KR101180200B1

KR101180200B1 - 향상된 충격 및 정전기 부하 저항성을 갖는 유리라미네이트 기판

Info

Publication number: KR101180200B1
Application number: KR1020077015939A
Authority: KR
Inventors: 조세 씨 랩; 수레쉬 티 걸라티
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2012-09-10
Also published as: TW200635762A; CN101076447A; EP1836274A2; JP2015078115A; US7201965B2; EP1836274B1; WO2006065657A2; KR20070087650A; EP1836274A4; JP5649267B2; WO2006065657A3; JP2008522950A; US20060127679A1; CN101076447B; JP5820039B2; TWI284091B; EP2444246B1; EP2444246A1

Abstract

평판 디스플레이와 같은 전자 기판용 유리 라미네이트 기판이 투명한 유리 스킨층으로 결합된 투명 유리 코아를 포함하며, 여기에서 상기 코아의 열팽창계수가 스킨층의 열팽창계수보다 커서, 스킨층의 잔류 압축 응력 및 코아의 잔류 인장 응력을 형성한다. 스킨층의 상대적 두께는 코아의 충분히 낮은 잔류 인장 응력을 유지하면서 상기 기판을 일정 크기로 스크라이빙 및 분리할 수 있도록 유리 라미네이트 기판의 강도를 향상시키기 위해 선택될 수 있다. 중간층은 코아와 스킨층 사이에 위치될 수 있으며, 여기에서 상기 중간층은 잔류 압축 응력을 포함하고 상기 코아 내의 감소된 잔류 인장 응력을 생성한다.

유리, 라미네이트, 기판, 코아, 스킨층, 스크라이빙

Description

향상된 충격 및 정전기 부하 저항성을 갖는 유리 라미네이트 기판{Glass laminate substrate having enhanced impact and static loading resistance}

본 발명은 전자 기판, 보다 구체적으로는, 예를 들어 평판 디스플레이에서 사용되는 것과 같은 유리 라미네이트 기판에 관한 것으로, 여기에서 기판 내의 선택된 층들은 잔류 압축 응력 또는 잔류 인장 응력을 포함하여 기판의 정전기 및 충격 부하 저항성을 향상시킨다.

유리 기판은 흔히 예를 들면 액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이에 사용된다. LCD는 계산기, 시계, 비디오 게임, 오디오 및 비디오 장치, 휴대용 컴퓨터 및 심지어 자동차 계기판에 정보를 디스플레이하기 위해 점점 더 많이 보급되고 있다. LCD 품질 및 크기의 향상은 LCD를 텔레비젼 세트 및 데스크탑 컴퓨터 디스플레이에 전통적으로 사용되어온 음극선 튜브(CRT)에 대한 매력적인 대안이 되게 했다. 또한, 플라즈마 디스플레이(PD), 전계 방출 디스플레이(FED) 및 유기 발광 고분자 디스플레이(OLED)와 같은 그 밖의 평판 디스플레이(FPD) 형태가 LCD에 대한 대안으로서 개발되고 있다.

어떤 FPD에서, 두 개의 유리 플레이트가 픽셀 어드레싱, 칼라 필터, 액정 방향성을 위한 도전성 막, LCD의 배향막 또는 FED 및 PD의 형광막과 같은 기능성 막 들을 운반하는 데에 사용된다. 기능성 막을 갖는 상기 두 개의 유리 플레이트 사이에, 액정 화합물(LCD), 발광 고분자(OLED) 또는 플라즈마 형성 가스(PD)가 위치한다.

플라스틱 시트에 의한 유리 플레이트의 교체는 일본 특허 공개 제6-175143호에 개시되었다. 플라스틱 시트는 그 유연성(따라서 우수한 크랙 저항성을 제공하는) 및 충격과 정전기 부하에 대한 저항성을 고려하여 유리 시트보다 얇아질 수 있다. 플라스틱 시트는 또한 유리 시트보다 낮은 비중을 가지므로, 플라스틱 기판으로 된 LCD는 유리 기판으로 된 것보다 더 밝고 더 얇다.

불행하게도, 플라스틱 시트는 디스플레이에 대한 적용을 제한하는 세 가지 특성을 갖는다: 유리 시트에 비하여 낮은 유리 전이 온도, 가시광선에 대한 낮은 투과성 및 높은 가스 흡수비. 낮은 유리 전이 온도는 플라스틱 시트의 최고 사용온도를 제한한다. 따라서, 플라스틱 시트는 LCD 및 OLED 디스플레이에 사용되는 a-Si 또는 p-Si계 TFT류를 제조하는데 요구되는 300~600℃의 고온에 노출되면 열분해 되게 된다. 낮은 광학 투과성은 화면 밝기를 감소시킨다. 플라스틱 시트의 가스 흡수성은 OLED 디스플레이에 사용되는 유기 발광 물질의 질 저하를 가져온다. 이러한한계는 디스플레이에 대한 플라스틱 시트의 활용을 어렵게 한다.

그러므로, 향상된 강도와 함께 유리 시트의 잇점을 제공할 수 있는 유리 라미네이트 기판에 대한 요구가 남아있다. 크게 형성될 수 있고 따라서 스크랩(scrap)에 의한 상당한 손실을 야기하지 않고 크기가 감소될 수 있는 향상된 강도의 유리 라미네이트 기판에 대한 요구도 존재한다. 또한 충격 및 정전기 부하에 실질적으로 소정의 저항성을 갖는 유리 라미네이트 기판에 대한 요구도 존재한다.

본 발명은 유리 기판의 장점을 가지면서 충격 및 정전기 부하에 대해 증가된 저항성을 갖는 유리 라미네이트 기판을 제공한다. 상기 유리 라미네이트 기판은 기판의 부하 저항성을 향상시키기 위하여 잔류 압축 또는 잔류 인장 응력을 갖는 선택된 층을 포함한다.

유리 라미네이트 기판은 제한됨이 없이 웨이퍼와 조립단계에서 초점면 배열(focal plane array), 광전자 장치, 광전지, 광학장치, 평면 디스플레이 및 집적회로와 같은 전자기판으로 사용될 수 있다.

일반적으로, 유리 라미네이트 기판은 투명한 유리 코아와 한 쌍의 투명한 유리 스킨층을 포함하는데, 여기에서 코아는 스킨층보다 더 높은 열팽창계수를 가진다. 스킨층에 비해 상대적인 코아의 두께와 열팽창계수는 스킨층 내 잔류 압축 응력과 코아 내 잔류 인장 응력을 생성하도록 선택되어 진다. 잔류 응력은 기판의 부하 저항력을 증가시킨다. 스킨층 내 압축 응력과 코아 내 인장 응력은 허용되지 않는 수준의 기판 파손 및 파편 발생을 야기하지 않으면서 이후에 기판 스크라이빙(scribing) 및 분리가 가능하도록 선택될 수 있다.

하나의 형태에서, 예를 들어 유리 라미네이트 기판은 평판 디스플레이내에 적용될 수 있는데, 여기에서 기판은 제1 열팽창계수를 가지는 공간이 있는 한 쌍의 투명 유리 스킨층; 및 스킨층들 중간의 투명 유리 코아를 포함하며, 투명 유리 코아는 보다 높은 제2 열팽창계수를 가짐으로써, 유리 스킨층은 약 1,000 psi(6.9 Mpa)보다 큰 잔류 압축 응력을 갖고, 유리 코아는 약 4,000 psi(27.6 Mpa)보다 작은 잔류 인장 응력을 갖는다.

어떤 구성에서는, 유리 라미네이트 기판은 스킨층의 압축 응력이 적어도 약 4000 psi(27.6 Mpa)이고 코아의 인장응력이 약 1,000 psi(6.9 Mpa)보다 적게 유지되도록 선택된다.

다른 구성에서, 유리 라미네이트 기판은 스킨층과 코아 사이에 위치한 적어도 하나의 유리 중간층을 포함한다. 스킨층, 중간층 및 코아를 형성하는 유리의 상대적인 설정점(setpoint)과 열팽창계수를 선택함으로써, 스킨층의 잔류 압축 응력이 유지되거나 증가되는 동안, 코아 내의 잔류 인장 응력이 감소될 수 있다.

스킨층의 잔류 압축 응력과 유리 코아의 잔류 인장 응력은 결점생성과 결점의 전파 모두에 대한 저항성을 제공하는 유리 라미네이트 기판에 저장된 에너지를 생성시키는데, 여기에서 저장된 에너지는 입자와 조각과 같은 유리를 오염시키는 파편의 해로운 생성 또는 기판 불량 없이 기판의 스크라이빙과 분리가 가능할 만큼 충분히 낮다.

앞선 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 것이고, 청구항에서 나타난 바와 같은 본 발명의 성질과 특성을 이해시키기 위한 개요나 관점을 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 첨부된 도면들은 본 발명의 심층적인 이해를 제공하도록 본 명세서 내에 포함되고, 이 명세서의 한 부분을 구성한다. 도면들은 다양한 모범적인 본 발명의 구체 실시예를 나타내고, 이와 함께 본 발명의 원리와 작용을 설명하기 위한 설명도 나타낸다.

본 발명은 평면 디스플레이의 사용에 있어 유리 라미네이트 기판(60)(도 3과 4의 예에 나타난 바와 같이)을 포함한다. 여기에서 사용되었듯이, 용어 "평판 디스플레이"는 전자기판의 예이며, 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDs), 전계 방출 디스플레이(FEDs) 및 유기 발광 고분자 디스플레이(OLEDs)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1를 참조하면, LCD가 도식적으로 표현되는데, 여기에서 (박층구조 없이 나타난) 유리 시트(20, 30)는 액정 물질로 채워진 갭(40)에 의해 분리된다. 시트(20, 30)의 가장자리는 낮은 모듈러스 고분자 접착제(44)로 밀봉되고, 비교적 단단한 프레임에 배치된다(도시되지 않음). 확산 플레이트(46)는 소정의 분리에 의하여 시트(30)로부터 떨어지게 되며, 상기 확산 플레이트는 백라이트 소스로 작용한다.

시트(20)는 노출 표면(22) 및 갭 표면(24)을 가지며, 시트(30)는 갭 표면(32) 및 노출 표면(34)을 포함한다.

도 2에 나타난 바와 같은 부하(L)에서, 표면(22 및 32)은 압축되어 부하에 대해 상대적인 저항성을 갖는다. 그러나, 표면(24 및 34)은 부하의 강도 및 표면(24 및 34)에서 발견되는 고유의 결점에 따라 시트(20, 30)의 불량을 가져올 수 있는 증가된 인장 응력을 받게 된다

일반적으로, 유리 시트는 크랙킹을 유발하기에 충분히 큰 내부 압력을 생성하는 충격에 의하여 깨지고, 유리의 파손은 압축 압력 보다 인장 압력에 의해 보다 쉽게 일어난다. 그러므로, 충격에 의한 파손은 일반적으로 인장 응력에 의한 것일 수 있다. 본 발명에 따라 제조되는 것과 같은 유리 라미네이트 기판(60)은 기판의 부하와 결합된 인장 응력에 적어도 부분적으로 대향하기 위하여 잔류 압축 응력을 사용한다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 유리 라미네이트 기판(60)에서의 잔류 압축 및 잔류 인장 응력의 관계는 또한 스크라이빙 및 분리 공정에서 부적합한 수준의 분진(또는 기판 불량)을 생성하지 않고 충격 및 정전기 부하에 대한 저항성을 향상시키기 위하여 선택될 수 있다.

본 발명의 유리 라미네이트 기판(60)은 노출 표면 및 갭 표면에서의 강도를 증가시키기 위하여 유리 시트(20, 30) 대신에 사용될 수 있으며, 이로 인해 생산된 디스플레이의 충격 및 정전기 부하에 저항하는 능력이 증가된다.

도 3의 예에 나타난 바와 같이, 3-층 구조에서, 유리 라미네이트 기판(60)은 떨어져 있는 유리 스킨층(80, 90)에 의해 결합된 유리 코아(층)(70)를 포함한다. 유리 라미네이트 기판(60)은 스킨층(80, 90)의 잔류 압축 응력 및 코아(70)의 잔류 인장 응력의 일반적인 소정의 관계를 갖도록 구성된다. 선택된 구조에서, 스킨층(80, 90)은 유리 코아(70)에 직접 결합된다.

그러나, 중간층이 코아(70)과 스킨층(80, 90)사이에 위치될 수 있다는 것도 이해되어야 한다. 이들 중간층은 제한되지 않으나 유리 중간층(85, 95)를 포함할 수 있다. 도 4의 예에 나타난 바와 같이, 5-층 구조에서, 중간층(85, 95)은 스킨층(80, 90)과 유리 코아 사이에 위치되고, 여기에서 스킨층 및 중간층 및 코아는 잔류 압축 응력을 갖고, 코아는 잔류 인장 응력을 갖는다. 그러므로, 스킨층(80, 90)은 완전하게 코아(70)에 직접 결합되거나, 코아에 간접적으로, 예를 들면 각각 적어도 하나의 중간층(85, 95)을 통하여 결합될 수 있다.

유리 라미네이트 기판(60)의 3-층 구조(코아(70) 및 스킨층(80, 90))에서, 스킨층(80, 90)의 응력 σ_s은 예를 들면 식(1)로 나타낼 수 있다 :

(1)

코아(70)의 응력 σ_s은 식(2)로 나타낼 수 있다 :

(2)

여기에서, E_C와 E_S는 각각 코아와 스킨 유리의 탄성율이고; ν_c와 ν_s는 각각 코아와 스킨 유리의 푸아송 비율(Poisson's ratios)이며; α_s는 실온에서 설정점 (T^*)까지의 스킨층 유리의 평균 열팽창계수이고;α_c는 실온에서 설정점(T^*)까지의 코아 유리의 평균 열팽창계수이며; T^*는 코아와 스킨유리의 설정점(설정점은 유리 변형점의 5℃ 이상으로 정의된다) 중 낮은 값이고; t_s는 각 스킨층의 두께이며; t_c는 코아 두께의 반이다.

식 1 및 2로부터, 대칭형 라미네이트에 대한 σ_s/σ_c의 비는 다음과 같이 쓸 수 있다:

(3), 이는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다;

(4)

스킨층(80, 90)과 코아(70)의 유리에 대한 적절한 열팽창계수(CTE)를 선택함으로써, 잔류 압축 응력이 스킨층에 형성될 수 있고, 잔류 인장 응력이 코아에 형성될 수 있다.

식 1 및 2에 따라 코아(70) 및 스킨층(80, 90)의 두께와 그들 각각의 설정점과 CTE를 제어함으로써, 잔류 응력의 크기(스킨층의 압축 응력과 코아의 인장 응력)가 설정될 수 있다.

도 1은 일정간격을 갖는 두 개의 유리 시트를 갖는 종래의 LCD의 개략적인 단면도이다.

도 2는 부하(loading) 하에서 도 1의 유리 시트의 분리 단면도이다.

도 3은 평판 디스플레이와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 만들어진 유리 라미네이트 기판의 단면도이다.

도 4는 중간층을 가지는 본 발명의 유리 라미네이트 기판의 더욱 바람직한 구성을 나타내는 단면도이다.

도 5는 유리 라미네이트 기판의 생성을 위한 오버플로우(overflow) 분배시스 템 및 형성 부재의 단면도이다.

도 6은 유리 라미네이트 기판의 생성을 위한 또 다른 오버플로우(overflow) 분배시스템 및 형성 부재의 단면도이다.

일반적으로, 스킨층(80, 90)의 유리 물질은 코아 유리 물질보다는 낮은 CTE를 가진다. 하나의 바람직한 구성에서 약 35% 내에 있는 스킨층 CTE와 코아 CTE를 사용한다 하더라도, 어떠한 다양한 CTE 차이도 다음 실시예들에 의해 나타난 바와 같이 스킨 유리와 코아 유리 사이에 적용되어 질 수 있다.

실시예 1

유리	E (*10⁶ PSI)	ν	α (설정점에서 RT,×10^-6/C)	T^*(℃)
코닝 코드 1737 (코아 70)	10.3	0.23	4.20	671
코닝 각^2000TM (스킨 층 80,90)	10.3	0.23	3.61	671

2(t_c+t_s) (mm)	t_c (mm)	t_s (mm)	t_c/t_s	σ_c (psi)	σ_s (psi)	σ_s/σ_c
1.1	0.496	0.0539	9.197	500	-4599	9.197
1.1	0.388	0.1618	2.399	1500	-3599	2.399
1.1	0.334	0.2158	1.549	2000	-3099	1.549
0.7	0.316	0.0343	9.197	500	-4599	9.197
0.7	0.281	0.0686	4.099	1000	-4099	4.099
0.7	0.250	0.1000	2.5	1457	-3642	2.5
0.7	0.247	0.1030	2.399	1500	-3599	2.399
0.7	0.15	0.2	0.75	2913	-2185	0.75
0.4	0.18	0.0196	9.197	500	-4599	9.197
0.4	0.161	0.0392	4.099	1000	-4099	4.099
0.4	0.05	0.2	0.33	3824	-1275	0.33

실시예 2:

유리	E (*10⁶ PSI)	ν	α (설정점에 대한 RT,×10^-6/C)	T^*(℃)
코닝 코드 7059 (코아 70)	9.8	0.28	5.01	598
코닝 EAGLE^2000TM (스킨층(80,90))	10.3	0.23	3.61	671

2(t_c+t_s) (mm)	t_c (mm)	t_s (mm)	t_c/t_s	σ_c (psi)	σ_s (psi)	σ_s/σ_c
1.1	0.524	0.0256	20.479	500	-10240	20.48
1.1	0.499	0.0512	9.748	1000	-9748	9.74
1.1	473	0.0767	6.171	1500	-9257	6.17
0.7	0.334	0.0163	20.479	500	-10240	20.48
0.7	0.317	0.0326	9.748	1000	-9784	9.74
0.7	0.301	0.0488	6.171	1500	-9257	6.17
0.7	0.285	0.0650	4.383	2000	-8765	4.38
0.4	0.191	0.0093	20.479	500	-10240	20.48
0.4	0.181	0.0186	9.748	1000	-9748	9.75
0.4	0.172	0.0279	6.171	1500	-9257	6.17

실시예 3:

유리	E (*10⁶ PSI)	ν	α (설정점에 대한 RT,×10^-6/C)	T^*(℃)
코닝 코드 0317 (코아 70)	10.4	0.22	9.8	581
코닝 EAGLE^2000TM (스킨층(80,90))	10.3	0.23	3.61	671

2(t_c+t_s) (mm)	t_c (mm)	t_s (mm)	t_c/t_s	σ_c (psi)	σ_s (psi)	σ_s/σ_c
1.1	0.526	0.0239	22.016	2000	-44021	22.01
0.7	0.331	0.0190	17.412	2500	-43520	17.41
0.7	0.323	0.0266	12.151	3500	-42517	12.15
0.4	0.191	0.0087	22.016	2000	-44021	22.01

10.3×10⁶(제곱 인치 당 파운드)psi(7.1×10⁴ MPa)의 탄성률(E_s 및 E_c), 0.22의 푸아송 비(Poisson's ratio)(ν_s및 ν_c), T^*=671℃, α_c=37.8×10^-7, α_s=31.8×10^-7, t_c=0.30 mm, 및 t_s=0.05 mm를 갖는 전형적인 유리 라미네이트 기판(60)은 4,400 psi(30.3 MPa)의 스킨층 잔류 압축 응력을 제공하고, 725 psi(5 MPa)의 코아(70) 내부 인장 응력을 제공한다. 이러한 라미네이트는 업계 공지의 링-온-링 강도 테스트에 의하여 측정되는 바와 같이, 대응되는 라미네이트 되지 않은 코아보다 약 10% 내지 25% 더 큰 표면 강도를 갖는다. 약 1,000 psi(6.9 MPa) 보다 작은 내부 인장 응력은 유리 기판을 오염시킬 수 있는 상당한 유리 조각을 생성하거나 분쇄하는 상당한 위험 없이 유리 라미네이트 기판이 절단되고 스크라이빙 될 수 있게 한다는 것이 관찰되었다.

유리 라미네이트 기판(60)의 스크라이빙 및 분리는, 허용되지 않는 수준의 파편 생성이나 기판의 불량 없이, 코아(70)의 4,000 psi(27.6 MPa) 정도의 인장 응력으로 만족스럽게 수행될 수 있다고 여겨진다. 그러나, 파편 생성 및 기판 불량의 양이 코아(70) 내의 잔류 인장 응력이 감소함에 따라 감소하므로, 코아 내의 잔류 인장 응력은 약 2,000 psi(13.8 MPa)보다 작은 것이 바람직하고, 1,500 psi(10.3 MPa)보다 작은 것이 더 바람직하다. 약 1,000 psi(6.9 MPa)보다 작은, 보다 유리하게는 약 750 psi(5.2 MPa)보다 작은 코아(70) 내의 잔류 인장 응력은 스킨층(80. 90)의 충분한 잔류 압축 응력를 가능하게 하여 스크라이빙 및 분리 공정 시에 허용가능한 수준의 파편 생성 및 기판 불량율을 제공하면서, 충격 및 정전기 부하 저항을 향상시킨다고 여겨진다.

따라서, 유리 코아(70)에서의 인장 응력이 약 4,000 psi(27.6 MPa), 바람직하게 약 2,000 psi(13.8 MPa), 및 최상 구조에서 약 1,500 psi와 같이, 분쇄나 상당한 파편 생성 없이 유리 라미네이트 기판(60)의 스크라이빙 및 분리를 가능하게 하는 수준 이하로 유지되는 반면, 스킨층(80, 90)의 잔류 압축 응력은 약 3,000 내지 15,000 psi(20.7 MPa 내지 103.4 MPa)의 범위인 것이 바람직할 수 있다.

코아(70)의 허용가능한 잔류 인장 응력은 스킨층(80, 90)의 유리와 코아의 특정 조성에 의하여 적어도 부분적으로 결정되며, 따라서, 상기 잔류 인장 응력은 우수한 결과를 제공하는 동안 변할 수 있다. 또한, 잔류 인장 응력에 대한 잔류 압축 응력의 절대값 비는 약 2 내지 약 20의 범위일 수 있고, 여기에서 상기 잔유 인장 응력은 약 4,000 psi보다 더 작으며, 더 바람직하게는 1,500 psi(10.3 MPa)보다 작다.

코아/스킨층의 적절한 유리 조성 및 두께비를 선택함으로써, 스킨층(80, 90)의 잔류 압축 응력이 대략 9,000 psi(62.01 MPa)일 수 있고, 그로 인해 유리 라미네이트 기판(60)의 표면 강도가 약 50%까지 증가한다.

(코아(70)의 잔류 인장 응력에 의하여 적어도 부분적으로 맞추어진) 스킨층(80, 90)의 압축 응력을 최대화함으로써 유리 라미네이트 기판(60)의 강도를 최대화할 수 있지만, 이러한 최대 강도의 유리 라미네이트 기판(60)에서의 에너지 방출은 스크라이빙 및 분리 공정에서 실질적인 기판 불량률 및 파편 생성을 일으킬 수 있다. 그러므로, 잔류 압축 응력 및 잔류 인장 응력은 스크라이빙 및 분리 공정 시에 상당한 기판 불량률 또는 파편 생성 없이 특정 유리 라미네이트 기판(60)의 최종 강도를 최적으로 향상시키도록 선택된다.

예시적 목적으로, 그리고 가능한 문헌에 기초하여, 잔류 응력을 갖는 유리의 50 mm × 50 mm 면적에 대한 파편 생성의 평가는 다음과 같다:

N₅₀=β(σ_c/K_IC)⁴, 여기에서 β=2.5×10^-3 α²/16이고, σ_c는 중심 인장 응력이며, K_IC는 유리의 파괴인성(fraction toughness), α=16/15√3(1+ν)=0.5(ν=0.23의 푸아송 비에 대해), β=39×10^-6, N=39×10^-6(σ_c/K_IC)⁴, 이때 K_IC=0.75 MPa√m 및 N=123.2×10^-6 σ_c ⁴/m².

따라서, 이러한 코아에서 다른 인장 응력에 대한 단편 수(N)는 다음과 같다:

σ_c (psi)	σ_c (MPa) (psi)	N (# 단편/50 mm × 50 mm 면적)	N (# 단편/in²)
500	3.45 500	0.02	0.005
1000	6.89 1000	0.28	0.07
1500	10.3 1500	1.4	0.35
2000	13.8 2000	4.5	1.1
2500	17.2 2500	10.9	2.7
3000	20.7 3000	22.6	5.6
3500	24.1 3500	41.8	10.4
4000	27.6 4000	71.3	17.8

0.7 mm의 두께(전형적인 평판 디스플레이 치수)를 갖는 전형적인 3층 1 m×1 m 유리 라미네이트 기판(60)은 형성된 가장자리를 따라 1 in²(6.45 cm²)을 살짝 넘는 표면적을 갖는다. 조각의 파편이 존재하지 않은 동안, 스크라이빙 및 분리 공정 동안 조각 생성을 제곱인치(6.45 cm²)당 하나 이하의 조각으로 유지하기 위하여 코아(70)의 약 2000 psi(13.8 MPa) 잔류 인장 응력이 제안된다. 유리 라미네이트 기판(60)은 코아(70)의 잔류 인장 응력이 약 4,000 psi(27.6 MPa) 까지가 되도록 구성되어, 스크라이빙 및 분리 공정 동안에 허용가능한 파편 생성 및 기판 불량을 나타내도록 할 수 있다.

코아(70)로 적절한 유리 제품은 코닝 코드 1737 유리로 나타났으며, 스킨층(80, 90)으로 적당한 유리 제품은 코닝사의 EAGLE^2000TM 유리로 나타났다. 선택된 구조에서, 상기 유리들은 대등하거나 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 이들 제품은 약 0.02 mm 내지 0.2 mm의 스킨 두께의 라미네이트에 사용될 경우 디스플레이의 취급, 조립 및 사용기간 동안 표면 손상에 대한 적절한 보호를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

디스플레이 내에 적용되는 유리 라미네이트 기판(60)에 있어서, 중량의 최소화가 인자가 된다. 그러므로, 평판 디스플레이에의 적용에 있어서 유리 라미네이트 기판(60)은 약 2.0 mm 미만의 두께를 가질 수 있으며, 약 1.5 mm 미만, 전형적으로 약 1.1 mm 이하의 두께일 수 있으며, 여기서 스킨층(80, 90)(및, 중간층이 사용되는 경우, 중간층(85, 95)) 및 코아(70)는 적어도 실질적으로 평면인 라미네이트를 형성한다. 휴대용 평판 디스플레이를 위해, 중량의 최소화는 종종 최우선적 고려사항이 되며, 따라서 유리 라미네이트 기판(60)의 두께는 흔히 약 0.4 mm 내지 약 0.6 mm이다. 텔레비전 또는 데스크탑 디스플레이와 같은 고정형 평판 디스플레이 를 위해, 유리 라미네이트 기판(60)은 약 0.7 mm의 두께를 가질 수 있다.

전형적으로, 평판 디스플레이용으로 만들어진 유리 라미네이트 기판(60)의 전체 두께는 약 0.4 mm 내지 약 1.1 mm이며, 여기에서 스킨층(80, 90)의 두께는 전체 기판 두께의 약 8% 내지 약 15%이며, 보다 적합한 스킨층의 두께는 전체 기판 두께의 약 10%이다. 그러므로, 유리 라미네이트 기판(60)은 일반적으로 상기 유리를 템퍼링(tempering) 하기에는 너무 작은 두께를 갖지만, 잔류 응력을 통해 증가된 강도를 제공한다. 그러므로, 유리 라미네이트 기판(60)은 템퍼링되지 않은 유리로 이루어질 수 있다.

본 발명의 유리 라미네이트 기판은 또한 유리 내의 결점 생성 및 결점 전파에 대처하여 손상에 대해 향상된 저항성을 갖는 기판을 제공한다. 특히, 도 3의 실시예에 나타난 유리 라미네이트 기판(60)은 잔류 압축 응력을 갖는 스킨층(80, 90)을 제공하므로 스킨층이 상당한 잔류 압측 응력에 의해 손상에 대해 더 저항성을 갖게 된다. 예를 들어, 개시의 범위에 제한되지 않고, 5,000 psi(34.5 MPa)의 스킨층(80, 90) 표면 압축 응력을 갖는 유리 라미네이트 기판(60)에 대해, 라미네이트 되지 않은 유리에서의 결점을 생성하는 데에 필요한 응력과 비교할 때, 같은 크기의 결점을 생성하기 위해서는 추가로 5,000 psi(34.5 MPa)의 응력이 요구된다. 그러므로, 본 발명의 유리 라미네이트 기판은 LCD와 같은 평판 디스플레이의 취급/제조 단계에서 손상을 덜 받을 수 있을 것이다. 또한, 잔류 응력은 유리 라미네이트 기판(60)의 영구 강화효과를 가져온다. 즉, 유리 라미네이트 기판(60)에 크랙(crack)을 유발하는데에 필요한 것과 같은 수준의 인장 응력을 생성하기 위해서 는 스킨층의 잔류 압축 응력 이상의 응력이 필요할 것이다. 또한, 스킨층의 5000 psi(34.5 MPa) 잔류 압축 응력의 본 실시예를 사용하는 경우, 라미네이트 되지 않은 유리를 가로지르는 것보다 라미네이트 된 유리를 가로지르는 크랙을 유도하는데에 5000 psi(34.5 MPa) 초과 인장 응력이 더 요구된다.

전형적으로, 각 스킨층(80, 90)은 동일한 물질과 두께로 구성되며, 이로 인해 코아(70)에 대해 대칭 응력(symmetrical stress)을 제공한다. 이와 유사하게, 5-층 구조(configuration)에서 각 중간층(85, 95)은 동일한 물질과 두께로 구성되며, 그로 인해 코아(70)에 대해 대칭 응력을 제공한다. 즉, 스킨층(80, 90)(또는 중간층(85, 95))의 잔류 압축 응력은 실질적으로 같을 수 있다. 그러나 주어진 코아(70) 위의 스킨층(80, 90)(및/또는 중간층(85, 95))은 비대칭 부하(loading)가 존재하는 경우에 바람직할 수 있는 다른 물질, CTE, 또는 두께를 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 한 스킨층의 두께를 두 배로 하면, 유리 라미네이트 기판(60)은 랙 스토리지(rack storage)와 같이, 수평방향의 굽힘에 대해 증가된 저항성을 나타낼 수 있다. 이러한 비대칭 설계에서, 잔류 응력(residual stress)은 수직방향으로 놓여진 것에 대해 차별적인 굽힘을 나타낼 수 있다. 따라서, 공조(cooperating)의 유리 라미네이트 기판(60)은 그러한 비대칭의 잔류 응력(residual stress)에 대한 보상과 극복을 위한 틀에 의해 고정되어 설치될 수 있다. 즉, 스킨층의 비대칭의 잔류 응력(residual stress)은 예를 들면, 약 10%와 같이 소정의 수준으로 설정될 수 있다. 일 구성에서, 스킨층(80, 90) 내의 잔류 압축응력(residual compressive stress)은 약 20% 내이고, 바람직하게는 각각 약 5% 이 내와 같이, 약 10% 이내이다.

(도 4에서 예시된 바와 같이) 중간층(85,95)을 포함하는 유리 라미네이트 기판(60)의 구성에서, 유리 코아(70)에서의 인장 응력(tensile stress)이 스킨층(80, 90)의 잔류 압축 응력(residual compressive stress)에 부정적인 영향을 주지 않고 더욱 제한될 수 있다. 실시예 4는 도 4에 나타난 5-층 구조의 대표적인 구성이다.

실시예 4 : 중간층 구성을 위해, k=E/(1-υ)로 한다.

유리	E (×10⁶psi)	υ	k (×10⁶psi)	α (설정점에 대한 RT, ×10⁶psi)	T^* (℃)	ΔL/L @ 556℃ (ppm)
코닝 코드 0317 (코아(70))	10.4	0.22	13.33	9.8	581	5449
코닝 코드 7059 (중간층(85, 95)	9.8	0.28	13.61	5.01	598	2785
코닝 EAGLE^2000TM (스킨층(80, 90)	10.3	0.23	13.38	3.61	671	2007

유리 라미네이트 기판(60)의 중간층(85, 95)을 포함하는 경우의 잇점은 코아(70)에서 잔류 인장 응력(residual tensile stress)이 감소하는 동안, 스킨층(80, 90)의 상대적으로 큰 잔류 압축 응력(residual compressive stress)을 유지할 수 있다는 점이다.

압축 응력(compressive stress)의 값은 유리 코아(70)의 두께에 대한 중간층 (85, 95) 및 스킨층(80, 90) 각각의 두께에 관련되어 있다. 5-층 유리 라미네이트 기판(60)의 최종 응력은 다음과 같이 주어진다:

여기에서 e는 가장 낮은 설정점 온도에서 각 유리의 ΔL/L을 의미하고, 하첨자 c, i 및 s는 각각 코아, 중간층, 스킨 유리를 의미한다. 즉, e_o는 다음과 같이 주어진다:

예를 들면, 라미네이트의 총 두께가 0.7 mm, 그리고 중간층(85, 95)과 스킨층(80, 90)의 두께가 모두 0.013 mm인 경우(실시예 3에서의 구성과 동일):

t_c = 0.3234 mm

e_o = 5215×10^-6

σ_c = (5449-5215)×13.33 = 3119 psi(21.5 Mpa)(코아 내 인장)

σ_i = (2785-5215)×13.61 = -33072 psi(227.9 Mpa)(중간층 내 압축)

σ_s= (2007-5215)×13.38 = -42923 psi(295.7 Mpa)(스킨 내 압축)

그러므로, 5-층 3-유리 라미네이트 기판(60)은 코닝 코드 0317 유리 코아(70)와 코닝사의 EAGLE^2000TM 스킨층(80, 90)을 포함하는 3-층 2-유리 라미네이트와 비교하여 스킨층의 압축 응력(compression)이 1% 더 높은 반면, 11% 더 낮은 인장 응력(tension)과 중간층(85, 95)의 11% 더 낮은 압축 응력(compression)을 갖는다. 즉, 중간층(85, 95)을 갖는 5-층 3-유리 시스템은 스킨층(80, 90)의 압축 응력(compressive stress)을 보존하면서 코아(70)의 인장 응력(tensile stress)을 상당히 감소시키는 이점을 가진다. 코아(70)의 감소된 내부 인장 응력(tensile stress)은 스크라이빙과 분리 공정 동안에 파편 등의 발생을 감소시키는데 도움을 준다.

유리 라미네이트 기판(60)의 3-층 구조에 관하여 언급된 바와 같이, 코아(70), 중간층(85, 95) 및 스킨층(80, 90)의 두께; 및 각각의 설정점 및 각각의 CTE를 조절함으로써, 잔류 응력의 크기(스킨층 및 중간층의 압축 및 코아의 인장)는 설계에 의하여 설정될 수 있다. 즉, 잔류 응력(스킨층(80, 90) 및 중간층(85, 95)의 압축 및 코아(70)의 인장)은 실질적으로 미리 결정될 수 있다.

유리 라미네이트 기판(60)의 잔류 응력은 구성되는 층 유리들의 최하 설정점 보다 높은 온도에서 다수의 층들을 결합함으로써 형성된다. 바람직하게, 라미네이션(lamination)은 인접한 층들(스킨층(80, 90)에 대한 코아(70), 또는 코아 및 스킨층에 대한 중간층(85, 95)과 같은) 사이에 충분한 결합이 이루어지도록 용융된 유리를 시트 형태로 형성하는 동안 이루어질 것이다. 이러한 구조, 이러한 라미네이트 된 다운드로우(down drauw) 및 라미네이트된 혼합 공정을 달성하기 위한 다양한 방법이 유리 형성 기술의 숙련된 자들에게 알려져 있다.

일반적으로, 스킨(및 중간층) 유리 및 코아 유리의 융합 드로잉(fusion drawing)은 유리 라미네이트 기판(60)의 형성을 위한 만족스러운 방법이다. 그러나, 슬롯 드로잉(slot drawing), 더블 슬롯 드로잉(double slot drawing) 또는 다른 적합한 결합 방법과 같은 다른 방법이 유리 라미네이트 기판(60)을 형성하는데 사용될 수 있다. 코아(70) 및 스킨층(80, 90)(및 중간층(85,95))의 유리 제품은 적합한 점도를 제공하여 실질적으로 투명하고 왜곡이 없는 경계면을 형성하도록 선택된다.

전형적인 다운 드로우 또는 슬롯 공정에서, 용융된 유리는 백금과 같은 내화 금속으로 제작된 슬롯 오리피스로 공급된다. 라미네이트된 다운 드로우 장치는 각각에 평행하게 배치된 다수의 슬롯 오리피스를 가지며, 다른 융합 유리 스트림을 각각의 오리피스로 공급할 수 있다. 이러한 형성 조건(전형적으로 100,000 poises)에서의 유리의 흐름 특성은 다수의 유리 스트림을 오리피스를 나오자마자 서로 혼합되게 하여 다른 층으로 이루어진 단일의 유리 시트를 형성한다. 다수 층의 두께는 각 슬롯 오리피스의 크기에 의하여 조절된다. 다운스트림(downstream)은 유리와 결합하여 층들의 결합을 도울 수 있는 것으로 여겨진다.

일반적으로, 여기에 참조로서 포함된 개시물인 미국 특허 제4,124,886호에 기재된 바와 같이, 라미네이트된 융합공정에서, 유리 라미네이트 기판(60)은 코아(70) 및 스킨층(80, 90)(및 유리 중간층(85, 95))이 바람직한 두께의 단일 유리 라미네이트 기판 형성에 적합한 점도로 냉각될 때까지 형성 부재를 따라 함께 흐르는 식으로 조절가능한 오버플로우 분배 시스템 및 형성 부재로 형성된다.

대칭 형성 공정의 한 예로서 도 5를 참조하면, 코아(70)를 형성하는 유리 및 스킨층(80, 90)을 형성하는 유리는 각각 적합한 분배시스템을 통하여 대응하는 오버플로우 분배기(170, 180)에 전달된다. 오버플로우 분배기(180)는 오버플로우 분배기(170) 위에 장착되어 오버플로우 분배기(180)으로부터의 유리는 오버플로우 분배기(180)의 상단 가장자리부분 위로 흐르고, 측면으로 흘러내려 이러한 상단 가장자리 부분 아래 오버플로우 분배기(180)의 양 측면에 적합한 두께의 단일 흐름층을 형성한다.

하부 오버플로우 분배기(170)에는 쐐기형태의 형성부재(200)가 결합된다. 형성부재(200)는 오버플로우 분배기(170)의 측벽과 그 맨위 말단에서 연결되고, 드로우 라인(draw line)의 그들의 수렴 하부 말단에서 종결되는 집중 측벽부를 갖는다. 하부 오버플로우 분배기(170)에 오버플로잉하는 용융된 유리는 분배기 벽을 따라 아래로 흐르고, 형성부재의 집중 외부표면에 인접한 초기 유리 흐름층을 형성하는 반면, 상부로부터 분배기(180)에 오버플로잉(overflowing)하는 용융된 유리는 상부 분배기 벽에서 아래로 흐르고, 코아층의 외부 표면부에서 흘러서, 라미네이트된 유리 스트림을 생성한다. 형성 부재(200)의 각각의 수렴 측벽으로부터의 유리의 두 개의 층은 드로우 라인(draw line)에서 합쳐지고 융합된다. 코아 유리의 두 개의 층은 융합하여 코아(70)를 형성함으로써 스킨 유리층들을 분리한다.

3-층 구조에서, 잔류 응력은 스킨층(80, 90)과 코아(70) 사이의 CTE의 차이과 각각의 설정값으로부터 생성된다. 스킨 유리 및 코아 유리는 승온조건에서 결합되고, 실온으로 물질이 냉각될 때, 스킨 유리(낮은 CTE)는 코아 유리(높은 CTE)보다 덜 수축되는 경향이 있다. 층들이 결합될 때, 압축 응력은 스킨층(80, 90)에서 생성되며, 인장 응력은 코아(70)에서 생성된다.

도 6에 나타난 바와 같이, 부가적인 오버플로우 분배기와 결합된 형성부재(및 그들 각각의 유리 전달 시스템)를 더함으로써, 중간층(185, 195)과 같은 부가층이 유리 라미네이트 기판(60)에 포함될 수 있다. 도4에 설명된 5-층 유리 라미네이트 기판(60)은 도 6에 나타난 시스템에 의하여 이와 같이 형성될 수 있으며, 여기에서 (스킨층(80, 90)을 형성하는)오버플로우 분배기(180)는 오버플로우 분배기(170) 위의 (중간층(185, 195)을 형성하는)오버플로우 분배기(185) 위에 위치한다.

또한 도 6을 참조하면, 오버플로우 분배기(180)는 분배기로부터 두 개의 다른 유리가 생성되도록 하는 중심벽(182)을 포함함으로써 스킨층(90)과 다른 물질로 이루어진 스킨층(80)을 형성할 수 있다. 오버플로우 분배기(180)가 중심벽(182)을 갖는 것으로 나타나지만, 오버플로우 분배기(185)에 선택적으로 중심벽이 포함됨으로써 중간층(185, 195)을 서로 다른 물질이 되게 할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

비대칭적인 층 두께는, 형성부재를 기울이거나 다른 흐름 속도로 변화를 주거나 또는 이들을 조합하는 것과 같이, 주어진 어떠한 오버플로우 분배기(및 결합된 형성부재)의 두 측면 상의 상대적인 유리 흐름을 조정함으로써 이루어질 수 있다.

크기 조절 및 생성된 원래의 유리 표면 조건은 융합 또는 오버플로우 공정이 유리 라미네이트 기판(60)을 제조하기 위한 적합한 방법이 되게 한다.

유리 라미네이트 기판(60)의 5-층 구조의 예를 위한 제조 공정에서, 스킨유리인 코닝사의 EAGLE^2000TM 유리가 우선 생성되고 응력 없이 수축한다. 코아(70)의 유리인 코닝 코드 0317 유리는 유리 라미네이트 기판(60)의 가장 약한 유리이며, 581℃의 설정점을 갖고, 따라서 코아 유리가 581℃로 냉각될 때까지 코아 유리에는 어떠한 응력도 생기지 않는다. 그러나, 중간유리인 코닝 코드 7059는 598℃의 설정점을 가지므로 중간층 유리는 코아 유리보다 먼저 생성되고 라미네이트(60)가 598℃에서 581℃로 냉각되어 스킨 유리 내의 압축을 유도하는 동안 인장된다. 가장 높은 CTE 값을 갖는 코아 유리로 인해, 약 581℃에서 생성되기 시작하는 코아 유리는 최고로 인장되고 중간층(85, 95)과 스킨층(80, 90) 모두가 최종적으로 압축되게 한다.

일단 유리 라미네이트 기판(60)이 형성되면, 기능성 층을 포함하는 다양한 층, 코팅 또는 필름이 상기 유리 라미네이트 기판에 적용될 수 있다. 이들 부가적인 층들은 전형적으로 큰 잔류 압축 또는 인장 응력을 갖지 않는 반면, 상술한 바와 같이 스킨층(80, 90)(및 사용되는 경우, 중간층(85, 95))은 기판에 증착된 이들 후속 층들을 보상하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 스킨층(80, 90) 및/또는 중간층(85, 95)의 두께(또는 물질)은 보정 잔류 응력을 생성하여 이러한 부가적인 층을 수용하도록 선택될 수 있다. 그러므로, 유리 라미네이트 기판(60)은 불균형한 표면 압축 응력을 나타내도록 형성되어, 후속 층이 코아(70)의 반대 표면 상의 압축 응력을 균일화하기 쉽도록 할 수 있다.

본 발명은 특정한 모범적인 구체예와 결합되어 기술되었으나, 많은 대안, 수정, 및 변형이 상기의 관점에서의 당업자에게 명백할 것임이 분명하다. 따라서, 본 발명은 이러한 모든 대안, 수정 및 변형이 첨부된 청구항의 범위 및 정신 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims

(a) 제1 열팽창계수를 갖는 한 쌍의 이격된 투명 유리 스킨층; 및

(b) 제1열팽창계수보다 더 높은 제2 열팽창계수를 갖는 상기 유리 스킨층 중간의 투명 유리 코아를 포함하고, 상기 유리 스킨층은 1,000 psi보다 큰 잔류 압축 응력을 갖고, 상기 유리 코아는 4,000 psi보다 작은 잔류 인장 응력을 갖는 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 유리 코아의 잔류 인장 응력이 2000 psi보다 작은 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 유리 코아의 잔류 인장 응력이 1500 psi보다 작은 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 유리 코아의 잔류 인장 응력이 1000 psi보다 작은 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 유리 스킨층 중 적어도 하나의 잔류 압축 응력이 2000 psi보다 큰 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 유리 스킨층 중 적어도 하나의 잔류 압축 응력이 3000 psi보다 큰 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 유리 스킨층 중 적어도 하나의 잔류 압축 응력이 4000 psi보다 큰 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 유리 스킨층 및 상기 유리 코아가 1.5 ㎜ 보다 작은 결합두께를 갖는 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
제1항에 있어서, 상기 잔류 압축 응력이 3,000 내지 15,000 psi인 것을 특징으로 하는 라미네이트 기판.
스킨층 열팽창계수, 스킨층 설정점 및 1,000 psi보다 큰 잔류 압축 응력을 갖는 투명 유리 스킨층;

코아 열팽창계수, 코아 설정점 및 4,000 psi보다 작은 잔류 인장 응력을 갖는 투명 유리 코아;

상기 유리 스킨층과 상기 유리 코아 사이에 중간층 열팽창계수 및 중간층 설정점을 갖는 투명 유리 중간층;

을 포함하고, 상기 중간층 열팽창계수는 상기 스킨층 열팽창계수보다 작고 상기 코아 열팽창계수보다 큰 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이용 라미네이트 기판.
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