KR20180008675A - 레이저 절단면을 갖는 유리 제품 및 그 제조방법 - Google Patents

레이저 절단면을 갖는 유리 제품 및 그 제조방법 Download PDF

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쉔핑 리
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Abstract

유리 제품으로서, 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께; 및 상기 유리 제품의 두께의 약 35% 이하의 두께를 갖는 레이저 가공 영역, 또는 상기 유리 제품의 두께의 약 15% 이하의 높이를 갖는 챔퍼를 포함하는 적어도 하나의 모서리를 포함하는, 도광판과 같은 유리 제품이 개시된다. 이러한 유리 제품을 디스플레이 소자 및 이러한 유리 제품의 제조방법이 또한 개시된다.

Description

레이저 절단면을 갖는 유리 제품 및 그 제조방법
본 출원은 35 U.S.C. §119 하에 2015년 5월 15자로 출원된 미국 가출원번호 제62/162373호의 우선권 이익을 향유하며, 그 전체 내용이 참조로서 본원에 포함된다.
본 기재는 유리 제품 및 이러한 유리 제품을 포함하는 디스플레이 소자에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 적어도 하나의 레이저 절단 모서리를 갖는 유리 도광(glass light guide)에 관한 것이다.
액정디스플레이(LCDs)는 휴대폰, 랩톱, 전자 테블릿, 텔레비전, 및 컴퓨터 모니터와 같은 다양한 전자 기술에서 보통 사용된다. 더 크고, 높은 해상의 평판 디스플레이에 대한 증가된 요구가 상기 소자에서 사용하기 위한 대형 고-품질의 유리 기판에 대한 요구를 일으키고 있다. 예를 들어, 유리 기판은 광원이 커플링될 수 있는 LCD에서 도광판(LGP)으로 사용될 수 있다. LCD 소자의 두께 및/또는 스크린 크기는 상기 도광의 발광 및/또는 광-입사면의 크기 및/또는 성질에 의해 영향을 받을 수 있다.
최근 도광(light guide)은 종종 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 제조된다. 그러나, PMMA는 LCD 소자를 고안할 때 광원, 예를 들어, LED와 도광 사이에 큰 간격을 필요로할 수 있는, 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는다(예를 들어, 유리보다 약 한 자릿수 큰). 상기 차이는 광원에서 도광까지의 광 커플링의 효율을 감소시키거나 및/또는 상기 디스플레이의 모서리를 감추기 위한 대형 홈을 요구할 수 있다. 또한, 상대적으로 약한 기계적 강도에 기인하여, 현재 소비자 요구를 충족시키기 위하여 충분히 대형이고 박형인 PMMA로부터 도광을 만들기 어려울 수 있다. PMMA 도광은 따라서 홈에 의한 은폐 또는 원하는 디스플레이 크기에 충분하게 큰 시트를 제조할 수 없는 것 중 어느 하나에 기인하여 이미지를 디스플레이하는데 유용한 발광 표면 영역에 국한될 수 있다.
유리 도광은 낮은 광감쇠, 낮은 열팽창계수 및 높은 기계적 강도에 기인하여 PMMA에 대한 대체물로서 제안되어 왔다. 그러나, 유리 기판의 광-입사면 영역은 유리가 절단되는 방법에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 유리는 유리가 상대적으로 직선으로 파손될 수 있는 관통된 대시(dash)를 제공하기 위한 기계적 스코링 기술에 의해 절단될 수 있다; 그러나, 이러한 방법은 조각(chipping), 균열(cracking) 및/또는 시트 파열(rupture)과 같은 유리의 모서리에 대한 심각한 손상을 야기시킬 수 있다. 상기 유리 모서리에서의 결함은 종종 주요 표면 및 상기 모서리 사이의(예를 들어, 90o의 예리한 코너 주변) 교차 영역에서 관찰된다. 신뢰성을 향상시키고 결함을 감소시키기 위하여, 상기 유리의 모서리는 상기 유리의 손상된 부분 중 모두 또는 일부를 제거할 수 있는 챔퍼를 도입하여 종종 마무리될 수 있다. 예를 들어, 0.7 mm 두께 시트 유리의 경우, 약 0.2 mm의 두께가 상기 측면 모서리의 각 코너 상에서 이러한 챔퍼를 생산하기 위하여 그라운드되거나 연마될 수 있다.
이러한 기술은 유리의 내구성을 향상시킬 수 있는 한편, 상기 챔퍼는 광원에서 도광 내로 광을 커플링하는데 유용한 도광의 모서리에서 표면 영역을 감소시킬 수 있기 때문에 광학적 관점에서 부작용을 가질 수 있다. 예를 들어, 0.7 mm 두께 유리 시트에서 0.2 mm 챔퍼는 평평한, 비-챔퍼 모서리 대비 약 14% 이상 커플링 효율에서 감소로 귀결될 수 있다. 따라서 챔퍼링은 도광을 좀 더 얇게 하여 전체적으로 LCD 소자를 얇게할 수 있으므로, 상기 광-입사 모서리의 챔퍼링을 감소시키는 것이 유리할 것이다. 또한, 광원과 커플링하는데 유용한 광-입사 모서리의 표면 영역을 증가시키기 위한 도광판 모서리의 향상된 마감방법을 제공하는 것이 유리하다.
본 기재는 다양한 구현예에서 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께; 및 유리 제품의 두께의 약 35% 이하의 두께를 갖는 레이저 가공 영역을 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는, 도광판과 같은 유리 제품에 관한 것이다. 본 기재는 또한 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께; 및 유리 제품의 두께의 약 15% 이하의 높이를 갖는 챔퍼를 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품에 관한 것이다.
특정 구현예에서, 상기 측면 모서리는 비-레이저 가공 또는 비-챔퍼 영역을 포함할 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 상기 레이저 가공 영역의 광-입사면의 산란 계수는 0.1 미만일 수 있고, 상기 비-레이저 가공 영역의 광-입사면의 산란 계수는 약 0.2 미만일 수 있다. 상기 챔퍼 및 비-챔퍼 영역의 광-입사면의 산란 계수는, 한정되는 것은 아니나, 약 0.1 미만일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 도광을 포함하는 디스플레이 소자는 적어도 하나의 측면 모서리에 커플링된, 발광 다이오드(LED)와 같은 광원을 더욱 포함할 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 상기 광원은 비-레이저 가공 영역 또는 비-챔퍼 영역 부근의 적어도 하나의 측면 모서리에 커플링될 수 있다.
이러한 유리 제품 또는 도광판의 제조방법이 또한 개시되며, 상기 방법은 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께를 갖는 유리 시트를 제공하는 단계; 상기 유리 시트를 상기 제1표면 상의 미리결정된 경로를 따라 레이저와 접촉시켜 결함선을 형성하는 단계; 및 상기 결함선을 따라 2 이상의 부분으로 상기 유리 시트를 분리하여 상기 유리 시트의 두께의 약 35% 이하의 두께를 갖는 레이저 가공 영역을 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품을 형성하는 단계를 포함한다.
또한 유리 제품의 제조방법이 개시되며, 상기 방법은 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께를 갖는 유리 시트를 제공하는 단계; 상기 제1표면 상에 미리결정된 경로를 따라 레이저로 유리 시트를 접촉시켜 그루브를 형성하는 단계; 및 상기 그루브를 따라 2 이상의 부분으로 상기 유리 시트를 분리하여 상기 유리 시트의 두께의 약 15% 이하의 높이를 갖는 챔퍼를 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품을 형성하는 단계를 포함한다.
다양한 구현예에서, 상기 미리결정된 경로는 상기 유리 시트의 측면 모서리 부근에 직각일 수 있는 직선을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 결함선은 상기 유리 시트 두께의 약 35% 이하의 유리 시트에서 깊이로 연장하는 레이저 가공 홀 및/또는 상기 제1표면에서 상기 제2표면 까지 실질적으로 직각 방향으로 연장하는 복수의 단층선을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 유리 시트를 2 이상의 부분으로 분리하는 단계는 상기 결함선 또는 그루브 상에서 또는 그 주변에서 기계적 또는 열적 응력을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기재의 추가적인 특징 및 이점이 후술되는 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 이어지는 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하여 여기에 기술된 방법을 실시함으로써 인식되거나 또는 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 이어지는 상세한 설명 모두는 본 기재의 다양한 구현예를 제시하기 위한 것으로서, 청구항의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 틀을 제공하기 위한 것임이 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 본 기재의 추가적인 이해를 제공하기 위한 것으로서, 본 명세서의 부분을 구성하며 여기에 포함된다. 상기 도면은 본 기재의 원리 및 작동을 설명하기 위하여 주어지는 설명과 함께 본 기재의 다양한 구현예를 예시한다.
다음의 상세한 설명은 다음의 도면과 함께 조합되어 읽혀질 때 더욱 잘 이해될 수 있을 것이며, 여기서 가능하면 유사 부재에 대하여 유사한 참조부호가 사용되며, 첨부된 도면은 필수적으로 일정한 비율로 도시된 것은 아님이 이해될 것이다.
도 1은 2개의 기계적으로 형성된 챔퍼를 포함하는 측면 모서리를 갖는 유리 제품을 예시하며;
도 2는 챔퍼 높이의 함수로서 도 1의 유리 제품의 광커플링 효율을 도시한 도면이며;
도 3a는 레이저 가공 영역을 포함하는 예시적인 유리 제품의 측면 모서리를 도시한 도면이며;
도 3b는 본 기재의 다양한 구현예에 따른 레이저 가공 영역을 포함하는 유리 제품의 SEM 단면 이미지이며;
도 4는 본 기재의 특정 구현예에 따른 레이저 가공 영역을 포함하는 유리 제품을 나타낸 도면이며;
도 5는 레이저 가공 영역의 두께의 함수로서 도 4의 유리 제품의 광커플링 효과를 나타낸 도면이며;
도 6a-b는 본 기재의 특정 구현예에 따른 레이저 가공 영역을 포함하는 유리 제품을 도시한 도면이며;
도 7a-b는 상기 레이저 가공 영역의 두께의 함수로서 도 6a-b의 유리 제품의 광커플링 효과를 도시한 도면이며;
도 8은 산란 계수 시그마의 함수로서 광커플링 효율을 도시한 도면이며;
도 9a-b는 본 기재의 다양한 구현예에 따른 하나의 레이저 절단 챔퍼를 포함하는 측면 모서리를 갖는 유리 제품을 나타낸 도면이며; 그리고
도 10a-c는 다양한 구현예에 따른 유리 제품의 제조방법을 나타낸 도면이다.
유리 제품
제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께; 및 유리 제품의 두께의 약 35% 이하의 두께를 갖는 레이저 가공 영역을 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품이 개시된다. 예시적인 유리 제품은 이에 한정되는 것은 아니나, 유리 도광판을 포함할 수 있다. 본 기재는 또한 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께; 및 유리 제품의 두께의 약 15% 이하의 높이를 갖는 챔퍼를 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품에 관한 것이다.
상기 유리 제품 또는 도광판은 이에 한정되는 것은 아니나, 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리-보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 알칼리-알루미노보로실리케이트, 및 기타 적합한 유리를 포함하는 디스플레이 및 기타 유사 소자에 사용하기 위한 당업계에 공지된 모든 물질을 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 유리 제품은 약 3 mm 이하, 예를 들어, 약 0.3 mm 내지 약 2 mm, 약 0.7 mm 내지 약 1.5 mm, 또는 약 1.5 mm 내지 약 2.5 mm 범위의, 그리고 그 사이에 포함되는 모든 범위 및 부분범위를 포함하는 두께를 가질 수 있다. 도광판으로서 사용하는데 적합한 상업적으로 입수가능한 유리의 비-제한 예는 예를 들어 코닝 인코포레이티드의 EAGLE XG®, Gorilla®, IrisTM, LotusTM, 및 Willow® 유리를 포함한다.
상기 유리 제품은 제1표면 및 맞은편의 제2표면을 포함할 수 있다. 상기 표면은 특정 구현예에서 평평한 또는 실질적으로 평평한, 예를 들어 실질적으로 평평하거나 및/또는 평평한 수준일 수 있다. 상기 제1 및 제2표면은 다양한 구현예에서 평행하거나 또는 실질적으로 평행할 수 있다. 상기 유리 제품은 적어도 하나의 측면 모서리, 예를 들어, 적어도 2개의 측면 모서리, 적어도 3개의 측면 모서리, 또는 적어도 4개의 측면 모서리를 더욱 포함할 수 있다. 비-한정 실시예로서, 상기 유리 제품은 4개의 모서리를 갖는 직사각형 또는 사각형 유리 시트를 포함할 수 있으나, 다른 형상 또는 구조가 구상되며, 본 기재의 보호범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
도 1은 유리 제품, 예를 들어 기계적 스코어-및-파손 기술에 이은 연마에 의해 생성되는 챔퍼를 포함하는 유리 도광을 도시한다. 상기 도시된 유리 제품(100)은 제1표면(105), 제2표면(100) 및 측면 모서리(115)를 포함할 수 있다. 상기 유리 제품(100)의 두께 T는 제1 및 제2표면 사이에 연장한다. 기계적 스코어링 및 파손 이후, 상기 측면 모서리(115) 상의 모서리 결함은 그라인딩 및/또는 연마에 의해 제거되어 기계적으로 형성된 챔퍼(120)를 생산할 수 있다. 이러한 챔퍼(120)는 높이 h를 가질 수 있다. 상기 챔퍼(120)에 대한 예시적인 높이 h는 상기 유리 제품의 전체 두께 T의 적어도 약 25%일 수 있다. 예를 들어, 0.7 mm 두께 유리 시트의 경우, 약 0.2mm의 높이를 갖는 챔퍼가 상기 측면 모서리(115)의 양 코너에서 결함을 수정하는데 사용될 수 있다. 상기 챔퍼(120)는 모든 적합한 각도, 예를 들어, 약 45o와 같은 약 30o 내지 약 60o, 범위일 수 있다.
LED와 같은 광원(140)이 상기 유리 제품의 두께 T의 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 또는 100%와 같은, 상기 유리 제품의 전체 두께 T의 적어도 약 50%일 수 있는, 높이 H를 가질 수 있다. 상기 유리 제품의 두께 T를 초과하는 높이 H를 갖는 광원은 일부 구현예에서 사용될 수 있다. 반사장치(150)가 상기 광원(140)이 근접하거나 또는 인접된 표면 상에 포함되어(도 1에 도시된 제2표면(110)에 인접한 반사장치(150)) 광원(140) 및 측면 모서리(115) 사이에 갭(갭 폭 = D)을 커버할 수 있다. 비-한정적 구현예에 따르면, 상기 광원은 약 0.04 mm 내지 약 1.8 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm, 약 0.6 mm 내지 약 1.2 mm, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1 mm와 같은 예를 들어, 약 0.01 mm 내지 약 2 mm 범위이며, 그 사이의 모든 범위 및 부분 범위를 포함하는 범위일 수 있는 거리 D에서 유리 제품의 측면 모서리로부터 이격될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 유리 제품에 대한 챔퍼 높이(반사장치를 갖거나 갖지 않음)의 함수로서 광커플링 효율을 나타낸 그래프이다. 상기 그래프 모델은 다음의 가설을 포함한다: 0.7 mm 유리 두께 T; 0.5 mm 광원 (LED) 높이 H; 0.04 mm 갭 폭 D; 45 도(degree) 챔퍼; 유리 굴절률 (Nd) = 1.497; 및 99% 반사 및 랑베르 산란을 갖는 반사장치. 도 2에 도시된 바와 같이, 챔퍼 높이 h가 증가함에 따라, 광커플링 효율은 감소한다. 챔퍼 측면 모서리(높이 = 0)가 없는 도광에 대해서, 광커플링 효율은 91%(반사장치 가짐) 또는 88%(반사장치 없음) 만큼 높을 수 있다. 0.2 mm 높이에서 모서리를 챔퍼링하는 것은 광커플링 효율을 11%(반사장치 가짐) 또는 14%(반사장치 업음)로 감소시키는 것으로 나타난다. 따라서, 도 2는 모서리 결함을 감소시키기 위한 챔퍼링은 바람직하지 않은 광학 손실로 귀결될 수 있음을 나타낸다. 감소된 광학 손실을 갖는 대안적인 모서리-마감 방법은 향상된 디스플레이 성질을 갖는 좀 더 크거나 및/또는 박형의 디스플레이를 유리하게 제공할 수 있다.
도 3a에 도시된 제1구현예에 따르면, 레이저 가공 영역(225)을 포함하는 유리 제품(200)의 측면 모서리(215)의 단면도를 나타낸다. 상기 레이저 가공 영역(225)은 예를 들어 복수의 레이저 가공 홀 또는 손상 트랙(230)을 포함할 수 있다. 상기 레이저 가공 영역(225)에서의 유리는 비선형 효과를 통해서 고에너지 밀도 레이저에 의해 변형될 수 있다. 따라서 미리결정된 선 또는 경로를 따라 레이저를 스캐닝하는 것은 하나 이상의 유리 피스의 주변 또는 형상을 상기 유리 시트로부터 분리되도록 한정할 수 있는 결함선을 생성할 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 레이저 가공 영역은 유리 제품(200)의 전체 두께 T를 통해서 연장되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 가공 영역(225)의 두께 t1은 두께 T의 약 30% 미만, 약 25% 미만, 또는 약 20% 미만 및 이들 사이의 범위 및 부분범위를 포함하는 것과 같은 상기 유리 제품의 두께 T의 약 35% 미만일 수 있다. 다양한 구현예에서, 상기 유리 제품(200)의 두께 T는 예를 들어, 약 0.3 mm 내지 약 2 mm, 약 0.7 mm 내지 약 1.5 mm, 또는 약 1.5 mm 내지 약 2.5 mm 범위의 약 3 mm 이하일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위 및 부분범위를 포함한다. 따라서, 특정 구현예에서, 상기 레이저 가공 영역(225)의 두께 t1은 약 0.05 mm 내지 약 0.9 mm, 약 0.1 mm 내지 약 0.8 mm, 약 0.2 mm 내지 약 0.7 mm, 약 0.3 mm 내지 약 0.6 mm, 또는 약 0.4 mm 내지 약 0.5 mm과 같은 약 1 mm 이하일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위 및 부분범위일 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 레이저 가공 영역의 두께 t1은 예를 들어, 선형, 무작위 등과 같이 다양할 수 있다. 따라서, 두께 t2는 t1의 함수로서 또한 변화할 것이다.
측면 모서리(215)의 남은 부분은 비-레이저 가공 영역(235), 예를 들어, 레이저 가공 홀 및/또는 비선형 변형을 포함하지 않는 영역을 포함할 수 있다. 상기 영역(235)은 t1 + t2 = T이도록 모든 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 비-레이저 가공 영역(235)의 두께 t2는 두께 T의 약 70% 초과, 약 75% 초과, 또는 약 80% 초과와 같은 상기 유리 제품의 두께 T의 약 65% 초과일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위 및 부분범위를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 두께 t2는 약 0.25 mm 내지 약 1.5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1.2 mm, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1 mm 범위와 같은 약 2 mm 미만일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위 및 부분범위를 포함할 수 있다. 상기 레이저 가공 영역(225)은 상기 제1표면(205)에 인접하고 비-레이저 가공 영역(235)은 제2표면(210)에 인접한 것으로 도 3a에 도시되는 한편, 이러한 배향 및 라벨은 제한없이 바뀔 수 있으며, 여기서 상기 표면은 단지 설명을 목적으로 "제1" 및 "제2"로서 기술됨이 이해되어야 한다.
도 3b는 0.7 mm 두께의 Corning IrisTM 유리를 포함하는 유리 제품의 측면 모서리 단면의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다. 도 3a에서 언급한 바와 같이, 상기 측면 모서리는 레이저 가공 영역(225) 및 비-레이저 가공 영역(235)을 포함할 수 있다. 도 3b에서 증명된 바와 같이, 상기 레이저 가공 영역은 미리결정된 깊이로 비선형 효과를 통해서 강력 레이저 에너지(intense laser energy)에 의해 변형되었다. 상기 예시된 구현예에서, 상기 레이저 가공 영역의 두께 t1은 0.24 mm인 반면, 상기 유리 기판의 전체 두께 T는 0.7 mm이다. 따라서, 예시된 바와 같이, t1/T = 0.34이며, 예를 들어, t1은 T의 전체 두께의 약 35% 이하이다. 상기 레이저 가공 영역(225)의 광-입사면은 특정 구현예에서 약 0.15 미만 또는 약 0.1 미만과 같은 약 0.2 미만의 산란 계수(Sigma)를 가질 수 있다. 유사하게, 상기 비-레이저 가공 영역(235)의 광-입사면은 약 0.05 미만 또는 그 미만과 같은 약 0.1 미만의 산란 계수 (Sigma)를 가질 수 있다. 상기 시그마 산란 계수는 상기 영역의 표면 거칠기에 비례할 수 있으며 또한 투영 판 상에서 가우시안 분포의 폭을 지칭할 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 비-레이저 가공 영역(235)은 상기 레이저 가공 영역(225)의 산란 계수 미만의 산란 계수를 가질 수 있으며, 따라서 상대적으로 더욱 매끄러운 광-입사면을 가질 수 있다. 상기 비-레이저 가공 영역(235)의 상대적으로 더욱 매끄러운 표면은 상기 유리 시트가 레이저에 의해 생성되는 결함선을 따라 상기 유리 시트를 균열 또는 스내핑함으로써 2 (또는 이상의) 부분으로 분리될 때 생성될 수 있다.
예시적인 유리 제품(200)의 추가적인 개략도를 도 4에 나타낸다. 상기 유리 제품은 제1표면(205) 및 제2표면(210) 및 측면 모서리(215) 사이에서 연장하는 두께(T)를 가질 수 있다. 상기 측면 모서리(215)는 두께 t1을 갖는 레이저 가공 영역(225)을 포함할 수 있다. 높이 H를 갖는 광원(예를 들어, LED)가 상기 제1표면(205) 및 제2표면(210) 사이의 중앙에 위치되고 측면 모서리(215)와 연결될 수 있으나, 다른 대안적인 배향이 사용될 수 있으며, 이하 후술된다. 제1반사장치(245) 및/또는 제2반사장치(250)는 상기 제1표면(205) 및/또는 제2표면(210) 부근에 위치되어 상기 광원(240) 및 측면 모서리(215) 사이의 갭(갭 폭 = D)을 커버할 수 있다. 적합한 반사장치는 전체 가시광 스펙트럼(~420-700 nm)을 포함하는 브로드밴드 반사장치를 포함할 수 있다. 상기 제1반사장치는 여기서 "전면" 반사장치로 언급되며, 제1표면이 발-광 표면임을 나타내며, 상기 제2반사장치는 "후면" 반사장치로 여기서 기술될 수 있다. 그러나, 이러한 배향 및 라벨은 제한 없이 변경 가능하며, 여기서 언급된 "제1"/"전면" 및 "제2"/"후면"은 단지 설명을 위한 것임이 이해되어야 한다.
도 5는 도 4에 나타낸 유리 제품에 대해서 후면 반사장치만을 갖거나 또는 전면 및 후면 반사장치를 갖는 레이저 가공 영역의 두께의 함수로서 광커플링 효율을 도시한 그래프이다. 상기 그래프 모델은 다음의 가정을 포함한다: 0.7 mm 유리 두께 T; 0.5 mm 광원 (LED) 높이 H; 0.04 mm 갭 폭 D; 측면 모서리를 따른 중앙 정렬; 유리 굴절률 (Nd) = 1.497; 99% 반사율을 갖는 랑베르 반사면; 및 시그마 = 0.36을 갖는 레이저 가공 영역의 가우시안 함수 산란. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 가공 영역의 두께 t1이 증가할수록 광커플링 효율이 감소한다. 레이저 가공 영역이 없는(두께 = 0) 도광에서, 광커플링 효율은 91.5% (전면 및 후면 반사장치 모두 가짐) 또는 91% (단지 후면 반사장치만 없음)를 갖는다. 0.24 mm의 깊이로 측면 모서리를 레이저 가공하는 것은(예를 들어, 도 3b 참조) 광커플링 효율을 2.43%(전면 및 후면 반사장치 모두를 가짐) 또는 2.38%(후면 반사장치만 없음)로 감소시킴을 나타낸다. 따라서, 도 5는 측면 모서리 상의 챔퍼 영역에 비해서(예를 들어, 도 2 참조), 레이저 가공 영역은 광커플링 효율에서 적어도 약 8.6%의 향상을 초래할 수 있음을 나타낸다.
약간의 상이한 결과가 비-레이저 가공 영역(235)을 갖거나(예를 들어, 도 6a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 제2표면(250)을 갖는 광원(240)의 모서리를 정렬할 때), 또는 레이저-가공 영역(225)을 갖는(예를 들어, 도 6b에 개략적으로 나타낸 바와 같이 제2표면(250)을 갖는 광원(240)의 가장자릴 정렬할 때) 광원의 모서리를 정렬할 때 얻어졌다. 물론, 상기 레이저 가공 영역은 상기 제1표면(도 6a) 또는 상기 제2표면(도 6b) 전체에 맞닿아 있을 수 있으며, 상기 광원은 제1표면(도시되지 않음) 전체 또는 상기 제2표면(도시됨) 중 어느 하나에 정렬될 수 있음이 이해되어야 한다. 표 1은 LED 광이 이러한 2개의 영역으로부터 커플링될 때 커플링 효율의 차이를 비교하기 위한 실험 결과를 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 광원이 비-레이저 가공 영역(235)에 정렬될 때, 광커플링 효율 손실("미러" 측면 모서리를 갖는, 예를 들어 레이저 가공 영역을 갖지 않는 도광에 비하여)은 2.52%(전면 반사장치 없음) 또는 1.71%(전면 반사장치를 가짐)이었다. 이러한 결과는 전면 반사장치의 사용이 커플링 효율을 향상시킬 수 있다는 점을 증명한다. 또한, 상기 광원이 레이저 가공 영역(전면 반사장치 없음)으로 정렬될 때, 상기 광효율 손실은 3.33%로 증가하며, 이는 상기 광원을 비-레이저 가공(좀 더 매끄러운) 영역을 갖는 광원의 정렬이 커플링 효과를 향상시킬 수 있음을 나타낸다.
미러 모서리를 갖는 LGP 대비 커플링 효율 손실
도 6a (비-레이저 가공 영역으로 정렬된 LED)* 도 6b(레이저 가공 영역으로 정렬된 LED)*
단지 후면 반사장치 2.52% 3.33%
전면 및 후면 반사장치 1.71%
표 1: 레이저 가공 모서리의 커플링 효율 손실
*0.24 mm 레이저 가공된 측면 모서리 영역을 갖는 0.7 mm Corning® IrisTM 유리; 측면 모서리로부터 0.04 mm 이격된 0.5 mm LED 광원
도 7a-b는 후면 반사장치만을 갖거나(도 7a) 또는 전면 및 후면 반사장치 모두를 갖는(도 7b) 상기 레이저 가공 영역의 두께의 함수로서 광커플링 효율을 도시한 그래프이다. 양 그래프는 상기 도광판의 측면 모서리의 레이저 가공 영역을 갖거나 또는 비-레이저 가공 영역을 갖는 광원의 정렬 사이의 비교를 도시한다. 상기 그래프 모델은 다음의 가정을 포함한다: 0.7 mm 유리 두께 T; 0.5 mm 광원 (LED) 높이 H; 0.04 mm 갭 폭 D; 유리 굴절률(Nd) = 1.497; 99% 반사율을 갖는 랑베르 반사면; 및 시그마 = 0.36을 갖는 레이저 가공 영역의 가우시안 함수 산란. 도 7a-b 모두에서, 광원의 위치가 커플링 효율에 영향을 미칠 수 있음이 관찰된다. 예를 들어, 0.24 mm의 레이저 가공 영역 두께에서, 상기 레이저 가공 영역으로 정렬된 광원 대비 상기 비-레이저 가공 영역으로 정렬될 때 얻어지는 상기 커플링 효율 증가는 3.1% (후면 반사장치 만; 도 7a) 및 2.8%(후면 및 전면 반사장치; 도 3b)이다.
도 7a-b에서 도시된 결과는 측면 모서리의 표면 성질(예를 들어, 매끄러움 또는 거칠기)이 커플링 효율에 유의미한 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다. 도 8은 유리 표면의 거칠기에 비례하는 산란 계수(시그마)의 함수로서 광커플링 효율을 도시한 그래프이다. 상기 그래프 모델은 다음의 가정을 포함한다: 2 mm 유리 두께 T; 1.5 mm 광원 (LED) 높이 H; 및 1.4 mm 갭 폭 D. 도 8에 도시된 바와 같이, 시그마(또는 표면 거칠기)가 증가함에 따라, 광커플링 효율은 일반적으로 감소한다. 그러나, 0 < 시그마 < 0.2의 영역에서, 상기 커플링 효율 손실은 상기 곡선의 나머지에서 관찰되는 것과 같이 그리 극적이지 않다. 따라서, 측면 모서리를 따라 0.2 미만의 시그마 산란 계수를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 레이저 가공 영역의 산란 계수는 약 0.15 미만, 또는 약 0.1 미만과 같이, 약 0.2 미만일 수 있다. 유사하게, 상기 비-레이저 가공 영역의 산란 계수는 약 0.1 또는 약 0.05 미만일 수 있다.
레이저 절단 기술은 또한 도 9a-b에 도시된 바와 같이, 챔퍼를 갖는 유리 제품을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 도광판과 같은 유리 제품을 생산하는 방법은 이하에서 상세히 후술된다. 도 4 및 6a-b의 유리 제품과 유사하게, 상기 유리 제품(300)은 제1표면(305), 제2표면(310) 및 측면 모서리(315)와 함께 이들 사이에 연장하는 두께(T)를 포함할 수 있다. 상기 측면 모서리(315)의 부분은 상기 제1표면 또는 제2표면 부근일 수 있는 챔퍼(360)(제1표면(305) 부근의 챔퍼(360)가 도시됨)를 포함할 수 있다. 상기 챔퍼(360)는 폭(w2) 및 높이(h2)를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 챔퍼(360)의 높이(w2)는 레이저에 의해 생성되는 미리결정된 경로의 폭에 비례하거나 또는 대응될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 상기 폭(w2)은 약 8 마이크론 미만, 또는 약 5 마이크론 미만(예를 들어, 약 5, 4, 3, 2, 또는 1 마이크론 미만)과 같은 약 10 마이크론 미만일 수 있다. 상기 폭(w2)은 다양한 구현예에서, 상기 레이저에 의해 생성되는 결함선의 폭의 대략 절반과 같다. 또 다른 구현예에서, 상기 폭(w2)은 상기 유리 제품의 전체 두께 T의 적어도 약 10% 미만, 예를 들어, 상기 두께 T의 적어도 약 15%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25% 또는 적어도 약 30%를 포함할 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위 및 부분범위를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 챔퍼(360)의 높이(h2)는 상기 레이저에 의해 생성되는 미리결정된 경로의 깊이에 비례하거나 또는 대응될 수 있다. 상기 챔퍼의 높이(h2)는 예를 들어, 상기 두께 T의 약 25% 미만, 약 20% 미만, 약 15% 미만, 약 10% 미만, 또는 약 5% 미만과 같은 상기 유리 제품의 두께 T의 약 30% 미만일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위 및 부분범위를 포함한다. 예를 들어, 상기 챔퍼의 높이(h2)는 약 0.05 mm 내지 약 0.9 mm, 약 0.1 mm 내지 약 0.8 mm, 약 0.2 mm 내지 약 0.7 mm, 약 0.3 mm 내지 약 0.6 mm, 또는 약 0.4 mm 내지 약 0.5 mm 범위와 같은 약 1 mm 미만일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위 및 부분범위를 포함한다.
표 2는 광원(LED)에 커플링될 때 도 9a-b에서 도시된 유리 제품에 대한 광커플링 효율을 나타낸다. 상기 광원은 도 9a에 상기 측면 모서리의 비-챔퍼 영역으로 정렬되었다(예를 들어, 도 9a에 도시된 구현예에서, 상기 광원의 모서리는 상기 제2표면(310)에 정렬되었다). 물론, 상기 챔퍼 영역은 상기 제1표면(도시된 바와 같이) 또는 제2표면(미도시) 중 어느 하나와 인접할 수 있다. 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 광원이 비-챔퍼 영역으로 정렬될 때, 광커플링 효율 손실("미러" 측면 모서리를 갖는 도광에 비해서, 예를 들어, 비레이저 가공 영역)은 6.93% (전면 반사장치 없음) 또는 5.32% (전면 반사장치 가짐)이었다. 따라서, 상기 레이저 가공 도광판과 함께, 전면 반사장치의 사용은 커플링 효과를 향상시킬 수 있고, 레이저 절단 챔퍼는 기계적으로 형성된 챔퍼 대비 광학 손실을 감소시킬 수 있다(예를 들어, 도 2 참조).
특히, 기계적으로 챔퍼된 유리 도광에 대한 광커플링 효율 손실 대비(후면 반사장치를 갖는 경우 11% 또는 후면 반사장치 없이 14%), 레이저 절단 챔퍼 유리 도광에 대한 광커플링 효율 손실은 거의 절반으로 감소된다. 이론에 한정되는 것은 아니나, 이러한 향상은 (a) 2가지의 기계적으로 형성된 챔퍼와 반대로, 특정 구현예에서 단지 하나의 레이저 절단 챔퍼의 존재, 및/또는 (b) 기계적 스코링, 파손 및 연마 기술과 반대로, 레이저 절단 동안 무시할만한 결함 및/또는 표면 손상에 기인한 것으로 믿어진다. 따라서, 일부 구현예에서, 여기에 기술된 상기 유리 도광판은 상기 제1표면 또는 제2표면 중 어느 하나에 인접한 단지 하나의 챔퍼를 포함할 수 있으며, 이에 따라 제2챔퍼의 존재에 의해 야기될 수 있는 커플링 효율 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 레이저 가공 도광판 대비(비-레이저 가공 영역으로 정렬된 LED), 상기 광효율 손실은 2 초과의 인자만큼 더욱 크다. 이론에 한정되는 것은 아니나, 추가적인 광손실은 상기 유리 시트를 분리(예를 들어, 파손)하기 위하여 사용되는 방법에 의존하여 도광에 형성될 수 있는 (a) 상기 챔퍼 영역(360) 및/또는 (b) 트위스티드 해클(365)에 기인할 수 있을 것으로 믿어진다. 트위스티드 해클은 예를 들어, 기계적 힘이 유리 시트를 파손시키는데 사용되며 레이저 스크라이빙이 이어질 때 형성될 수 있으며, 이하에서 상세히 설명된다.
미러 모서리를 갖는 LGP 대비 커플링 효율 손실
비-챔퍼 영역으로 정렬된 LED* 비-레이저 가공 영역으로 정렬된 LED(도 6a)**
단지 후면 반사장치 6.93% 2.52%
전면 및 후면 반사장치 5.32% 1.71%
표 2: 레이저 절단 챔퍼 모서리를 갖는 LGP의 커플링 효율 손실
*레이저 절단 챔퍼 0.165 mm 두께 및 0.085 mm 폭을 갖는 0.7 mm Corning® IrisTM 유리; 측면 모서리에서 0.04 mm 이격된 0.5 mm LED 광원
**0.24 mm 레이저 가공 측면 모서리 영역을 갖는 0.7 mm Corning® IrisTM 유리; 측면 모서리로부터 0.04 mm 이격된 0.5 mm LED 광원
방법
유리 제품 또는 도광판의 제조방법이 개시되며, 상기 방법은 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께를 갖는 유리 시트를 제공하는 단계; 상기 유리 시트를 상기 제1표면 상의 미리결정된 경로를 따라 레이저와 접촉시켜 결함선을 형성하는 단계; 및 상기 결함선을 따라 2 이상의 부분으로 상기 유리 시트를 분리하여 상기 유리 시트의 두께의 약 35% 이하의 두께를 갖는 레이저 가공 영역을 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 유리 제품 또는 도광판의 제조방법이 개시되며, 상기 방법은 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께를 갖는 유리 시트를 제공하는 단계; 상기 제1표면 상에 미리결정된 경로를 따라 레이저로 유리 시트를 접촉시켜 그루브를 형성하는 단계; 및 상기 그루브를 따라 2 이상의 부분으로 상기 유리 시트를 분리하여 상기 유리 시트의 두께의 약 15% 이하의 높이를 갖는 챔퍼를 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품을 형성하는 단계를 포함한다.
도 4 및 6a-b의 유리 제품의 제조방법이 도 10a-c를 참조하여 설명된다. 유리 시트(400)가 제1표면, 맞은편의 제2표면 및 이들 사이에 연장하는 두께, 및 적어도 하나의 측면 모서리를 갖도록 제공될 수 있다. 상기 유리 시트의 제1 또는 제2표면은 예를 들어, 고정상 유리 시트의 표면 상에서 미리결정된 경로(470)(파선)를 따라 레이저를 이동시킴으로써 레이저와 접촉될 수 있다. 대안적으로, 상기 레이저는 고정상일 수 있으며, 상기 유리 시트가 미리결정된 경로를 따라 이동될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 미리결정된 경로(470)는 측면 모서리(475)에 인접한 적어도 하나에 실질적으로 직각인 직선일 수 있으며; 그러나, 비-선형 경로를 포함하는 다른 미리결정된 경로가 구상된다. 또한, 하나 초과의 미리결정된 경로가 상기 표면 상에 그려져 좀 더 복잡한 형상을 형성하거나 및/또는 2 초과의 부분으로 상기 유리 시트(400)를 분리할 수 있다. 레이저, 예를 들어, 초-단파 펄스 레이저와 접촉시키는 것은 상기 미리결정된 경로를 따라 단일 레이저 펄스를 포함할 수 있으며, 또는 다중 펄스가 상기 레이저 가공 영역의 깊이 및/또는 폭을 증가시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스는 나노초 미만 또는 피코초 미만과 같은 1초 미만의 지속기간을 가질 수 있다. 레이저 가공 및 절단 유리에 적합한 비-한정적인 예시적인 방법 및 레이저가 예를 들어, 미국특허 출원번호 14/145,525; 14/530,457; 14/535,800; 14/535,754; 14/530,379; 14/529,801; 14/529,520; 14/529,697; 14/536,009; 14/530,410; 및 14/530,244; 및 국제특허 출원번호 PCT/EP14/055364; PCT/US15/130019; 및 PCT/US15/13026에 개시되어 있으며, 이들 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
상기 미리결정된 경로(470)를 따라 상기 유리 시트(400)를 레이저로 조사하는 것은 고에너지 밀도 레이저에 의해 비선형 효과를 통해서 변형되는 레이저 가공 영역을 생성할 수 있다. 상기 미리결정된 경로에 걸친 스캐닝은 이어지는 단계에서 분리되는 형상을 한정하는 좁은 결함선(480)(폭=W)을 생성할 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 상기 결함선(480)은 바람직한 광학 성질 및/또는 분리 또는 파손 프로파일을 달성하는데 적합한 모든 W를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 폭 W은 약 2 마이크론 내지 약 9 마이크론, 약 3 마이크론 내지 약 8 마이크론, 약 4 마이크론 내지 약 7 마이크론, 또는 약 5 마이크론 내지 약 6 마이크론과 같은 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론 범위일 수 있으며, 이들 사이의 모든 범위 및 부분범위를 포함한다. 도 10c를 참조하면, 상기 레이저는 모든 원하는 깊이로 상기 미리결정된 경로를 따라 상기 유리 시트를 변형시켜 두께 t1을 갖는 레이저 가공 영역을 생성할 수 있다. 또한, 상기 레이저는 상기 제1표면에서 상기 제2표면 까지 상기 미리결정된 경로(470)를 따라 실질적으로 직각의 방향으로 연장하는 복수의 단층선을 생성할 수 있다. 상기 미리결정된 경로 및/또는 결함선은 따라서 원하는 형상을 그릴 수 있고, 상기 결함선을 따른 수직의 단층선은 균열 전파 또는 모든 기타 기계적 또는 열적 분리 기술에 의해 분리를 위한 최소 응력의 경로를 달성할 수 있다. 일부 구현예에 따르면, 상기 레이저는 상기 측면 모서리에서 상기 유리 시트의 전체 두께 T를 실질적으로 변경하거나 또는 변경하지 않는다.
상기 결함선(480)이 생성되면, 상기 결함선 주변 또는 그 위로 수동 및/또는 열적 응력을 적용하여 분리가 발생한다. 수동 또는 기계적 응력 또는 압력이 예를 들어 수직의 단층선 상에 장력을 생성하는데 충분한 양으로 적용되어 결함선을 따른 파손으로 귀결될 수 있다. 열적 응력은 모든 적합한 열 원을 사용하여 적용되어 상기 결함선 주변 또는 그 위에 응력 존을 생성함으로써 상기 유리 시트의 부분적이거나 또는 전체적인 자체 분리를 유도하고 상기 수직 단층선 상에 장력을 위치시킬 수 있다. 상기 유리 시트를 분리하는데 사용되는 방법은 단독으로 또는 커플링되어 수행될 수 있으며, 분리 방법의 파라미터(예를 들어, 힘, 온도 등)는 레이저 주변을 중심으로 다양한 공정 파라미터에 좌우되어 변화할 수 있다(예를 들어, 레이저 스캔 속도, 레이저 파워, 펄스 폭, 반복율, 펄스 시간, 등).
상기 유리 시트(400)는 따라서 2 이상의 부분으로 분리될 수 있다(도 10b에 도시된 두 부분; 485, 490). 부분(485)을 참조하면, 상기 유리 부분은 길이 L 및 측면 모서리(415)를 가질 수 있다. 상기 측면 모서리(415)는 폭 w1을 갖는 레이저 가공 영역(425)을 포함할 수 있다. 상기 레이저 가공 영역의 폭(w1)은 결함선 폭 W 및/또는 분리방법에 따라 변화할 수 있다. 일부 구현예에서(도시되지 않음), w1≒W, 예를 들어, 만약 상기 결함선의 실질적으로 모두가 상기 레이저 가공 영역(425)과 같이 상기 측면 모서리(415) 내로 포함되는 경우. 또 다른 구현예에서, w1 <W, 예를 들어, 만약 상기 결함선의 일부가 상기 측면 모서리(415)의 레이저 가공 영역(425)을 구성하는 경우. 또 다른 구현예에서(도시됨), 2*w1≒W, 예를 들어, 상기 결함선의 중앙을 따라 실질적으로 파손되는 경우.
결과적으로 얻어지는 유리 제품(500)(485)의 일부의 사시도가 도 10c에 나타나 있으며, 도 4에서 기술된 바와 같이 레이저 가공 영역(525)을 갖는 측면 모서리(515)를 갖는다. 상기 레이저 가공 영역(525)은 상기 유리 제품의 전체 두께 T를 따라 부분적으로 연장하는 두께 t1 및 상기 유리 제품의 전체 길이 L을 따라 부분적으로 연장하는 폭 w1을 갖는다(전체 길이는 도시되지 않음). 일부 구현예에서, 상기 기술된 방법은 실질적으로 동일한 측면 모서리(515)를 갖는 2개의 유리 제품을 생성하는데 사용될 수 있다.
도 9a의 유리 제품을 형성하는 방법이 또한 여기에 기술되며, 다만 도면에 설명되어 있지는 않다. 도 9a의 유리 제품은 예를 들어, 도 10a-b와 관련되어 위어서 정리한 과정에 이어서 제조될 수 있다. 그러나, 상기 측면 모서리에서 유리 제품의 두께 T를 실질적으로 변경시키지 않는 상기 레이저 가공 방법과 대조적으로, 도 9a의 유리 제품을 형성하는 방법은 상기 유리 제품의 측면 모서리(315)에 챔퍼(360)를 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 미리결정된 경로를 따라 레이저로 유리 시트의 표면을 접촉시키는 것은 상기 미리결정된 경로를 따라 벤트 또는 그루브의 형성으로 귀결될 수 있다. 도 10a의 상기 결함선과 유사하게, 상기 그루브는 폭을 가질 수 있고, 폭(w2) 및 높이(h2)를 갖는 챔퍼를 형성하기에 충분한 깊이로 관통할 수 있다(도 9a 참조).
벤트 또는 그루브를 상기 유리 시트 내로 레이저 절단하기 적합한 레이저는 예를 들어 CO2 레이저, UV 레이저, 및 약 3 마이크론 초과의 파장에서 작동하는 적외선 레이저를 포함할 수 있다. 이러한 레이저들은 예를 들어, 미국특허 출원번호 제14/145,525; 14/530,457; 14/535,800; 14/535,754; 14/530,379; 14/529,801; 14/529,520; 14/529,697; 14/536,009; 14/530,410; 및 14/530,244; 및 국제특허 출원번호 PCT/EP14/055364; PCT/US15/130019; 및 PCT/US15/13026호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 전체가 참조로서 본원에 포함된다. 적합한 절단 기술은 예를 들어, 상기 유리의 왜곡점으로, 그 부근으로 또는 그 초과의 온도로 상기 유리를 신속히 가열하기 위하여 CO2 레이저를 사용하는 CO2 레이저 스크라이빙 기술을 포함할 수 있다. 신속한 레이저 가열은 예를 들어 고체 물 또는 물 미스트 제트를 사용하여 신속한 퀀칭 공정에 의해 이어질 수 있다. 상기 신속한 가열 및 퀀칭 공정은 다음의 식에 의해 측정될 수 있는 유리 시트에서 인장 응력(δ)을 생성할 수 있다:
Figure pct00001
여기서, α는 열팽창계수이고, E는 영률이며, ΔT는 상기 레이저 빔 및 냉각 제트 퀀칭 사이클로부터의 온도 강하이다. 디스플레이 유리에 대해 상기 공정을 이용하여 생성될 수 있는 인장 응력은 일부 예에서 약 100 MPa 까지 범위일 수 있다.
상기 레이저 스크라이빙 공정은 CO2 레이저 분리 단계와 같은 이어지는 레이저 분리 또는 기계적 분리(파손)에 의해 이어질 수 있다. 일부 구현예에서, 스크라이브-및-파손 기술이 이용될 수 있다. 상기 파손 응력은 균열 깊이와 직접적으로 관련될 수 있으므로, 일부 구현예에서, 상기 유리 표면 내로 절단된 상기 그루브는 상기 유리 두께의 약 15% 초과 또는 약 20% 초과와 같은 유리 두께의 적어도 약 10%의 깊이, 예를 들어 상기 유리 두께의 약 25% 초과 또는 약 30% 초과의 깊이를 가질 수 있다. 그러나, 상기 레이저가 유리 시트를 절단할 때, 상충되는 고려가 상기 유리 시트의 용이한 파손 및 결과적으로 얻어지는 유리 제품에서의 챔퍼 높이의 최소화 사이에서 균형이 이루어져야 한다. 상기 유리 시트의 기계적 분리 동안 또 다른 고려는 상기 벤트 또는 그루브에 적용되는 인장 응력에 의해 생산될 수 있는 트위스티드 해클의 생성을 최소화하는 것이다. 트위스티드 해클은 상기 도광판의 커플링 효율에 유의미한 영향을 미칠 수 있다(표 2에 나타냄). 따라서, 다양한 구현예에 따르면, 여기에 기술된 상기 유리 도광은 트위스티드 해클을 포함하거나 또는 실질적으로 트위스티드 해클을 갖지 않을 수 있다.
다양한 구현예에 따르면, 상기 유리 제품의 제1 및/또는 제2표면은 복수의 광 인출 특징부(light extraction feature)로 패턴화될 수 있다. 여기서 사용되는 바에 따라, 용어 "패턴화된"은 복수의 부재 및/또는 특징부가 예를 들어, 무작위 또는 배열된, 반복적이거나 비-반복적인 모든 주어진 패턴 또는 디자인으로 상기 유리 제품의 표면 상에 존재하는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 광 인출 특징부의 경우, 이러한 특징부는 상기 제2표면을 가로질러, 예를 들어 거친 표면을 구성하는 텍스쳐 특징부로서 분포될 수 있다.
다양한 구현예에서, 상기 유리 제품의 제1 및/또는 제2표면 상에 존재하는 상기 광 인출 특징부는 광 산란 사이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 제품의 제1표면은 텍스쳐, 에치, 코팅, 손상 및/또는 조면화되어 광 인출 특징부를 생성할 수 있다. 이러한 방법의 비-한정적 예는 예를 들어, 상기 표면의 레이저 손상, 상기 표면의 산 에칭, 및 상기 표면을 TiO2로 코팅하는 것을 포함한다. 특정 구현예에서, 레이저가 상기 유리 시트내로 홀을 절단하고 제1 및/또는 제2표면을 손상시키는데 모두에 사용되어 광 인출 특징부를 생성할 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 상기 인출 특징부는 실질적으로 균일한 조명을 생성하도록 적합한 밀도로 패턴화될 수 있다. 상기 광 인출 특징부는 상기 유리 표면의 특징부의 깊이에 따라 광의 표면 산란 및/또는 체적 산란을 생성할 수 있다. 이러한 특징부의 광학적 특성은 예를 들어 상기 인출 특징부를 생성할 때 사용되는 공정 파라미터에 의해 조절될 수 있다.
상기 유리 제품은 당업계에 공지된 모든 방법, 예를 들어, 공동 계류 중이고 공동 소유의 국제특허출원번호 PCT/US2013/063622호에 개시된 방법에 따라 광 인출 특징부를 생성하기 위하여 처리될 수 있으며, 상기 문헌은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다. 예를 들어, 유리 시트는 그라운드되거나 및/또는 연마되어 원하는 두께 및/또는 표면 성질을 달성할 수 있다. 상기 유리는 다음으로 선택적으로 세정되거나 및/또는 오존에 상기 표면을 노출시키는 것과 같은 에칭될 유리의 표면에 오염 제거 공정을 수행할 수 있다.
상기 유리 시트는 또한 예를 들어 이온 교환에 의해 화학적으로 강화될 수 있다. 상기 이온 교환 공정 동안, 상기 유리 시트의 표면에서 또는 부근에서 유리 시트 내의 이온은 예를 들어 염 욕으로부터 좀 더 큰 금속 이온으로 교환될 수 있다. 상기 유리 내로 좀 더 큰 이온의 병합은 상기 표면 영역 부근에 압축 응력을 생성함으로써 상기 시트를 강화할 수 있다. 대응되는 인장 응력이 상기 유리 시트의 중앙 영역 내로 유도되어 압축 응력과 균형을 이룰 수 있다.
이온 교환은 예를 들어 상기 유리를 용융 염 욕에 미리결정된 기간의 시간동안 침지시킴으로써 수행될 수 있다. 예시적인 염 욕은 이에 한정되는 것은 아니나, KNO3, LiNO3, NaNO3, RbNO3, 및 이들의 조합을 포함한다. 상기 용융 염 욕의 온도 및 처리 시간은 변화시킬 수 있다. 원하는 적용에 따라 시간 및 온도를 결정하는 것은 당해 기술분야의 당업자의 능력 내에 있다. 비-한정적 예시로서, 상기 용융 염 욕의 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃와 같은 약 400℃ 내지 약 800℃이고, 미리결정된 시간은 약 4시간 내지 약 10시간과 같은 약 4 내지 약 24시간의 범위일 수 있으나, 다른 온도 및 시간의 조합이 구상된다. 비-한정적 예로서, 상기 유리는 예를 들어, 약 450℃에서 약 6시간동안 KNO3 욕에 침지되어 표면 압축 응력을 부여하는 K-풍부층을 얻을 수 있다.
상기 에칭될 표면은 비-한정적 구현예로서, 산 욕, 예를 들어, 빙초산(GAA) 및 불화암모늄(NH4F)의 혼합물을 예를 들어 약 약 1:1 내지 약 9:1 범위의 비율로 혼합한 욕에 노출될 수 있다. 에칭 시간은 예를 들어, 약 30초 내지 약 10분의 범위일 수 있고, 상기 에칭은 실온 또는 승온된 온도에서 수행될 수 있다. 산 농도/비율, 온도, 및/또는 시간과 같은 공정 파라미터가 결과적으로 얻어지는 인출 특징부의 크기, 형상 및 분포에 영향을 줄 수 있다. 원하는 표면 인출 특징부를 달성하기 위하여 이러한 파라미터들을 변화시키는 것은 당업계의 당업자의 능력 내에 있다.
여기서 사용되는 바에 따라, 용어 "선택적으로 커플링된"은 광을 가이드 내로 도입하도록 유리 제품의 모서리에 광원이 위치되는 것을 의미한다. 특정 구현예에 따르면 유리 도광판과 같은 광이 유리 제품 내로 주입될 때 상기 제1 또는 제2표면 상에 광 인출 특징부를 히트할 때까지 전반사(TIR)에 기인하여 상기 광은 상기 도광 내에 트랩되고 묶인다. 여기서 사용되는 바에 따라, 용어 "발광 표면"은 도광판에서 뷰어 방향으로 광이 방광되는 표면을 의미한다. 예를 들어, 상기 제1 또는 제2표면은 발광 표면일 수 있다. 유사하게, 용어 "광-입사면"은 상기 광이 도광에 들어가도록 광원, 예를 들어, LED와 커플링되는 표면을 의미한다. 예를 들어, 상기 도광판의 측면 모서리는 광-입사면일 수 있다.
여기서 개시되는 유리 제품 및 도광판은 이에 한정되는 것은 아니나 텔레비전, 광고, 자동차 및 다른 산업에서 사용되는 LCD 또는 다른 디스플레이를 포함하는 다양한 디스플레이 소자에 사용될 수 있다. LCD에 사용되는 전형적인 백라이트 유닛은 다양한 부품들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광원, 예를 들어, 발광 다이오드(LED) 또는 냉음극 형광램프(CCFL)가 사용될 수 있다. 통상의 LCD는 백광을 생성하기 위하여 색상 전환 인으로 패키지된 LED 또는 CCFL를 이용할 수 있다. 본 기재의 다양한 측면에 따르면, 상기 유리 제품을 이용하는 디스플레이 소자는 근-UV 광(약 300-400nm)과 블루 광(UV 광, 대략 100-400 nm)을 발광하는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 여기에 기재된 도광판 및 소자는 또한 이에 한정되는 것은 아니나 조명기구 또는 그 유사품과 같은 모든 적합한 조명 적용품에 사용될 수 있다.
다양한 구현예는 특정 구현예와 관련되어 개시된 특정 특징부, 부재 또는 단계들을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 특정 특징부, 부재 또는 단계는 비록 하나의 특정 구현예와 관련되어 언급되더라도 다양한 비-예시된 조합 또는 치환으로 대안적인 구현예와 상호교환 또는 조합될 수 있음이 이해될 것이다.
또한, 본원에서 사용된 용어 "상기(the)", "하나의(a)" 또는 "하나의(an)"는 "적어도 하나"를 의미하며, 반대로 명시되지 않는 한 "단지 하나"에 한정되지 않아야 한다. 따라서, 예를 들어, "하나의(a) 광원"은 다르게 명시되지 않는 한 2 이상의 이러한 광원을 갖는 실시예를 포함한다. 유사하게, "복수의"는 "하나 초과"를 의미한다. 따라서, "복수의 단층선"은 3 이상의 단층선, 등과 같이 2 이상의 단층선을 포함한다.
범위는 "약" 하나의 특정 값에서, 및/또는 "약" 또 다른 특정 값까지로서 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 실시예들은 하나의 특정 값에서 및/또는 다른 특정 값까지 포함한다. 유사하게, 값이 선행사 "약"의 사용에 의해 대략적으로 표현될 때, 상기 특정 값은 또 다른 측면을 형성하는 것으로 이해될 것이다. 또한, 상기 범위들의 각 종점(endpoint)은 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과 독립적으로 모두에서 유의미한 것으로 이해될 것이다.
여기서 사용되는 바에 따라 용어 "실질적인", "실질적으로" 및 이들의 다양한 변형은 개시된 특징부가 어떤 값 또는 설명과 동일하거나 대략적으로 동일함을 의미한다. 예를 들어, "실질적으로 평평한" 표면은 평평하거나 또는 대략적으로 평평한 표면을 의미하는 것으로 의도된다.
다르게 명시되지 않는 한, 여기에 기술된 방법에서 단계들이 특정한 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 구성되는 것을 의도하지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계들을 순서로 실제 언급하지 않거나 또는 특정 순서로 한정되는 것으로 명시되지 않는 이상, 특정 순서를 의도하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
특정 구현예의 다양한 특징부, 부재 또는 단계가 어구 "포함하는"의 전이구를 사용하여 기재될 수 있는 한편, 전이구 "이루어진" 또는 "필수적으로 이루어진"을 사용하여 기술된 것을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, A+B+C를 포함하는 방법에 대한 대안적인 구현예는 방법이 A+B+C로 구성된 구현예를 포함하며, 방법이 A+B+C로 필수적으로 구성된 구현예를 포함함을 의미한다.
당업계의 당업자라면 본 기재의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 기재에 대한 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 본 기재의 물질 및 사상을 포함하는 개시된 구현예들의 서브-조합, 조합, 변화 및 변형이 당업계의 당업자에게 일어날 수 있으므로, 본 기재는 첨부된 청구항 및 그 동등물의 범위 내의 모든 것을 포함하여 구성되어야 한다.

Claims (33)

  1. 유리 제품으로서,
    제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께; 및
    상기 유리 제품의 두께의 약 35% 이하의 두께를 갖는 레이저 가공 영역을 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 가공 영역의 두께는 상기 제품의 두께의 약 20% 이하인 유리 제품.
  3. 청구항 1 내지 2 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 가공 영역의 광-입사면의 산란 계수는 약 0.2 미만인 유리 제품.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    약 0.1 미만의 산란 계수를 갖는 광-입사면을 포함하는 비-레이저 가공 영역을 더욱 포함하는 유리 제품.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 제품의 두께는 약 0.3 mm 내지 약 3mm의 범위인 유리 제품.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 제품은 도광판인 유리 제품.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 유리 제품을 포함하는 디스플레이 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유리 제품의 적어도 하나의 측면 모서리와 광커플링된 광원을 더욱 포함하는 디스플레이 소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드인 디스플레이 소자.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1표면 및 제2표면 사이에 위치되거나, 또는 상기 광원의 모서리는 상기 제1 또는 제2표면에 정렬되는 디스플레이 소자.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 광원은 비-레이저 가공 영역에 근접한 위치에서 상기 유리 제품의 적어도 하나의 측면 모서리에 커플링되는 디스플레이 소자.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 유리 제품의 제2표면, 또는 제1표면 및 제2표면의 양면 상에, 상기 유리 제품의 제1표면 상에 위치된 적어도 하나의 반사장치를 더욱 포함하는 디스플레이 소자.
  13. 유리 제품으로서,
    제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께; 및
    상기 제1 또는 제2표면에 인접한 챔퍼(chamfer)를 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하며, 상기 챔퍼는 상기 유리 제품의 두께의 약 15% 이하의 높이를 갖는 유리 제품.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 챔퍼는 레이저 절단 챔퍼인 유리 제품.
  15. 청구항 13 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측면 모서리는 단지 하나의 챔퍼를 포함하는 유리 제품.
  16. 청구항 13 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔퍼의 광-입사면의 산란 계수는 약 0.1 미만인 유리 제품.
  17. 청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    약 0.1 미만의 산란 계수를 갖는 광-입사면을 포함하는 비-챔퍼 영역을 더욱 포함하는 유리 제품.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 비-챔퍼 영역은 상기 유리 제품의 두께 중 적어도 일부를 가로질러 연장하는 트위티드 해클 패턴(twisted hackle pattern)을 포함하는 유리 제품.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 비-챔퍼 영역은 트위티드 해클 패턴을 포함하지 않는 유리 제품.
  20. 청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 제품의 두께는 약 0.3 mm 내지 약 3 mm의 범위인 유리 제품.
  21. 청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 제품은 도광판인 유리 제품.
  22. 청구항 13 내지 21 중 어느 한 항의 유리 제품을 포함하는 디스플레이 소자.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 유리 제품의 적어도 하나의 측면 모서리에 광커플링된 광원을 더욱 포함하는 디스플레이 소자.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드인 디스플레이 소자.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 레이저 절단 챔퍼는 제1표면에 인접하며, 상기 광원의 모서리는 상기 제2표면에 정렬되는 디스플레이 소자.
  26. 청구항 22에 있어서,
    상기 유리 제품의 제2표면, 또는 상기 유리 제품의 제1 및 제2표면의 양면 상에서 상기 유리 제품의 제1표면 상에 위치된 적어도 하나의 반사장치를 더욱 포함하는 디스플레이 소자.
  27. 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께를 갖는 유리 시트를 제공하는 단계;
    상기 유리 시트를 상기 제1표면 상의 미리결정된 경로를 따라 레이저와 접촉시켜 결함선을 형성하는 단계; 및
    상기 결함선을 따라 2 이상의 부분으로 상기 유리 시트를 분리하여 상기 유리 시트의 두께의 약 35% 이하의 두께를 갖는 레이저 가공 영역을 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품을 형성하는 단계;
    를 포함하는 유리 제품의 제조방법.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 레이저는 초-단파펄스 레이저로부터 선택되는 방법.
  29. 청구항 27 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함선을 형성하는 단계는 상기 유리 시트의 두께의 약 35% 이하의 깊이로 상기 유리 시트에 레이저 가공 홀을 생성하는 단계, 및 상기 유리 시트의 제1표면에서 상기 제2표면까지 실질적으로 직각 방향으로 연장하는 단층선(fault line)을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  30. 청구항 27 내지 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 시트를 둘 이상의 부분으로 분리하는 단계는 상기 결함선 상에 또는 그 주위에 기계적 또는 열적 응력을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  31. 제1표면, 맞은편의 제2표면, 및 이들 사이에 연장하는 두께를 갖는 유리 시트를 제공하는 단계;
    상기 제1표면 상에 미리결정된 경로를 따라 레이저로 유리 시트를 접촉시켜 그루브를 형성하는 단계; 및
    상기 그루브를 따라 2 이상의 부분으로 상기 유리 시트를 분리하여 상기 유리 시트의 두께의 약 15% 이하의 높이를 갖는 챔퍼를 포함하는 적어도 하나의 측면 모서리를 포함하는 유리 제품을 형성하는 단계를 포함하는 유리 제품의 제조방법.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 레이저는 약 3 마이크론 초과 파장에서 작동하는 적외선 레이저, CO2 레이저 및 UV 레이저로부터 선택되는 방법.
  33. 청구항 31에 있어서,
    상기 유리 시트를 2 이상의 부분으로 분리하는 단계는 상기 그루브 상에 또는 그 주위에 기계적 또는 열적 응력을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
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