KR101498101B1 - 강화유리 절단장치 및 강화유리 절단방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 절단하는 강화유리 절단장치 및 이를 이용하는 강화유리 절단방법에 있어서, 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 마련하고, 상기 강화층 표면에 1차 레이저를 조사하여 상기 강화층의 강도를 저하시키고, 강도가 저하된 강화층 표면에 2차 레이저를 조사하여 강화유리를 절단한다.

Description

강화유리 절단장치 및 강화유리 절단방법{SUBSTRATE DICING DEVICE AND SUBSTRATE DICING METHOD}
본 발명은 강화유리 절단장치 및 강화유리 절단방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 강화층이 형성된 강화유리를 절단할 수 있는 강화유리 절단장치 및 이를 강화유리 절단방법에 관한 것이다.
일반적으로 강화유리 가공 기술의 범위는 일반제품에서부터 첨단 정밀제품인 디스플레이장치의 화면을 보호하는 패널 등으로 산업 전반에 걸쳐 광범위한데, 가공의 정밀도는 첨단 산업으로 갈수록 나노(nm)단위의 정확도를 요구하고 있다.
상기한 강화유리는 강도가 커 장기간 사용하더라도 표면에 스크래치(scratch) 등이 발생되지 않는 장점이 있어 액정을 보호하는 패널로 유용하게 사용이 가능하지만, 가공이 어렵고 쉽게 깨지는 성질로 인하여 다이아몬드 커터나 레이저를 이용하여 가공하는데 한계가 있다는데 문제가 있다.
즉, 기구적인 절단방법은 다이아몬드 휠이나 샌드 블러스터 등을 사용하여 강화유리를 절단하지만, 상기 기구적인 절단 방법은 강화유리 절단 시 오랜 시간이 걸리며, 절단면에 미세 크랙과 파티클(Particle)이 발생된다는 문제점이 있었다.
따라서, 레이저를 이용하여 강화유리를 용이하게 절단 가능한 장치 및 방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 레이저를 이용하여 강화유리를 절단할 수 있는 강화유리 절단장치 및 강화유리 절단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따라 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 절단하는 방법에 있어서, (a) 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 마련하는 단계; (b) 상기 강화층 표면에 1차 레이저를 조사하여 상기 강화층의 강도를 저하시키는 단계; (c) 강도가 저하된 강화층 표면에 2차 레이저를 조사하여 강화유리를 절단하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 (b) 단계에서, 상기 1차 레이저의 조사에 의하여 상기 강화층의 K이온이 제거될 수 있다. 여기서, 상기 1차 레이저는 상기 강화층의 K이온의 공진 가능한 한계파장 주파수일 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 강화층은 상기 강화유리의 상판 및 하판에 마련되고, 상기 1차 레이저는 상기 강화유리의 상기 상판 또는 상기 하판 중 어느 한 면에 조사될 수 있다.
여기서, 상기 1차 레이저는 상기 강화유리의 상기 상판 또는 상기 하판 중 어느 한 면에서 다른 면으로 조사하게 된다.
한편, 상기 (c) 단계에서, 상기 강화유리를 레이저, 기계적 절단 중 어느 하나로 절단할 수 있다.
또한, 상기 목적을 위한 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 절단하는 절단장치에 있어서, 상기 강화층의 강도를 저하시키기 위한 레이저를 조사하는 1차 레이저; 및 강도가 저하된 강화층 표면에 레이저를 조사하며, 상기 강화유리를 절단하는 2차 레이저; 를 포함한다.
상기 1차 레이저는 상기 강화층의 K이온을 제거하는 레이저이며, 차 레이저는, 상기 강화층의 K이온이 공진 가능한 한계파장 주파수를 조사할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 사용되는 1차 레이저는 강화유리의 강화층의 K 이온이 제거될 수 있도록 K 이온의 공진 가능한 한계파장 주파수가 조사될 수 있다. 이로 인하여 강화층의 K 이온이 제거될 수 있기 때문에 강화유리의 강화층의 강화 강도가 저하되어 레이저를 이용한 절단이나, 유리를 절단할 수 있는 기구를 이용하여 절단 가능해지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 성형된 강화유리를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 강화유리 절단장치를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 강화유리 절단방법을 도시한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 성형된 강화유리를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 강화유리 절단장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 강화유리 절단장치(10)는 표면에 강화층(110)이 형성된 강화유리(100)를 절단하는 장치이며, 이를 위하여 강화층(110)의 강도를 저하시키는 레이저를 조사하는 1차 레이저(120)와, 강도가 저하된 강화층(104) 표면에 레이저를 조사하며, 강화유리(100)를 절단하는 2차 레이저(140)를 포함한다.
상기 강화층(110)은, 일반 유리를 질산칼륨(KNO3 )용액에 담궈 가열하면, 이온 간의 반경 차이에 의하여 상대적으로 반경이 작은 질산칼륨 용액의 칼륨(K) 이온이 일반 유리의 나트륨(Na) 이온을 쫓아내고, 그 자리에 칼륨(K) 이온이 차지하면서 유리 표면에 압축응력이 형성되는 이온치환 반응으로 형성된다.
즉, 일반 유리를 연화점까지 가열하였다가 유리 표면에 균일한 찬 공기를 불어주면 유리는 급격하게 줄어드는 힘이 발생하지만, 유리의 열 전도율(0.65 kcal/m hr℃)은 금속(45 kcal/m hr℃)보다 작기 때문에 유리 내부는 바로 식지 않는다.
이로 인하여 유리 표면에 질산칼륨(KNO3)이 도포된 유리가 실온 상태에 도달하면, 유리의 인장응력과 유리 표면에 도포된 질산칼륨(KNO3)의 압축응력의 크기는 균형이 이루어지게 된다. 따라서, 유리 표면에는 질산칼륨(KNO3)이 경화되면서 강화층(110)이 형성된 강화유리(100)가 형성된다.
이와 같이 형성된 강화유리(100)를 절단하여 복수의 블록 기판을 형성하기 위해서는 강화유리(100) 표면에 1차 레이저(120)를 조사한다. 상기 1차 레이저(120)는 강화층(110)이 형성된 강화유리(100)의 칼륨(K) 이온을 제거 가능하도록 칼륨(K) 이온이 공진 가능한 한계파장 주파수가 될 수 있다.
보다 자세하게, 상기 1차 레이저(120)는 강화층(110)을 향해 746nm 내지 786nm 사이의 주파수를 조사하게 되는데, 이와 같이 746nm 내지 786nm 사이의 주파수는 상기의 주파수는 칼륨(K) 이온의 최대세기의 파장인 766.5nm 주파수를 포 이기 때문이다.
상기 강화층(110)이 형성된 강화유리(100) 표면에 1차 레이저(120)를 조사하면서 강화층(110)의 칼륨(K) 이온이 무한대로 공진되며 강화층(110)에서 칼륨(K) 이온이 제거될 수 있다. 이와 같이 강화층(110)에서 칼륨(K) 이온이 제거된 부분은 강화층(110)의 강도가 저하되어 강화유리(100)가 일반 유리와 같은 상태가 될 수 있다.
이때, 1차 레이저(120)는 강화유리(100)를 절단하는 위치(P₁, P₂)를 따라 조사될 수 있다. 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 1차 레이저(120)는 위치1(P₁)과 위치2(P₂)를 따라 조사될 수 있으며, 상기 위치1과 위치2(P₂)는 절단되는 강화유리(100A)의 크기 및 형태에 따라 변경될 수 있다.
또한, 강화층(110)은 강화유리(100)의 상판(102)과 하판(106)에 모두 형성되고, 상기 1차 레이저(120)는 강화유리(100)의 상판(102)와 하판(106) 모두에 조사하거나, 상판(102) 또는 하판(106) 중 어느 한 면에서 조사할 수 있다. 예시적으로 본 발명의 실시예에서는 1차 레이저(120)는 강화유리(100)의 상판(102)에서 하판(106)을 관통하도록 조사할 수 있다(도 2 참고). 이와 같이 1차 레이저(120)가 강화유리(100)의 상판(102)에서 하판(106)으로 조사하되 레이저의 열이 상판(102)에서 하판(106)으로 전달되어야 하기 때문에 강화층(110)의 강도가 저하될 수 있도록 충분히 조사되는 것이 바람직할 것이다.
1차 레이저(120)가 강화층(110)에 열을 조사할 때, 강화층(110)의 강도를 별도로 측정할 수 있다. 즉, 1차 레이저(120)은 강화층(110)에 레이저를 조사하여 강화층(110)의 강도를 저하시키는 장치이며, 이와 같이 강도가 저하된 강화층(110)을 절단하여 복수의 블록 기판을 형성할 수 있다. 따라서, 강화유리(100)의 절단 시점이 측정되어야 강화유리(100)를 절단하는 시점이 선택될 수 있는데, 이를 위하여 기 설정된 강화유리(100)가 절단될 수 있는 칼륨(K) 이온 농도와 1차 레이저(120)에서 조사되는 레이저에 의하여 제거되는 칼륨(K) 이온 변화를 비교할 수 있다. 즉, 1차 레이저(120)에서 조사되는 레이저에 의하여 제거되는 칼륨(K) 이온 변화와 기 설정된 강화유리(100)가 절단될 수 있는 칼륨(K) 이온 농도가 일치한다면 1차 레이저(120)의 조사를 중지하고 2차 레이저(140)를 조사하여 강화유리(100)를 절단하게 된다.
한편, 상기 2차 레이저(140)는 일반 유리를 절단할 수 있는 레이저나, 강화유리절단장치 등이 될 수 있으며, 이하 본 발명의 실시예에서는 2차 레이저(140)가 CO₂레이저인 예를 들어 설명하기로 한다.
이와 같이 화학적 성질에 의해 강화층(110)이 형성된 강화유리(100) 표면에 칼륨(K) 이온이 최대로 공진하는 주파수를 조사하여 칼륨(K) 이온을 제거하여 강화층(110)의 성질을 저하시킬 수 있다. 이로 인하여 강화유리(100)의 강화 성질이 저하되어 강화유리(100)를 보다 용이하게 절단할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 강화유리 절단방법을 도시한 순서도이다.
상기 강화유리 절단장치(10)를 이용하여 강화유리(100)를 절단하는 방법을 살펴보면, 우선 상판(102) 및 하판(106)에 강화층(110)이 형성된 강화유리(100)를 마련한다(도 3의 (a)).
마련된 강화유리(100) 상판(102)에 1차 레이저(120)를 조사한다(도 3의 (b)). 이때, 상기 1차 레이저(120)는 강화층(110)을 형성한 칼륨(K) 이온의 공진 가능한 한계 파장 주파수와 동일 주파수의 레이저를 조사할 수 있다. 예를 들어, 칼륨(K) 이온이 공진 가능한 한계 파장 주파수는 766.5nm이므로 1차 레이저(120)에서 조사되는 레이저의 주파수는 766.5nm 주파수가 될 수 있다. 이와 같이 칼륨(K) 이온이 공진 가능한 한계 파장 주파수와 동일 주파수를 조사함으로써, 칼륨(K) 이온의 최대로 공진하면서 강화층(110)에서 제거될 수 있다.
이때, 1차 레이저(120)는 강화유리(100)를 절단하는 위치(P₁, P₂)를 따라 조사될 수 있다. 상기 절단하는 위치(P₁, P₂)는 절단된 강화유리(100A)의 크기 및 형태에 대응되는 위치이며, 상기 절단하는 위치(P₁, P₂)는 조건에 따라 변경될 수 있다.
상기 1차 레이저(120)는 강화유리(100)의 상판(102)에서 하판(106)으로 관통하여 조사되도록 충분히 조사될 수 있다. 이때, 1차 레이저(120)는 강화유리(100)의 상판(102)에서 하판(106)으로 조사하는 예를 들어 설명하지만, 1차 레이저(120)의 조사위치는 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
상기와 같이 강화유리(100)에 1차 레이저(120)를 조사하여 강도가 저하된 강화층(104) 표면에 2차 레이저(140)를 조사할 수 있다(도 3의 (c))). 상기 2차 레이저(140)는 일반 유리를 절단할 수 있는 레이저이며, 예를 들어 CO₂레이저가 될 수 있다.
즉, 강화유리(100) 표면에 형성된 강화층(110)은 이온치환에 의해 형성된 강화층(110)이기 때문에 강화층(110)의 주된 이온인 치환된 이온인 칼륨(K) 이온을 제거함에 따라 강화층(110)의 성질이 파괴되어 강화 정도가 약화될 수 있다. 그 결과, 유리를 절단하는 방법을 사용하여 강화유리(100)를 사용자의 요구에 맞도록 절단할 수 있게 된다(도 3의 (d)).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 강화유리 절단장치 100: 강화유리
110: 강화층 120: 1차 레이저
140: 2차 레이저

Claims (9)

  1. 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 절단하는 방법에 있어서,
    (a) 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 마련하는 단계;
    (b) 상기 강화층 표면에 1차 레이저를 조사하여 상기 강화층의 강도를 저하시키는 단계;
    (c) 강도가 저하된 강화층 표면에 2차 레이저를 조사하여 강화유리를 절단하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 강화층의 K이온의 공진 가능한 한계파장 주파수인 상기 1차 레이저의 조사에 의하여 상기 강화층의 K이온이 제거되는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 강화층은 상기 강화유리의 상판 및 하판에 마련되고,
    상기 1차 레이저는 상기 강화유리의 상기 상판 또는 상기 하판 중 어느 한 면에 조사되는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 1차 레이저는 상기 강화유리의 상기 상판 또는 상기 하판 중 어느 한 면에서 다른면으로 조사하는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 강화유리를 레이저, 기계적 절단 중 어느 하나로 절단하는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단방법.
  7. 표면에 강화층이 형성된 강화유리를 절단하는 절단장치에 있어서,
    상기 강화층의 강도를 저하시키기 위한 레이저를 조사하는 1차 레이저; 및
    강도가 저하된 강화층 표면에 레이저를 조사하며, 상기 강화유리를 절단하는 2차 레이저;를 포함하며,
    상기 강화층의 K이온이 공진 가능한 한계파장 주파수인 상기 1차 레이저는 상기 강화층의 K이온을 제거하는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
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