KR20120094907A

KR20120094907A - 박막 유리의 레이저 스크라이빙 및 절단 방법

Info

Publication number: KR20120094907A
Application number: KR1020127008186A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 에스. 글레세만; 카일 씨. 호프; 씽후아 리
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-08-27
Also published as: US8426767B2; TWI529022B; JP2013503106A; EP2473453A1; WO2011026074A1; KR101804585B1; CN102574722A; CN102574722B; US20110049113A1; TW201127537A

Abstract

유리 기판에 벤트를 형성하는 방법은 스크라이브 선상의 유리 기판에 결함을 형성하는 단계를 포함한다. 레이저의 빔 스폿은 상기 결함 위에 조사되어 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갈 수 있다. 냉각 제트는 상기 유리 기판의 표면이 최대 온도로부터 냉각되도록 상기 결함 위에 조사될 수 있다. 이후, 상기 냉각 스폿은 상기 유리 기판에 상기 벤트를 형성하기 위해 상기 빔 스폿과 함께 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갈 수 있다.

Description

박막 유리의 레이저 스크라이빙 및 절단 방법{METHODS FOR LASER SCRIBING AND BREAKING THIN GLASS}

본 출원서는 2009년 8월 31일에 출원된 미국 출원 일련번호 제12/550592호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 유리의 분리 방법에 관한 것으로, 더 자세하게 박만 유리 기판의 레이저 스크라이빙 및 절단 분리 방법에 관한 것이다.

박막 유리 기판은 소비자 전자 장치(consumer electronic device)에 있어서 다양한 어플리케이션들을 갖는다. 예를 들어, 이러한 유리 기판은 휴대폰에 병합된 LCD 및 LED 디스플레이들, 텔레비젼 및 컴퓨터 모니터들과 같은 디스플레이 장치들 및 다양한 기타 전자 장치들을 위한 커버 시트로 사용될 수 있다. 이러한 장치들에 사용된 커버 시트는 대형 유리 기판을 다양한 레이저 절단 기법들을 사용하여 다수의 보다 작은 유리 기판으로 분획 또는 분리함으로써 형성될 수 있다.

예를 들어, 약 0.7㎜보다 큰 두께를 갖는 박막 유리 기판은 상기 유리의 두께를 일부 관통하는 벤트(vent)를 형성하기 위해 레이저를 사용한 스크라이브-앤-브레이크 기법들(scribe-and-break techniques)에 의해 분리될 수 있으며, 이후 상기 유리 기판을 다수의 조각들로 분리하기 위해 상기 유리 기판에 기계적 힘을 인가한다. 이러한 스크라이브-앤 브레이크 기법들의 이점은 상기 스크라이빙 공정 동안 유리 칩(chips)을 생성하지 않고 마감된 유리 조각들에서 높은 처리 속도 및 에지 품질(edge quality) 및 에지 직선도(edge straightness)와 같은 우수한 에지 속성(edge attributes)이 있다.

전형적인 레이저 스크라이브-앤-브레이크 공정에 있어서, 레이저는 분리선을 따라 상기 유리 기판을 가열하는데 사용된다. 그런 다음, 상기 가열된 유리 기판은 상기 분리선을 따라 상기 레이저 빔의 트레일링 에지(trailing edge) 뒤에 이격되어 위치되는 워터 제트(water jet)로 퀀칭된다(quenched). 장력(tensile stress)이 상기 유리 기판에 낸 결함에 적용될 경우, 벤트가 생성되어 상기 분리선의 방향으로 전파한다. 이후, 상기 유리 기판은 상기 벤트를 따라 기계적으로 분리될 수 있다.

이러한 기법들은 약 0.7㎜ 또는 그 이상의 두께를 가지는 유리 가판에 효율적이지만, 이러한 기법들은 퀀칭시 돌이킬 수 없는 전체 몸체 분리가 일어나므로(이를 테면, 상기 벤트는 상기 유리가 분리되도록 사실상 상기 유리의 두께를 통해 전파됨) 약 0.7㎜보다 작은 두께를 가지는 유리 기판에 쉽게 적용가능하지 않을 수 있다. 이러한 제어불능의 분리도는 일반적으로 상기 스크라이브 앤 브레이크 공정에 비해 좋지 못한 에지 특성을 야기한다. 더욱이, 상기 분리선에 따른 기판의 전체 몸체 분리는 단일 유리 기판에서 추가적인, 교차하는 벤트들을 예방한다.

따라서, 박막 유리 기판의 대안적인 분리 방법에 대한 요구가 존재한다.

일 실시 예에 따르면, 유리 기판에서 벤트의 형성 방법은 스크라이브 선상의 유리 기판에서 결함을 형성하는 단계를 포함한다. 레이저의 빔 스폿(beam spot)은 상기 결함 위를 향해 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갈 수 있다. 냉각 제트(cooling set)는 상기 유리 기판의 표면이 최대 온도로부터 냉각되도록 상기 결함 위에 조사될 수 있다. 이후, 상기 냉각 스폿(cooling spot)은 상기 유리 기판에 벤트를 형성하기 위해 빔 스폿으로 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갈 수 있다.

다른 실시 예에서, 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법은 스크라이브 선상의 유리 기판에 결함을 형성하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 타원형 빔 스폿을 갖는 레이저 빔은 상기 결함 위를 향하고 상기 타원형 빔 스폿은 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나가게 된다. 냉각 제트는 상기 냉각 제트의 냉각 스폿이 상기 타원형 빔 스폿 내에 있도록 상기 결함 위에 조사될 수 있다. 상기 냉각 스폿은 상기 유리 기판의 두께를 관통해 확장하지 않은 유리 기판에 벤트를 형성하기 위해 상기 타원형 빔 스폿으로 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갈 수 있다.

다른 실시 예에서, 유리 기판을 다수의 조각들로 분리하는 방법은 상기 유리 기판의 제1 표면에 제1 결함을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 벤트는 상기 제1 결함으로부터 확장하는 스크라이브 선을 따라 오픈될 수 있어, 상기 제1 벤트는 상기 유리 기판의 두께를 부분적으로만 관통해 확장한다. 이후, 제2 결함이 상기 유리 기판의 제2 표면에 형성될 수 있다. 제2 벤트는 상기 제2 결함으로부터 확장하는 스크라이브 선을 따라 오픈될 수 있다. 상기 제2 벤트는 상기 유리 기판의 두께를 부분적으로 관통해 확장할 수 있다. 제1 벤트 및 제2 벤트는 상기 유리 기판에 벤트를 형성하기 위해 상기 결함 위에 타원형 빔 스폿으로 레이저 빔이 조사되어 상기 스크라이브 선을 따라 상기 타원형 빔 스폿을 진행해 나가고 상기 스크라이브 선을 따라 냉각 제트가 조사되어 상기 타원형 빔 스폿으로 상기 스크라이브 선상의 상기 유리 기판의 표면을 따라 상기 냉각 제트를 진행해 나가게 함으로써 오픈될 수 있다. 상기 냉각 제트의 냉각 스폿은 상기 타원형 빔 스폿 내에 적어도 주기적으로 위치될 수 있다. 그런 다음, 상기 유리 기판은 상기 제2 벤트 및 제2 벤트를 따라 기계적으로 분리될 수 있다.

상기 방법들의 추가 특징 및 이점들은 첨부도면뿐만 아니라, 하기의 청구항들, 상세 설명을 포함하는 본원에 기술된 실시 예들을 실시함으로써 다음의 상세한 설명으로 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 스크라이브 선상의 유리 기판에 결함을 형성하여 상기 결함 위에 레이저의 빔 스폿 및 상기 유리 기판의 표면이 최대 온도로부터 냉각되도록 하는 냉각 스폿을 함게 조사함으로써 유리 기판을 쉽게 분리할 수 있다.

도 1은 본원에 도시 및 기술된 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법의 적어도 일 실시 예에 따라, 유리 기판상에 입사하는 레이저 빔의 타원형 빔 스폿 및 냉각 제트의 냉각 스폿의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본원에 기술된 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법의 적어도 일 실시 예에 따라 도 1의 레이저 빔, 냉각 제트 및 유리 기판의 교차면을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본원에 도시 및 기술된 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법의 적어도 일 실시 예에 따라 타원형 빔 스폿 및 냉각 스폿의 상대적 위치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본원에 도시 및 기술된 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법의 적어도 일 실시 예에 따라 상기 타원형 빔 스폿이 스캔됨에 따른 상기 타원형 빔 스폿 및 냉각 스폿의 상대적 위치를 개략적으로 도시한다.
도 5a 및 5b는 본원에 도시 및 기술된 적어도 일 실시 예에 따라 유리 기판을 다수의 조각들로 분리하는 방법을 개략적으로 도시한다.
도 6은 유리 기판의 두께 및 상기 유리 기판의 두께를 통한 열확산 사이의 관계도를 그래프로 도시한다.
도 7은 3개의 각기 다른 두께들을 가지는 유리 기판들에 대한 유리 기판의 표면의 최대 온도로부터 냉각 스폿의 배치 및 유리 기판의 표면에서의 온도 변화 간 관계도를 그래프로 도시한다.
도 8은 타원형 빔 스폿이 본원에 도시 및 기술된 일 실시 예에 따라 원점 근처의 타원형 빔 스폿의 전연을 갖는 좌우로 기판 위에 가로 지름에 따라 유리 기판에서 순간 온도 분포를 그래프로 도시한다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법의 일 실시 예가 도 1에 도시된다. 상기 방법은 일반적으로 스크라이브 선을 따라 유리 기판 위에 레이저원의 타원형 빔 스폿을 조사하는 단계 및 냉각 스폿이 상기 타원형 빔 스폿의 중심과 후연 사이의 상기 타원형 빔 스폿 내에 위치되도록 냉각 제트의 냉각 스폿을 조사하는 단계를 포함한다. 상기 냉각 스폿 및 타원형 빔 스폿은 그 후 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나감으로써 상기 유리 기판의 두께를 일부 관통하여 연장하는 벤트를 형성한다. 유리 기판들에 벤트들을 형성하는 방법들뿐만 아니라 다수의 조각들로 유리 기판을 분리하는 방법의 다양한 실시 예들이 본원에 더욱 상세히 기술될 것이다.

도 1 및 2를 참조하면, 유리 기판(100)의 두께를 일부 관통하여 연장하는 제어된 크랙(crack) 또는 벤트(vent)(108)를 형성하는 바람직한 시스템이 개략적으로 도시된다. 상기 시스템은 일반적으로 스크라이브 선(scribe line; 104)(이를 테면, 바람직한 분리선)을 따라 상기 유리 기판을 가열하는 레이저원(150) 및 상기 스크라이브 선(104)을 따라 상기 유리 기판(100)의 가열된 표면을 퀀칭하기 위해 냉각 제트(105)가 조사되는 노즐(160)을 포함한다. 상기 유리 기판의 결과적인 온도 변화는 상기 유리 기판(100)의 두께를 일부 관통하여 연장하는 벤트(108)를 형성함으로써 장력이 상기 스크라이브 선(104)에 수직하는 방향으로 상기 스크라이브 선(104)을 따라 발생하게 한다.

본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 유리 기판(100)은 제1 표면(130), 제2 표면(132) 및 약 0.6㎜보다 작은, 더 바람직하게 약 0.5㎜보다 작은 두께(h)를 갖는다. 상기 유리 기판은 제한 없이 이온 교환된 붕규산 및 규산 알루미늄 유리를 포함하는, 붕규산 유리 또는 규산 알루미늄 유리를 포함하는 다양한 유리 조성물로 형성될 수 있다.

상기 레이저원(150)은 레이저 에너지가 상기 유리 기판의 표면을 가열함으로써 상기 유리 두께(h)를 통해 강하게 흡수되도록 상기 유리 기판(100)에 열 에너지를 전하는데 적합한 파장을 가지는 빔을 방출하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저원(150)은 일반적으로 적외선 범위의 파장을 갖는 빔(101)을 방출한다. 적합한 레이저원은 약 5㎛ 내지 약 6㎛의 파장을 갖는 CO 레이저, 약 2.6㎛ 내지 약 3.0㎛의 파장을 갖는 HF 레이저, 또는 약 2.9㎛의 파장을 갖는 에르븀(erbium) YAG 레이저를 포함한다. 본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 레이저원은 약 9.4㎛ 내지 약 10.6㎛의 파장을 갖는 적외선 광의 빔을 생성하는 CO₂ 레이저이다. 상기 CO₂ 레이저원은 준연속파 모드(quasi-continuous wave mode)에서 동작된 RF-여기 레이저원(RF-excited laser source)일 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 레이저원(150)은 상기 레어저원(150)의 빔(101)이 가우스 세기 분포(Gaussian intensity distribution)를 갖도록 TEM₀₀ 모드에서 출력 빔을 생성하도록 동작된다. 대안적으로, 상기 레이저원은 상기 출력 빔이 "D" 또는 플랫 모드(flat mode) 세기 분포를 갖도록 TEM₀₁ 모드에서 출력 빔을 생성하도록 동작될 수 있다. 상기 레이저원의 출력 전력은 바람직한 스트라이브 속도 및 스크라이브 되어 있는 유리의 조성물에 따라 약 10 와트 내지 200 와트 이상일 수 있다.

(상기 유리 기판의 표면으로부터 유리의 삭마(ablation)나 기화(vaporization) 또는 절단 에지를 약하게 하는 잔류 응력(residual stresses)을 초래할 수 있는) 상기 유리 기판(100)의 표면을 과열하는 것을 피하기 위해, 상기 레이저원에 의해 방출된 빔(101)은 상기 빔(101)이 상기 유리 표면(100)의 표면에 타원형 빔 스폿(102)을 갖도록 다양한 광학 요소들(도시되지 않음)로 형태가 잡힌다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 원통형 렌즈 쌍(도시되지 않음)이 상기 레이저원(150)으로부터 방출된 빔(101)의 경로에 배치된다. 대안적으로, 타원형 빔 스폿을 형성하기 위해 상기 빔을 형태 잡는데 사용된 상기 원통형 렌즈들 및/또는 기타 광학 요소들은 상기 레이저원(150)과 일체형이다. 상기 원통형 렌즈들은 상기 유리 기판의 표면에 입사되는 빔 스폿이 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 형태가 타원형이 되도록 상기 빔(101)의 형태를 잡는다.

도 3을 참조하면, 상기 타원형 빔 스폿(102)은 일반적으로 단축(minor axis; 124) 길이(a)와 장축(major axis; 125) 길이(b)를 갖는다. 상기 단축(124)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 타원형 빔 스폿의 중심점을 지나 연장한다. 일 실시 예에서, 상기 단축(124)의 길이(a)는 냉각 제트가 상기 유리 기판의 표면을 접촉할 때 형성된 냉각 스폿(106)의 직경보다 크거나 같다. 예를 들어, 냉각 스폿(이를 테면, 상기 냉각 제트가 상기 유리 기판의 표면에 입사될 때 상기 냉각 제트의 단면)이 2㎜의 직경을 갖는다면, 상기 단축 길이(a)는 적어도 2㎜이다.

상기 장축(125)은 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 타원형 빔 스폿의 전연(leading edge; 120) 및 후연(trailing edge; 122) 사이의 길이(b)를 갖는다. 본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 레이저원(150)의 빔(101)은 길이(b)≤3?υ?τ 이도록 형태가 잡히며, 여기서 υ는 상기 타원형 빔 스폿 및 냉각 제트가 스크라이브 선을 따라 진행해 나가는 속도이고, τ는 상기 유리 기판의 두께를 관통하는 열 확산 시간이다.

일 실시 예(도시하지 않음)에서, 다각형 스캐닝 미러(polygonal scanning mirror) 또는 스캐닝 갈바노미터 미러(scannig galvonometer mirror)와 같은 스캐닝 장치는 상기 레이저원의 빔(101)이 상기 스크라이브 선(104)을 따라 앞뒤로 스캔될 수 있도록 상기 레이저원(150) 및 유리 기판(100) 사이의 광학적 경로에 위치된다. 예를 들어, 상기 스캐닝 장치는 상기 유리 기판을 과열시키지 않고 최대 온도로 상기 유리 기판(100)의 표면(130)을 가열하는 것을 가능하게 하기 위해 상기 스크라이브 선(104) 위에 상기 빔(101)을 스캔하도록 동작할 수 있다. 상기 스캐닝 장치는 상기 기판의 표면상에 약 10㎜ 내지 약 200㎜의 길이 위로 상기 빔 스폿을 스캔하도록 동작할 수 있다.

도 2 및 3을 참조하면, 상기 냉각 제트(105)는 일반적으로 노즐(160)로부터 방출되어 상기 유리 기판(100)의 표면 위로 향하는 가압 유체의 흐름을 포함한다. 상기 가압 유체는 예를 들어, 물(water), 에탄올(ethanol), 액체 질소(liquid nitrogen) 및/또는 화학 냉매(chemical coolant)와 같은 압축된 기체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 냉각 제트(105)는 예를 들어, 압축 공기, 압축 질소, 압축 헬륨 또는 유사한 압축 기체와 같은 압축 기체를 포함할 수 있다. 상기 냉각 제트는 또한 액체와 압축 기체의 혼합물을 포함할 수도 있다. 본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 냉각 제트는 탈이온수(de-ionized water)이다.

상기 냉각 제트(105)는 상기 노즐 말단의 오리피스(도시되지 안음)로부터 방출된다. 상기 냉각 제트가 상기 유리 기판의 표면에 입사할 때 형성된 냉각 스폿(106)은 상기 노즐(160)의 오리피스보다 더 큰 직경(D_j)을 갖는다. 상기 노즐(160)은 상기 스크라이빙 방향(110)에 대해 상기 레이저원(150) 뒤에 위치된다. 본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 노즐(160)은 상기 냉각 제트(105)가 상기 유리 기판의 표면에 비례하여 90도보다 작은 각(α)으로 상기 유리 기판의 표면에 입사하도록 상기 유리 기판(100)의 표면(130)에 대한 각으로 조사된다.

도 1 및 2를 참조하면, 유리 기판(100)의 두께(h)를 일부 관통하여 연장하는 벤트를 형성하는 방법은 우선 벤트 시작점을 형성하기 위해 상기 유리 기판(100)의 표면에 결함(112)을 내는 단계를 포함한다. 상기 결함은 일반적으로 상기 결함이 상기 스크라이브 선(104)을 따라 놓여 그에 따라 상기 유리 기판이 연속적으로 분리될 수 있도록 상기 유리 기판의 표면에 위치된다. 일 실시 예에서, 상기 결함은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 유리 기판의 에지에 바로 근접해 위치된다. 대안적으로, 상기 결함은 상기 유리 기판의 에지로부터 오프셋될 수 있다. 상기 결함(112)은 기계적 스크라이브로 도는 레이저 삭마에 의한 것과 같은 기계적으로 형성될 수 있다.

상기 결함이 형성된 후, 상기 레이저원(150)으로부터의 빔(101)은 상기 빔이 상기 스크라이브 선(104)에 입사되도록 상기 유리 기판(100)의 표면 위에 조사된다. 상기 빔은 상기 결함(112)이 상기 빔(101)의 타원형 빔 스폿(102) 내에 위치되고 상기 타원형 빔 스폿(102)의 장축(125)이 사실상 상기 스크라이브 선(104)과 동일선상에 있도록 초기에 상기 유리 기판에 조사된다. 상기 레이저원(150)의 빔이 상기 유리 기판(100)의 표면(130)에 위치될 때, 상기 빔은 상기 스크라이브 선(104)을 따라 상기 유리 기판을 가열함으로써 상기 유리 기판에 복사 열 에너지를 준다. 상기 유리 표면이 가열되는 곳에 대한 최대 온도(T_max)는 가열 및 상기 냉각 제트에 의한 퀀칭에 따르는 바람직하지 않은 잔류 응력의 발생 동안 응력 완화를 막기 위해 일반적으로 스트레인점(strain point; T_g)보다 작다. 상기 유리 기판의 온도는 예를 들어, 상기 레이저원의 파워 및 상기 레이저의 빔이 상기 스크라이브 선을 따라 상기 유리 기판의 표면 위로 진행되는 스크라이빙 속도(υ)를 포함하는 다양한 파라미터들을 조절함으로써 제어될 수 있다. 상기 빔(101)이 초기에 상기 스크라이브 선(104)에 위치된 후, 상기 타원형 빔 스폿(102)는 상기 스크라이브 선(104)을 따라 상기 유리 기판의 표면을 가열함으로써 상기 스크라이빙 속도(υ)로 상기 스크라이브 선(104) 위에 상기 유리 기판(100)의 표면(130)을 따라 진행된다. 상기 타원형 빔 스폿은 상기 기판에 관해 상기 레이저원(150)을 이동함으로써 상기 표면 위로 진행된다. 대안적으로, 상기 타원형 빔 스폿은 상기 레이저원9150) 및 워터 제트(160)에 관해 상기 유리 기판을 이동함으로써 진행될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 스크라이빙 방향(110)(이를 테면, 벤트 전파(vent propagation)의 방향)은 도 1 및 2에 도시된 바와 같다.

상기 유리 기판의 표면(130)에 벤트(108)를 형성하기 위해, 상기 유리 기판의 가열된 표면이 상기 노즐(160)로부터 방출된 냉각 제트(105)로 냉각 또는 퀀칭된다. 퀀칭으로 인한 온도 변화가 상기 유리 기판의 표면에서 장력을 상기 스크라이브 선(104)에 수직인 방향으로 증가하게 한다. 이러한 장력은 상기 벤트(108)를 상기 결함(112)에서 시작하여 상기 스크라이브 선(104)상의 상기 유리 기판의 표면을 따라 전파하게 한다. 본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 벤트(108)는 상기 유리 기판의 두께(h)의 절반보다 작은 깊이(d)로 상기 기판의 표면 아래로 연장한다. 일 실시 예에서, 상기 깊이(d)는 상기 유리 기판의 두께(h)의 1/4보다 작다. 상기 유리 기판의 표면을 따라 상기 벤트(108)를 시작 및 전파하기 위해, 임계 변화 온도(△T_TH)는 벤트 시작 및 전파를 위해 충분한 장력을 생성하기 위해 상기 유리 기판의 표면의 가열 및 이어 냉각함으로써 초과되어야 한다.

더 자세하게, 상기 레이저원(150)으로 상기 유리 기판을 가열하고 상기 냉각 제트(105)로 상기 유리 기판의 가열된 표면을 퀀칭하는 것은 상기 스크라이브 선(104)에 수직인 상기 유리 기판의 표면에 장력을 생성시킨다. 상기 장력은 상기 유리 기판(100)이 형성되는 것으로부터 물질의 임계 장력(σ_TH)을 초과하는 경우, 크랙 또는 벤트(108)가 상기 유리 기판에 형성한다. 벤트(108)를 형성하고 전파하기 위한 상기 임계 장력(σ_TH)은 다음과 같이 기재될 수 있다:

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여기서, CTE는 상기 유리 기판의 열팽창 계수이고, E는 상기 유리 기판의 영률이며, △T_TH는 벤터 형성 및 전파를 위한 임계 변화 온도이다. 식(1)은 상기 유리 기판에서 벤트를 형성하고 전파하기 위한 변화 온도(△T_TH) 정의하기 위해 다음과 같이 되도록 기재될 수 있다:

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따라서, 벤트 형성 및 전파를 용이하게 하기 위해, 퀀칭에 따르는 상기 유리의 온도 변화는 상기 벤트를 시작하고 전파하기 위해 충분한 크기의 장력을 생성시키기 위해 △T_TH와 같거나 더 커야한다.

식(2)를 참조하면, 벤트를 형성 및 전파하기 위한 임계 변화 온도(△T_TH)는 상기 유리 기판의 열팽창 계수의 역수에 따라 달라진다. 따라서, 붕규산 유리(borosilicate glass)와 같은 상대적으로 낮은 CTE를 가지는 유리 조성물로부터 형성된 유리 기판에 대해, 상대적으로 큰 열팽창 계수를 가지고 그에 따라 큰 온도 강하가 필요치 않는 규산 알루미늄 유리(aluminosilicate glass)에 비해 벤트 형성 및 전파를 용이하게 하기 위해 상대적으로 큰 온도 강하가 요구된다.

예를 들어, 소정의 붕규산 유리는 대략 32×10^-7/℃의 CTE, 72 GPa의 영률 및 50 MPa의 임계 장력을 갖는다. 식(2)를 사용하면, 이러한 붕규산 유리에서의 벤트 형성 및 전파를 용이하게 하는 최소 온도 강하는 430℃이다. 반대로, 소정의 규산 알루미늄 유리는 대략 91×10^-7/℃, 73 GPa의 영률 및 50 Mpa의 임계 장력을 갖는다. 이러한 규산 알루미늄 유리에서의 벤트 형성 및 전파를 용이하게 하는 최소 온도 강하는 150℃이다.

추가 고려사항은 상기 유리 기판의 두께 및 상기 유리를 통한 열확산의 해당 속도이다. 예를 들어, 상기 벤트가 상기 유리 기판의 표면 아래로 연장되는 깊이(d)는 상기 유리 기판의 열확산 길이(l)에 좌우된다. 상기 열확산 길이(l)는 열이 주어진 시간 기간(t)을 거쳐 상기 유리 기판으로 확산하는 거리이며, 수학적으로 다음과 같이 기술될 수 있다:

,

여기서, D는 상기 유리 기판의 열 확산율(thermal diffusivity)이고, k는 상기 유리 기판의 열전도율(thermal conductivity)이며, t는 시간이고 C_P는 상기 유리 기판의 열용량(heat capacity)이다. 상기 벤트의 깊이(d)는 일반적으로 상기 열확산 길이(l)보다 작거나 같다. 예를 들어, 상기 열확산 길이(l)가 상기 유리 기판의 두께(h)의 절반일 경우, 상기 유리 기판의 중앙에서의 압축 응력과 열확산 프론트의 선단이 퀀칭에 의해 발생된 장력을 없애고 상기 기판의 전체 두께(h)를 통해 상기 벤트의 전파를 억제한다.

식(3)은 상기 유리 기판의 전체 두께(h)를 통해 확산하는 열에 필요로 하는 시간(τ)을 계산하기 위해 다음과 같이 재배열될 수 있다:

.

도 6에 로그-로그 스케일 상에 그래프로 도시되는 식(4)는 상기 유리 기판의 두께를 통한 열확산 시간이 상기 유리 기판의 두께의 제곱의 함수임을 증명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 열확산 시간(τ)은 상기 유리 기판의 두께 감소와 함께 급격히 감소한다. 예를 들어, 0.63㎜의 두께를 가지는 유리 기판에 대해, 상기 열확산 시간은 대략 0.2초이다. 하지만, 상기 유리의 두께가 절반(즉, 상기 유리 기판이 0.3㎜의 두께를 가짐)으로 감소될 경우, 상기 열확산 시간은 단지 0.045초이다. 상기 유리 기판을 통한 이러한 급속한 열의 확산은 상기 유리 기판을 동시에 상기 유리 기판의 양 표면들을 통해 급격히 열을 잃도록 한다. 더 자세하게, 상기 유리의 두께가 감소됨에 따라, 표면 열 대류 손실이 증가하고 상기 유리는 더욱 급격히 냉각된다. 유리 바디(glass body) 에서의 표면 대류 온도 강하는 상기 유리 기판의 표면적 대 체적비(surface to volume ratio)에 비례한다. 상기 유리가 하나의 표면에서만 열을 잃을 경우(예컨대, 상기 유리가 두꺼운 경우), 대류 손실로 인한 온도 강하는 1/h에 비례한다. 하지만, 상기 유리가 상부 및 하부 표면들 모두에서 열을 잃을 경우(예컨대, 상기 유리가 얇은 경우), 표면 대류 손실로 인한 온도 강하는 2/h이다. 이러한 급격한 열 손실의 효과는 도 7에 그래프로 도시된다.

도 7은 3개의 각기 다른 두께의 유리 기판들에 대한 유리 기판의 최대 온도에서의 냉각 스폿의 배치 및 유리 기판의 표면에서의 변화 온도 간 관계도를 그래프로 도시한다. x-축은 최대 온도인 원시값과 상기 유리 기판의 표면상의 상기 최대 온도(T_max)로부터의 거리를 나타낸다. y-축은 I＜ II＜ III인 3개의 유리 기판의 두께 I, II 및 III에 대한 냉각 제트 퀀칭 전의 표면 온도의 변화를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 도 7에서, 상기 유리 기판의 두께가 감소하고 열이 상기 유리 기판의 양 표면들에서 잃음에 따라, 상기 냉각 스폿은 임계 변화 온도(△T_TH)를 달성 또는 초과하여 이로써 상기 유리 기판의 표면에서 벤트를 시작 및 전파하기 위해 상기 유리 기판의 표면상의 최대 온도(T_max)에 더욱 가깝게 이동되어야 한다.

따라서, 약 0.6㎜보다 작은 두께를 가지는 유리 기판에 대해, 상기 유리 기판의 양 표면으로부터의 급격한 열손실은 퀀칭 공정 및 더 자세하게, 상기 타원형 빔 스폿에 관해 상기 유리 기판의 표면상의 냉각 제트 및 냉각 스폿의 위치가 상기 유리 기판, 특히, 예를 들면 붕규산 유리와 같은 낮은 열팽창 계수들을 갖는 유리 기판들의 두께를 일부 관통하여 연장하는 벤트의 형성을 용이하게 하기 위해 제어되는 것을 필요로 한다.

벤트 형성 및 전파를 위한 임계 변화 온도(△T_TH)를 달성 또는 초과하기 위해, 상기 유리가 가열되는 온도는 최대화될 수 있다. 하지만, 상기에 언급된 바와 같이, 상기 유리 기판이 가열될 수 있는 최대 온도는 상기 유리의 스트레인 온도(strain temperature)에 의해 제한된다. 또한, 약 0.6㎜보다 작은 두께를 갖는 유리 기판들에 대해, 상기 유리 기판의 두께를 통한 급격한 열확산은 상기 유리 기판의 표면에서의 온도를 최대 온도로 가열한 후에 급격히 감소되게 한다. 따라서, 임계 변화 온도(△T_TH)를 달성 및 초과하여 상기 유리 기판의 표면에 벤트를 시작 및 전파하기 위해, 냉각 제트의 위치(및 그에 따른 냉각 스폿의 위치)는 상기 레이저원으로 상기 유리 기판을 가열하는 동안 획득된 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로부터 상기 유리 기판을 퀀칭하기 위해 조절되어야 한다.

도 3 및 8을 참조하면, 도 8은 상기 타원형 빔 스폿(102)과 상기 타원형 빔 스폿의 전연(120)으로부터 증가하는 거리 둘레의 상기 유리 기판에서의 순간 온도 분포를 그래프로 도시한다. 상기 온도 분포는 상기 타원형 빔 스폿의 장축의 방향으로 구성된다. 상기 빔 스폿의 전연(L_E)은 상기 빔이 x-축을 따라 연장하도록 축들의 시작점에 위치된다. 따라서, 상기 x-축은 상기 전연으로부터의 거리임을 알 수 있을 것이다. 상기 유리 기판의 표면의 해당 온도는 y-축에 나타낸다. 상기 유리 기판의 표면의 최대 온도(T_max)의 위치는 퀀칭에 따르는 변화 온도(△T)와 마찬가지로 표시된다. 점선은 퀀칭 없는 상기 유리 기판에서의 온도 소멸을 나타낸다. 상기 레이저원으로 가열하는 것으로 인한 상기 유리 기판의 표면에서의 최대 온도는 상기 타원형 빔 스폭의 중심(C_B)과 상기 타원형 빔 스폿의 후연(E_T) 사이의 상기 타원형 빔 스폿 내의 어느 한 지점에서 발생한다. 상기 유리 기판의 표면이 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로 퀀칭될 경우, 결과적인 변화 온도(△T)는 임계 변화 온도(△T_TH)를 초과하여 이로써 벤트 시작 및 전파를 가능하게 하기에 충분하다. 따라서, 상기 냉각 제트가 상기 타원형 빔 스폿의 중심과 상기 타원형 빔 스폿의 후연 사이의 상기 유리 기판의 표면에 입사되고, 상기 냉각 스폿이 상기 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로 있도록(이를 테면, 상기 냉각 스폿이 상기 타원형 빔 스폿과 비동심(non-concentric)이 되도록) 상기 냉각 제트를 위치시킴으로써, 퀀칭에 따른 변화 온도(△T)는 벤트가 상기 유리 기판의 표면에 형성되고 전파되도록 임계 변화 온도(△T_TH)를 초과한다.

도 1-3을 참조하면, 본원에 기술된 일 실시 예에서, 상기 노즐(160)은 상기 냉각 스폿(106)이 상기 스크라이브 선(104) 상에 그리고 상기 타원형 빔 스폿(102) 내의 상기 유리 기판(100)의 표면(130)에 위치되도록 조사된다. 더 자세하게, 상기 노즐(160)은 상기 냉각 스폿이 상기 타원형 빔 스폿의 중심과 사기 타원형 빔 스폿의 후연(122) 사이의 상기 타원형 빔 스폿 내에 위치되어 상기 냉각 스폿(106)이 도 3에 도시된 바와 같이 거리(z)에 의해 상기 후연으로부터 이격되도록 조사된다. 이러한 위치에서, 상기 냉각 스폿(106)은 상기 레이저원에 의한 가열로 인한 상기 유리 기판의 표면상의 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로 있다. 따라서, 상기 유리 기판이 상기 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로 상기 냉각 제트에 의해 퀀칭되기 때문에, 결과적인 변화 온도(△T)는 (상기 유리 표면이 상기 스트레인 온도(T_g) 바로 아래로 가열되는 것으로 가정하면) 임계 변화 온도(△T_TH)를 초과함으로써 상기 결함(112)으로부터 초기에 전파하는 상기 벤트(108)의 형성을 용이하게 한다. 게다가, 상기 유리의 표면이 상기 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로 퀀칭되기 때문에, 퀀칭은 온도가 상기 유리 기판의 전체 두께를 통해 평형되기 전에 일어난다. 따라서, 상기 벤트의 형성은 퀀칭됨으로써 상기 유리 기판의 전체 두께를 통한 사실상 벤트의 형성과 제어 불가능한 시작과 비가역적 파열을 완화시키기 전에 열이 상기 기판으로 확산되는 깊이(l)로 제한된다.

도 1 및 2를 참조하며, 상기 냉각 제트(105) 및 냉각 스폿(106)은 상기 타원형 빔 스폿(102)에 대해 적절히 맞춰지며, 상기 냉각 제트 및 레이저원은 상기 스크라이빙 방향(110)으로 상기 스크라이브 선(104)상의 상기 유리 기판(100)의 표면(130)을 따라 진행된다. 상기 유리 기판의 표면이 최대 온도로 가열되고 상기 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로 퀀칭됨에 따라, 상기 벤트(108)는 상기 결함(112)으로부터 상기 스크라이브 선(104)을 따라 전파된다. 상기 냉각 제트 및 레이저원은 즉, 상기 스크라이브 선(104)을 따르는 벤트 전파의 최소 속도인 스크라이빙 속도(υ)로 상기 기판의 표면에 대해 진행된다. 상기에 기술된 바와 같이, 상기 스크라이빙 속도(υ)는 일반적으로 상기 유리 기판의 표면이 상기 유리의 스트레인 온도 바로 아래로 여전히 가열되도록 하는 동안 상기 유리 기판의 표면의 과열을 피하도록 선택된다. 상기 벤트(108)의 형성에 따라, 벤딩 순간이 상기 벤트의 한 면 또는 양면상의 상기 유리 기판(100)에 적용됨으로써 상기 벤트를 따라 상기 유리 기판을 기계적으로 분리한다.

도 1-2 및 4를 참조하면, 대안 실시 예에서, 상기 레이저원(150)의 빔(101)은 상기 레이저원(150)과 상기 냉각 제트(105)가 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 상기 스크라이브 방향(110)으로 상기 유리 기판의 표면(130) 위로 진행됨에 따라 상기 스캐닝 방향(111)으로 상기 스크라이브 선(104)을 따라 스캔된다. 상기 빔은 상기에 기술된 바와 같이, 상기 빔의 광학 경로에 위치된 스캐닝 장치로 스캔된다. 도 4는 빔 스폿이 상기 스캐닝 방향(111)으로 스캔됨에 따른 상기 빔 스폿(102A-102D)의 4개의 위치들을 나타낸다. 자세하게, 도 4는 상기 빔이 상기 스크라이빙 방향(110)으로 전진하여 스캔됨에 따른 상기 빔 스폿의 위치를 나타낸다. 상기 빔 스폿은 타원 형상을 가질 수 있으나, 스캔 동작으로 인해, 상기 빔 스폿은 사각형(103)에 의해 표시된 바와 같이 거의 사각형으로 나타날 수 있고, 스캐닝 및/또는 스크라이빙의 방향으로 사실상 일정한 세기 분포를 가질 수 있다. 상기 빔은 적어도 0.5m/s, 더 자세하게 적어도 1.0m/s의 속도로 스캔될 수 있다. 상기 빔이 상기 스크라이브 선을 따라 스캔되는 것을 넘는 길이는 상기 유리 기판의 치수에 따라 변화한다. 일반적으로, 상기 빔은 약 10㎜보다 큰 길이를 넘어 상기 스크라이브 선을 따라 스캔된다. 상기 냉각 제트 및 레이저원은 상기 레이저원의 빔이 상기 스크라이브 선을 따라 앞뒤로 스캔되고, 상기 냉각 제트의 냉각 스폿(106)이 상기 유리 기판의 표면에서의 온도가 상기 레이저빔에 의한 가열로 인한 최대값(T_max)일 경우 상기 유리 기판의 표면 위의 지점으로 또는 그 근처로 위치되는 것과 같은 그러한 점과 서로 관련하여 위치된다.

상술한 스캐닝 기법을 사용하여 상기 냉각 스폿(106)이 상기 기판이 상기에 기술된 바와 같이, 상기 레이저원에 의해 가열되는 최대 온도로 또는 거의 근사한 온도로 위치되는 경우, 상기 유리 기판의 두께를 일부 관통하는 벤트를 형성하는 것이 가능해진다. 상기 스캐닝 기법은 상기 타원형 빔 스폿이 상기 스크라이브 선을 따라 상기 유리 표면의 소정의 주어진 지점으로 입사되는 시간을 줄임으로써 표면 삭마의 가능성을 완화하는 반면 고전력 레이저원을 사용을 허용한다. 상기 벤트(108)의 형성에 이어, 벤딩 순간이 상기 벤트의 한 면 또는 양면상의 상기 유리 기판(100)에 적용될 수 있으며, 이로써 상기 벤트를 따라 상기 유리 기판을 기계적으로 분리한다.

상기에 기술된 방법들은 약 0.6㎜보다 작은 두께를 갖는 유리 기판들에 하나 이상의 벤트를 형성하는데 사용될 수 있으며, 이로써 다수의 작은 조각들로 이러한 유리 기판을 분리하기 위해 스크라이브-앤-브레이크 기법의 사용을 가능하게 한다. 예를 들어, 도 5a 및 5b는 본원에 기술된 벤트 형성 방법들을 사용하여 다수의 조각들로 유리 기판을 분리하는 한 방법을 그림으로 도시한다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 서로 대향되어 있는 상위 표면 또는 제1 표면(130) 및 하위 표면 또는 제2 표면(132)을 포함하는 유리 기판(100)이 도시된다. 상기 유리 기판(100)은 먼저 상기 제1 표면(130) 위에 상기 유리 기판(100)의 표면으로 제1 결함(134)을 냄으로써 다수의 조각들로 분리된다. 일 실시 예에서, 상기 제1 결함(134)은 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 기판의 에지 바로 근처에 있도록 상기 유리 기판(100)의 제1 표면(130)의 표면에 위치된다. 대안적으로, 상기 제1 결함(134)은 상기 유리 기판(100)의 내부를 향하는 기판의 에지로부터 오프셋될 수 있다. 상기 제1 결함(134)은 다이아몬드 또는 카바이드 포인트 또는 휠과 같은 기계적 스크라이브를 사용하거나, 또는 레이저 삭마에 의해 상기 유리 기파(100)의 표면에 형성될 수 있다.

상기 제1 결함(134)이 상기 유리 기판이 제1 표면(130)에 형성된 후, 벤트(136)는 상기에 기술된 벤트 형성 기법들 중 하나를 사용하여 상기 제1 결함(134)을 관통하여 연장하는 스크라이브 선을 따라 상기 유리 기판(100)에 오픈된다. 예를 들어, 일 실시 예에서, CO₂ 레이저의 타원형 빔 스폿은 상기 타원형 빔 스폿의 장축이 상기 스크라이브 선상에 사실상 일직선이 되도록 상기 제1 결함(134) 위에 조사된다. 이후, 냉각 제트는 상기 냉각 제트의 냉각 스폿이 상기 빔 스폿의 중심과 상기 빔 스폿의 후연 사이의 상기 타원형 빔 스폿 내에 위치되도록 상기 유리 기판에 조사된다. 따라서, 사기 타원형 빔 스폿과 상기 냉각 스폰은 서로 비-동심(non-concentric)임을 알 수 있을 것이다. 상기 타원형 빔 스폿 내 상기 냉각 스폿의 위치는 상기 유리 기판의 표면이 레이저 가열로 인한 최대 온도에 도달하는 경우 상기 냉각 스폿이 상기 타원형 빔 스폿 내의 지점 위에 또는 가능한 한 가까이에 위치되도록 선택된다.

상기 타원형 빔 스폿 및 상기 냉각 스폿은 그 후 상기 스크라이브 선을 따라 상기 유리 기판의 표면 위에 조사됨으로써 상기에 기술된 바와 같이 상기 유리의 두께를 일부 관통하여 연장되는 상기 유리 기판에 제1 벤트(136)를 오픈시킨다. 일반적으로, 상기 유리 기판(100)의 제1 벤트(136)는 일반적으로 상기 유리 기판의 두께(h)의 1/4보다 작게 관통하여 연장한다. 도 5a에 도시된 실시 예에서, 상기 제1 벤트(136)는 일반적으로 상기 유리 기판(100)의 대향 에지들 간에 연장한다. 하지만, 상기 제1 벤트(136)는 또한 상기 유리 기판(100)과 상기 제1 결함(134)의 근접 에지들 간에 연장될 수 있으며 상기 스크라이브 선은 이러한 결과를 달성하기 위해 적절히 맞춰질 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.

상기 제1 결함(136)이 상기 유리 기판(100)에 형성된 후, 제2 벤트(140)가 상기 유리 기판(100)의 하위 표면 EH는 제2 표면(132)에 형성된다. 일 실시 예에서, 상기 유리 기판(100)의 제2 표면에 상기 제2 벤트(140)를 형성하기 위해, 상기 유리 기판은 상기 제1 표면(130)과 상기 제2 표면(132)의 위치가 뒤바뀌도록(이를 테면, 상기 제2 표면(132)이 상위 표면이 되고 상기 제1 표면(130)이 하위 표면이 되도록) 뒤집는다. 일 실시 예에서, 상기 유리를 기판을 뒤집는 것은 기술자 또는 조작자에 의해서와 같이 수동으로 수행된다. 대안적으로, 상기 유리 기판은 상기 유리 기판의 표면에 접착되어 원하는 위치에 상기 유리 기판을 이동시키는 것을 가능하게 하는 진공 척(vacuum chuckks) 또는 유사 장치들과 같은 하나 이상의 기계적 그립핑 장치(mechanical gripping devices)를 사용하여 뒤집힐 수 있다.

본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 유리 기판은 상기 제1 벤트 및 상기 제2 벤트 간 원하는 방향에 이르도록 회전된다. 예를 들어, 도 5b에 도시된 실시 예에서, 상기 제1 결함(134) 및 상기 제2 벤트(140)는 서로에 대해 90°로 향해 있다. 하지만, 이는 상기 제1 벤트(136) 및 상기 제2 벤트(140)는 서로에 대해 어떠한 각 방향도 가질 수 있다.

일단 상기 유리 기판의 제2 표면(132)이 적절한 방향으로 향해지면, 제2 결함(138)이 상기 제2 표면(132)상의 상기 유리 기판(100)의 표면에 생긴다. 상기 제1 결함(134)에 대해 상기에 기술된 바와 같이, 제2 결함(138)은 상기 제2 결함(138)이 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 기판의 에지 바로 근처에 있도록 상기 유리 기판(100)의 제2 표면(132)의 표면에 위치된다.

상기 제2 결함(138)이 상기 유리 기판(100)의 제2 기판(132)에 형성된 후, 제2 벤트(140)가 상기에 기술된 벤트 형성 기법들 중 하나를 사용하여 상기 제2 결함(138)을 통해 연장하는 스크라이브 선을 따라 상기 유리 기판(100)에 오픈된다. 상기 제2 벤트(140)는 상기 제1 벤트(136)와 사실상 동일한 방법으로 상기 유리 기판(100)의 표면에 형성된다. 상기 제2 벤트(140)는 일반적으로 상기 유리 기판(100)의 대향하는 에지들 간에 연장한다. 하지만, 이는 상기 제1 벤트(140)가 상기 유리 기판(100)과 상기 제2 결함(138)의 근접 에지들 간에 연장할 수 있고, 상기 스크라이브 선이 이러한 결과에 이르도록 적절히 맞춰질 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 일 실시 예에서, 상기 제1 벤트(136) 및 상기 제2 벤트(140)은 서로 평행하지 않다. 대안적으로, 상기 제2 벤트(140)는 상기 유리 기판의 표면들 중 하나에 수직이고 또한 상기 제1 벤트(136)를 포함하는 평면에 위치되지 않는다.

본원에 기술된 유리 기판을 분리하는 방법의 실시 예들이 상기 제1 벤트와 상기 제2 벤트의 형성 사이에 뒤집히는 것과 같은 유리 기판을 설명하였지만, 이는 대안 실시 예에서, 상기 유리 기판은 상기 제1 벤트와 상기 제2 벤트가 상기 유리 기판의 대향 면들에 형성되는 동안 고정된 채로 있을 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 상기 제1 벤트(136)는 상기 유리 기판 위에서 상기 유리 기판상에 레이저빔과 냉각 제트를 조사함을써 상기 유리 기판(100)에 형성될 수 있는 반면, 상기 제2 벤트(140)는 상기 유리 기판의 아래에서 상기 유리 기판상에 레이저빔과 냉각 제트를 조사함으로써 상기 유리 기판(100)에 형성될 수 있다.

일단 상기 제1 벤트(136)와 상기 제2 벤트가 상기 유리 기판(100)에 형성되었다면, 상기 유리 기판은 각각의 벤트에 대한 벤딩 순간을 인가함으로써 상기 벤트들을 따라 다수의 조각으로 기계적으로 분리된다. 예를 들어, 일단 상기 기판이 상기 제1 벤트(136)에 대한 상기 유리 기판(100)에 벤딩 순간을 인가함으로써 상기 제1 벤트(136)를 따라 분리된다면, 결과적인 조각들이 상기 제2 벤트(140)에 대한 벤딩 순간을 인가함으로써 더 작은 조각들로 더 분리된다. 이러한 방식으로, 상기 유리 기판(100)은 적어도 4개의 개별 조각들로 나눠질 수 있다.

본원에 도시 및 기술된 실시 예들에서, 상기 유리 기판이 4개의 개별 조각들로 나눠지도록 단일 벤트가 각각의 상기 유리 기판의 제1 표면 및 제2 표면상에 상기 유리 기판으로 생겼지만, 이는 상기 유리 기판이 4개의 개별 조각 이상으로 나눠질 수 있도록 다수의 유리 벤트가 상기 유리 기판의 각각의 제1 표면 및 제2 표면상에 생길 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.

실시예들

상기에 기술된 유리 기판을 일분 관통하는 벤트를 형성하는 방법들은 특정 실시예들을 참조하여 더 기술될 것이다. 각 실시 예에서, 상기 유리 기판의 두께를 일부 관통하여 연장하는 벤트는 약 0.6㎜보다 작은 두께를 가지는 유리 기판에 형성되었다.

실시예1

10.6㎛의 파장과 38와트의 전력을 가지는 CO₂ 레이저의 빔 스폿이 308㎛의 두께를 갖는 붕규산 유리 플레이트(CTE = 32×10^-7/℃)의 표면상에 조사되었다. 상기 빔 스폿은 단축 a=2㎜와 장축 b=24㎜를 갖는다. 상기 빔 스폿은 처음에 상기 유리 기판의 표면의 결함에 위치되어 상기 빔 스폿의 장축이 상기 스크라이브 선과 동일선상이 되도록 스크라이브 선을 따라 일직선으로 정렬되었다. 탈이온수의 냉각 제트가 8 sccm 속도로 75㎛의 노즐 오리피스를 통해 상기 기판에 조사되었다. 상기 냉각 제트는 상기 기판이 표면에 비해 85°의 입사각을 가졌으며 상기 유리 기판의 표면에 대략 2㎜ 직경의 냉각 스폿을 형성했다. 상기 냉각 스폿은 후연으로부터 대략 5㎜의 CO₂ 레이저의 타원형 빈 스폿 내에 위치되었다. 상기 타원형 빔 스폿과 냉각 제트는 상기 유리 기판의 표면에서 71㎛의 깊이를 가지는 벤트를 형성하여 4m/min의 속도로 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갔다.

실시예2

10.6㎛의 파장과 대략 100와트의 전력을 가지는 CO₂ 레이저의 빔 스폿이 300㎛의 두께를 갖는 붕규산 유리 플레이트(CTE = 32×10^-7/℃)의 표면상에 조사되었다. 상기 빔 스폿은 단축 a=2㎜와 장축 b=24㎜를 갖는다. 상기 빔 스폿은 처음에 상기 유리 기판의 표면의 결함에 위치되어 상기 빔 스폿의 장축이 상기 스크라이브 선과 동일선상이 되도록 스크라이브 선을 따라 일직선으로 정렬되었다. 탈이온수를 포함하는 냉각 제트가 8 sccm 속도로 75㎛의 노즐 오리피스를 통해 상기 기판에 조사되었다. 상기 냉각 제트는 상기 기판이 표면에 비해 85°의 입사각을 가졌으며 상기 유리 기판의 표면에 대략 2㎜ 직경의 냉각 스폿을 형성했다. 상기 냉각 스폿은 후연으로부터 대략 5㎜의 CO₂ 레이저의 타원형 빈 스폿 내에 위치되었다. 상기 타원형 빔 스폿과 냉각 제트는 상기 유리 기판의 표면에서 62㎛의 깊이를 가지는 벤트를 형성하여 150mm/sec의 속도로 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갔다.

실시예3

10.6㎛의 파장과 92와트의 전력을 가지는 CO₂ 레이저의 빔 스폿이 300㎛의 두께를 갖는 알칼리-규산 알루미늄 유리 플레이트(CTE = 91×10^-7/℃)의 표면상에 조사되었다. 상기 빔 스폿은 단축 a=2㎜와 장축 b=24㎜를 갖는다. 상기 빔 스폿은 처음에 상기 유리 기판의 표면의 결함에 위치되어 상기 빔 스폿의 장축이 상기 스크라이브 선과 동일선상이 되도록 스크라이브 선을 따라 일직선으로 정렬되었다. 탈이온수를 포함하는 냉각 제트가 8 sccm 속도로 75㎛의 노즐 오리피스를 통해 상기 기판에 조사되었다. 상기 냉각 제트는 상기 기판이 표면에 비해 85°의 입사각을 가졌으며 상기 유리 기판의 표면에 대략 2㎜ 직경의 냉각 스폿을 형성했다. 상기 냉각 스폿은 후연으로부터 대략 5㎜의 CO₂ 레이저의 타원형 빈 스폿 내에 위치되었다. 상기 타원형 빔 스폿과 냉각 제트는 상기 유리 기판의 표면에서 57㎛의 깊이를 가지는 벤트를 형성하여 200mm/sec의 속도로 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갔다.

실시예4

10.6㎛의 파장과 92와트의 전력을 가지는 CO₂ 레이저의 빔 스폿이 550㎛의 두께와 15Mpa의 중심 인장을 갖는 이온 교환 강화 알칼리-규산 알루미늄(ion-exchange strenthened alkali-aluminosilicate) 유리 플레이트(CTE = 91×10^-7/℃)의 표면상에 조사되었다. 상기 빔 스폿은 단축 a=2㎜와 장축 b=24㎜를 갖는다. 상기 빔 스폿은 처음에 상기 유리 기판의 표면의 결함에 위치되어 상기 빔 스폿의 장축이 상기 스크라이브 선과 동일선상이 되도록 스크라이브 선을 따라 일직선으로 정렬되었다. 탈이온수를 포함하는 냉각 제트가 8 sccm 속도로 75㎛의 노즐 오리피스를 통해 상기 기판에 조사되었다. 상기 냉각 제트는 상기 기판이 표면에 비해 85°의 입사각을 가졌으며 상기 유리 기판의 표면에 대략 2㎜ 직경의 냉각 스폿을 형성했다. 상기 냉각 스폿은 후연으로부터 대략 5㎜의 CO₂ 레이저의 타원형 빈 스폿 내에 위치되었다. 상기 타원형 빔 스폿과 냉각 제트는 상기 유리 기판의 표면에서 90㎛의 깊이를 가지는 벤트를 형성하여 220mm/sec의 속도로 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나갔다.

본원에 기술된 방법들은 이온 교환 강화 규산 알루미늄 유리들을 포함하는 규산 알루미늄 유리들로 형성된 기판과 같은 상대적으로 낮은 CTE들을 갖는 박막 유리 기판들(이를 테면, 약 0.6㎜보다 작은 두께를 갖는 유리 기판)을 분리하는데 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 낮은 CTE들을 갖는 유리 기판들에 대해, 본원에 기술된 방법들은 상기 스크라이브 선을 따라 장력을 유도하는 퀀칭에 이에 적절한 온도 변화를 제공함으로써 벤트 형성을 가증하게 한다. 높은 CTE들을 갖는 유리 기판들에 대해, 본원에 기술된 방법들은 벤트들이 퀀칭 전에 상기 유리 기판으로부터 열 손실을 줄임으로써 상기 기판에 형성될 수 있는 속도를 증가시킨다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100 : 유리 기판 101 : 빔
102 : 타원형 빔 스폿 104 : 스크라이브 선
105 : 냉각 제트 106 : 냉각 스폿
108 : 벤트 110 : 스크라이빙 방향
112 : 결함 130 : 제1 표면
132 : 제2 표면 134 : 제 결함
136 : 제1 벤트 138 : 제2 결함
140 : 제2 벤트 160 : 노즐

Claims

스크라이브 선상의 유리 기판에 결함을 형성하는 단계;
상기 결함 위에 레이저의 빔 스폿을 조사하여 상기 스크라이브 선을 따라 상기 빔 스폿을 진행해 나가는 단계; 및
상기 유리 기판에 벤트를 형성하기 위해 상기 결함에 냉각 제트를 조사하여 상기 빔 스폿과 함께 상기 스크라이브 선을 따라 상기 냉각 제트를 진행해 나가는 단계를 포함하며,
상기 냉각 제트의 냉각 스폿은 상기 기판이 최대 온도로부터 냉각되도록 상기 유리 기판의 표면에 위치되는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 스폿은 상기 스크라이브 선과 일직선상에 정렬된 장축을 갖는 타원형이고, 상기 냉각 스폿은 상기 빔 스폿 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각 스폿은 상기 타원형 빔 스폿의 후연으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각 스폿은 상기 타원형 빔 스폿의 중심과 상기 타원형 빔 스폿의 후연 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 타원형 빔 스폿의 장축은 b≤3?υ?τ가 되도록 길이 b를 가지며, 여기서 υ는 상기 레이저 빔과 냉각 제트가 상기 유리 기판의 표면 위로 진행해 나가는 스크라이빙 속도이고, τ는 상기 유리 기판을 통한 열확산 시간이며,
상기 타원형 빔 스폿의 장축은 상기 냉각 제트가 상기 유리 기판의 표면에 접촉할 경우의 상기 냉각 제트의 직경보다 크거나 같은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 스폿은 상기 타원형 빔 스폿이 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나감에 따라 상기 스크라이브 선을 따라 스캔되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 스폿은 냉각으로 인한 상기 유리 기판의 표면의 온도 변화(△T)가 [수학식 1]을 만족하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
[수학식 1]

여기서, σ_TH는 상기 벤트를 형성하기 위한 임계 장력이고, CTE는 상기 유리 기판의 열팽창 계수이며, E는 상기 유리 기판의 영률임.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 제트는 상기 유리 기판의 표면에 대한 각도를 가지고 상기 유리 기판의 표면에 조사되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 기판의 두께는 약 0.6㎜보다 작은 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 기판은 붕규산 유리 기판 및 규산 알루미늄 유리 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
스크라이브 선상의 유리 기판에 결함을 형성하는 단계;
상기 결함 위에 타원형 빔 스폿을 갖는 레이저의 빔 스폿을 조사하여 상기 스크라이브 선을 따라 상기 타원형 빔 스폿을 진행해 나가는 단계; 및
상기 유리 기판에 벤트를 형성하기 위해 상기 냉각 제트의 냉각 스폿이 상기 타원형 빔 스폿 내에 있도록 상기 결함 위에 냉각 제트를 조사하여 상기 타원형 빔 스폿과 함께 상기 스크라이브 선을 따라 상기 냉각 제트를 진행해 나가는 단계를 포함하며,
상기 벤트가 상기 유리 기판의 두께를 일부 관통하여 연장하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 타원형 빔 스폿의 장축은 상기 스크라이브 선과 일직선상에 정렬되고, 상기 냉각 스폿은 상기 타원형 빔 스폿의 중심과 상기 타원형 빔 스폿의 후연 사이의 상기 타원형 빔 스폿 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 냉각 스폿은 냉각으로 인한 상기 유리 기판의 표면의 온도 변화(△T)가 [수학식 2]를 만족하도록 상기 타원형 빔 스폿 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
[수학식 2]

여기서, σ_TH는 상기 벤트를 형성하기 위한 임계 장력이고, CTE는 상기 유리 기판의 열팽창 계수이며, E는 상기 유리 기판의 영률임.
청구항 11에 있어서,
상기 유리 기판의 두께는 0.6㎜보다 작은 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 타원형 빔 스폿의 장축은 상기 스크라이브 선과 일직선상에 정렬되고,
상기 타원형 빔 스폿의 장축은 b≤3?υ?τ가 되도록 길이 b를 가지며, 여기서 υ는 상기 레이저 빔과 냉각 제트가 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나가는 스크라이빙 속도이고, τ는 상기 유리 기판을 통한 열확산 시간이며,
상기 타원형 빔 스폿의 장축은 상기 유리 기판상의 냉각 스폿의 직경보다 크거나 같은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 벤트를 형성하는 방법.
유리 기판의 제1 표면에 제1 결함을 형성하는 단계;
상기 제1 결함으로부터 연장하는 스크라이브 선을 따라 제1 벤트를 오픈하는 단계;
상기 유리 기판의 제2 표면에 제2 결함을 형성하는 단계;
상기 제2 결함으로부터 연장하는 스크라이브 선을 따라 제2 벤트를 오픈하는 단계; 및
상기 제1 벤트 및 상기 제2 벤트를 따라 상기 유리를 기계적으로 분리하는 단계를 포함하며,
상기 제1 벤트는 상기 유리 기판의 두께를 일부 관통하여 연장하고,
상기 제2 벤트는 상기 유리 기판의 두께를 일부 관통하여 연장하고,
상기 제1 벤트 및 상기 제2 벤트는,
결함 위에 타원형 빔 스폿과 함께 레이저 빔을 조사하여 상기 스크라이브 선을 따라 상기 타원형 빔 스폿을 진행해 나가는 단계; 및
상기 유리 기판에 벤트를 형성하기 위해 상기 스크라이브 선을 따라 냉각 제트를 조사하여 상기 타원형 빔 스폿과 함께 상기 스크라이브 선상의 상기 유리 기판의 표면을 따라 상기 냉각 제트를 진행해 단계에 의해 오픈되며,
상기 냉각 제트의 냉각 스폿은 상기 유리 기판의 표면이 최대 온도로부터 냉각되도록 위치되는 다수의 조각으로 유리 기판을 분리하는 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 냉각 스폿은 상기 타원형 빔 스폿과 상기 냉각 제트가 상기 스크라이브 선상의 상기 유리 기판의 표면을 따라 진행해 나감에 따라 상기 타원형 빔 스폿의 중심 및 상기 타원형 빔 스폿의 후연 사이의 상기 타원형 빔 스폿 내에 고정적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 다수의 조각으로 유리 기판을 분리하는 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 타원형 빔 스폿은 상기 타원형 빔 스폿이 상기 스크라이브 선을 따라 진행해 나감에 따라 상기 유리 기판의 표면상의 상기 스크라이브 선을 따라 스캔되는 것을 특징으로 하는 다수의 조각으로 유리 기판을 분리하는 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1 벤트 및 제2 벤트는 서로 수직인 것을 특징으로 하는 다수의 조각으로 유리 기판을 분리하는 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1 결함은 상기 유리 기판의 제1 에지로부터 이격되고 상기 제2 결함은 상기 유리 기판의 제2 에지로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 다수의 조각으로 유리 기판을 분리하는 방법.