KR20120018765A - 기판 에지의 평활화 및/또는 면취 방법 - Google Patents

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KR20120018765A
KR20120018765A KR1020117026953A KR20117026953A KR20120018765A KR 20120018765 A KR20120018765 A KR 20120018765A KR 1020117026953 A KR1020117026953 A KR 1020117026953A KR 20117026953 A KR20117026953 A KR 20117026953A KR 20120018765 A KR20120018765 A KR 20120018765A
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엔리코 스투라
미셸 린데
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피코드릴 에스 아
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Abstract

본 발명은 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 기판, 특히 본 발명에 따른 방법에 의해 평활화 및/또는 면취된 에지를 구비하는 기판에 관한 것이다.

Description

기판 에지의 평활화 및/또는 면취 방법{A METHOD OF SMOOTHING AND/OR BEVELLING AN EDGE OF A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 에지의 평활화 및/또는 면취(bevelling) 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 기판, 특히 본 발명에 따른 방법에 의해 평활화 및/또는 면취된 에지를 갖는 기판에 관한 것이다.
다수의 마이크로공학 용례 및 장치에는 후속 조작을 위한 베이스로서 기능을 하는 기판이 필요하다. 많은 경우에, 이 기판은 광대하고, 기판의 제조 공정으로 인해 제조된 날카로운 에지를 갖는다. 예를 들어, 유리 기판은 많은 경우에 절단되고, 이 절단 공정에 의해 최종 기판에 극도로 날카로운 에지가 생성된다. 날카로운 에지는 부상을 일으킬 수 있기 때문에, 날카로운 에지에 의해 기판(들)의 추가 취급이 더 어려워진다. 그러나, 마찬가지로, 그리고 아마도 보다 중요하게도, 에지는 극도로 날카롭지 않다고 해도 작은 크랙 또는 크레비스(crevice)를 가질 수 있다. 기판의 추가 취급 시에 및/또는 그 최종 용례(예를 들어, 태양 패널)에서의 응력 인가 시에, 이 크랙 및 크레비스는 기판의 에지(들)로부터 기판 내로 추가로 전파될 수 있고, 이로 인하여 문제가 악화되는데, 그 이유는 결국 이 문제로 인해 기판이 파손되거나 또는 기판의 품질이 저하될 수 있기 때문이다.
에지를 평활화 또는 면취하는 데에 사용되는 현재의 기법은 대부분 기계적인 것이고, 이것은 너무 저속이거나, 고가이거나, 또는 너무 조잡하여, 심지어 이에 의해 추가의 크랙이 기판, 특히 파손되기 쉬운 기판 내로 도입된다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판의 에지(들)을 평활화 또는 면취하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 기판의 에지(들)로부터 기판 내로 크레비스의 균열이 전파되는 문제점을 감소시키는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 용이하게 실행될 수 있는 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 저가의 방법을 제공하는 것이다.
이러한 모든 목적은 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법으로서,
a) 에지를 갖는 기판을 제공하는 단계와,
b) 전압원에 연결된 전극을 제공하고, 전극을 상기 기판의 에지로부터 0.01mm 내지 10cm의 거리에 배치하는 단계와,
c) 상기 전극 및/또는 상기 기판을 서로에 대해 상기 에지의 방향으로 이동시키면서, 상기 전극에 의해 상기 에지에 전압을 가하는 단계를 포함하고,
상기 전압은 100V 내지 107V 범위의 진폭을 갖고, 10kHz 내지 10GHz 범위의 주파수를 가지며, 이에 의해 상기 전극과 상기 에지 사이에 전기 아크 형성이 유발되어 상기 에지를 가열하는 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법에 의해 해결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 c)는, 단계 c)에서 이미 아크 형성에 노출된 상기 에지의 재료가 기판으로부터 리프팅되도록 수행된다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 c)는, 단계 c)에서 이미 아크 형성에 노출된 상기 에지의 재료가 용융되지만, 기판으로부터 리프팅되지 않도록 수행된다.
일 실시예에 있어서, 상기 에지 재료의 리프팅 또는 대안으로서 용융은 단계 c)에서 인가되는 전압의 진폭, 단계 c)에서 인가되는 전압의 주파수, 전극에 연결된 전압원의 임피던스, 전극과 기판의 에지 사이의 거리, 기판과 전극 사이에서의 상대 이동 속도, 그리고 가능하다면 기판의 접지 중 하나 또는 몇 개의 파라미터의 적절한 선택 및 제어에 의해 영향을 받는다.
일 실시예에 있어서, 상기 전압원은 테슬라 변압기이다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판은 유리, 석영, 다이아몬드, 알루미나, 사파이어, 질화 알루미늄(aluminium nitride), 지르코니아 및 첨정석(spinel)과 같은 전기 절연성 재료와, 도핑 실리콘과 결정질 실리콘을 포함하는 실리콘과, 게르마늄과, 갈륨 비소(gallium arsenide) 및 인듐 포스피드(indium phosphide)와 같은 화합물 반도체와 같은 전기 반도체성 재료와, 금속과 같은 전기 전도성 재료로부터 선택된 재료로 제조된다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극은 단계 c) 동안에 상기 기판의 상기 에지를 향해서 지향되는 종축을 갖는 첨단형(pointed) 전극이다.
본 발명의 목적은 본 발명에 따른 방법에 의해 평활화 및/또는 면취된 에지를 구비하는 기판에 의해 해결된다.
본 명세서에 사용되고 있는 바와 같이, "에지"라는 용어는 기판의 2개의 측부 사이 또는 기판의 2개의 면 사이의 가장자리를 의미한다. 이러한 기판의 2개의 측부 또는 이러한 기판의 2개의 면은 0도와 180도가 아닌 각도로 만난다. 바람직한 실시예에 있어서, 기판의 이러한 2개의 면 또는 2개의 측부에 의해 포위된 각도는 10도 내지 170도, 바람직하게는 40도 내지 140도, 더 바람직하게는 70도 내지 110도, 더욱 더 바람직하게는 80도 내지 100도, 가장 바람직하게는 대략 90도의 범위에 있다. 또한, 이것은 본 명세서에서 "x도의 에지" 또는 "x도의 각도"로 기재되어 있고, x 값은 이러한 각도로 만나는 2개의 측부 또는 면 사이의 각도를 지시한다.
본 명세서에 사용되고 있는 "면취"라는 용어는 모따기 처리를 의미하고, 그것과 동의어로서 사용된다.
본 발명에 따른 기판은 x 방향 및 y 방향으로 상당한 연장 길이를 갖고 있는 반면, z 방향으로의 연장 길이는 비교적(x 방향 및 y 방향과 비교하여) 작을 수 있다. 본 발명에 따른 기판은 유리 또는 석영과 같이 전기 절연성이거나, 기본 실리콘(elemental silicon), 화합물 실리콘과 같은 전기 반도체성이거나, 또는 금속과 같이 전기 전도성일 수 있다.
기판의 에지에 대해 전극이 배치된 거리는 0.01mm 내지 10cm의 범위에 있다. 일 실시예에 있어서, 전극과 에지 사이의 거리가 유지되고, 심지어 전극과 기판이 서로에 대해 이동하여 서로에 대해 하나 또는 양자 모두가 이동하더라도, 서로로부터 등간격이다. 예를 들어, 전극이 기판의 에지를 따라 이동하면서, 전극과 기판 사이의 거리를 0.01mm 내지 10cm로 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 전극은 임의의 형상을 채택할 수 있지만, 바람직하게는 종축을 구비하는데, 이 종축은 단계 c) 동안에 기판을 향해 지향된다. 비교적 날카로운 단부 첨단/팁을 구비하는 전극은, 팁 둘레에서의 전기장의 집중에 의해 주변 매체/대기의 이온화가 촉진됨에 따라, 전기 아크의 점화를 촉진시킨다. 후자는 예를 들어, 가스 또는 액체 화합물, 압력 및 온도의 선택에 의해 최적 처리 조건을 달성하도록 제어될 수 있다.
놀랍게도, 발명자는 전극을 사용하고 이러한 전극을 사용하여 기판의 에지에 전압을 인가함으로써, 기판의 에지를 면취 및/또는 평활화할 수 있다는 것을 발견하였다. 전극과 에지 사이에 형성된 전기 아크는, 전압의 인가 시에, 에지를 가열할 것으로 생각된다. 놀랍게도, 아크 형성 및 서로에 대한 전극과 기판의 상대 이동 시에, 에지가 가열된다면 그 후 기판으로부터 리프팅되어, 기판 상에 면취/평활화된 트레이스(trace)를 남기게 된다. 어떠한 이론에도 얽매이는 것을 바라지 않고, 본 발명자는 서로에 대한 전극 및 기판의 상대적인 이동 시의 가열 및/또는 후속하는 냉각 동안에 에지를 따른 열적 응력으로 인해, 에지가 기판으로부터 리프팅되어, 에지 상에서 평활화/면취 트레이스를 남기게 되는 것이라 믿는다. 일 실시예에 있어서, 인가되는 전압은 102V 내지 107V, 바람직하게는 5x102V 내지 1x106V, 더 바람직하게는 103V 내지 105V 범위의 진폭을 갖는다. 또한, 일 실시예에 있어서, 전압은 10kHz 내지 10GHz, 바람직하게는 100kHz 내지 1GHz, 더 바람직하게는 1MHz 내지 100MHz 범위의 주파수를 갖는 고주파수 전압이다. 이러한 고주파수는 예를 들어 테슬라 변압기를 사용하여 생성될 수 있다. 전극이 배치되는 에지로부터의 거리는, 기판 재료, 인가되는 전압 진폭 및 주파수, 및 전극 및 기판이 서로에 대해 이동하는 속도에 따라 달라진다. 일 실시예에 있어서, 이러한 거리는 0.01mm 내지 10cm의 범위에 있다. 일 실시예에 있어서, 전극과 기판(에지)이 서로에 대해 이동하는 속도는 0.1mm/s 내지 100mm/s 범위에 있다. 기판으로부터의 에지 재료의 리프트가 발생되는 깊이는 단계 c)에서 인가되는 전압의 진폭, 단계 c)에서 인가되는 전압의 주파수, 전극에 연결된 전압원의 임피던스, 전극과 기판의 에지 사이의 거리, 기판과 전극 사이에서의 상대 이동 속도, 그리고 가능하다면 기판의 접지 중 하나 또는 몇 개의 파라미터의 적절한 선택 및 제어에 의해 영향을 받는다. 일 실시예에 있어서, 처리는 에지 재료의 어떠한 리프트도 발생하지 않고 에지가 단순히 가열되고 용융되도록 실행된다. 이러한 경우에, 처리는 에지의 가열 및/또는 냉각 동안에 발생될 수 있는 응력이 에지 재료를 제거시키기에 충분하지 않게 되는 방식으로 실행된다. 대신에 이러한 유형의 공정으로 인해 에지가 평활화되게 된다.
양 유형의 처리에 있어서, 본 발명에 따른 방법의 실행 동안에 전극은 전압 인가 중에 에지를 따라 이동하고, 전기 아크 형성이 발생된다.
본 발명에 따른 방법의 실행 결과는 재료가 에지로부터 제거되지 않고 용융되거나 평활화된 에지 또는 면취된 에지를 구비하는 기판이고, 면취의 경우에는 일부 재료가 에지로부터 제거된다. 일 실시예에 있어서, 또한 2개의 처리는 함께 실행될 수 있는데, 즉 에지가 에지로부터의 재료의 제거에 의해 면취될 수 있고, 이 면취된 에지에 본 발명에 따른 방법의 단계 c)의 추가 실행이 있을 수 있으며, 이 때 이러한 단계 c)는 수정되며, 이에 따라 면취된 에지로부터의 재료의 제거를 피하고 면취된 에지를 단순히 용융시켜서, 면취된 에지를 추가로 평활화시킨다.
따라서, 본 발명에 따르면, 본 발명의 일 실시예는,
a) 에지를 갖는 기판을 제공하는 단계와,
b) 전압원에 연결된 전극을 제공하고, 전극을 상기 기판의 에지로부터 0.01mm 내지 10cm의 거리에 배치하는 단계와,
c) 상기 전극 및/또는 상기 기판을 서로에 대해 상기 에지의 방향으로 이동시키면서, 상기 전극에 의해 상기 에지에 전압을 가하는 단계로서, 상기 전압은 100V 내지 107V 범위의 진폭을 갖고, 10kHz 내지 10GHz 범위의 주파수를 가지며, 이에 의해 상기 전극과 상기 에지 사이에 전기 아크 형성이 유발되어, 상기 에지를 가열하는, 단계와,
d) 단계 c)로부터 생성된 기판에, 상기 에지의 방향으로 서로에 대해 상기 전극 및/또는 상기 기판을 이동시키면서, 상기 전극에 의해 상기 에지에 전압을 인가하는 추가 단계 c')를 가하는 추가의 단계 d)를 포함하고,
상기 전압은 (c)와 비교하여 5% 내지 95%만큼 에지 단위영역당 전력 소산을 감소시키도록 조정된 진폭 및/또는 주파수와 같은 파라미터를 가지며, 이에 의해 상기 전극과 상기 에지 사이에 전기 아크 형성을 유발시키고, 에지를 용융시키지만, 기판으로부터 에지를 리프팅시키지 않는다.
본 발명에 따른 방법을 실행할 때에, 크랙 또는 크레비스를 더 이상 포함하지 않는 면취 및/또는 평활화된 에지를 구비하거나, 또는 적어도 이러한 크랙 또는 크레비스의 발생 가능성이 매우 감소된 기판이 제조될 수 있다. 이에 의해 제조된 기판은 기판의 에지로부터 벌크/내부로 크랙 또는 크레비스가 전파되는 문제점이 더 적어지게 된다. 본 발명에 따른 방법은 실행하기 용이하며, 저렴하다. 기판 재료에 따라, 당업자는 전압 진폭, 전압 주파수, 전극과 기판 에지 사이의 거리, 전극과 기판 사이의 상대 이동 속도의 파라미터에 대해 취해지는 적절한 값을 결정할 수 있다.
에지의 면취, 즉 일부 재료가 에지로부터 제거되는 것을 달성하기 위해 사용되는 일반적인 값 범위는 전극과 기판 사이의 상대 이동 속도로서 2-6mm/s이고, 전극과 기판의 에지 사이의 거리로서 2.5mm보다 작으며, 전압 주파수로서 8MHz이고, 전압 진폭으로서 2000V-5000V이다. 에지에서 재료가 용융되지만 에지로부터 어떠한 재료도 제거되지 않는 에지의 평활화를 달성하기 위한 일반적인 값 범위는 전극과 기판 사이의 상대 이동 속도로서 1-2m/s이고, 전극과 기판의 에지 사이의 거리로서 2.5mm보다 작으며, 전압 주파수로서 8MHz이고, 평활화를 위한 전압 진폭으로서 면취를 위해 사용되는 전압의 0.7배인데, 예를 들어 면취를 위해 사용되는 전압 진폭이 4000V라면, 오직 에지를 평활화하기 위해 사용되는 전압 진폭은 대략 0.7 x 4000V = 2800V가 될 것이다. 전술한 값은 예시적인 값이고, 결코 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명에 따르면 전기 절연성 기판 및 전기 반도체성 기판을 비롯한 다양한 기판이 사용될 수 있다. 바람직한 전기 절연성 기판은, 그 방대한 상업적 적용 범위 때문에, 소다 석회 유리(soda lime glass)와 같은 유리이다. 기판의 두께는 특히 제한되지는 않지만 일반적인 예시 범위는 0.1mm 내지 10cm, 바람직하게는 1mm 내지 1cm, 더 바람직하게는 1mm 내지 5mm이다. 본 발명에 따른 방법은 그 후에 윈도우와, 태양 전지와 같은 광전지 장치와, LED와 같은 발광 장치의 제조에 사용될 수 있는 예를 들어, 유리 기판의 제조를 매우 용이하게 한다. 문맥에서, 특히 1.5mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하의 두께를 갖는 기판과 같은 얇은 기판에 있어서, 전기 아크에 대한 노출 동안에 히트 싱크로서 작용하는 추가 지지 기판의 사용이 필요할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 히트 싱크를 사용하는 실시예에 대해서는, 아래에서 추가로 설명하겠다.
전압원은 예를 들어 테슬라 변압기일 수 있다. 이에 한정되기를 소망하지 않고, 아래에서는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 성공적으로 사용되고, 1차 및 2차 코일에 대한 관련 파라미터를 지시하는, 몇 가지 일반적인 설정(1-6)이 나열되어 있다.
테슬라 코일 설정 1 설정 2 설정 3 설정 4 설정 5 설정 6
2차
와이어 직경(mm) 0.1 0.1 0.1 0.5 0.5 0.5
코일 직경(mm) 20 20 20 20 20 20
와인딩 길이(mm) 30 20 10 60 40 30
추가 커패시턴스(pF) 1 1 1 1 1 1
95%에 대한 턴 285 190 95 114 76 57
2차 인덕턴스(uH) 820 490 187 74 46 33
2차 커패시턴스(pF) 0.945 0.930 1.039 1.158 1.000 0.945
공명 주파수(MHz) 3.99 5.18 8.15 12.58 16.52 19.93
와이어 길이(m) 18 12 6 7 5 4
와이어 저항(Ω) 38 26 13 1 0 0
f0에서의 Q 536 624 750 9564 11790 13401
1차
1차 와이어 직경(mm) 1 1 1 1 1 1
1차 코일 직경(mm) 15 15 15 15 15 15
와인딩 길이(mm) 5 5 5 5 5 5
1차 턴 2 2 2 2 2 2
1차 인덕턴스(uH) 0.075 0.075 0.075 0.075 0.075 0.075
와이어 길이(cm) 30 30 30 30 30 30
직류에서의 와이어 저항(Ω) 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006
f0에서의 와이어 저항(Ω) 0.051 0.057 0.072 0.089 0.102 0.111
Rac/Rdc 7.9 9.0 11.2 13.8 15.8 17.3
턴 비율 142.5 95 47.5 57 38 28.5
SQRT(인덕턴스 비율) 104 81 50 31 25 21
1차 전압(V) 12 12 12 12 12 12
2차 전압(kV) 2.5 1.9 1.2 0.8 0.6 0.5
1차 전압은 일반적으로 1-100V, 바람직하게는 5-50V, 더 바람직하게는 6-25V 범위에 있고, 또한 종종 파워가 다른 일정한 테슬라 파라미터에 따라 변화하도록 조정되는 펄스 폭이다.
일 실시예에 있어서, 단계 a)에서, 면취 또는 평활화된 상기 기판이 단계 c)에서 가열될 때에, 상기 면취된 기판은 히트 싱크로서 작용하는 지지 기판과 열 접촉한다. 이러한 지지 기판은 특히 면취된 기판이 가열될 때에 내부 응력이 생성될 수 있는 경우에 사용된다. 특히, 이는 면취된 또는 평활화된 기판이 특히 얇은 경우에 그러하다. 일 실시예에 있어서, 이러한 "얇은" 기판은 1.5mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하 범위의 두께를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 기판은, 면취된 상기 기판과 상기 지지 기판 사이의 중간층에 의해, 또는 면취되는 기판에 직접 접촉함으로써, 면취되는 기판과 물리적으로 접촉하고, 바람직하게는 상기 중간층은 유체이고, 바람직하게는 물과 같은 액체이다. 이러한 중간층은 지지 기판과 면취된 기판 사이의 열전달을 향상시키도록 작용하고, 이것은 또한 2개의 기판 사이의 접착 개선제로 작용할 수 있으며, 이에 따라 2개의 기판 사이의 상대 이동이 방지된다. 일 실시예에 있어서, 유체 중간층은 2개의 기판의 2개의 접촉 표면 사이의 모세관력으로 인해 접착 개선제로서 작용한다. 일 실시예에 있어서, 면취된 상기 기판은 하측부와 상측부를 구비하고, 상기 지지 기판은 하측부와 상측부를 구비하며, 면취된 상기 기판의 하측부는 상기 지지 기판의 상측부와 접촉하거나, 또는 면취된 상기 기판의 상기 상측부는 상기 지지 기판의 상기 하측부와 접촉한다. 일 실시예에 있어서, 면취된 기판은 상기 지지 기판 상에 놓이고, 상기 지지 기판에 대한 면취된 상기 기판의 접착이 면취된 기판의 중량에 의해 달성된다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 기판은, 가스 또는 액체 스트림, 가스 및 액체 혼합물, 또는 가스 및 고체 혼합물을 상기 지지 기판에, 바람직하게는 면취된 상기 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 지지 기판의 측부에, 적용함으로써 단계 c) 동안에 능동적으로 냉각된다. 일 실시예에 있어서, 면취된 상기 기판은 1.5mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하의 두께를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 기판은 1mm 내지 10cm, 바람직하게는 2mm 내지 5cm, 더 바람직하게는 3mm 내지 1cm 범위의 두께를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 지지 기판은 바람직하게는 높은 열 전도도를 갖는 전기 절연성, 반도체성 또는 전도성 재료로 제조된다. 전기 절연성 재료의 예로는 유리, 세라믹 및 산화물이 있다. 전기 반도체성 재료의 예로는 실리콘(비결정질, 다결정질 또는 단결정질 형태), 게르마늄 및 화합물 반도체가 있다. 전기 전도성 재료의 예로는 금속이 있다. 유리 기판의 한 가지 예로는 소다 라임 유리가 있다. 지지 기판의 기판 두께는 원하는 모따기 깊이와, 열팽창 계수에 제한되지 않고 면취되는 기판의 열 용량 및 열 전도도와 같은 면취되는 기판의 물리적 특성에 관련되도록 선택된다는 것에 유의하여야 한다. 전술한 지지 기판이 사용되는 실시예는 얇은 기판에서와 같이 열 응력의 생성으로 인해 모따기/면취가 수행될 수 없는 경우에도 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취 및/또는 모따기할 수 있다. 지지 기판을 사용하는 이러한 실시예에 대하여, 에지의 면취/모따기를 달성하기 위한 일반적인 값 범위는 전극과 기판 사이의 상대 이동 속도로서 3-6mm/s이고, 전극과 기판의 에지 사이의 거리로서 1-3mm이며, 전압 주파수로서 8MHz이고, 전압 진폭으로서 2000V-5000V이며, 소다 석회 유리로 제조된 지지 기판의 두께로서 5mm이다. 전술한 값은 예시적인 것이며 결코 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 지지 기판이 사용되는 실시예는 열 응력으로 인해 크랙이 생성될 수 있는 얇은 기판과, 충분한 기계적 안정성을 갖지 않는 기판에 특히 적합할 수 있다. 지지 기판은 이 경우 중 일부에서 면취된 기판을 똑바로 유지시키도록 작용할 수 있다.
발명자는 열 전도성 지지 기판을 사용함으로써, 추가로 전술한 방법을 사용하여 모따기/면취되는 기판의 두께의 하한을 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 어떠한 이론에 얽매이는 것을 바라지 않고, 발명자는 전기 아크에 대한 노출에 의해 기판 내에 도입되는 열에는, 에지로부터 재료의 리프팅을 달성하기 위해 필요한 응력을 발생시키기에 충분히 높은 열 구배를 생성시키기에 충분한 물질이 필요하다고 생각한다. 기판이 충분히 두껍지 않다면, 보다 제한된 양의 기판의 물질이 단계 c) 동안에 전기 아크에 대한 기판의 노출 동안에 도입된 모든 열을 포함하여야만 한다. 결과적으로, 면취된 기판의 에지로부터 제거되는 위치에서 온도가 상승한다. 면취되는 기판과 접촉 상태에 있는 지지 기판을 사용하면, 여기서 지지 기판은 높은 열 전도도 및/또는 높은 열 용량을 갖는 재료로 제조되고, 면취되는 에지를 포함하는 처리 측부에 대향하는 면에 도달하는 열이 기판을 떠나고, 이에 의해 이러한 어떠한 온도 상승이 소망되지 않는 위치에서의 국부적인 온도 상승을 피하는 것이 보장된다. 이에 따라, 효과적으로, 지지 기판을 사용하면 모따기/면취 처리가 올바르게 수행되기 위해 필요한 원하는 온도 구배의 형성이 가능하게 된다.
또한, 지지 기판의 사용은 높은 주파수 전압을 인가하여 열이 도입되는 기판의 에지를 면취 및/또는 모따기하는 방법에 반드시 제한되는 것이 아니라는 것에 유의하여야 한다. 대신, 이러한 지지 기판은 기판 에지 상에의 레이저의 조사, 첨단형 가스 화염에 의한 가열, 가열 필라멘트에 의한 가열과 같은 다른 방법을 사용하여 열이 도입되는 다른 실시예에서도 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은,
a) 평활화 및/또는 면취되는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 에지를 갖는, 기판을 제공하는 단계와,
b) 면취되는 상기 기판을 지지 기판과 열 접촉시키는 단계로서, 상기 지지 기판은 면취 또는 평활화되는 상기 기판이 가열될 때에 히트 싱크로서 작용하는, 단계와,
c) 전기 아크 형성, 레이저에 의한 조사, 첨단형 가스 화염을 사용한 가열, 가열 필라멘트를 사용한 가열, 또는 재료 분리를 달성하도록 열 구배를 이용하는 임의의 다른 기법을 사용하여, 평활화 및/또는 면취되는 에지에 열을 인가하는 단계를 포함하는 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법에 의해서도 해결된다. 또한, 이 실시예에 있어서, 지지 기판은 전술한 바와 같이 한정되어 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 기판은, 면취된 상기 기판과 상기 지지 기판 사이의 중간층에 의해, 또는 면취되는 기판에 직접 접촉함으로써, 면취되는 기판과 물리적으로 접촉하고, 바람직하게는 상기 중간층은 유체이고, 바람직하게는 물과 같은 액체이다.
일 실시예에 있어서, 면취된 상기 기판의 하측부는 상기 지지 기판의 상측부와 접촉하거나, 또는 면취된 상기 기판의 상기 상측부는 상기 지지 기판의 상기 하측부와 접촉한다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 기판은, 가스 또는 액체 스트림, 가스 및 액체 혼합물, 또는 가스 및 고체 혼합물을 상기 지지 기판에, 바람직하게는 면취된 상기 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 지지 기판의 측부에, 적용함으로써 단계 c) 동안에 능동적으로 냉각된다. 일 실시예에 있어서, 면취된 상기 기판은 1.5mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하의 두께를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 기판은 1mm 내지 10cm, 바람직하게는 2mm 내지 5cm, 더 바람직하게는 3mm 내지 1cm 범위의 두께를 갖는다.
또한, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 예시하기 위해 제공된 이하의 예시적인 도면을 참고하라.
도 1에는 전극(3)에 노출된 에지(5)를 구비하는 기판(1)에 대한 예시적인 실시예가 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예가 도시되어 있고, 여기서 전원(10)이 테슬라 변압기(12)의 1차 코일을 구동하는 발진기(11)에 연결되어 있다.
도 3에는 전기 아크 노출에 후속하는 리프트-처리에 대한 예시적인 실시예가 도시되어 있다.
도 4에는 다양한 에지 형성 방식에 대한 실시예가 도시되어 있는데, 패널(A)이 에지로부터 에지 재료의 리프트가 회피되지만, 오직 에지가 본 발명에 따른 방법을 수행함으로써 용융되며, 이에 따라 에지가 평활화되는 실시예를 도시하고 있다.
도 5(패널 A 및 B)에는 유리 기판의 면취 처리 동안에 취한 사진 이미지와 전자 현미경 사진(패널 C)이 도시되어 있다.
도 6에는 면취된 에지의 표면 특성을 나타내는 도 5의 기판의 전자 현미경 사진이 도시되어 있다.
도 7에는 유리 기판의 융융된 그리고 평활화된 에지의 표면 특성을 나타내는 전자 현미경 사진이 도시되어 있다.
도 8에는 발생기(1)에 연결된 전극(2)에 의해 생성된 전기 아크(3)에 노출된 에지를 구비하는 기판(4)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다.
도 9에는 본 발명에 따라 지지 기판(B)을 인가하는 경우(1)과 이러한 지지 기판을 사용하지 않고 처리하는 경우(2)의 우선권 출원(미국 가특허출원 제61/178,252호)에 의해 설명된 방법에 따라 처리된 기판(A)에 의해 도달된 온도에 대한 정성적 분석이 도시되어 있다.
도 10에는 붕규산 유리(borosilicate glass)로 제조된 0.7 mm 두께의 기판을 처리하기 위해 4mm 두께의 소다 석회 유리 지지부의 가능한 적용이 도시되어 있다.
도 1에는 에지(5)가 전극(3)에 노출되는 기판(1)에 대한 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 전극(3)은 명백하게/직접 접지되거나 접지되지 않을 수 있는 발생기(2)에 연결되어 있다. 발생기(2)에 의한 전압 인가/발생 시에, 에지와 전극 사이에 전기 아크가 형성된다. 전극 및/또는 기판은 서로에 대해 상기 에지의 방향으로 이동하여, 전체 에지 또는 그 일부만이 그 전체 길이(5)를 따라서 전극에 노출된다.
도 2에는 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예가 도시되어 있고, 여기서 전원(10)이 테슬라 변압기(12)의 1차 코일을 구동하는 발진기(11)에 연결되어 있다. 테슬라 변압기의 출력은 기판(1)의 에지(5)와 접촉하는 전기 아크를 발생시키는 전극(3)에 연결되어 있다. 기판은 몇몇 지점에서 직접 접지될 수 있지만, 이것이 반드시 필요한 것은 아니다.
도 3에는 전기 아크 노출에 후속하는 리프트-처리에 대한 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 도면에는 에지(5)의 일부(6)에 대해 본 발명에 따른 전기 아크 형성에이 완료된 상태가 도시되어 있다. 에지(5)의 상측부(7)는 에지로부터 리프팅되고, 면취된 에지(6)를 남긴다. 에지로부터 리프팅되는 부분(7)의 치수와 남아있는 에지의 부분(6)의 치수는, 단계 c)에서 인가되는 전압의 진폭, 단계 c)에서 인가되는 전압의 주파수, 전극에 연결된 전압원의 임피던스, 전극과 기판 에지 사이의 거리, 전극과 기판 사이의 상대 이동 속도, 및 기판의 접지 중 하나 또는 몇 개의 파라미터의 적절한 선택 및 제어에 의해 제어될 수 있다.
도 4에는 다양한 에지 형성 방식에 대한 실시예가 도시되어 있는데, 패널(A)은 에지로부터 에지 재료의 리프트가 회피되고, 단지 에지가 본 발명에 따른 방법을 수행함으로써 용융되며, 이에 따라 에지가 평활화되는 실시예를 도시하고 있다. 패널(B)에서는, 에지의 부분이 리프팅되고, 이어서 제거되며, 이에 따라 면취된 에지가 제조된다. 어떠한 이론에 얽매이는 것을 바라지 않고, 본 발명의 발명자는 에지로부터 에지 재료의 리프팅은 에지의 가열과 그 후속 냉각 동안에 열 응력의 생성에 의해 유발되는 것으로 생각한다. 이 응력에 의해 에지로부터의 에지 재료의 "제어된" 리프팅이 발생되며, 이에 따라 도면에 도시되어 있고 기재되어있는 바와 같은 면취된 에지의 형성이 가능하게 된다. 패널(C)에서는, 패널(A)과 패널(B)의 2개의 처리는, 먼저 에지로부터의 재료가 리프팅되고, 이어서 제거되며, 그 후 결과적인 면취 에지가 용융되고, 이에 따라 이러한 면취된 에지가 평활화되도록, 조합되었다.
도 5(패널 A 및 B)에는 유리 기판의 면취 처리 동안에 취한 사진 이미지와 전자 현미경 사진(패널 C)이 도시되어 있는데, 이것은 리프팅되고, 처리가 아직 완료되지 않았기 때문에 벌크 재료에 여전히 부착되어 있는 에지의 상측부와 면취된 에지가 도시되어 있다.
도 6에는 면취된 에지의 표면 특성을 나타내는 도 5의 기판의 전자 현미경 사진이 도시되어 있다.
도 7에는 유리 기판의 융융된 그리고 평활화된 에지의 표면 특성을 나타내는 전자 현미경 사진이 도시되어 있다.
도 8에는 발생기(1)에 연결된 전극(2)에 의해 생성된 전기 아크(3)에 노출된 에지를 구비하는 기판(4)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 기판(4)은 본 발명에 따른 지지 기판(5)과 접촉되어 있다. 전극 및/또는 면취되는 기판은 서로에 대해 상기 에지의 방향을 따라서 이동하여, 에지 전체 또는 그 일부만을 전극에 노출시킨다.
도 9에는 본 발명에 따라 지지 기판(B)을 적용하는 경우(1)와 이러한 지지 기판을 사용하지 않고 처리하는 경우(2)의 우선권 출원(미국 가특허출원 제61/178,252호)에 의해 설명된 방법에 따라 처리된 기판(A)에 의해 도달된 온도에 대한 정성적 분석이 도시되어 있다.
도 10에는 붕규산 유리(borosilicate glass)로 제조된 0.7 mm 두께의 기판을 처리하기 위해 4mm 두께의 소다 석회 유리 지지부의 가능한 적용이 도시되어 있다. 소량의 물이 2개의 기판 사이에서의 접촉을 중재하는 중간층으로서 작용하고, 더 작은 기판을 더 큰 기판에 기계적으로(모세관력에 의해) 고정시키는 작용제 및 열전달 매체로서 모두 작용한다.
명세서, 특허청구범위 및/또는 첨부된 도면에 개시되어 있는 본 발명의 특징은 별개로 그리고 임의로 조합하여 본 발명을 다양한 형태로 실현하기 위한 재료일 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법이며,
    a) 에지를 갖는 기판을 제공하는 단계와,
    b) 전압원에 연결된 전극을 제공하고, 전극을 상기 기판의 에지로부터 0.01mm 내지 10cm의 거리에 배치하는 단계와,
    c) 상기 전극 및/또는 상기 기판을 서로에 대해 상기 에지의 방향으로 이동시키면서, 상기 전극에 의해 상기 에지에 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 전압은 100V 내지 107V 범위의 진폭을 갖고, 10kHz 내지 10GHz 범위의 주파수를 가지며, 이에 의해 상기 전극과 상기 에지 사이에 전기 아크 형성이 유발되어 상기 에지를 가열하는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 c)는, 단계 c)에서 이미 아크 형성에 노출된 상기 에지의 재료가 기판으로부터 리프팅되도록 수행되는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 c)는, 단계 c)에서 이미 아크 형성에 노출된 상기 에지의 재료가 용융되지만, 기판으로부터 리프팅되지 않도록 수행되는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지 재료의 리프팅 또는 대안으로서 용융은 단계 c)에서 인가되는 전압의 진폭, 단계 c)에서 인가되는 전압의 주파수, 전극에 연결된 전압원의 임피던스, 전극과 기판의 에지 사이의 거리, 기판과 전극 사이에서의 상대 이동 속도, 그리고 가능하다면 기판의 접지 중 하나 또는 몇 개의 파라미터의 적절한 선택 및 제어에 의해 영향을 받는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압원은 테슬라 변압기인
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 석영, 다이아몬드, 알루미나, 사파이어, 질화 알루미늄(aluminium nitride), 지르코니아 및 첨정석(spinel)과 같은 전기 절연성 재료와, 도핑 실리콘과 결정질 실리콘을 포함하는 실리콘과, 게르마늄과, 갈륨 비소(gallium arsenide) 및 인듐 포스피드(indium phosphide)와 같은 화합물 반도체와 같은 전기 반도체성 재료와, 금속과 같은 전기 전도성 재료로부터 선택된 재료로 제조되는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극은 단계 c) 동안에 상기 기판의 상기 에지를 향해서 지향되는 종축을 갖는 첨단형 전극인
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    d) 단계 c)로부터 생성된 기판에, 상기 에지의 방향으로 서로에 대해 상기 전극 및/또는 상기 기판을 이동시키면서, 상기 전극에 의해 상기 에지에 전압을 인가하는 추가 단계 c')를 가하는 추가의 단계 d)를 포함하고,
    상기 전압은 (c)와 비교하여 5% 내지 95%만큼 에지 단위영역당 전력 소산을 감소시키도록 조정된 진폭 및/또는 주파수와 같은 파라미터를 가지며, 이에 의해 상기 전극과 상기 에지 사이에 전기 아크 형성을 유발시키고, 에지를 용융시키지만, 기판으로부터 에지를 리프팅시키지 않는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    면취된 상기 기판은 단계 a)에서, 면취 또는 평활화된 상기 기판이 단계 c)에서 가열될 때에, 히트 싱크로서 작용하는 지지 기판과 열 접촉하는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지 기판은, 면취된 상기 기판과 상기 지지 기판 사이의 중간층에 의해, 또는 면취되는 기판에 직접 접촉함으로써, 면취되는 기판과 물리적으로 접촉하고, 바람직하게는 상기 중간층은 유체이고, 바람직하게는 물과 같은 액체인
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  11. 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    면취된 상기 기판은 하측부와 상측부를 구비하고, 상기 지지 기판은 하측부와 상측부를 구비하며, 면취된 상기 기판의 상기 하측부는 상기 지지 기판의 상측부와 접촉하거나, 또는 면취된 상기 기판의 상기 상측부는 상기 지지 기판의 상기 하측부와 접촉하는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판은, 상기 지지 기판에, 바람직하게는 면취된 상기 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 지지 기판의 측부에, 가스 또는 액체 스트림, 가스 및 액체 혼합물, 또는 가스 및 고체 혼합물을 적용함으로써 단계 c) 동안에 능동적으로 냉각되는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    면취된 상기 기판은 1.5mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하의 두께를 갖는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판은 1mm 내지 10cm, 바람직하게는 2mm 내지 5cm, 더 바람직하게는 3mm 내지 1cm 범위의 두께를 갖는
    기판의 에지를 평활화 및/또는 면취하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항에 따른 방법에 의해 평활화 및/또는 면취된 에지를 구비하는 기판.
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