KR20220136284A - 박리에 대한 향상된 신뢰성을 갖는 플라스틱 프레임을 구비한 유리 물품 - Google Patents

박리에 대한 향상된 신뢰성을 갖는 플라스틱 프레임을 구비한 유리 물품 Download PDF

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KR20220136284A
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glass sheet
plastic
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KR1020220040565A
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레이 게이지 Ⅲ 깁슨
칼레드 라유니
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

본 개시의 구현예는 유리 물품에 관한 것이다. 유리 물품은 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 유리 시트를 포함한다. 제2 주 표면은 제1 주 표면에 대향한다. 유리 물품은 또한 플라스틱 물질로 만들어진 프레임을 포함한다. 플라스틱 물질은 ppm/℃의 단위를 갖는 열팽창계수(α)를 갖는다. 유리 물품은 유리 시트의 제2 주 표면을 프레임에 접착시키는 접착제를 더욱 포함한다. 접착제는 MPa의 단위를 갖는 전단 탄성계수(G)를 갖는다. 프레임의 플라스틱 물질과 접착제는
Figure pat00029
이도록 선택된다.

Description

박리에 대한 향상된 신뢰성을 갖는 플라스틱 프레임을 구비한 유리 물품{GLASS ARTICLE HAVING A PLASTIC FRAME WITH ENHANCED RELIABILITY AGAINST DELAMINATION}
본 출원은 2021년 3월 31일자에 출원된 미국 가출원 제63/168,450호의 우선권을 주장하고, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.
본 개시는 플라스틱 프레임(plastic frame)을 구비한 유리 물품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 접착층 및 플라스틱 프레임이 등가의 금속 프레임(equivalent metal frame)과 동일한 수준의 기계적 신뢰성을 제공하도록 선택된 유리 물품에 관한 것이다.
차량 내부는 장식용 표면을 포함하며, 이러한 표면에 디스플레이(display)가 혼입될 수 있다. 디스플레이 표면을 형성하는데 사용되는 물질은, 유리의 내구성 및 광학 성능을 나타내지 않는, 중합체(polymers)로 통상적으로 제한된다. 이와 같이, 유리 시트는, 특히, 디스플레이용 커버로 사용될 때 바람직하다. 이러한 유리 물품을 형성시키는 기존의 방법은, 유리 시트를 금속 프레임에 접착시키는 단계를 포함하며, 이는 향상된 기계적 신뢰성을 제공한다. 그러나, 이러한 금속 프레임은 물질 가격 및 제작의 측면에서 더 고비용이 든다. 더욱이, 금속 프레임은, 플라스틱과 같은, 다른 비-금속 물질보다 더 무겁다.
따라서, 본 개시는 박리에 대한 향상된 신뢰성을 갖는 플라스틱 프레임을 구비한 유리 물품을 제공한다.
하나의 관점에 따르면, 본 개시의 구현예는 유리 물품에 관한 것이다. 유리 물품은 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 유리 시트를 포함한다. 상기 제2 주 표면은 제1 주 표면에 대향한다. 유리 물품은 또한 플라스틱 물질로 만들어진 프레임을 포함한다. 플라스틱 물질은 ppm/℃의 단위를 갖는 열팽창계수(α)를 갖는다. 유리 물품은 유리 시트의 제2 주 표면을 프레임에 접착시키는 접착제를 더욱 포함한다. 접착제는 MPa의 단위를 갖는 전단 탄성계수(shear modulus)(G)를 갖는다. 하나 이상의 구현예에서, 프레임의 플라스틱 물질 및 접착제는
Figure pat00001
이도록 선택되고, 여기서, A는 (MPa)(ppm/℃)+3의 단위를 갖고, 500,000이다.
또 다른 관점에 따르면, 본 개시의 구현예는 유리 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 유리 시트는 접착제를 사용하여 프레임에 부착된다. 유리 시트는 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면에 대향하는 제2 주 표면을 갖는다. 프레임은 ppm/℃ 단위의 열팽창계수(α)를 갖는 플라스틱 물질로 이루어지며, 접착제는 MPa 단위의 전단 탄성계수(G)를 갖는다. 하나 이상의 구현예에서, 프레임의 플라스틱 물질 및 접착제는
Figure pat00002
이도록 선택되고, 여기서, A는 (MPa)(ppm/℃)+3의 단위를 갖고, 500,000이다.
또 다른 관점에 따르면, 본 개시의 구현예는 차량 내부 구성요소에 관한 것이다. 차량 내부 구성요소는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 유리 시트를 포함한다. 상기 제2 주 표면은 제1 주 표면에 대향한다. 유리 두께(tg)는 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에서 정의된다. 유리 시트는 유리 탄성 계수(Eg) 및 유리 열팽창계수(αg)를 갖는 유리 물질로 이루어진다. 차량 내부 구성요소는 또한 플라스틱 물질로 이루어진 프레임을 포함하며, 플라스틱 두께(tp)를 갖는다. 플라스틱 물질은 플라스틱 탄성 계수(Ep) 및 플라스틱 열팽창계수(αp)를 갖는다. 접착제는 유리 시트의 제2 주 표면을 프레임에 접착시키고, 접착제는 전단 탄성계수(G)를 갖는다. 프레임의 플라스틱 물질, 접착제, 및 유리 시트의 유리 물질은,
Figure pat00003
이도록 선택된다.
부가적인 특색 및 장점들은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구현예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 대표적인 것이고, 청구범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다.
수반되는 도면은, 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 병합되며 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 하나 이상의 구현예(들)를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구현예의 원리 및 작동을 설명하는 역활을 한다. 도면에서:
도 1은, 대표적인 구현예에 따른, 차량 내부 시스템을 갖는 차량 내부의 사시도이다;
도 2a 및 2b는, 각각, 대표적인 구현예에 따른, 플라스틱 프레임을 구비한 V-형상 유리 물품 및 플라스틱 프레임을 구비한 C-형상 유리 물품을 도시한다;
도 3은, 대표적인 구현예에 따른, 유리 물품 및 프로세스 척(process chuck)의 분해 사시도를 도시한다;
도 4는, 대표적인 구현예에 따른, 기준 금속 프레임과 동등한 신뢰성을 갖는 플라스틱 프레임의 설계 공간(design space)을 개략적으로 도시한다;
도 5는, 대표적인 구현예에 따른, 기준 금속 프레임에 기초한 플라스틱 프레임에 대한 설계 공간의 대표 구현예를 도시한다;
도 6은, 대표적인 구현예에 따른, 접착층의 전단 탄성계수에 플라스틱 프레임에 대한 열팽창계수를 관련시킨 멱법칙 곡선(power law curve)에 맞으며, 기준 금속 프레임과 기계적으로 등가인 플라스틱 프레임의 구현예에 대한 열팽창계수 및 접착제 전단 탄성계수의 플롯을 도시한다;
도 7은, 대표적인 구현예에 따른, 등가의 금속 프레임의 두께에 기초한 플라스틱 프레임의 두께에 대한 플라스틱 프레임의 열팽창계수를 관련시킨 그래프를 도시한다;
도 8은, 대표적인 구현예에 따른, 등가의 금속 프레임의 강성(stiffness)에 기초한 플라스틱 프레임의 두께에 대한 플라스틱 프레임의 열팽창계수를 관련시킨 그래프를 도시한다;
도 9는, 대표적인 구현예에 따른, 유리 시트의 기하학적 치수를 도시한다.
이하, 차량 내부 시스템용 플라스틱 프레임을 구비한 유리 물품의 다양한 구현예에 대해 상세하게 언급될 것이며, 이의 실시예는 수반되는 도면에 예시된다. 이하 좀더 상세히 기재되는 바와 같이, 유리 물품은 프레임에 부착된 유리 시트를 포함한다. 이러한 유리 물품의 재료 및 제조 비용을 감소시키기 위해, 플라스틱 물질의 프레임을 형성시키는 것은 바람직하다. 그러나, 유리 물품을 혼입하는, 자동차와 같은, 차량은 종종 주변 기상 조건 및 엔진 작동의 결과로 극한의 온도에 노출된다. 전통적으로 사용된 금속 프레임과 비교하여, 플라스틱 프레임은 일반적으로 유리 시트를 프레임에 결합시키는 접착층에서 더 큰 내부 응력의 발달로 이어질 수 있는 극한 온도의 결과로 더 큰 치수 변화를 겪는다. 본 개시에 따르면, 플라스틱 프레임을 구비한 유리 물품의 열적 및 기계적 신뢰성에 기초한 설계 창(design window)은 개발된다. 특히, 본 개시의 구현예는 유리 물품을 금속 프레임을 구비한 비교 유리 물품만큼 신뢰할 수 있게 하는 플라스틱 프레임 및 접착 물질의 기계적 특성들 사이에 관계를 확립한다. 이들 및 다른 관점 및 장점들은, 도면에서 및 이하 제공되는 대표적인 구현예와 관련하여 보다 완전하게 기재될 것이다. 이들 구현예들은 제한이 아니라 예시로서 제시된다.
하기 논의를 위한 맥락을 제공하기 위해, 플라스틱 프레임을 구비한 유리 물품의 대표적인 구현예는 차량 내부 시스템의 특정 적용과 관련하여 기재될 것이다.
도 1은, 차량 내부 시스템(20, 30, 40)의 3가지 다른 구현예를 포함하는 차량의 대표적인 내부(10)를 나타낸다. 차량 내부 시스템(20)은, 디스플레이(26)를 포함하는 표면(24)과 함께, 센터 콘솔 베이스(center console base; 22)로 나타낸, 베이스를 포함한다. 차량 내부 시스템(30)은, 디스플레이(36)를 포함하는 표면(34)과 함께, 대시보드 베이스(32)로 나타낸, 베이스를 포함한다. 대시보드 베이스(32)는 통상적으로 디스플레이도 포함할 수 있는 계기판(38)을 포함한다. 차량 내부 시스템(40)은, 표면(44) 및 디스플레이(46)를 갖는, 스티어링 휠 베이스(42)로 나타낸, 베이스를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 여기에서의 구현예들 중 어느 하나의 차량 내부 시스템은, 팔걸이, 기둥, 등받이, 마루판, 머리 받침대, 도어 패널, 또는 표면을 포함하는 차량의 내부의 임의의 부분인 베이스를 포함한다. 구현예에서, 이러한 표면은 만곡되거나, 평면이거나, 또는 만곡된 부분과 평면 부분 모두를 포함한다.
여기에 기재된 유리 물품의 구현예는, 무엇보다도, 각각의 차량 내부 시스템(20, 30, 40)에 사용될 수 있다. 몇몇 이러한 구현예에서, 여기에서 논의된 유리 물품은, 대시보드, 센터 콘솔, 스티어링 휠, 도어 패널, 등의 비-디스플레이 표면을 또한 덮는 커버 유리 시트를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 유리 물질은, 이의 중량, 미적 외관, 등에 기초하여 선택될 수 있고, 패턴(예를 들어, 브러쉬된 금속 외관, 나뭇결 외관, 가죽 외관, 유색 외관, 등)을 포함하는 코팅(예를 들어, 잉크 또는 안료 코팅)이 제공되어 유리 구성요소를 인접한 비-유리 구성요소와 시각적으로 일치시킬 수 있다. 특정 구현예에서, 이러한 잉크 또는 안료 코팅은, 디스플레이(26, 36, 38, 46)가 비활성화될 때, 데드프론트 또는 색상 매칭 기능성(color matching functionality)을 제공하는 투명도 수준을 가질 수 있다. 더욱이, 도 1의 차량 내부가 자동차(예를 들어, 승용차, 트럭, 버스 및 이와 유사한 것) 형태의 차량을 도시하지만, 여기에 개시된 유리 물품은, 기차, 선박(보트, 배, 잠수함, 및 이와 유사한 것), 및 항공기(예를 들어, 드론, 비행기, 제트기, 헬리콥터 및 이와 유사한 것)와 같은, 다른 차량 내로 혼입될 수 있다.
구현예에서, 표면(24, 34, 44)은, (예를 들어, 10 m 이상의 곡률 반경을 갖는) 평평하거나 평면일 수 있고, 또는 구현예에서, 표면(24, 34, 44)은, 각각, 도 2a 및 2b에 나타낸 바와 같은 V-형상 또는 C-형상 만곡된 유리 물품과 같은, 다양한 만곡된 형상 중 어느 하나일 수 있다. 먼저, 도 2a를 참조하면, V-형상 유리 물품(50)의 구현예의 측면도를 나타낸다. 유리 물품(50)은, 제1 주 표면(54), 상기 제1 주 표면(54)에 대향하는 제2 주 표면(56), 및 제1 주 표면(54)을 제2 주 표면(56)에 연결하는 부 표면(58)을 갖는 유리 시트(52)를 포함한다. 제1 주 표면(54) 및 제2 주 표면(56)은 유리 시트(52)의 두께(T)를 정의한다. 구현예에서, 유리 시트(52)의 두께(T)는, 약 0.3 ㎜ 내지 약 2 ㎜의 범위, 예를 들어, 약 0.5 ㎜ 내지 약 1.1 ㎜의 범위일 수 있다. 차량에서, 제1 주 표면(54)은 차량의 탑승자를 향한다.
구현예에서, 제1 주 표면(54) 및/또는 제2 주 표면(56)은, 하나 이상의 표면 처리를 포함할 수 있다. 제1 주 표면(54) 및 제2 주 표면(56) 중 하나 또는 둘 모두에 적용될 수 있는 표면 처리의 예로는, 방-현 코팅, 반사-방지 코팅, 터치 기능성을 제공하는 코팅, 장식용(예를 들어, 잉크 또는 안료) 코팅, 및/또는 세정-용이성 코팅을 포함한다.
도 2a에서 볼 수 있는 바와 같이, 유리 시트(52)는, 제1 평평한 섹션(62a)과 제2 평평한 섹션(62b) 사이에 배치된 만곡된 영역(60)을 갖는다. 구현예에서, 만곡된 영역(60)은, 약 50 ㎜ 내지 실질적으로 평평하거나 평면보다 작은 곡률 반경(예를 들어, R ≥10 m)의 범위에서 곡률 반경(R)을 가질 수 있다. 더욱이, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 만곡된 영역(60)은, 제1 주 표면(54)에 대해 오목 곡선을 정의할 수 있지만, 다른 구현예에서, 만곡된 영역(60)은 대신에 제1 주 표면(54)에 대해 볼록 곡선일 수 있다.
도 2a의 유리 물품(50)에서, 프레임(64)은 접착층(66)을 사용하여 유리 시트(52)의 제2 주 표면(56)에 부착된다. 구현예에서, 접착층(66)은, 강화 에폭시, 가요성 에폭시, 아크릴, 실리콘, 우레탄, 폴리우레탄, 및 실란 변성 중합체와 같은, 구조용 접착제(structural adhesive)일 수 있다. 구현예에서, 접착층(66)은, 프레임(64)과 유리 시트(52) 사이에서, 약 0.5 ㎜ 내지 약 3 ㎜의 범위에서, 예를 들어, 약 1 ㎜의 두께를 가질 수 있다.
부분적으로, 프레임(64)은, 유리 물품(50)을 (도 1에 나타낸 바와 같은 센터 콘솔 베이스(22), 대시보드 베이스(32), 및/또는 스티어링 휠 베이스(42)와 같은) 차량 내부 베이스에 장착시키는 것을 용이하게 한다. 부가적으로, 만곡된 유리 물품(50)의 경우, 프레임(64)은 (적어도 만곡된 영역(60)에서) 만곡된 형상으로 유리 시트(52)를 유지하는 만곡된 프레임 지지 표면(65)을 가질 수 있다. 만곡된 유리 물품(50)의 구현예에서, 유리 시트(52)는 만곡된 영역(60)이 영구적이지 않은 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 유리 시트(52)가 접착층(66)을 사용하여 프레임(64)에 부착되지 않은 경우, 유리 시트(52)는 평면의, 비-만곡된 구성으로 다시 튀어나올 것이다. 따라서, 유리 시트(52)는 곡률을 생성하도록 응력을 받을 수 있고, 유리 물품(50)의 수명 동안 응력을 유지한다. 그래서, 이러한 방식으로, 만곡된 유리 물품(50)을 형성하는 동안, 타이트한 굽힘 반경(tight bend radiuses)에서도, 원하는 곡률은 유지될 수 있다.
도 2b는, 유리 물품(50), 특히, C-형상 유리 물품(50)의 또 다른 구현예를 도시한다. 도 2a의 V-형상 유리 물품(50)과 비교하여, 도 2b의 C-형상 유리 물품(50)은, 더 크게 만곡된 영역(60) 및 더 짧은 평평한 섹션(62a, 62b)을 갖는다. V-형상 및 C-형상은, 본 개시에 따라 생성될 수 있는 만곡된 유리 물품(50)의 2가지 예에 불과하다. 다른 구현예에서, 유리 물품(50)은, 무엇보다도, S-형상을 생성하기 위한 대향하는 곡률을 갖는 만곡된 영역(60), J-형상을 생성하기 위한 평평한 섹션(62a)이 뒤따르는 만곡된 영역(60), 및 U-형상을 생성하기 위한 평평한 섹션(62a)에 의해 분리되는 만곡된 영역(60)을 포함할 수 있다.
유리 물품(50)이 만곡된 구현예에서, 유리 물품(50)은 냉간-성형 기술(cold-forming techniques)에 의해 형성될 수 있다. 일반적으로, 냉간-성형의 공정은, 유리 시트(52)가 도 3의 분해도에 나타낸 바와 같이 척(68) 상에 위치되는 동안 유리 시트(52)에 굽힘력(bending force)의 적용을 포함한다. 볼 수 있는 바와 같이, 척(68)은 만곡된 성형 표면(70)을 갖고, 유리 시트(52)는 만곡된 성형 표면(70)과 일치하도록 굽혀진다. 구현예에서, 만곡된 성형 표면(70)은 제1 곡률 반경을 갖고, 만곡된 성형 표면(70)과 일치하도록 유리 시트(52)를 굽힐시, 유리 시트(52)는 제1 곡률 반경의 10%, 또는 7%, 또는 5%, 또는 2% 이내인 제2 곡률 반경을 가질 것이다. 더욱이, 구현예에서, 프레임(64)의 만곡된 지지 표면(65)은, 제1 곡률 반경 또는 제2 곡률 반경 중 하나 또는 둘 모두의 10%, 또는 7%, 또는 5%, 또는 2% 이내인 제3 곡률 반경을 갖는다. 구현예에서, 제1, 제2, 및 제3 곡률 반경은 50 ㎜ 이상이다.
구현예에서, 냉간-성형 공정은 또한 디스플레이 및/또는 터치 패널을 유리 시트(52)의 제2 주 표면(56)에 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 구현예들에서, 디스플레이는, 무멋보다도, 발-광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 LED(OLED) 디스플레이, 마이크로-LED 디스플레이, 양자점 LED(QLED) 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 또는 전자발광 디스플레이(ELD)일 수 있다. 구현예에서, 터치 패널은 대화형 터치 기능성(interactive touch functionality)을 제공한다. 디스플레이 패널 및/또는 터치 패널은, 예를 들어, 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여, 유리 시트(52)의 제2 주 표면(56)에 부착될 수 있다.
유리하게는, 유리 시트(52)에 곡률을 생성시키기 전에 평평한 유리 시트(52)에 표면 처리를 적용하는 것이 더 용이하고, (좀더 복잡한 공정에서 만곡된 물품에 적용되는 표면 처리를 필요로 하는, 표면 처리를 파괴시키는 열간-성형 기술과 관련된 고온의 경향과 비교하여) 냉간-성형은 처리된 유리 시트(52)가 표면 처리를 파괴시키지 않고 굽혀지는 것을 가능하게 한다. 구현예에서, 냉간-성형 공정은, 유리 시트(52)의 연화 온도보다 낮은 온도에서 수행된다. 특히, 냉간-성형 공정은, 실온(예를 들어, 약 20℃) 또는 약간 승온된 온도, 예를 들어, 200℃ 이하, 150℃ 이하, 100℃ 이하, 또는 50℃ 이하에서 수행될 수 있다.
본 개시에 따르면, 유리 물품(50)의 프레임(64)은 플라스틱으로 이루어진다. 구현예에서, "플라스틱"은 중합체 물질이 가장 큰 구성 성분 중 하나인 임의의 중합체 물질 또는 조성물, 예를 들어, 착색제, 충전제, 난연제, 산화방지제, 슬립 화합물(slip compounds), 가소제, 등와 같은, 다양한 통상적인 공정 첨가제 중 어느 하나를 또한 포함할 수 있는 조성물을 포함한다. 더욱이, "플라스틱"은, 연속 섬유 복합재(continuous fiber composites) 및 단섬유 복합재를 포함하는, 섬유 강화 중합체 매트릭스를 갖는 복합 물질을 포함한다. 구현예에서, 플라스틱은 또한 3개의 축(axes) 중 적어도 하나에서 높은 열팽창계수(예를 들어, > 40ppm/℃) 및 3개의 축 중 적어도 하나에서 낮은 모듈러스(예를 들어, < 10GPa)를 모두 갖는 물질로 정의될 수 있다. 프레임(64)으로 사용하기에 적합한 플라스틱의 예로는, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체 블렌드(PC/ABS) 뿐만 아니라 유리 섬유 및/또는 탄소 섬유 강화 PC/ABS를 포함한다.
강철, 알루미늄, 및 마그네슘의 합금과 같은, 금속과 비교할 때, 플라스틱의 열팽창계수(CTE)는 일반적으로 더 높으며, 이는 플라스틱 물질이 일반적으로 온도 변동의 결과로 더 큰 치수 변화를 겪을 것임을 의미한다. 차량이 겪을 수 있는 주변 기상 조건과 관련하여, 예를 들어, -20 ℉ 내지 120 ℉의 범위에 걸친 온도에 노출된 경우, 플라스틱의 더 높은 열팽창계수는, 프레임(64)을 전통적인 금속 프레임보다 온도 극한에서 더 많이 팽창하거나 수축하게 할 것이다. 이러한 부가적인 팽창 또는 수축은, 프레임(64)으로부터 유리 시트(52)의 박리로 이어질 수 있는 접착층(66)에 응력을 생성시킨다.
플라스틱 프레임을 사용하는 것과 관련된 박리의 증가된 가능성 때문에, 본 발명자들은 접착층(66)과 프레임(64)의 기계적 특성들 사이에 관계에 기초하여 플라스틱 프레임(64)을 구비한 유리 물품(50)에 대한 설계 공간을 결정했다.
접착층(66)에서 발생된 열적으로 유도된 응력은, 유리 물품(50)의 구성요소들 사이에 열팽창계수의 차이에 의해 생성된 변형으로부터 결과한다. 응력이 접착층(66)의 강도를 초과하면, 유리 시트(52)와 프레임(64) 사이에 박리는 발생하여, 유리 물품(50)의 파손을 결과할 수 있다. 접착층(66)에서 응력은, 유리 시트(52), 프레임(64), 및 접착층(66)의 특성의 함수로서 모델링될 수 있다. 구체적으로, 접착층(66)에서 최대 전단 응력(τmax)은 하기 수학식 1로 주어진다:
[수학식 1]
Figure pat00004
여기서, α x 는 열팽창계수(아래 첨자 x는 금속의 경우 m, 플라스틱의 경우 p, 유리의 경우 g, 또는 초기 값 또는 새 값의 경우, 각각, 0, 1)이고; G adh 는 접착제 전단 탄성계수(G0, G1, 등)를 나타내며; t adh 는 접착제 두께를 나타내고; ΔT는 (접착시의 온도로부터) 온도의 변화를 나타내며; L은 프레임 길이의 ½을 나타내고; 및 β는 하기 수학식 2에서와 같이 주어진다:
[수학식 2]
Figure pat00005
여기서, E x 는 영률이고, t x 는 물질 두께이다. 상기 수학식은 평면 및 만곡된 유리 물품(50) 모두에 적용된다. 특히, 만곡된 유리 물품(50)에 대한 굽힘 응력은 일반적으로 만곡된 및 평면 유리 물품들(50) 모두가 겪는 열팽창계수의 불일치로 인한 열 응력에 비해 작고, 게다가, 설계된 곡률과 관련된 굽힘 응력은 곡률이 동일하기 때문에 등가의 금속 및 플라스틱 프레임들에 대해 동일할 것이다.
전술된 바와 같이, 금속 프레임은 유리 물품에 전통적으로 사용되며, 이러한 금속 프레임을 구비한 유리 물품은 접착층에서 발생된 열 응력과 관련된 신뢰성에 대해 엄격하게 시험된다. 따라서, 본 발명자들에 의해 개발된 플라스틱 프레임(64)에 대한 설계 공간은, 금속 프레임을 구비한 전통적인 유리 물품이 겪을 수 있는 등가의 접착 응력을 결과하는, 각각의 물질 특성에 기초하여 접착층(66)과 플라스틱 프레임(64)의 조합을 찾는 것으로부터 유도된다. 금속 프레임을 구비한 유리 물품에 대한 최대 전단 응력에 상응하는 τ0 및 본 개시에 따른 플라스틱 프레임(64)을 구비한 유리 물품(50)에 대한 최대 전단 응력에 상응하는 τ1에 대해, 설계들 사이에 최대 전단 응력의 등가성은 다음과 같이 주어진다:
[수학식 3]
Figure pat00006
전통적인 금속 프레임을 플라스틱 프레임(64)으로 교체하려는 요구의 관점에서, 프레임의 치수는 길이(L)가 동일할 것이고, tanh(βL)가 거의 동일하고 1에 근접하도록 동일하게 유지될 것이다. 더욱이, 접착제 두께(t adh ) 및 온도 차이(ΔT)는, 금속 프레임을 구비한 유리 물품 및 플라스틱 프레임(64)을 구비한 유리 물품(50) 모두에 대해 동일하다. 부가하여, 동일한 유리 시트(동일한 두께 및 모듈러스)는 각 유리 물품에 대해 사용된다. 수학식 1, 2, 및 3을 사용하여, 금속 프레임을 구비한 유리 물품과 플라스틱 프레임(64)을 구비한 유리 물품(50) 사이에 다음 관계(수학식 4)는 전개된다:
[수학식 4]
Figure pat00007
여기서, 상수(Constant)는 비교를 위한 기준으로 금속 프레임을 구비한 유리 물품에 기초한다:
[수학식 5]
Figure pat00008
수학식 4 및 5는, 프레임의 영률과 두께, 및 유리의 영률과 두께를 고려한 분수항(fractional term)(f)을 활용하며, 분수항(f)은 수학식 1-3으로부터 유도될 수 있다. 플라스틱 프레임(64)을 갖는 유리 물품(50)과 관련된 분수항(f pg )은 다음과 같다:
[수학식 6]
Figure pat00009
금속 프레임을 갖는 유리 물품에 대한 분수항(f mg )에서, 금속의 영률과 두께는 플라스틱의 영률과 두께를 대체한다. 분수항들(f pg 및 f mg )은, 0 내지 1의 범위, 특히 0.05 내지 0.95의 범위로 제한된다. 이러한 제한은, 접착제 전단 탄성계수 값들(G adh )의 범위와 함께, 플라스틱 프레임(64)의 CTE, 영률, 및 두께에 기초하여 설계 공간의 발생을 가능하게 한다. 이러한 4개의 변수를 사용하여, 도 4는 플라스틱 프레임(64)을 구비한 유리 물품(50)에 대한 접착제 전단 응력이 금속 프레임을 구비한 주어진 유리 물품과 등가인 설계 공간을 도시한다. 즉, 도 4는 하기 수학식 7에 따른 설계 공간을 도시한다:
[수학식 7]
Figure pat00010
도 4에서 묘사는, 플라스틱 CTE 또는 플라스틱의 영률의 조작에 기초한 개략도이다. αp1 및 αp2로 표시된 곡선은, 프레임(64)의 플라스틱 물질의 CTE에 대한 경계 조건(boundary conditions)을 나타낸다. 예를 들어, 플라스틱 물질에 대한 경계 조건은, 약 5ppm/℃ 내지 약 100ppm/℃의 범위일 수 있다. 분수항(f pg )이 0에서 1까지 변함에 따라, 접착층(66)의 전단 탄성계수(G1)는 수학식 7에 기초하여 변경될 것이다. 유사하게, Ep1 및 Ep2로 표시된 곡선은, 프레임(64)의 플라스틱 물질의 영률에 대한 경계 조건을 나타낸다. 예를 들어, 플라스틱 물질에 대한 경계 조건은, 약 4 GPa 내지 약 40 GPa의 범위일 수 있다. 수학식 6으로부터, 분수항(f pg )은 플라스틱 물질의 영률 및 프레임(64)의 두께(t p )에 기초하여 결정되고, 따라서, 분수항(f pg )이 영률의 경계 조건에 대해 0에서 1로 갈수록, 프레임 두께(t p )는 수학식 6에 따라 변경될 것이다. 4개의 곡선(αp1, αp2, Ep1, 및 Ep2)에 의해 경계지워진 영역은, 최대 전단 응력의 측면에서 상수(Constant)를 정의하기 위해 기준으로 사용되는 금속 프레임을 구비한 유리 물품에 등가일 것인 플라스틱 프레임(64)을 구비한 유리 물품(50)에 대한 설계를 나타낸다. 구현예에서, 상수는, 다양한 합금, 예를 들어, 강철 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 등의 등가의 금속 프레임에 기초하여, 약 10 (ppm/℃)2MPa 내지 약 300 (ppm/℃)2MPa의 범위, 예를 들어, 약 13.6 (ppm/℃)2MPa 내지 약 257 (ppm/℃)2MPa의 범위이다.
특정 구현예에서, 설계 공간을 정의하는데 사용된 상수는 표 1에 나타낸 특성을 갖는 금속(Al 합금) 프레임을 구비한 대표 유리 물품에 기초한다.
금속 프레임을 갖는 기준 유리 물품의 물질 특성
물질 CTE(ppm/℃) 영률(MPa) 두께(㎜)
유리 7.88 76,600 0.7
접착제 100 1.07 1.0
금속(Al 합금) 23.8 70,300 4.0
전술된 경계 조건(αp = 5 - 100 ppm/℃ 및 E p = 4 - 40 GPa) 및 표 1로부터 기준 프레임 물질에 기초한 상수를 사용하여, 설계 공간은 도 5에서와 같이 발생되며, 여기서, 접착층(66)의 전단 탄성계수(G adh ) 및 플라스틱 프레임(64)의 두께(t p )는 물질 분수항(f pg )에 대해 플롯팅된다. 검은색 해치(black hatches)로 표시된, 실선과 점선 내에 함유된 공간은, 수학식 7에 대한 해법(solution)이 4가지 변수 모두에 대해 동시에 유효하고 등가의 접착제 전단 응력의 조건을 충족시키는 공간이다. 예를 들어, 플라스틱이, α p = 50 ppm/℃와 같은, 중간 CTE를 갖고, 플라스틱이 또한 E p = 4 GPa로 너무 딱딱하지 않은 경우, 그 결과로 생긴 등가의 응력에 대한 플라스틱 두께(t p )는 약 2 ㎜일 것이고, 접착제 전단 탄성계수(G adh )는 약 2 MPa일 것이다. 플라스틱의 CTE가 주어진 영률에 대해 더 작아짐에 따라, 접착제는 더 높은 전단 탄성계수(G adh )를 가져야할 필요가 있고, 프레임 두께(t p )는 증가할 필요가 있다.
등가의 응력에 대한 플라스틱 프레임(64) 특성을 결정하기 위한 제2 방법은 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation)을 사용하는 것이다. 이러한 절차는 균일한 분포(즉, 선택된 범위에 걸쳐 동일한 확률)로 각각 분포된 α p 및 f pg 의 무작위로 선택된 값들을 활용한다. 이러한 예에 대해 선택된 범위는, α p = 5 ppm/℃ 내지 80 ppm/℃, 및 f pg = 0.1 내지 0.9이다. 수학식 7은 다음과 같이 정정된다:
[수학식 8]
Figure pat00011
몬테카를로 시뮬레이션의 결과를 사용하여, α p 에 대한 G 1 의 플롯은 발생되고, 도 6에 나타낸다. 멱법칙 곡선은 G 1 이 α p 의 함수가 되도록 데이터에 맞춰지고, 수학식은 하기 수학식 9와 같이 제공된다:
[수학식 9]
Figure pat00012
계수(A) 및 지수(b)는 특정 등가의 금속 프레임 설계에 따라 다르다. 표 1의 특성을 갖는 등가의 금속 프레임 유리 물품의 경우, 멱법칙 수학식은 도 6에 나타낸 곡선에 대해 G1 = 146,683αp -3.35이다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 수학식 8을 만족시키는 데이터 점들은 멱법칙 곡선에 의해 정의된 곡선의 경계를 이룬다. 구현예에서, 지수(b)는 -3.5 내지 -3.0이다. 더욱이, 구현예들에서, 계수(A)는 100,000 내지 500,000이다. 하나 이상의 구현예에서, 계수(A)는 (MPa)(ppm/℃)+3의 단위를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 곡선 아래 영역은, τm > τp인 이들 영역들에서, 즉, 플라스틱 프레임에 대한 최대 응력이 등가의 금속 프레임의 최대 응력보다 작을 것이기 때문에, 기계적으로 신뢰할 수 있는 프레임을 생성할 수 있다. 특정 구현예에서, 전단 탄성계수(G1) 및 열팽창계수(αp)는, G1 ≤ 500,000αp -3, 또는 G1 ≤ 150,000αp -3, 또는 G1 ≤ 500,000αp -3.35, 또는 G1 ≤ 146,683αp -3.35이도록 선택된다. 구현예들에서, 전단 탄성계수(G1) 및 열팽창계수(αp)는, G1 ≥ 100,000αp -3.5이도록 선택된다. 하나 이상의 구현예에서, 프레임의 플라스틱 물질 및 접착제는
Figure pat00013
이도록 선택되며, 여기서, A는 (MPa)(ppm/℃)+3의 단위를 갖고, 약 100,000 내지 약 500,000의 범위(예를 들어, 150,000 내지 500,000, 200,000 내지 500,000, 250,000 내지 500,000, 300,000 내지 500,000, 350,000 내지 500,000, 400,000 내지 500,000, 100,000 내지 450,000, 100,000 내지 400,000, 100,000 내지 350,000, 100,000 내지 300,000, 100,000 내지 250,000, 100,000 내지 200,000)이다. 하나 이상의 구현예에서, 프레임의 플라스틱 물질 및 접착제는
Figure pat00014
이도록 선택된다.
수학식(수학식 10)은, 오직 2개의 변수, E p 및 α p 에 대해서, 플라스틱 프레임 두께(t p )에 대해 작성될 수 있다:
[수학식 10]
Figure pat00015
도 7은, 플라스틱 프레임(64)에 대한 CTE(α p )에 대한 두께(t p )의 플롯을 나타낸다. 등가의 설계 공간은 상부 및 하부 곡선에 의해 정의된 구역 내에 있다. 상부 곡선은 4 GPa의 영률 및 10 ㎜ 및 4 ㎜의 등가의 금속 프레임 두께를 갖는 플라스틱 물질을 고려했다. 하부 곡선은 40 GPa의 영률 및 10 ㎜ 및 4 ㎜의 등가의 금속 프레임 두께를 갖는 플라스틱 물질을 고려했다. 표 1의 금속의 영률 및 전술한 등가의 프레임 두께를 사용하여, 수학식 10에 대한 상수는 결정될 수 있고, 수학식 10을 사용하여, 플라스틱 프레임 두께(t p )는 구할 수 있다. 도 7은, 더 높은 CTE(예를 들어, 40 ppm/℃ 이상)에 대해 더 두꺼운 플라스틱 프레임이 요구되고, 더 낮은 영률에서 더 두꺼운 플라스틱 프레임이 요구됨을 보여준다. 구현예에서, 프레임(64)은, 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 범위, 예를 들어, 약 2 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 범위인 두께(t p )를 갖는다.
더욱이, 플라스틱 프레임(64)은 하기 수학식 11에 의해 입증된 바와 같이 강성의 측면에서 등가의 금속 프레임과 비교될 수 있다:
[수학식 11]
Figure pat00016
수학식 11에서, K는 강성이고, C는 기하 상수(geometric constant)이다. 폭(w)과 길이(L)가 등가의 금속 프레임 및 플라스틱 프레임(64) 모두에 대해 동일하다고 가정하면, 플라스틱 두께는 수학식 12에 따라 결정될 수 있다:
[수학식 12]
Figure pat00017
수학식 10과 12의 조합은, 플라스틱 프레임의 두께에 대해 하기 수학식이 제공된다:
[수학식 13]
Figure pat00018
도 8은, 수학식 10 및 13에 따른 등가의 강성의 곡선을 나타내는 그래프이다. 수학식 10에 따른 곡선은, 도 7에 나타낸 점선 곡선인, 상부 경계와 동일하다(도 7의 그래프는 로그 스케일(logarithmic scale)을 사용하는 반면, 도 8의 그래프는 사용하지 않음). 수학식 13에 따른 곡선은 도 8의 실선이다. 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 점선 및 실선은 두 지점에서 교차한다. 이러한 두 지점에서, 접착제의 전단 응력 및 프레임 강성은 플라스틱 프레임(64) 및 기준 금속 프레임에 대해 동일한다. 도 8의 그래프에 나타난 구현예의 경우, 두 위치는 약 55 ppm/℃ 및 약 12 ppm/℃의 CTE에 있다. 이들 지점들은, 각각, 10 및 12 ㎜의 플라스틱 프레임 두께로, 각각, 접착제 전단 탄성계수 G 1 = 0.2 MPa 및 33 MPa에 상응한다.
플라스틱 프레임(64) 및 접착층(66)의 특성이 결정될 수 있는 다양한 관계들을 기재하면서, 유리 시트(52)의 특성 및 조성물은 좀더 상세하게 기재될 것이다. 도 9를 참조하면, 유리 물품(50)의 유리 시트(52)의 부가적인 구조적 세부사항은 나타내고 기재된다. 위에서 언급한 바와 같이, 유리 시트(52)는 실질적으로 일정하고, 하나 또는 두 개의 주 표면에 대한 법선을 따라 제1 주 표면(54)과 제2 주 표면(56) 사이에 거리로서 정의되는 두께(T)를 갖는다. 다양한 구현예에서, T는 유리 시트의 평균 두께 또는 최대 두께를 지칭할 수 있다. 부가하여, 유리 시트(52)는, 두께(T)에 직교하는 제1 또는 제2 주 표면(54, 56) 중 하나의 제1 최대 치수로 정의되는 폭(W), 및 두께 및 폭 모두에 직교하는 제1 또는 제2 주 표면(54, 56) 중 하나의 제2 최대 치수로 정의되는 길이(L)를 포함한다. 다른 구현예에서, W 및 L은, 각각, 유리 시트(52)의 평균 폭 및 평균 길이일 수 있다.
다양한 구현예에서, 평균 또는 최대 두께(T)는 약 0.3 ㎜ 내지 약 2 ㎜의 범위일 수 있다. 다양한 구현예에서, 폭(W)은 약 5 ㎝ 내지 약 250 ㎝의 범위일 수 있고, 길이(L)는 약 5 ㎝ 내지 약 1500 ㎝의 범위일 수 있다. 전술된 바와 같이, 유리 시트(52)의 곡률 반경(예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같은 R)은 약 50 ㎜ 이상일 수 있다.
구현예에서, 유리 시트(52)는 강화될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 시트(52)는 표면으로부터 압축의 깊이(DOC)까지 연장되는 압축 응력을 포함하도록 강화될 수 있다. 압축 응력 영역은 인장 응력을 나타내는 중앙 부분에 의해 균형을 이룬다. DOC에서, 응력은 양의(압축) 응력에서 음의(인장) 응력으로 교차한다.
다양한 구현예에서, 유리 시트(52)는, 압축 응력 영역 및 인장 응력을 나타내는 중심 영역을 생성하기 위해 물품의 부분들 사이에 열팽창계수의 불일치를 활용하여 기계적으로 강화될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 시트는 유리를 유리 전이점보다 높은 온도로 가열한 다음 빠르게 퀀칭(quenching)시켜 열적으로 강화될 수 있다.
다양한 구현예에서, 유리 시트(52)는 이온 교환에 의해 화학적으로 강화될 수 있다. 이온 교환 공정에서, 유리 시트의 표면에 또는 그 근처의 이온은, 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체되거나 - 교환된다. 유리 시트가 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하는 구현예에서, 물품의 표면층에 있는 이온 및 더 큰 이온은, 1가 알칼리 금속 양이온, 예컨대, Li+, Na+, K+, Rb+, 및 Cs+이다. 선택적으로, 표면층에 있는 1가 양이온은, Ag+ 또는 이와 유사한 것과 같은, 알칼리 금속 양이온 이외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다. 이러한 구현예에서, 유리 시트로 교환된 1가 이온 (또는 양이온)은, 응력을 발생시킨다.
이온 교환 공정은, 통상적으로 유리 시트에 있는 더 작은 이온과 교환될 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조(또는 둘 이상의 용융염 욕조)에 유리 시트를 침지시켜 수행된다. 수성의 염 욕조가 또한 활용될 수 있음에 유의해야 한다. 부가하여, 욕조(들)의 조성물은, 하나 이상의 타입의 더 큰 이온 (예를 들어, Na+ 및 K+) 또는 단일의 더 큰 이온을 포함할 수 있다. 욕조 조성물 및 온도, 침지 시간, 염 욕조(또는 욕조들)에 유리 시트의 침지 횟수, 다중 염 욕조의 사용, 부가적인 단계, 예컨대, 어닐링, 세척, 및 이와 유사한 것를 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 이온 교환 공정에 대한 파라미터가, 일반적으로 (물품의 구조 및 존재하는 임의의 결정질 상을 포함하는) 유리 시트의 조성물 및 강화로부터 결과하는 유리 시트의 원하는 압축의 깊이(DOC) 및 압축 응력(CS)에 의해 결정된다는 것은, 당업자에 의해 이해될 것이다. 여기서 사용된 바와 같은, CS는 압축 응력층 내에서 측정된 가장 높은 압축 응력 값인, "최대 압축 응력"일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 최대 압축 응력은 유리 물품의 표면에 위치된다. 다른 구현예에서, 최대 압축 응력은 표면 아래의 깊이에서 발생할 수 있어, 압축 프로파일에 "매립된 피크(buried peak)"의 외관을 제공한다.
대표적인 용융 욕조 조성물은, 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염, 및 염화물을 포함할 수 있다. 통상적인 질산염은 KNO3, NaNO3, LiNO3, NaSO4 및 이들의 조합을 포함한다. 용융염 욕조의 온도는 통상적으로 약 380℃ 내지 약 450℃의 범위이고, 침지 시간은, 유리 시트 두께, 욕조 온도 및 유리(또는 1가 이온) 확산성에 따라 약 15분 내지 약 100시간의 범위이다. 그러나, 전술한 것과 다른 온도 및 침지 시간은 또한 사용될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 시트(52)는, 약 370℃ 내지 약 480℃의 온도를 갖는 100% NaNO3, 100% KNO3, 또는 NaNO3와 KNO3의 조합의 용융염 욕조에 침지될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 시트는, 약 5% 내지 약 90% KNO3 및 약 10% 내지 약 95% NaNO3를 포함하는 용융 혼합염 욕조에 침지될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 시트는, 제1 욕조에 침지된 후, 제2 욕조에 침지될 수 있다. 제1 및 제2 욕조들은, 서로 다른 조성물 및/또는 온도를 가질 수 있다. 제1 및 제2 욕조에서 침지 시간은 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 욕조에서 침지는, 제2 욕조에서 침지보다 길 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 시트는, 약 420℃ 미만(예를 들어, 약 400℃ 또는 약 380℃)의 온도를 갖는 NaNO3 및 KNO3(예를 들어, 49%/51%, 50%/50%, 51%/49%)을 포함하는 용융된, 혼합염 욕조에, 약 5시간 미만, 또는 심지어 약 4시간 이하 동안 침지될 수 있다.
이온 교환 조건은, 그 결과로 생긴 유리 시트의 표면에서 또는 그 근처에서 응력 프로파일의 기울기를 증가시키거나 또는 "스파이크(spike)"를 제공하도록 조정될 수 있다. 스파이크는, 더 큰 표면 CS 값을 결과할 수 있다. 이러한 스파이크는, 여기에 기재된 유리 시트에 사용된 유리 조성물의 독특한 특성에 기인하여, 단일 조성물 또는 혼합 조성물을 갖는, 단일 욕조 또는 다중 욕조에 의해 달성될 수 있다.
하나 이상의 1가 이온이 유리 시트 내로 교환되는 하나 이상의 구현예에서, 다른 1가 이온은, 유리 시트 내에 다른 깊이로 교환될 수 있고(및 다른 깊이에서 유리 시트 내에서 다른 크기의 응력을 발생할 수 있다). 그 결과로 생긴 응력-발생 이온의 상대 깊이는 결정될 수 있고, 응력 프로파일의 다른 특징을 유발할 수 있다.
CS는, Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된, FSM-6000과 같은, 상업적으로 이용 가능한 기기를 사용하는, 당업계에 알려진 수단을 사용하여, 예컨대, 표면 응력 측정기(FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은, 유리의 복굴절과 관련된, 응력 광학 계수(SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는, 궁극적으로, 명칭이 "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"이고, 이의 전체적인 내용이 여기에 참조로 병합된, ASTM C770-98(2013)에 기재된 섬유 및 4점 굽힘 방법들, 및 벌크 실린더 방법과 같이, 당업계에 알려진 방법으로 측정된다.
DOC는, 강화 방법 및 조건에 따라, FSM 또는 산란광 편광기(SCALP)(예컨대, 에스토니아, 탈린에 위치한, Glasstress Ltd.로부터 구입 가능한 SCALP-04 산란광 편광기)에 의해 측정될 수 있다. 유리 시트가 이온 교환 처리에 의해 화학적으로 강화되는 경우, FSM 또는 SCALP는 유리 시트로 교환되는 이온에 따라 사용될 수 있다. 칼륨 이온을 유리 시트 내로 교환시켜 유리 시트에 응력이 발생되는 경우, FSM은 DOC를 측정하는데 사용된다. 나트륨 이온을 유리 시트 내로 교환시켜 응력이 발생되는 경우, SCALP는 DOC를 측정하는데 사용된다. 칼륨 및 나트륨 이온을 유리 내로 교환시켜 유리 시트에 응력이 발생되는 경우, DOC는 SCALP에 의해 측정되는데, 이는 나트륨의 교환 깊이가 DOC를 나타내고, 칼륨 이온의 교환 깊이가 압축 응력의 크기에서 변화(그러나 압축에서 인장으로의 응력에서 변화가 아님)를 나타내는 것으로 믿어지기 때문이며; 이러한 유리 시트에서 칼륨 이온의 교환 깊이는 FSM에 의해 측정된다. 중심 장력 또는 CT는, 최대 인장 응력이며, SCALP에 의해 측정된다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 시트는 (여기에 기재된 바와 같이) 유리 시트의 두께(T)의 일부로서 기재되는 DOC를 나타내도록 강화될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 구현예에서, DOC는 약 0.05T 내지 약 0.25T의 범위일 수 있다. 몇몇 사례에서, DOC는 약 20 ㎛ 내지 약 300 ㎛의 범위일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 강화된 유리 시트(52)는 약 200 MPa 이상, 약 500 MPa 이상, 또는 약 1050 MPa 이상의 (유리 시트의 표면 또는 유리 시트 내에 깊이에서 발견될 수 있는) CS를 가질 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 강화된 유리 시트는, 약 20 MPa 내지 약 100 MPa의 범위에서 최대 CT를 가질 수 있다.
유리 시트(52)로서 사용하기에 적합한 유리 조성물은, 소다 라임 유리, 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 보로알루미노실리케이트 유리, 알칼리-함유 알루미노실리케이트 유리, 알칼리-함유 보로실리케이트 유리, 및 알칼리-함유 보로알루미노실리케이트 유리를 포함한다.
별도로 명시되지 않는 한, 여기에 개시된 유리 조성물은 산화물 기준으로 분석된 것으로 몰 퍼센트(mol%)로 기재된다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 66 mol% 내지 약 80 mol% 범위의 양으로 SiO2를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 3 mol% 내지 약 15 mol% 범위의 양으로 Al2O3를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 물품은, 알루미노실리케이트 유리 물품일 수 있거나 또는 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 유리 조성물 또는 이로부터 형성된 물품은 SiO2 및 Al2O3를 포함하고, 소다 라임 실리케이트 유리가 아니다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.01 mol% 내지 약 5 mol% 범위의 양으로 B2O3를 포함할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 B2O3가 실질적으로 없다. 여기에 사용된 바와 같은, 조성물의 성분과 관련하여, 문구 "실질적으로 없는"은, 성분이 초기 배칭(batching) 동안에 조성물에 능동적으로 또는 의도적으로 첨가되지 않지만, 약 0.001 mol% 미만의 양으로 불순물로서 존재할 수 있음을 의미한다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.01 mol% 내지 약 2 mol%의 양으로 P2O5를 선택적으로 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 실질적으로 P2O5가 없다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 8 mol% 내지 약 20 mol%의 범위에서 R2O의 총량(Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 및 Cs2O와 같은 알칼리 금속 산화물의 총량)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 Rb2O, Cs2O 또는 Rb2O 및 Cs2O 모두가 실질적으로 없을 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, R2O는 오직 Li2O, Na2O 및 K2O의 총량을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 Li2O, Na2O 및 K2O로부터 선택된 적어도 하나의 알칼리 금속 산화물을 포함할 수 있고, 여기서, 알칼리 금속 산화물은 약 8 mol% 이상의 양으로 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 8 mol% 내지 약 20 mol% 범위의 양으로 Na2O를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 4 mol% 범위의 양으로 K2O를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 실질적으로 K2O가 없을 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물에는 Li2O가 실질적으로 없다. 하나 이상의 구현예에서, 조성물에서 Na2O의 양은 Li2O의 양을 초과할 수 있다. 몇몇 사례에서, Na2O의 양은 Li2O 및 K2O의 조합된 양을 초과할 수 있다. 하나 이상의 선택적인 구현예에서, 조성물에서 Li2O의 양은 Na2O의 양 또는 Na2O 및 K2O의 조합된 양을 초과할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 2 mol%의 범위에서 RO의 총량(CaO, MgO, BaO, ZnO 및 SrO와 같은 알칼리 토금속 산화물의 총량)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 1 mol% 미만의 양으로 CaO를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 CaO가 실질적으로 없다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0 mol% 내지 약 7 mol%의 양으로 MgO를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.2 mol% 이하의 양으로 ZrO2를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.2 mol% 이하의 양으로 SnO2를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은 유리 물품에 색상 또는 색조를 부여하는 산화물을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은, 유리 물품이 자외선에 노출될 때, 유리 물품의 변색을 방지하는 산화물을 포함할 수 있다. 이러한 산화물의 예로는, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ce, W, 및 Mo의 산화물을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나 이상의 구현예에서, 유리 조성물은, Fe2O3로 표시되는, Fe를 포함할 수 있으며, 여기서, Fe는 최대 약 1 mol%의 양으로 존재한다. 유리 조성물이 TiO2를 포함하는 경우, TiO2는 약 5 mol% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
대표적인 유리 조성물은, 약 65 mol% 내지 약 75 mol% 범위의 양으로 SiO2, 약 8 mol% 내지 약 14 mol% 범위의 양으로 Al2O3, 약 12 mol% 내지 약 17 mol% 범위의 양으로 Na2O, 약 0 mol% 내지 약 0.2 mol% 범위의 양으로 K2O, 및 약 1.5 mol% 내지 약 6 mol% 범위의 양으로 MgO를 포함한다. 선택적으로, SnO2는 여기에서 별도로 개시된 양으로 포함될 수 있다. 선행하는 유리 조성물이 대략적인 범위를 나타내지만, 다른 구현예에서, 유리 시트(52)는 위에서 논의된 정확한 수치 범위 중 어느 하나에 속하는 임의의 유리 조성물로 제조될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 구현예는 다음의 관점들의 측면에서 더욱 이해될 수 있다:
관점(1)은: 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 포함하고, 상기 제2 주 표면은 제1 주 표면에 대향하는 유리 시트; ppm/℃의 단위를 갖는 열팽창계수(α)를 포함하는 플라스틱 물질을 포함하는 프레임; 및 상기 유리 시트의 제2 주 표면을 프레임에 접착시키는 접착제로서, MPa 단위를 갖는 전단 탄성계수(G)를 포함하는, 접착제를 포함하고; 여기서, 상기 프레임의 플라스틱 물질과 접착제는
Figure pat00019
이도록 선택되고, 여기서, A는 (MPa)(ppm/℃)+3의 단위를 갖고 500,000인, 유리 물품에 관한 것이다.
관점(2)는, 관점(1)에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 접착제의 전단 탄성계수(G)는 약 0.1 MPa 내지 약 100 MPa의 범위이다.
관점(3)은, 관점(1)-(2) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 플라스틱 물질의 열팽창계수(α)는 약 5 ppm/℃ 내지 약 100 ppm/℃의 범위이다.
관점(4)는, 관점(1)-(3) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트는 유리 탄성 계수(Eg) 및 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 유리 두께(tg)를 포함하는 유리 물질을 포함하고, 여기서, 상기 플라스틱 물질은 플라스틱 탄성 계수(EP) 및 프레임 두께(tp)를 포함하며, 여기서
Figure pat00020
는 0보다 크고 최대 1이다.
관점(5)는, 관점(4)에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 플라스틱 탄성 계수(Ep)는 약 4 GPa 내지 약 40 GPa의 범위이다.
관점(6)은, 관점(4)-(5) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 프레임 두께(tp)는 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 범위이다.
관점(7)은, 관점(6)에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 프레임 두께(tp)는
Figure pat00021
로 주어지며, 여기서, αg는 유리 시트의 열팽창계수이고, 상수(Constant)는 10 내지 300(ppm/℃)2MPa이다.
관점(8)은, 관점(1)-(7) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 프레임은 제1 곡률 반경을 갖는 제1 곡률을 정의하는 만곡된 지지 표면을 포함하고, 상기 접착제는 상기 유리 시트의 제2 주 표면을 상기 만곡된 지지 표면에 접착시켜, 상기 유리 시트가 제1 곡률 반경의 10% 이내인 제2 곡률 반경을 갖는 제2 곡률을 정의한다.
관점(9)는, 관점(8)에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 제1 곡률 반경은 50 ㎜ 이상이다.
관점(10)은, 관점(1)-(9) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트는 0.3 내지 2.0 ㎜의 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 평균 두께를 포함한다.
관점(11)은, 관점(1)-(10) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트는 제1 주 표면, 제2 주 표면, 또는 제1 주 표면 및 제2 주 표면 모두에 대해 표면 처리를 포함하고, 여기서, 상기 표면 처리는 세정-용이성 코팅, 반사-방지 코팅, 방-현 코팅, 장식 코팅, 또는 터치 기능성을 제공하는 코팅이다.
관점(12)는, 관점(1)-(11) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 유리 시트의 제2 주 표면 상에 배치된 디스플레이 패널, 터치 패널, 또는 디스플레이 패널 및 터치 패널 둘 모두를 더욱 포함한다.
관점(13)은, 관점(1)-(12) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트는, 소다 라임 유리, 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 보로알루미노실리케이트 유리, 알칼리-함유 알루미노실리케이트 유리, 알칼리-함유 보로실리케이트 유리, 또는 알칼리-함유 보로알루미노실리케이트 유리를 포함한다.
관점(14)는, 관점(1)-(13) 중 어느 하나에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트는 강화된다.
관점(15)는, 관점(14)에 따른 유리 물품에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트는 화학적으로 강화된다.
관점(16)은, 유리 시트를 프레임에 접착제를 사용하여 부착시키는 단계를 포함하고, 상기 유리 시트는 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면에 대향하는 제2 주 표면을 포함하며, 상기 프레임은 ppm/℃의 단위를 갖는 열팽창계수(α)를 포함하는 플라스틱 물질을 포함하고, 상기 접착제는 MPa의 단위를 갖는 전단 탄성계수(G)를 포함하며; 여기서, 상기 프레임의 플라스틱 물질 및 접착제는
Figure pat00022
이도록 선택되고, A는 (MPa)(ppm/℃)+3의 단위를 가지며, 500,000인, 유리 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
관점(17)는, 관점(16)에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 접착제의 전단 탄성계수(G)는 약 0.1 MPa 내지 약 100 MPa의 범위이다.
관점(18)은, 관점(16)-(17) 중 어느 하나에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 플라스틱 물질의 열팽창계수(α)는 약 5 ppm/℃ 내지 약 100 ppm/℃의 범위이다.
관점(19)는, 관점(16)-(18) 중 어느 하나에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트는 유리 탄성 계수(Eg) 및 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 유리 두께(tg)를 포함하는 유리 물질을 포함하고, 여기서, 상기 플라스틱은 물질은 플라스틱 탄성 계수(EP) 및 프레임 두께(tp)를 포함하며, 여기서
Figure pat00023
는 0보다 크고 최대 1이다.
관점(20)은, 관점(19)에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 플라스틱 탄성 계수(Ep)는 약 4 GPa 내지 약 40 GPa의 범위이다.
관점(21)은, 관점(19)-(20) 중 어느 하나에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 프레임 두께(tp)는 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 범위이다.
관점(22)는, 관점(16)-(21) 중 어느 하나에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 부착시키는 단계 전에, 상기 방법은 유리 시트를 성형 척 위에서 굽히는 단계를 포함하고, 상기 성형 척은 제1 곡률 반경을 정의하는 만곡된 성형 표면을 포함하며, 여기서, 상기 굽히는 단계 동안, 상기 유리 시트의 제2 주 표면은 만곡된 성형 표면과 일치하여 제2 주 표면이 제1 곡률 반경의 10% 이내인 제2 곡률 반경을 정의한다.
관점(23)은, 관점(22)에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 프레임은 제3 곡률 반경을 정의하는 만곡된 지지 표면을 포함하고, 여기서, 상기 제3 곡률 반경은 제2 곡률 반경의 10% 이내이다.
관점(24)는, 관점(16)-(23) 중 어느 하나에 따른 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트의 제2 주 표면에 디스플레이 패널, 터치 패널, 또는 디스플레이 패널 및 터치 패널 모두를 접착시키는 단계를 더욱 포함한다.
관점(25)는: 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면에 대향하는 제2 주 표면, 상기 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에서 정의된 유리 두께(tg), 및 유리 탄성 계수(Eg) 및 유리 열팽창계수(αg)를 포함하는 유리 물질을 포함하는 유리 시트; 플라스틱 탄성 계수(Ep) 및 플라스틱 열팽창계수(αp)를 포함하는 플라스틱 물질 및 플라스틱 두께(tp)를 포함하는 프레임; 및 상기 유리 시트의 제2 주 표면을 프레임에 접착시키며, 전단 탄성계수(G)를 포함하는 접착제를 포함하고; 여기서, 상기 프레임의 플라스틱 물질, 접착제, 및 유리 시트의 유리 물질은
Figure pat00024
이도록 선택되는, 차량 내부 구성요소에 관한 것이다.
관점(26)은, 관점(25)에 따른 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 접착제의 전단 탄성계수(G)는 약 0.1 MPa 내지 약 100 MPa의 범위이다.
관점(27)은, 관점(25)-(26) 중 어느 하나에 따른 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 플라스틱 열팽창계수(αp)는 약 5 ppm/℃ 내지 약 100 ppm/℃의 범위이다.
관점(28)은, 관점(25)-(27) 중 어느 하나에 따른 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서,
Figure pat00025
는 0보다 크고 최대 1이다.
관점(29)는, 관점(25)-(28) 중 어느 하나에 따른 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 플라스틱 탄성 계수(Ep)는 약 4 GPa 내지 약 40 GPa의 범위이다.
관점(30)은, 관점(25)-(29) 중 어느 하나에 따른 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 탄성 계수(Eg)는 약 50 GPa 내지 약 100 GPa의 범위이다.
관점(31)은, 관점(25)-(30) 중 어느 하나에 따른 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 플라스틱 두께(tp)는 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 범위이다.
관점(32)는, 관점(25)-(31) 중 어느 하나의 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 두께(tg)는 약 0.3 ㎜ 내지 약 2 ㎜의 범위이다.
관점(33)은, 관점(25)-(32) 중 어느 하나에 따른 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 프레임은 제1 곡률 반경을 갖는 제1 곡률을 정의하는 만곡된 지지 표면을 포함하고, 상기 접착제는 유리 시트의 제2 주 표면을 만곡된 지지 표면에 접착시켜 제2 유리 시트가 제1 곡률 반경의 10% 이내인 제2 곡률 반경을 갖는 제2 곡률을 정의한다.
관점(34)는, 관점(25)-(33) 중 어느 하나의 차량 내부 구성요소에 관한 것으로, 여기서, 상기 유리 시트의 제2 주 표면에 배치된 디스플레이 패널, 터치 패널, 또는 디스플레이 패널 및 터치 패널 모두를 더욱 포함한다.
별도의 언급이 없는 한, 여기에서 서술된 임의의 방법은, 이의 단계들이 특정한 순서로 수행되는 것을 요구하는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 실제로 이의 단계가 뒤따라야 할 순서를 나열하지 않거나 또는 단계들이 특정 순서로 제한되는 것으로 청구항 또는 상세한 설명에 구체적으로 명시되지 않는 경우, 이것은 임의의 특정 순서로 간주되는 것으로 의도되지 않는다. 부가하여, 여기에 사용된 바와 같은, 용어들의 "단수"는, 하나 이상의 구성요소 또는 요소를 포함하도록 의도되며, 단지 하나를 의미하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
다양한 변형 및 변화가 개시된 구현예의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 구현예의 사상 및 물질을 혼입하는 개시된 구현예의 변형, 조합, 서브-조합 및 변화가 기술분야에서 당업자에게 일어날 수 있기 때문에, 개시된 구현예는 첨부된 청구범위 및 이들의 균등물의 범주 내에 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 포함하고, 상기 제2 주 표면은 제1 주 표면에 대향하는 유리 시트;
    ppm/℃의 단위를 갖는 열팽창계수(α)를 포함하는 플라스틱 물질을 포함하는 프레임; 및
    상기 유리 시트의 제2 주 표면을 프레임에 접착시키는 접착제로서, MPa 단위를 갖는 전단 탄성계수(G)를 포함하는, 접착제를 포함하고;
    여기서, 상기 프레임의 플라스틱 물질과 접착제는
    Figure pat00026
    이도록 선택되고, 여기서, A는 (MPa)(ppm/℃)+3의 단위를 갖고 500,000인, 유리 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착제의 전단 탄성계수(G)는 약 0.1 MPa 내지 약 100 MPa의 범위인, 유리 물품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라스틱 물질의 열팽창계수(α)는 약 5 ppm/℃ 내지 약 100 ppm/℃의 범위인, 유리 물품.
  4. 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 시트는 유리 탄성 계수(Eg) 및 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 유리 두께(tg)를 포함하는 유리 물질을 포함하고, 여기서, 상기 플라스틱 물질은 플라스틱 탄성 계수(EP) 및 프레임 두께(tp)를 포함하며, 여기서
    Figure pat00027
    는 0보다 크고 최대 1인, 유리 물품.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 플라스틱 탄성 계수(Ep)는 약 4 GPa 내지 약 40 GPa의 범위인, 유리 물품.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 프레임 두께(tp)는 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 범위인, 유리 물품.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 프레임 두께(tp)는
    Figure pat00028
    로 주어지며, 여기서, αg는 유리 시트의 열팽창계수이고, 상수(Constant)는 10 내지 300(ppm/℃)2MPa인, 유리 물품.
  8. 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임은 제1 곡률 반경을 갖는 제1 곡률을 정의하는 만곡된 지지 표면을 포함하고, 상기 접착제는 상기 유리 시트의 제2 주 표면을 상기 만곡된 지지 표면에 접착시켜, 상기 유리 시트가 제1 곡률 반경의 10% 이내인 제2 곡률 반경을 갖는 제2 곡률을 정의하는, 유리 물품.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 곡률 반경은 50 ㎜ 이상인, 유리 물품.
  10. 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 시트는 0.3 내지 2.0 ㎜의 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 평균 두께를 포함하는, 유리 물품.
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