KR20140062427A - 유리판 절단 방법 - Google Patents

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KR20140062427A
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fusing
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irradiation
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타카히데 후지이
세츠오 우치다
나오토시 이나야마
타카유키 노다
쇼 이토
미치하루 에타
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니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

유리판에 휨 등의 변형이 발생한다고 하는 사태를 가급적으로 저감하기 위해서 본 발명의 유리 절단 방법에서는 유리 기판의 절단 예정선을 따라 유리 기판의 상방으로부터 어시스트 가스와 레이저 빔을 공급하고, 절단 예정선을 경계로 해서 유리 기판을 용단 분리하는 유리판 절단 장치(1)로서, 용단용 레이저를 조사하는 제 1 레이저 조사기(2)와, 서냉용 레이저를 조사하는 제 2 레이저 조사기(3)를 구비하고, 제 2 레이저 조사기(3)가 용단에 의해 형성되는 용단 단면 사이의 용단 간극을 개재하여 서냉 대상의 용단 단면에 대하여 상방으로부터 비스듬히 서냉용 레이저를 조사하는 구성으로 했다.

Description

유리판 절단 방법{METHOD FOR CUTTING GLASS SHEET}
본 발명은 유리판을 용단하는 절단 기술의 개량에 관한 것이다.
종래, 유리판을 절단하는 방법으로서는 유리판의 표면에 스크라이브선을 형성한 후에 그 스크라이브선에 굽힘 응력을 작용시켜서 할단하는 방법(굽힘 응력에 의한 할단)이나 유리판에 초기 균열을 형성한 후에 그 초기 균열을 레이저의 조사열로 진전시켜 할단하는 레이저 할단(열응력에 의한 할단)이 사용되어 있다.
그러나, 굽힘 응력에 의한 할단에서는 미소 유리분의 발생을 회피할 수 없고, 그 미소 유리분은 절단 후의 세정에 있어서도 용이하게 제거할 수 없다는 문제가 있다. 이러한 문제는 고도의 청정성이 요구되는 디스플레이 용도 등의 유리 기판에 있어서 특히 문제가 된다. 또한, 굽힘 응력에 의한 할단에서는 유리판의 절단 단부가 각진 형상을 나타내고 있고, 크랙 등의 결함이 발생하기 쉽기 때문에 절단 후에 유리판의 절단 단부에 대하여 모따기 가공을 실시할 필요가 생겨버린다.
한편, 레이저 할단에서는 거의 무결함으로 유리판을 할단할 수 있지만 할단한 유리판을 분리할 때에 유리판의 절단 단면끼리의 접촉을 회피하는 것은 매우 곤란하다. 그 때문에 분리 시에 유리판의 절단 단면끼리의 마찰 등에 의해 절단 단면에 미소 결함이 형성될 가능성이 있다. 또한, 레이저 할단에서도 상기 굽힘 응력에 의한 할단과 마찬가지로 유리판의 절단 단부가 각진 형상을 나타내고 있는 점에서 절단 후에 모따기 가공을 실시할 필요가 있다.
이러한 문제에 대처하는 절단 방법으로서 레이저 용단이 주목받고 있다.
레이저 용단은 레이저의 조사열에 의해 유리 기판의 일부를 용융 제거하면서 유리판을 절단하는 방법이다. 그 때문에 레이저 용단에서는 유리분의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 불필요 유리의 용융 제거에 의해 용단 단면(절단 단면) 사이에 소정의 클리어런스가 형성되어 분리 시에 유리판의 용단 단면끼리가 접촉한다는 사태도 확실히 회피할 수 있다. 또한, 용단 단면이 용융해서 형성된 매끈매끈한 불 다듬질면이 되기 때문에 별도의 모따기 가공을 실시하지 않아도 손상이 생기기 어렵다.
단, 이러한 레이저 용단이어도 실용상에 있어서는 과제가 남겨져 있다.
즉, 유리판을 레이저로 용단하면 그 레이저의 조사 영역의 근방에 급격한 온도 상승에 수반되는 과도한 열응력이 작용한다는 문제나, 용단 단면 근방에 열적 잔류 변형이 발생한다는 문제이다. 그리고, 이들 문제의 영향이 클 경우 유리판이 휨 등에 의해 변형되거나 파손되는 경우가 있다.
그래서, 예를 들면 특허문헌 1에는 디포커스한 레이저로 유리 기판을 예비 가열한 후 미소점에 집광한 레이저로 유리판을 용단하고, 또한 그 후에 다시 디포커스한 레이저로 서냉함으로써 열 변형을 저감하는 것이 개시되어 있다.
또한, 동 문헌에서는 서냉용의 레이저는 용단용의 레이저와 마찬가지로 유리판에 대하여 바로 위로부터 수직으로 조사된다.
또한, 동 문헌에서는 유리 기판의 절단 예정선 상에 예비 가열용의 레이저의 출력단, 용단용의 레이저의 출력단 및 서냉용의 레이저의 출력단(레이저 조사기)이 각각 배열되어 있고, 각각의 레이저의 조사 영역이 서로 간격을 두고 독립된 상태로 되어 있다.
일본 특허 공개 소60-251138호 공보
<제 1 과제>
그러나, 특허문헌 1의 경우 서냉용의 레이저가 유리판의 바로 위로부터 유리판의 상면에 대하여 수직으로 입사되기 때문에 레이저에 의한 열적 영향이 유리판의 상면측에 필연적으로 치우쳐버린다. 그 결과, 유리판의 용단 단면 전체의 서냉을 충분히 행할 수 없어 유리판의 용단 중이나 용단 후에 열적 잔류 변형의 영향을 받아 유리판에 휨 등의 변형이 여전히 생길 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 용단 도중에 이것과 병행해서 서냉을 행하는 대신에 용단 완료 후에 분리된 유리판의 용단 단면에 개별로 서냉(어닐링)을 실시하는 것도 고려되지만 이 경우에는 다음과 같은 문제가 생긴다. 즉, 최근 디스플레이 용도의 유리 기판을 비롯해서 유리판의 박판화가 추진되어 있는 것이 실정이며, 용단 도중에 일단 유리판에 휨 등의 변형이 발생해버리면 그 후의 핸들링 시에 파손을 초래하거나 경우에 따라서는 변형이 발생한 시점에서 유리판이 파손될 우려가 있다. 따라서, 유리판의 박판화의 요청을 고려하면 용단 도중에 이것과 병행해서 서냉을 행하는 것이 중요해진다.
본 발명은 이상의 실정을 감안하여 유리판에 대하여 용단과 이것에 병행해서 서냉을 행하는 것에 있어서 유리판의 용단 단면을 확실히 서냉하여 유리판에 휨 등의 변형이 발생한다는 사태를 가급적으로 저감하는 것을 제 1 과제로 한다.
<제 2 과제>
또한, 특허문헌 1에서는 유리판의 상방 공간에 배열된 3개의 레이저 조사기의 각각의 조사 영역이 서로 간격을 두고 독립되어 있는 점에서 각각의 조사 영역 사이에서 공급한 열 에너지에 손실이 생길 수 있다. 예비 가열을 행하는 조사 영역과, 용단을 행하는 조사 영역 사이에서는 유리판의 온도를 보다 고온으로 할 필요가 있는 점에서 이 2개의 영역 사이에 열 에너지가 손실되면 예비 가열 효과가 저하되어 낭비가 생겨버린다. 또한, 예비 가열 효과가 저하되면 용단 시에 있어서의 유리판의 온도 상승폭이 커지기 때문에 열충격에 의해 유리판이 파손될 우려도 있다. 또한, 용단을 행하는 조사 영역과, 서냉을 행하는 조사 영역이 떨어져 있으면 이 2개의 영역 사이에서도 열 에너지가 손실되어 버린다. 그 때문에 이 2개의 영역 사이에서 용단된 유리판이 급격히 냉각되어 열충격에 의해 유리판이 파손될 우려도 있다.
본 발명은 이상의 실정을 감안하여 용단 전후의 예비 가열 시 및 서냉 시에 부여되는 열 에너지의 손실을 가급적으로 저감함으로써 유리판의 파손이나 열적 잔류 변형의 발생을 확실히 억제하는 것을 제 2 과제로 한다.
<제 1 발명>
상기 제 1 과제를 해결하기 위해서 창안된 제 1 발명은 유리판의 절단 예정선을 따라 상방으로부터 레이저를 조사하고, 상기 절단 예정선을 경계로 해서 상기 유리판을 용단 분리하는 유리판 절단 방법에 있어서, 상기 레이저가 상기 유리판의 용단을 행하는 용단용 레이저와, 상기 유리판의 용단 단면의 서냉을 행하는 서냉용 레이저를 포함하고, 상기 서냉용 레이저가 상기 용단에 의해 형성된 상기 용단 단면 사이의 간극을 개재하여 상기 서냉 대상의 상기 용단 단면에 대하여 상방으로부터 비스듬히 조사되는 것으로 특징지어진다.
이러한 방법에 의하면 서냉용 레이저가 용단에 의해 형성된 용단 단면 사이의 간극을 이용해서 서냉 대상이 되는 용단 단면에 대하여 비스듬히 조사된다. 그 때문에 유리판에 수직으로 서냉용의 레이저를 조사하는 경우와 같이 레이저의 조사열의 영향이 유리판의 상면에 극단적으로 치우치는 일이 없다. 부언하면, 용단 단면의 일부 또는 전부에 서냉용 레이저가 직접 조사되기 때문에 용단 단면 전체에 조사열이 전달되기 쉽다. 따라서, 용단 단면 전체의 서냉을 확실히 행하는 것이 가능해진다.
상기 방법에 있어서 상기 서냉용 레이저의 조사 영역에 있어서 상기 절단 예정선 상의 용단 실행부로부터 용단 완료부에 걸쳐서 열 에너지 강도가 변화되는 강도 분포를 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 용단 실행부로부터 용단 완료부를 향해서 열 에너지 강도가 저하되는 강도 분포(온도 구배)를 형성하는 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 용단 실행부란 용단용 레이저에 의해 실제로 용단을 행하고 있는 부분을 의미하고, 용단 완료부란 용단용 레이저에 의한 용단이 완료된 부분을 의미한다.
이렇게 하면 절단 예정선 상의 용단 실행부로부터 용단 완료부에 걸쳐 서냉용 레이저의 조사열의 영향에 변화를 줄 수 있고, 용단 상황 등에 따라서 서냉 조건을 적당히 조정하는 것이 가능해진다. 특히, 용단 실행부로부터 용단 완료부를 향해서 열 에너지가 저하되는 강도 분포를 형성했을 경우에는 절단 예정선 상의 용단 실행부로부터 용단 완료부를 향해서 서냉용 레이저의 조사열의 영향을 약화시켜 서서히 온도가 저하되는 완만한 온도 구배가 형성된다. 그 결과, 서냉 시에 있어서의 서냉 대상의 용단 단면의 온도 분포가 양호한 것이 된다.
상기 방법에 있어서 상기 서냉용 레이저가 상기 절단 예정선 상의 용단 미완료부측으로부터 용단 완료부측으로 이행함에 따라 또는 상기 절단 예정선 상의 용단 완료부측으로부터 용단 미완료부측으로 이행함에 따라 상기 유리판에 접근하도록 경사져 있는 것이 바람직하다.
이렇게 하면 유리판에 투영된 서냉용 레이저의 조사 영역이 유리판의 용단 단면의 용단 미완료부측으로부터 용단 완료부측에 걸쳐서 장척이 되므로 유리판을 충분히 서냉할 수 있다. 그리고, 이때 서냉용 레이저로서 평행 빔을 채용했을 경우 투영 영역의 에너지 분포는 중심으로부터 점대칭인 것이 된다. 또한, 집광 빔을 디포커스해서 조사했을 경우에는 용단 실행부로부터 용단 완료부를 향해서 열 에너지 강도를 서서히 작게 하거나 또는 용단 완료부로부터 용단 실행부를 향해서 열 에너지 강도를 서서히 크게 할 수 있다. 그 때문에 전자와 같이 집광 빔을 디포커스해서 조사할 경우에는 절단 예정선 상의 용단 실행부로부터 용단 완료부를 향해서 서서히 온도가 저하되는 온도 구배를 간단히 형성할 수 있다.
여기에서, 경사시킨 집광 빔을 디포커스 조사하는 경우에 대해서 부언하면, 도 1에 나타내는 바와 같이 집광점(FP)의 상측과 하측에서의 수평 방향의 빔 단면 상의 에너지 분포는 어느 것이나 장척 조사 영역의 한쪽으로부터 다른쪽을 향해서 에너지가 감소하는 실시형태를 나타내고, 또한 상측 단면(단면 1)과 하측 단면(단면 2)에서는 분포의 구배가 역방향이 된다. 상세하게는 상측 단면에서는 수평 방향전방으로부터 수평 방향 후방을 향해서 에너지가 서서히 감소하는 실시형태를 나타내고, 하측 단면에서는 수평 방향 후방으로부터 수평 방향 전방을 향해서 에너지가 서서히 감소하는 실시형태를 나타낸다.
상기 방법에 있어서 상기 서냉용 레이저의 광축에 직교하는 단면에 있어서의 빔 형상이 타원형상인 것이 바람직하다.
이렇게 하면 유리판의 광범위에 걸쳐서 서냉용 레이저를 조사할 수 있으므로, 용단 단면의 서냉을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 서냉용 레이저를 경사시킬 경우에는 그 경사를 크게 하지 않아도 조사 영역의 전체 길이를 길게 해서 열 에너지 강도의 강도 구배를 완만하게 할 수 있다.
상기 방법에 있어서 상기 서냉용 레이저의 조사 영역이 상기 용단용 레이저의 조사 영역의 전후에 걸치도록 용단용 레이저의 조사 영역에 오버랩해서 형성되어 있어도 좋다. 여기에서 말하는 「오버랩」시킨 상태란 서냉용 레이저의 조사 영역과 용단용 레이저의 조사 영역이 서로 중복된 부분을 갖는 상태에서 서냉용 레이저의 조사 영역이 용단용 레이저의 조사 영역의 전후(용단 진행 방향의 전후)로 돌출되어 있는 것을 말한다. 즉, 용단 진행 방향과 직교하는 폭방향에서는 용단용 레이저의 조사 영역의 일부가 서냉용 레이저의 조사 영역으로부터 돌출되어 있어도 좋고, 돌출되어 있지 않아도 좋다.
이렇게 하면 용단용 레이저에 앞서 서냉용 레이저의 조사 영역의 일부에서 유리판을 예비 가열할 수 있다. 그 때문에 용단용 레이저에 의한 유리판의 용단 시에 유리판의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있어 열적 잔류 변형의 발생을 저감하는 것이 가능해진다.
상기 방법에 있어서 상기 용단용 레이저와 상기 서냉용 레이저를 동일 광원으로부터 출사된 레이저를 분기시켜서 형성하도록 해도 좋다.
이렇게 하면 광원을 1개로 정리할 수 있으므로, 공간 절약화를 도모할 수 있다. 이 경우 용단용 레이저와 서냉용 레이저의 각각의 출력을 최적값으로 조정하는 것이 바람직하다. 출력의 조정 방법으로서는, 예를 들면 용단용 레이저와 서냉용 레이저의 분리에 사용되는 하프 미러 등의 투과율(반사율)을 조정하는 것이나 광로 상에 ND 필터 등의 감광용의 광학 부품을 배치하는 것을 들 수 있다.
상기 방법에 있어서 상기 용단용 레이저와 상기 서냉용 레이저를 별도의 광원으로부터 출사해서 형성하도록 해도 좋다.
이렇게 하면 용단용 레이저의 광원과 서냉용 레이저의 광원이 각각 독립되어 있으므로 한쪽의 레이저의 출력을 다른쪽의 레이저에 영향을 주는 일 없이 간단히 조정할 수 있다는 이점이 있다.
상기 제 1 과제를 해결하기 위해서 창안된 제 1 발명은 유리판의 절단 예정선을 따라 상방으로부터 레이저를 조사하고, 상기 절단 예정선을 경계로 해서 상기 유리판을 용단 분리하는 유리판 절단 장치에 있어서, 상기 유리판의 용단을 행하는 용단용 레이저를 조사하는 제 1 레이저 조사기와, 상기 유리판의 용단 단면의 서냉을 행하는 서냉용 레이저를 조사하는 제 2 레이저 조사기를 구비하고, 상기 제 2 레이저 조사기가 상기 용단에 의해 형성되는 상기 용단 단면 사이의 간극을 개재하여 상기 서냉 대상의 상기 용단 단면에 대하여 상방으로부터 비스듬히 서냉용 레이저를 조사하는 것으로 특징지어진다.
이러한 구성에 의하면 기술의 대응하는 방법의 발명과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제 1 레이저 조사기와 제 2 레이저 조사기는 별체이어도 좋고, 제 1 레이저 조사기가 제 2 레이저 조사기를 겸하고 있어도 좋다.
<제 2 발명>
상기 제 2 과제를 해결하기 위해서 창안된 제 2 발명은 유리판의 절단 예정선을 따라 용단용 레이저 및 서냉용 레이저를 조사하고, 상기 절단 예정선을 경계로 해서 상기 유리판을 용단 분리하는 유리판 절단 방법에 있어서, 상기 절단 예정선을 따르는 용단 진행 방향으로 상기 서냉용 레이저의 조사 영역의 치수를 상기 용단용 레이저의 조사 영역의 치수보다 크게 하고, 또한 상기 서냉용 레이저의 조사 영역이 상기 용단용 레이저의 조사 영역의 상기 용단 진행 방향의 전후에 걸치도록 상기 서냉용 레이저의 조사 영역을 상기 용단용 레이저의 조사 영역에 오버랩 시킨 것으로 특징지어진다. 또한, 여기에서 말하는 「오버랩」시킨 상태란 서냉용 레이저의 조사 영역과 용단용 레이저의 조사 영역이 서로 중복된 부분을 갖는 상태에서 서냉용 레이저의 조사 영역이 용단용 레이저의 조사 영역의 용단 진행 방향의 전후로 돌출되어 있는 것을 말한다. 즉, 용단 진행 방향과 직교하는 폭방향에서는 용단용 레이저의 조사 영역의 일부가 서냉용 레이저의 조사 영역으로부터 돌출되어 있어도 좋고, 돌출되어 있지 않아도 좋다. 전자의 경우, 예를 들면 유리판을 제품부(양품)과 비제품부(비양품)로 용단 분리할 때에 비제품부측으로 용단용 레이저가 돌출되어 있고, 또한 제품부측에 서냉용 레이저가 조사되어 있으면 실질적으로 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 후자의 경우 용단용 레이저의 조사 영역의 전부가 서냉용 레이저의 조사 영역에 포함되게 된다.
이러한 방법에 의하면 서냉용 레이저의 조사 영역에 의해 용단용 레이저의 조사 영역의 용단 진행 방향의 전후에서 유리판이 용단 온도 이하의 소정 온도에서 가열되게 된다. 즉, 서냉용 레이저의 조사 영역 중 용단용 레이저의 조사 영역의 용단 진행 방향 후방측의 영역에서는 서냉이 행해지고, 용단용 레이저의 조사 영역의 용단 진행 방향 전방측의 영역에서는 예비 가열이 행해지게 된다. 그 때문에 용단의 전후에서 급격한 온도 상승이나 급격한 온도 하강에 의한 파손, 즉 열충격에 의한 파손이나 열적 잔류 변형이 발생한다는 사태를 가급적으로 저감할 수 있다. 그리고, 이 예비 가열과 서냉의 역할을 담당하는 서냉용 레이저의 조사 영역이 용단용 레이저의 조사 영역에 오버랩되어 있기 때문에 예비 가열·용단·서냉의 각 영역이 용단 진행 방향에 있어서 간단하며 또한 확실하게 연속한다. 따라서, 유리판에 대하여 이들 일련의 열처리가 연속적으로 행해지기 때문에 공급하는 열 에너지의 손실을 억제하여 효율 좋게 열적 잔류 변형을 제거할 수 있다. 또한, 예비 가열과 서냉의 밸런스는 서냉용 레이저의 조사 영역에 대한 용융용 레이저의 조사 영역의 상대 위치를 변경함으로써 용이하게 조정할 수 있다.
상기 방법에 있어서 상기 유리판이 제품부와 비제품부로 용단 분리됨과 아울러 상기 서냉용 레이저의 조사 영역이 상기 비제품부가 되는 측보다 상기 제품부가 되는 측에 치우쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이렇게 하면 유리판을 제품부와 비제품부로 용단 분리할 경우에 유리판 중 제품부가 되는 측에 대하여 우선적으로 예비 가열 처리나 서냉 처리를 실시할 수 있으므로 제품부의 열적 잔류 변형을 보다 확실히 저감하는 것이 가능해진다.
상기 방법에 있어서 상기 용단용 레이저의 조사 영역이 상기 용단 진행 방향에 있어서의 상기 서냉용 레이저의 조사 영역의 중심 위치보다 상기 용단 진행 방향의 전방측에서 상기 서냉용 레이저의 조사 영역과 오버랩하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면 서냉용 레이저의 조사 영역 중 유리판의 서냉을 행하는 영역이 유리판의 예비 가열을 행하는 영역보다 용단 진행 방향에 있어서 길어진다. 열적 잔류 변형은 용단 후에 급속히 냉각됨으로써 발생하므로 상술한 바와 같이 서냉을 행하는 영역을 길게 하는 편이 열적 잔류 변형을 제거함에 있어서 바람직한 실시형태가 된다.
상기 방법에 있어서 상기 서냉용 레이저의 조사 영역이 상기 용단 진행 방향으로 장척인 세장(細長) 형상을 이루도록 해도 좋다.
열적 잔류 변형은 유리판의 용단부 근방에 집중적으로 발생하는 점에서 서냉용 레이저의 조사 영역을 용단 진행 방향으로 장척인 세장 형상(예를 들면, 타원형상 등)으로 하면 용단 단부에 중점적으로 레이저를 조사할 수 있다. 따라서, 공급하는 열 에너지의 낭비를 가급적으로 저감할 수 있다.
상기 방법에 있어서 상기 서냉용 레이저가 상기 유리 기판의 표면에 대하여 경사지는 방향으로부터 조사되는 것이 바람직하다.
이렇게 하면 유리 기판의 표면에 투영되었을 때에 서냉용 레이저의 조사 영역이 길어지는 점에서 서냉용 레이저의 조사 영역을 간단히 세장 형상으로 정형할 수 있다.
상기 방법에 있어서 상기 용단용 레이저와 상기 서냉용 레이저는 서로 파장이 상위한 것이 바람직하다.
레이저는 코히렌트한 광이므로 간섭성이 높다. 본 발명에 있어서 용단용 레이저의 조사 영역과 서냉용 레이저의 조사 영역이 중복되어 있는 부분에 있어서 간섭 줄무늬가 형성되면 유리판이 받는 에너지 분포가 복잡해진다. 그 결과 용단·서냉의 각 공정을 충분히 제어하는 것이 어려워진다. 그래서 상기 방법에서는 용단용 레이저와 서냉용 레이저로 서로 파장을 상위시킴으로써 양쪽 레이저가 중복된 영역에 시간적으로 정상적인 간섭 줄무늬가 형성되는 것을 억제했다. 그 때문에 상술한 중복된 영역에 있어서의 시간 평균을 고려하면 간섭 줄무늬에 의한 영향을 저감할 수 있어 유리판이 받는 에너지 분포를 충분히 제어하는 것이 용이해진다.
상기 방법에 있어서 상기 용단용 레이저 빔과 상기 서냉용 레이저 빔은 서로 다른 발진기에 의해 발진된 빔인 것이 바람직하다.
이렇게 하면 용단용 레이저 빔의 파장과, 서냉용 레이저 빔의 파장을 용이하며 또한 안정적으로 상위시킬 수 있다. 즉, 다른 발진기를 사용하면, 예를 들면 동질인 레이저 매체를 발진하는 발진기이어도 다른 파장의 빔을 용이하게 발진할 수 있는 점에서 용단용 레이저 빔과 서냉용 레이저 빔이 중복된 영역에 시간적으로 정상적인 간섭 줄무늬가 형성되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 방법에 있어서 상기 용단용 레이저 빔과 상기 서냉용 레이저 빔으로서 동일 발진기에 의해 발진된 빔을 분광한 것을 사용할 경우에도 양쪽 빔에 있어서의 가간섭 거리를 고려해서 상기 용단용 레이저 빔과 상기 서냉용 레이저 빔의 광로 차를 조정하면 간섭 줄무늬가 형성되는 것을 억제할 수 있다.
(발명의 효과)
이상과 같은 제 1 발명에 의하면 유리판의 용단 단면 전체를 확실히 서냉할 수 있는 점에서 유리판에 휨 등의 변형이 발생한다는 사태를 가급적으로 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 이상과 같은 제 2 발명에 의하면 예비 가열·용단·서냉을 행하는 조사 영역이 각각 연속하는 점에서 용단의 전후의 예비 가열 시 및 서냉 시에 부여되는 열 에너지의 손실을 가급적으로 저감할 수 있는 점에서 유리판이 열충격으로 파손되거나 유리판에 열적 잔류 변형이 생기는 비율을 확실히 저감하는 것이 가능해진다.
도 1은 제 1 발명에 의한 유리판 절단 방법의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2b는 도 1의 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치의 레이저의 조사 영역을 나타내는 평면도이다.
도 3a는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치의 레이저 조사 영역의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 3b는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치의 레이저 조사 영역의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치의 서냉용 레이저의 조사 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치의 서냉용 레이저의 조사 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치에 있어서의 서냉용 레이저로서 평행 빔을 사용했을 경우의 조사 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치에 있어서의 서냉용 레이저로서 집광 빔을 사용하고, 그 집광 빔을 디포커스 조사했을 경우의 조사 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치에 있어서의 레이저의 조사 형태의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 9는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치에 있어서의 레이저의 조사 형태의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 10은 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치의 절단 대상이 되는 유리 기판의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 제 2 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치의 레이저의 조사 영역을 나타내는 평면도이다.
도 12a는 제 2 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치에 있어서의 용단용 레이저와 서냉용 레이저의 각각의 조사 영역의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12b는 제 2 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치에 있어서의 용단용 레이저와 서냉용 레이저의 각각의 조사 영역의 위치 관계의 바람직한 범위를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 제 1 발명 및 제 2 발명의 각각의 실시형태를 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하에서는 유리판은 두께 500㎛ 이하의 플랫 패널 디스플레이용의 유리 기판으로 하지만 물론 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 태양 전지용, 유기 EL 조명용, 터치패널용, 디지털 사이니지용 등 여러 가지 분야에 이용되는 유리 기판이나 그 유기 수지와의 적층체 등에 적용할 수 있다. 또한, 유리판의 두께는 300㎛ 이하, 특히 200㎛ 이하인 것이 바람직하다.
<제 1 발명의 실시형태>
도 2a, 도 2b에 나타내는 바와 같이 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치(1)는 평균 자세의 유리 기판(G)을 절단 예정선(CL)을 경계로 해서 제품부(Ga)와 비제품부(Gb)로 용단 분리하는 것이며, 제 1 레이저 조사기(2)와, 제 2 레이저 조사기(3)와, 가스 분사 노즐(4)을 구비하고 있다.
제 1 레이저 조사기(2)는 유리 기판(G)의 절단 예정선(CL)의 바로 위로부터 용단용 레이저(LB1)를 대략 연직으로 조사한다. 이 용단용 레이저(LB1)에 의해 유리 기판(G)의 절단 예정선(CL)의 일부에 용단 실행부가 되는 제 1 조사 영역(SP1)이 형성된다. 이 실시형태에서는 유리 기판(G)을 도시되지 않는 반송 수단[예를 들면, 유리 기판(G)을 흡착 유지하는 반송 벨트]에 의해 반송 방향[도면 중의 화살표(A)]으로 이동시킴으로써 제 1 조사 영역(SP1)을 절단 예정선(CL)을 따라 주사하여 유리 기판(G)을 연속적으로 용단 분리한다. 즉, 화살표(A)와 상반되는 도면 중의 화살표(B)가 용단 진행 방향이 된다. 이때 제품부(Ga)가 되는 측의 용단 단면(Ga1)과, 비제품부(Gb)가 되는 측의 용단 단면(Gb1) 사이에는 용단 간극(S)이 형성된다. 또한, 이와 같이 유리 기판(G)만을 이동시키는 경우에 한하지 않고, 제 1 레이저 조사기(2), 제 2 레이저 조사기(3) 및 가스 분사 노즐(4)을 포함하는 가공 유닛과, 유리 기판(G) 사이에 상대 이동이 있으면 유리 기판(G)의 용단을 행할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판(G)을 정지시킨 상태에서 가공 유닛을 이동시키는 구성이어도 좋다.
제 2 레이저 조사기(3)는 용단용 레이저(LB1)에 의해 형성된 유리 기판(G)의 용단 단면(Ga1, Gb1) 사이의 용단 간극(S)을 개재하여 비제품부(Gb)가 되는 측의 상방으로부터 제품부(Ga)가 되는 측의 용단 단면(Ga1)에 대하여 서냉(어닐링)용 레이저(LB2)를 비스듬히 조사한다. 이 서냉용 레이저(LB2)에 의해 유리 기판(G)의 절단 예정선(CL)의 일부에 서냉 실행부가 되는 제 2 조사 영역(SP2)이 형성된다. 제 2 조사 영역(SP2)은 절단 예정선(CL)을 따라 장척인 세장 형상(도시예는 타원형상)의 영역이며, 제 1 조사 영역(SP1)과 간격을 두고 절단 예정선(CL) 상의 용단 완료부(R1)에 형성되어 있다. 이 실시형태에서는 유리 기판(G)을 상술한 바와 같이 이동시킴으로써 제 2 조사 영역(SP2)을 절단 예정선(CL)을 따라 주사하여 제품부(Ga)가 되는 측의 용단 단면(Ga1)을 연속적으로 서냉한다.
또한, 도 3a에 나타내는 바와 같이 제 2 조사 영역(SP2)은 제 1 조사 영역(SP1)과 접촉하고 있어도 좋다. 또한, 도 3b에 나타내는 바와 같이 제 2 조사 영역(SP2)은 제 1 조사 영역(SP1)의 반송 방향 전후에 걸치도록 제 1 조사 영역(SP1)에 오버랩해서 형성되어 있어도 좋다. 후자의 경우 제 2 조사 영역(SP2)의 일부가 유리 기판(G)의 용단 미완료부(R2)에 형성되는 점에서 용단하기 직전에 유리 기판(G)이 예비 가열된다.
가스 분사 노즐(4)은 제 1 조사 영역(SP1)에서 발생하는 용융 이물을 날려버리기 위해서 제 1 조사 영역(SP1)에 대하여 상방으로부터 어시스트 가스(AG)를 분사한다. 상세하게는 유리 기판(G)의 제품부(Ga)가 되는 측의 상방 위치에 가스 분사 노즐(4)이 배치되어 있고, 어시스트 가스(AG)가 제품부(Ga)가 되는 측의 상방 위치로부터 제 1 조사 영역(SP1)을 향해서 비스듬히 분사된다. 이것에 의해 어시스트 가스(AG)에 의해 용융 이물을 비제품부(Gb)측으로 날려버려 제품부(Ga)의 용단 단면(Ga1)에 용융 이물이 부착해서 형상 불량이 생기는 사태를 억제하도록 하고 있다. 여기에서, 「용융 이물」은 유리 기판(G)의 용단 시에 발생하는 드로스 등의 이물을 의미하고, 용융 상태에 있는 것, 고화 상태에 있는 것의 쌍방을 포함한다.
어시스트 가스(AG)로서는, 예를 들면 산소(또는 공기), 수증기, 이산화탄소, 질소, 아르곤 등의 가스가 단독 또는 혼합한 상태로 사용된다. 또한, 어시스트 가스(AG)는 열풍으로서 분사해도 좋다.
또한, 유리 기판(G)의 상방 공간에 있어서의 가스 분사 노즐(4)의 배치 위치는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 절단 예정선(CL)의 바로 위에 배치하여 용단용 레이저(LB1)와 함께 유리 기판(G)에 대하여 대략 수직으로 어시스트 가스(AG)를 분사하도록 해도 좋다. 또한, 가스 분사 노즐(4)을 유리 기판(G)의 하측 공간에 배치하여 유리 기판(G)의 하방으로부터 용융 이물을 날려버리도록 해도 좋다. 이들 어시스트 가스(AG)는 용단을 효율 좋게 행하기 위한 것이지만 적당히 생략해도 좋다.
이 실시형태에서는 도 4에 나타내는 바와 같이 제 2 레이저 조사기(3)는 용단 미완료부(R2)의 비제품부(Gb)가 되는 측의 상방 위치에 배치되어 있다. 이 제 2 레이저 조사기(3)로부터 출사되는 서냉용 레이저(LB2)는 용단 미완료부(R2)측으로부터 용단 완료부(R1)측으로 이행함에 따라 유리 기판(G)에 접근하도록 경사져 있다. 또한, 서냉용 레이저(LB2)는 용단 완료부(R1)측으로부터 용단 미완료부(R2)측으로 이행함에 따라 유리 기판(G)에 접근하도록 경사시켜도 좋다.
즉, 서냉용 레이저(LB2)는 도면 중에 나타내는 방위각(θ)과 극각(φ)을 갖고 있다. 그 때문에 도 5에 나타내는 바와 같이 유리 기판(G)에 투영된 제 2 조사 영역(SP2)은 용단 실행부가 되는 제 1 조사 영역(SP1)으로부터 용단 완료부(R1)에 걸쳐서 장척이 되고, 타원형상이 된다. 이 타원형상의 장축의 방향은 도 2b에서는 절단 예정선(CL)과 평행으로 도시되어 있지만, 방위각(θ)의 크기에 따라 변화되지만, 용단 진행 방향의 성분을 갖는다. 또한, θ=π/2로 해서 장축의 방향이 절단 예정선(CL)을 따르도록 광축에 직교하는 단면을 미리 타원형상으로 정형한 서냉용 레이저(LB2)를 제품부(Ga)가 되는 측의 용단 단면(Ga1)에 조사하도록 해도 좋다. 레이저의 광축에 직교하는 단면을 타원형상으로 미리 정형하는 방법으로서는, 예를 들면 실린더리컬 렌즈 등의 광학 부품이나 슬릿상의 차광 마스크 등을 사용하는 것을 들 수 있다.
여기에서, 서냉용 레이저(LB2)의 방위각(θ)과 극각(φ)은 다음과 같은 범위인 것이 바람직하다. 즉, 방위각(θ)은 0＜θ＜π/2 및 π/2＜θ＜π의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위이면 절단 예정선(CL)을 따르는 방향의 성분을 갖기 때문에 제 2 조사 영역(SP2)에 있어서의 서냉용 레이저(LB2)의 열 에너지 강도는 제 1 조사 영역(SP1)측으로부터 용단 완료부(R1)측에 걸쳐서 완만한 변화를 갖는 것이 된다. 따라서, 절단 예정선(CL) 상의 제 1 조사 영역(SP1)으로부터 용단 완료부(R1)측에 걸쳐서 열 에너지 강도가 완만하게 변화되는 강도 구배가 형성된다. 또한, 도 6에 나타내는 바와 같이 서냉용 레이저(LB2)로서 평행 빔을 채용했을 경우에는 방위각(θ)에 대해서 0＜θ＜π/2 및 π/2＜θ＜π 중 어느 범위에 있어서도 조사의 효과는 동등하지만, 도 7에 나타내는 바와 같이 집광 빔을 채용하여 디포커스로 조사했을 경우에는 방위각(θ)의 적정 범위가 있다. 즉, 집광점보다 하방 위치에서 유리 기판(G)에 디포커스 조사했을 경우(도 1의 단면 2를 참조)에는 0＜θ＜π/2가 적정 범위이며, 반대로 집광점보다 상방 위치에서 유리 기판(G)에 디포커스 조사했을 경우(도 1의 단면 1을 참조)에는 π/2＜θ＜π가 적정 범위가 된다.
한편, 극각(φ)은 도 6에 나타내는 바와 같이 서냉용 레이저(LB2)로서 평행 빔을 채용했을 경우에는 서냉용 레이저(LB2)의 빔 지름을 w2, 유리 기판(G)의 두께를 t, 조사 위치의 조정량을 d로 하면, 0＜φ＜cos-1[(t+w2)/{2(s+t+d)}]의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 극각(φ)은 도 7에 나타내는 바와 같이 서냉용 레이저(LB2)로서 집광 빔을 채용하고, 그것을 디포커스해서 조사했을 경우에는 서냉용 레이저(LB2)가 비제품부(Gb)와 접촉한 상태에서의 접점에서의 빔 지름을 w2, 집광각을 α, 유리 기판(G)의 두께를 t, 조사 위치의 조정량을 d로 하면, 0＜φ＜cos-1[(tcosα+w2)/{2(s+t+d)}]의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 극각(φ)은 제품부(Ga)의 용단 단면(Ga1)에 근접해서 대향하는 비제품부(Gb)의 용단 단면(Gb1) 근방에 간섭하지 않는 각도 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 서냉용 레이저(LB2)의 조사 위치는 서냉 전의 제품부(Ga)의 용단 단면(Ga1) 근방에 발생하고 있는 인장 응력의 위치에 따라 조정하는 것이 바람직하고, 그 조정량(d)은, 예를 들면 -0.5t≤d≤2.5t의 범위에서 조정된다.
또한, 서냉용 레이저(LB2)를 광축에 직교하는 단면이 타원형상이 되도록 정형해 두면 경사각[극각(φ)]을 크게 하지 않아도 전체 길이가 길어 에너지 분포의 구배가 완만한 제 2 조사 영역(SP2)을 형성할 수 있다.
이어서, 이상과 같이 구성된 본 실시형태에 의한 유리 절단 장치(1)의 동작을 간단히 설명한다.
우선, 도 2a, 도 2b에 나타내는 바와 같이 유리 기판(G)을 반송하면서 제 1 레이저 조사기(2)로부터 유리 기판(G)에 대하여 용단용 레이저(LB1)를 조사한다. 이것에 의해 유리 기판(G)을 용단한다. 이때 용단용 레이저(LB1)의 제 1 조사 영역(SP1)에 대해서는 가스 분사 노즐(4)로부터 어시스트 가스(AG)를 분사하여 제 1 조사 영역(SP1)으로부터 용융 이물을 날려버린다.
이것과 동시에 제 2 레이저 조사기(3)로부터 서냉용 레이저(LB2)를 유리 기판(G)에 대하여 조사한다. 이 서냉용 레이저(LB2)는 용단용 레이저(LB1)의 조사에 의해 형성된 용단 단면(Ga1, Gb1) 사이의 용단 간극(S)을 개재하여 제품부(Ga)가 되는 측의 용단 단면(Ga1)에 대하여 상방으로부터 비스듬히 조사한다. 이것에 의해 용단 단면(Ga1)을 서냉한다.
이렇게 하면 서냉용 레이저(LB2)를 유리 기판(G)의 상면에 수직으로 조사했을 경우와 같이 서냉용 레이저(LB2)의 조사열의 영향이 유리 기판(G)의 상면으로 극단적으로 치우치는 일이 없다. 부언하면, 용단 단면(Ga1)의 일부 또는 전부에 서냉용 레이저(LB2)가 직접 조사되기 때문에 용단 단면(Ga) 전체에 조사열이 전달되기 쉬워진다. 따라서, 유리 기판이 500㎛ 이하의 박판이어도 잔류 변형이 효율 좋게 제거되어 휨 등의 변형이 발생한다는 문제를 회피할 수 있다.
여기에서, 유리 기판(G)의 용단은 용단용 레이저(LB1)에 의해 유리 기판(G)의 상면측으로부터 용융이 시작되고, 그 용융에 의해 형성되는 절단 홈이 하방으로 관통함으로써 완료된다. 그 때문에 용단 단면(Ga1)은 상면에 근접할수록 용단 시에 공급되는 조사열의 영향을 강하게 받고 있어 용단 단면(Ga1)의 열적 잔류 변형도 상면측이 상대적으로 커지고 있는 것으로 고려된다. 따라서, 용단 단면(Ga1)의 잔류 변형을 제거하기 위해서는 보다 용단 단면(Ga1)의 상면측에 많은 열을 공급해서 서냉 처리를 하는 것이 바람직하다. 그래서, 서냉용 레이저(LB2)는 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이 용단 단면(Ga1)의 상방부(예를 들면, 상반분의 영역)에 직접 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변형이 가능하다.
상기 실시형태에서는 유리 기판(G)의 절단 예정선(CL)의 바로 위에 제 1 레이저 조사기(2)를 배치하고, 유리 기판(G)의 비제품부(Gb)의 상방에 제 2 레이저 조사기(3)를 배치하는 경우를 설명했지만, 제 1 레이저 조사기(2)나 제 2 레이저 조사기(3)의 배치 형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같이 제 1 레이저 조사기(2)와 제 2 레이저 조사기(3)를 제품부(Ga)의 상방 위치에 배치하고, 미러(5, 6) 등의 광학 부품에 의해 용단용 레이저(LB1) 및 서냉용 레이저(LB2)를 유도하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 제 1 레이저 조사기(2)와, 제 2 레이저 조사기(3)를 별도의 광원으로 구성했지만 도 9에 나타내는 바와 같이 제 1 레이저 조사기(2)가 제 2 레이저 조사기(3)를 겸하도록 해도 좋다. 즉, 제 1 레이저 조사기(2)로부터 출사된 레이저(LB)를 하프 미러(7) 등의 광학 부품에 의해 용단용 레이저(LB1)와 서냉용 레이저(LB2)로 분기시켜도 좋다. 이 경우 서냉용 레이저(LB2)는 하프 미러 등의 투과율(반사율)을 조정하는 것이나, 그 광로 상에서 ND 필터 등에 의해 감광함으로써 에너지를 적당히 조정한 후에 유리 기판(G)에 조사해도 좋다. 또한, 용단용 레이저 빔(LB1)과 서냉용 레이저 빔(LB2)에 있어서의 가간섭 거리를 고려해서 양쪽 빔의 광로 차를 조정함으로써 간섭 줄무늬가 형성되는 것을 억제해도 좋다.
또한, 유리 기판(G)을 오버플로우 다운드로우법 등에 의해 성형했을 경우 도 10에 나타내는 바와 같이 유리 기판(G)의 폭방향 중앙부의 두께보다 유리 기판(G)의 폭방향 양단부의 두께가 상대적으로 두꺼워진다. 그리고, 폭방향 중앙부가 제품부(Ga)가 되고, 폭방향 양단부가 비제품부(귀부라고 칭해진다)(Gb)가 된다. 제 1 발명에 의한 절단 방법 및 절단 장치는 이러한 유리 기판(G)의 귀부의 제거에 적용해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 유리 기판(G)을 제품부(Ga)와 비제품부(Gb)로 용단 분리하는 경우를 설명했지만 용단 분리되는 쌍방을 제품부로서 이용하는 경우에 적용해도 좋다.
실시예 1
제 1 발명의 실시예로서 무알칼리 유리의 시료와 소다 유리의 시료를 준비하여 각 시료를 용단하고, (1) 용단 단면의 잔류 변형의 유무의 확인, (2) 용단 단면의 손상 테스트에 의한 파손의 유무의 확인, (3) 용단 후의 각 시료의 휨의 유무의 확인을 행했다. 또한, 용단용 레이저 및 서냉용 레이저로서는 파장 10.6㎛ 부근의 CO2 레이저를 사용했다. 또한, 용단용 레이저의 조사 영역(SP1)과 서냉용 레이저의 조사 영역(SP2)은 도 2b에 나타내는 실시형태로 한다. 상기 (1)~(3)의 각 시험의 상세는 다음과 같다.
(1) 잔류 변형
용단 단면의 잔류 변형의 유무는 각 시료의 용단 단면을 광학적 변형 계측인 세나르몽법이나 예민색법을 사용해서 관찰함으로써 확인했다.
(2) 손상 테스트
용단 단면의 손상 테스트는 각 시료의 용단 단면에 #1000의 샌드 페이퍼에 의해 상처를 낸 후 1000시간 방치하고, 자기 파괴할지의 여부에 의해 확인했다.
(3) 휨
용단 후의 각 시료를 정반 상에 두고, 휨의 유무를 확인했다. 여기에서, 휨은 각 시료의 이면을 아래로 할 경우와, 이면을 아래로 할 경우에 대해서 각각 확인하고, 각각의 경우에 대해서 정반으로부터 0.3㎜의 떠오르는 부분이 시료의 둘레 가장자리부에 존재할 경우에 「있음」으로 평가했다.
이상과 같은 대비 시험의 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 표 중에 있어서 θ, φ는 도 4에 준거하는 것으로 하고, w2, s, d는 도 6 및 도 7에 준거하는 것으로 한다. 또한, 표 중의 레이저의 에너지 강도[W]는 실제로 유리 기판 표면에 있어서의 값으로 한다.
Figure pct00001
이상의 표 1에 의하면 서냉용 레이저를 유리 기판에 대하여 수직 입사된 비교예 1 및 2에서는 잔류 변형·손상 테스트·휨의 각각에 대해서 문제가 발생하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이것에 대하여 서냉용 레이저를 유리 기판에 대하여 경사시켜서 입사된 실시예 1~6에서는 잔류 변형·손상 테스트·휨 전체에 대해서 양호한 결과를 얻고 있는 것을 인식할 수 있다.
<제 2 발명의 실시형태>
제 2 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치와 마찬가지로 용단용 레이저 조사기와, 서냉용 레이저 조사기와, 가스 분사 노즐을 구비하고 있다(도 2a를 참조). 이들 각 구성에 대해서는 제 1 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치와 공통되므로 상세한 설명은 생략한다. 이하에서는 절단 방법에 관한 상위점을 중심으로 설명한다.
도 11에 나타내는 바와 같이 제 2 발명의 실시형태에 의한 유리판 절단 장치로 유리판을 절단할 경우에는 서냉용 레이저에 의해 형성되는 제 2 조사 영역(SP2)이 용단용 레이저에 의해 형성되는 제 1 조사 영역(SP1)의 용단 진행 방향[도면 중의 화살표(B) 방향]의 전후에 걸치도록 제 2 조사 영역(SP2)이 제 1 조사 영역(SP1)에 오버랩한다. 즉, 제 1 조사 영역(SP1)과 제 2 조사 영역(SP2)이 서로 중복된 부분을 갖는 상태로 제 2 조사 영역(SP2)이 제 1 조사 영역(SP1)의 용단 진행 방향의 전후로 돌출되어 있다. 그 때문에 제 2 조사 영역(SP2)에 유리 기판(G)을 가열하면 제 1 조사 영역(SP1)의 용단 진행 방향의 전후에 연속하는 영역에서 유리 기판(G)이 용단 온도(예를 들면, 1300~3000℃)보다 낮은 저온(예를 들면, 100~1000℃)에서 가열되게 된다. 즉, 제 2 조사 영역(SP2) 중 제 1 조사 영역(SP1)의 용단 진행 방향의 전방측의 영역(SP2a)에서 유리 기판(G)이 예비 가열되고, 제 1 조사 영역(SP1)의 용단 진행 방향의 후방측의 영역(SP2b)에서 유리 기판(G)이 서냉된다. 그리고, 유리 기판(G)을 반송 방향[도면 중의 화살표(A) 방향]으로 이동시킴으로써 제 2 조사 영역(SP2)이 절단 예정선(CL)을 따라 주사되어 유리 기판(G)에 대하여 용단의 전후에서 예비 가열과 서냉이 연속적으로 실시된다.
이것에 의해 용단의 전후에서 급격한 온도 상승이나 급격한 온도 하강에 의한 파손, 즉 열충격에 의한 파손이나 열적 잔류 변형이 발생한다는 사태를 가급적으로 저감할 수 있다. 특히, 500㎛ 이하의 유리 기판의 경우, 예비 가열·용단·서냉의 각 영역(SP2a, SP1, SP2b)이 떨어져 있으면 온도 상승이나 온도 하강이 급격해진다. 그리고, 이 예비 가열과 서냉의 역할을 담당하는 제 2 조사 영역(SP2)이 제 1 조사 영역(SP1)에 오버랩되어 있기 때문에 예비 가열·용단·서냉의 각 영역(SP2a, SP1, SP2b)이 용단 진행 방향에 있어서 간단하며 또한 확실하게 연속한다. 따라서, 유리 기판(G)에 대하여 이들 일련의 열처리가 연속적으로 행해져 각 열처리 영역(SP2a, SP1, SP2b) 사이에서 열 에너지가 부당하게 손실된다는 사태를 회피할 수 있다. 바꿔 말하면, 유리 기판(G)에 공급한 열 에너지에 의해 효율 좋게 예비 가열과 용단을 실행하면서 열적 잔류 변형을 제거하는 것이 가능해진다.
여기에서, 도 12a에 나타내는 바와 같이 제 2 조사 영역(SP2)의 용단 진행 방향과 직교하는 방향의 중심 위치를 지나 용단 진행 방향으로 연장되는 선을 X축, 이 X축과 제 2 조사 영역(SP2)의 용단 진행 방향의 중심 위치에서 직교하는 선을 Y축, 제 2 조사 영역(SP2)의 X축 방향 치수를 2a2, 제 2 조사 영역(SP2)의 Y축 방향 치수를 2b2, 제 1 조사 영역(SP1)의 X축 방향 치수를 2a1, 제 1 조사 영역(SP1)의 Y축 방향 치수를 2b1, 제 1 조사 영역(SP1)의 중심 좌표를 (x, y)로 했을 경우에 제 1 조사 영역(SP1)과 제 2 조사 영역(SP2) 사이의 바람직한 관계는 다음과 같아진다.
즉, 제 1 조사 영역(SP1)과 제 2 조사 영역(SP2)의 스팟 지름간의 관계는 a1＜a2, b1＜b2이지만,
50a1≤a2
30b1≤b2···(1)
인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 조사 영역(SP1)의 중심 좌표(x, y)는
-a2/4≤x＜a2-a1
-b2-b1＜y≤b2/2···(2)
가 되는 관계(도 12b의 A1로 나타내는 영역)를 충족시키는 것이 바람직하고,
a2/4≤x≤3a2/4
-b2/2≤y≤0···(3)
가 되는 관계(도 12b의 A2로 나타내는 영역)를 충족시키는 것이 보다 바람직하다.
상기 식(1) 또는 식(2)을 만족하면 제 1 조사 영역(SP1)과 제 2 조사 영역(SP2)의 대소 관계나 위치 관계가 최적인 것이 되어 유리 기판(G)의 제품부(Ga)에 있어서의 열적 잔류 변형의 발생을 확실히 저감할 수 있다. 또한, 식(3)을 만족하면 제 2 조사 영역(SP2)이 비제품부(Gb)측보다 제품부(Ga)측으로 치우쳐서 형성됨과 아울러 제 2 조사 영역(SP2)의 용단 진행 방향의 중심 위치(Y축의 위치)보다 전방측에서 제 2 조사 영역(SP2)에 대하여 제 1 조사 영역(SP1)이 오버랩된다. 이렇게 하면 유리 기판(G) 중 제품부(Ga)가 되는 측에 대하여 우선적으로 예비 가열 처리나 서냉 처리를 실시할 수 있으므로 제품부(Ga)의 열적 잔류 변형을 보다 확실히 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 이 경우 조사 영역(SP2) 중 서냉을 행하는 영역(SP2b)의 용단 진행 방향의 치수가 예비 가열을 행하는 영역(SP2a)의 용단 진행 방향의 치수보다 길어진다. 열적 잔류 변형은 용단 후에 급속히 냉각됨으로써 발생하기 때문에 상술한 바와 같이 서냉을 행하는 영역을 길게 하여 냉각 속도를 작게 한 편이 열적 잔류 변형을 제거함에 있어서 바람직한 실시형태가 된다.
또한, 용단용 레이저와 서냉용 레이저로서 다른 발진기에 의해 발진된 레이저를 사용함으로써 양자의 파장을 서로 상위시키는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 용단용 레이저와 서냉용 레이저에 의해 시간적으로 정상적인 간섭 줄무늬가 형성되는 일 없이 유리판에 부여하는 에너지 분포를 충분히 제어하는 것이 용이해진다.
또한, 제 2 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 유리 기판(G)을 제품부(Ga)와 비제품부(Gb)로 용단 분리하는 경우를 설명했지만 용단 분리되는 쌍방을 제품부로서 이용할 경우에 적용해도 좋다.
또한, 상기 제 1 발명에서 설명한 변형예를 마찬가지로 적용할 수 있다.
실시예 2
제 2 발명의 실시예로서 용단용 레이저(파장 10.6㎛ 부근의 CO2 레이저. 이하에 나타내는 표 중에서는 출력 1이라고 표시)를 유리 기판에 대하여 상대 이동 속도 10㎜/s로 주사해서 용단을 행했을 때의 잔류 변형을 10으로 했을 경우에 이 잔류 변형이 어느 정도 개선되는지를 검사했다. 잔류 변형이 10인 경우 유리 기판에 휨 등의 변형이 생기거나, 핸들링 시나 가공 공정에 있어서 파손을 야기할 우려가 있다. 잔류 변형은 3 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 잔류 변형의 검사와 함께 용단 시에 유리 기판이 열충격에 의해 파손되는지의 여부도 검사했다. 열충격에 의한 파손은 용단 시에 유리 기판이 급격하게 가열되었을 경우에 생길 수 있다고 고려된다.
상세하게는 각각 다른 발진기에 의해 발진된 용단용 레이저와 서냉용 레이저(파장 10.6㎛ 부근의 CO2 레이저. 이하에 나타내는 표 중에서는 출력 2로 표시)의 각각의 조사 영역의 상대 위치를 변화시키거나 서냉용 레이저의 조사 영역의 크기를 변화시킴으로써 상기 잔류 변형이나 열충격에 의한 파손이 어느 정도 개선되는지를 평가했다. 그 결과를 표 2~표 4에 나타낸다. 또한, 이하에 나타내는 표 중의 a1, b1, a2, b2, x, y의 부호는 도 12b에 준거하는 것으로 한다. 또한, 이하에 나타내는 표 중의 출력 1 및 출력 2는 유리 기판 표면에 있어서의 각각의 레이저의 에너지를 나타내고 있다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
이상의 표 2에 의하면 비교예인 시료 No. 1에서는 박판 유리에 대하여 예비 가열도 서냉도 실시되지 않기 때문에 잔류 변형이 10이 되고, 또한 열충격에 의한 갈라짐이 생기기에 이르렀다. 이것에 대하여 실시예인 시료 No. 2~9에서는, 제 2 조사 영역(서냉용 레이저의 조사 영역)이 제 1 조사 영역(용단용 레이저의 조사 영역)의 전후에 걸치도록 오버랩하는 점에서 박판 유리를 용단하는 전후에서 예비 가열과 서냉이 실시되기 때문에 잔류 변형이 모두 개선되어 열충격에 의한 갈라짐도 발생하지 않았다. 특히, 시료 No. 2, 7~9와 같이 a2/a1≥50, 또한 b2/b1≥30이 되는 범위에서는 잔류 변형이 1이 되는 매우 양호한 결과를 얻었다.
이상의 표 3에 의하면 비교예인 시료 No. 10에서는 제 2 조사 영역이 제 1 조사 영역의 용단 진행 방향 전방측에만 돌출된 상태이기 때문에 박판 유리에 대하여 용단 후에 서냉이 실시되지 않이 잔류 변형에 개선이 보이지 않았다. 또한, 비교예인 시료 No. 20에서는 제 2 조사 영역이 제 1 조사 영역의 용단 진행 방향 후방측에만 돌출된 상태이기 때문에 박판 유리에 대하여 용단 전에 예비 가열이 실시되지 않아 열충격에 의한 갈라짐이 생기기에 이르렀다. 이것에 대하여 실시예인 시료 No. 11~19에서는 제 2 조사 영역이 제 1 조사 영역과 중복된 부분을 갖는 상태로 용단 진행 방향의 전후로 돌출되어 있는 점에서 박판 유리를 용단하는 전후에서 예비 가열과 서냉이 실시되기 때문에 잔류 변형이 모두 개선되어 열충격에 의한 갈라짐도 개선하는 결과가 되었다.
이상의 표 4에 의하면 비교예인 시료 No. 21에서는 제 2 조사 영역이 제 1 조사 영역과 중복되는 일 없이 박판 유리의 제품부가 되는 측으로 어긋나 있는 점에서 제 2 조사 영역에 의한 열 에너지가 제 1 조사 영역에 작용하지 않아 잔류 변형도 열충격에 의한 갈라짐도 개선되지 않는다는 결과를 얻었다. 또한, 비교예인 시료 No. 31에서는 제 2 조사 영역이 제 1 조사 영역과 중복되는 일 없이 박판 유리의 비제품부가 되는 측으로 어긋나 있는 점에서 제 2 조사 영역에 의한 열 에너지가 제 1 조사 영역에 작용하지 않아 마찬가지로 잔류 변형도 열충격에 의한 갈라짐도 개선되지 않는다는 결과를 얻었다. 이것에 대하여 실시예인 시료 No. 22~30에서는 제 2 조사 영역이 제 1 조사 영역의 용단 진행 방향의 전후로 돌출된 상태에서 용단 진행 방향과 직교하는 폭 방향으로 중복된 부분을 갖는 점에서 박판 유리의 용단부에 예비 가열과 서냉의 효과가 작용하여 잔류 변형이 모두 개선되어 열충격에 의한 갈라짐도 생기지 않는다는 결과를 얻었다.
특히, 표 3 및 표 4에 의하면 시료 No. 12~19 및 시료 No. 22~30과 같이 -a2/4≤x＜a2-a1, 또한 -b2-b1＜y≤b2/2가 되는 범위에서는 열충격에 의한 갈라짐이 개선됨과 아울러 잔류 변형이 3 이하가 되는 양호한 결과를 얻고 있는 것을 확인할 수 있다. 이 중에서도 시료 No. 15~17 및 시료 No. 25~26과 같이 1/4≤x/a2≤3/4, 또한, -1/2≤y/b2≤0이 되는 범위에서는 열충격에 의한 갈라짐이 전혀 없고, 잔류 변형이 1 이하가 되는 매우 양호한 결과를 얻고 있는 것을 확인할 수 있다.
1 : 유리판 절단 장치
2 : 제 1 레이저 조사기
3 : 제 2 레이저 조사기
4 : 가스 분사 노즐
AG : 어시스트 가스
CL : 절단 예정선
G : 유리 기판
Ga : 제품부
Ga1 : 용단 단면
Gb : 비제품부
LB1 : 용단용 레이저
LB2 : 서냉용 레이저
SP1 : 제 1 조사 영역
SP2 : 제 2 조사 영역
SP2a : 예비 가열 영역
SP2b : 서냉 영역
S : 용단 간극
R1 : 용단 완료부
R2 : 용단 미완료부
θ : 서냉용 레이저의 방위각
φ : 서냉용 레이저의 극각

Claims (14)

  1. 유리판의 절단 예정선을 따라 상방으로부터 레이저를 조사하고, 상기 절단 예정선을 경계로 해서 상기 유리판을 용단 분리하는 유리판 절단 방법에 있어서,
    상기 레이저는 상기 유리판의 용단을 행하는 용단용 레이저와, 상기 유리판의 용단 단면의 서냉을 행하는 서냉용 레이저를 포함하고,
    상기 서냉용 레이저는 상기 용단에 의해 형성된 상기 용단 단면 사이의 간극을 개재해서 상기 서냉 대상의 상기 용단 단면에 대하여 상방으로부터 비스듬히 조사되는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서냉용 레이저의 조사 영역에 있어서, 상기 절단 예정선 상의 용단 실행부로부터 용단 완료부에 걸쳐 열 에너지 강도가 변화되는 강도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서냉용 레이저는 상기 절단 예정선 상의 용단 미완료부측으로부터 용단 완료부측으로 이행함에 따라 또는 상기 절단 예정선 상의 용단 완료부측으로부터 용단 미완료부측으로 이행함에 따라 상기 유리판에 접근하도록 경사져 있는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서냉용 레이저의 광축에 직교하는 단면에 있어서의 빔 형상은 타원형상인 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서냉용 레이저의 조사 영역은 상기 용단용 레이저의 조사 영역의 전후에 걸치도록 용단용 레이저의 조사 영역에 오버랩해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용단용 레이저와 상기 서냉용 레이저는 동일한 광원으로부터 출사된 레이저를 분기시켜서 형성되는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용단용 레이저와 상기 서냉용 레이저는 별도의 광원으로부터 출사되어서 형성되는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  8. 유리판의 절단 예정선을 따라 용단용 레이저 및 서냉용 레이저를 조사하고, 상기 절단 예정선을 경계로 해서 상기 유리판을 용단 분리하는 유리판 절단 방법에 있어서,
    상기 절단 예정선을 따르는 용단 진행 방향에서 상기 서냉용 레이저의 조사 영역의 치수를 상기 용단용 레이저의 조사 영역의 치수보다 크게 하고, 또한
    상기 서냉용 레이저의 조사 영역은 상기 용단용 레이저의 조사 영역의 상기 용단 진행 방향의 전후에 걸치도록 상기 서냉용 레이저의 조사 영역을 상기 용단용 레이저의 조사 영역에 오버랩시킨 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유리판이 제품부와 비제품부로 용단 분리됨과 아울러 상기 서냉용 레이저의 조사 영역은 상기 비제품부가 되는 측보다 상기 제품부가 되는 측으로 기울어서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 용단용 레이저의 조사 영역은 상기 용단 진행 방향에 있어서의 상기 서냉용 레이저의 조사 영역의 중심 위치보다 상기 용단 진행 방향의 전방측에서 상기 서냉용 레이저의 조사 영역과 오버랩하는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서냉용 레이저의 조사 영역은 상기 용단 진행 방향으로 장척인 세장 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 서냉용 레이저는 상기 유리 기판의 표면에 대하여 경사지는 방향으로부터 조사되는 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용단용 레이저와 상기 서냉용 레이저는 서로 파장이 상위한 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 용단용 레이저 빔과 상기 서냉용 레이저 빔은 서로 다른 발진기에 의해 발진된 빔인 것을 특징으로 하는 유리판 절단 방법.
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