KR20240068202A - 유리 기판에 굴곡부를 형성하는 방법 및 장치, 이를 이용하여 제조된 커버 유리 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리 기판에 굴곡부를 형성하는 방법 및 장치, 이를 이용하여 제조된 커버 유리 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 근적외선 및 레이저 열원을 이용하여 자중에 의해 유리 기판을 굴곡시킴으로써 유리 기판에 굴곡부를 하나 이상 형성할 수 있고, 공정 조건의 최적화를 통해 유리 성형에 의한 결함을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서 금형의 설계를 변경함으로써 “ㄷ” 형상의 유리를 간단하고 정밀하게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 측면 또는 후면에 표시부가 적용된 차세대 디스플레이 장치의 커버 유리 제작에 용이하게 사용될 수 있다.

Description

유리 기판에 굴곡부를 형성하는 방법 및 장치, 이를 이용하여 제조된 커버 유리 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{Method and Apparatus for Bending Glass Substrate, Cover Glass Prepared by Using Same and Display Device Comprising Same}

본 발명은 유리 기판에 굴곡부를 형성하는 방법 및 장치, 이를 이용하여 제조된 커버 유리 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 근적외선 및 레이저를 사용하여 유리 기판에 굴곡부를 하나 이상 형성하는 유리 성형 방법 및 장치, 이를 이용하여 제조된 커버 유리 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

종래에는 전자기기의 디스플레이로서 전면부에 평판 디스플레이(flat panel display)를 적용한 구조가 사용되었으나, 최근에는 전면 뿐만 아니라 측면 또는 후면을 디스플레이부로 사용하는 기술이 상용화되고 있다. 측면을 디스플레이부로 활용하는 엣지 디스플레이(edge display)를 이용하면 베젤부를 줄이고 표시 영역을 극대화할 수 있으며, 엣지부에 다양한 사용자 인터페이스(UI)를 적용하여 사용자의 편의를 향상시킬 수 있고, 디자인적으로도 디스플레이 장치의 심미감을 높일 수 있다는 장점이 있다.

이러한 엣지 디스플레이의 개발에 따라, 디스플레이 소자를 보호하는 커버글라스 형상 또한 단순한 평판 형상이 아니라 측면과 이어지도록 굴곡된 엣지 형상으로 제조하기 위한 기술이 개발되고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-1523497호는 모바일 기기용 곡면 윈도우 글라스 제조방법에 관한 것으로, 유리 기판을 블로잉 몰드 또는 진공 몰드에 세팅한 후 가열시킴으로써 곡면 윈도우 글라스를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술의 경우 사용되는 몰드의 구조가 유리 기판에 90° 이하의 곡률각을 갖는 굴곡부를 형성하도록 설계되어 있으므로, 측면 및 후면을 모두 감싸는 형태의 커버 유리 제조에 적용할 수 없다는 한계가 있다. 또한, 유리 기판에서 굴곡부를 형성하고자 하는 영역 뿐만 아니라 유리 기판의 전 영역에 열이 가해지기 때문에, 평면부에 열흔과 같은 결함이 형성되어 균일도가 저하될 수 있다.

이러한 평면부의 결함 문제를 해결하기 위한 기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1893830호는 평판상 유리 기판의 가장자리를 따라 연속되는 성형 부분만을 선택적으로 열 변형할 수 있는 금형을 이용함으로써 평판 형상인 유리 기판의 가장자리에 엣지를 형성하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술에 의해 제조된 유리 기판 또한 굴곡부의 변형 각도가 최대 90°에 불과한 한계가 있다. 따라서, 차세대 디스플레이 장치에 적용하기 위해 측면 및 후면을 감싸는 커버 유리, 즉 “ㄷ” 형상의 커버 유리를 제조할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

이와 같은 상황에서, 본 발명의 발명자들은 근적외선 및 레이저 열원과 자중을 이용하고 공정 조건의 최적화 및 금형의 설계 변경을 통해, 유리 기판에 다수 개의 굴곡부를 형성할 수 있으면서 굴곡부 성형에 의한 결함을 최소화할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 유리 기판에 굴곡부를 하나 이상 형성할 수 있는 유리 성형 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유리 기판에 굴곡부를 하나 이상 형성할 수 있는 유리 성형 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 유리 성형 방법으로 제조된 커버 유리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 커버 유리를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유리 기판의 벤딩 예정 영역이 금형의 모서리부에 위치하도록 유리 기판을 금형 상부면에 위치시키는 로딩 단계; 상기 벤딩 예정 영역에 근적외선을 조사하여 가열하는 가열 단계; 및 상기 벤딩 예정 영역에 레이저를 조사하여, 유리 기판이 금형의 모서리부를 기준으로 벤딩되어 굴곡부가 형성되는 벤딩 단계를 포함하는, 유리 성형 방법을 제공한다.

본 발명에서, 상기 로딩 단계 전, 금형 및 유리 기판을 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 예열 단계에서, 금형의 예열 온도는 상온 내지 1,000℃일 수 있다.

상기 예열 단계에서, 유리 기판의 예열 온도는 상온 내지 1,000℃일 수 있다.

상기 예열 단계에서, 상기 유리 기판의 예열 온도는 금형의 예열 온도보다 200℃ 이상 높을 수 있다.

본 발명에서, 상기 가열 단계에서 벤딩 예정 영역은 근적외선에 의해 400 내지 1,150℃로 가열될 수 있다.

본 발명에서, 상기 벤딩 단계에서 벤딩 예정 영역은 레이저 조사에 의해 500 내지 1,700℃로 가열될 수 있다.

본 발명에서, 상기 레이저는 스팟 레이저 빔(spot laser beam) 또는 라인 레이저 빔(line laser beam)일 수 있다.

본 발명에서, 유리 기판에 상기 벤딩 단계를 1 내지 20회 더 수행하여 1 내지 20개의 굴곡부를 형성할 수 있다.

본 발명에서, 상기 금형은 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 금형은 모서리부와 평행하는 방향의 회전 중심축을 가지며, 지면과 수직인 방향으로 회전 가능하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 유리 성형 방법은, 상기 벤딩 단계 이후, 회전 중심축을 기준으로 금형을 회전시켜, 유리 기판 중 지면을 향하는 면이 금형의 상부에 위치하도록 하는 금형 회전 단계; 및 상기 가열 단계 및 벤딩 단계를 더 수행하여, 굴곡부를 추가로 형성하는 추가 벤딩 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 벤딩 단계, 금형 회전 단계 및 추가 벤딩 단계는 근적외선 램프 및 레이저 조사부의 위치를 고정한 상태에서 수행될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 유리를 성형하기 위한 유리 성형 장치를 제공한다.

본 발명의 유리 성형 장치는 유리 기판이 상부에 로딩되도록 구성된 금형; 상기 금형의 모서리부에 근적외선을 조사하여 유리 기판을 가열하도록 구성된 근적외선 램프; 및 상기 금형의 모서리부에 레이저를 조사하여 유리 기판을 벤딩시키도록 구성된 레이저 조사부를 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 금형은 모서리부와 평행하는 방향의 회전 중심축을 가지며, 지면과 수직인 방향으로 회전 가능하도록 구성될 수 있다.

본 발명에서, 상기 금형은 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 유리 성형 장치는 금형 또는 유리 기판을 예열하기 위한 열원부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 유리 성형 방법으로 제조된 커버 유리(cover glass)를 제공한다.

본 발명에서, 상기 커버 유리는 “ㄷ” 형상을 가질 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 커버 유리를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명에서, 상기 디스플레이 장치는 전면부 및 측면부에 표시부를 포함할 수 있으며, 추가로 후면부에 표시부를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서는 근적외선 및 레이저 열원과 자중을 이용하여 유리 기판을 굴곡시킴으로써 유리 기판에 굴곡부를 하나 이상 형성할 수 있고, 공정 조건의 최적화를 통해 유리 성형에 의한 결함을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 방법을 이용하고 금형의 설계를 변경함으로써 굴곡부가 2개 형성된 “ㄷ” 형상의 유리를 간단하고 정밀하게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 측면 또는 후면에 표시부가 적용된 차세대 디스플레이 장치의 커버 유리 제작에 용이하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제조된 “ㄷ” 형상의 유리를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 유리 기판에 2회 벤딩을 수행하는 공정에서 유리 기판의 형태 변화를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함하는 금형과 이에 따라 조절되는 굴곡부의 곡률을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함하는 회전형 금형을 이용하여 유리를 성형하는 공정을 단계별로 나타낸 측면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함하는 회전형 금형을 이용하여 유리를 성형하는 공정을 단계별로 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제조되어 네 개의 굴곡부를 갖는 유리를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 “ㄷ” 형상 유리의 제조 공정 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 “ㄷ” 형상 유리의 정면 사진을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 “ㄷ” 형상 유리의 측면 사진을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 램프 출력에 따른 챔버의 온도 변화를 측정한 결과 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 금형 및 유리의 예열 온도에 따른 로딩 유리의 들뜸 현상을 관찰한 실험 사진을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 금형 온도에 따른 덴트 발생 유무를 확인한 실험 사진을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

본 발명은 유리 기판에 굴곡부를 형성하는 유리 성형 방법에 관한 것이다.

본 발명에서, 상기 굴곡부는 하나 이상 형성될 수 있으며, 예를 들어 2 내지 4개 형성될 수 있다. 또한, 굴곡부의 형태는 각진 형태 또는 곡률을 갖는 형태일 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 두 개의 평면부 및 하나의 굴곡부를 갖는 “ㄱ” 형상의 유리, 세 개의 평면부 및 두 개의 굴곡부를 포함하는 “ㄷ” 형상의 유리, 또는 다섯 개의 평면부 및 네 개의 굴곡부를 포함하여 측면 4면을 모두 덮는 형태의 유리를 제조하기 위한 것일 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제조되는 “ㄷ” 형상의 유리를 모식적으로 나타낸 것이다.

이와 같이 유리 기판에 굴곡부를 형성하기 위하여, 본 발명은 유리 기판을 금형 상에 위치시키는 로딩(loading) 단계; 상기 유리 기판에 근적외선(NIR)을 조사하여 가열하는 가열(heating) 단계; 및 상기 가열된 유리 기판에 레이저를 조사하여 굴곡부를 형성하는 벤딩(bending) 단계를 포함하는 유리 성형 방법을 제공한다.

먼저, 유리 기판을 금형 상에 위치시키는 로딩 단계에 대해 설명한다.

상기 로딩 단계에서, 금형은 유리 기판을 지지하고 성형하기 위한 것으로, 유리 기판의 일부 영역이 금형 상부면에 위치하도록 로딩한다. 이때, 유리 기판 중 굴곡부를 형성하고자 하는 영역, 즉 벤딩 예정 영역이 금형 상부면의 모서리부에 오도록 위치시킨다. 이에 따라 후속 공정에서 자중에 의해 유리 기판이 금형의 모서리부를 기준으로 벤딩되도록 설계할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 유리 기판의 두께는 10nm 내지 10cm, 바람직하게는 100nm 내지 1cm, 예를 들어 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.

상기 금형의 형상에 따라, 유리에 형성되는 굴곡부의 벤딩 각도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상면과 측면이 직각을 이루는 형태의 금형을 사용하는 경우 유리에 벤딩 각도가 90°인 굴곡부를 형성할 수 있고, 상면과 측면이 둔각을 이루는 형태의 금형을 사용하는 경우 벤딩 각도가 90° 미만인 굴곡부를 형성할 수 있다. 또한, 금형의 모서리부가 곡률을 갖는 형태인 경우, 유리 기판의 굴곡부 또한 곡률을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 벤딩 각도는 벤딩에 의해 유리 기판이 굴곡된 정도를 의미하는 것이며, 벤딩 각도의 수치는 공정상 발생할 수 있는 오차범위, 예를 들어 ±2°를 포함하는 범위로 해석될 수 있다.

본 발명에서, 금형에 유리 기판을 로딩하기 전 금형을 예열하는 단계 및/또는 유리 기판을 예열하는 단계를 수행할 수 있다.

상기 예열은 금형과 유리 기판의 가열 시작부터 성형 전까지의 공정 시간을 단축하기 위한 단계로서, 상기 금형 및 유리 기판의 예열 온도는 유리의 변형이 일어나기 전 고체 상태를 유지할 수 있는 변형 온도(strain temperature) 이하일 수 있으며, 상온 내지 1,000℃일 수 있다. 예를 들어, 소다라임 유리의 경우 예열 온도는 상온에서부터 최대 400℃가 적절할 수 있으며, 용융 실리카의 경우 예열 온도는 상온에서부터 최대 1,000℃가 적절할 수 있다.

본 발명에서, 상기 예열을 통해 로딩 직전 두 소재 사이의 온도차를 최소화하는 것이 바람직하다. 만약 유리 기판을 예열하지 않고 금형에 로딩하는 경우, 로딩 직후 유리 기판의 양 단부가 들뜨는 현상이 발생할 수 있다. 구체적으로, 상온 유리 기판을 예열된 금형에 로딩하면 유리 기판의 하부는 금형으로부터 전도열을 받고, 유리 기판의 상부는 챔버 내부의 대류열 및 복사열을 받게 된다. 이때 상부 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 상하부 길이 팽창의 차이로 인해 유리 기판이 열을 더 많이 받는 쪽으로 볼록하게 휘는 현상이 나타난다.

이 경우 유리 기판의 진공 고정이 불가능하여 세밀한 위치 고정이 어려운 문제가 있으며, 금형과 유리 기판의 온도 차이로 인하여 유리가 불가역적으로 변형되거나 깨지는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에 따라 금형 및 유리 기판을 예열한 후 로딩하는 경우, 상기 문제점들을 해결하여 유리가 휘거나 깨지는 것을 방지하고 공정의 편의성 및 정확성을 높일 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 형태에서, 유리 기판을 로딩하기 전 금형은 150 내지 400℃, 바람직하게 160 내지 380℃, 더 바람직하게 180 내지 350℃로 예열될 수 있다. 이와 같이 금형을 예열함으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 유리와의 온도차 조절을 통해 유리가 휘는 문제 없이 성형 공정을 수행할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 형태에서, 유리 기판을 로딩하기 전 유리 기판은 400 내지 700℃, 바람직하게 450 내지 650℃, 보다 더 바람직하게 500 내지 600℃로 예열될 수 있다.

예열 공정에는 유리를 예열하는 예열부와 성형이 이루어지는 성형부 사이의 거리, 및 유리의 이동 시 발생하는 열손실이 반영되기 때문에, 예열 직후 유리 기판의 온도는 금형의 온도와 같거나 그 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 이동에 따른 열손실이 없을 경우 예열 직후 금형과 유리 기판의 온도차는 최소 0℃일 수 있으며, 이동에 따른 열손실이 있는 경우 온도차는 최대 350℃일 수 있다.

특히, 유리 기판의 열손실이 금형에 비하여 더 크기 때문에 일반적인 작업 형태에서 금형의 예열 온도 및 유리 기판 예열 온도의 차이는 200℃ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 280 내지 350℃일 수 있다. 관련하여, 본 발명의 실시예에서는 유리 기판과 금형의 예열 온도 차이가 240℃인 경우 유리 양쪽이 들뜨는 현상이 발생하는 반면, 온도 차이가 290℃ 또는 300℃인 경우 로딩 직후 유리 기판이 들리지 않는 것을 확인하였다.

유리 기판 예열시, 고온이 오래 유지되는 경우 예열에 의해 유리가 변형될 수 있기 때문에 예열 온도가 유지되는 시간은 60분 이하로 조절하여야 하며, 구체적으로 10분 내지 50분 동안 유지할 수 있다. 또한, 상기 유리 기판의 예열은 전기로 등의 가열 장치를 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명에서, 로딩 직전 금형과 유리 기판의 온도차는 200℃ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 온도차는 용융 실리카 유리의 경우 200℃ 이하, 내열 유리의 경우 150℃ 이하, 소다라임 유리의 경우 60℃ 이하로 조절될 수 있다. 로딩 직전의 온도차가 상기 온도 범위를 초과하는 경우 유리가 쉽게 파손될 수 있다.

금형에 유리 기판을 로딩한 다음, 벤딩 예정 영역에 근적외선(NIR)을 조사하여 가열하는 단계를 수행한다.

구체적으로, 로딩된 유리 기판에서 벤딩 예정 영역에 근적외선을 조사하여 성형 부위를 가열한다. 이때, 근적외선은 벤딩 예정 영역, 또는 벤딩 예정 영역 및 그 주위를 포함하는 일정 영역에 조사되며, 이로써 벤딩 예정 영역의 열 구배를 완화하여 응력 발생을 방지할 수 있다. 또한, 근적외선을 이용하는 경우 벤딩 예정 영역 이외의 영역에 열이 전달되더라도 성형 온도 이하이기 때문에 유리 성형의 치수 정밀도 저하, 열흔 등의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.

상기 근적외선 가열은 유리의 변형을 수행할 수 있는 온도 직전, 즉 유리의 전이 온도(transition temperature) 직전까지 수행될 수 있으며, 구체적으로 400 내지 1,150℃로 가열할 수 있다.

예를 들어, 소다라임 유리의 경우 전이온도가 500 내지 550℃로서, 근적외선으로 400 내지 500℃까지 가열할 수 있으며, 용융 실리카 유리의 경우 전이온도가 1,100 내지 1,150℃로서, 근적외선으로 1,000 내지 1,150℃까지 가열할 수 있다.

이때 근적외선 가열 온도가 너무 높아 금형이 과열되는 경우 유리 표면에 금형에 의한 덴트(dent)가 발생할 수 있기 때문에, 금형 온도는 근적외선 가열 온도를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 벤딩 시 유리가 이동하는 것을 방지하기 위해 근적외선 가열 전 또는 후에 유리 기판을 진공으로 고정시키는 단계를 수행할 수 있다. 이때, 진공 고정을 위해서는 유리 기판이 금형에 완전히 밀착되도록 준비하여야 하므로, 로딩 단계에서 유리의 단부가 들뜨지 않도록 조절하는 것이 중요하다.

근적외선 가열이 유지된 상태에서, 벤딩 예정 영역에 레이저를 조사한다. 이로써, 유리 기판이 금형의 모서리부를 기준으로 벤딩되어 굴곡부가 형성된다.

본 발명에 따라 벤딩 공정에서 레이저를 이용하는 경우 벤딩 예정 영역만을 집중적으로 가열할 수 있으므로 성형 온도의 도달 영역이 제한적이어서 주변부의 열 영향을 최소화할 수 있으며, 고속 스캐너를 이용하여 성형 온도까지 빠르게 가열할 수 있다. 상기 레이저를 이용한 가열은 근적외선 가열 직후부터 유리가 자중으로 유동할 수 있는 연화 온도(softening temperature)까지 수행될 수 있으며, 예를 들어 500℃ 이상, 구체적으로 500 내지 1,700℃로 가열될 수 있다.

예시적으로, 레이저 가열 시 소다라임 유리의 경우 700 내지 750℃까지 가열될 수 있으며, 용융 실리카 유리의 경우 1,600 내지 1,650℃까지 가열될 수 있다.

상기 레이저는 점 형태의 초점을 갖는 스팟 레이저 빔(spot laser beam) 또는 선형 초점을 갖는 라인 레이저 빔(line laser beam)일 수 있다. 또한, 레이저의 초점 크기는 벤딩 예정 영역의 면적에 따라 달라질 수 있다.

유리 기판의 벤딩 예정 영역에 레이저가 조사되면, 벤딩 예정 영역을 기준으로 유리 기판 중 금형 외부에 위치하는 영역(즉, 금형에 의해 지지되지 않은 영역)이 자중에 의해 지면을 향하는 방향으로 하강한다. 이에 따라 유리 기판이 금형의 모서리부를 기준으로 벤딩되어 굴곡부가 형성된다.

이와 같이, 본 발명에서는 벤딩 예정 영역이 금형의 모서리부에 위치하도록 유리를 로딩한 후 근적외선으로 가열하고 레이저를 조사하여 굴곡부를 형성함으로써 유리를 안정적으로 성형할 수 있으며, 금형 모서리부의 형상에 따라 유리 굴곡부의 형태를 조절할 수 있다. 또한, 온도 조건 조절에 의해 공정의 정밀도를 향상시키고 열흔 발생을 최소화할 수 있으며 성형 후 폴리싱이 가능하다.

본 발명에서, 상기 벤딩은 1회 이상, 구체적으로 1 내지 20회, 예를 들어 2 내지 4회 수행될 수 있다. 이때, 상기 벤딩은 각 벤딩 예정 영역에서 동시에 진행되거나 순차적으로 수행될 수 있다.

도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 유리 기판에 2회 벤딩을 수행하는 공정에서 유리 기판의 형태 변화를 모식적으로 나타낸 것이다.

구체적으로, 도 2a와 같이 금형(100) 상에 유리 기판(PG)을 로딩한 후 유리 기판과 맞닿은 금형의 모서리부에 1차 벤딩을 수행하여 도 2b와 같이 “ㄱ” 형상의 유리(LG)를 얻을 수 있다. 다음으로, 반대편 모서리부 측에 2차 벤딩을 수행하면, 도 2c와 같이 “ㄷ” 형상 유리(UG)를 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 금형은 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함할 수 있다. 도 3은 유리 고정용 유닛(110) 및 곡률 형성용 유닛(120)을 포함하는 금형(100)과, 이에 따라 조절되는 유리(G) 굴곡부의 곡률을 모식적으로 나타낸 것이다.

상기 유리 고정용 유닛은 곡률과 관계없이 유리를 지지하기 위한 역할을 하며, 상기 곡률 형성용 유닛은 유리 기판이 벤딩되는 위치(즉, 굴곡부가 형성되는 위치)에 배치되는 것으로, 곡률 형성용 유닛의 모서리부 곡률에 따라 유리 굴곡부의 곡률을 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명을 이용하면 금형에서 곡률 형성용 유닛을 필요에 따라 교체함으로써 다양한 곡률의 굴곡부를 갖는 유리를 제조할 수 있다. 이때, 유리 고정용 유닛은 교체하지 않고 곡률 형성용 유닛만 교체함으로써 설비 비용 절감이 가능하고 공정 편의성을 개선할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에서, 금형은 중심축을 중심으로 회전이 가능한 회전형 금형일 수 있다. 이때, 상기 회전 중심축은 금형의 모서리부와 평행하는 방향을 가지며, 이에 따라 금형이 지면과 수직인 방향으로 회전 가능하도록 설계될 수 있다.

상기 회전형 금형을 이용하는 경우, 벤딩 단계 이후에 회전 중심축을 기준으로 금형을 회전시켜, 유리 기판 중 지면을 향하는 면이 금형의 상부에 위치하도록 하는 금형 회전 단계; 및 가열 단계 및 벤딩 단계를 더 수행하여 굴곡부를 추가로 형성하는 추가 벤딩 단계를 더 수행할 수 있다. 이에 따라, 유리 기판에 2개의 굴곡부를 형성하여 “ㄷ” 형상으로 성형할 수 있다.

상기 금형 회전 단계에서, 유리 기판 중 벤딩에 의해 지면을 향하는 면이 지면과 평행이 되도록 금형을 회전시킨다.

상기 회전형 금형에서 유리 기판이 처음 로딩되는 면을 금형의 제1면이라 하고 1차 벤딩된 유리가 면접하는 면을 금형의 제2면이라 할 때, 회전 중심축으로부터 제1면까지의 거리 및 회전 중심축으로부터 제2면까지의 거리는 동일하게 설계되는 것이 바람직하다.

도 4는 유리 고정용 유닛(110) 및 곡률 형성용 유닛(120)을 포함하는 회전형 금형(100)을 이용하여 유리를 성형하는 공정을 단계별로 나타낸 것이다.

먼저 도 4a와 같이 금형 상에 평판 유리(PG)를 로딩하여 벤딩 예정 영역이 금형의 일측 모서리부에 위치하도록 한 다음, 상기 벤딩 예정 영역을 근적외선 램프(200)로 가열하고 레이저 조사부(300)를 구동하여 레이저를 조사하면, 도 4b와 같이 유리가 자중에 의해 하강하여 “ㄱ” 형상의 유리(LG)를 얻을 수 있다. 다음으로, 도 4c와 같이 회전 중심축을 기준으로 금형을 90° 회전시킨 후 근적외선 가열 및 레이저 조사를 통해 한 번 더 벤딩 단계를 수행하면, 도 4d와 같이 금형을 감싸는 형태의 “ㄷ” 형상 유리(UG)를 제조할 수 있다.

도 5a 내지 5d는 도 4a 내지 4d에 대응되는 벤딩 공정에 대해 금형의 회전 중심축 방향에서 바라본 정면도를 나타낸 것으로, 금형의 회전에 따라 근적외선 램프 및 레이저 조사부의 위치 변화 없이 “ㄷ” 형상의 유리 성형이 가능함을 확인할 수 있다.

이와 같이, 회전형 금형을 이용하면 금형만을 회전시키고 벤딩 단계를 반복 수행하는 간단한 공정으로 “ㄷ” 형상의 유리를 제조할 수 있다. 이로써 근적외선 램프 및 레이저 조사부의 위치 변경에 따른 오차 발생 및 공정상 불편 문제를 해결할 수 있다.

벤딩 공정이 완료되면, 근적외선 가열을 중지한 후 유리를 취출하여 굴곡부가 형성된 유리를 수득할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 유리를 성형하기 위한 유리 성형 장치를 제공할 수 있다.

상기 유리 성형 장치는 유리 기판이 상부에 로딩되도록 구성된 금형; 상기 금형의 모서리부에 근적외선을 조사하여 유리 기판을 가열하도록 구성된 근적외선 램프; 및 상기 금형의 모서리부에 레이저를 조사하여 유리 기판을 벤딩시키도록 구성된 레이저 조사부를 포함할 수 있다.

상기 금형은 유리 기판을 지지하고 성형하기 위한 것으로, 상면과 측면이 직각 또는 둔각을 이루는 형태의 금형을 사용할 수 있다. 또한, 유리 기판에 곡률을 갖는 굴곡부를 형성하기 위하여, 모서리부가 곡률을 갖는 형태의 금형을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 유리 성형 장치의 금형은 모서리부와 평행하는 방향의 회전 중심축을 가지며, 지면과 수직인 방향으로 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 금형만을 회전시키고 벤딩 단계를 반복 수행하는 간단한 공정으로 “ㄷ” 형상의 유리를 제조할 수 있으므로, 근적외선 램프 및 레이저 조사부의 위치 변경에 따른 오차 발생 및 공정상 불편 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 유리 성형 장치의 금형은 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함할 수 있다. 상기 곡률 형성용 유닛은 모서리부에 곡률을 갖는 형태로서, 금형에서 곡률 형성용 유닛을 필요에 따라 교체함으로써 다양한 곡률의 굴곡부를 갖는 유리를 제조할 수 있다. 또한, 유리 고정용 유닛은 교체하지 않고 곡률 형성용 유닛만 교체함으로써 설비 비용 절감이 가능하고 공정 편의성을 개선할 수 있다.

상기 근적외선 램프는 근적외선을 발생시켜 유리를 가열하기 위한 것으로서 하나 이상 포함될 수 있다. 또한, 근적외선 램프의 작동을 보조하기 위하여 유리에 근적외선 및 열을 집중시키기 위한 반사판, 온도 하강을 위한 냉각부, 광 및 열의 방출 강도, 시간 또는 각도 조절을 위한 제어부 등의 부품이 더 구비될 수 있다.

상기 레이저 조사부는 레이저를 발진하여 벤딩 예정 영역을 집중적으로 가열하기 위한 것으로서 하나 이상 포함될 수 있다. 또한, 레이저 조사부의 작동을 보조하기 위하여 초점 크기 조절을 위한 빔 확대기(beam expander), 광 줄기 조절을 위한 콜리메이터(collimator), 미러, 성형 형상 및 라인에 맞게 레이저를 스캐닝하기 위한 스캐너(scanner) 등의 부품이 더 구비될 수 있다.

상기 유리 성형 장치의 금형, 근적외선 램프 및 레이저 조사부의 역할 및 구조에 대한 상세한 사항은 상기 유리 성형 방법에 대한 설명에서 서술한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

본 발명에서, 상기 유리 성형 장치는 금형 또는 유리 기판을 예열하기 위한 열원부를 더 포함할 수 있다. 상기 금형 예열용 열원부 및 유리 기판 예열용 열원부는 각각 구비될 수 있으며, 각 열원부는 장치의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 상기 열원부로는 전기 히터와 같은 발열 장치를 사용할 수 있다.

본 발명에서, 상기 유리 성형 장치는 냉각부를 더 포함할 수 있다. 냉각부는 장치가 포함하는 모든 부품 및 모듈에 적용 가능하며, 공기 또는 수냉 라인을 이용하여 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각부는 장치의 내부 또는 외부에 설치되어, 성형에 적합한 온도를 세팅하고 장치의 과열을 방지할 수 있다. 또한, 유리의 형상 복원 및 깨짐 방지를 위해 온도 모니터링을 통해 서냉 속도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 유리 성형 장치는 온도 제어를 위한 센서부를 더 포함할 수 있다. 센서부는 금형 및 장치 내부의 온도를 측정하는 것으로, 0 내지 1,500℃, 예를 들어 실온 내지 1,000℃ 범위의 온도 측정이 가능한 것을 이용할 수 있다. 센서부의 온도 분해능은 특별히 제한되지 않으며, 1℃, 5℃ 등 장치 내부의 설치 위치 및 도달 한계 온도에 따라 조절될 수 있다.

상기 유리 성형 장치는 공기를 주입하거나 진공 흡착을 수행하기 위한 공기 조절부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 공기 조절부는 성형 시 유리의 위치를 고정하고 형상 복원을 방지하는 진공 흡착부, 또는 유리의 형상 유지 또는 서냉을 위한 핫 또는 쿨 에어 블로잉 모듈일 수 있다.

상기 유리 성형 장치는 금형, 근적외선 램프, 레이저 조사부, 열원부, 냉각부, 센서부 또는 공기 조절부의 구동을 제어하기 위한 하나 이상의 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 유리 성형 방법 또는 장치를 이용하여 제조된 유리를 제공한다.

본 발명을 이용하여 제조된 유리는 굴곡부를 하나 이상 포함하는 형태를 갖는다. 예를 들어, 상기 유리는 하나의 굴곡부를 갖는 “ㄱ” 형상 유리, 및 두 개의 굴곡부를 포함하는 “ㄷ” 형상 유리, 또는 네 개의 굴곡부를 포함하는 형태의 유리일 수 있다.

도 6은 상기 네 개의 굴곡부를 포함하는 유리를 모식적으로 나타낸 것으로, 상부 평면부를 기준으로 4개의 모서리부에 모두 굴곡부가 형성되어 측면 4면을 모두 덮는 형태를 가질 수 있다. 상기 형태의 유리를 이용하는 경우, 모든 측면부에 표시부가 형성된 엣지 디스플레이 장치의 제작이 가능하다.

따라서, 본 발명에 따라 성형된 유리는 스마트폰이나 태블릿과 같은 디스플레이 장치의 커버 유리(cover glass) 제작에 유용하게 이용될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 상기 커버 유리를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에 의해 제조된 커버 유리는 전면부 및 측면부에 표시부를 갖는 엣지 디스플레이 뿐만 아니라, 후면부에 표시부를 추가로 적용한 디스플레이 장치에도 적용될 수 있다.

실시예

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위하여 일부 실험방법과 조성을 나타낸 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.

제조예 1: 근적외선 및 레이저를 이용한 유리 성형

평판 유리에 근적외선 가열 및 레이저 조사를 통해 벤딩을 수행하여, 두 개의 굴곡부를 갖는 유리(“ㄷ” 형상 유리)를 제조하였다.

유리 성형 장치의 챔버 및 금형을 260℃로 예열하고 평판의 소다라임 유리를 550℃로 예열하였다. 다음으로, 예열된 유리를 금형에 로딩하고, 금형의 일측 모서리부에 대응되는 벤딩 예정 영역을 근적외선 램프로 내부온도 기준 360℃까지 가열하였다. 유리를 진공으로 고정하고, 벤딩 예정 영역에 레이저를 조사하여 700℃로 가열함으로써 유리를 벤딩시켜 굴곡부를 형성하였다.

금형의 다른 측 모서리부에 대응되는 영역에 대해서도 동일한 방법으로 근적외선 가열 및 레이저 조사를 수행하여 굴곡부를 형성하였다. 벤딩 완료 후 근적외선 램프의 전원을 끄고 유리를 취출하여 굴곡부를 갖는 유리를 제조하였다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 “ㄷ” 형상 유리의 제조 공정 사진을 나타낸 것이며, 도 8 및 도 9는 상기 공정에 의해 제조된 “ㄷ” 형상 유리의 정면 및 측면 사진을 나타낸 것이다.

실험예 1: 램프 출력 별 챔버 내부 온도 상승 패턴 분석

제조예 1의 유리 성형 공정에서, 램프 출력을 80, 100, 120 및 140V로 각각 조절하여 가열하고 챔버 내부의 온도를 측정하였다. 이때, 140V로 가열한 경우 온도가 451℃에 도달했을 때 커버를 오픈하여 내부 온도를 조절하였다.

도 10은 다양한 램프 출력(V)에 대하여 시간(분)에 따른 챔버 내부의 온도(℃) 상승 패턴을 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, 140V의 램프로 260℃에서 360℃까지 가열하였을 때 공정 시간 단축이 가능함을 확인할 수 있었다.

실험예 2: 예열 온도에 따른 로딩 유리의 들뜸 현상 관찰

제조예 1의 유리 성형 공정에서, 금형 및 유리의 예열 온도에 따라 유리 로딩 후 들뜨는 간격을 측정하여 표 1에 나타내고, 실험 사진을 도 11에 나타내었다.

구분	샘플 1	샘플 2	샘플 3	샘플 4
금형 표면 온도(℃)	260	200	260	300
유리 예열 온도(℃)	500	500	550	600
양쪽 들림 간격(mm)	5	0	0	0

실험 결과에 따르면, 유리와 금형의 예열 온도차가 240℃인 샘플 1은 도 11a와 같이 유리 기판의 양쪽이 들뜨는 현상이 나타나는 반면, 온도차가 290 또는 300℃인 경우 도 11b와 같이 유리가 들뜨지 않고 안정적으로 로딩되는 것을 확인하였다.

이로부터, 예열 유리의 열손실을 고려하여 로딩 직전 온도차를 조절하기 위해 금형과 유리의 예열 직후 온도차가 250℃ 이상이 되도록 하였을 때, 유리를 안정적으로 로딩하여 공정상 오차를 줄이고 진공 고정이 가능하도록 설계할 수 있음을 확인할 수 있었다.

실험예 3: 금형 온도에 따른 덴트 발생 유무 확인

제조예 1의 유리 성형 공정에서, 근적외선 가열 시 금형 온도를 370, 400, 430, 460 및 490℃로 다르게 하여 공정을 수행하였다. 성형된 유리에 대해 덴트 발생 유무를 확인하여 표 2에 나타내었으며, 실험 사진을 도 12에 나타내었다.

금형온도(℃)	370	400	430	460	490
덴트 유무	X	X	O	O	O

실험 결과에 따르면, 근적외선 램프 가열 시 금형의 온도가 400℃ 이하인 경우 도 12a와 같이 평면부에 덴트가 관찰되지 않았으나, 금형 온도가 400℃를 초과하는 경우 도 12b와 같이 덴트가 발생하는 것을 확인하였다.

이로부터, 근적외선 가열 시 금형의 온도가 400℃를 넘지 않도록 조절하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

이상으로 본 발명의 내용의 특정부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 형태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100: 금형
110: 유리 고정용 유닛
120: 곡률 형성용 유닛
200: 근적외선 램프
300: 레이저 조사부
G: 유리
PG: 평판 유리
LG: “ㄱ” 형상 유리
UG: “ㄷ” 형상 유리

Claims (20)

1. 유리 기판의 벤딩 예정 영역이 금형의 모서리부에 위치하도록 유리 기판을 금형 상부면에 위치시키는 로딩 단계;
   상기 벤딩 예정 영역에 근적외선을 조사하여 가열하는 가열 단계; 및
   상기 벤딩 예정 영역에 레이저를 조사하여, 유리 기판이 금형의 모서리부를 기준으로 벤딩되어 굴곡부가 형성되는 벤딩 단계
   를 포함하는, 유리 성형 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 로딩 단계 전, 금형 및 유리 기판을 예열하는 단계를 더 포함하는, 유리 성형 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 예열 단계에서, 금형의 예열 온도가 상온 내지 1,000℃인, 유리 성형 방법.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 예열 단계에서, 유리 기판의 예열 온도가 상온 내지 1,000℃인, 유리 성형 방법.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 예열 단계에서, 상기 유리 기판의 예열 온도가 금형의 예열 온도보다 200℃ 이상 높은, 유리 성형 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 가열 단계에서, 근적외선에 의해 벤딩 예정 영역이 400 내지 1,150℃로 가열되는, 유리 성형 방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 벤딩 단계에서, 레이저 조사에 의해 벤딩 예정 영역이 500 내지 1,700℃로 가열되는, 유리 성형 방법.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이저가 스팟 레이저 빔(spot laser beam) 또는 라인 레이저 빔(line laser beam)인, 유리 성형 방법.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   유리 기판에 상기 벤딩 단계를 1 내지 20회 더 수행하는, 유리 성형 방법.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금형이 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함하는, 유리 성형 방법.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 금형이 모서리부와 평행하는 방향의 회전 중심축을 가지며, 지면과 수직인 방향으로 회전 가능하도록 구성된, 유리 성형 방법.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 벤딩 단계 이후,
    회전 중심축을 기준으로 금형을 회전시켜, 유리 기판 중 지면을 향하는 면이 금형의 상부에 위치하도록 하는 금형 회전 단계; 및
    상기 가열 단계 및 벤딩 단계를 더 수행하여, 굴곡부를 추가로 형성하는 추가 벤딩 단계
    를 더 포함하는, 유리 성형 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 벤딩 단계, 금형 회전 단계 및 추가 벤딩 단계가 근적외선 램프 및 레이저 조사부의 위치를 고정한 상태에서 수행되는, 유리 성형 방법.
    
14. 유리 기판이 상부에 로딩되도록 구성된 금형;
    상기 금형의 모서리부에 근적외선을 조사하여 유리 기판을 가열하도록 구성된 근적외선 램프; 및
    상기 금형의 모서리부에 레이저를 조사하여 유리 기판을 벤딩시키도록 구성된 레이저 조사부
    를 포함하는 유리 성형 장치로서,
    상기 금형이 모서리부와 평행하는 방향의 회전 중심축을 가지며, 지면과 수직인 방향으로 회전 가능하도록 구성된, 유리 성형 장치.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 금형이 유리 고정용 유닛 및 곡률 형성용 유닛을 포함하는, 유리 성형 장치.
    
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 유리 성형 장치가 금형 또는 유리 기판을 예열하기 위한 열원부를 더 포함하는, 유리 성형 장치.
    
17. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 유리 성형 방법으로 제조된 커버 유리(cover glass).
    
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 커버 유리가 “ㄷ” 형상을 갖는, 커버 유리.
    
19. 제 17 항의 커버 유리를 포함하는 디스플레이 장치.
    
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치가 전면부 및 측면부에 표시부를 포함하는, 디스플레이 장치.