KR20020026883A

KR20020026883A - 강화 유리 바디

Info

Publication number: KR20020026883A
Application number: KR1020017016193A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 웨버; 로란트 뷔르클레; 실케 도이취바인; 안드레아스 하벡; 라이너 모이히
Original assignee: 게르하르트 암라인, 루드비히 비르스; 카알-차이스-스티프퉁 트레이딩 에즈 쇼옷트 그라스
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-04-12
Also published as: AU6217401A; JP2003531088A; DE10019355A1; EP1274659A1; DE10191422D2; WO2001079128A2; US20040071960A1; CN1380876A; TW593185B

Abstract

본 발명은 유리로 된 기본 바디와 그것에 도포된 적어도 하나의 층으로 구성된 강화 유리 바디에 관한 것이다.

본 발명에 따른 적어도 한 층은 규정된 압축 응력 또는 규정된 인장 응력 하에 있다.

Description

강화 유리 바디{Toughened glass body}

상기의 유리는 다양한 응용에 있어서, 매우 높은 강도, 특히 표면 강도를 필요로 한다. 상기의 목적을 위해 화학 또는 열처리가 고려되어진다.

유리의 열적 경화에 있어서, 압축응력은 표면에 응결되어 있는 반면 인장응력은 더 낮은 냉각속도로 인해 중심에 응결되어 있다. 압축응력 구역은 상기 유리 두께의 약 1/5이다. 그러나, 열적 경화는 3mm 보다 큰 두께를 가진 판으로 제한되어 있다.

열적 경화와 비교하여 화학적 경화는 유리 표면 내 압축응력이 유리 내부의 조성에 비례하여 표면 부분의 조성을 변화시킴으로써 발산되어진다는 점에 근거하고 있다.

대부분의 경우, 상기의 조성에 대한 변화는 형질전환온도 Tg 보다 낮은 온도에서 알칼리 이온을 교환시킴으로써 이루어진다. 상기 과정에서 유리는 Tg보다 낮은 약 50-150℃에서 용해되어 있는 질산칼륨 내에서 처리되어진다. Na와 K의 교환에 의해 약 60-150 m의 깊이로 압축응력 영역이 형성된다. 상기 방법은 또한 0.7mm 보다 두꺼운 유리로 제한되어 있다. 더욱이, 화학적 경화 후 광학적 또는 전자적 응용을 위해 유리가 연마되어지는 것은 필수적이다. 상기 과정의 단계는 생산비를 증가시키고 얇은 유리(<0.3 mm)의 경우에는 파손에 의해 상당한 손실을 가져온다.

상기의 과정은 따라서 특히 디스플래이나 데이터 저장, 또는 전자 제품에 사용되는 얇은 유리에는 이용되지 않는다.

최소의 유리 두께, 특히 1 mm 미만의 두께를 가지거나 삼차원의 유리 바디를 위한 제조공정에 따른 열적 또는 화학적 경화와 같은 강화유리를 위한 이미 알려진 공정은 너무 시간 소모적이거나 광학, 전기, 전자, 광전자 제품에 대해 유용하지 못한 고가의 연마 과정을 이용하여 재가공하여야만 하는 표면을 만들어 내므로 제외된다. 매우 얇은 유리(<0.3 mm)가 사용되는 제품에서는 유리의 강도를 증가시키는 것이 특히 중요하다. 그렇지 않으면, 유리가 너무 쉽게 파손되기 때문이다. 더욱이, 열적 경화는 7 ppm/℃ 보다 큰 열팽창 계수를 가진 유리 유형에서만 가능하다. 상기의 제품에 있어서, 특히 7 ppm/℃ 미만의 열팽창 계수를 가진 유리는 열에 대한 구조적 안정성이 요구되는 경우 사용된다. 유리의 이론적 강도와 비교하여 상대적인 최소의 실용적인 강도는 유리 표면의 손상과 결함에 때문에 발생된다. 이에 따라 코팅에 의해 표면을 보호하는 방법이 제안된다. 독일 특허 36 15 227 A1에는 합성 물질을 긁힘-방지 스플린터(splinter) 코팅에 의해 평판의 유리에 코팅하여 합성 분말이 여전히 뜨거운 유리의 표면 위에서 녹도록 하는 공정이 설명되어 있다. 그러나, 이 방법은 디스플래이나 데이터 매체에 사용을 위한 유리판으로서의적당한 표면 질을 제공하지 못한다.

미국 특허 5 476 692 호에는 유리 표면상의 중합반응에 의해 제조된 유기 수지를 이용한 유리로 만들어진 컨테이너의 안정성을 향상시키는 공정이 설명되어 있다. 이 과정에 따른 유리 표면은 확실히 잘 보호되어져 외부의 충격과 압력에 대해 안정적이지만, 유리 내 또는 코팅층 내에 축적되어 있는 압축 또는 인장응력에 의한 유리의 강화에 대해서는 언급되어 있지 않다.

미국 특허 5 455 087 호에도 유리 표면상의 중합반응에 의해 유리 컨테이너를 강화시키는 공정이 설명되어 있다. 이것 역시 강도의 증가는 보호를 위한 물리적 효과에 의해서만 이루어졌고, 본 발명에 따른 공정에서 설명된 것과 같이 중합체 층의 물리적 프리스트레싱(prestressing)에 의해서는 이루어지지 않았다. 상기의 문서에서는 중합체의 인열-증가 저항의 중요성에 대해서는 언급되어 있지 않다.

본 발명은 어떤 형태, 예를 들어, 평판 모양의 형태 또는 그보다 좀 더 큰 두께의 3 차원 형태의 유리 바디(glass body)에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 보다 큰 강도를 가진 어떤 유형과 형태의 유리 바디를 제공하는 데 있다. 특히, 최소의 가능한 제조 비용과 낮은 제조 원가로 높은 표면 강도를 얻을 수 있어야 한다.

이 과제는 본 발명의 독립항의 특징들에 의해 해결된다.

본 발명은 따라서 기초 바디와 그 위에 덮혀진 층으로 구성된 유리 바디를 기본으로 한다. 동시에 규정된 압축응력 하에서 또는 규정된 인장응력 하에서 있는 상기 도포된 층을 위한 조치가 이루어진다. 상기 층은 상기 유리 표면에 도포될 때 이미 효력이 발생되는 고유의 인장력을 가지고 있거나 후의 공정에 의해 인장력을 얻게 된다.

압축응력 하에 있는 층이 도포될 때, 외부로 가해진 인장응력은 유리가 파손되기 전에 상기 압축응력을 먼저 극복하여야만 한다. 그러나, 도포된 층이 인장응력 하에 있다면, 유리의 표면 영역 내에 압축응력이 생겨난다. 외부의 인장응력이 가해질 때, 이것 또한 유리가 파손되기 전에 먼저 극복되어야만 한다.

상기의 규정된 물리적으로 프리스트레스된(prestressed) 층은 유기, 무기와 유기/무기 물질로 이루어질 수 있다. 도포된 층의 물리적 프리스트레싱과는 별도로 중합체 층의 경우, 중합체의 인열-증가 저항은 중합체/유리 화합물의 물리적 안정성을 증가시키기 위해 중요하다. 본 발명에 따른 공정에 선택된 물질, 유형, 코팅의 방법 또는 적절한 차후의 처리는 따라서 제한된 물리적 층 응력의 발생을 보장한다. 담금 코팅, 원심 분리, 라미네이팅(laminating), 분무와 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 중합반응, 또는 플라즈마를 이용한 화학적 증착(PECVD)과 같은 진공 처리가 코팅을 위해 가능한 공정으로서 사용되어질 수 있다.

본 발명에 따른 상기 공정을 이용하여 생산되어질 수 있는 모든 물질은 층 물질로 간주되어진다. 열가소성수지, 듀로플래스트(duroplast)와 탄성중합체가 유기 중합체로서 사용되어질 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴레이트, 폴리아릴레이트, 폴리에스터, 폴리실리콘 등과 같은 폴리머 또는 소위 오모서(ormocer)와 나노(nano)입자를 함유한 물질이 본 발명에 따른 공정에 의해 유리에 도포되어져 규정된 인장 또는 압축응력이 조절되어질 수 있다. 이는 분자량, 가수분해도, 순도, 교차-결합 가능한 기능기에 대해 적절한 중합체를 선택하고 열, 광화학(예, UV 경화) 또는 자동촉매에 의해 이루어지는 차후의 적당한 처리를 함으로써 이루어진다. 상기 공정은 또한 폴리머의 인열-증가 저항(ASIM 0 264)에 영향을 준다. 실시예에 있어서, 인열-증가 저항의 범위는 10 N/mm이고, 좀 더 바람작하게는 11-15 N/mm의 범위이다. 10 N/mm 이상의 값은 표준 제품보다 확실히 더 높은 초기 인열 저항과 인열-증가 저항을 가진 소위 '전단-방지' 탄성중합체를 의미한다.

좀더 큰 강도와 높은 화학적 내성을 얻기 위해, 유리 기판은 여러번 코팅되어질 수 있다. 첫째 층은 규정된 인장 또는 압축응력 하에서 도포되어진다. 상기의 물리적으로 프리스트레스된 층을 화학물질에 대해 내성을 지니도록 하기 위해, 예를 들어, 상기 층을 보호할 둘째 층이 도포된다.

특정 층에 대한 인장력 조절은 공정 매개변수에 대한 적절한 선택에 따른 스퍼터(sputter) 공정에 의해 가능해진다. 산화 금속(예, 산화 알루미늄), 질화 금속(예, 질화 알루미늄), 질산화 금속(예, Al_xO_yN_z), 탄화 금속, 탄산화 금속, 질탄화 금속, 산화 반도체(예, 산화 실리콘), 질화 반도체(예, 질화 실리콘), 질산화 반도체(예, SiO_xN_y), 탄화 반도체, 탄산화 반도체(예, SiO_xC_y), 질탄화 반도체(예, SiC_xN_y) 또는 금속(예, 크롬) 또는 상기 물질들의 혼합물과 같은 물질들이 상기의 목적을 위해 고려되어진다. 플라즈마 중합체는 다수의 유기 또는 유기 금속의 휘발성 화합물로부터 제조되어질 수 있다. 플라즈마 중합체는 또한 제한된 인장 또는압축 응력을 가지고 코팅 조건에 따라 침전되어질 수 있다. 플라즈마를 이용한 스퍼터링 공정과 플라즈마 중합 반응에서 상기 층의 인장력은 특히 코팅되어지는 유리에 존재하는 바이어스 응력에 의해 조절되어진다. 기판 상의 상기 바이어스 응력은 직접적인 전압, 저주파수 전압, 중주파수 전압 또는 고주파수의 전압을 기판 상에 가함으로써 발생되어질 수 있다.

진공 아크(arc) 공정은 경제적인 관점에 있어서 높은 물리적 강도를 가진 층을 생성하는 데 특히 아주 적절하다.

상기의 도포된 층의 인장 또는 압축 응력은 100-1000 MPa, 바람직하게는 200-600 MPa, 특히 바람직하게는 300-500 MPa이다. 상기 유리는 일면 또는 이면으로 코팅되어질 수 있다. 상기 층의 두께는 층의 물질에 따라 0.05-50㎛이다. 플라즈마 중합체와 스퍼트링된 층의 경우, 층의 두께가 0.05-0.5㎛ 정도이며 특히 바람직하게는 0.1-0.3㎛이다. 액상으로부터 도포된 중합체 층의 경우, 상기 층의 두께는 0.5-50㎛ 정도이며 특히 실시예에 있어서는 1-10㎛이다.

실시예에 있어서는, 유리 스트립 상에 뜨거운 몰딩을 한 후 직접적으로 코팅한다. 이는 표면 안정성에 부가적 증가를 가져다 준다. 이는 제조 후 유리에 즉시 유리 표면에 긁힘 또는 부식이 나타나는 것을 효과적으로 방지하는 보호층이 형성되기 때문이다.

상기 층의 물질 내 물리적인 응력에 때문에, 유리 표면상의 상기 층 물질의 접착성이 특히 중요하다. 유리와 층간의 상기 접착성이 충분하지 못한 경우, 상기 층의 응력 때문에 유리로부터 떨어지거나 균열이 일어난다. 유리 상의 상기 층의적절한 접착성을 위해서, 유리를 적절히 사전 처리함으로써 상기 층의 응력을 향상시키는 것이 효과적이다. 이는 수용액 또는 유기 용액을 사용하여 유리 표면을 적절히 세척함으로써 가능하다. 유리 표면의 접착력을 향상시키기 위한 다른 알려진 공정으로서는 코로나(corona) 처리, 플래밍(flaming), 진공하의 플라즈마 처리, UV 처리, 오존 처리, UV/오존 처리가 있다. 예를 들어 실라놀, 헥사메틸디실라잔, 아마노실란 또는 폴리디메틸페닐 실옥산과 같은 특수 접착제 또한 실리콘 중합체의 접착성을 증가시키기 위해 사용되어진다.

유리의 표면 강도는 내재된 안정성의 범위 내에 있는 인장 또는 압축 응력 하의 층으로 유리를 이면으로 균일 코팅함으로써 580 MPa에서 2350 MPa 까지 증가되어질 수 있다.

평평한 유리 기판 표면 뿐만 아니라 유리 기판의 가장자리에도 물리적인 압축 또는 인장 응력하의 층이 제공되면, 이에 따라 표면과 가장자리의 안정성이 증가된다. 이는 0.3 mm 미만의 얇은 유리 기판에 특히 두드러지며, 종래의 가장자리 공정 방법을 사용할 경우에는 가장자리가 연마되어질 수 없기 때문이다.

본 발명의 상기 공정에 따라 이제 특히 0.3 mm 이하의 두께, 바람직하게는 0.03-0.2 mm의 두께를 가진 얇은 유리가 경화되어질 수 있고 0.3 mm 보다 두꺼운 유리만을 사용하는 코팅에 대해서도 사용되어질 수 있다. 본 발명의 공정에 따라 유리를 경화하기 위해 투명한 내열성의 물질이 사용될 경우, 이들 유리는 예를 들어 LCD나 PLED와 같은 디스플레이어를 생산하기 위한 기판으로써 사용되어질 수 있다. 상기 방식으로 본 발명에 따른 공정을 이용하여 안정된 탄력성 있는 디스플레이어가 제조되어질 수 있다.

특히 유용한 실시예에 있어서, 본 발명의 상기 공정에 따른 상기의 층들은 안정성 강화 효과 뿐 아니라 여전히 다른 기능들을 수행할 수 있다. 실시예에 의하면, 상기 층들은 알칼리 이온들을 쉽게 이동시키기 위한 확산 장애로서 또는 반사 디스플레이어를 위한 반사층으로서의 역할도 한다.

유리 기판의 투명성이 요구되지 않는 경우, 금속 층은 층 응력을 만들어 내도록 채택되어질 수 있다. 저압(< 4 μbar)과 높은 분리 효율의 공정에서 침전되는 α- 변형의 Cr 층, Ta 층은 매우 적당하다.

Cr 또는 T의 스퍼터링에서, 스퍼터링 동안 기본적으로 공정 압력에 결정되는 인장응력은 금속층 내에 자라잡고 있다. 공정 압력이 낮으면 낮을수록, 도포된 층의 분자들의 높은 동역학적 에너지에 의해 인장응력은 더 높아진다. 10 μbar 미만의 공정압력에서, 상기 층의 응력은 최소가 된다. 더욱이, 스퍼터링 속도는 Ar+이온의 더 낮은 이온 에너지로 인해 급격히 낮아진다.

본 발명에 따른 공정은 유리로 만들어진 데이타 매체, 특히 유리로 만들어진 소위 하드 디스크의 제조에도 적용된다. 상기 유리 하드 디스크의 물리적 안정성을 확보하기 위해, 유리는 일반적으로 화학적 경화과정을 거친다. 그러나, 상기 화학적 경화는 예를 들어 긴 공정 시간과 표면 오염과 같은 몇몇의 단점을 가진다. 차후에, 하드 디스크용 유리 기판은 화학적 경화 후 연마하고 세척하여야만 한다. 상기 공정은 또한 고도로 시간 집약적이다. 본 발명에 따른 공정 때문에, 상기 과정은 더 이상 필요치 않으며 본 발명의 공정에 의해 경화된 유리는 어떤 그 이상의예비 처리 없이 하드 디스크를 제조하는 데 채택되어질 수 있다.

본 발명에 따른 공정은 유리 섬유 대신 30-100㎛의 두께를 가진 얇은 유리 필름을 사용하는 프린트된 회로판의 제조에도 또한 적용된다. 에폭시 수지로 코팅하고 후에 열에 노출시켜 경화시킴으로써 표면의 안정성이 증가된 프리스트레스된 층이 유리 상에 형성된다. 그 후, 처리된 유리 상에 구리 필름이 형성되어 구리층을 구조화하고 추가의 전기적 성분으로 끝을 덮어 씌움으로써 회로 캐리어(carrier)가 제공되어진다. 표면 안정성은 DIN 52292 또는 드래프트(draft) DIN 52300을 기준하여 링온링법(ring-on-ring method)에 의해 측정되었다. 측정기는 두개의 동심 강철 링, 보조 링(반경 20 mm)과 하중 링(반경 4 mm)으로 구성되어 있다. 사각의 샘플(50 mm ×50 mm)이양 하중 링 사이에 놓여진 후, 상부의 하중 링에 의해 지정된 유리 위에 하중이 증가된다. 이방성 상태의 응력이 얇은 유리 샘플 내에 형성된다. 테스트는 시간에 대해 직선의 방식으로 증가되는 즉, 전력에 의해 조절된 2 MPa/s의 응력 속도가 주어지는 방식의 동력의 효과로 행하여졌다. 상기 응력은 상기 유리가 분쇄되는 시간까지 가해졌다.

파괴 변형도를 계산하기 위해 비직선 전압 연결이 고려되어진다. 파괴 변형도는 MPa의 단위로 주어지고 DIN 55303-7에 따라 계산되어진다. 상기 추정법으로부터 계산된 값은 테스트된 유리의 강도 값에 따라 주어진다.

금속 또는 산화된 얇고 두꺼운 층에 층 응력을 결정하기 위한 다양한 측정법이 유효하다. 상기 방법은 본 발명의 공정에 의해 코팅된 얇은 유리 스트립을 구부림으로써 상대적으로 쉽게 이루어진다. 물리적 층 응력은 유리의 기본적인 물리적데이터, 구조, 측정된 변형과 층 두께로부터 계산된다. 상기 계산과정은 아래의 참조문헌에 설명되어 있다.

E. I. 브롬리, J. N. 란달, D.C. 플랜더스 and R. W. 마운틴,

"얇은 필름의 응력을 결정하는 기술"

Vac. Sci. Technol. B 1(4), Oct.-Dec. 1983, pp 1364-1366과

H. 구켈, T. 란다쪼와 D. W. 번즈

"폴리실리콘 층을 가진 얇은 필름의 물리적 변형도를 결정하는 간단한 기술" J. Appl. Phy. 57(5), March 1985, pp. 1671-1675.

1. 폴리비닐 알콜에 의한 유리 드로우(draw) 표면의 직접적 코팅

쇼트(Schott)사 700㎛ 두께의 유리 유형 AF 37, 무알칼리 보로실리케이트 유리를 유리 인발(drawing)과정(내려흐름) 동안 폴리비닐 알콜(클라리안트사의 모위올; H₂O에 용해된 10% 수용액)로 코팅하였다. 폴리 비닐 알콜(점도 1100 mPas)을 양면(윗면과 아래면)에 분무할 때 유리의 온도는 약 80℃였고 온라인 공정동안 약 15초간 도가니(furnace) 내에서 180℃로 건조하였다. 인장응력은 0.6 GPa, 층의 두께는 10㎛였다. 코팅하지 않은 동일한 유리의 표면 안정성은 512 MPa인 반면, 상기 코팅된 유리는 2350 MPa의 내부강도를 지녔다.

2. 폴리비닐 알콜에 의한 유리 기판의 코팅

100 ×100 mm의 0.4 mm의 두께로 측정된 무알칼리 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH에 의한 D 263)를 원심분리 공정(2000 min^-1, 점도 250 mPas)에 의해 실온에서 폴리비닐 알콜(클라리안트사의 모위올; 16% 수용액)로 코팅한 후 180℃에서 10분간 건조하였다. 코팅된 층의 두께는 20㎛였다. 일면 코팅의 경우, 표면의 안정성은 706 MPa(0.2 CPa의 인장응력)이었고, 이면 코팅의 경우(담금법)에는 924 MPa(0.26 CPa의 인장응력)이었다. 코팅되지 않은 샘플은 579 MPa의 표면 안정성을 가졌다.

3. 실리콘 탄성체에 의한 유리 기판의 코팅

무알칼리 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH에 의한 D 263, 100 ×100 mm, 0.2 mm 두께)를 담금법(점도 70.000 mPas, 드로우 속도 50cm/min)에 의해 폴리디메틸 실옥산(와커사의 일레스토실)으로 코팅한 후 180℃에서 10분간 건조하였다. 코팅된 층의 두께는 40㎛였고 상기 중합체의 인열-성장 저항은 12 N/mm였다. 표면 안정성은 722 MPa인 반면, 인장응력은 0.14 GPa이었다. 코팅되지 않은 샘플은 404 MPa의 표면 안정성을 가졌다.

4. 실리콘 수지에 의한 코팅

무알칼리 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH에 의한 D 263, 100×100 mm, 0.1 mm 두께)를 원심분리 공정(4000 min^-1, 점도 60 mPas)에 의해 와커사의 실레스, 알킬 페닐 실리콘(자일롤에 용해된 40% 용액)으로 코팅한 후 200℃에서 15분간 건조하였다. 샘플의 코팅된 층 두께는 8.7㎛였다. 코팅되지 않은 샘플은 426 MPa의 표면 안정성을 보이는 반면 인장응력은 0.21 GPa이었고 표면 안정성은 733 MPa이었다.

5. SiC_xO_yH_z플라즈마 중합체에 의한 코팅

보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH에 의한 D 263, 200 ×200 mm, 0.4 mm 두께)를 저압 플라즈마 공정을 이용하여 단량체로서의 헥사메틸디실옥산(HMDSO)으로 코팅하였다. 평행판 반응기가 사용되었고 아래의 전극은 고주파수 발생장치(1356 MHz)에 연결하였다. 전극에 가해진 HF 출력은 300 와트였으며, 이와 같이 상기 전극에 가해진 바이어스 전압은 -300 V였다. 30분 후, 층 두께는 0.6㎛였다. 0.3 GPa의 압축응력을 가진 SiC_xO_y층이 생성되었다. 코팅되지 않은 샘플은 579 MPa의 표면 안정성을 보이는 반면 코팅된 샘플의 표면 안정성은 1420 MPa이었다.

6. SiC_xN_yH_z플라즈마 중합체에 의한 코팅

평행판 반응기 내의 고주파수 저압 플라즈마를 이용하여 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH에 의한 D 263, 150 ×150 mm, 400㎛두께)가 테트라메틸실란(TMS)과 질소로 된 0.42㎛의 얇은 SiC_xN_yH_z층을 제조하는 데 사용되었다. 증착은 약 20분간 계속되었다. 압력은 0.11 mbar였다. TMS의 유량은 5 sccm(분당 표준 세제곱 센티미터), 질소의 유량은 24 sccm으로 정하였다. 공정 압력은 0.2 mbar였다. 플라즈마 중합체 층의 압축응력은 0.6 GPa였다. 코팅되지 않은 샘플은 579 MPa의 표면 안정성을 보이는 반면 코팅된 샘플의 표면 안정성은 1120 MPa이었다.

7. D 263 유리/ 실리콘 수지/ 실리콘 탄성체 화합물

100 ×100 mm 크기의 유리 유형 ID 263(쇼트-데사그의 거래 문헌)을 아래흐름 공정에 의해 100㎛ 두께의 유리 기판을 제조하는 데 사용하였다. 상기 유리 기판의 강도는 약 470 MPa이었다. 상기 유리 기판을 원심분리 공정(5000 min^-1)에 의해 메틸페닐 실리콘 수지(와커-케미 GmbH의 상표명,실레스, 실리콘 수지/자일롤의 질량비 1:3)로 코팅한 후 공기 순환 오븐에서 220℃로 15분간 건조하였다. 코팅된 층 두께는 4.5㎛, 인장강도는 0.21 CPa이었고 표면 안정성은 약 980 MPa이었다. 실리콘 수지는 케톤에 대해 최소의 화학적 내성을 보여주므로, 두 번 째 층이 가해졌다. 실리콘 수지로 코팅된 유리 기판을 원심분리 공정(5000 min^-1)을 이용하여 폴리디메틸 실옥산(와커-케미 GmbH의 상표명, 일레스토실, 점도 70000 mPas)으로 코팅한 후 공기 순환 오븐에서 200℃로 20분간 건조하였다. 코팅된 층의 두께는 45㎛였다. 첫째 코팅으로 강도는 확실히 증가되었고 특히 케톤에 대한 화학적 내성은 둘째 코팅으로 향상되었다.

8. 플라즈마로 향상된 화학 증착법(PECVD)에 의해 무정형 질화 실리콘 층으로 코팅

기판: 쇼트 디스플레이 유리 AF45 0.7 ×400 ×400 mm³

플랜트: 플라즈마 케이지의 수평 배치 PI/PE-CVD 반응기

플라즈마 여기 주파수: 13.56 MHz

플라즈마 출력: 40W

온도: T300℃

전조 기체: SiH₄65 sccm, NH₃280 sccm

운반 기체: N₂800 sccm, H₂178 sccm

공정 압력: 890 μbar

층 두께: ∼450nm

층 응력: σ₀ -345 ...-389 MPa

코팅 전 표면 안정도: σ₀ 540 MPa

코팅 후 표면 안정도: σ_0S 950 MPa

9. 파우더링(스퍼터링, 물리적 증착(PVD))을 이용한 산화 실리콘 층(SiO_x)으로 코팅

기판: 쇼트 디스플레이 유리 D 263 0.4 ×400 ×400 mm³

플랜트: 물로 냉각되는 자기 음극과 HF 플라즈마 발생기를 갖춘 수직 직렬 스퍼터 플랜트

Source: 중간 냉각 지역을 가진 2 개의 488 mm 너비의 물로 냉각되는 직선의 자기 음극 충분히 산화된 석영 유리 타겟

플라즈마 여기 주파수: 13.56 MHz

플라즈마 출력: 2500W

기판 온도: T250℃

운반 기체: Ar 40 sccm, Kr 5 sccm, O2

운행 속도: 0.1 m/min

공정 압력: 2.9 μbar

층 두께: ∼2850nm

층 응력: σ₀ -180 ...-250 MPa

코팅 전 표면 안정도: σ₀ 579 MPa

코팅 후 표면 안정도: σ_0S 722 MPa

10. 파우더링(스퍼터링, AVD PVD)을 이용한 산화 알루미늄 층(AlO_x)으로 유리 기판 코팅

기판: D 263 0.4 ×400 ×400 mm³

플라즈마 여기 주파수: 13.56 MHz

플라즈마 출력: 2 ×2500W

운반 기체: Ar 50 sccm, Kr 5 sccm, O₂5 sccm

기판 온도: 250℃

운행 속도: 0.15 m/min

공정 압력: 3.2 μbar

층 두께: ∼280nm

층 응력: σ₀ -250 ...-330 MPa

코팅 전 표면 안정도: σ₀ 579 MPa

코팅 후 표면 안정도: σ_0S 754 MPa

11. 자기장 내의 스퍼터링에 의한 Cr 코팅

기판: 쇼트 디스플래이유리의 400 mm 두께의 AF 45 유리 스트립

플랜트: 물로 냉각되는 자기 음극과 DC 플라즈마 발생기 갖춘 수직 직렬 스퍼터 플랜트

소스: 488 mm 너비의 직선의 자기 음극 Cr 타겟

플라즈마 여기 주파수: 13.56 MHz

플라즈마 출력: 4 kW

운반 기체: Ar 40 sccm

공정 압력: 2.6 μbar, 플라즈마 점화시 ∼15 μbar로 압력 증가

층 두께: ∼400nm

층 응력: σ₀ -350 ...-400 MPa

코팅 전 표면 안정도: σ₀ 515 MPa

코팅 후 표면 안정도: σ_0S 1520 MPa

12. 전자빔(e-beam) 공정에서의 증착에 의한 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 유리기판을 코팅

기판: D 263 0.4 ×400 ×400 mm³

플랜트: 프래닛(planet) 침전에 의한 진공 증착 플랜트

소스: Al₂O₃상의 발쩌즈(Balzers) e-빔, 소스 간격 450 mm

잔여 기체 압력: 10^-5mbar

층 두께: ∼300nm

층 응력: σ₀ 225 MPa(압축응력)

코팅 전 표면 안정도: σ₀ 404 MPa

코팅 후 표면 안정도: σ_0S 631 MPa

13. 실리콘 수지로 유리 기판을 코팅

알칼리를 함유한 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263 T, 100 ×100 mm, 0.1 mm 두께)를 자일롤에 용해된 와커의 메틸기를 포함하는 폴리실록산 실레스(55% 용액)에 녹인 후 여과하였다. 그 후, 자일롤에 용해된 5% F 100(와커) 용액을 폴리실록산 용액과의 더 빠른 교차결합을 위해 가하고 자기 교반기로 교반하였다. 상기 유리는 원심분리 공정(1000 min^-1)에 의해 상기 중합체 용액으로 코팅한 후 230℃에서 60분간 순환 오븐에서 건조하였다. 샘플의 코팅된 층 두께는5.3㎛였다. 코팅되지 않은 샘플은 426 MPa의 표면 안정성을 보이는 반면 인장응력은 0.19 GPa이었고 표면 안정성은 814 MPa이었다.

14. 아크릴레이트 에폭시 중합체 혼합물로 유리 기판을 코팅

알칼리를 함유한 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263, 100 ×100 mm, 0.1 mm 두께)를 폴리아크릴레이트와 클라리안트의 폴리에폭시 중합체 혼합물로 코팅한(원심분리 공정 800 min^-1) 후 230℃에서 30분간 순환 오븐에서 건조하였다. 샘플의 코팅된 층 두께는 3.5㎛였고 코팅되지 않은 샘플은 426 MPa의 표면 안정성을 가지는 반면 인장응력은 0.18 CPa이었고 표면 안정성은 790 MPa이었다.

15. 폴리우레탄 수지로 코팅

15.1 2K 시스템

알칼리를 함유한 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263, 100 ×100 mm, 0.2 mm 두께)를 스핀-코트(spin-coat) 공정으로 폴리우레탄 라커(데스모더/데스모펜, 베이어)로 코팅하였다. 수지 시스템의 점도는 비극성 용매로 조절하여 2000rpm에서 코팅된 층 두께는 5㎛였다. 상기 시스템은 120℃에서 10분간 경화하였다. 코팅되지 않은 샘플은 404 MPa의 표면 안정성을 가지는 반면 인장응력은 0.17 GPa이었고 표면 안정성은 683 MPa이었다.

15.2 1K 시스템

알칼리를 함유한 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263, 300 ×400 mm, 0.2 mm 두께)를 분무 공정으로 1K PU 라커 코에트란스(코엘란)로 코팅하였다. 고체 성분이 20%가 되게 MIBK로 라커를 희석하였다. 공기 분무 노즐(공기압 2 bar)을 이용하여 라커를 20㎛의 층 두께로 도포하였다. 습도에 대해 반응하여 실온에서 1 시간 경화하였다. 코팅되지 않은 샘플은 404 MPa의 표면 안정성을 가지는 반면 인장응력은 0.15 CPa이었고 표면 안정성은 679 MPa이었다.

15.2 수성 PU 시스템으로 코팅

알칼리를 함유한 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263, 300 ×400 mm, 0.2 mm 두께)를 분무 공정으로 수성 라커 시스템 하이드로글라서(디겔)로 코팅하였다. 분무압은 3 bar, 노즐 직경은 0.8 mm였다. 필요에 따라, 층 두께는 5에서 15㎛로 얻었고 코팅되지 않은 샘플은 404 MPa의 표면 안정성을 가지는 반면 인장응력은 0.18 GPa이었고 표면 안정성은 752 MPa이었다.

16. 에폭시 수지로 코팅

알칼리를 함유한 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263, 100 ×100 mm, 0.2 mm 두께)를 스핀-코트(spin-coat) 공정(1500 s^-1)에 의해 2K 에폭시 스티캐스트 1269A(그레이스)로 코팅하고 120℃에서 3 시간동안 경화하였다. 코팅된 층 두께는 7.2㎛였고, 인장응력은 0.18 GPa이었고 표면 안정성은 748 MPa이었다(코팅되지 않은 샘플의 표면 안정성 404 MPa).

17. 실리콘 탄성체(백금 촉매, 추가 교차 결합된)로 코팅

알칼리를 함유한 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263, 100 ×100 mm, 0.2 mm 두께)를 스핀-코트(spin-coat) 공정(1300 s^-1)에 의해 추가 교차 결합된 실리콘으로 코팅하였다. 상기 코팅용액은 하기의 성분을 포함하였다:

10.0 g 비닐 실록산

0.4 g 교차 결합기

0.1 g 백금 촉매

5,0 g 에틸 아세테이트

원심분리 후, IR 선장하에서 코팅층을 5초간 경화하여 7.2㎛ 두께의 코팅 층을 얻었다. 코팅되지 않은 샘플은 404 MPa의 표면 안정성을 가지는 반면 코팅된 샘플은 0.19 GPa이었고 표면 안정성은 783 MPa이었다.

18. UV-경화 시스템으로 코팅

무알칼리 보로실리케이트 유리(쇼트 디스플레이유리 GmbH의 D 263, 100 ×100 mm, 0.2 mm 두께)를 스핀-코트(spin-coat) 공정(1300 s^-1)에 의해 UV 경화 라커 시스템으로 코팅하였다. 상기 라커 시스템은 출력 180W/cm²의 용융 램프(램프 유형 H)를 이용하여 경화하였다. 아크릴레이트 코팅층의 두께는 7.6㎛(인장응력은 0.2 GPa, 표면 안정성은 658 MPa)였다. 코팅되지 않은 샘플의 표면 안정성 404 MPa였다.

최소의 가능한 제조 비용과 낮은 제조 원가로 높은 표면 강도를 가진 강화 유리 바디를 제공할 수 있다.

Claims

유리 기본 바디와 상기 바디에 도포된 하나 이상의 층으로 구성되어 있고;

상기 하나 이상의 층은 압축응력 또는 인장응력 하에 있는

강화 유리 바디.
제 1 항에 있어서, 압축 또는 인장 응력은 100에서 1000MPa인 것을 특징으로 하는 유리 바디.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 층 재료는 유기 또는 무기 재료 또는 유기와 무기 재료의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유리 바디.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 응력하의 상기 층은 유리 바디의 표면을 전체적으로 또는 부분적으로 덮는 것을 특징으로 하는 유리 바디.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기본 바디는 평평한 유리, 꺽여진 평평한 유리, 또는 컨테이너 유리로서 제공되는 것을 특징으로 하는 유리 바디.
제 5 항에 있어서, 상기 기본 바디의 두께는 10에서 1500㎛인 것을 특징으로하는 유리 바디.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기본 바디는 탄력성이 있으며 상기 유리의 두께는 10에서 200㎛인 것을 특징으로 하는 유리 바디.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 둘 이상의 층 중 적어도 한 층은 응력 하의 층 또는 층들을 보호하기 위해 도포되는 것을 특징으로 하는 유리 바디.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

졸 겔(sol gel) 기술에 의해, 적어도 하나 이상의 층이 담금법, 원심분리, 라미네이팅 또는 분무로 유기 중합체, 무기 재료, 또는 유기적으로 변성된 세라믹 재료를 상기 유리에 적용하는 단계; 및

필요로 하는 층 응력을 조절하기 위해 적어도 한 층은 재가공하는 단계;

로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 바디 제조 공정.
제 9 항에 있어서, 상기 층은 인열-증가 저항이 적어도 10N/m인 중합체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공정.
제 9 항에 있어서, 열 건조, 전자기 복사, UV 처리, UV/오존 처리, 코로나처리, 전자 복사와 플래이밍(flaming)에 의한 후속 처리가 있는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 물리적 증착 또는 스퍼터 공정을 사용하여 진공하에서 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 중합반응 또는 플라즈마 아크 공정에 의한 기상으로부터 플라즈마에 의한 침전에 의해 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정.
제 11 항에 있어서, 금속, 반도체, 산화 금속, 산화 반도체, 질화금속, 질탄화 금속, 질산화금속, 탄산화금속, 질화 반도체, 질산화 반도체, 탄화 반도체, 탄산화 반도체, 질탄화 반도체 또는 금속 또는 상기 물질들의 혼합물과 같은 물질인 것을 특징으로 하는 공정.
제 12 항에 있어서, 휘발성 금속 화합물 또는 휘발성 유기 또는 유기금속 화합물이 초기 물질로 사용되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 응력은 직류 전압 또는 교류 전압을 기판에 가함으로써 발생되는 바이어스에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅과 후속 처리는 뜨거운 몰딩 후 즉시 행하여지는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 16 항에 있어서, 상기의 유리 기판으로 제조된 디스플래이.
제 1 항 내지 제 16 항에 있어서, 상기의 유리 기판으로 제조된 하드 디스크.
제 1 항 내지 제 16 항에 있어서, 상기의 유리 기판으로 제조된 전자 회로 기제.
제 1 항 내지 제 8 항에 있어서, 코팅된 적어도 한 면은 기능적 특성을 수행하는 것을 특징으로 하는 경화된 평평한 유리.
제 17 항에 있어서, 코팅된 적어도 한 면은 분괴 외막(blooming coat)으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 경화된 평평한 유리.
제 17 항에 있어서, 코팅된 적어도 한 면은 반사 또는 흡수 층으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 경화된 평평한 유리.
제 17 항에 있어서, 코팅된 적어도 한 면은 확산 장애로서 제공되는 것을 특징으로 하는 경화된 평평한 유리.
제 17 항에 있어서, 코팅된 적어도 한 면은 광민감성 층으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 경화된 평평한 유리.
제 17 항에 있어서, 코팅된 적어도 한 면은 편광자로서 제공되는 것을 특징으로 하는 경화된 평평한 유리.
제 17 항에 있어서, 코팅된 적어도 한 면은 정보 기억 장치로서 제공되는 것을 특징으로 하는 경화된 평평한 유리.