KR101488659B1 - 고주파 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판을 고주파 가열하는 고주파 가열 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판을 고주파 가열하는 고주파 발생기를 포함하는 고주파 가열 장치에 있어서, 상기 기판과 상기 고주파 발생기 사이의 간격이 (n/2) * λ인 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치(여기서, n=1~6이고, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장임)를 제공한다.

Description

고주파 가열 장치{HIGH FREQUENCY HEATING APPARATUS}
본 발명은 고주파 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판을 고주파 가열하는 고주파 가열 장치에 관한 것이다.
유리 소재는 태양전지의 커버, 박막 액정표시장치(thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel), 유기 EL(organic electro luminescent) 등과 같은 평판 디스플레이, 각종 모바일 전자기기의 커버 등 다양한 산업분야에서 사용이 급증하고 있으며, 이에 따라 유리 소재의 경량화 및 박형화가 요구되고 있다.
그러나 유리 소재의 특성인 큰 취성으로인해 유리의 경량화 및 박형화에 따른 안정성 확보가 문제되며, 이에 따라 유리의 안정성을 확보하기 위해 다양한 강화 방법이 연구되고 있다.
종래의 유리 강화 기술로는 유리의 표면과 수용액(용융염) 간의 이온 교환에 의한 화학 강화 기술과 유리의 열처리를 통한 열강화 기술이 있다.
화학 강화는 유리와 수용액 간의 이온 교환에 필요한 공정 시간, 유리 크기, 및 수용액의 재활용(오염 및 농도 제어) 등의 측면에서 활용 가치가 떨어진다는 단점을 갖는다.
한편, 열강화는 고온의 수평로에 판유리를 이동시키면서 승온 및 퀀칭(quenching)하여 유리를 강화하는 것으로, 이중 고주파를 이용한 열강화는 체적 가열에 의한 열처리 효과 증가 및 급속 가열이 가능하다는 장점 때문에 산업에 적용하기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있다.
그러나, 대면적의 판유리를 종래의 고주파 기술을 적용하여 열처리하는 경우, 단일 고주파 발생기를 이용하면 챔버 내부의 전계 분포 제어가 어렵고 승온 속도가 낮은 단점이 있으며, 복수의 고주파 발생기를 이용하면 승온 속도는 어느 정도 향상되나, 고주파 발생기 간의 상호 간섭에 의한 전계 집중에 의해 유리의 국부 가열 현상이 발생하고 가열 효율이 저하된다는 문제가 발생한다.
도 1은 종래의 복수 개의 고주파 발생기가 구비된 고주파 가열 장치에 의해 판유리를 열처리한 후 판유리의 전계 분포(a) 및 온도 분포(b)를 분석한 사진이다. 도 1의 (a)의 살색 부분은 전계가 미형성된 부분을 나타내고 도 1의 (b)의 파랑색 영역은 낮은 온도를 나타내며, 붉은색 영역은 높은 온도를 나타낸다. 즉, 열처리된 판유리의 모서리 영역은 전계가 형성되지 않아 가열되지 않았음을 알 수 있으며, 또한 판유리의 국부 영역은 간섭에 의한 집중 가열에 의해 열점(hot spot)이 형성되었음을 알 수 있다.
즉, 단일 고주파 발생기를 이용한 고주파 가열의 경우 승온 속도가 낮다는 문제가 있으며, 복수 개의 고주파 발생기를 이용한 고주파 가열의 경우는 승온 속도는 일부 향상되나 고주파 발생기에서 발생된 고주파 간 상호 간섭 및 전계 집중에 의한 국부 가열 현상 등이 발생한다는 문제점을 갖는다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판의 급속 가열이 가능하며, 국부 가열 현상을 억제할 수 있는 고주파 가열 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판을 고주파 가열하는 고주파 발생기를 포함하는 고주파 가열 장치에 있어서, 상기 기판과 상기 고주파 발생기 사이의 간격이 (n/2) * λ인 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치(여기서, n=1~6이고, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장임)를 제공한다.
그리고, 상기 고주파 가열 장치는, 상기 고주파 발생기에서 발생된 고주파를 상기 기판으로 반사시키는 반사부를 더 포함할 수 있다.
삭제
여기서, 상기 반사부는 상호 이격된 고주파 발생기 사이를 구획하는 제1반사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사부는 상기 고주파 발생기의 좌측 및 우측 중 적어도 한 곳에 설치되는 제2반사부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반사부는 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 한 곳에 설치되는 제3반사부를 포함하고, 상기 제3반사부는 그 주평면이 상기 기판의 주평면과 대향하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사부에 다수의 구멍이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 승온 속도 및 고주파 가열 장치의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 반사부가 고주파를 반사함으로써, 각 고주파 발생기가 발생시키는 고주파 사이의 간섭을 억제함으로써, 전계 집중에 의한 기판의 국부 가열 현상을 방지하고, 고주파 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판의 전 영역에 걸쳐 균일한 전계가 형성되게 하여, 기판을 전 영역에 걸쳐 균질하게 가열할 수 있다.
도 1은 종래의 복수 개의 고주파 발생기가 구비된 고주파 고주파 가열 장치에 의해 판유리를 열처리한 후 판유리의 전계 분포(a) 및 온도 분포(b)를 분석한 사진.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 가열 장치의 개략적인 평면도(a) 및 측면도(b).
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 가열 장치의 개략적인 평면도(a) 및 측면도(b).
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 가열 장치의 개략적인 평면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 가열 장치의 개략적인 측면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사부의 개략적인 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 가열 장치에 의해 유리를 가열한 후 측정한 전계 분포 분석 사진(a) 및 온도 분포 분석 사진(b).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 가열 장치에 판유리를 반송시킨 후, 판유리의 표면온도를 측정한 그래프.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고주파 가열 장치에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이하에서 전후 방향은 기판의 반송 방향으로 정의하고, 좌우 방향은 기판의 반송 방향을 가로지르는 방향으로 정의한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 가열 장치의 개략적인 평면도(a) 및 측면도(b)이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 가열 장치는 고주파 발생기(200)와 기판(100) 사이의 간격이 (n/2) * λ(여기서, n=1~6이고, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장임)인 것을 특징으로 한다.
고주파 발생기(200)는 고주파를 발생시켜 기판 내부의 이온들을 진동시킴으로써 기판(100)을 가열한다. 고주파 발생기(200)는 0.98㎓ ~ 6.0㎓ 의 고주파를 발생시킬 수 있으며, 바람직하게는 2.4㎓ 또는 5.8㎓의 고주파를 발생시킬 것이다.
기판(100)은 고주파 발생기(200)에 의해 가열되는 기재로서, 다양한 두께의 판유리일 수 있다.
고주파 발생기(200)와 기판(100) 사이의 간격(①)은 (n/2) * λ(n=1~6)이며, 바람직하게는 λ의 간격을 가질 것이다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 가열 장치는 기판(100)을 고온 및 급속 가열하기 위해 고주파 발생기(200)를 복수 개 구비할 수 있다.
이때, 각 고주파 발생기(210, 220, 230)는 (n/2) * λ (n=1~12)의 간격(②)을 가지게 배치되며, 바람직하게는 2λ의 간격을 가지게 배치될 것이다.
여기서, 복수의 고주파 발생기(210, 220, 230)는 전후 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다.
이와 같이 고주파 발생기(200)와 기판(100) 사이의 간격 및/또는 각 고주파 발생기(210, 220, 230) 사이의 간격을 제어함으로써, 고주파 가열 장치에 의한 기판의 고주파 가열 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 고주파 발생기가 복수 개인 경우 각 고주파 발생기에서 발생된 고주파 간 간섭을 억제하여, 전계 집중에 의한 기판의 국부 가열 현상을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 가열 장치의 개략적인 평면도(a) 및 측면도(b)이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고주파 가열 장치의 개략적인 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 가열 장치는 고주파 발생기에서 발생된 고주파를 기판으로 반사하는 반사부(300)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 반사부(300)는 고주파를 반사할 수 있는 전도성 금속으로 이루어질 수 있다.
반사부(300)는 고주파 발생기를 전후좌우에서 둘러싸도록 설치될 수 있으며, 또한 기판(100)을 기준으로 상부 및 하부에 각각 상호 대응되게 설치될 수 있다. 반사부(300)가 이와 같이 설치됨으로써 고주파 발생기(200)로부터 발생한 고주파를 더 효율적으로 반사시킬 수 있다.
이와 같이, 반사부(300)가 고주파 발생기(200)로부터 발생된 고주파를 기판(100)으로 반사하여 고주파를 다중산란(multiple scattering)시킴으로써, 기판(100)의 전 영역에 걸쳐 균일한 전계가 형성되게 하여 기판(100)의 모서리를 포함한 전 영역에 걸쳐 균질하게 가열할 수 있다. 또한, 기판(100)의 승온 속도를 향상시키고, 고주파 가열 장치의 에너지를 효율을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 발생 장치가 복수의 고주파 발생기를 구비하는 경우, 반사부(300)는 복수의 고주파 발생기(210, 220, 230)를 적어도 하나씩으로 구획할 수 있다.
이때, 반사부(300)는 상호 이격된 각 고주파 발생기(210, 220, 230) 사이를 구획하는 제1반사부(311, 312)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1반사부(311, 312)는 전후 방향으로 상호 이격된 고주파 발생기 사이를 구획하는 것일 수 있으며, 이때 제1반사부(311, 312)는 좌우 방향으로 연장되게 형성될 수 있다.
이 경우, 각 고주파 발생기(210, 220, 230)에서 발생된 고주파 사이의 간섭을 효율적으로 차단하기 위해 각 고주파 발생기(210, 220, 230)와 제1반사부(311, 312) 사이의 간격(③)은 (n/2) * λ(여기서, =1 ~ 12이고, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장)인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2λ의 간격을 가질 것이다.
그리고, 기판(100)과 제1반사부(311, 312) 사이의 간격(⑤)은 4㎝ 이하, 바람직하게는 2㎝일 것이다.
또한, 제1반사부(311, 312)는 고주파 발생기(240, 250, 260)가 복수의 열로 배치될 경우, 고주파 발생기(240, 250, 260)의 열 사이를 구획할 수 있고, 이때 고주파 발생기(240, 250, 260)의 열은 좌우 방향을 따라 형성될 수 있다.
이와 같이 고주파 발생기(240, 250, 260)의 각 열 사이에 형성된 제1반사부(311, 312)는 각 열에서 발생하는 고주파가 상호 간섭되는 것을 차단하여 전계가 집중되는 것을 방지하고, 이에 의해 기판(100)이 국부적으로 가열되는 현상을 억제한다.
본 발명에 따른 반사부(300)는 고주파 발생기(200)의 좌측 및 우측 중 적어도 한 곳에 설치되는 제2반사부(321, 322)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 가열장치가 적어도 하나의 열로 배치된 복수의 고주파 발생기(240, 250, 260)를 구비한 경우, 제2반사부(321, 322)는 고주파 발생기의 열의 좌측 및 우측 중 적어도 한곳에 설치될 수 있다.
그리고, 제2반사부(321, 322)는 전후 방향을 따라 연장되게 형성될 수 있다.
고주파 발생기(200)에서 발생한 고주파를 효율적으로 반사하기 위해 고주파 발생기와 제2반사(321, 322)부 사이의 간격(④)은 2λ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반사부(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 고주파를 보다 효율적으로 반사하기 위해 기판(100)의 상부 및 하부 중 적어도 한 곳에 설치되는 제3반사부(331)를 포함할 수 있으며, 이때 제3반사부(331)는 그 주평면이 기판(100)의 주평면과 대향하도록 형성될 것이다.
여기서, 제3반사부(331)와 기판 사이의 간격(⑥)은 (n/2) * λ(n=1~6)일 수 있고, 바람직하게는 λ일 것이다.
그리고, 본 발명에 따른 반사부(300)에는 공기의 대류(air convection)를 원활히 하여 가열 효율을 높이기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 구멍이 형성될 수 있다. 구멍의 지름은 고주파가 반사되지 않고 구멍을 통해 반사부 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 3㎜ 이하, 바람직하게는 2㎜일 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 2열의 고주파 발생기 및 반사부를 구비한 고주파 가열 장치에 의해 유리를 가열한 후 측정한 전계 분포 분석 사진(a) 및 온도 분포 분석 사진(b)이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 2열의 고주파 발생기를 구비한 고주파 가열 장치에 의해 유리를 가열하여도 반사부가 각 열 간 고주파의 간섭을 차단함으로써 일렬의 고주파 발생기를 구비한 고주파 가열 장치와 동일한 전계 분포를 갖도록 하고 기판을 균질하게 가열함을 알 수 있다.
도 8은 복수 열의 고주파 발생기 및 반사부를 구비한 고주파 가열 장치로 650℃로 가열된 1600㎜의 폭을 갖는 판유리를 반송시킨 후, 판유리의 표면온도를 측정한 그래프이다.
도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 가열 장치에 의해 가열된 판유리의 표면온도는 그 온도 분포가 700℃±10℃로 매우 균질하게 가열됐음을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 가열 장치는 기판의 가열을 위해 고주파 발생기 외에 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
히터(heater)는 전기 저항에 의한 열을 통해 기판을 기판 외부로부터 내부로 가열하고, 고주파 발생기는 고주파에 의해 기판 이온들을 진동시켜 이에 의한 마찰열로 기판 내·외부 전체를 가열시킴으로써, 보다 효율적으로 기판을 가열할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 기판
200, 210, 220, 230, 240, 250, 260 : 고주파 발생기
300: 반사부
311, 312 : 제1반사부 321, 322 : 제2반사부
331 : 제3반사부

Claims (21)

  1. 기판을 고주파 가열하는 고주파 발생기를 포함하는 고주파 가열 장치에 있어서,
    상기 기판과 상기 고주파 발생기 사이의 간격이 (n/2) * λ이고,
    상기 고주파 가열 장치는,
    상기 고주파 발생기에서 발생된 고주파를 상기 기판으로 반사시키는 반사부를 더 포함하며,
    상기 반사부에 다수의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
    (여기서, n=1~6이고, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장임)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 가열 장치는,
    상기 고주파 발생기를 복수 개 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 고주파 발생기는 각각 (n/2) * λ (n=1~12)의 간격을 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 복수의 고주파 발생기를 적어도 하나씩 구획하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반사부는 상호 이격된 고주파 발생기 사이를 구획하는 제1반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1반사부는 전후 방향으로 상호 이격된 고주파 발생기 사이를 구획하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
    (여기서, 상기 전후 방향은 상기 기판의 반송 방향임)
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 고주파 발생기는 복수의 열로 배치되고,
    상기 제1반사부는 상기 고주파 발생기의 열 사이를 구획하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 고주파 발생기와 상기 제1반사부 사이의 간격은 (n/2) * λ인 것을 특징으로 고주파 가열 장치.
    (여기서, n=1 ~ 12이고, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장)
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1반사부 사이의 간격은 4㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 고주파 발생기의 좌측 및 우측 중 적어도 한 곳에 설치되는 제2반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
    (여기서, 좌우 방향은 상기 기판의 반송 방향을 가로지르는 방향임)
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고주파 발생기와 상기 제2반사부 사이의 간격은 2λ 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
    (여기서, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장)
  14. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 고주파 발생기는 적어도 하나의 열로 배치되고,
    상기 반사부는 상기 고주파 발생기의 열의 좌측 및 우측 중 적어도 한 곳에 설치되는 제2반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고주파 발생기와 상기 제2반사부 사이의 간격은 2λ 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
    (여기서, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장)
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 한 곳에 설치되는 제3반사부를 포함하고, 상기 제3반사부는 그 주평면이 상기 기판의 주평면과 대향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3반사부와 상기 기판 사이의 간격은 (n/2) * λ인 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
    (여기서, n=1~6이고, λ는 고주파 발생기가 발생시키는 고주파의 파장)
  18. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 고주파 발생기를 전후좌우에서 둘러싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
    (여기서, 상기 전후 방향은 상기 기판의 반송 방향이고, 상기 좌우 방향은 상기 기판의 반송 방향을 가로지르는 방향임)
  19. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 기판을 기준으로 상부 및 하부에 각각 상호 대응되게 설치되는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서,
    상기 구멍의 지름은 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치.

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