KR20110106360A - Splitting apparatus and cleavage method for brittle material - Google Patents
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Abstract
레이저 광원으로서 범용성이 높은 CO2 레이저 광원을 사용할 수 있고, 할단속도를 대폭 증가시킴과 더불어, 할단면이 할단 예정선에 대하여 만곡하지 않고 곧은 직선 형상으로 풀 바디 할단시킬 수 있는 취성 재료의 분할 장치를 제공한다. 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따라 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(15)의 열을 상대적으로 이동시킨다. 제1 빔 조사 영역(13)은 제2 빔 조사 영역(14)에 대하여 할단 방향의 전방에 위치하고 있고, 제2 빔 조사 영역(14)은 할단 예정선을 따라 가늘고 긴 형상의 빔으로 하고, 냉각점(15)은 제2 빔 조사 영역(14)의 후단으로부터 소정 위치만큼 떨어진 위치에 배치된다.As a laser light source, a highly versatile CO 2 laser light source can be used, and the splitting device of brittle material that can significantly cut the cutting speed and cut the full body in a straight straight line without bending the cut surface with respect to the cut schedule line. To provide. The rows of the first beam irradiation region 13, the second beam irradiation region 14, and the cooling point 15 are relatively moved along the cutting schedule line 12 of the glass substrate 11. The first beam irradiation region 13 is located in front of the second beam irradiation region 14 in the cutting direction, and the second beam irradiation region 14 is a thin and long beam along the cutting schedule line, and cooled. The point 15 is disposed at a position separated by a predetermined position from the rear end of the second beam irradiation area 14.
Description
본 발명은 취성 재료, 특히 플랫 패널 디스플레이용 유리를 풀 바디 할단하는 취성 재료의 분할 장치 및 할단 방법에 관한 것이다. 이하, 취성 재료로서 유리를 예로 설명하는데, 본 발명은 유리 이외에도 석영, 세라믹, 반도체 등의 취성 재료에 일반적으로 적용이 가능하다.The present invention relates to a splitting apparatus and a cutting method of a brittle material for full-body cutting a brittle material, in particular a glass for a flat panel display. Hereinafter, although glass is mentioned as an example of a brittle material, this invention is generally applicable to brittle materials, such as quartz, a ceramic, a semiconductor, in addition to glass.
최근 유리 할단에 있어서, 과거 1세기에 걸쳐 사용되어 온 다이아몬드 칩에 의한 기계적 방법을 대신하여, 레이저 광 조사에 의한 열응력 스크라이브(scribe) 방법(이하 레이저 스크라이브로 약기한다)이 사용되게 되었다.In the recent glass cutting, a thermal stress scribe method (hereinafter abbreviated as laser scribe) by laser light irradiation has been used instead of the mechanical method by diamond chips which has been used for the past century.
레이저 스크라이브에 의하면, 기계적 방법의 고유한 결점, 즉 마이크로 크랙 발생에 의한 유리 강도의 저하, 할단 시의 컬리트(cullet) 발생에 의한 오염, 적용 판두께의 하한치의 존재 등을 일소할 수 있다.According to the laser scribe, it is possible to eliminate the inherent drawbacks of the mechanical method, namely, the decrease in the glass strength due to the generation of microcracks, the contamination due to the generation of cullets during cutting, the presence of the lower limit of the applied plate thickness, and the like.
레이저 스크라이브의 원리는 다음과 같다. 유리에 국소적으로 가열만이 발생하고, 기화, 용융이나 크랙이 발생하지 않을 정도의 레이저 광 조사를 행한다. 이 때 유리 가열부는 열팽창하고자 하지만 주변 유리로부터의 반작용을 만나 충분한 팽창이 불가능하여, 조사점을 중심으로 하여 압축 응력이 발생한다. 주변의 비가열 영역에서도, 가열부로부터의 팽창에 밀려서 더욱 주변에 대하여 왜곡이 발생하고, 그 결과 압축 응력이 발생한다. 이러한 압축 응력은 반경 방향의 것이다. 그런데, 물체에 압축 응력이 있는 경우에는, 그 직교 방향에는 포아송비(Poisson's ratio)가 관계된 인장 응력이 발생한다. 여기에서, 그 방향은 접선 방향이다. 이 모습을 도 9에 도시한다.The principle of the laser scribe is as follows. Only heating is locally generated on the glass, and laser light irradiation is performed so that vaporization, melting, and cracking do not occur. At this time, the glass heating part tries to thermally expand, but due to the reaction from the surrounding glass, sufficient expansion is impossible, and compressive stress occurs around the irradiation point. Even in the surrounding non-heating region, distortion is caused to the periphery further by being pushed by the expansion from the heating portion, and as a result, compressive stress occurs. This compressive stress is radial. By the way, when there is compressive stress in an object, the tensile stress which concerns on Poisson's ratio generate | occur | produces in the orthogonal direction. Here, the direction is a tangential direction. This state is shown in FIG.
도 9는, 원점에 중심을 둔 가우시안 분포의 온도 상승이 있는 경우의, 반경방향 응력성분(σx)과 접선방향 응력성분(σy)의 변화를 나타낸 것이다. 반경방향 응력성분(σx)은 종시(終始) 압축 응력(도 9에서는 마이너스값)이지만, 접선방향 응력성분(σy)은 가열 중심(거리 r=0)에서는 압축 응력이지만, 가열 중심으로부터 벗어나면 인장 응력(도 9에서 플러스값)으로 변화된다.Fig. 9 shows changes in the radial stress component σ x and the tangential stress component σ y when there is a temperature rise in the Gaussian distribution centered on the origin. The radial stress component (σ x ) is the longitudinal compressive stress (negative value in FIG. 9), but the tangential stress component (σ y ) is the compressive stress at the heating center (distance r = 0), but is out of the heating center. It is changed to the plane tensile stress (plus value in FIG. 9).
이들 응력 중, 할단에 관계되는 것은 인장 응력이다. 인장 응력이 재료 고유값인 파괴 인성치를 넘을 때에는, 파괴가 도처에 발생하여 제어 불능으로 된다. 레이저 할단 방법의 경우에는, 인장 응력을 이 파괴 인성치 이하로 선정해 두므로 파괴는 발생하지 않는다.Among these stresses, tensile stress is related to cutting. When the tensile stress exceeds the fracture toughness value that is the material intrinsic value, fracture occurs everywhere and becomes uncontrollable. In the case of the laser cutting method, since the tensile stress is selected below this fracture toughness value, fracture does not occur.
그런데, 인장 응력 존재 위치에 균열이 있는 경우에는 이 균열 선단에서는 응력 확대가 발생하고, 이 응력에 의한 응력 확대 계수가 재료의 파괴 인성치를 넘으면 균열이 확대된다. 즉, 제어된 할단이 생기게 된다. 따라서, 레이저 조사점을 주사함으로써, 균열을 연장시켜 갈 수 있다.By the way, when there exists a crack in the tensile stress presence position, a stress enlargement will generate | occur | produce in this crack tip, and a crack will expand when the stress intensity | strength coefficient by this stress exceeds the fracture toughness value of a material. That is, a controlled split is created. Therefore, the crack can be extended by scanning the laser irradiation point.
이 유리의 레이저 스크라이브 방법은 곤도라텐코씨에 의해 처음으로 개발되어, 특허문헌 1의 일본 특허가 성립되어 있다. 도 10(a)에 특허문헌 1에 의한 레이저 할단 방법의 원리를 나타낸다. 레이저 광으로는 CO2 레이저 광이 사용되고, CO2 레이저 광의 빔 스폿(1)에 있어서의 에너지의 99%는, 유리(2)의 깊이 3.7㎛의 유리 표면층에 있어서 흡수되고, 유리(2)의 전 두께에 걸쳐 투과하지 않는다. 이는, CO2 레이저 파장에 있어서의 유리의 흡수 계수가 현저하게 큰 것에 의한다. 레이저 스크라이브에 의한 깊이는 유리(2) 중의 열전도(4)에 의해 도움을 받아도, 통상 100㎛ 정도이다.The laser scribing method of this glass was developed for the first time by Gondola Tenco, and the Japanese patent of
유리(2)는 취성이 강하고, 이 스크라이브선에 맞춰서 응력을 인가함으로써 기계적으로 할단할 수 있다. 이 기계적 응력의 인가에 의해 전체 할단하는 프로세스를 브레이크로 칭한다. 즉, 레이저 스크라이브법을 채용할 경우에는, 유리를 분단하기 위해서 브레이크라고 하는 후 행정이 필수 불가결하고, 브레이크 공정이 필요하기 때문에 실용성이 한정되어서, 반드시 보급이 완전한 것은 아니었다.The
레이저 빔을 이용하여 유리를 완전히 분단한다고 하는 요망으로부터 생각하면, 레이저 스크라이브에는 브레이크라고 하는 후 공정이 부가되므로, 반드시 레이저 스크라이브만으로 충분한 것은 아니다. 여기에서 필요하다고 기대되는 것이 레이저 빔을 이용한 풀 바디 할단의 기술이다. 그러나, 특허문헌 1에 있어서는, 풀 바디 할단에는 후술하는 것과 같은 몇개의 결점이 있어서 레이저 스크라이브 기술의 쪽이 우수하다는 주장이 성립되고, 풀 바디 할단의 실효성에 부정적인 입장을 나타내고 있다.Considering the desire to completely separate the glass using a laser beam, a laser scribe is not always sufficient because a post-process called brake is added to the laser scribe. What is expected to be required here is the technique of full body splitting using a laser beam. However, in
레이저 스크라이브의 기술에 관한 다른 선행 문헌으로서, 특허문헌 2에 있어서는, 레이저 빔을 유리 기판 상에 조사하고, 유리 기판의 주사 방향을 따라 Y축 방향으로 길어진 타원형상의 레이저 스폿(LS1)과, X축 방향을 따라 길어진 타원형상의 레이저 스폿(LS2)을, 미리 설정된 소정의 거리만큼 떨어져 형성하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 발명의 목적도 풀 바디 할단을 목적으로 한것은 전혀 아니고, 어디까지나 안정된 레이저 스크라이브를 행하는 것을 목적으로 하고 있다.As another prior document regarding the technique of a laser scribe, in
이에 대하여, 도 10(b)에 나타내는 것과 같은 유리(2)에 투과하여 그 일부가 흡수되는 것과 같은 레이저 광(5)을 조사하면, 투과광이 유리(2)의 전체 판 두께에 대하여 할단(6)을 발생시키므로, 유리(2)는 이 공정만으로 할단이 가능하여 브레이크가 불필요해진다. 이 할단을, 레이저에 의한 풀 바디 할단으로 부른다.On the other hand, when irradiated with
풀 바디 할단의 채용에 의해, 상기한 레이저 할단 방법이 가지는 기술 특징에 추가하여, 브레이크가 불필요해지는, 자유 곡선 할단이 가능해지는 등의 풀 바디 할단 특유의 메리트가 생기고, 플랫 패널 제조 공정에 있어서 큰 개선을 할 수 있게 된다. 본원 출원인은, 이 풀 바디 할단 기술에 대하여 특허문헌 3, 4 등의 제안을 하고 있다.In addition to the technical features of the laser cutting method described above, the full body cutting results in a merit peculiar to the full body cutting, such that brakes are not required and free-cut cutting can be performed. You can make improvements. The applicant of this application proposes
특허문헌 1에 의한 할단은 풀 바디 할단이 아니므로 브레이크 공정이 필요하여 실용성이 한정되는 것은 앞에서 기술한 대로이다. 특허문헌 3, 4에 제안되어 있는 레이저에 의한 풀 바디 할단 기술에 있어서, 레이저 광원으로서 범용성이 높은 CO2 레이저 광을 이용한 경우는, 유리의 표면에서 대부분이 흡수되어버리므로 그대로 적용할 수는 없다. 또한, 풀 바디 할단 기술에는 특허문헌 1에서 지적되어 있는 바와 같이, 소위 사이즈 효과에 의해 할단 위치가 워크 단부로부터 떨어져 있으면 할단 속도가 현저하게 저하하고, 할단 위치가 유리의 단부에 가까우면 할단면이 구부러진다는 결점이 있다. 이 사이즈 효과에 의한 결점을 도 11에 의해 설명한다.Since the cutting according to
우선 유리의 풀 바디 할단의 제1의 결점인 저속성에 대해서 설명한다. 도 11(a)에 있어서, 유리판(2)을 폭(W1 및 W2)이 큰 상태에서 할단하는 경우를 생각한다. 할단선(7)을 따라 할단 방향(3)으로 레이저 광(5)을 주사하면, 유리판(2)에는 레이저 광 조사에 의한 가열에 의해 상기한 원리에 의해 인장력이 발생하고, 유리판(2)은 레이저 광(5)의 주사 궤적을 따라 할단되어 간다. 도 11(a)에서는 이 변형을 과장해서 나타내고 있고, 할단 후의 유리의 실제의 이동은 몇 미크론 정도이다.First, the low speed which is the 1st drawback of full-body cutting of glass is demonstrated. In FIG. 11A, the case where the
이 때, 할단선(7)의 양측에 있어서의 유리판(2)의 폭(W1 및 W2)이 크면, 레이저 광(5)의 주사 속도가 현저하게 저하해버린다. 우선 유리판(2)을 할단시키기 위해서 필요한 인장 응력(F0 및 F1)은 상기한 변형에 대한 저항력을 이기지 않으면 안된다. 이 저항력은 유리판(2)의 면적에 작용하여, 유리판(2)의 폭(W1 및 W2)이 큰 경우에는 현저하게 증대한다. 유리판(2)의 할단은 큰 저항력에 저항하여 행해지지 않으면 안되므로, 레이저 광(5)의 주사 속도를 작게 하여 레이저 광(5)에 의한 가열량을 상대적으로 크게 할 필요가 있다.At this time, when the widths W 1 and W 2 of the
이 결과, 레이저 광(5)의 주사 속도는 저속으로 하지 않을 수 없으므로, 할단 속도에는 자연히 한계가 있다. 이 경향은 할단선(7)의 위치와 유리판(2)의 단부의 거리가 클수록, 즉, 도 11(a)에 있어서의 할단 후의 유리판(2)의 폭(W1 및 W2)이 클수록 현저하다. 예를 들면, 할단 후의 유리판(2)의 폭(W1 및 W2)이 500㎜의 거리인 경우에는, 레이저 광(5)의 주사 속도를 10㎜/s 정도로 현저하게 작은 속도로 하지 않으면 풀 바디 할단할 수 없다.As a result, since the scanning speed of the
다음에, 취성 재료의 풀 바디 할단의 또 하나의 결점인 취성 재료의 할단면이 할단 예정 위치에 대하여 만곡하는 사실에 대해서 설명한다. 도 11(a)에서 설명한 바와 같이, 할단선(7)을 따라 할단 방향(3)으로 레이저 광(5)을 주사했을 때의 할단은 유리판(2)에 작용하는 인장 응력(F0 및 F1)에 의해 연면 방향으로 행해진다. 이 때 양측에 대한 상기한 저항력에 불균형이 있는 경우에는 할단면이 할단 예정선에 대하여 만곡하려는 힘이 작용한다. 이 양태를 도 11(b)에 도시한다. 도 11(b)에 있어서, 폭(W3)이 작은 경우에, 폭(W3)측의 저항력이 작으므로 크게 만곡하고, 할단 후의 할단면이 활형상으로 휘어져서 만곡해 버리는 것을 나타낸다. 이 경향은 할단 후의 유리판(2)의 폭(W1 및 W3)이 불균형, 특히 한쪽의 폭(W3)이 특히 작은 경우에 현저하다. 이 경우에도 상기한 것처럼, 워크의 변형은 실제의 몇미크론 정도인 것보다 현저하게 과장하여 나타내고 있다.Next, the fact that the cut surface of the brittle material, which is another drawback of the full body cut of the brittle material, is curved with respect to the predetermined cut position will be described. As described with reference to FIG. 11A, the splitting when the
본 발명은 이들 종래 기술의 과제를 해결하는 것으로, 레이저에 의한 열응력 할단이 가지는 고품질을 실현하면서, 할단 속도를 대폭 증가시킴과 더불어, 할단면이 할단 예정선에 대하여 만곡하지 않고 곧은 직선상으로 풀 바디 할단시킬 수 있는 취성 재료의 분할 장치 및 할단 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.The present invention solves the problems of the prior art, while realizing the high quality of the thermal stress cutting by the laser, while significantly increasing the cutting speed, the cutting surface is straight without a curve to the cutting line. It is an object of the present invention to provide a device for dividing a brittle material capable of full body cutting and a cutting method.
본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치는, 취성 재료에 상정된 할단 예정 선에 대하여, 그 할단 예정선 상에 형성된 초기 균열측으로부터 상기 할단 예정선을 따라 상기 취성 재료를 가열하고, 상기 할단 예정선을 따라 가열하는 위치를 상대적으로 이동시킴으로써 상기 취성 재료를 분할하는 취성 재료의 분할 장치로서, 상기 할단 예정선을 따라, 상기 취성 재료에 레이저 빔을 조사하여 가열 부분을 생성하는 레이저 빔 조사 수단과, 상기 할단 예정선을 따르는 이동 방향에 관해 상기 가열 부분의 후방의 위치에서 상기 취성 재료를 국소적으로 냉각하는 냉각 수단을 구비하고, 상기 레이저 빔 조사 수단은, 상기 가열 부분에, 상기 이동 방향의 전방에 위치하는 제1 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제1 빔 조사부와, 상기 가열 부분에, 상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 상기 이동 방향의 후방에 있어서 상기 할단 예정선을 따라 가늘고 긴 형상의 제2 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제2 빔 조사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The splitting apparatus of the brittle material according to the present invention heats the brittle material along the cut schedule line from the initial crack side formed on the cut schedule line, and the cut schedule line with respect to the cut schedule line assumed for the brittle material. An apparatus for dividing a brittle material by moving a position to be heated along a relatively, comprising: laser beam irradiation means for irradiating a laser beam to the brittle material along a cut line to generate a heated portion; And cooling means for locally cooling the brittle material at a position behind the heating portion with respect to the movement direction along the cut line, wherein the laser beam irradiation means is forward of the movement direction to the heating portion. A first beam irradiator that forms a first laser beam irradiated region located at and the first laser to the heated portion And a second beam irradiation part forming a second laser beam irradiation area having an elongated shape along the cutting line in the rear of the moving direction of the beam irradiation area.
본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 상기 제1 빔 조사부에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역에 부여하는 레이저 파워는, 상기 제2 빔 조사부에 의해 형성되는 제2 레이저 빔 조사 영역에 부여되는 레이저 파워보다도 큰 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 취성 재료를 분단하기 위해서 필요한 열 에너지를, 취성 재료에 대하여 효율적으로 부여할 수 있다.In the apparatus for dividing brittle material according to the present invention, the laser power applied to the first laser beam irradiation area formed by the first beam irradiation part is directed to the second laser beam irradiation area formed by the second beam irradiation part. It is preferable that it is larger than the laser power provided. According to this structure, the heat energy necessary for segmenting a brittle material can be provided efficiently with respect to a brittle material.
또한, 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 상기 제1 빔 조사부에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역의 레이저 파워 밀도는, 상기 제2 빔 조사부에 의해 형성되는 제2 레이저 빔 조사 영역의 레이저 파워 밀도보다도 낮은 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 취성 재료의 표면이 용융하지 않고, 취성 재료를 분단하기 위해서 필요한 열 에너지를 부여할 수 있다.Moreover, in the splitting apparatus of the brittle material which concerns on this invention, the laser power density of the 1st laser beam irradiation area | region formed by the said 1st beam irradiation part is the 2nd laser beam irradiation area | region formed by the said 2nd beam irradiation part. It is preferable that the laser power density is lower than. According to this structure, the surface energy of a brittle material does not melt but can provide the heat energy required in order to segment a brittle material.
또한, 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 상기 제1 빔 조사부에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역의 위치는, 상기 제2 레이저 빔 조사 영역의 후단으로부터 떨어진 위치를 상기 냉각 수단에 의해 국소적으로 냉각하여 형성되는 냉각 위치에 대하여, 상기 할단 예정선을 따르는 방향의 거리가 가변이어도 된다. 이 구성에 의하면, 취성 재료 내부의 열 확산의 경시 상태를 변화시킬 수 있다.Moreover, in the splitting apparatus of the brittle material which concerns on this invention, the position of the 1st laser beam irradiation area | region formed by the said 1st beam irradiation part is a position away from the rear end of the said 2nd laser beam irradiation area to the said cooling means. The distance in the direction along the above-mentioned cutting line may be variable with respect to the cooling position formed by cooling locally. According to this structure, the temporal state of the thermal diffusion inside the brittle material can be changed.
이 경우, 상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 위치와 상기 냉각 위치의 거리는, 상기 취성 재료의 할단 속도 및 두께의 적어도 한쪽에 의거하여 설정되어도 된다. 이 구성에 의하면, 제1 레이저 빔 조사 영역에서 가열된 취성 재료가 냉각 개시되기까지의 시간, 및/또는, 열확산에 의한 온도 전도가 취성 재료의 이면에 이르기까지의 시간을 조정 설정할 수 있다.In this case, the distance between the position of the first laser beam irradiation area and the cooling position may be set based on at least one of the cutting speed and the thickness of the brittle material. According to this structure, the time until the brittle material heated in the 1st laser beam irradiation area | region is started to cool, and / or the time until the temperature conduction by thermal diffusion to the back surface of a brittle material can be adjusted and set.
또한, 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 형상이 대략 원형이어도 된다. 이 구성에 의하면, 제1 빔 조사부로부터 조사된 레이저 광을 그대로 또는 빔 직경을 바꾸는것만으로 사용할 수 있다.Moreover, in the splitting apparatus of the brittle material which concerns on this invention, the shape of the said 1st laser beam irradiation area may be substantially circular. According to this structure, the laser beam irradiated from the 1st beam irradiation part can be used as it is or just changing the beam diameter.
또한, 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 형상이 대략 원형인 중앙부를 소정의 폭으로 분단한 형상이어도 된다. 이 구성에 의하면, 할단면의 직선성을 향상시킬 수 있다.Moreover, in the division | segmentation apparatus of the brittle material which concerns on this invention, the shape which divided | segmented the center part whose shape of the said 1st laser beam irradiation area | region is substantially circular into a predetermined width may be sufficient. According to this configuration, the linearity of the cut section can be improved.
이 경우, 상기 제1 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제1 레이저 빔은, 상기 제1 빔 조사부로부터의 레이저 광의 광로의 중앙부에 소정의 폭의 차폐물을 배치하여 생성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 매우 간단한 방법으로 제1의 레이저 빔의 조사 영역 형상을 대략 원형인 중앙부를 소정의 폭으로 분단한 형상으로 할 수 있다.In this case, the 1st laser beam which forms the said 1st laser beam irradiation area may be produced by arrange | positioning the shield of predetermined width in the center part of the optical path of the laser beam from the said 1st beam irradiation part. According to this structure, the irradiation area shape of the 1st laser beam can be made into the shape which divided | segmented the substantially circular center part by predetermined width in a very simple method.
또한, 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 상기 제2 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제2 레이저 빔은, 상기 제2 빔 조사부의 레이저 광원으로부터의 레이저 광을 회절 광학 소자 또는 평볼록 실린드리컬 렌즈에 통과시켜서 정형하여 생성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 매우 간단한 방법으로 제2의 레이저 빔의 조사 위치 형상을 비원형으로 할 수 있다.Moreover, in the splitting apparatus of the brittle material which concerns on this invention, the 2nd laser beam which forms the said 2nd laser beam irradiation area is a laser beam from the laser light source of the said 2nd beam irradiation part. It may be produced by passing through a lens to shaping. According to this structure, the irradiation position shape of the 2nd laser beam can be made non-circular by a very simple method.
또한, 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 취성 재료의 할단 예정선의 단부에 초기 균열을 형성하는 초기 균열 형성 수단을 더 구비하고, 상기 제1 빔 조사부 및 제2 빔 조사부를 상기 초기 균열의 위치로부터 상기 할단 예정선을 따라 이동시켜도 된다. 이 구성에 의하면, 취성 재료의 할단을 행하기 위한 균열 확대의 출발을 저역치로 행할 수 있다.In addition, the apparatus for dividing a brittle material according to the present invention, further comprising: initial crack forming means for forming an initial crack at an end portion of the split schedule line of the brittle material, wherein the first beam irradiating portion and the second beam irradiating portion are initially cracked. You may move along the said cutting | disconnection predetermined line from the position of. According to this configuration, the start of crack expansion for cutting the brittle material can be performed at a low threshold.
또한, 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치에 있어서, 상기 레이저 빔 조사 수단은, 상기 제1 빔 조사부에 50% 이상의 레이저 파워를 분배하고, 상기 제2 빔 조사부에 50% 미만의 레이저 파워를 분배하는, 빔 스플리터를 포함해도 된다. 이 구성에 의하면, 1대의 레이저 빔 장치로 충분하여, 비용을 저감할 수 있다.Moreover, in the splitting apparatus of the brittle material concerning this invention, the said laser beam irradiation means distribute | distributes 50% or more of laser power to a said 1st beam irradiation part, and distributes less than 50% of laser power to a said 2nd beam irradiation part. A beam splitter may be included. According to this structure, one laser beam apparatus is enough and cost can be reduced.
본 발명에 관련된 취성 재료의 할단 방법은, 취성 재료의 할단 예정선을 따라 가열하고, 상기 취성 재료와 상기 가열하는 위치를 상기 할단 예정선을 따라 상대적으로 이동시켜서 상기 취성 재료를 할단하는 취성 재료의 할단 방법으로서, 상기 할단 예정선 상의 취성 재료 단부에 초기 균열을 형성하고, 상기 초기 균열을 시점으로 하여 상기 취성 재료의 가열을 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔으로 행하고, 상기 제1의 레이저 빔은 상기 제2의 레이저 빔에 대하여 상기 할단 예정선을 따르는 이동 방향의 전방에 위치하는 빔이며, 상기 제2의 레이저 빔은 상기 할단 예정선을 따르는 가늘고 긴 형상의 빔이며, 상기 제2의 레이저 빔의 후단으로부터 소정위치만큼 떨어진 위치를 국소적으로 냉각하는 것을 특징으로 한다.The cutting method of the brittle material according to the present invention is a brittle material for heating the brittle material along the cutting schedule line of the brittle material, and moving the brittle material and the heating position relatively along the cutting schedule line to cut the brittle material. In the splitting method, an initial crack is formed at an end of a brittle material on the splitting schedule line, and heating of the brittle material is performed by a first laser beam and a second laser beam using the initial crack as a starting point. The laser beam is a beam located in the forward direction of the movement direction along the splitting line with respect to the second laser beam, and the second laser beam is an elongated beam along the splitting line, and the second And locally cool the position away from the rear end of the laser beam by a predetermined position.
본 발명에 있어서의 제1 및 제2 레이저 빔에는, 예를 들면, 일반적으로 표면 레이저 스크라이브에 사용되는 CO2 레이저를 사용할 수 있다. 제2 레이저 빔에 의한 취성 재료의 할단 시에 제1 레이저 빔에 의해 할단 예정 위치의 전방을 가열함으로써 제2 레이저 빔에 의한 열 에너지가 취성 재료의 두께 방향으로 효율적으로 열 전도하고, 그 후 소정 위치를 냉각함으로써 냉각 위치 직하에서 취성 재료의 이면에까지 달하는 균열이 발생한다. 따라서, 제1 빔 조사부, 제2 빔 조사부 및 냉각 수단을 취성 재료의 할단 예정 위치를 따라 상대적으로 이동시킴으로써, 제1 및 제2 레이저 빔에 의한 가열, 그에 연속되는 냉각에 의해 취성 재료를 할단 예정 위치를 따라 풀 바디 할단시킬 수 있다.As the first and second laser beams in the present invention, for example, a CO 2 laser generally used for a surface laser scribe can be used. When the brittle material is cut by the second laser beam, the first laser beam heats the front of the predetermined cut position so that the heat energy of the second laser beam is efficiently conducted thermally in the thickness direction of the brittle material, and then the predetermined By cooling the position, cracks that extend to the rear surface of the brittle material directly under the cooling position occur. Therefore, by moving the first beam irradiator, the second beam irradiator, and the cooling means relatively along the predetermined cutting position of the brittle material, the brittle material is to be cut by heating by the first and second laser beams, followed by cooling. The full body can be split along the position.
이와 같이 하여 본 발명에 의하면, 레이저에 의한 열응력 할단이 가지는 고품질을 실현하면서, 취성 재료의 풀 바디 할단 속도를 종래 기술에 비교하여 대폭 증가시킬 수 있다. 또한, 레이저에 의한 열 응력만으로 취성 재료를 가공 길이의 거의 전체 길이에 걸쳐 분리시킬 수 있으므로, 브레이크 공정에 따른 컬리트 발생을 대폭 억제할 수 있다. 또한, 할단면이 할단 예정선에 대하여 만곡하지 않고 곧은 직선상으로 할단시킬 수 있다.In this manner, according to the present invention, the full-body cutting speed of the brittle material can be significantly increased as compared with the prior art while realizing the high quality of the thermal stress cutting by the laser. In addition, the brittle material can be separated over almost the entire length of the processing length only by the thermal stress caused by the laser, so that the generation of collites due to the brake process can be significantly suppressed. Further, the cut section can be cut in a straight line without being curved with respect to the cut schedule line.
도 1은 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 원리를 설명하기 위한 레이저 빔의 위치 관계 및 온도 특성을 나타내는 개념도로, (a)는 제1의 레이저 빔의 조사 위치, 제2의 레이저 빔의 조사 위치 및 냉각 위치의 상호 위치 관계를 나타내는 개념적 평면도, (b)는 도 1(a)에 있어서의 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔에 의한 가열을 유리 기판 표면에 있어서 중첩했을 때의 온도 프로파일을 나타내는 도면, (c)는 도 1(a)에 있어서의 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔의 위치 어긋남에 의한 현상을 설명하는 개념적 평면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 원리를 설명하기 위한 주요부의 개념적 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 실시예 1에 있어서의 할단 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 원리를 상세하게 설명하기 위한 주요부의 단면 개념도로, (a)는 횡단면 개념도, (b)는 도 4(a)의 A―A’선 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법에 의해 할단된 유리 기판의 할단면을 설명하는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 실시예 2에 있어서의 할단 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 실시예 2에 있어서의 레이저 빔의 위치 관계 및 온도 특성을 나타내는 개념도로, (a)는 제1의 레이저 빔의 조사 위치, 제2의 레이저 빔의 조사 위치 및 냉각 위치의 상호 위치 관계를 나타내는 개념적 평면도, (b)는 도 7(a)에 있어서의 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔에 의한 가열을 유리 기판 표면에 있어서 중첩했을 때의 온도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 실시예에 있어서의, 두께 0.7㎜의 논 알칼리 유리의 편면에 초기 열량을 가한 경우에, 유리 내부의 온도 변화의 모습을 경시적으로 플롯한 온도 분포 그래프이다.
도 9는 레이저 할단 방법의 열응력 발생 원리를 설명하기 위한, 원점에 중심을 둔 가우시안 분포의 온도 상승이 있는 경우에 있어서의 반경방향 응력성분(σx)과 접선방향 응력성분(σy)의 변화를 나타내는 특성도이다.
도 10은 종래의 유리의 레이저 할단 방법을 설명하는 개념적 사시도로, (a)는 표면 스크라이브, (b)는 풀 컷인 경우의 모식도이다.
도 11은 종래의 유리의 레이저 할단 방법에 있어서의 사이즈 효과를 설명하는 개념적 사시도로, (a)는 유리판의 양측의 할단폭이 큰 경우, (b)는 유리판의 편측의 할단폭이 작은 경우를 나타내는 도면이다.
도 12는 두께 0.7mmt의 논 알칼리 유리를 사용한, 풀 바디 할단의 가공 실험 결과를 나타내는 도면이다.1 is a conceptual diagram showing the positional relationship and temperature characteristics of a laser beam for explaining the principle of the method of cutting brittle material according to the present invention, (a) is the irradiation position of the first laser beam, the second laser beam The conceptual plan view which shows the mutual positional relationship of an irradiation position and a cooling position, (b) is when the heating by the 1st laser beam and 2nd laser beam in FIG. 1 (a) superimposed on the glass substrate surface. The figure which shows a temperature profile, (c) is a conceptual top view explaining the phenomenon by the position shift of the 1st laser beam and the 2nd laser beam in FIG. 1 (a).
2 is a conceptual perspective view of an essential part for explaining the principle of the cutting method of brittle material according to the present invention.
It is a conceptual diagram which shows the structure of the cutting device in Example 1 of the cutting method of the brittle material which concerns on this invention.
4 is a cross-sectional conceptual view of a main part for explaining in detail the principle of the brittle material cutting method according to the present invention, (a) is a cross-sectional conceptual view, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. .
It is a perspective view explaining the cut surface of the glass substrate cut | disconnected by the cutting method of the brittle material which concerns on this invention.
It is a conceptual diagram which shows the structure of the cutting device in Example 2 of the cutting method of the brittle material which concerns on this invention.
Fig. 7 is a conceptual diagram showing the positional relationship and temperature characteristics of the laser beam in the second embodiment of the method for cutting brittle materials according to the present invention, (a) is the irradiation position of the first laser beam and the second laser beam. The conceptual plan view which shows the mutual positional relationship of the irradiation position and cooling position of (b), when the heating by the 1st laser beam and the 2nd laser beam in FIG.7 (a) superposed on the glass substrate surface It is a figure which shows the temperature profile.
8 is a temperature plotting the state of the temperature change inside the glass over time when an initial heat amount is applied to one side of the non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm in the embodiment of the method for cutting brittle materials according to the present invention. It is a distribution graph.
Fig. 9 illustrates the radial stress component (σ x ) and the tangential stress component (σ y ) in the case where there is a temperature rise of a Gaussian distribution centered on the origin for explaining the thermal stress generation principle of the laser cutting method. A characteristic diagram showing a change.
It is a conceptual perspective view explaining the laser cutting method of the conventional glass, (a) is a surface scribe, (b) is a schematic diagram at the time of a full cut.
Fig. 11 is a conceptual perspective view illustrating the size effect in the conventional laser cutting method of glass. (A) shows a case where the split widths on both sides of the glass plate are large, and (b) shows a case where the split width on one side of the glass plate is small. It is a figure which shows.
It is a figure which shows the processing test result of the full body cutting using the non-alkali glass of thickness 0.7mmt.
이하, 도면과 함께 본 발명의 원리 및 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서는 취성 재료로서 유리 기판을 예로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the principle and embodiment of this invention are demonstrated in detail with drawing. In the following description, a glass substrate is demonstrated as an example as a brittle material.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태인 유리 기판 풀 컷 장치의 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 유리 기판(11)은 가동식 테이블(32) 상에 재치되고, 가동식 테이블(32)은 X―Y 구동 장치에 의해 X―Y 평면에 있어서 이동한다. 도면에 있어서는, 유리의 이동 방향인 Y축 구동용의 서보 모터(33)와 샤프트축만이 나타나 있고, X축 구동계는 도시가 생략되어 있다.FIG. 3: shows typically the structure of the glass substrate full cut apparatus which is one Embodiment of this invention. The
유리를 가열하기 위한 레이저 발진기는, 본 실시 형태에 있어서는 CO2 레이저(21)와 CO2 레이저(25)의 2대가 이용되고 있다. CO2 레이저(21)로부터 출사되는 레이저 빔(22)은, 반사경(23)에 의해 연직 하방으로 반사되고, 집광 렌즈(24)를 통해서 소정의 빔 직경이 되도록 정형된다. 또한, 집광 렌즈(24)를 통과한 빔은, 그대로 유리 기판(11)의 표면에 조사되는데, 경우에 따라서는, 빔 감쇠부로서의 빔 차폐물(35)(도 6 참조)을 빔 전송 경로 상에 배치함으로써 빔의 형상을 부분적으로 변형시키는 것도 행해진다. 어쨌든, 레이저 빔(22)에 의해, 유리 기판(11) 상에 제1 레이저 빔에 의한 제1 빔 조사 영역이 형성된다. 유리 기판(11) 상에 있어서의 제1 빔 조사 영역이 어느 위치에 형성되는지는, 반사경(23)의 반사 각도를 움직여 위치 조정된다. 도 3에 있어서는, 반사경(23)의 반사 각도가 90°가까이 설정되어 있는데, 동 각도를 약 80°부터 110°까지 움직여, 동시에 집광 렌즈(24)의 위치를 얼라이먼트함으로써 제1 빔 조사 영역의 위치 조정이 행해진다. 혹은, 반사경(23)과 집광 렌즈(24)의 상대 위치를 고정하는 1개의 유닛을 조합하고, 그 유닛을 레이저 빔(22)의 광축 방향을 따라 수평으로 이동함에 의해서도 제1 빔 조사 영역의 위치 조정이 가능해진다.In the present embodiment, two laser oscillators for heating the glass are used, a CO 2 laser 21 and a CO 2 laser 25. The
CO2 레이저(25)로부터 출사되는 레이저 빔(26)은, 빔 익스팬더(expander)(27)를 경유하여, 반사경(28)에 의해 연직 하방으로 반사된다. 빔 직경 φ4㎜의 레이저 빔(26)이, 빔 익스팬더(27)를 통과함으로써, 빔 직경이 약 4배로 확대되어, φ16㎜의 빔으로 된다. 확대된 빔은, 회절 광학 소자(29)를 통과함으로써, 가늘고 긴 빔으로 정형되고, 유리 기판(11) 상에서 제2의 레이저 빔에 의한 제2 빔 조사 영역을 형성한다.The
제2의 레이저 빔에 의한 제2 빔 조사 영역의 후방에는, 냉각 장치(30)가 설치된다. 냉각 장치(30)로는, 2통관식의 냉각 노즐을 사용하고, 내측 원통관으로부터 물을, 외측 원통관으로부터 공기를 분사시킨다. 물과 공기의 혼합 매체가 유리를 향해서 분사됨으로써, 유리 기판(11) 상에 냉각점이 형성된다. 제1의 레이저 빔의 전방에는, 초기 균열 형성 장치(31)가 설치된다. 초기 균열 형성 장치(31)는, 하단부에 다이아몬드 컷터를 구비하고, 그 다이아몬드 컷터를 상하로 움직이는 승강 기구를 가지고 있다. 승강 기구와 Y축 구동용의 서보 모터(33)의 연동에 의해, 유리 기판(11)의 단부에 초기 균열을 형성할 수 있다.The
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 2대의 CO2 레이저를 사용하고 있는데, 1대의 CO2 레이저만을 사용하여, 빔 전송 경로 상에 빔 스플리터를 배치하고, 2경로로 나뉘는 빔 전송을 행해도 된다. 이 경우에, 빔 스플리터에 의한 에너지의 분배율은, 전방을 조사하는 제1의 레이저 빔측에 50% 이상의 에너지를 분배하고, 후방을 조사하는 제2의 레이저 빔측에는 50% 미만의 에너지가 분배되도록 한 쪽이 바람직하다.Furthermore, in, and were using two CO 2 laser, with only one CO 2 laser may be performed for the beam split by the beam transmitted onto the transmission path arrangement of a beam splitter, and the second path in the present embodiment. In this case, the distribution ratio of energy by the beam splitter is such that energy of 50% or more is distributed to the first laser beam side irradiating the front side, and energy of less than 50% is distributed to the second laser beam side irradiating the rear side. Is preferred.
도 1(a)는 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 원리를 설명하기 위한 유리 기판 표면에 있어서의 제1의 레이저 빔의 조사 위치, 제2의 레이저 빔의 조사 위치 및 냉각 위치의 상호 위치 관계를 나타내는 개념적 평면도, 도 1(b)는 도 1(a)에 있어서의 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔에 의한 가열을 유리 기판 표면에 있어서 중첩했을 때의 온도 프로파일을 나타내는 도면, 도 1(c)는 도 1(a)에 있어서의 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔의 위치 어긋남에 의한 현상을 설명하는 개념적 평면도이다. 도 2는 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 원리를 설명하기 위한 주요부의 개념적 사시도이다.Fig.1 (a) is a mutual position of the irradiation position of a 1st laser beam, the irradiation position of a 2nd laser beam, and a cooling position on the glass substrate surface for demonstrating the principle of the cutting method of brittle material by this invention. A conceptual plan view showing the relationship, FIG. 1 (b) is a diagram showing a temperature profile when the heating by the first laser beam and the second laser beam in FIG. 1 (a) is superimposed on the glass substrate surface, FIG.1 (c) is a conceptual top view explaining the phenomenon by the position shift of the 1st laser beam and the 2nd laser beam in FIG. 1 (a). 2 is a conceptual perspective view of an essential part for explaining the principle of the cutting method of brittle material according to the present invention.
본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 기본 원리는, 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따라, 할단의 전방으로부터 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(또는 냉각 위치)(15)을 순서대로 배치하는 것이다.The basic principle of the cutting method of the brittle material according to the present invention is, as shown in Fig. 1 (a), along the
도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 빔 조사 영역(13)은 CO2 레이저(21)로부터의 레이저 빔(22)을 반사경(23)에서 소정 방향으로 반사시키고, 집광 렌즈(24)를 통하여 소정의 빔 직경으로 조정하여 생성하고, 그 단면 형상은 원형 또는 타원형이며, 본 명세서 및 특허청구의 범위를 통해서 이들을 대략 원형으로 총칭한다. 제1 빔 조사 영역(13)은 유리 기판(11)에 국소적으로 가열만이 발생하고, 용융이나 크랙이 발생하지 않을 정도의 강도의 레이저 빔이다.As shown in FIG. 3, the first
제2 빔 조사 영역(14)은 제1 빔 조사 영역(13)의 후방에 위치하고, 그 단면 형상은 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따르는 방향으로 가늘고 긴 형상으로 정형된다. 즉, 제2 빔 조사 영역(14)은 도 1(a)에 도시하는 바와 같이 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따르는 방향의 길이(a)가 그 직각 방향인 폭방향의 길이(b)보다도 긴 비원형의 빔이다. 가늘고 긴 비원형의 빔에 있어서의 할단 예정선(12)을 따르는 길이 방향의 길이(a)의 폭방향의 길이(b)에 대한 비(a/b)는 26∼30정도인 것이 바람직하다.The 2nd beam irradiation area |
이러한 가늘고 긴 비원형의 빔은, CO2 레이저(25)로부터의 레이저 빔(26)을 빔 익스펜더(27)로 소정 배율의 직경으로 확대하고, 반사경(28)에서 소정 방향으로 반사시킨 후, 회절 광학 소자 또는 평볼록 실린드리컬 렌즈와 같은 빔 정형 수단(29)에 통과시켜 정형함으로써 생성된다. 제2 빔 조사 영역(14)도 유리 기판(11)에 국소적으로 가열만이 발생하고, 용융이나 크랙이 발생하지 않을 정도의 강도의 레이저 빔이다.Such an elongate non-circular beam expands the
다음에 동작을 설명한다. 도 2에 있어서, 우선, 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)의 단부에 초기 균열 형성 장치(31)에 의해 초기 균열(16)을 형성한다. 이 초기 균열(16)이 유리 기판(11)의 할단의 출발 위치이다. 다음에, 테이블(32) 상에 재치된 유리 기판(11)을 Y축 구동용의 서보 모터(33)에 의해 Y방향으로 이동시키고, 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)의 출발 위치에 상당하는 초기 균열(16)의 방향으로부터 유리의 가열을 개시한다. 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(15)의 열 방향은 일직선 상에 나란히 배치되어 있으므로, 할단 예정선(12)의 방향에 일치하여 이동 가능하게 되어 있다. 이 때, 도 1(c)와 같이, 조정 부족에 의해, 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)에 대하여 제1 빔 조사 영역(13)의 중심 위치와 제2 빔 조사 영역(14)의 중심 위치가 미소값Δd만큼 어긋나 있으면, 분할된 유리 단면의 면 품질이 열화하므로, 제1 빔 조사 영역(13)의 중심 위치와 제2 빔 조사 영역(14)의 중심 위치가 할단 예정선(12)에 대하여 어긋나지 않도록 정확하게 위치 조정되는 것이 필요하다.Next, the operation will be described. In FIG. 2, the
다음에, 유리 기판(11)에 형성된 초기 균열(16)의 위치와 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(15)의 열 방향이 일치한 상태로부터 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔을 조사시키면서 냉각 장치(30)로부터 냉매를 분사시켜, 테이블(32) 상에 재치된 유리 기판(11)을 서보 모터(33)에 의해 Y방향으로 이동시키면, 테이블(32) 상에 재치된 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따라 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉매에 의한 냉각점(15)의 열이 상대적으로 이동하여 할단 작용이 개시된다.Next, from the state where the position of the
본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 기본 원리는, 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따라, 할단의 전방으로부터 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(15)을 순서대로 배치하는 것이다. 제1 빔 조사 영역(13)은 유리 기판(11)의 할단의 최전부를 예열하고, 그 위치를 후속하는 제2 빔 조사 영역(14)에 의해 가열하여 할단 개시 직전의 상태로 한다. 도 1(b)는 이 때의 유리 기판(11) 표면에 있어서의 온도 프로파일이다. 즉, 제1 빔 조사 영역(13)에 의한 온도 프로파일(131)에 제2 빔 조사 영역(14)에 의한 온도 프로파일(141)이 중첩하고, 유리 기판(11)의 표면에 있어서의 제2 빔 조사 영역(14)이 조사된 위치가 할단 개시 직전의 고온으로 가열된다. 이 가열에 의한 열은 유리 기판(11)의 두께 방향으로 열전도한다.The basic principle of the cutting method of the brittle material according to the present invention is, as shown in Fig. 1 (a), along the
대략 원형의 제1 빔 조사 영역(13)에서 예열되고, 가늘고 긴 제2 빔 조사 영역(14)에서 가열된 상태의 유리 기판(11)에 냉각 장치(30)로부터 냉매가 분사되면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 냉각점 직하에서 초기 균열(16)로부터 확대된 균열이 유리 기판(11)의 깊이 방향으로 진행하고, 그 균열이 유리 기판(11)과 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(15)의 열의 Y방향으로의 상대 이동에 따라서 또한 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따라 진행된다. 이 결과, 유리 기판(11)의 전체 판 두께에 걸쳐서 할단면(17)이 발생한다.When a coolant is injected from the cooling
이 모습을 도 4에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는 도 2에 있어서의 본 발명에 의한 취성 재료의 할단 방법의 원리를 상세하게 설명하기 위한 주요부의 단면 개념도로, (a)는 횡단면 개념도, (b)는 도 4(a)의 A―A’선 단면도이다.This state will be described in more detail with reference to FIG. 4. 4 is a cross-sectional conceptual view of a main part for explaining in detail the principle of the method of cutting brittle materials according to the present invention in FIG. 2, (a) is a cross-sectional conceptual view, and (b) is A- in FIG. A 'cross section.
제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(15)의 열(列)을 유리 기판(11)에 대하여 Y방향으로 주사시키면, 유리 기판(11)은 우선 제1 빔 조사 영역(13)에서 가열되고, 그 가열에 의한 열은 Y방향으로의 주사에 따라서 유리 기판(11)의 이면 방향으로 열전도하여 유리 기판(11) 내에 가열 영역(130)이 형성된다. 다음에, 유리 기판(11)은 제2 빔 조사 영역(14)에서 가열되고, 그 가열에 의한 열은 Y방향으로의 주사에 따라서 유리 기판(11)의 이면 방향으로 열전도하여 유리 기판(11) 내에 가열 영역(140)이 형성된다. 제2 빔 조사 영역(14)의 후부에 있어서의 냉각점(15)에 의한 냉각은 마찬가지로 유리 기판(11)의 Y방향으로의 주사에 따라서 유리 기판(11)의 이면 방향으로 열전도하여 유리 기판(11) 내에 냉각 영역(150)이 형성된다.When the rows of the first
이 결과, 냉각점(15)의 직하(直下)에 있어서의 유리 기판(11)의 열 분포는 도 4(b)와 같이 되고, 유리 기판(11)은 제1 빔 조사 영역(13)에 의해 이면 부근까지 가열되어 있는 가열 영역(130)과 그에 연속되는 제2 빔 조사 영역(14)에 의해 가열되어 있는 가열 영역(140)에 대하여 냉각점(15)에 의한 냉각이 작용하고, 냉각점 직하에서 균열이 유리 기판(11)의 깊이 방향으로 진행하고, 유리 기판(11)의 이면에까지 도달하여 전체 판두께 방향에 걸쳐서 할단된다. 이 현상이 유리 기판(11)의 Y방향으로의 주사에 따라서 유리 기판(11)의 할단 예정선(12)을 따라 진행되고, 할단 예정선(12)을 따라 유리 기판(11)의 이면에까지 도달한 할단이 진행된다.As a result, the heat distribution of the
도 8은, 유리의 두께 방향에 대한 온도 분포를 나타낸 그래프이다. 전술의 도 4(a)를 이용한 설명에 있어서는, 유리의 두께 방향으로의 열 전파의 모습에 대해서, 유리의 표면으로부터 이면을 향하고, 열이 일차 함수적으로 일정한 속도로 단순하게 전파하는 것으로 설명했다. 그러나, 유리 내부의 열의 전파는, 실제로는, 열 확산 방정식에 의거하여 계산되어야 하므로, 동 방정식을 논 알칼리 유리에 적용하여 계산한 결과를 하나 예시한다.8 is a graph showing temperature distribution in the thickness direction of glass. In the above description using FIG. 4 (a), the state of heat propagation in the thickness direction of the glass was described as being simply propagated from the surface of the glass to the back surface at a constant speed in a linearly functional manner. . However, since the propagation of heat inside the glass should be actually calculated based on the heat diffusion equation, it illustrates one result obtained by applying the equation to non-alkali glass.
도 8의 그래프는, 두께 0.7㎜이고, 무한대의 크기의 논 알칼리 유리의 편면에 20J/㎠의 균일한 열 분포를 가한것으로 상정한 경우에, 두께 방향의 온도 분포가 어떻게 변화되는지를 계산하고, 그 결과를 그래프로 한 것이다. 그래프의 가로축은 열 전파의 깊이, 즉 유리의 두께(㎜)를 나타내고, 세로축은 온도 상승, 즉 유리가 초기 상태로부터 어느 만큼 온도가 상승하는지를 나타내고 있다. 그래프 내에 복수의 곡선이 기재되어 있는 것은, 초기 가열된 후의 경과 시간을 파라미터로서 상태 변화시켜, 복수의 그래프를 겹쳐서 표시하고 있기 때문이다.The graph of FIG. 8 calculates how the temperature distribution in the thickness direction changes when assuming that a uniform heat distribution of 20 J /
유리의 편면에 20J/㎠의 열량을 초기적으로 가하는것만으로, 가열된 유리면은 순간적으로 400℃를 넘는데, 그 후 급격하게 유리의 표면 온도는 저하한다. 가열면측이 온도 저하함과 동시에, 가열이 없는 이면측에는 표면으로부터의 열이 전해지므로 온도 상승이 일어나, 100℃를 조금 넘는 정도로 된다. 경과 시간의 파라미터는, 1.0초까지의 시간 중에서 10개를 샘플링하여 계산되어 있고, 경과 시간이 짧은 쪽부터, T1=30msec, T2=40msec, T3=50msec, T4=75msec, T5=100msec, T6=200msec, T7=300msec, T8=400msec, T9=700msec, T10=1000msec이다. 이 그래프로부터 알 수 있는 것은, T1 즉 30msec 후에는, 두께 0.7㎜의 유리의 표면과 이면에서 400℃의 큰 온도차가 있지만, T6 즉 200msec후에는 온도차 50℃ 정도로 완화되는 것이다. 또한, T7 즉 300msec 후에는 온도차 30℃약으로 되고, 표면과 이면은 대강 같은 온도로 되어 있다고 할 수 있다.Only by initially applying a heat amount of 20 J /
CO2 레이저를 이용한 본 실시 형태에 있어서는, 진행 방향의 전방에 조사되는 제1의 레이저 빔에 의해 공급되는 열 에너지가 유리의 이면까지 전파함으로써, 풀 바디 할단을 하기 위한 에너지원으로서 활용되는 것에 특징이 있다. 그러한 풀 바디 할단이 행해지기 위해서는, 유리 표면에서 흡수된 열 에너지가, 어느정도 유리 내에서 균등하게 열 확산하는 것이 필요하다. 그러면, 할단 예정선을 따라, 냉각점과 제1의 레이저 빔의 조사 영역의 사이에, 어느 정도의 거리(L)를 설정할지가 하나의 중요 항목이 된다. 여기에서, 유리의 이동 속도를 V로 하고, 제1의 레이저 빔에 의해 조사된 유리 표면이 냉각점 아래까지 이동하는데 걸리는 이동 시간을 τ로 하면, L=V·τ의 관계가 성립한다. 전술한 바와 같이, 유리의 표면과 이면의 온도가 대강 같아지는데는, 200부터 300msec의 시간이 필요하다. 즉, 유리의 이동 속도가 180mm/s이면, 200msec의 경과 시간에는 36㎜, 그리고 300msec의 경과 시간에는 54㎜의 거리를 이동한다. 따라서, 냉각점과 제1의 레이저 빔의 조사 영역의 사이의 거리(L)는, 적어도 36㎜, 바람직하게는 54㎜ 이상의 거리를 설정할 필요가 있다.In this embodiment using a CO 2 laser, the heat energy supplied by the first laser beam irradiated to the front of the advancing direction propagates to the back surface of the glass, thereby being utilized as an energy source for full body cutting. There is this. In order to perform such full-body cutting, it is necessary for the heat energy absorbed at the glass surface to thermally spread to some extent in the glass. Then, one important item is how much distance L is to be set between the cooling point and the irradiation area of the first laser beam along the cutting schedule line. Here, if the moving speed of glass is set to V and the moving time taken for the glass surface irradiated by the first laser beam to move below the cooling point is τ, the relationship of L = V · τ is established. As mentioned above, in order for the temperature of the glass surface and the back surface to become substantially the same, time of 200 to 300 msec is required. That is, if the moving speed of glass is 180 mm / s, the distance of 36 mm in the elapsed time of 200 msec and 54 mm in the elapsed time of 300 msec will be moved. Therefore, the distance L between the cooling point and the irradiation area of the first laser beam needs to set a distance of at least 36 mm, preferably 54 mm or more.
이와 같이, 냉각점과 제1의 레이저 빔의 조사 영역의 사이에 어느 정도의 거리(L)를 설정하면 되는지는, 유리의 이동 속도나 유리의 두께에 의존하고 있다. 더욱 상세하게는, 유리 내부의 열확산 속도에 관계되는 물리 정수, 즉, 유리의 열전도율, 비열, 밀도에도 관계된다. 또한, 유리의 이면에 있어서의 경계 조건에도 관계된다. 즉, 유리의 이면이 금속 테이블에 밀착하는 수단으로 고정되어 있는지, 그렇지 않으면 공기 중에 뜨게 하는 수단으로 고정되어 있는지에도 영향을 받는다.Thus, how much distance L should be set between a cooling point and the irradiation area of a 1st laser beam depends on the movement speed of glass and the thickness of glass. More specifically, it also relates to the physical constants related to the thermal diffusion rate inside the glass, that is, the thermal conductivity, specific heat, and density of the glass. Moreover, it also relates to the boundary conditions in the back surface of glass. In other words, it is also affected whether the back surface of the glass is fixed by means of close contact with the metal table or by means of floating in air.
본 실시 형태에 있어서는, 냉각점 직하에서 초기 균열(16)로부터 확대된 균열은 본질적으로 유리 기판(11)의 깊이 방향으로 진행되므로, 유리 기판(11)의 연면 방향에 작용하는 인장 응력에 불균형이 생기지 않고, 할단면(17)이 할단 예정선(12)에 대하여 만곡하지 않는다. 또한, 레이저에 의한 열응력만으로 균열을 진행시켜서 형성되는 할단면(17)에는 마이크로 크랙 발생이 없고, 분단후의 유리 기판(11)의 기계 강도도 높다.In the present embodiment, since the crack enlarged from the
초기 균열(16)과는 반대측의 할단 예정선(12) 상의 단부에 있어서는, 유리를 풀 바디 할단하는데 충분한 인장 응력이 상실되어 버리기 때문에, 풀 바디의 할단면이 반대측의 단부에 근접하면 할단(17)은 정지한다. 이 때, 도 5에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(15)의 단부에 할단면(17)이 발생하지 않는 영역(18)이 남는다. 이 영역(18)에는 할단면(17)은 생기지 않지만, 표면에는 스크라이브 홈(19)이 형성된다. 따라서, 필요하면 간단한 브레이크 수단을 이용함으로써 유리를 완전히 분단할 수 있다. 이 경우, 유리 기판(11)은 가공 길이의 거의 전 길이에 걸쳐 이미 풀 바디 할단되어 있으므로, 브레이크 공정에 따른 컬리트 발생을 대폭 억제할 수 있다.At the end portion on the cut scheduled
실시예 1Example 1
도 3에 도시하는 유리 분단 장치에 있어서, 제1 빔 조사 영역(13)에서는, 출력 165W의 CO2 레이저(21)로부터의 레이저 빔(22)을 반사경(23)에서 연직 하방으로 반사시켜, 집광 렌즈(24)를 통해서 집광했다. 그 결과, 유리 기판(11) 상에는, 빔 직경 15㎜의 가우시안 분포에 가까운 원형 빔 조사 영역이 형성된다. 제2 빔 조사 영역(14)에서는, CO2 레이저(25)로부터 출력 98W, 빔 직경 4㎜의 레이저 빔(26)을 이용했다. 그 레이저 빔(26)은, 빔 익스팬더(27)를 경유함으로써, 빔 직경 16㎜로 확대되고, 다시 반사경(28)에 의해 연직 하방으로 전송된다. 빔 직경 16㎜의 레이저 빔이 회절 광학 소자(29)를 통과하면, 유리 기판(11) 상에 있어서, 길이(a)가 26㎜, 폭(b)이 1㎜인 가늘고 긴 빔이 형성된다.In the glass dividing apparatus shown in FIG. 3, in the first
이와 같이, 제1 빔 조사 영역(13)에는 제1의 레이저 빔에 의해 165W가 부여되고, 제2 빔 조사 영역(14)에는 제2의 레이저 빔에 의해 98W가 부여된다. 즉, 유리 기판(11) 상에 있어서 빔 전송의 손실을 고려해도, 제1 빔 조사 영역(13)에 부여되는 열 에너지는 제2 빔 조사 영역(14)에 부여되는 열 에너지보다도 크게 설정된다.In this manner, 165 W is applied to the first
또한, 레이저 파워 밀도에 관해서, 제1 레이저 조사 영역(13)의 레이저 파워 밀도는 0.93W/㎟이며, 제2 레이저 조사 영역(13)의 레이저 파워 밀도는 3.77W/㎟이다. 즉, 제1 빔 조사 영역(13)의 레이저 파워 밀도는 제2 레이저 조사 영역(13)의 레이저 파워 밀도보다도 낮게 설정된다.Moreover, regarding the laser power density, the laser power density of the 1st laser irradiation area |
유리 기판(11)으로는, 두께 0.7㎜, 전 길이 580㎜의 논 알칼리 유리를 사용했다. 냉각 장치로는, 2통관식의 냉각 노즐을 사용하고, 내측 원통관으로부터 물을, 외측 원통관으로부터 공기를 분사시켰다. 제2 빔 조사 영역(14)의 후단과 냉각점(15)의 거리는 5㎜로 설정했다. 유리 기판(11)과 제1 빔 조사 영역(13), 제2 빔 조사 영역(14) 및 냉각점(15)의 열과의 상대 이동 거리, 즉 유리의 할단 가공 속도를 180㎜/s로 하여 가공을 행했다. 이 결과, 유리 기판(11)의 종단부 약 40㎜을 제외한 540㎜의 길이에 걸쳐서 풀 바디 할단이 가능해졌다. 이 때의 할단의 직선성 정밀도는 ±250㎛ 이내였다. 동일한 조건으로, 폭 290㎜, 길이 580㎜의 동 유리를 단면으로부터 15㎜ 떨어진 위치를 할단하는 경우에 있어서도, 직선성 정밀도는 ±250㎛이며, 소위 사이즈 효과에 의한 만곡의 영향은 없었다.As the
제1 빔 조사 영역(13)의 빔 직경을 10㎜∼16㎜, 제2 빔 조사 영역(14)의 후단과 냉각점(15)의 거리를 3∼7㎜로 변화시킨 바, 거의 동일한 할단 결과가 얻어졌다. 또한, 주사 속도는, CO2 레이저(21, 25)의 파워를 올림과 동시에, 냉각점과 제2 빔 조사 영역(14)의 거리 및, 제2 빔 조사 영역(14)과 제1 빔 조사 영역(13)의 거리를 늘림으로써, 더욱 속도 증가가 가능한 것이 확인되었다. 또한, 가늘고 긴 비원형의 제2 빔 조사 영역(14)의 길이(a)와 폭(b)에 대한 비율(a/b)을 26∼30의 범위에서 변화시켜도, 거의 같은 할단 결과가 얻어졌다.The beam diameter of the first
실시예 2Example 2
도 6은, 실시예 2에 있어서의 취성 재료의 할단 장치를 도시하는 개념도이다. 도 7에는 가열을 위한 빔 프로파일이 나타나 있다. 이 빔 프로파일은, 도 7에 도시하는 유리 분단 장치에 있어서, 제1 빔 조사 영역(13)의 집광 렌즈(24)로부터의 출력 빔의 중앙부를 소정의 폭의 빔 차폐물(35)로 차폐함으로써 얻어지는 빔 프로파일이다. 예를 들면, 빔이 전송되는 빔 경로 상에 직경 φ2㎜의 금속봉을 배치한다. 그러면 제1의 레이저 빔의 일부분은, 금속봉에 차광되므로, 유리 기판 상에는 소위 그림자의 부분이 투영되기 때문에, 그 부분은 가열되지 않는다. 실시예 2에 있어서는, 제1 빔 조사 영역(130)의 형상이 도 7(a)와 같이 대략 원형의 중앙부를 소정의 폭(w)으로 분단한 형상이 된다. 제1 빔 조사 영역(130)에 있어서의 소정폭(w)의 차단 부분(133)이, 제2 빔 조사 영역(14)의 빔 폭(e)보다도 조금 커지도록 설정하면, 유리의 표면에 있어서는, 제1 빔 조사 영역(130)에 의한 가열 영역과, 제2의 레이저 빔에 의한 가열 영역이 겹치는 부분이 존재하지 않게 된다. 따라서, 제1 빔 조사 영역(13) 및 제2 빔 조사 영역(14)에 의한 유리 기판 표면에 있어서의 온도 프로파일은, 도 7(b)와 같이 되고, 할단 예정선 상을 가열하는데 이용되는 열 에너지(141)와, 할단 예정선을 사이에 둔 양측의 부분을 가열하는 열 에너지(131)를 분별할 수 있다.FIG. 6 is a conceptual diagram showing a cutting device for the brittle material in Example 2. FIG. 7 shows a beam profile for heating. This beam profile is obtained by shielding the center part of the output beam from the condensing
본 실시예 2에 있어서의 할단의 프로세스는 본질적으로 실시예 1의 경우와 동일하고, 실시예 1과 마찬가지로 풀 바디 할단이 가능했다. 또한, 실시예 1에 있어서는, 할단 예정선 상을 가열하기 위한 열 에너지가, 제1의 레이저 빔이 할단 예정선 상을 조사하는 레이저 빔과, 제2 빔 조사 영역(14)이 중첩된 열 에너지로서 공급된다. 그러나, 이 실시예 2에 의하면, 할단 예정선 상을 가열하기 위한 열 에너지가 제1의 레이저 빔(14)만으로 공급되므로, 조사하는 레이저 파워의 설정이 용이해진다. 그 결과로서 직선성 정밀도가 향상된다고 하는 이점이 있고, 전체 길이 540㎜에 걸쳐서 ±100㎛ 이내의 정밀도로 풀 바디 할단이 가능해졌다.The cutting process in the second embodiment was essentially the same as in the first embodiment, and full body cutting was possible in the same manner as in the first embodiment. In addition, in Example 1, the heat energy for heating the split schedule line image is the heat energy in which the 1st laser beam irradiates the split schedule line image, and the 2nd beam irradiation area |
도 12는, 도 3에 도시하는 가공 장치의 구성에 있어서 유리 할단 실험한 경우에, 풀 바디 할단이 달성될지 여부의 결과를 정리한 것이다. 빔 프로파일로는, 도 1(a)에 도시하는 대략 원형의 제1 빔 조사의 방법을 이용했다. 사용한 유리는, 두께 0.7mmt의 논 알칼리 유리이다. 가공의 순서로서, 외형의 폭 550㎜이고 가공 방향 길이 290㎜의 유리를 한쪽의 단면으로부터 일정한 간격(30㎜)으로, 긴 직사각형상으로 나누어자르는 수법을 채용했다.FIG. 12 summarizes the results of whether full-body cutting is achieved in the case of the glass cutting experiment in the configuration of the processing apparatus shown in FIG. 3. As a beam profile, the substantially circular 1st beam irradiation method shown to Fig.1 (a) was used. The used glass is non-alkali glass of thickness 0.7mmt. As a procedure of a process, the method of dividing the glass of width 550mm of an external shape and the length of 290mm of processing directions from one end surface by the regular space | interval (30mm) in a long rectangular shape was employ | adopted.
도 12의 표 중의 기재로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 빔 조사 영역에 조사되는 레이저 파워(P1)를, 제2 빔 조사 영역에 조사되는 레이저 파워(P2)보다도 크게 설정한 경우에는, 풀 바디 할단이 양호한 상태로 달성된다(가공 조건 #1, #5, #6, #9, #10, #11 참조). 레이저 파워(P1)를 레이저 파워(P2)와 실질적으로 동일하게 설정한 경우에는, 유리 종단부의 나머지의 길이가 다소 길어지는 경향이 있다(가공 조건 #2, #7 참조). 한편, 레이저 파워(P1)가 레이저 파워(P2)보다도 작은 경우에는, 풀 바디 할단이 달성되지 않거나, 또는 유리 종단부의 나머지의 길이가 길어지거나, 또는 할단면의 면 품질이 열화하는 등, 바람직하지 못한 가공 결과가 얻어졌다(가공 조건 #3, #4, #8 참조). 특히, 빠른 가공 속도(예를 들면 200㎜/s 이상)를 달성하기 위해서는, 레이저 파워(P1)를 레이저 파워(P2)보다도, 훨씬 크게 설정하는 것이 유효하다고 판명되었다(가공 조건 #9, #10, #11 참조). 또한, 가공 속도(V)를 230㎜/s로 한 경우에 있어서, 냉각 위치와 제1 빔 조사 영역의 거리(L)는 95㎜로 설정했다. 이들 수치를 L=V·τ의 관계식에 대입하면, τ=413(msec)의 값이 얻어진다. 이 값τ은, 제1의 레이저 빔의 조사에 의해 가열된 유리 표면이 냉각 위치까지 이동하는데 걸리는 경과 시간을 나타낸다. 한편, 전술의 도 8에 나타낸 시뮬레이션 결과의 그래프에서는, 그래프가 평탄한 상태로 되고, 열 평형에 도달하기까지의 시간은, 200msec 혹은 300msec 이상의 경과 시간이 필요하다고 하는 고찰 결과가 얻어진다. 이 경과 시간 τ=413(msec)이라는 값은 300msec 이상의 값이므로, 도 8에 의거하는 고찰 결과와 모순되지 않는다. 즉, 냉각 위치와 제1 빔 조사 영역의 거리(L)는, 가공 속도(V)가 보다 빨라지면, 그에 따라 거리(L)를 보다 길게 설정한 쪽이 좋은 것이 판명되었다.As can be seen from the description in the table of FIG. 12, when the laser power P1 irradiated to the first beam irradiation region is set larger than the laser power P2 irradiated to the second beam irradiation region, the full body is provided. Cutting is achieved in good condition (see
<산업상의 이용 가능성>Industrial availability
액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리의 절단이, 현재는 다이아몬드 커터로 행해지고 있어, 컬리트 발생때문에 절단후의 세정 공정의 필요성이나, 마이크로 크랙의 존재에 의한 강도 저하 등의 문제를 보이고 있다. 본 발명에 의한 취성 재료의 분할 장치 및 할단 방법은, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리의 할단, 석영, 세라믹, 반도체 등의 각종 취성 재료의 할단에 사용할 수 있다. 본 발명에 관련된 취성 재료의 분할 장치 및 할단 방법이 플랫 패널 디스플레이 등의 제조 과정에 도입되면, 가공 속도, 가공 품질, 경제성 등의 향상, 종래 기술의 약점 극복 등에 있어서 큰 효과를 기대할 수 있다.The glass used for flat panel displays, such as liquid crystal displays and plasma displays, is currently cut with a diamond cutter, and shows problems such as the necessity of a cleaning process after cutting due to the generation of cullet and a decrease in strength due to the presence of microcracks. have. The dividing apparatus and the cutting method of the brittle material according to the present invention can be used for cutting of various brittle materials such as glass, quartz, ceramics, semiconductors, etc., for use in flat panel displays such as liquid crystal displays and plasma displays. When the apparatus for dividing and cutting the brittle material according to the present invention is introduced into a manufacturing process such as a flat panel display, a great effect can be expected in improvement of processing speed, processing quality, economy, etc., overcoming weaknesses of the prior art, and the like.
11 : 유리 기판 12 : 할단 예정선
13 : 제1의 레이저 빔 14 : 제2의 레이저 빔
15 : 냉각점 또는 냉각 위치 16 : 초기 균열
17 : 할단면 18 : 할단면이 생기지 않는 영역
19 : 스크라이브 홈 21 : CO2 레이저
22 : 레이저 빔 23 : 반사경
24 : 집광 렌즈 25 : CO2 레이저
26 : 레이저 빔 27 : 빔 익스팬더
28 : 반사경 29 : 빔 정형 수단
31 : 냉각 장치 31 : 초기 균열 형성 장치
32 : 테이블 33 : X―Y 구동 장치
131 : 제1의 레이저 빔에 의한 온도 프로파일
133 : 차폐 부분
141 : 제2의 레이저 빔에 의한 온도 프로파일11: glass substrate 12: cutout line
13: first laser beam 14: second laser beam
15 cooling point or cooling
17: cut section 18: area where the cut section does not occur
19: scribe groove 21: CO 2 laser
22
24: condenser lens 25: CO 2 laser
26: laser beam 27: beam expander
28
31
32: Table 33: X-Y drive unit
131: temperature profile by the first laser beam
133: shielding part
141: temperature profile by the second laser beam
Claims (17)
상기 할단 예정선을 따라, 상기 취성 재료에 레이저 빔을 조사하여 가열 부분을 생성하는 레이저 빔 조사 수단과,
상기 할단 예정선을 따른 이동 방향에 관해 상기 가열 부분의 후방의 위치에서 상기 취성 재료를 국소적으로 냉각하는 냉각 수단을 구비하고,
상기 레이저 빔 조사 수단은,
상기 가열 부분에서, 상기 이동 방향의 전방에 위치하는 제1 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제1 빔 조사부와,
상기 가열 부분에서, 상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 상기 이동 방향의 후방에 있어서 상기 할단 예정선을 따라 가늘고 긴 형상의 제2 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제2 빔 조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성 재료 분할 장치.By cutting the brittle material along the cut schedule line from the initial crack side formed on the cut schedule line, and moving the position along the cut schedule line relatively to the cut schedule line assumed for the brittle material. As a dividing device of brittle material for dividing brittle material,
Laser beam irradiation means for irradiating a laser beam to the brittle material along the cut schedule line to generate a heated portion;
And cooling means for locally cooling the brittle material at a position behind the heating portion with respect to the direction of movement along the cut line.
The laser beam irradiation means,
A first beam irradiator for forming a first laser beam irradiated area located in the heating direction, in front of the moving direction;
And a second beam irradiation part in the heating portion, forming a second laser beam irradiation area having an elongated shape along the cut line in the rear of the moving direction of the first laser beam irradiation area. Brittle material splitting device.
상기 제1 빔 조사부에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역에 부여하는 레이저 파워는, 상기 제2 빔 조사부에 의해 형성되는 제2 레이저 빔 조사 영역에 부여되는 레이저 파워보다도 큰 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 1,
The laser power provided to the 1st laser beam irradiation area formed by the said 1st beam irradiation part is larger than the laser power provided to the 2nd laser beam irradiation area formed by the said 2nd beam irradiation part, The brittle material characterized by the above-mentioned. Splitting device.
상기 제1 빔 조사부에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역의 레이저 파워 밀도는, 상기 제2 빔 조사부에 의해 형성되는 제2 레이저 빔 조사 영역의 레이저 파워 밀도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치. The method according to claim 1 or 2,
The laser power density of the first laser beam irradiation area formed by the first beam irradiation part is lower than the laser power density of the second laser beam irradiation area formed by the second beam irradiation part. Device.
상기 제1 빔 조사부에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역의 위치는, 상기 제2 레이저 빔 조사 영역의 후단으로부터 떨어진 위치를 상기 냉각 수단에 의해 국소적으로 냉각하여 형성되는 냉각 위치에 대하여, 상기 할단 예정선을 따르는 방향의 거리가 가변인 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 1,
The position of the first laser beam irradiation region formed by the first beam irradiation section is relative to the cooling position formed by locally cooling the position away from the rear end of the second laser beam irradiation region by the cooling means. A device for dividing brittle material, characterized in that the distance in the direction along the cut schedule line is variable.
상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 위치와 상기 냉각 위치의 거리는, 상기 취성 재료의 할단 속도 및 두께 중의 적어도 한쪽에 의거하여 설정되는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method of claim 4,
A distance between the position of the first laser beam irradiation area and the cooling position is set based on at least one of a cutting speed and a thickness of the brittle material.
상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 형상이 대략 원형인 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 1,
And the first laser beam irradiation area is substantially circular in shape.
상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 형상이 대략 원형인 중앙부를 소정의 폭으로 분단한 형상인 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 1,
And the first laser beam irradiation area has a shape in which a central portion having a substantially circular shape is divided into a predetermined width.
상기 제1 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제1 레이저 빔은, 상기 제1 빔 조사부로부터의 레이저 광의 광로의 중앙부에 소정의 폭의 차폐물을 배치하여 생성되는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 7,
The first laser beam forming the first laser beam irradiation region is generated by arranging a shield having a predetermined width in the center of the optical path of the laser light from the first beam irradiation unit.
상기 제2 레이저 빔 조사 영역을 형성하는 제2 레이저 빔은, 상기 제2 빔 조사부의 레이저 광원으로부터의 레이저 광을 회절 광학 소자 또는 평볼록 실린드리컬 렌즈에 통과시켜서 정형하여 생성되는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 1,
The second laser beam forming the second laser beam irradiation area is generated by passing the laser light from the laser light source of the second beam irradiation part through a diffractive optical element or a flat convex cylindrical lens and shaping it. Split device for brittle materials.
취성 재료의 할단 예정선의 단부에 초기 균열을 형성하는 초기 균열 형성 수단을 더 구비하고, 상기 제1 빔 조사부 및 제2 빔 조사부를 상기 초기 균열의 위치로부터 상기 할단 예정선을 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 1,
And an initial crack forming means for forming an initial crack at an end portion of the breaking schedule line of the brittle material, and moving the first beam irradiation section and the second beam irradiation section from the position of the initial crack along the cutting schedule line. Split device of brittle material.
상기 레이저 빔 조사 수단은, 상기 제1 빔 조사부에 50% 이상의 레이저 파워를 분배하고, 상기 제2 빔 조사부에 50% 미만의 레이저 파워를 분배하는, 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 분할 장치.The method according to claim 1,
The laser beam irradiating means includes a beam splitter for distributing 50% or more of the laser power to the first beam irradiator and distributing less than 50% of the laser power to the second beam irradiator. Splitting device.
상기 할단 예정선 상의 취성 재료 단부에 초기 균열을 형성하고, 상기 초기 균열을 시점으로 하여 상기 취성 재료의 가열을 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔으로 행하고, 상기 제1의 레이저 빔은 상기 제2의 레이저 빔에 대하여 상기 할단 예정선을 따르는 이동 방향의 전방에 위치하는 빔이며, 상기 제2의 레이저 빔은 상기 할단 예정선을 따라 가늘고 긴 형상의 빔이며, 상기 제2의 레이저 빔의 후단으로부터 소정 위치만큼 떨어진 위치를 국소적으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 할단 방법.As a cutting method of a brittle material which cuts the brittle material by heating along the cut line of brittle material, and moving the brittle material and the said heating position relatively along the cut line.
An initial crack is formed at an end of the brittle material on the cut schedule line, and heating of the brittle material is performed by the first laser beam and the second laser beam using the initial crack as a starting point. A beam located in a forward direction of a moving direction along the splitting line with respect to the second laser beam, and the second laser beam is a thin elongated beam along the splitting schedule line, A method of cutting brittle material, characterized in that for cooling locally a position separated from the rear end by a predetermined position.
상기 제1의 레이저 빔에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역에 부여하는 레이저 파워는, 상기 제2의 레이저 빔에 의해 형성되는 제2 레이저 빔 조사 영역에 부여하는 레이저 파워보다도 큰 것을 특징으로 하는 취성 재료의 할단 방법. The method of claim 12,
The laser power applied to the first laser beam irradiation area formed by the first laser beam is greater than the laser power applied to the second laser beam irradiation area formed by the second laser beam. Cutting method of brittle material.
상기 제1의 레이저 빔에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역의 레이저 파워 밀도는, 상기 제2의 레이저 빔에 의해 형성되는 제2 레이저 빔 조사 영역의 레이저 파워 밀도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 취성 재료의 할단 방법.The method according to claim 12 or 13,
The laser power density of the first laser beam irradiation area formed by the first laser beam is lower than the laser power density of the second laser beam irradiation area formed by the second laser beam. Part way.
상기 제1의 레이저 빔에 의해 형성되는 제1 레이저 빔 조사 영역의 위치는, 상기 제2의 레이저 빔의 후단으로부터 떨어진 위치를 국소적으로 냉각하여 형성되는 냉각 위치에 대하여, 상기 할단 예정선을 따르는 방향의 거리가 가변인 것을 특징으로 하는 취성 재료의 할단 방법.The method of claim 12,
The position of the 1st laser beam irradiation area | region formed by the said 1st laser beam is based on the said cutting schedule line with respect to the cooling position formed by locally cooling the position away from the rear end of the said 2nd laser beam. The cutting method of the brittle material, characterized in that the distance in the direction is variable.
상기 제1 레이저 빔 조사 영역의 위치와 상기 냉각 위치의 거리는, 상기 취성 재료의 할단 속도 및 두께 중의 적어도 한쪽에 의거하여 설정되는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 할단 방법.The method according to claim 15,
The distance between the position of the first laser beam irradiation area and the cooling position is set based on at least one of the cutting speed and the thickness of the brittle material.
취성 재료의 할단 예정선의 단부에 초기 균열이 형성되고, 제1의 레이저 빔 및 제2의 레이저 빔을 상기 초기 균열의 위치로부터 상기 할단 예정선을 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 취성 재료의 할단 방법.The method of claim 12,
An initial crack is formed at an end portion of the cut schedule line of the brittle material, and the first laser beam and the second laser beam are moved from the position of the initial crack along the cut schedule line.
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