특정 위치에 초점이 맞춰지는 레이저광을 발생시키는 것으로, 통상의 레이저를 이용한 투명 기판의 절단에 사용될 수 있는 것이면 어떤 것이든 적용이 가능하다. 예를 들어, 레이저광에 의해 투명 기판 내부에 열에 의한 상변화를 유발하여 절단하는 방식의 경우에는 레이저 광원에서 발생되는 레이저광의 최종 출력단에서의 최종 출력단의 펄스폭이 팸토초(femto second) 단위인 펄스 레이저 빔을 생성하고, 투병 기판 내부에 크랙을 형성하는 방식의 경우에는 레이저 광원에서 발생되는 레이저광의 최종 출력단에서의 최종 출력단의 펄스폭이 피코초(pico second) 단위 또는 나노초(nano second) 단위인 펄스 레이저 빔을 생성하게 된다.
상기 광학계는 하나 이상의 집속 렌즈(70)을 포함하여 레이저 광원으로부터 발생된 레이저광을 투명 기판 내부에 집속되도록 한다. 또한, 상기 광학계는 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절한다. 이러한 프로파일의 일례가 도 3에 도시되어 있다. 즉, 복층으로 적층된 투명 기판에 대해 각각의 투명 기판에 레이저 광선의 초점이 형성되도록 하고, 이를 위해 레이저 광선의 프로파일을 도 3에 도시된 것과 같이 형성한다.
또한, 상기 광학계는 레이저광이 두 지점에 각각 집속되도록 한다. 즉, 레이저광의 빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상측 투명 기판(20)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 바로 위에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 하측 투명 기판(10)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 바로 아래에 집중하도록 조절한다. 상기 상측 투명 기판(20) 내에서 레이저광이 집속되는 지점과 상기 하측 투명 기판(10) 내에서 레이저광이 집속되는 지점을 잇는 선은 레이저광의 진행 방향에 나란한 방향으로 연장된다.
디스플레이 패널의 제조 과정 등 투명 기판을 사용하는 여러 제조 공정에서는 대면적의 모기판으로부터 일괄 공정으로 디스플레이부를 형성하고 모대향기판과 실링 부재(30)로 접합한 후, 개별 디스플레이 패널을 절단하는 방식으로 제조하여 공정의 수율을 높이는 것이 제조 단가를 낮추기 위해 매우 중요하다.
복수의 투명 기판을 서로 접합하는 실링 부재(30)는 통상 유리 분말과 접착제가 혼합된 소재로서 레이저 광선이 투명할 수 없는 불투명 소재인 것이 일반적이다. 불투명 소재가 사용되어 접합된 복층 기판에서 불투명 소재가 위치하는 지점을 절단하는 것은 레이저광이 투과하지 못하여 지금까지 이루어지지 않아왔다. 대신에 불투명 소재가 위치하는 지점을 피하여 절단할 수 있는 구조(도 1)로 만들거나, 복층 기판 중에서 최상층의 기판과 그 하부의 기판에서 절단되는 지점을 달리하는 방법을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이러한 방법으로는 대면적의 투명 기판 소재를 최대한 활용하는 것이 어려워지고, 절단을 위한 공정이 한 번에 이루어질 수 없는 등 제조 공정의 효율이 저하된다.
본 발명에 의하는 경우에는 불투명 소재가 실링 부재(30)로 사용된 지점에서 하부의 투명 기판을 레이저를 사용하여 절단할 수 있고, 이러한 절단이 최상부의 투명 기판의 레이저를 이용한 절단 공정과 한 번의 세팅으로 동시에 이루어질 수 있다. 여기서, 한 번의 세팅이라는 것은 상측 투명 기판(20)과 하측 투명 기판(10)에 각각 레이저광을 집속하는 것이 동시에 이루어지도록 할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에서 일 방향 레이저라고 지칭하는 것은 상측 투명 기판(20)과 하측 투명 기판(10)에 각각 레이저광을 집속되는 지점이 레이저광의 진행 방향에 대해 일직선으로 놓이는 것을 의미한다.
한편, 본 발명을 적용하여 복층 패널을 절단할 때 투명 기판의 두께가 실링 부재의 두께에 비해 매우 켜서 투명 기판이 절단될 수 있는 상태에서는 실링 부재는 투명 기판을 따라 절단된다.
도 4에는 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 사용되는 스크린(60)을 레이저광의 입사 방향에서 본 모습을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치는 스크린(60)을 광학계에 포함한다. 상기 스크린은, fused silica, quarts, glass 등의 광학소재를 포함하는 광학소재의 그룹에서 선택된 하나 이상의 소재로 만들어지고, 상기 레이저 광원과 상기 복층 투명 기판 사이에 배치된 것으로 원형의 평면 형상의 중앙에 관통공이 형성된 도넛 형태로 만들어질 수 있다.
그 외의 구성은 앞서 설명한 실시예와 실질적으로 동일하다.
상기 스크린(60)의 중앙의 관통공을 통과한 레이저광은 상측 투명 기판(20)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 바로 위에 집중하고, 상기 스크린(60)의 외측을 지나는 레이저광은 하측 투명 기판(10)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 바로 아래에 집중하도록 조절한다. 상기 상측 투명 기판(20) 내에서 레이저광이 집속되는 지점과 상기 하측 투명 기판(10) 내에서 레이저광이 집속되는 지점을 잇는 선은 레이저광의 진행 방향에 나란한 방향으로 연장된다.
본 실시예의 경우에도 디스플레이 패널과 같이 복층으로 구성된 투명 기판을 레이저광을 활용하여 한 번의 세팅으로 절단하는 것이 가능하다.
도 6에는 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치의 또 다른 실시예로서, 이중 곡면 렌즈를 사용하는 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 6에 도시된 것과 같이, 이중 곡면 렌즈를 사용하여 복층의 투명 기판 중 상측의 투명 기판과 하측의 투명 기판 각각에 레이저 광이 집광되도록 할 수 있다.
상기 이중 곡면 렌즈는, 광경로 방향에서 바라볼 때 원형의 중앙 부분에 비해 중앙의 원형 부분을 둘러싼 도넛 모양의 외곽 부분의 곡률 반경이 더 큰 것일 수 있다.
이러한 이중 곡면 렌즈를 사용하는 방식은 앞서 설명한 빔 프로파일을 조절하는 방식이나 스크린을 설치하는 방식과 함께 사용될 수도 있고 별도로 사용될 수도 있다. 다만, 빔 프로파일이 도 3에 도시된 것과 같이 조절된 레이저 광을 사용하고, 이중 곡면 렌즈를 사용하는 경우에는 집속 효율을 더욱 증대시킬 수 있다. 또한, 스크린을 사용하는 방식이 사용되는 경우에도 이중 곡면 렌즈를 사용하는 경우에는 더욱 집광이 밀도 있게 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
도 7에는 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 장치의 또 다른 실시예로서, 옵티컬 패스 체인저를 사용하는 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 집속 렌즈와 상측 투명 기판 사이에 옵티컬 패스 체인저(optical path changer)(90)를 사용하여 복층의 투명 기판 중 상측의 투명 기판과 하측의 투명 기판 각각에 레이저 광이 집광되도록 할 수 있다.
상기 옵티컬 패스 체인저(90)의 일례로는 공기보다 밀한 매질인 투광 소재로 만들어지고, 중앙 부분에 관통공이 형성된 부재를 들 수 있다. 관통공을 투과한 레이저광(①)은 그대로 상측 투명 기판(20) 내부의 일 지점(F1)에 집광되고, 관통공 외곽의 투광 소재를 통과하는 레이저광(②~③)은 투광 소재에서 굴절되어 불투명 접합 소재를 피해 하측 투명 기판(10) 내부의 일 지점(F2)에 집광되도록 할 수 있다. 또는 중앙 부분의 굴절률이 외곽 부분의 굴절률에 비해 낮게 형성되기만 만하면 중앙 부분을 통과하는 광과 외곽 부분을 통과하는 광 사이의 집광되는 위치에 차이를 만들 수 있다. 따라서 상기 옵티컬 패스 체인저는 중앙 부분의 굴절률이 외곽 부분의 굴절률에 비해 낮은 부재이면 된다.
이러한 옵티컬 패스 체인저(90)를 사용하는 방식은 앞서 설명한 빔 프로파일을 조절하는 방식이나 스크린을 설치하는 방식과 함께 사용될 수도 있고 별도로 사용될 수도 있다. 다만, 빔 프로파일이 도 3에 도시된 것과 같이 조절된 레이저 광을 사용하고, 옵티컬 패스 체인저(90)를 사용하는 경우에는 집속 효율을 더욱 증대시킬 수 있다. 또한, 스크린을 사용하는 방식이 사용되는 경우에도 옵티컬 패스 체인저(90)를 사용하는 경우에는 더욱 집광이 밀도 있게 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 7을 비롯한 다른 도면들에서 레이저 광이 매질의 경계면에서 굴절되는 것을 표시하지 않은 경우는 해당 부분의 굴절은 부수적인 사항이라고 파악하고 있기 때문이다.
이하에서는 본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 방법에 관하여 설명한다.
본 발명에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 방법은 준비 단계, 빔 발생 단계, 빔 프로파일 조절 단계, 집광 단계 및 절단 라인 형성 단계를 포함한다.
상기 준비 단계에서는 간격(d)을 두고 배치된 복층의 평판 형태의 투명 기판들을 준비한다. 상기 빔 발생 단계에서는 하나의 광원으로부터 레이저 빔을 발생시킨다. 상기 빔 프로파일 조절 단계에서는, 굴절 광학 소자 또는 회절 광학 소자를 포함하여 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절한다.
상기 집광 단계에서는, 빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상측 투명 기판(20)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 위 일 지점(F2)에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 하측 투명 기판(10)에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 아래 일 지점(F1)에 집중하도록 조절한다.
상기 절단 라인 형성 단계에서는 상기 투명 기판들에 대해 상기 광학계를 상대 이동 시켜 각각의 투명 기판에 절단 예비 라인을 한 번에 형성한다.
한편, 상기 집광 단계에서 사용되는 집속 렌즈는 이중 곡면 렌즈일 수 있다. 상기 이중 곡면 렌즈는 중앙부와 중앙부를 둘러싸는 외측부의 초점 거리가 상이하다. 상기 이중 곡면 렌즈에 있어서 중앙부의 초점거리와 외측부의 초점 거리의 차이는, 상측 투명 기판의 두께(t1)와 투명 기판들 사이의 간격(d)의 합에 비해 더 크고 상측의 투명 기판의 두께(t1)와 하측의 투명 기판의 두께(t2)와 투명 기판들 사이의 간격(d)의 합에 비해 더 작다. 상기 이중 곡면 렌즈를 이용하여 상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상측 투명 기판 내부의 일 지점(F2)에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 하측 투명 기판 내부의 일 지점(F1)에 집광할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 방법을 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복층 기판의 일 방향 절단 방법은, 준비 단계 빔 발생 단계, 집광 단계, 이중 집광 단계 및 절단 라인 형성 단계를 포함한다.
상기 준비 단계 및 상기 빔 발생 단계는 앞선 실시예에서와 동일하다.
본 실시예의 집광 단계는 앞서 살펴본 실시예와는 다르게 집속 렌즈로 광원으로부터 발생된 레이저광을 상측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광하는 한다.
상기 이중 집광 단계에서는 상기 집속 렌즈와 상측 투명 기판 사이에 놓이는 옵티컬 패스 체인저(90)를 사용하여 레이저광의 일부는 그대로 상측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광되고, 하측 투명 기판 내부의 일 지점에 집광된다. 상기 옵티컬 패스 체인저(90)는 중앙 부분의 굴절률이 외곽 부분의 굴절률에 비해 낮은 부재이면 되는데, 중앙 부분에 관통공이 형성된 것도 이에 해당한다고 할 수 있다.
그 다음, 절단 라인 형성 단계에서는 상기 투명 기판들에 대해 상기 광학계를 상대 이동 시켜 각각의 투명 기판에 절단 예비 라인을 형성한다.
한편, 본 발명 이전에 광경로를 다르게 설정하는 방식으로 동시에 광축방향의 여러 지점에 레이저 광선의 초점이 형성되도록 한 예가 있다(대한민국 등록특허 제10-1647991호). 위 선행발명은 광축선상에서 레이저 광선의 경로를 바꿔주는 것으로, 본 발명은 빔 프로파일을 변경하는 방식으로 다중 초점(multi-foci)을 형성하여 에너지 전달방식을 변경한 것이어서 서로 성격이 상이하다. 특히, 위 선행발명은 본 발명과 달리 불투명 실링 부재가 위치하는 지점에서 투명 기판을 절단하는 방식에 적용할 수 없다는 점에서 본 발명은 위 선행발명과 구별된다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 불투명의 실링 부재가 있는 경우에도 투명 기판의 절단이 가능하다는 점을 주로 설명하였는데, 이러한 장점은 종래에 얻을 수 없는 새로운 효과이다. 그렇지만 본 발명의 레이저 절단 장치를 불투명 실링 부재가 있는 경우에만 적용할 수 있다는 것은 아니고 불투명 실링 부재가 없는 경우에도 본 발명의 적용이 가능하다.
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해짐이 자명하다.
10: 하측 투명 기판 20: 상측 투명 기판
30: 실링 부재 40: 절단선
60: 스크린 70: 집속 렌즈
90: 옵티컬 패스 체인저
170: 이중 초점 렌즈 171: 렌즈 중앙부
172: 렌즈 외곽부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 평판 형태의 투명 기판들이 불투명한 실링 부재(30)에 의해 접합되어 복층의 투명 기판을 이루고 있을 때 이를 절단하는 장치로서,
    레이저광을 출사하는 레이저 광원; 및
    상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상측 투명 기판 내부에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 위의 일 지점(F2)에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 하측 투명 기판 내부에서 상기 실링 부재(30)가 위치하는 지점의 아래의 일 지점(F1)에 집광하는 광학계를 포함하며,
    상기 광학계는,
    굴절 광학 소자 또는 회절 광학 소자를 포함하여 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절하고,
    빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상측 투명 기판에서 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 위 일 지점(F2)에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 하측 투명 기판에서 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 아래 일 지점(F1)에 집중하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치.
  3. 삭제
  4. 평판 형태의 투명 기판들이 불투명한 실링 부재에 의해 접합되어 간격을 두고 복층의 투명 기판을 이루고 있을 때 이를 절단하는 장치로서,
    레이저광을 출사하는 레이저 광원; 및
    상기 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상측 투명 기판 내부의 일 지점(F2)에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 하측 투명 기판 내부의 일 지점(F1)에 집광하는 광학계를 포함하고,
    상기 광학계는,
    굴절 광학 소자 또는 회절 광학 소자를 포함하여 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절하고,
    빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상측 투명 기판에서 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 위 일 지점(F2)에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 하측 투명 기판에서 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 아래 일 지점(F1)에 집중하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학계는, 이중 곡면 렌즈를 포함하고,
    상기 이중 곡면 렌즈는, 광경로 방향에서 바라볼 때 원형의 중앙 부분에 비해 중앙의 원형 부분을 둘러싼 도넛 모양의 외곽 부분의 곡률 반경이 더 큰 것을 특징으로 하는 복층 기판의 일 방향 절단 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 간격(d)을 두고 배치된 복층의 평판 형태의 투명 기판들을 준비하는 준비 단계;
    광원으로부터 레이저 빔을 발생시키는 빔 발생 단계;
    굴절 광학 소자 또는 회절 광학 소자를 포함하는 광학계를 이용하여 레이저광의 프로파일을 중앙부, 중간부 및 최외곽부의 세 부분으로 나눌 때 중앙부와 최외곽부의 광 강도가 중간부에 비해 상대적으로 높도록 빔 프로파일을 조절하는 빔 프로파일 조절 단계;
    빔 프로파일 중 중앙부에 위치하는 레이저광은 상측 투명 기판에서 실링 부재가 위치하는 지점의 위 일 지점(F2)에 집중하고, 빔 프로파일 중 최외곽에 위치하는 레이저광은 하측 투명 기판에서 상기 실링 부재가 위치하는 지점의 아래 일 지점(F1)에 집중하도록 조절하는 집광 단계; 및
    상기 투명 기판들에 대해 상기 광학계를 상대 이동 시켜 각각의 투명 기판에 절단 예비 라인을 형성하는 절단 라인 형성 단계를 포함하는 복층 기판의 일 방향 절단 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 집광 단계는,
    중앙과 외측의 초점 거리가 상이한 것으로, 중앙부의 초점거리와 외측부의 초점 거리의 차이가 상측 투명 기판의 두께(t1)와 투명 기판들 사이의 간격(d)의 합에 비해 더 크고 상측의 투명 기판의 두께(t1)와 하측의 투명 기판의 두께(t2)와 투명 기판들 사이의 간격(d)의 합에 비해 더 작은 집속 렌즈를 이용하여 상기 광원에 의해 출사된 레이저광의 일부는 상측 투명 기판 내부의 일 지점(F2)에 집광하고, 레이저광의 다른 일부는 하측 투명 기판 내부의 일 지점(F1)에 집광하는 것을 특징으로 하는 복층 기판의 일 방향 절단 방법.
  10. 삭제
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