KR101850362B1 - 레이저 빔 균일화 장치 및 방법 - Google Patents

레이저 빔 균일화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 빔 균일화 장치 및 레이저 빔 균일화 방법이 개시된다.
개시된 레이저 빔 균일화 장치에 의하면 에너지 강도분포가 거의 균일한 라인빔을 형성한다.

Description

레이저 빔 균일화 장치 및 방법{Apparatus and method for homogenizing laser beam}
레이저 빔 균일화 장치에 관한 것으로, 광원에서 조사된 레이저 빔을 분할하여 조사함으로써 레이저 빔 강도가 거의 균일한 라인빔을 형성하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공 공정이라 함은 가공물의 표면에 레이저 빔을 주사하여 가공물 표면의 형상이나 물리적 성질 등을 가공하는 공정을 말한다.. 이러한 가공물에는 여러가지 예가 있을 수 있으며 그 형상은 2 D 평면 형상일 수 있다. 레이저 가공공정의 예로는 가공물의 표면 상에 패턴을 형성하는 패터닝, 가공물의 물성을 변형시키는 공정, 레이저를 이용해 가공물을 가열하고 가공물의 형상을 변형하는 공정 등이 있다.
레이저 가공을 할 때, 가공물의 벤딩을 위해서는 라인(line) 모양의 레이저 빔을 가하여, 가공물의 일정영역을 가열할 필요가 있다. 그런데, 보통 광원으로부터 나오는 레이저 빔의 에너지 강도분포는 가우시안 형태를 가진다. 따라서, 광원으로부터 조사되는 레이저 빔의 강도가 불균일하며, 이로 인해 레이저 가공의 품질이 저하되는 문제점이 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광원으로부터 조사되는 레이저 빔을 강도가 비교적 균일한 라인빔으로 만들어주는 레이저 빔 균일화 장치가 제공된다.
일 측면에 있어서,
광원으로 조사된 레이저 빔을 분할하는 제1 빔 스플리터;
상기 제1 빔 스플리터로부터 분할된 제1 빔의 빔 사이즈를 확장하는 제1 렌즈부;
상기 제1 빔 스플리터로부터 분할된 제2 빔의 진행방향을 상기 제1 빔의과 진행방향과 평행하도록 변경하는 제1 미러; 및
상기 제1 미러에서 반사된 상기 제2 빔의 빔 사이즈를 확장하는 제2 렌즈부;를 포함는 레이저 빔 균일화 장치가 제공된다.
상기 제1 빔의 조사영역 중 적어도 일부분은 상기 제2 빔의 조사영역과 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 레이저 빔 균일화 장치는, 상기 광원과 상기 제1 빔 스플리터 사이에 마련되어, 상기 레이저 빔 중 일부는 상기 제1 빔 스플리터로 조사되고 나머지는 다른 방향으로 조사되도록 하는 제2 빔 스플리터;를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔 균일화 장치는, 상기 제2 빔 스플리터에서 분할된 레이저 빔을 제3 빔과 제 4 빔으로 분할하는 제3 빔 스플리터;
상기 제3 빔의 빔 사이즈를 확장하는 제3 렌즈부;
상기 제4 빔의 진행방향을 상기 제3 빔의 진행방향과 평행하도록 변경하는 제2 미러; 및
상기 제2 미러에서 반사된 상기 제4 빔의 사이즈를 확장하는 제4 렌즈부;를 포함할 수 있다.
상기 제3 빔의 조사영역 중 적어도 일부분은 상기 제4 빔의 조사영역과 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 렌즈부와 상기 제3 및 제 4 렌즈부는 서로 다른 직선 상에 배열될 수 있다.
상기 제1 내지 제 4 렌즈부는 동일한 직선 상에 배열될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
광원으로부터 조사된 레이저 빔의 빔 사이즈를 확장하는 빔 확장부;
상기 빔 확장부로부터 출사된 상기 레이저 빔을 복수의 빔으로 분할하는 빔 분할 광학계; 및
상기 복수의 빔이 입사되며, 상기 복수의 빔의 조사영역들 중 적어도 둘 이상이 서로 중첩되도록 상기 복수의 빔의 광경로를 조절하는 렌즈부;를 포함하는 레이저 빔 균일화 장치가 제공된다.
상기 빔 분할 광학계는, 복수의 집광렌즈를 포함하는 렌즈 어레이를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 빔 분할 광학계는, 두 개의 렌즈 어레이가 서로 이격되도록 구성될 수 있다.
상기 렌즈 어레이는 복수의 원통형 렌즈(cylindrical lens)를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
광원으로 조사된 레이저 빔을 복수의 빔으로 분할하는 단계;
상기 복수의 빔 중 적어도 둘 이상이 가공물을 향해 평행하게 진행하도록 상기 복수의 빔의 진행경로를 조절하는 단계;
상기 복수의 빔의 빔 사이즈를 조절하는 단계;를 포함하며,
상기 복수의 빔의 빔 사이즈를 조절하는 단계는, 상기 복수의 빔 중 적어도 둘 이상의 조사영역이 서로 중첩되는 영역을 포함하게 함으로써 상기 가공물에 조사되는 레이저 빔의 강도분포를 균일하게 하는 레이저 빔 균일화 방법.
상기 복수의 빔의 진행경로를 조절하는 단계는, 상기 복수의 빔 중 적어도 둘 이상의 조사영역이 일직선 상에 배열되도록 할 수 있다..
상기 레이저 빔을 복수의 빔으로 분할하는 단계는, 상기 레이저 빔을 제1 내지 제 4빔으로 분할할 수 있다.
상기 복수의 빔의 진행경로를 조절하는 단계는, 상기 제1 내지 제4 빔이 상기 가공물에 조사되는 영역이 일직선 상에 배열되도록 상기 제1 내지 제4 빔의 진행경로를 조절할 수 있다.
상기 복수의 빔의 진행경로를 조절하는 단계는, 상기 제1 및 제2 빔이 상기 가공물에 조사되는 영역은 제1 직선 상에 배열되고, 상기 제3 및 제4 빔이 상기 가공물에 조사되는 영역은 제2 직선 상에 배열되도록 할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광원으로부터 조사된 레이저 빔이 강도분포가 거의 균일한 라인빔으로 바뀌게 되면서 레이저 가공의 품질이 향상될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 나타낸 레이저 빔 균일화 장치에 의해 형성되 라인빔의 에너지 강도분포를 나타낸 그래프이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에서 나타낸 빔 분할 광학계(154)에 포함될 수 있는 렌즈 어레이의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공방법의 흐름도이다.
도 9는 도 8에서 나타낸 레이저 가공방법을 이용하여 유리판을 성형하는 모습을 나타낸 도면이다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치는 광원(10)으로 조사된 레이저 빔을 분할하는 제1 빔 스플리터(110a)와, 제1 빔 스플리터로(110a)부터 분할된 제1 빔(L1)의 빔 사이즈를 확장하는 제1 렌즈부(132a)를 포함할 수 있다. 또한, 레이저 빔 균일화 장치는 제1 빔 스플리터로(110a)부터 분할된 제2 빔(L2)의 진행방향을 상기 제1 빔(L1)의 진행방향과 평행하도록 변경하는 제1 미러(120a) 및 제1 미러(120a)에서 반사된 제2 빔(L2)의 빔 사이즈를 확장하는 제2 렌즈부(134a)를 포함할 수 있다.
광원(10)은 레이저 빔을 조사하는 장치로, 광원(10)에서 조사되는 레이저 빔의 강도는 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 광원(10)에서 조사되는 레이저 빔의 강도분포는 가우시안 분포에 따를 수 있다. 이 경우, 레이저 빔의 강도분포는 레이저 빔 조사영역의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 약해질 수 있다. 레이저 빔의 강도분포가 불균일하면 레이저 가공의 품질을 저하시킬 수 있다.
제1 빔 스플리터(110a)는 광원(10)으로부터 조사된 레이저 빔을 둘 이상의 빔으로 분할하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 도 1에서와 같이 제1 빔 스플리터(110a)는 레이저 빔을 제1 빔(L1)과 제2 빔(L2)으로 분할할 수 있다. 제1 빔 스플리터(110a)는 일반적인 빔 스플리터 외에 편광 빔 스플리터로 구현될 수도 있다. 제1 빔(L1)과 제2 빔(L2)의 에너지 비율은 1:1 이 될 수 있지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 빔(L1)과 제2 빔(L2)의 에너지 전달량은 서로 약간의 차이가 있을 수도 있다. 또한, 도 1에서는 제1 빔 스플리터(110a)에 의해 제1 빔(L1)이 아래쪽으로 진행되고, 제2 빔(L2)은 오른쪽으로 진행되는 경우를 나타냈지만, 제1 빔 스플리터(110a)로부터 제1 및 제2 빔(L1, L2)이 출사되는 방향은 달라질 수도 있다.
제1 빔 스플리터(110a)로부터 출사된 제1 빔(L1)은 제1 렌즈부(132a)에 입사될 수 있다. 제1 렌즈부(132a)는 제1 빔(L1)의 빔 사이즈를 확장시킬 수 있다. 따라서, 도 1에서와 같이 제1 렌즈부(132a)를 하나의 렌즈로 구현하는 경우, 제1 렌즈부(132a)는 오목렌즈를 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 렌즈부(132a)는 렌즈의 개수 및 종류는 다르게 변경될 수도 있다. 다만, 제1 렌즈부(132a)로부터 출사되는 제1 빔(L1)의 빔 사이즈는 제1 렌즈부(132a)에 입사되기 전 상태보다 더 커질 수 있다.
제1 미러(120a)는 제2 빔(L2)의 진행방향이 제1 빔(L1)의 진행방향과 평행해지도록 제2 빔(L2)을 반사시킬 수 있다. 제1 미러(120a)에서 반사된 제2 빔(L2)은 제2 렌즈부(134a)로 입사될 수 있다. 그리고, 제2 렌즈부(134a)는 제2 빔(L2)의 빔 사이즈를 확장시킬 수 있다. 전술한 제1 렌즈부(132a)와 마찬가지로 제2 렌즈부(134a)는 하나의 오목렌즈를 포함할 수도 있지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 렌즈부(134a)는 렌즈의 개수 및 종류는 다르게 변경될 수도 있다. 다만, 제2 렌즈부(134a)로부터 출사되는 제2 빔(L2)의 빔 사이즈는 제2 렌즈부(134a)에 입사되기 전 상태보다 더 커질 수 있다.
제1 렌즈부(132a)에서 출사되는 제1 빔(L1)의 조사영역(S1)중 적어도 일부분은 제2 렌즈부(134a)에서 출사되는 제2 빔(L2)의 조사영역(S2)과 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서와 같이, 제1 빔(L1)의 조사영역(S1)과 제2 빔(L2)의 조사영역(S2)은 제1 중첩영역(S1)에서 중첩될 수 있다. 제1 조사영역(S1)과 제2 조사영역(S2)이 일렬로 나열되어 있기 때문에, 제1 빔(L1)과 제2 빔(L2)의 조사영역은 라인(line) 모양을 가질 수 있다. 즉, 제1 빔(L1)과 제2 빔(L2)에 의해 라인빔(line beam)이 형성될 수 있다.
광원(10)으로부터 출사되는 레이저 빔의 강도분포가 가우시안 형태일 경우, 제1 조사영역(S1)의 가장자리에서는 제1 빔(L1)의 강도가 약할 수 있다. 또한, 제2 조사영역(S2)의 가장자리에서는 제2 빔(L2)의 강도가 약할 수 있다. 하지만, 제1 조사영역(S1)의 가장자리와 제2 조사영역(S2)의 가장자리가 중첩되는 제1 중첩영역(S12)에서는 제1 빔(L1)과 제2 빔(L2)이 중첩되어 에너지 강도가 높아질 수 있다. 따라서, 제1 중첩영역(S12)에서 레이저 빔의 에너지 강도는 제1 조사영역(S1)의 중심 및 제2 조사영역(S2)의 중심과 비슷해질 수 있다. 반면, 제1 조사영역(S1)의 왼쪽 가장자리와 제2 조사영역(S2)의 오른쪽 가장자리 부분은 중첩에 의한 보상효과가 없으므로, 마스크(mask)등을 이용하여, 빔이 가공물에 조사되는 것을 차단할 수 있다. 위와 같은 방식으로 제1 및 제2 빔(L1, L2)에 의한 라인빔의 강도분포를 거의 균일하게 할 수 있다.
도 2는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 실시예를 설명함에 있어서, 도 1과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 광원(10)에서 조사된 레이저 빔을 더 많은 개수로 분할함으로써, 라인빔이 조사되는 길이를 더 크게 할 수 있다. 레이저 빔 균일화 장치는 제1 빔스플리터(110a)와 광원(10) 사이에 마련되는 제2 빔 스플리터(140)를 더 포함할 수 있다. 광원(10)에서 조사된 레이저 빔은 제2 빔 스플리터(140)에 입사될 수 있다. 제2 빔 스플리터(140)는 레이저 빔의 일부는 제1 빔 스플리터(110a)로 보내고 나머지는 다른 방향으로 보낼 수 있다. 제2 빔 스플리터(140)는 일반적인 빔 스플리터나 편광 빔 스플리터로 구현될 수 있다.
제2 빔 스플리터(140)에서 분할된 빔들 가운데 제1 빔 스플리터(110a)로 입사되지 않는 빔은 광 경로 조절부(40)에 입사될 수 있다. 광 경로 조절부(40)는 제2 빔 스플리터(140)에서 분할된 빔의 경로를 변경하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해 광 경로 조절부(40)는 복수의 미러를 포함할 수 있다. 도 2에서는 광 경로 조절부(40)가 세 개의 미러(42, 44, 46)를 포함하는 예를 나타냈다. 하지만, 도 2에서 나타낸 광 경로 조절부(40)의 구성은 예시적인 것에 불과하며, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 광 경로 조절부(40)에 포함될 수 있는 미러의 개수 및 위치는 통상의 기술자에게 용이한 수준에서 변경될 수 있다.
레이저 빔 균일화 장치는, 제2 빔 스플리터(140)에서 분할된 레이저 빔을 제3 빔(L3)과 제4 빔(L4)으로 분할하는 제3 빔 스플리터(110b)를 포함할 수 있다. 제3 빔 스플리터(110b)는 일반적인 빔 스플리터 외에 편광 빔 스플리터로 구현될 수도 있다. 제3 빔(L3)과 제4 빔(L4)의 에너지 비율은 1:1 이 될 수 있지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며, 제3 빔(L3)과 제4 빔(L4)의 에너지 전달량은 서로 약간의 차이가 있을 수도 있다. 또한, 도 2에서는 제3 빔 스플리터(110b)에 의해 제3 빔(L3)이 아래쪽으로 진행되고, 제4 빔(L4)은 왼쪽으로 진행되는 경우를 나타냈지만, 제3 빔 스플리터(110b)로부터 제3 및 제4 빔(L3, L4)이 출사되는 방향은 달라질 수도 있다.
레이저 빔 균일화 장치는, 제3 빔(L3)의 빔 사이즈를 확장하는 제3 렌즈부(132b)와, 제4 빔(L4)의 진행방향을 제3 빔(L3)과 평행하도록 변경하는 제2 미러(120b) 및 제2 미러(120b)에서 반사된 제4 빔(L4)의 빔 사이즈를 확장하는 제4 렌즈부(134b)를 포함할 수 있다. 도 2에서는 제3 및 제4 렌즈부(132b, 134b)가 각각 하나의 렌즈를 포함하는 예를 나타냈지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 제3 및 제4 렌즈부(132b, 134b)에 포함될 수 있는 렌즈의 개수 및 종류는 다양하게 변경될 수 있다.
제3 렌즈부(132b)에서 출사되는 제3 빔(L3)의 조사영역(S3)중 적어도 일부분은 제4 렌즈부(134b)에서 출사되는 제4 빔(L4)의 조사영역(S4)과 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이, 제3 빔(L3)의 조사영역(S3)과 제4 빔(L4)의 조사영역(S4)은 제3 중첩영역(S34)에서 중첩될 수 있다. 또한, 제2 빔(L2)의 조사영역(S3)과 제4 빔의 조사영역(S4)는 제2 중첩영역(S24)에서 중첩될 수 있다. 제1 내지 제3 중첩영역(S1, S2, S3)에서 빔들 사이의 에너지 강도가 서로 보강될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제 4 빔(L1, L2, L3, L4)는 에너지 강도가 거의 균일한 라인빔을 형성할 수 있다.
도 3은 도 2에서 나타낸 레이저 빔 균일화 장치에 의해 형성되 라인빔의 에너지 강도분포를 나타낸 그래프이다.
도 3에서, M0는 라인빔의 모양을 나타내고, M1은 제1 내지 제 4 빔(L1, L2, L3, L4) 각각의 강도분포를 나타내며, M2는 제1 내지 제4 빔(L1, L2, L3, L4)에 의해 형성된 라인빔의 에너지 강도분포를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 제1 내지 제4 빔(L1, L2, L3, L4) 각각의 강도분포(M1)는 가우시안 형태를 가지는 바 불균일 할 수 있다. 하지만, 제1 내지 제3 중첩영역(S12, S34, S24)에서 빔들이 서로 중첩되면서 라인빔(M2)의 강도분포가 거의 균일해질 수 있다. 라인빔의 가장자리에는 에너지 강도가 낮아지는 영역이 있을 수 있는데 이 부분에 대해서는 마스크를 이용해 라인빔의 가장자리 부분은 가공물에 조사되지 않도록 할 수 있다.
도 2에서는 제1 내지 제 4빔(L1, L2, L3, L4)이 하나의 라인빔을 형성하는 예를 나타냈지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 내지 제4 빔(L1, L2, L3, L4)은 복수의 라인빔을 형성할 수도 있다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 및 제2 렌즈부(132a, 134a)와 제3 및 제4 렌즈부(132b, 134b)가 서로 다른 직선 상에 배열될 수 있다. 제2 빔 스플리터(140)에서 분할된 레이저 빔은 미러(142)에서 반사되어 제3 빔스플리터(110b)에 입사될 수 있다. 제3 빔 스플리터(110b)에서 분할된 제3 빔(L3)은 제3 렌즈부(132b)로 입사되고, 제4 빔(L4)은 제4 렌즈부(134b)로 입사될 수 있다. 제3 및 제4 렌즈부(134b)에서 출사되는 제3 빔(L3)의 조사영역(S3)과 제4 빔(L4)의 조사영역(S4) 중 적어도 일부분은 서로 중첩될 수 있다. 제1 및 제2 빔(L1, L2)과 마찬가지로 제3 및 제4 빔(L3, L4)은 에너지 강도분포가 거의 균일한 라인빔을 형성할 수 있다.
도 4에서는 하나의 광원(10)으로부터 두 개의 라인빔을 형성하는 예를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 및 제2 렌즈부(132a, 134a)와 제3 및 제4 렌즈부(132b, 134b)가 서로 다른 직선 상에 배열될 수 있다. 그리고, 제1 빔 스플리터(110a)에 레이저 빔을 조사하는 제1 광원(10)과 제 3 빔 스플리터(110b)에 레이저 빔을 조사하는 제2 광원(12)이 따로 마련될 수도 있다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 레이저 빔 균일화 장치는, 광원(10)으로부터 조사된 레이저 빔의 빔 사이즈를 확장하는 빔 확장부(150)와, 빔 확장부(150)로부터 출사된 레이저 빔을 복수의 빔으로 분할하는 빔 분할 광학계(154) 및 상기 복수의 빔이 입사되며, 복수의 빔의 조사영역들 중 적어도 둘 이상이 서로 중첩되도록 복수의 빔의 광경로를 조절하는 렌즈부(156)를 포함할 수 있다.
빔 확장부(150)는 광원(10)에서 조사된 레이저 빔의 빔 사이즈를 확장할 수 있다. 빔 확장부(150)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있으며, 빔 확장부(150)에서 빔이 확대되는 비율은 빔 확장부(150)에 포함된 렌즈들의 모양 및 배열 위치에 따라 달라질 수 있다.
빔 확장부(150)에서 확장된 레이저 빔은 미러(152)에서 반사될 수 있다. 다만, 광원(10)에서 조사되는 레이저 빔의 방향에 따라, 미러(152)는 생략될 수도, 더 많은 수가 배치될 수도 있다.
미러(152)에서 반사된 레이저 빔은 빔 분할 광학계(154)에 입사된다. 빔 분할 광학계(154)는 레이저 빔을 복수의 빔으로 분할할 수 있다. 예를 들어, 빔 분할 광학계(154)는 복수의 집광렌즈를 포함하는 렌즈 어레이를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 도 6에서는 빔 분할 광학계(154)가 두 개의 렌즈 어레이를 포함하는 예를 나타냈다. 하지만, 빔 분할 광학계(154)에 포함될 수 있는 렌즈 어레이의 개수는 달라질 수 있다. 빔 분할 광학계(154)의 렌즈 어레이는 곤충의 겹눈과 유사한 구조(fly-eye array lens)를 가질 수 있다. 즉, 렌즈 어레이는 입사광이 복수의 이미지를 형성하도록 입사광을 분할할 수 있다. 도 6에서와 같이 빔 분할 광학계(154)가 두 개의 렌즈 어레이가 서로 이격되도록 구성하면, 레이저 빔을 복수의 빔으로 분할하면서, 분할된 빔들의 출사모양을 적절히 조절할 수 있다.
도 7은 도 6에서 나타낸 빔 분할 광학계(154)에 포함될 수 있는 렌즈 어레이의 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 렌즈 어레이는 복수의 원통형 렌즈(cylindrical lens) 를 포함할 수 있다. 원통형 렌즈들은 일렬로 배열되어 있을 수 있다. 렌즈 어레이에 입사되는 레이저 빔은 원통형 렌즈들의 배열모양을 따라 복수의 빔으로 분할될 수 있다. 즉, 분할된 복수의 빔들은 원통형 렌즈들의 배열과 같이 일렬로 배열될 수 있다. 따라서, 렌즈 어레이가 복수의 원통형 렌즈를 포함하도록 하면, 렌즈 어레이를 통과한 빔들이 라인빔을 형성할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 빔 분할 광학계(154)를 통과한 빔들은 렌즈부(156)에 입사될 수 있다. 렌즈부(156)에 입사된 빔들은 렌즈부(156)를 통과하면서 그 조사모양이 변할 수 있다. 그리고 도 6에서 나타낸 바와 같이 빔들의 조사영역들 중 적어도 둘 이상은 서로 중첩되는 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 라인빔의 에너지 강도 분포가 거의 균일해질 수 있다.
이상에서 도 1 내지 도 7을 참조하여 예시적인 실시예들에 따른 레이저 빔 균일화 장치에 관하여 설명하였다. 이상에서 설명한 실시예들에 따르면, 광원(10)으로부터 조사된 레이저 빔을 에너지 강도분포가 거의 균일한 라인빔으로 바꾸어줄 수가 있다.
이하에서는 전술한 레이저 빔 균일화 장치를 이용한 레이저 가공방법에 관하여 설명한다. 이하에서 설명하는 레이저 가공방법에는 전술한 레이저 빔 균일화 장치의 실시예들이 모두 적용될 수 있다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공방법의 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공방법은 광원(10)으로부터 레이저 빔을 조사하는 단계(S110), 레이저 빔을 복수의 빔으로 분할하고, 상기 복수의 빔 중 적어도 둘 이상의 빔이 같은 방향으로 조사되도록 함으로써, 라인빔을 형성하는 단계(S120) 및 라인빔을 가공물에 조사하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
레이저 빔을 조사하는 단계(S110)에서 조사되는 레이저 빔의 강도는 불균일할 수 있다. 따라서, 라인빔을 형성하는 단계(S120)를 통해 광원(10)에서 조사된 레이저 빔을 에너지 강도가 균일한 라인빔으로 바꾸어줄 수 있다.
라인빔을 형성하는 단계(S120)에는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시예들이 모두 적용될 수 있다. 예를 들어 도 1에서 나타낸 바와 같이, 상기 라인빔을 형성하는 단계(S120)는 제1 빔 스플리터(110a)를 이용하여 레이저 빔을 분할하는 단계와, 제1 빔 스플리터(110a)로부터 분할된 제1 빔(L1)의 빔 사이즈를 확장하는 단계와, 제1 미러(120a)를 이용하여, 제1 빔 스플리터(110a)로부터 분할된 제2 빔(L2)의 진행방향을 제1 빔(L1)의 진행방향과 평행하도록 변경하는 단계 및 제2 렌즈부(134a)를 이용하여, 제1 미러(120a)에서 반사된 제2 빔(L2)의 빔 사이즈를 확장하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 빔(L1)의 조사영역 중 적어도 일부분은 상기 제2 빔(L2)의 조사영역과 중첩되게 할 수 있다.
또한, 도 2에서 나타낸 바와 같이 라인빔을 형성하는 단계(S120)는, 제1 빔스플리터(110a)에 레이저 빔이 입사되기 전에 제2 빔 스플리터(140)를 이용하여 상기 레이저 빔 중 일부는 상기 제1 빔스플리터(110a)로 입사되고, 나머지는 제3 빔 스플리터(110b)로 입사되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 라인빔을 형성하는 단계(S120)는, 제2 빔 스플리터(140)에서 분할된 레이저 빔을 제3 빔 스플리터(110b)를 이용하여 제3 빔(L3)과 제4 빔(L4)으로 분할하는 단계와, 제3 렌즈부(132b)를 이용하여, 제3 빔(L3)의 빔 사이즈를 확장하는 단계와, 제2 미러(120b)를 이용하여, 상기 제4 빔(L4)의 진행방향을 상기 제3 빔(L3)의 진행방향과 평행하도록 변경하는 단계 및 제4 렌즈부(134b)를 이용하여, 상기 제2 미러(120b)에서 반사된 상기 제4 빔(L4)의 사이즈를 확장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제3 빔의 조사영역 중 적어도 일부분은 상기 제4 빔의 조사영역과 중첩되도록 할 수 있다.
도 2에서 나타낸 실시예에 따르면, 라인빔을 형성하는 단계(S120)에서는 제1 내지 제4 빔(L1, L2, L3,L4)의 조사영역들(S1, S2, S3, S4)이 일직선 상에 배열되도록 할 수 있다.
도 4에서 나타낸 바와 같이, 라인빔을 형성하는 단계(S120)에서는 둘 이상의 라인빔을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 라인빔을 형성하는 단계(S120)는, 제1 및 제2 빔(L1, L2)으로부터 제1 라인빔을 형성하고, 제3 및 제4 빔(L3, L4)으로부터 제2 라인빔을 형성할 수 도 있다.
다른 예로, 도 6에서 나타낸 바와 같이, 라인빔을 형성하는 단계(S120)는,
광원(10)으로부터 조사된 레이저 빔의 빔 사이즈를 확장하는 단계와, 상기 확장된레이저 빔을 복수의 빔으로 분할하되, 상기 복수의 빔의 조사영역들이 일직선 상에 배열되도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 레이저 빔을 복수의 빔들로 분할하여 일직선 상에 배열되도록 하는 것은 전술한 렌즈 어레이를 이용함으로써 이루어질 수 있다.
또한, 도 6에서 나타낸 바와 같이, 라인빔을 형성하는 단계(S120)는, 상기 복수의 빔의 조사영역들 중 적어도 둘 이상이 서로 중첩되는 영역을 포함하도록 상기 복수의 빔의 광 경로를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계에서는 도 6에서 나타낸 렌즈부(156)가 이용될 수 있다.
도 8에서 나타낸 레이저 가공방법의 적용분야는 다양하다. 그 중 일 예로, 실시예에 따른 레이저 가공방법은 유리가공에 적용될 수 있다. 유리의 모양을 변형시키거나 유리의 일부분을 벤딩(bending)하기 위해 전술한 라인빔이 이용될 수 있다.
도 9는 도 8에서 나타낸 레이저 가공방법을 이용하여 유리판을 성형하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 지그(40) 위에 마련된 유리판(34)에 라인빔(LI1, LI2)이 조사될 수 있다. 라인빔(LI1, LI2)은 유리판(34)의 가장자리 영역에 조사될 수 있다. 라인빔(LI1, LI2)이 유리판(34)의 가장자리 영역에 조사되면, 유리판을 벤딩(bending) 또는 포밍(forming) 하는 것이 용이해질 수 있다. 그리고 전술한 가공을 거친 유리판은 휴대폰 액정 또는 LCD 패널 등에 이용될 수 있다.
라인빔(L1, L2)을 가공물에 조사하는 단계(S130)에서는 라인빔(L1, L2)이 유리판(34)에 조사되는 영역(P1, P2)의 온도가 400℃ 내지 700℃가 되도록 조절할 수 있다. 위와 같이 온도를 조절함으로써, 유리판의 물성변동이나 파손을 방지하면서 유리판을 적절하게 가공할 수 있다.
이상에서 도 1 내지 도 9를 참조하여, 예시적인 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 장치 및 레이저 가공방법에 관하여 설명하였다. 이상에서 설명한 실시예들에 따르면, 에너지 강도분포가 균일한 라인빔을 형성함으로써 레이저 가공공정의 품질을 향상시킬 수 있다. 그리고, 라인빔을 이용하여 유리를 적절한 온도에서 가공함으로써, 유리판의 가공품질을 높일 수 있다.
이상의 설명에서 많은 사항들이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10 : 광원
110a : 제1 빔 스플리터
120a : 제1 미러
110b : 제3 빔 스플리터
120b : 제2 미러
40 : 광 경로 조절부
140 : 제2 빔 스플리터
132a : 제1 렌즈부
134a : 제2 렌즈부
132b : 제3 렌즈부
134b : 제4 렌즈부
154 : 빔 분할 광학계
156 : 렌즈부
30 : 가공물
40 : 지그

Claims (16)

  1. 유리판의 형상을 변형시키는 레이저 빔 균일화 장치에 있어서,
    광원으로 조사된 레이저 빔을 분할하는 제1 빔 스플리터;
    상기 제1 빔 스플리터로부터 분할된 제1 빔의 빔 사이즈를 확장하는 제1 렌즈부;
    상기 제1 빔 스플리터로부터 분할된 제2 빔의 진행방향을 상기 제1 빔의 진행방향과 평행하도록 변경하는 제1 미러;
    상기 제1 미러에서 반사된 상기 제2 빔의 빔 사이즈를 확장하는 제2 렌즈부;
    상기 광원과 상기 제1 빔 스플리터 사이에 마련되어, 상기 레이저 빔 중 일부는 상기 제1 빔 스플리터로 조사되고 나머지는 다른 방향으로 조사되도록 하는 제2 빔 스플리터;
    상기 제2 빔 스플리터에서 분할된 레이저 빔을 제3 빔과 제 4 빔으로 분할하는 제3 빔 스플리터;
    상기 제3 빔의 빔 사이즈를 확장하는 제3 렌즈부;
    상기 제4 빔의 진행방향을 상기 제3 빔의 진행방향과 평행하도록 변경하는 제2 미러; 및
    상기 제2 미러에서 반사된 상기 제4 빔의 사이즈를 확장하는 제4 렌즈부; 를 포함하고, 상기 제1 빔의 조사영역 중 적어도 일부분은 상기 제2 빔의 조사영역과 중첩되도록 구성되고,
    상기 제1 및 제2 렌즈부가 형성하는 제1 라인빔과 상기 제3 및 제 4 렌즈부가 형성하는 제2 라인빔이 상기 유리판 상에서 서로 이격되도록 상기 제1 및 제2 렌즈부와 상기 제3 및 제 4 렌즈부는 서로 다른 직선 상에 배열되고, 상기 제1 라인빔과 상기 제2 라인빔은 상기 유리판의 조사 영역의 온도가 400℃ 내지 700℃가 되도록 가열하는 레이저 빔 균일화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 빔의 조사영역 중 적어도 일부분은 상기 제4 빔의 조사영역과 중첩되도록 구성되는 레이저 빔 균일화 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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