KR101221834B1

KR101221834B1 - 강화 유리 기판

Info

Publication number: KR101221834B1
Application number: KR1020127001812A
Authority: KR
Inventors: 타카시 무라타
Original assignee: 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2013-01-15
Also published as: CN102718401A; KR20120034754A; KR101351366B1; EP2075237A1; US20100035745A1; CN101522584A; US8652979B2; WO2008044694A1; KR20090027259A; EP2075237A4; EP2075237B1; CN101522584B; CN102718401B; KR20120087997A

Abstract

(과제) 본 발명은 유리의 이온 교환성과 내실투성을 양립시켜서 종래보다 기계적 강도가 높은 유리 기판을 얻는 것을 기술적 과제로 한다.
(해결 수단) 본 발명의 강화 유리 기판은 표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리 기판으로서, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F를 함유하지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

강화 유리 기판{REINFORCED GLASS SUBSTRATE}

본 발명은 강화 유리 기판에 관한 것이고, 특히 휴대전화, 디지털 카메라, PDA(휴대단말), 또는 터치 패널 디스플레이에 바람직한 강화 유리 기판에 관한 것이다.

휴대전화, 디지털 카메라, PDA, 또는 터치 패널 디스플레이 등의 디바이스는 점점 더 보급되는 경향이 있다.

이들의 용도에 이용되는 유리 기판에는 높은 기계적 강도가 요구된다. 종래, 이들의 용도에는 이온 교환 등으로 강화된 유리 기판(이른바, 강화 유리 기판)이 이용되고 있다(특허문헌 1, 비특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2006-83045호 공보

비특허문헌 1 : 이즈미야 테츠로 등, 「새로운 유리와 그 물성」, 초판, 가부시키가이샤 케이에이 시스테무 켄큐죠, 1984년 8월 20일, p.451-498

비특허문헌 1에 의하면 유리 조성 중의 Al₂O₃ 함유량을 증가시켜 나가면 유리의 이온 교환 성능이 향상되어 유리 기판의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다는 것이 기재되어 있다.

그러나, 유리 조성 중의 Al₂O₃ 함유량을 증가시켜 나가면 유리의 내실투성이 악화되어서 성형 중에 유리가 실투되기 쉬워지고, 유리 기판의 제조 효율, 품위 등이 악화된다. 특히, 유리의 내실투성이 나쁘면 오버플로우 다운드로우법 등의 성형 방법을 채용할 수 없어서 유리 기판의 표면 정밀도를 높일 수 없다. 그 때문에, 유리 기판의 성형 후 별도 연마 공정을 부가하지 않으면 안된다. 유리 기판을 연마하면 유리 기판의 표면에 미소한 결함이 발생되기 쉬워져 유리 기판의 기계적 강도를 유지하기 어려워진다.

이러한 사정으로부터 유리의 이온 교환 성능과 내실투성을 양립하는 것이 어려워서 유리 기판의 기계적 강도를 현저하게 향상시키는 것이 어려웠었다.

또한, 디바이스의 경량화를 도모하기 위해 터치 패널 디스플레이 등의 디바이스에 이용되는 유리 기판은 매년 박육화되어 오고 있다. 박판인 유리 기판은 파손되기 쉬운 점으로부터 유리 기판의 기계적 강도를 향상시키는 기술은 점점 중요시되어 오고 있다.

그래서, 본 발명은 유리의 이온 교환 성능과 내실투성을 양립시켜서 종래보다 기계적 강도가 높은 유리 기판을 얻는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명자는 여러가지 검토를 행한 결과, 유리 조성에 TiO₂를 함유시킴으로써 높은 이온 교환 성능이 발현되는 것을 발견했다. 또한, Al₂O₃의 적정 함유량을 정한 후에 Al₂O₃과 알칼리 금속 산화물의 합량을 최적화하고, 또한 Al₂O₃과 알칼리 금속 산화물의 몰비(몰분율)를 최적화함으로써 이온 교환 성능을 손상시키는 일 없이 유리의 내실투성을 개선할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 제안하기에 이르렀다. 즉, 본 발명의 강화 유리 기판은 그 표면에 압축 응력층을 갖고, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것을 특징지어진다.

제 2에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~12.5%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0~9%, Na₂O 7~20%, K₂O 0.5~8%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~2.7, (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값이 0~0.55이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것으로 특징지어진다.

제 3에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리 기판으로서, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이고, 실질적으로 As₂O₃, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것으로 특징지어진다.

제 4에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~12.5%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.01~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~28.5%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~2.7이고, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것으로 특징지어진다.

제 5에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 표면의 압축 응력이 100㎫ 이상, 또한 상기 압축 응력층의 두께가 1㎛ 이상인 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「표면의 압축 응력」 및 「압축 응력층의 두께」는 표면 응력계(가부시키가이샤 토시바제 FSM-60)를 이용하여 시료를 관찰했을 때에 관찰되는 간섭 스트라이프의 개수와 그 간격으로부터 산출되는 값을 가리킨다. 또한, 산출할 때에 굴절률은 1.52, 광 탄성 정수는 28[(㎚/㎝)/㎫]로 하여 계산을 행했다.

제 6에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 양 표면이 연마되지 않은 것으로 특징지어진다.

제 7에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 오버플로우 다운드로우법으로 성형되어 있는 것으로 특징지어진다.

제 8에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 액상 온도가 1300℃ 이하인 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「액상 온도」는 유리를 분쇄하여 표준체 30메시(체눈 크기 500㎛)를 통과하고 50메시(체눈 크기 300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣고, 온도 구배로 중에 24시간 유지한 후 결정이 석출되는 온도를 가리킨다.

제 9에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 액상 점도가 10^4.0dPa·s 이상인 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「액상 점도」는 액상 온도에 있어서의 유리의 점도를 가리킨다. 또한, 액상 온도가 낮고 액상 점도가 높을수록 유리의 내실투성이 우수함과 아울러 유리 기판의 성형성이 우수하다.

제 10에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 밀도가 2.55g/㎤ 이하인 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「밀도」는 주지의 아르키메데스법으로 측정한 값을 가리킨다.

제 11에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 영률이 68㎬ 이상인 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「영률」은 공진법에 의해 측정된 값을 가리킨다.

제 12에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 30~380℃에 있어서의 열팽창 계수가 40~95×10^-7/℃인 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「열팽창 계수」는 디라토미터(dilatometer)를 이용하여 30~380℃에 있어서의 평균 열팽창 계수를 측정한 값을 가리킨다.

제 13에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 크랙 발생률이 60% 이하인 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「크랙 발생률」은 다음과 같이 해서 측정한 값을 가리킨다. 우선, 습도 30%, 온도 25℃로 유지된 항온항습조 내에 있어서 하중 500g으로 설정한 비커스 압자(壓子)를 유리 표면(광학 연마면)에 15초간 박아 넣고, 그 15초 후에 압흔의 4귀퉁이로부터 발생하는 크랙의 수를 카운트(1개의 압흔에 대하여 최대 4로 함)한다. 이렇게 해서 압자를 20회 박아 넣어 총 크랙 발생수를 구한 후, (총 크랙 발생수/80)×100의 식에 의해 구한다.

제 14에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 터치 패널 디스플레이에 이용하는 것으로 특징지어진다.

제 15에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 플로트법으로 성형되어 이루어지는 것으로 특징지어진다.
제 16에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 강화 후에 절단되어 이루어지는 것으로 특징지어진다.
제 17에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 절단면이 모따기 가공되어 이루어지는 것으로 특징지어진다.
제 19에서는, 본 발명의 강화 유리 기판은 Sb₂O₃+SO₃를 0.001~5몰% 함유하는 것으로 특징지어진다.
제 20에서는, 본 발명의 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것으로 특징지어진다.

제 21에서는, 본 발명의 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이고, 실질적으로 As₂O₃, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것으로 특징지어진다.

제 22에서는, 본 발명의 유리는 430℃의 KNO₃ 용융염 중에서 4시간 이온 교환했을 때 표면의 압축 응력이 200㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께가 3㎛ 이상이 되는 것으로 특징지어진다. 여기에서, 「표면의 압축 응력」 및 「압축 응력층의 두께」는 표면 응력계(가부시키가이샤 토시바제 FSM-60)를 이용하여 시료를 관찰했을 때에 관찰되는 간섭 스트라이프의 개수와 그 간격으로부터 산출되는 값을 가리킨다.

제 23에서는, 본 발명의 강화 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하이며, 표면에 압축 응력층이 형성되어 이루어지는 것으로 특징지어진다.

제 24에서는, 본 발명의 강화 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하이고, 표면에 압축 응력층이 형성되어 이루어지는 것으로 특징지어진다.

본 발명의 강화 유리 기판은 휴대전화, 디지털 카메라, PDA 등의 커버 유리, 또는 터치 패널 디스플레이 등의 유리 기판으로서 바람직하다. 또한, 본 발명의 강화 유리 기판은 이들 용도 이외에도 높은 기계적 강도가 요구되는 용도, 예를 들면 창문 유리, 자기 디스크용 기판, 플랫 패널 디스플레이용 기판, 태양 전지용 커버 유리, 고체 촬상 소자용 커버 유리, 식기에의 응용을 기대할 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판은 그 표면에 압축 응력층을 갖는다. 유리 기판의 표면에 압축 응력층을 형성하는 방법으로는 물리 강화법과 화학 강화법이 있다. 본 발명의 강화 유리 기판은 화학 강화법으로 압축 응력층을 형성하는 것이 바람직하다. 화학 강화법은 유리의 왜점(歪点) 이하의 온도에서 이온 교환에 의해 유리 기판의 표면에 이온 반경이 큰 알칼리 이온을 도입하는 방법이다. 화학 강화법으로 압축 응력층을 형성하면 유리 기판의 판 두께가 얇아도 양호하게 강화 처리를 실시할 수 있고, 원하는 기계적 강도를 얻을 수 있다. 또한, 화학 강화법으로 압축 응력층을 형성하면 풍냉 강화법 등의 물리 강화법의 경우와 달리 유리 기판에 압축 응력층을 형성한 후에 유리 기판을 절단해도 유리 기판이 파괴되기 어렵다.

이온 교환의 조건은 특별히 한정되지 않고, 유리의 점도 특성 등을 고려하여 결정하면 된다. 특히, KNO₃ 용융염 중의 K₂O를 유리 기판 중의 Li₂O, Na₂O와 이온 교환하면 유리 기판의 표면에 압축 응력층을 효율적으로 형성할 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리 조성을 상기 범위로 한정한 이유를 이하에 설명한다. 또한, 이하의 % 표시는 특별히 언급한 경우를 제외하고 몰%를 가리킨다.

SiO₂는 유리의 네트워크를 형성하는 성분이고, 그 함유량은 50~85%, 바람직하게는 53~78%, 보다 바람직하게는 55~75%, 더욱 바람직하게는 58~70%이다. SiO₂의 함유량이 85%보다 많아지면 유리의 용융, 성형이 어려워지거나 열팽창 계수가 지나치게 작아져 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되기 어려워진다. 한편, SiO₂의 함유량이 50%보다 적으면 유리의 열팽창 계수가 지나치게 커져 유리의 내열 충격성이 저하되기 쉬워진다. 또한, SiO₂의 함유량이 50%보다 적으면 유리화되기 어려워지거나 유리의 내실투성이 악화되기 쉬워진다.

Al₂O₃은 유리의 내열성, 이온 교환 성능 및 영률을 높이는 효과가 있는 성분이고, 그 함유량은 5~30%이다. Al₂O₃의 함유량이 30%보다 많아지면 유리에 실투 결정이 석출되기 쉬워지거나 유리의 열팽창 계수가 지나치게 작아져 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되기 어려워진다. 또한, 고온 점성이 높아져 용융성이 악화될 우려도 있다. Al₂O₃의 함유량이 5%보다 적으면 충분한 이온 교환 성능을 발휘할 수 없다는 우려도 생긴다. 상기 관점으로부터 Al₂O₃의 바람직한 범위는 상한이 20% 이하, 16% 이하, 12.5% 이하, 11% 이하, 10% 이하, 특히 9% 이하이고, 하한이 5.5% 이상, 6% 이상, 특히 7% 이상이다.

B₂O₃은 유리의 액상 온도, 고온 점도 및 밀도를 저하시키는 효과가 있는 성분임과 아울러 유리의 영률이나 이온 교환 성능을 높이는 효과가 있는 성분이고, 그 함유량은 0~7%, 바람직하게는 0~5%, 보다 바람직하게는 0~3%, 더욱 바람직하게는 0~1%이다. 한편, B₂O₃의 함유량이 7%보다 많으면 이온 교환에 의해 표면에 변색이 발생하거나, 유리의 내수성이 악화되거나, 저온 점성이 지나치게 저하되거나, 또는 액상 점도가 저하될 우려가 있다.

TiO₂는 유리의 이온 교환 성능을 높여 유리 기판의 기계적 강도를 향상시키는 효과를 갖는 성분이고, 본 발명에 있어서 필수 성분이다. 또한, TiO₂는 유리의 저온 점성을 높이고, 고온 점성을 저하시키는 효과를 갖는다. 즉, TiO₂는 유리의 점성을 쇼트시켜 오버플로우 다운드로우법으로 표면 정밀도가 높은 유리 기판을 성형하기 쉽게 만드는 성분이다. 또한, TiO₂는 이온 교환에 사용되는 용융염의 장기 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그러나, TiO₂의 함유량이 지나치게 많아지면 유리가 실투되기 쉬워지거나 착색되기 쉬워진다. 따라서, TiO₂의 함유량은 0.001~10%, 바람직하게는 0.01~8%, 보다 바람직하게는 0.5~5%, 더욱 바람직하게는 1~5%이다. 또한, TiO₂ 도입원으로서 TiO₂ 원료를 이용해도 되지만, 규사 등에 함유되는 미량 성분으로부터 TiO₂를 함유시켜도 지장없다.

Li₂O는 이온 교환 성분임과 아울러 유리의 고온 점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 향상시키는 성분이다. 또한, Li₂O는 유리의 영률을 향상시키는 효과를 가짐과 아울러 크랙 발생률을 저감시키는 효과가 있는 성분이다. Li₂O의 함유량은 0~20%, 바람직하게는 0~10%, 보다 바람직하게는 0.1~9%, 더욱 바람직하게는 0.5~8%이다. Li₂O의 함유량이 20%보다 많아지면 유리가 실투되기 쉬워지고, 액상 점도가 저하됨과 아울러 유리의 열팽창 계수가 지나치게 커져 유리의 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되기 어려워진다. 또한, 왜점이 지나치게 저하되어 내열성이 악화되거나, 오히려 이온 교환 성능이 악화될 경우가 있다.

Na₂O는 이온 교환 성분임과 아울러 유리의 고온 점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 향상시키거나, 크랙 발생률을 저감시키거나 하는 효과가 있는 성분이다. 또한, Na₂O는 유리의 내실투성을 개선하는 성분이기도 하다. Na₂O의 함유량은 0~20%, 바람직하게는 7~20%, 보다 바람직하게는 7~18%이다. Na₂O의 함유량이 20%보다 많아지면 유리의 열팽창 계수가 지나치게 커져 유리의 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되기 어려워진다. 또한, Na₂O의 함유량이 지나치게 많으면 유리 조성의 밸런스가 결여되어 오히려 유리의 내실투성이 악화되는 경향이 있다. 또한, Na₂O의 함유량이 20%보다 많아지면 유리의 왜점이 지나치게 저하되어 내열성이 악화되거나, 오히려 이온 교환 성능이 악화될 경우가 있다.

K₂O는 이온 교환을 촉진하는 효과가 있을 뿐만 아니라 유리의 고온 점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 높이거나, 크랙 발생률을 저감시키거나 하는 효과가 있는 성분이다. 또한, K₂O는 내실투성을 개선하는 성분이기도 하다. K₂O의 함유량은 0~20%, 바람직하게는 0.5~10%, 보다 바람직하게는 0.5~8%, 더욱 바람직하게는 1~6%, 특히 바람직하게는 1~5%, 가장 바람직하게는 2~4%이다. K₂O의 함유량이 20%보다 많아지면 유리의 열팽창 계수가 지나치게 커져 유리의 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되기 어려워진다. 또한, K₂O의 함유량이 지나치게 많으면 유리 조성의 밸런스가 결여되어 오히려 유리의 내실투성이 악화되기 쉬워진다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 높은 액상 점도와 이온 교환 성능을 양립하기 위해 Na₂O+K₂O+Li₂O+Al₂O₃의 함유량, 몰분율 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값을 규제하는 것이 중요하다. 또한, 본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 몰분율 (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값 및/또는 Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값을 규제하면 보다 높은 레벨로 액상 점도와 이온 교환 성능을 양립할 수 있다.

알칼리 금속 성분 R₂O(R은 Li, Na, K로부터 선택되는 1종 이상, 즉 R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O)와 Al₂O₃의 합량이 지나치게 많아지면 유리가 실투되기 쉬워짐과 아울러 열팽창 계수가 지나치게 커져 유리의 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되기 어려워진다. 또한, 왜점이 지나치게 저하될 경우가 있다. 그 때문에, 이들 성분의 합량은 35% 이하, 30% 이하, 29% 이하, 특히 28.5% 이하인 것이 바람직하다. 한편, R₂O+Al₂O₃의 합량이 지나치게 적으면 유리의 이온 교환 성능이나 용융성이 악화되기 쉬워진다. 그 때문에, 이들 성분의 합량은 15% 이상, 17% 이상, 19% 이상, 20% 이상, 특히 22% 이상인 것이 바람직하다.

상기 범위로 R₂O+Al₂O₃의 합량을 규제한 후에 몰분율 R₂O/Al₂O₃의 값을 0.7~3으로 규제함으로써 보다 효과적으로 높은 액상 점도와 높은 이온 교환 성능을 갖는 유리를 얻을 수 있다. 몰분율 R₂O/Al₂O₃의 값을 0.7 이상(바람직하게는 1 이상, 1.5 이상, 1.7 이상, 1.8 이상, 특히 1.9 이상)으로 함으로써 액상 온도가 저하되어 높은 액상 점도를 갖는 유리가 얻어지기 쉬워짐과 아울러 유리의 용융성이 향상되고, 그 결과 오버플로우 다운드로우법으로 성형을 행하기 쉬워진다. 그러나, 몰분율 R₂O/Al₂O₃의 값이 지나치게 크면 유리의 이온 교환 성능이 악화되는 경향이 있다. 또한, 몰분율 R₂O/Al₂O₃의 값이 지나치게 커지면 유리의 왜점이 저하되어 내열 충격성이 악화되거나, 열팽창 계수가 지나치게 커져 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되기 어려워진다. 그 때문에, 몰분율 R₂O/Al₂O₃의 값은 3 이하, 2.8 이하, 2.7 이하, 2.5 이하, 2.4 이하, 2.3 이하, 2.2 이하, 특히 2.1 이하인 것이 바람직하다.

또한, 몰분율 (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값을 0~0.55의 범위로 규정함으로써 보다 높은 레벨로 이온 교환 성능과 내실투성을 양립하기 쉬워진다. (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값이 0.55보다 커지면 밀도나 열팽창 계수가 높아지거나, 내실투성이 악화되는 경향이 있다.

또한, 본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 몰분율 Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값, 몰분율 Na₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값, 몰분율 K₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값을 적정화시킴으로써 유리의 열팽창 계수, 영률, 이온 교환 성능, 실투성, 크랙 발생률 등의 특성을 조정할 수 있다. 특히, 몰분율 Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값은 영률, 실투성, 이온 교환 성능, 크랙 발생률 등의 특성에의 영향이 크다. 몰분율 Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값이 높아지면 영률이 높아지거나, 또는 크랙 발생률이 저하되는 경향이 있지만, 유리의 내실투성이 악화되고 액상 점도가 저하되기 때문에 몰분율 Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값은 0.7 이하, 특히 0.6 이하인 것이 바람직하다. 또한, 유리의 실투성을 개선하기 위해 몰분율 Na₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값을 0.3~1, 바람직하게는 0.4~1, 특히 0.5~1로 하는 것이 바람직하다. 또한, 몰분율 K₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)의 값을 바람직하게는 0~0.5, 보다 바람직하게는 0~0.4, 더욱 바람직하게는 0~0.3으로 규제하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리 조성으로서 상기 성분에 추가로 ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, P₂O₅, ZrO₂ 등의 성분이 첨가 가능하다. 또한, ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, P₂O₅, ZrO₂ 등의 성분은 임의 성분이다.

ZnO는 본 발명에 따른 유리계에 적당량 첨가하면 이온 교환 성능을 현저하게 향상시키는 효과가 있는 성분이다. 또한, ZnO는 유리의 고온 점도를 저하시키거나, 영률을 향상시키는 효과가 있는 성분이다. ZnO의 함유량은 0~15%, 바람직하게는 0~12%, 보다 바람직하게는 0~10%, 더욱 바람직하게는 0.01~8%, 가장 바람직하게는 0.5~6%이다. ZnO의 함유량이 15%보다 많아지면 유리의 열팽창 계수가 지나치게 커짐과 아울러 유리의 내실투성이 악화되거나, 크랙 발생률이 높아지는 경향이 있다.

알칼리토류 금속 성분 R'O(R'는 Ca, Sr, Ba로부터 선택되는 1종 이상)는 여러가지 목적에서 첨가 가능한 성분이다. 그러나, 알칼리토류 금속 성분 R'O가 많아지면 유리의 밀도나 열팽창 계수가 높아지거나, 내실투성이 악화됨과 아울러 크랙 발생률이 높아지거나, 이온 교환 성능이 악화되는 경향이 있다. 그 때문에, 알칼리토류 금속 성분 R'O의 함유량은 바람직하게는 0~16%, 보다 바람직하게는 0~10%, 더욱 바람직하게는 0~6%이다.

MgO는 유리의 고온 점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 높이거나, 왜점이나 영률을 높이거나 하는 성분이다. 또한, MgO는 알칼리토류 금속 산화물 중에서는 이온 교환 성능을 향상시키는 효과가 비교적 높기 때문에 그 함유량을 0~10%로 할 수 있다. 그러나, MgO의 함유량이 많아지면 유리의 밀도, 열팽창 계수 및 크랙 발생률이 높아지거나, 유리가 실투되기 쉬워지거나 하는 경향이 있다. 따라서, 그 함유량은 9% 이하, 6% 이하, 4% 이하인 것이 바람직하다.

CaO는 유리의 고온 점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 높이거나, 왜점이나 영률을 높이거나 하는 성분이고, 그 함유량을 0~10%로 할 수 있다. 그러나, CaO의 함유량이 많아지면 유리의 밀도, 열팽창 계수 및 크랙 발생률이 높아지거나, 유리가 실투되기 쉬워지거나 하는 경향이 있다. 따라서, 그 함유량은 8% 이하, 5% 이하, 3% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 특히 0.5% 이하가 바람직하고, 이상적으로는 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서, 「CaO를 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 CaO의 함유량이 0.2% 이하인 경우를 가리킨다.

SrO는 유리의 고온 점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 향상시키거나, 왜점이나 영률을 높이거나 하는 성분이고, 그 함유량을 0~10%로 할 수 있다. 그러나, SrO의 함유량이 많아지면 유리의 밀도, 열팽창 계수 및 크랙 발생률이 높아지거나, 유리가 실투되기 쉬워지거나, 또한 이온 교환 성능이 악화되는 경향이 있다. 따라서, 그 함유량은 8% 이하, 5% 이하, 3% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 특히 0.5% 이하가 바람직하고, 이상적으로는 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서, 「SrO를 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 SrO의 함유량이 0.2% 이하인 경우를 가리킨다.

BaO는 유리의 고온 점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 향상시키거나, 왜점이나 영률을 높이거나 하는 성분이고, 그 함유량을 0~3%로 할 수 있다. 그러나, BaO의 함유량이 많아지면 유리의 밀도, 열팽창 계수 및 크랙 발생률이 높아지거나, 유리가 실투되기 쉬워지거나, 또한 이온 교환 성능이 악화되는 경향이 있다. 또한, BaO는 그 원료인 화합물이 환경부하 물질이기 때문에 환경적 시점에서는 사용을 최대한 삼가하는 것이 바람직하다. 따라서, 그 함유량은 2.5% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 특히 0.5% 이하가 바람직하고, 이상적으로는 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서, 「BaO를 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 BaO의 함유량이 0.1% 이하인 경우를 가리킨다.

ZrO₂는 유리의 왜점이나 영률을 향상시키고, 이온 교환 성능을 향상시키는 성분이고, 그 함유량을 0~5%로 할 수 있다. 그러나, ZrO₂의 함유량이 많아지면 유리의 내실투성이 악화된다. 특히, 오버플로우 다운드로우법으로 성형할 경우에는 성형체와의 계면에 ZrO₂에 기인하는 결정이 석출되어 장기에 걸친 조업 중에 유리 기판의 생산성을 저하시킬 우려가 생긴다. ZrO₂의 바람직한 범위는 0~5%(바람직하게는 0~3%, 0~1.5%, 0~1%, 0~0.8%, 0~0.5%, 특히 0~0.1%)이다.

P₂O₅는 유리의 이온 교환 성능을 향상시키는 성분이고, 특히 압축 응력 두께를 두껍게 하는 효과가 크기 때문에 그 함유량을 0~8%로 할 수 있다. 그러나, P₂O₅의 함유량이 많아지면 유리가 분상되거나, 내수성이 악화되거나 하기 때문에 그 함유량은 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하인 것이 바람직하다.

R'O의 합량을 R₂O의 합량으로 나눈 값이 커지면 크랙 발생률이 높아짐과 아울러 유리의 내실투성이 악화되는 경향이 나타난다. 그 때문에, 몰분율로 R'O/R₂O의 값을 0.5 이하, 0.4 이하, 0.3 이하, 0.2 이하, 0.1 이하로 규제하는 것이 바람직하다.

또한, 유리의 특성을 크게 손상시키지 않는 범위에서 다른 성분을 첨가할 수 있다. 예를 들면, 청징제로서 SO₃, Cl, CeO₂, Sb₂O₃ 및 SnO₂의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 0~3% 함유시켜도 된다. As₂O₃이나 F도 청징 효과를 나타내지만, 환경에 대해 악영향을 미칠 우려가 있기 때문에 가능한 한 사용하지 않는 것이 바람직하고, 실질적으로 함유하지 않는 것이 보다 바람직하다. 또한, Sb₂O₃은 As₂O₃에 비해 그 독성은 낮지만, 환경적 관점으로부터 사용을 제한하는 것이 바람직한 경우도 있고, 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직한 경우도 있다. 또한, 환경적 관점 및 청징 효과를 고려하면 청징제로서 SnO₂를 0.01~3%(바람직하게는 0.05~1%) 함유시키는 것이 바람직하다. 여기에서, 「As₂O₃을 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 As₂O₃의 함유량이 0.1% 이하인 경우를 가리킨다. 「F를 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 F의 함유량이 0.05% 이하인 경우를 가리킨다. 「Sb₂O₃을 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 Sb₂O₃의 함유량이 0.1% 이하인 경우를 가리킨다. 한편, Sb₂O₃이나 SO₃은 청징제 중에서는 유리의 투과율 저하를 억제하는 효과가 높기 때문에 고투과율이 요구되는 용도에 있어서는 청징제로서 Sb₂O₃+SO₃을 0.001~5% 정도 함유시키는 것이 바람직하다.

Nb₂O₅나 La₂O₃ 등의 희토류 산화물은 유리의 영률을 높이는 성분이다. 그러나, 원료 자체의 비용이 비싸고, 또한 다량으로 함유시키면 내실투성이 악화된다. 그 때문에, 그들의 함유량은 3% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 특히 0.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하고, 이상적으로는 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서, 「희토류 산화물을 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 희토류 산화물의 함유량이 0.1% 이하인 경우를 가리킨다.

또한, 본 발명에 있어서 Co, Ni 등의 유리를 강하게 착색시키는 전이금속 원소는 유리 기판의 투과율을 저하시키기 때문에 바람직하지 못하다. 특히, 터치 패널 디스플레이 용도에 이용할 경우, 전이금속 원소의 함유량이 많으면 터치 패널 디스플레이의 시인성이 손상된다. 구체적으로는, 0.5% 이하, 0.1% 이하, 특히 0.05% 이하가 되도록 원료 또는 파유리(cullet)의 사용량을 조정하는 것이 바람직하다. 또한, PbO는 환경부하 물질이기 때문에 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서, 「PbO를 실질적으로 함유하지 않는다」란 유리 조성 중의 PbO의 함유량이 0.1% 이하인 경우를 가리킨다.

각 성분의 바람직한 함유 범위를 적절히 선택하여 바람직한 유리 조성 범위로 할 수 있다. 그 중에서도 보다 바람직한 유리 조성 범위로서,

(1) 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~12.5%, Li₂O 0~9%, Na₂O 7~20%, K₂O 0~8%, TiO₂ 0.001~8%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 20~29%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 1.5~2.5이며, (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값이 0~0.5이고, 실질적으로 As₂O₃, F, PbO, BaO를 함유하지 않는 유리

(2) 몰%로 SiO₂ 55~75%, Al₂O₃ 6~11%, Li₂O 0~8%, Na₂O 7~20%, K₂O 0~8%, TiO₂ 0.01~5%, B₂O₃ 0~3%, ZnO 0~10%, ZrO₂ 0~5%, MgO 0~5.5%, CaO 0~5.5%, SrO 0~5%, P₂O₅ 0~3%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 22~28.5%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 1.8~2.4이며, (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값이 0~0.5이고, 실질적으로 As₂O₃, F, PbO, BaO를 함유하지 않는 유리

(3) 몰%로 SiO₂ 55~75%, Al₂O₃ 7~9%, Li₂O 0~8%, Na₂O 7~18%, K₂O 0~7%, TiO₂ 0.01~5%, B₂O₃ 0~1%, ZnO 0~6%, ZrO₂ 0~5%, MgO 0~4.5%, CaO 0~4.5%, SrO 0~5%, P₂O₅ 0~0.5%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 22~28.5%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 1.9~2.4이며, (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값이 0~0.5이고, 실질적으로 As₂O₃, F, PbO, BaO를 함유하지 않는 유리

(4) 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~12.5%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~15%, K₂O 0~10%, TiO₂ 0.01~10%, ZnO 0~10%, ZrO₂ 0~5%, MgO 0~10%, CaO 0~5%, SrO 0~5%, BaO 0~1%, P₂O₅ 0~5%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 20~28.5%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 1.5~2.5이며, 실질적으로 F를 함유하지 않는 유리

(5) 몰%로 SiO₂ 58~70%, Al₂O₃ 6~11%, B₂O₃ 0~3%, Li₂O 3~10%, Na₂O 6~11%, K₂O 0~4%, TiO₂ 0.1~4%, ZnO 0~10%, ZrO₂ 0~1%, MgO 0~9%, CaO 0~3%, SrO 0~3%, BaO 0~1%, P₂O₅ 0~3%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 22~28.5%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 1.8~2.3이며, 실질적으로 F를 함유하지 않는 유리를 들 수 있다.

유리 조성을 상기 범위 내로 규제하면 유리의 내실투성을 대폭 개선할 수 있음과 아울러 오버플로우 다운드로우법에 의한 성형에 필요한 점도 특성을 적확하게 확보할 수 있고, 또한 이온 교환 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판은 상기 유리 조성을 가짐과 아울러 유리 표면에 압축 응력층을 갖고 있다. 압축 응력층의 압축 응력은 100㎫ 이상이 바람직하고, 300㎫ 이상이 보다 바람직하며, 400㎫ 이상이 더욱 바람직하고, 500㎫ 이상이 더욱 바람직하며, 600㎫ 이상이 특히 바람직하고, 700㎫ 이상이 가장 바람직하다. 압축 응력이 커짐에 따라 유리 기판의 기계적 강도가 높아진다. 한편, 유리 기판 표면에 극단적으로 큰 압축 응력이 형성되면 기판 표면에 마이크로 크랙이 발생하여 오히려 유리의 강도가 저하될 우려가 있기 때문에 압축 응력층의 압축 응력의 크기는 2000㎫ 이하로 하는 것이 바람직하다.

압축 응력층의 두께는 1㎛ 이상이 바람직하고, 3㎛ 이상이 보다 바람직하며, 5㎛ 이상이 더욱 바람직하고, 10㎛ 이상이 특히 바람직하며, 15㎛ 이상이 가장 바람직하다. 압축 응력층의 두께가 클수록 유리 기판에 깊은 상처가 나도 유리 기판이 깨지기 어려워진다. 한편, 유리 기판 표면에 극단적으로 큰 압축 응력층이 형성되면 유리 기판을 절단하기 어려워지기 때문에 압축 응력층의 두께는 500㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강화 유리 기판은 판 두께가 2.0㎜ 이하, 1.5㎜ 이하, 0.7㎜ 이하, 0.5㎜ 이하, 특히 0.3㎜ 이하인 것이 바람직하다. 유리 기판의 판 두께가 얇을수록 유리 기판을 경량화할 수 있다. 또한, 본 발명의 강화 유리 기판은 판 두께를 얇게 해도 유리 기판이 파괴되기 어려운 이점을 갖고 있다.

본 발명의 강화 유리 기판은 미연마의 표면을 갖는 것이 바람직하다. 유리의 이론 강도는 본래 상당히 높은 것이지만, 이론 강도보다 훨씬 낮은 응력으로도 파괴에 이르는 경우가 많다. 이는 유리 기판의 표면에 그리피스 플로(Griffith's flaw)라고 불리는 작은 결함이 유리의 성형 후 공정, 예를 들면 연마 공정 등에서 생기기 때문이다. 그 때문에, 강화 유리 기판의 표면을 미연마로 하면 본래의 유리 기판의 기계적 강도를 손상시키기 어려워져 유리 기판이 파괴되기 어려워진다. 또한, 유리 기판의 표면을 미연마로 하면 유리 기판의 제조 공정에서 연마 공정을 생략할 수 있기 때문에 유리 기판의 제조 비용을 낮출 수 있다. 본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리 기판의 양면 전체를 미연마로 하면 유리 기판이 더욱 파괴되기 어려워진다. 또한, 본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리 기판의 절단면으로부터 파괴에 이르는 사태를 방지하기 위해 유리 기판의 절단면에 모따기 가공 등을 실시해도 좋다.

본 발명에 따른 유리 기판은 원하는 유리 조성이 되도록 조합한 유리 원료를 연속 용융로에 투입하여 유리 원료를 1500~1600℃에서 가열 용융하고, 청징한 후 성형 장치에 공급한 후에 용융 유리를 판 형상으로 성형하여 서냉함으로써 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 유리 기판은 오버플로우 다운드로우법으로 성형되어 이루어지는 것이 바람직하다. 오버플로우 다운드로우법으로 유리 기판을 성형하면 미연마이며 표면 품위가 양호한 유리 기판을 제조할 수 있다. 그 이유는 오버플로우 다운드로우법의 경우, 유리 기판의 표면이 되어야 할 면은 물받이 형상 내화물에 접촉되지 않고 자유 표면의 상태로 성형됨으로써 무연마이며 표면 품위가 양호한 유리 기판을 성형할 수 있기 때문이다. 여기에서, 오버플로우 다운드로우법은 용융 상태의 유리를 내열성의 물받이 형상 구조물의 양측으로부터 넘치게 하고, 넘친 용융 유리를 물받이 형상 구조물의 하단에서 합류시키면서 하방으로 연신 성형하여 유리 기판을 제조하는 방법이다. 물받이 형상 구조물의 구조나 재질은 유리 기판의 치수나 표면 정밀도를 원하는 상태로 하고, 유리 기판에 사용할 수 있는 품위를 실현시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 하방으로의 연신 성형을 행하기 위해 유리 기판에 대하여 어떠한 방법으로 힘을 인가하는 것이어도 좋다. 예를 들면, 충분히 큰 폭을 갖는 내열성 롤을 유리 기판에 접촉시킨 상태에서 회전시켜 연신하는 방법을 채용해도 좋고, 복수의 쌍으로 된 내열성 롤을 유리 기판의 끝면 근방에만 접촉시켜 연신하는 방법을 채용해도 좋다. 본 발명의 유리는 내실투성이 우수함과 아울러 성형에 적합한 점도 특성을 갖고 있기 때문에 오버플로우 다운드로우법에 의한 성형을 정밀하게 실행할 수 있다. 또한, 액상 온도가 1300℃ 이하, 액상 점도가 10^4.0dPa·s 이상이면 오버플로우 다운드로우법으로 유리 기판을 제조할 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판의 성형 방법으로서 오버플로우 다운드로우법 이외에도 여러가지 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 플로트법, 슬롯 다운법, 리드로우법, 롤 아웃법, 프레스법 등의 여러가지 성형 방법을 채용할 수 있다. 특히, 프레스법으로 유리를 성형하면 소형의 유리 기판을 효율적으로 제조할 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판의 제조 방법으로서 강화 처리를 실시한 후, 유리 기판을 원하는 기판 사이즈로 절단하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 저렴하게 강화 유리 기판을 얻을 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판은 하기의 특성을 만족시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리의 액상 온도는 1200℃ 이하, 1100℃ 이하, 1050℃ 이하, 1000℃ 이하, 950℃ 이하, 특히 930℃ 이하가 바람직하다. 강화 유리 기판의 액상 온도가 낮을수록 오버플로우 다운드로우법 등에 의한 성형 중에 유리가 실투되기 어려워진다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리의 액상 점도는 10^4.0dPa·s 이상, 10^4.3dPa·s 이상, 10^4.5dPa·s 이상, 10^5.0dPa·s 이상, 10^5.3dPa·s 이상, 10^5.5dPa·s 이상, 특히 10^5.7dPa·s 이상이 바람직하다. 유리의 액상 점도가 높을수록 오버플로우 다운드로우법 등에 의한 성형 중에 유리가 실투되기 어려워진다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리의 밀도는 2.8g/㎤ 이하, 2.7g/㎤ 이하, 2.6g/㎤ 이하, 2.55g/㎤ 이하, 2.5g/㎤ 이하, 2.45g/㎤ 이하, 특히 2.4g/㎤ 이하가 바람직하다. 유리의 밀도가 작을수록 유리 기판의 경량화를 도모할 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 30~380℃에 있어서의 유리의 열팽창 계수는 40~95×10^-7/℃인 것이 바람직하고, 70~95×10^-7/℃인 것이 보다 바람직하며, 75~95×10^-7/℃인 것이 더욱 바람직하고, 77~90×10^-7/℃인 것이 특히 바람직하며, 80~90×10^-7/℃인 것이 가장 바람직하다. 유리의 열팽창 계수를 상기 범위로 하면 금속, 유기계 접착제 등의 부재와 열팽창 계수가 정합되기 쉬워지고, 금속, 유기계 접착제 등의 부재의 박리를 방지할 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리의 고온 점도 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도는 1700℃ 이하가 바람직하고, 1600℃ 이하가 보다 바람직하며, 1550℃ 이하가 더욱 바람직하고, 1500℃ 이하가 특히 바람직하다. 유리의 고온 점도 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 용융 가마 등의 유리의 제조 설비에의 부담이 작음과 아울러 유리 기판의 기포 품위를 향상시킬 수 있다. 즉, 유리의 고온 점도 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 유리 기판을 저렴하게 제조할 수 있다. 또한, 유리의 고온 점도 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도는 유리의 용융 온도에 상당하며, 유리의 고온 점도 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 저온에서 유리를 용융할 수 있다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리의 영률은 70㎬ 이상이 바람직하고, 71㎬ 이상이 보다 바람직하며, 73㎬ 이상이 더욱 바람직하다. 유리의 영률이 높을수록 유리 기판이 휘기 어려워지고, 그 결과 터치 패널 디스플레이 등의 디바이스에 있어서 펜 등으로 디스플레이를 눌렀을 때에 디바이스 내부의 액정 소자 등을 압박하기 어려워져 디스플레이의 표시 불량이 발생하기 어려워진다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리의 비영률은 27㎬/(g/㎤) 이상이 바람직하고, 28㎬/(g/㎤) 이상이 보다 바람직하며, 29㎬/(g/㎤) 이상이 더욱 바람직하고, 30㎬/(g/㎤) 이상이 특히 바람직하다. 유리의 비영률이 높을수록 자중에 의한 유리 기판의 휨이 저감된다. 그 결과, 제조 공정에 있어서 유리 기판을 카세트 등에 수납할 때 기판끼리의 클리어런스를 좁게 하여 수납하는 것이 가능해지기 때문에 생산성이 향상된다.

본 발명의 강화 유리 기판에 있어서 유리의 크랙 발생률은 60% 이하인 것이 바람직하고, 50% 이하인 것이 보다 바람직하며, 40% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 30% 이하인 것이 특히 바람직하며, 20% 이하인 것이 가장 바람직하다. 유리의 크랙 발생률이 작을수록 유리 기판에 크랙이 발생하기 어려워진다.

본 발명의 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~20%, Na₂O 0~20%, K₂O 0~20%, TiO₂ 0.001~10%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F를 함유하지 않는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~20%, Na₂O 0~20%, K₂O 0~20%, TiO₂ 0.001~10%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유리에 있어서 유리 조성을 상기 범위로 한정한 이유 및 바람직한 범위는 기술(旣述)한 강화 유리 기판과 마찬가지이기 때문에 여기에서는 그 기재를 생략한다. 또한, 본 발명의 유리는 당연히 기술한 강화 유리 기판의 특성, 효과를 병유할 수 있다.

본 발명의 유리는 430℃의 KNO₃ 용융염 중에서 4시간 이온 교환했을 때 표면의 압축 응력이 200㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께가 3㎛ 이상이 되는 것이 바람직하다. 본 발명의 유리는 유리 조성이 상기 범위로 규제되어 있기 때문에 이온 교환 성능이 양호하여 용이하게 표면의 압축 응력을 200㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께를 3㎛ 이상으로 할 수 있다.

본 발명의 강화 유리는 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~20%, Na₂O 0~20%, K₂O 0~20%, TiO₂ 0.001~10%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F를 함유하지 않고, 표면에 압축 응력층이 형성되어 있다. 또한, 본 발명의 강화 유리는 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~20%, Na₂O 0~20%, K₂O 0~20%, TiO₂ 0.001~10%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 표면에 압축 응력층이 형성되어 있다. 본 발명의 강화 유리에 있어서 유리 조성을 상기 범위로 한정한 이유, 바람직한 범위 및 압축 응력층을 형성하는 이유는 기술한 강화 유리 기판과 마찬가지이기 때문에 여기에서는 그 기재를 생략한다. 또한, 본 발명의 강화 유리는 당연히 기술한 강화 유리 기판의 특성, 효과를 병유할 수 있다.

터치 패널 디스플레이는 휴대전화, 디지털 카메라, PDA 등에 탑재되어 있다. 모바일 용도의 터치 패널 디스플레이에서는 경량화, 박형화, 고강도화의 요청이 강하고, 박형이며 기계적 강도가 높은 유리 기판이 요구되고 있다. 그러한 점에서 본 발명의 강화 유리 기판은 판 두께를 얇게 해도 실용상 충분한 기계적 강도를 갖기 때문에 본 용도에 바람직하게 사용 가능하다. 또한, 휴대전화나 디지털 카메라 등에 탑재되는 LCD 등을 보호하기 위한 커버 유리로서도 사용 가능하다.

(실시예 1)

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명한다.

표 1~7은 본 발명의 실시예(시료 No. 1~12, 18~46)와 본 발명의 참고예(시료 No. 13~17), 비교예(시료 No. 47, 48)를 나타내고 있다.

각 시료는 다음과 같이 해서 제작했다. 우선, 표 1~7의 유리 조성이 되도록 유리 원료를 조합하고, 백금 포트를 이용하여 1600℃에서 8시간 용융했다. 그 후, 용융 유리를 카본판 상에 유출하여 판 형상으로 성형했다. 얻어진 유리 기판에 대해서 여러가지 특성을 평가했다.

밀도는 주지의 아르키메데스법에 의해 측정했다.

왜점(Ps), 서냉점(Ta)은 ASTM C336의 방법에 기초하여 측정했다.

연화점(Ts)은 ASTM C338의 방법에 기초하여 측정을 행했다.

유리의 점도 10^4.0dPa·s, 10^3.0dPa·s, 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도는 백금구 인상법으로 측정했다.

열팽창 계수(α)는 디라토미터를 이용하여 30~380℃에 있어서의 평균 열팽창 계수를 측정한 것이다.

액상 온도는 유리를 분쇄하여 표준체 30메시(체눈 크기 500㎛)를 통과하고 50메시(체눈 크기 300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣고, 온도 구배로 중에 24시간 유지하여 결정이 석출되는 온도를 측정한 것이다.

크랙 발생률은 다음과 같이 해서 측정했다. 우선, 습도 30%, 온도 25℃로 유지된 항온항습조 내에 있어서 하중 500g으로 설정한 비커스 압자를 유리 표면(광학 연마면)에 15초간 박아 넣고, 그 15초 후에 압흔의 4귀퉁이로부터 발생하는 크랙의 수를 카운트(1개의 압흔에 대하여 최대 4로 함)한다. 이렇게 해서 압자를 20회 박아 넣어 총 크랙 발생수를 구한 후, (총 크랙 발생수/80)×100의 식에 의해 구했다.

영률은 공진법에 의해 측정했다.

그 결과, No. 1~46의 유리 기판은 밀도가 2.6g/㎤ 이하, 영률이 71㎬ 이상, 비영률이 29.5㎬/(g/㎤) 이상이고, 경량이며 휘기 어렵다. 또한, No. 1~46의 유리 기판은 열팽창 계수가 43~95×10^-7/℃이고, 주변 재료와 열팽창 계수가 정합되어 있음과 아울러 크랙 발생률이 30% 이하이며, 유리가 깨지기 어렵다. 또한, No. 1~46의 유리는 액상 점도가 10^4.0dPa·s 이상으로 높아서 오버플로우 다운드로우법으로 성형 가능하고, 또한 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 1700℃ 이하로 낮으며, 저렴하게 대량의 유리 기판을 공급할 수 있는 것이라고 생각된다. 또한, 미강화 유리 기판과 강화 유리 기판은 유리 기판의 표층에 있어서 미시적으로 유리 조성이 다르지만, 유리 기판 전체적으로 유리 조성이 실질적으로 상이하지 않다. 따라서, 밀도, 점도, 영률 등의 특성값에 대해서는 미강화 유리 기판과 강화 유리 기판은 상기 특성이 실질적으로 상이하지 않다. 또한, 크랙 발생률은 유리 표층의 조성의 영향을 받기 때문에 미강화 유리 기판과 강화 유리 기판에서 특성값이 다른 경우가 있지만, 강화 유리 기판에서는 크랙 발생률이 보다 낮아지는 경향이 있기 때문에 본 발명에 있어서 강도를 저하시키는 인자로는 되지 않는다.

한편, 비교예 No. 47의 시료는 액상 온도가 1350℃ 이상이고, 액상 점도도 낮기 때문에 오버플로우 다운드로우법에 의한 성형이 어렵다고 생각된다.

계속해서, 각 유리 기판의 양쪽 표면에 광학 연마를 실시한 후, 이온 교환 처리를 행했다. 이온 교환은 430℃의 KNO₃ 용융염 중에 각 시료를 4시간 침지함으로써 행했다. 처리를 마친 각 시료는 표면을 세정한 후, 표면 응력계(가부시키가이샤 토시바제 FSM-60)를 이용하여 관찰되는 간섭 스트라이프의 개수와 그 간격으로부터 표면의 압축 응력값과 압축 응력층의 두께를 산출했다.

그 결과, No. 1~46의 각 시료는 그 표면에 200㎫ 이상의 압축 응력이 발생되어 있고, 또한 그 두께는 9㎛ 이상이었다.

한편, 비교예 No. 47, 48의 각 시료는 이온 교환 처리 후에도 압축 응력층의 존재를 확인할 수 없었다.

또한, 상기 실시예는 본 발명의 설명의 편의상 유리의 용융과 유출에 의한 성형을 행한 후, 이온 교환 처리 전에 광학 연마를 행했다. 공업적 규모로 실시할 경우에는 오버플로우 다운드로우법 등으로 유리 기판을 성형하고, 유리 기판의 양쪽 표면이 미연마인 상태에서 이온 교환 처리하는 것이 바람직하다.

Claims

표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리 기판으로서:
유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항에 있어서, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~12.5%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0~9%, Na₂O 7~20%, K₂O 0.5~8%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~2.7, (MgO+CaO)/Al₂O₃의 값이 0~0.55이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리 기판으로서:
유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이고, 실질적으로 As₂O₃, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 3 항에 있어서, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~12.5%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.01~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~28.5%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~2.7이고, 실질적으로 As₂O₃, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면의 압축 응력이 100㎫ 이상, 또한 상기 압축 응력층의 두께가 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 양 표면이 연마되지 않은 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 오버플로우 다운드로우법으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 액상 온도가 1300℃ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 액상 점도가 10^4.0dPa·s 이상인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 밀도가 2.55g/cm³ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 영률이 68㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 30~380℃에 있어서의 열팽창 계수가 40~95×10^-7/℃인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 크랙 발생률이 60% 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 터치 패널 디스플레이에 이용하는 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 플로트법으로 성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 강화 후에 절단되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 절단면이 모따기 가공되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
삭제
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, Sb₂O₃+SO₃를 0.001~5몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 강화 유리 기판.
유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것을 특징으로 하는 유리.
유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이고, 실질적으로 As₂O₃, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하인 것을 특징으로 하는 유리.
제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 430℃의 KNO₃ 용융염 중에서 4시간 이온 교환했을 때 표면의 압축 응력이 200㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께가 3㎛ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 유리.
유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, Li₂O 0~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, F, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하이며, 표면에 압축 응력층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 유리.
유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50~85%, Al₂O₃ 5~30%, B₂O₃ 0~7%, Li₂O 0.5~10%, Na₂O 0~20%, K₂O 0.5~20%, TiO₂ 0.001~3.76%, Li₂O+Na₂O+K₂O+Al₂O₃ 15~35%, SnO₂ 0.01~3%를 함유하고, 또한 몰분율로 (Li₂O+Na₂O+K₂O)/Al₂O₃의 값이 0.7~3이며, 실질적으로 As₂O₃, Sb₂O₃를 함유하지 않고, 밀도가 2.6g/cm³이하이고, 표면에 압축 응력층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 유리.