KR20100101605A

KR20100101605A - 고속 및 낮은 잔여 응력으로 유리 시트를 레이저 스코어링하는 방법

Info

Publication number: KR20100101605A
Application number: KR1020107013555A
Authority: KR
Inventors: 아나토리 에이 압라모브; 야웨이 선; 웨이 수; 나이뉴 주
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-09-17
Also published as: TW200940464A; US20090126403A1; TWI388523B; JP5416127B2; CN101910077A; CN101910077B; US8011207B2; JP2011502948A; WO2009067164A1; KR101469304B1

Abstract

제공된 실험 데이터는 스코어링 속도가 증가함에 따라 분리된 시트에서의 기존 기술로 허용할 수 없는 수준의 잔여 응력을 생성하는 유리 시트(112)의 레이저 스코어링을 나타낸다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법이 확장된 레이저 빔, 바람직하게는, 비대칭-절단된 레이저 빔 (13)을 사용하여 개시된다. 상기 방법은 1000mm/s의 속도에서 500 psi 이하인 낮은 수준의 잔여 응력을 가진 유리 시트 (112)를 스코어링되도록 한다. 이러한 저 수준의 잔여 응력은 분리된 에지의 향상된 성질 뿐만 아니라 디스플레이 판넬(예컨대, LCD 판넬)의 제조 동안 저 수준의 디스토션으로 변형시킨다. 상기 방법은 저 열 팽창 계수를 갖는 유리를 포함하여 다양한 유형의 유리와 함께 사용될 수 있다.

Description

고속 및 낮은 잔여 응력으로 유리 시트를 레이저 스코어링하는 방법{LASER SCORING OF GLASS SHEETS AT HIGH SPEEDS AND WITH LOW RESIDUAL STRESS}

본 출원은 2007년 11월 20일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/003,738 호에 대해서 우선권을 주장한다. 이 문서의 내용 및 본 명세서에서 언급된 간행물, 특허, 특허 문서의 전체 개시는 참고 문헌으로서 수록된다.

본 발명은 디스플레이 장치 예컨대, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 (TFT-LCD)의 제조에서 기판으로서 사용되는 시트와 같은 유리 시트의 레이저 스코어링(laser scoring)방법에 관한 것이다.

전통적으로 유리 커팅이 기계적인 도구를 사용하여 수행되었으나, 유리를 가열하기 위해 10.6 ㎛의 파장에서 CO₂ 레이저 방사선을 사용하고, 온도 구배를 통한 인장 응력을 생성하는 선택적인 공정이 존재한다. 유리 커팅에 대한 CO₂ 레이저의 용도는 다음의 문헌에서 논의되었다: Kondratenko, 미국 특허 제5,609,284호, "Method of splitting non-metallic materials" ('284 특허라 함); Allaire 등의, 미국 특허 제5,776,220호, "Method and apparatus for breaking brittle materials"('220 특허라 함); Ostendarp 등의, 미국 특허 제5,984,159호, "Method and apparatus for cutting through a flat workpiece made of brittle material, especially glass"('159 특허라 함); 및 Allaire 등의, 미국 특허 제 6,327,875 호, "Control of median crack depth in laser scoring"('875 특허라 함). 상기 '220 및 '875 특허의 내용은 모두 참고 문헌으로서 본 명세서에 포함된다.

도 9에서 도시된 바와 같이, 레이저 스코어링 동안, 중간 크랙(median crack) (115) (또한 부분 벤트(partial vent) 또는, 단순히, 벤트로 알려짐)이 유리 시트 (112)의 주 표면 (114)에서 만들어진다. 벤트를 생성하기 위해서, 작은 초기 흠집(flaw) (111)이 유리 표면상에 유리 표면의 에지 중 하나 근처에 형성되고, 그 뒤 이것은 유리의 표면을 가로지르는 빔 (113)으로 형성된 레이저 광 (121)을 확대(propagation)시켜 벤트로 변형되며, 냉각 노즐 (119)에 의해 생성되는 냉각 영역이 뒤따른다. 레이저 빔(laser beam)으로 유리를 가열 및 그 후에 이를 즉시 쿨런트(coolant)로 퀀칭(quenching)하는 것은 벤트의 확장을 초래하는 상응하는 응력장 및 열 구배를 생성한다.

다양한 형태와 크기를 갖는 레이저 빔들이 상기 언급된 특허에서 사용되었다. '284 특허에서 기술된 스코어링 빔은 물질 두께의 10배 미만인 빔의 가장 긴 축을 갖는 쇼트(short) 타원형이었다. 이러한 접근에 따라서, 0.7mm의 두께를 갖는 유리 시트의 경우, 빔의 장축의 길이가 7mm를 초과해서는 안 된다. '220 특허의 경우, 스코어링 빔은 바람직하게는 40mm초과의 가장 긴 축을 갖는 확장된 타원형이었다. '875 특허에서, 빔은 하나 또는 모두의 단부(end)로부터 절단되었고, 그 결과, 빔의 총 길이가 20~40% 감소되었다. '159 특허에서, 스캐닝 기술에 의해 생성된 U-형 빔이 스코어링을 위해 사용되었다.

다양한 스코어링 속도가 '284 특허의 실시예에서의 낮은 6mm/s에서부터 '159 특허의 복잡한 빔 구조물에 대해서 1000mm/s까지의 범위가 상기 특허들에서 기술된다. 상당히, 이들 참고 문헌들 중 어느 것도 레이저 스코어링의 결과로서 유리 시트에서 생성되는 잔여 응력의 문제점에 대한 어떠한 언급이 포함되어 있지 않다. 따라서, 참고 문헌들은 증가된 잔여 응력의 문제에 관하여 언급하고 있지 않으며, 본 발명에서, 잔여 응력의 증가는 스코어링 속도의 증가가 수반된다는 것을 발견했다.

잔여 응력은 디스플레이 장치에서 기판으로서 사용되는 유리 시트의 경우에는 특히 중요한 문제점이 있다. 많은 디스플레이 장치, TFT-LCD 판넬 및 유기 발광 다이오드(OLED) 판넬과 같은 유리 기판상에 직접 제조된다. 생산률을 증가시키고, 비용을 감소시키기 위해서, 대표적인 판넬 제조 공정은 단일 기판 또는 서브-조각(sub-piece)의 기판상에 복합(multiple) 판넬을 동시에 생산한다. 이러한 공정에서의 여러 관점에서, 이들 기판은 커트 라인(cut line)을 따라 기계적으로 부분들로 분리된다.

이러한 기계적인 커팅은, 유리내의 응력 분포 특히, 유리가 평평하게 바큠(vacuume)된 경우 나타나는 면내 응력 분포를 변화시킨다.

더욱더, 이러한 커팅은 커트 라인에서 시트의 잔여 응력을 완화시키는데, 이는 커트 에지가 트랙션(traction)이 없기 때문이다. 이러한 응력 감소는 일반적으로 유리 서브-조각의 바큠된-평판 형에서의 변화를 야기하며, 이러한 현상을 디스플레이 제조업자들에 의해 "디스토션(distortion)"이라고 부른다.

응력 제거의 결과로 형상 변화의 양이 통상적으로 매우 적음에도 불구하고, 최근 디스플레이에서 사용되는 픽셀 구조물의 관점에서, 보다 큰 시트의 바깥에 개별 판넬을 기계적인 커팅으로부터 생기는 디스토션은 상당수의 결함(불량)된 디스플레이를 유발하기에 충분히 클 수 있다. 따라서, 디스토션 문제는 2 마이크론이하일 수 있는 허용가능한 디스토션에 관해서 디스플레이 제조업자 및 설명서에서 실질적인 관심사이다.

이러한 기계적인 커팅이 수행되는 경우 디스토션의 양은 시트내의 잔여 응력에 따라 달라지는데, 잔여 응력의 수준이 낮아지면 더 적은 디스토션을 생성한다. 위에서 검토한 바와 같이, 레이저 스코어링과 관련된 선행 기술은 스코어링 공정 동안 유리 시트로 도입되는 잔여 응력에 관하여 아무런 언급이 없다. 그러한 것으로서, 선행 기술은 판넬 제조 공정 동안 유리 시트가 그 후에 기계적으로 커팅되는 경우, 이러한 잔여 응력으로부터 생긴 디스토션에 관하여 또한 아무런 언급이 없다.

디스토션 문제에 더하여, 하기에서 논의되는 바와 같이, 잔여 응력은 또한 레이저 스코어링된 유리 시트가 두 개의 서브-조각으로 분리되는 경우, 생성된 에지의 질의 관점에서 중요하다. 본 발명에 따르면, 잔여 응력의 높은 수준은 상대적으로 낮은 강도 및 낮은 품질(예컨대, 스프린터(splinter) 및 마이크로 크랙)을 갖는 에지와 관련된다. 유리 에지 근처의 높은 잔여 응력은 에지의 품질의 점진적인 악화 즉, 치핑(chipping) 또는 박리(delamination)를 일으킬 수 있고, 이는 스코어링 후 언젠가 이들에 대해 명백해지거나, 또는 이는 외부 영향에 의해 유발될 수 있다. 다시 한번, 선행 기술은 레이저 스코어링에 관한 이러한 문제점들에 대하여 아무런 언급이 없다.

레이저 스코어링을 수행하기 위한 선행 기술에 대한 세번째 문제점은 스코어링되는 유리의 CTE에 관한 것이다. 선행 기술인 레이저 스코어링 기술은 상대적으로 높은 CTE를 갖는 유리를 사용하는데, 예컨대, 37 × 10^-7/℃ 이상의 CTE (0-300℃)를 가진 코닝사의 코드 1737 LCD 유리가 있다. 좀더 최근의 유리, 예컨대, 코닝사의 EAGLE²⁰⁰⁰ ^®및 EAGLE XG^TM 유리는 더 낮은 CTE를 가진다. 더 높은 CTE, 가령 코드 1737 유리의 CTE는 가열 동안 더 높은 인장 응력으로 변형되고, 그외 다른 모든 것들은 동일하며, 이는 더욱 높은 속도에서 이러한 유리를 레이저 스코어링하기 용이하다는 것을 의미한다. 통상의 레이저 스코어링 기술이 사용되는 경우, LCD산업에서 사용되는 더욱 현대적인 유리 기판의 더욱 낮은 CTE는 더욱 낮은 스코어링 속도를 야기한다.

다양한 문제점의 관점에서, 더욱 낮은 CTE (즉, 37 × 10^-7/℃ (0-300℃)미만의 CTE)를 갖는 유리의 고속 레이저 스코어링을 제공하면서, 동시에 과도한 잔여 응력을 생성하지 않을 수 있는 공정에 대한 기술에서의 필요가 존재한다.

제1 실시예에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 유리 시트(112) 스코어링 방법을 제공한다:

(a) 속도 S에서 유리 시트(112)의 표면(114)에 걸쳐서 피크 강도 I_peak를 갖는 확장된(elongated) 레이저 빔을 이동(translating)시키는 단계(도 1c에서 화살표 17 참조), 상기 빔은 절단되지 않은(untruncated) 길이 L₀에 의해 특징 지워지며, L₀는 어떤 절단이 없는 상태하에서 유리시트(112)의 표면(114)에서 빔 강도가 I_peak의 1/e²이 되는 영역 사이에서 빔의 길이에 따른 최대 거리와 동일하고; 그리고

(b) 레이저 빔과 직렬로(tandem) 유리 시트(112)의 표면(14)에 걸쳐서 쿨런트(coolant) 영역(15)을 이동시키는 단계,

여기서:

(i) S는 약 500 밀리미터/초 초과임,

(ii) L₀는 200 밀리미터 이상임; 및

(iii) I_peak 및 L₀는 속도 S에서 유리 시트(112)의 표면(114)에 걸쳐서 레이저 빔의 이동이 유리 시트(112)의 표면(114)에서의 최대 온도를 생성하도록 선택되며 여기서, 최대 온도는 유리의 변형점 이하이며, 가능한 가장 낮은 온도가 바람직하다.

특정한 바람직한 구체예에서, 유리 시트 (112)의 표면 (114)과 접촉하기 전에, 쿨런트 영역 (15)에 인접하는 빔의 부분(23)이 절단된다.(예컨대, 최대 L₀의 20% 까지 절단된다). 바람직하게는, 쿨런트 영역에 인접한 빔의 일부분만 절단된다.이러한 구체예와 관련되어, 쿨런트 영역(15)는 바람직하게는 빔이 절단되지 않는 경우, 유리 시트(112)의 표면(114)에 접촉되는 빔의 부분내에 위치된다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 중심점을 갖는 쿨런트 영역과 직렬로 시트의 표면에 걸쳐 절단된 레이저 빔의 이동에 의해 유리 시트에 벤트가 생성되는 레이저 스코어링 시스템을 운전하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 (i) 상기 벤트의 깊이(115) 및 (ⅱ) 상기 시트(112)로부터 생성된 서브-조각에 잔여 응력 중 적어도 하나를 제어하기 위해, 상기 레이저 빔의 절단량(τ), 또는 절단 전에 쿨런트 영역의 중심점과 레이저 빔의 가장 가까운 단부(the nearest end) 사이의 거리(D), 또는 절단량과 절단 전에 쿨런트 영역의 중심점과 레이저 빔의 가장 가까운 단부 사이의 거리 모두를 선택하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 외부 에지(outer edge)를 갖는 쿨런트 영역(15)와 직렬로 시트의 표면(114)에 걸쳐서 절단된 레이저 빔(113)의 이동에 의해 유리 시트(112)에 벤트(115)가 생성되고, 상기 레이저 빔의 절단은 상기 쿨런트 영역(15)에 인접한 절단된 에지를 생성하는 레이저 스코어링 시스템을 운전하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은:

(a) 하나 이상의 스코어링 속도의 변화, 벤트 깊이의 변화, 유리 조성물의 변화, 시트 두께의 변화, 상기 시트로부터 생성된 서브-조각의 잔여 응력의 변화, 및 상기 시트로부터 생성된 서브-조각의 에지 특성의 변화를 수용 또는 달성하기 위한 레이저 빔의 절단량(τ)을 변화시키는 단계; 및

(b) 상기 레이저 빔의 절단량(τ)이 변화함에 따라, (i) 상기 레이저 빔의 절단된 에지와 (ⅱ) 상기 레이저 빔의 절단된 가장자리에 근접한 상기 쿨런트 영역(15)의 외부 에지의 일부분 사이의 간격(L)을 일정하게 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다양한 실시예 중 상기 개요에서 사용된 참조 번호 및 기호는 독자의 편의를 위해서만 사용되고, 본 발명의 범위를 제한할 의도는 아니며, 본 발명의 범위를 제한하도록 해석되어서도 안된다. 더욱 일반적으로, 전술한 일반적인 설명 및 후술할 상세한 설명 모두는 단지 본 발명의 예이며, 본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 후술하는 상세한 설명에서 설명되고, 그 일부는 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하고 자명할 것이며, 본 명세서에 기술된 바와 같이 본 발명의 실시에 의해 인식될 것이다. 첨부된 도면은 본 발명을 더욱 이해하기 위해 포함되고, 이는 본 명세서에 수록되며 이의 일부를 구성한다. 본 명세서 및 도면에서 개시된 발명의 다양한 특성은 임의의 조합 및 모든 조합으로 사용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술 스코어링 시스템의 개략도이다. 도 1c는 본 발명의 구체예의 개략도이다. 이들 도면에서의 참조 번호 17은 스코어링 방향을 나타낸다.
도 2는 듀얼 모드(dual mode)에서 작동하는 레이저의 경우에서 레이저 파워 와 스코어링 속도의 서로 다른 조합에 대해서 스코어링 라인을 따라 유리 표면상 각 포인트(each point)의 계산된 열 히스토리(thermal history)의 그래프이다. 레이저 빔은 230㎜ 길이를 가졌다. 표 1은 도면에서 도시된 다양한 곡선에 대한 레이저 파워 및 속도를 설명한다. 도면에서 수직축은 온도(℃)를 도시하고, 수평축은 시간(sec)을 도시한다. 참조 번호 50은 최대 온도의 한계를 도시하며, 참조 번호 60은 퀀칭 영역(quenching area)을 도시한다.
도 3은 계산된 일시적인 열 응력 대 파라미터 τ 및 도 1c의 D의 그래프이다.
도 4는 벤트 깊이 대 파라미터 τ의 그래프이다. 수직축은 벤트 깊이를 마이크로 단위로 도시하고, 수평축은 빔 차단(beam blockage)의 정도를 밀리미터로 도시한다. 삼각형 데이터 포인트는 측정된 값이며, 곡선은 이들의 값을 연결한 것이다.
도 5는 계산된 노출 시간(퀀칭 없이) 대 스코어링 속도의 60㎜ 빔(곡선 20)에 대한 그래프이며, 뿐만 아니라 도면에서, 200㎜ 초과의 길이를 갖는 본 발명에 따른 빔, 보다 상세하게는 250㎜ 빔(곡선 22) 및 300㎜ 빔(곡선 24)에 대한 그래프이다. 수직축은 노출 시간을 초 단위로 나타내며, 수평축은 스코어링 속도를 밀리미터/초 단위로 도시한다. 60㎜ 곡선에서의 공백부(점선 부분)은 60㎜ 빔을 사용하여 최대 달성가능한 스코어링 속도의 위치를 나타내며, 이는 도면에서 참조 번호 26에 의해 표시된다.
도 6은 본 발명의 대표적인 빔(사각형 데이타 포인트) 및 참고(비교) 빔(원형 데이타 포인트)에 의해 생성되는 측정된 피크 유리 표면 온도의 그래프이다. 수직축은 피크 유리 표면 온도를 ℃ 단위로 도시하고, 수평축은 레이저 파워를 % 단위로 도시한다. 이 그래프에서, 더욱 높은 레이저 파워는 더욱 빠른 스코어링 속도와 상응한다.
도 7은 본 발명의 대표적인 빔(사각형 데이타 포인트) 및 참고(비교) 빔(원형 데이타 포인트)에 의해 생성되는 측정된 피크 잔여 응력의 그래프이다. 수직축은 피크 잔여 응력을 psi 단위로 도시하고, 수평축은 레이저 파워를 % 단위로 도시한다. 이 그래프에서, 더욱 높은 레이저 파워는 더욱 빠른 스코어링 속도와 상응한다.
도 8은 코닝사의 EAGLE²⁰⁰⁰ ^®(다이아몬드형 데이터 포인트) 및 EAGLE XG²⁰⁰⁰ ^®(사각형 데이터 포인트) LCD 유리들에 대한 과도한 잔여 응력을 생성함이 없이 달성되는 스코어링 속도 대 레이저 파워의 그래프이다. 수직축은 스코어링 속도를 밀리미터 당 초의 단위로 도시하고, 수평축은 레이저 파워를 % 단위로 나타낸다.
도 9는 종래의 기술 스코어링 시스템의 개략도이다.

A. 고속에서 스코어링 유리 시트의 시도

레이저 스코어링은 10.6㎛의 파장에서 작동하는 이산화 탄소 레이저를 사용하여 통상적으로 수행된다. 이러한 파장에서 산화유리(oxide glasses)의 흡수는 10⁵-10⁶l/m을 초과할 수 있고, 이는 CO₂ 방사선의 효과적인 침투 깊이를 1-10㎛ 미만으로 만든다. 성공적인 스코어링을 위해서 필요한 통상적인 벤트 깊이는 LCD 제조에서 사용되는 통상적인 기판의 70-140 ㎛에 상응하는 즉, 0.7 밀리미터의 두께를 갖는 기판의 제조에서 사용되는 유리 두께의 10-20% 범위내일 것이다. 이는 레이저 스코어링 동안 벤트의 형성이 유리 표면밑에 열의 열전도에 의존하는 것을 의미하며, 이는 상대적으로 슬로우 공정(slow process)이다. 그러므로, 유리의 높은 표면 흡수 및 열전도도는 근본적으로 공정 윈도우(process window)를 결정하고, 스코어링 속도를 제한하는 두 가지의 근본적인 요소이다.

벤트를 형성하기 위해서 필요한 인장 응력에 도달하기 위해서, 빔의 파워 밀도는 유리 표면에서 충분한 온도 차이를 제공할 정도로 충분하여야 한다. 그러나, 파워 밀도가 지나치게 높은 경우, 노출 동안 스코어링 라인을 따라 유리 표면 위 각 지점에 전달되는 에너지가 유리의 용융(ablation) 또는 증발을 일으킬 수 있다. 이러한 높은 파워밀도는 또한 분리된 서브-조각의 에지 및 이들에 인접한 영역내 모두에서 높은 수준의 잔여 응력을 야기시킬 수 있다. 다른 한편으로는, 노출시간이 짧으면(스코어링 속도가 높을 때), 유리에 전달되는 에너지가 표면 아래의 유리를 가열시키고 깊은 벤트를 생성하기에 불충분할 수 있다.

이론적으로, 이러한 문제는 냉각 전에 유리를 예열하기 위한 수 개의 빔을 사용하거나 스코어링 라인에 따라 단일 빔의 다중 주사(multiple scan)에 의해 해결할 수 있다. 그러나 둘 모두의 방법은 복잡한 광학 및 제어 방식을 필요로 한다.

B. 확장된 빔의 사용

본 발명에 따르면, 놀랍게도 이러한 시도들은 저 열 팽창 계수를 갖는 유리로 구성되는 유리 시트를 포함하는 고속에서 낮은 수준의 잔여 응력을 갖는 유리 시트를 효과적으로 스코어링 하기 위하여 알아낸 더욱 간단한 해결책을 사용하여 설명되고 해결된다. 이러한 해결책은 200 밀리미터 이상인 절단되지 않은 길이 L₀(아래 참조)를 갖는 단일 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 갖는다.

이러한 유형의 빔은 심지어 1000mm/s를 초과하는 스코어링 속도에서 깊은 벤트의 생성이 가능하도록 스코어링 동안 유리 표면에 연장된 체류 시간을 야기시킨다. 더욱이, 상기 빔 구성(configuration) 및 상기 레이저 모드(laser mode)의 파워 분포는 스코어링되는 유리의 변형점 이상으로 유리 표면을 과열없이 일관된 스코어링 공정을 가능하게 하는 상대적으로 낮은 수준으로 파워 밀도를 유지시키도록 선택될 수 있다. 이는 본 발명에 의한 방법의 명백한 이점을 대표하는데, 이는 높은 스코어링 속도가 높은 수준의 잔여 응력을 생성함이 없이 사용될 수 있기 때문이다. 또한, 스코어링 동안 생성되는 인장 응력은 냉각 지역(cooling zone)의 상대적인 부분 및 상기 빔의 트레일링 에지(trailing edge)를 조절하여 최대화될 수 있다. 이는 유리의 표면에서 최대 온도가 유리의 변형점 이하로 잘 유지되고 있는 동안, 유리 표면을 따라 차별적인 온도가 증가되도록 한다.

특정한 바람직한 구체예에 따르면, 레이저 스코어링은 비-대칭적인 레이저 빔, 예컨대, 일측 단부만이 절단되는 빔을 사용하여 수행된다. 유리의 단일 유형 및 단일 두께를 위해 사용되는 전용의 스코어링 위치와 관련하여, 만일 바람직한 경우, 고정된 크기 및 파워 밀도를 가진 빔이 본 발명의 수행으로 사용할 수 있음에도 불구하고, 바람직하게는, 상기 빔은 서로 다른 유리 유형 및/또는 공정 조건 (예컨대, 스코어링 속도)를 수용하도록 변화할 수 있는 크기(길이) 및 파워 밀도를 가진다.

C. 확장된 빔을 사용하는 레이저 스코어링

주어진 속도에서 레이저 벤트를 생성하고 확장시키기 위해서, 유리 표면상의 각 포인트(each point)은 후술할 파라미터에 의해 결정되는 동일한 열 히스토리(thermal history)를 경험한다: 레이저 파워 및 레이저 빔내에 있는 파워 밀도의 분포; 가열 속도; 가열 동안 달성되는 최대 유리 표면 온도; 및 퀀칭 효율성 및 퀀칭의 위치. 일반적인 용어에서, 본 발명의 스코어링 방법들은 스코어링 라인을 따라 유리 표면 위에 각 포인트에 대해서 본질적으로 동일한 바람직한 열 히스토리를 유지하기 위해서 하나의 파라미터의 변수는 하나 이상의 그 외 다른 파라미터의 변수에 의해 보상되도록 시스템의 공정 파라미터를 조정한다.

주어진 어떠한 유리의 유형 및 분리 속도에 대해서도, 본 발명은 다음의 조건을 만족시켜 낮은 잔여 응력(residual stress)을 가지면서도 상대적으로 고속 스코어링을 달성한다:

(1) 스코어링 라인의 각 포인트의 가열 및 이어지는 냉각에 의해 생성되는 일시적인(transient) 열 응력이 유리의 깨뜨림 응력(breaking stress)을 초과해서, 일단 존재하는 흠집(flaw)로부터 시작하면 벤트의 안정한 확장을 허용한다.

(2) 스코어링 라인을 따라 유리 표면 위에 각 지점을 레이저 방사선에의 노출은 상대적으로 깊은 벤트를 생성하기에 충분하다. 다른 한편으로는, 레이저 빔의 파워 밀도 및 노출 기간은 유리 표면의 과열을 일으키지 않도록 선택되어서 상기 공정이 상당한 양의 잔여 응력을 유도하지 않게 수행된다; 그리고

(3) 빔의 트레일링 에지에서 퀀칭 지역의 위치는 주어진 최대 유리 표면 온도에 대해 열 응력 구배(thermal stress gradient)를 최대화할 수 있도록 선택된다.

이들 원리에 대한 이용예는 도 1에 의해서 가장 잘 이해될 수 있을 것이다. 도 1은 도식적으로 '284 특허의 공정은 도 1a에서, '220 특허의 공정은 도 1b에서, 그리고 본 발명의 구체예는 도 1c에 도시된다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, '284 특허 및 '220 특허에서 기술된 레이저 스코어링 공정은 제한된 크기의 레이저 빔 (113)을 사용하여 유리 표면을 가열하고 퀀칭 지역 또는 냉각 영역 (15)이 뒤따라 일어나는 것을 포함한다. 레이저 스코어링 동안, 중간 크랙(또는 부분적 벤트)이 생성된다. 위에서 검토한 바와 같이, 벤트, 작은 초기 흠집을 생성하는 것이 먼저 유리 표면에 형성되고, 그 뒤 이는 벤트로 변형되고 레이저 빔 및 퀀칭 지역에 의해 확장된다. '284 특허 및 '220 특허에 따르면, 냉각 영역은 빔 경계 바깥쪽 동일한 거리에 위치된다(도 1a 및 도 1b 참조).

도 1a 및 도 1b의 구성이 스코어링을 달성할지라도, 이는 유리 유형에 따라 달라지며, 20mm/s-500mm/s의 속도로 제한된다. 동일한 구성을 사용하여 스코어링 속도를 증가시키기 위한 어떤 시도는 유리의 과열을 수반할 수 있고, 이는 본 발명에 따라서, 더욱 높게 가해진 파워 밀도의 결과로서 높은 잔여 응력의 수준을 생산하는 것을 알아냈다. 더욱이, 잔여 응력의 영향(effect)은 특히, 낮은 열 팽창 유리의 경우에 있어서 더욱 높은 스코어링 속도에서 더욱 명확하다.

도 1c의 예는 상당히 긴 레이저 빔을 사용 및 본 발명의 가장 바람직한 구체예에 따르면, 유리 시트의 표면상에 비대칭적인 빔 흔적(footprint)을 생성하기 위해서 빔의 일측 단부를 절단시켜 이러한 문제점들을 극복한다.

이러한 접근에 대한 근거는 후술하는 고려할 사항으로부터 이해될 수 있다. 기계 공학적인 관점에서, 스코어링 공정은, 스코어링 공정 동안 유리에서 생성되는 인장 응력 σ의 관점에서 기술될 수 있다. 이러한 인장 응력은 α×E×△T에 비례하고, 여기서 α는 유리의 선형 열 팽창 계수(CTE)이고, E는 유리의 탄성률 (modulus of elasticity)이며, △T는 레이저 빔하에 위치한 표면의 부분과 냉각 노즐하에 위치한 부분 사이의 유리 표면상 온도차를 측정한 것이다.

벤트를 생성하기 위해서, 생성된 인장 응력은 유리의 분자 결합보다 더 높아야 한다. 유리의 CTE 및 탄성률이 더욱 낮을수록 생성되는 인장 응력이 낮고, 결과적으로 주어진 설정조건에서 스코어링 속도가 더 낮아진다. 주어진 α×E 생산을 위해서, 인장 응력 σ는 더 높은 온도까지 유리를 가열하여 증가시킬 수 있다. 그러나, 유리의 변형점에 가깝거나 또는 그 이상으로 과열하면 유리의 절단(ablation)을 일으키고, 유리에서의 비가역적인 높은 잔여 응력의 형성을 수반하여, 서브-조각 에지의 질을 악화시키고, 유리의 강도를 감소시키며, 스코어링 공정의 불완전한 작동을 일으킨다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해서, 스코어링 라인에 따라 유리 표면의 각 포인트에서 계산되는 시간의 함수로서 온도 변화에 대한 연구가 착수되었다. 이상적인 경우에, 스코어링 동안, 스코어링 라인의 유리 표면의 각 포인트는 동일한 시간의 기간에 걸쳐서 동일한 온도 변화를 경험할 것이다. 도 2는 230㎜의 빔 길이를 사용하여, 레이저 파워 및 속도의 서로 다른 조합에 대해 계산된 열 히스토리를 도시한다. 표 1은 이들 도면에서 도시된 각각의 곡선에 대한 파워 수준 및 속도를 열거한다. 도 2의 계산에서 사용된 유리의 특성은 코닝사의 EAGLE²⁰⁰⁰ ^® 유리에 상응한다. 또한, 도면은 냉각 공정(퀀칭 영역)이 발생한 영역을 도시한다.

이 도면의 수평 점선은 이들의 계산을 수행하는데 사용된 유리의 변형점, 즉 666℃를 표시한다. 본 발명에 따르면, 이 온도는 유리에서의 과도한 잔여 응력의 생성을 피하기 위해서 스코어링 동안 초과되어서는 안 되는 상한점을 나타낸다. 일반적인 규칙에 따라서, 더욱 낮은 최대 유리 온도는 더욱 높은 최대 온도에서 바람직하게 되고, 유리 표면의 가열 및 그 후 퀀칭을 한다면 벤트를 확장하기에 충분한 인장 응력을 생성한다. 이런 방식으로, 완성된 에지 및 시트에서의 잔여 응력은 최소화될 수 있다.

도 2의 계산된 결과는 유리의 과열(예컨대, T>666℃가 되도록 유리를 가열함)을 수반하는 조합(참조 번호 100 및 110) 뿐만 아니라 과도한 잔여 응력의 생산 없이, 성공적으로 사용될 수 있는 스코어링 파라미터의 조합을 도시한다. 또한, 계산된 결과는 벤트를 생성하도록 여전히 일시적인 인장 응력 수준이 충분하게 달성되는 동안, 감소된 유리 표면 온도에서 공정을 운영하는데 사용할 수 있는 레이저 파워와 노출 시간의 조합을 도시한다. 아래에 도시된 바와 같이, 상기 계산된 결과는 실험적으로 확인되었다.

그 외 다른 계산 및 실험(결과가 도시되지 않음)은 벤트 깊이 및 잔여 응력에 상당한 영향 없이 스코어링이 성공적으로 수행되는 공정 윈도우(process window)내에서 유리 표면 온도를 유지하도록, 레이저 파워, 빔 가속 및 빔 감속과 결부된 스코어링 속도의 변화를 조절하여 설명되었다. 더욱 상세하게는, 이들 계산 및 실험에서, 레이저 파워는 가속 동안 증가되었고 감속 동안은 감소되어서, 스코어링 속도의 이러한 변화에 상응하는 유리상의 열 히스토리의 포인트는 실질적으로 스코어링 속도가 일정했던 유리상의 포인트들과 실질적으로 유사하였다. 유리 시트가 벤트에서 두 개의 서브-조각으로 분리되었을 경우, 이러한 방법으로 레이저에 의해 유발된 최종 유리 온도 및 벤트는 최종 분리된 에지대로 이의 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하였다.

전술한 바와 같이, 스코어링 공정 동안 유리 표면 온도를 최소화하는 것은 유리에서의 잔여 응력을 감소시킨다. 그러나, 스코어링 동안 생성된 열 응력은 벤트를 생성하기에 충분히 높아야 한다. 일련의 실험은 이러한 경쟁적인 고려사항을 해결하기 위해 수행되었다. 이러한 실험은 레이저 빔하에서 표면의 부분에 대한 주어진 최대 온도에 관해서, 열 응력은 빔과 관련해서 쿨런트 스팟(spot)의 위치를 변화시켜 증가시킬 수 있음을 나타냈다. 또한, 이는 도 1c에서 파라미터 τ및 D 의 함수로서 일시적인 열 응력을 계산하여 확인되었다.

이들 계산의 결과는 도 3에서 도시된다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 각 거리 D(즉, 쿨런트 스팟의 중심에서부터 비블록화된 빔(unblocked beam)의 에지까지; 도 1c 참조)에 대해서, 가장 큰 τ값을 가지는 일시적인 열 응력을 넘는 τ값의 범위(즉, 빔 차단의 길이; 도 1c 참조)가 있다. 이들 계산된 결과는 실험적으로 관찰되었던 결과와 정성적으로 일치한다.

이러한 τ(및 D)의 조절은 과도한 수준의 잔여 응력을 생성하지 않으면서 벤트를 생성하기 위한 충분한 인장 응력을 달성하기 위한 효과적인 접근을 제공한다. 더욱이, τ는 또한 벤트 깊이에 영향을 미치는데, 이는 더 큰 절단에 대해서 더 작은 깊이를 가진다(더 큰 τ값). 일반적으로, 벤트 깊이는 τ의 비-선형 함수, 다시 말하면, 도 1c에서 길이 b의 비-선형 함수라는 것을 알아냈다. 이러한 영향은 도 4에서 도시되며, 여기서 그래프의 상부는 0.7㎜ LCD 유리의 스코어링에서 성공적으로 작동하는 것으로 알아낸 적절한 범위의 τ값을 나타낸다. 이는 도 4에서 도시된 비-선형 거동은 '284 특허, '220 특허, 및 '875특허에서 기술된 것과 다르며, 여기서 b의 함수로서 벤트 깊이의 선형 종속(linear dependence)(도 1a 및 도 1b 참조)이 예측되었다는 것을 주목해야 한다.

일반적으로, 스코어링 속도의 증가는 벤트 깊이의 감소를 유발시키며, 이는 두 개의 서브-조각으로 유리 시트를 후속 분리를 신뢰할 수 없게 만든다. 현존하는 레이저 스코어링 기술은 쇼트 레이저 빔에 의해 제공되는 노출(또는 체류) 시간이 제한된다는 주요한 결점이 있다. 스코어링 속도가 500㎜/s에 접근하거나 초과하는 경우 노출 시간이 점차적으로 짧아진다(예컨대, ~100-120ms). 이러한 영향은 노출 시간 대 스코어링 속도가 선행 기술 빔 길이(60㎜; 참조 번호 20 참조) 및 본 발명의 대표적인 빔 길이(250㎜ 및 300㎜; 참조 번호 22 및 참조 번호 24를 각각 참조함)에 대해서 플롯되어 도 5에 도시된다. 선행 기술 빔 길이로 달성 가능한 최대 스코어링 속도는 또한 도면에 도시된다.(참조 번호 26 참조)

일련의 계산 및 실험을 통하여, 고 파워 밀도 빔이 사용되지 않는 경우, 신뢰할 만한 벤트 형성을 위해서 요구되는 온도까지 유리 표면을 가열하기에 이러한 짧은 노출 시간은 충분하지 않다. 그러나, 이러한 고 파워 밀도는 심각한 잔여 응력의 문제를 만든다. 또한, 이러한 노출 시간이 너무 짧으면 벤트 라인에서 성공적인 분리를 보장할 만큼 충분히 깊은 벤트를 생성할 수 없다.

상기 검토한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 200 밀리미터 이상의 절단되지 않은 길이 L₀를 가진 확장된 빔이 스코어링을 수행하는데 사용된다. 도 1c에서, L₀ = b +τ로 명명된다.이러한 빔은 500㎜/s의 스코어링 속도에서, 종래의 레이저 스코어링 공정의 노출 시간보다 3-5배 더 길게 제공할 수 있다. 이는 유리 표면을 과열함이 없이, 더욱 더 높은 스코어링 속도에서 유리에 열 전달이 깊게 되도록 한다. 이러한 빔에 의해 생성된 벤트 깊이는 심지어 1000㎜/s 이상의 속도에서 유리 두께의 10%를 초과할 수 있으며, 이는 신뢰할만한 분리를 보장한다. 본 발명의 수행에서 사용되는 레이저 빔의 길이에 이론적인 제한이 없다고 하더라도, 비용 및 그외 다른 현실적인 고려 사항에 기초하여, 요구되는 경우 비록 더 긴 빔이 사용될 수 있을지라도, L₀는 통상적으로 약 300㎜이하일 것이다.

요구되는 경우 비록 다른 유형의 레이저가 바람직하게 사용될 수 있을지라도, 레이저 빔은 전형적으로 CO₂ 레이저에 의해 생산될 것이다. 200 밀리미터 이상의 L₀ 값을 달성하기 위해서, 상기 빔은 전형적으로 빔 확장기(beam expander)를 통과할 것이고, 그 후 원통형 옵틱(optics)을 사용하여 연장될 것이다. 본 발명을 목적으로, 절단되지 않은 빔의 L₀값은 ISO 11146 표준 빔 길이의 정의인 1/e²을 사용하여 결정된다. 즉, 레이저 빔의 경계는 빔 강도가 이의 피크 값 Ipeak의 1/e²이 되는 위치로 정의된다. 이러한 정의에 따라 총 빔 에너지의 대략 86%가 한정된 경계를 통하여 방출된다.

위에서 논의한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 스코어링 동안 유리의 표면의 표면에서의 최대 온도 T_max는 유리의 변형 점 T_strain(즉, 유리의 점도가 10^13.5Pa·s(10^14.5 포이즈)인 지점에서의 온도)이하에서 잘 유지된다. 바람직하게는, T_max≤T_strain-30, 보다 바람직하게는 T_max≤T_strain-60 , 및 가장 바람직하게는 T_max≤T_strain-100 이며, 여기서 T_max 및 T_strains단위는 ℃이다. 500mm/sec 이하의 더 낮은 스코어링 속도에 대하여, 최대 유리 온도는 (T_strain-150)이하 또는 (T_strain-200)와 동일할 수 있다. 유리 온도는 다양한 방법으로 측정될 수 있으며, 바람직한 절차는 열 이미지(열 화상) 카메라의 사용을 통하여 측정한다.

전술한 바와 같이, 이러한 방법으로 T_max를 제어하여, 유리의 잔여 응력의 양이 감소된다. 바람직하게는, 유리 시트로부터 생성된 서브-조각내 피크 잔여 응력은 300 psi이하이고, 가장 바람직하게는 100 psi이하이다. 몇몇 경우에서, 300 psi이상의 피크 잔여 응력이 견디어 질 수 있는데, 예컨데, 응력의 범위는 500 psi까지이다. 구체적으로 말하면, 이러한 더욱 높은 응력 수준은 유리 시트가 상당한 부가적인 에지 응력을 견딜 가능성이 낮은 경우 허용할 수 있다. 또한, 큰 유리 시트의 경우, 시트의 몸체의 디스토션은 에지에서 심지어 높은 피크 값에 대해서 시트의 큰 크기 때문에 작을 가능성이 있다.스코어링되고 분리된 시트에서의 피크 잔여 응력은 바람직하게는 복굴절 기술(birefringence technique)을 사용하여 측정된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 절단된 빔을 사용하여 수행될 수 있으나, 바람직하게는, 일측 단부에서 절단되는 빔을 사용하는데, 즉, 쿨런트 영역에 근접한(인접한) 이의 트레일링 단부이다. 절단은 본 발명의 목적을 위해서 특별히 구성된 보호 장치(shield)를 사용하여 수행될 수 있다. 대안적으로, 쿨런트를 시트에 가하는 데 사용되는 노즐 어셈블리의 일부는 방해 및 그리하여 빔의 트레일링 일부를 절단하기 위하여 배치될 수 있다. 후자의 접근은 도 1c에서 도시되었는데, 이는 절단되지 않은 빔 (21)은 노즐 (19)의 하우징에 의해서 방해되고 그리하여 유리의 표면에서 절단된 빔 (13)이 된다.

'875 특허에서 기술된 경우와 달리, 본 발명에 따른 빔 차단의 정도는 바람직하게는 총 빔 길이의 대략 20%를 초과하지 않는다. 또한, 또다시 '875 특허와 달리, 빔 차단의 정도는 요구되는 스코어링 속도에 의존하여 바람직하게는 선택된다. 더욱이, 냉각 노즐 어셈블리가 빔 차단을 수행하기 위해서 사용되는 경우, 빔내에서의 쿨런트 영역의 바람직한 위치의 선택은 빔의 서로 다른 정도의 절단(서로 다른 τ 값)을 초래하면서, 동시에 빔의 후단 에지에서부터 냉각된 영역의 전단 에지까지의 상수 거리 L을 유지하며, 즉, 이러한 구성을 대해서, L은 τ에 따라 달라지지 않는다. τ에 독립적인 상수 L의 사용은 절단을 수행하기 위해서, 노즐 어셈블리 보다는 보호 장치를 사용하는 시스템에서 또한 시행될 수 있다.

어떠한 방식으로 이를 제한할 의도 없이, 본 발명은 다음의 실시예에 의해서 추가로 실증될 것이다.

D. 실험 결과

실험 데이터는 원형의 편광된 CO₂ 레이저 빔을 사용하여 얻었는데, 이는 다양한 빔 확장기를 통과 하였고, 그 뒤 원통형 옵틱을 사용하여 확장된 빔으로 변형되었다. 200㎜ 이상의 광학적 시스템은 절단되지 않은 길이 L₀를 얻기 위해서 광학적 시스템은 스코어링 방향을 따라 빔의 길이가 조절될 수 있도록 하였다. 쿨런트 제트(coolant jet)는 절단되지 않은 빔의 트레일링 에지안에 유리 시트와 접촉하도록 배치되었다. 도 1c에서 도시된 바와 같이 빔은 노즐의 몸체를 사용하여 절단되었다.

도 6은 본 발명의 빔에 의해 생산된 유리의 피크 표면 온도(사각형 데이터 포인트)과 참고 빔에 의해 생산된 유리의 피크 표면 온도(원형 데이터 포인트)을 비교한다. 특히, 본 발명의 빔은 200㎜의 절단되지 않은 길이를 가졌고, 10-15㎜에 의해 절단되었으나, 참고 빔은 100㎜의 절단되지 않은 길이를 가졌고, 절단 없이 사용되었다. 거리 L(도 1 참조)은 각각의 경우에서 3-6㎜와 같았다. 이들 실험에서 사용된 유리는 코닝사의 EAGLE²⁰⁰⁰ ^®유리였다. 유리의 표면 온도는 열-화상 카메라(thermal-vision camera)를 사용하여 측정되었다. 이 도면에서, 더욱 높은 레이저 파워는 더욱 높은 스코어링 속도와 상응한다.

이 도면에서 보여질 수 있는 바와 같이, 참조 빔에 대해서, 30%를 초과하는 상대적인 레이저 파워 수준에서 표면 온도가 급격하게 700℃이상으로 상승한다. 본 발명을 대표하는 빔에 대해서, 다른 한편으로는, 심지어 상대적인 레이저 파워가 60%를 초과하는 경우 표면 온도는 유리 변형점 이하에 머문다. 스코어링 속도의 관점에서, 이 실험 및 관련된 실험은 스코어링 속도가 450-500㎜/s를 단지 초과할 때, 기준 빔의 사용은 600℃이상으로 쉽게 상승하는 유리 온도로 유리 표면의 과열을 용이하게 일으킬 수 있지만, 심지어 스코어링 속도가 1000㎜/s에 접근할 때, 본 발명의 빔이 사용되는 경우 최대 유리 온도는 600℃이하로 존재한다는 것을 증명했다.그러므로 본 발명은 유리의 과열없이 레이저 스코어링이 고속에서 수행되도록 허용한다.

전술한 바와 같이, 유리의 과열은, 그 외 다른 것들 사이에서, 분리된 서브-조각에서 잔여 응력의 과도한 수준을 유발하기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 영향은 도 7에 도시하였고, 이는 위에서 기술된 참고(원형 데이터 포인트) 빔 및 본 발명(사각형 데이터 포인트) 빔을 사용하여 스코어링으로부터 생기는 분리된 서브-조각에서 특정된 피크 잔여 응력을 설명한다. 알 수 있는 바와 같이, 스코어링 속도가 500㎜/s를 초과시 참고 빔은 응력 수준이 충분히 500psi 이상의 수준이 되나, 본 발명의 빔은 심지어 1000㎜/s의 속도에서 충분히 500psi 이하의 수준으로 남아있다.

도 8은 낮은 CTE를 갖는 유리 기판을 스코어링하는 본 발명의 레이저 빔의 능력을 도시한다. 동일한 레이저 빔이 도 6 및 도 7의 사각형 데이터 포인트을 생성하여 사용되었다. 도 8의 다이아몬드-형 데이터 포인트는 코닝사의 EAGLE²⁰⁰⁰ ^®유리에 대해서이지만, 사각형 데이터 포인트는 코닝사의 EAGLE XG^® 유리에 대해서이다. 이 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 빔은 충분히 500㎜/s이상, 예컨대, 750-1000㎜/s의 속도와 상응하는 레이저 파워 수준에서 이들 낮은 CTE 유리를 구성하는 기판이 성공적으로 스코어링되었다. 더욱이, 최종 서브-조각은 낮은 수준의 잔여 응력을 가졌으며, 즉, 전형적으로 100 psi이하의 수준이다. 이러한 방식으로 스코어링된 유리의 깨짐(breaking)은 유리 절곡(glass bending) 또는 비-절곡 초음파 분리 방법에 의해 완성되었다.

상기 실험 데이터에 의해 나타난 바와 같이, 빔의 트레일링 에지의 부분 차단과 조합하여 확장된 레이저 빔의 사용이 유리 시트의 효과적으로 스코어링하도록 한다. 특히, 이러한 조합은 벤트 깊이를 최대화하고 또한 최대 유리 표면 온도의 증가 없이 스코어링 동안 생성된 열 응력 구배를 최대화하기 위해서 퀀칭 위치가 선택되도록 한다. 상기 기술은 스코어링 속도, 예컨대, 750-1000mm/s 이상의 속도가 낮은 CTE를 갖는 유리 기판에 대한 잔여 응력을 부가함이 없이 달성되도록 한다.

비록 본 발명의 특정한 구체예를 기술하고 도시하였지만, 이는 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 변형될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 본 발명이 10.6㎛에서 작동하는 CO₂ 레이저를 사용하여 0.7㎜의 두께를 갖는 LCD 유리의 스코어링에 대하여 기술되고 도시되었을지라도, 본 발명은 유리의 그 외 다른 유형에 적용될 수 있고, 요구되는 경우에는 다른 파장에서 작동하는 그 외 다른 유형의 레이저를 사용할 수 있다.

본 발명의 범위 및 의도를 벗어나지 않는 다양한 그외 다른 변형이 본 명세서의 개시로부터 당업자에게 명백할 것이다. 다음의 청구항은 이러한 변형 뿐만 아니라 본 명세서에서 설명된 특정한 구체예를 보호할 의도이다.

참고번호	빔 길이(㎜)	파워(Ｗ)	속도(㎜/sec)
70	230	450	600
80	230	500	750
90	230	575	900
100	230	730	710
110	230	825	920

Claims

(a) 속도 S에서 유리 시트의 표면에 걸쳐서 피크 강도 I_peak를 갖는 확장된(elongated) 레이저 빔을 이동(translating)시키는 단계, 상기 빔은 절단되지 않은(untruncated) 길이 L₀에 의해 특징 지워지며, L₀는 어떤 절단이 없는 상태하에서 유리시트의 표면에서 빔 강도가 I_peak의 1/e²이 되는 영역 사이에서 빔의 길이에 따른 최대 거리와 동일하고; 그리고
(b) 상기 레이저 빔과 직렬(tandem)로 유리 시트의 표면에 걸쳐서 쿨런트(coolant) 영역을 이동시키는 단계;를 포함하며,
여기서:
(i) S는 500 밀리미터/초보다 크고;
(ⅱ) L₀는 200 밀리미터 이상이며;
(ⅲ) I_peak 및 L₀는 선택되어 속도 S에서 유리 시트의 표면에 걸쳐서 레이저 빔의 이동이 유리의 변형점 이하인 유리 시트의 표면에서의 최대 온도를 생성하는 유리 시트의 스코어링 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 시트의 표면을 접촉하기 전에, 상기 빔의 일부가 절단(truncate)되고, 상기 일부는 쿨런트 영역에 인접하는 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 쿨런트 영역은, 상기 빔이 절단되지 않는 경우, 상기 유리 시트의 표면에 접촉된 상기 빔의 일부에 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 빔의 절단된 길이는 0.2×L₀ 이하인 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 쿨런트 영역은 노즐 어셈블리(nozzle assembly)에 의해 생성되고, 그 어셈블리의 적어도 일부분은 차단되고, 이에 의해 레이저 빔을 절단하는 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 스코어링은 유리 시트에서 유리 시트 두께의 적어도 10%인 벤트(vent)를 생성하는 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 시트의 표면에서 상기 최대 온도 T_max는 다음의 수학식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법:
T_max ≤ T_strain - 100,
여기서, T_strain은 유리의 변형점이고, T_max 및 T_strain의 단위는 섭씨온도임.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 시트로부터 생성된 서브-조각(sub-piece)에서 피크 잔여 응력은 500 psi 이하인 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 시트로부터 생성된 서브-조각에서 피크 잔여 응력은 100 psi 이하인 것을 특징으로 하는 유리 시트의 스코어링 방법.
중심점을 갖는 쿨런트 영역과 직렬로 시트의 표면에 걸쳐 절단된 레이저 빔의 이동에 의해 유리 시트에 벤트가 생성되는 레이저 스코어링 시스템을 운전하는 방법에 있어서, 상기 방법은 (i) 상기 벤트의 깊이 및 (ⅱ) 상기 시트로부터 생성된 서브-조각에 잔여 응력 중 적어도 하나를 제어하기 위해, 상기 레이저 빔의 절단량, 또는 절단 전에 쿨런트 영역의 중심점과 레이저 빔의 가장 가까운 단부(the nearest end) 사이의 거리, 또는 절단량과 절단 전에 쿨런트 영역의 중심점과 레이저 빔의 가장 가까운 단부 사이의 거리 모두를 선택하는 단계를 포함하는 레이저 스코어링 시스템을 운전하는 방법.
외부 에지(outer edge)를 갖는 쿨런트 영역과 직렬로 시트의 표면에 걸쳐 절단된 레이저 빔의 이동에 의해 유리 시트에 벤트가 생성되고, 상기 레이저 빔의 절단은 상기 쿨런트 영역에 인접한 절단된 에지를 생성하는 레이저 스코어링 시스템을 운전하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
(a) 하나 이상의 스코어링 속도의 변화, 벤트 깊이의 변화, 유리 조성의 변화, 시트 두께의 변화, 상기 시트로부터 생성된 서브-조각의 잔여 응력의 변화, 및 상기 시트로부터 생성된 서브-조각의 에지 특성의 변화를 수용 또는 달성하기 위한 레이저 빔의 절단량을 변화시키는 단계; 및
(b) 상기 레이저 빔의 절단량이 변화함에 따라, (i) 상기 레이저 빔의 절단된 에지와 (ⅱ) 상기 레이저 빔의 절단된 에지에 근접한 상기 쿨런트 영역의 외부 에지의 일부분 사이의 간격을 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 레이저 스코어링 시스템을 운전하는 방법.