KR20150021514A - 기계적 스크라이빙에 의하여 강화된 유리 시트를 분리하는 방법 - Google Patents

기계적 스크라이빙에 의하여 강화된 유리 시트를 분리하는 방법 Download PDF

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제임스 윌리엄 브라운
초-쳉 시에
마이클 알버트 Ⅱ 조셉
옌 치아 파이
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

강화된 유리 시트의 분리 방법은 톱니형 스크라이빙 휠(serrated scribing wheel)을 유리 시트의 제1 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면(top surface) 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 유리 시트는 깊이 DOL의 표면 압축 층 및 중앙 영역을 포함한다. 상기 방법은 또한 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 제1 방향으로 이동시켜(translating), 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 표면 압축 층 내로 연장하는 표면 홈(surface indentation)을 포함하는 크랙 개시 사이트(site)를 형성시키는 단계, 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제1 방향으로 초기 속도에서 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 DOL보다 큰 중간 크랙 깊이까지 연장하는 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계, 및 상기 스코어 라인이 상기 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 제1 방향으로의 톱니형 스크라이빙 휠을 중단시키는 단계를 포함한다.

Description

기계적 스크라이빙에 의하여 강화된 유리 시트를 분리하는 방법{Methods of Separating Strengthened Glass Sheets by Mechanical Scribing}
본 출원은 미국 특허법 제120조 하에서 미국 특허출원번호 제13/477391호(2012. 5. 22.)의 우선권 이익을 주장하며, 이의 내용은 전체로서 참고 자료로 본 명세서에 포함된다.
본 개시 내용은 전체적으로 기계적 스크리빙(scribing)에 의하여 강화된 유리 시트를 분리하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기계적 스크라이브(scribe)를 사용하여 강화된 유리 시트를 분리하는 1 단계(one-step) 방법에 관한 것이다.
유리 시트는 유리가 디스플레이를 덮는데 사용되는 전자 산업을 포함하는 다양한 산업 분야에서 사용된다. 이러한 적용 분야의 예는, 예를 들면 컴퓨터 모니터, 텔레비전 및 휴대용 디바이스(handheld devices)와 같은 액정 디스플레이(LCDs) 및 발광 다이오드(LED) 디스플레이를 포함한다. 종래에는 유리가 대형 시트로 제조되었고, 기계적 스코어링(scoring) 휠 또는 레이저를 사용하여 스코어링되었다. 스코어링된 후에, 유리 시트에 외력이 가해져 스코어 라인을 따라 유리를 절단한다. 유리를 보다 작은 사이즈로 부분화하면서, 유리 파티션(glass partitions)은, 예를 들면 엣지 폴리싱 및/또는 화학적 강화 공정을 포함하는 추가 가공 단계를 거치게 된다.
종래 방법에 따라 유리를 가공하는 것이 힘든 작업이라는 점이 확인되었다. 유리가 힘의 인가(적용)에 의하여 스코어 라인을 따라 절단될 때, 힘의 적용(인가)은 유리 부분들에 손상을 가하는 경향이 있고, 이는 스크랩 율(scrap rate)을 증가시킬 수 있다. 또한, 화학적으로 강화된 유리의 경우, 스코어링 후에 유리 부분들을 화학적 강화 공정에 도입하는 것은, 보다 작은 유리 부분들이 보다 대형 유리 시트를 가공하는 것에 비하여 증가된 조업자 간섭(operator intervention)을 요구하기 때문에 처리량을 감소시킨다.
따라서, 강화된 유리 시트를 기계적 스크리빙에 의하여 분리하는 방법이 요구된다.
다양한 구체예에 따르면, 강화된 유리 시트를 분리하는 방법은, 톱니형 스크라이빙 휠(serrated scribing wheel)을 유리 시트의 제1 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면(top surface) 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 유리 시트는 압축 응력(stress) 하에 있는 제1 강화된 표면 층 및 제2 강화된 표면 층을 갖는 이온-교환 유리 시트이다. 상기 제1 및 제2 강화된 표면 층은 이온 교환된 유리 시트의 표면으로부터 층 깊이(depth of layer; DOL)까지 연장하며, 그리고 제1 강화된 표면 층과 제2 강화된 표면 층 사이의 중앙 영역(central region)은 인장 응력 하에 있게 된다. 또한, 상기 방법은 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 제1 방향으로 이동시켜(translating), 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 제1 강화된 표면 층 내로 연장된 표면 홈(surface indentation)을 포함하는 크랙 개시 사이트(site)를 형성하는 단계; 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제1 방향으로 초기 속도에서 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 DOL보다 큰 중간 크랙 깊이(median crack depth)까지 연장하는 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계; 및 상기 스코어 라인이 상기 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 제1 방향으로의 톱니형 스크라이빙 휠을 중단시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 톱니형 스크라이빙 휠(serrated scribing wheel)을 유리 시트의 제3 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면(top surface) 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계; 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 크로스-컷(cross-cut) 개시 속도에서 제1 방향을 가로지르는(traverse) 제2 방향으로 이동시켜 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 제1 강화된 표면 층 내로 연장하는 표면 홈을 포함하는 크로스-컷 크랙 개시 사이트를 형성하는 단계; 및 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제2 방향으로 크로스-컷 개시 속도에서 크로스-컷 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 크로스-컷 중간 크랙 깊이까지 연장하는 크로스-컷 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계를 더 포함한다.
추가 구체예에 따르면, 강화된 유리 시트를 분리하는 방법은, 톱니형 스크라이빙 휠을 유리 시트의 제1 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 유리 시트는 압축 응력(stress) 하의 제1 강화된 표면 층 및 제2 강화된 표면 층을 갖는 이온-교환 유리 시트이다. 상기 제1 및 제2 강화된 표면 층은 이온 교환된 유리 시트의 표면으로부터 층 깊이(DOL)까지 연장하며, 그리고 제1 강화된 표면 층과 제2 강화된 표면 층 사이의 중앙 영역은 인장 응력 하에 있게 된다. 또한, 상기 방법은 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 제1 방향으로 이동시켜, 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 제1 강화된 표면 층 내로 연장하는 표면 홈(surface indentation)을 포함하는 크랙 개시 사이트를 형성하는 단계; 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제1 방향으로 초기 속도에서 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 DOL보다 큰 중간 크랙 깊이까지 연장하는 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계; 및 상기 스코어 라인이 상기 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 제1 방향으로의 톱니형 스크라이빙 휠을 중단시키는 단계를 포함한다. 상기 스코어 라인은 톱니형 스크라이빙 휠이 유리 시트와 접촉하는 시점부터 톱니형 스크라이빙 휠이 중단되는 시점까지 측정된 스코어 시간 후에 완결되며, 상기 스코어 라인은 스코어 시간 이후 중앙 영역을 통하여 성장한다. 상기 방법은, 톱니형 스크라이빙 휠을 유리 시트의 제3 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계; 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 크로스-컷(cross-cut) 개시 속도에서 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 이동시켜 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 제1 강화된 표면 층 내로 연장하는 표면 홈을 포함하는 크로스-컷 크랙 개시 사이트를 형성하는 단계; 및 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제2 방향으로 크로스-컷 개시 속도에서 크로스-컷 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 크로스-컷 중간 크랙 깊이까지 연장하는 크로스-컷 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 구체예에 따르면, 강화된 유리 시트를 스코어링하는 단계는, 톱니형 스크라이빙 휠을 유리 시트의 제1 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 유리 시트는 깊이 DOL의 표면 압축 층(surface compression layer) 및 중앙 영역을 포함한다. 또한, 상기 방법은 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 제1 방향으로 이동시켜 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 표면 압축 층 내로 연장하는 표면 홈을 포함하는 크랙 개시 사이트를 형성하는 단계; 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제1 방향으로 초기 속도에서 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 DOL보다 큰 중간 크랙 깊이까지 연장하는 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계; 및 상기 스코어 라인이 상기 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 제1 방향으로의 톱니형 스크라이빙 휠을 중단시키는 단계를 포함한다. 상기 스코어 라인은 톱니형 스크라이빙 휠이 유리 시트와 접촉하는 시점부터 톱니형 스크라이빙 휠이 중단되는 시점까지 측정된 스코어 시간 후에 완결되며, 상기 스코어 라인은 스코어 시간 이후 중앙 영역을 통하여 성장한다.
상기 방법의 추가의 특징 및 장점들이 이하 상세히 설명되며, 그 일부는 당업자가 용이하게 알 수 있거나 이하의 상세한 설명, 청구항을 비롯하여 첨부된 도면을 포함하는, 본 명세서에 기재된 구체예들을 실시함으로써 인식할 수 있을 것이다.
전술한 전체적인 기재 및 후술하는 상세한 설명은 다양한 구체예를 기재하고, 청구된 발명 대상의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하도록 의도된 것이라는 점이 이해되어야 한다. 수반되는 도면들은 다양한 구체예의 추가적인 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 명세서에 기재된 다양한 구체예를 도시하며, 상세한 설명과 함께 청구되는 발명 대상의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 따라, 제1 방향으로 유리 시트를 기계적으로 스코어링하는 스코어링 메커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 2는 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 따라, 제2 방향으로 유리 시트를 기계적으로 스코어링하는 스코어링 메커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 3은 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 따라, 유리 시트를 기계적으로 스코어링하는 스코어링 메커니즘의 정면도(front view)이고;
도 4는 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 있어서, 도 3의 선 B-B에 따른 톱니형 스코어링 휠의 우측 단면도(right sectional view)이고;
도 5는 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 있어서, 도 1의 선 A-A에 따른 기계적 스코어링 공정의 우측 단면도이고;
도 6은 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 있어서, 도5에 도시된 시점 이후의 시간 간격에서 엣지 크래쉬 모드(edge crash mode) 중 도 1의 선 A-A에 따른 기계적 스코어링 공정의 우측 단면도이고;
도 7은 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 있어서, 도 6에 도시된 시점 이후의 시간 간격에서 도 1의 선 A-A에 따른 기계적 스코어링 공정의 우측 단면도이고;
도 8은 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 있어서, 도 7에 도시된 시점 이후의 시간 간격에서 도 1의 선 A-A에 따른 기계적 스코어링 공정의 우측 단면도이고;
도 9는 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 있어서, 도 8에 도시된 시점 이후의 시간 간격에서 도 1의 선 A-A에 따른 기계적 스코어링 공정의 우측 단면도이고;
도 10은 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 따라, 유리 시트를 기계적으로 스코어링하는 스코어링 메커니즘의 평면도이고; 그리고
도 11은 본 명세서에 도시되거나 기재된 1 또는 그 이상의 구체예에 따라, 유리 시트를 복수의 유리 제품으로 분리하는 기계적 스코어링 공정의 정면도이다.
이하에서는 기계적 스크라이빙에 의하여 강화된 유리 시트를 분리하는 방법의 구체예들을 상세히 설명하며, 이의 예는 첨부된 도면에 도시된다. 가능한 한, 동일 또는 유사한 부재에 대하여는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재 번호가 사용될 것이다. 기계적 스크라이빙에 의하여 강화된 유리 시트를 분리하는 일 구체예는 도 1 및 2에 도시된다. 기계적 스크라이브(본 명세서에서는 톱니형 스크라이빙 휠)는 초기에 강화된 유리 시트의 엣지로부터 이격되어 있고 크랙 개시 사이트를 형성하는 엣지 크래쉬 모드로 유리 시트를 향하여 이동된다.
기계적 스크라이브는 강화된 유리 시트를 따라 가속되고 이동하며, 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 중단된다. 기계적 스크라이브가 강화된 유리 시트를 따라 이동함에 따라, 기계적 스크라이브는 유리 두께를 통하여 중간 크랙 거리(median crack distance)를 연장하는 스코어 라인을 형성한다. 스코어 라인은 유리 시트의 두께를 통하여 지속적으로 성장하여 바디 관통 크랙(through-body crack)을 형성하고, 또한 유리 시트의 약간의 구조 강직성(rigidity)을 유지하는 미분리 부분을 포함한다. 이후, 기계적 스크라이브는 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 강화된 유리 시트를 스크라이브하도록 위치하여 크로스-컷 스코어 라인을 형성하고, 크로스-컷 스코어 라인이 유리 시트의 두께를 통하여 성장함에 따라, 강화된 유리 시트를 복수의 유리 제품으로 분할한다. 본 명세서에서 강화된 유리의 분리 방법은 첨부된 도면을 구체적으로 참고하여 보다 상세히 기재된다.
본 명세서에서, 용어 "취약 깊이(frangibility depth)"는 결함이 유리 시트 내로 연장하여 추가적인 힘의 적용(인가) 없이도 유리가 효과적으로 다수의 작은 조각들로 분할되도록 유발하는 깊이를 가리킨다.
화학적으로 강화된 유리시트는 그 두께 전체에 걸쳐 엔지니어링된 응력 프로파일이 혼입된 실질적인 유리 기판으로서, 화학적 강화 과정에서 시트의 표면 부분이 높은 수준의 압축 응력 상태로 되고, 내측 부분이 인장 응력 상태에 있게 된다. LCD 디스플레이 기판에 사용된 것과 같은 대형 유리 시트의 분리를 위하여 개발된 기술을 이용하여 이러한 시트를 스코어링하는 것은 통상적으로 유리 균열을 유발한다. 이론에 따르면, 표면 압축 응력을 극복하고 제품의 인장 응력 상태의 내부로 중간 크래킹(mediate cracking)을 개시하는데 적합한 스코어링 힘이 이온 교환된 화학적으로 강화된 유리 물품에 가해질 때, 크랙은 조절 불가능하게 전파되어 제품의 자발적 파손을 유발한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 구체예에 따르면, 바람직하지 않은 시트 분리 또는 파손 없이도 잔류 표면 압축 응력을 극복하는, 제어된 기계적 파손을 개시하는데 적합한 기하학적 구조를 갖는 톱니형 스크라이빙 휠이 사용된다.
도 1을 참고하면, 강화된 유리 시트(90)는 테이블(80)에 위치한다. 강화된 유리 시트(90)는 테이블(80)과 실질적으로 접촉될 수 있다. 그러나, 유리 시트(90)의 가변성으로 인하여, 유리 시트(90)의 부분들이 지지 테이블(80)로부터 이격될 수 있다. 스크라이빙 메커니즘(100)은 유리 시트(90)에 근접하도록 위치되어 스크라이빙 메커니즘(100)이 제1 방향(91)으로 연장하는 복수의 스코어 라인(92)을 형성하도록 도시된다. 복수의 스코어 라인(92)이 제1 방향(91)으로 유리 시트(91) 내에 형성된 후에, 도 2에 도시된 바와 같이, 스크러빙 메커니즘(100)은 제1 방향(91)을 가로지르는(traverse) 제2 방향(93)으로 복수의 크로스-컷 스코어 라인(94)을 형성하도록 위치한다.
도 3 및 4을 참고하면, 스크라이빙 메커니즘(100)의 일부가 도시된다. 스크라이빙 메커니즘(100)은 스크라이빙 헤드(120)의 지지 구조(122)로부터 말단으로(distally) 연장하여 위치하는 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 포함한다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 접촉 면(contact surfaces; 112)으로부터 안쪽으로 연장하는 복수의 톱니(114)를 포함한다. 접촉 면(112)은 휠 팁 각도(tip angle; 118)로 만나는 2개의 둘레 면(peripheral surface; 116, 117)에 의하여 형성된다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 유리 시트(90) 내에 결함(defect)을 형성하는데 적합한 다양한 물질로 만들어질 수 있다. 이러한 물질의 예는 텅스텐 카바이드 및 합성 소결된 다이아몬드를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유리 시트(90)의 조성 및 강도에 기초하여 유리 시트(90) 내에 스코어 라인(92) 및 크로스-컷 스코어 라인(94)을 형성하는데 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 다양한 구조(configurations)가 적합할 수 있다. 이러한 톱니형 스크라이빙 휠(110)은, 예를 들면 일본, 오사카의 미쯔보시 다이아몬드 공업사에서 제조된 "Micro Penett" 라인으로서 입수 가능하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예시적 구체예에 있어서, 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 다결정 다이아몬드 재질이고, 접촉 면(112)을 따라 평가된 외측 직경이 약 2 mm이고, 휠 팁 각도(118)는 약 110도이며, 그리고 외측 직경 주위에 360개의 톱니(114)를 갖는 바, 톱니(114)의 바닥과 접촉 면(112)의 상부(top) 사이의 방사 방향 거리(radial distance)는 약 3 ㎛이다.
도 3을 다시 참고하면, 스크라이빙 메커니즘(100)은 갠트리(gantry) 시스템(124)을 따라 위치하는 스크라이빙 헤드(120)를 포함한다. 스크라이빙 헤드(120)는 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 유리 시트(90)에 근접하도록 위치시켜 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트와 접촉하도록 한다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 스크라이빙 헤드(120) 에 장착되어 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 접촉 면(112)이 유리 시트(90)과 접촉함에 따라 이의 중앙선 주위를 자유롭게 회전한다. 스크라이빙 헤드(120)는 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)에 대하여 버티도록 하는 힘을 제어하는 힘 인가 메커니즘(force application mechanism; 126)을 포함한다. 힘 인가 메커니즘(126)은 단일 스코어 라인(92)을 형성하는 동안 톱니형 스크라이빙 휠(110)에 적용되는 힘을 변화시킬 수 있다. 힘 인가 메커니즘(126)은 다양한 힘 인가 방법을 이용하여 톱니형 스크라이빙 휠(110)에 인가되는 힘을 제어할 수 있는 바, 당업계에서 알려진 공압 엑튜에이터(pneumatic actuators), 스프링 텐셔너(spring tensioner) 및 서보 액튜에이터(servo actuators)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
스크라이빙 메커니즘(100)의 갠트리 시스템(124)은 유리 시트(90)을 따라 속도 및 방향으로 스크라이빙 헤드(120)을 이동시켜 유리 시트(90) 내에 스코어 라인(92) 및 크로스-컷 스코어 라인(94)을 형성한다. 스크라이빙 헤드(120)를 지속적으로 이동시켜 단일 스코어 라인(92)을 형성하는 동안, 갠트리 시스템(124)이 스크라이빙 헤드(120)를 이동시키는 속도는 증가하거나 감소할 수 있다.
도 5 내지 9를 참고하면, 스코어 라인(92)을 형성하도록 스크라이빙 메커니즘(100) 내에서 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 사용하는 공정이 도시된다. 본 명세서에 기재된 기계적 스크라이빙 방법은 강화된 유리 재질의 유리 시트(90)를 스코어링하는데 사용된다. 유리 시트(90)은 이온 교환 공정에 의하여 화학적으로 강화되어 제1 강화된 표면 층(142) 및 제2 강화된 표면 층(144)을 형성하며, 상기 2개의 표면 층은 내부 압축 응력 하에 있다. 제1 및 제2 강화된 표면 층(142, 144)은 내부 인장 응력을 받는 중앙 영역(146)에 의하여 서로 분리되어 있다. 제1 및 제2 강화된 표면 층(142, 144)는 층 깊이 DOL까지 연장한다. 기재 편의 상, 본 명세서에 기재된 유리 시트(90)는 제2 강화된 표면 층(144)이 지지 테이블(80)과 접촉하고 제1 강화된 표면 층(142)이 상측 면(96)으로서 위치한다.
도 5를 참고하면, 스크라이빙 헤드(120)는 시간 t0에서 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)로부터 스코어링 방향(128)으로 오프젯되어 있다. 또한, 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 유리 시트(90)의 상측면(96)으로부터 수직으로 오프젯되어 있다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 바닥과 유리 시트(90)의 상측 면(96) 사이의 수직 거리는 절개 깊이(incision depth: 140)로 정의된다. 몇몇 구체예에 있어서, 절개 깊이(140)는 유리 시트(90) 두께의 약 20% 내지 약 25%로 설정된다. 예를 들면, 약 0.5 mm 두께를 갖는 유리 시트(90)를 스코어링할 때, 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 가장 낮은 위치의 접촉 면(112)이 유리 시트(90)의 상측 면(96) 아래 약 0.1 mm에서 0.125 mm까지 되도록 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 위치한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스크라이빙 메커니즘(100)의 갠트리 시스템(124; 도 5 내지 9에서는 도시되지 않음)은 유리 시트(90)을 향하여 스크라이빙 헤드(120)를 이동시켜 시간 t0에 후속하는 t1에서 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)의 제1 엣지(98)와 접촉하게 된다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 접촉 면(112)이 유리 시트(90)의 제1 엣지(98)와 접촉하고 유리 시트(90)의 상측 면(96)을 따라 이동됨에 따라, 힘 인가 메커니즘(126)에 의하여 힘이 인가되어 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)의 상측 면(96)을 향하여 절개 깊이(140)로부터 수직으로 이동한다. 몇몇 구체예에 있어서, 톱니형 스크라이빙 휠(110)에 인가되는 수직력(normal force)은 힘 인가 메커니즘(126)에 의한 스코어링 공정 중 일정하게 유지된다. 예를 들면, 수직력은 약 3 뉴턴 내지 약 6 뉴턴으로 유지될 수 있다.
스크러빙 헤드(120)는 맞물림 거리(engagement distance; 129)에 대하여 유리 시트(90)의 상측 면(96)을 따라 세로로(longitudinally) 스코어링 방향(128)으로 초기 속도에서 이동한다(도 7). 초기 속도는 스코어링 속도보다 느리며, 이는 하기에서 보다 상세히 기재된다. 몇몇 구체예에 있어서, 스크라이빙 헤드(120)는 초당 톱니형 스크라이빙 휠(110) 직경의 약 2배에서 초당 톱니형 스크라이빙 휠(110) 직경의 약 10배까지의 속도에서 이동한다. 예를 들면, 약 3 mm의 직경을 갖는 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 경우, 스크라이빙 헤드(120)는 초당 약 6 mm에서 초당 약 30 mm까지의 초기 속도로 이동한다. 몇몇 구체예에 있어서, 맞물림 거리(129)는 톱니형 스크라이빙 휠(110) 직경의 약 2배에서 톱니형 스크라이빙 휠(110) 직경의 약 4배이다. 예를 들면, 3 mm의 직경을 갖는 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 사용하는 경우, 맞물림 거리(129)는 약 6 mm에서 약 12 mm까지이다.
톱니형 스크라이빙 휠(110)을 유리 시트(90)의 제1 엣지(98)로 이동시키고 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 수직 방향 위쪽으로 이동시키도록 하여 접촉 면(112)이 유리 시트(90)의 상측 면(96)과 접촉하도록 하는 것은 본 명세서에서 유리 시트(90) 내로 크랙을 개시하는 "엣지 크래쉬(edge crash)" 모드로 언급된다. 엣지 크래쉬 모드는 유리 시트(90)의 상측 면(96) 내에 크랙 개시 사이트(130)를 형성한다.
도 7을 참고하면, 시간 t1에 후속하는 시간 t2에서 스크라이빙 헤드(120)는 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)의 상측 면(96)과 접촉하고 유리 시트(90)의 제1 엣지(98)로부터 이격되도록 하는 위치에 있는 것이 도시된다. 도시된 바와 같이, 제1 엣지(98)에 근접한 유리 시트(90)의 부분들은 제1 엣지(98) 및 상측 면(96) 모두로부터 연장하는 크랙 개시 사이트(130)를 나타낸다. 이러한 크랙 개시 사이트(130)는 상측 면(96)에 근접한 유리 시트(90)의 제1 강화된 층을 통하여 연장한다. 일단 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 수직 위치로 이동하여 접촉 면(112)이 유리 시트의 상측 면(96)과 접촉하면(도 3), 스크라이빙 헤드(120)는 초기 속도로부터 가속하여 엣지 크래쉬 모드에서 스코어링 속도를 나타낸다. 몇몇 구체예에 있어서, 스코어링 속도는 초당 톱니형 스크라이빙 휠(110) 직경의 약 50배에서 초당 톱니형 스크라이빙 휠(110) 직경의 약 100배이다. 예를 들면, 약 3 mm의 직경을 갖는 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 경우, 스코어링 속도는 초당 약 150 mm에서 초당 약 300 mm까지이다. 스크라이빙 헤드(120)는 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 가속하고, 유리 시트(90)을 따라 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 이동시켜 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 스코어 라인(92)를 형성하도록 한다. 스코어 라인(92)은 유리 시트(90) 내로 중간 크랙 깊이(median crack depth; 148)까지 연장하여 중간 크랙 깊이(148)가 유리 시트(90)의 층 깊이보다 크도록 한다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 주어진 고정 지점(fixed position), 또는 "관심 국부 영역(local area of interest)"에 근접하도록 위치하는 시간 간격에서, 스코어 라인(92)의 중간 크랙 깊이(148)는, 유리 시트(90)의 취약 깊이, 즉 유리 시트(90)가 자발적으로 취약해져 스코어 라인(92)로부터 먼 방향(orientation)으로 파손되어 조각화되는 경향을 갖는 깊이보다는 작다.
톱니형 스크라이빙 휠(110)의 접촉 면(112)은 유리 시트(90)의 상측 면(96) 내로 일정 패턴의 표면 홈(indentations; 150)을 유도한다. 표면 홈(150)의 사이즈 또는 이들 간의 간격(spacing)은 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 접촉 면(112) 및 톱니(114)에 대응한다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)의 상측 면(96)을 따라 이동함에 따라, 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 유리 시트(90) 내로 응력 장(stress field)을 유도한다. 응력 장은 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 접촉 면(112)과 접촉하는 유리 시트(90)의 영역에서 가장 높고(도 3 및 4 참조), 이는 유리 시트(90) 내에 표면 홈(150)을 야기한다. 응력 장은 표면 홈(150)과 유리 시트(90)의 상측 면(96)을 따라 표면 홈(150)으로부터 멀리 이격된 위치 사이에서, 그리고 유리 시트(90)의 깊이 내로 방산(dissipation)한다. 응력 장은 유리 시트(90)의 상측 면(96)으로부터 중간 크랙 깊이(148)까지 스코어 라인(92)의 형성을 야기한다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)의 상측 면(96)에 대하여 버티도록 하는 힘을 제어함으로써, 톱니형 스크라이빙 휠(110)에 의하여 형성된 표면 홈(150)의 깊이는 스코어 라인(92)이 원하는 중간 크랙 깊이(148)로 형성되도록 조절될 수 있다.
도 8을 참고하면, 시간 t2에 후속하는 시간 t3에서, 스크라이빙 헤드(120)는, 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 제1 엣지(98)에 대향하는 유리 시트(90)의 제2 엣지(99)에 접근할 때까지 유리 시트(90)의 상측 면(96)을 따라 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 지속적으로 이동시킨다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 제2 엣지(99)에 접근함에 따라, 스크라이빙 헤드(120)는 멈추고, 힘 인가 메커니즘(126)이 톱니형 스크라이빙 휠(110)로부터의 힘을 감소시킨다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 시트(90)의 제2 엣지(99)와 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 멈춤(중단) 지점 사이의 종료 거리(127)(도 9)는 톱니형 스크라이빙 휠(110)의 적어도 1 직경이다. 예를 들면, 3 mm의 직경을 갖는 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 사용할 경우, 종료 거리(127)은 적어도 3 mm이다. 톱니형 스크라이빙 휠(110) 엣지가 유리 시트(90)과 충돌하는 것으로부터 시작하고 종료 거리(127)에서 톱니형 스크라이빙 휠(110)에 의하여 유리 시트(90)로부터 힘이 제거될 때 종료하여 단일 스코어 라인(92)이 형성되는 시간 구간을 스코어 시간으로 정의한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 시간 t3에 후속하는 시간 t4에서, 스크라이빙 헤드(120)는 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 유리 시트(90)의 상측 면(96)으로부터 멀리 수직으로 이동시켜 접촉 면(112)이 더 이상 유리 시트(90)과 접촉하지 않도록 한다. 유리 시트(90)의 제2 엣지(99)로부터 이격된 종료 거리(127)에서 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 멈춤으로써 제2 엣지(99)에 근접한 유리 시트(90)의 부분들은 스코어링되지 않은 상태로 남게 되고, 따라서 제2 엣지(99)에 근접한 유리 시트(90)의 부분들은 취급 또는 후속 스코어링 조업을 위한 구조적 완전성(structural integrity)을 유지한다. 그러나, 스코어 라인(92)은 스코어 시간 후에도 유리 시트(90)의 두께를 통하여 지속적으로 성장한다.
톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90) 내의 관심 국부 영역으로부터 멀리 이동함에 따라, 스코어 라인(92)에 근접한 유리 시트(90)의 영역 내 응력 장이 완화되므로 응력 장 내 잔류 응력은 시간에 따라 방산한다. 응력 장의 방산(dissipation)은 표면 홈(150)의 형성 이후의 유리 시트(90) 내 응력의 재분포에 기인한 것일 수 있다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 관심 국부 영역으로부터 멀리 이동함에 따라, 유리 시트(90) 내 응력 장은 재분포되어 스코어 라인(92)이 유리 시트(90)의 두께를 통하여 지속적으로 성장하여 스코어 라인(92)의 형성 경로를 따라 바디 관통 크랙(95)을 형성하도록 할 수 있다. 바디 관통 크랙(95)은 유리 시트(90)의 제2 엣지(99)에 근접하도록 위치하는 유리 시트(90)의 미분리 부분(97)에서 종료한다. 미분리 부분(97)은 전술한 스코어링 조업에서 스코어링되지 않은, 제2 엣지(99)에 근접하여 위치하는 유리 시트의 부분에 상당한다.
도 10을 참고하면, 스크라이빙 메커니즘(100)은 유리 시트(90)를 따라 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 복수 회 이동시켜 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 제1 방향(91)으로 대응되는 복수의 스코어 라인(92)을 형성한다. 복수의 스코어 라인(92)는 유리 시트(90)의 두께를 통하여 지속적으로 성장하여 유리 시트(90)의 미분리 부분에 의하여 제2 엣지(99)로부터 이격된 대응되는 복수 개의 바디 관통 크랙(95)을 형성한다. 원하는 수의 스코어 라인(92)이 제1 방향(91)으로 유리 시트(90) 내에 형성된 상태에서, 스크라이빙 메커니즘(100)은 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 제3 엣지(198)에 근접한 위치까지 이동시킨다. 전술한 방법과 유사하게, 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 유리 시트(90)의 상측 면(96) 아래 수직 지점에 위치한다. 스크라이빙 메커니즘(100)은 유리 시트(90)을 향하여 스크라이빙 헤드(120)를 이동시켜 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 엣지 크래쉬 모드로 유리 시트(90)의 제3 엣지(198)와 접촉하여 제3 엣지(198)에서 크로스-컷 크랙 개시 사이트(230)를 개시하도록 한다. 스크라이빙 메커니즘(100)은 톱니형 스크라이빙 휠(110)을 크로스-컷 개시 속도에서 제3 엣지(198)을 향하여 이동시킨다. 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)의 제3 엣지와 접촉함에 따라, 톱니형 스크라이빙 휠(110)은 유리 시트(90)의 상측 면(96)과 접촉하도록 수직 위쪽으로 이동하도록 허용된다. 크로스-컷 크랙 개시 사이트(230)는 도 7 및 8에 도시된 바와 유사하게, 유리 시트(90)의 제1 강화된 표면 층(142) 내로 연장하는 톱니형 스크라이빙 휠(110)에 의하여 형성된 표면 홈을 포함한다.
도 10을 참고하면, 스크라이빙 헤드(120)는 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 유리 시트(90)의 상측 면(96)과 접촉하도록 위치한 상태에서 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 제2 방향(93)으로 크로스-컷 스코어링 속도까지 가속되어 제4 엣지(199)를 향하여 유리 시트(90)를 가로질러 크로스-컷 스코어 라인(94)을 스크라이빙한다. 도 7 및 8에서의 중간 크랙 깊이(148)와 유사하게, 크로스-컷 스코어 라인(94)은 유리 시트(90)의 제1 강화된 표면 층(142)보다 더 깊은 크로스-컷 중간 크랙 깊이를 유리 시트(90) 내로 연장한다. 몇몇 구체예에 있어서, 크로스-컷 스코어 라인(94)은 유리 시트(90)의 일부를 가로질러 연장한다. 다른 구체예에 있어서, 크로스-컷 스코어 라인(94)은 제3 엣지(198)로부터 제4 엣지(199)까지 전체 유리 시트(90)를 가로질러 연장한다. 복수의 크로스-컷 스코어 라인(94)은 최종 적용 분야에 따라서는 유리 시트(90)를 가로질러 형성될 수도 있다.
도 10 및 11을 참고하면, 톱니형 스크라이빙 휠(110)이 관심 국부 영역으로부터 멀리 이동한 후에, 각각의 크로스-컷 스코어 라인(94)은 유리 시트(90)의 두께를 통하여 지속적으로 성장하여, 유리 시트(90)을 통하여 바디 관통 크랙을 형성한다. 크로스-컷 스코어 라인(94)이 유리 시트(90)의 두께를 통하여 성장함에 따라, 유리 시트(90)는 스코어 라인(92) 및 크로스-컷 스코어 라인(94)에 대응되는 위치에서 바디 관통 크랙(95)을 따라 분리된다. 전술한 방법에 따라 유리 시트(90)를 스코어링함으로써, 유리 시트(90)는 복수의 유리 제품(160a-u)으로 분리되며, 각각은 인접하는 스코어 라인(92)와 크로스-컷 스코어 라인(94) 사이의 간격에 의하여 결정되는 사이즈 및 형상을 갖는다.
유리 제품(160)은 유리 시트(90)에 스코어 라인(92) 및 크로스-컷 스코어 라인(94)를 따라 분리시키기 위한 추가적인 힘을 인가하지 않고도 유리 시트(90)로부터 분리될 수 있다. 또한, 유리 제품(160)은 스크라이빙되는 순서대로 유리 시트(90)로부터 순차적으로 분리될 수 있다. 예를 들면, 유리 제품(160a-e)는 유리 제품(160f-j)에 앞서 유리 시트(90)으로부터 분리되며, 유리 제품(160 f-j)은 유리제품(160k-160o)에 앞서 유리 시트(90)으로부터 분리되고, 또한 유리 제품(160k-160o)은 유리 제품(160p-160u)에 앞서 유리 시트(90)으로부터 분리된다.
전술한 방법은 강화된 유리 시트(90)를 기계적으로 스코어링하는데 사용된다. 유리 시트(90)은 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물로부터 형성될 수 있다.일 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 포함한다: 약 64 내지 68 몰%의 SiO2; 약 12 내지 16 몰%의 Na2O; 약 8 내지 12 몰%의 Al2O3; 약 0 내지 3 몰%의 B2O3; 약 2 내지 5 몰%의 K2O; 약 4 내지 6 몰%의 MgO; 및 약 0 내지 5 몰%의 CaO; 여기서, 66 몰% ≤ SiO2 + B2O3 + CaO ≤ 69 몰%; Na2O + K2O + B2O3 + MgO + CaO + SrO > 10 몰%; 5 몰% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 몰%; (Na2O + B2O3) - Al2O3 ≥ 2 몰%; 2 몰% ≤ Na2O - Al2O3 ≤ 6 몰%; 그리고 4 몰% ≤ (Na2O + K2O) - Al2O3 ≤ 10 몰%이다.
또 다른 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 포함한다: 약 60 내지 70 몰%의 SiO2; 약 6 내지 14 몰%의 Al2O3; 약 0 내지 15 몰%의 B2O3; 약 0 내지 15 몰%의 Li2O; 약 0 내지 20 몰%의 Na2O; 약 0 내지 10 몰%의 K2O; 약 0 내지 8 몰%의 MgO; 약 0 내지 10 몰%의 CaO; 약 0 내지 5 몰%의 ZrO2; 약 0 내지 1 몰%의 SnO2; 약 0 내지 1 몰%의 CeO2; 약 50 ppm 미만의 As2O3; 및 약 50 ppm 미만의 Sb2O3; 여기서, 12 몰% ≤ Li2O + Na2O + K2O ≤ 20 몰%, 그리고 0 몰% ≤ MgO + CaO ≤ 10 몰%이다.
또 다른 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 SiO2 및 Na2O을 포함하며, 여기서 상기 유리는 유리가 35 킬로포이즈(kpoise)의 점도를 갖는 온도인 T35kp를 갖고, 지르콘이 분해되어 ZrO2 및 SiO2를 형성하는 온도인 Tbreakdown는 T35kp보다 크다. 몇몇 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 갖는다: 약 61 내지 75 몰%의 SiO2; 약 7 내지 15 몰%의 Al2O3; 약 0 내지 12 몰%의 B2O3; 약 9 내지 21 몰%의 Na2O; 약 0 내지 4 몰%의 K2O; 약 0 내지 7 몰%의 MgO; 및 약 0 내지 3 몰%의 CaO.
또 다른 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 갖는다: 적어도 50 몰%의 SiO2, 그리고 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 개질제(modifier), 여기서 [(Al2O3 (몰%) + B2O3(몰%))/(Σ 알칼리 금속 개질제(몰%))] > 1이다. 몇몇 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 갖는다: 약 50 내지 72 몰%의 SiO2; 약 9 내지 17 몰%의 Al2O3; 약 2 내지 12 몰%의 B2O3; 약 8 내지 16 몰%의 Na2O; 및 약 0 내지 4 몰%의 K2O.
또 다른 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 SiO2, Al2O3, P2O5, 및 적어도 하나의 알칼리 금속 산화물 (R2O)를 포함하며, 여기서 0.75 = [(P2O5(몰%) + R2O(몰%))/ M2O3 (몰%)] = 1.2이고, M2O3 = Al2O3 + B2O3이다. 몇몇 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 갖는다: 약 40 내지 70 몰%의 SiO2; 약 0 내지 28 몰%의 B2O3; 약 0 내지 28 몰%의 Al2O3; 약 1 내지 14 몰%의 P2O5; 및 약 12 내지 16 몰%의 R2O; 그리고 특정 구체예에 있어서는 약 40 내지 64 몰%의 SiO2; 약 0 내지 8 몰%의 B2O3; 약 16 내지 28 몰%의 Al2O3; 약 2 내지 12 몰%의 P2O5; 및 약 12 내지 16 몰%의 R2O.
또 다른 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 4 몰%의 P2O5, 이때 (M2O3(몰%)/RxO(몰%)) < 1이고, 여기서 M2O3 = Al2O3 + B2O3이며, RxO는 알칼리 실리케이트 유리 내에 존재하는 1가(monovalent) 및 2가(divalent) 양이온 산화물의 합이다. 몇몇 구체예에 있어서, 1가 및 2가 양이온 산화물은 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, 및 ZnO로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 0 몰%의 B2O3을 포함한다.
또 다른 구체예에 있어서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 적어도 약 50 몰%의 SiO2 및 적어도 약 11 몰%의 Na2O를 포함하며, 그리고 압축 응력은 적어도 약 900 MPa이다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 Al2O3, 그리고 B2O3, K2O, MgO 및 ZnO 중 적어도 하나를 더 포함하며, 여기서 -340 + 27.1·Al2O3 - 28.7·B2O3 + 15.6·Na2O - 61.4·K2O + 8.1·(MgO + ZnO) ≥ 0 몰%이다. 특정 구체예에 있어서, 유리는 하기의 조성을 포함한다: 약 7 내지 26 몰%의 Al2O3; 약 0 내지 9 몰%의 B2O3; 약 11 내지 25 몰%의 Na2O; 약 0 내지 2.5 몰%의 K2O; 약 0 내지 8.5 몰%의 MgO; 및 약 0 내지 1.5 몰%의 CaO.
몇몇 구체예에 있어서, 전술한 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 리튬, 붕소, 바륨, 스트론튬, 비스무스, 안티몬 및 비소 중 적어도 하나를 실질적으로 함유하지 않는다(즉, 0 몰%를 함유함).
몇몇 구체예에 있어서, 전술한 알칼리 알루미노실리케이트 유리는, 슬롯-드로잉, 용융 드로잉(fusion drawing), 재-드로잉(re-drawing) 등과 같이 당업계에서 알려진 공정에 의하여 다운-드로잉될 수 있고, 적어도 130킬로포이즈의 액상 점도를 갖는다.
본 명세서에서 앞서 기재된 바와 같이, 일 구체예에서의 유리 시트(90)는, 유리의 표면 층 내 이온이 같은 원자가 또는 산화 상태를 갖는 보다 큰 이온에 의하여 치환되는 이온 교환 공정에 의하여 화학적으로 강화된다. 특정 구체예에 있어서, 표면 층 내 이온 및 보다 큰 이온은, Li+(유리 내에 존재할 경우), Na+, K+, Rb+, 및 Cs+와 같은 1가의 알칼리 금속 양이온이다. 택일적으로, 표면 층 내 1가 양이온은, Ag+, Tl+, Cu+ 등과 같이 알칼리 금속 양이온 이외의 1가 양이온으로 치환될 수 있다.
상기 이온-교환 공정은 유리 기판의 표면에서 압축 응력을 형성한다. 이러한 압축 응력은 유리 기판의 표면 아래에서 층 깊이(depth of layer)로 언급되는 특정 깊이까지 연장된다. 압축 응력은 인장 응력(중앙 장력(central tension)으로 언급됨)의 층에 의하여 밸런스되어, 유리 기판 내 순 응력(net stress))은 0이다. 유리 기판의 표면에서의 압축 응력의 형성은 유리를 강하고 기계적 손상에 내성을 갖도록 하며, 그리고 이때 층 깊이(depth of layer)를 통하여 연장하지 않는 결함(flaws)으로 인한 유리 기판의 심각한 불량 현상을 완화시킨다.
일 구체예에 있어서, 유리 시트(90)은 이온-교환에 의하여 화학적으로 강화되며, 유리 시트(90)가 이온 교환 배스 내에 배치될 때, 유리 표면 근처의 보다 작은 나트륨 이온이 보다 큰 칼륨 이온으로 교환된다. 보다 작은 나트륨 이온을 보다 큰 칼륨 이온으로 치환하는 것은 압축 응력 층이 유리 시트(90)의 표면 내에 형성되도록 야기한다.
본 명세서에 기재된 구체예에 있어서, 강화에 의하여 유리 시트(90) 내에 형성된 압축 응력 및 층 두께는 유리 시트(90)의 손상 허용도(damage tolerance)를 개선하는데 충분하며, 유리 제품 내로 결함을 도입하는 위험성 없이 추가적으로 가공하는 것(폴리싱 또는 추가 머시닝과 같은) 역시 용이하게 한다. 일 구체예에 있어서, 압축 응력은 약 200 내지 1000 MPa일 수 있다. 또 다른 구체예에서 있어서, 압축 응력은 약 500 내지 800 MPa일 수 있다. 또 다른 구체예에 있어서, 압축 응력은 약 650 내지 900 MPa일 수 있다. 일 구체예에 있어서, 층 깊이는 약 10 내지 80 마이크론일 수 있다. 또 다른 구체예에 있어서, 층 깊이는 약 30 내지 60 마이크론일 수 있다. 또 다른 구체예에 있어서, 층 깊이는 약 40 내지 60 마이크론일 수 있다.
전술한 방법에 따라 가공된 유리 시트는 기계적 스코어링 공정을 이용하여 스코어링된다. 기계적 스코어링 공정은 톱니형 스크라이빙 휠을 사용하여 유리 시트 내로 중간 크랙 깊이를 연장하는 유리 시트 내 스코어 라인 및 크로스-컷 스코어 라인을 형성한다. 톱니형 스크라이빙 휠이 멀리 이동됨에 따라, 스코어 라인은 유리 시트의 두께를 통하여 연장되며, 이에 따라 유리 시트의 가장 먼 엣지에 도달하지 않는 전체 바디 크랙(full-body crack)을 형성한다. 톱니형 스크라이빙 휠은 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 유사하게 유리 시트를 가로질러 이동된다. 유리 시트는 추가적인 힘의 인가 없이 인접하는 스코어 라인과 크로스-컷 스코어 라인 간의 간격에 따라 사이즈화된 복수의 유리 제품으로 분리된다.
실시예
화학적으로 강화된 유리 시트는 전술한 방법에 따라 기계적으로 스코어링되고 분리된다. 유리 시트는 30 ㎛ 두께의 표면 압축 층 및 750 MPa의 표면 압축 응력 수준을 갖는 0.55 밀리미터 두께의 Corning IOX-FS 유리이었고, 계산된 시트 중앙 장력(central tension)은 33 MPa이었다. 유리 시트는 보다 작은 유리 제품으로 섹션화되고, 각각은 50 mm×50 mm 치수를 가졌다. 각각의 시트는 상용 연마(abrasive) 유리 절단 기계 장치, 즉 독일, 마인츠의 MDI Schott Advanced Processing GmbH로부터 상업적으로 입수되는 MP 시리즈 절단 장치를 사용하여 본 명세서에 기재된 방법에 따라 기계적으로 스크라이빙되었다. 유리 시트의 표면을 스코어링하는데 사용되는 톱니형 스크라이빙 휠 역시 MDI Schott로부터의 Micro Penett 360-3/110°/D2.0 T 0.65 H0.8이었다.
유리 시트 내에 크랙 개시 사이트를 제공하기 위하여, 톱니형 스크라이빙 휠은 톱니형 스크라이빙 휠을 유리 시트의 상측 면 아래 0.15 mm의 절개 깊이(incision depth)에서 유리 시트로부터 약 5 mm 떨어져 있도록 위치시킴으로써 엣지 크래쉬하였다. 톱니형 스크라이빙 휠을 초당 5 mm의 초기 속도로 이동시켜 엣지로부터 약 5 mm의 거리에 대하여 유리 시트를 엣지 크래쉬하였다. 톱니형 스크라이빙 휠을 초당 약 250 mm의 스크라이빙 속도로 가속하여 0.03, 0.04, 0.05, 및 0.06 MPa의 기계 압력에서 유리 시트의 대부분(majority)을 가로질러 스코어 라인을 형성하였다. 기계 압력은 유리 시트 상에 톱니형 스크라이빙 휠에 의하여 도입된, 각각 3, 4, 5 및 6 뉴톤의 수직 하중(normal loads)에 상당한다. 유리 시트에 따라 톱니형 스크라이빙 휠을 이동시키는 것은 톱니형 스크라이빙 휠이 톱니형 스크라이빙 휠 직경의 약 3배 또는 엣지로부터 약 6 mm에 있는 상태에서 종료되었다.
유리 시트는 동일한 기계 장치 및 톱니형 스크라이빙 휠을 이용하여 크로스-컷팅되었다. 크로스-컷 스코어 라인을 위하여 크로스-컷 개시 사이트를 형성하는 엣지 크래쉬 모드의 파라미터는 스코어 라인을 위한 개시 사이트와 일치하였다. 그러나, 크로스-컷 스코어링 속도는 스코어링 속도의 약 93%, 또는 초당 약 232 mm이었다.
5 뉴톤의 수직 하중이 톱니형 스크라이빙 휠에 적용(인가)될 때, 기계적 스크라이빙 이후 최적의 유리 제품의 자기-분리(self-separation)가 관찰되었다.
본 명세서에서 용어 "실질적으로" 및 "약"은 임의의 정량적 비교, 값, 측정, 또는 기타 예시로부터 기인될 수 있는 내재된 불확실성의 정도를 나타내기 위하여 사용될 수 있다. 본 명세서에서 이러한 용어들은 또한 정량적 표현이 기재된 언급(reference)으로부터 해당 대상의 기본적 기능의 변경을 초래하지 않으면서 변화할 수 있는 정도를 나타내기 위하여 사용된다.
본 명세서에서 특정 구체예가 설명되고 기재되나, 청구된 발명 대상 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 기타 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서는 청구된 발명 대상의 다양한 면이 기재되었으나, 이러한 면들이 조합되어 이용될 필요는 없다. 따라서, 첨부된 청구항이 청구된 발명 대상의 범위 내에 있는 모든 이러한 변형 및 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 강화된 유리 시트를 분리하는 방법으로서,
    톱니형 스크라이빙 휠(serrated scribing wheel)을 유리 시트의 제1 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면(top surface) 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계, 여기서 상기 유리 시트는 이온-교환 유리 시트로서 상기 이온-교환 유리 시트는, 압축 응력(stress) 하에 있고 상기 이온 교환된 유리 시트의 표면으로부터 층 깊이(depth of layer; DOL)까지 연장되는 제1 강화된 표면 층 및 제2 강화된 표면 층 및 상기 제1 강화된 표면 층과 상기 제2 강화된 표면 층 사이에서 인장 응력 하에 있는 중앙 영역을 가짐;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 제1 방향으로 이동시켜(translating), 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 제1 강화된 표면 층 내로 연장하는 표면 홈(surface indentation)을 포함하는 크랙 개시 사이트(site)를 형성시키는 단계;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제1 방향으로 초기 속도에서 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 DOL보다 큰 중간 크랙 깊이까지 연장하는 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계;
    상기 스코어 라인이 상기 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 제1 방향으로의 톱니형 스크라이빙 휠을 중단시키는 단계;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 상기 유리 시트의 제3 엣지로부터 이격되고 상기 유리 시트의 상측 면 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 크로스-컷(cross-cut) 개시 속도에서 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 이동시켜 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 제1 강화된 표면 층 내로 연장하는 표면 홈을 포함하는 크로스-컷 크랙 개시 사이트를 형성하는 단계; 및
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제2 방향으로 크로스-컷 개시 속도에서 크로스-컷 스코어링 속도까지 가속시켜 상기 유리 시트 내로 크로스-컷 중간 크랙 깊이까지 연장하는 크로스-컷 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리 시트 상의 고정된 지점에서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 고정된 지점으로부터 멀리 이동된 후의 시점에서 상기 스코어 라인이 상기 중앙 영역을 통하여 성장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 고정된 지점으로부터 멀리 이동된 후에 상기 고정된 지점을 둘러싸는 중앙 영역 내의 응력 장이 완화되어 상기 스코어 라인이 중앙 영역을 통하여 성장하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 엣지에서 부터 복수의 크랙 개시 사이트로부터 제1 방향으로 복수의 이격된 스코어 라인을 스코어링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유리 시트는 크로스-컷 스코어 라인 및 복수의 스코어 라인들을 따라 유리 부분들로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 엣지에서 부터 복수의 크로스-컷 크랙 개시 사이트로부터 제2 방향으로 복수의 크로스-컷 스코어 라인을 스코어링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠은 제1 방향으로, 그리고 적어도 상기 톱니형 스크라이빙 휠의 직경보다 큰 종료 오프젯 거리에서 중단되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 스코어링 속도로 가속된 후에, 상기 유리 시트의 상측 면을 향한 방향으로 상기 톱니형 스크라이빙 휠에 수직력을 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 시트는 1.5 mm 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 유리 시트에 6 뉴톤 미만의 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 강화된 유리 시트를 분리하는 방법으로서,
    톱니형 스크라이빙 휠(serrated scribing wheel)을 유리 시트의 제1 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면(top surface) 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계, 여기서 상기 유리 시트는 이온-교환 유리 시트로서 상기 이온-교환 유리 시트는, 압축 응력(stress) 하에 있고 상기 이온 교환된 유리 시트의 표면으로부터 층 깊이(depth of layer; DOL)까지 연장되는 제1 강화된 표면 층 및 제2 강화된 표면 층 및 상기 제1 강화된 표면 층과 상기 제2 강화된 표면 층 사이에서 인장 응력 하에 있는 중앙 영역을 가짐;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 제1 방향으로 이동시켜(translating), 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 표면 압축 층 내로 연장하는 표면 홈(surface indentation)을 포함하는 크랙 개시 사이트(site)를 형성시키는 단계;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제1 방향으로 초기 속도에서 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 DOL보다 큰 중간 크랙 깊이까지 연장하는 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계;
    상기 스코어 라인이 상기 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 제1 방향으로의 톱니형 스크라이빙 휠을 중단시키는 단계, 여기서 스코어 라인은 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 유리 시트와 접촉하는 시점부터 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 중단되는 시점까지 측정된 스코어 시간 후에 완결되며, 상기 스코어 라인은 스코어 시간 이후 중앙 영역을 통하여 성장함;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 상기 유리 시트의 제3 엣지로부터 이격되고 상기 유리 시트의 상측 면 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 크로스-컷(cross-cut) 개시 속도에서 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 이동시켜 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 표면 압축 층 내로 연장하는 표면 홈을 포함하는 크로스-컷 크랙 개시 사이트를 형성하는 단계; 및
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제2 방향으로 크로스-컷 개시 속도에서 크로스-컷 스코어링 속도까지 가속시켜 상기 유리 시트 내로 크로스-컷 중간 크랙 깊이까지 연장하는 크로스-컷 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 엣지에서 부터 복수의 크랙 개시 사이트로부터 제1 방향으로 복수의 이격된 스코어 라인을 스코어링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유리 시트는 크로스-컷 스코어 라인 및 복수의 스코어 라인들을 따라 유리 부분들로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 엣지에서 부터 복수의 크로스-컷 크랙 개시 사이트로부터 제2 방향으로 복수의 크로스-컷 스코어 라인을 스코어링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 스코어 시간 중 상기 유리 시트 내로 잔류 응력을 유도하는 단계를 더 포함하며, 상기 잔류 응력은 스코어 시간 후에 완화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 유리 시트에 6 뉴톤 미만의 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 강화된 유리 시트를 분리하는 방법으로서,
    톱니형 스크라이빙 휠(serrated scribing wheel)을 유리 시트의 제1 엣지로부터 이격되고 유리 시트의 상측 면(top surface) 아래에 오프젯되는 지점에 위치시키는 단계, 여기서 상기 유리 시트는 깊이 DOL의 표면 압축 층 및 중앙 영역을 포함함;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 제1 방향으로 이동시켜(translating), 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 표면 압축 층 내로 연장하는 표면 홈(surface indentation)을 포함하는 크랙 개시 사이트(site)를 형성하는 단계;
    상기 톱니형 스크라이빙 휠을 제1 방향으로 초기 속도에서 스코어링 속도까지 가속하여 유리 시트 내로 DOL보다 큰 중간 크랙 깊이까지 연장하는 스코어 라인을 스크라이빙하는 단계; 및
    상기 스코어 라인이 상기 유리 시트의 제2 엣지에 도달하기 전에 제1 방향으로의 톱니형 스크라이빙 휠을 중단시키는 단계, 여기서 스코어 라인은 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 유리 시트와 접촉하는 시점부터 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 중단되는 시점까지 측정된 스코어 시간 후에 완결되며, 상기 스코어 라인은 스코어 시간 이후 중앙 영역을 통하여 성장함;
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠을 초기 속도에서 이동시키는 단계는 엣지 크래쉬 모드로 크랙 개시 사이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 스코어 라인은 상기 유리 시트를 통하여 성장하고, 바디 관통 크랙을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 고정된 지점으로부터 멀리 이동된 후에 상기 고정된 지점을 둘러싸는 중앙 영역 내의 응력 장이 완화되어, 상기 스코어 라인이 상기 중앙 영역을 통하여 성장하고, 상기 유리 시트 상의 고정된 지점에서 상기 톱니형 스크라이빙 휠이 상기 고정된 지점으로부터 멀리 이동된 후의 시점에서 상기 스코어 라인이 상기 중앙 영역을 통하여 성장하는 것을 특징으로 하는 방법.
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