KR20080093421A

KR20080093421A - 유리 기판의 모따기 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20080093421A
Application number: KR1020087017395A
Authority: KR
Inventors: 유타카 구로이와; 모토이치 이가; 세츠로 이토; 야스지 후카사와; 미츠루 와타나베
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-10-21
Also published as: TWI317667B; KR100985428B1; WO2007094160A1; JP5245819B2; JPWO2007094160A1; TW200800454A

Abstract

유리 기판의 단면의 굽힘 강도나 충격 강도를 향상시켜, 유리 기판 제조 프로세스에 있어서의 유리 기판의 균열이나 파편을 방지하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 신규 유리 기판의 모따기 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

레이저 광선에 의한 모따기 방법으로서, 레이저 광선을 유리 기판의 단면에 대하여 조사함과 함께, 상기 유리 기판의 레이저 광선 조사부에 냉각 기체를 송풍하는 레이저 광선에 의한 유리 기판의 모따기 방법 및 장치.

Description

유리 기판의 모따기 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CHAMFERING GLASS SUBSTRATE}

본 발명은 유리 기판 및 디스플레이용 유리 기판, 특히 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판이나 포토 마스크로서 사용되는 유리 기판의 모따기 방법 및 장치에 관한 것이다.

현재, 디스플레이용 유리 기판으로서, 특히 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 필드 이미션 디스플레이와 같은 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판이나, 주택, 빌딩 등의 건축물의 창 유리, 또 자동차, 철도, 항공기, 선박 등, 수송 기관 등의 차량용의 창 유리 등, 실로 많은 분야의 개구 부재로서 유리 기판이 사용되고 있다. 이와 같은 유리 기판은, 플로트법, 퓨전법 또는 다운드로법을 사용하여 용융 유리로 성형된다. 또, 일차 성형된 유리판을 리드로 가공함으로써 얻어진다.

특히 플랫 패널 디스플레이의 제조 프로세스에 있어서, 이들 유리 기판을 반송하거나, 위치 결정할 때, 충격이나 기계적 외력에 의해 유리 기판의 단면으로부터 갈라지거나 깨지거나 하는 것이 문제가 되고 있다. 예를 들어, 유리 기판을 제조 장치에 실을 때나, 위치 맞춤용 핀에 가압했을 때의 충격으로 유리 기판이 갈 라지거나 깨지거나 하는 경우가 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 유리 기판의 단면을 모따기하여 굽힘 강도나 충격 강도의 향상을 도모해 왔다. 유리 기판의 모따기는, 일반적으로 지석으로 유리 기판의 단면의 모서리를 제거하거나, 단면 그 자체를 둥글게 연마함으로써 실시되고 있다. 이들의 경우, 유리 기판의 단면의 굽힘 강도나 충격 강도를 보다 향상시키려면, 경면에 가까운 상태에서 연마하는 것이 요망되지만, 그것에는 많은 시간을 필요로 하기 때문에, 적당한 번수(番手) (예를 들어 #500) 까지로 모따기를 종료시키고 있다.

또, 본 방법에서는, 유리 기판을 엄중하게 고정시켜 지석에 의한 모따기를 실시하기 때문에, 모따기에 매우 시간이 걸린다는 문제가 있다. 또한 연마에 의해 제거된 유리 분말이나 연마 슬러리 등으로 유리 기판이 오염되므로, 세정을 세심하게 실시할 필요가 있었다.

다른 모따기 방법으로서, 탄산 가스 (CO₂) 레이저를 사용한 모따기 방법이 제안되어 있다 (특허 문헌 1 ∼ 5). 이 방법은 절단된 유리 기판의 에지를 탄산 가스 레이저로 용융하여 둥글게 하므로, 비접촉이고 게다가 고속으로 모따기할 수 있지만, 특허 문헌에 기재되어 있지 않은 유리 기판 에지 주변에 강한 응력이 남는다는 중대한 문제가 있었다.

상기 응력으로는, 통상적으로는 유리 기판의 에지의 길이 방향에서 발생되는 인장 응력인 경우가 많고, 유리 기판의 에지 강도를 저하시킬 뿐만 아니라, 모따기 한 유리 기판을 재절단하는 경우에는 이 응력에 의해 크랙의 진전이 흐트러져, 절단선대로 절단할 수 없다는 문제가 있었다.

일본 특허 제2612322호에서는, 연화 온도 바로 아래까지 가열한 유리 기판에 레이저 광선 조사로 모따기를 실시하는 방법이 제안되어 있는데, 본 방법에서는 유리 기판 전체를 가열 유지할 필요가 있고, 현재의 대형 유리 기판의 모따기에 있어서는 장치화가 곤란하고, 또한 가열부터 서랭까지의 시간이 너무 걸린다. 또, 표시 패널로 가공한 유리 기판의 모따기에 있어서는, 전체를 가열하면 내열성이 낮은 부재가 파손될 우려가 있어 바람직하지 않다.

일본 공개특허공보 평2-48423호에는, 유리 기판의 레이저 광선 조사에 의한 모따기 방법이 개시되어 있는데, 잔류 응력의 문제에 대해서는 전혀 기재가 없고, 또 해결 방법에 대해서도 기재가 없다.

WO2003/015976호에서는, 유리 기판을 타원상의 레이저 빔으로 예열 및 가열 모따기를 실시하고, 또한 타원 레이저 빔으로 어닐을 실시하여 잔류 응력을 저감시키는 것이 기재되어 있다. 그러나, 본 방법에 의해 유리 기판의 잔류 응력이 실제로 저감되었는지 여부에 대해서는 기재가 없다.

일본 특허 제3387645호에서는, 액정 패널의 유리 기판 단부의 전극 형성면측 에지에 탄산 가스 레이저 광선을 집광 조사하여 단락 전극을 제거함과 함께, 유리 기판의 모서리를 용융하여 실 모따기 처리를 동시에 실시하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 본 방법에서는, 유리 기판의 에지 전체를 곡면 형상으로 가공하는 방법은 기재되어 있지 않다. 또, 잔류 응력의 문제에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않고, 그 해결법에 대해서도 개시되어 있지 않다.

일본 특허 제3129153호에서는, 유리 기판을 열 할단 후 모따기하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 본 방법에서는 기판면 상방향으로부터 레이저 광선을 조사하여 열 할단을 실시하고 바로 모따기를 실시하고 있는데, 상기 열 할단으로는, 크랙 선단이 기판 단면에 도달할 때까지 유리 기판은 분리되지 않는다. 따라서, 기판 분리 전에 모따기를 위한 탄산 가스 레이저 빔을 조사해도 상면밖에 모따기할 수 없고, 또, 용융 온도에서 할단부의 유리를 근접시키면, 할단면이 다시 융착되는 것이 염려된다. 그 때문에, 본 방법에서는 유리 기판의 R 모따기에는 사용할 수 없다. 또, 본 방법에 있어서도 잔류 응력의 문제에 있어서는 전혀 고려되어 있지 않고, 그 해결법에 대해서도 개시되어 있지 않다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 제2612322호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평2-48423호

특허 문헌 3 : WO2003/015976호

특허 문헌 4 : 일본 특허 제3387645호

특허 문헌 5 : 일본 특허 제3129153호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으서, 유리 기판 및 디스플레이용 유리 기판, 특히 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판이나 포토 마스크로서 사용되는 유리 기판의 단면의 굽힘 강도나 충격 강도를 향상시켜, 플랫 패널 디스플레이 제조 프로세스에 있어서의 유리 기판의 균열이나 파편을 방지하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 신규 유리 기판의 모따기 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 레이저 광선의 조사에 의한 유리 기판의 모따기 방법으로서, 적어도 1 개의 레이저 광선을 유리 기판의 단면에 대하여 조사함과 함께, 상기 유리 기판의 레이저 광선 조사부에 냉각 기체를 송풍하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법을 제공한다.

본 발명은, 상기 레이저 광선의 조사 각도가, 상기 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대하여, 상기 단면의 길이 방향으로 70˚ 이내, 또한 판 두께 방향으로 70˚ 이내인 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 냉각 기체의 송풍 방향이, 상기 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대하여, 상기 단면의 길이 방향으로 70˚ 이내, 판 두께 방향으로 45˚ 이내인 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 냉각 기체의 풍속이 레이저 광선 조사부에서 풍속 1m/초 ∼ 200m/초인 것이 바람직하다.

또 본 발명은, 상기 유리 기판의 단면에서, 레이저 광선 조사부 단면의 에너지 밀도 분포가 최대의 1/e² (e 는 자연 로그의 밑, 이하 동일) 이 되는 부분을 연결한 곡선으로 둘러싸이는 면의 상기 유리 기판의 단면의 길이 방향의 폭을 W (㎜), 상기 레이저 광선과 상기 유리 기판의 상대적인 주사 속도를 U (㎜/s)로 했을 때, W≤0.15×U+2 인 것이 바람직하고, 또한 0.02≤W≤0.15×U+2 인 것이 보다 바람직하다.

또 본 발명은, 상기 유리 기판의 단면에서, 상기 레이저 광선 조사부 단면의 총 와트수/조사 면적으로 정의되는 평균 파워 밀도를 P (W/㎟) 로 했을 때, (0.5×U+0.2)/0.7/(0.15×U+2)≤P≤(10×U+10)/0.005×U×0.7 인 것이 바람직하고, 또한 (4×U)/0.7/(0.15×U+2)≤P≤(10×U+10)/0.005×U×0.7 인 것이 보다 바람직하다.

또 본 발명은, 상기 유리 기판의 단면에 상기 레이저 광선을 조사하기 전에, 상기 유리 기판의 단면을 예열하는 것이 바람직하다.

또, 상기 레이저 광선을 주사하는 속도가, 유리 기판에 대하여, 상대적으로 0.1 ∼ 200㎜/초인 것이 바람직하다.

또, 상기 레이저 광선의 파장이, 3 ∼ 11㎛ 인 것이 바람직하다.

또, 상기 레이저 광선이, 유리 기판에 대하여 유리 기판의 단면의 두께 방향으로 수속(收束)되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 용융 유리를 연속적으로 공급하여 플로트법에 의해 유리 기판을 제조하는 라인 중에서, 유리 기판의 모따기를 연속적으로 실시하는 경우에 적합하다.

또, 본 발명은, 레이저 광선을 조사하는 상기 기재된 유리 기판의 모따기 방법을 실시하는 유리 기판의 모따기 장치로서, 적어도 1 개의 레이저 광선을 유리의 단면에 대하여 조사하는 기구와, 상기 유리 기판의 레이저 광선 조사부에 냉각 기체를 송풍하는 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 장치를 제공한다.

발명의 효과

본 발명 방법 및 장치에 의하면, 유리 기판 및 디스플레이용 유리 기판, 특히 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판이나 포토 마스크로서 사용되는 모따기된 유리 기판을 제공하고, 플랫 패널 디스플레이 제조 프로세스에 있어서의 유리 기판의 균열이나 파편을 방지하고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련되는 모따기 방법을 설명하는 개략 사시도이다.

도 2 는 본 발명에 관련되는 모따기 방법을 설명하는 개략 평면도이다.

도 3 은 본 발명에 관련되는 모따기 방법을 설명하는 개략 측면도이다.

도 4 는 본 발명에 의한 유리 기판의 모따기 장치의 예의 개념도이다.

부호의 설명

1 : 유리 기판 2 : 단면

3 : 레이저 광선 3C : 레이저 광선 중심선

4 : 조사부 5 : 송풍 노즐

5C : 송풍 노즐 중심선 6 : 냉각 기체

7 : 레이저 광선 조사 장치 11 : 테스트용 유리 기판

A : 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대한 레이저 광선 중심선의 상기 단면 의 길이 방향의 조사 각도

B : 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대한 레이저 광선 중심선의 상기 단면의 판 두께 방향의 조사 각도

C : 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대한 냉각 기체 중심선의 상기 단면의 길이 방향의 송풍 각도

D : 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대한 냉각 기체 중심선의 상기 단면의 판 두께 방향의 송풍 각도

W : 유리 기판의 단면에 있어서의, 레이저 광선 조사부 단면의 에너지 밀도 분포가 최대의 1/e² 가 되는 부분을 연결한 곡선으로 둘러싸이는 면의 유리 기판의 단면의 길이 방향의 폭

U : 레이저 광선과 유리 기판의 상대적인 주사 속도

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하 첨부 도면에 따라, 본 발명의 유리 기판의 모따기 방법 및 장치의 바람직한 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서 모따기되는 유리 기판은, 유리 기판 및 디스플레이용 유리 기판, 특히 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판이나 포토 마스크로서 사용되는 두께 0.05 ∼ 7㎜ 의 유리 기판인 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 변형점이 610℃ ∼ 690℃ 또한 연화점 930℃ ∼ 1000℃, 두께 0.05 ∼ 1㎜ 의 액정용 유리 기판이다. 본 발명 방법에 있어서, 레이저 광선을 조사함으로써 표면이 평활화 되는 온도로 할 수 있으면, 유리 기판을 구성하는 유리 재료는 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명 방법은 거의 모든 유리 재료에 적용할 수 있다.

모따기되는 유리 기판의 단면은, 많은 경우, 휠이나 다이아몬드의 유리 커터에 의해 크랙을 형성하고, 그것을 굽힘 응력을 이용하여 할단된 것, 또는, 판의 일부에 형성된 크랙을, 탄산 가스 레이저나 YAG 레이저 및 버너 등으로 유리 기판을 가열하는 경우에 발생되는 열응력을 이용하여 크랙을 신전시켜 유리를 할단시킨 것이다. 또, 다이아몬드 등의 지립을 고정시킨 원반상의 블레이드에 의해 절단한 것, 상기 여러 가지 절단된 유리 단면을 지석에 의해 연삭한 것, 플로트법이나 퓨전법 등으로 제조 중의 유리판의 단면 그 자체, 또 프레스법에 의해 가공한 유리의 단면이어도 된다.

도 1 은 본 발명에 관련되는 모따기 방법을 설명하는 개략 사시도, 도 2 는 본 발명에 관련되는 모따기 방법을 설명하는 개략 평면도, 및 도 3 은 본 발명에 관련되는 모따기 방법을 설명하는 개략 측면도이다.

도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 (3) 을 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 수직 방향에 대하여 소정의 각도를 갖고 조사하면서, 상기 조사부에 냉각 기체 (6) 를 냉각 노즐 (5) 로부터 송풍함으로써 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 모따기를 실시한다. 본 방법에 의한 모따기의 원리는 이하와 같다.

레이저 광선 (3) 의 조사에 의해 용융에 이른 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 근방의 유리가, 냉각 기체 (6) 의 송풍에 의해 바로 냉각되고, 용융에 이른 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 으로부터 외기에 대한 탈열이 커져, 유리 기판 (1) 내부로 전도되는 열량이 상대적으로 크게 감소된다. 또, 전열에 의해 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 으로부터 내부로 전달되는 열도, 레이저 광선 조사부 (4) 근방의 상기 단면 (2) 이외의 유리 기판 (1) 의 면도 풍랭되므로, 더욱 유리 기판 (1) 자체가 가열되기 어려워진다. 그 때문에, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 근방의 용융부의 두께는 얇게 억제되고, 또, 잔류 응력도 낮게 억제되므로, 유리 기판 (1) 이 파괴에 이르지도 않고, 유리 기판 (1) 을 재절단할 때에도 악영향을 주지 않는다.

상기 레이저 광선 (3) 을 조사하는 방향은, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 수직 방향에 대한, 레이저 광선 중심선 (3C) 의 상기 단면 (2) 의 길이 방향의 각도 (A) 가 ±70˚ 이내, 또한 판 두께 방향에 대한 각도 (B) 가 ±70˚ 이내인 것이 바람직하다. 상기 각도 (A) 가 70˚ 보다 크고, 또는 -70˚ 보다 작아지면, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 에 있어서의 레이저 광선 (3) 의 길이 방향의 단면의 폭 (W) 이 너무 넓어져, 원하는 폭으로 할 수 없게 될 우려가 있다. 또, 상기 각도 (B) 가 70˚ 보다 크고, 또는 -70˚ 보다 작아지면, 단면 (2) 을 조사하지 않은 레이저 광선 (3) 의 여분인 부분의 영향이 커지고, 또 모따기된 단면 (2) 의 표면측과 이면측의 곡면에 큰 차이가 생길 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 각도 (A) 가 ±60˚ 이내, 또한 상기 각도 (B) 가 ±50˚ 이내, 더욱 바람직하게는 상기 각도 (A) 가 ±50˚ 이내, 또한 상기 각도 (B) 가 ±30˚ 이내이다.

송풍되는 냉각 기체 (6) 의 송풍 방향은, 상기 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 수직 방향에 대한, 냉각 기체의 중심선 (6C) 의 상기 단면 (2) 의 길이 방향의 각도 (C) 가 ±70˚ 이내, 판 두께 방향의 각도 (D) 가 ±45˚ 이내인 것이 바람직 하다. 상기 각도 (C) 가 70˚ 보다 크고, 또는 -70˚ 보다 작아지면, 냉각 기체 (6) 가 레이저 광선 조사부 (4) 에 송풍되는 양이 줄어들기 때문에, 송풍 노즐 (5) 을 유리 기판 (1) 에 근접시켜야 하므로, 장치 설치의 자유도가 감소된다. 또, 상기 각도 (D) 가 판 두께 방향으로 45˚ 보다 크거나 또는 -45˚ 보다 작아지면, 유리 기판 (1) 의 면에 큰 풍압이 걸려 유리 기판 (1) 의 위치가 어긋날 우려가 있다. 보다 바람직하게는 상기 각도 (C) 가 ±60˚ 이내, 또한 상기 각도 (D) 가 ±35˚ 이내, 더욱 바람직하게는 상기 각도 (C) 가 ±50˚ 이내, 또한 상기 각도 (D) 가 ±20˚ 이내이다.

또, 냉각 기체 (6) 의 풍속은, 레이저 광선 조사부 (4) 에 있어서, 풍속 1m/초 ∼ 200m/초인 것이 바람직하다. 상기 풍속이 1m/초보다 작으면 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 으로부터 외기에 대한 탈열이 작아, 유리 기판 (1) 내부로 열전도되기 쉬워진다. 따라서, 유리 기판 (1) 의 용융부나 응력 발생부의 체적이 커져, 유리 강도나 절단 특성에 영향을 미친다. 상기 풍속이 200m/초보다 크면 송풍 장치가 대규모여서 실현이 곤란해지고, 또한 풍압으로 유리 기판 (1) 의 위치가 어긋날 우려가 있다. 또, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 으로부터의 외기에 대한 탈열이 커져 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 을 용융시키는 데 필요한 레이저 파워가 커지므로, 고출력의 레이저 장치가 필요해져 현실적이지 못하다. 냉각 기체 (6) 의 풍속은, 보다 바람직하게는 2 ∼ 150m/초이고, 5 ∼ 100 m/초인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 냉각 기체 (6) 는 특별히 한정되지 않지만, 레이저 광선 (3) 에 의해 연소되거나 분해되지 않는 기체가 바람직하다. 예를 들어 건조 공기는 환경 및 취급의 관점에서 특히 바람직하다.

레이저 광선 (3) 은, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 에 있어서의, 레이저 광선 조사부 (4) 단면의 에너지 밀도 분포가 최대의 1/e² 가 되는 부분을 연결한 곡선으로 둘러싸이는 면의 상기 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 길이 방향의 폭을 W (㎜), 상기 레이저 광선 (3) 과 상기 유리 기판 (1) 의 상대적인 주사 속도를 U (㎜/s) 로 했을 때, W≤0.15×U+2 인 것이 바람직하다. 상기 폭 (W) 이 0.15×U+2 보다 크면 유리 기판 (1) 의 잔류 응력의 값이 커지고, 또한 잔류 응력층의 두께가 두꺼워져, 유리 기판 (1) 의 에지 강도를 저하시킬 우려가 있다. 상기 폭 (W) 이 0.15×U+2 보다 큰 조건에서 모따기된 유리 기판 (1) 을, 유리 커터 등으로 형성한 크랙을 신전시켜 절단할 때에는, 크랙이 절단 예정선에서 벗어나 정확하게 자를 수 없다. 단, 상기 폭 (W) 은, 파동 광학적인 회절 한계이기 때문에 광의 파장 정도까지 밖에 작게 할 수 없고, 또 작업성을 감안하면 집광 렌즈와 유리 기판의 거리를 충분히 확보할 필요가 있으므로, 실용적인 관점에서 상기 폭 (W) 은 20㎛ 이상으로 제한된다. 따라서, 0.02≤W≤0.15×U+2 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.025≤W≤0.15×U+1.5, 더욱 바람직하게는 0.03≤W≤0.15×U+1 이다.

또, 레이저 광선 (3) 은, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 에 있어서의, 상기 레이저 광선 조사부 (4) 의 단면의 총 와트수/조사 면적으로 정의되는 평균 파워 밀 도를 P (W/㎟) 로 했을 때, 평활한 모따기를 하는 관점 및 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 가열에 의한 변형, 특정 원소의 승화에서 기인한 유리 품질의 열화, 및 유리의 증발을 방지하는 관점에서, (0.5×U+0.2)/0.7/(0.15×U+2)≤P≤(10×U+10)/0.005×U×0.7 이 바람직하다. 또, 보다 바람직한 (P) 는, (0.5×U+0.2)/0.7/(0.15×U+1.5) 이상, 더욱 바람직하게는 (0.5×U+0.2)/0.7/(0.15×U+1) 이상이다. 특히 (4×U)/0.7/(0.15×U+2) 이상인 것이 바람직하다. 또, 보다 바람직한 P 는, (10×U+10)/0.005×U/0.7×0.01 이하, 더욱 바람직하게는 (10×U+10)/0.005×U/0.7×0.002 이하이다.

레이저 광선 (3) 은, 유리 기판 (1) 에 대하여 속도 0.1 ∼ 200㎜/초로 상대적으로 주사하는 것이 바람직하다. 0.1㎜/초보다 느리면 생산성이 악화되고, 200㎜/초보다 빠르면 필요한 파워를 얻는 데에 큰 출력의 레이저 장치가 필요해져 현실적이지 못하고, 또 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 이 충분히 가열되지 않아 평활한 단면 (2) 이 얻어지지 않을 우려가 있다. 상기 주사 속도는, 보다 바람직하게는 0.5 ∼ 180㎜/초, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 150㎜/초이다.

유리 기판 (1) 의 단면 (2) 에 레이저 광선 (3) 을 조사하기 전에, 상기 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 을 예열해도 된다. 예열을 실시하면, 레이저 광선 (3) 을 조사하는 조사부 (4) 의 급격한 온도 변화에 의한 유리 기판 (1) 의 붕괴가 생길 우려가 적어져, 레이저 광선 (3) 과 유리 기판 (1) 의 상대적인 주사 속도를 크게 할 수 있다. 예열은 유리 기판 (1) 전체를 가열해도 되지만, 생산성이 저하되므로 그다지 바람직하지 않다. 예열 방법은 특별히 한정되지 않지만, 바람 직하게는 저항 발열체나 전열선을 사용한 히터, 고강도 램프, 또는 탄산 가스 레이저 등을 사용하여 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 표층부를 국부적으로 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 예열에 의해 도달하는 최고 온도는, 유리 기판 (1) 의 온도가 유리 기판의 변형점을 초과하지 않는 것으로 한다.

레이저 광선 (3) 은, 파장 3 ∼ 11㎛ 의 레이저 광선 (3) 을 사용하는 것이 바람직하다. 파장이 3 미크론보다 짧으면, 유리가 레이저 광선 (3) 을 흡수하지 못하고, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 을 충분히 가열할 수 없을 우려가 있다. 또, 상기 파장이 11㎛ 보다 긴 경우, 레이저 장치의 입수가 곤란하여 현실적이지 못하다. 보다 바람직하게는 파장 4 ∼ 10.9㎛, 더욱 바람직하게는 파장 9 ∼ 10.8㎛ 이다.

레이저 광원은, 발진 형태를 특별히 한정되지 않고, 연속 발진광 (CW 광) 또는 펄스 발진광, 연속 발진광의 변조광 (연속 발진광을 ON/OFF 로 변조하여 주기적으로 강도 변화를 부여한다) 중 어느 하나이어도 된다. 단, 펄스 발진광 및 연속 발진광의 변조광인 경우, 레이저 광선 (3) 의 상대적인 주사 속도 (U) 가 느리면, 주사 방향으로 모따기 형상의 불균일을 일으킬 우려가 있다. 그 경우, 발진 및 변조의 주기와 레이저 광선 (3) 과 유리 기판 (1) 의 상대적인 주사 속도의 곱이 유리 기판 (1) 의 두께의 절반 이하인 것이 바람직하다.

예를 들어 CO₂ 레이저는, 발진 파장 10.6㎛ 의 레이저 광선이 가장 일반적이어서 특히 바람직하다. 이 파장 영역의 레이저 광선 (3) 을 조사한 경우, 유리 기판 (1) 에 레이저 광선 (3) 의 대부분이 흡수되어, 레이저 광선 (3) 을 조사한 부위의 온도를 연화 온도 이상으로 상승시킬 수 있다.

또, 레이저 광선 (3) 을, 유리 기판 (1) 에 대하여 유리 기판의 단면의 두께 방향으로 수속되도록 조사하면 된다. 유리 기판의 단면의 두께 방향으로, 레이저 광선 (3) 이 발산되고 있는 경우, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 부분이 용융에 의해 둥굴게 된 후에는, 조사부 (4) 에 있어서의 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 판 두께 방향 단변 부근에 대한 광선의 입사각이 커지므로, 레이저 광선 (3) 의 에너지를 흡수하기 어려워져, 가열이 불충분해진다. 그 결과, 상기 부분의 용융이 불충분해져 흠집이 잔류하여, 에지 강도 저하로 이어질 우려가 있다.

본 발명 방법에서는, 유리 기판 (1) 의 모따기부에 전혀 응력을 발생시키지 않도록 하는 것은 원리적으로 곤란하지만, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 크랙을 열에 의해 용융하여 제거하고 있기 때문에, 종래의 연삭에 의한 모따기 유리 기판 (1) 과 동등한 강도를 확보할 수 있어, 실용적인 강도에 관해서는 문제가 없다. 또, 복굴절로 대표되는 광학적인 문제에 관해서는, 통상적인 용도, 예를 들어 플랫 패널 디스플레이에 관해서는, 유리 단부까지 화소가 오는 일은 없어 문제는 없다. 필요하면 유리 기판 (1) 전체를 서랭하면 잔류 응력을 용이하게 제거할 수 있다.

본 발명을 이용한 장치로서 예를 들어, 적어도 1 개의 레이저 광선의 발생 장치로부터 출사된 레이저 광선을 볼록 렌즈나 실린드리컬 렌즈 등으로 원하는 단면 형상이 되도록 하고, 이것을 유리 기판의 단면에 대하여 원하는 상대 속도가 되 도록 조사하는 기구를 구비함과 함께, 동시에 레이저 광선 조사부에 냉각 공기를 송풍하는 기구를 구비함으로써 원하는 모따기된 유리 기판이 얻어지는 장치를 구성할 수 있다.

도 4 의 (a) ∼ (c) 는 본 발명에 의한 유리 기판의 모따기 장치의 예의 개념도이다. 도 4 의 (a) 는, 레이저 광선 조사 장치 (7) 는 고정시키고, 유리 기판을 H 의 방향으로 반송시킴으로써 양자를 상대 이동시키는 예이다. 도 4 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 본 장치는 유리 기판 (1) 을 정확하게 위치 결정한 상태에서 반송하는 장치 (도시 생략), 레이저 광선 (3) 의 발생 장치 (도시 생략), 레이저 광선 (3) 의 단면 형상을 제어하여 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 에 조사하는 레이저 광선 조사 장치 (7), 레이저 광선 (3) 을 발생 장치로부터 레이저 광선 조사 장치 (7) 까지 전송하는 장치 (도시 생략), 냉각 기체의 송풍 노즐 (5) 에 의해 구성된다. 또한, 전원이나 송풍기 (컴프레서 등), 레이저 광선 (3) 의 출력이나 냉각 기체 (6) 의 풍량을 제어하는 장치 등의 기재는 생략하였다.

이와 같이, 구동부가 적기 때문에 장치는 매우 간단한 구성이 된다. 또한, 모따기는 1 단면씩 실시해도 되지만, 도 4 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 유리 기판 (1) 의 반송 방향 H 와 평행한 양 단면 (2) 을 동시에 실시할 수도 있다.

도 4 의 (b) 는, 연속 성형되는 유리 기판의 제조 장치에 레이저 광선 조사 장치 (7) 를 고정시키고 양자를 상대 이동시키는 예이다. 이와 같이, 용융 유리를 연속적으로 공급하여 플로트법이나 퓨전법 등의 제조 라인 중에서 유리 기판의 모따기를 연속적으로 실시해도 된다. 이와 같은 제조 라인 중에서 모따기를 실시할 수 있으면, 종래와 같이 연속 성형하는 유리 기판 제조 라인에서 한 번 유리 기판을 중간 팔레트 등에 적재하고, 다음 공정의 모따기 라인에 재투입하는 공정을 삭감할 수 있어, 설비 및 공정의 효율화를 도모할 수 있다. 또한 모따기 전의 유리 기판을 취급하는 공정이 줄어들기 때문에, 단면 강도가 약한 것에서 기인되는 균열이나 파편을 저감시킬 수 있다. 또한, 모따기는 1 단면씩 실시해도 되지만, 도 4 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 유리 기판 (1) 의 이동 방향 Ⅰ 과 평행한 양 단면 (2) 을 동시에 실시할 수도 있다.

도 4 의 (c) 는, 유리 기판 (1) 을 고정시키고, 레이저 광선 조사 장치 (7) 및 송풍 노즐 (5) 을 주사함으로써 양자를 상대 이동시키는 예이다. 모따기는 1 단면씩 실시해도 되지만, 도 4 의 (c) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 장치 (7) 및 송풍 노즐 (5) 의 반송 방향 J 과 평행한 양 단면 (2) 을 동시에 실시할 수도 있다. 또, 4 단면을 동시에 실시해도 된다.

이와 같이, 본 발명의 장치에서, 레이저 광선과 유리 기판의 상대 운동은 유리 기판 (1) 을 반송하여 실시해도 되고, 레이저 광선 조사 장치 (7) 및 송풍 노즐 (5) 을 주사하여 실시해도 된다. 또, 레이저 광선 조사 장치 (7) 는 복수이어도 되고, 복수의 레이저 광선 조사 장치 (7) 로 동시에 모따기를 실시해도 된다. 장치의 간략화를 위해, 송풍 노즐 (5) 과 레이저 광선 조사 장치 (7) 는 일체화시켜도 된다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이 본 실시예에 있어서의 유리 기판의 모따기 테스트를 실시하였다. 테스트용 유리 기판 (1) 으로서, 휠 커터에 의해 할단한 액정 디스플레이용 유리 기판을 이하의 조건에서 준비하였다.

A : 길이 12㎝, 폭 2.5㎝, 두께 0.7㎜

B : 길이 12㎝, 폭 2.5㎝, 두께 0.5㎜

C : 길이 12㎝, 폭 2.5㎝, 두께 0.5㎜

D : 길이 12㎝, 폭 2.5㎝, 두께 0.5㎜

E : 길이 12㎝, 폭 2.5㎝, 두께 0.5㎜

F : 길이 12㎝, 폭 2.5㎝, 두께 0.5㎜

G : 길이 5㎝, 폭 0.5㎝, 두께 0.3㎜

여기서, C 와 F 의 유리 기판은, 단면을 추가로 #500 의 연삭휠에 의해, 곡률 반경이 약 0.25㎜ 가 되도록 모따기하였다. 또, A ∼ F 까지의 유리 기판은 액정 디스플레이용 유리 기판 (상품명 AN100, 아사히 가라스 주식회사 제조) 이고, 유리 기판 G 는, 액정 디스플레이용 유리 기판 (상품명 OA-10, 닛폰 덴키 가라스 주식회사 제조) 이다.

예 1 로서, 상기 유리 기판 A 를 사용하고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 이 유리 기판 (1) 의 단면에, 파장 10.6 미크론의 연속 발진의 탄산 가스 레이저 장치 (레이저 발진 형태는 CW 광), 구면 렌즈 및 실린드리컬 렌즈 (도시 생략) 를 사용하고, 상기 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 에 있어서의, 상기 레이저 광선 조사부 (4) 의 단면의 총 와트수 Q 가 18W, 레이저 광선 (3) 의 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 에 있어서의 레이저 광선 조사부 (4) 의 단면의 에너지 밀도 분포가 최대의 1/e² 가 되는 부분을 연결한 곡선으로 둘러싸이는 면의 상기 유리 기판의 단면의 길이 방향의 폭 (W) 을 0.1㎜, 판 두께 방향의 높이 (H) 를 3.5㎜ 의 대략 타원 형상이 되도록 레이저 광선 (3) 을 조사하였다. 이 때의 총 와트수/조사 면적으로 정의되는 평균 파워 밀도 (P) 는, 약 51W/㎟ 이었다. 또한, 상기 레이저 광선 (3) 은, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 수직 방향에 대하여 상기 단면 (2) 의 길이 방향의 조사 각도 (A) 를 0˚, 판 두께 방향의 조사 각도 (A) 를 0˚ 로 조사하였다.

또, 냉각 기체 (6) 로서 건조 공기를 송풍 노즐 (5) 에 의해, 냉각 기체 (6) 는, 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 수직 방향에 대하여 상기 단면의 길이 방향의 송풍 각도 (C) 를 40˚, 판 두께 방향의 송풍 각도 (D) 를 0˚ 가 되도록 냉각 노즐 (5) 의 위치와 방향을 조정하였다. 냉각 기체 (6) 의 풍속 (S) 은, 유리 기판 (1) 의 단면에 있어서 약 25 m/초로 하였다.

유리 기판 (1) 은, 상기 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 길이 방향으로, 레이저 광선 (3) 을 조사하면서, 레이저 광선 (3) 과 유리 기판 (1) 의 상대적인 주사 속도 (U) 를 2㎜/초로 하여 주사시켰다.

또, 준비한 B ∼ G 의 유리 기판을 사용하고, 이하의 조건을 표 1 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는 예 1 과 동일하게 하여 예 2 ∼ 7 의 모따기를 실시하였다. 또한, 예 6 에서는 예열은, 파장 10.6 미크론의 연속 발진의 탄산 가스 레이저 장치 (레이저 발진 형태는 CW 광) 를 하나 더 준비하고, 상기 레이저 광선 (3) 의 조사 중심으로부터, 유리 기판의 길이 방향으로 13㎜ 상류에서, 에지보다 안쪽 방향으로 7㎜ 의 유리 기판 상면에, 레이저 광선의 유리 기판 판상면에 있어서의 단면이, 판의 길이 방향으로 30㎜, 폭 방향으로 10㎜ 의 대략 타원 형상이 되도록, 19W 의 출력으로 조사하여 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 의 예열을 실시하였다.

테스트 조건을 표 1 에 나타낸다.

	예 1	예 2	예 3	예 4	예 5	예 6	예 7
유리 기판	A	B	C	D	E	F	G
Q (W)	18	30	20	31	31	16	15
W (㎜)	0.1	0.5	0.1	2.7	0.02	0.02	0.1
H (㎜)	3.5	3.5	3.5	2	3.5	3.5	3.5
P (W/㎟)	51	24	96	8.5	740	380	77
C (°)	40	40	40	40	40	40	0
D (°)	0	0	0	0	0	0	0
S (m/초)	25	50	25	35	50	35	25
U (㎜/초)	2	5	2	5	10	10	5

테스트의 결과, 예 1 내지 7 의 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 이 용융에 의해 평활화되어 모서리가 둥글게 되서, 모따기된 유리 기판을 얻을 수 있었다. 또, 상기 유리 기판 (1) 을, 휠 커터 (산세이 다이아몬드 공업 주식회사 제조 M159) 를 사용하며 사람 손으로 스크라이브 후 꺾어, 스크라이브 자국을 따라 할단할 수 있는 것을 확인하였다.

또, 비교예로서 예 1 ∼ 7 과 동일한 조건에서 송풍을 실시하지 않고 모따기를 실시하였다. 그 결과, 어떤 경우도 유리 기판 (1) 의 단면 (2) 은 용융에 의해 평활화되어 모서리가 둥글게 되서, 모따기된 유리 기판을 얻을 수 있었지만, 본 유리 기판 (1) 을 상기와 동일하게 스크라이브한 결과, 스크라이브 자국 이외의 장소에 크랙이 자주 (自走) 하여 정상적으로 절단할 수 없었다.

본 발명은, 제조상 많은 프로세스를 거치기 때문에, 유리의 강도가 문제가 되는 유리 기판의 단면을 모따기하는 것이 필요한 유리 기판에 널리 적용할 수 있다. 특히, 많은 제조 프로세스를 거치는, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 필드 이미션 디스플레이와 같은 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판에 바람직하다.

또한, 2006 년 2 월 15 일에 출원된 일본 특허출원 2006-38018호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입한다.

Claims

레이저 광선의 조사에 의한 유리 기판의 모따기 방법으로서, 적어도 1 개의 레이저 광선을 유리 기판의 단면에 대하여 조사함과 함께, 상기 유리 기판의 레이저 광선 조사부에 냉각 기체를 송풍하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 레이저 광선의 조사 각도가, 상기 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대하여, 상기 단면의 길이 방향으로 ±70˚ 이내, 또한 판 두께 방향으로 ±70˚ 이내인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 냉각 기체의 송풍 방향이, 상기 유리 기판의 단면의 수직 방향에 대하여, 상기 단면의 길이 방향으로 ±70˚ 이내, 판 두께 방향으로 ±45˚ 이내인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉각 기체의 풍속이 레이저 광선 조사부에서 풍속 1 ∼ 200m/초인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유리 기판의 단면에서, 레이저 광선 조사부 단면의 에너지 밀도 분포가 최대의 1/e² (e 는 자연로그의 밑) 가 되는 부분을 연결한 곡선으로 둘러싸이는 면의 상기 유리 기판의 단면의 길이 방향의 폭을 W (㎜), 상기 레이저 광선과 상기 유리 기판의 상대적인 주사 속도를 U (㎜/s) 로 했을 때,

W≤0.15×U+2 인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유리 기판의 단면에서, 레이저 광선 조사부 단면의 에너지 밀도 분포가 최대의 1/e² (e 는 자연로그의 밑) 가 되는 부분을 연결한 곡선으로 둘러싸이는 면의 상기 유리 기판의 단면의 길이 방향의 폭을 W (㎜), 상기 레이저 광선과 상기 유리 기판의 상대적인 주사 속도를 U (㎜/s) 로 했을 때,

0.02≤W≤0.15×U+2

인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유리 기판의 단면에서, 상기 레이저 광선 조사부 단면의 총 와트수/조사 면적으로 정의되는 평균 파워 밀도를 P (W/㎜²) 로 했을 때,

인 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유리 기판의 단면에서, 상기 레이저 광선 조사부 단면의 총 와트수/조사 면적으로 정의되는 평균 파워 밀도를 P (W/㎜²) 로 했을 때,

인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유리 기판의 단면에 상기 레이저 광선을 조사하기 전에, 상기 유리 기판의 단면을 예열하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 레이저 광선을 주사하는 속도가, 유리 기판에 대하여, 상대적으로 0.1 ∼ 200㎜/초인 것 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 레이저 광선의 파장이 3 ∼ 11㎛ 인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 레이저 광선이, 유리 기판에 대하여 유리 기판의 단면의 두께 방향으로 수속(收束)되는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

용융 유리를 연속적으로 공급하여 플로트법에 의해 유리 기판을 제조하는 라인 중에서, 유리 기판의 모따기를 연속적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 방법.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 기판의 모따기 방법을 실시하는 유리 기판의 모따기 장치로서, 적어도 1 개의 레이저 광선을 유리의 단면에 대하여 조사하는 기구와, 상기 유리 기판의 레이저 광선 조사부에 냉각 기체를 송풍하는 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 기판의 모따기 장치.