KR102504328B1

KR102504328B1 - 레이저 절단장치

Info

Publication number: KR102504328B1
Application number: KR1020180037450A
Authority: KR
Inventors: 이호; 김웅; 송효신; 함승식; 김범준
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사; 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2023-03-02
Also published as: KR20190115158A; US20190299337A1

Abstract

레이저 절단장치는 레이저모듈, 진동모듈, 모터모듈, 반사모듈, 및 집광모듈을 포함한다. 상기 진동모듈은 렌즈모듈 및 상기 렌즈모듈에 결합되어 일방향 상에서 팽창 및 수축을 반복하는 압전모듈을 포함한다. 상기 모터모듈은 상기 진동모듈에 동력을 전달하여, 상기 진동모듈을 상기 일방향 상에서 이동시킨다. 상기 반사모듈은 상기 레이저빔을 반사시켜서 상기 레이저빔이 진행하는 방향을 변경시킨다. 상기 집광모듈은 상기 반사모듈에서 반사된 상기 레이저빔의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광한다.

Description

레이저 절단장치{LASER CUTTING DEVICE}

본 발명은 레이저빔이 집광되는 초점의 위치가 계속적으로 변경되는 레이저 절단장치에 관한 것이다.

절단 대상물을 절단하기 위하여 다양한 종류의 절단장치들이 사용되고 있다. 이러한 절단 장치들 중 절단 대상물을 레이저 절단 가능한 레이저 절단장치는 레이저빔의 우수한 절단 특성으로 인하여 그 사용이 점차적으로 증가하고 있다.

표시장치를 제조하는 공정에서도 레이저 절단장치가 활용되고 있으나, 레이저빔의 초점이 고정된 상태로 절단이 이루어지는 경우, 레이저빔에 의한 열데미지가 축적되어, 절단부위에 다량의 탄화물(carbide)이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 진동모듈에 의해 레이저빔의 에너지가 집중되는 초점부분의 위치가 일정한 주기마다 변경되는 레이저 절단장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 레이저모듈, 진동모듈, 모터모듈, 반사모듈, 및 집광모듈을 포함할 수 있다.

상기 레이저모듈은 레이저빔을 방출한다.

상기 진동모듈은 렌즈모듈 및 상기 렌즈모듈에 결합된 압전모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈은 상기 레이저빔을 투과시키는 렌즈 및 상기 렌즈를 수용하는 프레임부를 포함하며, 상기 압전모듈은 전기적 신호가 인가되면 일방향 상에서 팽창과 수축을 반복한다.

상기 모터모듈은 상기 진동모듈에 동력을 전달하여, 상기 진동모듈을 상기 일방향 상에서 이동시킨다.

상기 반사모듈은 상기 레이저빔을 반사시켜서 상기 레이저빔이 진행하는 방향을 변경시키는 반사면을 포함한다.

상기 집광모듈은 상기 반사면에 반사된 상기 레이저빔의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 제어신호에 응답하여 상기 레이저모듈에서 방출되는 상기 레이저빔의 통과여부를 결정하는 스위칭모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 스위칭모듈은 상기 레이저모듈 및 상기 진동모듈 사이에 배치되고, 상기 진동모듈은 상기 스위칭모듈 및 상기 반사모듈 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 스위칭모듈은 상기 레이저모듈 및 상기 반사모듈 사이에 배치되고, 상기 진동모듈은 상기 반사모듈 및 상기 집광모듈 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 반사모듈은 갈바닉 미러(galvanic mirror)

본 발명의 일 실시예에서, 상기 반사모듈은 상기 반사면의 움직임을 제어하는 방향제어모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 집광모듈은 상기 레이저빔이 입사되는 위치에 관계없이 항상 같은 평면상에 상기 초점 부분이 위치하도록 집광할 수 있다. 상기 집광모듈은 플랫-필드 스캐닝 렌즈(Flat-field scanning lens), 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens), 또는 텔레센트릭 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 상기 레이저빔에 의해 가공되는 절단 대상물이 배치되는 베이스모듈을 더 포함하며, 상기 초점 부분이 위치하는 상기 평면은 상기 베이스모듈의 일면과 평행할 수 있다.

상기 레이저모듈은 레이저빔을 방출한다.

상기 모터모듈은 상기 집광모듈에 동력을 전달하여, 상기 집광모듈을 이동시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 레이저모듈, 스위칭모듈, 반사모듈, 진동모듈, 모터모듈을 포함할 수 있다.

상기 레이저모듈은 레이저빔을 방출한다.

상기 스위칭모듈은 제어신호에 응답하여 상기 레이저모듈에서 방출되는 상기 레이저빔의 통과여부를 결정한다.

상기 반사모듈은 상기 스위칭모듈을 통과한 상기 레이저빔을 반사시켜서 상기 레이저빔이 진행하는 방향을 변경시키는 반사면을 포함한다.

상기 진동모듈은 렌즈모듈 및 상기 렌즈모듈에 결합된 압전모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈은 상기 반사면에 반사된 상기 레이저빔의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광하는 대물렌즈 및 상기 대물렌즈를 수용하는 프레임부를 포함하고, 상기 압전모듈은 전기적 신호가 인가되면 일방향 상에서 팽창과 수축을 반복한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 절단 대상물을 절단하는 과정에서 레이저빔의 에너지가 집중되는 초점부분의 위치를 지속적으로 변경하여, 절단부위에 발생하는 탄화물(carbide)의 양을 감소시킬 수 있는 레이저 절단장치를 제공할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치를 도시한 것이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광모듈의 광학적 특성을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치를 이용하여 절단공정을 수행하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치를 이용한 절단공정에서 이용되는 레이저빔이 집광되는 초점의 경로를 예시적으로 도시한 것이다.
도 5, 도 6, 도 7, 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치를 도시한 것이다.
도 9a는 종래 기술에 따른 레이저 절단장치에 의해 절단된 절단 대상물의 절단면을 예시적으로 도시한 것이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치에 의해 절단된 절단 대상물의 절단면을 예시적으로 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.

도면들에 있어서, 구성요소들의 비율 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. "및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.

"포함하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS)를 도시한 것이다. 도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈(LM, LM-1, LM-2)을 도시한 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광모듈(LS-S)의 광학적 특성을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS)를 이용하여 절단공정(S10)을 수행하는 과정을 나타낸 순서도이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS)를 이용한 절단공정에서 이용되는 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 경로를 예시적으로 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS)는 레이저모듈(LZ), 스위칭모듈(MS), 진동모듈(VM), 모터모듈(MT), 반사모듈(RF-G), 집광모듈(LS-S), 및 베이스모듈(ST)을 포함할 수 있다.

레이저모듈(LZ)은 레이저빔(LL)을 방출할 수 있다. 레이저모듈(LZ)로부터 방출되는 레이저빔(LL)의 종류 또는 레이버빔(LL)의 파장은 특별히 제한되지 않으며, 절단 대상물이나 용도에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 레이저모듈(LZ)는 IR femto laser, Green pico laser, UV pico laser 또는 CO₂ laser 일 수 있다.

스위칭모듈(MS)은 레이저모듈(LZ)에서 방출되는 레이저빔(LL)이 계속 진행할 수 있도록 하거나, 레이저빔(LL)이 더 이상 진행할 수 없게 할 수 있다. 즉, 스위칭모듈(MS)은 제어신호에 반응하여 레이저빔(LL)의 통과여부를 결정하는 셔터 일 수 있다.

진동모듈(VM)은 렌즈모듈(LM) 및 압전모듈(PZM)을 포함할 수 있다.

도 2a를 참조하면, 렌즈모듈(LM)은 입사되는 레이저빔(LL)을 투과시키는 렌즈(LS) 및 렌즈(LS)를 수용하는 프레임(FRM)을 포함할 수 있다. 프레임(FRM)에는 관통홀(OP)이 정의될 수 있다. 렌즈(LS)는 관통홀(OP)의 일단에 대응되는 위치에 배치되고, 압전모듈(PZM)은 관통홀(OP)의 타단에 인접한 부분에 배치될 수 있다.

도 2b를 참조하면, 렌즈모듈(LM-1)은 입사되는 레이저빔(LL)을 투과시키는 렌즈(LS) 및 렌즈(LS)를 수용하는 프레임(FRM)을 포함할 수 있다. 도 2b에서는 도 2a에서와 달리 렌즈(LS)는 관통홀(OP)의 타단에 대응되는 위치에 배치되고, 압전모듈(PZM) 역시 관통홀(OP)의 타단에 인접한 부분에 배치될 수 있다.

도 2c를 참조하면, 렌즈모듈(LM-2)은 입사되는 레이저빔(LL)을 투과시키는 렌즈들(LS1, LS2) 및 렌즈들(LS1, LS2)을 수용하는 프레임(FRM)을 포함할 수 있다.

도 2c에서는 도 2a 및 도 2b와 달리, 관통홀(OP)의 양단에 대응되는 위치에 모두 렌즈들(LS1, LS2)이 배치될 수 있다. 압전모듈(PZM)은 제1 렌즈(LS1) 또는 제2 렌즈(LS2)에 인접한 부분에 배치될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c에서 렌즈모듈들(LM, LM-1, LM-2)의 예시적인 형상을 도시하였으나, 이에 제한되지 않으며, 렌즈모듈들(LM, LM-1, LM-2) 각각의 구조, 렌즈모듈들(LM, LM-1, LM-2) 각각이 포함하는 렌즈(LS)의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.

압전모듈(PZM)은 렌즈모듈(LM)에 결합된다. 도 1a 및 도 1b에서는 압전모듈(PZM)이 렌즈모듈(LM)의 외부에 결합되어 있는 형상을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에서 압전모듈(PZM)은 렌즈모듈(LM)의 내부에 결합되어 있을 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서 압전모듈(PZM)은 렌즈모듈(LM)의 프레임(FRM)에 수용될 수 있다.

압전모듈(PZM)은 전기적 신호가 인가되면, 제1 방향(DR1) 상에서 팽창되거나 수축되는 것을 반복할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 압전모듈(PZM)이 수축되었을 때와 팽창되었을 때의 길이 차이는 약 50μm 내지 80μm 일 수 있다. 이에 따라, 압전모듈(PZM)과 결합된 렌즈모듈(LM)은 제1 방향(DR1) 상에서 진동할 수 있으며, 약 50μm 내지 80μm를 진동할 수 있다. 단, 압전모듈(PZM)이 수축 및 팽창하는 길이차이 및 렌즈모듈(LM)이 진동하는 거리는 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 압전모듈(PZM)은 티탄산 지르콘산납(PZT)을 포함할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니며, 압전모듈(PZM)은 공지의 압전소자들 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

모터모듈(MT)은 진동모듈(VM)에 동력을 전달할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에서, 모터모듈(MT)로부터 동력을 전달받은 진동모듈(VM)은 제1 방향(DR1) 상에서 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 거리만큼 이동될 수 있다.

반사모듈(RF-G)은 입사되는 레이저빔(LL)을 반사시켜서, 레이저빔(LL)이 진행하는 방향을 변경시키는 반사면(RFS)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반사모듈(RF-G)은 입사되는 레이저빔(LL)을 특정 하나의 방향이 아닌 여러 방향으로 변경시킬 수 있다. 도 1a와 도 1b를 비교하면, 도 1a에서 반사모듈(RF-G)에 의해 반사되는 레이저빔(LL)이 진행하는 방향과 도 1b에서 반사모듈(RF-G)에 의해 반사되는 레이저빔(LL)이 진행하는 방향이 다른 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 반사모듈(RF-G)을 통해 레이저빔(LL)이 진행하는 방향을 변경함으로써, 베이스모듈(ST)을 이동하지 않고도 절단 대상물(TG)을 원하는 형상으로 절단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 반사모듈(RF-G)은 갈바닉 미러(galvanic mirror) 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 반사모듈(RF-G)은 반사면(RFS)의 움직임을 제어하는 방향제어모듈(DCM)을 더 포함할 수 있다. 예를들어, 방향제어모듈(DCM)은 전자적 또는 기계적으로 구동되는 틸트장치(tilt device)일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 방향제어모듈(DCM)은 생략될 수 있다.

집광모듈(LS-S)은 입사되는 레이저빔(LL)의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 집광모듈(LS-S)은 레이저빔(LL)이 입사되는 위치에 관계없이 항상 같은 평면상에 레이저빔(LL)의 초점 부분이 위치하도록 집광할 수 있다. 예를들어, 집광모듈(LS-S)은 플랫-필드 스캐닝 렌즈(Flat-field scanning lens), 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens), 또는 텔레센트릭 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens)를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 압전모듈(PZM) 및 모터모듈(MT)이 구동되지 않을 때, 도 1a에 도시된 레이저 절단장치(LCS)로부터 방출되는 레이저빔(LL1, 이하 제1 레이저빔) 및 도 1b에 도시된 레이저 절단장치로부터 방출되는 레이저빔(LL2, 이하 제2 레이저빔)이 절단 대상물(TG)에 입사되는 것을 비교하여 예시적으로 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 집광모듈(LS-S)을 통과한 레이저빔들(LL1, LL2) 각각의 초점이 같은 평면상에 형성됨을 알 수 있다. 즉, 제1 레이저빔(LL1)의 초점이 형성되는 부분과 절단 대상물(TG)의 상면까지의 제1 거리(L1)는 제2 레이저빔(LL2)의 초점이 형성되는 부분과 절단 대상물(TG)의 상면까지의 제2 거리(L2)와 실질적으로 동일하다.

만약, 압전모듈(PZM) 및 모터모듈(MT)이 구동되지 않은 상태에서 레이저빔(LL1, LL2)을 이용하여 절단공정을 진행하는 경우, 같은 평면상에서 연속적으로 인가되는 레이저빔(LL1, LL2)에 의해 절단 대상물(TG)의 절단부위에 열에너지가 축적된다. 따라서, 절단 대상물(TG)의 절단부위에 다량의 탄화물(carbide)이 발생하는 문제점이 발생한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS)를 이용하여 압전모듈(PZM) 및/또는 모터모듈(MT)을 구동하면서 특정부위에 복수 회 레이저빔(LL)을 조사하여 절단공정을 진행한다면, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.

구체적으로 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절단공정(S10)은 제1 절단 단계(S100), 모터모듈 구동단계(S200), 및 제2 절단 단계(S300)을 포함할 수 있다.

제1 절단 단계(S100)에서 압전모듈(PZM)을 구동하여, 렌즈모듈(LM)을 진동시키면서 절단 대상물(TG)을 절단하는 공정을 수행한다. 제1 절단 단계(S100)에서 레이저빔(LL)의 출력은 절단 대상물(TG)을 한번에 절단할 만큼 충분하지 않다. 레이저빔(LL)의 출력을 세게 하는 경우, 절단면에 탄화물이 발생하는것과 같은 불량이 발생할 확률이 높기 때문이다.

따라서, 모터모듈 구동단계(S200)을 통해 진동모듈(VM)의 위치를 변경하고, 제2 절단 단계(S300)에서 압전모듈(PZM)을 구동하여, 렌즈모듈(LM)을 진동시키면서 절단 대상물(TG)을 절단하는 공정을 다시 수행한다.

도 4b를 참조하면, 제1 추적곡선(TJ1)은 제1 절단 단계(S100)에서 이용되는 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 경로를 예시적으로 도시한 것이다. 진동모듈(VM)가 구동 됨에 따라, 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 위치가 상하 방향으로 변동되고, 반사모듈(RF-G)에 의해 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 위치가 좌우 방향으로 변동된다. 이에 따라, 제1 추적곡선(TJ1) 사인곡선 또는 코사인곡선의 형상을 가질 수 있다.

제2 추적곡선(TJ2)은 제2 절단 단계(S300)에서 이용되는 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 경로를 예시적으로 도시한 것이다. 진동모듈(VM)가 구동 됨에 따라, 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 위치가 상하 방향으로 변동되고, 반사모듈(RF-G)에 의해 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 위치가 좌우 방향으로 변동된다. 이에 따라, 제2 추적곡선(TJ2) 사인곡선 또는 코사인곡선의 형상을 가질 수 있다.

모터모듈 구동단계(S200)에서 진동모듈(VM)의 위치를 레이저모듈(LZ)에서 멀어지는 방향으로 이동시킴에 따라, 레이저빔(LL)이 집광되는 초점의 위치가 전체적으로 제1 절단 단계(S100)보다 낮아졌다. 따라서, 제2 추적곡선(TJ2)의 기준위치는 제1 추적곡선(TJ1)의 기준위치보다 아래쪽에 형성된다.

제1 추적곡선(TJ1)과 제2 추적곡선(TJ2)는 좌우 방향에서 일치하지 않을 수 있다. 이는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면상에서, 제1 절단 단계(S100)에서 레이저빔(LL)이 최대 에너지를 제공하는 위치와 제2 절단 단계(S200)에서 레이저빔(LL)이 최대 에너지를 제공하는 위치가 정확히 일치되지 않기 때문이다.

이와 같은, 제1 추적곡선(TJ1)과 제2 추적곡선(TJ2)의 차이에 의해 상기 기술하였던 문제점을 해결하여, 절단면에 탄화물이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

도 5, 도 6, 도 7, 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS-1, LCS-2, LCS-3, LCS-4)를 도시한 것이다.

도 5에 도시된 레이저 절단장치(LCS-1)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 레이저 절단장치(LCS)와 비교하여, 진동모듈(VM)이 배치되는 위치가 다르다. 구체적으로, 레이저 절단장치(LCS-1)의 진동모듈(VM)은 반사모듈(RF-G) 및 집광모듈(LS-S) 사이에 배치될 수 있다.

레이저 절단장치(LCS-1)의 압전모듈(PZM)은 전기적 신호가 인가되면, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)과 수직한 제3 방향(DR3) 상에서 팽창되거나 수축되는 것을 반복할 수 있다. 이에 따라, 렌즈모듈(LM)은 제3 방향(DR3)으로 진동하게 된다.

레이저 절단장치(LCS-1)의 모터모듈(MT)로부터 동력을 전달받은 레이저 절단장치(LCS-1)의 진동모듈(VM)은 제3 방향(DR3) 상에서 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 단위로 이동될 수 있다.

그 외 다른 설명은 도 1a 내지 도 4에서 설명한 내용과 실질적으로 동일한바 생략한다.

도 6에 도시된 레이저 절단장치(LCS-2)는 레이저모듈(LZ), 스위칭모듈(MS), 반사모듈(RF-N), 진동모듈(VM-1), 모터모듈(MT-1), 및 베이스모듈(ST-1)을 포함할 수 있다.

레이저모듈(LZ) 및 스위칭모듈(MS)에 대한 설명은 앞에서 설명한 내용과 실질적으로 동일한바 생략한다.

레이저 절단장치(LCS-2)의 반사모듈(RF-N)은 앞에서 설명한 레이저 절단장치들(LCS, LCS-1)의 반사모듈(RF-G)과 달리, 입사되는 레이저빔(LL)을 고정된 하나의 방향으로만 반사시킬 수 있다.

진동모듈(VM-1)은 렌즈모듈(LM-1) 및 압전모듈(PZM)을 포함할 수 있다.

렌즈모듈(LM-1)은 레이저빔(LL)의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광하는 대물렌즈(LS-O) 및 대물렌즈(LS-O)를 수용하는 프레임(FRM)을 포함할 수 있다.

앞에서 설명한 레이저 절단장치들(LCS, LCS-1)은 집광모듈(LS-S)이 레이저빔(LL)을 집광하였으나, 도 6에 도시된 레이저 절단장치(LCS-2)에서는 압전모듈(PZM)가 결합된 렌즈모듈(LM-1)의 대물렌즈(LS-O)가 레이저빔(LL)을 집광한다.

압전모듈(PZM)은 렌즈모듈(LM-1)에 결합되어, 렌즈모듈(LM-1)을 제3 방향(DR3) 상에서 진동시킬 수 있다.

모터모듈(MT-1)은 진동모듈(VM-1)에 동력을 전달하여 진동모듈(VM-1)을 제3 방향(DR3) 상에서 이동시킬 수 있다.

앞에서 설명한 레이저 절단장치들(LCS, LCS-1)과 달리, 도 6에 도시된 레이저 절단장치(LCS-2)는 반사모듈(RF-N) 및 진동모듈(VM-1)을 통해 레이저빔(LL)이 조사되는 위치를 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면상에서 변경할 수 없다. 따라서, 베이스모듈(ST-1)을 이동시켜서 절단 대상물(TG)를 절단할 수 있다.

도 7에 도시된 레이저 절단장치(LCS-3)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 레이저 절단장치(LCS)와 비교하여, 모터모듈(MT-2)이 배치되는 위치 및 역할이 다르다. 구체적으로, 레이저 절단장치(LCS-3)의 모터모듈(MT-2)은 집광모듈(LS-S)에 동력을 전달하여 집광모듈(LS-S)을 제3 방향(DR3) 상에서 이동시킬 수 있다.

그 외 다른 설명은 도 1a 및 도 1b에 도시된 레이저 절단장치(LCS)에 대한 설명과 실질적으로 동일한바 생략한다.

도 8에 도시된 레이저 절단장치(LCS-4)는 도 5에 도시된 레이저 절단장치(LCS-1)와 비교하여, 모터모듈(MT-2)이 배치되는 위치 및 역할이 다르다. 구체적으로, 레이저 절단장치(LCS-4)의 모터모듈(MT-2)은 집광모듈(LS-S)에 동력을 전달하여 집광모듈(LS-S)을 제3 방향(DR3) 상에서 이동시킬 수 있다.

그 외 다른 설명은 도 5에 도시된 레이저 절단장치(LCS-1)에 대한 설명과 실질적으로 동일한바 생략한다.

도 9a는 종래 기술에 따른 레이저 절단장치에 의해 절단된 절단 대상물의 절단면을 예시적으로 도시한 것이다. 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS, LCS-1, LCS-2, LCS-3, LCS-4)에 의해 절단된 절단 대상물의 절단면을 예시적으로 도시한 것이다.

도 9a를 참조하면, 종래 기술에 따른 레이저 절단장치에 의해 절단된 절단 대상물의 절단면에는 특별한 규칙을 가지고 형성된 패턴이 존재하지 않는다. 반면에, 도 9b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단장치(LCS, LCS-1, LCS-2, LCS-3, LCS-4)에 의해 절단된 절단 대상물(TG, 도 1a 참조)의 절단면에는 특정간격(WD)으로 형성된 패턴(PT)이 배치된다. 이와 같이 특정간격(WD)으로 형성된 패턴(PT)은 압전모듈(PZM, 도 1 참조)이 소정의 주기로 반복하여 팽창 및 수축함에 따라, 레이저빔(LL)이 집광되는 위치가 상기 소정 주기로 반복하여 변함에 따라 발생한다.

실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위 및 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

LCS: 레이저 절단장치 LZ: 레이저모듈
MS: 스위칭모듈 VM: 진동모듈
PZM: 압전모듈 LM: 렌즈모듈
MT: 모터모듈 RF-G, RF-N: 반사모듈
LS-S: 집광모듈 LS-O: 대물렌즈

Claims

레이저빔을 방출하는 레이저모듈;
렌즈모듈 및 상기 렌즈모듈에 결합된 압전모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈은 상기 레이저빔을 투과시키는 렌즈 및 상기 렌즈를 수용하는 프레임부를 포함하고, 상기 압전모듈은 전기적 신호가 인가되면 일방향 상에서 팽창과 수축을 반복하는 진동모듈;
상기 진동모듈에 동력을 전달하여, 상기 진동모듈을 상기 일방향 상에서 이동시키며 상기 레이저모듈에 대한 상기 진동모듈의 상대적 위치를 변경시키는 모터모듈;
상기 레이저빔을 반사시켜서 상기 레이저빔이 진행하는 방향을 변경시키는 반사면을 포함하는 반사모듈; 및
상기 반사면에 반사된 상기 레이저빔의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광하는 집광모듈을 포함하고,
상기 레이저모듈, 상기 반사모듈, 및 상기 집광모듈은 상기 레이저빔의 경로에 따라 순차적으로 배치되고,
상기 진동모듈은
상기 레이저빔의 경로를 따라 상기 레이저모듈 및 상기 집광모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제1 항에 있어서,
제어신호에 응답하여 상기 레이저모듈에서 방출되는 상기 레이저빔의 통과여부를 결정하는 스위칭모듈을 더 포함하고,
상기 스위칭모듈은
상기 레이저빔의 경로를 따라 상기 레이저모듈 및 상기 집광모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제2 항에 있어서,
상기 스위칭모듈은 상기 레이저모듈 및 상기 진동모듈 사이에 배치되고, 상기 진동모듈은 상기 스위칭모듈 및 상기 반사모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제2 항에 있어서,
상기 스위칭모듈은 상기 레이저모듈 및 상기 반사모듈 사이에 배치되고, 상기 진동모듈은 상기 반사모듈 및 상기 집광모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제1 항에 있어서,
상기 반사모듈은 갈바닉 미러(galvanic mirror)인 레이저 절단장치.
제1 항에 있어서,
상기 반사모듈은 상기 반사면의 움직임을 제어하는 방향제어모듈을 더 포함하는 레이저 절단장치.
제1 항에 있어서,
상기 집광모듈은 상기 집광모듈에 상기 레이저빔이 입사되는 위치와 관계없이 항상 상기 레이저빔에 의해 가공되는 절단 대상물의 상면과 소정거리 이격된 같은 평면상에 상기 초점 부분이 위치하도록 집광하는 레이저 절단장치.
제7 항에 있어서,
상기 집광모듈은 플랫-필드 스캐닝 렌즈(Flat-field scanning lens), 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens), 또는 텔레센트릭 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens)를 포함하는 레이저 절단장치.
제8 항에 있어서
상기 절단 대상물이 배치되는 베이스모듈을 더 포함하며,
상기 초점 부분이 위치하는 상기 평면은 상기 베이스모듈의 일면과 평행한 레이저 절단장치.
레이저빔을 방출하는 레이저모듈;
렌즈모듈 및 상기 렌즈모듈에 결합된 압전모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈은 상기 레이저빔을 투과시키는 렌즈 및 상기 렌즈를 수용하는 프레임부를 포함하고, 상기 압전모듈은 전기적 신호가 인가되면 일방향 상에서 팽창과 수축을 반복하는 진동모듈;
상기 레이저빔을 반사시켜서 상기 레이저빔이 진행하는 방향을 변경시키는 반사면을 포함하는 반사모듈;
상기 반사면에 반사된 상기 레이저빔의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광하는 집광모듈; 및
상기 집광모듈에 동력을 전달하여, 상기 집광모듈을 이동시키며, 상기 레이저모듈에 대한 상기 집광모듈의 상대적 위치를 변경시키는 모터모듈을 포함하고,
상기 레이저모듈, 상기 반사모듈, 및 상기 집광모듈은 상기 레이저빔의 경로에 따라 순차적으로 배치되고,
상기 진동모듈은
상기 레이저빔의 경로를 따라 상기 레이저모듈 및 상기 집광모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제10 항에 있어서,
제어신호에 응답하여 상기 레이저모듈에서 방출되는 상기 레이저빔의 통과여부를 결정하는 스위칭모듈을 더 포함하고,
상기 스위칭모듈은
상기 레이저빔의 경로를 따라 상기 레이저모듈 및 상기 집광모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제11 항에 있어서,
상기 스위칭모듈은 상기 레이저모듈 및 상기 진동모듈 사이에 배치되고, 상기 진동모듈은 상기 스위칭모듈 및 상기 반사모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제12 항에 있어서,
상기 모터모듈은 상기 집광모듈을 상기 일방향과 다른 방향 상에서 이동시키는 레이저 절단장치.
제11 항에 있어서,
상기 스위칭모듈은 상기 레이저모듈 및 상기 반사모듈 사이에 배치되고, 상기 진동모듈은 상기 반사모듈 및 상기 집광모듈 사이에 배치되는 레이저 절단장치.
제14 항에 있어서,
상기 모터모듈은 상기 집광모듈을 상기 일방향 상에서 이동시키는 레이저 절단장치.
제10 항에 있어서,
상기 반사모듈은 갈바닉 미러(galvanic mirror)인 레이저 절단장치.
제10 항에 있어서,
상기 반사모듈은 상기 반사면의 움직임을 제어하는 방향제어모듈을 더 포함하는 레이저 절단장치.
제10 항에 있어서,
상기 집광모듈은 상기 집광모듈에 상기 레이저빔이 입사되는 위치와 관계없이 항상 상기 레이저빔에 의해 가공되는 절단 대상물의 상면과 소정거리 이격된 같은 평면상에 상기 초점 부분이 위치하도록 집광하는 레이저 절단장치.
제18 항에 있어서,
상기 집광모듈은 플랫-필드 스캐닝 렌즈(Flat-field scanning lens), 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens), 또는 텔레센트릭 에프-세타 스캐닝 렌즈(F-theta scanning lens)를 포함하는 레이저 절단장치.
레이저빔을 방출하는 레이저모듈;
제어신호에 응답하여 상기 레이저모듈에서 방출되는 상기 레이저빔의 통과여부를 결정하는 스위칭모듈;
상기 스위칭모듈을 통과한 상기 레이저빔을 반사시켜서 상기 레이저빔이 진행하는 방향을 변경시키는 반사면을 포함하는 반사모듈;
렌즈모듈 및 상기 렌즈모듈에 결합된 압전모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈은 상기 반사면에 반사된 상기 레이저빔의 에너지가 초점 부분에 집중되도록 집광하는 대물렌즈 및 상기 대물렌즈를 수용하는 프레임부를 포함하고, 상기 압전모듈은 전기적 신호가 인가되면 일방향 상에서 팽창과 수축을 반복하는 진동모듈; 및
상기 진동모듈에 동력을 전달하여, 상기 진동모듈을 상기 일방향 상에서 이동시키며 상기 레이저모듈에 대한 상기 진동모듈의 상대적 위치를 변경시키는 모터모듈을 포함하고,
상기 레이저모듈, 스위칭모듈, 반사모듈, 진동모듈 및 모터모듈은 상기 레이저빔의 경로를 따라 순차적으로 배치되는 레이저 절단장치.