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KR101041137B1 - 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법 - Google Patents

기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법 Download PDF

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KR101041137B1
KR101041137B1 KR1020090025451A KR20090025451A KR101041137B1 KR 101041137 B1 KR101041137 B1 KR 101041137B1 KR 1020090025451 A KR1020090025451 A KR 1020090025451A KR 20090025451 A KR20090025451 A KR 20090025451A KR 101041137 B1 KR101041137 B1 KR 101041137B1
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irradiation section
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김준형
김성곤
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Abstract

본 발명은 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 장치는 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 지지하는 스테이지부와, 상기 절단 라인을 따라 상기 기판의 일부를 가열하기 위한 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부와, 상기 레이저빔의 광경로 상에 배치되어 상기 절단 라인으로 향하는 상기 레이저빔의 경사각을 흔들어 광스윙시키는 광스윙부, 그리고 상기 레이저빔에 의해 가열된 상기 기판을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.
유리 기판, 절단, 광스윙, 적외선 레이저, 기판 절단 장치, 기판 절단 방법

Description

기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법 {SUBSTRATE CUTTING APPARTUS AND METHOD FOR CUTTING SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저빔을 사용하여 유리 기판을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있는 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법에 관한 것이다.
기판 절단 장치는 글래스 계열의 기판을 베이스 기판으로 사용하는 평판 표시 장치를 원하는 제품 사이즈로 절단하는데 사용되고 있다. 평판 표시 장치는 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display) 및 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등을 포함한다. 평판 표시 장치는 박형화가 가능하다는 장점을 가지고 있으며, 박형화에 대한 요구가 점점 증대되고 있다. 근래에는, 0.3mm 이하의 두께를 갖는 상대적으로 매우 얇은 유리 기판을 사용한 평판 표시 장치에 대한 수요가 늘고 있는 실정이다.
일반적으로 기판 절단 장치는 투명한 유리 기판을 절단하기 위해 탄산가스(CO2) 레이저와 냉각 수단을 구비하고 있다. 즉, 기판 절단 장치는 탄산가스 레 이저로 절단하고자 하는 라인을 따라 유리 기판을 순간 가열하여 열에 의한 압축 응력을 발생시키고, 다시 냉각 수단을 통해 가열된 부위를 순간적으로 냉각시켜 인장 응력을 발생시킨다. 이러한 열충격이 유리 기판에 가해지면 미세한 마이크로 크랙이 생겨 유리 기판이 절단된다.
하지만, 유리 기판의 두께가 얇아질수록 온도 차이에 의한 응력으로 크랙을 원활하게 발생시켜 안정적으로 유리 기판을 절단하기 어려워진다. 이는 얇은 두께의 유리컵일수록 뜨거운 물을 부어도 잘 깨지지 않는 원리와 같다.
따라서, 종래의 기판 절단 장치는 박형화의 요구에 따라 상대적으로 매우 얇은 유리 기판을 사용한 평판 표시 장치를 절단하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상대적으로 얇은 두께의 유리 기판도 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있는 기판 절단 장치를 제공하고자 한다.
또한, 상기한 기판 절단 장치를 사용해 기판을 절단하는 기판 절단 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 장치는 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 지지하는 스테이지(stage)부와, 상기 절단 라인을 따라 상기 기판의 일부를 가열하기 위한 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부와, 상기 레이저빔의 광경로 상 에 배치되어 상기 절단 라인으로 향하는 상기 레이저빔의 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시키는 광스윙부, 그리고 상기 레이저빔에 의해 가열된 상기 기판을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.
상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되며, 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치할 수 있다.
상기 광조사 구간은 100mm 이내의 길이를 가질 수 있다.
상기 광스윙부에 의해 상기 광조사 구간 내에서 상기 레이저빔이 스윙되는 속도는 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내에 속할 수 있다.
상기 광조사 구간에서 상기 기판이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)은 둘 이상의 봉우리들을 갖는 다봉 패턴으로 형성되며, 상기 둘 이상의 봉우리들은 서로 다른 패턴으로 형성될 수 있다.
상기한 기판 절단 장치는 상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 이송부를 더 포함할 수 있으며, 상기 이송부에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동할 수 있다.
상기 냉각부는 상기 광조사 구간의 이동 방향을 기준으로 상기 광조사 구간의 후미 가장자리를 냉각시키고, 상기 냉각부에 의해 냉각되기 직전의 상기 기판의 상부와 하부 간의 온도 차이는 섭씨 50도 이상일 수 있다.
상기 광스윙부는 상기 레이저 발생부에서 방출된 레이저빔을 반사하는 반사부와, 상기 반사부를 구동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 구동부는 상기 레이저빔의 스윙 속도가 불균일해지도록 상기 반사부의 움직임을 선택적으로 조절할 수 있다.
상기 레이저 발생부로 탄산가스(CO2) 레이저를 포함하는 적외선 계열 레이저를 사용할 수 있다.
상기 기판은 0.3mm 이하의 두께를 가지며 글래스 계열의 소재로 만들어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 방법은 스테이지(stage)부에 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 장착하는 단계와, 상기 기판에 대한 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시킨 레이저빔을 상기 절단 라인을 따라 조사하여 상기 기판의 일부를 가열하는 단계, 그리고 상기 기판의 가열된 영역을 냉각시켜 상기 기판을 상기 절단 라인을 따라 절단하는 단계를 포함한다.
상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되며, 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치할 수 있다.
상기 광조사 구간은 100mm 이내의 길이를 가질 수 있다.
상기 광조사 구간 내에서 상기 레이저빔이 스윙되는 속도는 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내에 속할 수 있다.
상기 광조사 구간에서 상기 기판이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)은 둘 이상의 봉우리들을 갖는 다봉 패턴으로 형성되며, 상기 둘 이상의 봉우리들은 서로 다른 패턴으로 형성될 수 있다.
상기한 기판 절단 방법은 상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상이 이송됨에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동할 수 있다.
상기 광조사 구간의 이동 방향을 기준으로 상기 광조사 구간의 후미 가장자리가 냉각되며, 냉각되기 직전의 상기 기판의 상부와 하부 간의 온도 차이는 섭씨 50도 이상일 수 있다.
상기 레이저 발생부로 탄산가스(CO2) 레이저를 포함하는 적외선 계열 레이저를 사용할 수 있다.
상기 기판은 0.3mm 이하의 두께를 가지며 글래스 계열의 소재로 만들어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판 절단 장치는 상대적으로 얇은 두께의 유리 기판도 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 방법에 의하면, 상대적으로 얇은 두께의 유리 기판을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절단 장치(100)를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 기판 절단 장치(100)는 스테이지(stage)부(20), 레이저 발생부(30), 광스윙부(beam swing)(50), 냉각부(60), 및 이송부(80)를 포함한다.
스테이지부(20)는 절단될 기판(10)을 지지한다. 일례로, 기판(10)은 글래스(glass) 계열의 소재로 만들어진 유리 기판일 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 일 실시예에서 기판(10)이 유리 기판에만 한정되는 것은 아니며, 유리 이외의 비금속 재료로 만들어진 기판일 수도 있다. 그리고, 스테이지부(20)에 장착된 기판(10)은 가상의 절단 라인(CL)을 따라 절단된다. 도 1에서 점선으로 도시된 절단 라인(CL)은 앞으로 절단될 라인을 나타내며, 실선으로 도시된 절단 라인(CL)은 절단된 라인을 나타낸다.
레이저 발생부(30)는 절단 라인(CL)을 따라 기판(10)을 가열하기 위한 레이저빔(LB)을 방출한다. 레이저 발생부(30)로는 탄산가스(CO2) 레이저와 같은 적외선 계열 레이저가 사용된다. 탄산가스 레이저는 10,600nm의 파장을 갖는 레이저빔을 조사할 수 있다. 10,600nm의 파장을 갖는 레이저빔은 물분자 또는 히드록시기 물질에 잘 흡수되며, 유리에 대한 흡수성도 매우 높다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에서 레이저 발생부(30)로 사용되는 적외선 계열 레이저가 탄산가스 레이저에 한정되는 것은 아니며, 파장이 대략 780nm 이상인 레이저빔을 조사할 수 있는 다양한 레이저들이 사용될 수 있다.
광스윙부(50)는 레이저 발생부(30)에서 방출되어 기판(10) 상의 절단 라인(CL)로 향하는 레이저빔(LB)의 광경로 상에 배치된다. 광스윙부(50)는 기판(10)에 대한 레이저빔(LB)의 경사각을 미소하게 흔들어 광스윙(beam swing)시킨다. 즉, 레이저빔(LB)은 광스윙부(50)에 의해 기설정된 광조사 구간(LBD) 내에서 광스윙된다. 광조사 구간(LBD)은 절단 라인(CL)과 동일한 길이 방향을 가지고 절단 라인 상에 위치한다. 여기서, 경사각은 기판(10)의 판면에 광스윙된 레이저빔(SLB) 이 입사되는 각을 말한다. 즉, 기판(10)에 대한 레이저빔(LB)의 경사각을 흔든다는 것은 레이저빔(LB)이 기판(10)에 입사되는 각도를 변화시킨다는 것을 의미한다. 따라서 광스윙된 레이저빔(SLB)은 기판(10)의 판면에 입사되는 각이 소정의 범위 내에서 변하게 된다. 또한 광스윙된 레이저빔(SLB)이 스윙되는 방향은 절단 라인(CL) 및 광조사 구간(LBD)의 길이 방향과 평행하다.
도 1에서 참조 부호 SLB는 광스윙된 레이저빔을 나타낸다. 광스윙된 레이저빔(SLB)은 광조사 구간(LBD) 내에서 직선 왕복적으로 절단 라인(CL)을 따라 기판(10)을 가열하게 된다. 즉, 레이저빔(SLB)이 순간적으로 조사되는 스팟 영역이 광조사 구간(LBD) 사이에서 직선 왕복하게 된다.
광스윙부(50)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 레이저 발생부(30)에서 방출된 레이저빔(LB)을 반사하는 반사부(51)와, 반사부(51)를 구동하는 구동부(52)를 포함한다. 구동부(52)는 도 2에 도시된 구성 이외에 모터 및 제어부와 같은 구성을 더 포함할 수 있다. 구동부(52)는 반사부(51)의 움직임을 조절하여 레이저 발생부(30)에서 방출된 레이저빔(LB)을 광스윙시킨다. 이때, 구동부(52)는 레이저빔(LB)의 스윙 속도가 불균일해지도록 반사부(51)의 움직임을 선택적으로 조절할 수 있다. 즉, 구동부(52)는 반사부(51)가 움직이는 속도를 불균일하게 선택적으로 조절할 수 있다.
그리고 광스윙부(50)는 반사부(51)와 구동부(52)를 수납하는 케이싱(55)을 더 포함할 수 있다. 케이싱(55)은 레이저 발생부(30)에서 방출된 레이저빔(LB)을 내부로 유입시키기 위한 광유입구(551)와, 반사부(51) 및 구동부(52)에 의해 광스 윙된 레이저빔(SLB)을 기판(10)(도 1에 도시) 방향으로 조사하기 위한 광조사구(555)를 포함한다. 광스윙된 레이저빔(SLB)의 스윙폭은 광조사구(555)의 크기를 통해 조절할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 광스윙부(50)는 필요에 따라 광스윙된 레이저빔(SLB)이 광조사 구간(LBD) 내에서 균일한 초점을 갖도록 광조사구(555)에 배치된 렌즈를 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 광스윙부(50)가 도 2에 도시한 구조에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 광스윙부(50)는 다양한 광학적인 방법을 통해, 기판(10)에 대한 레이저빔(LB)의 경사각을 미소하게 흔들어 광스윙(beam swing)시킬 수 있다.
다시, 도 1을 참조하여 설명하면, 이송부(80)는 스테이지부(20)를 절단 라인(CL)과 평행한 방향으로 이송시킨다. 도 1에서 참조 부호 SD는 이송부(80)가 스테이지부(20)를 이송시키는 방향을 나타낸다. 즉, 이송부(80)에 의해 광조사 구간(LBD)은 절단 라인(CL)을 따라 이동할 수 있게 된다. 그러나 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 이송부(80)가 스테이지부(20) 대신 광스윙부(50)와 레이저 발생부(30)를 이송시킬 수도 있다. 즉, 이송부(80)는 스테이지부(20) 또는 광스윙부(50)를 이송시켜 광스윙부(50)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)이 조사되는 광조사 구간(LBD)을 절단 라인(CL)을 따라 이동시키는 역할을 한다.
냉각부(60)는 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 가열된 기판(10)을 냉각시킨다. 구체적으로, 냉각부(60)는 광조사 구간(LBD)의 이동 방향(X축 방향)을 기준으 로 광조사 구간(LBD)의 후미 가장자리(CP)를 냉각시킨다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절단 장치(100)의 동작 양태를 구체적으로 살펴본다.
먼저, 광스윙부(50)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)이 절단 라인(CL) 위에 위치한 광조사 구간(LBD) 내의 기판(10)을 순간적으로 가열한다. 이때, 광조사 구간(LBD)의 기판(10)에는 열에 의한 압축 응력이 발생된다. 그리고 광스윙된 레이저빔(SLB)이 조사되는 광조사 구간(LBD)은 이송부(80)에 의해 절단 라인(CL)을 따라 상대적인 이동을 하게 된다.
다음, 냉각부(60)는 광조사 구간(LBD)의 이동 방향(X축 방향)을 기준으로 광조사 구간(LBD)의 후미 가장자리(CP)를 순간적으로 냉각시킨다. 이때, 냉각된 부위에는 인장 응역이 발생된다.
이와 같이 급격한 온도 변화에 따른 열충격이 기판(10)에 가해지면, 미세한 마이크로 크랙이 생기게 된다. 그리고 이러한 마이크로 크랙에 의해 기판(10)은 절단 라인을 따라 절단된다.
따라서, 기판(10)의 두께가 얇아질수록, 기판(10)의 상부와 하부 간의 급격한 온도 차이가 발생되기 어려워 마이크로 크랙이 원하는 방향으로 형성되지 않거나 안정적으로 발생되지 못한다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에서는, 광스윙부(50)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)이 광조사 구간(LBD)의 기판(10)을 가열하므로, 기판이 0.3mm 이하의 상대적으로 얇은 두께를 갖는 글래스 계열의 소재로 만들어진 유리 기판일지라도 효과 적이고 안정적으로 절단할 수 있다. 또한, 0.3mm 이상의 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 글래스 계열의 소재로 만들어진 유리 기판도 안정적으로 절단할 수 있음은 물론이다.
이는, 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 가열된 광조사 구간(LBD)의 기판(10)이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)이, 도 3에 도시된 바와 같은, 두개의 봉우리를 갖는 쌍봉 패턴으로 형성되기 때문이다. 이때, 두개의 봉우리는 서로 다른 패턴으로 형성된다. 도 3에 도시된 온도 프로파일에서 알 수 있듯이, 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 가열된 광조사 구간(LBD)의 기판(10)이 갖는 온도 분포는 매우 복잡해지고 불균일해지게 된다. 이에, 가열과 냉각을 거치는 과정에서 기판(10) 내부에 더욱 많은 압축 응력과 인장 응력이 발생되고, 기판(10)에 더욱 강한 열충격을 안정적으로 가할 수 있게 된다.
따라서, 0.3mm 이하의 상대적으로 얇은 두께를 갖는 글래스 계열의 소재로 만들어진 유리 기판도 절단 라인(CL)을 따라 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있게 된다.
또한, 도 3에서는, 쌍봉 패턴의 온도 프로파일만을 나타내고 있으나, 본 발명의 일 실시예에가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 광조사 구간(LBD)에서 기판(10)이 갖는 온도 프로파일은 셋 이상의 봉우리를 갖는 다봉 패턴으로 형성될 수도 있다. 온도 프로파일이 갖는 봉우리의 수가 증가할수록 열충격에 의해 기판(10)은 더욱 효과적으로 절단될 수 있다. 그리고, 온도 프로파일이 갖는 봉우리의 수는 광스윙부(50)의 구동부(52)가 반사부(51)를 움직임을 조절하여 늘릴 수 있 다.
또한, 광조사 구간(LBD)은 100mm 이내의 길이를 갖는 것이 좋다. 광조사 구간(LBD)의 길이가 100mm보다 길면, 광스윙된 레이저빔(SLB)을 통해 광조사 구간(LBD)의 기판(10)이 갖는 평균 온도 및 최고 온도를 높이기 어려워 온도 프로파일을 원하는 패턴으로 형성하기 힘들게 된다.
또한, 광스윙부(50)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)은 광조사 구간(LBD) 내에서 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내에 속하는 속도로 스윙된다. 즉, 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내의 속도로 레이저빔(SLB)이 순간적으로 조사되는 스팟 영역이 광조사 구간(LBD) 사이에서 직선 왕복하게 된다. 레이저빔(SLB)의 스윙 속도가 0.1m/s보다 느리거나 10m/s보다 빠르게 되면, 전술한 바와 같은 적절한 온도 프로파일을 얻을 수 없게 된다.
또한, 냉각부(60)에 의해 냉각되기 직전의 기판(10)의 상부와 하부 간의 온도 차이가 섭씨 50도 이상인 것이 좋다. 즉, 기판(10)의 상부와 하부 간의 온도 차이가 섭씨 50도 이상일때 기판(10)을 냉각시키는 것이 좋다. 이는, 기판(10)의 상부와 하부 간의 온도 차이가 클수록 냉각시 급격한 온도 변화에 따른 열충격이 더욱 강해지기 때문이다.
이와 같은 구성에 의하여, 기판 절단 장치(100)는 기판(10)을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있게 된다.
이하, 도 1 및 도 3 내지 도 6를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예를 대조하여 살펴본다.
실험예는 광조사 구간(LBD)의 기판(10)이 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 가열되므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 광조사 구간(LBD)의 기판(10)이 갖는 온도 프로파일이 쌍봉 패턴으로 형성된다. 또한, 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 가열된 광조사 구간(LBD)의 기판(10)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 냉각 시점에서 상부와 하부 간의 온도 차이가 상대적으로 커지게 된다.
이와 같은 온도 프로파일을 갖는 상태에서 광조사 구간(LBD)의 후미 가장자리(CP)를 급속히 냉각시키면, 기판(10)에 더욱 강한 열충격이 가해지게 된다. 따라서, 기판(10)은 절단 라인(CL)을 따라 효과적이고 안정적으로 절단될 수 있다.
한편, 비교예는 광스윙되지 않은 일반적인 레이저빔(LB)에 의해 직접 가열되므로, 도 5에 도시한 바와 같이, 광조사 구간(LBD)의 기판(10)이 갖는 온도 프로파일이 단봉 패턴으로 형성된다. 또한, 일반적인 레이저빔(LB)에 의해 가열된 광조사 구간(LBD)의 기판은, 도 6에 도시한 바와 같이, 냉각 시점에서 상부와 하부 간의 온도 차이가 상대적으로 매우 작아지게 된다.
이와 같은 온도 프로파일을 갖는 상태에서 광조사 구간(LBD)의 후미 가장자리(CP)를 급속히 냉각시키면, 기판(10)에 가해지는 열충격은 실험예에 비해 상대적으로 약할 수 밖에 없다.
따라서, 비교예는 실험예에 비해 안정적으로 기판(10)을 절단하는 능력이 떨어짐을 알 수 있다. 특히, 비교예의 경우, 0.3mm이하의 상대적으로 얇은 두께를 갖는 기판을 절단하는 것이 용이하지 않음을 예상할 수 있다.
이와 같이, 실험예와 비교예의 대조를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 기 판 절단 장치(100)가 효과적이고 안정적으로 기판(10)을 절단할 수 있음을 알 수 있다.
이하, 도 1의 기판 절단 장치(100)를 사용하여 기판을 절단하는 방법을 살펴본다.
먼저, 가상의 절단 라인(CL)을 따라 절단하고자 하는 0.3mm 이하의 두께를 갖는 글래스 계열의 소재로 만들어진 유리 기판(10)을 스테이지부에 장착한다. 이때, 기판(10)의 두께가 반드시 0.3mm 이하여야 하는 것은 아니며, 0.3mm 이상일 수도 있다. 또한, 기판(10)이 반드시 글래스 계열의 소재로 만들어져야 하는 것은 아니며, 유리 이외의 비금속 재료로 만들어진 기판(10)일 수도 있다.
다음, 기판(10)에 대한 경사각을 미소하게 흔들어 광스윙시킨 레이저빔(SLB)을 절단 라인(CL)을 따라 조사하여 기판(10)의 일부를 가열한다. 여기서, 레이저빔(SLB)은 탄산가스(CO2) 레이저에서 발생된다. 그리고 레이저빔(SLB)은 기설정된 광조사 구간(LBD) 내에서 광스윙된다. 광조사 구간(LBD)은 절단 라인(CL)과 동일한 길이 방향을 가지고 절단 라인(CL) 상에 위치한다. 또한, 광조사 구간(LBD)은 100mm 이내의 길이를 가지며, 광조사 구간(LBD) 내에서 레이저빔(SLB)이 스윙되는 속도는 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내에 속한다.
또한, 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 가열된 광조사 구간(LBD)에서 기판(10)이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)은 둘 이상의 봉우리들을 갖는 다봉 패턴으로 형성되며, 둘 이상의 봉우리들은 서로 다른 패턴으로 형성된다.
다음, 광조사 구간(LBD)을 절단 라인(CL)을 따라 이동시킨다. 그리고 광조사 구간(LBD)의 이동 방향을 기준으로 광조사 구간(LBD)의 후미 가장자리(CP)를 냉각시킨다. 이때, 냉각되기 직전의 기판(10)의 상부와 하부 간의 온도 차이는 섭씨 50도 이상이 된다.
이와 같이, 기판(10)이 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 급속히 가열되고 다시 냉각되면 열충격에 의해 마이크로 크랙이 발생되고 기판(10)은 절단 라인(CL)을 따라 안정적으로 절단된다.
이와 같은 기판 절단 방법을 통해, 기판(10)을 더욱 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절단 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 광스윙부를 나타낸 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예에서 광조사 구간의 온도 프로파일 및 그에 따른 기판의 온도 분포를 나타낸 그래프들이다.

Claims (20)

  1. 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 지지하는 스테이지(stage)부;
    상기 절단 라인을 따라 상기 기판의 일부를 가열하기 위한 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부;
    상기 레이저빔의 광경로 상에 배치되어 상기 절단 라인으로 향하는 상기 레이저빔의 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시키는 광스윙부;
    상기 레이저빔에 의해 가열된 상기 기판을 냉각시키는 냉각부; 그리고
    상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 이송부
    를 포함하며,
    상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되고,
    상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치하며,
    상기 이송부에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동하는 기판 절단 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 광조사 구간은 100mm 이내의 길이를 갖는 기판 절단 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 광스윙부에 의해 상기 광조사 구간 내에서 상기 레이저빔이 스윙되는 속도는 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내에 속하는 기판 절단 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 광조사 구간에서 상기 기판이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)은 둘 이상의 봉우리들을 갖는 다봉 패턴으로 형성되며,
    상기 둘 이상의 봉우리들은 서로 다른 패턴으로 형성된 기판 절단 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 냉각부는 상기 광조사 구간의 이동 방향을 기준으로 상기 광조사 구간의 후미 가장자리를 냉각시키고,
    상기 냉각부에 의해 냉각되기 직전의 상기 기판의 상부와 하부 간의 온도 차이는 섭씨 50도 이상인 기판 절단 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 광스윙부는 상기 레이저 발생부에서 방출된 레이저빔을 반사하는 반사부와, 상기 반사부를 구동시키는 구동부를 포함하는 기판 절단 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 구동부는 상기 레이저빔의 스윙 속도가 불균일해지도록 상기 반사부의 움직임을 선택적으로 조절하는 기판 절단 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 레이저 발생부로 탄산가스(CO2) 레이저를 포함하는 적외선 계열 레이저를 사용하는 기판 절단 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 기판은 0.3mm 이하의 두께를 가지며 글래스 계열의 소재로 만들어진 기판 절단 장치.
  10. 스테이지(stage)부에 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 장착하는 단계;
    광스윙부를 통해 상기 기판에 대한 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시킨 레이저빔을 상기 절단 라인을 따라 조사하여 상기 기판의 일부를 가열하는 단계;
    상기 기판의 가열된 영역을 냉각시켜 상기 절단 라인을 따라 상기 기판을 절단하는 단계; 그리고
    상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되고,
    상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치하며,
    상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상이 이송됨에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동하는 기판 절단 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 광조사 구간은 100mm 이내의 길이를 갖는 기판 절단 방법.
  12. 제10항에서,
    상기 광조사 구간 내에서 상기 레이저빔이 스윙되는 속도는 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내에 속하는 기판 절단 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 광조사 구간에서 상기 기판이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)은 둘 이상의 봉우리들을 갖는 다봉 패턴으로 형성되며,
    상기 둘 이상의 봉우리들은 서로 다른 패턴으로 형성된 기판 절단 방법.
  14. 제10항에서,
    상기 광조사 구간의 이동 방향을 기준으로 상기 광조사 구간의 후미 가장자리가 냉각되며,
    냉각되기 직전의 상기 기판의 상부와 하부 간의 온도 차이는 섭씨 50도 이상인 기판 절단 방법.
  15. 제10항에서,
    상기 레이저 발생부로 탄산가스(CO2) 레이저를 포함하는 적외선 계열 레이저를 사용하는 기판 절단 방법.
  16. 제10항에서,
    상기 기판은 0.3mm 이하의 두께를 가지며 글래스 계열의 소재로 만들어진 기판 절단 방법.
  17. 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 지지하는 스테이지(stage)부;
    상기 절단 라인을 따라 상기 기판의 일부를 가열하기 위한 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부;
    상기 레이저빔의 광경로 상에 배치되어 상기 절단 라인으로 향하는 상기 레이저빔의 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시키는 광스윙부; 그리고
    상기 레이저빔에 의해 가열된 상기 기판을 냉각시키는 냉각부
    를 포함하며,
    상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되고,
    상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치하며,
    상기 광조사 구간에서 상기 기판이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)은 둘 이상의 봉우리들을 갖는 다봉 패턴으로 형성되고,
    상기 둘 이상의 봉우리들은 서로 다른 패턴으로 형성된 기판 절단 장치.
  18. 스테이지(stage)부에 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 장착하는 단계;
    광스윙부를 통해 상기 기판에 대한 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시킨 레이저빔을 상기 절단 라인을 따라 조사하여 상기 기판의 일부를 가열하는 단계; 그리고
    상기 기판의 가열된 영역을 냉각시켜 상기 절단 라인을 따라 상기 기판을 절단하는 단계
    를 포함하며,
    상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되고,
    상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치하며,
    상기 광조사 구간에서 상기 기판이 갖는 온도 프로파일(thermal profile)은 둘 이상의 봉우리들을 갖는 다봉 패턴으로 형성되고,
    상기 둘 이상의 봉우리들은 서로 다른 패턴으로 형성된 기판 절단 방법.
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