KR101835041B1 - 글래스의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

유리가 급격히 수축하면서 뒤틀리는 현상을 최소화할 수 있는 글래스의 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 글래스의 제조 방법은 (a) 저융점 및 고융점 유리 프릿을 혼합하여, 상기 유리 프릿이 포함된 유리 그린시트를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 유리 그린시트를 소성하는 단계;를 포함하고, 상기 소성은 상기 저융점 유리 프릿의 연화 온도 이상 내지 상기 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 수행되고, 소성시 상기 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

글래스의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF THE GLASS}

본 발명은 글래스의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소성 단계에서 유리가 급격히 수축하는 것을 제어할 수 있는 글래스의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대폰, PC, 네비게이션 및 LED 패키지 등에 글래스가 흔히 사용된다. 글래스는 통상 두께가 얇기 때문에 외부의 충격에 쉽게 파손되는 단점이 있어, 이를 보완하기 위해 강화 열처리를 하거나, 성형 몰드 장치에서 글래스를 소성한 후 성형하여, 글래스의 파손을 방지하였다.

하지만, 소성 후, 성형작업을 수행하는 경우, 글래스의 강도 및 경도가 증가한 상태에서 성형작업이 실시되기 때문에, 성형성 또는 가공성이 좋지 않아, 성형시간 및 비용이 증가하는 문제점이 있으며, 목표로 하는 두께를 제조하는데 어려움이 있다.

또한, 유리 프릿이 포함된 혼합물을 소성하는 과정에서는 글래스가 급격히 수축하여 뒤틀리는 현상이 발생한다.

형광체가 포함된 글래스의 경우에는, 형광체가 유리 프릿의 소성온도에 의해 열화되는 문제점이 있다.

따라서, 가공성이 우수하고, 소성 시 유리가 급격히 수축하는 현상을 최소화할 수 있는 글래스의 제조 방법이 요구되고 있다.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1324846호 (2013.10.28. 등록)가 있으며, 상기 문헌에는 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 소성 단계에서 유리의 급격한 수축을 제어하고, 뒤틀림 발생을 최소화할 수 있는 글래스의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 글래스의 제조 방법은 (a) 저융점 및 고융점 유리 프릿을 혼합하여, 상기 유리 프릿이 포함된 유리 그린시트를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 유리 그린시트를 소성하는 단계;를 포함하고, 상기 소성은 상기 저융점 유리 프릿의 연화 온도 이상 내지 상기 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 수행되고, 소성시 상기 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지되는 것을 특징으로 한다.

상기 (a) 단계의 유리 그린 시트는 테이프 캐스팅법을 수행하여 형성될 수 있다.

상기 고융점 유리 프릿의 함량은 유리 프릿의 전체 중량%에 대해, 50~90%인 것이 바람직하다.

상기 유리 그린시트는 형광체를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 글래스의 제조 방법은 (a) 고융점 유리 프릿을 포함하는 제1 유리 그린시트를 형성하는 단계; (b) 저융점 유리 프릿을 포함하는 제2 유리 그린시트를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 및 제2 유리 그린 시트를 교대로 적층하는 단계; 및 (d) 상기 적층된 시트를 압착한 후, 상기 저융점 유리 프릿의 연화온도 이상 내지 상기 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 소성하는 단계;를 포함하고, 소성시 상기 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 및 제2 유리 그린시트는 테이프 캐스팅법을 수행하여 형성될 수 있다.

상기 제1 유리 그린시트는 100㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

상기 제2 유리 그린시트는 제1 유리 그린 시트의 1/2 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

상기 제1 유리 그린시트는 형광체를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 글래스의 제조방법은 저융점 및 고융점 유리 프릿을 혼합하여 유리 그린시트를 형성하는 방법과 고융점 유리 프릿을 포함하는 제1 유리 그린시트와 저융점 유리 프릿을 포함하는 제2 유리 그린시트를 교대로 적층하는 방법이 있다. 상기 두 가지 방법을 상기 저융점 유리 프릿의 연화 온도 이상 내지 상기 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 상기 유리 그린 시트를 소성함으로써, 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지되는 것에 의해, 유리가 급격히 수축하면서 뒤틀리는 현상을 최소화할 수 있다. 아울러, 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지됨으로써, 시트의 가장자리 영역이 말리는 컬링 현상(curling)을 방지할 수 있다.

또한, 테이프 캐스팅법을 수행하여 유리 그린시트를 형성한 후, 소성함으로써 정밀 가공이 가능하다.

상기 저윰점 및 고융점 유리 프릿이 혼합된 경우, 소성시 유리 프릿의 소성 온도에 의한 닫힌 기공을 최소화할 수 있어 기포 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 글래스의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 글래스의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 글래스의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 실시예에 따른 글래스의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 글래스의 제조방법은 유리 그린 시트 형성 단계(S100) 및 유리 그린 시트 소성 단계(S110)를 포함한다.

먼저, 유리 그린시트 형성 단계(S100)에서는 저융점 및 고융점 유리 프릿을 혼합하여, 상기 유리 프릿이 포함된 유리 그린 시트를 형성한다.

유리 그린시트는 고융점 유리 프릿, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리로부터 테이프 캐스팅법에 의해 제조된다.

테이프 캐스팅법은 슬러리를 컨테이너 장치에 주입하여, 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 일정한 두께로 가공한 후, 건조시켜 그린 시트(green sheet)를 제조하는 방식이다. 그린 시트를 이용하여 소성 전 상태에서 가공이 수행되기 때문에, 정밀 가공이 가능하여, 소성된 유리상태에서 그라인딩, 커팅 등을 수행하는 것에 비해 생산성을 향상시키며, 가공 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

상기 고융점 유리 프릿의 함량은 유리 프릿의 전체 중량%에 대해, 50~90%인 것이 바람직하다. 고융점 유리 프릿의 함량이 50% 미만인 경우, 고융점 유리 프릿의 함량이 저융점 유리 프릿의 함량에 비해 상대적으로 낮아지게 되어, 저융점 유리 프릿에 의해 유리의 특성이 결정된다. 즉, 소성 단계에서 저융점 유리 프릿이 용융되면서 유리가 급격히 수축하여 컬링 현상 및 뒤틀림이 발생할 수 있다. 반대로, 고융점 유리 프릿의 함량이 90%를 초과하는 경우, 저융점 유리 프릿에 의한 치밀화가 부족할 수 있다.

저융점 유리 프릿은 소성 작업의 온도가 약 500~800℃이고, 알칼리토금속 산화물(MgO, CrO, BaO)을 포함하는 유리 성분을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 고융점 유리 프릿은 소성 작업의 온도가 약 800℃ 이상인 유리가 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 붕규산염인 보로실리케이트(borosilicate)계 성분을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 보로실리케이트계 성분은 고융점에 적용될 수 있고, 강도 및 내구성이 우수한 장점이 있으며, 칼슘 알루미늄 보로실리케이트, 칼슘소듐 보로실리케이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

바인더는 휘발성이 우수한 PVB(Polyvinyl Butyral) 및 아크릴 바인더를 사용하는 것이 바람직하다.

용매는 바인더의 점도를 조절하는 역할을 하며, 알코올계 용매, 케톤계 용매 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 용매는 상기 건조 과정에서 휘발되어 제거된다.

상기 유리 그린시트는 필요에 따라 형광체를 더 포함할 수 있다.

상기 형광체는 공지된 다양한 형광체를 이용할 수 있으며, 대표적인 예로 YAG계, LuAg계, TAG계, 실리케이트계, SiAlON계, BOS계, (옥시)나이트라이드계 등의 형광체를 이용할 수 있다. 상기 형광체는 슬러리 100 중량%에 대하여, 대략 10~50 중량% 정도 혼합될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 색 변환 정도 등을 고려하여 그 함량을 조절할 수 있다.

또한, 상기 형광체는 5~30㎛의 직경이 될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

형광체가 포함된 유리 그린시트를 적층하는 경우, 형광체의 함량 분포도를 판별한 후, 형광체의 함량 분포도를 균일하게 조합하여 적층하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 유리 그린 시트에 형광체가 균일하게 분산되는 것이 불가능하기 때문에, 유리 그린시트의 중앙 부분과 가장자리 부분에서의 형광체의 분포도가 불균일할 수 있다. 적층은 유리 그린 시트의 동일한 면이 한 방향을 향하도록 적층할 수 있으며, 상기 시트의 상면 및 하면이 적어도 한 번 이상 엇갈리게 하여 적층할 수도 있다.

이처럼, 형광체를 더 포함하는 경우, LED에 적용될 수 있다.

다음으로, (S110) 단계는 유리 그린시트를 소성하는 단계이다.

소성 전 단계에서는, 제조되는 글래스의 두께를 고려하여 상기 형성된 하나의 유리 그린시트를 형성하거나, 상기 유리 그린시트를 동일한 너비로 절단하여 적층할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 적층된 시트는 압착된 후, 소성될 수 있다. 압착된 시트는 대략 15%이하의 두께로 축소되며, 상기 저융점 유리 프릿의 연화 온도 이상 내지 상기 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 소성된 후, 하나의 단일체(monolithic)로 형성된다. 이때, 단일체는 폭 방향으로 대략 15-25%로 수축하며, 두께 방향으로 대략 10%이하로 수축된 형태이다.

소성은 상기 저융점 유리 프릿의 연화온도 이상 내지 고융점 유리 프릿의 연화온도 미만에서 수행됨으로써, 소성시 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지되는 것에 의해, 유리가 급격히 수축하는 것을 제어하고 뒤틀림 발생을 최소화할 수 있다.

소성시 저융점 유리 프릿이 용융되면서 치밀화에 의해 기공을 메울 수 있다. 이로 인해, 고융점 유리 프릿은 육안으로 보이지 않아 글래스의 투명성을 나타낼 수 있다.

소성 온도가 상기 저융점 유리 프릿의 연화온도 미만일 경우, 소성체의 치밀성이 부족하여 기공률이 증가함에 따라 유리의 강도 및 투과율 저하를 일으킬 수 있다. 반대로 소성온도가 상기 고융점 유리 프릿의 연화온도 이상일 경우, 형광체 분말이 열화하거나 유리의 뒤틀림이 발생할 수 있다.

상기 유리 소성 온도는 대략 500~800℃일 수 있다. 소성을 수행하는 시간은 대략 10~100분이 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 글래스의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.

도 2에 도시된 글래스의 제조 방법은 제1 유리 그린시트 형성 단계(S200), 제2 유리 그린시트 형성 단계(S210), 적층 단계 (S220), 소성 단계 (S230)를 포함한다.

먼저, (S200) 단계는 고융점 유리 프릿을 포함하는 제1 유리 그린시트를 형성하는 단계이다.

제1 유리 그린시트는 고융점 유리 프릿, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리로부터 테이프 캐스팅법에 의해 제조된다.

테이프 캐스팅법은 상기 도 1의 제조 방법에서 저술한 바와 같을 수 있다.

고융점 유리 프릿, 바인더 및 용매에 대한 설명은 상기 도 1의 제조 방법에서 전술한 바와 같다.

상기 제1 유리 그린시트는 100㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

두께가 100㎛를 초과하는 경우, 글래스의 두께로 인해 적층되는 시트의 수가 제한될 수 있으며, 글래스의 투명도가 떨어질 수 있다.

상기 제1 유리 그린시트는 형광체를 더 포함할 수 있다.

형광체가 포함되는 경우, LED용 색변환 소재에 적용될 수 있다.

후술할 소성 과정에서 저융점 유리 프릿에 의해 형광체가 열화되기 때문에, 이를 최소화하기 위해 형광체가 고융점 유리 프릿과 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 형광체는 도 1의 제조방법에서 저술한 바와 같이, 슬러리 100 중량%에 대하여, 대략 10~50 중량% 정도 혼합될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 색 변환 정도 등을 고려하여 그 함량을 조절할 수 있다.

다음으로, (S210) 단계는 저융점 유리 프릿을 포함하는 제2 유리 그린시트를 형성하는 단계이다.

상기 제2 유리 그린시트는 저융점 유리 프릿을 포함하는 슬러리로부터 테이프 캐스팅법에 의해 제조될 수 있으며, 테이프 캐스팅법은 저술한 바와 같다.

저융점 유리 프릿, 바인더 및 용매에 대한 설명은 상기 도 1의 제조 방법에서 저술한 바와 같을 수 있다.

제2 유리 그린시트는 제1 유리 그린시트 두께의 1/2 이하인 것이 바람직하다.

두께가 1/2를 초과하는 경우, 컬링 방지 효과가 저하되는 문제점이 있으며, 형광체가 제1 유리 그린시트에 혼합된 경우에, 소성 과정에서 저융점 유리 프릿과 형광체가 반응하여 형광체를 열화시킬 수 있다.

다음으로, (S220) 단계는 제1 유리 그린시트 및 제2 유리 그린시트를 교대로 적층하는 단계이다.

적층은 제1 유리 그린시트 상에 제2 유리 그린시트를 형성하고, 상기 제2 유리 그린시트 상에 제1 유리 그린시트를 형성하여 적층될 수 있다. 또한, 하나 이상의 제1 유리 그린시트와 하나 이상의 제2 유리 그린시트를 교대로 적층할 수도 있으며, 상기 제시된 제1 및 제2 유리 그린시트의 두께를 고려하여, 적층되는 시트의 개수를 조절할 수 있다.

다음으로, (S230) 단계는 상기 적층된 시트를 압착한 후, 저융점 유리 프릿의 연화 온도 이상 내지 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 소성하는 단계이다.

적층된 시트의 압착 및 소성 과정은 도 1의 제조 방법에서 저술한 바와 같을 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 글래스의 제조 방법은 저융점 및 고융점 유리 프릿이 혼합된 유리 그린시트를 형성하여 소성하는 방법이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 글래스의 제조 방법은 고융점 유리 프릿을 포함하는 제1 유리 그린시트와 저융점 유리 프릿을 포함하는 제2 유리 그린시트를 형성하여 상기 시트들을 교대로 적층한 후 소성하는 방법이다.

상기 두 가지 방법을 상기 저융점 유리 프릿의 연화 온도 이상 내지 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 소성함으로써, 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지되는 것에 의해, 유리가 급격히 수축하는 것과 뒤틀리는 것을 제어할 수 있는 효과가 있다. 이처럼, 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지됨으로써, 시트의 가장자리 영역이 말리는 컬링 현상(curling)을 방지할 수 있다.

또한, 유리 그린시트를 형성한 후 소성작업을 수행함으로써, 정밀가공이 가능하고 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

S100 : 유리 그린 시트 형성 단계
S110 : 유리 그린 시트 소성 단계
S200 : 제1 유리 그린시트 형성 단계
S210 : 제2 유리 그린시트 형성 단계
S220 : 적층 단계
S230 : 소성 단계

Claims (9)

1. (a) 저융점 및 고융점 유리 프릿을 혼합하여, 상기 유리 프릿이 포함된 유리 그린시트를 형성하는 단계; 및
   (b) 상기 유리 그린시트를 소성하는 단계;를 포함하고,
   상기 고융점 유리 프릿의 함량은 유리 프릿의 전체 중량%에 대해, 50~90%이고,
   상기 유리 그린시트는 저융점 유리 프릿, 고융점 유리 프릿, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리로부터 제조되며, 상기 유리 그린시트는 상기 슬러리 100중량%에 대하여, 직경이 5~30㎛인 형광체 10~50중량%를 포함하며,
   상기 소성은 상기 저융점 유리 프릿의 연화 온도 이상 내지 상기 고융점 유리 프릿의 연화 온도 미만에서 수행되고, 소성시 상기 고융점 유리 프릿의 형상이 그대로 유지되는 것을 특징으로 하는 글래스의 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (a) 단계의 유리 그린 시트는 테이프 캐스팅법을 수행하여 형성되는 것을 특징으로 하는 글래스의 제조 방법.
   
   
   
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