JP5323984B2 - ガラス基板のレーザーシーリング装置 - Google Patents

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Description

本発明はガラス基板に係り、より詳しくはガラス基板をシールする過程でガラス基板に発生するクラックを防止するために相異なる温度を持つ二つのレーザーヘッドで構成されるガラス基板のレーザーシーリング装置に関する。
透明導電性ガラス基板は、太陽電池を始めとしてディスプレイパネル及び関連材料、部品、装備などだけでなく、二重真空ガラス（Ｄｏｕｂｌｅ Ｖａｃｃｕｍ Ｇｌａｓｓ）にも使われている。このような導電性ガラス基板は、ガスが外部に漏出されることを防止し、その内部に、酸素または水分によって酸化、劣化しやすい電極が備えられるため、外部から酸素などが投入することを防止することが重要である。
したがって、従来、導電性ガラス基板をシールして接合するために、高分子接着剤を用いた接合方式と、セラミックスガラス接合材であるガラスフリット（Ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）を高温の焼成炉で加熱して接合する方式とが主に使われた。
前述した方式のうち、シーリング材であるガラスフリットを使った方式は、高分子接着剤を用いた方式に比べ、ガスが漏れることを防止する気密性に優れた利点があった。
しかし、前記のような従来技術は次のような問題点がある。
従来、前記ガラスフリットはガラス基板間に塗布された状態でレーザー照射されることによって溶融される。このように、前記ガラスフリットが溶融されてから温度が低下する過程でガラス基板にクラックが発生する問題があった。
より具体的に説明するために、図１を参照すれば、図１にはレーザーが照射されて溶融されるガラスフリットの時間による温度変化が示されている。参考として、図面では、レーザーのパワーが９Ｗ、レーザーのビームサイズ１ｍｍのものを使った。もちろん、ガラスフリットの焼成状態及び塗布幅によってレーザーパワー及びビームサイズは変わることができる。
前記図面からよく分かるように、前記ガラスフリットはレーザーが照射される２秒から３秒の間では温度が急激に上昇することが分かる。すなわち、レーザーの照射前には約３０℃を維持しているが、レーザーが照射されるにつれて最高５５０℃まで０．５秒間で増加することを示している。
そして、レーザーの照射後にはガラスフリットの温度が２．９秒間で１００℃まで落ちることを示す。このように、前記ガラスフリットがレーザーの照射後に急速に冷却することにより、熱衝撃（Ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｏｃｋ）によってガラス基板にクラックが発生する確率が高くなる問題点がある。また、クラックが発生しないとしてもガラス基板の耐久性が弱くなるため、不良品が発生する問題がある。
したがって、本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決するためのもので、ガラス基板の接合の際に発生するクラックを最少化して耐久性を向上させることができるガラス基板のレーザーシーリング装置を提供することである。
本発明が達成しようとする技術的課題は前述した技術的課題に制限されなく、言及されなかったさらに他の技術的課題は下記の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者に明確に理解可能であろう。
前記のような目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明は、ガラス基板の間に塗布されるシーリング材をレーザーで照射して溶融させる第１レーザーヘッドと；前記第１レーザーヘッドから一定の間隔で設置され、前記第１レーザーヘッドが照射した部分をレーザーで照射し、前記第１レーザーヘッドより相対的に低いパワーに設定される第２レーザーヘッドとを含む。
前記第１及び第２レーザーヘッドに対して相対移動可能に設置され、一定の温度に加熱された状態で前記ガラス基板が載せられるヒーティングプレートをさらに含むことを特徴とする。
前記第２レーザーヘッドのビームサイズは前記第１レーザーヘッドのビームサイズより相対的に大きく形成されることを特徴とする。
前記第２レーザーヘッドのビームサイズは前記第１レーザーヘッドのビームサイズの３倍であることを特徴とする。
前記第１レーザーヘッドから照射された第１スポットは前記シーリング材の幅と同一ないし小さく形成されることを特徴とする。
前記第２レーザーヘッドの第２スポットは前記第１レーザーヘッドの第１スポットに隣接して形成されることを特徴とする。
前記第１レーザーヘッドと第２レーザーヘッドは一定の角度で斜めに設置されてレーザーを照射することを特徴とする。
前記シーリング材はガラスフリット（Ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）であることを特徴とする。
前記第２レーザーヘッドはシーリング材を後加熱するためのホットエア（Ｈｏｔ ａｉｒ）及びＩＲランプの熱源をさらに含むことを特徴とする。
前記ガラス基板の上面を加圧するための加圧装置をさらに含むことを特徴とする。
前記加圧装置は弾支される多数の加圧ピンが設置される加圧ジグであることを特徴とする。
本発明においては、レーザーを照射するレーザーヘッドが二つで構成され、それぞれのレーザーヘッドのパワーを異にして、高いパワーに設定された第１レーザーヘッドが先にシーリング材を照射し、引き続いて第２レーザーヘッドがシーリング材を照射するように構成される。
したがって、レーザーヘッドによって溶融されるシーリング材の温度が急激に下降しなくて緩く下降するので、ガラス基板に熱衝撃によるクラックが発生することが最少化する効果がある。これは、結局レーザーシーリングによって完成されたガラス基板の耐久性が向上する結果をもたらす。
図１は従来技術によるシーリング材の温度変化を示すグラフである。 図２は本発明によるガラス基板のレーザーシーリング装置を概略的に示す構成図である。 図３は本発明の好適な実施例によってシーリング材にレーザーが照射されることを概略的に示す平面図である。 図４は本発明によるシーリング材の温度変化を示すグラフである。 図５ａは従来技術のガラス基板がレーザーシールされた後の状態を示す写真である。 図５ｂは本発明によるガラス基板がレーザーシールされた後の状態を示す写真である。
以下、本発明によるガラス基板のレーザーシーリング装置の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図２は本発明によるガラス基板のレーザーシーリング装置を概略的に示す構成図、図３は本発明の好適な実施例によってシーリング材にレーザーが照射されることを概略的に示す平面図、図４は本発明によるシーリング材の温度変化を示すグラフである。
これら図面に示すように、本発明によるガラス基板のレーザーシーリング装置は、ガラス基板(３２)の間に塗布されるシーリング材(３４)をレーザーで照射して溶融させる第１レーザーヘッド(１０)と；前記第１レーザーヘッド(１０)から一定の間隔で設置され、前記第１レーザーヘッド(１０)が照射した部分をレーザーで照射し、前記第１レーザーヘッド(１０)より相対的に低いパワーに設定される第２レーザーヘッド(２０)とを含む。
前記第１レーザーヘッド(１０)及び第２レーザーヘッド(２０)はシーリング材(３４)を溶融させるためにレーザーを照射する部分で、前記ガラス基板(３２)に対して所定角度で斜めに設置される。また、前記第１レーザーヘッド(１０)と第２レーザーヘッド(２０)は互いに所定角度、例えば約３０°の角度を成すように斜めに設置される。前記第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)の一側にはケーブル(１２、２２)が連結されて電源を受けるようになる。
本実施例において、前記第１レーザーヘッド(１０)はシーリング材(３４)を加熱して溶融させる主シーリング熱源として使われ、前記第２レーザーヘッド(２０)は前記第１レーザーヘッド(１０)によって加熱されたシーリング材(３４)が急速に冷却することを防止する補助シーリング熱源として使われる。そして、前記第２レーザーヘッド(２０)はシーリング材を後加熱することができるホットエア（Ｈｏｔ ａｉｒ）及びＩＲランプのような他の熱源も含む。
このために、前記第１レーザーヘッド(１０)のパワーは前記第２レーザーヘッド(２０)のパワーより高く設定される。言い換えれば、前記第１レーザーヘッド(１０)から照射されるレーザーの温度が前記第２レーザーヘッド(２０)より高く設定される。前記第１レーザーヘッド(１０)が先に前記シーリング材(３４)を高温に加熱すれば第２レーザーヘッド(２０)が引き続いて前記シーリング材(３４)を第１レーザーヘッド(１０)より少し低い温度に加熱することで、シーリング材(３４)が急速に冷却することを防止するようになる。
また、前記シーリング材(３４)の急速冷却を防止するために、前記第２レーザーヘッド(２０)のビームサイズは前記第１レーザーヘッド(１０)のビームサイズより相対的に大きく形成される。そして、前記第１レーザーヘッド(１０)のビームサイズは前記シーリング材(３４)の幅と同一ないし小さく形成される。これは図３によく示されている。
前記第２レーザーヘッド(２０)のビームサイズが前記第１レーザーヘッド(１０)より大きくなれば、前記第２レーザーヘッド(２０)がシーリング材(３４)だけでなくシーリング材(３４)の周辺も同時に加熱させることになるので、シーリング材(３４)が急速に冷却することがより効果的に防止されることができる。
ここで、前記第２レーザーヘッド(２０)のビームサイズは前記第１レーザーヘッド(１０)のビームサイズより約３倍くらい大きく形成されることが好ましい。
これは、前記第２レーザーヘッド(２０)のビームサイズが３倍より小さくなればシーリング材(３４)の急速冷却を防止する効果が低く、３倍より大きくなればシーリング材(３４)が冷却するのに多大な時間が必要となるからである。
このように、前記第２レーザーヘッド(２０)が補助シーリング熱源として使われることにより、前記シーリング材(３４)の急速冷却が防止され、これによりガラス基板(３２)にクラックが発生することが最少化することができる。
一方、前記第１レーザーヘッド(１０)及び第２レーザーヘッド(２０)は一定の間隔で設置され、前記シーリング材(３４)をレーザーで連続して照射することができなければならない。このために、前記第１レーザーヘッド(１０)から照射されたレーザーが形成する第１スポット(１４)と第２レーザーヘッド(２０)から照射されたレーザーが形成する第２スポット(２４)は隣り合って形成されることが好ましい。
すなわち、図３によく示すように、前記第１スポット(１４)と第２スポット(２４)が隣接して形成されれば、前記第１スポット(１４)と第２スポット(２４)が連続してシーリング材(３４)を照射することができる。前記第１スポット(１４)と第２スポット(２４)の位置は前記第１レーザーヘッド(１０)と第２レーザーヘッド(２０)の間隔及び角度を調整して設定することが可能である。前記第１スポット(１４)と第２スポット(２４)は前記第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)のビームサイズによって変わるもので、前記第２スポット(２４)が前記第１スポット(１４)より大きく形成される。
次に、本発明においては、レーザーシーリング工程がヒーティングプレート(３０)上に載せられたガラス基板(３２)を介して行われる。前記ヒーティングプレート(３０)は所定の温度に予め加熱されたプレートで、前記第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)の補助熱源としての役目をする。すなわち、前記ヒーティングプレート(３０)は一定の温度に加熱されているので、前記第２レーザーヘッド(２０)とともに、前記ガラス基板(３２)の間に塗布されたシーリング材(３４)が急速に冷却することを防止するようになる。
そして、前記ヒーティングプレート(３０)は前記第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)に対して相対移動ができるように設置される。すなわち、前記第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)は固定設置され、前記ヒーティングプレート(３０)が第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)に対して移動しているうちにレーザーが照射されるようにするものである。前記ヒーティングプレート(３０)は、例えばステッピングモーター（Ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ）のような駆動源によって移動可能に設置されることができる。もちろん、前記ヒーティングプレート(３０)が必ずしも相対移動可能に設置されなければならないものではなく、前記ヒーティングプレート(３０)が固定設置され、前記ヒーティングプレート(３０)上に沿って前記第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)が移動する構成も可能である。
以上説明した工程によって接合された前記ガラス基板(３２)は多様な分野に使用可能である。例えば、前記ガラス基板(３２)はＢＩＰＶモジュールにおいて電解液の漏液を防止し、ＰＤＰパネルにおいて放電ガスが漏出されることを防止し、ＯＬＥＤパネルにおいて有機発光体が酸化によって変性されることを防止し、二重真空ガラスにおいて長期間にわたって高真空度を維持する役目をする。このような前記ガラス基板(３２)は前述したシーリング工程によって気密度を維持することが必須である。
また、本実施例において、前記シーリング材(３４)としてセラミックスガラス接合材であるガラスフリット（Ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）を使うことが好ましい。前記ガラスフリットは高分子接着剤に比べて気密性にすぐれた利点がある。前記シーリング材(３４)は、前記ガラス基板(３２)のシーリングのために、図２によく示すように、前記ガラス基板(３２)に沿って直線上に長く塗布される。
一方、本発明によるガラス基板のレーザーシーリング装置は、前記ガラス基板(３２)を加圧するための加圧装置をさらに含む。前記加圧装置は、前記ガラス基板(３２)の上面を押し付けることで、前記ガラス基板(３２)がシーリング過程で分離されることを防止し、より効果的に接合されるようにする役目をする。
本実施例において、前記加圧装置は、加圧ジグ(４０)と、前記加圧ジグ(４０)に弾支される加圧ピン(４２)とから構成される。前記加圧ジグ(４０)は前記ガラス基板(３２)の長手方向に沿って長く形成され、前記加圧ジグ(４０)には多数の加圧ピン(４２)が一定の間隔で設置される。前記加圧ピン(４２)は弾支されるように設置される。例えば、後端にスプリングが介在して加圧ピン(４２)がガラス基板(３２)に向かうように弾性力を提供することができる。
以下、本発明によるガラス基板のレーザーシーリング装置の作用を図４と図５ａ及び図５ｂに基づいて詳細に説明する。
前述したように、本発明においては、ガラス基板(３２)のシーリング工程の際にガラス基板(３２)にクラックが発生することを防止するために、第１レーザーヘッド(１０)より低いパワーを有するように設定された第２レーザーヘッド(２０)を備えるようにした。
このような構成を持つレーザーシーリング装置によって加熱されるシーリング材(３４)の温度変化が図４によく示されている。これを参照すれば、前記シーリング材(３４)は最初にはヒーティングプレート(３０)の温度と同一温度を維持するようになる。すなわち、図１ではシーリング材(３４)が最初に約３０℃に維持されたが、本発明においてはヒーティングプレート(３０)の温度である約７０℃に維持されることが分かる。そして、前記ガラス基板(３２)の上面に別途のガラス基板(３２)が載せられる。
前記ガラス基板(３２)が重なった状態で前記加圧ジグ(４０)が下降し、前記加圧ピン(４２)は前記ガラス基板(３２)の一側を押し付けることで、二枚のガラス基板(３２)がよくシールされるようにする。
この状態で、前記第１レーザーヘッド(１０)及び第２レーザーヘッド(２０)がシーリング材(３４)にレーザーを順に照射するようになる。前記第１及び第２レーザーヘッド(１０、２０)によってレーザーが照射されれば、図４のようにシーリング材(３４)の温度が急激に上昇する。前記第１レーザーヘッド(１０)から照射されるレーザーによって前記シーリング材(３４)は約６６０℃まで上昇する。
ついで、前記第１レーザーヘッド(１０)が通った直後に前記シーリング材(３４)の温度は約６０℃くらい急激に下降する。しかし、前記第１レーザーヘッド(１０)に引き継いで第２レーザーヘッド(２０)がシーリング材(３４)をレーザーで照射するため、前記シーリング材(３４)は温度が約６３０℃まで上昇してから下降するようになる。
前記シーリング材(３４)の温度が下降することを見れば、図１と比較して見ると、温度が約１００℃に下降するのに従来には２．９秒がかかったが、本実施例では２７．８秒がかかることを確認することができる。このように、本実施例では前記シーリング材(３４)の温度が従来のように急激に下降しないで緩く下降するので、ガラス基板(３２)に熱衝撃によって発生するクラックが最少化することができ、耐久性が向上することができる。
図５ａ及び図５ｂを参照すれば、従来のガラス基板（ａ）に比べ、本発明のガラス基板（ｂ）でクラックが著しく減少したことがよく分かる。
本発明の権利範囲は前述した実施例に限定されず請求範囲に記載されたものによって定義され、本発明の技術分野で通常の知識を持つ者が請求範囲に記載された権利範囲内で多様な変形及び改作が可能であるのは明らかである。
１０：第１レーザーヘッド １２：ケーブル
１４：第１スポット ２０：第２レーザーヘッド
２２：ケーブル ２４：第２スポット
３０：ヒーティングプレート ３２：ガラス基板
３４：シーリング材 ４０：加圧ジグ
４２：加圧ピン

Claims (10)

  1. ガラス基板の間に塗布されるシーリング材をレーザーで照射して溶融させる第１レーザーヘッドと；
    前記第１レーザーヘッドから一定の間隔で設置され、前記第１レーザーヘッドが照射した部分をレーザーで照射し、前記第１レーザーヘッドより相対的に低いパワーに設定される第２レーザーヘッドと、
    前記ガラス基板の上面を加圧するための加圧装置とを含む
    ことを特徴とする、ガラス基板のレーザーシーリング装置。
  2. 前記加圧装置は弾支される多数の加圧ピンが設置された加圧ジグであることを特徴とする、請求項１に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  3. 前記第１及び第２レーザーヘッドに対して相対移動可能に設置され、一定の温度に加熱された状態で前記ガラス基板が載せられるヒーティングプレートをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  4. 前記第２レーザーヘッドのビームサイズは前記第１レーザーヘッドのビームサイズより相対的に大きく形成されることを特徴とする、請求項３に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  5. 前記第２レーザーヘッドのビームサイズは前記第１レーザーヘッドのビームサイズの３倍であることを特徴とする、請求項３に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  6. 前記第１レーザーヘッドから照射された第１スポットは前記シーリング材の幅と同一ないし小さく形成されることを特徴とする、請求項３に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  7. 前記第２レーザーヘッドの第２スポットは前記第１レーザーヘッドの第１スポットに隣接して形成されることを特徴とする、請求項３に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  8. 前記第１レーザーヘッドと第２レーザーヘッドは一定の角度で斜めに設置されてレーザーを照射することを特徴とする、請求項３に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  9. 前記シーリング材はガラスフリット（Ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）であることを特徴とする、請求項３に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
  10. 前記第２レーザーヘッドはシーリング材を後加熱するためのホットエア（Ｈｏｔ ａｉｒ）及びＩＲランプの熱源をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のガラス基板のレーザーシーリング装置。
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