KR20210052277A - 유리 시트의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 유리 시트 및 이의 용도 - Google Patents

유리 시트의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 유리 시트 및 이의 용도 Download PDF

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마틴 쿨츠
안드레아스 오트너
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Abstract

본 발명은 초박막 유리 시트를 제조하기 위한 비용-효용적 방법을 제공하는 목적에 기초하며, 이는 특히 높은 어닐링 속도에도 불구하고 상이한 어닐링 속도들을 고려함으로써 이러한 방법에 의해 제조된 유리 시트의 높은 에지 강도를 보장한다. 이를 위해, 하기 단계를 포함하는 방법이 제공된다:
- 용융된 유리(10)로부터 15 μm 내지 2 mm의 범위의 예정된 유리 두께 (d)를 갖는 연속 유리 리본(4)를 고온 형성하는 단계;
- 예정된 유리 두께 (d)의 함수로서 선택된 어닐링 속도로 유리 리본(4)를 어닐링하는 단계;
- 적어도 하나의 초단 펄스 레이저(16)에 의해 레이저 빔(20)를 생성하는 단계;
- 초점 영역(22)이 유리 리본(4)의 유리 두께보다 더 길도록 빔-성형 광학계를 사용하여 레이저 빔(20)의 초점 영역(22)을 생성하는 단계;
- 필라멘트 결함(14)이 바람직하게는 유리 리본(4)의 하나의 면(51)으로부터 반대편 면(52)까지 연장되며, 여기서 필라멘트 결함(14)은 예정된 파단선(12)을 따라 서로 이격되어 도입되는 방식으로, 레이저 빔(20)을 사용하여 필라멘트 결함(14)으로 이루어진 예정된 파단선(12)을 유리 리본(4)에 도입하는 단계;
- 이에 의해 각각 농축된 비드(13)를 포함하는 가장자리를 갖는 이의 측면 상에 유리 리본(4)에 수직한 예정된 횡방향 파단선(121) 및 유리 리본(4)의 종방향으로의 예정된 종방향 파단선(122)를 생성하는 단계;
- 예정된 종방향 파단선(122)을 따라 비드(13)를 분리하여 에지(30)를 형성하는 단계; 및
- 유리 리본(4)에 수직하게 연장된 예정된 횡방향 파단선(122)을 따라 절단하여 에지(30)를 형성함으로써 유리 시트를 분리하는 단계.

Description

유리 시트의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 유리 시트 및 이의 용도{METHOD FOR PRODUCING GLASS SHEETS AND GLASS SHEETS PRODUCED BY SUCH METHOD AND USE THEREOF}
본 발명은 예정된 파단선을 연속 유리 리본으로 도입하기 위한 레이저 필라멘트화(laser filamentation) 및 유리 리본의 종방향에서의 에지를 따르는 비드-유사 비후화물질(thickenings)인 공정-관련된 비후된 비드(thickened bead)의 후속 분리뿐만 아니라 유리 리본의 횡방향으로의 유리 시트의 분리에 의한, 15 μm 내지 2 mm의 유리 두께를 갖는 유리인 초박막 유리 시트의 제조와 관련된 것이다. 초박막 시트는 또한 유리 필름으로 알려져 있는 것을 포괄한다.
선택적으로, 유리의 후속 분리와 조합되는, 비드를 절단하고 유리 리본의 횡방향 분리를 위한 레이저 필라멘트화는 더 높은 유리 리본의 전진 속도 또는 인발 속도뿐만 아니라 예를 들어 비드 및 교차 스코링(cross scoring)에 대한 달성가능한 컷팅 속도가 특히 분리 및 증착 공정에 의해 제한되고, 작업자에 의해 수행되어야 하는 휠 컷팅(wheel cutting)보다 컷팅 공정에서의 더 높은 컷팅 속도를 가능하게 한다. 또한, 레이저 필라멘트화는 저-입자 공정(low-particle process)이며, 이는 유리에 오염물과 스크래치가 적게 만든다.
초단 펄스 레이저를 사용하여 필라멘트를 도입하는 것에 의한 유리 시트의 분리는 그 자체가 공지되어 있다. 해당 방법은 그 중에서도 WO 2018/020145 A1, WO　2017/055576　A1, US 2018/0057390 A1, 및 US 2017/0120374 A1에 기재되어 있다.
특정 기하학적 인자를 준수하려면 휨 및 두께 변화 등으로 인하여 초박막 유리에 대한 특정한 최소 인발 속도를 요구하기 때문에, 높은 인발 속도에서 상당한 어닐링 속도가 발생된다. 높은 어닐링 속도는 보통 유리에서 내부 응력을 유발하고, 이는 유리를 절단하는 경우에 감소된 에지 강도를 초래하고, 그리하여 높은 어닐링 속도는 보통 불리하다.
따라서, 본 발명은 초박막 유리 시트를 제조하기 위한 특별한 비용-효용적인 방법을 제공하기 위한 목적에 기초하며, 이는 특히 높은 어닐링 속도에도 불구하고, 상이한 어닐링 속도를 고려하면서, 이 방법에 의해 제조된 유리 시트의 높은 에지 강도를 보장한다. 이 목적은 독립항의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 구현예는 각각의 종속항에서 특정된다.
따라서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 유리 시트의 제조 방법을 제공한다:
- 용융된 유리로부터 15 μm 내지 2 mm의 범위의 예정된 유리 두께를 갖는 연속 유리 리본을 고온 형성하는 단계;
- 예정된 유리 두께의 함수로서 선택된 어닐링 속도로 유리 리본을 어닐링하는 단계로서, 어닐링 속도는 바람직하게는 유리 두께가 감소함에 따라 증가하고, 즉, 바람직하게는, 어닐링 속도는 유리 두께가 작을수록 더 높게 선택되는 단계;
- 적어도 하나의 초단 펄스 레이저에 의해 레이저 빔을 생성하는 단계;
- 초점 영역이 유리 리본의 유리 두께보다 더 길도록 빔-성형 광학계를 사용하여 레이저 빔의 초점 영역을 생성하는 단계;
- 필라멘트 결함이 바람직하게는 유리 리본의 하나의 면으로부터 반대편 면까지 연장되며, 여기서 필라멘트 결함은 예정된 파단선을 따라 서로 이격되어 도입되는 방식으로, 레이저 빔을 사용하여 필라멘트 결함으로 이루어진 예정된 파단선을 유리 리본에 도입하는 단계;
- 이에 의해 각각 비후된 비드를 포함하는 가장자리를 갖는 이의 어느 한 쪽에 유리 리본에 대해 수직한 예정된 횡방향 파단선 및 유리 리본의 종방향으로의 예정된 종방향 파단선을 생성하는 단계;
- 예정된 종방향 파단선을 따라 비드를 분리하여 이에 의해 바람직하게는 예정된 에지 강도를 갖는 에지를 형성하는 단계; 및
- 유리 리본에 대해 수직하게 연장되는 예정된 횡방향 파단선을 따라 절단하고 이에 의해 바람직하게는 예정된 에지 강도를 갖는 에지를 형성함으로써 유리 시트를 분리하는 단계.
레이저 빔은 특히 베셀 빔(Bessel beam)을 형성하도록 빔-성형 광학계에 의해 성형될 수 있다.
상술한 방법에 따라 유리 시트를 제조하기 위한 해당되는 장치는 바람직하게는 하기를 포함한다:
- 용융된 유리로부터 15 μm 내지 2 mm의 범위의 예정된 유리 두께를 갖는 연속 유리 리본을 고온 형성하기 위한 수단;
- 각각 비후된 비드를 포함하는 가장자리를 갖는 이의 어느 한 쪽에 유리 리본에 대해 수직한 예정된 횡방향 파단선을 획정하고, 유리 리본의 종방향으로의 예정된 종방향 파단선을 획정하기 위해 예정된 부피의 유리 리본의 속으로 연장되는 이격된 필라멘트 결함을 생성하기 위해 유리의 두께보다 더 길도록 조정되는 초점 영역을 생성하는 빔 프로파일을 갖는 베셀 빔을 발생시키는 적어도 하나의 초단 펄스 레이저 및 빔-성형 광학계;
- 유리 리본 상에 예정된 파단선의 의도된 경로를 따라 레이저 빔을 배치시키기 위한 전진 수단(advancing mean); 및
- 예정된 유리 두께의 함수로서 선택되는 어닐링 속도로 유리 리본에 필라멘트 결함을 도입하기 이전, 그 과정, 및/또는 그 이후에 유리 리본을 어닐링하기 위해 배열되고 적용되는 어닐링 수단으로서, 상기 어닐링 속도는 바람직하게는 유리 두께가 작을수록 더 높은 것인 어닐링 수단. 또한, 예정된 종방향 파단선을 따라 비드를 분리하기 위해 그리고 유리 리본에 대해 수직하게 연장된 예정된 횡방향 파단선에 따라 절단하여, 이에 의해 각 경우에서, 바람직하게는 기계적으로 에지를 형성함으로써 유리 시트를 분리하기 위해, 분리 수단이 제공되어, 배열되고, 적용될 수 있다.
전진 수단에 의한 레이저 빔의 배치는 하기 단계 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다: 유리 리본을 이동시키는 단계; 적어도 하나의 초단 펄스 레이저를 이동시키는 단계; 빔-성형 광학계를 이동시키거나 또는 조정하는 단계.
바람직한 유리 두께는 100 μm 이하, 70 μm 이하, 50 μm 이하, 30 μm 이하, 또는 20 μm 이하이다.
유리 리본은 바람직하게는 하향-인발 공정에서, 바람직하게는 1 미터/분 내지 50 미터/분의 범위의 속도로 급속하게 인발된다. 그러나, 상기 방법은 하향-인발 공정으로 제한되지 않는다. 인발은 또한 오버플로우 용융 공정(overflow fusion process) 또는 박막 유리 리본을 제조하기에 적합한 다른 공정에 의해 달성될 수 있다.
필라멘트 결함으로 구성된 예정된 파단선의 도입은 바람직하게는 일 구현예에 따라 유리 리본이 수평으로 편향된 이후에 하향-인발 공정 과정에서 수행된다.
유리 리본은 바람직하게는 급속 어닐링되며; 특히 40 K/s 이상의 어닐링 속도가 이용될 수 있다. 심지어 어닐링 속도는 특히 매우 높을 수 있고, 바람직하게는 100 K/s 이상, 가장 바람직하게는 150　K/s 이상, 또는 심지어 200 K/s 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 유리 리본은 두께-의존적 어닐링 속도로, 바람직하게는 (1/d)ㆍ4500　캘빈/(sㆍμm) 내지 (1/d) ㆍ 9000 캘빈/(sㆍμm)의 범위의 어닐링 속도로 어닐링되며, 여기서 d는 유리 리본의 두께이다. 따라서, 바람직하게는, 유리 리본의 예정된 더 작은 두께의 경우, 어닐링 속도는 더 높게 선택되며, 유리 리본의 예정된 더 큰 두께의 경우, 어닐링 속도는 감소되고/줄어든다.
유리 리본으로부터의 가장자리를 이후에 신뢰성 있고 그리고 용이하게 분리하고, 개별 유리 시트를 분리할 수 있도록, 유리 리본은 바람직하게는 대략 유리 전이 온도에서, 바람직하게는 연화점 미만의 온도에서, 가장 바람직하게는 유리 전이 온도 미만의 온도에서 예정된 파단선을 도입하기 전에 어닐링된다. 선택적으로, 상기 방법을 최적화하기 위해, 유리 리본은 예정된 파단선을 도입하는 과정 및/또는 그 이후에 추가적으로 어닐링될 수 있다.
상기 방법의 바람직한 구현예에서, 어닐링은 특히 가열 요소를 사용하여, 또는 어닐링 유체, 특히, 공기, 다른 기체 매체, 또는 에어로졸을 불어넣거나 또는 분무함으로써 레어(lehr)에서 수행된다. 후자의 경우, 어닐링 속도는 예를 들어 유리 리본 내의 바람직하지 않은 응력을 방지하기 위해 어닐링 유체의 유량을 조절함으로써 유리 리본의 온도 및 전진 속도의 공정 파라미터에 대해 조절되거나 또는 조정될 수 있다.
특히 바람직한 양태에 따라, 유리 내의 강도 분포(intensity distribution) 및 이에 따른 필라멘트 결함의 형상은 선택적으로 빔-성형 광학계를 사용하여 조정된다. 이러한 목적을 위해, 바람직하게는, 레이저 빔의 광도(light intensity), 또는 그의 치수가 이에 대한 횡방향보다 예정된 파단선의 방향에서 더 크도록 빔 프로파일을 조정하기 위해 적합한 빔-성형 광학계가 사용된다.
상기 방법의 추가의 바람직한 구현예에서, 빔-성형 광학계는 바람직한 측면 방향을 갖는 빔 프로파일, 바람직하게는 타원형, 세모날(lancet)-형상, 방울-형상 빔 프로파일 중 어느 하나, 또는 (이중 베셀 빔의 형태로의) 2개의 이격된 빔을 포함하는 빔 프로파일, 또는 다이아몬드-형상, 아령(dumbbell)-형상, 쐐기(wedge)-형상, 또는 점(spot)-형상 빔 프로파일, 또는 주요 빔 및 더 낮은 강도의 위성(satellite)을 포함하는 빔 프로파일을 생성하기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 가장자리를 절단하여 특히 높은 에지 품질 및 에지 강도를 갖는 유리 시트를 분리한 이후에 거의 모든 윤곽이 이루어질 수 있다.
초단 펄스 레이저의 전진 속도 및 반복률은 바람직하게는 필라멘트 결함이 유리 두께 이하의 간격으로 서로 이격되어 도입되도록 설정된다. 필라멘트 결함은 바람직하게는 1 μm 내지 10 μm, 바람직하게는 3 μm 내지 8 μm의 범위의 서로에 대한 평균 간격을 갖는다.
유리 시트를 제조하기 위한 방법의 바람직한 구현예에서, 예정된 파단선이 도입되는 순서는 우선 예정된 횡방향 파단선을 생성하기 위해 유리 리본에 대해 횡방향이며, 이후에는 예정된 종방향 파단선을 생성하기 위해 비후된 비드를 각각 포함하는 가장자리를 갖는 이의 어느 한 쪽에서 유리 리본에 대해 종방향이다. 이러한 방식으로, 유리 리본은 예정된 횡방향 파단선이 도입된 이후에도 비드에 의해 함께 여전히 고정될 것이며, 이에 의해 기계적으로 안정화될 것이다.
또한, 더 높은 어닐링 속도가 적용되는 더 얇은 유리의 경우, 에지 강도는 감소되며, 반면 더 낮은 어닐링 속도를 갖는 더 두꺼운 유리의 경우, 에지 강도가 증가하는 것으로 밝혀졌다. 본 방법의 바람직한 구현예에서, 하기 식을 충족하는 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)를 나타내는 에지를 갖는 유리 시트가 생성된다:
(1) KGK = KG / K, 또는
(2) KG = KGK * K.
여기서, KG는 MPa 단위의 강도 값을 의미하고, K는 캘빈/s 단위의 어닐링 속도이다. 본원에 개시된 분리 방법은 특히 0.2 MPa*s/캘빈 초과, 바람직하게는 30 μm 이상의 유리 두께의 경우에 0.5 MPa*s/캘빈 초과의 계수(KGK)가 달성될 수 있게 한다. 50 μm 이상의 유리 두께의 경우, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 0.5 MPaㆍs/캘빈 초과, 바람직하게는 0.9 MPaㆍs/캘빈 초과일 수 있다. 100 μm 이상의 유리 두께의 경우, 다른 구현예에 따라, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 1.5 MPaㆍs/캘빈 초과, 바람직하게는 2 MPaㆍs/캘빈 초과이다.
추가의 바람직한 구현예에서, 유리 리본을 이동시키기 위한 전진 수단은 바람직하게는 적어도 가압 롤러, 또는 가압 에지, 또는 초점 영역 내에 유리 리본의 위치를 고정시키기 위한 흡인 수단을 포함한다. 이에 의해, 유리 리본은 초단 펄스 레이저의 초점의 위치에 대해 상대적으로 그리고 필라멘트 결함으로 이루어진 예정된 파단점의 어레이에 대해 고정되고, 이로써 유리 리본은 베셀 빔의 초점의 영역을 벗어나 이동되는 것이 방지된다.
특히 고정은 추가로 상기 기재된 단점을 회피하면서도 제조 공정의 속도를 증가시키는 것을 가능하게 하며, 이는 본 방법의 경제성에 대해 긍정적인 영향을 미친다.
예정된 종방향 파단선에 따른 비드의 분리 및 유리 리본에 대해 수직하게 연장되는 예정된 횡방향 파단선을 따라 절단하는 것에 의한 유리 시트의 분리는 바람직하게는 기계적으로 달성된다. 예정된 파단선에 따른 분리는 보통 임의의 기계적 충격을 거의 필요로 하지 않는 것으로 밝혀졌다. 대개 유리 리본의 운반 중에 일어나는 이동 및 장력은 예정된 파단점에서의 분리를 위해 이미 충분하다.
또한, 본 개시내용에 따른 초박막 유리 시트를 제조하기 위한 방법은 특히 5 m/s 이하, 가장 바람직하게는 3 m/s 내지 5 m/s의 특히 높은 컷팅 속도를 달성하는 것을 가능하게 한다.
레이저 필라멘트화로 인하여, 유리 리본 상에의 매우 작은 또는 분리가 없는 초점이 비드 절단 및 횡방향 분리를 위해, 즉, 상술한 바와 같이 비드의 분리 및 개별 유리 시트로의 분리 또는 풀 바디 커트(full body cut; FBC)로 알려진 것을 위해 요구된다. 특히, 온도를 도입하여 유도되는, 즉, 온도차를 도입하여 열응력을 유도할 필요성이 없고, 즉, 예를 들어, 갑작스러운 온도 감소에 의해, 특히 저온 충격으로 인해 야기되는 소위 열 절단 공정(thermal cleaving process) 및 열충격 컷팅이 존재하지 않는다.
본 개시내용에 따른 방법은, 유리 두께를 고려함으로써, 상이한 어닐링 속도들을 사용하여, 특히, 심지어 높은 어닐링 속도를 사용하여, 높은 에지 강도를 달성할 수 있게 한다.
두께-의존적 어닐링 속도는 이에 따라 단점이 아니라, 오히려 상기 목적의 해결법의 일부이다.
본 방법은 특히 저-입자 공정이며, 특히 일정한 에지 강도 및 이에 따른 증가된 예측가능한 수율을 야기한다.
또한, 본 방법은 본 방법에 의해 이루어지는 유리 시트의 감소된 제조 비용 및 일정한 품질로 인하여 비용-효용적이다.
본 방법은 15 μm 내지 2 mm의 유리 두께, 바람직하게는 100 μm, 50 μm, 또는 30 μm 이하의 유리 두께를 갖는, 바람직하게는 6 ppm/K 초과의 열팽창 계수를 갖는 유리 시트를 제조하기 위해 사용될 수 있으며, 유리 시트는 바람직하게는 (DIN EN 843-5에 따른) 7 초과의 와이블 모듈러스(Weibull modulus) 및 130 MPa 초과, 종종 심지어 150 MPa 초과, 또는 심지어 200　MPa 초과의 특징적인 파단 응력 또는 파단시 응력을 갖는다. 바람직한 구현예에서, 특징적인 파단시 응력은 150 MPa 내지 250 MPa의 범위이다. 1.68 미터의 에지 길이에 대한 5% 분위수(quantile)인 σ5%＠1,68의 경우, 90 MPa 초과, 종종 심지어 130 MPa 초과의 값이 발생된다.
유리 시트는 바람직하게는 필라멘트 결함을 갖는 거친 표면 영역 및 그 사이의 필라멘트 결함이 없는 편평한 표면 영역을 가지며, 편평한 표면 영역 대 거친 표면 영역의 면적비는 바람직하게는 3:10 내지 2:1이다.
본 발명에 따른 방법에 의해 제조가능한 이러한 초박막 유리 시트는 매우 다양한 응용분야에 대해 사용될 수 있다. 이는 바람직하게는 전자 부품에 대한 중간 기재 또는 스페이서를 절연시키기 위해, 광전자 부품을 캡슐화하기 위해, 박막 전지 예컨대 박막 배터리 또는 박막 태양 전지에 대한 기판으로서, 디스플레이, 및 미세유체 셀에 대한 복합 기판으로서 이용된다.
다양한 응용분야는 화학물질에 대한 저항성, 온도 변화 및 열, 기체 기밀성, 높은 전기 절연 용량, 일치된 팽창 계수, 가요성, 높은 광학 품질, 및 광투과율, 및 또한 얇은 유리의 2개의 면의 매우 작은 거칠기를 갖는 높은 표면 품질, 및 분리 방법에 의해 달성된 높은 에지 강도와 같은 특성에 기초한다.
본 발명은 이하 첨부된 도면을 참조하여, 그리고 이에 의해 보다 상세하게 설명될 것이지만, 이에 의해 본 발명이 제한되지 않는다.
도 1은 유리 시트를 제조하기 위한 장치를 나타내고;
도 2는 빔 성형 광학계의 빔 프로파일을 나타내고;
도 3은 유리 리본을 개별 유리 시트로 분리하기 위한 배치를 나타내고;
도 4는 유리 두께의 함수로서의 어닐링 속도의 그래프이고;
도 5는 유리 두께의 함수로서의 에지 강도 및 어닐링 속도의 그래프이고;
도 6은 유리 두께의 함수로서의 어닐링 속도-의존적 에지 강도의 계수의 그래프이고;
도 7 및 8은 파단시 응력의 함수로서의 불량률의 와이블 그래프를 나타내고;
도 9는 유리 시트의 에지 영역의 현미경사진을 나타내고;
도 10은 유리 시트의 에지의 현미경 사진을 나타낸다.
도 1은 15 μm 내지 2 mm의 범위의 예정된 유리 두께(d)를 갖는 유리 시트(2)를 제조하기 위한 장치(1)의 예시적인 구현예를 나타낸다. 연속 유리 리본(4)은 고온 형성 수단(8)의 일부를 형성하는 하향 슬롯(slot)-형상 노즐(6)을 통해 용융된 유리(10)로부터 인발된다. 바람직하게는, 소위 하향-인발 공정은 본원에서 유리 리본에 대한 고온-형성 공정으로서 이용되며, 필라멘트 결함(14)에 의해 획정된 예정된 파단선(12)의 도입, 즉, 레이저 필라멘트화는 바람직하게는 하향-인발 공정 과정에서, 가장 바람직하게는 유리 리본(4)이 수평으로 편향된 이후에 직접적으로 달성된다.
적어도 하나의 초단 펄스 레이저(16)는 유리 리본(4)으로의 조절된 예정된 파단선(12)을 도입하기 위해 사용되며, 이는 필라멘트 결함(14)에 의해 획정된다. 빔-성형 광학계(18)을 사용하여, 레이저 펄스는 유리 리본(4)과 교차하는 초점 영역(22)을 생성하는 근사한 베셀 빔(20)을 형성한다. 빔-성형 광학계(18)는 특히 유리에서의 전력 밀도가 증가하도록 레이저 빔(20)의 초점을 맞출 수 있게 한다. 빔-성형 광학계(18)는 강도 분포 및 또한 이에 따른 필라멘트 결함(14)의 형상을 선택적으로 조정할 수 있게 한다.
초점 영역은 바람직하게는, 바람직하게는 유리 리본(4)의 하나의 면(51)으로부터 반대편 면(52)까지, 즉, 바람직하게는 유리 리본(4)의 전체 두께(d)에 걸쳐 연장되는, 예정된 부피의 유리 리본(4) 내에서 깊게 이격된 필라멘트 결함(14)을 생성하기 위해 유리 두께(d)보다 더 길도록 조정된다.
본 발명의 목적을 위해 적합한 초단 펄스 레이저는 예를 들어 1064 nm의 파장, 12 W (＠ 1064 nm, 100 kHz, 버스트(burst) 당 1 펄스)의 평균 전력, 100 kHz의 반복률, 50 MHz의 버스트 주파수, 및 대략 10 ps의 펄스 기간(＠ 1064 nm 및 100 kHz)을 갖는 Nd:YAG 레이저이다.
추가의 구현예에 따라, 1030 nm를 갖는 Yb:YAG 레이저가 사용될 수 있다. 일반적으로, 레이저는 제2 고조파 발생(SHG) 또는 제3 고조파 발생(THG) 버전으로서 사용될 수 있다. 일 구현예에 따라, 펄스 길이는 300 fs 내지 20 ps의 범위이거나, 또는 400 fs로부터 10 ps 미만까지의 범위이다. 반복률은 50 kHz 내지 1 MHz, 바람직하게는 100　kHz 내지 500 kHz의 범위일 수 있다. 펄스 에너지는 100 μJ 초과, 200 μJ 초과, 또는 심지어 400 μJ 초과일 수 있다. 버스트 주파수의 수치는 ≤ 2, ≤ 4, 또는 ≤ 8이다.
또한, 유리 시트(2)를 제조하기 위한 장치(1)는 바람직하게는 예를 들어 유리 리본(4)을 이동시키기 위한 수송 롤러, 특히 인발 롤러를 포함하는 전진 수단(24), 초단 레이저(16), 및/또는 유리 리본(4) 상에 예정된 파단선(12)의 의도된 경로를 따라 레이저 빔(20)을 배치시키기 위한 빔-성형 광학계(18)를 포함한다.
레이저 빔(20)은 유리 리본(4) 상에 유도될 수 있거나, 또는 유리 리본(4)은 레이저 빔(20)을 지나 이송될 수 있다. 2개의 변형예의 조합이 또한 가능하다. 유리 리본(4)의 전진 방향에 대해 수직한 레이저 빔(20)을 이동시키기 위해서, 갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner)가 사용될 수 있거나, 예를 들어, 또는 편향 거울이 유리 리본에 대해 수직한 이동형 샤프트 상에 운반될 수 있다.
본 경우에서, 예정된 횡방향 파단선(121)은 유리 리본(4)에 대해 수직하게 획정되며, 예정된 종방향 파단선(122)은 비후된 비드(13)를 각각 포함하는 가장자리를 갖는 이의 어느 한 쪽에 유리 리본(4)의 종방향으로 획정된다.
본 발명은 또한 본 개시내용에 따른 레이저-지원 방법에 의해 생성된 에지에서의 파단력의 확산은 유리 두께에 대해 조정되는 어닐링 속도를 사용하는 경우에 감소될 수 있다는 발견에 기초한다.
따라서, 유리 시트(2)를 제조하기 위한 장치(1)는 또한 필라멘트 결함(14)이 유리 리본(4)에 도입되기 이전에, 그리고 예정된 유리 두께(d)의 함수로서 선택되는 어닐링 속도로 유리 리본(4)을 어닐링시키기 위해 배열되고 조정되며, 이 어닐링 속도는 바람직하게는 유리 두께가 작을수록 더 높다.
바람직하게는, 유리 리본(4)은 예정된 파단선(12)이 대략 유리 전이 온도에서, 바람직하게는 연화점 미만의 온도에서, 가장 바람직하게는 유리 전이 온도 미만의 온도에서 도입되기 전에 어닐링된다.
유리한 구현예에서, 유리 리본(4)은, 특히 가열 요소를 사용하여 조절된 방식으로 레어(27)에서 어닐링된다. 선택적으로, 균일한 어닐링은 어닐링 유체, 특히 공기 또는 에어로졸을 불어넣거나 또는 분무함으로써 촉진될 수 있다.
일 구현예에 따라, 또한, 유리 시트(2)를 제조하기 위한 장치(1)는 예정된 종방향 파단선(122)을 따라 비드(13)를 분리하고 이에 의해 에지(30)를 형성하기 위해, 그리고 예정된 횡방향 파단선(121)에 따라 절단하여 이에 의해 바람직하게는 기계적으로 추가의 에지(30)를 형성함으로써 유리 시트(2)를 분리하기 위해, 배열되고 조정되는 분리 수단(28)를 포함한다. 예를 들어, 분리 수단은 예정된 파단선 위에서 유도되는 구형 롤러를 포함하는 어셈블리를 포함할 수 있다. 또한, 가열원 예컨대 레이저는 예정된 파단선에서 열응력을 유도하기 위해 제공될 수 있다. 그러나, 일부 경우에서, 기계적 작용은 예정된 파단선을 따라 유리를 분리하기 위해 더이상 필요하지 않을 것이다.
또한, 빔-성형 광학계(18)는 유리 내의 강도 분포 및 또한 이에 따른 필라멘트 결함(14)의 형상을 선택적으로 조정할 수 있게 한다.
추가의 바람직한 구현예에서, 유리 리본(4)을 이동시키기 위한 전진 수단(24)는 적어도 가압 롤러, 가압 에지, 또는 초점 영역 내의 빔 방향으로 유리 리본(4)의 위치 또는 축방향 위치를 고정하기 위한 흡인 수단을 구비하여 이로써 유리 리본(4)은 유리 시트(2)의 분리 및 비드(13)의 절단과 관련하여 오정렬되지 않게 하며, 그렇지 않으면 개별 유리 시트(2)의 형상 및 에지 품질을 손상시킬 수 있다. 또한, 고정은 특히 상기 기재된 단점을 회피하면서도 제조 공정의 속도를 증가시키는 것을 가능하게 하며, 이는 본 방법의 비용 효용성에 대해 긍정적인 영향을 미친다. 도 1의 예는 초단 펄스 레이저(16)의 입사 지점에 근접한 레이저 빔(20)의 입사 방향으로 유리 리본의 위치를 고정하는 한 쌍의 가압 롤러(15)의 형태로 유리 리본(4)의 수직 위치를 고정하기 위한 수단을 나타낸다.
유리 시트(2)를 제조하기 위한 방법의 바람직한 구현예에서, 빔 프로파일은 바람직하게는 강도 프로파일이 베셀 빔의 형태 또는 대략적으로 광축(optical axis) 상에 크게 증가된 강도를 갖는 베셀 빔의 형태를 갖도록 적합한 빔-성형 광학계(18)에 의해 조정된다. 빔-성형 광학계는 라인 초점에 초점을 맞춘다. 이러한 초점맞춤을 이루기 위해, 하나 이상의 액시콘(axicon)(들) 또는 회절 광학 소자(diffractive optical element, DOE) 또는 다른 광학 소자와의 이의 조합이 예를 들어 빔-성형 광학계 요소로서 적합하다.
특히, 빔 프로파일은 바람직하게는 예정된 파단선(12)의 방향에서의 레이저 빔의 치수가 횡방향, 특히 이의 수직방향보다 더 크게 되는 방식으로 조정된다. 이러한 방식으로, 예정된 파단선에 따라 통합된 방사선의 양은 예정된 파단선에 대해 수직하게 이어지며 빔의 중심에 가로지르는 선을 따른 양보다 더 많다. 환언하면, 빔-성형 광학계는 바람직하게는 직선으로 정렬된 필라멘트 결함(14)의 방향에서 이 방향에 대해 횡방향보다 더 큰 치수를 갖는 단면을 갖는 한 다발의 광선을 생성하고; 개별 필라멘트 결함(14)은 레이저 빔(20)의 전파 방향을 따르는 범위, 즉, 유리 리본(4)의 표면에 대해 횡방향으로의, 바람직하게는 이에 대해 수직한 그것의 종방향을 갖는 크기를 갖는다. 이를 위해, 빔-성형 광학계(18)는 바람직하게는 빔의 하나의 더 큰 단면 치수를 생성하도록 조정될 수 있고, 더 큰 단면 치수의 방향은 바람직하게는 직선으로 정렬된 필라멘트 결함(14)의 경로를 따르도록 조절된다.
본 방법의 추가의 바람직한 구현예에서, 빔-성형 광학계(18)는 바람직한 측면 방향을 갖는 비대칭형 빔 프로파일을 발생시킨다. 도 2는 빔 프로파일에 대한 다양한 선택사항을 나타낸다. 패널 (a)는 타원형 빔 프로파일(32)을 나타낸다. 이는 그의 긴 반축이 개개의 예정된 파단선을 따라 정렬되도록 정렬된다. 따라서, 예정된 파단선에 따른 빔 프로파일의 크기(Ap)는 예정된 파단선에 대해 수직한 크기(As)보다 더 크다. 패널 (b)는 방울-형상 빔 프로파일(33)을 나타낸다. 패널 (c)의 구현예에서, 레이저 빔은 2개의 빔으로 구분된다. 이에 따라, 빔 프로파일(34)은 이중 빔의 형태로 2개의 이격된 빔을 포함한다. 패널 (d)는 다이아몬드-형상 빔 프로파일(35)을 나타낸다. 도 2(e)는 아령-형상 빔 프로파일(36)을 예시하며, 도 2(f)는 쐐기-형상 빔 프로파일(37)을 예시한다. 마지막으로, 도 2(g)는 주요 빔 및 더 약하거나 또는 더 작은 위성을 포함하는 빔 프로파일(38)을 나타낸다. 패널 (b), (e), (f), 및 (g)의 구현예는 공통적으로 이의 수직 방향보다 전진 방향에서 더 큰 치수를 가질 뿐만 아니라, 전진 방향에 대해 수직한 거울 축에 대해 비대칭형이다. 이러한 형상은 분리를 추가로 용이하게 하고 더 높은 에지 강도를 달성하기 위해 매우 유리할 수 있다. 이는 빔이 이미 지나간 예정된 파단선의 부분과 비교하여, 전진 방향에서 볼 때에 레이저 빔의 정면에 아직 필라멘트가 없으므로 비대칭 조건이 또한 필라멘트의 도입 과정에 존재하기 때문이다. 보다 일반적으로, 특정 예에 제한되지 않고, 이에 따라 필라멘트 결함이 전진 방향에 대해 수직한 반사에 대해 비대칭형 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔(20)에 의해 도입되는 것으로 고려된다.
이의 결과로서, 비드(13)가 절단되어 유리 시트(2)가 분리되는 경우에 더 높은 에지 강도와 함께, 필라멘트 결함(14)의 예정된 파단선(12)의 더 높은 기하학적 정확도를 갖는 조절가능한 형상이 달성된다.
예정된 파단선의 방향에서의 간극 형성을 촉진하기 위해서, 레이저 빔의 단면 형상은 원하는 파단의 방향으로 연장되도록 선택되는 것이 선호될 수 있다.
도 2(a)의 타원형 단면 형상(32)은 예를 들어, 조합된 실린더형 렌즈에 의해 레이저 빔의 초기 원형 단면 형상으로부터 얻어질 수 있다. 추가의 빔 프로파일은 또한 적합한 렌즈에 의해, 선택적으로 또한 회절 광학 소자(DOE)를 사용하는 것에 의해 발생될 수 있다.
유리 시트(2)를 제조하기 위한 방법의 바람직한 구현예에서, 공정 기술 고려사항으로 인하여, 예정된 파단선(12)이 도입되는 순서는 우선 유리 리본에 대해 수직이고, 이에 의해 예정된 횡방향 파단선(121)이 생성되고, 이후 예정된 종방향 파단선(122)을 생성하기 위해 비후된 비드를 각각 포함하는 가장자리를 갖는 이의 어느 한 쪽에서의 유리 리본의 종방향이며, 이는 이 경우에 유리 리본(4)은 비드(13)에 의해 함께 고정될 것이고 이에 의해 기계적으로 안정화되기 때문이다.
도 3은 개별 유리 시트(23)로 유리 리본(4)을 분리하고 그리고 비드(3)를 절단하기 위한 배열을 나타낸다.
이 공정을 위해, 전진 수단(24)은 바람직하게는 연속적으로 인발된 유리 리본(4)을 운반하기 위해 제공되며, 이는 예시된 예에서 컨베이어 벨트(240)를 포함한다. 예정된 파단선(12)을 도입할 수 있도록, 보다 일반적으로, 예시된 예에 제한되지 않고, 복수의 초단 펄스 레이저(16)를 유리하게 사용하는 것이 가능하고, 이 경우에 제1 초단 펄스 레이저(16)가 횡방향 파단선(121)을 도입할 것이며, 적어도 하나의 제2 초단 펄스 레이저(16)가 예정된 종방향 파단선(122)을 도입할 것이다. 또한, 특히 나타낸 예에서와 같이 2개의 예정된 종방향 파단선(122)에 대해 2개의 초단 펄스 레이저(16)를 사용하는 것이 가능하다. 초단 펄스 레이저(16)의 빔-성형 광학계(18)는 단순화를 위해 도면에 예시되어 있지 않다. 나타낸 예에서와 같이, 전진 수단(24)은 빔 편향 광학계(241)를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우에, 예정된 횡방향 파단선(121)은 일 구현예에 따라 빔 편향 광학계(241)에 의해 유리 리본(4) 상에서 이동하는 레이저 빔(20)에 의해 도입된다. 빔 편향 광학계(241)는 예를 들어 갈바노미터 스캐너를 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 예시된 바와 같이, 예정된 파단선(121, 122)은 최초 횡방향으로 이후 종방향으로 연속 유리 리본(4)으로 도입된다.
개별 유리 시트(2)의 절단 또는 유리 리본(4)에 대해 횡방향으로 연장되는 예정된 횡방향 파단선(121)을 따라 절단되거나 또는 파단되는 것에 의한 풀 바디 커트(FBC)로 알려진 것은 기계적 분리 수단(28)을 사용하여 달성될 수 있고, 이는, 레이저 필라멘트화 이후, 유일하게 특히 낮은 분리력이 적용될 필요가 있거나 분리력을 필요로 하지 않는다. 비드 커트, 즉, 유리 리본(4)의 예정된 종방향 파단선(122)에 따른 비드(13)의 절단은 특히 낮은 분리력에 의해서, 예를 들어 간단한 당김에 의해 및/또는 가속 벨트(29) 상에서의 전환에 의해 실시될 수 있다. 전진 방향으로 개별 유리 시트(2)를 분리하기 위해 사용되는 가속 벨트(29)는 또한 예를 들어 분리 수단(28)의 일부를 형성하거나, 또는 분리 수단(28)을 나타낼 수 있다.
유리 시트(2)가 절단되어 분리되는 경우, 이는 전진 수단(24)에 의해 검사 유닛(39)으로 운반될 수 있다. 검사 유닛(39)은 그 중에서도 유리 시트의 치수 및 그의 에지 품질을 확인할 수 있다.
양호한 에지 품질을 달성하기 위해, 특히 응력을 도입하거나 또는 예를 들어 CO2 레이저를 사용하여 온도차를 도입하여 열 응력을 유도하는 것에 의해 유리 리본(4)을 열적으로 분리할 필요가 없으며, 즉, 예를 들어, 갑작스러운 온도 감소, 예컨대, 저온 충격에 의한 열 절단 공정 및 열 충격 컷팅로서 알려진 것을 이용하는 분리가 필요하지 않다.
분리는 예를 들어, 구형 롤러를 사용하여 기계적 장력을 도입함으로써, 또는 구형 롤러 위로 예정된 파단선을 유도함으로써 달성될 수 있다. 유리 리본(4)의 나머지로부터 분리된 비드(13)는 이후 예를 들어 컬릿 컨테이너(cullet container) 내에서 수집될 수 있고, 선택적으로, (컬릿 벙커 또는 다른 공간에서) 유리 리본과 떨어지게 될 수 있다.
본 발명의 방법에 따라, 유리 리본(4)은 예정된 유리 두께(d)의 함수로서 선택된 어닐링 속도로 어닐링되고, 어닐링 속도는 바람직하게는 예정된 유리 두께(d)가 더 적을수록 더 높아지거나, 또는 바람직하게는 어닐링 속도는 예정된 유리 두께가 더 클수록 더 낮아진다.
도 4는 유리 두께의 함수로서의 선택된 어닐링 속도의 그래프이다. 도 4는 특히 Schott AG로부터의 예시적인 유리 AF32에 의해 25 μm 내지 110 μm의 범위인 유리 리본(4)의 유리 두께(d)의 함수로서의 40 K/s 내지 325 K/s의 범위의 어닐링 속도를 나타낸다(곡선 (a)).
명칭 AF32 하에 Schott AG에 의해 시판되는 유리는 본 방법에 매우 적합한 무알칼리 유리의 일 부류 중의 무알칼리 알루미늄 보로실리케이트 박막 유리이며, 이는 하기 성분을 중량% 단위로 함유한다:
Figure pat00001
MgO, CaO,및 BaO의 함량의 합계는 8 내지 18 중량%의 범위이다.
예시적인 구현예에 기초한 유리는 중량% 단위로 하기 조성을 갖는다:
Figure pat00002
AF32 유리는 높은 광투과율, 2430 kg/m3의 밀도(ρ), 및 0.3 N/m의 표면 장력(γ), 2 W/mK의 열전도도(λ), 및 1360　J/kgK의 비열용량(cp)을 나타낸다. AF32 유리의 변태 온도(transformation temperature)(Tg)는 713 ℃이다. AF32 유리는 규소의 것에 매우 근사한 낮은 열팽창 계수를 갖는다. 또한, 특히 1 nm 미만의 낮은 조도(RMS)를 갖는 매끄러운 표면은 하향-인발 공정에 의해 생성될 수 있다. 적용 온도는 최대 대략 600 ℃까지의 범위이다.
본원에 기재된 본 방법에 대해 적합한 다른 부류의 유리는 중량% 단위로 하기 성분을 함유한다:
Figure pat00003
일 구현예에서, 유리는 하기 성분으로 제조된다:
Figure pat00004
추가의 예시적인 구현예에 따라, 유리 리본은 바람직하게는 50 μm ± 10 μm의 두께로 인발된다. 적합한 공정은 예를 들어 오버플로우 용융 공정이다.
이들이 박막 유리 리본으로 처리될 수 있고, 본원에 기재된 바와 같이 예정된 파단선을 도입함으로써 용이하게 구분되는 이유로 본 발명에 대해 매우 적합한 유리의 다른 부류는 중량% 단위로 하기 성분을 갖는다:
Figure pat00005
이러한 부류의 유리로부터의 하나의 예는 중량% 단위로 하기 조성을 갖는다:
Figure pat00006
이 조성의 유리 시트는 일반적으로 하기 특성을 갖는다:
Figure pat00007
화학적으로 강화될 수 있고, 본원에 기재된 방법에 의해 처리하기에 특히 적합한 다른 부류의 유리는 중량% 단위로 하기 성분을 함유한다:
Figure pat00008
유리는 또한 0 내지 1 중량%의 P2O5, SrO, BaO, 및 0 내지 1 중량%의 청징제(refining agent): SnO2, CeO2, 또는 As2O3, 또는 다른 청징제를 함유할 수 있다.
일 구현예에 따라, 상기 범위의 조성을 갖는 유리는 하기 두께 중 하나를 갖는 유리 시트를 제조하기 위해 사용된다: 35 μm ± 5 μm, 50 μm ± 5 μm, 75　μm ± 5 μm, 100 μm ± 10 μm. 상술한 부류의 유리는 하향-인발 공정 또는 오버플로우 용융 공정 둘 모두를 사용하여 박막 유리 리본으로 인발될 수 있고, 이러한 유리 리본은 높은 강도를 달성하면서 본원에 기재된 방법을 사용하여 예정된 파단선을 도입함으로써 유리 시트로 용이하게 분리될 수 있다. 선택적으로, 원하는 유리 두께는 이것이 인발 공정에서 불가능하거나 또는 곤란한 경우에 화학적으로 또는 기계적으로 박막화함으로서 달성될 수 있다.
이러한 부류의 유리로부터의 하나의 예는 중량% 단위로 하기 조성을 갖는다:
Figure pat00009
본원에 언급된 모든 유리는 30 내지 100 μm의 범위의 두께를 갖는 유리 리본으로 하향-인발에 의해 용이하게 처리될 수 있다.
예시된 예에 제한되지 않고, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 15 μm 내지 2 mm의 범위의 예정된 유리 두께(d)의 유리 리본(4)을 50 K/s 이상(도 4로 인하여 40 K/s), 바람직하게는 100 캘빈/s 이상, 가장 바람직하게는 150　캘빈/s 이상, 또는 200 캘빈/s 이상의 어닐링 속도로 어닐링시키는 것을 포함한다.
도 4의 그래프에 나타난 바와 같이, 두께가 30 μm인 유리 리본의 경우, 어닐링 속도는 바람직하게는 150 K/s 내지 300 K/s의 범위에서 선택되고, 두께가 50 μm인 유리 리본의 경우, 어닐링 속도는 바람직하게는 90 K/s 내지 180 K/s의 범위에서 선택되고, 두께가 100 μm인 유리 리본의 경우, 어닐링 속도는 바람직하게는 45 K/s 내지 90 K/s의 범위에서 선택된다.
따라서, 본원에 기재된 예시적인 예 또는 유리 조성에 제한되지 않고, 유리 리본은 바람직하게는 150 K/sㆍ30 μm　/d 내지 300 K/sㆍ30μm　/d의 범위의 어닐링 속도로 어닐링되고, 여기서 d는 유리 리본의 두께이다. 도 4에서의 곡선 (b)는 (1/d)ㆍ300 K/sㆍ30 μm의 상한값을, 곡선 (c)는 (1/d)ㆍ150 K/sㆍ30 μm의 하한값을 나타낸다.
이러한 바람직한 범위는 대안적으로 하기와 같이 표현될 수 있다: 유리 리본은 바람직하게는 (1/d)ㆍ4500 캘빈ㆍμm/s(곡선 (c)) 내지 (1/d)ㆍ9000 캘빈ㆍ μm/s(곡선 (b))의 범위의 어닐링 속도에서 어닐링되고, 여기서 d는 유리 리본의 두께이다.
본 발명에 따른 방법은 놀랍게도 예로서 도 5 및 6에 나타난 바와 같이 유리 두께를 고려하는 경우에, 심지어 높은 어닐링 속도에서도 높은 에지 강도를 갖는 유리 시트를 달성할 수 있게 한다.
도 5는 유리 두께의 함수로서의 에지 강도 및 어닐링 속도의 그래프이고, 도 6은 유리 두께의 함수로서의 어닐링 속도-의존적 에지 강도의 계수의 그래프를 나타낸다. 도 5는 Schott　AG로부터의 예시적인 유리 AF32에 대해 20 μm 내지 110 μm의 범위의 유리 두께의 함수로서의 85 MPa 내지 155 MPa(곡선 (f))의 범위의 에지 강도 및 40 내지 230 캘빈/s의 범위의 어닐링 속도(곡선 (e))의 그래프를 나타낸다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 30 μm의 유리 두께 및 150 캘빈/s의 어닐링 속도를 사용하는 경우, 에지 강도는 대략 90 MPa이고; 50 μm의 유리 두께 및 120 캘빈/s의 어닐링 속도를 사용하는 경우, 에지 강도는 대략 140 MPa이고; 100 μm의 유리 두께 및 70 캘빈/s의 어닐링 속도를 사용하는 경우, 에지 강도는 대략 155 MPa이다. 모든 에지 강도는 유리의 사용 응용분야에 대해 충분하다. 이는 더 얇은 유리가 더 낮은 에지 강도를 나타내지만, 그러나 이는 그것의 작은 두께로 인하여 매우 높은 가요성을 나타내기 때문에 특히 그러하다. 작은 두께로 인하여, 유리가 굽혀지는 경우에 에지에서 일어나는 응력은 낮다.
이러한 관계는 MPa*K/s 단위로의 "어닐링-의존적 에지 강도" 계수(KGK)로 기재될 수 있다.
KGK = KG / K, 상기 식에서, KG는 MPa 단위의 에지 강도이고, K는 K/s 단위로의 어닐링 속도이다.
도 6은 Schott AG로부터의 AF32 유리의 예에 대해 20 μm 내지 110 μm의 범위의 유리 두께의 함수로서의 0.3 내지 2.5 MPa*s/K의 범위의 어닐링 속도-의존적 에지 강도 계수의 그래프이다. 본원에 개시된 분리 방법을 사용하는 경우, 어닐링 속도에 대한 에지 강도의 계수는 예시적인 예에 제한되지 않고 층 두께에 대한 선형 관계를 나타내는 것으로 밝혀졌다.
AF32 유리에 대한 예에서, 도 6에서의 값은 하기 관계로 주어진다:
KGK = KG / K, (KGK = -0.16974 + 0.02434 * d),
상기 식에서, d는 마이크로미터로의 유리의 두께이다.
적어도 30 μm의 유리 두께의 경우, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 바람직하게는 0.2 MPaㆍs/캘빈 초과, 보다 바람직하게는 0.5 MPaㆍs/캘빈 초과이다. 상기 관계를 KG = K * KGK로 전환하는 경우에, 30 μm 이상의 유리 두께에 대해 생성된 에지 강도(KG)는 하기와 같다:
0.6 MPaㆍs/K의 어닐링-의존적 에지 강도 계수(KGK)를 사용한 경우에 150 MPaㆍs/K의 어닐링 속도(K)에 대해 90 MPa의 에지 강도(KG);
0.2 MPaㆍs/K의 어닐링 속도-의존적 에지 강도 계수(KGK)를 사용한 경우에 150 MPaㆍs/K의 어닐링 속도(K)에 대해 30 MPa의 에지 강도(KG);
0.5 MPaㆍs/K의 어닐링 속도-의존적 에지 강도 계수(KGK)를 사용한 경우에 300 MPaㆍs/K의 어닐링 속도(K)에 대해 150 MPa의 에지 강도(KG).
50 μm 이상의 유리 두께의 경우, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 바람직하게는 0.5 MPaㆍs/캘빈 초과, 보다 바람직하게는 0.9 MPaㆍs/캘빈 초과이다. 따라서, 50 μm 이상의 유리 두께의 경우,
0.5 MPaㆍs/K의 어닐링 속도-의존적 에지 강도 계수(KGK)를 사용한 경우에 90 MPaㆍs/K의 어닐링 속도(K)에 대해 45 MPa의 에지 강도(KG)가 생성되고; 그리고
0.9 MPaㆍs/K의 어닐링 속도-의존적 에지 강도 계수(KGK)를 사용한 경우에 180 MPaㆍs/K의 어닐링 속도(K)에 대해 162 MPa의 에지 강도(KG)가 생성된다.
100 μm 이상의 유리 두께의 경우, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 바람직하게는 1.5 MPaㆍs/캘빈 초과, 보다 바람직하게는 2 MPaㆍs/캘빈 초과이다. 따라서, 100 μm 이상의 유리 두께의 경우,
1.5 MPaㆍs/K의 어닐링 속도-의존적 에지 강도 계수(KGK)를 사용한 경우에 45 MPaㆍs/K의 어닐링 속도(K)에 대해 67.5 MPa의 에지 강도(KG)가 생성되고; 그리고
2 MPaㆍs/K의 어닐링 속도-의존적 에지 강도 계수(KGK)를 사용한 경우에 90 MPaㆍs/K의 어닐링 속도(K)에 대해 180 MPa의 에지 강도(KG)가 생성된다.
따라서, 주어진 유리 두께의 경우, 유리 시트의 특정/예정된 에지 강도는 어닐링 속도를 선택함으로써 선택적으로 달성될 수 있다.
본 발명의 방법은 15 μm 내지 2　mm의 유리 두께를 갖는, 바람직하게는 100 μm, 50 μm, 또는 30 μm 이하의 유리 두께를 갖는, 또한 6 ppm/캘빈 초과의 열팽창 계수를 갖는 유리 시트를 제조하는 것이 가능하며, 유리 시트는 바람직하게는 7 초과, 특히 8 초과의 (DIN EN 843-5에 따른) 와이블 모듈러스 및 150 MPa 초과, 바람직하게는 180 MPa 초과의 에지 강도 또는 특징적인 파단시 응력을 갖는다.
[표]
Figure pat00010
상기 표는 하향-인발 공정을 사용하여 제조된 30 μm, 50 μm, 및 100 μm의 상이한 유리 두께에 경우에 Schott로부터의 레이저-커트 AF32 유리에 대한 강도 분포의 와이블 모듈러스 및 특징적인 파단 응력을 나타낸다.
와이블 모듈러스가 더 높을수록, 가공물, 본 경우의 유리 시트는 보다 균질하고 불량이 될 확률이 더 낮다. 높은 와이블 모듈러스는 본원에 개시된 방법에 의해 생성된 유리 시트(2)의 특별한 특징이다.
도 7 및 8은 파단시 응력의 함수로서의 불량률의 예시적인 와이블 그래프를 나타낸다. 도 7의 그래프는 표 항목 "AF32_50μm" 에 대한 데이터로부터 얻어진 측정값을 나타낸다. 따라서, AF32 유리로 제조된 유리 시트를 시험하였고, 50 μm의 두께를 가졌다. 도 8은 표 항목 "세트 1 - AF32_100μm"에 대한 측정값을 나타낸다. 따라서, 100 μm의 두께를 갖는 AF-32 유리 시트를 이러한 목적을 위해 시험하였다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 유리 시트는 전형적으로 필라멘트 결함에 따른 분리에 의해 생성된 거친 표면 영역, 및 이들 사이의 본질적으로 편평한 표면 영역을 갖는다. 편평한 표면 영역 대 거친 표면 영역의 면적비는 일반적으로 3:10 내지 2:1이다. 이러한 예는 인접한 이격된 필라멘트 결함(14)으로 이루어진 예정된 파단선을 도입하고, 이후 예정된 파단선을 따라 유리 리본을 절단하여 본 개시내용에 따른 방법에 의해 제조된 에지(30)에 의해 범위가 정해진 유리 시트(2)의 면(51)의 도 9의 현미경사진으로 보여진다. 필라멘트 결함(14)은 여전히 반-개방 채널로서 에지(30)에서 볼 수 있다. 이러한 채널은 에지(30) 상에 거친 표면 영역(41)을 형성한다. 편평한 표면 영역(40)은 이러한 거치 표면 영역들 사이에서 연장된다.
또한, 에지(30)의 텍스처는 도 10의 예에서 볼 수 있다. 도 10은 30 μm의 두께를 갖는 유리 시트(2)의 에지(30)의 표면 영역의 현미경사진을 나타낸다. 여기서 분명하게 볼 수 있는 것은 하나의 면(51)으로부터 반대편 면(52)까지 연장되고, 이들 사이에서 비교적 더 편평한 표면 영역(40)이 연장되는 거친 표면 영역들을 형성하는 필라멘트 결함(14)의 주기적 패턴이다.
상기에서 앞서 논의한 바와 같이, 높은 와이블 모듈러스를 갖는 특별하게 강한 에지(30)는 레이저 빔(20)의 광도가 예정된 파단선(12)에 따른 방향에서 이에 대해 수직한 방향보다 더 크도록 빔 프로파일을 조정함으로써 얻을 수 있다. 이는 예정된 파단선에 따른 방향에서 이에 대해 수직한 방향보다 더 큰 치수를 갖는 빔 프로파일에 의해 달성된다. 예정된 파단선에 대해 수직한 치수(As) 및 예정된 파단선에 대해 평행한 치수(Ap)는 도 2의 패널 (a)의 예에 나타나 있다. 이와 관련하여, 도 11은 추가로 예정된 파단선에 따른 초점 영역(22)의 강도 프로파일(43) 및 예정된 파단선에 대해 수직한 초점 영역(22)의 강도 프로파일(44)의 개략도를 나타낸다. 치수(As 및 Ap)는 광도가 그것의 최대값(Imax)으로부터 1/e 계수로 감소된 값, I1/e까지 떨어진 범위로서 고려될 수 있다. 나타난 바와 같이, As는 Ap보다 작다. 보다 일반적으로, 나타난 예로 제한되지 않고, 바람직한 구현예에 따라, 레이저 빔(20)은 초점 영역(22)에서 예정된 파단선에 따른 방향에서 또는 전진 수단에 의해 유발된 유리 리본(4)에서의 레이저 빔(20)의 이동 방향에 따른 방향에서의 레이저 빔(20)의 치수(Ap)가 예정된 파단선에 대해 수직한 방향에서의 치수(As)보다 1.3 내지 5배의 범위, 바람직하게는 1.5 내지 4배의 범위로 더 크도록 적절한 빔-성형 광학계(18)에 의해 성형되는 것으로 고려된다. 빔 프로파일이 과도하게 변형되는 경우, 광도 분포는 매우 커질 수 있고, 이는 유리에서의 필라멘트 결함의 효과적인 형성을 방해한다.
본 개시내용은 도면에 예시된 특정 예시적인 구현예로 제한되지 않으나, 오히려 청구항의 특징의 범위 내에서 다양한 방식으로 변화될 수 있는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 실시예 (b), (f), 및 (g) 이외에, 빔 프로파일의 다수의 다른 비-거울-대칭 형상이 고려가능하며, 특히 이는 전진 방향에 대해 수직한 반사와 관련하여 비대칭형 빔 프로파일을 갖는다. 예를 들어, 예정된 횡방향 파단선을 도입하기 위한 레이저 빔(20)의 이동은 또한 도 3에 나타난 것과 달리 광학계의 기계적 이동에 의해, 특히 유리 리본(4) 상에서 빔-성형 광학계와 함께 전체 초단 펄스 레이저(16)를 이동시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 레이저는 예를 들어 캐리지(carriage)를 사용하여 트래버스(traverse) 상에서 이동될 수 있거나, 또는 빔은 이동식 반사 편향 프리즘 또는 거울에 의해 상이한 횡방향 위치에서 유리 리본 상으로 유도될 수 있다.
1 유리 시트(2)를 제조하기 위한 장치
2 유리 시트
4 유리 리본
6 슬롯-형상 노즐
8 고온 형성 수단
10 용융된 유리
12 예정된 파단선(들)
121 예정된 횡방향 파단선(들)
122 예정된 종방향 파단선(들)
13 비드
14 필라멘트 결함(들)
15 가압 롤러
16 초단 펄스 레이저
18 빔-성형 광학계
20 레이저 빔
22 초점 영역
24 전진 수단
26 어닐링 수단
27 레어
28 분리 수단
29 가속 벨트
30 에지
32 - 38 빔 프로파일
39 검사 유닛
40 편평한 영역
41 거친 영역
43 예정된 파단선에 따른 초점 영역(22)의 강도 프로파일
44 예정된 파단선에 대해 수직한 초점 영역(22)의 강도 프로파일
51, 52 유리 리본(4)의 면들
240 컨베이어 벨트
241 편향 광학계
d 유리 두께

Claims (25)

  1. 유리 시트(2)의 제조 방법으로서,
    - 용융된 유리(10)로부터 15 μm 내지 2 mm의 범위의 예정된 유리 두께(d)를 갖는 연속 유리 리본(4)을 고온 형성하는 단계;
    - 예정된 유리 두께(d)의 함수로서 선택된 어닐링 속도로 유리 리본(4)을 어닐링하는 단계;
    - 적어도 하나의 초단 펄스 레이저(16)에 의해 레이저 빔(20)을 생성하는 단계;
    - 초점 영역(22)이 유리 리본(4)의 유리 두께보다 더 길도록 빔-성형 광학계를 사용하여 레이저 빔(20)의 초점 영역(22)을 생성하는 단계;
    - 필라멘트 결함(14)이 바람직하게는 유리 리본(4)의 하나의 면(51)으로부터 반대편 면(52)까지 연장되며, 여기서 필라멘트 결함(14)은 예정된 파단선(12)을 따라 서로 이격되어 도입되는 방식으로, 레이저 빔(20)을 사용하여 필라멘트 결함(14)으로 이루어진 예정된 파단선(12)을 유리 리본(4)에 도입하는 단계;
    - 이에 의해 각각 비후된 비드(thickened bead)(13)를 포함하는 가장자리를 갖는 이의 어느 한 쪽에, 유리 리본(4)에 대해 수직한 예정된 횡방향 파단선(121) 및 유리 리본(4)의 종방향으로의 예정된 종방향 파단선(122)를 생성하는 단계;
    - 예정된 종방향 파단선(122)을 따라 비드(13)를 분리하여 이에 의해 에지(30)를 형성하는 단계; 및
    - 유리 리본(4)에 대해 수직하게 연장된 예정된 횡방향 파단선(122)을 따라 절단하여 이에 의해 에지(30)를 형성함으로써 유리 시트(2)를 분리하는 단계
    를 포함하는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유리 리본(4)이 40 캘빈/s 이상, 바람직하게는 100 캘빈/s 이상, 가장 바람직하게는 150 캘빈/s 이상 또는 200 캘빈/s 이상의 어닐링 속도로 어닐링되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유리 리본(4)이 (1/d)ㆍ4500　캘빈/(sㆍμm) 내지 (1/d)ㆍ9000 캘빈/(sㆍμm)의 범위의 어닐링 속도로 어닐링되며, 여기서 d는 유리 리본(4)의 두께인 유리 시트(2)의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 리본(4)의 어닐링은 예정된 파단선(12)의 도입 이전에 대략 유리 전이 온도에서, 바람직하게는 연화점 미만의 온도에서, 가장 바람직하게는 유리 전이 온도 미만의 온도에서 수행되고, 여기서 선택적으로 유리 리본(4)의 어닐링은 또한 예정된 파단선(12)의 도입 과정 및/또는 그 이후에 수행되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 어닐링은 특히 가열 요소를 사용하여 레어(lehr)(27)에서 수행되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 빔(20)의 빔 프로파일은 레이저 빔(20)의 치수가 이에 대해 수직한 방향보다 예정된 파단선(12)의 방향에서 더 크도록 성형되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 빔-성형 광학계(18)는 바람직한 측면 방향을 갖는 빔 프로파일, 바람직하게는 타원형 빔 프로파일(32), 또는 방울-형상 빔 프로파일(32), 또는 이중 빔의 형태로의 빔 프로파일, 또는 다이아몬드-형상 빔 프로파일(35), 또는 아령-형상 빔 프로파일(36), 또는 쐐기-형상 빔 프로파일(37), 또는 주요 빔 및 더 낮은 강도 또는 치수의 위성(satellite)을 포함하는 빔 프로파일(38)을 생성하도록 사용되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 빔-성형 광학계(18)는 레이저 빔(20)의 초점 영역(22)이 예정된 파단선에 대해 수직한 방향에서의 치수보다 1.3 내지 5배의 범위로, 바람직하게 1.5 내지 4배의 범위로 더 큰, 예정된 파단선에 따른 방향에서의 치수를 갖도록 레이저 빔(20)을 성형하기 위해 사용되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 필라멘트 결함(14)은 전진 방향에 대해 수직한 반사에 대해 비대칭형 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔(20)을 사용하여 도입되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 필라멘트 결함(14)은 유리 두께(d) 이하의 간격, 바람직하게는 1 μm 내지 10 μm, 바람직하게는 3 μm 내지 8 μm의 범위의 인접한 필라멘트 결함(14) 사이의 평균 간격을 갖도록 나란히 도입되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 예정된 파단선(12)이 도입되는 순서는 우선 예정된 횡방향 파단선(121)을 생성하도록 유리 리본(4)에 대해 횡방향이며, 그 다음 예정된 종방향 파단선(122)을 생성하도록 유리 리본(4)에 대해 종방향인 유리 시트(2)의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 초단 펄스 레이저(16)가 사용되며, 적어도 하나의 제1 초단 펄스 레이저(16)는 예정된 횡방향 파단선(121)을 도입하고, 적어도 하나의 제2 초단 펄스 레이저(16)는 예정된 종방향 파단선(122)을 도입하는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 식: KGK = KG / K, 또는 KG = KGK * K을 충족시키는 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)을 나타내는 에지(30)를 갖는 유리 시트(4)가 제조되며, 상기 식에서 KG는 MPa 단위의 강도값을 의미하고, K는 캘빈/s 단위의 어닐링 속도를 의미하고; 여기서
    30 μm 이상의 유리 두께(d)의 경우, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 0.2 MPaㆍs/캘빈 초과, 바람직하게는 0.5 MPaㆍs/캘빈 초과이고;
    50 μm 이상의 유리 두께(d)의 경우, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 0.5 MPaㆍs/캘빈 초과, 바람직하게는 0.9 MPaㆍs/캘빈 초과이고; 그리고
    100 μm 이상의 유리 두께(d)의 경우, 어닐링-의존적 에지 강도(KGK)는 1.5 MPaㆍs/캘빈 초과, 바람직하게는 2 MPaㆍs/캘빈 초과인 유리 시트(2)의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 적어도 하나의 가압 롤러, 가압 에지를 사용하여, 또는 흡인(suction)에 의해 초점 영역 내의 그것의 축방향 위치에 유리 리본(4)을 고정시키는 것을 포함하는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 예정된 종방향 파단선(122)에 따른 비드(13)의 분리 및 유리 리본에 대해 수직하게 연장된 예정된 횡방향 파단선(121)에 따른 절단에 의한 유리 시트(2)의 분리가 기계적으로 달성되는 유리 시트(2)의 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 청구된 방법에 의해 제조가능한 15 μm 내지 2 mm의 범위의 유리 두께(d)를 갖는 유리 리본(4)으로서, 유리 리본(4)은 비드(13)가 분리될 수 있도록, 가장자리의 내부에 필라멘트 결함(14)에 의해 획정된 예정된 종방향 파단선(122)을 갖고, 그리고 유리 시트를 분리하기 위한 유리 리본(4)에 대해 수직한 필라멘트 결함(14)에 의해 획정된 예정된 횡방향 파단선(121)을 갖고, 여기서 필라멘트 결함(14)은 바람직하게는 유리 리본(4)의 하나의 면(51)으로부터 반대편 면(52)까지 연장되고, 필라멘트 결함(14)은 예정된 파단선(12)을 따라 이격되어 도입되는 유리 리본(4).
  17. 제16항에 있어서, 도입된 필라멘트 결함(14)은 서로에 대해 1 μm 내지 10 μm, 바람직하게는 3 μm 내지 8 μm의 범위의 인접한 필라멘트 결함(14) 사이의 평균 간격으로, 최대 유리 두께(d)만큼의 깊이에 있는 유리 리본(4).
  18. 15 μm 내지 2 mm의 유리 두께(d), 바람직하게는 100 μm 또는 50 μm 또는 30 μm 이하의 유리 두께(d), 바람직하게는 6 ppm/캘빈 초과의 열팽창 계수를 갖는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 청구된 방법에 따라 제조가능한 유리 시트(2)로서, 7 초과의 (DIN EN 843-5에 따른) 와이블 모듈러스 및 130 MPa 초과, 바람직하게는 150 MPa 초과의 특징적인 파단시 응력을 나타내는 유리 시트(2).
  19. 제18항에 있어서, 유리 시트(2)는 필라멘트 결함(14)을 갖는 거친 표면 영역(41) 및 그들 사이의 필라멘트 결함이 없는 편평한 표면 영역(40)을 갖는 유리 시트(2).
  20. 제19항에 있어서, 편평한 표면 영역(40) 대 거친 표면 영역의 면적비는 3:10 내지 2:1인 유리 시트(2).
  21. 전자 부품에 대한 중간 기재 또는 스페이서를 절연시키기 위해, 광전자 부품을 캡슐화하기 위해, 박막 전지 예컨대 박막 배터리 또는 박막 태양 전지에 대한 기판으로서, 디스플레이, 및 미세유체 셀에 대한 복합 기판으로서의 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 청구된 유리 시트 또는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 청구된 방법에 의해 제조가능한 유리 시트의 용도.
  22. 유리 시트(2)의 제조를 위한, 특히 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 청구된 유리 시트(2)의 제조 방법을 위한 장치(1)로서,
    - 용융된 유리(10)로부터 15 μm 내지 2 mm의 범위의 예정된 유리 두께(d)를 갖는 연속 유리 리본(4)을 고온 형성하기 위한 수단(8);
    - 각각 비후된 비드(13)를 포함하는 가장자리를 갖는 이의 어느 한 쪽에 유리 리본(4)에 대해 수직한 예정된 횡방향 파단선(121)을 획정하고, 유리 리본(4)의 종방향으로의 예정된 종방향 파단선(122)을 획정하기 위해 예정된 부피의 유리 리본의 속으로 연장되는 이격된 필라멘트 결함(14)을 생성하기 위해 유리의 두께(d)보다 더 길도록 조정될 수 있는 초점 영역(22)을 갖는 레이저 빔(20)을 발생시키기 위한 적어도 하나의 초단 펄스 레이저(16) 및 빔-성형 광학계(18);
    - 유리 리본(4) 상에 예정된 파단선(12)의 의도된 경로를 따라 레이저 빔(20)을 배치시키기 위한 전진 수단(advancing mean)(24); 및
    - 예정된 유리 두께(d)의 함수로서 선택되는 어닐링 속도로 유리 리본(4)에 필라멘트 결함(14)을 도입하기 이전, 그 과정, 및/또는 그 이후에 유리 리본(4)을 어닐링하기 위해 배열되고 적용되는 어닐링 수단(26)
    을 포함하는 유리 시트(2)의 제조를 위한, 특히 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 청구된 유리 시트(2)의 제조 방법을 위한 장치(1).
  23. 제22항에 있어서, 예정된 종방향 파단선(122)을 따라 비드(13)를 분리하고, 유리 리본(4)에 대해 수직하게 연장된 예정된 횡방향 파단선(121)을 따라 절단하여, 이에 의해, 각 경우에서, 바람직하게는 기계적으로 에지(30)를 형성함으로써 유리 시트를 분리하기 위해 배열되고 적용되는 분리 수단(28)을 포함하는 장치(1).
  24. 제22항 또는 제23항에서 청구된 유리 시트(2)의 제조를 위한 장치(1)로서, 유리 리본(4)을 이동시키기 위한 전진 수단(24)은 적어도 하나의 가압 롤러, 가압 에지, 또는 초점 영역 내의 그것의 위치에 유리 리본(4)을 고정시키기 위한 흡인 수단을 포함하는 장치(1).
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 청구된 장치(1)로서, 하기 특징:
    - 빔-성형 광학계(18)가, 레이저 빔(20)이 이의 횡방향보다 예정된 파단선(12)의 방향에서 더 큰 치수를 갖도록 레이저 빔(20)의 빔 프로파일을 성형하기 위해 적용되는 특징;
    - 빔-성형 광학계(18)가, 전진 수단에 의해 야기되는 유리 리본(4) 상에서의 레이저 빔(20)의 이동 방향에 따른 방향에서의 레이저 빔(20)의 초점 영역(22)의 치수가 1.3 내지 5배의 범위로, 바람직하게는 1.5 내지 4배의 범위로 예정된 파단선에 대해 수직한 방향에서의 그것의 치수보다 더 크도록 레이저 빔(20)을 성형하기 위해 적용되는 특징
    중 적어도 하나를 갖는 빔-성형 광학계(18)를 포함하는 장치(1).
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