JP2020037510A - ガラス基板及びガラス基板の製造方法 - Google Patents

ガラス基板及びガラス基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】良好な透過率特性を維持しながら、改善された強度特性を有するガラス基板、及びその製造方法を提供する。【解決手段】ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含むベースガラスを、（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｓ＋１５０）℃以下で熱処理することにより、該ベースガラス内に平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶を含ませる。さらに、場合により、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、およびＣｓ＋からなる群より選択される少なくとも２種以上のイオンを含む強化溶融塩を提供することにより化学強化処理する。【選択図】図６

Description

本発明はガラス基板及びガラス基板の製造方法に関し、より詳しくは、ナノ結晶を含むガラス基板、及びナノ結晶を形成するためのガラス基板の製造方法に関する。
ガラス基板は、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、有機発光表示装置（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの電子装置に多様に適用されている。例えば、ガラス基板は、テレビジョン、コンピュータのモニタ、携帯用端末機などの製造に使用される表示パネルの基板として使用されるか、または電子装置において表示パネルを保護するカバーガラスとして使用される。
最近、電子装置のスリム化の傾向のため、電子装置に使用されるガラス基板に対しては軽量化・薄型化が求められている。また、それと共にガラス基板の強度を改善することができる加工方法または強化方法などが研究されている。
韓国公開特許２０１８−００３３５８３号公報
本発明の目的は、衝撃に対する耐久性が向上されたガラス基板を提供することである。
また、本発明は、ガラス基板の耐久性を向上させるためにガラス基板の内部にナノサイズの結晶を形成するガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。
一実施例は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含むベースガラスと、前記ベースガラスに含まれ、平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶と、を含むガラス基板を提供する。
上記ガラス基板において、前記ナノ結晶は、Ｌｉを含む結晶粒子であってもよい。
上記ガラス基板において、前記ナノ結晶は、Ｌｉ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｌｉ2ＳｉＯ3、ＬｉＡｌＳｉ2Ｏ6、及びＬｉＡｌＳｉ3Ｏ3のうち少なくとも一つを含んでもよい。
上記ガラス基板において、前記ナノ結晶は、前記ベースガラスの上部面及び下部面のうち少なくとも一つに隣接して形成されてもよい。
上記ガラス基板において、前記ベースガラスの表面に圧縮応力層を含んでもよい。
上記ガラス基板において、前記圧縮応力層の深さは結晶層の深さ以上であり、前記結晶層の深さは前記ベースガラスの表面から前記ナノ結晶が配置された位置までの最大深さである。
上記ガラス基板において、前記ナノ結晶は、前記圧縮応力層に含まれてもよい。
上記ガラス基板において、前記ナノ結晶が配置された結晶層は前記ベースガラスの上部面及び下部面それぞれに隣接して配置され、前記結晶層それぞれの深さは前記ガラス基板の全体厚さの１０％以下であってもよい。
上記ガラス基板において、平坦部、及び前記平坦部と隣り合う少なくとも一つのベンディング部を含んでもよい。
上記ガラス基板において、ガラス基板は８５％以上の透過率を有してもよい。
上記ガラス基板において、一実施例は、表面に圧縮応力層を含み、前記圧縮応力層に分布され、平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶を含んでもよい。
上記ガラス基板において、前記ナノ結晶は、上部面及び下部面に隣接して配置されてもよい。
上記ガラス基板において、前記ナノ結晶は、Ｌｉ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｌｉ2ＳｉＯ3、ＬｉＡｌＳｉ2Ｏ6、及びＬｉＡｌＳｉ3Ｏ3のうち少なくとも一つを含んでもよい。
他の実施例は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含むベースガラスを提供するステップと、提供された前記ベースガラスを第１温度で熱処理するステップと、を含み、前記第１温度は（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｓ＋１５０）℃以下であり、前記Ｔｇは前記ベースガラスのガラス転移温度であり、前記Ｔｓは前記ベースガラスの軟化点温度であるガラス基板の製造方法を提供する。
上記ガラス基板の製造方法において、前記熱処理するステップはＬｉを含み、平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶を形成するステップであってもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記ナノ結晶は、前記ベースガラスの上部面及び下部面のうち少なくとも一つに隣接して形成されてもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記ベースガラスを強化するステップを更に含んでもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記ベースガラスを強化するステップは、熱処理された前記ベースガラスに強化溶融塩を提供し、第２温度で化学強化処理するステップであってもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記第２温度は、前記第１温度以下であってもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記強化溶融塩は、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、及びＣｓ+からなる群より選択されるいずれか一つのイオンを含む単一塩であるか、または、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、及びＣｓ+からなる群より選択される少なくとも２種以上のイオンを含む混合塩であってもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記化学強化処理するステップは、第１強化温度でイオン交換処理する第１強化ステップと、前記第１強化温度以下の第２強化温度でイオン交換処理する第２強化ステップと、を含んでもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記Ｔｇは４００℃以上７００℃以下であり、前記Ｔｓは５００℃以上７５０℃以下であってもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記熱処理するステップは、前記ベースガラスを間に挟んで両側に耐熱ガラス基板を配置して熱処理するステップであってもよい。
上記ガラス基板の製造方法において、前記ベースガラスを提供するステップは、セラミック粉末及びガラス粉末を混合して混合溶融材料を形成するステップと、前記混合溶融液を板状に成形するステップと、を含んでもよい。
前記セラミック粉末は、Ｌｉを含むナノ結晶である。
本発明の一実施例は、ナノサイズの結晶を含むことで、高い透過率を維持し表面強度が改善されたガラス基板を提供することができる。
本発明の一実施例は、強化するステップの前に熱処理することを含み、ガラス基板内にナノサイズの結晶を成長させることで、ガラス基板の強度を改善するガラス基板の製造方法を提供することができる。
一実施例による電子装置の斜視図である。 図１Ａに示した電子装置の分解斜視図である。 一実施例のガラス基板の一部を示す断面図である。 一実施例のガラス基板の一部を示す断面図である。 図２のＡＡ領域に対する拡大図である。 図４Ａに示した一実施例のガラス基板における圧縮応力のプロファイルを示す図である。 一実施例のガラス基板の製造方法を示すフロー図である。 一実施例のガラス基板の製造方法を示すフロー図である。 一実施例のガラス基板の製造方法に提供されたベースガラスの熱分析結果を示すグラフである。 一実施例のガラス基板の製造方法の一部を示す図である。 一実施例のガラス基板の製造方法の一部を示すブロック図である。 一実施例のガラス基板の製造方法における工程温度の変化を示すプロファイルである。 熱処理するステップ前後のＳＡＸＳ（Ｓｍａｌｌ ａｎｇｌｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）分析結果を示すグラフである。 熱処理するステップ前後のＳＡＸＳ分析結果を示すグラフである。 熱処理するステップ前後のＳＡＸＳ分析結果を示すグラフである。 一実施例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板の透過率を評価した結果を示すグラフである。 一実施例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板を強化するステップ前後のフリンジパターンを示す画像である。 比較例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板を強化するステップ前後のフリンジパターンを示す画像である。 一実施例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板における圧縮応力のストレスプロファイルを示す画像である。 比較例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板における圧縮応力のストレスプロファイルを示す画像である。 一実施例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板における衝撃テストの結果を示す画像である。 比較例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板における衝撃テストの結果を示す画像である。
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができるゆえ、特定実施例を図面に例示し、本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定な開示形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むと理解すべきである。
本明細書において、ある構成要素（または領域、層、部分など）が他の構成要素の「上にある」、または「結合される」と言及されれば、それは他の構成要素の上に直接配置・連結・結合され得るか、またはそれらの間に第３の構成要素が配置され得ることを意味する。
同じ図面符号は同じ構成要素を指す。また、図面において、構成要素の厚さ、割合、及び寸法は技術的内容の効果的な説明のために誇張されている。
「及び／または」は、関連する構成が定義する一つ以上の組み合わせを全て含む。
第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使用されるが、前記構成要素は前記用語に限らない。前記用語は一つの構造要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないながらも第１構成要素は第２構成要素と称されてもよく、類似して第２構成要素も第１構成要素と称されてもよい。単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。
また、「下に」、「下側に」、「上に」、「上側に」などの用語は、図面に示した構成の連関関係を説明するために使用される。前記用語は相対的な概念であって、図面に示した方向を基準に説明される。
異なるように定義されない限り、本明細書で使用された全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるようなものと同じ意味を有する。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語のような用語は、関連技術の脈絡での意味と一致する意味を有すると解釈すべきであり、理想的な、または過度に形式的な意味に解釈されない限り、明示的にここで定義される。
「含む」または「有する」などの用語は明細書の上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解すべきである。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１Ａは、本発明の一実施例による電子装置の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示した電子装置の分解斜視図である。
図１Ａを参照すると、一実施例の電子装置ＤＳは、第１方向軸ＤＲ１及び第２方向軸ＤＲ２が定義する平面上において、アクティブ領域ＡＲ及び周辺領域ＢＲに区分される。また、電子装置ＤＳは、第１方向軸ＤＲ１及び第２方向軸ＤＲ２が定義する平面に垂直な方向である第３方向軸ＤＲ３の方向に所定の厚さを有する立体形状を有する。一方、図１Ａに示した一実施例の電子装置ＤＳにおいて、アクティブ領域ＡＲ及び周辺領域ＢＲは曲がった形状を有するベンディング領域を含む。しかし、実施例はこれに限らない。例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示した一実施例の電子装置ＤＳとは異なって、一実施例の電子装置ＤＳはベンディング領域を含まないか、ベンディング領域がアクティブ領域ＡＲ及び周辺領域ＢＲの一側にのみ配置されるか、または平面上から見て電子装置ＤＳの４面共にベンディング領域を含んでもよい。
アクティブ領域ＡＲは、電子装置ＤＳに印加される電気的信号に応答して活性化する領域である。例えば、一実施例において、電子装置ＤＳは表示装置であってもよい。それによって、アクティブ領域ＡＲは活性化されて映像ＩＭ１、ＩＭ２を表示する。第１映像ＩＭ１は、第１方向軸ＤＲ１及び第２方向軸ＤＲ２によって定義される平面上に表示され、第３方向軸ＤＲ３の方向に向かって提供される。第２映像ＩＭ２は、第２方向軸ＤＲ２及び第３方向軸ＤＲ３によって定義される平面に対して傾斜する第４方向軸ＤＲ４の方向に向かって提供される。第４方向軸ＤＲ４の方向は例示的であって、第２映像ＩＭ２はベンディング領域全体に提供されてもよい。つまり、実施例は図１Ａ乃至図１Ｂの図示に限らず、一実施例による電子装置ＤＳは、ベンディング領域で提供される曲面状のアクティブ領域ＡＲを介して多様な方向に映像を表示する。
但し、図１Ａ乃至図１Ｂは例示的な図示であって、アクティブ領域ＡＲは活性化されて外部のタッチを感知する領域になるか、外部光を感知する領域になってもよい。本発明の一実施例による電子装置ＤＳは、電子装置ＤＳに含まれた構成素子によってアクティブ領域ＡＲを多様な構成領域に活性化させてもよく、いずれか一つの実施例に限らない。
周辺領域ＢＲは、アクティブ領域ＡＲに隣接する。図１Ａを参照すると、一実施例において、周辺領域ＢＲはアクティブ領域ＡＲの縁を囲む形状を有する。但し、これは例示的な図示であって、周辺領域ＢＲはアクティブ領域ＡＲの縁のうちいずれか一部にのみ隣接してもよい。または、本発明の一実施例による電子装置ＤＳにおいて、周辺領域ＢＲは省略されてもよい。
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、一実施例の電子装置ＤＳは、ガラス基板ＣＷ、表示パネルＤＰ、及び筐体ＨＡＵを含む。筐体ＨＡＵ、表示パネルＤＰ、及びガラス基板ＣＷは、第３方向軸ＤＲ３の方向に順次に配列される。
一実施例において、ガラス基板ＣＷは電子装置ＤＳの外郭部材のうち一つであって、ウィンドウ部材かカバーウィンドウ部材である。ガラス基板ＣＷは筐体ＨＡＵと結合されて内部の構成要素を外部から保護する。本実施例において、カバーウィンドウとなるガラス基板ＣＷは電子装置ＤＳの前面を定義する。ガラス基板ＣＷは、外部の衝撃から電子装置ＤＳの内部の構成要素を安定的に保護する。
ガラス基板ＣＷは、第１方向軸ＤＲ１及び第２方向軸ＤＲ２が定義する平面上において、第１領域ＣＷ−ＡＲと及び第２領域ＣＷ−ＢＲに区分される。
第１領域ＣＷ−ＡＲは、光学的に透明な領域である。第１領域ＣＷ−ＡＲは表示パネルＤＰが生成する画像ＩＭ１、ＩＭ２を透過させて、ガラス基板ＣＷの外側に存在するユーザが映像ＩＭ１、ＩＭ２を容易に視認するようにする。アクティブ領域ＡＲは、実質的に第１領域ＣＷ−ＡＲによって定義される。
第２領域ＣＷ−ＢＲは第１領域ＣＷ−ＡＲに隣接する。第２領域ＣＷ−ＢＲは、第１領域ＣＷ−ＡＲに比べ相対的に光学的透過率が低い。第１領域ＣＷ−ＡＲの形状は第２領域ＣＷ−ＢＲによって定義される。一方、これは例示的な図示であって、本発明の一実施例による電子装置ＤＳにおいて、第２領域ＣＷ−ＢＲは省略されてもよい。
一方、ガラス基板ＣＷは平坦部ＦＡ及びベンディング部ＢＡに区分される。平坦部ＦＡは、第１方向軸ＤＲ１及び第２方向軸ＤＲ２が定義する平面と平行する部分である。ベンディング部ＢＡは平坦部ＦＡと隣り合い、曲がった形状を有する曲面部分である。例えば、図１Ｂを参照すると、ベンディング部ＢＡは平坦部ＦＡの両側に隣接した部分であって、平坦部ＦＡから下側に折曲された部分であってもよい。但し、実施例はこれに限らず、ベンディング部ＢＡは平坦部ＦＡの一側にのみ隣接して配置されるか、または平面上において、平坦部ＦＡの４つの側面共に隣接して配置されてもよい。ガラス基板ＣＷのベンディング部ＢＡは、一実施例の電子装置ＤＳにおいてベンディング領域に対応する。
ガラス基板ＣＷは、それぞれ第１方向軸ＤＲ１と第２方向軸ＤＲ２が定義する平面上において、第３方向軸ＤＲ３の方向に互いに離隔された上部面ＵＳ（図４Ａ）及び下部面ＢＳ（図４Ａ）を含む。上部面ＵＳ（図４Ａ）及び下部面ＢＳ（図４Ａ）は互いに平行に設けられる。
上部面ＵＳ（図４Ａ）は、電子装置ＤＳの前面を定義する。上部面ＵＳ（図４Ａ）は、電子装置ＤＳを使用するユーザに露出される面である。下部面ＢＳ（図４Ａ）は、表示パネルＤＰに向かう面である。図１Ａに示した電子装置ＤＳの結合斜視図において、下部面ＢＳ（図４Ａ）は外部に露出されない。
表示パネルＤＰは、ガラス基板ＣＷと筐体ＨＡＵとの間に配置される。表示パネルＤＰは、映像ＩＭ１、ＩＭ２を生成する。表示パネルＤＰは、映像ＩＭ１、ＩＭ２を介してユーザに情報を提供する。
表示パネルＤＰは、ベース層ＢＳＬ及び素子層ＤＤを含む。ベース層ＢＳＬは絶縁物質を含む。例えば、ベース層ＢＳＬはガラスを含んで製造されたベース基板、高分子物質を含んで製造されたプラスチックベース基板、または有機膜及び／または無機膜を含む積層フィルムであってもよい。但し、これは例示的な記載であって、本発明の一実施例によるベース層ＢＳＬは多様な構成を含んでもよく、いずれか一つの実施例に限らない。
素子層ＤＤは、電気的信号によって活性化される電子素子を含む。本実施例において、素子層ＤＤは映像ＩＭ１、ＩＭ２を生成する表示素子を含む。例えば、素子層ＤＤは有機発光素子、エレクトロウェッティング素子、液晶キャパシタ、または電気泳動素子を含んでもよい。
但し、これは例示的な記載であって、素子層ＤＤはタッチセンサまたは光センサのようなセンサ素子を含んでもよい。本発明の一実施例による素子層ＤＤは電子装置ＤＳの機能に応じて多様な素子を含んでもよく、いずれか一つの実施例に限らない。
筐体ＨＡＵは、電子装置ＤＳの外郭部材のうち一つである。筐体ＨＡＵは、ガラス基板ＣＷと結合して内部の構成要素を外部から保護する。本実施例において、筐体ＨＡＵは電子装置ＤＳの後面を定義する。
一方、図示していないが、電子装置ＤＳは筐体ＨＡＵ内に収容可能な多様な追加構成を更に含む。例えば、電子装置ＤＳは表示パネルＤＰに電源を供給する構成、ガラス基板ＣＷと表示パネルＤＰを安定的に結合する構成、表示パネルＤＰと筐体ＨＡＵを安定的に結合する構成などを更に含んでもよい。電子装置ＤＳは多様な構成を含む多様な形態で提供されてもよく、いずれか一つの実施例に限らない。
図２及び図３は、それぞれ一実施例のガラス基板を示す断面図である。図２及び図３は、図１ＢのＩ−Ｉ'線に対応する部分を示す断面図である。図４Ａは図２のＡＡ領域を拡
大して示した図面であり、一実施例のガラス基板の断面を示している。図４Ｂは、一実施例のガラス基板における圧縮応力のプロファイルを示す図である。
一実施例のガラス基板ＣＷは、ベースガラスＢＧ及びナノ結晶ＮＣを含む。ベースガラスＢＧはＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含み、ナノ結晶ＮＣは平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。ナノ結晶ＮＣはベースガラスＢＧに含まれる。
本明細書において、ベースガラスＢＧとは、加工工程を行う前の予備ガラス基板を指す。加工工程は、強化工程及び熱処理工程などを含む。つまり、一実施例のガラス基板ＣＷは、ベースガラスＢＧに対して熱処理工程、強化工程などが行われてから提供された状態を示す。例えば、上述した一実施例の電子装置ＤＳ（図１Ａ）におけるガラス基板ＣＷはベースガラスＢＧを加工して提供されたものであって、カバーウィンドウとして使用される。
一実施例のガラス基板ＣＷは、ナノ結晶ＮＣを含むことで改善された強度特性を示す。一実施例のガラス基板ＣＷは、ナノ結晶ＮＣを含むことで、外部衝撃によるクラックの発生または外部衝撃によって発生したクラックの成長を抑制し、高い耐衝撃性を有する。一実施例のガラス基板ＣＷは高い表面強度を示し、表面におけるクラックの発生が減少されることで高い表面耐衝撃性を有する。
一方、一実施例のガラス基板ＣＷは、上述した電子装置ＤＳ（図１Ａ）などでカバーウィンドウとして使用されるように高い透過率を有する。例えば、ガラス基板ＣＷは、８５％以上の高い透過率を有してもよい。詳しくは、一実施例のガラス基板ＣＷは、可視光線の波長領域で８５％以上の透過率を有すると共に、改善された耐衝撃性を有する。
一実施例において、ベースガラスＢＧは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏ以外に、追加にＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、及びＣａＯのうち少なくとも一つを更に含む。また、ベースガラスＢＧは、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、またはＰ2Ｏ5などを更に含む。
ガラス基板ＣＷはナノ結晶ＮＣを含むが、ナノ結晶ＮＣは平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。ナノ結晶ＮＣはベースガラスＢＧ内に含まれる。ナノ結晶ＮＣは定型化されていない立体形状であり、ナノ結晶ＮＣの平均直径は、複数個のナノ結晶ＮＣそれぞれの断面におけるナノ結晶ＮＣそれぞれの最大幅に対して算出された平均値である。
ナノ結晶ＮＣの平均直径が５ｎｍ未満であれば、ナノ結晶ＮＣを含むガラス基板ＣＷの強度改善効果が大きくない恐れがある。また、ナノ結晶ＮＣの平均直径が１０ｎｍを超過すれば、ベースガラスＢＧ内に分布されたナノ結晶ＮＣによってガラス基板ＣＷに入射した光が散乱され、ガラス基板ＣＷの透過率が減少する恐れがある。
ナノ結晶ＮＣはＬｉを含む。一実施例のガラス基板ＣＷに含まれたナノ結晶ＮＣはＬｉを含み、Ｌｉ−Ｓｉ系結晶、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｉ系結晶である。Ｌｉ−Ｓｉ系結晶はＬｉとＳｉを含んで成長した結晶であり、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｉ系結晶はＬｉ、Ａｌ、Ｓｉを全て含んで成長した結晶である。
例えば、ナノ結晶ＮＣは、Ｌｉ−Ｓｉ系結晶としてＬｉ2Ｓｉ2Ｏ5（リチウムジシリケート）、またはＬｉ2ＳｉＯ3（リチウムメタシリケート）などを含んでもよい。また、ナノ結晶ＮＣは、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｉ系結晶としてβ−スポジュメンであるＬｉＡｌＳｉ2Ｏ6、またはＬｉＡｌＳｉ3Ｏ3などを含む。詳しくは、ナノ結晶ＮＣは、Ｌｉ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｌｉ2ＳｉＯ3、ＬｉＡｌＳｉ2Ｏ6、及びＬｉＡｌＳｉ3Ｏ3のうち少なくとも一つを含む。
図２を参照すると、一実施例のガラス基板ＣＷにおいて、ナノ結晶ＮＣはガラス基板ＣＷの表面に隣接して配置される。一方、図２とは異なって、図３に示した一実施例のガラス基板ＣＷ−１においては、ナノ結晶ＮＣはベースガラスＢＧに分散されて分布される。
図２及び図４Ａを参照すると、ガラス基板ＣＷは対向する上部面ＵＳ及び下部面ＢＳを含み、上部面ＵＳ及び下部面ＢＳの間の間隔と対応する厚さｔCWを有する。ガラス基板の厚さｔCWは、０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。つまり、一実施例のガラス基板ＣＷは０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚さを有することで、上述した一実施例の電子装置ＤＳ（図１Ａ）のカバーウィンドウとして使用されて電子装置ＤＳ（図１Ａ）をスリム化及び軽量化させる。
図２及び図４Ａに示した一実施例のガラス基板ＣＷにおいて、ナノ結晶ＮＣは、ベースガラスＢＧの上部面及び下部面ＢＳに隣接して配置される。つまり、ナノ結晶ＮＣは、一実施例のガラス基板ＣＷから外部に露出された表面に隣接して配置される。
一方、これとは異なって、図３に示した一実施例のガラス基板ＣＷ−１においては、ナノ結晶ＮＣはベースガラスＢＧの内部に分散されて配置される。ナノ結晶ＮＣは、ベースガラスＢＧ内にランダムに分布される。ナノ結晶ＮＣは平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノスケールのサイズを有する粒子であって、ナノ結晶ＮＣがベースガラスＢＧ内に配置された一実施例のガラス基板ＣＷ−１は高い透過率を維持する。
図２及び図４Ａに示した一実施例のガラス基板ＣＷにおいては、ナノ結晶ＮＣが主にガラス基板ＣＷの表面に隣接するように配置されることで、より改善された表面強度を示す。また、図３に示した一実施例のガラス基板ＣＷ−１は、ベースガラスＢＧ内に分散されたナノ結晶ＮＣを含むことで、バルク（ｂｕｌｋ）状態で改善された強度を示す。
一実施例のガラス基板ＣＷは、圧縮応力層ＬDCを含む。圧縮応力層ＬDCは、ガラス基板ＣＷの表面に隣接して形成される。圧縮応力層ＬDCは、ガラス基板ＣＷの表面から厚さ方向に所定の深さで形成される。本明細書において、圧縮応力層ＬDCは、ガラス基板ＣＷの表面から圧縮応力（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｔｒｅｓｓ：ＣＳ）が０になる地点までの領域を示す。一実施例のガラス基板ＣＷは、ベースガラスＢＧの上部面ＵＳ及び下部面ＢＳのうち少なくともいずれか一つに隣接して形成された圧縮応力層ＬDCを含む。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、一実施例のガラス基板ＣＷは、ベースガラスＢＧの上部面ＵＳ及び下部面ＢＳそれぞれに隣接するように形成された圧縮応力層ＬDCを含む。
圧縮応力層ＬDCにおいて、圧縮応力は、ガラス基板ＣＷの表面から厚さ方向に行くほど次第に減少される。例えば、圧縮応力層ＬDCは、後述するガラス基板の製造方法において、ベースガラスを強化するステップを経て形成されてもよい。
一方、圧縮応力層ＬDCの深さは、圧縮深さ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）ｔDCで表される。ナノ結晶ＮＣがベースガラスＢＧの上部面ＵＳ及び下部面ＢＳに隣接して配置された一実施例のガラス基板ＣＷは、結晶層ＬNCを含む。結晶層ＬNCは、ナノ結晶ＮＣが配置された領域を示す。一実施例のガラス基板ＣＷにおいて、結晶層ＬNCは、上部面ＵＳ及び下部面ＢＳのうち少なくともいずれか一つに隣接して形成される。図２及び図４Ａを参照すると、一実施例のガラス基板ＣＷは、上部面ＵＳ及び下部面ＢＳそれぞれに隣接した結晶層ＬNCを含む。
本明細書において、結晶層の深さｔNCは、ナノ結晶ＮＣがベースガラスＢＧの上部面ＵＳ及び下部面ＢＳに隣接して位置される場合において、ガラス基板ＣＷの表面からナノ結晶ＮＣが配置される位置までの最大深さを示す。
一実施例のガラス基板ＣＷにおいて、圧縮応力層ＬDCの深さである圧縮深さｔDCは結晶層の深さｔNC以上である。結晶層の深さｔNCは、全体ガラス基板ＣＷの厚さｔCWの１０％以下である。結晶層ＬNCはベースガラスＢＧの上部面ＵＳ及び下部面ＢＳ共に隣接して配置され、結晶層ＬNCそれぞれの結晶層の深さｔNCが全体ガラス基板ＣＷの厚さの１０％以下である。よって、結晶層ＬNCがベースガラスＢＧの上部面ＵＳ及び下部面ＢＳ共に隣接して配置されれば、全体結晶層ＬNCの深さは全体ガラス基板ＣＷの厚さｔCWの２０％以下である。
一実施例のガラス基板ＣＷにおいて、ナノ結晶ＮＣは圧縮応力層ＬDCに含まれる。例えば、結晶層ＬNCは圧縮応力層ＬDCに含まれてもよい。
図４Ｂは、一実施例のガラス基板ＣＷにおいて、圧縮応力の分布を示す応力プロファイルＳＰを例示的に示している。図４Ｂにおいて、圧縮応力を示す軸の矢印方向は、圧縮応力が増加する方向に当たる。図４Ｂを参照すると、一実施例のガラス基板ＣＷは、上部面ＵＳ及び下部面ＢＳにおいてそれぞれ最大の圧縮応力値を示し、ガラス基板ＣＷの中心方向に行くほど圧縮応力値が次第に減少する。一方、ガラス基板ＣＷの圧縮深さｔDC以上（内側）では、圧縮応力値が負（−）の値を示す。負の圧縮応力値は引張力である。圧縮深さｔDCは、上部面ＵＳまたは下部面ＢＳから圧縮応力ＣＳ値が０になる基準線ＢＬと応力プロファイルＳＰが交差する地点までの垂直距離を示す。
一実施例のガラス基板ＣＷは、表面で６００ＭＰａ以上の圧縮応力を有する。例えば、ガラス基板ＣＷは、表面で８００ＭＰａ以上の圧縮応力を有してもよい。圧縮深さｔDCは、ガラス基板ＣＷの全体厚さｔCWの１０％以上である。例えば、圧縮深さｔDCは、ガラス基板ＣＷの表面からそれぞれ全体厚さｔCWの１５％以上であってもよい。
一実施例のガラス基板は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含むベースガラス、及び平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶を含むことで、改善された耐衝撃性を有する。一方、一実施例において、ナノ結晶はベースガラスに含まれている。また、一実施例のガラス基板は、表面に圧縮応力層を含み、前記圧縮応力層に分布されて平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶を含むことで、改善された表面強度を示す。
上述した一実施例のガラス基板は、Ｌｉを含むナノ結晶を含むことで、高い透過率を維持しながらも改善された耐衝撃性を有する。一方、一実施例のガラス基板は、圧縮応力層に含まれるようにガラス基板の表面に隣接した領域に配置されたナノ結晶を含むことで、良好な透過率特性を示しながらも、改善された表面強度特性を示す。
以下、図５乃至図１５Ｂを参照して、上述した一実施例のガラス基板を製造する一実施例のガラス基板の製造方法について説明する。一実施例のガラス基板の製造方法に関する説明において、上述した一実施例のガラス基板に関する内容と重複する内容は再度説明せず、差を中心に説明する。
図５及び図６は、それぞれ一実施例のガラス基板の製造方法を示すフロー図である。図５及び図６を参照すると、一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラスを提供するステップＳ１００と、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００と、を含む。また、一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラスを強化するステップを更に含む。一実施例のガラス基板の製造方法において、ベースガラスを強化するステップは、ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００である。
ベースガラスを提供するステップＳ１００において、ベースガラスはＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含む。提供されるベースガラスはフラット（ｆｌａｔ）である。また、ベースガラスはベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）されたものであってもよい。例えば、ベースガラスは、中央部分を基準に膨らむか窪んでベンディングされていてもよい。また、ベースガラスは、平坦部、及び平坦部に隣接した外郭部分にベンディング部を含む。しかし、実施例はこれに限らず、ベースガラスは多様な形状に提供されてもよい。
提供されるベースガラスは、フロート法（ｆｌｏａｔ ｐｒｏｃｅｓｓ）、ダウンドロー法（ｄｏｗｎ ｄｒａｗ ｐｒｏｃｅｓｓ）、またはフュージョン法（ｆｕｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）などによって製造される。しかし、実施例はこれに限らず、提供されるベースガラスは例示されていない多様な方法によって製造されてもよい。ベースガラスを提供するステップＳ１００において、提供されるベースガラスは、上述した多様な工法で製造されたガラス原板がそのまま提供されるか、または使用用途を考慮して切断されて提供される。
一実施例において、提供されるベースガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏ以外に、追加にＮａ2Ｏ、ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、及びＣａＯのうち少なくとも一つを更に含んでもよい。また、ベースガラスは、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、またはＰ2Ｏ5などを更に含む。
一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラスを提供するステップＳ１００の後に、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００を含む。一実施例のガラス基板の製造方法において、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００は、提供されたベースガラスの内部にナノ結晶を成長させるステップである。ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００は、提供されたベースガラスに含まれたＬｉ2Ｏから成長されるナノ結晶を形成するステップである。
第１温度は、（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｓ＋１５０）℃以下である。ここで、Ｔｇはベースガラスのガラス転移温度（Ｇｌａｓｓ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）であり、Ｔｓはベースガラスの軟化点温度（Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を示す。ベースガラスを熱処理する第１温度が（Ｔｇ＋５０）℃未満であれば、ベースガラスは変形しないが、内部に分布されたイオンの移動度が低下して、ナノ結晶を成長させるための核の形成が難しくなる恐れがある。また、第１温度が（Ｔｓ＋１５０）℃を超過すれば、核の形成及びナノ結晶の成長が容易に行われるが、高い温度の影響でベースガラスの変形が発生する恐れがある。
図７は、ベースガラスの熱分析結果を示すグラフである。図７は、ＴＭＡ（Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）分析の結果であって、３つのベースガラスのサンプルに対して実施した熱分析の結果を示している。サンプル１乃至サンプル３で表されたベースガラスは、いずれもＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含む。図７において、Ｔｇ（Ｔｇ−１、Ｔｇ−２、Ｔｇ−３）は各サンプルに対するガラス転移温度であり、Ｔｓ（Ｔｓ−１、Ｔｓ−２、Ｔｓ−３）は各サンプルに対する軟化点温度である。図７を参照すると、一実施例のガラス基板の製造方法に提供されるベースガラスのＴｇは４００℃以上７００℃以下であり、Ｔｓは５００℃以上７５０℃以下である。
一方、ベースガラスを熱処理する第１温度は４５０℃以上９００℃以下である。つまり、第１温度が４５０℃未満であれば、ベースガラス内のイオンの移動度が低下してナノ結晶の成長が容易ではない恐れがあり、第１温度が９００℃を超過すれば、ベースガラスの変形が発生する恐れがある。
第１温度で熱処理するステップＳ２００は、仮想のチャンバ内で行われる。ベースガラスは、多様な形態にチャンバ内に提供される。例えば、ベースガラスは、セル状に加工されて複数のセルが重なった状態に提供されてもよい。一方、加工されたセル状は、上述した電子装置ＤＳ（図１Ａ）のカバーウィンドウとして使用されるガラス基板ＣＷ（図１Ａ）の形態に切断されて成形された形態である。複数のセルが重なった状態で提供されてチャンバ内で熱処理するステップが行われれば、重なったセルが支持機能を有するようになって、高温処理条件でもベースガラスの変形が最小化される。
一方、第１温度で熱処理するステップＳ２００は、ガラス原板状に提供さればベースガラスを、チャンバ内で垂直方向にかけて固定し熱処理する方法で行われる。
また、これとは異なって、ガラス原板状のベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００は耐熱ガラスを利用して行われてもよい。図８は、第１温度で熱処理するステップの一実施例を示す図である。
図８において、ベースガラスＢＧは、耐熱ガラスＳＷと共に積層されて提供される。耐熱ガラスＳＷは加工前のガラス基板であるベースガラスＢＧに比べ厚い厚さを有し、ベースガラスＢＧの軟化点Ｔｓ温度以上で熱変形が行われない耐熱性を有する。ベースガラスＢＧと耐熱ガラスＳＷは交差して配置されるが、対向する耐熱ガラスＳＷの間にベースガラスＢＧを配置して熱処理するステップの間にベースガラスＢＧが耐熱ガラスＳＷによって支持されるようにして、ベースガラスＢＧの変形を最小化する。
ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００は、第１温度で２４時間以上行われる。例えば、第１温度で熱処理するステップＳ２００は、２４時間以上９６時間以下で行われてもよい。詳しくは、第１温度で熱処理するステップＳ２００は、４８時間以上７２時間以下で行われる。
ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００において、ナノ結晶が形成される。つまり、ベースガラスを第１温度で２４時間以上熱処理して、ベースガラスの内部またはベースガラスの表面に隣接するようにナノ結晶を成長させる。
ナノ結晶は、Ｌｉを含む結晶粒子である。ナノ結晶は、ベースガラスに含まれたＬｉ2Ｏが造核剤となって形成される。また、これとは異なって、ベースガラスの表面にある微小欠陥（ｍｉｃｒｏ ｄｅｆｅｃｔ）、またはほこり（ｄｕｓｔ）などがナノ結晶の成長のための核になってもよく、それによってベースガラスの表面に隣接してナノ結晶が成長し配置される。
第１温度で熱処理するステップＳ２００で生成されたナノ結晶はＬｉ−Ｓｉ系結晶、またはＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ系結晶である。ナノ結晶ＮＣは、Ｌｉ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｌｉ2ＳｉＯ3、ＬｉＡｌＳｉ2Ｏ6、及びＬｉＡｌＳｉ3Ｏ3のうち少なくとも一つを含む。ナノ結晶ＮＣは、平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
一方、上述した一実施例のガラス基板の製造方法とは異なって、ベースガラスを提供するステップＳ１００から提供されるベースガラスは、セラミック粉末を含むように提供される。例えば、図９はベースガラスを提供するステップＳ１００の一実施例を示している。
図９を参照すると、ベースガラスを提供するステップＳ１００は、セラミック粉末とガラス粉末を混合して混合溶融材料を形成するステップＳ１０と、混合溶融材料を板状に成形するステップＳ３０と、を含む。一方、セラミック粉末はＬｉを含むナノ結晶である。つまり、図５及び図６で説明した一実施例のガラス基板の製造方法から提供されたベースガラスとは異なって、図９に示した実施例のように製造されて提供されるベースガラスは、熱処理するステップＳ２００（図５）の前にベースガラスの内部に結晶粒子を含んでいる。
セラミック粉末は、Ｌｉ−Ｓｉ系結晶またはＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ系結晶であるか、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＺｒＯ2などの無機物である。しかし、実施例はこれに限らず、セラミック粉末はガラス粉末と混合されて結晶を成長させる造核剤の役割をするものであれば、制限なく使用されてもよい。
ガラス粉末は粉砕されたガラス粒子である。ガラス粉末は、上述したフロート法、ダウンドロー法、またはフュージョン法などによって製造されたガラス原板を粉砕したものである。ガラス粉末は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含む。
セラミック粉末とガラス粉末は、ガラス粉末の軟化点Ｔｓ以上の温度で溶融されて混合溶融材料を形成する。次に、混合溶融液を成形のためのジグに提供し、板状に成形してベースガラスを製造する。成形されて形成されたベースガラスに対し、熱処理するステップＳ２００（図５）が行われる。
第１温度で熱処理するステップＳ２００（図５）は、図９に示した一実施例によって提供されたベースガラスを熱処理してベースガラス内に結晶を成長させるステップである。図９に示した一実施例によって提供されたベースガラスを熱処理して製造されたガラス基板は、上述した図３に示した一実施例のガラス基板ＣＷ−１のように、ナノ結晶ＮＣがベースガラスＢＧの内部に分散された形態である。
一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００の後に、ベースガラスを強化するステップを更に含む。図６を参照すると、一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００の後に、熱処理されたベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００を含む。
ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、強化溶融塩をベースガラスに提供し、イオン交換を利用してベースガラスの表面強度を上げる。第１温度で熱処理されたベースガラスは内部にナノ結晶を含み、イオン交換法によって表面が強化処理される。例えば、イオン交換法によってベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、ベースガラスの表面の相対的にイオン半径が小さいアルカリ金属イオンを、イオン半径がより大きいアルカリ金属イオンに交換して行われてもよい。例えば、ベースガラスの表面のＮａ+イオンなどをＫ+イオンなどに交換して表面強化が行われてもよい。化学強化処理するステップＳ３００を経て製造されたガラス基板は、表面に圧縮応力層ＬDC（図４Ｂ）を含む。
ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、強化溶融塩としてＬｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、及びＣｓ+からなる群より選択されるいずれか一つのイオンを含む単一塩を含む。また、これとは異なって、ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、強化溶融塩としてＬｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、及びＣｓ+からなる群より選択される２種以上のイオンを含む混合塩を含んでもよい。例えば、混合塩は、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、及びＣｓ+からなる群より選択される２種以上のイオンを含んでもよい。
ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、一つの強化ステップで行われる。また、これとは異なって、ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は複数のステップに区分されて行われてもよく、例えば、ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、多段強化ステップで行われてもよい。
一方、ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００が多段強化ステップで行われれば、各強化ステップで使用される強化溶融塩の構成は互いに異なる。しかし、実施例はこれに限らず、各強化ステップで使用される強化溶融塩の構成は、互いに同じであるか一部の溶融塩の構成が互いに異なってもよい。
ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、第２温度で行われる。第２温度は、ベースガラスを熱処理するステップＳ２００の第１温度以下の温度である。例えば、第２温度は３５０℃以上５００℃以下であってもよい。詳しくは、第２温度は３５０℃以上４５０℃以下である。
ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００が多段強化ステップで行われれば、第１強化温度でイオン交換処理する第１強化ステップ、及び第２強化温度でイオン交換処理する第２強化ステップを含む。一方、化学強化処理するステップＳ３００が多段強化ステップで行われれば、第２強化温度は第１強化温度以下である。
ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００の後、ベースガラスの表面に圧縮応力層が形成される。圧縮応力層ＬDC（図４Ｂ）は、ガラス基板の上部面ＵＳまたは下部面ＢＳから圧縮応力ＣＳ値が０になる地点までの層と定義される。圧縮応力層ＬDC（図４Ｂ）の深さｔDCは、ＤＯＣと定義される。
一方、ガラス基板の上部面ＵＳまたは下部面ＢＳからＮａ+イオンの濃度が０になる地点までの深さは、圧縮応力層ＬDC（図４Ｂ）の深さであるＤＯＣと類似している。例えば、ガラス基板の上部面ＵＳまたは下部面ＢＳからＮａ+イオンの濃度が０になる地点までの深さは、ＤＯＣ±１０ｎｍの範囲にあってもよい。
また、圧縮応力層ＬDC（図４Ｂ）は、Ｋ+イオンの濃度が０になる地点と定義されるサブ圧縮応力層（図示せず）を含む。サブ圧縮応力層（図示せず）は、Ｋ+イオン交換によって形成された層である。サブ圧縮応力層（図示せず）の深さは、ＤＯＬ−Ｋ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｋ+ ｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）と定義される。
例えば、ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００が多段強化ステップで行われれば、圧縮応力層ＬDC（図４Ｂ）は圧縮応力のプロファイルが遷移される遷移点（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）を含む。この際、圧縮応力値の遷移点は、Ｋ+イオンの濃度が０になる地点であるＤＯＬ−Ｋの深さに対応する地点である。ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００が多段強化ステップで行われれば、圧縮応力層はＤＯＣ及びＤＯＬ−Ｋの深さを全て示す。ＤＯＬ−ＫはＤＯＣに含まれる。
図１０は、一実施例のガラス基板の製造方法のステップによる工程の温度プロファイルを概略的に示している。一方、図１０に示した工程の温度プロファイルは、各工程ステップにおけるベースガラスまたはガラス基板の温度を示している。
図１０を参照すると、ベースガラスを提供するステップＳ１００において、ベースガラスは常温ＲＴで提供される。提供されるベースガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含む。
次に、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップＳ２００は、Ｔ１温度で行われる。つまり、ベースガラスの温度は熱処理するステップＳ２００の間Ｔ１に維持される。この際、Ｔ１温度は、ベースガラスの（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｓ＋１５０）℃以下の温度である。例えば、Ｔ１は４５０℃以上７００℃以下であってもよい。
図１０は、ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００が多段強化ステップで行われる場合に対する温度プロファイルを示している。ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００は、第１強化温度のＴ２１でイオン交換処理する第１強化ステップＳ３１０と、第２強化温度のＴ２２でイオン交換処理する第２強化ステップＳ３２０と、を含む。ベースガラスを化学強化処理するステップＳ３００の第１及び第２強化温度であるＴ２１及びＴ２２は、第１温度であるＴ１以下の温度である。また、第２強化温度であるＴ２２は、第１強化温度であるＴ２１以下である。
図１１Ａ乃至図１１Ｃは、一実施例のガラス基板の製造方法において、熱処理するステップ前後によるＳＡＸＳ分析結果を示すグラフである。図１１Ａ乃至図１１Ｃはそれぞれ実施例１乃至実施例３に対するＳＡＸＳデータを示しており、「ｒｅｆ」は熱処理するステップの前のベースガラスに対するＳＡＸＳデータを示し、実施例はベースガラスを熱処理した後のＳＡＸＳデータを示している。図１１Ａ乃至図１１Ｃにおいて、「ＳＤＰ」はショルダピーク（Ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｐｅａｋ）を示しており、ショルダピークの面積の増加からナノ結晶の成長可否を確認することができる。一方、図１１Ａ乃至図１１Ｃにおいて、矢印（→）はショルダピークの増加方向を示す。
図１１Ａにおいて、「ｒｅｆ」は熱処理するステップの前のベースガラスに対するＳＡＸＳ分析グラフを示し、「実施例１−１」は「ｒｅｆ」のベースガラスを５３５℃で７２時間熱処理するステップを行った後のＳＡＸＳ分析グラフを示し、「実施例１−２」は「ｒｅｆ」のベースガラスを５７５℃で４８時間熱処理するステップを行った後のＳＡＸＳ分析グラフを示している。図１１Ａの結果から、熱処理するステップの後のショルダピークＳＤＰが熱処理するステップの前のショルダピークＳＤＰより大きくなっていることから、熱処理するステップの後にガラス基板内に成長されたナノ結晶が成長されていることが分かる。
図１１Ｂにおいて、「実施例２−１」は「ｒｅｆ」のベースガラスを６５０℃で４８時間熱処理するステップを行った後のＳＡＸＳ分析グラフを示し、「実施例２−２」は「ｒｅｆ」のベースガラスを６２０℃で７２時間熱処理するステップを行った後のＳＡＸＳ分析グラフを示している。また、図１１Ｃにおいて、「実施例３−１」は「ｒｅｆ」のベースガラスを７００℃で４８時間熱処理するステップを行った後のＳＡＸＳ分析グラフを示し、「実施例３−２」は「ｒｅｆ」のベースガラスを６６５℃で７２時間熱処理するステップを行った後のＳＡＸＳ分析グラフを示している。
図１１Ｂ及び図１１Ｃを参照すると、熱処理するステップの後のショルダピークＳＤＰが熱処理するステップの前のショルダピークＳＤＰより大きくなっていることから、熱処理するステップの後にナノ結晶が成長されたことが分かる。よって、図１１Ａ乃至図１１ＣのＳＡＸＳ分析結果から、一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラス基板を第１温度で熱処理することでナノ結晶を形成することができることが分かる。
図１２は、一実施例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板の透過率を示すグラフである。図１２において、透過率は３５０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長領域で測定しており、全ての実施例において８５％以上の高い透過率を示している。一方、実施例１−１乃至実施例３−２は、図１１Ａ乃至図１１Ｃに示したＳＡＸＳの評価に使用された実施例と同じ条件で製造されたものである。よって、図１２の透過率測定結果から、一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラス基板を第１温度で熱処理することで、ナノ結晶が成長された後も良好な透過率特性を維持することが分かる。
図１３Ａ及び図１３Ｂは、ガラス基板の製造方法において、ベースガラスを強化するステップ前後のフリンジパターン（Ｆｒｉｎｇｅ ｐａｔｔｅｒｎ）を示す画像である。また、図１４Ａ及び図１４Ｂは、ガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板におけるベースガラスを強化するステップの後の圧縮応力のプロファイルを示す画像である。
図１３Ａは一実施例のガラス基板の製造方法で製造された実施例において、ベースガラスを強化するステップの前（Ｂｅｆｏｒｅ）とベースガラスを強化した後（Ａｆｔｅｒ）のフリンジパターンの変化を比較して示している。図１３Ｂは一実施例のガラス基板の製造方法とは異なって、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップを行わずに製造されたガラス基板である比較例において、ベースガラスを強化するステップの前とベースガラスを強化した後のフリンジパターンの変化を比較して示している。また、図１４Ａは一実施例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板におけるベースガラスを強化するステップの後の応力のプロファイルＳＰを示しており、図１４Ｂは一実施例のガラス基板の製造方法とは異なって、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップを行わずに製造されたガラス基板である比較例において、ベースガラスを強化するステップの後の応力のプロファイルＳＰ'を示している。
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、ベースガラスを強化するステップの前とベースガラスを強化するステップの後のフリンジパターンの変化が、実施例と比較例で類似して示されることが分かる。つまり、一実施例のガラス基板の製造方法のように、ベースガラスを強化するステップの前にベースガラスを熱処理してナノ結晶を形成した場合であっても、強化特性はベースガラスを熱処理するステップを行っていない比較例の場合と類似することが分かる。つまり、図１３Ａ及び図１３Ｂから、実施例と比較例における強化するステップの後のサブ圧縮応力層の深さであるＤＯＬ−Ｋと圧縮応力ＣＳ値が類似して示されることが分かる。
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、実施例と比較例において、強化するステップの後に応力プロファイルＳＰ、ＳＰ'の形状が類似して示されることが分かる。また、図１４Ａ及び図１４Ｂの画像から、実施例と比較例における圧縮応力層の深さが類似して示されることが分かる。
図１４Ａにおいて、ｔCWはガラス基板ＣＷの全体厚さである。また、ｔDCはＤＯＣ、つまり、ガラス基板の上部面ＵＳまたは下部面ＢＳから圧縮応力値が０になる基準線ＢＬと応力プロファイルＳＰが交差する地点までの垂直深さを示す。ｔDLは、ＤＯＬ−Ｋ、つまり、ガラス基板の上部面ＵＳまたは下部面ＢＳからＫ+イオンの濃度が０になる地点までの深さを示す。図１４Ｂにおいて、ｔCWは比較例におけるガラス基板ＣＷ'の全体厚さである。また、ｔDC'はＤＯＣ、つまり、ガラス基板の上部面ＵＳまたは下部面ＢＳから圧縮応力値が０になる基準線ＢＬと応力プロファイルＳＰ'が交差する地点までの垂直深さを示す。ｔDL'は、比較例におけるＤＯＬ−Ｋ、つまり、比較例におけるガラス基板ＣＷ'の上部面ＵＳまたは下部面ＢＳからＫ+イオンの濃度が０になる地点までの深さを示す。
よって、図１４Ａ及び図１４Ｂから、一実施例のガラス基板の製造方法のように、ベースガラスを強化するステップの前にベースガラスを熱処理してナノ結晶を形成した場合であっても、強化特性はベースガラスを熱処理するステップを行っていない比較例の場合と類似することが分かる。
図１５Ａは、一実施例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板における衝撃テストの結果を示す画像である。また、図１５Ｂは、比較例のガラス基板の製造方法で製造されたガラス基板における衝撃テストの結果を示す画像である。
図１５Ａ及び図１５Ｂは、ガラス基板の表面に衝撃を加えた後のガラス基板の表面画像を示している。図１５Ａは、一実施例のガラス基板の製造方法で製造された実施例のガラス基板の表面に衝撃を加えてクラックＣＰを形成した後の状態を示している。図１５Ｂは、一実施例のガラス基板の製造方法とは異なって、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップを行わずに製造されたガラス基板である比較例のガラス基板の表面に衝撃を加えてクラックＣＰを形成した後の状態を示している。
図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すると、クラックＣＰが成長するクラックラインＣＬは、実施例に比べ比較例でより延長されて拡張されることが分かる。また、比較例のガラス基板画像を示す図１５Ｂの場合、図１５Ａとは異なって表面の割れパターンＲＡが現れていることが分かる。よって、図１５Ａ及び図１５Ｂの結果を参照すると、一実施例のガラス基板の製造方法で製造された実施例のガラス基板の場合、第１温度で熱処理するステップを経て製造されることで、改善された表面強度特性を示すことが分かる。つまり、一実施例のガラス基板の製造方法は、第１温度で熱処理するステップを含むことで、ガラス基板がナノ結晶を含むように形成されて、改善された表面強度特性を示す。
一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップを含み、ガラス基板がナノ結晶を含むようにすることで、良好な透過率特性を示しながらも、改善された強度を有するガラス基板を提供することができる。また、一実施例のガラス基板の製造方法は、ベースガラスを第１温度で熱処理するステップを、ベースガラスを強化するステップの前に行うことで、ガラス基板の強化特性を維持しながらも、表面強度が改善されたガラス基板を提供することができる。
これまで本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野における熟練した当業者または該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更し得ることを理解できるはずである。
よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載されている内容に限らず、特許請求の範囲によって決められるべきである。
ＤＳ：電子装置
ＣＷ：ガラス基板
ＢＧ：ベースガラス
ＮＣ：ナノ結晶

Claims (22)

  1. ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含むベースガラスと、
    前記ベースガラスに含まれ、平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶と、
    を含むガラス基板。
  2. 前記ナノ結晶は、Ｌｉを含む結晶粒子である請求項１に記載のガラス基板。
  3. 前記ナノ結晶は、Ｌｉ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｌｉ2ＳｉＯ3、ＬｉＡｌＳｉ2Ｏ6、及びＬｉＡｌＳｉ3Ｏ3のうち少なくとも一つを含む請求項１に記載のガラス基板。
  4. 前記ナノ結晶は、前記ベースガラスの上部面及び下部面のうち少なくとも一つに隣接して形成される請求項１に記載のガラス基板。
  5. 前記ベースガラスの表面に圧縮応力層を含む請求項１に記載のガラス基板。
  6. 前記圧縮応力層の深さは結晶層の深さ以上であり、
    前記結晶層の深さは前記ベースガラスの表面から前記ナノ結晶が配置された位置までの最大深さである請求項５に記載のガラス基板。
  7. 前記ナノ結晶は、前記圧縮応力層に含まれる請求項５に記載のガラス基板。
  8. 前記ナノ結晶が配置された結晶層は前記ベースガラスの上部面及び下部面それぞれに隣接して配置され、
    前記結晶層それぞれの深さは前記ガラス基板の全体厚さの１０％以下である請求項１に記載のガラス基板。
  9. 平坦部、及び前記平坦部と隣り合う少なくとも一つのベンディング部を含む請求項１に記載のガラス基板。
  10. ８５％以上の透過率を有する請求項１に記載のガラス基板。
  11. ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＬｉ2Ｏを含むベースガラスを提供するステップと、
    提供された前記ベースガラスを第１温度で熱処理するステップと、を含み、
    前記第１温度は（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｓ＋１５０）℃以下であり、
    前記Ｔｇは前記ベースガラスのガラス転移温度であり、前記Ｔｓは前記ベースガラスの軟化点温度であるガラス基板の製造方法。
  12. 前記熱処理するステップはＬｉを含み、平均直径が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のナノ結晶を形成するステップである請求項１１に記載のガラス基板の製造方法。
  13. 前記ナノ結晶は、前記ベースガラスの上部面及び下部面のうち少なくとも一つに隣接して形成される請求項１２に記載のガラス基板の製造方法。
  14. 前記ベースガラスを強化するステップを更に含む請求項１１に記載のガラス基板の製造方法。
  15. 前記強化するステップは、熱処理された前記ベースガラスに強化溶融塩を提供し、第２温度で化学強化処理するステップである請求項１４に記載のガラス基板の製造方法。
  16. 前記第２温度は、前記第１温度以下である請求項１５に記載のガラス基板の製造方法。
  17. 前記強化溶融塩は、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、及びＣｓ+からなる群より選択されるいずれか一つのイオンを含む単一塩であるか、または、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、及びＣｓ+からなる群より選択される少なくとも２種以上のイオンを含む混合塩である請求項１５に記載のガラス基板の製造方法。
  18. 前記化学強化処理するステップは、第１強化温度でイオン交換処理する第１強化ステップと、
    前記第１強化温度以下の第２強化温度でイオン交換処理する第２強化ステップと、を含む請求項１５に記載のガラス基板の製造方法。
  19. 前記Ｔｇは４００℃以上７００℃以下であり、前記Ｔｓは５００℃以上７５０℃以下である請求項１１に記載のガラス基板の製造方法。
  20. 前記熱処理するステップは、前記ベースガラスを間に挟んで両側に耐熱ガラス基板を配置して熱処理するステップである請求項１１に記載のガラス基板の製造方法。
  21. 前記ベースガラスを用意するステップは、
    セラミック粉末及びガラス粉末を混合して混合溶融材料を形成するステップと、
    前記混合溶融材料を板状に成形するステップと、を含む請求項１１に記載のガラス基板の製造方法。
  22. 前記セラミック粉末は、Ｌｉを含むナノ結晶である請求項２１に記載のガラス基板の製造方法。
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