KR101493763B1 - 강화 유리 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 강화 유리는 표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리로서, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 3∼15%, Li₂O 0∼12%, Na₂O 0.3∼20%, K₂O 0∼10%, MgO+CaO 1∼15%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼1, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.01∼1, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 0.1∼5임과 아울러, 강화 처리 후에 표면 또는 끝면이 에칭되어서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

강화 유리 및 그 제조방법{TEMPERED GLASS AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 강화 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 휴대전화, 디지털 카메라, PDA(휴대단말), 태양 전지의 커버 유리, 또는 디스플레이, 특히 터치패널 디스플레이의 기판에 바람직한 강화 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

휴대전화, 디지털 카메라, PDA, 터치패널 디스플레이, 대형 텔레비전, 비접촉 급전 등의 디바이스는 점점 보급되는 경향이 있다.

이들 디바이스에는 이온 교환 처리 등에 의해 강화 처리한 강화 유리가 사용되고 있다(특허문헌 1, 비특허문헌 1 참조).

종래까지의 디바이스에서는 디스플레이 모듈 상에 터치패널 센서를 형성하고, 그 위에 강화 유리(보호 부재)를 적재한 구성이 채용되고 있었다.

또한, 휴대전화 등의 소형 디바이스는 3∼4인치 사이즈이지만, 태블릿PC 등에서는 9∼10인치 사이즈로 된다. 이 때문에, 태블릿PC 등에서는 디바이스의 질량, 디바이스 전체의 두께가 문제가 된다.

이 문제에 대응하기 위해서, 강화 유리(보호 부재) 상에 터치패널 센서를 형성하는 방법이 채용되고 있다. 이 경우, 강화 유리(보호 부재)에는 (1) 높은 기계적 강도를 갖는 것, (2) 대형 유리판을 대량으로 성형하기 위해서 오버플로우 다운드로우법, 슬릿 다운드로우법 등의 다운드로우법, 플로트법 등에 적합한 액상점도를 갖는 것, (3) 성형에 적합한 고온점도를 갖는 것, (4) 저밀도인 것, (5) 터치패널의 성막시에 패턴 어긋남을 일으키지 않도록 충분히 높은 왜점을 갖는 것 등이 요구된다.

일본 특허 공개 2006-83045호 공보

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

그런데, 3∼10인치 사이즈의 강화 유리에 대하여 개별적으로 패터닝을 행하면 디바이스의 제조 비용이 비싸진다. 이 문제에 대응하는 방법으로서, 대형 강화 유리에 소정의 패터닝을 행한 후, 복수의 강화 유리의 소편으로 레이저 절단하는 방법이 있다.

그러나, 이 방법은 레이저 절단한 후에 강화 유리의 네 모서리에 R가공, 긴 변 또는 짧은 변에 절삭 가공을 행하면 디바이스의 제조 비용이 비싸진다고 하는 문제가 있다. 특히, 모바일 단말 등의 용도일 경우, 이 문제가 심각해진다.

한편, 대형 유리판을 강화 처리하고, 소정의 패터닝, 마스킹을 행한 후 에칭액으로 에칭해서 복수의 강화 유리의 소편으로 분단하면 상기 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 종래의 강화 유리는 에칭에 시간을 필요로 하고, 비용 상승을 초래시킬 우려가 있었다.

그래서, 본 발명은 종래의 요구 특성을 만족시킴과 아울러 에칭에 의해 복수의 강화 유리의 소편으로 분단하기 쉬운 강화 유리를 창안하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명자들은 여러 가지 검토를 행한 결과, 유리 조성 중의 각 성분의 함유 범위를 엄밀하게 규제함과 아울러, 강화 처리 후에 에칭함으로써 상기 기술적 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고 본 발명으로서 제안하는 것이다. 즉, 본 발명의 강화 유리는 표면에 압축 응력층을 갖는 강화 유리로서, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 3∼15%, B₂O₃ 0∼12%, Li₂O 0∼12%, Na₂O 0.3∼20%, K₂O 0∼10%, MgO+CaO 1∼15%, P₂O₅ 0∼10%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼1, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.01∼1, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 0.1∼5임과 아울러, 강화 처리 후에 표면 또는 끝면이 에칭되어서 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기에서 「MgO+CaO」는 MgO와 CaO의 합량을 가리킨다. 「Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅」는 Al₂O₃, Na₂O, 및 P₂O₅의 합량을 가리킨다. 「B₂O₃+Na₂O」는 B₂O₃과 Na₂O의 합량을 가리킨다. 또한, 본 발명의 강화 유리(의 소편)는 표면의 전부가 에칭되어 있는 형태를 완전하게 배제하는 것은 아니지만, 본 발명의 취지로부터 보면 표면의 일부가 에칭되어 있는 형태 또는 표면이 에칭되어 있지 않은 형태가 바람직하다. 또한, 에칭에 의해 제품 형상의 강화 유리(의 소편)로 분단되어서 이루어지는 경우에는, 통상 끝면의 전부가 에칭되어 있다.

제 2로, 본 발명의 강화 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 4∼13%, B₂O₃ 0∼3%, Li₂O 0∼8%, Na₂O 5∼20%, K₂O 0.1∼10%, MgO+CaO 3∼13%, P₂O₅ 0∼10%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.1∼0.7, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.1∼0.7, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼0.5, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.01∼0.7, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 0.5∼4인 것이 바람직하다.

제 3으로, 본 발명의 강화 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 5∼12%, B₂O₃ 0∼1%, Li₂O 0∼4%, Na₂O 8∼20%, K₂O 0.5∼10%, MgO+CaO 5∼13%, P₂O₅ 0∼10%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.1∼0.5, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.1∼0.5, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼0.3, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.05∼0.5, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 1∼3인 것이 바람직하다.

제 4로, 본 발명의 강화 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 5∼11%, B₂O₃ 0∼1%, Li₂O 0∼4%, Na₂O 9∼20%, K₂O 0.5∼8%, MgO 0∼12%, CaO 0∼3%, MgO+CaO 5∼12%, P₂O₅ 0∼10%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.1∼0.5, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.1∼0.3, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼0.2, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.05∼0.3, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 1∼3인 것이 바람직하다.

제 5로, 본 발명의 강화 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 50∼70%, Al₂O₃ 5∼11%, B₂O₃ 0∼1%, Li₂O 0∼2%, Na₂O 10∼18%, K₂O 1∼6%, MgO 0∼12%, CaO 0∼2.5%, MgO+CaO 5∼12%, P₂O₅ 0∼10%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.2∼0.5, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.15∼0.27, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼0.1, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.07∼0.2, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 1∼2.3인 것이 바람직하다.

제 6으로, 본 발명의 강화 유리는 에칭된 면의 표면 조도(Ra)가 1㎚ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서 「표면 조도(Ra)」는 SEMI D7-94 「FPD 유리 기판의 표면 조도의 측정방법」에 준거한 방법으로 측정한 값을 가리킨다.

제 7로, 본 발명의 강화 유리는 압축 응력층의 압축 응력값이 200㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께가 10㎛ 이상인 것이 바람직하다. 여기에서 「압축 응력층의 압축 응력값」, 「압축 응력층의 두께」는 표면 응력계(예를 들면, 가부시키가이샤 도시바 제 FSM-6000)를 사용하여 시료를 관찰했을 때에 관찰되는 간섭 무늬의 개수와 그 간격으로부터 산출되는 값을 가리킨다.

제 8로, 본 발명의 강화 유리는 내부 인장 응력이 1∼200㎫인 것이 바람직하다. 여기에서 「내부 인장 응력」은 다음 식에 의해 계산되는 값이다.

내부 인장 응력=(압축 응력값×응력 두께)/(판 두께-응력 두께×2)

제 9로, 본 발명의 강화 유리는 액상 온도가 1250℃ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서 「액상 온도」란 표준 체 30메쉬(체 개구 사이즈 500㎛)를 통과하고, 50메쉬(체 개구 사이즈 300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣어서 온도 구배로 중에 24시간 유지한 후, 결정이 석출되는 온도를 가리킨다.

제 10으로, 본 발명의 강화 유리는 액상점도가 10^4.0dPa·s 이상인 것이 바람직하다. 여기에서 「액상점도」는 액상 온도에 있어서의 유리의 점도를 백금구 인상법으로 측정한 값을 가리킨다.

제 11로, 본 발명의 강화 유리는 10^4.0dPa·s에 있어서의 온도가 1280℃ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서 「10^4.0dPa·s에 있어서의 온도」는 백금구 인상법으로 측정한 값을 가리킨다.

제 12로, 본 발명의 강화 유리는 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 1620℃ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서 「10^2.5dPa·s에 있어서의 온도」는 백금구 인상법으로 측정한 값을 가리킨다.

제 13으로, 본 발명의 강화 유리는 밀도가 2.6g/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서 「밀도 」란 주지의 아르키메데스법으로 측정 가능하다.

제 14로, 본 발명의 강화 유리는 플로트법으로 성형되어서 이루어지는 것이 바람직하다.

제 15로, 본 발명의 강화 유리는 터치패널 디스플레이에 사용하는 것이 바람직하다.

제 16으로, 본 발명의 강화 유리는 휴대전화의 커버 유리에 사용하는 것이 바람직하다.

제 17로, 본 발명의 강화 유리는 태양 전지의 커버 유리에 사용하는 것이 바람직하다.

제 18로, 본 발명의 강화 유리는 디스플레이의 보호 부재에 사용하는 것이 바람직하다.

제 19로, 본 발명의 강화 유리의 제조방법은 (1) 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 3∼15%, Li₂O 0∼12%, Na₂O 0.3∼20%, K₂O 0∼10%, MgO+CaO 1∼15%를 함유하는 유리 조성이 되도록 조합한 유리 원료를 용융하여 판 형상으로 성형하는 성형 공정과, (2) 이온 교환 처리에 의해 압축 응력층을 형성하여 강화 유리를 얻는 강화 공정과, (3) 강화 유리의 표면에 마스킹을 행하는 마스킹 공정과, (4) 강화 유리를 에칭액으로 에칭하는 에칭 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

제 20으로, 본 발명의 강화 유리의 제조방법은 상기 마스킹 공정 전에 강화 유리의 표면에 패터닝하는 패터닝 공정을 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 디바이스의 제조 비용이 대폭 저하된다. 이때, 강화 유리의 표면에 형성된 소정의 패턴이 사후의 에칭에 의해 열화되는 것을 막기 위해서, 마스킹은 패턴의 표면에도 실시하는 것이 바람직하다.

제 21로, 본 발명의 강화 유리의 제조방법은 상기 에칭 공정이 복수의 강화 유리의 소편으로 분단하는 공정인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 대형 강화 유리로부터 제품 형상의 강화 유리를 복수 채취할 수 있기 때문에 디바이스의 제조 비용이 대폭 저하된다.

제 22로, 본 발명의 강화 유리의 제조방법은 상기 에칭액이 HF, HCl, H₂SO₄, HNO₃, NH₄F, NaOH, NH₄HF₂의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 에칭액은 에칭 성능이 양호하다.

(발명의 효과)

본 발명의 강화 유리는 에칭 성능이 적정하기 때문에, 단시간의 에칭으로 마스킹된 부분 이외를 제거할 수 있다. 그 결과, 휴대전화, 태블릿PC 등에 요구되는 형상이 효율적으로 얻어짐과 아울러 높은 표면 품위, 끝면 품위를 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 강화 유리는 이온 교환 성능이 높기 때문에 기계적 강도가 높고, 또한 기계적 강도의 불균일이 작다. 또한, 저밀도이기 때문에 태블릿PC의 경량화가 가능해지고, 또한 왜점이 높기 때문에 고품위의 패터닝을 행하는 것도 가능하다.

도 1a는 본 발명의 실시예 2의 실험 순서를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예 2의 실험 순서를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1c는 본 발명의 실시예 2의 실험 순서를 설명하기 위한 개념도이다.

(1) 강화 유리

본 발명의 실시형태에 의한 강화 유리는 그 표면에 압축 응력층을 갖는다. 표면에 압축 응력층을 형성하는 방법으로서는 물리 강화법을 사용해도 좋지만, 화학 강화법을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 화학 강화법은 유리의 왜점 이하의 온도에서 이온 교환 처리에 의해 유리의 표층에 이온 반경이 큰 알칼리 이온을 도입하는 방법이다. 화학 강화법으로 압축 응력층을 형성하면, 유리의 두께가 작은 경우에도 압축 응력층을 적정하게 형성할 수 있음과 아울러 압축 응력층을 형성한 후에 강화 유리를 절단해도 풍냉 강화법 등의 물리 강화법과 같이 강화 유리가 용이하게 파괴되지 않는다.

본 실시형태의 강화 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 3∼15%, B₂O₃ 0∼12%, Li₂O 0∼12%, Na₂O 0.3∼20%, K₂O 0∼10%, MgO+CaO 1∼15%, P₂O₅ 0∼10%를 함유한다. 이렇게 각 성분의 함유 범위를 한정한 이유를 하기에 나타낸다. 또한, 각 성분의 함유 범위의 설명에 있어서 특별하게 언급이 있을 경우를 제외하고, %표시는 몰%를 가리킨다.

SiO₂는 유리의 네트워크를 형성하는 성분이며, 그 함유량은 45∼75%이며, 바람직하게는 50∼70%, 55∼68%, 55∼67%, 특히 58∼66%이다. SiO₂의 함유량이 지나치게 적으면 유리화하기 어려워지고, 또한 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열 충격성이 저하되기 쉬워지고, 또한 HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 한편, SiO₂의 함유량이 지나치게 많으면 용융성이나 성형성이 저하되기 쉬워지고, 또한 열팽창계수가 지나치게 낮아져서 주변 재료의 열팽창계수에 정합시키기 어려워지고, 또한 에칭 레이트가 낮아지기 때문에 디바이스의 생산성이 저하되기 쉬워진다.

Al₂O₃은 이온 교환 성능을 높이는 성분이며, 또한 왜점이나 영률을 높이는 성분이며, 그 함유량은 3∼15%이다. Al₂O₃의 함유량이 지나치게 적으면 이온 교환 성능을 충분하게 발휘할 수 없을 우려가 생긴다. 따라서, Al₂O₃의 바람직한 하한 범위는 4 이상, 5% 이상, 5.5% 이상, 7% 이상, 8% 이상, 특히 9% 이상이다. 한편, Al₂O₃의 함유량이 지나치게 많으면 유리에 실투 결정이 석출되기 쉬워져서 플로트법, 오버플로우 다운드로우법 등으로 유리판을 성형하기 어려워진다. 또한, 열팽창계수가 지나치게 낮아져서 주변 재료의 열팽창계수에 정합시키기 어려워지고, 또한 고온점성이 높아져서 용융성이 저하되기 쉬워진다. 또한, HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 따라서, Al₂O₃의 바람직한 상한 범위는 13% 이하, 12% 이하, 11% 이하, 특히 9% 이하이다.

B₂O₃은 고온점도나 밀도를 저하시킴과 아울러 유리를 안정화시켜서 결정을 석출시키기 어렵게 하고, 또한 액상 온도를 저하시키는 성분이다. 그러나, B₂O₃의 함유량이 지나치게 많으면 이온 교환에 의해 그을림이라고 불리는 유리 표면의 착색이 발생하거나, 내수성이 저하되거나, 압축 응력층의 압축 응력값이 저하되거나, 압축 응력층의 두께가 작아지거나, HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 따라서, B₂O₃의 함유량은 바람직하게는 0∼12%, 0∼5%, 0∼3%, 0∼1.5%, 0∼1%, 0∼0.9%, 0∼0.5%, 특히 0∼0.1%이다.

Li₂O는 이온 교환 성분이며, 또한 고온점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높이는 성분임과 아울러 영률을 높이는 성분이다. 또한, Li₂O는 알칼리 금속 산화물 중에서는 압축 응력값을 향상시키는 효과가 크지만, Na₂O를 5% 이상 포함하는 유리계에 있어서 Li₂O의 함유량이 극단적으로 많아지면 오히려 압축 응력값이 저하되는 경향이 있다. 또한, Li₂O의 함유량이 지나치게 많으면 액상점도가 저하되고, 유리가 실투되기 쉬워지는 것에 추가해서 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료의 열팽창계수에 정합시키기 어려워진다. 또한, 저온점성이 지나치게 저하되어 응력 완화가 일어나기 쉬워져서 오히려 압축 응력값이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Li₂O의 함유량은 0∼12%이며, 바람직하게는 0∼8%, 0∼4%, 0∼2%, 0∼1%, 0∼0.5%, 0∼0.3%, 특히 0∼0.1%이다.

Na₂O는 이온 교환 성분이며, 또한 고온점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높이는 성분이다. 또한, Na₂O는 내실투성을 개선하는 성분이기도 하다. Na₂O의 함유량은 0.3∼20%이다. Na₂O의 함유량이 지나치게 적으면 용융성이 저하되거나, 열팽창계수가 저하되거나, 이온 교환 성능이 저하되기 쉬워진다. 또한, 에칭 레이트가 낮아지기 때문에 디바이스의 생산성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, Na₂O의 바람직한 하한 범위는 5% 이상, 8% 이상, 9% 이상, 10% 이상, 11% 이상, 특히 12% 이상이다. 한편, Na₂O의 함유량이 지나치게 많으면 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료의 열팽창계수에 정합시키기 어려워진다. 또한, 왜점이 지나치게 저하되거나, 유리 조성의 성분 밸런스를 결여시켜 오히려 내실투성이 저하되는 경우가 있다. 또한, HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 따라서, Na₂O의 바람직한 상한 범위는 19% 이하, 18% 이하, 17% 이하, 특히 16% 이하이다.

K₂O는 이온 교환을 촉진하는 성분이며, 알칼리 금속 산화물 중에서는 압축 응력층의 두께를 크게 하기 쉬운 성분이다. 또한, 고온점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높이는 성분이다. 또한, 내실투성을 개선하는 성분이기도 하다. 따라서, K₂O의 함유량은 0∼10%이다. K₂O의 함유량이 지나치게 많으면 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료의 열팽창계수에 정합시키기 어려워진다. 또한, 왜점이 지나치게 저하되거나, 유리 조성의 성분 밸런스를 결여시켜 오히려 내실투성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, K₂O의 바람직한 상한 범위는 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 특히 5% 이하이다. 또한, 유리 조성 중에 K₂O를 첨가할 경우, K₂O의 바람직한 하한 범위는 0.1% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상, 2% 이상, 특히 2.5% 이상이다.

Li₂O+Na₂O+K₂O의 함유량은 바람직하게는 5∼25%, 8∼22%, 12∼20%, 특히 16.5∼20%이다. Li₂O+Na₂O+K₂O의 함유량이 지나치게 적으면 이온 교환 성능이나 용융성이 저하되기 쉬워진다. 한편, Li₂O+Na₂O+K₂O의 함유량이 지나치게 많으면 유리가 실투되기 쉬워지는 것에 추가해서 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열 충격성이 저하되거나, 주변 재료의 열팽창계수에 정합시키기 어려워진다. 또한, 왜점이 지나치게 저하되어서 높은 압축 응력값이 얻어지기 어려워지는 경우가 있다. 또한, 액상 온도 부근의 점성이 저하되어서 높은 액상점도를 확보하기 어려워지는 경우가 있다. 또한, 「Li₂O+Na₂O+K₂O」는 Li₂O, Na₂O, 및 K₂O의 합량이다.

MgO는 고온점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높이거나, 왜점이나 영률을 높이는 성분이며, 알칼리토류 금속 산화물 중에서는 이온 교환 성능을 높이는 효과가 큰 성분이다. 그러나, MgO의 함유량이 지나치게 많으면 밀도나 열팽창계수가 높아지고, 또한 유리가 실투되기 쉬워진다. 따라서, MgO의 바람직한 상한 범위는 12% 이하, 10% 이하, 8% 이하, 특히 7% 이하이다. 또한, 유리 조성 중에 MgO를 첨가할 경우, MgO의 바람직한 하한 범위는 0.1% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 특히 3% 이상이다.

CaO는 다른 성분과 비교해서 내실투성의 저하를 수반하지 않고 고온점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높이거나, 왜점이나 영률을 높이는 효과가 큰 성분이다. CaO의 함유량은 0∼10%가 바람직하다. 그러나, CaO의 함유량이 지나치게 많으면 밀도나 열팽창계수가 높아지거나, 유리 조성의 성분 밸런스를 결여시켜 오히려 유리가 실투되기 쉬워지거나, 이온 교환 성능이 저하되기 쉬워지거나, 분상(分相)이 생기기 쉬워진다. 따라서, CaO의 함유량은 바람직하게는 0∼5%, 0∼3%, 특히 0∼2.5%이다.

MgO+CaO의 함유량은 1∼15%이다. MgO+CaO의 함유량이 지나치게 적으면 원하는 이온 교환 성능을 얻기 어려워지는 것에 추가해서 고온점성이 높아져서 용해성이 저하되기 쉬워진다. 한편, MgO+CaO의 함유량이 지나치게 많으면 밀도나 열팽창계수가 높아지거나, 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, MgO+CaO의 함유량은 바람직하게는 3∼13%, 5∼13%, 5∼12%, 특히 5∼11%이다.

P₂O₅는 이온 교환 성능을 높이는 성분이며, 특히 압축 응력층의 두께를 크게 하는 성분이다. 그러나, P₂O₅의 함유량이 지나치게 많으면 유리가 분상되거나, HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 따라서, P₂O₅의 바람직한 상한 범위는 10% 이하, 5% 이하, 특히 3% 이하이다. 또한, 유리 조성 중에 P₂O₅를 첨가할 경우, P₂O₅의 바람직한 하한 범위는 0% 이상, 0.01% 이상, 0.1% 이상, 0.5% 이상, 특히 1% 이상이다.

본 실시형태의 강화 유리는 이하의 성분 비율을 갖는 것이 바람직하다.

몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂는 0.1∼1이다. 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 지나치게 작으면 에칭 레이트가 낮아지기 때문에 디바이스의 생산성이 저하되기 쉬워지고, 또한 이온 교환 성능이 저하되기 쉬워진다. 한편, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 지나치게 크면 HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워지거나, 내실투성이 저하되어 높은 액상점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂의 바람직한 하한 범위는 0.15 이상, 0.2 이상, 특히 0.25 이상이며, 바람직한 상한 범위는 0.7 이하, 0.5 이하, 특히 0.4 이하이다.

몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂는 0.1∼1이다. 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 지나치게 작으면 에칭 레이트가 낮아지기 때문에 디바이스의 생산성이 저하되기 쉬워진다. 또한, 고온점성이 높아지기 때문에 용융성이 저하되고, 거품 품위가 저하되기 쉬워진다. 한편, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 지나치게 크면 HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워지거나, 내실투성이 저하되어 높은 액상점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂의 바람직한 하한 범위는 0.15 이상, 0.2 이상, 특히 0.23 이상이며, 바람직한 상한 범위는 0.7 이하, 0.5 이하, 0.4 이하, 0.3 이하, 특히 0.27 이하이다.

몰비 P₂O₅/SiO₂는 0∼1이다. 몰비 P₂O₅/SiO₂가 커지면 압축 응력층의 두께가 커지는 경향이 있지만, 그 값이 지나치게 크면 HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 따라서, 몰비 P₂O₅/SiO₂의 바람직한 범위는 0∼0.5, 0∼0.3, 0∼0.2, 특히 0∼0.1이다.

몰비 Al₂O₃/SiO₂는 0.01∼1이다. 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 커지면 왜점이나 영률이 높아지거나, 이온 교환 성능을 높이는 것이 가능해지지만, 이 값이 지나치게 크면 유리에 실투 결정이 석출되기 쉬워져서 높은 액상점도를 확보하기 어려워지거나, 고온점성이 높아져서 용융성이 저하되기 쉬워지거나, HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 따라서, 몰비 Al₂O₃/SiO₂의 바람직한 범위는 0.01∼0.7, 0.01∼0.5, 0.05∼0.3, 특히 0.07∼0.2이다.

몰비 Na₂O/Al₂O₃은 0.1∼5이다. 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 지나치게 작으면 내실투성이 저하되기 쉬워지고, 또한 용해성이 저하되기 쉬워진다. 한편, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 지나치게 크면 열팽창계수가 지나치게 높아지거나, 고온점성이 지나치게 낮아져서 높은 액상점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, 몰비 Na₂O/Al₂O₃의 바람직한 범위는 0.5∼4, 1∼3, 특히 1.2∼2.3이다.

상기 성분 이외에도, 예를 들면 이하의 성분을 첨가해도 좋다.

SrO는 내실투성의 저하를 수반하지 않고 고온점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높이거나, 왜점이나 영률을 높이는 성분이다. SrO의 함유량이 지나치게 많으면 밀도나 열팽창계수가 높아지거나, 이온 교환 성능이 저하되거나, 유리 조성의 성분 밸런스를 결여시켜 오히려 유리가 실투되기 쉬워진다. SrO의 함유량은 바람직하게는 0∼5%, 0∼3%, 0∼1%, 특히 0∼0.1%이다.

BaO는 내실투성의 저하를 수반하지 않고 고온점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높이거나, 왜점이나 영률을 높이는 성분이다. BaO의 함유량이 지나치게 많으면 밀도나 열팽창계수가 높아지거나, 이온 교환 성능이 저하되거나, 유리 조성의 성분 밸런스를 결여시켜 오히려 유리가 실투되기 쉬워진다. BaO의 함유량은 바람직하게는 0∼5%, 0∼3%, 0∼1%, 특히 0∼0.1%이다.

TiO₂는 이온 교환 성능을 높이는 성분이며, 또한 고온점도를 저하시키는 성분이다. 그러나, TiO₂의 함유량이 지나치게 많으면 유리가 착색되거나, 실투되기 쉬워진다. 따라서, TiO₂의 함유량은 바람직하게는 0∼3%, 0∼1%, 0∼0.8%, 0∼0.5%, 특히 0∼0.1%이다.

ZrO₂는 이온 교환 성능을 현저하게 향상시키는 성분임과 아울러 액상점도 부근의 점성이나 왜점을 높이는 성분이지만, 그 함유량이 지나치게 많으면 내실투성이 현저하게 저하될 우려가 있고, 또한 밀도가 지나치게 높아질 우려가 있다. 따라서, ZrO₂의 바람직한 상한 범위는 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하, 4% 이하, 특히 3% 이하이다. 또한, 이온 교환 성능을 향상시키고 싶을 경우, 유리 조성 중에 ZrO₂를 첨가하는 것이 바람직하고, 그 경우 ZrO₂의 바람직한 하한 범위는 0.01% 이상, 0.1% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 특히 2% 이상이다.

ZnO는 이온 교환 성능을 높이는 성분이며, 특히 압축 응력값을 높이는 효과가 큰 성분이다. 또한, 저온점성을 저하시키지 않고 고온점성을 저하시키는 성분이다. 그러나, ZnO의 함유량이 지나치게 많으면 유리가 분상되거나, 내실투성이 저하되거나, 밀도가 높아지거나, 압축 응력층의 두께가 작아지는 경향이 있다. 따라서, ZnO의 함유량은 바람직하게는 0∼6%, 0∼5%, 0∼3%, 0∼1%, 특히 0∼0.5%이다.

청징제로서, As₂O₃, Sb₂O₃, CeO₂, SnO₂, F, Cl, SO₃의 군(바람직하게는 SnO₂, Cl, SO₃의 군)으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 0∼3% 첨가해도 좋다. SnO₂+SO₃+Cl의 함유량은 바람직하게는 0∼1%, 100∼3000ppm, 300∼2500ppm, 특히 500∼2500ppm이다. 또한, SnO₂+SO₃+Cl의 함유량이 100ppm보다 적으면 청징 효과를 향수하기 어려워진다. 여기에서 「SnO₂+SO₃+Cl」은 SnO₂, SO₃, 및 Cl의 합량을 가리킨다.

환경적 관점으로부터, As₂O₃, Sb₂O₃, F의 사용은 최대한 삼가하는 것이 바람직하고, 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서 「실질적으로 As₂O₃을 함유하지 않는다」란, 유리 성분으로서 적극적으로 As₂O₃을 첨가하지 않지만 불순물로서 혼입될 경우를 허용하는 취지이며, 구체적으로는 As₂O₃의 함유량이 500ppm(질량) 미만인 것을 가리킨다. 「실질적으로 Sb₂O₃을 함유하지 않는다」란, 유리 성분으로서 적극적으로 Sb₂O₃을 첨가하지 않지만 불순물로서 혼입될 경우를 허용하는 취지이며, 구체적으로는 Sb₂O₃의 함유량이 500ppm(질량) 미만인 것을 가리킨다. 「실질적으로 F를 함유하지 않는다」란, 유리 성분으로서 적극적으로 F를 첨가하지 않지만 불순물로서 혼입될 경우를 허용하는 취지이며, 구체적으로는 F의 함유량이 500ppm(질량) 미만인 것을 가리킨다.

Fe₂O₃의 함유량은 바람직하게는 500ppm 미만, 400ppm 미만, 300ppm 미만, 200ppm 미만, 특히 150ppm 미만이다. 이렇게 하면, 판 두께 1㎜에 있어서의 투과율(400㎚∼770㎚)이 향상되기 쉬워진다(예를 들면 90% 이상).

Nb₂O₅, La₂O₃ 등의 희토류 산화물은 영률을 높이는 성분이다. 그러나, 원료 자체의 비용이 높고, 또한 다량으로 첨가하면 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, 희토류 산화물의 함유량은 바람직하게는 3% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 0.5% 이하, 특히 0.1% 이하이다.

전이금속 원소(Co, Ni 등)는 유리를 강하게 착색시키기 때문에 투과율을 저하시킬 우려가 있다. 특히, 터치패널 디스플레이에 사용할 경우, 전이금속 원소의 함유량이 지나치게 많으면 터치패널 디스플레이의 시인성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, 전이금속 산화물의 함유량이 0.5% 이하, 0.1% 이하, 특히 0.05% 이하가 되도록 유리 원료[컬릿(cullet)을 포함함]를 선택하는 것이 바람직하다.

환경면의 배려로부터, 실질적으로 PbO, Bi₂O₃을 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서 「실질적으로 PbO를 함유하지 않는다」란, 유리 성분으로서 적극적으로 PbO를 첨가하지 않지만 불순물로서 혼입될 경우를 허용하는 취지이며, 구체적으로는 PbO의 함유량이 500ppm(질량) 미만인 것을 가리킨다. 「실질적으로 Bi₂O₃을 함유하지 않는다」란, 유리 성분으로서 적극적으로 Bi₂O₃을 첨가하지 않지만 불순물로서 혼입될 경우를 허용하는 취지이며, 구체적으로는 Bi₂O₃의 함유량이 500ppm(질량) 미만인 것을 가리킨다.

각 성분의 바람직한 함유 범위를 적당하게 선택하여 바람직한 유리 조성 범위를 구축하는 것이 가능하다. 그중에서도 특히 바람직한 유리 조성 범위는 몰%로 SiO₂ 50∼70%, Al₂O₃ 5.5∼9%, B₂O₃ 0∼0.1%, Li₂O 0∼0.5%, Na₂O 12∼17%, K₂O 2∼5%, MgO 0∼12%, CaO 0∼2.5%, MgO+CaO 5∼11%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.25∼0.5, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.15∼0.27, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼0.1, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.07∼0.2, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 1.2∼2.3이다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 80℃, 10질량%의 HCl 수용액 중에서 24시간 침지시켰을 때의 질량감이 0.05∼50g/㎠인 것이 바람직하다. 이 값이 0.05g/㎠ 미만이 되면 에칭 레이트가 낮아지기 때문에 대형 강화 유리에 대하여 터치패널 센서 등의 패터닝, 소정의 마스킹을 행한 후, 에칭액으로 에칭하여 원하는 형상으로 개편화(個片化)하는 것이 곤란해진다. 한편, 이 값이 50g/㎠를 초과하면 HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 또한, 질량감의 바람직한 하한 범위는 0.1g/㎠ 이상, 특히 0.2g/㎠ 이상이며, 또한 바람직한 상한 범위는 45g/㎠ 이하, 20g/㎠ 이하, 10g/㎠ 이하, 5g/㎠ 이하, 2g/㎠ 이하, 특히 1g/㎠ 이하이다.

본 실시형태의 강화 유리의 압축 응력층의 압축 응력값은 바람직하게는 300㎫ 이상, 400㎫ 이상, 500㎫ 이상, 600㎫ 이상, 700㎫ 이상, 특히 800㎫ 이상이다. 압축 응력값이 클수록 강화 유리의 기계적 강도가 높아진다. 한편, 표면에 극단적으로 큰 압축 응력이 형성되면 표면에 마이크로 크랙이 발생해서 오히려 강화 유리의 기계적 강도가 저하될 우려가 있다. 또한, 강화 유리에 내재되는 인장 응력이 극단적으로 높아질 우려가 있다. 이 때문에, 압축 응력층의 압축 응력값은 1500㎫ 이하가 바람직하다. 또한, 유리 조성 중의 Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, ZnO의 함유량을 증가시키거나, SrO, BaO의 함유량을 저감시키면 압축 응력값이 커지는 경향이 있다. 또한, 이온 교환 시간을 짧게 하거나, 이온 교환 용액의 온도를 내리면 압축 응력값이 커지는 경향이 있다.

압축 응력층의 두께는 바람직하게는 10㎛ 이상, 15㎛ 이상, 20㎛ 이상, 특히 25㎛ 이상이다. 압축 응력층의 두께가 클수록 강화 유리에 깊은 상처가 나도 강화 유리가 깨지기 어려워짐과 아울러 기계적 강도의 불균일이 작아진다. 한편, 압축 응력층의 두께가 클수록 강화 유리를 절단하기 어려워지거나, 에칭시에 마스킹 내의 강화 유리가 파손될 우려가 있다. 이 때문에, 압축 응력층의 두께는 바람직하게는 500㎛ 이하, 200㎛ 이하, 150㎛ 이하, 90㎛ 이하, 60㎛ 이하, 50㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 특히 30㎛ 이하이다. 또한, 유리 조성 중의 K₂O, P₂O₅의 함유량을 증가시키거나, SrO, BaO의 함유량을 저감시키면 압축 응력층의 두께가 커지는 경향이 있다. 또한, 이온 교환 시간을 길게 하거나, 이온 교환 용액의 온도를 올리면 압축 응력층의 두께가 커지는 경향이 있다.

내부 인장 응력은 바람직하게는 200㎫ 이하, 150㎫ 이하, 120㎫ 이하, 100㎫ 이하, 70㎫ 이하, 50㎫ 이하, 30㎫ 이하, 25㎫ 이하, 특히 22㎫ 이하이다. 내부 인장 응력이 커지면 에칭시에 마스킹 내의 강화 유리가 파손될 우려가 있다. 그러나, 내부 인장 응력이 극단적으로 작아지면 압축 응력층의 압축 응력값, 두께가 저하된다. 따라서, 내부 인장 응력은 바람직하게는 1㎫ 이상, 5㎫ 이상, 10㎫ 이상, 15㎫ 이상이다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 밀도는 2.6g/㎤ 이하, 특히 2.55g/㎤ 이하가 바람직하다. 밀도가 작을수록 강화 유리를 경량화할 수 있다. 또한, 유리 조성 중의 SiO₂, B₂O₃, P₂O₅의 함유량을 증가시키거나, 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물, ZnO, ZrO₂, TiO₂의 함유량을 저감시키면 밀도가 저하되기 쉬워진다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 열팽창계수는 바람직하게는 80∼120×10^-7/℃, 85∼110×10^-7/℃, 90∼110×10^-7/℃, 특히 90∼105×10^-7/℃이다. 열팽창계수를 상기 범위로 규제하면 금속, 유기계 접착제 등의 부재의 열팽창계수에 정합하기 쉬워지고, 금속, 유기계 접착제 등의 부재의 박리를 방지하기 쉬워진다. 여기에서 「열팽창계수」는 딜라토미터를 이용하여 30∼380℃의 온도 범위에 있어서의 평균 열팽창계수를 측정한 값을 가리킨다. 또한, 유리 조성 중의 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물의 함유량을 증가시키면 열팽창계수가 높아지기 쉽고, 반대로 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물의 함유량을 저감시키면 열팽창계수가 저하되기 쉬워진다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 왜점은 바람직하게는 500℃ 이상, 520℃ 이상, 530℃ 이상, 550℃ 이상, 특히 570℃ 이상이다. 왜점이 높을수록 내열성이 향상되고, 강화 유리를 열처리할 경우 압축 응력층이 소실되기 어려워진다. 또한, 왜점이 높을수록 이온 교환 처리시에 응력 완화가 발생하기 어려워지기 때문에 압축 응력값을 유지하기 쉬워진다. 또한, 터치패널 센서 등의 패터닝에 있어서 고품위의 막을 형성하기 쉬워진다. 또한, 유리 조성 중의 알칼리토류 금속 산화물, Al₂O₃, ZrO₂, P₂O₅의 함유량을 증가시키거나, 알칼리 금속 산화물의 함유량을 저감시키면 왜점이 높아지기 쉽다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 10^4.0dPa·s에 있어서의 온도는 바람직하게는 1280℃ 이하, 1230℃ 이하, 1200℃ 이하, 1180℃ 이하, 특히 1160℃ 이하이다. 10^4.0dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 성형 설비로의 부담이 경감되어서 성형 설비가 장수명화되고, 결과적으로 강화 유리의 제조 비용을 저렴화하기 쉬워진다. 또한, 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물, ZnO, B₂O₃, TiO₂의 함유량을 증가시키거나, SiO₂, Al₂O₃의 함유량을 저감시키면 10^4.0dPa·s에 있어서의 온도가 저하되기 쉬워진다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도는 바람직하게는 1620℃ 이하, 1550℃ 이하, 1530℃ 이하, 1500℃ 이하, 특히 1450℃ 이하이다. 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 저온 용융이 가능해져서 용융 가마 등의 유리 제조 설비로의 부담이 경감됨과 아울러 거품 품위를 높이기 쉬워진다. 따라서, 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 강화 유리의 제조 비용을 저렴화하기 쉬워진다. 또한, 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도는 용융 온도에 상당한다. 또한, 유리 조성 중의 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물, ZnO, B₂O₃, TiO₂의 함유량을 증가시키거나, SiO₂, Al₂O₃의 함유량을 저감시키면 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 저하되기 쉬워진다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 액상 온도는 바람직하게는 1200℃ 이하, 1150℃ 이하, 1100℃ 이하, 1050℃ 이하, 1000℃ 이하, 950℃ 이하, 900℃ 이하, 특히 880℃ 이하이다. 또한, 액상 온도가 낮을수록 내실투성이나 성형성이 향상된다. 또한, 유리 조성 중의 Na₂O, K₂O, B₂O₃의 함유량을 증가시키거나, Al₂O₃, Li₂O, MgO, ZnO, TiO₂, ZrO₂의 함유량을 저감시키면 액상 온도가 저하되기 쉬워진다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 액상점도는 바람직하게는 10^4.0dPa·s 이상, 10^4.4dPa·s 이상, 10^4.8dPa·s 이상, 10^5.0dPa·s 이상, 10^5.4dPa·s 이상, 10^5.6dPa·s 이상, 10^6.0dPa·s 이상, 10^6.2dPa·s 이상, 특히 10^6.3dPa·s 이상이다. 또한, 액상점도가 높을수록 내실투성이나 성형성이 향상된다. 또한, 유리 조성 중의 Na₂O, K₂O의 함유량을 증가시키거나, Al₂O₃, Li₂O, MgO, ZnO, TiO₂, ZrO₂의 함유량을 저감시키면 액상점도가 높아지기 쉽다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 에칭된 면을 제외하는 표면의 표면 조도(Ra)는 바람직하게는 1㎚ 이하, 0.5㎚ 이하, 0.3㎚ 이하, 특히 0.2㎚ 이하이다. 에칭된 면을 제외하는 표면의 표면 조도(Ra)가 지나치게 크면 강화 유리의 외관 품위가 저하될 뿐만 아니라, 기계적 강도가 저하될 우려가 있다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 에칭된 면(표면 및 끝면)의 표면 조도(Ra)는 바람직하게는 1㎚ 이하, 0.5㎚ 이하, 0.3㎚ 이하, 특히 0.2㎚ 이하이다. 에칭된 면의 표면 조도(Ra)가 지나치게 크면 강화 유리의 외관 품위가 저하될 뿐만 아니라, 기계적 강도가 저하될 우려가 있다.

본 실시형태의 강화 유리에 있어서, 두께(판 형상인 경우에는 판 두께)는 바람직하게는 3.0㎜ 이하, 2.0㎜ 이하, 1.5㎜ 이하, 1.3㎜ 이하, 1.1㎜ 이하, 1.0㎜ 이하, 0.8㎜ 이하, 특히 0.7㎜ 이하이다. 한편, 두께가 지나치게 작으면 원하는 기계적 강도를 얻기 어려워진다. 따라서, 두께는 바람직하게는 0.1㎜ 이상, 0.2㎜ 이상, 0.3㎜ 이상, 특히 0.4㎜ 이상이다.

(2) 강화용 유리

본 발명의 실시형태에 의한 강화용 유리는 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 3∼15%, B₂O₃ 0∼12%, Li₂O 0∼12%, Na₂O 0.3∼20%, K₂O 0∼10%, MgO+CaO 1∼15%, P₂O₅ 0∼10%를 함유하고, 몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼1, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.01∼1, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 0.1∼5인 것을 특징으로 한다. 여기에서 강화용 유리란 강화 처리 전의 유리(미강화 유리)를 의미한다. 이 강화용 유리의 기술적 특징은 이미 설명한 강화 유리의 기술적 특징과 마찬가지로 된다. 여기에서는 편의상 그 기재를 생략한다.

본 실시형태의 강화용 유리는 430℃의 KNO₃ 용융염에 4시간 침지시켰을 경우, 표면의 압축 응력층의 압축 응력값이 300㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께가 10㎛ 이상이 되는 것이 바람직하고, 또한 표면의 압축 응력이 600㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께가 15㎛ 이상이 되는 것이 바람직하고, 또한 표면의 압축 응력이 700㎫ 이상, 또한 압축 응력층의 두께가 20㎛ 이상이 되는 것이 바람직하다.

이온 교환 처리시, KNO₃ 용융염의 온도는 400∼550℃가 바람직하고, 이온 교환 시간은 2∼10시간, 특히 4∼8시간이 바람직하다. 이렇게 하면, 압축 응력층을 적정하게 형성하기 쉬워진다. 또한, 본 실시형태의 강화용 유리는 상기 유리 조성을 갖기 때문에 KNO₃ 용융염과 NaNO₃ 용융염의 혼합물 등을 사용하지 않아도 압축 응력값이나 응력 두께를 크게 하는 것이 가능해진다.

본 실시형태의 강화용 유리에 있어서, 25℃, 5질량%의 HF 수용액 중에서 10분간 처리했을 때, 에칭된 면의 표면 조도(Ra)가 1㎚ 이하, 0.5㎚ 이하, 0.3㎚ 이하, 특히 0.2㎚ 이하가 되는 것이 바람직하다. 에칭된 면의 표면 조도(Ra)가 지나치게 크면 강화 유리의 외관 품위가 저하될 뿐만 아니라, 기계적 강도가 저하될 우려가 있다.

본 실시형태의 강화용 유리에 있어서, 80℃, 10질량%의 HCl 수용액 중에서 24시간 침지시켰을 때의 질량감이 0.05∼50g/㎤가 되는 것이 바람직하다. 질량감이 지나치게 작으면 에칭 레이트가 낮아져서 디바이스의 생산성이 저하될 우려가 있다. 한편, 질량감이 지나치게 크면 HCl 등의 산에 의한 에칭 레이트가 지나치게 높아져서 원하는 표면 품위, 끝면 품위를 얻기 어려워진다. 질량감의 바람직한 하한 범위는 0.1g/㎠ 이상, 특히 0.2g/㎠ 이상이며, 또한 바람직한 상한 범위는 45g/㎠ 이하, 20g/㎠ 이하, 10g/㎠ 이하, 5g/㎠ 이하, 2g/㎠ 이하, 특히 1g/㎠ 이하이다.

(3) 강화용 유리 및 강화 유리의 제조방법

상기 강화용 유리 및 강화 유리는, 예를 들면 다음과 같이 해서 제작할 수 있다.

우선, 상기 유리 조성이 되도록 조합한 유리 원료를 연속 용융로에 투입하여 1500∼1600℃로 가열 용융하고 청징한 후, 성형장치에 공급하고나서 판 형상 등으로 성형하고, 서냉시킨다. 이에 따라, 판 형상 등의 강화용 유리를 제작할 수 있다.

판 형상으로 성형하는 방법으로서, 플로트법을 채용하는 것이 바람직하다. 플로트법은 대량 생산, 대형화에 유리하다.

플로트법 이외에도 여러 가지 성형 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 오버플로우 다운드로우법, 다운드로우법(슬롯다운법, 리드로우법 등), 롤아웃법, 프레스법 등의 성형 방법을 채용할 수 있다.

이어서, 얻어진 강화용 유리를 강화 처리함으로써 강화 유리를 제작할 수 있다. 강화 유리를 소정 치수로 형상 가공을 행할 경우, 대형 유리판을 강화 처리한 후에 터치패널 센서 등의 패터닝, 소정의 마스킹을 행하고, 이어서 에칭액으로 에칭함으로써 원하는 형상으로 개편화하는 것이 생산성의 점에서 바람직하다.

강화 처리로서, 이온 교환 처리가 바람직하다. 이온 교환 처리의 조건은 특별하게 한정되지 않고, 유리의 점도 특성, 용도, 두께, 내부 인장 응력 등을 고려해서 최적의 조건을 선택하면 좋다. 예를 들면, 이온 교환 처리는 400∼550℃의 KNO₃ 용융염 중에 강화용 유리를 1∼8시간 침지함으로써 행할 수 있다. 특히, KNO₃ 용융염 중의 K 이온을 유리 중의 Na 성분과 이온 교환하면 압축 응력층을 효율적으로 형성하는 것이 가능해진다.

이어서, 얻어진 강화 유리의 표면의 일부에 원하는 형상(휴대전화, 태블릿PC 등의 보호 부재에 요구되는 형상)이 되도록 마스킹을 행한 후, 에칭액으로 에칭을 행하는 것이 바람직하다. 에칭액으로서, HF, HCl, H₂SO₄, HNO₃, NH₄F, NaOH, NH₄HF₂의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, 특히 HCl, HF, HNO₃의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 에칭액이 바람직하다. 에칭액은 1∼20질량%, 2∼10질량%, 특히 3∼8질량%의 수용액이 바람직하다. 에칭액의 사용 온도는 HF를 사용할 경우를 제외하고, 20∼50℃, 20∼40℃, 20∼30℃가 바람직하다. 에칭의 시간은 1∼20분, 2∼15분, 특히 3∼10분이 바람직하다. 이러한 에칭을 행하면 강화 처리 후에 절단, 끝면 가공·구멍 형성 가공 등을 실시하지 않아도 원하는 형상을 얻을 수 있다. 이때, 강화 유리를 복수의 소편으로 분단하는 것이 바람직하다.

또한, 강화 유리에 마스킹을 행하는 공정 전에 강화 유리의 표면에 패터닝 하는 공정을 행하도록 해도 좋다. 이렇게 하면, 일괄하여 패터닝을 실시할 수 있기 때문에 디바이스의 제조 비용의 저하에 기여할 수 있다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 단순한 예시이다. 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되지 않는다.

표 1∼표 3은 본 발명의 실시예(시료 No.1∼21)를 나타내고 있다. 또한, 표 중의 「미」는 미측정을 의미하고 있다.

다음과 같이 하여 표 중의 각 시료를 제작했다. 우선, 표 중의 유리 조성이 되도록 유리 원료를 조합하고, 백금 포트를 이용하여 1580℃에서 8시간 용융했다. 그 후에 얻어진 용융 유리를 카본판 상에 흘려내서 판 형상으로 성형했다. 얻어진 유리판에 대해서 여러 가지 특성을 평가했다. 또한, 강화 특성의 측정 시료로서 판 두께 0.8㎜의 유리판으로 가공한 것을 사용했다.

밀도(ρ)는 주지의 아르키메데스법에 의해 측정한 값이다.

열팽창계수(α)는 딜라토미터를 이용하여 30∼380℃의 온도 범위에 있어서의 평균 열팽창계수를 측정한 값이다.

왜점(Ps), 서냉점(Ta)은 ASTM C336의 방법에 의거하여 측정한 값이다.

연화점(Ts)은 ASTM C338의 방법에 의거하여 측정한 값이다.

고온점도 10^4.0dPa·s, 10^3.0dPa·s, 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도는 백금구 인상법으로 측정한 값이다.

액상 온도(TL)는 표준체 30메쉬(체 개구 사이즈 500㎛)를 통과하고, 50메쉬(체 개구 사이즈 300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣은 후, 온도 구배로 중에 24시간 유지하여 결정이 석출되는 온도를 측정한 값이다.

액상점도 log₁₀η_TL은 액상 온도에 있어서의 유리의 점도를 백금구 인상법으로 측정한 값이다.

다음과 같이 하여 HCl 수용액에 의한 질량감을 평가했다. 우선, 각 시료를 20㎜×50㎜×1㎜의 폭이 좁고 길쭉한 형상으로 가공한 후, 이소프로필알콜로 충분히 세정했다. 이어서, 얻어진 시료를 건조시킨 후, 질량을 측정했다. 이어서, 10질량%의 HCl 수용액을 100㎖ 조정하고, 테플론(등록상표)병 내에 넣은 후, 온도를 80℃로 조정했다. 계속해서, 건조 후의 시료를 10질량%의 HCl 수용액 중에 24시간 침지시켜서 표면과 끝면을 에칭했다. 최후에 에칭 후의 시료의 질량을 측정한 후, 질량감을 표면적으로 나눔으로써 단위면적당 질량감을 산출했다.

표 1∼표 3으로부터 분명하게 나타내는 바와 같이, 시료 No.1∼21은 밀도(ρ)가 2.54g/㎤ 이하, 열팽창계수(α)가 93∼110×10^-7/℃이기 때문에 강화 유리의 소재, 즉 강화용 유리로서 바람직했다. 또한, 시료 No.1∼21은 액상점도 log₁₀η_TL이 10^4.3dPa·s 이상이기 때문에 판 형상으로 성형 가능하고, 또한 10^4.0dPa·s에 있어서의 온도가 1280℃ 이하이기 때문에 성형 설비로의 부담이 가볍고, 또한 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도가 1612℃ 이하이기 때문에 생산성이 높고, 저렴하게 대량의 유리판을 제작할 수 있을 것으로 생각된다. 또한, 강화 처리 전후에 표층에 있어서의 유리 조성이 미시적으로 다르지만, 유리 전체로서 보았을 경우 유리 조성은 실질적으로 동일하다.

이어서, 상기 강화 특성의 측정 시료의 양쪽 표면에 광학 연마를 실시한 후, 420℃의 KNO₃ 용융염 중에 1.5시간 침지시킴으로써 이온 교환 처리를 행했다. 계속해서, 이온 교환 처리 후에 시료를 세정한 후, 표면 응력계(가부시키가이샤 도시바 제 FSM-6000)를 사용해서 관찰되는 간섭무늬의 개수와 그 간격으로부터 압축 응력층의 압축 응력값(CS)과 두께(DOL)를 산출했다. 산출에 있어서, 각 측정 시료의 굴절률을 1.52, 광학 탄성정수를 28[(㎚/㎝)/㎫]로 했다.

또한, 강화 유리의 내부 인장 응력을 이하의 식을 이용하여 산출했다.

내부 인장 응력=(압축 응력값×응력 깊이)/(판 두께-응력 깊이×2)

표 1∼표 3으로부터 분명하게 나타내는 바와 같이, 시료 No.1∼21은 KNO₃ 용융염으로 이온 교환 처리를 행한 결과, 압축 응력층의 압축 응력값(CS)이 757㎫ 이상, 두께(DOL)가 14㎛ 이상이며, 내부 인장 응력이 16∼28㎫였다.

[실시예 2]

시료 No.21에 기재된 유리 조성이 되도록 조합한 유리 원료를 연속 용융로에 투입하여 가열 용융, 청징한 후, 판 두께 0.8㎜가 되도록 플로트법으로 성형했다. 이어서, 얻어진 유리를 1m×1.2m로 가공한 후, 420℃의 KNO₃ 용융염 중에 2시간 침지시킴으로써 이온 교환 처리를 행했다.

얻어진 강화 유리에 대하여, 도 1a와 같이 직사각형 상의 ITO의 패터닝(XY방향용)을 행한 후, 도 1b와 같이 절연막의 패터닝을 행했다. 또한, 도 1c와 같이 금속막 브릿지 패터닝(Y방향)을 행하여 강화 유리 상에 터치패널 센서를 형성했다.

계속해서, 170㎜×100㎜(코너부의 R=7㎜)가 되도록 Au로 마스킹을 행했다. 이어서, 터치패널 센서, Au 마스킹된 강화 유리를 48질량%의 HF(30℃) 중에 30분간 침지하여 복수의 강화 유리편을 얻었다. 또한, 표면의 Au를 에칭에 의해 제거하고, 터치패널 센서가 부착된 강화 유리를 얻었다.

얻어진 강화 유리편의 표면(터치패널 센서가 형성되어 있지 않은 표면) 및 끝면의 표면 조도(Ra)를 측정한 결과, 표면의 표면 조도(Ra)는 0.0003㎛, 끝면의 표면 조도(Ra)는 0.0021㎛였다. 또한, 「표면 조도(Ra)」는 SEMI D7-94 「FPD 유리 기판의 표면 조도의 측정방법」에 준거한 방법으로 측정한 값이다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 강화 유리는 휴대전화, 디지털 카메라, PDA 등의 커버 유리, 또는 터치패널 디스플레이 등의 기판으로서 바람직하다. 또한, 본 발명의 강화 유리는 이들 용도 이외에도 높은 기계적 강도가 요구되는 용도, 예를 들면 창유리, 자기디스크용 기판, 플랫 패널 디스플레이용 기판, 태양 전지용 커버 유리, 고체 촬상 소자용 커버 유리, 식기로의 응용을 기대할 수 있다.

Claims (22)

1. 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 3∼15%, Li₂O 0∼12%, Na₂O 0.3∼20%, K₂O 0∼10%, MgO+CaO 1∼15%를 함유하는 유리 조성이 되도록 조합한 유리 원료를 용융하여 판 형상으로 성형하는 성형 공정과,
   이온 교환 처리에 의해 압축 응력층을 형성해서 강화 유리를 얻는 강화 공정과,
   강화 유리의 표면에 마스킹을 행하는 마스킹 공정과,
   강화 유리를 에칭액으로 에칭함으로써, 복수의 강화 유리의 소편으로 분단하는 에칭 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마스킹 공정 전에 강화 유리의 표면에 패터닝하는 패터닝 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 에칭액은 HF, HCl, H₂SO₄, HNO₃, NH₄F, NaOH 및 NH₄HF₂의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 강화 유리는 표면에 압축 응력층을 갖고, 유리 조성으로서 몰%로 SiO₂ 45∼75%, Al₂O₃ 3∼15%, B₂O₃ 0∼12%, Li₂O 0∼12%, Na₂O 0.3∼20%, K₂O 0∼10%, MgO+CaO 1∼15%, P₂O₅ 0∼10%를 함유하고,
   몰비 (Al₂O₃+Na₂O+P₂O₅)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 (B₂O₃+Na₂O)/SiO₂가 0.1∼1, 몰비 P₂O₅/SiO₂가 0∼1, 몰비 Al₂O₃/SiO₂가 0.01∼1, 몰비 Na₂O/Al₂O₃이 0.1∼5임과 아울러,
   표면 또는 끝면이 에칭되는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
5. 삭제
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 강화 유리의 에칭된 면의 표면 조도(Ra)는 1㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 강화 유리의 압축 응력층의 압축 응력값이 200㎫ 이상, 또한 상기 압축 응력층의 두께가 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 강화 유리의 내부 인장 응력은 1∼200㎫인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 강화 유리의 액상 온도는 1250℃ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강화 유리의 액상점도는 10^4.0dPa·s 이상인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강화 유리의 10^4.0dPa·s에 있어서의 온도는 1280℃ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강화 유리의 10^2.5dPa·s에 있어서의 온도는 1620℃ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강화 유리의 밀도는 2.6g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성형 공정은 플로트법인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강화 유리는 터치패널 디스플레이에 사용하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강화 유리는 휴대전화의 커버 유리에 사용하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 제조방법.
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