KR20190102266A - 낮은 열팽창 계수를 갖는 이온-교환가능한 유리 - Google Patents

낮은 열팽창 계수를 갖는 이온-교환가능한 유리 Download PDF

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Abstract

약 72 mol% 내지 약 77 mol%의 SiO2; 약 8 mol% 내지 약 12 mol%의 Al2O3; 약 10 mol% 내지 약 14 mol%의 하나 이상의 알칼리 산화물 R2O, 여기서 R2O는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 또는 Cs2O이며; 하나 이상의 2가 산화물 RO, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, 또는 ZnO이고; 및 P2O5를 포함하며, 여기서 mol% RO/(mol% R2O + mol% RO)의 비는 적어도 약 0.2인 유리 조성물이 제공된다. 상기 유리 조성물은: (i) 7.5 ppm/℃ 미만의 (25℃ 내지 300℃의) 저온 열팽창계수 (LTCTE)); (ii) 18 ppm/℃ 미만의 고온 열팽창계수 (HTCTE); (iii) 적어도 200,000 poise의 액상 점도; (iv) 200,000 poise에서 적어도 1100 ℃ 또는 35,000 poise에서 적어도 1200 ℃의 유리 (glass) 온도; 및 (v) 약 795℃ 미만의 가상 온도 (Tf);의 특성 중 하나 이상을 갖는다.

Description

낮은 열팽창 계수를 갖는 이온-교환가능한 유리
본 출원은 2017년 1월 9일에 출원된 미국 가 특허출원 제62/443918호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 여기에 참조로서 병합된다.
본 개시는 일반적으로 신규한 유리 조성물 및 이를 포함하는 유리 제품에 관한 것이다.
박막 및 초-박막 유리는 반도체, 광전자 (opto-electronic) 및 소비자 전자 적용뿐만 아니라 자동차 및 생명공학 산업 적용을 포함하는 수많은 적용을 갖는다. 커버 유리, 유리 백프레이트 등과 같은 유리 제품은 이동 전화, 태블릿, 컴퓨터, 네비게이션 시스템 등과 같은 소비자 및 상업용 전자 장치 모두에 사용된다.
유리 제품은 향상된 강도로 인해 다양한 접촉 및 충격을 견딜 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 많은 유리 제품의 경우, 장치가 사용되거나 운발될 때, 부수적인 접촉 및 충격이 발생할 수 있다. 또한, 몇몇 유리 제품은 유리 제품과, 사용자의 손가락 및/또는 스타일러스 (stylus) 장치를 포함하는, 다양한 대상 사이의 접촉을 포함하는, "터치" 기능을 포함한다.
본 개시는 신규한 유리 조성물 및 이를 포함하는 유리 제품을 제공한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은: 약 72 mol% 내지 약 77 mol%의 SiO2; 약 8 mol% 내지 약 12 mol%의 Al2O3; 약 10 mol% 내지 약 14 mol%의 하나 이상의 알칼리 산화물 R2O, 여기서 R2O는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 또는 Cs2O이며; 하나 이상의 2가 산화물 RO, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, 또는 ZnO이고; 및 P2O5를 포함하며, 여기서 mol% RO/(mol% R2O + mol% RO)의 비는 적어도 약 0.2이거나, 또는 약 0.2 내지 약 0.5이다.
몇몇 구현예에서, 전술한 단락 중 어느 하나의 구현예는 약 72 mol% 내지 약 75 mol%의 SiO2를 포함하는 유리 조성물을 더욱 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 9 mol% 내지 약 11 mol%의 Al2O3를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물의 알칼리 산화물 R2O는 약 11 mol% 내지 약 13 mol%의 Na2O를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물의 2가 산화물 RO는 약 0.03 mol% 내지 약 4 mol% MgO; 약 0.03 mol% 내지 약 5 mol% CaO; 및 약 0.03 mol% 내지 약 4 mol% ZnO를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.01 mol% 내지 약 2 mol% P2O5를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 Be2O3 및/또는 SnO2를 더욱 포함한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 K2O, B2O3, 및/또는 Li2O가 실질적으로 없다.
몇몇 구현예에서, 본 개시는 약 72 mol% 내지 약 77 mol% SiO2; 약 8 mol% 내지 약 12 mol% Al2O3; 약 10 mol% 내지 약 14 mol% Na2O; 약 0.03 mol% 내지 약 4 mol% MgO; 약 0.03 mol% 내지 약 5 mol% CaO; 약 4 mol%까지의 ZnO; 약 0.03 mol% 내지 약 2 mol% P2O5; 및 약 0.03 mol% 내지 약 0.09 mol% SnO2를 포함하고, 여기서 mol% Na2O/(mol% Na2O + mol% MgO + mol% CaO + mol% ZnO)의 비가 약 0.2 내지 약 0.5인 유리 조성물을 또한 제공한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 K2O, B2O3, 및/또는 Li2O가 실질적으로 없다.
여기에 기재된 유리 조성물은 어떤 성질을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 (i) 7.5 ppm/℃ 미만의 저온 열팽창계수 (LTCTE)); (ii) 18 ppm/℃ 미만의 고온 열팽창계수 (HTCTE); (iii) 적어도 200,000 poise의 액상 점도; (iv) 200,000 poise에서 적어도 1100 ℃ 또는 35,000 poise에서 적어도 1200 ℃의 유리 (glass) 온도; 및 (v) 약 795℃ 미만의 (유리 조성물이 약 1011 poise의 점도를 갖는 온도와 동일한) 가상 온도 (Tf) 중 하나 이상을 포함한다.
몇몇 구현예에서, 여기에 기재된 유리 조성물은 이온 교환 강화된다. 몇몇 구현예에서, 본 개시의 이온 교환된 조성물은 적어도 10 ㎛ (예를 들어, 약 15 내지 약 100 ㎛)의 압축 층의 깊이; 및/또는 (2) 적어도 약 450 MPa (예를 들어, 약 550 MPa 내지 약 650 MPa)의 압축 강도를 갖는다.
본 개시의 몇몇 구현예는 여기에 기재된 유리 조성물을 포함하는 유리계 제품에 관한 것이다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 3 mm까지의 유리 두께를 갖는다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품은 소비자 전자 장치에서 힘 센서 기판이다.
본 개시의 몇몇 구현예는 여기에 기재된 유리 조성물로부터 유리를 제조하는 공정에 관한 것이다.
전술한 과제의 해결 수단뿐만 아니라 다음의 구현예의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 예시의 목적을 위해, 도면은 특정 구현예의 사용을 설명할 수 있다. 그러나, 여기에 기재된 조성물 및 방법은 도면에서 논의되거나 설명된 정확한 구현예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
도 1은 본 개시의 유리 (유리 G)가 대조 비-이온 교환된 (non-ion-exchanged) 유리 중 어느 것의 HTCTE 값보다 더 낮은, 낮은 HTCTE 값 (≤8 pm/℃)을 갖는다는 것을 나타낸다.
도 2a는 여기에 개시된 유리 제품 중 어느 것을 포함하는 예시적인 전자 장치의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 예시적인 전자 장치의 사시도이다.
정의
"포함한다", "포함하는", "함유한다" 및 "함유하는" 등과 같은 개방형 용어는 "포함하는"을 의미한다. 이들 개방형 연결 문구는, 추가의, 기재되지 않은 구성요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는 구성요소, 방법 단계 등의 개방형 목록을 도입하기 위해 사용된다.
본 개시의 구성요소 또는 구성성분의 단수 표현은 사례의 개수, 즉 구성요소 또는 구성성분의 발생에 대하여 비제한적인 것으로 의도된다. 따라서, 단수 표현은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 읽혀야 하고, 구성요소 또는 구성성분의 단수 단어 형태는 그 수가 분명히 단수를 의미하지 않는한 복수를 또한 포함한다.
여기에 사용된 바와 같이, 본 개시와 관련된 값을 수식하는 용어 "약"은, 예를 들어, 단순반복 시험 및 취급을 통하여; 이러한 시험 및 취급에서 의도하지 않은 오류를 통하여; 제조, 소스 또는 본 개시에서 사용된 원료의 순도의 차이를 통하여; 및 이와 유사한 것을 통하여 발생할 수 있는 수치의 양에서의 변화를 의미한다. 용어 "약"에 의해 수식되었는지 여부와 관계 없이, 청구범위는 기재된 양의 균등물을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 용어 "약"은 보고된 수치의 ±10% 이내를 의미한다.
상한 및 하한 값을 포함하는 수치의 범위가 여기에 기재되는 경우, 특정 상황에서 달리 기재되지 않는 한, 상기 범위는 그의 끝점, 및 상기 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 청구범위의 범위는 범위를 정의할 때 기재된 특정의 값으로 제한되지 않는 것으로 의도된다. 또한, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 하나 이상의 바람직한 범위 또는 상위 바람직한 값 및 하위 바람직한 값의 목록으로 주어질 때, 이것은 임의의 상위 범위 한계 또는 바람직한 범위 및 임의의 하위 범위 한계 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를, 이러한 쌍이 별도로 개시되었는지 여부에 관계없이, 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 마지막으로, 용어 "약"이 범위의 값 또는 끝점을 설명하는데 사용될 때, 본 개시는 언급된 특정의 값 또는 끝점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 범위의 수치 또는 끝점이 "약"을 기재하든 안하든, 범위의 수치 또는 끝점은 "약"에 의해 수식된 것 및 "약"에 의해 수식되지 않는 것의 두개의 구현예를 포함하는 것으로 의도된다.
여기에 사용된 바와 같이, 유리 조성물에서 구성성분 (예를 들어, 금속 산화물)이 "실질적으로 없다"라는 것은 상기 구성성분이 조성물에 의도적으로 첨가되지 않으나, 조성물이 상기 구성분을 매우 작은 또는 트레이스 양으로, 예를 들어, 유리 조성물 내의 0.5 mol% 이하, 또는 0.1 mol% 이하, 또는 0.01 mol% 이하로 여전히 함유할 수도 있다는 것을 의미한다. 여기에 기재된 유리 조성물에서 구성성분 (예를 들어, 금속 산화물)이 "실질적으로 없다"라는 용어는 유리 조성물이 상기 구성성분은 없다라는 것을 또한 의미할 수 있다.
여기에 사용된 바와 같이, "유리계 제품 (glass based article)" 및 "유리계 제품들"은 전체적으로 또는 부분적으로 유리로 제조된 임의의 물건을 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다. 몇몇 구현예에서, 유리계 제품(들)은 비정질 상 및 하나 이상의 결정질 상을 가질 수 있다.
그룹이 구성요소의 그룹 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재될 때마다, 상기 그룹은 기재된 이들 구성요소의 임의의 개수를, 개별적으로 또는 서로 조합하여, 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어지는 것으로 이해된다. 유사하게, 그룹이 구성요소의 그룹 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재될 때마다, 그룹은 기재된 이들 구성요소의 임의의 개수로 개별적으로 또는 서로 조합하여 이루어질 수 있다는 것이 이해된다. 달리 명시되지 않는 한, 값의 범위는, 기재될 때마다, 상기 범위의 상한 및 하한 모두뿐만 아니라 그 사이의 임의의 하위-범위를 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 여기에 기재된 조성물의 구성성분을 포함하는 모든 조성물 및 관계는 금속 산화물 기준으로 몰% (mol%)로 표시된다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "저온 열팽창 계수 (low temperature coefficient thermal expansion)" 또는 "LTCTE"는 약 20℃ 내지 약 300℃의 온도 범위에 걸쳐 유리 조성물의 평균 선형 열팽창 계수를 지칭하며, ASTM E228-11에 따라 푸쉬-로드 딜라토미터 (push-rod dilatometer)를 사용하여 결정된다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "고온 열팽창 계수 (high temperature coefficient thermal expansion)" 또는 "HTCTE"는 유리 전이 온도 이상에서 유리 조성물의 열팽창 계수를 지칭한다. HTCTE는 온도 (x-축)의 함수로서 순간 CTE (y-축)를 플롯하여 결정되며, HTCTE는 순간 CTE 대 온도 곡선의 기울기가 대략 0인 후에 확연히 증가하는 곳 (즉, 곡선이 평평한 곳)에서의 순간 CTE의 값이다. 순간 CTE는 ASTM E228-11에서 정의된다. 순간 CTE의 측정은 스트레인 센서로서 3D 디지탈 이미지 상관관계 (digital image correlation, DIC)의 사용에 의존하하고, 가열은 DIC에 대한 보기 창 (viewing window)을 갖는 가열로에서 수행된다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "액상 점도 (liquidus viscosity)"는 액상선 온도에서의 용융 유리의 점도를 지칭하고, 여기서 액상선 온도는, 용융 유리가 용융 온도로부터 냉각되면서 결정이 처음 나타나는 온도, 또는 온도가 실온으로부터 증가하면서 바로 마지막 결정이 융융되어 사라지는 온도를 지칭한다. 액상 점도는 다음 방법에 의해 결정된다. 먼저, 유리의 액상 온도는 "Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method"라는 명칭의, ASTM C829-81 (2015)에 따라 측정된다. 다음에, 액상선 온도에서 유리의 점도는 "Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point"라는 명칭의 ASTM C965-96 (2012)에 따라 측정된다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "가상 온도 (Tf)"는 유리-형성 액체의 점도가 약 1011 poise의 점도를 갖는 곳의 온도와 동일한 온도를 지칭한다. 특정 유리의 경우, 가상 온도는 용융 상태로부터의 냉각 속도에 따라 달라질 수 있다. 유리 구조는 또한 특정 온도에서 열처리를 통해 새로운 가상 온도로 이완될 수 있다. 유리의 가상 온도는 Xiaoju Guo의 "Unified approach for determining the enthalpic fictive temperature of glasses with arbitrary thermal history," (Journal of Non-Crystalline Solids 357 (2011) pp. 3230-3236)에서 기술된 바와 같이, 열량측정 방법에 의해 결정될 수 있으며, 이의 전체가 참고서 여기에 병합된다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "지르콘 분해 온도" 또는 "T분해"는 유리 가공 및 제조에서 내화 재료로서 일반적으로 사용되는 지르콘이 분해되어 지르코니아 및 실리카를 형성하는 온도를 지칭하고, 용어 "지르콘 분해 점도"는 T분해에서 유리의 점도를 지칭한다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "개시" 또는 "본 개시"는 비-한정적인 용어이고, 특정 개시의 어느 단일 구현예를 지칭하는 것이 아니라, 본 출원에서 기재된 모든 가능한 구현혜를 포함하는 것으로 의도된다.
열 템퍼링, 및 화학적 템퍼링을 포함하는 다양한 공정이 유리를 강화시키기 위해 사용될 수 있다. 화학적 템퍼링은 (리튬 이온 및/또는 소듐 이온과 같은) 유리 제품 내의 보다 작은 알칼리 이온을 (포타슘 이온과 같은) 보다 큰 알칼리 이온으로 교환하는 단계를 일반적으로 포함하는 이온 교환을 포함한다. 따라서, 이온 교환 공정을 용이하게 하기 위하여, 이러한 유리 제품은 상대적으로 고 농도의 알칼리 이온을 포함할 수 있다.
유리 제품 내의 알칼리 이온의 존재는 유리 제품의 평균 열팽창 계수를 증가시킬 수 있으며, 따라서, 상기 유리 제품은, 상대적으로 보다 낮은 평균 열팽창 계수를 갖는 유리가 필요한 적용에서 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 또한, 낮은 및 높은 온도 영역 모두에서, 높은 열팽창 계수는 얇은 유리의 직접적인 인발을 어렵게 만든다. 따라서, 화학적으로 강화될 수 있는, 예를 들어, 저온 열팽창 계수 (LTCTE) 및/또는 고온 열팽창 계수 (HTCTE)를 갖는 이온 교환가능한 유리일 수 있는 대안적인 유리 조성물에 대한 필요성이 존재한다.
유리 조성물
본 개시는 융합 성형가능하고, 지르콘 양립성이며, 이온 교환가능하고, 저온 및 고온 모두에서 낮은 열팽창 계수를 갖는 신규한 유리 조성물을 제공한다.
몇몇 구현예에서, 본 개시는 약 72 mol% 내지 약 77 mol% SiO2; 약 8 mol% 내지 약 12 mol% Al2O3; 약 10 mol% 내지 약 14 mol%의 하나 이상의 알칼리 산화물 R2O, 여기서 R2O는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 또는 Cs2O이며; 하나 이상의 2가 산화물 RO, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, 또는 ZnO이며; 및 P2O5를 포함하는 유리 조성물을 제공한다.
SiO2는 유리의 네트워킹 구조를 안정화시키는 유리 기능의 형성에 관여하는 산화물이다. 본 개시의 유리 조성물은 약 72 mol% 내지 약 77 mol% SiO2 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위, 예를 들어, 약 72 mol% 내지 약 76.5 mol%, 약 72 mol% 내지 약 76 mol%, 약 72 mol% 내지 약 75.5 mol%, 약 72 mol% 내지 약 75 mol%, 약 72 mol% 내지 약 74.5 mol%, 약 72 mol% 내지 약 74 mol%, 약 72 mol% 내지 약 73.5 mol%, 약 72 mol% 내지 약 73 mol%, 또는 약 76.5 mol%, 약 76 mol%, 약 75.5 mol%, 약 75 mol%, 약 74.5 mol%, 약 74 mol%, 약 73.5 mol%, 약 73 mol%, 약 72.5 mol%, 또는 약 72 mol% SiO2를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 72 mol% 내지 약 74.5 mol% SiO2를 함유한다.
Al2O3도 또한 유리 형성제로 사용된다. SiO2와 마찬가지로, Al2O3도 또한 그의 4면체 배위 때문에 유리 네트워크에 강성 (rigidity)을 부여할 수 있다. Al2O3는 a) 가능한 가장 낮은 액상선 온도를 유지하거나, b) 팽창 계수를 낮추거나, 또는 c) 변형점을 높일 수 있다. 다른 유리 개질제 산화물에 비해 Al2O3 함량의 증가는 감소된 밀도, 감소된 열팽창 계수, 및 개선된 내구성을 일반적으로 결과한다. 본 개시의 유리 조성물은 약 8 mol% 내지 약 12 mol% Al2O3, 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위, 예를 들어, 약 8 mol% 내지 약 11.5 mol%, 약 8 mol% 내지 약 11 mol%, 약 8 mol% 내지 약 10.5 mol%, 약 8 mol% 내지 약 10 mol%, 약 8 mol% 내지 약 9.5 mol%, 약 8 mol% 내지 약 9 mol%, 약 9 mol% 내지 약 11.5 mol%, 약 9 mol% 내지 약 11 mol%, 또는 약 8 mol%, 약 8.2 mol% 내지 약 8.4 mol%, 약 8.6 mol% 내지 약 8.8 mol%, 약 9 mol%, 약 9.2 mol%, 약 9.4 mol%, 약 9.6 mol%, 약 9.8 mol%, 약 10 mol%, 약 10.2 mol%, 약 10.4 mol%, 약 10.6 mol%, 약 10.8 mol%, 약 11 mol%, 약 11.2 mol%, 약 11.4 mol%, 약 11.6 mol%, 약 11.8 mol%, 또는 약 12 mol%를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 9.9 mol% 내지 약 10.1 mol% Al2O3를 함유한다.
본 개시의 유리 조성물은 약 10 mol% 내지 약 14 mol%의 하나 이상의 알칼리 산화물 R2O를 포함하며; 즉 R2O의 합은 약 10 mol% 내지 약 14 mol%이다. 여기에 기재된 바와 같이, 알칼리 산화물은 유리 또는 유리계 조성물에서 존재할 수 있는 모든 형태의 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 알칼리 산화물 R2O는 유리의 낮은 용융 온도 및 낮은 액상선 온도를 달성하는데 도움을 준다. R2O는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 또는 Cs2O를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 Na2O, 또는 Li2O 또는 K2O인 하나의 알칼리 산화물을 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 2 개의 알칼리 산화물, 예를 들어, Na2O 및 Li2O, 또는 Na2O 및 K2O, 또는 Li2O 및 K2O를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 3 개의 알칼리 산화물, 예를 들어, Na2O, Li2O, 및 K2O를 함유한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 10 mol% 내지 약 14 mol% 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 양으로, 예를 들어, 10 mol% 내지 약 13.5 mol%, 10 mol% 내지 약 13 mol%, 10 mol% 내지 약 12.5 mol%, 10 mol% 내지 약 12 mol%, 10 mol% 내지 약 11.5 mol%, 10 mol% 내지 약 11 mol%, 약 11 mol% 내지 약 13 mol%, 약 12 mol% 내지 약 13 mol%, 또는 약 10 mol%, 약 10.2 mol%, 약 10.4 mol%, 약 10.6 mol%, 약 10.8 mol%, 약 12 mol%, 약 12.2 mol%, 약 12.4 mol%, 약 12.6 mol%, 약 12.8 mol%, 약 13 mol%, 약 13.2 mol%, 약 13.4 mol%, 약 13.6 mol%, 약 13.8 mol%, 또는 약 14 mol%의 Na2O를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 10.5 mol% 내지 약 12.7 mol% Na2O를 함유한다.
본 개시의 유리 조성물은 유리의 용융 거동을 또한 개선시키는 하나 이상의 2가 산화물 RO를 함유한다. RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, 또는 ZnO를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 MgO, CaO, SrO, BaO 또는 ZnO인 하나의 2가 산화물을 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 2개의 2가 산화물, MgO 및 CaO, 또는 MgO 및 ZnO, 또는 CaO 및 ZnO를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 3개의 2가 산화물 MgO, CaO 및 ZnO를 함유한다.
MgO 및 CaO는 보다 고온에서 유리의 점도를 감소시키고, 보다 낮은 온도에서 유리의 점도를 높이는데 효과적이다. 이들은 용융 성질의 개선 및 변형점의 향상에 사용될 수 있다. 그러나, MgO 및 CaO 모두의 과량이 사용된다면, 유리의 상분리 및 실투가 증가하는 경향이 있을 수 있다. 보다 작은 2가 산화물 (예를 들어, MgO, CaO 또는 ZnO)는 일반적으로 보다 큰 2가 산화물 (예를 들어, SrO, 또는 BaO)보다 유리의 압축 응력을 증가시키는 것을 돕는다. 따라서, MgO, CaO 및 ZnO는, 알칼리 확산성에 대한 악영향을 최소화하면서, 개선된 응력 완화에 대하여 몇 가지 장점을 제공한다. 그러나, 유리에서 MgO 및 ZnO의 농도가 높을 때, 이들은 포오스테라이트 (예를 들어, Mg2SiO4) 및 가나이트 (ZnAl2O4) 또는 월레마이트 (Zn2SiO4)를 각각 형성하기 쉬운 경향이 있고, 따라서, MgO 및 ZnO 함량이 일정 수준 이상일 때, 유리의 액상선 온도를 매우 급격히 상승시킨다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 4 mol%까지의 양으로, 예를 들어, 약 0.03 mol% 내지 약 4 mol% 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위의 MgO를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.03 mol% 내지 약 3.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 3 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 2.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 2 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 1.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 1 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.1 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 4 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 3 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 2 mol%, 약 1 mol% 내지 약 4 mol%, 약 1 mol% 내지 약 3 mol%, 약 1 mol% 내지 약 2 mol%, 약 2 mol% 내지 약 3 mol%, 약 2 mol% 내지 약 4 mol%, 약 3 mol% 내지 약 4 mol%의 양으로 MgO를 함유한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 5 mol%까지, 예를 들어, 약 0.03 mol% 내지 약 5 mol% 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위의 양으로 CaO를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.03 mol% 내지 약 4.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 4 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 3.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 3 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 2.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 2 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 1.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 1 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.1 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 5 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 4 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 3 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 2 mol%, 약 1 mol% 내지 약 5 mol%, 약 1 mol% 내지 약 4 mol%, 약 1 mol% 내지 약 3 mol%, 약 1 mol% 내지 약 2 mol%, 약 2 mol% 내지 약 3 mol%, 약 2 mol% 내지 약 4 mol%, 약 2 mol% 내지 약 5 mol%, 약 3 mol% 내지 약 4 mol%, 또는 약 3 mol% 내지 약 5 mol%의 양으로 CaO를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 4 mol%까지, 예를 들어, 3.5 mol%까지, 약 3 mol%까지, 약 2.5 mol%까지, 약 2 mol%까지, 또는 약 1.5 mol%까지, 또는 약 0.03 mol% 내지 4 mol% 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위의 양으로 ZnO를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.03 mol% 내지 약 3.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 3 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 2.5 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 2 mol%, 약 1 mol% 내지 약 4 mol%, 약 1 mol% 내지 약 3.5 mol%, 약 1 mol% 내지 약 3 mol%, 약 1 mol% 내지 약 2.5 mol%, 약 1 mol% 내지 약 2 mol%, 약 2 mol% 내지 약 4 mol%, 약 2 mol% 내지 약 3 mol%, 약 3 mol% 내지 약 4 mol%의 양으로 ZnO를 함유한다.
여기에 기재된 유리 조성물은 또한 알칼리 양이온의 확산성을 개선시킬 수 있고, 이온 교환 시간을 감소시킬 수 있는 P2O5를 함유한다. 몇몇 구현예에서, P2O5는 약 0.01 mol% 내지 약 2 mol%, 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위, 예를 들어, 약 0.01 mol% 내지 약 1.5 mol%, 약 0.01 mol% 내지 약 1 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 2 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 1.5 mol%, 또는 약 0.03 mol% 내지 약 1 mol%의 양으로 존재한다.
몇몇 구현예에서, 본 개시의 유리 조성물은 Be2O3 및/또는 SnO2를 더욱 함유할 수 있다. 몇몇 구현예에서, Be2O3 또는 SnO2는 약 0.1 mol%까지, 예를 들어, 약 0.03 mol% 내지 약 0.1 mol% 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위의 양으로 존재한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.03 mol% 내지 약 0.09 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.08 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.07 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.06 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.05 mol%, 약 0.03 mol% 내지 약 0.04 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 0.09 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 0.08 mol%, 약 0.05 mol% 내지 약 0.07 mol%, 또는 약 0.05 mol% 내지 약 0.06 mol%의 Be2O3 및/또는 SnO2를 함유한다. 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 0.04 mol%, 약 0.05 mol%, 0.06 mol%, 약 0.07 mol%, 약 0.08 mol%의 Be2O3, 및/또는 SnO2를 함유한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 72 mol% 내지 약 75 mol% SiO2; 약 9 mol% 내지 약 11 mol% Al2O3; 약 11 mol% 내지 약 13 mol% Na2O; 하나 이상의 2가 산화물 RO, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, 또는 ZnO이며; 및 P2O5를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 72 mol% 내지 약 77 mol% SiO2; 약 8 mol% 내지 약 12 mol% Al2O3; 약 10 mol% 내지 약 14 mol% Na2O; 약 0.03 mol% 내지 약 4 mol% MgO; 약 0.03 mol% 내지 약 5 mol% CaO; 약 4 mol%까지의 ZnO; 약 0.03 mol% 내지 약 2 mol% P2O5; 및 약 0.03 mol% 내지 약 0.09 mol% SnO2를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 약 72.17 mol% 내지 약 74.37 mol% SiO2; 약 9.95 mol% 내지 약 10.04 mol% Al2O3; 약 10.59 mol% 내지 약 12.69 mol% Na2O; 약 0.05 mol% 내지 약 3.08 mol% MgO; 약 0.03 mol% 내지 약 4.04 mol% CaO; 약 2.94 mol%까지의 ZnO; 약 0.03 mol% 내지 약 0.96 ml% P2O5; 및 약 0.05 mol% 내지 약 0.07 mol% SnO2를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 K2O, B2O3, 및/또는 Li2O가 실질적으로 없다.
본 개시의 유리 조성물은 적어도 0.2, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 0.5 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위의 mol% RO/(mol% R2O + mol% RO)의 비를 갖는다. 몇몇 구현예에서, mol% RO/(mol% M2O + mol% RO)의 비는 약 0.2, 약 0.21, 약 0.22, 약 0.23, 약 0.24, 약 0.25, 약 0.26, 약 0.27, 약 0.28, 약 0.29, 약 0.30, 약 0.31, 약 0.32, 약 0.33, 약 0.34, 약 0.35, 약 0.36, 약 0.37, 약 0.38, 약 0.39, 약 0.40, 약 0.41, 약 0.42, 약 0.43, 약 0.44, 약 0.45, 약 0.46, 약 0.47, 약 0.48, 약 0.49, 약 0.5이다. mol% RO/(mol% R2O + mol% RO)의 비는, 개질제 산화물의 실질적인 백분율이 2가 산화물이기 위하여, 약 0.2 내지 약 0.5로 유리하게 유지된다. 2가 산화물 개질제가 1가 산화물 개질제로 치환될 때, 고온 및 저온 CTE 모두는 증가한다.
유리계 제품의 성질
여기에 기재된 유리 조성물은 유리한 성질을 갖는다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 유리 조성물은 다음 중 하나 이상의 특성을 나타낸다: (i) 7.5 ppm/℃ 미만의 저온 열팽창계수 (LTCTE)); (ii) 18 ppm/℃ 미만의 고온 열팽창계수 (HTCTE); (iii) 적어도 200,000 poise의 액상 점도; (iv) 200,000 poise에서 적어도 1100 ℃ 또는 35,000 poise에서 적어도 1200 ℃의 유리 (glass) 온도; 및 (v) 약 795℃ 미만의 가상 온도 (Tf).
몇몇 구현예에서, 본 개시는 낮은 LTCTE를 나타내는 유리 조성물을 제공한다. 몇몇 구현예에서, LTCTE는 약 7.5 ppm/℃ 미만, 예를 들어, 약 7.4, 7.3, 7.2, 7.1, 7.0, 6.9, 6.8, 6.7, 6.6, 또는 6.5 ppm/℃ 미만이다. 몇몇 구현예에서, LTCTE는 약 6.4 내지 약 7.5 ppm/℃ 미만의 범위 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위, 예를 들어, 약 6.4 내지 약 7.4 ppm/℃, 또는 약 6.4 내지 약 7.3 ppm/℃의 범위이다.
몇몇 구현예에서, 본 개시는 또한 낮은 HTCTE를 나타내는 유리 조성물을 제공한다. 몇몇 구현예에서, HTCTE는 약 18 ppm/℃ 미만, 예를 들어, 약 17.8, 17.6, 17.4, 17.2, 17.0, 16.8, 16.6, 16.4, 16.2, 16.0, 또는 15.8 ppm/℃ 미만이다. 몇몇 구현예에서, HTCTE는 약 15.6 내지 약 18 ppm/℃ 미만의 범위 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위, 예를 들어, 약 15.6 내지 약 17.8 ppm/℃, 약 15.6 내지 약 17.4 ppm/℃, 또는 약 15.6 내지 약 17.2 ppm/℃의 범위이다.
이러한 낮은 LTCTE 및 HTCTE 값은 보다 높은 LTCTE 및 HTCTE 값을 갖는 유리 조성물에 비하여 열 싸이클링 또는 열 응력 조건에 대한 유리의 생존성을 개선시킨다.
몇몇 구현예에서, 본 개시는 적어도 약 200,000 poise, 예를 들어, 적어도 약 300,000, 400,000, 500,000, 600,000, 700,000, 800,000, 900,000, 1,000,000, 2,000,000, 3,000,000, 또는 4,000,000 poise의 액상 점도를 갖는 유리 조성물을 제공한다. 몇몇 구현예에서, 상기 액상 점도는 약 200,000 poise 내지 약 4,200,000 poise의 범위 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위이다.
몇몇 구현예에서, 본 개시는 200,000 poise에서 적어도 약 1100 ℃ 또는 35,000 poise에서 적어도 1200 ℃의 유리 온도를 갖는 유리 조성물을 제공한다. 몇몇 구현예에서, 유리 온도는 200,000 poise에서 적어도 약 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1160, 1170, 1180 또는 1190 ℃이고; 또는 35,000 poise에서 적어도 약 1210, 1220, 1230, 1240, 1250, 1260, 1270, 1280, 1290, 1300, 또는 1310 ℃이다. 몇몇 구현예에서, 유리 온도는 200,000 poise에서 약 1100 ℃ 내지 약 1200 ℃의 범위 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위이거나, 또는 35,000 poise에서 약 1200 ℃ 내지 약 1320 ℃의 범위 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위이다. 몇몇 구현예에서, 본 개시는 약 795℃ 미만, 예를 들어, 약 738 내지 약 793℃의 가상 온도 (Tf)를 갖는 유리 조성물을 제공한다. 몇몇 구현예에서, 가상 온도는 약 795, 790, 785, 780, 775, 770, 765, 760, 755, 750, 또는 745 ℃ 미만이다. 가상 온도는 유리의 평형 구조의 온도를 기재하기 위해 사용된다. 유리가 가열되고 어떤 온도에서 충분히 오랜 시간 동안 유지된다면, 유리는 그 온도에 상응하는 평형 구조를 결국 취할 것이다. 반대로, 유리가 전이 영역보다 높은 온도로부터 급속하게 냉각되면 (몇몇 유리 제조 작업에서와 같이), 그것은 이 온도의 성질 특성을 유지할 것이고, 이 경우에 이 온도는 그 유리의 가상 온도가 될 것이다.
유리 또는 유리계 제품를 제조하는 공정
본 개시의 유리는 다운-인발가능하고, 즉, 유리는 유리 제조 분야에서 당업자에게 알려진 융합 인발 및 슬롯 인발과 같은 다운-인발 방법을 사용하여 시트로 형성될 수 있으나, 다만 이에 한정되지 않는다. 다운-인발 공정은 평면 유리, 예를 들어, 디스플레이 유리 또는 이온 교환가능한 유리의 대규모 제조에 사용된다.
융합 인발 공정은 용융된 유리 원료 물질을 수용하기 위한 채널을 갖는 성형 몸체를 사용한다. 채널은, 채널 양 측면 상에 채널 길이를 따라 상단이 개방된, 위어 (weirs)를 갖는다. 채널이 용융 물질로 채워지면, 용융 유리는 위어를 범람한다. 중력으로 인해, 용융 유리는 아이소파이프의 외부 표면 아래로 흐른다. 이들 외부 표면은, 이들이 인발 탱크 아래의 에지에서 결합하도록 하향 및 내측으로 연장된다. 2개의 흐르는 유리 필름은, 이 에지에서 결합하여 융합하고, 단일의 흐르는 시트를 형성한다. 융합 인발 방법은, 채널을 넘쳐 흐르는 2개의 유리 필름이 함께 융합하기 때문에, 그 결과로 생긴 유리 시트의 외부 표면 중 어느 것도, 장치의 어느 부분과 접촉을 일으키지 않는다는 장점을 제공한다. 따라서, 표면 특성은, 이러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다.
본 개시의 유리 조성물은 7.5 ppm/℃ 미만의 저온 열팽창 계수 및 18 ppm/℃ 미만의 고온 열팽창 계수를 갖는다. 또한, 유리 조성물은 융합 성형에 바람직한 점도 곡선을 갖는다. 구체적으로, 200,000 poise에서의 온도는 1100℃보다 크고; 35,000 poise에서의 온도는 1200℃보다 크며; 액상 점도는 200,000 poise보다 크고 (예를 들어, 몇몇 구현예에서, 1,000,000 poise보다 크며); 및 지르콘 분해 점도는 35,000 poise보다 작다. 따라서, 본 개시의 유리 조성물은 융합 성형가능하고, 융합 이날 공정에 이상적으로 적합하여, 얇은 유리 시트가 직접적으로 형성될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 얇은 유리 시트는 약 3 mm까지, 및 이들 사이의 모든 범위 및 하위범위, 예를 들어, 약 2 mm까지, 또는 약 1mm까지의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 얇은 유리 시트는 약 1000 ㎛ 이하, 약 800 ㎛ 이하, 약 600 ㎛ 이하, 약 400 ㎛ 이하, 약 200 ㎛ 이하, 예를 들어, 약 20 내지 500 ㎛, 약 50 내지 400 ㎛, 또는 약 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 또는 400 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
슬롯 인발 방법은 융합 인발 방법과 구별된다. 슬롯 인발 공정에서, 용융된 유리 원료 물질은 도관에 제공된다. 도관의 바텀은 개방 슬롯을 갖고, 상기 개방 슬롯은 하나의 치수에서, 슬롯의 길이를 연장하는 노즐을 갖는, 다른 치수에서보다 더 넓다. 용융된 유리는 슬롯/노즐을 통해 흐르고, 그곳을 통하여 연속적인 시트로서 어닐링 영역 안으로 하향 인발된다.
대안적으로, 본 개시의 유리는 롤링, 플로트, 등과 같은 다른 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 개시의 유리는 그의 기계적 특성을 강화시키기 위해 이온 교환 가능하다. 전형적으로, 유리는 알칼리 이온의 하나 이상의 염을 포함하는 염 욕에서 이온 교환된다. 유리에 존재하는 보다 작은 알칼리 이온 (예컨대, 리튬 또는 나트륨)은 나트륨, 칼륨, 루비듐 또는 세슘과 같은 하나 이상의 보다 큰 알칼리 이온을 함유하는 용융 염 욕에서 이온 교환 될 수있다. 이온 교환이 충분한 시간 동안 변형점보다 충분히 낮은 온도에서 수행되면, 보다 큰 알칼리는 염 욕으로부터 유리 표면 안으로 이동하고, 보다 작은 이온은 유리로부터 염 욕 안으로 이동되는 확산 프로파일이 형성될 것이다. 유리가 냉각되면서, 보다 큰 이온 (예를 들어, 칼륨 이온)은 유리를 함께 압축하여, 손상에 대하여 강인한 표면을 형성하는 압축 응력층을 생성한다. 이온 교환 공정은 또한 불리한 환경 조건에 대해 유리 보호를 제공할 것이다.
당업자는 임의의 1가 양이온 (예를 들어, 구리, 은, 탈륨 등)이 유리에 존재하는 알칼리 이온으로 교환될 수 있음을 이해할 것이다. 이들 양이온은 또한, 조명용 색상을 도입시키거나 또는 광 포획 (light trapping)용 상승된 굴절률 층을 도입시키는 것과 같은, 최종 용도에 잠재적 가치의 속성을 제공할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 다양한 두께를 갖는 본 개시의 유리는, 각각, 4 시간 및 8 시간 동안 410 ℃의 100% KNO3에서 이온 교환될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 유리 (0.4 mm의 두께)는 이온 교환되어, 표면에서 650 MPa보다 큰 압축 응력 및 25 ㎛보다 큰 압축 응력층의 깊이 (또한, "압축의 깊이 (depth of compression)" 또는 "DOC"라고 알려짐)를 가질 수 있다.
몇몇 구현예에서, 본 개시의 유리 (0.1 mm의 두께)는 이온 교환되어, 표면에서 550 MPa보다 큰 압축 응력 및 20 ㎛의 압축의 깊이를 가질 수 있거나, 또는 이온 교환되어, 표면에서 450 MPa보다 큰 압축 응력 및 15 ㎛의 압축의 깊이를 가질 수 있다.
(표면 CS를 포함하는) 압축 응력은 Orihara Industrial Co., Ltd. (일본)에 의해 제작된, FSM-6000과 같은 상업적으로 이용가능한 기구를 사용하는 표면 응력 계측기 (FSM)에 의해 측정된다. 표면 응력 측정은, 유리의 복굴절과 연관된, 응력 광학 계수 (stress optical coefficient, SOC)의 정확한 측정에 의존한다. SOC는, 결과적으로, "Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient"라는 명칭의 ASTM 표준 C770-16에 기재된 절차 C (유리 디스크 방법)에 따라 측정되고, 이의 전체적인 내용이 참조로서 여기에 병합된다.
여기에 사용된 바와 같이, DOC는 여기에 기재된 화학적으로 강화된 알칼리 알루미노실리케이트 유리 제품에서의 응력이 압축으로부터 인장으로 변하는 깊이를 의미한다. DOC 이온 교환 처리에 따라 FSM 또는 분산 광 편광기 (scattered light polariscope, SCALP)에 의해 측정될 수 있다. 유리 제품 내의 응력이 칼륨 (potassium) 이온을 유리 제품 안으로 교환시킴으로써 발생하는 경우, FSM이 DOC를 측정하는데 사용된다. 응력이 나트륨 이온을 유리 제품 안으로 교환시킴으로써 발생하는 경우, SCALP가 DOC를 측정하는데 사용된다. 유리 제품 내의 응력이 칼륨 및 나트륨 이온 모두를 유리 안으로 교환시킴으로써 발생하는 경우, DOC는 SCALP에 의해 측정되는데, 왜냐하면, 나트륨의 교환 깊이는 DOC를 가리키고, 칼륨 이온의 교환 깊이는 압축 응력의 크기의 변화를 가리키기 때문이며 (그러나, 압축으로부터 인장으로의 응력의 변화가 아님); 이러한 유리 제품에서 칼륨 이온의 교환 깊이는 FSM에 의해 측정된다.
본 개시는 또한 여기에 기재된 공정 중 어느 것에 의해 제조된 유리 제품을 제공한다. 일반적으로, 이들 제조된 제품은 또한 여기에 기재된 바와 같은 물리적 특성을 공유한다.
적용 (Applications)
여기에 기재된 유리 또는 유리계 제품은, 예를 들어, 높은 파괴 인성을 갖는 얇은 유리가 요구되는 경우, 다양한 적용을 가질 수 있다. 당업자는 여기에 기재된 유리 또는 유리계 제품이 그의 특정 적용에 따라 다양한 형상, 두께 등을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예를 들어, 여기에 개시된 유리 또는 유리계 제품은 다른 제품 내에 포함될 수 있으며, 다른 제품의 예로는, 디스플레이를 갖는 제품 (또는 디스플레이 제품) (예를 들어, 이동 전화, 태블릿, 컴퓨터, 랩탑, 네비게이션 시스템 등을 포함하는 소비자 전자 제품), 건축 제품, 운송 제품 (예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 선박 등), 가전 제품, 또는 일부 투명성, 내-스크래치성, 내-마모성 또는 이들의 조합을 필요로 하는 제품이다. 여기에 개시된 유리 및 유리계 제품 중 어느 것을 포함하는 예시적인 제품이 도 2a 및 2b에 나타내어져 있다. 구체적으로, 도 2a 및 2b는 전면 (104), 후면 (106), 및 측면 (108)을 갖는 하우징 (102); 하우징 내에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 있으며, 적어도 콘트롤러, 메모리 및 디스플레이 (100)를 하우징의 전면에서 또는 그 근처에서 포함하는 전기 부품 (미도시); 및 디스플레이 위에 놓이도록 하우징의 전면에 또는 그 위에 있는 커버 기판 (112)을 포함하는 소비자 전자 제품 (100)을 나타낸다. 몇몇 구현예에서, 커버 기판 (112)은 여기에 개시된 유리 및 유리계 제품 중 어느 것을 포함할 수 있다.
하나의 특정 적용은 힘 센서 기판을 갖는 휴대용 전자 장치이다. 힘 센서의 예는 예를 들어 미국 특허출원공개 제20050042012 A1호 및 제20160188103 A1호에 기재되어 있다. 힘 센서는 디스플레이 스택에 추가되는 추가적인 층이다. 몇몇 구현예에서, 힘 센서는 커버 기판 (112)의 상부 위에 또는 상에 배치될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 힘 센서는 커버 기판 (112)의 아래에 또는 바로 밑에 (예를 들어, 커버 기판 (112)과 디스플레이 (110) 사이에) 배치될 수 있다. 힘 센서는 추가적인 층이기 때문에, 더 얇고 더 가벼운 장치의 일반적인 경향을 수용하기 위하여 얇아야 한다. 본 개시는 힘 센서 적용에 적합한 그러한 얇은 또는 초-박막 유리 시트를 제공한다.
실시예
하기 실시예는 본 개시의 장점 및 특징을 추가로 예시하고, 본 개시를 실시예로 한정하려는 의도가 결코 아니다.
실시예 1
유리 조성물
본 개시에 따른 10개의 예시적인 유리 조성물 (유리 A - 유리 J)가 제조되었다. 각각의 예시적인 유리 조성물의 구체적인 조성이 하기 표 1에 기재되었다.
각각의 예시적인 유리 조성물의 LTCTE 및 HTCTE 값, 액상 점도, 유리 온도 (2000,000 poise에서 및 35,000 poise에서, 각각), 및 가상 온도가 결정되었고, 표 1에 기재되었다. LTCTE, HTCTE, 및 가상 온도는 위에서 논의된 기술에 따라 측정되었다. 또한, 각각의 예시적인 유리 조성물의, 밀도, 변형점, 어닐링점, 연화점, 응력 광학 계수, 굴절률, 및 기타 성질이 또한 결정되었고, 표 1에 기재되었다. 밀도는 ASTM C693-93(2013)의 부력 방법을 사용하여 결정되었다. 변형점 및 어닐링점은 ASTM C598-93(2013)의 빔 벤딩 점도 방법을 사용하여 결정되었다. 연화점은 ASTM C1351M-96(2012)의 평행 판 점도 방법을 사용하여 결정되었다.
Figure pct00001
표 1 : 예시적인 유리 조성물 및 물성
실시예 2
이온 교환된 유리 제품
표 1의 예시적인 유리 A - 유리 J의 각각의 유리 샘플이 4 시간 및 8 시간 동안 각각 410 ℃의 100% KNO3 욕에서 이온 교환에 의해 화학적으로 강화되어, 샘플의 표면에 압축 응력층을 유도하였다. 유리 두께는 0.1 mm 내지 1.0 mm의 범위이었다. 유리는 가상 온도를 1011 poises 온도와 같게 설정하기 위하여 열처리되었다. 이온 교환된 유리의 성질은 결정되었고, 하기 표 2 및 3에 기재되었다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 이온 교환된 유리 (0.4 mm 두께, 4 시간 동안 이온 교환됨)는 적어도 745 MPa의 표면 압축 응력 및 적어도 26 ㎛의 압축 층의 깊이를 가졌다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 이온 교환된 유리 (0.4 mm 두께, 8 시간 동안 이온 교환됨)는 적어도 699 MPa의 표면 압축 응력 및 적어도 36 ㎛의 압축 층의 깊이를 가졌다.
당업자라면, 유리계 제품의 보다 큰 표면 강도가 바람직한 경우, 보다 짧은 이온 교환 시간이 압축 응력을 개선시키기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 유리계 제품의 보다 큰 손상 저항성이 바람직한 경우, 보다 긴 이온 교환 시간이 압축 층의 깊이를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
Figure pct00002
표 2 : 상이한 두께를 갖는 이온 교환된 유리 (410℃에서 4 h 동안 100% KNO3에서 이온 교환되었고, 유리는 1011 poise 온도의 가상 온도를 설정하기 위해 열처리되었다).
Figure pct00003
표 3 : 상이한 두께를 갖는 이온 교환된 유리 (410℃에서 8 h 동안 100% KNO3에서 이온 교환되었고, 유리는 1011 poise 온도의 가상 온도를 설정하기 위해 열처리되었다).
실시예 3
HTCTE는 유리 G 뿐만 아니라 하기 표 4에 열거된 10 가지 대조 유리 조성물에 대해 측정되었다. HTCTE는 전술한 바와 같이 측정되었고, 유리 G 및 대조 유리 조성물 1-10에 대한 온도 (x 축)의 함수로서 열팽챵 계수 (y 축)의 플롯을 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 곡선을 얻기 위하여, 유리는 790 ℃부터 400 ℃까지 2 ℃/초의 속도로 냉각되었다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 유리 G는 보다 낮은 HTCTE (CTE가 평탄한 곳의 CTE 값)를 갖는다.
Mol% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SiO 2 66.4 69.3 68.9 67.4 64.4 64.8 60.9 57.4 57.4 63.6
Al 2 O 3 10.3 8.5 10.3 12.7 14.0 13.9 15.4 16.5 16.1 15.6
B 2 O 3 0.6 0.0 0.0 3.7 7.0 5.1 0.0 0.0 0.0 0.0
P 2 O 5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 4.9 6.5 6.5 2.5
Li 2 O 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 6.2
Na 2 O 13.8 13.9 15.2 13.7 14.0 13.7 15.8 16.7 17.1 10.8
K 2 O 2.4 1.2 0.0 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
MgO 5.7 6.4 5.4 2.4 0.0 2.4 2.9 2.8 2.8 0.0
CaO 0.6 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
ZnO 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.2
SnO 2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
표 4 : 대조 유리 조성물
특정 구현예에 대한 전술한 설명은, 당업자가 당업계 내에서 지식을 적용함으로써, 본 개시의 일반적인 개념을 벗어나지 않고, 과도한 실험없이 그러한 특정 구현예를 용이하게 수정할 수 있고 및/또는 다양한 적용에 적응할 수 있는, 본 개시의 일반적인 본질을 완전하게 밝힐 것이다. 따라서, 그러한 적응 및 수정은, 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 구현예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 여기의 어구 또는 용어는, 본 명세서의 어구 및 용어가 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록, 설명을 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.
본 개시의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 구현예 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안된다.
여기에 기재된 다양한 관점, 구현예 및 옵션 모두는 임의의 및 모든 변형에서 조합 될 수있다.
본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허, 및 특허 출원은, 각각의 개별 간행물, 특허 또는 특허 출원이 참조로서 포함되도록 구체적으로 및 개별적으로 나타내어진 것처럼, 동일한 정도로 여기에 참조로서 포함된다.

Claims (19)

  1. 약 72 mol% 내지 약 77 mol%의 SiO2;
    약 8 mol% 내지 약 12 mol%의 Al2O3;
    약 10 mol% 내지 약 14 mol%의 하나 이상의 알칼리 산화물 R2O, 여기서 R2O는 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, 또는 Cs2O임;
    하나 이상의 2가 산화물 RO, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO, BaO, 또는 ZnO임; 및
    P2O5를 포함하며,
    여기서 mol% RO/(mol% R2O + mol% RO)의 비는 적어도 약 0.2인 유리 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    약 72 mol% 내지 약 75 mol%의 SiO2;
    약 9 mol% 내지 약 11 mol%의 Al2O3; 및
    약 11 mol% 내지 약 13 mol%의 Na2O를 포함하는 유리 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    ZnO를 더욱 포함하는 유리 조성물.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    약 0.03 mol% 내지 약 4 mol%의 MgO;
    약 0.03 mol% 내지 약 5 mol%의 CaO; 및
    약 0.03 mol% 내지 약 4 mol%의 ZnO를 포함하는 유리 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    약 0.05 mol% 내지 약 3 mol%의 MgO;
    약 0.05 mol% 내지 약 4 mol%의 CaO; 및
    약 0.03 mol% 내지 약 3 mol%의 ZnO를 포함하는 유리 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    약 0.01 mol% 내지 약 2 mol%의 P2O5를 포함하는 유리 조성물.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    Be2O3 및/또는 SnO2를 더욱 포함하는 유리 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    약 0.03 mol% 내지 약 0.08 mol%의 SnO2를 포함하는 유리 조성물.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 mol% RO/(mol% R2O + mol% RO)의 비는 약 0.2 내지 약 0.5의 범위인 유리 조성물.
  10. 약 72 mol% 내지 약 77 mol%의 SiO2;
    약 8 mol% 내지 약 12 mol%의 Al2O3;
    약 10 mol% 내지 약 14 mol%의 Na2O;
    약 0.03 mol% 내지 약 4 mol%의 MgO;
    약 0.03 mol% 내지 약 5 mol%의 CaO;
    약 4 mol%까지의 ZnO;
    약 0.03 mol% 내지 약 2 mol%의 P2O5; 및
    약 0.03 mol% 내지 약 0.09 mol%의 SnO2를 포함하고,
    여기서 mol% Na2O/(mol% Na2O + mol% MgO + mol% CaO + mol% ZnO)의 비는 약 0.2 내지 약 0.5의 범위인 유리 조성물.
  11. 청구항 10에 있어서,
    약 72.17 mol% 내지 약 74.37 mol%의 SiO2;
    약 9.95 mol% 내지 약 10.04 mol%의 Al2O3;
    약 10.59 mol% 내지 약 12.69 mol%의 Na2O;
    약 0.05 mol% 내지 약 3.08 mol%의 MgO;
    약 0.03 mol% 내지 약 4.04 mol%의 CaO;
    약 2.94 mol%까지의 ZnO;
    약 0.03 mol% 내지 약 0.96 mol%의 P2O5; 및
    약 0.05 mol% 내지 약 0.07 mol%의 SnO2를 포함하는 유리 조성물.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    K2O, B2O3, 및/또는 Li2O가 실질적으로 없는 유리 조성물.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 하기 특성 중 하나 이상을 갖는 유리 조성물: (i) 7.5 ppm/℃ 미만의 저온 열팽창계수 (LTCTE)); (ii) 18 ppm/℃ 미만의 고온 열팽창계수 (HTCTE); (iii) 적어도 200,000 poise의 액상 점도; (iv) 200,000 poise에서 적어도 1100 ℃ 또는 35,000 poise에서 적어도 1200 ℃의 유리 (glass) 온도; 및 (v) 약 795℃ 미만의 가상 온도 (Tf).
  14. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 이온 교환 강화된 유리 조성물.
  15. 청구항 14에 있어서,
    (1) 적어도 10 ㎛의 압축 층의 깊이; 및/또는 (2) 적어도 450 MPa의 압축 강도;를 갖는 유리 조성물.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    약 15 내지 약 100 ㎛의 압축층의 깊이; 및/또는 (2) 약 550 MPa 내지 약 650 MPa의 압축 강도;를 갖는 유리 조성물.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 유리계 제품.
  18. 청구항 17에 있어서,
    약 3 mm까지, 약 2 mm까지, 또는 약 1 mm까지, 또는 0.4 mm 이하의 두께를 갖는 유리계 제품.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제품은 소비자 전자 장치로서:
    전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 제공된 전기 부품, 상기 전기 부품은 적어도 콘트롤러, 메모리, 및 디스플레이를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 하우징의 전면에 또는 인접하여 제공됨;
    힘 센서; 및
    상기 디스플레이 위에 배치된 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항의 유리 조성물을 포함하는 기판;을 포함하는 소비자 전자 장치인 유리계 제품.

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