KR20210080689A - 유리 제품 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
유리 제품 및 이를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다. 유리 제품은 실리콘 원자가 네 개의 제1 산소 원자와 공유 결합된 것을 포함하는 제1 구조를 포함하는 유리상, 및 유리상 내에 분산된 복수의 결정들을 포함하되, 결정은 베타-석영 결정을 포함하고, 각 베타-석영 결정은 제1 구조, 및 알루미늄이 네 개의 제2 산소와 공유 결합된 것을 포함하는 제2 구조를 포함하며, 베타-석영 결정의 결정화도는 40% 내지 50%이다.
Description
본 발명은 유리 제품 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
유리 제품은 디스플레이 장치를 포함하는 전자 기기나 건축 자재 등에 많이 사용된다. 예를 들어, 액정표시장치, OLED, 전기 영동 표시 장치 등의 평판 디스플레이 장치의 기판이나 이를 보호하는 커버 윈도우 등에 유리 제품이 적용된다.
스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 전자 기기가 늘어나면서 그에 적용되는 유리 제품도 외부 충격에 빈번하게 노출된다. 사용자 편의(휴대성 등)를 위해 유리 제품의 박형화를 하려는 시도가 있다. 유리 제품의 박형화와 동시에 유리 제품의 적절한 강도를 가지는 것이 요구된다.
한편, 강화 유리 제품은 표면에서 형성된 크랙 전파를 완화하는 압축 깊이를 갖는데, 상기한 유리 제품의 박형화, 및 적절한 강도를 가져가면서 단시간에 적절한 압축 깊이를 형성하는 것은 쉽지 않을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 박형화, 및 적절한 강도를 구비하면서도 단시간에 적절한 압축 깊이 형성이 가능한 유리 제품을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 박형화, 및 적절한 강도를 구비하면서도 단시간에 적절한 압축 깊이 형성이 가능한 유리 제품을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 유리 제품은 실리콘 원자가 네 개의 제1 산소 원자와 공유 결합된 것을 포함하는 제1 구조를 포함하는 유리상; 및 상기 유리상 내에 분산된 복수의 결정들을 포함하되, 상기 결정은 베타-석영 결정을 포함하고, 상기 각 베타-석영 결정은 상기 제1 구조, 및 알루미늄이 네 개의 제2 산소와 공유 결합된 것을 포함하는 제2 구조를 포함하며, 상기 베타-석영 결정의 결정화도는 40% 내지 50%이다.
상기 결정은 제1 알칼리 금속이 상기 네 개의 제2 산소와 공유 결합된 상기 알루미늄과 결합된 것을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 알칼리 금속, 및 상기 알루미늄의 결합은 정전기적 인력에 의한 결합을 포함할 수 있다.
상기 결정은 제2 알칼리 금속이 제3 산소와 공유 결합된 것을 더 포함할 수 있다.
상기 유리상은 제3 알칼리 금속이 제4 산소와 공유 결합된 것을 더 포함할 수 있다.
상기 유리 제품은 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향하는 제2 표면, 상기 제1 표면으로부터 제1 압축 깊이까지 연장하는 제1 압축 영역, 상기 제2 표면으로부터 제2 압축 깊이까지 연장하는 제2 압축 영역, 및 상기 제1 압축 깊이와 상기 제2 압축 깊이 사이에 배치되는 인장 영역을 포함하되, 상기 결정은 상기 각 압축 영역, 및 상기 인장 영역에 분산되어 배치될 수 있다.
상기 제1 알칼리 금속과 상기 알루미늄의 결합력은 상기 제2 알칼리 금속과 상기 제3 산소의 결합력보다 작을 수 있다.
상기 제1 알칼리 금속과 상기 알루미늄의 결합력은 상기 제3 알칼리 금속과 상기 제4 산소와의 결합력보다 작을 수 있다.
상기 알칼리 금속은 리튬, 또는 나트륨을 포함할 수 있다.
상기 베타-석영 결정의 결정화도는 X-선 회절/리트벨트 분석으로부터 결정될 수 있다.
TiO2, 또는 ZrO2를 포함하는 조핵제를 더 포함하고, 상기 조핵제를 통해 상기 베타-석영 결정이 형성되도록 구성될 수 있다.
400nm 내지 700nm 범위의 가시광선 스펙트럼에 대해 87%이상의 투과율을 가질 수 있다.
상기 유리상과 상기 결정의 굴절률 차이는 0.06이내일 수 있다.
상기 결정의 사이즈는 20nm 내지 30nm일 수 있다.
1.0 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성(fracture toughness)을 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는 복수의 화소를 포함하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 상부에 배치된 커버 윈도우; 및 상기 디스플레이 패널과 상기 커버 윈도우 사이에 배치된 광학 투명 결합층을 포함하고, 상기 커버 윈도우는, 실리콘 원자가 네 개의 산소 원자와 공유 결합된 제1 구조를 포함하는 유리상, 및 상기 유리상 내에 분산되고 상기 제1 구조, 및 알루미늄이 네 개의 상기 산소와 공유 결합된 제2 구조를 포함하는 결정을 포함하고, 상기 결정은 베타-석영 결정을 포함하고, 상기 결정의 결정화도는 40% 내지 50%이다.
상기 결정은 제1 알칼리 금속이 상기 네 개의 제2 산소와 공유 결합된 상기 알루미늄과 결합된 것을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 알칼리 금속, 및 상기 알루미늄의 결합은 정전기적 인력에 의한 결합을 포함할 수 있다.
상기 결정은 제2 알칼리 금속이 제3 산소와 공유 결합된 것을 더 포함할 수 있다.
상기 유리상은 제3 알칼리 금속이 제4 산소와 공유 결합된 것을 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 유리 제품 및 디스플레이 장치에 의하면 박형화, 및 적절한 강도를 구비하면서도 단시간에 적절한 압축 깊이를 형성할 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 유리 제품의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유리 제품이 디스플레이 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 평판 플레이트 형상의 유리 제품의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유리 제품의 스트레스 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 유리 제품의 결정의 구조를 나타낸 구조식이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유리 제품의 유리상의 구조를 나타낸 구조식이다.
도 7은 일 실시예에 따른 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 유리 제품을 통과하는 광의 경로를 나타낸 모식도이다.
도 9는 도 8의 A 영역을 확대한 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도에 따른 강화 전, 및 강화 후의 유리 제품을 나타낸 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도에 따른 열 팽창 정도를 나타낸 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 결정의 결정화도, 및 이온 교환 온도에 따른 압축 깊이 형성 속도를 나타낸 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도를 결정하는 XRD 분석 방법을 나타낸 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유리 제품이 디스플레이 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 평판 플레이트 형상의 유리 제품의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유리 제품의 스트레스 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 유리 제품의 결정의 구조를 나타낸 구조식이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유리 제품의 유리상의 구조를 나타낸 구조식이다.
도 7은 일 실시예에 따른 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 유리 제품을 통과하는 광의 경로를 나타낸 모식도이다.
도 9는 도 8의 A 영역을 확대한 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도에 따른 강화 전, 및 강화 후의 유리 제품을 나타낸 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도에 따른 열 팽창 정도를 나타낸 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 결정의 결정화도, 및 이온 교환 온도에 따른 압축 깊이 형성 속도를 나타낸 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도를 결정하는 XRD 분석 방법을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서, "유리 제품"은 전체가 유리로 이루어지거나 부분적으로 유리를 포함하여 이루어진 물건을 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 유리 제품의 사시도이다.
유리는 태블릿 PC, 노트북 PC, 스마트 폰, 전자 서적, 텔레비전, PC 모니터뿐만 아니라 표시 화면을 포함하는 냉장고, 세탁기 등 디스플레이를 포함하는 전자 기기에서 디스플레이를 보호하기 위한 커버 윈도우, 디스플레이 패널용 기판, 터치 패널용 기판, 도광판과 같은 광학 부재 등으로 사용된다. 유리는 자동차 계기판 등의 커버 유리, 태양 전지용 커버 유리, 건축재의 내장재, 빌딩이나 주택의 창 등에도 사용될 수 있다.
몇몇 유리는 강한 강도를 갖는 것이 요구된다. 예를 들어, 윈도우용 유리의 경우 높은 투과율과 가벼운 무게의 요건을 충족시키기 위해 얇은 두께를 가지면서도, 외부 충격에 의해 쉽게 파손되지 않는 강도를 갖는 것이 바람직하다. 강도가 강화된 유리는 화학적 강화 또는 열적 강화 등의 방법으로 제조될 수 있다. 다양한 형상의 강화 유리의 예들이 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에서, 유리 제품(100)은 평판 시트 또는 평판 플레이트 형상일 수 있다. 다른 실시예에서 유리 제품(101, 102, 103)은 휘어진 부분을 포함하는 3차원 형상일 수 있다. 예를 들어, 평탄부의 에지가 굴곡되거나('101' 참조), 전반적으로 커브드되거나('102' 참조), 폴딩('103' 참조)될 수 있다.
유리 제품(100-103)의 평면 형상은 직사각형일 수 있지만, 이에 제한되지 않고, 모서리가 둥근 직사각형, 정사각형, 원, 타원 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 이하의 실시예에서는 유리 제품(100-104)으로 평면 형상이 직사각형인 평판 플레이트를 예로 하여 설명하지만, 이에 제한되지 않음은 명백하다.
도 2는 일 실시예에 따른 유리 제품이 디스플레이 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 장치(500)는 디스플레이 패널(200), 디스플레이 패널(200) 상에 배치된 커버 윈도우(100), 디스플레이 패널(200)과 커버 윈도우(100) 사이에 배치되어 디스플레이 패널(200)과 커버 윈도우(100)를 결합하는 광학 투명 결합층(300)을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(200)은 예를 들어, 유기 발광 표시 패널(OLED), 무기 발광 표시 패널(inorganic EL), 퀀텀닷 발광 표시 패널(QED), 마이크로 LED 표시 패널(micro-LED), 나노 LED 표시 패널(nano-LED), 플라즈마 표시 패널(PDP), 전계 방출 표시 패널(FED), 음극선 표시 패널(CRT)등의 자발광 표시 패널 뿐만 아니라, 액정 표시 패널(LCD), 전기 영동 표시 패널(EPD) 등의 수광 표시 패널을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(200)은 복수의 화소(PX)를 포함하며, 각 화소(PX)에서 방출하는 빛을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 디스플레이 장치(500)는 터치 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터치 부재는 디스플레이 패널(200)에 내재화되어 있을 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(200)의 표시 부재 상에 터치 부재가 직접 형성됨으로써 디스플레이 패널(200) 자체가 터치 기능을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 터치 부재는 디스플레이 패널(200)과 별도로 제조된 후, 광학 투명 결합층에 의해 디스플레이 패널(200)의 상면 상에 부착될 수 있다.
디스플레이 패널(200)의 상부에는 커버 윈도우(100)가 배치된다. 커버 윈도우(100)는 디스플레이 패널(200)을 보호하는 역할을 한다. 커버 윈도우(100)의 본체로는 강화된 유리 제품(100)이 적용될 수 있다. 커버 윈도우(100)는 디스플레이 패널(200)보다 크기가 커서 그 측면이 디스플레이 패널(200)의 측면보다 외측으로 돌출될 수 있지만, 그에 제한되는 것은 아니다. 커버 윈도우(100)는 유리 제품(100)의 테두리 부위에서 유리 제품(100)의 적어도 일 표면 상에 배치된 인쇄층을 더 포함할 수 있다. 커버 윈도우(100)의 인쇄층은 디스플레이 장치(500)의 베젤 영역이 외부로 시인되지 않도록 하며, 경우에 따라 데코레이션 기능을 수행할 수 있다.
디스플레이 패널(200)과 커버 윈도우(100) 사이에는 광학 투명 결합층(300)이 배치된다. 광학 투명 결합층(300)은 커버 윈도우(100)를 디스플레이 패널(200) 상에 고정시키는 역할을 한다. 광학 투명 결합층(300)은 광학 투명 접착제(Optical Clear Adhesive; OCA) 또는 광학 투명 수지(Optical Clear Resin; OCR) 등을 포함할 수 있다.
유리 제품(100)의 유리 조성물은 본 기술분야에 알려진 다양한 조성을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유리 조성물은 리튬 알루미노 실리케이트를 함유하는 LAS 유리 세라믹을 포함할 수 있다.
예를 들어, 유리 조성물은 SiO2를 50 내지 80mol％, Al2O3을 1 내지 30mol％, B2O3을 0 내지 5몰mol%, P2O5를 0 내지 4mol%, Li2O를 3 내지 20mol%, Na2O를 0 내지 20mol%, K2O를 0 내지 10mol%, MgO를 3 내지 20mol%, CaO를 0 내지 20mol%, SrO를 0 내지 20mol%, BaO를 0 내지 15mol%, ZnO를 0 내지 10mol%, TiO2를 0 내지 1mol%, ZrO2를 0 내지 8mol%의 함량으로 함유할 수 있다. 여기서, "함량이 0mol%인 것"은 해당 성분을 실질적으로 함유하지 않는 것을 의미한다. 조성물이 특정 성분을 "실질적으로 함유하지 않는다"는 것은 원재료 등에 의도적으로 함유시키지 않은 것을 의미하며, 예를 들어, 0.1mol% 이하와 같은 미량의 불순물이 불가피하게 함유되어 있는 경우를 포함한다.
유리 조성물의 각 성분에 대해 더욱 상세히 설명하면, SiO2는 유리의 골격을 구성하며, 화학적 내구성을 높이고, 유리 표면에 흠집(압흔)이 생겼을 때의 크랙 발생을 저감시키는 역할을 할 수 있다. 위와 같은 역할을 충분히 수행하기 위해 SiO2는 50mol％ 이상의 함량으로 포함될 수 있다. 충분한 용융성을 나타내기 위해 유리 조성물 내에서 SiO2는 80mol% 이하의 함량을 가질 수 있다.
Al2O3는 화학 강화 시의 이온 교환 성능을 향상시키고, 강화 후의 표면 압축 응력을 크게 하는 유효 성분으로 작용할 수 있다. Al2O3의 함량이 1mol% 이상인 경우 상기와 같은 기능을 효과적으로 수행할 수 있다. 한편, 유리의 내산성, 용융성을 유지하기 위해서는 Al2O3의 함량이 30mol% 이하인 것이 바람직하다.
B2O3는 유리의 칩핑 내성을 향상시키고, 용융성을 개선한다. B2O3는 생략될 수도 있지만(0mol%), 0.5mol% 이상 함유되었을 때 유리의 용융성을 더욱 향상시킬 수 있다. B2O3의 함량이 5mol％ 이하인 것이 용융 시 맥리 발생을 억제하는 데에 유리할 수 있다.
P2O5는 이온 교환 성능과 칩핑 내성을 향상시킨다. P2O5는 생략될 수도 있지만(0mol%), 0.5mol% 이상 함유되었을 때 상기 기능을 유의미하게 수행할 수 있다. P2O5는 4mol％ 이하의 함량을 갖는 것이 내산성이 현저하게 저하하는 것을 방지하는 데에 도움이 된다.
Li2O는 이온 교환에 의해 표면 압축 응력을 형성시키는 역할을 한다. 유리 표면 근처에 배치된 Li 이온은 이온 교환 공정을 통해 Na 이온 등으로 교환될 수 있다. 효과적인 이온 교환을 위한 Li2O의 함량은 3mol% 이상이며, 내산성 관점에서는 20mol％ 이하의 함량을 갖는 것이 바람직하다.
Na2O는 이온 교환에 의해 표면 압축 응력을 형성시키고, 유리의 용융성을 향상시키는 역할을 한다. 유리 표면 근처에 배치된 Na 이온은 이온 교환 공정을 통해 K 이온 등으로 교환될 수 있다. Na2O는 생략될 수도 있지만, 함유되는 경우, 1mol% 이상의 함량을 갖는 것이 위와 같은 역할을 유효하게 수행하는 데에 바람직하다. Li 이온과 Na 이온 교환 과정만 있고, K 이온 교환 과정이 없는 경우에는 Na2O의 함유량이 8mol％ 이하인 것이 원활한 Li 이온과 Na 이온 교환을 위해 바람직할 수 있다. K 이온 교환 과정을 수반하는 경우에는 더 많은 양의 Na2O가 사용될 수 있으나, 이 경우에도 내산성 관점에서는 20mol% 이하의 함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
K2O는 이온 교환 성능을 향상시키는 역할을 한다. K2O는 생략될 수도 있지만, 이온 교환 성능을 향상시키기 위해 0.5mol% 이상 함유될 수 있다. 과도한 파편 증대를 방지하기 위한 K2O의 함량은 10mol% 이하일 수 있다.
MgO는 화학 강화 유리의 표면 압축 응력을 증대시키는 역할을 한다. 위와 같은 역할은 3mol% 이상의 함량을 가질 때 유효하게 수행될 수 있다. MgO의 함량은 20mol% 이하의 값을 갖는 것이 유리 용융 시 실투(devitrification) 발생 가능성을 줄이는 데에 유리하다.
CaO는 유리의 용융성을 향상시키는 역할을 한다. CaO는 생략가능하며, 위와 같은 역할을 유효하게 수행하기 위해서는 0.5mol％ 이상의 함량을 갖는 것이 바람직하다. CaO의 함량이 너무 크면 이온 교환 성능이 저하될 수 있으므로, CaO의 함량은 20mol％ 이하의 값을 갖는 것이 바람직하다.
SrO는 CaO와 마찬가지로 유리의 용융성을 향상시키는 역할을 한다. SrO는 생략가능하며, 위와 같은 역할을 유효하게 수행하기 위해서는 0.5mol％ 이상의 함량을 갖는 것이 바람직하다. SrO의 함량이 너무 크면 이온 교환 성능이 저하될 수 있으므로, SrO의 함량은 20mol％ 이하의 값을 갖는 것이 바람직하다.
BaO는 유리의 용융성을 향상시키고, 파쇄성을 개선하는 역할을 한다. BaO는 생략가능하며, 위와 같은 역할을 유효하게 수행하기 위해서는 0.5mol％ 이상의 함량을 갖는 것이 바람직하다. BaO의 함량은 15mol% 이하의 값을 갖는 것이 과도한 이온 교환 성능 저하를 막는 데에 유리할 수 있다.
ZnO는 유리의 용융성을 향상시키는 역할을 한다. ZnO는 생략가능하며, 0.25mol％ 이상의 함량을 가질 때, 그 함유에 따른 유의미한 용융성 향상 효과를 나타낼 수 있다. 내후성 저하를 방지하기 위해서는 ZnO의 함량을 10mol％ 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
유리 조성물은 이상에서 열거한 성분들 이외에도 필요에 따라 Y2O3, La2O3, Nb2O5, Ta2O5, Gd2O3 등의 성분을 더 포함할 수도 있다. 유리 제품(100)의 조성은 후술하는 성형 공정이나 이온 교환 공정 등을 통해 변경될 수 있다.
한편, 박형화를 위해 유리 제품(100)의 두께를 줄이면 유리 제품(100)의 파괴 인성(KIC), 압축 응력 등의 강도 특성이 낮아져 박형화될수록 유리 제품(100)의 파괴 인성 등의 외부 스트레스에 취약할 수 있다. 유리 제품(100)의 파괴 인성을 강화하기 위해서는 후술할 상기 유리 조성물을 포함하는 유리 제품(100)의 결정화 공정, 또는 강화 공정이 도입될 수 있다.
이하, 강화된 유리 제품(100)에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 평판 플레이트 형상의 유리 제품의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유리 제품(100)은 제1 표면(US), 제2 표면(RS) 및 측면을 포함할 수 있다. 평판 플레이트 형상의 유리 제품(100)에서 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)은 넓은 면적을 가진 주된 표면이고, 측면은 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)을 연결하는 외측 표면이 된다.
제1 표면(US)과 제2 표면(RS)은 두께 방향으로 서로 대향한다. 유리 제품(100)이 디스플레이의 커버 윈도우(100)와 같이 빛을 투과시키는 역할을 하는 경우, 빛은 주로 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 중 어느 하나로 진입해서 다른 하나로 투과할 수 있다.
유리 제품(100)의 두께(t)는 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 사이의 거리로 정의된다. 유리 제품(100)의 두께(t)는 이에 제한되는 것은 아니지만, 0.1mm 내지 2mm의 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 0.8mm이거나 그보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 0.75mm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 0.7mm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 0.6mm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 0.65mm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 0.5mm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 0.3mm이거나 그보다 작을 수 있다. 특정한 몇몇 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 0.45mm 내지 0.8mm의 범위 또는 0.5mm 내지 0.75mm의 범위에 있을 수 있다. 유리 제품(100)은 균일한 두께(t)를 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않고 영역별로 서로 다른 두께(t)를 가질 수 있다.
유리 제품(100)은 강화되어 내부에 소정의 응력 프로파일을 가질 수 있다. 강화된 유리 제품(100)은 강화 전 유리 제품(100)보다 외부 충격에 의한 크랙 발생, 크랙의 전파, 파손 등을 더 잘 방지한다. 강화 공정을 통해 강화된 유리 제품(100)은 영역별로 다양한 응력을 가질 수 있다. 예를 들어, 유리 제품(100)의 표면 인근, 즉 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 인근에는 압축 응력이 작용하는 압축 영역(CSR1, CSR2)이, 유리 제품(100)의 내부에는 인장 응력이 작용하는 인장 영역(CTR)이 배치될 수 있다. 압축 영역(CSR1, CSR2)과 인장 영역(CTR)의 경계는 응력값이 0일 수 있다. 하나의 압축 영역(CSR1, CSR2) 내의 압축 응력은 위치(즉, 표면으로부터의 깊이)에 따라 그 응력값이 달라질 수 있다. 또한, 인장 영역(CTR)의 경우에도 표면(US, RS)으로부터의 깊이에 따라 다른 응력값을 가질 수 있다.
유리 제품(100) 내에서 압축 영역(CSR1, CSR2)의 위치, 압축 영역(CSR1, CSR2) 내의 응력 프로파일, 압축 영역(CSR1, CSR2)의 압축 에너지 또는 인장 영역(CTR)의 인장 에너지 등은 표면 강도와 같은 유리 제품(100)의 기계적 물성에 큰 영향을 끼친다.
도 4는 일 실시예에 따른 유리 제품의 스트레스 프로파일을 나타낸 그래프이다. 도 4의 그래프에서 x축은 유리 제품(100)의 두께(t) 방향을 나타낸다. 도 4에서 압축 스트레스가 양의 값으로, 인장 스트레스가 음의 값으로 표시되었다. 본 명세서에서 압축/인장 스트레스의 크기는 그 값의 부호와 상관없는 절대값의 크기를 의미한다.
도 3, 및 도 4를 참조하면, 유리 제품(100)은 제1 표면(US)으로부터 제1 깊이(제1 압축 깊이, DOC1)까지 확장하는 제1 압축 영역(CSR1) 및 제2 표면(RS)으로부터 제2 깊이(제2 압축 깊이, DOC2)까지 확장하는 제2 압축 영역(CSR2)을 포함한다. 제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2) 사이에는 인장 영역(CTR)이 배치된다. 도 3에 도시되지는 않았지만, 유리 제품(100)의 마주하는 측면(SS)들 사이에도 유사한 방식으로 압축 영역과 인장 영역이 배치될 수 있을 것이다.
제1 압축 영역(CSR1)과 제2 압축 영역(CSR2)은 외부 충격에 저항하여 유리 제품(100)에 크랙이 발생하거나 유리 제품(100)이 파손되는 것을 완화시킨다. 제1 및 제2 압축 영역(CSR1, CSR2)의 최대 압축 스트레스(CS1, CS2)가 클수록 유리 제품(100)의 강도가 큰 것으로 이해될 수 있다. 외부 충격은 통상 유리 제품(100)의 표면(US, RS, SS)을 통해 전달되므로, 유리 제품(100)의 표면(US, RS, SS)에서 최대 압축 스트레스(CS1, CS2)를 갖는 것이 내구성 측면에서 유리하다. 제1 및 제2 압축 영역(CSR1, CSR2)의 최대 압축 스트레스(CS1, CS2)는 700Mpa 이상일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 압축 영역(CSR1, CSR2)의 최대 압축 스트레스(CS1, CS2)는 800MPa 내지 1050MPa의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 압축 영역(CSR1, CSR2)의 최대 압축 스트레스(CS1, CS2)는 850MPa 내지 1000MPa의 범위에 있을 수 있다.
제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)는 제1 및 제2 표면(US, RS)에 형성된 크랙이나 홈이 유리 제품(100) 내부의 인장 영역(CTR)으로 전파하는 것을 저지한다. 제1 및 제2 압축 깊이(DOC1, DOC2)가 클수록 크랙 등의 전파를 잘 저지할 수 있다.
제1 및 제2 압축 깊이(DOC1, DOC2)는 20㎛ 내지 150㎛의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 압축 깊이(DOC1, DOC2)는 50㎛ 내지 100㎛의 범위에 있을 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 및 제2 압축 깊이(DOC1, DOC2)는 70㎛ 내지 85㎛일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 제1 및 제2 압축 깊이(DOC1, DOC2)는 유리 제품(100)의 두께(t)에 대해 다음의 관계식을 만족할 수 있다.
[식 1]
DOC1, DOC2 ≥ 0.1 * t
도 4의 실시예에서, 제1 압축 영역(CSR1) 및 제2 압축 영역(CSR2)의 압축 스트레스는 표면(US, RS)에서 가장 크고(CS1, CS2 참조) 내부로 갈수록 감소한다. 이와 같은 형태의 스트레스 프로파일은 이온 교환 공정을 통해 만들어질 수 있다. 이온 교환 공정은 유리 제품(100) 내부의 이온을 다른 이온으로 교환하는 공정이다. 이온 교환 공정을 통해 유리 제품(100)의 표면(US, RS, SS)이나 그 근처의 이온은 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온에 의해 대체되거나 교환될 수 있다. 예를 들어, 유리 제품(100)이 리튬 또는 리튬 이온(Li+), 나트륨 또는 나트륨 이온(Na+), 칼륨 또는 칼륨 이온(K+), 루비듐 또는 루비듐 이온(Rb+) 등의 일가 알칼리 금속을 포함하는 경우, 표면의 일가 양이온은 그보다 이온 반지름이 큰 나트륨 또는 나트륨 이온(Na+), 칼륨 또는 칼륨 이온(K+), 루비듐 또는 루비듐 이온(Rb+), 세슘 또는 세슘 이온(Cs+)으로 교환될 수 있다.
상기한 유리 제품(100)의 강화 공정으로 유리 제품(100)의 파괴 인성(KIC), 및 압축 응력의 강도 특성이 개선될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기한 유리 조성물을 포함하는 유리 제품(100)은 유리상(120), 및 유리상(120) 내에 분산된 결정(110)을 포함할 수 있다. 유리상(120)은 유리 제품(100)을 구성하는 주된 상을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 주된 상은 상기 유리 조성물로부터 성형된 유리 제품(100)의 초기 상/원천 상을 의미할 수 있다. 유리 제품(100)의 유리상(120)은 유리상(120)을 구성하는 몇몇 상기 유리 조성물들이 비정질 상태로 배치될 수 있다. 본 명세서에서 비정질 상태란, 상기한 결정(110) 상태와 구분되는 것으로 유리상(120)의 상기 유리 조성물들이 일정한 결정을 이루지 않고 비결정 상태를 이루는 것을 의미할 수 있다.
결정(110)은 주된 상인 유리상(120)으로부터 소정의 열/압력 처리를 포함한 결정화 공정을 통해 얻어진 상일 수 있다. 결정(110)은 유리 제품(100)의 초기 상인 유리상(120)에 조핵제를 더 포함하여 결정화 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 상기 조핵제는 자가-핵생성 (self-nucleating)을 할 수 있는 일종의 촉매제로서, 핵생성을 촉진하여 결정(110)을 형성할 수 있다. 상기 조핵제의 예로는 이에 제한되는 것은 아니지만, ZnO, ZrO 2, TiO2. 티타늄, 백금, 금, 또는 로듐 등을 들 수 있다.
결정(110)은 복수개일 수 있다. 복수개의 결정(110)은 유리상(120) 내에 분산되어 배치될 수 있다. 결정(110)은 유리 제품(100)의 제1 및 제2 압축 영역(CSR1, CSR2)과 인장 영역(CTR)에 걸쳐 분산되어 배치될 수 있다.
유리상(120) 내에 분산되어 배치된 복수의 결정(110)들은 유리 제품(100)의 파괴 인성(KIC)을 높이는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따른 결정(110)은 베타-석영 결정일 수 있다. 결정(110)은 육방정계(Hexagonal) 입체 구조를 가질 수 있다. 결정(110)은 (Li2, R)O-Al2O3-nSiO2(여기서, R=Mg2+, Zn2+, n=2~10) 구조식을 가질 수 있다. 결정(110)은 약 760°C 내지 약 800°C의 온도에서 약 2h 열처리가 진행되는 결정화 공정을 통해 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서 결정(110)은 Li2OSiO2 결정일 수도 있다. 결정(110)이 Li2OSiO2 결정인 경우 상기한 베타-석영 결정을 제조하는 결정화 공정과 다른 온도, 및 시간에서 열처리가 진행될 수 있다.
유리상(120)의 제2 구조와 결정(110)의 제1 구조는 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 구조, 및 상기 제2 구조는 상이할 수 있다. 상기 제1 구조, 및 상기 제2 구조에 대해서는 후술한다.
파괴 인성(KIC)은 본 기술 분야에서 널리 알려진 비커스(Vickers) 방법을 통해 측정될 수 있다. 여기에서 팁은 다이아몬드 재질이고, 팁의 하중은 4.9N이고, 팁의 크기는 19μm이고, 유리 제품(100)의 두께는 1mm이다.
유리 제품(100)이 유리상(120)으로만 이루어질 경우, 유리 제품(100)의 파괴 인성은 약 0.66Mpa*m1/2인 반면, 유리 제품(100)이 결정(110), 및 유리상(120)으로 이루어지고, 후술할 결정(110)의 결정화도가 40% 내지 50%일 경우(강화 전), 유리 제품(100)의 파괴 인성은 약 1.0Mpa*m1/2이상일 수 있다.
유리상(120)으로만 이루어진 유리 제품(100)을 결정화 공정을 거치지 않고 강화 공정을 거친 유리 제품(100)의 파괴 인성은 약 0.7Mpa*m1/2로 유리 제품(100)이 결정(110), 및 유리상(120)으로 이루어지고, 후술할 결정(110)의 결정화도가 40% 내지 50%일 경우보다 파괴 인성이 더 낮게 측정되었다.
결정(110), 및 유리상(120)으로 이루어지고, 후술할 결정(110)의 결정화도가 40% 내지 50%인 유리 제품(100)을 강화한 경우에는 그 파괴 인성이 더 크게 측정되었다.
따라서, 유리 제품(100)의 강화 공정, 및 결정화 공정은 각각 유리 제품(100)의 강도 특성, 특히 파괴 인성을 개선시키지만, 결정화 공정이 유리 제품(100)의 파괴 인성을 개선시키는데 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
상술한 강화 공정의 이온 교환 정도는 강화 시간, 강화 온도, 용융 염의 종류, 강화 전 유리 제품(100)의 물질 및 상태 등에 영향을 받을 수 있다. 결정화 공정을 거친 유리 제품(100)의 결정은 유리 제품(100) 내 상대적 작은 이온이 용융염의 상대적 큰 이온과 교환되는 것을 물리적으로 방해할 수 있다. 즉, 결정을 포함하는 유리 제품(100)의 경우 강화 공정의 이온 교환 공정이 잘 일어나지 않을 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 결정화 공정을 거친 유리 제품(100)의 유리상(120) 내에 분산된 결정들은 상대적으로 크기가 작은 내부의 이온을 상대적으로 크기가 큰 다른 이온으로 교환하는 공정을 물리적으로 방해하는 역할을 할 수 있다. 이에, 제1 및 제2 표면(US, RS)에 형성된 크랙이나 홈이 유리 제품(100) 내부의 인장 영역(CTR)으로 전파하는 것을 저지하는 제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2) 형성이 쉽지 않을 수 있다. 즉, 결정화 공정으로 형성된 유리상(120) 내의 결정을 포함하는 유리 제품은 결정화 공정을 거치지 않는 유리상(120)으로만 이루어진 유리 제품보다 동일 시간에서 압축 깊이(DOC1, DOC2)가 더 작을 수 있다.
일 실시예에 따른 유리 제품(100)의 결정(110)은 베타-석영 결정으로서, 유리 제품(100)을 용융염과의 이온 교환을 촉진 가능한 상태로 형성할 수 있는 역할을 할 수 있다. 이에 대해서는 도 5, 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 유리 제품의 결정의 구조를 나타낸 구조식이고, 도 6은 일 실시예에 따른 유리 제품의 유리상의 구조를 나타낸 구조식이고, 도 7은 일 실시예에 따른 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 5, 및 도 6에서 α는 상술한 강화 공정에서 용융염의 상대적으로 크기가 큰 이온 또는 원자와 이온 교환되는 유리 제품(100)의 상대적으로 크기가 작은 이온 또는 원자일 수 있다. 즉, α는 리튬 또는 리튬 이온(Li+), 나트륨 또는 나트륨 이온(Na+), 칼륨 또는 칼륨 이온(K+), 루비듐 또는 루비듐 이온(Rb+)일 수 있다. α는 알칼리 금속일 수 있다.
도 5, 내지 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 결정(110)은 제1 구조를 갖고, 유리상(120)은 제2 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 구조와 상기 제2 구조는 상이할 수 있다.
결정(110)의 제1 구조, 및 유리상(120)의 제2 구조는 각각 4가 원자인 실리콘 또는 실리콘 원자(Si)가 각각 네 개의 산소 또는 산소 원자(O)와 공유 결합된 구조를 포함할 수 있다.
유리상(120)의 제2 구조에서는 α가 실리콘 또는 실리콘 원자(Si)와 공유 결합된 산소 또는 산소 원자(O)와 제1 결합을 이룰 수 있다. 상기 제1 결합은 α와 이와 제1 결합된 산소 또는 산소 원자(O) 간 전기 음성도 차이에 따라 공유 결합 또는 이온 결합으로 구분될 수 있다.
마찬가지로, 결정(110)의 제1 구조에서도 α가 실리콘 또는 실리콘 원자(Si)와 공유 결합된 산소 원자와 제1 결합을 이룰 수 있다. 다만, 결정(110)의 제1 구조에서는 몇몇 알루미늄 또는 알루미늄 원자(Al)가 실리콘 또는 실리콘 원자(Si)의 자리를 대체하여 네 개의 산소 또는 산소 원자(O)와 공유 결합될 수 있다.
알루미늄 또는 알루미늄 원자(Al)의 원자가 또는 산화 상태는 4가이므로, 네 개의 산소 또는 산소 원자(O)와 공유 결합된 알루미늄 또는 알루미늄 원자(Al)의 전자 밸런스를 맞추기 위해, 1가의 원자가 또는 산화 상태를 갖는 α+가 알루미늄 또는 알루미늄 원자(Al)와 제2 결합될 수 있다. 상기 제2 결합은 정전기적 인력일 수 있다. α+와 알루미늄 또는 알루미늄 원자(Al) 간 제2 결합은 상대적으로 약한 결합일 수 있다. 상기 제2 결합의 결합력은 상기 제1 결합의 결합력보다 작을 수 있다. α+와 알루미늄 또는 알루미늄 원자(Al) 간 제2 결합은 약하므로 쉽게 끊어질 수 있고, 상기 제2 결합 상태에서 끊어진 α+는 이온 교환 공정에서 베타와 이온 교환될 수 있다.
베타는 상술한 강화 공정에서 유리 제품(100)의 상대적으로 크기가 작은 이온 또는 원자(α)와 이온 교환되는 유리 제품(100)의 상대적으로 크기가 큰 이온 또는 원자일 수 있다. 즉, 베타는 나트륨 또는 나트륨 이온(Na+), 칼륨 또는 칼륨 이온(K+), 루비듐 또는 루비듐 이온(Rb+), 세슘 또는 세슘 이온(Cs+)일 수 있다. 베타는 α보다 크기가 큰 알칼리 금속일 수 있다.
즉, α+을 포함하는 유리를 질산 칼륨을 포함하는 용융염 욕조(bath)에 담지시키는 등의 방법으로 베타+에 노출시키면, 유리 내부의 α+이 외부로 배출되고 그 자리에 베타+이 대체될 수 있다. 교환된 베타+은 α+보다 이온 반지름이 크기 때문에 압축 응력을 생성한다. 교환된 베타의 +양이 많을수록 압축 응력이 커지게 된다. 이온 교환은 유리의 표면을 통해 이루어지므로, 유리 표면의 베타+의 양이 가장 많을 수 있다. 교환된 베타+의 일부는 유리 내부로 확산되면서 압축 영역의 깊이, 다시 말하면 압축 깊이를 증가시킬 수 있지만, 그 양은 표면으로부터 멀어질수록 대체로 감소할 수 있다. 따라서, 유리는 표면의 압축 스트레스가 가장 크고 내부로 갈수록 감소하는 응력 프로파일을 가질 수 있다. 그러나, 실시예들이 상기 예시한 바에 제한되는 것은 아니고, 이온 교환 공정의 온도, 시간, 횟수, 열처리 유무 등에 따라 응력 프로파일은 변형될 수 있다.
일 실시예에 따른 유리 제품(100)은 유리상(120)에 분산 배치된 강화 단계의 이온 교환을 물리적으로 방해할 수 있는 복수의 결정(110)들이 포함되어 있지만, 상기한 바와 같이 α+와 알루미늄 또는 알루미늄 원자(Al) 간 제2 결합은 약하므로 쉽게 끊어질 수 있고, 상기 제2 결합 상태에서 끊어진 α+는 이온 교환 공정에서 베타와 이온 교환될 수 있다. 이로 인해, 결정화 공정으로 형성된 유리상(120) 내의 결정(110)을 포함하는 일 실시예에 따른 유리 제품(100)은 결정화 공정을 거치지 않는 유리상(120)으로만 이루어진 유리 제품보다 동일 시간에서 압축 깊이(DOC1, DOC2)가 더 클 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 유리 제품을 통과하는 광의 경로를 나타낸 모식도이고, 도 9는 도 8의 A 영역을 확대한 단면도이다. 도 8, 및 도 9에서 도시된 광(L1)은 도 2에 도시된 디스플레이 패널(200)로부터 생성된 광일 수 있다. 광(L1)은 400nm 내지 700nm 범위의 가시광선 스펙트럼의 광을 포함할 수 있다.
도 8, 및 도 9를 참조하면, 상기한 바와 같이 본 실시예에 따른 유리 제품(100)은 디스플레이 장치(500)의 커버 윈도우(100)로서의 기능을 하는 바, 디스플레이 장치(500)의 그 외면에 위치하는 커버 윈도우(100)는 디스플레이 패널(200)으로부터 생성된 광(L1)을 잘 투과시키는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서 유리 제품(100)의 가시 광선 파장 범위의 광에 대한 광 투과도는 약 87%이상일 수 있다. 예를 들어, 유리 제품(100)의 1.1mm 두께에서 광 투과도는 90%이상일 수 있고, 5mm 두께에서 광 투과도는 97%이상일 수 있다.
유리 제품(100)의 광 투과도는 유리 제품(100) 내부 결정(110)의 크기, 및 결정(110)과 유리상(120) 간의 굴절률 차이와 관련된다. 유리 제품(100)의 광 투과도는 통상적으로 결정(110)의 크기에 반비례하고, 결정(110)과 유리상(120) 간의 굴절률 차이의 크기에 반비례할 수 있다.
유리상(120)의 굴절률은 결정(110)의 굴절률과 크게 차이나지 않을 수 있다. 유리상(120)의 굴절률과 결정(110)의 굴절률 간의 차이는 0.6이내 또는 0.4이내 또는 0.3 이내, 또는 0.2이내일 수 있다. 예를 들어, 유리상(120)의 굴절률은 약 1.5이고, 결정(110)의 굴절률은 약 1.5 초과 약 2.0 미만일 수 있다.
이와 같이 유리상(120)의 굴절률과 결정(110)의 굴절률 간 차이가 미소하면 광(L1)이 유리상(120)과 결정(110)의 계면을 광학적 계면으로 실질적으로 인식하지 못하여 광(L1)의 경로가 실질적으로 변하지 않게 될 수 있다. 여기에서, '실질적으로 인식하지 못함', 및 '실질적으로 변하지 않게됨'은 유리상(120)으로부터 유리상(120), 및 결정(110)의 계면으로 진입한 광의 입사각과 그 계면으로부터 결정(110)의 내부로 진입한 광의 굴절각의 차이가 거의 없어 실질적으로 광학적으로 직진으로 볼 수 있는 경우를 의미한다.
도 9에 도시된 바와 같이 광(L1)은 유리상(120)으로부터 결정(110)으로 진입하는 제1 광(La), 제1 광(La) 중 결정(110)의 내부로 진입하는 제2 광(Lb), 및 제1 광(La) 중 유리상(120)과 결정(110)의 계면에서 반사된 제3 광(LC)을 포함할 수 있다. 상기한 바와 같이 유리상(120)으로부터 유리상(120), 및 결정(110)의 계면으로 진입한 제1 광(La)의 입사각(
1)과 그 게면으로부터 결정(110)의 내부로 진입한 제2 광(Lb)의 굴절각(
2)의 차이가 거의 없을 수 있다. 나아가, 제1 광(La)이 유리상(120)과 결정(110)의 계면을 광학적으로 실질적으로 인식하지 못하기 때문에 그 계면에서 반사되는 제3 광(Lc)도 거의 없을 수 있다.
한편, 결정(110)의 크기는 상기한 파괴 인성(KIC)과 관련된다. 결정(110)의 크기가 클수록 외부 스트레스에 저항하는 저항값이 증가하며 이로 인해 파괴 인성(KIC)이 증가될 수 있다. 상기한 바와 같이 유리상(120)의 굴절률과 결정(110)의 굴절률 간 차이가 미소하기 때문에 광(L1)이 유리상(120)과 결정(110)의 계면을 광학적 계면으로 실질적으로 인식하지 못하여 결정(110)의 크기가 커지더라도 유리 제품(100)의 광(L1)에 대한 광 투과도가 낮아지지 않을 수 있다. 일 실시예에 따른 결정(110)은 약 20nm 내지 약 30nm일 수 있다.
제조예 1: 강화 유리의 제조(1)
리튬 알루미노 실리케이트 조성을 갖는 1.0mm 두께의 판상형의 유리 기재를 복수개 준비하고, 서로 다른 결정화도를 갖는 샘플군 #1, 샘플군 #2, 샘플군 #3로 나눈 후 각 샘플군 별로 화학적 강화 공정을 진행하였다. 샘플군 #1은 결정의 결정화도가 0이고, 샘플군 #2의 결정의 결정화도는 40% 내지 50%이고, 샘플군 #3의 결정의 결정화도는 80%이다. 각 샘플군들의 유리 조성물은 SiO2 함량은 66mol%, Al2O3 함량은 22mol%, LiO2 함량은 4.5mol%, MgO 함량은 1mol%, P2O3 함량은 1mol%, Na2O 함량은 0.5mol%, K2O 함량은 0.5mol%, TiO2 함량은 2mol%, ZrO2 함량은 2.5mol%이다. 각 샘플군들의 결정은 베타-석영 결정이고, 결정의 사이즈는 30nm이다.
구체적으로, 유리 기재들에 대해 질산 칼륨과 질산 나트륨이 80:20의 염비로 혼합된 용융염 욕조에 담지하여 460°C에서 2h 동안 이온 교환 공정을 수행하였다.
제조예 2: 강화 유리의 제조(2)
제조예 1과 각 샘플군들의 강화 온도 조건이 480°C인점을 제외하고 동일한 조건에서 이온 교환 공정을 수행하였다.
제조예 3: 강화 유리의 제조(3)
제조예 1과 각 샘플군들의 강화 온도 조건이 500°C인점을 제외하고 동일한 조건에서 이온 교환 공정을 수행하였다.
제조예 1 내지 제조예 3의 강화 공정이 완료된 유리들의 두께 방향의 위치별 응력, 및 압축 깊이를 FSM-6000 및 SCALP를 통해 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1, 및 표 2에 각각 기재하고, 도 10에 나타내었다.
| 샘플군(CS(Mpa)) | #1 | #2 | #3 |
| 460°C | 703 | 521 | -43 |
| 480°C | 684 | 609 | -44 |
| 500°C | 650 | 568 | -1.5 |
| 샘플군(DOC(um)) | #1 | #2 | #3 |
| 460°C | 6.7 | 8 | 48 |
| 480°C | 7.9 | 10.8 | 2.3 |
| 500°C | 11.3 | 14.5 | 93 |
도 10을 참조하면, 460°C, 480°C, 및 500°C에서 강화된 샘플군 #3은 유리의 표면에 크랙이 발생하였음을 알 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도에 따른 열 팽창 정도를 나타낸 그래프이다. 도 11에서 x축은 온도(Temp, °C)를 의미하고, y 축은 열 팽창 계수(CTE)를 의미한다.
도 11을 참조하면, 결정의 결정화도가 0%인 유리(제조예 1, 및 2에서 샘플군 #1)는 온도가 증가함에 따라 열 팽창 계수(CTE)가 증가함이 확인되었다. 결정의 결정화도가 40% 내지 50%인 유리(제조예 1, 및 2에서 샘플군 #2)는 온도가 증가함에 따라 열 팽창 계수(CTE)가 증가함이 확인되었다. 결정의 결정화도가 80%이상인 유리(제조예 1, 및 2에서 샘플군 #3)는 온도가 증가함에 따라 열 팽창 계수(CTE)가 소폭 감소되는 구간이 있음이 확인되었다. 결정의 결정화도가 80%이상인 유리(제조예 1, 및 2에서 샘플군 #3)의 온도가 증가함에 따라 열 팽창 계수(CTE)가 소폭 감소되는 온도 구간은 제조예 1, 및 제조예 2에서 이온 교환 공정 온도인 460°C 내지 500°C을 포함한다.
유리의 열 팽창 계수(CTE)는 이온 교환 정도와 관련있을 수 있다. 유리의 열 팽창 계수(CTE)는 열이 가하여졌을 때 늘어나거나 부피가 커지는 특성을 의미할 수 있다. 유리의 열 팽창 계수(CTE)가 음의 값을 가지면 열 팽창 계수(CTE)가 음의 값을 갖는 온도 구간에서 유리는 부피 수축을 하게 될 수 있다. 이에 따라 이온 교환 시, 유리의 1가의 상대적으로 크기가 작은 이온이 용융염의 1가의 상대적으로 크기가 큰 이온으로 대체되지 않거나, 유리의 1가의 상대적으로 크기가 작은 이온이 용융염의 1가의 상대적으로 크기가 큰 이온으로 대체될 때, 유리의 작아진 부피로 인해 큰 스트레스가 발생하게 되어, 도 10에 도시된 바와 같이 유리에 크랙이 발생할 수 있다.
제조예 4: 강화 유리의 제조(4)
리튬 알루미노 실리케이트 조성을 갖는 5.0mm 두께의 판상형의 유리 기재를 복수개 준비하고, 서로 다른 결정화도를 갖는 샘플군 #4, 샘플군 #5, 샘플군 #6으로 나눈 후 각 샘플군 별로 화학적 강화 공정을 진행하였다. 샘플군 #4은 결정의 결정화도가 0이고, 샘플군 #5의 결정의 결정화도는 40% 내지 50%이고, 샘플군 #6의 결정의 결정화도는 80%이다. 각 샘플군들의 유리 조성물은 SiO2 함량은 64mol%, Al2O3 함량은 22mol%, LiO2 함량은 3.5mol%, MgO 함량은 1mol%, ZnO 함량은 1.5mol%, Na2O 함량은 0.5mol%, K2O 함량은 0.5mol%, BaO 함량은 2.5mol%, CaO 함량은 0.5mol%, TiO2 함량은 2.5mol%, ZrO2 함량은 1.5mol%인 점을 제외하고, 제조예 1과 동일 조건에서 이온 교환 공정을 수행하였다.
제조예 5: 강화 유리의 제조(5)
제조예 4와 각 샘플군들의 강화 온도 조건이 480°C인점을 제외하고 동일한 조건에서 이온 교환 공정을 수행하였다.
제조예 6: 강화 유리의 제조(6)
제조예 4와 각 샘플군들의 강화 온도 조건이 500°C인점을 제외하고 동일한 조건에서 이온 교환 공정을 수행하였다.
제조예 4 내지 제조예 6에 의한 이온 교환 공정 후, 제조예 1 내지 제조예 3과 마찬가지로, 460°C, 480°C, 및 500°C에서 강화된 샘플군 #6은 유리의 표면에 크랙이 발생함이 확인되었다. 샘플군 #6에 표면 크랙 발생한 연유는 도 10, 및 도 11에서 상술한 바 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 12는 일 실시예에 따른 결정의 결정화도, 및 이온 교환 온도에 따른 압축 깊이 형성 속도를 나타낸 그래프이다.
도 12를 참조하면, 결정의 결정화도는 40% 내지 50%인 유리(glass ceramics)의 결정의 결정화도가 0인 유리(glass)보다 각 이온 교환 공정 시간에서 더 큰 압축 깊이(DOL)를 가짐을 알 수 있고, 결정의 결정화도는 40% 내지 50%인 유리(glass ceramics)는 더 높은 이온 교환 공정 온도에서 시간별로 더 큰 압축 깊이(DOL)를 가짐을 알 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 결정의 결정화도를 결정하는 XRD 분석 방법을 나타낸 그래프이다. 도 13은 XRD 분석 장치인 X-선 회절/리트벨트 분석 장치를 통해 결정의 결정화도를 결정하는 것을 나타낸다.
도 13에서, High는 결정의 결정화도가 80%인 제조예 1의 샘플군 #3을, Mid는 결정의 결정화도가 40% 내지 50%인 제조예 1의 샘플군 #2를, Low는 결정의 결정화도가 0%인 제조예 1의 샘플군 #1을 의미한다.
본 XRD 분석 장치, 및 이의 분석 방법에 대해서는 종래에 널리 알려진 바, 이하 설명은 생략하기로 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 101, 102, 103: 유리 제품
CSR1, CSR2: 압축 영역
CTR: 인장 영역
CS1, CS2: 최대 압축 응력
DOC1, DOC2: 압축 깊이
CSR1, CSR2: 압축 영역
CTR: 인장 영역
CS1, CS2: 최대 압축 응력
DOC1, DOC2: 압축 깊이
Claims (20)
- 실리콘 원자가 네 개의 제1 산소 원자와 공유 결합된 것을 포함하는 제1 구조를 포함하는 유리상; 및
상기 유리상 내에 분산된 복수의 결정들을 포함하되,
상기 결정은 베타-석영 결정을 포함하고,
상기 각 베타-석영 결정은 상기 제1 구조, 및 알루미늄이 네 개의 제2 산소와 공유 결합된 것을 포함하는 제2 구조를 포함하며,
상기 베타-석영 결정의 결정화도는 40% 내지 50%인 유리 제품. - 제1 항에 있어서,
상기 결정은 제1 알칼리 금속이 상기 네 개의 제2 산소와 공유 결합된 상기 알루미늄과 결합된 것을 더 포함하는 유리 제품. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 알칼리 금속, 및 상기 알루미늄의 결합은 정전기적 인력에 의한 결합을 포함하는 유리 제품. - 제2 항에 있어서,
상기 결정은 제2 알칼리 금속이 제3 산소와 공유 결합된 것을 더 포함하는 유리 제품. - 제4 항에 있어서,
상기 유리상은 제3 알칼리 금속이 제4 산소와 공유 결합된 것을 더 포함하는 유리 제품. - 제5 항에 있어서,
상기 유리 제품은 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향하는 제2 표면, 상기 제1 표면으로부터 제1 압축 깊이까지 연장하는 제1 압축 영역, 상기 제2 표면으로부터 제2 압축 깊이까지 연장하는 제2 압축 영역, 및 상기 제1 압축 깊이와 상기 제2 압축 깊이 사이에 배치되는 인장 영역을 포함하되,
상기 결정은 상기 각 압축 영역, 및 상기 인장 영역에 분산되어 배치된 유리 제품. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 알칼리 금속과 상기 알루미늄의 결합력은 상기 제2 알칼리 금속과 상기 제3 산소의 결합력보다 작은 유리 제품. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 알칼리 금속과 상기 알루미늄의 결합력은 상기 제3 알칼리 금속과 상기 제4 산소와의 결합력보다 작은 유리 제품 - 제2 항에 있어서,
상기 알칼리 금속은 리튬, 또는 나트륨을 포함하는 유리 제품. - 제2 항에 있어서,
상기 베타-석영 결정의 결정화도는 X-선 회절/리트벨트 분석으로부터 결정된 유리 제품. - 제1 항에 있어서,
TiO2, 또는 ZrO2를 포함하는 조핵제를 더 포함하고, 상기 조핵제를 통해 상기 베타-석영 결정이 형성되도록 구성되는 유리 제품. - 제1 항에 있어서,
400nm 내지 700nm 범위의 가시광선 스펙트럼에 대해 87%이상의 투과율을 갖는 유리 제품. - 제12 항에 있어서,
상기 유리상과 상기 결정의 굴절률 차이는 0.06이내인 유리 제품. - 제13 항에 있어서,
상기 결정의 사이즈는 20nm 내지 30nm인 유리 제품. - 제1 항에 있어서,
1.0 MPa·m1/2 이상의 파괴 인성(fracture toughness)을 갖는 유리 제품. - 복수의 화소를 포함하는 디스플레이 패널;
상기 디스플레이 패널 상부에 배치된 커버 윈도우; 및
상기 디스플레이 패널과 상기 커버 윈도우 사이에 배치된 광학 투명 결합층을 포함하고,
상기 커버 윈도우는,
실리콘 원자가 네 개의 산소 원자와 공유 결합된 제1 구조를 포함하는 유리상, 및
상기 유리상 내에 분산되고 상기 제1 구조, 및 알루미늄이 네 개의 상기 산소와 공유 결합된 제2 구조를 포함하는 결정을 포함하고,
상기 결정은 베타-석영 결정을 포함하고,
상기 결정의 결정화도는 40% 내지 50%인 디스플레이 장치. - 제16 항에 있어서,
상기 결정은 제1 알칼리 금속이 상기 네 개의 제2 산소와 공유 결합된 상기 알루미늄과 결합된 것을 더 포함하는 유리 제품. - 제17 항에 있어서,
상기 제1 알칼리 금속, 및 상기 알루미늄의 결합은 정전기적 인력에 의한 결합을 포함하는 유리 제품. - 제17 항에 있어서,
상기 결정은 제2 알칼리 금속이 제3 산소와 공유 결합된 것을 더 포함하는 유리 제품. - 제19 항에 있어서,
상기 유리상은 제3 알칼리 금속이 제4 산소와 공유 결합된 것을 더 포함하는 유리 제품.
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