KR20070074297A - 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치 - Google Patents

초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 소정 깊이로 절단예정라인이 형성된 글라스 기판을 이송하는 것으로, 상호 간에 이격이 되고 일렬로 배열된 이송 롤러들과, 이송 롤러들을 회전시키는 구동부를 구비한 이송 유닛; 및 글라스 기판의 절단예정라인에 충격을 가해 크랙이 진전되도록 하여 절단하는 것으로, 이송 롤러들의 하방에 배치되고 상부가 개구되며 액체를 수용한 용기, 및 액체 내에 초음파를 조사하여 캐비테이션 기포들을 발생시켜 기포 폭발에 의한 충격파가 글라스 기판의 절단예정라인에 가해지게 하는 초음파 발생기를 구비한 초음파 크랙진전 유닛;을 구비한다.

Description

초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치{Apparatus for breaking glass substrate using ultrasonic wave}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치에 대한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치에 의해 글라스 기판의 절단예정라인에 크랙이 진전되도록 하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 과정을 거쳐 글라스 기판이 절단된 상태를 도시한 사시도.
〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉
10..글라스 기판 11..절단예정라인
110..이송 유닛 120..이송 롤러
140..초음파 크랙진전 유닛 160..액체
161..캐비테이션 기포 170..초음파 발생기
본 발명은 평판 디스플레이의 제조에 있어서 글라스 기판을 절단하는 공정에 채용되는 글라스 기판의 브레이크 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이(Flat Panel Display; FPD)란 브라운관을 채용한 텔레비전이나 모니터보다 두께가 얇고 가벼운 영상표시장치를 일컫는다. 평판 디스플레이로는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel; PDP), 전계방출 디스플레이(Field Emission Display; FED), 유기 EL(Organic Light Emitting Diodes; OLED) 등이 개발되어 사용되고 있다.
이 중에서, 액정 디스플레이는 매트릭스 형태로 배열된 액정 셀들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여 액정 셀들의 광 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치로서, 얇고 가벼우며 소비전력과 동작 전압이 낮은 장점 등이 있어 널리 이용되고 있다.
이러한 액정 디스플레이에 일반적으로 채용되는 액정 패널은 상부 글라스 기판에 컬러 필터를 패턴 형성한 상부 패널과, 하부 글라스 기판에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 패턴 형성한 하부 패널, 및 상부 패널과 하부 패널 사이에 주입되는 액정을 포함하여 구성된다.
한편, 상기와 같은 구성을 갖는 액정 패널은 상부 패널과 하부 패널 사이에 액정을 주입한 후, 상부 패널과 하부 패널을 상호 정렬하고, 정렬이 완료된 상부 패널과 하부 패널을 접합시킨 후 절단하는 공정을 거치게 된다.
이러한 액정 패널의 제조 공정에서, 생산성을 향상시키기 위해 하나의 액정 표시장치에 채용되는 단위 패널을 다수 개로 형성한 모 패널(mother panel)을 마련 한 후, 액정을 주입하기 전의 절단하는 공정에 의해 모 패널을 단위 패널들로 절단한 다음, 모 패널로부터 단위 패널들을 각각 분리하게 된다. 여기서, 절단하는 공정은 접합이 완료된 상부 글라스 기판 및 하부 글라스 기판의 각 표면 또는 어느 하나의 기판 표면에 절단 휠을 이용하여 소정 깊이의 절단예정라인을 형성하는 스크라이브(scribe) 공정과, 외부 충격에 의해 절단예정라인을 따라 크랙(crack)이 전파되도록 하여 절단하는 브레이크(break) 공정을 포함하는 것이 일반적이다.
종래에 따르면, 브레이크 공정에 브레이크 바(bar)가 이용된 예가 있다. 이 경우, 브레이크 바를 절단예정라인이 형성된 글라스 기판에 대해 타격함으로써 절단예정라인을 따라 크랙이 전파되도록 하여 절단하게 된다. 그러나, 이와 같이 브레이크 바를 이용하여 절단하게 되면 글라스 칩들이 발생하게 되는데, 이러한 글라스 칩들은 모 패널에 들러붙어 액정 패널의 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 이에 따라, 글라스 칩들을 흡입하여 배출하기 위한 별도의 장비가 요구되는바, 이는 제조 비용을 상승시키는 요인이 될 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 브레이크 공정에 따른 글라스 기판의 피로를 최소화할 수 있음과 동시에, 글라스 칩의 발생을 최소화할 수 있는 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치는, 소정 깊이로 절단예정라인이 형성된 글라스 기판을 이송하는 것으로, 상호 간에 이격이 되고 일렬로 배열된 이송 롤러들과, 상기 이송 롤러들을 회전시키는 구동부를 구비한 이송 유닛; 및 상기 글라스 기판의 절단예정라인에 충격을 가해 크랙이 진전되도록 하여 절단하는 것으로, 상기 이송 롤러들의 하방에 배치되고 상부가 개구되며 액체를 수용한 용기, 및 상기 액체 내에 초음파를 조사하여 캐비테이션 기포들을 발생시켜 기포 폭발에 의한 충격파가 상기 글라스 기판의 절단예정라인에 가해지게 하는 초음파 발생기를 구비한 초음파 크랙진전 유닛;을 구비한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치에 대한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치(100)는, 스크라이브(scribe) 공정에 의해 절단예정라인(11)이 소정의 깊이로 형성된 글라스 기판(10)을 이송시키는 동안 절단예정라인 (11)을 따라 크랙(crack)이 진전되도록 하여 글라스 기판(10)이 절단되게 하는 것으로, 이송 유닛(110) 및 초음파 크랙진전 유닛(140)을 포함하여 구성된다.
이송 유닛(110)은 스크라이브 공정을 거친 글라스 기판(10)을 일 방향으로 이송하기 위한 것이다. 이를 위한 이송 유닛(110)은 복수 개의 이송 롤러(120)들과, 이송 롤러(120)들을 회전시키기 위한 구동부(130)를 구비한다.
이송 롤러(120)들은 글라스 기판(10)이 이송되는 방향과 수직인 방향으로 배열되며, 글라스 기판(10)을 수평으로 이송시킬 수 있게 수평 방향을 따라 일렬로 배열된다. 그리고, 이송 롤러(120)들은 상호 간에 소정 간격으로 이격이 되게 배열되는데, 이렇게 이격이 됨에 따라, 이송 롤러(120)들 사이의 공간을 통해 후술할 캐비테이션(cavitation) 기포들이 용기(150)로부터 글라스 기판(10)으로 진행할 수 있게 된다. 이러한 이송 롤러(120)들은 회전 가능하게 지지대(121)에 각각 설치된다.
구동부(130)는 일 예로서, 글라스 기판(10)의 이송 방향으로 회전하는 회전 모터(131)와, 회전 모터(131)로부터의 회전력을 이송 롤러(120)들에 전달하기 위한 동력전달수단을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 동력전달수단은 구동 모터(131)의 회전 축(132)에 결합한 구동 풀리(133)와, 이송 롤러(120)들 중 적어도 하나에 축 결합한 종동 풀리(134), 및 구동 풀리(133)로부터 종동 풀리(134)로 회전력이 전달될 수 있게 구동 풀리(133)와 종동 풀리(134) 사이에 설치된 벨트(135)를 구비할 수 있다. 한편, 동력전달수단으로는 풀리(133)(134)와 벨트(135)의 조합 이외에, 스프로킷과 체인의 조합으로 이루어지는 것도 가능하다.
이러한 이송 유닛(110)에 의해 이송되는 글라스 기판(10)의 하측에 대응되게 초음파 크랙진전 유닛(140)이 마련된다. 초음파 크랙진전 유닛(140)은 이송 유닛(110)에 의해 이송되는 글라스 기판(10)에 형성된 절단예정라인(11)을 따라 크랙이 진전되도록 함으로써, 궁극적으로 글라스 기판(10)이 절단예정라인(11)을 따라 절단될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위한 초음파 크랙진전 유닛(140)은 액체 (160)를 수용한 용기(150), 및 액체(160) 내에 초음파 발생 부위가 잠기도록 용기(150) 내에 배치된 초음파 발생기(170)를 구비한다.
용기(150)는 이송 롤러(120)들의 하방에 배치되며, 용기(150)에 수용된 액체(160)의 상면이 글라스 기판(10)을 향해 노출되게 상부가 개구된 구조를 갖는다. 여기서, 용기(150)는 개구된 부위가 글라스 기판(10)의 크기에 대응될 수 있을 정도의 크기를 갖는 것이 바람직하나, 이에 반드시 한정되지는 않는다. 용기(150) 내에 수용된 액체(160)는 용기(150)와 연결된 탱크(180)에 의해 공급되며, 액체(160)로는 후술할 초음파 발생기(170)로부터 초음파가 조사되면 캐비테이션 현상이 잘 일어날 수 있을 정도의 점성을 갖는 물질, 예컨대 비교적 낮은 점성이 갖는 물, 바람직하게는 순수한 물이 이용될 수 있다. 이와 더불어, 물의 점성은 온도에 따라 변하는 성질이 있으므로, 캐비테이션 현상이 잘 일어날 수 있는 물의 온도, 예컨대 대략 70℃ 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
이러한 액체(160) 내에 배치된 초음파 발생기(170)는 고주파 전기신호를 발생시키는 발진기와, 전기신호를 초음파로 변환시키는 진동부로 구성될 수 있다. 이 같은 초음파 발생기(170)는 액체(160) 내에 초음파를 조사하여 액체(160)에 캐비테이션 현상을 일으킴으로써, 궁극적으로 절단예정라인(11)을 따라 크랙이 진전되어 글라스 기판(10)이 절단될 수 있게 한다.
이에 대해 상술하면, 초음파 발생기(170)에 의해 액체(160) 내에 강력한 초음파를 조사하게 되면, 압축력과 팽창력이 반복적으로 나타나게 되는데, 팽창 주기 때에 액체(160) 중의 미세한 이물질 혹은 기체 분자를 중심으로 캐비테이션 현상에 의해 기포가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 기포는 다음의 압축 주기 때에 고압으로 압축된다. 여기서, 압축력이 액체(160)의 표면 장력보다 작을 때 기포는 소멸하지 않게 된다. 그리고, 기포는 다음의 팽창 주기 때 다시 팽창한다. 이러한 과정을 무수히 반복하게 되면 기포의 입경이 점점 커지게 된다. 어느 일정 압력 이상, 즉 액체(160)의 표면장력 이상이 되면 기포는 단번에 수축 폭발하면서 매우 큰 충격파를 일으키게 된다.
이 같은 캐비테이션 기포들이 용기(150)의 개구된 부위와 이송 롤러(120)들 사이를 차례로 거쳐 글라스 기판(10)으로 진행하여 폭발하게 되면, 기포 폭발에 의한 충격파가 글라스 기판(10)에 형성된 절단예정라인(11)에 가해짐으로써, 절단예정라인(11)을 따라 크랙이 진전되어 글라스 기판(10)이 절단될 수 있는 것이다. 이처럼, 캐비테이션 현상을 이용하여 글라스 기판(10)을 절단함에 따라 브레이크 바를 이용하는 종래에 비해, 글라스 기판(10)의 피로를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 글라스 기판(10)으로부터 글라스 칩의 발생을 최소화할 수 있게 된다.
이 같은 역할을 하는 초음파 발생기(170)는 액체(160)의 전 표면에 걸쳐 캐비테이션 현상을 발생시키는 것이 절단예정라인(11)에 대한 크랙을 진전시키는데 유리하므로, 복수 개로 구비되며, 용기(150) 바닥면에 일정한 간격으로 적재적소에 배열된다. 아울러, 이러한 초음파 발생기(170)는 절단예정라인(11)에 대한 크랙을 충분히 진전시킬 수 있을 정도의 주파수를 갖는 초음파를 주사할 수 있게 구성된다.
한편, 이러한 초음파 발생기(170)에 의해 발생한 캐비테이션 기포들은 글라 스 기판(10)의 하면에 도달한 상태에서 폭발하는 것이 크랙을 진전시키는 효과를 높일 수 있으므로, 액체(160)와 글라스 기판(10) 사이의 간격은 캐비테이션 기포가 글라스 기판(10)에 도달한 상태에서 폭발할 수 있을 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 캐비테이션 기포들이 발생하게 되면 이에 상응하여 액체(160)의 양이 손실되는데, 이렇게 액체(160)의 양이 손실되면 절단예정라인(11)에 대한 크랙을 진전시키는 효과가 떨어질 수 있으므로, 액체(160)의 수위가 일정하게 유지될 필요가 있다. 이를 위해, 용기(150)에는 액체를 공급하는 탱크(180)로부터 액체(160)의 수위를 일정하게 유지할 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이 수위조절 밸브(181)가 더 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 수위조절 밸브(181)로는 통상적인 플로트 밸브 등이 이용될 수 있다.
상기와 같이 구성된 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치(100)에 의해 글라스 기판(10)의 절단예정라인(11)에 크랙이 진전되도록 하는 과정에 대하여, 도 2를 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
스크라이브 공정을 거쳐 절단예정라인(11)이 소정 깊이로 형성된 글라스 기판(10)은 이송 롤러(120)들에 얹혀진 후, 이송 롤러(120)들이 회전함에 따라 점차 이송하게 된다. 이때, 이송되는 글라스 기판(10)의 하방에서는 초음파 발생기(170)에 의해 용기(150)로부터 캐비테이션 기포(161)들이 발생하여 이송 롤러(120)들 사이를 통과하여 글라스 기판(10)의 하면으로 진행하게 된다. 이렇게 글라스 기판(10)의 하면으로 진행한 캐비테이션 기포(161)들은 글라스 기판(10)의 하면에 도달 하여 폭발하게 되고, 이에 따른 충격파가 절단예정라인(11)에 충격을 가하여 절단예정라인(11)을 따라 크랙이 진전될 수 있게 한다. 이처럼 절단예정라인(11)을 따라 크랙이 진전됨에 따라, 도 3에 도시된 것처럼, 글라스 기판(10)은 절단되어 단위 패널(20)들로 각각 분리될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 브레이크 공정에 브레이크 바를 이용하는 종래에 비해, 글라스 기판의 피로가 최소화될 수 있다. 또한, 글라스 칩의 발생이 최소화될 수 있는바, 글라스 칩을 흡입하여 배출하기 위한 별도의 장비가 요구되지 않게 되므로, 제조 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 소정 깊이로 절단예정라인이 형성된 글라스 기판을 이송하는 것으로, 상호 간에 이격이 되고 일렬로 배열된 이송 롤러들과, 상기 이송 롤러들을 회전시키는 구동부를 구비한 이송 유닛; 및
    상기 글라스 기판의 절단예정라인에 충격을 가해 크랙이 진전되도록 하여 절단하는 것으로, 상기 이송 롤러들의 하방에 배치되고 상부가 개구되며 액체를 수용한 용기, 및 상기 액체 내에 초음파를 조사하여 캐비테이션 기포들을 발생시켜 기포 폭발에 의한 충격파가 상기 글라스 기판의 절단예정라인에 가해지게 하는 초음파 발생기를 구비한 초음파 크랙진전 유닛;
    을 구비하는 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액체와 글라스 기판 사이의 간격은, 상기 초음파 발생기에 의한 캐비테이션 기포들이 상기 글라스 기판의 하면에 도달한 상태에서 폭발할 수 있게 설정된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 용기에는 상기 액체를 공급하는 탱크로부터 상기 액체의 수위가 일정하게 유지될 수 있게 수위조절 밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용 한 글라스 기판의 브레이크 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 초음파 발생기에 의해 캐비테이션 현상이 일어날 수 있을 정도의 점성을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 액체는 순수한 물인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 글라스 기판의 브레이크 장치.
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