WO2019074327A1

WO2019074327A1 - 이종 소재 접합체의 제조방법

Info

Publication number: WO2019074327A1
Application number: PCT/KR2018/012050
Authority: WO
Inventors: 손부원; 이진수; 정진미; 신부건
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US12037281B2; KR102309105B1; JP6972475B2; KR20210104005A; EP3695932A4; EP3695932A1; EP3695932B1; CN111050983B; JP2020530428A; CN111050983A; US20210130227A1; KR20190041306A

Abstract

본 발명은 유리층 표면에 레이저를 조사하여 식각라인을 형성하는 단계 및 식각라인이 형성된 유리층 상에 수지층을 구비한 다음, 레이저를 조사하여 접합하는 단계를 포함하는 이종소재 접합체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

이종 소재 접합체의 제조방법

본 명세서는 2017년 10월 12일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2017-0132736호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다.

본 발명은 이종 소재 접합체의 제조방법에 관한 것이다.

다양한 재료적 물성을 갖는 다른 종류(이종, 異種)의 소재를 접합하여 양 소재를 고정시키기 위한 다양한 연구, 특히 유리와 플라스틱 소재의 접합력을 향상시키기 위한 연구가 지속되고 있다.

또한, 각종 기기의 커버 부재 등으로 사용되는 이종 소재 접합체의 내구성을 확보하고, 제조 공정을 단순화하여 이종 소재 접합체 제조 공정에 소요되는 시간을 감소시킴으로써 대량생산이 용이한 이종 소재 접합체를 제조 방법에 대한 연구가 지속되고 있다.

이에, 종래에는 물성이 서로 다른 이종 소재를 접합하기 위하여, 상기 이종 소재 사이에 접착제를 별도로 도포하는 방법 또는 상기 이종 소재 중 녹는점이 낮은 물질을 고온에서 녹임으로써 일측에 고정시키는 인서트 사출 등의 방법이 이용되고 있었다.

다만, 별도의 접착제를 이용하여 이종 소재 접합체를 제조하는 방법은 상기 접착제를 경화하는데 필요한 시간이 오래 걸림으로써, 공정 효율을 감소시키는 문제점이 있었으며, 이종 소재 접합체의 총 두께가 증가하게 되어 충분한 접착 물성을 확보하는 것에 어려움이 있었다.

또한, 인서트 사출 등의 별도의 열을 가하는 방법은 일측 소재가 열에 의하여 변성되는 문제점이 있었다.

그러므로, 높은 접착 물성을 확보하면서도, 소재의 손상을 최소화할 수 있으며, 비교적 간단한 공정을 수반함으로써 경제성을 확보할 수 있는 이종 소재 접합체의 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0064567 호

본 발명은 이종 소재 접합체의 제조방법을 제공하고자 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시상태는, 유리층의 표면에 제1 레이저를 조사하여 상기 유리층의 표면에 2 이상의 식각 라인을 형성하는 단계; 상기 식각 라인이 형성된 유리층 상에 수지층을 구비하는 단계; 및 상기 수지층이 구비된 유리층 측에 제2 레이저를 조사하여 상기 수지층이 상기 식각 라인 및 상기 유리층의 표면에 채워져 접합되도록 하는 접합단계;를 포함하고, 상기 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 상기 식각 라인이 형성된 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율은 40 % 이상 98 % 이하이며, 상기 제2 레이저는 상기 유리층에서 상기 수지층 방향으로, 상기 수지층과 접하는 상기 유리층의 표면에 디포커싱하여 조사되는 것인 이종 소재 접합체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법은 이종 소재 간의 접합력이 우수한 이종 소재 접합체를 제공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법은 이종 소재를 접합하는 과정에서 발생할 수 있는 이종 소재 각각의 손상을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법은 비교적 간단을 공정을 통하여 재료적 물성이 상이한 소재를 접합할 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법의 모식도를 나타낸 것이다.

도 2 는 본 발명의 일 실시상태에 따라 식각 라인이 형성된 유리층의 표면도 및 측단면도를 나타낸 것이다.

도 3 은 제조예 2-1 내지 제조예 2-3 및 제조예 3-1 내지 제조예 3-3 에 따라 식각 라인이 형성된 유리층 각각의 1064 nm 파장에서의 상대 광투과율을 나타낸 것이다.

도 4 는 제조예 2-4 내지 제조예 2-5, 제조예 2-7, 및 제조예 3-4 내지 제조예 3-6 에 따라 식각 라인이 형성된 유리층의 각각의 1064 nm 파장에서의 상대 광투과율을 나타낸 것이다.

도 5 는 제조예 2-4 내지 제조예 2-5 및 제조예 2-7 및 제조예 3-4 내지 제조예 3-6 에 따라 식각 라인이 형성된 유리층 각각의 표면 및 측단면의 주사전자현미경 촬영 이미지를 나타낸 것이다.

도 6 은 비교예 1 내지 비교예 3 에 따른 이종 소재 접합체의 측단면의 주사전자현미경 촬영 이미지를 나타낸 것이다.

도 7 은 실시예 2 및 실시예 6 에 따른 이종 소재 접합체의 측단면의 주사 전자현미경 촬영 이미지를 나타낸 것이다.

도 8 은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 접합 강도 측정 방법을 나타낸 것이다.

도 9 는 실시예 1 내지 실시예 4, 및 비교예 4 에 따른 이종 소재 접합체의 접합 강도를 나타낸 것이다.

도 10 은 실시예 5 내지 실시예 7, 및 비교예 5 에 따른 이종 소재 접합체의 접합 강도를 나타낸 것이다.

도 11 은 비교예 1 내지 비교예 3 에 따른 이종 소재 접합체의 접합 강도를 측정하기 위한 시편의 디지털 카메라 이미지를 나타낸 것이다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본 발명자들은 별도의 접착제를 도포하지 않고, 인서트 사출 등의 가열 공법을 사용하지 않으면서도 다양한 재료적 물성을 갖는 이종의 소재를 접합하기 위한 다양한 방법을 연구하던 중, 본 발명에 이르게 되었다.

구체적으로, 본 발명자들은 레이저를 조사하여 유리층 표면에 일 이상의 식각 라인을 형성한 다음, 상기 유리층 상에 수지층을 구비하고, 상기 수지층이 구비된 유리층 측에 레이저를 조사하고, 상기 수지층이 구비된 유리층 측에 조사되는 레이저의 방향 및 초점을 구체적으로 특정함으로써, 상기 식각 라인 및 상기 유리층의 표면에 상기 수지층이 채워져 고정되도록 하는 이종 소재 접합체의 제조방법에 이르게 되었다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 일 실시상태는, 유리층의 표면에 제1 레이저를 조사하여 상기 유리층의 표면에 2 이상의 식각 라인을 형성하는 단계; 상기 식각 라인이 형성된 유리층 상에 수지층을 구비하는 단계; 및 상기 수지층이 구비된 유리층 측에 제2 레이저를 조사하여 상기 수지층이 상기 식각 라인 및 상기 유리층의 표면에 채워져 접합되도록 하는 접합단계;를 포함하고, 상기 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 상기 식각 라인이 형성된 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율은 40 % 이상 98 % 이하이며, 상기 제2 레이저는 상기 유리층에서 상기 수지층 방향으로, 상기 수지층과 접하는 상기 유리층의 표면에 초점을 맞추어 조사되는 것인 이종 소재 접합체의 제조방법을 제공한다.

이하에서는, 상기 제조방법의 각 단계별로 보다 상세하게 설명하고자 한다.

유리층 표면에 식각 라인을 형성하는 단계

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체의 제조방법은 유리층의 표면에 제1 레이저를 조사하여 상기 유리층의 표면에 2 이상의 식각 라인을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유리층은 붕규산 유리, 납-알칼리 유리, 알루미노규산염 유리, 용융 실리카 유리, 게르마늄 산화물 유리, 게르마늄 셀렌화물 유리, 열강화 유리 및 이온강화 유리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 붕규산 유리는 코닝 社의 등록상표 PYREX 인 붕규산 유리(규 산 80%, 붕산분 14% 함유)일 수 있고, 또한, 상기 열강화 유리는 판유리(plate glass)를 열압처리한 후, 공기로 급냉한 것일 수 있다.

상기 유리층이 소다 라임 유리인 경우, 제1 레이저 조사에 따라 유리층 표면에 균열(crack)이 심하게 형성되는 문제점이 발생할 수 있으며, 이를 통하여 제조된 이종 소재 접합체는 인장 시 유리층 자체가 파단되는 문제점이 발생할 수 있다.

다만, 본 발명의 일 실시상태에 유리층은 전술한 바와 같이 붕규산 유리 및 강화 유리 중 적어도 하나를 포함함으로써, 제1 레이저 조사에 따른 유리층 표면의 균열 발생을 최소화할 수 있고, 이를 통하여 제조된 이종 소재 접합체는 인장 시 유리층 자체가 파단되는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 식각 라인은 상기 유리층의 표면에 2 이상 형성될 수 있다. 또한, 상기 식각 라인은 상기 제1 레이저 조사에 따라 식각된 상기 유리층의 일 영역을 의미하는 것일 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법의 모식도를 나타낸 것이다. 구체적으로, 상기 유리층 표면에 식각 라인을 형성하는 단계의 모식도를 도 1 의 (a) 에 나타내었다.

도 1 의 (a) 에 따르면, 상기 유리층 표면에 식각 라인을 형성하는 단계는 상기 유리층(10) 측에 제1 레이저(100)를 조사하여, 상기 유리층(10) 표면에 2 이상의 식각 라인(11)을 형성할 수 있다. 나아가, 상기 제1 레이저(100) 조사에 따라 형성된 2 이상의 식각 라인(11)은 도 1 의 (a) 의 유리층(10) 표면에 해당하는 영역 중 실선으로 나타내었다.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 2 이상의 식각 라인은 진행 방향이 상이한 2 이상의 제1 레이저 조사에 따라 형성되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 2 이상의 식각 라인은 이격 및/또는 교차되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 2 이상의 제1 레이저의 진행 방향이 평행한 경우, 상기 2 이상의 식각 라인은 서로 이격되어 형성되는 것일 수 있고, 상기 2 이상의 제1 레이저의 진행 방향이 평행하지 않은 경우, 상기 2 이상의 식각 라인은 서로 교차하여 형성되는 것일 수 있다.

상기 제1 레이저 조사에 따라 상기 2 이상의 식각 라인이 상기 유리층 상에 형성됨으로써, 이후 상기 유리층의 상기 유리층 상에 구비되는 수지층과의 접합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 2 이상의 식각 라인이 교차될 경우, 상기 유리층 표면에는 상기 식각 라인으로 둘러싸인 그물망 패턴이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 식각 라인은 규칙적인 그물망 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 그물망 패턴은 원형, 곡선형, 삼각형, 사각형 또는 허니컴(honeycomb)형의 패턴일 수 있다. 상기 유리층 측에 전술한 바와 같은 다양한 형태의 그물망 패턴이 형성됨으로써, 상기 유리층 상에 구비되는 수지층과의 접합력을 향상시킬 수 있다.

도 2 는 본 발명의 일 실시상태에 따라 식각 라인이 형성된 유리층의 표면도 및 측단면도를 나타낸 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따라 식각 라인이 형성된 유리층의 표면도를 도 2의 (a) 에 나타내었다.

도 2 의 (a) 에 따르면, 상기 2 이상의 식각 라인(11)이 교차, 구체적으로 직교하는 경우, 상기 식각 라인에 따라 둘러싸인 그물망 패턴(12)이 상기 유리층 표면에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 하기 접합단계에서 설명하는 바와 같이, 상기 유리층 표면에 형성된 그물망 패턴 및 상기 식각 라인에 수지층이 채워져 접합될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유리층의 두께는 1.5 mm 이상 10 mm 이하, 또는 2 mm 이상 10 mm 이하일 수 있다. 상기 범위의 두께를 가지는 유리층에 제1 레이저를 조사하는 경우, 상기 제2 레이저 조사에 따른 유리층 강도의 감소의 폭이 적고, 이후 제2 레이저를 조사하여 수지층과 접합하는 과정에서 수지층과의 접합력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 식각 라인의 상기 유리층 표면으로부터의 깊이는 10 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 260 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하, 또는 30 ㎛ 이상 260 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 식각 라인의 상기 유리층 표면으로부터의 깊이가 전술한 범위 내인 경우, 상기 수지층이 상기 유리층 표면 및 상기 유리층 상의 식각 라인에 충분히 채워질 수 있고, 이에 따라 상기 이종 소재 접합력을 최대화할 수 있다. 구체적으로, 상기 식각 라인의 상기 유리층 표면으로부터의 깊이를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 유리층과 수지층의 원활한 접합이 이루어지지 않는 문제 및 상기 유리층이 파단되어 상기 유리층과 수지층과의 접합력이 감소하는 문제를 효과적으로 억제할 수 있다.

다만, 상기 식각 라인의 상기 유리층 표면으로부터의 깊이는, 상기 제1 레이저의 조사 조건에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "접합력"은 상기 접합된 유리층과 수지층을 떼어내기 위하여 필요한 힘을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따라 식각 라인이 형성된 유리층의 식각 라인에 따른 측단면도를 도 2 의 (b) 에 나타내었다. 도 2 의 (b) 에 따르면, 상기 제1 레이저 조사에 따라 상기 유리층(10)의 표면에 2 이상의 식각 홈(13)이 이격되어 형성될 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "식각 라인의 유리층 표면으로부터의 깊이"는 상기 식각 홈(13)의 일측 말단에서 상기 유리층(10) 표면까지의 수직선의 길이를 의미하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 2 이상의 식각 라인의 피치(pitch)는 50 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 또는 100 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하일 수 있다.

상기 범위에서 이후 수지층의 접합시, 상기 수지층이 상기 유리층 표면 및 상기 유리층 상의 식각 라인에 충분히 채워질 수 있게 되고, 이에 따라 상기 수지층이 상기 유리층으로부터 쉽게 박리되지 않으며, 상기 수지층과 상기 유리층 사이의 높은 접합력을 유지할 수 있게 된다. 구체적으로, 상기 2 이상의 식각 라인의 피치를 전술한 범위로 조절함으로써, 제2 레이저가 중첩 조사되어 상기 유리층 상에 형성된 그물망 패턴이 손상되는 문제, 및 제2 레이저가 충분히 조사되지 못하여 상기 유리층과 상기 수지층의 접합력이 충분히 확보되지 못하는 문제를 억제할 수 있다.

다만, 상기 2 이상의 식각 라인의 피치는, 상기 조사되는 제1 레이저의 조사 조건, 식각 라인이 형성되는 유리층에 포함되는 성분 및 상기 유리층의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "식각 라인의 피치(pitch)"는 유리층 표면에 식각 라인이 형성되는 경우, 상기 이격된 식각 라인 사이의 초단 거리를 의미할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유리층의 표면에 2 이상의 식각 라인이 형성 된 이후, 제1 레이저를 추가적으로 조사하여 상기 유리층의 표면에 2 이상의 보강 식각 라인을 더 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 2 이상의 보강 식각 라인의 피치는 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 또는 30 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 보강 식각 라인을 더 형성하고, 상기 보강 식각 라인의 피치를 상기 범위로 조절함으로써, 상기 유리층의 수지층과의 접합력을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 식각 라인의 폭은 20 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 또는 30 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 조사되는 제1 레이저의 조사 조건에 따라 달라질 수 있고, 상기 유리층에 포함되는 소재 및 상기 유리층의 두께에 따라 적절하게 조절되는 것일 수 있다.

상기 범위에서 상기 유리층에 상기 수지층이 접합되는 경우, 상기 수지층이 상기 유리층 표면 및 상기 식각 라인에 충분히 채워질 수 있고, 이에 따라 상기 유리층과 상기 수지층 사이의 접합력을 최대화할 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "식각 라인의 폭"은 상기 유리층 표면에 형성된 하나의 식각 라인의 두께(thickness) 또는 폭(width)을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저는 피코 초 펄스 레이저일 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "펄스 레이저"는 시간적으로 발진 및 정지가 있는 레이저를 의미할 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "펄스 폭"은 상기 펄스 레이저의 상승 시간과 하강 시간에서 진폭이 절반이 되는 시각의 간격을 의미할 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "피코 초 레이저"는 펄스 폭의 단위가 10^-12 초 인 레이저를 의미할 수 있다.

즉, 본 명세서에서, 용어 "피코 초 펄스 레이저"는 시간적으로 발진 및 정지가 있는 레이저로서, 상기 레이저의 상승 시간과 하강 시간에서 진폭이 절반이 되는 시각의 간격의 단위가 10^-12 초인 레이저를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유리층에 상기 피코 초 펄스 레이저와 같은 초단파의 레이저가 조사됨으로써, 상기 피코 초 펄스 레이저 조사에 따른 상기 유리층의 손상을 최소화하면서도, 상기 유리층 상에 규칙적인 그물망 패턴을 형성하는 식각 라인을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유리층 표면에 조사되는 제1 레이저는, 2 이상의 제1 레이저가 서로 이격되어 상기 유리층 표면에 조사될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 조사 간격은 50 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 또는 100 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 범위에서, 전술한 피치를 갖는 식각 라인을 상기 유리층 표면에 형성할 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "레이저의 조사 간격은" 이격되어 조사되는 레이저 사이의 최단 거리를 의미하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 조사 횟수는 1 회 이상 50 회 이하, 또는 1 회 이상 40 회 이하일 수 있다. 상기 제1 레이저의 조사 횟수가 전술한 범위 내인 경우, 상기 유리층의 손상을 최소화하면서도, 상기 유리층 상에 규칙적인 그물망 패턴을 형성하는 식각 라인을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 레이저의 조사 횟수는, 유리층의 두께 및 이의 물성에 따라 적절하게 조절되는 것일 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "레이저의 조사 횟수"는 레이저가 동일 영역에 반복적으로 조사되는 횟수를 의미할 수 있다. 즉, 상기 제1 레이저의 조사 횟수는, 상기 제1 레이저가 상기 유리층 표면에 형성된 하나의 식각 라인에 반복적으로 조사되는 횟수를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 출력은 10 W 이상 50 W 이하, 10 W 이상 40 W 이하, 30 W 이상 50 W 이하, 또는 30 W 이상 40 W 이하일 수 있다. 상기 제1 레이저의 출력이 전술한 범위 내인 경우, 상기 유리층의 손상을 최소화할 수 있고, 상기 유리층 및 상기 수지층 간의 접합력을 최대화할 수 있으며, 상기 유리층 상에 형성되는 그물망 패턴을 규칙적으로 유지할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 레이저의 출력을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 유리층 표면에 식각 라인을 형성하는데 오랜 시간이 필요하여 이후 상기 유리층 표면의 손상 위험이 발생되는 문제, 상기 제1 레이저를 조사할 수 있는 장비의 손상이 발생되는 문제를 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 조사 속도는 50 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 50 mm/s 이상 125 mm/s 이하, 50 mm/s 이상 100 mm/s 이하, 75 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 75 mm/s 이상 125 mm/s 이하, 75 mm/s 이상 100 mm/s 이하, 100 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 100 mm/s 이상 125 mm/s 이하, 또는 100 mm/s 일 수 있다. 상기 범위에서, 상기 유리층의 손상을 최소화할 수 있고, 상기 유리층 및 상기 수지층 간의 접합력을 최대화할 수 있으며, 상기 유리층 상에 형성되는 그물망 패턴을 규칙적으로 유지할 수 있다. 다만, 상기 제1 레이저의 조사 속도는, 상기 유리층의 물성 조건에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

본 명세서에서, 레이저의 "조사 속도"는 조사되는 레이저의 일측 말단에서 타측 말단까지 이동된 거리를 조사된 시간으로 나눈 값을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 반복률은 100 kHz 이상 300 kHz 이하일 수 있다. 상기 범위에서, 상기 유리층의 손상을 최소화할 수 있고, 상기 유리층 상에 형성되는 그물망 패턴을 규칙적으로 유지할 수 있다. 다만, 상기 제1 레이저의 반복률은, 상기 유리층의 물성 조건에 따라 적절하게 조절되는 것일 수 있다.

본 명세서에서, 용어 레이저의 "반복률"은 조사되는 레이저의 단위 시간당 피착체에 반복적으로 충돌하는 횟수를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 파장은 200 nm 이상 600 nm 이하, 200 nm 이상 400 nm 이하, 200 nm 이상 360 nm 이하, 300 nm 이상 600 nm 이하, 300 nm 이상 400 nm 이하, 300 nm 이상 360 nm 이하, 330 nm 이상 600 nm 이하, 330 nm 이상 400 nm 이하, 또는 330 nm 이상 360 nm 이하일 수 있다. 상기 범위에서, 상기 제1 레이저 조사에 따라 상기 유리층에 식각 라인 형성시 유리층의 손상을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 상기 식각 라인이 형성된 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율은 40 % 이상 98 % 이하일 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 레이저가 조사되지 않은 상기 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대하여, 상기 제1 레이저 조사로 식각 라인이 형성된 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율은 40 % 이상 98 % 이하일 수 있다. 상기 범위에서 이후 제2 레이저 조사 시 상기 제2 레이저가 충분히 투과되어 상기 수지층과 상기 유리층의 원활한 접합이 가능할 수 있다.

본 명세서에서 용어 "광투과율"은 특정 파장을 갖는 광(light)의 피조사체에 조사되는 광량에 대한 상기 피조사체를 투과하는 광량의 백분율을 의미할 수 있다.

식각 라인이 형성된 유리층 상에 수지층을 구비하는 단계

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체의 제조방법은 상기 식각 라인이 형성된 유리층 상에 수지층을 구비하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 수지층은 상기 식각 라인이 형성된 유리층의 일면 상에 구비되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 수지층은 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 수지, 폴리아미드(Polyamide; PA) 수지, 폴리페닐렌옥사이드(Polyphenylene Oxide; PPO) 수지, 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)[Poly(Acrylonitrile-butadiene-styrene); Poly(ABS)] 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate; PBT) 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 수지, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(Polycarbonate/Acrylonitrile-butadiene-styrene; PC/ABS) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET) 수지, 고밀도폴리에틸렌(High density polyethylene; HDPE), 저밀도폴리에틸렌(Low density polyethylene; LDPE), 폴리이미드(Polyimide; PI) 수지, 폴리스티렌(Polystyrene; PS) 수지, 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 수지 및 이들의 보강재 첨가물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저의 조사 조건에 따라 용융되어 상기 식각 라인 및 상기 유리층의 표면에 채워져 고정될 수 있는 것이면, 당업계에서 알려진 수지 중에서 적절하게 선택될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보강재는 유리섬유(glass fiber), 탈크(talc) 및 탄소섬유(carbon fiber) 중 적어도 하나일 수 있다. 나아가, 상기 수지층은 20 % 탈크 함유 폴리프로필렌 수지일 수 있다.

다만, 상기 보강재의 종류는 제한되는 것은 아니며, 일반적인 수지의 강도를 높이기 위하여 첨가될 수 있는 보강재라면 당업계에서 알려진 것에서 적절하게 선택되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 수지층의 두께는 0.5 mm 이상 10 mm 이하, 또는 2 mm 이상 10 mm 이하일 수 있다. 상기 범위에서 상기 유리층과 상기 수지층의 충분한 접합이 가능하면서도, 이후 제2 레이저 조사에 의하여 발생할 수 있는 수지층의 부풀어오름 현상 등을 방지할 수 있다.

접합단계

본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법은 상기 수지층이 구비된 유리층 측에 제2 레이저를 조사하여 상기 수지층이 상기 식각 라인 및 상기 유리층의 표면에 채워져 접합되도록 하는 접합단계를 포함한다.

종래에는 상기 수지층 및 상기 유리층 중 적어도 하나의 층에 점착제를 도포한 후 상기 수지층 및 상기 유리층을 합지하는 방법, 또는 상기 수지층을 가열함으로써 상기 유리층을 상기 유리층에 채워 고정시키는 방법을 사용하여 이종 소재 접합체를 제조하였다.

다만, 상기 방법의 경우 전술한 바와 같이 이종 소재 접합체의 총 두께를 지나치게 증가시켜, 이종 소재 접합체를 이용한 다양한 부재의 경량화 및 소형화 추세에 부합하지 못하는 문제점이 있었으며 상기 수지층의 열에 의한 손상이 일어나는 문제점이 있었다.

다만, 본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법은 상기 유리층과 상기 수지층 사이에 별도의 점착층이 구비되거나, 상기 수지층 전체를 별도로 용융시켜 상기 유리층을 접합하는 것이 아니라, 상기 수지층이 구비된 유리층 측에 레이저를 조사하여, 상기 수지층의 부분적 용융을 유도하여 상기 유리층과 상기 수지층을 접합함으로써, 이종 소재 접합체의 총 두께 및 상기 수지층의 변성을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 수지층이 구비된 유리층 측에 조사되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 레이저는 상기 수지층이 상기 식각 라인이 형성된 상기 유리층의 일면과 접하도록 구비된 경우에, 상기 유리층 측에 조사되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 상기 접합단계의 모식도를 도 1 의 (b) 에 나타내었다. 도 1 의 (b) 에서 점선으로 나타내는 영역은 상기 식각 라인이 형성된 유리층(10)의 타측 면을 나타낸 것이고, 도 1 의 (b) 는 상기 식각 라인이 형성된 유리층(10)의 일면과, 상기 수지층(20) 이 접하는 것을 나타낸 것이다.

또한, 도 1 의 (b) 에 따르면, 상기 접합단계는 상기 유리층(10) 상에 상기 수지층(20)을 구비하고, 상기 수지층이 형성된 상기 유리층상에 제2 레이저(200)를 조사하여 수행되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합단계는 상기 제2 레이저 조사에 따라 상기 수지층이 상기 식각 라인 및 상기 유리층의 표면에 채워져 접합되는 것일 수 있고, 구체적으로 상기 수지층이 상기 유리층 표면의 식각 라인 및 그물망 패턴에 채워져 접합되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 유리층에서 상기 수지층 방향으로 조사되는 것일 수 있고, 구체적으로 상기 제2 레이저는 상기 수지층이 구비된 상기 유리층 측에 상기 유리층에서 상기 수지층 방향으로 조사되는 것일 수 있다. 또한, 상기 제2 레이저는 상기 수지층에 직접 조사되는 것이 아닐 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저가 상기 유리층에서 상기 수지층 방향으로 조사되는 경우, 상기 제2 레이저가 상기 수지층에 직접 조사되는 경우 보다 수지층의 열에 의한 손상을 감소시킬 수 있다. 나아가, 상기 제2 레이저가 상기 수지층과 상기 유리층을 접합하기 위하여 필요한 영역에만 조사되므로, 상기 수지층과 상기 유리층의 접합력을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 상기 수지층의 에너지 공급에 의한 손상을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 수지층과 접하는 상기 유리층의 표면에 초점을 맞추어 조사될 수 있다. 또한, 상기 제2 레이저는 상기 수지층과 접하는 상기 유리층의 표면에 디포커싱하여 조사되는 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 레이저가 디포커싱하여 조사되는 경우, 상기 제2 레이저는 상기 수지층에 접하지 않는 상기 유리층의 타면에 초점을 맞추어 조사되는 것일 수 있고, 상기 수지층에는 초점이 이탈되어(디포커싱, defocusing) 상기 수지층에 광범위하게 조사되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 유리층을 투과하여 조사될 수 있다. 즉, 상기 제2 레이저는 상기 유리층을 투과하여 조사될 수 있으며, 상기 제2 레이저 조사에 따른 에너지는 상기 수지층이 흡수할 수 있다. 이에 따라 상기 흡수된 제2 레이저의 에너지는 열로 전환되어, 상기 수지층이 부분적으로 용융되어 상기 식각 라인이 형성된 상기 유리층에 접합될 수 있다.

상기 제2 레이저가 전술한 방향, 전술한 조건으로, 상기 유리층을 투과하며 조사됨으로써, 상기 제2 레이저가 상기 수지층에 직접 조사되는 경우의 손상 등의 문제점을 최소화할 수 있으며, 동시에 상기 수지층과 상기 유리층 간의 접합력을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 파이버 펄스 레이저일 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "파이버 펄스 레이저"는 당업게에서 통용되는 광섬유 펄스 레이저, 구체적으로 광섬유 속에 능동 매질(예를 들어, Yttrium Aluminium Garnet 등)을 지닌 펄스 레이저를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 출력은 5 W 이상 100 W 이하, 5 W 이상 60 W 이하, 5 W 이상 50 W 이하, 30 W 이상 100 W 이하, 30 W 이상 60 W 이하, 30 W 이상 50 W 이하, 40 W 이상 100 W 이하, 40 W 이상 60 W 이하, 또는 40 W 이상 50 W 이하일 수 있다. 상기 범위에서 상기 제2 레이저가 투과되는 유리층 및 상기 제2 레이저가 조사되는 상기 수지층의 손상을 최소화함과 동시에 상기 유리층 및 상기 수지층의 접합력을 최대화할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 조사 속도는 20 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 20 mm/s 이상 300 mm/s 이하, 20 mm/s 이상 200 mm/s 이하, 50 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 50 mm/s 이상 300 mm/s 이하, 50 mm/s 이상 200 mm/s 이하, 100 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 100 mm/s 이상 300 mm/s 이하, 또는 100 mm/s 이상 200 mm/s 이하일 수 있다. 상기 범위에서, 상기 제2 레이저가 충분히 상기 유리층을 투과하여 조사될 수 있으며, 상기 유리층 및 상기 유리층의 표면 상에 구비된 상기 식각 라인에 상기 수지층이 적절하게 채워져 상기 수지층이 상기 유리층이 강하게 접합될 수 있다. 다만, 상기 제2 레이저의 조사 속도는, 상기 유리층 및 상기 수지층의 물성에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 조사 횟수는 1 회 이상 40 회 이하, 3 회 이상 40 회 이하, 1 회 이상 20 회이하, 또는 3 회 이상 20 회 이하일 수 있다. 상기 범위에서, 상기 제2 레이저가 충분히 상기 유리층을 투과하여 조사될 수 있으며, 상기 유리층 및 상기 유리층의 표면 상에 구비된 상기 식각 라인에 상기 수지층이 적절하게 채워져 상기 수지층이 상기 유리층이 강하게 접합될 수 있다. 다만, 상기 제2 레이저의 조사 횟수는, 상기 유리층 및 상기 수지층의 물성에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 조사 횟수에 대한 설명은 전술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 조사 간격은 100 ㎛ 이상 2,000 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 200 ㎛ 이상 2,000 ㎛ 이하, 또는 200 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 범위는 상기 제1 레이저의 조사 간격 보다 넓은 범위로서, 상기 범위에서 상기 유리층과 상기 수지층의 접합이 골고루 이루어지도록 할 수 있다. 이에 따라 상기 유리층과 상기 수지층의 접합력을 최대화할 수 있으며, 상기 제2 레이저 조사에 따른 상기 유리층 및 상기 수지층의 손상을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 파장은 800 nm 이상 1,400 nm 이하, 800 nm 이상 1,200 nm 이하, 800 nm 이상 1,100 nm 이하, 900 nm 이상 1,400 nm 이하, 900 nm 이상 1,200 nm 이하, 900 nm 이상 1,100 nm 이하, 1,000 nm 이상 1,400 nm 이하, 1,000 nm 이상 1,200 nm 이하, 또는 1,000 nm 이상 1,100 nm 이하일 수 있다. 상기 제2 레이저의 파장은 전술한 제1 레이저 대비 장파장으로서, 상기 제2 레이저 조사를 통하여 상기 유리층과 상기 수지층의 접합이 효율적으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 레이저 조사에 따른 상기 유리층 및 상기 수지층 각각의 손상을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체의 접합력은 4 MPa 이상 10 MPa 이하일 수 있다.

본 명세서에서, 상기 이종 소재 접합체의 접합력은 상기 이종 소재 접합체를 접합 면적이 5 mm × 5 mm 가 되도록 접합한 후, 상기 이종 소재 접합체의 양측 말단을 10 mm/min 의 속도로 인장하였을 때의 최대 인장 하중을 의미할 수 있다.

즉, 상기 이종 소재 접합체의 최대 인장 강도, 구체적으로 상기 이종 소재 접합체의 접합부분이 파단되는 최대 인장 하중이 4 MPa 이상 10 MPa 이하인 것을 의미할 수 있다. 상기 범위는 통상의 유리와 수지가 접합된 이종 소재 접합체가 구현할 수 있는 범위보다 본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체가 훨씬 큰 값의 범위를 구현할 수 있음을 의미할 수 있다.

[부호의 설명]

10: 유리층

11: 식각 라인

12: 그물망 패턴

13: 식각 홈

20: 수지층

100: 제1 레이저

200: 제2 레이저

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

참고예 1

두께 1 mm 의 소다 라임 글래스를 준비하였다.

제조예 1-1

두께 1 mm 의 소다 라임 글래스에 355 nm 의 파장, 45 W 의 출력, 100 kHz 의 반복률을 갖는 피코 초 레이저를 TRUMPF社의 Trimicro 5000를 이용하여, 100 mm/s 의 조사 속도, 0.2 mm 의 조사 간격으로 20 회 조사하여 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 1-2

조사 간격을 0.6 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 1-1 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 1-3

조사 간격을 1.0 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 1-1 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

참고예 2

두께 2.2 mm 의 붕규화(Pyrex, Corning 社) 유리를 준비하였다.

제조예 2-1

두께 2.2 mm 의 붕규화(Pyrex, Corning 社) 유리에 355 nm 의 파장, 45 W 의 출력, 100 kHz 의 반복률을 갖는 피코 초 레이저를 TRUMPF社의 Trimicro 5000를 이용하여, 100 mm/s 의 조사 속도, 0.2 mm 의 조사 간격으로 20 회 조사하여 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 2-2

조사 간격을 0.6 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 2-1 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 2-3

조사 간격을 1.0 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 2-1 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 2-4

두께 2.2 mm 의 붕규화(Pyrex, Corning 社) 유리에 355 nm 의 파장, 40 W 의 출력, 100 kHz 의 반복률을 갖는 피코 초 레이저를 TRUMPF社의 Trimicro 5000를 이용하여, 100 mm/s 의 조사 속도, 0.1 mm 의 조사 간격으로 10 회 조사하여 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 2-5

조사 간격을 0.3 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 2-4 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 2-6

조사 간격을 0.3 mm로 하고, 0.05 mm로 조사 간격을 보강한 것을 제외하고는 제조예 2-4 와 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 2-7

조사 간격을 0.6 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 2-4 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

참고예 3

두께 2 mm 의 강화유리(열압처리한 후, 공기로 급냉한 판유리)를 준비하였다.

제조예 3-1

두께 2 mm의 강화유리(열압처리한 후, 공기로 급냉한 판유리)에 45 W 의 출력, 355 nm 의 파장, 100 kHz 의 반복률을 갖는 피코 초 레이저를 TRUMPF社의 Trimicro 5000를 이용하여, 100 mm/s 의 조사 속도, 0.2 mm 의 조사 간격으로 20 회 조사하여 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 3-2

조사 간격을 0.6 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 3-1 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 3-3

조사 간격을 1.0 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 3-1 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 3-4

두께 2 mm 의 강화유리에 355 nm 의 파장, 30 W 의 출력, 100 kHz 의 반복률을 갖는 피코 초 레이저를 TRUMPF社의 Trimicro 5000를 이용하여, 500 mm/s 의 조사 속도, 0.1 mm 의 조사 간격으로 20 회 조사하여 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 3-5

조사 간격을 0.3 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 3-4 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

제조예 3-6

조사 간격을 0.6 mm로 한 것을 제외하고는 제조예 3-4 과 동일한 방법으로 유리층 표면에 식각 라인을 형성하였다.

상기 제조예 1-1 내지 제조예 1-3, 제조예 2-1 내지 제조예 2-7 및 제조예 3-1 내지 제조예 3-4 의 제조 조건을 요약하면 하기 표 1 과 같다.

구분	유리 종류	파장(nm)	출력(W)	조사속도(mm/s)	횟수(회)	조사 간격(mm)
제조예 1-1	소다라임	355	45	100	20	0.2
제조예 1-2	소다라임	355	45	100	20	0.6
제조예 1-3	소다라임	355	45	100	20	1.0
제조예 2-1	Pyrex 2.2	355	45	100	20	0.2
제조예 2-2	Pyrex 2.2	355	45	100	20	0.6
제조예 2-3	Pyrex 2.2	355	45	100	20	1.0
제조예 2-4	Pyrex 2.2	355	40	100	10	0.1
제조예 2-5	Pyrex 2.2	355	40	100	10	0.3
제조예 2-6	Pyrex 2.2	355	40	100	10	0.3(0.05)
제조예 2-7	Pyrex 2.2	355	40	100	10	0.6
제조예 3-1	강화유리 2mm	355	45	100	20	0.2
제조예 3-2	강화유리 2mm	355	45	100	20	0.6
제조예 3-3	강화유리 2mm	355	45	100	20	1.0
제조예 3-4	강화유리 2mm	355	30	500	20	0.1
제조예 3-5	강화유리 2mm	355	30	500	20	0.3
제조예 3-6	강화유리 2mm	355	30	500	20	0.6

실시예 1

제조예 2-4 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비하였다.

상기 수지층이 구비된 상기 유리층 측에, 상기 유리층에서 상기 수지층 방향으로, 상기 수지층과 접하는 상기 유리층의 표면에 초점을 맞추어 조사하거나, 상기 수지층과 접하는 상기 유리층의 표면에 디포커싱하여 하기 표 2 와 같은 조건의 제2 레이저를 조사하여, 이종 소재 접합체를 제조하였다.

구분	제2 레이저
제조사	SPI
장비명	SPI-R4
파장(nm)	1064
스폿 크기(㎛)	82(디포커싱: 170)
출력(W)	50
조사속도(mm/s)	100
반복률(kHz)	100
조사 횟수(회)	3
조사 간격(mm)	1.0

실시예 2

제조예 2-5 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

실시예 3

제조예 2-6 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

실시예 4

제조예 2-7 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

실시예 5

제조예 3-4 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

실시예 6

제조예 3-5 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

실시예 7

제조예 3-6 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

비교예 1

제조예 1-1 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

비교예 2

제조예 1-2 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

비교예 3

제조예 1-3 에 따라 표면에 식각 라인이 형성된 유리층 표면 상에 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 구비한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

비교예 4

참고예 2 에 따른 유리와 두께 1 mm 의 폴리프로필렌(보강재: 탈크 20%) 수지층을 점착제(3M 社제)로 부착하여 이종 소재 접합체를 제조하였다.

비교예 5

참고예 3 에 따른 유리를 사용한 것을 제외하고는 비교예 4 와 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.

실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1 내지 비교예 5 에 따른 이종 소재 접합체의 정보를 요약하면 하기 표 3 과 같다.

구분	유리층	출력(W)	속도(mm/s)	횟수(회)	조사 간격(mm)
실시예 1	제조예 2-4	50	100	3	1.0
실시예 2	제조예 2-5	50	100	3	1.0
실시예 3	제조예 2-6	50	100	3	1.0
실시예 4	제조예 2-7	50	100	3	1.0
실시예 5	제조예 3-4	50	100	3	1.0
실시예 6	제조예 3-5	50	100	3	1.0
실시예 7	제조예 3-6	50	100	3	1.0
비교예 1	제조예 1-1	50	100	3	1.0
비교예 2	제조예 1-2	50	100	3	1.0
비교예 3	제조예 1-3	50	100	3	1.0
비교예 4	참고예 2	점착제
비교예 5	제조예 3	점착제

[ 실험예 1 - 유리층의 광투과율 측정]

참고예 2 내지 참고예 3 의 1064 nm 파장에서의 광투과율을 SHIMADZU 社의 Solid spec-3700 장비를 이용하여 측정하였다.

또한, 제조예 2-1 내지 제조예 2-5, 제조예 2-7 및 제조예 3-1 내지 제조예 3-6 의 1064 nm 파장에서의 광투과율을 SHIMADZU 社의 Solid spec-3700 장비를 이용하여 측정하였다.

그리고, 참고예 2 의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 제조예 2-1 내지 제조예 2-3 의 1064 nm 파장에서의 상대 광투과율 및 참고예 3 에 따른 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 제조예 3-1 내지 제조예 3-3 의 상대 광투과율을 도 3 에 나타내었다.

나아가, 참고예 2 의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 제조예 2-4 내지 제조예 2-5 및 제조예 2-7 의 1064 nm 파장에서의 상대 광투과율 및 참고예 3 에 따른 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 제조예 3-4 내지 제조예 3-6 의 1064 nm 파장에서의 상대 광투과율을 도 4 에 나타내었다.

도 3 내지 도 4 에 따르면, 제1 레이저 조사 조건이 본 발명의 일 실시상태에 포함되는 경우, 제1 레이저가 조사되지 않은 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 제1 레이저 조사후의 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율은 40 % 이상 98 % 이하인 것을 확인할 수 있었다.

상기 범위에서 이후 제2 레이저가 조사되는 경우, 제2 레이저가 충분히 상기 유리층을 투과할 수 있게 되고, 이에 따라 상기 제2 레이저가 상기 유리층을 투과하고 상기 수지층에 조사되어 수지층의 부분적인 용융을 유도할 수 있으며, 이에 따라 상기 수지층과 상기 유리층의 접합이 원활하게 이루어질 수 있음을 예상할 수 있었다.

[ 실험예 2 - 유리층의 표면 및 측단면 촬영]

제조예 2-4, 제조예 2-5, 제조예 2-7 및 제조예 3-4 내지 제조예 3-6 각각의 표면 및 측단면을 주사전자현미경(TM-1000, HITACHI社)을 이용하여 촬영한 이미지를 도 5 에 나타내었다.

도 5 에 나타난 촬영 결과를 보면, 제1 레이저의 조사 간격이 증가하더라도 참고예 2 및 참고예 3 에 따른 유리층의 표면 및 내부의 손상이 거의 없음을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 상기 제조예를 이용한 이종 소재 접합체를 제조하는 경우, 매끄러운 접합면을 갖는 이종 소재 접합체를 얻을 수 있음을 예상할 수 있었다.

[ 실험예 3 - 이종 소재 접합체의 측단면 촬영]

실시예 2, 실시예 6 및 비교예 1 내지 비교예 4 에 따른 이종 소재 접합체의 측단면을 전술한 주사전자현미경을 이용하여 촬영하였다.

비교예 1 내지 비교예 3 에 따른 이종 소재 접합체의 측단면 촬영 결과를 도 6 에 나타내었다.

도 6 에 따르면, 제1 레이저의 조사 간격의 증가와 무관하게, 상기 제1 레이저 조사에 따라 상기 유리층 표면에 균열이 발생한 것을 확인할 수 있으며, 상기 균열에 따라 상기 이종 소재 접합체에 불량이 발생한 것을 확인할 수 있었다.

즉, 비교예 1 내지 비교예 3 과 같이, 본 발명의 일 실시상태에 따른 유리층이 아닌 일반적인 소다 라임 글래스를 이용하는 경우, 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 레이저 조사시 유리층에 균열이 일어나게 되고, 수지층과의 접합이 원활하게 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2 및 실시예 6 에 따른 이종 소재 접합체의 측단면 촬영 결과를 도 7 에 나타내었다.

도 7 에 따르면, 전술한 도 6 의 평가 결과와 달리, 유리층 표면에 균열이 거의 발생하지 않은 것을 확인할 수 있었으며, 수지층이 상기 유리층 표면에 형성된 식각라인에 적절히 침투되어 상기 수지층과 상기 유리층의 접합이 원활하게 이루어진 것을 확인할 수 있었다.

상기 내용을 종합하여 보면, 전술한 바와 같이 상기 유리층의 종류를 붕규화 유리 또는 강화 유리로 구체적으로 특정한 본 발명의 경우, 소다 라임 유리를 이용한 비교예보다 평탄한 접합부를 가지는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 실시예에 따른 이종 소재 접합체가 높은 접합력을 가질 수 있음을 예상할 수 있었다.

[ 실험예 4 - 이종 소재 접합체의 접합력 측정]

접합 부분의 면적이 5 mm × 5 mm 이 되도록 접합한 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 4 내지 비교예 5 에 따른 이종 소재 접합체의 접합 강도를 인장 시험기(AGS-X, SHIMADZU社)를 이용하여 측정하였다.

상기 인장 시험시 사용되는 측정 시편 및 인장 시험기의 디지털 카메라 이미지를 도 8 에 나타내었다.

구체적으로 도 8 의 (a) 및 (b) 는 인장 시험기의 디지털 카메라 이미지 및 그 확대도를 나타낸 것이고, (c) 는 상기 실험시 사용되는 시편의 디지털 카메라 이미지를 나타낸 것이다.

도 8 의 (c) 를 살펴보면, 상기 이종 소재 접합체의 양측 말단이 별도로 고정된 것을 확인할 수 있고, 도 8 의 (b)를 살펴보면 상기 양측 말단이 상기 인장 시험기에 고정되어 인장 시험에 사용되는 것을 확인할 수 있다.

상기 인장 시험기를 이용하여 상기 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 4 내지 비교예 5 에 따른 이종 소재 접합체를 10 mm/min 의 속도로 인장하며 이 때의 최대 인장 하중을 접합 강도로 표현하고, 상기 접합 강도를 도 9 및 도 10 에 나타내었다.

나아가, 비교예 1 내지 비교예 3 에 따른 이종 소재 접합체의 접합 강도를 측정하기 위한 시편의 디지털 카메라 이미지를 도 11 에 나타내었다.

실시예 1 및 실시예 2 의 경우 비교예 4 의 경우보다 높은 접합 강도를 가지고, 실시예 5 및 6 의 경우 비교예 5 의 경우보다 높은 접합 강도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.

도 9 및 도 10 에 따르면, 비교예 4 는 제1 레이저 조사를 통하여 유리층 상에 식각 라인을 형성하지 않고, 별도의 접착제를 사용하여 접합한 것으로서, 실시예 3 내지 실시예 4 보다 높은 접합 강도를 가지더라도, 상기 접착제를 경화하는 별도의 공정이 더 필요한 문제점이 있었다. 나아가, 상기 실시예 3 내지 실시예 4 의 수지층과 유리층 사이의 접합강도가 충분히 구현된 것을 확인할 수 있었다.

또한, 비교예 5 역시 비교예 4 와 마찬가지로, 제1 레이저 조사를 통하여 유리층 상에 식각 라인을 형성하지 않고, 별도의 접착제를 사용하여 접합한 것으로서, 실시예 7 보다 높은 접합 강도를 가지더라도, 상기 접착제를 경화하는 별도의 공정이 더 필요한 문제점이 있었다. 마찬가지로, 상기 실시예 7 의 수지층과 유리층 사이의 접합강도도 충분히 구현된 것을 확인할 수 있었다.

참고로, 비교예 1 내지 비교예 3 에 따른 이종 소재 접합체에 대하여 전술한 방법과 마찬가지의 방법으로 접합 강도를 측정하고자 하였으나, 도 11 에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 3 에 따른 이종 소재 접합체의 경우 유리층과 수지층의 접합부가 아닌, 유리층 자체가 파단되는 문제점이 있음을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 파단된 유리층의 양측 말단을 도 11 의 화살표로 나타내었다.

상기 내용을 종합하여보면, 비교적 간단한 공정을 통하여, 상기 유리층과 상기 수지층을 손상 없이, 원활하게 접합하기 위해서는 본 발명의 일 실시상태에 따른 유리층의 종류를 선택하고, 본 발명의 일 실시상태에 따른 조사 조건의 제1 및 제2 레이저 조사를 통하여 상기 유리층과 수지층을 접합하여야 하는 것을 확인할 수 있다.

Claims

유리층의 표면에 제1 레이저를 조사하여 상기 유리층의 표면에 2 이상의 식각 라인을 형성하는 단계;

상기 식각 라인이 형성된 유리층 상에 수지층을 구비하는 단계; 및

상기 수지층이 구비된 유리층 측에 제2 레이저를 조사하여 상기 수지층이 상기 식각 라인 및 상기 유리층의 표면에 채워져 접합되도록 하는 접합단계;를 포함하고,

상기 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율에 대한 상기 식각 라인이 형성된 유리층의 1064 nm 파장에서의 광투과율은 40 % 이상 98 % 이하이며,

상기 제2 레이저는 상기 유리층에서 상기 수지층 방향으로, 상기 수지층과 접하는 상기 유리층의 표면에 초점을 맞추어 조사되는 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 유리층은 붕규산 유리, 납-알칼리 유리, 알루미노규산염 유리, 용융 실리카 유리, 게르마늄 산화물 유리, 게르마늄 셀렌화물 유리, 열강화 유리 및 이온강화 유리 중 적어도 하나를 포함하는 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 유리층의 두께는 1.5 mm 이상 10 mm 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 식각 라인의 상기 유리층 표면으로부터의 깊이는 10 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 식각 라인의 피치는 50 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제1 레이저는 피코 초 펄스 레이저인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제1 레이저의 조사 간격은 50 ㎛ 이상 1,200 ㎛ 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제1 레이저의 조사 횟수는 1 회 이상 50 회 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제1 레이저의 출력은 10 W 이상 50 W 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제1 레이저의 조사 속도는 50 mm/s 이상 500 mm/s 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제2 레이저는 파이버 펄스 레이저인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제2 레이저의 출력은 5 W 이상 100 W 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제2 레이저의 조사 속도는 20 mm/s 이상 500 mm/s 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제2 레이저의 조사 횟수는 1 회 이상 40 회 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 제2 레이저의 조사 간격은 100 ㎛ 이상 2,000 ㎛ 이하인 이종 소재 접합체의 제조방법.