KR20150009711A - 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 절단이 필요한 곡선 경로를 따라 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및 상기 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함함으로써, 강화처리된 유리를 신속하게 곡선 절단할 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

강화처리된 유리의 곡선 절단 방법{METHOD OF CUTTING STRENGTHENED GLASS ALONG A CURVED LINE}

본 발명은 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 생산성이 높도록 강화처리된 유리를 곡선으로 절단할 수 있는 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 주목 받고 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 유리내부에 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 (http://www.corning.com/gorillaglass /index.aspx). 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(S. Karlsson, B. Jonson, C. Stalhandske, The technology of chemical glass strengthening-a review, Glass Technology: European Journal of Glass Science and Technology Part A, 2010, 51, 2, 41-54).

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(110)을 얻기 위해서 1차적인 절단 공정을 거친다. 그리고 얻어진 단위 유리 제품(110)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.

추가적인 가공 공정 중에서 가장 대표적인 것 중에 하나가 곡선을 따라 절단하는 곡선 절단 공정이다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 단위 유리 제품(110)에서 제거될 부분(120)을 제거하기 위해서는 곡선으로 절단하는 공정이 필요하다.

이러한 곡선 절단 공정은 보다 정교한 절단이 필요하므로 많은 시간이 소요되는데, 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 단위 유리 제품(110)의 양 측면에서 절단 라인(10)을 형성하는 공정을 수행하기도 한다.

하지만, 종래의 곡선 절단 공정에는 많은 시간이 소요되어 생산성을 저하시키는 주요한 원인이 된다.

비특허문헌 1: S. Karlsson, B. Jonson, C. Stalhandske, The technology of chemical glass strengthening-a review, Glass Technology: European Journal of Glass Science and Technology Part A, 2010, 51, 2, 41-54

본 발명은 강화처리된 유리를 보다 신속하게 곡선 절단할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. (S1) 절단이 필요한 곡선 경로를 따라 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및 (S2) 상기 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함하는 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

2. 위 1에 있어서, 상기 스크라이빙 라인은 강화처리된 유리의 적어도 한 면에 형성되는 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

3. 위 1에 있어서, 상기 스크라이빙 라인은 기계적 방법 또는 광학적 방법으로 수행되는 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

4. 위 3에 있어서, 상기 광학적 방법은 레이저를 이용하여 수행되는 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

5. 위 4에 있어서, 상기 레이저를 이용한 광학적 방법은 레이저 어블레이션법 방식으로 수행되는, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

6. 위 5에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법의 레이저는 Nd;YAG 레이저, Nd;YVO4 레이저, Ti;Sapphire 레이저, CO₂ 레이저 및 엑시머 레이저로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

7. 위 5에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법의 레이저는 펄스가 10fs 내지 1000ns인, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

본 발명의 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법은 스크라이빙 라인 형성 후 별도의 절단 공정을 수행함으로써 신속한 곡선 절단 공정을 구현할 수 있다.

본 발명의 강화처리된 유리의 절단 방법은 레이저를 이용함으로써 강화처리가 된 유리도 용이하게 절단할 수 있다.

본 발명의 강화처리된 유리의 절단 방법은 레이저 빔의 조사 전에 불순물을 제거하는 수단을 더 구비함으로써 스크라이빙 라인을 균일하게 형성할 수 있다.

도 1은 강화처리된 대면적 유리(1)로부터 절단되어 얻어지는 단위 유리 제품(110)의 일 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 휴대폰의 윈도우 기판으로 사용되기 위해 가공이 완료된 단위 유리 제품(110') 의 일 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 단위 유리 제품(110)의 곡선 절단되는 부분의 일 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 곡선 절단 방법의 일 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 곡선 절단 방법의 일 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 절단이 필요한 곡선 경로를 따라 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및 상기 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;를 포함함으로써, 강화처리된 유리를 신속하게 곡선 절단할 수 있는 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명은 강화처리된 유리를 곡선 절단하는 방법을 제공한다. 바람직하게는, 절단이 필요한 라인을 따라 스크라이빙 라인을 형성한 후에 별도의 절단하는 공정을 수행하는 방법을 제공한다.

스크라이빙 라인(scribing line)이란, 유리를 절단하기 위해, 절단 경로를 따라 일정한 깊이로 형성된 크랙(crack)을 말한다. 스크라이빙 라인은 절단 경로를 제공하는 것으로서, 본 발명에 있어서 스크라이빙 라인의 형성은 단순히 크랙만을 생성할 뿐, 스크라이빙 라인의 형성이 완료되어도 강화처리된 유리는 절단되지 않는다. 본 발명에 있어서 완전한 절단은 형성된 스크라이빙 라인을 따라 물리적인 힘을 가함으로써 수행된다. 본 발명에 있어서, 스크라이빙 라인의 형태는 필요에 따라 미리 정해지는 곡선으로 형성된다.

동일한 강화처리된 유리에 대해, 어느 한 곡선을 따라 종래 기술과 같이 완전히 절단하는 공정과 동일한 길이를 본 발명과 같이 스크라이빙 라인 형성 후 별도로 절단하는 공정을 비교하면, 본 발명에 따른 방법이 보다 빠르게 수행될 수 있다. 강화처리된 유리를 곡선으로 절단하기 위해서는 곡선을 따라 보다 섬세한 절단 과정이 필요하다. 통상적으로는 강화처리된 유리를 표면에서부터 조금씩 침식하여 절단하게 되는데 이러한 절단 방법은 그 두께만큼 상기와 같은 침식 공정을 수행해야 하므로, 강화처린 유리를 직선으로 절단하는 것보다 현저하게 많은 시간이 소요된다.

하지만, 본 발명은 강화처리된 유리를 그 두께만큼 전부 침식하여 절단하지 않고, 스크라이빙 라인만을 형성하므로 소요 시간을 대폭 감소시킬 수 있다. 추후 수행되는 별도의 절단 공정은 이미 형성된 스크라이빙 라인을 따라 수행되므로 매우 빠른 시간동안 수행되므로 추가되더라도 종래의 절단 공정보다는 전체 소요 시간을 짧아진다.

이하 본 발명의 절단 방법을 그 단계별로 보다 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 절단이 필요한 곡선 경로를 따라 스크라이빙 라인을 형성한다(S1).

도 5에는 본 발명에 따라 스크라이빙 라인(20)을 형성한 단위 유리 제품(110)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

스크라이빙 라인(20)은 단위 유리 제품(110)의 적어도 한 면, 즉 어느 한 면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 추후 절단면의 곡면 가공을 고려하면 양면에 형성되는 것이 바람직하다.

스크라이빙 라인(20)의 크랙 깊이는 추후 수행되는 별도의 절단 공정에서 절단이 안정적으로 수행될 수 있을 깊이로 설정된다.

스크라이빙 라인(20)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.

레이저 절단 방식으로는 레이저 어블레이션법을 사용하는 것이 바람직하다.

레이저 어블레이션법은 윈도우 기판 표면에 낮은 강도의 짧은 펄스 형태인 레이저빔을 조사하여 절단하는 방식다. 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.

다음으로, 형성된 스크라이빙 라인을 따라 절단한다(S2).

스크라이빙 라인에 따른 절단 공정은 당분야에 알려진 스크라이빙 라인 형성 후 절단하는 방법을 제한 없이 적용할 수 있으며, 예를 들면 스크라이빙 라인이 형성된 부위에 힘을 가하거나, 스크라이빙 라인을 기준으로 양쪽에 서로 다른 방향의 힘을 가하여 절단할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 절단하는 공정을 수행하면 곡선으로 절단된 단위 유리 제품을 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. (S1) 절단이 필요한 곡선 경로를 따라 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및
   (S2) 상기 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 단계;
   를 포함하는, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 스크라이빙 라인은 강화처리된 유리의 적어도 한 면에 형성되는, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 스크라이빙 라인은 기계적 방법 또는 광학적 방법으로 수행되는, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 광학적 방법은 레이저를 이용하여 수행되는, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 레이저를 이용한 광학적 방법은 레이저 어블레이션법으로 수행되는, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법의 레이저는 Nd;YAG 레이저, Nd;YVO4 레이저, Ti;Sapphire 레이저, CO₂ 레이저 및 엑시머 레이저로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.
   
7. 청구항 5에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법의 레이저는 펄스가 10fs 내지 1000ns인, 강화처리된 유리의 곡선 절단 방법.

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