KR20130142917A

KR20130142917A - 유리 기판의 가공 방법

Info

Publication number: KR20130142917A
Application number: KR1020130062309A
Authority: KR
Inventors: 노리후미 아리마; 켄지 후쿠하라
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-12-30
Also published as: CN103508666A; JP2014001102A; TWI498297B; TW201400425A; CN103508666B; JP5991860B2; KR101556282B1

Abstract

(과제) 고강도 유리를, 주위로 발전하는 균열을 억제하여, 강도의 저하를 억제하여 발취 가공한다.
(해결 수단) 이 가공 방법은, 고강화 유리를, 닫힌 분단 예정 라인을 따라 발취 가공하기 위한 방법으로서, 제1 및 제2 예비 조사 공정과, 본 조사 공정을 포함하고 있다. 제1 예비 조사 공정은, 기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저를 집광하고 분단 예정 라인을 따라 레이저를 주사하여, 기판 내부에 제1 가공 흔적을 형성한다. 제2 예비 조사 공정은, 기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저를 집광하고 분단 예정 라인의 외주측에 분단 예정 라인을 둘러싸도록 레이저를 주사하여, 제1 가공 흔적의 외주측에 제2 가공 흔적을 형성한다. 본 조사 공정은, 제2 공정 후에, 기판 내부의 소정 깊이 위치에 레이저를 집광하고, 분단 예정 라인을 따라 레이저를 주사하여, 제1 가공 흔적으로부터 기판의 표면 또는 이면을 향하여 균열을 진전시킨다.

Description

유리 기판의 가공 방법{PROCESSING METHOD OF GLASS SUBSTRATE}

본 발명은, 유리 기판의 가공 방법, 특히, 표면에 압축 응력을 가짐과 함께 내부에 인장 응력을 갖는 강화 유리를, 닫힌 분단(dividing) 예정 라인을 따라 발취 가공하기 위한 유리 기판의 가공 방법에 관한 것이다.

유리 기판을 레이저에 의해 분단하는 기술로서, CO₂ 레이저를 유리 기판에 조사하여 열응력을 발생시켜, 분단하는 방법이 있다. 표면이 강화된 강화 유리를 분단하는 경우도, 이러한 종래 기술을 이용함으로써 분단하는 것이 가능하다.

그러나, 유리 기판의 표면의 강화도가 증가하면, 이상과 같은 종래의 기술로는 분단할 수 없게 된다. 그래서, 고강도 유리를 분단하는 방법으로서, 특허문헌 1에 나타나는 바와 같은 분단 방법이 제공되고 있다.

이 특허문헌 1에 나타난 방법에서는, 우선, 유리 기판에 있어서 강화층이 형성되어 있지 않은 내부 영역에, 개질층으로서의 제1 손상 라인이 형성된다. 그리고, 마찬가지로, 강화층이 형성되어 있지 않은 내부 영역에 있어서, 제1 손상 라인보다 얕은 영역에 제2 손상 라인이 형성된다. 이들 손상 라인을 형성함으로써, 분단 예정 라인을 따라 균열이 진전되어, 유리 기판은 분단된다. 또한, 이 분단시에, 커터에 의해 홈을 형성하는 메커니컬 스크라이브(mechanical scribing)나, 수동 또는 기계적인 조작으로 손상 라인의 양측을 눌러 굽힘력을 작용시키는 것이 기재되어 있다.

WO 2010/096359 A1(단락 0024, 0026, 0027, 0031, 0032 등)

특허문헌 1에 기재된 분단 방법은, 주로 직선의 분단 예정 라인을 따라 유리 기판을 분단하는 것을 전제로 하고 있다. 따라서, 이러한 분단 방법을, 모재인 유리 기판으로부터, 직사각형 혹은 원형 등의 닫힌 형상의 단편(單片)을 분단하여 취출하는 가공(이하, 이러한 가공을 「발취 가공」이라고 기재함)에 적용하면, 가공 품질이 저하된다. 구체적으로는, 레이저를 주사한 부분으로부터 외측을 향하여 균열이 진전되어, 주위를 파괴해 버린다는 문제가 있다. 특히 주사 방향이 바뀌는 코너부에서는, 다수의 균열이 분단 예정 라인으로부터 분기되어 진전되어, 주위의 다른 부분이 제품으로서 사용할 수 없게 된다.

이상과 같은 상황에서는, 수율이 나쁠 뿐 아니라, 분단 후에 얻어진 유리 기판의 강도도 저하된다는 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 고강도 유리의 발취 가공에 있어서, 주위로 발전하는 균열을 억제하여, 강도의 저하를 억제하는 것에 있다.

제1 발명에 따른 유리 기판의 가공 방법은, 표면에 압축 응력을 가짐과 함께 내부에 인장 응력을 갖는 강화 유리를, 닫힌 분단 예정 라인을 따라 발취 가공하기 위한 방법으로서, 이하의 공정을 포함하고 있다.

제1 예비 조사 공정: 기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저를 집광하고 분단 예정 라인을 따라 레이저를 주사하여, 기판 내부에 제1 가공 흔적을 형성한다.

제2 예비 조사 공정: 기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저를 집광하고 분단 예정 라인의 외주측에 분단 예정 라인을 둘러싸도록 레이저를 주사하여, 제1 가공 흔적의 외주측에 제2 가공 흔적을 형성한다.

본 조사 공정: 제2 예비 조사 공정 후에, 기판 내부의 소정 깊이 위치에 레이저를 집광하고, 분단 예정 라인을 따라 레이저를 주사하여, 제1 가공 흔적으로부터 기판의 표면 또는 이면을 향하여 균열을 진전시킨다.

이 방법에서는, 우선, 기판 내부에 있어서, 분단 예정 라인을 따라 제1 가공 흔적이 형성된다. 다음으로, 이 제1 가공 흔적의 외주측에, 제1 가공 흔적을 둘러싸도록 다른 제2 가공 흔적이 형성된다. 이상과 같이 하여 분단 예정 라인을 따라 및 분단 예정 라인의 외주측에 가공 흔적이 형성된 후, 재차 분단 예정 라인을 따라 레이저가 주사된다. 이 레이저 조사 및 주사에 의해, 제1 가공 흔적으로부터 기판의 표면 또는 이면에 균열이 진전되고, 추가로 분단 예정 라인을 따라 균열이 진전된다. 이때, 분단 예정 라인의 외주측에도 제2 예비 조사 공정에 있어서 가공 흔적이 형성되어 있기 때문에, 균열이 분단 예정 라인으로부터 분기되어 분단 예정 라인의 외측으로 진전되는 것을 억제할 수 있다.

여기에서는, 분단 예정 라인으로부터 빗나간 균열의 진전이 억제되기 때문에, 모재의 유리 기판으로부터 단편을 발취 가공할 때에, 주위의 유리 기판의 손상을 억제할 수 있어, 수율이 향상된다. 또한, 동일한 이유에 의해, 발취한 유리 기판의 강도의 저하를 억제할 수 있다.

제2 발명에 따른 유리 기판의 가공 방법은, 제1 발명의 방법에 있어서, 제1 예비 조사 공정의 레이저 주사와 제2 예비 조사 공정의 레이저 주사는 연속하여 실시된다.

여기에서는, 예비 조사 공정을 단시간에 용이하게 실행할 수 있다.

제3 발명에 따른 유리 기판의 가공 방법은, 제1 예비 조사 공정과 제2 예비 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치는 동일한 깊이 위치이다.

여기에서는, 제2 발명과 동일하게, 예비 조사 공정을 단시간에 용이하게 실행할 수 있다.

제4 발명에 따른 유리 기판의 가공 방법은, 제1 내지 제3 발명 중 어느 방법에 있어서, 기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저광을 집광하고 제2 예비 조사 공정에 있어서의 주사 라인의 더욱 외주측에 레이저를 주사하여, 제2 가공 흔적의 외주측에 제3 가공 흔적을 형성하는 제3 예비 조사 공정을 추가로 포함한다.

여기에서는, 분단 예정 라인의 가공 흔적의 외주측에 추가로 두겹으로 가공 흔적이 형성되기 때문에, 분단이 보다 용이해진다.

제5 발명에 따른 유리 기판의 가공 방법은, 제4 발명의 방법에 있어서, 제1 예비 조사 공정부터 제3 예비 조사 공정의 레이저 주사는 연속하여 실시된다.

제6 발명에 따른 유리 기판의 가공 방법은, 제5 발명의 방법에 있어서, 제1 예비 조사 공정부터 제3 예비 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치는 동일한 깊이 위치이다.

제7 발명에 따른 유리 기판의 가공 방법은, 제1 내지 제6 발명 중 어느 방법에 있어서, 본 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치는, 제1 예비 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치보다 기판의 표면 또는 이면에 가까운 위치이다.

여기에서는, 본 조사 공정에 있어서, 제1 가공 흔적보다 기판에 가까운 위치에 레이저를 집광시켜 주사하기 때문에, 균열이 용이하게 기판 표면에 도달하기 쉽다. 따라서, 본 조사 공정 후의 분단 공정이 용이해진다.

이상과 같이 본 발명에서는, 압축 응력을 갖게 한 강화층을 표면에 갖는 강화 유리에 대하여 발취 가공을 행할 때에, 주위로 발전하는 균열을 억제하여, 강도의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 분단 방법이 적용되는 강화 유리의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 가공 방법의 레이저 주사 라인을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 가공 방법의 실험 1의 결과(분단 전)를 나타내는 사진이다.
도 4a는 본 조사 후의 유리 기판을 나타내는 사진이다.
도 4b는 분단 예정 라인(L0)의 주위의 기판을 분리하여 취출한 유리 기판의 사진이다.
도 5는 종래의 가공 방법에 의해 분단된 비교 실험의 결과(전체)를 나타내는 사진이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

[유리 기판]

도 1에 분단 대상으로 한 유리 기판의 단면 구성의 일 예를 나타내고 있다. 이 유리 기판은, 표면에 압축 응력을 가짐과 함께 내부에 인장 응력을 갖는 강화 유리이다. 구체적으로는, 표면 및 이면의 근방에 있어서, 표면 및 이면에 가까워질수록 큰 압축 응력(CS)을 갖고 있다. 그리고, 표면 및 이면으로부터 소정의 깊이에 도달하는 기판 내부에서는, 반대로 인장 응력(CT)을 갖고 있다. 도 1에 있어서, 「DOL」은 기판 표면의 압축 응력을 갖는 강화층 깊이를 나타내고 있다.

[분단 방법]

이상과 같은 강화 유리(이하, 단순히 「기판」이라고 기재하는 경우도 있음)를, 닫힌 분단 예정 라인을 따라 분단하는 경우는, 이하와 같은 공정을 실행한다. 여기에서는, 1매의 모재인 유리 기판으로부터 네 모퉁이가 R형상인 직사각형의 단편 유리 기판을 발취 가공하는 경우를 예로 들어 설명한다.

＜예비 조사 공정＞

기판 내부의 인장 응력을 갖는 영역에 레이저를 집광하고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 분단 예정 라인(L0)을 따라 레이저를 주사함과 함께, 분단 예정 라인(L0)의 외주에, 분단 예정 라인(L0)을 두겹으로 둘러싸도록 레이저를 주사한다. 이하, 분단 예정 라인(L0)의 외주측의 라인을 제1 외주 라인(L1), 제1 외주 라인(L1)의 더욱 외주측의 라인을 제2 외주 라인(L2)이라고 기재한다. 이상과 같은 레이저 주사에 의해, 분단 예정 라인(L0) 및 그 외주의 제1 및 제2 외주 라인(L1, L2)을 따라 기판 내부에 제1, 제2 및 제3 가공 흔적이 형성된다. 여기에서 가공 흔적은, 레이저에 의해 기판이 일단 연화 또는 용융되고, 재차 고화(固化)된 상태의 영역이다.

또한, 도 2에 나타내는 예에서는, 분단 예정 라인(L0)을 따른 레이저 조사와, 외주측의 제1 및 제2 외주 라인(L1, L2)을 따른 레이저 조사를, 연속한 공정에서, 즉 나선 형상으로 주사하고 있다. 따라서, 제1 외주 라인(L1)을 따른 레이저 조사는 분단 예정 라인(L0)의 전부를 둘러싸도록 주사되지만, 제2 외주 라인(L2)을 따른 레이저 조사에 대해서는, 네 변 중 세 변만을 둘러싸도록 주사된다.

＜본 조사 공정＞

이상과 같은 예비 조사 공정 종료 후에, 예비 조사 공정에서의 레이저 집광 위치보다 표면측의 위치에 레이저를 집광하고, 분단 예정 라인(L0)을 따라 레이저를 주사한다. 이 경우의 레이저 조사는, 분단 예정 라인(L0)을 따라 한 바퀴의 주사라도 좋지만, 확실하게 분단하기 위해서는 두 바퀴 주사하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 공정을 실행함으로써, 제1 및 제2 외주 라인(L1, L2)의 외측 및, 분단 예정 라인(L0)의 외측의 부분이 분단되어, 분단 예정 라인(L0)의 내측의 영역을 발취할 수 있다.

(실험예)

이하에, 본원 발명을 적용한 실험 결과를 나타낸다. 또한, 발취 형상은, 한 변이 30㎜인 직사각형이고, 그리고 네 모퉁이를 반경 5㎜의 곡선으로 연결한 형상이다. 또한, 각 라인의 간격은 1㎜이다.

[실험 1]

실험 1에서는, 두께가 1.1㎜인 고강화 유리(단면 구성은 도 1 참조)에 대해서, 이하의 방법을 실행했다. 또한, 레이저의 반복 주파수는 이하의 실험에 있어서, 모두 3㎒이다.

＜예비 조사＞

도 2에 나타내는 각 주사 라인(L0, L1, L2)을 따라 연속하여 레이저를 주사했다. 주사 횟수는 1회이다. 또한, 레이저의 조사 조건은, 각 라인에 있어서 동일하며, 이하와 같다.

레이저 출력: 6W

주사 속도: 300㎜/s

가공 깊이: 368㎛

이상의 예비 조사를 행한 경우의 유리 기판의 모양을 도 3에 나타내고 있다. 또한, 촬영을 위한 기판의 취급 중에 기판이 파손되는 것을 방지하기 위해, 기판에는 투명 테이프가 접착되어 있다.

＜본 조사＞

도 2에 나타내는 분단 예정 라인(L0)을 따라, 레이저를 2회(두 바퀴) 주사했다. 레이저의 조사 조건은, 2회 모두 이하와 같다.

레이저 출력: 6W

주사 속도: 300㎜/s

가공 깊이: 145㎛

이상의 본 조사의 결과, 분단 예정 라인으로부터 외주측으로 분기되는 바와 같은 균열은 발생하지 않았다. 도 4a는 본 조사 후의 유리 기판을 나타내고, 도 4b는 분단 예정 라인(L0)의 주위의 기판을 분리하여 취출한 유리 기판을 나타내고 있다.

[실험 2]

실험 2에서는, 두께가 0.7㎜인 고강화 유리(단면 구성은 도 1 참조)에 대해서, 이하의 방법을 실행했다. 또한, 레이저의 반복 주파수는, 상기 동일하게, 이하의 실험에 있어서, 모두 3㎒이다.

＜예비 조사＞

레이저 출력: 6W

주사 속도: 300㎜/s

가공 깊이: 399㎛

＜본 조사＞

레이저 출력: 6W

주사 속도: 300㎜/s

가공 깊이: 163㎛

이상의 본 조사의 결과, 실험 1과 동일하게(도 4a 참조), 분단 예정 라인으로부터 외주측으로 분기되는 바와 같은 균열은 발생하지 않았다.

[비교 실험예]

이상의 실험 1 및 2와 동일한 발취 형상을, 이하와 같은 종래의 방법으로 발취 가공했다. 또한, 분단 대상은, 두께가 1.1㎜인 고강화 유리이다. 또한, 레이저의 반복 주파수는 1㎒이다.

이상의 종래의 가공 방법에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 분단 예정 라인으로부터 외주측으로 복수의 균열이 진전되었다.

[실험 결과 정리]

예비 조사에 의해, 분단 예정 라인의 외주측에 있어서, 적어도 한겹의 외주 라인을 따라 레이저를 조사하여, 기판 내부에 가공 흔적을 형성함으로써, 본 조사시에 분단 예정 라인으로부터 외주측으로 균열이 진전되는 것을 억제할 수 있다. 외주 라인에 가공 흔적을 형성함으로써 분단 예정 라인으로부터 외주측으로의 균열의 진전을 억제할 수 있는 이유는, 분명하지 않지만, 가공 흔적을 형성할 때에 기판이 일단 용융되기 때문에 가공 흔적의 주위의 기판 내부의 인장 응력이 완화되어, 외주측으로 제멋대로 균열이 진전되지 않게 되었다고 생각된다.

외주 라인은, 적어도 한겹이면 좋고, 두겹 이상의 외주 라인을 형성해도 좋다. 또한, 본 조사는 분단 예정 라인을 따라 1회 레이저 주사하면 좋지만, 분단을 보다 확실하게 하기 위해서는, 2회의 레이저 주사가 바람직하다.

[다른 실시 형태]

본 발명은 이상과 같은 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 여러 가지의 변형 또는 수정이 가능하다.

(a) 발취 형상은 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면 원형이나 성형(星型) 등의 닫힌 형상을 발취 가공하는 경우도, 본 발명과 동일하게 적용할 수 있다.

(b) 예비 조사의 횟수나 본 조사의 횟수는 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 또한, 실험 1 및 2에서는, 예비 조사 공정과 본 조사 공정에서 가공 깊이(레이저의 집광 위치)를 바꾸었지만, 양 공정에 있어서 동일한 가공 깊이로 해도 좋다.

(c) 예비 조사 공정에 있어서의 레이저 주사의 방법은, 나선 형상으로 한정되지 않는다. 분단 예정 라인과 외주 라인을 연속시키지 않고, 각각의 공정에서 실시해도 좋다.

(d) 본 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치(가공 깊이)는, 상기 실시 형태에서는 예비 조사에 있어서의 집광 위치(가공 깊이)보다도 기판 표면에 가까운 위치로 했지만, 이를 대신하여, 예비 조사에 있어서의 집광 위치(가공 깊이)보다도 기판 이면에 가까운 위치로 하여, 제1 가공 흔적으로부터 기판의 이면을 향하여 균열을 진전시키는 것으로 해도 좋다.

Claims

표면에 압축 응력을 가짐과 함께 내부에 인장 응력을 갖는 유리를, 닫힌 분단 예정 라인을 따라 발취 가공하기 위한 유리 기판의 가공 방법으로서,
기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저를 집광하고 분단 예정 라인을 따라 레이저를 주사하여, 기판 내부에 제1 가공 흔적을 형성하는 제1 예비 조사 공정과,
기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저를 집광하고 상기 분단 예정 라인의 외주측에 상기 분단 예정 라인을 둘러싸도록 레이저를 주사하여, 상기 제1 가공 흔적의 외주측에 제2 가공 흔적을 형성하는 제2 예비 조사 공정과,
상기 제2 예비 조사 공정 후에, 기판 내부의 소정 깊이 위치에 레이저를 집광하고, 상기 분단 예정 라인을 따라 레이저를 주사하여, 상기 제1 가공 흔적으로부터 기판의 표면 또는 이면을 향하여 균열을 진전시키는 본 조사 공정을 포함하는 유리 기판의 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 예비 조사 공정의 레이저 주사와 상기 제2 예비 조사 공정의 레이저 주사는 연속하여 실시되는 유리 기판의 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 예비 조사 공정과 상기 제2 예비 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치는 동일한 깊이 위치인 유리 기판의 가공 방법.
제1항에 있어서,
기판 내부의 소정의 깊이 위치에 레이저광을 집광하고 상기 제2 예비 조사 공정에 있어서의 주사 라인의 더욱 외주측에 레이저를 주사하여, 상기 제2 가공 흔적의 외주측에 제3 가공 흔적을 형성하는 제3 예비 조사 공정을 추가로 포함하는 유리 기판의 가공 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 예비 조사 공정부터 상기 제3 예비 조사 공정의 레이저 주사는 연속하여 실시되는 유리 기판의 가공 방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 예비 조사 공정부터 상기 제3 예비 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치는 동일한 깊이 위치인 유리 기판의 가공 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치는, 상기 제1 예비 조사 공정에 있어서의 레이저의 집광 위치보다 기판의 표면 또는 이면에 가까운 위치인 유리 기판의 가공 방법.