(57)【要約】【課題】本発明は、基板の切断する品質を高めるレーザー切断装置を提供する。【解決手段】本発明のレーザー切断装置は、第一レーザー光を発生するレーザーユニット及び冷却システムを含み、脆性基板の切断に利用され、規定の切断方向を有するレーザー切断装置において、第二レーザー光を発生する第二レーザーユニットを更に含み、前記第二レーザー光が前記基板に予め切断線を形成し、前記第一レーザー光が該予め切断線に沿って前記基板を加熱して熱膨張させ、前記冷却システムが前記熱膨張した基板を冷却するために利用される。該レーザー切断装置がレーザー光を利用して、基板に予め切断線を形成するので、伝統的なホイールカッターまたはダイヤモンドカッターで形成された予め切断線から生じた亀裂を形成せず、切断品質が高まり、製造品の良率が高まる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一レーザー光を発生するレーザーユニット及び冷却システムを含み、脆性基板を切断するために利用され、規定の切断方向を有するレーザー切断装置において、
第二レーザー光を発生する第二レーザーユニットを更に含み、前記第二レーザー光が前記基板に予め切断線を形成し、前記第一レーザー光が該予め切断線に沿って前記基板を加熱して熱膨張させ、前記冷却システムが前記熱膨張した基板を冷却するために利用されることを特徴とするレーザー切断装置。
【請求項２】
前記切断方向に沿って冷却システム、前記第一レーザーユニット及び前記第二レーザーユニットが順序よく並べられていることを特徴とする請求項１記載のレーザー切断装置。
【請求項３】
前記第二レーザー光が前記基板に形成する予め切断経路、前記第一レーザー光が前記基板に照射する経路及び前記冷却システムが前記基板に噴射する経路は、同一直線上に位置することを特徴とする請求項１記載のレーザー切断装置。
【請求項４】
前記第一レーザー光は、紫外線波長のレーザー光であることを特徴とする請求項1記載のレーザー切断装置。
【請求項５】
前記紫外線波長のレーザー光のパルスの周波数は、２００ＫＨｚより大きいことを特徴とする請求項４記載のレーザー切断装置。
【請求項６】
前記第二レーザー光は、二酸化炭素レーザー光であることを特徴とする請求項１記載のレーザー切断装置。
【請求項７】
前記第二レーザー光がフォーカス方式で基板の表面に焦点を定め、予め切断線を形成し、前記第一レーザー光が非フォーカス方式で基板を照射し、加熱することを特徴とする請求項１記載のレーザー切断装置。
【請求項８】
前記第一レーザーユニットと前記第二レーザーユニットは、レーザー光ユニットと、反射鏡及びフォーカスレンズ組立体と、をそれぞれ含むことを特徴とする請求項１記載のレーザー切断装置。
【請求項９】
前記第一レーザー光ユニットから発生される第一レーザー光は、第一反射鏡を介して第一フォーカスレンズ組立体に反射された後に、前記第一フォーカスレンズ組立体の非フォーカス位置に非フォーカス方式で基板を照射することを特徴とする請求項８記載のレーザー切断装置。
【請求項１０】
前記第二レーザー光ユニットから発生される第二レーザー光は、第二反射鏡を介して第二フォーカスレンズ組立体に反射された後に、前記第二フォーカスレンズ組立体のフォーカス位置に、フォーカス方式で基板に予め切断線を形成することを特徴とする請求項８記載のレーザー切断装置。
【請求項１１】
前記各レーザー光ユニットと、前記各レーザー光ユニットに対応する反射鏡との間に光遮断器を設置することを特徴とする請求項８記載のレーザー切断装置。
【請求項１２】
前記基板を精確に位置決めするために、前記基板の位置変化を走査するイメージセンサを設置することを特徴とする請求項８記載のレーザー切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー切断装置に関して、特に、例えば液晶表示装置のガラス面板などの脆性材料の切断に利用されるレーザー切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示技術の発展につれて、液晶表示装置は、自身性質によって従来の陰極線管（Cathode Ray Tube）の表示装置を代え、消費領域に広く応用されている。
【０００３】
液晶表示装置は、一般的に二つのガラス基板、該二つのガラス基板の間に収容される液晶、及び複数の回路から成る。液晶は、電界の影響を受けて配向方式を変えることによって表示を行う。寸法が異なる液晶面板を製造するためには、大きい液晶面板を切断することにより、異なる寸法の液晶面板の需要を満足する必要がある。
【０００４】
従来、ガラス基板をレーザー切断装置で切断する時には、ホイールカッターまたはダイヤモンドカッターでガラス基板表面に予め切断線を形成した後に、レーザー光で前記基板表面を加熱し、冷却液で前記基板表面を冷却する。前記基板は、急激な温度差で応力の変化が生じるので、その表面に形成された予め切断線から生じた亀裂が伸展して基板断面を貫通し、これによって該基板が完全に分離される。
【０００５】
図１は、従来技術のレーザー切断装置の構成を示す概略図である。該レーザー切断装置は、二酸化炭素レーザー光を発生する二酸化炭素レーザー光ユニット１と、反射鏡２と、フォーカスレンズ組立体３と、ホイールカッター４と、冷却システム５と、を含む。切断方向Ａに沿って、基板６を切断する時には、ホイールカッター４が基板６の表面に切断を行い、所定の深さの予め切断線を形成する。反射鏡２とフォーカスレンズ組立体３を介して、基板６の表面に照射する二酸化炭素レーザー光は、前記予め切断線に沿って基板を加熱した後、冷却システム５が加熱された予め切断線に沿って前記基板を冷却する。加熱した直後に冷却することにより、ガラス面板には温度差が生じる。この温度差によってガラス面板の内部に生じる応力が、基板を完全に分離させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、レーザー切断装置で基板を切断する従来方法には、多くの欠点がある。まず、ホイールカッターが基板表面に予め切断線を形成する際に、前記基板の中央に、中央の亀裂（Median crack）と、放射の亀裂（Radial crack）及び横の亀裂（Lateral crack）を形成する。前記各種亀裂を一次の亀裂（First micro-chipping）と言う。この亀裂が材料表面に傷を付ける。その次に、レーザー光と冷却システムとが予め切断線に沿って前記基板を切断する場合には、前記基板を急激に加熱した後に急激に冷却し、再び基板表面で圧力が生じるので、ホイールカッターの切断による前記一次の亀裂が伸展して二次の亀裂（Second micro-chipping）が形成され、前記基板に生じる傷がひどくなる。その他に、脆性材料の破壊力学理論（Griffith’s law）によって、
【０００７】
【数１】
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【０００８】
ここで、σｆが材料の破壊強度（Destructive Strength）であり、Ｋ１ｃが材料の本質的特性である破壊靭性（Fracture Toughness）であり、Ｙが亀裂の形状に関連する常数であり、亀裂が楕円形である時には、Ｙ＝π、Ｃが亀裂のサイズの大きさである。
【０００９】
従来のホイールカッターまたはダイヤモンドカッターで切断する場合には、前記一次の亀裂を形成しＣ値を大きくさせる一方で、材料の破壊強度が小さくなって前記基板の強度が小さくなる。即ち、基板にひどい傷を付けると、基板の品質が悪くなる。基板の厚さが薄ければ薄いほど伝統的な切断方法で形成される亀裂が形成されやすい。従って、従来のレーザー切断方法では基板に傷が付きやすいので、製造品の良率が低くなる。
【００１０】
本発明の目的は、基板の切断品質を高めるレーザー切断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のレーザー切断装置は、第一レーザー光を発生するレーザーユニット及び冷却システムを含み、脆性基板の切断に利用され、規定の切断方向を有するレーザー切断装置において、第二レーザー光を発生する第二レーザーユニットを更に含み、前記第二レーザー光が前記基板に予め切断線を形成し、前記第一レーザー光が該予め切断線に沿って前記基板を加熱して熱膨張させ、前記冷却システムが前記熱膨張した基板を冷却するために利用される。
【発明の効果】
【００１２】
従来技術と比べて、本発明に係るレーザー切断装置がレーザー光を利用して、基板に予め切断線を形成するので、伝統的なホイールカッターまたはダイヤモンドカッターで形成された予め切断線から生じた亀裂を形成させず、これにより、切断品質が高まり、製造品の良率が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２は、レーザー切断装置の構成を示す概略図である。該レーザー切断装置は、第一レーザーユニット、第二レーザーユニット、及び冷却システム１３を含む。前記第一レーザーユニットは、前記第一レーザー光ユニット７と、第一反射鏡９及び第一フォーカスレンズ組立体１１を含み、基板１４に照射するための第一レーザー光を形成する。前記第二レーザーユニットは、第二レーザー光ユニット８と、第二反射鏡１０及び第二フォーカスレンズ組立体１２を含み、基板１４の表面にフォーカスする第二レーザー光を形成する。本実施形態において、前記第一レーザー光が二酸化炭素レーザー光であり、前記第二レーザー光が紫外線波長のレーザー光（UV Laser）である。前記第一レーザー光は、第一反射鏡９を介して、第一フォーカスレンズ組立体１１に反射された後、第一フォーカスレンズ組立体１１の非フォーカス位置に非フォーカス方式で基板１４を照射する。前記第二レーザー光は、第二反射鏡１０を介して、第二フォーカスレンズ組立体１２に反射された後、第二フォーカスレンズ組立体１２のフォーカス位置にフォーカス方式で基板１４にフォーカスする。冷却システム１３は、単一液体、単一気体と単一液体の混合物または一種以上の気体と液体の混合物などである。例えば、空気、純水、冷却油、液体の窒素または液体のヘリウムなどである。
【００１４】
図２を参照すると、切断方向Ｂに沿って冷却システム１３、前記第一レーザーユニット及び前記第二レーザーユニットが順序に並べる。基板１４を切断する時には、前記第二レーザー光が適当な材料からなる第二反射鏡１０を介して、第二フォーカスレンズ組立体１２に反射された後、第二フォーカスレンズ組立体１２は、前記第二レーザー光のエネルギーを基板１４の表面にフォーカスする。この時には、前記第二レーザー光の高パルスのパワーと高いパルスの周波数を利用して、基板１４の表面の材料を除去し、基板１４に所定の深さの予め切断線を形成する。
【００１５】
前記第二レーザー光が基板１４に予め切断線を形成すると共に、前記第一レーザー光が適当な材料からなる第一反射鏡９を介して第一フォーカスレンズ組立体１１に反射され、第一フォーカスレンズ組立体１１は、前記第一レーザー光のエネルギーを予め切断線に沿って非フォーカス方式で基板表面を照射させて基板を熱膨張させ、これにより、基板の内部で圧縮応力が生じる。
【００１６】
前記第一レーザー光が基板の予め切断線を加熱した後、冷却システム１３が加熱された予め切断線に沿って基板１４に霧状の冷却液を急速に噴射する。従って、前記基板表面の温度が急速に下がり、基板の内部が収縮して引張応力が生じる。
【００１７】
前記基板の局部は、短時間において急激な応力変化を発生するから、基板に前記第二レーザー光から形成される予め切断線に沿って亀裂を形成する。前記亀裂が切断面に沿って伸展するから、基板を完全に分離させる。これにより、基板１４の切断を実現する。
【００１８】
基板を分離させる要因は多いが、主には、ガラスの内部で発生する応力である。該応力が下記の公式で表示する。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
【数３】
2007152958.tif 000005
【００２１】
ここで、σはガラス面板の内部で発生する応力の大きさ、αはガラス面板の内部の熱膨張係数、Ｅはガラス面板の縦弾性係数、Ｔ１はレーザー切断装置に加熱されたガラス面板の温度、Ｔ２は冷却された後のガラス面板の温度である。
【００２２】
数１と数２とによって、ガラス面板内部の応力の大きさは、材料の熱膨張係数、縦弾性係数、及びレーザーと冷却システムとによってガラス面板に形成する温度差に対して正比例することがわかる。Ｔ１の最大値は、ガラス面板の気化温度より大きくない。
【００２３】
レーザー加熱装置と冷却システムとが基板に形成する応力が基板材料の破裂強さより大きい場合には、基板表面に亀裂が形成される。前記亀裂は、製造方法によって、ガラスの表面に、例えば、基板が完全に分離するなどの異なる成長形態を呈する。
【００２４】
図２を参照すると、本発明において、前記第二レーザー光で基板１４の表面に予め切断線を形成するので、形成された予め切断面の均一性が高く、一次の亀裂を形成しない。このようにすると、切断過程における、高い切断品質を確保することができる。その他に、紫外線波長の前記第二レーザー光が基板１４の表面に形成された切断線の深さ及び切断品質は、該レーザー光のパワーの大きさ、レーザー光点の大きさ、切断速度、及びレーザー光のパルス周波数と関係がある。パルス周波数が小さい（１００〜２００ＫＨｚ）前記第二レーザー光で切断する場合には、予め切断線の断面に不連続な開口部を形成する。パルス周波数が２００ＫＨｚより大きい場合には、予め切断線の断面は滑らかであり、不連続な開口部はなく、基板１４の表面と予め切断線から形成する垂直切断線の交差点に亀裂はない。
【００２５】
切断過程において、前記第二レーザー光が基板１４に形成する予め切断経路、前記第一レーザー光が基板１４に照射する経路及び冷却システムが基板１４に噴射する経路は、同一直線上に位置する。
【００２６】
また、レーザー光が閉じる状態から激発と安定的に出力する状態まで時間を要するので、レーザー光を安定的に出力させるために、第一レーザー光ユニット７と第一反射鏡９との間に第一光遮断器１５を設置し、第二レーザー光ユニット８と第二反射鏡１０との間に第二光遮断器１６を設置する。前記光遮断器によって、レーザー光を基板１４の表面に出力することをコントロールできる。即ち、前記光遮断器をレーザー光が通過または遮断されるスイッチとする。従って、製造過程において、レーザーユニットをコントロールする必要はなく、光遮断器の入れることと閉じることだけをコントロールすると、レーザー光の出力をコントロールできる。
【００２７】
本発明において、基板４を基板載置台に取り付け、該基板載置台が直線または回転運動をする。図２に示すように、本発明のレーザー切断装置は、切断方向Ｂ、Ｃに沿って切断できる。具体的には、本切断装置は、あらゆる場合において、切断方向Ｃに沿って切断した後に、切断方向Ｂに沿って切断することができる。或いは、前記と相反する順序によって切断してもよい。切断方向Ｃに沿って繰り返して切断した後、基板４を回転させ、切断方向Ｂに沿って切断しても良い。回転角度は９０度に限られないことに留意すべきである。
【００２８】
その他に、切断精度を満足するために、基板４が基板載置台に取り付ける精度を保証しなければならない。基板４に第一位置決め点１９と、第二位置決め点２０と、第一位置決め点１９と、第二位置決め点２０にそれぞれ対応する第一イメージセンサ１７及び第二イメージセンサ１８が設置する。第一イメージセンサ１７及び第二イメージセンサ１８で第一位置決め点１９と第二位置決め点２０の位置を走査すると共に、基板載置台の移動と回転を調整し、精確に基板４の位置を決める目的を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術のレーザー切断装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態のレーザー切断装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  二酸化炭素レーザー光ユニット
２  反射鏡
３  フォーカスレンズ組立体
４  ホイールカッター
５  冷却システム
６  基板
７  第一レーザー光ユニット
８  第二レーザー光ユニット
９  第一反射鏡
１０  第二反射鏡
１１  第一フォーカスレンズ組立体
１２  第二フォーカスレンズ組立体
１３  冷却システム
１４  基板
１５  第一光遮断器
１６  第二光遮断器
１７  第一イメージセンサ
１８  第二イメージセンサ
１９  第一位置決め点
２０  第二位置決め点
【図１】
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【図２】
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