KR102263657B1 - 초박형 글라스 및 이의 제조 방법 - Google Patents

초박형 글라스 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR102263657B1
KR102263657B1 KR1020200061813A KR20200061813A KR102263657B1 KR 102263657 B1 KR102263657 B1 KR 102263657B1 KR 1020200061813 A KR1020200061813 A KR 1020200061813A KR 20200061813 A KR20200061813 A KR 20200061813A KR 102263657 B1 KR102263657 B1 KR 102263657B1
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박승준
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

두께 (t)를 가지는 초박형 글라스에 있어서, 제1 표면은 t=0 인 지점(t0)으로 정의하고, 제2 표면은 t=t인 지점(tt)으로 정의할 때, t0 내지 tt의 사이에서 포타슘(Potassium; K+)이온의 농도가 최대인 지점(tKmax)이 하기 식 1 및 식 2 중 적어도 하나 이상을 만족하며, 상기 초박형 글라스의 굴곡반경은 26·t 미만인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
[식 1]
t0 < tKmax ≤ 0.5·tt
[식 2]
0.5·tt ≤ tKmax < tt

Description

초박형 글라스 및 이의 제조 방법{Ultra-thin glass and manufacturing method thereof}
본 발명은 내굴곡성이 향상된 초박형 글라스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
플렉서블(flexible) 디스플레이는 휘거나 접을 수 있는 디스플레이로서, 다양한 기술 및 특허가 제안되고 있다. 디스플레이를 접을 수 있는 형태로 설계할 경우 펼치면 태블릿, 접으면 스마트폰으로 쓸 수 있도록 하여 서로 다른 사이즈의 디스플레이를 하나의 제품으로 사용이 가능하며, 작은 크기의 스마트폰 보다는 태블릿이나 TV처럼 더 큰 사이즈의 기기들의 경우 접어서 휴대하고 다닐 수 있다면 편리함이 배가될 수 있다.
통상 디스플레이의 경우 최외부에 디스플레이의 보호를 위해 유리 재질의 커버 윈도우를 구비한다. 그러나 통상의 유리재질의 경우 폴더블 디스플레이에 적용이 불가능하며, 따라서, 폴더블 디스플레이 등에 적용될 수 있는 내굴곡 특성을 갖는 유리 재질의 소재 개발이 필수적이다.
일반적으로, 화학강화유리는 표면층에서 일정 깊이(강화깊이: Depth Of Layer; DOL)까지 존재하는 이온반경이 작은 리튬(Li), 나트륨(Na), 등의 알칼리성 이온을 상대적으로 이온반경이 큰 포타슘(K+)이온으로 치환하여 줌으로써 표면에 표면응력 (또는 압축응력(Compressive Stress; CS))을 발생하게 한 제품이다. 이 표면층의 압축응력으로 인해 충격에 따른 스트레스가 내부로 전파되는 것을 방지하는 메커니즘으로 화학강화 효과가 발현된다.
DOL는 화학강화유리 내의 응력이 압축에서 인장응력으로 변하는 깊이를 지칭한다. DOL에서, 응력은 압축응력에서 인장응력으로 교차하고, 따라서 압축 응력과 인장 응력의 균형으로 형상을 유지한다.
내부응력(CT)은 화학강화유리의 압축응력(CS), 강화깊이(DOL), 유리의 두께(t)로부터 하기 일반식에 의하여 계산된다.
<일반식>
CT= (CS x DOL) / (t - 2 x DOL)
당 업계에서 통상적으로 사용되는 협약에 따르면, 특별히 언급되지 않으면, 압축은 음의(< 0) 응력으로 표현되고, 인장은 양의(> 0) 응력으로 표현된다. 그러나, 본 명세서 전체를 통해, 압축응력(CS)에 관하여 말할 때, 이것은 양의 또는 음의 값에 관계없이 주어지며, 즉, 여기에 기재된 바와 같이, CS = |CS|이다.
CS 및 포타슘(K+)이온의 침투 깊이(DOL)는 당업계에서 공지된 수단을 사용하여 측정될 수 있으나, 100㎛ 이하의 초박형 유리에서는 표면응력계로의 측정이 어렵고, 측정이 되더라도 신뢰성이 낮음으로 본 발명에서는 EDS(에너지분산형 분광기) 또는 EPMA(전자탐지형 미소 분석기)를 사용하여 평가를 실시하였다.
한편, 등록특허 제10-1684344호는 2R의 곡률 반경까지 구부릴 수 있는 유리의 굴곡 강도를 향상시키는 방법을 개시하고 있으나, 최대 곡률 반경이 2R이며, 다수의 제조 공정을 포함하고 있어, 공정의 경제성의 측면에서 불이익한 면이 있다.
등록특허 제10-1684344호
본 발명은, 내굴곡성이 향상된 초박형 글라스를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 내굴곡성이 향상된 초박형 글라스의 제조 공정의 경제성을 향상시키는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명은, 두께 (t)를 가지는 초박형 글라스에 있어서, 제1 표면은 t=0 인 지점(t0)으로 정의하고, 제2 표면은 t=t인 지점(tt)으로 정의할 때, t0 내지 tt의 사이에서 포타슘(Potassium; K+)이온의 농도가 최대인 지점(tKmax)이 하기 식 1 및 식 2 중 적어도 하나 이상을 만족하며, 상기 초박형 글라스의 굴곡반경은 26·t 미만인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스에 관한 것이다.
[식 1]
t0 < tKmax ≤ 0.5·tt
[식 2]
0.5·tt ≤ tKmax < tt
본 발명은, 그 제1 관점에 있어서, 상기 tKmax가 강화깊이의 2% 내지 30%의 깊이에 형성되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제2 관점에 있어서, 상기 강화깊이는 t0 < ts1 ≤ 0.5·tt을 만족하는 영역으로 정의되는 제1 강화영역(ts1) 및 0.5·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역으로 정의되는 제2 강화영역(ts2) 중 적어도 하나 이상의 영역을 포함하여 형성되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제3 관점에 있어서, 상기 제1 강화영역(ts1)은 t0 < ts1 ≤ 0.3·tt를 만족하는 영역으로 정의되며, 상기 제2 강화영역(ts2)은 0.7·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역으로 정의되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제4 관점에 있어서, 상기 초박형 글라스는 연마 전 초박형 글라스 표면에 대하여, t0 내지 0.05·tt에 포함되는 영역을 제거하여 형성되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제5 관점에 있어서, 0.95·tt 내지 tt에 포함되는 영역을 더 제거하여 형성되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제6 관점에 있어서, 상기 두께 (t)는 20㎛ 내지 100㎛인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제7 관점에 있어서, 상기 초박형 글라스는 파단강도가 1,200Mpa이상인 것일 수 있다.
본 발명은, (a) 초박형 글라스를 준비하는 단계; (b) 이온 치환 용액을 통해 화학 강화 하는 단계; 및 (c) 화학 연마 용액을 통해 화학 연마하는 단계를 포함하는 초박형 글라스 제조 방법으로, 상기 제조방법에 의해 제조된 두께(t)의 초박형 글라스의 굴곡반경이 26·t 미만인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 그 제8 관점에 있어서, 상기 (a) 초박형 글라스를 준비하는 단계는 식각액을 사용하여 글라스의 단면 또는 양면을 식각하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제9 관점에 있어서, 상기 (b) 화학 강화 하는 단계는 초박형 글라스를 이온 치환 용액에 침지 시키기 전, 승온시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제10 관점에 있어서, 상기 (c) 화학 연마하는 단계는 연마 후 초박형 글라스의 두께가 연마 전 초박형 글라스 두께의 90%이상 100%미만이 되도록 연마 하는 단계인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제11 관점에 있어서, 상기 이온 치환 용액은 질산칼륨(KNO3)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제12 관점에 있어서, 상기 화학 연마 용액은 불산(HF) 및 불화암모늄(NH4F) 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명 및 상기 제1 관점 내지 제12 관점에 의하면, 초박형 글라스의 내굴곡성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 초박형 글라스는 내굴곡성이 향상되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초박형 글라스의 제조 방법에 따르면, 종래의 초박형 글라스의 제조 방법 대비 내굴곡성이 향상된 초박형 글라스의 제조가 가능하다.
도 1은, 종래 화학강화유리의 응력 프로파일을 나타낸 도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 예인, 초박형 글라스의 응력 프로파일을 나타낸 도이다.
도 3은, 종래 화학강화유리 내부의 포타슘(K+) 이온의 농도 프로파일을 나타낸 도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 예로, 초박형 글라스의 내부 포타슘(K+)이온의 농도 프로파일을 나타낸 도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시 예로, 초박형 글라스의 내부 포타슘(K+)이온의 농도 프로파일을 나타낸 도이다.
도 6은 실시예 및 비교예의 굴곡반경을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예인, 초박형 글라스의 깊이 별 구성성분의 함유량을 나타낸 도이다.
도 8은 실시예 4 내지 7의 초박형 글라스의 Depth 별 포타슘 이온(K+)의 프로파일을 나타낸 도이다.
본 발명은 초박형 글라스에 함유되는 포타슘(K+)이온의 양, 및 강화 깊이 등에 따라, 내부응력, 표면응력(또는 압축응력) 등이 조절될 수 있으며, 이에 따라 초박형 글라스의 내굴곡성을 향상시킬 수 있음에 착안한 것으로, 내굴곡성이 향상되어 플렉서블 디스플레이에 적용 가능한 초박형 글라스 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은, 두께 (t)를 가지는 초박형 글라스에 있어서, 제1 표면은 t=0 인 지점(t0)으로 정의하고, 제2 표면은 t=t인 지점(tt)으로 정의할 때, t0 내지 tt의 사이에서 포타슘(Potassium; K+)이온의 농도가 최대인 지점(tKmax)이 t0 지점 및/또는 tt 지점을 제외한 글라스 내부에 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 포타슘(Potassium; K+)이온의 농도가 최대인 지점(tKmax)이 t0지점을 제외한, t0지점에 근접한 지점부터 0.5·tt 지점 사이의 영역에 있거나, 0.5·tt 지점부터 tt지점을 제외한, tt지점에 근접한 지점까지의 영역에 있도록 하는 초박형 글라스 및 이의 제조방법에 대한 것으로, 두께 (t)를 가지는 초박형 글라스의 굴곡반경이 26·t 미만인 것을 특징으로 하여, 내굴곡성이 극대화된 초박형 글라스를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 기술자가 발명의 구성을 명확히 이해하고 용이하게 재현할 수 있도록 하기 위하여, 본원 명세서 전반에 사용되는 '굴곡반경이 26t 미만인 것'의 의미를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
일 예로, 초박형 글라스의 두께를 50㎛라고 할 때, '굴곡반경이 26·t 미만'인 것의 의미는, 굴곡반경이 26 x 50㎛미만으로 형성되는 것을 의미한다.
즉, 굴곡반경이 1,300㎛(1.3mm)미만인 것으로, 이는 당업계에서 통상적으로 사용되는 표현인 1.3R과 동일한 의미로 해석될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 「초박형 글라스」, 「초박형 글라스의 제조 방법」으로 항목을 분류하여, 상세히 설명하기로 한다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하기 위한 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 명세서에서, "압축응력", "표면응력", 및 "CS"는 동일한 의미로 사용되며, "인장응력", "내부응력", 및 "CT"는 동일한 의미로 사용된다.
「초박형 글라스」
본 발명의 초박형 글라스는, 내굴곡성을 향상시키기 위한 것으로 포타슘(K+)이온을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명의 초박형 글라스는 포타슘(K+)이온의 농도가 다음 식 1 및 식 2 중 적어도 하나 이상을 만족함에 따라, 내굴곡성을 극대화 한 것으로, 굴곡반경이 26·t 미만인 것을 특징으로 한다.
[식 1]
t0 < tKmax ≤ 0.5·tt
[식 2]
0.5·tt ≤ tKmax < tt
상기 식 1 및 식 2에서, t는 초박형 글라스의 두께; t0는 t=0 인 지점으로 제1 표면; tt 는 t=t인 지점으로 제2 표면을 의미한다.
도 1은, 종래 화학강화유리의 응력 프로파일을 나타낸 도이다.
또한, 도 3은, 종래 화학강화유리 내부의 포타슘(K+)이온의 농도 프로파일을 나타낸 도이다.
도 3을 참조하면, 종래 화학강화유리를 화학강화에 의해 포타슘(K+)이온을 주입할 경우, 최외각 영역의 포타슘(K+)이온의 함유량이 가장 많으며, 내부로 갈수록 포타슘(K+)이온의 함유량이 점차 감소하게 된다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 응력 프로파일이 내부로 들어갈수록, 압축응력의 크기는 감소하고, DOL를 기준으로, 압축응력은 인장응력으로 교차되며, 인장응력의 크기가 증가하게 된다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 예인, 초박형 글라스의 응력 프로파일을 나타낸 도이다.
또한, 도 4는, 본 발명의 일 실시 예로, 초박형 글라스의 내부 포타슘(K+)이온의 농도 프로파일을 나타낸 도이다.
또한, 도 5는, 본 발명의 다른 일 실시 예로, 초박형 글라스의 내부 포타슘 이온(K+)의 농도 프로파일을 나타낸 도이다.
도 4 및 도5를 참조하면, 본 발명의 초박형 글라스는, 두께(t)를 가지며, 상기 두께(t)는 제1 표면과 제2 표면에 의해 한정된다. 제1 표면은 t=0인 영역을 의미하며, 제2 표면은 t=t인 영역으로 정의된다.
상기 초박형 글라스는 이온 교환에 의해 화학적으로 강화되어 포타슘(K+)이온을 함유하는 강화영역을 포함하며, 본 명세서에서 강화깊이(Depth of Layer)는 상기 강화영역이 형성된 지점까지의 깊이를 의미하는 것으로, 후술되는 제1 강화영역과 제2 강화영역 중 적어도 하나 이상의 영역을 포함하여 형성되는 것일 수 있다. 도 4 및 도 5는 제1 강화영역과 제2 강화영역을 모두 포함하는 것을 나타낸다.
상기 제1 강화영역 (ts1)은 t0 < ts1 ≤ 0.5·tt를 만족하는 영역, 바람직하게는 t0 < ts1 ≤ 0.3·tt을 만족하는 영역으로 정의되고,
상기 제2 강화영역 (ts2)은 0.5·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역, 바람직하게는 0.7·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역으로 정의되며, 상기 제1 강화영역 및 제2 강화영역은 각각이 만족하는 영역의 범위에 포함되는 일정한 영역을 의미하는 것으로, 상기 범위는 제1 강화영역 및 제2 강화영역이 가질 수 있는 최대 영역에 해당한다. 즉, 제1 강화영역이 t0 < ts1 ≤ 0.3·tt을 만족하는 영역이란, ts1이 t0 초과 0.1·tt 이하인 영역, t0 초과 0.2·tt 이하인 영역 등을 포함하여, 최대로 t0 초과 0.3·tt이하인 영역을 가질 수 있음을 나타낸다.
도 4는 제1 강화영역 및 제2 강화영역이 각각 t0 < ts1 ≤ 0.5·tt를 만족하는 영역과 0.5·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역을 나타내는 것이며, 도5는 t0 < ts1 ≤ 0.3·tt를 만족하는 영역과 0.7·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역을 나타내는 것이다.
도 4 및 도5를 참조하면, 포타슘(K+)이온의 함유량이 가장 많은 지점(tKmax)은 제1 표면 및 제2 표면이 아닌 제1 강화영역 및/또는 제2 강화영역에 포함되며, 바람직하게는, 강화깊이의 2% 내지 30%의 깊이에 형성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 예를 들어 설명하면, 본 발명의 일 실시 예로, 강화깊이가 15㎛인 경우, 0.3㎛(강화깊이의 2%) 내지 4.5㎛(강화깊이의 30%)에 해당하는 영역에 tkmax가 존재하는 것을 의미한다. 이러한 특성으로 인해, 초박형 글라스의 내굴곡성을 향상시킬 수 있다.
이는 본 발명의 일 실시 예로 나타낸 것이며, 사용자의 선택에 따라 적절히 선택될 수 있는 것으로, 포타슘(Potassium; K+)이온의 농도가 최대인 지점(tKmax)은 제1 강화영역 (ts1) 및 제2 강화영역 (ts2) 중 하나 이상의 영역에 포함될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예인, 초박형 글라스의 깊이별 구성성분의 함유량을 나타낸 도이다.
구체적으로, 도 7a는 본 발명의 일 실시 예인 초박형 글라스를 표면에서부터 0.6㎛만큼 연마한 뒤 0.6 내지 3.6㎛(3㎛구간)의 영역에 대한 성분을 검출, 표면에서부터 2.3㎛만큼 연마한 뒤 2.3 내지 5.3㎛(3㎛구간)의 영역에 대한 성분을 검출, 표면에서부터 3.4㎛만큼 연마한 뒤 3.4 내지 6.4㎛(3㎛구간)의 영역에 대한 성분을 검출, 및 표면에서부터 4.1㎛만큼 연마한 뒤 4.1 내지 7.1㎛(3㎛)구간의 영역에 대한 성분을 검출한 것을 나타내는 도이다.
도 7b는 상기 연마량으로부터 일정한 두께 범위(3㎛구간)의 영역에 대한 검출 성분에 대한 함유량을 질량에 대한 백분율로 나타낸 도이며, 도 7c는 상기 도 7b에 나타난 검출 성분들 중, 소듐(Na+)이온과 포타슘(K+)이온의 함유량만을 나타낸 도이다.
상기 도면을 참조하면, 초박형 글라스 내부의 포타슘(K+)이온의 함유량은 두께 방향에 따라 변화하며, 표면에 함유된 포타슘(K+)이온의 함유량이 내부로 갈수록 증가하다가 감소하는 형태의 것일 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참조하더라도, 2.3㎛만큼 연마한 뒤 2.3 내지 5.3㎛(3㎛구간)의 영역에서 포타슘(K+)이온이 가장 많이 포함되어 있음을 알 수 있다.
따라서, 도2에 도시된 것과 같이, 공지된 화학강화유리에 의해 나타나는 것과는 구별되는 응력 프로파일을 나타낸다. 구체적으로, 표면에서 내부로 갈수록 포타슘(K+)이온의 함유량이 증가하다가 감소함으로써, 압축응력 또한 표면에서 내부로 갈수록 증가하다가 감소하며, DOL를 경계로 압축응력이 인장응력으로 교차되어, 인장응력이 증가한다.
본 발명의 초박형 글라스는, 상술한 바와 같이 초박형 글라스의 t0 내지 tt의 각 지점별 포타슘 이온의 농도 분포에 의해, 우수한 굴곡 반경을 나타내며, 이에 대해서 명확한 원리는 밝혀진 바 없으나, 최표층을 심부의 이온교환을 위한 통로로 비유할 경우, 해당 통로를 통해 이온 교환이 이루어 질 것이므로, 오히려 최표층의 포타슘 이온의 농도가 감소하게 되는 것으로 추정된다.
이러한 포타슘 이온의 농도 분포는, 화학 연마 공정에 의해 연마 후 초박형 글라스의 두께가 연마 전 초박형 글라스 두께의 90% 이상 100% 미만이 되도록 하는 화학 연마 공정을 통하여 더욱 향상된 내굴곡성을 가지는 것일 수 있으며, 구체적으로는 상기 초박형 글라스의 연마 전 초박형 글라스 표면에 대하여, t0 내지 0.05·tt에 포함되는 영역을 제거하여 형성되는 것일 수 있고, 추가적으로, 0.95·tt 내지 tt에 포함되는 영역을 제거하여 형성되는 것일 수 있다. 본 발명의 초박형 글라스는 상기와 같이 일정 영역을 제거하는 것에 의해, 본 발명이 개시하고 있는 포타슘(K+)이온 농도 프로파일 및 응력 프로파일을 구비함으로써, 굴곡반경이 26·t 미만으로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 초박형 글라스의 두께(t)는 사용자에 따라 적절히 조절되어 사용될 수 있으나, 20㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하며, 50㎛ 내지 70㎛인 것이 더욱 바람직하다. 두께가 얇은 경우, 폴딩(folding)에 의해 주름이 발생할 수 있는 문제가 있으며, 두께가 두꺼운 경우, 주름은 발생하지 않으나, 곡률반경이 커지게 되어 불리한 측면이 존재한다.
「초박형 글라스의 제조 방법」
본 발명의 초박형 글라스의 제조 방법은, (a) 초박형 글라스를 준비하는 단계; (b) 이온 치환 용액을 통해 화학 강화 하는 단계; 및 (c) 화학 연마 용액을 통해 화학 연마하는 단계를 포함하는 것으로, 상기 제조 방법에 의해 제조된 두께 (t)의 초박형 글라스의 굴곡 반경이 26·t 미만인 초박형 글라스의 제조 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 상기 초박형 글라스를 준비하는 단계는, 식각액을 사용하여 글라스의 단면 또는 양면을 식각하여 사용자의 필요에 따라 적절한 두께로 식각하여 초박형 글라스를 준비하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 식각액은 통상적으로 사용되는 식각액 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 불산 등을 이용하는 것일 수 있다. 상기 식각액을 사용하여 단면 또는 양면이 식각된 초박형 글라스의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 내굴곡성 등의 측면에서, 100㎛ 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 준비된 초박형 글라스는 이온 치환 용액을 통해 화학 강화 하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 화학 강화란, 용융염에 유리를 침적시켜 유리 내부의 알칼리 이온과 용융염 중의 알칼리 이온을 교환하는 것에 의해 유리를 강화하는 방법으로, 일반적으로, Na+을 함유한 유리를 K+이온을 함유한 염에 접촉시키면 표면의 Na+과 K+ 이온 교환이 내부 방향으로 진행된다. 이 경우 유리구조 중에서 Na+가 점유한 위치에 K+ 이온이 들어가게 되며, Na+의 이온반경보다 K+의 이온반경이 크기 때문에 망목구조 주위에 압축력이 발생하여, 유리를 강화하게 된다.
상기 화학강화에 의해 K+이온이 치환되는 깊이는 특별히 제한되는 것은 아니나, 내굴곡성 향상의 측면에서 5 내지 20㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 6 내지 15㎛인 것일 수 있다.
상기 화학 강화 하는 단계는 350℃ 내지 500℃의 고온에서 진행되며, 초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 방지하기 위해, 초박형 글라스를 이온 치환 용액에 침지 시키기 전, 온도를 서서히 승온 시키는 공정을 포함하는 것일 수 있다.
상기 화학 강화에 이용되는 이온 치환 용액은 통상적으로 사용되는 이온 치환 용액이 사용될 수 있으며, 일 실시 예로, 질산칼륨(KNO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 화학강화공정 이후, 서냉 및 불순물을 제거하기 위한 공정을 추가적으로 실시할 수 있다. 서냉 및 불순물을 제거하기 위한 공정은 통상적으로 사용되는 공정이 사용되는 것일 수 있으며, 일 실시 예로, 외기와 접촉하여 자연 서냉 시키는 공정 이후, 불순물, 에컨데 질산칼륨 등을 제거하기 위하여, 세척 공정을 포함하는 것일 수 있다.
이어서, 상기 초박형 글라스를 화학 연마 용액을 통해 화학 연마하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
연마 두께는, 내굴곡성 향상의 측면에서, 연마 후 초박형 글라스의 두께가 연마 전 초박형 글라스 두께의 90% 이상 100% 미만이 되도록 연마하는 것일 수 있으며, 바람직하게는, 95% 이상 100% 미만인 것일 수 있다.
상기 화학 연마 용액은 통상적으로 초박형 글라스를 연마하는 공정에 사용되는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 불산(HF) 및 불화암모늄(NH4F) 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 초박형 글라스의 제조 방법에 의해 제조된 초박형 글라스는 상기 「초박형 글라스」에 나타난 것과 동일한 특성을 포함한다.
이하, 구체적으로 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
<실시예 및 비교예>
실시예 1
코닝사에서 시판하는 400㎛ 두께의 글라스를 준비하여, 이를 불산이 함유된 식각액을 사용하여, 70㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 제조하였다. 이후, 일정 크기와 형상으로 절단 후, 면취 및 연마를 통하여 제작된 셀(Cell)을 350~500℃의 질산칼륨 용융조에 10~60분간 침지하여 강화깊이(DOL) 6 내지 15㎛로 이온교환을 하였다. 초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 막기 위해, 질산칼륨용융조에 침지시키기 전, 용융조 온도에 근접한 온도로 서서히 승온 시켜, 용융조 온도 부근에 도달하면, 초박형 글라스를 용융조에 침지시키고, 완전 침지된 시점부터 10~60분 후, 용융조에서 빼내어, 서냉 시키는데, 외기와 접촉하여 자연 서냉을 5~40분 후, 초박형 글라스에 남아 있는, 잔존 질산칼륨의 세척을 위해 45~90℃의 온수조에 침지시켜 다시 10~60분을 경과시킨 후, 통상의 세정 및 건조과정을 실시한다.
이어서 불산 또는 불화암모늄이 담긴 수조에 침지시켜, 표면을 0.2㎛ 연마한 뒤, 세정 및 건조과정을 실시하여 실시예 1의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 2
표면을 0.7㎛ 연마한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시예 2의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 3
표면을 0.9㎛ 연마한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시예 3의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 4
두께가 50㎛인 초박형 글라스를 사용한 것과, 표면을 0.2㎛ 연마한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시예 4의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 5
표면을 0.5㎛ 연마한 것을 제외하고는, 상기 실시예 4와 동일하게 실시예 5의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 6
표면을 0.7㎛ 연마한 것을 제외하고는, 상기 실시예 4와 동일하게 실시예 6의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 7
표면을 0.9㎛ 연마한 것을 제외하고는, 상기 실시예 4와 동일하게 실시예 6의 초박형 글라스를 제조하였다.
비교예 1
코닝사에서 시판하는 400㎛ 두께의 글라스를 준비하여, 이를 불산이 함유된 식각액을 사용하여, 70㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 제조하였다. 이후, 일정 크기와 형상으로 절단 후, 면취 및 연마를 통하여 제작된 셀(Cell)을 350~500℃의 질산칼륨 용융조에 10~60분간 침지하여 강화깊이(DOL) 6 내지 15㎛로 이온교환을 하였다. 초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 막기 위해, 질산칼륨용융조에 침지시키기 전, 용융조 온도에 근접한 온도로 서서히 승온 시켜, 용융조 온도 부근에 도달하면, 초박형 글라스를 용융조에 침지시키고, 완전 침지된 시점부터 10~60분 후, 용융조에서 빼내어, 서냉 시키는데, 외기와 접촉하여 자연 서냉을 5~40분 후, 초박형 글라스에 남아 있는, 잔존 질산칼륨의 세척을 위해 45~90℃의 온수조에 침지시켜 다시 10~60분을 경과시킨 후, 통상의 세정 및 건조과정을 실시하여, 비교예 1의 초박형 글라스를 제조하였다.
비교예 2
두께가 50㎛인 초박형 글라스를 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 비교예 2의 초박형 글라스를 제조하였다.
<실험예>
굴곡반경 평가
상기 실시 예와 비교 예의 초박형 글라스를 코닝사의 Gorilla 3을 사용하여, 초박형 글라스의 굴곡파단시점에서의 굴곡반경 평가를 실시하여 그 평균 값을 나타낸 결과를 하기 표 1 및 도 6에 나타내었다.
굴곡 반경은 케미랩사의 Surface Texture Analyzer 를 사용하여, 굴곡된 상태로 고정된 글라스를 상부에서 하부로 서서히 눌러, 굴곡 반경을 줄여가는 방식으로, 파단될 때의 높이와 Force 를 측정하여, 파단 굴곡 강도, 굴곡 반경을 수치화 한다.
파단 강도 평가
상기 실시 예와 비교 예의 초박형 글라스를 코닝사의 Gorilla 3을 사용하여 측정한 파단강도의 값을 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112020051997300-pat00001
실시예 1 내지 3을 보면, 굴곡반경이 각각 1.7R, 0.7R, 1.4R로 비교예 1의 1.9R 대비 감소하였으며, 파단 강도 또한, 각각 1390MPa, 1301MPa, 1501MPa로 비교예 1의 1157MPa 대비 향상되었음을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 2를 보면, 굴곡 반경이 0.7R로 1R 이하로 형성됨으로써, 폴딩성의 측면에서 크게 향상된 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
실시예 4 내지 7 또한, 굴곡 반경이 각각 0.9R, 0.3R, 1.1R, 0.8R로 비교예 2의 1.3R 대비 감소하였으며, 파단 강도 또한, 각각 1537MPa 1523Mpa 1458Mpa 1453Mpa로 비교예 2의 1393MPa 대비 향상되었음을 확인할 수 있다. 특히 실시예 5를 보면, 굴곡 반경이 0.3R로 매우 작게 형성됨으로써, 폴딩성의 측면에서 크게 향상된 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예 4 내지 7의 초박형 글라스의 Depth 별 포타슘 이온(K+)의 프로파일을 나타낸 도이다. 표 1 및 도 8을 살펴보면, 굴곡반경과 파단강도, 포타슘 이온(K+)농도의 최대 깊이(Max Depth)가 비례적 상관 관계에 해당하는 것은 아니나, 이는 초박형 글라스라는 소재의 특성 상, 확률적으로 존재할 수 있는 표면 결함, 두께 편차, 초박형 글라스 제조 시에 발생할 수 있는 내부 Cavity 결함 등 다양한 요인들이 혼재되어 있고, 강화 공정에서의 산포도 있는 등 복합적 상호작용에 기인한 것임을 알 수 있으며, 실시예 5의 초박형 글라스에 나타난 것과 같이 연마 등의 공정을 통해 적절한 내부 포타슘 이온(K+) 프로파일이 형성될 경우, 내굴곡성이 더욱 향상된 초박형 글라스의 제조가 가능한 것이다.

Claims (14)

  1. 두께 (t)를 가지는 초박형 글라스에 있어서,
    제1 표면은 t=0 인 지점(t0)으로 정의하고, 제2 표면은 t=t인 지점(tt)으로 정의할 때,
    t0 내지 tt의 사이에서 포타슘(Potassium; K+)이온의 농도가 최대인 지점(tKmax)이 하기 식 1 및 식 2 중 적어도 하나 이상을 만족하며,
    상기 두께 (t)는 20㎛ 내지 100㎛이며,
    상기 초박형 글라스의 굴곡반경은 26·t 미만인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스.
    [식 1]
    t0 < tKmax ≤ 0.5·tt
    [식 2]
    0.5·tt ≤ tKmax < tt.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 tKmax가 강화깊이의 2% 내지 30%의 깊이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 강화깊이는 t0 < ts1 ≤ 0.5·tt를 만족하는 영역으로 정의되는 제1 강화영역(ts1) 및 0.5·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역으로 정의되는 제2 강화영역(ts2) 중 적어도 하나 이상의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 강화영역(ts1)은 t0 < ts1 ≤ 0.3·tt를 만족하는 영역으로 정의되며, 상기 제2 강화영역(ts2)은 0.7·tt ≤ ts2 < tt를 만족하는 영역으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 초박형 글라스는 연마 전 초박형 글라스 표면에 대하여, t0 내지 0.05·tt에 포함되는 영역을 제거하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스.
  6. 청구항 5에 있어서, 0.95·tt 내지 tt에 포함되는 영역을 더 제거하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 초박형 글라스는 파단강도가 1,200Mpa이상인 것을 특징으로 하는 초박형 글라스.
  9. (a) 초박형 글라스를 준비하는 단계;
    (b) 이온 치환 용액을 통해 화학 강화 하는 단계; 및
    (c) 화학 연마 용액을 통해 화학 연마하는 단계를 포함하는 초박형 글라스 제조 방법으로, 상기 제조방법에 의해 제조된 두께 (t)의 초박형 글라스의 굴곡반경이 26·t 미만이며,
    상기 두께 (t)가 20㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 (a) 초박형 글라스를 준비하는 단계는 식각액을 사용하여 글라스의 단면 또는 양면을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 (b) 화학 강화 하는 단계는 초박형 글라스를 이온 치환 용액에 침지 시키기 전, 승온시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 (c) 화학 연마하는 단계는 연마 후 초박형 글라스의 두께가 연마 전 초박형 글라스 두께의 90%이상 100%미만이 되도록 연마 하는 단계인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 이온 치환 용액은 질산칼륨(KNO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 화학 연마 용액은 불산(HF) 및 불화암모늄(NH4F) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
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