KR101702969B1 - Cutting Method for Strengthened Glass - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리기판 내부의 인장응력층에서, 인장응력층에 존재하는 응력을 제거할 뿐 아니라 인장응력이 형성될 수 없도록 기체상태의 버블을 형성하고, 이러한 버블들로 이루어진 절단 라인을 형성하며, 형성된 절단라인을 따라 강화유리를 절단함으로써, 강화유리의 파손 없이 효율적으로 강화유리를 절단할 수 있도록 한다. The present invention relates to a tensile stress layer inside a glass substrate which not only removes stresses present in the tensile stress layer but also forms a gas bubble so that tensile stress can not be formed and forms a cutting line composed of such bubbles, By cutting the tempered glass along the formed cutting line, the tempered glass can be efficiently cut without breaking the tempered glass.
Description
본 발명은 유리 절단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 강화유리를 절단하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a glass cutting method, and more particularly, to a method of cutting a tempered glass.
최근 들어, 스마트 폰과 같은 모바일 기기의 빠른 보급으로 인하여, 모바일 디스플레이(mobile display)를 중심으로 한 터치 스크린 패널(touch screen panel)의 사용이 급속히 확대되고 있다. 이와 같은 터치 스크린 패널은 높은 광투과성 및 기계적 내구성을 필요로 하여, 커버 글라스(cover glass) 또는 커버 윈도우(cover window) 용으로 강화유리가 사용되고 있다. In recent years, the use of touch screen panels centering on mobile displays has been rapidly expanding due to the rapid spread of mobile devices such as smart phones. Such touch screen panels require high light transmittance and mechanical durability, and tempered glass is used for cover glass or cover window.
유리기판을 강화시키기 위한 방법으로는 열강화 방법을 포함한 물리적 강화방법과 화학적 강화방법이 있다. 화학적 강화방법은 유리내부에 존재하는 이온반경이 작은 알카리 이온(주로 Na 이온)을 일정한 조건하에서 이온반경이 큰 알카리 이온(주로 K 이온)으로 치환키는 방법이다. 이와 같은 이온의 치환은 유리 표면에 큰 압축응력을 생성하게 되므로, 이에 따라 유리의 강도를 증가시키게 된다. 화학강화는 주로 형상이 복잡하거나 박판유리에 유용하게 적용될 수 있는 기술이다. As a method for strengthening a glass substrate, there are a physical strengthening method including a heat strengthening method and a chemical strengthening method. The chemical strengthening method is a method of replacing alkaline ions (mainly K ions) having a small ionic radius in the glass with alkali ions having a large ionic radius under a certain condition. Substitution of such ions creates a large compressive stress on the glass surface, thereby increasing the strength of the glass. Chemical strengthening is a technique that can be applied to laminated glass mainly because of its complicated shape.
도 1 은 화학강화 유리의 응력 분포를 나타낸 것이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 화학강화 유리의 표면에는 압축응력층(compressive stress layer)이 형성되고, 내부에는 표면의 압축응력층에 대응하는 인장응력층(stensile stress layer)이 형성된다. 이와 같은 응력 분포로 인해, 강화유리는 높은 굽힘강도 및 기계적 강도를 얻게 된다. Figure 1 shows the stress distribution of the chemically tempered glass. As shown in FIG. 1, a compressive stress layer is formed on the surface of the chemically tempered glass, and a stencil stress layer corresponding to the compressive stress layer of the surface is formed in the surface. Due to such a stress distribution, the tempered glass has high bending strength and mechanical strength.
그러나, 화학강화 유리는 표면에 존재하는 압축응력 및 유리 내부에 존재하는 인장응력으로 인해 가공이 어렵다는 문제점이 있다. 예를 들어, 화학강화 유리를 종래의 다이아몬드 휠과 같은 도구로 절단을 시도하는 경우, 내부의 인장응력에 의해 유리가 무질서한 파편으로 깨지게 되는 문제점이 있다. However, the chemical tempered glass has a problem that it is difficult to process due to the compressive stress existing on the surface and the tensile stress existing in the glass. For example, when attempting to cut a chemical tempered glass with a tool such as a conventional diamond wheel, there is a problem that the glass is broken by disordered pieces due to the tensile stress inside.
따라서, 종래에는 큰 원장 유리기판을 먼저 절단하고 강화처리를 한 후 디바이스에 필요한 투명전극이나 절연층을 형성하는 셀(cell)방식을 사용하였다. 그러나, 이러한 셀 방식은 수작업 공정이 많아 생산 비용이 높고, 공정 효율이 낮을 뿐 아니라, 반제품의 파손 비율이 높아 생산성이 떨어진다는 문제점이 있었다. Therefore, conventionally, a large-length glass substrate was first cut and subjected to a reinforcing treatment, and then a cell method was used to form a transparent electrode or an insulating layer necessary for the device. However, such a cell method has a problem in that not only the production cost is high and the process efficiency is low due to a large number of manual processes, but also the productivity of the semi-finished product is low due to high breakage ratio.
한편, 큰 원장 유리기판을 먼저 강화한 후 투명전극과 절연층을 형성하고, 그 이후에 유리기판을 절단하는 시트(sheet)방식은 공정효율 및 생산성이 셀 방식에 비해 공정효율 및 생산성이 높기는 하나, 이미 강화처리된 유리를 절단해야 하는 문제점이 있다.On the other hand, a sheet method in which a large-length glass substrate is first reinforced and then a transparent electrode and an insulating layer are formed, and then a glass substrate is cut is known as a process efficiency and productivity, , There is a problem that the tempered glass must be cut.
일반적으로, 강화유리 기판을 절단하기 위한 방법으로는, 물리적인 절단방법, 화학적인 절단방법과, 레이저를 사용한 절단방법이 있다. In general, as a method for cutting a tempered glass substrate, there are a physical cutting method, a chemical cutting method, and a laser cutting method.
기구적인 절단방법은 다이아몬드 휠이나 샌드 블러스터 등을 사용하여 절단하는 방법인데, 절단면에 미세 크랙과 파티클이 발생되는 문제점이 있다. 특히, 강화 깊이(Depth of Layer)가 30~35㎛ 이상이고, 표면에 500MPa 이상의 압축응력이 형성된 화학강화 유리는 다이아몬드 휠 방식으로는 정밀하게 절단할 수 없는 문제점이 있다. The mechanical cutting method is a method of cutting by using a diamond wheel or a sandblaster, but there is a problem that fine cracks and particles are generated on the cutting surface. Particularly, the chemically tempered glass having a depth of layer of 30 to 35 μm or more and a compressive stress of 500 MPa or more on the surface thereof can not be precisely cut by the diamond wheel method.
화학적인 절단방법은 주로 불산 등을 이용한 에칭(wet etching)방법을 사용하는데, 화학약품에 의한 환경오염의 문제가 있을 뿐 아니라, 가공 시간이 상대적으로 오래 걸리기 때문에 제품 수율이 저하되는 문제점이 있었다. The chemical cutting method mainly uses a wet etching method using hydrofluoric acid or the like. In addition to the problem of environmental pollution caused by chemical agents, the processing time is relatively long and the product yield is lowered.
한편, 레이저에 의한 절단방법은 주로 초기 크랙을 형성하고 레이저 빔으로 스크라이빙하여 크랙을 전파한 후 기구적인 절단 장비를 사용하여 스크라이빙 처리부에 물리적인 충격을 가하여 절단하는 방법이 일반적인데, 강화유리 기판의 자체의 응력에 의해 절단 방향이 휘는 문제로 인하여 제품 수율이 저하되는 문제점이 있었다.On the other hand, a laser cutting method is generally a method of forming an initial crack, scribing it with a laser beam to propagate a crack, and then cutting the laser beam by applying physical impact to the scribing processing portion using a mechanical cutting device. There is a problem that the product yield is lowered due to the problem that the cutting direction is deflected by the stress of the tempered glass substrate itself.
본 발명은 강화유리, 특히 화학적으로 강화된 유리를 절단함에 있어서, 파손 없이 효율적으로 유리를 절단하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. It is an object of the present invention to provide a method for efficiently cutting glass without damaging it in cutting tempered glass, especially chemically tempered glass.
본 발명은 강화유리 절단 방법에 있어서, 강화유리 내부에 고밀도의 에너지를 조사하여 절단 라인을 형성하는 단계 및 상기 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 단계를 포함하여 이루어진다. The present invention relates to a tempered glass cutting method comprising the steps of irradiating high-density energy into tempered glass to form a cutting line and cutting the tempered glass along the cutting line.
또한, 본 발명에 따른 강화유리 절단 방법은, 강화유리 내부에 고밀도 에너지를 조사하여, 유리 내부에 기체 상태의 버블(bubble)을 형성하고, 버블들이 여결된 절단 라인을 이용함으로써, 파손 없이 강화유리를 절단한다. Further, the tempered glass cutting method according to the present invention is a tempered glass cutting method in which a tempered glass is irradiated with a high density energy to form gaseous bubbles inside the glass, and by using cutting lines in which the bubbles are blown, .
본 발명에 따르면, 강화유리를 파손하지 않고 효율적으로 절단할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 절단면이 매끄럽도록 강화유리를 절단할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to efficiently cut the tempered glass without damaging it. Further, according to the present invention, there is an effect that the tempered glass can be cut so that the cut surface is smooth.
도 1 은 화학강화 유리의 응력 분포를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 강화유리 절단 방법을 나타낸 것이다.
도 3 은 강화유리 내부에 형성된 버블을 나타낸 일실시예이다.
도 4 내지 도 6 은 고밀도 에너지를 사용하여 강화유리 내부에 버블을 형성시키는 방법을 나타낸 일실시예이다.
도 7 은 강화유리 내부에 형성된 절단 라인을 나타낸 일실시예이다.Figure 1 shows the stress distribution of the chemically tempered glass.
2 shows a tempered glass cutting method according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is an embodiment showing a bubble formed inside the tempered glass.
FIGS. 4 to 6 illustrate a method of forming a bubble in a tempered glass by using high-density energy.
Fig. 7 is an embodiment showing a cutting line formed inside the tempered glass.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 강화유리 절단 방법에 관한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the tempered glass cutting method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 강화유리 절단 방법을 나타낸 것이다. 2 shows a tempered glass cutting method according to an embodiment of the present invention.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 강화유리 절단 방법은 강화유리 내부의 인장응력층에 버블을 형성하는 단계(S21)와, 인장응력층에 형성된 다수의 버블들을 이용하여 절단 라인을 형성하는 단계(S22)와, 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 단계(S23)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, the tempered glass cutting method according to an embodiment of the present invention includes forming a bubble in a tensile stress layer inside a tempered glass (S21), and using a plurality of bubbles formed in the tensile stress layer Forming a cutting line (S22), and cutting the tempered glass along the cutting line (S23).
강화유리는 주로 유리기판의 표면에 압축응력을 일으킴으로써 유리를 강화시킨다. 즉, 유리기판의 표면으로부터 대략 30~35㎛ 까지는 압축응력층이 형성되고, 그 내부에는 압축응력층에 대응되는 인장응력층이 형성된다. 따라서, 유리기판의 강도는 강화되지만, 일단 강화된 유리기판을 정밀하게 절단하기가 매우 어렵다. Tempered glass mainly strengthens the glass by causing compressive stress on the surface of the glass substrate. That is, a compressive stress layer is formed to approximately 30 to 35 mu m from the surface of the glass substrate, and a tensile stress layer corresponding to the compressive stress layer is formed in the compressive stress layer. Therefore, although the strength of the glass substrate is enhanced, it is very difficult to precisely cut the glass substrate once strengthened.
본 발명에 따른 인장응력층에 버블을 형성하는 단계(S21)는 유리기판의 인장응력층에 형성된 응력을 제거하기 위하여, 인장응력층의 유리 일부를 기체상으로 변환시키는 단계이다. 기체상으로 변화된 유리는 버블 형태로 인장응력층에 존재하게 되며, 이때, 버블 내부는 기체상의 유리가 존재하므로, 응력이 존재하지 않는 공간이 된다. The step (S21) of forming a bubble in the tensile stress layer according to the present invention is a step of converting a part of the glass of the tensile stress layer into a gas phase in order to remove the stress formed in the tensile stress layer of the glass substrate. The glass changed into a gas phase is present in the tensile stress layer in the form of a bubble. At this time, since there is a gaseous phase in the inside of the bubble, a space free of stress is formed.
인장응력층 내부의 유리를 기체상으로 변화시키기 위해서는 고밀도의 에너지를 주입하는 방법을 사용하며, 에너지를 주입하기 위한 수단으로는 이빔이나 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. In order to change the glass in the tensile stress layer into a gaseous phase, a method of injecting high-density energy is used. As the means for injecting energy, it is preferable to use a beam or a laser.
도 3 은 강화유리 내부에 형성된 버블을 나타낸 일실시예이다. Fig. 3 is an embodiment showing a bubble formed inside the tempered glass.
도 3 에 도시된 바와 같이, 유리기판 내부에 버블을 형성하게 되면, 기체상인 버블내부에는 응력이 존재하지 않고, 원래 버블이 있던 곳에 존재하던 인장응력은 제거된다. 화학강화 유리의 표면에는 칼륨 이온이 존재하고, 이로 인해 압축응력은 여전히 존재하므로, 이에 대응하는 인장응력이 버블 주위에 재형성된다. As shown in FIG. 3, when a bubble is formed inside the glass substrate, no tensile stress exists in the bubble, which is a gas phase, and the tensile stress existing at the original bubble is removed. Potassium ions are present on the surface of the chemically tempered glass, and because of this, the compressive stress is still present, and corresponding tensile stresses are re-formed around the bubble.
즉, 인장응력층 내부에 버블을 생성하더라도, 버블 내부에는 응력이 없고, 전에 있던 응력은 응력간의 균형을 이루기 위해 다른 곳으로 이동하였으므로, 강화유리는 파손되지 않는다. That is, even if bubbles are generated in the tensile stress layer, there is no stress in the bubbles, and the stresses that have been previously moved to other places in order to balance the stresses, so that the tempered glass is not broken.
강화유리 내부에 형성되는 버블의 모양은 다양한 형태가 가능하지만, 도 3 에 도시된 바와 같이, 강화유리 내부에 형성되는 버블의 모양은 중앙으로 갈 수록 잘록한 형상인 것이 바람직하며, 이는 절단 후 챔퍼공정 및 면취공정을 용이하도록 하기 위함이다. However, as shown in FIG. 3, the shape of the bubble formed inside the tempered glass is preferably a constricted shape toward the center, And facilitating the chamfering process.
또한, 도 3 에 도시된 바와 같이, 강화유리 내부에 형성되는 버블의 양단은 강화유리 표면의 압축응력층에 최대한 가까이 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 도 3 에 도시된 바와 같이, 강화유리가 파손되지 않는 범위라면, 압축응력층 안으로까지도 확장될 수도 있다. Further, as shown in Fig. 3, both ends of the bubble formed inside the tempered glass are preferably formed as close as possible to the compressive stress layer of the tempered glass surface. On the other hand, as shown in Fig. 3, if the tempered glass is not broken, it may be extended even into the compressive stress layer.
강화유리 내부의 인장응력층에 버블을 형성하기 위해서 에너지를 집중시킬 수 있는 전자빔을 포함한 다양한 방법들을 사용할 수 있으나, 레이저를 사용하는 것이 가장 바람직하다. Various methods can be used, including electron beams, which can focus energy to form bubbles in the tensile stress layer inside the tempered glass, but it is most preferred to use a laser.
도 4 내지 도 6 은 고밀도 에너지를 사용하여 강화유리 내부에 버블을 형성시키는 방법을 나타낸 일실시예이다. FIGS. 4 to 6 illustrate a method of forming a bubble in a tempered glass by using high-density energy.
도 4 에 도시된 바와 같이, 버블의 직경을 고려하여, 강화유리 내부의 인장응력층의 임의의 위치에 고밀도 에너지를 집중시키고, 고밀도의 에너지를 이용하여, 강화유리 내부의 유리 일부를 폭발(explosion) 혹은 기화(evaporation)시킴으로써, 강화유리 내부에 응력이 제거된 기체상태의 버블을 형성시킬 수 있게 된다. Considering the diameter of the bubble, as shown in Fig. 4, high-density energy is concentrated at an arbitrary position of the tensile stress layer inside the tempered glass, and a part of the glass inside the tempered glass is explosion ) Or evaporation, it is possible to form a gas bubble in which the stress is removed in the tempered glass.
한편, 도 5 에 도시된 바와 같이, 버블을 순차적으로 형성시킴으로써 버블의 크기를 확대할 수 있고, 인장응력층에서부터 형성된 버블을 점차 확대하여 압축응력층과의 경계 부근 혹은 압축층력층 내에까지 버블을 확대할 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 5, the size of the bubble can be enlarged by sequentially forming bubbles, and the bubble formed from the tensile stress layer is gradually expanded to form bubbles in the vicinity of the boundary with the compressive stress layer, Can be enlarged.
또한, 도 6 에 도시된 바와 같이, 버블을 표면 방향으로 점차 확대하여 유리 내부에 절단 라인을 형성할 수 있게 된다. Further, as shown in Fig. 6, the bubble is gradually enlarged toward the surface direction, so that the cutting line can be formed inside the glass.
도 7 은 강화유리 내부에 형성된 연결된 절단 라인을 나타낸 일실시예이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 강화유리 내부에 버블을 연속적으로 생성함으로써, 추후 강화유리의 절단시에 파손 없이 강화유리를 절단할 수 있도록 하는 절단라인을 형성한다. 이때, 다수의 버블들이 상호 연결되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 다수의 버블들이 서로 연결되어 있지 않더라도, 충분히 가까운 거리에 있는 경우에는, 유리를 파손하지 않고 절단할 수 있도록 하는 절단 라인을 형성할 수 있다. 7 is an embodiment showing a connected cutting line formed inside the tempered glass. As shown in Fig. 7, bubbles are continuously generated inside the tempered glass to form a cutting line that allows the tempered glass to be cut without breakage at the time of subsequent cutting of the tempered glass. At this time, it is preferable that a plurality of bubbles are interconnected. However, even if a large number of bubbles are not connected to each other, a cutting line can be formed so that the glass can be cut without damaging the glass when the glass bubble is sufficiently close.
상기의 실시예는 먼저 화학적 강화처리를 한 후에 강화유리 내부에 버블을 형성하는 과정을 설명하였다. 그러나, 화학적 강화처리 이전에 먼저 유리 내부에 버블을 통한 절단 라인을 형성하고, 화학적 강화처리 과정을 거치도록 할 수 도 있다. 이러한 경우에는, 도 7 에 도시된 바와 같이, 유리 내부에 버블들이 서로 연결되도록 함으로써, 유리 강화시에 사용되는 용제, 예를 들어 KNO3 용제가 버블을 이용한 절단 라인을 통과할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 유리의 강화처리 이전에 절단 라인을 형성한 경우에는, 강화처리 과정에서 버블에 의한 절단 라인도 더불어 강화 처리가 되는 장점이 있다. The above embodiments describe a process of first forming a bubble in a tempered glass after a chemical tempering process. However, it is also possible to form a cutting line through the bubble inside the glass before the chemical strengthening treatment, and to carry out the chemical strengthening treatment. In such a case, as shown in FIG. 7, it is preferable that the solvent used for glass strengthening, for example, KNO 3 solvent, can pass through the cutting line using the bubble by allowing the bubbles to be connected to each other inside the glass Do. As described above, in the case where the cutting line is formed before the tempering treatment of glass, there is an advantage that the tempering treatment is performed along with the cutting line by the bubble in the tempering process.
강화유리 내부에 절단 라인을 형성하고 나면, 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 과정을 수행한다. 절단 라인에는 응력이 존재하지 않으므로, 강화 유리의 파손 없이 용이하게 강화유리를 절단할 수 있다. 이때, 종래기술에 따른 레이저 절단방법, 열선을 이용하여 절단하는 방법, 초음파 절단방법, CNC를 적용한 연마 혹은 다이아몬드 휠 등을 이용하여 절단하는 방법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. Once the cutting lines are formed in the tempered glass, the process of cutting the tempered glass along the cutting lines is performed. Since there is no stress in the cutting line, the tempered glass can be easily cut without breaking the tempered glass. At this time, various methods such as a laser cutting method according to the related art, a cutting method using a heat ray, an ultrasonic cutting method, a polishing method using a CNC, or a cutting method using a diamond wheel can be used.
본 발명의 일 실시예로서 화학적 강화유리에 대해서만 설명하였으나, 본 발명에 따른 유리 절단 방법은 화학적 강화유리 뿐 아니라, 일반 서냉유리, 고 알루미나 유리, 사파이어, 세라믹, 크리스탈 혹은 아크릴 등의 플라스틱 재료에도 적용이 가능하다. The glass cutting method according to the present invention is applied not only to chemically tempered glass but also to plastic materials such as general annealed glass, high alumina glass, sapphire, ceramic, crystal or acrylic as an embodiment of the present invention This is possible.
Claims (10)
화학적 강화유리 내부의 인장응력층에 레이저를 조사하여 폭발(explosion) 혹은 기화(evaporation)를 일으킴으로써 유리를 기체상의 버블로 변화시키는 단계;
상기 버블들을 연결하여, 유리 내부의 인장응력층에 응력이 존재하지 않는
상기 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 단계
를 포함하여 이루어지는 강화유리 절단 방법.
In the tempered glass cutting method,
Changing the glass into a gas phase bubble by causing a laser to irradiate the tensile stress layer in the chemically tempered glass to cause explosion or evaporation;
The bubbles are connected to each other so that stress is not present in the tensile stress layer in the glass
Cutting the tempered glass along the cutting line
≪ / RTI >
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