TWI695748B - 雷射劃刻裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種能夠在雷射被用於切割脆性材料基板時容易地改變雷射的焦距的雷射劃刻裝置。該雷射劃刻裝置包括：劃線頭單元；以及托台，基板被裝載在該托台上，其中劃線頭單元相對於托台移動，並且劃線頭單元包括透鏡組件和距離測量傳感器組件，所述透鏡組件從雷射產生裝置接收切割用雷射光束以改變切割用雷射光束的焦點，所述距離測量傳感器組件包括距離測量傳感器並且具有光束通過單元，所述距離測量傳感器包括產生測量用雷射光束的光發射單元和接收測量用雷射光束的光接收單元，在透鏡組件中被控制焦距的切割用雷射光束通過所述光束通過單元。

Description

雷射劃刻裝置
本發明涉及一種雷射劃刻裝置。更具體地，本發明涉及一種雷射劃刻裝置，其測量與脆性材料基板的距離並且根據與脆性材料基板的距離來主動調節雷射的焦距。
存在雷射作為切割待切割的物體的方法而被用於精密切割的情形。使用雷射的切割不僅用於切割金屬板材，而且用於切割諸如玻璃的脆性材料。
例如，利用雷射來切割諸如液晶顯示裝置的平面顯示面板。現有技術中的用於切割液晶顯示裝置的劃刻裝置在對基板表面施加預定壓力的同時以可旋轉的方式移動由鑽石或硬質合金製成的刀輪，以在基板表面上形成刻線並通過斷裂過程來切割基板。
在這方面，使用雷射的劃刻裝置通過向基板照射雷射並利用冷卻氣體等冷卻基板來產生熱應力，以在基板中形成裂縫。可替代地，提出了通過向基板順序地照射不同雷射來切割基板。同時，在一些情況下，可以利用雷射來切割粘接構成液晶顯示裝置的兩塊基板的密封劑或者形成在基板中的黑色矩陣等，並且此後可以利用刀輪來切割基板。
然而，當待切割的基板不平時或者當需要控制雷射照射深度時，存在難以立即調整的問題。
例如，韓國專利公開公報No.10-2005-0106156(“用於在平面型顯示器的製造過程中切割玻璃基板的裝置以及用於控制玻璃基板的切割深度的方法”，公佈於2005年11月9日)公開了一種結構，其包括一種提升裝置，該提升裝置測量離基板的距離並且提升照射雷射光束的照射孔的高度，以控制雷射光束的焦距。
然而，在現有技術中，機械地控制照射雷射光束的照射孔的高度在響應方面延遲，結果是難以提高基板切割速度。此外，在現有技術中，測量離基板的距離的距離傳感器與照射雷射光束的照射孔之間的水平距離是隔開的，結果是無法以準確深度來照射雷射光束。
本發明的目的在於提供一種雷射劃刻裝置，其根據與基板的距離的測量結果來提高雷射照射深度控制精度。
本發明的目的還在於提供一種雷射劃刻裝置，其通過根據與基板的距離的測量位置與用於切割的雷射照射位置之間的差異而使誤差最小化來提高劃線精度。
本發明的一個示例性實施方式提供了一種雷射劃刻裝置，其包括：劃線頭單元；以及托台，基板被裝載在該托台上，劃線頭單元相對於托台移動，並且劃線頭單元包括透鏡組件和距離測量傳感器組件，所述透鏡組件從雷射產生裝置接收切割用雷射光束以改變切割用雷射光束的焦點，所述距離測量傳感器組件包括距離測量傳感器並且具有光束通過單元，所述距離測量傳感器包括產生測量用雷射光束的光發射單元和接收測量用雷射光束的光接收單元，在透鏡組件中被控制焦距的切割用雷射光束 通過所述光束通過單元。
在示例性實施方式中，透鏡組件可以包括形成切割用雷射光束的焦點的聚焦透鏡和調整聚焦透鏡的位置的透鏡驅動單元。
光發射單元可以以非直角的角度向基板照射測量用雷射光束，並且光接收單元可以以非直角的角度接收到達基板的測量用雷射光束。
光束通過單元可以形成在光發射單元與光接收單元之間。
向基板照射測量用雷射光束的點可以在切割用雷射光束的照射位置之前。
雷射劃刻裝置還可以包括從距離測量傳感器接收距離感測信息並且控制透鏡驅動單元的驅動的主控制單元。
在該示例性實施方式中，主控制單元可以通過考慮要向距離測量傳感器的感測點照射切割用雷射光束的時間來計算透鏡驅動單元的驅動完成時間。
主控制單元可以通過考慮距離測量傳感器的處理時間Ts、主控制單元的處理時間Tm和時間Td來計算透鏡驅動單元的驅動完成時間，時間Td是直到通過從主控制單元輸出控制信號而實際地驅動透鏡驅動單元所需的時間。
主控制單元可以通過考慮距離測量傳感器的感測點與切割用雷射光束的照射點之間的距離來限定劃線頭單元與基板之間的相對移動速度的上限值。
主控制單元可以根據劃線頭單元與基板之間的相對移動速度來設定距離測量傳感器的感測週期。
根據本發明的示例性實施方式，能夠根據與基板的距離測量結果而快速和精確地控制雷射照射深度。
根據本發明的示例性實施方式，能夠通過整合用於測量與基板的距離的距離測量傳感器和用於切割基板的雷射照射裝置，而使取決於距離測量位置與雷射照射位置之間的差異的誤差最小化。
根據本發明的示例性實施方式，通過綜合地考慮距離測量傳感器的感測週期、劃線頭單元相對於基板的相對移動速度、距離測量傳感器的感測點與切割用雷射光束的照射點之間的距離差等來精確地控制雷射光束的焦距。
結果，根據本發明的示例性實施方式，通過根據離諸如基板的被處理對象的距離改變切割用雷射光束的焦距而能夠在被處理對象中形成具有均勻深度的刻線。
以上概述僅僅是說明性的，並且並非旨在以任何方式加以限制。除上述說明性的方面、實施方式和特徵以外，通過參考附圖和以下詳細描述，進一步的方面、實施方式和特徵將變得顯而易見。
1‧‧‧基板
2‧‧‧托台
10‧‧‧劃線頭單元
12‧‧‧反射鏡
20‧‧‧距離測量傳感器組件
22‧‧‧距離測量傳感器
24‧‧‧光發射單元
25‧‧‧測量用雷射光束
26‧‧‧光接收單元
28‧‧‧光束通過單元
30‧‧‧透鏡組件
32‧‧‧聚焦透鏡
34‧‧‧透鏡驅動單元
40‧‧‧雷射產生裝置
42‧‧‧切割用雷射光束
50‧‧‧主控制單元
F‧‧‧焦點
P1‧‧‧點
P2‧‧‧點
V‧‧‧相對移動速度
△L‧‧‧距離
S100、S102、S104、S106‧‧‧步驟
圖1是示出了根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置的配置的示意圖。
圖2是示出了設置在根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置中的距離測量傳感器組件的配置的示意圖。
圖3是示出了根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置的控制配 置的方塊圖。
圖4是示出了根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置的距離測量傳感器與雷射照射位置之間的關係的示意圖。
圖5是示出了根據本發明的另一個示例性實施方式的雷射劃刻裝置的控制方法的流程圖。
應當理解的是，附圖不一定按比例繪製，從而呈現說明本發明的基本原理的各種特徵的稍微簡化的表示。如本文中公開的本發明的特定設計特徵(例如包括特定尺寸、取向、位置和形狀)將部分地由具體的預期應用和使用環境來決定。
在圖中，全部附圖的多個圖中的參考符號表示本發明的相同或相當的部件。
以下將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施方式。首先，當參考符號表示每一個圖的組件時，應指出的是，儘管相同的組件在不同的圖中被示出，但是盡可能由相同的參考符號表示相同的組件。此外，在以下描述中，可以省略已知的相關配置和功能的詳細說明，以避免不必要地模糊本發明的主題。此外，以下將描述本發明的示例性實施方式，但本發明的技術精神不限於此或由其限制，並且本領域的技術人員可以修改和以各種方式實施示例性實施方式。
圖1是示出了根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置的配置的示意圖，而圖2是示出了設置在根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置中的距離測量傳感器組件的配置的示意圖。
根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置包括：基板1被裝載到其上的托台2和設置成相對於托台2移動的劃線頭單元10。托台2是固定的且劃線頭單元10是可移動的、劃線頭單元10是固定的且托台2是可移動的、或者托台2和劃線頭單元10兩者都是可移動的。劃線頭單元10可以設置在台架(未示出)中，台架設置成跨越托台2的上側。雷射劃刻裝置的基本配置可以遵循被描述為相關技術的韓國專利公開公報No.10-2005-0106156的圖1中所示的配置。
在理想情況下，裝載到托台2的頂部的基板1是共平面的，但在實際情況下，基板1與水平面有微小的高度差。根據本發明的雷射劃刻裝置根據與基板1的距離來調整切割用雷射光束的焦距，即切割用雷射光束的照射深度。這裡，切割用雷射光束的照射深度可以是基板的表面上或基板中的一個點，並且在一些情況下，切割用雷射光束的照射深度可以是用於將接合基板接合的密封劑的一個點或者是與基板中存在的黑色矩陣對應的位置。
劃線頭單元10包括距離測量傳感器組件20和透鏡組件30，透鏡組件30設置在距離測量傳感器組件20的頂部上。此外，劃線頭單元10可以包括至少一個反射鏡12，至少一個反射鏡12用於將從單獨的雷射產生裝置40產生的切割用雷射光束42傳輸到透鏡組件30。
距離測量傳感器組件20可以設置成固定於劃線頭單元10的托架類型。在距離測量傳感器組件20下方可設置有距離測量傳感器22，距離測量傳感器22包括光發射單元24和光接收單元26，光發射單元24以預定角度(例如非直角的角度)向基板1照射測量用雷射光束25，光接收單元26在 從光發射單元24產生的測量用雷射光束25在基板1上反射之後接收反射的測量用雷射光束25。在光發射單元24與光接收單元26之間設置有被垂直地穿透的光束通過單元28。
在透鏡組件30中被調整焦距的切割用雷射光束42通過光束通過單元28。
測量用雷射光束25和切割用雷射光束42可以優選地具有不同波段。這是為了在光接收單元26接收測量用雷射光束25時防止切割用雷射光束42的干涉。
在透鏡組件30中設置有調整切割用雷射光束42的焦距的聚焦透鏡32。聚焦透鏡32可以是單個透鏡或通過組合多個透鏡而獲得的組件。此外，在透鏡組件30中設置有調整聚集透鏡32的位置的透鏡驅動單元(在圖1和圖2中未示出)。
透鏡驅動單元設置成音圈型或線性馬達型，以調整聚焦透鏡32的位置。距離測量傳感器22測量與基板1的距離，而透鏡驅動單元根據測定的距離來調整聚焦透鏡32的位置，以調整向基板1照射的雷射光束42的焦距。
可以通過考慮劃線頭單元10與基板1之間的相對移動速度V來獲得透鏡驅動單元對聚焦透鏡32的位置調整時間。
在圖1中，示出的是，透鏡組件30位於距離測量傳感器組件20的頂部上，而通過透鏡組件30的切割用雷射光束42通過位於透鏡組件30的下方的光束通過單元28，結果，在基板1的預定位置處形成了焦點。然而，在本發明的示例性實施方式中，從透鏡組件30輸出的切割用雷射光束42可 以配置成在切割用雷射光束42的光路通過單獨的反射鏡(未示出)變換的同時通過光束通過單元28。
在本發明中，距離測量傳感器22測量與基板1的距離的水平面上的位置和被切割用雷射光束42照射的水平面上的位置彼此間隔開。在示例性實施方式中，距離測量傳感器22測量與基板1的距離的位置在切割用雷射光束42的照射位置之前。即，該位置被設定成使得通過距離測量傳感器22來測量與基板1的距離並且此後向基板1照射切割用雷射光束42。
圖3是示出了根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置的控制配置的方塊圖，而圖4是示出了根據本發明的示例性實施方式的雷射劃刻裝置的距離測量傳感器與雷射照射位置之間的關係的示意圖。
參照圖3，根據本發明的雷射劃刻裝置包括主控制單元50，主控制單元50從距離測量傳感器22接收與基板1的距離測量結果，並且控制透鏡組件30的透鏡驅動單元34。
距離測量傳感器22測量與基板1的距離，並且根據由主控制單元50進行的控制或每預定週期將測定的距離傳送到主控制單元50。
主控制單元50通過根據距離測量傳感器22的測量結果控制透鏡組件30的透鏡驅動單元34的驅動來調整聚焦透鏡32的位置。
參照圖4，從距離測量傳感器22的光發射單元24產生的測量用雷射光束25在基板的點P1上照射並反射，並且此後入射在光接收單元26中。距離測量傳感器22可以基於從光發射單元24產生的測量用雷射光束25入射在光接收單元26中之前的時間來計算離基板1的垂直距離。此外，可以通過光發射單元24和光接收單元26的佈置以及離基板1的垂直距離來計算 點P1。
切割用雷射光束42在基板1上形成焦點F，並且其中形成了焦點F的基板1的表面上的點是P2。在根據本發明的雷射劃刻裝置的安裝方向上，當該方向顯示在相對於水平面彼此正交的X和Y軸上時，P1和P2可以位於X軸方向或Y軸方向上的同一直線上或者位於對角線方向上。
P1和P2的水平距離通過△L來表示。在示例性實施方式中，△L可以具有數毫米的值。此外，△L可以在0.5mm至2mm的範圍內。隨著△L越小，可以越快地反映根據距離測量傳感器22的感測結果而對切割用雷射光束42的焦距的調整。然而，由於根據距離測量傳感器22的感測結果控制透鏡驅動單元34的驅動所需的時間，可能難以將△L設定為過小。在本發明中，可以通過考慮△L、劃線頭單元10與基板1之間的相對移動速度、控制所需的時間等來實現光學劃刻控制。
當劃線頭單元10與基板1之間的相對移動速度為V時，可以通過△L/V來獲得切割用雷射光束42從點P2到位於點P1處所需的時間△T。
主控制單元50通過借助於考慮△T而計算透鏡驅動單元34的驅動時間來控制透鏡驅動單元34的驅動。
在示例性實施方式中，主控制單元50可以通過考慮時間Ts、主控制單元50中的處理時間Tm和時間Td來確定透鏡驅動單元34的驅動完成時間T2，時間Ts是自距離測量傳感器22向P1照射測量用雷射光束的時間T1起距離測量傳感器22的內部處理所需的時間，時間Td是直到通過借助於主控制單元50輸出控制信號而實際地驅動透鏡驅動單元34所需的時間。
由於在切割用雷射光束42的位置到達P1時需要驅動透鏡驅 動單元34，所以此時需要滿足根據式1的關係。
Figure 106126282-A0202-12-0010-1
主控制單元50可以設定劃線頭單元10與基板1之間的相對移動速度V的上限值，以滿足式1的條件。
主控制單元50可以設定透鏡驅動單元34的控制延遲時間，以使得透鏡驅動單元34的驅動在透鏡驅動單元34的驅動完成時間T2完成，並且除控制延遲時間以外還調整向透鏡驅動單元34輸出控制信號的時間。
可以將距離測量傳感器22的感測週期設定為△T，以滿足式1的條件。
可以將距離測量傳感器22的感測週期設定為與劃線頭單元10和基板1之間的相對移動速度V建立關聯。當相對移動速度V高時，可以縮短距離測量傳感器22的感測週期，而當相對移動速度V低時，可以延長距離測量傳感器22的感測週期。
圖5是示出了根據本發明的另一個示例性實施方式的雷射劃刻裝置的控制方法的流程圖。
首先，設定切割用雷射光束42在基板1中的照射深度，即焦距(S100)。
距離測量傳感器22週期性地或連續地測量與基板1的距離，而主控制單元50從距離測量傳感器22接收測量結果(S102)。
主控制單元50從距離測量傳感器22接收測量結果，並且此後通過考慮要向距離測量傳感器22的感測點P1照射切割用雷射光束42的時間 來計算雷射照射深度控制時間(S104)。這裡，雷射照射深度控制時間可以理解為透鏡驅動單元34的驅動完成時間T2之前的時間。
根據主控制單元50的控制來控制透鏡驅動單元34(S106)。
在對基板1執行雷射劃線操作的同時反復執行步驟S102至S106。可以根據距離測量傳感器22的感測週期反復執行步驟S102至S106。
如上所述，在附圖和說明書中已描述和圖示了示例性實施方式。為了說明本發明的某些原理及其實踐應用而選擇和描述示例性實施方式，從而使本領域的其他技術人員能夠製造和利用本發明的各種示例性實施方式以及它們的各種替代方案和修改方案。如從以上描述顯而易見的是，本發明的某些方面不受這裡所示的例子的具體細節限制，並且因此設想本領域的技術人員將想到其它修改方案和應用或者其等同方式。然而，在查閱說明書和附圖之後，本發明的諸多改變、修改、變化以及其它用途和應用對本領域的技術人員來說將變得明顯。不背離本發明的精神和範圍的所有這些改變、修改、變化以及其它用途和應用被視為由本發明所涵蓋，本發明僅通過以下申請專利範圍來限定。
1‧‧‧基板
2‧‧‧托台
10‧‧‧劃線頭單元
12‧‧‧反射鏡
20‧‧‧距離測量傳感器組件
22‧‧‧距離測量傳感器
24‧‧‧光發射單元
25‧‧‧測量用雷射光束
26‧‧‧光接收單元
28‧‧‧光束通過單元
30‧‧‧透鏡組件
32‧‧‧聚焦透鏡
40‧‧‧雷射產生裝置
42‧‧‧切割用雷射光束
V‧‧‧相對移動速度

Claims (4)

  1. 一種雷射劃刻裝置，包括：劃線頭單元；以及托台，基板被裝載在該托台上，其中，該劃線頭單元相對於該托台移動，並且其中，該劃線頭單元包括：透鏡組件，從雷射產生裝置接收切割用雷射光束，以改變該切割用雷射光束的焦點；以及距離測量傳感器組件，其包括距離測量傳感器並且具有該切割用雷射光束通過其中的光束通過單元，該距離測量傳感器包括產生測量用雷射光束的光發射單元和接收該測量用雷射光束的光接收單元，該切割用雷射光束的焦距在該透鏡組件中被控制，其中該光束通過單元形成在該光發射單元與該光接收單元之間，其中向該基板照射該測量用雷射光束的感測點在該切割用雷射光束的照射點之前，其中該雷射劃刻裝置還包括主控制單元，從該距離測量傳感器接收距離感測信息並且控制透鏡驅動單元的驅動，其中該主控制單元依據要向該距離測量傳感器的該感測點照射該切割用雷射光束的時間來計算該透鏡驅動單元的驅動完成時間，其中該主控制單元依據該距離測量傳感器的該感測點與該切割用雷射光束的該照射點之間的距離來限定該劃線頭單元與該基板之間的相對移動速度的上限值。
  2. 如請求項1所述的雷射劃刻裝置，其中，該光發射單元以非直角的角度向該基板照射該測量用雷射光束，並且該光接收單元以非直角的角度接收到達該基板的該測量用雷射光束。
  3. 如請求項1所述的雷射劃刻裝置，其中，該主控制單元依據該距離測量傳感器的處理時間Ts、該主控制單元的處理時間Tm和時間Td來計算該透鏡驅動單元的驅動完成時間，該時間Td是直到通過從該主控制單元輸出控制信號而實際地驅動該透鏡驅動單元所需的時間。
  4. 如請求項1所述的雷射劃刻裝置，其中，該主控制單元根據該劃線頭單元與該基板之間的相對移動速度來設定該距離測量傳感器的感測週期。
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