KR100626554B1 - Non-metal cutting device and cutting depth control method when cutting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리 재질을 포함하는 비금속 재료를 안정적으로 절단할 수 있는 레이저 절단장치에 관한 것으로, 특히 TFT-LCD, PDP, OLED와 같은 디스플레이 모듈의 제작에 있어서의 글라스 절단시 단파장 레이저빔의 초점 위치를 제어함으로써 상,하판 동시절단 또는 상판만의 절단 등 선택적 기판 절단이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser cutting device capable of stably cutting non-metal materials including glass materials. In particular, the focal position of a short wavelength laser beam during glass cutting in the manufacture of display modules such as TFT-LCD, PDP, and OLED The purpose is to enable selective substrate cutting such as simultaneous cutting of the upper and lower plates or cutting of only the upper plate by controlling the control.
이를 위해, 본 발명은 자외선영역의 단파장 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생장치와; 상기 단파장 레이저빔을 절단하고자 하는 비금속재 기판 상의 원하는 지점에 조사하는 조사구(照射具)와; 상기 기판 깊이 방향으로의 레이저빔의 초점 위치를 가변시키는 초점이동수단과; 상기 기판과 레이저빔이 상대 운동하도록 하여 상기 기판의 절단작업이 이루어지도록 하는 상대이동수단;을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 비금속재 절단장치 및 그에 따른 절단깊이 제어방법이 제공된다.To this end, the present invention comprises a laser beam generating device for generating a short wavelength laser beam in the ultraviolet region; An irradiation tool for irradiating a desired point on the nonmetallic substrate to cut the short wavelength laser beam; Focus shifting means for varying a focus position of the laser beam in the substrate depth direction; A non-metallic cutting device and a method for controlling depth of cut are provided, including a relative movement means for allowing the substrate and the laser beam to move relative to each other so as to cut the substrate.
평판, 표시, 기판, 절단, 레이저, 상대거리, 보정Plate, Marking, Substrate, Cutting, Laser, Relative Distance, Calibration
Description
도 1은 본 발명의 평판표시장치 제조용 기판 절단장치의 일실시예에 따른 구성을 보여주는 도면1 is a view showing a configuration according to an embodiment of a substrate cutting device for manufacturing a flat panel display device of the present invention
도 2a 및 도 2b는 본 발명 기판 절단장치에 있어서의 레이저빔 초점 위치 제어 장치 및 방법의 제1예를 설명하는 참고도 및 흐름도2A and 2B are reference diagrams and flowcharts illustrating a first example of the apparatus and method for controlling the laser beam focus position in the substrate cutting apparatus of the present invention.
도 3a 및 3b는 본 발명 기판 절단장치에 있어서의 레이저빔 초점 위치 제어 장치 및 방법의 제2예를 설명하는 참고도 및 흐름도3A and 3B are reference diagrams and flowcharts illustrating a second example of the apparatus and method for controlling the laser beam focus position in the substrate cutting device of the present invention.
도 4a 및 4b는 본 발명 기판 절단장치에 있어서의 레이저빔 초점 위치 제어 장치 및 방법의 제3예를 설명하는 참고도 및 흐름도4A and 4B are reference diagrams and flowcharts illustrating a third example of the apparatus and method for controlling the laser beam focus position in the substrate cutting device of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명 기판 절단장치의 실제 적용예를 설명하는 참고도로서,5A and 5B are reference diagrams for explaining practical application examples of the substrate cutting apparatus of the present invention.
도 5a는 합착패널의 상하면을 동시에 절단하는 경우를 보여주는 참고도Figure 5a is a reference diagram showing a case of cutting the upper and lower surfaces of the bonding panel at the same time
도 5b는 합착패널의 상하면중 한쪽면만을 절단하는 단차절단의 경우를 보여주는 참고도Figure 5b is a reference diagram showing the case of step cutting to cut only one side of the upper and lower surfaces of the bonding panel
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 베이스 2 : 테이블1: Base 2: Table
3 : 좌우방향 안내컬럼 4 : 전후방향 안내컬럼3: left and right direction guide column 4: front and rear direction guide column
5 : 이동자 6 : 조사구5: mover 6: probe
7 : 조사구 마운트 블록 8 : 초점이동수단7: probe mounting block 8: focus shifting means
9 : 레이저 변위센서 10 : 레이저빔 발생장치9
11: 광학계11: optical system
본 발명은 평판표시장치 제조용 기판 절단 장치 및 그의 레이저빔 초점제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TFT-LCD, PDP, OLED 등의 평판표시장치 제조용 글라스 기판을 레이저빔을 이용하여 절단시 단파장 레이저빔의 초점 위치를 통해 절단 깊이를 제어함으로써 상,하판 동시절단 또는 상판만의 절단 등 선택적 기판 절단이 가능하도록 한 것이다.The present invention relates to a substrate cutting device for manufacturing a flat panel display device and a laser beam focus control method thereof, and more particularly, to a short wavelength laser when cutting a glass substrate for manufacturing a flat panel display device such as TFT-LCD, PDP, OLED, etc. using a laser beam. By controlling the cutting depth through the focal position of the beam, it is possible to selectively cut the substrate such as simultaneous cutting of the upper and lower plates or cutting of only the upper plate.
일반적으로, TFT-LCD, PDP, OLED와 같은 평판표시장치들을 제조하는 과정에서 셀(Cell)공정의 합착공정 후에 원판의 글라스를 각 모듈의 크기에 맞게 절단할 필요가 있다. 또한, 합착 기판에 있어서 선택적으로 상판의 글라스만을 절단할 필요가 있다.In general, in the process of manufacturing flat panel display devices such as TFT-LCD, PDP, and OLED, it is necessary to cut the glass of the disc to fit the size of each module after the cell process bonding process. In addition, it is necessary to selectively cut only the glass of the upper plate in the bonded substrate.
이러한 절단을 위한 기존의 방식에는 다이아본드 휠과 같은 기계적 수단을 이용하는 절단방법이 있는데, 이 경우는 휠에 의한 적접적인 충격에 의한 1차 발생 크랙과 1차 크랙의 추가 진전으로 인해 발생한 2차 크랙에 의해 글라스의 절단 깊이가 결정되는데 이때 발생하는 1차, 2차 크랙의 발생 정도가 각각 다르게 나타나 그 절단 깊이가 균일하지 않아 기판의 절단면이 정밀하지 못하게 되는 문제점이 있다. Conventional methods for such cutting include cutting methods using mechanical means such as diamond bond wheels. In this case, primary cracks caused by the direct impact of the wheels and secondary cracks caused by the further development of the primary cracks. The cutting depth of the glass is determined, but the degree of occurrence of the primary and the secondary cracks generated at this time is different, so that the cutting depth is not uniform, and thus the cutting surface of the substrate is not precise.
또 다른 절단방법으로는 CO2레이저를 이용한 절단 방법이 사용되는데, 스크라이브 라인이 시작되는 지점에 기계적 수단인 휠을 이용하여 기계적으로 1차 마이크로 크랙을 형성하고 2차로 CO2레이저를 이용하여 가열빔을 글라스에 조사하여 가열한 후, 3차 냉각장치(Quencher)를 이용하여 가열된 글라스 부분을 급속 냉각하여 순간적인 열변형에 의한 2차 크랙을 유발하여 절단하는 레이저 절단방법이 있다.As another cutting method, a cutting method using a CO2 laser is used. The first microcracks are mechanically formed by using a wheel, which is a mechanical means, at the starting point of the scribe line, and the heating beam is secondly glassed using a CO2 laser. After irradiating and heating, there is a laser cutting method of rapidly cooling the heated glass part using a tertiary cooling device (Quencher) to cause secondary cracks due to instantaneous thermal deformation.
상기와 같은 절단 방법에 있어서도 글라스의 절단 깊이를 정확하게 제어할 수 있는 방법이 없으므로 그 절단면이 정밀하지 못하게 되는 문제점이 나타나게 된다.Even in the cutting method as described above, there is no method of accurately controlling the cutting depth of the glass, which causes a problem that the cutting surface becomes inaccurate.
상기한 두가지 절단 방법중, CO2레이저를 이용한 절단방법을 위한 종래의 장치 구성을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.Among the two cutting methods described above, a schematic configuration of a conventional apparatus for a cutting method using a
종래의 레이저 절단장치는, 절단하고자 하는 글라스 기판을 지지하는 지지대(혹은 테이블)과, 상기 기판에 절단방향과 일치하는 보조크랙을 형성하는 보조크랙커와, 절단 예정선을 따라 가열빔을 조사하여 상기 기판을 가열하는 가열광학기구와, 상기 가열광학기구에 의하여 가열된 부분에 켄칭(quenching)을 하여 크랙을 발생시키는 냉각장치로 구성된다. Conventional laser cutting device, a support (or table) for supporting a glass substrate to be cut, an auxiliary cracker for forming an auxiliary crack in accordance with the cutting direction on the substrate, and irradiating a heating beam along the cutting schedule line A heating optical device for heating the substrate, and a cooling device for quenching the portion heated by the heating optical device to generate cracks.
이러한 기존의 레이저 절단장치에 의해 글라스 절단은, 휠에 의한 보조크랙 형성 과정, 상기 보조크랙을 따른 가열과정, 냉각장치가 동방향으로 이동하면서 He와 같은 냉매를 분사하여 급속 냉각을 통한 절단 크랙 형성과정, 스크라이브용 레이저빔의 재조사(再照射) 및 재냉각 과정을 거쳐 이루어진다.Glass cutting by such a conventional laser cutting device, the formation of the cutting crack by rapid cooling by spraying a coolant, such as He while the auxiliary crack forming process by the wheel, the heating process along the auxiliary crack, the cooling device moves in the same direction Process, re-irradiation of the scribe laser beam and re-cooling process.
그리고, 이러한 기존의 레이저를 이용하는 절단장치의 보다 자세한 구성 및 동작에 대해서는 한국공개특허공보 2002-88258호를 참고하면 되므로 여기서는 구체적인 설명은 생략한다.And, for more detailed configuration and operation of such a conventional cutting device using a laser, refer to Korea Patent Publication No. 2002-88258, so a detailed description thereof will be omitted.
그러나, 상기한 종래의 절단방식에 있어서는 단판만 절단할 수 있으므로 합착패널의 상하판을 동시에 절단하기 위해서는 기판의 상하부 양측에 절단장치를 구성하여야만 한다.However, in the conventional cutting method described above, only a single plate can be cut, so that a cutting device must be formed on both upper and lower sides of the substrate to simultaneously cut the upper and lower plates of the cemented panel.
즉, 다이아본드 휠과 같은 기계적 수단을 이용하는 기존의 절단방식의 경우, 하나의 휠로 하나의 단판만을 절단할 수밖에 없으므로 합착패널의 상하판을 동시에 절단하기 위해서는 상하부에 각각 전용의 휠을 구비토록 하는 수밖에 없다. 그리고, 상기 전용의 휠을 합착패널 상, 하면에서 각각 지지하는 지지롤러가 구비되어야 하며, 절단면의 분리를 위해 브레이킹 장치도 구비되어야 하는 등 구성이 복잡해지므로 이를 활용하기가 용이하지 않다.That is, in the conventional cutting method using a mechanical means such as a diamond bond wheel, only one end plate can be cut by one wheel, so that the upper and lower plates of the cemented panel can be cut at the same time. none. In addition, a support roller supporting each of the dedicated wheels on the lower and upper surfaces of the cementing panel should be provided, and a braking device must also be provided for separation of the cut surfaces, and thus it is not easy to utilize them.
특히, 휠이 합착패널 상하부측에 각각 구비되는 기존의 기계식 절단장치는, 상하부측 전용 휠을 정확히 일치시켜 절단작업을 행하여야 하므로 상하부측 전용휠의 일치를 위한 교정작업이 수반되어야 하고, 교정불량이 발생할 경우에는 절단면이 어긋나 제품의 품질에 악영향을 미치게 된다.In particular, the conventional mechanical cutting device, each of which is provided on the upper and lower sides of the joining panel, has to perform the cutting operation by exactly matching the upper and lower side wheels, so that the correcting work for the matching of the upper and lower side wheels must be accompanied. In this case, the cut surface is displaced, which adversely affects the quality of the product.
그리고, 또 다른 절단방법인 CO2레이저를 이용한 절단 방식의 경우에도, CO2 레이저와 보조크랙커 및 냉각장치등이 합착패널 상하부측에 각각 구비되어야 하므로 장치 구성이 복잡해지게 되며, 그만큼 제품 생산력이 저하된다.In addition, in the case of a cutting method using another
그리고, 이 절단 방법 또한 합착패널 상하부측에 각각 구비된 CO2레이저를 정확히 일치시켜 절단작업을 행하여야 하므로 상하부측 전용휠의 일치를 위한 교정작업이 수반되어야 하고, 교정불량이 발생할 경우에는 절단면이 어긋나 제품의 품질에 악영향을 미치게 된다.In addition, this cutting method is also required to perform a cutting operation by exactly matching the CO2 lasers respectively provided on the upper and lower sides of the bonding panel, so that a corrective operation for matching the upper and lower dedicated wheels should be accompanied. It will adversely affect the quality of the product.
특히, 이러한 절단 방법은 전술한 바와 같이 글라스의 절단 깊이를 정확하게 제어할 수 없으므로 그 절단면의 정밀도가 현저히 떨어지는 문제점이 나타나게 된다.In particular, since the cutting method cannot accurately control the cutting depth of the glass as described above, a problem in which the precision of the cutting surface is significantly lowered appears.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, TFT-LCD, PDP, OLED와 같은 디스플레이 모듈의 제작에 있어서의 글라스 절단시 단파장 레이저빔의 기판 깊이 방향으로의 초점 위치를 통해 절단 깊이를 원하는 바대로 정확히 제어함으로써 상,하판 동시절단 또는 상판만의 절단 등 선택적 기판 절단이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the depth of cut through the focal position in the substrate depth direction of the short wavelength laser beam during the glass cutting in the production of display modules such as TFT-LCD, PDP, OLED By controlling precisely as desired, the purpose is to enable selective substrate cutting such as simultaneous cutting of the upper and lower plates or cutting of only the upper plate.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1형태에 따르면, 자외선영역의 단파장 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생장치와; 상기 단파장 레이저빔을 절단하고자 하는 비금속재 기판 상의 원하는 지점에 조사하는 조사구(照射具)와; 상기 기판 깊이 방향으로의 레이저빔의 초점 위치를 가변시키는 초점 이동수단과; 상기 기판과 레이저빔이 상대 운동하도록 하여 상기 기판의 절단작업이 이루어지도록 하는 상대이동수단;을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 비금속재 절단장치가 제공된다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, a laser beam generating device for generating a short wavelength laser beam in the ultraviolet region; An irradiation tool for irradiating a desired point on the nonmetallic substrate to cut the short wavelength laser beam; A focus shifting means for varying a focus position of the laser beam in the substrate depth direction; And a relative movement means for cutting the substrate so that the substrate and the laser beam move relative to each other. A non-metallic material cutting device is provided.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2형태에 따르면, 자외선영역의 단파장 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생장치와; 상기 단파장 레이저빔을 절단하고자 하는 비금속재 기판 상의 원하는 지점에 조사하는 조사구(照射具)와; 상기 조사구로부터 기판까지의 거리 및 기판과 레이저빔과의 상대거리를 계측하는 계측수단과; 상기 기판 깊이 방향으로의 레이저빔의 초점 위치를 가변시킴과 더불어 절단시 절단깊이를 일정하게 유지하기 위하여 계측된 상대거리에 대응토록 기판으로부터 조사구까지의 높이를 가변시키는 초점이동수단과; 상기 기판과 레이저빔이 상대 운동하도록 하여 상기 기판의 절단작업이 이루어지도록 하는 상대이동수단;을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 비금속재 절단장치가 제공된다.On the other hand, according to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a laser beam generating device for generating a short wavelength laser beam in the ultraviolet region; An irradiation tool for irradiating a desired point on the nonmetallic substrate to cut the short wavelength laser beam; Measuring means for measuring the distance from the irradiation port to the substrate and the relative distance between the substrate and the laser beam; A focus shifting means for varying the focus position of the laser beam in the substrate depth direction and for varying the height from the substrate to the irradiation port so as to correspond to the measured relative distance in order to keep the cutting depth constant during cutting; And a relative movement means for cutting the substrate so that the substrate and the laser beam move relative to each other. A non-metallic material cutting device is provided.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3형태에 따르면, 자외선 영역의 단파장 레이저빔을 이용한 비금속재 기판 절단 방법에 있어서; 기판 깊이 방향으로의 레이저빔의 초점 위치를 설정하는 단계와, 레이저빔 조사구로부터 기판 주면까지의 거리 계측 단계와, 기판 주면까지의 거리 및 설정된 초점 위치 데이터에 근거하여 레이저빔의 초점위치를 설정된 위치로 이동시키는 단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 비금속재 절단시의 절단깊이 제어방법이 제공된다.On the other hand, according to the third aspect of the present invention for achieving the above object, a non-metal substrate cutting method using a short wavelength laser beam in the ultraviolet region; Setting the focal position of the laser beam in the substrate depth direction, measuring the distance from the laser beam irradiation port to the main surface of the substrate, and setting the focal position of the laser beam based on the distance to the main surface of the substrate and the set focal position data. A cutting depth control method when cutting a non-metallic material, characterized in that it comprises the step of moving to a position.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4형태에 따르면, 자외선 영역의 단파장 레이저빔을 이용한 비금속재 기판 절단 방법에 있어서; 기판 깊이 방 향으로의 레이저빔의 초점 위치를 설정하는 단계와, 레이저빔 조사구로부터 기판 주면까지의 거리 계측 단계와, 기판 주면까지의 거리 및 설정된 초점 위치 데이터에 근거한 가변초점렌즈의 조절에 의해 레이저빔의 초점위치를 설정된 위치로 이동시키는 단계를 포함하여서 됨을 비금속재 절단시의 절단깊이 제어방법이 제공된다.On the other hand, according to a fourth aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a method for cutting a non-metallic substrate using a short wavelength laser beam in an ultraviolet region; By setting the focal position of the laser beam in the substrate depth direction, measuring the distance from the laser beam irradiation port to the main surface of the substrate, and adjusting the variable focus lens based on the distance to the main surface of the substrate and the set focal position data. Provided is a method for controlling the depth of cut when cutting a non-metallic material, including moving the focus position of the laser beam to a set position.
이하, 본 발명에 따른 평판표시장치 제조용 기판 절단장치 및 절단방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a substrate cutting apparatus and a cutting method for manufacturing a flat panel display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 평판표시장치 제조용 기판 절단장치의 일실시예에 따른 구성을 나타낸 것으로서, 베이스(1) 중앙부에 글라스 기판(도시는 생략함)을 지지하는 테이블(2)이 구비되고, 상기 테이블(2) 양측에는 전후방향 안내컬럼(4)이 구비되며, 상기 전후방향 안내칼럼(4)상에는 리니어모터 및 이동자(5;Mover)가 각각 구비된다.1 is a view illustrating a structure according to an embodiment of a substrate cutting apparatus for manufacturing a flat panel display device according to an embodiment of the present invention, and a table 2 supporting a glass substrate (not shown) is provided at the center of the
그리고, 상기 각 이동자(5)에는 조사구(6)의 좌우방향으로의 이동을 안내하여 기판에 대한 상대운동을 유발하게 되는 좌우방향 안내컬럼(3)이 장착되며, 상기 좌우방향 안내컬럼(3)상에는 전후방향 안내컬럼(4)에 설치된 리니어모터 및 이동자(5)와는 별도의 리니어모터 및 이동자가 각각 구비된다.Then, each mover (5) is equipped with a left and right guide column (3) for guiding the movement in the left and right direction of the
또한, 상기 좌우방향 안내컬럼(3) 상의 이동자에는 조사구(6)를 장착하기 위한 조사구 마운트 블록(7)이 장착되고, 상기 조사구 마운트 블록(7)에는 자외선영역의 단파장 레이저빔을 집광하여 글라스 기판의 소정 위치로 조사하게 되는 조사구(6)(照射具;torch)가 장착된다.In addition, a mover mounting block 7 for mounting the
한편, 본 실시예의 기판 절단장치는, 상기 조사구(6)측으로 레이저빔을 안내 해주는 광학계(11)와, 자외선영역의 단파장 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생장치(10)가 구비된다.On the other hand, the substrate cutting device of the present embodiment is provided with an
한편, 본 발명의 기판 절단장치에는, 상기 기판과 레이저빔의 초점과의 상대거리 및 조사구(6)로부터 기판 주면(즉, 기판 상면)까지의 거리를 계측하는 계측수단(9)이 포함된다.On the other hand, the substrate cutting device of the present invention includes measuring means 9 for measuring the relative distance between the substrate and the focal point of the laser beam and the distance from the
이 때, 상기 계측수단(9)은 비접촉식 변위센서가 설치되며, 보다 구체적으로는 절단용 레이저빔의 전단에 설치되어 레이저빔을 조사하는 레이저 변위센서가 적용됨이 바람직하다.At this time, the
그리고, 비접촉식 변위센서로서는, 광센서인 LED센서나 기타 초음파센서가 적용될 수 있다.As the non-contact displacement sensor, an LED sensor or other ultrasonic sensor, which is an optical sensor, may be applied.
한편, 본 발명의 기판 절단장치에는, 절단에 앞서 초점을 기판의 절단 깊이에 위치시키고자 조정할 때, 기판 깊이 방향에서의 레이저빔의 초점 위치를 가변시켜 초점 위치를 절단깊이와 일치시키기 위한 초점이동수단(8)이 구비된다.On the other hand, in the substrate cutting device of the present invention, when adjusting the focus to be located at the cutting depth of the substrate prior to cutting, the focus shift for changing the focus position of the laser beam in the substrate depth direction to match the focus position with the cutting depth.
이 때, 상기 초점이동수단(8)은, 기판 절단시에는 절단깊이를 일정하게 유지하기 위하여 계측된 레이저빔의 초점과 기판 주면과의 상대거리에 대응토록 기판으로부터 조사구(6)까지의 높이를 가변시키는 작용도 겸한다.At this time, the focus shifting means 8 has a height from the substrate to the
그리고, 상기 레이저빔 초점이동수단(8)은, 구동원인 스텝모터와, 상기 스텝모터에 결합되는 볼스크류축과, 상기 볼스크류축에 결합되며 조사구(6)가 장착되는 볼스크류 블록을 포함하여 구성될 수 있다.The laser beam focusing means 8 includes a step motor as a driving source, a ball screw shaft coupled to the step motor, and a ball screw block coupled to the ball screw shaft and mounted with the
상기 레이저빔 초점이동수단(8)의 다른 예로서는, 리니어모터와, 상기 리니 어모터에 결합되어 승강하며 조사구(6)가 장착되는 이동자를 포함하여 구성된 경우를 들 수 있다.Another example of the laser
이와 더불어, 상기 레이저빔 초점이동수단(8)의 또 다른 예로서는, 소정의 전압이 인가됨에 따라 기계적으로 변형되어 조사구(6)의 위치를 이동시키도록 조사구에 결합되는 압전소자를 들 수 있다.In addition, another example of the laser beam focal shifting means 8 may be a piezoelectric element coupled to the irradiating sphere to be mechanically deformed to move the position of the irradiating
한편, 상기 레이저빔 초점이동은, 기계적인 위치 조절이 아닌 광학적 조절을 통해서도 구현될 수 있는 바, 상기 레이저빔 초점이동수단이 조사구(6) 내부에 설치되는 가변초점렌즈(8a)에 의해 달성될 수도 있을 것이다. On the other hand, the laser beam focusing movement can be implemented through optical adjustment, not mechanical position adjustment, the laser beam focusing means is achieved by the variable focus lens (8a) is installed in the irradiation port (6) It could be.
이와 같이 된 경우에는 초점거리의 변화없이 조사구(6)와 기판과의 거리를 변화시켜 초점 위치를 제어하는 경우와는 달리, 상기 가변초점렌즈(8a)를 구성하는 렌즈와 렌즈사이의 거리조절을 통해 초점거리를 가변시킴으로써 조사구(6)와 기판과의 거리를 변화없이도 절단깊이를 제어할 수 있게 됨은 물론이다.In this case, the distance between the lens constituting the
한편, 상기 조사구(6)는 절단 속도 향상을 위해 적어도 둘 이상 구비됨이 바람직하며, 따라서 레이저 발진장치를 2개 설치하여 각각의 조사구에 입광시켜 사용하는 방식과, 하나의 레이저 발진장치로부터 생성되는 레이저빔을 각각의 조사구에 필요시 선택적으로 입광시켜 줄 수 있도록 레이저빔 경로변환 장치(mirror)를 설치하여 2개의 조사구를 사용하는 방법이 적용될 수 있다.On the other hand, the
그리고, 하나의 레이저 발진장치로부터 생성되는 레이저를 분광기를 통해 레이저빔을 분할하여 2개의 조사구로 입광하여 절단하는 방법이 적용될 수 있는데, 이 경우는 레이저를 분할할 때 그 에너지 또한 상대적으로 저하될 소지가 있으나, 최초 출력되는 에너지가 충분하여 빔이 분할되더라도 절단에 요구되는 크기의 에너지가 확보될 수 있다면 적용 가능하다.In addition, a method of dividing a laser beam generated by one laser oscillator through a spectrometer and receiving and cutting the laser beam into two irradiation holes may be applied. In this case, the energy may also be relatively lowered when the laser is divided. However, even if the energy is initially output is enough, even if the beam is divided, if the energy of the size required for cutting can be secured.
또한, 상기한 구성에 의하면 테이블(2) 상에 올려진 기판은 가만히 있는 상태에서 조사구(6)의 상대운동 및 자외선영역의 단파장 레이저빔에 의해 기판의 절단이 이루어지는 것으로 되어 있으나, 상기 기판과 레이저빔이 상대 운동하도록 하여 상기 기판의 절단작업이 이루어지도록 하는 상대이동수단의 구성은 전술한 예에 한정되지 않는다. According to the above-described configuration, the substrate placed on the table 2 is cut while the substrate is cut by the relative movement of the
즉, 전술한 구성과는 달리, 조사구(6)는 가만히 있는 상태에서 기판이 올려진 테이블(2)이 전후 및 좌우 방향으로 움직이면서 글라스 기판의 절단작업이 수행될 수도 있음은 물론이며, 기판 및 조사구(6) 모두 움직이도록 하여 절단작업을 진행할 수도 있다.That is, unlike the above-described configuration, the
한편, 상기에서 레이저빔 발생장치(10)는, Nd-YAG 매질의 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기에 여기용 광원을 제공하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 발진기에서 발생된 레이저빔의 파장을 단파장으로 변환시키는 파장변환기를 포함하여 구성된다.On the other hand, the
그리고, 상기 Nd-YAG 매질을 통해 나온 장파장의 레이저빔은 파장변환 기능을 수행하는 크리스탈을 통해 200nm 내지 400 nm(nanometer)의 자외선 영역의 단파장으로 변환된다.In addition, the long-wavelength laser beam from the Nd-YAG medium is converted into a short wavelength in the ultraviolet region of 200 nm to 400 nm (nanometer) through a crystal that performs a wavelength conversion function.
한편, 그리고, 상기 레이저빔의 주파수는 수 KHz 내지 수십 KHz 이내의 범위대에 속함을 특징으로 한다.On the other hand, and the frequency of the laser beam is characterized in that it belongs to the range of several KHz to several tens of KHz.
특히, 상기 레이저빔의 주파수는 10KHz 이상임이 바람직하며, 10KHz 내지 30KHz 이내의 범위대임이 보다 바람직하다. 물론, 상기 레이저빔의 주파수는 그 상황에 따라 상기 30KHz 이상일 수도 있다.In particular, the frequency of the laser beam is preferably 10KHz or more, more preferably in the range of 10KHz to 30KHz. Of course, the frequency of the laser beam may be greater than or equal to 30 KHz depending on the situation.
참고로, YAG는 레이저빔 발생을 위한 발진기를 만들때 Yttrium(이트륨), Aluminum(알루미늄), Garnet(가넷)을 사용하는 방법이고, 여기에 네오디뮴(Nd: neodymium, 원자번호 60, 원자량144.2)을 첨가한 것이 Nd-YAG이다.For reference, YAG is a method using Yttrium, Aluminum, and Garnet when creating an oscillator for generating a laser beam. Here, Neodymium (Nd: neodymium, atomic number 60, atomic weight 144.2) is used. Addition is Nd-YAG.
상기와 같이 구성된 본 발명의 기판 절단장치를 이용한 평판표시장치의 글라스 기판 절단 과정은 다음과 같다.The glass substrate cutting process of the flat panel display device using the substrate cutting device of the present invention configured as described above is as follows.
TFT-LCD, PDP, OLED와 같은 디스플레이장치들을 제조하는 공정에 있어서, 기판을 합착한 후에 기판을 절단하는 기판 절단 공정이 수행된다.In the process of manufacturing display devices such as TFT-LCD, PDP, and OLED, a substrate cutting process of cutting the substrate after bonding the substrates is performed.
상기의 기판은 글라스의 원판 기판상에 다수의 디스플레이 단위 셀로 형성되어 있으며, 이러한 다수의 셀을 각각으로 절단할 필요가 있다.The substrate is formed of a plurality of display unit cells on the original substrate of the glass, it is necessary to cut each of these cells.
또한, 기판의 디스플레이 정보를 제어하기 위하여 기판의 특정면에 TAB을 부착하게 되는데 이 면에서는 2장으로 합착된 패널(P)의 단판만을 절단할 필요가 있다.In addition, in order to control the display information of the substrate, the TAB is attached to a specific surface of the substrate. In this surface, it is necessary to cut only the single plate of the panel P bonded in two sheets.
이를 위해, 먼저 외부에서 글라스 기판이 반송로봇등에 의해 기판이 반입되어 탑재 가능한 테이블(2) 상에 놓인다.To this end, first, the glass substrate is externally placed on the table 2 into which the substrate is loaded and mounted by a transport robot or the like.
이 때, 테이블(2)에 놓이는 기판은 테이블(2) 내에 설치된 지지핀(미도시) 혹은 테이블(2)에 형성된 다수의 진공홀(미도시)에 의해 테이블(2) 상에 수평상태로 고정되어 안정된 상태로 지지된다. At this time, the substrate placed on the table 2 is fixed in a horizontal state on the table 2 by a support pin (not shown) installed in the table 2 or a plurality of vacuum holes (not shown) formed in the table 2. It is supported in a stable state.
이어, 상기와 같이 테이블(2) 상에 고정된 기판이 소망하는 형태로 절단될 수 있도록 조사될 레이저빔과 기판과의 상대위치를 교정한다.Then, the relative position of the laser beam to be irradiated with the substrate is corrected so that the substrate fixed on the table 2 as described above can be cut into a desired shape.
이러한 교정은 기판 상에 형성된 위치 교정용 마크를 화상인식장치(예;비젼카메라)가 인식하여 그 위치를 확인하고, 기판을 탑재하고 있는 테이블(2)에 대해 레이저빔이 조사되는 조사구(6)를 상대적으로 이동시킴으로써 이루어진다.This calibration is performed by an image recognition device (e.g., a vision camera) that recognizes a mark for position correction formed on a substrate, confirms its position, and irradiates a laser beam to the table 2 on which the substrate is mounted. By moving relative).
그리고, 레이저빔의 위치 확인은 더미용 글라스에 테스트 레이저빔을 조사하여 이로 인해 형성된 글라스 상의 레이저빔 흔(痕)을 비젼카메라등의 화상인식장치를 이용하여 그 위치를 파악하거나, 또는 레이저빔이 조사되는 조사구(6)를 그 하부에 설치된 화상인식장치를 이용하여 조사구(6)의 위치를 인식함으로써 파악할 수 있다.The position of the laser beam is determined by irradiating a test laser beam to the dummy glass, and detecting the position of the laser beam trace on the glass formed by using an image recognition device such as a vision camera, or the laser beam The
한편, 상기와 같이 기판과 레이저빔의 상대위치를 교정한 후에는 기판과 레이저빔을 상대 운동시켜 기판을 원하는 형상으로 절단한다. On the other hand, after correcting the relative position of the substrate and the laser beam as described above, the substrate is cut into a desired shape by relative movement of the substrate and the laser beam.
즉, Nd-YAG를 매질로 하는 레이저 발진기에서 생성된 레이저빔은 설치된 광학계(11)를 통해 레이저빔의 집광부인 조사구(6)로 제공되어져 기판상의 소정 위치로 조사되는데, 이 때 본 실시예에서는 상기 기판을 탑재한 테이블(2)은 이동하지 않고 고정되어 있고, 조사구(6)가 이동하게 되며, 이는 결국 레이저빔의 이동에 의해 기판이 절단되는 결과로 나타난다.That is, the laser beam generated by the laser oscillator using Nd-YAG as a medium is provided to the
여기서, 레이저 발진기에서 생성된 레이저빔은 레이저 다이오드를 광원으로 하며, 생성된 레이저빔은 다수의 거울등으로 이루어진 광학계(11)를 거치면서 그 경로를 바꾸어 가며 레이저빔 집광부인 조사구(6)로 제공되는데, 상기 조사구(6)와 상기 조사구(6) 쪽으로 레이저빔을 보내는 광학계(11)상의 밀러들은 동시에 평행 이동됨에 따라 조사구(6)의 위치 변화에 무관하게 기판상에 자외선 영역의 단파장 레이저빔이 조사됨으로써 바라는 형상으로 기판이 절단될 수 있는 것이다.Here, the laser beam generated by the laser oscillator is a laser diode as a light source, and the generated laser beam passes through the
이 때, 광원인 다이오드에서 발생되는 광의 파장이 Nd-YAG 매질로 제공되어 이득매질에서 여기(勵起)시켜 1000nm대의 레이저를 발진시킨다. 이렇게 발진된 레이저를 파장변환용 크리스탈에 통과시켜 200nm 내지 400nm대의 단파장으로 발진시켜 사용한다.At this time, the wavelength of light generated from the diode, which is a light source, is provided to the Nd-YAG medium to excite in the gain medium to oscillate the laser in the 1000 nm band. The laser thus oscillated is passed through a wavelength conversion crystal and oscillated at a short wavelength of 200 nm to 400 nm.
이렇게 레이저를 단파장으로 변환하여 사용하는 이유는, 자외선 영역대의 단파장을 사용함으로써 절단하려는 글라스 기판등의 비금속 재질에 레이저빔이 조사될 때 장파장에서 유발되는 열변형에 의한 제품 손상을 최소화 할 수 있기 때문이다.The reason why the laser is converted to a short wavelength is to use the short wavelength in the ultraviolet region because the damage of the product caused by the heat deformation caused by the long wavelength can be minimized when the laser beam is irradiated to the non-metallic material such as the glass substrate to be cut. to be.
이와 더불어, 상기 레이저빔의 에너지를 높이기 위하여 광학적으로는 광공진기를 이용한 Q-스위칭이 이루어지며, Q-스위칭을 통해 수 ns(nanosecond) 내지 수십 ns 이하의 초단 펄스를 발생시킨다.In addition, Q-switching is optically performed using an optical resonator to increase the energy of the laser beam, and ultrashort pulses of several ns (nanoseconds) to several tens of ns or less are generated through Q-switching.
또한, 절단속도를 높이기 위하여 수십KHz 이상의 주파수를 생성시켜 레이저빔을 조사하는데, 이렇게 하면 조사구(6)의 이동속도가 빠르거나 테이블(2)의 이동속도가 빨라도 깨끗한 절단이 이루어지기 때문이다.In addition, the laser beam is irradiated by generating a frequency of several tens of KHz or more in order to increase the cutting speed, because clean cutting is performed even if the moving speed of the
한편, 실제 글라스 기판 절단시, 전후방향으로 기판상의 단위 셀에 대한 절단이 이루어질 때에는 리니어모터의 작용에 의해 좌우방향 안내컬럼(3)이 전후방향 안내컬럼(4)의 안내를 받아 전후방향으로 이동하는 동안 상기 조사구(6)를 통해 레 이저빔이 조사되어 전후방향으로의 기판 절단이 이루어지게 된다.On the other hand, when the actual glass substrate is cut, when the unit cell on the substrate is cut in the front-rear direction, the left-
그리고, 좌우방향으로의 기판 절단이 이루어질 때에는 좌우방향 안내컬럼(3)상에 구비된 리니어모터의 작용에 의해 조사구 마운트 블록(7) 및 이에 장착된 조사구(6)가 좌우방향 안내컬럼(3)의 안내를 받아 좌우방향으로 이동하는 동안 상기 조사구(6)를 통해 레이저빔이 조사되어 전후방향으로의 기판 절단이 이루어지게 된다.When the substrate is cut in the left and right directions, the irradiation hole mount block 7 and the
이와 같이, 자외선 영역의 단파장 레이저빔이 전후방향 이동 및 좌우방향 이동을 교대로 반복함에 따라 글라스 기판상의 각 셀들은 완전히 개별적으로 분리(singulation)된다.As described above, as the short-wavelength laser beam in the ultraviolet region alternates between forward and backward movements and left and right movements, each cell on the glass substrate is completely individually singulated.
한편, 상기와 같이 자외선 영역의 단파장 레이저빔을 이용한 글라스 기판 절단시, 실질적인 절단 작업에 앞서 기판상의 절단 깊이가 정확히 설정되어야 한다.On the other hand, when cutting the glass substrate using the short-wavelength laser beam in the ultraviolet region as described above, the cutting depth on the substrate must be set accurately before the actual cutting operation.
그리고, 이를 위해서는 레이저빔의 초점이 맺히는 위치는 절단하고자 하는 기판의 절단깊이와 일치하도록 제어해야 하는데, 그 과정은 다음과 같다.And, for this purpose, the position where the focus of the laser beam is focused should be controlled to match the cutting depth of the substrate to be cut. The process is as follows.
먼저, 도 2b와 도 3b를 참조하면, 기판 깊이 방향으로의 레이저빔의 초점 위치를 원하는 값으로 설정하게 되고, 이어 레이저빔 조사구(6)로부터 기판 주면까지의 거리 계측이 이루어지게 된다.First, referring to FIGS. 2B and 3B, the focal position of the laser beam in the substrate depth direction is set to a desired value, and then the distance measurement from the laser
따라서, 기판 주면까지의 거리 및 설정된 초점 위치 데이터에 근거하여 레이저빔의 실제 초점위치를 기설정된 초점 위치와 일치할 수 있도록 이동시키게 된다.Therefore, the actual focus position of the laser beam is moved to coincide with the preset focus position based on the distance to the main surface of the substrate and the set focus position data.
이 때, 상기 레이저빔의 초점위치 제어는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 조사구(6)의 상승 및 하강에 의해 이루어지거나, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 기판의 상승 및 하강에 의해 이루어지게 된다.At this time, the focal position control of the laser beam is made by raising and lowering the
즉, 초점거리(B1,B2,B3; B1=B2=B3)의 변경없이 레이저빔 조사구(6)로부터 기판 주면까지의 거리가 변경됨에 따라, 절단깊이(D1,D2,D3;D1<D2<D3)의 가변이 가능하게 되는 것이다.That is, as the distance from the
한편, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 초점거리를 가변시킴으로써 조사구(6)와 기판과의 거리를 변화없이도 절단깊이를 제어할 수 있게 된다.Meanwhile, referring to FIGS. 4A and 4B, the depth of cut can be controlled without changing the distance between the
즉, 먼저 기판 깊이 방향으로의 레이저빔의 초점 위치를 설정하게 되고, 이어 레이저빔 조사구(6)로부터 기판 주면까지의 거리 계측이 이루어지게 된다.That is, first, the focal position of the laser beam in the substrate depth direction is set, and then the distance measurement from the laser
따라서, 기판 주면까지의 거리 및 설정된 초점 위치 데이터에 근거하여 레이저빔의 초점위치를 설정된 위치로 이동시키게 되는데, 이 때 본 실시예에 따르면 조사구(6) 내부에 설치된 가변초점렌즈(8a)의 조절에 의해 레이저빔의 초점거리가 달라지게 된다(도 4a의 B1,B2,B3;B1<B2<B3).Therefore, the focus position of the laser beam is moved to the set position based on the distance to the main surface of the substrate and the set focus position data. In this case, according to the present embodiment, the
즉, 레이저빔의 초점거리를 늘이거나 줄임으로서 조사구(6)와 기판과의 거리를 변화없이 초점 위치를 제어하게 되는 것이다.In other words, by increasing or decreasing the focal length of the laser beam, the focal position is controlled without changing the distance between the
이 때, 레이저빔 조사구(6)로부터 기판 주면까지의 거리 계측은, 비접촉식으로 이루어지며, 절단용인 자외선 영역의 단파장 레이저빔과는 별도의 거리 측정용 빔(beam)의 조사에 의해 이루어지게 된다.At this time, the distance measurement from the
상기와 같이 본 발명의 비금속재 절단장치는 비금속재에 대한 정밀 절단이 가능해짐에 따라, 평판표시장치등의 합착패널(P)에 대한 단차절단(상판 또는 하판 중 어는 한쪽만을 자르는 절단형태) 또는 합착패널(P)에 대한 상·하면 동시절단이 선택적으로 가능하게 된다.As described above, the non-metal material cutting device of the present invention can be cut precisely with respect to the non-metal material, so that the step cutting (cutting form of cutting only one of the upper and lower plates) to the panel P such as a flat panel display device or Simultaneous cutting of the upper and lower surfaces of the bonding panel P can be selectively performed.
즉, 합착패널(P)의 상하면을 동시에 절단하여 단위 셀로 분리시키기 위해서는, 도 5a에 도시된 바와 같이 레이저빔의 초점을 합착패널(P)의 전체 두께에 맞추어 하판 저면에 일치시킨 후에 절단을 수행하면 된다.That is, in order to simultaneously cut the upper and lower surfaces of the bonding panel P to separate the unit cells, as shown in FIG. 5A, the laser beam is focused on the bottom surface of the lower panel according to the overall thickness of the bonding panel P, and then the cutting is performed. Just do it.
그리고, 합착패널(P)의 상하판중 어느 한쪽판(예;상판)만을 절단하는 단차절단시에는 레이저빔의 초점을 도 5b에 도시된 바와 같이, 상판의 두께에 맞추어 상판 저면에 일치시킨 후에 절단을 수행하면 된다.When the step cutting is performed to cut only one of the upper and lower plates of the bonding panel P, the focus of the laser beam is matched to the bottom of the upper plate according to the thickness of the upper plate as shown in FIG. 5B. This is done by cutting.
이하에서는 레이저빔의 에너지를 높이기 위해 광학적으로 행하는 Q-스위칭 및 이에 적용되는 광공진기 등에 대해 참고적으로 살펴본다.Hereinafter, the Q-switching optically performed to increase the energy of the laser beam and the optical resonator applied thereto will be described.
정상적인 발진상태에서 레이저 매질의 이득은 출력 축출분을 포함하는 손실을 겨우 넘기는 정도의 작은 값이 된다. 이 때, 반전분포량을 문턱값 이상으로 크게 하여 더욱 강력한 레이저빔을 얻을 수 있다.Under normal oscillation, the gain of the laser medium is small enough to just exceed the loss that includes the output extraction. At this time, the inverted distribution amount is increased to a threshold value or more to obtain a more powerful laser beam.
이를 살펴보면, 반전분포량을 발진 문턱값 이상으로 크게 하기 위해 광공진기(resonator)의 손실을 크게 한다. 즉, Q값은 작아진다.Looking at this, the loss of the resonator is increased in order to increase the inversion distribution amount above the oscillation threshold. That is, the Q value becomes small.
이와 같이 인위적으로 Q값을 작게 했다가 반전분포량이 어느 정도 큰 값을 가질 때 Q값을 다시 크게 하면 이득계수가 발진 문턱값보다 훨씬 커져 강력한 레이저빔이 발진될 수 있다. 이러한 기술을 Q-스위치라 한다.When the Q value is artificially reduced and the inversion distribution has a certain value, if the Q value is increased again, the gain coefficient is much larger than the oscillation threshold, and thus a powerful laser beam may be oscillated. This technique is called a Q-switch.
한편, 상기의 광공진기에 대해 설명하면, 유도 방출에 의한 빔의 증폭만으로는 효율적인 레이저빔을 만들 수 없으므로 빔을 공진(resonate)시킬 수 있는 평행한 거울을 사용한다.On the other hand, when the optical resonator is described, a parallel mirror capable of resonating a beam is used because an amplification of the beam by induced emission alone does not produce an efficient laser beam.
그리고, 반전분포가 계속되는 상태에 유도 방출이 일어나고 반사거울에 의해 빔이 레이저 매질 구간으로 되돌려지면 빔이 증폭되어지는데 빔이 두장의 거울 사이를 왕복하는 시간이 광파의 진동주기의 정수배로 되면 정재파(standing wave)가 생겨 유도 방출이 급격히 증가하는 바, 이러한 구조를 갖는 것을 광공진기(resonator)라고 하며 비로소 레이저빔이 나오게 된다.Induction emission occurs while the inversion distribution continues, and the beam is amplified when the beam is returned to the laser medium section by the reflection mirror. Since a standing wave is generated and the induced emission is rapidly increased, the structure having such a structure is called a resonator and a laser beam comes out.
이상과 같은 본 발명에 따르면, TFT-LCD, PDP, OLED와 같은 디스플레이 모듈의 제작에 있어서의 글라스 절단시 단파장 레이저빔의 초점 위치를 제어함으로써 절단깊이를 원하는 바대로 정확히 제어할 수 있는 효과가 있으며, 구체적으로는 디스플레이 모듈 제작시 합착패널(P)의 상,하판 동시절단 또는 상판만의 절단 등 선택적 기판 절단이 가능해지게 된다.According to the present invention as described above, by controlling the focal position of the short-wavelength laser beam when cutting the glass in the manufacture of display modules such as TFT-LCD, PDP, OLED, the cutting depth can be accurately controlled as desired For example, when the display module is manufactured, selective substrate cutting, such as simultaneous cutting of the upper and lower plates or cutting of only the upper plate, becomes possible.
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