KR20100036187A - 유리 시트의 레이저 분리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리 시트를 분리하기 위해 레이저를 사용하는 방법으로써. 확장된 레이저 빔, 바람직하게는 비대칭적으로-절단된 된 레이저 빔을 사용한다. 상기 방법은 현대적 디스플레이 응용분야에서 사용하기에 적합한 유리 시트를 잔류 응력 수준, 예컨대, 100 psi 미만인 잔류 응력 수준 같은 낮은 수준을 가지면서도, 최대 약 200 mm/s까지 속도에서 분리되도록 할 수 있다. 고 열 팽창계수(예컨대, 약 35 X 10-7/℃ 이상)를 가진 유리가 보다 빠른 속도로 분리될 수 있다. 분리된 에지의 향상된 성질(기하학, 강도, 무결점(defect-free)등) 뿐만 아니라 디스플레이 패널(예컨대, LCD 패널) 제조 공정 동안, 그러한 낮은 수준의 잔류 응력은 낮은 수준의 변형(distortion)으로 가져온다. 상기 방법은 고 열팽창 계수를 가진 유리를 포함하는 다양한 유형의 유리 및 또한 다른 두께를 가진 유리 시트에 사용될 수 있다.
유리시트 분리, 절단 레이저 빔

Description

유리 시트의 레이저 분리{Laser separation of glass sheets}
본 발명은 디스플레이 장치의 제조, 예컨대, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCDs)의 제조에서 기판으로 사용되는 유리 시트와 같은 유리 시트의 레이저 분리에 관한 것이며, 더욱 특징적으로는 1 단계(예컨대, 예비-분리 스코어링 필요 없는 단계)에서 유리 시트의 전체 몸체(full body) 분리에 관한 것이다.
본 출원은 2008년 9월 29일에 출원된 미국 출원 번호 12/240,356이며, 발명의 명칭이 "유리 시트의 레이저 분리"인 출원의 우선권 이익을 향유한다.
유리 커팅은 통상적으로 기계적인 연장을 사용해서 수행되었다. 전형적으로, 유리는 유리에서 스코어 또는 중간 균열(median crack)을 만들고, 부수적으로 컷 에지(cut edge)에서 유리에 실질적인 손상을 발생시키는 예컨대 스코어링 연장(예컨대, 날카로운 카바이드 윌(wheel))같은 것을 사용하여 우선 스코어 된다. 그러나 택일적인 공정은 스코어를 만들면서, 덜 손상되는 공정을 만들기 위해 온도 경사를 통해 유리를 가열하고 인장응력(tensile stress)을 만들기 위해 10.6㎛ 파장에서 CO₂ 레이저 방사선을 사용한다. 레이저 스코어링 동안, 초기 소 흠집(flaw)이 중간 균열(부분 벤트(vent) 또는 단순한 벤트라고도 불린다)을 만드는 이들의 에지 중의 하나의 부근에 있는 유리 표면 위에서 생성된다. 그리고 나서 상기 벤트는 빔으로 생성되는 레이저 빛에 의해 증폭되어 유리 표면을 가로지르고, 이후 냉각 노즐에 의해 생산되는 냉각 영역이 생긴다. 레이저 빔에 의한 유리 가열 및 이후 즉시 냉각제(coolant)로 냉각시키는 것은 벤트의 증폭에 관련있는 열 경사 및 대응하는 응력 필드를 생성한다. 스코어링이 완료되면, 굽힘 응력 또는 쉬어 응력이 이후에 유리에 적용되어 벤트가 시트 두께를 통해 이들의 증폭을 완성하게 한다. 그러나 또다른 경우에, 유리 시트 분리는 스코어를 생산하는 공정 및 이후 응력을 유리에 적용하여(예컨대 굽힘 응력) 벤트를 증폭시키고 시트를 분리 시키는 단계(종종 "스코어 및 스냅" 공정으로 불림)으로 이루어진 2 단계 공정이다. 어떤 공정에서는, 제 2 레이저 빔이 분리 공정을 완성하는 데 유리에 열 응력을 적용하는 데 사용될 수 있다.
레이저를 사용하여 유리 시트를 분리하는 통상적인 기술이 가진 문제는 유리에 초기에 스코어될 때 유리의 열 팽창 계수(CTE)와 관련이 있다. 통상적인 레이저 스코어링 기술은 상대적으로 고 CTE들, 예컨대, 37 x 10-7/℃ 이상의 CTE (0-300℃)를 갖는 코닝사의 코드 1737 LCD 유리, 보다 최근에 유리로는 예컨대, 코닝사의 EAGLE2000® 및 EAGLE XGTM 유리는 더 낮은 CTE를 가진다. 코드 1737 유리와 같이 보다 높은 CTE는 가열 동안 더 높은 인장 응력으로 변환되고, 다른 모든 것이 동일하다 면, 그러한 유리가 보다 고속으로 레이저 스코어링 하는데 보다 쉽다는 걸 의미한다. LCD 산업에서 사용되는 보다 현대적인 유리 기판의 더 낮은 CTE는 결국 통상적인 레이저 스코어링 기술이 사용되었을 때 훨씬 더 낮은 스코어링 속도, 더 나아가 2 단계 방법과 같이 지연시키는 결과를 초래했다. 결국, 2단계 공정은 좋은 에지 질을 성취하는 것이 어려울 수 있다.
상기 문제점을 극복하기 위해서 본 발명에서는 보다 빠른 회전 시간(cycle time)을 가지며, 보다 최소한의 잔류 응력을 가지면서도 깨끗한 에지(유리에 최소한의 손상)를 제공할 수 있는 유리 시트 분리를 위한 1 단계 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일구현예에 따른 유리 시트분리 방법은 (a) 속도 S로 유리 시트의 표면에 걸쳐서 피크 강도 Ipeak를 가진 단일의 확장된(elongated) 레이저 빔을 이동(translating)하며, 상기 빔은 절단되지 않은(untruncated) 길이 L0에 의해 특징이 있으며, L0는 어떠한 절단이 없는 상태에서 유리시트의 표면에서 빔 강도가 Ipeak의 1/e2이 되는 영역사이에서 빔의 길이에 따른 최대 거리와 동일하며; 또한 (b) 레이저 빔과 직렬로(tandem) 유리 시트의 표면에 걸쳐서 냉각제(coolant) 영역을 이동하여, 유리 시트를 서브-조각(sub-pieces)으로 분리하며; 상기에서,
(i) S는 약 200mm/초 미만이고,
(ii) L0는 100 mm 이상이고; 또한
(iii) Ipeak 및 L0는 속도 S로 유리 시트의 표면에 걸쳐서 레이저 빔의 이동이 유리의 변형점 보다 낮은 적어도 약 150℃에서 유리 시트의 표면에서 최대 온도를 발생시기도록 선택되며; 또한 상기 유리 시트는 레이저 빔의 단일 횡단(traverse)에서 분리되는 것을 포함한다.
본 발명은 현대적 디스플레이 응용분야에서 사용하기에 적합한 유리 시트를 잔류 응력 수준, 예컨대, 100 psi 미만인 잔류 응력 수준 같은 낮은 수준을 가지면서도, 최대 약 200 mm/s까지 속도에서 분리되도록 할 수 있다. 또한 고 열 팽창계수(예컨대, 약 35 X 10-7/℃ 이상)를 가진 유리가 보다 빠른 속도로 분리될 수 있다. 분리된 에지의 향상된 성질(기하학, 강도, 무결점 등) 뿐만 아니라 디스플레이 패널(예컨대, LCD 패널) 제조 공정 동안, 그러한 낮은 수준의 잔류 응력은 낮은 수준의 변형(distortion)으로 가져온다. 또한 본 발명은 고 열팽창 계수를 가진 유리를 포함하는 다양한 유형의 유리 및 또한 다른 두께를 가진 유리 시트에 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 측면의 상기 과제해결수단에서 사용되는 참조 번호 및 기호는 단지 독자들의 편의를 위해서 사용된 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 보다 일반적으로, 전술한 일반적인 설명 및 후술할 상세한 설명 모두 단지 본 발명의 예시에 불과하며, 본 발명의 성질이나 특징을 이해시키기 위한 개괄(overview) 또는 뼈대(framework)를 제공하는 것으로 의도된 것이다.
본 발명의 추가적인 성질 및 장점은 후술할 상세한 설명에서 열거될 것이며, 부분적으로 당업자는 상세한 설명으로부터 매우 분명할하거나 또는 여기에서 설명되는 발명을 실천함으로써 당업자가 쉽게 인식할 것이다. 첨부된 도면은 본 발명의 보다 나은 이해를 제공하기 위해 포함되었으며, 명세서에 병합되어 있으며, 본 발명에서의 일부를 구성한다. 본 명세서 및 도면에 개시된 본 발명의 다양한 성질은 어떤 조합 또는 모든 조합에서도 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
통상적으로 실천되는 레이저 스코어링 및 분리는 전형적으로 10.6 ㎛ 파장에서 작동되는 이산화탄소 레이저를 사용한다. 이 파장에서, 산화 유리의 흡수는 105-106m-1을 초과할 수 있고, 이것은 1-10 ㎛ 미만의 CO₂ 방사의 유효 침투 깊이를 만든다. 따라서, CO₂ 레이저를 사용한 1 단계 레이저 분리 공정 동안, 전체 몸체 벤트의 형성(유리 시트의 전체 두께를 걸쳐 확대되는 크랙)이 단지 유리 표면 밑의 열의 열 전도도에만 의존하며, 이것은 상대적으로 늦은 공정이다. 따라서 유리의 고 표면 흡수 및 열 전도도는 공정 윈도우를 결정하고 분리 속도를 제한하는 기본적인 2개의 인자이다.
벤트를 형성하기 위해 요구되는 인장 응력에 도달하기 위해, 레이저 빔의 파워 밀도는 유리의 표면에서 차별적으로(differential) 요구되는 온도를 제공할 만큼 매우 높아야 한다. 그러나, 만일 파워 밀도가 지나치게 높으면, 노출 동안 분리 라인을 따른 유리 표면 위에 각 지점에 전달되는 에너지가 유리의 절단(ablation) 또는 증발을 발생시킬 수 있다. 그러한 고 파워밀도는 또한 분리된 서브-조각의 에지에서 및 이들에 인접한 유리 영역내에서 높은 수준의 잔류 응력을 야기 시킬 수 있다. 다른 한편, 노출시간이 짧으면(분리 속도가 높을 때), 유리에 전달되는 에너지가 표면 아래의 유리를 가열시키고 시트의 전체 두께(전체 몸체 분리)를 통해 확대되는 벤트를 생성하기에 불충분할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 문제점은, 상대적으로 고속으로, 낮은 수준의 잔류 응력을 가지고, 저 열 팽창계수를 가진 유리로 조성된 유리 시트를 포함하는 유리 시트(전체 몸체 분리)를 완전히 분리하는 해결책을 사용하여, 처리된다. 상기 해결책은 200 mm 이상인 절단되지 않은 길이 L0를 가진 단일의 확장된 빔의 사용을 포함한다. 이들의 긴 길이 때문에 본 발명의 구현에 사용되는 빔은 일반적으로 종축(minor axes)에 대해 큰 주축 비율, 예컨대, 130 이상, 바람직하게는 200, 및 가장 바람직하게는 300 이상의 비율을 가진다.
이러한 유형의 빔은 0.7 mm 두께의 디스플레이계 유리 시트를 통해 완전히 확대되는 벤트의 형성을 가능하도록, 유리 분리 동안 유리 표면 위에 연장된 체류 시간을 발생시킨다. 더군다나, 상기 빔 형태(configuration) 및 상기 레이저 모드의 파워 분포는 분리되는 유리의 변형점 이상으로 유리 표면을 오버히팅시키지 않으면서도 일관된 분리 공정을 가능하게 하는 상대적으로 낮은 수준으로 파워 밀도를 유지시키도록 선택될 수 있다. 특히, 디스플레이계 유리(예컨대 약 30x10-7/℃ 내지 35x10-7/℃ 사이에 열 팽창계수를 가지는 유리)에 대해, 상기 유리는 유리의 변형점이하인 약 150-200 ℃이상의 온도를 초과해서는 안된다. 이것은 상대적으로 높은 분리 속도가 고 수준의 잔류 응력의 발생 없이, 또한 더 나아가 제 2 공정 단계 필요 없이, 유리 스코어링만 만들어지는 것이 요구될 때, 사용될 수 있다는 것을 의미하기 때문에 상기 방법은 분명한 장점을 보여준다. 또한, 상기 분리 동안 발생되는 인장 응력은 냉각 영역의 상대적인 위치 및 상기 빔의 후단 에지(trailing edge) 를 조정하여 최대화 시킬 수 있다. 이것 때문에 유리의 표면에서 최대 온도가 유리의 변형점 이하로 잘 유지되고 있는 동안, 유리 표면을 따라 차별적인 온도가 증가되도록 할 수 있다. 0.7 mm 미만의 두께를 가지는 유리 시트는 훨씬 빨리, 예컨대 약 200 mm/초를 초과하는 속도 및 심지어 500 mm/초를 초과하는 속도로 분리될 수 있음을 주목하자.
어떤 구현예에 따른 전체 몸체 레이저 분리는 비-대칭 레이저 빔, 예컨대, 단 하나의 단부(end) 위에서 절단된(truncated) 빔을 사용하여 수행된다. 예컨대, 유리의 단일 유형 및 단일 두께에 사용되는 전용 시트 분리 스테이션과 관련하여 만일 바람직하다면, 비록, 고정 크기 및 파워 밀도를 갖는 빔이 본 발명의 구현에 사용될 수 있을 지라도, 바람직하게는, 상기 빔은 크기(길이) 및 파워 밀도가 다른 유형의 유리 및/또는 공정 조건(예컨대, 레이저 빔 횡단 속도)을 수용할 수 있을 정도로 다양화할 수 있다.
주어진 속도에서 레이저 벤트를 생성하고 확장시키기 위해서, 유리 표면 위에 각 지점은 후술할 파라미터에 의해 결정되는 동일한 열 히스토리를 경험해야 한다: 레이저 빔 내에 있는 레이저 파워 및 파워 밀도 분포; 가열 속도; 가열동안 달성되는 최대 유리 표면 온도; 및 -칭 효율 및 -칭 영역의 지점. 일반적인 용어에서, 본 발명의 분리 방법들은 시스템의 공정을 분리 라인을 따라 유리 표면 위에 각 지점에 대해 필수적으로 동일하게 바람직한 열 히스토리를 유지할 수 있도록 하나의 파라미터의 변수는 하나 이상의 다른 파라미터의 변수에 의해 보상되도록 시스템의 공정 파라미터를 조정한다.
주어진 어떠한 유리의 유형 및 분리 속도에 대해서도, 본 발명은 하기의 조건을 만족시켜 낮은 잔류 응력을 가지면서도 상대적으로 고속으로, 전체 몸체 분리를 달성할 수 있다:
(1) 분리 라인의 각 지점의 가열 및 이어지는 냉각에 의해 생성되는 일시적인(transient) 열 응력이 유리의 깨뜨림 응력(breaking stress)을 초과해서, 일단 존재하는 흠집(flaw)로부터 발생하면 분리 라인을 따라 벤트의 안정한 확대를 가능 하게 한다.
(2) 분리 라인을 따라 유리 표면 위에 각 지점을 레이저 방사선에 노출하는 것은 유리 시트 전체 두께를 걸쳐서 확장하는 벤트를 생성시키기에 충분해야 한다. 그러나 노출 시간 및 레이저 빔의 파워 밀도는 유리 표면의 오버히팅을 일으키지 않도록 선택되어 상기 공정이 상당한 양의 잔류 응력을 유도하지 않게 수행되어야 한다. 실제로, 상기 공정은 가열 동안 유리내의 모든 지점에서 온도가 약 510 ℃을 초과하지 않으며, 바람직하게는 약 460 ℃ 내지 510 ℃(EAGLE2000® 및 EAGLE XGTM 의 특정한 경우)사이 이다; 또한 (3) 빔의 후단 에지에서 퀀칭 영역의 지점은 주어진 최대 유리 표면 온도에 대해 열 응력 경사를 최대화할 수 있도록 선택된다.
이들 원리에 대한 응용은 도 1에 의해 가장 잘 이해될 수 있을 것이다. 도 1에서 도시된 것처럼, 레이저 분리 공정은 유리 시트 12의 표면 10을 레이저 16으로부터 빔 14를 가지고 가열하고, 이후 노즐 22로부터 방출된 냉각제 20에 의해 형성된 퀀칭 영역 또는 냉각 영역 18이 형성된다. 표면 10의 빔 14의 풋프린트(footprint) 23은 제한된 크기를 가진다. 레이저 분리 공정 동안, 중간 균열(또는 벤트) 26는 유리 시트 전체 두께를 거쳐서 확장되는 분리 라인을 따라 생성된다. 전술한 바와 같이, 벤트를 생성하기 위해, 초기 작은 흠집이 우선 유리 표면 위에서 형성되며, 그리고 나서 벤트를 변형하며, 레이저 빔에 의해 확산되고, 퀀칭 영역이 유리 시트의 전체 두께를 걸쳐서 확산된다. 냉각 영역은 빔 경계 바깥쪽으로 일정 거리에 위치한다.
유리 시트의 분리는 분리 공정동안 유리에서 발생하는 인장 응력 σ의 견지에서 설명될 수 있다. 이러한 인장 응력은 α*E*ΔT에 비례하며, 상기에서 α는 유리 선형 열 팽창 계수(CTE), E는 유리 탄성 모듈러스, ΔT는 레이저 빔밑에 위치한 표면 부분과 냉각 노즐 밑에 위치한 부분사이의 유리 표면 위에서 온도 차이를 측정한 것이다.
벤트를 형성하기 위해, 생산되는 인장응력은 유리의 분자결합보다 높아야 한다. CTE 및 유리의 탄성 모듈러스가 낮을수록 발생되는 인장 응력이 낮고, 결과적으로 주어진 설정조건에서 레이저의 횡단 속도 및 냉각영역이 더 낮아진다. 주어진 α*E 생산을 위해, 인장 응력 σ는 더 높은 온도까지 유리를 가열하여 증가시킬 수 있다. 그러나, 이들의 변형점에 가깝거나 또는 그 이상으로 오버히팅 되면 유리의 절단(ablation)을 일으키고, 유리에서 비가역적인 고 잔류 응력을 생성을 수반하여, 서브-조각 에지 질을 악화시키고, 이들의 강도를 감소시키며, 분리공정의 지속적이지 못한 작동을 일으킨다.
본 발명자들은 이러한 문제에 해결하기 위해, 명목상 0.7 mm 두께를 갖는 유리 시트에 대해 레이저 횡단 속도의 함수로써 벤트 깊이를 측정하는 연구를 수행하였다. 도 2에서 보여주는 데이터는 시트의 완전한 분리가 통상적인 레이저 스코어링 공정에서 관례적으로 사용되는 것보다 훨씬 더 낮은 지점에 대해 횡단 속도를 늦춤으로써 얻어질 수 있었음을 보여준다. 통상적인 공정에서, 벤트 깊이가 횡단 속도 S의 선형함수인 것으로 가정되었다. 그러나 본 발명자들은 횡단 속도의 비-선형 함수를 발견, 즉 일반적으로 벤트 깊이가 레이저 빔 횡단 속도에 역으로 비례하 며, 또한 빔 체류시간에 달려 있다는 것을 알아내었다. 빔 체류시간은 빔 횡단 속도 및 빔의 길이에 의해 정해진다. 즉, 도 2로부터 분명하듯이, 그것은 모든 다른 인자가 상수로 있을 때, 횡단 속도가 감소(빔 체류 시간 증가)했을 때 상당히 더 낮은 한계 이하의 벤트 깊이에서 극적인 증가를 얻을 수 있다. 도 2에서 지시하듯이, 영역 30 및 32는 유리 시트의 레이저 스코어링을 위한 선행기술 레짐(regimes)을 나타내며, 영역 30은 약 100 ㎛ 순서로 벤트 깊이를 갖는 초기 방법을 나타내며, 영역 32는 약 125 ㎛ 내지 300 ㎛ 순서로 더 깊은 벤트 깊이를 보여준다. 디스플레이계 유리에 대해, 이러한 한계는 약 200mm/초이며, 영역 34에서 보듯이, 700 ㎛의 벤트 깊이는 본 발명의 방법을 사용해서 얻어질 수 있다(디스플레이 응용분야에서 전형적인 유리 시트는 전체 두께가 0.7 mm 이다). 동시에, 횡단 속도의 감소로 인해 레이저 파워가 감소되며, 나아가 레이저에 의한 유리의 손상(예컨대 버닝)을 방지한다. 결과적으로, 본 발명의 방법을 사용한 유리 표면에서 파워 밀도는 예컨대, 통상적인 레이저 스코어링 공정에서 전형적으로 발견되는 2 - 7 W/mm2과 비교하여 약 0.7 - 1.5 W/mm2 만큼 낮게 감소될 수 있다. 분리 레짐(예컨대 34)에서, 분리 공정은 공정 변수, 예컨대, 시트의 전개(deploy) 조건으로부터 발생될 수 있는 시트내에 있는 내부 영역 응력에서 작은 변화와 같은 공정 변화에 훨씬 더 민감하다. 즉, 조작(handling), 서포팅(supporting), 텐셔닝(tensioning) 및 진동(vibration)이 분리 공정 동안 유리에 도입된다. 이러한 민감도 때문에 도 2의 영역 34와 같은 데이터를 보여준다.
일반적으로 횡단 속도의 증가는 벤트 깊이의 감소를 가져오고 유리 시트의 분리를 2개의 서브-조각 분리를 신뢰할 수 없게 한다. 현존하는 레이저 스코어 및 스냅 기술의 주 단점은 "숏(short)" 레이저 빔(예컨대, 유리 표면 위에서 작은 풋 프린트를 가지는 레이저 빔)에 의해 제공되는 노출(또는 체류)시간에 제한을 가지게 된다. 노출시간은 스코어링 속도가 500 mm/초에 가깝거나 초과할 때 극단적으로 짧아진다(예컨대, 빔 길이에서 50-60 mm보다 약 100-120 ms 더 짧아진다).
앞서 검토한 바와 같이, 본 발명의 구현예에 따라, 200mm 이상의 절단되지 않은 L0를 가진 확장된 빔이 1 단계로 분리를 수행하는 데 사용된다. 이것 때문에 본 명세서에서 기재된 횡단 속도에서 유리 표면을 오버히팅하지 않고도 유리에 열을 유리에 깊게 전달할 수 있다. 그리고 나서, 그러한 빔에 의해 생성된 벤트 깊이는 유리 두께를 걸쳐서 완전히 확장 되어질 수 있다. 본 발명의 구현에 사용되는 레이저 빔의 길이에 대해 이론적인 한계는 없을 지라도, 비용과 다른 실천적인 사항을 고려하건대, 비록 더 긴 빔이 바람직하게 사용될 수 있을지라도 L0는 전형적으로, 200 mm일 것이다. 다음으로, 비록 고분리 속도가 요구되지 않을지라도, 약 100mm의 빔 길이도 사용될 수 있다.
비록 다른 유형의 레이저가 바람직하게 사용될 수 있을지라도, 레이저 빔은 전형적으로 CO₂ 레이저에 의해 생성될 것이다. 200 mm 또는는 더 확장된 L0 값을 달성하기 위해, 빔은 전형적으로 빔 확장기(expander)를 통과할 것이고, 그 후 원통형 옵틱(optics)를 사용하여 연장될 것이다. 본 발명을 목적으로, 절단되지 않은 빔의 L0값은 ISO 11146 표준의 빔 길이 정의인 1/e2을 사용하여 결정된다. 즉, 레이저 빔의 경계는 빔 강도가 그들의 피크 값 Ipeak가 1/e2로 되는 지점으로 정의된다. 이러한 정의에 따라 전체 빔 에너지의 약 86%가 한정된 경계를 통해 방출된다.
어떤 실험예에서, 명목상 0.7mm 두께를 갖는 코닝 Eagle XGTM 유리의 시트는 본 발명의 방법에 따라 분리되었으며, 상기 시트의 분리된 시트에서 응력이 에지로부터의 거리 함수로써 측정되었다. 시트는 약 200 mm의 시트에서 절단되지 않은 확장된 풋프린트를 가지고, 시트 표면에서 파워 밀도가 약 1.0 W/mm2 인 CO₂ 레이저를 사용하여 150mm/초의 속도에서 분리되었다. 도 3에서 데이터를 보여주고 있으며, 레이저 분리 후, 유리 에지 부근에서 15 psi보다 작은 유리의 기본(background) 응력보다 큰 잔류 응력이 없음을 보여준다.
본 발명의 구현예에 따라 수행된 유리 시트 분리는 실질적으로 어떠한 해클(hackle)도 존재하지 않으며, 수직에서 0.3 도 내에서 시트의 주 표면(예컨대, 주 표면 10)에 수직인 에지 표면을 가지는 것으로, 스코어 및 스냅 에지 보다 우수한 에지 표면을 생성하는 것으로 나타났다.
전술한 검토대로, 본 발명에 따른, 스코어링 동안 유리 표면의 표면에서 최대 온도 Tmax는 유리의 변형 점 Tstrain(예컨대, 유리의 점도가 1013.5Pa
Figure 112009058865915-PAT00001
s(1014.5포이즈)인 지점에서의 온도) 이하에서 잘 유지된다. 바람직하게는, Tmax≤Tstrain-150, 보다 바람직하게는 Tmax≤Tstrain-200 이며, 어떤 상황에서는 Tmax≤Tstrain-250 이며, 상기에서 Tmax 및 Tstrains 은 ℃이다.
실질적으로 유리 변형점이하로 되도록 Tmax를 조절하여, 분리 후 유리내에 잔류 응력 양이 감소되도록 한다. 바람직하게는 유리 시트로부터 발생된 서브-조각내에 피크 잔류 응력이 100 psi 이하, 보다 바람직하게는 50 psi가 되도록 한다. 분리된 시트내에서 피크 잔류 응력은 바람직하게는 복굴절(birefringence) 기술을 사용하여 측정한다.
전술 한 바에서 분명하게 알 수 있듯이, 본 발명은 절단되지 않은 빔을 사용해서 실현될 수 있지만 한 단부(예컨대, 냉각제 영역에 가장 가까운(근처) 트레일링 단부)가 절단된 빔을 사용하여 수행될 수 있다. 택일적으로, 시트에 적용되는 냉각제로 사용되는 노즐 어셈블리 부분은 가로지르는 위치(intercept)에 놓여질 수 있고, 이후 상기 빔의 트레일링 부분을 절단한다(truncate).
본 발명에 따른 빔 blockage 정도는 바람직하게는 전체 빔 길이의 약 20%를 초과하지 않는다. 또한, 빔 blockage 정도는 필요로 하는 횡단 속도에 따라 바람직하게 선택될 수 있다. 또한, 냉각 노즐 어셈블리가 빔 blockage를 수행하는 데 사용될 때, 빔 내에 존재하는 냉각제 영역의 바람직한 위치 선택은, 냉각 영역의 전면부 에지(front edge)에 대해 빔의 후면부 에지(rear edge)로부터 일정한 거리를 유지하는 동시에, 빔의 절단(truncation) 정도에 따라 달라진다.
어떤 구현예에서, 유리시트 분리는 레이저 빔의 횡단 동안, 굽힘(bending)에 의해서와 같이 레이저 빔이 충돌하는 표면 위에서 유리 시트내에 있는 작은 인장응력을 유도함으로써 향상될 수 있다.
비록 본 발명의 특정 구현예가 개시되어 있고, 예시되어 있을지라도, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않은 상태에서 변형이 가능함이 이해되어야 한다. 예컨대, 비록 본 발명이 10.6㎛에서 작동되는 CO₂ 레이저를 사용하여 0.7 mm 두께를 가진 LCD 유리의 분리 견지에서 개시되고 예시되어 있지만, 본 발명은 다른 유형의 유리에 응용될 수 있으며, 필요하다면, 다른 파장에서 작동되는 다른 유형의 레이저를 사용할 수 있다.
본 발명의 범위 및 사상과 별개가 아닌 다양한 다른 변형은 당업자에게는 여기에서 개시된 것으로부터 분명할 것이다. 후술한 청구항은 그러한 변형, 개조 및 등가물 뿐만아니라 여기에서 열거된 특정 구현를 포함하는 것으로 의도되었다.
따라서, 본 발명의 비-결합(non-binding) 구현예는 하기를 포함할 수 있다:
1. (a) 속도 S로 유리 시트의 표면에 걸쳐서 피크 강도 Ipeak를 가진 단일의 확장된(elongated) 레이저 빔을 이동(translating)하며, 상기 빔은 절단되지 않은 길이 L0에 의해 특징이 있으며, L0는 어떠한 절단이 없는 상태에서 유리시트의 표면에서 빔 강도가 Ipeak의 1/e2이 되는 영역사이에서 빔의 길이에 따른 최대 거리와 동일하며; 또한
(b) 레이저 빔과 직렬로(tandem) 유리 시트의 표면에 걸쳐서 냉각 제(coolant) 영역을 이동하여, 유리 시트를 서브-조각(sub-pieces)으로 분리하며; 상기에서,
(i) S는 약 200mm/초 미만이고,
(ii) L0는 100 mm 이상이고; 또한
(iii) Ipeak 및 L0는 속도 S로 유리 시트의 표면에 걸쳐서 레이저 빔의 이동이 유리의 변형점 보다 낮은 적어도 약 150℃에서 유리 시트의 표면에서 최대 온도를 발생시기도록 선택되며; 또한 상기 유리 시트는 레이저 빔의 단일 횡단(traverse)에서 분리되는 것을 포함하는 유리 시트 분리 방법이다.
2. 상기 1에서, 유리 시트의 표면과 접촉하기 전에, 빔의 일부분이 절단되고, 상기 일부분은 냉각제 영역에 가깝다.
3. 상기 2에서, 빔의 절단된 부분의 길이는 0.2*L0이하이다.
4. 상기 1 내지 3에서, 유리 시트로부터 생성된 서브-조각내에 있는 피크 잔류 응력은 100 psi 이하이다.
5. 상기 1 내지 3에서, 유리 시트로부터 생성된 서브-조각내에 있는 피크 잔류 스트레스는 50 psi 이하이다.
6. 상기 1 내지 5에서, 유리 시트의 표면으로부터 레이저 빔의 파워 밀도는 약 1.5W/m2 미만이다.
7. 상기 1 내지 6에서, 유리 시트의 표면에서 최대 온도는 약 460 ℃ 내지 510 ℃이다.
8. 상기 1 내지 7에서, 레이저 빔의 이동동안 유리 시트를 굽히는 것을 더 포함한다.
9. 상기 1 내지 8에서, 유리 시트의 에지는 상기 표면에 대해 수직으로 0.3 도 이내에 존재한다.
10. 상기 1 내지 8에서, 유리 시트는 약 30x10-7/℃ 내지 35x10-7/℃ 사이의 열 팽창계수를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유리 시트의 레이저 분리를 위한 시스템의 사시도를 나타낸다.
도 2는 다양한 다른 속도에서 벤트 깊이에 대한 레이저 횡단 속도의 그래프이며, 주어진 설정조건에서 어떤 특정 한계 속도(threshold speed) 이하에서 벤트 깊이가 날카롭게 증가하는 것을 보여주고 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 분리된 유리 시트의 분리된 에지로부터의 거리에 대해 응력을 플롯팅한 것이다.

Claims (5)

  1. (a) 속도 S로 유리 시트의 표면에 걸쳐서 피크 강도 Ipeak를 가진 단일의 확장된(elongated) 레이저 빔을 이동(translating)하며, 상기 빔은 절단되지 않은(untruncated) 길이 L0에 의해 특징이 있으며, L0는 어떠한 절단이 없는 상태에서 유리시트의 표면에서 빔 강도가 Ipeak의 1/e2이 되는 영역사이에서 빔의 길이에 따른 최대 거리와 동일하며; 및
    (b) 레이저 빔과 직렬로(tandem) 유리 시트의 표면에 걸쳐서 냉각제(coolant) 영역을 이동하여, 유리 시트를 서브-조각(sub-pieces)으로 분리하며; 상기에서,
    (i) S는 약 200mm/초 미만이고,
    (ii) L0는 100 mm 이상이고; 또한
    (iii) Ipeak 및 L0는 속도 S로 유리 시트의 표면에 걸쳐서 레이저 빔의 이동이 유리의 변형점 보다 낮은 적어도 약 150℃에서 유리 시트의 표면에서 최대 온도를 발생시기도록 선택되며; 또한 상기 유리 시트는 레이저 빔의 단일 횡단(traverse)에서 분리되는 것을 포함하는 유리 시트 분리 방법. 　　
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유리 시트의 표면을 접촉하기 전에 빔의 일부분이 절 단(truncated)되고, 상기 일부분은 냉각 영역에 인접한 것을 특징으로 하는 유리 시트 분리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유리 시트로부터 생산된 서브-조각내에 피크 잔여 응력이 50 psi 이하인 것을 특징으로 하는 유리 시트 분리 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 유리 시트의 표면에서 최대 온도는 460 ℃ 내지 510 ℃인 것을 특징으로 하는 유리 시트 분리 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 시트의 에지는 표면의 수직에 대해 0.3 도(degree) 내에서 존재하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 분리 방법.
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