KR20170020809A - 유리 기판 상의 층을 활성화시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리 기판에 의해 지지된 층을 활성화시키는 방법으로서, 상기 유리 기판의 복수의 표본들의 적층체를 챔버 내에서 열 처리하는 것을 포함하고, 상기 유리 기판들은 중간 분말에 의해 분리되어 있는 것인 방법에 관한 것이다. 활성화될 층은 ITO 층, 또는 산화티타늄 층, 또는 SiO₂ 층, 또는 은 층일 수 있다.

Description

유리 기판 상의 층을 활성화시키는 방법 {METHOD FOR ACTIVATING A LAYER ON A GLASS SUBSTRATE}

본 발명은 유리 기판 상에 증착된 층, 특히 ITO 또는 은을 기재로 하는 저-방사율 층 또는 자체-세정 층을 활성화시키는 방법에 관한 것이다.

오늘날, 층을 지지하는 유리 기판을 변화시키지 않으면서, 예컨대, 예를 들어 템퍼링 또는 경화시키지 않으면서, 특히 산업적 크기의, 예를 들어 4 ㎡ 이상의 크기를 갖는, 층상 유리, 예를 들어 3 m × 2 m 크기의 기판을 200℃ 초과의 온도에서 가열하여 그것에 그의 최종 특성, 예컨대, 예를 들어 자체-세정 층의 광촉매 활성 또는 ITO 또는 은 층의 낮은 방사율을 제공하기 위한 다양한 열 처리 방법이 존재한다:

- 레이저 또는 플래시 램프 기술에 기초한 방법에 의한 층의 활성화; 복사선원으로부터의 복사선의 흡수로 인해, 유리 기판의 과도한 가열 없이도 층이 가열될 수 있고; 이러한 방법은 층의 제조 방법이 끝날 즈음에, 예를 들어 마그네트론 스퍼터링에 의한 층의 증착 후에 온-라인으로 수행될 수 있고; 이러한 방법은 하기 단점을 가짐:

* 산업적 크기를 위한 개발 비용이 매우 많이 들고 기술적 위험이 상당함;

* 특히 더 대형의, 특히 15 ㎡ 초과의 기판의 경우에, 처리가 균일하기 어렵고; 필요한 복사력 때문에 라인 상에서 작업하는 작업자에 대한 안전 위험이 있음;

* 적층체는 초기에 복사선원의 스펙트럼 범위에서 흡수성이어야 하는데, 이 경우에 부가적인 흡수 층의 적층이 필요할 수 있음. 특정한 층, 특히 반사방지 용도를 위한 SiO₂는 레이저 복사선을 투과시키고, 그러므로 이러한 수단에 의해 가열될 수 없음;

- 더 통상적인 가열 방법, 복사 및/또는 대류, 활성화될 층으로 코팅된 유리 기판을 가열하는 퍼니스에의 투입에 의한 층의 활성화; 각각의 유리는 예컨대 예를 들어 터널 퍼니스에서 개별적으로 차례대로 가열되고; 이러한 방법은 하기 단점을 가짐:

* 시간/온도 쌍의 선택은 실제로 특정한 층의 활성화에 제약을 가하는 퍼니스의 길이에 의해 제한되고; 예를 들어, 400℃의 온도에서 자체-세정 기능을 갖는 TiO₂ 층을 활성화시키기 위해, 30분 이상의 어닐링 시간을 적용할 필요가 있지만, 상기 시간은 연속 퍼니스의 경우에 너무 길고 용납되지 않음;

* (오프-라인 퍼니스의 경우에, 즉 기판의 중간 저장이 있는 경우에) 필요한 주변 요소 또는 (특히 퍼니스가 온-라인인 경우에, 즉 층의 증착 후의 연속적 제조의 경우에) 열적 파단의 위험을 제한하기 위한 긴 퍼니스 길이를 고려할 때, 설비의 비용이 높음.

이들 두 가지 유형의 방법에서, 활성화될 층을 지지하는 유리 기판은 각각의 기판을 차례대로 처리하는 챔버 내로 차례대로 들어간다. 종래 기술의 문헌으로서, WO 2013/026817 및 US 2013/0320241이 언급될 수 있다. 본 발명과 관련된 ITO 층은 특히 EP 2 598 455에 기술되어 있다.

유리 기판은 유리 시트 및 그의 주요 면 중 하나 이상을 부분적으로 또는 완전히 덮는 활성화될 하나 이상의 층을 포함한다. 본 발명은 더 특히는 대형의, 특히 4 ㎡ 이상, 또는 심지어 10 ㎡ 이상, 또는 심지어 15 ㎡ 이상의 주요 표면적을 갖는 유리 기판에 관한 것이다. 평판 유리 제조 시설에서 곧바로 나온 유리 기판의 치수를 갖는 유리 기판, 특히 점보 패널 (6000 ㎜ × 3210 ㎜) 또는 리어 엔드(lehr end) 크기 패널 (3210 ㎜ × 2250 ㎜; 3210 ㎜ × 2200 ㎜; 등)이라고 지칭되는 패널이 본 발명과 관련된다. 용어 패널은 종종 대형 유리 기판 또는 유리 시트를 나타내는 데 사용된다. 활성화될 유리 기판은 2 ㎜ 내지 14 ㎜의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 본 발명은 우선적으로 평판 유리 기판을 절단하는 것에 관한 것이다.

본 발명은, 유리 기판의 하나 이상의 적층체를 동시에 배치하고 가열할 수 있으면서도 유리가 가열되는 동안의 온도 및 시간을 개별적으로 제어할 수 있는, 적당한 크기를 갖는, 특히 20 내지 200 ㎥의 범위 내의 내부 부피를 갖는 배치(batch) (오프-라인) 챔버의 배치식 사용에 기초한다. 각각 활성화될 층으로 코팅된 유리 기판의 하나 이상의 적층체는 챔버 내에 배치되고, 하나의 동일한 적층체의 다양한 기판들은 챔버에 의해 제공된 열 처리 후에 그것들의 분리 (즉 해체)를 용이하게 하는 인터레이어 분말(interlayer powder)에 의해 분리되어 있다.

인터레이어 분말은 이러한 열 처리와 상용성이고, 특히 창고에서 저장되는 동안에, 화학적으로 안정하다. 인터레이어 분말은 특히 브랜드 세파롤 디피(SEPAROL DP) 하에 판매되는 것처럼 SiO₂를 기재로 할 수 있다. 인터레이어 분말은 특히 브랜드 에스칼(ESKAL) 하에 판매되는 것처럼 CaCO₃을 기재로 할 수 있다. 인터레이어 분말은 분말화 장치에 의해 분무됨으로써 기판에 도포될 수 있다. 인터레이어 분말은 유리하게는 400마이크로미터 미만, 바람직하게는 200마이크로미터 미만의 D90을 갖는다. 따라서, 인터레이어 분말은 일반적으로 탄산칼슘 또는 규산칼슘을 기재로 하고, 400마이크로미터 미만, 바람직하게는 200마이크로미터 미만의 D90을 갖는다.

따라서, 본 발명은 우선적으로, 유리 기판의 하나의 주요 면 상에, 경우에 따라 유리 기판의 양쪽 주요 면 상에 위치한 활성화될 층으로 코팅된 여러 개의 유리 기판 표본들의 하나의 적층체, 일반적으로 여러 개의 적층체를 챔버 내에서 가열하는 것을 포함하며, 상기 유리 기판들이 하나의 동일한 적층체에 있어서 인터레이어 분말에 의해 분리되어 있는 것인, 유리 기판에 의해 지지된 층을 활성화시키는 방법에 관한 것이다. 상기에 언급된 내용에는, 기판이 여러 개의 활성화될 층을 포함할 가능성이 포함되고, 상기 층들은 유리 기판의 동일한 면 상에 존재하거나 양쪽 면 상에 공유되고, 게다가 유리 기판은 다양한 속성을 갖는 활성화될 층들을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 방법으로 인해, 유리 기판의 기계적 특성을 변화시키키지 않으면서도, 활성화될 층을 활성화시킬 수 있다. 이는 열 처리가 특히 유리 내 응력 값, 또는 그의 충격 거동을 변화시키지 않음을 의미한다. 일반적으로, 활성화될 층으로 코팅된 유리 기판은 열적으로 템퍼링되지 않는다. 유리 기판의 유리는 일반적으로 열적으로 템퍼링되지 않는다. 활성화될 층은 일반적으로 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착되고 본 발명에 따른 열적 활성화는 그의 결정질 속성을 증가시킨다.

챔버 내에, 예를 들어, 1 내지 20 개의 기판 적층체를 배치할 수 있다. 각각의 적층체는, 예를 들어, 2 내지 30 개의 코팅된 유리 기판을 포함할 수 있다.

유리 기판이 수평적이도록 하나 이상의 적층체를 챔버 내에 배치할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 적층체를, 유리 기판이 적어도 부분적으로 그의 가장자리에서 안착되도록, 챔버 내에 안착시키는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해, 트레슬(trestle)-유형의 지지체를 사용할 수 있다. 특히, 적층체와 수직선 사이의 각은 0 내지 10 °의 범위, 바람직하게는 2 내지 4 °의 범위 내일 수 있다.

일반적으로, 활성화될 층으로 코팅된 유리 기판은 평평하다. 적층체를 챔버 내에 배치한 후에 챔버를 닫고, 챔버가 고정되어 있고 일반적으로 챔버 내의 임의의 적층체가 또한 고정되어 있는 동안에 열 처리를 적용한다.

적층된 유리 기판을 챔버 내에서 최대 온도를 포함하는 온도 프로필에 따라 가열한다. 최대 온도는 열 처리 동안에 유리 기판이 겪는 가장 높은 온도이다. 경우에 따라, 이러한 최대 온도는 특정한 지속시간, 특히 0.5시간 이상의 유지 시간 동안 유지될 수 있다. 최대 온도는 기판 내에 함유된 유리의 변형점 (더 낮은 어닐링 온도)보다 낮다. 따라서, 열 처리는, 기판 내에 함유된 유리 시트에 있어서, 임의의 바람직하지 않은 비가역적인 변형을 일으키지 않고, 그러므로 그의 기계적 특성을 변화시키지 않는다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 특히 ASTM C598-93 표준에 기술된 바와 같은 벤딩 방법에 의한, 유리의 변형점의 측정 방법을 알 것이다. 일반적으로, 최대 온도는 495℃ 미만, 심지어 450℃ 미만일 수 있다. 본 발명은 우선적으로 495℃ 초과의 변형점을 갖는 유리를 갖는 유리 기판에 관한 것이다.

열 처리는 활성화될 층을 활성화시키는 온도 프로필을 적용한다. 기판이 노출되어야 할 최소 온도는 활성화될 층의 속성에 따라 달라진다. 기판이 최소 온도보다 높은 온도에서 가열되어야 하는 지속시간은 활성화될 층의 속성에 따라 달라진다. 열 처리의 최대 온도는 일반적으로 200℃ 이상, 바람직하게는 일반적으로 250℃ 이상, 또는 심지어 필요하다면 300℃ 이상이다. 열 처리의 온도가 높을수록, 그의 지속시간은 더 짧다. 예를 들어, ITO-기재의 기판을 350℃에서 1시간 이상 동안 처리하는 것이 적합하다. 층의 특성은 최소 온도보다 높은 온도에서 더 긴 어닐링 시간 동안에 변화하지 않는다. 일반적으로, 유리 기판을 200℃ 이상, 더 일반적으로 300℃ 이상의 온도에서 0.5시간 이상, 바람직하게는 1시간 이상 동안 가열한다.

활성화될 층이 (일반적으로 80중량% 내지 98중량%의 In 산화물 및 2중량% 내지 20중량%의 Sn 산화물을 함유하는) ITO 유형을 갖는 경우에, 열 처리의 목적은 층을 결정화시키고, 특히 Sn일 수 있는 그의 도판트를 활성화시켜, 저-방사율 (저-e) 기능을 그에 부여하는 것이다. 이러한 유형의 (ITO) 층의 경우에, 유리 기판을 300℃ 이상, 바람직하게는 350℃ 이상의 최소 온도보다 높은 온도에서 열 처리하는 것이 적합하다. 기판의 온도를 이러한 최소 온도보다 높은 온도에서 0.5시간 이상, 특히 2시간 이상 동안 유지한다. ITO 층의 활성화를 위해, 온도 프로필의 최대 온도는 일반적으로 400℃ 미만일 수 있다.

활성화될 층이 산화티타늄을 포함하는 자체-세정 유형을 갖는 경우에, 열 처리의 목적은 층 내에 아나타제 상을 형성하는 것이다. 이러한 경우에, 유리 기판을 350℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상의 최소 온도보다 높은 온도에서 열 처리하는 것이 적합하다. 기판의 온도를 이러한 최소 온도보다 높은 온도에서 0.5시간 이상, 특히 2시간 이상 동안 유지한다.

활성화될 층은 또한, 특히 반사방지 기능을 갖는, 실리카 층일 수 있다. 이러한 반사방지 기능은 특히, 본 발명에 따른 열 처리 동안에 배출되는 유기 기공-형성 물질이 층 내로 삽입됨으로 인해 제공될 수 있다. 이렇게 층 내에 생성된 기공은 반사방지 특성의 원천이다. 이러한 경우에, 유리 기판을 300℃ 이상, 바람직하게는 350℃ 이상의 최소 온도보다 높은 온도에서 열 처리하는 것이 적합하다. 기판의 온도를 이러한 최소 온도보다 높은 온도에서 0.5시간 이상, 특히 2시간 이상 동안 유지한다. 예를 들어, 온도를 주위 온도로부터 400℃까지 9시간에 걸쳐 상승시키고 400℃에서 2시간의 유지 시간을 준수하고 이어서 다시 9시간에 걸쳐 주위 온도로 하강시킬 수 있다. 이러한 유형의 층은 유리하게는 각각의 기판의 양쪽 주요 면 상에 증착된다.

활성화될 층은 또한, 특히 저-방사율 기능을 갖는, 은 층일 수 있다. 스퍼터링에 의해 제조된 은 층을, 그의 결정질 속성을 증가시키고 따라서 그의 방사율을 저하시키기 위해, 가열할 필요가 있다. 이러한 경우에, 유리 기판을 250℃ 이상, 바람직하게는 300℃ 이상의 최소 온도보다 높은 온도에서 열 처리하는 것이 적합하다. 기판의 온도를 이러한 최소 온도보다 높은 온도에서 0.5시간 이상, 특히 2시간 이상 동안 유지한다. 바람직하게는, 최대 온도는 400℃ 미만이다.

층을 활성화시키기 위해 열 처리를 적용하는 동안에, 챔버를 일반적으로 닫는다. 챔버 내에서, 가열을 일반적으로 고온 공기 대류를 사용하여 수행한다. 공기를 일반적으로 챔버 내에서 내부 재순환에 적용한다. 온도를 제어된 방식으로 주위 온도로부터 최대 온도까지 상승시키고, 이러한 온도에서 유지 시간을 준수하고, 마지막으로 온도를 최대 온도로부터 다시 주위 온도로 하강시키는 것이 바람직하다. 이러한 상승 및 이러한 하강을 위해, 매번, 5 내지 20시간, 일반적으로 약 10시간의 지속시간을 사용할 수 있다. 이들 긴 지속시간은 열기계적 파단 위험을 감소시킨다. 적층체 내의 유리의 실제 온도와 이러한 적층체를 둘러싸는 고온 공기의 온도 사이에 지연시간이 존재한다. 이러한 지연시간은 경우에 따라 약 1 내지 4시간이다. 따라서 최대 온도에서의 유지 시간은 모든 유리가 적어도 이러한 최대 온도에 최소 활성화 시간 동안, 일반적으로 0.5시간 이상 동안 노출되도록 결정된다.

파단 위험을 추가로 감소시키기 위해, 열 처리 전에 기판의 가장자리를 성형하는 것, 즉 또한 특히 그의 가장자리를 약간 둥글게 만드는 연마재를 그의 가장자리 상에 빠르게 통과시키는 것이 바람직하다. 이러한 성형에 의해 균열 개시 부위로서 작용할 수 있는 결함이 제거된다.

활성화될 층을 보유하는 유리 기판은 또한 임의로 활성화될 하나 이상의 다른 층을 포함할 수 있다. 이러한 다른 층은 활성화될 층과 동일한 유리 기판의 면 상에 존재하거나 그의 다른 면 상에 존재할 수 있다. 이러한 다른 층은 특히 유리 기판의 유리와 활성화될 층 사이에 존재할 수 있다. 예를 들어, 활성화될 자체-세정 산화티타늄 층의 경우에, 우선적으로 SiO₂ 층을 유리의 하나의 주요 면 상에 증착시킬 수 있고, 이어서 산화티타늄 층을 SiO₂ 층 상에 증착시킨다. 이러한 경우에, SiO₂ 층은 특히 5 내지 100 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 산화티타늄 층은 1 내지 100 ㎚의 두께를 가질 수 있다.

적층체를 형성하기 위해 유리 기판을 적층할 수 있고, 이어서 이들 적층체를 표준 공장 설비를 사용하여 적층체의 형태로 취급하고, 특히 트레슬 유형의, 지지체 상에 탑재하고, 이어서 상기 지지체를 가열 챔버 내로 삽입할 수 있다. 두 이웃하는 적층체들은 바람직하게는 1센티미터 이상의 거리만큼 분리되어 있다. 이러한 거리는 챔버 내의 모든 유리 기판을 더 균일하게 가열하기 위해 공기를 적층체들 사이에서 적절하게 순환시키는 데 유용하다. 따라서 높은 적재 용량과 높은 가열 효율 사이의 타당한 절충안을 찾기 위해 기판의 적층체들 사이의 거리를 감소 또는 증가시킬 수 있다.

유리하게는, 적층체는, 예를 들어 유리 섬유 직물 유형의, 단열 물질에 안착된다.

바람직하게는, 트레슬의 기하구조 또는 적층체 하의 지지체에 의한 열 전달로부터 초래될 수 있는, 유리 내의 온도 불균일성이 회피된다.

챔버 내에서의 가열 방법은 기판의 표면에서의 온도를 균일하게 하기 위해 대류 공기 유동 유형을 갖는다. 이러한 공기 유동은 수직적 또는 수평적일 수 있고, 바람직하게는 유리의 가장 큰 치수와 직각을 이루는 방향을 갖는다.

열 처리가 끝나면, 기판을 챔버로부터 꺼낸다. 이어서 그것을 수송하거나 다시 저장하기 위해, 일반적으로 또 다른 지지체, 일반적으로 트레슬 상에 배치한다.

본 발명은 특히 하기 이점을 제공한다:

- 감소된 설비 비용,

- 낮은 기술적 위험,

- 가열 온도 및 가열 시간, 특히 최대 온도에서의 유지 시간을 개별적으로 조절할 수 있음,

- 공장 내 공간을 적게 필요로 함.

본 발명에 따른 방법의 에너지 비용을 감소시킬 목적으로, 유리 기판의 냉각 동안에 열을 회수하기 위해 에너지 회수 시스템을 설치할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 활성화 방법을, 평판 유리를 형성하고 절단하여 패널로 만들고 임의로 하나 이상의 층을 유리 시트의 하나 이상의 주요 면 상에 적층한 후에, 하기 절차에 따라 수행할 수 있다:

- 임의로 가장자리를 성형하고, 이어서

- 활성화될 층을 증착시키고, 이어서

- 인터레이어 분말을 도포하고, 이어서

- 적층체로서 저장하고, 이어서

- 적층체를 챔버 내에 배치하고 본 발명에 따라 활성화시키고, 이어서

- 적층체로서 저장함.

도 1은 유리 기판의 여러 개의 적층체(3)를 보유하는 트레슬(2)이 배치된 챔버(1)를 보여준다. 공간(4)은 공기가 두 이웃하는 적층체들 사이에서 순환하는 것을 허용한다. 적층체는 공기가 순환하는 것을 허용하는 이격자(5)로 인해 제자리에 고정된다.

도 2는 적층된 유리 기판에 적용될 수 있는 온도 프로필의 한 예를 제공한다. 유리 기판의 온도는 y-축 상에 제공되고 시간은 x-축 상에 제공된다. 온도 Sp는 변형점, 즉 유리의 기계적 특성이 변화하는 것을 회피하기 위해 온도 프로필이 초과해서는 안 되는 더 낮은 어닐링 온도이다. 이러한 예에서, 지속시간 D_p를 갖는 온도 유지 시간은 최대 온도 M_T에서 적용된다. 층은 기판이 최소 활성화 온도 T_m보다 높은 온도에 있는 활성화 지속시간 D_a 동안에 본질적으로 활성화된다.

Claims (18)

1. 유리 기판에 의해 지지된 층을 활성화시키는 방법이며,
   상기 유리 기판의 여러 개의 표본들의 적층체를 챔버 내에서 열 처리하는 것을 포함하고, 상기 유리 기판들은 인터레이어 분말에 의해 분리되어 있는 것인 방법.
2. 제1항에 있어서, 적층체가 2 내지 30 개의 유리 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적층체가 적어도 부분적으로 그의 기판의 가장자리에서 챔버 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적층체가 트레슬에 안착되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1 내지 20 개의 적층체가 챔버 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 여러 개의 적층체가 챔버 내에 배치되고, 두 이웃하는 적층체들은 1 ㎝ 이상의 거리만큼 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열 처리 동안에 챔버가 고정되어 있고 챔버 내 임의의 적층체가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 기판의 유리 시트의 기계적 특성이 변화되지 않도록 충분히 낮은 온도에서 유리 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 유리 내의 응력 및 유리 기판의 충격 거동이 열 처리에 의해 변화되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 기판의 유리를 템퍼링하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 열 처리가 기판 내에 함유된 유리의 변형점보다 낮은 최대 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 열 처리가 495℃ 미만, 심지어 450℃ 미만의 최대 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 최대 온도가 200℃ 이상, 일반적으로 300℃ 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 유리 기판을 300℃ 이상의 온도에서 0.5시간 이상, 바람직하게는 1시간 이상 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 활성화될 층은 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착되고, 열 처리는 그의 결정질 속성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 활성화될 층이 ITO 층, 또는 산화티타늄 층, 또는 SiO₂ 층, 또는 은 층인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 가열을 챔버 내에서의 고온 공기 대류에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 인터레이어 분말이 탄산칼슘 또는 규산칼슘을 기재로 하고 400마이크로미터 미만, 바람직하게는 200마이크로미터 미만의 D90을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.

Images