KR20170132601A - 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판에 관한 것으로서, 특히, 스퍼터링을 통해 얇게 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판을 제조하여 평균 투과율과 경도 모두가 우수한 디스플레이용 커버 기판을 제공하기 위한 것으로서, 아르곤(Ar)과 함께 반응성 가스로 산소(O₂) 및 질소(N)를 포함하는 분위기에서 알루미늄(Al)을 타겟으로 하여 스퍼터링을 통해 투명기판(100)에 알루미늄 산화질화물(AlON) 코팅막(200)을 형성하여, 디스플레이용 커버 기판에 적합하도록 투과 특성 및 경도 특성을 크게 향상시켜 제품의 시장경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판{Transparent substrate with coating layer of AlON}

본 발명은 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판에 관한 것으로서 특히, 스퍼터링(sputtering)을 통해 얇게 알루미늄 산화질화물(AlON)이 코팅된 투명기판을 제조하여 평균 투과율과 경도 모두가 우수한 디스플레이용 커버 기판을 제공하기 위한 것으로써, 디스플레이용 커버 기판에 적합하도록 투과 특성 및 경도 특성을 크게 향상시켜 제품의 시장경쟁력을 극대화시킬 수 있는 것에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이용 커버 기판에 사용하기 위한 투명기판은 높은 평균 투과율과 함께 높은 경도가 요구되고 있다.

이와 같은 디스플레이용 커버 기판으로는 종래에 강화 유리가 널리 사용되었으나, 강화 유리의 경우 기판 표면에 압축 응력이 형성되기 때문에, 최근에는 사파이어 글라스가 널리 사용되고 있는 실정이다.

이러한 사파이어 글라스는 고순도의 산화알루미늄을 잉곳 형태로 제작하여 연삭 가공한 것으로 높은 경도를 가진다는 이점을 가지고 있다.

그러나, 종래에 디스플레이용 커버 기판으로 사용되는 사파이어 글라스는 생산비용이 높을 뿐 아니라 제품의 투과율이 낮다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 스퍼터링을 통해 얇은 알루미늄 산화질화물 코팅막을 투명기판에 형성하여 평균 투과율과 경도 모두가 우수한 디스플레이용 커버 기판을 제조할 수 있음으로써, 디스플레이용 커버 기판에 적합하도록 투과 특성 및 경도 특성을 크게 향상시켜 제품의 시장경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 아르곤(Ar)과 함께 반응성 가스로 산소(O₂) 및 질소(N)를 포함하는 분위기에서 알루미늄(Al)을 타겟으로 하여 스퍼터링을 통해 투명기판에 알루미늄 산화질화물(AlON) 코팅막을 형성함으로써 달성된다.

이때, 상기 스퍼터링은 산소 분압비 2.6~4.1%이고, 질소 분압비 24.0~31.8%의 분위기에서 실시되는 것이 양호하다.

이와 함께, 상기 스퍼터링은 산소:질소의 비율이 1.0:7.8~9.3의 분위기에서 실시되는 것이 바람직할 것이다.

특히, 상기 스퍼터링은 20kW의 전력을 인가하는 상태에서, 투명기판의 진행속도 0.3m/min, 온도 실온~250℃에서 실시되는 것이 가장 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 스퍼터링을 통해 얇은 알루미늄 산화질화물 코팅막을 투명기판에 형성하여 평균 투과율과 경도 모두가 우수한 디스플레이용 커버 기판을 제조할 수 있음으로써, 디스플레이용 커버 기판에 적합하도록 투과 특성 및 경도 특성을 크게 향상시켜 제품의 시장경쟁력을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판을 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판을 제조하기 위한 스퍼터링 시스템을 도시하는 개략적인 구성도.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판을 도시하는 단면도이며, 도 2는 본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판을 제조하기 위한 스퍼터링 시스템을 도시하는 개략적인 구성도이다.

본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스퍼터링(sputtering)을 통해 얇은 알루미늄 산화질화물(AlON) 코팅막(200)을 투명기판(100)에 형성함으로써, 디스플레이용 커버 기판에 적합하도록 투과 특성 및 경도 특성을 크게 향상시킨 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판은, 아르곤(Ar)과 함께 반응성 가스로 산소(O₂) 및 질소(N)를 포함하는 분위기에서 알루미늄(Al)을 타겟으로 하여 스퍼터링을 통해 투명기판(100)에 알루미늄 산화질화물(AlON) 코팅막(200)을 형성한 것이다.

우선, 본 발명에 있어서 스퍼터링은 진공증착법의 일종으로 비교적 낮은 진공도에서 플라스마를 발생시켜 이온화한 아르곤 등의 가스를 가속하여 타겟(400)인 알루미늄에 충돌시켜 알루미늄 원자를 분출시킨 후, 그 근방에 있는 투명기판(100)상에 코팅막(200)을 만드는 방법인 것이다.

이러한 합금의 스퍼터링에서는 거의 합금의 조성대로 막을 형성할 수 있다는 이점이 있으며, 이와 함께, 반응성 가스를 이용하면 가스와의 반응물의 막 형성도 가능하다는 이점을 가지고 있다.

즉, 도 1에 도시한 본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판은 도 2에 예시한 바와 같은 스퍼터링 시스템에서 제조되는 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이 스퍼터링 시스템은, 투명기판(100)을 지지하되 (+)극으로 대전된 홀더와(300)와, (-)극으로 대전된 알루미늄인 타겟(400)과, 전자를 가속화시키는 전자가속장치(500)와, 그리고 이들을 수용하는 진공 챔버(600)로 이루어져 있다.

이때, 상기 진공 챔버(600)에는 아르곤(Ar), 질소(N₂), 그리고 산소(O₂)를 공급하는 질량 유량 제어장치(MFC; mass flow controller)(700) 및 진공을 형성하기 위한 진공 펌프(800)가 연결되며, 상기 전자가속장치(500)에는 전원공급장치(900)가 접속되어 전원을 공급하게 된다.

이러한 구성에 따라, 상기 진공 챔버(600) 내부가 진공 펌프(800)에 의해 진공을 유지하는 상태에서, 상기 진공 챔버(600)의 내부에 비활성가스인 아르곤(Ar)과 함께 반응성 가스인 질소(N₂)와 산소(O₂)가 질량 유량 제어장치(700)에 의해 정량적으로 채워진다.

이러한 상태에서 (-)극성의 자유전자가 (+)로 대전된 투명기판(100) 측으로 이동하면서 아르곤과 충돌하게 되며, 이때 플라즈마가 발생하면서 아르곤이 이온화하여 Ar⁺가 된다.

이러한 아르곤 이온은 (-)로 대전된 타겟(400) 측으로 이동하게 되며, 전자가속장치(500)에 의해 가속된 아르곤 이온은 타겟(400)인 알루미늄과 충돌하게 되어, 튀어나온 알루미늄 원자가 질소 및 산소와 함께 투명기판(100) 측에 증착됨으로써, 도 1과 같이 알루미늄 산화질화물(AlON)이 얇은 코팅막(200)의 형태로 투명기판(100)에 생성되는 것이다.

본 출원인은 상술한 바와 같은 스퍼터링에 있어서 반응성 가스인 산소와 질소의 분압비를 변화시키면서 다양한 시험을 반복 수행하면서 디스플레이용 커버 글라스에 적합한 평균 투과율과 경도를 가지는 투명기판(100)을 제조해 보았으며, 그 결과를 아래의 [표 1]에 정리하였다.

실시예	O2 (sccm)	N2 (sccm)	O2 분압비 (%)	N2 분압비 (%)	O2:N2 가스 비율	결과
						두께 (nm)	평균 투과율	경도 (GPa)
1	11	98	2.6	24.0	1.0:9.3	138	88.7	15.2
2	17	153	3.6	32.6	1.0:9.0	138	89.3	17.5
3	18	159	3.8	33.3	1.0:8.8	127	92.1	13.5
4	19	149	4.1	31.8	1.0:7.8	135	92.9	12.3

이때, 공급되는 전력은 20kW, 투명기판(100)의 진행속도 0.3m/min, 아르곤의 공급 유량은 300sccm(standard cubic centimeter per minutes), 온도는 실온이었다.

상기 [표 1]에 정리한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판은 산소와 질소의 분압비 조절을 통해 두께 127~138nm, 평균 투과율 88.7~92.9, 그리고 경도 12.3~17.5GPa로 확인되어, 평균 투과율 및 경도 모두가 높은 양질의 투명기판을 제조할 수 있음을 확인하였다.

특히, 실시예3은 가장 얇은 두께인 128nm로 알루미늄 산화질화물이 코팅되며, 실시예 4는 92.9의 가장 높은 평균 투과율을 가지고, 실시예2는 17.5GPa의 가장 높은 강도를 지니는 것으로 확인되었다.

이와 더불어, 본 출원인은 상술한 바와 같은 스퍼터링에 있어서 온도를 변화시키면서 다양한 시험을 반복 수행하면서 디스플레이용 커버 글라스에 적합한 평균 투과율과 경도를 가지는 투명기판(100)을 제조해 보았으며, 그 결과를 아래의 [표 2]에 정리하였다.

실시예	온도 (℃)	결과
		두께 (nm)	평균 투과율	경도 (GPa)
2	실온	138	89.3	17.5
5	150	128	88.0	17.1
6	220	109	87.0	17.3

이때, 온도 변화를 제외하고는 상술한 실시예2의 조건과 동일한 환경에서 스퍼터링이 실시되었다.

상기 [표 2]에 정리한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판은 온도 조절을 통해 두께 109~138nm, 평균 투과율 87.0~89.3, 그리고 경도 17.1~17.5GPa로 확인되어, 평균 투과율 및 경도 모두가 우수한 양질의 투명기판을 제조할 수 있었다.

특히, 실시예6은 가장 얇은 두께인 109nm로 알루미늄 산화질화물이 코팅되며, 실시예2는 92.9의 가장 높은 평균 투과율 및 17.5GPa의 가장 높은 강도를 지니는 것으로 확인되었다.

따라서, 본 발명에 있어서 상기 스퍼터링은 산소 분압비 2.6~4.1%이고, 질소 분압비 24.0~31.8%의 분위기에서 실시되는 것이 양호하다.

이와 더불어, 상기 스퍼터링은 산소:질소의 비율이 1.0:7.8~9.3의 분위기에서 실시되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 스퍼터링은 20kW의 전력을 인가하는 상태에서, 투명기판(100)의 진행속도 0.3m/min, 온도 실온~250℃에서 실시되는 것이 가장 바람직한 것으로 확인되었다.

이때, 상기 진행속도란 스퍼터링 시스템 내에서 넓은 면적인 투명기판(100)을 스퍼터링 하기 위하여 상기 투명기판(100)을 진행시킨 속도를 의미하는 것이다.

따라서, 본 발명은 소망하는 두께, 평균 투과율, 그리고 경도를 갖는 알루미늄 산화질화물 코팅막(100)을 최적의 조건하에서 스퍼터링을 통해 투명기판(200)에 형성할 수 있음으로써, 디스플레이용 커버 기판에 대한 시장경쟁력을 극대화시킬 수 있다는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

100 : 투명기판 200 : 알루미늄 산화질화물 코팅막
300 : 홀더 400 : 타겟
500 : 전자가속장치 600 : 진공 챔버
700 : 질량 유량 제어장치 800 : 진공 펌프
900 : 전원공급장치

Claims (4)

1. 아르곤(Ar)과 함께 반응성 가스로 산소(O₂) 및 질소(N)를 포함하는 분위기에서 알루미늄(Al)을 타겟으로 하여 스퍼터링(sputtering)을 통해 투명기판에 알루미늄 산화질화물(AlON) 코팅막을 형성한 것을 특징으로 하는 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터링은 산소 분압비 2.6~4.1%이고, 질소 분압비 24.0~31.8%의 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 스퍼터링은 산소:질소의 비율이 1.0:7.8~9.3의 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 스퍼터링은 20kW의 전력을 인가하는 상태에서, 투명기판의 진행속도 0.3m/min, 온도 실온~250℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 산화질화물이 코팅된 투명기판.

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