KR101206608B1 - 유리기판의 레이저 실링장치 - Google Patents

유리기판의 레이저 실링장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리기판의 레이저 실링장치에 관한 것이다. 본 발명은 유리기판 사이에 도포되는 실링재를 레이저로 조사하여 용융시키는 제 1레이저헤드와; 상기 제 1레이저헤드와 일정한 간격으로 설치되어 상기 제 1레이저헤드가 조사한 부분을 레이저로 조사하고, 상기 제 1레이저헤드보다 상대적으로 낮은 파워로 설정되는 제 2레이저헤드를 포함한다. 그리고, 상기 제 1,2레이저헤드에 대해 상대이동가능하게 설치되고, 일정한 온도로 가열된 상태에서 상기 유리기판이 놓여지는 히팅플레이트가 더 포함된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 레이저헤드에 의해 용융되는 실링재가 급격하게 온도가 하강하지 않고 완만하게 하강되기 때문에 유리기판에 열충격으로 인한 크랙이 발생하는 것이 최소화되는 효과가 있다.
유리기판, 레이저, 실링

Description

유리기판의 레이저 실링장치{Laser sealing apparatus for glass substrate}
본 발명은 유리기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리기판을 실링하는 과정에서 유리기판에 발생하는 크랙을 방지하기 위해 서로 다른 온도를 가진 두 개의 레이저 헤드로 구성되는 유리기판의 레이저 실링장치에 관한 것이다.
투명 전도성 유리기판은 태양전지를 비롯하여 디스플레이 패널 및 관련 재료, 부품, 장비 등 뿐만 아니라 이중 진공 유리(Double Vaccum Glass)에도 사용되고 있다. 이와 같은 전도성 유리기판은 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하고, 그 내부에 산소 또는 수분에 의해 쉽게 산화, 열화될 수 있는 전극이 구비되므로 외부로부터 산소 등이 투입되는 것을 방지하는 것이 중요하다.
따라서, 종래에는 전도성 유리기판을 실링하고 접합하기 위해 고분자 접착제를 이용한 접합 방식과, 세라믹 유리 접합재인 글래스 프릿(Glass frit)을 고온의 소성로에서 가열하여 접합하는 방식이 주로 사용되었다.
상술한 방식 중에서 실링재인 글래스 프릿을 사용한 방식은 고분자 접착제를 이용한 방식에 비해 가스가 새어나가는 것을 방지하는 기밀성이 우수한 장점이 있었다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래에는 상기 글래스 프릿은 유리기판의 사이에 도포된 상태에서 레이저로 조사되어 용융된다. 이와 같이 상기 글래스 프릿이 용융되었다가 다시 온도가 떨어지는 과정에서 유리기판에 크랙이 발생하는 문제가 있었다.
보다 구체적으로 설명하기 위해 도 1을 참조하면, 도 1에는 레이저가 조사되어 용융되는 글래스 프릿의 시간에 따른 온도변화가 도시되어 있다. 참고로, 본 도면에서는 레이저의 파워가 9W이고, 레이저의 빔사이즈는 1㎜인 것을 사용하였다. 물론, 글래스 프릿의 소성상태 및 도포된 폭에 따라 레이저 파워 및 빔사이즈는 바뀔 수 있다.
상기 도면에서 잘 알 수 있듯이, 상기 글래스 프릿은 레이저가 조사되는 2초에서 3초 사이에서는 온도가 급격하게 상승하는 것을 알 수 있다. 즉, 레이저의 조사 전에는 약 30℃를 유지하다가 레이저가 조사되면서 최고 550℃까지 0.5초 만에 증가하는 것을 보이고 있다.
그리고, 레이저의 조사 후에는 글래스 프릿의 온도가 2.9초 만에 100℃까지 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 상기 글래스 프릿이 레이저의 조사 후에 급속하게 냉각됨으로써, 열충격(Thermal shock)에 의해 유리기판에 크랙이 발생할 확률이 높아지는 문제점이 있다. 또한, 크랙이 발생하지 않더라도 유리기판의 내구성이 약해지기 때문에 불량품이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유리기판의 접합 시에 발생하는 크랙을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있는 유리기판의 레이저 실링장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 유리기판 사이에 도포되는 실링재를 레이저로 조사하여 용융시키는 제 1레이저헤드와; 상기 제 1레이저헤드과 일정한 간격으로 설치되어 상기 제 1레이저헤드가 조사한 부분을 레이저로 조사하고, 상기 제 1레이저헤드보다 상대적으로 낮은 파워로 설정되는 제 2레이저헤드를 포함한다.
상기 제 1,2레이저헤드에 대해 상대이동가능하게 설치되고, 일정한 온도로 가열된 상태에서 상기 유리기판이 놓여지는 히팅플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2레이저헤드의 빔사이즈는 상기 제 1레이저헤드의 빔사이즈보다 상대적으로 크게 형성됨을 특징으로 한다.
상기 제 2레이저헤드의 빔사이즈는 상기 제 1레이저헤드의 빔사이즈의 3배임을 특징으로 한다.
상기 제 1레이저헤드에서 조사된 제 1스팟은 상기 실링재의 폭과 동일하거나 작게 형성됨을 특징으로 한다.
상기 제 2레이저헤드의 제 2스팟은 상기 제 1레이저헤드의 제 1스팟과 인접하게 형성됨을 특징으로 한다.
상기 제 1레이저헤드와 제 2레이저헤드는 일정한 각도로 경사지게 설치되어 레이저를 조사함을 특징으로 한다.
상기 실링재는 글래스 프릿(Glass frit)임을 특징으로 한다.
상기 제 2레이저헤드는 실링재를 후가열하기 위한 핫에어(Hot air) 및 IR램프의 열원 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유리기판의 상면을 가압하기 위한 가압장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가압장치는 탄성력으로 지지되는 다수개의 가압핀이 설치되는 가압지그임을 특징으로 한다.
본 발명에서는 레이저를 조사하는 레이저헤드가 두 개로 구성되고, 각각의 레이저헤드의 파워를 달리하여 높은 파워로 설정된 제 1레이저헤드가 먼저 실링재를 조사하고, 연속적으로 제 2레이저헤드가 실링재를 조사하도록 구성된다.
따라서, 레이저헤드에 의해 용융되는 실링재가 급격하게 온도가 하강하지 않 고 완만하게 하강되기 때문에 유리기판에 열충격으로 인한 크랙이 발생하는 것이 최소화되는 효과가 있다. 이는 결국 레이저 실링에 의해 완성된 유리기판의 내구성이 향상되는 결과를 가져온다.
이하 본 발명에 의한 유리기판의 레이저 실링장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 유리기판의 레이저 실링장치를 개략적으로 보인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 실링재에 레이저가 조사되는 것을 개략적으로 보인 평면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 실링재의 온도변화를 보인 그래프이다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 유리기판의 레이저 실링장치는 유리기판(32) 사이에 도포되는 실링재(34)를 레이저로 조사하여 용융시키는 제 1레이저헤드(10)와; 상기 제 1레이저헤드(10)와 일정한 간격으로 설치되어 상기 제 1레이저헤드(10)가 조사한 부분을 레이저로 조사하고, 상기 제 1레이저헤드(10)보다 상대적으로 낮은 파워로 설정되는 제 2레이저헤드(20)를 포함한다.
상기 제 1레이저헤드(10) 및 제 2레이저헤드(20)는 실링재(34)를 용융시키기 위해 레이저를 조사하는 부분으로서, 상기 유리기판(32)에 대해 소정 각도로 경사지게 설치된다. 상기 제 1레이저헤드(10)와 제 2레이저헤드(20)는 또한 서로 소정각도, 예를 들어, 약 30°의 각도를 이루도록 경사지게 설치된다. 상기 제 1,2레이저헤드(10,20)의 일측에는 케이블(12,22)이 연결되어 전원을 공급받게 된다.
본 실시예에서 상기 제 1레이저헤드(10)는 실링재(34)를 가열하여 용융시키는 주실링열원으로서 사용되고, 상기 제 2레이저헤드(20)는 상기 제 1레이저헤드(10)에 의해 가열된 실링재(34)가 급속하게 냉각되는 것을 방지하는 보조실링열원으로서 사용된다. 그리고, 상기 제 2레이저헤드(20)는 실링재를 후가열할 수 있는 핫에어(Hot air) 및 IR램프와 같은 다른 열원 소스도 포함한다.
이를 위해, 상기 제 1레이저헤드(10)의 파워는 상기 제 2레이저헤드(20)의 파워보다 높게 설정된다. 다시 말해, 상기 제 1레이저헤드(10)에서 조사되는 레이저의 온도가 상기 제 2레이저헤드(20)보다 높게 설정된다. 상기 제 1레이저헤드(10)가 먼저 상기 실링재(34)를 높은 온도로 가열하면 제 2레이저헤드(20)가 연속하여 상기 실링재(34)를 제 1레이저헤드(10)보다 약간 낮은 온도로 가열하면서 실링재(34)가 급속하게 냉각되는 것을 방지하게 된다.
또한, 상기 실링재(34)의 급속 냉각을 방지하기 위해 상기 제 2레이저헤드(20)의 빔사이즈는 상기 제 1레이저헤드(10)의 빔사이즈보다 상대적으로 크게 형성된다. 그리고, 상기 제 1레이저헤드(10)의 빔사이즈는 상기 실링재(34)의 폭과 동일하거나 작게 형성된다. 이는 도 3에 잘 도시되어 있다.
상기 제 2레이저헤드(20)의 빔사이즈가 상기 제 1레이저헤드(10)보다 크게 되면 상기 제 2레이저헤드(20)가 실링재(34) 뿐만 아니라 실링재(34)의 주변도 동시에 가열시키게 되므로 실링재(34)가 급속하게 냉각되는 것이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
여기에서, 상기 제 2레이저헤드(20)의 빔사이즈는 상기 제 1레이저헤드(10) 의 빔사이즈보다 약 3배 정도 크게 형성됨이 바람직하다. 이는 상기 제 2레이저헤드(20)의 빔사이즈가 3배보다 작게 되면 실링재(34)의 급속냉각을 방지하는 것이 미미하고, 3배보다 크게 되면 실링재(34)가 냉각되는데 과도한 시간이 소요되기 때문이다.
이와 같이 상기 제 2레이저헤드(20)가 보조실링열원으로 사용됨으로써, 상기 실링재(34)의 급속냉각이 방지되고 이로 인해 유리기판(32)에 크랙이 발생하는 것이 최소화될 수 있다.
한편, 상기 제 1레이저헤드(10) 및 제 2레이저헤드(20)는 일정한 간격으로 설치되어 상기 실링재(34)를 레이저로 연속적으로 조사할 수 있어야 한다. 이를 위해, 상기 제 1레이저헤드(10)에서 조사된 레이저가 형성하는 제 1스팟(14)과 제 2레이저헤드(20)에서 조사된 레이저가 형성하는 제 2스팟(24)은 서로 인접하게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 도 3에 잘 도시되어 있듯이 상기 제 1스팟(14)과 제 2스팟(24)이 인접하게 형성되면 상기 제 1스팟(14)과 제 2스팟(24)이 연속하여 실링재(34)를 조사할 수 있다. 상기 제 1스팟(14)과 제 2스팟(24)의 위치는 상기 제 1레이저헤드(10)와 제 2레이저헤드(20)의 간격 및 각도를 조정하여 설정이 가능하다. 상기 제 1스팟(14)과 제 2스팟(24)은 상기 제 1,2레이저헤드(10,20)의 빔사이즈에 따라 달라지는 것으로서, 상기 제 2스팟(24)이 상기 제 1스팟(14)보다 크게 형성된다.
다음으로, 본 발명에서는 레이저 실링공정이 히팅플레이트(30) 상에 놓여진 유리기판(32)을 통해 이루어진다. 상기 히팅플레이트(30)는 소정의 온도로 미리 가 열된 플레이트로써 상기 제 1,2레이저헤드(10,20)의 보조열원으로서의 역할을 수행한다. 즉, 상기 히팅플레이트(30)는 일정한 온도로 가열되어 있으므로, 상기 제 2레이저헤드(20)와 함께 상기 유리기판(32)의 사이에 도포된 실링재(34)가 급속하게 냉각되는 것을 방지하게 된다.
그리고, 상기 히팅플레이트(30)는 상기 제 1,2레이저헤드(10,20)에 대해 상대이동이 가능하게 설치된다. 즉, 상기 제 1,2레이저헤드(10,20)는 고정되게 설치되고, 상기 히팅플레이트(30)가 제 1,2레이저헤드(10,20)에 대해 이동되면서 레이저가 조사될 수 있도록 하는 것이다. 상기 히팅플레이트(30)는 예를 들어, 스테핑모터(Stepping motor)와 같은 구동원에 의해 이동가능하게 설치될 수 있다. 물론, 상기 히팅플레이트(30)가 반드시 상대이동가능하게 설치되어야 하는 것은 아니고, 상기 히팅플레이트(30)가 고정되게 설치되고 상기 히팅플레이트(30) 상을 따라 상기 제 1,2레이저헤드(10,20)가 이동되는 구성도 가능하다.
이상에서 설명한 공정에 의해 접합된 상기 유리기판(32)은 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 유리기판(32)은 BIPV모듈에서 전해액의 누액을 방지하고, PDP패널에서 방전가스가 누출되는 것을 방지하며, OLED패널에서 유기발광체가 산화에 의해 변성되는 것을 방지하고, 이중 진공 유리에서 장기간 동안 고진공도를 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다. 이와 같은 상기 유리기판(32)은 위에서 설명한 실링공정을 통해 기밀도를 유지하는 것이 필수적이다.
또한, 본 실시예에서 상기 실링재(34)로서 세라믹 유리 접합재인 글래스 프릿(Glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 글래스 프릿은 고분자 접착제에 비해 기밀성이 뛰어난 장점이 있다. 상기 실링재(34)는 상기 유리기판(32)의 실링을 위해 도 2에 잘 도시된 바와 같이 상기 유리기판(32)을 따라 직선상으로 길게 도포된다.
한편, 본 발명에 의한 유리기판의 레이저 실링장치는 상기 유리기판(32)을 가압하기 위한 가압장치를 더 포함한다. 상기 가압장치는 상기 유리기판(32)의 상면을 눌러주어 상기 유리기판(32)이 실링과정에서 떨어지는 것을 방지하고, 보다 효과적으로 접합될 수 있도록 하는 역할을 한다.
본 실시예에서 상기 가압장치는 가압지그(40)와, 상기 가압지그(40)에 탄성력으로 지지되는 가압핀(42)으로 구성된다. 상기 가압지그(40)는 상기 유리기판(32)의 길이방향을 따라 길게 형성되고, 상기 가압지그(40)에는 다수개의 가압핀(42)이 일정한 간격으로 설치된다. 상기 가압핀(42)은 탄성력으로 지지되게 설치되는데, 예를 들어, 후단에 스프링이 개재되어 가압핀(42)이 유리기판(32)을 향하도록 탄성력을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 유리기판의 레이저 실링장치의 작용을 도 4 및 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 유리기판(32)의 실링공정시에 유리기판(32)에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위해 제 1레이저헤드(10)보다 파워가 낮게 설정된 제 2레이저헤드(20)를 구비토록 하였다.
이와 같은 구성을 가진 레이저 실링장치에 의해 가열되는 실링재(34)의 온도변화가 도 4에 잘 도시되어 있다. 이를 참조하면, 상기 실링재(34)는 최초에는 히 팅플레이트(30)의 온도와 동일한 온도를 유지하게 된다. 즉, 도 1에서는 실링재(34)이 최초에 약 30℃로 유지되었지만, 본 발명에서는 히팅플레이트(30)의 온도인 약 70℃로 유지되는 것을 알 수 있다. 그리고, 상기 유리기판(32)의 상면에 별도의 유리기판(32)이 놓여진다.
상기 유리기판(32)이 포개진 상태에서 상기 가압지그(40)가 하강하게 되고, 상기 가압핀(42)은 상기 유리기판(32)의 일측을 눌러 두 개의 유리기판(32)이 잘 실링될 수 있도록 한다.
이 상태에서 상기 제 1레이저헤드(10) 및 제 2레이저헤드(20)가 실링재(34)에 레이저를 차례로 조사하게 된다. 상기 제 1,2레이저헤드(10,20)에 의해 레이저가 조사되면 도 4에서와 같이 실링재(34)의 온도가 급격하게 상승한다. 상기 제 1레이저헤드(10)에서 조사되는 레이저에 의해 상기 실링재(34)는 약 660℃까지 상승한다.
다음으로, 상기 제 1레이저헤드(10)가 지나간 직후에 상기 실링재(34)의 온도는 약 60℃정도 급격하게 하강한다. 하지만, 상기 제 2레이저헤드(10)에 이어서 제 2레이저헤드(20)가 실링재(34)를 레이저로 조사하기 때문에 상기 실링재(34)는 다시 온도가 약 630℃까지 상승하였다가 하강하게 된다.
상기 실링재(34)의 온도가 하강하는 것을 보면, 도 1과 비교해 볼 때, 온도가 약 100℃로 하강하는 데에 종래에는 2.9초가 걸렸지만 본 실시예에서는 27.8초가 걸리는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 상기 실링재(34)의 온도가 종래와 같이 급격하게 하강하지 않고 완만하게 하강하기 때문에 유리기판(32) 에 열충격으로 인해 크랙이 발생하는 최소화될 수 있고, 내구성이 향상될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 종래의 유리기판 (a)에 비해 본 발명의 유리기판 (b)에서 크랙이 현저하게 감소한 것을 잘 알 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 종래 기술에 의한 실링재의 온도변화를 보인 그래프.
도 2는 본 발명에 의한 유리기판의 레이저 실링장치를 개략적으로 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 실링재에 레이저가 조사되는 것을 개략적으로 보인 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 실링재의 온도변화를 보인 그래프.
도 5a는 종래 기술의 유리기판이 레이저 실링된 후의 상태를 보인 사진.
도 5b는 본 발명에 의한 유리기판이 레이저 실링된 후의 상태를 보인 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 제 1레이저헤드 12 : 케이블
14 : 제 1스팟 20 : 제 2레이저헤드
22 : 케이블 24 : 제 2스팟
30 : 히팅플레이트 32 : 유리기판
34 : 실링재 40 : 가압지그
42 : 가압핀

Claims (11)

  1. 유리기판 사이에 도포되는 실링재를 레이저로 조사하여 용융시키는 제 1레이저헤드와;
    상기 제 1레이저헤드와 일정한 간격으로 설치되어 상기 제 1레이저헤드가 조사한 부분을 레이저로 조사하고, 상기 제 1레이저헤드보다 상대적으로 낮은 파워로 설정되는 제 2레이저헤드를 포함하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1,2레이저헤드에 대해 상대이동가능하게 설치되고, 일정한 온도로 가열된 상태에서 상기 유리기판이 놓여지는 히팅플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2레이저헤드의 빔사이즈는 상기 제 1레이저헤드의 빔사이즈보다 상대적으로 크게 형성됨을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2레이저헤드의 빔사이즈는 상기 제 1레이저헤드의 빔사이즈의 3배임을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1레이저헤드에서 조사된 제 1스팟은 상기 실링재의 폭과 동일하거나 작게 형성됨을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2레이저헤드의 제 2스팟은 상기 제 1레이저헤드의 제 1스팟과 인접하게 형성됨을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1레이저헤드와 제 2레이저헤드는 일정한 각도로 경사지게 설치되어 레이저를 조사함을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 실링재는 글래스 프릿(Glass frit)임을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2레이저헤드는 실링재를 후가열하기 위한 핫에어(Hot air) 및 IR램프의 열원 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리기판의 상면을 가압하기 위한 가압장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가압장치는 탄성력으로 지지되는 다수개의 가압핀이 설치되는 가압지그임을 특징으로 하는 유리기판의 레이저 실링장치.
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