KR20110121637A - 강화된 유리의 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속으로 미리 결정된 선, 축, 또는 방향을 따라 컷팅된 가장자리에 손실을 최소화하면서 열적 또는 화학적으로 강화된 유리 시트를 컷팅하는 방법에 관한 것이다. 상기 강화된 유리 시트는 적어도 두 개의 피스로 미리 결정된 형태 또는 치수를 갖도록 컷팅될 수 있다. 적어도 하나의 손상선이 강화된 유리 시트내에 형성된다. 상기 적어도 하나의 손상선은 강화된 압축 응력 표면층 밖 및 강화된 유리 시트의 인장 응력층내에 형성된다. 적어도 하나의 손상선은 레이저 처리로 형성될 수 있다. 크랙이 강화된 유리 시트 안에 만들어지고 적어도 하나의 손상선을 따라 확장되어서 미리 결정된 선, 축, 또는 방향을 따라 강화된 유리 시트를 적어도 두 개의 피스로 분리시킨다.

Description

강화된 유리의 분리 방법{Method of separating strengthened glass}
본 출원은 2009년 2월 19일에 출원된 미국출원 시리얼번호 제12/388837호에 대하여 우선권을 주장한다.
본 출원은 강화된 유리를 분리하는 방법에 관한 것이다.
열 템퍼링(thermal tempering) 및 이온 교환법에 의한 화학적 처리는 유리를 강화시키는데 널리 알려진 방법이다. 이러한 공정에 의하여 강화된 유리는 표면층에 압축응력(compressive stress) 및 벌크내 인장응력(tensile stress)을 갖는다.
템퍼링되거나 화학적으로 강화된 유리는 불가능하지는 않으나, 바람직한 형태 및/또는 크기로 컷팅 또는 분리되기 어렵다. 그러므로, 컷팅 작업은 강화 작업을 수행하기 전에 수행된다. 초기 크랙(crack)이 스코어링 선을 따라 확장하지 않거나 그 대신 다수번 갈라지는 경향이 있기 때문에 전통적인 스코어링 및 브레이킹 기술(score-and-break techniques)을 사용하지는 않는다. 결과적으로, 유리 샘플은 종종 다수의 피스(piece)로 깨진다.
본 발명은 고속으로 미리 결정된 선(line), 축, 또는 방향을 따라 컷팅된 가장자리의 손실을 최소화하면서 열적 또는 화학적으로 강화된 유리 시트를 컷팅하는 방법을 제공한다. 상기 강화된 유리 시트는 적어도 두 개의 피스로 미리 결정된 형태 또는 치수(dimension)를 갖도록 컷팅될 수 있다. 적어도 하나의 손상선(damage line)이 강화된 유리 시트내에 형성된다. 상기 적어도 하나의 손상선은 강화된 압축 응력 표면층 밖 및 강화된 유리 시트의 인장 응력층내에 형성된다. 적어도 하나의 손상선은 레이저 처리로 형성될 수 있다. 크랙이 강화된 유리 시트 안에 만들어지고, 적어도 하나의 손상선을 따라 확장되어서, 미리 결정된 선, 축, 또는 방향을 따라 강화된 유리 시트를 적어도 두 개의 피스로 분리시킨다.
따라서, 본 발명의 제 1 측면은 강화된 유리 시트를 분리하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 강화된 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서, 제 1 표면 및 제 2 표면 각각은 압축 응력하에서 강화된 표면층 및 상기 표면에서부터 층 깊이까지 연장되고, 인장 응력하에서 중심 영역(central region)을 가짐; 상기 중심 영역에서 적어도 하나의 손상선을 형성하는 단계; 및 크랙이 만들어지고 확장되어서 적어도 하나의 손상선을 따라 유리 시트를 적어도 두 개의 피스로 분리하는 단계(여기서, 적어도 하나의 피스는 미리 결정된 형상 및 미리 결정된 치수 중 적어도 하나를 가짐)를 포함한다.
본 발명의 제 2 측면은 강화된 유리 시트를 분리하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 강화된 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서, 제 1 표면 및 제 2 표면 각각은 압축 응력하에서 강화된 표면층 및 상기 표면에서부터 층 깊이까지 연장되고, 인장 응력하에서 중심 영역을 가짐; 상기 중심 영역에서 제 1 레이저-유도(laser-induced) 손상선을 형성하는 단계; 및 제 2 레이저-유도 손상선을 형성하는 단계, 제 2 레이저-유도 손상선은 제 1표면의 강화된 표면층과 제 1 레이저-유도 손상선의 사이에 위치하고, 제 2 레이저-유도 손상은 제 1 레이저-유도 손상선과 평행하며, 제 1 레이저-유도 손상선 및 제 2 레이저-유도 손상선은 제 1 표면 및 제 2 표면과 직각으로 교차하는 평면으로 정의됨; 및 크랙이 만들어지고 확장되어서 적어도 하나의 손상선을 따라 유리 시트를 적어도 두 개의 피스로 분리하는 단계(여기서, 적어도 하나의 피스는 미리 결정된 형상 및 미리 결정된 치수 중 적어도 하나를 가짐)를 포함한다.
본 발명의 제 3 측면은 강화된 유리 시트를 분리하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 강화된 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서, 제 1 표면 및 제 2 표면 각각은 압축 응력하에서 강화된 표면층 및 상기 표면에서부터 층 깊이까지 연장되고, 인장 응력하에서 중심 영역을 가짐; 및 적어도 하나의 가장자리는 상기 제 1 및 제 2 표면과 결합하는 단계(여기서, 상기 적어도 하나의 가장자리는 실질적으로 칩핑(chipping)이 없음)를 포함한다.
이들 및 다른 측면, 이점, 및 중요한 특징은 후술하는 상세한 설명, 도면, 및 특허청구범위로부터 명백하게 설명될 것이다.
도 1은 강화된 유리 시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 레이저-형성된 손상선을 갖는 강화된 유리 시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 복수의 컷팅을 갖는 강화된 유리 시트를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
후술할 설명에서, 참조 부호와 같은 것은 도면에 나타낸 몇 개의 도면 전체에 걸쳐 상응 또는 유사한 부분을 나타낸다. 또한, 달리 명시적으로 언급하지 않아도, "상부", "바닥부", "외부", "내부" 및 이와 유사한 부분은 편의를 위한 것이며, 한정된 용어로서 추론되어서는 안 된다. 이에 더하여, 그룹이 요소 및 이들의 조합의 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것으로서 기술되어 있는 경우, 상기 그룹은 어떤 개수로 언급된 요소 각각 또는 이들의 조합을 포함하거나, 필수적으로 이로써 이루어지거나, 이로써 구성된 것일 수 있다고 이해된다. 이와 유사하게, 그룹이 요소 및 이들의 조합의 그룹 중 적어도 하나로 이루어지는 것으로서 기술되어 있는 경우, 상기 그룹은 언급된 임의의 수의 이들 각각 또는 이들의 조합으로 이루어진 것일 수 있다고 이해된다. 달리 명시적으로 기술되어 있지 않더라도, 범위의 값으로 언급된 경우, 이는 그 범위의 상한값과 하한값을 포함한다.
일반적으로 도면에 대하여, 특히, 도 1은 본 발명의 특정한 구체예에 따른 예시를 나타낸 것이며, 이로 한정하여 개시 또는 권리범위를 청구할 의도는 아니다. 도면은 반드시 축적을 나타내지는 않았고, 어떤 도면 및 어떤 단면도에서는 그 크기를 과장해서 나타내거나 명료 및 간결하게 개략적으로 나타낼 수도 있다.
본 명세서에서, "분리", "나눔", 및 "컷팅"은 달리 명시적으로 설명하지 않더라도 동등한 의미로 간주되고 상호교환적으로 사용되며, 물리적인 수단으로 하나 이상의 피스로 유리와 같은 유리 제품을 분리 또는 나누는 것을 의미한다.
이온 교환법과 같은 화학적 프로세스 또는 열적 템퍼링에 의하여 강화된 유리는 압축 응력하에서 표면층 및 인장 응력하에서 중심 부분을 갖는다. 이러한 층의 존재는 스코어링-및 브레이킹 기술과 같은 종래의 방법에 의하여 바람직한 형상 및 치수의 개별 피스로 상기 유리를 분리 또는 나누는 것을 어렵게 만든다. 단일의 스코어링선을 따라 확장한다기보다는 오히려 크랙은 다수의 가지로 갈라지는 경향이 있다. 그 결과, 유리는 종종 랜덤한 형상의 다수의 피스로 깨진다.
본 발명은 강화된 유리 시트를 다수의 피스 또는 부분으로 조절하여 분리하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 조절된 또는 가이드된 방법으로 미리 결정된 선 또는 평면을 따라 상기 유리 시트를 분리한다는 점에서 볼 때 조절가능하다. 상기 강화된 유리를 분리함으로서 형성된 적어도 하나의 피스는 적어도 하나의 미리 결정된 형상 및 미리 결정된 치수를 갖는다. 상기 방법은 먼저, 제 1 및 제 2 표면, 압축 응력하에서 상기 표면에서부터 층 깊이까지 연장된 강화된 표면층 및 인장 응력하에서 중심 영역을 갖는 강화된 유리 시트를 제공하는 단계를 포함한다. 그 후, 적어도 하나의 손상선이 상기 중심 영역내 및 상기 강화된 표면 층의 외부에 형성된다. 그 후, 크랙이 만들어지고 적어도 하나의 손상선을 따라 확장되어 강화된 유리 시트를 미리 결정된 형상 및 미리 결정된 치수 중 적어도 하나를 갖는 다수의 피스로 분리시킨다.
먼저, 강화된 유리 시트가 제공된다. 상기 강화된 유리 시트는 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지며, 상기 표면들은 실질적으로 평행하거나 서로가 동일한 형상(예컨데, 등각)을 가진다. 상기 강화된 유리 시트는 평면일 수 있거나, 대안적으로 예를 들면, 적어도 하나의 곡면 등을 갖는 3차원 시트일 수 있다.
도 1에서, 강화된 유리 시트의 단면도를 개략적으로 나타낸다. 강화된 유리 시트(100)는 두께(t) 및 길이(l), 실질적으로 평행한 제 1 표면(110) 및 제 2 표면(120), 중심 부분(115), 및 제 1 표면(110) 및 제 2 표면(120)과 결합된 가장자리(130)를 갖는다. 강화된 유리 시트(100)는 열적 또는 화학적으로 강화되고, 제 1 표면(110) 및 제 2 표면(120)으로부터 각각의 표면 아래로 깊이 (d1, d2)까지 확장한 강화된 표면층(112, 122)을 갖는다. 중심부(115)가 인장 응력하 또는 장력(tension)하에 있는 동안 강화된 표면층(112, 122)이 압축응력하에 있다. 중심부(115)에서의 인장 응력은 강화된 표면층(112, 122)에서의 압축응력과 균형을 이루어서, 그 결과, 강화된 유리 시트(100)내에서 평형을 유지한다. 강화된 표면층(112, 122)까지 연장된 깊이(d1, d2)는 일반적으로, 각각 "층 깊이"라고 일컫는다. 또한, 가장자리(130)의 부분(132)은 강화 공정의 결과로서 강화된다. 강화된 유리 시트(100)의 두께(t)는 일반적으로 약 0.3㎜에서부터 약 2㎜까지의 범위이다. 일 구체예에서, 두께(t)는 약 0.5㎜에서부터 약 1.3㎜까지의 범위이다.
본 명세서에 기술된 방법은 당업계에서 공지된 모든 열적 또는 화학적으로 강화된 유리를 분리하는데 사용된다. 일 구체예에서, 강화된 유리 시트(100)는 예를 들면, 소다 라임 유리이다. 또 다른 구체예에서, 강화된 유리 시트(100)는 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다. 특정한 구체예에서, 유리는 60-70 mol% SiO2; 6-14 mol% Al2O3; 0-15 mol% B2O3; 0-15 mol% Li2O; 0-20 mol% Na2O; 0-10 mol% K2O; 0-8 mol% MgO; 0-10 mol% CaO; 0-5 mol% ZrO2; 0-1 mol% SnO2; 0-1 mol% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3;을 포함하며, 여기서, 12 mol% ≤ Li2O + Na2O + K2O ≤ 20 mol% 및 0 mol% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol%이다. 또 다른 구체예에서, 유리는 64 mol% ≤ SiO2 ≤ 68 mol%; 12 mol% ≤ Na2O ≤ 16 mol%; 8 mol% ≤ Al2O3 ≤ 12 mol%; 0 mol% ≤ B2O3 ≤ 3 mol%; 2 mol% ≤ K2O ≤ 5 mol%; 4 mol% ≤ MgO ≤ 6 mol%; 및 0 mol% ≤ CaO ≤ 5 mol%를 포함하며, 여기서: 66 mol% ≤ SiO2 + B2O3 + CaO ≤ 69 mol%; Na2O + K2O + B2O3 + MgO + CaO + SrO > 10 mol%; 5 mol% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 mol%; (Na2O + B2O3) - Al2O3 ≤ 2 mol%; 2 mol% ≤ Na2O - Al2O3 ≤ 6 mol%; 및 4 mol% ≤ (Na2O + K2O) - Al2O3 ≤10 mol%이다. 일 특정 구체예에서, 유리는 66.7 mol% SiO2; 10.5 mol% Al2O3; 0.64 mol% B2O3; 13.8 mol% Na2O; 2.06 mol% K2O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO2; 0.34 mol% As2O3; 및 0.007 mol% Fe2O3의 조성을 갖는다. 또 다른 구체예에서, 유리는 66.4 mol% SiO2; 10.3 mol% Al2O3; 0.60 mol% B2O3; 4.0 mol% Na2O; 2.10 mol% K2O; 5.76 mol% MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO2; 0.21 mol% SnO2; 및 0.007 mol% Fe2O3의 조성을 갖는다. 일부 구체예에서, 유리는 실질적으로 리튬이 없을 수 있으며, 또 다른 구체예에서, 유리는 비소, 안티몬, 및 바륨 중 적어도 하나가 실질적으로 없을 수 있다. 또한, 유리는 다운 드로잉가능(down drawable)할 수 있다. 예를 들면, 슬롯 드로잉 또는 퓨전 드로잉 공정과 같은 방법에 의하여 성형가능하다. 예를 들면, 유리는 적어도 130 kpoise의 액상점도를 갖는다. 이러한 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 비-제한적인 예는 2007년 5월 22일에 출원된 미국 가출원번호 제60/930,808호에 우선권을 주장한 2007년 7월 31일에 출원된 미국 특허출원번호 제11/888,213호, Adam J. Ellison 등, 발명의 명칭 "Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate"; 2007년 11월 29일에 출원된 미국 가출원번호 제61/004,677호에 우선권을 주장한 2008년 11월 25일에 출원된 미국 특허출원번호 제12/277,573호, Matthew J. Dejneka 등, 발명의 명칭 "Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance"; 2008년 2월 26일에 출원된 미국 가출원번호 제61/067,130호, Matthew J. Dejneka 등, 발명의 명칭 "Fining Agents for Silicate Glasses"; 2008년 2월 29일에 출원된 미국 가출원번호 제61/067,732호, Matthew J. Dejneka 등, 발명의 명칭 "Ion-Exchanged, Fast Cooled Glasses"; 및 2008년 8월 8일에 출원된 미국 가출원번호 제61/087324호, Kristen L. Barefoot 등, 발명의 명칭 "Chemically Tempered Cover Glass"에 수록된 전체 내용은 본 명세서에 모두 혼입된다.
본 명세서에서 이미 기술한 바와 같이, 일 구체예에서, 유리는 유리의 표면층에서의 이온이 동일한 원자가 또는 산화 상태(oxidation state)를 갖는 더 큰 이온에 의해 대체되는 이온 교환법에 의해 화학적으로 강화된다. 일 구체예에서, 표면층에서의 이온 및 더 큰 이온은 Li+ (유리내에 존재하는 경우), Na+, K+, Rb+, 및 Cs+와 같은 1가 알칼리 금속 양이온이다. 대안적으로, 표면층에서의 1가 양이온이 Ag+ 등, 또 다른 알칼리 금속 양이온과 같은 1가 양이온으로 대체될 수 있다.
이온 교환 공정은 전형적으로 더 큰 이온을 함유한 용융염욕(molten salt bath)내에 유리를 침지(immersing)시켜 수행된다. 당업자는 욕 조성 및 온도, 침지 시간, 염욕에서의 유리의 침지 횟수, 다수의 염욕의 사용, 어닐링, 세척 등과 같은 추가적인 단계를 포함하나 이에 한정하지 않는 이온 교환법에서의 파라미터가 유리의 조성 및 바람직한 층 깊이 및 강화 작업의 결과 달성되는 강화된 유리의 압축 응력에 의하여 일반적으로 결정된다는 것을 알 것이다. 한 예로서, 알칼리 금속-함유 유리의 이온 교환은 더 큰 알칼리 금속 이온의 니트레이트(nitrate), 술페이트(sulfate), 및 클로라이드(chloride)와 같은 염(이에 제한되지 않음)을 함유한 적어도 하나의 용융염내 침지에 의하여 달성될 수 있다. 전형적으로, 용융염욕의 온도는 약 380℃에서 약 450℃의 범위이고, 침지 시간은 약 15분에서부터 약 16시간이다.
이온 교환법의 비-제한적인 예는 상기 이미 언급한 미국특허출원 및 미국가특허출원에서 제공된다. 이에 더하여, 침지 사이에 세척 및/또는 어닐링 단계와 함께 복수의 이온 교환욕에 유리를 침지하는 이온 교환법의 비-제한적인 예는 2008년 7월 11일에 출원된 미국 가출원번호 제61/079,995호, Douglas C. Allan등, 발명의 명칭 "Glass with Compressive Surface for Consumer Applications"에 유리는 서로 다른 농도의 염욕에서 다수의 연속적인 이온 교환처리로 침지에 의하여 강화된다고 기술되어 있으며; 2008년 7월 29일에 출원된 미국가출원번호 제61/084,398호, Christopher M. Lee 등, 발명의 명칭 "Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass"에, 유리는 희석된 제 1 욕에서 방출된 이온과 이온교환 후 제 1 욕 보다 더 작은 농도의 방출이온을 갖는 제 2 욕에 침지시켜 강화된다고 기술되어 있다. 미국 가특허 출원번호 제61/079,995호 및 제61/084,398호의 발명의 내용은 전부 본 명세서에 혼입된다.
또 다른 구체예에서, 강화된 유리 시트(100)는 열적 템퍼링(thermal tempering)에 의하여 강화될 수 있다. 이 기술에 따르면, 강화된 유리 시트(100)는 유리의 변형점보다 더 높은 온도까지 가열되고 급격하게 변형점 아래의 온도로 냉각되어 강화된 표면층(112, 122)을 만든다.
그 다음 단계에서, 적어도 하나의 손상선(damage line)이 강화된 유리 시트(100)의 인장 응력하에 있는 중심 영역(115)에서 강화된 유리 시트(100)내에 형성된다. 개략적으로 도 2에서 나타낸 구체예에서, 제 1 및 제 2 손상선(140, 150)은 중심영역(115)에 형성된다. 상기 손상선의 적어도 하나는 강화된 유리 시트(100)내에 미리 결정된 축, 선, 또는 방향을 따라 형성되고, 강화된 표면층(112, 122)의 외부에 위치된다. 상기 손상선의 적어도 하나는 제 1 표면(110) 및 제 2 표면(120)에 수직인 평면에 형성된다.
일 구체예에서, 손상선은 유리 트랜스미션 스펙트럼(glass transmission spectrum)의 투명 윈도우에서 작동되는 레이저로 강화된 유리시트(100)를 조사하여 형성된다. 레이저 빔의 강도 또는 유량이 한계값(threshold value)을 초과하는 경우 비선형 흡수에 의해 강화된 유리시트(100)의 벌크내 손상이 발생된다. 유리를 가열하여 손상선을 만든다기보다는 비선형 흡수는 분자 결합을 깨서 손상선을 만든다; 상기 강화된 유리시트(100)의 벌크는 초과 가열을 경험하지는 않는다. 일 구체예에서, 레이저는 1064㎚의 기본 파장, 또는 이의 고조파(harmonics)(예컨데, 532 ㎚, 355 ㎚)에서 100-150 kHz의 반복률(repetition rate)로 작동되는 나노세컨드 펄스 Nd 레이저(nanosecond pulsed Nd laser)이다. 나노세컨드 펄스 Nd 레이저의 전력(power)은 약 1 W에서부터 약 3 W까지의 범위이다.
레이저 조사에 의한 강화된 유리시트(100)내의 손상선의 형성은 도 2에 개략적으로 나타낸다. 제 1 레이저-형성된 손상선(140)은 레이저(162) 및 레이저 빔(160)의 초점을 맞추는 것이 필요한 레이저 옵틱스(laser optics)(도시하지 않음)에 의해 발생된 레이저 빔(160)으로 강화된 유리시트(100)를 조사하여 형성된다. 레이저 빔(160)은 제 2 표면(120) 및 제 2 강화된 표면 층(122)위에 초점을 맞추어서 제 1 손상선(140)을 형성한다. 제 1 손상선(140)은 제 2 표면(120)으로부터의 깊이 (d3)로 형성되고, 이것은 제 2 강화된 표면층(122)의 깊이(d2) 보다 크다. 그러므로, 제 1 손상선(140)은 중심영역(115)내에 위치되고, 이는 인장 응력하에 있으며, 표면 영역의 외부, 즉, 제 2 강화된 표면층(122)은 압축 응력하에 있다. 강화된 유리시트(100) 및 레이저 빔(160) 중 적어도 하나는 강화된 유리시트(100)의 선(l)을 따라 방향(142)로 이동하여 제 1 손상선(140)을 형성한다. 일 구체예에서, 강화된 유리시트(100)는 레이저 빔(160)에서 이동한다. 이러한 이동은 당업계에서 알려진 이동가능한 스테이지(stage), 테이블(table) 등을 이용하여 달성될 수 있다.
손상선(140)을 형성한 후, 레이저 빔(160)은 제 1 표면(110) 및 제 1 강화된 표면층(112) 아래로 초점이 다시 맞추어져서 중심영역(115)에 제 2 손상선(150)을 형성한다. 제 2 손상선(150)은 제 1 손상선(140)과 제 2 강화된 표면층(112) 사이에, 제 1 강화된 표면층(112)의 깊이(d1)보다 큰 깊이(d4)로 형성된다. 그러므로, 제 2 손상선(150)은 압축응력하에 있는 제 1 강화된 표면층(112)인 표면층 외부에 위치된다.
일 구체예에서, 레이저 빔(160)은 강화된 유리시트(100)의 선(l)을 따라 방향(152)로 이동하여, 강화된 유리시트(100) 및 레이저 빔(160) 중 적어도 하나를 이동시켜 제 2 손상선(150)을 형성한다. 일 구체예에서, 제 2 손상선(150)을 형성하는데 사용되는 레이저 빔(160) 또는 강화된 유리시트(100)의 이동 방향은 제 1 손상선(140)을 형성하는데 사용되는 이동 방향(142)과 반대방향이다. 일 구체예에서, 레이저(162) 및 관련된 레이저 옵틱스로부터 멀리 떨어진 제 1 손상선(140)이 먼저 형성된 후, 레이저(162) 및 관련 레이저 옵팁스와 가까운 제 2 손상선(150)이 형성된다. 일 구체예에서, 제 1 및 제 2 손상선(140, 150)은 약 30 cm/s에서부터 약 50 cm/s까지의 범위의 레이저 빔 속도로 형성된다. 또 다른 구체예에서, 제 1 손상선(140) 및 제 2 손상선(150)은 레이저 빔(160)을 스플릿팅(splitting)하여 동시에 형성될 수 있다.
일 구체예에서, 제 1 및 제 2 손상선(140, 150)의 형성은 각각의 손상선을 따라 레이저 빔(160)으로 오버라이팅(overwriting) 또는 적어도 두 개의 패스(pass)를 만드는 것을 포함한다. 예컨데, 레이저 빔(160)은 각 손상선을 따라 적어도 두 번, 바람직하게는 서로 서로가 연속적으로(0.1초내에) 이동한다. 이는 약 0.1 초의 짧은 딜레이(delay)만으로 동시에 다수의 패스를 만들도록 당업계에서 알려진 레이저 빔(160)을 스플릿팅하거나 또는 다른 수단에 의해 달성될 수 있다.
약 1㎜의 두께(t)를 갖는 강화된 유리시트(100)에 대하여, 제 1 및 제 2 표면(110, 120) 아래의 제 1 및 제 2 손상선(140, 150)의 각각의 깊이(d3, d4)는 약 50㎛에서부터 약 350㎛까지의 범위내이다. 일 구체예에서, 깊이(d3, d4)는 약 100㎛에서부터 약 150㎛까지의 범위내이다. 또 다른 구체예에서, 깊이(d3, d4)는 약 100㎛에서부터 약 150㎛까지의 범위내이다.
강화된 유리 시트(100)의 적어도 하나의 손상선을 형성한 후, 크랙(crack)이 만들어지고 확장되어서 강화된 유리시트(100)를 복수의 더 작은 유리 피스로 분리시킨다. 상기 유리 피스 중 적어도 하나는 바람직한 또는 미리 결정된 치수 및/또는 형상을 갖는다. 강화된 유리시트(100)는 강화된 유리시트(100)내에 형성된 손상선에 의해 한정된 평면을 따라 분리된다. 도 2를 참조하면, 강화된 유리시트(100)는 미리 결정된 선(l) 및 제 1 손상선(140) 및 제 2 손상선(150)에 의해 한정된 평면을 따라 분리된다.
크랙 형성, 확장, 및 분리는 손상선에 의해 형성된 평면의 반대측상의 강화된 유리시트(100)의 수동 또는 기계적 플렉시온(flexion)과 같은 당업계에 알려진 방법으로부터 달성될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 일 구체예에서, 스크라이브(scribe)는 제 1 표면 또는 제 2 표면(110, 120)에 흠집(flaw)을 내어 크랙을 만든 후, 제 1 및 제 2 손상선(140, 150)을 확장시키는데 사용될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 길이로 약 2-3 ㎜의 기계적 스크라이브는 크랙 형성을 용이하게 하기 위하여 강화된 유리시트(100)의 가장자리(130)상에 만들어질 수 있다. 또 다른 구체예에서, 크랙 형성, 확장 및 분리는 물과 같은 액체에 강화된 유리 시트(100)를 침지(immersing)하여 달성된다. 또 다른 구체예에서, 크랙 형성, 확장 및 분리는 레이저 빔(160)으로 제 1 및 제2 손상선(140,150)의 반복된 오버라이팅에 의하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 일부 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 강화된 유리 시트는 레이저 빔(160)으로 적어도 두 번 제 1 및 제 2 손상선(140,150)을 오버라이팅하여 분리될 수 있다. 대안적으로, 레이저 빔(162)의 전력은 분리에 영향을 미치기에 충분한 수준으로 증가될 수 있다. 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시트는 예를 들면, 적어도 1 W의 전력을 갖는 355 ㎚ 나노세컨드 펄스 Nd 레이저를 사용하여 완전히 분리될 수 있다.
본 명세서에서 기술한 방법을 사용하여, 강화된 유리 시트(100)는 미리 결정된 직선(예컨데, 도 1 및 2에서 선(l))을 따라 분리 또는 컷팅되어서, 강화된 유리 시트(100)의 분리에 의해 형성된 가장자리를 따라 치핑(chipping)이 거의 없거나 치핑이 없는 복수의 더 작은 유리 시트를 형성한다. 복수의 커트(cut)를 갖는 강화된 유리 시트(100)의 평면도는 도 3에 개략적으로 나타난다. 직선 커트(310, 312)는 직각으로 서로 각각 크로스(cross) 또는 교차하여서 직사각형 모서리(315)를 갖는 커트 유리시트를 얻을 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에 기술된 방법은 강화된 유리 시트(100)에서, 곡선 커트(radius cuts, 325)(즉, 반경(r)을 갖는 호(arc)가 되는 커트)를 만들 수 있어서, 둥근 모서리(325)를 갖는 선(320, 322)을 따라 커트된 유리 시트를 얻을 수 있다. 일 구체예에서, 이러한 곡선 커트는 약 5 ㎜ 이상의 반경(r)을 가질 수 있다. 반면, 다른 방법에 의하여 좁은 스트립(strip)으로 강화된 유리를 커팅하는데 문제가 있는 경우, 본 명세서에 기술한 방법은 3 ㎜의 좁은 스트립으로 강화된 유리 시트를 커팅하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술한 방법은 0-폭 커프(zero-width kerf)(즉, 실질적으로 분리 시점에 물질의 손실이 없음) 및 데브리스(debris)의 발생이 거의 없거나 전혀 없게 강화된 유리시트를 커팅하도록 한다.
또한, 강화된 유리 제품이 제공된다. 강화된 유리 제품은 제 1 표면 및 제 2 표면을 가진다. 각각의 제 1 표면 및 제 2 표면은 표면으로부터 층 깊이까지 확장된 압축응력하에서 강화된 표면층 및 인장 응력하의 중심 영역을 가진다. 또한, 강화된 유리 제품은 제 1 및 제 2 표면과 결합하는 적어도 하나의 가장자리를 가지며, 여기서 적어도 하나의 가장자리는 실질적으로 치핑이 없다.
적어도 하나의 가장자리는 상기 본 명세세에서 기술된 방법을 이용하여 강화된 유리시트(100)를 분리하여 형성된다. 적어도 하나의 가장자리는 적어도 두 개의 피스로 분리되는 강화된 유리시트(100)에 평면을 따라 형성된다.
강화된 유리 제품은 상기 본 명세서에서 기술된 화학적 또는 열적으로 강화된 모든 유리일 수 있다. 일 구체예에서, 상기 유리는 위에서 언급한 바와 같이 알칼리 알루미노실리케이트 유리일 수 있다.
강화된 유리 제품은 치핑 및 스크래칭에 저항성이 있으며, 텔레폰, 뮤직 플레이어, 비디오 플레이어 등, 휴대용 컴퓨터의 스크린과 같은 모바일 통신 및 엔터테인먼트 디바이스용 커버 플레이트, 또는 우수한 내스크레치성을 갖는 강한 유리가 요구되는 다른 제품에 사용되는데 매우 적합하다.
후술하는 실시예는 본 명세서에서 기술한 특징 및 이점을 설명하는 것이고, 이에 본 말명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
66.7 mol% SiO2; 10.5 mol% Al2O3; 0.64 mol% B2O3; 13.8 mol% Na2O; 2.06 mol% K2O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO2; 0.34 mol% As2O3; 및 0.007 mol% Fe2O3의 조성을 갖는 유리 샘플을 410℃에서 7 시간 동안 용융 KNO3 욕에 침지하여 이온-교환하였다. 상기 유리의 표면상의 이온-교환된 층의 두께는 약 50㎛이었다.
상기 유리 샘플을 컴퓨터 제어 XYZ 스테이지에 올려두고, 30 mm/s에서부터 300 mm/s까지 범위의 속도로 이동(translate)시켰다. 355-㎚ 나노세컨드 Nd-YAG 레이저의 출력이 뒷면(즉, 레이저로부터 가장 멀리 떨어진 유리의 표면; 예컨데, 도 1 및 2에서 제 2 표면 (120)) 위에 0.27-NA 렌즈로 직경 1-3㎛의 스팟(spot)에 먼저 50-100㎛로 초점이 맞추어졌다. 레이저 빔의 평균 전력은 1 W였고, 반복율은 150 kHz였다. 제 1 손상선이 뒷면 근처에 그어진 후, 빔은 유리의 앞면(즉, 레이저에 가장 근접한 유리의 표면, 예컨데, 도 1 및 2에서 제 1 표면)아래에 약 동일한 거리로 다시 초점이 맞추어졌고, 상기 샘플은 다시 이동하여 앞면 근처에 제 2 손상선을 그었다. 유리에 형성된 상기 두 개의 손상선은 강화된 유리 시트를 손으로 뚝 부러뜨리거나 또는 구부려서 나누도록 하였다.
일반적인 구체예는 본 발명의 예시적인 목적을 설명하기 위한 것이고, 전술한 설명에 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 따라서, 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 등이 본 발명의 의도 및 범위 내에서 가능할 것이다.

Claims (31)

  1. a. 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 강화된 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서, 각각의 제 1표면 및 제 2 표면은 압축 응력하에서 표면에서부터 층 깊이까지 확장되는 강화된 표면층 및 인장 응력하에서 중심 영역을 가짐;
    b. 중심 영역에 적어도 하나의 손상선을 형성하는 단계; 및
    c. 크랙을 형성하고 확장하여 적어도 하나의 손상선을 따라 적어도 두 개의 피스로 상기 유리 시트를 분리하는 단계, 여기서, 적어도 하나의 피스는 미리 결정된 형상 및 미리 결정된 치수 중 적어도 하나를 가짐;를 포함하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나의 손상선을 형성하는 단계는 중심 영역에 적어도 하나의 레이저-유도 손상선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 손상선은 나노세컨드 펄스 레이저로 유리시트를 조사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중심 영역에 적어도 하나의 손상선을 형성하는 단계는 제 1 손상선 및 제 2 손상선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
    여기서, 상기 제 2 손상선은 제 1 표면의 강화된 표면층 및 제 1 손상선 사이에 위치하고, 상기 제 1 손상선 및 제 2 손상선은 제 1 표면 및 제 2 표면에 수직한 평면으로 한정됨.
  5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면의 강화된 표면층은 열적으로 강화된 표면인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  6. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면의 강화된 표면층은 화학적으로 강화된 표면인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    강화된 표면층은 이온교환에 의하여 화학적으로 강화되는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  8. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화된 유리 시트는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 60-70 mol% SiO2; 6-14 mol% Al2O3; 0-15 mol% B2O3; 0-15 mol% Li2O; 0-20 mol% Na2O; 0-10 mol% K2O; 0-8 mol% MgO; 0-10 mol% CaO; 0-5 mol% ZrO2; 0-1 mol% SnO2; 0-1 mol% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3;을 포함하며, 여기서, 12 mol% ≤ Li2O + Na2O + K2O ≤ 20 mol% 및 0 mol% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol%인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 66.7 mol% SiO2; 10.5 mol% Al2O3; 0.64 mol% B2O3; 13.8 mol% Na2O; 2.06 mol% K2O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO2; 0.34 mol% As2O3; 및 0.007 mol% Fe2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 66.4 mol% SiO2; 10.3 mol% Al2O3; 0.60 mol% B2O3; 4.0 mol% Na2O; 2.10 mol% K2O; 5.76 mol% MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO2; 0.21 mol% SnO2; 및 0.007 mol% Fe2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  12. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    크랙을 만들고 확장하여 적어도 하나의 손상선을 따라 적어도 두 개의 피스로 강화된 유리 시트를 분리하는 단계는, 평면을 따라 강화된 유리시트를 플렉싱(flexing) 및 스크라이빙(scribing) 중 적어도 하나로 강화된 유리시트를 복수의 피스로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  13. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면은 실질적으로 서로 평행한 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  14. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화된 유리 시트는 평면인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  15. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면은 서로가 3차원 및 등각인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  16. a. 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 강화된 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서, 각각의 제 1 표면 및 제 2 표면은 압축 응력하에서 표면에서부터 층 깊이까지 확장되는 강화된 표면층 및 인장응력하에서 중심 영역을 가짐;
    b. 제 1 레이저-유도 손상선을 형성하는 단계;
    c. 제 2 레이저-유도 손상선을 형성하는 단계, 여기서, 제 2 레이저-유도 손상선은 제 1 표면의 강화된 표면층 및 제 1 레이저-유도 손상선 사이에 위치되고, 제 2 레이저-유도 손상선은 제 1 레이저-유도 손상선과 평행하고, 제 1 레이저-유도 손상선 및 제 2 레이저-유도 손상선은 제 1 표면 및 제 2 표면과 수직한 평면으로 한정됨; 및
    d. 크랙을 형성하고 확장하여 적어도 하나의 손상선을 따라 적어도 두 개의 피스로 강화된 유리 시트를 분리하는 단계, 여기서, 적어도 하나의 피스는 미리 결정된 형상 및 미리 결정된 치수 중 적어도 하나를 가짐;를 포함하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 방법은 레이저 빔으로 적어도 한 번 각각의 제 1 레이저-유도 손상선 및 제 2 레이저-유도 손상선을 오버라이팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  18. 청구항 15 또는 16에 있어서,
    레이저-유도된 손상선의 미리 결정된 깊이는 약 50㎛ 내지 약 350㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  19. 청구항 16 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    크랙을 형성하고 확장하여 평면을 따라 복수의 유리 시트로 강화된 유리 시트를 분리하는 단계는, 평면을 따라 강화된 유리시트를 플렉싱(flexing) 및 스크라이빙(scribing) 중 적어도 하나로 강화된 유리시트를 복수의 피스로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  20. 청구항 16 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    화학적으로 강화된 유리 시트를 제공하는 단계는 화학적으로 강화된 유리에 대해 각각의 제 1 표면 및 제 2 표면의 층을 이온 교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  21. 청구항 16 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강화된 유리 시트는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 60-70 mol% SiO2; 6-14 mol% Al2O3; 0-15 mol% B2O3; 0-15 mol% Li2O; 0-20 mol% Na2O; 0-10 mol% K2O; 0-8 mol% MgO; 0-10 mol% CaO; 0-5 mol% ZrO2; 0-1 mol% SnO2; 0-1 mol% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3;을 포함하며, 여기서, 12 mol% ≤ Li2O + Na2O + K2O ≤ 20 mol% 및 0 mol% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol%인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  23. 청구항 16 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면은 실질적으로 서로 평행한 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  24. 청구항 16 내지 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강화된 유리 시트는 평면인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 시트의 분리 방법.
  25. a. 제 1 표면 및 제 2 표면, 여기서, 각각의 제 1 표면 및 제 2 표면은 압축 응력하에서 표면에서부터 층 깊이까지 확장되는 강화된 표면층 및 인장응력하에서 중심 영역을 가짐; 및
    b. 제 1 표면 및 제 2 표면과 결합하는 적어도 하나의 가장자리, 여기서, 적어도 하나의 가장자리는 실질적으로 치핑이 없음;
    를 포함하는 강화된 유리 제품.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가장자리는,
    a. 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 강화된 유리 시트를 제공하는 단계, 여기서, 각각의 제 1표면 및 제 2 표면은 압축 응력하에서 표면에서부터 층 깊이까지 확장되는 강화된 표면층 및 인장응력하에서 중심 영역을 가짐;
    b. 중심 영역에 적어도 하나의 레이저-유도 손상선을 형성하는 단계; 및
    c. 상기 적어도 하나의 레이저-유도 손상선을 따라 크랙을 형성하고 확장하여 적어도 하나의 가장자리를 따라 강화된 유리를 분리하고 적어도 하나의 가장자리를 형성하는 단계에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 제품
  27. 청구항 25 또는 26에 있어서, 상기 강화된 유리 제품은 화학적으로 강화되거나 또는 열적으로 강화되는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 제품.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 강화된 유리 제품은 이온 교환에 의하여 강화되는 것을 특징으로 하는 강화된 유리 제품.
  29. 청구항 25 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강화된 유리 제품은 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 제품인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 제품.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 제품은 60-70 mol% SiO2; 6-14 mol% Al2O3; 0-15 mol% B2O3; 0-15 mol% Li2O; 0-20 mol% Na2O; 0-10 mol% K2O; 0-8 mol% MgO; 0-10 mol% CaO; 0-5 mol% ZrO2; 0-1 mol% SnO2; 0-1 mol% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3;을 포함하며, 여기서, 12 mol% ≤ Li2O + Na2O + K2O ≤ 20 mol% 및 0 mol% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol%인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 제품.
  31. 청구항 25 내지 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강화된 유리 제품은 모바일 통신 또는 엔터테인먼트 디바이스용 커버 플레이트 및 휴대용 컴퓨터 스크린 중 하나인 것을 특징으로 하는 강화된 유리 제품.
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