KR20160106003A - 강화유리판 및 이것을 사용한 휴대단말 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 등의 보호에 바람직하며, 또한 파장 5∼20㎛의 적외선을 투과시키는 강화유리로서, 표면에 압축 응력층을 가짐과 아울러 표면을 통과해서 관통하는 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

강화유리판 및 이것을 사용한 휴대단말{TEMPERED GLASS PLATE AND PORTABLE TERMINAL USING SAME}
본 발명은 강화유리 및 이것을 사용한 휴대단말에 관한 것으로, 구체적으로는 적외선을 적정하게 투과시키기 위한 연구가 강구된 강화유리 및 이것을 사용한 휴대단말에 관한 것이다.
휴대전화, 디지털 카메라, 휴대단말 등의 디바이스는 널리 사용되고 있으며, 점점 보급되는 경향이 있다. 종래, 이들의 용도에서는 디스플레이를 보호하기 위한 보호부재로서 아크릴 등의 수지 기판이 사용되고 있었다. 그러나, 아크릴 수지 기판은 영률이 낮기 때문에 펜이나 사람의 손가락 등으로 디스플레이의 표시면이 눌려진 경우에 휘기 쉽고, 수지 기판이 내부의 디스플레이에 접촉해서 표시 불량이 발생하는 일이 있었다. 또 아크릴 수지 기판은 표면에 상처가 나기 쉽고, 시인성이 저하되기 쉽다고 하는 문제도 있었다. 이들의 문제를 해결하는 하나의 방법은 보호부재로서 유리판을 사용하는 것이다. 이 유리판(커버 유리)에는 (1)높은 기계적 강도를 갖는 것, (2)저밀도이며 경량인 것, (3)염가로 다량으로 공급할 수 있는 것, (4)거품 품위가 우수한 것, (5)가시역에 있어서 높은 광투과율을 갖는 것, (6)펜이나 손가락 등으로 표면을 눌렀을 때에 휘기 어렵도록 높은 영률을 갖는 것이 요구된다. 특히 (1)의 요건을 만족시키지 않는 경우에는 보호부재로서의 쓸모가 적게 되므로 종래부터 이온 교환 처리 등으로 강화 처리한 유리판(소위, 강화유리판)이 사용되고 있다.
일본 특허공개 2006-83045호 공보
최근, 사람의 움직임을 검지해서 온/오프를 제어하는 적외선 센서가 연구 개발되고 있다. 이러한 적외선 센서에서는 인체로부터 발생되는 소량의 적외선의 유무를 검지함으로써 온/오프의 제어가 가능하게 된다. 이 검지기술의 응용으로서 디바이스의 소비전력을 저하시키기 위해서 화면의 앞에 사람이 있다/있지 않다를 적외선 센서로 판정하고, 이 판정에 의거해서 디바이스의 전원의 온/오프를 자동 제어하는 것이 검토되고 있다.
그러나, 이 적외선 센서를 휴대단말에 사용하면 파장 5∼20㎛, 특히 5∼7㎛의 적외선의 검지가 문제가 된다. 구체적으로는 휴대단말에서는 디스플레이를 보호하기 위해서 강화유리로 이루어지는 커버 유리가 사용되지만, 이 커버 유리는 파장 5∼20㎛의 적외선을 투과시키지 않으므로 적외선 검지의 장해가 된다. 또, 파장 5∼20㎛는 노이즈가 들어가기 어려운 파장 영역이며, 이 파장 영역을 채택하면 적외 센서의 감도를 높일 수 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 기술적 과제는 디스플레이 등의 보호에 바람직하며, 또한 파장 5∼20㎛의 적외선을 투과시키는 강화유리를 창안하는 것이다.
본 발명자 등은 예의 검토한 결과, 강화유리의 표면(압축 응력층)을 통과해서 관통하는 관통구멍을 형성함으로써, 상기 기술적 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아내고, 본 발명으로서 제안하는 것이다. 즉, 본 발명의 강화유리는 표면에 압축 응력층을 갖는 강화유리에 있어서 표면을 통과해서 관통하는 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 여기에서, 「관통구멍」은 하나인 경우에 한정되지 않고, 적외선의 투과성을 높이는 목적 등을 위해서 복수이어도 좋다.
강화유리에 표면의 압축 응력층을 통과하는 관통구멍을 형성하고, 그 관통구멍의 하방(관통구멍의 한쪽의 개구부측)에 적외선 센서를 배치하면, 인체로부터 발생되는 소량의 적외선이 관통구멍을 투과해서 적외선 센서로 검지 가능하게 되고, 결과적으로 화면의 앞에 사람이 있다/있지 않다를 적외선 센서로 판정하고, 이 판정에 의거해서 디바이스의 전원의 온/오프를 자동 제어하는 것이 가능하게 된다.
제2로, 본 발명의 강화유리는 관통구멍이 적외선 센서를 동작시키기 위해서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 예를 들면 적외선 센서의 수광각(적외선 센서의 광축과 입사각 사이의 각도)이 45°이내인 영역이 적외선 검지영역이 되는 경우, 이 영역에 관통구멍을 형성하면, 적외선 센서로 적외선을 검지 가능하게 되고, 적외선 센서를 동작시키는 것이 가능하게 된다. 도 1은 적외선 검지영역(1)(망입 영역)을 나타내기 위한 단면개념도이다. 도 1에서는 강화유리(강화유리판)(2)에 표면의 압축 응력층을 관통하는 관통구멍(3)이 형성됨과 아울러 강화유리(2)의 하방에 적외선 센서(4)가 배치되어 있다. 도 1로부터 파악할 수 있듯이, 적외선 센서(4)의 수광각이 45°이내인 적외선 검지영역(회색으로 착색한 영역)(1)에 관통구멍(3)이 형성되어 있다.
제3으로, 본 발명의 강화유리는 관통구멍내에 적외선 투과부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 여기에서, 「적외선 투과부재」란 파장 5∼7㎛에 있어서의 투과율(두께 방향의 투과율)이 10%이상인 부재를 가리킨다.
제4로, 본 발명의 강화유리는 적외선 투과부재가 산화물계 유리, 칼코게나이드계 유리, 할로겐계 유리, 규소, 게르마늄, ZnSe, ZnS, 폴리에틸렌 중 어느 하나로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
제5로, 본 발명의 강화유리는 적외선 투과부재가 관통구멍내에 접착제에 의해 접착 고정되어 있는 것이 바람직하다.
제6으로, 본 발명의 강화유리는 적외선 투과부재가 적외선 투과부재 및/또는 강화유리의 연화 변형에 의해 관통구멍내에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
제7로, 본 발명의 강화유리는 적외선 투과부재가 강화유리의 시인측이 되어야 할 표면보다 관통구멍의 안쪽의 위치에서 고정되어 있는 것이 바람직하다.
제8로, 본 발명의 강화유리는 한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적이 0.1∼100㎟인 것이 바람직하다. 여기에서, 「관통구멍의 개구부의 총면적」은 관통구멍이 복수인 경우에는 그 면적의 합계를 가리킨다.
제9로, 본 발명의 강화유리는 [한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적(㎟)]/[두께(㎜)]의 비율이 0.5∼800인 것이 바람직하다.
제10으로, 본 발명의 강화유리는 관통구멍의 내주면이 테이퍼면인 것이 바람직하다.
제11로, 본 발명의 강화유리는 관통구멍의 내주면이 테이퍼면이며, 상기 관통구멍의 개구부의 면적이 작은 측의 강화유리의 표면을 상방에 배치함과 아울러, 상기 관통구멍내에 적외선 투과부재를 배치하고, 또한 상기 적외선 투과부재를 상기 관통구멍의 하방으로부터 지지부재에 의해 지지하는 것이 바람직하다.
제12로, 본 발명의 강화유리는 관통구멍의 내주면에 압축 응력층을 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 강화유리가 관통구멍을 기점으로 해서 파손되기 어려워진다.
제13으로, 본 발명의 강화유리는 평판형상이며, 또한 판두께가 2mm이하인 것이 바람직하다.
제14로, 본 발명의 강화유리는 표면의 압축 응력층의 응력값이 200㎫이상이며, 또한 표면의 압축 응력층의 응력깊이가 5㎛이상인 것이 바람직하다. 「표면의 압축 응력층의 응력값 및 응력깊이」는 표면응력계(예를 들면 TOSHIBA CORPORATION제 FSM-6000)를 사용하고, 간섭무늬의 개수와 그 간격을 관찰함으로써 산출한 값을 가리킨다.
제15로, 본 발명의 강화유리는 유리 조성으로서 질량%로 SiO2 40∼71%, Al2O3 3∼30%, Li2O 0∼10%, Na2O 7∼20%, K2O 0∼15%를 함유하는 것이 바람직하다.
제16으로, 본 발명의 휴대단말은 상기 강화유리를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제17로, 본 발명의 휴대단말은 관통구멍의 위치에 대응하도록 적외선 센서가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
제18로, 본 발명의 휴대단말은 관통구멍의 위치에 대응하도록 스피커가 더 배치되어 있는 것이 바람직하다.
도 1은 강화유리에 있어서의 적외선 검지영역을 나타내기 위한 단면 개념도이다.
도 2a는 강화유리의 표면을 상방으로부터 본 모식도이다.
도 2b는 강화유리의 표면을 상방으로부터 본 모식도이다.
도 3은 [실시예 2]에 있어서의 강화유리판에 형성된 관통구멍의 치수를 나타내는 도면이다.
도 4는 [실시예 4]에 따른 실시형태를 나타내는 단면개념도이다.
도 5는 [실시예 5]에 따른 실시형태를 나타내는 단면개념도이다.
본 발명의 강화유리는 표면에 압축 응력층을 갖는다. 표면에 압축 응력층을 형성하는 방법에는 물리 강화법과 화학 강화법이 있다. 본 발명의 강화유리는 화학 강화법으로 표면에 압축 응력층을 형성하는 것이 바람직하다. 화학 강화법으로서 왜점이하의 온도에서 이온 교환에 의해 표면에 이온반경이 큰 알칼리 이온을 도입하는 방법, 즉 이온 교환 처리가 바람직하다. 이온 교환 처리이면, 유리의 두께가 얇아도 표면에 압축 응력층을 적정하게 형성할 수 있고, 결과적으로 소망의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 또한 표면에 압축 응력층을 형성한 후에 강화유리를 절단해도 풍냉 강화법 등의 물리 강화법과 같이 강화유리가 용이하게 파괴되지 않는다.
이온 교환 처리의 조건은 유리의 점도 특성, 용도, 두께, 내부의 인장 응력 등을 고려해서 최적의 조건을 선택하면 좋다. 특히, KNO3 용해염중의 K이온을 유리중의 Na 성분과 이온 교환하면, 유리의 표면에 압축 응력층을 효율 좋게 형성할 수 있다.
본 발명의 강화유리는 표면의 압축 응력층을 통과해서 관통하는 관통구멍을 갖는 것을 특징으로 한다. 한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적은 바람직하게는 200㎟이하, 150㎟이하, 100㎟이하, 50㎟이하, 30㎟이하, 20㎟이하, 15㎟이하, 10㎟이하, 5㎟이하, 2㎟이하 또는 1㎟이하, 특히 바람직하게는 0.5㎟이하이며, 한쪽의 표면에 있어서의 적외선 센서를 동작시키기 위한 관통구멍의 개구부의 총면적은 바람직하게는 200㎟이하, 150㎟이하, 100㎟이하, 50㎟이하, 30㎟이하, 20㎟이하, 15㎟이하, 10㎟이하, 5㎟이하, 2㎟이하 또는 1㎟이하, 특히 바람직하게는 0.5㎟이하이다. 관통구멍의 개구부의 총면적이 작을수록 관통구멍이 시인되기 어렵게 되므로 휴대단말 등의 디자인성이 손상되기 어려워짐과 아울러 먼지나 수분 등이 관통구멍으로부터 디바이스내로 들어가기 어려워지므로 휴대단말 등의 신뢰성이 향상된다. 한편, 관통구멍의 개구부의 총면적이 지나치게 작으면 적외선이 강화유리내를 투과하기 어려워진다. 따라서, 관통구멍의 개구부의 총면적은 바람직하게는 0.1㎟이상 또는 0.2㎟이상, 특히 바람직하게는 0.3㎟이상이며, 적외선 센서를 동작시키기 위한 관통구멍의 개구부의 총면적은 바람직하게는 0.1㎟이상 또는 0.2㎟이상, 특히 바람직하게는 0.3㎟이상이다.
한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적은 다른쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적과 같지 않아도 좋고, 달라도 좋다. 예를 들면 관통구멍의 내주면을 테이퍼면으로 해서, 개구부의 총면적이 커지는 쪽을 적외선 센서측으로 하고, 개구부의 총면적이 작아지는 쪽을 시인측(외측)으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 휴대단말 등의 디자인성이 손상되기 어려워짐과 아울러 먼지나 수분 등이 관통구멍으로부터 디바이스내로 들어가기 어려워진다. 또한 관통구멍의 내주면을 테이퍼면으로 해서, 개구부의 총면적이 작아지는 쪽을 적외선 센서측으로 하고, 개구부의 총면적이 커지는 쪽을 시인측으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 관통구멍내에 적외선을 효율 좋게 투과시킬 수 있다. 또, 테이퍼각(90°로부터의 어긋남 각도)은 바람직하게는 0.1∼20° 또는 0.5∼15°, 특히 바람직하게는 1∼10°이다.
본 발명의 강화유리에 있어서 [한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적(㎟)]/[두께(㎜)]의 비율은 바람직하게는 0.5이상, 1이상, 3이상, 5이상 또는 10이상, 특히 바람직하게는 15이상이다. [한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적(㎟)]/[두께(㎜)]의 비율이 지나치게 작으면, 적외선이 강화유리중을 투과하기 어려워진다. 한편, [한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적(㎟)]/[두께(㎜)]의 비율은 바람직하게는 800이하, 600이하, 500이하, 300이하 또는 200이하, 특히 바람직하게는 100이하이다. [한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적(㎟)]/[두께(㎜)]의 비율이 지나치게 크면 관통구멍이 시인되기 쉬워지므로 휴대단말 등의 디자인성이 손상되기 쉬워진다. 또한 먼지나 수분 등이 관통구멍으로부터 디바이스내로 들어가기 쉬워지므로 휴대단말 등의 신뢰성이 저하되기 쉬워진다.
본 발명의 강화유리는 관통구멍내에 적외선 투과부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 관통구멍내에 적외선 투과부재가 배치되어 있으면 먼지나 수분 등이 관통구멍으로부터 디바이스내로 들어가기 어려워지므로 휴대단말 등의 신뢰성이 향상된다.
적외선 투과부재로서 산화물계 유리, 칼코게나이드계 유리, 할로겐계 유리 등의 유리, 규소, 게르마늄 등의 금속, ZnSe, ZnS 등의 결정, 폴리에틸렌 등의 수지를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 산화물계 유리는 외관과 기계적 강도의 관점으로부터 바람직하다. 산화물계 유리는 유리 조성으로서 TeO2, Bi2O3, Al2O3, TiO2의 1종 또는 2종이상을 주요성분으로 하는 것이 바람직하고, 상기 성분의 함량은 20몰%이상, 특히 30몰%이상이 바람직하다. 상기 성분 이외에도 유리화를 촉진하기 위해서 알칼리 금속산화물, 알칼리 토류 금속산화물, ZnO, 희토류 산화물 등을 첨가할 수 있다. 또, SiO2, B2O3, P2O5는 유리화를 촉진하지만, 적외선 투과율을 저하시키는 성분이다. 따라서, 이들 성분의 함량은 5몰%미만, 특히 1몰%미만이 바람직하다.
적외선 투과부재를 관통구멍내에 배치할 경우, 적외선 투과부재의 표면은 강화유리의 시인측이 되어야 할 표면과 면일 상태가 되도록 배치하는 것이 바람직하고, 또 적외선 투과부재의 파손을 방지하기 위해서 적외선 투과부재의 표면이 강화유리의 시인측이 되어야 할 표면보다 관통구멍의 안쪽의 위치(바람직하게는 10㎛이상 안쪽의 위치, 특히 바람직하게는 100㎛이상 안쪽의 위치)가 되도록 배치하는 것도 바람직하다.
본 발명의 강화유리는 관통구멍내에 적외선 투과부재를 고정하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 적외선 투과부재가 강화유리로부터 탈락하는 사태를 방지할 수 있다. 관통구멍내에 적외선 투과부재를 고정할 경우, 적외선 투과부재와 관통구멍의 내주면 사이의 간극에 접착제를 주입해서 접착 고정하는 것이 바람직하다. 접착제로서 2액 혼합계, UV 경화계 등의 유기계 수지, 저융점 유리, 세라믹 등의 무기계 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 유기계 수지를 사용하면 접착 작업이 용이해진다. 무기계 재료를 사용하면 기밀성이 향상되므로 수분 등이 관통구멍으로부터 디바이스내로 들어가기 어려워진다. 접착제는 다른 부재와 굴절률이 정합되어 있는 것, 특히 강화유리의 굴절률(nd)과 동등(±0.5)인 것이 바람직하다. 또한 접착제는 투명한 것이 바람직하다. 투명 접착제를 사용하면 관통구멍이 시인되기 어려워지므로 휴대단말 등의 디자인성이 손상되기 어려워진다.
또한 적외선 투과부재 및/또는 강화유리(바람직하게는 적외선 투과부재)를 연화 변형시킴으로써, 관통구멍내에 적외선 투과부재를 고정해도 좋다. 이렇게 하면, 접착제가 불필요해진다. 또한 관통구멍의 내주면을 테이퍼면으로 가공하고, 관통구멍의 개구부의 면적이 작은 측의 강화유리의 표면을 상방에 배치한 후에 적외선 투과부재를 하방으로부터 관통구멍내에 삽입하고, 관통구멍의 하방으로부터 적외선 투과부재를 지지부재에 의해 지지할 수도 있다.
본 발명의 강화유리는 유리 조성으로서 질량%로 SiO2 40∼71%, Al2O3 3∼30%, Li2O 0∼10%, Na2O 7∼20%, K2O 0∼15%를 함유하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 각 성분의 함유 범위를 한정한 이유를 이하에 설명한다. 또, 각 성분의 함유 범위의 설명에 있어서 %표시는 질량%를 의미한다.
SiO2는 유리의 네트워크를 형성하는 성분이다. SiO2의 함유량은 바람직하게는 40∼71%, 40∼70%, 40∼65%, 45∼65% 또는 55∼64%, 특히 바람직하게는 55∼62%이다. SiO2의 함유량이 지나치게 많으면 용융성, 성형성이 저하되기 쉬워지거나, 열팽창계수가 낮아지나치게 져서, 주변재료와 열팽창계수가 정합되기 어려워진다. 한편, SiO2의 함유량이 지나치게 적으면 유리화되기 어려워진다. 또 열팽창계수가 높아져서 유리의 내열충격성이 저하되기 쉬워진다.
Al2O3은 이온 교환 성능, 왜점, 영률을 높이는 성분이다. Al2O3의 함유량은 3∼30%가 바람직하다. Al2O3의 함유량이 지나치게 많으면 유리에 실투결정이 석출되기 쉬워져서 오버플로우 다운드로우법 등에 의한 성형이 곤란해진다. 또 열팽창계수가 지나치게 낮아져서 주변재료와 열팽창계수가 정합되기 어려워지거나, 고온점성이 높아져서 용융성이 저하되기 쉬워진다. Al2O3의 함유량이 지나치게 적으면 이온 교환 성능을 충분하게 발휘할 수 없을 우려가 생긴다. 상기 관점으로부터 Al2O3의 바람직한 상한범위는 28%이하, 26%이하, 24%이하 또는 22%이하, 특히 19%이하이다. 또 바람직한 하한범위는 7.5%이상, 11%이상, 12%이상, 15%이상, 16%이상 또는 17%이상, 특히 18%이상이다.
Li2O는 이온 교환 성분임과 아울러 고온 점도를 저하시켜서 용융성, 성형성을 높이는 성분이다. 또한 Li2O는 영률을 높이는 성분이다. 또한 Li2O는 알칼리 금속산화물 중에서는 압축 응력값을 향상시키는 효과가 크다. 그러나, Li2O의 함유량이 지나치게 많으면 액상 점도가 저하되어 유리가 실투되기 쉬워진다. 또 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열충격성이 저하되거나, 주변재료와 열팽창계수가 정합되기 어려워지거나 한다. 또한 저온 점성이 지나치게 저하되어 이온 교환 처리시에 응력완화가 생기기 쉬워지고, 그 경우, 압축 응력값이 낮아지는 경우가 있다. 따라서, Li2O의 함유량은 바람직하게는 0∼10%, 0∼3.5%, 0∼2%, 0∼1% 또는 0∼0.5%, 특히 바람직하게는 0∼0.1%이며, 실질적으로 함유하지 않는 것, 즉 0.01%미만으로 억제하는 것이 바람직하다.
Na2O는 이온 교환 성분임과 아울러 고온 점도를 저하시켜서 용융성, 성형성을 높이는 성분이다. 또한 Na2O는 내실투성을 개선하는 성분이기도 하다. Na2O의 함유량은 바람직하게는 7∼20%, 10∼20%, 10∼19%, 12∼19%, 12∼17% 또는 13∼17%, 특히 바람직하게는 14∼17%이다. Na2O의 함유량이 지나치게 많으면 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열충격성이 저하되거나, 주변재료와 열팽창계수가 정합되기 어려워진다. 또 왜점이 지나치게 저하되거나, 유리 조성의 밸런스가 깨져 오히려 내실투성이 저하되는 경향이 있다. 한편, Na2O의 함유량이 지나치게 적으면, 용융성이 저하되거나, 열팽창계수가 지나치게 낮아지거나, 이온 교환 성능이 저하되기 쉬워진다.
K2O는 이온 교환을 촉진하는 효과가 있고, 알칼리 금속산화물 중에서는 응력깊이를 증가시키는 효과가 크다. 또 고온 점도를 저하시켜서 용융성, 성형성을 높이는 성분이다. 또한 내실투성을 개선하는 성분이기도 하다. K2O의 함유량은 0∼15%가 바람직하다. K2O의 함유량이 지나치게 많으면, 열팽창계수가 높아져서 내열충격성이 저하되거나, 주변재료와 열팽창계수가 정합되기 어려워진다. 또한 왜점이 지나치게 저하되거나, 유리 조성의 밸런스가 깨져 오히려 유리의 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, K2O의 바람직한 상한범위는 12%이하, 10%이하, 8%이하, 6%이하, 5%이하, 4%이하 또는 3%이하, 특히 2%이하이다.
알칼리 금속산화물 R2O(R은 Li, Na, K에서 선택되는 1종이상)의 함량이 지나치게 많으면, 유리가 실투되기 쉬워지는 것에 추가해서, 열팽창계수가 지나치게 높아져서 내열충격성이 저하되거나, 주변재료와 열팽창계수가 정합되기 어려워진다. 또한 R2O의 함량이 지나치게 많으면, 왜점이 지나치게 저하되어 높은 압축 응력값이 얻어지지 못하는 경우가 있다. 또한 액상 온도 부근의 점성이 저하되어 높은 액상 점도를 확보하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 따라서, R2O의 함량은 바람직하게는 22%이하 또는 20%이하, 특히 바람직하게는 19%이하이다. 한편, R2O의 함량이 지나치게 적으면 이온 교환 성능, 용융성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, R2O의 함량은 바람직하게는 8%이상, 10%이상 또는 13%이상, 특히 바람직하게는 15%이상이다.
질량비 (Na2O+K2O)/Al2O3의 값은 바람직하게는 0.7∼2, 0.8∼1.6, 0.9∼1.6 또는 1∼1.6, 특히 바람직하게는 1.2∼1.6이다. 질량비 (Na2O+K2O)/Al2O3의 값이 지나치게 크면, 저온 점성이 지나치게 저하되어 이온 교환 성능이 저하되거나, 영률이 저하되거나, 열팽창계수가 높아지고, 내열충격성이 저하되기 쉬워진다. 또 유리 조성의 밸런스가 깨져 유리가 실투되기 쉬워진다. 한편, 질량비 (Na2O+K2O)/Al2O3의 값이 지나치게 작으면, 용융성, 내실투성이 저하되기 쉬워진다.
질량비 K2O/Na2O는 0∼2가 바람직하다. 질량비 K2O/Na2O를 조정하면, 압축 응력값과 응력 깊이를 조정할 수 있다. 응력 깊이보다 압축 응력값을 우선적으로 향상시키고 싶은 경우에는 질량비 K2O/Na2O를 0∼0.5, 특히 0∼0.3 또는 0∼0.2로 제한하는 것이 바람직하다. 한편, 압축 응력값보다 응력깊이를 우선적으로 높이거나, 단시간에 응력깊이를 높이고 싶은 경우에는 질량비 K2O/Na2O를 0.3∼2, 0.5∼2, 1∼2 또는 1.2∼2, 특히 1.5∼2로 규제하는 것이 바람직하다. 또, 질량비 K2O/Na2O가 지나치게 크면, 유리의 조성의 밸런스가 깨져 유리가 실투되기 쉬워진다.
상기 성분 이외에도, 예를 들면 이하의 성분을 도입해도 좋다.
알칼리 토류 금속산화물 R'O(R'은 Mg, Ca, Sr, Ba에서 선택되는 1종이상)는 여러가지 목적으로 도입가능한 성분이다. 그러나, R'O의 함량이 많아지면 밀도, 열팽창계수가 높아지거나, 내실투성, 이온 교환 성능이 저하되기 쉬워진다. 따라서, R'O의 함량은 바람직하게는 0∼9.9%, 0∼8% 또는 0∼6%, 특히 바람직하게는 0∼5%이다.
MgO는 고온 점도를 저하시켜서 용융성, 성형성을 높임과 아울러 왜점, 영률을 높이는 성분이다. 특히, MgO는 알칼리 토류 금속산화물 중에서는 이온 교환 성능을 높이는 효과가 크다. MgO의 함유량은 0∼6%가 바람직하다. 그러나, MgO의 함유량이 많아지면, 밀도, 열팽창계수가 높아지거나, 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, MgO의 함유량은 바람직하게는 4%이하, 3%이하 또는 2%이하, 특히 바람직하게는 1.5%이하이다.
CaO는 고온 점도를 저하시켜서 용융성, 성형성을 높임과 아울러 왜점, 영률을 높이는 성분이다. 특히, CaO는 알칼리 토류 금속산화물 중에서는 이온 교환 성능을 높이는 효과가 크다. CaO의 함유량은 0∼6%가 바람직하다. 그러나, CaO의 함유량이 많아지면, 밀도, 열팽창계수가 높아지거나, 내실투성, 이온 교환 성능이 저하되는 경우가 있다. 따라서, CaO의 함유량은 바람직하게는 4%이하, 3%이하, 2%이하, 1%이하 또는 1%미만, 특히 바람직하게는 0.5%이하이다.
SrO는 고온 점도를 저하시켜서 용융성, 성형성을 높임과 아울러 왜점, 영률을 높이는 성분이다. SrO의 함유량이 많아지면, 밀도, 열팽창계수가 높아지거나, 이온 교환 성능, 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, SrO의 함유량은 바람직하게는 3%이하, 2%이하, 1.5%이하, 1%이하, 0.5%이하 또는 0.2%이하, 특히 바람직하게는 0.1%이하이다.
BaO는 고온 점도를 저하시켜서 용융성, 성형성을 높임과 아울러 왜점, 영률을 높이는 성분이다. BaO의 함유량이 많아지면, 밀도, 열팽창계수가 높아지거나, 이온 교환 성능, 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, BaO의 함유량은 바람직하게는 3%이하, 2.5%이하, 2%이하, 1%이하, 0.8%이하, 0.5%이하 또는 0.2%이하, 특히 바람직하게는 0.1%이하이다.
이온 교환 성능을 향상시키는 관점으로부터 SrO+BaO(SrO와 BaO의 함량)의 바람직한 범위는 3%이하, 2.5%이하, 2%이하, 1%이하 또는 0.2%이하, 특히 바람직하게는 0.1%이하이다.
ZnO는 이온 교환 성능을 높이는 성분이며, 특히, 압축 응력값을 높이는 효과가 큰 성분이다. 또 저온점성을 저하시키지 않고 고온점성을 저하시키는 효과를 갖는 성분이다. 그러나, ZnO의 함유량이 많아지면, 유리가 분상하거나, 내실투성이 저하되거나, 밀도가 높아지게 된다. 따라서, ZnO의 함유량은 바람직하게는 8%이하, 6%이하 또는 4%이하, 특히 바람직하게는 3%이하이다.
질량비 R'O/R2O는 바람직하게는 0.5이하 또는 0.4이하, 특히 바람직하게는 0.3이하이다. 질량비 R'O/R2O가 지나치게 크면, 내실투성이 저하되기 쉬워진다.
SnO2는 이온 교환 성능, 특히 압축 응력값을 높이는 효과가 있다. 한편, SnO2의 함유량이 지나치게 많으면, SnO2에 기인하는 실투가 발생하거나, 유리가 착색되기 쉬워진다. 따라서, SnO2의 함유량은 바람직하게는 0.01∼3% 또는 0.01∼1.5%, 특히 바람직하게는 0.1∼1%이다.
ZrO2는 이온 교환 성능, 영률, 왜점을 높임과 아울러 고온 점성을 저하시키는 성분이다. 또 액상 점도 부근의 점성을 높이는 효과도 있다. 이 때문에, ZrO2를 소정량 도입하면, 이온 교환 성능과 액상 점도를 동시에 높일 수 있다. 단, ZrO2의 함유량이 지나치게 많으면, 내실투성이 극단적으로 저하되는 경우가 있다. 따라서, ZrO2의 함유량은 바람직하게는 0∼10%, 0.001∼10%, 0.1∼9%, 0.5∼7% 또는 1∼5%, 특히 바람직하게는 2.5∼5%이다.
B2O3은 액상 온도, 고온 점도, 밀도를 저하시키는 성분임과 아울러 이온 교환 성능, 특히 압축 응력값을 높이는 성분이다. 그러나, B2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 이온 교환에 의해 표면에 깨짐이 발생하거나, 내수성이 저하되거나, 액상 점도가 저하되는 우려가 있다. 또 응력깊이가 저하되는 경향이 있다. 따라서 B2O3의 함유량은 바람직하게는 0∼6% 또는 0∼4%, 특히 바람직하게는 0∼3%이다.
TiO2는 이온 교환 성능을 높이는 성분이다. 또 고온 점도를 저하시키는 성분이다. 그러나, TiO2의 함유량이 지나치게 많으면, 유리가 착색되거나, 내실투성이 저하되거나, 밀도가 높아지게 된다. 특히 디스플레이의 커버 유리에 사용할 경우, TiO2의 함유량이 많아지면, 용융 분위기나 원료를 변경했을 때에, 투과율이 변화되기 쉬워진다. 그 때문에 자외선 경화 수지 등의 광을 이용해서 강화유리를 디바이스에 접착하는 공정에 있어서 자외선 조사 조건이 변동되기 쉬워져, 디바이스의 안정 생산이 곤란해진다. 따라서, TiO2의 함유량은 바람직하게는 10%이하, 8%이하, 6%이하, 5%이하, 4%이하, 2%이하, 0.7%이하, 0.5%이하 또는 0.1%이하, 특히 바람직하게는 0.01%이하이다.
P2O5는 이온 교환 성능을 높이는 성분이며, 특히, 응력깊이를 높이는 성분이다. 그러나, P2O5의 함유량이 많아지면, 유리가 분상하거나, 내수성, 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, P2O5의 함유량은 바람직하게는 5%이하, 4%이하 또는 3%이하, 특히 바람직하게는 2%이하이다.
청징제로서 As2O3, Sb2O3, CeO2, F, SO3, Cl의 군에서 선택된 1종 또는 2종이상을 0.001∼3% 도입하는 것이 바람직하다. 단, 환경에 대한 배려로부터 As2O3의 함유량은 바람직하게는 0.1%미만, 특히 바람직하게는 0.01%미만이며, Sb2O3의 함유량은 바람직하게는 0.1%미만, 특히 바람직하게는 0.01%미만이다. CeO2는 투과율을 저하시키는 성분이다. 따라서, CeO2의 함유량은 바람직하게는 0.1%미만, 특히 바람직하게는 0.01%미만이다. F는 저온점성을 저하시켜서 압축 응력값을 저하시키는 성분이다. 따라서, F의 함유량은 바람직하게는 0.1%미만, 특히 바람직하게는 0.01%미만이다. 특히 바람직한 청징제는 SO3과 Cl이며, SO3과 Cl의 1자 또는 양자를 0.001∼3%, 0.001∼1% 또는 0.01∼0.5%, 특히 0.05∼0.4% 도입하는 것이 바람직하다.
Nd2O3, La2O3 등의 희토류 산화물은 영률을 높이는 성분이다. 그러나, 원료 자체의 비용이 높고, 또 다량으로 도입하면, 내실투성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, 희토류 산화물의 함유량은 바람직하게는 3%이하, 2%이하, 1%이하 또는 0.5%이하, 특히 바람직하게는 0.1%이하이다.
CoO3, NiO 등의 천이금속원소는 투과율을 저하시키는 성분이다. 특히, 터치패널 디스플레이에 사용할 경우, 천이금속원소의 함유량이 많으면 터치패널 디스플레이의 시인성이 손상된다. 따라서, 천이금속산화물의 함유량은 바람직하게는 0.5%이하 또는 0.1%이하, 특히 바람직하게는 0.05%이하이다.
PbO, Bi2O3은 환경에 대한 배려로부터 그 함유량을 각각 0.1%미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 강화유리는 표면에 압축 응력층을 갖는다. 표면의 압축 응력층의 응력값은 바람직하게는 200㎫이상, 300㎫이상, 500㎫이상, 600㎫이상, 700㎫이상, 800㎫이상, 900㎫이상 또는 1000㎫이상, 특히 바람직하게는 1100㎫이상이다. 압축 응력층의 응력값이 클수록 강화유리의 기계적 강도가 높아진다. 한편, 표면에 극단적으로 큰 응력값의 압축 응력층이 형성되면, 표면에 마이크로 크랙이 발생하여 오히려 기계적 강도가 저하될 우려가 있다. 또 강화유리에 내재하는 인장 응력층의 응력값이 극단적으로 높아지게 될 우려가 있다. 따라서, 압축 응력층의 응력값은 바람직하게는 2500㎫이하 또는 2000㎫이하, 특히 바람직하게는 1500㎫이하이다. 또, 압축 응력층의 응력값을 크게 하기 위해서는 Al2O3, TiO2, ZrO2, MgO, ZnO, SnO2의 함유량을 증가시키거나, SrO, BaO의 함유량을 저감하면 좋다. 또 이온 교환 시간을 짧게 하거나, 이온 교환 용액의 온도를 내리면 좋다.
표면의 압축 응력층의 응력깊이는 바람직하게는 5㎛이상, 10㎛이상, 15㎛이상, 20㎛이상 또는 30㎛이상, 특히 바람직하게는 40㎛이상이다. 응력깊이가 클수록 강화유리에 깊은 상처가 생겨도 강화유리가 깨지기 어려워진다. 한편, 압축 응력층의 응력깊이가 지나치게 크면 강화유리를 절단하기 어려워지거나, 내부의 인장 응력층의 응력값이 극단적으로 높아지게 되어 기계적인 충격에 의해 강화유리가 파손되기 쉬워지므로 압축 응력층의 응력깊이는 바람직하게는 500㎛이하, 100㎛이하 또는 80㎛이하, 특히 바람직하게는 60㎛이하이다. 또, 압축 응력층의 응력깊이를 크게 하기 위해서는 K2O, P2O5, TiO2, ZrO2의 함유량을 증가시키거나, SrO, BaO의 함유량을 저감하면 좋다. 또 이온 교환 시간을 길게 하거나, 이온 교환 용액의 온도를 높이면 좋다.
내부의 인장 응력층의 응력값은 바람직하게는 200㎫이하, 150㎫이하 또는 100㎫이하, 특히 바람직하게는 50㎫이하이다. 내부의 인장 응력층의 응력값이 작을수록 내부결함에 의해 강화유리가 파손되기 어려워지지만, 내부의 인장 응력층의 응력값이 지나치게 작으면, 표면의 압축 응력층의 응력값이나 응력깊이가 저하된다. 따라서, 내부의 인장 응력층의 응력값은 바람직하게는 1㎫이상 또는 10㎫이상, 특히 바람직하게는 15㎫이상이다.
본 발명의 강화유리는 평판형상이 바람직하고, 그 경우, 판두께는 바람직하게는 2mm이하, 1.5mm이하, 1.3mm이하, 1.1mm이하, 0.9mm이하, 0.7mm이하, 0.5mm이하 또는 0.4mm이하, 특히 바람직하게는 0.05∼0.3mm이다. 판두께가 작을수록 강화유리를 경량화할 수 있다. 또, 오버플로우 다운드로우법으로 유리판을 성형할 경우, 표면을 연마, 에칭하지 않아도 유리판의 박육화, 평활화를 달성할 수 있다.
본 발명의 강화유리는 미연마의 표면을 갖는 것이 바람직하고, 미연마의 표면의 평균 표면 거칠기 Ra는 바람직하게는 10Å이하, 5Å이하, 4Å이하 또는 3Å이하, 특히 바람직하게는 2Å이하이다. 여기에서, 표면의 평균 표면 거칠기 Ra는 예를 들면 SEMI D7-97 「FPD유리판의 표면 거칠기의 측정 방법」에 준거한 방법으로 측정할 수 있다. 유리의 이론강도는 본래 매우 높지만, 이 이론강도보다 훨씬 낮은 응력으로도 파괴에 이르는 일이 많다. 이것은 유리의 표면에 그리피스 플로우라고 불리는 작은 결함이 성형후의 공정, 예를 들면 연마 공정 등에서 생기기 때문이다. 그 때문에, 표면을 미연마로 하면, 본래의 유리의 기계적 강도가 손상되지 않고, 유리가 파괴되기 어려워진다. 또한 유리의 표면을 미연마로 하면, 연마 공정을 생략할 수 있으므로 강화유리의 제조 비용을 낮출 수 있다. 본 발명의 강화유리에 있어서 강화유리의 양 표면 전체를 미연마로 하면, 강화유리가 더욱 파괴되기 어려워진다. 또 절단면(끝면)부터 파괴에 이르는 사태를 방지하기 위해서, 절단면에 모따기 가공이나 에칭 처리 등을 행해도 된다. 또, 오버플로우 다운드로우법으로 유리판을 성형하면, 미연마라도 표면 품위를 높일 수 있다.
본 발명의 강화유리에 있어서, 액상 온도는 바람직하게는 1200℃이하, 1050℃이하, 1030℃이하, 1010℃이하, 1000℃이하, 950℃이하 또는 900℃이하, 특히 바람직하게는 870℃이하이다. 액상 온도를 저하시키기 위해서는 Na2O, K2O, B2O3의 함유량을 증가하거나, Al2O3, Li2O, MgO, ZnO, TiO2, ZrO2의 함유량을 저감하면 좋다.
액상 점도는 바람직하게는 104.0dPa·s이상, 104.3dPa·s이상, 104.5dPa·s이상, 105.0dPa·s이상, 105.4dPa·s이상, 105.8dPa.s이상 또는 106.0dPa·s이상, 특히 바람직하게는 106.2dPa·s이상이다. 액상 점도를 상승시키기 위해서는 Na2O, K2O의 함유량을 증가하거나, Al2O3, Li2O, MgO, ZnO, TiO2, ZrO2의 함유량을 저감하면 좋다.
또, 액상 점도가 높고, 액상 온도가 낮을수록 내실투성, 성형성이 양호해진다. 그리고, 액상 온도가 1200℃이하, 액상 점도가 104.0dPa·s이상이면, 오버플로우 다운드로우법으로 유리판을 성형할 수 있다. 여기에서, 「액상 온도」는 표준체 30메시(체 눈크기 500㎛)를 통과하고, 50메시(체 눈크기 300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣어서, 온도 구배로중에 24시간 유지하고, 결정이 석출되는 온도를 측정한 값을 가리킨다. 「액상 점도」는 액상 온도에 있어서의 유리의 점도를 가리킨다.
본 발명의 강화유리에 있어서, 밀도는 바람직하게는 2.8g/㎤이하 또는 2.6g/㎤이하, 특히 바람직하게는 2.5g/㎤이하이다. 밀도가 작을수록 유리를 경량화할 수 있다. 여기에서, 「밀도」는 주지의 아르키메데스법으로 측정한 값을 가리킨다. 또, 밀도를 저하시키기 위해서는 SiO2, P2O5, B2O3의 함유량을 증가시키거나, 알칼리 금속산화물, 알칼리 토류 금속산화물, ZnO, ZrO2, TiO2의 함유량을 저감하면 좋다. 여기에서, 「밀도」는 주지의 아르키메데스법으로 측정가능하다.
30∼380℃의 온도범위에 있어서의 열팽창계수는 바람직하게는 70∼110×10-7/℃, 75∼110×10-7/℃ 또는 80∼105×10-7/℃, 특히 바람직하게는 85∼100×10-7/℃이다. 열팽창계수를 상기 범위로 제한하면, 금속, 유기계 접착제 등의 부재와 열팽창계수가 정합되기 쉬워져 이들 부재의 박리를 방지할 수 있다. 여기에서, 「30∼380℃의 온도범위에 있어서의 열팽창계수」는 딜라토미터를 이용하여, 평균 열팽창계수를 측정한 값을 가리킨다. 또, 열팽창계수를 상기 범위로 규제하기 위해서는 알칼리 금속산화물, 알칼리 토류 금속산화물의 함유량을 조정하면 좋다. 구체적으로는 알칼리 금속산화물, 알칼리 토류 금속산화물의 함유량을 늘리면, 열팽창계수가 상승하고, 반대로 줄이면 열팽창계수가 저하된다.
왜점은 바람직하게는 500℃이상, 510℃이상, 520℃이상, 540℃이상, 550℃이상, 560℃이상, 580℃이상 또는 600℃이상, 특히 바람직하게는 620℃이상이다. 왜점이 높을수록 내열성이 향상되고, 강화유리에 열처리를 실시했다 해도 압축 응력이 소실되기 어려워진다. 또 왜점이 높아지면 이온 교환 처리에서 응력완화가 생기기 어려워져, 높은 압축 응력값을 확보하기 쉬워진다. 왜점을 높이기 위해서는 알칼리 토류 금속산화물, Al2O3, ZrO2, P2O5의 함유량을 증가시키거나, 알칼리 금속산화물의 함유량을 저감하면 좋다. 여기에서, 「왜점」은 ASTM C336의 방법에 의거하는 측정값이다.
102.5dPa·s에 있어서의 온도는 바람직하게는 1650℃이하, 1500℃이하, 1450℃이하, 1430℃이하 또는 1420℃이하, 특히 바람직하게는 1400℃이하이다. 102.5dPa·s에 있어서의 온도는 용융 온도에 상당하고, 102.5dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 저온에서 유리를 용융할 수 있다. 따라서, 102.5dPa·s에 있어서의 온도가 낮을수록 용융 가마 등의 유리 제조 설비에의 부하가 작아짐과 아울러 유리의 거품 품위를 높일 수 있다. 결과적으로, 유리를 저렴하게 제조할 수 있다. 또, 102.5dPa·s에 있어서의 온도를 저하시키기 위해서는 알칼리 금속산화물, 알칼리 토류 금속산화물, ZnO, B2O3, TiO2의 함유량을 증가시키거나, SiO2, Al2O3의 함유량을 저감하면 좋다. 여기에서, 「102.5dPa·s에 있어서의 온도」는 백금구 인상법으로 측정한 값을 가리킨다.
영률은 바람직하게는 70GPa이상 또는 73GPa이상, 특히 바람직하게는 75GPa이상이다. 영률이 높을수록 디스플레이의 커버 유리에 사용할 경우에 펜이나 손가락 등에 의해 커버 유리의 표면을 눌렀을 때의 변형량이 작아지므로 내부의 디스플레이에 주는 데미지가 경감된다. 여기에서, 「영률」은 주지의 공진법으로 측정가능하다.
본 발명에 따른 유리는 표면을 통과해서 관통하는 관통구멍을 갖고, 강화 처리에 사용하는 것을 특징으로 하고, 유리 조성으로서 질량%로 SiO2 40∼71%, Al2O3 3∼30%, Li2O 0∼3.5%, Na2O 7∼20%, K2O 0∼15%를 함유하는 것이 바람직하고, SiO2 40∼71%, Al2O3 7.5∼25%, Li2O 0∼2%, Na2O 10∼19%, K2O 0∼15%, MgO 0∼6%, CaO 0∼6%, SrO 0∼3%, BaO 0∼3%, ZnO 0∼8%, SnO2 0.01∼3%를 함유하는 것이 보다 바람직하고, SiO2 40∼71%, Al2O3 13∼25%, Li2O 0∼1%, Na2O 10∼19%, K2O 0∼10%, MgO 0∼6%, CaO 0∼6%, SrO 0∼3%, BaO 0∼3%, ZnO 0∼8%, SnO2 0.01∼3%를 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에 따른 유리의 기술적 특징(바람직한 특성, 성분범위 등)은 본 발명의 강화유리의 기술적 특징과 중복된다. 여기에서는 그 중복의 부분에 대해서, 그 기재를 생략한다.
본 발명에 따른 유리는 예를 들면 소망의 유리 조성이 되도록 조합한 유리 원료를 연속 용융로에 투입하고, 1500∼1600℃에서 가열 용융하고, 청징한 후, 성형 장치에 공급한 후에 판상으로 성형하고, 서랭함으로써 제작할 수 있다.
유리판을 성형하기 위해서는 오버플로우 다운드로우법을 채택하는 것이 바람직하다. 오버플로우 다운드로우법으로 유리판을 성형하면, 미연마로 표면 품위가 양호한 유리판을 제작할 수 있다. 그 이유는 오버플로우 다운드로우법의 경우, 유리판의 표면이 되어야 할 면은 홈통상 내화물에 접촉하지 않고, 자유표면의 상태로 성형되기 때문이다. 여기에서, 오버플로우 다운드로우법은 용융 상태의 유리를 내열성의 홈통상 구조물의 양측으로부터 넘치게 해서 넘친 용융 유리를 홈통상 구조물의 하정단까지 합류시키면서, 하방으로 연신 성형해서 유리판을 제조하는 방법이다. 홈통상 구조물의 구조나 재질은 유리판의 치수나 표면 정밀도를 소망의 상태로 하고, 유리판에 사용할 수 있는 품위를 실현할 수 있는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 또한 하방으로 연신 성형하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 충분히 큰 폭을 갖는 내열성 롤을 유리 리본에 접촉시킨 상태에서 회전시켜서 연신하는 방법을 채택해도 좋고, 복수의 쌍으로 된 내열성 롤을 유리 리본의 끝면 근방에만 접촉시켜서 연신하는 방법을 채택해도 좋다.
높은 표면품위가 요구되지 않는 경우에는 오버플로우 다운드로우법 이외의 성형 방법을 채택할 수 있다. 예를 들면 다운드로우법(슬롯다운법, 리드로우법 등), 플로트법, 롤아웃법, 프레스법 등의 성형 방법을 채택할 수 있다. 예를 들면 프레스법으로 유리판을 성형하면, 소형의 유리판을 효율 좋게 제작할 수 있다.
본 발명의 강화유리는 용융 유리를 성형해서 유리를 제작한 후, 얻어진 유리에 관통구멍을 형성함과 아울러, 강화 처리를 행함으로써 제작할 수 있다. 유리를 소정 사이즈로 절단하는 시기는 강화 처리전이어도 좋지만, 강화 처리후이면, 제조 비용을 저감할 수 있다. 강화 처리는 이온 교환 처리가 바람직하고, 이온 교환 처리는 예를 들면 400∼550℃의 KNO3 용해염중에 유리를 1∼8시간 침지시킴으로써 행할 수 있다. 이온 교환 처리의 조건은 유리의 점도 특성, 용도, 두께, 내부의 인장 응력 등을 고려해서 최적의 조건을 선택하면 좋다. 관통구멍을 형성하는 시기는 강화 처리후이어도 좋지만, 강화 처리전이면, 강화 처리에 의해 관통구멍의 내주면에도 압축 응력을 형성할 수 있고, 결과적으로 관통구멍의 기계적 강도를 높일 수 있다.
유리에 표면을 통과해서 관통하는 관통구멍을 형성하는 방법으로서 여러가지 방법을 채택할 수 있다. 예를 들면 소망의 관통구멍의 형상이 되도록 레이저에 의해 유리의 표면에 초기 크랙을 형성한 후, 급랭하고, 이 초기 크랙을 유리의 두께 방향으로 진전시켜서 유리의 두께 방향으로 관통시키는 방법을 채택할 수 있다. 또한 소망의 관통구멍의 형상이 되도록 단 펄스의 레이저(예를 들면 펨트초 레이저)를 유리의 표면에 조사하고, 조사 부분에 대해서 두께 방향으로 성분 휘발을 촉진시키고, 최종적으로 관통구멍을 형성하는 방법을 채택할 수도 있다. 이렇게 하면, 미소한 관통구멍을 효율 좋게 형성할 수 있다. 또한 관통구멍을 형성해야 할 부분 이외의 표면부분에 대해서 마스킹 처리를 행한 후, 유리를 에칭액에 침지하고, 마스킹 처리를 행하지 않은 부분을 에칭에 의해 용해시킴으로써, 관통구멍을 형성하는 방법을 채택할 수도 있다. 이렇게 하면, 관통구멍의 내주면이 매끄러워져서 관통구멍으로부터 크랙이 진전되기 어려워진다. 또한 소정 형상의 드릴에 의해 유리에 표면을 통과해서 관통하는 관통구멍을 형성하는 방법을 채택할 수도 있다. 예를 들면 지그 또는 수지에 의해 유리를 스테이지에 고정한 후에 드릴을 장착한 구멍 형성 머신을 이용하여 소정의 회전수로 드릴을 회전시키면서, 유리에 표면을 통과해서 관통하는 관통구멍을 형성하는 방법을 채택할 수도 있다. 이렇게 하면, 유리에 용이하게 관통구멍을 형성할 수 있다. 또, 필요에 따라서, 스테이지를 운동시키면, 관통구멍의 형상을 조정할 수 있다.
기계적 수단에 의해 관통구멍을 형성할 경우, 관통구멍의 내주면에 대하여 에칭, 파이어 폴리싱, 연마 등을 행하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 관통구멍의 내주면에 존재하는 크랙 소스를 저감시킬 수 있고, 관통구멍으로부터 크랙이 진전되기 어려워진다.
유리에 관통구멍을 형성함과 아울러, 이온 교환 처리에 의해 압축 응력을 형성한 후에, 필요에 따라서 적외선 투과부재를 관통구멍내에 배치해도 좋다. 그 경우, 적외선 투과부재를 그대로 끼워맞춰도 좋지만, 상기한 바와 같이 접착제를 통해 적외선 투과부재를 관통구멍내에 접착 고정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 휴대단말은 상기 강화유리를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 휴대단말의 기술적 특징의 일부는 본 발명의 강화유리의 설명란에 기재되어 있으며, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
본 발명의 휴대단말은 강화유리에 형성된 관통구멍의 위치에 대응하도록 적외선 센서가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 인체로부터 발생되는 소량의 적외선이 관통구멍을 투과해서 적외선 센서에서 검지 가능하게 된다.
또한 본 발명의 휴대단말은 강화유리에 형성된 관통구멍의 위치에 대응하도록 스피커가 더 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 음성정보를 스피커로 검지하기 쉬워진다. 또한 본 발명의 휴대단말은 관통구멍의 위치에 대응하도록 적외선 센서와 스피커가 모두 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 관통구멍의 수가 적어져서 구멍 형성 공정을 간략화할 수 있다.
도 2는 강화유리(강화유리판)의 표면을 상방으로부터 본 모식도이다. 도 2a에서는 강화유리(5)에 표면의 압축 응력층을 통과해서 관통하는 관통구멍(6,7)이 두개 형성되어 있고, 한쪽의 관통구멍(6)의 위치에 대응하도록 적외 센서(8)가 하방에 배치되어 있고, 다른쪽의 관통구멍(7)의 위치에 대응하도록 스피커(9)가 배치되어 있다. 도 2b에서는 강화유리(10)에 표면의 압축 응력층을 통과해서 관통하는 관통구멍(11)이 1개 형성되어 있고, 이 관통구멍(11)의 위치에 대응하도록 적외선 센서(12)와 스피커(13)가 모두 배치되어 있다.
실시예 1
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 설명한다. 또, 본 발명은 이하의 실시예에 전혀 한정되지 않는다. 이하의 실시예는 단순한 예시이다.
표 1은 시료 No. 1∼9를 나타내고 있다.
Figure pct00001
다음과 같이 해서 각 시료를 제작했다. 우선, 표 중의 유리 조성이 되도록 유리 원료를 조합하고, 백금 포트를 이용하여 1580℃에서 8시간 용융했다. 그 후에 용융 유리를 카본판 상에 흘려 보내어 판상으로 성형하고, 유리판을 얻었다. 얻어진 유리판에 대해서 여러가지 특성을 평가했다.
밀도는 주지의 아르키메데스법에 의한 측정값이다.
왜점 Ps, 서랭점 Ta는 ASTM C336의 방법에 의거하는 측정값이다.
연화점 Ts는 ASTM C338의 방법에 의거하는 측정값이다.
고온 점도 104.0dPa·s, 103.0dPa·s, 102.5dPa·s에 있어서의 온도는 백금구 인상법에 의한 측정값이다.
액상 온도 TL은 표준체 30메시(체 눈크기 500㎛)를 통과하고, 50메시(체 눈크기 300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣어서, 온도 구배로중에 24시간 유지하고, 결정이 석출되는 온도를 측정한 값이다. 액상 점도 logηTL은 액상 온도에 있어서의 각 유리의 점도를 나타내고 있다.
영률은 굽힘 공진법에 의한 측정값이다.
열팽창계수 α는 딜라토미터를 이용하여 30∼380℃의 온도범위에 있어서의 평균 열팽창계수를 측정한 값이다.
각 시료를 430℃로 유지된 KNO3조에 4시간 침지하고, 이온 교환 처리를 행했다. 이온 교환 처리후, 표면의 압축 응력층의 응력값 CS 및 응력깊이 DOL을 측정했다. 압축 응력층의 응력값 CS 및 응력깊이 DOL은 표면응력계(TOSHIBA CORPORATION제 FSM-6000)를 사용해서 간섭무늬의 개수와 그 간격을 관찰함으로써 산출했다. 산출에 있어서, 시료 No. 1의 굴절률을 1.52, 광학 탄성 정수를 28[(nm/㎝)/㎫], 시료 No. 7의 굴절률을 1.51, 광학 탄성 정수를 28[(nm/㎝)/㎫], 그 이외의 시료의 굴절률을 1.50, 광학 탄성 정수를 30[(nm/㎝)/㎫]으로 했다.
실시예 2
시료 No. 2의 유리 조성이 되도록 유리 원료를 조합, 용융, 청징, 공급한 후, 오버플로우 다운드로우법에 의해 성형, 절단하고, 0.7mm의 유리판을 얻었다. 이 유리판에 대해서 소정의 드릴을 이용하여 표면을 통과해서 관통하는 관통구멍(총면적 약 50㎟)을 형성한 후, 관통구멍의 내주면에 대해서 연마 가공을 행함과 아울러 유리판의 절단면에 대해서 코너컷(표면 방향), 모따기 가공(두께 방향)을 행했다. 계속해서, 얻어진 유리판을 430℃로 유지된 KNO3조에 4시간 침지시킴으로써, 강화유리판을 얻었다. 마지막으로 강화유리판의 적외선 센서측이 되어야 할 표면에 소정의 인쇄 처리를 행한 후, 강화유리판의 하방에 적외선 센서와 스피커를 배치했다. 여기에서, 관통구멍은 강화유리판의 상방으로부터 스피커의 전부가 보임과 아울러 적외선 센서의 일부가 보이는 형상으로 했다. 또한 강화유리판과 적외 센서의 이간 거리가 1mm가 되도록 적외 센서를 배치했다. 도 3은 [실시예 2]에 있어서의 강화유리판에 형성된 관통구멍의 치수를 나타내는 도면이다. 또, [실시예 2]에서는 시료 No. 2의 재질을 사용했지만, 시료 No. 1, 3∼9의 재질로도 같은 방법으로 관통구멍을 갖는 강화유리판을 제작할 수 있다.
실시예 3
[실시예 2]와 같은 방법으로 시료 No. 2의 재질에 대해서 직경 φ5mm의 관통구멍을 갖는 강화유리판(판두께 0.7mm)을 제작했다. 다음에 강화유리판의 적외선 센서측이 되어야 할 표면에 소정의 인쇄 처리를 행한 후, 관통구멍의 하방에 적외선 센서를 배치함과 아울러, 관통구멍내에 TeO2계 유리를 부착했다. TeO2계 유리는 유리 조성으로서 TeO2 80몰%, ZnO 20몰%를 함유하고, 직경 φ4.9mm, 두께 0.5mm의 원반형상을 갖고, 양 표면이 경면 마무리되어 있다. 또, 적외선 투과부재의 외주측면에 관해서도 외관상 경면으로 마무리하는 것이 바람직하다. TeO2계 유리의 부착시에는 원반상의 TeO2계 유리를 관통구멍의 중심위치에 배치한 후, 관통구멍과의 사이의 간극에 UV 경화계 수지를 주입하고, UV광에 의해 UV 경화계 수지를 경화시킴으로써, TeO2계 유리를 관통구멍내에 접착 고정했다. 또, 접착제가 관통구멍으로부터 흘러나온 경우에는 UV 경화전에 제거하거나, 또는 UV 경화후에 기계연마에 의해 제거하는 것이 바람직하다.
실시예 4
[실시예 2]와 같은 방법으로 시료 No. 2의 재질에 대해서 시인측이 되어야 할 표면의 개구부의 직경이 φ5mm인 관통구멍을 갖는 강화유리판을 제작했다. 관통구멍의 내주면을 테이퍼면으로 가공하고, 그 테이퍼각을 2°로 했다. 또, 관통구멍은 시인측이 되어야 할 표면으로부터 적외선 센서측이 되어야 할 표면을 향해서 두께 방향으로 서서히 넓혀져 가는 형상으로 했다. 다음에 강화유리판의 적외선 센서측이 되어야 할 표면에 소정의 인쇄 처리를 행한 후, 관통구멍의 하방에 적외선 센서를 배치함과 아울러, 관통구멍내에 TeO2계 유리를 부착했다. TeO2계 유리는 유리 조성으로서 TeO2 80몰%, ZnO 20몰%를 함유하고, 관통구멍의 내경치수와 대략 동등의 외경치수를 갖고, 즉 두께 방향으로 테이퍼각 2°의 테이퍼면을 가짐과 아울러 양 표면이 경면 마무리되어 있다. TeO2계 유리의 부착시에는 접착제를 사용하지 않고, TeO2계 유리를 지지하기 위해서 관통구멍의 적외선 센서측이 되어야 할 표면에 지지부재를 부착함으로써, TeO2계 유리를 관통구멍내에 고정했다.
도 4는 [실시예 4]에 따른 실시형태를 나타내는 단면개념도이다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 강화유리판(21)에는 표면의 압축 응력층을 통과해서 관통하는 관통구멍(22)이 형성되어 있고, 관통구멍(22)의 하방에는 적외선 센서(23)가 배치되어 있다. 그리고, 관통구멍(22)의 내주면은 테이퍼면이며, 관통구멍(22)의 구멍면적이 작은 측의 강화유리판(21)의 표면이 상방에 배치됨과 아울러 관통구멍(22)의 구멍면적이 큰 측의 강화유리판(21)의 표면이 하방에 배치되어 있다. 그리고, 강화유리판(21)의 관통구멍(22)내에는 적외선 투과부재(24)(TeO2계 유리)가 배치되어 있고, 적외선 투과부재(24)는 외주면이 테이퍼면이 되도록 가공되어 있고, 이 테이퍼면은 관통구멍(22)의 테이퍼면과 대략 정합되어 있다. 적외선 투과부재(24)는 관통구멍(22)의 하방으로부터 관통구멍(22)내에 삽입된 후, 관통구멍(22)의 하방으로부터 지지부재(25)에 의해 지지됨으로써 관통구멍(22)내에 고정되어 있다.
실시예 5
TeO2계 유리의 두께를 0.4mm로 한 이외는 [실시예 3]과 동일하게 해서 TeO2계 유리를 관통구멍내에 접착 고정했다. [실시예 5]에서는 TeO2계 유리의 두께가 얇기 때문에, TeO2계 유리의 표면이 강화유리의 시인측이 되어야 할 표면보다 100㎛만큼 관통구멍의 안쪽의 위치(해당 표면보다 100㎛만큼 낮은 높이 위치)가 되도록 양자가 접착 고정되게 되었다.
도 5는 [실시예 5]에 따른 실시형태를 나타내는 단면개념도이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 강화유리판(31)에는 표면의 압축 응력층을 통과해서 관통하는 관통구멍(32)이 형성되어 있다. 관통구멍(32)의 하방에는 적외선 센서(33)가 배치되어 있고, 강화유리판(31)의 관통구멍(32)내에는 적외선 투과부재(34)(TeO2계 유리)가 배치되어 있다. 적외선 투과부재(34)는 접착제(UV 경화계 수지)(35)에 의해 강화유리판(31)의 관통구멍(32)의 내부에 고정되어 있다. 그리고, 적외선 투과부재(34)의 표면은 강화유리판(31)의 시인측이 되어야 할 표면(36)보다 100㎛만큼 낮은 높이 위치가 되도록 양자(34,36)가 접착 고정되어 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 강화유리판은 휴대전화, 디지털 카메라, PDA 등의 커버 유리로서 바람직하다. 본 발명의 강화유리판은 이들 용도 이외에도 높은 기계적 강도가 요구되는 용도, 예를 들면 창문 유리, 자기디스크의 기판, 플랫 패널 디스플레이의 기판, 터치패널 디스플레이용 기판, 태양 전지의 커버 유리, 고체 촬상 소자의 커버 유리, 식기 등에의 응용이 기대된다.
1: 적외선 검지영역
2, 5, 10: 강화유리
3, 6, 7, 11, 22, 32: 관통구멍
4, 8, 12, 23, 33: 적외선 센서
9, 13: 스피커
21, 31: 강화유리판
24, 34: 적외선 투과부재
25: 지지부재
36: 시인측이 되어야 할 표면

Claims (18)

  1. 표면에 압축 응력층을 갖는 강화유리에 있어서,
    표면을 통과해서 관통하는 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    관통구멍이 적외선 센서를 동작시키기 위해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    관통구멍내에 적외선 투과부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적외선 투과부재는 산화물계 유리, 칼코게나이드계 유리, 할로겐계 유리, 규소, 게르마늄, ZnSe, ZnS, 폴리에틸렌 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    적외선 투과부재는 관통구멍내에 접착제에 의해 접착 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    적외선 투과부재는 적외선 투과부재 및/또는 강화유리의 연화 변형에 의해 관통구멍내에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 투과부재는 강화유리의 시인측이 되어야 할 표면보다 관통구멍의 안쪽의 위치에서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적이 0.1∼100㎟인 것을 특징으로 하는 강화유리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    [한쪽의 표면에 있어서의 관통구멍의 개구부의 총면적(㎟)]/[두께(㎜)]의 비율이 0.5∼800인 인 것을 특징으로 하는 강화유리.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    관통구멍의 내주면이 테이퍼면인 것을 특징으로 하는 강화유리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    관통구멍의 내주면이 테이퍼면이며, 그 관통구멍의 개구부의 면적이 작은 측의 강화유리의 표면을 상방에 배치함과 아울러, 그 관통구멍내에 적외선 투과부재를 배치하고, 또한 그 적외선 투과부재를 그 관통구멍의 하방으로부터 지지부재에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    관통구멍의 내주면에 압축 응력층을 갖는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평판형상이며, 또한 판두께가 2mm이하인 것을 특징으로 하는 강화유리.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면의 압축 응력층의 응력값이 200㎫이상이며, 또한 표면의 압축 응력층의 응력깊이가 5㎛이상인 것을 특징으로 하는 강화유리.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 조성으로서 질량%로 SiO2 40∼71%, Al2O3 3∼30%, Li2O 0∼10%, Na2O 7∼20%, K2O 0∼15%를 함유하는 것을 특징으로 하는 강화유리.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 강화유리를 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대단말.
  17. 제 16 항에 있어서,
    관통구멍의 위치에 대응하도록 적외선 센서가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대단말.
  18. 제 17 항에 있어서,
    관통구멍의 위치에 대응하도록 스피커가 더 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대단말.
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