KR20200081557A - 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법 및 이에 의한 강화 글라스 기반 광학 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 필터를 강도를 개선하기 위한 것으로서, 광학 필터용 글라스 기판을 화학 강화 처리하여, 상기 글라스 기판의 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시킨 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법과 이에 의해 제조된 강화 글라스 기판을 이용하여 강화 글라스 기반 광학 필터를 제공하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 강화 글라스 기판을 이용하여 광학 필터를 제조함으로써 강도가 보강된 광학 필터를 제공하여 사용자 환경에서의 광학 필터의 내구성 및 강도를 개선시킨 효과가 있다
Description
본 발명은 광학 필터를 강도를 개선하기 위한 것으로서, 화학 강화 공정을 통해 글라스 기판의 표면 압축 응력값(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 광학 필터의 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시킨 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법 및 이에 의한 강화 글라스 기반 광학 필터에 관한 것이다.
광학 필터는 특정한 파장의 대역을 선택적으로 투과시키거나 투과하지 못하도록 하는 장치로서, 기판 상에 광학설계된 다층막을 형성하여 구현하고 있다.
이러한 광학 필터는 다양한 분야에 사용되고 있으며 특히 카메라의 촬상 렌즈로 수광되는 빛의 파장을 제어하기 위해 널리 사용되고 있다.
일반적으로 비디오카메라, 디지털카메라나 스마트폰의 카메라에는 빛을 전기 신호로 바꾸어주는 CCD나 CMOS와 같은 고체촬상소자가 사용되고 있으며, 이러한 고체촬상소자들은 가시광선 영역(400~700nm)뿐만 아니라 근적외선 영역(~1200nm)까지 수광하게 되므로, 실제로 사람들이 인식하게 되는 이미지와 화상 이미지의 색상이 차이가 나게 된다.
이러한 점을 보정하기 위해, 근적외선 영역의 파장을 차단하기 위한 근적외선 차단 필터(IR-Cut Filter)와 같은 광학 필터가 사용되고 있다.
근적외선 차단 필터는 촬상 장치를 구성하는 촬상 렌즈와 고체촬상소자 사이에 위치하게 되며, 촬상 렌즈로부터 입사된 빛 중 근적외선 영역의 빛을 차단시켜 고체촬상소자의 수광부에 제공하게 된다.
종래의 근적외선 차단 필터는 투명 글라스 기판 상부 또는 하부에 근적외선 반사층을 형성한 반사식 차단 필터를 사용하여 왔으나, 최근 고화소 모델이 개발되면서 흡수식과 반사식을 혼합한 하이브리드 필터가 널리 사용되고 있다.
예컨대 근적외선을 흡수하는 블루 글라스 기판에 산화물 다층막으로 이루어진 근적외선 반사층을 형성하는 기술이 있다.
이러한 글라스 기판의 경우 외부 충격이나 스트레스에 의해 깨지는 문제와 상용화된 근적외선 차단 필터의 경우 글라스 기판의 두께가 두꺼운 점, 글라스 기판의 두께가 얇은 경우에는 그 취급 및 가공이 매우 어려운 점이 있다.
또한 글라스 기판(일반적으로 보로실리케이트 글라스(boro silicate glass)를 사용함)을 사용하는 경우, 근적외선 흡수층이나 반사층 증착시 증착 물질과 기판의 열팽창계수 차이로 인해 응력이 발생하여 기판이 휘는 현상이 발생하게 되므로, 휨(warpage) 영향으로 증착 조건을 잡기 어려운 점이 있다.
한편, 비디오카메라나 디지털카메라보다 더욱 대중적으로 사용되고 있는 스마트폰의 경우, 고화질, 고성능화의 요구와 더불어 차별화된 디자인에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라 보다 더 슬림화되면서 경량화가 요구되고 있는 추세이다.
그러나 고해상도의 카메라일수록 촬상 렌즈의 매수가 최소 3매 이상 사용되는 렌즈 시스템을 사용하여야 하고, 근적외선 차단 필터, 고체촬상소자 등이 기본 구성으로 사용되어야 하는 고해상도 실현을 위한 스펙의 요구에 따라 촬상 장치의 두께를 줄이는데에는 한계가 있으며, 이에 의해 스마트폰을 슬림화시키는데에도 한계가 있다.
이에 촬상 장치의 두께를 줄이기 위한 방안으로 렌즈 시스템을 구성하는 렌즈의 형태나 조립 방법 등에 대한 연구가 진행되고 있거나, 렌즈 시스템을 보호하기 위한 커버 글라스의 두께를 최소화하기 위한 연구가 진행되고 있다.
또한, 본 발명에서 관심있는 근적외선 차단 필터의 두께를 줄이기 위한 연구도 진행되고 있으며, 특히 상술한 바와 같은 글라스 기판의 박판화는 이러한 장치의 슬림화 시도에 대한 하나의 방편으로 제안되고 있다.
그러나 글라스 기판의 경우 상술한 바와 같이 두께가 얇으면 얇을수록 가장 큰 문제점으로 지적되는 것이 강도에 매우 취약한 점이며, 그 가공방법이나 이의 취급방법이 용이하지 않은 문제점이 있다.
또한, 글라스 기판 상에 형성되는 근적외선 반사층의 경우, 일반적으로 산화물로 이루어진 다층막으로 형성되며, 이 경우 글라스 기판과 산화물 사이에 응력 차이로 인해 글라스 기판의 강도 저하의 원인이 되고 있으며, 특히 0.3T 이하의 박판 글라스의 경우 이러한 강도에 취약하여 보다 많은 연구가 필요한 실정이다.
본 출원인은 이러한 박판 글라스를 이용한 광학 필터에 대한 연구를 계속 진행하고 있으며, 박판 글라스 기판을 이용한 광학 필터의 제조방법으로 본 출원인이 출원한 출원번호 10-2017-0125910호(광학 필터 및 그 제조방법) 기술 등이 있다.
상기 종래 기술은 원판 글라스 기판에 셀단위로 쉬트컷팅부를 형성하는 단계, 상기 원판 글라스 기판을 강화시켜 상기 원판 글라스 기판의 상부 및 하부와 동시에 상기 쉬트컷팅부를 통해 측면부도 강화시키는 단계, 상기 원판 글라스 기판의 상부 및 하부에 각각 광학 필터층을 형성하는 단계 및 상기 원판 글라스 기판을 셀단위로 분리하여 셀단위 광학 필터를 형성하는 단계를 포함한다.
광학 필터의 구조상 글라스 기판 상에 광학 필터층이 필수적으로 형성되어야 하며, 상기 광학 필터층은 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 등으로 구현되게 되는데, 이러한 광학 필터층으로 산화물 다층막 예컨대 SiO2, TiO2, Ta2O5, Nb2O5 등이 사용되고 있다.
종래의 공정에서도 박판 글라스 기판의 사용에 따른 강도 보강의 필요성에 의해 박판 글라스 기판을 강화하여 강도를 보강하여 사용하여 왔으나, 상술한 바와 같이 다층의 광학 필터층은 글라스 기판의 강도를 저하시키는 원인이 되고 있다.
즉, 강화 공정에 따라 글라스 기판에 생성시킨 압축 응력을 상쇄시켜, 강화시켜놓은 글라스 기판의 강도를 저하시키는 원인이 되고 있는 것이다.
이와 같이 제품의 슬림화에 따른 박판의 글라스 기판에 대한 수요는 점차 증가하고 있으며, 사용자 환경에서 높은 내구성을 보장하고, 안정적인 사용에 대한 필요성에 의해 광학 필터용 글라스 기판에 대한 더 많은 연구가 필요한 상황이다.
본 발명은 상기 필요성에 의해 고안된 것으로서, 화학 강화 공정을 통해 글라스 기판의 표면 압축 응력값(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 광학 필터의 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시킨 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법 및 이에 의한 강화 글라스 기반 광학 필터의 제공을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 광학 필터용 글라스 기판을 화학 강화 처리하여, 상기 글라스 기판의 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시킨 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법과 이에 의해 제조된 강화 글라스 기판을 이용하여 강화 글라스 기반 광학 필터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 화학 강화 처리된 글라스 기판의 압축 응력은, 300MPa 이상, 강화 깊이는 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)의 곱의 값이 5000Mpa·㎛ 이상일 때, 상기 굽힘 강도(B10) 값은 300Mpa 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 글라스 기판의 상부 표면 압축 응력과 하부 표면 압축 응력이 서로 다른 값을 가지도록 구현할 수 있다.
또한, 상기 강화 깊이는, 상기 글라스 기판의 표면에서부터 5~25% 영역에 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 화학 강화 처리는, 복수회 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 화학 강화 처리는 제1 화학 강화 공정, 제2 화학 강화 공정,...,제n 화학 강화 공정을 순차적으로 수행하되(n은 자연수), 앞 회차의 화학 강화 공정에 비해 뒤 회차의 화학 강화 공정의 화학 강화 온도는 낮고, 화학 강화 시간은 더 짧은 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 글라스 기판은 두께가 0.05~0.3mm인 것이 바람직하다.
본 발명은 강화 글라스 기판을 이용하여 광학 필터를 제조함으로써 강도가 보강된 광학 필터를 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 화학 강화 공정을 통해 글라스 기판의 표면 압축 응력값(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 광학 필터의 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시켜 사용자 환경에서의 광학 필터의 내구성 및 강도를 개선시킨 효과가 있다.
도 1 - 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터의 모식도.
도 2 - 종래의 광학 필터에 대한 굽힘 강도에 대한 데이타를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터에 대한 굽힘 강도에 대한 데이타를 나타낸 도.
도 4 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 굽힘 강도에 대한 다양한 데이타를 나타낸 도.
도 5 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 압축 응력과 강화 깊이의 곱에 따른 B10 값에 대한 상관 관계를 나타낸 도.
도 2 - 종래의 광학 필터에 대한 굽힘 강도에 대한 데이타를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터에 대한 굽힘 강도에 대한 데이타를 나타낸 도.
도 4 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 굽힘 강도에 대한 다양한 데이타를 나타낸 도.
도 5 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 압축 응력과 강화 깊이의 곱에 따른 B10 값에 대한 상관 관계를 나타낸 도.
본 발명은 광학 필터용 글라스 기판을 화학 강화 처리하여, 글라스 기판의 표면 압축 응력값(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 광학 필터의 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시켜 사용자 환경에서의 광학 필터의 내구성 및 강도를 개선시킨 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터의 모식도이고, 도 2는 종래의 광학 필터에 대한 굽힘 강도에 대한 데이타를 나타낸 도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터에 대한 굽힘 강도에 대한 데이타를 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 굽힘 강도에 대한 다양한 데이타를 나타낸 도이며, 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 압축 응력과 강화 깊이의 곱에 따른 B10 값에 대한 상관 관계를 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법은, 광학 필터용 글라스 기판을 화학 강화 처리하여, 상기 글라스 기판의 표면 압축 응력값(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 광학 필터의 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시킨 것이다.
본 발명에서의 글라스 기판은 공정 환경에 따라 원장 또는 원판 상태의 글라스 기판 또는 셀 단위의 글라스 기판을 사용하게 되며, 공정의 편의상 원장 상태의 글라스 기판을 이용하여 화학 강화 처리를 수행할 수 있다.
본 발명에서의 화학 강화 처리는 일반적으로 이온 교환에 의한 치환 강화 공정으로서, 질산칼륨(KNO3)을 이용하여, 350℃~450℃의 온도에서 화학 강화(chemical tempering)를 실시하게 되고, 강화 후에는 서서히 냉각시켜 크랙을 방지하도록 하며, 강화가 완료되면 글라스 기판을 세정하여 준비한다.
이러한 화학 강화 공정은 글라스에 포함된 Na+ 이온과 알칼리염 용융액에 들어있는 K+ 이온 간의 이온 반경의 차로 인해, 알칼리염 용융액 중의 이온 반경이 큰 K+ 이온이 유리 표면의 이온 반경이 작은 Na+ 이온과 교환되어 글라스 표면에는 압축 응력(Compressive Stress, CS)이 형성되게 되고, 그에 상응하는 힘이 내부에 인장 응력(Tensile Stress)이 형성되게 된다.
이와 같이 화학 강화 공정을 수행하게 되면 의미있는 물리적 변수로 글라스 표면에 형성되는 압축 응력, 상기 압축 응력에 상응하며 글라스 내부에 형성되는 인장 응력, 그리고 K+ 이온이 유리 표면으로부터 침투하는 깊이인 강화 깊이(DOL)이다.
본 발명에서는 글라스 표면에 작용하는 압축 응력을 보다 높이면서(High CS) 강화 깊이(DOL)도 함께 높여 최종적으로 글라스 기판의 강도를 개선시키고자 하는 것이다. 이에 의해 강도가 개선된 글라스 기판을 이용하여 제작되는 광학 필터의 굽힘 강도(Bending Strength)도 개선되도록 하는 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이 글라스 기판의 상부 및 하부에 다층의 광학 필터층이 형성되는 광학 필터에 있어서, 굽힘 강도는 매우 중요한 요소로 작용하게 된다.
광학 필터층과 글라스 기판 간의 열팽창 계수 등의 차이로 인해 응력이 발생하게 되며, 이로 인해 외부 충격으로부터 글라스 기판의 압축 스트레스 균형이 깨지면서 강도 저하의 원인이 되거나 글라스 기판의 휨 현상을 유발시키게 된다. 특히 0.3T(0.3mm) 이하의 박판 글라스의 경우 이러한 점에 매우 취약하다.
따라서 본 발명은 다층막으로 구현된 광학 필터층이 형성된 광학 필터의 굽힘 강도를 보강하기 위해서, 화학 강화를 실시하되, 글라스 기판의 종류에 따라 최적의 압축 응력과 강화 깊이를 조절하여, 즉 이들을 변수로 하여 굽힘 강도를 개선시키고자 하는 것이다.
그러나, 압축 응력과 강화 깊이는 일반적으로 화학 강화 공정 조건에 따라 반비례 관계를 보이는 것으로 알려져 있어서, 이들의 값을 동시에 개선시키는 것은 어려운 면이 있다.
즉, 강화 깊이는 용융염의 온도가 높거나 강화 시간이 길면 커지고, 압축 응력은 이와 반대로 낮은 용융염의 온도, 짧은 강화 시간에 의해 보다 높은 값을 가지는 것으로 알려져 있다.
따라서, 강화 깊이와 압축 응력을 동시에 조절하는 것이 매우 까다로우며, 특히 광학 필터에 적용하기 위한 0.3T(0.05~0.3mm) 이하의 초박판 글라스 기판에 대한 강화 깊이, 압축 응력 값의 조절에 따른 굽힘 강도 개선에 대한 연구가 시도된 적이 없었다.
본 발명에 따라 광학 필터용 글라스 기판의 압축 응력과 강화 깊이를 조절하여 굽힘 강도를 개선시키기 위해 글라스 기판을 화학 강화 처리하게 되는데, 본 발명에 따른 화학 강화 처리를 통한 글라스 기판은 압축 응력은 300MPa 이상, 상기 강화 깊이는, 10㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 글라스 기판의 표면 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)의 곱의 값이 5000Mpa·㎛ 이상일 때, 상기 굽힘 강도(B10) 값은 300Mpa 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서의 굽힘 강도 값은 3-point bending(3PB) 특성으로부터 얻어진 값으로, 하위 10%에서의 굽힘 강도 값(B10)을 기준으로 한 것이다.
즉, 압축 응력과 강화 깊이를 동시에 조절하여 그 곱의 값이 어느 정도 이상일 때 광학 필터의 B10 굽힘 강도 값이 최소한의 조건을 만족하는 것으로 실험 결과 얻어졌으며, 따라서 글라스 기판의 압축 응력과 강화 깊이를 조절함으로써 광학 필터의 굽힘 강도 특성을 개선할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서는 글라스 기판 표면의 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)의 곱의 값이 5000Mpa·㎛ 이상일 때, 상기 굽힘 강도(B10) 값은 300Mpa 이상을 만족하므로, 굽힘 강도 300Mpa(박판 글라스 기판을 광학 필터에 사용할 때 요구되는 최소한의 굽힘 강도 값) 이상을 만족하기 위해, 압축 응력과 강화 깊이의 최적의 조합을 찾기 위한 화학 강화 공정이 실현되어야 한다.
또한, 본 발명에서의 강화 깊이는, 상기 글라스 기판의 표면에서부터 5~25% 영역에 존재하도록 하여, 내부 인장 응력과 균형이 맞추어지도록 한다.
한편 상기 글라스 기판의 상부 (표면) 압축 응력과 하부 (표면) 압축 응력은 서로 다르게 구현할 수 있다. 이는 광학 필터용 글라스 기판의 경우 글라스 기판의 상부 및 하부에 두께가 서로 다른 광학 필터층을 형성할 수도 있으며, 이 경우 광학 필터층의 두께에 따라 그 광학 필터층이 접하는 계면에서의 압축 응력이 서로 다른 값을 가지도록 하는 것이다.
구체적으로는 상기 광학 필터층의 두께가 더 두꺼운 면의 강화 글라스 기판의 표면 압축 응력은 상기 광학 필터층의 두께가 상대적으로 더 얇은 면의 강화 글라스 기판의 표면 압축 응력보다 상대적으로 더 큰 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
즉 광학 필터층의 두께에 따라 글라스 기판에 작용하는 응력이 서로 다르며, 보다 두꺼운 광학 필터층이 접한 글라스 기판의 표면에서의 압축 응력이 더 저하되게 되므로, 이를 보완하기 위해서 더 두꺼운 광학 필터층이 형성된 글라스 기판의 표면에 더 높은 압축 응력이 인가되도록 하는 것이다.
본 발명에서의 상기 광학 필터층은, 굴절율이 서로 다른 2~5종의 물질을 다층으로 증착한 것으로, 산화물 다층막 예컨대 SiO2, TiO2, Ta2O5, Nb2O5 등이 사용되고 있다.
또한 상기 광학 필터층은, 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 중 어느 하나가 상기 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되거나, 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층의 조합으로 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광학 필터층은 특정한 파장 대역을 선택적으로 반사하거나 투과시키기 위한 것으로서, 본 발명의 일실시예로는 근적외선 반사층 또는 가시광선 저반사층으로 구현될 수 있어, 근적외선 차단 필터로 활용될 수 있다.
상기 광학 필터층은 주로 산화물 다층막을 증착하여 형성하며, 목적이나 용도에 따른 광학 설계에 따라 입사각 의존성을 최소화시키고, 특정한 영역에 대한 파장을 투과 또는 반사하기 위하여 특정한 두께의 고굴절률과 저굴절률을 갖는 산화물 다층막을 선택적으로 증착함으로써 형성하게 된다.
즉, 목적이나 용도에 따른 광학 설계에 따라 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 중 어느 하나를 상기 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성하거나, 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층의 조합으로 상기 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성할 수 있다.
예컨대, 강화 글라스 기판의 상부 및 하부에 다층막의 근적외선 반사층 및 다층막의 가시광선 저반사층 중 어느 하나가 형성되거나, 상부에는 다층막의 근적외선 반사층, 하부에는 다층막의 가시광선 저반사층(그 반대로도 가능)으로 형성되거나, 상부 및 하부에 각각 다층막의 근적외선 반사층과 다층막의 가시광선 저반사층의 조합 형태로도 구현될 수 있다.
이러한 광학 필터층은 공지된 물리, 화학적 증착방법에 의해 이루어지며, 예컨대 E-beam, 스파터링이나 CVD 공정 등에 의해 구현될 수 있다.
또한, 상기 강화 글라스의 상부 또는 하부에 상기 광학 필터층 하부에 근적외선 흡수층이 더 형성될 수도 있다. 상기 근적외선 흡수층은 수지에 근적외선 흡수 성분이 포함되어 구현될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 강화 글라스 기반 광학 필터를 구현하기 위해 화학 강화 처리를 수행하여 압축 응력과 강화 깊이를 조절하게 되는데, 화학 강화 처리는 글라스 기판의 조성이나 수요자 요구, 제품의 사양에 따라 한번 또는 복수회 이루어질 수 있도록 한다.
특히 화학 강화 처리가 복수회 이루어지는 경우, 제1 화학 강화 공정, 제2 화학 강화 공정,...,제n 화학 강화 공정을 순차적으로 수행하되(n은 자연수), 앞 회차의 화학 강화 공정에 비해 뒤 회차의 화학 강화 공정의 화학 강화 온도는 낮고, 화학 강화 시간은 더 짧은 것을 특징으로 한다.
즉, 첫번째 화학 강화 공정을 통해 글라스 기판의 만족하는 압축 응력과 강화 깊이 값을 얻지 못한 경우 여러 단계의 화학 강화 공정이 구현될 수 있으며, 특히 앞 회차의 화학 강화 공정에 비해 뒤 회차의 화학 강화 공정에서의 화학 강화 온도 및 시간이 더 짧도록 하여 전회차에서 높은 화학 강화 온도, 긴 화학 강화 시간을 통해 충분히 높은 강화 깊이를 확보하고, 뒤회차에서 보다 낮은 화학 강화 온도, 짧은 화학 강화 시간을 통해 충분히 높은 압축 응력이 확보되도록 하는 것이다.
이는 원하는 강화 깊이 및 압축 응력 값이 나올 때까지 화학 처리 공정을 복수회 반복 수행할 수 있다.
일반적으로 본 발명에서의 화학 강화 처리는 일반적으로 이온 교환에 의한 치환 강화 공정으로서, 질산칼륨(KNO3)을 이용하여, 350℃~450℃의 온도에서 화학 강화(chemical tempering)를 실시하게 되며, 마지막 화학 강화 공정의 경우 화학 강화 온도 380℃~400℃에서 10분 이내의 화학 강화 시간이 적당하다.
특히, 복수회의 강화 깊이 및 압축 응력을 조절하면서 강화 깊이 및 압축 응력은 각 화학 처리 공정에 따라 스텝형 양상으로 변화도록 조절할 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 화학 강화 공정을 통해 0.05~0.3mm 두께의 초박판 글라스의 압축 응력 및 강화 깊이를 조절하여 이들의 곱의 값이 어느 정도 이상인 경우 수요자가 만족하는 최소한의 굽힘 강도를 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
도 2는 종래의 광학 필터에 대한 굽힘 강도에 대한 데이타를 나타낸 것으로, 두께 0.2mm의 글라스 기판을 이용하였고, 어떠한 화학 강화 처리 공정을 수행하지 않은 경우, 굽힘 강도 B10값을 측정한 것을 나타낸 것이다. 바닥면(Bottom Side)이 글라스인 경우(Non-CS), 근적외선 광학 필터층(Depo.(IR))인 경우, 무반사층(Depo.(AR))인 경우 각각 3PB B10 값을 측정한 것으로, 각각 135Mpa, 208Mpa, 305Mpa로 측정되었으며, 증착층이 두꺼운 면에 인장력이 걸리면 강도가 저하하는 것으로 관찰되었다(IR Bottom).
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에 따른 압축 응력과 강화 깊이를 조절한 경우 굽힘 강도(3PB B10)를 측정한 것을 나타낸 것이다.
실시예 1 및 실시예 2의 경우 시중의 서로 다른 생산자에 의해 생산된 글라스 기판을 사용한 경우로, 2회의 화학 강화 공정이 수행되었으며, 첫번째 화학 강화 공정에 비해 두번째 화학 강화 공정 시 화학 강화 온도를 더 낮추고, 화학 강화 시간을 더 짧게 수행하였다. 본 실시예 1에서는 첫번째 화학 강화 공정시 400℃, 60분, 실시예 2에서는 440℃, 60분 정도 화학 강화를 실시하였으며, 두번째 화학 강화 공정의 경우 실시예 1 및 실시예 2의 화학 강화 온도는 380℃에서 10분 이내에서 화학 강화를 실시하였다.
실시예 1 및 실시예 2 둘 다 증착코팅층으로 광학 필터층과 무반사층을 형성하였으며, 보다 두꺼운 광학 필터층을 바닥면으로 하여 3PB B10 특성을 측정하였다.
실시예 1의 경우 압축 응력 값이 800Mpa, 강화 깊이가 20㎛, 실시예 2의 경우 압축 응력 값이 1000Mpq, 강화 깊이 22㎛로 측정되었으며, 각각 B10 값이 510Mpa, 720Mpa를 얻었다.
이는 0.3T 이하의 초박판 글라스를 기판으로 사용하고, 다층의 광학 필터층과 무반사층을 형성하였음에도 종래의 글라스 기판을 사용하는 경우(도 2)보다 더욱 높은 굽힘 강도 값을 나타내었다.
도 4는 상기 실시예1 및 실시예 2를 이용하여 다양한 화학 강화 조건에 따른 압축 응력과 강화 깊이를 나타낸 데이타이고, 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 압축 응력과 강화 깊이의 곱에 따른 B10 값에 대한 상관 관계를 나타낸 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 둘 다 B10 값이 300Mpa 이상으로 상용화에 문제가 없는 값을 나타냄을 확인할 수 있었고, 특히 실시예 2의 경우 압축 응력(CS)이 1000Mpa, 강화 깊이(DOL) 22㎛의 경우, 그 들의 곱(CS x DOL)이 22,000Mpa·㎛를 나타내었고, 이 경우 B10 값이 720Mpa로 매우 높은 굽힘 강도를 나타냄을 확인할 수 있었다.
도 5에 도시한 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 B10 값과 압축 응력과 강화 깊이의 곱은 비례 관계를 만족하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 B10 값을 높이기 위해서는 압축 응력과 강화 깊이를 조절하여 구현할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면 두께 0.3mm 이하의 초박판 글라스 기판의 경우 압축 응력(Compressive Stress(CS)) x 강화 깊이(Compressive area(DOL)) > 20,000Mpa·㎛일 때 Bending Strength B10(Mpa) > 700Mpa을 만족함을 확인할 수 있었다.
Claims (20)
- 광학 필터용 글라스 기판을 화학 강화 처리하여,
상기 글라스 기판의 표면 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여 굽힘 강도(Bending Strength)를 개선시킨 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 압축 응력은,
300MPa 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법. - 제 2항에 있어서, 상기 강화 깊이는,
10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 표면 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)의 곱의 값이 5000Mpa·㎛ 이상일 때, 상기 굽힘 강도(B10) 값은 300Mpa 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 글라스 기판의 상부 표면 압축 응력과 하부 표면 압축 응력이 서로 다른 값을 가지도록 구현하는 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 강화 깊이는,
상기 글라스 기판의 표면에서부터 5~25% 영역에 존재하는 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 화학 강화 처리는,
복수회 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법. - 제 7항에 있어서, 상기 화학 강화 처리는,
제1 화학 강화 공정, 제2 화학 강화 공정,...,제n 화학 강화 공정을 순차적으로 수행하되(n은 자연수),
앞 회차의 화학 강화 공정에 비해 뒤 회차의 화학 강화 공정의 화학 강화 온도는 낮고, 화학 강화 시간은 더 짧은 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 글라스 기판은,
두께가 0.05~0.3mm인 것을 특징으로 하는 광학 필터용 글라스 기판의 강도 개선 방법. - 강화 글라스 기반 광학 필터에 있어서,
상기 강화 글라스의 표면 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)를 조절하여,
상기 표면 압축 응력(CS)과 강화 깊이(DOL)의 곱의 값이 5000Mpa·㎛ 이상일 때, 상기 굽힘 강도(B10) 값은 300Mpa 이상인 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 10항에 있어서, 상기 강화 깊이는,
상기 강화 글라스의 표면에서부터 5~25% 영역에 존재하는 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 10항에 있어서, 상기 강화 글라스는,
화학 강화 처리를 복수회 수행하여 강화되는 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 12항에 있어서, 상기 화학 강화 처리는,
제1 화학 강화 공정, 제2 화학 강화 공정,...,제n 화학 강화 공정을 순차적으로 수행하되(n은 자연수),
앞 회차의 화학 강화 공정에 비해 뒤 회차의 화학 강화 공정의 화학 강화 온도는 낮고, 화학 강화 시간은 더 짧은 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 10항에 있어서, 상기 강화 글라스는,
두께가 0.05~0.3mm인 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 10항에 있어서, 상기 강화 글라스 상부 및 하부에는,
광학 필터층이 형성된 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 15항에 있어서, 상기 강화 글라스 상부 및 하부에 형성된 광학 필터층은 서로 두께가 다른 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터.
- 제 16항에 있어서, 상기 광학 필터층의 두께가 더 두꺼운 면의 강화 글라스의 표면 압축 응력은 상기 광학 필터층의 두께가 상대적으로 더 얇은 면의 강화 글라스 표면 압축 응력보다 상대적으로 더 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터.
- 제 15항에 있어서, 상기 광학 필터층은,
굴절율이 서로 다른 2~5종의 물질을 다층으로 증착한 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 15항에 있어서, 상기 광학 필터층은,
근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 중 어느 하나가 상기 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되거나,
근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층의 조합으로 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터. - 제 15항에 있어서, 상기 강화 글라스의 상부 또는 하부에 상기 광학 필터층 하부에 근적외선 흡수층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 굽힘 강도가 개선된 강화 글라스 기반 광학 필터.
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