KR101758945B1 - 레이저로 유리 기판을 스크라이빙하여 분리하는 방법 - Google Patents

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Abstract

압축 표면 층 및 내부 인장 층을 가진 강성 유리 기판에서 스크라이브 벤트들을 형성하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 결함부는 내부 인장 층이 부분적으로 노출되도록 형성된다. 제 1 스크라이브 벤트는 강성 유리 기판의 표면 상에서 제 1 스크라이빙 속도로 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 1 스크라이빙 방향을 향하여 생성될 수 있다. 제 1 스크라이브 벤트와 상호 교차하는 제 2 스크라이브 벤트는 강성 유리 기판의 표면 상에서 제 1 스크라이빙 속도보다 큰 제 2 스크라이빙 속도로 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 2 스크라이빙 방향을 향하여 생성될 수 있다. 결함부들은 스크라이빙 방향과 수직을 이룰 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 스크라이브 벤트는 제 2 스크라이브 벤트가 생성되기 전에 교차점 위치에서 녹을 수 있다.

Description

레이저로 유리 기판을 스크라이빙하여 분리하는 방법{METHODS FOR LASER SCRIBING AND SEPARATING GLASS SUBSTRATES}
본 명세서는 일반적으로 강성 유리 기판(strengthened glass substrates)을 분리하는 방법에 관한 것으로, 특히 강성 유리 기판을 분리하도록 스크라이브 벤트들(scribe vents)을 형성하는 방법에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 2009년 11월 30일에 출원되고 명칭이 "Methods for Scribing and Separating Glass Substrates"인 미국 특허 출원 제12/627,172호, 및 2010년 4월 9일에 출원되고 명칭이 "Methods of Forming Scribe Vents in Strengthened Glass Substrates"인 미국 특허 출원 제61/322,478호를 기초로 하는 우선권 주장 출원이고, 이러한 미국 특허 출원들은 참조로서 본원의 내용에 전체적으로 병합된다.
얇은 유리 기판들은 소모품인 전자 장치에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 유리 기판들은 모바일 텔레폰, 디스플레이 장치, 예를 들면, 텔레비전 및 컴퓨터 모니터, 그리고 다양한 다른 전자 장치에 포함된 LCD 및 LED 디스플레이용 커버 시트들(cover sheets)로서 사용될 수 있다. 상기와 같은 장치에서 사용된 커버 시트들은 다양한 레이저 절단 기법을 사용하여 큰 유리 기판을 복수의 작은 유리 기판들로 분할시키거나 분리시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 유리 기판들은 스크라이브-앤-브레이크 기법(scribe-and-break techniques)으로 분리될 수 있다. 그러나, 스크라이브-앤-브레이크 기법이 이온 교환식 유리(ion-exchanged glass) 등과 같은 강성 유리 기판들을 분리시키기 위해 사용될 시에, 스크라이브선의 형태보다는 오히려 제어 가능하지 않은 전체 몸체 분리(full-body separation)가 일어날 수 있다. 제어 가능하지 않은 분리는 일반적으로 스크라이브-앤-브레이크 공정에 비해 에지 특성이 형편없다. 게다가, 분리선(line of separation)에 따른 기판의 전체 몸체 분리는 단일 강성 유리 기판에서, 추가적으로 상호 교차하는 벤트들(intersecting vents)이 형성되는 것을 방해한다.
이에 따라서, 스크라이브 벤트들을 형성하고 강성 유리 기판들을 분리시키는 대안 방법이 필요하다.
일 실시예에서, 압축 표면 층(compressive surface layer) 및 내부 인장 층(inner tension layer)을 가진 강성 유리 기판에, 상호 교차하는 스크라이브 벤트를 형성하는 방법은 압축 표면 층을 통해 내부 인장 층이 부분적으로 노출된 제 1 및 제 2 결함부를 형성하는 단계를 포함한다. 제 1 결함부는 제 1 스크라이빙 방향(scribing direction)과 수직을 이루고, 강성 유리 기판의 제 1 에지로부터 벗어날 수 있다. 제 2 결함부는 제 2 스크라이빙 방향과 수직을 이루고, 강성 유리 기판의 제 2 에지로부터 벗어날 수 있다. 방법은 제 1 스크라이빙 속도로 강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯(cooling jet)을 이동시킴으로써, 제 1 스크라이빙 방향으로 압축 표면 층을 통해 제 1 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계를 더 포함한다. 제 1 스크라이브 벤트는 제 1 결함부에서 시작되어, 강성 유리 기판의 에지로부터 벗어난 제 1 종료 위치에서 종료될 수 있다. 제 2 스크라이브 벤트는 제 1 스크라이빙 속도 이상인 제 2 스크라이빙 속도로 강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 2 스크라이빙 방향으로 압축 표면 층을 통해 발생될 수 있다. 제 2 스크라이브 벤트는 제 2 결함부에서 시작되고, 교차점 위치에서 제 1 스크라이브 벤트와 상호 교차하여, 강성 유리 기판의 에지로부터 벗어난 제 2 종료 위치에서 종료된다.
또 다른 실시예에서, 압축 표면 층 및 내부 인장 층을 가진 강성 유리 기판에, 상호 교차하는 스크라이브 벤트를 형성하는 방법은 강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 1 스크라이빙 방향으로 압축 표면 층을 통해 제 1 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계를 포함한다. 제 1 스크라이브 벤트는 교차점 위치에서 녹을 수 있다. 방법은 강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 2 스크라이빙 방향으로 압축 표면 층을 통해 제 2 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계를 더 포함한다. 제 2 스크라이브 벤트는 교차점 위치에서 제 1 스크라이브 벤트를 가로지른다.
또 다른 실시예에서, 압축 표면 층 및 내부 인장 층을 가진 강성 유리 기판에 스크라이브 벤트를 형성하는 방법은 압축 표면 층을 통해 내부 인장 층이 부분적으로 노출된 결함부를 형성하는 단계를 포함한다. 결함부는 스크라이빙 방향과 수직을 이루고, 강성 유리 기판의 제 1 에지로부터 벗어난다. 방법은 강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 압축 표면 층을 통해 스크라이브 벤트를 생성시킴으로써, 스크라이브 벤트가 결함부에서 시작되어, 강성 유리 기판의 제 2 에지로부터 벗어난 종료 위치에서 종료되는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함한 본원에 개시된 바와 같이, 이와 같은 설명은 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 부분적으로 손쉽게 명확해질 수 있거나, 기술 분야의 통상의 기술자라면 실시예를 시행함으로써 인식될 것이다.
이해하여야 하는 바와 같이, 상술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 실시예를 기술하고, 청구항의 특성 및 특징을 이해시키려는 개요 또는 구성을 제공하려는 의도를 갖는다. 첨부된 도면은 다양한 실시예의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 이러한 명세서의 일부에 병합되고 그 일부를 구성하기도 한다. 도면은 본원에 기술된 다양한 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 청구된 내용의 원리 및 동작을 설명하는 기능을 한다.
도 1a 및 1b는 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 강성 유리 기판에 들어간 에지-이탈 결함부(off-edge defect), 레이저 빔의 타원형 빔 스팟(elliptical beam spot), 및 쿨링 젯의 쿨링 스팟(cooling spot)을 개략적으로 도시한 사시도이고;
도 2는 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 도 1a 또는 1b의 레이저 빔, 쿨링 젯, 및 강성 유리 기판의 개략적인 단면도이고;
도 3은 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 타원형 빔 스팟 및 쿨링 스팟의 상대 위치를 개략적으로 도시한 도면이고;
도 4는 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 스크라이브 벤트 및 벤트 앞면의 단면을 개략적으로 도시한 도면이고;
도 5는 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 완전한 스크라이브 벤트의 개략적인 사시도이고;
도 6은 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 강성 유리 기판의 표면 상의 레이저 차폐부들(laser shields)의 개략적인 사시도이고;
도 7은 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 제 1 방향에 있는 복수의 에지-이탈 결함부들 및 소기의 분리선의 개략적인 상부도이고;
도 8은 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 제 1 및 제 2 스크라이빙 방향에 있는 2 개의 에지-이탈 결함부들 및 서로 교차하는 소기의 분리선의 개략적인 상부도이고;
도 9는 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 교차점 위치에서 서로 교차하는 제 1 및 제 2 스크라이브 벤트의 개략적인 사시도이고;
도 10a는 본원에 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 제 1 스크라이빙 방향에 따른 제 1 스크라이브 벤트의 개략적인 측면도이고;
도 10b는 제 1 스크라이빙 방향에 따른 제 1 스크라이브 벤트와 상호 교차하는 제 2 스크라이빙 방향에 따른 제 2 스크라이브 벤트의 개략적인 측면도이고;
도 10c는 본원에서 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 제 1 스크라이빙 방향에 따른 제 1 스크라이브 벤트와 상호 교차하는 제 2 스크라이빙 방향에 따른 제 2 스크라이브 벤트의 개략적인 측면도이며; 그리고
도 11은 본원에서 제시되고 기술된 적어도 하나의 실시예에 따라서, 제 1 스크라이빙 방향 및 제 2 스크라이빙 방향에 있는 복수의 에지-이탈 결함부들 및 소기의 분리선의 개략적인 상부도이다.
참조는 이제 강성 유리 기판들의 두께를 통하여 부분적으로 연장된 스크라이브 벤트들을 형성하는 다양한 실시예에서 상세하게 구현될 것이며, 이때 상기 강성 유리 기판들의 예들은 첨부된 도면에 도시된다. 가능하다면, 동일 참조 번호는 도면을 통하여 동일하거나 유사한 부분들을 나타내기 위해 사용될 것이다. 본원에서 상술된 바와 같이, 강성 유리 기판에서 스크라이브 벤트를 형성하는 방법은 일반적으로 결함부가 강성 유리 기판의 제 1 에지로부터 벗어나도록(offset from), 압축 표면 층을 통해 수선 결함부(perpendicular defect)를 형성하는 단계를 포함한다. 유리의 압축 층 아래에서 노출된 내부 인장 층은 레이저 스크라이빙 공정 동안 벤트 개시를 용이하게 한다. 그 후, 레이저원의 빔 스팟은 소기의 분리선을 따라 압축 층 상으로 안내된다. 쿨링 젯에 의해 생성된 쿨링 스팟은, 쿨링 스팟이 빔 스팟의 트레일링 에지(trailing edge)에 인접하게 위치하도록 압축 층 상으로 안내된다. 그 후, 쿨링 스팟 및 빔 스팟은, 빔 스팟이 강성 유리 기판의 제 2 에지로부터 벗어난 종료 위치에 위치할 때까지, 레이저원 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 또는 강성 유리 기판을 이동시킴으로써, 소기의 분리선을 따라 전진하고, 이로 인해, 강성 유리 기판의 두께를 통하여 부분적으로 연장되는 벤트가 형성된다. 형성된 스크라이브 벤트는 벗어난 결함부로부터 종료 위치까지 연장된다. 상호 교차하는 스크라이브 벤트들은, 제 1 스크라이빙 속도로 제 1 스크라이브 벤트를 형성하고 제 1 스크라이빙 속도보다 큰 제 2 스크라이빙 속도로 상호 교차하는 제 2 스크라이브 벤트를 형성함으로써, 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 스크라이브 벤트는 제 2 스크라이브 벤트를 형성하기 전에 상호 교차 위치에서 녹는다. 강성 유리 기판들을 복수의 부분들로 분리시키는 방법뿐만 아니라, 강성 유리 기판들에서 스크라이브 벤트들을 형성하는 다양한 실시예는 이하에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 1a, 2 및 5를 참조하면, 강성 유리 기판(100)의 두께를 통하여 부분적으로 연장된, 조정된 균열부 또는 스크라이브 벤트(109)를 형성하는 대표적인 시스템은 개략적으로 도시된다. 시스템은 일반적으로, 소기의 분리선(104)을 따라 강성 유리 기판(100)을 가열하는 레이저원(150), 및 소기의 분리선(104)을 따라 강성 유리 기판(100)의 가열된 표면을 쿨링 젯(105)이 담금질 처리하도록 하는 노즐(160)을 포함한다. 빔 스팟(102) 및 쿨링 스팟(106)의 적용으로 인해 강성 유리 기판의 온도의 최종 변화는 장력(tensile stresses)이 소기의 분리선(104)과 수직을 이룬 방향으로 소기의 분리선(104)을 따라 전개되도록 하고, 이로 인해, 강성 유리 기판(100)의 두께를 통하여 부분적으로 연장되는 벤트(109)는 형성된다. 완성된 스크라이브 벤트(109)는 강성 유리 기판(100)이 기계적 힘을 받음으로써 분리될 수 있는 소기의 분리선(104)을 따라 위치한다. 이하에서 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 스크라이브 벤트(109)는 강성 유리 기판(100)의 제 1 에지(114)로부터 벗어난 결함부(112)에서 시작되어 강성 유리 기판(100)의 제 2 에지(116)로부터 벗어난 종료 위치에서 종료된다.
본원에서 기술된 실시예에서, 강성 유리 기판(100)은 제 1 표면(130), 제 2 표면(132), 에지들(예를 들면, 제 1 에지(114) 및 제 2 에지(116)) 및 두께(h)를 가진다. 이해하여야 하는 바와 같이, 강성 유리 기판은 원형 등과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다. 강성 유리 기판은 층의 깊이(DOL)로 연장되는 압축 표면 층들(111), 및 강성 유리 기판 내의 내부 인장 층(115)을 만들어내기 위해, 이온 교환 공정을 이용하여 화학 작용으로 강화될 수 있다. 강성 유리 기판은 붕규산염 유리, 알루미노규산염, 및 알루미노봉규산염 유리(aluminoborosilicate glasses)를 포함하지만 이에 제한되지 않은 다양한 유리 합성물들(glass compositions)로 형성될 수 있다.
강성 유리 기판(100)은 기계적인 처킹 또는 진공 처킹(vacuum chucking)을 사용함으로써 시스템 내에서 고정되어 유지될 수 있다. 진공 처킹은 진공 가압판(vacuum platen) 상에서 약간 이격되어 위치한 일련의 진공 홀들(vacuum holes)로 이루어질 수 있다. 그러나, 홀들에 의해 생성된 응력 구배(stress gradient)는 강성 유리 기판의 레이저 스크라이빙 공정에 영향을 충분하게 미치는 응력장(stress field)을 비틀어지게 할 수 있다. 진공 흡입으로부터의 응력 구배는 인접하게 이격된 홀들 또는 다공판(porous plate)을 사용함으로써 최소화될 수 있는데, 이는 홀들 및 다공판 모두가 유리 아래에서 유지되기에 필요한 진공양을 감소시키기 때문이다.
레이저원(150)은, 레이저 에너지가 유리 두께(h)를 통하여 강하게 흡수되도록, 강성 유리 기판(100)에 열 에너지를 제공하기에 적합한 파장을 갖는 빔을 방출하도록 동작할 수 있고, 이로 인해, 강성 유리 기판은 가열된다. 예를 들면, 레이저원(150)은 일반적으로 적외선 범위의 파장을 갖는 레이저 빔(101)을 방출한다. 적합한 레이저원들은, 파장이 약 5 ㎛ 내지 약 6 ㎛인 CO 레이저, 파장이 약 2.6 ㎛ 내지 약 3.0 ㎛인 HF 레이저, 또는 파장이 약 2.9 ㎛인 에르븀 YAG 레이저를 포함한다. 본원에서 기술된 실시예에서, 레이저원은 파장이 약 9.4 ㎛ 내지 약 10.6 ㎛인 적외선 광 빔을 생성하는 CO2 레이저이다. CO2 레이저원은 준-연속적 파 모드(quasi-continuous wave mode)에서 동작되는 RF-여기식(excited) 레이저원일 수 있다. 일 실시예에서, 레이저원(150)은 레이저원(150)의 레이저 빔(101)이 가우시안 세기 분포(Gaussian intensity distribution)를 갖도록 TEM00 모드에서 출력 빔을 만들기 위해 동작된다. 대안으로, 레이저원은 출력 빔이 "D" 또는 플랫 모드 세기 분포(flat mode intensity distribution)를 갖도록 TEM01 모드에서 출력 빔을 만들기 위해 동작될 수 있다. 레이저원의 출력은 소기의 스크라이빙 속도, 스크라이빙될 유리 합성물, 및 압축 표면 층의 깊이에 따라서 약 20 와트 내지 500 와트보다 클 수 있다.
강성 유리 기판(100)의 표면의 과열을 방지하기 위해서(강성 유리 기판의 표면으로부터 유리 제거 또는 유리 기화 작용, 또는 절단 에지를 약화시키는 잔류 응력(residual stresses)을 일으킬 수 있음), 레이저원에 의해 방출된 빔(101)은, 빔(101)이 강성 유리 기판(100)의 표면 상에서 타원형 빔 스팟(102)을 갖도록 다양한 광 소자들(미도시)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 한 쌍의 원통형 렌즈들(미도시)은 레이저원(150)으로부터 방출된 레이저 빔(101)의 경로에 배치된다. 대안으로, 타원형 빔 스팟을 만드는 레이저 빔을 형성하는데 사용되는 원통형 렌즈들 및/또는 다른 광 소자들은 레이저원(150)과 통합된다. 원통형 렌즈들은 강성 유리 기판의 표면에 입사하는 빔 스팟이 도 1a에 도시된 바와 같이, 일반적으로 타원형 형상을 가지도록, 레이저 빔(101)을 형성한다. 본원에 기술된 빔 스팟들이 타원형 형상을 할 수 있지만, 실시예는 이에 제한되지 않고, 빔 스팟이 원형, 정사각형, 직사각형 등을 포함한 다른 형상을 가질 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 3을 참조하면, 타원형 빔 스팟(102)은 일반적으로 폭(b)의 보조 축(124) 및 길이(a)의 주요 축(125)을 가진다. 보조 축(124)은 도 3에 도시된 바와 같이, 타원형 빔 스팟(102)의 중앙점을 가로질러 연장된다. 일 실시예에서, 보조 축(124)의 폭(b)은, 쿨링 젯이 강성 유리 기판의 표면에 접촉되어 형성된 쿨링 스팟(106)의 직경과 거의 동일하다.
주요 축(125)은 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 타원형 빔 스팟(102)의 리딩 에지(leading edge)(120)와 트레일링 에지(122) 간의 길이(a)를 가진다. 타원형 빔 스팟(102)의 길이(a)는 일반적으로 레이저로 생성된 벤트의 깊이를 제어할 수 있다. 레이저 빔 스팟이 길어질수록 벤트는 깊어진다. 길이(a)가 고정되는 경우, 스크라이빙 속도(v)의 증가는 보다 얕은 벤트를 생성한다. 반대로, 스크라이빙 속도(v)가 낮을수록, 벤트는 깊어지게 생성된다. 강성 유리 기판들을 스크라이빙하는 레이저에 있어서, 벤트 깊이는, 벤트 성장이 레이저 스크라이빙 동작을 완전히 이루기에 충분히 느려질 수 있도록 제어되어야 한다. 이는, 레이저 빔의 길이가 주어진 강성 유리 기판 두께에 대해 소기의 스크라이빙 속도에 따라 고정되어야 한다는 것을 의미한다.
레이저 빔(101)의 레이저 출력(laser power)에 관하여, 강성 유리 기판을 가열하는데 사용될 수 있는 레이저 출력은 순간적이고 평균적인 출력 밀도에 의해 제한될 수 있다. 순간적인 출력 밀도는 순간적인 레이저 출력(Pinst)을 빔 스팟의 영역으로 나누어진 것으로 정의될 수 있다. 평균 출력 밀도(Iaverage)는, 레이저 출력(P)을, 레이저 빔 스팟 크기 및 시간 단위당 레이저 빔 횡단 영역의 합으로 나눈 것으로 정의될 수 있다:
Figure 112012052259213-pct00001
, 식(1)
응력 완화가 일어나지 않고, 강성 유리 기판을 가열하는 최대 가능한 레이저 출력 밀도는 유리 속성, 예를 들면, 열 용량, 레이저 파장에서의 광 흡수 및 열 확산성, 유리 연화점 등에 따라 달라진다. Iaverage가 Imax와 같게 설정되는 경우 다음 식이 유도된다:
Figure 112012052259213-pct00002
, 식(2)
그러므로, 타원형 빔 스팟의 폭(b)은, 길이(a)가 소기의 벤트 깊이를 이루기 위해 고정될 수 있을 시에 소기의 평균 출력 밀도를 달성하도록 제어될 수 있다. 식 (2)는, 1) 레이저 출력 및 최대 가능한 레이저 출력 밀도가 고정된 경우, 레이저 스크라이빙 속도가 감소될 시에는 타원형 빔 스팟의 폭(b)이 증가되어야 하고, 2) 층의 깊이가 증가될 시에는 레이저 스크라이빙 속도가 감소되기 때문에, 레이저 빔 폭(b)은 대응되게 증가되어야 하고, 그리고 3) 레이저 스크라이빙 속도가 일정한 속도로 유지되는 경우에 레이저 출력의 증가는 레이저 빔 폭(b)의 증가를 필요로 한다는 점을 나타내고 있다. 유리 두께 및 층의 깊이가 증가될 시에, 가열될 필요가 있는 유리 체적량도 증가된다. 출력 밀도가 레이저 출력을 증가시키기 위해 특정 값에 제한되기 때문에, 타원형 빔 스팟의 타원형 빔 스팟의 폭(b)은 증가되어야 한다.
특히, 열 확산으로 인한 열 손실은 또한 스크라이빙 공정 동안 나타날 수 있을 것이다. 열 확산은 레이저 열로부터 나온 국부적인 유리 온도를 감소시킨다. 국부적인 온도 구배에 비례하기 때문에, 열 손실이 제공된 벤트 앞면 상에 필요한 장력을 발생시키기 위해서는 담금질 처리 전에, 그리고 담금질 처리 동안에 벤트 앞면 위치에서 온도 구배를 감소시키는 것이 필요할 수 있다. 이는 벤트 앞면에 인접한 강성 유리 기판의 체적을 가열시키기 위해, 폭이 보다 넓은 타원형 빔 스팟을 사용함으로써 달성될 수 있다. 대안으로, 일 실시예에서, 보조 축을 따라 분배가 균일한 세기 프로파일(intensity profile)을 가진 레이저 빔은 벤트 앞면에서 온도 구배를 감소시키고 온도를 증가시키기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 강성 유리 기판이 두꺼워질수록, 벤트는 깊어지고, 폭(b)에 따른 레이저 빔 폭은 넓어지게 된다.
도 2 및 3을 참조하면, 쿨링 젯(105)은 일반적으로, 노즐(160)로부터 방출되고 강성 유리 기판(100)의 표면 상으로 안내되는 가압 유체 흐름을 포함한다. 가압 유체는 예를 들면, 물, 에탄올, 액체 질소 등의 액체 및/또는 화학 작용 냉각수(chemical coolant)를 포함할 수 있다. 대안으로, 쿨링 젯(105)은 예를 들면, 압축 공기, 압축 질소, 압축 헬륨 등의 압축 가스 또는 이와 유사한 압축 가스를 포함할 수 있다. 쿨링 젯은 또한 액체와 압축 가스의 혼합물을 포함할 수 있다(즉, 압축된 탈이온수 및 공기 또는 질소를 포함한 미스트 젯(mist jet)). 본원에 기술된 실시예에서, 쿨링 젯은 탈이온수이다. 일반적으로, 솔리드 스트림 워터 젯(solid stream water jet)은 작은 영역 상의 집중 냉각(concentrated cooling)으로 인해 얕은 벤트를 생성하기에 효과적일 수 있는 한편, 미스트 젯은 보다 깊은 벤트를 생성할 수 있고, 보다 넓은 공정 윈도우(process window)를 가질 수 있다. 미스트 젯은 보다 큰 영역에 적용되어, 강성 유리 기판의 표면 상의 많은 열을 제거시킬 수 있다.
쿨링 젯(105)은 노즐의 말단의 오리피스(orifice)(미도시)로부터 방출된다. 쿨링 젯이 강성 유리 기판의 표면 상에 들어와 형성되는 쿨링 스팟(106)은 노즐(160)의 오리피스보다 큰 직경(dj)을 가진다. 노즐(160)은 스크라이빙 방향(110)(즉, 절단 축)에 대해 레이저원(150) 뒤에 위치한다. 본원에 기술된 실시예에서, 노즐(160)은, 쿨링 젯(105)이 강성 유리 기판의 표면에 대해 90도보다 작은 각도(α)로 강성 유리 기판의 표면 상에 들어가도록, 강성 유리 기판(100)의 표면(130)에 대한 각도로 배향된다. 일 실시예에서, 쿨링 젯(105)은 이동 빔 스팟(102)과 연동하여 이동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 강성 유리 기판(100)은 빔(101) 및 쿨링 젯(105) 아래에서 강성 유리 기판(100)을 이동시킬 수 있는 이동 테이블 상에 장착될 수 있다. 쿨링 젯(105)은 타원형 빔 스팟에 인접한 영역에서 강성 유리 기판(100)의 표면 상으로 안내될 수 있다.
도 1a-5를 참조하면, 강성 유리 기판(100)의 두께(h)를 통하여 부분적으로 연장되는 벤트를 포함한 스크라이브 벤트를 형성하는 방법은 우선 스크라이브 벤트 개시점을 형성하기 위해 강성 유리 기판(100)의 제 1 표면(130)(즉, 압축 표면 층(111)의 표면) 상에 결함부(112)를 도입시키는 단계를 포함할 수 있다. 결함부(112)는 결함부 벗어남 거리(defect offset distance)(ddef)만큼 강성 유리 기판의 제 1 에지(114)로부터 벗어나 있다. 결함부(112)는 예를 들면 기계 작용으로 또는 레이저 절삭으로 형성된 개시 균열부(initiation crack)일 수 있다. 벗어남 거리(ddef)는 소기의 스크라이빙 속도, 스크라이빙될 유리 합성물, 및 압축 표면 층(111)의 깊이에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 벗어남 거리(ddef)는 대략 6 mm이다. 다른 실시예들에서, 벗어남 거리는 약 3 mm 내지 약 10 mm의 범위일 수 있다. 이하에서 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 벤트는 결함부로부터 비롯되고, 레이저 빔 및 쿨링 젯에 대한 강성 유리 기판(100)의 상대 운동(relative motion)을 따라 진행하게 된다.
결함부(112)는 스크라이빙 방향 및 소기의 분리선과 수직을 이룬 개시 균열부일 수 있다. 결함부(112)의 수직 배향은 스크라이빙 방향과 평행한 결함부 상에서 증가된 기계적인 반복성을 만들어낼 수 있다. 예를 들면, 결함부(112)의 수직 배향은 스크라이빙 공정 동안 전체 몸체 벤트들(full-body vents)이 형성되지 못하도록 할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 분리될 강성 유리 기판의 합성물 및 물리적인 균열 작용(physical cracking mechanism)에 따라서, 스크라이빙 방향과 평행한 결함부(112')를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
결함부(112)는 다이아몬드 스크라이버(diamond scriber)의 적용에 의해 기계적인 처리로 형성될 수 있는 것이 바람직할 수 있지만, 다른 기계 장치들, 예를 들면, 기계적인 스코어링 휠(scoring wheel), 그라인딩 휠(grinding wheel), 초경 팁(carbide tip), 조각기 등도 이용될 수 있다. 결함부(112)의 깊이는 내부 인장 층이 노출되도록, 층의 깊이와 같거나 층의 깊이보다 다소 깊어야 한다. 결함부를 형성할 시에 결함부가 내부 인장 층으로 너무 깊게 연장되지 않도록 하는 관리가 있어야 한다. 그러므로, 기계 장치는, 너무 예리하고 가해진 힘이 너무 커서 최종 결함부가 강성 유리 기판 대부분에 너무 깊이 들어가지 않도록 해야 한다. 예리한 기계 장치의 적용에 의해 발생된, 깊은 중앙 균열부들이 내부 인장 층으로 너무 깊게 들어가서 레이저 스크라이빙 공정 동안 전체 몸체 균열을 일으킬 수 있다. 다수의 측 방향 및 방사상 방향의 균열부, 및 내부 인장 층에만 부분적으로 노출된 얕은 중앙 균열부를 갖는 결함부들은 뭉툭한 기계 장치들을 사용하여 달성될 수 있다. 선택된 유형의 기계 장치는 강성 유리 기판의 특성, 예를 들면, 유리 강도에 따라 달라질 수 있다. 강성 유리 기판들의 표면 상에서 끌린 원뿔 형상의 다이아몬드 팁(diamond tip)은 일반적으로 다수의 측 방향 균열부 및 소수의 중앙 균열부를 생성한다. 스코어링 휠은, 레이저 스크라이빙 공정 동안 강성 유리 기판이 완전하게 분리될 수 있도록 하는 깊은 중앙 균열부를 만들어 낼 수 있다.
제한되지 않은 예로서, 공기로 작동되는 실린더(air actuated cylinder)는, 30 ㎛, 760 MPa 압축 응력 층(compressive stress layer) 및 21 MPa 내부 인장 층을 갖는 1.1 mm 두께의 이온 교환식 강성 유리 기판의 표면에 원뿔 형상의 다이아몬드 스크라이버를 적용하기 위해 사용된다. 강성 유리 기판은 69.17 mol% SiO2; 8.53 mol% Al2O3; 0 mol% B2O3; 13.94 mol% Na2O; 1.17 mol% K2O; 6.45 mol% MgO; 0.54 mol% CaO; 및 0.19 mol% SnO2를 포함한 알루미노규산염 유리이다. 원뿔 형상의 다이아몬드 팁은 약 105°의 각도를 가진다. 공기로 작동되는 실린더는 약 9 뉴톤의 힘으로, 약 5 mm/s의 스코어링 속도(scoring speed)로, 그리고 약 12°의 드래깅 각도(dragging angle)로 강성 유리 기판의 표면에 다이아몬드 팁을 가한다. 그 공정은 내부 인장 층에 부분적으로 노출된 수선 결함부를 만들어낸다. 다이아몬드 팁의 속성 및 스코어링 공정은 강성 유리 기판의 속성에 따라 달라진다(예를 들면, 유리 기판의 두께, 압축 응력 층의 두께 및 압축 응력 등). 약 90°내지 130°의 범위 내의 각도, 및 약 5 내지 약 20 뉴톤의 가해진 힘을 가진 원뿔 형상의 다이아몬드 팁은 강성 유리 기판의 속성에 따라서 이용될 수 있다. 제한되지 않은 또 다른 예로서, 원뿔 형상의 다이아몬드 팁은 120°의 원뿔 각도를 가질 수 있고, 5°의 드래깅 각도, 3 mm/s의 속도로, 그리고 13 N의 가해진 힘으로 강성 유리 기판에 적용된다.
결함부(112)가 형성된 후에, 레이저원(150)으로부터의 빔(101)은, 빔이 결함부(112)에서 소기의 분리선(104) 상에 입사되도록, 강성 유리 기판(100)의 표면 상으로 안내된다. 빔은 초기에 기판 상으로 안내되고, 그 결과, 결함부(112)는 빔(101)의 타원형 빔 스팟(102) 내에 위치되고, 타원형 빔 스팟(102)의 주요 축(125)은 소기의 분리선(104)과 실질적으로 동일 선상에 있게 된다. 레이저원(150)의 빔이 강성 유리 기판(100)의 표면(130) 상에 위치할 시에, 빔은 압축 표면 층(111)에 복사 열 에너지를 제공하고, 이로 인해, 강성 유리 기판은 소기의 분리선(104)을 따라 열을 받는다. 유리 표면에 가열되는 최대 온도(Tmax)는 일반적으로 유리의 변형점(strain point)(Tg)보다 낮고, 이로써, 가열되는 동안 응력 완화는 방지되고, 쿨링 젯으로 담금질 처리된 이후에 생긴 바람직하지 않은 잔류 응력의 전개도 방지될 수 있다. 강성 유리 기판의 온도는, 예를 들면, 레이저원의 출력, 및 상술된 바와 같이 레이저 빔이 소기의 분리선을 따라 강성 유리 기판의 표면 상에서 전진하는 스크라이빙 속도(v)를 포함한 다양한 파라미터들을 조정함으로써 제어될 수 있다. 빔(101)이 초기에 소기의 분리선(104) 상에 위치된 후, 타원형 빔 스팟(102)은, 제 2 에지(116)로부터 벗어난 종료 위치(113)에 도달할 때까지 스크라이빙 속도(v)로 소기의 분리선(104) 상의 강성 유리 기판(100)의 표면(130)을 따라 전진하고, 이로 인해, 결함부(112)와 종료 위치(113) 사이의 소기의 분리선(104)을 따라 강성 유리 기판의 표면은 가열된다. 타원형 빔 스팟은 강성 유리 기판(100)에 대해 레이저원(150)을 이동시킴으로써, 표면 상에서 이동될 수 있다. 대안으로, 타원형 빔 스팟은 레이저원(150) 및 노즐(160)에 대해 강성 유리 기판(100)을 움직임으로써 이동될 수 있다.
강성 유리 기판의 표면(130)에 스크라이브 벤트(109)를 형성하기 위해, 강성 유리 기판의 가열된 표면은 노즐(160)로부터 방출된 쿨링 젯(105)을 이용하여 냉각되거나 담금질 처리된다. 담금질 처리로 인한 온도의 변화는 장력이 소기의 분리선(104)과 수직을 이룬 방향으로 강성 유리 기판의 표면에서 전개되도록 한다. 도 4를 참조하면, 이러한 장력은 강성 유리 기판의 표면 아래에서 벤트 앞면(140)이 소기의 분리선(104)을 따라 스크라이빙 방향(110)으로 진행하여 제 2 에지(116) 전의 종료 위치(113)의 인접한 곳에서 정지하도록 한다. 종료 위치(113)는 제 2 에지(116)로부터 종료 거리(dterm)만큼 벗어날 수 있다. 본원에 기술된 실시예에서, 벤트(109)는 강성 유리 기판 두께(h)의 4분의 1보다 적은 깊이(d)까지 기판의 표면 아래를 향해 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 깊이(d)는 강성 유리 기판 두께(h)의 대략 15%이다. 강성 유리 기판의 표면을 따라 벤트(109)의 개시를 진행시키기 위해, 온도의 임계치 변화(ΔTTH)는 벤트 개시 및 진행 처리를 하기에 충분한 장력을 발생시키도록, 강성 유리 기판의 표면의 열 처리 및 그 후의 냉각 처리에 의해 초과되어야 한다.
특히, 레이저원(150)으로 강성 유리 기판을 가열하고, 쿨링 젯(105)으로 강성 유리 기판의 가열된 표면을 담금질 처리하는 것은 소기의 분리선(104)과 수직을 이룬 강성 유리 기판의 표면에 장력을 발생시킨다. 상기 장력이 강성 유리 기판(100)을 형성한 물질의 임계치 장력(σTH)을 초과하는 경우, 이전에 존재한 균열부 또는 벤트(109)는 강성 유리 기판에서 진행될 수 있다. 가열 및 냉각 사이클로 인하여 레이저로 발생된 장력은 다음과 같을 수 있다:
Figure 112012052259213-pct00003
, 식(3)
여기서, α는 열 팽창 계수이고, E는 영률(Young's modulus)이며, 그리고 ΔT는 레이저 빔 및 쿨링 젯 담금질 처리 사이클로부터 나온 온도 강하이다. 식 (3)을 사용하여, 레이저 가열 및 쿨링 젯 담금질 처리 사이클 동안 발생될 수 있는 최대 장력은 임의의 유리 유형에 대해 약 100 내지 약 200 MPa를 초과할 수 없다. 이러한 값은 이온 교환 공정을 통하여 생성된 표면 압축보다 현저하게 작다(예를 들면, > 500 MPa). 그러므로, 레이저 스크라이빙 공정은 압축 층에 전체적으로 둘러싸인 스크라이브 벤트를 진행시키기에 충분한 장력을 발생시키지 못한다. 오히려, 강성 유리 기판들 상의 스크라이빙 공정은 간접 공정(indirect process)이다.
도 4를 참조하면, 상술된 장력은 벤트 앞면(140)이 소기의 분리선 상의 스크라이빙 방향(110)으로 강성 유리 기판의 표면(130)을 따라 진행하도록 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 벤트 앞면(140)은 강성 유리 기판(100)의 표면(130) 아래에서 이동한다. 유리 표면 아래의 벤트(109) 개구 처리로 인해, 표면 압축 응력은 완화되고, 유리 표면으로의 벤트(109)의 나아감(breakthrough)은, 벤트 앞면이 강성 유리 기판 내에서 진행될 시에 벤트 앞면(140) 뒤에서 일어난다.
벤트 앞면(140)이 표면(130) 아래에서, 그리고 압축 표면 층(111) 내에서 이동할 시에, 효율적이고 지속적인 담금질 처리는 압축 표면 층(111)에서, 또는 압축 표면 층 주위에서 스크라이브 벤트(109)를 진행시키도록, 장력을 발생시키는데 요구될 수 있다. 담금질 처리 효율은 쿨링 젯(105) 충돌 속도, 노즐(160)에 의해 제공된 쿨링 젯(105)의 체적 측정 흐름(volumetric flow), 및 가열된 강성 유리 기판(100)에 대한 쿨링 젯(105)의 온도 구배에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 쿨링 젯(105)(예를 들면, 물)의 온도는 섭씨 0°바로 위인 안정 온도(stable temperature)로 냉각된다. 쿨링 젯(105)의 온도 및 유량은 적당한 스크라이브 벤트 깊이를 달성하기 위해 공정을 통하는 동안 안정한 상태로 되어 있어야 한다.
질적으로, 이상적인 시스템에서, 강성 유리 기판 표면 상에서 쿨링 젯의 특성 잔류 냉각 시간(characteristic resident cooling time)은 dj/v와 같고, 여기서, dj는 쿨링 젯 코어(core)의 직경이고, v는 스크라이빙 속도이다. 쿨링 젯 코어(107)는 쿨링 젯이 강성 유리 기판의 표면에 충돌하는 쿨링 스팟(106)의 중심 영역이다. 벤트 앞면이 강성 유리 기판 내의 층 깊이(l)에 위치된다고 가정하면, 층 깊이(l)의 값에 담금질 효과가 도달하는데 필요한 시간은 1 차원 열 전도 모델(one-dimensional heat conduction model)을 사용하여 추정될 수 있다. 상기 모델은 특성 시간이 l/4D라 예측하며, 여기서, D는 강성 유리 기판의 열 확산율이다. 그러므로, 쿨링 젯의 직경(dj)은 질적으로 다음과 같이 추정될 수 있다:
Figure 112012052259213-pct00004
, 식(4)
상기의 식은 쿨링 젯 직경(dj)과 강성 유리 기판의 층 깊이 간의 상호 관련성을 제시한다. 냉각 시간은 층 깊이가 증가되는 것과 대응되게 증가되어야 한다.
쿨링 스팟(106)은 타원형 빔 스팟(102)의 트레일링 에지(122)에 인접하게 위치될 수 있다. 도 1a-3을 참조하면, 본원에서 기술된 일 실시예에서, 노즐(160)은, 쿨링 스팟(106)이 소기의 분리선(104) 상의 강성 유리 기판(100)의 표면(130) 상에, 그리고 타원형 빔 스팟(102) 내에 위치하도록 배향된다. 특히, 제시된 실시예의 노즐(160)은, 쿨링 스팟(106)이 타원형 빔 스팟의 중심과 타원형 빔 스팟의 트레일링 에지(122) 간의 타원형 빔 스팟(102) 내에 위치하도록 배향되고, 그 결과, 쿨링 스팟은 도 3에 도시된 바와 같이, 트레일링 에지로부터 거리(z)만큼 이격된다. 이 위치에서, 쿨링 스팟(106)은 레이저원에 의한 가열로 인해 강성 유리 기판의 표면 상에 최대 온도로 있게 되거나 최대 온도 근처의 온도로 있게 된다. 이에 따라서, 강성 유리 기판이 최대 온도로 또는 최대 온도 근처에서, 쿨링 젯에 의해 담금질 처리가 되기 때문에, 최종 온도 변화(ΔT)(유리 표면이 변형 온도(strain temperature)(Tg) 바로 아래까지 가열된다고 가정한 경우)는 온도 임계치의 변화(ΔTTH)를 초과하고, 이로 인해, 결함부(112)로부터 초기에 진행된 벤트(109)의 형성을 용이하게 한다. 도면이 타원형 빔 스팟 내에 위치하고 거리(z)만큼 분리된 쿨링 스팟을 도시하고 있지만, 쿨링 스팟은 트레일링 에지(122) 상에 직접 위치할 수 있거나, 트레일링 에지에 인접하여 타원형 빔 스팟의 외부에 부분적으로 위치할 수 있거나, 또는 타원형 빔 스팟 뒤로 몇 밀리미터만큼 떨어져 위치할 수도 있다. 예를 들면, 보다 두꺼운 강성 유리 기판들에 대해, 쿨링 스팟은 타원형 빔 스팟을 향하여 인접하게 위치할 수 있거나 타원형 빔 스팟 내에 위치할 수 있다. 보다 얇은 강성 유리 기판들에 대해, 쿨링 스팟은 타원형 빔 스팟 내에 위치할 수 있다. 일반적으로, 강성 유리 기판이 얇을수록 Tmax의 위치에 대한 쿨링 젯의 거리는 짧아질 수 있다.
도 1a, 2 및 5를 참조하면, 쿨링 젯(105) 및 쿨링 스팟(106)이 타원형 빔 스팟(102)에 대해 적당하게 배향된 후에, 쿨링 젯 및 레이저원은 결함부(112)에서 시작되어 종료 위치(113)에서 종료되도록, 스크라이빙 방향(110)으로 소기의 분리선(104) 상의 강성 유리 기판(100)의 표면(130)을 따라 전진한다. 강성 유리 기판의 표면이 최대 온도로 가열되고, 최대 온도에서 또는 최대 온도 근처에서 담금질 처리되는 경우, 스크라이브 벤트(109)는 소기의 분리선(104)을 따라서 결함부(112)로부터 종료 위치(113)까지 진행된다. 쿨링 젯/레이저원 및 강성 유리 기판(100)은 소기의 분리선(104)에 따른 벤트 진행 속도인 스크라이빙 속도(v)로 서로 전진한다. 스크라이빙 속도(v)는 일반적으로, 강성 유리 기판의 표면이 유리의 변형 온도 바로 아래까지 가열되는 동안, 강성 유리 기판의 표면의 과열이 방지되도록 선택된다. 스크라이브 벤트(109)가 결함부와 종료 위치 사이에 연장되고 제 1 에지로부터 제 2 에지까지 연장되지 않도록 하는 것은, 제어가능하지 않은 전체 몸체 벤트를 진행시켜 강성 유리 기판(100)을 파괴하지 못하도록 한다. 스크라이브 벤트(109) 형성 이후에, 굽힘 모멘트(bending moment)는 벤트의 일 측 또는 양 측 상의 강성 유리 기판(100)에 가해질 수 있고(예를 들면, 손으로), 이로 인해, 스크라이브 벤트(109)를 따른 강성 유리 기판은 기계적으로 분리될 수 있다.
일 실시예에서, 시스템은, 빔 스팟이 제 1 에지 앞에 제 2 에지 뒤에 시작한 소기의 분리선을 따라 전진하도록 동작될 수 있고, 그 결과, 빔 스팟은 제 1 및 제 2 에지들 모두를 가로지른다. 결함부와 종료점 간에서만 위치하고 제 1 에지로부터 제 2 에지까지 연장되지 않은 스크라이브 벤트를 생성하기 위해서, 쿨링 젯은, 레이저 빔에 의해 발생된 빔 스팟이 결함부 앞에 종료 위치 뒤에서 강성 유리 기판 상에 입사될 시에 "오프(off)" 모드로 동작될 수 있으며, 빔 스팟이 결함부 상에서, 그리고 결함부와 종료 위치 간에서 강성 유리 기판 상에 입사될 시에 "온(on)" 모드로 동작될 수 있다. 그러므로, 쿨링 스팟은 결함부로부터 종료 위치까지 강성 유리 기판의 표면 상에서만 제공된다. 이 방식으로 쿨링 젯을 동작시키는 것은 결함부 앞에 종료 위치 뒤에서 강성 유리 기판의 담금질 처리를 방지하고, 이로 인해, 벤트가 이러한 위치들에서 개구 처리되지 못하도록 하고, 결함부로부터 종료 위치까지 연장되는 스크라이브 벤트를 초래한다.
또 다른 실시예에서, 쿨링 젯은, 쿨링 스팟이 제 1 에지로부터 제 2 에지까지 강성 유리 기판의 표면 상에 제공되도록, 온 모드로 계속해서 동작될 수 있다. 이 실시예에서, 레이저원은, 레이저 빔이 결함부 앞에 종료 위치 뒤에서 강성 유리 기판 상에 입사될 시에 저출력 레벨로 동작될 수 있으며, 레이저 빔이 결함부와 종료 위치 사이에서 강성 유리 기판 상에 입사될 시에 고출력 레벨로 동작될 수 있다. 저출력 레벨은 오프 모드(즉, 제로 복사)일 수 있거나, 일부 출력이 충분하게 낮은 저출력 레벨일 수 있고, 그 결과, 레이저 빔은 벤트가 개구되기에 충분한 온도로는 강성 유리 기판을 가열하지 못한다. 고출력 레벨은 상술된 바와 같이 벤트를 개구시키기 위해 동작가능한 출력 레벨일 수 있다. 이 방식으로 레이저원을 동작시키는 것은 결함부와 종료 위치 간에서 제어된 벤트 진행을 제공하며, 강성 유리 기판의 에지들에서는 그러하지 아니하다.
종료 위치를 지나 제 2 에지를 향하여 벤트가 연장되지 못하도록 하는 것은 또한 종료 위치 근처에서 증가된 출력 레벨로 레이저원을 동작시킴으로써 실행될 수 있고, 그 결과, 벤트 진행 속도는 강성 유리 기판의 이동 속도보다 빠르다. 레이저 스크라이빙 동작에서, 레이저로 발생된 벤트는 통상적으로 강성 유리 기판에 대해 레이저 빔 및 쿨링 젯의 상대 이동과 동일한 속도로 진행될 수 있다. 그러나, 레이저원의 레이저 출력을 증가시키면, 벤트는 강성 유리 기판의 이동 속도보다 빨리 이동할 수 있고, 그 결과, 벤트는 레이저 빔 스팟에 의해 제공되고 레이저로 가열된 영역으로 진행된다. 벤트 앞면(140)이 레이저로 가열된 영역으로 들어갈 시에, 벤트 앞면은 쿨링 켓과 함께 레이저원의 증가된 출력에 의해 담금질이 처리되고, 진행은 전적으로 정지된다. 그러므로, 벤트 진행은 종료 위치 근방에서 레이저원의 출력을 증가시킴으로써 제어 가능하게 정지될 수 있다.
벤트가 제 1 에지와 결함부 사이에서, 그리고 종료 위치와 제 2 에지 사이에서 개구되지 못하도록 하는 것은 또한, 레이저 빔이 제 1 에지와 결함부 사이에, 그리고 종료 위치와 제 2 에지 사이에 위치할 시에는 고속으로, 그리고 레이저 빔이 결함부와 종료 위치 사이에 위치할 시에는 저속으로 강성 유리 기판을 이동시킴으로써 실현될 수 있다. 이는 강성 유리 기판과 레이저 빔 사이의 상대 운동의 속도 프로파일(speed profile)로 기술될 수 있다. 고속은 벤트가 개구되지 못하기에 충분히 빠른 유리 이동 속도여야 하는 반면, 저속은 스크라이브 벤트를 형성하기 위해 벤트가 개구될 수 있는 유리 이동 속도(즉, 스크라이빙 속도(v))여야 한다. 결함부 앞에 종료점 뒤에서 유리 이동 속도를 높임으로써, 스크라이브 벤트는 결함부와 종료 위치 사이에서만 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본원에 기술된 방법의 실시예는 또한, 빔 스팟 및 쿨링 스팟이 차폐 영역에서 강성 유리 기판의 표면에 도달하지 못하도록, 레이저 차폐부들(141, 142)을 이용할 수 있으며, 이때 상기 차폐 영역은 유리 기판의 에지들과, 각각의 결함부들과, 종료 위치 사이에 있는 강성 유리 기판 주변에 위치한다. 예를 들면, 차폐 영역은 결함부(112)로부터 제 1 에지(114)까지, 그리고 종료 위치(113)로부터 제 2 에지(116)까지 연장될 수 있다. 레이저 차폐부들(141, 142)은 예를 들면 차폐 영역들에서 레이저 복사가 강성 유리 기판에 들어가 강성 유리 기판을 가열시키지 못하도록 할 수 있는 금속 물질 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 도 6에 제시된 실시예에서, 제 1 레이저 차폐부(141)는 제 1 에지(114)에서 강성 유리 기판(100)에 적용되도록 구성됨으로써, 제 1 차폐 표면(141)은 제 1 차폐 영역을 덮는다. 이와 유사하게, 제 2 레이저 차폐부(142)는 제 2 에지(116)에서 강성 유리 기판(100)에 적용되도록 구성됨으로써, 제 2 차폐 표면(143)은 제 2 차폐 영역을 덮는다. 다른 레이저 차폐부 구성도 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 레이저 차폐부들은 강성 유리 기판(100)(예를 들면, 강성 유리 기판의 상부 표면만 제 1 에지와 제 2 에지에서 차폐됨)에 부착된 평평한 금속 시트(flat metal sheet)로 구성될 수 있다. 강성 유리 기판이 빔 스팟 및 쿨링 켓에 대해 이동될 시에, 레이저 차폐부들(141, 142)은 벤트가 제 1 및 제 2 차폐 영역들에서 개구되지 못하도록 하고, 이로 인해, 결함부로부터 종료점까지 연장된 스크라이브 벤트가 가능해진다.
또 다른 실시예에서, 얇은 열 전도성 코팅은 레이저 차폐부들로서 강성 유리 기판(100)의 에지들 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 얇은 열 전도성 코팅은 터치 감지 스크린 상에 접촉부들을 형성하기 위해 통상적으로 사용되는 금속 전극 물질일 수 있다. 열 전도성 코팅은 마스크를 사용하여 강성 유리 기판(100)에 적용될 수 있다. 이러한 물질은 상술된 바와 같이 열 차폐 효과도 제공할 수 있다.
상술된 방법은 하나 이상의 벤트들을 강성 유리 기판들에서 형성되기 위해 사용되어, 스크라이브-앤-브레이크 기법의 사용을 용이하게 함으로써, 상기와 같은 강성 유리 기판들을 복수의 작은 부분들로 분리시킬 수 있다. 예를 들면, 도 7-11은 본원에서 기술된 벤트 형성 방법을 사용하여 강성 유리 기판(100)을 복수의 부분들로 분리시키는 방법을 도해로 나타낸다.
도 7을 참조하면, 도시된 바와 같이, 강성 유리 기판(100)은 상부 표면 또는 제 1 표면(130)을 포함한다. 강성 유리 기판(100)은 상술된 바와 같이, 제 1 에지(114)로부터 벗어난 제 1 표면(130) 상의 제 1 수선 결함부(112a)를 강성 유리 기판(100)의 표면에 도입시킴으로써, 복수의 부분들로 분리될 수 있다. 제 1 수선 결함부(112a)는 기계 장치의 스크라이브, 예를 들면, 다이아몬드 팁 또는 카바이드 포인트(carbide point) 또는 휠을 이용하여, 또는 레이저 절삭으로, 강성 유리 기판(100)의 표면에 형성될 수 있다. 복수의 추가 수선 결함부들, 예를 들면, 제 2 수선 결함부(112b) 및 제 3 수선 결함부(112c)는 또한 추가적인 스크라이브 벤트들을 생성시키기 위해, 제 1 표면(130)에 적용될 수 있고, 이로 인해, 강성 유리 기판(100)은 복수의 부분들로 분리될 수 있다. 추가적인 결함부의 임의의 개수가 제 1 표면(130)에 있을 수 있다.
그 후, 벤트는 상술된 하나 이상의 벤트 형성 기법을 사용하여, 제 1 수선 결함부(112a)를 통해 제 1 종료 위치(113a)로 연장된 제 1 소기의 분리선(104a)에 따른 강성 유리 기판(100)에 개구될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, CO2 레이저의 타원형 빔 스팟은 제 1 수선 결함부(112a) 상으로 안내됨으로써, 타원형 빔 스팟의 주요 축은 실질적으로 제 1 소기의 분리선(104a) 상에서 정렬된다. 쿨링 젯은 또한 강성 유리 기판 상으로 안내됨으로써, 쿨링 젯의 쿨링 스팟은 빔 스팟의 트레일링 에지에 인접하게 위치한다.
그 후, 타원형 빔 스팟 및 쿨링 스팟은 제 1 소기의 분리선(104a)을 따라 강성 유리 기판의 표면 상에서 안내되고, 이로 인해, 강성 유리 기판에서 제 1 벤트는 개구되고, 이때 상기 제 1 벤트는 강성 유리 기판의 두께를 통하여 부분적으로 연장되고, 상술된 바와 같이 제 1 스크라이브 벤트를 형성할 수 있다. 일반적으로, 강성 유리 기판(100)의 제 1 벤트는 일반적으로 강성 유리 기판의 두께(h)의 4분의 1 미만의 두께를 통해 연장된다.
이와 유사하게, 제 2 스크라이브 벤트는 제 2 소기의 분리선(104b)을 따라 형성될 수 있고, 이때 상기 제 2 소기의 분리선은 제 2 수선 결함부(112b)에서 시작되어 제 2 종료 위치(113b)에서 종료되며, 그리고 제 3 스크라이브 벤트는 제 1 스크라이브 벤트의 형성에 관하여 상술된 바와 같이, 제 3 소기의 분리선(104c)을 따라 형성되고, 이때 상기 제 3 소기의 분리선은 제 3 수선 결함부(112c)에서 시작되어 제 3 종료 위치(113c)에서 종료된다.
제 1, 제 2 및 제 3 스크라이브 벤트들이 강성 유리 기판(100)에 형성될 시에, 강성 유리 기판은, 굽힘 모멘트를 스크라이브 벤트들에 가함으로써, 기계적으로 스크라이브 벤트들을 따라 복수의 부분들로 분리될 수 있다. 예를 들면, 제 1 스크라이브 벤트 주위의 강성 유리 기판(100)에 굽힘 모멘트를 가함으로써 강성 유리 기판이 제 1 스크라이브 벤트를 따라 분리될 시에, 최종적인 부분들은 제 2 및 제 3 스크라이브 벤트 주위에 굽힘 모멘트를 받음으로써 작은 부분들로 더 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 강성 유리 기판(100)은 4 개의 별개 부분들로 분할될 수 있다. 다수이거나 소수인 스크라이브 벤트들이 강성 유리 기판을 다수이거나 소수인 별개 부분들로 분리하기 위해 형성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본원에서 기술된 스크라이브 벤트들을 형성하는 방법은 또한 크로스-스크라이브(cross-scribe) 강성 유리 기판들에 사용될 수 있다. 강성 유리 기판을 크로스-스크라이빙하기 위해, 2 개의 상호 교차하는 스크라이브 벤트들은 강성 유리 기판 대부분에 형성될 수 있다. 레이저 크로스-스크라이빙하는 것은 제 1 방향으로 레이저 스크라이빙하는 것, 이후에 제 2 방향으로 레이저 스크라이빙하는 것을 포함한다.
도 8을 참조하면, 제 1 수선 결함부(112a)는 제 1 에지(114)에 인접하여 도입될 수 있고, 제 2 수선 결함부(112b)는 제 3 에지(117)에 인접하여 도입될 수 있다. 제 1 및 제 2 수선 결함부들(112a, 112b)은 제 1 및 제 2 소기의 분리선(104a, 104b) 각각에 위치한다. 제 1 및 제 2 소기의 분리선(104a, 104b)은 교차점 위치(170)에서 서로 교차한다. 상술된 바와 같이, 레이저 빔 및 쿨링 젯은 도 9에 도시된 바와 같이, 스크라이브 벤트들(109a 및 109b)을 개구 처리하도록 강성 유리 기판(100)의 표면 상에서 이동될 수 있고, 이때 상기 스크라이브 벤트들은 제 1 및 제 2 종료 위치들(113a 및 113b) 각각에서 종료된다. 제 1 및 제 2 종료 위치들(113a 및 113b)은 제 2 및 제 4 에지들(116 및 119) 각각에 인접하여 위치한다. 강성 유리 기판(100)이 정사각형 구성으로 도시되었지만, 다른 구성도 가능하고, 예를 들면, 원형 구성 등과 같은 구성도 가능하다. 원형 구성에서는 예를 들면,제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 에지들 등과 같은 별개의 에지들이 있을 수 없다. 에지들은 설명의 용이성을 위해, 그리고 제한받음 없이, 본원에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 에지들의 윤곽으로 도시된다.
도 9를 참조하면, 유리 기판들의 크로스-스크라이빙은 제 2 레이저 스크라이빙 공정(scribing pass) 동안 제 2 스크라이브 벤트(109b)가 교차점 위치(170)에서 제 1 스크라이브 벤트(109a)를 가로지르는 것을 필요로 한다. 제 1 스크라이빙 공정 동안, 형성된 제 1 스크라이브 벤트(109a)에서의 불연속성으로 인해, 교차점 위치(170)에서 국부적인 유리 기판 온도는 제 2 스크라이빙 공정 동안에 제 2 소기의 분리선(104b)에 따른 다른 영역들보다 크다. 온도가 교차점 위치(170)에서 크기 때문에, 제 2 벤트(109b)는 제 1 스크라이브 벤트(109a) 아래에서 이동하고, 교차점 위치에서 내부 인장 층으로 보다 깊이 들어갈 것이다. 이는 벤트 앞면(140)에서 보다 높은 인장력을 일으킨다(도 4). 벤트 앞면(140)에서의 높은 온도 및 국부적인 열 팽창은 제 2 소기의 분리선(104b)에 따른 다른 영역들보다 깊은 교차점 위치(170)에 인접하여 벤트 성장을 초래할 수 있다.
제한되지 않은 예로서, 도 10a는 이온 교환 공정에 의해 화학 작용으로 강하게 된 1.1 mm 두께의 알루미노규산염 유리 기판에 형성된 제 1 스크라이브 벤트(109a)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 압축 응력 층의 깊이는 약 34 ㎛이고, 압축 응력은 약 620 MPa이다. 내부 인장 층 내의 중심 인장력은 약 21 MPa이다. 도 10a에 도시된 제 1 스크라이브 벤트(109a)는, 주파수가 20 kHz이고, 듀티 사이클이 18%이고 출력이 182 W로 동작되는 CO2 레이저 빔의 적용에 의해 발생된다. 레이저 빔 및 쿨링 젯은 162 mm/s의 스크라이빙 속도로 이동된다. CO2 레이저 빔은, 길이(a)가 42 mm이고 폭(b)이 2.5 mm인 타원형 빔 스팟을 발생시킨다. 쿨링 젯은 유량이 16 sccm인 물이다. 최종적인 제 1 스크라이브 벤트(109a)는 약 155 ㎛의 벤트 깊이(di)를 가진다.
도 10b는 제 1 스크라이브 벤트(109a)와 동일한 스크라이빙 공정에 의해 생성된 제 2 스크라이브 벤트(109b')의 단면도를 도시한다. 제 1 스크라이브 벤트(109a)의 위치는 화살표로 표시된 109a로 나타낸다. 개략적인 도면은, 우선 제 2 스크라이브 벤트(109b')를 따라 기계적으로 파괴된 강성 유리 기판을 도시한다. 그러므로, 제 1 스크라이브 벤트(109a)는 도면 내외로 도시된다. 제 2 스크라이브 벤트(109b')는 교차점 위치(170')와는 다른 영역들에서 약 158 ㎛의 벤트 깊이(d2')를 가진다. 그러나, 제 2 스크라이브 벤트(109b')는, 교차점 위치(170')에서 벤트 깊이(dai')가 약 175 ㎛인 제 1 스크라이브 벤트(109a) 아래로 이동한다.
일 실시예에서, 교차점 위치(170)에서 벤트 깊이(d2i)는 제 2 스크라이빙 공정 동안 스크라이빙 속도를 증가시킴으로써 감소될 수 있고, 그 결과, 제 2 스크라이빙 공정 동안 스크라이빙 속도는 제 1 스크라이빙 공정 동안 스크라이빙 속도보다 크다. 제 2 스크라이브 벤트(109b)가 교차점 위치(170)에서 제 1 스크라이브 벤트(109a)를 가로지를 시에, 교차점 위치(170)에서 제 2 스크라이브 벤트(109b)의 벤트 깊이(dai)는 제 1 스크라이브 벤트(109a)의 벤트 깊이(d1)와 유사할 수 있다.
도 10c는 상호 교차하는 스크라이브 벤트들(109a 및 109b)의 예를 도시하고, 스크라이빙 속도는 제 1 스크라이빙 공정 동안보다 제 2 스크라이빙 공정 동안이 크다. 제 1 스크라이브 벤트(109a)는 상술된 바와 같이 생성되고, 그 위치는 화살표로 표시된 109a로 나타난다. 이 예에서, 제 2 스크라이빙 공정 동안 스크라이빙 속도는 약 172 mm/s이다. 보다 높은 스크라이빙 속도로 인해, 교차점 위치(170)와는 다른 영역에서의 제 2 스크라이브 벤트(109b)의 벤트 깊이(d2)는 약 143 ㎛이다. 도 10c에 도시된 바와 같이, 교차점 위치(170)에서 제 2 스크라이브 벤트(109b)의 벤트 깊이(dai)는, 제 1 스크라이브 벤트(109a)의 벤트 깊이(di)의 155 ㎛미만인 약 154 ㎛이다. 그러므로, 교차점 위치(170)에서 제어 가능하지 않은 전체 몸체 분리는 교차점 위치(170)에서 제 2 스크라이브 벤트(109b)의 보다 얕은 벤트 깊이(dai)에 의해 방지될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 교차점 위치(170)에서 제 2 스크라이브 벤트(109b)의 벤트 깊이(dai)는 제 2 스크라이브 벤트(109b)를 생성하기 전에 교차점 위치(170)에서 제 1 스크라이브 벤트(109a)를 우선 녹임으로써 최소화될 수 있다. 제 1 스크라이브 벤트(109a)를 녹임으로써, 제 2 벤트(109b)는 제 2 스크라이빙 공정 동안 교차점 위치(170)에서 다소 작은 변화(fewer perturbations)가 있을 수 있다.
제 1 스크라이브 벤트(109a)는 레이저 빔 및 쿨링 젯의 벤트 형성 공정(vent preparation pass) 동안, 벤트 형성선(vent preparation line)을 생성함으로써, 교차점 위치(170)에서 녹을 수 있다. 벤트 형성선은 제 2 소기의 분리선(104b)(도 8)과 일직선을 이룰 수 있고, 그 결과, 레이저 빔 및 쿨링 젯은 제 2 스크라이브 벤트(109b)가 형성될 시에 동일한 경로를 따를 것이다. 벤트 형성 공정 동안의 레이저 빔 및 쿨링 젯의 이동 속도는 제 1 및 제 2 스크라이빙 공정 동안의 스크라이빙 속도보다 크다. 예를 들면, 일 실시예에서, 이동 속도는 제 1 및 제 2 스크라이빙 공정 동안보다 벤트 형성 공정 동안이 10% 이상으로 빠를 수 있다.
제 1 스크라이브 벤트(109a)에 의해 생성된 교차점 위치(170)에서의 불연속성으로 인해, 유리 물질은 유리 물질의 연화 또는 융해가 일어나도록 벤트 형성 공정 동안 교차점 위치(170)에서 과열될 수 있다. 상기와 같은 방식으로, 제 1 스크라이브 벤트(109a)는 교차점 위치(170)에서 녹을 수 있다. 레이저 빔 및 쿨링 젯은 벤트 형성 공정 동안 교차점 위치(들)에서만 동작될 수 있거나, 또는 제 2 소기의 분리선(104b)을 따라 계속적으로 동작될 수 있다. 벤트 형성 공정은, 제 1 및/또는 제 2 스크라이브 벤트들을 생성하는 레이저 빔에 의해, 또는 별개의 레이저 빔의 사용에 의해 실행될 수 있다.
벤트 형성 공정이 완료된 후에, 제 2 스크라이브 벤트(109b)는 제 1 스크라이브 벤트(109a)를 형성하는데 이용되는 동일한 레이저 스크라이빙 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 제 2 스크라이브 벤트(109b)는, 교차점 위치(170)에서 녹거나 봉해진 제 1 스크라이브 벤트(109a)를 가로질러 갈 것이다. 벤트 형성 공정은 전체 몸체 분리의 발생을 감소시키기 위해, 교차점 위치에서 제 2 스크라이브 벤트(109b)의 벤트 깊이(d2i)를 최소화시킬 수 있다.
제한되지 않은 예로서, 36 ㎛ 깊이의 압축 응력 층(층의 깊이) 내에서 압축 응력이 약 625 MPa이고, 중심 인장력이 약 21 MPa이고, 화학 작용으로 강하게 된 알루미노규산염 유리 기판은 상술된 벤트 형성 공정 방법을 이용하여 분리된다. 강성 유리 기판 크기는 370 mm ×(by) 470 mm이다. CO2 레이저는 18%의 듀티 사이클 및 181 W의 레이저 출력을 가지면서, 20 kHz로 동작된다. 레이저 빔은, 길이(a)가 41 mm이고 폭(b)이 2.5 mm인 타원형 빔 스팟을 발생시키도록 구성된다. 쿨링 젯은, 150 ㎛의 오리피스 및 14 sccm 유량을 갖는 노즐에 의해 생성된 워터 젯이다. 제 1 스크라이빙 공정 동안 스크라이빙 속도는 162 mm/s이다. 벤트 형성 공정은 제 2 스크라이빙 공정 전에 벤트 형성선을 생성하기 위해 실행된다. 벤트 형성 공정 동안 레이저 빔 및 쿨링 젯의 이동 속도는 180 mm/s이다. 벤트 형성 공정 이후에, 제 2 스크라이브 벤트는 제 2 스크라이빙 공정 동안 생성되고, 제 2 스크라이빙 공정 동안의 스크라이빙 속도는 162 mm/s이다. 강성 유리 기판은 성공적으로 크로스-스크라이빙된다.
이제, 도 11을 참조하면, 다수의 상호 교차하는 스크라이브 벤트들은 강성 유리 기판들 내에 형성될 수 있다. 수직 방향 에지-이탈 결함부들(112d-112f)은, 각각의 상호 교차점들(170a-170i)에서 상술된 제 1, 제 2 및 제 3 스크라이브 벤트들을 포함한 제 1 세트의 스크라이브 벤트들과 상호 교차하는 제 2 세트의 스크라이브 벤트들을 형성하기 위해, 강성 유리 기판의 제 3 에지(117) 상에 형성될 수 있다. 이해하여야 하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 세트의 스크라이브 벤트들은 다수의 스크라이브 벤트들을 포함할 수 있다. 제 4 결함부(112d), 제 5 결함부(112e) 및 제 6 결함부(112f)는 제 3 에지(117)로부터 벗어나 형성된다. 상술된 바와 같이, 결함부들은 예를 들면, 기계 장치의 스크라이브 또는 레이저 절삭으로 형성될 수 있다. 결함부들(112d-112f)은, 교차점 위치들(170a-i) 각각에서 상호 교차하는 제 1, 제 2 및 제 3 소기의 분리선들(104a-c)과 상호 교차하는 제 4, 제 5 및 제 6 소기의 분리선들(104d-f) 상에 위치하고, 상기 분리선들(104d-f)과 수직을 이룰 수 있다. 제 4, 제 5 및 제 6 소기의 분리선(104d-f)이 제 1, 제 2 및 제 3 소기의 분리선(104a-c)과 수직을 이루는 것으로 도시하였지만, 실시예들은 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 소기의 분리선들은 분리된 유리 부분들의 소기의 형상을 생성하기 위해 각도가 질 수 있거나 만곡될 수 있다. 제 4, 제 5 및 제 6 스크라이브 벤트들은 제 4, 제 5 및 제 6 결함부들(112d-f)과 제 4, 제 5 및 제 6 종료 위치들(113d-f) 각각 사이에서 생성될 수 있다.
제 1 및 제 2 세트의 스크라이브 벤트들은 상술된 크로스-스크라이빙 방법에 따라 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 세트의 스크라이브 벤트들(즉, 제 1, 제 2 및 제 3 스크라이브 벤트들)은 상술된 바와 같이 형성될 수 있다. 제 1 세트의 스크라이브 벤트들의 형성 이후에, 제 2 세트의 스크라이브 벤트들(즉, 제 4, 제 5 및 제 6 스크라이브 벤트들)은 제 1 스크라이빙 공정의 스크라이빙 속도보다 빠른 스크라이빙 속도를 가진 제 2 스크라이빙 공정으로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 벤트 형성 공정은 제 2 세트의 스크라이브 벤트들을 형성하기 전에 이용될 수 있다. 단일 레이저 빔 및 쿨링 젯은 각각의 스크라이브 벤트를 형성하기 위해 사용될 수 있거나, 또는 복수의 레이저 빔들 및 쿨링 젯들은 사용될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔 및 쿨링 젯의 수는 소기의 스크라이브 벤트의 수와 동일할 수 있고, 그 결과, 각각의 스크라이브 벤트는 해당 레이저 빔 및 쿨링 젯에 의해 형성된다.
이제, 이해되어야 하는 바와 같이, 본원에 기술된 방법은, 강성 유리 기판들, 예를 들면, 붕규산염 유리로 구성된 강성 유리 기판들, 및 이온 교환을 통하여 강하게 된 알루미노규산염 유리를 포함한 알루미노규산염 유리로 형성된 강성 유리 기판들을 분리시키기 위해 사용될 수 있다. 본원에 기술된 방법은 강성 유리 기판들이 스크라이브-앤-브레이크 공정에 의해 분리되도록 할 수 있고, 스크라이브 벤트는 유리 기판의 에지와 접촉되지 않은 유리 기판의 표면 상에 형성된다. 본원에 기술된 스크라이브 벤트가 적용되고 스크라이브 벤트를 갖는 강성 유리 기판들은 스크라이브 벤트를 따라 유리 기판에 힘을 가함으로써 분리될 수 있다. 본원에 기술된 방법은 또한 강성 유리 기판들이 상호 교차하는 스크라이브 벤트들을 형성함으로써, 크로스-스크라이빙되도록 할 수 있다.
기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 명백한 바와 같이, 다양한 변형 및 변화는 본 발명의 기술 사상 및 권리 범위를 벗어남 없이 본원에서 기술된 실시예들로 이루어질 수 있다. 이로써, 의도한 바와 같이, 상기와 같은 변형 및 변화가 제공되고 본원에 기술된 다양한 실시예의 변형 및 변화를 포함하는 명세서는 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 권리 범위 내에 속해 있다.

Claims (20)

  1. 압축 표면 층 및 내부 인장 층을 포함한 강성 유리 기판에, 상호 교차하는 스크라이브 벤트를 형성하는 방법에 있어서,
    압축 표면 층을 통해 내부 인장 층이 부분적으로 노출되고, 강성 유리 기판의 제 1 에지로부터 벗어나는 제 1 결함부를 형성하는 단계;
    상기 압축 표면 층을 통해 상기 내부 인장 층이 부분적으로 노출되고, 상기 강성 유리 기판의 제 2 에지로부터 벗어나는 제 2 결함부를 형성하는 단계;
    제 1 스크라이빙 속도로 상기 강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 1 스크라이빙 방향으로 상기 압축 표면 층을 통해 제 1 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계; 및
    상기 제 1 스크라이빙 속도 이상인 제 2 스크라이빙 속도로 상기 강성 유리 기판의 표면 상에서 상기 레이저 빔 및 상기 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 2 스크라이빙 방향으로 상기 압축 표면 층을 통해 제 2 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 스크라이브 벤트는 상기 제 1 결함부에서 시작되어, 상기 강성 유리 기판의 에지로부터 벗어난 제 1 종료 위치에서 종료되며,
    상기 제 2 스크라이브 벤트는 상기 제 2 결함부에서 시작되고, 교차점 위치에서 상기 제 1 스크라이브 벤트와 상호 교차하여, 상기 강성 유리 기판의 에지로부터 벗어난 제 2 종료 위치에서 종료되는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 스크라이빙 속도는, 상기 강성 유리 기판 내의 제 2 스크라이브 벤트의 깊이가 상기 교차점 위치와는 다른 영역에서 상기 제 1 스크라이브 벤트의 깊이보다 얕아지도록 하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  3. 압축 표면 층 및 내부 인장 층을 포함한 강성 유리 기판에, 상호 교차하는 스크라이브 벤트를 형성하는 방법에 있어서,
    강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 1 스크라이빙 방향으로 압축 표면 층을 통해 제 1 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계;
    상기 제 1 스크라이브 벤트를 교차점 위치에서 녹이는 단계; 및
    상기 제 1 스크라이브 벤트를 상기 교차점에서 녹인 이후에, 상기 강성 유리 기판의 표면 상에서 상기 레이저 빔 및 상기 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 제 2 스크라이빙 방향으로 상기 압축 표면 층을 통해 제 2 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 스크라이브 벤트는 상기 교차점 위치에서 상기 제 1 스크라이브 벤트를 가로지르는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스크라이브 벤트 형성 방법은, 상기 압축 표면 층을 통해 상기 내부 인장 층이 부분적으로 노출된 제 1 결함부 및 제 2 결함부를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 1 결함부는 상기 제 1 스크라이빙 방향과 수직을 이루고, 상기 강성 유리 기판의 제 1 에지로부터 벗어나며, 상기 제 2 결함부는 상기 제 2 스크라이빙 방향과 수직을 이루고, 상기 강성 유리 기판의 제 2 에지로부터 벗어나고,
    상기 제 1 스크라이브 벤트는 상기 제 1 결함부에서 시작되어, 상기 강성 유리 기판의 에지로부터 벗어난 제 1 종료 위치에서 종료되며,
    상기 제 2 스크라이브 벤트는 상기 제 2 결함부에서 시작되어, 상기 강성 유리 기판의 에지로부터 벗어난 제 2 종료 위치에서 종료되는 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 스크라이브 벤트 형성 방법은, 상기 에지들과, 상기 제 1 및 제 2 결함부들과, 상기 제 1 및 제 2 종료 위치들 사이의 강성 유리 기판 주변을 따라 위치된 강성 유리 기판의 차폐 영역에 하나 이상의 레이저 차폐부들을 적용하는 단계를 더 포함하며,
    상기 레이저 차폐부들은 상기 레이저 빔 및 상기 쿨링 젯이 상기 차폐 영역의 강성 유리 기판 표면 상에 입사하지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 강성 유리 기판의 표면 상에 타원형 빔 스팟을 조사하고,
    상기 쿨링 젯은 쿨링 스팟을 레이저 빔으로서 상기 타원형 빔 스팟 내에서 만들어내고, 상기 쿨링 젯은 상기 강성 유리 기판의 표면 상에서 이동되며,
    상기 타원형 빔 스팟에 의해 발생된 열, 및 상기 쿨링 스팟에 의해 제공된 담금질 처리는 상기 제 1 및 제 2 스크라이브 벤트들을 생성하는 동안 상기 강성 유리 기판의 압축 표면 층 내의 표면 아래에서 진행되는 벤트 앞면을 생성하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 타원형 빔 스팟은 상기 압축 표면 층 상에서 주요 축 및 보조 축을 포함하고, 상기 주요 축은 스크라이빙 방향과 일직선을 이루고,
    상기 타원형 빔 스팟의 보조 축의 폭(b)은 다음 식으로 결정되고:
    Figure 112015104828924-pct00007
    ,
    여기서:
    a는 상기 타원형 빔 스팟의 주요 축의 길이이고;
    P는 상기 레이저 빔의 출력이고;
    Imax는 최대 가능한 레이저 출력 밀도이며; 그리고
    v는 상기 강성 유리 기판의 표면 상의 레이저 빔 및 쿨링 젯의 스크라이빙 속도인 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 결함부 및 상기 제 2 결함부를 형성하는 단계는 90°내지 130°의 범위 내의 각도를 갖는 원뿔 형상의 다이아몬드 스크라이빙 팁을 상기 강성 유리 기판의 표면에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 원뿔 형상의 다이아몬드 스크라이빙 팁은 5 내지 20 뉴톤의 힘과 1°내지 20°의 범위 내의 드래깅 각도로 상기 강성 유리 기판의 표면에 가해지는 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  10. 압축 표면 층 및 내부 인장 층을 포함한 강성 유리 기판에, 스크라이브 벤트를 형성하는 방법에 있어서,
    압축 표면 층을 통해 내부 인장 층이 부분적으로 노출되고, 스크라이빙 방향과 수직을 이루며, 강성 유리 기판의 제 1 에지로부터 벗어나는 결함부를 형성하는 단계; 및
    상기 강성 유리 기판의 표면 상에서 레이저 빔 및 쿨링 젯을 이동시킴으로써, 상기 압축 표면 층을 통해 스크라이브 벤트를 생성시키는 단계를 포함하며,
    상기 스크라이브 벤트는 결함부에서 시작되어, 상기 강성 유리 기판의 제 2 에지로부터 벗어난 종료 위치에서 종료되는 스크라이브 벤트 형성 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 결함부는 상기 제 1 스크라이빙 방향과 수직을 이루며, 그리고 상기 제 2 결함부는 상기 제 2 스크라이빙 방향과 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 스크라이브 벤트 형성 방법.
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