KR20230154740A - 표시 장치 제조를 위한 레이저 가공 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다양한 크기 및 형태의 표시 패널을 가공하는데 사용하는 레이저 가공 장치 및 그 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법을 개시하며, 일 실시예들에 의한 레이저 가공 방법은 가공 영역을 포함하는 피가공물 회전시키고, 피가공물의 회전에 따른 극좌표를 설정하여 각도값 및 거리값을 생성하고, 생성된 거리값을 레이저 빔의 가공 좌표로 설정하여 회전하는 피가공물과 직선의 레이저 빔 이동 경로를 왕복 운동하는 레이저 빔에 의해 피가공물의 크기에 관계없이 단일의 광학 유닛으로 레이저 가공이 가능한 효과를 제공한다.

Description

표시 장치 제조를 위한 레이저 가공 장치 및 방법{LASER MACHININES AND LASER MACHUNING METHOD FOR MANUFACTURING DISPLAY DEVICE}

본 개시는 다양한 크기의 표시 장치 제조에 적용되는 레이저 가공 장치 및 이를 사용한 레이저 가공 방법을 제공한다.

표시 장치는 액정디스플레이(LCD)에서 유기발광디스플레이(OLED)로 세대 전환이 이루어지면서 다양한 형상으로 제작 및 개발되고 있다. 예컨대, 표시 장치에 OLED를 적용하면서, 전통적인 리지드(rigid) 디스플레이에서 플렉시블(flexible) 디스플레이로의 개발도 활발하다. 리지드 디스플레이는 화상 구현을 위한 표시부가 구비되는 하부 기판과 하부 기판 상의 표시부를 보호하는 상부 기판이 유리와 같은 유연성이 없는 재료로 이루어진다. 반면에 플렉시블 디스플레이는 하부 기판이 폴리이미드 계열의 플렉시블 재료로 이루어지고, 하부 기판 상의 표시부를 보호하는 봉지부도 유연성이 있는 재료로 이루어지므로 유연성 있는 디스플레이를 구현할 수 있다.

디스플레이를 제조하는 과정은 표시부가 포함되는 패널 영역 외곽의 충분한 비표시 여유 공간이 구비된 단위 패널을 준비한 후, 원하는 패널 영역의 규격과 모양으로 커팅하여 표시 패널을 얻는 과정을 거치게 된다. 플렉시블 디스플레이가 개발되면서 종래 리지드 디스플레이에서 적용이 어려웠던 레이저 커팅 기술이 이러한 패널 영역을 커팅하는 과정에 사용될 수 있다. 상세히, 레이저 커팅 공정은 패널 영역의 경계를 따라 레이저 빔을 조사하여 패널 영역과 마진 영역 사이를 커팅하는 공정을 의미한다.

한편, 레이저 커팅을 수행하는 레이저 가공 장치는 레이저 가공 대상이 되는 피가공물의 크기에 따라 레이저 가공 장치에 포함된 광학 유닛의 크기도 함께 변해야 한다. 그러나 광학 유닛을 단순히 피가공물의 크기에 맞추어 크게 만드는 것은 기술적인 한계가 있다. 그 이유는, 광학 유닛에 포함된 렌즈에 의해 발생되는 수차들로 인하여 가공 품질 저하 및 가공 불량의 문제가 발생하고 이로 인해 생산 수율이 낮아지는 단점이 있기 때문이다. 또한, 광학 유닛의 가공 필드를 넓히기 위해서는 초점거리의 증가가 수반되어야 하는데, 이 경우 레이저 빔의 스팟 사이즈도 함께 증가하게 되므로 레이저 출력을 증가시키거나 가공 횟수를 추가해야 하는 등의 문제가 있어, 최적의 가공 품질 및 가공 시간을 유지하기가 어렵기 때문이기도 하다.

본 발명은 다양한 크기의 표시 장치 제조에 적용되는 레이저 가공 장치 및 이를 사용한 레이저 가공 방법에 대한 다양한 실시예를 개시한다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 표시 장치 제조를 위해 피가공물의 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 피가공물을 커팅하는 레이저 가공 장치에 있어서, 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기, 가공 영역을 포함하는 피가공물이 배치되고 상기 피가공물의 가공 영역 내부의 회전축을 기준으로 회전하는 회전 스테이지, 상기 레이저 발진기와 상기 피가공물 사이에 배치되며, 레이저 빔을 상기 피가공물의 가공 영역에 조사하도록 제어하는 광학 유닛 및 상기 회전 스테이지의 회전 각도에 대응하여 회전축과 동일한 원점을 가진 반직선 상을 왕복하며 상기 가공 영역에 상기 레이저 빔을 입사하는 가공 좌표 정보를 생성하고, 생성된 가공 좌표 정보에 대응하여 광학 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 장치를 개시하고, 여기서, 상기 컨트롤러는 가공 좌표 정보 생성부를 포함하며, 상기 가공 좌표 정보 생성부는 상기 가공 영역 내부의 회전축의 정보를 획득하며, 상기 회전축을 원점으로 하는 극좌표계에서 원점으로부터 상기 가공 영역까지의 각도값 및 거리값을 포함하는 극좌표 정보를 획득하며, 상기 회전축과 동일한 원점을 가진 반직선 상에 상기 각도값에 대응하는 상기 거리값을 상기 가공 좌표 정보로써 생성한다.

본 개시의 제2 측면은, 표시 장치 제조를 위해 피가공물의 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 피가공물을 커팅하며, 상기 피가공물을 회전시키는 회전 스테이지 및 상기 레이저 빔을 제어하는 광학 유닛을 포함하는 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 회전 스테이지 상에 상기 피가공물을 준비하는 단계; 상기 레이저 가공 장치가 상기 가공 영역 내부의 회전축의 정보를 획득하는 단계; 상기 레이저 가공 장치가 상기 회전축을 원점으로 하는 극좌표계에서 상기 원점으로부터 상기 가공 영역까지의 각도값 및 거리값을 포함하는 극좌표 정보를 획득하는 단계; 상기 레이저 가공 장치가 상기 회전축과 동일한 원점을 가진 반직선 상에 상기 각도값에 대응하는 상기 거리값을 상기 가공 좌표 정보로써 생성하는 단계; 및 상기 레이저 가공 장치가 생성된 가공 좌표 정보에 대응하여 상기 광학 유닛을 제어하는 단계; 를 포함하는, 방법을 개시한다.

예시적인 일 실시예에 의하면 상기 광학 유닛을 제어하는 단계는 상기 레이저 가공 장치가 생성된 가공 좌표 정보에 대응하는 상기 각도값을 상기 회전 스테이지의 회전 각도에 동기화하여 상기 광학 유닛을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 레이저 가공 장치가 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 광학 유닛을 제어하는 단계;를 포함한다.

예시적인 다른 실시예에 의하면, 상기 가공 좌표 정보를 생성하는 단계 이후에, 상기 레이저 가공 장치가 생성된 가공 좌표 정보에 대응하는 상기 각도값에 대응하여 상기 회전 스테이지를 회전하도록 제어하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계;를 더 포함하며, 상기 광학 유닛을 제어하는 단계는 상기 레이저 가공 장치가 생성된 상기 제2 제어 신호에 동기화 하여 상기 광학 유닛을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 레이저 가공 장치가 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 광학 유닛을 제어하는 단계;를 포함한다.

전술한 본 개시의 과제 해결 수단에 의하면, 레이저 가공 장치에 포함된 광학 유닛을 변경하지 않더라도 다양한 크기 및 형태의 표시 패널의 레이저 가공이 가능한 효과가 있다.

상세히, 스마트 와치 사이즈의 소형부터 텔레비전 사이즈의 대형까지 모든 사이즈의 가공이 가능하며, 회전 운동과 직선 운동의 조합으로 형성될 수 있는 모든 형태를 가공할 수 있다. 또한, 광학 유닛을 변경하지 않는다는 것은 피가공물의 크기 및 형태 변화에 따라 광학계의 교체, 광학계의 초점거리 변경 및 광학계의 크기 변경이 필요 없다는 것을 의미한다. 또한, 광학 유닛을 변경하지 않음에 따라 피가공물의 크기 변화하더라도 레이저 스팟 사이즈가 변화하지 않게 되므로, 레이저 출력 조건이나 가공 횟수를 변경시키지 않아도 되어 공정 조건 단순화 및 안정화에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 방법의 피가공물(W)의 가공면을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 I-I의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 장치에 포함된 회전 스테이지(132)의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 도 3의 컨트롤러(150)의 구성부를 나타낸 것이다.
도 6은 도 3의 장치를 사용한 일 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 도시한 것이다.
도 7은 컨트롤러가 극좌표 정보를 획득하는 과정을 피가공물(W)을 바탕으로 도시한 것이다.
도 8은 도 3 장치의 회전 스테이지(132)가 회전하고 광학 유닛(120)이 직선 운동하면서 가공 영역(TA)을 포함하는 피가공물(W)에 레이저 빔을 조사하는 동작을 나타낸 것이다.
도 9는 가공 영역(TA)이 정사각형인 경우 피가공물(W)이 회전함에 따라 레이저 빔이 조사되는 지점(L)을 표시한 것을 순서대로 표시한 것이다.
도 10은 가공 영역(TA)이 정사각형인 경우 레이저 빔의 이동 경로를 회전 각도 정보와 함께 나타낸 것이다.
도 11은 가공 영역(TA)이 직사각형인 경우 피가공물(W)이 회전함에 따라 레이저 빔이 조사되는 지점(L)을 표시한 것을 순서대로 표시한 것이다.
도 12는 가공 영역(TA)이 직사각형인 경우 레이저 빔의 이동 경로를 회전 각도 정보와 함께 나타낸 것이다.
도 13은 가공 영역(TA)이 모서리가 둥근 직사각형인 경우 피가공물(W)이 회전함에 따라 레이저 빔이 조사되는 지점(L)을 표시한 것을 순서대로 표시한 것이다.
도 14는 가공 영역(TA)이 모서리가 둥근 직사각형인 경우 레이저 빔의 이동 경로를 회전 각도 정보와 함께 나타낸 것이다.
도 15는 도 3의 장치를 사용한 다른 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 도시한 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 방법의 피가공물(W)의 가공면을 나타낸 것이다. 도 2는 도 1의 I-I의 단면을 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 가공 영역(TA)을 재단하여 표시 패널을 얻기 전에 더미 영역(DM)까지 포함하고 있는 단위 패널(10)을 도시한 것이며, 단위 패널(10)이 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 적용할 피가공물(W)에 해당한다.

단위 패널(10)에는 표시부(AA)를 구비한 패널 영역(PN)과 패널 영역(PN)을 둘러싼 외곽의 더미 영역(DM)이 구비된다. 패널 영역(PN)과 더미 영역(DM) 사이의 경계에는 가공 영역(TA)이 구비된다. 여기서 가공 영역(TA)은 레이저 빔이 조사되어 가공될 부분이다. 가공 영역(TA)은 표시선의 일종으로 오목하게 파인 트렌치가 형성되어 있을 수 있다. 추후 설명할 레이저 가공 장치(100)를 이용하여 가공 영역(TA)을 따라 절단하면 패널 영역(PN)은 표시 패널이 되고, 더미 영역(DM)은 제거된다.

도 2를 참조하면, 본 명세서에서 표시 패널이란, 화면이 표시되는 표시부(AA)을 포함하며, 표시부(AA)는 그 단면 구조가 베이스 기판(11), 베이스 기판(11) 상에 형성된 구동소자층(12), 구동소자층(12) 상에 형성된 표시소자층(13) 및 표시소자층(13)을 덮는 커버층(14)을 포함할 수 있다. 여기서 표시 소자의 종류에 따라 표시 패널(10)은 유기발광표시 패널(organic light emitting display panel), 무기발광 디스플레이 패널(inorganic light emitting display panel), 퀀텀닷발광 디스플레이 패널(quantum dot light emitting display panel), 액정 디스플레이 패널(Liquid crystal display panel) 또는 엘이디 디스플레이 패널 (Light emitting diode display panel) 등 일 수 있으며 나열한 종류에 한정하지 않는다. 한편, 베이스 기판(11)은 유연성이 있는 플라스틱(예를 들면 폴리이미드)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지 않고 SiO₂를 주 성분으로 하는 유리 재질이나, 금속 재질로 이루어질 수도 있다.

표시 패널은 스마트 와치(smart watch), 스마트폰과 같은 모바일, 태블릿, 모니터, 스마트 텔레비전에 포함되는 다양한 사이즈의 표시 패널일 수 있다. 이하에서는 이와 같은 소형, 중형 및 대형 사이즈의 단위 패널(10)을 커팅하여 상술한 다양한 사이즈의 표시 패널을 제조할 수 있는 레이저 가공 장치(100) 및 레이저 가공 방법을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3의 장치에 포함된 회전 스테이지(132)의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 5는 도 3의 컨트롤러(150)의 구성부를 나타낸 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)은 레이저 절단을 비롯하여, 레이저 천공, 레이저 묘화, 레이저 패터닝, 레이저 스크라이빙 등 다양한 레이저 가공에 이용될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 레이저 가공 장치(100)이 레이저 절단 가공에 이용되는 것으로 설명한다.

도 3을 참조하면, 레이저 발진기(110)는 특정한 파장을 갖는 레이저 빔을 생성하여 출력할 수 있는 레이저 소스를 구비할 수 있다. 레이저 발진기(110)로부터 출력되는 레이저 빔의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 피가공물(W)의 종류 또는 가공 방식에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 레이저 발진기(110)로부터 출력되는 레이저 빔은 루비 레이저 빔, Nd:YAG 레이저 빔, Ti:사파이어 레이저 빔 등을 포함하는 고체 레이저 빔과, 색소 레이저 빔 등을 포함하는 액체 레이저 빔과, CO₂ 레이저 빔, He-Ne 레이저 빔, Ar+ 레이저 빔, 엑시머(excimer) 레이저 빔 등을 포함하는 기체 레이저 빔, 또는 UV(Ultraviolet) 레이저 빔 중 어느 하나일 수 있다. 레이저 발진기(110)는 컨트롤러(150)와 연결된다. 레이저 발진기(110)로부터 출력되는 레이저 빔의 특성, 예를 들어, 레이저 빔의 출력 파워, 강도, 주기, 출력 타이밍 등은 컨트롤러(150)에서 발생하는 신호에 의해 제어될 수 있다.

가공 테이블(130)은 레이저가 조사되는 방향과 대향하도록 배치될 수 있다. 가공 테이블(130)에는 피가공물(W)이 안착된다. 가공 테이블(130)은 설정된 방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 가공 테이블(130)은 X축, Y축, Z축 각각의 방향으로 이동할 수 있다. 가공 테이블(130)의 동작, 예를 들어, 상기 고정 부재가 피가공물(W)을 고정하는 동작 또는 가공 테이블(130)의 이동 속도, 이동 방향, 이동 거리 등은 컨트롤러(150)에 의해 제어될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 가공 테이블은 X-Y축 이 교차하는 형태의 직교 로봇(131)과 직교 로봇(131) 위에서 회전하는 회전 스테이지(132)를 포함할 수 있다. 직교 로봇(131)은 X축, Y축, Z축 각각의 방향으로 이동할 수 있다. 회전 스테이지(132)는 상부에 피가공물(W)이 안착되는 안착면을 가지며, 피가공물(W)이 안착된 상태로 회전할 수 있다. 회전 스테이지(132)는 등속으로 회전할 수 있다. 또한 회전 스테이지(132)는 피가공물(W)의 가공 영역(TA) 내부의 회전축(AR)을 기준으로 일 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다. 여기서 일 방향은 안착면 상에서 회전축(AR)을 원점으로 하는 2차원의 극좌표에서 세타 축(O-axis) 방향으로 회전할 수 있다.

석션 유닛(170)은 피가공물(W)과 광학 유닛(120) 사이에 배치되며 레이저 가공시 발생하는 연기, 분진 등을 빨아들인다. 석션 유닛(170)은 관통 슬릿(171, 도 8) 및 관통 슬릿(171) 주변의 흡입부(172, 도 8)를 포함하는 형태를 가질 수 있다. 관통 슬릿(171)은 레이저 빔이 가공을 수행하는 이동 경로가 관통 슬릿(171)의 내부에 대응되도록 구비된다. 관통 슬릿(171)은 레이저 빔이 왕복 운동하는 방향(도 8에서 L이 나열된 방향)과 일치하는 방향으로 오픈 슬릿이 형성됨으로써, 레이저 빔에 의해 석션 유닛(170)이 손상되는 것을 방지한다. 흡입부(172)는 관통 슬릿(17)의 주변을 둘러싸도록 배치된다. 흡입부(172)는 도시되지 않은 흡입 펌프와 연결되어 레이저 가공시 발생하는 연기, 분진 등을 빨아들인다. 석션 유닛(170)은 피가공물(W)과 광학 유닛(120) 사이의 거리의 절반보다 피가공물(W)에 더 가깝게 배치됨으로써, 분진을 효율적으로 제거할 수 있다. 석션 유닛(170)이 피가공물(W)과 광학 유닛(120) 사이의 거리의 절반보다 광학 유닛(120)에 더 가깝게 배치되는 경우에는, 분진이 주변으로 퍼져 피가공물(W) 중 최종 제품에 포함되는 부분에 분진이 흡착되는 문제가 있다.

광학 유닛(120)은 스캐너(121s), 미러(121m) 및 렌즈(122)를 포함할 수 있다. 광학 유닛(120)은 레이저 발진기(110)로부터 출력된 레이저 빔(La)의 광 경로를 조절하여, 피가공물(W) 상의 원하는 위치로 레이저 빔(L)을 조사할 수 있다. 또한, 광학 유닛(120)의 동작과 위치는 컨트롤러(150)에 의해 제어될 수 있다.

스캐너와 미러(121)는 레이저 발진기(110)로부터 출력된 레이저 빔(La)의 광 경로를 제어할 수 있다. 레이저 가공 장치(100)에 포함되는 미러(121m)의 개수는 특별히 한정하지 않으며, 미러(121m)는 갈바노 미러(Galvano-mirror)일 수 있고, 미러(121m)는 갈바노 스캐너(Galvano-scanner)와 연결될 수 있다. 미러(121m)의 동작, 예를 들어, 미러(121m)의 틸팅 각도와 틸팅 속도 등은 스캐너(121s)에 의해 제어되며, 스캐너(121s)는 컨트롤러(150)에 의해 제어될 수 있다.

렌즈(122)는 가공 테이블(130)과 미러(121m)의 사이에 배치될 수 있다. 렌즈(122)는 미러(121m)로부터 반사된 레이저 빔(Lb)을 집광하여, 피가공물(W)에 레이저(L)를 조사한다. 본 발명의 일 실시예에서, 렌즈(122)는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않고 에프세타( f-theta) 렌즈, 포커싱(Focusing) 렌즈, 대물(Objective) 렌즈, 회절 광학 소자 (Diffraction Optical Elements, DOE) 등 레이저 빔을 집광 시킬 수 있는 광학계를 포함한다. 도면에는 렌즈(122)가 하나인 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 렌즈(122)는 복수개의 구면 렌즈 또는 평면 렌즈로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 레이저 가공 장치(100)는 2D 갈바노 스캐너, 갈바노 미러 및 에프세타 렌즈를 조합한 광학 유닛(120)을 사용하여 표시 패널의 커팅 시 수십회 가공을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서 레이저 가공 장치(100)는 앞선 실시예에서 수십회 가공을 수회 가공으로 줄여 가공 시간을 단축하고, 렌즈의 중앙부 및 외곽부의 일정한 가공 품질 유지를 위해 2D 갈바노 스캐너, 갈바노 미러 및 텔레센트릭 렌즈를 조합한 광학 유닛(120)을 사용할 수 있다.

특히 텔레센트릭 렌즈는 레이저 빔의 조사 각도와 관계없이 레이저 빔(L)이 피가공물(W)의 가공면에 언제나 수직으로 도달하기 때문에 렌즈의 중앙부 및 외곽부에 관계없이 일정한 가공 품질을 유지할 수 있는 효과가 있다. 그러나, 이러한 텔레센트릭 렌즈는 항상 가공면에 수직이 되도록 레이저 빔의 초점을 맞추기 때문에 가공할 수 있는 필드를 의미하는 필드 오브 뷰(field of view, FOV)가 작다. 표시 패널이 스마트 와치(smart watch), 스마트폰과 같은 모바일처럼 소형 사이즈인 경우, 어느정도 렌즈의 대형화로 레이저 가공이 가능하다.

하지만, 표시 패널이 태블릿, 모니터, 스마트 텔레비전에 포함되는 중형 및 대형 사이즈인 경우, 이러한 렌즈를 대형화 하는데 기술적 한계가 있다. 또한 텔레센트릭 렌즈의 필드 오브 뷰를 넓히기 위해서는 초점 거리 증가 수반되어야 하는데, 초점 거리 증가에 의해레이저 스팟 사이즈의 증가가 동반되고, 레이저 스팟 사이즈의 증가로 인해 해당 지점에 가해지는 출력은 감소하여, 종래의 출력으로는 원하는 가공 품질을 맞추기 못하는 문제점이 따라온다. 따라서, 광학 유닛(120)을 변경하지 않더라도 피가공물(W)의 사이즈에 제한을 받지 않고 다양한 사이즈의 피가공물(W)을 레이저 가공할 수 있는 레이저 가공 장치(100)에 대한 요구가 있었다. 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 장치(100)는 회전하는 가공 테이블(130) 및 회전하는 가공 테이블(130)에 동기화하여 레이저 빔의 이동을 제어하는 컨트롤러(150)를 통해 광학 유닛(120)을 변경하지 않고 다양한 형태 및 크기의 피가공물(W)을 레이저 가공할 수 있는 효과가 있다.

도 5를 참조하면, 컨트롤러(150)는 가공 관련 정보를 입력받아 저장하는 가공 관련 정보 저장부(151), 가공 영역(TA)에 레이저 빔을 입사하는 가공 좌표 정보를 생성하는 가공 좌표 정보 생성부(152) 및 생성된 가공 좌표 정보에 대응하여 광학 유닛(120)을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부(153)를 포함할 수 있다.

가공 관련 정보 저장부(151)는 피가공물(W)의 가공에 관련된 정보를 입력받아 저장한다. 여기서 가공 관련 정보는 가공 영역 정보를 포함할 수 있고, 여기서 '가공 영역 정보'는 가공 영역(TA)의 크기 및 형태를 포함할 수 있다. 이외에도 가공 관련 정보는 피가공물(W)의 재료, 두께 등의 피가공물(W)과 관련된 '피가공물 정보'를 포함할 수 있다. 또한 가공 관련 정보는 회전 스테이지(132)의 회전 각도, 회전 속도 및 회전 스테이지(132)에 안착된 피가공물(W)의 회전축(AR), 회전 각도, 회전 속도와 관련된 '회전 정보'를 포함할 수 있다. 상세히, 회전 정보는 회전 스테이지(132) 상에 안착된 피가공물(W)이 회전할 때 가공 영역(TA) 내부의 회전축(AR)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 가공 관련 정보는 피가공물 상부에 배치된 카메라와 같은 촬영부(미도시)를 통해 컨트롤러(150)로 입력될 수도 있고, 회전 스테이지(132)에 연결된 각종 센서(미도시)에 의해 컨트롤러(150)로 입력될 수도 있고, 상술한 정보들을 저장한 저장매체로부터 입력 받을 수도 있고, 사용자로부터 직접 입력 받을 수도 있다.

가공 좌표 정보 생성부(152)는 가공 관련 정보 저장부(151)에 저장된 정보들을 통해 피가공물(W)의 회전 각도에 대응하여 가공 좌표 정보를 생성한다. 상세히, 가공 좌표 정보 생성부(152)는 가공 영역(TA) 내부의 회전축(AR)을 획득하며, 획득된 회전축(AR)을 원점으로 하는 극좌표계에서 원점으로부터 가공 영역(TA)까지의 각도값 및 거리값을 포함하는 극좌표 정보를 획득하며, 회전축(AR)과 동일한 원점을 가진 가공 반직선 상에 획득한 각도값에 대응하는 거리값을 가공 좌표 정보로써 생성한다. 가공 좌표 정보 생성부(152)의 구체적인 동작에 대해서는 추후 상세히 설명한다.

제어 신호 생성부(153)는 가공 좌표 정보 생성부(152)에서 생성된 가공 좌표 정보에 대응하는 각도값을 회전 스테이지(132)의 회전 각도에 동기화하여 광학 유닛(120)을 제어하는 제1 제어 신호를 생성한다. 제1 제어 신호는 광학 유닛(120)의 스캐너(121s)를 제어하여 레이저 빔의 조사가 제어될 수 있도록 한다.

일실시예에 의하면, 제어 신호 생성부(153)는 도시되지 않았지만 컨트롤러(150)에 포함되어 회전 스테이지(132)의 회전 각도를 감지하는 회전 각도 감지부로부터 감지된 회전 각도에 동기화 하여 제1 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 일 실시예에 의하면 컨트롤러(150)는 회전 스테이지(132)의 회전 각도를 입력받고 입력된 회전 각도에 동기화하여 광학 유닛(120)을 제어하는 방식이다.

다른 실시예에 의하면, 제어 신호 생성부(153)는 생성된 가공 좌표 정보에 대응하는 각도값에 대응하여 회전 스테이지(132)를 회전하도록 제어하는 제2 제어 신호를 생성하며, 제2 제어 신호에 동기화하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 다른 실시예에 의하면, 컨트롤러(150)는 광학 유닛(120) 외에도 회전 스테이지(132)의 회전까지 함께 제어하는 방식이다. 앞선 실시예에 비하여 이번 실시예는, 컨트롤러(150)가 회전까지 함께 제어하기 때문에 회전 스테이지(132)의 회전과 광학 유닛(120)의 제어의 동기화가 보다 쉬운 장점이 있다.

도 6은 도 3의 장치를 사용한 일 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 도시한 것이다. 도 7은 피가공물(W)을 도시한 것이다. 도 8은 도 3 장치의 회전 스테이지(132)가 회전하고 광학 유닛(120)이 직선 운동하면서 가공 영역(TA)을 포함하는 피가공물(W)에 레이저 빔을 조사하는 동작을 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면 단계 101에서 피가공물(W)을 준비한다. 여기서 피가공물(W)은 단위 패널(10)일 수 있다. 따라서, 피가공물(W)은 복수개의 막이 적층된 단면구조를 가질 수 있다.

피가공물(W)은 일면에 레이저 빔이 조사될 가공면(PA)을 포함한다. 가공면(PA)은 최종 제품에 포함되는 패널 영역(PN), 최종 제품에 포함되지 않는 더미 영역(DM) 및 패널 영역(PN)과 더미 영역(DM)의 경계에 해당하는 가공 영역(TA)을 포함한다.

패널 영역(PN)은 화면이 표시되는 표시부(AA) 또는 표시 영역의 일부분이거나, 화면이 표시되지 않더라도 최종 제품에 포함되는 보더 영역 (boarder area)의 일부분일 수 있다.

더미 영역(DM)은 레이저 가공에 의해 제거되는 부분이다.

가공 영역(TA)이란, 더미 영역(DM)을 제거하기 위하여 어블레이션(ablation) 레이저 빔이 조사되는 부분일 수 있다. 또한, 레이저 가공 장치(100)는 가공 좌표 정보에 기초하여 레이저 가공을 실시하는데, 이 겨우 가공 영역(TA)은 어블레이션(ablation) 레이저 빔이 조사되는 가공 좌표에 대응하는 영역이며, 절단 예정선일 수 있다. 가공 영역(TA)은 오목하게 파인 트렌치가 형성되어 있을 수 있다. 이하에서는 가공 영역(TA)이 정사각형인 것을 가정하여 설명한다.

또한, 단계 101에서 장치는 가공과 관련된 정보를 입력받아 저장한다. 여기서 가공 관련 정보는 가공 영역 정보로서 가공 영역(TA)의 크기 및 형태를 포함할 수 있고, 피가공물 정보로서 피가공물(W)의 재료, 두께 등을 포함할 수 있고, 회전 정보로서 회전 스테이지(132)의 회전 각도, 회전 속도 및 회전 스테이지(132)에 안착된 피가공물(W)의 회전축(AR), 회전 각도, 회전 속도 등을 포함할 수 있다. 가공 관련된 정보는, 피가공물의 회전축을 기준으로 회전하는 회전 스테이지 상에 상기 피가공물이 준비됨으로써 입력될 수 있다. 이러한 경우, 가공 관련된 정보는 피가공물 상부에 배치된 카메라와 같은 촬영부를 통해 또는 회전 스테이지(132)에 연결된 각종 센서를 통해 컨트롤러(150)로 입력될 수도 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

단계 102에서 장치는 가공 관련된 정보를 바탕으로 가공 좌표 정보를 생성한다.

도 7을 참조하면, 먼저, 가공 영역(TA) 내부의 회전축(AR)을 획득한다. 여기서 회전축(AR)을 획득하는 것은 회전축(AR)의 정보를 획득하는 것일 수 있다. 회전축(AR)의 정보는 가공 관련된 정보 중 피가공물(W)의 회전과 관련된 정보를 통해 얻을 수 있다. 여기서, 회전축(AR)은 회전의 중심이 되는 부분이고, 예를 들어 가공 영역(TA) 내부의 중심일 수 있다. 여기서 회전축(AR)은 회전 스테이지(132)의 회전하는 중심과도 일치한다. 이는 피가공물(W)을 회전 스테이지(132)상에 배치할 때 회전 스테이지(132)의 회전하는 중심과 피가공물(W)의 회전축(AR)을 일치하도록 함으로써 정해질 수 있다. 따라서, 회전축(AR)을 획득하는 것 또는 회전축(AR)의 정보를 획득하는 것은, 추후 극좌표계를 설정하기 위한 중심이 되는 회전축(AR)의 위치를 식별하는 것일 수 있다. 회전축(AR)의 위치는 회전 스테이지(132)를 기준으로 한 평면 좌표계에서 회전 스테이지(132)의 회전하는 중심의 위치의 좌표로 간주될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 회전축(AR)의 위치 피가공물(W) 또는 가공 영역(TA)을 기준으로 한 평면 좌표계에서 일 지점의 좌표로 표현될 수도 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고 회전축(AR)은 좌표 이외에 다양한 방법으로 표현 가능하다.

다음으로, 획득한 회전축(AR)을 원점으로 하는 극좌표계를 설정한다. 극좌표계란 평면의 위치를 각도와 거리를 써서 나타내는 2차원의 좌표계이다.

다음으로, 설정한 극좌표계의 원점으로부터 가공 영역(TA) 상의 지점까지의 극좌표 정보를 획득한다. 극좌표 정보는 각도값 및 거리값을 한쌍으로 포함한다. 예를 들어, 도 7의 가공 영역(TA)의 제1지점(TA1)은 (θ1, r1)의 극좌표 정보를 가지며, 제m지점은 (θm, rm)의 극좌표 정보를 제n지점은 (θn, rn)의 극좌표 정보를 가질 수 있다. (여기서 m,n은 자연수, θ는 0 부터 2π, r은 양의 실수) 여기서 획득하는 극좌표 정보는 가공 영역(TA)의 지점에 대한 것인데, 여기서 가공 영역(TA)의 지점이란, 레이저 빔이 조사되어 가공이 수행되어야 하는 지점을 의미한다. 따라서 인접하는 지점 간의 거리는 가공 영역(TA)의 크기, 레이저 빔의 출력, 스팟 사이즈 등에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어 인접하는 지점 간의 거리는 수nm 또는 수 μm 또는 수 mm 일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

다음으로, 회전축(AR)과 동일한 원점을 가진 반직선 상에 획득한 각도값에 대응하는 극좌표계의 거리값을 가공 좌표 정보로써 생성한다. 예를 들어, 도 7의 가공 좌표 정보는 (r1, ..., rm, ..., rn)로 나타낼 수 있다. 중요한 것은 가공 좌표 정보에 포함된 각각의 거리값들은 극좌표계에 포함된 각각의 각도값과 연관되는 것이다.

여기서 가공 좌표 정보란, 회전축(AR)과 동일한 원점을 가진 반직선 상의 좌표이다. 여기서 회전축(AR)과 동일한 원점을 가진 반직선은, 추후 레이저 빔이 왕복 운동하면서 이동하는 경로를 포함한다. 설명의 편의를 위해 가공 영역(TA)의 회전이 함께 표현된 도 4를 다시 참조한다. 도 4를 참조하면, 반직선(HL)의 일 실시예가 도시되어 있으며, 추후 레이저 가공 공정에서 레이저 빔 이동 경로(LP)의 일 실시예도 도시되어 있다. 레이저 빔 이동 경로(LP)의 길이는 회전축(AR)으로부터 가장 먼 가공 영역(TA)의 일 지점부터 회전축(AR)으로부터 가장 가까운 가공 영역(TA)의 일 지점의 차이에 해당할 수 있다. 도 4의 예시에서는 직사각형의 가공 영역(TA)이 도시되어 있고, 회전축은 직사각형 가공 영역(TA) 내부의 무게 중심에 있으므로, 레이저 빔의 이동 경로(LP)는 {(직사각형 가공 영역(TA)의 대각선 길이)-(직사각형 가공 영역(TA) 짧은 변의 길이)}/2에 해당할 수 있다.

단계 103에서 장치는 회전하는 피가공물(W)의 실시간 각도 정보를 획득한다. 장치는 컨트롤러(150)에 포함되어 회전 스테이지(132)의 회전 각도를 감지하는 회전 각도 감지부로부터 실시간으로 감지된 각도 정보를 획득한다. 회전 스테이지(132)는 등속으로 회전함으로써 각도 정보의 획득 오류 가능성을 낮출 수 있다.

단계 104에서 장치는 생성된 가공 좌표 정보에 대응하는 각도값을 획득한 회전 스테이지(132)의 회전 각도에 동기화하여 광학 유닛(120)을 제어하는 제어 신호를 생성한다. 상세히, 생성한 가공 좌표 정보의 각도값과 획득한 각도 정보를 동기화하여, 피가공물(W)이 해당 각도만큼 회전시 그에 대응하는 일 지점의 가공 좌표(거리값)에 레이저 빔을 조사하도록 광학 유닛(120)을 제어하는 제어 신호를 생성한다.

단계 105에서 장치는 생성된 제어 신호에 대응하여 광학 유닛(120)을 제어한다. 제어 신호는 스캐너를 제어하여 레이저 빔이 회전하는 피가공물(W)의 가공 영역(TA)에 입사하도록 제어한다. 상세히, 회전 스테이지(132)는 회전하여 피가공물(W)을 회전시키고, 레이저 빔은 회전하는 피가공물(W) 상을 직선 왕복 운동을 하며 가공을 진행하게 된다.

도 8을 참조하면, 피가공물(W)은 회전 운동을 하고, 레이저 빔은 직선 왕복 운동을 하며 가공 영역(TA)의 가공을 진행하는 동작이 도시되어 있다. 즉, 레이저 빔은 특정 범위(도 4에 표시된 레이저 빔 이동 경로(LP))만 직선 왕복 운동하더라도, 피가공물(W)이 회전하기 때문에 피가공물(W)의 가공 영역(TA) 전 지점에 레이저 빔이 조사되어 가공이 완료될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 광학 유닛(120), 특히 렌즈를 바꾸지 않고 다양한 사이즈(소면적부터 대면적까지)의 표시 패널의 가공이 가능한 특징이 있다. 레이저 빔은 단순히 레이저 빔 이동 경로(LP)를 단순 직선 왕복 운동하더라도 피가공물(W)의 회전을 통해 레이저 빔이 가공 영역(TA)의 모든 지점에 도달할 수 있기 때문이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 의하면 피가공물(W)의 사이즈 증가에 따라 광학 유닛(120)의 초점거리를 증가시킬 필요도 없다. 또한 광학 유닛(120)의 변경이 필요 없으므로 레이저 빔의 스팟 사이즈도 일정하게 동일하고 따라서, 스팟 사이즈 변화에 의해 출력을 조절할 필요도 없으므로, 공정 조건이 단순해지고 안정화되는 효과가 있다.

이하 도 9 내지 14에서는 가공 영역(TA)이 특정한 형태인 경우를 예로 들어, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 방법 동작을 설명한다.

도 9는 가공 영역(TA)이 정사각형인 경우 피가공물(W)이 회전함에 따라 레이저 빔이 조사되는 지점(L)을 표시한 것을 순서대로 표시한 것이다. 도 10은 가공 영역(TA)이 정사각형인 경우 레이저 빔의 이동 경로를 회전 각도 정보와 함께 나타낸 것이다.

도 9를 참조하면, 피가공물(W)이 회전 각도 15도씩 회전할 때 레이저 빔이 직선 왕복 운동을 하면서 가공을 진행하는 동작이 나타나 있다. 상세히, 레이저 빔이 조사되는 지점(L)은 점선으로 표시된 직선 부분 중 일부에 해당하는 레이저 빔 이동 경로(LP) 내를 왕복하는 것을 확인할 수 있다. 레이저 빔 이동 경로(도 10의 LP)의 길이는 회전축(AR)으로 가장 가깝게 접근하는 레이저 빔 조사 지점(15도 회전시의 L)부터 회전축(AR)으로부터 가장 멀리 위치하는 레이저 빔 조사 지점(45도 회전시의 L)의 차이 만큼의 길이일 수 있다. 도 9에서 확인할 수 있듯이 가공 영역(TA)이 회전함으로써, 레이저 빔은 레이저 빔 이동 경로(LP)내에서 직선 왕복 운동만 하더라도 가공 영역(TA)의 전 지점을 가공할 수 있다.

한편, 도 9의 정사각형 가공 영역(TA)을 가공하는 경우, 레이저 빔 이동 경로(LP)는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 따라서, 도 8과 같이 석션 유닛(170)을 배치하는 경우, 석션 유닛(170)에 포함된 관통 슬릿(171)의 크기(관통 슬릿(171) 중 레이저 빔이 왕복 운동하는 방향과 일치하는 방향의 크기)가 레이저 빔이 왕복 운동하는 범위인 레이저 빔 이동 경로(LP)보다 크다면 흡입부(172)가 레이저 빔에 의해 손상되지 않을 수 있다.

[수학식 1]

레이저 빔 이동 경로(LP)= {(정사각형 가공 영역(TA)의 대각선 길이)-(정사각형 가공 영역(TA) 한 번의 길이)}/2

도 10을 참조하면, 도 9의 정사각형 가공 영역(TA)을 가공하는 경우에 대한 회전 각도에 대한 레이저 빔의 이동 경로가 표시되어 있다. 도 10에서는 예를 들어 한 변이 400mm 인 정사각형 가공 영역(TA)에 대한 가공에 도시되어 있다. 정사각형은 가공 영역(TA)의 네 변의 길이가 동일하므로 피가공물(W)이 회전축(AR)을 기준으로 90도 회전할 때마다 레이저 빔의 이동 방향이 변화한다. 또한 피가공물(W)이 360도 회전하는 경우 레이저 빔은 총 4회의 직선 왕복 이동으로 가공 영역(TA)의 가공을 마칠 수 있다.

도 11은 가공 영역(TA)이 직사각형인 경우 피가공물(W)이 회전함에 따라 레이저 빔이 조사되는 지점(L)을 표시한 것을 순서대로 표시한 것이다. 도 12는 가공 영역(TA)이 직사각형인 경우 레이저 빔의 이동 경로를 회전 각도 정보와 함께 나타낸 것이다.

도 11을 참조하면, 피가공물(W)이 회전 각도 15도씩 회전할 때 레이저 빔이 직선 왕복 운동을 하면서 가공을 진행하는 동작이 나타나 있다. 상세히, 레이저 빔이 조사되는 지점(L)은 점선으로 표시된 직선 부분 중 일부에 해당하는 레이저 빔 이동 경로(도 12의 LP) 내를 왕복하는 것을 확인할 수 있다. 도 11에서 확인할 수 있듯이 가공 영역(TA)이 회전함으로써, 레이저 빔은 직선 왕복 운동만 하더라도 가공 영역(TA)의 전 지점을 가공할 수 있다. 다만, 도 9의 경우와 달리 직사각형은 마주보는 두 변의 길이가 서로 같으나 이웃하는 두 변의 길이는 서로 다르기 때문에 도 11의 경우 레이저 빔은 동일한 직선 경로를 왕복하지는 않고 레이저 빔 이동 경로(LP)는 길이가 다른 변마다 다를 수 있다. 따라서, 최대 레이저 빔 이동 경로(도 12의 LP1)의 길이는 회전축(AR)으로 가장 가깝게 접근하는 레이저 빔 조사 지점(15도 회전시의 L)부터 회전축(AR)으로부터 가장 멀리 위치하는 레이저 빔 조사 지점(60도 회전시의 L)의 차이 만큼의 길이일 수 있다.

즉, 도 11의 직사각형 가공 영역(TA)을 가공하는 경우 레이저 빔 이동 경로(LP)는 수학식 2 및 수학식 3와 같이 표현될 수 있다. 여기서 제1변과 제2변은 직사각형의 서로 이웃하는 변일 수 있다. 따라서, 도 8과 같이 석션 유닛(170)을 배치하는 경우, 석션 유닛(170)에 포함된 관통 슬릿(171)의 크기(관통 슬릿 중 레이저 빔이 왕복 운동하는 방향과 일치하는 방향의 크기)가 레이저 빔 이동 제1경로(LP1) 또는 레이저 빔 이동 제2경로(LP2) 중 큰 것보다 크다면 흡입부가 레이저 빔에 의해 손상되지 않을 수 있다. 예를 들어 도 12의 경우 긴 변인 제1변을 기준으로 한 레이저 빔 이동 제1경로(도 12의 LP1)가 최대 레이저 빔 이동 경로이므로, 관통 슬릿(171)의 크기가 이 최대 레이저 빔 이동 경로의 길이보다 커야 한다.

[수학식 2]

레이저 빔 이동 제1경로(LP1)= {(직사각형 가공 영역(TA)의 대각선 길이)-(직사각형 가공 영역(TA) 제1 변의 길이)}/2

[수학식 3]

레이저 빔 이동 제2경로(LP2)= {(직사각형 가공 영역(TA)의 대각선 길이)-(직사각형 가공 영역(TA) 제2 변의 길이)}/2

도 12를 참조하면, 직사각형 가공 영역(TA)을 가공 하는 경우에 대한 회전 각도에 대한 레이저 빔의 이동 경로가 표시되어 있다. 도 12에서는 예를 들어 한 변이 400mm이고 다른 변이 300mm인 직사각형 가공 영역(TA)에 대한 가공에 도시되어 있다. 직사각형은 가공 영역(TA)의 마주보는 두 변의 길이만 동일하고 이웃하는 두 변의 길이는 차이가 있으므로, 피가공물(W)이 회전축(AR)을 기준으로 90도 회전할 때마다 레이저 빔의 이동 방향이 변화하되 레이저 빔의 이동 경로는 제1변과 이웃하는 제2변을 가공할 때 서로 다르다. 레이저 빔의 이동 경로는 변의 길이가 짧으면 함께 짧아지고, 변의 길이가 길어지면 함께 길어진다. 또한 피가공물(W)이 360도 회전하는 경우 레이저 빔은 총 4회의 직선 왕복 이동으로 가공 영역(TA)의 가공을 마칠 수 있다.

도 13은 가공 영역(TA)이 모서리가 둥근 직사각형인 경우 피가공물(W)이 회전함에 따라 레이저 빔이 조사되는 지점(L)을 표시한 것을 순서대로 표시한 것이다. 도 14는 가공 영역(TA)이 모서리가 둥근 직사각형인 경우 레이저 빔의 이동 경로를 회전 각도 정보와 함께 나타낸 것이다.

도 13을 참조하면, 피가공물(W)이 회전 각도 15씩 회전할 때 레이저 빔이 직선 왕복 운동을 하면서 가공을 진행하는 동작이 나타나 있다. 도 13에서 확인할 수 있듯이 가공 영역(TA)이 회전함으로써, 레이저 빔은 직선 왕복 운동만 하더라도 가공 영역(TA)의 전 지점을 가공할 수 있다. 도 13도 도 11과 유사하게 직사각형이므로, 레이저 빔은 동일한 직선 경로를 왕복하지는 않고 직선 운도 왕복하는 범위는 길이가 다른 변마다 다를 수 있다. 도 13의 모서리가 둥근 직사각형 가공 영역(TA)를 가공하는 경우도 레이저 빔 이동 경로(LP)나 석션 유닛(170)의 설계가 도 11의 실시예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 14를 참조하면, 라운드가 둥근 직사각형 가공 영역(TA)을 가공 하는 경우에 대한 회전 각도에 대한 레이저 빔의 이동 경로가 표시되어 있다. 도 14에서는 예를 들어 한 변이 400mm이고 다른 변이 300mm인 직사각형 가공 영역(TA)에 대한 가공에 도시되어 있다. 직사각형은 가공 영역(TA)의 마주보는 두 변의 길이만 동일하고 이웃하는 두 변의 길이는 차이가 있으므로, 피가공물(W)이 회전축(AR)을 기준으로 90도 회전할 때마다 레이저 빔의 이동 방향이 변화하되 레이저 빔의 이동 경로는 제1변과 이웃하는 제2변을 가공할 때 서로 다르다. 레이저 빔의 이동 경로는 변의 길이가 짧으면 함께 짧아지고, 변의 길이가 길어지면 함께 길어진다. 또한 피가공물(W)이 360도 회전하는 경우 레이저 빔은 총 4회의 직선 왕복 이동으로 가공 영역(TA)의 가공을 마칠 수 있다.

도 9 내지 도 14에서 특정한 형상의 도형을 가공 영역(TA)으로 하는 예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것이며 본 발명은 그 외에도 다양항 형상을 가공할 수 있다. 한편, 형상과 관계없이 레이저 빔 이동 경로(LP)의 길이는 회전축(AR)으로부터 가장 먼 가공 영역(TA)의 일 지점부터 회전축(AR)으로부터 가장 가까운 가공 영역(TA)의 일 지점의 차이이며, 이에 따라 석션 유닛(170)의 관통 슬릿(171)의 크기도 레이저 빔의 이동 경로(LP)의 길이보다 크게 설계된다.

도 15는 도 3의 장치를 사용한 다른 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 도시한 것이다.

도 15의 실시예는 도 6의 실시예와 달리, 회전 스테이지(132)의 각도 정보를 감지하는 것이 아니라 장치가 회전 스테이지(132)의 회전 제어 및 광학 유닛(120)의 레이저 빔 제어를 동기화하여 동시에 제어하는 것을 특징으로 한다. 단계 101 및 단계102는 도 6의 실시예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하고, 차이가 있는 단계 103a 내지 105a를 위주로 설명하기로 한다.

앞서 말한대로 단계 102에서 장치는 가공 관련된 정보를 바탕으로 가공 좌표 정보를 생성한다.

먼저, 설정한 극좌표계의 원점으로부터 가공 영역(TA)의 모든 지점까지의 극좌표 정보를 획득하며, 극좌표 정보는 각도값 및 거리값을 한쌍으로 포함하며 예를 들어, (θ1, r1), ..., (θm, rm), ...,(θn, rn) 등 일 수 있다. (여기서 m,n은 자연수, θ는 0 부터 2π, r은 양의 실수)

다음으로, 회전축(AR)과 동일한 원점을 가진 가공 반직선 상에 상기 각도값에 대응하는 극좌표계의 거리값을 가공 좌표 정보로써 생성한다. 여기서 가공 좌표 정보란, 회전축(AR)과 동일한 원점을 가진 반직선 상의 좌표이며 예를 들어, (r1, ..., rm, ..., rn)로 나타낼 수 있다.

단계 103a에서 장치는 생성된 상기 가공 좌표 정보에 대응하는 각도값을 바탕으로 회전 스테이지(132)를 제어하는 제2 제어 신호를 생성한다.

단계 104a에서 장치는 생성한 제2 제어 신호에 동기화하여 광학 유닛(120)을 제어하는 제어 신호를 생성한다. 상세히, 생성한 가공 좌표 정보의 각도값과 제2 제어 신호의 바탕이 되는 각도값을 동기화하여, 피가공물(W)이 해당 각도만큼 회전시 그에 대응하는 가공 좌표(거리값)에 레이저 빔을 조사하도록 광학 유닛(120)을 제어하는 제어 신호를 생성한다. 장치는 회전 스테이지(132)의 회전 및 광학 유닛(120)의 레이저 빔 제어를 실시간으로 동시에 수행함으로써, 이전 실시예에서 각도 정보 감지 오류나 각도 정보 싱크가 맞지 않는 경우 발생하는 문제를 해결할 수 있으며, 이전 실시예보다 정확한 장치 제어가 가능한 효과가 있다.

마지막 단계 105a에서 장치는 생성된 제2 제어 신호에 대응하여 회전 스테이지(132)를 제어함으로써 피가공물(W)을 회전시키며, 이에 동기화된 제1 제어 신호로 스캐너를 제어하여 레이저 빔이 회전하는 피가공물(W)의 가공 영역(TA)에 입사하도록 제어한다. 상세히, 회전 스테이지(132)는 회전하여 피가공물(W)을 회전시키고, 레이저 빔은 회전하는 피가공물(W) 상을 직선 왕복 운동을 하며 가공을 진행하게 된다.

본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 레이저 가공 장치
132: 회전 스테이지
W: 피가공물
TA: 가공 영역

Claims (13)

1. 표시 장치 제조를 위해 피가공물의 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 피가공물을 커팅하는 레이저 가공 장치에 있어서,
   레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기;
   가공 영역을 포함하는 피가공물이 배치되고 상기 피가공물의 가공 영역 내부의 회전축을 기준으로 회전하는 회전 스테이지;
   상기 레이저 발진기와 상기 피가공물 사이에 배치되며, 레이저 빔을 상기 피가공물의 가공 영역에 조사하도록 제어하는 광학 유닛; 및
   상기 회전 스테이지의 회전 각도에 대응하여 상기 회전축과 동일한 원점을 가진 반직선 상을 왕복하며 상기 가공 영역에 상기 레이저 빔을 입사하는 가공 좌표 정보를 생성하고, 생성된 가공 좌표 정보에 대응하여 광학 유닛을 제어하는 컨트롤러;
   를 포함하는, 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 가공 좌표 정보 생성부를 포함하며,
   상기 가공 좌표 정보 생성부는,
   상기 가공 영역 내부의 회전축의 정보를 획득하며, 상기 회전축을 원점으로 하는 극좌표계에서 상기 원점으로부터 상기 가공 영역까지의 각도값 및 거리값을 포함하는 극좌표 정보를 획득하며, 상기 회전축과 동일한 원점을 가진 반직선 상에 상기 각도값에 대응하는 상기 거리값을 상기 가공 좌표 정보로써 생성하는, 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 제어 신호 생성부를 포함하며,
   상기 제어 신호 생성부는,
   생성된 상기 가공 좌표 정보에 대응하는 상기 각도값을 상기 회전 스테이지의 회전 각도에 동기화하여 상기 광학 유닛을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하는, 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 회전 스테이지의 회전 각도를 감지하는 회전 각도 감지부를 더 포함하며,
   상기 제어 신호 생성부는 상기 회전 각도 감지부에서 감지된 상기 회전 각도에 동기화하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는, 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제어 신호 생성부는
   생성된 상기 가공 좌표 정보에 대응하는 상기 각도값에 대응하여 상기 회전 스테이지를 회전하도록 제어하는 제2 제어 신호를 생성하며,
   상기 제2 제어 신호에 동기화하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는, 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 광학 유닛은 스캐너 및 미러를 포함하며,
   상기 스캐너는 상기 제1 제어 신호에 의해 제어되어 상기 미러를 움직여 상기 레이저 빔을 상기 피가공물의 가공 영역에 입사하도록 제어하는, 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 광학 유닛은 렌즈를 포함하며,
   상기 렌즈는 상기 가공 영역의 크기와 관계없이 동일한 렌즈인, 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 회전 스테이지는 상기 회전축을 기준으로 등속으로 회전하는, 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 빔은 상기 회전축과 동일한 원점을 가진 반직선 상에 상기 가공 좌표 정보에 대응하여 왕복 직선 운동을 하며 상기 가공 영역을 가공하는, 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 피가공물과 상기 광학 유닛 사이에 배치되며, 관통 슬릿 및 상기 관통 슬릿 주변의 흡입부를 포함하며, 상기 레이저 빔이 상기 가공 좌표 정보에 대응하여 왕복 직선 운동 하는 레이저 빔 이동 경로가 상기 관통 슬릿 내부에 배치되도록 하고, 상기 흡입부가 상기 가공 영역을 레이저 가공시 발생하는 부산물을 빨아들이는 석션 유닛;
    을 더 포함하는, 장치.
11. 표시 장치 제조를 위해 피가공물의 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 피가공물을 커팅하며, 상기 피가공물을 회전시키는 회전 스테이지 및 상기 레이저 빔을 제어하는 광학 유닛을 포함하는 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법에 있어서,
    상기 회전 스테이지 상에 상기 피가공물을 준비하는 단계;
    상기 레이저 가공 장치가 상기 가공 영역 내부의 회전축의 정보를 획득하는 단계;
    상기 레이저 가공 장치가 상기 회전축을 원점으로 하는 극좌표계에서 상기 원점으로부터 상기 가공 영역까지의 각도값 및 거리값을 포함하는 극좌표 정보를 획득하는 단계;
    상기 레이저 가공 장치가 상기 회전축과 동일한 원점을 가진 반직선 상에 상기 각도값에 대응하는 상기 거리값을 상기 가공 좌표 정보로써 생성하는 단계; 및
    상기 레이저 가공 장치가 생성된 가공 좌표 정보에 대응하여 상기 광학 유닛을 제어하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 광학 유닛을 제어하는 단계는
    상기 레이저 가공 장치가 생성된 가공 좌표 정보에 대응하는 상기 각도값을 상기 회전 스테이지의 회전 각도에 동기화하여 상기 광학 유닛을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 레이저 가공 장치가 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 광학 유닛을 제어하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 가공 좌표 정보를 생성하는 단계 이후에,
    상기 레이저 가공 장치가 생성된 가공 좌표 정보에 대응하는 상기 각도값에 대응하여 상기 회전 스테이지를 회전하도록 제어하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 광학 유닛을 제어하는 단계는
    상기 레이저 가공 장치가 생성된 상기 제2 제어 신호에 동기화 하여 상기 광학 유닛을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 레이저 가공 장치가 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 광학 유닛을 제어하는 단계;
    를 포함하는, 방법.

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