KR20170048633A - 플로트 유리 및 이의 제조방법 - Google Patents

플로트 유리 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

플로트 유리 및 이의 제조방법이 제공된다. 플로트 유리는 코어층, 코어층 상부의 상부 이온 교환층, 및 코어층 하부의 하부 이온 교환층을 포함하되, 상부 이온 교환층의 밀도는 하부 이온 교환층의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 크다.

Description

플로트 유리 및 이의 제조방법{FLOAT GLASS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 플로트 유리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치나 유기발광표시장치 등의 표시장치는 일반적으로 내부소자의 보호 및 미관 상의 필요 등으로 판상의 커버 유리가 배치될 수 있다. 최근에는 표시장치가 경량 및 박형화되면서, 표시 장치의 일부인 커버 유리도 박형화될 것이 요구되고 있다.
한편, 판상의 유리는 플로트 방식에 의해 제조되거나, 퓨전다운드로우(Fusion Down Draw) 방식에 의해 제조될 수 있는데, 퓨전다운드로우 방식의 경우 플로트 방식에 비해 제조 단가가 비싸다는 단점이 있다.
따라서, 최근에는 플로트 방식에 의하면서 박형이면서도 내충격성을 강화한 유리를 제조하려는 연구가 진행되고 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플로트 방식에 의해 제조하면서도 박형이면서, 내충격성이 우수한 플로트 유리 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 휨의 발생을 방지할 수 있는 플로트 유리 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플로트 유리는 코어층, 코어층 상부의 상부 이온 교환층, 및 코어층 하부의 하부 이온 교환층을 포함하되, 상부 이온 교환층의 밀도는 하부 이온 교환층의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 크다.
또한, 하부 이온 교환층은 주석(Sn) 이온을 포함할 수 있다.
또한, 상부 이온 교환층 및 하부 이온 교환층은 알칼리 금속 이온을 포함할 수 있다.
또한, 상부 이온 교환층 및 하부 이온 교환층은 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 플로트 유리의 두께는 0.05㎜ 내지 0.7㎜의 범위일 수 있다.
또한, 상부 이온 교환층과 하부 이온 교환층의 DOL(Depth Of Layer) 값의 차이는 0㎛ 내지 1.0㎛의 범위일 수 있다.
또한, 상부 이온 교환층의 DOL(Depth Of Layer)은 5㎛ 내지 100㎛의 범위일 수 있다.
또한, 상부 이온 교환층과 하부 이온 교환층의 표면 압축 응력(Compress Stress) 값의 차이는 0㎫ 내지 100㎫의 범위일 수 있다.
또한, 상부 이온 교환층의 압축 응력(Compress Stress)은 600㎫ 내지 1500㎫의 범위일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플로트 유리 제조방법은 베스 상에서 용융 주석 상부에 용융 유리 원료를 플로팅하여 유리 기판을 성형하는 단계, 성형된 유리 기판의 용융 주석과 접하는 하면과 접하지 않는 상면을 열처리하는 단계, 및 유리 기판을 화학 강화하는 단계를 포함하되, 열처리하는 단계는 유리 기판의 상면을 하면에 비해 더 높은 온도로 수행될 수 있다.
또한, 열처리하는 단계는 상면의 온도가 하면의 온도에 비해 50℃ 내지 70℃ 범위로 더 높을 수 있다.
또한, 열처리하는 단계에서 상면의 열처리 온도는 유리 스트레인점 내지 유리전이온도, 즉 500℃ 내지 680℃의 범위일 수 있다.
또한, 열처리 하는 단계에 의해 유리 기판의 상면의 영율(Young's Modulus)은 열처리 하는 단계 전에 비해 1㎬ 내지 6㎬ 범위로 더 커질 수 있다.
또한, 열처리 하는 단계 전의 유리 기판의 상면의 영율(Young's Modulus)은 65 내지 80㎬의 범위일 수 있다.
또한, 열처리 하는 단계 전의 유리 기판의 하면의 영율(Young's Modulus)은 60 내지 85㎬의 범위일 수 있다.
또한, 열처리하는 단계에 의해 유리 기판의 상면의 밀도는 하면의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 커질 수 있다.
또한, 화학 강화하는 단계에 의해 유리 기판의 상면과 하면의 DOL(Depth Of Layer) 값의 차이는 0.01㎛ 내지 1.0㎛의 범위일 수 있다.
또한, 하면은 주석 이온을 포함할 수 있다.
또한, 열처리하는 단계는 유도 가열로, 터널식 노(tunnel furnace), 급속 열공정(Rapid Thermal Process; RTP), 급속 열처리 장비(Rapid Thermal Annealing; RTA) 및 레이저 공정 중 어느 한 공정에 의해 수행될 수 있다.
또한, 화학 강화하는 단계는 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나 이상을 포함하는 용융염에 유리 기판을 침지함으로써 수행될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 플로트 유리는 박형이면서도 내충격성이 우수하다.
또한, 플로트 유리 양면의 응력 불균형에 의한 휨의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로트 유리의 사시도이다.
도 2는 도 1의 플로트 유리를 I-I'에 따라 절단한 단면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 플로트 유리를 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 도 3에서 P부분을 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 3에서 A부분을 확대한 단면도이다.
도 7은 도 3에서 B부분을 확대한 단면도이다.
도 8은 도 3에서 C부분을 확대한 단면도이다.
도 9는 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로트 유리의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 플로트 유리의 I-I'에 따른 단면도가 도시되어 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로트 유리(100)는, 코어층(130), 코어층(130) 상부의 상부 이온 교환층(120), 및 코어층(130) 하부의 하부 이온 교환층(110)을 포함한다. 즉, 플로트 유리는 후술할 화학 강화에 의해 상면과 하면 각각에 화학 강화 이온이 치환된 상부 이온 교환층(120)과 하부 이온 교환층(110)을 포함할 수 있다.
플로트 유리(100)는 SiO2를 주요 성분으로 하며, 그 밖에 Al2O3, LiO2 및 Na2O 와 같은 성분들을 함유 할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 성분들을 더 포함할 수 있다.
한편, 플로트 유리(100)가 예를 들어, LiO2나 Na2O와 같은 성분을 포함하는 경우, 후술할 화학 강화 공정에 의해 플로트 유리(100)는 질산칼륨(KNO3)과 같은 염에 담가져 플로트 유리(100)의 양 표면에서 K-Li 이온 교환 또는 K-Na 이온 교환에 의해 화학 강화될 수 있다. 상기와 같은 이온 교환에 의해 플로트 유리(100)의 화학적 내구성을 향상시킬 수 있고, 압축 응력을 증가시켜 기계적 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 화학 강화에 의해 플로트 유리(100)는 코어층(130) 상부의 표면에서 이온 교환된 상부 이온 교환층(130) 및 하부의 표면에서 이온 교환된 하부 이온 교환층(110)을 포함할 수 있다.
또한, 상부 이온 교환층(130)의 밀도는 하부 이온 교환층(110)의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 크다. 상부 이온 교환층(130)과 하부 이온 교환층(110)의 밀도차는 후술할 차등적인 온도에 의한 열처리 단계를 거침으로써, 발생할 수 있다.
보다 구체적으로 하부 이온 교환층(110)은 플로트 유리(100)의 제조 과정에서 베스의 상에서 밀도차에 의해 용융 주석 상부에서 성형될 수 있으며, 이 경우, 용융 주석 상의 주석(Sn) 이온의 일부가 하부 이온 교환층(110) 내로 침투할 수 있다. 하부 이온 교환층(110) 내로 침투된 주석 이온에 의해 화학 강화 시에 하부 이온 교환층(110)에서는 이온 교환이 상부 이온 교환층(130)에 비해 상대적으로 덜 발생할 수 있다. 따라서, 플로트 유리(100)의 양 측면의 이온 교환층(110, 130) 간에는 이온 교환의 정도 차이가 발생하고, 이에 의해 압축 응력 및 DOL(Depth Of Layer)의 차이가 발생하여 결국에는 플로트 유리에 휨이 발생하는 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 플로트 유리(100)는 상부 이온 교환층(130)의 밀도를 하부 이온 교환층(110)의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 크게 함으로써, 상부 이온 교환층(130)에서 화학 강화시 이온 교환이 덜 발생하게 하고, 하부 이온 교환층(110)과의 압축 응력(Compress Stress) 및 DOL(Depth Of Layer)의 차이를 줄일 수 있으며, 이에 의해 휨의 발생을 줄일 수 있다.
한편, 상부 이온 교환층(130) 및 하부 이온 교환층(110)은 알칼리 금속 이온을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로, 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 칼륨(K)이온을 포함할 수 있다. 즉, 후술할 화학 강화 단계에 의해 용융염 내에 있던 알칼리 금속 이온들이 플로트 유리 상으로 이온 교환될 수 있고, 이에 의해 플로트 유리 표면에 형성된 상부 이온 교환층(130) 및 하부 이온 교환층(110)에는 알칼리 금속 이온이 포함될 수 있는 것이다.
한편, 상부 이온 교환층(130) 및 하부 이온 교환층(110)에 포함되는 이온의 종류는 용융염의 종류에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 화학 강화시에 사용되는 용융염이 나트륨 이온을 포함하는 질산 나트륨(NaNO3)인 경우, 상부 이온 교환층(130) 및 하부 이온 교환층(110)은 나트륨 이온을 포함할 수 있고, 상기 용융염이 칼륨이온을 포함하는 질산 칼륨(KNO3)과 나트륨 이온을 포함하는 질산 나트륨(NaNO3)을 동시에 사용하는 경우에는 칼륨 이온 및 나트륨 이온이 모두 포함될 수 있다.
플로트 유리(100)의 두께는 0.05㎜ 내지 0.7㎜의 범위일 수 있으며, 예를 들어, 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 범위일 수 있다. 상기한 바와 같은 플로트 유리의 양면의 압축 응력(Compress Stress) 및 DOL(Depth Of Layer)의 차이에 의한 휨의 발생은 그 두께가 더 얇아질수록 더 두드러지게 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이 상부 이온 교환층(130) 및 하부 이온 교환층(110)의 밀도차 범위를 만족하는 경우, 상기 두께 범위에서 보다 박형이면서, 휨의 발생을 방지하는 효과가 있는 것으로 의미가 있다고 볼 수 있다.
한편, 상부 이온 교환층(130)과 하부 이온 교환층(110)의 DOL(Depth Of Layer) 값의 차이는 0㎛ 내지 1.0㎛의 범위 또는 0.01㎛ 내지 1.0㎛의 범위일 수 있다. 상기와 같은 범위에서 플로트 유리의 휨의 발생을 효과적으로 줄일 수 있다. 구체적으로는 상부 이온 교환층(130)은 하부 이온 교환층(110)에 비해 DOL(Depth Of Layer)의 값이 0.01㎛ 내지 1.0㎛의 범위로 더 클 수 있다. 상부 이온 교환층(130)의 DOL(DOL2)을 하부 이온 교환층(110)의 DOL(DOL1)에 비해 상기와 같은 범위차로 조절함으로써, 플로트 유리(100)의 휨의 발생을 방지할 수 있다. 상부 이온 교환층(130)의 DOL(DOL2)은 예를 들어, 5.0㎛ 내지 100㎛의 범위일 수 있으며, 하부 이온 교환층(110)의 DOL(DOL2)은 예를 들어, 4.0㎛ 내지 99.99㎛의 범위이거나 4.99㎛ 내지 99.99㎛범위 또는 4.99㎛ 내지 99㎛의 범위일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 상부 이온 교환층(130)과 하부 이온 교환층(110)의 표면 압축 응력(Compress Stress) 값의 차이는 0㎫ 내지 100㎫의 범위이거나, 5㎫ 내지 15㎫의 범위일 수 있다. 상기와 같은 범위에서 플로트 유리의 휨의 발생을 효과적으로 줄일 수 있다. 보다 구체적으로는 상부 이온 교환층(130)은 하부 이온 교환층에 비해 표면 압축 응력(Compress Stress)의 값이 5㎫ 내지 15㎫의 범위로 더 작을 수 있다. 상부 이온 교환층(130)의 표면 압축 응력 하부 이온 교환층(110)의 표면 압축 응력에 비해 상기와 같은 범위차로 조절함으로써, 플로트 유리(100)의 휨의 발생을 방지할 수 있다. 상부 이온 교환층(130)의 압축 응력(Compress Stress)은 예를 들어, 600㎫ 내지 1500㎫의 범위일 수 있으며, 하부 이온 교환층(110)의 압축 응력은 예를 들어, 600㎫ 내지 1600㎫의 범위이거나, 605㎫ 내지 1600㎫의 범위 또는 605㎫ 내지 1515㎫의 범위일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 도 3 및 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로트 유리 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 3에서 P부분을 나타낸 평면도가, 도 6에는 도 3에서 A부분을 확대한 단면도가, 도 7에는 도 3에서 B부분을 확대한 단면도가, 도 8에는 도 3에서 C부분을 확대한 단면도가 도시되어 있다.
이하에서는 도 3 내지 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로트 유리 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 도 3 및 4를 참조하면, 플로트 유리 제조방법은 베스(300) 상에서 용융 주석(320) 상부에 용융 유리 원료(20)를 플로팅하여 유리 기판(30)을 성형하는 단계, 성형된 유리 기판(30)의 용융 주석과 접하는 하면과 접하지 않는 상면을 열처리하는 단계, 및 상기 열처리된 유리 기판(40)을 화학 강화 베스(600) 내에서 용융염(610)에 침지하여 화학 강화하는 단계를 포함한다. 전반적인 플로트 유리 제조과정은 일련의 프로세스에 의해 진행되며, 제조 과정 중의 유리 기판의 이동은 롤러(R)에 의해 컨베이어 벨트가 이동하면서 진행될 수 있다.
용융 유리 원료(10)는 용융 챔버(200) 내에서 가열원(210)에 의해 가열됨으로써 용융될 수 있다. 가열원(210)은 유리 원료(10)의 용융점보다 높은 온도로 가열함으로써 수행될 수 있다. 한편, 용융 챔버(200) 내에서 용융 유리 원료(10)를 제조하는 과정은 당해 기술분야에 널리 알려져 있는바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 용융 유리 원료(10)는 베스(300) 상에서 성형되어 유리 기판(20)으로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로 도 3 및 도 5를 참조하면, 용융 챔버(200)에서 투입된 용융 유리 원료(10)는 비정형 상태로 베스(300)로 투입된다 베스(300)는 용융 챔버(200)로부터 투입되는 용융 유리 원료(10)가 일정량으로 투입될 수 있도록 개폐부(310)를 포함할 수 있다. 개폐부(310)는 일정량의 용융 유리 원료(10)가 베스(300) 내로 투입되면 더 이상의 용융 유리 원료(10)가 투입되는 것을 방지하도록 차단할 수 있다.
베스(300) 내에는 용융 주석(320)이 내부에 수용되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로 대략 700℃ 내지 1200℃정도의 온도에 이해 용융된 주석이 베스(300)의 내부에 수용되어 있을 수 있다. 투입된 용융 유리 원료(10)의 경우, 상기 용융 주석(320)과의 밀도차에 의해 용융 주석에 비해 상부에 위치할 수 있다. 즉, 용융 유리 원료(10)는 용융 주석(320)의 상부에서 플로팅(floating)된 상태로 주조될 수 있다.
유체 상태로 베스(300) 내로 투입된 용융 유리 원료(10)는 복수개의 성형바(330)에 의해 베스(300)의 수평면 상에서 좌우로 당겨져 원하는 형상으로 유리 기판을 성형할 수 있다. 한편, 유리 기판(20)의 성형 과정에서 유리 기판(20)의 하부에는 용융 주석(320)이 존재하기 때문에 도 6과 같이 주석 이온의 일부가 이와 접하는 유리 기판(20)의 하면으로 침투해 들어갈 수 있다. 따라서, 베스(300) 내에서 성형 과정을 거친 유리 기판(30)의 하면은 주석 이온을 포함하는 층(31)이 형성될 수 있다.
유리 기판(31)의 하면에 포함된 주석 이온은 후의 화학 강화 단계에서 이온 교환 속도차이를 발생하게 되고 이에 의해 상기한 바와 같이 최종 제조되는 플로트 유리 기판의 상하부 표면 압축 응력과 DOL(Depth Of Layer)의 차이를 발생시켜, 플로트 유리 기판에 휨을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명은 도 3 및 8과 같이 유리 기판(40)의 상면(42)과 하면(41)을 차등적으로 열처리하는 단계를 거침으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 구체적으로, 상기 열처리하는 단계는 유리 기판(40)의 상면(42)을 하면(41)에 비해 더 높은 온도(H2>H1)를 가함으로써 수행될 수 있다. 즉, 유리 기판(40)의 하면(41)에서는 제 1가열원(410)에 의해 가열을 수행하고 상면에서는 제 2가열원(420)에 의해 가열을 수행할 수 있다. 유리 기판(40)의 상면(42)을 하면(41)에 비해 더 높은 온도(H2)로 가열함으로써, 유리 기판(40) 상면(42)에 존재하는 유리 구조를 더 치밀하게 할 수 있으며, 상기한 바와 같이 유리 밀도를 더 치밀하게 할 수 있다.
이에 의해 후 공정 단계인 화학 강화 단계에서 유리 기판(40)의 상면(42)에서 기존에 비해 이온 교환이 덜 이루어지게 하여 유리 기판(40)의 하면(41)과 유사하게 이온교환이 이루어지도록 할 수 있다. 다시 말하면, 유리 기판(40)의 하면(41)에 존재하는 주석 이온에 의해 이온 교환이 상면(42)에 비해 덜 이루어지는 것을 유리 기판(40)의 상면(42)의 구조 치밀화를 통해 보완할 수 있는 것으로 이해하면 될 것이다. 즉, 상기 열처리하는 단계에 의해 유리 기판(40)의 상면(42)의 밀도는 하면(41)의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 커질 수 있다.
한편, 상기 열처리하는 단계는 유도 가열로, 터널식 노(tunnel furnace), 급속 열공정(Rapid Thermal Process; RTP), 급속 열처리 장비(Rapid Thermal Annealing; RTA) 및 레이저 공정 중 어느 한 공정에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 유리 기판(40)의 상면(42)과 하면(41)에 차등적으로 열을 가하기 위한 것이라면, 어떠한 방식 및 장치를 사용하여도 무방하다.
상기 열처리하는 단계의 제 1가열원(410)의 온도(H1)와 제 2가열원(420)의 온도(H2)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 유리 기판(40) 상면(42)의 온도(H2)가 하면(41)의 온도(H1)에 비해 50℃ 내지 70℃ 범위로 더 높을 수 있으며, 예를 들어, 상면(42)의 열처리 온도(H2)는 500℃ 내지 680℃의 범위일 수 있다. 다만, 상면(42)의 열처리 온도(H2)는 이에 한정하지 않으며, 유리 기판의 성분, 유리 기판의 두께, 유리 기판의 초기 응력 분포 및/또는 강화 조건에 따라 유리 스트레인점(변형 온도)와 유리전이온도 사이의 범위에서 결정될 수 있다.
한편, 상기 열처리 하는 단계에 의해 유리 기판(40)의 상면(42)의 영율(Young's Modulus)은 상기 열처리 하는 단계 전에 비해 1㎬ 내지 6㎬ 범위로 더 커질 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 성형 유리 기판(30)의 하면에는 주석 이온이 포함될 수 있고, 이에 기인하여 성형 유리 기판(30)의 상면과 하면은 대략 0.1㎬ 내지 5㎬ 정도 범위차로 상면의 영율이 더 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 하는 단계 전의 성형 유리 기판(30)의 상면의 영율(Young's Modulus)은 65 내지 80㎬의 범위일 수 있으며, 하면의 영율(Young's Modulus)은 60 내지 85㎬의 범위일 수 있다. 이와 같은 영율의 차이는 결국 플로트 유리 기판에서 휨을 유발할 수 있는 인자일 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이 상기 차등적인 열처리 과정을 통해 상기 상면의 영율을 열처리 하는 단계 전에 비해 1㎬ 내지 6㎬ 범위로 더 커지게 함으로써, 플로트 유리 기판의 휨을 유발하는 요인을 제거하거나 최소화할 수 있다. 즉, 열처리 단계 전의 유리 기판(30) 상하면의 영율 차이를 열처리 단계에 의해 최소화함으로써, 플로트 유리 기판의 휨을 방지할 수 있는 것이다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 열처리 하는 단계 및 화학 강화 단계 사이에는 열처리된 유리를 커터(500)에 의해 절단하는 단계를 수행할 수 있다. 이에 의해 원하는 크기의 유리 기판이 제조되도록 할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 유리 기판의 절단하는 단계는 화학 강화 후 후처리 공정을 통해 수행될 수도 있다.
한편, 화학 강화하는 단계는 침지 방법에 의한 단일염 습식 화학 강화일 수 있다. 구체적으로, 화학 강화하는 단계는 침지조(600) 내에 수용되어 있고, 알칼리 금속 이온염을 포함하는 용융염(610) 내에 유리 기판(40)을 침지함으로써 수행될 수 있으며, 상기 알칼리 금속은 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 즉, 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온들의 용융염(610)에 의해 화학 강화 단계가 수행될 수 있다. 상기 습식 화학 강화는 양산 측면에 유리하고, 보다 균일한 강화 특성을 구현할 수 있다. 몇몇 실시예는 건식 화학 강화를 수행할 수도 있다.
구체적인 예를 들어 설명하면, 화학 강화하는 단계는 질산 칼륨(KNO3) 또는 질산 나트륨(NaNO3)과 같은 용융염을 사용하며, 300 내지 500℃ 가량의 용융염 온도에서 1 내지 30시간의 범위에서 처리될 수 있다. 화학 강화 단계는 플로트 유리(100)의 표면층의 알칼리 이온을 큰 이온 반경의 이온과 교환하는 것을 가능하게 할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 화학 강화하는 단계는 예열 공정 단계, 본 화학 강화 단계, 및 서냉 공정 단계를 포함할 수도 있다. 상기 예열 단계를 통해 강화의 균일도를 향상시키고, 열 충격에 의한 유리 파손을 방지할 수 있다. 또, 상기 서냉 공정 단계를 통해 유리 표면에 압축 응력을 부여하고, 열 충격에 의한 유리 파손을 방지할 수 있다.
한편, 상기 화학 강화하는 단계 이후에 추가로 플로트 유리(100)의 표면에 잔류하는 이물들을 제거하는 세정 단계를 추가로 거칠 수 있다. 사이 세정 단계는 플로트 유리(100)의 표면에 존재하는 용융염과 같은 잔류물을 제거할 수 있으며, 물과 같은 세정제를 이용하거나, 초음파가 인가된 상태에서 침지법을 사용함으로써 수행될 수 있다.
상기 화학 강화하는 단계에 의해 상기 유리 기판의 상면과 하면의 DOL(Depth Of Layer) 차이는 0㎛ 내지 1.0㎛의 범위 또는 0.01㎛ 내지 0.5㎛의 범위로 될 수 있다. 즉, 상기 열처리 단계에 의해 유리 기판의 상면과 하면의 밀도차가 발생하게 되고 이에 의해 하면에 존재하는 주석 이온에 의한 DOL차이를 줄일 수 있다. 마찬가지로, 상기 화학 강화하는 단계에 의해 상기 유리 기판의 상면과 하면의 표면 압축 응력(Compress Stress)값의 차이는 0㎫ 내지 100㎫의 범위 또는 5㎫ 내지 15㎫의 범위로 될 수 있으며, 이에 의해 최종적으로 제조되는 플로트 유리의 휨 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실험데이터를 통해 본 발명에 대해 설명하기로 한다.
<실시예>
아사히 글라스(Asahi Glass) 소다라임 유리를 준비한 후, 상부에만 적외선 램프 가열 장치가 구비된 RTA(Rapid Thermal Annealing) 장비를 이용하여 상기 소다라임 유리를 대략 유리 서냉점(Annealing Point) 온도에서 약 5분간 열 처리 하였다. 그 후, 열 처리한 소다라임 유리를 침지 방법에 의한 KNO3 습식 강화를 진행하여 플로팅 유리를 제조하였다. 그리고 제조된 플로팅 유리의 상면과 하면의 압축 응력 및 DOL 값을 토시바(Toshiba) 사의 FSM-600LE 장비를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상면 하면 상/하면 특성 차이
압축 응력 (㎫) 812 823 11
DOL (㎛) 9.2 9.0 0.2
<비교예>
열 처리 공정을 생략한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 습식 강화를 진행하여 플로팅 유리를 제조한 후, 플로팅 유리의 상면과 하면의 압축 응력 및 DOL 값을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상면 하면 상/하면 특성 차이
압축 응력 (㎫) 614 652 38
DOL (㎛) 13.32 12.88 0.44
<실험예 1 : 열 처리 온도에 따른 플로팅 유리 강화 특성 비교>
코닝(Corning) 사의 고릴라-3(Gorilla-3) 유리 샘플을 준비한 후, 상기 유리 샘플을 전체적으로 약 570℃ 내지 약 650℃의 범위의 온도로 열 처리하였고, 열 처리 온도에 따른 압축 응력 값을 도 9에 도시하였다.
도 9를 참조하면, 열 처리 공정의 전/후에 강화 특성, 즉 압축 응력 특성이 향상되는 경향을 확인할 수 있고, 강화 특성의 열 처리 온도에 대한 의존성을 확인할 수 있다. 이 때에 향상되는 강화 특성은 강화 온도, 강화 시간, 염 순도, 유리 샘플의 두께, 초기 유리 샘플의 응력 분포 등에 영향을 받을 수 있다.
<실험예 2 : 열 처리 전/후에 따른 플로팅 유리 강화 특성 비교>
서로 다른 2 종의 플로팅 유리 샘플(이하, 제1 샘플 및 제2 샘플)을 준비한 후, 상기 제1 샘플 및 제2 샘플을 전체적으로 열 처리 하였고, 열 처리 전/후에서의 압축 응력 및 그 변화량을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이 때, 열 처리 전/후에 동일한 DOL 값을 갖도록 하였다.
제1 샘플 유리 제2 샘플 유리
열 처리 전 압축 응력 (㎫) 790 804
열 처리 후 압축 응력 (㎫) 831 839
표 3을 참조하면, 열 처리 공정의 전/후에 강화 특성, 즉 압축 응력 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3 : 열 처리 전/후의 영율 측정>
아사히 글라스(Asahi Glass) 소다라임 유리를 준비한 후, 열 처리 전, 및 실시예와 동일한 방법으로 열 처리를 한 후의 소다라임 유리 상면과 하면의 영율(Young's Modulus)을 안톤 파(Anton Paar) 사의 나노-인덴테이션(Nano-indentation) 장비를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
상면 하면 상/하면 특성 차이
열 처리 전 영율 (㎬) 67.6 68.4 0.8
열 처리 후 영율 (㎬) 72.8 73.2 0.4
열 처리 전/후 영율 차이 (㎬) 5.2 4.8
표 4를 참조하면, 소다라임 유리의 상면과 하면 모두 열 처리 전에 비해 열 처리 후에 영율이 증가함을 확인할 수 있다. 이는 열 처리에 의한 구조 치밀화에 기인한 것일 수 있다. 특히, 상면의 영율이 하면의 영율에 비해 크게 증가함으로써, 열 처리를 통해 상면과 하면에서의 영율 차이가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 11, 12: 발광소자
100: 회로기판
200: LED칩
300: 반사면
310, 330, 340: 사이드 반사면
320: 바텀 반사면
400: 형광면
500: 도광판
510: 제 1도광판
520: 제 2도광판
θ1: 상하 출사각
θ2: 좌우 출사각

Claims (20)

  1. 코어층;
    상기 코어층 상부의 상부 이온 교환층; 및
    상기 코어층 하부의 하부 이온 교환층;을 포함하되,
    상기 상부 이온 교환층의 밀도는 상기 하부 이온 교환층의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 큰 플로트 유리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 이온 교환층은 주석(Sn) 이온을 포함하는 플로트 유리.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 이온 교환층 및 상기 하부 이온 교환층은 알칼리 금속 이온을 포함하는 플로트 유리.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 이온 교환층 및 상기 하부 이온 교환층은 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나 이상을 포함하는 플로트 유리.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 플로트 유리의 두께는 0.05㎜ 내지 0.7㎜의 범위인 플로트 유리.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 이온 교환층과 상기 하부 이온 교환층의 DOL(Depth Of Layer) 값의 차이는 0.01㎛ 내지 1.0㎛의 범위인 플로트 유리.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 상부 이온 교환층의 DOL(Depth Of Layer)은 5.0㎛ 내지 100㎛의 범위인 플로트 유리.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 이온 교환층과 상기 하부 이온 교환층의 표면 압축 응력(Compress Stress) 값의 차이는 0㎫ 내지 100㎫의 범위인 플로트 유리.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 상부 이온 교환층의 압축 응력(Compress Stress)은 600㎫ 내지 1500㎫의 범위인 플로트 유리.
  10. 베스 상에서 용융 주석 상부에 용융 유리 원료를 플로팅하여 유리 기판을 성형하는 단계;
    상기 성형된 유리 기판의 상기 용융 주석과 접하는 하면과 접하지 않는 상면을 열처리하는 단계; 및
    상기 유리 기판을 화학 강화하는 단계;를 포함하되,
    상기 열처리하는 단계는 상기 유리 기판의 상기 상면을 상기 하면에 비해 더 높은 온도로 수행하는 플로트 유리 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 상기 상면의 온도가 상기 하면의 온도에 비해 50℃ 내지 70℃ 범위로 더 높은 플로트 유리 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계에서 상기 상면의 열처리 온도는 500℃ 내지 680℃의 범위인 플로트 유리 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 열처리 하는 단계에 의해 상기 유리 기판의 상기 상면의 영율(Young's Modulus)은 상기 열처리 하는 단계 전에 비해 1㎬ 내지 6㎬ 범위로 더 커지는 플로트 유리 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 열처리 하는 단계 전의 상기 유리 기판의 상기 상면의 영율(Young's Modulus)은 65 내지 80㎬의 범위인 플로트 유리 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 열처리 하는 단계 전의 상기 유리 기판의 상기 하면의 영율(Young's Modulus)은 60 내지 85㎬의 범위인 플로트 유리 제조방법.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계에 의해 상기 유리 기판의 상기 상면의 밀도는 상기 하면의 밀도에 비해 0.001㎏/㎥ 내지 0.01㎏/㎥의 범위로 더 커지는 플로트 유리 제조방법.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 화학 강화하는 단계에 의해 상기 유리 기판의 상기 상면과 상기 하면의 DOL(Depth Of Layer)값의 차이는 0.01㎛ 내지 1.0㎛의 범위인 플로트 유리 제조방법.
  18. 제 10항에 있어서,
    상기 하면은 주석 이온을 포함하는 플로트 유리 제조방법.
  19. 제 10항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 유도 가열로, 터널식 노(tunnel furnace), 급속 열공정(Rapid Thermal Process; RTP), 급속 열처리 장비(Rapid Thermal Annealing; RTA) 및 레이저 공정 중 어느 한 공정에 의해 수행되는 플로트 유리 제조방법.
  20. 제 10항에 있어서,
    상기 화학 강화하는 단계는 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나 이상을 포함하는 용융염에 상기 유리 기판을 침지함으로써 수행되는 플로트 유리 제조방법.
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