KR102585251B1 - 코팅 유리에서 강도 및/또는 변형률 손실 완화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

코팅 유리에서 강도 및/또는 변형률 손실 완화를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

방법 및 장치는, 제1 파손 변형률 특성, 제1 탄성률 특성, 및 굴곡 강도를 갖는 유리 기판; 및 상기 유리 기판 위에 적용되어 복합 구조를 생성시켜 이의 경도를 증가시키는 코팅에 대해 제공되며, 여기서 상기 코팅은 제2 파손 변형률 특성 및 제2 탄성률 특성을 가지며, 여기서 상기 제1 파손 변형률 특성은 제2 파손 변형률 특성을 초과하고, (i) 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 굴곡 강도의 어떤 감소가 완화되는 최소 미리 결정된 임계값 이상; 및 (ii) 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 파손 변형률의 감소가 완화되는 최대 미리 결정된 임계값 이하 중 하나이다.

Description

코팅 유리에서 강도 및/또는 변형률 손실 완화를 위한 방법 및 장치 {METHODS AND APPARATUS FOR STRENGTH AND/OR STRAIN LOSS MITIGATION IN COATED GLASS}
본 출원은 2014년 8월 28일자로 출원된, 미국 가 출원 제62/042,966호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 개시는 코팅 유리 기판 구조에서 고강도 및/또는 변형률을 보유하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
많은 소비자용 및 상업용 제품은, 고-품질의 커버 유리의 시트를 사용하여 제품 내의 중요한 장치를 보호하고, 입력 및/또는 디스플레이용 사용자 인터페이스 (user interface), 및/또는 기타 많은 기능을 제공한다. 예를 들어 스마트폰, mp3 플레이어, 컴퓨터 태블릿, 등과 같은 모바일 장치는, 종종 제품을 보호하고 전술한 사용자 인터페이스를 달성하기 위해 제품상에 하나 이상의 고강도 유리 시트를 사용한다. 이러한 적용뿐만 아니라 다른 적용에서, 유리는 바람직하게 내구성 (예를 들어, 내스크래치성 및 내파단성), 투명성, 및/또는 반사방지 특성이 있다. 실제로, 스마트폰 및/또는 태블릿 적용에서, 커버 유리는 종종 사용자 입력 및 디스플레이를 위한 주된 인터페이스이며, 이는 커버 유리가 높은 내구성 및 높은 광학 성능 특성을 바람직하게 나타낼 것이라는 것을 의미한다.
제품상에 커버 유리가 열악한 작동 조건에 노출을 보여줄 수 있는 증거 중에서, 파단 (예를 들어, 균열) 및 스크래치는 아마도 가장 흔하다. 이러한 증거는, 날카로운 접촉의, 단일-사건 손상이 모바일 제품의 커버 유리에 가시적 균열 (및/또는 스크래치)의 주요 원인임을 시사한다. 상당한 균열이나 스크래치가 사용자 입력/디스플레이 소자의 커버 유리를 손상시킨 경우, 제품의 외관은 저하되고, 결과적으로 빛의 산란이 증가하여 디스플레이의 성능이 상당히 감소시킬 수 있다. 상당한 균열 및/또는 스크래치는 또한 터치 감지형 디스플레이의 정확도 및 신뢰도에 영향을 미칠 수 있다. 단일의 심한 균열 및/또는 스크래치, 및/또는 다수의 보통의 균열 및/또는 스크래치가, 보기 흉하고 제품 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있음에 따라, 이들은 종종, 특히 스마트폰 및/또는 태블릿과 같은 모바일 장치의 경우, 고객의 가장 중요한 불평 요인이다.
제품의 커버 유리의 스크래칭 가능성을 감소시키기 위해, 커버 유리의 경도를 약 15 GPa 이상으로 증가시키는 것이 제안되어 왔다. 주어진 유리 기판의 경도를 증가시키는 하나의 방법은, 유리 기판에 필름 코팅 또는 층을 적용하여 맨 유리 기판에 비해 더 높은 경도를 나타내는 복합 구조를 생산하는 것이다. 예를 들어, 복합 구조의 경도 특성을 향상시키기 위해 다이아몬드-형 탄소 코팅은 유리 기판에 적용될 수 있다. 실제로, 다이아몬드는 100 GPa의 경도를 나타낸다; 그러나, 이러한 재료는 높은 재료비로 인해 드물게 사용된다.
유리 기판 상부에 코팅을 부가하는 것은, 구조의 경도를 개선할 수 있고, 그에 의해 커버 유리의 내스크래치성을 개선하지만, 코팅은, 기판의 굴곡 강도 및/또는 기판의 파손 변형률 (strain-to-failure)과 같은, 기판의 다른 특성을 저하시킬 수 있다. 유리 기판의 파손 변형률 및/또는 강도의 감소는 균열, 특히 심한 균열에 대해 더 높은 민감성을 나타낼 수 있다.
따라서, 유리 기판상에 고경도 코팅을 달성하기 위한 새로운 방법 및 장치에 대한 기술분야의 요구가 있다.
어떤 전기적 특성, 광학 특성, 반도체 특성, 등을 달성하기 위한 것과 같은, 유리 기판상에 코팅을 적용하기 위한 여러 가지 이유가 있을 수 있다. 일반적으로, 더 경질의 표면은 더 연질의 표면에 비해 우수한 내스크래치성을 나타낸다. 그러나, 특정 적용을 위한 어느 정도의 강도 및/또는 파손 변형률 특성을 달성하기 위해 사용된 주어진 기판 조성물은, 원하는 수준의 표면 경도, 따라서 원하는 수준의 내스크래치성을 나타내지 않을 수 있다. 따라서, 코팅은 표면 경도 문제를 해결하기 위해 유리 기판에 적용될 수 있다. 예를 들어, Corning Incorporated로부터 이용 가능한, Gorilla® Glass와 같은, 산화물 유리는, 소비자용 전자 제품에 널리 사용되어 왔다. 이러한 유리는 종래 유리의 강도 및/또는 파손 변형률이 원하는 성능 수준을 달성하기에 불충분한 경우의 적용에 사용된다. Gorilla® Glass는 (높은 투과율, 낮은 반사율, 및 적합한 굴절률과 같은) 원하는 광학 특성을 유지하면서 높은 수준의 강도를 얻기 위하여 화학적 강화 (이온 교환)에 의해 제조된다. 이온 교환에 적합한 유리 조성물은, 알칼리 알루미노실리케이트 유리 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리를 포함하지만, 다른 유리 조성물도 가능하다. 이온 교환 (IX) 기술은 처리된 유리에서 높은 수준의 압축 응력을 생성할 수 있으며, 얇은 유리 기판에 적합하다.
여기에서 굴곡 강도의 결정과 관련하여, 주변 온도에서 첨단 세라믹 (advanced ceramics)의 단조 등이축 (monotonic equibiaxial) 굴곡 강도에 대해 알려진 시험방법 (예를 들어, ASTM C1499-09 참조)인, 링-온-링 시험 (ring-on-ring testing)은 사용될 수 있다. 링-온-링 시험은 단조 단축 하중하에서 동심 고리 구조 (concentric ring configurations)를 통해 주변 온도에서 첨단 취성 재료 (brittle materials)의 이축 강도의 결정을 다룬다. 이러한 시험은 널리 수용되어 왔고, 유리 기판의 표면 강도를 평가하는데 사용된다. 여기에서 구체 예와 관련하여 링-온-링 실험이 수행되는 경우에, 1인치 직경의 지지 링 (support ring) 및 0.5인치 직경의 로딩 링 (loading ring)은 약 2인치 × 2인치의 시험편 크기에 대해 사용될 수 있다. 상기 링의 접촉 반경은 약 1.6mm일 수 있으며, 헤드 속도는 약 1.2mm/min일 수 있다. 코팅 유리 제품에서, 표면 굴곡 강도 또는 표면 파손 변형률은, 볼-온-링 (ball-on-ring)과 같은 다른 유사한 방법에 부가하여, 링-온-링 방법에 의해 측정될 수 있다. 코팅과 관련된 강도 저하는 통상적으로 코팅이 인장하에 놓인 때 관찰되는데, 이는, 이 시험에서, 제품의 코팅 표면이 내부 (로딩) 링 또는 볼의 대립 표면상에 있음을 의미한다 (예를 들어, 코팅 표면은 로딩 하에 제품에 의해 형성된 "사발 형태 (bowl shape)의 외부"에 있다). 특성 강도 (characteristic strength)는 종종, 통계적 평균 또는 와이블 (Weibull) 특성 강도와 같은, 알려진 통계 방법을 사용하여 기재된다. 본 발명자들은 통상적으로 시험에서 그룹당 적어도 10개의 명목상 동일한 샘플이 있는, 샘플의 그룹에 대해 와이블 특성 강도 또는 와이블 특성 변형률의 관점에서 이러한 값을 인용한다.
Gorilla® Glass가 매우 바람직한 강도 특성을 나타내지만, 이러한 유리의 경도는 약 6 내지 10 GPa의 범위이다. 전술한 바와 같이, 많은 적용을 위해 좀 더 바람직한 경도는 대략 15GPa 이상일 수 있다. 여기에서 목적을 위해, 용어 "경도"는, GPa로 측정되고, 물질의 압입 경도를 시험하기 위해 사용된 나노-압입자 팁 (nano-indenter tip)을 사용하는, 베르코비치 경도 시험 (Berkovich hardness test)을 의미하는 것으로 의도된 점이 주목된다. 상기 팁은, 비교적 평평한 프로파일을 가지며, (주축으로부터 피라미드 평면 중 하나까지 측정된) 142.3도의 전체 포함 각도 및 65.35도의 반각을 갖는, 기하학적으로 자기-유사한 (self-similar) 삼-면 피라미드이다. 다른 경도 시험은 대안적으로 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 주어진 유리 기판의 경도를 증가시키기 위한 하나의 접근법은, 맨 유리 기판에 비해 더 높은 경도를 나타내는 복합 구조를 생산하도록 필름 코팅 또는 층을 적용하는 것이다. 또한, 전술한 바와 같이, 이러한 코팅은 유리 기판의 강도 및/또는 파손 변형률을 저하시킬 수 있다.
예를 들어, 유리 기판의 경도를 개선하기 위해 사용된 코팅은, 통상적으로 유리 기판의 탄성률 (Es)을 초과하는 탄성률 (Ec)을 가질 수 있는데, 예를 들어, 약 100GPa 이상의 Ec 및 약 70GPa의 Es를 갖는다. 더욱이, 균열 동역학 (crack dynamics)은 종종, 코팅이 유리 기판에 강하게 접착되는 경우, 코팅 및 유리에서 동일한 변형률을 통해 달성되는, 유리에서 응력에 비해 코팅에서 더 높은 응력으로 인해 코팅에서 기원할 수 있다. 균열 동역학은 유리 기판으로 침투하고, 하중이 가해질 때 유리 기판의 압축 응력 (CS)을 압도하며, 궁극적으로 지속적인 하중으로 인해 유리 기판을 통해 전파되는 균열을 특징으로 할 수 있다.
코팅 유리 기판의 복합 구조에서 굴곡 강도의 손실은 하기 파단 역학 틀 (fracture mechanics framework)을 통해 기계론적으로 표시될 수 있다. 코팅 및 유리 기판에 부과된 표면에 평행한 이축 적용 거시적 변형률 (macroscopic strain)으로서
Figure 112017029926987-pct00001
을 사용하면, 미-균열 코팅 σc 및 비-균열 유리 기판 σs에 작용하는 순 응력 (net stresses)은 다음과 같다:
[수학식 1]
Figure 112017029926987-pct00002
[수학식 2]
Figure 112017029926987-pct00003
여기서, σc 0 및 σs 0는 코팅 및 유리 기판의 잔류 응력이며,
Figure 112017029926987-pct00004
는 면상 모듈러스 (in-plane modulus)이고,
Figure 112017029926987-pct00005
는 적용된 거시적 응력을 나타낸다.
코팅의 결과로서 유리 기판에서 얼마나 많은 굴곡 강도 감소가 발생하는지를 평가하기 위해, 기준 상태 (reference state)는 필요하고 (즉, 대조군), 이는 도 1에 예시된다. 대조구 샘플은 이미-존재하는 유리 흠 (10)을 갖는 이온 교환된 (강화된) 유리 기판 (102)이다. 이미-존재하는 유리 흠 (균열)의 크기는, 대조구 샘플의 강도 분포를 분석하여 추정될 수 있다. 잔류 응력은 균열 크기를 가로질러 균일한 것으로 전제되는데, 이는 유리 흠 크기가 일반적으로 서브-마이크로미터 또는 마이크로미터 레짐 (regime)이기 때문이다. 비교를 위하여, 도 2에 예시된 바와 같은, 유리 기판 (102) 및 유리 기판 (102)의 이미-존재하는 유리 흠에 연결되는 코팅 균열을 갖는 코팅 (104)을 포함하는, 코팅 유리 기판은 고려된다. 이러한 상황은 유리 기판 (102) 내의 이미-존재하는 유리 흠 (10)에 의해 코팅 (104)에서 생성된 증착 결함 또는 응력 집중 (stress concentrations)으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 시나리오에서, hc＜α로, 도 1의 균열 팁의 모드 I 응력 확대 계수 (stress intensity factor)는, 다음과 같이 표시될 수 있다:
[수학식 3]
Figure 112017029926987-pct00006
여기서,
Figure 112017029926987-pct00007
이고, 및
Figure 112017029926987-pct00008
에 대해,
[수학식 4]
Figure 112017029926987-pct00009
, 및
[수학식 5]
Figure 112017029926987-pct00010
이다.
그러나, 유리 기판 (102) 및/또는 코팅 (104)의 특정 특성을 적절히 고려함으로써, 코팅 후 유리 기판 (102)의 파손 변형률 및/또는 굴곡 강도에서 감소의 완화가 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 방법 및 장치는: 제1 파손 변형률 특성, 제1 탄성률 특성, 및 굴곡 강도를 갖는 유리 기판 (102)을 제공하는 단계; 상기 유리 기판 (102) 상에 코팅 (104)을 적용하여 이의 경도를 증가시키기 위한 복합 구조를 생산하고, 여기서 코팅 (104)은 제2 파손 변형률 특성 및 제2 탄성률 특성을 가지며, 여기서 상기 제1 파손 변형률 특성은 상기 제2 파손 변형률 특성을 초과하는, 코팅을 적용하는 단계; 및 상기 제1 탄성률 특성이 하기 중 하나 이도록 선택하는 단계를 포함한다: (i) 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 굴곡 강도의 어떤 감소가 완화되는 최소 미리 결정된 임계값 이상; 및 (ii) 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 파손 변형률의 감소가 완화되는 최대 미리 결정된 임계값 이하.
다른 관점들, 특색들 및 이점들은 첨부된 도면들과 함께 여기에 상세한 설명으로부터 기술분야의 당 업자에게 명백할 것이다.
예시의 목적을 위해, 도면에 나타낸 형태가 현재 바람직하지만, 여기에 개시되고 묘사된 구체 예는 나타낸 정확한 배열 및 수단으로 제한되지 않는 것으로 이해된다.
도 1은 코팅 공정 이전에 유리 기판의 표면에 초기 흠을 갖는 유리 기판의 개략적인 예시이다.
도 2는 코팅된 도 1의 유리 기판의 개략적인 예시로서, 여기서 상기 코팅의 흠은 유리 기판의 표면의 초기 흠과 정렬된다.
도 3은 기판의 경도를 개선하기 위해 코팅을 수신할 준비가 된 미코팅 유리 기판의 개략도이다.
도 4는 유리 기판 위에 적어도 하나의 층을 형성하고 유리 기판의 경도를 변경시키기 위해 코팅 공정에 적용될 유리 기판의 개략도이다.
도 5는, 코팅 공정 전 및 후에 다수의 유리 기판 샘플에 대하여 (Y 축 상에) 파손 확률 및 (X 축 상에) 파손에 대한 RoR 하중의 다수의 플롯을 함유하는 그래프로서, 이는 개선에 대한 가능성을 예시한다.
도 6은 여기에 하나 이상의 구체 예들에 따른 (및 여기에 언급된 어떤 가정들에 따른) 코팅 공정 전 및 후에 다수의 유리 기판 샘플에 대한 (Y 축 상에) 파손 확률 및 (X 축 상에) 파손에 대한 RoR 하중, 굴곡 강도의 다수의 플롯을 함유하는 계산된 그래프이다.
도 7은 여기에 하나 이상의 구체 예들에 따른 (및 여기에 언급된 어떤 가정들에 따른) 코팅 공정 전 및 후에 다수의 유리 기판 샘플에 대한 (Y 축 상에) 파손 확률 및 (X 축 상에) 파손 변형률의 다수의 플롯을 함유하는 계산된 그래프이다.
여기에 개시된 다양한 구체 예는 (하나 이상의 층일 수 있는) 코팅 (104)을 기판상에 적용하여, 유리 기판 (102)과 같은, 기판의 경도를 개선시키는 것에 관한 것이다. 코팅 (104)은 유리 기판 (102) 표면의 경도 (및 따라서 내스크래치성)를 증가시킨다. 여기서 발견이 어떻게 달성되었는지에 대한 충분한 이해를 제공하고, 따라서 고려된 구체 예의 광범위한 범주를 제공하기 위해, 특정 실험 및 이론에 대한 논의는 제공될 것이다. 도 3을 참조하면, 예시된 기판으로 대표되는 관심의 다수의 유리 기판 (102)은, 가공되지 않은 (또는 맨) 유리 기판 (102)의 기계적 및 광학적 특성을 개선하기 위한 신규한 공정 및 구조의 평가 및 개발을 위해 선택된다. 선택된 기판 물질은, 이온-교환된 유리이고, 보통 알칼리 알루미노실리케이트 유리 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리인, Corning Incorporated의 Gorilla® Glass를 포함하지만, 다른 유리 조성물도 가능한다. 선택된 기판 물질은 또한 비-이온 교환된 유리 (예를 들어, Corning Incorporated로부터 또한 이용 가능한, 보로-알루미노실리케이트 유리)를 포함한다.
논의 및 실시 예를 통해, 가공되지 않은 Gorilla® 유리 기판 (102)은 통상적으로 약 7GPa의 경도를 가지지만, 많은 적용을 위해 좀 더 바람직한 경도는 적어도 약 10GPa, 또는 선택적으로 적어도 15GPa 이상이다. 전술한 바와 같이, 더 높은 경도는 코팅 (104)을 미가공 유리 기판 (102)에 적용하여 얻어질 수 있다.
몇몇 경우에서, 적용될 수 있는 코팅이 그들의 높은 경도로 인해 사용되지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 이러한 코팅은, 코팅 유리에 관하여 코팅 유리 제품의 강도 또는 파손 변형률을 감소시킬 수 있는, 높은 모듈러스 및/또는 낮은 파손 변형률을 갖는다. 이들 코팅은, 전기 코팅, 광학 코팅, 마찰 변경 코팅, 내마모성 코팅, 자가-세척 코팅, 반사-방지 코팅, 터치-센서 코팅, 반도체 코팅, 투명 전도성 코팅, 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 이러한 코팅을 위한 대표 물질은 TiO2, Nb2O5, Ta2O5, HFO2, 인듐-주석 산화물 (ITO), 알루미늄-아연 산화물, SiO2, Al2O3, 플루오르화 주석 산화물, 실리콘 (silicon), 인듐 갈륨 아연 산화물, 및 당 업계에 공지된 것들을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 복합 구조 (100)를 제조하기 위해 다수의 가공하지 않는 유리 기판 (102)의 샘플에 질화알루미늄 (AlN)의 2㎛ 두께의 코팅 (104)을 적용하고, 이의 기계적 효과를 평가하기 위해 몇 가지 기본 측정은 취해진다. 구체적으로, 도 4는, 기판 (102)의 경도를 변경 (경도를 증가)시키는 적어도 하나의 AlN 층 (104)을 그 위에 형성하기 위해 코팅 공정에 적용될 하나의 이러한 맨 유리 기판 (102)의 개략도이다. 관련된 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해, 미가공 유리 기판 (102)의 몇몇은 이온 교환되고, 미가공 유리 기판 (102)의 다른 몇몇은 비-이온 교환된다 (예를 들어, Corning Incorporated로부터 이용 가능한 보로-알루미노실리케이트 유리).
유리 기판 (102) 샘플 (이온 교환 및 비-이온 교환 모두)은, 예를 들어, 산 연마 또는 다른 방법으로 기판 (102)을 처리하여 표면 흠의 역효과를 제거하거나 또는 감소시켜, 코팅 (104)을 수용하도록 전-처리된다. 기판 (102)은 적용된 코팅 (104)의 접착력을 촉진시키기 위해 세정되거나 또는 전처리된다. 코팅 (104)은, 스퍼터링, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD), 또는 전자 (E-빔) 증발 기술을 포함할 수 있는, 기상 증착 기술을 통해 미가공 기판 (102)에 적용될 수 있다. 비록 연구가 약 0.03㎛ 내지 2㎛의 코팅 두께로 수행되었지만, 코팅 (104)의 통상적인 두께는 약 2㎛이다. 기술분야의 당 업자는, 그러나, 코팅 (104)이 적용되는 특정 메커니즘이 전술된 기술에 엄격히 제한되지 않고, 오히려 특정 제품 적용 또는 제조 목표의 요건을 처리하기 위해 기술자에 의해 선택될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
복합 구조 (100)의 최종 기계적인 성질을 특징화하는 관점에서, 참조는, 대조구인, 미가공 유리 기판 (102), 및 복합 구조 (100)에 대해 (세로좌표, Y-축에서, 퍼센트로 측정된) 파손 확률 및 (가로좌표, X-축에서, kgf로 측정된) 파손에 대한 RoR 하중의 다수의 플롯을 함유하는 그래프인, 도 5에 대한 만들어진다. 코팅되지 않은, 미가공, 대조구 유리 기판 (102)에 대한 플롯은, (비-이온 교환된 유리 기판에 대해) 302 및 (이온 교환된 유리 기판에 대해) 304로 표지된다. (이온 교환된 유리 기판 (102)을 사용하는) 코팅된 복합 구조 (100)에 대한 플롯은, 306으로 표지되고, (비-이온 교환된 유리 기판 (102)을 사용하는) 코팅된 복합 구조 (100)에 대한 플롯은 308로 표지된다.
플롯 (302, 304, 306, 308)에서 명확하게 나타난 바와 같이, 더 경질의 AlN 코팅의 적용은, 유리가 이온 교환 타입인지의 여부와 상관없이, 유리 기판 (102)의 강도를 감소시킨다. 그러나, 이온 교환 유리 기판 (102)을 사용하는 복합 구조 (100)는 비-이온 교환된 복합 구조 (100)에 비해 더 높은 강도를 보유한다. 실제로, 유리 기판 (102)에 ITO, AlN, AlON, 등과 같은, 경질 코팅의 적용은, 아마 십중팔구, 코팅 (104)과 유리 기판 (102) 사이에 모듈러스 불일치에 의해 악화될 수 있는, 어떤 강한 유리 기판에 비해 코팅의 더 낮은 파손 변형률의 결과로서, 유리의 강도를 현저하게 감소시킨다. 코팅 (104)의 모듈러스는 유리 기판 (102)의 모듈러스보다 훨씬 높고, 따라서, 유리 기판 (102)에서 응력에 비해 더 높은 응력에 기인하여, 균열이 높은 모듈러스 코팅 (104)에서 기원하는 경우, 이러한 균열은 높은 구동력을 가져 유리 기판 (102) 내로 침투한다. 이온 교환된 유리 기판의 경우에서, 균열은 하중시 층의 압축 응력 깊이를 압도할 수 있고, 연속된 하중으로 인해 유리 기판 (102)을 통해 궁극적으로 전파할 수 있다.
유리 기판 (102)과 코팅 (104)의 다양한 특징의 주의 깊은 고찰이 최종 복합 구조 (100)에서 최종 굴곡 강도 및/또는 파손 변형률에서 개선을 산출할 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 강도 및/또는 파손 변형률 감소 현상을 관찰하기 위해, 유리 기판 (102)은, 코팅 (104)의 균열 시작 변형률에 비해 상대적으로 높은 파손 변형률을 가져야 하는데, 물론, 코팅 (104) 및 유리 기판 (102) 사이에 박리는 없어야 한다. 다시 말하면, 유리 기판 (102) (코팅되지 않은)은 제1 파손 변형률 특성, 제1 탄성률 특성, 및 굴곡 강도를 가질 것이다. 코팅 (104)은 제2 파손 변형률 특성 및 제2 탄성률 특성을 가질 것이다. 제1 파손 변형률 특성은 바람직하게는 제2 파손 변형률 특성보다 높다. 예로서, 제1 파손 변형률 특성은 약 1%를 초과할 수 있으며, 제2 파손 변형률 특성은 약 1% 미만일 수 있다. 선택적으로, 제1 파손 변형률 특성은 약 0.5%를 초과할 수 있고, 제2 파손 변형률 특성은 약 0.5% 미만일 수 있다. 다른 경우에서, 제1 파손-변형률 특성은, 1.5%, 2.0% 또는 3.0% 만큼 높을 수 있으며, 각 경우에서, 제2 파손 변형률 특성은 제1 파손 변형률 특성 미만이다.
코팅 유리 기판 복합 구조 (100)에 대한 강도 및/또는 파손 변형률에서 감소를 해결하기 위해, 유리 기판 (102)의 제1 탄성률 특성은, 전술한 특성들 사이에서 특정 관계가 얻어지도록 선택된다. 예를 들어, 강도 감소를 해결하기 위해, 제1 탄성률 특성은 코팅 (104)의 적용으로부터 결과하는 유리 기판 (102)의 굴곡 강도의 임의의 감소가 완화되도록 최소 미리 결정된 임계값 이상으로 선택된다. 이러한 구체 예는, 몇몇 터치 디스플레이 장치, 몇몇 자동차, 및/또는 몇몇 건축용 적용과 같이, 높은 응력 또는 하중 지지 용량 (load bearing capacity)이 필수적인, 최종 용도에 바람직할 수 있다.
선택적으로, 파손 변형률의 감소를 해결하기 위해, 제1 탄성률 특성은, 코팅 (104)의 적용으로부터 결과하는 유리 기판 (102)의 파손 변형률의 어떤 감소가 완화되도록, 최대 미리 결정된 임계값 이하로 선택된다. 이들 구체 예는 몇몇 터치 디스플레이 장치 또는 몇몇 플렉시블 디스플레이 장치와 같이, 높은 변형률 내성 (tolerance)이 필수적인, 최종 용도에 바람직할 수 있다.
이하, 참조는 도 6에 대해 만들어지고, 도 6은, 코팅이 시험으로부터 인장 하중을 경험하도록 제품이 하중을 받는 경우에, 링-온-링 또는 볼-온-링 시험의 결과를 나타낼 수 있는, (Y-축에서, 퍼센트로 측정된) 파손 확률 및 (X-축에서, MPa로 측정된) 파손 강도의 다수의 플롯을 함유하는 계산된 그래프이다. 플롯은 602로 표지된, (코팅되지 않은) 이온-교환된 유리 (102)의 추정된 대조구 샘플 및 140 GPa의 영률을 갖는, 30nm의 인듐 주석 산화물 (ITO)로 코팅된 이온 교환된 유리 (102)의 샘플을 사용하여, 전술한 이론적인 파단 역학 틀을 사용하여 계산된다. 복합 구조 (100)의 제1세트는 604로 표지된, 약 120 GPa의 모듈러스를 갖는 유리 기판 (102)을 포함한다. 복합 구조 (100)의 제2세트는, 606으로 표지된, 약 72 GPa의 모듈러스를 갖는 유리 기판 (102)을 포함한다. 복합 구조 (100)의 제3세트는, 608로 표지된, 약 37 GPa의 모듈러스를 갖는 유리 기판 (102)을 포함한다. 도 6은 코팅 공정 후에 강도 보유에 대한 유리 모듈러스의 계산된 효과를 예시한다. 플롯의 계산에서, 전제는: (i) 모든 모듈러스 유리, 즉, 동일한 초기 흠 집단에 대해 동일한 초기 표면 강도를 사용; (ii) 모든 유리에 대해 0.7 MPa m^1/2의 파괴 인성 (fracture toughness) KIC; (iii) EITO = 140 GPa의 영률과 동일한 ITO의 특성; (ⅳ) 856 MPa인 유리 기판에 잔류 표면 압축이다. 명확하게, 이러한 이론적인 분석을 기초로, 유사한 표면 강도에서 시작하면, 더 높은 모듈러스 유리는 강도 감소를 완화할 수 있다.
다시, 전술한 바와 같이, 강도의 감소를 해결하기 위해, 제1 탄성률 특성은 (유리 기판 (102)의 굴곡 강도의 감소를 완화시키기 위해) 최소의 미리 결정된 임계값 이상인 것으로 선택된다. 예로서, 유리 기판 (102)의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값은 적어도 약 70 GPa일 수 있다. 선택적으로, 최소 미리 결정된 임계값은 적어도 약 75 GPa, 적어도 약 80 GPa, 및/또는 적어도 약 85 GPa일 수 있다. 유리 기판 (102)의 제1 탄성률 특성에 대한 미리 결정된 임계값의 이러한 조절 및/또는 선택은 바람직하게는, 적어도 200MPa, 적어도 250MPa, 300MPa 이상, 350MPa 이상, 및/또는 400MPa 중 적어도 하나의 코팅 (104)의 적용 후에 복합 구조 (100)의 굴곡 강도를 산출한다.
이하 참조는 도 7에 대해 만들어지고, 도 7은, 여기에 하나 이상의 구체 예들에 따른 코팅 공정 전 및 후에 다수의 유리 기판 샘플에 대한 (Y-축 상에 퍼센트로 측정된) 파손 확률 및 (X-축 상에 퍼센트로 측정된) 파손 변형률의 다수의 계산된 플롯을 함유하는 계산된 그래프이다. 전술한 도 6과 유사하게, 파손 변형률 값은, 코팅이 시험으로부터 인장 하중을 경험하도록 제품이 하중을 받는 경우에, 링-온-링 또는 볼-온-링 시험의 결과를 나타낼 수 있다. 이온-교환된 유리 (102)의 샘플은, 140 GPa의 영률을 또한 갖는, 30nm의 인듐 주석 산화물 (ITO)로의 코팅 (104)을 갖는 것으로 가정된다. 복합 구조 (100)의 제1세트는, 702로 표지된, 약 37 GPa의 모듈러스를 갖는 유리 기판 (102)을 포함한다. 복합 구조 (100)의 제2세트는, 704로 표지된, 약 72 GPa의 모듈러스를 갖는 유리 기판 (102)을 포함한다. 복합 구조 (100)의 제3세트는, 706으로 표지된, 약 120 GPa의 모듈러스를 갖는 유리 기판 (102)을 포함한다. 도 7은 파단 변형률에 대한 유리 모듈러스의 영향을 예시한다. 플롯의 계산에서, 전제는: (i) 모든 모듈러스 유리, 즉, 동일한 초기 흠 집단에 대해 동일한 초기 표면 강도를 사용; (ii) 모든 유리에 대해 0.7 MPa m^1/2의 파괴 인성 KIC; (iii) EITO = 140 GPa의 영률과 동일한 ITO의 특성; (ⅳ) 856 MPa인 유리 기판에 잔류 표면 압축이다. 명확하게, 이러한 이론적인 분석을 기초로, 유사한 표면 강도에서 시작한 경우, 더 낮은 모듈러스 유리는, 경질의 취성 코팅의 적용조차도 더 큰 파손 변형률을 견딜 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 파손 변형률의 감소를 다루기 위해, 제1 탄성률 특성은 (유리 기판 (102)의 파손 변형률의 어떤 감소를 완화시키기 위해) 최대 미리 결정된 임계값 아래인 것으로 선택된다. 예로서, 유리 기판 (102)의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값은 약 65 GPa 이하, 약 60 GPa 이하, 약 55 GPa 이하 및/또는 약 50 GPa일 수 있다.
여기에 구체 예의 정점을 보다 완전히 이해하기 위해, 유리 기판 (102)의 재료 선택의 좀 더 상세한 논의는 이하 제공될 것이다. 유리 기판 (102)의 선택과 관련하여, 이제까지 예시된 실시 예는 실질적으로 평평한 구조에 초점을 맞추었지만, 다른 구체 예는 곡선형 또는 다르게 성형된 또는 조각된 유리 기판 (102)을 사용할 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 유리 기판 (102)의 두께는, 좀 더 중심 영역과 비교하여 유리 기판 (102)의 가장자리에서 더 두꺼운 두께를 사용하는 것과 같이, 미적 및/또는 기능상의 이유로, 다양할 수 있다.
유리 기판 (102)은 비-이온 교환된 유리 또는 이온 교환된 유리로 형성될 수 있다.
비-이온 교환된 유리로 형성된 유리 기판 (102)과 관련하여, 이러한 기판은 이온 교환 가능한 유리, 구체적으로 화학적 강화 (이온 교환, IX)에 의해 강화된 전통적인 유리 물질로부터 형성되는 것으로 고려될 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, "이온 교환 가능한"은, 유리가 유리 표면에 또는 그 근처에 위치된 양이온을 크기가 더 크거나 작은 동일한 원자가의 양이온으로 교환할 수 있다는 것을 의미한다. 전술한 바와 같이, 이러한 이온 교환 가능한 유리 중 하나는 Corning Incorporated로부터 이용 가능한 Corning Gorilla® Glass이다.
임의의 수의 특정 유리 조성물은 원료 유리 기판 (102)을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 여기에서 구체 예에 사용에 적합한 이온-교환 가능한 유리는, 알칼리 알루미노실리케이트 유리 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리를 포함하지만, 다른 유리 조성물도 고려된다.
예를 들어, 적절한 유리 조성물은 SiO2, B2O3 및 Na2O를 포함하고, 여기서 (SiO2 + B2O3) ≥ 66 mol.%, 및 Na2O ≥ 9 mol.%이다. 구체 예에서, 상기 유리 시트는 적어도 6 wt.% 산화알루미늄을 포함한다. 또 다른 구체 예에서, 유리 시트는 알칼리토 산화물의 함량이 적어도 5 wt.%가 되도록, 하나 이상의 알칼리토 산화물을 포함한다. 적절한 유리 조성물은, 몇몇 구체 예에서, K2O, MgO, 및 CaO 중 적어도 하나를 더욱 포함한다. 특정 구체 예에서, 상기 유리는 61-75 mol.% SiO2; 7-15 mol.% Al2O3; 0-12 mol.% B2O3; 9-21 mol.% Na2O; 0-4 mol.% K2O; 0-7 mol.% MgO; 및 0-3 mol.% CaO를 포함할 수 있다.
하이브리드 유리 적층을 형성하는데 적절한 또 다른 대표적인 유리 조성물은: 60-70 mol.% SiO2; 6-14 mol.% Al2O3; 0-15 mol.% B2O3; 0-15 mol.% Li2O; 0-20 mol.% Na2O; 0-10 mol.% K2O; 0-8 mol.% MgO; 0-10 mol.% CaO; 0-5 mol.% ZrO2; 0-1 mol.% SnO2; 0-1 mol.% CeO2; 50ppm 미만의 As2O3; 및 50ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고; 여기서 12 mol.% ≤ (Li2O + Na2O + K2O) ≤ 20 mol.% 및 0 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 10 mol.%이다.
또 다른 대표 유리 조성물은: 63.5-66.5 mol.% SiO2; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 0-5 mol.% Li2O; 8-18 mol.% Na2O; 0-5 mol.% K2O; 1-7 mol.% MgO; 0-2.5 mol.% CaO; 0-3 mol.% ZrO2; 0.05-0.25 mol.% SnO2; 0.05-0.5 mol.% CeO2; 50ppm 미만의 As2O3; 및 50ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고; 여기서 14 mol.% ≤ (Li2O + Na2O + K2O) ≤ 18 mol.% 및 2 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 7 mol.%이다.
또 다른 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 61-75 mol.% SiO2; 7-15 mol.% Al2O3; 0-12 mol.% B2O3; 9-21 mol.% Na2O; 0-4 mol.% K2O; 0-7 mol.% MgO; 및 0-3 mol.% CaO를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어진다.
특정 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 알루미나, 적어도 하나의 알칼리 금속 및, 몇몇 구체 예에서, 50 mol.% 초과의 SiO2, 다른 구체 예에서, 적어도 58 mol.%의 SiO2, 및 또 다른 구체 예에서, 적어도 60 mol.%의 SiO2를 포함하고, 여기서 비는 이며, 여기서 상기 비에서 성분은 mol.%로 표시되고, 개질제는 알칼리 금속 산화물이다. 상기 유리는, 특정 구체 예에서, 58-72 mol.% SiO2; 9-17 mol.% Al2O3; 2-12 mol.% B2O3; 8-16 mol.% Na2O; 및 0-4 mol.% K2O를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어지며, 여기서 비는 이다.
또 다른 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리 기판은: 60-70 mol.% SiO2; 6-14 mol.% Al2O3; 0-15 mol.% B2O3; 0-15 mol.% Li2O; 0-20 mol.% Na2O; 0-10 mol.% K2O; 0-8 mol.% MgO; 0-10 mol.% CaO; 0-5 mol.% ZrO2; 0-1 mol.% SnO2; 0-1 mol.% CeO2; 50ppm 미만의 As2O3; 및 50ppm 미만의 Sb2O3를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어지고, 여기서 12 mol.% ≤ Li2O + Na2O + K2O ≤ 20 mol.% 및 0 mol.% ≤ MgO + CaO ≤ 10 mol.%이다.
또 다른 구체 예에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는: 64-68 mol.% SiO2; 12-16 mol.% Na2O; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 2-5 mol.% K2O; 4-6 mol.% MgO; 및 0-5 mol.% CaO를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어지고, 여기서: 66 mol.% ≤ SiO2 + B2O3 + CaO　≤ 69 mol.%; Na2O + K2O + B2O3 + MgO + CaO + SrO > 10 mol.%; 5 mol.% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 mol.%; (Na2O + B2O3)-Al2O3 ≤ 2 mol.%; 2 mol.% ≤ Na2O-Al2O3 ≤ 6 mol.%; 및 4 mol.% ≤ (Na2O + K2O)-Al2O3 ≤ 10 mol.%이다.
원료 유리 기판 (102)의 표면에서 이온을 교환하는 특별한 공정과 관련하여, 이온 교환은 원료 유리 기판 (102)을 용융염 욕조에 미리 결정된 시간 침지하여 수행되고, 여기서 원료 유리 기판 (102) 내에 이온은 이의 표면에서 또는 그 부근에서, 예를 들어, 염 욕조로부터 더 큰 금속 이온으로 교환된다. 원료 유리 기판은 약 4-24시간, 바람직하게는 약 4-10시간의 범위의 시간동안 약 400 내지 500℃ 범위의 온도에서 용융염 욕조에 침지될 수 있다. 유리 내로 더 큰 이온의 혼입은, 근 표면 영역에서 압축 응력을 생성하여 이온-교환된 유리 기판 (102')을 강화시킨다. 상응하는 인장 응력은 압축 응력과 균형을 이루기 위해 이온-교환된 유리 기판 (102')의 중심 영역 내에서 유도된다. 나트륨-계 유리 조성물 및 KNO3의 염 욕조라고 가정하면, 원료 유리 기판 (102) 내에 나트륨 이온은 용융염 욕조로부터 더 큰 칼륨 이온으로 대체되어, 이온-교환된 유리 기판 (102')을 생성할 수 있다.
유리 네트워크가 완화될 수 있는 온도 아래의 온도에서 더 큰 이온에 의한 더 작은 이온의 대체는, 전술된 응력 프로파일을 결과하는 이온-교환된 유리 기판 (102')의 표면에 걸쳐 이온의 분포를 생성한다. 유입 이온의 더 큰 부피는 표면상에 압축 응력 (CS) 및 이온 교환된 유리 기판 (102')의 중심 영역에서 장력 (중심 장력, 또는 CT)을 생성한다. 상기 압축 응력은 하기 수학식에 의해 중심 장력과 관련된다:
여기서, t는 유리 기판 (102)의 전체 두께이고, DOL은 압축 층의 깊이로 또한 언급되는, 이온 교환 층의 깊이이다. 상기 압축 층의 깊이는, 몇몇 경우에서, 약 15 microns를 초과할 것이고, 몇몇 경우에서 20 microns를 초과한다.
기술자에게는 이온 교환 공정에 이용할 수 있는 특정 양이온에 관한 다수의 선택이 있다. 예를 들어, 알칼리 금속은 이온 교환 공정을 위한 양이온의 실용적인 공급원이다. 알칼리 금속은 주기율표 제1족에서 발견되는 화학 원소이며, 구체적으로는 리튬 (Li), 나트륨 (Na), 칼륨 (K), 루비듐 (RB), 세슘 (Cs) 및 프란슘 (Fr)을 포함한다. 비록 기술적으로 알칼리 금속은 아니지만, 탈륨 (Tl)은 이온교환 공정을 위한 양이온의 또 다른 실용적인 공급원이다. 탈륨은 이온성 염으로서 +3 및 +1 산화 상태로 산화하는 경향이 있으며, +3 상태는 붕소, 알루미늄, 갈륨 및 인듐과 유사한다. 그러나, 탈륨 산화의 +1 상태는 알칼리 금속의 화학작용 (chemistry)을 야기한다.
경도, 내스크래치성, 강도, 등과 같은, 복합 구조 (100)의 기계적 특성은, 코팅층 (104)의 조성물, 두께 및/또는 경도에 의해 영향을 받을 수 있다. 실제로, 복합 구조 (100)의 가능한 낮은 총 반사율, 및 높은 경도의 원하는 특성은, 코팅 (104)에 대한 특정 물질 및/또는 화학적 조성물의 세심한 선택에 의해 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 코팅 (104)은 (유리 기판 (102)의 모듈러스와 비교하여) 제2 탄성률 특성을 포함한다. 예로서, 코팅 (104)의 제2 탄성률 특성은 적어도 40 GPa, 적어도 45 GPa, 적어도 50 GPa, 적어도 55 GPa, 및 적어도 60 GPa 중 적어도 하나일 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 코팅 (104)의 물질은, 질화 실리콘, 이산화 실리콘, 산-탄화 실리콘, 산-질화알루미늄, 산-탄화 알루미늄, Mg2AlO4와 같은 산화물, 다이아몬드-형 탄소 필름, 초 나노결정 다이아몬드, 또는 기타 물질로부터 선택될 수 있다. 코팅 (104)용 물질의 또 다른 예로는, MgAl2O4, CaAl2O4, 인접 조성물의 MgAl2O4-x, MgAl2O4 -x, Mg(1-y)Al(2+y)O4 -x, 및/또는 Ca(1-y)Al(2+y)O4 -x, SiOxCy, SiOxCyNz, Al, AlN, AlNxOy, Al2O3, Al2O3/SiO2, BC, BN, DLC, 그래핀 (Graphene), SiCNx, SiNx, SiO2, SiC, SnO2, SnO2/SiO2, Ta3N5, TiC, TiN, TiO2,　및/또는 ZrO2 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
코팅 (104)의 두께에 관하여, 이러한 두께는: (i) 두께가 약 1-5 microns 사이, (ii) 두께가 약 1-4 microns 사이, (iii) 두께가 약 2-3 microns 사이, 및 (iv) 약 2 microns 중 하나에 도달하는, 한 층 또는 다층을 통해 달성될 수 있다. 일반적으로, 더 두꺼운 두께는 더 높은 최종 경도 특성으로 인해 바람직하지만; 그러나, 제조 능력 (manufacturability)에 비용이 든다. 약 2 microns의 두께는, 합리적인 제조 비용/복잡성 상충 관계 (tradeoff)를 유지하면서, 복합 구조 (100)의 전반적인 경도 (및 내스크래치성)에 중요한 영향을 갖는데 적절한 두께인 것으로 믿어진다. 실제로, (베르코비치 시험을 통한 것과 같이) 비교적 날카로운 물체가 복합 구조 (100)에 적용된 경우, 날카로운 물체로부터의 최종 응력장 (stress fields)은 합성 구조 (100)의 표면 위로 물체의 반경에 약 100배 연장될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이 응력장은 충격 시계 (impact sight)로부터 1000 microns 이상에 쉽게 도달할 수 있다. 따라서, 코팅 (104)의 상대적으로 중요한 두께 (1 내지 5 microns)는, 이러한 먼 도달 응력장을 해결하고 대응하며, 전반적인 복합 구조의 내스크래치성을 개선하기 위해 선택될 수 있다.
광학 코팅 또는 전기 코팅 적용과 같은, 다른 적용에 대하여, 코팅 (104)의 두께는, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 약 10 nanometers 내지 약 100 nanometers, 또는 약 10 nanometers 내지 약 1000 nanometers일 수 있다.
코팅 (104)의 경도에 관해서, 경도가 요구되는 적용에 대해, 경도는: (i) 적어도 10 GPa, (ii) 적어도 15 GPa, (iii) 적어도 18 GPa, 및 (iv) 적어도 20 GPa 중 하나일 수 있다. 코팅 (104)의 두께 특성에서와 같이, 상당한 수준의 경도는 적용된 날카로운 물체에 의해 유도된 응력 장 (stress fields)을 구체적으로 처리하고 상쇄하기 위해 선택될 수 있고, 이에 의해 내스크래치성을 개선시킨다.
또 다른 구체 예는 복합 구조 (100)를 생산하기 위해 유리 기판 (102)과 코팅 (104) 사이에 하나 이상의 중간 코팅을 사용할 수 있다.
여기서 본 개시가 특정 구체 예를 참조하여 기재되었지만, 이들 구체 예는 단지 여기에서의 구체 예의 원리 및 적용의 예시인 것으로 이해될 것이다. 따라서, 예시적인 구체 예에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있고, 본 출원의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다른 비열이 고안될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

Claims (22)

  1. 제1 파손 변형률 특성, 제1 탄성률 특성, 및 굴곡 강도를 갖는 유리 기판을 제공하는 단계;
    상기 유리 기판상에 코팅을 적용하여 복합 구조를 생산하고, 여기서 상기 코팅은 제2 파손 변형률 특성 및 제2 탄성률 특성을 가지며, 여기서 상기 제1 파손 변형률 특성은 상기 제2 파손 변형률 특성보다 높은, 코팅을 적용하는 단계, 여기서 상기 코팅은 산-질화규소 또는 나노 결정질 다이아몬드를 포함하고; 여기서 상기 코팅은 1-5 ㎛의 두께를 가지며; 및
    하기 중 하나가 되도록 상기 제1 탄성률 특성을 선택하는 단계를 포함하고:
    (i) 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 굴곡 강도의 어떤 감소가 완화되는 최소 미리 결정된 임계값보다 초과; 및
    (ii) 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 파손 변형률의 어떤 감소가 완화되는 최대 미리 결정된 임계값보다 미만,
    여기서 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 70 GPa이며,
    상기 코팅의 제2 탄성률 특성은 적어도 40 GPa이고,
    상기 코팅의 적용 후에 복합 구조의 굴곡 강도는 적어도 300 MPa이며,
    상기 유리 기판은 비-이온 교환 유리인, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    (i) 상기 제1 파손 변형률 특성은 1%를 초과하고, 상기 제2 파손 변형률 특성은 1% 미만이며; 및 (ii) 상기 제1 파손 변형률 특성은 0.5%를 초과하고, 상기 제2 파손 변형률 특성은 0.5% 미만인 것; 중 적어도 하나이며;
    (ii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 75 GPa; (iii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 80 GPa; 및 (iv) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 85 GPa인 것; 중 적어도 하나이며;
    (i) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 65 GPa 이하; (ii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 60 GPa 이하; (iii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 55 GPa 이하; 및 (iv) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 50 GPa 이하인 것; 중 적어도 하나이며;
    상기 코팅의 제2 탄성률 특성은 적어도 45 GPa, 적어도 50 GPa, 적어도 55 GPa, 및 적어도 60 GPa 중 적어도 하나이며; 및
    상기 코팅의 적용 후에 복합 구조의 굴곡 강도는 적어도 350 MPa, 및 적어도 400 MPa 중 적어도 하나인, 방법.
  3. 삭제
  4. 제1 파손 변형률 특성, 제1 탄성률 특성, 및 굴곡 강도를 갖는 유리 기판; 및
    상기 유리 기판상에 적용되어 복합 구조를 생성시키는 코팅으로, 여기서 상기 코팅은 제2 파손 변형률 특성 및 제2 탄성률 특성을 가지며, 여기서 상기 제1 파손 변형률 특성은 상기 제2 파손 변형률 특성보다 높은, 코팅을 포함하는 제품으로서,
    여기서 상기 코팅은 산-질화규소, 산-탄화규소, 산-질화 알루미늄, 산-탄화알루미늄, 나노 결정질 다이아몬드, 및 인듐 주석 산화물 중 하나 이상을 포함하고; 여기서 상기 코팅은 1-5 ㎛의 두께를 가지며,
    여기서
    상기 제1 탄성률 특성이 하기 중 하나가 되도록 선택되는, 제품:
    (i) 상기 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 굴곡 강도의 어떤 감소가 완화되는 최소 미리 결정된 임계값보다 초과; 및
    (ii) 상기 제1 탄성률 특성이 코팅의 적용으로부터 결과하는 유리 기판의 파손 변형률의 감소가 완화되는 최대 미리 결정된 임계값보다 미만.
  5. 청구항 4에 있어서,
    (i) 상기 제1 파손 변형률 특성은 1%를 초과하고, 상기 제2 파손 변형률 특성은 1% 미만이며; 및 (ii) 상기 제1 파손 변형률 특성은 0.5%를 초과하고, 상기 제2 파손 변형률 특성은 0.5% 미만인 것; 중 적어도 하나이며;
    (i) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 70 GPa; (ii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 75GPa; (iii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 80 GPa; 및 (iv) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최소 미리 결정된 임계값이 적어도 85 GPa인 것; 중 적어도 하나이며;
    (i) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 65 GPa 이하; (ii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 60 GPa 이하; (iii) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 55 GPa 이하; 및 (iv) 상기 유리 기판의 제1 탄성률 특성에 대한 최대 미리 결정된 임계값이 50 GPa 이하인 것; 중 적어도 하나이며;
    상기 코팅의 제2 탄성률 특성은 적어도 40 GPa, 적어도 45 GPa, 적어도 50 GPa, 적어도 55 GPa, 및 적어도 60 GPa 중 적어도 하나이며;
    상기 코팅의 적용 후에 복합 구조의 굴곡 강도는, 적어도 200 MPa, 적어도 250 MPa, 적어도 300 MPa, 적어도 350 MPa, 및 적어도 400 MPa 중 적어도 하나인, 제품.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 유리 기판은 비-이온 교환 유리인 것, 및 상기 유리 기판은 이온 교환 유리인 것 중 하나인, 제품.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 복합 구조를 생산하기 위해 유리 기판과 코팅 사이에 중간 코팅을 더욱 포함하는, 제품.
  8. 75GPa보다 큰 탄성률을 갖는 유리 기판; 및
    상기 유리 기판상에 배치되고, 상기 유리 기판의 파손 변형률보다 작은 파손 변형률을 갖는 코팅을 포함하고,
    여기서 상기 코팅은 산-질화규소 또는 나노 결정질 다이아몬드를 포함하고, 여기서 상기 코팅은 1-5 ㎛의 두께를 가지며,
    여기서, 조합된 유리 기판 및 코팅의 굴곡 강도 특성은, 적어도 300 MPa이고,
    여기서, 상기 코팅의 탄성률은 적어도 60 GPa이며,
    여기서, 상기 유리 기판은 이온 교환 유리이고,
    여기서, 조합된 유리 기판과 코팅의 파손 변형률 특성은 적어도 0.5%인, 제품.
  9. 65 GPa보다 낮은 탄성률 (modulus)을 갖는 유리 기판; 및
    상기 유리 기판상에 배치되고, 상기 유리 기판의 파손 변형률보다 작은 파손 변형률을 갖는 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 산-질화규소, 산-탄화규소, 산-질화 알루미늄, 산-탄화알루미늄, 나노 결정질 다이아몬드, 인듐 주석 산화물 중 하나 이상을 포함하고며, 여기서 상기 코팅은 1-5 ㎛의 두께를 갖고,
    여기서, 조합된 유리 기판과 코팅의 파손 변형률 특성은 적어도 0.5%인, 제품.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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  14. 삭제
  15. 청구항 4에 있어서,
    상기 유리 기판은 이온 교환 유리인, 제품.
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  18. 청구항 8에 있어서,
    상기 유리 기판은 이온 교환 유리인, 제품.
  19. 삭제
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  21. 청구항 9에 있어서,
    상기 유리 기판은 이온 교환 유리인, 제품.
  22. 삭제
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