KR20200083773A - 윈도우 패널, 이를 포함하는 전자 장치, 및 윈도우 패널의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
윈도우 패널은 100㎛ 미만의 두께를 갖고, 두께 방향에서 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기재, 상기 기재 내에 분산되고 각각이 제1 이온 반지름을 가진 제1 이온들, 및 상기 기재 내에 분산되고 각각이 상기 제1 이온 반지름보다 큰 제2 이온 반지름을 가진 제2 이온들을 포함하고, 소정의 관계식을 만족하는 압축 깊이를 가진다.
Description
본 발명은 윈도우 패널, 이를 포함하는 전자 장치, 및 윈도우 패널의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 강화 처리된 윈도우 패널, 이를 포함하는 전자 장치, 및 윈도우 패널의 제조 방법에 관한 것이다.
전자 장치는 윈도우 부재, 수납 부재, 및 전자 소자를 포함한다. 전자 소자는 표시 소자, 터치 소자, 또는 검출 소자 등 전기적 신호에 따라 활성화되는 다양한 소자들을 포함할 수 있다.
윈도우 부재는 전자 소자를 보호하고, 사용자에게 활성 영역을 제공한다. 이에 따라, 사용자는 윈도우 부재를 통해 전자 소자에 입력을 제공하거나 전자 소자에 생성된 정보를 수신한다. 또한, 전자 소자는 윈도우 부재를 통해 외부 충격으로부터 안정적으로 보호될 수 있다.
최근, 전자 장치의 슬림화 추세로 인해, 윈도우 부재에 대한 경량화 및 박형화 또한 요구되고 있으며, 이에 따른 구조적 취약성을 보완하기 위해, 윈도우 부재에 대한 다양한 강화 방법이 연구되고 있다.
따라서, 본 발명은 내구성이 향상된 윈도우 패널을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기한 윈도우 패널의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널은, 100㎛ 미만의 두께를 갖고, 두께 방향에서 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기재, 상기 기재 내에 분산되고 각각이 제1 이온 반지름을 가진 제1 이온들, 및 상기 기재 내에 분산되고 각각이 상기 제1 이온 반지름보다 큰 제2 이온 반지름을 가진 제2 이온들을 포함하고, 상기 제2 이온들은 소정의 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널은 100㎛ 미만의 두께를 갖고, 두께 방향에서 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기재, 상기 기재 내에 분산되고 각각이 제1 이온 반지름을 가진 제1 이온들, 및 상기 기재 내에 분산되고 각각이 상기 제1 이온 반지름보다 큰 제2 이온 반지름을 가진 제2 이온들을 포함하고, 상기 제2 이온들은 소정의 압축 응력을 발생시키고, 상기 압축 응력은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 상기 두께의 1/2 지점까지의 범위 내에서 이격되는 깊이에 따라 감소되고, 압축 깊이(DOC)는 하기 관계식을 만족하고, 상기 압축 깊이는 상기 압축 응력이 0(zero)이 되는 깊이로 정의된다.
[관계식]
0.15T ≤ DOC ≤ 0.3T, T는 상기 기재의 두께임.
상기 압축 응력은 상기 압축 깊이 이상의 깊이 범위에서 감소될 수 있다.
상기 제2 이온들이 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 침투 가능한 최대 침투 깊이로 정의되는 이온 침투 깊이는 0.5T 이상으로 설계될 수 있다.
상기 표면 압축 응력은 200MPa 이상일 수 있다.
상기 제2 이온들이 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 이격된 최대 깊이로 정의되는 이온 침투 깊이는 0.3T 이상이고, 상기 표면 압축 응력은 100MPa 이상일 수 있다.
상기 표면 압축 응력은 500MPa 이상일 수 있다.
상기 응력 거동의 기울기가 변화되는 최초 전이점은 0.2T 이하일 수 있다.
상기 제2 이온들은 알칼리 금속 이온을 포함할 수 있다.
상기 기재는 상기 두께 방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 폴딩 축을 중심으로 폴딩 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 전면에 영상을 표시하는 표시 패널, 및 상기 표시 패널의 상기 전면에 배치되고, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향되고 상기 표시 패널과 마주하는 제2 면을 포함하는 윈도우 패널을 포함하고, 상기 윈도우 패널 및 상기 표시 패널은 상기 두께 방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 폴딩 축을 중심으로 폴딩 가능하고, 상기 윈도우 패널의 내부 응력은 상기 제1 면 및 제2 면 각각으로부터 상기 윈도우 패널의 두께의 1/2 지점을 향하는 깊이에 따라 변화되는 응력 거동을 갖고, 상기 응력 거동은 표면 압축 응력(Compressive stress of surface, CS), 압축 깊이(Depth of Compressive stress, DOC), 이온 침투 깊이(Depth of layer, DOL), 및 중심 인장 응력(Central tensile stress, CT)을 포함하고, 상기 압축 깊이(DOC)는 하기 관계식을 만족한다.
[관계식]
0.15T≤DOC≤0.3T, T: 윈도우 패널의 두께임.
상기 응력 거동은 상기 압축 깊이 이상의 깊이 범위에서 변화될 수 있다.
상기 이온 침투 깊이는 약 0.3T 이상일 수 있다.
상기 표면 압축 응력은 약 500MPa 이상일 수 있다.
상기 응력 거동의 기울기가 변화되는 최초 전이점은 0.2T 미만일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널 제조 방법은, 제1 이온을 포함하는 초기 윈도우 패널을 제공하는 단계; 및 윈도우 패널이 형성되도록 상기 초기 윈도우 패널을 상기 제1 이온보다 큰 반지름을 가진 제2 이온을 포함하는 금속염에 함침하여 상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계를 포함하고, 상기 윈도우 패널의 두께는 100㎛ 미만이고, 상기 윈도우 패널의 압축 깊이는 하기 관계식을 만족한다.
[관계식]
0.15T≤DOC≤0.3T, T: 윈도우 패널의 두께임.
상기 금속 염은 단일의 염을 포함하고, 상기 금속 염은 알칼리 질산염을 포함하고, 상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이가 0.5T 이상이 되도록 설계될 수 있다.
상기 금속 염은 혼합 염을 포함하고, 상기 금속 염은 적어도 두 가지의 서로 다른 알칼리 질산염을 포함하고, 상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이가 0.3T 이상이 되도록 설계될 수 있다.
상기 초기 윈도우 패널 강화 단계는, 혼합 염에 상기 초기 윈도우 패널을 함침하는 제1 강화 단계, 및 단일 염에 상기 제1 강화 단계를 거친 상기 초기 윈도우 패널을 함침하는 제2 강화 단계를 포함하고, 상기 윈도우 패널의 압축 깊이는 0.2T 미만일 수 있다.
상기 제1 강화 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이는 0.3T 이상이 되도록 설계될 수 있다.
상기 윈도우 패널의 표면 압축 응력은 500MPa 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 유연성을 가지면서도 내구성 및 신뢰성이 향상된 윈도우 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 결합 사시도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 전자 패널의 단면도들이다.
도 4a는 도 3a에 전자 패널의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 패널의 일부 구성을 도시한 신호 회로도이다.
도 4c는 도 4a의 일부를 간략히 도시한 단면도이다.
도 5a는 비교 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 간략히 도시한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 제조 방법을 간략히 도시한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 그래프들이다.
도 8a은 비교 실시예의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 8b는 비교 실시예의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진들이다.
도 13a 내지 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진들이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도들이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 단면도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 결합 사시도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 전자 패널의 단면도들이다.
도 4a는 도 3a에 전자 패널의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 패널의 일부 구성을 도시한 신호 회로도이다.
도 4c는 도 4a의 일부를 간략히 도시한 단면도이다.
도 5a는 비교 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 간략히 도시한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 제조 방법을 간략히 도시한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 그래프들이다.
도 8a은 비교 실시예의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 8b는 비교 실시예의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진들이다.
도 13a 내지 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진들이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도들이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 단면도들이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의됩니다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 분해 사시도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 결합 사시도들이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 전자 패널의 단면도들이다. 도 2a 및 도 2b는 용이한 설명을 위해 다양한 상태의 전자 장치를 도시하였다. 이하, 도 1 내지 도 2b를 참조하여 전자 장치에 대해 설명한다.
전자 장치(EA)는 전자 패널(EP) 및 하우징 유닛(HU)을 포함한다. 전자 패널(EP)은 유연성을 가질 수 있다. 전자 패널(EP)은 일 방향을 따라 연장된 폴딩 축(FX)을 중심으로 폴딩되거나 언폴딩될 수 있다. 본 실시예에서, 폴딩 축(FX)은 제1 방향(D1)을 따라 연장되고 전자 패널(EP) 전면 상에 정의된 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 폴딩 축(FX)은 전자 장치(EA)의 설계에 따라 전자 패널(EP)의 배면 상에 정의될 수도 있고, 제2 방향(D2) 또는 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)에 교차하는 방향을 따라 연장될 수도 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
전자 패널(EP)은 전기적 신호에 따라 활성화될 수 있다. 본 실시예에서, 전자 패널(EP)은 활성화되어 전면에 영상(IM)을 표시한다. 사용자는 영상(IM)을 통해 정보를 수신할 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 전자 패널(EP)은 활성화되어 전면에 인가되는 외부 입력을 감지할 수도 있다. 외부 입력은 사용자의 터치, 무체물의 접촉이나 인접, 압력, 광, 또는 열을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
전자 패널(EP)은 윈도우 패널(100) 및 표시 패널(200)을 포함할 수 있다. 윈도우 패널(100)은 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)이 정의하는 평면상에서 제3 방향(D3)에서 서로 대향된 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 포함한다. 제1 면(S1)은 윈도우 패널(100)의 전면일 수 있고, 전자 패널(EP)의 전면을 정의한다. 제2 면(S2)은 윈도우 패널(100)의 배면일 수 있다. 제2 면(S2)은 표시 패널(200)을 향하는 면일 수 있다. 도 1에 도시된 전자 장치(EA)의 결함 사시도에서 제2 면(S2)은 외부로 노출되지 않는다.
윈도우 패널(100)은 제3 방향(D3)에서 정의되는 두께(TH)를 가질 수 있다. 두께(TH)는 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 사이의 거리와 대응될 수 있다.
본 실시예에서, 윈도우 패널(100)은 박형일 수 있다. 예를 들어, 윈도우 패널(100)의 두께(TH)는 약 100㎛이하일 수 있다. 또한, 윈도우 패널(100)은 광학적으로 투명할 수 있으며, 소정의 강성을 가질 수 있다. 예를 들어, 윈도우 패널(100)은 유리(glass) 재질의 박막 기판일 수 있다.
본 발명에 따른 윈도우 패널(100)은 100㎛ 이하의 얇은 두께를 갖더라도 외부 충격에 대한 안정적인 신뢰성을 가질 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(EA)는 박형의 윈도우 패널(100)을 포함함으로써, 슬림화될 수 있고, 경량화를 이룰 수 있으며, 폴딩 동작에 적합한 유연성을 가질 수 있다. 또한, 윈도우 패널(100)은 비교적 리지드한 물질인 유리를 포함하면서도 얇은 두께를 가짐으로써, 슬림하면서도 신뢰성이 향상된 전자 장치(EA)를 용이하게 구현할 수 있다.
표시 패널(200)은 윈도우 패널(100)의 제2 면(S2) 상에 배치된다. 도시되지 않았으나, 표시 패널(200)과 윈도우 패널(100) 사이에는 소정의 점착층이 더 배치될 수도 있다. 영상(IM)은 실질적으로 표시 패널(200)에 의해 표시될 수 있다. 표시 패널(200)에 표시된 영상(IM)은 윈도우 패널(100)을 투과하여 외부 사용자에게 용이하게 시인될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에는 동작에 따른 전자 패널(EP)의 단면도를 간략히 도시하였다. 도 3a에는 도 2a와 대응되며 언폴딩된 상태의 전자 패널(EP)을 도시하였고, 도 3b에는 도 2b와 대응되며 폴딩된 상태의 전자 패널(EP)을 도시하였다. 이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 패널(EP)은 폴딩 축(FX)을 중심으로 폴딩될 수 있다. 전자 패널(EP)은 폴딩부(FP), 제1 평면부(NFP1), 및 제2 평면부(NFP2)를 포함한다. 제1 평면부(NFP1) 및 제2 평면부(NFP2)는 제2 방향(D2)을 따라 배열되고, 폴딩부(FP)는 제1 평면부(NFP1)와 제2 평면부(NFP2) 사이에 배치될 수 있다. 제1 평면부(NFP1), 폴딩부(FP), 및 제2 평면부(NFP2)는 연결되어 일체의 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 용이한 설명을 위해 폴딩부(FP)를 음영 처리하여 도시하였다.
폴딩부(FP)는 폴딩 축(FX)을 중심으로 폴딩될 수 있다. 폴딩부(FP)는 전자 패널(EP)이 폴딩될 때, 형상의 변형이 발생되는 부분일 수 있다. 폴딩부(FP)는 제1 모드에서 폴딩 축(FX)을 중심으로 폴딩되어, 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)에 의해 정의되는 단면상에서 소정의 반지름(RR)을 가진 반 원 형상을 가질 수 있다. 도 3a에 도시된 반지름(RR)은 내측 반지름을 의미하며, 윈도우 패널(100)의 제1 면(S1)으로부터 폴딩 축(FX)까지의 거리로 정의될 수 있다. 본 실시예에서, 폴딩부(FP)에는 폴딩에 따른 폴딩 스트레스가 인가될 수 있다.
제1 평면부(NFP1)는 폴딩부(FP)의 일 측에 인접하고, 제2 평면부(NFP2)는 폴딩부(FP)의 타 측에 인접한다. 제1 평면부(NFP1)와 제2 평면부(NFP2)는 폴딩부(FP)를 사이에 두고 제1 방향(D1)에서 서로 이격될 수 있다. 제1 평면부(NFP1)와 제2 평면부(NFP2)는 전자 패널(EP)이 폴딩될 때, 형상의 변형이 발생되지 않는 부분들일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자 패널(EP)은 유연성을 가질 수 있다. 이에 따라, 폴딩 축(FX)을 중심으로 폴딩되거나 언폴딩되어 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 2b를 참조하면, 하우징 유닛(HU)은 전자 패널(EP)을 수용하며, 전자 장치(EA)의 외관을 정의한다. 하우징 유닛(HU)은 형상을 변형시킬 수 있다. 전자 패널(EP)의 형상은 하우징 유닛(HU)의 형상에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 하우징 유닛(HU)은 제1 하우징 부재(HS1), 제2 하우징 부재(HS2), 및 결합 부재(BN)를 포함할 수 있다.
제1 하우징 부재(HS1)는 전자 패널(EP)의 일 부분을 수용한다. 전자 패널(EP)의 일 부분은 제1 하우징 부재(HS1) 내에 삽입될 수 있다. 제2 하우징 부재(HS2)는 제1 하우징 부재(HS2)와 제2 방향(D2)에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 하우징 부재(HS2)는 전자 패널(EP)의 다른 일 부분을 수용한다. 전자 패널(EP)의 다른 일 부분은 제2 하우징 부재(HS2) 내에 삽입될 수 있다.
결합 부재(BN)는 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2) 사이에 배치되어 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2)을 결합시킨다. 한편, 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2)은 결합 부재(BN)에 연결된 상태로 움직일 수 있다. 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2)의 움직임에 따라, 전자 패널(EP)의 폴딩 또는 언폴딩 상태가 결정될 수 있다.
결합 부재(BN)는 제1 결합부들(BN11, BN12), 및 제2 결합부들(BN21, BN22)을 포함한다. 제1 결합부들(BN11, BN12)은 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2)을 사이에 두고 제1 방향(D1)에서 서로 이격되어 배치된다. 제1 결합부들(BN11, BN12)은 각각 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2)의 일 측들과 타 측들을 각각 결합시킨다.
본 실시예에서, 제1 결합부들(BN11, BN12) 각각은 두 개의 홀들이 정의된 판(plate)으로 도시되고, 제2 결합부들(BN21, BN22) 각각은 볼트들로 도시되었다. 제2 결합부들(BN21, BN22)은 각각 제1 결합부들(BN11, BN12)에 정의된 홀들을 관통하여 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2)과 결합될 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 제1 결합부들(BN11, BN12)과 제2 결합부들(BN21, BN22)은 제1 및 제2 하우징 부재들(HS1, HS2)이 폴딩 축(FX)을 중심으로 폴딩 또는 언폴딩 동작을 가능하게 하는 다양한 구성들로 설계될 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
도 2a에는 전자 장치(EA)가 언폴딩된 상태를 도시하였다. 도 2a에 도시된 것과 같이, 언폴딩된 상태에서 전자 장치(EA)는 전자 패널(EP)의 전면을 외부에 노출시킨다. 사용자는 전자 패널(EP)에 제공되는 영상(IM)을 용이하게 시인할 수 있다.
도 2b에는 전자 장치(EA)가 폴딩된 상태를 도시하였다. 도 2b에 도시된 것과 같이, 폴딩된 상태에서 전자 장치(EA)는 전자 패널(EP)은 하우징 유닛(HU)에 의해 커버되어 외부에서 시인되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(EA)는 유연한 전자 패널(EP) 및 형상이 변형되는 하우징 유닛(HU)을 포함함으로써, 전자 패널(EP)을 폴딩하거나 언폴딩시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(EA)의 휴대성이 향상되고 다양한 환경에서의 전자 장치(EA)의 활용성이 향상될 수 있다.
도 4a는 도 3a에 전자 패널의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 패널의 일부 구성을 도시한 신호 회로도이고, 도 4c는 도 4a의 일부를 간략히 도시한 단면도이다. 도 4a 내지 도 4c에는 표시 패널(200)의 일부 영역들 및 일부 구성들을 간략히 도시하였다. 이하, 도 4a 내지 도4c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 패널에 대해 설명한다. 한편, 도 1 내지 도 3b에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 4a에 도시된 것과 같이, 전자 패널(EP)은 평면상에서 복수의 발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2)) 및 발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2))을 에워싸는 비 발광영역(NLA)으로 구분될 수 있다. 도 4a에는 6개의 발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2))이 제공된 부분을 예시적으로 도시하였다.
발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2))은 각각 소정의 광을 방출한다. 6개의 발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2))은 서로 동일하거나 상이한 컬러의 광들을 방출할 수 있다.
비 발광영역(NLA)은 실질적으로 발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2))을 구분하는 구성일 수 있다. 비 발광영역(NLA)은 발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2)) 주변으로 방출되는 광을 차단하여 빛샘 등을 방지하고, 발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2))이 분명하게 구획되도록 한다.
발광영역들(LA(i,j)~LA(i+1,j+2)) 각각에는 광을 생성하는 표시소자가 각각 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 표시소자는 유기발광소자일 수 있다. 표시소자들에 전기적 신호를 제공하는 신호 배선들은 비 발광영역(NLA)에 중첩하게 배치될 수 있다.
도 4b에는 화소(PX(i,j))의 등가회로가 예시적으로 도시되었다. 화소(PX(i,j))는 i번째 게이트 라인(GLi)으로부터 게이트 신호를 수신하고, j번째 데이터 라인(DLj)으로부터 데이터 신호를 수신한다. 화소(PX(i,j))는 전원라인(KL)으로부터 제1 전원전압(ELVDD)을 수신한다.
화소(PX(i,j))는 제1 트랜지스터(TR1), 제2 트랜지스터(TR2), 커패시터(CP), 및 표시 소자(ED)를 포함한다. 본 실시예에서, 표시 소자(ED)는 유기발광소자로 예시적으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 소자(ED)는 액정 커패시터, 전기영동소자, 전기습윤소자, 또는 무기발광소자를 포함할 수도 있다. 한편, 화소(PX(i,j))의 구성은 이에 제한되지 않고 변형되어 실시될 수 있다.
제1 트랜지스터(TR1)는 i번째 게이트 라인(GLi)에 인가된 게이트 신호에 응답하여 j번째 데이터 라인(DLj)에 인가된 데이터 신호를 출력한다. 커패시터(CP)는 제1 트랜지스터(TR1)로부터 수신한 데이터 신호에 대응하는 전압을 충전한다.
제2 트랜지스터(TR2)는 표시 소자(ED)에 연결된다. 제2 트랜지스터(TR2)는 커패시터(CP)에 저장된 전하량에 대응하여 표시 소자(ED)에 흐르는 구동전류를 제어한다. 표시 소자(ED)는 제2 트랜지스터(TR2)의 턴-온 구간 동안 발광한다.
도 4c에는 도 4a에 도시된 표시 패널(200)의 일부를 자른 단면도로, 일 화소(PX)가 배치된 영역을 도시하였으며, 도 4b에 도시된 등가 회로의 구성들 중 제2 트랜지스터(TR2, 이하 박막 트랜지스터)와 표시 소자(ED)를 도시하였다. 도 4c에 도시된 것과 같이, 표시 패널(200)은 베이스 기판(SUB), 복수의 절연층들(IL1, IL2, IL3, IL4), 화소(PX), 및 봉지층(ECL)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(SUB)은 유연성을 갖고 절연성을 가질 수 있다. 베이스 기판(SUB)은 예를 들어, 폴리이미드(polyimide, PI)와 같은 수지를 포함할 수 있다. 절연층들(IL1, IL2, IL3, IL4)은 제3 방향(D3)을 따라 순차적으로 적층된 제1 내지 제4 절연층들(IL1, IL2, IL3, IL4)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 절연층들(IL1, IL2, IL3, IL4) 각각은 무기막 및/또는 유기막을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
베이스 기판(SUB) 상에 박막 트랜지스터(TR2)가 배치된다. 박막 트랜지스터(TR2)는 반도체 패턴(SP), 제어 전극(CE), 입력 전극(IE), 및 출력 전극(CE)을 포함할 수 있다.
반도체 패턴(SP)은 베이스 기판(SUB)과 제1 절연층(IL1) 사이에 배치된다. 제어 전극(CE)은 반도체 패턴(SP)과 평면상에서 중첩하여 배치된다. 제어 전극(CE)은 제1 절연층(IL1)과 제2 절연층(IL2) 사이에 배치될 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 제어 전극(CE)과 반도체 패턴(SP)의 층 관계는 변경될 수도 있다. 예를 들어, 반도체 패턴(SP)이 제어 전극(CE) 상에 배치될 수도 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
입력 전극(IE) 및 출력 전극(OE)은 제2 절연층(Il2)과 제3 절연층(IL3) 사이에 배치된다. 입력 전극(IE) 및 출력 전극(OE)은 동일 층 상에 배치되어 평면상에서 서로 이격될 수 있다. 입력 전극(IE) 및 출력 전극(OE) 각각은 제1 절연층(IL1)과 제2 절연층(IL2)을 관통하여 반도체 패턴(SP)에 접속된다.
표시 소자(ED)는 제3 절연층(IL3) 상에 배치된다. 표시 소자(ED)는 제1 전극(ED1), 제2 전극(ED2), 및 발광층(EM)을 포함할 수 있다. 표시 소자(ED)의 발광 방향에 따라, 제1 전극(ED1)과 제2 전극(ED2)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 제1 전극(ED1)은 제3 절연층(IL4) 상에 배치된다. 제1 전극(ED1)은 제3 절연층(IL3)을 관통하여 박막 트랜지스터(TR2)에 접속될 수 있다.
제4 절연층(IL4)에는 제1 전극(ED1)의 적어도 일부를 노출시키는 개구부(OP)가 정의될 수 있다. 발광층(EM)은 개구부(OP)에 배치될 수 있다. 발광 영역(LA)은 발광층(EM)과 대응되어 정의될 수 있다.
제2 전극(ED2)은 제4 절연층(IL) 상에 배치된다. 제2 전극(CE)은 발광 영역(LA)뿐만 아니라 비 발광 영역(NLA)에도 배치된다.
봉지층(ECL)은 제2 전극(ED2) 상에 배치된다. 봉지층(ECL)은 발광영역(LA)와 비 발광영역(NLA)에 모두 중첩한다. 봉지층(ECL)은 표시 소자(ED)를 봉지하여 외부 오염이나 수분이 표시 소자(ED)에 침투되는 것을 방지하고, 표시 패널(200)의 전면에 평탄면을 제공할 수 있다.
봉지층(ECL)은 제1 무기막(IOL1), 제2 무기막(IOL2), 및 유기막(OL)을 포함할 수 있다. 유기막(OL)은 제1 무기막(IOL1)과 제2 무기막(IOL2) 사이에 배치된다. 한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지층(ECL)은 유리 기판을 포함할 수도 있다. 이때, 봉지층(ECL)은 표시 소자(ED)로부터 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수도 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
도 5a는 비교 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 간략히 도시한 그래프이다. 도 5a 및 도 5b 각각에는 비교 실시예의 윈도우 패널(100-A, 이하 비교 패널)과 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널(100)을 점선 처리하여 도시하였다. 이하, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같이, 패널(100, 100-A)에 나타나는 내부 응력은 깊이(depth)에 따라 달라질 수 있다. 내부 응력은 압축 응력(compressive stress) 및 인장 응력(tensile stress)을 포함한다.
한편, 깊이는 패널(100-A, 100)의 표면들로부터 패널(100-A, 100)의 내부를 향할 때 표면들로부터의 거리를 의미한다. 예를 들어, 비교 패널(100-A)에 있어서, 깊이 방향(depth direction)은 제1 면(S1-C) 및 제2 면(S2-C) 각각으로부터 제3 방향(D3)과 평행한 방향을 따라 비교 패널(100-A)의 중심 지점(CTR)을 향하는 방향으로 정의될 수 있다. 중심 지점(CTR)은 비교 패널(100-A)의 두께의 1/2이 되는 지점일 수 있다.
마찬가지로, 윈도우 패널(100)에 있어서, 깊이 방향은 제1 면(S1) 및 제2 면(S2) 각각으로부터 제3 방향(D3)과 평행한 방향을 따라 윈도우 패널(100)의 중심 지점(CTR)을 향하는 방향으로 정의될 수 있다. 깊이는 윈도우 패널(100)의 두께의 1/2이 되는 중심 지점(CTR)을 중심으로 좌우 대칭이 되는 위치로 정의될 수 있다.
패널(100, 100-A)의 응력 거동은 표면 압축 응력(Surface compressive stress)을 갖고, 압축 깊이(Depth of compression, DOC)를 가지며, 이온 침투 깊이(Depth of layer, DOL), 및 중심 인장 응력(Central tensile stress)을 가질 수 있다. 표면 압축 응력은 표면에 존재하는 압축 응력으로, 제1 면(S1, S1_A), 및 제2 면(S2, S2_A)에 존재하는 압축 응력일 수 있다. 도 5a 및 도 5b에는 비교 패널(100-A)의 표면 압축 응력(CS_A, 이하 제1 표면 압축 응력) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 패널(100)의 표면 압축 응력(CS_B, 이하 제2 표면 압축 응력)을 각각 표시하였다.
압축 깊이는 내부 응력이 0(zero)이 되는 지점으로, 압축 응력과 인장 응력이 평형을 이루는 지점일 수 있다. 내부 응력 거동을 압축 응력을 기준으로 하는 경우, 압축 깊이는 압축 응력이 0이 되는 지점으로 정의될 수 있다.
이온 침투 깊이는 강화 공정 시 패널(100, 100-A)에 침투된 이온, 예를 들어 알칼리 금속 이온이 패널(100, 100-A) 내부에 도달한 깊이를 의미할 수 있다. 도 5a 및 도 5b에는 비교 패널(100-A)의 압축 깊이(DOC_A, 이하 제1 압축 깊이) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 패널(100)의 압축 깊이(DOC_B, 이하 제2 압축 깊이)를 각각 표시하였다.
중심 인장 응력은 압축 응력에 대응하여 패널(100, 100-A)의 내부에 형성되는 내부 응력일 수 있으며, 대체로, 압축 응력과 대향되는 인장 응력으로 나타난다. 도 5a 및 도 5b에는 비교 패널(100-A)의 중심 인장 응력(CT_A) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 패널(100)의 중심 인장 응력(CT_B)을 각각 표시하였다.
압축 깊이(DOC_A, DOC_B) 이상의 깊이 범위에서의 인장 응력 거동에 의한 면적(AA)은 제1 면(S1)으로부터 압축 깊이(DOC_A) 범위까지의 압축 응력 거동에 의한 면적(BA) 및 제2 면(S2)으로부터 압축 깊이 범위까지의 압축 응력 거동에 의한 면적(CA)의 합이 서로 유사하게 설계됨으로써, 패널(100, 100-A)의 강도는 향상될 수 있다. 이에 따라, 비교 패널(100-A)의 내부 응력이 패널(100, 100-A) 내에서 균형을 이룰 수 있으며, 비교 패널(100-A)의 파단(self-destruction) 등의 문제가 방지될 수 있다. 패널(100, 100-A)은 압축 응력에 대응하여 인장 응력을 형성함으로써, 압축 응력에 따른 변형을 최소화하고, 패널(100, 100-A)에 미치는 응력들 간의 균형을 이룰 수 있다.
도 5a에 도시된 것과 같이, 비교 패널(100-A)은 표면에서 제1 표면 압축 응력(CS_A)을 갖고, 제1 압축 깊이(DOC_A), 및 제1 중심 인장 응력(CT_A)을 가진 것으로 도시되었다. 비교 패널(100-A)에서의 응력 변화는 제1 압축 깊이(DOC_A) 보다 깊은 구간 내에서 일정한 값을 갖는 것으로 도시되었다. 이때의 응력 값은 제1 중심 인장 응력(CT_A)으로 유지될 수 있다.
도 5a에 도시된 비교 패널(100-A)의 내부 응력 거동은 화학 강화된 유리 기판의 거동과 대응될 수 있다. 구체적으로, 비교 패널(100-A)의 내부 응력 거동은 압축 깊이(DOC_A) 이상의 깊이 범위에서 응력의 변화가 거의 일정하게 유지되는 양상을 보인다. 구체적으로, 압축 깊이(DOC_A) 이상의 깊이 범위에서 비교 패널(100-A)의 내부 응력은 제1 중심 인장 응력(CT_A)으로 일정하게 유지될 수 있다.
이와 달리, 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널(100)은 제2 표면 압축 응력(CS_B), 제2 이온 침투 깊이, 제2 압축 깊이(DOC_B), 및 제2 중심 인장 응력(CT_B)을 가질 수 있다. 제2 표면 압축 응력(CS_B)은 제1 표면 압축 응력(CS_A)보다 작을 수 있다. 제2 표면 압축 응력(CS_B)은 약 200MPa 이상일 수 있다.
제2 압축 깊이(DOC_B)는 제1 압축 깊이(DOC_A)보다 클 수 있다. 제2 중심 인장 응력(CT_B)은 제1 중심 인장 응력(CT_A)보다 작을 수 있다.
윈도우 패널(100)에 있어서, 제2 압축 깊이(DOC_B)는 하기 관계식을 만족할 수 있다.
[관계식]
0.15T < DOC_B < 0.3T, T: 윈도우 패널의 두께
관계식에 따르면, 제2 압축 깊이(DOC_B)는 윈도우 패널(100)의 두께의 15% 이상 두께의 30% 이하의 범위 내의 깊이로 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널(100)의 응력 거동은 표면 압축 응력을 나타내는 표면으로부터 압축 응력과 인장응력의 크기가 동일하여 평형을 이루는 압축 깊이까지의 범위 내에서 기울기가 일정하거나 기울기 변화가 크지 않은 양상을 보일 수 있다. 또한, 윈도우 패널(100)의 응력 거동은 압축 깊이로부터 윈도우 패널(100)의 두께가 1/2이 되는 지점까지의 범위 내에서 응력의 크기가 변화되는 양상을 보일 수 있다. 이러한 거동은 실질적으로 열 강화에 따른 응력 거동 프로파일과 대응될 수 있다.
구체적으로, 윈도우 패널(100)의 응력 거동은 제2 압축 깊이(DOC_B) 이상의 깊이 범위에서도 변화되는 양상을 보일 수 있다. 본 실시예에서, 윈도우 패널(100)에 있어서, 인장 응력은 윈도우 패널(100)의 중심에 가까워질수록 커지고, 윈도우 패널(100)의 중심에서 최대 인장 응력을 가지며, 제2 중심 인장 응력(CT_B)과 대응될 수 있다. 윈도우 패널(100)의 응력 거동은 열 강화된 유리 기판의 거동과 대응될 수 있다.
응력 거동에 표시되지 않았으나, 윈도우 패널(100)은 강화 처리 시 이온 침투 깊이가 소정의 깊이 이상이 되도록 제어될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널(100)이 단일 염을 이용한 강화 처리 공정을 거치는 경우, 이온 침투 깊이는 0.5T이상으로 제어될 수 있다. 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널(100)이 혼합 염을 이용한 강화 처리 공정을 거치는 경우, 이온 침투 깊이는 0.3T이상으로 제어될 수 있다. 윈도우 패널(100)은 이온 침투 깊이를 소정의 깊이 이상이 되도록 제어됨으로써, 열 강화된 응력 거동 프로파일을 가질 수 있고, 박막의 두께에서도 향상된 강도와 내 충격성을 가질 수 있다.
하기 표 1은 단일 염을 이용한 강화 처리 공정을 서로 상이한 두께들을 가진 두 가지의 그룹(EX_A, EX_B)에 속한 샘플들에 진행한 결과들을 도시한 것이다. 하기 표 1을 참조하여, 이온 침투 깊이를 두께의 1/2 이상으로 설계하는 단일 염을 이용한 강화 처리 공정에 대해 설명한다.
| 강화 처리 공정 환경 | EX_A | EX_B | |||||
| 온도(℃) | 시간(min) | CS(MPa) | DOL(㎛) | CT(MPa) | CS(MPa) | DOL(㎛) | CT(MPa) |
| 420 | 30 | 1060 | 11 | 17 | 720 | 11 | 283 |
| 60 | 1050 | 15 | 25 | 680 | 16 | 604 | |
| 120 | 1040 | 21 | 33 | 자파(self-destruction) | - | - | |
| 180 | 1030 | 26 | 41 | 자파(self-destruction) | - | - | |
| 240 | 1020 | 29 | 46 | 500 | 21.0 | 1312 | |
| 300 | 1010 | 33 | 52 | 407 | 19.9 | 794 | |
| 360 | 1005 | 36 | 57 | 353 | 19.3 | 597 | |
상기 표 1을 참조하면, 제1 그룹(EX_A)은 약 700㎛의 두께를 가진 유리 재질의 샘플들 각각에 단일 염을 이용한 강화 처리 공정을 적용한 결과들을 포함한다. 제2 그룹(EX_B)은 약 50㎛의 두께를 가진 유리 재질의 샘플들 각각에 단일 염을 이용한 강화 처리 공정을 적용한 결과들을 포함한다.제1 그룹(EX_A)을 참조하면, 약 700㎛의 두께를 가진 유리 재질의 샘플들에서 강화 처리 공정 시간이 증가될수록 표면 압축 응력(CS)은 점차 감소된다. 이와 달리, 이온 침투 깊이(DOL)나 중심 인장 응력(CT)은 강화 처리 공정 시간이 증가될수록 점차 증가되는 양상으로 나타난다.
상술한 바와 같이, 강화 처리 공정이 샘플들을 단일 염에 노출시키는 공정에 해당되는 점에서, 공정 시간이 증가될수록 단일 염이 샘플들 내부로 침투하여 도달하게 되는 깊이에 해당되는 이온 깊이(DOL)는 공정 시간이 증가할수록 증가된다.
이와 달리, 제2 그룹(EX_B)을 참조하면, 약 50㎛의 두께를 가진 유리 재질의 샘플들에서 강화 처리 공정 시간이 증가될수록 표면 압축 응력(CS)은 감소하다 일정 구간(120분~180분)에서 자파 불량이 발생되는 것을 볼 수 있다. 그러나, 180분을 초과하는 구간(240분~360분)에서는 자파 불량이 발생되지 않아 표면 압축 응력의 측정이 가능해지고, 이 구간에서도 공정 시간이 증가될수록 표면 압축 응력(CS)이 점차 감소하는 양상으로 나타난다.
자파 불량 발생 구간(120분~180분)에서는 자파 불량 발생으로 인해 샘플이 손상된 상태이므로, 압축 응력(CS), 이온 침투 깊이(DOL), 및 중심 인장 응력(CT)의 측정이 어려워 상기 표 1에 결과값이 기재되지 않았다. 이 중 이온 침투 깊이(DOL)는 제1 그룹(EX_A)에서와 유사하게 나타날 수 있다. 본 실시예에서, 이온 침투 깊이(DOL)를 표면으로부터 이온이 침투 가능한 최대 깊이로 볼 때, 자파 불량이 발생되지 않았다면, 제1 그룹(EX_A)에서와 대응되게 약 21㎛, 약 26㎛ 정도의 수치로 나타날 것으로 예상될 수 있다.
자파 불량 발생 이후 구간(240분~360분)에서는 자파 불량이 발생되지 않아 이온 침투 깊이(DOL) 측정이 가능하나, 700㎛ 두께의 제1 그룹(EX_A)에서 측정된 이온 침투 깊이(DOL)보다 낮게 나타나고, 처리 시간이 증가됨에 따라 오히려 감소된 양상으로 나타난다. 이는 샘플의 두께 범위 내에서 해당 이온의 농도가 가장 높은 지점을 이온 침투 깊이(DOL)로 보는 이온 침투 깊이(DOL) 측정 방법에 따른 오류일 수 있다.
구체적으로, 50㎛ 두께를 가진 제1 그룹(EX_A) 내에서 이온 침투 깊이(DOL)가 샘플 두께의 반인 25㎛ 이상으로 설계되는 경우, 일 면으로부터 침투된 이온의 침투 영역과 타 면으로부터 침투된 이온의 침투 영역이 서로 중첩됨에 따라, 가장 높은 이온 농도를 가진 지점은 샘플 두께의 반보다 낮은 25㎛ 이하로 측정된다. 또한, 강화 공정 시간이 증가될수록 이온 침투 깊이(DOL)가 증가되도록 설계되므로, 이온 침투 깊이(DOL)로 측정되는 결과값은 감소되는 양상으로 나타난다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 염을 이용한 강화 처리 단계에 있어서, 실제 측정된 깊이와 설계된 깊이는 서로 상이할 수 있다. 0.5T 이내의 범위 내에서는 설계된 깊이와 실제 측정된 깊이가 서로 대응될 수 있으나, 0.5T 이상의 범위에서는 설계된 깊이보다 실제 측정된 깊이가 더 작게 나타날 수 있다. 이는 이온 침투 깊이(DOL)의 실제 측정이 샘플의 두께 범위 내에서 가장 높은 이온 농도를 가진 지점을 찾는 것으로 이루어짐에 따라 나타나는 오차일 수 있다.
이하 본 명세서에서는 이온 침투 깊이를 설계값과 측정값으로 구분한다. 설계값은 해당 이온 침투 깊이를 갖도록 이온 농도나 온도 시간을 제어하는 것이고, 측정값은 강화 처리를 거친 기재를 표면 응력 측정 장치(FSM) 등의 측정장비를 통해 측정한 결과값을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 의미하는 이온 침투 깊이는 실질적으로, 설계된 깊이와 대응될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 침투 깊이(DOL)는 이온이 침투 가능한 최대 깊이로 해석될 수 있다. 본 발명에 따르면, 단일 염을 이용한 강화 처리 공정 시 이온 침투 깊이(DOL)를 0.5T 이상으로 설계되도록 공정 시간과 온도를 제어함으로써, 100㎛ 이하의 박막의 두께를 가지면서도 자파 불량이 감소되고 200MPa 이상의 표면 압축 응력(CS)을 가진 윈도우 패널(100)을 안정적으로 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이온 교환 법을 이용한 화학 강화 처리를 통해 열 강화된 유리 기판의 거동과 대응되는 응력 거동을 가진 윈도우 패널(100)이 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 박막 두께를 가진 윈도우 패널(100)의 화학 강화 처리를 제어하여 열 강화된 응력 거동을 가질 수 있도록 설계할 수 있다. 이에 따라, 박막 두께의 윈도우 패널(100)에서도 향상된 강도를 구현할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 제조 방법을 간략히 도시한 도면들이다. 도 6a 내지 도 6c에는 용이한 설명을 위해, 윈도우 패널(100)의 화학 강화 공정을 도시하였고, 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)에 의해 정의되는 단면상에서의 변화를 개략적으로 도시하였다. 이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 6a에 도시된 것과 같이, 초기 윈도우 패널(100-I)을 제공한다. 초기 윈도우 패널(100-I)은 절연 기판을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 초기 윈도우 패널(100-I)은 유리 기판일 수 있다.
초기 윈도우 패널(100-I)은 기재(MD) 및 복수의 제1 이온들(Na+)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 이온들(Na+)은 나트륨 이온들(sodium ions)를 포함할 수 있다. 제1 이온들(Na+)은 기재(MD) 내에 분산되어 배치될 수 있다.
한편, 초기 윈도우 패널(100-I)은 리튬 화합물(Li2O), 붕소 화합물(B2O3), 또는 인 화합물(P2O5)이 제거된 유리 기판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 윈도우 패널(100-I)은 재료에 제한 없이 다양한 재료들로 구성된 유리 기판을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
이후, 도 6b에 도시된 것과 같이, 금속 염에 초기 윈도우 패널(100-I)을 함침시켜 초기 윈도우 패널(100-I)을 강화한다. 본 실시예에서, 초기 윈도우 패널(100-I)의 강화 단계는 화학 강화일 수 있다. 구체적으로, 초기 윈도우 패널(100-I)은 이온 교환법을 통해 강화될 수 있다. 강화 단계에서 온도는 350도 이상 460도 이하의 온도 범위로 설정되고, 30분 이상 360분 이하의 시간 범위로 설정될 수 있다.
금속 염은 제1 이온(Na+)과 상이한 제2 이온(K+)을 포함할 수 있다. 제2 이온(K+)은 제1 이온(Na+)보다 큰 반지름을 가질 수 있다. 한편, 제2 이온은 알칼리 금속 이온을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 이온(K+)은 칼륨 이온(K+)을 포함할 수 있다.
제2 이온(K+)은 제1 이온(Na+)과 치환될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 이온(K+)과 제1 이온(Na+) 사이의 치환은 일대일로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 금속 염에 포함된 알칼리 금속 이온들 일부는 제1 이온(Na+) 과 교환되어 매질(MD) 내에 분산될 수 있다.
금속 염은 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 금속 염은 용융된 액상의 이온 염 상태로 제공될 수 있다. 한편, 본 실시예에서, 금속 염은 단일 염 또는 혼합 염으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 금속 염은 질산 칼륨(KNO3) 100%로 구성된 단일 염일 수 있다.
또는, 금속 염은 서로 다른 적어도 두 가지의 알칼리 금속 염들을 포함하는 혼합 염일 수 있다. 예를 들어, 초기 윈도우 패널(100-I) 내에 분산된 이온이 나트륨 이온(Na+)인 경우, 금속 염은 질산 칼륨(KNO3)과 질산 나트륨(NaNO3)이 소정의 비율로 혼합된 혼합 염을 포함할 수 있다. 이때, 혼합 비율은 X:(10-X)의 비율로 구성될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 초기 윈도우 패널(100-I)은 강화 단계를 거쳐 윈도우 패널(100)로 형성될 수 있다. 윈도우 패널(100)은 매질(MD) 및 매질(MD) 내에 분산된 제2 이온(K+)은 제1 이온(Na+)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제2 이온(K+)은 윈도우 패널(100)에 내부 응력을 발생시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 이온(K+)은 제1 이온(Na+)보다 큰 반지름을 가진다. 이에 따라, 제2 이온(K+)에 의해 형성된 내부 응력은 압축 응력일 수 있다. 도 6c에는 용이한 설명을 위해 압축 응력이 발생된 영역을 음영 처리하여 도시하였다.
도 6c에 도시된 것과 같이, 윈도우 패널(100)에 있어서, 제1 면(S1)으로부터 제1 깊이(WD1) 범위까지 제2 이온(K+)에 의한 압축 응력이 존재할 수 있다. 마찬가지로, 제2 면(S2)으로부터 제2 깊이(WD2) 범위까지 제2 이온(K+)에 의한 압축 응력이 존재할 수 있다. 제1 깊이(WD1)와 제2 깊이(WD2) 각각은 실질적으로 압축 깊이(DOC_B)와 대응될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 제1 깊이(WD1)와 제2 깊이(WD2) 각각은 윈도우 패널(100)의 두께(WD)의 0.15배 이상 0.3배 이하로 설계될 수 있다. 윈도우 패널(100)의 두께(WD)는 100㎛ 미만일 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 깊이(WD1)와 제2 깊이(WD2) 각각을 소정의 범위 내로 설계함으로써, 윈도우 패널(100)의 내부 응력 거동이 열 강화를 거친 내부 응력의 거동과 유사한 거동으로 나타날 수 있다.
한편, 도 6c에는 제2 이온(K+)이 윈도우 패널(100)의 표면(S1, S2)으로부터 내부로 침투된 최대 깊이(DS1, DS2)를 도시하였다. 구체적으로, 제1 면(S1)으로부터 제2 이온(K+)이 침투된 깊이는 제1 거리(DS1)로 도시되고, 제2 면(S2)으로부터 제2 이온(K+)이 침투된 깊이는 제2 거리(DS2)로 도시되었다. 제1 거리(DS1)와 제2 거리(DS2) 각각은 실질적으로 상술한 이온 침투 깊이와 대응될 수 있다. 도 6c에는 용이한 설명을 위해 제1 거리(DS1)와 제2 거리(DS2)를 서로 이격된 위치에 도시되도록 하였으나, 실제 거리는 도 6c에 도시된 거리와 상이할 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속 염이 단일 염으로 제공되는 경우, 제1 거리(DS1) 및 제2 거리(DS2)는 윈도우 패널(100)의 두께(WD)의 0.5배 이상으로 제어될 수 있다. 즉, 단일 염을 이용한 강화 처리 공정에 있어서, 어느 일 표면(S1, S2)에 주입된 이온의 침투 거리는 중심선(CTR) 또는 그 이상을 넘도록 설계될 수 있다.
또는, 금속 염이 혼합 염으로 제공되는 경우, 제1 거리(DS1) 및 제2 거리(DS2)는 윈도우 패널(100)의 두께(WD)의 0.3배 이상으로 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 거리(DS1) 및 제2 거리(DS2)를 제어함으로써, 압축 깊이를 상술한 바와 같이 윈도우 패널(100)의 두께(WD)의 0.15배 이상 0.3배 이하로 설계할 수 있고, 열 경화와 유사한 응력 거동을 구현시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 제1 깊이(WD1)와 제2 깊이(WD2), 제1 거리(DS1)와 제2 거리(DS2)는 중심선(CTR)을 중심으로 각각 서로 대칭으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 제1 깊이(WD1)와 제2 깊이(WD2), 제1 거리(DS1)와 제2 거리(DS2)는 제1 면(S1) 및 제2 면(S2)을 통해 침투된 제2 이온(K+)의 농도, 제1 면(S1) 및 제2 면(S2)에 인접하여 분산된 제1 이온(Na+)의 위치나 농도에 따라 다르게 형성될 수도 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 윈도우 패널(100)은 이온 교환을 통한 화학 강화 단계를 거치면서도 열 강화를 거친 내부 응력의 거동과 유사한 내부 응력 거동을 가질 수 있다. 이때, 중심 인장 응력의 값은 감소되고, 이온 침투 깊이가 증가될 수 있어, 자파 불량이 개선되고 외부 충격에 대해 향상된 신뢰성을 가질 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 그래프들이다. 도 7a 및 도 7b에는 용이한 설명을 위해 도 6b와 대응되도록 도시되었다. 이하, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다. 한편, 도 1 내지 도 6c에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따르면, 윈도우 패널(100-C)은 복수의 강화 단계를 거칠 수 있다. 구체적으로, 윈도우 패널(100-C)은 1차 강화 처리된 거친 윈도우 패널(100-B)을 2차 강화 처리하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 용이한 설명을 위해 도 7a에는 1차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-B)의 내부 응력 거동을 도시하였고, 도 7b에는 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)의 내부 응력 거동을 도시하였다.
도 7a에 도시된 것과 같이, 1차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-B)은 도 6b에 도시된 윈도우 패널(100)의 응력 거동과 유사한 거동을 가질 수 있다. 즉, 1차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-B)은 열 강화 처리된 유리 기판의 거동과 유사한 거동을 가질 수 있다. 윈도우 패널(100-B)의 표면 압축 응력(CS_C)은 약 100MPa 이상으로 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 1차 강화 단계는 화학 강화 단계일 수 있다. 1차 강화 단계는 혼합 염을 통한 이온 교환 단계를 포함한다. 혼합 염은 서로 상이한 적어도 두 가지의 알칼리 금속 염들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차 강화 단계는 질산 칼륨(KNO3)과 질산 나트륨(NaNO3)이 X:(10-X)의 비율로 혼합된 금속 염에 함침하는 단계를 포함할 수 있다. 온도는 350도 이상 460도 이하의 온도 범위로 설정되고, 30분 이상 360분 이하의 시간 범위로 설정될 수 있다. 이때, 1차 강화 단계는 윈도우 패널(100-B) 내에서의 이온 침투 깊이가 윈도우 패널(100-B)의 두께의 0.3배 이상이 되도록 제어될 수 있다.
이후, 도 7b에 도시된 것과 같이, 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)은 깊이에 따라 변화되는 내부 응력 거동을 가질 수 있다. 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)의 내부 응력 거동은 1차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-B)의 내부 응력 거동으로부터 표면 압축 응력, 압축 깊이, 및 중심 인장 응력이 변화된 거동을 보일 수 있다.
구체적으로, 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)의 표면 압축 응력(CS_D)은 1차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-B)의 표면 압축 응력(CS_C)보다 증가될 수 있다. 본 실시예에서, 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)의 표면 압축 응력(CS_D)은 약 500MPa 이상일 수 있다.
2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)의 압축 깊이(DOC_D)는 1차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-B)의 압축 깊이(DOC_C)보다 증가될 수 있다.
한편, 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)의 내부 응력 거동은 소정의 전이점(TP)을 더 포함할 수 있다. 전이점(TP)은 압축 깊이(DOC_D) 이하의 깊이 범위에서 발생될 수 있다. 윈도우 패널(100-C)의 내부 응력 거동에 있어서, 전이점(TP)을 기준으로 내부 응력 거동의 기울기가 달라질 수 있다. 본 실시예에서, 전이점(TP)은 윈도우 패널(100-D)의 두께의 약 0.2배 이하일 수 있다. 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널(100-C)의 응력 거동은 전이점(TP)을 더 포함함으로써, 압축 깊이(DOC_D) 이상의 깊이 범위에서 요구되는 인장 응력의 평균 크기가 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 2차 강화 단계는 화학 강화 단계일 수 있다. 2차 강화 단계는 단일 염을 통한 이온 교환 단계를 포함한다. 단일 염은 단일의 알칼리 금속 염을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2차 강화 단계는 질산 칼륨(KNO3) 100%의 금속 염에 함침하는 단계를 포함할 수 있다. 온도는 350도 이상 460도 이하의 온도 범위로 설정되고, 240분 이하의 시간 범위로 설정될 수 있다. 이때, 2차 강화 처리 환경은 K+ 이온의 침투 깊이(설계값)는 윈도우 패널(100-C)의 두께의 0.2배 미만으로 제어되는 환경일 수 있다. 2차 강화 단계에서 이온 침투 깊이가 두께의 0.2배 미만이 되도록 공정 환경을 설계함으로써, 내부 응력 거동의 기울기가 달라지는 전이점을 확보할 수 있는 것과 동시에, 향상된 내 충격성을 가진 박막의 강화 유리가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 두 단계의 강화 처리 단계를 거침으로써, 윈도우 패널(100-C)은 열 경화 처리된 것과 유사한 내부 응력 거동을 가지면서도 높은 표면 압축 응력(CS_D)을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 윈도우 패널(100-C)이 얇은 두께를 갖더라도, 충분한 신뢰성이 확보될 수 있다. 따라서, 향상된 신뢰성을 가진 플렉서블 윈도우 패널이 제공될 수 있다.
도 8a은 비교 실시예의 표면 응력을 측정한 사진이고, 도 8b는 비교 실시예의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다. 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다. 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다. 도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진이다.
도 8a, 도 9a, 도 10a, 및 도 11a는 각각 표면 응력 측정 장치(Film stress measurement, FSM)로 측정된 사진들로, 표면 압축 응력과 이온 침투 깊이를 계산할 수 있는 세로 줄 형태의 줄무늬(fringe)를 표시한다. 표면 압축 응력과 이온 침투 깊이는 세로 줄 형태의 줄무늬(fringe)와 광 탄성 계수를 통해 얻어질 수 있다.
도 8b, 도 9b, 도 10b, 및 도 11b는 각각 내부 응력 거동을 촬영한 것으로, 윈도우 패널의 단면을 촬영하여 얻어질 수 있다. 도 8b, 도 9b, 도 10b, 및 도 11b는 도 5b에 도시된 그래프를 반전시킨 형태와 대응될 수 있다. 따라서, 도 8b, 도 9b, 도 10b, 및 도 11b에서는 상측이 압축 응력을 나타내며, 하 측은 인장 응력을 나타낼 수 있다.
한편, 도 8a 내지 도 11b는 0.05㎜의 두께를 가진 샘플들을 기초로 측정된 결과값들일 수 있다. 이하, 도 8a 내지 도 11b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 8a 및 도 8b는 도 5a에 도시된 비교 실시예에 대한 결과값과 대응될 수 있다. 구체적으로, 비교 실시예는 420도에서 60분 동안 강화 처리하여 얻어진 윈도우 패널일 수 있다. 도 8a를 참조하면, 비교 실시예에서 표면 압축 응력은 715MPa로 나타나며, 이온 침투 깊이는 9.4㎛로 측정될 수 있다. 이온 침투 깊이는 0.188T(T는 패널의 두께)로 표현될 수 있다. 즉, 비교 실시예에서 이온 침투 깊이는 0.5T보다 작은 수치로 설계되었다.
이에 따라, 비교 실시예는 도 8b에 도시된 것과 같이, 전형적인 화학 강화 처리된 내부 응력 거동을 가진다. 높은 표면 압축 응력을 가진 것에 비해 상대적으로 낮은 이온 침투 깊이를 가짐으로써, 압축 응력이 표면과 가까운 영역에 강하게 집중될 수 있다. 얇은 두께를 가진 패널에서 중심 인장 응력은 내부 응력 평형을 위해 높은 값으로 형성되고, 이에 따라, 자파 불량이 발생되기 쉽다.
이와 달리, 도 9a 및 도 9b에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 샘플은 열 강화 내부 응력 거동을 가진다. 제1 샘플은 420도에서 240분동안 강화 처리하여 얻어진 윈도우 패널일 수 있다. 강화는 화학 강화로, 질산 칼륨(KNO3) 100%로 구성된 단일 염에 함침되는 단계를 포함할 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제1 샘플의 이온 침투 깊이는 약 30㎛로 제어된다. 이에 따라, 이온 침투 깊이는 0.6T(T는 패널의 두께)로 표현될 수 있다. 즉, 제1 샘플에서의 이온 침투 깊이는 0.5T 이상의 수치로 설계되었다. 한편, 제1 샘플의 표면 압축 응력은 약 512MPa로 나타난다. 도 9b는 용이한 설명을 위해 도 8b에 비해 scale을 확대하여 도시하였고 실질적으로 도 8b에 도시된 압축 응력보다 낮은 압축 응력을 가진다고 볼 수 있다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 샘플은 열 강화 내부 응력 거동을 가진다. 제2 샘플은 420도에서 300분동안 강화 처리하여 얻어진 윈도우 패널일 수 있다. 강화는 화학 강화로, 질산 칼륨(KNO3) 100%로 구성된 단일 염에 함침되는 단계를 포함할 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제2 샘플의 이온 침투 깊이는 약 32㎛로 제어된다. 이에 따라, 이온 침투 깊이는 0.64T로 표현될 수 있으며, 제2 샘플에서의 이온 침투 깊이는 0.5T 이상의 수치로 설계되었다. 한편, 제2 샘플의 표면 압축 응력은 약 404MPa로 나타난다. 도 10b는 용이한 설명을 위해 도 8b에 비해 scale을 확대하여 도시하였고 실질적으로 도 8b에 도시된 압축 응력보다 낮은 압축 응력을 가진다고 볼 수 있다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 샘플은 열 강화 내부 응력 거동을 가진다. 제3 샘플은 420도에서 360분동안 강화 처리하여 얻어진 윈도우 패널일 수 있다. 강화는 화학 강화로, 질산 칼륨(KNO3) 100%로 구성된 단일 염에 함침되는 단계를 포함할 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 제3 샘플의 이온 침투 깊이는 약 36㎛로 제어된다. 이에 따라, 이온 침투 깊이는 0.72T로 표현될 수 있으며, 제3 샘플에서의 이온 침투 깊이는 0.5T 이상의 수치로 설계되었다. 한편, 제3 샘플의 표면 압축 응력은 약 336MPa로 나타난다. 도 11b는 용이한 설명을 위해 도 8b에 비해 scale을 확대하여 도시하였고 실질적으로 도 8b에 도시된 압축 응력보다 낮은 압축 응력을 가진다고 볼 수 있다.
도 9a 내지 도 11b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널과 대응되는 제1 내지 제3 샘플들 각각의 이온 침투 깊이는 0.5T 이상으로 설계된다. 이에 반해 표면 압축 응력들 각각은 비교 실시예의 표면 압축 응력인 715MPa보다 낮게 설계되었다. 즉, 제1 내지 제3 샘플들은 단일 염에 함침되는 단계에서 0.5T 이상의 이온 침투 깊이를 갖도록 설계됨으로써, 이온 침투에 의해 발생되는 표면 압축 응력을 표면으로부터 내부를 따라 분산시킬 수 있다. 본 실시예에서, 압축 응력 깊이(DOC)는 약 0.15T 이상 0.3T 이하로 설계될 수 있다.
본 발명에 따르면, 표면 압축 응력이 과도하게 높아지는 문제가 방지되고 표면 영역에서의 압축 응력이 집중되는 문제가 방지될 수 있다. 또한, 내부 응력 평형을 위한 중심 인장 응력이 감소될 수 있다. 따라서, 얇은 두께를 가진 윈도우 패널에서도 자파 불량 등의 발생이 안정적으로 방지되고 윈도우 패널의 내충격성 및 강도가 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 윈도우 패널은 열 강화 내부 응력 거동과 유사한 내부 응력 거동을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 윈도우 패널은 깊은 이온 침투 깊이를 가질 수 있다. 이에 따라, 표면 압축 응력이 소폭 감소되더라도, 높은 이온 침투 깊이를 가짐으로써, 자파 불량 등이 개선될 수 있고 향상된 신뢰성을 가질 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 사진들이다. 도 13a 내지 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 패널의 표면 응력을 측정한 사진들이다. 도 12a 내지 도 15b는 복수 회 강화 공정을 거친 윈도우 패널에 관한 도면들이다. 이하, 도 12a 내지 도 15b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 12a는 1차 강화 처리된 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 것으로, 도 7a와 대응될 수 있다. 도 12b는 2차 강화 처리된 윈도우 패널의 내부 응력 거동을 도시한 것으로, 도 7b와 대응될 수 있다. 도 13a, 도 14a, 도 15a는 1차 강화된 윈도우 패널들의 표면 응력을 측정한 사진들이고, 도 13b, 도 14b, 도 15b는 2차 강화된 윈도우 패널들의 표면 응력을 측정한 사진들이다. 도 13a 내지 도 15b는 표면 응력 측정 장치(FSM)를 통해 측정되었다. 이하, 도 12a 내지 도 15b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다. 한편, 도 1 내지 도 11b에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 12a에 도시된 것과 같이, 1차 강화 처리된 경우, 윈도우 패널의 두께(TH)에 따른 내부 응력 거동은 열 경화 처리된 거동과 유사하게 나타날 수 있다. 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2)은 각각 압축 깊이(DOC)와 대응될 수 있다. 따라서, 제1 지점(P1) 및 제2 지점(P2) 각각은 윈도우 패널의 두께(TH)의 0.15배 이상 0.3배 이하 범위로 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수 회의 강화 처리 공정을 거치는 경우에 있어서, 1차 강화 처리는 혼합 염을 포함하는 금속 염에 함침하는 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 1차 강화 단계 질산 나트륨과 질산 칼륨이 3:7의 몰비로 혼합된 혼합 염에 420도에서 300분 동안 함침되는 것으로 진행되었다.
이후, 도 12b에 도시된 것과 같이, 2차 강화 처리된 윈도우 패널은 중심 인장 응력은 감소되고 표면 압축 응력은 증가되는 내부 응력 거동을 가질 수 있다. 2차 강화 단계는 질산 칼륨 100%의 단일 염에 420도에서 30분 동안 함침되는 것으로 진행되었다. 2차 강화 단계의 환경은 윈도우 패널의 이온 침투 깊이(DOL)가 윈도우 패널의 두께(TH)의 0.2배 이상으로 설계되도록 제어될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 2차 강화 단계를 거친 윈도우 패널의 응력 거동은 압축 깊이 이전에 적어도 두 개의 서로 다른 기울기를 가진 구간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 12b에서 제3 지점(P3) 및 제6 지점(P6) 각각은 상술한 바와 같이, 성질이 상이한 기울기로 변화되는 전이점(translation point, TP: 도 7b 참조)을 의미하고, 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5) 각각은 압축 깊이(DOC)를 의미하는 것일 수 있다. 제3 지점(P3) 및 제6 지점(P6) 각각은 윈도우 패널의 두께(TH)의 0.2배 이하 범위로 제어될 수 있다.
도 13a를 참조하면, 1차 강화 단계는 질산 나트륨과 질산 칼륨이 3:7의 몰비로 혼합된 혼합 염에 420도에서 240분 동안 함침되는 것으로 진행되었다. 이때, 1차 강화 처리된 제1 샘플의 표면 압축 응력은 237MPa이고, 이온 침투 깊이는 20.4㎛로 나타나고, 약 0.4T로 표현될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 2차 강화 단계는 질산 칼륨 100%의 단일 염에 400도에서 45분간 함침되는 것으로 진행되었다. 이때, 2차 강화 처리된 제1 샘플의 표면 압축 응력은 738MPa이고, 이온 침투 깊이는 17.1㎛로 나타나고, 윈도우 패널의 두께(TH)를 "T"로 명명할 때, 약 0.34T로 표현될 수 있다. 2차 강화 처리된 제1 샘플의 이온 침투 깊이는 약 3㎛ 정도로 소폭 감소되었으나, 표면 압축 응력은 500MPa 이상으로 증가되었다.
도 14a를 참조하면, 1차 강화 단계는 질산 나트륨과 질산 칼륨이 3:7의 몰비로 혼합된 혼합 염에 420도에서 300분 동안 함침되는 것으로 진행되었다. 이때, 1차 강화 처리된 제2 샘플의 표면 압축 응력은 200MPa이고, 이온 침투 깊이는 21.4㎛로 나타나고, 0.43T로 표현될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 2차 강화 단계는 질산 칼륨 100%의 단일 염에 400도에서 45분간 함침되는 것으로 진행되었다. 이때, 2차 강화 처리된 제2 샘플의 표면 압축 응력은 722MPa이고, 이온 침투 깊이는 17.0㎛로 나타난다. 2차 강화 처리된 제1 샘플의 이온 침투 깊이는 약 4㎛ 정도로 소폭 감소되었으나, 표면 압축 응력은 500MPa 이상으로 증가되었다.
도 15a를 참조하면, 1차 강화 단계는 질산 나트륨과 질산 칼륨이 3:7의 몰비로 혼합된 혼합 염에 420도에서 360분 동안 함침되는 것으로 진행되었다. 이때, 1차 강화 처리된 제3 샘플의 표면 압축 응력은 174MPa이고, 이온 침투 깊이는 20.4㎛로 나타난다.
도 15b를 참조하면, 2차 강화 단계는 질산 칼륨 100%의 단일 염에 400도에서 45분간 함침되는 것으로 진행되었다. 즉, 도 13b, 도 14b, 및 도 15b에서는 2차 강화 단계는 동일하게 유지되었다. 이때, 2차 강화 처리된 제3 샘플의 표면 압축 응력은 749MPa이고, 이온 침투 깊이는 17.9㎛로 나타난다. 2차 강화 처리된 제1 샘플의 이온 침투 깊이는 약 2㎛ 정도로 소폭 감소되었으나, 표면 압축 응력은 500MPa 이상으로 증가되었다.
본 발명에 따르면, 복수의 강화 단계를 거침으로써, 윈도우 패널은 높은 표면 압축 응력을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 1차 강화 단계에서 깊은 이온 침투 깊이를 확보하고, 2차 강화 단계를 통해 높은 표면 압축 응력을 확보함으로써, 100㎛ 미만의 박막 두께에서도 향상된 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도들이다. 도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 단면도들이다. 이하, 도 16a 내지 도 17b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 롤링 가능한 두루마리 형 전자 장치일 수 있다. 전자 장치는 하우징 유닛(HU-1), 전자 패널(EP-1), 및 지지부(SPB)를 포함할 수 있다.
하우징 유닛(HU-1)은 중심 부재(HS11) 및 외부 하우징 부재(HS21)를 포함할 수 있다. 중심 부재(HS11)는 외부 하우징 부재(HS21) 내부에 수용될 수 있다. 중심 부재(HS11)는 전자 패널(EP-1)이 롤링되기 위한 중심 축으로 기능할 수 있다.
외부 하우징 부재(HS21)는 소정의 수용 공간을 제공한다. 수용 공간에는 중심 부재(HS11)가 수용될 수 있으며, 롤링된 상태의 전자 패널(EP-1)이 수용될 수 있다. 본 실시예에서, 외부 하우징 부재(HS21)는 일 측이 오픈된 원 기둥 형상으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 하우징 부재(HS21)는 내부 공간을 제공할 수 있다면, 다양한 형상을 가질 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
전자 패널(EP-1)은 제3 방향(D3)을 향해 영상(IM)을 표시한다. 전자 패널(EP-1)은 윈도우 패널(100-1) 및 표시 패널(200-1)을 포함할 수 있다.
전자 패널(EP-1)은 롤링 가능할 수 있다. 전자 패널(EP-1)은 중심 부재(HS11)를 중심으로 롤링되거나 언롤링 될 수 있다. 도 16a 및 도 17a는 언롤링 상태를 도시한 것이고, 도 16b 및 도 17b는 롤링된 상태를 도시한 것이다. 전자 패널(EP-1)은 언롤링 상태에서 활성화되어 영상(IM)을 표시하고, 롤링 상태에서는 비활성되어 하우징 유닛(HU-1)에 수용될 수 있다.
지지부(SPB)는 전자 패널(EP-1)의 일 측에 연결되어 전자 패널(EP-1)을 지지할 수 있다. 지지부(SPB)는 언롤링된 상태에서 전자 패널(EP-1)의 형상이 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)에 의해 정의되는 평면과 평행하도록 유지시킬 수 있고, 롤링 상태에서는 하우징 유닛(HU-1)의 외부에 배치되어 전자 패널(EP-1)의 인/출입을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자 패널(EP-1)은 윈도우 패널(100-1)을 포함함으로써, 윈도우 패널(100-1)도 롤링/언롤링 동작을 할 수 있다. 본 발명에 따르면, 윈도우 패널(100-1)은 박막 두께를 가지면서도 향상된 신뢰성을 가질 수 있다. 이에 따라, 롤링 가능한 전자 장치에 있어서, 형상이 다양하게 변형되는 전자 패널(EP-1)을 안정적으로 보호할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
EP: 전자 패널
100: 윈도우 패널
200: 표시 패널 CS: 표면 압축 응력
200: 표시 패널 CS: 표면 압축 응력
Claims (20)
100㎛ 미만의 두께를 갖고, 두께 방향에서 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기재;
상기 기재 내에 분산되고 각각이 제1 이온 반지름을 가진 제1 이온들; 및
상기 기재 내에 분산되고 각각이 상기 제1 이온 반지름보다 큰 제2 이온 반지름을 가진 제2 이온들을 포함하고,
상기 제2 이온들은 소정의 압축 응력을 발생시키고,
상기 압축 응력은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 상기 두께의 1/2 지점까지의 범위 내에서 이격되는 깊이에 따라 감소되고,
압축 깊이(DOC)는 하기 관계식을 만족하고, 상기 압축 깊이는 상기 압축 응력이 0(zero)이 되는 깊이로 정의되는 윈도우 패널.
[관계식]
0.15T ≤ DOC ≤ 0.3T, T는 상기 기재의 두께임.
상기 기재 내에 분산되고 각각이 제1 이온 반지름을 가진 제1 이온들; 및
상기 기재 내에 분산되고 각각이 상기 제1 이온 반지름보다 큰 제2 이온 반지름을 가진 제2 이온들을 포함하고,
상기 제2 이온들은 소정의 압축 응력을 발생시키고,
상기 압축 응력은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 상기 두께의 1/2 지점까지의 범위 내에서 이격되는 깊이에 따라 감소되고,
압축 깊이(DOC)는 하기 관계식을 만족하고, 상기 압축 깊이는 상기 압축 응력이 0(zero)이 되는 깊이로 정의되는 윈도우 패널.
[관계식]
0.15T ≤ DOC ≤ 0.3T, T는 상기 기재의 두께임.
제1 항에 있어서,
상기 압축 응력은 상기 압축 깊이 이상의 깊이 범위에서 감소되는 윈도우 패널.
상기 압축 응력은 상기 압축 깊이 이상의 깊이 범위에서 감소되는 윈도우 패널.
제2 항에 있어서,
상기 제2 이온들이 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 침투 가능한 최대 침투 깊이로 정의되는 이온 침투 깊이는 0.5T 이상으로 설계되는 윈도우 패널.
상기 제2 이온들이 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 침투 가능한 최대 침투 깊이로 정의되는 이온 침투 깊이는 0.5T 이상으로 설계되는 윈도우 패널.
제3 항에 있어서,
상기 표면 압축 응력은 200MPa 이상인 윈도우 패널.
상기 표면 압축 응력은 200MPa 이상인 윈도우 패널.
제2 항에 있어서,
상기 제2 이온들이 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 이격된 최대 깊이로 정의되는 이온 침투 깊이는 0.3T 이상이고,
상기 표면 압축 응력은 100MPa 이상인 윈도우 패널.
상기 제2 이온들이 상기 제1 면 또는 상기 제2 면으로부터 이격된 최대 깊이로 정의되는 이온 침투 깊이는 0.3T 이상이고,
상기 표면 압축 응력은 100MPa 이상인 윈도우 패널.
제1 항에 있어서,
상기 표면 압축 응력은 500MPa 이상인 윈도우 패널.
상기 표면 압축 응력은 500MPa 이상인 윈도우 패널.
제6 항에 있어서,
상기 응력 거동의 기울기가 변화되는 최초 전이점은0.2T 이하인 윈도우 패널.
상기 응력 거동의 기울기가 변화되는 최초 전이점은0.2T 이하인 윈도우 패널.
제1 항에 있어서,
상기 제2 이온들은 알칼리 금속 이온을 포함하는 윈도우 패널.
상기 제2 이온들은 알칼리 금속 이온을 포함하는 윈도우 패널.
제1 항에 있어서,
상기 기재는 상기 두께 방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 폴딩 축을 중심으로 폴딩 가능한 윈도우 패널.
상기 기재는 상기 두께 방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 폴딩 축을 중심으로 폴딩 가능한 윈도우 패널.
전면에 영상을 표시하는 표시 패널; 및
상기 표시 패널의 상기 전면에 배치되고, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향되고 상기 표시 패널과 마주하는 제2 면을 포함하는 윈도우 패널을 포함하고,
상기 윈도우 패널 및 상기 표시 패널은 상기 두께 방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 폴딩 축을 중심으로 폴딩 가능하고,
상기 윈도우 패널의 내부 응력은 상기 제1 면 및 제2 면 각각으로부터 상기 윈도우 패널의 두께의 1/2 지점을 향하는 깊이에 따라 변화되는 응력 거동을 갖고,
상기 응력 거동은 표면 압축 응력(Compressive stress of surface, CS), 압축 깊이(Depth of Compressive stress, DOC), 이온 침투 깊이(Depth of layer, DOL), 및 중심 인장 응력(Central tensile stress, CT)을 포함하고,
상기 압축 깊이(DOC)는 하기 관계식을 만족하는 전자 장치.
[관계식]
0.15T≤DOC≤0.3T, T: 윈도우 패널의 두께임.
상기 표시 패널의 상기 전면에 배치되고, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향되고 상기 표시 패널과 마주하는 제2 면을 포함하는 윈도우 패널을 포함하고,
상기 윈도우 패널 및 상기 표시 패널은 상기 두께 방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 폴딩 축을 중심으로 폴딩 가능하고,
상기 윈도우 패널의 내부 응력은 상기 제1 면 및 제2 면 각각으로부터 상기 윈도우 패널의 두께의 1/2 지점을 향하는 깊이에 따라 변화되는 응력 거동을 갖고,
상기 응력 거동은 표면 압축 응력(Compressive stress of surface, CS), 압축 깊이(Depth of Compressive stress, DOC), 이온 침투 깊이(Depth of layer, DOL), 및 중심 인장 응력(Central tensile stress, CT)을 포함하고,
상기 압축 깊이(DOC)는 하기 관계식을 만족하는 전자 장치.
[관계식]
0.15T≤DOC≤0.3T, T: 윈도우 패널의 두께임.
제10 항에 있어서,
상기 응력 거동은 상기 압축 깊이 이상의 깊이 범위에서 변화되는 전자 장치.
상기 응력 거동은 상기 압축 깊이 이상의 깊이 범위에서 변화되는 전자 장치.
제11 항에 있어서,
상기 이온 침투 깊이는 약 0.3T 이상인 전자 장치.
상기 이온 침투 깊이는 약 0.3T 이상인 전자 장치.
제10 항에 있어서,
상기 표면 압축 응력은 약 500MPa 이상인 전자 장치.
상기 표면 압축 응력은 약 500MPa 이상인 전자 장치.
제13 항에 있어서,
상기 응력 거동의 기울기가 변화되는 최초 전이점은 0.2T 미만인 전자 장치.
상기 응력 거동의 기울기가 변화되는 최초 전이점은 0.2T 미만인 전자 장치.
제1 이온을 포함하는 초기 윈도우 패널을 제공하는 단계; 및
윈도우 패널이 형성되도록 상기 초기 윈도우 패널을 상기 제1 이온보다 큰 반지름을 가진 제2 이온을 포함하는 금속염에 함침하여 상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계를 포함하고,
상기 윈도우 패널의 두께는 100㎛ 미만이고,
상기 윈도우 패널의 압축 깊이는 하기 관계식을 만족하는 윈도우 패널 제조 방법.
[관계식]
0.15T≤DOC≤0.3T, T: 윈도우 패널의 두께임.
윈도우 패널이 형성되도록 상기 초기 윈도우 패널을 상기 제1 이온보다 큰 반지름을 가진 제2 이온을 포함하는 금속염에 함침하여 상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계를 포함하고,
상기 윈도우 패널의 두께는 100㎛ 미만이고,
상기 윈도우 패널의 압축 깊이는 하기 관계식을 만족하는 윈도우 패널 제조 방법.
[관계식]
0.15T≤DOC≤0.3T, T: 윈도우 패널의 두께임.
제15 항에 있어서,
상기 금속 염은 단일의 염을 포함하고, 상기 금속 염은 알칼리 질산염을 포함하고,
상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이가 0.5T 이상이 되도록 설계되는 윈도우 패널 제조 방법.
상기 금속 염은 단일의 염을 포함하고, 상기 금속 염은 알칼리 질산염을 포함하고,
상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이가 0.5T 이상이 되도록 설계되는 윈도우 패널 제조 방법.
제15 항에 있어서,
상기 금속 염은 혼합 염을 포함하고, 상기 금속 염은 적어도 두 가지의 서로 다른 알칼리 질산염을 포함하고,
상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이가 0.3T 이상이 되도록 설계되는 윈도우 패널 제조 방법.
상기 금속 염은 혼합 염을 포함하고, 상기 금속 염은 적어도 두 가지의 서로 다른 알칼리 질산염을 포함하고,
상기 초기 윈도우 패널을 강화시키는 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이가 0.3T 이상이 되도록 설계되는 윈도우 패널 제조 방법.
제15 항에 있어서,
상기 초기 윈도우 패널 강화 단계는,
혼합 염에 상기 초기 윈도우 패널을 함침하는 제1 강화 단계; 및
단일 염에 상기 제1 강화 단계를 거친 상기 초기 윈도우 패널을 함침하는 제2 강화 단계를 포함하고,
상기 윈도우 패널의 압축 깊이는 0.2T 미만인 윈도우 패널 제조 방법.
상기 초기 윈도우 패널 강화 단계는,
혼합 염에 상기 초기 윈도우 패널을 함침하는 제1 강화 단계; 및
단일 염에 상기 제1 강화 단계를 거친 상기 초기 윈도우 패널을 함침하는 제2 강화 단계를 포함하고,
상기 윈도우 패널의 압축 깊이는 0.2T 미만인 윈도우 패널 제조 방법.
제18 항에 있어서,
상기 제1 강화 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이는 0.3T 이상이 되도록 설계되는 윈도우 패널 제조 방법.
상기 제1 강화 단계에서, 상기 제2 이온의 이온 침투 깊이는 0.3T 이상이 되도록 설계되는 윈도우 패널 제조 방법.
제18 항 에 있어서,
상기 윈도우 패널의 표면 압축 응력은 500MPa 이상인 윈도우 패널 제조 방법.
상기 윈도우 패널의 표면 압축 응력은 500MPa 이상인 윈도우 패널 제조 방법.
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