TW201317071A - 利用雷射射束的玻璃基板加工裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的係在於以簡單的構成，將全部的切斷部之端面斜面設為相同角度。該雷射加光裝置係具備有：雷射射束輸出部15；第1及第2楔形稜鏡17a、18a，係用以使從雷射射束輸出部15所射出之雷射射束偏向；第1及第2中空馬達，係用以使各楔形稜鏡17a、18a進行旋轉；聚光透鏡19，使通過第2楔形稜鏡18a之雷射射束聚光在工件之加工預定線上；掃描手段，沿著工件之加工預定線掃描聚光之雷射射束；以及控制部34。控制部34係在沿著加工預定線掃描雷射射束時，使各楔形稜鏡17a、18a繞著光軸進行旋轉，俾使藉由聚光透鏡19所形成之雷射射束之聚光點聚光在光軸上的一點。

Description

利用雷射射束的玻璃基板加工裝置
本發明係有關於一種雷射加工裝置，尤以有關於一種沿著工件的加工預定線照射雷射射束，且切斷工件的雷射加工裝置。
例如作為液晶面板之偏光板而採用之樹脂薄片(film)，係藉由CO2雷射被切斷。此時，雷射射束係藉由聚光透鏡而聚光，並以光軸相對於樹脂薄片表面垂直之方式照射雷射射束。在前述的切割方法中，因雷射射束被聚光，故雷射照射面側的加工直徑會變大，且背面側的加工直徑會變窄。因此，樹脂薄片之切斷部的端面為傾斜面(以下，將該情形之端面的傾斜記載為「端面斜面(Taper)」)。
近年來，針對樹脂薄片之切斷部的端面斜面，根據用途及規格而要求各種的斜面角度。例如，會有要求消除斜面、或要求更大角度之斜面的情形。
因此，雖並非樹脂薄片之切斷，惟為了消除於板材等之雷射加工時之切斷部的斜面，提案有一種如專利文獻1所示的切斷方法。於該專利文獻1所示之方法，係為採用能夠使雷射射束的照射角度朝兩個方向調整的加工頭而進行加工之方法。亦即，藉由 改變加工頭整體相對於工件的傾斜角度，而使工件切端部之端面的斜面消除。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平11-77352號公報。
在此，會有要求在所有的切斷部中將端面斜面之角度設為一定的情形。在前述的情形下，以專利文獻1所示之方法進行切斷，而能夠將端面斜面的角度設為一定。
亦即，首先必須根據端面斜面的角度設定加工頭的傾斜角度，並且在維持該傾斜角度的狀態下，根據掃瞄方向使加工頭旋轉，而改變加工頭的姿勢。如此用以變更加工頭的傾斜角度，或使加工頭整體旋轉的機構係變得非常複雜。
此外，當如專利文獻1之方法改變加工頭的傾斜角度時，雷射射束的聚光位置會改變。因此，必須根據加工頭的傾斜角度來控制光學系統，俾使雷射射束聚光於工件的加工位置。使得為此之控制及機構變得複雜。
本發明的課題係在於以簡單的構成將全部的切斷部之端面斜面設為相同角度。
本發明的另一課題係在於以簡單的構成，一邊良好地維持切斷端面的品質，一邊能夠任意地控制端面斜面的角度。
第1發明之雷射加工裝置，係沿著工件之加工預定線照射雷 射射束，將工件予以切斷之裝置，該雷射加工裝置具備：工件承載台，用以載置工件；雷射射束輸出部，用以輸出雷射射束；偏向單元，具有至少1個用以使從雷射射束輸出部所射出之雷射射束偏向的楔形稜鏡；聚光透鏡，使通過楔形稜鏡之雷射射束聚光在工件之加工預定線上；掃描手段，沿著工件之加工預定線掃描聚光之雷射射束；以及旋轉控制手段。旋轉控制手段係在沿著加工預定線掃描雷射射束時，使楔形稜鏡繞著光軸進行旋轉，俾使藉由前述聚光透鏡所形成之雷射射束之聚光點聚光在光軸上的一點。
在該裝置中，從雷射射束輸出部所輸出之雷射射束，係藉由通過楔形稜鏡而偏向，復藉由聚光透鏡而聚光並照射在工件表面。此外，雷射射束係沿著工件的加工預定線進行掃描。此時藉由變更楔形稜鏡的規格等，即能夠控制射入至工件之雷射射束之光軸的傾斜。並且，在掃描雷射射束時，使楔形稜鏡旋轉，藉此使雷射射束的聚光點聚光在光軸上的一點。
在此，能夠一邊良好地維持切斷部之端面的品質，一邊以簡單的構成將全部的切斷部中之端面斜面設為相同之角度。
第2發明之雷射加工裝置係在第1發明的裝置中，旋轉控制手段係在工件的俯視下，以使雷射射束相對於加工預定線之切線垂直之方式使楔形稜鏡旋轉。
在沿著加工預定線掃描雷射射束時，藉由前述之方式旋轉控制楔形稜鏡，即使雷射射束的掃描方向因加工預定線為曲線等而改變時，亦能夠將全部的切斷部之端面斜面設為相同角度。
第3發明之雷射加光裝置，係在第1或第2發明之裝置中， 偏向單元係具有沿著光軸而相對向配置之第1楔形稜鏡及第2楔形稜鏡。此外，旋轉控制手段係使第1楔形稜鏡及第2楔形稜鏡之至少任一者進行旋轉而控制兩楔形稜鏡的相位差。
在此，藉由使相對向之第1及第2楔形稜鏡之至少一方旋轉，以控制兩楔形稜鏡的相位差，即能夠改變光軸相對於工件的傾斜角度。因此，能夠任意地控制切斷部之端面斜面的角度。
第4發明之雷射加工裝置係在第3發明之裝置中，旋轉控制手段係具有第1中空馬達、第2中空馬達、以及控制部，該第1中空馬達係在內部配置有第1楔形稜鏡，該第2中空馬達係在內部配置有第2楔形稜鏡，而該控制部係能夠獨立地控制第1及第2中空馬達的旋轉。
在以上之本發明中，以僅使楔形稜鏡進行旋轉之簡單的構成，即能夠將全部的切斷部的端面斜面設為相同角度。此外，在偏向單元採用1對的楔形稜鏡時，即能夠以簡單的構成，一邊良好地維持切斷端面的品質，一邊任意地控制端面斜面的角度。
1‧‧‧床
1a‧‧‧門型框
2‧‧‧工件承載台
3‧‧‧雷射射束照射頭
5‧‧‧承載台移動機構
8‧‧‧第1導引軌道
9‧‧‧第2導引軌道
10‧‧‧第1移動承載台
10a、11a‧‧‧導引部
11‧‧‧第2移動承載台
12‧‧‧固定構件
15‧‧‧雷射射束輸出部
16‧‧‧光學系統
17‧‧‧第1中空馬達
17a‧‧‧第1楔形稜鏡
18‧‧‧第2中空馬達
18a‧‧‧第2楔形稜鏡
19‧‧‧聚光透鏡
20‧‧‧偏向單元
21‧‧‧X軸方向移動機構
22‧‧‧Z軸方向移動機構
25至28‧‧‧第1至第4鏡
30‧‧‧擴束器
31‧‧‧第1支持構件
32‧‧‧第2支持構件
33‧‧‧第3支持構件
34‧‧‧控制部
36‧‧‧第3導引軌道
37、38、39‧‧‧支持構件
40‧‧‧第4導引軌道
41‧‧‧第3移動承載台
42‧‧‧馬達支持構件
B‧‧‧雷射射束
B0、B1、B2、B3‧‧‧光軸
L1‧‧‧第1邊
L2‧‧‧第2邊
L3‧‧‧第3邊
L4‧‧‧第4邊
Lc‧‧‧加工預定線
θ 1至θ 3、θ 11、θ 12、θ 21、θ 22、θ 31、θ 32‧‧‧角度
第1圖係為本發明之一實施形態之雷射加光裝置的外觀斜視圖。
第2圖係為放大顯示雷射照射頭之構成的斜視圖。
第3圖係為第1及第2中空馬達及聚光透鏡的放大圖。
第4圖(a)至(c)係為顯示楔形稜鏡之相位差與雷射射束之光軸的關係之示意圖。
第5圖係為顯示矩形之加工預定線與雷射射束之光軸的關係 之圖。
第6圖係為顯示曲線之加工預定線與雷射射束之光軸的關係之圖。
第1圖係顯示本發明之一實施形態之雷射加工裝置的整體構成。該雷射加工裝置係為沿著樹脂薄片等之工件的加工預定線照射雷射射束，並切斷成期望的形狀的裝置。該裝置係具備：床1、工件承載台2、以及雷射射束照射頭3，該工件承載台2係用以載置作為加工對象的工件，而該雷射射束照射頭3係用以將雷射射束照射至工件者。在此，如第1圖所示，在沿著床1之上表面的平面，將互相正交之軸定義為X軸、Y軸，而將與該等x軸、y軸正交之垂直方向的軸定義為Z軸。此外，將沿著X軸之兩方向(+方向及-方向)定義為X軸方向，將沿著Y軸之兩方向定義為Y軸方向，將沿著Z軸之兩方向定義為Z軸方向。
[工件承載台及其移動機構] 〈工件承載台〉
工件承載台2係形成為矩形狀，且在工件承載台2的下方設置有承載台移動機構5，該承載台移動機構5係用以使工件承載台2朝X軸方向及Y軸方向移動。
〈承載台移動機構〉
如第1圖所示，承載台移動機構5係具有各個一對的第1導引軌道(guide rail)8及第2導引軌道9、第1移動承載台10、以及第2移動承載台11。一對的第1導引軌道8係朝Y軸方向延伸而設置在床1的上表面。第1移動承載台10係設置於第1導引軌道 8的上部，且在下表面具有以移動自如之方式卡合在第1導引軌道8之複數個導引部10a。一對的第2導引軌道9係朝X軸方向延伸而設置於第1移動承載台10的上表面。第2移動承載台11係設置於第2導引軌道9的上部，且在下表面具有以移動自如之方式卡合在第2導引軌道9之複數個導引部11a。在第2移動承載台11的上部係經介固定構件12而安裝有工件承載台2。
藉由如前述之承載台移動機構5，工件承載台2係為朝X軸方向及Y軸方向移動自如。另外，雖省略第1及第2移動承載台10、11之詳述，惟第1及第2移動承載台10、11係藉由習知之馬達等之驅動手段所驅動。
[雷射射束照射頭]
如第1圖及第2圖所示，雷射射束照射頭3係安裝在配置於床1之上表面的門型框1a，且具有雷射射束輸出部15、光學系統16、第1中空馬達17、第2中空馬達18、以及聚光透鏡19。另外，藉由第1中空馬達17及第2中空馬達18，構成用以使雷射射束偏向之偏向單元20。
此外，該雷射加工裝置係具備X軸方向移動機構21與Z軸方向移動機構22。X軸方向移動機構21係為用以使雷射射束照射頭3的整體朝X軸方向移動之機構。Z軸方向移動機構22係為用以使第1中空馬達17、第2中空馬達18、聚光透鏡19朝Z軸方向移動之機構。
〈雷射射束輸出部〉
雷射射束輸出部15係藉由與習知同樣的雷射管所構成。藉由該雷射射束輸出部15，例如使波長9.4μm之CO2雷射沿著Y軸 朝與工件承載件2相反側射出。
〈光學系統〉
光學系統16係為將來自雷射射束輸出部15的雷射射束導向第1中空馬達17的中心部者。如第2圖所示，該光學系統16係具有第1至第4鏡25至28、以及擴束器(Beam expander)30。
第1鏡25係配置於雷射射束輸出部15之輸出側之附近，且將朝Y軸方向射出之雷射射束朝X軸方向反射。第2鏡26係在X軸方向與第1鏡25並排而配置，將朝X軸方向行進之雷射射束朝Y軸方向反射，而導向工件承載台2側。第3鏡27及第4鏡28，係在第1中空馬達17的上方朝X軸方向並排而配置。第3鏡27係將藉由第2鏡26所反射而來的雷射射束導向第4鏡28側。第4鏡28係將藉由第3鏡27所反射而來的雷射射束導向下方之第1中空馬達17。擴束器30係配置在第2鏡26與第3鏡27之間，且設置成用以使藉由第2鏡26反射而來的雷射射束擴展至固定倍率的平行光束。藉由該擴束器30，能夠使雷射射束聚光至更小的照點(spot)。
〈偏向單元及聚光透鏡〉
第3圖係顯示偏向單元20及聚光透鏡19之安裝構造。另外，在第3圖中，虛線係顯示雷射射束。
第1中空馬達17係被支持在第1支持構件31，第2中空馬達18係被支持在第2支持構件32。此外，聚光透鏡19係被支持在第3支持構件33。第1中空馬達17係配置於最上方，第2中空馬達18係配置在第1中空馬達17的下方。聚光透鏡19係配置在第2中空馬達18的更下方。
第1中空馬達17及第2中空馬達18，係具有在中心朝Z軸方向延伸之共通的旋轉軸，且包含該旋轉軸之中央部係形成中空。並且，在第1中空馬達17的內部配置有第1楔形稜鏡(wedge prism)17a，而在第2中空馬達18的內部配置有第2楔形稜鏡18a。第1楔形稜鏡17a及第2楔形稜鏡18a係相對向而配置於同軸。此外，聚光透鏡19亦與兩楔形稜鏡17a、18a同軸地配置。各楔形稜鏡17a、18a係分別具有相對於兩中空馬達17、18之旋轉軸傾斜之斜面、以及與旋轉軸垂直之垂直面。
各中空馬達17、18係為能夠分別藉由控制部34獨立地控制旋轉。
〈雷射照射頭之支持及搬送系統〉
上述之雷射照射頭3係如前所述，被支持在床1之門型框1a。更詳細而言，如第2圖所示，在門型框1a之上表面，設置有朝X軸方向延伸之1對的第3導引軌道36，該1對之第3導引軌道36及未圖示的驅動機構係構成X軸方向移動機構21。並且，在1對的第3導引軌道36係以移動自如之方式支持有支持構件37。支持構件37係具有橫支持構件38、以及縱支持構件39，該橫支持構件38係被支持在第3導引軌道36，而該縱支持構件39係從橫支持構件38之工件承載台2側的一端朝下方延伸。在縱支持構件39之側面，設置有朝Z軸方向延伸之一對的第4導引軌道40，該1對之第4導引軌道40及未圖示之驅動機構係構成Z軸方向移動機構22。在第4導引軌道40，以朝z軸方向移動自如之方式支持有第3移動承載台41。
並且，雷射射束輸出部15、第1至第4鏡25至28、及擴束 器30係被支持在橫支持構件38。此外，在第3移動承載台41係固定有馬達支持構件42，且第1中空馬達17、第2中空馬達18、及聚光透鏡19係分別經介第1至第3支持構件31至33而被支持在該馬達支持構件42。
[動作]
接著，針對藉由雷射射束之樹脂薄片的切斷動作加以說明。
首先，將作為加工對象之樹脂薄片載置於工件承載台2之表面。
接著，藉由X軸方向移動機構21使雷射照射頭3朝X軸方向移動，並藉由承載台移動機構5使工件承載台2朝Y軸方向移動，使藉由雷射照射頭3產生的雷射射束之聚光點定位於加工預定線的起始(start)位置。
在如上方式使雷射照射頭3及樹脂薄片移動至加工位置後，使雷射射束照射在樹脂薄片而進行加工。在此，從雷射射束輸出部15所射出之雷射射束係藉由第1鏡25反射而導向第2鏡26。射入至第2鏡26之雷射射束係朝Y軸方向反射，並藉由擴束器30使光束擴展並導向第3鏡27。並且，由第3鏡27反射、接著再由第4鏡28反射之雷射射束係輸入至設置在第1中空馬達17之中心部的第1楔形稜鏡17a。
例如，如第4圖(a)所示，射入至第1楔形稜鏡17a之雷射射束係被偏向而輸出，且輸入至第2楔形稜鏡18a。在該第2楔形稜鏡18a中亦同樣地，雷射射束係被偏向而輸出。並且，雷射射束係最後藉由聚光透鏡19而聚光在樹脂薄片上。
在此，照射於樹脂薄片之雷射射束的光軸B1，係相對於射入 至第1楔形稜鏡17a之光軸B0以角度θ 1傾斜。因此，第4圖(a)之右側的樹脂薄片之端面斜面的角度係成為θ 11，而左側的樹脂薄片之端面斜面的角度則成為θ 12。
〈端面斜面的角度調整〉
調整端面斜面的角度時，係藉由控制部34控制第1楔形稜鏡17a與第2楔形稜鏡18a的相位差。具體而言，如第4圖(a)所示，將兩楔形稜鏡17a、18a的相位差設為「0」時，樹脂薄片的端面斜面係為θ 11及θ 12。此外，如第4圖(b)所示，將兩楔形稜鏡17a、18a的相位差設為「π/2」時，樹脂薄片的端面斜面係為θ 21及θ 22。復如第4圖(c)所示，將兩楔形稜鏡17a、18a的相位差設為「π」時，樹脂薄片的端面斜面係為θ 31及θ 32。
如前述之方式，藉由調整兩楔形稜鏡17a、18a的相位差，即能夠將要切斷之樹脂薄片的端面斜面設為期望的角度。
為了在全部的切斷面中，將端面斜面設為相同角度，首先，以使端面斜面成為期望之角度之方式，藉由控制部34調整兩楔形稜鏡17a、18a的相位差。之後，根據雷射射束的掃描方向，使兩楔形稜鏡17a、18a同步地旋轉。此時的旋轉控制係在屬於工件之樹脂薄片的俯視下，以雷射射束相對於加工預定線之切線垂直之方式使兩楔形稜鏡17a、18a同步地旋轉即可。
例如，如第5圖所示，不使樹脂薄片的姿勢旋轉，沿著矩形之加工預定線而掃描雷射射束以進行切斷時，如以下所述之方式旋轉控制兩楔形稜鏡17a、18a。亦即，將雷射射束B沿著第1邊L1及第3邊L3進行掃描時，從聚光透鏡19所射出之雷射射束B的光軸，係以在俯視下與第1邊L1及第3邊L3正交之方式旋轉 控制兩楔形稜鏡17a、18a。此外，當沿著第2邊L2及第4邊L4掃描雷射射束B時，雷射射束B的光軸，係以在俯視下與第2邊L2及第4邊L4正交之方式旋轉控制兩楔形稜鏡17a、18a。
此外，如第6圖所示，不使樹脂薄片的姿勢旋轉而沿著曲線之加工預定線而掃描雷射射束並進行切斷時，從聚光透鏡19所射出之雷射射束B的光軸，係以遍及全部的加工預定線Lc在俯視下正交之方式旋轉控制兩楔形稜鏡17a、18a。
藉由對於兩楔形稜鏡17a、18a進行如前述方式的旋轉控制，即使沿著任何加工預定線而進行切斷加工時，亦能夠在全部的切斷部中將端面斜面的角度設為相同。
另外，將第1楔形稜鏡17a的旋轉軸、第2楔形稜鏡18a的旋轉軸、以及聚光透鏡19的中心設為與光軸B0同軸，並藉由聚光透鏡19使雷射射束預先聚光在光軸B0上，則即使因使第1楔形稜鏡17a及第2楔形稜鏡18a旋轉而使照射在樹脂薄片的雷射射束之光軸的方向變化，亦使聚光點恆常地形成在光軸B0上。藉此，即使在加工中使照射在樹脂薄片的雷射射束之光軸的方向變化時，亦使沿著加工線之雷射射束的掃描變得容易。
[特徵]
(1)藉由調整第1楔形稜鏡17a與第2楔形稜鏡18a的相位差，即能夠將藉由雷射射束所切斷之部分的端面斜面控制成任意的角度。
(2)兩楔形稜鏡17a、18a的相位差，係能夠藉由旋轉控制各中空馬達17、18而容易地進行調整。
(3)因不使雷射照射頭3傾斜而使雷射射束之光軸傾斜，故能夠 以簡單的機構調整端面斜面的角度。此外，以簡單的機構及控制，能夠在全部的切斷部中，將端面斜面的角度設為相同。再者，根據同樣的理由，能夠良好地維持切斷部之端面的加工品質。
[其他實施形態]
本發明並不限定在上述實施形態，在不脫離本發明之範圍內可進行各種變形或修正。
(a)在前述實施形態中，雖設置兩個楔形稜鏡17a、18a作為偏向單元20，惟只要是將全部的切斷部之端面斜面的角度設為相同之目的，即使僅以1個楔形稜鏡來構成，亦能夠達成目的。
(b)雷射照射頭及承載台的移動機構並不侷限於前述實施形態。
(c)光學系統之具體的構成並不侷限於前述實施形態。只要能夠使光軸之調整容易且效果性地將雷射射束輸出部15的雷射射束輸入至第1中空馬達17的第1楔形稜鏡17a即可。
17a‧‧‧第1楔形稜鏡
18a‧‧‧第2楔形稜鏡
19‧‧‧聚光透鏡
B0、B1、B2、B3‧‧‧光軸
θ 1至θ 3、θ 11、θ 12、θ 21、θ 22、θ 31、θ 32‧‧‧角度

Claims (4)

  1. 一種雷射加工裝置，係沿著工件之加工預定線照射雷射射束，將工件予以切斷者，該雷射加工裝置具備：工件承載台，用以載置工件；雷射射束輸出部，用以輸出雷射射束；偏向單元，具有至少1個用以使從雷射射束輸出部所射出之雷射射束偏向的楔形稜鏡；聚光透鏡，使通過前述楔形稜鏡之雷射射束聚光在工件之加工預定線上；掃描手段，沿著工件之加工預定線掃描聚光之雷射射束；以及旋轉控制手段，在沿著加工預定線掃描前述雷射射束時，使前述楔形稜鏡繞著光軸進行旋轉，俾使藉由前述聚光透鏡所形成之雷射射束之聚光點聚光在光軸上的一點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，前述旋轉控制手段，係在工件的俯視下，以雷射射束相對於加工預定線之切線呈垂直之方式使前述楔形稜鏡旋轉。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之雷射加工裝置，其中，前述偏向單元具有沿著光軸而相對向配置的第1楔形稜鏡及第2楔形稜鏡，前述旋轉控制手段係使前述第1楔形稜鏡及前述第2楔形稜鏡之至少任一者進行旋轉而控制前述兩楔形稜鏡的相位差。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工裝置，其中，前述旋轉控制手段係具有第1中空馬達、第2中空馬達、以及控制部， 該第1中空馬達係在內部配置有前述第1楔形稜鏡，該第2中空馬達係在內部配置有前述第2楔形稜鏡，而該控制部係能夠獨立地控制前述第1及第2中空馬達的旋轉。
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