KR20160067701A - 강화유리 절단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리기판 내부의 인장응력층에서, 인장응력층에 존재하는 응력을 제거할 뿐 아니라 인장응력이 형성될 수 없도록 기체상태의 버블을 형성하고, 이러한 버블들로 이루어진 절단 라인을 형성하며, 형성된 절단라인을 따라 강화유리를 절단함으로써, 강화유리의 파손 없이 효율적으로 강화유리를 절단할 수 있도록 한다.

Description

강화유리 절단방법{Cutting Method for Strengthened Glass}

본 발명은 유리 절단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 강화유리를 절단하는 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 스마트 폰과 같은 모바일 기기의 빠른 보급으로 인하여, 모바일 디스플레이(mobile display)를 중심으로 한 터치 스크린 패널(touch screen panel)의 사용이 급속히 확대되고 있다. 이와 같은 터치 스크린 패널은 높은 광투과성 및 기계적 내구성을 필요로 하여, 커버 글라스(cover glass) 또는 커버 윈도우(cover window) 용으로 강화유리가 사용되고 있다.

유리기판을 강화시키기 위한 방법으로는 열강화 방법을 포함한 물리적 강화방법과 화학적 강화방법이 있다. 화학적 강화방법은 유리내부에 존재하는 이온반경이 작은 알카리 이온(주로 Na 이온)을 일정한 조건하에서 이온반경이 큰 알카리 이온(주로 K 이온)으로 치환키는 방법이다. 이와 같은 이온의 치환은 유리 표면에 큰 압축응력을 생성하게 되므로, 이에 따라 유리의 강도를 증가시키게 된다. 화학강화는 주로 형상이 복잡하거나 박판유리에 유용하게 적용될 수 있는 기술이다.

도 1 은 화학강화 유리의 응력 분포를 나타낸 것이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 화학강화 유리의 표면에는 압축응력층(compressive stress layer)이 형성되고, 내부에는 표면의 압축응력층에 대응하는 인장응력층(stensile stress layer)이 형성된다. 이와 같은 응력 분포로 인해, 강화유리는 높은 굽힘강도 및 기계적 강도를 얻게 된다.

그러나, 화학강화 유리는 표면에 존재하는 압축응력 및 유리 내부에 존재하는 인장응력으로 인해 가공이 어렵다는 문제점이 있다. 예를 들어, 화학강화 유리를 종래의 다이아몬드 휠과 같은 도구로 절단을 시도하는 경우, 내부의 인장응력에 의해 유리가 무질서한 파편으로 깨지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 종래에는 큰 원장 유리기판을 먼저 절단하고 강화처리를 한 후 디바이스에 필요한 투명전극이나 절연층을 형성하는 셀(cell)방식을 사용하였다. 그러나, 이러한 셀 방식은 수작업 공정이 많아 생산 비용이 높고, 공정 효율이 낮을 뿐 아니라, 반제품의 파손 비율이 높아 생산성이 떨어진다는 문제점이 있었다.

한편, 큰 원장 유리기판을 먼저 강화한 후 투명전극과 절연층을 형성하고, 그 이후에 유리기판을 절단하는 시트(sheet)방식은 공정효율 및 생산성이 셀 방식에 비해 공정효율 및 생산성이 높기는 하나, 이미 강화처리된 유리를 절단해야 하는 문제점이 있다.

일반적으로, 강화유리 기판을 절단하기 위한 방법으로는, 물리적인 절단방법, 화학적인 절단방법과, 레이저를 사용한 절단방법이 있다.

기구적인 절단방법은 다이아몬드 휠이나 샌드 블러스터 등을 사용하여 절단하는 방법인데, 절단면에 미세 크랙과 파티클이 발생되는 문제점이 있다. 특히, 강화 깊이(Depth of Layer)가 30~35㎛ 이상이고, 표면에 500MPa 이상의 압축응력이 형성된 화학강화 유리는 다이아몬드 휠 방식으로는 정밀하게 절단할 수 없는 문제점이 있다.

화학적인 절단방법은 주로 불산 등을 이용한 에칭(wet etching)방법을 사용하는데, 화학약품에 의한 환경오염의 문제가 있을 뿐 아니라, 가공 시간이 상대적으로 오래 걸리기 때문에 제품 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 레이저에 의한 절단방법은 주로 초기 크랙을 형성하고 레이저 빔으로 스크라이빙하여 크랙을 전파한 후 기구적인 절단 장비를 사용하여 스크라이빙 처리부에 물리적인 충격을 가하여 절단하는 방법이 일반적인데, 강화유리 기판의 자체의 응력에 의해 절단 방향이 휘는 문제로 인하여 제품 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 강화유리, 특히 화학적으로 강화된 유리를 절단함에 있어서, 파손 없이 효율적으로 유리를 절단하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강화유리 절단 방법에 있어서, 강화유리 내부에 고밀도의 에너지를 조사하여 절단 라인을 형성하는 단계 및 상기 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 강화유리 절단 방법은, 강화유리 내부에 고밀도 에너지를 조사하여, 유리 내부에 기체 상태의 버블(bubble)을 형성하고, 버블들이 여결된 절단 라인을 이용함으로써, 파손 없이 강화유리를 절단한다.

본 발명에 따르면, 강화유리를 파손하지 않고 효율적으로 절단할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 절단면이 매끄럽도록 강화유리를 절단할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 화학강화 유리의 응력 분포를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 강화유리 절단 방법을 나타낸 것이다.
도 3 은 강화유리 내부에 형성된 버블을 나타낸 일실시예이다.
도 4 내지 도 6 은 고밀도 에너지를 사용하여 강화유리 내부에 버블을 형성시키는 방법을 나타낸 일실시예이다.
도 7 은 강화유리 내부에 형성된 절단 라인을 나타낸 일실시예이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 강화유리 절단 방법에 관한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 강화유리 절단 방법을 나타낸 것이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 강화유리 절단 방법은 강화유리 내부의 인장응력층에 버블을 형성하는 단계(S21)와, 인장응력층에 형성된 다수의 버블들을 이용하여 절단 라인을 형성하는 단계(S22)와, 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 단계(S23)를 포함하여 이루어진다.

강화유리는 주로 유리기판의 표면에 압축응력을 일으킴으로써 유리를 강화시킨다. 즉, 유리기판의 표면으로부터 대략 30~35㎛ 까지는 압축응력층이 형성되고, 그 내부에는 압축응력층에 대응되는 인장응력층이 형성된다. 따라서, 유리기판의 강도는 강화되지만, 일단 강화된 유리기판을 정밀하게 절단하기가 매우 어렵다.

본 발명에 따른 인장응력층에 버블을 형성하는 단계(S21)는 유리기판의 인장응력층에 형성된 응력을 제거하기 위하여, 인장응력층의 유리 일부를 기체상으로 변환시키는 단계이다. 기체상으로 변화된 유리는 버블 형태로 인장응력층에 존재하게 되며, 이때, 버블 내부는 기체상의 유리가 존재하므로, 응력이 존재하지 않는 공간이 된다.

인장응력층 내부의 유리를 기체상으로 변화시키기 위해서는 고밀도의 에너지를 주입하는 방법을 사용하며, 에너지를 주입하기 위한 수단으로는 이빔이나 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.

도 3 은 강화유리 내부에 형성된 버블을 나타낸 일실시예이다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 유리기판 내부에 버블을 형성하게 되면, 기체상인 버블내부에는 응력이 존재하지 않고, 원래 버블이 있던 곳에 존재하던 인장응력은 제거된다. 화학강화 유리의 표면에는 칼륨 이온이 존재하고, 이로 인해 압축응력은 여전히 존재하므로, 이에 대응하는 인장응력이 버블 주위에 재형성된다.

즉, 인장응력층 내부에 버블을 생성하더라도, 버블 내부에는 응력이 없고, 전에 있던 응력은 응력간의 균형을 이루기 위해 다른 곳으로 이동하였으므로, 강화유리는 파손되지 않는다.

강화유리 내부에 형성되는 버블의 모양은 다양한 형태가 가능하지만, 도 3 에 도시된 바와 같이, 강화유리 내부에 형성되는 버블의 모양은 중앙으로 갈 수록 잘록한 형상인 것이 바람직하며, 이는 절단 후 챔퍼공정 및 면취공정을 용이하도록 하기 위함이다.

또한, 도 3 에 도시된 바와 같이, 강화유리 내부에 형성되는 버블의 양단은 강화유리 표면의 압축응력층에 최대한 가까이 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 도 3 에 도시된 바와 같이, 강화유리가 파손되지 않는 범위라면, 압축응력층 안으로까지도 확장될 수도 있다.

강화유리 내부의 인장응력층에 버블을 형성하기 위해서 에너지를 집중시킬 수 있는 전자빔을 포함한 다양한 방법들을 사용할 수 있으나, 레이저를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

도 4 내지 도 6 은 고밀도 에너지를 사용하여 강화유리 내부에 버블을 형성시키는 방법을 나타낸 일실시예이다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 버블의 직경을 고려하여, 강화유리 내부의 인장응력층의 임의의 위치에 고밀도 에너지를 집중시키고, 고밀도의 에너지를 이용하여, 강화유리 내부의 유리 일부를 폭발(explosion) 혹은 기화(evaporation)시킴으로써, 강화유리 내부에 응력이 제거된 기체상태의 버블을 형성시킬 수 있게 된다.

한편, 도 5 에 도시된 바와 같이, 버블을 순차적으로 형성시킴으로써 버블의 크기를 확대할 수 있고, 인장응력층에서부터 형성된 버블을 점차 확대하여 압축응력층과의 경계 부근 혹은 압축층력층 내에까지 버블을 확대할 수 있다.

또한, 도 6 에 도시된 바와 같이, 버블을 표면 방향으로 점차 확대하여 유리 내부에 절단 라인을 형성할 수 있게 된다.

도 7 은 강화유리 내부에 형성된 연결된 절단 라인을 나타낸 일실시예이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 강화유리 내부에 버블을 연속적으로 생성함으로써, 추후 강화유리의 절단시에 파손 없이 강화유리를 절단할 수 있도록 하는 절단라인을 형성한다. 이때, 다수의 버블들이 상호 연결되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 다수의 버블들이 서로 연결되어 있지 않더라도, 충분히 가까운 거리에 있는 경우에는, 유리를 파손하지 않고 절단할 수 있도록 하는 절단 라인을 형성할 수 있다.

상기의 실시예는 먼저 화학적 강화처리를 한 후에 강화유리 내부에 버블을 형성하는 과정을 설명하였다. 그러나, 화학적 강화처리 이전에 먼저 유리 내부에 버블을 통한 절단 라인을 형성하고, 화학적 강화처리 과정을 거치도록 할 수 도 있다. 이러한 경우에는, 도 7 에 도시된 바와 같이, 유리 내부에 버블들이 서로 연결되도록 함으로써, 유리 강화시에 사용되는 용제, 예를 들어 KNO₃ 용제가 버블을 이용한 절단 라인을 통과할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 유리의 강화처리 이전에 절단 라인을 형성한 경우에는, 강화처리 과정에서 버블에 의한 절단 라인도 더불어 강화 처리가 되는 장점이 있다.

강화유리 내부에 절단 라인을 형성하고 나면, 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 과정을 수행한다. 절단 라인에는 응력이 존재하지 않으므로, 강화 유리의 파손 없이 용이하게 강화유리를 절단할 수 있다. 이때, 종래기술에 따른 레이저 절단방법, 열선을 이용하여 절단하는 방법, 초음파 절단방법, CNC를 적용한 연마 혹은 다이아몬드 휠 등을 이용하여 절단하는 방법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서 화학적 강화유리에 대해서만 설명하였으나, 본 발명에 따른 유리 절단 방법은 화학적 강화유리 뿐 아니라, 일반 서냉유리, 고 알루미나 유리, 사파이어, 세라믹, 크리스탈 혹은 아크릴 등의 플라스틱 재료에도 적용이 가능하다.

Claims (10)

1. 강화유리 절단 방법에 있어서,
   강화유리 내부에 고밀도의 에너지를 조사하여 절단 라인을 형성하는 단계; 및
   상기 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 단계
   를 포함하여 이루어지는 강화유리 절단 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 강화유리는 화학적 방법에 의해 강화된 유리인 것을 특징으로 하는 강화유리 절단 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 고밀도의 에너지 조사는 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단 방법
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 절단 라인은, 고밀도의 에너지 조사에 따른 유리의 상변화에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 유리의 상변화는, 기체상태의 버블로 변화된 것임을 특징으로 하는 강화 유리 절단 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 유리의 상변화는, 상기 고밀도의 에너지 조사에 따른 폭발(explosion) 혹은 기화(evaporation)에 의해 발생하는 것임을 특징으로 하는 강화유리 절단 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 절단 라인은, 상기 버블들의 연결에 의해 생성된 것을 특징으로 하는 강화유리 절단 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 강화유리 내부는, 상기 강화유리의 인장응력층인것을 특징으로 하는 강화유리 절단 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 절단하는 단계는, 레이저 절단방법, 열선을 이용하여 절단하는 방법, 초음파 절단방법, CNC를 적용한 연마 혹은 다이아몬드 휠 중 어느 하나의 방법으로 절단하는 것을 특징으로 하는 강화유리 절단 방법.
10. 강화유리 절단 방법에 있어서,
    유리 내부에 고밀도의 에너지를 조사하여 절단 라인을 형성하는 단계
    용제를 이용하여 상기 유리를 화학적으로 강화시키는 과정에서, 상기 용제가 절단 라인의 표면에 접촉하도록 하는 단계; 및
    상기 절단 라인을 따라 강화유리를 절단하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 강화유리 절단 방법.

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