KR20170112150A - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 광원; 상기 레이저 빔을 서로 다른 편광 성분을 갖는 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광으로 분리시키기 위한 제1 편광빔 스플리터; 제1 레이저 광과 제2 레이저 광을 결합시키기 위한 제2 편광빔 스플리터; 및 제2 편광빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 가공 대상물로 출사시키기 위한 출력단을 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{Laser beam machining device and Laser beam machining method}
본 발명은 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 절단 장비는 플라잉 타입(Flying type) 또는 스캐닝 타입(Scanning type)이 있으며, 대면적 디스플레이 또는 복잡한 외형 절단 공정에는 플라잉 타입이 적합하다. 이때 사용되는 레이저 빔의 형태는 일반적으로 가우시안 빔(Gaussian beam)이다.
현장에서는 목적에 따라 레이저 가공 장치에서, 레이저 빔의 크기 또는 조도 분포를 변화시켜 조사할 필요가 있다. 이를 위해, 노즐 헤드의 높이를 높이를 조절하는 것이 일반적이지만, 이러한 방식은 공정시간을 매우 증가시키고, 가우시안 빔의 초점이나 절단 위치에서 레이저 빔의 단면의 반경이 조절될 뿐, 형태는 변경되지 않고 동일하다.
따라서, 다양한 형태의 빔 조도 분포를 갖는 레이저 빔을 단일의 레이저 광원으로 생성할 수 있다면 매우 유용할 것이다.
본 발명은 가공 대상물의 절단 위치에서 다양한 빔 형태를 생성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 단일의 레이저 광원으로 다양한 조도 분포를 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 광원; 상기 레이저 빔을 서로 다른 편광 성분을 갖는 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광으로 분리시키기 위한 제1 편광빔 스플리터; 제1 레이저 광과 제2 레이저 광을 결합시키기 위한 제2 편광빔 스플리터; 및 제2 편광빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 가공 대상물로 출사시키기 위한 출력단을 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 레이저 가공 장치를 이용하여 서로 다른 재질이 합지된 필름을 절단하는 단계를 포함하는 레이저 가공 방법이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
단일 레이저 빔을 편광빔 스플리터를 통해 분리시킨 뒤 재결합시킴으로써, 가공 대상물의 절단 위치에서 다양한 빔 형태를 생성할 수 있다. 또한, 단일의 레이저 광원으로 다양한 조도 분포를 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 레이저 가공 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2 및 도 3은 조도 분포를 나타내는 그래프들이다.
도 4는 봉지 필름을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 레이저 가공 장치(100)를 나타내는 구성도이고, 도 2 및 도 3은 조도 분포를 나타내는 그래프들이다. 특히, 도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치(100)를 이용한 레이저 빔의 조도 분포를 나타내고, 도 3은 일반적인 가우시안 빔의 조도 분포를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 레이저 가공 장치(100)는 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 광원(110)과 상기 레이저 빔을 서로 다른 편광 성분을 갖는 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광으로 분리시키기 위한 제1 편광빔 스플리터(120)(polarizing beam splitter)와 제1 레이저 광과 제2 레이저 광을 결합시키기 위한 제2 편광빔 스플리터(130) 및 제2 편광빔 스플리터(130)를 통과한 레이저 빔을 가공 대상물(20)로 출사시키기 위한 출력단(170)을 포함한다. 이때, 제1 편광 빔 스플리터(120)에 의해 서로 다른 편광 성분으로 레이저 광이 분리된 후, 제2 편광 빔 스플리터(130)에서, 재결합됨에 따라, 원치 않는 간섭 무늬가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 편광빔 스플리터(120)와 제2 편광빔 스플리터(130) 사이의 제1 레이저 광의 경로 상에 제1 미러(151)가 배치될 수 있다. 이때 제1 미러(151)는 제1 레이저 광을 제2 편광빔 스플리터(130) 측으로 반사시키는 기능을 수행한다.
또한, 제1 편광빔 스플리터(120)와 제2 편광빔 스플리터(130) 사이의 제2 레이저 광의 경로 상에 제2 미러(152)가 배치될 수 있다. 이때 제2 미러(152)는 제2 레이저 광을 제2 편광빔 스플리터(130) 측으로 반사시키는 기능을 수행한다.
또한, 상기 레이저 가공 장치(100)는 레이저 광원(110)과 제1 편광빔 스플리터(120) 사이에 배치된 편광판(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 또한 상기 편광판은 회전 가능하게 마련될 수 있다. 이를 통해, 분리 빔의 세기 비율을 조절할 수 있다. 또한, 상기 레이저 가공 장치(100)는 레이저 광원(110)을 통해 조사되는 레이저 빔의 편광축을 회전(S편광, P편광)시키기 위한 회전 수단(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식을 통해, 레이저 빔으로부터 분리된 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광의 조도 비율을 조정할 수 있다.
또한, 상기 레이저 가공 장치(100)는 제2 편광빔 스플리터(130)와 출력단(170)(‘출력 노즐’이라고도 함) 사이에 배치되는 노즐 렌즈 유닛(160)을 추가로 포함할 수 있다. 노즐 렌즈 유닛(160)은 레이저 광의 초점 거리를 조절하기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 구조에서, 제1 편광빔 스플리터(120)를 통해 분리된 제1 레이저 광의 초점거리 및 형태는 상기 노즐 렌즈 유닛(160)에 의해서 조절될 수 있다.
상기 레이저 가공 장치(100)는 제1 편광빔 스플리터(120)와 제2 편광빔 스플리터(130) 사이의 제2 레이저 광의 경로 상에 마련되고, 제2 레이저 광의 초점 거리를 조절하기 위한 제1 렌즈 유닛(150)을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 렌즈 유닛(150)은, 제2 레이저 광의 집광점을 조절하기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 레이저 가공 장치(100)의 일 작동상태를 구체적으로 설명한다.
우선, 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원(110) 측에 편광판을 배치하거나, 레이저 빔의 편광축을 돌려서 제1 레이저 광과 제2 레이저 광의 조도 비율을 조정할 수 있다. 또한, 제1 편광 빔 스플리터(120)에서 편광 성분이 서로 다른 2개의 제1 및 제2 레이저 광으로 분리시킬 수 있다. 이때, 제1 레이저 광의 초점 거리는 노즐 렌즈 유닛(160)을 통해 조절될 수 있고, 제2 레이저 광은 광경로 상에 배치된 제1 렌즈 유닛(150)을 통해 추가 조절이 가능하다.
또한, 제2 편광 빔 스플리터(130)에서 제1 및 제2 레이저 광의 재결합이 이루어지며, 제1 및 제2 레이저 광은 서로 다른 편광 성분이므로, 간섭 무늬가 발생하지 않아 도 2에서와 같이 설계한 빔의 형성될 수 있다.
도 4는 봉지 필름(10)을 나타내는 단면도이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 레이저 가공 방법은 상기 레이저 가공 장치(100)를 이용하여 서로 다른 재질이 합지된 필름(10)을 절단하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 필름(10)은 OLED 디스플레이용 봉지 필름일 수 있다. 구체적으로, 상기 필름(10)은 제1 면(11)이 금속 재질로 형성되고, 제1 면(11)과 반대방향의 제2 면(12)이 수지 재질(접착제층)로 형성될 수 있다. 이때, 상기 레이저 가공 방법은, 레이저 가공 장치(100)를 이용하여 필름(10)의 제1 면(11)을 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 레이저 가공 방법은, CO2(이산화탄소) 레이저를 이용하여 필름(10)의 제2 면(12)을 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
특히, 상기와 같은 조도 분포를 갖는 레이저 빔은 서로 다른 재질의 층들이 합지된 필름을 절단하는데 적합한다. 예를 들어, OLED 디스플레이 장치용 봉지 필름(FSAM: Faced Seal Adhesive-Metal)의 경우, 일반적으로 CO2레이저를 이용하여 수지층(12)을 절단하고, IR 레이저로 금속층(11)을 절단한다. 이때, 수지층(12) 절단시 발생한 이물이 금속 면에 코팅되어, IR 레이저 절단 공정에 영향을 주게 된다.
한편, IR 레이저의 조도분포가 도 3과 같으면, 레이저 초점 거리를 바꿔가면서 다수 스캔해야 한다. 이때, 도 2와 같은 조도분포를 갖는 경우, 1회 스캔으로 금속층(11)의 절단이 용이해진다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
20: 가공 대상물
100: 레이저 가공 장치
110: 레이저 광원
120: 제1 편광빔 스플리터
130: 제2 편광빔 스플리터
150: 제1 렌즈유닛
151: 제1 미러
152: 제2 미러
160: 노즐 렌즈 유닛
170: 출력단

Claims (11)

  1. 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 광원;
    상기 레이저 빔을 서로 다른 편광 성분을 갖는 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광으로 분리시키기 위한 제1 편광빔 스플리터;
    제1 레이저 광과 제2 레이저 광을 결합시키기 위한 제2 편광빔 스플리터; 및
    제2 편광빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 가공 대상물로 출사시키기 위한 출력단을 포함하는 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    레이저 광원과 제1 편광빔 스플리터 사이에 배치된 편광판을 추가로 포함하는 레이저 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광판은 회전 가능하게 마련된 레이저 가공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    레이저 광원을 통해 조사되는 레이저 빔의 편광축을 회전시키기 위한 회전 수단을 추가로 포함하는 레이저 가공 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제2 편광빔 스플리터와 출력단 사이에 배치되는 노즐 렌즈 유닛을 추가로 포함하는 레이저 가공 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제1 편광빔 스플리터와 제2 편광빔 스플리터 사이의 제2 레이저 광의 경로 상에 마련되고, 제2 레이저 광의 초점 거리를 조절하기 위한 제1 렌즈 유닛을 추가로 포함하는 레이저 가공 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 유닛은, 제2 레이저 광의 집광점을 조절하기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 레이저 가공 장치.
  8. 제 1 항에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여 서로 다른 재질이 합지된 필름을 절단하는 단계를 포함하는 레이저 가공 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 필름은 제1 면이 금속 재질로 형성되고, 제2 면이 수지 재질로 형성된 디스플레이용 봉지 필름인 레이저 가공 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 가공 장치를 이용하여 필름의 제1 면을 절단하는 단계를 포함하는 레이저 가공 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    CO2레이저를 이용하여 필름의 제2 면을 절단하는 단계를 포함하는 레이저 가공 방법.
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