KR20150009152A - 강화처리된 유리의 절단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강화처리된 유리의 절단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (S1) 강화처리된 유리의 일면에 절단이 필요한 경로를 따라 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; (S2) 상기 유리를 상하 반전하는 단계; (S3) 상기 유리의 나머지 일면 중 제1 스크라이빙 라인에 대응되는 영역에 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함함으로써, 절단면의 테이퍼 각도를 최소화하여, 연마 공정을 용이하게 수행할 수 있고 제품의 불량률을 현저히 줄일 수 있으며, 보다 적은 힘으로 용이하게 절단이 가능하여 공정 수율을 현저히 개선할 수 있는 강화처리된 유리의 절단 방법에 관한 것이다.

Description

강화처리된 유리의 절단 방법 {Method for cutting of strengthened glass}

본 발명은 강화처리된 유리의 절단 방법에 관한 것이다.

모니터, 카메라, VTR, 휴대폰 등 영상 및 광학장비, 자동차 등 운송장비, 각종 식기류, 건축시설 등 폭넓은 기술 및 산업분야에 있어서 유리제품은 필수 구성요소로 다루어지고 있으며, 이에 따라 각 산업분야의 특성에 맞추어 다양한 물성을 갖는 유리가 제조되어 사용되고 있다.

이들 중 영상 장비의 핵심 구성요소로서 주목받고 있는 것이 터치스크린이다. 터치스크린이란 단말기용 모니터에 설치하여 손가락이나 펜 등 보조 입력수단을 이용하여 단순 접촉하거나 문자 또는 그림 등을 그려 넣는 등, 각종 데이터를 입력하여 컴퓨터에게 특정 명령을 수행하도록 하는 디스플레이 겸 입력장치로서, 이와 같은 터치 스크린은 스마트폰과 같은 이동통신기기, 컴퓨터, 카메라, 증명서 등 발급기, 산업용 장비 등 일방 또는 쌍방으로 정보를 전달 또는 교환하는 각종 디지털 기기를 위한 핵심 부품으로서 점차 그 중요도가 높아지고 있으며, 사용 범위가 빠르게 확장되고 있다.

이와 같은 터치스크린을 구성하는 부품 중에서 사용자가 직접 접촉하는 상부 투명 보호층은 주로 폴리에스테르 또는 아크릴 등의 플라스틱 유기물질인데, 이러한 재료는 내열성과 기계적 강도가 약하여 지속적이며 반복적인 사용 및 접촉으로 인해 변형되거나 스크래치가 발생되거나 파손되는 등 내구성에 한계가 있다. 따라서 터치스크린의 상부 투명 보호층은 기존의 투명 플라스틱으로부터 내열성, 기계적 강도 및 경도가 우수한 화학강화 박판유리로 점차 대체되고 있다. 아울러 화학강화 박판유리는 터치스크린용 외에도 LCD 또는 OLED 모니터의 투명 보호창의 역할을 함으로써 그 사용영역이 점차 확대되고 있다. 유리의 강화는 주로 자동차 안전유리에 적용하는 풍냉강화라고 일컬어지는 물리적인 강화법과 화학적인 강화법 이 있으며, 특히 화학적인 강화법은 형상이 복잡하거나 두께가 대략 2mm 이하인 박판유리에 유용하게 적용될 수 있는 기술이다.

이러한 화학강화법은 유리 내부에 존재하는 이온반경이 작은 알칼리 이온(주로 Na이온)이 소정의 조건에서 큰 알칼리 이온(주로 K이온)과 교환시키는 기술이며, 이온교환에 의해 유리표면에 큰 압축응력이 생성되어 강도 및 경도가 증가한다. 터치스크린에 주로 사용하는 화학강화용 박판유리는 성분상 알칼리금속 산화물(Na₂O, K₂O)와 SiO₂, 알칼리토금속 산화물(MgO, CaO 등) 및 약간의 Al₂O₃를 함유한 소다 석회 규산염 유리가 대부분이며, 최근에 다량의 Al₂O₃를 함유한 화학강화 전용 알칼리 알루미나 규산염 유리가 출시되고 있다. 화학강화를 위한 종래의 방법은 유리의 전이온도보다 낮은 소정의 온도에서 K이온을 함유한 염 용액에 유리를 침지시켜 유리의 양면을 이온교환 시키며, 이온교환에 의한 확산속도와 깊이는 유리의 조성에 따라서 다르다.

한편, 화학강화 유리는 절단을 하면 표면에 존재하는 큰 압축응력에 기인하여 의도된 형태가 아닌 무질서한 파편으로 파괴가 발생하거나 혹시 의도된 형태로 절단이 되어도 절단선 주변 좌우 약 20mm 범위에 해당하는 넓은 지역의 압축응력은 소실되어 강도가 저하하기 때문에, 일단 강화된 후에는 유리의 조성과 상관없이 원하는 크기 또는 형상으로의 절단에 어려운 점이 있다.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 대면적 유리(1)로부터 원하는 크기의 단위 유리 제품(100)을 얻기 위해서 1차적인 절단 공정을 거친다. 그리고 얻어진 단위 유리 제품(100)이 예를 들어 휴대폰의 전면부에 적용되는 윈도우 기판으로 사용된다면, 도 2에 일 예시가 개략적으로 도시된 바와 같이, 요구되는 디자인에 따라 추가적인 가공 공정을 거치게 되어 최종적인 윈도우 기판(110)으로 제조된다.

이러한 절단 공정은 정교한 절단이 필요하므로 많은 시간이 소요되는데, 종래에는 유리를 표면에서부터 조금씩 침식하여 절단하는 등의 방법에 의하였다. 그러나 이러한 방법은 시간이 많이 소요되어 공정 효율이 떨어지거나, 가공부의 강도가 저하되거나 의도치 않은 형태로 파손이 일어나는 등의 문제가 있다.

한국등록특허 제693942호에는 유리의 홀 형성방법 및 홀 형성장치가 개시되어 있으나, 상기 문제점에 대한 대안을 제시하지 못하였다.

한국등록특허 제693942호

본 발명은 보다 적은 힘으로 용이하게 절단이 가능하여 공정 수율을 현저히 개선할 수 있는 강화처리된 유리의 절단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 절단부의 강도 저하 및 기판의 의도치 않은 형태로의 파손을 억제할 수 있는 강화처리된 유리의 절단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 제품의 불량률을 줄일 수 있는 강화처리된 유리의 절단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. (S1) 강화처리된 유리의 일면에 절단이 필요한 경로를 따라 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; (S2) 상기 유리를 상하 반전하는 단계; (S3) 상기 유리의 나머지 일면 중 제1 스크라이빙 라인에 대응되는 영역에 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함하는 강화처리된 유리의 절단 방법.

2. 위 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인은 기계적 방법 또는 광학적 방법으로 형성되는, 강화처리된 유리의 절단 방법.

3. 위 2에 있어서, 상기 광학적 방법은 레이저 어블레이션법인, 강화처리된 유리의 절단 방법.

4. 위 3에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법에 사용되는 레이저는 Nd;YAG 레이저, Nd;YVO4 레이저, Ti;Sapphire 레이저, CO₂ 레이저 또는 엑시머 레이저인, 강화처리된 유리의 절단 방법.

5. 위 3에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법에 사용되는 레이저의 펄스는 10fs 내지 1000ns인, 강화처리된 유리의 절단 방법.

6. 위 1에 있어서, 상기 절단은 제2 스크라이빙 라인을 형성함으로써, 또는 스크라이빙 라인이 형성된 부위에 압력을 가함으로써 수행되는, 강화처리된 유리의 절단 방법.

7. 위 6에 있어서, 상기 압력은 절단면을 연마하는 장치의 투입으로 가해지는, 강화처리된 유리의 절단 방법.

본 발명은 강화처리된 유리의 양면에 스크라이빙 라인을 형성함으로써, 절단면의 테이퍼 각도를 최소화하여, 연마 공정을 용이하게 수행할 수 있고 제품의 불량률을 현저히 줄일 수 있다.

본 발명은 보다 적은 힘으로 용이하게 절단이 가능하여 공정 수율을 현저히 개선할 수 있다.

본 발명은 절단부의 강도 저하 및 기판의 의도치 않은 형태로의 파손을 억제할 수 있다.

본 발명은 레이저를 이용함으로써 강화처리가 된 유리도 용이하게 절단할 수 있다.

도 1은 강화처리된 대면적 유리로부터 절단되어 얻어지는 단위 유리 제품의 일 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 휴대폰의 윈도우 기판으로 사용되기 위해 가공이 완료된 단위 유리 제품의 일 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 스크라이빙 라인 형성 방법의 일 구현예가 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 스크라이빙 라인만을 형성했을 경우의 절단 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따라 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 형성했을 경우의 절단 과정을 나타낸 도면이다.

본 발명은 (S1) 강화처리된 유리의 일면에 절단이 필요한 경로를 따라 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; (S2) 상기 유리를 상하 반전하는 단계; (S3) 상기 유리의 나머지 일면 중 제1 스크라이빙 라인에 대응되는 영역에 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함함으로써, 절단면의 테이퍼 각도를 최소화하여, 연마 공정을 용이하게 수행할 수 있고 제품의 불량률을 현저히 줄일 수 있으며, 보다 적은 힘으로 용이하게 절단이 가능하여 공정 수율을 현저히 개선할 수 있는 강화처리된 유리의 절단 방법에 관한 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 강화처리된 유리의 절단 방법을 그 단계별로 보다 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 강화처리된 유리의 일면에 절단이 필요한 경로를 따라 제1 스크라이빙 라인(310)을 형성한다(S1).

도 3에는 본 발명에 따른 스크라이빙 라인 형성 방법의 일 예시가 개략적으로 나타나 있는데, 스크라이빙 라인(scribing line)(300)이란, 유리를 절단하기 위해, 절단 경로를 따라 일정한 깊이로 형성된 크랙(crack)을 말한다.

이러한 제1 스크라이빙 라인(310)을 형성함으로써, 종래의 유리 표면에서부터의 침식에 의한 절단 방법에 비해 가공 시간을 현저히 줄일 수 있어 공정 효율이 현저히 개선된다.

스크라이빙 라인(300)을 형성하는 방법의 예를 들면, 기계적 방법 또는 광학적 방법이 사용될 수 있으며, 기계적 방법으로는 피절단체보다 더 강한 강도를 가진 절삭공구를 이용한 것으로, 예를 들어 소정의 직경을 갖는 원판의 원주에 형성된 다이아몬드 블레이드(diamond blade)를 유리판에 절단경로를 따라 접촉시켜 유리기판의 표면에 스크라이빙 라인을 형성시키는 방법이 있으며, 광학적 방법으로는 레이저를 이용하여 스크라이빙 라인을 형성시키는 방법이 있다. 상기 방법 중 레이저를 사용하는 광학적 방법이 바람직하다.

강화처리된 유리에 레이저 빔을 조사하여 스크라이빙 라인을 형성할 수 있는데, 그 공법은 특별히 한정되지 않고 당 분야에 공지된 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들면 레이저 어블레이션법(ablation)에 의할 수 있다.

레이저 어블레이션법은 윈도우 기판 표면에 낮은 강도의 짧은 펄스 형태인 레이저빔을 조사하여 절단하는 방식이다. 이때 발생되는 레이저빔의 자유 전자는 에너지를 보유하게 되고 자유 전자가 윈도우 기판 표면에 접촉을 하게 되면 전자의 열에너지에 의하여 열적 확산작용이 발생되며 에너지를 전달하게 된다. 열적 확산작용에 의하여 발생된 전자 형태의 에너지는 윈도우 기판의 표면에서 격자 형태로 변화되는 과정을 거치게 된다. 이 격자 형태의 에너지는 해당 위치의 윈도우 기판 표면에서 방출되며, 그와 동시에 해당 위치의 윈도우 기판의 일부가 제거된다.

레이저 어블레이션법에 사용 가능한 레이저는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 Nd;YAG 레이저, Nd;YVO4 레이저, Ti;Sapphire 레이저, CO₂ 레이저, 엑시머 레이저 등을 들 수 있다.

레이저 어블레이션법에 사용 가능한 레이저의 펄스는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10fs 내지 1000ns일 수 있으며, 바람직하게는 100fs 내지 500ns일 수 있다. 상기 펄스 범위에서 윈도우 기판을 파손 없이 균일한 절단면으로 절단할 수 있다.

이후에, 상기 유리를 상하 반전한다(S2).

강화처리된 유리를 상하 반전함으로써, 후술할 제2 스크라이빙 라인 형성 공정이 용이하게 수행될 수 있다.

유리를 상하 반전하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 반전기를 이용하여 수행될 수 있다.

다음으로, 상기 유리의 나머지 일면 중 제1 스크라이빙 라인(310)에 대응되는 영역에 제2 스크라이빙 라인(320)을 형성한다(S3).

도 4에는 제1 스크라이빙 라인만을 형성하는 경우의 절단 과정, 도 5에는 본 발명에 따라 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 경우의 절단 과정의 일 구현예가 개략적으로 도시되어 있는데, 이를 참조하면 제1 스크라이빙 라인(310)만을 형성하는 경우에는 이후 절단시에 절단부(200)의 테이퍼 각도가 커져 이후의 연마 공정의 수행이 어려울 수 있으며, 제품의 형상 및 치수가 상하면이 상이하게 되는 불량이 발생할 수 있다.

그러나, 본 발명은 제1 및 제2 스크라이빙 라인(310, 320)을 형성함으로써 테이퍼 각도를 최소화하여 연마 공정을 용이하게 수행할 수 있고 제품의 불량을 줄일 수 있다. 또한, 보다 적은 힘으로 절단이 가능하며, 절단부의 강도 저하 및 기판의 의도치 않은 형태로의 파손 가능성을 현저히 줄일 수 있다.

제2 스크라이빙 라인(320)은 제1 스크라이빙 라인(310)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 필요에 따라 레이저 빔의 조사 전에 강화처리된 유리 표면의 불순물을 제거하는 수단을 더 구비할 수 있다. 표면에 불순물이 존재하게 되면 레이저 빔의 에너지를 흡수하게 되어, 강화처리된 유리에 충분한 에너지가 전달되지 않으므로 스크라이빙 라인 형성이 균일하지 않을 수 있다. 이러한 불순물 제거 수단으로는, 예를 들면 공기를 분사하는 공기 분사기를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인(310, 320)을 따라 절단한다(S4).

상기 절단은 제2 스크라이빙 라인(320)을 형성함으로써 수행될 수 있다. 스크라이빙 라인은 크랙만을 형성하는 것이지만, 본 발명의 절단 방법은 윈도우 기판(100) 양면의 동일 부위에 스크라이빙 라인을 형성하므로, 스크라이빙 라인이 깊게 형성되는 경우 별도의 압력을 가할 필요 없이 제2 스크라이빙 라인(320)을 형성함으로써 절단할 수 있다.

그렇지 않은 경우에는, 스크라이빙 라인이 형성된 부위에 압력을 가함으로써 절단할 수 있다.

압력은 스크라이빙 라인이 형성된 부위에 가해질 수 있다.

압력을 가하는 방법은 특별히 한정되지 않고 당 분야에서 통상적으로 사용되는 어떠한 수단도 사용할 수 있으나, 바람직하게는 절단면을 연마하는 장치의 투입으로 수행될 수 있다.

절단 이후에 절단면은 표면이 고르지 못하여 연마 공정을 요하는데, 절단면을 연마하는 장치를 투입하여 압력을 가하는 경우, 절단 직후에 연마 공정을 바로 수행할 수 있어 공정을 간소화하고 효율을 개선할 수 있다.

압력은 스크라이빙 라인이 형성된 부위 일면 또는 양면에 가해질 수 있다.

이와 같은 공정을 통해 단위 유리 제품(100)을 얻을 수 있다.

상기 본 발명의 절단 방법은 대면적 유리(1)로부터 단위 유리 제품(100)을 얻기 위한 절단 공정뿐만 아니라, 단위 유리 제품(100)의 곡선 가공 및 홀 형성 가공에도 마찬가지로 적용이 가능하다.

이러한 본 발명에 따른 유리 제품의 적용 대상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 터치 스크린 패널 등에 윈도우 기판으로서 적용될 수 있다.

유리 제품이 터치 스크린 패널에 윈도우 기판으로 적용되는 경우에는, 그 일면에 전극 패턴을 포함하는 적층 구조체가 형성된 것일 수 있다.

이러한 적층 구조는 터치 스크린 패널의 구체적인 용도 등에 따라 당분야에 알려진 적층 구조를 제한 없이 채택될 수 있다. 예를 들면, 전극 패턴, 절연층, BM, 인덱스 매칭층(투명 유전층), 보호층, 비산방지막 등이 적어도 1층 이상씩 사용되어 다양한 순서로 적층된 구조를 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전극 패턴은 영상센서의 터치 영역인 표시부에 손가락을 접촉시키면 사람의 몸에서 발생하는 정전기를 감지해서 전기신호로 연결하는 역할을 한다.

전극 패턴 형성에 사용되는 도전성 물질은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 아연산화물(ZnO), 인듐아연주석산화물(IZTO), 카드뮴주석산화물(CTO), PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 탄소나노튜브(CNT), 금속와이어 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

금속와이어에 사용되는 금속은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 은(Ag), 금, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 티타늄, 텔레늄, 크롬 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

전극 패턴 중 비표시부 대응 영역 상에 전극 패턴 회로가 형성될 수 있다. 전극 패턴 회로는 윈도우 기판 표시부의 터치에 의해 전극 패턴에서 발생하는 전기적 신호를 FPCB, IC chip 등으로 전달하는 역할을 한다. 전극 패턴 회로는 전극 패턴과 동일한 재질로 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다.

절연층은 상기 전극의 전기적 단락을 방지하는 것으로서, 재질은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 실리콘 산화물과 같은 금속 산화물, 폴리머 및 아크릴계 수지 등으로 형성될 수 있다.

BM(비전도성 패턴)은 기기 내부의 기판, 배선 등을 보이지 않게 하기 위해서 윈도우 기판의 중앙부에 터치 영역인 표시부가 구획되도록 윈도우 기판의 테두리부에 비표시부에 불투명한 장식층을 형성한다.

비전도성 패턴은 바인더 수지, 중합성 화합물, 중합개시제, 안료, 용매 등을 포함하는 통상적으로 사용되는 비전도성패턴 형성용 조성물로 형성될 수 있다.

비전도성 패턴 형성용 조성물은 비전도성 금속, 비전도성 산화물 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다.

비전도성 금속의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 주석 또는 실리콘알루미늄합금을 들 수 있다.

비전도성 산화물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 이산화티타늄(TiO₂), 이산화규소(SiO₂) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.

인덱스 매칭층은 니오븀 산화물, 규소 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하여 형성될 수 있다.

보호층은 전극 패턴을 포함하는 적층 구조체의 외부로부터의 오염 및 파손을 방지하는 역할을 한다.

비산방지막은 상기 각 패턴을 보호하고 윈도우 기판이 파열될 때 비산되는 것을 방지하는 역할을 한다.

비산방지막의 재질은 내구성을 제공하고 투명한 재질이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 PET(polyethylen terephthalate)일 수 있다.

비산방지막의 형성방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스핀(spin) 코팅, 롤(roll) 코팅, 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로(flow) 코팅, 닥터 블레이드(doctor blade)와 디스펜싱(dispensing), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 패드(pad) 프린팅, 그라비아 프린팅, 옵셋 프린팅, 플렉소(flexography) 프린팅, 스텐실 프린팅, 임프린팅(imprinting) 방법 등을 들 수 있다.

1: 대면적 유리 100: 단위 유리 제품
110: 가공이 완료된 단위 유리 제품
200: 절단부 300: 스크라이빙 라인
310: 제1 스크라이빙 라인 320: 제2 스크라이빙 라인

Claims (7)

1. (S1) 강화처리된 유리의 일면에 절단이 필요한 경로를 따라 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계;
   (S2) 상기 유리를 상하 반전하는 단계;
   (S3) 상기 유리의 나머지 일면 중 제1 스크라이빙 라인에 대응되는 영역에 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및
   (S4) 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;
   를 포함하는 강화처리된 유리의 절단 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인은 기계적 방법 또는 광학적 방법으로 형성되는, 강화처리된 유리의 절단 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 광학적 방법은 레이저 어블레이션법인, 강화처리된 유리의 절단 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법에 사용되는 레이저는 Nd;YAG 레이저, Nd;YVO4 레이저, Ti;Sapphire 레이저, CO₂ 레이저 또는 엑시머 레이저인, 강화처리된 유리의 절단 방법.
   
5. 청구항 3에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법에 사용되는 레이저의 펄스는 10fs 내지 1000ns인, 강화처리된 유리의 절단 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 절단은 제2 스크라이빙 라인을 형성함으로써, 또는 스크라이빙 라인이 형성된 부위에 압력을 가함으로써 수행되는, 강화처리된 유리의 절단 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 압력은 절단면을 연마하는 장치의 투입으로 가해지는, 강화처리된 유리의 절단 방법.

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