KR20100076907A - 유리 기재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

화학강화된 유리 기재는 최상부 표면층에 압축 응력층을 형성한 주 표면을 구비하고 있다. 상기 압축 응력층은 압축 응력층에 생성된 압축 응력에 의해 유리 기재의 강도를 향상시키기 위해 형성되어 있다. 상기 압축 응력층은 5000ppm 이하의 칼륨 이온 농도의 층으로 이루어진다.
유리 기재, 커버 유리, 화학강화, 주 표면, 압축 응력층, 칼륨 이온 농도, 이온 교환층, 에칭

Description

유리 기재 및 그 제조 방법{GLASS SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 휴대 전화나 개인 휴대 정보 단말기(PDA)와 같은 휴대 단말 장치의 표시 화면을 보호하게 되어 있는 강도가 향상된 커버 유리용 유리 기재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
휴대 전화 및 PDA와 같은 휴대 단말 장치에서는, 디스플레이에 외력(충격력)이 가해지는 것을 방지하기 위해서, 투명성이 높은 아크릴 수지제의 보호판과 같은 플라스틱제의 보호판이 디스플레이의 외측에 일정한 간격을 두고 배치되어 있다(예를 들어 일본 특허공개 2004-299199호 참조).
하지만, 그와 같은 아크릴 수지제의 보호판은 외력에 의해 휘기 쉬우므로, 휴대 단말 장치는 보호판과 디스플레이 사이에 아크릴 수지제의 보호판의 휨 변형을 수용할 정도로 넓은 간격을 가지도록 설계되어야만 한다. 이 때문에, 휴대 단말 장치를 박형화하는 데 어려움을 야기한다.
전술의 이유로, 휴대 단말 장치의 박형화를 실현하기 위해서, 휨을 억제하면서 박판 형상으로 형성되어도 어느 정도 수준의 높은 강도를 유지하는 화학강화 유 리를 사용한 보호판이 제안되어 있다(예를 들어 이하에서 간단히 '557 공개라 기재되는 일본 특허공개 2007-99557 참조). '557 공개는 휴대 단말 장치용 커버 유리 및 그 커버 유리의 제조 방법을 개시하고 있다. '557 공개에 의하면, 커버 유리는 특정의 유리 조성으로 이루어지는 판유리를 소정 형상으로 절단하고, 판유리의 양면을 연마하여 경면 다듬질하고, 화학강화 공정에 의해 판유리의 양면의 표면층에 압축 응력층을 형성함으로써 휨 및 파손이 어렵도록 제조된다.
하지만, 커버 유리용 유리 기재는 주 표면에 가해지는 큰 외부 응력을 수용할 수 있을 만큼 높은 강도를 가질 것이 요구된다. 또한, 휴대 단말 장치용 커버 유리는 경량화도 동시에 요구된다. 이 때문에, 박판 형상으로 형성되어도 매우 높은 강도를 가지는 유리 기재가 휴대 단말 장치에 요구된다.
본 발명은 얇게 형성되어도 매우 높은 강도를 가지는 유리 기재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 양태에 따라, 최상부 표면층에 압축 응력층을 형성한 주 표면을 가지는 화학강화된 유리 기재가 제공된다. 압축 응력층은 압축 응력층에 생성된 압축 응력에 의해 유리 기재의 강도를 향상시키기 위해 형성된다. 압축 응력층은 5000ppm 이하의 칼륨 이온 농도의 층으로 이루어진다.
선택적으로, 압축 응력층은 5000ppm을 초과하는 칼륨 이온 농도의 이온 교환층이 완전히 제거되어 형성될 수 있다.
선택적으로, 유리 기재는 다운-드로우법(down-draw method)에 의해 용해 유리로부터 형성될 수 있다.
또한 선택적으로, 유리 기재는 SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O 중의 적어도 하나를 함유한 알루미노실리케이트 유리로 형성될 수 있다. 또한 선택적으로, 유리 기재 는 칼륨 이온을 실질적으로 함유하고 있지 않은 유리 기재를 화학강화시키는 것에 의해 형성될 수도 있다.
또한 선택적으로, 유리 기재는 휴대 단말 장치의 표시 화면을 보호하기 위한 커버 유리로 사용되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 양태에 따라, 또한 유리 기재의 제조 방법이 제공된다. 유리 기재의 제조 방법은 가열한 용융염에 유리 기재를 침지시켜 유리 기재의 이온이 용융염의 이온으로 이온 교환되도록 함으로써 유리 기재를 화학강화하는 단계와, 상기 유리 기재를 화학강화하는 단계에서 유리 기재의 주 표면의 최상부 표면층에 형성된 이온 교환층을 제거하는 단계를 포함한다. 이온 교환층은 5000ppm을 초과하는 칼륨 이온 농도를 가질 수 있다는 점에 주목해야 한다.
선택적으로, 이온 교환층을 제거하는 단계에서, 이온 교환층은 에칭에 의해 제거될 수 있다.
또한 선택적으로, 에칭은 플루오린화수소산, 헥사플루오린화규산 및 버퍼드 플루오린화수소산 중의 적어도 하나를 함유하는 에칭액을 사용하여 습식으로 실시될 수 있다.
또한 선택적으로, 유리 기재를 화학강화하는 단계에서, 유리 기재는 질산칼륨의 용융염 및 질산나트륨의 용융염 중의 적어도 하나를 사용하여 유리 기재의 유리 전이점 이하의 온도에서 화학강화될 수 있다.
본 발명의 유리 기재는 화학강화에 의한 압축 응력층을 가지는 주 표면을 가 지고, 상기 압축 응력층은 이온 교환층을 포함하지 않고, 상기 주 표면에서의 칼륨의 농도가 5000ppm 이하이므로, 얇아도 매우 높은 강도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 양태에 따른 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술의 방법으로 화학강화된 유리 기재(1)를 도시하고 있다. 도 1a는 유리 기재의 주 표면을 포함하는 영역을 도시하고 있다. 도 1b는 도 1a에 도시된 부분(X)의 확대도이다. 도 1a에 도시된 유리 기재(1)는 가열한 화학강화용의 용융염에 침지되어 유리 기재에 포함된 이온이 용융염의 이온으로 이온 교환되도록 화학강화된다. 유리 기재(1)는 표면층에 압축 응력층(1a)을 형성하고 있다. 압축 응력층(1a)은 그곳에 생성된 압축 응력에 의해 유리 기재(1)의 강도를 향상시키기 위해 형성되어 있다. 또한, 압축 응력층(1a)의 최상부 표면층(유리 기재(1)의 최상부 표면으로부터 수 ㎛ 깊이의 영역)에는, 매우 높은 알칼리 이온 농도를 가진 이온 교환층(1b)이 화학강화에 의해 형성되어 있다.
이와 같은 이온 교환층(1b)이 형성된 유리 기재(1)를 물세정하면(화학강화 후의 물세정), 도 1b에 도시된 바와 같이, 화학강화시에 형성된 이온 교환층(1b)에 존재하는 칼륨 이온(K+)이 칼륨 이온(K+)보다 작은 이온 반경을 가진 수소 이온(H3O+)과 이온 교환된다. 이에 의해, 유리 기재(1)의 최상부 표면층은 수화층(1c)이 된다. 그 결과, 세정 공정에 의해, 유리 기재(1)의 이온 교환층(1b)에는 내부에 생성되는 인장 응력으로 인해 유리 기재(1)의 강도를 약화시키게 되는 인장 응력층이 형성된다. 특히, 세정 공정에서 세정액으로 산성용액을 사용하면 상기 경향이 현저해진다. 또한, 화학 강화(즉 이온 교환)는 프레스법으로 성형된 후 연마가공된 유리 기재에서보다 다운-드로우법으로 성형된 유리 기재에서 신속하게 진행된다. 따라서, 상기 경향은 프레스법으로 성형된 후 연마가공된 유리 기재보다 다운-드로우법으로 성형된 유리 기재에서 현저해진다.
본 발명의 양태에 따른 일 실시형태에서는, 화학강화에서 유리 기재의 표면층에 형성된 이온 교환층을 제거함으로써, 그 후에 실시되는 세정 공정으로 인해 인장 응력층이 형성되는 것을 방지하여 유리 기재의 강도를 향상시키는 것이 가능하다. 보다 상세하게는, 실시형태에 있어, 유리 기재는 가열된 용용염에 침지되어 유리 기재의 이온이 용융염의 이온으로 이온 교환되도록 화학강화된다. 그런 다음, 화학강화에서 유리 기재의 주 표면 상에 형성된 이온 교환층은 제거된다. 즉, 도 1c에 도시된 바와 같이, 실시형태의 유리 기재는 도 1a 및 도 1b에 도시된 이온 교환층(1b)이 완전히 제거된 상태로 형성된다. 이에 의해, 박판 형상으로 형성되어도 매우 높은 강도를 가지는 유리 기재를 얻는 것이 가능하다.
화학강화된 유리 기재로부터의 알칼리 성분의 용출을 저감 또는 억제하기 위한 기술이 알려져 있다(예컨대, 일본 특허공개 평10-194788 참조). 하지만, 유리 기재의 표면을 탈알칼리 처리하거나 유리 기재의 표면 상에 알칼리 성분의 용출을 방지하는 층을 형성하도록 되어 있는 이 기술은 본 발명의 양태에 따른 기술 사상과는 근본적으로 상이한 것이다.
상기 서술한 바와 같은 관점에서, 본 발명의 실시형태의 유기 기재는 가열된 용융염에 유리 기재를 침지시킴으로써 유리 기재의 이온이 용융염의 이온으로 이온 교환되는 것에 의해 유리 기재가 화학강화되도록 하고, 그 후에 화학강화에서 유리 기재의 주 표면에 형성된 이온 교환층을 제거함으로써 제조될 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 유리 기재는 화학강화에 의해 형성되는 압축 응력층을 가진다. 하지만, 이 압축 응력층은 이온 교환층을 포함하지 않고, 주 표면에서의 칼륨 이온 농도는 5000ppm 이하이다. 유리 기재의 주 표면에서의 칼륨 이온 농도 및 주 표면이 이온 교환층을 포함하고 있는지의 여부에 대한 유리 기재의 표면 상태가 예를 들어 파장 분산형 X선 분석장치(WDX)나 에너지 분산형 X선 분석장치(EDX)에 의해 검출될 수 있다. 부언하자면, 파장 분산형 X선 분석장치(WDX)는 시료에 X선 또는 전자선을 조사하고, 조사에 의해 여기된 시료 부위에 의해 발산되는 다양한 파장의 형광 X선으로부터 특정 파장의 형광 X선을 분광 결정으로 선별하고 선별된 형광 X선의 파장 및 세기를 검출기로 계측하도록 되어 있다. 또한, 에너지 분산형 X선 분석장치(EDX)는 시료에 X선 또는 전자선을 조사하고, 조사에 의해 여기된 시료 부위에 의해 발산되는 다양한 파장의 형광 X선 모두를 증폭하고 다양한 파장의 형광 X선의 각각의 파장 및 세기를 분석기로 분별하도록 되어 있다.
사용될 유리 기재는 용융 유리로부터 직접 시트 형상으로 성형되거나 어떤 두께의 유리체로부터 소정 두께의 유리 시트를 잘라내고, 이 유리 시트를 주 표면이 연마된 목표한 두께의 유리 시트로 다듬질함으로써 성형될 수 있다. 유리 기재는 용융 유리로부터 직접 시트 형상으로 성형되는 것이 바람직하다. 이는 용융 유리로부터 직접 시트 형상으로 성형된 유리 기재의 주 표면은 매우 높은 평탄도 및 마이크로 크랙이 없는 평활성을 가지는 열간성형된 표면이기 때문이다. 용융 유리로부터 직접 시트 형상으로 유리 기재를 성형하는 방법으로서는, 다운-드로우법 또는 플로트법(float method)이 적용될 수 있다. 유리 기재는 다운-드로우법으로 용융 유리로부터 성형되는 것이 바람직하다.
또한, 유리 기재는 알루미노실리케이트 유리, 소다라임 유리 또는 보로실리케이트 유리로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 유리 기재는 SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O 중의 적어도 하나를 함유한 알루미노실리케이트 유리로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 알루미노실리케이트 유리는 62-75중량%의 SiO2, 5-15중량%의 Al2O3, 4-10중량%의 Li2O, 4-12중량%의 Na2O, 및 5-15중량%의 ZrO2를 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 알루미노실리케이트 유리는 Na2O/ZrO2의 중량비가 0.5~2.0이고 Al2O3/ZrO2의 중량비가 0.4~2.5로 정해지는 조성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 유리 기재는 산화칼륨을 실질적으로 함유하고 있지 않은 원료 성분으로부터 제조되는 것이 바람직하다.
SiO2는 유리 기재의 주요 성분이며, 유리 재료의 화학적 내구성 및/또는 용융 온도를 고려하여 유리 기재 중에 62-75중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Al2O3는 유리 기재의 표면의 이온 교환 성능을 향상시키기 위해서 함유되며, 유리 재료의 화학적 내구성을 고려하여 유리 기재 중에 5-15중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Li2O는 화학강화를 위한 필수 성분이다. 구체적으로, Li2O는 유리 기재의 표면층에서 이온 교환 처리욕 중의 주로 Na 이온과 이온 교환된다. Li2O는 유리 재료의 이온 교환 성능 및/또는 화학적 내구성을 고려하여 유리 기재 중에 4-10중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Na2O는 화학강화를 위한 필수 성분이다. 구체적으로, Na2O는 유리 기재의 표면층에서 이온 교환 처리욕 중의 K 이온과 이온 교환된다. Na2O는 유리 재료의 화학적 내구성 및/또는 기계적 강도를 고려하여 유리 기재 중에 4-12중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
ZrO2는 유리 기재의 기계적 강도를 향상시키는 효과를 가진다. ZrO2는 균질한 유리의 안정적 제조 및 유리 재료의 화학적 내구성을 확보하기 위해 유리 기재 중에 5.5-15중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
화학강화는 질산칼륨과 같은 용융염을 사용하여, 300-450℃의 용융염 온도에서 1-30 시간 동안 실시된다. 특히, 화학강화는 질산칼륨 및/또는 질산나트륨의 용융염을 사용하여 유리 기재의 재료의 유리 전이점 이하의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. 이와 같은 저온 화학강화는 표면층의 알칼리 이온을 큰 이온 반경의 이온과 교환하는 것을 가능하게 해준다. 이 경우, 처리 시간은 16시간 이하인 것이 바람직하다. 화학강화 후, 바람직하게는, 유리 기재는 표면에 부착된 용융염과 같은 이물질을 제거하기 위해 세정될 수 있다. 이 경우, 세정제(예컨대, 물)를 사용하는 방법, 세정제에 유리 기재를 침지시키는 침지법, 및 세정제를 흐르게 하면서 회전하는 롤 보디에 유리 기재를 접촉시키는 스크러빙법과 같은 세정 방법이 사용될 수 있다. 침지법은 초음파가 인가된 상태에서 실시될 수 있다.
화학강화에 의해 유리 기재의 주 표면에 형성된 이온 교환층을 제거하는 방법으로서는, 에칭이나 연마가공이 적용될 수 있다. 유리 기재가 용융 유리로부터 직접 시트 형상으로 성형되는 경우에 있어서는, 주 표면에 상처와 같은 손상을 피하기 위해서, 에칭에 의해 이온 교환층이 제거되는 것이 바람직하다.
이온 교환층을 제거하기 위해 사용되는 에칭액은 플루오린화수소산, 헥사플루오린화규산 및 버퍼드 플루오린화수소산 중의 적어도 하나를 함유하는 것이 바람직하다. 이 경우, 에칭 온도는 20-60℃ 범위 내, 더욱 바람직하게는 30-50℃의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 시간은 3-60분인 것이 바람직하다. 에칭 처리에 있어서는, 유리 기재가 에칭액에 침지된 상태에서 에칭액이 펌프에 의해 순환되거나, 유리 기재가 에칭액에 침지된 상태에서 유리 기재가 상하운동될 수 있다. 선택적으로, 에칭액이 유리 기재 상에 샤워식으로 분사될 수도 있다. 또한, 이온 교환층을 제거한 후에, 유리 기재는 유리 기재의 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위해 물이나 수용액을 사용하여 세정될 수 있다. 또한, 물이나 수용액 뿐만 아니라, 중성세제, 계면활성제 및 알카리성세제와 같은 상용 세정제가 사용될 수 있다. 이 때의 수용액으로서는, 황산, 염산 또는 질산이 사용될 수 있다. 이러한 세정은 초음파가 인가된 상태에서 실행될 수 있다.
이와 같이 제조된 유리 기재는 휴대 전화 및 PDA와 같은 휴대 단말 장치( 표 시 화면)의 보호에 사용되는 커버 유리에 적합하다. 이 경우, 유리 기재는 판형상의 유리 기재의 주 표면 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 한 상태에서 에천트(etchant; 식각액)를 사용하여 에칭함으로써 원하는 형상으로 잘려진다. 에칭에 의해 외형이 형성되는 커버 유리는 매우 높은 평활성의 에칭 단면을 가진다. 또한, 용해 유리면으로 구성되어 있는 커버 유리는 기계 가공에 의해서는 불가피하게 초래되는 마이크로 크랙을 갖지 않는다. 이와 같이 구성되는 커버 유리는 휴대 단말 장치용 커버 유리가 복잡한 외형을 가지더라도 휴대 단말 장치용 커버 유리에 요구되는 높은 기계적 강도를 가진다. 바람직하게는, 화학강화는 유리 기재가 원하는 형상으로 형성된 후에 실시될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 이에 의해, 유리 기재의 단부면들도 화학강화할 수 있고 그에 따라 유리 기재가 휴대 단말 장치에 부착될 때 흠집이 생기거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 원하는 형상을 얻기 위해 유리 기재를 에칭하는 에칭 방법은 습식 에칭과 건식 에칭의 어느 쪽도 될 수 있다. 유리 기재를 식각할 수 있기만 하다면, 어떠한 에천트도 습식 에칭에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플루오린화수소산을 주성분으로 하는 산성 용액이 습식 에칭용 에천트로서 사용될 수 있다. 또한, 플루오린화수소산과 함께 황산, 질산, 염산 및 플루오린화규산 중의 적어도 하나를 포함하는 혼합 용액이 습식 에칭용 에천트로서 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 유리 기재를 식각할 수 있기만 하다면, 어떠한 에천트도 건식 에칭에 사용될 수 있다. 예를 들어, 불소계 가스가 건식 에칭용 에천트로서 사용될 수 있다. 유 리 기재는 스크라이브 가공이나 레이저 가공을 사용하여 원하는 형상으로 절단될 수도 있다.
상술한 실시형태의 유리 기재는 가열한 용융염에 유리 기재를 침지시킴으로써 상기 유리 기재의 이온이 상기 용융염의 이온으로 이온 교환되어 상기 유리 기재가 화학강화되도록 하고, 상기 화학강화에서 상기 유리 기재의 주 표면에 형성된 이온 교환층을 제거함으로써 제조되고 있다. 따라서, 유리 기재의 이온이 세정 공정에서 수소 이온과 이온 교환되는 것을 방지하여, 유리 기재의 강도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 효과를 명확히 하기 위해 실시예들을 설명한다. 도 3은 다음의 각각의 실시예에서 유리 기재를 제조하는 방법의 전체적인 공정을 나타내고 있다.
(실시예 1)
우선, SiO2를 63.5중량%, Al2O3을 8.2중량%, Li2O를 8.0중량%, Na2O를 10.4중량%, ZrO2를 11.9중량% 함유하는 알루미노실리케이트 유리가 다운-드로우법에 의해 80mm(긴 변)×45mm(짧은 변)×0.5mm(두께)의 시트 형상으로 성형된다.
다음에, 이 유리 기재는 360℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 6시간 동안 침지되어 화학강화된다. 그런 다음, 유리 기재는 부착된 용융염과 같은 이물질을 제거하기 위해 물세정된다. 다음에, 이 유리 기재는 35℃의 3중량% H2SiF6의 에칭액에 침지되어, 에칭액 중에서 10분 동안 상하운동된다. 이에 의해, 유리 기재의 주 표면은 대략 1㎛만큼 에칭된다. 그 후에, 이 유리 기재는 40℃의 15중량% H2SO4의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 5분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 실시예 1의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 5000ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다.
얻어진 유리 기재에 대해서 도 2에 도시한 장치를 사용하여 강도 측정이 이루어진다. 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부에 유리 기재(11)보다 작은 개구부(12a)를 가지는 지지대(12) 상에 얻어진 유리 기재(11)가 놓여 진다. 그런 다음, 유리 기재(11)의 중앙부가 10mm/분의 속도로 강하되는 가압 핀(13)에 의해 가압된다. 이에 의해, 유리 기재(11)가 파괴될 때에 유리 기재(11)의 파괴 하중이 측정된다. 동일한 강도 측정을 30장의 유리 기재에 대해서 행하여, 강도의 평균값, 최대값 및 표준편차를 정한다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(실시예 2)
실시예 1과 마찬가지로 동일한 시트 형상으로 성형된 유리 기재가 360℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 6시간 동안 침지되어 화학강화된다. 그런 다음, 유리 기재는 부착된 용융염과 같은 이물질을 제거하기 위해 물세정된다. 다음에, 이 유리 기재는 45℃의 3중량% H2SiF6의 에칭액을 샤워식으로 분사하여 20분 동안 에칭된다. 이에 의해, 유리 기재의 주 표면은 대략 2㎛만큼 에칭된다. 그 후에, 이 유리 기재는 40℃의 15중량% H2SO4의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 5분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 실시예 2의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 2000ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다. 실시예 2에서 얻어진 유리 기재에 대해서, 실시예 1과 동일한 강도 측정이 행해진다. 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타낸다.
(실시예 3)
실시예 1과 마찬가지로 동일한 시트 형상으로 성형된 유리 기재가 360℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 6시간 동안 침지되어 화학강화된다. 그런 다음, 유리 기재는 부착된 용융염과 같은 이물질을 제거하기 위해 물세정된다. 다음에, 이 유리 기재는 35℃의 6중량% H2SiF6의 에칭액에 침지되어 에칭액이 펌프에 의해 순환되면서 10분 동안 에칭된다. 이에 의해, 유리 기재의 주 표면은 대략 3㎛만큼 에칭된다. 그 후에, 이 유리 기재는 40℃의 15중량% H2SO4의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 5분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 실시예 3의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 1500ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다. 실시예 3에서 얻어진 유리 기재에 대해서, 실시예 1과 동일한 강도 측정이 행해진다. 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타낸다.
(비교예 1)
실시예 1과 마찬가지로 동일한 시트 형상으로 성형된 유리 기재가 360℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 6시간 동안 침지되어 화학강화된다. 다음에, 이 유리 기재는 40℃의 15중량% H2SO4의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 10분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 비교예 1의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 6000ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다. 비교예 1에서 얻어진 유리 기재에 대해서, 실시예 1과 동일한 강도 측정이 행해진다. 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타낸다.
Figure 112009080199718-PAT00001
표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 실시예 3의 유리 기재는 각각 0.5mm의 두께로 성형되었음에도 비교예 1의 유리 기재에 비해 매우 높은 파괴 강도를 가진다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 3의 유리 기재는 각각 비교예 1의 유리 기재에 비하여 작은 표준편차를 나타낸다. 이러한 결과는 실시예 1 내지 실시예 3의 각각에 있어서는 에칭에 의해 유리 기재의 주 표면 상에 형성된 이온 교환층이 제거되기 때문인 것으로 생각된다. 이에 의해, 실시예 1 내지 실시예 3의 각각에 있어서는 세정시에 유리 기재의 이온이 수소 이온과 이온 교환되는 것을 방지할 수 있어, 유리 기재의 강도를 약화시키는 인장 응력층의 형성을 회피할 수 있다.
(실시예 4)
우선, SiO2를 63.5중량%, Al2O3을 8.2중량%, Li2O를 8.0중량%, Na2O를 10.4중량%, ZrO2를 11.9중량% 함유하는 알루미노실리케이트 유리가 다운-드로우법에 의해 100mm(긴 변)×50mm(짧은 변)×0.7mm(두께)의 시트 형상으로 성형된다.
다음에, 이 유리 기재는 380℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 2시간 동안 침지되어 화학강화된다. 그런 다음, 유리 기재는 부착된 용융염과 같은 이물질을 제거하기 위해 물세정된다. 다음에, 이 유리 기재는 30℃의 1중량% HF의 에칭액에 침지되어, 에칭액 중에서 5분 동안 상하운동된다. 이에 의해, 유리 기재의 주 표면은 대략 3㎛만큼 에칭된다. 그 후에, 이 유리 기재는 30℃의 10중량% HCl의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 20분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 실시예 4의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 500ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다. 실시예 4에서 얻어진 유리 기재에 대해서, 실시예 1과 동일한 강도 측정이 행해진다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(실시예 5)
실시예 4와 마찬가지로 동일한 시트 형상으로 성형된 유리 기재가 380℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 2시간 동안 침지되어 화학강화된다. 그런 다음, 유리 기재는 부착된 용융염과 같은 이물질을 제거하기 위해 물세정된다. 다음에, 이 유리 기재는 45℃의 0.5중량% HF의 에칭액에 침지되어 에칭액이 펌프에 의해 순환되면서 10분 동안 에칭된다. 이에 의해, 유리 기재의 주 표면은 대략 2㎛만큼 에칭된다. 그 후에, 이 유리 기재는 30℃의 10중량% HCl의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 20분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 실시예 5의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 1000ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다. 실시예 5에서 얻어진 유리 기재에 대해서, 실시예 1과 동일한 강도 측정이 행해진다. 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타낸다.
(실시예 6)
실시예 4와 마찬가지로 동일한 시트 형상으로 성형된 유리 기재가 380℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 2시간 동안 침지되어 화학강화된다. 그런 다음, 유리 기재는 부착된 용융염과 같은 이물질을 제거하기 위해 물세정된다. 다음에, 이 유리 기재는 40℃의 2.0중량% HF의 에칭액에 침지되어, 에칭액 중에서 3분 동안 상하운동된다. 이에 의해, 유리 기재의 주 표면은 대략 2㎛만큼 에칭된다. 그 후에, 이 유리 기재는 30℃의 10중량% HCl의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 20분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 실시예 6의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 1000ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다. 실시예 6에서 얻어진 유리 기재에 대해서, 실시예 1과 동일한 강도 측정이 행해진다. 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타낸다.
(비교예 2)
실시예 4와 마찬가지로 동일한 시트 형상으로 성형된 유리 기재가 380℃의 60중량% KNO3 및 40중량% NaNO3의 혼합염 처리욕 중에 2시간 동안 침지되어 화학강화된다. 다음에, 이 유리 기재는 30℃의 10중량% HCl의 세정액에 침지되어 40kHz의 초음파가 인가된 상태에서 20분 동안 세정된다. 이와 같이 하여, 비교예 2의 유리 기재가 제작된다. 얻어진 유리 기재의 주 표면의 칼륨 이온 농도가 WDX에 의해 5500ppm으로 측정되는 것으로 관찰된다. 비교예 2에서 얻어진 유리 기재에 대해서, 실시예 1과 동일한 강도 측정이 행해진다. 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타낸다.
Figure 112009080199718-PAT00002
표 2로부터 알 수 있듯이, 실시예 4 내지 실시예 6의 유리 기재는 각각 0.7mm의 두께로 성형되었음에도 비교예 2의 유리 기재에 비해 매우 높은 파괴 강도를 가진다. 또한, 실시예 4 내지 실시예 6의 유리 기재는 각각 비교예 2의 유리 기재에 비하여 작은 표준편차를 나타낸다. 이러한 결과는 실시예 4 내지 실시예 6의 각각에 있어서는 에칭에 의해 유리 기재의 주 표면 상에 형성된 이온 교환층이 제거되기 때문인 것으로 생각된다. 이에 의해, 실시예 4 내지 실시예 6의 각각에 있어서는 세정시에 유리 기재의 이온이 수소 이온과 이온 교환되는 것을 방지할 수 있어, 유리 기재의 강도를 약화시키는 인장 응력층의 형성을 회피할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 양태에 따른 실시형태가 설명되었다. 본 발명은 통상의 재료, 방법론 및 설비를 사용하여 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 재료, 설비 및 방법론의 구체적인 사항은 여기서 상세히 설명하지 않는다. 앞서의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위한 특정 재료, 구조, 공정 등과 같은 다수의 특정의 구체적인 사항이 설명되었다. 하지만, 본 발명은 특정적으로 설명된 구체 사항에 한정됨이 없이 실시될 수 있다. 다른 한편, 잘 알려진 공정 구조는 불필요하게 본 발명을 흐리게 하지 않기 위해 상세하게 설명하지 않는다. 본 발명의 예시일뿐인 실시형태와 그것의 몇 가지 변경된 예가 본 명세서에서 도시되어 설명된다. 본 발명은 여러 가지 다른 조합 및 조건으로 사용될 수 있으며, 여기에 설명된 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
예를 들어, 상기 실시형태에 있어서는 이온 교환층이 에칭 처리에 의해 제거되지만, 이온 교환층은 에칭 처리가 아닌 다른 처리(예컨대 연마 처리)에 의해 제거될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술의 방법으로 화학강화된 유리 기재의 주 표면을 포함하는 영역을 도시하고 있다.
도 1c는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 일 실시형태에 있어서의 향상된 방법으로 화학강화된 유리 기재의 주 표면을 포함하는 영역을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 실시형태에 있어서의 유리 기재의 강도를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 실시형태에 있어서의 유리 기재의 제조 방법의 공정을 개략적으로 도시하고 있는 플로우차트이다.

Claims (11)

  1. 화학강화된 유리 기재로서, 최상부 표면층에 압축 응력층을 형성한 주 표면을 구비하고 있고, 상기 압축 응력층은 압축 응력층에 생성된 압축 응력에 의해 유리 기재의 강도를 향상시키고,
    상기 압축 응력층은 5000ppm 이하의 칼륨 이온 농도의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리 기재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압축 응력층은 5000ppm을 초과하는 칼륨 이온 농도의 이온 교환층이 완전히 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 기재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유리 기재가 다운-드로우법에 의해 용해 유리로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 기재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유리 기재는 SiO2, Al2O3, Li2O 및 Na2O 중의 적어도 하나를 함유한 알루미노실리케이트 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 기재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유리 기재는 칼륨 이온을 함유하고 있지 않은 유리 기재를 화학강화하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 기재.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유리 기재는 휴대 단말 장치의 표시 화면을 보호하기 위한 커버 유리로 사용되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 기재.
  7. 유리 기재의 제조 방법으로서,
    가열한 용융염에 유리 기재를 침지시켜 상기 유리 기재의 이온이 상기 용융염의 이온으로 이온 교환되도록 함으로써 상기 유리 기재를 화학강화하는 단계; 및
    상기 유리 기재를 화학강화하는 단계에서 상기 유리 기재의 주 표면의 최상부 표면층에 형성된 이온 교환층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기재의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 이온 교환층을 제거하는 단계에서, 상기 이온 교환층은 에칭에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 유리 기재의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 에칭은 플루오린화수소산, 헥사플루오린화규산 및 버퍼드 플루오린화수소산 중의 적어도 하나를 함유하는 에칭액을 사용하여 습식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 유리 기재의 제조 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 기재를 화학강화하는 단계에서, 상기 유리 기재는 질산칼륨의 용융염 및 질산나트륨의 용융염 중의 적어도 하나를 사용하여 상기 유리 기재의 유리 전이점 이하의 온도에서 화학강화되는 것을 특징으로 하는 유리 기재의 제조 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 교환층은 5000ppm을 초과하는 칼륨 이온 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 유리 기재의 제조 방법.
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