KR20150064029A

KR20150064029A - 유리 시트 및 상기 유리 시트를 포함하는 장치

Info

Publication number: KR20150064029A
Application number: KR1020157006845A
Authority: KR
Inventors: 클레르 레스트리강; 르네 지; 쥘리앙 셀리예
Original assignee: 쌩-고벵 글래스 프랑스
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-06-10
Also published as: FR2995887A1; AU2013320035A1; AU2013320035B2; EA201590609A1; US10071930B2; EA201590609A8; EA030352B1; FR2995887B1; EP2897917A1; CN104640819A; MX2015003529A; BR112015005422A2; MY182316A; JP6463682B2; CA2884810A1; JP2015530351A; WO2014044985A1; US20150251947A1

Abstract

본 발명은 리튬 알루미노실리케이트 화학적 조성 및 2.0 mm 이하의 두께를 갖는 비-강화 유리 시트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 유리 시트를 보호 유리로서 포함하는 전자 장치, 특히 포켓용 또는 휴대용 장치에 관한 것이다.

Description

유리 시트 및 상기 유리 시트를 포함하는 장치 {SHEET OF GLASS AND DEVICE INCLUDING SAID SHEET OF GLASS}

본 발명은 박형 유리 시트에 관한 것이다. 본 발명은 보다 특히 과격한 충격을 견딜 수 있는 박형 유리 시트에 관한 것이다.

박형 유리 시트는 각종 전자 장치, 특히 포켓용 또는 휴대용 전자 장치, 예를 들어 스마트폰, 개인 정보 단말기 (종종 PDA로 불림), 태블릿, 디지털 카메라, 멀티미디어 플레이어, 컴퓨터, 텔레비전 또는 디스플레이 스크린 등을 위한 보호 유리로서 통상적으로 사용되고 있다.

그러한 장치에 사용되는 유리 시트는 단단하고 뾰족한 물체와의 반복되는 접촉, 발사체의 충격 및 떨어뜨림 등 기계적 측면에서의 고도의 응력을 받을 수 있다.

유리 시트의 충격 강도를 향상시키기 위하여, 강화 공정, 일반적으로는 열적 템퍼링 또는 이온 교환 (종종 "화학적 템퍼링"이라 불림) 공정에 의해, 압축 하의 표면 영역 및 장력 하의 중심 영역을 생성하는 것이 통상적이다. 화학적 템퍼링의 경우, 유리 시트의 이온 (일반적으로 나트륨과 같은 알칼리 금속 이온)을 보다 큰 이온 반경의 이온 (일반적으로 칼륨과 같은 알칼리 금속 이온)으로 표면 치환하여 유리 시트의 표면에서 특정 깊이까지 잔류 압축 응력이 생성될 수 있게 한다.

상기 언급한 용도 중 대부분의 경우에, 파괴시에 유리 시트가 단편화되지 않는 것도 중요하다. 용어 "단편화"란 유리가 파쇄되어 다수의 작은 단편 (또는 심지어 입자)으로 형성되거나, 튀어나오거나, 또는 제 위치에 유지되는 경우에는 시트를 통한 가시성을 상당히 감소시킬 수 있는 능력을 의미하는 것으로 이해된다. 템퍼링 후 잔류 응력의 존재로 인해 제공되는 강화에는 단편화를 촉진하는 코어 장력이 수반된다.

특히 스마트폰이나 태블릿과 같이, 점점 더 많은 종류의 장치가 접촉-감응 기능을 통합시켜, 소프트웨어 명령 실행이나 스크린에 표시된 요소의 조작을 위한 실행을 수행하기 위해 손가락이나 스타일러스를 통해 사용자에 의해 가해지는 접촉을 감지할 수 있게 한다. 이를 위해, 촉각 센서가 일반적으로 보호 유리와 디스플레이 스크린 사이에 배치되며, 촉각 센서는 보호 유리로부터 접착제에 의해 분리되어 있고, 유리로 제조되거나 또는 플라스틱 (예를 들어, PET)으로 제조된 적어도 하나의 기판을 포함한다. 촉각 센서는, 예를 들어, 기판들 중 적어도 하나의 어느 한 면 상에서 얇은 전도성 층의 네트워크를 사용한 "투영 정전용량(projected capacitive)" 유형이다.

비용, 중량 및 기술 간편화의 측면에서, 보호 유리의 기능과 촉각 센서의 기능을 동시에 충족할 수 있는 유리 기판을 제조할 수 있다면 유용할 것이다.

그러나, 유리의 화학적 강화로는 이러한 두 가지 기능을 하나의 동일한 기판 상에 통합시키는 것이 어렵다. 화학적 강화는 전도성 층을 열화시키므로, 전도성 층의 침착은 화학적 강화 전에 수행될 수 없다. 유사하게, 강화 유리는 더 이상 절단될 수 없으므로, 보호 유리의 절단과 성형(shaping)은 강화 효과의 허용될 수 없는 저하를 감수하고 화학적 강화 전에 수행되어야 한다. 따라서, 접촉-감응 기능을 보호 유리에 통합시키기 위해서는 (절단 후의) 소형 기판 상에 전도성 층을 침착시키는 것이 필요하지만, 이는 경제적으로 실용적이지 않다.

절단 및 성형 전에 (폭이 수 미터에 이르는) 대형 유리 기판 상에 접촉-감응 기능에 필요한 전도성 층을 침착시킬 수 있다면 매우 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 촉각 센서 및 보호 유리 둘 다로서 사용될 수 있으며, 따라서, 낮은 단편화성을 갖는 동시에 사용시 심하게 손상된 후에도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있는 유리 시트를 제공함으로써 상기와 같은 단점을 극복하는 것이다.

이러한 목적에서, 본 발명의 한 주제는 리튬 알루미노실리케이트 유형의 화학적 조성 및 2.0 mm 이하의 두께를 갖는 비-강화 유리 시트이다.

용어 "비-강화"란 유리 시트가 화학적으로 강화되거나 열적으로 강화되지 않은 것을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 그와 같은 유리 시트는 통상적으로 50 MPa 초과, 특히 10 MPa 초과, 심지어 1　MPa 초과의 표면 응력을 갖지 않는다. 화학적으로 강화되지 않았으므로 그와 같은 시트는 일반적으로 시트의 중심에 비하여 표면에서 Na 또는 K의 산화물과 같은 알칼리 금속 산화물을 과농도로 함유하지 않는다.

본 발명자들은 본 발명에 따른 유리 시트가 놀랍게도 그의 화학적 조성으로 인해 어떠한 기계적 강화 없이도, (예를 들어, 충격을 받는 경우) 심각한 손상 후의 강도가 실질적으로 개선된 것으로 나타난다는 사실을 입증할 수 있었다. 최종 제품에 대한 중요한 결과는 파괴 후에도 단편화가 없다는 것이다. 공정 및 제품의 관점에서 중요한 또 다른 결과는, 유리 시트가 보호 유리로 사용되는 동시에 (촉각 센서에 대한 지지체로 작용하는 것에 의해) 접촉-감응 기능을 통합할 수 있다는 사실에 있으며, 전도성 층의 침착이 가장자리의 절단 및 성형 전에 대형 시트 상에서 경제적으로 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 유리 시트로부터 얻어지는 전자 장치용 보호 유리이다. 본 발명의 또 다른 주제는 전자 장치용 보호 유리, 특히 상기 장치의 스크린용 보호 유리로서의 본 발명에 따른 유리 시트의 용도이다.

유리 시트의 두께는 바람직하게는 1.5　mm 이하, 또는 심지어 1.1　mm 이하이다. 유리 시트의 두께는 바람직하게는 0.05　mm 이상, 특히 0.25　mm 이상, 심지어 0.5　mm 이상이다. 적절한 경우, 접촉-감응성 감지 수단을 침착시키기 전 또는 후에, 그러나 전자 장치 내로 통합시키기 전에, 횡방향 치수 중 적어도 하나는 유리하게는 1　m 이상, 또는 심지어 2　m 이상이다. 한편, 유리 시트가 전자 장치용 보호 유리로서 사용될 때, 유리 시트의 최대 크기는 바람직하게는 1　m 이하, 특히 50　cm 이하, 심지어 30　cm 이하이다.

리튬 알루미노실리케이트 유형의 유리는 바람직하게는 하기 산화물을 하기 정의된 중량 함량의 범위로 포함하는 화학적 조성을 갖는 것이다:

SiO₂ 50 내지 80%

Al₂O₃ 12 내지 30%

Li₂O 1 내지 10%

산화리튬 이외의 알칼리 금속 산화물 (특히 Na₂O 및/또는 K₂O)의 총 중량 함량은 유리하게는 2 중량% 이하, 특히 1 중량% 이하, 심지어 0.5% 이하 또는 다르게는 0.1% 이하이다. CaO의 중량 함량은 바람직하게는 1% 이하, 특히 0.5% 이하, 심지어 0.1% 이하, 또는 다르게는 0% (사용된 원료 및/또는 내화재로부터의 불가피한 불순물 제외)이다.

한 바람직한 유리는 하기 산화물을 하기 정의된 중량 함량의 범위로 포함하는 화학적 조성을 갖는 것이다:

SiO₂ 52 내지 75%, 특히 65 내지 70%

Al₂O₃ 15 내지 27%, 특히 18 내지 19.8%

Li₂O 2 내지 10%, 특히 2.5 내지 3.8%

Na₂O 0 내지 1%, 특히 0 내지 0.5%

K₂O 0 내지 5%, 특히 0 내지 1%

CaO 0 내지 0.5%, 특히 0 내지 0.1%

ZnO 0 내지 5%, 특히 1.2 내지 2.8%

MgO 0 내지 5%, 특히 0.55 내지 1.5%

BaO 0 내지 5%, 특히 0 내지 1.4%

SrO 0 내지 3%, 특히 0 내지 1.4%

TiO₂ 0 내지 6%, 특히 0 내지 2%

ZrO₂ 0 내지 3%, 특히 0 내지 2.5%

P₂O₅ 0 내지 8%, 특히 0 내지 1%

본 발명에 따른 유리 시트는 유리하게는 그의 면들 중 하나 상에 접촉-감응성 감지 수단이 제공된다. 이들 수단은 특히 저항, 정전용량, 광학적 또는 기계적 유형일 수 있다. 이들 수단은 바람직하게는 정전용량 유형, 특히 투영 정전용량 유형이다.

접촉-감응성 감지 수단은, 특히 저항 또는 정전용량 유형 감지 수단인 경우, 바람직하게는 기판의 한 면 상에 침착된 적어도 하나의 임의로 텍스쳐화된 박층의 형태이다. 특히, 그것이 투영 정전용량 유형인 경우, 접촉-감응성 감지 수단은 바람직하게는 특히 복수의 행과 열로서 배열된 전도성 경로들의 적어도 하나의 네트워크를 포함한다. 열은 일반적으로 서로 평행하게 배치되며, 행도 마찬가지로 서로 평행하게 배치되고, 열과 행은 주어진 각도로 교차한다. 전도성 경로는 바람직하게는 전기 전도성 투명 산화물 (TCO)로 이루어지며, 이들은 전형적으로 산화인듐주석 (ITO)로 제조되거나 또는 산화아연주석 (IZO)으로 제조되나 이에 한정되는 것은 아니다. 경로는 특히 층을 (특히 스퍼터링에 의해) 침착시킨 후에 에칭 단계에 의해, 예를 들어, 포토리소그래피에 의하거나 또는 레이저 에칭에 의해 얻어질 수 있다. 열은 유리하게는 얇은 전기 절연 분리층에 의해 행으로부터 분리되어 있다.

본 발명의 또 다른 주제는 보호 유리로서 본 발명에 따른 적어도 하나의 유리 시트를 포함하는 전자 장치, 특히 포켓용 또는 휴대용 전자 장치, 예컨대, 특히 스마트폰, 개인 정보 단말기, 디지털 카메라, 멀티미디어 플레이어, 컴퓨터, 태블릿, 텔레비전, 자동화 티켓 발행기, 지동화 입출금기, 자동화 체크아웃 기계, 가구 일체형 스크린, 전기 제품 또는 차량 계기 패널이다.

표현 "보호 유리"란 디스플레이 스크린을 충격으로부터 보호하기 위한 유리를 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 보호 유리는 장치 내에서 사용자 및 대기와 직접 접촉하고 있다. 적절한 경우, 유리 시트의 면들 중 하나 상에 상기 정의된 바와 같은 접촉-감응성 감지 수단이 제공되는 경우, 감지 수단은 유리 시트의 하부 면, 즉, 대기와 접촉하고 있어 사용자가 손가락이나 스타일러스로 접촉하게 되는 면의 반대쪽 면 상에 배치되게 된다. 이러한 방식으로, 사용자가 상기 수단을 만져서 열화시키는 일은 일어나지 않는다.

디스플레이 스크린은 바람직하게는, 특히 활성 매트릭스를 갖는 액정 디스플레이 (LCD) 스크린 및 유기 발광 다이오드 (OLED) 스크린으로부터 선택된다.

유리 시트는 공지된 각종 방법으로 제조될 수 있으며, 예컨대, 용융 유리가 용융 주석조 상으로 부어져 두 롤 사이에서 롤링되는 것인 플로트(float) 공정, 용융 유리가 채널을 통해 넘쳐 흘러 중력에 의해 시트를 형성하는 "퓨전-드로(fusion-draw)" 공정, 또는 용융 유리가 슬릿을 통해 아래로 흘러 원하는 두께로 신장되면서 동시에 냉각되는 "다운-드로(down-draw)" 공정에 의해 제조될 수 있다. 형성 후에 기계적 박화 공정 (예를 들어, 연마 또는 재표면화)이 수행될 수도 있다.

이어서, 유리 시트에, 적절한 경우, 접촉-감응성 감지 수단이 제공된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 유리 시트의 한 면을 적어도 하나의 얇고, 임의로는 텍스쳐화된 층, 및 특히 얇은 전기 절연 분리층에 의해 분리되어 있는 두 ITO 층으로 스퍼터링에 의해 코팅하며, ITO 층은 각각 상기한 열과 행의 네트워크를 형성하기 위해 침착 후에 포토리소그래피 또는 레이저 에칭에 의해 에칭된다. 본 발명은 이들 단계를 최종 크기로 절단된 기판에 대하여가 아니라 대형 기판 (그의 치수들 중 적어도 하나가 1　m 이상, 또는 심지어 2　m 이상임)에 대하여 수행하는 것을 가능하게 한다.

유리 시트는 이어서 최종 크기로 제공되기 위해 절단될 수 있으며, 절단 단계에 이어, 필요에 따라, 구멍을 내는 단계, 가장자리 및/또는 표면을 성형하거나 연마하는 단계가 후속될 수 있다.

따라서, 본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 전자 장치용 보호 유리의 제조 방법으로서, 유리 시트를 형성하는 단계, 이어서, 치수 중 적어도 하나가 1　m 이상인 상기 유리 시트에 접촉-감응성 감지 수단을 제공하는 단계, 및 이어서 절단 단계를 포함하는 방법이다.

하기 비제한적인 실시예는 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 실시예에 사용된 유리는 하기 조성 (중량 기준)의 리튬 알루미노실리케이트이다:

SiO₂ 68.2%

Al₂O₃ 19.0%

Li₂O 3.5%

MgO 1.2%

ZnO 1.6%

TiO₂ 2.6%

ZrO₂ 1.7%

Na₂O + K₂O < 0.5%

이러한 조성의 유리 시트를 두께 4　mm로 제조한 다음, 두께가 약 1 mm가 되도록 연마하였다.

비교 실시예 C1 내지 C4에 사용된 유리는 상이한 화학적 조성 (중량 기준)을 가졌으며, 이는 표 1에 기재되어 있다. 이들 유리 (두께 1　mm)는 경우에 따라 소다-석회-실리카 유리 (비교 실시예 C1), 나트륨 알루미노실리케이트 유리 (비교 실시예 C2 및 C3) 및 보로실리케이트 (비교 실시예 C4)이다.

유리 시트의 반복 충격 강도를 평가하기 위해, 링-온-트리포드(ring-on-tripod) 파단 굽힘 응력을 다음과 같은 방식으로, 주위 온도 및 습도 조건 하에서의 압입 후에 측정하였다.

70　x　70　mm²의 시편을, 제조 후 어떠한 처리도 하지 않은 유리 시트로부터 절단해 내었다.

이어서, 후에 압축 하에 놓이게 될, 각 시편의 임의의 한 면을 접착 필름으로 코팅하였다. 이 필름의 역할은 파괴의 기원이 위치되게 할 수 있는 것이다.

다이아몬드 빅커스(Vickers) 팁을 사용하여 접착 필름의 반대쪽 면 상에 압입을 수행하였다. 시편의 중앙에서 1　mm 이내로 압입이 수행되도록 시편을 팁 아래에 배치하였다. 이어서, 팁을 시편 상으로 내려 눌러, 압입력을 20초 동안 유지시켰다.

이어서, 일부 시험에서는 균열의 성장을 안정화시키기 위하여 유리를 24시간 동안 저장하였으며, 다른 시험에서는 압입 직후에 굽힘 시험을 수행하였다. 압입 후 굽힘 시험 전에 파괴가 일어나는 경우, 파단 굽힘 응력은 0으로 간주된다.

링-온-트리포드 굽힘 시험은 인스트론(Instron) 4400R 기기를 사용하여 수행하였으며, 크로스헤드 하강 속도는 2　mm/분으로 조절되었고, 5　kN 하중 셀이 장착되었고, 반경 1　mm의 토러스(torus)를 갖는 직경 10　mm의 링이 인스트론 기기의 말단에 부착되었으며, 반경 5　mm의 3개의 볼이, 중심이 링의 중심과 일치하는 반경 20　mm의 원 둘레를 따라 120°각도를 두고 배치되어 스탠드에 부착되어 있다.

시편을 이들 3개의 볼과 링 사이에서, 압흔이 1　mm 이내로 링의 중심과 정렬되도록 배치하였다. 시편이 파괴될 때까지 링에 증가하는 힘을 가하였다. 파괴 기원이 링 아래에 있는 시편만이 계수되었다. 파단시의 힘 및 시편의 두께의 함수로서의 파단 응력이 다음 식으로 주어진다:

하기 표 2는 굽힘 시험을 압입 직후 및 압입 후 24시간에 수행하였을 때, 압입 하중 50, 100, 150 및 200 N에 대한 각 샘플의 파단 응력을 나타냄으로써 얻어진 결과를 요약한 것이다. 결과는 5개의 샘플에 대한 평균 값이다. 별표는 샘플 중 적어도 하나가 굽힘 시험 전에 파괴된 것을 나타낸다.

이들 결과는 다른 유리에 비하여 비-강화 리튬 알루미노실리케이트 유리의 월등성을 입증한다. 심지어 강화 없이도, 이러한 유리는 상당한 손상을 견딜 수 있으며, 따라서, 각종 전자 장치용 보호 유리의 역할을 충족시킨다.

Claims

화학적 조성이 리튬 알루미노실리케이트 유형이고, 두께가 2.0 mm 이하인 비-강화 유리 시트.
제1항에 있어서, 두께가 1.5　mm 이하, 또는 심지어 1.1　mm 이하인 유리 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 화학적 조성이 하기 산화물을 하기 정의된 중량 함량의 범위로 포함하는 것인 유리 시트.
SiO₂ 50 내지 80%
Al₂O₃ 12 내지 30%
Li₂O 1 내지 10%.
제3항에 있어서, 산화리튬 이외의 알칼리 금속 산화물의 총 중량 함량이 2 중량% 이하, 특히 1 중량% 이하인 유리 시트.
제3항에 있어서, 화학적 조성이 하기 산화물을 하기 정의된 중량 함량의 범위로 포함하는 것인 유리 시트.
SiO₂ 52 내지 75%, 특히 65 내지 70%
Al₂O₃ 15 내지 27%, 특히 18 내지 19.8%
Li₂O 2 내지 10%, 특히 2.5 내지 3.8%
Na₂O 0 내지 1%, 특히 0 내지 0.5%
K₂0 O 내지 5%, 특히 0 내지 1%
CaO 0 내지 0.5%, 특히 0 내지 0.1%
ZnO 0 내지 5%, 특히 1.2 내지 2.8%
MgO 0 내지 5%, 특히 0.55 내지 1.5%
BaO 0 내지 5%, 특히 0 내지 1.4%
SrO 0 내지 3%, 특히 0 내지 1.4%
TiO₂ 0 내지 6%, 특히 0 내지 2%
ZrO₂ 0 내지 3%, 특히 0 내지 2.5%
P₂O₅ 0 내지 8%, 특히 0 내지 1%.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 면들 중 하나 상에 접촉-감응성 감지 수단이 제공된 유리 시트.
제6항에 있어서, 접촉-감응성 감지 수단이 투영 정전용량(projected capacitive) 유형인 유리 시트.
제7항에 있어서, 접촉-감응성 감지 수단이 복수의 열과 행으로 배열된 전도성 경로들의 적어도 하나의 네트워크를 포함하는 것인 유리 시트.
제8항에 있어서, 전도성 경로가 특히 산화인듐주석 (ITO)으로 제조된 전기 전도성 투명 산화물로 이루어진 것인 유리 시트.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 유리 시트로부터 수득된, 전자 장치용 보호 유리.
유리 시트를 형성하는 단계, 이어서, 치수 중 적어도 하나가 1　m 이상인 상기 유리 시트에 접촉-감응성 감지 수단을 제공하는 단계, 및 이어서 절단 단계를 포함하는, 제10항에 따른 보호 유리의 제조 방법.
전자 장치용 보호 유리로서의, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 유리 시트의 용도.
보호 유리로서 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 유리 시트를 포함하는, 특히 포켓용 또는 휴대용 전자 장치, 예컨대, 특히 스마트폰, 개인 정보 단말기, 디지털 카메라, 멀티미디어 플레이어, 컴퓨터, 태블릿, 텔레비전, 자동화 티켓 발행기, 지동화 입출금기, 자동화 체크아웃 기계, 가구 일체형 스크린, 전기 제품 또는 차량 계기 패널과 같은 전자 장치.
제13항에 있어서, 유리 시트는 그의 면들 중 하나 상에 접촉-감응성 감지 수단이 제공되며, 접촉-감응성 감지 수단이 상기 유리 시트의 하부 면에 배치된 것인 전자 장치.