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KR102136376B1 - 강화 적층 유리 구조 - Google Patents

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KR102136376B1
KR102136376B1 KR1020157021291A KR20157021291A KR102136376B1 KR 102136376 B1 KR102136376 B1 KR 102136376B1 KR 1020157021291 A KR1020157021291 A KR 1020157021291A KR 20157021291 A KR20157021291 A KR 20157021291A KR 102136376 B1 KR102136376 B1 KR 102136376B1
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Abstract

적층 유리 구조는 비-유리식 기판(non-glass substrate) 및 상기 비-유리식 기판에 결합되어 적층 유리 구조를 형성하는 유리 시트를 포함하며, 여기서 상기 적층 유리 구조는 상기 적층 유리 구조 상에서 535g의 스테인리스강 구가 0.8m의 높이에서 낙하하면서 유리 시트가 상기 구에 의해 충격을 받는 낙하 구 시험을 견딘다. 상기 유리 시트는 상기 낙하 구 시험에 의해 전달될 때 상기 유리 시트가 균열 없이 상기 비-유리식 기판의 형상 변화에 맞추어 변형되도록 두께를 갖는다.

Description

강화 적층 유리 구조 {Strengthened laminated glass structures}
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2013년 1월 7일자로 출원된 미국 가출원번호 제61/749671호의 우선권을 주장하며, 이러한 가출원 특허의 전체 내용은 참조로서 본원에 포함된다.
본 명세서는 유리-적층 구조에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로, 강화된/손상 및 충격 저항성을 갖는 적층 유리 구조에 관한 것이다.
적층 유리 구조는 다양한 적용품, 자동차 부품, 건축 구조 또는 전자 소자의 제조에 구성성분으로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 적층 유리 구조는 냉장고, 장식 유약, 텔레비젼, 또는 스마트 인터렉티브 디스플레이(smart interactive display)용 내장형 손전등과 같은 다양한 목적의 제품용 커버 유리로서 포함될 수 있다. 그러나, 적층 유리 구조를 이용하는 적용품들은 강도 및 충격에 한계를 갖는다. 또한, 일부 전자 기술은 곡선, 비스듬한 형상, 홈 형상, 또는 다른 윤곽의 프로파일을 갖는 적층 유리 시트와 같은 특별한 형상의 적층 유리 구조를 요구한다.
따라서, 강화 및/또는 내충격성을 갖는 적층 유리 구조를 위한 기구 및 제조방법이 요구되고 있다.
연성 유리의 기계적인 신뢰성을 향상시키기 위한 하나의 기술은 상기 연성 유리를 하나 이상의 적층 물질 또는 독특한 구조의 기판에 적층하거나 또는 결합시키는 것이다. 연성 유리는 300 마이크론 이하의 두께를 갖는 유리일 수 있으며, 300, 275, 250, 225, 200, 190, 180, 170, 160, 150, 140, 130, 120, 110, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 또는 10 마이크론의 두께를 포함하나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 목적하는 적용품에서 요구되는 적층 유리 구조의 기계적 강도 및 내충격성 및 예상되는 휨응력 및 휨 방향에 따라, 적층 유리 구조는 여기에 기술되는 개념에 따라 다양한 기계적 요구조건을 충족시키도록 디자인될 수 있다. 적합하게 이용되는 경우, 상기 적층 유리 구조는 비적층 연성 유리에 비해 향상된 기계적 신뢰성 및 내충격성을 제공할 수 있다.
예를 들어, 후술하는 바와 같이, 적층 유리 구조의 내충격성은 낙하 구 시험 기구를 이용한 낙하 구 시험에서의 성능에 의해 정의될 수 있다. 51 ㎜의 직경 및 535 g의 무게를 갖는 스테인리스강 구(ball)가 알루미늄 대 상에 위치된 발포 블록에 의해 지지된 적층 유리 구조 상에 휴지 상태 및 고정된 높이에서 낙하하는 경우, 연성 유리가 적층 또는 결합되는 적층 물질 또는 기판 내에 딤플이 형성되는 반면, 연성 유리는 손상되지 않고 상기 비-유리식 기판의 형상에 맞추어지도록 상기 적층 유리 구조가 변형될 수 있다. 상기 연성 유리가 두께에 걸쳐 균열되지 않고 연성 유리의 어떠한 부분도 상기 적층 유리 구조로부터 분리되지 않는다면, 상기 적층 유리 구조는 상기 스테인리스강 구가 낙하하는 높이에서 내충격성을 갖는 것으로, 다시 말해, 상기 적층 유리 구조가 이러한 낙하 구 시험을 견디는 것으로 고려될 수 있다.
부가적인 특징 및 장점이 아래 기재된 상세한 설명에 설명되어 있고, 그리고 부분적으로 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 파악될 수 있거나 또는 기재된 상세한 설명 및 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면에 나타낸 바와 같은 구현예를 실시함으로써 알 수 있을 것이다.
상기 일반적인 설명과 아래 상세한 설명 모두는 단지 예시적인 것이며, 청구범위의 특성과 특질의 전반적인 이해나 또는 개괄적인 이해를 돕기 위한 것임을 알 수 있을 것이다.
첨부한 도면은 이해를 더욱 돕기 위해 포함되어 있고, 본 명세서의 일부를 이룬다. 도면은 하나 이상의 구현예를 나타내고 있고, 상세한 설명과 함께 다양한 구현예의 원리 및 작동을 설명하기 위해 사용된다.
본 명세서 및 도면에 기술된 다양한 특징은 일부 및 모든 조합으로 이용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 비-한정 구현예에 의해 다양한 특징이 다음의 관점에 따라 서로 결합될 수 있을 것이다.
제1관점에 따르면, 다음을 포함하는 적층 유리 구조가 제공된다:
비-유리식 기판; 및
상기 비-유리식 기판에 결합되어 적층 유리 구조를 형성하는 유리 시트; 여기서, 상기 적층 유리 구조는 상기 적층 유리 구조 상에서 535g의 스테인리스강 구가 0.8m의 높이에서 낙하하면서 상기 구에 의해 상기 유리 시트가 충격을 받는 낙하 구 시험을 견디며,
여기서, 상기 유리 시트는 상기 낙하 구 시험의 구에 의해 전달될 때 상기 유리 시트가 균열 없이 상기 비-유리식 기판의 형상 변화에 맞추어 변형되도록 두께를 갖는다.
제2관점에 따르면, 상기 구가 0.9 m의 높이에서 낙하하는 제1관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제3관점에 따르면, 상기 구가 1 m의 높이에서 낙하하는 제1관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제4관점에 따르면, 상기 구가 1.295 m의 높이에서 낙하하는 제1관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제5관점에 따르면, 상기 구가 1.45 m의 높이에서 낙하하는 제1관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제6관점에 따르면, 상기 유리 시트가 300 ㎛ 이하의 두께를 갖는, 제1 내지 제5관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제7관점에 따르면, 상기 적층 유리 구조는 상기 유리 시트가 상기 구에 의해 충격을 받고 상기 비-유리식 기판이 발포 시트를 대면하도록 알루미늄 시험대의 상면 상에 위치된 25.4 ㎜ 두께의 압출 폴리스티렌 발포 시트에 의해 지지되는, 제1 내지 제6관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제8관점에 따르면, 상기 비-유리식 기판은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 제1 내지 제7관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제9관점에 따르면, 상기 비-유리식 기판은 하나 이상의 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 황동, 청동, 티타늄, 텅스텐, 구리, 주철 및 귀금속을 포함하는, 제1 내지 제8관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제10관점에 따르면, 상기 유리 시트와 상기 비-유리식 기판 사이에 위치된 접착층을 더욱 포함하는, 제1 내지 제9관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제11관점에 따르면, 상기 접착층은 약 1000 ㎛ 이하의 두께를 갖는, 제10관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제12관점에 따르면, 상기 접착층은 경화 시 광학적으로 투명한, 제10 또는 제11관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제13관점에 따르면, 상기 접착층 내의 어떠한 기포도 100 마이크론 이상의 직경을 갖지 않는, 제10 내지 제12관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제14관점에 따르면, 상기 접착층은 불투명한, 제10 내지 제13관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제15관점에 따르면, 상기 접착층은 열경화되는, 제10 내지 제14관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제16관점에 따르면, 상기 접착층은 자외선에 노출되어 경화되는, 제10 내지 제14관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제17관점에 따르면, 상기 접착층은 접착 시트 또는 필름인, 제10 내지 제16관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제18관점에 따르면, 상기 접착 시트 또는 필름은 상기 유리 시트를 통해 보이는 장식 패턴을 갖는, 제17관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제19관점에 따르면, 상기 비-유리식 기판은 약 5㎜ 이하의 두께를 갖는, 제1 내지 제18관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제20관점에 따르면, 상기 비-유리식 기판은 상기 유리 시트의 CTE의 적어도 약 2배의 열팽창계수(CTE)를 갖는, 제1 내지 제19관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제21관점에 따르면, 압축력이 그 두께에 걸쳐 적어도 약 30 MPa인, 제1 내지 제20관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제22관점에 따르면, 압축력이 그 두께에 걸쳐 적어도 약 80 MPa인, 제1 내지 제21관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제23관점에 따르면, 상기 비-유리식 기판은 상기 유리 시트의 CTE의 적어도 약 5배의 CTE를 갖는, 제1 내지 제22관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제24관점에 따르면, 상기 유리 시트는 제1유리 시트이고, 상기 적층 구조는 제2유리 시트를 포함하며, 여기서, 상기 비-유리식 기판은 상기 제1 및 제2유리 시트 사이에 위치되는, 제1 내지 제23관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제25관점에 따르면, 상기 비-유리식 기판은 약 30,000 MPa 이상 및 약 500,000 MPa 이하의 탄성계수를 갖는, 제1 내지 제24관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제26관점에 따르면, 상기 유리 시트는 약 2 ppm/℃ 이상 및 약 5 ppm/℃ 이하의 제1CTE를 가지며, 상기 비-유리식 기판은 약 10 ppm/℃ 이상의 제2CTE를 갖는, 제1 내지 제25관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제27관점에 따르면, 상기 유리 시트는 항균성을 갖는, 제1 내지 제26관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제28관점에 따르면, 다음을 포함하는 적층 유리 구조가 제공된다:
약 300 ㎛ 이하의 두께를 갖는 유리 시트; 및
상기 유리 시트의 두께에 걸쳐 적어도 약 30 MPa의 압축력이 달성되도록 상기 유리 시트의 표면에 적층된 금속 기판.
제29관점에 따르면, 상기 유리 시트의 두께에 걸쳐 압축력은 적어도 약 80 MPa인, 제28관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제30관점에 따르면, 상기 유리 시트의 두께에 걸쳐 압축력은 적어도 약 100 MPa인, 제28 또는 제29관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제31관점에 따르면, 상기 금속 기판은 하나 이상의 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 황동, 청동, 티타늄, 텅스텐, 구리, 주철 및 귀금속을 포함하는, 제28 내지 제30관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제32관점에 따르면, 상기 유리 시트와 상기 금속 기판 사이에 위치되어 접하는 접착층을 더욱 포함하는, 제28 내지 제31관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제33관점에 따르면, 상기 접착층은 경화 시 광학적으로 투명한, 제32관점의 적층 유리 구조가 제공된다.
제34관점에 따르면, 상기 접착층은 약 1000 ㎛ 이하의 두께를 갖는, 제32 내지 제33관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제35관점에 따르면, 상기 금속 기판은 약 5 ㎛ 이하의 두께를 갖는, 제28 내지 제34관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제36관점에 따르면, 상기 금속 기판은 상기 유리 시트의 CTE의 적어도 약 2배의 열팽창계수(CTE)를 갖는, 제28 내지 제35관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제37관점에 따르면, 상기 금속 기판은 상기 유리 시트의 CTE의 적어도 약 5배의 CTE를 갖는, 제28 내지 제36관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제38관점에 따르면, 제1유리 시트층, 제2유리 시트층, 및 상기 제1 및 제2유리 시트층 사이에 위치된 금속 기판층을 포함하는 적어도 3개의 층을 포함하는, 제28 내지 제37관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제39관점에 따르면, 상기 금속 기판은 약 30,000 MPa 이상 및 약 500,000 MPa 이하의 탄성계수를 갖는, 제28 내지 제38관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제40관점에 따르면, 상기 접착층은 열적으로 경화되는, 제32 내지 제39관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제41관점에 따르면, 상기 접착층은 자외선에 노출되어 경화되는, 제32 내지 제39관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
제42관점에 따르면, 상기 접착층은 불투명한, 제32 내지 제39관점 중 어느 하나의 적층 유리 구조가 제공된다.
이들 특징 및 여러 특징은 아래 기재된 상세한 설명이 첨부된 도면과 관련하여 참조된다면 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 상술한 관점들에 따라, 대칭형 적층 유리 구조의 일 구현예를 나타낸 단면도 및 관련 압축력 시험 그래프이고;
도 3 및 도 4는 상술한 관점들에 따라, 접착층을 갖는 비대칭형 적층 유리 구조의 일 구현예를 나타낸 단면도 및 관련 압축력 시험 그래프이고;
도 5는 상술한 관점들에 따라, 접착층 상에 장식 패턴을 갖는 도 1의 대칭형 적층 유리 구조의 일 구현예를 나타낸 단면도이고;
도 6은 상술한 관점들에 따라, 접착층을 갖지 않는 비대칭형 적층 유리 구조의 일 구현예를 나타낸 단면도이고;
도 7은 상술한 관점들에 따라, 형성되고 테스트된 적층 유리 구조 샘플 물질의 물성을 나타낸 표이고;
도 8은 상술한 관점들에 따라, 도 6의 비대칭형 적층 유리 구조 상에 가능한 뒤틀림(warping)을 개략적으로 설명한 도면이고;
도 9는 상술한 관점들에 따라, 시험 샘플에 사용되는 낙하 구 시험 기구를 설명한 도면이고;
도 10은 상술한 관점들에 따라, 도 7에 기술된 물질의 물성을 갖는 적층 유리 기판 상에서 수행된 낙하 구 시험의 결과를 나타낸 도면이고;
도 11은 상술한 관점들에 따라, 도 10의 낙하 구 시험 기구를 이용하여 테스트된 샘플 적층 유리 구조의 정면을 도시한 도면이고;
도 12는 상술한 관점들에 따라, 도 10의 적층 유리 구조 샘플의 압축력 분석을 나타낸 도면이다.
제공된 구현예와 예시적인 사항은 본 발명의 개념을 설명하는 것이며, 본 명세서에 제공된 구현예로 본 발명이 한정되도록 의도되는 것은 아니다. 그러나, 본 발명을 이해하고 있는 당업자라면, 본 발명이 본 명세서에 개시된 특정 상세한 사항의 범주 내의 여러 구현예로 실시될 수 있다는 것을 명확하게 알 수 있을 것이다. 더욱이, 잘 알려진 장치, 방법 및 재료의 기재는 본 발명의 기재를 더욱 명확하게 나타내기 위하여 생략될 수 있다. 가능하다면, 동일한 부재번호는 동일하거나 유사한 부품을 지시하도록 도면에서 사용된다.
범위는 "약" 하나의 특정 값에서, 및/또는 "약" 또 다른 특정 값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 또 다른 구현예는 상기 하나의 특정 값에서 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 값들은 근사치로서 선조사 "약"을 이용하는 경우, 상기 특정 값이 또 다른 구현예를 형성하는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 상기 각각의 범위들의 종료점은 다른 종료점과 연관되어 그리고 독립적으로 다른 종료점 모두에 있어 중요한 것으로 이해될 수 있을 것이다.
여기에 사용된 방향 용어- 예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 정면, 배면, 상면, 하면 -은 단지 도시된 도면을 참조로 사용되며 절대적인 배향을 의미하도록 의도된 것은 아니다.
특별히 다르게 언급되지 않는 한, 여기에 설명된 모든 방법들은 그 단계들이 특정 순서대로 수행되어야만 하는 것은 아니다. 따라서, 방법 청구항에서 이어지는 단계들에 순서가 실질적으로 기재되어 있지 않은 경우 또는 단계들이 특정 순서로 한정되지 않은 청구항 또는 상세한 설명에서 특별히 언급되지 않은 경우, 어떠한 면에서도, 어떠한 순서도 의도되지 않는다. 이는 다음을 포함하여 해석에 있어 모든 가능한 비-표현적 기초를 유지한다: 단계 또는 작동 흐름 배열과 관련한 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두점으로부터 유래되는 평범한 의미; 명세서에서 기술되는 구현예의 수 또는 형태.
여기에서 사용되는 바에 따라, 단일 형태, "일(a)", "일(an)" 및 "상기(the)"는 명시적으로 다르게 기술되지 않는 한, 다수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 일(a) "성분"은 명시적으로 다르게 기술되지 않는 한, 이러한 성분들을 둘 이상 갖는 관점을 포함한다.
유리는 본래 강한 물질이나, 그 강도 및 기계적 신뢰성은 표면 결함 또는 결점 크기 밀도 분포 및 시간에 따라 물질에 노출되는 스트레스의 누적에 상관적으로 변한다. 전체 제품의 수명주기 동안, 적층 유리 구조는 다양한 종류의 정적이고 동적인 기계적 스트레스를 받을 수 있다. 여기에 기술된 구현예는 일반적으로 연성 유리 시트가 비-유리식 기판을 이용하여 강화되는 적층 유리 구조에 관한 것이다. 여기에 언급된 특정 구현예는 비-유리식 기판이 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 황동, 청동, 티타늄, 텅스텐, 구리, 주철 또는 귀금속과 같은 금속 또는 금속 합금인 적층 유리 구조에 관한 것이다. 상기 비-유리식 기판과 연성 유리 시트 사이의 상대적으로 큰 열팽창계수(CTE)의 불일치는 높은 적층 온도에서 상기 비-유리식 기판을 상기 연성 유리 시트에 적층하고 이어서 천천히 냉각하여 내충격성을 향상시키는데 이용된다. 이러한 높은 적층 온도 적층법은 적층 유리 구조가 냉각되면 상기 연성 유리 시트의 두께에 걸쳐 균일하게 분포된 잔여 압축력을 생성할 수 있다.
적층 유리 구조
도 1 내지 도 3에 2개의 예시적인 적층 유리 구조(200 및 202)의 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 상기 적층 유리 구조(200)는 일반적으로 대칭 적층 유리 구조로 언급되며, 연성 유리 시트(140)로 형성된 제1최외곽 연성 유리층(141), 또 다른 연성 유리 시트(140)로 형성된 제2최외곽 연성 유리층(143), 및 상기 제1 및 제2연성 유리층(141 및 143) 사이에 개재되어 적층된 비-유리식 기판층(133)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 대칭 적층 유리 기판(200)은 상기 적층 유리 구조(200)의 중심면 C 아래의 층들이 상기 중심면 C 위의 층들의 거울 이미지를 형성하도록 구성되는 반면, 도 3에 도시된 바와 같이, 비대칭 적층 유리 구조는 중심면에 대해 이러한 거울 이미지를 갖지 않는다. 상기 비-유리식 기판층(133)은 나무, 금속, 및/또는 금속 합금, 예를 들어, 스테인리스강, 구리, 니켈, 황동, 청동, 티타늄, 텅스텐, 주철, 알루미늄, 세라믹, 복합물, 또는 또 다른 고분자 또는 경성 물질 또는 이러한 물질들의 합성물과 같은 비-유리식 기판(130)으로 형성된다. 다수의 구현예에서, 상기 비-유리식 기판(130)은 금속 또는 금속 합금으로 형성된다.
접착층들(174, 175)은 각각의 광대한 면(134, 142 및 132, 148) 사이의 계면에서 상기 제1 및 제2연성 유리층(141, 143)을 상기 비-유리식 기판층(133)에 적층하기 위하여 사용될 수 있는 접착물질(170)로 형성될 수 있다. 상기 접착물질(170)은 접착제, 액상 접착제, 분말 접착제, 압감 접착제, 자외선 접착제, 열 접착제, 또는 다른 유사 접착제의 시트 또는 필름(드라이필름 또는 이후 경화되는 액상필름일 수 있음), 비-접착 중간층, 접착제, 또는 이들의 합성물일 수 있다. 상기 접착물질(170)은 적층 시 상기 비-유리식 기판(130)에 상기 연성 유리(140)를 접착시키는데 도움을 준다. 접착물질(170)의 몇 가지 예는 상업적으로 구입가능한 놀랜드 68(Norland 68), 3M OCA 8211, 3M OCA 8212, 뒤퐁 센트리글라스, 뒤퐁 PV 5411, 실리콘, 아크릴레이트, 제펜 월드 코포레이션 머터리얼 FAS, 봉지재 물질, 폴리우레탄, 폴리비닐 부티랄 수지, 나무 아교 또는 유사물, 또는 광학적으로 투명한 접착제이다. 상기 접착층(174)은 약 900 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 800 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 700 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 600 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 500 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 400 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 300 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 250 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 200 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 150 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 100 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 50 ㎛ 이하의 두께를 포함하여, 약 25 ㎛ 이하의 두께, 1 마이크론 미만을 포함하는, 약 1000 ㎛ 이하의 얇은 두께를 가질 수 있다. 상기 접착제는 또한 색상, 장식, 내열 또는 내자외선성, 반사방지(AR) 여과 등과 같은 다른 기능성 성분을 함유할 수 있다. 상기 접착물질(170)은 경화 시 광학적으로 투명하거나, 또는 다르게 불투명할 수 있다. 상기 접착물질(170)이 접착제의 시트 또는 필름인 경우의 구현예에서, 상기 접착물질(170)은 도 5에 도시된 바에 따라, 장식 패턴 또는 상기 연성 유리의 두께를 관통하여 보이는 디자인을 가질 수 있다.
도 5에서, 상기 적층 유리 구조(200)는 접착물질(170)의 시트 또는 필름으로 형성된 접착층(174)을 포함한다. 상기 접착물질(170)은 상기 연성 유리층(141)의 외곽면(144)으로부터 보이는 스트립 패턴(145)을 갖는다. 약간의 기포가 적층 시 또는 적층 이후에 상기 적층된 유리 구조에 혼입될 수 있으나, 100 ㎛ 이하의 직경을 갖는 기포는 적층 유리 구조의 내충격성에 영향을 미치지 않을 것이다. 기포의 형성은 진공 시스템을 이용하거나 상기 구조의 표면에 압력을 적용함으로써 감소시킬 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 연성 유리층은 접착제 없이 적층될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 제2연성 유리층(143)은 상기 제1연성 유리층(141)의 연성 유리 시트(140)와 다른 화학조성을 갖는 연성 유리로 형성될 수 있다. 상기 적층 유리 구조의 층들(141, 174, 133) 사이의 결합강도의 조작은 또한 상기 적층 유리 구조의 내충격성에 영향을 미칠 것이다.
도 1은 대칭 적층 유리 구조(200)에서 최외곽 연성 유리층(141, 143)을 도시한 한편, 도 3은 비-유리식 기판층(133)에 적층된 단지 하나의 제1최외곽 연성 유리층(141)을 갖는 대안적인 적층 유리 구조(202)를 도시하며, 일반적으로 비대칭 적층 유리 구조로 기술된다. 한 번 더, 각각의 광대한 면(134, 142) 사이의 계면에서 상기 비-유리식 기판에 상기 제1최외곽 연성 기판층(141)을 적층하는데 접착층(174)이 사용될 수 있다. 도 6은 접착층(174) 없이 비-유리식 기판층(133)에 적층된 제1최외곽 연성 유리층(141)을 포함하는 또 다른 적층 유리 구조(204)를 도시한다. 도 1, 3, 5, 및 6은 몇 개의 층을 갖는 적층 유리 구조를 예시적으로 나타내지만, 보다 많거나 적은 층을 갖는 다른 적층 유리 구조가 이용될 수 있다.
상기 연성 유리 시트(140)는 예를 들어, 이에 한정되지 않으나, 약 0.01-0.05 ㎜, 약 0.05-0.1 ㎜, 약 0.1-0.15 ㎜, 약 0.15-0.3 ㎜, 0.3, 0.275, 0.25, 0.225, 0.2, 0.19, 0.18, 0.17, 0.16, 0.15, 0.14, 0.13, 0.12, 0.11, 0.10, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, 0.02, 또는 0.01 ㎜의 두께를 포함하는 약 0.3 ㎜ 이하의 두께(146)를 가질 수 있다. 상기 연성 유리 시트(140)는 유리, 유리 세라믹, 세라믹 물질 또는 이들의 합성물로 형성될 수 있다. 고품질 연성 유리 시트를 형성하는 용융 공정(예를 들어, 다운드로우 공정)이 평판디스플레이와 같은 다양한 소자에 사용될 수 있다. 용융 공정으로 생산된 유리 시트는 다른 방법에 의해 생산된 유리 시트 대비 우수한 평탄성(flatness)과 평활성(smoothness)을 갖는 표면을 갖는다. 상기 용융 공정은 미국특허 제3,338,696호 및 제3,682,609호에 기술되어 있다. 다른 적합한 유리 시트 형성 방법은 플로트 공정, 업드로우 및 슬롯 드로우 방법을 포함한다. 나아가, 상기 연성 유리 시트(140)는 또한 표면에 0 내지 0.047 ㎛/㎠을 초과하는 범위로 Ag 이온 농도를 포함하는 유리용 화학 조성을 이용함으로써 항균성을 함유할 수 있으며, 미국 특허공개번호 2012/0034435A1호에 상세히 기술되어 있다. 상기 연성 유리(140)는 또한 원하는 항균성을 얻기 위하여, 은 또는 은 이온으로 도핑된 다른 유약 성분으로 코팅될 수 있으며, 미국 공개특허번호 제2011/0081542A1호에 상세히 기술되어 있다. 나아가, 상기 연성 유리(140)는 원하는 항균성 효과를 얻기 위하여 50% SiO2, 25% CaO, 및 25% Na2O의 몰 조성을 가질 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 증가하는 비-유리식 기판층 대비 연성 유리 시트(140)에서의 잔류 압착력을 도시하는 예시적인 스트레스 다이어그램이 적층 유리 구조(200:도 1 및 202:도 3)에 대응되어 도시되어 있다. 이러한 예시적인 스트레스 다이어그램(210 및 220)에서, 상기 비-유리식 기판층(137)은 3개의 상이한 비-유리식 기판(130)(스테인리스강, 알루미늄, 및 구리)들로 형성된다. 이러한 비-유리식 기판들(130)의 물질의 물성은 도 7에 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 적층 유리 구조(200)의 연성 유리층(141 및 143)(100 ㎛의 두께)에서의 잔류 압축력은 상기 연성 유리층(141 및 143)의 두께에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 높은 적층 온도에서 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연성 유리층(141 및 143)에 상기 비-유리식 기판(130)(약 0.1 ㎜ 내지 약 5 ㎜의 두께)을 적층한 후, 분당 화씨 약 3도 또는 분당 화씨 약 4도와 같이, 상기 비-유리식 기판(130)의 영용량에 따른 냉각속도에서 실온으로 냉각시킴으로써 상기 잔류 압축력이 생성될 수 있다. 상기 높은 적층 온도는 실온보다 높고 상기 비-유리식 기판에 특이적인 변형 온도 미만으로, 섭씨온도 약 165도, 섭씨온도 약 140도, 섭씨온도 약 110도를 포함하나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 나아가, 3층의 적층 유리 구조가 도 1에 도시되어 있는 한편, 층 수는 3층보다 적거나 많을 수 있으며, 예를 들어, 목적하는 사용처 및 공정 요구조건에 따라 선택될 수 있다. 여러가지 다른 층 적층 예가 여기에 기술될 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 적층 유리 구조(202)의 상기 연성 유리층(141)(100 ㎛의 두께)에서 잔류 압축력은 상기 연성 유리층(141)의 두께에 걸쳐 실질적으로 또는 거의 균일할 수 있다. 상기 잔류 압축력은 도 3에 도시된 바와 같이, 높은 적층 온도에서 상기 연성 유리층(141)에 상기 비-유리식 기판(130)(약 0.1 ㎜ 내지 약 5 ㎜ 범위의 두께)을 적층한 후, 실온으로 냉각함으로써 생성된다.
대칭 적층 유리 구조의 강화
이론에 제한되는 것은 원치 않으나, 본 명세서의 적층 유리 구조는 상기 유리층에서 압축력의 존재에 의해 증가된 내충격/손상성을 가질 수 있다. 본 명세서는 높은 적층 온도에서 상기 비-유리식 기판(130)과 상기 연성 유리 시트(140)(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이)를 적층한 후 천천히 냉각시켜 상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 걸쳐 잔류 압축력을 생성함으로써 상기 비-유리식 기판(130)과 상기 연성 유리 시트(140) 사이에 큰 CTE 불일치(예를 들어, 약 5배 이상, 10배 이상과 같이 약 2배 또는 그 이상)를 이용하는 연성 유리 시트 강화 기구 및 방법을 제공한다. 상기 비-유리식 기판(130)을 상기 연성 유리 시트(140)에 적층하기 이전에 상기 연성 유리 시트(140)와 상기 비-유리식 기판(130) 사이의 큰 CTE 불일치에 기인하여 상기 비-유리식 기판(130)은 상기 연성 유리 시트(140) 대비 적어도 몇 도 정도 열적으로 팽창될 수 있어야 한다. 일단 적층되면, 상기 적층 유리 구조(200)는 제어되어 실온으로 냉각되며(예를 들어, 바람직하게는 약 1-2℃/분 또는 그 미만), 상기 접착층(174, 175)을 충분히 경화시켜 상기 압축력을 상기 연성 유리(140) 내로 도입시킨다. 몇 가지 구체예에서, 상기 CTE 불일치는 약 6 ppm/℃ 이상, 약 9 ppm/℃ 이상, 약 12 ppm/℃ 이상, 약 15 ppm/℃ 이상, 약 20 ppm/℃ 이상, 약 27 ppm/℃ 이상, 약 50 ppm/℃ 이상과 같은 적어도 약 3 ppm/℃일 수 있다. 상기 적층 유리 구조는 대칭(예를 들어, 200) 및 비대칭(예를 들어, 202, 204)으로 분류될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 대칭 적층 유리 구조(200)는 상기 적층 유리 구조(200)의 중심면 C 아래의 층들이 상기 중심면 C 위의 층들의 거울 이미지를 형성하도록 구성되며, 비대칭 적층 유리 구조(202, 204)는 중심면에 대해서 이러한 거울 이미지를 갖지 않는다.
2개의 다른 물질로 형성되며, 3 이상의 서로 다른 CTE를 갖는 층을 가지며 높은 적층 온도에서 적층된 적층 유리 구조(200)와 같은 대칭 적층 유리 구조에서, 실온에서 상기 연성 유리(140)의 두께(146)에 걸친 압축력(2축 변형으로 추정함) σg는 다음과 같다:
Figure 112015076285255-pct00001
Figure 112015076285255-pct00002
여기서, σmtm+σgtg=0이고,
E는 탄성계수이며, α는 선형 열팽창계수이고, t는 한가지 형태의 물질의 총두께이며, ν는 푸아송비이고, 아래첨자 "g" 및 "m"은 각각 "유리" 및 "물질(비-유리식 기판)"을 의미한다. Tlam은 상기 적층 공정에 사용되는 접착제의 경화 온도를 의미하며, Troom은 실온을 의미한다.
따라서, 상기 연성 유리에서 압축력 σg는 다음 중 하나 이상에 의해 증가될 수 있다:
1. 상기 유리층 두께 tg를 감소시킴;
2. 상기 연성 유리의 탄성계수 Eg를 증가시킴;
3. 상기 비-유리식 기판층의 탄성계수 Em을 증가시킴;
4. 상기 비-유리식 기판층의 두께 tm을 증가시킴;
5. 상기 연성 유리(140)와 상기 비-유리식 기판(130) 사이의 열팽창계수 차이를 증가시킴; 및
6. 적층온도 Tlam을 증가시킴.
좀 더 큰 압축력(예를 들어, 50 MPa 이상, 60 MPa 이상, 약 70 MPa 이상, 약 80 MPa 이상, 약 90 MPa 이상, 약 100 MPa 이상, 약 110 MPa 이상과 같은 30 MPa 이상)은 상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 걸쳐 바람직할 수 있는 한편, 도입될 수 있는 압축력의 양에는 한계가 있다. 예를 들어, 상기 연성 유리 시트(140)에서 큰 압축력 σg을 달성하기 위하여, 하나의 접근법은 적층온도 Tlam을 가능한한 높이 설정하는 것이다. 그러나, 상기 적층온도 Tlam의 상한선은 사용되는 모든 접착제의 작업온도 한계와 같은 상기 적층 유리 구조의 특정 성질에 의한 제한 설정을 초과해서는 안된다. 상기 접착층(174)은 부드럽고 상기 연성 유리(140) 및 비-유리식 기판(130) 모두 보다 낮은 탄성계수를 가질 것이므로, 모든 접착층(174)은 상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 결쳐 압축력 σg에 10 MPa 미만과 같은 최소한의 충격을 가질 것이다. 물질 및 구조상의 온전함은 제공되는 제품의 신뢰성으로 고려될 수 있다. 따라서, 상기 연성 유리 시트(140)에 도입될 수 있는 압축력의 양에는 다양한 제한이 영향을 미칠 수 있다.
다음의 수학식은 2축 적층 유리 구조의 연성 유리 시트(140)에서 최대 압축력 σg- max을 추정한다. 이러한 수학식은 대칭 및 비대칭 적층 유리 구조 모두에 적용한다:
Figure 112015076285255-pct00003
도 1의 적층 유리 구조에서, 예를 들어, 상기 적층온도 Tlam와 실온 Troom 사이의 차이를 섭씨 100도로 가정한다면, 최대 압축력 σg- max은 금속 기판 물질이 스테인리스강인 경우 대칭 적층 유리 구조(200)에 대해 132 MPa, 금속 기판 물질이 알루미늄인 경우 대칭 적층 유리 구조(200)에 대해 190 MPa, 및 금속 기판 물질이 구리인 경우 대칭 적층 유리 구조(200)에 대해 127 MPa의 연성 유리 시트(140)로 생성될 것이다. 이러한 계산은 도 7에 제공된 여러가지 값을 이용하여 수행되었다.
비대칭 적층 유리 구조의 강화
적층 공정은 또한 적층 유리 구조(202 및 204)(도 3 및 5)와 같이, 비대칭 적층 유리 구조의 스트레스 프로파일을 조작하거나 영향을 주는데 사용될 수 있다. 이러한 구현예에서, 상기 기판 물질층(133)은 상기 연성 유리(140)에 상기 비-유리식 기판(130)을 적층하기 이전에 상기 연성 유리(140) 및 상기 비-유리식 기판(130) 사이의 큰 CTE 불일치에 기인하여 상기 연성 유리(140)에 비추어 열적으로 팽창될 수 있다. 그러나, 상기 적층 유리 구조(202, 204)의 비대칭 성질에 기인하여, 단축 또는 2축 휨이 상기 연성 유리 및 기판 물질층에 도입될 수 있다. 나아가, 상기 비대칭 적층 유리 구조(202, 204)는 실온으로 냉각될 때 휠 수 있다.
도 8을 참조하면, 비대칭 적층 유리 구조(206)에서 CTE 불일치에 의해 도입된 단축 휨 곡률은 다음과 같이 주어진다(평면 변형력을 추정하고 상기 연성 유리(140) 및 비-유리식 기판(130)은 동일한 폭 및 길이 치수를 갖는다):
Figure 112015076285255-pct00004
여기서,
K는 휨 곡률이고, E는 탄성계수이며, α는 선형 열팽창계수이고, t는 한가지 형태의 물질의 총두께이며, 아래첨자 "g" 및 "m"은 각각 "유리" 및 "기판 물질"을 의미한다. Tlam은 상기 적층 공정에 사용되는 접착제의 경화 온도를 의미하며, Troom은 실온을 의미한다.
휨 곡률 K는 중심 C에서 중립축 A까지 측정된 반경 R에 관련된다: R=1/K. 중립축에 대한 높이 h는 다음에 의해 결정될 수 있다:
Figure 112015076285255-pct00005
2축 휨에 대해서, E는
Figure 112015076285255-pct00006
에 의해 상기 수학식에 대체되고, 단축 평면 변형 휨에 대해서, E는
Figure 112015076285255-pct00007
에 의해 상기 수학식에 대체된다. 따라서, 비대칭 적층 유리 구조의 휨 특성은 상기 물질의 물성 및 적층 온도가 공지된 것에 의해 결정될 수 있다.
몇몇 경우에 있어서, 비대칭 적층 유리 구조(202, 204)에 대해서, 상기 압축력 σ는 상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 걸쳐 균일하지 않을 수 있다. 상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 걸쳐 상기 압축력 σg_ top은 도 3-4에 위치된 바에 따라, 상기 연성 유리(140)의 상면(144)에 대해서 다음의 수학식을 이용하여 계산될 수 있다:
Figure 112015076285255-pct00008
여기서, E는 탄성계수이며, α는 선형 열팽창계수이고, t는 한가지 형태의 물질의 총두께이며, 아래첨자 "g" 및 "m"은 각각 "유리" 및 "물질(기판 물질)"을 의미한다. Tlam은 상기 적층 공정에 사용되는 접착제의 경화 온도를 의미하며, Troom은 실온을 의미한다.
상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 걸쳐 상기 압축력 σg_ bot은 도 1 및 도 3에 위치된 바에 따라, 상기 연성 유리(140)의 하면(148)에 대해서 다음의 수학식을 이용하여 계산될 수 있다:
Figure 112015076285255-pct00009
상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 걸쳐 상기 평균 압축력 σg_ avg는 다음의 수학식을 이용하여 계산될 수 있다:
Figure 112015076285255-pct00010
상술한 참고 수학식에 대해서 2축 휨을 계산하는 경우에는 E는
Figure 112015076285255-pct00011
에 의해 대체되고, 참고 수학식에 대해서 단축 평면 변형 휨을 계산하는 경우에는, E는
Figure 112015076285255-pct00012
에 의해 대체된다.
상술한 참고 수학식에 기초하여, 상기 연성 유리 시트(140)에서 압축력 σ는 다음 중 하나 이상에 의해 증가될 수 있다:
1. 상기 연성 유리 시트(140)의 두께 tg를 감소시킴;
2. 상기 연성 유리(140)의 탄성계수 Eg를 증가시킴;
3. 상기 비-유리식 기판(130)의 탄성계수 Em을 증가시킴;
4. 상기 비-유리식 기판(130)의 두께 tm을 증가시킴;
5. 상기 연성 유리(140)와 상기 비-유리식 기판(130) 사이의 열팽창계수 차이를 증가시킴; 및
6. 적층온도를 증가시킴.
상기 접착층(174)은 통상적으로 부드럽고 상기 연성 유리(140)의 탄성계수 및 상기 비-유리식 기판(130)의 탄성계수 모두 보다 낮은 탄성계수를 가지므로 상기 접착층(174)은 통상적으로 상기 연성 유리 시트(140)의 두께(146)에 걸쳐 압축력 σ에서 10 MPa 미만과 같은 최소한의 충격을 가질 것이다. 그러나, 상기 접착제의 적절한 선택은 이온성 또는 화학 결합 및/또는 기계 구조적 연동 및 압축에 기초한 수축을 통해서 상기 적층 구조의 내충격성을 향상시킬 것이다. 마지막으로, 비대칭 적층 유리 구조에 대한 최대 압축력 σgmax은 상술한 대칭 적층 유리 구조에서와 동일하다.
실시예
낙하 구 시험 (Ball Drop Testing)
대칭 및 비대칭 적층 유리 구조 샘플 모두 상술한 기구 및 방법에 따라 형성되었다. 각각의 적층 유리 구조 샘플은 100 ㎜ × 100 ㎜의 유리, 101.6 ㎜ × 101.6 ㎜의 금속 기판, 및 250 ㎛의 두께를 갖는 뒤퐁 PV 접착층을 가졌다. 연성 유리 시트가 서로 다른 3개의 기판 물질에 적층되었다: 도 7에 기술된 물질의 물성을 갖는 스테인리스강, 알루미늄 및 구리. 상기 샘플 적층 유리 구조는 좀 더 두께운 유리 및/또는 두꺼운 금속 기판 대비 증강된 내충격성 및 보다 높은 고유 강도를 갖는 것으로 확인되었다. 본 명세서에 따른 적층 유리 구조의 샘플은 내충격성을 결정하기 위하여 낙하 구 시험으로 테스트되었고 향상된 내충격성 및 높은 고유 강도를 갖는 것으로 확인되었다.
도 9를 참조하면, 낙하 구 시험 기구(400)가 개략적으로 되시되어 있다. 상기 낙하 구 시험 기구(400)는 알루미늄 시험대(410), 적층 유리 구조 샘플(420), 및 51 ㎜의 직경 및 535g 무게를 갖는 스테인리스강 구(430)을 포함한다. 높이 조절 메카니즘(431)은 15 cm에서 시작하여 실패 시까지 5 cm 증가분으로 증가시키면서 구의 낙하 높이(432)를 조절하는데 사용되었다. 구 방출 메커니즘(435)은 휴지 상태에서 스테인리스강 구(430)의 자석 방출을 허용하는 전기자(433) 상에 위치되었다. 진공 및/또는 기계적 방출이 또한 사용될 수 있다. 상기 구(430)는 51 ㎜의 직경 및 535g 무게를 갖는다. 25.4 ㎜의 두께를 갖는 발포 블록(480)(예를 들어, 오웬스 코닝 포뮬러(Foamular) 250 압출 폴리스티렌 (XPS) 발포)이 상기 적층 유리 구조(420)의 전면적을 지지하면서 상기 적층 유리 구조(420) 아래에 위치되었다. 다른 구현예에서, 상기 발포 블록(480)은 사용되지 않을 수 있으며, 상기 적층 유리 구조(420)가 상기 알루미늄 시험대(410) 상에 직접 놓일 수 있다. 상기 알루미늄 시험대(410)는 강체로서 상기 구조에 의한 최소의 에너지 흡수가 가능하게 충분히 지지되며, 높이 조절 제어 장치가 낙하 구 높이(432)에 정확성을 기하기 위해 이용되었다.
본 출원에서 수행된 충격 시험 과정은 다음과 같다: 상기 535g 무게의 스테인리스강 구(430)가 상기 적층 유리 구조 샘플(420)(페이싱 업 유리를 갖는)의 상면(422) 상에 0.15 미터의 낙하 구 높이(432)에서 낙하되었다. 상기 적층 유리 구조 샘플(420)은 가로로 위치되고 상기 알루미늄 시험대(410)에 속박되지 않았다. 상기 스테인리스강 구(430)이 상기 적층 유리 구조 샘플(420)의 기하학적 중심에 위치된 5/8 인치 직경의 원에 조준되어 부딪쳤다. 상기 스테인리스강 구(430)은 자유낙하 시 또는 충격 전에 유도되거나 다르게 제한받지 않았다. 오히려, 상기 스테인리스강 구(430)는 휴지 상태에서부터 그리고 초기속도 0 m/s로 고정된 위치에서 낙하되었다. 상기 스테인리스 구(430)를 방출하고 상기 적층 유리 구조 샘플(420)의 유리 시트에 충격을 가할 때까지 자유롭게 낙하시켰다.
상기 적층 유리 구조 샘플(420)이 충격 시험을 통화했는지 여부를 결정하기 위해서는, 상기 적층 유리 구조 샘플(420)의 상면(422)은 파손되지 않아야 한다. 만약 상기 적층 유리 구조 샘플(420)에서 유리 전체 두께를 통해서 균열이 진행되었거나, 또는 상기 적층 유리 구조 샘플(420)로부터의 유리 조각이 상기 적층 유리 구조 샘플(420)의 표면에서 떨어진 것이 육안으로 보인다면 상기 적층 유리 구조 샘플(420)은 파손된 것으로 고려되었다.
상기 적층 유리 구조 샘플(420)이 높이(432)의 내충격성에 해당되는 충격시험을 통과했다면, 동일한 적층 유리 구조 샘플(420)을 알루미늄 시험대(410)에 재위치시키고, 이번에는 0.8 m로 증가된 낙하 구 높이(432)에서 상기 스테인리스강 구(430)를 다시 낙하시켰다. 상기 적층 유리 구조 샘플(420)이 다시 충격 시험을 통과하면, 상기 낙하 높이(432)는 0.9 m로 증가되었고, 실패가 되거나 또는 1.45 m의 내충격성에 대응되는 1.45 m의 낙하 높이(432)에 도달할 때까지 각각의 차후의 충격 시험에 대해 약 0.1 m 씩 낙하 높이(432)를 증가시켰다. 낙하 구 높이(432)는 1 m, 1.295 m, 및 1.45 m를 포함하였다.
적층 유리 구조 샘플(420)의 3가지 조합이 상기 낙하 구 시험 기구(402)로 테스트되었다. 각각의 조합은 도 7에 제공된 범위 내의 물질 물성을 가졌다. 첫번째 세트의 적층 유리 구조 샘플(440)은 다음의 조합을 가졌다: 100 ㎛의 두께를 갖는 연성 유리, 1.5875 ㎜의 두께를 갖는 스테인리스강 기판 물질, 및 그 사이에 250 ㎛의 두께를 갖는 3M OCA8211 접착제. 두 번째 세트의 적층 유리 구조 샘플(450)은 다음의 조합을 가졌다: 100 ㎛의 두께를 갖는 연성 유리, 1.8128 ㎜의 두께를 갖는 알루미늄 기판 물질, 및 그 사이에 250 ㎛의 두께를 갖는 뒤퐁 센트리글라스 접착제. 세 번째 세트의 적층 유리 구조 샘플(460)은 다음의 조합을 가졌다: 100 ㎛의 두께를 갖는 연성 유리, 1.5875 ㎜의 두께를 갖는 스테인리스강 기판 물질, 및 그 사이에 250 ㎛의 두께를 갖는 뒤퐁 센트리글라스 접착제.
3가지 샘플(440, 450, 460)의 낙하 구 시험 결과를 도 10에 나타낸다. 모든 조합으로 테스트된 각각의 샘플들은 0.8 m의 높이에서 낙하 구 시험에서의 충격을 견뎌내었다. 추가로, 몇몇 샘플들은 1.45 m의 높이에서 낙하 구 시험을 통과함으로써 1.45 m의 내충격성을 나타내었다. 상기 세 번째 조합이 가장 높은 일관된 내충격성 측정결과를 나타내었다.
도 11을 참조하면, 하나의 적층 유리 샘플(420)에서 15 cm의 출발 낙하 구 높이로 5 cm의 증가량으로 증가시키면서 도 9에 기술된 발포 낙하 구 시험을 수행하였다. 상기 적층 유리 샘플(420)은 낙하 구 높이가 1.45 m에 다다를 때까지 테스트되었으며, 상기 적층 유리 샘플(420)은 1.45 m의 낙하 구 높이에서 상기 낙하 구 시험을 성공적으로 통과하였다. 상기 스테인리스강 구(430)가 증가된 높이로 상기 적층 유리 구조 샘플(420)에 반복적으로 낙하되었을 때, 상기 적층 유리 구조가 변형되어 상기 연성 유리 시트(140)가 적층된 비-유리식 기판(130)에 딤플 또는 오목한 곳이 형성되는 반면, 상기 연성 유리 시트(140)는 온전한 상태로 남았다. 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 연성 유리 시트(140)는 균열 없이 상기 비-유리식 기판(130)의 형상 변화, 또는 딤플에 맞추어졌다. 도 11에 나타낸 특정 적층 유리 구조 샘플은 100 ㎛의 두께를 갖는 연성 유리, 16 게이지 또는 1.59 ㎜의 두께를 갖는 스테인리스강 기판 물질, 및 250 ㎛의 두께를 갖는 뒤퐁 센트리글라스/PV5411 접착제를 포함하였다. 상기 연성 유리 시트(140)가 도 11에 나타낸 바와 같이 온전하게 남아있었으므로, 상기 적층 유리 샘플(420)은 상기 높이(432)에 대한 낙하 구 시험을 통과하였다. 다양한 충격과 관련된 표준이 IEC-60065 및 UL-60950에 의해 기술되어 있다.
압축력 측정
1 마이크론 미만의 두께를 갖는 놀랜드 68 UV 접착제가 상기 유리와 비-유리식 기판 사이에 개재된 하나의 적층 유리 구조에서 직 압축력(direct compressive stresses)이 측정되었다. 상기 직 압축력 측정은 FSM-6000 프리즘-커플러 기기를 이용하여 수행되었으며, 그 결과는 도 12에 나타내었다. 상기 결과는 상기 적층 유리 구조에서의 복굴절을 나타낸다.
0.1 ㎜의 두께를 갖는 2개의 연성 유리 시트, 및 1.3 ㎜의 두께를 갖는 투명한 열가소성 수지인, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로 형성된 층을 이용하여 도 1에 나타낸 샘플 적층 유리 구조가 형성되었다. 상기 PMMA 층 및 상기 연성 유리층 사이에 약 20 ㎚의 두께로 UV 또는 자외선 감응성 접착제(놀랜드 프러덕츠에서 NOA 68로 상업적으로 입수가능함)가 적용되었다. 상기 적층 유리 구조는 열전기 열판 상에 위치되어 80 ℃로 유지된 일면으로부터 가열되었으며, 이러한 온도는 상기 UV 감응성 접착제의 작업 한계인 90 ℃ 아래다. 다음, 상기 연성 유리층에 높은 적층온도에서 상기 금속층을 결합시키기 위하여 상기 열전기 열판의 반대측에 위치된 적층 유리 구조의 일면으로부터 UV 감응성 접착제에 적용된 UV 광을 이용하여 상기 UV 감응성 접착제가 경화되었으며, 3 ℃/분의 속도로 냉각되었다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 복굴절 측정(FSM)을 이용하여 상기 연성 유리에서 약 110 MPa의 압축력이 확인되었다. 아래의 표 1은 이러한 예시적인 적층 유리 구조에 대한 물질의 물성을 강조표시하고 있으며, 표 2는 상술한 압축력 공식을 이용하여 추정된 스트레스를 나타내고 있다.
물질
물질 탄성계수
(GPa)		 푸아송비 열팽창계수
(10-6/℃)		 두께
(㎜)		 적층온도/
실온(℃)
PMMA 2.5 0.37 90 1.3 80/20
유리 기판 73.6 0.23 3.17 0.1(총 0.2)
스트레스 추정
유리 기판 내 잔류 압축력 (MPa) PMMA 내의 잔류 인장 변형력(MPa)
추정 105.8 16.3
상술한 실시예들이 상기 금속층과 연성 유리를 결합하기 위하여 중간의 접착층을 이용하는 반면, 다른 구현예들은 중간 접착층을 이용하지 않고 상기 연성 유리에 직접 결합된 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속층이 상기 수지 연화 온도(유리전이온도)를 초과하는 온도, 다만 상기 금속에 대한 융해 온도 아래로 가열될 수 있다. PMMA에 대하여, 예를 들어, 상기 연화 온도는 91 ℃에서 115 ℃이며, 융해 온도는 160 ℃이다. 상기 연화 온도 및 융해 온도 사이의 온도에서 상기 금속층을 가열하는데 열과 압력의 조합이 사용될 수 있다(예를 들어, 오토클레브). 몇몇 예에서, 상기 가열 온도는 미리설정된 시간 동안 유지될 수 있고, 이어서 적층 유리 구조가 미리설정된 비율로 냉각될 수 있다(예를 들어, 약 3°F/분 미만).
개론
상기에서 제공된 것에 덧붙여, 높은 적층 온도에서 상기 연성 유리 시트(140)에 상기 비-유리식 기판(130)을 적층하기 위한 접착물질(170)의 추가적인 비-한정적 예는 놀랜드TM 광학 접착제(NOA60, NOA61, NOA63, NOA65, NOA68, NOA68T, NOA71, NOA72, NOA73, NOA74, NOA75, NOA76, NOA78, NOA81, NOA84, NOA88, NOA89), 다우 코닝TM(실가드(Sylgard) 184 및 다른 열 경화 실리콘), 다이맥스TM, 및 기타와 같은 UV 경화성 광 접착제 또는 광학 시멘트를 포함한다. 상기 기판 물질이 적층되기 이전에 상기 연성 유리 대비 확장할 수 있는 기회가 제공되도록 가열-활성 접착물질(예를 들어, NOA83H), 미리설정된 온도(예를 들어, 약 70 ℃ 이상, 약 80 ℃ 이상, 약 100 ℃ 이상과 같은 약 50 ℃ 이상)보다 높은 활성온도를 갖는 접착물질이 사용될 수 있다.
추가적으로, 각각의 비-유리식 기판 자체가 서로 다른 탄성계수, 서로 다른 푸와송 비, 및/또는 층 두께를 갖는 서로 다른 형태의 금속으로 이루어진 적층 또는 복합 구조일 수 있다. 이러한 경우, 당업자라면 유리-금속 적층을 유리하게 설정하기 위하여 여기에 기술된 바에 따라 사용될 수 있는 유효 두께, 유효 탄성계수 및 유효 푸와송비를 포함하는, 전체 층에 대한 유효 값들을 찾도록 상기 화합물층을 균질화할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 복합물은 스테인리스강, 니켈, 구리, 귀금속, 금속 산화물 등과 같은 상술한 물질 및/또는 금속의 모든 조합으로 형성될 수 있다.
여기에 기술된 적층 유리 구조는 전자소자에서 보호 부재로서의 사용을 위하여 광학적으로 투명하게 형성가능하거나 및/또는 연성 구조일 수 있으며, 여기서 상기 적층 유리 구조는 5 내지 300 마이크론의 두께의 연성 유리 시트층(140) 및 0.1 mm 내지 5 mm의 두께 범위의 금속과 같은 비-유리식 기판(130)을 포함하는 복합 구조이다. 여기서, 상기 적층 유리 구조의 성형성은 휨 및/또는 비틀림에 의해 완전 평면에서 벗어나도록 하여 다른 대상의 형상 또는 형태로 맞출 수 있다.
상기 연성 유리 시트(140) 및 비-유리식 기판(130)은 배치 공정에 따라 시트 형태로 제공될 수 있다. 대안적으로, 상기 연성 유리 시트(140)는 연속 롤로부터 시트 형태로 비-유리식 기판(130)에 제공될 수 있다. 또 다른 가능성으로서, 연성 유리 시트(140) 및 비-유리식 기판(130) 모두가 연속 롤로부터 제공된다.
상기 비-유리식 기판(130)에 있어서, 에폭시-수지, 폴리우레탄, 페놀-포름알데히드 수지, 및 멜라민-포름알데히드 수지와 같이, 프리-폴리머 또는 프리-컴파운드로서 증착/코팅된 후 변환될 수 있는 고분자가 사용 가능하다. 상기 연성 유리(140) 및 비-유리식 기판(130)의 적층은 층들 사이에 접착물질(170)을 가질 수 있다. 이 경우, 접착물질(170)은 실온 또는 높은 적층온도에서 가압하거나 가압없이 상기 연성 유리 시트(140) 및 비-유리식 기판(130) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 프리-코팅되거나, 이와 다르게 적층 공정 시 제공될 수 있다. UV-경화성 접착제가 또한 적합하다. 상기 비-유리식 기판(130)은 가열-밀봉 아교로 프리-코팅되는 금속 시트 형태일 수 있다. 상기 연성 유리 시트(140) 상에 상기 비-유리식 기판(130)의 적층 및/또는 증착은 상기 유리의 제조 공정에서 통합될 수 있으며, 예를 들어, 연성 유리는 제조 라인에서 제거된 다음, 금속 기판으로 코팅된다(여전히 뜨겁거나 또는 따뜻하거나 또는 차갑게).
상술한 적층 유리 구조는 연성 유리에 증가된 강도를 제공한다. 거의 일정하고 균일한 압축력이 대칭 적층 유리 구조에 대해 상기 유리 두께를 통해 제공될 수 있다. 상기 기판 물질은 파손 보호를 제공할 수 있으며, 모든 경우의 파손에서 상기 연성 유리를 함께 지탱할 수 있다. 상기 적층 유리 구조는 터치 및 커버 유리를 제공할 수 있으며, 이는 화학적으로 강화된 유리를 대체하는데 사용될 수 있다. 비대칭 적층 유리 구조와 관련하여 전술한 바와 같은 곡선형의 디스플레이 유리가 제공될 수 있다. 상기 연성 유리는 또한 밀폐된 습기차단제로서 기능하거나, 원치않는 UV 광을 차단하거나, 또는 하부 기판의 붕괴를 방지하는 역할을 할 수 있다.
적층 유리 구조는 또한 연성 유리를 통한 기판 물질의 광학성질, 성능, 강도, 내충격성, 하부 기판에 대한 내 긁기성, 및 기계적 내구성을 향상시킬 수 있다. 상기 기판 물질은 상기 적층 유리 구조에서 연성 유리층에 의해 긁힘, 파열, 또는 손상으로부터 보호될 수 있다. 상기 적층 유리 구조의 외표면 상의 연성 유리는 상기 기판 물질의 표면 보다 쉽게 세정될 수 있다. 예를 들어, 연성 유리에 적층된 스테인리스강을 갖는 적층 유리 구조의 냉장고 문은 내-지문(fingerprint-resistant)성을 가질 수 있으며, 연성 유리에 적층된 알루미늄을 갖는 적층 유리 구조로 제작된 이동식 전자 장치 배터리 커버는 내-긁기성을 가지며 세정이 쉬울 것이다. 또 다른 가능한 사용처는, 예를 들어, 환경 함유 수분에 사용되는 지붕 또는 배수로 물질, 또는 화분 박스(여기서, 추가적으로, 상기 식물 배지를 마주보는 유리 표면은 구리가 식물로 이동하는 것을 방지할 것임)와 같은 구리 물질에서 녹청 효과를 방지하는 것일 수 있다.
부가적인 기능성이 비-유리식 기판(130)으로 함유될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판 물질은 금속 편광 시트, 대비 증진 필러 적층, 반사방지성, 컬러 필터성 또는 컬러 변환성을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 비-유리식 기판(130)은 주파 향도(wave guiding)가 감소되고 소자의 밝기가 증가되도록 원치않는 주변 광을 차단하고 및/또는 산란입자를 갖도록 디자인될 수 있다. 나아가, 대안적으로 또는 선택적으로, 상기 유리는 항균 기능성을 가질 수 있다. 이러한 부가적인 기능성은 상기 연성 유리(140)에 포함될 수 있다.
고분자 물질은 태양광선 노출을 포함하는 환경 요소에 의해 쉽게 긁히고 질적으로 저하되며, 부족한 수분/산소 차단성질을 갖는다. 한편, 유리는 내 긁기성, 내구성을 가지며, 우수한 수분/산소 차단성질을 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나, 예를 들어, 금속 대비 높은 밀도를 가지며, 취성 물질(brittle material)로서 유리의 강도는 결함 및 결점에 의해 좌우된다. 전술한 적층 유리 구조 및 이들의 제조방법은 이러한 두 가지 분류의 물질들의 이점들을 취하고, 베어(bare) 연성 유리 스택(stack) 대비 향상된 차단성, 경량성(lightweight) 및 높은 기계적 신뢰성을 갖는 하나의 적층 구조로 결합된다.
결론
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 및 다양한 원리를 실질적으로 벗어나지 않고 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 이러한 모든 변형 및 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (15)

  1. 0.1 내지 5 mm의 두께를 갖는 비-유리식 기판; 및
    유리 시트로서, 상기 비-유리식 기판이 상기 유리 시트에 대하여 열적으로 팽창한 다음 제어가능하게 냉각되어 적층 유리 구조를 형성하면서 상기 비-유리식 기판에 결합된 유리 시트;
    를 포함하며, 여기서, 상기 적층 유리 구조는 상기 적층 유리 구조 상에서 535g의 스테인리스강 구가 0.8m의 높이에서 낙하하면서 상기 유리 시트가 상기 구에 의해 충격을 받는 낙하 구 시험을 견디며,
    여기서, 상기 유리 시트는 상기 낙하 구 시험의 구에 의해 전달될 때 상기 유리 시트가 균열 없이 상기 비-유리식 기판의 형상 변화에 맞추어 변형을 나타내도록 두께를 갖고,
    여기서, 비-유리식 기판의 열팽창 계수 (CTE)가 유리 시트의 CTE보다 2배 이상인, 비-유리식 기판과 유리 시트 사이의 열팽창 계수 (CTE)의 불일치에 기인하여, 상기 유리 시트는 유리 시트의 두께에 걸쳐 적어도 30 MPa의 압축력을 나타내는 적층 유리 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 시트는 300 ㎛ 이하의 두께를 갖는 적층 유리 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층 유리 구조는 상기 유리 시트가 상기 구에 의해 충격을 받고 상기 비-유리식 기판이 발포 시트를 대면하도록 알루미늄 시험대의 상면 상에 위치된 25.4 ㎜ 두께의 압출 폴리스티렌 발포 시트에 의해 지지되는 적층 유리 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비-유리식 기판은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 적층 유리 구조.
  5. 삭제
  6. 300 ㎛ 이하의 두께를 갖는 유리 시트; 및
    금속 기판으로서, 상기 금속 기판의 열팽창 계수 (CTE)가 유리 시트의 CTE보다 2배 이상인, 금속 기판과 유리 시트 사이의 열팽창 계수 (CTE)의 불일치에 기인하여, 상기 유리 시트의 두께에 걸쳐 적어도 30 MPa의 압축력이 달성되도록, 상기 금속 기판이 상기 유리 시트에 대하여 열적으로 팽창한 다음 제어가능하게 냉각되면서 상기 유리 시트의 표면에 적층된 5 mm 이하의 두께를 갖는 금속 기판;
    을 포함하는 적층 유리 구조.
  7. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 유리 시트와 상기 비-유리식 또는 금속 기판 사이에 위치되어 접촉하는 접착층을 더욱 포함하는 적층 유리 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 접착층은 1000 ㎛ 이하의 두께를 갖는 적층 유리 구조.
  9. 삭제
  10. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 비-유리식 또는 금속 기판은 30,000 MPa 이상 및 500,000 MPa 이하의 탄성계수를 갖는 적층 유리 구조.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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