KR101676716B1 - 글래스 절단 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

글래스 절단 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 글래스 절단 장치는, 표면이 강화된 강화글래스가 안착되는 스테이지유닛; 스테이지유닛에 안착된 강화글래스 내측의 비강화층을 향해 적어도 한 번의 레이저를 조사하는 레이저조사유닛; 및 레이저조사유닛에 배치되며, 레이저조사유닛으로부터 강화글래스로 레이저 조사시, 강화글래스에 균일한 크랙이 형성되도록 마련되는 균일크랙형성유닛을 포함한다.

Description

글래스 절단 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CUTTING GLASS AND METHOD THEREOF}
본 발명은, 글래스 절단 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화학 강화 글래스의 비강화층에 레이저를 조사하되 균일크랙형성유닛을 통해 화학 강화 글래스에 균일한 크랙을 형성하여 화학 강화 글래스 전체가 균일하게 자발적으로 절단될 수 있는 글래스 절단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 들어 반도체 산업 중 전자 디스플레이 산업이 급속도로 발전하면서 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD)가 등장하기 시작하였는데, 평면디스플레이는 TV나 컴퓨터의 모니터, 혹은 핸드폰(mobile phone), PDA, 디지털 카메라 등과 같은 기기의 표시장치로 사용되고 있다.
여기서, 평면디스플레이의 종류에는 LCD(Liquid Crystal Display) 기판, PDP(Plasma Display Panel) 기판 또는 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판 등이 있다.
한편, 평면디스플레이 중 LCD 기판을 예를 들어 설명하면, LCD 기판은, 내부에 액정이 주입된 상태에서 상호 부분적으로 접면하여 합착되는 유리재질의 상판 및 하판을 포함하며, 상판 및 하판의 노출면에 각각 결합되어 해당 위치에서 광학적인 특성을 부여하는 편광판을 구비한다.
여기서, LCD 기판의 칼라 화상을 형성하는 상판은 하판에 비해 그 면적이 작게 형성될 수 있다. 따라서 상판과 하판이 합착되고 나면, 하판의 상면에는 상판이 중첩되지 않는 부분인 패드 부분이 마련된다.
이러한 패드 부분에는 단위기판을 제어하는 IC 드라이버와, IC 드라이버를 인쇄회로기판에 연결하는 연성회로기판(Flexable Printed Circuit,FPC) 등이 결합된다.
그리고, LCD 기판은, 상판 및 하판이 합착된 상태로 형성되고, 절단 공정을 통해 대면적 기판을 수 내지 수십 등분으로 절단하여 단위기판으로 제작한 후, 모듈 공정에서 단위기판들의 패드 부분에 IC 드라이버 등을 실장함으로써 각각 하나의 완제품으로 출시된다.
여기서, 기판의 절단은 통상 기판의 상부면 및 하부면에 크랙을 형성하는 스크라이브 공정과, 스크라이브 공정으로 형성된 크랙을 이용하여 기판을 완전히 절단하는 브레이킹 공정으로 이루어진다.
그리고, 기판은 각종 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD)에 사용되는 각종 기판을 포함하는데, 특히, 기판은 글래스(Glass)로 마련될 수 있으며, 글래스는 화학 강화층이 형성된 화학 강화 글래스와, 비강화 글래스를 포함한다.
한편, 종래의 스크라이브 공정은, 다이아몬드 블레이드를 구비하는 스크라이브 휠(wheel)의 압력(scribing pressure)을 통해 기판의 상부면 및 하부면에 크랙을 형성하였다.
그러나, 종래의 스크라이브 휠의 경우 스크라이브 라인을 형성할 때에 기판의 회전이나 스크라이브 휠의 방향 전환 등으로 오류 요소가 많이 존재하여 불량 위험이 높으며, 스크라이브 휠에 구비된 다이아몬드 블레이드의 마모가 심하게 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 스크라이브 휠을 이용하는 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 스크라이브 휠 대신에 레이저를 사용하여 스크라이브 공정을 진행하고 있다.
하지만, 종래, 화학 강화층이 형성된 화학 강화 글래스에 대해 레이저를 사용하여 스크라이브 공정을 진행하는 경우, 글래스 표면에 형성된 화학강화층으로 인해 고출력 에너지를 장시간 사용하여 화학 강화 글래스에 대한 스크라이브 공정을 수행하므로, 화학 강화층에 스크라이브 라인을 형성하는 것이 용이하지 않으며, 화학 강화 글래스의 상측에서부터 하측까지 순차적으로 대략 700번 정도의 레이저 조사를 수행하게 되어 가공시간이 상대적으로 증가할 뿐만 아니라 가공이 용이하지 않은 문제점이 있었다.
대한민국공개특허 공개번호:제10-2011-0139662호(공개일자:2011.12.29)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 화학 강화 글래스의 비강화층에 레이저를 조사하되 균일크랙형성유닛을 통해 화학 강화 글래스에 균일한 크랙을 형성하여 화학 강화 글래스 전체가 균일하게 자발적으로 절단되며, 이로 인해, 가공면이 균일하고, 칩핑이 발생 되지않아 가공품질이 향상되며, 공정시간의 감소에 따라 생산상이 향상될 수 있는 글래스 절단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 표면이 강화된 강화글래스가 안착되는 스테이지유닛; 상기 스테이지유닛에 안착된 상기 강화글래스 내측의 비강화층을 향해 적어도 한 번의 레이저를 조사하는 레이저조사유닛; 및 상기 레이저조사유닛에 배치되며, 상기 레이저조사유닛으로부터 상기 강화글래스로 레이저 조사시, 상기 강화글래스에 균일한 크랙이 형성되도록 마련되는 균일크랙형성유닛을 포함하는 글래스 절단 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 레이저조사유닛은 선형편광 레이저를 조사하는 선형편광레이저유닛을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 균일크랙형성유닛은 1/4 파장판(quater-wave plate)을 포함하며, 상기 1/4 파장판은, 상기 선형편광레이저유닛으로부터 조사되는 상기 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환시키도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 레이저조사유닛은, 상기 선형편광레이저유닛으로부터 나오는 선형편광 레이저의 경로를 조절하기 위해 상기 선형편광레이저유닛으로부터 이격되어 배치되는 경로조절미러를 더 포함하며, 상기 1/4 파장판은 상기 선형편광레이저유닛과 상기 경로조절미러의 사이에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 선형편광레이저유닛으로부터 조사되는 선형편광 레이저의 진동방향은 상기 1/4 파장판의 주축방향과 45˚ 각도만큼 기울어지도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 레이저조사유닛을 상부 또는 하부로 구동하여 상기 강화글래스 내측의 상기 비강화층에 초점을 맞추도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 비강화층의 일측에 초점을 맞추어 레이저를 조사 후, 상기 비강화층의 일측보다 상대적으로 상측에 위치하는 타측에 초점을 맞추어 레이저를 조사하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 스테이지유닛은, 가로방향으로 이동가능하도록 가로방향으로의 구동력을 제공하는 가로방향구동유닛; 및 세로방향으로 이동가능하도록 세로방향으로의 구동력을 제공하는 세로방향구동유닛을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향을 고려하여 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 제어하도록 마련되는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란한 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 증가시키며, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란하지 않은 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 감소시키도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 레이저조사유닛은 자외선 레이저(UltraViolet Laser)를 조사하도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 표면이 강화된 강화글래스가 스테이지유닛에 안착되는 단계; 1/4 파장판이 레이저조사유닛으로부터 조사되는 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환하는 단계; 및 상기 원형편광 레이저를 상기 강화글래스 내측의 비강화층으로 조사하는 단계를 포함하는 글래스 절단 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 원형편광 레이저를 상기 강화글래스 내측의 비강화층으로 조사하는 단계는, 상기 레이저조사유닛을 통해 상기 비강화층의 일측에 초점을 맞추어 레이저를 조사 후, 상기 비강화층의 일측으로부터 상측에 위치하는 타측으로 이동하면서 상기 타측에 초점을 맞추어 레이저를 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향을 고려하여 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 제어하는 단계는, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란한 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 증가시키도록 제어하며, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란하지 않은 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 감소시키도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 화학 강화 글래스의 비강화층에 레이저를 조사하되 균일크랙형성유닛을 통해 화학 강화 글래스에 균일한 크랙을 형성하여 화학 강화 글래스 전체가 균일하게 자발적으로 절단되며, 이로 인해, 가공면이 균일하고, 칩핑이 발생 되지않아 가공품질이 향상되며, 공정시간의 감소에 따라 생산상이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치에서 글래스 절단 과정을 도시한 도면이다.
도 3(a)는 선형편광 레이저에 의한 가공모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3(b)는 선형편광 레이저에 의해 글래스에 형성된 크랙을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치에서 선형편광 레이저가 원형편광 레이저로 변환되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치에서 1/4 파장판에 의해 선형편광 레이저가 원형편광 레이저로 변환되는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치에서 다양한 가공방향으로 글래스를 가공하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7(a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치에서 원형편광 레이저에 의한 가공모습을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 7(b)는 원형편광 레이저에 의해 글래스에 형성된 크랙을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 '일측'과 '타측'의 용어는 특정된 측면을 의미하는 것은 아니며, 복수의 측면 중 임의의 측면을 일측이라 지칭하면, 이에 대응되는 다른 측면이 타측을 지칭하는 것으로 이해되어져야 함을 밝혀 둔다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재를 직접 연결하는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 연결되는 경우도 포함됨을 밝혀 둔다.
그리고, 기판은 각종 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD), 즉, LCD(Liquid Crystal Display) 기판, PDP(Plasma Display Panel) 기판 또는 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판에 사용되는 기판을 포함한다.
특히, 기판은 글래스(Glass)로 마련될 수 있는데, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 글래스를 중심으로 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 글래스 절단 장치 및 방법은 비강화글래스의 경우에도 적용 가능하며, 비강화글래스의 절단시에는 레이저조사유닛을 통해 비강화글래스에 레이저를 조사 후, 브레이킹 공정을 수행하게 된다.
다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 강화글래스를 중심으로 상세하게 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)는, 표면이 강화된 강화글래스(600)가 안착되는 스테이지유닛(200)과, 스테이지유닛(200)에 안착된 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)을 향해 적어도 한 번의 레이저를 조사하는 레이저조사유닛(300)과, 레이저조사유닛(300)에 배치되며, 레이저조사유닛(300)으로부터 강화글래스(600)로 레이저 조사시, 강화글래스(600)에 균일한 크랙이 형성되도록 마련되는 균일크랙형성유닛(400)을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)에서 글래스 절단 과정을 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이, 종래, 화학 강화층으로부터 스크라이브 공정을 진행하는 방식은, 화학 강화 글래스의 상측에서부터 하측까지 순차적으로 대략 700번 정도의 레이저 조사를 수행하게 되며, 이후, 화학 강화 글래스에 형성된 스크라이브 라인을 따라 브레이킹 공정을 수행하게 된다.
하지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)는, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 레이저를 조사하여 브레이킹 공정없이 자발적으로 강화글래스(600)가 절단되도록 마련될 수 있다(도 2 참조).
여기서, 우선, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 레이저를 조사하여 비강화층(620)에 크랙이 발생되면 복수의 크랙이 연결되면서 브레이킹 공정없이 자발적으로 강화글래스(600)가 절단되는 방식에 대해 상세히 설명 후, 다음으로, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 균일하게 크랙이 형성될 수 있는 방식을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표면이 강화된 강화글래스(600)가 스테이지유닛(200)에 안착되며, 레이저조사유닛(300)이 강화글래스(600)를 향해 레이저를 조사하게 된다.
여기서, 스테이지유닛(200)은 강화글래스(600)에 레이저를 조사하는 공정을 위해 다양한 방향으로 이동가능하게 마련될 수 있다. 즉, 스테이지유닛(200) 상측에 강화글래스(600)가 안착된 채 스테이지유닛(200)이 레이저조사유닛(300)측으로 이동할 수 있다.
이를 위해, 스테이지유닛(200)은 가로방향으로 이동가능하도록 가로방향으로의 구동력을 제공하는 가로방향구동유닛(미도시)과, 세로방향으로 이동가능하도록 세로방향으로의 구동력을 제공하는 세로방향구동유닛(미도시)을 포함할 수 있다.
여기서, 가로방향구동유닛(미도시)은 스테이지유닛(200)이 가로방향에 대해 직선 형태로 구동하도록 마련되며, 세로방향구동유닛(미도시)은 스테이지유닛(200)이 세로방향에 대해 직선 형태로 구동하도록 마련될 수 있다.
즉, 스테이지유닛(200) 상측에 강화글래스(600)가 올려지면, 스테이지유닛(200)은 가로방향구동유닛(미도시)과 세로방향구동유닛(미도시)의 작동에 의해 레이저조사유닛(300)의 하측으로 이동하게 된다.
그리고, 강화글래스(600)가 스테이지유닛(200)에 안착되어 레이저조사유닛(300) 하측에 위치하면, 레이저조사유닛(300)은 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)을 향해 한 번 이상의 레이저를 조사하게 된다.
여기서, 레이저조사유닛(300)으로부터 레이저가 조사되면, 스테이지유닛(200)이 세로방향과 가로방향의 조합된 방향으로 구동하게 되며, 이에 의해, 강화글래스(600)는 절단을 위한 다양한 방향으로의 가공이 가능해진다.
한편, 전술한 바와 같이, 레이저조사유닛(300)이 고정된 채 스테이지유닛(200)이 레이저조사유닛(300)측으로 이동하도록 마련될 수도 있고, 또는, 스테이지유닛(200)이 고정된 채 레이저조사유닛(300)이 스테이지유닛(200)으로 이동 후 스테이지유닛(200)에 안착된 강화글래스(600)를 향해 레이저를 조사하도록 마련될 수도 있다.
그리고, 레이저조사유닛(300)에서 조사되는 레이저는 자외선 레이저(UltraViolet Laser)로 마련될 수 잇다. 여기서, 레이저조사유닛(300)이 자외선 레이저를 조사하도록 마련되는 이유는, 자외선 레이저의 일부가 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 흡수되어 레이저의 초점이 맺히는 부분에 크랙이 용이하게 발생될 수 있기 때문이다.
한편, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 레이저를 조사하여 강화글래스(600)를 자발적으로 절단하는 방식에 대해 도 2를 참조하여 예를 들어 설명하면, 도 2의 경우, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 3번의 레이저를 조사하고 있다.
다만, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)으로의 레이저 조사 횟수는 이에 한정되는 것은 아니며, 강화글래스(600)의 두께, 표면 강화 정도 등의 다양한 요소에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 레이저를 조사하기 위해서는 레이저의 초점(도 2(b)의 ①②③ 참조)을 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 맞추어야 한다. 즉, 레이저조사유닛(300)이 강화글래스(600)의 상측에서 상부 또는 하부로 이동하면서 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 초점을 맞추게 된다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 레이저조사유닛(300)이 강화글래스(600)의 하측에서 상부 또는 하부로 이동하면서 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 레이저의 초점을 맞추도록 마련될 수도 있다.
여기서, 레이저조사유닛(300)은 초점을 맞추기 위한 볼록렌즈(미도시)를 포함할 수 있는데, 볼록렌즈(미도시)가 상부 또는 하부로 이동하면서 레이저의 초점을 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 맞추도록 마련될 수 있다.
그리고, 레이저조사유닛(300)이 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 초점을 맞추게 되면, 스테이지유닛(200)은 레이저조사유닛(300)의 하측에서 절단예정라인(미도시)을 따라 이동하게 된다.
즉, 강화글래스(600)를 절단하기 위해서는 강화글래스(600)의 절단예정라인(미도시)을 따라 레이저가 연속적으로 조사될 필요가 있으므로, 레이저조사유닛(300)에서 조사되는 레이저의 초점이 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 맞추어지면, 스테이지유닛(200)이 절단예정라인(미도시)을 따라 이동하며, 레이저의 초점 위치에서 레이저에 의한 스크라이브 라인(미도시)이 형성된다.
여기서, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620) 중에서 소정의 초점 위치, 즉, 일측에 초점을 맞추어 레이저를 조사하여 레이저에 의한 스크라이브 라인(미도시)이 형성되면, 일측에 형성된 스크라이브 라인(미도시)보다 상대적으로 상측의 위치, 즉, 타측에 초점을 맞추게 된다.
그리고, 타측에 초점이 맞추어지면, 타측의 절단예정라인(미도시)을 따라 스테이지유닛(200)을 이동하여 타측에 스크라이브 라인(미도시)을 형성하게 된다.
이후, 타측에 형성된 스크라이브 라인(미도시)보다 상대적으로 상측에 위치하는 지점에 초점을 맞추며, 그 지점에서 스테이지유닛(200)이 이동하여 스크라이브 라인(미도시)을 형성하게 된다.
즉, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 대해 복수의 횟수로 레이저를 조사하는 경우, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)의 하측에서부터 초점을 맞추어 스크라이브 라인(미도시)을 형성 후, 상측으로 초점을 이동하여 스크라이브 라인(미도시)을 형성하게 된다.
여기서, 만약, 상측에서부터 초점을 맞추어 강화글래스(600)에 대해 레이저를 조사하게 되면 강화글래스(600)의 상측에 크랙이 발생하게 되는데, 이후, 상대적 하측에 레이저의 초점을 맞추게 되는 경우 상측에 발생된 크랙으로 인해 레이저가 하측까지 진행할 때 직진성에 방해를 받게 된다.
이로 인해, 정확한 가공이 어려워지므로, 레이저는 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620) 하측에서부터 상측으로 초점을 이동하면서 스크라이브 라인(미도시)을 형성하는 것이 유리하다.
이에 대해, 도 2를 참조하여 상세히 설명하면, 레이저조사유닛(300)이 상측과 하측으로 이동하여 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620) 일측, 즉, 가장 하측에 초점을 맞추게 된다(도 2(a) 참조).
다음, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에서 가장 하측(도 2(b)의 ① 참조)에 초점을 맞춘 후, 스테이지유닛(200)이 가로방향 또는 세로방향으로 이동하여 도 2(b)의 ① 위치에 해당하는 스크라이브 라인(미도시)을 형성하게 된다.
다음, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에서 가장 하측(도 2(b)의 ① 참조)의 스크라이브 공정이 완료되면, 레이저조사유닛(300)이 상측, 즉, 도 2(b)의 화살표 A 방향으로 이동하여 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)의 다른 위치에 초점을 맞추게 된다(도 2(b)의 ② 참조). 그리고, 스테이지유닛(200)이 다시 가로방향 또는 세로방향으로 이동하여 도 2(b)의 ② 위치에 해당하는 스크라이브 라인(미도시)을 형성하게 된다.
다음, 레이저조사유닛(300)이 도 2(b)의 ② 위치에서 상측으로 이동하여 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)의 다른 위치에 초점을 맞추게 된다(도 2(b)의 ③ 참조). 그리고, 전술한 바와 마찬가지로, 스테이지유닛(200)이 다시 가로방향 또는 세로방향으로 이동하여 도 2(b)의 ③ 위치에 해당하는 스크라이브 라인(미도시)을 형성하게 된다.
여기서, 도 2에는 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 레이저조사를 위한 초점이 3개 형성되어 있지만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 강화글래스(600)의 두께, 표면 강화 정도 등의 다양한 요소에 따라 초점의 개수, 레이저 조사 횟수는 달라질 수 있다.
다음, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 레이저 조사를 통해 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 크랙이 발생되면, 강화글래스(600) 표면의 강화층(610)에서는 압축력(Compressive Force, CF)이 작용하게 되고, 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에서는 인장력(Tensile Force, TF)이 작용하게 된다.
여기서, 강화글래스(600) 표면과 내측에서 서로 다른 방향으로 힘이 작용하게 되므로, 강화글래스(600)는 자발적으로 절단될 수 있게 된다(도 2(d) 참조).
즉, 스테이지유닛(200)에 안착된 강화글래스(600)의 비강화층(620)에 대해 레이저조사유닛(300)이 상부와 하부로 이동하면서 초점을 맞춘 후 소정 횟수로 레이저를 조사하게 되면, 별도의 브레이킹 공정없이도 강화글래스(600)가 자발적으로 절단된다.
종래의 경우, 대략 700번 정도의 레이저를 강화글래스(600)에 조사 후 브레이킹 공정을 수행했지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 방법은 대략 3~4번 정도의 레이저 조사만으로도 글래스의 절단이 가능하다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 방법은 종래 기술과 대비시, 레이저조사 횟수가 획기적으로 감소했으며, 또한, 브레이킹 공정을 수행하지 않으므로, 글래스 절단의 전체 공정에서 하나의 공정을 제거하여 설비 비용을 감소하며, 공정 시간을 줄이고 생산 노동력을 감소시켜 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
그리고, 종래 기술의 경우, 강화글래스(600)의 강화된 표면부터 순차적으로 레이저를 조사하는 방식임에 비해, 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 방법은 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)에 초점을 맞추고 레이저를 조사하여 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)부터 크랙을 발생시킨 후 자발적으로 절단되도록 하는 방식으로서, 이를 통해, 전술한 효과가 발생될 수 있다.
도 3(a)는 선형편광 레이저에 의한 가공모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3(b)는 선형편광 레이저에 의해 글래스에 형성된 크랙을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 표면이 강화된 강화글래스(600)가 안착되는 스테이지유닛(200)이 이동하면서 레이저조사유닛(300)으로부터 조사되는 레이저를 통해 강화글래스(600)를 가로방향의 직선, 세로방향의 직선 또는 라운드 등의 다양한 형상으로 가공하는 경우, 가공방향에 따라 강화글래스(600)의 가공절단면이 불균일해질 수 있다.
즉, 레이저조사유닛(300)이 선형편광 레이저를 조사하는 선형편광레이저유닛(310)을 포함하여 레이저조사유닛(300)으로부터 조사된 레이저가 선형편광되어 있는 경우, 선형편광 레이저의 진행방향(도 3(a)의 화살표 B 참조)과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향이 나란하거나 동일하다면(도 3(a)의 X 방향 참조), 강화글래스(600)에서 크랙 발생시 크랙 사이의 간격이 조밀하여(도 3(b)의 X 참조) 도 3(a)의 X 방향으로는 상대적으로 빠른 속도로 용이하게 절단될 수 있다.
하지만, 선형편광 레이저의 진행방향(도 3(a)의 화살표 B 참조)과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향이 동일하지 않고 다른 경우라면(도 3(a)의 R 방향 및 Y 방향 참조), 강화글래스(600)에서 크랙 발생시 크랙 사이의 간격이 조밀하지 못하며(도 3(b)의 R 및 Y 참조), 강화글래스(600)는 상대적으로 느린 속도로 절단될 것이다.
즉, 강화글래스(600)에 형성된 복수의 크랙들이 연결되어 강화글래스(600)가 절단되는 경우, 도 3(a)의 X 방향으로 형성된 크랙과, 도 3(a)의 Y 방향 및 R 방향으로 형성된 크랙이 연결되어 절단되는 상대적 시간차이 때문에 강화글래스(600)의 절단시 가공면 전체에서 동시에 브레이킹되지 않으며, 이에 의해, 강화글래스(600)의 브레이킹을 실시하면 가공면이 불균일해지고 칩핑(Chipping)이 발생될 수 있다.
이러한 가공면의 불균일과 칩핑 발생을 방지하기 위해, 레이저조사유닛(300) 에 균일크랙형성유닛(400)이 배치되어 레이저조사유닛(300)으로부터 강화글래스(600)로 레이저 조사시, 강화글래스(600)에 균일한 크랙이 형성되도록 마련될 수 있는데, 여기서, 균일크랙형성유닛(400)은 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환할 수 있는 1/4 파장판(quater-wave plate, 400)으로 마련될 수 있다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)에서 선형편광 레이저가 원형편광 레이저로 변환되는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)에서 1/4 파장판(400)에 의해 선형편광 레이저가 원형편광 레이저로 변환되는 모습을 도시한 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하여 선형편광 레이저가 원형편광 레이저로 변환되는 원리를 설명하면, 도 4(a)에서와 같이, 진폭이 동일한 두 정현파(W1과 W2)의 선형편광 레이저를 고려하는 경우, W2의 파장을 가지는 정현파는, W1의 파장을 가지는 정현파에 비해 위상이 90°가 늦다.
여기서, 도 4(a)에 도시된 시간축(t)의 4개의 위치 1, 2, 3 및 4에 대해 두 정현파(W1과 W2)의 합성성분은 도 4(b)에 도시된 바와 같이 원형으로 형성될 수 있다.
즉, 진폭이 동일한 두 정현파의 선형편광 레이저가 1/4 파장판(400)을 통과하게 되면 전술한 바와 같은 원리에 의해 선형편광 레이저가 원형편광 레이저로 변환될 수 있는데, 여기서, 1/4 파장판(400)은 레이저조사유닛(300)으로부터 조사되는 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환시키도록 마련된다.
이를 위해, 선형편광레이저유닛(310)으로부터 조사되는 선형편광 레이저의 진동방향은 1/4 파장판(400)의 주축방향과 45˚ 각도만큼 기울어지도록 마련될 수 있다.
즉, 선형편광 레이저의 진동방향이 1/4 파장판(400)의 주축방향과 45˚ 각도만큼 기울어지게 마련되면, 두 정현파의 진폭이 동일하면서 위상만 90°차이가 나게 되며, 이에 의해, 두 정현파의 합성성분이 원형으로 형성될 수 있다.
여기서, 도 5를 참조하면, 레이저조사유닛(300)은 선형편광레이저유닛(310)으로부터 나오는 선형편광 레이저의 경로를 조절하기 위해 선형편광레이저유닛(310)으로부터 이격되어 배치되는 경로조절미러(320)를 포함할 수 있으며, 1/4 파장판(400)은 선형편광레이저유닛(310)과 경로조절미러(320)의 사이에 배치되어 선형편광레이저유닛(310)에서 나오는 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환시키게 된다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)에서 다양한 가공방향으로 글래스를 가공하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7(a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)에서 원형편광 레이저에 의한 가공모습을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 7(b)는 원형편광 레이저에 의해 글래스에 형성된 크랙을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 레이저조사유닛(300)에 배치되는 1/4 파장판(400)에 의해 선형편광 레이저가 원형편광 레이저로 변환되어 조사되는데, 여기서, 레이저조사유닛(300)으로부터 원형편광 레이저가 조사되는 경우 스테이지유닛(200)이 가로방향 내지 세로방향을 조합한 다양한 방향으로 이동하면서 레이저조사유닛(300)이 강화글래스(600)에 도 6의 X 방향, R 방향 및 Y 방향 등의 방향으로 크랙을 형성하게 된다.
그리고, 도 7(a)를 참조하면, 원형편광 레이저는 나선형태로 진행하면서 원형편광 레이저의 진행방향(도 7(a)의 화살표 C 참조)과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향의 동일 여부에 관계없이(도 7(a)의 X 방향, Y 방향 및 R 방향 참조), 강화글래스(600)에 형성되는 크랙은 대체로 고른 분포를 형성하게 된다(도 7(b)의 X , Y 및 R 참조).
여기서, 도 7(b)를 참조하면, 강화글래스(600) 내부의 크랙이 여러 방향으로 형성되어 크랙 사이의 간격에 큰 차이가 없으며, 따라서, 강화글래스(600)에 형성된 복수의 크랙들이 연결되어 강화글래스(600)가 절단되는 경우, 도 7(b)에 형성된 복수의 크랙들의 연결에 소요되는 시간차이가 거의 발생하지 않으므로, 이에 의해, 복수의 크랙이 형성된 강화글래스(600)의 브레이킹을 실시하면 가공면이 균일해지고, 또한, 칩핑(Chipping)의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 제어유닛(500)은 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향을 고려하여 가로방향구동유닛(미도시) 및 세로방향구동유닛(미도시) 중 적어도 하나의 이동속도를 제어하도록 마련될 수 있다.
즉, 강화글래스(600) 내부에 형성되는 복수의 크랙 사이의 간격이 다소 차이가 있는 경우 스테이지유닛(200)의 이동속도를 조절할 수 있는데, 예를 들어, 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향이 나란하거나 동일하다면 강화글래스(600)에서 크랙 발생시 크랙 사이의 간격이 조밀할 것이므로, 해당 방향으로는 상대적으로 빠른 속도로 이동하여 크랙 사이의 간격을 상대적으로 넓게 한다.
그리고, 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향이 나란하지 않거나 동일하지 않은 경우, 강화글래스(600)에서 크랙 발생시 크랙 사이의 간격이 조밀하지 않을 것이므로, 해당 방향으로는 상대적으로 느린 속도로 이동하여 크랙 사이의 간격을 상대적으로 좁게 한다.
즉, 스테이지유닛(200)의 이동속도를 조절하는 것에 의해, 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향의 동일 여부에 따라 달라지는 크랙 사이의 간격 차이를 감소시키며, 이에 의해, 다양한 방향으로의 복수의 크랙들의 연결에 소요되는 시간차이가 거의 발생하지 않으므로, 복수의 크랙이 형성된 강화글래스(600)가 자발적으로 절단되면 가공면이 균일해지고, 또한, 칩핑(Chipping)의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)에서, 화학 강화 글래스의 비강화층(620)에 레이저를 조사하되 균일크랙형성유닛(400)을 통해 화학 강화 글래스에 균일한 크랙을 형성하여 화학 강화 글래스 전체가 균일하게 자발적으로 절단되는 것에 대한 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 강화글래스(600)의 비강화층(620)에 레이저를 조사하는 경우, 강화글래스(600) 내부의 비강화층(620)에서 열화학적 반응이 생기면서 소정 간격으로 크랙이 발생하게 되며, 이렇게 발생된 복수의 크랙들이 서로 연결되면서 브레이킹 공정없이도 자발적으로 강화글래스(600)가 절단될 수 있다.
여기서, 도 5를 참조하면, 선형편광레이저유닛(310)으로부터 조사되는 선형편광 레이저가 1/4 파장판(400)에 의해 원형편광 레이저로 변환될 수 있는데, 이에 의해, 레이저조사유닛(300)으로부터 원형편광 레이저가 조사될 수 있다.
그리고, 원형편광 레이저는 나선형태로 진행하면서 다양한 방향으로 레이저를 조사하더라도 대체로 고른 분포를 형성하며, 강화글래스(600) 내부의 크랙이 여러 방향으로 형성되어 크랙 사이의 간격에 큰 차이가 없게 된다.
따라서, 강화글래스(600)에 형성된 복수의 크랙들이 연결되어 강화글래스(600)가 절단되는 경우, 복수의 크랙들의 연결에 소요되는 시간차이가 거의 발생하지 않으며, 이에 의해, 강화글래스(600)의 브레이킹시 가공면이 균일해지고, 또한, 칩핑(Chipping)의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 글래스 절단 방법에서, 화학 강화 글래스의 비강화층(620)에 레이저를 조사하는 것을 통해 화학 강화 글래스에 균일한 크랙을 형성하여 화학 강화 글래스 전체가 균일하게 자발적으로 절단되는 것에 대한 작용 및 효과에 대해 설명한다.
다만, 본 발명의 제2실시예에 따른 글래스 절단 장치(100)에서 설명한 내용과 공통되는 내용은 전술한 설명으로 대체하도록 한다.
우선, 표면이 강화된 강화글래스(600)가 스테이지유닛(200)에 안착되면, 스테이지유닛(200)이 레이저조사유닛(300)의 하측으로 이동하게 된다.
여기서, 강화글래스(600)의 비강화층(620)에 레이저를 조사하여 크랙을 형성하고 이렇게 형성된 복수의 크랙들이 서로 연결되어 강화글래스(600) 전체가 자발적으로 절단될 수 있다.
이를 위해, 레이저조사유닛(300)이 비강화층(620)의 일측에 초점을 맞추어 레이저를 조사 후, 비강화층(620)의 일측으로부터 상측에 위치하는 타측으로 이동하면서 타측에 초점을 맞추어 레이저를 조사하게 된다.
이에 의해, 브레이킹 공정없이도 자발적으로 강화글래스(600)가 절단될 수 있는 효과가 있다.
여기서, 1/4 파장판(400)이 레이저조사유닛(300)의 선형편광레이저유닛(310)으로부터 조사되는 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환하며, 변환된 원형편광 레이저가 강화글래스(600) 내측의 비강화층(620)으로 조사된다.
이에 의해, 복수의 크랙이 균일하게 형성되어 강화글래스(600)가 자발적으로 절단되면 가공면이 균일해지며, 또한, 칩핑(Chipping)의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 스테이지유닛(200)의 이동속도를 조절하는 것에 의해, 레이저의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향의 동일 여부에 따라 달라지는 크랙 사이의 간격 차이를 감소시킬 수 있도록, 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향을 고려하여 가로방향구동유닛(미도시)과 세로방향구동유닛(미도시)의 이동속도를 제어를 제어할 수 있다.
이를 설명하면, 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향이 나란한 경우 가로방향구동유닛(미도시)과 세로방향구동유닛(미도시)의 이동속도를 증가시키게 되며, 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스강화글래스(600)의 크랙의 진행방향이 나란하지 않은 경우 가로방향구동유닛(미도시)과 세로방향구동유닛(미도시)의 이동속도를 감소시키게 된다.
즉, 스테이지유닛(200)의 이동속도를 조절하는 것에 의해, 레이저조사유닛(300)의 진행방향과 강화글래스(600)의 크랙의 진행방향의 동일 여부에 따라 달라지는 크랙 사이의 간격 차이를 감소시키며, 이에 의해, 다양한 방향으로의 복수의 크랙들의 연결에 소요되는 시간차이가 거의 발생하지 않으므로, 복수의 크랙이 형성된 강화글래스(600)가 자발적으로 절단되면 가공면이 균일해지고, 또한, 칩핑(Chipping)의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 글래스 절단 장치 200 : 스테이지유닛
300 : 레이저조사유닛 310 : 선형편광레이저유닛
320 : 경로조절미러 400 : 균일크랙형성유닛
400 : 1/4 파장판 500 : 제어유닛
600 : 강화글래스 610 : 강화층
620 : 비강화층

Claims (15)

  1. 표면이 강화된 강화글래스가 안착되는 스테이지유닛;
    상기 스테이지유닛에 안착된 상기 강화글래스 내측의 비강화층을 향해 적어도 한 번의 레이저를 조사하는 레이저조사유닛; 및
    상기 레이저조사유닛에 배치되며, 상기 레이저조사유닛으로부터 상기 강화글래스로 레이저 조사시, 상기 강화글래스에 균일한 크랙이 형성되도록 마련되는 균일크랙형성유닛을 포함하며,
    상기 레이저조사유닛은 선형편광 레이저를 조사하는 선형편광레이저유닛을 포함하고,
    상기 균일크랙형성유닛은,
    상기 선형편광레이저유닛으로부터 조사되는 상기 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환시키는 1/4 파장판(quater-wave plate)을 포함하며,
    상기 선형편광레이저유닛으로부터 조사되는 선형편광 레이저의 진동방향은 상기 1/4 파장판의 주축방향과 45˚ 각도만큼 기울어지도록 마련되며,
    상기 스테이지유닛은,
    가로방향으로 이동가능하도록 가로방향으로의 구동력을 제공하는 가로방향구동유닛; 및
    세로방향으로 이동가능하도록 세로방향으로의 구동력을 제공하는 세로방향구동유닛을 포함하고,
    상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향을 고려하여 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 제어하도록 마련되는 제어유닛을 더 포함하며,
    상기 제어유닛은,
    상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란한 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 증가시키며, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란하지 않은 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 감소시키도록 마련되는 것을 특징으로 하는 글래스 절단 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저조사유닛은,
    상기 선형편광레이저유닛으로부터 나오는 선형편광 레이저의 경로를 조절하기 위해 상기 선형편광레이저유닛으로부터 이격되어 배치되는 경로조절미러를 더 포함하며,
    상기 1/4 파장판은 상기 선형편광레이저유닛과 상기 경로조절미러의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 글래스 절단 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저조사유닛을 상부 또는 하부로 구동하여 상기 강화글래스 내측의 상기 비강화층에 초점을 맞추도록 마련되는 것을 특징으로 하는 글래스 절단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비강화층의 일측에 초점을 맞추어 레이저를 조사 후, 상기 비강화층의 일측보다 상대적으로 상측에 위치하는 타측에 초점을 맞추어 레이저를 조사하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 글래스 절단 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 레이저조사유닛은 자외선 레이저(UltraViolet Laser)를 조사하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 글래스 절단 장치.
  12. 표면이 강화된 강화글래스가 스테이지유닛에 안착되는 단계;
    레이저조사유닛으로부터 조사되는 선형편광 레이저의 진동방향을 1/4 파장판의 주축방향과 45˚ 각도만큼 기울어지도록 하여, 상기 1/4 파장판이 레이저조사유닛으로부터 조사되는 선형편광 레이저를 원형편광 레이저로 변환하는 단계;
    상기 원형편광 레이저를 상기 강화글래스 내측의 비강화층으로 조사하는 단계; 및
    상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향을 고려하여 가로방향구동유닛 및 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 제어하는 단계는,
    상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란한 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 증가시키도록 제어하며, 상기 레이저조사유닛의 진행방향과 상기 강화글래스의 크랙의 진행방향이 나란하지 않은 경우 상기 가로방향구동유닛 및 상기 세로방향구동유닛 중 적어도 하나의 이동속도를 감소시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 절단 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 원형편광 레이저를 상기 강화글래스 내측의 비강화층으로 조사하는 단계는,
    상기 레이저조사유닛을 통해 상기 비강화층의 일측에 초점을 맞추어 레이저를 조사 후, 상기 비강화층의 일측으로부터 상측에 위치하는 타측으로 이동하면서 상기 타측에 초점을 맞추어 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 절단 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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