KR101406139B1 - 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 방법 및 이를 이용한 가공 장치 - Google Patents

표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 방법 및 이를 이용한 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 방법 및 이를 이용한 가공 장치에 관한 것으로, 표시 장치에 사용하는 크기의 투명 기판을 준비하는 기판준비단계와; 레이저빔 조사기로부터 발진된 제1레이저 빔을 상기 투명 기판의 바깥쪽에서 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제1경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면 상에 상기 제1레이저 빔을 진입시키는 레이저빔 진입단계와; 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 측면에 대하여 이동하면서 상기 투명 기판의 측면 둘레에 상기 제1레이저 빔을 조사하여 상기 측면의 다듬질 공정을 행하는 레이저빔 이동단계와; 레이저빔 조사기로부터 발진된 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 상기 측면으로부터 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제2경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면의 바깥으로 상기 제1레이저 빔을 이탈시키는 레이저빔 이탈단계를; 포함하여 구성되어, 투명 기판의 측면에 레이저빔으로부터 에너지가 도입되는 편차를 줄일 수 있게 되므로, 투명 기판의 측면에 열응력에 의한 미세 균열을 확실하게 방지할 수 있는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법 및 이를 이용한 장치를 제공한다.

Description

표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 방법 및 이를 이용한 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 제조할 수 있으면서, 레이저 다듬질 공정을 행하는 동안에 레이저 빔의 조사 시작 지점에서 발생되는 균열을 방지할 수 있는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법 및 이를 이용한 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, 최종적으로 표시 장치에 사용될 수 있는 크기가 되도록 대형 기판을 절단하는 과정에서, 도1에 도시된 바와 같이, 절단된 표시 장치용 투명 기판(S)의 둘레(11)를 감싸는 측면(12)에는 불균일한 미세 요철이 형성된다.
그런데, 미세 요철이 형성되어 있는 측면(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 측면(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 측면(12)에 연마유를 공급하면서 미세한 연삭 그라인더로 그라인딩 공정을 행하여 측면을 매끄럽게 가공한 이후에, 그라인딩 공정에서 발생된 입자를 깨끗하게 세정한다. 그리고 나서, 불소(hydrofluoric acid) 공정을 거치면서 유리 소재의 투명 기판(S)의 강성을 높힌 이후에, 투명 기판(S)에 묻어있는 불소 액을 깨끗하게 세정하는 복잡한 4단계의 공정을 거쳐야 했다.
그러나, 연삭 그라인더로 투명 기판(S)의 측면(12)을 그라인딩 공정을 행하는 것은 기계적으로 측면(12)의 요철을 제거하는 것이어서, 그라인딩 공정 중에 오히려 기판(S)의 측면(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. 그리고, 인체에 매우 해로운 불소를 사용하여 투명 기판(S)의 강성을 향상시키므로, 작업을 행하는 작업자의 건강과 안전이 심각하게 위협받는 심각한 문제도 있었다.
한편, 대형 투명 기판으로부터 표시 장치의 크기에 맞는 투명 기판으로 절단하면 투명 기판(S)의 측면(절단면)에 발생되는 요철을 제거하기 위하여 레이저 빔을 측면에 조사하여 다듬질하는 기술이 제안되고 있다. 그러나, 종래의 레이저 빔에 의한 투명 기판의 측면을 다듬질하는 기술은, 대형 기판을 표시 장치용 크기로 절단한 후에(S11), 도3a에 도시된 바와 같이 레이저빔 조사기로부터 조사되는 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12)상에 조사되게 레이저빔 조사기를 위치시켜 제1레이저 빔(L1)을 투명 기판 측면(12)의 제1위치(Pi)에 조사한 상태에서(S12), 도3b에 도시된 바와 같이 제1레이저 빔(L1)을 투명 기판(S)의 측면(12)을 따르는 경로(빗금)로 투명 기판(S)의 둘레를 이동(99)시키고(S13), 도3c에 도시된 바와 같이 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면 둘레를 한 바퀴 돌아 제1위치(Pi)에 근접 도달하면 레이저빔 조사기로부터 제1레이저 빔(L1)이 조사되는 것을 중지(S14)하는 것에 의하여 이루어진다.
그러나, 도4a 및 도4b의 촬영사진에 나타난 바와 같이, 투명 기판(S)의 측면을 다듬질하는 과정에서 투명 기판(S)의 측면 중앙부에 제1레이저빔(L1)이 직접 도달하는 것을 시작으로 제1레이저빔(L)을 이동시키고 측면 중앙부에서 제1레이저빔(L1)의 도달을 중지시키는 것은 시작점(Pi) 부근에 미세 균열(98)을 야기하는 문제가 야기된다. 도4c는 편광현미경을 통하여 측면 다듬질이 행해진 도4a의 투명 기판을 정면에서 촬영한 것으로, 레이저 가공의 시작지점(Pi)과 끝지점(Po)의 사이에 열응력에 따라 보라빛과 흰색빛이 보이는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 균열(98)은 평균 사용 조건에는 영향을 받지 않지만, 사용환경이 극한 상황에 처해지는 신뢰성 시험(1시간 동안 -45℃ ~ 85℃를 24 cycle에 걸쳐 열충격을 주는 열충격 시험 및 온도 60℃, 습도 90%를 1시간씩 96cycle에 걸쳐 행하는 항온항습 시험)을 거치면 도4d에 도시된 바와 같이 균열이 발생된다는 것을 확인하였다.
따라서, 레이저 가공에 의한 유리 등의 소재로 이루어진 투명 기판의 측면을 다듬질함에 있어서 미세 균열이 발생되지 않도록 투명 기판의 측면을 다듬질할 수 있는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
한편, 투명 기판(S)을 디스플레이 장치에 용이하게 장착되기 위해서는 디스플레이 장치의 둘레를 형성하는 프레임과 보다 견고하게 맞물리면서 조립될 필요가 있다. 이를 위하여, 투명 기판의 둘레 모서리를 따라 면취되는 챔퍼 가공을 행하는 데, 종래에는 투명 기판의 둘레 모서리에 챔퍼의 가공 공정이 그라인딩 공정에 의해 이루어졌다. 그러나, 그라인딩에 의하여 기판의 둘레 모서리에 일정한 크기로 경사지게 챔퍼를 면취 가공하는 것은 시간이 오래 소요되어 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 측면(12)에서의 균열을 야기하여 수율이 크게 낮아지는 심각한 문제가 야기되었다. 따라서, 유리 등의 소재인 투명 기판의 모서리를 따라 경사진 챔퍼를 짧은 시간 내에 정확한 형상으로 가공하되, 동시에 챔퍼 가공의 수율을 높일 수 있는 방안의 필요성도 절실히 요구되고 있다.
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.
다시 말하면, 본 발명은 레이저 가공에 의한 유리 등의 소재로 이루어진 투명 기판의 측면을 레이저 빔으로 다듬질하여 측면의 미세 요철을 제거함에 있어서, 레이저 빔의 열응력에 의한 미세 균열의 발생을 억제하여 극한 환경에서도 균열이 발생되지 않아 보다 높은 내구성을 갖는 투명 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 밖에, 본 발명은 유리 소재의 투명 기판의 모서리를 따라 단면을 기준으로 경사진 챔퍼를 형성하는 가공 공정을 짧은 시간 내에 높은 수율로 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바의 목적을 달성하기 위하여, 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법으로서, 상기 표시 장치에 사용하는 크기의 투명 기판을 준비하는 기판준비단계와; 레이저빔 조사기로부터 발진된 제1레이저 빔을 상기 투명 기판의 바깥쪽에서 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제1경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면 상에 상기 제1레이저 빔을 진입시키는 레이저빔 진입단계와; 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 측면에 대하여 이동하면서 상기 투명 기판의 측면 둘레에 상기 제1레이저 빔을 조사하여 상기 측면의 다듬질 공정을 행하는 레이저빔 이동단계와; 레이저빔 조사기로부터 발진된 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 상기 측면으로부터 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제2경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면의 바깥으로 상기 제1레이저 빔을 이탈시키는 레이저빔 이탈단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법을 제공한다.
즉, 본 발명은, 투명 기판의 측면 중앙부에 제1레이저 빔이 직접 도달하는 것을 시작으로 제1레이저 빔을 이동시켜 투명 기판의 측면 요철을 제거하는 종래 기술과 달리, 상기 투명 기판의 측면을 따라 레이저 빔의 중심이 이동하는 형태로 레이저 빔을 상기 측면에 조사하여 상기 절단면을 다듬질하되, 상기 레이저 빔은 레이저빔 조사기로부터 발진된 상태로 상기 투명 기판의 바깥쪽에서 상기 투명 기판의 판면에 경사지게 이동하여 상기 측면 상에 상기 레이저 빔이 경사지게 진입하게 하고, 상기 투명 기판의 측면에 대하여 상기 레이저 빔이 상기 투명 기판의 측면 둘레를 한 바퀴 돈 상태에서, 상기 투명 기판의 판면에 경사지게 바깥으로 경사지게 이동하는 것에 의하여 상기 기판의 측면 다듬질을 행함으로써, 제1레이저 빔이 투명 기판의 측면의 어느 위치에서도 집중적으로 에너지를 집중시키지 않고, 전체적으로 균일하게 제1레이저 빔에 의한 다듬질 가공이 행해지도록 함으로써, 레이저 빔이 조사되기 시작하는 지점에서 미세 균열이 발생되는 것을 억제할 수 있다는 것이 실험적으로 확인되었다.
이를 통해, 투명 기판의 측면에 레이저빔으로부터 에너지가 도입되는 편차를 줄일 수 있게 되므로, 투명 기판의 측면에 열응력에 의한 미세 균열을 확실하게 해소할 수 있다.
여기서, 제1레이저빔이 투명 기판의 측면으로 진입하는 제1경사각도 및 제2경사각도는 10도 내지 80도의 범위에서 선택되며, 바람직하게는 30도 내지 60도인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 기판 다듬질 단계는, 상기 제1레이저 빔의 중심이 상기 측면의 중앙 경로를 따라 중단없이 이동하는 것에 의하여 이루어진다. 이를 통해, 제1레이저 빔이 투명 기판의 측면을 다듬질하는 과정에서 제1레이저 빔이 연속적으로 측면을 다듬질함에 따라 제1레이저빔의 시작 및 종료 지점 부근 이외의 영역에서도 미세 균열이 발생되는 것을 억제할 수 있다.
상기 중심 경로는 상기 측면의 중심선으로부터 상기 투명 기판의 두께(wo)의 1/6 이하로 이격된 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
한편, 상기 레이저빔 진입단계는, 상기 레이저빔 조사기가 제1방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되고, 상기 레이저빔 조사기로부터 발진된 상기 제1레이저 빔이 상기 측면 바깥에 도달하도록 한 상태로부터 상기 레이저빔 조사기를 상기 제1방향으로 이동시키는 것과 동시에, 상기 투명 기판을 이동시키는 것에 의하여 행해질 수 있다. 즉, 레이저빔 조사기를 투명 기판의 측면을 향하여 경사지게 진입하거나 진출하게 위치 제어하는 것이 까다로우므로, 레이저빔 조사기는 제1방향으로 왕복 이동시키는 속도와 투명 기판을 이동시키는 속도를 조절하는 것에 의하여, 제1경사도와 제2경사도를 용이하게 조절할 수 있다.
이 때, 상기 제1방향은 수평 방향이고, 상기 제1레이저 빔은 상기 레이저빔 조사기로부터 수직 방향으로 조사되며, 상기 투명 기판은 세워진 상태로 유지되면서 회전하거나 이동하도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 투명 기판이 직립 상태로 유지되므로 투명 기판의 자중에 의한 처짐으로 정확하지 않은 위치에 제1레이저빔이 조사되는 것을 방지할 수 있다.
상기 레이저빔 이동단계는, 상기 제1레이저 빔을 상기 측면의 중심 경로를 따라 10mm/sec 내지 20mm/sec의 속도로 이동하면서 투명 기판의 측면을 다듬질한다.
한편, 상기 레이저빔 이동단계 및 레이저빔 이탈단계가 행해진 다음에, 제2레이저빔의 중심이 상기 투명 기판의 측면의 중심선으로부터 상기 투명 기판의 판면을 향하여 일측으로 치우친 상기 측면 상의 편측 경로를 따라 이동하는 형태로, 상기 제2레이저빔을 상기 측면에 조사하여 상기 측면의 일측 모서리를 따라 경사진 챔퍼(chamfer)를 형성하는 챔퍼형성단계를; 더 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같은 투명 기판의 챔퍼 가공 공정은 종래의 그라인딩 방식과 달리 연마유 등을 공급하거나 세정 공정을 별도로 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 레이저빔의 초점 높이 및 위치를 조절하는 것에 의하여 미세 균열을 발생시키지 않으면서 경사진 챔퍼를 정확하고 일관된 형태로 형성할 수 있고, 동시에 높은 수율로 가공이 가능해지는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기와 같이 가공된 유리 기판은 디스플레이 장치에 높은 강도와 내구성을 갖는 형태로 활용될 수 있다.
이를 위하여, 상기 측면 다듬질 단계는 상기 절단면에 수직으로 제1레이저빔을 조사하는 것이 가장 바람직하다. 다만, 절단면에 레이저빔이 충분히 조사할 수 있도록, 상기 제1레이저빔은 상기 절단면에 수직인 방향으로부터 30도 이하의 각도로 상기 절단면에 조사되는 것에 의해 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 챔퍼형성단계는, 제2레이저빔이 수직으로 투명 기판의 절단면에 조사되는 경우에, 상기 제2레이저빔의 초점이 투명 기판 내에 위치하도록 상기 제2레이저빔을 조사한다. 즉, 상기 챔퍼형성단계는, 상기 제2레이저빔이 초점에 도달하기 이전에 상기 절단면에 도달하는 형태로 상기 제2레이저빔을 상기 절단면에 조사한다. 이를 통해, 상기 편측 경로를 따라 조사되는 제2레이저빔에 의하여 투명 기판의 측면에 국부적인 파손이 형성될 정도의 에너지가 전달되지 않으면서, 투명 기판의 측면 모서리에 경사진 챔퍼를 형성할 수 있게 된다. 예를 들어, 제2레이저빔의 초점이 투명 기판 내에 위치하는 경우에는, 과도하게 높은 에너지 밀도로 투명 기판의 측면 모서리에 에너지가 집중됨에 따라, 투명 기판의 모서리에 국부적인 미세 균열이 불규칙적으로 발생되는 현상이 야기된다. 또한, 제2레이저빔의 초점이 투명 기판의 상측에 위치하는 경우에는 상대적으로 낮은 에너지 밀도로 투명 기판의 측면 모서리에서 에너지가 분산됨에 따라, 투명 기판의 모서리를 면취하는 챔퍼의 형성이 원활히 이루어지지 않는 문제가 야기된다.
투명 기판의 모서리를 따라 경사진 챔퍼를 정확하게 가공하기 위해서는, 상기 제2레이저빔의 초점은 상기 절단면(투명 기판의 측면)으로부터 5mm 내지 20mm만큼 이격된 상기 투명 기판 내에 위치한 상태로 제2레이저빔을 편측 경로로 조사하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 편측 경로는 상기 제2레이저빔의 중심이 상기 중심선으로부터 상기 투명 기판의 두께(wo)의 1/7 이상만큼 바깥으로 이격된 것이 효과적이다. 투명 기판의 측면 중심선으로부터 두께(wo)로부터 1/7보다 내측에 위치하면 투명 기판의 중심선에 근접하여 모서리를 따라 챔퍼가 가공되지 않고 다듬질 가공으로 될 수 있기 때문이다. 다만, 중심선으로부터 1/7로부터 1/6만큼 이격된 사잇 공간에 대해서는, 초점의 위치를 절단면의 하측으로 조절하는 것에 의하여 챔퍼 가공이 행해지도록 하고, 초점의 위치를 절단면의 상측으로 조절하는 것에 의하여 다듬질 가공이 행해지도록 조절할 수도 있다.
상기 투명 기판은 플라스틱 소재일 수도 있지만, 범용적으로 널리 사용되는 특히 유리 소재에 대해서도 본 발명에 따른 상기 방법이 훌륭하게 적용된다. 또한, 상기 투명 기판은 일부 두께에 강화층이 형성된 강화 유리 기판일 수도 있다.
상기 챔퍼형성단계는, 상기 제2레이저빔이 초점에 도달하기 이전에 상기 측면에 도달하는 형태로 상기 제2레이저빔을 상기 측면에 조사한다.
무엇보다도, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔은 유리 재질에 높은 흡수율을 갖는 이산화탄소(CO2) 레이저빔인 것이 바람직하다. 이를 통해, 저렴하면서도 투명 기판 둘레의 측면에 존재하는 미세 요철을 효과적으로 제거하여, 투명 기판의 강성을 효과적으로 보강할 수 있다. 또한, 제2투명 기판의 모서리를 따라 챔퍼를 가공함에 있어서도, 제2레이저빔의 위치 및 초점 높이의 조절에 다소 오차가 있더라도 의도한 형태의 챔퍼를 정확하게 가공할 수 있다.
또는, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔은 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역(적외선 파장 영역 중 파장이 높은 대역에 속함)을 갖는 것이 가장 바람직하다. 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔의 파장이 약 200nm 내지 350nm의 파장 대역을 갖는 것도 가능하지만, 파장이 낮게 되면 레이저빔의 위치, 초점 높이 및 출력에 약간의 오차가 있게 되면, 투명 기판의 측면에는 미세 균열이 야기되므로, 정확하게 챔퍼를 가공하지 못하게 되는 문제가 야기되기 때문이다.
그리고, 투명 기판의 측면(또는 절단면)을 다듬질하는 상기 제1레이저빔은 이산화탄소 레이저빔을 30W 내지 300W의 출력 강도로 상기 절단면에 조사되는 것이 가장 효과적이다. 30W보다 낮은 출력으로 제1레이저빔을 투명 기판의 절단면에 조사하는 경우에는, 거친 절단면이 충분히 제거되지 않아 투명 기판의 측면의 강도가 충분히 강화되지 않으며, 300W 이상의 높은 출력으로 제1레이저빔을 투명 기판의 절단면에 조사하는 경우에는, 절단면에 인가되는 에너지 밀도가 과도해짐에 따라 절단면의 평탄도에 영향을 미치거나 미세 균열이 발생될 수 있기 때문이다.
또한, 투명 기판의 모서리에 경사진 챔퍼를 가공하는 상기 제2레이저빔은 20W 내지 70W의 출력 강도로 상기 절단면에 조사되는 것이 가장 효과적이다. 제2레이저빔의 출력강도가 20W보다 낮은 경우에는 투명 기판(주로 유리 소재)의 측면에 스크래치와 같은 흔적이 남을 수 있으며, 제2레이저빔의 출력강도가 70W보다 큰 경우에는 투명 기판의 측면이 밀리면서 깨지는 흔적을 남기게 되는 불량이 야기되기 때문이다.
상기 챔퍼형성단계는, 상기 투명 기판의 상기 절단면의 일측 모서리에만 경사진 챔퍼를 형성할 수도 있지만, 투명 기판의 절단면의 양측 모서리에 모두 챔퍼를 형성하도록 구성될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치로서, 레이저빔 발진기로부터 레이저빔을 전송받아 제1레이저빔을 조사하고, 제1방향으로 이동 가능한 레이저빔 조사기와; 상기 표시 장치에 사용하는 크기의 상기 투명 기판을 고정하는 고정대와; 상기 레이저빔 조사기로부터 발진되는 제1레이저빔이 상기 투명 기판의 측면을 따라 이동하도록 상기 고정대와 상기 레이저빔 조사기 중 어느 하나 이상을 이동시키고, 상기 측면의 두께 방향으로도 상기 제1레이저빔을 이동시키는 이동부를; 포함하여 구성되어, 상기 이동부에 의하여 상기 고정대에 고정된 상기 투명 기판이 이동하고 있는 동안에 상기 레이저빔 조사기를 상기 제1방향으로 이동시켜 상기 제1레이저 빔을 상기 투명 기판의 바깥쪽에서 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제1경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면 상에 상기 제1레이저 빔을 진입시키고, 상기 이동부의 중단없는 이동에 의하여 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 측면의 중심 경로를 따라 이동하도록 상기 측면 둘레에 상기 제1레이저 빔을 조사하여 상기 측면의 다듬질 공정을 행한 이후에, 상기 레이저빔 조사기로부터 발진된 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 상기 측면으로부터 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제2경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면의 바깥으로 상기 제1레이저 빔을 이탈시키는 것에 의하여 상기 투명 기판의 측면 다듬질 공정이 행해지는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치를 제공한다.
이와 같이, 레이저빔 조사기는 제1방향으로 이동시키고 투명 기판을 이동시키면서, 레이저빔 조사기로부터 조사되는 제1레이저빔이 투명 기판의 측면에 경사지게 진입하여 측면 다듬질 공정을 행하고 경사지게 진출하도록 이동시키는 까다로운 구성을 보다 용이하게 행할 수 있다. 이 때, 레이저빔 조사기의 이동속도와 투명 기판의 이동 속도를 조절하는 것에 의하여, 제1경사도와 제2경사도를 용이하게 조절할 수 있다.
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 레이저빔에 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 레이저빔을 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 다듬질되고 챔퍼를 가공하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제2레이저빔의 초점은 상기 절단면으로부터 5mm 내지 20mm만큼 이격된 상기 투명 기판 내에 위치한 상태로 상기 편측 경로를 따라 이동하면서 챔버를 상기 투명 기판에 가공하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 이동부는 상기 레이저빔과 상기 투명 기판의 상대 속도가 10mm/sec 내지 20mm/sec의 속도로 이동하면서 투명 기판의 측면 가공을 행할 수 있다..
무엇보다도, 상기 제2레이저빔은 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역을 갖는 것으로 선택되어, 투명 기판의 측면에 균열을 야기하지 않으면서 깨끗하게 경사진 챔퍼를 형성할 수 있게 된다.
동시에, 상기 제1레이저빔은 30W 내지 300W의 출력 강도로 상기 절단면에 조사되고, 상기 제2레이저빔은 20W 내지 70W의 출력 강도로 상기 절단면에 조사됨으로써, 투명 기판의 절단면에 미세 균열이 야기되지 않고 깨끗하게 강도가 높아지면서 경사진 챔퍼를 형성할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 투명 기판의 측면을 따라 레이저 빔의 중심이 이동하는 형태로 레이저 빔을 상기 측면에 조사하여 상기 절단면을 다듬질하되, 상기 레이저 빔은 레이저빔 조사기로부터 발진된 상태로 상기 투명 기판의 바깥쪽에서 상기 투명 기판의 판면에 경사지게 이동하여 상기 측면 상에 상기 레이저 빔이 경사지게 진입하고, 상기 투명 기판의 측면에 대하여 상기 레이저 빔이 다듬질하고자 하는 투명 기판의 측면을 이동한 상태에서, 상기 투명 기판의 판면에 경사지게 바깥으로 경사지게 이동하는 것에 의하여 상기 기판의 측면 다듬질을 행함으로써, 제1레이저 빔이 투명 기판의 측면의 어느 위치에서도 집중적으로 에너지를 집중시키지 않고, 전체적으로 균일하게 제1레이저 빔에 의한 다듬질 가공이 행해지도록 함으로써, 레이저 빔이 조사되기 시작하는 지점에서 미세 균열이 발생되는 것을 억제할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 투명 기판의 측면에 레이저빔으로부터 에너지가 도입되는 편차를 줄일 수 있게 되므로, 투명 기판의 측면에 열응력에 의한 미세 균열을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 레이저빔 조사기를 제1방향으로 이동시키고 투명 기판을 이동시키도록 구성되어, 레이저빔 조사기와 투명기판을 동시에 이동시키는 것에 의하여 레이저빔 조사기로부터 조사되는 제1레이저 빔이 투명 기판의 측면에 경사지게 진입하거나 진출하는 작용을 제어가 까다로운 곡선 이동없이 직선 이동만으로 간단하게 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은 투명 기판이 직립 상태로 유지되면서 회전하거나 이동하면서 레이저 빔의 도달 위치로부터 측면을 이동시킴으로써, 투명 기판의 자중에 의한 처짐없이 정확한 위치에 레이저 빔을 도달시킬 수 있게 되어, 투명 기판의 다듬질 및 챔퍼를 가공하는 공정을 정확하게 행할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
즉, 본 발명은 투명 기판의 둘레에 배열되는 절단면이 모두 드러나도록 서로 분리되고 자력이 작용하는 제1고정부재와 제2고정부재의 사이에 투명 기판을 직립 상태로 위치 고정시킨 상태로, 투명 기판의 절단면이 제1고정부재와 제2고정부재의 바깥에 노출시킨 상태로 투명 기판을 셋팅하도록 구성됨에 따라, 한번의 셋팅으로 투명 기판의 절단면을 레이저빔으로 조사하여 다듬질할 수 있게 되어, 다듬질 가공 공정이 보다 짧은 시간에 정확하게 행해질 수 있는 유리한 효과도 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 레이저빔을 투명 기판의 측면 중심선으로부터 이격된 편측 경로를 따라 이동시키고, 레이저빔의 초점을 투명 기판의 내부에 형성되도록 초점 높이를 조절하는 것에 의하여, 투명 기판의 측면 모서리를 따라 미세 균열을 발생시키지 않으면서 경사진 챔퍼를 일정한 형태로 정확하게 가공할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해, 투명 기판의 측면 가공을 보다 짧은 시간 내에 높은 수율로 행할 수 있게 되므로, 디스플레이 장치에 사용되는 유리 등의 투명 기판을 보다 경제적으로 저렴하게 가공할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
한편, 표시 장치에 사용되는 투명 기판은 대체로 유리 기판으로 장착되는데, 특히 본 발명은 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역을 갖는 이산화탄소 레이저빔을 사용하여 투명 기판의 측면을 다듬질하고 챔퍼를 형성함으로써, 레이저빔의 초점 높이 및 경로 오차를 어느정도 수용하면서도 의도한 형태의 가공을 행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 대형 기판으로부터 절단된 투명 기판의 형상을 도시한 도면,
도2는 종래의 표시 장치용 투명 기판의 다듬질 공정을 순차적으로 도시한 순서도,
도3a 내지 도3c는 도2에 도시된 순서에 따라 표시 장치용 투명 기판의 다듬질 공정이 행해지는 구성을 도시한 도면,
도4a는 도2에 도시된 종래 방법에 따라 투명 유리 기판의 측면에 미세 균열이 발생된 형상을 촬영한 측면 확대도,
도4b는 도2에 도시된 종래 방법에 따라 투명 유리 기판의 측면에 미세 균열이 발생된 형상을 촬영한 정면 확대도,
도4c는 도4a의 투명 기판을 편광 현미경을 통해 촬영한 정면 확대도,
도4d는 도4a에 도시된 투명 기판에 신뢰성 시험을 행하여 균열로 성장한 상태를 촬영한 사진,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도6은 도5의 기판 절단 공정이 행해지는 구성을 도시한 개략도,
도7a는 도5의 레이저빔 진입단계가 행해진 구성을 도시한 사시도,
도7b는 도5의 기판측면 다듬질 단계가 행해지는 구성을 도시한 사시도,
도7c는 도5의 레이저빔 이탈단계가 행해지는 구성을 도시한 사시도,
도7d는 도7a 내지 도7c에 따른 가공 방법이 행해진 투명 기판의 측면 확대 사진,
도8은 도7b의 기판측면 다듬질 공정이 행해지고 있는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 구성을 도시한 사시도,
도9는 기판 챔퍼 가공 공정이 행해지고 있는 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 구성을 도시한 사시도,
도10은 도9에 의한 챔퍼 가공 공정에 의하여 경사진 챔퍼가 형성된 투명 기판의 단면도,
도11은 도5의 측면 다듬질 가공 공정이 행해지는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치의 구성을 도시한 측면도,
도12는 도11의 개략도,
도13은 도12의 평면도,
도14a는 본 발명에 따라 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 공정이 행해진 투명 기판의 정면 확대도,
도14b는 도14a의 투명 기판을 편광 현미경을 통해 촬영한 정면 확대도,
도14c는 도14a에 도시된 투명 기판에 신뢰성 시험을 행한 상태를 촬영한 사진,
도15는 투명 기판의 절단면에 조사된 레이저빔에 의하여 잔류하는 미세 요철 층이 제거되는 원리를 도시한 도면,
도16은 도10에 도시된 챔퍼가 형성된 투명 기판의 측면 촬영 사진이다.
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)으로 대형 기판(So)을 절단하는 기판 절단 단계(S110)와, 기판 절단 단계(S110)에서 표시 장치에 사용되는 크기로 절단된 투명 기판(S)의 바깥에서 제1레이저빔(L1)을 조사한 상태로 측면 모서리(12a)에 대하여 제1경사도(θ1)로 경사지게 측면 중심 경로(Pc)로 진입하는 레이저빔 진입단계(S120)와, 측면(12)의 중심 경로(Pc)를 따라 제1레이저빔(L1)을 조사하면서 중단없이 연속적으로 투명 기판(S)을 이동(99)시켜 투명 기판(S)의 측면(12)을 다듬질하는 레이저빔 이동단계(S130)와, 레이저빔 조사기로부터 조사되는 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면 중심 경로(Pc)로부터 측면 모서리(12a)에 대하여 제2경사도(θ2)로 경사지게 측면 바깥으로 이탈하여 기판 측면의 다듬질 공정을 마무리하는 레이저빔 이탈단계(S130)와, 투명 기판의 측면 다듬질 공정이 완료되면 투명 기판(S)의 측면(12)의 편측 경로(Pe)를 따라 제2레이저빔(L2)을 조사하면서 이동(99)하여 투명 기판(S)의 절단면(12, 또는 측면)에 경사진 챔퍼(Cf)를 가공하는 챔퍼 형성 단계(S140)로 이루어진다.
이 때, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 레이저빔(L)은 측면 다듬질 단계(S120)에서는 제1레이저빔(L1)을 조사하고, 챔퍼 형성 단계(S150)에서는 초점(F) 높이가 다른 제2레이저빔(L2)을 조사한다.
상기 기판 절단 단계(S110)는 도6에 도시된 바와 같이 대형 투명 기판(So)을 거치시킨 상태에서, 레이저빔 조사기(110)로부터 레이저빔(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 레이저빔을 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, 측면(12)에 미세 요철이 잔류한다.
여기서, 투명 기판(S)은 플라스틱 소재로 사용될 수 있지만, 디스플레이 장치에 사용되는 유리 소재의 유리 기판을 주로 지칭한다. 그리고, 유리 기판은 강화층이 형성되지 않은 일반적인 유리 기판(예를 들어, 산업계에서 Soda Lime, IOX-FS라는 상품명으로 불리는 기판)과 강화 유리 기판(예를 들어, 산업계에서 Gorilla2 20㎛, Dragon 20㎛라는 상품명으로 불리는 기판)을 모두 포함한다.
일반적인 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 레이저빔(L')을 조사하는 대신, 투명 기판의 절삭하는 쏘(saw, 미도시)에 의하여 절단하는 것에 의해서도 이루어질 수 있다.
한편, 상기 레이저빔 조사기(110)는 투명 기판(S)의 측면을 가공하는 레이저빔 조사기(130)와 동일한 것일 수도 있지만, 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 크기로 투명 기판(S)을 절단하는 공정과 투명 기판(S)의 측면 절단면을 가공하는 공정이 별개로 이루어진다면, 절단용 레이저빔 조사기(110)와 측면 가공용 레이저빔 조사기(130)는 서로 다르게 구성될 수도 있다.
상기 레이저빔 진입단계(S120)는 도7a에 도시된 바와 같이 레이저빔 조사기(130)로부터 제1레이저빔(L1)을 투명 기판(S)의 측면(12) 바깥쪽에 조사하고 있는 상태에서 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12)의 중심부를 향하여 측면 모서리(12a)에 대하여 제1경사도(θ1)로 경사지게 진입(99i)한다. 여기서, 제1경사도(θ1)는 10도 내지 80도의 각도 중 어느 하나로 제어될 수 있지만, 대략 30도 내지 60도 사이의 각도로 정해지는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 투명 기판(S)의 측면(12)으로 진입한 제1레이저빔(L1)은 투명 기판 측면(12)의 중심부에 위치한 중심 경로(Pc) 상을 따라 이동(99)하기 시작한다.
이와 같이, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12)에 조사되는 형태를 시작 기점으로 측면 다듬질 공정이 시작되는 대신에, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12) 바깥에서 조사되고 있다가 투명 기판(S)의 측면(12)으로 경사지게 진입하도록 구성됨에 따라, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12)의 일부에 국부적으로 많은 에너지를 전달하는 것을 회피할 수 있다.
즉, 제1레이저 빔이(L1)이 경사지게 투명 기판(S)의 측면으로 경사지게 진입함에 따라, 투명 기판(S)의 측면 표면에는 제1레이저빔(L1)이 경사지게 진입하는 영역(x1)에서 국부적으로 높은 에너지가 전달되는 지점이 발생되지 않으며, 제1레이저빔(L1)이 경사지게 통과하는 영역(x1)에서는 제1레이저빔(L1)이 측면 모서리(12a)의 진입 위치로부터 중심 경로(Pc)에 근접할수록 측면 다듬질에 사용되는 전달 에너지가 점진적으로 많아진다.
도15에 도시된 바와 같이, 레이저빔을 이용한 투명 기판의 측면 다듬질 공정은 측면의 중심부에 소정의 에너지를 레이저 빔을 통하여 전달하는 것에 의하여, 표시 장치의 크기로 절단하는 절단 단계(S110)에서 측면에 형성된 미세 요철층(12x)을 제거하여, 말끔한 표면(12o)이 드러나도록 하여 투명 기판(S)의 강도를 보강한다. 그런데, 도4a에 도시된 종래 가공 방법에 수반된 미세 균열(98)은 투명 기판의 측면(12)의 중심부에 과도한 에너지가 집중되거나, 주변과의 전달 에너지의 편차가 크게 벌어지는 경우에 발생되므로, 상기와 같이 조사되고 있는 제1레이저 빔(L1)을 투명 기판(S)의 측면 중심부에 경사지게 진입시키는 것에 의하여, 제1레이저빔(L1)이 어느 하나의 위치에 집중되지 않고 중심부로부터 판면을 향하여 이격된 위치로 제1레이저 빔의 에너지를 분산되므로, 측면 다듬질에 사용되는 전달 에너지가 집중(예를 들어, 종래의 레이저 빔의 조사가 시작되거나 종료되는 위치)되거나 주변과의 전달 에너지 편차가 국부적으로 커지는 현상을 방지할 수 있다.
상기 레이저빔 이동단계(S130)는 도7b에 도시된 바와 같이 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 제1레이저빔(L1)이 투명 기판 측면(12)의 중심 경로(Pc)를 따라 다듬질하고자 하는 측면에 걸쳐 y축 방향으로 이동(99)하는 것에 의하여 이루어진다. 여기서, 제1레이저빔(L1)의 중심(Lc)이 이동하는 중심 경로(Pc)는 측면(12)의 중심선(12c)을 따라 형성되는 것이 바람직하지만, 투명 기판 두께(wo)의 1/6두께(w1)에 해당하는 편차를 가진 범위(도8에서 빗금친 부분) 내에서 형성되더라도 무방하다.
예를 들어, 투명 기판(S)의 절단면(12)에 제1레이저빔(L1)을 조사하면서, 투명 기판(S)을 제1레이저빔(L1)에 대하여 이동(99)시키는 것에 의해 레이저빔 이동단계(S130)를 행할 수 있는데, 이를 통해, 투명 기판(S)의 측면(12)에 조사되는 레이저빔(L1)의 에너지가 측면(12) 중심부를 따라 전달되면서, 측면(12)의 표면에 잔류하는 미세 요철 층(12x)을 도15에 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 측면(12)에 레이저빔(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 측면(12)에서 생성되기 어려운 환경이 되므로, 보다 큰 충격이나 외력에 파손되지 않고 높은 저항 능력을 갖게 된다.
한편, 투명 기판(S)의 측면(12)에 레이저빔(L)을 조사하는 레이저빔 조사기(130)는 측면(12)에 수직인 방향(z축 방향)으로 레이저빔(L)을 조사하는 것이 바람직하지만, 도7b에 도시된 바와 같이 측면(12)에 수직인 방향에 대하여 y축 방향으로 약간의 경사(φy)를 갖거나 x축 방향으로 약간의 경사(φx)를 이룬 레이저빔 조사기(130', 130")로부터 레이저빔(L)이 측면(12)의 중심 경로(Pc)상에 조사한 상태로, 레이저빔 조사기를 이동(99)시키면서 측면(12)의 미세 요철층(12x)을 제거할 수 있다. 이 때, 상기 경사(φx, φy)는 z축 방향에 대하여 30도 이하인 것이 좋다.
도면 중 미설명 부호인 131, 131', 131"은 레이저빔 조사기(130, 130', 130")에 레이저빔을 전송하는 광섬유이다.
이 때, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 제1레이저빔(L1)은 투명 기판(S)의 측면(12)을 따라 중단없이 연속하여 이동한다. 이에 의하여, 제1레이저빔(L1)이 어느 위치에서 이동을 중단하였거나 중단 이후에 재개하였더라면, 투명 기판의 측면에 국부적으로 과도한 에너지가 전달되어 발생되는 미세 균열을 방지할 수 있다.
이 때, 제1레이저빔(L1)은 10mm/sec 내지 20mm/sec의 속도로 이동하되, 가능한 일정한 속도로 유지되는 것이 바람직하다.
여기서, 투명 기판(S)이 유리 소재인 경우에는, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")로부터 조사되는 제1레이저빔(L1)은 유리 재질에 높은 흡수율을 갖는 이산화탄소(CO2) 레이저빔이 사용된다. 그리고, 도8에 도시된 바와 같이, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")로부터 조사되는 제1레이저빔(L1)의 초점(F)은 기판(S)의 측면(또는 절단면, 12)으로부터 상측(z축 방향)으로 5mm 내지 20mm정도의 높이(H1)만큼 이격된 기판(S)의 바깥에 위치하게 조사되는 것이 바람직하다.
이는, 제1레이저빔(L1)의 초점(F)이 기판(S)의 측면(12) 하측(제1레이저빔이 수직으로 조사되는 경우에는 기판(S)의 내부)에 위치하는 경우에는 제1레이저빔(L1)의 에너지 밀도가 기판(S)의 측면에 국부적으로 집중되면서 미세 요철층(12x)을 제거하지 못하면서 절단면을 손상시키는 문제점을 야기할 수 있기 때문이다. 이에 반하여, 제1레이저빔(L1)의 초점(F)이 기판(S)의 측면(12)의 상측에 위치하는 경우에는, 초점(F)을 지난 제1레이저빔(L)의 에너지 분포가 균일해지면서 미세 요철층(12x)을 일정하게 제거하는 데 유리해지기 때문이다.
이를 통해, 투명 기판(S)의 미세 요철층(12x)을 제거하는 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 저렴하게 측면 다듬질 설비를 구성할 수 있다.
이와 같이, 투명 기판(S)의 측면(12)에 조사되는 제1레이저빔(L1)은 초점(F)이 측면(12)의 상측에 형성됨에 따라, 제1레이저빔(L1)이 측면(12)에서는 빔 중심(Lc)을 중심으로 소정의 면적(Lr)을 형성하게 된다.
한편, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 "레이저 빔의 초점이 절단면 또는 측면의 상측에서 형성된다"는 기재 및 이와 유사한 기재 사항은 "초점이 레이저빔 조사부로부터 투명 기판(S)의 절단면에 비하여 보다 가깝게 위치한다는 것"을 의미하는 것이다. 따라서, "레이저 빔의 초점이 절단면 또는 측면의 상측에서 형성된다"는 기재 및 이와 유사한 기재 사항은 반드시 연직 방향을 기준으로 초점이 투명 기판(S)의 절단면의 물리적인 윗쪽에 위치하는 것으로 국한되지 않는다.
이와 유사하게, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 "레이저 빔의 초점이 절단면 또는 측면의 하측에서 형성된다"는 기재 및 이와 유사한 기재 사항은 "초점이 레이저빔 조사부로부터 투명 기판(S)의 절단면에 비하여 보다 멀게 위치한다는 것"을 의미하는 것이다. 따라서, "레이저 빔의 초점이 절단면 또는 측면의 하측에서 형성된다"는 기재 및 이와 유사한 기재 사항은 반드시 연직 방향을 기준으로 초점이 투명 기판(S)의 절단면의 물리적인 아랫쪽에 위치하는 것으로 국한되지 않는다.
그리고, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")로부터의 레이저빔(L)은 30W 내지 300W의 출력으로 투명 기판(S)의 측면(12)에 조사된다.
레이저빔(L)의 출력이 30W보다 작은 경우에는 강화 유리 기판에 대해서는 측면(12)의 미세 요철을 완전히 제거하기가 어렵고, 레이저빔(L)의 출력이 300W보다 높은 경우에는 레이저빔(L)을 생성하는 비용이 높아지기도 할 뿐만 아니라, 과도한 에너지가 국부적으로 집중되어 절단면의 손상을 야기할 수 있으므로, 레이저빔(L)의 출력은 30W 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 30W보다 낮은 출력의 레이저빔을 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명은 이산화탄소 레이저빔의 사용에 국한되지 않으며, 본 발명의의 다른 실시 형태에 따르면, 이산화탄소 레이저빔 이외에 공지된 다른 종류의 레이저빔을 투명 기판(S)의 측면 다듬질 가공 공정에 사용할 수도 있다.
상기 레이저빔 이탈단계(S140)는 도7c에 도시된 바와 같이 레이저빔 이동단계(S130)에 의하여 미세 요철층(12x)을 제거하고자 하는 영역에 걸쳐 제1레이저빔(L1)이 모두 이동하면, 제1레이저빔(L1)을 투명 기판(S)의 측면(12)의 중앙 경로(Pc)로부터 측면 모서리(12a)에 대하여 제2경사도(θ2)로 경사지게 진출(99o)시킨다. 여기서, 제2경사도(θ2)는 10도 내지 80도의 각도 중 어느 하나로 제어될 수 있지만, 대략 30도 내지 60도 사이의 각도로 정해지는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12)에서 조사되는 형태로 측면 다듬질 공정을 종료하는 대신에, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12)의 중심 경로(Pc)로부터 투명 기판(S)의 측면(12) 바깥으로 경사지게 진출(99o)하도록 구성됨에 따라, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면(12)의 일부에 국부적으로 많은 에너지를 전달하는 것을 회피할 수 있다.
즉, 제1레이저 빔(L1)을 투명 기판(S)의 측면 중심부로부터 바깥으로 경사지게 진출(99o)시키는 것에 의하여, 투명 기판(S)의 측면 표면에는 제1레이저빔(L1)이 경사지게 진출하는 영역(x2)에서 국부적으로 높은 에너지가 전달되는 지점이 발생되지 않고, 제1레이저빔(L1)이 경사지게 진출하는 이탈 영역(x2)에서는 제1레이저빔(L1)이 측면 모서리(12a)의 중심 경로(Pc)로부터 진출 위치(측면 모서리와 만나는 지점)에 근접할수록 측면 다듬질에 사용되는 전달 에너지가 점진적으로 작아지게 제1레이저빔(L1)을 통해 전달되는 에너지를 분산시키므로, 측면 다듬질에 사용되는 전달 에너지가 집중(예를 들어, 종래의 레이저 빔의 조사가 시작되거나 종료되는 위치)되거나 주변과의 전달 에너지 편차가 국부적으로 커지는 현상을 방지할 수 있게 되어, 종래의 레이저 다듬질 방법에서 종료 지점 근처에 발생된 미세 균열(98)이 발생되지 않으며, 미세 균열이 발생되더라도 훨씬 작고 긴 영길이에 걸쳐 형성된다(도14a).
이 때, 도7c에 도시된 바와 같이, 레이저빔 진입단계(S120)에서 제1레이저빔(L1)이 경사지게 진입하였던 방향과 반대 방향으로 제1레이저빔(L1)이 경사지게 이탈하는 것이 좋다. 즉, 투명 기판의 측면(12)을 이루는 2개의 측면 모서리 중 어느 하나를 가로질러 레이저빔 진입단계(S120)가 이루어졌다면, 2개의 측면 모서리 중 다른 하나를 가로질러 레이저빔 이탈단계(S130)가 이루어진다. 이와 같이, 레이저빔 진입단계(S120)와 레이저빔 이탈단계(S140)에서 제1레이저빔(L1)의 경사진 진입 경로 및 경사진 이탈 경로의 경사 방향이 서로 다르게 조절됨으로써, 제1레이저빔(L1)의 진입 및 이탈이 이루어지는 영역에서 투명 기판 측면에 편측으로의 과도한 에너지가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 도7c에 도시된 바와 같이, 레이저빔 진입단계(S120)의 진입 영역(x1)과 레이저빔 이탈단계(S130)의 이탈 영역(x2)은 서로 중복되게 배치될 수 있다. 이를 통해, 투명 기판의 측면 둘레를 전부 레이저 다듬질하는 경우에, 제1레이저빔(L1)이 측면(12)에 진입하여 다듬질 공정을 시작되는 위치와 제1레이저 빔(L1)이 측면(12)으로부터 이탈하여 다듬질 공정을 종료하는 위치 사이에서도 제1레이저 빔(L1)에 의하여 전달된 에너지에 의하여 다듬질 공정이 정상적으로 행해질 수 있도록 한다.
상기와 같이 레이저빔 진입단계(S120), 레이저빔 이동단계(S130) 및 레이저빔 이탈단계(S140)를 통하여 투명 기판(S)의 측면 다듬질 공정이 행해진다. 이와 같이 행해지는 본 발명에 따른 투명 기판의 측면 다듬질 공정은 도7d 및 도14a의 촬영 사진에 나타난 바와 같이, 레이저빔 진입단계(S120)에서의 제1레이저빔(L1)의 진입 영역과 레이저빔 이탈단계(S140)에서의 제1레이저빔(L2)의 이탈 영역의 사이에 경사진 형태의 자국이 남지만, 이 자국은 종래의 가공 방법에 따른 미세 균열(98)에 이르지 않는 작은 크기로 제한된다.
따라서, 편광현미경을 통하여 측면 다듬질이 행해진 도7d의 투명 기판을 정면에서 촬영한 도14b의 촬영사진을 통해서도로, 레이저 가공의 시작지점과 끝지점의 사이에 열응력에 따라 보라빛과 흰색빛이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 투명 기판의 측면 다듬질 공정은 제1레이저빔(L1)이 측면 다듬질 공정을 위하여 투명 기판(S)의 측면(12)에 진입하고 진출할 때에 측면 모서리(12a)에 경사지게 진입하고 이탈하도록 구성되어, 열응력이 거의 발생되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 1시간 동안 -45℃ ~ 85℃를 24 cycle에 걸쳐 열충격을 주는 열충격 시험 및 온도 60℃, 습도 90%를 1시간씩 96cycle에 걸쳐 행하는 항온항습시험 등의 극한 상황에 대한 신뢰성 시험 결과에서도, 도14c에 도시된 바와 같이 균열 성장이 전혀 이루어지지 않는다는 것이 실험적으로 확인되었다.
상기 챔퍼 형성 단계(S150)는, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")로부터 조사되던 제1레이저빔(L1)의 초점 높이와 조사 위치 등을 변경하여 제2레이저빔(L2)을 투명 기판(S)의 측면(12)의 편측 경로(Pe)를 따라 조사한 상태로 이동(99)하면서, 투명 기판(S)의 측면(12, 또는 절단면)에 경사진 챔퍼(Cf)를 가공한다.
이를 위하여, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")의 위치를 130x로 표시된 제1방향으로 이동시켜, 레이저빔 조사기로부터 조사되는 제2레이저빔(L2)이 x축 방향으로 이동된 편측 경로(Pe) 상에 도달하도록 한다. 그리고, 레이저빔 조사기(130, 130', 130")로부터 조사되는 제2레이저빔(L2)에 대하여 초점(F)의 위치를 5mm 내지 20mm의 거리(H2)만큼 측면(12)의 하측에 위치하도록 조절한다.
이에 따라, 제2레이저빔(L2)은 빔 중심(Lc)이 편측 경로(Pe) 상에 위치한 상태이고, 빔 중심(Lc)을 기준으로 소정의 면적(Lr)만큼 투명 기판(S)의 측면(12) 상에 조사된 상태가 된다. 이 상태로 제2레이저빔(L2)이 편측 경로(Pe)를 따라 y방향으로 이동(99)하면, 수직으로 조사되는 제2레이저빔(L2)에 의해 투명 기판(S)의 측면(12)이 조사되는 각으로부터 대략 45도로 전단력이 작용하면서, 도10에 도시된 바와 같이 투명 기판(S)의 모서리의 일부가 경사(γ)지게 분리되어 챔퍼(Cf)가 형성되는 가공이 행해지게 된다.
여기서, 제2레이저빔(L2)이 y축 방향으로 기울어지는 경사각(도7b의 Φy)이 커지면, 제2레이저빔(L2)에 의하여 형성되는 챔퍼(Cf)의 경사각(도10의 γ)이 작아지게 된다. 이를 통해, 챔퍼(Cf)의 경사각을 조절할 수 있다.
그리고, 제2레이저빔(L2)의 초점(F)의 위치는 투명 기판(S)의 측면(12)에 비하여 하측에 위치하므로, 제2레이저빔(L2)이 측면(12)에 수직으로 조사되는 경우에는 도9에 도시된 바와 같이 제2레이저빔(L2)의 초점(F)의 위치는 투명 기판(S)의 내부에 위치하게 된다. 이와 같이, 제2레이저빔(L2)의 초점(F)의 위치가 측면(12)의 하측에 위치함으로써, 제2레이저빔(L2)이 편측 경로(Pe)상에 조사하면, 제2레이저빔(L2)의 중심(Lc)을 기준으로 조사 면적(Lr)에 이르는 반경이 멀어질수록 점점 낮아지는 가우스 분포의 에너지 밀도가 측면(12)의 편측 경로(Pe)에 도달하게 되므로, 도9에 도시된 바와 같이 제2레이저빔(L2)이 조사되고 있는 편측 경로(Pe)까지의 거리에 반비례하여 챔퍼(Cf)의 폭(L)이 정해진다.
이 때, 제2레이저빔(L2)의 초점(F)의 위치가 측면(12)에 비하여 5mm보다 작은 거리만큼 떨어진 경우에는, 제2레이저빔(L2)의 출력 강도를 조절하는 것에 의하여 측면(12)에 입히는 손상의 정도를 줄일 수 있지만, 제2레이저빔(L2)에 의하여 전달되는 에너지 밀도가 매우 높아지므로, 측면(12)에 손상을 입힐 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다. 또한, 제2레이저빔(L2)의 초점의 위치가 측면(12)에 비하여 20mm보다 멀리 떨어진 경우에는, 제2레이저빔(L2)이 측면(12)에 조사되는 면적(Lr)이 과도하게 커질 뿐만 아니라, 주변부에 비하여 중심부에서 보다 높은 에너지 밀도를 갖는 분포로 제2레이저빔(L2)이 측면(12)에 도달하게 되므로, 측면(12)의 국부적인 손상 가능성이 높아지는 문제가 또한 발생된다.
따라서, 제2레이저빔(L2)의 초점(F)의 위치가 측면(12)에 비하여 5mm 내지 20mm의 사잇 영역만큼 이격된 경우에 일반 유리 소재나 강화막 코팅이 되어 있는 강화 유리 소재로 형성된 투명 기판(S)의 측면(12)에 경사진 챔퍼(Cf)를 도16에 도시된 바와 같이 낮은 불량률로 가공할 수 있게 된다.
한편, 제2레이저빔(L2)이 조사되는 편측 경로(Pe)는 투명 기판(S)의 중심선(12c)으로부터 전체 두께(wo)의 1/7배에 해당하는 두께(w2)만큼 이격된 위치의 바깥에서 y축 경로 방향으로 정해질 수 있다. 그리고, 편측 경로(Pe)의 외측 끝단은 투명 기판(S)의 모서리에 위치할 수도 있다. 이를 통해, 제2레이저빔(L2)으로부터 조사되는 제2레이저빔(L2)에 의하여 측면(12)으로부터 경사진 챔퍼(Cf)를 형성할 수 있게 된다.
또한, 투명 기판(S)의 모서리에 경사진 챔퍼(Cf)를 가공하는 제2레이저빔(L2)은 20W 내지 70W의 출력 강도로 투명 기판(S)의 측면(12)에 조사되는 것이 가장 효과적이다. 제2레이저빔(L2)의 출력강도가 20W보다 낮은 경우에는 유리 소재의 투명 기판(S)의 측면(12)에 스크래치와 같은 흔적이 남을 수 있으며, 제2레이저빔(L2)의 출력강도가 70W보다 큰 경우에는 투명 기판(S)의 측면(12)이 밀리면서 깨지는 미세 균열이 남는 불량이 야기되기 때문이다.
한편, 투명 기판(S)이 유리 소재로 형성되는 경우에, 제2레이저빔(L2)은 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역을 갖는 레이저빔(예를 들어, 적외선 레이저, 이산화탄소 레이저)으로 선택될 수 있다. 이는, 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역에서는 유리 소재에 대한 레이저 빔의 에너지 흡수율이 약 70%이상이므로, 조사되는 제2레이저빔(L2)의 에너지를 이용하여 유리 소재의 투명 기판(S)에 대하여 측면(12)의 가공을 보다 효율적으로 행할 수 있기 때문이다.
투명 기판(S)이 유리 소재로 형성되는 경우에, 제2레이저빔(L2)은 150nm 내지 350nm의 파장 대역을 갖는 레이저빔(예를 들어, 자외선 레이저)으로 선택될 수 있다. 이 파장 대역에서는 유리 소재에 대한 레이저 빔의 에너지 흡수율이 95%이상이므로 에너지 효율을 높일 수 있다. 그러나, 150nm 내지 350nm의 파장 대역을 갖는 레이저빔이 매우 고가이어서 양산성이 저하될 뿐만 아니라, 에너지 흡수율이 높으므로, 레이저 빔의 초점 높이나 중심선으로부터 이격되는 위치 등에서 약간의 오차가 발생되더라도 투명 유리 기판의 측면 가공에 불량이 발생될 가능성이 높아진다.
따라서, 저렴하면서도 작업자의 숙련도에 무관하게 높은 수율로 유리 투명 기판의 측면 가공을 할 수 있도록 하기 위해서는 제2레이저빔(L2)은 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역을 갖는 레이저빔으로 선택되는 것이 가장 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 투명 기판의 측면 가공 방법(S100)은 디스플레이 장치의 형태와 구성에 따라 투명 기판(S)의 측면(12)의 일측 모서리에만 경사진 챔퍼(Cf)를 형성할 수도 있지만, 도9에 도시된 바와 같이 투명 기판(S)의 측면(12)의 양측 모서리에 모두 챔퍼(Cf)를 형성하도록 구성될 수 있다.
이하, 전술한 가공 방법(S100)을 이용한 표시 장치용 투명 기판(S)의 측면 가공 장치(100)의 구성을 상술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 기판의 측면 가공 장치(100)는, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발진기(120)와, 레이저빔 발진기(120)로부터 전송받아 레이저빔(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 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역을 갖는 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(도15의 12x)을 제거하거나 투명 기판(S)의 측면 모서리를 따라 챔퍼(Cf)를 면취 가공한다. 이를 위하여, 레이저빔 조사기(130)는 광학계를 교체하거나 위치 조절하는 것에 의하여 레이저 빔(L1, L2; L)의 초점 높이를 측면(12)의 상측과 하측에 위치하도록 조절할 수 있게 구성된다.
또한, 레이저빔 조사기(130)는, 구동기(M)에 의하여 x축의 제1방향(도11의 130x)으로 이동 가능하게 형성되거나, y축을 기준으로 미세 회전 가능하게 설치된다. 이에 따라, 투명 기판(S)의 측면 다듬질 공정(S120-S140)의 레이저빔 진입단계(S120) 및 레이저빔 이탈단계(S140)에서 제1레이저빔(L1)을 경사지게 이동시키는 작용은 레이저빔 조사기(130)를 제1방향(130x)으로 이동시키거나 y축을 기준으로 미세 회전시키면서 투명 기판(S)을 이동(140d)시키는 것에 의하여 간단히 구현할 수 있다.
또한, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 레이저빔(L1, L2)이 제1방향(130x)으로 이동함에 따라, 투명 기판(S)의 중심선(12c)을 따르는 중심 경로(Pc)로 제1레이저빔(L1)을 조사하고, 투명 기판(S)의 챔퍼 형성 공정(S150)을 행할 경우에 투명 기판(S)의 중심선(12c)으로부터 이격된 편측 경로(Pe)로 제2레이저빔(L2)을 조사하도록 조정이 쉽게 이루어진다.
이를 통해, 하나의 장비로도 투명 기판(S)은 대형 기판을 레이저빔이나 쏘(saw)에 의하여 절단되어 제작되는 과정에서 투명 기판(S)의 측면에 발생되는 미세한 요철층(12x)을 제1레이저빔(L1)을 조사하여 제거하고, 디스플레이 장치에 조립 사용될 수 있도록 투명 기판(S)의 측면 모서리에 경사진 챔퍼(Cf)를 균열없이 정확한 형상으로 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 투명 기판(S)의 절단면인 측면(12)에 발생되는 미세 요철층을 제거하여 높은 강성을 갖게 되며, 동시에 균열 없이 챔퍼(Cf)를 형성하여 다양한 디스플레이 장치에 적용할 수 있으면서도 충분한 내구성을 안정적으로 확보할 수 있게 된다.
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 마주보도독 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.
도11 및 도12에 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 도12를 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 레이저빔(L)을 조사할 수 있는 환경이 마련된다. 이와 동시에, 제1고정부재(140)의 일면(140s)의 위치는 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 레이저빔(L)이 투명 기판(S)의 측면(12)에 도달하도록 정해진다.
한편, 도11에 도시된 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 유지시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 투명 기판(S)의 측면 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 제1레이저빔(L)을 조사하고 있는 상태로 투명 기판(S)의 측면 바깥에 위치시킨다. 그리고, 구동부(M)에 의하여 레이저빔 조사기(130)를 제1방향(130x)으로 이동시키면서, 직선 이동부(160)에 의하여 투명 기판(S)을 직선 이동(140d)시켜, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판(S)의 측면 모서리(12a)에 대하여 약 45도의 제1경사도(θ1)로 투명 기판(S)의 측면에 진입하여 중심 경로(Pc)상에 도달한다.
단계 3: 그리고 나서, 제1레이저빔(L1)이 투명 기판 측면(12)의 중심 경로(Pc)에 도달하자마자, 직선 이동부(160)에 의하여 투명 기판(S)을 10mm/sec 내지 20mm/sec의 속도로 y축 방향으로 고정대(140, 150)와 함께 직선 이동(99)시킨다. 이에 의해 투명 기판(S)의 일 측면(12)에 대하여 미세 요철의 제거 공정이 행해진다.
그 다음, 중단없이 연속으로 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 레이저빔(L)을 조사하여 미세 요철층(12x)을 제거한다. 그 다음, 중단없이 연속으로 고정대(140, 150)를 직선 이동시켜, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 제1레이저빔(L1)이 조사되지 않았던 투명 기판(S)의 다른 측면을 따라 조사되도록 하여, 투명 기판(S)의 다른 측면에 대하여 미세 요철을 제거한다.
이 때, 직선 이동부(160)나 회전 구동부(170)에 의하여 이동(본 발명에서 '이동'은 직선 이동과 회전 이동을 모두 포함하는 것으로 정의함)하는 투명 기판(S)이 제1레이저빔(L1)에 대하여 이동하는 속도는 일정하게 제어된다.
단계 4: 그리고 나서, 제1레이저빔(L1)이 미세 요철층(12x)을 제거하고자 하는 영역의 중심 경로(Pc)를 모두 지나면, 투명 기판(S)의 이동이 이루어지게 한 상태에서 레이저빔 조사기(130)를 진입하였던 제1방향(130x)과 같은 방향으로 이동하여 제1레이저빔(L1)이 측면 모서리(12a)에 대하여 대략 45도의 제2경사도(θ2)로 경사지게 이탈하도록 한다.
이와 같이, 단계 2 내지 단계 4에 의하여 투명 기판(S)의 측면 다듬질 공정이 종료된다.
단계 5: 그리고 나서, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 레이저 빔(L)의 초점 높이, 조사 위치 및 출력 강도를 20W 내지 70W로 낮게 조절한 제2레이저빔(L2)이 측면(12)의 편측 경로(Pe)에 조사한 상태로, 직선 이동부(160)에 의하여 투명 기판(S)을 10mm/sec 내지 20mm/sec의 속도로 y축 방향으로 고정대(140, 150)와 함께 직선 이동(99)시켜, 투명 기판(S)의 일 측면(12)의 모서리에 경사진 챔퍼(Cf)를 균열없이 가공하게 된다.
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 레이저빔(L)을 조사하여 꼭지점 측면에서도 경사진 챔퍼(Cf)를 형성한다.
그 다음, 고정대(140, 150)를 직선 이동시켜, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 제2레이저빔(L)이 조사되지 않았던 투명 기판(S)의 다른 측면을 따라 조사되도록 하여, 투명 기판(S)의 다른 측면에 대하여 경사진 챔퍼(Cf)를 형성한다.
한편, 도10에 도시된 바와 같이 가공 대상물인 투명 기판(S)의 양측 모서리에 대하여 챔퍼(Cf)를 형성해야 하는 경우에는, 레이저빔 조사기(130)로부터 조사되는 레이저 빔(L)의 조사 위치를 측면(12)의 중심선 반대편의 편측 경로(Pe)로 변경한 후에, 직선 이동부(160) 및 회전 구동부(170)를 조작하면서 투명 기판(S)의 타 측면(12)의 모서리에 경사진 챔퍼(Cf)를 형성한다.
이와 같은 방식으로, 투명 기판(S)을 고정하고 있는 제1고정부재(140) 및 제2고정부재(150)를 해체시키지 않고, 투명 기판(S)의 둘레 전체의 측면(12)에 대하여 레이저빔(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 레이저빔(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 있으면서, 투명 기판(S)의 측면에 경사진 챔퍼(Cf)를 형성하게 되어, 투명 기판(S)의 측면 다듬질 가공 공정(S120)과 챔퍼 형성 공정(S150)을 보다 짧은 시간에 효율적으로 행할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 레이저빔이나 쏘(saw) 등을 이용하여 대형 기판을 표시 장치에 사용하는 투명 기판의 크기로 절단하는 과정에서, 투명 기판의 측면(12)에 생성될 수 밖에 없는 미세 요철(12x)을 레이저빔을 조사하는 측면 다듬질 단계(S120-S140)에 의하여 짧은 시간 내에 높은 수율로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 제1레이저 빔(L1)이 투명 기판 측면(12)에 조사하기 시작하는 시작 지점과 종료 지점에서 발생되는 열응력을 크게 감소시켜 보다 극악 조건에서도 균열이 발생되지 않게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
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.
12: 측면(절단면) 12a: 측면 모서리
100: 기판의 측면 가공 장치 110: 절단용 레이저빔 조사기
120: 레이저빔 발진기 130: 레이저빔 조사기
140: 제1고정부재 140a: 전자석
150: 제2고정부재 160: 직선 이동부
170: 회전 이동부 180: 착탈 아암
L: 레이저빔 L1: 제1레이저빔
L2: 제2레이저빔 S: 투명 기판
wo: 기판 두께 Pc: 중심 경로
Pe: 편측 경로

Claims (22)

  1. 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법으로서,
    상기 표시 장치에 사용하는 크기의 투명 기판을 준비하는 기판준비단계와;
    레이저빔 조사기로부터 발진된 제1레이저 빔을 상기 투명 기판의 바깥쪽에서 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제1경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면 상에 상기 제1레이저 빔을 진입시키는 레이저빔 진입단계와;
    상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 측면에 대하여 이동하면서 상기 투명 기판의 측면 둘레에 상기 제1레이저 빔을 조사하여 상기 측면의 다듬질 공정을 행하는 레이저빔 이동단계와;
    레이저빔 조사기로부터 발진된 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 상기 측면으로부터 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제2경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면의 바깥으로 상기 제1레이저 빔을 이탈시키는 레이저빔 이탈단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1경사도 및 상기 제2경사도는 10도 내지 80도의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 다듬질 단계는, 상기 제1레이저 빔의 중심이 상기 측면의 중앙 경로를 따라 중단없이 이동하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 중심 경로는 상기 측면의 중심선으로부터 상기 투명 기판의 두께(wo)의 1/6 이하로 이격된 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 레이저빔 진입단계는,
    상기 레이저빔 조사기가 제1방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되고, 상기 레이저빔 조사기로부터 발진된 상기 제1레이저 빔이 상기 측면 바깥에 도달하도록 한 상태로부터 상기 레이저빔 조사기를 상기 제1방향으로 이동시키는 것과 동시에, 상기 투명 기판을 이동시키는 것에 의하여 행해지는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저빔 진입단계에서 상기 제1레이저빔이 경사지게 진입하였던 방향과 반대 방향으로 상기 레이저빔 이탈단계에서 상기 제1레이저빔이 경사지게 진출하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 레이저빔 이동단계는,
    상기 레이저빔 진입단계에서 상기 제1레이저 빔이 경사지게 진입하는 진입 영역과 상기 레이저빔 이탈단계에서 상기 제1레이저 빔이 경사지게 진출하는 이탈 영역(x2)은 서로 중복되게 배치되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  8. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2레이저빔의 중심이 상기 투명 기판의 측면의 중심선으로부터 상기 투명 기판의 판면을 향하여 일측으로 치우친 상기 측면 상의 편측 경로를 따라 이동하는 형태로, 상기 제2레이저빔을 상기 측면에 조사하여 상기 측면의 일측 모서리를 따라 경사진 챔퍼(chamfer)를 형성하는 챔퍼형성단계를;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 챔퍼형성단계는, 상기 제2레이저빔이 초점에 도달하기 이전에 상기 측면에 도달하는 형태로 상기 제2레이저빔을 상기 측면에 조사하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  10. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 유리 소재인 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1레이저빔은 이산화탄소(CO2) 레이저빔으로서, 8㎛ 내지 15㎛의 파장 대역을 갖는 것을 특징으로 하는표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1레이저빔은 30W 내지 300W의 출력 강도로 상기 측면에 조사되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 방법.
  13. 표시 장치용 투명 기판의 측면 다듬질 가공 장치로서,
    레이저빔 발진기로부터 레이저빔을 전송받아 제1레이저빔을 조사하고, 제1방향으로 이동 가능한 레이저빔 조사기와;
    상기 표시 장치에 사용하는 크기의 상기 투명 기판을 고정하는 고정대와;
    상기 레이저빔 조사기로부터 발진되는 제1레이저빔이 상기 투명 기판의 측면을 따라 이동하도록 상기 고정대와 상기 레이저빔 조사기 중 어느 하나 이상을 이동시키고, 상기 측면의 두께 방향으로도 상기 제1레이저빔을 이동시키는 이동부를;
    포함하여 구성되어, 상기 이동부에 의하여 상기 고정대에 고정된 상기 투명 기판이 이동하고 있는 동안에 상기 레이저빔 조사기를 상기 제1방향으로 이동시켜 상기 제1레이저 빔을 상기 투명 기판의 바깥쪽에서 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제1경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면 상에 상기 제1레이저 빔을 진입시키고, 상기 이동부의 중단없는 이동에 의하여 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 측면의 중심 경로를 따라 이동하도록 상기 측면 둘레에 상기 제1레이저 빔을 조사하여 상기 측면의 다듬질 공정을 행한 이후에, 상기 레이저빔 조사기로부터 발진된 상기 제1레이저 빔이 상기 투명 기판의 상기 측면으로부터 상기 투명 기판의 측면 모서리에 대하여 제2경사도로 경사지게 이동하여 상기 측면의 바깥으로 상기 제1레이저 빔을 이탈시키는 것에 의하여 상기 투명 기판의 측면 다듬질 공정이 행해지는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 고정대는 상기 투명 기판을 사이에 두고 상기 투명 기판의 양면과 각각 접하는 제1고정부재와, 제2고정부재가 구비되고, 상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재의 접촉면이 상기 투명 기판보다 작은 크기로 형성되어, 상기 투명 기판은 가장자리에 위치하는 상기 측면이 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재의 바깥으로 드러나게 상기 고정대에 위치 고정되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 고정대는 상기 투명 기판을 직립한 상태로 위치 고정하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재 중 어느 하나 이상에는 상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재를 잡아당기는 전자석이 구비된 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제1경사도와 상기 제2경사도는 상기 이동부에 의한 상기 고정대의 이동 속도와 상기 레이저빔 조사기의 이동 속도로부터 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1경사도 및 상기 제2경사도는 10도 이상이고 80도 이하인 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 제1레이저 빔은 상기 측면의 중심 경로를 따라 10mm/sec 내지 20mm/sec의 속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 가공 장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 중심 경로는 상기 측면의 중심선으로부터 상기 투명 기판의 두께(wo)의 1/6 이하로 이격된 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 제1레이저빔과 상기 투명 기판의 상대 속도가 10mm/sec 내지 20mm/sec의 속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
  22. 제 13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동부는,
    상기 고정대를 직선 이동시키는 직선 이동 구동부와;
    상기 고정대 및 상기 직선 구동부를 회전시키는 회전 구동부를;
    포함하여, 상기 레이저빔 조사기는 위치 고정된 상태에서 레이저빔을 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 다듬질되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 투명 기판의 측면 가공 장치.
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