KR101662627B1 - 고경도 박막형 투명 박판 글라스, 이의 제조 방법, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널 - Google Patents

Abstract

고경도 박막형 투명 박판 글라스가 개시되며, 상기 고경도 박막형 투명 박판 글라스는, 글라스 기재; 및 무기 산화물을 포함하는 박막층을 포함하되, 상기 박막층은 플라즈마-강화 화학 기상 증착법(PECVD)에 의해 상기 글라스 기재의 일면 상에 형성된다.

Description

고경도 박막형 투명 박판 글라스, 이의 제조 방법, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널{THIN FILM TYPE TRANSPARENT GLASS HAVING HIGH HARDNESS, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, THIN FILM TYPE TRANSPARENT GLASS HAVING HIGH HARDNESS AND CONDUCTIVITY, AND TOUCH PANEL INCLUDING THE SAME}

본원은 고경도 박막형 투명 박판 글라스, 이의 제조 방법, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널에 관한 것이다.

디스플레이나 터치패널의 기판으로 사용하는 박판 글라스는 광학적 투과율이 높고 물리적 강도가 플라스틱 필름에 비해 우수하여 넓은 응용 범위에 사용 되어 왔다.

그런데, 기판은 불순물의 함유가 적고 표면강도가 높아야 하는바 일반적으로, 표면 강화 처리 공정을 추가로 거친 고가의 투명 박판 글라스인 알루미노실리카(Aluminosilcate)나 소다라임(Soda-lime) 글라스를 기판으로 사용하고 있다.

이와 관련하여, 대한민국 공개 특허 공보 제1993-0016239호(발명의 명칭: 적층된 투명 플라스틱 물질)는 총 가시광선 투과도가 적어도 85%인 투명수지물질과 투명수지물질의 표면 위에 놓여있는 두께가 적어도 0.2mm이고, 연필경도가 적어도 4H이며, Rockwell M 눈금 경도가 적어도 100이며, 총 가시광선 투과도가 적어도 85%인 고경도 투명 수지층으로 이루어진 적층 투명 플라스틱 물질을 개시하고 있다.

그런데, 이러한 기판은 고가의 투명 박판 글라스인바, 저비용으로 고경도를 갖는 박막형 투명 박판 글라스를 생산할 수 있는 방법의 필요성이 대두되어 왔다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고가의 투명 글라스인 강화 처리된 알루미노실리카 글라스 및 소다라임 글라스를 대체하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스, 이의 제조 방법, 고경도 박막형 투명 박판 글라스를 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스는, 글라스 기재; 및 무기 산화물을 포함하는 박막층을 포함하되, 상기 박막층은 플라즈마-강화 화학 기상 증착법(PECVD)에 의해 상기 글라스 기재의 일면 상에 형성될 수 있다.

한편, 본원의 제2 측면에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법은, 글라스 기재를 준비하는 단계; 및 상기 글라스 기재의 일면 상에 무기 산화물을 포함하는 박막층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 박막층을 형성하는 단계에서, 상기 박막층은 플라즈마 강화 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다.

또한, 본원의 제3 측면에 따른 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스는, 본원의 제1 측면에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스; 및 상기 글라스 기재의 타면 상에 형성되는 투명 도전층을 포함할 수 있다.

또한, 본원의 제4 측면에 다른 터치 패널은, 본원의 제3 측면에 따른 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스를 포함할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 글라스 기재 상에 무기 산화물을 포함하는 고경도의 박막층을 플라즈마 강화 화학 기상 증착법을 통해 형성함으로써, 화학적 강화처리 공정이 불필요하여 저렴한 일반 투명 박판 글라스 등을 사용할 수 있는바, 고경도 박막형 투명 박판 글라스, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널을 낮은 제조 비용으로 빠르고 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 고경도의 박막층을 형성한 다음 물리적 가공을 진행 할 수 있어, 생산량의 증대 및 불량율 감소로 인한 수율 향상이 기대될 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스의 단면도이다.
도 2a는 글라스 기재의 이온 치환을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 2b는 도 2a의 글라스 기재의 표면을 확대하여 도시한 개념도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스의 단면도이다.
도 5는 글라스 기재를 예열하는 단계, 글라스 기재에 박막층을 형성하는 단계 및 박막층이 형성된 글라스 기재에 열을 가하는 단계를 설명하기 위해 예열 구간, 박막 형성 구간 및 열처리 구간을 포함하는 챔버의 개략적인 개념도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원은 고경도 박막형 투명 박판 글라스, 이의 제조 방법, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널에 관한 것이다.

먼저, 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(이하 '본 박판 글라스'라 함)(100)에 대해 설명한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 박판 글라스(100)는, 글라스 기재(111) 및 박막층(113)을 포함한다.

글라스 기재(111)는 일반적으로 통용되는 글라스 기재일 수 있다. 이러한 글라스 기재(111)는 표면 강화 처리 공정을 추가로 거친 고가의 투명 박판 글라스인 알루미노실리카(Aluminosilcate)나 소다라임(Soda-lime) 글라스보다 훨씬 저렴하다. 글라스 기재(111)에 대해서는 자세히 후술하겠다.

또한, 박막층(113)은 본 박판 글라스(100)가 LCD, OLED등과 같은 디스플레이 분야의 기판 또는 터치 패널의 도전성 기판 또는 커버 글라스로 적용될 수 있도록, 글라스 기재(111)의 표면경도를 향상시키기 위한 것으로서, 특히, 외부 자극에 의해 글라스 기재(111)의 표면에 스크래치, 찍힘, 흠집 등이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 박판 글라스(100)는 박막층(113)으로 인해, 파괴 강도가 향상되어 우수한 내구성을 가질 수 있고, 용제에 대한 내성과 내열 저항성이 향상될 수 있다.

즉 본 박판 글라스(100)는 표면 처리 강화 공정을 추가로 거친 고가의 글래스 기재(111)에 비해 저렴한 일반적인 글라스 기재(111)에 박막층(113)을 형성함으로써, 화학적 강화 처리를 거치지 않고도 고경도 특성을 가질 수 있다.

박막층(113)은 무기 산화물을 포함하고 있다. 이때, 예시적으로, 박막의 굴절률은 1.5 내지 2.5가 될 수 있다.

박막층(113)은 무기 산화물을 포함함으로써, 고경도를 가질 수 있다. 이에 따라, 본 박판 글라스(100)는 고경도 기능을 가질 수 있다.

박막층(113)은 플라즈마-강화 화학 기상 증착법(PECVD)에 의해 글라스 기재(111)의 일면 상에 형성된다.

박막층(113)이 고경도 기능을 수행하기 위해서는 박막층(113)의 두께가 일정 두께 이상은 되어야 하는바, 양산하기 위해서는 증착 속도(코팅 속도)가 중요하다. 이에 따라, CVD에 비해 산화물이나 탄화물 박막의 증착 속도가 느린 PVD법이 아닌, CVD 공정 중에서도 플라즈마의 높은 에너지와 밀도로 어시스트(assist)되는 플라즈마-강화 화학 기상 증착법을 통해 박막층(113)을 형성할 수 있다. 예시적으로, EEP(Electron Emission Plasma) Reactor를 사용한 HD-PECVD법을 사용하여 박막층(113)을 형성할 수 있다.

본 박판 글라스(100)와 관련한 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

박막층(113)의 굴절률은 가시광선 파장 550 nm 영역에서 1.5 내지 2.5일 수 있다.

또한, 박막층(113)은 0.1 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.

또한, 후술하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법에서 자세히 상술하겠지만, 박막층(113)은 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 박막층(113)은 강한 경도를 갖게될 수 있다. 아울러, 박막층(113)의 글라스 기재(111)에 대한 밀착력이 향상될 수 있다.

예시적으로, 박막층이 100℃ 이하의 온도 범위에서 형성되는 경우, 강한 경도를 갖는 박막층이 구현되기 어렵고, 박막층과 글라스 기재의 밀착력이 확보되기 어렵다. 또한, 박막층이 400℃ 이상의 온도 범위에서 형성되는 경우, 글라스 기재의 손상으로 인해 글라스 기재의 표면이 거칠어져 제품성이 보장되는 박막형 투명 박판 글라스가 구현되기 어렵다.

그러나, 본 고경도 박막형 투명 박판 글라스는, 박막층(113)이 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 형성되는바, 박막층(113)과 글라스 기재(111)의 밀착력을 확보하면서, 글라스 기재(111)의 손상이 없는 강한 경도를 갖는 박막형 투명 박판 글라스로 구현될 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)는 50 ㎛ 이상 2000 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)는 광 투과성을 가질 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)는 박판 형태의 글라스 기재(111)일 수 있다. 또한, 글라스 기재(111)는 강화 처리를 거친 글라스 기재(111)일 수 있다.

예시적으로, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 글라스 기재(111)는 포함하고 있던 하나 이상의 이온이 하나 이상의 외부 이온으로 치환된 것일 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2 b에 나타난 바와 같이, 글라스 기재(111)는 포함하고 있던 나트륨 이온이 그보다 반경 및 부피가 더 큰 칼륨 이온으로 치환된 것일 수 있다. 예시적으로, 글라스 기재(111)가 KNO3 용액에 침적됨으로써, 글라스 기재(111)는 포함하고 있던 나트륨 이온이 칼륨 이온으로 치환될 수 있다.

글라스 기재(111)가 KNO3 용액에 침적되면, 글라스 기재(111)의 표면에 위치하던 나트륨 이온이 외부로 이탈되고, 칼륨 이온이 이탈된 나트륨 이온의 자리로 이동할 수 있다.

또한, 칼륨 이온이 나트륨 이온과 치환되면, 칼륨 이온이 나트륨 이온보다 그 부피가 더 큰바, 글라스 기재(111)의 표면의 체적 밀도가 증가하여 압축 응력 층이 형성될 수 있어 글라스 기재(111)는 강화될 수 있다.

이러한 이온 치환은 도 2a의 (a)를 참조하면, 글라스 기재(111)의 표면으로부터 일정 두께 범위(DOL(Depth of Layer))(a) 내에서 이루어질 수 있으며, 이온 치환이 이루어지는 두께 범위(a)는 글라스 기재(111)의 목표 향상 강도에 따라 결정될 수 있다. 이러한 이온 치환을 거친 글라스 기재(111)는 내 충격성이 일반 판유리의 9배로 향상될 수 있고, 굽힘 강도 및 내 긁힘성이 극대화될 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)는 치환되어 글라스 기재(111)에 위치하는 외부 이온이 글라스 기재(111)로부터 이탈되는 것이 방지되도록, 열처리될 수 있다.

이러한 열처리는 글라스 기재(111)의 이온 치환이 이루어진 후, 수행될 수 있다. 열처리에 의해, 글라스 기재(111)의 응력이 보다 향상될 수 있다.

예시적으로, 글라스 기재(111)는, 박판 글라스 기재 또는 강화 글라스 기재일 수 있다.

즉, 글라스 기재(111)은 강화 처리가 되지 않은 저렴한 글라스 기재(111)일 수 있지만, 강화 처리 된 글라스 기재(111) 상에 고경도의 박막층(113)이 형성되는 구성 조합에 의하면, 보다 고경도의 글라스 기재(111)가 마련될 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)는 표면의 평탄화를 위하여 표면처리를 거칠 수 있다. 예를 들어, 글라스 기재(111)는 코로나 처리, 이온건 처리, 플라즈마 처리 등을 통해 표면이 평탄화된 것일 수 있다.

이를 통해, 글라스 기재(111) 상에 균일한 박막층(113)이 형성될 수 있다.

한편, 무기 산화물은, 알루미늄 산화물(aluminium oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 아연 산화물(zinc oxide), 세륨 산화물(cerium oxide), 탄탈륨 산화물(tantalum oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 이터비움 산화물(ytterbium oxide) 및 실리콘 산화물(silicon oxide)로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함할 수 있다.

특히, 무기 산화물은 알루미나(alumina, Al2O3)일 수 있다.

알루미나는 사파이어 분자구조를 가지는 물질로서, 융점이 높아 열적 안정성이 높으며, 기계적 강도와 경도가 높고, 전기절연성이 우수하며, 내식성이 뛰어나다.

이러한 알루미나를 포함하는 박막층(113)을 글라스 기재(111) 상에 형성함으로써, 본 박판 글라스(100)의 높은 표면 경도(예를 들어, 연필경도 9 H 이상)를 확보할 수 있다.

다만, 무기 산화물은 이에만 한정되는 것은 아니고, 글라스 기재(111) 상에 플라즈마-강화 화학 기상 증착법을 통해 박막층(113)을 형성할 수 있는 물질을 모두 포함할 수 있다.

또한, 도 1을 참조하면, 본 박판 글라스(100)는 글라스 기재(111)의 일면 상 또는 양면 상에 형성되는 지문 방지 코팅층(115)을 포함할 수 있다.

지문 방지 코팅층(115)을 통해 본 박판 글라스(100)의 표면을 깨끗하게 유지할 수 있다. 예시적으로, 본 박판 글라스(100)가 디스플레이 화면 등에 적용되는 경우, 본 박판 글라스(100)는 외부에 노출되어 이물질 등과 같은 오염물질 및 지문이 부착되기 쉽다. 그러나, 본 박판 글라스(100)는 지문 방지 코팅층(115)을 통해 내 지문(Anti Finger Pring) 기능 및 이물질로부터의 오염 차단 기능을 가질 수 있다. 또한, 본 박판 글라스(100)에 의하면, 지문 방지 코팅층(115)을 통해, 그 표면에 부착되는 오염물질 및 지문 등이 용이하게 제거될 수 있다.

또한, 도 1을 참조하면, 본 박판 글라스(100)는 글라스 기재(111)의 일면 상 또는 양면 상에 형성되는 반사 방지 층(117)을 포함할 수 있다.

반사 방지 층(117)을 통해, 외부로부터 입사된 광이 본 박판 글라스(100)에서 반사되는 것을 막을 수 있다. 예시적으로, 아웃도어용으로 사용되는 모바일 디바이스에 본 박판 글라스(100)가 적용되는 경우, 태양광이 본 박판 글라스(100)의 표면에 반사되어 본 박판 글라스(100)를 통해 출력되는 내용의 가시성이 낮을 수 있다. 그러나, 본 박판 글라스(100)는, 반사 방지 층(117)을 통해 이러한 문제가 발생하는 것을 막을 수 있다.

반사 방지 층(117)은 도 1에 나타난 바와 같이, 지문 방지 코팅층(115) 상에 형성될 수 있다.

한편, 이하에서는, 앞서 살핀 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스를 제조하기 위한, 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법(이하 '본 박판 글라스 제조 방법'이라 함)에 대해 설명한다. 다만, 앞서 살핀 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.

도 3은 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 본 박판 글라스 제조 방법은, 글라스 기재(111)를 준비하는 단계(S100) 및 글라스 기재(111)의 일면 상에 박막층(113)을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.

박막층(113)은 무기 산화물을 포함한다. 또한, 박막층(113)은 굴절률이 1.5 내지 2.5이다.

또한, 박막층(113)을 형성하는 단계(S300)에서, 박막층(113)은 플라즈마 강화 화학 기상 증착법에 의해 형성된다.

박막층(113)을 형성하는 단계(S300)에서, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법은, 해리 및 중합 과정을 지배하는 전자의 개수를 고밀도화시켜 플라즈마 농도를 높일 수 있다.

이를 통해, 보다 많은 플라즈마 이온들이 글라스 기재(111)에 충격(ion impact)하도록 하여 표면활성화 에너지를 공급함으로써, 박막층(113)의 밀도 및 두께를 균일하게 형성할 수 있다.

본 박판 글라스(100) 제조 방법과 관련한 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

예시적으로, 박막층(113)을 형성하는 단계(S300)는 도 5를 참조하면, 글라스 기재(111)를 챔버(0)에 잠입시켜 챔버(0) 내에서 이동시킴으로써, 박막층(113)을 형성할 수 있다. 예시적으로, 챔버(0)는 대면적 선형 PECVD Reactor를 장착한 진공 코팅 챔버일 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면, 박막층(113)을 형성하는 단계(S300)는, 글라스 기재(111)를 예열하는 단계, 글라스 기재(111)에 박막층(113)을 형성하는 단계 및 박막층(113)이 형성된 글라스 기재(111)에 열을 가하는 단계를 포함할 수 있다.

예시적으로, 도 5에 나타난 바와 같이, 글라스 기재(111)는 챔버 내에서 이동됨으로써, 예열 구간, 박막 형성 구간 및 열 공정 구간을 순차적으로 거칠 수 있다. 예열 구간은 글라스 기재(111)를 예열할 수 있다. 또한, 박막 형성 구간은 증착 장치(900)를 이용해 글라스 기재(111) 상에 박막을 형성할 수 있다. 증착 장치(900)는 예시적으로, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치일 수 있다. 또한, 열 공정 구간은 글라스 기재(111)에 열을 가할 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)를 예열하는 단계, 글라스 기재(111)에 박막층(113)을 형성하는 단계 및 박막층(113)이 형성된 글라스 기재(111)에 열을 가하는 단계는 한번 이상 반복될 수 있다. 다시 말해, 예열 구간, 박막 형성 구간 및 열 공정 구간을 1회 이상 순차적으로 거친 글라스 기재(111)는 예열 구간으로 이동되어 재차 예열 구간, 박막 형성 구간 및 열 공정 구간을 순차적으로 거칠 수 있다.

또한, 예열 구간, 박막 형성 구간 및 열 공정 구간 각각의 온도는 100℃ 내지 400℃의 범위에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 박막층(113)을 형성하는 단계는, 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.

종래에는 박막층이 400℃ 이상의 고온에서 형성되지 않는 경우, 1.58 이상의 굴절률과 2.5이상의 밀도의 박막층을 얻을 수 없었기 때문에, 박막층을 400℃ 이상의 고온에서 형성시켰다. 그러나, 이런 경우, 글라스 기재의 표면 손상이 불가피하였다.

그러나, 본 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법에 의하면, 박막층(113)이 무기 산화물을 포함하고, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법에 의해 형성되는바, 1.58 이상의 굴절률과 2.5이상의 밀도의 박막층 (113)을 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 형성시킬 수 있고, 박막층(113)의 형성 온도 범위가 100℃ 내지 400℃인바, 글라스 기재(111)의 표면이 손상되는 것을 막을 수 있으며, 다시 말해, 향상된 경도 및 박막층(113)과 글라스 기재(111)의 밀착력을 확보할 수 있다.

또한, 본 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법은, 글라스 기재(111)를 준비하는 단계(S100)와 박막층(113)을 형성하는 단계(S300) 사이에, 글라스 기재(111)가 포함하는 하나 이상의 이온을 하나 이상의 외부 이온으로 치환하는 단계를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 글라스 기재(111)가 포함하는 하나 이상의 이온을 하나 이상의 외부 이온으로 치환하는 단계는 글라스 기재(111)는 포함하고 있는 나트륨 이온이 그보다 반경 및 부피가 더 큰 칼륨 이온으로 치환되도록, 글라스 기재(111)를 KNO3 용액에 침적시키는 단계를 포함할 수 있다.

글라스 기재(111)를 KNO3 용액에 침적시키는 단계는, 예시적으로, 약 500도의 유리 전이온도(Tg) 부근까지 가열시킨 용융염(KNO3) 욕조속에 글라스 기재(111)를 5 ~ 6시간 동안 침적시킬 수 있다,

글라스 기재(111)가 KNO3 용액에 침적되면, 글라스 기재(111)의 표면 층에 위치하던 나트륨(Na+)이온과 나트륨 이온보다 이온 반경 및 부피가 더 큰 칼륨이온(k+)은 치환될 수 있다. 칼륨 이온이 나트륨 이온보다 이온 반경 및 부피가 더 큰바, 글라스 기재(111)의 표면의 체적 밀도는 증가하여 압축 응력 층이 형성될 수 있고, 이에 따라, 글라스 기재(111)는 강화될 수 있다.

이러한 이온 치환은 도 2를 참조하면, 글라스 기재(111)의 표면으로부터 일정 두께 범위(DOL(Depth of Layer))(a) 내에서 이루어질 수 있으며, 이온 치환이 이루어지는 두께 범위는 글라스 기재(111)의 강도가 향상되는 정도에 따라 결정될 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)는 치환되어 글라스 기재(111)에 위치하는 외부 이온이 글라스 기재(111)로부터 이탈되는 것이 방지되도록, 열처리될 수 있다.

예시적으로, 이러한 열처리는 KNO3 용액에 침적됨으로써, 나트륨 이온과 칼륨 이온이 치환된 글라스 기재(111)가 상술한 챔버(0)의 예열 구간을 통과함으로써 이루어질 수 있다. 또는, 글라스 기재(111)의 챔버(0)로의 잠입이 이루어지기 전에 글라스 기재(111)에 대한 별도의 열처리가 이루어질 수 있다.

무기 산화물로 박막층(113)을 형성할 때, Linear PECVD Reactor를 장착한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법(PECVD) 사용하여 적층하고, 형성되는 박막층(113)의 경도에 영향을 주는 박막층(113)의 밀도와 굴절률을 높이기 위하여 캐리어(지그)에 장착한 글라스 기재(111)를 챔버내에 설치된 Linear Heater를 사용하여 고온(300~400)으로 열처리하여 글라스 기재(111)에 충분한 표면활성화 에너지를 공급하고 PECVD 진공챔버의 진공도를 10-5 torr로 도달하게 한 후, 플라즈마(Plasma)형성을 위한 리액션(Activation)가스로 아르곤(Ar)을 주입하고 플라즈마를 발생(Ignition) 시킨다.

이후, 전구체(Precursor) 가스가 자동 가스 투입 장치인 MFC(mass Flow Controller)에 의하여 진공챔버의 내부로 기화되어 공급되고 그 후, 반응성 가스(Reaction gas)인 O2가 MFC를 통해 주입되어 글라스 기재(111) 상에 상변이를 유도한다. 이때, 반응성 가스는, 전구체와의 화학양론적 반응량이 계산되어 최상의 분자결합(Al:O = 40:60 wt%)이 이루어질 수 있도록, 박막층(113) 형성 조건 및 환경에 맞게 최적화하여 미리 설정된 가스량으로 주입될 수 있다.

또한, 대면적 선형HD-PECVD Reactor에 인가해주는 파워는, 40kHz (MF: Middle Frequency)의 AC발진기를 사용하여 인가한다. 또한, 파워는, 전구체를 해리(Dissociation)시키고 해리된 래디칼(Radical)들을 재결합(Recombination)시킬 수 있도록 최적화한 미리 설정된 전력값을 인가할 수 있다. 이러한 미리 설정된 전력값은 해당 박막층(113)의 원하는 형성 조건 및 환경에 맞추어 반복적인 경험을 통해 수득된 값으로 설정할 수 있다.

박막층(113)이 형성될 때, 적층되는 입자들의 조밀한 그래인 바운드리(grain boundary)구조로 박막층(113)의 밀도를 높이기 위해 진공 챔버 내에 발생된 이온들의 포격(bombardment)을 유도해 해결할 수 있는데, 이 방법으로 DC 파워 이온 봄바더(DC Power Ion Bombarder)를 사용하여 글라스 기재(111) 표면에 활성화 에너지를 공급할 수 있다. DC Power Ion Bombarder의 내부에 설치된 자석에 의해 균일한 자장이 형성되고 DC Power에 의한 전장 효과로 이온화된 Ar+이온이 적층되는 입자들을 포격하여, 박막층(113)이 형성되는 글라스 기재(111)의 표면 상에 에너지를 공급함으로써 안정된 막 구조를 형성하는데 도움을 줄 수 있다.

표면활성화 에너지를 공급하여 박막의 밀도와 굴절률을 높일 수 있는 또 다른 방법으로는, 대면적 선형HD-PECVD Reactor에 의해 형성된 자기장 속에 서브 바이어스(Bias)를 걸어 진공 챔버 내부에 발생된 플라즈마 이온들의 방향을 진공 챔버 내부에 배치된 글라스 기재(111) 쪽으로 집속하는 방법이 있다.

박막층(113)의 형성을 위해, PECVD 진공챔버의 진공도는 10-5 torr로 형성될 수 있다. 또한, 플라즈마(Plasma)형성을 위한 리액션(Activation)가스로 아르곤(Ar)이 주입되어 플라즈마를 발생(Ignition) 시킬 수 있다. 이 후, 전구체(Precursor) 가스가 자동 가스 투입 장치인 MFC(mass Flow Controller)에 의하여 진공챔버의 내부로 기화되어 공급될 수 있다. 그 후, 반응성 가스(Reaction gas)인 O2 가 MFC로 이용되어 주입되어, 하여 글라스 기재(111) 상에 상변이를 유도할 수 있다. 이때, 반응성 가스는, 전구체와의 화학양론적 반응량이 계산되어 최상의 분자결합이 이루어질 수 있도록 하는 최적화된 가스량으로 주입될 수 있다.

또한, 대면적 선형 PECVD Reactor에 인가해주는 파워는, 40kHz (MF: Middle Frequency)의 AC 발전기일 수 있다. 또한, 파워는, 전구체를 해리(Dissociation)시키고 해리된 래디칼(Radical)들을 재결합(Recombination)시킬 수 있는 최적의 전력값을 인가할 수 있으며, 최적의 전력값은 반복된 경험을 통해 수득된 값일 수 있다.

예시적으로, 박막층(113)은 TMA(Tri-Methyl-Aluminium) 전구체를 사용한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다.

TMA 전구체는 분자식이 C3H9Al로서, 알루미늄이 메틸기(-CH3) 3개와 연결되어 있다. 이와 같은 TMA 전구체는 알루미늄 화합물 중 비교적 증기압과 끓는점이 낮은 편이며, 플라즈마에 의해 쉽게 해리되어, 알루미나를 포함하는 박막층(113)이 보다 쉽게 형성되도록 할 수 있다.

보다 구체적으로, TMA 전구체는 플라즈마에 의해 해리되어 탄화수소(hydrocarbon)를 남기고, 이온화된 Al 이온은 반응성 가스로 주입한 산소와 이온 결합됨으로써, 알루미나를 포함하는 하박막층(113)이 글라스 기재(111) 상에 형성될 수 있다.

다만, 이에만 한정되는 것은 아니고, 박막층(113)은 ATI(Aluminium-Tri-Isopropoxide) 전구체, TIA(Tri-Isobutyl-Aluminium) 전구체, TSBA(Aluminium-s-butoxide) 전구체, TIPA(Aluminium-i-propoxide) 전구체 등을 사용한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다.

또한, 박막층(113)을 형성하는 단계에서, 플라즈마-강화 화학 기상 증착법은 초기 진공도를 유지하며 수행될 수 있다.

플라즈마-강화 화학 기상 증착법은 균일하고 치밀한 최적의 박막층(113)을 형성시키기 위해, 주입되는 전구체 양에 최적화된 플라즈마 발생 소스에 인가하는 전력값, 이에 적합한 활성화 가스량, 반응성 가스량, 전구체가 원활하게 흐를 수 있도록 하는 최적의 환경조건 등이 구비된 최상의 조건에서 최적의 작업 진공도를 유지하며 수행될 수 있다.

보다 구체적으로, 모든 가스(예를 들어, 활성화 가스, 반응성 가스 등)들을 주입하고 플라즈마 발생 소스에 전력을 인가하여 플라즈마가 활성화되는 공정에서, 박막층(113)의 특성이 충분히 충족될 수 있는 Mean Free Path를 가질 수 있는 작업 진공도(Working Pressure)를 유지하기 위한 초기 진공도(base Pressure)를 유지할 수 있다.

예를 들어, 플라즈마-강화 화학 기상 증착법은 초기 진공도를 10-5 torr로 하여 수행될 수 있다.

또한, 반복된 경험으로 얻은 최적화된 DDR(Dynamic Deposition Rate)을 구현하기 위해, 가스 캐비닛과 가스 유량계를 통해 전구체를 조절된 증기압으로 반응기 내로 주입하고, 인가된 파워와 주입된 전구체 양에 최적화된 반응성 가스량, 활성화 가스 등을 가스 유량계로 조절하여 공급할 수 있다. 이 때, 공급되는 가스의 종류는 형성되는 박막층(113)이 포함하는 재질에 따라 결정될 수 있다.

이 후, 발생된 플라즈마의 전자충돌에 의해 전구체가 해리(Discharge)되고, 해리된 전구체가 반응성 가스들과 중합과정의 화학반응을 거침으로써, 기재(10) 상에 하드박막(30)이 형성될 수 있다. 이 때, 하드박막(30)은 최대 약 100 nm/min의 증착속도(DDR-Dynamic Deposition Rate)로 형성될 수 있다.

또한, 공정 중에 글라스 기재(111) 표면을 직접 가열함으로써, 형성되는 박막층(113)의 입자들의 활성화 에너지를 추가로 공급할 수 있다. 또한, 플라즈마 반응을 야기하는 활성화 가스, 반응성 가스 및 반응 전구체 가스를 글라스 기재(111)의 표면에 균일하게 배분할 수 있는 매니폴드(Manifolder)를 설계함으로써, 박막층(113)의 균일성을 향상시킬 수 있다.

형성된 박막층(113)의 표면경도는, 최상의 분자결합을 이루는 조건에서도, 적층되는 그래인 사이즈(grain size)에 의해 박막층(113)의 상부를 형성하는 표면 거칠기(Roughness)에 의해서도 크게 좌우된다. 즉, 박막층(113)의 표면 거칠기가 클수록 동일한 두께와 박막밀도, 굴절률을 가지는 조건에서 표면경도가 낮게 측정되는 것을 알 수 있었다. 이를 테면 PECVD법으로 Al2O3 박막층(113)을 형성 할 때, PECVD Reactor에 인가하는 AC 파워값과 주입되는 TMA Precursor 량, 이와 반응하는 O2 분압, DC Power Ion Bombarder의 DC 파워값, 서브 바이어스에 걸어주는 전압(Voltage)등에 민감한 상관관계가 있음을 실험을 통해서 알 수 있었고 이들 각각의 인자들의 미세한 변화에도 표면 거칠기가 0.5um~2.5um까지 변하는 것을 확인하였다.

박막층(113)의 굴절률은 가시광선 파장 550 nm 영역에서 1.5 내지 2.5일 수 있다.

또한, 박막층(113)을 형성하는 단계(S300)에서, 박막층(113)은 0.1 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 글라스 기재(111)는 50 ㎛ 이상 2000 ㎛ 이하의 두께를가질 수 있다.

또한, 본 박판 글라스(100) 제조 방법은, 박막층(113)을 형성하는 단계(S300) 이후에, 글라스 기재(111)의 일면 상 또는 양면 상에 지문 방지 코팅층(115)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

지문 방지 코팅층(115)은, 전자빔 증착법(E-Beam Evaporator)에 의해 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예시적으로, 진공증착(E-Beam Evaporator, Sputtering등), 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이 코팅 등을 통해 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 지문 방지 코팅층(115)을 형성하는 단계는, 박막층(113)이 형성된 글라스 기재(111)를 캐리어에 잠입하고, 전기열선이 연결된 보트에 초발수 및 플로린 화합물 약품을 담아 챔버의 초기 진공도(Base Pressure)가 6.0 x 10-4 torr에 도달하도록 펌핑을 진행하며, 잠입된 글라스 기재(111)와 증발원까지의 거리를 850로 설정하고, 균일한 코팅이 이루어지도록, 캐리어가 장착된 돔을 15rpm속도로 회전시킬 수 있다.

또한, 지문 방지 코팅층(115)의 밀착력과 내구성 향상을 위한 높은 밀도를 위하여 Ion Gun을 사용하여 O2를 주입하면서 작업 진공도가 4.0 x 10-4 torr를 유지하고, Ion Beam을 Assist하면서 글라스 기재(111)에 빔을 조사할 수 있다.

또한, 본 박판 글라스(100) 제조 방법은, 박막층(113)을 형성하는 단계(S300) 이후에, 글라스 기재(111)의 일면 상 또는 양면 상에 반사 방지 층(117)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

반사 방지 층(117)은 고 굴절 박막과 저 굴절 박막이 교대로 적층됨으로써 구현될 수 있다. 예시적으로, 반사 방지 층(117)은, 대면적 선형 PECVD Reactor를 장착한 HD-PECVD법에 의해 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 반사 방지 층(117)은, 광학적 설계프로그램 (Macleod)으로 디자인하여 HD-PECVD Reactor를 장착한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법을 통해 형성할 수 있다. 또한, 반사 방지 층(117)는, 반사율이 낮아지도록, 고 굴절 박막과 저 굴절박막은 4층 내지 8층까지 교대로 적층됨으로써 형성될 수 있다.

참고로, 반사 방지 층(117)을 형성하는 단계는, 지문 방지 코팅층(115)을 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다.

고 굴절 박막은, Ti2Cl4(Titaiumterachloride) 전구체를 사용한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, TTIP 전구체, TEMA전구체, TDMAT전구체, TDEAT전구체 등을 사용한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다.

또한, 저 굴절 박막은 TMDSO(Tetramethyldisiloxane) 전구체를 사용한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 저 굴절 박막은, HMDSO 전구체, SiH4 등을 사용한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있으며, 고 굴절 박막을 형성하는 공정에 대하여 전구체의 종류를 제외하고는 같은 기술 구성에 의해 형성될 수 있다.

다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 반사 방지 층(117)는, 예시적으로, 진공증착(E-Beam Evaporator, Sputtering등), 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이 코팅 등에 의해 형성될 수 있다.

이하에서는, 실시예를 통해 본원에 의한 효과를 구체적으로 확인한다. 다만, 본원이 이하의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

대면적 선형 PECVD Reactor를 장착한 진공 코팅 챔버에 2 mm 두께의 글라스 기재(111)를 잠입하고, 글라스 기재(111)의 일면 상에 박막층(113)을 형성하였다.

박막층(113)의 형성을 위해, PECVD 진공챔버의 진공도를 10-5 torr로 형성한 후, 플라즈마(Plasma)형성을 위해 리액션(Activation)가스로 아르곤(Ar)을 주입하여 플라즈마를 발생(Ignition) 시켰다. 이 후, 전구체(Precursor) 가스를 자동 가스 투입 장치인 MFC(mass Flow Controller)를 이용하여 진공챔버의 내부로 기화시켜 공급한다. 그 후, 반응성 가스(Reaction gas)인 O2를 MFC를 이용하여 전구체와 화학양론적 반응량을 계산하여 최상의 분자결합이 이루어질 수 있도록 하는 최적화된 가스량으로 주입하여 글라스 기재(111) 상에 상변이를 유도함으로써, 약 1.67의 굴절률을 가진 600 nm 두께의 Al2O3 박막층(113)을 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

이 때, 대면적 선형 PECVD Reactor에 인가해주는 파워는, 40kHz (MF: Middle Frequency)의 AC 발전기를 사용하여, 전구체를 해리(Dissociation)시키고 해리된 래디칼(Radical)들을 재결합(Recombination)시킬 수 있는 최적의 전력값을 반복된 경험을 통해 수득하여 인가하였다.

Al2O3 박막층(113)의 두께변화에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 투과율, 색상값(L, a*, b*), 연필경도특성 및 내스크래치 특성의 차이를 조사하기 위해, 박막층(113)의 두께를 약 300 nm로 형성한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

Al2O3 박막층(113)의 두께변화에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 투과율, 색상값(L, a*, b*), 연필경도특성 및 내스크래치 특성의 차이를 조사하기 위해, 박막층(113)의 두께를 약 200 nm로 형성한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

Al2O3 박막층(113)의 두께변화에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 투과율, 색상값(L, a*, b*), 연필경도특성 및 내스크래치 특성의 차이를 조사하기 위해, 박막층(113)의 두께를 약 100 nm로 형성한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

[비교예 1]

박막층(113)의 하드니스(Hardness)를 결정하는 요소로는 박막층(113)의 두께, 박막층(113)을 이루는 분자들 간의 결합에너지(Bond Energy), 및 분자들 간의 결합거리(bond Distance)를 들 수 있다. 특히, 분자들 간의 결합에너지(Bond Energy)와 분자들 간의 결합거리(bond Distance)는 하드박막의 밀도, 및 광학적인 굴절률과 연관되는 요소로 추측되고 있다.

통상적으로, 박막층(113)의 밀도의 차이와 미세한 굴절률의 차이의 원인은 박막층(113)의 형성공정(Deposition Process)을 비교함으로써 찾아낼 수 있다. 본원에서는, Ion Gun이 Assist 되는 전자빔 증착공정(Electorn Beam Deposition Process)을 통한 박막층(113)의 형성 공정과, 본 박판 글라스 제조 방법에 사용되는 PECVD를 통한 박막층(113)의 형성 공정(PECVD Process )과의 비교를 진행하기 위해, E/Beam 증착챔버에, 기재로 125 um 두께의 투명 Bare PET 필름을 잠입하고, 이 기재의 일면에 Al2O3 를 포함하는 박막층(113)을 형성하였으며, 박막층(113)의 두께변화에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 투과율, 색상값(L, a*, b*), 연필경도특성 및 내스크래치 특성의 차이를 비교하였다.

E/Beam 증착챔버의 진공도를 6.0 x 10-6 torr로 형성한 후, Ion Gun을 글라스 기재(111)에 조사하면서, 전자빔 도가니에 잠입된 Al2O3 증착약품을 전자빔으로 조사하여 녹임으로써 이를 기상시킴과 동시에, O2 가스를 주입하여 산화물 반응도를 높여 주었다. 이 후, 하드박막이 형성되는 작업진공도를 2.0 x 10-4 torr 로 유지 시켰다. 이를 통해, Al2O3로 이루어지며 두께가 600 nm인 박막층(113)이 형성된 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

[비교예 2]

Al2O3를 포함하는 박막층(113)의 두께변화에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100) 투과율, 색상값(L, a*, b*), 연필경도특성 및 내스크래치 특성의 차이를 조사하기 위해, 박막층(113)의 두께를 약 300 nm로 형성한 것을 제외하고, 전술한 비교예 1과 동일한 방법으로 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

[비교예 3]

Al2O3를 포함하는 박막층(113)의 두께변화에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100) 투과율, 색상값(L, a*, b*), 연필경도특성 및 내스크래치 특성의 차이를 조사하기 위해, 박막층(113)의 두께를 약 200 nm로 형성한 것을 제외하고, 전술한 비교예 1과 동일한 방법으로 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

[비교예 4]

Al2O3를 포함하는 박막층(113)의 두께변화에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100) 투과율, 색상값(L, a*, b*), 연필경도특성 및 내스크래치 특성의 차이를 조사하기 위해, 박막층(113)의 두께를 약 100 nm로 형성한 것을 제외하고, 전술한 비교예 1과 동일한 방법으로 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 실시예 4와, 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 투과율, 색상값(L, a*, b*)의 결과값은 아래의 표 1과 같다.

또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 4와, 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 연필경도특성, 내스크래치 특성의 결과값은 아래의 표 2와 같다.

< 박막층의 두께 측정방법 >

본원의 실시예 1 내지 실시예 4, 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 형성되는 Al2O3 박막층(113) 의 두께 및 굴절률은 엘립소테크사의 타원분광 해석기(Spectroscopic Ellipsometer - ELLi-SE)를 사용하여 측정하였다.

< 가시광선 평균투과율 및 색상값 측정방법 >

본원의 실시예 1 내지 실시예 4, 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 형성되는 Al2O3 박막층(113)의 가시광선 영역의 평균 투과율은 히타치사의 U430 분광 광도계(Spectrophotometer)를 사용하여 측정하였으며, 색상값(색좌표값)은 CIE 색좌표 측정법과 D 75 광학소스를 사용하여 측정하였다.

< 연필경도 측정방법 >

고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 150 mm x 100 mm의 크기로 샘플을 만들고, JIS K 5600-5-4 기준의 연필경도 시험 규정에 준하여, 하중 750 g 에서 연필경도를 5회 측정하여 가장 낮은 값을 선택하여 계측하였다. 연필은 미츠비시 연필주식회사 제조한 연필 스크래치 시험용을 사용하였다. 연필경도에서 H, F, B 의 기호는 경도와 농도를 나타내는 것으로서 각각 hard, firm, black의 머리글자이고, 높은 숫자의 H심일수록 딱딱하며, 높은 숫자의 B심일수록 부드럽다. 즉, 9H가 제일 높은 경도이며, 8H, 7H, 6H, 5H, 4H, 3H, 2H, H, F, B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B, 9B 로 갈수록 낮은 경도를 의미한다.

< 내스크래치성 - 내찰상성 측정방법 >

고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 200 mm x 200 mm의 크기로 샘플을 만들고, 직경 25 mm 의 원주의 평탄한 면에 스틸울 #0000번을 균일하게 접착시킨 후, 하중 1.0 Kg으로 시료표면을 매초 약 100 mm의 속도로 30회 왕복한 다음, 시료 표면에 발생된 흠집의 개수를 육안으로 세어, 흠집의 개수가 10 개 이하(Ⅰ), 흠집의 개수가 11 개 이상 29 개 이하(Ⅱ), 흠집의 개수가 30 개 이상(Ⅲ)으로 분류하였다.

상기 실시예 1 내지 실시예 4와, 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 투과율, 색상값(L, a*, b*)의 비교한 표 1의 결과를 정리하면 다음과 같다.

먼저, 실시예 1 내지 실시예 4를 서로 비교해보면, Al2O3 박막층(113)은 비교적 가장 얇은 두께인 100 nm일 때, 가장 높은 평균 투과율을 보임을 확인할 수 있다. 또한, Al2O3 박막층(113)의 두께가 두꺼워질수록 투과착색(황색)을 나타내는 b*값이 상대적으로 높아짐을 확인할 수 있다. 즉, PECVD 공정을 통한 박막층(113)의 형성 시, 광학적 투명성을 확보하기 위해서는, Al2O3 박막층(113)의 두께를 얇게 형성함이 바람직하다.

다음으로, 비교예 1 내지 비교예 4를 서로 비교해보면, Al2O3 박막층(113)의 두께가 100 nm일 때, 가장 높은 평균 투과율을 보임을 확인할 수 있다. 또한, Al2O3 박막층(113)은 두께가 두꺼워질수록 투과율값이 상대적으로 낮아짐을 확인할 수 있다.

실시예 1 내지 실시예 4와, 비교예 1 내지 비교예 4를 동일한 두께를 갖는 예시끼리 서로 비교해보면, 전자빔 증착공정을 통해 박막층(113)을 형성한 비교예에 비해, PECVD 공정을 통해 박막층(113)을 형성한 실시예가 비교적 평균 투과율이 높고, b*값이 낮음을 확인할 수 있다. 결과적으로, PECVD 공정을 통해 박막층(113)을 형성함으로써, 고투과율을 가지며 b*값이 낮은 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

상기 실시예 1 내지 실시예 4와, 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)의 연필경도 및 내스크래치 측정값을 비교한 표 2의 결과를 정리하면 다음과 같다.

먼저, 실시예 1 내지 실시예 4를 서로 비교해보면, Al2O3 박막층(113)의 두께가 두꺼워질수록 표면경도가 크고 내스크래치성이 우수함을 확인할 수 있다.

다음으로, 실시예 1 내지 실시예 4와, 비교예 1 내지 비교예 4를 동일한 두께를 갖는 예시끼리 서로 비교해보면, 전자빔 증착공정을 통해 박막층(113)을 형성한 비교예에 비해, PECVD 공정을 통해 박막층(113)을 형성한 실시예가 비교적으로 표면경도가 크고, 내스크래치성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, PECVD 공정을 통해 박막층(113)을 형성함으로써, 고경도와 우수한 상품성을 갖는 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

종래에는, 고가의 알루미노실리카(Alumino-silcate)나 소다라임(Soda-lime) 글라스를 사용하여 터치패널용 Cover 글라스를 생산하였는데, 제조공정에 있어서, 비 효율적인 공정 과정이 진행되었고, 이로 인해 전체 공정의 수율이 떨어졌으며, 제조원가의 상승에 악영향을 주었다.

그러나, 상술한, 본 박판 글라스 제조 방법에 의하면, 화학적 강화 처리를 글라스 기재(111)에 박막층(113)을 형성하는 공정으로 대체할 수 있어, 불량율 감소로 인한 수율 향상 및 생산량 증대를 획기적으로 기대할 수 있다.

이하에서는, 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스(이하 '본 박판 도전성 글라스'라 함)에 대해 설명한다. 다만, 앞서 살핀 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.

도 4는 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 박판 도전성 글라스(1000)은, 상술한 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스 및 투명 도전층(300)을 포함한다.

투명 도전층(300)은 글라스 기재(111)의 타면 상에 형성된다.

예시적으로, 상술한 고경도 박막형 투명 박판 글라스(100)를 스파터 챔버에 잠입한 후, RF 마그레트론 스파터링을 통해 투명 도전층(300)을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 일산화 주석 5 중량 %를 함유한 95 중량 %, 산화인듐 소결체를사용하고, 챔버 초기 진공도는 4.0 x 10-6 torr 로 유지하며, 아르곤 가스분압 80 % 및 산소 가스분압 20%를 주입하여 4.0 x 10-3 torr인 진공분위기에서 굴절률 2.05를 가진 도전층을 형성할 수 있다.

또한, 예시적으로, 투명 도전층(300)은 산화 인듐 주석(ITO), 산화 안티몬 주석(ATO), 산화 갈륨 아연(GZO), 산화 알루미늄 아연 (AZO), 산화 인듐 아연(IZO), 도전성 고분자, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군에서 1종 이상의 물질을 포함하거나, 메탈메쉬 및 실버나노와이어 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 예를 들면, 투명 도전층(300)은 ITO로 이루어질 수 있다. 또는, 투명 도전층(300)은 메탈메쉬 구조로 구비될 수 있다. 또는, 투명 도전층(300)은 실버나노와이어가 분산된 레이어의 형태로 구비될 수도 있다.

또한, 투명 도전층(300)이 산화 인듐 주석을 포함하는 경우, 투명 도전층(300)은 15 nm 내지 80 nm의 두께를 가질 수 있다.

이하에서는, 본원의 일 실시예에 따른 터치 패널(이하 '본 터치 패널'이라 함)에 대해 설명한다. 다만, 앞서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.

본 터치 패널은 상술한 본원의 일 실시예에 따른 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스(1000)를 포함한다.

예시적으로, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스(1000)는 본 터치 패널의 패널판으로 적용될 수 있다. 또한, 본 터치 패널은 정정용량 방식의 터치 패널일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 저항막 방식의 터치 패널 등일 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 고경도 박막형 투명 박판 글라스 111: 글라스 기재
113: 박막층 115: 지문 방지 코팅층
117: 반사 방지 층 300: 투명 도전층
1000: 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스

Claims (20)

1. 디스플레이 소자에 포함되는 투명도전층이 형성될 고경도 박막형 투명 박판 글라스에 있어서,
   글라스 기재; 및
   상기 투명도전층이 형성될 상기 글라스 기재의 일 면과 마주하는 타 면에 형성되며, 알루미나(alumina, Al2O3)를 포함하는 박막층을 포함하되,
   상기 박막층은 열처리를 통해 상기 글라스 기재의 표면 상에 에너지가 공급된 후, 플라즈마-강화 화학 기상 증착법(PECVD)에 의해 상기 글라스 기재의 일면 상에 형성되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 박막층은, 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 형성되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 글라스 기재는, 포함하고 있던 하나 이상의 이온이 하나 이상의 외부 이온으로 치환된 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스.
5. 제4항에 있어서,
   상기 글라스 기재는, 나트륨 이온이 칼륨 이온으로 치환된 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스.
6. 제4항에 있어서,
   상기 글라스 기재는, 치환되어 상기 글라스 기재에 위치하는 상기 외부 이온이 상기 글라스 기재로부터 이탈되는 것이 방지되도록, 열 처리된 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스.
7. 제1항에 있어서,
   상기 글라스 기재의 일면 상 또는 양면 상에 형성되는 지문 방지 코팅층을 더 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스.
8. 제1항에 있어서,
   상기 글라스 기재의 일면 상 또는 양면 상에 형성되는 반사 방지 코팅층을 더 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스.
9. 디스플레이 소자에 포함되는 투명도전층이 형성될 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법에 있어서,
   글라스 기재를 준비하는 단계; 및
   열처리를 통해 상기 글라스 기재의 표면 상에 에너지를 공급하는 단계; 및
   상기 투명도전층이 형성될 상기 글라스 기재의 일 면과 마주하는 타 면 상에 알루미나(alumina, Al2O3)를 포함하는 박막층을 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 박막층을 형성하는 단계에서,
   상기 박막층은 플라즈마 강화 화학 기상 증착법에 의해 형성되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계에서,
    상기 박막층은 TMA(Tri-Methyl-Aluminium) 전구체를 사용한 플라즈마-강화 화학 기상 증착법에 의해 형성되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계는,
    상기 글라스 기재에 박막층을 형성하는 단계; 및
    상기 박막층이 형성된 글라스 기재에 열을 가하는 단계를 포함하되,
    상기 글라스 기재를 예열하는 단계, 상기 글라스 기재에 박막층을 형성하는 단계 및 상기 박막층이 형성된 글라스 기재에 열을 가하는 단계를 한번 이상 반복하는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
12. 제9항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계는,
    100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
13. 제9항에 있어서,
    상기 글라스 기재를 준비하는 단계와 상기 박막층을 형성하는 단계 사이에,
    상기 글라스 기재가 포함하는 하나 이상의 이온을 하나 이상의 외부 이온으로 치환하는 단계를 더 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
14. 제9항에 있어서,
    상기 글라스 기재가 포함하는 하나 이상의 이온을 하나 이상의 외부 이온으로 치환하는 단계는, 상기 글라스 기재의 나트륨 이온이 칼륨 이온으로 치환되도록, 상기 글라스 기재를 KNO3 용액에 침적시키는 단계를 포함하는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
15. 제9항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 글라스 기재의 일면 상 또는 양면 상에 지문 방지 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
16. 제9항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 글라스 기재의 일면 상 또는 양면 상에 반사 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
17. 제9항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계에서,
    상기 플라즈마 강화 화학 기상 증착법에 의해, DC 파워 이온 봄바더에 의해 상기 글라스 기재의 표면 상에 활성화 에너지를 공급함으로써, 상기 박막층이 높은 밀도로 형성되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 활성화 에너지는, 상기 DC 파워 이온 봄바더의 내부에 설치된 자석에 의해 균일한 자장이 형성되고, DC 파워에 의한 전장 효과로 이온화된 이온이 상기 박막층을 형성하기 위해 상기 글라스 기재 상에 적층되는 입자들을 포격함으로써, 상기 박막층이 형성되는 글라스 기재의 표면 상에 공급되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
19. 제9항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계에서,
    상기 플라즈마 강화 화학 기상 증착법에 의해, 대면적 선형HD-PECVD Reactor에 의해 형성된 자기장 속에 서브 바이어스(Bias)를 걸어, 진공 챔버 내부에 발생된 플라즈마 이온들의 방향을 상기 진공 챔버 내부에 배치된 글라스 기재 쪽으로 집속함으로써, 상기 박막층이 높은 밀도로 형성되는 것인 고경도 박막형 투명 박판 글라스 제조 방법.
20. 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스에 있어서,
    제1 항에 따른 고경도 박막형 투명 박판 글라스; 및
    상기 글라스 기재의 타면 상에 형성되는 투명 도전층을 포함하는 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스.

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