KR20190058514A - 엔지니어링된(engineered) 응력 프로파일을 갖는 유리-계 제품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

제1 외부 영역 압축 응력 및 제1 면 상의 제1 코팅을 갖는 제1 면을 갖는 강화된 유리-계 기판이 개시된다. 제1 코팅은 제1 코팅 영률 값, 제1 코팅 두께, 및 중성 또는 압축성인 제1 코팅 응력을 갖도록 선택되는 물질을 포함하여, 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값이 제1 코팅 응력의 절대값보다 크도록 한다. 유리-계 제품의 제조방법이 제공되며, 유리-계 제품의 상이한 면 상의 상이한 강도 값 및/또는 신뢰성을 제공하는 코팅을 갖는 유리-계 제품 또한 개시된다.

Description

엔지니어링된(engineered) 응력 프로파일을 갖는 유리-계 제품 및 이의 제조 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 내용이 본원에 의존되고 내용 전체가 본원에 참조로서 통합된 2016년 9월 27일 출원된 미국 가출원 번호 제 62/400228 호의 35 U.S.C. § 119 하의 우선권의 이익을 주장한다.

본 개시의 구체예는 일반적으로 엔지니어링된 응력 프로파일을 갖는 유리-계 제품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

강화된 유리-계 제품은 휴대 전화, 스마트 폰, 태블릿, 비디오 플레이어, 정보 단말(IT) 장치, 랩탑 컴퓨터, 내비게이션 시스템 등과 같은 휴대용 또는 모바일 전자 통신 및 엔터테인먼트 장치용 커버 플레이트 또는 윈도우로서전자 장치에 널리 사용될 뿐 아니라, 건축(예를 들어, 윈도우, 샤워 패널(panel), 조리대 등), 운송 수단(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가정용 기기와 같은 다른 적용(application), 또는 우수한 내파괴성 및 얇고 경량인 제품을 요구하는 임의의 적용에 널리 사용된다.

화학적으로 강화된 유리 제품과 같은 강화된 유리-계 제품에서, 압축 응력은 유리 표면에서 가장 높거나 피크(peak)이며 표면으로부터 멀어질수록 피크 값으로부터 감소하며, 유리 내의 응력이 인장성이 되기 전 유리 제품의 일부 내부 위치에는 응력이 없다. 이러한 응력 프로파일을 갖는 유리 제품의 경우, 와이블(Weibull) 플롯이 2축 테스팅에서 파괴에 대한 하중의 분산을 나타내는 특정 와이블 계수에 대해 얻어질 수 있다. 유리 제품의 상이한 샘플에 대한 파괴에 대한 하중의 분산이 보다 엄격해지며, 이에 의해 제품 신뢰성이 증가함에 따라 보다 높은 와이블 계수는 일반적으로 매력적이다. 다시 말해, 제품은 핸들링(handling)으로부터의 분포를 포함하여, 초기 결함 크기 분포에 덜 민감할 것이다.

이온 교환 공정에 대한 수정은 초기 결함 수에 대한 민감도를 감소시키기 위해 유리-계 제품의 응력 프로파일을 수정하는데 사용될 수 있다. 강화된 유리가 점점 많이 이용됨에 따라, 이온 교환 공정에 대한 수정이 이러한 목적으로 사용될 수 있지만, 강화된 유리의 평균 강도에 상당한 영향을 미치지 않으면서 향상된 신뢰성을 갖는 강화된 유리를 제공하는 다른 방법을 개발하는 것이 보다 중요해졌다.

본 개시의 제1 관점은 유리-계 제품에 관한 것으로, 상기 유리-계 제품은 그 위에 제1 코팅을 갖는 제1 면, 상기 제1 코팅과 유리-계 기판 사이의 제1 계면, 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 유리-계 기판을 포함하고, 상기 제1 코팅은 제1 표면으로부터 상기 제1 계면까지 연장하는 제1 코팅 두께를 갖고, 상기 유리-계 기판은 상기 제1 계면으로부터 제2 표면까지 연장하는 기판 두께를 가지며, 상기 유리-계 기판은 상기 제1 계면으로부터 압축 깊이(이하, "DOC")까지 연장하는 제1 외부 영역을 갖고, 상기 제1 외부 영역은 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값을 가지며, 상기 제1 코팅은 제1 코팅 영률(Young's modulus) 값, 중성 또는 압축성인 제1 코팅 응력을 갖도록 선택되는 물질을 포함하며, 상기 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값은 상기 제1 코팅 응력의 절대값보다 크다.

본 개시의 또 다른 관점은 기판 영률, 제1 면 및 제2 면, 상기 제1 면은 제1 DOC까지 연장하는 압축 응력을 갖는 제1 면 외부 영역을 가지며, 인장 응력 및 상기 제1 면 외부 영역에 대향하는 제2 면 외부 영역을 갖는 상기 제2 면을 갖는 중심 영역을 갖는 유리-계 기판, 상기 제2 면 외부 영역은 제2 DOC 까지 연장하는 압축 응력을 가지며; 상기 제1 면 상의 제1 코팅, 상기 제1 코팅과 상기 유리-계 기판 사이의 제1 계면, 상기 제1 코팅은 제1 코팅 두께 및 제1 코팅 영률을 가져 상기 제1 면이 제1 면 강도 및 제1 면 기계적 신뢰성을 갖도록 하며; 및 상기 제2 면 상의 제2 코팅, 상기 제2 코팅과 유리-계 기판 사이의 제2 계면을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것으로, 상기 제2 코팅은 제2 코팅 두께 및 제2 코팅 영률을 가져 상기 제2 면이 제2 면 강도 및 제2 면 기계적 신뢰성을 갖도록 하며, 상기 제1 면 강도는 상기 제2 면 강도와 상이하고 상기 제1 면 기계적 신뢰성은 상기 제2 면 기계적 신뢰성과 상이하다.

본 개시의 또 다른 관점은 유리-계 제품의 기계적 신뢰성을 변화시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은: 유리-계 기판의 임계 결함 크기를 결정하는 단계, 상기 임계 결함 크기는 상기 유리-계 기판의 기계적 신뢰성 및 강도를 결정하며, 상기 유리-계 기판은 기판 영률, 기판 강도 및 기판 기계적 신뢰성, 제1 표면, 기판 두께 및 제1 면 표면으로부터 제1 DOC 까지 연장하는 압축 응력을 갖는 제1 면 외부 영역, 인장 응력을 갖는 중심 영역, 및 제2 면 표면으로부터 제2 DOC까지 연장하는 압축 응력을 갖는 제2 면 외부 영역을 가지며; 상기 유리-계 기판 영률과 상이한 제1 코팅 영률을 갖는 제1 코팅 물질을 선택하는 단계; 상기 제1 코팅 영률 및 상기 유리-계 기판 영률에 기초하여, 상기 제1 면 또는 상기 제1 면 상의 유리-계 기판 기계적 강도에 대한 상기 유리-계 기판 기계적 신뢰성 중 하나를 증가시키는 계산된 제1 코팅 두께를 결정하는 단계; 및 상기 제1 면 또는 상기 제1 면 상의 유리-계 기판 기계적 강도에 대한 상기 유리-계 기판 기계적 신뢰성을 증가시키기 위해 상기 계산된 제1 코팅 두께에서 상기 제1 코팅을 적용하는 단계를 포함한다.

본 개시의 또 다른 관점은 원하는 강도를 갖는 유리-계 제품을 형성하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 코팅이 없는 상태에서 상기 유리-계 제품 내의 최대 예상 결함 크기를 결정하는 단계; 상기 코팅이 상기 유리-계 제품 상에 위치되어 있을 때 상기 유리-계 제품 내 최대 예상 결함 크기에 대응하는 코팅 두께 값 및 코팅 영률 값을 결정하는 단계; 상기 영률 값 및 상기 코팅이 적용될 때 상기 유리-계 제품에 대해 상기 원하는 강도 및 원하는 기계적 신뢰성을 제공하는 두께 값을 갖는 코팅을 선택하는 단계; 및 상기 코팅을 상기 유리-계 제품에 적용하는 단계를 포함한다.

전술한 일반적인 설명 및 이후의 상세한 설명 모두는 본 개시의 구체예를 나타내며, 이들이 기술되고 주장된 바와 같이 구체예의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하는 의도임이 이해되어야 한다. 수반된 도면은 구체예의 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 개시의 다양한 구체예를 도시하고, 설명과 함께 이의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.

도 1은 복수의 크랙(crack)을 갖는 표면을 갖는 유리-계 기판의 단면도이고;
도 2a는 몇몇 구체예에 따른 일 면 상에 코팅을 갖는 강화된 유리-계 기판을 도시하며;
도 2b는 몇몇 구체예에 따른 2개의 면 상에 코팅을 갖는 강화된 유리-계 기판을 도시하고;
도 3a는 코팅 전 유리-계 기판의 응력 프로파일을 도시하며;
도 3b는 몇몇 구체예에 따른 코팅을 갖는 유리-계 기판의 응력 프로파일을 도시하고;
도 4는 몇몇 구체예에 따른 코팅되지 않은 유리-계 기판 및 코팅된 유리-계 기판에 대한 데이터를 나타내는 와이블 플롯을 도시하며;
도 5는 몇몇 구체예에 따른 모델링 데이터에 기초한 유지된 강도 대 결함 크기의 플롯을 도시하고;
도 6은 기판의 강도를 측정하기 위한 링 온 링(ring on ring) 테스팀 셋업을 도시한다.
도 7a는 본원에 기술된 임의의 강화된 제품을 포함하는 예시적인 전자 장치의 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 예시적인 전자 장치의 사시도이다.

몇몇 예시적인 구체예를 기술하기 전, 본 개시가 이하의 개시에서 설명되는 구성 또는 공정 단계의 세부 사항에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 본원에 제공된 개시는 다른 구체예가 가능하며 다양한 방법으로 실시 또는 수행될 수 있다. 이하의 상세한 설명에서, 제한의 목적이 아닌 설명의 목적으로, 특정 세부 사항을 개시하는 예시적인 구체예는 다양한 원리 및 관점의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 청구된 주제가 본원에 개시된 특정 세부 사항으로부터 벗어나는 다른 구체예에서 실시될 수 있다는 것은 본 개시의 이점을 갖는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 또한, 공지된 장치, 방법 및 물질의 설명은 본원에 설명된 다양한 원리의 설명을 모호하게 하지 않기 위해 생략될 수 있다. 마지막으로, 적용 가능할 때마다, 동일한 참조번호가 동일한 요소를 나타낸다.

본원에 사용된 방향 용어-예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 탑(top), 버텀(bottom)-는 도시된 도면을 참조하여서만 만들어지며 절대적인 방향을 암시하는 의도는 아니다.

본 명세서 전체에 걸친 "일 구체예" ,"특정 구체예", "다양한 구체예", "일 이상의 구체예" 또는 "구체예"에 대한 참조는 구체예와 관련하여 기술된 특정한 특징, 구조, 물질, 또는 특성이 본 개시의 적어도 하나에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 이상의 구체예에서", "특정 구체예에서", "다양한 구체예에서", "일 구체예에서", 또는 "구체예에서"와 같은 문구의 출현은 반드시 동일한 구체예를 의미하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조, 물질, 또는 특성(상이한 구체예에서 기술된 것을 포함함)은 일 이상의 구체예에서 임의의 적절한 방식으로 조합(임의 및 모든 조합을 포함)될 수 있다.

본 개시의 일 이상의 구체예는 코팅을 포함하는 엔지니어링된 응력 프로파일을 갖는 유리-계 제품을 제공한다. 일 이상의 구체예에서, 코팅은 강화된 유리-계 기판의 한 면 또는 양 면 모두 상에 적용된 강화된 유리-계 기판과 동일하거나, 이보다 낮거나 높은 영률을 갖는 물질을 포함한다. 일 이상의 구체예에 따르면, 코팅은 잔류 응력 또는 압축 잔류 응력을 갖지 않는다. 코팅이 잔류 응력을 갖지 않는 경우에, 유리-계 제품의 전체 응력 프로파일은 코팅이 이온-교환 프로파일을 특정 거리만큼 유리-계 제품 내로 이동(shift)시킴으로써 얻어진 응력 프로파일과 유사하고, 유리-계 제품의 외부 영역이 압축을 갖지 않는다. 모델링 및 몇몇 예비 실험 데이터에 따르면, 이러한 배열(configuration)은 원래의 화학적으로 강화된 유리-계 기판이 코팅을 갖지 않고 평균 강도가 거의 동일한 경우에 비해 초기 유리 결함에 보다 덜 민감하다.

일 이상의 구체예에 따르면, 초기 결함에 덜 민감한 화학적으로 강화된 유리-계 제품이 제공된다. 일 이상의 구체예에서, 본원에 기술된 유리-계 제품은 보다 높은 신뢰성 및 보다 일관된 제품 성능을 가지며 그 위에 코팅을 포함하지 않는 기존 제품과 비교하여 보다 낮은 강도의 가변성을 나타낼 것이다.

일 이상의 구체예에 따르면, 유리-계 기판 또는 제품의 한 면 또는 양면 상의 코팅은 코팅 파라미터를 조정함으로써 얇은 유리-계 제품(예를 들어 약 1 mm 이하의 두께를 가짐) 및 보다 두꺼운 유리-계 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 일 이상의 구체예에 따르면, 두께 및 영률과 같은 코팅(들)의 특성은 결함이 모델링을 통해 결정될 수 있는 미리 결정된 길이까지 성장하도록 조정될 수 있으며, 이는 차례로 (ⅰ) 초기 결함 수에 대한 낮은 민감도를 갖고; (ⅱ) 높은 신뢰성을 가지며; (ⅲ) 일관된 제품 성능을 가지고; 및/또는 (ⅳ) 낮은 강도 가변성을 갖는 유리-계 제품을 초래하는 엔지니어링된 응력 프로파일을 갖는 유리-계 제품을 허용할 수 있다. 구체예에서, 유리-계 제품의 강도 및 신뢰성은 코팅 영률 및 코팅 두께의 선택에 의해 정밀하게 조정될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품은 유리-계 제품의 상이한 면 상에서 상이한 파라미터를 갖도록 하는 코팅 파라미터의 선택에 의해 유리-계 제품의 대향하는 면 상에서 상이한 신뢰성을 갖도록 제공될 수 있다. 구체예에서, 본원에 제공된 유리-계 제품은 유리-계 제품의 하중 하에서의 파괴 전에 미리 결정되고 공지된, 관측 가능한 결함으로, 일정한 성능을 갖도록 설계된 안전 적용에 적합하다.

도 1은 복수의 크랙을 갖는 예시적인 강화된 유리-계 기판(10)을 도시하며, 표면 아래의 손상이 어떻게 파괴를 초래할 수 있는지를 도시한다. 유리-계 기판(10)의 외부 표면(55)으로부터 DOC(62)까지 연장하는 압축 응력 영역(60)은 압축 응력(CS) 하에 있다. 유리의 중심 인장 영역(80) 내로 연장하지 않는 예시적인 강화된 유리-계 기판(10)의 압축 응력 영역(60) 내의 크랙(50)이 인장 응력 또는 중심 장력(CT) 하의 영역인 유리의 중심 인장 영역(80) 내로 관통하는 크랙(90)과 함께 도시된다. 유리의 가까운 표면 영역 내에 CS를 포함하는 것이 유리-계 기판의 크랙 전파 및 파괴를 막을 수 있지만, 손상이 DOC(62)를 넘어서 연장하는 경우, CT가 충분히 높은 크기인 경우, 결함은 재료 임계 응력 세기 수준(파괴 인성)에 도달할 때 까지의 시간에 걸쳐 전파되며 궁극적으로 유리가 파괴될 것이다.

이제 도 2a를 참조하면, 본 개시의 제1 구체예는 유리-계 제품(100), 예를 들어, 제1 면(115), 제1 면(115)에 대향하는 제2 면(215)을 갖는 유리-계 기판(110)을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이다. 제1 코팅(120)은 제1 면(115) 상에 배치(dispose)되고, 제1 계면(125)은 유리-계 기판(110)의 제1 코팅과 제1 면 사이에 배치된다. 제1 코팅(120)은 제1 표면(130)으로부터 제1 계면(125)까지 연장하는 제1 코팅 두께(11)를 갖는다. 유리-계 기판(110)은 제1 계면(125)으로부터 제2 표면(135)까지 연장하는 기판 두께를 갖고, 제1 계면(125)으로부터 DOC(142)까지 연장하는 제1 외부 영역(140)을 갖는다. 제1 구체예에 따르면, 제1 외부 영역(140)은 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값을 갖는다. 제1 코팅(120)은 제1 코팅 영률 값, 제1 코팅 두께(t1) 및 중성 또는 압축성인 제1 코팅 응력을 갖도록 선택되는 물질로 구성되어, 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값이 제1 코팅 응력의 절대값보다 크도록 한다. 중성 응력은 0인 응력 또는 압축 응력이 없으며 인장 응력이 없는 것을 의미한다. 유리 기판에 있어서, 영률은 전형적으로 약 60 GPa 내지 약 80 GPa의 범위 내이다. 유리-세라믹 제품의 영률은 전형적으로 약 60 내지 약 120 GPa의 범위 내이며, 몇몇 구체예에서는 약 120 GPa 초과일 수 있다.

제2 구체예에서, 제1 구체예는 제1 코팅 응력의 절대값이 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값보다 적어도 약 40% 적도록 추가로 특징지어진다. 제3 구체예에서, 제1 구체예의 유리-계 제품은 제1 코팅 응력의 절대값이 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값보다 적어도 약 50% 적도록 특징지어진다.

제4 구체예에 따르면, 제1 내지 제3 구체예 중 어느 하나는 유리-계 기판이 제1 코팅 영률 값과 상이한 기판 영률 값을 갖는 것으로 특징지어진다. 제5 관점에 따르면, 제1 내지 제3 관점 중 어느 하나는 유리-계 기판이 제1 코팅 영률 값 이하인 기판 영률 값을 갖는 것으로 특징지어진다.

제6 구체예에 따르면, 제1 내지 제5 구체예 중 어느 하나는 제1 코팅이 유리-계 제품의 기계적 신뢰성을 향상시키도록 제1 코팅 영률 값이 선택되는 것으로 더욱 특징지어진다. 제7 구체예에 따르면, 제1 내지 제6 구체예 중 어느 하나는 제1 코팅 두께가 약 5 나노미터 내지 약 5 마이크로미터(이하, 마이크로미터, 미크론 또는 ㎛)의 범위 내인 것으로 더욱 특징지어진다. 제8 구체예에 따르면, 제1 내지 제6 구체예 중 어느 하나는 제1 코팅 두께가 약 10 나노미터 내지 약 2 마이크로미터의 범위 내인 것으로 더욱 특징지어진다.

제9 구체예에 따르면, 제1 내지 제8 구체예 중 어느 하나는 제1 코팅이 실리카, 인듐 주석 산화물, 알루미늄 옥시나이트라이드, 다공성 실리카, 유리-세라믹 또는 세라믹으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것으로 더욱 특징지어진다. 제10 구체예에 따르면, 제1 내지 제9 구체예 중 어느 하나는 유리-계 제품이 적층된 유리-계 기판, 화학적으로 강화된 유리-계 기판, 열적으로 강화된 유리-계 기판, 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 강화된 유리-계 기판을 포함하는 것으로 더욱 특징지어진다.

제11 구체예에 따르면, 제1 내지 제10 구체예 중 어느 하나는 유리-계 기판이 이온 교환 가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함하는 것으로 더욱 특징지어진다. 제12 구체예에 따르면, 제1 내지 제10 구체예 중 어느 하나는 유리-계 기판이 이온 교환 가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함하는 것으로 더욱 특징지어진다.

제13 관점에서, 제1 내지 제12 구체예 중 어느 하나는 유리-계 기판이 두께(t_s)를 갖는 화학적으로 강화된 유리-계 기판을 포함하고, 이온이 제1 외부 영역 내에서 제1 계면으로부터 약 0.05 t_s 내지 약 0.25 t_s의 범위 내의 DOC 까지 교환되는 것으로 더욱 특징지어진다. 제15 구체예에서, 제14 구체예는 제1 외부 영역이 약 100 MPa 내지 약 1100 MPa의 범위 내의 압축 응력(CS) 크기를 갖는 것으로 더욱 특징지어진다. 제15 구체예에서, 제14 구체예는 CS가 약 600 MPa 내지 약 1000 MPa의 범위 내인 것으로 더욱 특징지어진다.

이제 도 2b를 참조하면, 제16 구체예에서, 제1 내지 제15 구체예 중 어느 하나는 유리-계 기판이 중심 영역(150) 및 제2 외부 영역(240)을 갖는 것으로 더욱 특징지어질 수 있다. 중심 영역(150)은 인장 응력을 가지며, DOC(142)로부터 제2 외부 영역(240)까지 연장한다. 제2 외부 영역(240)은 중성 또는 압축성인 응력을 갖는다. 제17 구체예에서, 제16 구체예의 유리-계 제품은 제2 외부 영역(240) 및 제2 코팅(220)에서 제2 계면(225)을 제공하기 위해 제2 외부 영역(240) 상의 제2 코팅(220)을 더욱 포함한다. 제2 코팅(220)은 제2 코팅 영률 값, 제2 코팅 두께(t₂), 및 중성 또는 압축성인 제2 코팅 응력을 갖는 물질을 포함한다. 제2 외부 영역 압축 응력의 절대값은 제2 코팅 응력의 절대값보다 크다.

제18 구체예에서, 제17 구체예의 유리-계 제품은 제2 코팅 응력의 절대값이 제2 외부 영역 압축 응력의 절대값보다 적어도 약 40% 적은 것으로 더욱 특징지어진다. 제19 구체예에서, 제17 구체예의 유리-계 제품은 제2 코팅 응력의 절대값이 제2 외부 영역 압축 응력의 절대값보다 적어도 약 50% 적은 것으로 더욱 특징지어진다.

제20 구체예에서, 제17 내지 제19 구체예 중 어느 하나의 유리-계 제품은 유리-계 기판이 제2 코팅 영률 값과 상이한 기판 영률 값을 갖는 것으로 더욱 특징지어진다. 제21 구체예에서, 제17 내지 제19 구체예 중 어느 하나의 유리-계 제품은 유리-계 기판이 제2 코팅 영률 값보다 작은 기판 영률 값을 갖는 것으로 더욱 특징지어진다.

제22 구체예에서, 제17 내지 제21 구체예 중 어느 하나의 유리-계 제품은 제1 코팅 영률 값이 제1 코팅이 제1 면 상에서의 유리-계 제품의 기계적 신뢰성을 향상시키도록 선택되는 것으로 더욱 특징지어진다. 제23 구체예에서, 제17 내지 제21 구체예 중 어느 하나의 유리-계 제품은 유리-계 기판(215)의 제1 면(115) 및 제2 면이 제1 코팅(120) 및 제2 코팅(220)으로부터 생성되는 상이한 강도 및 신뢰성 값을 갖는 것으로 더욱 특징지어진다.

제24 구체예에서, 제23 구체예는 제1 면(115)이 제2 면(215)보다 높은 강도를 가지며 제1 면(115)은 제2 면(215)보다 낮은 기계적 신뢰성을 갖는 것으로 더욱 특징지어진다. 제25 구체예에서, 제23 구체예는 제1 면(115)이 제2 면(215)보다 낮은 강도를 가지며 제1 면(115)은 제2 면(215)보다 높은 기계적 신뢰성을 갖는 것으로 특징지어진다.

제26 구체예는 기판 영률, 제1 면 및 제2 면을 갖는 유리-계 기판을 포함하는 유리-계 제품에 관한 것이다. 제1 면은 제1 DOC까지 연장하는 압축 응력을 갖는 제1 면 외부 영역을 갖는다. 중심 영역은 인장 응력을 갖는다. 제2 면은 제1 면 외부 영역에 대향하는 제2 면 외부 영역을 가지며, 제2 면 외부 영역은 제2 DOC까지 연장하는 압축 응력을 갖는다. 제1 코팅은 제1 면 상에 배치되며 제1 코팅과 유리-계 기판 사이의 제1 계면을 제공한다. 제1 코팅은 제1 면이 제1 면 강도 및 제1 면 기계적 신뢰성을 갖도록 제1 코팅 두께 및 제1 코팅 영률을 제공한다. 제2 코팅은 제2 면 상에 배치되며 제2 코팅과 유리-계 기판 사이에 제2 계면을 제공한다. 제2 코팅은 제2 면이 제2 면 강도 및 제2 면 기계적 신뢰성을 갖도록 제2 코팅 두께 및 제2 코팅 영률을 갖는다. 제1 면 강도는 제2 면 강도와 상이하며, 제1 면 기계적 신뢰성은 제2 면 기계적 신뢰성과 상이하다.

제27 구체예에서, 제26 구체예는 제1 면 강도가 제2 면 강도 이하이고, 제1 면 기계적 신뢰성은 제2 면 기계적 신뢰성보다 큰 것으로 더욱 특징지어진다. 제28 구체예에서, 제26 구체예는 제1 면 강도가 제2 면 강도보다 크고 제1 면 기계적 신뢰성은 제2 면 기계적 신뢰성보다 작은 것으로 더욱 특징지어진다. 제29 구체예에서, 제26 내지 제28 구체예 중 어느 하나의 유리-계 제품은 제1 코팅 두께가 약 5 나노미터 내지 약 5 마이크로미터의 범위 내이고 제2 코팅 두께가 약 5 나노미터 내지 약 5 마이크로미터의 범위 내인 것으로 더욱 특징지어질 수 있다. 제30 구체예에서, 제26 내지 제28 구체예 중 어느 하나는 제1 코팅 두께가 약 10 나노미터 내지 약 2 마이크로미터의 범위 내이고 제2 코팅 두께가 약 10 나노미터 내지 약 2 마이크로미터의 범위 내인 것으로 더욱 특징지어질 수 있다.

제31 구체예에서, 제26 내지 제30 구체예 중 어느 하나는 제1 코팅 및 제2 코팅이 실리카, 인듐 주석 산화물, 알루미늄 옥시나이트라이드, 다공성 실리카, 유리-세라믹, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것으로 더욱 특징지어질 수 있다. 제32 구체예에서, 제26 내지 제31 구체예 중 어느 하나는 유리-계 제품이 적층된 유리 기판, 화학적으로 강화된 유리 기판, 열적으로 강화된 유리 기판, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 강화된 유리-계 기판을 포함하는 것으로 더욱 특징지어질 수 있다. 제33 구체예에서, 제26 내지 제31 구체예 중 어느 하나는 유리-계 기판이 이온 교환 가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함하는 것으로 더욱 특징지어질 수 있다. 제34 구체예에서, 제26 내지 제31 구체예 중 어느 하나는 유리-계 기판이 이온 교환 가능한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함하는 것으로 더욱 특징지어질 수 있다.

제35 구체예에서, 제26 내지 제31 구체예 중 어느 하나는 제1 면 외부 영역 내에서 제1 계면으로부터 약 10 마이크로미터 내지 약 90 마이크로미터의 범위 내로 제1 DOC로 교환되는 이온을 갖는 화학적으로 강화된 유리 기판을 포함하는 것으로 더욱 특징지어질 수 있다.

제36 구체예에서, 제35 구체예는 제1 면 외부 영역이 약 100 MPa 내지 약 1100 MPa의 범위 내의 압축 응력(CS) 크기를 갖는 것으로 더욱 특징지어진다. 제37 구체예에서, 제36 구체예는 CS가 약 600 MPa 내지 약 1000 MPa의 범위 내인 것으로 더욱 특징지어진다. 제38 구체예에서, 제1 내지 제37 구체예 중 어느 하나의 유리-계 제품이 디스플레이 스크린을 갖는 핸드헬드 휴대용 전자 장치, 건충용 유리 기판, 차량 내부 유리 기판, 및 가정용 기기 유리 기판 중 어느 하나에 배치된다.

제39 구체예는 유리-계 제품의 기계적 신뢰성을 변화시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 유리-계 기판에 대한 임계 결함 크기를 결정하는 단계를 포함하며, 임계 결함 크기는 유리-계 기판의 기계적 신뢰성 및 강도를 결정한다. 유리-계 기판은 기판 영률, 기판 강도, 기판 기계적 신뢰성, 제1 표면, 기판 두께, 제1 면 표면으로부터 제1 DOC까지 연장하는 압축 응력을 갖는 제1 면 외부 영역, 인장 응력을 갖는 중심 영역, 및 제2 면 표면으로부터 제2 DOC까지 연장하는 압축 응력을 갖는 제2 면 외부 영역을 갖는다. 상기 방법은 제1 코팅을 제1 표면 상에 배치하는 단계를 더욱 포함한다. 제1 코팅 물질은 유리-계 기판 영률과 상이한 제1 코팅 영률을 갖는다. 제1 코팅 영률 및 유리-계 기판 영률에 기초하여 제1 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성 또는 제1 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성 중 어느 하나를 증가시키는 계산된 제1 코팅 두께를 결정하고, 및 제1 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성 또는 제1 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성을 증가시키기 위해 제1 코팅을 계산된 제1 코팅 두께에서 적용한다.

제40 구체예에서, 제39 구체예의 방법은: 유리-계 기판 영률과 상이한 제2 코팅 영률을 갖는 제2 코팅 물질을 선택하는 단계; 제2 코팅 영률 및 유리-계 기판 영률에 기초하여, 제2 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성 또는 제2 면 상의 유리-계 기판 기계적 강도 중 어느 하나를 증가시키는 계산된 제2 코팅 두께를 결정하는 단계, 및 제2 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성 또는 제2 면 상의 유리-계 기판 기계적 강도를 증가시키기 위해 계산된 제2 코팅 두께에서 제2 코팅을 적용하는 단계를 더욱 포함한다. 제41 구체예에서, 제40 구체예의 방법은 제1 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성 및 제2 면 상의 유리-계 기판 기계적 신뢰성이 상이한 코팅 물질 및 두께를 선택하는 단계를 더욱 포함한다. 제42 구체예에서, 제40 구체예의 방법은 제1 면 상의 유리-계 기판 강도 및 제2 면 상의 유리-계 기판 강도가 상이한 코팅 물질 및 두께를 선택하는 단계를 더욱 포함한다.

제43 구체예는 원하는 강도를 갖는 유리-계 제품 형성 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 코팅이 없는 상태에서 유리-계 제품 내의 최대 예상 결함 크기를 결정하는 단계; 코팅이 유리-계 제품 상에 위치될 때 유리-계 제품 내 최대 예상 결함 크기에 대응하는 코팅 두께 값 및 코팅 영률 값을 결정하는 단계; 코팅이 적용될 때 유리-계 제품에 대해 원하는 강도 및 원하는 기계적 신뢰성을 제공하는 영률 값 및 두께 값을 갖는 코팅을 선택하는 단계; 및 코팅을 유리-계 제품에 적용하는 단계를 포함한다.

제44 구체예에 따르면, 소비자 전자 상품이 제공되며, 이는: 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징(housing); 적어도 부분적으로 하우징 내에 제공되는 전자 구성 요소, 전자 구성 요소는 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 디스플레이를 포함하고, 디스플레이는 하우징의 전면 또는 이에 근접하여 제공되며; 및 디스플레이 위에 배치된 커버 유리를 포함하고, 하우징 또는 커버 유리의 일부 중 적어도 하나는 제1 내지 제37 구체예 중 어느 하나의 유리-계 제품을 포함한다.

따라서, 일 이상의 구체예에 따르면, 아래에 놓인 유리-계 제품에 대해 목표된 영률 및 두께를 갖는 코팅의 선택 및 적용에 의해, 유리-계 제품의 강도 및 신뢰성은 정밀하게 조정될 수 있으며, 유리-계 물질은 엔지니어링되며 예측 가능한 파괴 거동을 갖도록 제공될 수 있다. 도 3a는 압축 응력 하의 압축 층 또는 제1 영역을 가지며, 또한 깊이 내에서 표면으로부터 중심 인장 영역을 갖는 화학적으로 강화된 유리-계 제품의 응력 프로파일을 도시한다. 응력 프로파일은 제품의 표면에서 피크 또는 최대 잔류 응력을 갖는 제품을 나타낸다. 도 3b는 일 이상의 구체예에 따른 엔지니어링된 응력 프로파일을 나타내며, 여기서 코팅은 제품의 표면에 잔류 응력이 없는 코팅된 영역을 제공하도록 제공된다.

도 4는 실리카의 층을 갖는 이온-교환된 유리에 대한 증가된 신뢰성(와이블 계수)을 나타내는 실험 데이터를 도시한다. 도 4는 화학적으로 강화된 유리의 강도 및 신뢰성에 대한 코팅의 적용의 효과를 입증한다. 제어 샘플은 0.7 mm의 두께를 갖고 그 위에 코팅이 없는(어두운 원형 데이터 포인트) 화학적으로 강화된 유리-계 기판이었다. 제어 샘플과 동일한 유리로부터 만들어진 유리-계 기판은 이후 10 mm의 두께(정사각형 데이터 포인트) 및 30 mm의 두께(밝은 회색 다이아몬드 데이터 포인트)를 갖는 실리카 코팅으로 코팅되었다. 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅을 갖는 샘플은 코팅되지 않은 화학적으로 강화된 유리(코팅되지 않은 샘플에 대한 약 239 Kgf의 B10 값 참조)와 거의 동일한 강도(예를 들어, 10 mm 두께 코팅에 대해 약 307 Kgf, 30 mm 코팅에 대해 약 318 Kgf의 B10 값을 참조)를 가지나, 와이블 플롯 상에서 보다 가파른 기울기 및 보다 좁은 분포(경계선 사이의 보다 작은 범위)에 의해 입증된 바와 같은 보다 높은 신뢰성을 갖는다. 예를 들어, 도 4를 보면, B10 라인에서 코팅되지 않은 샘플에 대한 높은 경계선과 낮은 경계선(실선) 사이의 범위는 약 175 Kgf 및 310 Kgf이고, 이는 약 135 Kgf의 범위임을 입증한다. 반면, B10 라인에서, 10 mm 두께 코팅에 대한 높은 경계선과 낮은 경계선(긴 점선, 흑색) 사이의 범위는 약 280 Kgf 및 약 325 Kgf에 있고, 이는 코팅되지 않은 샘플에 대한 135 Kgf 보다 상당히 작은 약 45 Kgf의 범위를 입증한다. 10 mm 두께 코팅의 경우와 유사하게, 30 mm 두께 코팅은, B10 라인에서, 약 290 Kgf 내지 약 325 Kgf의 높은 경계선과 낮은 경계선(짧은 점선, 회색) 사이의 범위를 가졌고, 이는 코팅되지 않은 샘플에 대한 135 Kgf 보다 상당히 작으나, 10 mm 두께 코팅의 45 Kgf 범위와 유사한 약 35 Kgf의 범위를 입증한다. 전술한 10 mm 및 30 mm 두께 실리카 코팅은 아래에 놓인 유리와 유사한 영률을 가졌다. 반면, 고 강성(stiffness) 코팅(예를 들어, 약 130 MPa의 영률)의 추가는 강도를 감소시키나 신뢰성을 증가시킨다.

일 이상의 구체예에서, 코팅은 강화된 유리-계 기판, 예를 들어, 이온 교환에 의해 강화된 화학적으로 강화된 유리-계 기판의 한 면 또는 양면 상으로 침착(deposit)되는 유리-계 기판과 동일하거나, 보다 높거나, 또는 보다 낮은 영률을 갖는 물질로 만을어진다. 코팅은 양면 상에서 동일할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 코팅은 물리적 증착(Physical Vapor Deposition, PVD), 스퍼터링 침착, 하이브리드 물리-화학적 증착(HPCVD), 이온 플레이팅, 화학적 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD)를 포함하나, 이에 제한되지 않는 다양한 기술에 의해 침착될 수 있다. 특정 방법의 경우, 침착 파라미터를 변화시킴으로써, 영률을 포함하는 다양한 물질 특성이 달성될 수 있다. 실리카 코팅은 대부분의 유리-계 기판과 실질적으로 동일한 탄성 계수를 가지므로, 다른 코팅물질 또한 가능하나, 실리카는 우수한 후보(candidate) 코팅 물질이다. 일 이상의 구체예에서, 코팅 두께는 5 nm 내지 5 마이크로미터, 예를 들어, 10 nm 내지 2 마이크로미터의 범위 내이다. 유리-계 기판이 이온-교환된 유리인 경우, 코팅을 적용하기 위한 처리 온도는 기존의 이온-교환 응력 프로파일이 영향을 받지 않도록 해야 한다. 따라서, 코팅된 제품은 원래의 이온-교환된 유리-계 기판과 거의 동일한 평균 강도를 갖지만, 이제는 보다 높은 와이블 계수를 가지며, 이에 의해 유리 내 초기 결함 수에 대한 보다 적은 민감성을 입증한다.

일 이상의 구체예에서, 유리-계 제품 및 방법은 유리-계 제품의 평균 강도를 향상시키면서 보다 높은 와이블 계수를 달성하는 코팅 내의 압축 잔류 응력을 생성하는 단계를 포함하도록 제공된다.

도 5는 코팅되지 않은, 화학적으로 강화된 유리(긴 점선, 500)와 비교한 화학적으로 강화된 유리 상의 3개의 코팅 두께에 대한 결함 깊이(마이크로미터, 또는 미크론 단위, X-축을 따름)의 함수로서 복합 시스템 유지된 강도(MPa 단위, Y-축을 따름)에 대한 모델링된 R-곡선을 도시한다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 라인(500)으로부터, 코팅되지 않은 샘플 내 결함 크기가 증가함에 따라, 유지된 강도는 연속적으로 감소한다. 대조적으로, 도 5의 모델링 데이터는 일 이상의 구체예에 따른 코팅된 기판에 대한 증가된 신뢰성을 제공하는 겉보기 상승 R-곡선 거동(즉, 결함 크기가 증가함에 따라, 유지된 강도가 감소하기 전의 점까지 증가함)을 나타낸다. 3가지 상이한 코팅 두께가 원하는 반응(response)을 생성하기 위해 파라미터를 조정할 수 있는 방법을 나타내기 위해 시뮬레이션되었다. 모든 코팅은 응력이 없고, 유리-계 기판과 동일한 영률을 갖는 것으로 가정되었다. 또한, 동일한 잔류 응력 프로파일은 3가지 경우 모두에 대해 시뮬레이션되었다: 900 MPa의 표면 상의 최대 압축 응력 및 약 80 ㎛의 DOC를 갖는 깊은 DOC를 얻기 위한 이중 이온 교환. 선택된 이온 교환 응력으로부터 관측된 추세는 다른 프로파일과 일치할 것이나, 결과는 직접적으로 전환 가능(transferable)하지 않다. 0.5 마이크로미터(검은 색 실선, 502), 2 마이크로미터(점선, 504), 및 4 마이크로미터(짧은 점선, 506)의 코팅 두께는 모두 겉보기 상승 R-곡선 거동을 나타낸다. 예를 들어: 모델링된 가장 작은 결함 크기로부터 약 2 마이크로미터의 결함 크기로 상승하는 라인(502); 약 2.5 마이크로미터의 결함 크기로부터 약 5 마이크로미터의 결함 크기로 상승하는 라인(504); 및 약 4 마이크로미터의 결함 크기로부터 약 10 마이크로미터의 결함 크기로 상승하는 라인(506)이 있다. 크랙 성장이 잔류 응력이 없는 코팅에서 개시된 후, 이는 코팅과 기판(이온 교환된 유리) 사이의 개면으로 즉시 전파된다. 일단 표면 크랙이 이온 교환된 유리 내로 교차하면, 크랙을 전파하는데 요구되는 변형이 증가하여, 보다 높은 변형 요건이 충족될 때 까지 크랙을 정지시킨다. 이러한 방식으로, 유리는 최대 안정 결함 크기보다 작은 결함으로 인해 파손될 수 없다. 최대 안정 결함의 크기는 주어진 이온 교환 프로파일에 대한 코팅 특성(두께 및 모듈러스(modulus))의 함수일 것이다. 따라서, 도면에 도시된 바와 같이, 신뢰성 및 강도는 주어진 적용에 대해 최적화될 수 있다. 낮은 두께의 코팅은 보다 작은 임계 결함 크기를 갖지만 보다 높은 강도를 갖는 반면, 보다 두꺼운 코팅은 최대 임계 결함 크기를 증가시키나 강도를 희생시킬 수 있다. 선택된 코팅의 코팅 두께 및 영률의 최적화에 의해, 유리-계 제품의 다양한 응력 프로파일 및 특성이 엔지니어링되고 제조될 수 있다.

일 이상의 구체예에 따르면, 유리-계 기판의 한 면 상의 강도의 증가 또는 감소는 고급(advanced) 링 온 링(AROR) 테스트를 사용하여 결정된다. 물질의 강도는 파괴가 발생하는 응력으로 정의된다. AROR 테스트는 평면 유리 시편을 테스팅하기 위한 표면 강도 측정이며, "Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature"로 명명되는 ASTM C1499-09(2013)은 본원에 기술된 AROR 테스트 방법론의 기초 역할을 한다. ASTM C1499-09의 내용은 전체가 참조로서 본원에 포함된다. 유리 시편은 "Standard Test Methods for Strength of Glass by Flexure (Determination of Modulus of Rupture)"로 명명된 ASTM C158-02(2012)의 "abrasion Procedures"로 명명된 Annex A2에 기술된 방법 및 장치를 사용하여 유리 샘플에 전달되는 90 그릿 실리콘 카바이드(SiC) 입자로 링-온-링 테스트 전에 연마된다. ASTM C158-02의 내용 및 Annex 2의 내용은 특히 전체가 참조로서 본원에 포함된다.

링-온-링 테스트 이전에, 유리-계 제품의 표면은 ASTM C158-02, Annex 2에 기술된 바와 같이 연마되어, ASTM C158-02의 Figure A2.1에 도시된 장치를 사용하여 샘플의 표면 결함 조건을 표준화 및/또는 제어한다. 연마재는 전형적으로 304 kPa(44 psi)의 공기압을 사용하여 103 kPa(15 psi)의 하중으로 유리-계 제품(410)의 표면(4130) 상에 샌드블라스트(sandblast)된다. 기류가 확립된 후, 5 cm³의 연마재가 깔때기에 투입되었고 샘플은 연마재 도입 후 5초 동안 샌드블라스트되었다.

AROR 테스트에서, 유리-계 제품(410)은 도 6에 도시된 바와 같이 등축(equibiaxial) 굴곡 강도(즉, 물질이 2개의 동심 링 사이에서 굴곡에 도입될 때 유지할 수 있는 최대 응력)를 결정하기 위해 2개의 동심 링 사이에 위치되는 적어도 하나의 연마된 표면(4130)을 갖는다. AROR 배열(400)에서, 연마된 유리-계 제품(410)은 직경 D2를 갖는 지지 링(420)에 의해 지지된다. 힘 F는 하중 셀(도시되지 않음)에 의해 직경 D1을 갖는 하중 링(430)에 적용되며, 이는 차례로 유리-계 제품(410)의 표면(4130)에 임을 적용한다.

하중 링 및 지지 링의 직경의 비 D1/D2는 약 0.2 내지 약 0.5의 범위 내일 수 있다. 몇몇 구체예에서, D1/D2는 약 0.5이다. 하중 및 지지 링(430, 420)은 지지 링 직경 D2의 0.5% 내에서 동심으로 정렬되어야 한다. 테스팅에 사용된 하중 셀은 선택된 범위 내의 임의의 하중에서 ±1% 내로 정확해야 한다. 테스팅은 23±2 ℃의 온도 및 40±10%의 상대 습도에서 수행되었다.

설비 설계에서, 하중 링(430)의 돌출 표면의 반경 r은, h/2 ≤ r≤ 3h/2이며, 여기서 h는 유리-계 제품(410)의 두께이다. 하중 및 지지 링(430, 420)은 경도 HRc > 40인 경화강(hardened steel)로 만들어진다. AROR 설비는 상업적으로 구입 가능하다.

AROR 테스트를 위한 의도된 파괴 메커니즘은 제1 표면(4230)과 하중 링(430) 사이의 접촉 영역(430a)으로부터 시작되는 유리-계 제품(410)의 파괴를 관측하는 것이다. 하중 링(430)과 지지 링(420) 사이의 영역의 외부에서 발생하는 파괴는 데이터 분석에서 생략된다. 그러나, 유리-계 제품(410)의 얇음 및 높은 강도로 인해, 시편 두께 h의 1/2를 초과하는 큰 편향(deflection)이 종종 관측된다. 따라서, 하중 링(430) 아래로부터 시작되는 파괴의 높은 퍼센트가 관측되는 것은 드문 일이 아니다. 응력은 링의 내부 및 아래에서의 응력 발달(변형 게이지 분석을 통해 수집됨) 및 각 시편 내의 파괴의 근원에 대한 지식 없이는 정확하게 계산되지 못한다. 따라서, AROR 테스트는 측정된 응답으로서 파괴 시 피크 하중에 초점을 맞춘다.

유리-계 제품의 강도는 표면 결함의 존재에 의존한다. 그러나, 유리의 강도가 본질적으로 통계적인 것이므로, 존재하는 주어진 크기의 결함의 가능성을 정확하게 예측할 수는 없다. 따라서 확률 분포는 일반적으로 얻어진 데이터의 통계적 표현으로서 사용될 수 있다.

표준에서 기술된 바와 같이 파괴에 대한 하중이 가해진 후, 하중 또는 등축 굴곡 강도는 와이블 플롯의 형태로 플롯된다(자세한 사항은 http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/eda/section3/weibplot.htm 참조). 최대 우도 추정(Maximum Likelihood Estimate, MLE) 방법은 와이블 분포의 두 파라미터: 형상 및 스케일 파라미터를 결정하는데 사용된다. 통계적 모델의 파라피터의 MLE는 파라미터와 관련하여 우도(likelihood) 또는 동등하게, 로그 우도를 최대화하는 것을 포함한다. 최대값이 발생하는 파라미터 값은 모델 파라미터의 MLE이다. Sirvanci, M. and Yang, G. (1984)를 참조한다. 타입 I 센서링 하의 와이블 파라미터의 측정, Journal of the American Statistical Association 79, 183-187. 우도는 파라미터 및 데이터의 함수이다. 형상 파라미터가 증가하면, 신뢰성이 증가한다고 한다(보다 엄격한 강도 분포). 스케일 파라미터가 증가하면, 강도가 증가한다고 한다.

유리-계 제품의 각 면이 제품의 다른 면과 상이한 강도 및/또는 신뢰성을 갖는 일 이상의 구체예에 기술된 유리-계 제품은 다양한 최종 용도를 가질 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 이러한 유리-계 제품은 건축 글레이징(glazing), 자동차 윈드실드 및 글레이징을 포함하며, 여기서 보다 큰 강도가 칩 및 충격에 저항하기 위해 윈드실드의 외부 면에 필요할 수 있다. 윈드실드 또는 자동차 글레이징의 내부 면에서, 사람이 윈드실드에 충격을 가했을 때 적층체가 파괴되는 것을 보장하도록 보다 낮은 강도 뿐 아니라 보다 큰 신뢰성(보다 엄격한 강도 분포)가 필요할 수 있다. 일 이상의 구체예에 따르면, 강도의 보다 엄격한 분포는 윈드실드가 파손되기 위해 보다 큰 힘을 요구할 낮은 확률을 보장하고, 이에 의해 차량 탑승자에 대한 부상의 가능성을 감소시킨다. 일 이상의 구체예에 따르면, 유리-계 제품의 대향 표면은 원하는 강도 및 신뢰성을 갖도록 설계되고 조절(tailored)될 수 있다. 유사한 고려 사항이 건물 건축에 사용되는 건축용 글레이징에도 적용된다.

결함 크기는 다음과 같이 파면 해석(fractography)을 사용하여 결정된다. 결함 크기는 4점 굽힘 테스트(ASTM C1161: 주위 온도에서 고급 세라믹의 굴곡 강도에 대한 표준 테스트 방법)를 사용하여 파괴된 샘플 또는 링-온-링 테스트(ASTM C1499-15)를 사용하여 파괴된 샘플에 대한 결함 크기(원점 크기)를 결정하기 위한 ASTM 표준: C1322-15(고급 세라믹 내의 파괴 원점의 파면 해석 및 특성화를 위한 표준 실행)을 사용함으로써 파면 해석을 사용하여 결정된다. 이것은 의도된 적용에서 유리 시트에 대한 결함 크기 분포를 확립한다. 파괴적인 테스팅에 사용되는 샘플이 많을수록 테스팅으로부터의 결함 크기 분포 데이터의 확실성이 나아진다. 결함 크기는 강도 테스팅 및 파괴 역학 분석을 사용하여 결정된다. 강도 데이터는 적절한 강도 테스트(에지(edge) 강도에 대한 4점 굽힘 테스트 및 표면 강도에 대한 링-온-링 테스트)를 사용하여 실현 가능한 바와 같이 많은 샘플을 사용하여 얻어진다. 적절한 파괴 분석 모델(분석적 또는 유한 요소 분석)을 사용하여, 강도 테스트에서 샘플의 파괴를 야기하는 결함 크기를 평가할 수 있다. 이것은 특정 결함 크기, 형상, 및 위치를 가정하므로 이 접근법은 파면 분석 접근법만큼 정확하지 않으나 결함 수를 확립하기에는 더 쉽다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유리-계 제품" 및 "유리-계 기판"은 전체적으로 또는 부분적으로 유리로 만들어진 임의의 물체를 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다. 유리-계 제품은 유리 및 비-유리 물질의 적층체, 유리 및 결정질 물질, 및 유리-세라믹(비정질 및 결정상 포함)의 적층체를 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 조성은 몰 퍼센트(mol%)로 표현된다.

본원에 개시된 유리-계 제품은 디스플레이(또는 디스플레이 제품)(예를 들어, 휴대전화, 태블릿,컴퓨터, 내비게이션 시스템 등을 포함하는 소비자 전자 제품), 건축용 제품, 운송 수단 제품(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가정용 기기 제품과 같은 또 다른 제품, 또는 일부 투명성, 내스크래치성, 내마모성 또는 이들의 조합이 요구되는 임의의 제품에 포함될 수 있다. 본원에 개시된 임의의 유리-계 제품을 포함하는 예시적인 제품은 도 7a 및 7b에 도시된다. 구체적으로, 도 7a 및 7b는 전면(7104), 후면(7106), 및 측면(7108)을 갖는 하우징(housing)(7102); 적어도 부분적으로 하우징 내에 있거나 전체가 하우징 내에 있으며 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 하우징의 전면에, 또는 이에 인접하여 있는 디스플레이(7110)를 포함하는 전자 구성 요소(도시되지 않음); 및 커버 기판이 디스플레이 위에 있도록 하우징의 전면에 또는 이에 인접하여 있는 커버 기판(7112)을 포함하는 소비자 전자 장치(7100)를 도시한다. 몇몇 구체예에서, 커버 기판(7112)은 본원에 개시된 임의의 강화된 제품을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 커버 유리 또는 하우징의 일부 중 적어도 하나는 본원에 개시된 강화된 유리를 포함한다.

"실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 임의의 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 불확실성의 고유한 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용될 수 있다. 이 용어는 또한 논쟁 중인 주제의 기본적 기능을 변화시키지 않고 명시된 기준과 상이할 수 있는 정량적 표현으로 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, "실질적으로 MgO가 없는" 유리-계 제품은 MgO가 유리-계 제품 내로 활발하게 첨가되거나 배치(batch)되지 않으나, 오염 물질로서 매우 소량 존재할 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, DOC는 유리-계 제품 내의 응력이 압축 응력으로부터 인장 응력으로 변화하는 깊이를 의미한다. DOC에서, 응력은 음(압축)의 응력으로부터 양(인장)의 응력으로 교차하며 따라서 응력 값은 0이다. 본 기술분야에서 일반적으로 사용되는 관습에 따르면, 압축은 음(< 0)의 응력으로 표현되며 장력은 양(> 0)의 응력으로 표현된다. 그러나, 이 설명을 통해, CS는 절대값으로 표현된다-즉, 본원에서 인용된 바와 같이, CS = │CS│이며-따라서, 음수로 나타나지 않는다. 압축 응력(유리의 표면에서)은 Orihara Industrial Co., Ltd. (Japan)에 의해 제조된 FSM-6000과 같은 상업적으로 구입 가능한 계측기를 사용하여 표면 응력계(FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은 유리의 복굴절과 관련된 응력 광학 계수(SOC)이 정확한 측정에 의존한다. SOC는 내용 전체가 참조로서 본원에 포함된 “Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient”로 명명된 ASTM 표준 C770-16에 기술된 Procedure C(Glass Disc Method)에 따라 차례로 측정된다. DOC는 이온 교환 처리에 따라 FSM 또는 산란 광 편광기(SCALP)에 의해 측정될 수 있다. 유리 제품 내의 응력이 칼륨 이온을 유리 제품 내로 교환함으로써 생성되는 경우, FSM이 DOC를 측정하기 위해 사용된다. 응력이 나트륨 이온을 유리 제품 내로 교환함으로써 생성되는 경우, SCALP가 DOC를 측정하기 위해 사용된다. 유리 제품 내의 응력이 칼륨 및 나트륨 이온 모두를 유리 내로 교환함으로써 생성되는 경우, DOC는 SCALP에 의해 측정되며, 이는 나트륨의 교환 깊이가 DOC를 나타내고 칼륨 이온의 교환 깊이가 압축 응력의 크기 변화(압축으로부터 인장으로의 응력 변화는 아님)를 나타내는 것으로 생각되기 때문이며; 이러한 유리 제품 내의 칼륨 이온의 교환 깊이는 FSM에 의해 측정된다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "화학적 깊이", "화학적 DOC" 및 "화학적 층의 깊이"는 상호 교환적으로 사용될 수 있으며 전자 프로브 미량-분석(EPMA)에 의해 결정된 금속 산화물 또는 알칼리 금속 산화물의 이온(예를 들어, 금속 이온 또는 알칼리 금속 이온)이 유리-계 제품 내로 확산하는 깊이 및 이온의 농도가 최소값에 도달하는 깊이를 의미한다. 특히, Na₂O 확산 또는 Na⁺ 이온 농도의 깊이는 EPMA 및 표면 응력계를 사용하여 결정될 수 있다.

본원에서 사용되는 기판은 비정질 기판 또는 결정질 기판일 수 있다. 일 이상의 구체예에 따른 비정질 기판은 소다 석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트 유리 및 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리로부터 선택될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 기판은 유리이고, 유리는 예를 들어, 열 강화된, 템퍼링된 유리, 또는 화학적으로 강화된 유리와 같이 강화될 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 강화된 유리-계 기판은 화학적으로 강화된 유리의 표면으로부터 적어도 10 ㎛ 내지 수십 미크론 깊이의 압축 응력 DOC까지 화학적으로 강화된 유리 내에서 연장하는 CS를 갖는 압축 응력(CS) 층을 갖는다. 일 이상의 구체예에서, 유리-계 기판은 Corning® Gorilla® 유리와 같은 화학적으로 강화된 유리-계 기판이다. 결정질 물질의 예는 사파이어 및 스피넬(MgAl₂O₄)과 같은 유리-세라믹 기판을 포함한다.

강화된 유리-계 기판에서, 표면 상에 압축 응력(CS)이 있고 유리의 중심에 장력(중심 장력, 또는 CT)이 있는 응력 프로파일이 있다. 일 이상의 구체예에 따르면, 유리-계 기판은 열적으로 강화되거나, 화학적으로 강화되거나, 열적 강화 및 화학적 강화의 조합일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "열적으로 강화된"은 기판의 강도를 향상시키기 위해 열 처리된 기판을 의미하고, "열적으로 강화된"은 템퍼링된 기판 및 열-강화된 기판, 예를 들어 템퍼링된 유리 및 열-강화된 유리를 포함한다. 템퍼링된 유리는 가속된 냉각 공정을 수반하며, 이는 유리 내의 보다 높은 표면 압축 및/또는 에지 압축을 생성한다. 표면 압축의 정도에 영향을 미치는 요인은 에어-퀀치(air-quanch) 온도, 부피, 및 적어도 약 68.9 MPa(10000 파운드/평방 인치(psi))의 표면 압축을 생성하는 다른 변수를 포함한다. 템퍼링된 유리는 전형적으로 어닐링되거나 처리되지 않은 유리보다 4 내지 5배 강하다. 열-강화된 유리는 템퍼링된 유리보다 느린 냉각에 의해 제조되며, 이는 표면에서의 보다 낮은 압축 강도를 초래한다. 열-강화된 유리는 어닐링되거나, 처리되지 않은 유리의 약 2배만큼 강하다.

강화된 유리-계 기판은 다양한 상이한 공정을 사용하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 유리-계 기판 형성 방법은 플로트(float) 유리 공정, 퓨전 드로우(fusion draw) 및 슬롯 드로우(slot draw)와 같은 다운-드로우(down-draw) 공정, 업 드로우, 및 롤링을 포함한다. 플로트 유리 공정에 의해 제조된 유리-계 기판은 매끄러운 표면 뿐 아니라 균일한 두께에 의해 특징지어질 수 있으며 용융된 금속, 전형적으로 주석의 베드(bed) 상에 용융된 유리를 플로팅함으로써 만들어진다. 예시적인 공정에서, 용융된 주석 베드의 표면 상으로 공급되는 용융된 유리는 플로팅 유리 리본을 형성한다. 유리 리본이 주석 욕을 따라 유동할 때, 온도는 유리 리본이 주석으로부터 롤러 상으로 리프트(lift)될 수 있는 고체 유리-계 기판으로 응고될 때 까지 점진적으로 감소된다. 일단 욕에서 꺼내지면, 유리-계 기판은 내부 응력을 감소시키기 위해 더욱 냉각되고 어닐링될 수 있다.

다운-드로우 공정은 비교적 깨끗한(pristine) 표면을 갖는 균일한 두께를 갖는 유리-계 기판을 생성한다. 유리-계 기판의 평균 굴곡 강도는 표면 결함의 양 및 크기에 의해 제어되기 때문에, 최소의 접촉을 갖는 깨끗한 표면은 보다 높은 초기 강도를 갖는다. 이 고강도 유리-계 기판이 이후 더욱 강화되면(예를 들어, 화학적으로), 생성되는 강도는 플로트-유리 기판 상에서 전형적으로 행해지는 바와 같이 랩핑되고(lapped) 폴리싱된(polished) 표면을 갖는 유리-계 기판의 강도보다 높을 수 있다. 다운-드로우된 유리-계 기판은 약 2 mm 미만, 예를 들어 약 1.5 mm, 또는 약 1 mm, 또는 약 750 미크론, 또는 약 500 미크론, 또는 약 400 미크론, 또는 약 300 미크론, 또는 약 200 미크론, 또는 약 150 미크론, 또는 약 125 미크론, 또는 약 100 미크론, 또는 약 75 미크론, 또는 약 50 미크론, 또는 약 25 미크론의 두께로 드로우될 수 있다. 또한, 다운 드로우된 유리-계 기판은 고가의 그라인딩 및 폴리싱 없이 이의 최종 적용에서 사용될 수 있는 매우 평탄하고, 매끄러운 표면을 갖는다.

퓨전 드로우 공정은, 예를 들어, 용융된 유리 원료를 수용하기 위한 채널을 갖는 형성 장치를 사용한다. 채널은 채널의 양쪽의 채널 길이를 따라 탑(top)에 개방된 위어(weir)를 갖는다. 채널이 용융된 물질로 채워지면, 용융된 유리는 위어를 오버플로우(overflow)한다. 중력으로 인해, 용융된 유리는 2개의 유동 유리 필름으로서 드로잉 탱크의 외부 표면을 아래로 유동한다. 형성 장치의 이들 외부 표면은 아래 및 내측으로 연장하여 이들이 형성 장치 아래의 에지에서 이어지도록 한다. 2개의 유동 유리 필름은 이 에지에서 이어져 융합되고 단일 유동 유리-계 기판을 형성한다. 퓨전 드로우 방법은 채널을 통해 유동하는 2개의 유리 필름이 함께 융합하기 때문에, 생성되는 유리-계 기판의 외부 표면 중 어느 것도 형성 장치의 외부 표면과 접촉하지 않는다는 이점을 제공한다. 따라서, 퓨전 드로우된 유리-계 기판의 표면 특성은 이러한 접촉에 의해 영향받지 않는다.

슬롯 드로우 공정은 퓨전 드로우 방법과 구별된다. 슬롯 드로우 공정에서, 용융된 원료 유리는 드로잉 탱크에 제공된다. 드로잉 탱크의 버텀은 슬롯의 길이를 연장하는 노즐을 갖는 개방된 슬롯을 갖는다. 용융된 유리는 슬롯/노즐을 통해 유동하고 연속적인 기판으로서 아래로 및 어닐링 영역 내로 드로우된다. 슬롯-드로우 공정에 의해 만들어진 유리-계 기판의 표면은 슬롯/노즐과 접촉했다.

몇몇 구체예에서, 유리-계 기판에 사용되는 조성물은 약 0 내지 약 2 mol.%의 Na₂SO₄, NaCl, NaF, NaBr, K₂SO₄, KCl, KF, KBr, 및 SnO₂를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 청징제(fining agent)와 함께 배치될 수 있다.

일단 형성되면, 유리-계 기판은 강화되어 강화된 유리-계 기판을 형성할 수 있다. 유리-세라믹 기판은 또한 유리-계 기판과 동일한 방식으로 강화될 수 있음에 주목해야 한다. 유리-계 기판은 예를 들어 유리-계 또는 유리 기판의 표면 내의 보다 작은 이온에 대한 보다 큰 이온의 이온-교환을 통해 화학적으로 강화될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 열 템퍼링 또는 열 강화와 같은 본 기술분야에 공지된 열 강화 방법은 또한 유리 기판을 강화하는데 이용될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 기판은 화학 강화 공정 및 열적 강화 공정의 조합을 사용하여 강화될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 기판은 코어 유리 및 클래드(clad) 유리의 적층체로 형성함으로써 강화될 수 있으며, 여기서 코어 및 클래드 유리는 상이한 열 팽창 계수를 갖는다. 코어 및 클래드 유리는 뜨거울 때 함께 모이고, 냉각이 허용된다. 코어 및 클래드 유리가 냉각될 때, 이들의 열 팽창 계수의 차이는 유리-계 기판 내에 압축 및 인장 응력의 영역을 형성하여 강화된 유리-계 기판을 형성한다.

기판에 사용될 수 있는 유리의 예는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리 조성물을 포함할 수 있지만, 다른 유리 조성물이 고려된다. 이러한 유리 조성물은 이온 교환 가능한 것으로 특징지어질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "이온 교환 가능한"은 기판의 표면 또는 표면 근처에 위치된 양이온을 크기가 보다 크거나 작은 동일한 원자가의 양이온으로 교환할 수 있는 조성물을 포함하는 기판을 의미한다. 하나의 예시적인 유리 조성물은 SiO₂, B₂O₃ 및 Na₂O를 포함하며, 여기서 (SiO₂ + B₂O₃) ≥ 약 66 mol.%, 및 Na₂O ≥ 약 9 mol.%이다. 적합한 유리 조성물은, 몇몇 구체예에서, K₂O, MgO, 및 CaO 중 적어도 하나를 더욱 포함한다. 몇몇 구체예에서, 기판에 사용되는 유리 조성물은 약 61 내지 약 75 mol.% SiO₂; 약 7 내지 약 15 mol.% Al₂O₃; 0 내지 약 12 mol.% B₂O₃; 약 9 내지 약 21 mol.% Na₂O; 0 내지 약 4 mol.% K₂O; 0 내지 약 7 mol.% MgO; 및 0 내지 약 3 mol.% CaO를 포함할 수 있다.

기판에 적합한 또 다른 예시적인 유리 조성물은: 약 60 내지 약 70 mol.% SiO₂; 약 6 내지 약 14 mol.% Al₂O₃; 0 내지 약 15 mol.% B₂O₃; 0 내지 약 15 mol.% Li₂O; 0 내지 약 20 mol.% Na₂O; 0 내지 약 10 mol.% K₂O; 0 내지 약 8 mol.% MgO; 0 내지 약 10 mol.% CaO; 0 내지 약 5 mol.% ZrO₂; 0 내지 약 1 mol.% SnO₂; 0 내지 약 1 mol.% CeO₂; 약 50 ppm 미만의 As₂O₃; 및 약 50 ppm 미만의 Sb₂O₃를 포함하며, 여기서 약 12 mol.% ≤ (Li₂O + Na₂O + K₂O) ≤ 약 20 mol.%이고, 0 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 약 10 mol.%이다.

기판에 적합한 또 다른 예시적인 유리 조성물은: 약 63.5 내지 약 66.5 mol.% SiO₂; 약 8 내지 약 12 mol.% Al₂O₃; 0 내지 약 3 mol.% B₂O₃; 0 내지 약 5 mol.% Li₂O; 약 8 내지 약 18 mol.% Na₂O; 0 내지 약 5 mol.% K₂O; 약 1 내지 약 7 mol.% MgO; 0 내지 약 2.5 mol.% CaO; 0 내지 약 3 mol.% ZrO₂; 약 0.05 내지 약 0.25 mol.% SnO₂; 약 0.05 내지 약 0.5 mol.% CeO₂; 약 50 ppm 미만의 As₂O₃; 및 약 50 ppm 미만의 Sb₂O₃를 포함하고, 여기서 약 14 mol.% ≤ (Li₂O + Na₂O + K₂O) ≤ 약 18 mol.%이고, 약 2 mol.% ≤ (MgO + CaO) ≤ 약 7 mol.%이다.

몇몇 구체예에서, 기판에 적합한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은 알루미나, 적어도 하나의 알칼리 금속 및, 몇몇 구체예에서는, 약 50 mol.% 초과의 SiO₂, 다른 구체예에서 적어도 약 58 mol.%의 SiO₂, 및 또 다른 구체예에서 적어도 약 60 mol.%의 SiO₂를 포함하고, 여기서 비 ((Al₂O₃ + B₂O₃)/Σ개질제(modifier)) > 약 1이고, 상기 비에서 구성 요소는 mol.%로 표현되며 개질제는 알칼리 금속 산화물이다. 이 유리 조성물은, 특정 구체예에서: 약 58 내지 약 72 mol.% SiO₂; 약 9 내지 약 17 mol.% Al₂O₃; 약 2 내지 약 12 mol.% B₂O₃; 약 8 내지 약 16 mol.% Na₂O; 및 0 내지 약 4 mol.% K₂O를 포함하며, 여기서 비 ((Al₂O₃ + B₂O₃)/Σ개질제(modifier)) > 약 1이다.

또 다른 구체예에서, 기판은 약 64 내지 약 68 mol.% SiO₂; 약 12 내지 약 16 mol.% Na₂O; 약 8 내지 약 12 mol.% Al₂O₃; 0 내지 약 3 mol.% B₂O₃; 약 2 내지 약 5 mol.% K₂O; 약 4 내지 약 6 mol.% MgO; 및 0 내지 약 5 mol.% CaO를 포함하는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물을 포함할 수 있으며, 여기서: 약 66 mol.% ≤ SiO₂ + B₂O₃ + CaO ≤ 약 69 mol.%; Na₂O + K₂O + B₂O₃ + MgO + CaO + SrO > 약 10 mol.%; 약 5 mol.% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 약 8 mol.%; (Na₂O + B₂O₃) - Al₂O₃ ≤ 약 2 mol.%; 약 2 mol.% ≤ Na₂O - Al₂O₃ ≤ 약 6 mol.%; 및 약 4 mol.% ≤ (Na₂O + K₂O) - Al₂O₃ ≤ 약 10 mol.%이다.

몇몇 구체예에서, 기판은 약 2 mol% 이상의 Al₂O₃ 및/또는 ZrO₂, 또는 약 4 mol% 이상의 Al₂O₃ 및/또는 ZrO₂를 포함할 수 있다.

본원에 기술된 강화된 기판은 이온 교환 공정에 의해 화학적으로 강화될 수 있다. 전형적으로 유리 또는 유리-세라믹 기판을 미리 정해진 시간 주기 동안 용융된 염 욕 내로 침지(immersion)시키는 이온-교환 공정에서, 유리 또는 유리-세라믹 기판의 표면(들) 또는 이의 근처에서의 이온은 염 욕으로부터의 보다 큰 금속 이온에 대해 교환된다. 몇몇 구체예에서, 용융된 염 욕의 온도는 약 400 내지 약 430 ℃이고, 미리 정해진 시간 주기는 약 4 내지 약 8시간이다. 보다 큰 이온의 보다 작은 이온의 대체로서 유리 또는 유리-세라믹 기판 내로의 혼입은 표면 영역 부근 또는 기판의 표면(들) 또는 이에 근접한 영역에서 압축 응력을 생성함으로써 기판을 강화시킨다. 대응하는 인장 응력은 압축 응력의 균형을 맞추기 위해 기판의 표면(들)으로부터 일정 거리에 있는 중심 영역 또는 영역들 내에 유도된다. 이 강화 공정을 이용하는 유리 또는 유리-세라믹 기판은 화학적으로-강화되거나 이온-교환된 유리 또는 유리-세라믹 기판으로서 보다 구체적으로 기술될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 루비듐 또는 세슘과 같은 보다 큰 원자 반지름을 갖는 다른 알칼리 이온이 유리 내에서 보다 작은 알칼리 금속 이온을 대체할 수 있지만, 강화된 유리 또는 유리-세라믹 기판 내의 나트륨 이온은 질산 칼륨 염 욕과 같은 용융된 염으로부터의 칼륨 이온에 의해 대체된다. 몇몇 구체예에 따르면, 유리 또는 유리-세라믹 내의 보다 작은 알칼리 금속 이온은 Ag+ 이온에 의해 대체되어 항균 효과를 제공할 수 있다. 유사하게, 황산염, 질산염, 할라이드 등과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 다른 알칼리 금속 이온이 이온 교환 공정에서 사용될 수 있다.

몇몇 구체예에서, 강화된 기판은 약 300 MPa 이상, 예를 들어, 약 400 MPa 이상, 약 450 MPa 이상, 약 500 MPa 이상, 약 550 MPa 이상, 약 600 MPa 이상, 약 650 MPa 이상, 약 700 MPa 이상, 약 750 MPa 이상 또는 약 800 MPa 이상의 표면 압축 응력을 가질 수 있다. 일 이상의 구체예에서, 제1 강화된 기판은 약 300 MPa 내지 약 1100 MPa의 범위 내, 약 500 MPa 내지 약 1100 MPa의 범위 내, 약 600 MPa 내지 약 1100 MPa의 범위 내, 약 400 MPa 내지 약 1100 MPa의 범위 내, 약 450 MPa 내지 약 850 MPa의 범위 내, 약 450 MPa 내지 약 800 MPa의 범위 내, 약 450 MPa 내지 약 750 MPa의 범위 내의 압축 응력 값을 가질 수 있다. 강화된 유리-계 또는 유리-세라믹-계 기판은 약 50 ㎛ 이하, 예를 들어 45 ㎛ 이하, 약 40 ㎛ 이하, 약 35 ㎛ 이하, 약 30 ㎛ 이하, 약 25 ㎛ 이하, 약 20 ㎛ 이하, 약 15 ㎛ 이하, 약 10 ㎛ 이하, 약 9 ㎛ 이하, 약 8 ㎛ 이하, 약 7 ㎛ 이하, 약 6 ㎛ 이하, 약 5 ㎛ 이하 또는 약 4 ㎛ 이하의 압축 DOC를 가질 수 있다. 압축 깊이의 하한은 약 0.5 ㎛, 또는 약 1 ㎛, 또는 약 2 ㎛일 수 있고, 및/또는 중심 장력은 0 내지 20 MPa의 범위, 예를 들어, 약 5 내지 약 20 MPa, 또는 약 5 내지 약 15 MPa, 또는 약 10 내지 약 20 MPa, 또는 약 10 내지 약 15 MPa, 또는 약 15 내지 약 20 MPa의 범위 내이다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 기판은: 약 20 MPa 내지 약 300 MPa 범위 내의 압축 응력 값, 및 약 20 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위 내의 DOC 값; 약 300 MPa 내지 약 900 MPa의 범위 내의 압축 응력 값, 및 약 2 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 범위 내의 DOC 값; 또는 약 500 MPa 내지 약 900 MPa의 범위 내의 압축 응력 값, 및 약 2 ㎛ 내지 약 12 ㎛의 범위 내의 DOC 값을 갖는다. 몇몇 구체예에서, 유리-계 기판은 약 400 MPa 내지 약 800 MPa의 범위 내의 압축 응력 값, 약 0.05 mm 내지 약 0.7 mm, 예를 들어 약 0.1 mm 내지 약 0.6 mm의 범위 내의 두께, 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 예를 들어, 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 14 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 13 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 12 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 11 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 9 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 8 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 7 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 6 ㎛ 및 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 범위 내의 DOC 값, 및 약 0 내지 약 20 MPa, 약 1 내지 약 20 MPa, 약 1 내지 약 19 MPa, 약 1 내지 약 18 MPa, 약 1 내지 약 17 MPa, 약 1 내지 약 16 MPa, 약 1 내지 약 15 MPa, 약 1 내지 약 14 MPa, 약 1 내지 약 13 MPa, 약 1 내지 약 12 MPa, 약 1 내지 약 11 MPa, 및 약 1 내지 약 10 MPa의 범위 내의 중심 장력을 갖는다.

본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 개시에 대한 다양한 변형 및 변경이 만들어질 수 있음은 본 기술 분야의 기술자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 범위 내에서 제공되는 본 개시의 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (14)

1. 유리-계 제품으로서:
   제1 면 상에 제1 코팅과 유리-계 기판 사이의 제1 계면을 제공하는 제1 코팅을 갖는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 유리-계 기판을 포함하고, 상기 제1 코팅은 제1 표면으로부터 상기 제1 계면까지 연장하는 제1 코팅 두께를 갖고, 상기 유리-계 기판은 상기 제1 계면으로부터 제2 표면까지 연장하는 기판 두께를 가지며, 상기 유리-계 기판은 상기 제1 계면으로부터 압축 깊이(DOC)까지 연장하는 제1 외부 영역을 갖고, 상기 제1 외부 영역은 제1 외부 영역 압축 응력을 가지며, 상기 제1 코팅은 제1 코팅 영률(Young's modulus) 값, 제1 코팅 두께 및 중성 또는 압축성인 제1 코팅 응력을 갖도록 선택된 물질을 포함하고, 상기 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값은 상기 제1 코팅 응력의 절대값보다 큰 유리-계 제품.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 코팅 응력의 절대값은 제1 외부 영역 압축 응력의 절대값보다 적어도 약 40% 적은 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 유리-계 기판은 상기 제1 코팅 영률 값과 상이한 기판 영률 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유리-계 기판은 상기 제1 코팅 영률 값 이하인 기판 영률 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 코팅 두께는 약 5 나노미터 내지 약 5 마이크로미터의 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 코팅은 실리카, 인듐 주석 산화물, 알루미늄 옥시나이트라이드, 다공성 실리카, 유리-세라믹, 세라믹, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유리-계 제품은 적층된(laminated) 유리 기판, 화학적으로 강화된 유리 기판, 열적으로 강화된 유리 기판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 강화된 유리-계 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유리-계 기판은 두께 t를 포함하는 화학적으로 강화된 유리-계 기판을 포함하며, 상기 제1 외부 영역 내에서 상기 제1 계면으로부터 약 0.05t 내지 약 0.25r의 범위 내의 DOC로 교환되는 이온을 갖는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 외부 영역은 약 100 MPa 내지 약 1100 MPa의 범위 내의 압축 응력(CS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리-계 기판은:
    인장 응력을 포함하는 중심 영역, 상기 중심 영역은 상기 DOC로부터 연장하며; 및 상기 중심 영역으로부터 연장하는 제2 외부 영역을 더욱 포함하며, 상기 제2 외부 영역은 압축 응력을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 유리-계 제품은 상기 제2 외부 영역 상의 제2 코팅, 상기 제2 외부 영역 및 상기 제2 코팅에서의 제2 계면을 더욱 포함하고, 상기 제2 코팅은 제2 코팅 영률 값, 제2 코팅 두께, 및 중성 또는 압축성인 제2 코팅 응력을 포함하는 물질을 포함하며, 상기 제2 외부 영역 압축 응력의 절대값은 상기 제2 코팅 응력의 절대값보다 큰 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 코팅 응력의 절대값은 상기 제2 외부 영역 압축 응력의 절대값보다 적어도 약 40% 적은 것을 특징으로 하는 유리-계 제품.
13. 소비자 전자 상품으로서:
    전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징(housing);
    적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 제공되는 전자 구성 요소, 상기 전자 구성 요소는 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 디스플레이를 포함하고, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에, 또는 이에 인접하여 제공되며; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 커버 유리를 포함하고,
    상기 커버 유리 또는 상기 하우징의 일부 중 적어도 하나는 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항의 유리-계 제품을 포함하는 소비자 전자 상품.
14. 원하는 강도를 포함하는 유리-계 제품 제조 방법으로서, 상기 방법은:
    코팅이 없는 상태에서 상기 유리-계 제품 내의 최대 예상 결함 크기를 결정하는 단계;
    상기 코팅이 상기 유리-계 제품 상에 위치될 때 상기 유리-계 제품 내의 최대 예상 결함 크기에 대응하는 코팅 두께 값 및 영률 값을 결정하는 단계;
    상기 코팅이 상기 유리-계 제품에 적용(apply)될 때 상기 유리-계 제품에 대해 상기 원하는 강도 및 원하는 기계적 신뢰성을 제공하는 상기 영률 값 및 두께 값을 포함하는 코팅을 선택하는 단계; 및
    상기 코팅을 상기 유리-계 제품에 적용하는 단계를 포함하는 유리-계 제품 제조 방법.

Images