KR102315418B1 - 표시 장치 윈도우 제조 방법 및 표시 장치 윈도우 - Google Patents

표시 장치 윈도우 제조 방법 및 표시 장치 윈도우 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 표시 장치 일면 상에 배치되는 윈도우를 제조하기 위한 방법에 있어서, 모 기재를 마련하는 단계; 상기 모 기재를 염 처리하여, 상기 모 기재의 표면 및 상기 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제1 깊이는 모 기재 표면의 크랙의 깊이보다 크고, 상기 실리콘 풍부층 내 실리콘(Si) 함량과 상기 모 기재 내 실리콘(Si) 함량의 비는 1.2 내지 1.4 인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.

Description

표시 장치 윈도우 제조 방법 및 표시 장치 윈도우{MANUFACTURING METHOD OF DISPLAY DEVICE WINDOW AND DISPLAY DEVICE WINDOW}
본 발명은 표시 장치 윈도우 제조 방법 및 표시 장치 윈도우에 관한 것이다.
최근 다양한 종류의 평판 표시 장치가 개발되고 있다. 상기 평판 표시 장치로는 일반적으로 액정표시장치(LCD: liquid crystal display), OLED(organic light-emitting diode), 전기 영동 표시 장치(EPD; electrophoretic display) 등이 있다.
상기 평판 표시 장치들은 사용자에게 왜곡 없이 깨끗한 영상을 전달하는 것이 중요하다. 따라서, 평판 표시 장치 상에 적층되는 윈도우는 투과율이 높고, 평탄한 것이 좋다. 아울러, 스마트폰, 태블릿 PC 등 휴대형 평판 표시 장치가 늘어남에 따라, 표시 장치는 외부 충격에 빈번하게 노출될 수 있다. 따라서, 외부 충격을 견딜 수 있는 평판 표시 장치의 필요성이 크다.
본 발명은 강도가 우수하고, 투과율이 높은 표시 장치 윈도우를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표시 장치 윈도우 제조 방법에 있어서, 모 기재를 마련하는 단계; 상기 모 기재를 염 처리하여, 상기 모 기재의 표면 및 상기 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층(silicon rich layer)을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제1 깊이는 모 기재 표면의 크랙의 깊이보다 크고, 상기 실리콘 풍부층 내 실리콘(Si) 함량과 상기 모 기재 내 실리콘(Si) 함량의 비는 1.2 내지 1.4 인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염 처리 시, 상기 모 기재로부터 제1족 및 제2족 원소가 제거되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모 기재는 질산 칼륨을 포함하는 중성 염으로 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모 기재는 질산 칼륨 및 질산 나트륨으로 구성된 중성 염으로 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중성 염은 질산 칼륨을 전체 중성 염의 중량을 기준으로 70 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중성 염의 산도는 pH 6 내지 pH 8인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염 처리는 상기 모 기재를 용융된 상태의 염에 담지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모 기재는 400℃ 내지 600℃의 온도에서 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모 기재는 순차적으로 제1 온도에서 제1 염 처리되고, 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도에서 제2 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 염 처리와 상기 제2 염 처리 사이에 열 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 깊이는 100㎚ 내지 500㎚인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실리콘 풍부층은 72 중량% 이상의 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계는 염기성 용액을 이용한 식각을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계는 산성 용액에 의한 식각을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계 후 상기 표시 장치 윈도우 표면에는 제2 깊이를 갖는 실리콘 풍부층이 제공되고, 상기 제2 깊이는 상기 제1 깊이 및 상기 크랙의 깊이의 차와 같은 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모 기재를 마련하는 단계; 상기 모 기재를 염 처리하여, 상기 모 기재의 표면 및 상기 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계를 거쳐 제조되는 표시 장치 윈도우에 있어서, 상기 표시 장치 윈도우의 표면에는 상기 제1 깊이보다 작은 깊이를 갖는 상기 실리콘 풍부층이 제공되고, 상기 제1 깊이는 모 기재 표면의 크랙의 깊이보다 크고, 상기 실리콘 풍부층 내 실리콘(Si) 함량과 상기 모 기재 내 실리콘(Si) 함량의 비는 1.2 내지 1.4인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표시 장치 윈도우 상에 135g의 쇠(Fe) 공을 낙하시켰을 때, 상기 표시 장치 윈도우가 파손되는 상기 쇠 공의 낙하 높이가 100㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실리콘 풍부층을 산성 용액으로 식각하여 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 산성 용액에 의한 식각 후 상기 표시 장치 윈도우의 투과율은 92% 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope)의 탐침으로 상기 표시 장치 윈도우 표면을 긁었을 때, 상기 탐침과 상기 표시 장치 윈도우간 15x10-4nNKT 이하의 마찰이 작용하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 강도가 우수하고 투과율이 높은 표시 장치 윈도우가 제공될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과가 전술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법의 각 단계에 따른 표시 장치 윈도우 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 질산 칼륨과 질산 나트륨으로 구성된 염의 조성에 따른 용융 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 풍부층의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 5는 미세 크랙의 크기에 따른 표시 장치 윈도우의 강도를 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 식각 전, 후의 강도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우와 종래 기술에 따른 표시 장치 윈도우의 파장에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 종래 기술에 따른 표시 장치 윈도우의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 장치를 나타낸 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 어느 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 상(on)에 형성되었다고 할 경우, 상기 형성된 방향은 상부 방향만 한정되지 않으며 측면이나 하부 방향으로 형성된 것을 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 '상면'과 '하면'은 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 설명하기 위하여 상대적인 개념으로 사용된 것이다. 따라서, '상면'과 '하면'은 특정한 방향, 위치 또는 구성 요소를 지칭하는 것이 아니고 서로 호환될 수 있다. 예를 들어, '상면'이 '하면'이라고 해석될 수도 있고 '하면'이 '상면'으로 해석될 수도 있다. 따라서, '상면'을 '제1'이라고 표현하고 '하면'을 '제2'라고 표현할 수도 있고, '하면'을 '제1'로 표현하고 '상면'을 '제2'라고 표현할 수도 있다. 그러나, 하나의 실시예 내에서는 '상면'과 '하면'이 혼용되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 또한, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법의 각 단계에 따른 표시 장치 윈도우 단면을 나타낸 것이다.
도 1에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법은 모 기재 마련 단계(S100), 염 처리 및 실리콘 풍부층 형성 단계(S200), 및 실리콘 풍부층 제거 단계(S300)를 포함한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 염 처리 및 실리콘 풍부층 형성 단계(S200)에서 모 기재(MS)가 염 처리되며, 모 기재의 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층(SRL)이 형성된다. 이때, 실리콘 풍부층(SRL)은 모 기재(MS)보다 실리콘 함량이 높은 층을 의미하는데, 구체적으로 실리콘 풍부층(SRL) 내 실리콘(Si) 함량과 모 기재(MS) 내 실리콘(Si) 함량의 비는 약 1.2 내지 약 1.4이다.
모 기재(MS)는 본원 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법을 거치기 전의 표시 장치 윈도우를 의미하며, 본원 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법을 거쳐 최종적인 표시 장치 윈도우(WG)의 상태가 된다. 모 기재(MS)는 실리콘 화합물을 포함한다. 예컨대, 모 기재(MS)는 유리, 알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 보로알루미노실리케이트 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 그러나 상기 열거한 예시 외에도, 내구성이 좋고 표면 평활성 및 투명도가 우수한 실리콘 화합물이라면 모 기재(MS)로 사용할 수 있다.
모 기재(MS)의 형상에는 제한이 없다. 따라서, 모 기재(MS)는 평면 상에서 볼 때 직사각형, 정사각형, 원형, 타원, 반타원 등의 형상을 가질 수 있다. 모 기재(MS)의 형상은 표시 장치 내 표시 장치 윈도우(WG)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 아울러, 모 기재(MS)의 크기 또한 표시 장치의 크기 또는 표시 장치 윈도우(WG)의 크기에 따라 달라질 수 있다.
도 2a에 도시된 것과 같이, 모 기재(MS)의 표면에는 크랙(CR)이 존재할 수 있다. 도 2a에 도시된 단면은 설명의 편의를 위하여 크랙(CR)을 과장하여 도시한 것이며, 실제로 모 기재(MS) 표면의 크랙(CR)은 미세하기 때문에 육안으로 확인하기 어렵다. 본 발명에서 크랙(CR)이라고 함은 표시 장치 윈도우 표면 상에 존재하는 갈라진 틈, 흠집(Flaw) 등을 포함하는 의미이다. 모 기재(MS) 표면의 크랙(CR)은 유리의 절단, 면취, 식각, 운반, 보관 등과 같은 유리 생산 공정 중에 만들어질 수 있다. 이러한 크랙(CR)은 상술한 바와 같이 매우 미세한 것으로, 유리 생산 공정 중의 작은 마찰, 충돌 또는 대기 중 수분과의 반응만으로도 만들어질 수 있다. 특히, 표시 장치 윈도우(WG)의 모 기재(MS)는 화학 강화, 인쇄와 같은 2차 공정을 거칠 수 있는데, 2차 공정 중의 급격한 온도 변화로 인하여 크랙(CR)이 확대될 수 있다. 따라서, 모 기재(MS) 표면의 크랙(CR)은 모 기재(MS)로부터 만들어진 표시 장치 윈도우(WG)의 강도 및 투과율을 현저히 저하시킬 수 있다.
도 2b를 참고하면, 모 기재(MS)는 염 처리되고 모 기재(MS) 표면에 실리콘 풍부층(SRL)이 형성된다. 상술한 바와 같이 실리콘 풍부층(SRL)은 모 기재(MS)보다 실리콘 함량이 높은 층을 의미한다. 구체적으로, 실리콘 풍부층(SRL) 내 실리콘(Si) 함량과 모 기재(MS) 내 실리콘(Si) 함량의 비는 약 1.2 내지 약 1.4이다.
실리콘(Si) 함량은 실리콘 풍부층(SRL) 또는 모 기재(MS)의 전체 중량 중 실리콘(Si)이 차지하는 중량을 중량%로 나타낸 것이다. 실리콘 풍부층(SRL) 내 실리콘(Si) 함량은 약 72 중량% 이상일 수 있다.
실리콘 풍부층(SRL)을 형성하기 위하여, 모 기재(MS)는 염 처리될 수 있다. 염 처리란 모 기재(MS) 표면에 고온의 염(Salt)을 도포하는 것을 의미한다. 모 기재(MS) 표면에 고온의 염을 도포하면 모 기재(MS)와 염 간에 반응이 일어나, 모 기재(MS) 표면 및 표면으로부터 제1 깊이(D1) 내에 있는 실리콘을 제외한 원소들이 모 기재(MS)로부터 빠져나간다. 모 기재(MS)로부터 빠져나가는 원소는 1족, 2족 원소일 수 있다. 예컨대, 모 기재(MS)의 표면 및 표면으로부터 제1 깊이(D1) 내에 있는 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨과 같은 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속은 염 처리 시 제거될 수 있다. 따라서, 염 처리 후 모 기재(MS)의 표면 및 표면으로부터 제1 깊이(D1) 내에는 모 기재(MS)의 다른 영역에 비하여 실리콘(Si)이 상대적으로 많이 포함되게 된다.
염 처리에 사용되는 염은 질산 칼륨(KNO3)을 포함하는 중성 염일 수 있다. 중성 염이란 산도가 중성인 것을 의미한다. 중성은 pH가 약 7인 경우뿐만 아니라, 표시 장치 유리(WG) 및 표시 장치 유리 제조 장치에 악영향을 주지 않는 정도의 산도를 포함하는 의미이다. 예를 들어 상기 중성이라 함은 pH 6 내지 7 사이의 약산이나, pH 7 내지 8 사이의 약 염기를 포함하는 의미일 수 있다. 산성 또는 염기성 염을 사용하여 염 처리하는 경우, 표시 장치 유리(WG) 및 표시 장치 유리 제조 장치에 악영향을 줄 수 있다. 특히, 표시 장치 유리 제조 장치의 경우 산성 또는 염기성의 염에 의해 부식될 수 있다. 따라서, 산성 또는 염기성 염을 사용하여 염 처리하는 경우, 제조 장치의 수명이 크게 저하될 수 있고 제조 장치 교체에 따른 공정 비용 상승이 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 염 처리에 있어서 질산 칼륨(KNO3)을 포함하는 중성 염을 사용하는 바, 표시 장치 유리 제조 장치의 수명이 늘어날 수 있다.
염 처리는 모 기재(MS)를 용융된 상태의 염에 담지함으로써 수행될 수 있다. 모 기재(MS)를 용융된 상태의 염에 담지함으로써, 모 기재(MS) 표면에서 고르게 염과의 반응이 일어날 수 있다. 모 기재(MS) 표면에서 고르게 반응이 일어나는 결과, 실리콘 풍부층(SRL)이 고르게 형성될 수 있다.
모 기재(MS)는 약 400℃ 내지 약 600℃에서 염 처리될 수 있다. 상기 공정 온도는 염의 녹는점보다 높을 수 있다. 따라서, 염 처리 공정 중 염은 용융된 상태로 유지될 수 있다. 아울러, 공정 온도를 상기 온도 범위로 유지함으로써, 모 기재(MS) 표면에서 모 기재(MS)와 염 간의 반응이 촉진될 수 있다. 공정 온도가 약 400℃ 미만인 경우, 모 기재(MS)와 염 간의 반응 속도가 느려져 실리콘 풍부층(SRL) 형성이 저하될 수 있다. 공정 온도가 약 600℃보다 높을 경우, 염과 모 기재(MS) 사이의 반응이 커지고, 이에 따라 모 기재 표면에 부식이 발생할 수 있다. 부식이 발생함에 따라 모 기재(MS) 및 모 기재(MS)로부터 제작되는 표시 장치 윈도우(WG) 표면에 헤이즈(Haze)가 증가하여 투명성이 저하될 수 있다. 또한, 모 기재(MS) 표면에서 1족 및 2족 원소 제거 반응 외에 다른 부 반응(side reaction)이 일어나, 표시 장치 윈도우(WG)의 품질이 저하될 수 있다.
염 처리 공정은 복수 번 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모 기재(MS)는 순차적으로 제1 온도에서 제1 염 처리되고, 제1 온도와 상이한 제2 온도에서 제2 염 처리될 수 있다. 제1 염 처리 공정과 제2 염 처리 공정은 공정 온도뿐만 아니라, 염의 조성 비 및 공정 시간에 있어서도 서로 상이할 수 있다. 따라서, 모 기재(MS)가 제1 염 처리 공정 및 제2 염 처리 공정을 거치는 경우, 염 처리를 위해 2개 이상의 반응기가 필요할 수 있다. 이때 두 반응기의 공정 온도 및 반응기 내에 투입된 염의 조성은 서로 다를 수 있다. 염 처리 공정 수행 횟수는 모 기재(MS)의 조성 및 크랙(CR)의 크기와 수에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 모 기재(MS)에 1족 또는 2족 원소가 상대적으로 많이 포함되어 있고, 모 기재(MS) 표면에 깊은 크랙(CR)이 다수 존재할 경우, 복수 번의 염 처리 공정을 수행할 수 있다. 아울러, 모 기재(MS)가 제1 염 처리 공정과 제2 염 처리 공정을 거치는 경우, 필요에 따라 제1 염 처리 공정과 제2 염 처리 공정 사이에 열 처리 단계가 더 포함될 수 있다.
실리콘 풍부층(SRL)은 모 기재(MS) 표면으로부터 제1 깊이(D1)만큼 형성될 수 있다. 제1 깊이(D1)는 크랙(CR)이 없는 모 기재(MS)의 표면으로부터 표시 장치 윈도우(WG)의 표면까지의 수직 거리일 수 있다. 모 기재(MS)를 회분식 반응기(Batch Reactor) 내에 담지하여 염 처리하는 경우, 모 기재(MS)의 표면 전체에 동일한 깊이의 실리콘 풍부층(SRL)이 형성될 수 있다. 그러나, 염 처리 방법에 따라 모 기재(MS) 표면에 동일한 깊이의 실리콘 풍부층(SRL)이 형성되지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 위치에 따라 실리콘 풍부층(SRL)의 깊이가 다를 수 있다. 아울러, 크랙(CR)이 존재하는 표면 하에 형성된 실리콘 풍부층(SRL)의 깊이는 크랙(CR)이 존재하지 않는 표면 하에 형성된 실리콘 풍부층(SRL)의 깊이보다 작을 수 있다.비록 도 2b는 과장된 것이나, 도 2b에 도시된 단면도에서도 이러한 현상을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이 위치에 따라 실리콘 풍부층(SRL)의 깊이가 다른 경우, 제1 깊이(D1)는 실리콘 풍부층(SRL)의 깊이의 평균값일 수 있다.
제1 깊이(D1)는 약 100㎚ 내지 약 500㎚일 수 있다. 제1 깊이(D1)가 약 100㎚ 미만인 경우, 실리콘 풍부층(SRL)의 깊이가 충분하지 않아 크랙(CR)이 실리콘 풍부층(SRL) 내부의 표시 장치 윈도우(WG)까지 침범할 수 있다. 아울러, 제1 깊이(D1)가 약 500㎚를 초과할 경우, 실리콘 풍부층(SRL)이 실리콘 풍부층(SRL) 제거 공정에서 충분히 제거되지 않고 표시 장치 윈도우(WG) 표면에 과도하게 남을 수 있다. 이러한 실리콘 풍부층(SRL)은 강화에 의해 형성된 표면 압축응력을 감소 시킬 수 있다. 표시 장치 윈도우(WG) 표면에 실리콘 풍부층(SRL)이 과도하게 많이 남을 경우, 표시 장치 윈도우(WG)의 광학적 특성이 저하될 수 있다.
상기 제1 깊이(D1)는 모 기재(MS) 표면 크랙(CR)의 깊이보다 크다. 따라서, 모 기재(MS) 표면의 크랙(CR)이 실리콘 풍부층(SRL) 내부의 표시 장치 윈도우(WG)까지 닿지 않는다. 도 2c에서 확인할 수 있듯이, 실리콘 풍부층(SRL)이 제거됨으로써 모 기재(MS) 표면에 존재했던 크랙(CR)도 함께 제거된다. 상술한 바와 같이 제1 깊이(D1)가 모 기재(MS) 표면 크랙(CR)의 깊이보다 크기 때문에, 실리콘 풍부층(SRL)이 제거된 후 만들어진 표시 장치 윈도우(WG)의 표면은 크랙(CR) 없이 평탄하다.
도 2c를 참고하면, 실리콘 풍부층(SRL) 제거 단계에서 실리콘 풍부층(SRL)이 제거되고 실리콘 풍부층(SRL) 내부에 내부 영역(MS')이 남는다. 이때, 상술한 바와 같이 실리콘 풍부층(SRL)이 제거됨에 따라, 모 기재(MS) 표면에 존재했던 크랙(CR)도 함께 제거된다. 다만, 실리콘 풍부층(SRL) 제거 단계에서 실리콘 풍부층(SRL)이 반드시 모두 제거되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘 풍부층(SRL)의 제1 깊이(D1)는 크랙(CR)의 깊이보다 크고, 실리콘 풍부층(SRL) 제거 후에도 일부 실리콘 풍부층(SRL)이 내부 영역(MS') 상에 남을 수 있다. 구체적으로, 도 2d를 참고하면, 내부 영역(MS')의 표면에 실리콘 풍부층(SRL)이 일부 남아있는 것을 확인할 수 있다. 다만, 도 2d에서도, 종래 모 기재(MS) 상에 존재했던 크랙(CR)은 모두 제거된 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘 풍부층(SRL)이 염기성 용액을 이용한 식각에 의해 제거되는 바, 산성 용액을 이용한 식각은 수행되지 않을 수 있다. 이 경우, 산성 용액에 의한 식각 공정을 생략할 수 있기 때문에 공정이 간단해진다. 또한, 이에 따라 공정 설비가 간단해질 수 있다. 아울러, 산성 용액을 이용한 식각을 수행하지 않을 경우, 식각 공정에서 설비가 부식될 우려가 적다. 이에 따라 설비 수명이 향상될 수 있다. 다만, 필요에 따라 염기성 용액에 의한 식각 공정 전 또는 후에 산성 용액을 이용한 식각을 더 수행할 수도 있다.
염기성 용액의 종류에는 제한이 없으나, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 리튬 등의 알칼리 금속의 수산화물, 수산화칼슘 등의 알칼리 토금속의 수산화물, 탄산나트륨 등의 무기 알칼리 금속염, 아세트산나트륨 등의 유기 알칼리 금속염, 암모니아수 등을 염기성 용액으로 이용할 수 있다. 염기성 용액으로 수산화 나트륨을 이용할 경우, 염기성 용액 내 수산화 나트륨의 함량은 약 4 중량%일 수 있다.
염기성 용액에 의한 식각은 상온에서 수행될 수 있다. 염기성 용액에 의한 식각이 염 처리와 같이 고온에서 이루어질 경우, 염기성 용액에 의해 표시 장치 윈도우(WG)가 손상될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘 풍부층(SRL)을 제거하기 위하여 산성 용액에 의한 식각이 더 수행될 수 있다. 산성 용액의 종류에는 제한이 없으나, 염산, 황산, 질산, 불화수소 등의 무기산, 포름산, 옥살산, 시트르산, 아세트산, 벤조산 등의 유기산 등을 산성 용액으로 이용할 수 있다. 산성 용액으로 질산(HNO3)을 사용할 경우, 산성 용액 내 질산의 함량은 약 6 중량% 이하일 수 있다.
또한, 산세정 후 실리콘 풍부층(SRL)에 존재하는 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속이 추가 제거되어, 모 기재(MS) 표면에 새로운 실리콘 풍부층(SRL)이 형성될 수 있다. 이러한 실리콘 풍부층(SRL)은 유리와 공기 사이의 중간 굴절률을 형성함으로써, 표시 장치 윈도우(WG)의 반사율이 저감되고, 투과율이 향상될 수 있다. 아울러, 기존에 크랙을 포함하는 실리콘 풍부층(SRL)이 제거됨에 따라, 크랙에 의한 표시 장치 윈도우(WG) 물성 저하도 없다.
산성 용액에 의한 식각은 상온에서 수행될 수 있다. 산성 용액에 의한 식각이 염 처리와 같이 고온에서 이루어질 경우, 산성 용액에 의해 표시 장치 윈도우(WG)가 손상될 우려가 있다.
실리콘 풍부층(SRL) 제거는 염 처리된 모 기재(MS)를 상온에서 염기성 용액 또는 산성 용액 내에 담지하고 교반함으로써 이루어질 수 있다. 이때 교반 공정에 소요되는 시간은 염 처리 공정에 소요되는 시간에 비해 상대적으로 짧을 수 있다.
도 3은 질산 칼륨과 질산 나트륨으로 구성된 염의 조성에 따른 용융 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 상술한 바와 같이, 염 처리 공정에서 염은 용융된 상태일 수 있다. 따라서, 모 기재를 염에 담지하기에 앞서 염을 용융시키는 단계가 필요할 수 있다.
중성 염은 질산 칼륨(KNO3) 및 질산 나트륨(NaNO3)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 염이 질산 칼륨 및 질산 나트륨만으로 구성되기 때문에 염의 용융 온도 조절이 더 용이하다. 따라서, 질산 칼륨 및 질산 나트륨의 혼합물을 염으로 사용함으로써, 염의 용융 온도를 낮출 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참고하면, 질산 칼륨만으로 구성된 염을 이용하는 경우, 염의 용융 온도가 약 336℃이다. 이에 비해, 질산 칼륨과 질산 나트륨이 5:5의 몰 비(mole ratio)로 혼합된 염의 경우, 염의 용융 온도는 약 223℃이다. 염의 조성에 따라, 염의 용융 온도가 크게는 100℃ 이상 차이날 수 있는 것이다.
염의 용융 온도는 낮은 것이 유리하다. 상술한 바와 같이, 염 처리 공정에서 염은 용융된 상태로 유지되어야 하기 때문에, 염의 용융 온도가 낮을수록 상대적으로 낮은 공정 온도에서 염 처리를 수행할 수 있다. 공정 온도를 상대적으로 낮게 유지하면, 공정 온도를 올리는 데 사용되는 공정 비용을 줄일 수 있다. 또한, 공정 온도가 높아짐에 따라 발생할 수 있는 부 반응도 억제할 수 있다. 아울러, 같은 공정 온도를 유지하더라도, 염의 용융 온도가 낮은 경우 상대적으로 두껍게 실리콘 풍부층을 형성하는 것이 가능하다. 두껍게 실리콘 풍부층을 형성함으로써, 모 기재 표면에 존재하는 깊은 크랙도 실리콘 풍부층 내에 포함될 수 있다. 다만, 염의 조성을 결정하는 데 있어서 염의 용융 온도만이 고려 대상은 아닌 바, 유리의 조성, 목표로 하는 실리콘 풍부층의 두께 등도 고려하여 염의 조성을 결정할 수 있다.
중성 염이 질산 칼륨 및 질산 나트륨으로 구성된 경우, 중성 염은 질산 칼륨을 약 70 중량% 이상 포함할 수 있다. 특히, 도 3에서 확인할 수 있듯이, 중성 염 내에 질산 칼륨이 약 70 중량% 포함되는 경우 중성 염의 용융 온도를 현저히 낮출 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 풍부층의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이다. 또한, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이다. 도 4a와 도 4b는 각각 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)으로 실리콘 풍부층과 표시 장치 윈도우의 표면을 촬영한 이미지이다.
먼저, 도 4a를 참고하면, 실리콘 풍부층의 표면에 복수의 크랙이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 도 4a에서 확인할 수 있듯이 크랙의 크기 또는 형태는 다양하다. 도 4a의 실리콘 풍부층은 모 기재에 순차적으로 제1 염 처리 공정과 제2 염 처리 공정을 수행하여 형성한 것이다. 제1 염 처리 공정은 약 530℃에서 약 70 중량%의 질산 칼륨(KNO3)과 약 30 중량% 질산 나트륨(NaNO3)으로 구성된 중성 염을 이용하여 수행되었다. 또한, 제2 염 처리 공정은 약 420℃에서 100 중량%의 질산 칼륨(KNO3)으로 구성된 중성 염을 이용하여 수행되었다.
다음으로, 도 4b를 참고하면, 실리콘 풍부층이 제거되면서 모 기재 표면에 존재하였던 크랙도 함께 제거된 것을 확인할 수 있다. 도 4b의 표시 장치 윈도우의 표면은 크랙 없이 평탄하다. 표시 장치 윈도우는 실리콘 풍부층을 순차적으로 산성 용액으로 식각한 후, 염기성 용액으로 식각함으로써 형성되었다. 이때, 산성 용액으로는 약 6 중량%의 질산(HNO3)을 포함하는 질산 수용액을 이용하였으며, 염기성 용액으로는 약 4 중량%의 수산화나트륨(NaOH)를 포함하는 수산화 나트륨 수용액을 이용하였다. 산성 용액에 의한 식각 및 염기성 용액에 의한 식각 모두 20℃에서 교반과 함께 수행되었다.
도 5는 미세 크랙의 크기에 따른 유리의 강도를 나타낸 그래프이다. 도 5에 따르면, 크랙의 크기와 유리의 강도는 반비례한다. 실질적으로 크랙이 없는 경우의 유리의 강도, 즉, 유리의 이론상 강도는 약 3x106 psi이다. 이에 비하여, 약 10-3inch 크기의 크랙을 포함하는 경우의 유리의 강도는 약 6.5x103 psi이다. 상기 두 경우를 비교하였을 때, 크랙의 크기에 따라 유리의 강도는 약 400배 이상 차이 날 수 있다. 따라서, 유리의 크랙을 제거하는 것이 유리의 강도를 향상시키는데 매우 중요하다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 식각 전, 후의 강도를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우는 모 기재를 마련하는 단계, 상기 모 기재를 염 처리하여, 상기 모 기재의 표면 및 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층을 형성하는 단계, 및 실리콘 풍부층을 제거하는 단계를 거쳐 제조된다. 아울러, 상기 제1 깊이는 모 기재 표면의 크랙의 깊이보다 크고, 실리콘 풍부층 내 실리콘(Si) 함량과 모 기재 내 실리콘(Si) 함량의 비는 약 1.2 내지 약 1.4이다.
도 6a는 약 530℃에서 1차 염 처리 후, 약 420℃에서 2차 염 처리한 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이다. 도 6a의 왼쪽은 식각 공정을 거치지 않아 실리콘 풍부층이 남아있는 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이며, 도 6a의 오른쪽은 식각 공정을 거쳐 실리콘 풍부층이 제거된 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이다.
도 6b는 약 530℃에서 1차 염 처리 후, 약 530℃에서 열 처리하고, 다시 약 420℃에서 2차 염 처리한 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이다. 도 6b의 왼쪽은 식각 공정을 거치지 않아 실리콘 풍부층이 남아있는 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이며, 도 6b의 오른쪽은 식각 공정을 거쳐 실리콘 풍부층이 제거된 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이다.
도 6c는 약 530℃에서 1차 염 처리 후, 약 530℃에서 열 처리하고, 다시 약 420℃에서 2차 염 처리한 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이다. 도 6c에 도시되어 있는 표시 장치 윈도우에 대해서는 도 6b에 도시되어 있는 표시 장치 윈도우에서 수행된 것보다 2배 이상의 시간 동안 열 처리를 수행하였다. 도 6c의 왼쪽은 식각 공정을 거치지 않아 실리콘 풍부층이 남아있는 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이며, 도 6c의 오른쪽은 식각 공정을 거쳐 실리콘 풍부층이 제거된 표시 장치 윈도우의 강도를 평가한 것이다.
도 6a 내지 도 6c에 도시되어 있는 실시예 모두, 1차 염 처리 공정에서 약 70 중량%의 질산 칼륨(KNO3)과 약 30 중량% 질산 나트륨(NaNO3)으로 구성된 중성 염을 이용하였으며, 2차 염 처리 공정에서 100 중량%의 질산 칼륨(KNO3)으로 구성된 중성 염을 이용하였다.
표시 장치 윈도우의 강도 평가는 표시 장치 윈도우 상에 약 135g의 쇠(Fe) 공을 낙하시켰을 때, 표시 장치 윈도우가 파손되는 쇠 공의 낙하 높이를 측정함으로써 이루어졌다. 따라서, 본 발명의 일 실시예 따르면, 표시 장치 윈도우가 파손되는 쇠 공의 낙하 높이가 높을수록 표시 장치 윈도우가 더 큰 충격을 견딜 수 있고 강도가 높은 것이다.
도 6a를 참고하면, 서로 다른 14개의 표시 장치 윈도우 상에 쇠(Fe) 공을 낙하시키고, 표시 장치 윈도우가 파손되는 높이(이하, 파손 높이)를 측정하였다. 식각 전의 표시 장치 윈도우의 파손 높이는 약 35㎝부터 약 95㎝까지 상대적으로 넓게 분포하였다. 이중 유효 데이터(도면의 박스 표시된 부분에 속한 데이터)를 참고하면, 식각 전의 표시 장치 윈도우의 파손 높이는 약 45㎝ 내지 약 67㎝이다. 식각 전의 표시 장치 윈도우의 파손 높이 데이터 폭이 넓은 것은, 식각 전의 표시 장치 윈도우에 크랙을 포함하는 실리콘 풍부층이 남아있기 때문이다. 평가 대상인 표시 장치 윈도우에 존재하는 크랙의 크기 및 형태가 다양하기 때문에, 파손 높이도 다양하다. 반면, 식각 후 표시 장치 윈도우의 파손은 측정 최대 110㎝로 확인되었다. 이는 식각 후, 실리콘 풍부층과 함께 표시 장치 윈도우에 존재했던 크랙이 제거되기 때문이다. 아울러, 식각 후 표시 장치 윈도우의 파손 높이가 증가 한다는 것은, 기존에 존재하였던 크랙이 그 크기 또는 형태와 관계 없이 모두 제거되었다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 크랙이 그 형태나 크기와 관계없이 모두 제거될 수 있다.
도 6b를 참고하면, 서로 다른 14개의 표시 장치 윈도우 상에 쇠(Fe) 공을 낙하시키고, 표시 장치 윈도우가 파손 높이를 측정하였다. 식각 전의 표시 장치 윈도우의 파손 높이는 약 20㎝부터 약 90㎝까지 상대적으로 넓게 분포하였다. 이중 유효 데이터(도면의 박스 표시된 부분에 속한 데이터)를 참고하면, 식각 전의 표시 장치 윈도우의 파손 높이는 약 35㎝ 내지 약 60㎝이다. 식각 후의 표시 장치 윈도우의 파손 높이는 약 100㎝ 내지 약 110㎝이다. 도 6b를 참고해도, 식각 후 실리콘 풍부층과 함께 크랙이 제거되어, 표시 장치 윈도우의 강도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 6c를 참고하면, 서로 다른 14개의 표시 장치 윈도우 상에 쇠(Fe) 공을 낙하시키고, 표시 장치 윈도우가 파손 높이를 측정하였다. 식각 전의 표시 장치 윈도우의 파손 높이 유효 데이터(도면의 박스 표시된 부분에 속한 데이터)를 참고하면, 파손 높이는 약 70㎝ 내지 약 90㎝이다. 또한, 식각 후의 표시 장치 윈도우의 파손 높이는 약 110㎝이다. 도 6c에 도시되어 있는 실시예에 따르면, 도 6a 또는 도 6b에 도시되어 있는 실시예에 비하여 식각 전의 표시 장치 윈도우의 강도가 높다. 이는 도 6c의 실시예에 따른 표시 장치 윈도우는 염 처리와 함께 열 처리되기 때문이다. 도 6b의 실시예에 따른 표시 장치 윈도우도 열 처리되나, 도 6c의 실시예에 따른 표시 장치 윈도우보다 강도가 낮은 이유는 열 처리가 충분히 이루어지지 않았기 때문이다. 도 6c를 참고해도, 식각 후 실리콘 풍부층과 함께 크랙이 제거되어, 표시 장치 윈도우의 강도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
앞서, 도 5에서 검토한 바와 같이, 크랙의 크기가 유리 강도에 미치는 영향이 크기 때문에 크랙을 제거함으로써 유리의 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우 제조 방법에 따르면, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 것과 같이 표시 장치 윈도우 표면의 크랙을 제거함으로써 그 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 표시 장치 윈도우 상에 135g의 쇠(Fe) 공을 낙하시켰을 때, 파괴 높이가 약 100㎝ 이상이다. 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 상기와 같은 파괴 높이 또는 강도를 가짐으로써 운송 또는 사용 과정에서 가해질 수 있는 충격을 견딜 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 내충격성이 우수하다.
본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 내충격성이 우수하기 때문에, 윈도우에 가요성(Flexibility)이 필요한 표시 장치에 사용될 수 있다. 가요성을 갖는 표시 장치 윈도우는 필요에 따라 구부러지거나, 접힐 수 있다. 이 때, 표시 장치 윈도우는 상대적으로 작은 굴곡 강성(bending stiffness)를 가짐으로써 용이하게 구부러지거나 접힐 수 있다. 표시 장치 윈도우의 굴곡 강성은 하기 식 1에 따라 결정될 수 있다.
[식 1]
Figure 112017024032249-pat00001
식 1에서, BS는 각 층의 굴곡 강성을 의미하고, E는 각 층의 탄성 계수(elastic modulus)를 의미하며, TH는 각 층의 두께를 의미한다. 표시 장치 윈도우의 굴곡 강성은 표시 장치 윈도우의 두께의 세제곱에 비례한다. 따라서, 표시 장치 윈도우가 상대적으로 작은 굴곡 강성을 갖기 위해서는 표시 장치 윈도우의 두께가 상대적으로 작을 필요가 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 있어서, 표시 장치 윈도우는 약 10㎛ 내지 약 150㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 상대적으로 작은 굴곡 강성을 갖고, 용이하게 구부러지거나 접힐 수 있다.
표시 장치 윈도우가 구부러지거나 접혀서 변형될 때, 표시 장치 윈도우에는 변형에 대한 반발력이 발생한다. 표시 장치 윈도우의 변형에 대한 반발력은 하기 식 2를 따른다.
[식 2]
Figure 112017024032249-pat00002
식 2에 있어서, Y는 영률(Young's Modulus), t는 표시 장치 윈도우의 두께, w는 표시 장치 윈도우의 폭, 및 D는 접혔을 때 서로 마주보는 기판의 양 단부 사이 간격이다. 상기 D는 실질적으로 표시 장치 윈도우의 곡률 반경의 2배에 대응될 수 있다. 표시 장치 윈도우는 약 1mm 내지 약 10mm의 곡률 반경을 갖도록 설정될 수 있으며, 이에 해당되는 D 값을 만족할 수 있다. 상기 식 2에 따르면, 다른 조건은 동일한 상태에서 표시 장치 윈도우의 두께가 약 100㎛이고, D가 약 10mm일 때의 반발력은 표시 장치 윈도우의 두께가 약 70㎛일 때의 반발력의 약 3배에 해당한다.
따라서, 표시 장치 윈도우를 구부릴 때는 표시 장치 윈도우에 큰 반발력이 인가될 수 있다. 또한, 표시 장치 윈도우의 반발력 및 굴곡 강성을 줄이기 위하여 표시 장치 윈도우의 두께를 줄일 경우, 표시 장치 윈도우는 외부 충격에 취약할 수 있다.
본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 크랙이 없고 내충격성이 우수하기 때문에, 가요성을 확보하기 위하여 상대적으로 얇은 두께를 갖는 경우에도 외부 충격을 잘 견딜 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 윈도우에 가요성이 필요한 표시 장치에 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우와 종래 기술에 따른 표시 장치 윈도우의 파장에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다. 도 8a는 종래 기술에 따른 표시 장치 윈도우의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이며, 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 표면을 확대하여 나타낸 평면도이다. 도 8a와 도 8b는 각각 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)으로 표시 장치 윈도우의 표면을 촬영한 이미지이다.
먼저, 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 모든 파장 영역에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 투과율이 종래 기술에 따른 표시 장치 윈도우의 투과율보다 높은 것을 확인할 수 있다. 종래 기술에 따른 표시 장치 윈도우는 크랙을 제거하는 과정에서 표시 장치 윈도우 표면에 오목부가 만들어질 수 있기 때문에 투과율이 상대적으로 낮다.
종래 기술에 따르면, 모 기재의 크랙은 물리적인 연마 또는 산 처리 후 연마에 의해 제거될 수 있었다. 예컨대, 종래 기술에 따르면 모 기재를 플루오르화 수소산(HF)으로 처리하고, 크랙을 중심으로 완만한 오목부가 만들어지도록 크랙 주변을 연마 또는 식각함으로써 크랙을 제거하였다. 크랙에 의한 강도 저하는 하기 식 3과 같이 크랙의 크기 및 크랙의 형태에 영향을 받기 때문에, 종래 기술에 따라 크랙 대신 만들어진 완만한 오목부는 크랙에 의한 표시 장치 윈도우의 강도 저하를 줄여줄 수 있었다.
[식 3]
Figure 112017024032249-pat00003
(σ는 윈도우의 강도, Y는 크랙 형태 인자, a는 크랙 크기, KIC는 파괴 인성(Fracture Toughness))
크랙 대신 만들어진 완만한 오목부는 크랙 형태 인자(Y) 및 크랙 크기(a)가 좁고 깊은 형태의 크랙보다 작기 때문이다.
그러나, 종래 기술에 따라 모 기재의 크랙을 제거할 경우, 표시 장치 윈도우의 광학적 특성이 크게 저하될 우려가 있다. 구체적으로, 크랙이 있던 자리에 만들어진 오목부가 사용자에게 시인될 수 있다. 또한, 표시 장치 윈도우 표면의 오목부에 의해 표시 장치 윈도우 표면의 조도가 증가될 수 있다. 이러한 광학적 특성의 저하는 표시 장치로부터 출력되는 화면의 품질을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 도 8a를 참고하면, 크랙 제거 후 표시 장치 윈도우 표면에서 다수의 쌀알 무늬가 시인되는 것을 확인할 수 있다. 상기 쌀알 무늬는 크랙을 제거하면서 표시 장치 윈도우 표면에 만들어진 오목부다. 종래 기술에 따르면, 크랙이 제거됨에 따라 표시 장치 윈도우의 강도는 향상될 수 있으나, 투과율이 저하될 수 있다. 따라서, 표시 장치 윈도우의 강도를 향상시키면서도, 광학적 특성을 저하시키지 않는 크랙 제거 방법이 필요하다.
도 8b를 참고하면, 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우의 표면에는 쌀알 무늬로 시인되는 오목부가 없다. 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우의 표면은 실질적으로 평탄하며, 이에 따라 표시 장치 윈도우의 투과율도 높다. 따라서, 본 발명에 따르면, 크랙을 제거하여 표시 장치 윈도우의 강도를 향상시키는 동시에, 높은 투과율도 확보할 수 있다. 본 발명에 따르면, 표면에 존재했던 크랙이 제거되면서 표면이 평탄해지는 바, 표시 장치 윈도우의 투과율이 모 기재의 투과율보다 높아질 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우의 투과율이 산세정 후 모든 파장 영역에서 약 92% 이상인 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 표시 장치의 전면에 배치되는 것이기 때문에, 표시 장치로부터 출력되는 화면을 왜곡 없이 사용자에게 전달할 수 있어야 한다. 본 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 약 92% 이상의 투과율을 가짐으로써, 표시 장치로부터 출력되는 빛의 파장과 관계없이 화면을 왜곡 없이 사용자에게 전달할 수 있다.
아울러, 하기 표 1을 참고하면, 본원 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope)의 탐침으로 상기 표시 장치 윈도우 표면을 긁었을 때, 상기 탐침과 상기 표시 장치 윈도우간 15x10-4nNKT 이하의 마찰이 작용할 수 있다.
탐침에 의해 가해지는 하중 마찰력
종래 기술 본원 발명
50 nN 23 x 10 15 x 10-4nNKT
60 nN 25 x 10-4nNKT 16 x 10-4nNKT
70 nN 28 x 10-4nNKT 20 x 10-4nNKT
상기 표 1의 데이터는 종래 기술에 따라 크랙이 제거된 표시 장치 윈도우 표면과 본원 발명의 일 실시예에 따라 크랙이 제거된 표시 장치 윈도우의 표면을 원자간력 현미경의 탐침으로 긁었을 때, 탐침에 걸리는 마찰력을 측정한 것이다. 이때 원자간력 현미경의 탐침은 표시 장치 윈도우 표면을 누르면서 측방향으로 긁는데, 탐침에 의해 가해지는 하중은 원자간력 현미경의 탐침이 윈도우 표면을 누르는 힘을 의미한다.
표 1을 참고하면, 종래 기술에 따라 크랙이 제거된 표시 장치 윈도우의 표면에는 더 큰 마찰력이 작용하는 것을 확인할 수 있다. 이는 종래 기술에 따라 크랙이 제거된 표시 장치 윈도우의 표면에 다수의 오목부가 존재하기 때문이다. 본원 발명에 따른 표시 장치 윈도우는 그 표면이 평탄하기 때문에, 원자간력 현미경 탐침과 표시 장치 윈도우 표면 사이에 작용하는 마찰력이 상대적으로 작다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 윈도우 제조 장치를 나타낸 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 윈도우 제조 장치는 모 기재(MS)를 마련 하는 단계, 모 기재(MS)를 염 처리하여, 모 기재(MS)의 표면 및 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층을 형성하는 단계, 및 실리콘 풍부층을 제거하는 단계를 포함하는 윈도우 제조 방법을 수행한다. 아울러, 상기 윈도우 제조 장치는 모 기재(MS)를 고정하기 위한 카세트(CS) 및 카세트(CS)와 카세트(CS)에 고정된 모 기재(MS)를 용융된 상태의 염에 담지하기 위한 회분식 반응기(batch reactor, BTH)를 포함한다.
도 9를 참고하면, 카세트(CS)는 기판(SUB)과 모 기재(MS)를 고정하기 위해 기판(SUB) 상에 제공되는 고정부(GP)를 포함한다. 기판(SUB) 상에는 복수 개의 고정부(GP)가 제공될 수 있다. 도 9에는 고정부(GP)가 3개 존재하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 고정부(GP)의 개수는 도 9에 의해 제한되는 것이 아니다. 공정의 효율성을 향상시키기 위하여, 통상의 기술자는 기판(SUB) 상에 더 많은 고정부(GP)를 제공할 수 있다.
염 처리 공정 전 고정부(GP)의 내부로 모 기재(MS)의 일단이 삽입된다. 고정부(GP) 내부로 삽입되는 모 기재(MS)의 크기는 전체 모 기재(MS)의 크기와 비교했을 때 상당히 작다. 따라서, 고정부(GP) 내부로 삽입된 부분은 모 기재(MS) 전체의 염 처리 공정에 실질적으로 영향을 미치지 않는다.
고정부(GP) 내부로 삽입된 모 기재(MS)는 고정부(GP) 내부에 남아있는 잔여물에 의해 오염될 우려가 있다. 이러한 오염은 모 기재(MS) 및 모 기재(MS)로부터 만들어지는 표시 장치 윈도우의 강도 또는 투과율을 저하시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 모 기재(MS)의 일부가 고정부(GP) 내부에 남아있는 잔여물에 의해 오염되더라도, 이후의 실리콘 풍부층 제거 공정에서 모 기재(MS)의 오염된 부분이 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 고정부(GP)에 의한 모 기재(MS) 오염과 이로 인한 불량 발생의 문제를 해결할 수 있다.
도 10을 참고하면, 카세트(CS)는 고정부(GP)에 고정된 모 기재(MS)와 함께 회분식 반응기(BTH) 내에 담지된다. 도 10에는 카세트(CS)의 평면 크기와 회분식 반응기(BTH)의 평면 크기가 동일한 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이다. 카세트(CS)의 평면 크기는 회분식 반응기(BTH)의 평면 크기보다 더 작을 수 있다.
회분식 반응기(BTH) 내부에는 용융된 상태의 염이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중성 염을 이용하여 염 처리 공정을 수행하기 때문에 용융 염에 의해 카세트(CS)가 부식되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면, 카세트(CS)의 수명이 늘어날 수 있다.
비록 도 10에는 도시되어 있지 않으나, 회분식 반응기(BTH)에는 염을 주입하기 위한 주입구, 반응기 내부의 온도를 조절하기 위한 가열 장치 등이 더 구비될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
MS: 모 기재 SRL: 실리콘 풍부층
WG: 표시 장치 윈도우 CS: 카세트
GP: 고정부 BTH: 회분식 반응기

Claims (19)

  1. 표시 장치 윈도우 제조 방법에 있어서,
    모 기재를 마련하는 단계;
    상기 모 기재를 염 처리하여, 상기 모 기재의 표면 및 상기 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층(silicon rich layer)을 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 깊이는 모 기재 표면의 크랙의 깊이보다 크고,
    상기 실리콘 풍부층 내 실리콘(Si) 함량과 상기 모 기재 내 실리콘(Si) 함량의 비는 1.2 내지 1.4이고,
    상기 염 처리 시, 상기 모 기재로부터 제1족 및 제2족 원소가 제거되어 상기 실리콘 풍부층이 형성되는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모 기재는 질산 칼륨을 포함하는 중성 염으로 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모 기재는 질산 칼륨 및 질산 나트륨으로 구성된 중성 염으로 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중성 염은 질산 칼륨을 전체 중성 염의 중량을 기준으로 70 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 중성 염의 산도는 pH 6 내지 pH 8인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 염 처리는 상기 모 기재를 용융된 상태의 염에 담지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모 기재는 400℃ 내지 600℃의 온도에서 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모 기재는 순차적으로 제1 온도에서 제1 염 처리되고, 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도에서 제2 염 처리되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 염 처리와 상기 제2 염 처리 사이에 열 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 깊이는 100㎚ 내지 500㎚인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 풍부층은 72 중량% 이상의 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계는 염기성 용액을 이용한 식각을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계는 산성 용액에 의한 식각을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계 후 상기 표시 장치 윈도우 표면에는 제2 깊이를 갖는 실리콘 풍부층이 제공되고, 상기 제2 깊이는 상기 제1 깊이 및 상기 크랙의 깊이의 차와 같은 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우 제조 방법.
  16. 모 기재를 마련하는 단계;
    상기 모 기재를 염 처리하여, 상기 모 기재의 표면 및 상기 표면으로부터 제1 깊이까지 실리콘 풍부층을 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 풍부층을 제거하는 단계를 거쳐 제조되는 표시 장치 윈도우에 있어서,
    상기 표시 장치 윈도우의 표면에는 상기 제1 깊이보다 작은 깊이를 갖는 상기 실리콘 풍부층이 제공되고,
    상기 제1 깊이는 모 기재 표면의 크랙의 깊이보다 크고,
    상기 실리콘 풍부층 내 실리콘(Si) 함량과 상기 모 기재 내 실리콘(Si) 함량의 비는 1.2 내지 1.4이고,
    상기 염 처리 시, 상기 모 기재로부터 제1족 및 제2족 원소가 제거되어 상기 실리콘 풍부층이 형성되는 표시 장치 윈도우.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 표시 장치 윈도우 상에 135g의 쇠(Fe) 공을 낙하시켰을 때, 상기 표시 장치 윈도우가 파손되는 상기 쇠 공의 낙하 높이가 100㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 실리콘 풍부층을 산성 용액으로 식각하여 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 산성 용액에 의한 식각 후 상기 표시 장치 윈도우의 투과율은 92% 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우.
  19. 제16항에 있어서,
    원자간력 현미경(Atomic Force Microscope)의 탐침으로 상기 표시 장치 윈도우 표면을 긁었을 때, 상기 탐침과 상기 표시 장치 윈도우간 15x10-4nNKT 이하의 마찰이 작용하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 윈도우.
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