KR20180015353A - 레이저 스크라이브 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 취성 재료 기판의 절단을 위하여 레이저를 사용하는 경우 레이저의 초점 거리를 용이하게 변경하는 것이 가능한 레이저 스크라이브 장치에 대한 것이다. 본 발명은, 레이저를 기판에 조사하여 기판을 스크라이브하는 장치에 있어서, 레이저를 발생시키는 레이저 소스; 및 상기 레이저 소스로부터 레이저빔을 전달받아 상기 기판으로 조사하는 레이저 조사부를 포함하고, 상기 레이저 조사부는 상기 기판에 조사되는 상기 레이저빔의 초점거리를 가변시키는 광학요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치를 제공한다.

Description

레이저 스크라이브 장치 {LASER SCRIBING APPRATUS}
본 발명은 레이저 스크라이브 장치에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 취성 재료 기판의 절단을 위하여 레이저를 사용하는 경우 레이저의 초점 거리를 용이하게 변경하는 것이 가능한 레이저 스크라이브 장치에 대한 것이다.
절단 대상물을 절단하는 방법으로 정밀 절단을 위하여 레이저를 이용하는 경우가 있다. 레이저를 이용한 절단은 금속 재질의 판재뿐만 아니라 유리와 같은 취성 재료의 절단에도 사용된다.
일례로 레이저를 이용하여 액정 표시 장치와 같은 평판 디스플레이 패널을 절단한다. 종래 액정 표시장치의 절단을 위한 스크라이브 장치는 다아이몬드 또는 초경합금 재질의 스크라이빙 휠을 기판 표면에 일정한 압력을 가하면서 회전 이동시켜 기판 표면에 스크라이브 라인을 형성하고 브레이크 공정을 통해 기판을 절단하였다.
이에 대해 레이저를 이용한 스크라이브 장치는 레이저를 기판에 조사하고 냉각 가스 등으로 기판을 냉각하여 열 응력을 발생시킴으로써 기판에 크랙을 형성시킨다. 또는 서로 다른 레이저를 기판에 순차적으로 조사하여 기판의 절단을 수행하는 것이 제안된다. 한편, 경우에 따라서는 레이저를 이용하여 액정 표시 장치를 이루는 두 장의 기판을 접합하는 실런트나 기판에 형성된 블랙 매트릭스 등을 절단한 후 스크라이빙 휠을 이용하여 기판을 절단하기도 한다.
그런데 절단 대상이 되는 기판이 평탄하지 않은 경우 또는 레이저 조사 깊이를 조절할 필요가 있는 경우에 즉각적인 조정이 어렵다는 문제점이 있다.
일례로 대한민국 공개특허 제10-2005-0106156호(비금속재 절단장치 및 비금속재 절단시의 절단깊이 제어방법, 2005.11.09. 공개)는 기판까지의 거리를 계측하고 레이저빔을 조사하는 조사구의 높이를 승강시키는 승강수단을 구비하여 레이저빔의 초점 거리를 조절하는 구성을 개시한다.
그러나 상기 선행기술과 같이 레이저빔을 조사하는 조사구의 높이를 기계적으로 제어하는 것은 응답이 늦어 기판 절단 속도를 높이기 어렵다는 단점이 있다. 만약 기판 절단 속도를 높이는 경우에는 정확한 지점에 레이저빔을 조사하기 어렵다는 단점이 있다.
이에 본 발명은 레이저의 초점 거리를 용이하게 가변하여 즉각적인 높이 제어가 가능한 레이저 스크라이브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 레이저를 기판에 조사하여 기판을 스크라이브하는 장치에 있어서, 레이저를 발생시키는 레이저 소스; 및 상기 레이저 소스로부터 레이저빔을 전달받아 상기 기판으로 조사하는 레이저 조사부를 포함하고, 상기 레이저 조사부는 상기 기판에 조사되는 상기 레이저빔의 초점거리를 가변시키는 광학요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 조사부는, 상기 레이저 소스로부터 전달받은 상기 레이저빔을 소정 방향으로 반사시키는 반사 거울과, 상기 반사 거울에서 반사된 레이저빔을 상기 기판측으로 반사시키되 반사면의 곡률을 변화시켜 상기 초점거리를 변화시키는 초점가변 반사거울, 및 상기 초점가변 반사거울에서 반사된 레이저빔을 집광시키는 집광렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 초점가변 반사거울은, 복수의 마이크로 거울이 어레이 형태로 상기 반사면을 형성하고, 상기 복수의 마이크로 거울의 위치 또는 각도를 변화시켜 상기 반사면의 곡률을 변화시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 초점가변 반사거울은, 유체가 공급되는 압력 챔버와, 상기 압력 챔버의 일면을 이루는 반사면과, 상기 압력 챔버에 상기 유체를 공급하는 밸브를 포함하여, 상기 압력 챔버의 상기 유체의 양 또는 압력에 따라 상기 반사면의 곡률을 변화시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 조사부는, 상기 레이저 소스로부터 전달받은 레이저빔을 상기 기판 측으로 반사시키는 제 2 반사 거울과, 상기 제 2 반사 거울에서 반사된 상기 레이저빔의 광경로 상에 위치하고, 초점이 가변되는 초점가변 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 초점가변 렌즈는 전기활성 고분자로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 절단 대상물과의 거리 또는 절단 대상물 내에서의 레이저빔의 조사 깊이에 따라 레이저빔의 초점 거리를 즉각적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 레이저빔의 초점 거리를 조정하기 위하여 레이저빔을 조사하는 레이저 조사부의 높이를 기계적으로 제어하지 않을 수 있기 때문에 응답성이 빠르고 정확한 절단을 가능하게 하는 장점이 있다.
이에 따라 본 발명은 기판과 같은 피가공물까지의 거리에 따라 레이저의 초점 거리를 가변시켜 피가공물에 균일한 깊이의 스크라이브 라인을 형성하는 것이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 레이저 스크라이브 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 스크라이브 장치에 있어서 초점가변 반사거울의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 스크라이브 장치에 있어서 초점가변 반사거울을 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 스크라이브 장치를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 레이저 스크라이브 장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 레이저 스크라이브 장치는, 초점을 가변시켜 레이저빔을 반사시키는 초점가변 반사거울을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하면, 스테이지(1) 상부에 기판(3)이 로딩되어 있다. 이상적인 경우 기판(3)은 동일한 평면을 이룰 것이나 실제에 있어서는 기판은 약간의 높이차를 가질 수 있다. 또는 레이저빔이 조사되는 깊이는 필요에 따라 가변될 수 있다. 본 발명은 레이저빔의 초점 거리를 가변시켜 원하는 부분에 정확하게 레이저빔이 조사될 수 있도록 한다. 도 1에서 기판(3)은 한 장으로 도시하였으나, 실제 본 발명을 적용함에 있어서 상기 기판(3)은 두 장의 기판을 상호 접착시킨 합착 기판일 수 있다. 또한 레이저빔이 조사되는 부분은 기판의 표면이나 내부의 일 지점일 수 있고, 경우에 따라서는 합착 기판을 접착시키기 위한 실런트 부분일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이브 장치는 레이저빔을 발생시키는 레이저 소스(20)와, 상기 레이저 소스(20)로부터 레이저빔을 전달받아 기판(3) 측으로 조사하는 레이저 조사부(10)를 포함한다.
레이저 소스(20)는 필요에 따라 선택될 수 있으며, CO2 레이저, YAG 레이저, 펄스 레이저, 펨토초 레이저 등 다양한 레이저 소스가 사용될 수 있다. 또한, 레이저 소스(20)와 레이저 조사부(10)의 사이, 또는 레이저 조사부(10) 내부에는 필요에 따라 적어도 하나의 빔 익스팬더(Beam Expander), 콜리메이터(collimator) 등의 광학 요소가 포함될 수 있다.
레이저 조사부(10)는 레이저 소스(20)로부터 전달된 레이저빔을 소정 방향으로 반사시키는 반사 거울(12)과, 상기 반사 거울(12)에서 반사된 레이저빔을 반사시키되 반사면의 곡률을 변화시키는 것이 가능한 초점가변 반사거울(14)과, 상기 초점가변 반사거울(14)에서 반사된 레이저빔을 집광시켜 소정 위치에 초점이 형성되도록 하는 집광 렌즈(16)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시에 있어서 레이저 조사부(10)에는 거리측정부(18)가 구비될 수 있다. 거리측정부(18)에는 계측유닛(19)이 포함될 수 있다. 일 실시예에 있어서 상기 계측유닛(19)은 기판(3) 측으로 레이저를 조사하여 반사되는 레이저를 수신함으로써 기판(3)과의 거리를 계측하도록 구성될 수 있다.
상기 레이저 조사부(10)는 고정되고 기판(3)이 로딩된 스테이지(1)가 이동하거나, 기판(3)이 로딩된 스테이지(1)는 고정된 상태에서 레이저 조사부(10)가 이동하거나, 레이저 조사부(10)와 스테이지(1)가 각각 이동하여 레이저 조사부(10)가 기판(3)의 상부에서 상대 이동이 가능하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 거리측정부(18)는 레이저 조사부(10)에 의해 레이저빔이 조사되기 전에 기판(3)까지의 거리를 측정할 수 있다. 즉, 거리측정부(18)는 레이저 조사부(10)의 가공 방향으로 레이저 조사부(10)보다 앞쪽에 위치하도록 구비될 수 있다.
도 1을 참조하면, 거리측정부(18)에 의해 측정된 기판(3)까지의 거리는 d1이고, 레이저빔이 조사될 위치는 P1이다. 본 발명에 따른 스크라이브 장치의 제어부(미도시)는 초점가변 반사거울(14)의 반사면의 곡률을 변화시켜 레이저 소스(20)로부터 생성된 레이저빔이 P1에 조사되도록 한다.
도 1의 우측과 같이 기판(3)의 P2 위치에 레이저빔을 조사하고자 하는 경우, 기판(3)까지의 거리는 d2이다. 이 경우 P2는 P1보다 높은 위치에 있고 레이저빔의 초점거리는 P1의 경우보다 짧아야 한다. 스크라이브 장치의 제어부는 초점가변 반사거울(14)의 반사면의 곡률을 P1의 경우보다 작게 함으로써 초점가변 반사거울(14)에서 반사된 레이저빔이 P2 위치에 조사되도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 스크라이브 장치에 있어서 초점가변 반사거울의 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 초점가변 반사거울(14)은 베이스판(22)과 상기 베이스판(22)에 구비되는 복수의 마이크로 거울(24)을 포함하여 구성될 수 있다. 복수의 마이크로 거울(24)은 어레이 형태로 구비되며 개별적으로 각도나 위치가 제어될 수 있다. 복수의 마이크로 거울(24)의 위치가 조절됨에 따라 마이크로 거울 어레이에 의해 반사되는 레이저빔의 초점거리를 가변시키는 것이 가능하다. 이러한 마이크로 거울 어레이의 일례로는 대한민국 공개특허 제10-1208273호에서 제시하는 마이크로미러 제어 시스템에 의해 제어되는 마이크로미러 어레이를 제시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 스크라이브 장치에 있어서 초점가변 반사거울을 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 초점가변 반사거울(14)은, 압력 챔버(26)와, 상기 압력 챔버(26)의 일면에 형성된 오목한 반사면(28)과, 상기 압력 챔버(26)에 유체를 공급하는 밸브(30)를 포함한다. 상기 밸브(30)는 압력원(미도시)과 연결될 수 있다. 상기 반사면(28)은 유연한 재질로 이루어질 수 있다. 압력 챔버(26)에 공급되는 유체는 물이나 기름과 같은 액상 유체이거나, 기체일 수 있다. 밸브(30)를 통해 공급되는 유체의 압력 또는 양에 따라 상기 반사면(28)의 곡률이 제어된다.
도 3의 (a)와 (b)를 대비하면, (a)의 경우가 (b)의 경우보다 압력 챔버(26)의 압력 또는 공급되는 유체의 양이 많은 상태이다. 이에 따라 도 3의 (a)의 경우가 (b)의 경우보다 반사면(28)의 곡률이 크게 형성된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 스크라이브 장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시에에 따른 스크라이브 장치는, 레이저 조사부(10)와 레이저 소스(20)를 포함하고, 거리측정부(18)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 레이저 조사부(10)에는 레이저 소스(20)로부터 전달된 레이저빔을 하방으로 반사시키는 제 2 반사거울(40)과 상기 제 2 반사거울(40)의 광경로 상에 위치하며 초점을 가변시키는 초점가변 렌즈(42)가 포함된다.
초점가변 렌즈(42)는 초점을 가변시킬 수 있도록 구성된다. 본 발명에 있어서, 상기 초점가변 렌즈(42)는 렌즈의 형상을 변화시켜 초점을 가변시키는 것을 특징으로 한다. 일 실시예에 있어서, 상기 초점가변 렌즈(42)는 내부에 유체를 충진하고, 충진된 유체의 양을 조절함으로써 형상을 변화시키는 초점가변 유체렌즈일 수 있다. 또는 상기 초점가변 렌즈(42)는 전압 인가에 따라 형상이 가변되는 전기활성 고분자(Electroactive Polyer : EAP)일 수 있다. 일 실시예에 있어서 상기 전기활성 고분자는 PVC(Polyvinyl chloride)와 가소제를 혼합하여 겔(Gel) 상태로 제조된 것일 수 있다. EAP를 이용한 초점가변 렌즈(42)의 경우에는 전압의 인가에 따라 즉각적인 형상 변화가 가능하여 응답 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 레이저 조사부 12 : 반사 거울
14 : 초점가변 반사거울 16 : 집광렌즈
18 : 거리측정부 20 : 레이저 소스
22 : 베이스판 24 : 마이크로 거울
26 : 압력 챔버 28 : 반사면
30 : 밸브 40 : 제 2 반사거울
42 : 초점가변 렌즈

Claims (6)

  1. 레이저를 기판에 조사하여 기판을 스크라이브하는 장치에 있어서,
    레이저를 발생시키는 레이저 소스; 및
    상기 레이저 소스로부터 레이저빔을 전달받아 상기 기판으로 조사하는 레이저 조사부
    를 포함하고,
    상기 레이저 조사부는 상기 기판에 조사되는 상기 레이저빔의 초점거리를 가변시키는 광학요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 조사부는,
    상기 레이저 소스로부터 전달받은 상기 레이저빔을 소정 방향으로 반사시키는 반사 거울과,
    상기 반사 거울에서 반사된 레이저빔을 상기 기판측으로 반사시키되 반사면의 곡률을 변화시켜 상기 초점거리를 변화시키는 초점가변 반사거울, 및
    상기 초점가변 반사거울에서 반사된 레이저빔을 집광시키는 집광렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 초점가변 반사거울은, 복수의 마이크로 거울이 어레이 형태로 상기 반사면을 형성하고, 상기 복수의 마이크로 거울의 위치 또는 각도를 변화시켜 상기 반사면의 곡률을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 초점가변 반사거울은, 유체가 공급되는 압력 챔버와, 상기 압력 챔버의 일면을 이루는 반사면과, 상기 압력 챔버에 상기 유체를 공급하는 밸브를 포함하여, 상기 압력 챔버의 상기 유체의 양 또는 압력에 따라 상기 반사면의 곡률을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 조사부는,
    상기 레이저 소스로부터 전달받은 레이저빔을 상기 기판 측으로 반사시키는 제 2 반사 거울과,
    상기 제 2 반사 거울에서 반사된 상기 레이저빔의 광경로 상에 위치하고, 초점이 가변되는 초점가변 렌즈
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 초점가변 렌즈는 전기활성 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 장치.
KR1020160098729A 2016-08-03 2016-08-03 레이저 스크라이브 장치 KR20180015353A (ko)

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