KR101385437B1 - 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치 - Google Patents

표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치 Download PDF

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이병헌
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Abstract

본 발명은 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치에 관한 것으로, 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발진기와; 상기 레이저 빔 발진기로부터 레이저 빔을 전송받아 레이저 빔을 조사하는 레이저빔 조사기와; 상기 표시 장치에 사용하는 크기로 절단된 상기 투명 기판을 고정하는 고정대와; 상기 고정대와 상기 레이저빔 조사기 중 어느 하나 이상을 이동시키는 이동부를; 포함하여 구성되어, 상기 레이저빔 조사기로부터 조사되는 상기 레이저 빔이 상기 투명 기판의 측면을 따라 이동하면서 절단된 상기 측면을 다듬질 가공하여, 보다 높은 강성을 갖는 투명 기판을 보다 간단한 공정으로 가공할 수 있도록 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 방법 및 이를 이용한 가공 장치를 제공한다.

Description

표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치 {METHOD OF FINISHING SIDE SURFACES OF TRANSPARENT SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE AND FINISHING APPARATUS USING SAME}
본 발명은 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법 및 이를 이용한 가공 장치에 관한 것으로, 충격이나 외력에 대하여 보다 높은 저항 능력을 갖는 표시 장치용 투명 기판을 제조하는 가공 장치에 관한 것이다.
최근 많은 정보들이 표시 장치를 통해 대중에게 제공되고 있으며, 이에 따라 표시 장치의 사용량이 점점 증가하고 있다. 최근에는 최근 모바일 기기의 대중화에 따라 보다 작고 보다 널리 표시 장치가 사용되고 있다. 표시 장치의 최외측에는 투명 기판이 위치하여 표시 기능을 담당하는 액정, 유기발광소자 등의 소자를 외력과 충격으로부터 보호한다.
한편, 표시 장치에 사용되는 투명 기판은 대형 투명 기판을 제작한 후, 레이저빔을 대형 투명 기판의 판면에 조사하거나 기판 절단용 쏘(saw)로 절단하여 사용된다. 그러나, 장착될 표시 장치에 맞게 대형 투명 기판을 절단하는 과정에서, 도1에 도시된 바와 같이, 절단된 표시 장치용 투명 기판(S)의 둘레(11)를 감싸는 절단면(12)에는 불균일한 미세 요철이 형성된다.
그런데, 미세 요철이 형성되어 있는 절단면(12)이 있는 투명 기판(S)을 그대로 표시 장치에 사용할 경우에는, 표시 장치의 사용 도중에 투명 기판(S)의 판면이나 모서리에 작용하는 외력이나 충격에 의하여 미세 요철이 형성되어 있는 절단면(12)에서 균열이 발생, 성장하여 투명 기판(S)이 파손되는 문제가 야기되었다.
따라서, 미세 요철이 형성되어 있는 투명 기판(S)의 파손 가능성을 줄이기 위하여, 종래에는 투명 기판(S)의 절단면(12)에 연마유를 공급하면서 미세한 연삭 그라인더로 그라인딩 공정을 행하고, 투명 기판(S)을 세정하는 것에 의하여 투명 기판(S)의 절단면(12)의 미세 요철을 제거하는 다듬질 가공 공정을 행하였다.
그러나, 연삭 그라인더로 투명 기판(S)의 절단면(12)을 그라인딩 공정을 행하는 것은 기계적으로 절단면(12)의 요철을 제거하는 것이어서, 그라인딩 공정 중에 오히려 기판(S)의 절단면(12)으로부터 균열이 성장하여 파손하는 것을 유발하여 수율을 저하시키는 문제가 야기되었을 뿐만 아니라, 그라인딩 공정을 위하여 연마유를 공급하고, 연삭 입자 등을 세정해야 하는 공정이 반드시 수반되므로, 공정 수가 많아져 제품의 생산성이 저하되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 표시 장치용 투명 기판을 충격이나 외력에 대하여 보다 높은 저항 능력을 갖도록 하여 내구성이 향상된 표시 장치용 투명 기판을 제조하는 가공 방법 및 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 표시 장치용 투명 기판의 절단면의 미세 요철을 간단하고 효율적으로 제거함으로써, 투명 기판의 수율을 높이면서 제조에 소요되는 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바의 목적을 달성하기 위하여, 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법으로서, 상기 표시 장치에 사용하는 크기의 투명 기판이 되도록 대형 기판을 절단하는 기판 절단 단계와; 상기 투명 기판의 절단면에 레이저 빔을 조사하여 상기 절단면의 다듬질을 하는 절단면 다듬질단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 장치를 제공한다.
이는, 레이저빔이나 쏘(saw) 등을 이용하여 대형 기판을 표시 장치에 사용하는 투명 기판의 크기로 절단하는 과정에서, 절단면에 생성될 수 밖에 없는 미세 요철을 레이저 빔을 조사하는 절단면 다듬질 단계에 의하여 간단히 제거함으로써, 짧은 시간에 레이저 조사 공정 하나만으로 절단면의 미세 요철을 완전히 제거할 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같은 투명 기판의 절단면 다듬질 가공 공정은 종래의 그라인딩 방식과 달리 연마유 등을 공급하거나 세정 공정을 별도로 필요로 하지 않게 되므로, 투명 기판의 다듬질 가공 공정을 짧은 시간 내에 간단히 마칠 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 그라인딩 공정에 의하여 투명 기판의 절단면의 미세 요철을 제거함으로써 약 5배의 높은 휨 강성을 확보할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 위하여, 상기 절단면 다듬질 단계는 상기 절단면에 수직으로 레이저 빔을 조사하는 것이 가장 바람직하다. 다만, 절단면에 레이저 빔이 충분히 조사할 수 있도록, 상기 레이저 빔은 상기 절단면에 수직인 방향으로부터 30도 이하의 각도로 상기 절단면에 조사되는 것에 의해 이루어질 수도 있다.
상기 투명 기판은 플라스틱 소재일 수도 있지만, 범용적으로 널리 사용되는 특히 유리 소재에 대해서도 본 발명에 따른 상기 방법이 훌륭하게 적용된다.
상기 레이저 빔은 유리 재질에 높은 흡수율을 갖는 이산화탄소(CO2) 레이저 빔인 것이 바람직하다. 이를 통해, 저렴하면서도 투명 기판 둘레의 측면에 존재하는 미세 요철을 효과적으로 제거하여, 투명 기판의 강성을 효과적으로 보강할 수 있다.
상기 기판 절단 단계는, 상기 대형 기판의 판면에 레이저 빔을 가하여 상기 표시 장치의 크기에 맞게 투명 기판으로 절단하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 이 경우에도 투명 기판의 가장 자리의 절단면에 미세 요철이 존재하지만, 전술한 레이저빔을 투명 기판의 판면이 아니라 절단면에 직접 조사하는 절단면 다듬질 단계에 의하여 간단히 강성을 보강할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 표시 장치용 투명 기판의 절단면 다듬질 가공 장치로서, 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발진기와; 상기 레이저 빔 발진기로부터 레이저 빔을 전송받아 레이저 빔을 조사하며, 상기 표시 장치에 사용하는 크기로 4개의 변을 갖도록 절단된 투명 기판의 둘레를 감싸는 측면으로 형성되는 절단면에 레이저 빔을 조사하여 상기 절단면의 미세 요철을 제거하는 가공을 행하는 동안에, 위치 고정된 상태로 상기 레이저 빔을 일 방향으로 조사하는 레이저빔 조사기와; 상기 투명 기판이 직립한 상태로 상기 투명 기판의 2개의 판면에 각각 접하는 제1고정부재 및 제2고정부재를 포함하되, 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재가 상기 투명 기판과 접촉하는 접촉면은 상기 투명 기판의 판면에 비하여 작은 크기로 형성되어 상기 투명 기판의 가장자리둘레에 위치하는 상기 절단면이 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재의 바깥으로 드러나게 위치 고정되는 고정대와; 상기 고정대를 직선 이동시키는 직선 이동 구동부와, 상기 고정대 및 상기 직선 구동부를 회전시키는 회전 구동부를 포함하여, 상기 투명 기판이 직립된 상태를 유지하면서 이동시키는 이동부를; 포함하여 구성되어, 상기 고정대에 상기 투명 기판을 한번 셋팅하여 위치 고정하면, 상기 레이저빔 조사기로부터 상기 레이저 빔이 상기 투명 기판의 절단면에 조사하는 동안에, 상기 직선 이동 구동부와 상기 회전 구동부에 의하여 상기 고정대에 고정된 상기 투명 기판을 직선 이동 및 회전 이동하면서 상기 투명 기판의 둘레를 감싸는 상기 절단면을 한번에 가공하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치를 제공한다.
이 때, 표시 장치의 크기에 맞게 절단하는 공정에서 투명 기판의 절단면에 존재하게 되는 미세 요철을 제거하는 공정을 보다 짧은 시간에 행할 수 있도록 하기 위해서는, 투명 기판의 절단면이 레이저 빔에 노출될 수 있도록 하는 장치적 구성이 필요하다. 이를 위하여, 상기 고정대는 상기 투명 기판을 사이에 두고 상기 투명 기판의 양면과 각각 접하면서 상기 투명 기판보다 작은 크기로 형성된 제1고정부재와, 제2고정부재가 구비되어 상기 투명 기판의 가장자리에 위치하는 상기 절단면이 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재의 바깥으로 드러나도록 상기 투명 기판을 위치 고정시킨다.
이를 통해, 상기 고정대와 상기 레이저빔 조사기 중 어느 하나 이상이 상대 이동 및 회전하는 것에 의하여, 고정대에 투명 기판을 한번 셋팅하여 위치 고정된 상태로 투명 기판의 절단면을 한번에 레이저 다듬질하는 것이 가능해짐에 따라, 투명 기판의 다듬질 가공 공정을 보다 짧은 시간에 정확하게 행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재 중 어느 하나 이상에는 상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재를 잡아당기는 전자석이 구비되어, 전자석의 자력에 의하여 제1고정부재와 제2고정부재가 서로 밀착하는 힘이 작용하게 되면서 그 사이에 투명 기판을 위치 고정시키도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 이동부는, 상기 고정대를 직선 이동시키는 직선 이동 구동부와; 상기 고정대 및 상기 직선 구동부를 회전시키는 회전 구동부를; 포함하여 구성됨으로써, 상기 레이저빔 조사기는 위치 고정된 상태에서 레이저 빔을 상기 투명 기판의 절단면에 조사하고, 상기 고정대에 고정된 상기 투명 기판은 상기 직선 이동 구동부와 상기 회전 구동부에 의해 직선 이동 및 회전되면서 가장자리의 상기 절단면이 다듬질되도록 구성될 수 있다.
상기 투명 기판은 유리 소재로 형성되고, 상기 레이저빔 조사기는 유리 재질에 높은 흡수율을 갖는 레이저빔인 이산화탄소(CO2) 레이저 빔을 투명 기판의 절단면에 조사하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 레이저빔이나 쏘(saw) 등을 이용하여 대형 기판을 표시 장치에 사용하는 투명 기판의 크기로 절단하는 과정에서, 절단면에 생성될 수 밖에 없는 미세 요철이 절단면에 수직 또는 높은 조사각으로 조사되는 레이저빔에 의해 제거하도록 구성되어, 레이저 조사 공정 하나만으로 절단면의 미세 요철을 짧은 시간 내에 완전히 제거할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명은 투명 기판의 다듬질 가공 공정을 짧은 시간 내에 간단히 마칠 수 있도록 함으로써, 종래의 그라인딩 방식과 달리 연마유 등을 공급함에 따라 투명 기판의 주변이 지저분해지는 문제점과, 그라인딩 공정 중에 연마유를 공급해야 하는 설비를 필요로 하고, 동시에 연삭 입자들과 연마유가 혼합되어 지저분해진 투명 기판을 세정하는 공정을 거쳐야 하는 여러 문제점을 일거에 해결한 잇점이 있다.
또한, 표시 장치에 사용되는 투명 기판은 대체로 유리 기판으로 장착되는데, 본 발명은 유리 기판에 흡수율이 높은 이산화탄소 레이저빔을 투명 기판의 둘레를 감싸는 절단면에 조사하여 절단면의 다듬질 가공 공정을 행함으로써, 저렴하면서도 다듬질 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 투명 기판의 둘레에 배열되는 절단면이 모두 드러나도록 서로 분리되고 자력이 작용하는 제1고정부재와 제2고정부재의 사이에 투명 기판을 위치 고정시킨 상태로, 투명 기판의 절단면이 제1고정부재와 제2고정부재의 바깥에 노출시킨 상태로 투명 기판을 셋팅하도록 구성됨에 따라, 한번의 셋팅으로 투명 기판의 절단면을 레이저 빔으로 조사하여 다듬질할 수 있게 되어, 다듬질 가공 공정이 보다 짧은 시간에 정확하게 행해질 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 대형 기판으로부터 절단된 투명 기판의 형상을 도시한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법을 도시한 순서도,
도3은 도2의 기판 절단 공정이 행해지는 구성을 도시한 개략도,
도4는 도2의 절단면 다듬질 가공 공정이 행해지는 표시 장치용 투명 기판의 절단면 다듬질 가공 장치의 구성을 도시한 사시도,
도5는 도4의 평면도,
도6은 도2의 절단면 다듬질 가공 공정이 행해지는 다른 실시 형태의 표시 장치용 투명 기판의 절단면 다듬질 가공 장치의 구성을 도시한 측면도,
도7은 본 발명의 다듬질 가공 공정이 행해지는 레이저빔 조사기의 배열 상태를 도시한 개략도,
도8은 투명 기판의 절단면에 조사된 레이저 빔에 의하여 잔류하는 미세 요철 층이 제거되는 원리를 도시한 도면,
도9a 내지 도9d는 본 발명에 따른 표시 장치용 투명 기판의 가공 이전과 이후의 절단면 촬영 사진,
도10은 투명 기판의 휨 강성 시험 장치의 촬영 사진,
도11a는 가공 이전의 투명 기판의 휨 강성 시험 결과를 도시한 그래프,
도11b는 가공 이전의 투명 기판의 휨 강성 시험 결과를 도시한 그래프,
도12는 도10a 및 도10b에 도시된 실험 결과의 비교표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법(S100)은, 액정 표시 장치나 오엘이디 장치 등의 표시 장치에 사용되는 크기의 투명 기판(S)d으로 대형 기판(So)을 절단하는 기판 절단 단계(S110)와, 기판 절단 단계(S110)에서 표시 장치에 사용되는 크기로 절단된 투명 기판(S)의 절단면(12)에 레이저 빔(L)을 조사하여 투명 기판(S)의 절단면(12)을 다듬질하는 절단면 다듬질단계(S120)로 이루어진다.
상기 기판 절단 단계(S110)는 도3에 도시된 바와 같이 대형 투명 기판(So)을 거치시킨 상태에서, 레이저빔 조사기(110)로부터 레이저 빔(L')을 대형 투명 기판(So)의 판면에 미리 정해진 가상선(21)을 따라 조사하여, 대형 투명 기판(So)을 표시 장치에 사용할 수 있는 크기의 투명 기판(S)으로 분할 절단한다.
상기 레이저빔 조사기(110)는 빔 발진기(118)로부터 생성된 레이저 빔을 광섬유(111)를 통해 전송받아 대형 투명 기판(So)의 가상선에 수직으로 조사하여 절단함으로써, 사용하고자 하는 표시 장치에 적합한 크기의 다수의 투명 기판(S)으로 절단된다. 이와 같이 절단된 투명 기판(S)은 도1에 도시된 바와 같이, 절단면(12)에 미세 요철이 잔류한다.
여기서, 투명 기판(S)은 플라스틱 소재로 사용될 수 있지만, 유리 소재의 유리 기판일 수도 있다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '투명'이라는 용어는 '그 자체로 빛을 전부 투과할 수 있는 재질로 만들어진 기판'에 국한하지 않으며, '빛을 일부만 투과하는 재질로 만들어진 반투명 소재의 기판'을 포함하는 것으로 정의하기로 한다. 따라서, 투명 기판 자체로는 빛을 대부분 투과시키지 않더라도, 투명 기판 너머에 배열된 액정 소자 등에 의한 빛을 투명 기판을 통해 확인할 수 있는 모든 종류의 기판을 모두 포함한다. 그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '절단면'은 투명 기판의 둘레를 감싸는 측면으로 정의하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판 절단 단계(S110)는 대형 투명 기판(So)의 판면에 레이저 빔(L')을 조사하는 대신, 투명 기판의 절삭하는 쏘(saw, 미도시)에 의하여 절단하는 것에 의해 이루어질 수도 있다.
상기 절단면 다듬질 단계(S120)은 도7에 도시된 바와 같이 표시 장치에 사용될 수 있는 크기로 절단되거나 성형된 투명 기판(S)의 가장자리에 위치하는 절단면(12)에 직접 레이저 빔(L)을 조사하는 것에 의하여 이루어진다.
투명 기판(S)의 절단면(12)에 잔류하는 미세 요철이 존재하는 층을 제거하는 공정은, 절단면(12)에 수직인 방향으로 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저빔 조사기(130)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 투명 기판(S)의 절단면에 레이저 빔(L)을 조사하면서, 투명 기판(S)을 레이저 빔(L)에 대하여 이동(12d)시키면, 투명 기판(S)의 절단면(12)에 조사되는 레이저 빔(L)의 에너지가 분포되면서, 절단면(12)의 표면에 잔류하는 미세 요철 층(12x)을 도8에 도시된 바와 같이 제거하여 말끔한 표면(12o)이 드러나도록 하여 투명 기판(S)의 강도를 보강한다.
다시 말하면, 일반적으로 스마트 폰 등과 같은 모바일 표시 장치는 장시간 동안 사용자에 의해 사용되면서 낙하에 의한 충격이나 외력 등을 받게 되는데, 충격이나 외력이 투명 기판(S)에 작용하면, 투명 기판(S)의 제작 당시에 잔류하는 가장자리 측면(12)의 미세 요철에서 균열이 발생되면서 성장하여, 투명 기판(S)의 파손을 유발하게 된다. 그러나, 상기와 같이, 투명 기판(S)의 둘레를 감싸는 절단면(12)에 레이저 빔(L)을 조사하여 미세 요철이 존재하는 미세 요철층(12x)을 제거하고 말끔한 표면(12o)이 드러나도록 함으로써, 투명 기판(S)에 외력이나 충격이 가해지더라도 균열이 가장자리의 절단면(12)에서 생성되기 어려운 환경이 되므로, 보다 큰 충격이나 외력에 파손되지 않고 높은 저항 능력을 갖게 된다.
한편, 투명 기판(S)의 절단면(12)에 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저빔 조사기(130)는 절단면(12)에 수직인 방향(z축 방향)으로 레이저 빔(L)을 조사하는 것이 바람직하지만, 절단면(12)에 수직인 방향에 대하여 y축 방향으로 약간의 경사(φ)를 갖거나 x축 방향으로 약간의 경사(θ)를 이룬 레이저빔 조사기(130', 130")로부터 레이저 빔(L)이 절단면(12)에 조사하면서, 레이저빔 조사기를 이동(99)시키면서 절단면(12)의 미세 요철을 제거할 수 있다. 이 때, 상기 경사(φ, θ)는 z축 방향에 대하여 30도 이하인 것이 좋다.
도면 중 미설명 부호인 131, 131', 131"은 레이저빔 조사기(130, 130', 130")에 레이저 빔을 전송하는 광섬유이다.
여기서, 투명 기판(S)이 유리 소재인 경우에는, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")로부터 조사되는 레이저 빔(L)은 유리 재질에 높은 흡수율을 갖는 이산화탄소(CO2) 레이저빔이 사용된다. 이에 의해, 투명 기판(S)의 미세 요철층(12x)을 제거하는 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 저렴하게 절단면 다듬질 설비를 구성할 수 있다. 이 때, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")로부터의 레이저 빔(L)은 90W 내지 300W의 출력으로 투명 기판(S)의 절단면(12)에 조사된다. 레이저 빔(L)의 출력이 90W보다 작은 경우에는 강화 유리 기판에 대해서는 절단면(12)의 미세 요철을 완전히 제거하기가 어렵고, 레이저 빔(L)의 출력이 300W보다 높은 경우에는 레이저 빔(L)을 생성하는 비용이 높아지므로, 레이저 빔(L)의 출력은 90W 내지 300W의 사이로 유지하는 것이 좋다. 다만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 현존하는 강화 유리보다 높은 강도의 투명 기판이 제작되거나, 플라스틱 소재의 투명 기판에 대해서는 300W보다 높거나 90W보다 낮은 출력의 레이저 빔을 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명은 이산화탄소 레이저빔의 사용에 국한되지 않으며, 본 발명의의 다른 실시 형태에 따르면, 이산화탄소 레이저빔 이외에 공지된 다른 종류의 레이저 빔을 투명 기판(S)의 측면 다듬질 가공 공정에 사용할 수도 있다.
이하, 전술한 가공 방법(S100)을 이용한 표시 장치용 투명 기판(S)의 측면 다듬질 가공 장치(100)의 구성을 상술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치(100)는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발진기(120)와, 레이저 빔 발진기(120)로부터 전송받아 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저빔 조사기(130)와, 표시 장치에 사용하는 크기로 절단된 투명 기판(S)을 고정하여 투명 기판(S)과 함께 이동하는 고정대와, 투명 기판(S)을 고정하고 있는 고정대를 직선(140d) 및 회전(360) 이동시키는 이동부(160, 170)와, 고정대의 제2고정부재(150)를 착탈시키는 착탈 아암(180)으로 구성된다.
상기 레이저빔 발진기(120)는 이산화탄소 레이저빔을 생성하여, 광섬유(131)를 통해 레이저빔 조사기(130)로 전송한다.
레이저빔 조사기(130)는 광섬유(131)를 통해 전송된 레이저빔을 투명 기판(S)의 측면(12)에 조사하여, 투명 기판(S)의 측면에 잔류하는 미세 요철층(도8의 12x)을 제거한다. 즉, 투명 기판(S)은 대형 기판을 레이저빔이나 쏘(saw)에 의하여 절단되어 제작되므로, 투명 기판(S)의 측면은 기판 절단 공정에서 미세한 요철이 생성될 수 밖에 없다. 그러나, 레이저빔(130) 조사기에 의하여 투명 기판(S)의 절단면인 측면(12)의 미세 요철층을 제거함에 따라, 투명 기판(S)에 균열이 쉽게 생성되지 않아 보다 높은 강성을 갖도록 한다.
상기 고정대는 투명 기판(S)을 고정시킨 상태로 함께 이동(140d) 및 회전(360)하기 위한 것이다. 고정대는 투명 기판(S)의 양면에 밀착되며 투명 기판(S)에 비하여 작은 크기의 제1고정부재(140)와 제2고정부재(150)로 이루어진다. 그리고, 제1고정부재(140)의 내부에는 전자석(140a)이 구비되고, 제2고정부재(150)는 자력에 의해 인력이 작용하는 금속이나 자석으로 형성된다. 이를 통해, 측면 다듬질 가공 공정을 행하고자 하는 투명 기판(S)을 로봇 아암으로 제1고정부재(140)의 일면(140s)에 밀착시킨 상태에서, 제2고정부재(150)를 제1고정부재(140)의 일면(140s)에 마주보도록 위치시킨 상태에서 제1고정부재(140)의 전자석(140a)에 전류를 인가하여 발생되는 자력에 의해 제1고정부재(140)와 제2고정부재(150)는 서로 분리된 상태로 투명 기판(S)을 위치 고정시킬 수 있게 된다.
도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 고정대를 이루는 제1고정부재(140)와 제2고정부재(150)는 투명 기판(S)의 판면에 접하는 표면이 투명 기판(S)의 판면보다 더 작게 형성되므로, 제1고정부재(140)와 제2고정부재(150)의 사이에 투명 기판(S)을 위치 고정시킨 상태에서 투명 기판(S)은 측면(12)이 모두 외부에 드러난 상태가 된다.
상기 이동부(160, 170)는 투명 기판(S)을 고정하고 있는 고정대(140, 150) 중 제1고정부재(140)를 직선 이동시키는 직선 이동부(160)와, 고정대와 함께 직선 이동부(160)를 회전(360)시키는 회전 이동부(170)로 구성된다.
직선 이동부(160)는 회전 브라켓(168)에 위치 고정된 직선 구동 모터(161)와, 직선 구동 모터(161)에 의해 회전 구동되고 고정대의 제1고정부재(140)의 암나사부와 맞물리는 수나사산이 형성된 나사봉(162)과, 나사봉(162)의 끝단을 회전 가능하게 지지하는 지지대(165)로 구성된다. 따라서, 직선 구동 모터(161)를 정, 역방향으로 회전하면, 나사봉(162)의 정, 역방향으로의 회전에 따라 제1고정부재(140)가 140d로 표시된 직선 방향으로 이동하면서 투명 기판(S)을 이동시킨다. 회전 브라켓(168)에는 제1고정부재(140)의 직선 이동을 안내하는 안내 레일(168g)이 형성되어, 제1고정부재(140)가 미리 정해진 경로로 정확하게 직선 이동하게 된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 직선 이동부(160)는 리드 스크류의 원리 이외에 리니어 모터의 원리로 제1고정부재(140)를 직선 이동하도록 구성될 수도 있다.
회전 이동부(170)는 회전 구동 모터(171)의 회전축(172)이 직선 이동부(160)를 위치시키고 있는 회전 브라켓(168)을 회전시킨다. 이에 따라, 투명 기판(S)은 회전 구동 모터(171)에 의하여 회전하는 회전 브라켓(168)과 함께 회전된다. 도면에는 회전 구동 모터(171)에 의해 회전 구동되는 회전축(172)이 회전 브라켓(168)에 고정되어, 회전 브라켓(168)이 회전 구동 모터(171)에 의하여 직접 회전 구동되는 구성이 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 회전 브라켓(168)과 회전 구동 모터(171)의 사이에 감속기나 벨트 등의 동력전달수단 등이 개재될 수도 있다.
상기 착탈 아암(180)은 제1고정부재(140)를 향하여 왕복 이동 가능하게 설치되고, 내부에 전자석(150a)이 설치되어, 전자석(150a)에 전류를 인가하여 발생되는 자력으로 제2고정부재(150)를 선택적으로 파지하거나 분리시킨다. 즉, 투명 기판(S)을 고정대에 위치 고정하고자 하는 경우에는, 로봇 아암(미도시)에 의해 파지되는 투명 기판(S)의 판면을 제1고정부재(140)의 일면(140s) 근처로 위치시키면, 전자석(180a)에 전류를 인가하여 자력에 의해 제2고정부재(150)를 착탈 아암(180)에 부착한 상태로 착탈 아암(180)이 제1고정부재(140)를 향하여 이동한 후, 제1고정부재(140)의 전자석(140a)에 전류를 인가하면서 착탈 아암(180)의 전자석(180a)에 공급하는 전류의 세기를 점진적으로 낮게 조정하여, 착탈 아암(180)에 부착되어 있던 제2고정부재(150)가 제1고정부재(140)의 자력으로 제1고정부재(140)에 밀착하게 되고, 이를 통해 투명 기판(S)은 절단된 측면(12) 전체가 외부에 드러난 상태로 제1고정부재(140)와 제2고정부재(150)의 사이에 위치 고정된다.
이 때, 제1고정부재(140)의 일면(140s)은 도5를 기준으로 직선 구동 모터(161) 및 지지대(165)의 측면(161s, 165s)보다 오른쪽으로 돌출된다. 따라서, 회전 구동 모터(171)에 의해 제1고정부재(140)와 직선 이동부(160)가 회전하더라도, 레이저 조사기(130)로부터 투명 기판(S)의 측면(12)을 향해 레이저 빔(L)을 조사할 수 있는 환경이 마련된다. 이와 동시에, 제1고정부재(140)의 일면(140s)의 위치는 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 레이저 빔(L)이 투명 기판(S)의 측면(12)에 도달하도록 정해진다.
한편, 도6에 도시된 다른 실시 형태의 구성에서와 같이, 고정대(140, 150)를 회전시키는 회전 구동 모터(171)에 의해 투명 기판(S)의 위치가 변동되는 것을 방지하기 위하여, 회전 브라켓(168')과 연결되는 회전축(172')의 단면이 크게 형성되면서, 회전축(172')으로부터 반경 방향으로 연장된 연장부(173)의 끝단(173a)이 작은 틈새 내에서만 위치하도록 하는 위치 고정부(190)에 의해 편차가 발생되는 것을 제한하도록 구성될 수도 있다. 이를 통해, 회전 구동 모터(171)의 회전 등에 의해 투명 기판(S)이 회전하거나 이동하더라도, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 위치가 변동되지 않고 제 위치로 유지된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 투명 기판(S)의 측면 다듬질 가공 장치(100)의 작용 원리를 상술한다.
단계 1: 먼저, 제1고정부재(140)의 일면(140s)에 투명 기판(S)의 판면이 접촉한 상태로 제2고정부재(150)가 투명 기판(S)의 반대 판면에 밀착하는 것에 의하여 투명 기판(S)을 위치 고정한다.
단계 2: 그리고 나서, 레이저빔 조사기(130)로부터 레이저 빔(L)을 투명 기판(S)의 측면(12)을 따라 조사하면서, 직선 이동부(160)에 의해 투명 기판(S)을 고정대(140, 150)와 함께 직선 이동시킨다. 이에 의해 투명 기판(S)의 일 측면(12)에 대하여 미세 요철의 제거 공정이 행해진다.
단계 3: 그 다음, 투명 기판(S)을 고정하고 있는 제1고정부재(140) 및 제2고정부재(150)를 해체시키지 않고, 회전 구동부(170)에 의해 회전 브라켓(168)을 90도만큼 회전시키면서, 투명 기판(S)의 꼭지점 부분의 측면(12)에 레이저 빔(L)을 조사하여 미세 요철층(12x)을 제거한다.
단계 4:그리고 나서, 고정대(140, 150)를 직선 이동시켜, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 레이저 빔(L)이 레이저 빔(L)이 조사되지 않았던 투명 기판(S)의 다른 측면을 따라 조사되도록 하여, 투명 기판(S)의 다른 측면에 대하여 미세 요철을 제거한다.
단계 5: 이와 같은 방식으로, 단계 3과 단계 4를 반복하면서, 투명 기판(S)을 고정하고 있는 제1고정부재(140) 및 제2고정부재(150)를 해체시키지 않고, 투명 기판(S)의 둘레 전체의 측면(12)에 대하여 레이저 빔(L)에 의한 미세 요철층(12x)의 제거 공정이 행해질 수 있다.
상기와 같은 공정은 레이저빔 조사기(130)의 위치는 고정되어 있고, 투명 기판(S)을 고정하는 고정대(140, 150)를 이동부(160, 170)에 의해 직선 이동 및 회전시키면서, 투명 기판(S)의 측면(12)을 따라 레이저 빔(L)이 조사되도록 구성된다. 이를 통해, 투명 기판(S)의 위치 고정 작업을 한번만 하더라도, 투명 기판(S)의 둘레 전체의 측면(12)에 잔류하는 미세 요철을 모두 제거할 수 있게 되어, 투명 기판(S)의 측면 다듬질 가공 공정이 보다 짧은 시간에 효율적으로 이루어질 수 있게 되는 잇점을 얻을 수 있다.
한편, 전술한 본 발명에 따라 유리 재질의 투명 기판(S)에 대하여 120W 출력의 이산화탄소 레이저 빔을 130W 출력으로 조사하여 측면 다듬질 가공 공정이 행해지기 이전과 이후의 절단면(측면) 촬영 사진이 도9a 내지 도9d에 도시되어 있다. 도9a는 모바일 표시 장치에 사용되고 있는 상품명 "Soda Lime"이라는 유리 기판이고, 도9b는 모바일 표시 장치에 사용되고 있는 상품명 "IOX-FS"이라는 유리 기판이며, 도9c는 모바일 표시 장치에 사용되고 있는 상품명 "Gorilla2 20㎛"이라는 유리 기판이고, 도9b는 모바일 표시 장치에 사용되고 있는 상품명 "Dragon 20㎛"이라는 유리 기판이다. 이 중 도9c 및 도9d에 도시된 Grollia2 20㎛과 Dragon 20㎛은 20㎛ 두께의 강화층이 형성된 것이다.
본 발명에 따른 측면 다듬질 가공 공정을 적용하기 이전에는, 도9a 내지 도9d에 도시된 모든 투명 기판(S)의 측면에 미세 요철이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 측면 다듬질 가공 공정을 행한 이후에는, 거친 미세 요철층이 모두 제거되었음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 측면 다듬질 가공 공정을 적용하기 이전과 이후의 투명 기판에 대하여 강성 시험을 도10에 도시된 바와 같이 실시하였다. 즉, 서로 이격된 거치대에 투명 기판(S)을 거치시켜두고, 투명 기판(S)이 파손되는 시점까지 투명 기판(S)의 중앙부에 힘(F)을 점차 증가시키는 방식으로 "IOX-FS"라는 유리 기판에 대해 실험을 행한 결과, 본 발명에 따른 측면 다듬질 가공 공정을 행하기 이전에는 7.53kgf까지의 힘(F)에 대해 0.8mm정도의 휨 변위(중앙부)가 발생되면서 파손되었지만(도11a), 본 발명에 따른 측면 다듬질 가공 공정을 행하기 이후에는, 36.92kgf까지의 힘(F)에 대해 3.496mm정도의 휨 변위(중앙부)를 허용할때까지 견딜 수 있다는 것을 확인하였다(도11b).
즉, 도11c에 정리된 표에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 측면 다듬질 가공 공정을 행할 경우에는, 표시 장치용 투명 기판(S)의 강성이 5배 정도 향상된다는 것을 실험으로 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100: 기판의 측면 다듬질 가공 장치 110: 절단용 레이저빔 조사기
120: 레이저빔 발진기 130: 다듬질용 레이저빔 조사기
140: 제1고정부재 140a: 전자석
150: 제2고정부재 160: 직선 이동부
170: 회전 이동부 180: 착탈 아암

Claims (15)

  1. 표시 장치용 투명 기판의 절단면 다듬질 가공 장치로서,
    레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발진기와;
    상기 레이저 빔 발진기로부터 레이저 빔을 전송받아 레이저 빔을 조사하며, 상기 표시 장치에 사용하는 크기로 4개의 변을 갖도록 절단된 투명 기판의 둘레를 감싸는 측면으로 형성되는 절단면에 레이저 빔을 조사하여 상기 절단면의 미세 요철을 제거하는 가공을 행하는 동안에, 위치 고정된 상태로 상기 레이저 빔을 일 방향으로 조사하는 레이저빔 조사기와;
    상기 투명 기판이 직립한 상태로 상기 투명 기판의 2개의 판면에 각각 접하는 제1고정부재 및 제2고정부재를 포함하되, 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재가 상기 투명 기판과 접촉하는 접촉면은 상기 투명 기판의 판면에 비하여 작은 크기로 형성되어 상기 투명 기판의 가장자리 둘레에 위치하는 상기 절단면이 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재의 바깥으로 드러나게 위치 고정되는 고정대와;
    상기 고정대를 직선 이동시키는 직선 이동 구동부와, 상기 고정대 및 상기 직선 구동부를 회전시키는 회전 구동부를 포함하여, 상기 투명 기판이 직립된 상태를 유지하면서 이동시키는 이동부를;
    포함하여 구성되어, 상기 고정대에 상기 투명 기판을 한번 셋팅하여 위치 고정하면, 상기 레이저빔 조사기로부터 상기 레이저 빔이 상기 투명 기판의 절단면에 조사하는 동안에, 상기 직선 이동 구동부와 상기 회전 구동부에 의하여 상기 고정대에 고정된 상기 투명 기판을 직선 이동 및 회전 이동하면서 상기 투명 기판의 둘레를 감싸는 상기 절단면을 한번에 가공하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재 중 어느 하나 이상에는 상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재 중 다른 하나를 잡아당기는 전자석이 구비되고, 상기 제2고정부재가 상기 제1고정부재와의 사이에 상기 투명 기판을 위치시킨 상태가 되도록 상기 제2고정부재가 착탈 아암에 의하여 상기 제1고정부재에 접근하거나 멀어지도록 이동하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 투명 기판은 유리 소재인 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 이산화탄소(CO2) 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 90W 내지 300W의 출력 강도로 상기 절단면에 조사되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 절단면에 수직으로 조사되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치.

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