KR20160076036A - 디스플레이 장치용 커버기판 - Google Patents

디스플레이 장치용 커버기판 Download PDF

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KR20160076036A
KR20160076036A KR1020140185669A KR20140185669A KR20160076036A KR 20160076036 A KR20160076036 A KR 20160076036A KR 1020140185669 A KR1020140185669 A KR 1020140185669A KR 20140185669 A KR20140185669 A KR 20140185669A KR 20160076036 A KR20160076036 A KR 20160076036A
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glass
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최용원
김창규
문동건
안진수
오정홍
윤중훈
김민석
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코닝정밀소재 주식회사
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치용 커버기판에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리 재질의 기재를 강화시키기 위해, 기재 상에 형성되는 강화층에 발생되는 내부 응력을 완화시킴으로써, 표면 경도를 증가시킬 수 있고, 이를 통해, 크랙 발생의 원인이 되는 결함 및 스크래치 발생을 방지할 수 있는 디스플레이 장치용 커버기판에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 기재; 상기 기재 상에 형성되고, 인장응력층과 압축응력층의 교대 적층으로 이루어진 강화층; 및 상기 기재와 상기 강화층 사이에 형성되는 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판을 제공한다.

Description

디스플레이 장치용 커버기판{COVER SUBSTRATE FOR DISPLAY UNIT}
본 발명은 디스플레이 장치용 커버기판에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리 재질의 기재를 강화시키기 위해, 기재 상에 형성되는 강화층에 발생되는 내부 응력을 완화시킴으로써, 표면 경도를 증가시킬 수 있고, 이를 통해, 크랙 발생의 원인이 되는 결함 및 스크래치 발생을 방지할 수 있는 디스플레이 장치용 커버기판에 관한 것이다.
현재, 유리 소재는 태양전지 커버, 박막 액정표시장치(thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCD)나 유기발광표시장치 등과 같은 평판 디스플레이, 각종 모바일 전자 기기의 커버 등 다양한 산업분야에 사용되고 있다.
최근, 상기와 같은 전자 기기가 슬림화 및 콤팩트화되는 추세로 인해, 유리 소재에 대한 경량화 및 박형화 또한 요구되고 있으며, 이에 따른 구조적 취약성을 보완하기 위해, 유리에 대한 다양한 강화 방법이 연구되고 있다.
유리를 강화하는 가장 일반적인 방법으로는 열 강화법을 들 수 있다. 열 강화법은 유리를 연화점(softening point) 근처, 통상 600~800℃로 가열한 후 유리 표면을 급격히 냉각함으로써, 유리 표면에 압축응력(compressive stress)을 발생시켜 유리를 강화하는 기술이다. 열 강화법은 쉽고 값싸게 유리를 강화할 수 있는 방법으로, 고온으로 유지된 유리의 표면을 급격히 냉각시킬 경우, 서서히 냉각되는 유리 내부에 비해 원자간 거리가 더 긴 구조를 갖게 된다. 이러한 원자간 거리 차이에 의해 응력이 발생하게 되고, 결과적으로 유리 표면에 압축응력이 발생한다. 이렇게 형성된 표면 압축응력은 표면에서 발생하는 크랙의 성장을 억제하여, 유리가 강화되는 효과가 생긴다. 이때, 유리 표면과 유리 내부의 온도 차이가 클수록 큰 원자간 거리 차이에 의해 높은 압축응력이 발생하고 더 효과적인 강화가 가능하다. 하지만, 유리의 두께가 2.5㎜ 이하인 경우에는 유리 표면을 급냉하여도 충분한 표면과 내부의 온도 차이를 형성하지 못하기 때문에 충분한 압축응력을 형성할 수 없어, 요구되는 강화의 수준을 달성하기 어렵다. 이에 따라, 전자 기기 등에 사용되는 유리의 경우에는 무게를 줄이기 위해 대략 두께 1.0㎜ 이하의 박판유리를 사용하게 되는데, 이 경우 열강화법은 사용할 수 없다.
박판유리를 강화하는 방법으로는 주로 화학 강화법이 쓰인다. 화학 강화법은 유리를 전이온도 근처, 통상 350~450℃로 가열한 후, 이온 교환을 통해 유리 표면에 압축응력을 발생시켜 유리를 강화하는 기술이다. 화학 강화법은 예컨대, Na+와 같은 알칼리가 함유된 유리를 KNO3 등의 용융염에 침지하여 실시하는데, 유리에 존재하는 Na+이온이 그 보다 크기가 큰 이온, 예컨대, K+이온으로 바뀜으로써, 유리 표면에 압축응력이 발생하게 된다.
이러한 화학 강화법은 유리 두께에 상관없이 사용할 수 있는 방법이나, 알칼리 이온이 함유되지 않은 유리의 경우에는 적용하기 어려운 문제가 있다. 예를 들어, LCD 기판 유리의 경우, 알칼리 이온이 LCD 회로로 용출되는 것을 방지하기 위해, 무(無)알칼리 박판유리가 사용되는데, 이 경우 화학 강화법은 사용할 수 없다.
또한, 이러한 화학 강화법을 통해 강화된 유리는 기계적 강도가 우수하여 잘 깨지지 않는 성질을 가지고 있으나, 스크래치나 점 결함이 발생되는 경우, 크랙 전파(crack propagation)에 의해 유리가 깨지는 현상이 발생된다. 즉, 강화된 유리에 미세 크랙이 존재하게 되면, 외부 충격에 의해 미세 크랙이 발생된 부분에 응력이 집중되어, 크랙이 전파되고, 이는 결국, 유리의 깨짐을 초래하게 된다.
미국 공개특허공보 US2013/0101798(2013.04.25.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유리 재질의 기재를 강화시키기 위해, 기재 상에 형성되는 강화층에 발생되는 내부 응력을 완화시킴으로써, 표면 경도를 증가시킬 수 있고, 이를 통해, 크랙 발생의 원인이 되는 결함 및 스크래치 발생을 방지할 수 있는 디스플레이 장치용 커버기판을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 기재; 상기 기재 상에 형성되고, 인장응력층과 압축응력층의 교대 적층으로 이루어진 강화층; 및 상기 기재와 상기 강화층 사이에 형성되는 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판을 제공한다.
여기서, 상기 강화층은 AlON 또는 SiAlON으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 인장응력층 및 상기 압축응력층은 상기 AlON 또는 상기 SiAlON의 O 및 N의 함량에 따라 구분될 수 있다.
또한, 상기 O를 기준으로 할 때, 상기 인장응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 8원자% 미만인 영역으로 구분되고, 상기 압축응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 8원자% 이상인 영역으로 구분될 수 있다.
바람직하게, 상기 인장응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 0~7원자%인 영역으로 구분되고, 상기 압축응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 9~15 원자%인 영역으로 구분될 수 있다.
아울러, 상기 강화층은 200~2000㎚ 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 버퍼층은 제1 굴절률을 가진 제1 박막과 제2 굴절률을 가진 제2 박막의 교대 적층으로 이루어진 굴절률 정합층으로 형성되되, 상기 기재와 접하는 상기 버퍼층의 최하단으로는 상기 제1 박막이 형성되고, 상기 강화층과 접하는 상기 버퍼층의 최상단으로는 상기 제2 박막이 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 박막과 상기 제2 박막은 적어도 1회 교대 적층될 수 있다.
또한, 상기 제1 박막은 상기 제2 박막보다 굴절률이 상대적으로 높은 물질로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 강화층 상에 형성되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 보호층은 상기 제2 박막을 이루는 물질과 굴절률이 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, AlON 및 SiAlON으로 이루어지되, 이들의 O 또는 N의 함량에 따라 구분되는 인장응력층과 압축응력층의 교대 적층으로 형성되는 강화층을 구비함으로써, 유리 재질의 기재를 강화시키기 위해, 기재 상에 형성되는 강화층에 발생되는 내부 응력을 완화시켜 표면 경도를 증가시킬 수 있고, 이를 통해, 크랙 발생의 원인이 되는 결함 및 스크래치 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저굴절 박막과 고굴절 박막의 적층으로 이루어진 굴절률 정합층을 강화층과 기재 사이에 형성되는 버퍼층으로 구비함으로써, 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판을 개략적으로 나타낸 단면 모식도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)은, 태양전지 커버, 박막 액정표시장치(thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel), 유기 EL(organic electro luminescent) 등과 같은 평판 디스플레이, 스마트 폰, 테블릿 PC와 같은 각종 모바일 전자 기기 커버 등에 사용되는 기판이다. 이러한 디스플레이 장치용 기판(100)은 기재(110), 강화층(120) 및 버퍼층(130)을 포함하여 형성된다.
기재(110)는 강화층(120) 및 버퍼층(130)을 지지하는 역할을 한다. 이러한 기재(110)는 디스플레이 장치에 적용되기 위해, 고투명성과 내열성을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 기재(110)의 투명성에 관해서는 가시광선 투과율이 80% 이상인 것이 바람직하고, 내열성에 관해서는 유리 전이온도가 50℃ 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 기재(110)는 보로실리케이트계 유리로 이루어질 수 있다. 또한, 기재(110)는 두께 2.0㎜ 이하의 박판형 유리로 이루어질 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)은 유리 재질의 기재(110)에 별도의 박막인 강화층(120)을 형성시킴으로써, 기재(110)를 강화시킨다. 이와 같이, 기재(110) 상에 별도의 박막을 형성시키는 경우, 유리의 조성이나 두께에 영향을 받지 않는다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에서는 기재(110)의 종류를 보로실리케이트계 유리로, 기재(110)의 두께를 2.0㎜ 이하로 특별히 한정하지 않는다. 즉, 기재(110)는 다양한 종류의 유리와 두께로 이루어질 수 있다.
강화층(strengthened layer)(120)은 기재(110) 상에 형성된다. 이러한 강화층(120)은 압축응력층(compressive stress layer)(121)과 인장응력층(tensile stress layer)(122)의 교대 적층으로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에서, 강화층(120)은 AlON 또는 SiAlON으로 이루어진다. 이때, 강화층(120)을 이루는 압축응력층(121)과 인장응력층(122)은 AlON 또는 SiAlON의 O 및 N의 함량에 따라 구분된다.
예를 들어, 강화층(120)이 AlON으로 이루어진 경우, 주로 압축응력이 형성된다. 이때, AlON에서, O의 비율이 증가할수록 압축응력이 형성되고, O의 비율이 낮아질수록, 즉, N의 비율이 증가할수록 인장응력이 형성된다. 이에 따라, 연속적으로 AlON으로 이루어진 강화층(120)을 형성하는 Al 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에서, O와 N 가스의 주입량 혹은 분압을 조절하여, 압축응력과 인장응력이 형성되는 영역을 구분하면, 각 영역 간의 응력 보상(stress compensation)이 가능하여 중립적인 응력 특성 확보가 가능하다. 즉, 강화층(120)을 코팅을 통해 형성하는 경우 O와 N 가스의 주입량 혹은 분압을 코팅 단계별로 조절하게 되면, 강화층(120)에 발생되는 내부 응력을 완화시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, O를 기준으로 할 때, 인장응력층(122)은 강화층(120)에서, O의 함량이 8원자% 미만, 바람직하게, 0~7원자%인 영역으로 구분되고, 압축응력층(121)은 강화층(120)에서, O의 함량이 8원자% 이상, 바람직하게 9~15원자%인 영역으로 구분된다. 이때, O의 함량이 7~9원자% 이면, 인장응력 및 압축응력 두 가지 특성을 모두 나타내게 된다.
한편, 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 강화층(120)은 압축응력층(121), 인장응력층(122), 압축응력층(121), 인장응력층(121) 및 압축응력층(121)이 차례로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 강화층(120)은 200~2000㎚ 두께로 형성될 수 있다. 이때, 일반적인 강화층은 박막의 내부 응력이 높아, 박막의 두께가 두꺼워질수록 응력이 심하여 크랙 및 박리(peeling) 발생 가능성이 높지만, 본 발명의 실시 예에 따른 강화층(120)은 상기와 같이 압축응력과 인장응력이 교대 적층된 구조를 통해 응력이 완화되므로, 두께에 크게 제약을 받지 않게 된다. 아울러, 강화층(120)의 두께에 따라, 내스크래치성(scratch resistance)이 달라질 수 있는데, 두께가 두꺼워질수록 내스크래치성이 향상되므로, 강화층(120)은 상기의 두께 범위 내에서 가급적 두꺼운 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
버퍼층(buffer)(130)은 기재(110)와 강화층(120) 사이에 형성된다. 본 발명의 실시 예에서, 이러한 버퍼층(130)은 제1 굴절률을 가진 제1 박막(131)과 제2 굴절률을 가진 제2 박막(132)의 교대 적층으로 형성된 굴절률 정합층(index matching layer)로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 박막(131)과 제2 박막(132)은 적어도 1회 교대 적층될 수 있는데, 생산성 등을 고려할 때, 버퍼층(130)을 이루는 제1 박막(131)과 제2 박막(132)은 예컨대, 4~6회 교대 적층되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에서, 제1 박막(131)은 제1 굴절률을 갖는 고굴절층을 이루게 된다. 즉, 제1 박막(131)은 제2 박막(132)보다 굴절률이 상대적으로 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 박막(131)은 Si3N4, AlON, SiAlON, AlN 등과 같은 굴절률이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 제2 박막(132)은 제2 굴절률을 갖는 저굴절층을 이루게 된다. 즉, 제2 박막(132)은 제1 박막(131)보다 굴절률이 상대적으로 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 박막(132)은 SiO2나 Al2O3로 이루어질 수 있다.
여기서, 버퍼층(130)의 상, 하측에 각각 배치되는 기재(110)와 강화층(120) 간의 굴절률 차이를 나타내기 위해, 기재(110)와 접하는 버퍼층(130)의 최하단으로는 고굴절층인 제1 박막(131)이 형성되는 것이 바람직하고, 강화층(120)과 접하는 버퍼층(130)의 최상단으로는 저굴절층인 제2 박막(132)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 버퍼층(130)은 고굴절층과 저굴절층의 적층 구조를 이루게 된다. 이때, 강화층(120)과 접하는 버퍼층(130)의 최상층으로는 고굴절 물질인 AlON으로 이루어지는 강화층(120)과의 굴절률 차이를 위해, 저굴절층인 제2 박막(132)이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에서, 버퍼층(130)이 상기와 같은 구조의 굴절률 정합층으로 형성되는 이유는, 이의 상부에 형성되는 강화층(120)을 이루는 AlON으로 인한 컬러시프트 발생 문제를 해결하기 위함이다. 즉, AlON은 단단하면서도 투과율이 우수한 재료로 평가되나, 각도에 따른 광학 특성 변화가 커서, 다시 말해, 각도에 따라 컬러시프트(color shift) 발생으로 인해 디스플레이 장치의 커버기판 재료로 사용하기에는 부적합하게 인식되어 왔다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 AlON으로 이루어지는 강화층(120) 하부에 굴절률이 다른 제1 박막(131)과 제2 박막(132)의 교대 적층으로 이루어진 굴절률 정합층으로 형성되는 버퍼층(130)을 구비함으로써, AlON으로 인한 컬러시프트 발생을 방지 혹은 최소화시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)은 보호층(protective layer)(140)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 보호층(140)은 강화층(120) 상에 형성된다. 이러한 보호층(140)은 하측에 형성되어 있는 강화층(120)과 버퍼층(130)을 외부 환경으로부터 보호하는 캡핑층(capping layer)으로 작용하게 된다.
이때, 보호층(140)은 버퍼층(130)을 이루는 제2 박막(132)과 굴절률이 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 보호층(140)은 SiO2나 Al2O3로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에서, 보호층(140)은 강화층(120)과 굴절률 차이를 나타내는 저굴절층을 이루게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)은 AlON 및 SiAlON으로 이루어지고, 이들의 O 또는 N의 함량에 따라 영역이 구분되는 압축응력층(121)과 인장응력층(122)의 교대 적층으로 형성되는 강화층(120)을 구비한다. 이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)은 유리 재질의 기재(110)를 강화시키기 위해, 기재(110) 상에 형성되는 강화층(120)에 발생되는 내부 응력을 완화시켜 표면 경도(hardness)를 증가시킬 수 있고, 결국, 크랙 발생의 원인이 되는 결함 및 스크래치 발생을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)은 기재(110) 상에 순차 반복적으로 적층되는 고굴절층인 제1 박막(131), 저굴절층인 제2 박막(132), 고굴절층인 강화층(120) 및 저굴절층인 보호층(140)의 적층 구조로 형성된다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)은 기재(110) 하측에 배치되는 디스플레이 장치(미도시)로부터 발생되는 광의 방출 경로를 따라, 고굴절층과 저굴절층이 순차 반복적으로 적층된 적층 구조를 이루게 된다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 커버기판(100)이 디스플레이 장치에 적용되는 경우, 상기와 같은 굴절률 차이를 갖는 적층 구조를 통해 디스플레이 장치(미도시)의 광학적 특성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 디스플레이 장치용 커버기판 110: 기재
120: 강화층 121: 압축응력층
122: 인장응력층 130: 버퍼층
131: 제1 박막 132: 제2 박막
140: 보호층

Claims (11)

  1. 기재;
    상기 기재 상에 형성되고, 인장응력층과 압축응력층의 교대 적층으로 이루어진 강화층; 및
    상기 기재와 상기 강화층 사이에 형성되는 버퍼층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강화층은 AlON 또는 SiAlON으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인장응력층 및 상기 압축응력층은 상기 AlON 또는 상기 SiAlON의 O 및 N의 함량에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 O를 기준으로 할 때, 상기 인장응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 8원자% 미만인 영역으로 구분되고, 상기 압축응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 8원자% 이상인 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인장응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 0~7원자%인 영역으로 구분되고, 상기 압축응력층은 상기 강화층에서 상기 O의 함량이 9~15 원자%인 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 강화층은 200~2000㎚ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 제1 굴절률을 가진 제1 박막과 제2 굴절률을 가진 제2 박막의 교대 적층으로 이루어진 굴절률 정합층으로 형성되되,
    상기 기재와 접하는 상기 버퍼층의 최하단으로는 상기 제1 박막이 형성되고, 상기 강화층과 접하는 상기 버퍼층의 최상단으로는 상기 제2 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 박막과 상기 제2 박막은 적어도 1회 교대 적층되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 박막은 상기 제2 박막보다 굴절률이 상대적으로 높은 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 강화층 상에 형성되는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 제2 박막을 이루는 물질과 굴절률이 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 커버기판.
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