KR19990042313A - 디스플레이용 유리의 강화법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이용 유리의 강화법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리퀴드 크리스탈 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 필드 에미션 디스플레이(FED) 등의 디스플레이용 유리 표면의 이온들중 이온반경이 작은 나트륨이온을 이온 반경이 큰 칼륨이온으로 이온교환 시켜, 디스플레이용 유리의 표면에 압축응력을 발생시킴으로써 디스플레이용 유리를 강화시키되, 특히 질산칼륨 용액과 산화아연 분말이 함유한 이온교환 용액을 사용하여 강화하고자 하는 유리 표면을 선택적으로 강화 시킬 수 있으며 또한 터널식 연속 소성로에 넣어 계속적으로 이온교환하여 디스플레이용 유리를 강화하는 방법에 관한 것이다.

Description

디스플레이용 유리의 강화법
본 발명은 디스플레이용 유리의 강화법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리퀴드 크리스탈 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 필드 에미션 디스플레이(FED) 등의 디스플레이용 유리 표면의 이온들중 이온반경이 작은 나트륨이온을 이온 반경이 큰 칼륨이온으로 이온교환 시켜, 디스플레이용 유리의 표면에 압축응력을 발생시킴으로써 디스플레이용 유리를 강화시키되, 특히 질산칼륨 용액과 산화아연 분말이 함유한 이온교환 용액을 사용하여 강화하고자 하는 유리 표면을 선택적으로 강화 시킬 수 있으며 또한 터널식 연속 소성로에 넣어 계속적으로 이온교환하여 디스플레이용 유리를 강화하는 방법에 관한 것이다.
종래에 유리의 화학강화 방법으로서는 강화시키고자 하는 유리를 화학처리하되, 전이온도 이하에서 유리중에 함유되어 있는 이온 반경이 작은 알카리이온을 이온반경이 큰 알카리 용융염과 접촉시켜 유리 표면층에 압축응력을 발생시켜 강화시키는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법은 먼저 이온교환 하고자하는 유리를 전이온도 이하에서 가열시키고 다른 한편으로는 질산 칼륨염을 380℃ 이상의 온도에서 용융시키고 이 용융염에 미리 예열된 유리를 침적시켜 일정시간이상 유지하여 표면에 압축응력층을 형성하여 강화시켰다. 그러나, 이러한 방법은 실용적인 표면 압축응력을 얻기 위해서는 수시간 내지 수십시간의 장시간이 요구되어 생산성이 상당히 저하되는 문제점을 가지고 있다.
특히, 종래의 유리의 화학적 강화법은 대개 병유리와 같은 저급 유리에의 적용이 가능하지만, 디스플레이와 같은 민감한 유리에는 사용이 제한되어 왔다. 그 이유는 LCD, PDP, FED에 사용되는 유리가 대부분 두께가 얇고 크기가 크기 때문에 이온교환 용액인 KNO3등의 용융염에 침적시켜 이온교환 하게되면 뒤틀림 현상이 발생하는 문제점이 있기 때문이다. 또한, 종래의 유리의 화학적 강화법을 디스플레이용 유리에 적용하게 되면, 유리 전체를 이온교환 함으로써 유리표면에 코팅(ITO 등) 되어 있는 회로에 영향을 미쳐 구동을 어렵게 할 수도 있다.
이에 현재는 디스플레이용 유리의 강화법으로서, 화학적 강화법 대신에 표면에 수지 필름막을 입혀 유리표면을 보호하는 방법을 채택하고 있다. 그러나 이러한 방법도 내스크레치성 및 내충격성에는 약하기 때문에 사용자인 소비자가 신중히 사용하지 않으면 안되는 문제점을 가지고 있었다.
또한 종래의 유리의 화학적 강화법에서 사용하고 있는 칼륨염(KNO3, K2HPO4, KCl, K2PO4등) 등의 이온교환 용액이 함유된 불순물로 인하여 이온교환후 유리의 표면에 미세한 부식이 일어나기 때문에 디스플레이용 유리의 강화법으로는 더욱 더 제약이 따른다.
상기의 칼륨염의 불순물로 인한 유리표면의 부식을 방지하기 위한 기술로서, 미국특허 제 3,930,820 호에서는 황화아비산이나 염화칼륨이 이온 교환후의 표면부식 방지효과가 있는 것으로 기재되어 있으나, 아비산이 가지는 독성과 염소에 의한 용융로의 부식 때문에 실용화에는 한계가 있다.
또다른 방법으로서, 일본공개특허 소47-1316 호 또는 소48-6610 호에서는, 장시간 걸리는 이온교환 시간을 단축하기 위하여 유리온도를 높인 표면에 인산칼륨용액을 스프레이하여 유리중의 나트륨이온을 칼륨이온으로 이온교환시키는 방법과 칼륨화합물과 염화주석 등의 주석화합물의 혼합용액을 사용하여 유리표면을 피복하고 이온교환시킨후 유리를 세정하여 강화유리를 만드는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법들도 용융염으로 인산칼륨화합물을 사용하기 때문에 유리표면에 미세한 부식을 일으켜서 디스플레이 등의 표시 패널용 유리에 적용하기에는 곤란하다.
따라서 본 발명은 디스플레이용 유리 강화법에서 나타난 여러 문제들을 해결하기 위하여, 유리표면을 이온교환시켜 표면에 압축응력을 얻어 강화시키는 방법으로 특히, 질산칼륨용액과 산화아연 분말을 혼합 사용함으로써 나트륨을 함유한 모든 디스플레이용 전면 평판유리에 적용이 가능하며 특히 이온교환 방법에 의하여 대량 생산시 양산성의 저하와 이온교환 후 제품의 문제점을 해결하는 동시에 표면에 부식이 전혀 없고, 이온교환 후 유리의 뒤틀림이 없으며 이온교환에 의해 표면에 압축응력층을 형성하여 강화시킬 수 있는 디스플레이용 유리의 강화법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 디스플레이용 유리의 표면을 질산칼륨용액과 산화아연 분말을 혼합한 이온교환용액 슬러리로 피복시켜 건조하고 이를 가열하여 유리 표면에 압축응력을 형성하여 강화하는 디스플레이용 유리의 강화방법을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 상온의 리퀴드 크리스탈 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 필드 에미션 디스플레이(FED) 등과 같은 평판유리 조성중 나트륨 이온을 칼륨이온으로 이온교환함으로써 유리를 강화하는데 있어서, 질산칼륨 수용액과 산화아연 분말을 혼합한 슬러리를 유리 표면에 피복하여 별도의 이온 교환로없이 일반 소성로를 이용하면서 이온교환 생산성을 획기적으로 증가시켜서 질산칼륨내의 불순물에 의한 이온교환 특성 저하를 거의 제거하는 새로운 이온 교환방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서는 질산칼륨용액에 1㎛ 이하의 산화아연 분말을 혼합한 혼합용액을 사용하여 상온의 평판유리 한쪽면만을 도포하여 건조시키고 이를 연속 터널식 전기로에서 소성시켜 평판유리 표면의 나트륨 이온을 혼합용액 속의 칼륨이온과 이온교환시켜 유리표면에 압축응력을 형성하여 디스플레이용 유리를 강화하였다.
한편, 본 발명에서 산화아연 분말의 사용은 유리표면에 균질한 피막을 입힐 수 있도록 퍼짐성이 좋고 유리에 쉽게 부착이 되면서도 질산칼륨염 속의 불순물을 제거하는 효과가 있으며, 이온교환 처리후 쉽게 물로 세척이 가능한 장점을 가지고 있다. 그러므로, 본 발명에서 사용된 산화아연 분말은 이온 교환이 균일하게 이루어지고 혼합용액의 유동 특성을 좋게하기 위하여 평균 입도는 1㎛ 이하가 사용되었다.
여기서 질산칼륨 용액의 농도를 10g/물 100㎖ 내지 해당 온도에서의 용해도를 넘지않는 범위로 한정하는 바, 만약 질산칼륨의 농도가 10g/물 100㎖ 이하로 되면 이온교환에 필요한 칼륨의 농도가 충분하지 않게되어 이온교환 속도가 느려지게 되고 유리표면에 충분한 압축응력을 형성치 못하므로 강도가 크게 증가되지 않는다. 반면에 질산칼륨 농도를 용해도 이상으로 하면 질산칼륨이 충분히 용해되지 못하므로 유리표면에 국부적인 이온교환이 이루어져 유리표면에 균질한 압축응력을 형성치 못하게 된다. 질산칼륨을 물에 용해시 용해온도는 상온 내지 90℃를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 산화아연 분말의 사용량이 상기의 질산칼륨 용액에 대하여 15g 이하가 되면 유리표면에 큰 압축응력을 형성할 수 없어 높은 강도의 디스플레이용 유리를 만들 수 없게된다. 반대로 50g 이상이 되면 용액의 점성이 크게되어 균질한 혼합용액의 제조가 어렵게 되고 유리표면의 피복량이 과다해져 질산칼륨과 산화아연 분말의 소비량이 많게되어 좋지않게 된다.
이 방법은 나트륨을 함유한 모든 디스플레이용 전면 평판유리에 적용이 가능하며, 특히 이온 교환 방법에 의하여 대량 생산시 양산성의 저하와 이온교환후 제품의 품질에 문제점을 해결하는 디스플레이용 유리의 강화에 유용한 방법이다.
이렇게 하여 이온교환에 의해 강화시킨 디스플레이용 전면유리는 표면에 부식이 전혀 없고, 이온교환 후 유리의 뒤틀림이 없으며 이온교환에 의해 표면에 압축응력층을 형성하여 강화된 우수한 유리를 얻을 수 있다.
이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
다음 표 1과 같은 조성으로 이루어진 이온교환 용액을 디스플레이용 유리 즉, LCD용, PDP용, FED용 전면유리 각각의 한쪽면만을 붓으로 도포한 후 곧바로 온도가 100℃에서 10분동안 유지되고 다시 480℃에서 10분동안 유지되도록 설계된 터널식 연속전기로에 넣고 이온교환을 시킨후 증류수로 세정하여 강화된 디스플레이용 전면유리를 얻었다. 강화된 디스플에이용 전면유리를 EPMA(JXA-8900R기종) 전자선 미소 분석기를 사용하여 압축층의 두께를 측정하였으며, UTM기기를 이용하여 강화정도를 3점강도법으로 이온교환의 칼라 TV 전면유리와 비교하여 측정하였다. 또한 표면거칠기는 AFM(DI-3000기종)을 사용하여 표면요철 및 부식정도를 확인하여 각각의 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
구 분 LCD용 전면유리 PDP용 전면유리 FED용 전면유리 비교예 1 비교예 2
이온교환전 이온교환후 이온교환전 이온교환후 이온교환전 이온교환후
이온교환용액 KNO3(g) 600 1500 600 1500 600 1500
H2O(㎖) 2000 2000 2000 2000 2000 2000
ZnO(g) 600 600 600 600 600 600
용해온도(℃) 상온 70 상온 70 상온 70 - -
소성온도(℃) 480 480 480 480 480 480 500 480
소성시간(분) 10 10 10 10 10 10 10 10
곡강도 (㎏/㎠) 520 2800 3300 820 4200 4800 750 4200 4800 3800 3400
표면요철 (㎛) 0.07 0.08 0.10 0.07 0.09 0.09 0.08 0.11 0.10 0.20 0.25
압축층 깊이(㎛) 22 26 20 22 24 28 20 13
강도 증가비(배) 5.4 6.3 5.1 5.8 5.6 6.4 5.1 4.5
비교예 1 : 용액의 조성이 K3PO4+ SnCl4인 통상적으로 사용되는 규산염 판유리비교예 2 : 용액의 조성이 K3PO4인 통상적으로 사용되는 규산염 판유리
상술한 바와 같이 본 발명의 디스플레이용 유리의 강화법은 유리표면을 이온교환시켜 표면에 압축응력을 발생시켜 유리를 강화시키는 방법으로, 특히, 질산칼륨용액과 산화아연 분말을 혼합하여 사용함으로써, 대량 생산시 양산성의 저하와 이온교환 후 제품의 문제점을 해결하는 동시에 표면에 부식이 전혀 없고, 이온교환 후 유리의 뒤틀림이 없으며 이온교환에 의해 표면에 압축응력층을 형성하여 강화시킬 수 있는 디스플레이용 유리를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 디스플레이용 유리의 표면을 질산칼륨용액과 산화아연 분말을 혼합한 이온교환용액 슬러리로 피복시켜 건조하고 이를 가열하여 유리 표면에 압축응력이 형성되게 함을 특징으로 하는 디스플레이용 유리의 강화법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 질산칼륨 용액은 그 농도가 10g/물 100㎖ 내지 용해도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 유리의 강화법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 산화아연 분말은 그 입도가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 유리의 강화법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 산화아연 분말은 질산칼륨 용액 100㎖에 대해 15g 내지 50g의 량으로 혼합 사용함을 특징으로 하는 디스플레이용 유리의 강화법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이용 유리는 리퀴드 크리스탈 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 필드 에미션 디스플레이(FED)용 평판유리임을 특징으로 하는 디스플레이용 유리의 강화법.
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