KR20130111269A - 강화 유리 절단 방법 - Google Patents

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구치양
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Abstract

강화 유리를 절단하는 방법을 개시한다. 강화 유리는 강화 층과 내층 유리를 포함한다. 강화 층은 내층 유리를 에워싼다. 본 발명의 강화 유리 절단 방법은 (a) 강화 유리의 강화 층의 표면상에 강화 층의 표면의 일부를 노출하는 절단 영역을 갖는 보호층을 제조하는 단계; (b) 절단 영역에 해당하는 강화 층을 제거하기 위해 에칭 공정을 진행하는 단계; 및 (c) 기계 절단 방법을 사용하여 절단 영역을 따라 내층 유리를 절단하는 단계를 포함한다. 본 발명은 레이저 절단 방법을 사용하여 강화 유리를 절단할 때에 발생하는 높은 제조비 및 제한된 수율(yield)의 문제들을 해결할 수 있다.

Description

강화 유리 절단 방법{METHOD FOR CUTTING TEMPERED GLASS}
본 발명은 일반적으로 강화 유리(tempered glass)를 절단하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에칭 제조 공정을 사용하여 강화 유리를 절단하는 방법에 관한 것이다.
화학 강화 방법들(chemical strengthening methods)에 의해 처리되거나 열 강화 방법(heat strengthening methods)에 의해 처리되거나 스태킹(stacking)에 의해 형성된 강화 유리와 같은 박막 강화 유리들은 우수한 강도 및 내파괴성(ability of resisting destruction)을 가져 현재 소비자 전자 제품들에 널리 사용되고 있다. 다양한 타입의 강화 유리들 중에서도, 화학 강화 유리(chemically tempered glass) 및 이온 교환 유리(ion-exchanged glass)가 포켓용 장치들(이동 전화, MP3/MP4 플레이어, 및 디지털 카메라와 같은)의 디스플레이 스크린 또는 터치 스크린의 커버 또는 기판에 널리 사용되고 있기 때문에 특히 주목을 받고 있다.
이온 교환 유리의 제조 원리는 첫째로 이온 교환을 위해 유리를 용융염 속(bath of molten salts)에 담가 적시는 것이다. 유리의 표면상의 아인슈타이늄(Einsteinium) 분자들이 염 분자들과 교환된다. 다수의 염 이온들이 표면을 눌러 유리의 강도를 증가시킨다. 유리의 표면상의 이온들만이 교환될 뿐이며, 유리의 내부의 이온들은 교환되지 않는다. 화학 강화 유리는 일반적으로 표면상의 강화 층(strenthening layer on a surface)과 내층 유리(inner-layer glass)를 포함한다. 화학 강화 유리는 일반적으로 2 밀리미터 미만의 두께를 갖는 유리를 사용하여 제조된다.
포켓용 장치의 강화 유리는 대형 유리를 다수의 소형 유리들로 분리하기 위해 대형 유리를 절단함으로써 제조된다. 그러나 컴퓨터 수치 제어(Computer numerical controlled(CNC)) 선반 기계(lathe machine)를 사용하는 통상의 절단 방법으로는 강화 유리를 절단하지 못한다. 왜냐하면 그 통상의 절단 방법이 강화 유리의 표면상의 응력을 효과적으로 극복할 수 없기 때문이다.
오늘날, 화학 강화 유리를 절단하고 가공하는 데에는 레이저 절단 방법이 사용된다. 그러나 화학 강화 유리를 절단하고 가공하는데 레이저 절단 방법을 사용하는 것은 제조비를 증가시킬 뿐만 아니라, 제품들의 생산 용량(capacity of products)도 제한한다. 그 이유는 레이저 장치가 고가이고 화학 강화 유리를 레이저에 의해 절단할 때에 많은 한계점들이 있어 제조 공정의 효율에 악영향을 미치기 때문이다. 통상의 레이저 절단 방법에 대해서는 대만 특허 공보 제201040117호, 제201040118호, 제201129514호, 및 제201132604호를 참조할 수 있다.
또한, 직사각형 강화 유리를 둥근 모서리들(또는 R 앵글들)을 갖도록 절단하고자 할 경우, 통상의 레이저 절단 방법은 둥근 모서리들을 절단하거나 가공할 수가 없다. 그것은 절단 및 연마 과정들을 여러 번 수행하는 것을 필요로 한다. 따라서 그것은 생산 용량을 급속히 늘리는데 불리하고, 둥근 모서리들을 갖는 직사각형 강화 유리에 대한 시장 수요에 부응하지 못한다.
따라서 화학 강화 유리의 절단 효율을 증가시키고, 화학 강화 유리의 제조 비용 문제를 해결하는 것이 산업계의 중요한 논제(topics)가 되고 있다.
본 발명의 목적은 통상의 기계 절단 방법으로는 강화 유리가 절단될 수 없다고 하는 문제를 해결할 수 있는 강화 유리 절단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저 절단 방법을 사용하여 강화 유리를 절단할 경우에 발생하는 높은 제조비 및 제한된 수율(yield)의 문제를 해결할 수 있는 강화 유리 절단 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 강화 유리를 절단하는 방법을 제공한다. 강화 유리는 강화 층과 내층 유리를 포함한다. 강화 층은 내층 유리를 에워싼다. 본 발명의 강화 유리 절단 방법은 (a) 강화 유리의 강화 층의 표면상에, 강화 층의 표면의 일부를 노출하는 절단 영역(cutting region)을 갖는 보호층을 제조하는 단계; (b) 절단 영역에 해당하는 강화 층을 제거하기 위해 에칭 공정을 진행하는 단계; 및 (c) 기계 절단 방법(mechenical cutting method)을 사용하여 절단 영역을 따라 내층 유리를 절단하는 단계를 포함한다.
본 발명은 강화 유리를 절단하는 방법을 더 제공한다. 강화 유리는 강화 층과 내층 유리를 포함한다. 강화 층은 내층 유리를 에워싼다. 본 발명의 강화 유리 절단 방법은 (a) 강화 유리의 강화 층의 상단 표면과 하단 표면상에 보호층을 제조하는 단계; (b) 강화 층의 상단 표면과 하단 표면의 일부를 노출하는 절단 영역을 형성하기 위해 보호층을 패터닝하되, 절단 영역이 강화 층의 상단 표면과 하단 표면 사이의 중앙 평면(central plane)에 대해 대칭으로 배열되도록 패터닝하는 단계; (c) (b) 단계에서 패터닝된 보호층을 갖는 강화 유리를 세척하기 위해 패턴화된 보호층을 갖는 강화 유리를 에칭액 중에 두는 단계; 및 (d) 기계 절단 블레이드(mechanical cutting blade)를 사용하여 절단 영역을 따라 내층 유리를 절단하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는, 절단 영역에 해당하는 강화 유리의 강화 층을 에칭 공정에 의해 제거한 후에 통상의 기계 절단 방법으로 내층 유리를 절단할 수 있다. 또한, 둥근 모서리들(또는 R 앵글들)을 갖는 직사각형 유리를 제조하는 과정에서, 본 발명은 패터닝되는 보호층을 적절히 설계함으로써 둥근 모서리들을 형성할 수 있다. 통상의 레이저 절단 방법에 의해 제조되는 직사각형 유리에 있어서는, 둥근 모서리들이 여러 번의 절단 공정들 및 연마 공정들에 의해 형성된다. 결과적으로, 본 발명은 제조 효율을 증가시킬 수 있고, 제조비를 감소시킬 수 있으며, 둥근 모서리들을 갖는 직사각형 유리의 제조 시에 단위 처리량(throughput)을 늘릴 수 있다.
도 1A 내지 도 1E는 본 발명에 따른 강화 유리 절단 방법의 공정들을 나타낸 도면들이다.
도 1A는 본 발명의 강화 유리의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1B는 본 발명의 강화 유리의 표면상에 있는, 절단 영역을 갖는 보호층을 나타낸 도면이다.
도 1C는 본 발명의 절단 영역에 해당하는 강화 층이 에칭 공정에 의해 에칭되어 제거된 것을 나타낸 도면이다.
도 1D는 본 발명의 보호층이 제거된 것을 나타낸 도면이다.
도 1E는 본 발명의 강화 유리의 내층 유리가 기계 절단 방법에 의해 절단 영역을 따라 절단되는 것을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 강화 유리의 표면상에 있는, 절단 영역을 갖는 보호층의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 둥근 모서리들을 갖는 직사각형 유리를 제조하기 위해 본 발명의 절단 영역이 아크 영역(arc region)을 갖는 것을 나타낸 도면이다.
각각의 실시예들에 관한 이후의 설명은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 예시를 위해 구현될 수 있는 특정의 실시예들에 해당한다.
도 1A 내지 도 1E는 본 발명의 강화 유리 절단 방법의 공정들을 도시하고 있다. 본 발명의 강화 유리는 화학 강화 방법에 의해 처리된 강화 유리 기판이거나, 열 강화 방법에 의해 처리된 강화 유리 기판이거나, 스태킹(stacking)에 의해 형성된 강화 유리 기판일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 강화 유리 기판은 화학 강화 유리 또는 이온 교환 유리일 수 있다. 이하, 강화 유리 절단 방법의 구체적인 공정들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 본 발명의 강화 유리(10)는 강화 층(11)과 내층 유리(12)를 포함한다. 강화 층(11)은 내층 유리(12)의 외면을 덮고, 전체의 내층 유리(12)를 에워싼다. 구조의 관점에서 보면, 강화 층(11)은 상단 표면(111)과 하단 표면(112)을 갖는다. 상단 표면(111)과 하단 표면(112) 사이의 수직 거리를 등분하기 위한 가상의 중앙 평면이 상단 표면(111)과 하단 표면(112) 사이에 있다.
도 1B를 참조하기로 한다. 강화 유리(10)의 강화 층(11)의 표면상에 보호 층(22)이 제조된다. 보호층(22)은 소정의 패턴을 갖는다. 그 소정의 패턴은 이후의 절단 공정에서 절단될 절단 영역(220)이다. 즉, 강화 유리(10)는 이후의 절단 공정에서 절단 영역(220)을 따라 절단되게 된다.
도 1B 및 도 2를 참조하기로 한다. 도 1B는 강화 유리(10)의 표면상에 패터닝된 보호층(22)(즉, 절단 영역(220)을 갖는 보호층(22))이 형성된 후의 강화 유리(10)의 측면도를 도시하고 있다. 도 2는 도 1B의 평면도를 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 절단 공정은 절단 영역(220)을 따라 이뤄진다. 즉, 강화 유리(10)는 절단 영역(220)의 적어도 하나의 수직 절단선(221) 및 적어도 하나의 수평 절단선(222)을 따라 소형 유리들로 절단된다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 보호층(22)의 절단 영역(220)은 강화 층(11)의 표면의 일부를 노출한다. 강화 층(11)의 표면의 노출된 부분은 이후의 에칭 공정에서 제거될 수 있고, 그에 따라 기계 절단 방법이 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 패터닝된 보호층(22)은 강화 층(11)의 일 표면상에만 형성될 수 있다. 즉, 강화 층(11)의 상단 표면(111)상에만 또는 하단 표면(112)상에만 형성될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 패터닝된 보호층(22)은 강화 층(11)의 양 표면상에 모두 형성된다. 즉, 보호층(11)은 강화 층(11)의 상단 표면(111)과 하단 표면(112)상에 형성되고, 절단 영역(220)을 갖는다. 또한, 절단 영역(220)은 강화 층(11)의 상단 표면(111)과 하단 표면(112) 사이의 중앙 평면(110)에 대해 대칭으로 배열된다. 따라서 이후의 에칭 공정에서 상단 표면(111)과 하단 표면(112)상의 절단 영역(220)에 해당하는 강화 층(11)이 제거될 수 있고, 그에 따라 강화 유리(10)가 절단선들(221, 222)을 따라 소형 유리들로 쉽게 절단될 수 있고, 성공률 또는 수율(yield)이 더 높아지며, 소형 유리들의 모서리들는 더 낮은 거칠기(smaller roughness)를 갖는다.
이후의 방식들은 강화 유리(10)의 강화 층(11)상에 절단 영역(220)을 갖는 보호층(22)을 어떻게 형성하는지 설명하고 있다.
제1 방식:
먼저, 절단 영역(220)을 규정한다. 이어서, 미리 규정된 절단 영역(220)의 배열에 따라 강화 층(11)의 표면에 직접 접착 막(adhesive film)을 붙인다. 즉, 접착 막을 붙임으로써, 절단 영역(220)을 갖는 보호층(22)이 형성된다.
제2 방식:
먼저, 강화 유리(10)의 강화 층(12)의 표면상에 가용성 재료(또는 콜로이드 재료)를 코팅한다. 이어서, 가용성 재료의 제거된 영역의 배열이 절단 영역(220)의 배열에 해당하도록 절단 영역(220)의 배열에 따라 가용성 재료를 제거한다. 마지막으로, 절단 영역(220)을 갖는 보호층(22)을 형성하기 위해 강화 층(12)의 표면상에 남아 있는 가용성 재료를 열로 건조하거나 소성(baked)한다.
제3 방식:
강화 유리(10)의 강화 층(11)의 표면을 마스크로 덮는다. 마스크는 절단 영역(220)의 배열에 따라 설계된다. 마스크의 패턴은 절단 영역(220)의 배열에 해당한다. 마스크와 강화 유리(10)를 화학 증착기에 두고, 내식 층(corrosion resistant layer) 또는 내산 층(acid resistant layer)을 도금한다. 이어서, 마스크를 제거한다. 즉, 화학 증착 방법으로 패터닝된 내식 층(corrosion resistant layer) 또는 내산 층(acid resistant layer)을 형성되어 절단 영역(220)을 갖는 보호층(22)을 형성한다.
제4 방식:
강화 유리(10)의 강화 층(11)상에 포토 레지스트를 코팅한다. 포토 레지스트상에 포토 마스크를 놓는다. 포토 마스크의 패턴은 절단 영역(220)의 배열에 해당한다. 강한 빛 또는 자외선 빛으로 포토 레지스트와 포토 마스크를 조사하여 절단 영역(220)에 해당하는 포토 레지스트를 제거하고, 그리하여 패터닝된 포토 레지스트가 절단 영역(220)을 갖는 보호층(22)으로서의 역할을 하게 한다.
전술한 바와 같이, 접착 막을 붙이거나, 유기 재료, 폴리머 재료, 또는 금속 재료를 코팅 또는 도금함으로써 보호층(22)을 형성할 수 있다. 보호층(22)은 이후의 공정에서 사용되는 에칭액에 견딜 수 있는 재료이어야 한다. 즉, 보호층(22)은 사이드 에칭(side etching) 현상을 방지하거나 보호층(22)이 들떠 올려지는 것을 방지하도록 산과 알칼리에 견딜 수 있는 재료이어야 한다.
도 2의 실시예에서는, 절단 영역(220)이 그물 형태(meshed shape)로 배열된 수직 절단선들(221)과 수평 절단선들(222)로 구성되어 있다. 도 3에 도시된 다른 실시예에서는, 절단 영역(220)이 수직 절단선들(221)과 수평 절단선들(222)의 교차 위치들에 위치한 아크 영역들(225)을 더 포함한다. 즉, 이후의 에칭 공정에서 아크 영역들(225)이 제거될 수 있다.(That is, the arc regions 225 may be removed in the following etching process.) 결과적으로, 강화 유리(10)를 절단한 후에 둥근 모서리들(또는 R 앵글들)을 갖는 직사각형 유리가 제조될 수 있다. 또한, 약간의 가공 또는 연마에 의해 둥근 모서리들이 더 매끈하게 될 수도 있다.(Further, the rounded angles may be better by processing or polishing slightly.) 이는 둥근 모서리들을 갖는 직사각형 유리를 제조함에 있어 중요한 공정으로, 둥근 모서리들을 갖는 직사각형 유리의 적용들을 좀더 쉽게 보편화할 수 있다.
도 1C를 참조하면, 보호층(22)을 갖는 강화 유리(10)를 세척하기 위해 패터닝된 보호층(22)을 갖는 강화 유리(10)를 에칭액 중에 둔다. 즉, 절단 영역(220)에 해당하는 강화 층(11)을 에칭하여 제거하기 위해 에칭 공정을 진행한다. 이때, 에칭 공정에서의 에칭액은 적어도 불산(HF)을 포함한다. 적절한 양의 황산(H2SO4), 염산(HCl), 또는 질산(HNO3)을 혼합한 불산을 에칭액으로서 사용할 수도 있다.
도 1D를 참조하면, 도 1C의 세척 공정에서 강화 층(11)의 표면으로부터 패터닝된 보호층(22)이 제거되어 있다. 강화 유리(10)를 절단한 후에 보호층(22)을 제거할 수도 있다.
도 1E를 참조하면, 기계 절단 방법(기계 절단 블레이드(33) 또는 다이아몬드 나이프를 사용하는 것과 같은)으로 수직 절단선들(221)과 수평 절단선들(222)을 따라 내층 유리(12)를 절단한다. 이때, 내층 유리(12)를 절단하는데에는 통상의 컴퓨터 수치 제어 선반 기계의 공구를 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 절단 영역에 해당하는 강화 유리의 강화 층을 에칭 공정에 의해 제거한 후에 내층 유리를 통상의 기계 절단 방법으로 절단할 수 있다. 따라서 강화 유리를 통상의 기계 절단 방법으로는 절단할 수 없었던 문제가 해결될 수 있고, 레이저 절단 방법의 높은 비용 및 제한된 생산 용량의 문제들도 역시 해결될 수 있다. 또한, 둥근 모서리들(또는 R 앵글들)을 갖는 직사각형 유리를 제조하는 과정에서, 본 발명은 패터닝되는 보호층을 적절히 설계함으로써 둥근 모서리들을 형성할 수 있다. 통상의 레이저 절단 방법에 의해 제조되는 직사각형 유리에 있어서는, 둥근 모서리들이 여러 번의 절단 공정들 및 연마 공정들에 의해 형성된다. 결과적으로, 본 발명은 제조 효율을 증가시킬 수 있고, 제조비를 감소시킬 수 있으며, 둥근 모서리들을 갖는 직사각형 유리의 제조 시에 단위 처리량(throughput)을 늘릴 수 있다.
당업자라면 이해할 바와 같이, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이기보다는 예시적인 것에 지나지 않는다. 첨부된 특허 청구 범위의 범위 내에서, 그들이 다양한 변경들을 포함하며, 또한 유사한 구성들이 포함되도록 하는 것을 의도하고 있는바, 특허 청구 범위의 범위는 그러한 모든 변경들 및 유사한 구조들을 포괄하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.
10: 강화 유리 11: 강화 층
12: 내층 유리 22: 보호층
33: 기계 절단 블레이드 110: 중앙 평면
111: 상단 표면 112: 하단 표면
220: 절단 영역 221: 수직 절단선
222: 수평 절단선 225: 아크 영역

Claims (12)

  1. 강화 층과 내층 유리를 포함하되, 강화 층이 내층 유리를 에워싸는 강화 유리를 절단하는 방법으로서,
    (a) 강화 유리의 강화 층의 표면상에 강화 층의 표면의 일부를 노출하는 절단 영역을 갖는 보호층을 제조하는 단계;
    (b) 절단 영역에 해당하는 강화 층을 제거하기 위해 에칭 공정을 진행하는 단계; 및
    (c) 기계 절단 방법을 사용하여 절단 영역을 따라 내층 유리를 절단하는 단계를 포함하는 강화 유리 절단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 강화 유리의 강화 층은 상단 표면과 하단 표면을 갖되, 보호층을 상단 표면과 하단 표면에 배치하여 절단 영역을 갖도록 형성하는 강화 유리 절단 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    절단 영역을 강화 층의 상단 표면과 하단 표면 사이의 중앙 평면에 대해 대칭으로 배열하는 강화 유리 절단 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 접착 막을 제공하는 단계; 및
    보호층을 형성하도록 접착 막을 강화 층의 표면상에 붙이는 단계를 포함하는 강화 유리 절단 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 가용성 재료를 제공하는 단계;
    가용성 재료를 강화 층의 표면상에 코팅하는 단계; 및
    보호층을 형성하도록 코팅된 가용성 재료를 건조하는 단계를 포함하는 강화 유리 절단 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 강화 유리를 화학 증착기 내에 두는 단계; 및
    화학 증착 방법에 의해 보호층을 형성하도록 내식 층(corrosion resistant layer)을 도금하는 단계를 포함하는 강화 유리 절단 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층의 재료는 유기 재료와 금속 재료 중의 적어도 하나인 강화 유리 절단 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서의 에칭액은 적어도 불산(HF)을 포함하는 강화 유리 절단 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이전 또는 이후에 강화 층의 표면으로부터 보호층을 제거하는 단계를 더 포함하는 강화 유리 절단 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 절단 영역은 그물 형태로 배열된 다수의 절단선들로 구성되는 강화 유리 절단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 절단 영역은 절단선들의 교차 위치들에 위치한 아크 영역들을 더 포함하는 강화 유리 절단 방법.
  12. 강화 층과 내층 유리를 포함하되, 강화 층이 내층 유리를 에워싸는 강화 유리를 절단하는 방법으로서,
    (a) 강화 유리의 강화 층의 상단 표면과 하단 표면상에 보호층을 제조하는 단계;
    (b) 강화 층의 상단 표면과 하단 표면의 일부를 노출하는 절단 영역을 형성하기 위해 보호층을 패터닝하되, 절단 영역이 강화 층의 상단 표면과 하단 표면 사이의 중앙 평면에 대해 대칭으로 배열되도록 패터닝하는 단계;
    (c) (b) 단계에서 패터닝된 보호층을 갖는 강화 유리를 세척하기 위해 패턴화된 보호층을 갖는 강화 유리를 에칭액 중에 두는 단계; 및
    (d) 기계 절단 블레이드를 사용하여 절단 영역을 따라 내층 유리를 절단하는 단계를 포함하는 강화 유리 절단 방법.
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