KR101511670B1

KR101511670B1 - 유리 절단 장치

Info

Publication number: KR101511670B1
Application number: KR20130008686A
Authority: KR
Inventors: 박상배; 김성철; 폴루쉬킨 세르게이; 차딘 발렌틴; 알리에프 알렉퍼; 이해동
Original assignee: 에이엠테크놀로지 주식회사; 차딘 발렌틴; 알리에프 알렉퍼
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2015-04-13
Also published as: WO2014115985A1; KR20140096219A

Abstract

본 발명은, 절단 작업 대상인 유리의 절단경로 상에 조사되는 타원형의 광속을 갖는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생부; 상기 레이저빔 발생부에서 발생된 상기 레이저빔을 메인 빔과 보조 빔으로 분할하는 광분할부; 상기 광분할부에서 분할된 상기 레이저빔을 상기 절단경로 상으로 집속하여 조사하는 집속부; 및 상기 집속부와 상기 유리 기판 사이에 광학적 접촉 매질을 공급하는 매질 공급부; 를 포함하는 유리 절단 장치를 제공한다.
본 발명은, 유리 절단 시 절단되는 유리 기판의 손상 발생을 방지할 수 있고, 단일의 레이저 빔을 분할한 후 유리에 조사하여 유리 기판의 절단이 이루어질 수 있으며, 단일의 레이저 빔에서 양측으로 분할된 보조 빔에 의해 유리의 절단선 양측을 동시에 동일하게 예열할 수 있다.

Description

유리 절단 장치{Apparatus for glass cutting}

본 발명은 유리 절단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저빔을 이용한 유리 절단 장치에 관한 것이다.

최근 매우 빠른 정보처리능력을 갖는 정보처리장치의 개발이 급속히 이루어지면서 액정표시장치의 기술 개발이 급속히 진행되고 있다.

액정표시장치는 투명한 2 장의 투명 기판 사이에 액정을 주입한 후, 액정이 주입된 투명 기판을 빛이 통과 또는 차단되도록 함과 동시에 투명 기판을 통과하는 빛의 많고 적음이 제어되도록 하고, 빛이 각각 지정된 색으로 필터링되도록 하여 모자이크 형태로 정보가 시각적으로 확인될 수 있도록 하는 액정표시패널과, 액정표시패널에 균일한 광을 공급하는 백라이트 어셈블리 및 액정표시패널 및 백라이트 어셈블리를 수납하는 케이스로 구성된다.

이와 같은 액정표시패널의 투명 기판은 빛이 통과될 수 있으면서도 소정 강도를 갖는 유리 기판이 주로 사용된다. 여기서, 액정표시패널은 유리 모기판으로부터 분리하는 공정을 통해 제작된다. 이와 같이 유리 모기판으로부터 액정표시패널을 분리시키는 공정은 액정표시패널의 제작 공정의 마지막에 해당하는 공정이기 때문에 유리 모기판으로부터 액정표시패널을 분리하다 액정표시패널 중 일부에 깨짐 및 손상이 발생될 경우, 막대한 피해가 발생되는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 레이저를 이용하여 유리 기판을 절단하는 장치가 개시되었다.

이에 대한 선행기술의 예시로서, 대한민국 등록특허 10-0634976호를 살펴보기로 한다.

선행기술은 절단 작업 대상인 유리 기판 상의 절단선을 따라 레이저빔을 조사하여 유리 기판 상에서 레이저 조사부위를 따라 기판 표면 상에 소정의 절단홈이 발생되면, 절단홈에 대하여 소정의 압력을 인가하여 기판의 절단이 이루어지도록 함을 알 수 있다.

상기한 같은 절단 장치는 절단선이 직선인 경우에는 용이하게 사용할 수 있으나, 절단선이 곡선을 이루는 경우에는 적용하기 곤란하여, 기존의 다이아몬드 유리 커팅 방식을 적용하였다.

유리의 절단선 형태에 따라 레이저 절단과 다이아몬드 커팅을 교대로 사용하는 유리 절단 장치를 경우, 절단 방식을 교대하는 구성이 매우 복잡하고, 설정에도 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유리 절단 시 절단되는 유리 기판의 손상 발생을 방지할 수 있는 유리 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 절단 작업 대상인 유리 상의 절단선상에 레이저빔을 조사하여 유리의 절단이 이루어지도록 하는 유리 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 절단 작업 대상인 유리의 절단선이 곡선을 이루는 경우에도 유리의 절단이 이루어지도록 하는 유리 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 레이저빔의 절단 작업 대상인 유리에 조사될 때 광학적 접촉이 이루어질 수 있도록 하여 레이저빔의 에너지 손실이 감소되도록 하는 유리 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 절절단 작업 대상인 유리의 절단경로 상에 조사되는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생부; 상기 레이저빔 발생부에서 조사되는 상기 레이저빔을 상기 절단경로 상으로 집속하여 조사하는 집속부; 상기 집속부에서 집속된 상기 레이저빔을 절단 작업 대상인 상기 유리로 유도하는 유도 프리즘; 및 상기 유도 프리즘과 상기 유리 사이에 광학적 접촉 매질을 공급하는 매질 공급부; 를 포함하는 유리 절단 장치를 제공한다.

상기 레이저빔 발생부에서 발생되는 상기 레이저빔은 단일 파장일 수 있다.

상기 집속부는, 상기 레이저빔 발생부에서 발생된 레이저빔을 집속하는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈에 의해 집속되는 상기 레이저빔의 방향을 변환하는 평면 형태의 제1 미러와, 상기 제1 미러에 의해 반사된 상기 레이저빔을 반사하되 상기 유리 방향으로 집속하여 반사시키는 제2 미러를 포함할 수 있다.

상기 집속 렌즈는, 상기 레이저빔 발생부를 향하여 배치되는 평볼록, 토로이달(toroidal) 또는 메니스커스(meniscus) 타입일 수 있다.

상기 집속 렌즈는 광축이 상기 레이저빔의 중심축과 일치하여 배치될 수 있다.

상기 집속 렌즈는 광축 상에서 이동 가능하게 배치될 수 있다.

상기 집속 렌즈의 이동은 절단 작업 대상인 상기 유리의 두께에 대응할 수 있다.

상기 집속 렌즈는 반사 방지막을 포함할 수 있다.

상기 제1 미러는, 상기 집속 렌즈의 광축 상에 배치되되 상기 집속 렌즈의 초점보다 상기 집속 렌즈에 근접하여 배치될 수 있다.

상기 제1 미러의 반사 각도는 40~50도일 수 있다.

상기 제2 미러는, 상기 레이저빔의 입사면 상에 반사면이 형성될 수 있다.

상기 제2 미러는,

그 초점 거리가 상기 집속 렌즈의 초점 거리의 2배일 수 있다.

상기 유도 프리즘은, 상기 집속부에서 집속되는 상기 레이저빔의 중심축에 대하여 수직으로 배치되고 상기 레이저빔이 입사되는 제1 면과, 절단 대상인 상기 유리의 표면에 대하여 평행하게 배치되고 상기 레이저빔이 출사되는 제3 면을 포함할 수 있다.

상기 유도 프리즘은 반사 방지층을 포함할 수 있다.

상기 매질 공급부가 공급하는 광학접 접촉 매질은 증기를 포함할 수 있다.

상기 레이저빔의 광속은 타원형일 수 있다.

상기 레이저빔 발생부에서 발생된 상기 레이저빔을 메인 빔과 보조 빔으로 분할하는 광분할부를 더 포함할 수 있다.

상기 광분할부는, 상기 레이저빔 발생부의 중심축의 양측으로 배치되어, 상기 레이저빔을 메인빔과 보조빔으로 분할하는 한 쌍의 분할 프리즘을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 분할 프리즘은 상기 레이저빔 광속의 장축 방향으로 배치될 수 있다.

상기 한 쌍의 분할 프리즘의 이격 거리는 상기 레이저빔의 장축 방향 직경보다 작을 수 있다.

상기 분할 프리즘은, 상기 레이저빔 발생부를 향하여 경사지고 상기 레이저빔이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대하여 평행하고 상기 레이저빔이 출사되는 출사면을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 분할 프리즘은, 입사면이 서로 대향하여 배치될 수 있다.

상기 집속 렌즈는, 상기 레이저빔의 단축 방향에 대하여 평면으로 형성될 수 있다.

상기 집속 렌즈는 상기 한 쌍의 분할 프리즘의 출사면을 모두 커버하는 면적을 가질 수 있다.

상기 한 쌍의 분할 프리즘은 반사 방지막을 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 유리 절단 시 절단되는 유리 기판의 손상 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 단일의 레이저 빔을 분할한 후 유리에 조사하여 유리 기판의 절단이 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 단일의 레이저 빔에서 양측으로 분할된 보조 빔에 의해 유리의 절단선 양측을 동시에 동일하게 예열한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 절단 장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 방향에서 도시된 유리 절단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1과 도 2에 도시된 분할 프리즘의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1과 도 2에 도시된 분할 프리즘에 의한 레이저빔의 분할을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에서 사용하는 집속 렌즈의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명에서 사용하는 제2 미러의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에서 사용하는 제1 미러와 제2 미러의 연관 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에서 사용하는 유도 프리즘의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 유도 프리즘, 유리 및 광학적 접촉 매질의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9의 A 부분의 평면도이다.
도 12는 도 11의 B 부분의 상세도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 절단 장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A 방향에서 도시된 유리 절단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 절단 장치(100)는 레이저빔 발생부(110), 집속부(130), 유도 프리즘(140) 및 매질 공급부(150)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 절단 장치(100)는 광분할부(120)를 더 포함할 수 있다.

레이저빔 발생부(110)는 유리 절단을 위한 레이저빔을 발생시켜 절단 대상인 유리에 대하여 조사한다. 여기서, 절단 대상인 유리는 액정표시장치에서 사용하는 유리 기판일 수 있다.

이때, 발생되는 레이저빔의 파장은 사용자의 필요에 따라 설정될 수 있다. 다만, 후술하는 광학 요소들에 의한 레이점빔의 분산 정도와 굴절 정도가 균일하게 하기 위해 레이저빔은 단일 파장인 것이 바람직하다. 본 실시예에서 사용하는 레이저빔은 그 파장이 1.064μm 인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 사용하는 레이저빔 발생부(110)는 YAG 레이저, CO2 레이저, 파이버 레이저 등이 사용될 수 있다.

레이저빔 발생부(110)에서 발생되는 레이저빔은 그 광속이 타원인 바람직하다. 여기서, 레이저빔의 광속의 장축과 단축의 길이는 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 레이저빔의 광속을 타원으로 하기 위해, 광속 변환 렌즈 또는 마스크를 사용할 수 있다.

또한, 레이저빔 발생부(110)는 사용자의 필요에 따라 X, Y, Z 축 방향으로 이동가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

광분할부(120)는 레이저빔 발생부(110)에서 발생된 레이저빔을 메인 빔과 보조 빔으로 분할하고, 분할된 메인 빔(3)과 보조 빔(4)의 광속을 각각 집속한다. 여기서, 메인 빔은 유리의 절단에 사용되고, 보조 빔은 유리 절단을 용이하게 하기 위한 절단선 양측을 예열할 수 있다.

광분할부(120)는 한 쌍의 분할 프리즘(122)을 포함한다.

한 쌍의 분할 프리즘(122)은 레이저빔을 메인 빔과 보조 빔으로 분할한다. 이를 위해, 한 쌍의 분할 프리즘(122)은 레이저빔의 광축을 기준으로 양측에 각각 배치된다. 여기서, 한 쌍의 분할 프리즘(122)은 레이저빔(2)의 장축 방향으로 배치되고, 분할 프리즘(122) 각각은 레이저빔의 광축과의 이격 거리는 서로 동일하다.

분할 프리즘(122)의 이격 공간을 통과하는 레이저 빔(2)은 메인 빔(3)으로서 계속 직진하고, 분할 프리즘(122)을 통과하는 레이저 빔은 보조 빔(4)으로서 소정 방향으로 굴절된다. 이를 위해, 분할 프리즘(122)의 이격 거리는 레이저빔의 장축 방향 직경보다 작은 것이 바람직하다.

보조 빔의 굴절을 위해, 분할 프리즘(122)은 다음과 같이 이루어진다.

도 3은 도 1과 도 2에 도시된 분할 프리즘의 구성을 나타내는 도면으로서, 분할 프리즘의 우측면도(a), 좌측면도(b) 및 평면도(c)가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 분할 프리즘(122)은 소정의 높이와 폭 그리고 두께를 갖는 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 다만, 분할 프리즘(122)의 배면은 양측 모서리부위에 대하여 소정의 면취 공정이 수행될 수 있다.

이때, 분할 프리즘(122)의 표면 중, 레이저빔 발생부(110)를 향하는 면은 레이저빔이 입사되는 입사면(123a)으로 설정되고, 반대측면은 레이저빔이 출사되는 출사면(123b)으로 설정될 수 있다. 이때, 입사면(123a)과 출사면(123b)은 서로 평행하지만, 레이저빔 발생부(110)를 향하여 경사지게 형성된다. 이때, 입사면(123a)과 출사면(123b)의 경사도에 따라, 후술하는 메인 빔(3)과 보조 빔(4)의 이격 정도가 설정되므로, 그 경사도는 사용자의 필요에 따라 설정되는 것이 바람직하다.

도 4는 도 1과 도 2에 도시된 분할 프리즘에 의한 레이저 빔의 분할을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 경사진 입사면(123a)과 출사면(123b)에 의해 보조 빔(4)은 메인 빔(3)과 평행하게 출사되지만, 메인 빔(3)과는 소정 거리만큼 이격되어 출사된다.

집속 렌즈(126)는 레이저빔을 집속한다. 보다 상세하게는 집속 렌즈(126)는 분할 프리즘(122)을 통과하며 분할된 메인 빔(3)과 보조 빔(4)을 포함하는 레이저빔을 집속한다.

도 5는 본 발명에서 사용하는 집속 렌즈(126)의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.

도 5를 참조하면, 집속 렌즈(126)는 볼록 렌즈 형태로 이루어진다. 다만, 집속 렌즈(126)는 레이저빔에 대하여는 볼록 렌즈 형태를 이루지만, 레이저빔의 단축 방향에 대하여는 평면 형태로 이루어질 수 있다. 여기서, 집속 렌즈(126)의 볼록 렌즈 형태는 평볼록, 토로이달(toroidal) 또는 메니스커스(meniscus) 타입의 볼록 렌즈로서, 볼록한 면 즉, 레이저빔의 입사면이 레이저빔 발생부(110)를 향하여 배치되는 것이 바람직하다.

집속 렌즈(126)의 초점 거리는 집속 렌즈(126)의 배치 위치에서 절단 작업 대상인 유리의 배치 위치의 2배 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 이때, 초점 거리의 설정은 후술하는 제1 및 제2 미러(132, 134) 그리고 유도 프리즘(140)의 배치 위치를 고려하여 이루어지는 것이 바람직하다.

집속 렌즈(126)는 그 중심축 즉, 광축이 레이저빔의 광속의 중심축과 일치하게 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 집속 렌즈(126)는 그 광축을 따라 사용자의 필요에 따라 이동가능하게 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 절단 대상인 유리에 따른 두께 변화에 대응하여 절단 작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위해, 집속 렌즈(126)는 광축 상에서의 위치를 이동시키며 절단 작업 대상인 유리(1)에 대하여 최적의 초점이 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 집속 렌즈(126)의 전면의 면적이 서로 이격되어 있는 한 쌍의 분할 프리즘(122)의 출사면을 모두 커버할 수 있는 정도로 형성되는 것이 바람직하다.

메인 빔(3)은 집속 렌즈(126)의 중심으로 입사되고, 보조 빔(4)은 집속 렌즈(126)의 양측으로 입사된다. 집속 렌즈(126)를 투과하는 메인 빔과 보조 빔은 집속 렌즈(126)에 의해 소정의 초점 방향으로 집속된다.

집속 렌즈(126)는 레이저빔의 장축 방향에 대하여 볼록 렌즈 형태를 이루고 있으므로, 집속 렌즈(126)의 초점은 도 5에 도시한 바와 같이 직선 형태일 수 있다.

레이저빔의 집속 시, 레이저빔의 손실을 방지하기 위해 상기한 분할 프리즘(122)와 집속 렌즈(126)의 표면에는 레이저빔에 대한 반사 방지막이 형성되는 것이 바람직하다.

집속부(130)는 광분할부(120)에서 분할되어 반사되는 메인 빔(3)과 보조 빔(4)을 절단 대상인 유리(1)로 집속한다.

집속부(130)는 제1 미러(132)와 제2 미러(134)를 포함한다.

제1 미러(132)는 집속 렌즈(126)의 광축 상에 배치되어, 집속 렌즈(126)에 의해 집속되는 메인 빔과 보조 빔을 소정의 방향으로 반사한다. 여기서, 제1 미러(132)의 배치 위치는 집속 렌즈(126)의 초점보다 집속 렌즈(126)에 근접하는 것이 바람직하다.

제1 미러(132)는 평면경 형태로서, 입사되는 메인 빔과 보조 빔의 방향을 변화시켜, 절단 대상인 유리에의 입사를 용이하게 한다. 제1 미러(132)의 배치 각도는 40~50도 일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 45도일 수 있지만, 사용자의 필요에 따라 변화될 수 있다.

제1 미러(132)는 입사되는 메인 빔과 보조 빔의 반사를 용이하게 하기위해, 제1 미러(132)는 입사면상에 반사층이 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 반사층은 알루미늄 코팅, 은 코팅 또는 금 코팅 등, 사용되는 레이저빔에 대응하여 최적의 반사율을 얻기 위한 반사 코팅이 수행되는 것이 바람직하다.

한편, 제1 미러(132)는 레이저빔의 에너지 밀도, 즉 출력에 대응하여 내구성을 갖는 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해, 유리 절단에 사용되는 레이저빔의 출력이 증가한다면, 제1 미러(132)를 보다 두꺼운 것으로 교체하여 유리 절단 작업 도중 제1 미러(132)가 레이저빔의 에너지에 의해 파손되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

제2 미러(134)는 제1 미러(132)에서 반사된 메인 빔과 보조 빔(4)을 절단 대상인 유리의 절단 경로를 향하여 반사한다.

도 6은 본 발명에서 사용하는 제2 미러의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에서 제2 미러(134)는 타원의 광속을 갖는 레이저빔의 단축 방향에 대하여 오목하게 형성되고, 장축 방향에 대해서는 평면 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 사용자의 필요에 따라서, 제2 미러(134)는 단축 방향과 장축 방향 모두 평면 형태일 수 있다.

제2 미러(134)는 메인 빔과 보조 빔이 입사하는 입사면 상에 레이저빔의 반사를 용이하게 하기 위한 반사층이 형성되는 것이 바람직하다. 제2 미러(134)의 반사층은 제1 미러(132)의 반사층과 동일하게 형성될 수 있다.

여기서, 제2 미러(134)의 초점 거리는 입사되는 메인 빔과 보조 빔이 절단 작업 대상인 유리에 초점을 형성할 수 있는 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 단, 제2 미러(134)에 입사되는 메인 빔과 보조 빔은 집속 렌즈(126)에 의해 집속되고 있으나, 그 집속은 장축 방향에 대해 이루어지고 있고, 제2 미러(134)에 의한 집속은 단축 방향에 대해 이루어진다.

도 7은 본 발명에서 사용하는 제1 미러와 제2 미러의 연관 관계를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 제1 미러(132)와 제2 미러(134)는 집속 렌즈(126)를 통한 레이저빔을 소정의 위치 즉, 절단 작업 대상인 유리로 집속함을 알 수 있다.

여기서, 제1 미러(132)와 제2 미러(134)의 배치 시, 집속 렌즈(126)에서 유리까지의 거리는 집속 렌즈(126)의 초점 거리에 대응하는 것이 바람직하다. 즉, 집속 렌즈(126)를 통과한 레이저 빔이 제1 미러(132)와 제2 미러(134)에 차례대로 반사되어 유리에 조사될 때, 레이저빔이 경유하는 경로의 거리는 집속 렌즈(126)의 초점 거리에 대응하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명에서 사용하는 유도 프리즘(140)의 구성을 나타내는 도면이다.

유도 프리즘(140)은 제2 미러(134)에서 반사된 레이저빔을 유도하여 절단 작업 대상인 유리로 입사되는 것을 용이하게 한다.

도 8을 참조하면, 유도 프리즘(140)은 육면체 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 유도 프리즘(140)의 제1 면(142)은 레이저빔이 입사하는 입사면으로서, 제2 미러(134)에서 반사되는 레이저빔의 중심축에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 따라서, 제2 미러(134)에서 반사되는 레이저빔은 유도 프리즘(140)의 내측으로 용이하게 입사될 수 있다. 레이저 빔의 입사를 용이하게 하기 위해, 제1 면(142) 상에는 반사 방지층이 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 제1 면(142)은 평면 형태이지만, 사용자의 필요에 따라 볼록하게 형성되어 입사되는 광이 집속되도록 할 수도 있다.

한편, 제1 면(142)에 대향하는 유도 프리즘(140)의 제3 면(144)은 레이저빔이 출사하는 출사면으로서, 절단 작업 대상인 유리(1)의 표면과 평행하게 형성되는 것이 바람직하다. 제3 면(144) 상에도 반사 방지층이 형성되는 것이 바람직하다.

유도 프리즘(140)의 제3 면(144)을 투과한 빔이 유리(1)에 대하여 용이하게 입사될 수 있도록 하기 위해서는 유도 프리즘(140)의 출사면과 유리(1)의 입사면이 광학적 접촉(optical contacting)이 유지되는 것이 바람직하다. 유도 프리즘(140)의 출사면과 유리(1)의 입사면이 밀착되어 있는 경우에도 이는 기계적인 접촉일 수 있어도 광학적 접촉으로 볼 수 없다.

광학적 접촉은 두 개의 연마된 유리면을 접착제 없이 부착시키는 것으로, 매우 짧은 범위 내의 분자 인력을 활용한다. 광학적 접촉은 임의의 두 개의 광학면 사이에 프레넬(Fresnel) 반사가 사라지게 하는 장점이 있다.

도 9는 유도 프리즘, 유리 및 광학적 접촉 매질의 관계를 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 유도 프리즘(140)의 출사면과 유리(1)의 입사면의 광학적 접촉을 위해, 유리의 일측으로는 매질 공급부(150)이 배치되어 유도 프리즘(140)과 유리(1) 사이에 소정의 광학적 접촉 매질을 공급함을 나타낸다. 도면에서, 광학적 접촉 매질은 소정의 크기를 갖는 구조물로서 도시되고 있으나, 이는 유도 프리즘(140)의 출사면과 유리(1)의 입사면 상이에 광학적 접촉 매질이 존재함을 나타내기 위한 것으로서, 광학적 접촉 매질은 유도 프리즘(140)의 출사면과 유리(1)의 입사면이 광학적 접촉이 이루어지게 하는 동안 비정형적으로 존재한다.

도 9의 A 부분에 대해서는 후술하기로 한다.

본 발명에서는 광학적 접촉 매질의 공급을 위해 , 매질 공급부(150)가 별도로 배치된다. 매질 공급부(150)는 유도 프리즘(140)의 출사면과 유리(1)의 입사면의 광학적 접촉 매질로서 증기를 공급할 수 있다. 매질 공급부(150)는 유리 절단 작업이 이루어지는 동안 증기를 균일한 양으로 지속적으로 공급할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 증기의 성분은 물 또는 오일을 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같이 사용할 수 있다.

작업자는 절단 작업 대상으로서 소정의 두께와 면적을 갖는 유리(1)를 준비한다.

준비된 유리(1)는 소정의 위치에 배치한다. 여기서, 유리(1)가 배치되는 위치는 외부의 진동 등에 대하여 작업 대상인 유리가 흔들리지 않고, 배치 위치는 수평면을 이루는 테이블인 것이 바람직하다.

그리고, 작업자는 준비된 유리(1)의 두께에 대응하여, 집속 렌즈(126)를 + 또는 - y축 방향으로 조정하고, 제2 미러(134)와 유도 프리즘(140)을 + 또는 - z축 방향으로 조정한다. 여기서, 상기한 광학 요소들의 조정 시, 레이저빔이 유리(1)의 저면부에서 전반사될 수 있는 각도를 고려하는 것이 바람직하다.

이때, 본 발명에 의한 유리 절단 장치(100)는 유리(1)의 내측에 레이저빔의 초점이 형성될 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다.

도 10은 도 9의 A 부분의 상세도면으로서, 레이저빔의 초점이 절단 작업 대상인 유리(1)의 표면이 아닌, 유리(1)의 표면에서 소정의 깊이를 갖는 곳에 형성됨을 나타낸다.

이때, 레이저빔은 유리(1)의 저면에서 전반사되어, 유리(1)의 입사면측에 밀접한 부분에서 초점이 형성된다.

여기서, 유리의 절단은 레이저빔의 초점 위치에서 이루어진다. 이때, 유리 절단 품질을 향상시키기 위해서는 절단 부위 양측으로 예열이 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 이를 위해, 메인 빔(3)의 양측으로는 보조 빔(4)이 조사될 수 있다.

도 11은 도 9의 A 부분의 평면도이고, 도 12는 도 11의 B 부분의 상세도면으로서, 도 11과 도 12를 참조하면, 메인 빔(3)은 절단 작업 대상인 유리(1)의 절단선(W)에 메인 초점(F1)으로 집속되고, 보조 빔(4)은 메인 초점(F1)의 양측에 예열 초점(F2)으로 집속됨을 도시하고 있다.

유리(1) 절단선(W)의 양측의 온도가 상이한 경우, 절단선(W)은 온도가 낮은 쪽으로 유도되어, 필요로 하는 절단선(W)을 얻을 수 없지만, 본 발명에서는 단일의 레이저빔에서 2개의 보조빔이 분할되므로, 예열 초점(F2)의 온도는 서로 동일하고, 이에 따라 메인 초점(F1)에 의한 사용자가 필요로 하는 균일한 절단선(W)을 얻을 수 있다.

작업자는 절단 작업 대상인 유리(1)에 대하여 도 12에 도시된 바와 같이 레이저빔의 초점을 형성시키며, 유리(1)에 대하여 소정의 절단 작업을 수행할 수 있다.

본 발명은, 유리 절단 시 절단되는 유리 기판의 손상 발생을 방지할 수 있고, 단일의 레이저 빔을 분할한 후 유리에 조사하여 유리 기판의 절단이 이루어질 수 있으며, 단일의 레이저 빔에서 양측으로 분할된 보조 빔에 의해 유리의 절단선 양측을 동시에 동일하게 예열할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 유리 절단 장치
110: 레이저빔 발생부
120: 광분할부
130: 집속부

Claims

절단 작업 대상인 유리의 절단경로 상에 조사되는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생부;
상기 레이저빔 발생부에서 조사되는 상기 레이저빔을 상기 절단경로 상으로 집속하여 조사하는 집속부;
상기 집속부에서 집속된 상기 레이저빔을 절단 작업 대상인 상기 유리로 유도하는 유도 프리즘; 및
상기 유도 프리즘과 상기 유리 사이에 광학적 접촉 매질을 공급하는 매질 공급부; 를 포함하고,
상기 유도 프리즘은,
상기 집속부에서 집속되는 상기 레이저빔의 중심축에 대하여 수직으로 배치되고 상기 레이저빔이 입사되는 제1 면과,
절단 대상인 상기 유리의 표면에 대하여 평행하게 배치되고 상기 레이저빔이 출사되는 제3 면을 포함하는 육면체 형태인 유리 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저빔 발생부에서 발생되는 상기 레이저빔은 단일 파장인 유리 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 집속부는,
상기 레이저빔 발생부에서 발생된 레이저빔을 집속하는 집속 렌즈와,
상기 집속 렌즈에 의해 집속되는 상기 레이저빔의 방향을 변환하는 평면 형태의 제1 미러와,
상기 제1 미러에 의해 반사된 상기 레이저빔을 반사하되 상기 유리 방향으로 집속하여 반사시키는 제2 미러를 포함하는 유리 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 집속 렌즈는,
상기 레이저빔 발생부를 향하여 배치되는 평볼록, 토로이달(toroidal) 또는 메니스커스(meniscus) 타입인 유리 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 집속 렌즈는 광축이 상기 레이저빔의 중심축과 일치하여 배치되는 유리 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 집속 렌즈는 광축 상에서 이동 가능하게 배치되는 유리 절단 장치.
제6항에 있어서,
상기 집속 렌즈의 이동은 절단 작업 대상인 상기 유리의 두께에 대응하는 유리 절단 장치.
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집속 렌즈는 반사 방지막을 포함하는 유리 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 미러는,
상기 집속 렌즈의 광축 상에 배치되되 상기 집속 렌즈의 초점보다 상기 집속 렌즈에 근접하여 배치되는 유리 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 미러의 반사 각도는 40~50도인 유리 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 미러는,
상기 레이저빔의 입사면 상에 반사면이 형성되는 유리 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 미러는,
그 초점 거리가 상기 집속 렌즈의 초점 거리의 2배인 유리 절단 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 유도 프리즘은 반사 방지층을 포함하는 유리 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 매질 공급부가 공급하는 광학접 접촉 매질은 증기를 포함하는 유리 절단 장치.
제8항에 있어서,
상기 레이저빔의 광속은 타원형인 유리 절단 장치.
제16항에 있어서,
상기 레이저빔 발생부에서 발생된 상기 레이저빔을 메인 빔과 보조 빔으로 분할하는 광분할부를 더 포함하는 유리 절단 장치.
제17항에 있어서,
상기 광분할부는,
상기 레이저빔 발생부의 중심축의 양측으로 배치되어, 상기 레이저빔을 메인빔과 보조빔으로 분할하는 한 쌍의 분할 프리즘을 포함하는 유리 절단 장치.
제18항에 있어서,
상기 한 쌍의 분할 프리즘은 상기 레이저빔 광속의 장축 방향으로 배치되는 유리 절단 장치.
제19항에 있어서,
상기 한 쌍의 분할 프리즘의 이격 거리는 상기 레이저빔의 장축 방향 직경보다 작은 유리 절단 장치.
제18항에 있어서,
상기 분할 프리즘은,
상기 레이저빔 발생부를 향하여 경사지고 상기 레이저빔이 입사되는 입사면과,
상기 입사면에 대하여 평행하고 상기 레이저빔이 출사되는 출사면을 포함하는 유리 절단 장치.
제21항에 있어서,
상기 한 쌍의 분할 프리즘은,
입사면이 서로 대향하여 배치되는 유리 절단 장치.
제16항에 있어서,
상기 집속 렌즈는,
상기 레이저빔의 단축 방향에 대하여 평면으로 형성되는 유리 절단 장치.
제21항에 있어서,
상기 집속 렌즈는 상기 한 쌍의 분할 프리즘의 출사면을 모두 커버하는 면적을 갖는 유리 절단 장치.
제18항에 있어서,
상기 한 쌍의 분할 프리즘은 반사 방지막을 포함하는 유리 절단 장치.