KR20150013166A

KR20150013166A - 커버 유리의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150013166A
Application number: KR20147031800A
Authority: KR
Inventors: 토마스 지. 카펙; 그레고리 스콧 글레세만; 제프리 토드 코리
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2015-02-04
Also published as: TWI593644B; KR102013425B1; JP6396555B2; JP2018027889A; US9556064B2; WO2013169830A3; WO2013169830A2; CN104768890B; TW201345853A; CN104768890A; JP2015520727A; CN106673407A; JP6208748B2; US20150114041A1; CN106673407B

Abstract

강화 유리 제품의 제조 방법은 엄선된 윤곽 및 보호 코팅층에 의해 덮인 유리 표면을 갖는 평면 유리 제품을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 보호 코팅층은 임의의 견고한 물체로 상기 유리 표면을 터치하지 않고 상기 유리 표면으로부터 제거된다. 상기 유리 표면으로부터 상기 보호 코팅층이 제거된 직후, 상기 평면 유리 제품은 상기 평면 유리 제품을 강화시키고 후속 손상에 대한 상기 평면 유리 제품의 저항성을 향상시키기 위하여 상기 평면 유리 제품을 이온-교환 공정으로 도입된다.

Description

커버 유리의 제조 방법{METHOD OF MAKING A COVER GLASS}

본 출원은 2012년 5월 9일에 제출된 미국 가출원 번호 제61/644598호에 우선권을 주장하며, 본 명세서에 전체로서 혼입된다.

본 발명은 일반적으로 유리 강화 방법에 관한 것이며, 강하고 손상에 저항성이 있으며 모바일 전자 장치의 커버 유리로서 유용한 강화 유리 제품에 관한 것이다.

유리의 천연미, 매끄러움, 및 투명성 때문에 유리는 모바일(또는 휴대가능한) 전자 장치에서 디스플레이용 커버 유리로서 사용하는데 바람직하다. 그러나, 모바일 전자 장치의 모바일 성질 및 종종 작은 크기 때문에, 모바일 전자 장치는 유리가 스크래치되거나 췹핑(chip)되거나 깨질 원인이 되는 사고가 일어날 경향이 있다. 모바일 전자 장치에서 광범위한 사용을 위해서, 커버 유리는 강하고 손상에 저항성이 있을 필요가 있다.

"Glass under load deforms elastically until sudden failure is initiated at a surface flaw under high stress"(W.A. Dalgliesh 및 D.A. Taylor, "The Strength and Testing of Window Glass," Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 17, No. 5, October 1990, p. 753). 돌발 고장의 한계점을 증가시키기 위하여, 유리는 종종 열적 또는 기계적으로 강화 공정에 도입된다. 이들 강화 공정은 상기 유리 표면을 압축에 놓이게 하여 유리가 실패하기 전에 유리에 적용될 수 있는 로드(load)의 함량을 증가시킨다.

강화 전에, 유리는 견고한(또는 딱딱한) 물체가 유리를 터치하는 경우 일어날 수 있는 손상에 특히 취약하다. 유리에 대한 상기 손상은 높은 강도 하에서 고장 부위(failure sites)가 될 수 있는 스크래치 및 자국(nick)과 같은 표면 흠을 포함할 수 있다. 유리내 표면 흠은 전형적으로 유리가 강화 공정에 도입된 후에도 계속된다. 예컨대, 5㎛ 미만 크기의 작은 표면 흠은 볼 드롭 테스트(ball drop test)에 의하여 측정되는 경우 강화 유리의 성능에 불리하게 영향을 끼치는 것을 알 수 있다.

본 개시는 유리 제품의 강화를 기술한다. 강화 유리 제품이 이러한 사용에 한정할 필요가 없기는 하지만, 강화 유리 제품은 모바일 전기 장치 내 커버 유리로서 사용될 수 있다. 본 개시 내 기술된 발명은 최소한 표면 흠이 없는 강화 유리 제품을 제조하기 위한 방법을 제공하며, 그 결과 강화 유리 제품의 성능이 증가한다.

본 발명의 일 예시적인 구체예에서, 강화 유리 제품의 제조 방법은 엄선된 윤곽(select contour) 및 보호 코팅층에 의해 덮인 유리 표면을 갖는 평면 유리 제품을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 유리 표면을 임의의 견고한 물체(any solid object)로 터치하지 않고 상기 유리 표면으로부터 상기 보호 코팅층을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 유리 표면으로부터 상기 보호 코팅층을 제거한 직후, 상기 평면 유리 제품을 강화시키고 후속 손상에 대한 상기 평면 유리 제품의 저항성을 향상시키기 위하여 상기 평면 유리 제품을 이온-교환 공정으로 도입한다.

본 발명의 또 다른 예시적인 구체예에서, 강화 유리 제품의 제조 방법은 용융 유리가 위어(weir)를 넘쳐 흐르고 유리 리본을 성형하도록 용융 유리를 위어에 공급한 뒤, 상기 유리 리본이 열적 등급 채널(thermally-graded channel)을 통하여 드로잉(drawing)된다. 상기 열적 등급 채널을 통하여 상기 유리 리본이 드로잉하는 동안, 상기 유리 리본의 표면 영역에 보호 코팅층을 형성하기 위하여 상기 유리 리본의 표면 영역에 적어도 하나의 보호 코팅 물질이 증착된다. 유리 시트는 보호 코팅층에 의해 덮인 유리 리본의 부분(section)으로부터 분리된다. 상기 방법은 상기 유리 시트로부터 엄선된 윤곽 및 상기 보호코팅층으로 덮인 유리 표면을 갖는 평면 유리 제품을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 임의의 견고한 물체로 유리 표면의 터치 없이 유리 표면으로부터 보호 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함한다. 유리 표면으로부터 보호 코팅층을 제거한 직후, 상기 평면 유리 제품을 강화시키고 후속 손상에 대한 상기 평면 유리 제품의 저항성을 향상시키기 위하여 상기 평면 유리 제품을 이온-교환 공정으로 도입한다.

상기 기술된 예시적인 구체예는 본 발명의 소개를 제공하기 위한 의도이다. 이들 구체예는 본 발명의 주요한 또는 중요한 구성성분을 동일시하거나 본 발명의 범위를 기술하기 위한 의도는 아니다. 본 발명의 다양한 구체예는 수반되는 도면을 참조하여 하기에 좀더 자세하게 기술될 것이다.

이하, 수반되는 도면에서 도면에 대한 기술이다. 상기 도면은 불가피하게 축적하지 않았고, 어떤 도면 및 어떤 도면 뷰는 명료함 및 간결함을 위하여 개략적으로 또는 일정한 비율로 과장하여 나타낼 수 있다.
도 1a는 평면 유리 제품을 나타낸다.
도 1b는 1B-1B를 따라 도 1a의 평면 유리 제품의 단면도이다.
도 1c는 서로 다른 경도를 갖는 서브층을 갖는 보호 코팅에 의해 덮인 유리 표면을 갖는 평면 유리 제품을 나타낸다.
도 2a는 퓨전 드로잉 시스템의 측면도를 나타낸다.
도 2b는 퓨전 드로잉 시스템의 정면도를 나타낸다.
도 3은 퓨전 드로잉에서 유리 리본에 도포된 보호 코팅을 나타낸다.
도 4a는 유리 리본의 분무(spray)-코팅을 나타낸다.
도 4b는 움직이는 분무 노즐을 사용한 유리 리본의 분무-코팅을 나타낸다.
도 5는 코팅된 및 코팅되지 않은 유리 샘플에 대한 고장 확률(failure probability) 대 로드(load)를 나타낸다.
도 6은 코팅된 및 코팅되지 않은 유리 샘플에 대한 파손 하중(failure load) 대 유리 두께를 나타낸다.

후술하는 기술에서, 많은 자세한 기술은 본 발명의 다양한 구체예의 철저한이해를 제공하기 위하여 제시될 것이다. 그러나, 본 발명이 일부 또는 전부의 이들 자세한 기술 없이도 실행될 수 있는 경우 당업자에게 명확할 것이다. 다른 예에서, 공지의 특징 또는 공정은 상세하게 기술되지 않을 수 있다. 이에 더하여, 유사 또는 동일 참고 번호는 공통 또는 유사 구성요소를 동일하게 나타내기 위해 사용될 수 있다.

모바일 전자 장치용 커버 유리와 같은 강화 유리 제품을 제조하는 방법은 도 1a에서 100으로 나타나는 것과 같은 평면 유리 제품을 제공하는 것을 포함한다. 상기 평면 유리 제품(100)은 윤곽(101)을 가진다. 커버 유리 적용을 위해서, 윤곽(101)은 커버 유리가 사용될 모바일 전자 장치의 요건에 의해 좌우될 것이다. 윤곽의 예들은 직각 및 둥근 직각 윤곽을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 다른 적용에서, 윤곽(101)은 이들 적용의 요건에 의해 좌우될 것이다.

도 1b에서, 평면 유리 제품(100)은 보호 코팅층(106)에 의해 덮인 유리 표면(102)을 갖는다. 비록 도해하지 않았으나, 평면 유리 제품(100)의 다른 표면(104)은 또한 보호 코팅층에 의해 덮일 수 있다. 최대 유리 두께에 대하여, 보호 코팅층(106)은 1에서부터 14 마이크론까지 범위내 두께를 가질 수 있다. 전형적으로, 상기 유리 두께는 1.5㎜ 미만일 것이다. 상기 보호 코팅층(106)은 단일 경도를 가질 수 있거나, 서로 다른 경도를 갖는 서브층을 가질 수 있다. 바람직한 구체예에서, 보호 코팅층(106)에 의해 덮인 유리 표면(102)은 버진 유리 표면(virgin glass surface)이다. 상기 용어 "버진 유리 표면"은 상기 유리 표면이 용융 유리로부터 제조되었기 때문에 유리 표면에 흠이 형성될 수 있는 임의의 견고한(또는 딱딱한) 물체에 의하여 유리 표면이 터치되지 않은 경우를 의미한다. 그러므로, 상기 버진 유리 표면은 보호 코팅층(106)에 의해 덮이기 전 및 보호 코팅층(106)에 의해 덮이는 동안 아주 깨끗하다. 또한, 상기 유리 표면(104)은 버진 유리 표면일 수 있고, 상기 이미 기술한 바와 같이 보호 코팅층에 의해 덮일 수 있다.

상기 방법은 상기 유리 표면(102)을 임의의 견고한 물체로 터치하지 않고 상기 유리 표면(102)으로부터 상기 보호 코팅층(106)을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 평면 유리 제품(100)의 다른 표면(104)이 보호 코팅층에 의해 덮이는 경우, 상기 보호 코팅층 또한 제거될 것이다. 상기 유리 표면(102)으로부터 상기 보호 코팅층(106)을 제거한 직후, 상기 유리 표면(102)을 덮는 보호 코팅층 없이 상기 평면 유리 제품(100)이 이온-교환 공정에 의해 화학적으로 강화된다. 상기 최종 이온-교환된 유리는 커버 유리가 된다. 강화 후, 상기 커버 유리는 안티-얼룩 코팅(anti-smudge coating)과 같은 다른 표면 코팅에 의해 덮일 수 있다. 유리 표면(102)이 버진 유리 표면인 경우, 상기 보호 코팅층(106)은 용융 유리로부터 유리 표면이 만들어지는 순간 및 유리 표면이 이온-교환 공정에 도입되는 순간 사이에 유리 표면(102)에 흠의 형성을 예방한다. 이는 실질적으로 표면 흠이 없고 손상에 저항성이 있는 강화 커버 유리의 결과를 낳는다.

도 1b에서, 상기 보호 코팅층(106)은 단일 경도를 갖는 균일한 것으로 나타낸다. 도 1c는 서로 다른 경도를 갖는 두 개의 서브층(108, 110)을 갖는 보호 코팅층(106a)을 갖는 평면 유리 제품(100a)을 나타낸다. 내부 서브층(108)은 유리 표면(102)과 접촉하고, 외부 서브층(110)은 내부 서브층(108)과 접촉하며, 외부 서브층(110)은 내부 서브층(108)보다 더 큰 경도를 갖는다. 상기 내부 서브층(108)의 더 작은 경도는 유리 표면(102)에 쿠션 효과를 제공하고, 상기 외부 서브층(110)의 더 큰 경도는 딱딱하거나 날카로운 물체로부터 통과에 저항하는 보호 코팅층(106a)의 외부에 더욱 내구성 있는 층을 제공한다. 유리 표면(102)과 더 근접한 서브층이 더 작은 경도를 가질 것이고, 유리 표면(102)과 더 먼 서브층은 더 큰 경도를 가질 것이라는 일반적인 규칙으로 보호 코팅층(106a)은 두 개 이상의 서브층을 가질 수 있다.

일 구체예에서, 내부 서브층(108)의 보호 코팅 물질은 외부 서브층(110)의 보호 코팅 물질과 동일하고, 서로 다른 경화(예를 들면, 서로 다른 조건하에서의 경화)가 내부 및 외부 서브층(108, 110)의 서로 다른 경도를 달성하기 위하여 사용된다. 보호 코팅층(106a)을 형성하기 위한 일 실질적인 방법은 내부 서브층(108)에 대응하는 제 1 두께의 보호 코팅 물질을 유리 표면에 증착하고 일 설정 조건하에서 제 1 두께의 보호 코팅 물질을 경화한다. 그 뒤, 외부 서브층(110)에 대응하는 제 2 두께의 보호 코팅 물질을 제 1 두께의 보호 코팅 물질에 증착할 수 있고 다른 설정 조건하에서 경화할 수 있다. 또한, 전체 두께의 보호 코팅층(106a)을 유리 표면에 증착시킨 후 상기 보호 코팅층의 내부 영역에 영향을 미치는 제 1 경화 및 상기 보호 코팅층의 외부 영역에 영향을 미치는 제 2 경화를 적용할 수 있다.

또 다른 구체예에서, 내부 및 외부 서브층(108, 110)의 보호 코팅 물질은 서로 다르고, 내부 및 외부 서브층(108, 110)이 경화 후 서로 다른 경도를 가지도록 선택된다.

일반적으로, 상기 보호 코팅층(106, 106a)은 유기 코팅 또는 하이브리드 유기/무기 코팅일 수 있다. 일 구체예에서, 상기 보호 코팅층(106, 106a)은 폴리머 코팅이다. 일 구체적인 구체예에서, 상기 보호 코팅층(106, 106a)은 아크릴 코팅(acrylic coating)이다. 적절한 아크릴 코팅의 일 예는 Michelman, Inc.(Cincinnati Ohio)으로부터 얻은 코드 MP-4983R-PL을 이용할 수 있다. 경화된 또는 건조된 MP-4983R-PL 아크릴 코팅은 암모니아 또는 높은 pH 매질(medium)에 용해가능하다. 상기 MP-4983R-PL 아크릴 코팅은 먼지, 마모 및 다른 요소에 저항할 것인 얇고, 마이크론-범위, 반-투명(semi-transparent) 코팅을 제공한다. 상기 아크릴 코팅은 깨끗한 필름을 형성하기 위하여 실온에서 건조한다. 다른 형태의 아크릴 코팅이 사용될 수 있다.

바람직하게, 상기 보호 코팅층(106, 106a)의 형성하는데 사용되는 보호 코팅 물질(또는 물질들)은 물리적으로 유리 표면을 터치하지 않고 유리 표면에 도포할 수 있는 액상 또는 겔 형태로 제공될 수 있다. 바람직하게, 유리 표면을 손상 없이 마일드(mild) 산 또는 염기 용액에 액침(immersion)과 같은 비-기계적인 수단을 사용하여 유리 표면으로부터 상대적으로 쉽게 상기 보호 코팅층(106, 106a)은 제거될 수 있다. 예를 들면, 상기 언급한 아크릴 코팅은 뜨거운 욕(예컨대, 대략 400℃)에서 0.1N KOH 용액(pH = 12)를 사용하여 유리로부터 제거될 수 있다. 바람직하게, 상기 보호 코팅층(106, 106a)은 상기 평면 유리 제품(100, 100a)이 저장 또는 사용될 수 있는 온도 및 습도 조건에서 내구성이 있다. 일 구체예에서, 상기 보호 코팅층(106, 106a)은 200℃까지의 온도 및 85%까지의 상대 습도에서 내구성이 있을 수 있다.

일 구체예에서, 상기 평면 유리 제품(100, 100a)을 제공하는 방법은 용융 유리로부터 유리 리본을 성형하는 단계를 포함한다. 비록 상기 유리 리본이 또한 플롯 공정 또는 견고한(또는 딱딱한) 물체로 상기 유리 표면을 터치하지 않고 용융 유리로부터 유리 표면이 제조될 수 있는 다른 공정에 의하여 형성될 수 있지만, 상기 유리 리본은 바람직하게 퓨전 다운-드로잉 공정을 통하여 형성된다. 상기 퓨전 다운-드로잉 공정에 대한 기본적인 기술은 특허 문헌, 예컨대, 미국 특허번호 제3,338,696 호(1967년 8월 29일 공개; Dockerty) 및 미국 특허번호 제3,682,609호(1967년 8월 8일 공개; Dockerty)에서 알 수 있다.

도 2a는 퓨전 드로잉 시스템(203)에 퓨전 다운-드로잉 공정에 의해 생산된 유리 리본(200)을 나타낸다. 논의와 관련된 퓨전 드로잉 시스템(203)의 일부만을 나타낸다. 용융 유리(201)는 퓨전 아이소파이프(204)의 위어(weir, 202)로 이동된다. 상기 이동은 용융 유리(201)가 위어(202)의 상부를 넘쳐 흐르도록 연속적이다. 상기 넘쳐 흐른 용융 유리(201)는 상기 퓨전 아이소파이프(204)의 반대쪽 측벽(210, 212)에서 아래로 모여 흐르는 두 개의 분리된 스트림(206. 208)로 나뉜다. 상기 분리된 스트림(206. 208)은 퓨전 아이소파이프(204)의 루트(216)에서 단일 스트림(214)으로 합쳐진다. 이 단일 스트림은 열적-등급 채널(218)(예를 들면, 화살표(219)로 나타낸 방향으로 온도가 감소하는 서로 다른 열적 존(zone)을 갖는 채널)아래로 드로잉되어 유리 리본(200)을 성형한다. 채널(218)의 가장자리에서 롤러와 같은 엣지-가이드 장치(Edge-guide devices, 220)는 상기 채널(218)을 통하여 상기 유리 리본(200)의 이동을 이끈다.

상기 퓨전 다운-드로잉 공정에서, 상기 퓨전 아이소파이프(204)의 반대쪽 측벽(210, 212)과 접촉하는 분리된 스트림(206. 208)의 내부 표면은 상기 유리 리본(200)의 내부가 되는 반면, 상기 퓨전 아이소파이프(204)의 반대쪽 측벽(210, 212)과 접촉하지 않는 분리된 스트림(206, 208)의 외부 표면은 상기 유리 리본(200)의 외부가 된다. 이들 외부 유리 표면은 유리 리본(200)의 전면 및 후면이 되고, 매우 깨끗하고 파이어-폴리시(fire-polished) 품질의 유리 리본(200)의 사용가능한 영역을 포함한다.

상기 사용가능한 영역이 무엇을 의미하는지 설명하기 위하여, 도 2b에 상기 유리 리본(200)의 표면을 나타낸다. 상기 유리 리본(200)은 측면 여백(side margin, 222, 224)을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 상기 측면 여백(222, 224)안에 영역은 사용할 수 없는 것으로 고려되는데, 이는 유리 리본(200)이 생산되는 동안 상기 채널(218)의 가장자리에 위치된 다른 물체 및 엣지-가이드 장치(edge-guide devices, 220)에 의해 접촉될 수 있기 때문이다. 상기 측면 여백(222, 224) 사이, 예를 들면, 파선(226, 228) 사이에 상기 유리 리본(200)의 영역(230)은 사용가능한 영역이다. 상기 측면 여백(222, 224)안에 사용할 수 없는 표면 영역의 합쳐진 폭은 전형적으로 사용가능한 영역(230)의 폭보다 매우 작을 수 있다. 예를 들면, 상기 측면 여백(222, 224)안에 사용할 수 없는 표면 영역의 합쳐진 폭은 상기 유리 리본(200)의 총 폭의 90% 이상이 상기 사용가능한 영역(230)의 폭이 됨에 따라 상기 유리 리본(200)의 총 폭의 10% 이상이 될 수 없다. 일반적으로, 높은 처리량을 달성하고 물질 쓰레기를 감소시키기 위하여 상기 사용가능한 영역(230)의 폭을 최대화하는 것이 바람직하다. 상기 사용가능한 영역(230)이 견고한(또는 딱딱한) 물체에 의해 터치되지 않은 상태로 남아있을 때까지, 상기 사용가능한 영역(230)은 버진 표면 영역(virgin surface area)일 것이다. 상기 사용가능한 영역(230)으로부터 유래된 유리 시트는 버진 유리 표면(virgin glass surfaces)을 가질 것이다.

설명 목적을 위하여, 도 3은 용융 유리로부터 유리 리본(200)이 성형되는 동안 상기 유리 리본(200)의 전면에 형성된 보호 코팅층(300)을 나타낸다. 또한 보호 코팅층은 유사한 방식으로 상기 유리 리본(200)의 후면에 형성될 수 있다. 상기 유리 리본(200)은 연속적으로 성형되기 때문에, 임의의 주어진 시간에서, 상기 유리 리본(200)의 전면은 상기 보호 코팅층(300)이 형성되지 않은 표면이 아무것도 안 덮인 지역(bare region) 예컨대, 지역(302) 및 상기 보호 코팅층(300)이 형성되는 코팅된 지역, 예컨대, 지역(304)을 가질 것이다. 상기 보호 코팅층(300)은 상기 사용가능한 영역에 표면 흠을 초래하는 핸들링 또는 처리 공정 없이 상기 코팅된 지역(304)이 핸들링 또는 처리되도록 상기 코팅된 지역(304)에서 상기 사용가능한 영역을 보호할 것이다.

상기 유리 리본(200)이 생산됨에 따라 유리 시트는 상기 유리 리본(200)의 코팅된 지역(304)으로부터 분리(또는 커팅)될 수 있다. 상기 코팅된 지역(304)에서 사용가능한 영역이 상기 보호 코팅층(300)에 의해 보호되기 때문에, 상기 유리 리본(200)으로부터 유리 시트를 분리하는데 사용되는 공정은 상기 사용가능한 영역과 물리적으로 접촉을 포함하지 않는 것에 제한할 필요는 없다. 분리는 예를 들면, 기계적인 방법 또는 레이저 방법에 의하여 달성될 수 있다. 상기 유리 리본(200)의 상기 코팅된 지역(304)으로부터 분리된 유리 시트는 상기 유리 리본(200)의 매우 깨끗한(pristine) 사용가능한 영역으로부터 승계한 유리 표면을 가질 것이다. 이들 매우 깨끗한 유리 표면은 버진 유리 표면으로 언급된다. 각각의 분리된 유리 시트는 상기 유리 리본(200)의 상기 코팅된 지역(304)에서 상기 보호 코팅층(300)으로부터 나오는 보호 코팅층에 의해 덮인 적어도 하나의 버진 유리 표면을 가질 것이다. 상기 보호 코팅층은 상기 보호 코팅층이 덮인 버진 유리 표면을 매우 깨끗한 상태로 유지할 것이다.

대안적인 구체예에서, 보호 코팅층은 상기 유리 리본(200)에 형성되지 않으나, 상기 유리 리본(200)은 용융 유리로부터 성형된다. 그 대신, 바람직하게는 상기 유리 리본(200)의 상기 사용가능한 영역을 견고한(또는 딱딱한) 물체로 터치하는 것을 포함하지 않는 분리 방법 예컨대, 레이저 분리를 사용하여, 유리 시트는 상기 유리 리본(200)으로부터 분리(또는 커팅)된다. 그 다음, 보호 코팅층은 상기 유리 시트의 표면을 덮기 위하여 상기 유리 시트의 표면에 형성된다. 각각의 유리 시트는 각각 하나 또는 두 개의 보호 코팅층에 의해 덮인 하나 또는 두 개의 유리 표면을 가질 수 있다. 상기 보호 코팅층을 도포하기 전에 상기 유리 시트의 표면에 견고한(또는 딱딱한) 접촉은 상기 보호 코팅층에 의해 덮인 상기 유리 시트의 표면이 매우 깨끗하게 하기 위하여 바람직하게 피한다.

상기 기술한 바와 같이, 커버 유리를 제조하기 위한 평면 유리 제품은 상기 보호 코팅층에 의해 덮인 버진 유리 표면을 갖는 상기 유리 시트로부터 제조될 수 있다. 평면 유리 제품의 제조는 상기 보호된 유리 시트로부터 유리 조각을 분리(또는 커팅)하는 단계, 상기 커버 유리의 바람직한 윤곽을 맞추기(match) 위하여 상기 유리 조각의 외부 가장자리를 윤곽형성(contouring)하는 단계, 상기 유리 조각의 임의의 거친 가장자리를 기계가공(machining)하는 단계, 및 선택적으로, 유리 조각에서 홀(hole) 또는 슬롯(slot) 또는 노치(notch)와 같은 형상을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 최종 마무리된 유리 조각은 커버 유리를 형성하기 위하여 이온-교환에 의하여 화학적으로 강화될 수 있는 평면 유리 제품이 될 수 있다.

보호 코팅 물질은 상기 퓨전 드로잉 시스템(203)의 바닥 근처, 예컨데, 분리와 같은 핸들링 또는 처리 공정에 도입될 상기 유리 리본(200)의 지역 안 또는 근처에 상기 유리 리본(200)의 표면에 알맞게 도포될 수 있다. 상기 유리 리본(200)의 온도는 상기 지역에서 150℃에서부터 400℃까지의 범위 내 일 수 있다. 고온은 상기 유리 표면에 상기 보호 코팅 물질이 결합하는데 용이할 수 있다. 상기 보호 코팅 물질은 다양한 방법을 사용하여 상기 유리 리본의 표면에 도포될 수 있다. 미국 특허 번호 제7,514,149호(Bocko 등; 2009년 4월 7일)는 예시적인 코팅 방법을 개시한다. 상기 코팅 방법 중 하나는 트로프(trough) 이동 시스템을 사용하여 퓨전-성형된 유리 표면에 코팅 물질을 이동시키는 것을 포함한다. 다른 코팅 방법은 오버플로우(overflow) 이동 시스템을 사용하여 퓨전-성형된 유리 표면에 코팅 물질을 이동시키는 것을 포함한다. 다른 코팅 방법은 퓨전-성형된 유리 표면에 코팅 물질을 분무하는 것을 포함한다.

도 4a는 퓨전 드로잉 시스템(203)의 바닥 근처에 상기 유리 리본(200)의 표면에 상기 보호 코팅(300)을 형성하는 분무 코팅 공정을 나타낸다. 노즐(400)은 상기 유리 리본(200)의 표면의 반대 편에 배치된다. 상기 노즐(400)은 안정된 용액에 필요한 임의의 첨가제와 함께 앞서 설명한 임의의 상기 보호 코팅 물질을 사용하여 제조될 수 있는 분무 코팅 용액을 함유한 저장소(402)와 연결된다. 상기 노즐(400)은 압축 가스 소스(pressurized gas source, 404)와 또한 연결될 수 있다. 상기 분무 코팅 용액은 상기 저장소(402)에서부터 상기 노즐(400)까지 이동된다. 상기 분무 코팅 용액이 상기 노즐(400)까지 이동되는 동시에, 상기 압축 가스는 또한 상기 압축 가스 소스(404)로부터 상기 노즐(400)까지 이동될 수 있다. 만약 상기 분무 코팅 용액 및 압축 가스가 동시에 상기 노즐(400)까지 이동되는 경우, 상기 압축 가스는 상기 분무 코팅 용액을 분무(atomize)할 것이다. 그래서, 상기 노즐(400)은 분무 또는 분무되지 않은 분무 코팅 용액에서 상기 유리 표면까지 상기 보호 코팅 물질을 이동할 수 있다.

상기 노즐(400)은 바람직한 증착 속도로 상기 유리 리본(200)의 표면에 상기 보호 코팅 물질을 분무하는 것을 조절한다. 상기 유리 표면에 분무된 보호 코팅 물질은 주변 환경(ambient environment)에 노출되거나 뜨거운 유리 표면과 접촉하여 경화될 수 있다. 대안적으로, 상기 보호 코팅 물질의 특성에 따라, 경화 소스(curing source, 406)는 상기 유리 표면에 상기 보호 코팅 물질을 경화시키는 에너지를 제공하기 위하여 상기 유리 표면의 반대편에 위치될 수 있다. 상기 경화 소스(406)는 자외 복사와 같은 복사(radiation)를 제공하는 전자기파 또는 열적 가열(thermal heat)을 제공하는 열적 소스일 수 있다.

도 4a는 상기 노즐(400)과 상기 경화 소스(406)가 상기 유리 리본(200)의 표면 모두에 상기 보호 코팅 물질을 도포하기 위하여 상기 유리 리본(200)의 양쪽 측면에 제공될 수 있다. 상기 노즐(400)은 하나 이상의 보호 코팅 서브층을 갖는 보호 코팅을 형성하기 위하여 상기 유리 리본 표면에 하나 이상의 보호 코팅 물질을 증착시키도록 배열 및 설정될 수 있다.

상기 노즐(400)은 상기 유리 표면의 전체 폭이 상기 보호 코팅 물질로 덮일 수 있도록 분무 동안 상기 유리 표면의 폭을 가로질러 옮길 수 있다. 이는 로봇 팔에 상기 노즐(400)을 부착시키고 상기 유리 표면의 폭을 가로지르게 로봇 팔을 옮기는 것을 포함한다. 대안적으로, 도 4b에 나타나는 바와 같이, 상기 노즐(400)은 선형 슬라이드(410)의 이동 캐리지(traveling carriage, 408)에 부착될 수 있고, 여기서, 상기 선형 슬라이드(410)는 유리 표면의 반대편에 위치하고 상기 유리 표면의 폭을 확장한다. 그 뒤 상기 노즐(400)은 상기 선형 슬라이드(410)의 이동 캐리지(408)의 움직임에 따라 상기 유리 표면의 폭을 가로질러 앞뒤로 옮겨질 수 있다. 상기 노즐(400)의 병진축(translation axis, 412)은 유리 표면의 이동 방향(219)에 비례하여 기울여질 수 있다. 상기 유리 표면의 폭을 가로지르는 각각의 노즐의 통로에 대하여 상기 유리 표면의 폭을 가로지르게 실질적으로 선형 영역을 상기 분무가 덮도록, 예를 들면, sine α= Vg/Vc가 되도록 상기 경사각(α), 이동 캐리지의 속도(Vc), 및 유리 속도(Vg)는 선택될 수 있다. 최종 보호 코팅층에 홀이 없도록 상기 유리 표면에 코팅된 영역들 사이가 일부 중복될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 방법은 용융 유리로부터 성형되는 상기 유리 리본(200)으로부터 서로 다른 위치 또는 스테이션(station)에서 보호 코팅층에 의해 덮인 버진 유리 표면을 갖는 유리 시트를 강화 공정으로 도입하는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 상기 유리 시트를 강화 공정으로 도입하기 직전, 상기 보호 코팅층은 상기 시트의 표면으로부터 제거된다. KOH 용액 또는 KNO₃ 용액과 같은 상기 유리 시트로부터 상기 보호 코팅을 우선적으로 용해 또는 에칭할 수 있는 마일드 산성 또는 염기성 액체 또는 겔 매질에서 상기 유리 시트를 액침(immersion)하거나 상기 보호 코팅을 우선적으로 분해할 수 있는 복사에 상기 유리 시트를 노출시켜 상기 보호 코팅층은 제거될 수 있다. 상기 유리 시트로부터 상기 보호 코팅층을 제거한 직후, 상기 유리 시트는 이온-교환 공정에 도입된다.

상기 이온-교환 공정은 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온을 함유하는 용융염(molten salt)의 욕에서 발생한다. 상기 유리 시트는 용융염에서 침지(dip) 또는 액침되고, 상기 유리 시트내 더 작은 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온이 상기 용융염내 더 큰 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온과 교환된다. 상기 이온 교환은 상기 유리 시트의 표면을 통해 발생한다. 미리 예정된 액침 또는 침지 시간 후, 상기 유리 시트는 상기 용융염으로부터 제거되고 냉각된다. 상기 이온-교환된 유리 시트는 원래 더 작은 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온이 차지한 장소에 더 큰 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온을 가지고, 이는 상기 유리 시트의 표면 근처에 압축 응력받은(compressively-stressed) 지역 및 상기 유리 시트 안에 인장 응력받은(tensile-stressed) 지역을 만든다. 상기 유리 시트의 표면 근처에 압축 응력받은 지역의 순수 효과는 이온 교환된 유리가 원래 상태와 비교하여 강화된다. 일반적으로 유리의 강도는 이온-교환 깊이에 따라 증가하며, 예를 들면, 상기 유리내 침입 이온의 침투 깊이에 따라 증가한다. 전형적으로, 상기 이온-교환 깊이는 수 마이크론 범위 내에서 밀리미터의 수십 분의 일 범주이며, 상기 유리 조성 및 액침 또는 침지 시간에 따라 다르다.

상기 유리 시트의 기본 조성은 일반적으로 상기 유리시트의 목표 용도에 따라 다를 것이다. 상기 유리 시트가 상기 기술한 바와 같이 이온-교환에 의해 화학적으로 강화될 경우, 상기 유리 시트의 기본 조성은 이온 교환가능한 것이어야 한다. 상기 용어 "기본 조성"은 이온-교환전 상기 유리 시트의 조성을 의미한다. 이온-교환가능한 유리는 더 큰 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온으로 교환할 수 있는 더 작은 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온이 존재하는 것이 특징이다. 이미 상기 설명한 바와 같이, 더 큰 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온은 상기 유리 시트를 상기 이온-교환 공정 동안 액침 또는 침지하는 매질에서 생길 것이다. 전형적으로, 이온-교환가능한 유리는 알칼리-알루미노실리케이트 유리 또는 알칼리-알루미노보로실리케이트 유리이다. 이온-교환가능한 유리의 특정한 예는 미국 특허 번호 제7,666,511호 (Ellison 등; 2008년 11월 20일), 제4,483,700호 (Forker, Jr. 등.; 1984년 11월 20일), 및 미국 특허 번호 제5,674,790호 (Araujo; 1997년 10월 7일); 미국 특허 가출원 번호 제12/277,573호 (Dejneka 등.; 2008년 11월 25일), 제12/392,577호 (Gomez 등.; 2009년 2월 25일), 제12/856,840호 (Dejneka 등.; 2010년 8월 10일), 제12/858,490호 (Barefoot 등.; 2010년 8월 18일), 및 제13/305,271호 (Bookbinder 등.; 2010년 11월 28일); 및 미국 특허 가출원 번호 제61/503,734호(Dejneka 등.; 2011년 7월 1일)에 기술된다.

일 구체예에서, 상기 유리 시트로부터 상기 보호 코팅을 제거하기 위하여 사용된 동일한 매질은 이온-교환에 의해 상기 유리 시트를 화학적으로 강화하는데 사용된다. 즉, 코팅 제거 및 이온-교환 공정은 동일한 욕에서 발생한다. 상기 유리 시트는 상기 유리 시트로부터 상기 보호 코팅을 제거하기 용이한 조건하에서 욕에서 매질안에 액침 또는 침지된다. 그 뒤, 상기 조건은 이온-교환이 용이하도록 조절된다. 예를 들면, 욕의 온도는 상기 매질 및 상기 유리 시트 사이에 이온 교환을 용이하게 하는 범위에서 조절될 수 있거나 상기 매질의 농도는 조절될 수 있다. 상기 동일한 욕에서 상기 코팅 제거 및 이온 교환 공정을 수행하는 것은 상기 보호 코팅의 제거가 끝나고 상기 유리 시트의 강화가 시작되는 기간 사이에 상기 유리 시트와 물리적인(견고하거나 딱딱한) 접촉을 피하는 효과를 가질 것이다. 이러한 구체예에서, 상기 매질은 상기 유리 시트내 상대적으로 더 작은 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온과 이온 교환할 수 있는 상대적으로 더 큰 알칼리 또는 알칼리토 금속 이온을 함유한 염일 것이다. 전형적으로, 상기 매질은 액체 또는 용융된 형태로 사용될 것이다.

실시예 1- 수 개의 유리 샘플의 강도가 링-온-링(ring-on-ring, RoR) 실험을 사용하여 평가된다. 제 1 세트의 유리 샘플들에 대하여, 보호 코팅층은 유리 샘플들의 각각의 버진 유리 표면에 도포되었다. 제 2 세트의 유리 샘플들은 임의의 표면 보호 코팅층을 가지지 않았다. 상기 RoR 실험은 로딩 링(loading ring) 및 반응 링(reaction ring)사이에 상기 각각의 유리 샘플들을 배치하고, 상기 로딩 링을 통하여 상기 유리 샘플에 선형적으로 증가하는 로드(load)를 적용하는 것을 포함하였다. 상기 로드는 상기 유리 샘플이 실패할 때까지 인가하였다. 도 5는 상기 유리 샘플들을 평가하기 위하여 고장 확률 대 로드를 나타낸 그래프이다. 각각의 데이터 점은 유리 샘플을 나타낸다. 선(500)은 보호 코팅을 갖는 제 1 세트의 유리 샘플과 대응하는 데이터 점을 통과하는 최적 선을 나타낸다. 선(502)은 보호 코팅이 없는 제 2 세트의 유리 샘플과 대응하는 데이터 점을 통과하는 최적 선을 나타낸다. 상기 그래프는 보호 코팅을 갖는 제 1 세트의 유리 샘플이 보호 코팅이 없는 제 2 세트의 유리 샘플보다 실패 전에 더 많은 로드를 받을 수 있음을 나타낸다.

실시예 2-동일한 조건 하에서 이온-교환 공정에 도입된 유리 샘플들의 강도를 RoR 실험을 사용하여 평가하였다. 6개 유리 샘플, B1, B2, B3, C1, C2, C3이 평가되었다. 각각의 B1, C1 유리 샘플은 0.6 ㎜의 두께를 가졌다. 각각의 B2, C2 유리 샘플은 1.0 ㎜의 두께를 가졌다. 각각의 B3, C3 유리 샘플은 1.3 ㎜의 두께를 가졌다. 보호 코팅층은 각각의 유리 샘플 B1, B2, B3, C1의 버진 유리 표면에 도포되었고, 이온-교환 공정에 상기 유리 샘플이 도입되기 직전에 제거되었다. 각각의 유리 샘플 C2, C3는 임의의 보호 코팅층으로 코팅되지 않았다. 그 대신, 상기 유리 샘플 C2, C3는 그들이 만들어졌을 경우 및 그들이 이온-교환 공정에 도입되었을 경우 사이에 보호를 위하여 종이로 감쌌다. 상기 유리 샘플은 이온-교환 공정에 도입되기 전에 수송(ship)되고 핸들링되었다. 유리 샘플 B1, B2, 및 B3는 제 1 유리 조성으로 만들어졌고, 유리 샘플 C1, C2, 및 C3는 제 1 유리 조성과는 상이한 제 2 유리 조성으로 만들어졌다. 유리 조성의 정확한 성질은 RoR 실험의 결과를 평가하는데 중요하지 않다. 도 6은 평가된 각각의 유리 샘플의 파손 하중(failure load)을 나타낸다. 도 6은 보호 코팅 층이 표면 보호의 추가적인 정도를 제공함을 나타낸다.

본 발명이 한정된 수의 구체예에 대하여 기술하는 경우, 본 발명의 개시의 혜택을 갖는 당업자는 여기에 개시된 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 구체예를 고안할 수 있다는 점을 인정할 것이다.

Claims

엄선된 윤곽 및 보호 코팅층에 의해 덮인 유리 표면을 갖는 평면 유리 제품을 제공하는 단계;
상기 유리 표면을 임의의 견고한 물체로 터치하지 않고 상기 유리 표면으로부터 상기 보호 코팅층을 제거하는 단계; 및
상기 유리 표면으로부터 상기 보호 코팅층을 제거한 직후, 상기 평면 유리 제품을 강화시키고 후속 손상에 대한 상기 평면 유리 제품의 저항성을 향상시키기 위하여 상기 평면 유리 제품을 이온-교환 공정으로 도입하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 보호 코팅층에 의해 덮인 유리 표면은 임의의 견고한 물체에 의하여 터치되지 않은 버진 유리 표면인 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 평면 유리 제품을 제공하는 단계는
용융 유리로부터 유리 리본을 성형하는 단계;
상기 유리 리본의 유리 표면을 임의의 견고한 물체로 터치하기 전에 상기 유리 리본의 표면 영역에 보호 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 보호 코팅층에 의해 덮인 상기 유리 리본의 부분으로부터 상기 평면 유리 제품을 제조하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 보호 코팅층은 서로 다른 경도를 갖는 적어도 두 개의 보호 코팅 서브층을 포함하고, 여기서, 가장 작은 경도를 갖는 보호 코팅 서브층이 상기 유리 표면에 가장 근접하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 보호 코팅층을 형성하는 단계는
적어도 두 개의 보호 코팅 물질을 상기 유리 리본의 표면 영역에 증착하는 단계, 여기서, 각각의 적어도 두 개의 보호 코팅 물질이 적어도 두 개의 보호 코팅 서브층 중 하나에 대응함; 및
서로 다른 경도를 갖는 적어도 두 개의 보호 코팅 서브층을 형성하기 위하여 상기 유리 리본의 표면 영역에 증착된 적어도 두 개의 보호 코팅 물질을 경화하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 보호 코팅층을 형성하는 단계는
단일 보호 코팅 물질을 상기 유리 리본의 표면 영역에 증착하는 단계; 및
서로 다른 경도를 갖는 적어도 두 개의 보호 코팅 서브층을 형성하기 위하여 상기 유리 리본의 표면 영역에 증착된 상기 단일 보호 코팅 물질을 서로 다르게 경화하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 보호 코팅층은 폴리머 코팅 물질을 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 보호 코팅층은 아크릴 코팅 물질을 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 유리 리본의 부분으로부터 평면 유리 제품을 제조하는 단계는 상기 유리 리본으로부터 상기 유리 리본의 부분을 분리하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 유리 리본의 부분으로부터 평면 유리 제품을 제조하는 단계는 상기 부분으로부터 유리 조각을 분리하는 단계, 엄선된 윤곽을 갖는 평면 유리 제품으로 상기 유리 조각을 성형하는 단계, 상기 유리 제품의 임의의 거친 가장자리를 기계가공하는 단계, 및 상기 평면 유리 제품에서 홀, 슬롯, 및 노치로 이루어진 군으로부터 선택된 형상을 형성하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
평면 유리 제품을 제공하는 단계는
용융 유리로부터 유리 리본을 성형하는 단계;
유리 시트의 적어도 하나의 표면에 견고한 물체의 접촉을 피하는 동안 상기 유리 리본으로부터 유리 시트를 분리하는 단계;
상기 유리 시트의 적어도 하나의 표면에 보호 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 유리 시트로부터 평면 유리 제품을 제조하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 보호 코팅층을 제거하는 단계는
상기 평면 유리 제품을 욕 내 액체 매질에 액침 또는 침지하는 단계를 포함하며, 상기 액체 매질은 유리 표면의 손상 없이 상기 평면 유리 제품의 유리 표면으로부터 보호 코팅층을 제거하는 것이 가능한 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 평면 유리 제품을 이온-교환 공정으로 도입하는 단계는
욕내 액체 매질에 액침 또는 침지된 평면 유리 제품을 놓아두는(leaving) 단계; 및
욕내 조건을 액체 매질과 평면 유리 제품 사이에 이온 교환이 용이하도록 조절하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
유리 리본을 성형하기 위하여 용융 유리가 위어를 넘쳐 흐르도록 용융 유리를 위어에 공급하는 단계;
상기 유리 리본을 열적 등급 채널을 통하여 드로잉하는 단계;
열적 등급 채널을 통하여 상기 유리 리본이 드로잉하는 동안, 상기 유리 리본의 표면 영역에 보호 코팅층을 형성하기 위하여 상기 유리 리본의 표면 영역에 적어도 하나의 보호 코팅 물질을 증착하는 단계;
상기 보호 코팅층에 의해 덮인 유리 리본의 부분으로부터 유리 시트를 분리하는 단계;
상기 유리 시트로부터 엄선된 윤곽 및 상기 보호코팅층으로 덮인 유리 표면을 갖는 평면 유리 제품을 제조하는 단계;
임의의 견고한 물체로 유리 표면의 터치 없이 유리 표면으로부터 보호 코팅층을 제거하는 단계; 및
유리 표면으로부터 보호 코팅층을 제거한 직후, 상기 평면 유리 제품을 강화시키고 후속 손상에 대한 상기 평면 유리 제품의 저항성을 향상시키기 위하여 상기 평면 유리 제품을 이온-교환 공정으로 도입하는 단계를 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 14에 있어서,
적어도 하나의 보호 코팅 물질은 폴리머 코팅 물질이며, 상기 유리 리본으로부터 유리 시트를 분리하기 전에 폴리머 코팅 물질을 경화하는 단계를 더 포함하는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 14에 있어서,
적어도 하나의 보호 코팅 물질은 표면 영역이 150℃ 내지 400℃의 범위 내 온도를 갖는 동안 상기 유리 리본의 표면 영역에 증착되는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 14에 있어서,
적어도 하나의 보호 코팅 물질은 분무에 의하여 유리 리본의 표면 영역에 증착되는 강화 유리 제품의 제조 방법.
청구항 14에 있어서,
보호 코팅층은 서로 다른 경도를 갖는 적어도 두 개의 보호 코팅 서브층을 포함하고, 여기서, 가장 작은 경도를 갖는 보호 코팅 서브 층이 유리 표면에 가장 근접하는 강화 유리 제품의 제조 방법.