KR200415435Y1 - 직립형 ｌｃｄ 기판용 유리판절단장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유리판의 비드를 레이저빔으로 절단하는 장치에 관한 것으로, 특히 유리 기판을 바닥면에 수직하게 세워 레이저빔으로 절단하는 장치에 관한 것으로, 유리판의 절단개시점에 미소한 크랙을 부여하는 크래킹수단; 상기 크래킹수단의 후방에 연결되어 절단하려고 하는 절단예정선을 따라 레이저빔을 이용하여 스크라이브라인을 생성하는 스크라이빙수단; 상기 스크라이빙수단 후방에 연결되어 위치하여 생성된 스크라이브라인을 따라 레이저빔을 이용하여 유리판을 절단분리하는 브레이킹수단; 상기 크래킹수단과 스크라이빙수단과 브레이킹수단을 절단예정선을 따라 이송시키는 이송수단; 유리판을 흡착하여 바닥면에 대하여 수직으로 세우는 흡착바; 및 유리판의 상단과 하단에 마련되어 유리판에 발생하는 수직응력을 제어하는 그립수단을 포함하는 직립형 유리판절단장치이다.

레이저커팅장치, 유리판커팅장치

Description

직립형 ＬＣＤ 기판용 유리판절단장치{Vertical glass-plate cutting machine for LCD plate}

도 1은 본 고안의 실시장치 1의 개념도.

도 2는 본 고안의 실시장치 1에 의한 작업상태도.

도 3은 본 고안의 실시장치 2의 개념도.

도 4는 본 고안의 실시장치 2에 의한 작업상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2: 레이저 발진기　 3: 집광렌즈

4: 레이저빔 5: 레이저빔

6: 반사경 7: 렌즈

8: 스크라이브빔 조사형태 9: 켄처물질 유출구

10: 켄처물질 공급구 11: 흡입장치

12: 흡입관 13: 레이저빔

14: 반사경 15: 렌즈

16: 브레이킹빔 조사형태 17: 스크라이브라인

19: 절단 예정선 20: 비금속판

21: 초기 크랙 22: 절단부　　

101,102: 석션바 111,112,113,114,115,116: 그립유닛

본 고안은 유리판의 비드를 레이저빔으로 절단하는 장치에 관한 것으로, 특히 유리 기판을 바닥면에 수직하게 세워 레이저빔으로 절단하는 장치에 관한 것이다.

유리판은 제작시 가장자리에 제조상 당연히 형성되는 비드가 존재한다. 다른 가공을 위해서는 이를 절단하여 사용하여야 한다.

액정용 유리판의 경우 그 크기가 방대하여 평면상태로 하여 비드를 자르기 위해서는 넓은 공간을 차지하게 되어, 유리판의 절단에 소요되는 작업장이 규모가 대형화가 되어야 한다.

따라서, 수직으로 세워 절단함으로써 작업공간을 적게 차지하도록 하는 방법이 널리 사용되어 왔다.

종래에는 수직으로 세워서 유리판의 비드를 절단하는 방법은 다이아몬드 등의 초경 재료에 의해 선형의 크랙인 스크라이브라인을 생성한 후, 기계적 응력을 가하여 절단하는 브레이킹을 수행하는 것이었다.

그러나, 유리판에 상기와 같은 크랙을 부여하기 위해서는 소정의 하중으로 유리판을 눌러야 하므로, 횡하중에 의한 유리판의 휨작용이 발생하게 되며, 이를 제거하기 위해서는 크랙을 부여하는 반대면에서 크랙을 부여하는 하중과 같은 하중으로 누르거나, 응력을 받아줄 수 있는 지지대를 설치하여야만 했다.

또한, 스크라이브라인을 깊에 하기 위해 유리판에 압착하는 하중이 커지면 종방향크랙은 깊어지지만, 의도하지 않은 횡방향크랙도 함께 발생한다. 상기와 같은 횡방향크랙이 발생하면 유리기판의 실용적인 강도의 저하, 유리가루에 의한 유리표면의 오염 등의 영향이 나타난다.

따라서, 가공된 가장자리의 품질 확보와 정확성을 얻기 위해 연마와 세정 등의 추가 공정이 요구되어 제품의 원가상승을 초래하게 되었다.

더욱이, 최근 LCD용 유리판과 같이 요구되는 유리의 두께는 점점 얇아졌다. 따라서, 얇은 두께의 유리에 초경재료에 의한 하중의 부여하면 쉽게 깨지는 현상을 발견할 수 있다.

브레이킹작업에서 물리적인 힘을 가하여 최종절단을 완료하는 과정에서 바람직하지 못한 방향으로 균열이 발생하여 가공품질을 저하시키는 문제점이 드러났다.

상기의 문제점을 극복하기 위하여 본 고안의 목적은, 직립상태의 유리판의 절단시 유리에 직접적인 하중을 가하지 않고 열충격에 의해 유리판의 비드를 절단함으로써 절단된 유리판의 품질을 극대화시킬 수 있는 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 유리판의 절단개시점에 미소한 크랙을 부여하는 크래킹수단; 상기 크래킹수단의 후방에 연결되어 절단하려고 하는 절단예정선을 따라 레이저빔을 이용하여 스크라이브라인을 생성하는 스크라이빙수단; 상기 스크라이빙수단 후방에 연결되어 위치하여 생성된 스크라이브라인을 따라 레이저빔을 이용하여 유리판을 절단분리하는 브레이킹수단; 상기 크래킹수단과 스크라이빙수단과 브레이킹수단을 절단예정선을 따라 이송시키는 이송수단; 유리판을 흡착하여 바닥면에 대하여 수직으로 세우는 흡착바; 및 유리판의 상단과 하단에 마련되어 유리판에 발생하는 수직응력을 제어하는 그립수단을 포함하는 직립형 유리판절단장치이다.

상기에서 크래킹수단은 초경도재료로 형성된 노칭크래커, 또는 Nd:YV04인 Pulse Laser를 집광장치에 의해 집광해 조사하는 레이저크래커이다.

상기에서 스크라이빙수단은 제1조사가열수단과, 상기 제1조사가열수단에 의해 가열된 영역에 냉각액을 사용하여 냉각하는 제1냉각수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

브레이킹수단은 제2조사가열수단, 또는 제2조사가열수단과 상기 제2조사가열수단에 의해 가열된 영역에 냉각액을 사용하여 냉각하는 제2냉각수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

*상기의 제1냉각수단 또는 제2냉각수단에 의해 분사된 냉각액을 흡입하는 흡 입수단을 더 포함할 수 있다.

이하, 본 고안을 상세히 설명한다.

본 고안은 레이저를 이용하여 유리를 용융없이 마이크로 크랙의 전파를 응용하여 절단하는 기술로 유리에 이산화탄소 레이저를 조사한 후 가열된 부분을 냉각시킴으로써 유리에 열충격을 주고 이로부터 발생하는 크랙의 방향 및 깊이를 조절하여 크랙의 전파를 제어함으로써 유리를 가공 후 변형이나 결함없이 절단하는 기술이다.

유리에서 열응력은 일시적 응력과 영구응력으로 구분한다. 일시적 응력은 유리가 전이점 이하의 온도에서 열처리되는 경우 발생하는 응력으로, 온도구배의 발생과 함께 발생하고 온도구배의 소실과 함께 소실하는 응력이다.

반면에 영구응력은 온도구배가 없어져도 남아 있는 응력으로서, 유리를 연화온도 근처까지 가열하면 점성유동에 의해 내부의 응력이 소실되며 다시 상온으로 냉각시 표면과 내부의 온도차와 연화온도 근처를 경유하면서 발생하는 급격한 부피수축에 의해 발생하는 응력이다.

본 고안에서는 상기의 일시적 응력을 이용하여 유리를 절단하고자 한다.

상기에서 유리판의 절단 개시점에 미소 크랙을 부여하는 크래킹수단으로서는, 다이아몬드, 석영, 경화유리 등의 초경도재료로 형성된 노칭크래커, 또는 Nd:YV04인 펄스 레이저를 집광장치에 의해 집광해 조사하는 공지기술을 이용한다.

상기의 미소 크랙의 길이는 0.5~5 mm 면 충분하다.

상기 스크라이빙수단은 제1조사가열수단과 제1냉각수단으로 구성된다.

스크라이빙작업은 절단하려고 하는 예정선을 따라 레이저빔을 조사하여 유리판을 가열하고, 상기 레이저빔에 의하여 가열된 부분에 켄칭(quenching)을 하여 스크라이브라인을 발생시키는 작업이다.

예정선의 처음은 상기 크래킹에 의해 결정되며, 이 크랙을 시작으로 스크라이빙작업이 이루어진다.

제1조사가열수단은 레이저빔조사 수단으로서 탄산가스 레이저를 이용해 절단예정선을 따라 가열한다.

제1조사가열수단에 사용하는 레이저빔발진기는, 연속 빔 발진기, 펄스 발진기 중 어느 하나를 스크라이브 공정 및 브레이킹공정에 사용할 수가 있다.

이 중 연속 빔 발진기가 열충격이 적어서, 본 고안의 수단으로서 바람직하다.

그 후, 상기 레이저빔에 의해 가열된 부분을 제1냉각수단이 유체에 의한 냉각을 실시해 열충격에 의한 스크라이브를 발생시킨다.

여기서 유체는, 종래의 냉각 질소 등의 기체뿐만이 아니고, 물미립자를 포함한 공기 또는 액체상의 물이 바람직하다.

상기의 물로는 액정 표시 패널의 TFT 등 반도체의 경우에는 불순물이 없어야 하므로 순수한 물이 바람직하다.

냉각수가 유리판 상에 남는 경우는 진공 흡입 수단을 마련해 제거해도 좋다.

상기의 제1조사가열수단의 레이저빔에 의한 조사는, 초점은 아니고 절단예정선방향으로 긴 타원형인 것이 바람직하다.

즉, 유리판의 절단에 있어서는, 용융 절단과 같이 레이저빔을 모아 초점 조사하는 것이 아니라, 소정의 조사 면적으로, 타원형으로 분산시켜 조사해 절단예정선상을 융점 이하의 고온으로 하는 것이 바람직하다.

그 때문에, 발진기로부터의 레이저 광속(光束)을 1개 이상 렌즈로 조합하여 타원형으로 개광 시키는 것이 바람직하다.

상기 브레이킹수단은 제2조사가열수단, 또는 제2조사가열수단과 제2냉각수단으로 구성된다.

브레이킹작업은 상기 스크라이빙작업으로 형성된 스크라이브라인에 레이저빔을 조사하여 유리판을 가열하여 절단예정선을 따라 형성된 스크라이브라인의 갈라짐을 확산시켜 유리판을 절단하는 작업이다.

또한, 브레이킹작업은 상기의 레이저빔에 의하여 가열된 부분에 켄칭을 하는 작업을 더 포함하는 것도 가능하다.

제2조사가열수단은 레이저빔조사 수단으로서 탄산가스 레이저를 이용해 스크라이빙수단에 의해 형성된 스크라이브라인을 따라 가열한다.

제2조사가열수단에 사용하는 레이저빔발진기는 제1조사가열수단과 마찬가지로 연속 빔 발진기, 펄스 발진기 중 어느 하나를 사용할 수가 있다.

이 중 연속 빔 발진기가 열충격이 적어서, 본 고안의 수단으로서 바람직하다.

그 후, 상기 제2조사가열수단에 의해 가열된 부분을 제2냉각수단이 유체에 의한 냉각을 실시해 열충격에 더하여 유리판의 갈라짐을 향상시킬 수 있다.

여기서 유체는, 종래의 냉각 질소 등의 기체뿐만이 아니고, 물미립자를 포함한 공기 또는 액체상의 물이 사용될 수 있으며, 액정 표시 패널의 TFT 등 반도체의 경우에는 불순물이 없어야 하므로 순수한 물이 바람직하다.

냉각수가 유리판 상에 남는 경우는 진공 흡입 수단을 마련해 제거해도 좋다.

상기의 제2조사가열수단의 레이저빔에 의한 조사는, 제1조사수단과 달리 반원형 또는 뉴브형인 것이 바람직하다.

이는 반원형 또는 튜브형인 빔의 수직선 부분을 제1조사수단측으로 향하게 하여, 에너지분포를 최초보다 최종으로 갈수록 중심부분을 높게 하여 스크라이브라인을 가열하는 것이 절단에 바람직하기 때문이다.

그 때문에, 발진기로부터의 레이저 광속(光束)을 1개 이상 렌즈로 조합하여 타원형으로 개광 시키는 것이 바람직하다.

이송수단은 상기 크래킹수단과 스크라이빙수단과 브레이킹수단을 절단예정선을 따라 이송시키는 역할을 한다.

이송수단은 반드시 아래에서 위로 움직이는 것이 바람직하다.

이송수단의 이송속도는 변동이 가능하며, 절단초기영역에는 다소 이송속도를 낮추는 것이 절단면의 품질을 높이는데 바람직하다.

흡착바는 진공으로 유리판을 흡착하여 바닥면에 대하여 수직으로 세운다.

유리판을 진공흡착할 때 절단하고자 하는 라인 주변의 전구간에 동일한 압력으로 흡착하여야 유리판에 불균일한 응력장이 생기는 것을 막을 수 있다.

또한, 흡착바 자체의 평면도를 유지하여야만 수직 절단이 올바르게 이루어질 수 있다.

그립수단은 유리판에 내재되어 있는 응력외에 추가적으로 응력을 생성하지 않게 하기 위해 유리판의 상단과 하단에 다수개가 설치된다.

또한, 유리기판의 길이가 길어지면 세웠을 때, 자중에 의한 버클링이 발생할 수 있기 때문에 그립수단이 필요하게 된다.

각각의 그립수단은 평행도 유지에 주의하여야 하며, 상기 흡착바와도 평형을 유지하여야 한다.

이하 상기의 고안의 실시예를 위한 실험장치를 도면을 통해 설명한다.

[실시예1]

도 1은 본 고안의 실시예 1의 사시도이고, 도 2는 유리판에 정사영된 레이저빔 또는 냉각액 등의 모습이다.

크래캉수단으로는 Nd:YVO4 펄스 레이저를 사용하였으며, 발진기(2)와 렌즈(3)가 구비된다.

발진기(2)로부터 나온 레이저빔은 렌즈(3)에 의해 집광되어 소재에 조사되어 노칭(21)을 내며, 제1조사수단을 구성한다.

제1가열수단의 조사된 레이저빔은 타원형을 이루게 하였다.

제1냉각수단으로 상기 탄산가스레이저에 의하여 가열된 부분에 켄칭(quenching)을 하여 크랙을 발생시키는 켄처를 설치하고, 켄처의 바로 뒤에는 제1흡입장치를 마련한다.

레이저빔에 의해 가열된 부분을 냉각시키는 켄처물질은 유체로써, 종래의 냉각 질소등의 기체 뿐만이 아니고, 물미립자를 포함한 공기 또는 액체상의 물이 바람직하다.

켄처물질주입구(10)로 켄처물질이 주입되어 켄처물질유출구(9)로 배출되어 소재를 냉각시킨다.

켄처물질이 비금속판상에 남는 경우는 흡입장치를 이용해 제거하여야 차후의 공정에 악영향을 끼치지 않는다.

제1흡입장치는 흡입구(9)와 흡입관(12)로 구성되었다.

상기 타원의 단위면적 및 단위시간 당, 상기의 본 특정 조사 강도로 함으로써 매끄럽고 깊은 스크라이브라인을 생성시킬 수가 있다.

상기 가열광학기구에는 출력조절기(도시생략)가 내장되어 외부의 입력에 의해 레이저빔의 출력을 조절할 수 있도록 한다.

브레이킹수단은 제2조사가열수단을 이용하며, 조사된 레이저빔은 원형, 반원형 또는 튜브상으로 하여 열량을 집중시킨다.

제2조사가령수단의 구조는 제1조사가열수단과 실질적으로 유사하다.

이송장치(도시생략)는 이송속도를 제어하는 이송컨트롤러(도시생략)와 연결되어 원하는 이송속도로 장치를 이송시키는 것이 가능하다.

흡착바(101,102)는 유리판의 절단작업이 진행되는 반대면에서 유리에 흡착되도록 한다.

흡착바(101,102)는 전체적으로 균일한 압력의 진공으로 하여 유리판에 불균 일한 응력을 발생시키지 않도록 하였다.

그립수단(111,112,113,114,115,116)은 상단에 3개, 하단에 3개씩 마련하였다.

각기 그립수단 간 및 흡착바와 평행도를 유지하도록 설치하였다.

[실시예 2]

도 3은 본 고안의 실시예 2의 사시도이고, 도 4는 유리판에 정사영된 레이저빔 또는 냉각액 등의 모습이다.

실시예 1에 비하여 브레이킹수단에 의하여 가열된 부분에 켄칭(quenching)을 하는 켄처를 더 포함하였다.

켄처를 더 포함시키는 것이 절단면을 매끄럽게 하고 절단효율을 높이는데 유리하며, 절단면이 용융하는 것을 막아 치수오차를 줄일 수 있다.

본 고안을 통하여 직립상태의 유리판의 절단시 유리에 직접적인 하중을 가하지 않고 열충격에 의해 유리판의 비드를 절단함으로써 절단된 유리판의 품질을 극대화시킬 수 있다.

또한, 유리판에 압축응력을 가하지 않으므로 0.5 mm이하로 박판인 유리판의 절단도 안정적으로 절단할 수 있다.

Claims (6)

1. LCD 기판용 유리판의 절단개시점에 미소한 크랙을 부여하는 크래킹수단;

   상기 크래킹수단의 후방에 연결되어 절단하려고 하는 절단예정선을 따라 레이저빔을 이용하여 스크라이브라인을 생성하는 스크라이빙수단;

   상기 스크라이빙수단 후방에 연결되어 위치하여 생성된 스크라이브라인을 따라 레이저빔을 이용하여 유리판을 절단분리하는 브레이킹수단;

   상기 크래킹수단과 스크라이빙수단과 브레이킹수단을 절단예정선을 따라 이송시키는 이송수단;

   유리판을 흡착하여 바닥면에 대하여 수직으로 세우는 흡착바; 및

   유리판의 상단과 하단에 마련되어 유리판에 발생하는 수직응력을 제어하는 다수의 그립수단을 포함하는 직립형 LCD 기판용 유리판절단장치.
2. 제1항에 있어서, 크래킹수단은 초경도재료로 형성된 노칭크래커, 또는 Nd:YV04인 Pulse Laser를 집광장치에 의해 집광해 조사하는 레이저크래커인 것을 특징으로 하는 직립형 LCD 기판용 유리판절단장치.
3. 제1항에 있어서, 스크라이빙수단은 제1조사가열수단과, 상기 제1조사가열수단에 의해 가열된 영역에 냉각액을 사용하여 냉각하는 제1냉각수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직립형 LCD 기판용 유리판절단장치.
4. 제1항에 있어서, 브레이킹수단은 제2조사가열수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직립형 LCD 기판용 유리판절단장치.
5. 제1항에 있어서, 브레이킹수단은 제2조사가열수단과, 상기 제2조사가열수단에 의해 가열된 영역에 냉각액을 사용하여 냉각하는 제2냉각수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직립형 LCD 기판용 유리판절단장치.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서, 제1냉각수단 또는 제2냉각수단에 의해 분사된 냉각액을 흡입하는 흡입수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직립형 LCD 기판용 유리판절단장치.

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