KR20050113917A - 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 조사수단의 전단과 후단에 절단홈 형성수단을 구성하여 절단 원점을 양측에서 실시함으로써 절단장치의 이동시간을 줄임으로써 택트 타임을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법에 관한 것으로서, 기판의 절단 예정선에 레이저를 조사하는 레이저 조사수단과, 상기 레이저 조사수단의 전단과 후단에 각각 구성되어 상기 레이저 조사수단에 의해 레이저가 기판에 조사되기 전에 절단 예정선의 원점에 절단홈을 형성하는 제 1, 제 2 절단홈 형성수단과, 상기 레이저 조사수단과 제 1, 제 2 절단홈 형성수단 사이에 구성되어 상기 레이저 조사수단으로부터 레이저가 조사된 부분에 냉각유체를 분사하여 냉각하는 제 1, 제 2 냉각수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법{cutting equipment of substrate and method for cutting of substrate using the same}

본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 특히 생산성을 향상시키도록 한 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단(cutting)방법에 관한 것이다.

정보통신 분야의 급속한 발전으로 말미암아, 원하는 정보를 표시해 주는 디스플레이 산업의 중요성이 날로 증가하고 있으며, 현재까지 정보 디스플레이 장치 중 CRT(Cathode Ray Tube)는 다양한 색을 표시할 수 있고, 화면의 밝기도 우수하다는 장점 때문에 지금까지 꾸준한 인기를 누려왔다.

하지만, 대형, 휴대용, 고해상도 디스플레이에 대한 욕구 때문에 무게와 부피가 큰 CRT 대신에 평판 디스플레이(flat panel display) 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 평판 디스플레이는 컴퓨터 모니터에서 항공기 및 우주선 등에 사용되는 디스플레이에 이르기까지 응용분야가 넓고 다양하다.

현재 생산 혹은 개발된 평판 디스플레이는 액정표시장치(liquid crystal display : LCD), 전계 발광 디스플레이(electro luminescent display : LED), 전계 방출 디스플레이(field emission display : FED), 플라즈마 디스플레이(plasma display panel : PDP) 등이 있다.

상기와 같은 평판 디스플레이는 일반적으로 대규모 집적회로 등의 반도체 칩(chip)과 같이 취성기판 상에 다수 개를 매트릭스 모양으로 형성되어 기판을 각 소자 단위로 절단 분리하는 공정을 거쳐 제조된다.

그런데 글라스(glass), 실리콘(silicon), 세라믹(ceramic) 등의 취성기판의 절단분리에 사용되는 방법으로서는, 기판을 고속으로 회전하는 50~200㎛ 정도 두께의 다이아몬드 블레이드(diamond blade)에 의하여 절삭하고 기판에 절단용 홈을 형성하는 다이싱(dicing)과, 0.6~2㎜정도의 두께를 갖는 다이아몬드로 만든 스크라이빙 휠(scribing wheel)에 의하여 기판의 표면에 절단홈을 형성하여 기판의 두께 방향으로 크랙(crack)을 발생시키는 스크라이빙(scribing)의 2가지 방법이 대표적이다.

먼저, 상기 다이싱은 상기한 바와 같이 스크라이빙에 비하여 매우 얇은 블레이드를 이용하는 것이기 때문에, 표면에 박막이나 볼록부가 형성된 기판을 절단하는 데에도 적합하다.

그런데 다이싱에 있어서는, 블레이드가 절삭하고 있는 영역에서 마찰열이 발생하고, 절삭은 이 영역에 냉각수를 공급하면서 이루어지기 때문에 금속 전극층 및 금속 단자 등의 금속 부분을 포함하고 있는 평판 디스플레이에 있어서는 결코 바람직한 방법이라고는 할 수 없다.

즉, 다이싱에 의한 경우에는, 다이싱을 한 후에 냉각수의 제거에 완전을 기하는 것이 실제로는 어렵고, 냉각수의 제거가 불완전하여 잔류수분이 있으면 평판 디스플레이의 금속 부분에 부식이 발생할 우려가 있다. 또한, 다이싱은 스크라이빙에 비하여 절단시간이 길고 나아가서는 생산성이 좋지 않다는 문제도 있다.

이에 대하여 스크라이빙은 냉각수가 일체 불필요하기 때문에 다이싱에 의한 경우보다 제품의 수율이 좋고, 또한 절단 시간이 다이싱에 비하여 짧기 때문에 생산성에 있어서 우수하다는 이점을 가지고 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 기판(10)상의 일정영역에 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(11)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(11)을 포함한 제 1 기판(10)의 전면에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO₂)으로 이루어진 게이트 절연막(12)이 형성되어 있다.

이어, 상기 게이트 전극(11) 상부의 게이트 절연막(12) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(13)이 형성되어 있으며, 상기 액티브층(13) 양측단위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(14)이 형성되어 있다.

이어, 상기 오믹 콘택층(14) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소오스 및 드레인 전극(15,16)이 형성되어 있는데, 상기 소오스 및 드레인 전극(15,16)은 상기 게이트 전극(11)과 함께 박막트랜지스터(T)를 이룬다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(11)은 게이트 배선과 연결되어 있고, 상기 소오스 전극(15)은 데이터 배선과 연결되어 있으며, 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 직교하여 화소 영역을 정의한다.

이어, 상기 소오스 및 드레인 전극(15,16)을 포함한 제 1 기판(10)의 전면에는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(17)이 형성되어 있으며, 상기 보호막(17)은 상기 드레인 전극(16)의 표면이 소정부분 노출되도록 콘택홀(18)을 갖고 있다.

그리고 상기 보호막(17) 상부의 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(19)이 형성되어 있고, 상기 화소 전극(19)은 콘택홀(18)을 통해 드레인 전극(16)과 연결되어 있다.

이어, 상기 화소 전극(19) 상부에는 폴리이미드(polyimide)와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 1 배향막(20)이 형성되어 있다.

한편, 제 1 기판(10) 상부에는 제 1 기판(10)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 제 2 기판(31)이 배치되어 있다.

그리고 상기 제 2 기판(31) 하부의 박막트랜지스터(T)와 대응되는 부분에는 블랙 매트릭스(32)가 형성되어 있는데, 도시하지 않았지만 블랙 매트릭스(32)는 화소 전극(19) 이외의 부분도 덮고 있다.

이어, 상기 블랙 매트릭스(32) 하부에는 컬러필터(33)가 형성되어 있으며, 상기 컬러필터(33)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 있고, 하나의 색이 하나의 화소 영역에 대응된다.

이어, 상기 컬러필터(33) 하부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(34)이 형성되어 있으며, 상기 공통 전극(34) 하부에는 폴리이미드와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 2 배향막(35)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 제 1 배향막(20)과 제 2 배향막(35) 사이에는 액정층(40)이 주입되어 있다.

이러한 액정 표시 장치는 박막트랜지스터와 화소 전극을 형성하는 박막트랜지스터 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터와 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정, 그리고 제조된 두 기판의 배치와 액정 물질의 주입 및 봉지, 그리고 편광판 부착으로 이루어진 액정패널 공정에 의해 형성된다.

도 2는 일반적인 액정패널의 제조 공정을 도시한 흐름도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터를 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터를 포함하는 컬러필터 기판을 준비한다(S1).

여기서, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판은 박막을 증착하고 패터닝하는 과정을 여러 회 반복함으로써 형성되는데, 박막의 패터닝시 사용되는 마스크의 수가 공정 수를 대표하며, 현재 마스크 수를 감소시켜 제조 비용을 줄이기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

한편, 상기 컬러필터 기판은 화소 영역 이외의 부분에서 빛샘이 발생하는 것을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터 및 공통 전극을 순차적으로 형성함으로써 이루어진다. 컬러필터는 염색법, 인쇄법, 안료 분산법, 전착법 등에 의해 형성되는데, 현재 컬러 필터 형성에 사용되는 보편적인 방법은 안료 분산법이다.

이어, 각 기판에 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막을 형성한다(S2).

여기서, 상기 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다. 일반적으로 배향막에는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 배향막을 배열시키는 방법으로는 러빙 방법이 이용된다.

또한, 상기 러빙 방법은 러빙포를 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 것으로, 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 배향이 안정하며 프리틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이한 장점이 있다.

한편, 최근에는 편광된 빛을 이용하여 배향하는 광배향 방법이 개발되어 사용되고 있다.

다음, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 실 패턴(seal pattern)을 형성하는데(S3), 실 패턴은 화상이 표현되는 영역의 외곽에 위치하며, 액정 주입을 위한 갭을 형성하고 주입된 액정의 누설을 방지하는 역할을 한다.

여기서, 상기 실 패턴은 열경화성 수지를 일정한 패턴으로 형성함으로써 이루어지며, 실 패턴 형성 방법으로는 스크린 마스크(screen mask)를 이용한 스크린 인쇄법과 디스펜서를 이용한 실 디스펜서(dispenser)법이 있다.

현재 공정의 편의성이 큰 스크린 인쇄법이 주로 사용되고 있으나, 마스크와 배향막의 접촉에 의한 불량 유발과 기판의 크기가 커짐에 따라 스크린 마스크의 대응이 어려운 단점이 있어 점차 실 디스펜서법으로 변경이 이루어지고 있다.

이어, 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이의 간격을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 일정한 크기의 스페이서를 산포한다(S4).

여기서, 상기 스페이서의 산포 방식은 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있으며, 건식 산포는 정전기를 이용하는 정전 산포법과 기체의 압력을 이용하는 제전 산포법으로 나뉘는데, 액정 표시 장치는 정전기에 취약한 구조를 가지므로 제전 산포법이 많이 사용된다.

다음, 액정 표시 장치의 두 기판 즉, 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러 필터 기판을 배치하고 실 패턴을 가압 경화하여 합착한다(S5). 이때, 각 기판의 배향막이 마주 대하며, 화소 전극과 컬러필터가 일대일 대응하도록 배치한다.

다음, 두 기판을 각각의 액정패널로 절단하여 분리한다(S6).

일반적으로 액정 표시 장치는 한 장의 기판 상에 하나의 액정 표시 장치가 될 액정패널을 다수 개 형성하고, 각 액정패널로 분리함으로써, 제조 효율을 향상시키고 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

여기서 상기 액정패널의 절단공정은 유리 기판 보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 스크라이빙 휠에 의하여 기판의 표면에 절단홈을 형성한 후 레이저 등을 조사하여 기판의 두께 방향으로 크랙을 발생시키는 스크라이브 공정으로 이루어진다.

이어, 두 기판의 배향막 사이에 액정을 주입한다(S7). 액정의 주입은 액정패널 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 주로 이용된다. 여기서 액정패널 내부에 액정이 주입되었을 때, 액정 속의 미세한 공기 방울에 의해 액정패널 내부에서 기포가 형성되어 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 액정을 장시간 진공에 방치하여 기포를 제거하는 탈포 과정이 필요하다.

액정의 주입이 완료되면 액정패널의 주입구에서 액정이 흘러나오지 않도록 주입구를 봉합한다. 보통 디스펜서를 이용하여 주입구에 자외선 경화 수지를 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 주입구를 막아준다.

다음, 이러한 방법으로 형성된 액정패널의 외측에 각각 편광판을 부착한 후 구동회로를 연결하면 액정 표시 장치가 완성된다(S8).

도 3은 종래 기술에 의한 기판의 절단장치에서 모 기판을 세트 패널로 절단하는 순서를 설명하기 위한 기판의 평면도이고, 도 4는 종래 기술에 의한 기판의 절단장치에서 세트 패널을 단위 액정표시 패널별로 절단하는 순서를 설명하기 위한 기판의 평면도이다.

일반적으로 합착된 기판을 절단하는 공정은 기판 절단장치를 이용한다. 그리고 도 3 및 도 4에서는 모 기판(1000 ×1200㎜)에 18.1″모델의 액정표시패널이 9개 배열되는 것을 도시하였다.

도 3에 도시된 바와 같이, 기판 절단장치에 기판의 장축 방향으로 합착된 모 기판을 로딩하여 장축 방향으로 이동되도록 한다. 그리고, 이동되는 방향에 수직한 방향으로 기판을 절단하여 합착된 기판을 3개의 액정표시패널을 한 세트로 하는 세트 패널별로 절단한다.

즉, 세트 패널별로 절단하는 기판 절단장치에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 3개의 세트 패널로 절단하기 위하여 이동되는 방향에 수직한 방향으로 6번(①,②,③,④,⑤,⑥)의 절단 공정을 진행한다.

그리고 2번째(②), 4번째(④), 6번째(⑥)의 절단 공정이 진행되어 세트 패널별로 절단되면, 상기 세트 패널은 90°턴온되어 제 2 기판 절단장치에 로딩된다.

이와 같이 상기 기판 절단장치에서 절단된 세트 패널은, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판 절단장치에 로딩되어 각 단위 액정표시패널별로 절단된다.

즉, 3개의 액정표시패널이 한 세트로 된 세트 패널의 장축 방향으로 상기 제 2 기판 절단장치에 세트 패널이 로딩되어 세트 패널의 장축 방향으로 이동되고, 이동된 방향의 순서에 따라 이동 방향에 수직한 방향으로 절단 공정이 진행되어 상기 세트 패널이 단위 액정표시패널별로 절단된다.

하나의 세트 패널을 단위 액정표시패널 별로 절단하기 위해서는 6번(①,②,③,④,⑤,⑥)의 절단 공정을 진행한다.

따라서, 기판 절단장치에서 모 기판을 3개의 세트 패널로 절단하기 위해서는 6번의 절단 공정이 요구되고, 또 다른 기판 절단장치에서는 모 기판에 설계된 각 액정표시패널별로 절단하기 위해서는 18회(6 ×3)의 절단 공정이 요구된다.

이때, 상기 기판 절단장치에서는 스크라이빙 휠(scribing wheel)의 원점이 일 방향에 지정되어 있으므로, 상기에서 설명한 바와 같이 한 번의 절단홈 형성공정이 완료되며 다시 원점(원 위치)으로 복귀하여 다음 절단홈 형성 공정을 진행한다.

상기와 같은 종래 기술에 의한 기판의 절단장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 종래 기술에 의한 기판의 절단장치를 나타낸 측면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 절단하고자하는 기판(50)에 레이저를 조사하는 레이저 조사수단(51)과, 상기 레이저 조사수단(51)의 전단부에 구성되어 상기 레이저 조사수단(51)에 의해 레이저가 조사되기 전에 기판(50)의 절단 원점(시작점)에 소정깊이로 절단홈을 형성하는 절단홈 형성수단(52)과, 상기 레이저 조사수단(51)의 후단에 구성되어 상기 레이저 조사수단(51)으로부터 레이저가 조사된 기판에 냉각유체를 분사하는 냉각수단(53)과, 상기 레이저 조사수단(51)과 상기 절단홈 형성수단(52) 및 상기 냉각수단(53)을 이송하는 이송수단(54)을 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같은 종래 기술에 의한 기판의 절단장치를 이용한 기판의 절단방법을 설명하면 다음과 같다.

도 6a 내지 도 6d는 종래 기술에 의한 기판의 절단 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 액정 단위셀이 형성된 기판(50)을 고정 플레이트상에 안치한 다음, 상기 기판(50)의 위로 도 5와 같이 구성된 기판 절단장치를 이동시키고, 상기 절단홈 형성수단(52)을 이용하여 기판(50)의 절단 예정선의 원점에 소정깊이의 절단홈(55)을 형성한다.

도 6b 및 도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 절단홈 형성수단(52)의 동작을 정지하고, 상기 레이저 조사수단(51)으로부터 레이저를 상기 절단홈(55)이 형성된 기판(50)에 조사함으로써 기판 팽창이 이루어져 상기 기판(50)의 원점에 형성된 절단홈(55)과 연결되어 일방향으로 크랙(56)이 진행된다.

이때 상기 냉각수단(53)으로부터 냉각유체를 분사하여 가열된 크랙(56) 부분을 급속히 냉각시킨다.

한편, 상기 레이저 조사수단(51)과 냉각유체에 의해 기판(50)에 열팽창과 수축에 따른 높은 열응력이 발생한다.

이러한 열응력에 의해 기판(50)에 일방향으로 크랙(56)이 생성되고 진행됨에 따라 결국 기판(50)이 절단된다.

한편, 도 6b에 도시된 화살표는 절단장치의 진행방향으로 나타내고 있고, 도 6c에 도시된 화살표는 절단장치를 이용하여 기판(50)에 일방향으로 크랙(56)을 형성한 후, 상기 절단장치가 절단하고자하는 기판(50)의 다른 원점으로 복귀하는 상태를 나타내고 있다.

도 6d에 도시한 바와 같이, 상기 기판(50)을 일방향으로 절단한 후 상기 기판 절단장치를 기판(50)의 원점으로 복귀시키고, 상기 절단홈 형성수단(52)을 이용하여 절단홈, 상기 레이저 조사수단(51)의 레이저 조사, 상기 냉각수단(53)의 냉각유체 분사 등의 공정을 반복하여 기판(50)을 절단하고 있다.

한편, 도 6d에 도시된 화살표는 절단장치가 절단하고자하는 기판(50)의 원점으로 복귀한 후 절단홈 형성수단(52)을 이용하여 절단홈을 형성하기 전의 상태를 나타내고 있다.

상기와 같은 도 6a 내지 도 6d의 공정을 요약하여 설명하면, 모 기판(1000 ×1200㎜)에 18.1″모델의 액정표시패널이 9개 배열되는 것을 도시한 도 3과 같은 기판의 액정표시패널을 하나의 세트 패널을 단위 액정표시패널 별로 절단하기 위해서는 6번(①,②,③,④,⑤,⑥)의 절단 공정을 진행한다.

즉, 도 3에서 ①의 부분을 절단하기 위해 원점에 절단홈 형성수단(52)에 의해 소정깊이의 절단홈을 형성하고, 계속해서 레이저 조사수단(51)에 의해 절단홈이 형성된 부분부터 레이저를 조사하며, 상기 레이저가 조사된 부분에 냉각수단(53)에 의해 냉각유체를 분사하면서 절단한다.

그리고 다시②의 부분을 절단하기 위하여 기판 절단장치를 ② 부분의 원점으로 이동시키고 ①을 절단하는 공정을 반복하여 ③,④,⑤,⑥ 부분을 차례로 절단하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 기판 절단장치를 이용하여 모 기판을 단위 액정표시패널 별로 절단함에 있어서, 일측에 원점이 지정되어 각 절단 공정이 완료되면 원점으로 절단장치가 복귀되므로 복귀하는 시간이 소요되어 택트 타임(tack time)이 증가한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 레이저 조사수단의 전단과 후단에 절단홈 형성수단을 구성하여 절단 원점을 양측에서 실시함으로써 절단장치의 이동시간을 줄임으로써 택트 타임을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기판의 절단장치는 기판의 절단 예정선에 레이저를 조사하는 레이저 조사수단과, 상기 레이저 조사수단의 전단과 후단에 각각 구성되어 상기 레이저 조사수단에 의해 레이저가 기판에 조사되기 전에 절단 예정선의 원점에 절단홈을 형성하는 제 1, 제 2 절단홈 형성수단과, 상기 레이저 조사수단과 제 1, 제 2 절단홈 형성수단 사이에 구성되어 상기 레이저 조사수단으로부터 레이저가 조사된 부분에 냉각유체를 분사하여 냉각하는 제 1, 제 2 냉각수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기판의 절단방법은 기판의 절단장치를 이용하여 복수개의 액정표시패널이 설계되어 합착된 기판을 단위 액정표시패널 별로 절단하는 기판의 절단방법에 있어서, 제 1, 제 2 절단 예정선의 양 끝지점을 제 1, 제 2 원점으로 지정하는 단계, 상기 기판의 절단장치를 제 1 절단 예정선에 정렬시켜 상기 제 1 원점에서 제 2 원점으로 기판을 절단하는 단계, 상기 기판의 절단장치를 제 2 절단 예정선에 정렬시켜 상기 제 2 원점에서 제 1 원점을 기판을 절단하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 의한 기판의 절단장치를 나타낸 측면도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 절단하고자하는 기판(100)에 레이저를 조사하는 레이저 조사수단(110)과, 상기 레이저 조사수단(110)의 전단과 후단부에 각각 구성되어 상기 레이저 조사수단(110)에 의해 레이저가 기판(100)에 조사되기 전에 기판(100)의 절단 원점(시작점)에 소정깊이로 절단홈을 형성하는 제 1, 제 2 절단홈 형성수단(120,130)과, 상기 레이저 조사수단(110)과 제 1, 제 2 절단홈 형성수단(120,130) 사이에 각각 구성되어 상기 레이저 조사수단(110)으로부터 레이저가 조사된 기판(100)에 냉각유체를 분사하여 냉각시키는 제 1, 제 2 냉각수단(140,150)과, 상기 레이저 조사수단(110) 및 상기 제 1, 제 2 절단홈 형성수단(120,130)과 상기 제 1, 제 2 냉각수단(140,150)을 절단선 방향인 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 이송수단(160)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 레이저 조사수단(110)의 레이저는 절단 대상인 합착기판이 유리기판인 경우, 절단 부분이 고상에서 액상으로 상변환되는 유리전이온도(glass transition temperature)에 이르도록 한다.

또한, 상기 냉각유체는 탈이온수(deionized water : DI), 액체 질소(N₂), 액체 헬륨(He), 냉각 오일로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나의 물질이 사용될 수 있고, 상기 냉각유체는 분사노즐로부터 0.1~0.3초의 간격을 두고 레이저에 의해 급속 가열된 기판(100)으로 분사된다.

또한, 상기 기판(100)의 원점에 절단홈을 형성하는 제 1, 제 2 절단홈 형성수단(120,130)은 상기 레이저 조사수단(110)의 전단 및 후단부에 구성되어, 비작동 상태에서는 기판(100)과 평행한 상태로 위치하다가, 작동 상태에서는 기판(100)에 수직한 방향으로 접절 가능한 몸체부(121,131)와, 상기 몸체부(121,131)에 결합되어 회전하는 회동축(122,132)과, 상기 회동축(122,132)에 결합되어 상기 몸체부(121,131)에 대하여 회동축(122,132)이 수직 하방으로 선회한 후에 특정 RPM(Round Per Minute)으로 회전하는 스크라이빙 휠(123,133)을 포함하여 이루어져 있다.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 의한 기판의 절단장치를 이용한 기판의 절단방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 8a에 도시한 바와 같이, 기판(100)을 절단하기 위하여, 먼저 액정 단위셀이 형성된 기판(100)을 고정 플레이트상에 진공 흡착 방식으로 고정한 다음, 상기 기판(100)의 위로 기판 절단장치를 이동시키고, 상기 레이저 조사수단(110)의 전단부에 구성된 제 1 절단홈 형성수단(120)의 스크라이빙 휠(123)을 이용하여 상기 기판(100)의 일측(순방향) 원점에 소정깊이의 절단홈(170)을 형성한다.

즉, 상기 제 1 절단홈 형성수단(120)의 회동축(122)이 시계방향으로 회전하여 스크라이빙 휠(123)을 기판(100)의 절단 예정선인 원점에 위치시키고, 상기 스크라이빙 휠(123)은 선택된 RPM으로 회전하는 것에 의하여 절단 예정선의 일측 원점에 절단홈(170)을 형성한다.

도 8b 및 도 8c에 도시한 바와 같이, 상기 기판(100)의 일측 원점에 제 1 절단홈 형성수단(120)에 의해 절단홈(170)을 형성한 후, 상기 스크라이빙 휠(123)의 동작을 정지하고, 상기 회동축(122)은 반시계 방향으로 회동하여 원래의 위치로 복귀한다.

이어, 상기 레이저 조사수단(110)은 레이저의 조사 시작점인 절단홈(170)이 형성된 기판(100)의 일측 원점에 위치하도록 하고, 레이저를 조사하면서 절단 예정선을 따라 이동한다.

이때 상기 레이저가 조사된 기판(100) 부분은 급속 가열되면서 국부적인 열팽창과 함께 높은 응력 집중이 발생된다.

이와 같이 국부적으로 가열되면서 국소 열팽창이 발생된 기판(100)에는 레이저 조사수단(110)의 후단에 설치되어 뒤따르는 제 1 냉각수단(140)으로부터 기판(100)의 가열 부분 온도에 비하여 매우 낮은 저온의 냉각유체를 0.1~0.3초 간격으로 단속적으로 공급하면서 가열된 기판(100)을 급속 냉각시킨다.

따라서 급속 냉각된 기판(100)에는 열 팽창 및 열 수축에 의한 높은 열응력이 발생된다. 열응력의 크기가 유리분자와 분자를 결합시키는 결합력보다 커질 경우 비정질 유리 분자구조는 깨지게 되고, 분자 구조가 깨짐에 따라서 기판(100)의 절단 예정선을 따라 크랙(180)이 발생된다.

이때 크랙의 생성 및 크랙 진행 방향은 레이저의 주사방향과 동일 즉, 기판(100)의 평면에 대하여 수직 방향으로 진행되므로 기판(100)은 완전하게 절단된다.

그리고 도 8d에 도시한 바와 같이, 상기 기판(100)을 일측 방향에서 타측 방향으로 절단한 후, 절단장치를 다음 절단하고자 하는 기판(100)의 타측(역방향) 원점으로 이동시키고, 상기 레이저 조사수단(110)의 후단에 구성된 제 2 절단홈 형성수단(130)을 통해 상기 기판(100)의 타측 원점에 소정깊이의 절단홈을 형성한다.

이어, 상기 기판(100)의 타측 원점에 형성된 절단홈부터 레이저 조사수단(110)으로부터의 레이저의 조사 및 제 2 냉각수단(150)을 통해 냉각유체를 분사하여 타측 방향에 일측 방향으로 크랙(180)을 형성하면서 기판(100)을 절단한다.

즉, 본 발명에 의한 기판의 절단장치는 상기 제 1 절단홈 형성수단(120)의 회동축(122)을 제어하여 스크라이빙 휠(123)을 통해 상기 기판(100)의 일측 원점에 절단홈을 형성하고, 상기 제 2 절단홈 형성수단(130)의 회동축(132)을 제어하여 스크라이빙 휠(133)을 통해 상기 기판(100)의 타측 원점에 절단홈을 형성함으로써 레이저 조사수단(110)을 이용한 기판 절단시 절단장치가 원점으로 복귀하는 시간을 생략하여 택트 타임을 줄일 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 레이저 조사수단(110)의 레이저는 증폭기의 상태에 따라 기체 레이저, 액체 레이저, 고체 레이저, 반도체 레이저의 네 가지로 분류할 수 있는데, 상기 기체 레이저에 속하는 것으로는, He-Ne 레이저, CO₂ 레이저, Ar 레이저 등이 있다.

상기 액체 레이저로는 염료(dye)를 알콜, 에칠렌그리콜 등과 같은 용매에 녹여서 증폭기로 쓰는 색소 레이저(dye laser)가 있고, 상기 고체 레이저는 루비(ruby) 레이저, YAG 레이저 등이 있다.

또한, 상기 반도체 레이저는 GaAlAs 등이 있다.

그리고 본 발명에서는 제 1, 제 2 절단홈 형성수단(120,130)으로서 스크라이빙 장비를 설명하고 있지만, 절단홈을 형성하기 위해 레이저 조사수단의 전단과 후단에 절단홈을 형성하기 위한 별도의 레이저 조사수단을 구비할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 레이저 조사수단의 전단 및 후단에 각각 절단홈 형성수단을 형성하여 절단하고자하는 기판의 순방향과 역방향으로 이동하면서 기판을 절단하기 때문에 종래와 같은 원점으로 복귀하는 시간이 없으므로 택트 타임의 단축으로 인하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 단면도

도 2는 일반적인 액정 패널의 제조 공정을 도시한 흐름도

도 3은 종래 기술에 의한 기판의 절단장치에서 모 기판을 세트 패널로 절단하는 순서를 설명하기 위한 기판의 평면도

도 4는 종래 기술에 의한 기판의 절단장치에서 세트 패널을 단위 액정표시 패널별로 절단하는 순서를 설명하기 위한 기판의 평면도

도 5는 종래 기술에 의한 기판의 절단장치를 나타낸 측면도

도 6a 내지 도 6d는 종래 기술에 의한 기판의 절단장치를 이용한 기판의 절단방법을 설명하기 위한 평면도

도 7은 본 발명에 의한 기판의 절단장치를 나타낸 측면도

도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 의한 기판의 절단장치를 이용한 기판의 절단방법을 설명하기 위한 평면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 기판 110 : 레이저 조사수단

120 : 제 1 절단홈 형성수단 130 : 제 2 절단홈 형성수단

140 : 제 1 냉각수단 150 : 제 2 냉각수단

160 : 이송수단

Claims (12)

1. 기판의 절단 예정선에 레이저를 조사하는 레이저 조사수단과,

   상기 레이저 조사수단의 전단과 후단에 각각 구성되어 상기 레이저 조사수단에 의해 레이저가 기판에 조사되기 전에 절단 예정선의 원점에 절단홈을 형성하는 제 1, 제 2 절단홈 형성수단과,

   상기 레이저 조사수단과 제 1, 제 2 절단홈 형성수단 사이에 구성되어 상기 레이저 조사수단으로부터 레이저가 조사된 부분에 냉각유체를 분사하여 냉각하는 제 1, 제 2 냉각수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 기판의 절단장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 조사수단과 상기 절단홈 형성수단이 장착되고, 상기 레이저 조사수단과 상기 절단홈 형성수단을 선택 방향으로 이송하는 이송수단을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판의 절단장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각유체는 탈이온수, 액체 질소, 액체 헬륨, 냉각 오일로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 기판의 절단장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 절단홈 형성수단은

   상기 레이저 조사수단의 전단 및 후단에 구성되어, 비작동 상태에서는 기판과 평행한 상태로 위치하다가, 작동 상태에서는 기판에 수직한 방향으로 접절 가능한 몸체부와,

   상기 몸체부에 결합되어 회전하는 회동축과,

   상기 회동축에 결합되어 상기 몸체부에 대하여 회동축이 수직 하방으로 선회한 후에 특정 RPM으로 회전하는 스크라이빙 휠을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 기판의 절단장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 적어도 어느 한 항으로 이루어진 기판의 절단장치를 이용하여 복수개의 액정표시패널이 설계되어 합착된 기판을 단위 액정표시패널 별로 절단하는 기판의 절단방법에 있어서,

   제 1, 제 2 절단 예정선의 양 끝지점을 제 1, 제 2 원점으로 지정하는 단계;

   상기 기판의 절단장치를 제 1 절단 예정선에 정렬시켜 상기 제 1 원점에서 제 2 원점으로 기판을 절단하는 단계;

   상기 기판의 절단장치를 제 2 절단 예정선에 정렬시켜 상기 제 2 원점에서 제 1 원점을 기판을 절단하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 기판의 절단방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 적어도 어느 한 항으로 이루어진 기판의 절단장치를 이용하여 복수개의 액정표시패널이 설계되어 합착된 기판을 단위 액정표시패널 별로 절단하는 기판의 절단방법에 있어서,

   절단 예정선의 양 끝지점을 제 1, 제 2 원점으로 지정하는 단계;

   제 1 절단홈 형성수단으로 제 1 절단 예정선의 제 1 원점에 소정깊이로 제 1 절단홈을 형성하는 단계;

   상기 제 1 절단홈에서부터 레이저 조사수단을 통해 레이저를 조사하는 단계;

   상기 레이저가 조사된 부분에 제 1 냉각수단을 통해 냉각유체를 분사하여 급속 냉각시키는 단계;

   상기 절단장치를 이웃하는 제 2 절단 예정선의 타측으로 이동시키고, 제 2 절단홈 형성수단을 이용하여 상기 제 2 절단 예정선의 제 2 원점에 제 2 절단홈을 형성하는 단계;

   상기 제 2 절단홈에서부터 레이저 조사수단을 통해 레이저를 조사하는 단계;

   상기 레이저가 조사된 부분에 제 2 냉각수단을 통해 냉각유체를 분사하여 급속 냉각시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 기판의 절단방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 절단홈은 레이저 또는 스크라이빙 휠을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 기판의 절단방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 스크라이빙 휠은 사용자에 의해 선택된 RPM으로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판의 절단방법.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 급속냉각은 상기 레이저 조사수단의 전단 및 후단에 설치된 제 1, 제 2 냉각수단을 통해 레이저에 의해 기판의 가열 부분 온도에 비하여 매우 낮은 저온의 냉각유체를 0.1~0.3초 간격으로 단속적으로 공급하면서 가열된 기판을 급속 냉각시키는 것을 특징으로 하는 기판의 절단방법.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 레이저 조사수단의 레이저는 기체 레이저 또는 고체 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판의 절단방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 기체 레이저는 He-Ne 레이저, CO₂ 레이저, Ar 레이저 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판의 절단방법.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 고체 레이저는 루비 레이저 또는 YAG 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판의 절단방법.