KR102481107B1 - 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법 - Google Patents

복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법은, 독립적으로 회전할 수 있는 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체를 포함하는 연마장치를 이용한 유리기판의 연마방법에 있어서, 상기 유리기판은 장변 및 단변으로 이루어지고, 상기 연마헤드는 적어도 상기 유리기판 단변 길이의 1/2 이상을 직경으로 하며, 상기 헤드 조립체의 중심은 상기 유리기판의 장변 및 단변 방향으로 형성된 사각형의 경로를 따라 이동하면서 상기 유리기판을 연마하되, 상기 사각형의 경로는, 상기 유리기판의 장변 방향을 따라 1회 이동한 경로와 상기 유리기판의 단변 방향을 따라 1회 이동한 경로의 거리가 각각 상기 연마헤드 직경의 80% 미만일 수 있다.

Description

복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법{GLASS SUBSTRATE POLISHING METHOD USING MULTI-POLISHING HEADS}
본 발명은 유리기판 연마방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)에 적용되는 유리기판의 품질을 결정하는 요소 중 하나로 평탄도가 있으며, 유리기판의 평탄도를 향상시키기 위해 연마공정을 거쳐 유리기판 표면에 존재하는 스크래치 및 요철 등을 제거하고 있다.
현재 국내에서는 한 변의 길이가 2m 이상인 대형 유리기판(8세대 유리기판: 2200mm x 2500mm)이 액정 디스플레이에 적용되고 있다. 유리기판이 대형화됨에 따라 연마헤드가 설치된 헤드 조립체의 크기 또한 함께 대형화 되었으나, 기계적 한계로 인하여 유리기판 보다 작은 크기의 연마기를 이동시키면서 유리기판의 연마가 이루어지고 있다.
도 1은 종래 단일 연마헤드를 이용한 유리기판 연마에 있어 연마헤드의 중심이 이동하는 경로를 나타낸 도면이다.
도 1과 같이 종래에는 단일 연마헤드(10)를 이용하여 유리기판(20)을 연마하였으며, 연마헤드(10) 중심은 유리기판(20) 상에서 사각형의 경로(점선)를 따라 이동하였다.
종래의 단일 연마헤드(10)는 연마 시간을 단축시키기 위해 일반적으로 큰 직경(d´)(예를 들어, 1960mm의 직경)을 갖는 연마헤드(10)를 사용하였다. 그러나 직경(d´)이 큰 연마헤드(10)를 이용하는 경우, 연마헤드(10)의 반경 방향에 따라 유리기판(20)에 가하는 힘의 편차가 커지게 되는데, 이는 평균 연마량 감소 및 불균일 연마의 원인이 되었다. 또한, 큰 직경 직경(d´)의 연마헤드(10)는 연마 범위가 제한적이서 비교적 긴 이동거리가 요구되었으며, 이는 연마 효율 측면에서 불리하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 소정 범위의 직경을 갖는 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체의 중심을 소정 범위의 구동거리를 갖는 사각형의 경로를 따라 이동시킴으로써 단일 연마헤드 대비 연마 범위 및 평균 연마량이 2배 이상 증가된 유리기판 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법은, 독립적으로 회전할 수 있는 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체를 포함하는 연마장치를 이용한 유리기판의 연마방법에 있어서, 상기 유리기판은 장변 및 단변으로 이루어지고, 상기 연마헤드는 적어도 상기 유리기판 단변 길이의 1/2 이상을 직경으로 하며, 상기 헤드 조립체의 중심은 상기 유리기판의 장변 및 단변 방향으로 형성된 사각형의 경로를 따라 이동하면서 상기 유리기판을 연마하되, 상기 사각형의 경로는, 상기 유리기판의 장변 방향을 따라 1회 이동한 경로와 상기 유리기판의 단변 방향을 따라 1회 이동한 경로의 거리가 각각 상기 연마헤드 직경의 80% 미만일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 연마헤드는 상기 헤드 조립체에 의해 형성되는 영역에 내접하고, 상기 연마헤드 각각은 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 헤드 조립체는 4개의 연마헤드로 구성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 유리기판은 플로트 방식으로 제조된 액정 디스플레이용 유리기판으로서, 상기 장변 및 단변의 길이가 각각 2500mm 및 2200mm일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 연마헤드는 1100mm 이상 1500mm 이하의 범위에 해당하는 직경을 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 사각형의 경로에 있어 상기 유리기판의 장변 방향을 따라 이동한 1회 경로와 상기 유리기판의 단변 방향을 따라 1회 이동한 경로의 거리는, 각각 상기 연마헤드 직경의 35% 이상 70% 이하의 범위에 해당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법에 의하면 소정 범위의 직경을 갖는 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체의 중심을 소정 범위의 구동거리를 갖는 사각형의 경로를 따라 이동시킴으로써 단일 연마헤드 대비 연마 범위 및 평균 연마량이 2배 이상 증가된 연마방법을 제공할 수 있으며, 상기 연마방법에 의해 평탄도가 개선된 디스플레이용 유리기판을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 단일 연마헤드를 이용한 유리기판 연마에 있어 연마헤드의 중심이 이동하는 경로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체를 이용한 유리기판 연마에 있어 연마헤드의 중심이 이동하는 경로를 나타낸 도면이다.
본 발명은 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법에 관한 것으로서, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에 있어서, "x방향"은 유리기판의 장변(210) 방향을 의미하고, "y방향"은 유리기판의 단변(220) 방향을 의미한다.
본 명세서에 있어서, "수평경로(L1)"는 헤드 조립체(100)의 중심이 유리기판의 장변(210) 방향을 따라 이동한 경로를 의미하고, "수직경로(L2)"는 헤드 조립체(100)의 중심이 유리기판의 단변(220) 방향을 따라 이동한 경로를 의미한다.
본 명세서에 있어서, "구동거리(L)"는 단일 수평경로(L1) 및 단일 수직경로(L2)를 의미한다.
본 명세서에 있어서, "연마 범위"는 연마헤드(10, 110)의 총 면적을 의미한다.
본 명세서에 있어서, "평균 연마량"은 유리기판(200)을 복수의 구역으로 구분하여 각 구역 별로 구한 단위시간 당 두께 변화에 대한 전체 평균을 의미한다.
본 명세서에 있어서, "연마 편차"는 최대 연마구역과 최소 연마구역의 연마량 차를 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형의 경로를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 유리기판 연마방법은 복수의 연마헤드(110)로 구성된 헤드 조립체(100)를 포함한 연마장치를 이용한 것으로서, 자세하게는 상기 연마장치의 헤드 조립체(100)의 중심을 미리 정해진 사각형의 경로를 따라 이동시키면서 액정 디스플레이에 적용되는 대형 유리기판을 연마하는 연마방법에 관한 것이다.
헤드 조립체(100)는 회전하면서 이동할 수 있으며, 헤드 조립체(100)를 구성하는 복수의 연마헤드(110) 또한 독립적으로 회전할 수 있다. 유리기판(200)은 피연마면이 복수의 연마헤드(110)를 향하도록 연마장치의 스테이지에 고정될 수 있으며, 유리기판(200)은 고정된 상태에서 연마장치의 하부 유닛과 함께 회전할 수 있다.
유리기판(200)은 장변(210) 및 단변(220)으로 이루어진 직사각형 형태일 수 있다. 본 실시예에 있어서 유리기판(200)은 플로트 방식으로 제조된 액정 디스플레이용 유리기판일 수 있으며, 장변(210) 및 단변(220)의 길이는 각각 2500mm 및 2200mm일 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서 상기 유리기판(200)은 바람직하게는 8세대 유리기판일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
헤드 조립체(100)는 동일한 직경을 갖는 복수의 연마헤드(110)로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 동일한 직경을 갖는 4개의 연마헤드(110)로 구성될 수 있다. 복수의 연마헤드(110)는 적어도 유리기판(200) 단변 길이의 1/2 이상을 직경(d)으로 할 수 있다. 예를 들어, 피연마물이 8세대 유리기판인 경우, 연마헤드의 직경(d)은 단변(220) 길이인 2200mm의 1/2 이상에 해당하는 1100mm 이상일 수 있으며, 바람직하게는 1100mm 이상 1500mm 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 복수의 연마헤드(110)는 종래 단일 연마헤드(10) 대비 짧은 직경(d)으로 형성되어 연마 범위 측면에서 유리한 효과가 있다. 한편, 연마헤드(110)가 1500mm를 초과하는 길이의 직경(d)을 갖는 경우 사각형의 경로 내측 영역에 해당하는 유리기판(200)의 중앙부와 유리기판(200)의 모서리부 영역 사이의 연마량 편차는 심해질 수 있다.
복수의 연마헤드(110)는 도 2와 같이 헤드 조립체(100)에 의해 형성되는 영역에 내접할 수 있으며, 상기 영역은 소정 직경(D)의 원으로 정의되는 영역일 수 있다. 동시에 복수의 연마헤드(110)는 상기 영역 내에서 서로 인접할 수 있다. 여기서, 인접은 복수의 연마헤드(110) 각각이 서로 외접하는 것은 아니지만 외접할 정도로 가깝게 배치된 상태를 의미할 수 있다.
헤드 조립체(100)는 후술할 시뮬레이션을 통해 미리 정해진 유리기판의 장변(210) 및 단변(220) 방향으로 형성된 사각형의 경로(점선)를 따라 그 중심이 이동하면서 유리기판(200)을 연마할 수 있다. 사각형의 경로는 수평경로(L1)와 수직경로(L2)로 형성된 것일 수 있다. 수평경로(L1) 및 수직경로(L2)는 유리기판(200)의 면적 내에서 임의로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 구동거리(L)는 연마헤드 직경(d)의 80% 미만일 수 있으며, 바람직하게는 연마헤드 직경(d)의 35% 이상 70% 이하일 수 있다. 구동거리(L)가 연마헤드 직경(d)의 80% 이상으로 길어지게 되는 경우 연마헤드(110)가 유리기판(200)의 일부를 지나가지 않는 경우가 발생할 수 있으며, 연마시간이 길어져 연마 효율이 저하될 수 있다.
이하에서는, 연마 범위 및 평균 연마량이 향상된 복수의 연마헤드를 이용한 연마방법에 있어서, 연마헤드의 적정 직경(d) 및 적정 구동거리(L)를 도출하기 위한 시뮬레이션 환경 및 그 결과에 대하여 설명한다.
시뮬레이션 환경
본 시뮬레이션은 연마헤드 직경(d)과 수평경로(L1) 및 수직경로(L2)를 변경해가면서 유리기판(200)에 대한 연마헤드 적정 직경(d) 및 적정 구동거리(L) 도출하기 위한 것으로, 하기 표 1의 환경에서 진행되었다.


구분		 유리기판
규격
(세로x가로)		 연마헤드
회전 수
(rpm)		 연마헤드
압력
(gf/cm2)		 이동속도
(mm/s)		 연마시간
(min)		 유리기판
중심
회전 수
(rpm)
2200mm
x
2500mm		 53 100 120.0 8 15
본 시뮬레이션에서 단일 연마헤드(10) 및 헤드 조립체(100)의 중심은 도 3에 도시된 좌측 끝점(a)에서 출발하여 수평거리(L1) 및 수직거리(L2)를 따라 이동하였다.
시뮬레이션 해석
하기 표 2는 종래 단일 연마헤드(10)에 대한 시뮬레이션 데이터로서, 연마헤드 직경(d´)은 1960mm인 것을 사용하였으며, 연마헤드 직경(d´)의 80% 미만의 범위에서 수평경로(L1) 및 수직경로(L2)를 변경해가면서 상기 연마헤드(10)의 평균 연마량 및 연마 편차를 측정한 결과이다.
구분 연마헤드
직경(d')
(mm)		 수평경로
(L1)
(mm)		 수직경로
(L2)
(mm)		 평균
연마량
(㎛)		 연마 편차
(㎛)
1-1 1960 1100 900 1.12 1.97
1-2 1960 1150 950 1.03 1.88
1-3 1960 1200 1000 0.97 1.78
1-4 1960 1250 1050 0.91 1.77
1-5 1960 1300 1100 0.86 1.68
1-6 1960 1350 1150 0.80 1.67
1-7 1960 1400 1200 0.75 1.61
1-8 1960 1450 1250 0.70 1.60
1-9 1960 1500 1300 0.66 1.61
1-10 1960 1550 1350 0.62 1.58
표 2와 같이 단일 연마헤드(110)를 이용하여 유리기판(200)을 연마하는 경우 연마 편차는 작게 나타났으나 평균 연마량이 매우 적어 효율적인 연마 공정을 수행하는데 한계가 있다. 구체적으로, 단일 연마헤드(110)의 경우 구동거리(L)가 짧을수록 평균 연마량은 증가하나, 최대 평균 연마량이 1.12(㎛)로 매우 적게 나타났다.
하기 표 3은 4개의 연마헤드(110)로 구성된 헤드 조립체(100)에 대한 시뮬레이션 데이터로서, 연마헤드 직경(d), 수평경로(L1) 및 수직경로(L2)를 모두 변경해가면서 상기 연마헤드(110)의 평균 연마량 및 연마 편차를 측정한 결과이다. 연마헤드 직경(d)은 유리기판 단변(220) 길이의 1/2 이상의 범위에서 설정하였다.
구분 연마헤드
직경(d)
(mm)		 수평경로
(L1)
(mm)		 수직경로
(L2)
(mm)		 평균
연마량
(㎛)		 연마 편차
(㎛)
2-1 1600 600 400 3.53 4.28
2-2 1500 750 550 2.66 1.92
2-3 1500 800 600 2.47 1.67
2-4 1500 850 650 2.28 1.85
2-5 1500 900 700 2.15 1.65
2-6 1400 750 550 2.57 2.11
2-7 1400 800 600 2.39 1.92
2-8 1400 850 650 2.20 2.03
2-9 1400 900 700 2.07 2.10
2-10 1300 750 550 2.39 2.34
2-11 1300 800 600 2.21 2.27
2-12 1300 850 650 2.03 2.34
2-13 1200 700 500 2.66 -
2-14 1100 700 500 2.27 -
2-15 1000 800 500 1.80 -
표 3에 따르면, 연마헤드 직경(d)이 1000mm인 경우 평균 연마량은 2.00(㎛) 미만으로 단일 연마헤드(10)의 경우와 비슷한 수준으로 측정되었으며, 연마헤드 직경(d)이 1600mm인 경우 평균 연마량은 충분히 확보되나 다른 직경(d) 대비 연마 편차가 크게 측정되었는바, 각각의 직경(d)은 연마헤드의 적정 직경(d)에 해당하는 것으로 볼 수 없다. 반면, 연마헤드 직경(d)이 1100mm 내지 1500mm의 경우 단일 연마헤드(10) 대비 연마 편차는 크게 증가하지 않으면서 평균 연마량은 2.00(㎛) 이상으로 나타남을 확인할 수 있다. 특히, 연마헤드 직경(d)이 1500mm인 경우에는 종래 단일 연마헤드(10) 대비 평균 연마량 및 연마 편차 모두 개선된 효과가 나타났는바, 전술한 유리기판(200)의 연마를 위한 최적의 조건으로 볼 수 있다.
하기 표 4는 3개의 연마헤드(110)로 구성된 헤드 조립체(100)에 대한 시뮬레이션 데이터로서, 연마헤드 직경(d), 수평경로(L1) 및 수직경로(L2)를 모두 변경해가면서 상기 연마헤드(110)의 평균 연마량 및 연마 편차를 측정한 결과이다.
구분 연마헤드
직경(d)
(mm)		 수평경로
(L1)
(mm)		 수직경로
(L2)
(mm)		 평균
연마량
(㎛)		 연마 편차
(㎛)
3-1 1600 650 450 3.39 4.61
3-2 1600 750 550 2.84 3.90
3-3 1500 750 550 2.99 4.71
3-4 1500 850 650 2.55 3.63
3-5 1500 950 750 2.22 3.10
3-6 1500 1000 800 2.00 2.72
3-7 1400 600 400 3.50 4.45
3-8 1400 750 550 2.61 4.38
3-9 1400 800 600 2.41 4.15
3-10 1400 850 650 2.21 3.35
3-11 1300 600 400 2.95 4.32
3-12 1300 850 650 2.30 4.14
3-13 1200 850 650 1.85 -
3-14 1100 800 500 2.02 -
3-15 1000 850 550 1.86 -
표 4에 나타난 결과에 따르면, 3개의 연마헤드(110)로 이루어진 헤드 조립체(100)를 이용하여 유리기판(200)을 연마하는 경우, 종래 대비 평균 연마량은 증가하나 연마 편차 또한 커져 유리기판(200)의 평탄도를 종래 수준으로 확보하기 어렵다.
시뮬레이션 해석 결과에 따르면 직경(d)이 1100mm 이상 1500mm 이하인 4개의 연마헤드(110)로 이루어진 헤드 조립체(100)의 중심을 소정 범위 내 미리 정해진 사각형의 경로(내지 구동거리(L))를 따라 이동시키면서 2200mm x 2500mm 규격의 유리기판(200)을 연마하는 경우 평균 연마량은 2.00(㎛) 이상으로 확인되었으며, 헤드 조립체(100)가 직경(d)이 1500mm인 연마헤드(110) 4개로 이루어진 경우에는 평균 연마량 및 연마 편차 모두 종래 대비 개선된 효과가 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이 본 발명의 실시예에 따른 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법에 의하면 소정 범위의 직경을 갖는 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체의 중심을 소정 범위의 구동거리를 갖는 사각형의 경로를 따라 이동시킴으로써 단일 연마헤드 대비 연마 범위 및 평균 연마량이 증가된 연마방법을 제공할 수 있다
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 헤드 조립체
110: 연마헤드
200: 유리기판
210: 장변
220: 단변
D: 헤드 조립체 직경
d: 연마헤드 직경
L: 구동거리
L1: 수평경로
L2: 수직경로

Claims (6)

  1. 독립적으로 회전할 수 있는 복수의 연마헤드로 구성된 헤드 조립체를 포함하는 연마장치를 이용한 유리기판의 연마방법에 있어서,
    상기 유리기판은 장변 및 단변으로 이루어지고,
    상기 연마헤드는 적어도 상기 유리기판 단변 길이의 1/2 이상을 직경으로 하며,
    상기 헤드 조립체의 중심은 상기 유리기판의 장변 및 단변 방향으로 형성된 사각형의 경로를 따라 이동하면서 상기 유리기판을 연마하되,
    상기 사각형의 경로는, 상기 유리기판의 장변 방향을 따라 1회 이동한 경로와 상기 유리기판의 단변 방향을 따라 1회 이동한 경로의 거리가 각각 상기 연마헤드 직경의 80% 미만인, 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연마헤드는, 상기 헤드 조립체에 의해 형성되는 영역에 내접하고, 상기 연마헤드 각각은 서로 인접하도록 배치된, 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 조립체는, 4개의 연마헤드로 구성되는, 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리기판은, 플로트 방식으로 제조된 액정 디스플레이용 유리기판으로서, 상기 장변 및 단변의 길이가 각각 2500mm 및 2200mm인, 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연마헤드는, 1100mm 이상 1500mm 이하의 범위에 해당하는 직경을 갖는, 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 사각형의 경로에 있어, 상기 유리기판의 장변 방향을 따라 1회 이동한 경로와 상기 유리기판의 단변 방향을 따라 1회 이동한 경로의 거리는, 각각 상기 연마헤드 직경의 35% 이상 70% 이하의 범위에 해당하는, 복수의 연마헤드를 이용한 유리기판 연마방법.
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