KR101195601B1

KR101195601B1 - 레이저를 이용한 절단방법 및 절단장치

Info

Publication number: KR101195601B1
Application number: KR1020100065471A
Authority: KR
Inventors: 전은숙; 박상영; 김형욱
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-10-29
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: KR20120004793A

Abstract

개시된 스크라이빙 방법은, 레이저 헤드를 이용하여 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 열적 스트레스를 가함으로써 곡선부를 포함하는 절단용의 제1스크라이빙 라인과, 상기 곡선부로부터 상기 제1스크라이빙 라인의 외측으로 연장된 적어도 하나의 스트레스 경감용 제2스크라이빙 라인을 형성한다. 이에 의하여, 곡선부의 열스트레스의 비대칭성을 완화할 수 있다.

Description

레이저를 이용한 절단방법 및 절단장치{Lasercutting method and breaking apparatus}

본 발명은 레이저를 이용한 취성 재료의 절단 방법 및 장치에 관한 것이다.

유리 등의 투광성 취성 재료는 디스플레이 장치의 기판이나, 디스플레이 장치의 보호판으로서 널리 활용되고 있다. 유리는 다이아몬드 휠 등을 이용한 기계적 방법, 워터 젯트를 이용한 방법, 레이저를 이용한 방법 등에 의하여 원하는 형상으로 절단될 수 있다.

기계적 절단방법은 절단 시에 발생되는 파편에 의하여 유리 표면이 오염되거나 손상될 우려와, 커팅 휠의 마모로 인하여 휠 교체 비용과 시간이 소요되는 불리한 점이 있다. 또, 절단선 부근에 미세 크랙이 발생될 수 있다.

레이저를 이용하는 방법은 유리에 레이저 에너지를 가하여 완전 절단하는 풀-커팅(full cutting) 방식과, 유리에 레이저 빔을 조사하여 열 스트레스를 가하여 절단라인을 형성한 후에 재료에 기계적 또는 열적 충격을 주어 절단라인을 따라 절단하는 스크라이빙 방식이 있다.

근래에 들어 유리를 다양한 형태로 절단하고자 하는 요구가 증가하고 있다. 특히, 휴대용 기기의 표시창의 보호판으로서 사용되는 유리는 그 외곽선에 원호형상부가 있는 경우가 많은데, 유리를 원호형상으로 절단하는 것이 용이하지 않다. 왜냐하면, 원호형상의 절단라인을 형성하기 위하여는 유리에 가해지는 열적 스트레스를 절단라인을 기준으로 하여 대칭이 되도록 유지하여야, 후에 기계적 충격을 가하여 절단할 때에 절단라인을 따라 정확하게 절단할 수 있기 때문이다.

본 발명은 원호형상을 포함하는 외곽라인을 따라 유리를 포함하는 취성 재료를 용이하게 가공할 수 있는 절단방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 절단방법은, 레이저 헤드를 이용하여 가공 대상물의 표면에 레이저 빔을 조사하여 열적 스트레스를 가함으로써, 폐곡선 형태의 절단용의 제1스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 상기 폐곡선 형태의 제1스크라이빙 라인과 동일한 형태의 가압부를 구비하는 가압부재를 이용하여 상기 가공 대상물을 그 이면으로부터 가압하여 상기 제1스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함한다.

삭제

상기 제1스크라이빙 라인은 곡선부를 포함하며, 상기 절단방법은, 상기 레이저 헤드를 이용하여 가공 대상물의 표면에 레이저 빔을 조사하여 상기 곡선부로부터 상기 제1스크라이빙 라인의 외측으로 연장된 적어도 하나의 스트레스 경감용 제2스크라이빙 라인을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 제2스크라이빙 라인은 상기 가공 대상물의 가장자리에까지 연장될 수 있다. 상기 절단 방법은, 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 재단용의 제3스크라이빙 라인을 형성하는 단계;를 더 포함하며, 상기 제2스크라이빙 라인은 상기 제3스크라이빙 라인까지 연장될 수 있다.

상기 제1, 제2 스크라이빙 라인을 형성하기 위하여, 상기 레이저 헤드와 상기 가공 대상물이 적재된 테이블을 상대 이동시킬 수 있다.

상기 제1, 제2스크라이빙 라인을 복수의 영역으로 구분하고, 상기 레이저 헤드와 상기 가공 대상물이 적재되는 테이블을 복수의 영역에 대응되는 위치로 순차로 상대이동시켜 정지시키고, 상기 레이저 헤드에 마련된 스캐너를 이용하여 상기 레이저 빔을 스캔하여 상기 제1, 제2스크라이빙 라인을 형성할 수 있다. 상기 스캔된 레이저 빔을 텔레센트릭 렌즈를 이용하여 상기 가공 대상물에 집광될 수 있다. 상기 복수의 영역 각각은 상기 텔레센트릭 렌즈의 필드 범위에 대응될 수 있다.

상기 제1, 제2스크라이빙 라인은 상기 레이저 빔을 수 회 반복 주사하여 형성될 수 있다.

삭제

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 절단장치는, 폐곡선 형태의 스크라이빙 라인이 형성된 가공 대상물을 가압하여 절단하는 장치로서, 상기 가공 대상물이 놓여지는 적재대; 상기 폐곡선 형태의 스크라이빙 라인과 동일한 형상의 가압부가 마련된 브레이킹 부재; 상기 가압부가 상기 가공 대상물을 가압할 수 있도록 상기 브레이킹 부재를 이동시키는 이동수단;을 포함한다.

상술한 본 발명의 절단방법 및 장치에 따르면, 곡선부로부터 연장된 제2스크라이빙 라인을 형성함으로써 곡선부에서의 열 스트레스의 비대칭성을 완화하여 곡선부를 구비하는 스크라이빙 라인을 높은 수율로 용이하게 형성할 수 있으며, 추후 브레이킹 공정에서 스크라이빙 라인을 추종하여 절단이 이루어지도록 할 수 있다.

스캐너를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써, 곡선부를 정밀하게 가공할 수 있다.

스크라이빙 라인을 복수의 영역으로 구분하여 스캐너를 이용하여 가공함으로써 정밀하고 신속한 스크라이빙이 가능하다. 스캔 렌즈로서 텔레센트릭 렌즈를 채용하고 그 필드에 맞추어 복수의 영역을 구분함으로써, 스캔된 레이저 빔을 가공 대상물의 표면에 수직으로 레이저 빔을 입사시켜 정밀한 스크라이빙 라인을 형성할 수 있다.

레이저 빔을 수 회 반복 조사하여 스크라이빙 라인을 형성함으로써, 강화유리 등 고강도 취성 재료를 용이하게 절단할 수 있다.

스크라이빙 라인과 동일한 형상의 브레이킹 부재를 채용함으로써, 브레이킹 공정 시간을 단축할 수 있으며 균일한 품질과 높은 수율로 절단이 가능하다. 또한, 폐곡선 형태의 스크라이빙 라인을 따라 일 회의 공정에 의하여 정밀한 절단이 가능하다. 또한, 스크라이빙 라인의 형상에 맞추어 브레이킹 부재만을 교체할 수 있어서, 브레이킹 공정의 유연성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 스크라이빙 장치의 일 실시예의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 스크라이빙 장치에 적용된 스캐너의 일 예를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 곡선부를 구비하는 절단 예정 라인을 표시한 가공 대상물의 일 예를 도시한 평면도.
도 4는 제1스크라이빙 라인과 그 곡선부로부터 가공 대상물의 가장자리에까지 연장된 제2스크라이빙 라인을 도시한 평면도.
도 5는 제1스크라이빙 라인과 그 곡선부로부터 제3스크라이빙 라인까지 연장된 제2스크라이빙 라인을 도시한 평면도.
도 6은 제1스크라이빙 라인과 그 곡선부로부터 재단용의 제3스크라이빙 라인까지 연장된 제2스크라이빙 라인을 도시한 평면도,
도 7은 스캐너를 이용하여 곡선부를 가공하는 방법의 일 예롤 도시한 평면도.
도 8은 스캐너를 이용하여 스캔 렌즈의 필드에 대응되는 복수의 영역을 가공하는 방법의 일 예를 도시한 평면도.
도 9는 스캔 렌즈의 필드에 대응되는 복수의 영역으로 구분하여 스캐너를 이용하여 스크라이빙 라인을 형성하는 방법의 일 예를 도시한 평면도.
도 10은 곡선 형태의 스크라이빙 라인을 스캔 렌즈의 필드에 대응되는 복수의 영역으로 구분하여 형성하는 방법의 일 예를 도시한 평면도.
도 11은 브레이킹 공정을 수행하기 위한 절단장치의 일 실시예의 구성도.
도 12는 브레이킹 공정을 설명하는 사시도.
도 13은 브레이킹 부재의 일 실시예를 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 스크라이빙 방법의 실시예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 스크라이빙 장치의 구성도이다. 본 실시예의 스크라이빙 장치는 레이저 빔을 취성 재료, 예를 들면 유리(glass)의 표면에 조사하고, 레이저 빔이 조사된 취성 재료의 표면이 냉각됨에 따라 발생되는 열스트레스를 이용하여 취성 재료의 표면에 절단을 위한 스크라이빙 라인을 형성한다.

도 1을 보면, 가공 대상물(50), 예를 들면 유리 등의 취성 재료가 놓여지는 테이블(60)과, 레이저 빔을 가공 대상물(50)에 조사하는 레이저 헤드(100)가 도시되어 있다. 레이저 헤드(100)는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기(10)와, 레이저 빔을 소정의 범위 내에서 이동시키는 스캐너(30)와, 스캔된 레이저 빔을 가공 대상물(50)의 표면에 집광시키는 스캔 렌즈(40)를 포함할 수 있다. 레이저 헤드(100)는 레이저 빔을 스캐너(30)로 안내하기 위하여 예를 들어 반사미러(20)와 같은 포함하는 부가적인 광학요소를 더 구비할 수 있다.

가공 대상물(50)을 소정의 형상으로 절단하기 위한 스크라이빙 라인을 형성하기 위하여 레이저 헤드(100)와 가공 대상물(50)은 XY 평면 내에서 상대 이동이 가능하다. 예를 들어, 가공 대상물(50)이 적치되는 테이블(60)은 고정된 위치에 위치되고, 레이저 헤드(100)가 X방향과 Y방향으로 이동될 수 있다. 반대로, 레이저 헤드(100)가 고정된 위치에 위치되고, 테이블(60)이 X방향과 Y방향으로 이동될 수 있다. 또, 레이저 헤드(100)가 X, Y방향 중 어느 한 방향으로 이동되고, 테이블(60)이 나머지 한 방향으로 이동될 수도 있다. 이하에서는 레이저 헤드(100)를 X방향과 Y방향으로 이동시키는 경우를 예로써 설명한다.

레이저 발진기(10)로서는 다양한 형태의 레이저 발진기가 채용될 수 있다. 녹색 레이저를 이용하여 풀-커팅(full-cutting)방식으로 유리를 절단할 수 있으나, 이 방식으로는 열적 및/또는 화학적으로 강화된 유리를 절단하는 데에 어려움이 있다. 또, 펨토초 레이저를 이용한 절단방법은 커팅 속도가 매우 느리고 상대적으로 고가의 장비가 필요하다는 어려움을 가진다. 따라서, 본 실시예에서는 레이저 발진기(10)로서 상대적으로 저렴하고 고출력이 가능한 CO2레이저 발진기를 채용한다. 레이저 발진기(10)는 레이저 헤드(100)와 일체로서 레이저 헤드(100)와 함께 이동될 수 있다. 또한, 레이저 발진기(10)는 레이저 헤드(100)와는 별개의 유닛일 수도 있다.

도 2는 스캐너(30)의 일 예를 상세히 도시한 구성도이다. 예를 들어, 도 2에 도시된 스캐너(30)는 갈바노 스캐너이다. 도 2를 보면, 스캐너(30)는 레이저 빔을 X 방향으로 스캔하기 위한 X-갈바노미러유닛(31)과, 레이저 빔을 Y 방향으로 스캔하기 위한 Y-갈바노미러유닛(32)을 구비할 수 있다. X-갈바노미러유닛(31)은 X-반사미러(311)와, 이를 회전시키는 X-미러모터(312)를 포함할 수 있다. Y-갈바노미러유닛(32)은 Y-반사미러(321)와, 이를 회전시키는 Y-미러모터(322)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여 X-반사미러(311)와 Y-반사미러(321)를 필요에 따라 X1, X2, Y1, Y2방향으로 회전시킴으로써, 래이저 헤드(100) 또는 테이블(60)를 이동시키지 않고 레이저 빔을 X방향 및 Y방향으로 이동시킬 수 있다.

스캔 렌즈(40)는 스캔된 레이저 빔을 가공 대상물(50)의 표면에 집광하기 위한 것으로서, 스캐너(30)에 의하여 스캔된 레이저 빔이 가공 대상물(50)에 수직으로 입사될 수 있도록 하기 위하여 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)인 것이 바람직하다. 텔레센트릭 렌즈는 소정의 필드를 갖는다. 여기서 필드는 입사되는 광을 광축에 수직한 방향으로 출사할 수 있는 범위를 말한다. 따라서, 스캐너(30)는 텔레센트릭 렌즈의 필드(도 2: Sx, Sy) 이내에서 레이저 빔을 스캔하는 것이 바람직하다. 스캔 렌즈(40)에 의하여 가공 대상물(50)의 표면에 집광되는 레이저 빔의 스폿은 가급적 원형인 것이 바람직하나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

이하, 가공 대상물(50)에 도 3에 도시된 절단 예정 라인(L)을 따라 레이저 빔을 조사하여 스크라이빙 라인을 형성하는 방법의 실시예들을 설명한다.

도 3을 보면, 절단 예정 라인(L)은 폐곡선 형태이다. 이러한 형태의 가공은 예를 들어 근래에 휴대폰의 디스플레이 장치를 보호하기 위한 투광성 보호판재로서 사용되는 유리 가공을 들 수 있다.

예를 들어, 레이저 헤드(100)는 절단 예정 라인(L)을 추종하여 가공 대상물(50)에 대하여 상대적으로 이동되면서 절단 예정 라인(L)을 따라 레이저 빔을 조사한다. 물론, 가공 대상물(50)이 적치된 테이블(60)이 이동될 수도 있다. 레이저 빔의 에너지에 의하여 가공 대상물(50)은 국소적으로 가열된다. 레이저 빔의 에너지는 가공 대상물(50)이 기화, 용융되지 않고 가열만이 발생되도록 설정된다. 국소적으로 가열된 부분은 열팽창하려는 경향을 가지나, 주변부는 가열되지 않은 상태이므로 팽창하지 못한다. 따라서, 레이저 빔이 조사된 부분에는 국부적으로 압축 응력이 발생된다. 압축 응력은 레이저 빔의 조사된 부분을 중심으로 하여 반경 방향으로 발생되며, 그에 직교하는 방향으로는 인장응력이 발생된다. 레이저 빔을 조사할 때에 이 인장응력이 가공 대상물(50)의 파괴 역치를 넘지 않도록 레이저 빔의 에너지가 제어된다. 레이저 빔이 조사된 후에 가공 대상물(50)이 냉각되면, 가공 대상물(50)이 다시 수축되는데, 이때에 인장응력이 증폭되면서 크랙이 발생되거나, 재료의 물성이 변화된다. 이와 같은 과정에 의하여, 절단 예정 라인(L)을 따라 가공 대상물(50)의 표면에 레이저 빔을 조사함으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 절단용의 제1 스크라이빙 라인(SL1)을 형성할 수 있다. 제1스크라이빙 라인(SL1)은 가공 대상물(50)의 표면으로부터 두께 방향으로 소정 거리만큼 연장된 크랙일 수 있으며, 가공 대상물(50)의 표면으로부터 두께 방향으로 소정 거리만큼의 영역에 걸쳐 재료의 물성이 변화된 영역일 수 있다.

절단 예정 라인(L)에 곡선부(C)가 포함할 수 있다. 곡선부(C)를 가공하기 위하여는 절단 예정 라인(L)을 중심으로 하여 가공 대상물(50)에 가해지는 열 스트레스가 정확히 대칭이 되는 조건으로 레이저 빔을 조사하여야 하나, 이러한 조건을 충족시키기가 용이하지 않다. 특히, 가공 대상물(50)의 표면에 조사되는 레이저 빔의 스폿 형태가 스크라이빙 방향으로 길게 연장된 타원형상인 경우에는 빔 스폿을 곡선부(C)의 형상에 맞추어 정형(shaping)하지 않는 한, 가공 대상물(50)에 가해지는 열 스트레스가 정확히 대칭이 되기는 어렵다. 따라서, 곡선부(C)에서는 열 스트레스가 비대칭적으로 가해지는 부분이 생길 수 있으며, 추후 제1스크라이빙 라인(SL1)을 따라 절단하는 브레이킹 공정에서 비대칭 영역에서 의도되지 않은 방향으로 절단이 일어날 수 있다.

이러한 점을 감안하여, 본 실시예의 스크라이빙 방법에 따르면, 곡선부(C)에 가해지는 열 스트레스를 분산하기 위하여, 스트레스 분산용의 제2스크라이빙 라인(SL2)을 형성한다. 제2스크라이빙 라인(SL2)은 제1스크라이빙 라인(SL1)을 형성하는 과정과 동일하게 레이저 빔을 가공 대상물(50)에 조사하여 형성할 수 있다. 제2스크라이빙 라인(SL2)은 곡선부(C)로부터 제1스크라이빙 라인(SL1)의 외측으로 연장된다. 제2스크라이빙 라인(SL2)은 곡선부(C)로부터 가공 대상물(50)의 외측 가장자리(E)에까지 연장될 수 있다. 제2스크라이빙 라인(SL2)은 곡선부(C)에 발생된 열 스트레스의 비대칭성을 완화한다. 열 스트레스의 비대칭성이 가장자리(E)에까지 연장된 제2스크라이빙 라인(SL2)을 따라 분산되므로, 추후의 브레이킹 공정에서 제1스크라이빙 라인(SL1) 이외의 방향으로 절단이 이루어지는 것을 방지할 수 있다. 더 상세하게 설명하면, 브레이킹 공정에서 곡선부(C)가 절단될 때에 열 스트레스의 비대칭성에 의하여 절단이 제1스크라이빙 라인(SL1)을 추종하지 못하는 경향이 생길 수 있는데, 이때에 제2스크라이빙 라인(SL2)을 따라 스트레스가 경감되거나 또는 제2스크라이빙 라인(SL2)을 따라 제1스크라이빙 라인(SL1)의 외측으로 절단이 진행되도록 함으로써, 가공 대상물(50)의 최종 산물인 제1스크라이빙 라인(SL1)의 내측 영역(50a)이 손상되지 않도록 할 수 있다. 이하에서, 제1스크라이빙 라인(SL1)을 기준으로 하여 외측 또는 외측 영역은 가공 대상물(50)의 최종 산물이 되는 영역의 반대쪽 또는 반대측 영역을 말한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 제1스크라이빙 라인(SL1)을 기준으로 영역(50b)가 최종 산물이 되는 경우에는 영역(50b)이 내측 영역이 되며, 영역(50a)이 외측 영역이 된다. 열 스트레스의 대칭성을 확보하기 위하여, 레이저 빔의 스폿은 원형으로 하는 것이 바람직하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(50)을 가공하여 복수의 영역(50a)을 최종 산물로 얻고자 하는 경우에 제2스크라이빙 라인(SL2)이 가공 대상물(50)의 가장자리(E)까지 연장될 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는 제1스크라이빙 라인(SL1)의 외측에 제3스크라이빙 라인(SL3)을 형성하고, 제2스크라이빙 라인(SL2)은 곡선부(C)로부터 제3스크라이빙 라인(SL3)까지 연장되도록 형성할 수 있다. 물론, 도 5에 도시된 예에서도 외측 영역인 영역(50a)에 제3스크라이빙 라인(SL3)을 형성하고, 곡선부(C)로부터 제3스크라이빙 라인(SL3)에 이르는 제2스크라이빙 라인(SL2)을 형성하면 된다.

상술한 실시예에서는 곡선부(C)에 하나의 제2스크라이빙 라인(SL2)을 형성하는 예에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 곡선부(C)의 크기나 곡률 등을 감안하여 둘 이상의 제2스크라이빙 라인(SL2)을 형성할 수도 있다.

상술한 실시예에서는 레이저 헤드(100)와 가공 대상물(50)을 상대이동시키면서 곡선부(C)에 레이저 빔을 조사하여 곡선부(C)에 대한 스크라이빙 라인을 형성하는 경우에 대하여 설명하였으나, 곡선부(C)는 스캐너(30)를 이용하여 레이저 빔을 스캔하여 형성할 수도 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 레이저 헤드(100)를 X방향으로 이동시키면서 가공 대상물(50)에 레이저 빔을 조사하여 제1직선부(SL1-1)를 형성하고, 제1직선부(SL1-1)와 곡선부(C)와의 연결점(P1)에서 레이저 헤드(100)를 정지시킨다. 그런 다음, X-갈바노미러(311)와 Y-갈바노미러(321)를 각각 곡선부(C)의 형태에 맞추어 소정 속도로 회전시켜 곡선부(C)를 따라 레이저 빔을 가공 대상물(50)의 표면에 조사하여 곡선부(C)에 스크라이빙 라인을 형성한다. 다음으로, 레이저 빔이 연결점(P2)에 도달되면 X-갈바노미러(311)와 Y-갈바노미러(321)를 고정시키고 레이저 헤드(100)를 Y방향으로 이동시키면서 레이저 빔을 가공 대상물(50)에 조사하여 제2직선부(SL1-2)를 형성한다.

상기한 바와 같이 스캐너(30)를 이용하여 곡선부(C)를 형성할 때에, 레이저 빔이 가공 대상물(50)에 수직으로 입사되도록 하기 위하여는 스캐너(30)의 스캔 범위는 스캔 렌즈(40)의 필드(Sx, Sy)를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

곡선부(C)가 스캔 렌즈(40)의 필드(Sx, Sy)를 벗어나는 경우에는 곡선부(C)를 필드(Sx, Sy)를 기준으로 하여 복수의 영역을 구분하고, 이를 나누어 각 영역에서 레이저 빔을 스캔할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 곡선부(C)를 필드(Sx, Sy)를 기준으로 하여 두 개의 영역(S1)(S2)으로 구분한다. 그런 다음, 레이저 헤드(100)를 영역(S1)에 해당되는 위치에 고정시키고, X-갈바노미러(311)와 Y-갈바노미러(321)를 각각 곡선부(C)의 형태에 맞추어 소정 속도로 회전시켜 레이저 빔을 연결점(P1)~연결점(P3)에 이르는 가공 대상물(50)의 표면에 조사한다. 레이저 빔이 연결점(P3)에 도달되면 레이저 헤드(100)를 영역(S2)에 대응되는 위치로 이동시키고 고정한다. 그런 다음, 다시 연결점(P3)~연결점(P2)에 이르는 가공 대상물(50)의 표면에 조사하여 곡선부(C)를 형성한다.

상술한 실시예에서는 레이저 헤드(100)와 가공 대상물(50)을 상대이동시키면서 제1, 제2, 제3스크라이빙 라인(SL1)(SL2)(SL3)을 형성하는 예에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 제1, 제2, 제3스크라이빙 라인(SL1)(SL2)(SL3)은 스캐너(30)를 이용하여 형성할 수도 있다. 기 설명한 바와 같이, 레이저 빔은 가공 대상물(50)에 수직으로 입사되는 것이 바람직하므로, 스캐너(30)의 스캔 범위는 스캔 렌즈(40)의 필드(Sx, Sy)를 벗어나지 않는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 예를 들어 도 9에 점선으로 도시된 바와 같이 제1, 제2스크라이빙 라인(SL1)(SL2)을 스캔 렌즈(40)의 필드(Sx, Sy)에 맞추어 복수의 영역(S1~S6)으로 구분한다. 그런 다음, 레이저 헤드(100)를 영역(S1)에 해당되는 위치로 이동시켜 고정시키고, 스캐너(30)를 이용하여 레이저 빔을 가공 대상물(50)에 스캔하여 영역(S1) 내의 제1, 제2스크라이빙 라인(SL1)(SL2)을 형성한다. 다음으로, 레이저 헤드(100)를 순차로 영역(S2~S1)에 해당되는 위치로 이동시켜 고정시키고 스캐너(30)를 이용하여 레이저 빔을 가공 대상물(50)에 스캔하여 영역(S2~S6) 내의 제1, 제2스크라이빙 라인(SL1)(SL2)을 순차로 형성함으로써, 완전한 형태의 제1, 제2스크라이빙 라인(SL1)(SL2)을 형성할 수 있다.

스캐너(30)는 매우 정밀하고 신속하게 레이저 빔을 원하는 위치로 이동시켜 가공 대상물(50)의 표면을 스캔할 수 있다. 또한, 레이저 헤드(100)나 테이블(60)에 비하여 관성의 영향을 상대적으로 적게 받는다. 따라서, 매우 정밀한 형태의 스크라이빙 라인을 신속하게 형성할 수 있다. 또한, 스캐너(30)의 스캔 범위가 스캔 렌즈(40)의 필드(Sx, Sy)를 벗어나지 않도록 함으로써 스크라이빙 라인 전체에 걸쳐 레이저 빔이 가공 대상물(50)에 수직으로 입사되도록 할 수 있어, 전체적으로 균일한 품질의 스크라이빙 라인을 형성할 수 있다.

특히, 도 10에 도시된 바와 같이, 거의 곡선으로 된 폐곡선 형태로 가공 대상물(50)을 가공하는 경우에는 점선으로 도시된 바와 같은 복수의 영역으로 구분하여 각각의 영역에 대하여 스캐너(30)로 레이저 빔을 스캔하여 제1, 제2스크라이빙 라인(SL1)(SL2)을 형성함으로써 품질이 균일하고 정밀한 스크라이빙 라인을 형성할 수 있다.

상술한 실시예에서는 한 번의 레이저 빔 조사에 의하여 스크라이빙 라인을 형성하는 예에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 여러 번의 레이저 빔의 조사에 의하여 스크라이빙 라인을 형성하는 것도 가능하다. 한 번에 많은 에너지의 레이저 빔을 가공 대상물(50)에 조사하면 가공 대상물(50)이 용융되거나 또는 지나친 열 스트레스에 의하여 원하지 않는 방향으로 스크라이빙 라인이 형성되거나 스크라이빙 라인 주위로 과도한 미세 크랙이 형성되어 절단 공정에서 가공 대상물(50)이 파손될 수 있다. 예를 들어 코닝사의 고릴라 강화유리 등 열적 및/또는 화학적 공정에 의하여 강화된 재료에 스크라이빙 라인을 형성하는 경우에는 절단 예정 라인(L)을 따라 수차례 레이저 빔을 조사하여 크랙 또는 성질이 변화된 영역을 두께 방향으로 성장시킬 수 있다. 레이저 빔을 수 회에 걸쳐 반복 조사하는 공정에 따르면, 레이저 빔이 조사된 가공 대상물(50)의 표면에 냉각유체를 분사하지 않아도 스크라이빙 라인의 형성이 가능하다. 즉, 일 회에 조사되는 레이저 빔의 에너지를 작게 함으로써 자연 냉각에 의하여 스크라이빙 라인이 형성될 수 있다. 다만, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 레이저 빔이 조사된 가공 대상물(50)의 표면에 냉각 유체를 분사할 수도 있다. 레이저 빔의 스폿의 크기, 형상, 에너지, 및 레이저 빔의 조사 횟수는 가공 대상물(50)의 종류, 두께, 강화여부에 따라 적절히 선정될 수 있다.

상술한 과정에 의하여 가공 대상물(50)에 스크라이빙 라인이 형성되면, 스크라이빙 라인을 따라 가공 대상물(50)을 절단하여 최종 산물, 예를 들면, 도 4의 영역(50a)을 얻는 브레이킹 공정이 수행된다.

도 11에는 본 발명에 따른 브레이킹 장치의 일 실시예의 구성도가 도시되어 있다. 도 11을 보면, 스크라이빙 라인이 형성된 가공 대상물(50)이 적치되는 적재대(210)와, 브레이킹 부재(70)를 상하방향으로 가동시키는 가동수단(220)이 도시되어 있다.

가공 대상물(50)은 도 12에 도시된 바와 같이 그 이면(52)이 브레이킹 부재(70)를 향하도록 적재대(210)에 놓여진다. 가동수단(220)은 브레이킹 부재(70)을 하강시켜 가공 대상물(50)의 이면(52)을 눌러 가공 대상물(50)의 표면(51)에 형성된 스크라이빙 라인(SL1)에 스트레스를 가한다. 그러면, 스크라이빙 라인(SL1)(SL2)의 크랙이 가공 대상물(50)의 두께 방향으로 성장되면서 가공 대상물(50)이 스크라이빙 라인(SL1)을 따라 절단된다.

폐곡선 형태의 제1스크라이빙 라인(SL1)을 수 개의 영역을 분할하고 분할된 영역을 직선 형태의 블레이드로 눌러 순차로 절단할 수 있다. 그러나, 이 경우에 브레이킹 공정이 수 개의 공정으로 분할되므로 공정 시간을 증가된다. 또한, 분할된 영역을 각각 가압하므로 제1스크라이빙 라인(SL1) 전체에 걸쳐 균일한 가압력을 제공하기 어려워, 절단품질이 불균일해질 수 있다. 또, 폐곡선 형태의 제1스크라이빙 라인(SL1)을 수 개로 분할하는 경우에 절단이 제1스크라이빙 라인(SL1)을 정확하게 추종하여 일어나지 않을 수 있다.

도 13을 보면, 본 실시예의 브레이킹 부재(70)는 제1스크라이빙 라인(SL1)과 동일한 폐곡선 형상의 가압부(71)를 갖는다. 가압부(71)는 예를 들어 탄성을 가진 고무, 플라스틱 등으로 형성될 수 있으며, 홀더(72)에 장착될 수 있다. 이와 같이 제1스크라이빙 라인(SL1)과 동일한 형상의 가압부(71)를 구비하는 브레이킹 부재(70)를 이용하여 가공 대상물(50)을 가압하면, 제1스크라이빙 라인(SL1)을 전체적으로 한 번에 가압할 수 있다. 따라서, 제1스크라이빙 라인(SL1) 전체에 걸쳐 균일한 가압력을 제공할 수 있어, 균일한 절단이 구현될 수 있다. 또한, 절단이 정확하게 제1스크라이빙 라인(SL1)을 추종하여 일어날 가능성을 높일 수 있어, 절단 가공의 신뢰성과 수율을 향상시킬 수 있다. 또, 단일의 브레이킹 공정에 의하여 폐곡선 형태의 제1스크라이빙 라인(SL1)을 따라 절단이 가능하므로, 브레이킹 공정의 공정 시간을 단축할 수 있다.

더불어, 곡선부(C)에 형성된 제2스크라이빙 라인(SL2)이 열 스트레스의 비대칭성을 경감시키므로, 곡선부(C)에서도 절단이 정확하게 제1스크라이빙 라인(SL1)을 따라 일어난다. 따라서, 곡선부(C)를 포함하는 폐곡선 형상의 최종 산물(도 4의 50a)을 절단할 수 있는 높은 수율 및 균일한 품질의 브레이킹 공정이 가능하다.

종래와 같이 블레이드를 사용하여 가공 대상물(50)을 가압하는 경우에는, 스크라이빙 라인의 형상이 변하면 스크라이빙 라인을 다시 분할하고 이에 맞추어 블레이드 또는 가공 대상물(50)을 이동시키기 위하여 공정을 조정하여야 하므로 공정의 유연성이 낮다. 본 발명에 따르면, 제1스크라이빙 라인(SL1)의 형상에 따라 이에 부합하는 가압부(71)를 가진 브레이킹 부재(70)만을 교체함으로써, 가공 대상물(50)을 다양한 형상으로 절단할 수 있다. 따라서, 공정의 유연성이 높아 다종 생산에 용이하게 대응할 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

10......레이저 발진기 20......반사미러
30...스캐너 31...X-갈바노미러유닛
311...X-반사미러 312...X-미러모터
32...Y-갈바노미러유닛 321...Y-반사미러
322...Y-미러모터 40...스캔 렌즈
50...가공 대상물 60...테이블
70...브레이킹 부재 71...가압부
72...홀더 100......레이저 헤드
C...곡선부 L...절단예정라인
SL1, SL2, SL3...제1, 제2, 제3스크라이빙 라인
Sx, Sy...필드

Claims

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레이저 헤드를 이용하여 가공 대상물의 표면에 레이저 빔을 조사하여 열적 스트레스를 가함으로써, 폐곡선 형태의 절단용의 제1스크라이빙 라인을 형성하는 단계;
상기 폐곡선 형태의 제1스크라이빙 라인과 동일한 형태의 가압부를 구비하는 가압부재를 이용하여 상기 가공 대상물을 그 이면으로부터 가압하여 상기 제1스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함하는 절단방법.
제11항에 있어서,
상기 제1스크라이빙 라인은 곡선부를 포함하며,
상기 레이저 헤드를 이용하여 가공 대상물의 표면에 레이저 빔을 조사하여 상기 곡선부로부터 상기 제1스크라이빙 라인의 외측으로 연장된 적어도 하나의 스트레스 경감용 제2스크라이빙 라인을 형성하는 단계;를 더 포함하는 절단방법.
제12항에 있어서,
상기 제2스크라이빙 라인은 상기 가공 대상물의 가장자리에까지 연장된 것을 특징으로 하는 절단방법.
제12항에 있어서,
상기 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 재단용의 제3스크라이빙 라인을 형성하는 단계;를 더 포함하며,
상기 제2스크라이빙 라인은 상기 제3스크라이빙 라인까지 연장된 것을 특징으로 하는 절단방법.
제12항에 있어서,
상기 제1, 제2 스크라이빙 라인을 형성하기 위하여, 상기 레이저 헤드와 상기 가공 대상물이 적재된 테이블을 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제12항에 있어서,
상기 제1, 제2스크라이빙 라인을 복수의 영역으로 구분하고, 상기 레이저 헤드와 상기 가공 대상물이 적재되는 테이블을 복수의 영역에 대응되는 위치로 순차로 상대이동시켜 정지시키고, 상기 레이저 헤드에 마련된 스캐너를 이용하여 상기 레이저 빔을 스캔하여 상기 제1, 제2스크라이빙 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제16항에 있어서,
상기 스캔된 레이저 빔을 텔레센트릭 렌즈를 이용하여 상기 가공 대상물에 집광하는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제17항에 있어서,
상기 복수의 영역 각각은 상기 텔레센트릭 렌즈의 필드 범위에 대응되는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2스크라이빙 라인은 상기 레이저 빔을 수 회 반복 주사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절단방법.
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폐곡선 형태의 스크라이빙 라인이 형성된 가공 대상물을 가압하여 절단하는 장치로서,
상기 가공 대상물이 놓여지는 적재대;
상기 폐곡선 형태의 스크라이빙 라인과 동일한 형상의 가압부가 마련된 브레이킹 부재;
상기 가압부가 상기 가공 대상물을 가압할 수 있도록 상기 브레이킹 부재를 이동시키는 이동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 장치.