KR20150084872A - 초슬림 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치 - Google Patents

초슬림 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치 Download PDF

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제임스 엠. 자흘러
크리스토퍼 제이. 페티
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Abstract

덮개판을 포함하는 전자장치가 개시된다. 덮개판은 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 또는 그 이상의 사파이어층을 포함한다. 이온 주입/박리 방법을 사용하여 이러한 초슬림 사파이어 층들을 준비하기 위한 방법들이 또한 개시된다.

Description

초슬림 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치{A mobile electronic device comprising an ultrathin sapphire cover plate}
관련출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 5월 28일자로 출원된 미국 임시출원 제 61/828,067 호, 2013년 4월 5자로 출원된 미국 임시출원 제 61/808,964 호, 2012년 11월 14일자로 출원된 미국 임시출원 제 61/726,227 호의 우선권을 주장하며, 상기 임시출원 각각은 여기에서는 전체가 참고로서 통합된 것이다.
본 발명은 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치에 관한 것이다.
적어도 부분적으로 투명한 디스플레이 윈도 어셈블리를 포함하는 현재 유용한 많은 형식의 휴대용 전자장치들이 존재한다. 이들은 예를 들어 미디어 플레이어, 휴대전화, 개인정보단말기(PDAs), 호출기, 랩탑 컴퓨터 및 노트북을 포함한다. 디스플레이 스크린 어셈블리는 예를 들어 액정 디스플레이(LCD)와 같은 영상 디스플레이 층, 사용자 입력을 위한 터치 감지층, 영상 디스플레이를 보고하도록 사용되는 적어도 하나의 외부 덮개와 같은 다중 부품 층들을 포함할 것이다. 이러한 층들의 각각은 통상적으로 적층되거나 또는 함께 결합된다.
현재 사용되고 있는 많은 휴대용 전자장치는 특히 부주의한 취급 및/또는 낙하, 사용자의 포켓이나 주머니에 있는 키와 같은 물품들에 의한 스크린 접촉, 또는 빈번한 터치스크린 사용과 같이 과도한 기계적 및/또는 화학적 손상을 겪고 있다. 예를 들면, 스마트폰과 PDA의 터치스크린 표면과 인터페이스가 물리적인 사용자 인터페이스에 스크래치와 피트를 야기하는 긁힘에 의해서 손상될 수 있고, 이러한 결함들은 스크린 및/또는 그 아래 놓인 부품들이 기계적인 충격이나 다른 충격 시에 균열을 야기하는 응력 집중 사이트로서 작용할 수 있다. 또한, 사용자 피부나 다른 파편으로부터 발생하는 기름은 표면을 덮을 수 있고, 장치의 질 저하를 더욱 가속화시킬 것이다. 그러한 마모와 화학적인 작용은 그 아래 놓인 전자 디스플레이 부품의 시각적 선명도를 저하시킬 수 있고, 그러므로 장치의 사용 및 흥미를 잠재적으로 방해하고 그 수명을 제한하게 된다.
휴대용 전자장치의 디스플레이 윈도의 내구성을 증가시키기 위해서 다양한 방법 및 장치들이 사용되어 왔다. 예를 들면, 중합체 피복이나 층들이 질 저하에 대한 장벽을 제공하기 위해서 터치스크린 표면에 적용될 수 있다. 그러나, 그러한 장치들은 터치스크린 감도와의 인터페이스 뿐만 아니라 그 아래 놓인 전자 디스플레이의 시각적 명확성과 인터페이스할 수 있다. 또한, 피복 재료들이 자주 연질이므로, 이것들은 쉽게 손상을 입을 수 있어서 주기적인 교체가 필요하거나 또는 장치의 수명을 제한하게 된다.
다른 일반적인 해법은 디스플레이 윈도의 외면으로서 고도로 화학적이고 스크래치 저항성 재료를 사용하는 것이다. 예를 들면, 몇몇 휴대용 장치들의 터치 감지 스크린은 화학적으로 보강된 알칼리 규산알루미늄 유리와, 코닝(Corning)사에 의해서 시판중인 "gorilla glass"로서 언급되는 재료와 같이 향상된 경도를 위해 나트륨이온을 칼륨이온으로 이루어진 층을 포함할 것이다. 그러나, 이러한 형식의 유리도 많은 경질 물질에 의해서 긁힐 수 있고, 또한 유리인 경우에는 취성 파괴되거나 파쇄되기 쉬운 것으로 판명되었다. 디스플레이 어셈블리의 외부층이나 디스플레이 윈도 위로 적용될 별도의 보호시트를 위한 재료로서 사파이어가 제안되고 사용되어 왔다. 그러나, 사파이어는 특히 현재 유용한 두께인 경우에 비교적 가격이 비싸고, 초슬림 층으로서는 쉽게 적용되지 못하고 있다.
그러므로, 휴대 전자장치의 디스플레이로 하여금 손상에 대해 상대적으로 저항성을 향상시킬 수 있는 재료가 적용될 수 있는데, 이것은 투과율을 저하시키지 않고 향상된 기계적 인성 및 내 스크래치 성을 제공하기 위한 물질 및 방법에 대한 개발 필요성이 산업분야에 남아있다.
본 발명의 덮개판은 단일의 독립된 사파이어층이 되거나 또는 30미크론과 같이 50미크론 미만의 두께를 각각 갖는 하나 이상의 사파이어층을 포함할 것이다. 덮개판은 상기 전자장치의 디스플레이 요소의 표면에 부착될 수 있거나, 또는 상기 디스플레이 요소의 상부에 제거가능하게 위치되는 보호층이 될 수 있다. 바람직하게는, 얇은 사파이어층은 덮개판의 전면이다. 본 발명은 또한 초슬림 사파이어층에 관한 것 뿐만아니라, 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 또는 그 이상의 사파이어층을 포함하는 덮개판에 관한 것이다.
본 발명은 적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 갖는 덮개판을 포함하는 전자장치에 관한 것이다. 상기 덮개판은 30미크론 미만, 25미크론 미만, 및 15미크론 미만과 같이 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 또는 그 이상의 사파이어층을 포함한다.
본 발명은 또한 전자장치의 덮개판을 준비하는 방법에 관한 것이며, 바람직하게는 본 발명의 덮개판은 이러한 방법에 의해서 준비된다. 특히, 이 방법은 사파이어의 도너 바디(donor body)를 제공하는 단계, 상기 상부면 아래에 벽개면(cleave plane)을 형성하도록 상기 도너 바디의 상기 상부면을 통해서 이온 정량을 주입하는 단계, 상기 벽개면을 따라서 상기 도너 바디로부터 상기 사파이어층을 박리하는 단계, 및 상기 사파이어층을 포함하는 상기 덮개판을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 사파이어층은 50미크론 미만의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 상기 이온 정량은 수소이온 또는 헬륨이온으로 이루어진다.
상기 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 예시적이고 단지 설명만을 위한 것이며 청구된 바와 같이 본 발명의 추가적인 설명을 제공하기 위해서 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치를 제공한다.
도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 전자장치의 덮개판의 다양한 실시 예들을 나타낸다.
본 발명은 적어도 하나의 얇은 사파이어층을 갖는 덮개판을 포함하는 전자장치, 상기 덮개판, 상기 사파이어층, 및 이것들을 준비하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 전자장치는 적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 갖는 덮개판을 포함하는데, 상기 영역을 통해서 덮개판이 위치하는 디스플레이 요소와 같이 이미지가 디스플레이될 수 있다. 투명하지않은 영역들이 또한 존재할 수 있는데, 특히 디스플레이의 다양한 기능적인 섹션들을 기술하기 위한 요소들 또는 경계들과 같이 장식적인 요소들이 존재할 수 있다. 전자장치는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, mp3 플레이어, 휴대전화, 개인정보단말기(PDAs), 호출기, 랩탑 컴퓨터 또는 전자 노트북과 같이 음악 및/또는 비디오용 전자 미디어플레이어들을 포함한 휴대용 전자장치들과 같은 디스플레이 또는 디스플레이 요소를 포함하는 것으로
해당기술분야에 잘 알려진 것들이 될 수 있다. 상기 장치의 디스플레이 요소는 예를 들어 LCD와 같은 가시적인 디스플레이층 및 터치스크린 응용의 일부로서 터치감지층을 포함한 다중 부품 층들을 포함할 것이다. 디스플레이 요소의 표면은 예를 들어 전자장치의 설계에 따라서 변할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 요소 표면은 평평한 표면 도는 만곡된 표면(한정된 단면 곡률반경을 가짐)이 될 수 있다. 또한, 상기 표면은 단단하거나 유연할 수 있다. 상기 덮개판은 상기 장치의 디스플레이 요소의 디스플레이 표면에 부착될 수 있고, 전체표면에 바람직하게 부착되고, 곡률반경에 부합하며, 구부러질 때도 부착된 상태를 유지한다. 이와는 달리, 덮개판은 디스플레이 요소의 상부, 바람직하게는 전체표면 위로 위치할 수 있고 필요에 따라서 추후에 제거할 수 있는 별도의 보호층이 될 수 있다.
본 발명의 전자장치의 덮개판은 예를 들면 30미크론 미만, 25미크론 미만, 20미크론 미만, 또는 심지어 15미크론 미만을 포함하여 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 또는 그 이상의 사파이어층이나 얇은 조각을 포함한다. 얇은 층들은 비교적 유연하고 구부러질 수 있을 것으로 기대되는 반면에, 두꺼운 사파이어층은 보다 강성을 가질 것으로 기대된다. 그러므로, 덮개판은 단일의 독립된 초슬림 사파이어층이 되거나, 또는 50미크론 미만의 두께를 가지며 적어도 하나가 초슬림 사파이어층인 다중의 층들을 포함할 것이다. 덮개판은 2개 내지 5개 층들과 같이 2 내지 10개 층들을 포함하며 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나의 사파이어층 또는 얇은 조각을 포함할 것이다. 예를 들면, 덮개판은 단일의 독립된 사파이어 다층 복합물이 될 것이며, 이때 각각의 층은 50미크론 미만의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 사파이어층은 덮개판의 외부층이고, 전자장치는 비록 반사방지 및/또는 친유성 코팅이 적용될지라도 통상적으로 약 0.001미크론 내지 약 1.5미크론 범위의 두께를 갖는다. 본 발명의 전자장치의 덮개판의 전체 두께는 예를 들면, 층들의 수, 투명한 디스플레이 영역의 원하는 크기, 및 상기 장치의 디스플레이 표면의 크기와 형상을 포함하여 여러 가지 요소들에 따라서 변할 수 있다. 일반적으로, 덮개판은 다중 덮개판에 대하여 약 3mm 미만과 같이 약 5mm 미만의 두께를 갖는다.
50미크론 미만의 두께를 갖는 아주 얇은 사파이어는 비용의 관점에서 바람직하며, 통상적인 두께를 갖는 사파이어보다 저렴하지만, 전체적인 스크래치 저항성, 경도 및 재료의 내구성을 유지시키면서 준비하기는 매우 어렵다. 본 발명의 전자장치에서 사용된 덮개판의 사파이어층은 두꺼운 사파이어층과 유사한 기계적 및 물리적 특성들을 갖는다. 예를 들면, 상온에서, 초슬림 사파이어는 약 800 내지 1000MPa를 포함하여 바람직하게는 적어도 약 700 MPA의 굴곡강도, 약 2 내지 5MPa을 포함하여 1MPa보다 큰 파괴인성(즉, 크랙이나 스크래치를 갖는 재료의 파괴에 저항하는 능력), 약 17 내지 약 20GPa를 포함하여 약 15GPa 보다 큰 누프경도, 및/또는 약 2000 내지 3000kg/m 범위를 포함하여 약 1000kg/m 보다 큰 비커스 경도를 갖는다. 영률계수와 같은 계수는 통상적으로 약 300~400GPa로서 사파이어의 계수와 또한 유사하지만, 덮개판의 원하는 특성들(터치 감도와 같은)에 따라서 변할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 덮개판은 덮개판에 추가적인 바람직한 특징들을 제공하는 하나 또는 그 이상의 영구적인 또는 일시적인 캐리어 물질들 또는 층들과 결합한 사파이어층을 포함한다. 예를 들면, 덮개판은 사파이어층이 부착되는 전면 또는 외면을 갖는 투명한 표면아래층을 더 포함할 것이며, 이에 의해서 다층 복합물이 형성된다. 사파이어층은 예를 들어(코닝(Corning)사에 의해서 시판중인 "gorilla glass"로서 언급되는 재료와 같이) 화학적으로 강화된 알칼리 규산알루미늄 유리를 포함하여 소다석회, 붕규산염 또는 규산알루미늄 유리와 같은 유리를 포함하는 층, 또는 폴리카보네이트 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 폴리메타크레이트(polymethacryate)를 함유하는 층을 포함하여 해당기술분야에 알려진 투명한 재료가 될 수 있다. 표면아래층은 약 0.2mm 내지 약 1.0mm 범위와 같이 0.4mm 보다 큰 것을 포함하여 0.2mm보다 큰 두께를 갖는 사파이어층보다 비교적 두꺼워질 수 있다. 본 발명의 전자장치의 덮개판을 위하여 두꺼운 표면아래층과 초슬림 사파이어층을 결합함으로써, 양호한 파괴 저항성 및 저가와 같은 표면아래 재료의 원하는 벌크특성을 활용하면서 복합물은 경도 및 스크래치와 자국 저항성과 같은 사파이어의 원하는 표면특성들을 보유한다. 예를 들면, 사파이어-유리 복합구조물에 있어서, 사파이어는 사파이어-중합체 재료 복합물에 대하여 유리의 파쇄 및 스크래치 저항성을 향상시키며, 상기 조합은 특히 만곡된 표면에 끼워 맞추기 위하여 구부러질 때 균열과 같은 기계적인 손상에 대하여 훨씬 큰 저항성을 나타낸다. 그러한 복합물은 덮개판의 투명도와는 타협하지 않는다. 초슬림 사파이어층들과 투명한 기판의 다른 바람직한 조합들이 가능하며, 본 명세서를 통해서 해당 기술분야의 숙련된 당업자에 의해서 결정될 수 있다.
특정 예로서, 본 발명의 전자장치를 위한 사파이어 다층 복합물을 포함하는 덮개판의 실시 예가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 사파이어 복합물(100)은 유리나 플라스틱 기판과 같은 표면아래층(120)에 부착된 50미크론 미만의 두께를 갖는 사파이어 판(110)을 포함하며, 사파이어 판(110)의 하부면과 표면아래층(120)의 전면(상부면) 사이에는 계면(130)이 형성된다.
사파이어층과 표면아래층은 그 사이에 계면을 형성하면서 2010년 12월 10일자로 "A Method to Form a Device by Constructing a Support Element on a Thin Semiconductor Lamina"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허출원 제 12/980,424 호(여기에서는 참조로서 통합됨)에 개시된 방법들을 포함하여 해당 기술분야에 알려진 기술을 사용하여 결합될 것이다. 예를 들면, 부착층과의 결합에 의해서 계면이 형성되고, 이에 의해서 사파이어층은 투명한 표면아래층의 전면에 부착된다. 적당한 접착제들의 예로서는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 폴리(프로필렌 카보네이트)(PC), 폴리(에틸렌 카보네이트)(PEC), 또는 폴리(부틸렌 카보네이트)(PBC)와 같은 중합체들 또는 중합체들의 조합을 포함한다. 정전기 부착이 또한 사용될 수 있다. 또한, 계면은 400℃를 포함하여 약 300 내지 500℃ 범위의 온도, 40psi를 포함하여 약 5 내지 100psi 범위의 압력하에서 열적 압축결합과 같이 사파이어 판을 기판층에 열적으로 결합시켜서 형성될 것이다. 특정 결합조건들은 사용된 표면아래층의 특정 타입에 따라서 변하게 될 것이다. 또한, 투명한 표면아래층은 계면을 형성하도록 사파이어층에 융합될 것이며, 상기 온도는 표면아래층으로서 사용되는 재료의 타입에 따라서 변할 것이다. 예를 들면, 유리기판을 사파이어에 융합시키기 위한 온도는 기판이 플라스틱인 경우에는 110~150℃와 같은 낮은 온도가 적당하지만 650~1050℃가 될 것이다.
덮개판은 적어도 하나의 투명한 전도성 산화층을 더 포함할 것이다. 이것은 터치 스크린 전기 부품들이 덮개판과 통합된 디스플레이 요소에서 용량성 터치스크린을 포함하는 전자장치에 대하여 특히 바람직하다. 초슬림 사파이어 판을 포함하는 덮개판의 이용은 용량성 터치스크린을 디스플레이 내로 쉽게 통합할 수 있게 한다. 예를 들면, 유전층에 의해서 자주 분리되는 2개 층의 투명 전도성 산화물(TCO)로 구성된다. 2개의 TCO 층들은 비록 다른 라인 패턴들이 가능하지만, 통상적으로 제 1 층 상에 있는 라인들이 제 2 층 상에 있는 라인들에 대하여 수직하게 연장되는 라인들로 패턴화된다. 이러한 패턴 라인들의 피치는 0.1 내지 10mm(6mm와 같이) 범위에 있고, 이러한 패턴 라인들의 폭은 0.2 내지 6mm(5.9mm 또는 1mm와 같이) 범위에 있을 것이다. 유전층은 유리의 층이 될 수 있거나, 또는 이와는 달리, 전체 얇은 구조를 갖는 구성을 제공하는 스퍼터링 박막이 될 수 있다.
본 발명의 전자장치의 덮개판은 TCO 층들의 이러한 구성들중 어느 것을 포함할 것이다. 특정 예들이 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 30미크론 미만과 같이 50미크론 미만의 두께를 갖는 사파이어 판을 사용하여 TCO/얇은 유전체/TCO 구조물(140)이 상부에 사파이어층(110)이 있는 표면아래층(120)의 전방으로 이동될 수 있다. 그러므로, 도시된 바와 같이, TCO 층들은 사파이어층과 투명한 표면아래층 사이에 위치한다. 이것은 사용자의 손가락과 TCO의 상부층 사이에서 정전용량을 바람직하게 증가시키고, 표준 터치스크린 장치에 비해서 터치스크린 센서의 신호 강도를 증가시켜서 터치 센서에서 감도, 정확도 및/또는 감소된 전력소비를 개선할 수 있게 한다.
이와는 달리, 초슬림 사파이어층을 포함하는 덮개판은 터치스크린 유전체로서 또한 작용할 수 있다. 이러한 실시 예가 도 3에 도시되어 있는데, TCO 층들(150,160)이 표면아래층(120)의 각 면에 증착되고, 이들은 유리나 플라스틱 시이트가 될 수 있고, 각각은 상기한 바와 같이 패턴화된다. 사파이어 판(110)은 표면아래층(120)의 일면에 부착되고, 패턴된 TCO(160)의 1개 층은 표면아래층(120)과 사파이어 판(110) 사이에 배치된다. 이 구조물은 증착된 유전체층이 필요가 없으므로 단순한 제조공정을 제공할 뿐만아니라 터치센서에 대하여 신호강도의 증가를 다시 제공한다.
덮개 시이트의 사파이어층은 다양한 다른 방법들을 사용하여 준비될 수 있다. 예를 들면, 사파이어층은 도너 사파이어 재료로부터 층들을 절단하거나 잘라내고 그 결과로서 얻은 재료를 원하는 두께로 기계적으로 연마하여 준비할 수 있다. 원하지 않는 표면 결점들을 제거할 필요가 있을 때는 임의의 폴리싱 단계가 사용될 수 있다. 그러한 방법은 비록 얇은 사파이어층이 이 방법에 의해서 생성될지라도 약 25 내지 50미크론의 두께를 갖는 사파이어층에 대하여 특히 유용하다. 이와는 달리, 증착되지않은 반도체 재료로 형성된 박막 반도체 판을 포함하는 광전지의 제조를 위해서, 사파이어층은 박막층들을 도너 재료로부터 제거하기 위해서 예를 들어 2008년 2월 5일자로 "Method to Form a Photovoltaic Cell Comprising a Thin Lamina"라는 발명의 명칭으로 출원되어 미국 특허출원 공개번호 2009/0194162로서 공개된 미국 특허출원 제 12/026,530 호에 개시된 이온 주입/박리법, 및 2011년 12월 20일자로 "Method and Apparatus for Forming a Thin Lamina"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허출원 제 13/331,909 호에 일반적으로 설명된 제어된 스포올링 또는 이온 주입과 박리법을 포함하여 공지된 다양한 층 이동방법들을 사용하여 준비될 수 있으며, 상기 문헌들은 여기에서는 참조로서 통합된다. 사파이어에 대해서 바람직한 것으로 고려되는 특성들(경도 및 강도)은 매우 어렵고 시간이 소모되고 절단에 비용이 발생하므로, 사파이어에 대해서는 예전에 고려되지 않았던 이러한 이온 주입/박리법은 톱질이나 절단에 의해서 얇은 웨이퍼들을 준비하는 현재의 방법들을 능가하는 바람직한 것으로 판명되었다. 또한, 톱질이나 절단 방법들은 상당한 절단 손실들을 야기하고 가치있는 재료들을 낭비하게 하며 특히 50미크론 미만의 두께를 갖는 초슬림 판과 같은 박막 사파이어 판을 제조하는데 신뢰성있게 사용될 수 없다. 그러므로, 본 발명은 사파이어층에 관한 것일 뿐만아니라 초슬림 사파이어층 또는 판, 특히 30미크론 미만, 25미크론 미만 및 15미크론 미만을 포함하여 50미크론 미만의 두께를 갖는 독립된 판이나 시이트를 준비하기 위한 방법에 관한 것이다.
그러므로, 본 발명은 사파이어층에 관한 것일 뿐만아니라, 사파이어 층이나 판, 특히 상기한 범위의 두께를 포함하여 50미크론 미만의 두께를 갖는 독립된 판이나 시이트를 준비하는 방법에 관한 것이다. 일 실시 예에 있어서, 사파이어층은 최초 두께를 갖는 사파이어의 층을 제공하는 단계, 상기 최초 두께로부터 50미크론 미만의 두께로 사파이어의 층을 축소시키는 단계, 사파이어의 층을 임의로 폴리싱하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 준비된다. 사파이어층은 상기한 톱질방법을 포함하여 해당 기술분야에 알려진 방법에 의해서 제공될 수 있고, 사파이어층의 두께는 예를 들어 기계적인 연마를 포함하여 다양한 다른 방법들을 사용하여 축소될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 상부면을 갖는 사파이어의 도너 바디를 제공하는 단계 및 도너 바디의 상부면을 통해서 이온 정량을 부수적으로 주입하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 사파이어층이 준비된다. 이러한 이온주입 방법을 사용하여, 벽개면이 도너 바디의 상부면 아래에 형성되고, 사파이어층은 이러한 벽개면을 따라서 도너 바디로부터 박리될 수 있다. 이온 정량은 예를 들어 수소, 헬륨 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이온주입 조건은 두께 및 강도와 같은 목표 특성들을 갖는 사파이어 판을 제조하도록 필요에 따라서 변할 수 있다. 예를 들면 이온 정량은 0.5-3.0 x 1017 H/㎠와 같이 약 1.0 x 1014 내지 1.0 x 1018 H/㎠ 범위의 용량이 될 것이다. 용량 에너지는 500keV 내지 약 3MeV 범위와 같이 변할 수 있다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 이온 주입 온도는 300 내지 800℃ 또는 550 내지 750℃ 범위와 같이 약 200 내지 950℃ 범위로 유지될 것이다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 이온주입 온도는 재료의 특정 타입과 사파이어 도너 바디의 배향에 따라서 조정될 것이다. 조정될 수 있는 다른 이온주입 조건들은 주입양 및 주입된 이온의 비율(H/He 이온 비율)과 같은 초기 프로세스 매개변수들을 포함할 것이다. 다른 실시 예들에 있어서, 주입 조건들은 박리온도, 박리 서스셉터 진공 레벨, 가열율 및/또는 박리압력과 같은 박리 조건들과 조합하여 최적화될 것이다. 예를 들면, 박리온도는 약 400℃ 내지 약 1200℃ 범위에서 변할 것이다. 이온주입 및 박리 조건들을 조정함으로써, 물리적인 결함들로부터 자유로운 판의 영역이 최대화될 수 있다. 결과로서 생긴 사파이어층은 필요한 경우에 매끄러운 최종 표면을 생성하기 위해서 후속 처리될 것이다.
사파이어 도너 바디는 해당 기술분야에 알려진 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 사파이어는 약 1000℃ 보다 높은 온도하에서 도가니에서 알루미나와 같은 고체 공급원료를 가열 및 용융시킬 수 있고 부수적으로 사파이어 보울과 같은 결정재료를 형성하기 위해서 용융된 공급원료의 재응고를 증진시킬 수 있는 고온의 로인 결정성장로에서 준비될 수 있다. 바람직하게는, 사파이어 도너 바디는 열교환기법 결정성장로에서 준비되고, 이때 알루미나 공급원료와 적어도 하나의 단결정 사파이어 시드를 포함하는 도가니가 시드의 실질적인 용융없이 공급원료를 용융시키도록 그것의 융점 이상으로 가열되고, 도가니의 바닥과 열적으로 소통하도록 제공되고 시드 아래에 위치한 헬륨-냉각 열교환기와 같은 열교환기를 사용하여 도가니로부터 열이 제거된다. 이 방법은 큰 높은 품질의 사파이어 보울들을 제조하기 위해서 제공된 것이며, 사파이어 도너 바디들이 이온주입/박리 프로세스에 대하여 유용한 방법들을 사용하여 그로부터 쉽게 제거될 수 있다. 예를 들면, 도너 바디는 약 1mm 내지 약 5mm 범위와 같이 약 0.5mm 보다 큰 두께를 갖는 웨이퍼 형태가 될 수 있다. 그렇게 함으로써, 사파이어의 하나의 도너 바디는 다중 사파이어층을 제조하고 비용을 절감하기 위해서 사용될 수 있으며, 나머지 부분은 다른 사파이어 보울을 제조하기 위한 공급원료를 포함하여 몇몇 다른 응용을 위해 박리후에 전매되거나 재활용될 수 있다.
본 발명은 또한 전자장치의 덮개판을 준비하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 50미크론 미만의 두께를 갖는 적어도 하나의 사파이어층을 준비하는 단계 및 하나 또는 그 이상의 이러한 층들을 덮개판 내로 통합하는 단계를 포함한다. 사파이어층은 상기한 바와 같이 이온 주입/박리법을 사용하여 바람직하게 준비되고, 이러한 층들은 예를 들어 전면을 갖는 투명한 표면아래층을 제공하고 사파이어층을 상기 투명한 표면아래층의 전면에 부착시키는 것을 포함하여 위에서 보다 상세하게 설명한 방법들을 사용하여 덮개판 내로 통합된다.
본 발명의 바람직한 실시 예들의 상기한 설명은 설명을 목적으로 제공된 것이다. 이것은 여기에서 설명한 정확한 형태로 본 발명을 한정하도록 의도된 것이 아니다. 변경 및 수정은 상기한 설명을 통해서 가능하거나 또는 본 발명의 실행으로부터 얻어질 수 있다. 해당 기술분야의 숙련된 당업자가 다양한 실시 예들에서 본 발명을 이용할 수 있게 하도록 본 발명의 원리들 및 그 실제적인 응용을 설명하기 위해서 상기 실시 예들이 선택되고 설명되었고, 다양한 변경들이 특정 용도에 적합하게 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물들에 의해서 한정된다.

Claims (43)

  1. 적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 갖는 덮개판을 포함하는 전자장치에 있어서,
    상기 덮개판은 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 또는 그 이상의 사파이어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 30미크론 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 25미크론 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 15미크론 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 하나의 독립된 사파이어층인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 각각 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 이상의 사파이어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 상기 덮개판의 외부층인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전자장치는 디스플레이 표면을 갖는 적어도 하나의 디스플레이 요소를 더 포함하며, 상기 덮개판은 상기 디스플레이 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 전자장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전자장치는 디스플레이 표면을 갖는 적어도 하나의 디스플레이 요소를 더 포함하며, 상기 덮개판은 상기 디스플레이 표면의 상부에 제거가능하게 위치한 보호층인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 전면을 갖는 투명한 표면아래층을 더 포함하며, 상기 사파이어층은 상기 투명한 표면아래층의 상기 전면에 부착된 것을 특징으로 하는 전자장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 투명한 표면아래층은 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 유리는 소다 석회 유리인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 유리는 붕규산염 유리인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 유리는 규산알루미늄 유리인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 규산알루미늄 유리는 화학적으로 강화된 알칼리 규산알루미늄 유리인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 투명한 표면아래층은 고분자재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 고분자재료는 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 고분자재료는 폴리메타크레이트(polymethacryate)인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 사파이어층은 접착제층에 의해서 상기 투명한 표면아래층의 상기 전면에 부착된 것을 특징으로 하는 전자장치.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 사파이어층과 상기 투명한 표면아래층의 상기 전면이 열적으로 결합된 것을 특징으로 하는 전자장치.
  21. 제 10 항에 있어서, 상기 투명한 표면아래층의 상기 전면이 상기 사파이어층에 융합된 것을 특징으로 하는 전자장치.
  22. 제 10 항에 있어서, 상기 덮개판은 상기 투명한 표면아래층 상에 배치된 투명한 전도성 산화층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 투명한 전도성 산화층은 상기 사파이어층과 상기 투명한 표면아래층 사이에 있는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 투명한 전도성 산화층은 패턴화된 것을 특징으로 하는 전자장치.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 반사방지층으로 피복된 외부면을 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 반사방지층은 약 0.01미크론 내지 약 1.5미크론 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  27. 제 1 항에 있어서, 상기 전자장치는 전자 미디어 플레이어, 휴대전화, 개인정보단말기, 호출기, 랩탑 컴퓨터 또는 전자 노트북인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 결정성장로에서 준비된 단결정 사파이어로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 결정성장로는 열교환기법로인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  30. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은,
    i) 상부면을 포함하는 사파이어의 도너 바디(donor body)를 제공하는 단계;
    ii) 상기 상부면 아래에 벽개면을 형성하도록 상기 도너 바디의 상기 상부면을 통해서 이온 정량을 주입하는 단계; 그리고
    iii) 상기 벽개면을 따라서 상기 도너 바디로부터 상기 사파이어층을 박리하는 단계;를 포함하는 방법에 의해서 준비되는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 이온 정량은 수소이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자장치.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 이온 정량은 헬륨이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자장치.
  33. 전자장치의 덮개판을 준비하는 방법으로서, 상기 덮개판은 적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 가지며 하나 또는 그 이상의 사파이어층을 포함하고, 상기 방법은,
    i) 상부면을 포함하는 사파이어의 도너 바디(donor body)를 제공하는 단계;
    ii) 상기 상부면 아래에 벽개면을 형성하도록 상기 도너 바디의 상기 상부면을 통해서 이온 정량을 주입하는 단계;
    iii) 상기 벽개면을 따라서 상기 도너 바디로부터 상기 사파이어층을 박리하는 단계 - 상기 사파이어층은 50미크론 미만의 두께를 가짐 -; 그리고
    iv) 상기 사파이어층을 포함하는 상기 덮개판을 형성하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 덮개판을 형성하는 단계는, 전면을 갖는 투명한 표면아래층을 제공하는 단계 및 상기 투명한 표면아래층의 상기 전면에 상기 사파이어층을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 이온 정량은 수소이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 33 항에 있어서, 상기 이온 정량은 헬륨 이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 갖는 전자장치의 덮개판에 있어서,
    상기 덮개판은 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 또는 그 이상의 사파이어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치의 덮개판.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 덮개판은 각각 50미크론 미만의 두께를 갖는 하나 이상의 사파이어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치의 덮개판.
  39. 50미크론 미만의 두께를 갖는 사파이어층.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 두께는 30미크론 미만인 것을 특징으로 하는 사파이어층.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 두께는 25미크론 미만인 것을 특징으로 하는 사파이어층.
  42. 제 39 항에 있어서, 상기 두께는 15미크론 미만인 것을 특징으로 하는 사파이어층.
  43. 제 39 항에 있어서, 상기 사파이어층은 독립된 것을 특징으로 하는 사파이어층.
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