KR20120077333A - 패턴드 강화유리 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강화유리 제조장치로서, 강화시키고자 하는 유리기판을 이송하는 이송부와, 이송부에 의해 이송되는 유리기판을 가열시키는 가열부와, 가열부에 의해 가열된 유리기판 표면에 패턴을 형성하는 패턴 형성부와, 패턴 형성부에서 패턴이 형성된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 유전가열부와, 유전가열부에 의해 내부 온도가 상승된 유리기판을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.

Description

패턴드 강화유리 제조 장치 및 방법{Apparatus and method for manufacturing a patterned and tempered glass}
본 발명은 강화유리 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 패턴 형성과 함께 가열된 유리기판의 내외부 온도 차이를 최대로 크게 하고 급냉각을 통해 강화가 보다 완전하게 이루어지도록 하는 패턴드 강화유리 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강화유리(强化琉璃)는 통상의 유리기판에 비하여 압력 및 온도변화에 대한 강도가 월등하게 높고 작은 알갱이 형태로 깨져 파편에 대한 위험성이 적음으로써, 태양전지나 디스플레이 장치, 자동차, 건축물 등에 널리 사용되고 있다.
강화유리는 유리기판를 히팅챔버에서 600 ~ 900℃ 내외로 가열한 후 이송수단을 통해 냉각 챔버로 이동시킨 후 가열된 유리기판의 상하부에서 공냉장치의 에어노즐을 통해 공기를 분사시킴으로써, 가열된 유리의 표면온도를 200 ~ 400℃ 정도까지 급하게 냉각시킨다. 이에 따라 가열된 유리의 표면층에 압축 응력을 잔류시킴으로써 강도가 유리기판에 비해 월등하게 강화된 강화유리가 제조된다.
그러나 종래 강화유리 제조장치에서는 대기의 공기를 직접 흡입하여 유리로 분사시키는 공냉장치를 통해 냉각시키기 때문에, 강화유리의 강도를 높이는 데 그 한계가 있다. 강화유리의 강도는 가열된 유리를 빠른 속도로 냉각시킬수록 높아지는데, 종래에는 상온의 공기를 통해 냉각이 진행되기 때문에 가열된 유리가 서서히 냉각된다. 이에 따라 강화가 불완전하게 이루어지며 아울러 제품 불량률이 높아지는데, 이런 현상은 대기 온도가 높아지는 여름철에 더욱 심하게 발생되는 문제점이 있었다.
한편, 태양전지에 사용되는 유리기판은 광 투과도(light transmittance)와 도전성(conductivity)과 빛 가둠(light trapping) 효과가 높을 것이 요구된다. 특히 비정질 실리콘 박막 태양전지에서는 비정질 실리콘의 광흡수율이 낮기 때문에 빛 가둠(light trapping)을 최대한 증가시키시는 것이 중요하다. 빛 가둠(light trapping) 효과를 구현하기 위해 태양전지용 유리기판은 그 표면에 텍스처링(Texturing) 구조를 가진다. 유리기판에 텍스처링(Texturing) 구조를 형성하는 방법은 포토리소그라피(Photolithography), 전자-빔(E-beam) 또는 이온-빔(Focused Ion Bean) 리소그라피(lithography), 건식 식각(Dry etching), 습식 식각(Wet Etching), 나노-임프린트(Nano-imprint) 등이 있다.
즉, 종래에는 유리기판을 강화시킨 후, 표면에 패턴을 형성하는 복잡한 과정 때문에 제조시간이 길어지고 생산효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 표면 패턴 형성과 함께 가열된 유리기판의 내외부 온도 차이를 최대로 크게 하고 급냉각을 통해 강화가 보다 완전하게 이루어지도록 하는 패턴드 강화유리 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강화유리 제조시간과 생산효율을 높일 수 있는 강화유리 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 강화유리 제조장치는, 강화시키고자 하는 유리기판을 이송하는 이송부와, 이송부에 의해 이송되는 유리기판을 가열시키는 가열부와, 가열부에 의해 가열된 유리기판 표면에 패턴을 형성하는 패턴 형성부와, 패턴 형성부에서 패턴이 형성된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 유전가열부와, 유전가열부에 의해 내부 온도가 상승된 유리기판을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 강화유리 제조장치는, 이송부가 유리기판 아래에서 위로 공기를 주입하여 유리기판을 위로 부상시키는 공기 주입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 강화유리 제조장치는, 유전가열부가 이송부에 의해 이송되는 유리기판의 상부에 설치되는 상부 전극부과, 유리기판의 하부에 설치되는 하부 전극부과, 상부 전극부과 하부 전극부에 고주파 에너지를 출력하는 고주파 에너지 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 본 발명의 강화유리 제조장치는 가열부와, 가열부에 의해 가열된 유리기판 표면에 패턴을 형성하는 패턴 형성부와, 유전가열부와, 유전가열부에 의해 내부 온도가 상승된 유리기판을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구현됨으로써, 표면 패턴 형성과 함께 가열된 유리기판의 내외부 온도 차이를 최대로 크게 하고 급냉각을 통해 강화가 보다 완전하게 이루어지도록 하는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 강화유리 제조장치는 패턴 형성부와, 유전가열부와, 유전가열부에 의해 내부 온도가 상승된 유리기판을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구현됨으로써, 표면 패턴 형성과 함께 유리 강화를 동시에 실행할 수 있어, 강화유리 제조시간과 생산효율을 높일 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 강화유리 제조장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 도 1에서 패턴 형성부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 강화유리 제조장치에서 유리기판의 내부 및 표면 온도를 제조과정별로 측정한 결과이다.
도 4 는 본 발명에 따른 강화유리 제조방법에 관한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 강화유리 제조장치를 설명하기 위한 예시도이고, 도 2 는 도 1에서 패턴 형성부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 강화유리 제조장치(100)는 크게 이송부(110)와, 가열부(120)와, 패턴 형성부(130)와, 유전가열부(140)와, 냉각부(150)를 포함하여 구현된다.
이송부(110)는 강화시키고자 하는 유리기판(1)을 이송한다. 도 1에는 이송부(110)가 롤러를 포함하는 것을 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 강화유리 제조장치(100)는 유리기판(1)의 표면이 비접촉방식으로 이송되도록 구현될 수 있다.
롤러를 사용한 유리기판 이송장치의 경우, 유리기판(1)의 표면과 패턴 전사 롤러면이 접촉하는 과정에서 유리기판(1)의 표면이 손상되는 문제점이 있었다. 예를 들어, 히팅챔버와 같이 고온 환경에서 유리기판(1)을 이송 시 롤러를 이용하는 경우 유리기판(1)의 휘어짐이나 처짐, 스크래치, 물결 모양의 홈(일명, 롤러 웨이브) 등 외형 변형이 생길 수 있다.
이송부(110)는 공기를 이용하여 유리기판(1)을 공중부양시키는 기판 부양부를 포함하여 구현될 수 있다. 기판 부양부는 유리기판(1)에 공기를 공급하는 공기 공급부를 포함하여 구현될 수 있다.
가열부(120)는 이송부(110)에 의해 이송되는 유리기판(1)을 가열시킨다. 가열부(120)에서 유리기판(1)에 열을 가하면 표면 온도가 내부 온도보다 높다. 이에 유리기판(1) 표면에 패턴 전사가 가능한 정도의 온도가 형성된다.
가열부(120)는 적외선(IR) 히터 또는 전기 발열체로 구현될 수 있다. 적외선히터는, 일례로 근적외선(NIR) 램프 또는 중적외선(MIR) 램프로 구현될 수 있다. 근적외선(NIR) 램프는 0.8?1.5㎛ 유효 파장대의 에너지만을 방사해 건조하는 램프로서, 공기를 데우지 않고 적외선만을 전달한다. 중적외선(MIR) 램프는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정표시장치(LCD), 휴대폰 등에 쓰이는 필름 및 유리, 도료 등의 건조에 쓰이는 고효율 램프로서, 건조 시간 및 효율이 좋다. 중적외선(MIR) 램프는 기존 온도 제어 방식과는 달리 실제 도료나 제품이 효율적으로 흡수할 수 있는 2?6㎛ 유효 파장대의 에너지만을 방사해 건조한다.
패턴 형성부(130)는 가열부(120)에 의해 가열된 유리기판(1) 표면에 패턴을 형성한다. 일례로, 도 2에 도시한 바와 같이, 패턴 형성부(130)는 패턴이 형성된 패턴 전사 롤러(131, 132)와 가림막(133)을 포함하여 구현될 수 있다. 가림막(133)은 가열부(120)와 유전가열부(140) 간의 공기 유입을 차단하는 역할을 한다.
유전가열부(140)는 유리기판(1)의 내부 온도를 상승시킨다. 유전가열부(140)는 이송부(110)에 의해 이송되는 유리기판(1)의 상부에 설치되는 상부 전극부(141)와, 하부 전극부(142)를 포함하여 구현될 수 있다.
상부 전극부(141)과 하부 전극부(142)는 금속(예를 들어, 알루미늄, 철, 동)으로 구현될 수 있다. 고주파 에너지 출력부(143)는 일례로, 출력 주파수를 생성시키는 크리스탈 발진기와, 크리스탈 발진기의 출력 주파수를 일차적으로 분주하는 일차 분주기와, 일차 분주기로 분주된 주파수가 입력되는 위상비교기와, 위상비교기의 출력이 입력되는 전압제어 발진기와, 전압제어 발진기의 출력이 입력되어 위상비교기로 피드백(Feed back)시키는 이차 분주기를 포함하는 위상잠금루프(PLL : Phase Locked Loop)와, 대역통과 여파기(BPF : Band Pass Filter), 증폭단, 임피던스 매칭회로부(Impedance Matching)를 포함하여 구현될 수 있다.
냉각부(150)는 유전가열부(140)에 의해 내부 온도가 상승된 유리기판을 급냉각시킨다. 냉각부(150)는 일례로, 냉각된 압축공기를 공급하는 공기압축부와, 공기압축부로부터 공급되는 압축공기를 분사노즐로 안내하는 공기 공급관과, 미분무(water-mist)를 발생시키는 미분무(water-mist) 발생부와, 미분무(water-mist) 발생부에서 발생된 미분무(water-mist)를 분사노즐로 안내하는 미분무 공급관을 포함하여 구현될 수 있다. 여기서, 미분무(water-mist) 발생부는 물통으로부터 물을 대략 1.69MHz의 초음파로 진동 분리하여 미분무(water-mist)를 발생시킨다.
도 3 은 본 발명에 따른 강화유리 제조장치에서 유리기판의 내부 및 표면 온도를 제조과정별로 측정한 결과이다.
도 3에서 A는 유리기판을 로딩하는 제조과정이고, B는 유리기판을 가열하는 제조과정이고, C는 유리기판 표면에 패턴을 형성하는 제조과정이고, D는 유리기판에 고주파 유전가열을 하는 제조과정이고, E는 유리기판을 급냉각시키는 제조과정이다.
B와 C를 보면, 유리기판의 외부온도는 내부온도보다 높다. 즉, 유리기판 표면에 패턴 전사가 가능한 정도의 온도가 형성됨을 알 수 있다. 반면에 유리기판에 고주파 유전가열을 하는 제조과정인 D를 보면, 유리기판의 내부온도는 외부온도보다 높다. 이에 유리기판의 내외부 온도 차이를 최대로 크게 하고 급냉각을 통해 강화가 보다 완전하게 이루어질 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 강화유리 제조방법에 관한 흐름도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 강화유리 제조방법은 먼저, 로딩된 유리기판을 이송한다(S401). 유리기판은 이송 롤러, 컨베이어벨트와 같은 접촉식 방식으로 구현될 수도 있고, 공기를 이용하여 유리기판을 공중부양시켜 이송하는 비접촉방식으로 구현될 수 있다.
이후 이송된 유리기판을 가열한다(S402). 이때, 유리기판에 열을 가하면 표면 온도가 내부 온도보다 높다. 이에 유리기판 표면에 패턴 전사가 가능한 정도의 온도가 형성된다. 유리기판 가열은 적외선(IR) 히터 또는 전기 발열체로 구현될 수 있다.
이후 가열된 유리기판 표면에 패턴이 형성된 패턴 전사 롤러를 이용하여 패턴을 형성한다(S403). 이후, 고주파 유전가열을 통해 패턴이 형성된 유리기판의 내부 온도를 표면 온도보다 상승시킨다(S404). 이후 유리기판을 냉각시킨다(S405).
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 강화유리 제조장치
110: 이송부
120: 가열부
130: 패턴 형성부
131, 132: 패턴 전사 롤러
140: 유전가열부
141: 상부 전극부 142:하부 전극부
143: 고주파 에너지 출력부
150: 냉각부

Claims (10)

  1. 유리기판을 이송하는 이송부;
    상기 이송부에 의해 이송되는 유리기판을 가열시키는 가열부;
    상기 가열부에 의해 가열된 유리기판 표면에 패턴을 형성하는 패턴 형성부;
    상기 패턴 형성부에서 패턴이 형성된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 유전가열부; 및
    상기 유전가열부에 의해 내부 온도가 상승된 유리기판을 냉각시키는 냉각부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이송부가:
    공기를 이용하여 유리기판을 공중부양시키는 기판 부양부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열부가,
    적외선(IR) 히터 또는 전기 발열체 중 적어도 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 형성부가:
    패턴이 형성된 패턴 전사 롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 형성부가:
    상기 가열부와 유전가열부 간의 공기 유입을 차단하는 가림막;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유전가열부가:
    상기 이송부에 의해 이송되는 유리기판의 상부에 설치되는 상부 전극부;
    상기 유리기판의 하부에 설치되는 하부 전극부; 및
    상기 상부 전극부과 하부 전극부에 고주파 에너지를 출력하는 고주파 에너지 출력부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치.
  7. 유리기판을 이송하는 단계;
    상기 이송된 유리기판을 가열하는 단계;
    상기 가열된 유리기판 표면에 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴이 형성된 유리기판의 내부 온도를 표면 온도보다 상승시키는 단계; 및
    상기 유리기판을 냉각시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 유리기판을 이송하는 단계가:
    공기를 이용하여 유리기판을 공중부양시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 이송된 유리기판을 가열하는 단계가, 적외선(IR) 히터 또는 전기 발열체 중 적어도 어느 하나로 유리기판을 가열하는 단계인 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 패턴이 형성된 유리기판의 내부 온도를 표면 온도보다 상승시키는 단계가, 고주파 유전가열을 이용하여 유리기판의 내부 온도를 표면 온도보다 상승시키는 단계인 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법.
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