KR102475014B1 - 내스크래치성/내마모성 및 소유성 특성이 향상된 유리용 코팅 - Google Patents

내스크래치성/내마모성 및 소유성 특성이 향상된 유리용 코팅 Download PDF

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Abstract

유리의 전면 상에 다이아몬드형 코팅을 형성하고; 다이아몬드형 코팅 상에 보호층을 직접 형성하기 위해 수동 스퍼터링을 수행하고; 반응성 스퍼터링을 수행하여 보호층 상에 직접 접착층을 형성하고; 접착층 상에 직접 지문 방지층을 형성하는 것에 의한 유리 전면의 보호 코팅.

Description

내스크래치성/내마모성 및 소유성 특성이 향상된 유리용 코팅{COATING FOR GLASS WITH IMPROVED SCRATCH/WEAR RESISTANCE AND OLEOPHOBIC PROPERTIES}
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 2014 년 7 월 22 일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 제 62/027,745호, 및 2014 년 8 월 4 일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 제 62/033,099호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
분야
본 개시물은 예를 들어 터치 스크린 디스플레이에서 사용하기 위해 내스크래치성/내마모성 및 소수성/소유성 특성이 향상된 유리 코팅에 관한 것이다.
관련 기술
표준 유리는 스크래치 및 지문 마크가 생기기 쉽고, 이는 예를 들어 모바일 디바이스의 터치 스크린에 사용되는 커버 글래스에 대한 도전이 된다. 내스크래치성을 위해 다양한 코팅이 개발되고 있고 지문을 피하거나 줄이기 위해 소유성 (oleophobic) 특성을 제공한다.
소유성 코팅 (지문 방지 코팅 (anti-fingerprint coatings), AFC로도 지칭 됨) 은 지문이 잘 부착되지 않고 쉽게 닦일 수 있도록 유리 기판에 유발성들 (oil-repelling properties) 을 제공하는 것으로 알려져 있다. 쉽게 마모되지 않는 오래 지속되는 소유성 코팅을 만들기 위해, 코팅 공정은 SiO2 접착층의 증착에 이은 AFC 코팅의 증착에 의해 수행된다. SiO2가 없는 분위기에서의 증착도 수행가능하지만, 코팅은 (예로써 스틸 울 또는 치즈 크로스 (cheese cloth) 로 문지르는) 마모 시험에서와 같이 오래 수행되지 않는다.
일반적으로 DLC로 지칭되는 다이아몬드형 코팅은 유리 기판의 내스크래치성을 상당히 개선시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 DLC는 유리의 많은 응용 분야에서 소유성이 충분하지 않다.
내스크래치성 및 소유성의 양 특성을 제공하기 위해, 유리 상에 DLC를 증착하고 그 DLC 상에 AFC를 증착하는 것이 제안되어 왔다. 그러나, FAS (fluoro-alkylsilane) 와 같은 AFC는 DLC 필름에 잘 부착되지 않는다. 따라서, 유리에 AFC를 직접 도포할 때와 마찬가지로 DLC와 AFC 사이에 산화물층을 사용하는 것이 제안되어 왔다.
DLC 코팅된 유리에 소유성 코팅을 도포하면 DLC가 손상되어 예상되는 내스크래치성이 결과적으로 제거되는 것으로 밝혀졌다. 즉, DLC 코팅된 기판을 취하여, 플라즈마 세정 및 SiO2 접착층 증착을 수반하는 표준 AFC 공정에 적용하면, DLC 코팅이 손상된다. 따라서, AF 코팅이 DLC 코팅과 양립불가능하여, 유리가 스크래치로부터 보호되거나 지문으로부터 보호될 수 있지만 양자 모두는 안되는 것으로 보인다.
해결해야 할 문제
AFC의 접착성이 종래 기술보다 우수하여 AFC 소유성이 오랫동안 지속되고 러빙에 견딜 수 있도록 DLC 막 상에 형성된 개선된 AFC 코팅을 얻는 것이 바람직하다.
요약
하기 요약은 본 발명의 일부 양태 및 특징의 기본적인 이해를 제공하기 위해 포함된다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개관이 아니며, 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소를 특히 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하고자 하는 것은 아니다. 그 유일한 목적은 이하에 제시되는 보다 상세한 설명의 서두로서 단순화된 형태로 본 발명의 일부 개념을 제시하는 것이다.
소수성 증착 공정의 비독점적 변형이 발견되었는데, 이는 DLC를 보존할 뿐만 아니라 전체 내스크래치성 및 소유성 특성의 내구성도 향상시킨다.
일 실시형태에 따르면, 유리 기판은 DLC 막으로 코팅되었다. 다음, 규소 막이 DLC 상에 형성되었고, 이어서 이산화 규소의 막이 규소 막 상에 형성되었다. 다음 이산화 규소 상에 AFC 층이 형성되었다.
본 발명의 양태는 유리 기판; 유리의 전면 상의 다이아몬드형 코팅; 다이아몬드형 코팅 상에 직접 형성되고 규소를 함유하는 제 1 층, 및 제 1 층 상에 직접 형성되고 산소 및 질소 중 적어도 하나와 규소를 함유하는 제 2 층을 포함하는 중간 코팅; 및 제 2 층 상에 직접 제공되는 지문 방지 코팅을 포함하는 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리를 제공한다.
다른 양태는 다이아몬드형 코팅 상에 보호층을 직접 형성하기 위해 수동 스퍼터링을 수행하고; 반응성 스퍼터링을 수행하여 보호층 상에 직접 접착층을 형성하고; 그리고 접착층 상에 직접 지문 방지층을 형성하는 것을 포함하는, 유리의 전면 상에 보호 코팅을 형성하는 방법을 제공한다.
다른 양태는 유리의 전면 상에 다이아몬드형 코팅을 형성하고; 다이아몬드형 코팅 상에 산질화 규소 층을 직접 형성하기 위해 반응성 스퍼터링을 수행하고; 그리고 산질화 규소 층 상에 지문 방지층을 직접 형성하는 것을 포함하는, 유리의 전면 상에 보호 코팅을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 양태 및 특징은 이어지는 도면들을 참조하여 이루어지는 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 상세한 설명 및 도면은 첨부된 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 다양한 실시형태의 다양한 비제한적인 예를 제공함을 이해해야 한다.
본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 실시형태를 예시하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 예시하는 역할을 한다. 도면은 예시적인 실시형태의 주요 특징을 도식적으로 도시하기 위한 것이다. 도면은 실제 실시형태의 모든 특징이나 묘사된 요소의 상대 치수를 나타내기 위한 것이 아니며, 축척대로 도시되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시형태를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타낸 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타낸 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태를 나타낸 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태를 나타낸 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 수소화 공정을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 수소화 공정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른, 안티-스크래치 (anti-scratch) DLC 상부층이 있거나 없는 ARC의 반사율의 플롯이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 프로세싱 시스템을 나타낸 개략도이다.
상세한 설명
본원에 개시된 실시형태는 AFC 필름의 소유성 특성의 지속성을 개선시키면서 DLC층의 스크래치 내성을 유지하기 위해 DLC층 상에 AFC의 개선된 접착 특성을 제공하기 위해 개발되었다
마모 시험 (스틸 울을 이용한 러빙 사이클) 동안의 오일 접촉각의 시간 함수로서의 소유성 특성의 테스트는, 본 발명의 실시형태에 따라 코팅된 AFC를 갖는 유리가 접촉각이 샘플보다 길게 유지됨을 예기치 않게 나타냈다 AFC가 종래의 산화물층을 사용하여 증착된 샘플에 비해 본 발명의 실시형태에 따라 코팅된 AFC를 갖는 유리가 접촉각이 더 오래 홀딩되었다는 것을 예기치않게 밝혀냈다. 결과적으로 표준 공정을 사용하여 제조된 유리 위의 AF 코팅은 1100 접촉각에서 2500회 러빙에 대한 내성을 나타낸다. (접촉각은 비딩 오일 방울의 출사각). 반대로, 본 발명의 실시형태를 사용하여 DLC 코팅 상에 증착된 AF 코팅은 5,000회 이상의 러빙을 견딘다.
본 발명의 실시형태는 유리 상에 코팅된 DLC 필름 및 DLC 필름 위의 AFC 필름을 사용한다. 다층 중간막은 DLC 막과 AFC 막 사이에 개재되어 있다. 다층막은 산화물 막을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 반사 방지 코팅 (ARC) 필름은 유리와 DLC 사이에 개재될 수 있다. ARC는 또한 다층일 수 있다.
다음은 소유성 코팅이 있는 DLC 코팅된 유리를 포함하는 본 발명의 실시형태이다. 전체 코팅은 소유성이고 DLC 또는 소유성 코팅 단독보다 내스크래치성이 더 우수하다. 접촉각을 가지고 측정된 소유성 특성은 스틸 울 마모 테스트에서 보다 오래 지속된다.
도 1은 본 발명의 실시형태를 나타낸 개략 단면도이다. 도 1에서, DLC 층 (105) 은 유리 기판 (100) 상에 형성된다. 유리 (100) 는 예를 들어 코닝 (Corning) 에서 입수 가능한 Gorilla® 유리와 같은 처리된 유리일 수 있다. 또한, 도 1에 도시되지는 않았지만, ARC 층이 DLC와 유리 사이에 형성될 수 있다. 따라서, 본 개시물의 문맥에서, B 상에 형성된 A라는 말은 A가 B 상에 직접 형성되거나 A가 A와 B 사이에 있는 중간층 상에 형성되는 양자의 상황을 커버한다.
도 1의 실시형태에서, DLC (105) 상에 보호/접착제 다층 코팅 (110) 이 제공된다. 다층 코팅 (110) 은 그 중에서 DLC (105) 를 보호하고 AFC (125) 의 접착성을 향상시키는 기능을 한다. 또한, 다층 코팅 (110) 이 AFC (125) 의 소유성 성능을 향상시키는 것이 또한 예기치 않게 발견되었다. 도 1의 다층 코팅 (110) 은 DLC (105) 상에 직접 DLC (105) 와 접촉하여 형성된 규소 보호층 (115) 및 규소 층 (115) 상에 직접 규소 층 (115) 과 접촉하여 형성된 산화 규소 접착층 (120) 을 포함한다. AFC (125) 는 산화 규소 층 (120) 상에 직접 산화 규소 층 (120) 과 접촉하여 형성된다.
일 실시형태에서, 보호/접착제 다층 코팅 (110) 이 PVD 스퍼터링을 사용하여 형성된다. 일 실시형태에서, 두층의 스퍼터링은 단일 챔버에서 수행될 수 있는 반면, 다른 실시형태에서는 두개의 연속 챔버에서 형성된다. 규소 층은 규소 타겟과 아르곤 가스를 사용하여 플라즈마를 발화시키고 유지시키기 위해 형성된다. 일 실시형태에서, 어떠한 플라즈마도 기판과 접촉하지 않고 규소 타겟의 평면에 대해 예각으로 스퍼터링된 입자만이 기판에 도달하도록 스퍼터링이 수행된다. 타겟의 평면에 수직인 각도로 존재하는 입자는 기판에 도달하는 것이 방지된다.
산화 규소 층 (120) 의 스퍼터링은 규소 타겟 및 플라즈마를 유지하기 위한 아르곤 가스, 및 규소 입자와 반응하는 산화물 가스를 사용하여 수행된다. 따라서, 규소 층의 스퍼터링은 수동 스퍼터링 (즉, 타겟으로부터의 재료만이 기판 상에 증착됨) 으로 지칭되는 반면, 산화 규소 층의 스퍼터링은 반응성 스퍼터링 (즉, 제 2 종이 기판 상에 착지하기 전에 타겟으로부터의 물질과 반응한다) 으로 지칭된다. 즉, 이 특정예에서, 제 1 층은 수동 스퍼터링 공정을 사용하여 형성되는 한편, 제 2 층은 반응성 스퍼터링 공정을 이용하여 형성된다.
기재된 프로세스의 결과, DLC는 규소 층에 의해 보호되는 한편, AFC 층은 산화 규소 층에 잘 부착된다. 이 실시형태의 규소 층은 투명하게 유지되도록 매우 얇게 형성된다. 구체적으로, 규소 층은 약 5-10 Å, 보다 구체적으로는 5-7 Å으로 형성된다. 산화 규소는 규소 층보다 두껍게 형성될 수 있다. 본 예에서, 산화 규소 층은 약 15-35 Å, 보다 구체적으로는 20-30 Å으로 형성된다.
일 예에서, 규소로부터 산화 규소로의 전이가 점진적으로 이루어진다. 이것은 단일 챔버를 사용하여 두층을 형성함으로써 행해질 수 있다. 예를 들어, 규소 타겟을 갖는 스퍼터링 챔버가 초기에 아르곤 가스만을 주입하여 사용될 수 있다. 규소 층이 원하는 두께에 도달하면, 챔버 내로 산소의 흐름이 도입되고, 증착이 순수 규소로부터 산화 규소, 예를 들어 SiO2로 전이되도록 점진적으로 증가된다.
다른 예에서, 규소 층과 산화 규소 층 사이에 경계 돌발 전이가 제공된다. 이는 초기에 아르곤 가스만을 주입하는 규소 타겟을 갖는 단일 스퍼터링 챔버에서 행해질 수 있다. 규소 층이 원하는 두께에 도달하면, 스퍼터링 공정이 중단될 수 있고, 이어서 증착이 산화 규소의 제 2 층의 것이 되도록 원하는 속도로 산소의 흐름을 부가하는 제 2 공정이 착수될 수 있다. 대안으로, 일단 규소 층이 원하는 두께에 도달하면, 기판은 아르곤 및 산소 가스 유동을 갖는 제 2 스퍼터링 챔버로 이동되어 산화 규소 층을 형성할 수 있다.
도 2는 또 다른 실시형태를 나타낸다. 도 2의 실시형태에서, 다층 코팅 (210) 은 DLC (205) 상에 직접 DLC (205) 와 접촉하여 형성된 규소 층 (215) 및 규소 층 (115) 상에 직접 규소 층 (115) 과 접촉하여 형성된 질화 규소 층 (220) 을 포함한다. AFC (225) 는 질화 규소 층 (220) 상에 직접 질화 규소 층 (220) 과 접촉하여 형성된다.
일 실시형태에서, 보호/접착제 다층 코팅 (210) 은 PVD 스퍼터링을 사용하여 형성된다. 일 실시형태에서, 두층의 스퍼터링은 단일 챔버에서 수행될 수 있는 반면, 다른 실시형태에서는 두개의 연속 챔버에서 형성된다. 규소 층은 규소 타겟과 아르곤 가스를 사용하여 플라즈마를 발화시키고 유지시키기 위해 형성된다. 일 실시형태에서, 어떠한 플라즈마도 기판과 접촉하지 않고 규소 타겟의 평면에 대해 예각으로 스퍼터링된 입자만이 기판에 도달하도록 스퍼터링이 수행된다. 타겟의 평면에 수직인 각도로 존재하는 입자는 기판에 도달하는 것이 방지된다.
질화 규소 층 (220) 의 스퍼터링은 규소 타겟 및 플라즈마를 유지하기 위한 아르곤 가스, 및 규소 입자와 반응하는 질화물 가스를 사용하여 수행된다. 즉, 이 특정예에서, 제 1 층은 수동 스퍼터링 공정을 사용하여 형성되는 한편, 제 2 층은 반응성 스퍼터링 공정을 이용하여 형성된다.
기재된 프로세스의 결과, DLC는 규소 층에 의해 보호되는 한편, AFC 층은 질화 규소 층에 잘 부착된다. 이 실시형태의 규소 층은 투명하게 유지되도록 매우 얇게 형성된다. 구체적으로, 규소 층은 약 5-10 Å, 보다 구체적으로는 5-7 Å으로 형성된다. 규소 질화물은 규소 층보다 두껍게 형성될 수 있다. 본 예에서, 질화 규소 층은 약 15-35 Å, 보다 구체적으로는 20-30 Å으로 형성된다.
전술한 바와 같이, 두층은 하나 또는 두 개의 챔버를 사용하여 형성될 수 있고 점진적 또는 급격한 전이를 갖는다.
도 3은 또 다른 실시형태를 나타낸다. 도 3의 실시형태에서, 다층 코팅 (310) 은 DLC (305) 상에 직접 DLC (305) 와 접촉하여 형성된 규소 층 (315) 및 규소 층 (315) 상에 직접 규소 층 (315) 과 접촉하여 형성된 산질화 규소 층 (320) 을 포함한다. AFC (325) 는 질화 규소 층 (320) 상에 직접 질화 규소 층 (320) 과 접촉하여 형성된다.
일 실시형태에서, 보호/접착제 다층 코팅 (310) 은 PVD 스퍼터링을 사용하여 형성된다. 일 실시형태에서, 두층의 스퍼터링은 단일 챔버에서 수행될 수 있는 반면, 다른 실시형태에서는 두개의 연속 챔버에서 형성된다. 규소 층은 규소 타겟과 아르곤 가스를 사용하여 플라즈마를 발화시키고 유지시키기 위해 형성된다. 일 실시형태에서, 어떠한 플라즈마도 기판과 접촉하지 않고 규소 타겟의 평면에 대해 예각으로 스퍼터링된 입자만이 기판에 도달하도록 스퍼터링이 수행된다. 타겟의 평면에 수직인 각도로 존재하는 입자는 기판에 도달하는 것이 방지된다.
산질화 규소 층 (320) 의 스퍼터링은 규소 타겟 및 플라즈마를 유지하기 위한 아르곤 가스, 및 규소 입자와 반응하는 산소 및 질화물 가스를 사용하여 수행된다. 즉, 이 특정예에서, 제 1 층은 수동 스퍼터링 공정을 사용하여 형성되는 한편, 제 2 층은 반응성 스퍼터링 공정을 이용하여 형성된다.
기재된 프로세스의 결과, DLC는 규소 층에 의해 보호되는 한편, AFC 층은 질화 규소 층에 잘 부착된다. 이 실시형태의 규소 층은 투명하게 유지되도록 매우 얇게 형성된다. 구체적으로, 규소 층은 약 5-10 Å, 보다 구체적으로는 5-7 Å으로 형성된다. 산질화 규소는 규소 층보다 두껍게 형성될 수 있다. 본 예에서, 산질화 규소 층은 약 15-35 Å, 보다 구체적으로는 20-30 Å으로 형성된다.
전술한 바와 같이, 두층은 하나 또는 두 개의 챔버를 사용하여 형성될 수 있고 점진적 또는 급격한 전이를 갖는다.
추가 실시형태에 따라, DLC 층을 보호하기 위해 질화 규소 층이 사용된다. 구체적으로, 도 4의 실시형태에서, 다층 코팅 (410) 은 DLC (405) 상에 직접 DLC (405) 와 접촉하여 형성된 질화 규소 층 (415) 및 질화 규소 층 (415) 상에 직접 질화 규소 층 (415) 과 접촉하여 형성된 산화 규소 층 (420) 을 포함한다. AFC (425) 는 산화 규소 층 (420) 상에 직접 산화 규소 층 (420) 과 접촉하여 형성된다.
일 실시형태에서, 보호/접착제 다층 코팅 (410) 은 PVD 스퍼터링을 사용하여 형성된다. 일 실시형태에서, 두층의 스퍼터링은 단일 챔버에서 수행될 수 있는 반면, 다른 실시형태에서는 두개의 연속 챔버에서 형성된다. 질화 규소 층 (415) 은 규소 타겟과 아르곤 및 질소 가스를 사용하여 형성된다. 산화 규소 층 (420) 은 규소 타겟과 아르곤 및 질소 가스를 사용하여 수행된다. 일 실시형태에서, 어떠한 플라즈마도 기판과 접촉하지 않고 규소 타겟의 평면에 대해 예각으로 스퍼터링된 입자만이 기판에 도달하도록 스퍼터링이 수행된다. 타겟의 평면에 수직인 각도로 존재하는 입자는 기판에 도달하는 것이 방지된다. 따라서, 이 특정예에서, 제 1 층 및 제 2 층의 양자는 반응성 스퍼터링 공정을 이용하여 형성된다.
기재된 프로세스의 결과, DLC는 질화 규소 층에 의해 보호되는 한편, AFC 층은 산화 규소 층에 잘 부착된다. 이 실시형태의 질화 규소 층은 투명하게 유지되도록 매우 얇게 형성된다. 구체적으로, 규소 층은 약 5-10 Å, 보다 구체적으로는 5-7 Å으로 형성된다. 산화 규소는 규소 층보다 두껍게 형성될 수 있다. 본 예에서, 산화 규소 층은 약 15-35 Å, 보다 구체적으로는 20-30 Å으로 형성된다.
전술한 바와 같이, 두층은 하나 또는 두 개의 챔버를 사용하여 형성될 수 있고 점진적 또는 급격한 전이를 갖는다.
도 5에 나타낸 또 따른 실시형태에 따르면, 코팅 (510) 은 DLC (505) 상에 직접 DLC (505) 와 접촉하여 형성된 산질화 규소 층 (522) 을 포함하는 단일층을 포함한다. AFC (525) 는 산질화 규소 층 (522) 상에 직접 산질화 규소 층 (522) 과 접촉하여 형성된다.
일 실시형태에서, 보호/접착제 코팅 (522) 은 PVD 스퍼터링을 사용하여 형성된다. 일 실시형태에서, 층의 스퍼터링은 반응성 스퍼터링을 이용하여 단일 챔버에서 수행될 수 있다. 산질화 규소 층 (522) 은 규소 타겟과 아르곤, 산소 및 질소 가스의 흐름을 사용하여 형성된다. 일 실시형태에서, 어떠한 플라즈마도 기판과 접촉하지 않고 규소 타겟의 평면에 대해 예각으로 스퍼터링된 입자만이 기판에 도달하도록 스퍼터링이 수행된다. 타겟의 평면에 수직인 각도로 존재하는 입자는 기판에 도달하는 것이 방지된다.
기재된 프로세스의 결과, DLC는 규소 스퍼터링 동안 질소의 첨가에 의해 보호되는 한편, AFC 층은 스퍼터링 동안 산소의 첨가에 의해 잘 부착된다. 이 실시형태의 산질화 규소 층은 투명하게 유지되도록 얇게 형성된다. 산질화 규소 층은 약 15-35 Å, 보다 구체적으로는 20-30 Å으로 형성될 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 보호/접착제 코팅은 접착제층의 상부의 댕글링 결합에 수소를 첨가하기 위해서 AFC 층 형성 이전에 수소화된다. 이것은 AFC 분자가 산화 규소에 결합하는 것을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 이것은 특히 FAS의 복잡한 분자에 대해 사실이다. 다음, AFC를 형성한 후, 기판을 예를 들어 어닐링하여 수분을 제거하고 결합을 완료함으로써 기판을 탈수소화시킨다. 즉, 결합을 형성하는 화학 반응은 물 분자를 생성하고, 특히 제거해야 하는 접착제와 FAS 사이의 계면에서 발생한다. 하나의 간단한 예에서, 기판은 보호/접착 코팅의 형성을 완료한 후 AFC층을 형성하기 전에 습한 분위기에 노출된다. 그러나, 다른 실시형태에 따르면, 수소화는 생산 시스템 내의 스팀 챔버를 사용하여 제어된다.
도 6은 대기 환경을 이용한 수소화-탈수소화의 예를 나타낸다. 이 실시형태에서, DLC는 단계 605에서 스퍼터링 챔버에서 형성된다. 이와 관련하여, 챔버는 설명을 혼란스럽게 하지 않도록 블록으로 개략적으로 표시된다. DLC 막을 형성한 후, 기판을 이동시켜 보호/접착층 (610) 을 형성한다. 여기서, 단일 챔버만 도시되어 있지만, 전술한 바와 같이, 다층 보호/접착층은 2개 이상의 챔버를 사용하여 형성될 수 있다. 일단 보호/접착층 (610) 이 형성되면, 기판은 시스템으로부터 제거되고 대기에 노출된다. 공장의 습도 및 온도에 따라 노출 시간이 다를 수 있다. 그 후, 기판은 시스템으로 복귀되고 AFC층 (625) 이 형성된다. 그 후, 기판은 탈수소화를 위해 어닐링 챔버 (630) 내로 이동된다.
접착층 (110) 을 수소화하는 목적은 FAS 분자가 접착층에 결합되도록 하는 화학 반응을 가능하게 하기 위함이다. 그러나, 제어되지 않은 채로 남아있는 FAS 분자의 복잡한 구조는 접착층보다는 인접한 FAS 분자와 결합을 형성할 수 있다. 이는 지문 방지층으로서의 FAS의 수명을 감소시킨다. 따라서, 도 7에 나타낸 실시형태에 따르면, 수소화 공정은 프로세싱 챔버 내에서 제어된다. 구체적으로, DLC층은 705에서 기판 상에 형성된다. 다음, DLC (705) 상에 임의의 개시된 보호/접착제층 (710) 이 형성된다. 이 단계에서, 기판은 진공 시스템 내에 유지되고 수소화 챔버 (752) 로 이송된다. 이 챔버는 온도 및 제어된 스팀 환경을 제어한다. 온도 및 스팀 레벨은 보호/접착층 (710) 보다는 FAS 분자가 서로 결합하기에 충분한 시간을 제공하지 않도록 제어된다. 그 후, 보호/접착층 (710) 상에 FAS를 형성하기 위해 FAS 챔버 (725) 안으로 기판을 계속 보낸다. 그 후, 기판은 탈수소화를 위해 챔버 (730) 에서 어닐된다.
추가 실시형태들에 따르면, 최고의 안티-스크래치 성능을 달성하기 위해, 개시된 실시형태에 따르면, ARC 필름 스택의 상부에 다이아몬드형 탄소 (DLC) 층이 PVD 또는 CVD에 의해 증착된다. 일부 특정 실시형태에서, 증착된 DLC 층은 아주 매끄럽고 매우 낮은 마찰 계수를 갖는 수소화된 비정질 탄소이며, 이는 이상적인 안티-스크래치 상부 코트가 된다. 또한, 광학 모델의 미세 최적화에 의해, DLC 층은 중간 굴절률 (n : LI < DLC < HI) 및 낮은 흡광 계수 (k<0.3, 광 흡수가 거의 없음) 와 같은, 부분적으로, 우수한 광학 특성으로 인해 전체 ARC 성능에 영향을 거의 주지 않는다.
제 1 예에 따르면, 다층 반사 방지 코팅 (ARC) 이 유리 기판 상에 증착된다. ARC는 저굴절률과 고굴절률 재료들의 교번하는 층을 포함하여, 가시선 스펙트럼 범위 (□ = 400-700nm) 에 걸쳐 평균 1% 이하로 반사율을 감소시키는 스택을 형성한다. 다층 ARC 스택은 입사 매체, 일반적으로 공기를 대면하는 최상층으로서 다이아몬드형 탄소층으로 끝이 난다. ARC + DLC의 평균 반사율은 ARC 단독의 반사율과 유사하다. ARC + DLC 스택의 일 실시형태의 구조는 표 1에 도시되어 있다. 또한, 도 8은 안티-스크래치 DLC 상부층이 있거나 없는 ARC의 반사율의 플롯이다. 알 수 있는 바와 같이, DLC 층은 가시선 스펙트럼의 반사 특성에 거의 영향을 미치지 않는다.
또한, 실험 데이터는, 최상부층으로서 DLC가 있는 다층 ARC (ARC + DLC) 는 기계적 특성이 뛰어나 DLC가 없는 상응하는 다층 ARC보다 스크래치 또는 마모 또는 충격 테스트에서 더 잘 견딜 수 있다는 것을 보여준다. 예를 들어, 최상부층으로서 DLC가 있는 다층 ARC는 DLC가 없는 해당 ARC보다 스크래치 테스트 스탠드에서 더 많은 반복 및/또는 더 큰 하중력을 2배 이상 견딜 수 있다.
유리 비드가 소정의 힘으로 유리에 대해 가압되고 10 사이클 동안 왕복 운동이 발생되는 실험 장치가 DLC의 내스크래치성을 시험하는데 사용되었다. 힘은 스크래치가 보일 때까지 연속 10 사이클 동안 증가된다. 노출된 유리의 경우, 긁힘에 대한 힘은 0.5 뉴턴이었다. 반대로, ARC만 있는 유리의 경우, 힘은 단지 0.1 뉴턴이었고, 이는 ARC가 비교적 쉽게 스크래치나서 모바일 디바이스에 사용될 수 없음을 보여준다. 반면에, 본 실시형태의 필름으로 코팅된 유리는 5 뉴톤을 견뎠고, 이것은 베어 유리에 의해 견디는 힘의 10배이다.
상기 예에서, 다이아몬드형 탄소는 Ar, N, O, F, B, Si, Al 등과 같은 추가 원소를 갖거나 갖지 않는 수소화된 비정질 탄소 (a-CHx, 0 <x <2) 로 제조된다. 다이아몬드형 탄소 상부 코트는 가시 스펙트럼 범위에 걸쳐 1.4-2.0의 굴절률 (n) 을 가지며, 즉 저굴절률 재료의 굴절률보다 높고 해당 ARC 구조에서 사용되는 고굴절률 재료보다 낮다. 다이아몬드형 탄소 상부 코트는 가시 광선 스펙트럼 범위에 걸쳐 0.3보다 작은 소광 계수 (k) 를 가지며, 즉 거의 광 흡수 없이 클리어하다. 양호한 성능을 위해서, DLC 층의 두께는 최상부의 저굴절률 재료의 일부가 되도록 설계되는 한편, 최상부의 ARC 층의 두께는 동일한 양만큼 감소된다 (표 1 참조). 통상적으로, DLC 층의 두께는 10nm 미만으로 설계되어, 결과적으로 광학 성능에 미치는 영향은, 만일 있다면, 매우 작다. 한편, 안티-스크래치 성능은 DLC 코팅 두께에 비례한다.
달리 말하면, 본 발명의 양태는 결합형 ARC 및 DLC 코팅이며, ARC는 저굴절률 막과 고굴절률 막의 교번층으로 구성되며, ARC의 종결층은 저굴절률 막, 종결층 상에 직접 형성된 DLC 층으로 이루어지고, DLC 층은 저굴절률 막보다 높고 고굴절률 막보다 낮은 굴절률을 갖도록 구성되고, DLC층은 종결막의 두께의 일부를 갖도록 형성된다.
일부 실시형태에 따르면, ARC 스택은 SiO2 및 Nb2O5의 교번하는 층들을 증착함으로써 형성되고, 상부층은 SiO2 이다. 스택은, 각 층의 두께가 스택에 대한 원하는 안티-반사 특성을 제공할 수 있도록 설계된다. 다음, 상부층의 설계된 두께는 원하는 DLC 층의 두께와 동일한 양만큼 감소된다. DLC 층 두께는 일반적으로 2-10nm로 선택된다. 최상의 결과를 위해, DLC 층의 두께는 2.5-3.5nm로 유지되어야 한다. 일부 실시형태에서, DLC 층은 스퍼터링 챔버로 아르곤 및 수소 가스를 흘리면서 스퍼터링을 이용하여 증착된다. 아르곤 가스는 플라즈마를 유지하고 스퍼터링 타겟으로부터 DLC 원자를 스퍼터링하는데 사용되는 한편, 수소 가스는 스퍼터링 프로세스 동안 DLC를 수소화하는데 사용된다. 스퍼터링 타겟은 탄소, 예를 들어, 흑연이다. 일 실시형태에서, 대향 타겟 스퍼터링 소스가 사용되며, 이것은 수소화된 비정질 DLC 층을 형성하는데 유익하다.
이 ARC + DLC 배열체는 임의의 개시된 실시형태에서 사용될 수 있으며, 이는 도면에서 별표 화살표로 도시된다. ARC 층을 형성하기 이전에, 유리의 전면을 산소 및 아르곤 가스의 플라즈마에 노출시킴으로써 유리를 처리할 수 있다. 또한, 본 개시물의 문맥에서, 다양한 층은 유리의 전면 상에 형성된다고 언급된다. "전면"이라는 용어는 유리가 부착되는 디바이스 외부의 표면을 지칭한다. 즉, 전면은 모바일 디바이스의 다양한 기능을 활성화하기 위해 사용자가 접촉하는 표면이다.
본 발명의 양태는, 유리의 전면 상에 다이아몬드형 코팅을 형성하고; 다이아몬드형 코팅 상에 규소로 이루어지는 보호층을 직접 형성하고, 규소 및 산소와 질소 중 적어도 하나로 이루어지는 접착층을 보호층 상에 직접 형성하고; 그리고 접착층 상에 직접 지문 방지층을 형성함으로써, 유리의 전면 상에 보호 코팅을 형성하는 방법을 포함한다.
본 발명의 양태는 도 9에 도시된 (화살표로 도시된 바와 같은 챔버들 사이를 이동하는) 유리 기판 (908) 상에 보호 코팅을 제조하기 위한 시스템을 제공하며, 그리고 진입 진공 로드록 (900); 플라즈마 세정 챔버 (902); 다이아몬드형 코팅 스퍼터링 챔버 (905); 규소 스퍼터링 타겟 (903) 및 아르곤 가스 공급원을 포함하는 보호 코팅 수동 스퍼터링 챔버 (915); 규소 스퍼터링 타겟 (903), 아르곤 가스 공급원 및 산소와 질소 중 적어도 하나로 이루어지는 반응성 가스 공급원을 포함하는 접착층 반응성 스퍼터링 챔버 (920); 지문 방지 코팅 증발 챔버 (925); 어닐링 챔버 (930); 및 출구 진공 로드록 (935) 을 포함한다. 시스템은 플라즈마 세정 챔버와 다이아몬드형 코팅 스퍼터링 챔버 사이에 위치된 반사 방지 코팅 증착 챔버 (904) 를 더 포함할 수 있다. 시스템은 반응성 스퍼터링 챔버 (920) 와 지문 방지 코팅 증발 챔버 (925) 사이에 위치된 수소화 챔버 (952) 를 더 포함할 수 있다. 도 9의 점선 화살표로 도시된 바와 같이, 규소 타겟 (903) 은 타겟으로부터 스퍼터링된 입자가 기판에 도달할 수 없도록 구성되며; 오히려 타겟의 표면에 대해 예각으로 스퍼터링된 입자만이 기판에 도달한다.
특정 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 다양한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 구현될 수 있다.
Figure 112017018071065-pct00001

Claims (22)

  1. 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리로서,
    유리 기판;
    상기 유리의 전면 상의 다이아몬드형 코팅;
    상기 다이아몬드형 코팅 상에 직접 형성되고 규소, 질화 규소 또는 산질화 규소로 이루어지는 제 1 층, 및 상기 제 1 층 상에 직접 형성되고 산소 및 질소 중 적어도 하나와 규소를 함유하는 제 2 층을 포함하는 중간 코팅;
    상기 제 2 층 상에 직접 제공되는 지문 방지 코팅을 포함하는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 규소로 이루어지는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 규소 및 산소로 이루어지는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 규소 및 질소로 이루어지는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 규소, 질소 및 산소로 이루어지는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 질화 규소로 이루어지는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 규소 및 산소로 이루어지는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리의 전면과 상기 다이아몬드 형 코팅 사이에 형성된 반사 방지 코팅을 더 포함하는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사 방지 코팅은 SiO2 및 Nb2O5의 교번층들을 포함하고, 종결층은 SiO2이고, 그리고 상기 다이아몬드형 코팅은 상기 종결층 상에 직접 형성되는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사 방지 코팅은 저굴절률막과 고굴절률막의 교번층들로 이루어지고, 상기 반사 방지 코팅의 종결층은 저굴절률막으로 이루어지고, 상기 다이아몬드형 코팅은 상기 종결층 상에 직접 형성되며, 상기 다이아몬드형 코팅은 상기 저굴절률막보다 높고 상기 고굴절률막보다 낮은 굴절률을 갖도록 구성되며, 그리고 상기 다이아몬드형 코팅은 종결막의 두께의 일부를 갖도록 형성되는, 전자 디스플레이 스크린 상에 사용하기 위한 유리.
  11. 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법으로서,
    상기 유리의 전면 상에 다이아몬드형 코팅을 형성하는 단계;
    상기 다이아몬드형 코팅 상에 규소, 질화 규소 또는 산질화 규소로 이루어지는 보호층을 직접 형성하기 위해 수동 스퍼터링을 수행하는 단계;
    상기 보호층 상에 접착층을 직접 형성하기 위해 반응성 스퍼터링을 수행하는 단계;
    상기 접착층 상에 직접 지문 방지층을 형성하는 단계를 포함하는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 수동 스퍼터링은 규소로 이루어진 타겟을 사용하여 수행되는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반응성 스퍼터링은 산소 및 질소 가스 중 적어도 하나를 주입하면서 규소로 이루어진 타겟을 이용하여 수행되는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 지문 방지층을 형성하기 이전에 상기 접착층을 수소화하는 단계를 더 포함하는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 접착층과 상기 지문 방지층 사이의 계면을 탈수소화시키는 단계를 더 포함하는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 탈수소화는 상기 유리를 어닐링하는 것을 포함하는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 수소화는 상기 유리를 챔버에 배치하고 스팀을 상기 챔버에 주입하는 것을 포함하는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    다이아몬드형 코팅을 형성하는 단계, 수소화하는 단계, 및 지문 방지 코팅을 형성하는 단계가 진공 환경으로부터 상기 유리를 제거하지 않고 수행되는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 지문 방지 코팅은 플루오로알킬실란으로 이루어지는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 유리와 상기 다이아몬드형 코팅 사이에 반사 방지 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 반사 방지 코팅을 형성하는 단계는 SiO2 및 Nb2O5의 교번층들을 형성하는 단계를 포함하고, 종결층은 SiO2이고, 그리고 상기 다이아몬드형 코팅은 상기 종결층 상에 직접 형성되는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 반사 방지 코팅을 형성하기 전에 상기 유리의 전면을 산소 및 아르곤 가스의 플라즈마에 노출시키는 단계를 더 포함하는, 유리의 전면에 보호 코팅을 제공하는 방법.
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