KR20150077276A - 유리기판의 모따기방법 및 레이저가공장치 - Google Patents

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Abstract

간단한 방법으로, 또한, 개구 등을 갖는 유리기판의 개구 등의 내주 면에 대해서도 모따기를 실시할 수 있도록 한다.
본 유리기판의 모따기방법은 유리기판에 레이저 광을 조사하여 기판 단면의 모따기를 실시하는 방법으로, 제 1 공정과 제 2 공정을 구비하고 있다. 제 1 공정은 유리기판의 단부의 제 1 주면 측에서 유리기판의 제 1 주면 및 내부에서 흡수되는 중적외 광의 레이저 광을 조사한다. 제 2 공정은 레이저 광을 유리기판의 단부에 따라서 주사하여 유리기판의 제 1 주면 측 및 제 1 주면과 역의 제 2 주면 측의 에지를 용융하여 모따기한다.

Description

유리기판의 모따기방법 및 레이저가공장치{APPARATUS FOR CHAMFERING GLASS SUBSTRATE AND LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 유리기판의 모따기방법에 관한 것으로, 특히, 유리기판에 레이저 광을 조사하여 기판 단면의 모따기를 실시하는 모따기방법 및 그것을 실현하기 위한 레이저가공장치에 관한 것이다.
IT 기기용 장치에서는 액정표시장치가 많이 사용되고 있고, 이 액정표시장치에는 유리기판이 이용되고 있다. 유리기판은 레이저 광이나 스크라이브 롤러 등에 의해 소정의 형상으로 절단된다.
이와 같은 유리기판을 반송하거나 혹은 가공 시에 위치 결정을 하거나 할 때에 충격이나 외력에 의해 유리기판의 단면에 균열이나 파열이 발생하는 경우가 있다.
그래서, 유리기판의 단면 강도를 향상시킬 목적으로 유리기판의 단면을 모따기하는 작업이 이루어지고 있다. 이 모따기 가공은 연마에 의해 실시하는 것이 가장 일반적이나, 특허문헌 1에 나타내는 것과 같이 레이저 광에 의해 실시하는 경우도 있다.
특허문헌 1에 나타내는 방법은 유리기판의 표면 및 이면의 양방 또는 일방에서 레이저 광을 조사하는 동시에, 유리기판의 단면에 대해서 직교하는 방향에서 레이저 광을 조사하여 유리기판 단면을 용융시켜서 모따기를 실시하는 것이다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 2009－35433호 공보(2009. 2. 19. 공개)
특허문헌 1의 방법에서는 레이저 광으로 파장이 10.6㎛의 CO2 레이저가 바람직한 것으로 되어 있다. 그리고, 이 레이저 광을 유리기판의 표면 및/또는 이면에 조사하는 동시에 단면에 대해서도 조사하여 단면을 가열 용융해서 모따기를 실시하고 있다.
그러나, 이 특허문헌 1의 방법에서는 적어도 2 방향에서 레이저 광을 조사해야 한다. 또, 유리기판의 단면에 대해 대략 직교하는 방향에서 레이저 광을 조사해야 한다. 이런 이유에서 이 방법을 실시하기 위한 장치 구성이 복잡해지게 된다. 또, 특허문헌 1의 방법에서는 개구 또는 구멍이 형성된 유리기판의 절단면(개구나 구멍의 내주면)에는 모따기를 실시할 수가 없다.
본 발명의 과제는 간단한 방법으로, 또한, 개구 등을 갖는 유리기판의 개구 등의 내주 면에 대해서도 모따기를 실시할 수 있도록 하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 측면에 관한 유리기판의 모따기방법은, 유리기판에 레이저 광을 조사하여 기판 단면의 모따기를 실시하는 방법으로서 제 1 공정과 제 2 공정을 구비하고 있다. 제 1 공정은 유리기판의 단부의 제 1 주면 측에서 유리기판의 제 1 주면 및 내부에서 흡수되는 중적외 광의 레이저 광을 조사한다. 제 2 공정은 레이저 광을 유리기판의 단부에 따라서 주사하여 유리기판의 제 1 주면 측 및 제 1 주면과 역의 제 2 주면 측의 에지를 용융하여 모따기한다.
여기에서는 중적외 광의 레이저 광이 유리기판의 단부의 제 1 주면 측에서 조사된다. 중적외 광의 레이저 광은 유리기판의 제 1 주면에만 흡수되는 것이 아니라, 기판 내부나 조사되는 측과는 역의 제 2 주면 측에도 도달하여 기판 전체가 가열된다. 이에 의해 기판 단면이 용융되어 모따기된다.
따라서, 유리기판을 테이블에 올려놓은 상태에서 유리기판의 제 1 주면 측에서 레이저 광을 조사하는 것만으로 모따기 가공을 실행할 수 있다. 또, 개구나 구멍을 갖는 유리기판의 개구 내주 면이나 구멍 내주 면에도 모따기 가공을 실행할 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 관한 유리기판의 모따기방법에서는 레이저 광의 파장은 2.7㎛ 이상 5.5㎛ 이하이다.
이 방법에서는 파장이 2.7㎛ 이상 5.5㎛ 이하의 중적외 광의 레이저 광이 유리기판에 대해서 조사된다. 이와 같은 파장의 레이저 광은 유리기판의 내부까지 침투하면서 흡수되므로 유리기판의 제 1 주면에서부터 내부 및 제 2 주면에 걸쳐서 열 분포의 편중이 적어지게 된다. 따라서, 유리기판의 단면이 전체에 걸쳐서 가열되며, 레이저 광을 표면 측에서 조사하는 것만으로 표면 측 및 이면 측의 에지를 모따기 할 수 있다.
본 발명의 제 3 측면에 관한 유리기판의 모따기방법에서는 제 1 및 제 2 공정에서 레이저 광은 유리기판의 단면에서 안쪽으로 소정 거리 떨어진 위치에 집광 하도록 조사된다.
여기서, 유리기판의 단(에지 부분)에 레이저 광을 집광하여 조사하면 유리기판의 단부에 균열이 발생하는 경우가 있다.
그래서 본 방법에서는 레이저 광은 유리기판의 단면에서 안쪽으로 소정 거리 떨어진 위치에 집광시켜서 조사하고 있다. 따라서, 유리기판의 단부에 균열을 발생시키지 않고 모따기를 실시할 수 있다.
본 발명의 제 4 측면에 관한 유리기판의 모따기방법에서는 제 1 및 제 2 공정에서 레이저 광은 유리기판의 단면에서 안쪽으로 10㎛ 이상 150㎛ 이하 떨어진 위치에 집광하도록 조사된다.
여기서, 레이저 광의 집광위치가 유리기판의 단면에서 안쪽으로 10㎛ 미만이면 앞에서 설명한 것과 같이 유리기판의 단부에 균열이 발생하는 확률이 높아진다. 또, 집광위치가 150㎛를 넘어서 단면으로부터 멀어지면 레이저 광을 흡수한 열이 단부까지 전해지지 않아서 단부를 충분히 가열할 수가 없다.
그래서, 본 방법에서는 레이저 광을 유리기판의 단면에서 안쪽으로 향해 10㎛ 이상 150㎛ 이하 떨어진 위치에 집광시켜 조사하도록 하고 있다.
본 발명의 제 5 측면에 관한 유리기판의 모따기방법에서는, 제 1 및 제 2 공정에서는 Er：Y2O3, Er：ZBLAN, Er：YSGG, Er：GGG, Er：YLF, Er：YAG, Dy：ZBLAN, Ho：ZBLAN, CO, Cr：ZnSe, Cr：ZnS, Fe：ZnSe, Fe：ZnS, 반도체 레이저의 중적외의 레이저 광 군 중에서 선택된 어느 하나의 레이저 광을 유리기판에 대해 조사한다.
본 발명의 제 6 측면에 관한 유리기판의 모따기방법에서는 유리기판은 레이저 광의 내부 흡수율이 5% 이상 90% 이하이다.
본 발명의 제 7 측면에 관한 레이저가공장치는 유리기판에 레이저 광을 조사하여 기판 단면의 모따기를 실시하는 장치로, 워크 테이블과 레이저 발진기 및 레이저 광 조사기구를 구비하고 있다. 워크 테이블은 유리기판이 올려 놓인다. 레이저 발진기는 유리기판의 제 1 주면 및 내부에서 흡수되는 중적외 광의 레이저 광을 발진한다. 레이저 광 조사기구는 워크 테이블에 놓인 유리기판의 제 1 주면 측에서 레이저 발진기로부터의 레이저 광을 조사하는 동시에 레이저 광을 유리기판의 단부에 따라서 주사하여 유리기판의 제 1 주면 측 및 제 1 주면과 역의 제 2 주면 측의 에지를 용융하여 모따기한다.
본 발명의 제 8 측면에 관한 레이저가공장치에서는 레이저 발진기는 파장이 2.7㎛ 이상 5.5㎛ 이하의 중적외 광의 레이저 광을 발진한다.
이상과 같은 본 발명에서는 간단한 방법으로, 또한, 개구 등을 갖는 유리기판의 개구 내주 면에 대해서도 모따기를 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 방법을 실시하기 위한 레이저가공장치의 개략 구성도.
도 2는 무 알칼리 유리에 대한 레이저 광의 파장과 반사율 등과의 관계를 나타내는 도면.
도 3은 모따기 가공 전의 유리기판의 끝단 면의 단면과 모따기 가공 후의 유리기판의 끝단 면의 단면을 나타내는 현미경 사진이다.
[레이저가공장치]
본 발명의 일 실시형태에 의한 모따기방법을 실시하기 위한 레이저가공장치를 도 1에 나타낸다.
이 레이저가공장치는 유리기판(G)이 올려 놓이는 워크 테이블(1)과 레이저 발진기(2)와 광학계(3) 및 주사기구로서의 테이블 이동기구(4)를 구비하고 있다. 광학계(3) 및 테이블 이동기구(4)에 의해 레이저 광 조사기구가 구성되어 있다.
레이저 발진기(2)는 파장이 2.7㎛ 이상 5.5㎛ 이하의 중적외 광 (中赤外光)의 레이저 광을 발진한다. 여기서, 레이저 발진기(2)로는 Er：Y2O3, Er：ZBLAN, Er：YSGG, Er：GGG, Er：YLF, Er：YAG, Dy：ZBLAN, Ho：ZBLAN, CO, Cr：ZnSe, Cr：ZnS, Fe：ZnSe, FeZnS, 반도체 레이저의 중적외의 레이저 광 군 중에서 선택된 레이저 광으로서, 앞에서 설명한 것과 같이 파장이 2.7~5.5㎛인 레이저 광을 출사하는 것이면 좋다. 또, 여기에서는 연속 발진의 레이저 광을 출사한다.
광학계(3)는 복수의 반사 미러(6a, 6b, 6c) 및 집광렌즈(7)를 포함하고 있다. 집광렌즈(7)는 유리기판(G)의 표면 근방에 레이저 광을 집광시키도록 설정되어 있다.
테이블 이동기구(4)는 서로 직교하는 X 및 Y방향으로 워크 테이블(1)을 이동시키기 위한 기구이다. 이 테이블 이동기구(4)에 의해 집광점을 가공예정라인에 따라서 주사할 수 있다.
[유리기판의 가공방법]
이상의 레이저가공장치를 이용해서 유리기판(G)의 단면을 모따기하는 경우에는 이하의 공정에 의해 이루어진다.
먼저, 가공 대상인 유리기판(G)을 워크 테이블(1) 상의 소정 위치에 세트 한다. 다음에, 워크 테이블(1) 상의 유리기판(G)에 대해 앞에서 설명한 것과 같은 중적외 광의 레이저 광을 유리기판(G)의 표면 근방에 집광시켜 조사하고, 또한, 기판 단면을 따라서도 주사한다. 이때, 레이저 광의 집광점이 유리기판(G)의 단면에서부터 기판 안쪽(중앙)으로 향해서 10㎛ 이상 150㎛ 이하 떨어진 위치에 오도록 세트 한다.
이상과 같은 레이저 광의 조사 및 주사에 의해 유리기판의 단면 부분이 가열된다.
특히, 앞에서 설명한 것과 같은 파장의 중적외 광의 레이저 광을 조사함으로써 레이저 광은 유리기판의 내부까지 투과하면서 흡수된다. 따라서, 유리기판의 단면은 레이저 광의 조사 면인 표면(제 1 주면) 측만이 아니라, 기판 내부 및 이면(제 2 주면) 측의 전체에 걸쳐서 균일하게 가열된다. 따라서, 유리기판의 단면은 기판 두께의 중앙부가 바깥쪽으로 불룩해지도록 용융하며, 결과적으로 표면 측 및 이면 측의 에지가 모따기되게 된다.
[반사율 등과 파장]
도 2에 판 두께가 0.2㎜인 무 알칼리 유리(예를 들어 OA10(제품명：日本電氣硝子社 제))의 유리기판에 대한 레이저 광의 파장과 반사율, 투과율, 흡수율과의 관계를 나타내고 있다.
도 2로부터 명확한 것과 같이 판 두께 0.2㎜의 무 알칼리 유리에 대해서는 예를 들어 파장이 2.8㎛의 레이저 광에서는 투과율이 약 80%(흡수율이 약 20%)이며, 기판의 내부까지 레이저 광이 투과하면서 흡수된다. 그러므로 기판 단면의 표면 측에서부터 이면 측에 걸쳐서 거의 균일하게 가열되어서 기판 단면을 용융시켜서 모따기를 실시할 수 있다.
이상으로부터, 파장이 2.7㎛ 이상 5.5㎛ 이하의 레이저 광을 이용함으로써 많은 유리기판에 대해 단면의 모따기를 실시할 수 있을 것으로 미루어 짐작할 수 있다.
[실험 예]
유리기판에 앞에서 설명한 것과 같은 중적외 광의 레이저 광을 조사한 경우에 유리기판의 단면이 모따기되는 모습을 도 3 (a) 및 (b)에 나타내고 있다. 도 3 (a)는 레이저 광을 조사하기 전의 기판 단면의 현미경 사진이고, 도 3 (b)는 레이저 광을 조사한 가공 후의 단면도이다. 이 실험에서의 유리기판 및 레이저 조사 조건은 이하와 같다.
기판：무 알칼리 유리(OA10=제품명：日本電氣硝子社 제), 두께=0.2㎜　레이저 광：Er 파이버 레이저, 파장 2.8㎛, 출력 4W, 주사속도 3㎜/s, 연속발진 집광점：기판 단면에서 기판 안쪽으로 향해 30㎛의 위치에서 기판 표면 부근에 집광.
이 실험에서는 레이저 광을 도 3의 지면(紙面) 수직방향으로 주사하였다. 그 결과, 도 3 (b)에 나타내는 것과 같이 기판 단면은 용융되며, 두께방향의 중앙부분에서 표면 측 및 이면 측으로 둥그스름한 형상을 띤 모따기부가 형성되었다.
[특징]
(1) 중적외 광의 레이저 광을 유리기판의 단부 표면에 조사하는 것만으로 단면의 표면 측 및 이면 측의 모따기를 실시할 수 있다.
(2) 레이저 광의 집광점을 단면에서 안쪽으로 소정 거리만큼 띄어놓음으로써 단부의 균열이나 파열을 방지하여 모따기를 실시할 수 있다.
(3) 개구나 구멍을 갖는 유리기판에 대해서도 개구 내주 면이나 구멍 내주 면의 모따기를 용이하게 실시할 수 있다.
[다른 실시형태]
본 발명은 이상과 같은 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정이 가능하다.
상기 실시형태에서는 연속발진의 레이저 광을 이용하였으나, 반복 주파수가 1㎒ 이상의 의사(擬似) 연속발진의 레이저 광이나 10㎑ 이상의 펄스 레이저 광을 조사하도록 해도 좋다.
또, 레이저 광의 집광위치는 상기 실험 예의 위치에 한정되는 것은 아니며, 유리기판의 단면에서 안쪽으로 향해서 10㎛ 이상 150㎛ 이하만큼 떨어진 위치에 집광하도록 하면 좋다.
1 　워크 테이블
2 　레이저 발진기
3 　광학계
4 　테이블 이동기구
G 　유리기판

Claims (8)

  1. 유리기판에 레이저 광을 조사하여 기판 단면의 모따기를 실시하는 방법으로,
    유리기판의 단부에서의 제 1 주면 측에서 유리기판의 상기 제 1 주면 및 내부에서 흡수되는 중적외 광(中赤外光)의 레이저 광을 조사하는 제 1 공정과,
    상기 레이저 광을 유리기판의 단부에 따라서 주사하여 유리기판의 상기 제 1 주면 측 및 상기 제 1 주면과 역의 제 2 주면 측의 에지를 용융 모따기하는 제 2 공정을 구비하는 유리기판의 모따기방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광의 파장은 2.7㎛ 이상 5.5㎛ 이하인 유리기판의 모따기방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 공정에 있어서 상기 레이저 광은 유리기판의 단면에서 안쪽으로 소정 거리 떨어진 위치에 집광하도록 조사되는 유리기판의 모따기방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 공정에 있어서 상기 레이저 광은 유리기판의 단면으로부터 10㎛ 이상 150㎛ 이하 떨어진 위치에 집광하도록 조사되는 유리기판의 모따기방법.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 공정에서는 Er：Y2O3, Er：ZBLAN, Er：YSGG, Er：GGG, Er：YLF, Er：YAG, Dy：ZBLAN, Ho：ZBLAN, CO, Cr：ZnSe, Cr：ZnS, Fe：ZnSe, Fe：ZnS, 반도체 레이저의 중적외의 레이저 광 군 중에서 선택된 어느 하나의 레이저 광을 유리기판에 대해서 조사하는 유리기판의 모따기방법.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리기판은 레이저 광의 내부 흡수율이 5% 이상 90% 이하인 유리기판의 모따기방법.
  7. 유리기판에 레이저 광을 조사하여 기판 단면의 모따기를 실시하는 레이저가공장치로,
    유리기판이 올려 놓이는 워크 테이블과,
    유리기판의 제 1 주면 및 내부에서 흡수되는 중적외 광의 레이저 광을 발진하는 레이저 발진기와,
    상기 워크 테이블에 올려 놓인 유리기판의 상기 제 1 주면 측에서 상기 레이저 발진기로부터의 레이저 광을 조사하는 동시에 상기 레이저 광을 유리기판의 단부에 따라서 주사하여 유리기판의 상기 제 1 주면 측 및 상기 제 1 주면과 역의 제 2 주면 측의 에지를 용융하여 모따기하는 레이저 광 조사기구를 구비하는 레이저가공장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 레이저 발진기는 파장이 2.7㎛ 이상 5.5㎛ 이하의 중적외 광의 레이저 광을 발진하는 레이저가공장치.
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