KR20070030112A - Laser cutting apparatus and method - Google Patents

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KR20070030112A KR1020060038709A KR20060038709A KR20070030112A KR 20070030112 A KR20070030112 A KR 20070030112A KR 1020060038709 A KR1020060038709 A KR 1020060038709A KR 20060038709 A KR20060038709 A KR 20060038709A KR 20070030112 A KR20070030112 A KR 20070030112A
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폭스세미콘 인티그리티드 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

Laser cutting apparatus and method capable of reducing cutting time and improving productivity are provided. A laser cutting apparatus for cutting an easily brittle substrate comprises: a first scriber(11) and a second scriber(12) for making a predicted cutting line on a substrate(13); a laser system(10) for heating the substrate; and a first coolant(111) and a second coolant(122) for cooling the substrate, wherein after the first scriber, the laser system and the first coolant cut the substrate along a first cutting direction, the second scriber, the laser system and the second coolant cut the substrate along a second cutting direction different from the first cutting direction. The first cutting direction and the second cutting direction are oppositely to each other. The second scriber, the first coolant, the laser system, the second coolant and the first scriber are sequentially disposed along the first cutting direction. The second scriber, the first coolant, the laser system, the second coolant and the first scriber are straightly arranged. The first coolant, the laser system and the first scriber are straightly arranged when cutting the substrate along the first cutting direction. The second coolant, the laser system and the second scriber are straightly arranged when cutting the substrate along the second cutting direction.

Description

레이저 절단장치 및 방법{LASER CUTTING APPARATUS AND METHOD}LASER CUTTING APPARATUS AND METHOD}

도1은 기판을 갖춘 종래의 레이저 절단장치를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional laser cutting device with a substrate.

도2는 도1에 도시된 레이저 절단장치의 절단흐름을 도시한 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram showing a cutting flow of the laser cutting device shown in FIG.

도3은 제1절단방향(B)을 따라 기판을 자르는 본 발명에 따른 레이저 절단장치의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a laser cutting device according to the present invention for cutting a substrate along a first cutting direction (B).

도4는 제2절단방향(C)을 따라 기판을 자르는 도3에 도시된 레이저 절단장치의 개략도이다.FIG. 4 is a schematic view of the laser cutting device shown in FIG. 3 cutting the substrate along the second cutting direction C. FIG.

도5는 본 발명에 따른 레이저 절단장치의 절단흐름을 도시한 개략도이다.5 is a schematic diagram showing a cutting flow of the laser cutting device according to the present invention.

본 발명은 전체적으로 레이저 절단장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 TFT-LCD(박막트랜지스터-액정디스플레이)의 유리기판과 같은 부서지기 쉬운 기판을 자르기 위한 레이저 절단장치와 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to laser cutting devices and methods, and more particularly to laser cutting devices and methods for cutting brittle substrates such as glass substrates of TFT-LCDs (thin-film transistors-liquid crystal displays).

디스플레이 기술이 발전함에 따라, TFT-LCD는 소비재 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. TFT-LCD는 그 고유특성 때문에 종래 CRT(음극선관)를 대신하는 것으로 고려되고 있다.As display technology develops, TFT-LCDs are widely used in the field of consumer goods. TFT-LCDs are considered to replace conventional CRTs (cathode ray tubes) because of their inherent characteristics.

TFT-LCD는 보통 한쌍의 유리기판과, 이들 유리기판 사이에 수용된 액정 및, 이 액정이 디스플레이하도록 하는 회로로 이루어진다. TFT-LCD의 상이한 치수조건을 만족시키기 위하여, 유리기판을 잘라야 한다.A TFT-LCD usually consists of a pair of glass substrates, a liquid crystal contained between these glass substrates, and a circuit for displaying the liquid crystals. In order to satisfy the different dimensional conditions of the TFT-LCD, the glass substrate must be cut out.

종래 절단장치의 절단과정에서, 절단휠과 같은 스크라이버(scriber)는 기판의 절단면에 중간틈새를 얻도록 기판의 절단면에 응력을 가하는데 사용되며, 그 후 기판을 돌려 기판 전체를 자르도록 수지로 만들어진 압착기의 도움으로 기판의 절단면의 반대쪽면에 압력을 가하게 된다.In the cutting process of a conventional cutting device, a scriber such as a cutting wheel is used to apply stress to the cutting surface of the substrate so as to obtain an intermediate gap in the cutting surface of the substrate, and then turn the substrate to cut the entire substrate. With the help of the compactor, the pressure is applied to the opposite side of the cut surface of the substrate.

그러나, 종래의 절단장치를 사용하는 종래의 절단방법은 선긋기, 절단, 연마 등과 같은 많은 절차들이 필요하여, 많은 시간이 낭비된다. 다른 한편으로는, 불규칙한 미세균열이 종래의 절단절차로 인해 기판에 남게되어 기판을 손상시켜서 생산성에 악영향을 미친다.However, the conventional cutting method using the conventional cutting device requires many procedures such as drawing, cutting, polishing, etc., and wastes a lot of time. On the other hand, irregular microcracks remain on the substrate due to conventional cutting procedures, which damage the substrate and adversely affect productivity.

전자기기가 더 가볍고 더 얇아지는 경향에 따라, 유리기판도 역시 더 얇고, 더 낮은 재료의 밀도와, 더 높은 재료의 강도 및, 더 낮은 열팽창률이 요구된다. 이러한 상황에서, 종래 절단방법은 요구사항을 만족시키지 못했다. 그러므로, 상기단점을 해결하기 위한 레이저 절단방법이 제안되었다.As electronics tend to be lighter and thinner, glass substrates are also thinner, requiring lower material densities, higher material strengths, and lower thermal expansion rates. In this situation, the conventional cutting method did not satisfy the requirements. Therefore, a laser cutting method has been proposed to solve the above disadvantages.

종래 절단장치 및 방법과 비교하면, 이 레이저 절단장치와 방법은 입자오염물을 생성하지 않고, 매끄러운 절단선단을 가지며, 절단시간이 단축된다. 동시에, 이 레이저 절단장치 및 방법은 미세균열이 생기지 않아 절단 후 강도가 종래 방법에 비하여 2,3배 넘게된다.Compared with the conventional cutting device and method, the laser cutting device and method do not generate particle contaminants, have smooth cutting edges, and shorten the cutting time. At the same time, the laser cutting device and method do not have microcracks, so the strength after cutting is more than two or three times that of the conventional method.

도1을 참조하면, 유리기판(1)을 절단하는 데에 널리 사용되는 레이저 절단장 치는 레이저 시스템(2)과, 절단휠이나 레이저와 같은 스크라이버(3) 및, 냉각제(4)를 구비하고, 절단방향(A)을 형성한다. 스크라이버(3)는 처음에 절단방향(A)을 따라 기판에 있는 미세한 절단 균열을 형성하는데 사용되고, 레이저 시스템(2)은 절단선을 따라 기판을 가열시키는 레이저를 발생시키며, 냉각제(4)는 레이저 시스템(2) 뒤쪽에서 가열된 절단선을 냉각시킨다. 기판(1)은 이 기판(1)의 온도변화 때문에 발생하는 응력에 의하여 분리된다.Referring to Fig. 1, a laser cutting device widely used for cutting a glass substrate 1 includes a laser system 2, a scriber 3 such as a cutting wheel or a laser, and a coolant 4; , The cutting direction (A) is formed. The scriber 3 is initially used to form fine cutting cracks in the substrate along the cutting direction A, the laser system 2 generates a laser to heat the substrate along the cutting line, and the coolant 4 The heated cutting line is cooled behind the laser system 2. The substrate 1 is separated by the stress generated due to the temperature change of the substrate 1.

도2를 참조하면, 실선은 확실한 절단선이고, 절단하지 않는 이동선이다. 냉각제(4)와 레이저 시스템(2) 및 스크라이버(3)의 점선은 위치가 고정되어 있기 때문에, 레이저 절단장치는 단지 절단방향(A)을 따라서만 기판(1)을 자른다. 레이저 절단장치가 기판(1)에 확실한 제1절단선(5)을 만든 후, 이 레이저 절단장치는 제2절단선(7)을 만들기 위해 기판(1)의 원래쪽으로 돌아가는 제1복귀선(6)을 만들어야 한다. 또한, 제3절단선(9)을 만들기 위해 레이저 절단장치는 제2복귀선(8)을 만들어야 한다.Referring to Fig. 2, the solid line is a sure cut line and a moving line that does not cut. Since the dotted lines of the coolant 4 and the laser system 2 and the scriber 3 are fixed in position, the laser cutting device cuts the substrate 1 only along the cutting direction A. FIG. After the laser cutting device makes the first cutting line 5 secure on the substrate 1, the laser cutting device returns to the original position of the substrate 1 to make the second cutting line 7. ). Also, in order to make the third cutting line 9, the laser cutting device must make the second return line 8.

그러나, 점선으로 표시된 복귀선(6,8)은 확실한 절단선이 아니다. 기판(1)을 여러번 절단할 때, 이 장치는 여러 복귀선을 형성해야 하므로 절단시간이 많이 소요되고 생산성이 떨어진다.However, the return lines 6, 8, indicated by dashed lines, are not certain cut lines. When cutting the substrate 1 several times, the apparatus needs to form several return lines, which results in a high cutting time and poor productivity.

따라서, 개선된 레이저 절단방법이 더욱 요구되었다.Therefore, there is a further need for an improved laser cutting method.

본 발명의 목적은 절단시간을 줄일 수 있는 레이저 절단장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a laser cutting device and method that can reduce the cutting time.

본 발명은 부서지기 쉬운 기판을 자르기 위한 레이저 절단장치에 관한 것으로, 이는 기판에 예정된 절단선을 형성하는 제1스크라이버 및 제2스크라이버와, 기판을 가열하기 위한 레이저 시스템 및, 기판을 각각 냉각시키는 제1냉각제와 제2냉각제를 구비한다. 제1스크라이버와, 레이저 시스템 및 제1냉각제가 제1절단방향을 따라 기판을 자른 후, 제2스크라이버와 레이저 시스템 및 제2냉각제가 제1절단방향과 다른 제2절단방향을 따라 기판을 자른다. 다른 한편으로, 부서지기 쉬운 기판을 자르기 위한 레이저 절단방법은, 처음에 제1절단방향을 따른 기판을 절단하고, 다음으로 제1절단방향과 다른 제2절단방향을 따라 기판을 자르게 된다.The present invention relates to a laser cutting device for cutting a brittle substrate, which comprises a first scriber and a second scriber for forming a predetermined cutting line on the substrate, a laser system for heating the substrate, and cooling the substrate, respectively. And a first coolant and a second coolant. After the first scriber, the laser system and the first coolant cut the substrate along the first cutting direction, the second scriber, the laser system and the second coolant cut the substrate along the second cutting direction different from the first cutting direction. Cut On the other hand, in the laser cutting method for cutting a brittle substrate, the substrate is first cut along the first cutting direction, and then the substrate is cut along the second cutting direction different from the first cutting direction.

도3부터 도5를 참조하면, 기판(3)을 절단하는 본 발명에 따른 레이저 절단장치는, 레이저 시스템(10)과, 제1스크라이버(11), 제1냉각제(111), 제2스크라이버(12) 및, 제2냉각제(122)로 이루어진다. 3 to 5, the laser cutting device according to the present invention for cutting the substrate 3 includes a laser system 10, a first scriber 11, a first coolant 111, and a second scrubber. The driver 12 and the second coolant 122.

종래의 레이저 절단장치와 비교하면, 본 발명에 따른 레이저 절단방법은 레이저 절단장치의 레이저 시스템(10), 제1 및 제2스크라이버(11,12) 및, 제1 및 제2냉각제(111,122)의 원리와 구성에 관한 것이 아니다. 그러므로, 본 발명의 레이저 절단장치의 레이저 시스템(10)과, 제1 및 제2 스크라이버(11,12) 및 제1과 제2냉각제(111,122)의 원리와 구성이 설명될 필요가 없다.Compared with the conventional laser cutting device, the laser cutting method according to the present invention is the laser system 10, the first and second scribers 11 and 12, and the first and second coolants 111 and 122 of the laser cutting device. It is not about the principle and composition of Therefore, the principle and configuration of the laser system 10 of the laser cutting device of the present invention, the first and second scribers 11 and 12 and the first and second coolants 111 and 122 need not be described.

한편, 본 발명에 따른 레이저 절단장치의 제1스크라이버(11) 또는 제2스크라이버(12)는 처음에 예정된 균열을 만들기 위한 레이저나 침상봉 혹은 절단휠 등으로 될 수 있다. 제1냉각제(111) 혹은 제2냉각제(122)는 물이나, 액체질소, 액체 헬 륨등과 같은 액체나 가스, 액체와 가스의 혼합체, 어떤 종류의 액체나 가스 등의 혼합체로 될 수 있다.On the other hand, the first scriber 11 or the second scriber 12 of the laser cutting device according to the present invention may be a laser, a needle rod or a cutting wheel for making a predetermined crack. The first coolant 111 or the second coolant 122 may be a liquid such as water, liquid nitrogen, liquid helium, or the like, a mixture of liquid and gas, and a mixture of some kind of liquid or gas.

도3과 도4를 참조하면, 기판(13)을 절단할 때, 스크라이버는 기판(13)을 절단하여 기판(13)에 소정의 미세한 균열을 형성하고, 레이저 시스템(10)은 CO2 레이저와 같은 레이저를 생성하여 상기 미세한 균열을 따라 기판(13)에 작용하여 기판을 가열시킨다. 이 상황에서, 기판(13)은 이 기판(13)의 가열된 온도가 기판(13)의 녹는점보다 낮은 조건하에서 확장하고 압력 응력이 생기게 하는 레이저의 에너지에 의해 가열된다. 그 후 냉각제가 레이저 시스템(13) 뒤에서 기판(13)을 냉각시켜 기판(13)이 인장응력을 갖게 한다. 따라서, 빠른 응력 변화로 절단 균열이 생기고 증가하여 기판(13) 전체가 절단되게 된다.3 and 4, when cutting the substrate 13, the scriber cuts the substrate 13 to form a predetermined minute crack in the substrate 13, the laser system 10 is CO 2 A laser such as a laser is generated to act on the substrate 13 along the minute cracks to heat the substrate. In this situation, the substrate 13 is heated by the energy of the laser, which expands under conditions where the heated temperature of the substrate 13 is lower than the melting point of the substrate 13 and creates pressure stress. The coolant then cools the substrate 13 behind the laser system 13 causing the substrate 13 to have a tensile stress. Therefore, the cutting stress is generated and increased due to the rapid stress change, so that the entire substrate 13 is cut.

레이저와 냉각제 때문에, 기판(13)의 응력은 다음의 식으로 구할 수 있다.Because of the laser and the coolant, the stress of the substrate 13 can be obtained by the following equation.

σ~0.5αE△T σ ~ 0.5αE △ T

△T= T1-T2 ΔT = T1-T2

σ는 가열되고 냉각된 후의 기판(13)의 응력이고, α는 기판(13)의 팽창률이고, E는 기판의 영(Young)의 계수, T1은 가열된 후의 기판온도, T2는 냉각된 후의 기판온도이다.σ is the stress of the substrate 13 after being heated and cooled, α is the expansion coefficient of the substrate 13, E is the Young's modulus of the substrate, T1 is the substrate temperature after being heated, and T2 is the substrate after being cooled Temperature.

식(1)과 (2)에서 보았듯이, 응력(σ)은 팽창률(α)과, 영의 계수 (E) 및, T1 와T2의 온도차에 정비례한다. T1은 기판의 기화온도보다 낮다.As seen in equations (1) and (2), the stress σ is directly proportional to the expansion coefficient α, the Young's modulus E, and the temperature difference between T1 and T2. T1 is lower than the vaporization temperature of the substrate.

가열되고 냉각된 후의 기판 응력이 기판의 파괴강도보다 더 클 때, 균열이 기판의 표면에서 일어난다. 생산의 각기 다른 요구사항에 따라, 균열은 홈 또는 전체 절단과 같이 다른 상태로 커지게 된다.When the substrate stress after heating and cooling is greater than the breaking strength of the substrate, cracking occurs at the surface of the substrate. Depending on the different requirements of the production, the cracks may grow to different states, such as grooves or entire cuts.

도3 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 레이저 절단장치는 제1절단방향(B)과이 제1절단방향(B)과는 다른 제2절단방향(C)에 따라 기판을 절단할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제2절단방향(C)은 제1절단방향(B)과 반대이다. 제1스크라이버(11)와, 제2냉각제(122), 레이저 시스템(10), 제1냉각제(111) 및, 제2스크라이버(12)는 제2절단방향(C)을 따라 차례로 배열되어 있다. 3 to 5, the laser cutting device of the present invention may cut the substrate along the first cutting direction B and the second cutting direction C different from the first cutting direction B. FIG. In an embodiment of the present invention, the second cutting direction C is opposite to the first cutting direction B. FIG. The first scriber 11, the second coolant 122, the laser system 10, the first coolant 111, and the second scriber 12 are sequentially arranged along the second cutting direction C. have.

제1절단방향(B)을 따라 기판(13)을 자를 때, 제1스크라이버(11)는 처음에 기판(13)에 예정된 미세한 균열을 생성하고, 레이저 시스템(10)은 이 예정된 미세한 균열을 따라 기판(13)을 가열하는 레이저를 발생시키며, 제1냉각제(111)가 레이저 시스템(10) 뒤에서 기판(13)의 가열된 부분을 냉각시킨다. 따라서, 제1절단선(14)을 생성하게 된다. 이러한 과정에서, 제2스크라이버(12)와 제2냉각제(122)는 정지상태에 있다.When cutting the substrate 13 along the first cutting direction B, the first scriber 11 first generates a predetermined crack in the substrate 13 and the laser system 10 breaks the predetermined minute crack. A laser is then generated that heats the substrate 13, and the first coolant 111 cools the heated portion of the substrate 13 behind the laser system 10. Thus, the first cutting line 14 is generated. In this process, the second scriber 12 and the second coolant 122 are at a standstill.

도4와 도5를 참조하면, 제1절단방향(B)을 따라 기판(13)을 한번 자르고 난 후, 레이저 절단장치는 제2절단선(16)을 위해 이동선(15)을 따라 이동준비한다. 이 상황에서, 제2스크라이버(12)와 레이저 시스템(10) 및 제2냉각제(122)는 제1절단방향(B)과 반대방향인 제2절단방향(C)을 따라 기판(13)을 절단시킨다. 제1스크라이버(11)와 제1냉각제(111)는 정지상태이다. 레이저 절단장치가 제2절단선(16)을 만들 때, 이는 다른 이동선(17)을 따라 이동하여 제3절단선(18)과 제3이동선(19)을 위해 준비된다.4 and 5, after cutting the substrate 13 once along the first cutting direction B, the laser cutting device prepares to move along the moving line 15 for the second cutting line 16. . In this situation, the second scriber 12, the laser system 10, and the second coolant 122 move the substrate 13 along the second cutting direction C opposite to the first cutting direction B. FIG. Cut it. The first scriber 11 and the first coolant 111 are in a stopped state. When the laser cutting device makes the second cutting line 16, it moves along another moving line 17 and is prepared for the third cutting line 18 and the third moving line 19.

명확하게, 레이저 절단장치는 제1 및 제2절단방향(B,C)을 따라 기판(13)을 절단한다. 따라서 레이저 절단장치가 하나의 절단선을 만들 때, 다음 절단선을 위해 기판(13)을 원래쪽으로 되돌리는 것이 필요없게 된다. 종래 레이저 절단장치와 비교할 때, 이동선(15)은 복귀선(6:도2에 도시됨)보다 확실히 짧다. 따라서, 절단시간을 줄일 수 있고 생산성을 높일 수 있다.Clearly, the laser cutting device cuts the substrate 13 along the first and second cutting directions B, C. Thus, when the laser cutting device makes one cut line, it is not necessary to return the substrate 13 to the original for the next cut line. Compared with the conventional laser cutting device, the moving line 15 is certainly shorter than the return line (shown in Fig. 2). Therefore, cutting time can be reduced and productivity can be improved.

본 발명에 따른 바람직한 실시예가 보여지고 설명되었지만, 본 발명의 정신에 따라 당해 분야의 기술자들은 본 발명의 범주내에서 변형시키고 수정할 수 있다. While preferred embodiments according to the present invention have been shown and described, those skilled in the art can modify and modify within the scope of the present invention in accordance with the spirit of the present invention.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 절단시간을 줄일 수 있고 생산성을 높일 수 있는 레이저 절단장치와 방법을 제공하게 된다.According to the present invention as described above, it is possible to provide a laser cutting device and method that can reduce the cutting time and increase the productivity.

Claims (8)

기판에서 예정된 절단선을 만드는 제1스크라이버 및 제2스크라이버와, 기판을 가열하는 레이저 시스템 및, 기판을 각각 냉각시키기 위한 제1냉각제와 제2냉각제를 구비하여서, 상기 제1스크라이버와, 레이저 시스템 및 제1냉각제가 제1절단방향을 따라 기판을 자른 후에, 상기 제2스크라이버와 레이저 시스템 및 제2냉각제는 제1절단방향과 다른 제2절단 방향을 따라 기판을 자르도록 된, 부서지기 쉬운 기판을 절단하는 레이저 절단장치.A first scriber and a second scriber for making a predetermined cut line in the substrate, a laser system for heating the substrate, a first coolant and a second coolant for cooling the substrate, respectively, the first scriber, After the laser system and the first coolant cut the substrate along the first cutting direction, the second scriber and the laser system and the second coolant are arranged to cut the substrate along a second cutting direction different from the first cutting direction. Laser cutting device for cutting fragile substrates. 제1항에 있어서, 상기 제1절단방향이 제2절단방향과 반대인 레이저 절단장치.The laser cutting device of claim 1, wherein the first cutting direction is opposite to the second cutting direction. 제1항에 있어서, 상기 제2스크라이버와, 제1냉각제, 레이저 시스템, 제2냉각제 및, 제1스크라이버는 제1절단방향을 따라 차례로 배열된 레이저 절단장치.The laser cutting device of claim 1, wherein the second scriber, the first coolant, the laser system, the second coolant, and the first scriber are sequentially arranged along the first cutting direction. 제3항에 있어서, 상기 제2스크라이버와, 제1냉각제, 레이저 시스템, 제2냉각제 및, 제1스크라이버가 일직선으로 배열된 레이저 절단장치.4. The laser cutting device of claim 3, wherein the second scriber, the first coolant, the laser system, the second coolant, and the first scriber are arranged in a straight line. 제1항에 있어서, 상기 제1절단방향에 따라 기판을 자를 때, 상기 제1냉각제 와 레이저 시스템 및 제1스크라이버가 일직선으로 배열된 레이저 절단장치.The laser cutting device of claim 1, wherein the first coolant, the laser system, and the first scriber are aligned in a straight line when the substrate is cut along the first cutting direction. 제5항에 있어서, 상기 제2절단방향에 따라 기판을 자를 때, 상기 제2냉각제와 레이저 시스템 및 제2스크라이버가 일직선으로 배열된 레이저 절단장치.The laser cutting device according to claim 5, wherein when the substrate is cut along the second cutting direction, the second coolant, the laser system, and the second scriber are arranged in a straight line. 처음에 제1절단방향을 따라 기판을 자르는 단계와, 다음으로 제1절단방향과 다른 제2절단방향을 따라 기판을 자르는 단계를 포함하는, 부서지기 쉬운 기판을 자르는 레이저 절단방법.A method of laser cutting a brittle substrate, comprising: cutting the substrate first along a first cutting direction, and then cutting the substrate along a second cutting direction different from the first cutting direction. 제7항에 있어서, 상기 제1절단방향은 제2절단방향과 반대인 레이저 절단방법.The laser cutting method according to claim 7, wherein the first cutting direction is opposite to the second cutting direction.
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