KR20190075667A - Cutting Apparatus using Laser Beam - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 절단 장치에 관한 것으로, 상세하게는 레이저 빔을 이용하여 유리 기판 등을 절단하는 절단 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
종래에는 비결정질 비금속 재료를 절단할 때 유리 절단용 휠 등을 이용하거나 화학적 반응을 이용하여 왔으나, 최근에는 레이저를 이용한 물리, 화학적 가공 방법이 개발되어 산업 전반에 널리 이용되고 있다.Conventionally, amorphous nonmetallic materials have been cut using a glass cutting wheel or a chemical reaction. In recent years, however, physical and chemical processing methods using lasers have been developed and widely used in industry.
레이저를 이용한 가공법에는 광학계를 이용하여 레이저 광을 집속하고 이를 모재에 조사하여 물리-화학적 반응을 일으키는 직접가공 방식이 대표적이다. 이러한 레이저 직접가공 방식을 어블레이션(ablation) 가공법이라 하는데, 이는 모재의 분자 단위 구성을 끊어내는 광화학 반응을 수반한다.The laser processing method is a direct processing method in which a laser beam is focused using an optical system and irradiated to the base material to cause a physical-chemical reaction. This laser direct processing method is called ablation processing, which involves a photochemical reaction that cuts off the molecular unit structure of the base material.
한편, 레이저를 이용하는 가공법 중 비결정질 비금속 재료의 고품질 절단을 하기 위해서 레이저로 직접 가공하지 않고 열충격 메커니즘을 발생시키는 방식이 있다. 이러한 열충격 절단 공법은 비결정질 비금속 재료에 절단 예정선을 따라 레이저를 조사하여 절단 부위를 가열하고 이후 냉매를 분사하는데, 이러한 공정으로 절단 부위 표면에 응력이 발생하고, 그 결과 절단 예정선을 따라 크랙(crack)이 유도된다. On the other hand, there is a method of generating a thermal shock mechanism without direct processing with a laser in order to perform high quality cutting of an amorphous nonmetallic material in a laser processing method. In this thermal shock cutting method, a laser is irradiated to a non-crystalline non-metallic material along a line to be cut to heat a cut portion and then spray a coolant. Such a process causes stress on the cut portion surface, cracks are induced.
열충격 절단 공법으로 유리 모재를 절단하는 과정은, 크게 하프 컷팅 공정(Half Cutting)과 풀 컷팅 공정(Full Cutting)으로 나눌 수 있다.The process of cutting a glass base material by a thermal shock cutting method can be roughly divided into a half cutting process and a full cutting process.
하프 컷팅 공정은 미세 크랙이 형성된 유리 모재에 제1 레이저 빔(스크라이브 빔: Scribe beam)을 조사하여 모재 표면에 절단 크랙(Scribing Crack)을 형성하는 과정으로, 스크라이빙 공정이라고도 한다.The half-cutting process is a process of forming a scribing crack on the surface of a base material by irradiating a first laser beam (scribe beam) to a glass base material having fine cracks, which is also called a scribing process.
그런데, 유리 모재의 표면에 형성된 절단 크랙은 유리 모재의 두께만큼 깊이를 가지지 않아 유리 모재를 전단(완전 절단, full cutting)할 수는 없기 때문에, 유리 모재를 전단시키기 위한 후속 공정으로 풀 컷팅 공정을 진행한다. 풀 컷팅 공정은 브레이킹(Breaking) 공정이라고도 하는데, 하프 컷팅 공정에서 생성된 유리 표면의 절단 크랙을 유리 모재의 깊이 방향으로 확장시켜 유리 모재 전체에 크랙을 발생시킴으로써 유리 모재를 완전히 절단한다. Since the cutting cracks formed on the surface of the glass base material do not have a depth as much as the thickness of the glass base material and the glass base material can not be completely cut, a full cutting process is used as a subsequent process for shearing the base glass material Go ahead. The full cutting process, which is also called a breaking process, completely cuts the glass base material by causing cracks in the entire glass base material by expanding the cutting cracks on the glass surface generated in the half cutting process in the depth direction of the glass base material.
브레이킹 공정은 물리적인 기구를 이용하는 접촉 방식과 레이저 빔을 이용하는 비접촉 방식이 있다. 접촉 방식은 바(bar), 롤러(roller) 등의 기구를 활용하여 절단 크랙을 깊이 방향으로 확장(전파)시킨다. 비접촉 방식은 유리 모재의 표면에 절단 크랙을 형성하는 스크라이브 빔 조사 공정과 별도로 공정 후반에 브레이킹 빔(breaking beam)을 절단 크랙 영역에 조사하여 절단 크랙을 깊이 방향으로 확장시킨다. The braking process includes a contact method using a physical mechanism and a non-contact method using a laser beam. The contact method utilizes a mechanism such as a bar or a roller to extend (propagate) a cutting crack in the depth direction. Apart from the scribe beam irradiation process, which forms a crack on the surface of the glass base material, the noncontact method expands the breaking crack in the depth direction by irradiating a breaking beam to the crack area in the latter half of the process.
특허공개 제2004-0064003호(유리판 절단장치), 특허공개 제2005-0044201호(통상 다중초점 렌즈를 가지는 유리기판 절단장치)는 하프 컷팅 공정과 풀 컷팅 공정을 유리 모재의 일측 방향에서 모두 수행하는 방식을 제시하고 있다. 또한 이들 종래기술은 절단 크랙의 확장 효과를 높이기 위해 풀 컷팅 공정에서도 브레이킹 빔을 조사한 후 냉매를 분사하는 공정을 실시하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-0064003 (Glass Cutting Apparatus), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-0044201 (usually a glass substrate cutting apparatus having a multi-focal lens) are used for performing the half cutting process and the full cutting process in one direction of the glass base material . In addition, in these prior arts, in order to enhance the expansion effect of the cutting crack, a process of spraying the refrigerant after irradiating the breaking beam in the full cutting process is also performed.
그런데, 종래기술과 같이, 풀 컷팅 공정에서 브레이킹 빔을 하프 컷팅의 스크라이브 빔과 동일 방향에서 유리 모재에 조사하면, 절단 크랙이 형성된 방향의 반대 방향, 즉 후면에 외변형이 발생하고, 그 결과 절단선의 진직도(straightness)가 떨어지고, 두 절단면의 충돌에 의한 단면 크랙(hackle) 등이 발생할 가능성이 매우 높다. 이러한 결함은 절단면의 굽힘 강도(bending strength)에 악영향을 끼쳐 제품 불량을 유발할 수 있다.However, when the glass base material is irradiated with the breaking beam in the same direction as the scribing beam of the half cut in the full cutting process as in the prior art, external deformation occurs in the direction opposite to the direction in which the cutting crack is formed, The straightness of the line is lowered, and there is a high possibility that a cross-section crack due to collision of the two cut surfaces occurs. These defects can adversely affect the bending strength of the cut surface and can cause product failure.
또한, 종래기술에서는 하프 컷팅 공정과 풀 컷팅 공정을 진행할 때, 보통 유리 모재를 공정 테이블(work table)에 진공 흡착(vacuum) 등의 방법으로 고정한다. 이 경우, 유리 모재의 외변경이 제한되어, 하프 컷팅 공정의 절단 크랙 형성과 풀 컷팅 공정의 절단 크랙 확장이 억제될 수 있다. 특히, 풀 컷팅 공정에서, 레이저 빔이 조사되는 상면의 반대측, 즉 하면 방향으로 외변형이 일어나는데, 이때 그러한 외변형이 공정 테이블에 의해 억제되면서 유리 모재의 하면에서 다수의 굴곡이 생길 수 있고, 그 결과 절단면에서 칩이 발생하거나 절단면 품질이 떨어질 수 있다.Further, in the conventional art, when the half cutting process and the full cutting process are performed, the glass base material is usually fixed to a work table by a method such as vacuum. In this case, external modification of the glass base material is limited, and cutting crack formation in the half cutting process and cutting crack extension in the full cutting process can be suppressed. Particularly, in the full cutting process, outward deformation occurs on the opposite side of the upper surface irradiated with the laser beam, that is, in the lower surface direction. At this time, such outer deformation is suppressed by the process table, As a result, chips may be generated at the cut surface or the quality of the cut surface may deteriorate.
나아가, 종래기술에서는 브레이킹 빔을 조사한 후에도 냉매 분사 공정을 수행하는데, 이와 같이 냉매 분사 공정을 다수 수행하면 그만큼 유리 모재나 주변 환경이 오염될 가능성이 높아지고, 냉매 분자로 인한 광손실 등도 우려될 수 있다.Further, in the related art, the refrigerant spraying process is performed even after the braking beam is irradiated. If the refrigerant spraying process is performed a large number of times, there is a high possibility that the glass base material or the surrounding environment is contaminated and the light loss due to the refrigerant molecules may be worried .
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems,
첫째, 풀 컷팅 공정에서 절단 크랙이 형성된 방향, 즉 유리 모재의 상면 방향으로 외변형이 일어나게 하여 절단면 품질을 높이고,First, in the full cutting process, external deformation occurs in the direction in which the cutting cracks are formed, that is, in the direction of the top surface of the glass base material,
둘째, 풀 컷팅 공정 후 냉매 분사 공정을 제거하여 유리 모재 및 주변 환경의 오염 가능성을 줄이는, 레이저 빔을 이용한 절단 장치를 제공하고자 한다.Second, it is intended to provide a laser beam cutting apparatus which removes the coolant injection process after the full cutting process to reduce the possibility of contamination of the glass base material and the surrounding environment.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치는 지지대, 제1 레이저 조사부, 냉각부, 제2 레이저 조사부 등을 포함하여 구성할 수 있다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a laser beam cutting apparatus comprising a support, a first laser irradiation unit, a cooling unit, and a second laser irradiation unit.
지지대는 절단 개시 지점에 미세 크랙이 형성된 대상물을 적어도 절단 예정선이 있는 영역의 상면과 하면을 개방시켜 지지할 수 있다.The support can support an object on which fine cracks are formed at the cutting start point by opening at least the upper and lower surfaces of the region where the line is to be cut.
제1 레이저 조사부는 대상물의 상면에 절단 예정선을 따라 제1 레이저 빔을 조사할 수 있다.The first laser irradiation unit can irradiate the first laser beam onto the upper surface of the object along the line along which the object is intended to be cut.
냉각부는 대상물의 상면에서 제1 레이저 조사부에 의해 가열된 대상물의 가열 영역에 냉매를 분사할 수 있다.The cooling section can jet the refrigerant to the heating region of the object heated by the first laser irradiation section on the upper surface of the object.
제2 레이저 조사부는 대상물의 하면에서 냉각부에 의해 냉각된 대상물의 냉각 영역에 제2 레이저 빔을 조사할 수 있다.The second laser irradiation part can irradiate the second laser beam to the cooling area of the object cooled by the cooling part on the lower surface of the object.
본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치는 크래킹부를 포함할 수 있다. 크래킹부는 대상물에 미세 크랙을 형성할 수 있다.The laser beam cutting apparatus according to the present invention may include a cracking unit. The cracking portion can form a fine crack in the object.
본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치에서, 미세 크랙은 대상물의 상면에 형성될 수 있다.In the cutting apparatus using a laser beam according to the present invention, fine cracks can be formed on the upper surface of the object.
본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치에서, 제2 레이저 조사부는 대상물의 후면을 복사압으로 가압하여 제1 레이저 빔과 냉매 처리된 영역의 일부를 상방으로 부풀어오르게 할 수 있다.In the cutting apparatus using the laser beam according to the present invention, the second laser irradiating unit may pressurize the rear surface of the object with a radiation pressure so that the first laser beam and a part of the region subjected to the refrigerant treatment are swelled upward.
본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치에서, 제2 레이저 빔은 절단 예정선을 중심으로 대칭되고, 절단 예정선에 수직 방향으로 측정된 제1 레이저 빔의 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다.In the cutting apparatus using the laser beam according to the present invention, the second laser beam may be symmetrical about the line to be cut and have a width larger than the width of the first laser beam measured in the direction perpendicular to the line to be cut.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치에 의하면, 지지대에 대상물의 절단 예정선 영역을 상하로 개방되게 지지하고, 풀 컷팅 공정(브레이킹 공정)을 대상물의 하면에서 진행함으로써, 절단 크랙이 형성된 상면 방향으로 외변형이 일어나게 할 수 있다. 그 결과, 종래에 하프 컷팅 공정과 풀 컷팅 공정을 동일 방향에서 진행하는 방식에 비해 절단면 품질을 높일 수 있고 수율도 개선할 수 있다.According to the cutting apparatus using the laser beam according to the present invention having the above-described structure, the cutting line region of the object to be cut is supported so as to be opened upward and downward, and the full cutting process (breaking process) It is possible to cause external deformation in the direction of the upper surface in which the upper surface is formed. As a result, the cutting quality can be improved and the yield can be improved as compared with the conventional method in which the half cutting process and the full cutting process are performed in the same direction.
좀더 상세히 설명하면, 대상물에 레이저가 조사될 때, 대상물의 용적 변화로 인한 외변형(부피 팽창)이 레이저 빔의 조사 영역에서 발생한다. 이때, 외변형(부피 팽창)의 방향은 레이저의 복사압에 의해 결정되는데, 대상물의 하부에서 브레이킹 빔을 조사하면 상부 방향으로 팽창압(대상물 상면 장력)이 발생하고, 그 결과 대상물의 자연스러운 전단(cleaving)이 일어날 수 있다. 이와 같이, 브레이킹 빔의 하부면 조사는 상부면에 형성된 절단 크랙을 전파 방향으로 자연스럽게 유도하는 결과가 되어, 절단 부위에서 칩이나 크랙이 발생하는 것을 차단 내지 최소화할 수 있다.More specifically, when a laser beam is irradiated on an object, an external strain (volume expansion) due to a change in the volume of the object occurs in the irradiation region of the laser beam. In this case, the direction of the external strain (volume expansion) is determined by the radiation pressure of the laser. When the breaking beam is irradiated from the lower part of the object, the expansion pressure (object upper surface tension) is generated in the upper direction. As a result, ) Can happen. As described above, the irradiation of the lower surface of the breaking beam naturally induces a cutting crack formed on the upper surface in the propagation direction, so that occurrence of chips or cracks at the cutting site can be blocked or minimized.
또한, 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치는 대상물의 표면이나 내부에서 발생하는 응력에 의존하지 않고 일정 부위에 국소적으로 가하는 열에너지에 의한 부피 팽창과 복사압으로 대상물에 굽힘 응력을 발생시키고 그에 따른 표면 장력만으로 대상물을 전단, 즉 완전 절단하는 것이 가능하기 때문에, 풀 컷팅 공정에서 냉각 공정이 불필요하다. 이와 같이, 풀 컷팅 공정에서 냉각 공정을 제거하는 것은 냉매의 2차 사용으로 인한 대상물이나 광학계의 오염을 줄일 수 있다.In addition, the laser beam cutting apparatus according to the present invention generates bending stress on an object by volume expansion and radiation pressure due to thermal energy locally applied to a certain region without depending on the stress generated on the surface or inside of the object, Since it is possible to shear, i.e., complete cut, the object only with surface tension, no cooling step is required in the full cutting process. Thus, the removal of the cooling process in the full cutting process can reduce the contamination of the object or the optical system due to the secondary use of the refrigerant.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치의 동작 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치의 동작 평면도이다.
도 4a,4b는 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치에서 절단되는 대상물의 부분 확대도이다.FIG. 1 is an overall configuration diagram of a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention.
2 is an operation front view of a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention.
3 is an operational plan view of a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention.
4A and 4B are partial enlarged views of an object to be cut in a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치의 동작 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치의 동작 평면도이다.FIG. 2 is a front view of an apparatus for cutting a laser beam according to the present invention. FIG. 3 is a sectional view of a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention. Fig.
본 발명에서 대상물은 비결정질 비금속 재료인데, 예를들어 유리 기판 등이 이에 속한다. 이하에서는, 구체적 대상물인 유리 기판을 절단하는 것을 예시로 하여 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치의 구성과 동작을 설명한다.In the present invention, the object is an amorphous nonmetallic material, for example, a glass substrate or the like. Hereinafter, the construction and operation of a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention will be described by exemplifying cutting a glass substrate as a specific object.
도 1~3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치는 지지대(210), 제1 레이저 조사부(220), 냉각부(230), 제2 레이저 조사부(240) 등을 포함하여 구성할 수 있다. 제1 레이저 조사부(220)와 냉각부(230)는 하프 컷팅 공정에 사용되고, 제2 레이저 조사부(240)는 풀 컷팅 공정에 사용된다.1 to 3, a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention includes a
도 1에 도시한 바와 같이, 지지대(210)는 유리 기판(100)을 지지하여 고정하거나 일측 방향으로 이동시킬 수 있다. 지지대(210)는 일체로 구성되어 내부에 상하로 관통되는 이격 공간을 구비하거나, 제1 지지대와 제2 지지대를 소정 간격 이격시켜 이격 공간을 형성할 수도 있다. 지지대(210)는 유리 기판(100)을 지지 고정하는 고정 지그 등을 구비하거나, 이동을 위한 이송 플레이트, 레일, 모터 등을 구비할 수도 있다.As shown in FIG. 1, the support table 210 supports the
지지대(210)는 유리 기판(100) 중에서 절단 예정선(E)이 있는 영역을 이격 공간에 오도록 지지 고정할 수 있으며, 이를 통해 유리 기판(100)의 절단 예정선(E) 영역을 상방과 하방으로 개방시킬 수 있다.The supporting table 210 can support and fix a region of the
유리 기판(100)은 절단 개시 지점에 미세 크랙(micro crack)을 미리 형성할 수 있다. 미세 크랙은 유리 절단용 휠(wheel)이나 유리 표면 가공용 레이저를 이용하여 형성할 수 있다. 미세 크랙은 0.5~5 mm의 길이를 가질 수 있다.The
제1 레이저 조사부(220)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판(100)의 상면에서 절단 예정선(E)을 따라 제1 레이저 빔(L1)을 조사하여 유리 기판(100)을 1차 가열하는 것으로, 제1 레이저 생성기(221), 제1 반사경(222), 제1 렌즈부(223) 등으로 구성할 수 있다.1, the first
제1 레이저 생성기(221)에서 생성된 레이저는 제1 반사경(222)에 반사된 후 제1 렌즈부(223)에서 원하는 형태로 변형되어 유리 기판(100)의 전면에 조사된다. 제1 레이저 빔(L1)은 적외선 파장대의 탄산가스 레이저를 사용하여 생성할 수 있다. 탄산가스 레이저는 10.6㎛의 적외선 파장을 가지며, 비결정질 유리 매질에서 90% 이상의 광흡수율(optical absorption rate)을 갖는다. 제1 레이저 빔(L1)은 조사면적 20∼200㎟에 평면조사밀도가 0.05∼2joule/㎟가 되도록 제어할 수 있다.The laser generated by the
제1 레이저 빔(L1)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 절단 예정선(E)을 따라 이동하면서 유리 기판(100)을 조사할 수 있다. 제1 레이저 빔(L1)은 절단 진행 방향으로 장반경을 갖는 타원형 라인의 형태를 가질 수 있다. 이러한 형태의 제1 레이저 빔(L1)은 절단 예정선(E) 방향으로 길게 늘어져 있어서 절단 예정선(E) 영역의 유리 기판(100) 표면을 국소적으로 빠르게 가열할 수 있다. The first laser beam L1 can irradiate the
냉각부(230)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판(100)의 상면에서 제1 레이저 조사부(220)에 의해 가열된 영역에 냉매를 분사하는 것으로, 냉매 분사 노즐(231), 분사된 냉매를 회수하는 냉매 회수 노즐(232) 등으로 구성할 수 있다.1, the
냉매 분사 노즐(231)를 통해 공급되는 냉매는 냉각 질소 등의 기체, 물 등을 사용할 수 있고, 냉매 회수 노즐(232)은 진공 흡인기 등을 사용할 수 있다.The refrigerant supplied through the
냉각부(230)가 유리 기판(100)의 상면에서 절단 예정선(E)을 따라 제1 레이저 빔(L1)이 조사된 영역에 냉매를 분사하면, 분사 영역에 절단 크랙(crack depth)을 생성하면서 절단 예정선(E)을 따라 스크라이브 라인을 형성할 수 있다. 이때 형성되는 절단 크랙의 깊이는 50 ~ 150 ㎛ 정도로, 유리 기판(100) 두께의 10~30% 정도일 수 있다.When the
냉각부(230)가 전달 크랙을 생성하는 과정은 다음과 같다.The process in which the
냉각부(230)가 유리 기판(100)에 냉매를 분사하면, 제1 레이저 빔(L1)에 의해 국소적으로 가열된 절단 예정선(E) 상의 유리 기판(100)의 표면은 급격히 냉각된다. 냉매에 의해 유리 기판(100)의 표면이 냉각되는 동안, 제1 레이저 빔(L1)에 의해 전달된 열 에너지는 유리 기판(100)의 내부 하면 방향으로 전도된다. 유리 기판(100)의 표면에는 냉각으로 인해 인장력이 발생하고, 유리 기판(100) 내부에는 전도된 열에너지에 의해 압축 응력이 발생한다.When the
가열과 냉각을 거치면서 절단 예정선(E) 상의 열구배 수직분포에 편차가 발생하고, 표면과 내부의 온도 구배 편차로 인한 응력 변화는 표면의 절단 예정선(E) 상에 수직 장력을 발생시킨다. 결국, 표면에서 발생한 인장력으로 인해, 미세 크랙(micro crack)은 수직 절단 크랙(vertical scribe crack depth)을 생성시킬 수 있다. A deviation occurs in the vertical gradient of the thermal gradient on the line to be cut E while heating and cooling and a change in stress due to the temperature gradient deviation between the surface and the interior generates a vertical tension on the line E to be cut on the surface . Ultimately, due to the tensile forces generated at the surface, microcracks can create a vertical scribe crack depth.
한편, 유리 기판(100) 내부의 열 응력에 의해 발생하는 압축 응력은 유리 기판(100) 표면에서 수직 하방으로 진행하는 수직 절단 크랙의 깊이를 제한할 수 있다. 따라서, 유리 기판(100) 내부에 한정된 응력 변화 메커니즘으로는 크랙의 형성과 깊이 방향으로의 성장에 한계가 있다.On the other hand, the compressive stress generated by the thermal stress inside the
열 응력으로 인한 유리 기판(100) 표면과 내부의 응력 차이, 용적 변화에 의한 표면 장력 방향에 따라 크랙의 생성과 전파가 이루어지는데, 이는 절단 예정선(E) 상의 유리 기판(100)에 자유도를 부여해야 정상적인 절단 크랙(crack depth)을 형성할 수 있다는 것을 의미한다. 결국, 본 발명과 같이 절단 예정선 영역의 유리 기판(100)을 공정 테이블 등에 고정하지 않고 자유도를 부여함으로써 절단 크랙(crack depth)의 효과적인 생성이 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다.Cracks are generated and propagated according to the stress difference between the surface and the interior of the
제2 레이저 조사부(240)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판(100)의 하면에서 유리 기판(100)의 냉각 영역에 제2 레이저 빔(L2)을 조사하는 것으로, 제2 레이저 생성기(241), 제2 반사경(242), 제2 렌즈부(243) 등으로 구성할 수 있다.The second
제2 레이저 생성기(241)에서 생성된 레이저는 제2 반사경(242)에 반사된 후 제2 렌즈부(243)에서 원하는 형태로 변형되어 유리 기판(100)의 후면에 조사된다. 제2 레이저 빔(L2)은 제1 레이저 빔(L1)과 같이 적외선 파장대의 탄산가스 레이저를 이용하여 생성할 수 있다. The laser generated in the
도 1,2에 도시한 바와 같이, 제2 레이저 빔(L2)은 절단 예정선(E)을 따라 유리 기판(100)의 후면을 조사할 수 있다. 제2 레이저 빔(L2)은 유리 기판(100)을 비접촉 형태로 풀 컷팅, 즉 완전 절단하기 위해 사용되는데, 이때 제2 레이저 빔(L2)은 높은 에너지를 가지고 유리 기판(100)의 후면에 입사되고, 높은 레이저 복사압(radiation pressure)은 유리 기판(100)을 상방으로 가압하여 미세하나마 냉각 영역을 상방으로 부풀어오르게 할 수 있다. 이러한 복사압의 상방 가압은 유리 기판(100)의 상면에 생성된 절단 크랙을 깊이 방향, 즉 후면 방향으로 자연스럽게 성장시키게 되고, 결국 제2 레이저 빔(L2)이 조사된 영역에서 전단, 즉 완전 절단이 이루어지게 된다.As shown in Figs. 1 and 2, the second laser beam L2 can irradiate the rear surface of the
제2 레이저 빔(L2)은 절단 예정선(E)을 중심으로 대칭되고, 절단 예정선(E)에 수직되게 측정한 제1 레이저 빔(L1)의 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다. 제2 레이저 빔(L2)의 길이, 즉 절단 예정선(E) 방향의 길이는 폭과 같거나 크게 할 수 있다. 제2 레이저 빔(L2)의 조사면적은 20~200 ㎟의 범위로 할 수 있고, 체적조사밀도는 0.1~0.3 joule/㎣의 범위로 할 수 있다.The second laser beam L2 may have a width larger than the width of the first laser beam L1 measured symmetrically about the line along which the object is intended to be cut E and which is measured perpendicularly to the line E to be cut. The length of the second laser beam L2, that is, the length in the direction of the line to be cut E may be equal to or greater than the width. The irradiation area of the second laser beam L2 may be in the range of 20 to 200 mm 2, and the volume irradiation density may be in the range of 0.1 to 0.3 joule /..
본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치는 제1 레이저 빔(L1)을 조사하기 전에 유리 기판(100)이 상면 시작 지점에 미세 크랙을 생성시키는 크래킹 부를 포함할 수 있다. 크래킹 부는 유리 표면 가공용 레이저 등을 이용할 수 있다.The laser beam cutting apparatus according to the present invention may include a cracking portion in which the
도 4a,4b는 본 발명에 따른 레이저 빔을 이용한 절단 장치에서 절단되는 대상물의 부분 확대도이다.4A and 4B are partial enlarged views of an object to be cut in a cutting apparatus using a laser beam according to the present invention.
도 4a,4b에 도시한 바와 같이, 제2 레이저 빔(L2)에 의해 유리 기판(100)의 냉각 영역은 상방으로 부풀어오르면서 완전 절단되는데, 그 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the cooling region of the
제2 레이저 빔(L2)은 높은 에너지를 가지고 유리 기판(100)의 후면에 입사되고, 높은 레이저 복사압(radiation pressure)에 의해 유리 기판(100)의 냉각 영역이 상방으로 힘을 받게 되고, 동시에 제2 레이저 빔(L2)이 유리 기판(100)에 열 에너지를 공급하면서 레이저 빔 조사 영역에서 용적(volume) 변화를 발생시킨다. 그 결과로서, 유리 기판(100) 내부에 압축 응력이 발생함과 동시에 전체적인 외변형(팽창)이 발생한다. 유리 기판(100)의 외변형 방향은 유리 기판(100)에 조사되는 레이저의 복사압에 의해 결정되는데, 본 발명에서는 제2 레이저 빔(L2)이 유리 기판(100)의 후면에 조사되므로 레이저 빔이 조사되는 방향의 반대 방향 즉 상부 방향으로 외변형(팽창)이 이루어질 수 있다.The second laser beam L2 is incident on the rear surface of the
이와 같이, 제2 레이저 빔(L2)은 제2 유리 기판(100)을 상부 방향으로 팽창압(유리 기판의 상면 장력)을 발생시키게 되고, 그 결과 유리 기판(100) 상면에 생성된 절단 크랙(HC)을 유리 기판(100)의 깊이 방향 즉 후면 방향으로 자연스럽게 전파시켜, 유리 기판(100)의 자연스런 전단(FC), 즉 완전 절단을 쉽게 유발할 수 있다.As a result, the second laser beam L2 generates the expansion pressure (the upper surface tension of the glass substrate) in the upward direction of the
나아가, 본 발명에서는 위에서 설명한 바와 같이 제2 레이저 빔(L2)이 유리 기판(100)의 굽힘 응력에 따른 표면 장력을 발생시켜 유리를 전단시키기 때문에, 종래의 풀 컷팅 공정에서 수반되었던 냉각 공정이 필요하지 않다. 이러한 냉각 공정의 제거는 냉매 분사로 인한 광학계와 유리 기판(100)의 오염 우려를 덜 수 있고, 냉매 분자로 인한 광손실도 고려할 필요가 없다. 또한, 종래기술과 달리, 본 발명은 상면의 절단 크랙을 전파 방향, 즉 후면 방향으로 자연스럽게 유도하는 것이어서, 절단 부위에서 칩이나 크랙이 거의 발생하지 않는다는 장점도 있다. In addition, in the present invention, as described above, since the second laser beam L2 generates a surface tension according to the bending stress of the
이상 본 발명을 여러 실시예에 기초하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면, 위 실시예에 기초하여 그 형태를 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 본 출원의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 결정되므로, 그러한 변형이나 수정이 아래의 특허청구범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.Although the present invention has been described based on various embodiments, it is intended to exemplify the present invention. Those of ordinary skill in the art will appreciate that variations and modifications may be made thereto based on the above embodiments. However, since the scope of the present application is determined by the following claims, such modifications and variations can be construed as being included in the following claims.
100 : 유리 기판
210 : 지지대
220 : 제1 레이저 조사부
230 : 냉각부
240 : 제2 레이저 조사부
E : 절단 예정선
L1 : 제1 레이저 빔
L2 : 제2 레이저 빔100: glass substrate 210: support
220: first laser irradiation part 230: cooling part
240: second laser irradiation part E:
L1: first laser beam L2: second laser beam
Claims (4)
절단 개시 지점에 미세 크랙이 형성된 대상물을 적어도 절단 예정선이 있는 영역의 상면과 하면을 개방시켜 지지하는 지지대;
상기 절단 예정선을 따라 상기 대상물의 상면에 제1 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 조사부;
상기 대상물의 상면에서 상기 제1 레이저 조사부에 의해 가열된 상기 대상물의 가열 영역에 냉매를 분사하는 냉각부;
상기 대상물의 하면에서 상기 냉각부에 의해 냉각된 상기 대상물의 냉각 영역에 제2 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 조사부를 포함하는, 레이저 빔을 이용한 절단 장치.In the cutting apparatus,
A supporting base supporting at least an upper surface and a lower surface of an area where at least a line to be divided is present,
A first laser irradiating unit for irradiating a first laser beam on an upper surface of the object along the line along which the object is to be cut;
A cooling unit for spraying a coolant onto a heating region of the object heated by the first laser irradiation unit on the upper surface of the object;
And a second laser irradiating unit for irradiating a second laser beam onto a cooling area of the object cooled by the cooling unit on the lower surface of the object.
상기 대상물에 상기 미세 크랙을 형성하는 크랙킹 부를 포함하는, 레이저 빔을 이용한 절단 장치.The method according to claim 1,
And a cracking portion for forming the fine cracks on the object.
상기 미세 크랙은 상기 대상물의 상면에 형성되고,
상기 제2 레이저 조사부는 상기 대상물의 후면을 복사압으로 가압하여 상기 제1 레이저 빔과 냉매로 처리된 영역의 적어도 일부를 상방으로 부풀어오르게 하는, 레이저 빔을 이용한 절단 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The fine cracks are formed on the upper surface of the object,
Wherein the second laser irradiation unit presses the rear surface of the object with a radiation pressure to swell at least a part of the region treated with the first laser beam upward.
상기 제2 레이저 빔은 상기 절단 예정선을 중심으로 대칭되고, 상기 절단 예정선에 수직되게 측정된 제1 레이저 빔의 폭보다 큰 폭을 갖는, 레이저 빔을 이용한 절단 장치.
The method of claim 3,
Wherein the second laser beam is symmetrical about the line along which the object is intended to be cut and has a width larger than a width of the first laser beam measured perpendicularly to the line along which the object is intended to be cut.
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