KR20140113591A - 사파이어 기판을 위한 적층 코팅 - Google Patents

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Abstract

사파이어 컴포넌트를 위한 적층 코팅이 본 명세서에 설명된다. 사파이어 컴포넌트는 사파이어 부재의 표면에 부착된 하나 이상의 알루미나의 층을 포함한다. 적어도 알루미나의 제1층은, 또한 손상으로부터의 차단(isolation)을 제공하는 깨끗한 새 층을 형성하여 표면의 모든 결함을 메우는 사파이어 부재의 표면에 접착한다.

Description

사파이어 기판을 위한 적층 코팅{LAYERED COATINGS FOR SAPPHIRE SUBSTRATE}
본 출원에 대한 상호 참조
본 발명은 2013년 3월 15일에 출원되고, 본 명세서에 그 전체가 참조로서 통합된 미국 가출원 번호 제61/798,892호에 대한 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명의 주제는 일반적으로 기판들 상의 표면 코팅들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 휴대전화 및 컴퓨팅 디바이스들과 같은 전자 디바이스 상의 윈도우로서 사용하기 위한 하부 기판을 강화하는 코팅들에 관한 것이다.
커런덤(corundum)은 산화 알루미늄의 결정 형태이고, 다양한 다른 색깔들로 발견되며, 대부분의 것들은 일반적으로 사파이어로서 지칭된다. 사파이어는 모스 경도계 상에서 9.0의 경도를 갖는 딱딱하고 강한 재료이고, 그렇기 때문에, 거의 모든 다른 광물들을 스크래칭하는 것이 가능하다. 그것의 잘 부서지는 특성 때문에, 환경과의 상호 작용에 의해 발생되는 작은 결함들의 결과로 현저하게 강도가 감소하기 쉽다. 따라서, 공장에서 출하하는 사파이어 부품은 매우 신뢰가 가지만, 시간이 흐르고 사용한 후에는 작은 손상의 축적으로 인해 신뢰성이 떨어질 수 있다.
부가적으로, 결함이 없는 부품을 생산하는 것은 매우 도전적일 수 있다. 잘 부서지는 재료의 강도는 표면 상의 결합들에 의해 제한될 수 있다. 일관적이지 않거나, 부적절한 표면 마감은 매우 약한 부품들을 야기할 수 있다. 유리는 이들 결점의 영향을 최소화하기 위해 현저한 깊이까지 화학적으로 강화되지만, 사파이어와 같이 극히 딱딱한 재료들에 있어서, 유사한 프로세스는 쉽게 이용가능하지 않다. 예를 들어, 사파이어의 경도(hardness)는, 종래의 프로세싱 기술들이 구현될 경우에는, 재료를 절단 및 연마하는 것을 어렵고 시간을 소비하게 한다. 더욱이, 커터들(cutters)과 같은 종래의 프로세싱 툴들은 사파이어에 사용될 경우에는 비교적 빠른 마모를 겪는다. 이는 사파이어 부품들을 표면 마감할 때 자원 요구를 더 증가시킨다.
부가적으로, 디바이스에서, 사파이어와 유리, 유리와 플라스틱, 사파이어와 플라스틱 등과 같은 상이한 재료들로부터 형성된 부품들의 사용은 사파이어의 높은 반사성 때문에 나란히 있는 컴포넌트들의 광학적 외관에서의 차이를 일으킬 수 있다. 반사성에 있어서 특히 큰 차이를 갖는 두 개의 재료들 사이에서 효과는 매우 뚜렷할 수 있다.
사파이어를 강화시키는 시스템이 본 명세서에서 설명된다. 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들은 복수의 표면 결함이 있는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 사파이어 기판을 포함한다. 하나 이상의 알루미나 층은 제1 표면 상에 퇴적될 수 있다. 부가적으로, 기판의 제2 표면은 알루미나로 형성된 제2 층에 접착될 수 있다. 추가 층은 제1 층에 접착될 수 있다. 추가 층 및 제1 층은 다른 물리적 특성들을 포함할 수 있다. 복수의 층들은 사파이어 기판의 제1 표면에 접착될 수 있고/있거나 복수의 층들은 사파이어 기판의 제2 표면에 접착될 수 있다. 제1 층의 재료(예를 들어, 알루미나)는 모스 경도계에서 측정된 제1 경도를 가질 수 있다. 마찬가지로, 추가 층의 재료(예를 들어, 알루미나)는 모스 경도계에서 측정된 제2 경도를 가질 수 있다. 제1 경도와 제2 경도는 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 층은 제1 층보다 더 딱딱할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라서, 추가 층은 다양한 재료들을 포함한다. 예를 들어, 추가 층은 폴리머 매트릭스 내에 떠 있는(suspend) 딱딱한 블록들을 갖는 폴리머 매트릭스일 수 있다. 딱딱한 블록들은 폴리머 매트릭스 내에서 깊이방향 및/또는 측방으로 편향되도록 구성될 수 있다. 폴리머 매트릭스 및 딱딱한 블록들은 매치하는 굴절율을 가질 수 있다. 다른 예에서, 추가 층은 제1 층보다 더 작은 굴절율을 갖는 반사 방지 코팅일 수 있다.
다양한 실시예들에 따라서, 사파이어 기판 표면들은 전처리(preconditioned)될 수 있다. 예를 들면, 적어도 제1 표면 또는 제2 표면은, 사파이어 기판 상의 본래의 결정 표면을 비정질 표면으로 전환시키는 이온주입에 의해 발생하는 비정질 표면일 수 있다.
사파이어 기판을 강화시키는 방법이 본 명세서에 설명된다. 다양한 실시예들에 따라서, 방법은 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 사파이어 기판을 획득하는 단계를 포함한다. 사파이어 기판의 상부 표면 및 하부 표면 중 적어도 하나는 전처리 될 수 있다. 제1 재료는 사파이어 기판 상에 퇴적되어 제1 층을 형성할 수 있다. 제1 층은 사파이어 기판과는 다른 적어도 하나의 재료 특성을 가질 수 있다.
제2 재료는 제1 층 상에 퇴적되어 제2 층을 형성할 수 있다. 제2 층은 제1 층 및/또는 사파이어 기판과는 다른 적어도 하나의 재료 특성을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 제1 재료 및 제2 재료는 알루미나일 수 있다. 특정 실시예들에서, 제2 재료는 제1 재료의 구조적 형태보다 더 낮은 굴절율을 갖는 구조적 형태를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 재료는 제1 프로세스에 의해 퇴적될 수 있다. 제2 재료는 제1 프로세스에 의해, 하지만 다른 세트의 프로세스 조건으로 퇴적될 수 있다. 제2 재료는, 제1 재료의 구조적 형태보다 더 딱딱한 구조적 형태의 제2 재료를 퇴적할 수 있는 제2 프로세스에 의해 퇴적될 수 있다.
제1 재료, 제2 재료 및 사파이어 기판은 제1 재료 및 제2 재료의 퇴적 이전에 가열될 수 있다. 제1 재료, 제2 재료 및 사파이어 기판은 퇴적 이후에 냉각될 수 있으며, 이는 사파이어 기판의 열팽창의 차이가 제1 재료 및 제2 재료들을 압축시키게 한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 경화된 기판을 윈도우로서 사용하는 디바이스를 도시한다.
도 1b는 일 실시예에 따른 도 1a의 디바이스 윈도우의 윈도우 부분을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 도 1b의 단면선 A-A를 따라 취해지는 제1 층을 갖는 기판의 단면 개략도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 도 1b의 단면선 A-A를 따라 취해지는 제1 층 및 제2 층 사이의 기판의 단면 개략도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 도 1b의 단면선 A-A를 따라 취해지는 제1 층 및 추가 층을 갖는 기판의 단면 개략도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 도 1b의 단면선 A-A를 따라 취해지는 제1 층 및 추가 층을 갖는 기판(이 기판은 제1 층과 제2 층 사이에 존재함)의 단면 개략도를 도시한다.
도 6a는 일 실시예에 따른 도 1b의 단면선 A-A를 따라 취해지는 제1 층 및 추가 층을 갖는 기판의 단면 개략도를 도시한다.
도 6b는 일 실시예에 따른 도 1b의 단면선 A-A를 따라 취해지는 제1 층 및 추가 층을 갖는 기판의 단면 개략도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 기판에 기판 처리를 가하기 위한 표면 처리 장치의 개략도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 기판을 강화하는 방법을 도시한 흐름도이다.
다수의 소비자 및 비소비자 디바이스들은 사파이어와 같은 단단한 재료들로 형성된 커버링들, 윈도우들 및/또는 표면들을 사용한다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따르면, 이 커버링들, 윈도우들 및/또는 표면들에 하나 이상의 이로운 코팅의 하나 이상의 층이 도포될 수 있다. 이 하나 이상의 층은 본 명세서에 논의된 바와 같이 강도, 보호 또는 다른 개선된 성능을 제공하도록 특별히 선택될 수 있다. 예를 들어, 알루미나 코팅의 층이 사파이어 기판 상에 증착되어, 사파이어 기판에 증가된 강도 및/또는 보호를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 1a는 단단한 기판을 윈도우로서 사용할 수 있는 디바이스를 도시한다. "단단한" 기판은 일반적으로 내스크래치성이 있는 기판이거나, 또는 보다 상세하게는 처리되지 않은 형태의 동일한 재료보다 큰 내스크래치성을 갖도록 처리된 기판이다. 예를 들어, 사파이어 및 알루미나는 Al2O3의 동일한 화학적 조성일 수 있다. 그러나, 구조적 차이점에 기초하여, 알루미나는 9의 사파이어의 모스 경도와 비교하여 약간 감소된 경도를 가질 수 있다.
사파이어는 알루미나의 다양한 형태와 마찬가지로 딱딱한 재료로 간주될 수 있다. 따라서, "무른" 및 "딱딱한"이라는 용어들은 또한 상대적인 방식으로 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 알루미나는 사파이어보다 더 무를 수 있다. 유사하게, 알루미나의 일 형태는 알루미나의 다른 형태보다 더 딱딱할 수 있다.
디바이스(100)는 덮개, 윈도우 및/또는 표면으로서 딱딱한 기판을 사용하는 임의의 다양한 디바이스들 일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 디바이스(100)는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 장치 윈도우, 기기 스크린 등과 같은 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 디바이스(100)는 유사한 딱딱한 윈도우를 사용하는 기계적인 시계들과 같은 비전자 디바이스들을 포함할 수 있다.
디바이스(100)는 외부 주변부(예를 들어, 에지)의 전부 또는 부분 주위에 베젤(104)을 갖는 커버(102)를 포함할 수 있으며, 베젤(104)은 디바이스(100)에 커버(102)를 고정시키는 방식으로 하우징(106)에 결합가능하다. 애플리케이션에 따라, 베젤(104) 및 하우징(106)은 폴리머 재료(예를 들어, 플라스틱들), 금속들(예를 들어, 알루미늄, 철 등), 비정질 유리 재료들, 합성 재료들, 및 이들의 조합들을 포함하는 다양한 상이한 재료들의 형태일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 커버(102)는 디바이스(100)의 디스플레이를 보기 위한 다양한 부품들을 포함할 수 있다. 특히, 커버(102)는 윈도우(110)를 가질 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같은 윈도우(110)는 커버(102)의 부품들을 손상으로부터 보호하기 위해 제공된 사파이어 기판일 수 있다. 이 윈도우(110)의 다양한 예시들 및 실시예들은 본 명세서에서 논의될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 윈도우(110)는 임의의 다양한 상이한 재료들로부터 제조될 수 있다. 재료들은 투명한 폴리머, 비정질 유리 및/또는 투명한 결정 재료들을 포함할 수 있다. 윈도우(110)는 일반적으로 임의의 개수의 극히 딱딱한 반투명 재료들로 형성될 수 있다. 예를 들면, 극히 딱딱한 반투명 재료들은 사파이어를 포함할 수 있다. 사파이어의 내재 강도는 비정질 유리의 강도보다 더 높은 반면, 비정질 유리에의 화학적 강화와 같은 기계적인 성형을 가한 후에 현저한 강도 개선을 제공하기 위한 잘 수립된 프로세스는 존재하지 않는다. 사파이어의 실패는 전형적으로 스트레스 하의 표면 결함들의 전파에 의해 발생된다.
사파이어 보호 기판을 갖는 디바이스(100)를 지속적으로 험하게 사용하는 것은 표면의 결함들을 발생시킬 수 있다. 기판에 대한 환경적 손상이 없다고 하더라도, 기판이 흠 없이 제조되기는 쉽지 않기 때문에 표면 결함들이 존재할 수 있다. 결함들은 부품들의 강도를 현저하게 감소시킬 수 있으며, 따라서, 제조 비용을 실질적으로 증가시킬 수 있음에도 불구하고, 기판의 품질을 개선하기 위해 더 두꺼운 기판 및/또는 더 많은 표면 마감 프로세스가 사용될 수 있다. 비용 절약은 기판의 표면상에 이상적인 마무리를 제공하는데 필요한 제조 단계들을 감소시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 또한, 기판 두께의 축소는 현저한 비용 절약을 가져올 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 표면 결함들의 영향을 감소시키기 위해 표면에 코팅이 도포될 수 있다. 코팅의 애플리케이션은 표면 결함들을 채울 수 있다. 코팅의 애플리케이션은 실질적으로 결함들이 없는 균일한 외부 표면을 또한 제공할 수 있는 이로운 표면을 사파이어 기판의 표면 상에 형성할 수 있다. 균일한 표면을 제공하는 것은 사용 중에 기판이 더 높은 스트레스들을 견딜 수 있게 할 수 있다. 제1 코팅이 표면 결함들을 해결할 수는 있지만, 복수의 코팅들은 추가적인 이점들을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 기판에 도포된 하나 이상의 코팅들의 합성은 "스택"으로 지칭된다. 또한, 하나 이상의 코팅들의 애플리케이션은 스택에 추가적인 특성들을 제공할 수 있다. 제1 코팅의 근처, 하단 및/또는 상단의 추가적인 코팅들의 애플리케이션은 또한 추가적인 이점들을 제공할 수 있다. 기판 표면들 중 하나 이상에 하나 이상의 코팅들을 도포함으로써 기판에 대한 다양한 특성들이 달성될 수 있다. 많은 실시예들에서, 이는 원래의 기판의 성능을 희생시키지 않고 달성될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 사파이어 기판(200)은 표면 상에 결함들(202 및 204)를 가질 수 있다. 더 무르지만 유사한 재료(예를 들어, 알루미나)의 코팅을 사파이어에 도포시키는 것은 직관에 반대될 수 있지만, 그러한 코팅은 사파이어 기판을 강화시킬 수 있다. 예를 들어, 사파이어 기판(200)이 장력의 스트레스를 받을 때 결함들이 뜯겨질 수 있어 실패를 유발할 수 있다. 그러나, 코팅은 장력하에 뜯겨지는 결함들(202 및 204)의 양을 제한할 수 있고, 그것이 기판(200)의 추가적인 갈라짐을 궁극적으로 제한할 수 있기 때문에 이로울 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 코팅은, 결함들(예를 들어, 결함들(202/204))이 사파이어 기판의 실패를확장하게 하고 유발하게 하는 표면의 변형들을 제어하는데 적합한 층을 형성할 수 있다. 기판 표면 결함들을 밀봉함으로써, 표면 상의 가장 취약한 포인트들은 감소되고/되거나 제거된다. 결함들을 밀봉하는 것은 힘이 결함들에 직접적으로 충격을 주고 추가적인 손상을 일으키는 것을 방지하는데 도움을 준다. 균일한 층을 생성하는 것은 파괴적인 외부 힘과 결함의 스트레스 유발자 사이에 배리어를 둔다. 이 배리어는 충격의 힘을 퍼뜨리는 효과를 가질 수 있고, 결함에서의 국소화된 스트레스를 제한할 수 있다. 다양한 실시예들은 코팅으로서 SiON(silicon oxynitride)을 채택할 수 있는 반면에 다른 것들은 알루미나를 사용할 수 있으며, 또 다른 것들은 이 두 개의 조합을 사용할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 코팅은 희생 코팅으로서 도포될 수 있다. 즉, 코팅에 의해 형성된 층은 희생 표면일 수 있다. 특히, 더 무른 표면(예를 들어, 모스 경도계 상에서 더 낮은 재료의 표면)은 딱딱한 표면(사파이어와 같이 모스 경도계 상에서 더 높은 재료의 표면)이 겪을 수 있는(예를 들어, 손상은 더 얕은 깊이로 침투한다) 손상을 겪지 않을 수 있다. 덜 깨지기 쉬운 표면은 더 잘 깨지기 쉬운 표면이 겪을 수 있는(예를 들어, 손상은 더 얕은 깊이로 침투한다) 손상을 겪지 않을 수 있다. 코팅 층의 손상이 적을수록 벌크 기판의 실패로 확장될 수 있는 결함들이 더 적어지게 된다. 표면에 잠재적인 손상을 주는 접촉에 응답하여, 보호 층은 손상을 흡수할 수 있고, 따라서 기판이 그것의 높은 강도를 유지하도록 해준다. 다양한 실시예들에 따라, SiON 및/또는 알루미나는 보호 층을 형성하는데 유용한 재료일 수 있다.
부가적으로, 사파이어 기판 표면에 도포된 SiON 및/또는 알루미나는 알루미나 층을 강화시키고, 압축 힘을 변형 및 결함들의 실패를 제한하는 사파이어 표면에 가하는 내부 압축력(internal compressive stresses)을 가질 수 있다. 내부 압축력은 접착 및/또는 증착 프로세스를 통해 알루미나 층에 적용될 수 있다. 코팅 프로세스 동안, 사파이어 기판 표면에는 SiON 또는 알루미나를 기판(200)에 부착시키는 이온들이 투사될(bombarded) 수 있다. SiON 또는 알루미나에 이온들을 투사하는 비율과 같은 코팅 파라미터들을 변경시키는 것은 내부적으로 높은 압축력을 층에 제공할 수 있다. 또한, 내부 압축력은 SiON 또는 알루미나 층과 사파이어 기판 사이의 열 확장 계수의 차이를 통해 적용될 수 있다. 예를 들어, SiON 또는 알루미나 및 사파이어 기판은 SiON/알루미나의 증착에 앞서 가열될 수 있다. 재료를 증착시킨 후에, 사파이어 기판 및 알루미나 또는 SiON은 함께 냉각될 수 있다. 코팅 재료와 비교한 사파이어 기판의 열 확장의 차이는 코팅 재료가 사파이어의 표면을 압축하게 할 수 있으며, 이는 사파이어 표면 층에 현저한 압축력을 유발한다. 코팅 재료 층의 구성 및 프로세스 조건들에 따라, 반대의 효과가 달성되어 높은 스트레스를 받은 SiON 및/또는 알루미나 코팅을 산출해낼 수 있다.
부가적으로, 코팅 재료에 충분히 높은 열을 가하는 것은 코팅 재료나, SiON, 알루미나 또는 그것들의 조합의 재결정을 발생시킬 수 있다. 일반적으로, 이들 코팅 재료들은 사파이어 기판에 막으로서 도포될 수 있으며, 이 막은 기판 상에 증착될 때 전형적으로 비정질이다. 막을 가열하는 것은 막을 어닐링(anneal)하여 그것에 의해 비정질 막으로부터 다결정체들의 형성을 발생시킬 수 있다. 이런 방식으로 코팅 재료들을 재결정화함으로써, 코팅에 대한 전체 강도 및 스크래치, 갈라짐 및 충격 관련 실패들에 대한 저항성이 증가될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 하나 이상의 층들의 각각은 서로(또는 적어도 인접한 층들) 다를 수 있으며, 그것에 의해 바로 인접한 층 또는 기판에 의해 제공되지 않는 특성들을 제공한다. 차이점들은, 예를 들어, 재료, 화학적 구조, 두께, 증착 프로세스 등으로 확장될 수 있다. 각각의 상이한 코팅은 약간 상이한 물리적 특성들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 코팅들은 상이한 강도, 경도, 소유성(oleophobic) 특성들, (비반사성, 컬러 투과성 등을 포함하는) 광학 특성들 등을 가질 수 있다.
도 2와 관련하여 앞서 지적된 바와 같이, 하나 이상의 층들은 기판(200)의 하나 이상의 표면들에 도포될 수 있다. 이들 하나 이상의 층들 중 임의의 개수의 층들이 기판(200)에 도포될 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 도 2가 기판의 단면 개략도를 도시하는 바와 같이, 단일의 제1 층(210)은 기판(200)의 상부 표면(206)에 직접적으로 접착될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 도 3이 도시하는 바와 같이, 단일의 제2 층(300)은 기판(200)의 하부 표면(208)에 직접적으로 접착될 수 있다. 서로 "직접적으로" 접착하는 층들은, 예컨대 전술한 이온 투사를 통해 성취될 수 있다. 일반적으로, 이런 방식의 층들의 직접 접착은 층들 사이에 임의의 별도의 화학적 접착제를 요구하거나 사용하지 않는다.
도 3이 기판(200)에 접착된 제2 층(300) 및 제1 층(210) 모두를 도시하고 있으나, 각 층은 개별적으로 사용될 수 있다는 점을 유의할 수 있다. 예컨대, (도 2에 도시된 바와 같이) 제1 층(210)은 제2 층(300) 없이 기판(200)에 접착될 수 있다. 다양한 예시들에서, 제2 층(300)은 제1 층(210) 없이 기판(200)에 접착될 수 있다. 제2 층(300)은 제1 층(210)과 관련하여 논의된 대로 동일하거나 유사한 재료일 수 있다. 또한, 제2 층(300)은, 제1 층(210) 및/또는 본 명세서에 논의된 임의의 다른 층과 관련하여 논의된 것들과 동일하거나 유사하게 구조화되고/되거나 유사한 기능들을 수행할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 도 4가 기판의 단면 개략도에서 도시하는 바와 같이, 둘 이상의 층들이 기판(200)의 상부 표면(206)에 접착될 수 있다. 예컨대, 제1 층(210)은 제1 층(210)에 접착된 추가 층(400)과 함께 기판(200)의 상면(206)에 직접적으로 접착될 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 도 5가 기판의 단면 개략도를 도시하는 바와 같이, 복수의 층들(예컨대, 제1 층(210) 및 추가 층(400))은 기판(200)의 상부 표면(206)에 접착될 수 있다. 하나 이상의 층들(300)은 기판(200)의 하부 표면(208)에 접착될 수 있다. 본 명세서에 논의된 다양한 층들은, 구체적인 조합, 방향, 두께, 또는 개수가 본 명세서에 논의되는지의 여부에 상관없이, 임의의 조합, 방향, 두께, 또는 개수로 기판(200)에 접착될 수 있다. 예컨대, 상부 층(210) 및 그의 물리적 크기, 재료, 화학적 구조, 두께, 증착 프로세서 등을 참조하는 경우, 동일한 특성들은 제1 층(210)에만 적용될 수 있거나, 동일한 특성들은, 본 명세서에 논의되거나 그렇지 않은 임의의 조합, 방향, 및/또는 개수에 있어서, 층(210)에 더하여 및/또는 층(210) 대신에 구체적으로 논의되지 않은 추가 층(400), 층(300), 또는 다른 층들에 적용될 수 있다.
본 명세서에 논의된 각각의 층들은 다양한 상이한 재료들 및/또는 프로세스들로부터 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 층(210)은 다양한 상이한 재료들로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 층(210)은 비정형 알루미나 코팅 또는 SiON 코팅일 수 있다. 참조 및 가독성의 편의를 위해, 본 명세서의 알루미나 코팅, 막, 층 등에 대한 참조들은 SiON 막들, 코팅들, 층들 등 뿐만 아니라 알루미나와 SiON의 조합들을 포함하도록 의도된다. 알루미나 코팅은 그 층이 사파이어 기판(200)에 직접적으로 인접한 경우, 둘 다 Al2O3인 비정형 알루미나와 사파이어 사이의 재료 유사성 때문에 유용할 수 있다. 다양한 상이한 물리적 특성들을 갖는 알루미나의 다양한 상이한 형태들은 층을 형성하며 증착될 수 있다. 이와 같이, 상이한 물리적 특성들은 상이한 구조적 또는 조성적 형태들의 알루미나를 증착함으로써 성취되어(도핑에 의해 형성될 수 있는 것과 같이), 예컨대, 상이한 구조적 및/또는 조성적 형태들 사이의 상이한 강도 또는 예컨대, 상이한 구조적 및/또는 조성적 형태들 사이의 상이한 광학적 특성들을 달성할 수 있다. 알루미나 특성들의 다양성은 상이한 형태들의 알루미나가 상이한 층들 상에 증착될 수 있게 할 수 있다. 예컨대, 제1 층(210)은 제1 알루미나 구조체가 될 수 있고 추가 층(400)은 제2 알루미나 구조체가 될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제1 층(210) 상의 제1 알루미나 구조체는 추가 층(400) 상의 제2 알루미나 구조체보다 무를 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제1 층(210) 상의 제1 알루미나 구조체는 추가 층(400) 상의 제2 알루미나 구조체보다 단단할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 기판(200)에 도포된 하나 이상의 층들은 다양한 두께로 도포될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 층(210)은 TH1의 두께를 가질 수 있고, 추가 층(400)은 TH2의 두께를 가질 수 있고, 하부 층(300)은 TH3의 두께를 가질 수 있고, 기판(200)은 TH0의 두께를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, TH1 두께의 상부 층(210)은 기판(200) 두께 TH0보다 작을 수 있다. 또한, TH1은 2-4㎛, 2㎛ 미만 또는 4㎛ 초과일 수 있는 층으로서 적용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, TH1, TH2, 및 TH3은 상이한 두께들을 가질 수 있다. 또한, TH1, TH2, 및 TH3은 동일한 두께들일 수 있다. 실시예들에서, TH1이 가장 두꺼운 층일 수 있거나, TH2이 가장 두꺼운 층일 수 있거나, TH3이 가장 두꺼운 층일 수 있다. 상이한 두께들의 전술한 예시들은 제한하기 위한 의도가 아니고 예시를 위한 것이다. 당업자라면 설명에 기초하여 다양한 두께들이 단일 층 또는 복수의 층들에 적용될 수 있고 따라서 실시예들은 본 명세서에 논의된 예시적인 층들에 대하여 두께들의 임의의 특정 방향에 제한되지 않음을 이해할 것이다.
두께들의 적용은 특정한 특성을 달성하기 위해 변화될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, (기판(200)의 하단측에 도포될 수 있는) 하부 층(300)의 두께 TH3은 제1 층(210)의 두께 TH1보다 얇을 수 있다. 다른 실시예에서는, 상부 표면(206)의 두께 TH1이 하부 표면(208)의 두께 TH3보다 얇은 반대 사항이 사실일 수 있다. 이러한 다양한 층들의 비대칭적 적용은 기판(200)의 상부 표면(206)(예컨대, 상부 표면(206)은 환경과 실질적인 상호작용을 할 수 있음)이 기판(200)의 하부 표면(208)(예컨대, 하부 표면(208)은 디바이스(100)의 내부를 향할 수 있음)과 상이하게 사용될 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 따라서, 하부 표면(208)은 영향을 덜 받을 수 있고, 따라서 디바이스의 통상의 사용에 대하여 덜 손상받을 수 있다. 이와 같이, 더 얇은 코팅은 하부 표면(208)에 도포되는 경우 더 두꺼운 코팅만큼 유리할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전술한 바와 같이, 기판은 결함없이 제조될 가능성이 낮아서 표면 결함들이 존재할 가능성이 있기 때문에, 코팅은 하부 표면(208) 상에서 유리할 수 있다. 또한, 비용 절감들은 제2 층(300)과 같은 강화 층을 도포하는 대가로 하부 표면(208) 상에 이상적인 마감을 제공하기 위해 필요한 제조 단계들을 감소시킴으로써 달성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(200) 위에 그리고 아래에 층들의 비대칭적인 적용은 사파이어 기판(200)을 휘게 만들 수 있다는 점에 유의할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 사파이어 기판의 하단면 상에 고압축 층을 도포하는 것은, 하단 기판 표면을 압축되게 함으로써 하단 기판 표면을 더 강하게 만들 수 있다. 이는 사파이어 기판의 상단 표면과 하단 표면의 상이한 코팅 두께들 때문에 일어날 수 있는 전체적인 부품 휨을 감소시킬 수 있다.
모바일 전화기들 및 랩탑들과 같은 전자 디바이스들은 이미 사파이어 기판에 인접하거나 밑에 있는 많은 수의 층들을 갖는다. 예컨대, 터치 민감성 디스플레이 회로는 사파이어 기판의 표면 아래, 내부에, 또는 위에 적층될 수 있다. 터치 민감성 스크린(또는 다른 컴포넌트)은 디바이스(100) 안으로, 예컨대, 커버(102)의 내부 또는 아래에 포함될 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 하부 층(300)은 사파이어 기판(200)의 하부 표면(208)에 직접적으로 도포될 수 있고 이어서 터치 민감성 컴포넌트가 하부 층(300)에 적층될 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 하부 층(300)은 하단 표면(208)에 적층될 수 있는 터치 민감성 컴포넌트에 도포될 수 있다.
논의된 바와 같이, 제1 층(210)은 하나 이상의 추가 층들(400)과 결합하여 기판(200) 상에 도포되어, 기판(200)의 복합체들이 스택의 결합된 효과들로부터 이득을 얻을 수 있게 할 수 있다. 예컨대, 제1 층(210)을 형성하기 위해 무른 알루미나 또는 SiON을 사용하는 것은 기판(200)과의 인터페이스를 제공하여, 표면 결함들(202 및 204)의 현저한 뒤틀림을 제한하고, 기판(200)의 추가 갈라짐을 궁극적으로 방지하고, 추가 결함들이 기판(200)의 표면(206) 상에 형성되는 것을 방지하는 희생 층을 제공한다.
다양한 실시예들에서, 제1 층(210)은 사파이어 기판(200)에 걸쳐 보호 층으로서 구성된 알루미나 또는 SiON의 무른 형태일 수 있다(예컨대, 층 재료는 약 7 내지 9의 모스 경도를 가질 수 있음). 유사하게 하부 표면(300)은 사파이어 기판(200)에 걸쳐 보호 층으로서 구성된 알루미나 및/또는 SiON의 무른 형태일 수 있다. 그러나, 알루미나 및/또는 SiON이 광학적 특성들, 강도 특성들, 및/또는 스택의 경도 특성을 변경할 수 있음에 따라, 추가 층(400)은 하부 층(210)의 임의의 부정적인 효과들을 감소시키도록 선택될 수 있다.
추가 층(400)은 임의의 다양한 재료들로 형성될 수 있거나 임의의 다양한 특성들을 가질수 있다. 예컨대, 추가 층(400)에 대한 특성들은 향상된 내구성, 향상된 선명도, 및/또는 향상된 반사 방지 성능을 포함할 수 있다. 복수의 층들 및 코팅들은 강화 및 내구성 향상 효과를 보존하면서 투명한 광학성 또는 반사 방지 성능까지도 제공하도록 구현될 수 있다. 또한, 코팅은 충돌 이벤트들 또는 단단한 재료 상호작용들에 대한 저항성을 제공하는 것을 목표로 하는 두께 및 구조와 함께 신뢰성을 향상시키도록 선택될 수 있다. 현저한 수준의 스트레스가 벌크 강도 향상을 제공하기 위해 코팅 안으로 전해질 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 도 4-5에 도시된 바와 같은, 최외각 층은 추가 층(400)이고, 제1 층(210)과 비교해서 더 단단한 표면을 가질 수 있다. 제1 층(210)이 알루미나 또는 SiON의 무른 형태가 되도록 선택될 수 있기 때문에, 환경과 인터페이스로 접속하는 단단한 외각 층을 제공하도록 구성된 추가 층(400)을 추가하는 것이 유리할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 추가 층(400)은 제1 층(210)보다 단단하도록 특별히 처리된 알루미나 또는 SiON일 수 있다.
다른 이점들에 더하여 또는 자신의 이점 상에서, 층은 사파이어 기판을 통해 가시적이도록 전자 스크린의 성능이 향상되어 제공되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 반사 방지(AR) 코팅은 반사 방지 층을 형성하도록 도포될 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, AR 코팅은 종종 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 및 실리카 다이옥사이드(SiO2)와 같은 재료들을 포함하는 통상적인 내구성있는 AR 코팅이 아닐 수도 있음을 유의할 수 있다. 대신 AR 코팅은 알루미나(Al2O3)와 같은 사파이어 기판과 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서는, AR 코팅은 SiO2, SiON, 마그네슘 플루오라이드(MgF2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 알루미나(Al2O3), 하프늄 옥사이드(HFO2), 수소화 카본(DLC), 및/또는 나이오븀 옥사이드(NbxO)로 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 최외각 층은 반사 방지(AR) 코팅을 포함할 수 있다. 사파이어와 공기 사이의 굴절률 차이는 크고, 이는 특정 조명 조건들에서 사파이어 기판 상에 나타나는 원치 않는 반사들을 야기할 수 있다. 알루미나와 공기 사이의 굴절률 차이 또한 다소 크기 때문에, 실시예의 최상위 표면이 알루미나 코팅으로부터 형성되는 경우, 유사한 문제들을 겪을 수 있다. 공기와 사파이어의 굴절률 사이의 임의의 미스매치를 감소시키기 위해, 추가 코팅이 반사 방지 특성들을 제공하기 위해 코팅(210)에 추가될 수 있다.
대안으로서, 알루미나 및/또는 SiON의 복수 층 스택들은, 인접한 층들의 굴절률들 사이의 미스매치를 최소화하거나 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 상이한 경도들(따라서 상이한 굴절률들)을 갖는 복수 층들은 사파이어 기판 상에, 그 아래의 층 상에 제1의 것이 증착된 후에 각각의 그러한 층 또는 막과 함께 증착될 수 있다. 사파이어 기판과 최외각 층의 굴절률 사이의 차이가 임의의 두 인접 층들 사이의 차이보다 클 수 있더라도, 층들/막들은 임의의 두 인접한 층들 사이의 굴절률이 상대적으로 작은 델타 내에 있도록 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 광학적 인공물들은 감소되거나 제거될 수 있다.
제1 층(210)은 또한 층들의 스택의 특정 속성들을 제거하거나 조정하기 위해 조정될 수 있다. 예컨대, 스택을 통한 광학적 특성들은 광 투과율 상에 부정적 효과를 가질 수 있다. 따라서, 스택은 보여질 때 착색, 물듦, 및/또는 흐릿함이 나타날 수 있다. 보상하기 위하여, 사파이어 기판(200)에 가장 가까운 층과 같은 스택의 특정 층들은 부정적 효과를 제거하기 위해 변경될 수 있다. 이와 같이 그리고 다양한 실시예들에 따라, 하부 층(210)은 색 변화에 대한 보상을 위해 선택되는 재료(예컨대, 통상적인 반사 방지 재료들 코팅들)를 포함할 수 있다. 스택을 통한 광학적 특성들 및 광 투과율 상의 효과를 제어하기 위한 제1 층(210)의 사용은 강화 층으로서 제1 층(210)의 효능에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 추가 층(400)은 추가될 수 있고, 이 추가 층(400)은 강화 층으로서의 사용에 적합한 재료로 형성될 수 있다. 층(400)은 예컨대, 알루미나 또는 SiON일 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 임의의 층은 추가적으로 그 층에 걸쳐 특성들, 구조적 특징들, 및/또는 재료들의 기울기 변화를 가질 수 있다. 예컨대, 알루미나 및/또는 SiON은, 알루미나 재료를 증착하는 방식의 지속적인 변경 때문에, 특성들의 기울기 변화를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 층은 하나의 재료에서 다른 재료로 변천할 수 있다. 그러한 구조체는 2012년 9월 21일에 출원된, "Oleophobic Coating On Sapphire" 명칭을 갖는 U.S. 가출원 No. 61/704,275(참조로 포함됨)에서 논의된다. 구체적으로, 층들은 층 내에서 일어나는 알루미나 또는 SiON으로부터 실리카까지의 재료들의 기울기 변화를 가질 수 있다. 이 종류의 층은 친유성 재료를 실시예로 포함시키는 경우 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 층(210)은 알루미나 또는 SiON으로부터 실리카까지의 기울기 변화의 층일 수 있고, 추가 층(400)은 소유성 재료일 수 있다.
본 명세서에 논의된 층들과 유사하게, 복합 재료들은 층들로서 사용된다. 다양한 실시예들에 따라, 도 6a에 도시된 바와 같이, 외층(600)은 폴리머 매트릭스(620) 내에 떠 있는 복수의 단단한 블록들(610)을 갖는 폴리머 매트릭스(620)의 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 단단한 블록들(610)은 매트릭스의 표면에서 단일 행을 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 복수의 단단한 블록들(610)은 복수의 중첩하는 행들을 형성할 수 있다. 복수의 단단한 블록들(610)은 폴리머 매트릭스(620)의 깊이방향으로, 그리고 측방으로 편향되도록 구성될 수 있다. 블록들(610)과 매트릭스(620) 사이의 가시적으로 주목할만한 불연속성을 방지하기 위하여, 매트릭스 및 블록들은 매칭하거나 거의 매칭하는 굴절률을 가질 수 있다.
이 구조체의 효과는, 표면으로서 도포되는 경우, 외층(600)은 단단한 블록들(610)의 강도, 느낌 및/또는 경도 특성들을 제공할 수 있으나, 폴리머 매트릭스(620)의 유연성을 갖는다. 폴리머 매트릭스(620) 내의 단단한 블록들(610)의 많은 행들을 제공하는 것은, 전자 컴퓨팅 디바이스에서 커버 유리에 대한 교체로서 사용되는 것과 같이, 많은 응용 분야에서 기판으로서 사용되는데 충분한 경도 (및 다른 기계적 특성들) 를 소유하는 층을 생성할 수 있다. 블록들은 사파이어 기판들의 작은 부분들, 알루미나 또는 SiON 침전물들의 덩어리 등으로 형성될 수 있다.
폴리머 매트릭스 내의 사파이어, 알루미나, SiON 등의 블록들을 정렬하는 것에 더하여, 세그먼트화된 기판은 다양한 다른 방식들로 제공될 수 있다. 예컨대 도 6b에 도시된 바와 같이, 외층(650)은 그 위에 층이 증착된 기판에 수직인 서브 층들과 함께 증착된 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 층(650)은 복수의 수직 서브 층들(660 및 670)을 포함할 수 있다. 이러한 수직의 서브 층들의 포함은 수평으로 전파하는 것으로부터 결함, 갈라짐, 또는 실패 방지할 수 있다.
본 명세서에 논의된 다양한 층들은 다양한 방식으로 기판(200)에 도포될 수 있다. 전체에 걸쳐 논의된 바와 같이, 다양한 예시들에서, 제1 층(210), 제2 층(300), 및 추가 층(400)은 알루미나 또는 SiON 층일 수 있다. 이 층은 많은 상이한 기술들을 통해 적합한 접착제로 도포될 수 있다. 예컨대, 기술들은 각각 층에 약간 상이한 구조체를 생산하는, 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition), 이온빔 조력 증착(IBAD: ion beam assisted deposition), 물리적 기상 증착(PVD: physical vapor deposition), 및/또는 화학적 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition)을 포함할 수 있다. 상이한 구조체는 최종 부품의 경도, 강도, 및/또는 광학적 특성들에 영향을 줄 수 있다. 코팅 재료들의 증착은 대기, 기판 및 챔버의 온도, 추가 활성 이온들의 압력, 존재, 비율, 유형 및 에너지, 도포된 코팅 재료의 증착률 및 상태, 다양한 재료 특성들에 영향을 줄 수 있는 최종 구조체, 구성 및 밀도에 대한 모든 기여요소들을 포함하는, 특정 조건들을 갖는 처리에 의해 변경된다.
다양한 실시예에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 표면 프로세싱 장치(700)는 전자 디바이스(100)의 기판(200)에 표면 처리를 적용할 수 있다. 이 특정 예시에서, 증착 시스템(700)은 각종 코팅 재료(708)(예를 들면, SiON, 알루미나, 소유성 재료, SiO2, MgF2, Si3N4, Al2O3, HFXO, DLC, NBXO, 임의의 기타 반사 방지 재료 및/또는 기타 표면 처리)가 있는 하나 이상의 저장소(reservoir)(710)를 포함한다. 저장소(710) 내 산화, 습윤 및 오염을 줄이기 위해, 불활성 기체(712)(예를 들면, 아르곤 또는 질소)가 가스 공급원(716)에 의해 정화(purge) 또는 가압 플로우 파이프(714)를 통해 공급될 수 있다. 설계에 따라, 저장소(710)로부터 공급 시스템(720)으로 재료(708)를 전달하도록 구성된 하나 이상의 전달 튜브(722)에 의해 진공 챔버(718)에 저장소(710)가 결합된다. 공급 시스템(720)은, 도 1a에 관하여 상술된 바와 같이, 예를 들면, 전자 디바이스(100) 상의 윈도우(102) 또는 베젤(104)의 외부 표면(108)에서 기판(200)에의 증착을 위해, 튜브들, 펌프들, 밸브들 및 재료들(708)을 기화 또는 증착 유닛(726)에 다이렉팅하는 기타 컴포넌트들의 적합한 조합을 사용한다. 도 7의 특정 구성에서, CVD 또는 PVD 컴포넌트들을 형성하는 데 증착 유닛(726)이 제공된다. 대안으로, 다른 프로세스 및 컴포넌트들이 예를 들면, 스퍼터링, 전자 빔 증착 또는 전자 빔 증발, IBAD, PECVD 또는 이러한 프로세스의 조합에 의해 기판(200)을 처리하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 표면 처리 시스템(700)은 또한 진공 챔버 또는 기타 화학적 또는 물리적 증기 증착 환경으로서 챔버(718)를 동작시키기 위해 압력, 온도 및 습도를 제어한다. 표면 처리 시스템(700)은 또한 표면 코팅 프로세스에 대해 특정 온도를 유지할 수 있는데, 예를 들면, 약 100 C와 약 150 C 사이, 또는 약 100 C와 약 170 C 사이이다. 코팅 프로세스 중에 또는 그 후에, 기판(200)을 제어된 프로세스에서, 챔버(718)로부터 제거하기 전에, 대기에 노출시키기 위해, 챔버(718) 내에 공기가 또한 제공될 수 있다.
일반적으로, 공급 시스템(720) 및 증착 유닛(726)은 위에서 도 2-6b에 관하여 설명한 바와 같이, 선택된 재료의 양(예를 들면, SiON, 알루미나, 실리카, 실리카 유리, 소유성 재료, 반사 방지 재료 및 기타 표면 처리)을 특정 순서 및 조합으로 기판(200)에 증착하기 위해 제어된다. 대안으로, 알루미나 실리카, 및 실리카 유리와 같은 재료들(708)은 또한 하나 이상의 공급 시스템(720) 또는 증착 유닛(726) 내에, 저장소(710) 및 기타 외부 컴포넌트들 내에 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 유리한 층들을 기판(200)에 도포하는 방법은, 적합한 기판(200)을 획득함으로써 시작될 수 있다(스텝 800). 예를 들면, 기판은 도 1a-7에 관하여 상술한 바와 같이, 휴대용 디바이스(100)에 대한 윈도우로서 동작하기에 적합한 사이즈로 절단된 사파이어의 평평한 투명 시트일 수 있다.
기판(200)의 다양한 표면들은 더 좋은 접착(adhesion) 및/또는 물리적 강화를 위해 사전조정(pre-conditioned)될 수 있다(스텝 810). 예를 들면, 기판(200)의 표면은 다양한 층들에의 접착을 위해 사전조정될 수 있다. 각종 예시들에서, 사전조정은 결점을 제거하기 위해 사파이어 표면의 프로세싱 및 연마를 통하는 것을 포함할 수 있다. 각종 예시들에서, 기판(200)의 성능을 개선하기 위해 이온 주입 기술이 또한 사용될 수 있다. 이온 주입은 이온 주입 디바이스에 대해 사파이어 기판의 제1 표면을 배향하는 것과 사파이어 기판의 제1 표면에서 이온들을 다이렉팅하여 제1 기판 아래에 임베딩되게 하는 것을 포함할 수 있다. 프로세스는 또한 주입된 이온을 사파이어 기판의 더 깊은 층으로 확산하기 위해 사파이어 기판을 가열하는 것, 사파이어 기판을 냉각하는 것, 및 사파이어 기판의 제1 표면에서 이온들을 다이렉팅하여 제1 표면 아래에 이온들이 임베딩되게 하는 적어도 제2 주입 스텝을 수행하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이온 주입 프로세스에서, 기판(200)의 표면은, 결함 전파에 대한 개선된 내구성을 위해, 이온, 예를 들면, N+ (질소) 이온으로 투사되어 두께 면에서 약 600nm 이상까지 응축적인 스트레스 층을 제공할 수 있다. 이온 주입은 기판의 표면을 비정질화하여 비정질 층이 기판의 표면에 더 잘 부착되게 허용할 수 있다. 예를 들면, 기판(200)에, 제1 층(210)에, 하부 층(300)에, 추가 층(400)에, 임의의 기타 본원에서 따로 논의되지 않은 층들 및/또는 그것들의 임의 조합에, 이러한 처리가 제공될 수 있다.
제1 층(210)을 형성하기 위해 증착된 재료(예를 들면, 알루미나 및/또는 SiON) 및 사파이어 기판은 그 재료를 증착하기 전에 전처리될 수 있다(스텝 815). 예를 들면, 전처리는 재료 및 사파이어 기판을 가열하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 300-500℃ 온도까지). 재료를 증착하여 제1 층을 형성한 후에, 사파이어 기판 및 제1 층은 함께 냉각할 수 있다. 사파이어 기판을 제1 층 내 SiON/알루미나에 비교하여 열 팽창에서의 차이는 사파이어 기판으로 하여금 제1 층을 압박하게 하여, Sion/알루미나 층에 상당한 압력 스트레스를 발생시킨다.
제1 층(210)은 기판(200)의 상부 표면(206)에 적용될 수 있다(스텝 820). 제1 층(210)은 그 인접 재료(예를 들면, 사파이어 및/또는 추가 층(400))에 비교해 적어도 하나의 상이한 특성을 갖는 재료일 수 있고, 이 특성은 밀도, 강도, 경도, 광학 성질(예를 들면, 반사율), 및/또는 소유성 성질의 리스트로부터 선택된다. 제1 층(210)은 CVD, PVD, IBAD, PECVD, 스퍼터링, 전자 빔 증착 및/또는 전자 빔 증발의 리스트로부터 선택되는 프로세스 중 적어도 하나를 사용하여 기판(200)에 증착될 수 있다. 예를 들어, 제1 층(210)은 사파이어 기판보다 무른 알루미나 또는 SiON 층 일 수 있다.
추가 층(400)은 제1 층(210)에 적용될 수 있다(스텝 830). 추가 층(400)은 그 인접 층(예를 들면, 제1 층(210))에 비해 적어도 하나의 상이한 특성을 갖는 재료일 수 있고, 이 특성은 밀도, 강도, 경도, 광학 성질(예를 들면, 반사율), 및/또는 소유성 성질의 리스트로부터 선택된다. 예를 들어, 추가 층(400)은 제1 층(210)에 사용된 재료의 특성에 비해 상이한 물리적 특성을 갖는 제2 알루미나 또는 SiON 층일 수 있다. 스텝 820의 예시에서 설명된 바와 같이, 제1 층(210)은 제1 알루미나 또는 SiON 층일 수 있다. 추가 층(400)은 제2 알루미나 또는 SiON 층일 수 있다. 제2 알루미나 또는 SiON 층은 제1 층에 비해 적어도 하나의 상이한 특성을 가질 수 있다; 예를 들면, 제2 층이 제1 층보다 딱딱할 수 있다.
제2 층(300)은 기판(200)의 하부 표면(208)에 도포될 수 있다(스텝 840). 제2 층(300)은 그 인접한 재료(예를 들면, 사파이어(200))에 비해 적어도 하나의 상이한 특성을 갖는 재료일 수 있고, 이 특성은 밀도, 강도, 경도, 광학 성질(그 일례로는 반사율이 있음), 및/또는 소유성 성질의 리스트로부터 선택된다. 예를 들면, 제2 층(300)은 알루미나 또는 SiON 층일 수 있다. 제2 층(300)은 CVD, PVD, IBAD, PECVD, 스퍼터링, 전자 빔 증착 및 전자 빔 증발의 리스트로부터 선택되는 프로세스 중 적어도 하나를 사용하여 기판(200) 상에 증착될 수 있다.
일부 실시예들은 두 개의 인접한 재료들의 반사율 차이를 줄이기 위해 막 또는 코팅을 이용할 수 있다. 일반적으로, 투명 재료의 외관은 두 개의 컴포넌트: 정반사 및 확산 반사에 의해서 결정될 수 있다. 정반사는 일반적으로 재료의 외부 표면으로부터의 반사로 간주된다. 정반사는 일반적으로 재료의 굴절률의 함수이다. 확산 반사는 투명 재료 밑의 백킹 또는 베이스 재료로부터의 광의 반사에 의해 발생할 수 있다. 일례로서, 사파이어는 투명 재료의 역할을 할 수 있고, 사파이어 재료의 하단 표면에 도포된 잉크는 백킹의 역할을 할 수 있다.
두 재료의 굴절률이 상이하면, 높은 굴절률 재료의 정반사는 더욱 커질 것이며, 이는 관찰된 외관이 더 큰 비율의 정반사율을 가질 것임을 의미한다. 대조적으로, 확산 반사는 주로 표면 상태 및 백킹 재료의 색상에 의해서 결정된다. 사파이어는 특히 높은 굴절률로 인하여 반사성이다. 이것은 사파이어를 다른 디바이스 컴포넌트와 매칭하기에 어려운 재료로 만든다.
다양한 실시예들에 따르면, 유리 또는 플라스틱과 같은 제2 재료의 정반사 및/또는 확산 반사와 비교해볼 때, 사파이어의 정반사 및/또는 확산 반사는 디바이스에, 또는 적어도 디바이스의 사파이어 재료에 표면 또는 코팅을 도포함으로써 감소될 수 있다.
예를 들면, 사파이어 기판 및 인접하지만 상이한 재료로 형성되는 표면을 갖는 디바이스를 고려한다. 제1 코팅은 사파이어 기판의 상부 표면에 도포될 수 있다. 다양한 예들에서, 제1 코팅은 알루미나 및/또는 SiON의 층일 수 있다. 앞서 논의된 알루미나 및/또는 SiON의 층을 도포하는 것은 반사 방지 코팅의 기능을 할 수 있다. 알루미나 및/또는 SiON 층은 사파이어 기판의 정반사 및/또는 확산 반사를 디바이스의 임의의 부분을 형성할 수 있는 인접한 재료와 일치하는 레벨로 변경시킬 수 있다. 따라서, 사파이어만이 코팅되었어도, 사파이어의 정반사 및/또는 확산 반사는 디바이스의 인접한 재료의 정반사 및/또는 확산 반사와 매칭되거나 근접할 수 있다.
인접한 부분들은 제2 기판의 부분일 수 있거나, 또는 그들이 사파이어 기판에 접착되거나, 몰딩되거나, 본딩되거나 다른 방법으로 부착될 수 있는 한, 동일한 기판의 부분을 형성할 수 있다. 다양한 실시예들에서 제2 기판은 사파이어 기판과 상이한 재료일 수 있다. 이에 따라, 앞서 논의된 바와 같이, 알루미나와 같이 사파이어보다 낮은 정반사를 갖는 층은 제2 기판과 더 잘 매칭될 수 있고 또한 비교적 단단한 재료이기 때문에 이득이 될 수 있다. 그러나, 다른 코팅들도 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 앞서 설명된 코팅 또는 막은 사파이어뿐만 아니라 인접하지만 상이한 재료 상에도 배치될 수 있다. 예를 들면, 한 지역에는 사파이어로 만들어져 있고 다른 지역에는 플라스틱으로 만들어져 있는 백을 갖는 모바일 디바이스를 고려한다. 사파이어와 플라스틱 영역의 전반사 및 확산 반사는 상이하여, 동일한 디바이스의 백에서 광학적 효과가 달라지게 한다.
균일한 코팅이 모바일 디바이스의 사파이어 및 플라스틱 부분들 양자 모두에 도포될 수 있다. 코팅 또는 막은, 양 부분들이 일단 막이 도포되면 상대적으로 균일한 정반사 및/또는 확산 반사를 갖는 것을 보장하도록 선택될 수 있고, 이에 따라 이러한 재료들의 양태를 다른 것에 광학적으로 매칭시킬 수 있다. 코팅 또는 막은 (사파이어와 같은) 한 재료의 반사 특성들을 감소시켜 다른 재료와 매칭시킬수 있거나 또는 (전술한 플라스틱과 같은) 한 재료의 반사 특성들을 증가시켜 다른 재료(예컨대, 사파이어)와 매칭시킬 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 막 또는 코팅은 알루미나 또는 SiON 일 수 있고, 이는 일반적으로, 사파이어가 알루미나 또는 SiON에 의해 코팅되었든 코팅되지 않았든 간에 사파이어 엘리먼트와 대략적으로 매칭시키기 위해 적용되는 유리 또는 플라스틱 부분의 정반사를 증가시킬 수 있다. 또한, 그러한 코팅은, 본 명세서에 일반적으로 기재된 바와 같이, 스크래치에 내성을 가질 수 있으며 코팅된 재료에 추가적인 특성들을 제공할 수 있다.
반사율 매칭에 대한 일반적인 논의가 이하에 기재된다. 다양한 실시예에 따르면, 사파이어 기판이 디바이스에 적용될 수 있다(그러한 기판의 예는 도 1a-2에 도시된다). 사파이어 기판은 제1 표면과 제2 표면을 포함할 수 있고(예컨대, 도 2의 상부 표면(206) 및 하부 표면(208)), 제2 표면에는 제1 백킹 재료가 도포될 수 있다. 예를 들면, 도 3은 아래쪽 표면(208) 상의 제2 층(300)을 도시한다. 이 층은 잠재적으로 임의의 재료일 수 있다; 예를 들면 층(300)은 제1 백킹 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서 제1 백킹 재료는 잉크 착색제일 수 있다. 제1 층은 제1 표면에 도포될 수 있다. 제1 층은 반사 방지 코팅일 수 있다. 제1 층은 예를 들면 알루미나 또는 SiON일 수 있다.
또한, 제2 기판이 디바이스에 적용될 수 있다. 제2 기판은 디바이스의 임의의 부분, 예를 들면, 버튼, 베젤, 커버, 또는 유사한 부분(예컨대, 도 1a 참조)일 수 있다. 제2 기판은 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 재료는 유리, 플라스틱, 알루미늄, 탄소 섬유, 또는 디바이스에서 사용될 수 있는 임의의 다른 재료일 수 있다.
컬러 매칭 재료는 제2 기판에 도포될 수 있다. 착색제는, 도 3에 도시된 하부 층(300)과 유사하게 제2 기판의 하부 표면에 도포될 수 있다. 착색제는 전술한 제1 백킹 재료의 외관과 매칭되도록 선택되는 컬러 매칭 재료일 수 있다. 알루미나와 같은 반사 방지 층을 제2 기판에 도포하면, 컬러 매칭 재료가 있는 제2 기판과 잉크 착색제가 있는 제1 기판의 시각적 양태들을 적절하게 매칭시킬 수 있다. 또한, 추가 층이 제2 기판에 추가될 수 있다. 예를 들면, 알루미나가 제2 기판의 상부 표면에 도포될 수 있다. 이는 또한 제1 기판과 제2 기판의 정반사(specular reflection)를 매칭시킬 수 있다. 이는 또한 제2 기판에 더 단단한 표면을 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제2 기판의 상부 표면에는 착색제가 도포될 수 있다. 예를 들면, 제2 기판은 플라스틱일 수 있다. 일부 실시예들에서, (플라스틱 기판이 투명이 아닐 수도 있으므로) 플라스틱 기판은 모든 표면 상에 채색될 수 있다. 이러한 실시예에서, 알루미나 코팅이 착색제 위에 도포될 수 있다. 이는 플라스틱 부분의 내마모성을 더 좋게 만들 수 있으며, 또한 플라스틱 부분의 정반사를 사파이어 부분에 매칭시키거나 또는 거의 사파이어 부분에 매칭시킬 수 있다.
앞서 기술된 내용에는 특정한 실시예들이 제시되었지만, 앞선 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 본 명세서의 가르침들에 비추어 볼 때, 기재된 실시예들에 대한 다양한 수정들 및 개조들이 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이므로, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 상세내용의 변경들이 행해질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 프로세싱 단계들은 다른 순서로 또는 상이한 조합들로 수행될 수 있다. 따라서, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 명세서에 명시적으로 도시 또는 기재되지 않더라도 본 개시의 원리들을 구현하고 따라서 본 발명의 사상 및 범위 내에 있게 되는 많은 시스템들, 장치들 및 방법들을 고안할 수 있다는 점을 인식할 수 있을 것이다. 앞서 기술한 내용과 도면들로부터, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도시되고 기술된 특정 실시예들은 단지 설명의 목적일 뿐이며, 특정 실시예들의 상세내용에 대한 참조는 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하려고 의도되는 것이 아니라는 점을 이해할 것이다.

Claims (25)

  1. 윈도우로서,
    복수의 표면 결함들을 갖는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 사파이어 기판; 및
    상기 제1 표면 및 상기 제1 표면의 상기 복수의 표면 결함들에 부착된 제1 층
    을 포함하고,
    상기 제1 층은 알루미나 또는 실리콘 옥시나이트라이드 중 하나로 형성되고,
    상기 제1 층은 상기 표면 결함들을 메우는, 윈도우.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 표면 및 상기 제2 표면의 상기 복수의 표면 결함들에 부착된 제2 층을 더 포함하고,
    상기 제2 층은 알루미나 또는 실리콘 옥시나이트라이드 중 하나로 형성되고,
    상기 제2 층은 상기 제1층의 재료와는 상이한 경도의 재료를 포함하는, 윈도우.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층에 부착된 추가 층을 더 포함하고,
    상기 추가 층은 상기 제1 층과 동일한 화학적 조성으로 형성되지만, 상기 제1 층과는 상이한 물리적 구조를 갖는, 윈도우.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 사파이어 기판보다 낮은 경도를 갖고,
    상기 제1 층의 경도는 모스 경도계로 7 내지 9인, 윈도우.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 추가 층은 알루미나이고, 상기 추가 층의 알루미나는 사파이어의 경도와 상기 제1 알루미나 층의 경도 사이의 경도를 갖는, 윈도우.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 추가 층은 알루미나 또는 실리콘 옥시나이트라이드 중 하나이고 상기 제1 알루미나 층보다 무른(softer), 윈도우.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 추가 층은 폴리머 매트릭스이고, 상기 폴리머 매트릭스 내에는 복수의 블록들이 떠 있으며(suspended),
    상기 복수의 블록들은 힘이 가해지는 경우 상기 폴리머 매트릭스의 깊이로 편향되도록 구성되는, 윈도우.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 추가 층은 상기 제1 층보다 작은 굴절률을 갖는 반사 방지 코팅인, 윈도우.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표면 또는 상기 제2 표면 중 적어도 하나는 비정질(amorphous) 표면이고,
    상기 비정질 표면은 이온 주입되어 있는(ion-implanted), 윈도우.
  10. 방법으로서,
    상부 표면 및 하부 표면을 갖는 사파이어 기판을 획득하는 단계;
    상기 사파이어 기판의 상부 표면 및 하부 표면 중 적어도 하나를 사전 조정하는(preconditioning) 단계; 및
    상기 사파이어 기판에 제1 재료로서 실리콘 옥시나이트라이드 또는 알루미나 중 하나를 퇴적하여 제1 층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 층은 상기 사파이어 기판과는 적어도 하나의 상이한 재료 특성을 갖는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 층에 추가 재료를 퇴적하여 추가 층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 추가 층은 상기 제1 층과는 적어도 하나의 상이한 재료 특성을 갖는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 사파이어 기판의 하부 표면에 제2 재료를 퇴적하여 제2 층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 층은 상기 사파이어 기판과는 적어도 하나의 상이한 재료 특성을 갖는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 재료는 제1 프로세스에 의해 퇴적되고,
    상기 제2 재료는 실리콘 옥시나이트라이드 또는 알루미나 중 하나이고 제2 프로세스에 의해 퇴적되며, 상기 제2 프로세스는 상기 제1 프로세스에 의해 퇴적된 제1 재료의 구조적 형태보다 단단한(harder) 구조적 형태로 제2 재료를 퇴적하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 재료는 제1 프로세스에 의해 퇴적되고,
    상기 제2 재료는 알루미나이고 제2 프로세스에 의해 퇴적되며, 상기 제2 재료는 상기 제1 재료보다 낮은 굴절률을 갖는, 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 추가 재료는 알루미나인, 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 재료 및 상기 추가 재료의 퇴적 전에 상기 제1 재료, 상기 추가 재료, 및 상기 사파이어 기판을 가열하는 단계; 및
    퇴적 후에 상기 제1 재료, 상기 추가 재료, 및 상기 사파이어 기판을 냉각하여 상기 사파이어 기판의 열 팽창의 차이에 의해 상기 제1 층의 제1 재료 및 상기 제2 층의 추가 재료를 압축하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제2 재료는 반사 방지 재료인, 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 사파이어 기판은 이온 주입에 의해 사전 조정되는, 방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 제1 층은, CVD, PVD, IBAD, PECVD, 스퍼터링, 전자 빔 퇴적(electron beam deposition) 및/또는 전자 빔 증발(electron beam evaporation)의 리스트로부터 선택되는 프로세스들 중 적어도 하나를 이용하여 상기 사파이어 기판에 퇴적되는, 방법.
  20. 방법으로서,
    디바이스에 사파이어 기판을 도포(apply)하는 단계 - 상기 사파이어 기판은 제1 표면과 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 표면에는 제1 백킹 재료(backing material)가 도포됨 - ;
    상기 디바이스에 제2 기판을 도포하는 단계;
    컬러 매칭 재료를 상기 제2 기판에 도포하는 단계 - 상기 컬러 매칭 재료는 상기 제1 백킹 재료의 외관과 매칭하도록 선택됨 - ; 및
    상기 사파이어 기판의 제1 표면에 제1 코팅을 도포함으로써 상기 사파이어 기판의 굴절률을 낮추는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 코팅은 3.4보다 큰 모스 경도를 갖는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 백킹 재료는 실리콘 옥시나이트라이드 또는 알루미나 중 하나의 층인, 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제2 기판의 상부 표면에 제2 코팅 재료를 도포하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제2 코팅은 실리콘 옥시나이트라이드 또는 알루미나 중 하나의 층인, 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제2 기판은 유리이고, 상기 컬러 매칭 재료는 상기 제2 기판의 하부 표면에 도포되는 잉크인, 방법.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 제2 기판에 알루미나 코팅을 도포하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 기판은 플라스틱이며,
    상기 컬러 매칭 재료는 상기 제2 기판의 상부 표면에 도포되는 플라스틱 착색제(plastic colorant)이고, 상기 알루미나 코팅은 상기 컬러 매칭 재료의 외부에 도포되는, 방법.
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