KR102422989B1

KR102422989B1 - 펄스 변환을 이용하는 레이저 소결 장치 및 이를 포함하는 레이저 리페어 장치

Info

Publication number: KR102422989B1
Application number: KR1020220041950A
Authority: KR
Inventors: 김경남; 방승현; 이성준
Original assignee: 주식회사 에이치비테크놀러지
Priority date: 2022-04-05
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2022-07-20

Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 펄스 변환을 이용하는 레이저 소결 장치는, 레이저 광원 및 상기 레이저 광원으로부터 생성된 연속파의 광원을 주기성이 있는 레이저 펄스로 변환하여 출력하는 펄스 변환 모듈을 포함하며, 상기 펄스 변환 모듈은, 상기 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔이 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되어 상기 전도성 잉크가 소결되도록 제어할 수 있으며, 그 외 다양한 실시 예가 가능할 수 있다.

Description

펄스 변환을 이용하는 레이저 소결 장치 및 이를 포함하는 레이저 리페어 장치 {LASER SINTERING APPARATUS USING PULSE CONVERSION AND LASER REPAIR APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 발명은 펄스 변환 모듈을 포함하도록 구성된 레이저 소결 장치 및 이를 포함하는 레이저 리페어 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

디스플레이 시장은 대형이면서 고정밀 해상도를 원하고 있어 복잡하고 정교한 기술력이 기반되어야 하는 장치 산업이다. 기존 LCD가 주를 이루었던 디스플레이 시장은 점유율이 점차 OLED로 넘어가고 있으며 차세대 고성능 디스플레이로 Micro-LED, Nano-rod와 같은 새로운 형태의 디스플레이를 원하고 있다. 또한 기술의 발전으로 화소의 대조비, 응답속도와 같은 성능 개선이 이루어짐과 동시에 정교하고 빠른 공정 조건을 요구하고 있다.

해상도의 발전은 좁은 공간에 더 많은 픽셀이 존재해야 하므로 더 얇은폭을 갖는 배선 패터닝을 요구한다. 이런 복잡하고 정교한 배선의 문제가 발생 시 전도성 잉크를 기반으로 하는 잉크젯 기술을 이용하여 끊어진 배선을 연결하고 높은 출력의 광 또는 반응성이 높은 광을 조사하여 소결시키는 공정을 수행한다. 소결 기술의 발달로 고출력 램프를 이용한 광소결 방식을 사용하며 소결 시간의 단축을 도모할 수 있다. 그러나 이 방식은 고전압공급기와 안정기가 요구되고, 높은 온도로 동작하는 수냉식 냉각장치가 요구될 수 있다. 뿐만 아니라 매우 짧은 램프 수명, 이동식 구성의 어려움 및 고전압으로 인한 노이즈 문제의 문제가 나타날 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 광 소결의 장점을 레이저 소결 장치에 적용하여 소결 시간의 단축을 도모하고 긴 수명을 갖는 레이저 소결의 안정성 및 성능을 개선하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 리페어 장치는 고출력을 사용하여 소결하여 소결시간을 단축시키고 레이저가 조사되지 않는 시간에는 시료가 냉각되도록 하여 시료 손상을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 리페어 장치는 펄스 변환 모듈을 포함하며, 상기 펄스 변환 모듈을 이용하여 레이저 반복률, 펄스 형태/폭을 조정하도록 하는 데에 일 목적이 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 펄스 변환을 이용하는 레이저 소결 장치는, 레이저 광원 및 상기 레이저 광원으로부터 생성된 연속파의 광원을 주기성이 있는 레이저 펄스로 변환하여 출력하는 펄스 변환 모듈을 포함하며, 상기 펄스 변환 모듈은, 상기 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔이 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되도록 하여 상기 전도성 잉크가 소결되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 펄스 변환을 이용하는 레이저 소결 장치를 포함하는 레이저 리페어 장치는, 레이저 광원과 상기 레이저 광원으로부터 생성된 연속파의 광원을 주기성이 있는 레이저 펄스로 변환하여 출력하는 펄스 변환 모듈을 포함하는 레이저 소결 장치, 미러, 슬릿, 튜브렌즈 및 빔 집속 광학계를 포함하며, 상기 레이저 소결 장치는, 각 레이저 소결 장치의 레이저 광원으로부터 생성된 레이저 빔이 상기 미러에 반사되어 해당 펄스 변환 모듈로 입사되도록 하고, 상기 입사된 레이저 빔은, 상기 슬릿을 지나 상기 튜브렌즈 및 상기 빔 집속 광학계를 투과하여 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 간단한 구성을 통해 레이저 소결 시간을 단축시키고 시료의 손상을 최소화할 수 있으며, 적은 비용으로 고효율 소결 공정의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 레이저 소결 장치 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈을 거쳐 출력되는 레이저의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반파장판과 편광 빔 분할기를 포함하는 펄스 변환 모듈을 거쳐 출력되는 레이저의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5b은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈에서 포켈스 셀의 온/오프를 제어함에 따른 레이저의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회전하는 반파장판을 포함하는 펄스 변환 모듈에서 반파장판의 초당 회전수에 따른 소결상태를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 레이저 소결 장치 구성의 일 예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 레이저 소결 장치(101)는 레이저 광원(110) 및 펄스 변환 모듈(130)을 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 레이저 광원(110)은 연속파의 레이저 빔을 생성하고, 생성된 빔은 펄스 변환 모듈(130)을 거쳐서 전도성 잉크로 패터닝된 기판으로 조사될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 펄스 변환 모듈은, 상기 레이저 광원(110)으로부터 출력된 레이저 빔이 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되도록 하여 상기 전도성 잉크가 소결되도록 할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)은 편광자(polarizer), 편광 빔 분할기(PBS: polarization beam splitter), 반파장판(HWP: Half-wave plate) 또는 포켈스 셀(Pockels cell) 중 적어도 하나를 포함하여 구성되거나 쵸퍼(chopper)의 형태로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)은 물리적으로 빔을 차단하는 쵸퍼의 형태로 구현될 수 있다. 이 경우의 실시 예에 대한 설명은 도 2에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)은 회전하는 편광자 (210) 및 편광 빔 분할기(220)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우의 실시 예에 대한 설명은 도 3a 및 3b에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)은 회전하는 제1 및 제2 반파장판(311, 312)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)을 포함할 수 있다. 이 경우의 실시 예에 대한 설명은 도 4a 및 4b에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

본 발명의 제4 다른 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)은 포켈스 셀(510)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)을 포함할 수 있다. 상기 포켈스 셀(510)은 전압의 인가에 따라 굴절률이 변화하는 포켈스 효과를 이용하는 것으로, 복굴절 물질로 구성될 수 있다. 또한, 반파장판으로 작용하는 전압이 포켈스 셀(510)로 인가되면, 포켈스 셀(510)는 마이크로 초 이하의 매우 짧은 시간에서 작동하는 편광을 변화시킬 수 있어, 정밀하고 유연한 펄스 제어가 가능할 수 있다. 이 경우의 실시 예에 대한 설명은 도 5a 및 5b에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치 구성의 일 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치(100)는 레이저 광원(110), 미러(120), 펄스 변환 모듈(130), 슬릿(140), 튜브렌즈(150) 및 빔 집속 광학계(160)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 리페어 장치(100)는 결함을 리페어하는데 적절한 레이저 빔을 생성하여, 전도성 잉크가 패터닝된 시료(170)(또는 기판)로 조사할 수 있다. 예컨대, 레이저 리페어 장치(100)는 판별된 결함의 성질을 토대로, 결함을 리페어하기 위해 빔 프로파일을 조정하여 결함으로 조사한다. 여기서, 빔 프로파일은 조사될 레이저 빔의 특성을 의미하는 것으로, 빔의 폭(면적)이나 빔의 형태를 포함하는 개념이다. 빔의 형태는 조사되는 레이저 빔의 면적 내에서 (분해능에 따라 분해된) 각 구간에서의 세기가 달라짐에 따라 형태가 달라질 수 있다. 예를 들어, 중앙부가 가장 강한 세기를 가지며 중앙부로부터 멀어질수록 약해지는 세기를 가질 경우, 출력되는 레이저 빔의 에너지 분포 형태는 언덕 형태를 가질 수 있다. 또는, 경우에 따라, 언덕 형태 등을 포함하는 원형의 레이저 빔이 출력되어야 하는 경우도 있고, 정사각형 또는 직사각형 등 사각형태의 레이저 빔이 출력되어야 하는 경우도 있다. 이처럼, 레이저 리페어 장치(100)는 판별된 결함을 토대로, 레이저 빔 프로파일을 적절히 조정하여 결함으로 조사한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 리페어 장치(100)는 장치 내 포함된 광학구성, 특히, 슬릿(140)에 의한 회절현상에 의한 특성까지 고려하여 레이저 빔 프로파일을 조정한다. 레이저 빔 프로파일은 슬릿(140)의 면적이나 렌즈에 의해 포커싱되는 정도뿐만 아니라 슬릿(140)으로 인한 회절에 의해서도 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 광원(110)은 리페어를 위한 레이저 빔을 조사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 미러(120)는 출력된 레이저 빔의 경로를 슬릿(140)으로 반사시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 슬릿(140)은 미러(130)에서 반사된 빔을 통과시키며, 빔의 프로파일을 조정할 수 있다. 상기 슬릿(140)은 형성하고자 하는 빔의 형태를 갖는 틈을 구비하여, 틈으로 통과하는 빔의 형태를 변형한다. 예를 들어, 슬릿을 포함하지 않은 종래의 리페어 장치에서 출력되는 레이저 빔은 원형 형태만을 갖게 된다. 이때, 결함이 원형 형태가 아닐 경우, 온전한 리페어가 수행되지 않을 수 있다. 이를 방지하고자, 슬릿(140)을 통과할 레이저 빔의 형태와 면적을 조정할 수 있다. 한편, 슬릿(140)을 거친 레이저 빔은 회절현상을 갖게 되어 회절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 튜브렌즈(150)는 슬릿(140)을 거친 광을 입사 받아 시료(170)로의 결상 거리를 조정한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 광원(110)에서 생성된 레이저 빔은 미러(120)에 반사된 후 펄스 변환 모듈(130)에 의해 펄스형태로 변환된다. 상기 반사된 빔은 슬릿(140)을 지난 후 튜브렌즈(150)와 빔 집속 광학계(160)를 투과하여 소결을 위한 시료(170)에 조사된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)은 물리적으로 빔을 차단하는 쵸퍼의 형태로 구현될 수 있다. 상기 쵸퍼는 반복되는 구멍을 가지고 회전될 때에 상기 쵸퍼의 구멍을 통해 광원(110)으로부터 생성된 광을 통과시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 쵸퍼의 구멍은 다양한 형태, 개수와 크기로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 쵸퍼가 회전됨에 따라 레이저 리페어 장치(100)는 레이저 광원(110)에서 생성된 광원이 물리적으로 온/오프되어 반복적으로 조사하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 쵸퍼 형태의 펄스 변환 모듈(130)은 기존 IPL(intense pulsed light) 장치가 고출력 램프를 사용하여 타겟에 대면적으로 조사하기 때문에 짧은 수명(예, 최대 1000만 샷 보장)을 가지고, 고전압 출력기 및 안정기가 필요하며 겐트리(gantry)가 장착되어 이동식으로 구현되기 어렵다는 단점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 리페어 장치(100)가 쵸퍼를 거치면서 광원을 조사함에 따라, 소결 영역에 집중적으로 광을 소결하고, 저렴한 개발 비용으로 긴 수명을 가지도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따라, 펄스 변환 모듈(130)이 쵸퍼 형태로 구현되는 것으로 설명하였지만, 쵸퍼 형태로 구현되는 것 외에 다양한 구성을 포함하도록 구현될 수 있다.

도 3a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈 구성의 일 예를 도시한 도면이다.

도 3a를 참조하면, 레이저 리페어 장치(100)의 펄스 변환 모듈(130)은 회전하는 편광자(210) 및 편광 빔 분할기(220)를 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)에서는 편광자(210)를 회전시키고, 레이저 광원(110)에서 생성된 레이저 빔이 상기 회전되는 편광자(210)를 통해 편광 빔 분할기(220)로 입사될 수 있다. 상기 편광 빔 분할기(220)에서는 상기 편광 빔 분할기(220)의 편광 상태에 따라 입사된 레이저 빔의 성분을 분할시킬 수 있다. 예컨대, 레이저 빔이 상기 편광 빔 분할기(220)로 입사되면, 상기 편광 빔 분할기(220)의 편광 상태에 따라, 입사된 레이저 빔의 일부 빔 성분(A)은 출력되고, 또 다른 일부 빔 성분(B)은 상기 편광 빔 분할기(220)에 반사되고 펄스 변환 모듈(130) 내부로 흡수되어 출력되지 않을 수 있다.

도 3b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈을 거쳐 출력되는 레이저의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.

도 3b를 참조하면, 편광자(210)가 회전됨에 따라 출력되는 레이저 빔(A)과 펄스 변환 모듈(130) 내부로 흡수되는 레이저 빔(B)의 펄스는 싸인(sine) 형태로 나타날 수 있다. 예컨대, 상기 레이저 빔은 편광자(210)의 회전 각도에 따라 레이저 빔의 일부 빔 성분은 반사되어 상기 펄스 변환 모듈(130) 내부로 흡수되거나, 상기 편광자(210)를 투과하여 상기 펄스 변환 모듈(130)을 통해 출력될 수 있다. 이때, 레이저 빔의 빔 성분 전부가 출력될 때에는 레이저 소결이 일어나며 레이저 빔이 출력되지 않는 때에는 레이저 소결이 일어나지 않을 수 있으며 또한, 특정 출력 세기의 이상에서 소결이 발생할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈 구성의 일 예를 도시한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 레이저 리페어 장치(100)의 펄스 변환 모듈(130)은 회전하는 제1 및 제2 반파장판 (311, 312)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 펄스 변환 모듈(130)은 제1 및 제2 반파장판(311, 312)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)가 서로 다른 속도로 회전되도록 제어하여, 레이저 펄스의 소결 주기를 조절할 수 있다.

본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 반파장판(311, 312)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)가 회전됨에 따라, 레이저 광원(110)으로부터 광원이 펄스 변환 모듈(130)을 통해 조사되면, 상기 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)의 편광 성분에 따라 일부 빔 성분(A)은 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)를 투과하여 펄스 변환 모듈(130) 외부로 출력되고, 또 다른 일부 빔 성분(B)은 펄스 변환 모듈(130) 내부로 흡수되어 출력되지 않을 수 있다.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 레이저 리페어 장치(100)는 반파장판(311, 312)을 회전시키면서 레이저를 조사할 수 있다. 예컨대, 초당 회전수(예, RPM 8000~24000)를 설정하여 시료(170)에 데미지 없이 소결 가능한지 여부를 확인할 수 있다.

도 4b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반파장판과 편광 빔 분할기를 포함하는 펄스 변환 모듈을 거쳐 출력되는 레이저의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.

도 4b를 참조하면, 펄스 변환 모듈(130)에 포함된 제1 및 제2 반파장판(311, 312)을 제1 속도로 회전시킬 때, 펄스 변환 모듈(130)로 입사되는 레이저 펄스는 제1 그래프(①)와 같이 나타나고, 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)를 제2 속도로 회전시킬 때의 레이저 펄스는 제2 그래프(②)와 같이 나타날 수 있다.

본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)에 포함된 제1 및 제2 반파장판(311, 312)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)가 각각 제1 속도와 제2 속도로 회전됨에 따라, 제1 및 제2 반파장판(311, 312)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)를 통과한 레이저 펄스는 반파장판(311, 312)이 제1 속도로 회전할 때의 레이저 펄스 위상과 편광 빔 분할기(221, 222)가 제2 속도로 회전할 때의 레이저 펄스 위상이 서로 상쇄되는 것(401)으로 나타날 수 있다. 즉, 제1 그래프(①)와 제2 그래프(②)에서의 위상이 맞는 부분에서는 레이저가 원래의 펄스로 출력되고, 서로 다른 위상을 갖는 부분에서는 레이저 펄스가 약하게 출력될 수 있다.

도 5a는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈 구성의 일 예를 도시한 도면이다.

도 5a를 참조하면, 레이저 리페어 장치(100)의 펄스 변환 모듈(130)은 포켈스 셀(510)과 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 포켈스 셀은 투명한 결정체에 전기를 가하면 이를 통과하는 빛의 편광축이 회전하는 포켈스 효과를 이용하는 것으로, RF 드라이버 (미도시)와 연결되어 상기 RF 드라이버의 제어에 따라 온/오프되는 시간이 설정될 수 있다.

본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 레이저 리페어 장치(100)는 상기 RF 드라이버를 제어하여 상기 포켈스 셀(510)의 온/오프 시간을 정밀하게 제어함에 따라 유연하게 레이저 펄스를 조정하는 것이 가능할 수 있다.

본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 레이저 리페어 장치(100)에서는 상기 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)의 편광 성분에 따라 일부 빔 성분(A)은 제1 및 제2 편광 빔 분할기(221, 222)를 투과하여 펄스 변환 모듈(130)의 외부로 출력되고, 또 다른 일부 빔 성분(B)은 반사되고 펄스 변환 모듈(130) 내부로 흡수되어 출력되지 않을 수 있다.

본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 펄스 변환 모듈(130)에서는 포켈스 셀(510)의 설정을 변경할 수 있다. 예컨대, 포켈스 셀(510)을 오프시키면 펄스가 발생되도록 설정할 수 있다. 이때, 상기 포켈스 셀(510)로 입사된 레이저는 제2 편광 빔 분할기(222)에서 C 방향으로 반사되어 출력될 수 있다. 또한, 포켈스 셀(510)을 온시키면 펄스가 발생되지 않도록 설정할 수 있다. 이때, 상기 포켈스 셀(510)로 입사된 레이저는 제2 편광 빔 분할기(222)를 투과하여 A 방향으로 출력될 수 있다.

도 5b은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 펄스 변환 모듈에서 포켈스 셀의 온/오프를 제어함에 따른 레이저의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5b를 참조하면, 펄스 변환 모듈(130)에 포함된 포켈스 셀(510)이 온(on)되는 특정 시점(예, 0, 2, 4, 6, 8ms)에서는, 펄스 변환 모듈(130)을 거치며 출력되는 레이저의 세기가 100%에 가깝게 출력될 수 있다. 반면, 포켈스 셀(510)이 오프(off)되는 시점에서는 펄스 변환 모듈(130)에서 출력되는 레이저의 세기가 0%로 나타날 수 있다. 레이저의 세기가 0%일 때의 레이저가 반사되는 세기는 100%로 나타날 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회전하는 반파장판을 포함하는 펄스 변환 모듈에서 반파장판의 초당 회전수에 따른 소결상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면, 레이저 리페어 장치(100)는 반파장판(311, 312)을 포함한 펄스 변환 모듈(130)을 포함하며, 상기 펄스 변환 모듈(130)은 상기 반파장판(311, 312)을 회전시켜 레이저 빔이 상기 회전되는 반파장판(311, 312)을 거쳐 전도성 잉크(601)가 패터닝된 시료(170)로 조사되도록 할 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면, 기존에 소결 실험을 위한 레이저 조사시간은 10초였으며 레이저 출력은 5W였으나 본 발명의 검증을 위해 레이저 조사시간을 2초로 하고 레이저 출력은 7W로 증가시켰다.

도 6을 참조하면, 초당 회전수가 '0'일 때는 높은 출력으로 인해 시료(170)의 손상(602)이 발생하였다. 초당 회전수를 각각 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 24으로 변화시키며 소결 상태를 확인한 결과 초당 회전수가 '8'일 때, 시료(170)의 손상없이 소결이 이루어짐을 확인하였다. 본 발명의 펄스 변환 모듈(130)을 사용하여 레이저 출력을 40% 증가시키고 소결 시간을 20%로 단축시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

101: 레이저 소결 장치
100: 레이저 리페어 장치
110: 레이저 광원
120: 미러
130: 펄스 변환 모듈
140: 슬릿
150: 튜브렌즈
160: 빔 집속광학계
170: 시료
210: 편광자
220, 221, 222: 편광 빔 분할기
311, 312: 반파장판
510: 포켈스 셀
601: 전도성 잉크
602: 데미지

Claims

펄스 변환을 이용하는 레이저 소결 장치에 있어서,
레이저 광원; 및
상기 레이저 광원으로부터 생성된 연속파의 광원을 주기성이 있는 레이저 펄스로 변환하여 출력하고, 상기 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔이 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되도록 하여 상기 전도성 잉크가 소결되도록 제어하는 펄스 변환 모듈을 포함하며,
상기 펄스 변환 모듈은,
포켈스 셀(pockels cell) 및 복수의 반파장판을 포함하며,
상기 포켈스 셀이 특정 시점에 온(on)되도록 제어하여 상기 복수의 반파장판으로 작용하는 전압이 상기 포켈스 셀로 인가됨에 따라 마이크로 초 이하의 시간에서 작동하는 편광을 변화시키도록 하고,
상기 레이저 광원으로부터 생성된 레이저 빔의 출력을 설정하고, 상기 설정된 출력에 따른 상기 레이저 빔이 상기 포켈스 셀을 거쳐서 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되도록 하고,
상기 레이저 빔의 출력은 전압에 따른 상기 레이저 빔의 출력 세기 또는 투과율을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 소결 장치.
제1항에 있어서,
상기 펄스 변환 모듈은,
복수의 반파장판들과 복수의 편광 빔 분할기들을 포함하며,
상기 복수의 반파장판들이 회전되도록 제어하고, 상기 레이저 광원으로부터 생성된 레이저 빔이 상기 회전하는 반파장판들과 상기 편광 빔 분할기들을 거쳐 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 레이저 소결 장치.
제2항에 있어서,
상기 펄스 변환 모듈은,
상기 레이저 광원의 설정에 따라 상기 기판에 데미지없이 상기 전도성 잉크를 소결할 수 있는 상기 반파장판들의 초당 회전수로 상기 반파장판들의 회전을 설정하고, 상기 설정된 초당 회전수에 따라 상기 반파장판들의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결 장치.
제1항에 있어서,
상기 펄스 변환 모듈은,
반복되는 구멍들을 포함하며 가운데 축을 기준으로 회전 가능한 쵸퍼(chopper)를 포함하며,
상기 쵸퍼가 회전되도록 제어하고, 상기 레이저 광원으로부터 생성된 레이저 빔이 상기 회전하는 쵸퍼를 거쳐 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는, 레이저 소결 장치.
제4항에 있어서,
상기 펄스 변환 모듈은,
상기 쵸퍼의 구멍들의 형태, 개수 혹은 크기 또는 슬릿의 설정에 따라 상기 기판에 데미지없이 상기 전도성 잉크를 소결할 수 있는 상기 쵸퍼의 회전 속도로 상기 쵸퍼의 회전을 설정하고, 상기 설정된 회전 속도에 따라 상기 쵸퍼의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결 장치.
삭제
펄스 변환을 이용하는 레이저 소결 장치를 포함하는 레이저 리페어 장치에 있어서,
레이저 광원과 상기 레이저 광원으로부터 생성된 연속파의 광원을 주기성이 있는 레이저 펄스로 변환하여 출력하는 펄스 변환 모듈을 포함하는 레이저 소결 장치;
미러;
슬릿;
튜브렌즈; 및
빔 집속 광학계;를 포함하며,
상기 레이저 소결 장치는, 각 레이저 소결 장치의 레이저 광원으로부터 생성된 레이저 빔이 상기 미러에 반사되어 해당 펄스 변환 모듈로 입사되도록 하고,
상기 입사된 레이저 빔은, 상기 슬릿을 지나 상기 튜브렌즈 및 상기 빔 집속 광학계를 투과하여 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되고,
상기 펄스 변환 모듈은,
포켈스 셀(pockels cell) 및 복수의 반파장판을 포함하며,
상기 포켈스 셀이 특정 시점에 온(on)되도록 제어하여 상기 복수의 반파장판으로 작용하는 전압이 상기 포켈스 셀로 인가됨에 따라 마이크로 초 이하의 시간에서 작동하는 편광을 변화시키도록 하고,
상기 레이저 광원으로부터 생성된 레이저 빔의 출력을 설정하고, 상기 설정된 출력에 따른 상기 레이저 빔이 상기 포켈스 셀을 거쳐서 전도성 잉크가 패터닝된 기판에 조사되도록 하고,
상기 레이저 빔의 출력은 전압에 따른 상기 레이저 빔의 출력 세기 또는 투과율을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 리페어 장치.