KR20210083411A - 유리 기판 화학 강화로 장치 - Google Patents
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Abstract
유리 기판 화학 강화로 장치가 제공된다. 유리 기판 화학 강화로 장치는 반응 공간을 정의하는 바닥부와 바닥부의 에지로부터 연장된 측벽, 및 반응 공간에 열을 제공하는 복수의 히터를 포함하되, 바닥부는 중앙에 위치하는 경사부 및 경사부와 측벽 사이에 배치되고 상면이 경사부보다 함몰된 홈 형상의 수집부를 포함하고, 복수의 히터는 바닥부의 내부 또는 바닥부에 인접 배치된 바닥 히터를 포함한다.
Description
본 발명은 유리 기판 화학 강화로 장치에 관한 것이다.
유리 제품은 표시 장치를 포함하는 전자 기기나 건축 자재 등에 많이 사용된다. 예를 들어, 액정표시장치(LCD: liquid crystal display), OLED(organic light-emitting diode), 전기 영동 표시 장치(EPD; electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치의 기판이나 이를 보호하는 커버 윈도우 등에 유리 제품이 적용된다.
스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 전자 기기 표시 장치가 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable)의 형태로 발전되면서 그에 적용되는 유리 제품 또한 그에 상응하는 특성을 갖도록 요구된다.
기존의 폴더블(foldable) 표시 장치의 커버 윈도우에는 투명 폴리이미드필름(CPI, Colorless polyimide)이 사용되었으나, 보다 나은 스크래치에 대한 취약성 및 양방향 폴딩 가능성 등으로 인해 최근에는 초박형 강화유리(Ultra-thin glass)가 주목받고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미세 유리 입자의 비산을 최소화하는 유리 기판 화학 강화로 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 기판 화학 강화로 장치는 반응 공간을 정의하는 바닥부와 상기 바닥부의 에지로부터 연장된 측벽, 및 상기 반응 공간에 열을 제공하는 복수의 히터를 포함하되, 상기 바닥부는 중앙에 위치하는 경사부 및 상기 경사부와 상기 측벽 사이에 배치되고 상면이 상기 경사부보다 함몰된 홈 형상의 수집부를 포함하고, 상기 복수의 히터는 상기 바닥부의 내부 또는 상기 바닥부에 인접 배치된 바닥 히터를 포함한다.
상기 복수의 히터는 상기 측벽의 내부 또는 상기 측벽에 인접 배치된 측벽 히터를 더 포함할 수 있다.
상기 측벽 히터는 상기 수집부 측에는 인접 배치되지 않을 수 있다.
상기 바닥 히터는 상기 경사부의 내부 또는 상기 경사부의 상하부에 인접 배치될 수 있다.
상기 바닥 히터는 상기 수집부의 내부 또는 상기 수집부의 상하부 측에는 배치되지 않을 수 있다.
상기 반응 공간 내 물질을 외부로 배출 가능하도록 구성되는 드레인 및 상기 드레인을 제어하는 밸브를 포함하는 배출부를 더 포함할 수 있다.
상기 배출부는 상기 측벽을 관통하여 배치될 수 있다.
상기 드레인의 반응 공간 측 입구는 상기 수집부에 인접 배치될 수 있다.
상기 배출부는 상기 수집부를 관통하여 배치될 수 있다.
상기 경사부는 상면이 제1 방향 일측 및 타측으로 하향 경사진 제1 경사부, 및 상면이 제1 방향과 수직하는 제2 방향 일측 및 타측으로 하향 경사진 제2 경사부를 포함할 수 있다.
상기 제1 경사부의 상면과 상기 제2 경사부의 상면에 의해 정의되는 골짜기는 상기 수집부 측을 향하여 하향 경사질 수 있다.
상기 경사부의 경사각은 45° 이하일 수 있다.
상기 수집부의 상면, 상기 수집부의 상면으로부터 연장된 상기 경사부의 측면 및 상기 수집부의 상면으로부터 연장된 상기 측벽의 내측면은 홈 형상의 수집홈을 정의할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치는 반응 공간을 정의하는 바닥부와 상기 바닥부의 에지로부터 연장된 측벽, 상기 반응 공간에 열을 제공하는 복수의 히터, 및 상기 반응 공간에 초음파를 제공하는 복수의 초음파 발생기를 포함하되, 상기 복수의 히터는 상기 측벽의 내부 또는 상기 측벽에 인접 배치되되, 상기 바닥부의 내부 또는 상기 바닥부의 상하부 측에는 배치되지 않으며, 상기 초음파 발생기는 상기 바닥부의 내부 또는 상기 바닥부에 인접 배치된다.
상기 초음파 발생기는 상기 측벽의 하단부의 내부 또는 상기 측벽의 하단부에 인접되도록 더 배치될 수 있다.
상기 복수의 초음파 발생기는 일 방향으로 45cm 내지 55cm의 간격을 갖고 이격되어 배치될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치는 반응 공간을 정의하는 바닥부와 상기 바닥부의 에지로부터 연장된 측벽, 상기 반응 공간에 열을 제공하는 복수의 히터, 및 미세 입자를 흡착하도록 구성되는 다공성 세라믹 필터를 포함하되, 상기 복수의 히터는 상기 측벽의 내부 또는 상기 측벽에 인접 배치된 측벽 히터를 포함한다.
상기 다공성 세라믹 필터는 상기 반응 공간 내부에 배치될 수 있다.
상기 측벽을 관통하는 외부 배관 및 상기 외부 배관과 연결되는 순환 펌프를 더 포함하되, 상기 외부 배관의 일측 입구 및 타측 입구는 반응 공간과 연결되고, 상기 순환 펌프는 상기 외부 배관의 일측 입구로부터 상기 외부 배관의 타측 입구를 향해 펌프 작용을 하도록 구성되며, 상기 다공성 세라믹 필터는 상기 외부 배관의 내부에 배치될 수 있다.
상기 외부 배관의 일측 입구는 상기 외부 배관의 타측 입구보다 상측에 위치할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치에 의하면 유리 기판 화학 강화로 장치 내 비산하는 미세 유리 입자에 의한 스크래치 및 찍힘 불량 발생을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 유리 제품이 표시 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유리 제품의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유리 제품의 응력 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 4는 화학적 강화 단계의 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 단면 모식도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 바닥부의 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 유리 강화 방법의 단계별 순서도이다.
도 9은 유리 강화에 사용되는 카세트의 개략도이다.
도 10는 유리 강화에 사용되는 행거의 사시도이다.
도 11은 초박형 유리를 용융염에 침지하는 단계 및 꺼내는 단계를 나타낸 개략도이다.
도 12는 초박형 유리의 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유리 제품의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유리 제품의 응력 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 4는 화학적 강화 단계의 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 단면 모식도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 바닥부의 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 유리 강화 방법의 단계별 순서도이다.
도 9은 유리 강화에 사용되는 카세트의 개략도이다.
도 10는 유리 강화에 사용되는 행거의 사시도이다.
도 11은 초박형 유리를 용융염에 침지하는 단계 및 꺼내는 단계를 나타낸 개략도이다.
도 12는 초박형 유리의 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
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(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"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.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
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 일 실시예에 따른 유리 제품이 표시 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 유리는 태블릿 PC, 노트북 PC, 스마트 폰, 전자 서적, 텔레비전, PC 모니터 뿐만 아니라 표시 화면을 포함하는 냉장고, 세탁기 등 표시 장치를 포함하는 전자 기기에서 표시 장치를 보호하기 위한 커버 윈도우, 표시 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 유리 제품(10)은 강한 강도를 갖는 것이 요구된다. 예를 들어, 커버 윈도우용 유리 제품(10)의 경우 높은 투과율과 가벼운 무게의 요건을 충족시키기 위해 얇은 두께를 가지면서도, 외부 충격에 의해 쉽게 파손되지 않는 강도를 갖는 것이 바람직하다. 강도가 강화된 유리 제품(10)은 이온 교환 공정을 포함하는 화학적 강화의 방법으로 제조될 수 있다.
도 1에 유리 제품(10)이 표시 장치(40)의 커버 윈도우로 적용된 예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 표시 장치(40)는 표시 패널(20), 표시 패널(20) 상에 배치된 유리 제품(10), 표시 패널(20)과 유리 제품(10) 사이에 배치되어 표시 패널(20)과 유리 제품(10)을 결합하는 광학 투명 결합층(30)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(40)는 폴더블(foldable) 표시 장치(40)일 수 있다. 폴더블 표시 장치(40)에 사용되는 표시 패널(20)은 적어도 일부분이 폴딩될 수 있는 플렉서블 패널(flexible panel)일 수 있다.
표시 패널(20)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.
표시 패널(20)은 복수의 화소를 포함하며, 각 화소에서 방출하는 빛을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 표시 장치(40)는 터치 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터치 부재는 표시 패널(20)에 내재화되어 있을 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(20)의 표시 부재 상에 터치 부재가 직접 형성됨으로써 표시 패널(20) 자체가 터치 기능을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 터치 부재는 표시 패널(20)과 별도로 제조된 후, 광학 투명 결합층에 의해 표시 패널(20)의 상면 상에 부착될 수 있다.
표시 패널(20)의 상부에는 유리 제품(10)이 배치된다. 유리 제품(10)은 표시 패널(20)의 상부에서 표시 패널(20)을 보호한다. 폴더블 표시 장치(40)의 커버 윈도우로 사용되는 유리 제품(10)은 초박형 강화 유리일 수 있다. 초박형 강화 유리는 약 300μm 이하 또는 약 100μm 이하의 두께를 가질 수 있다.
표시 패널(20)과 유리 제품(10) 사이에는 광학 투명 결합층(30)이 배치된다. 광학 투명 결합층(30)은 유리 제품(10)을 표시 패널(20) 상에 고정시키는 역할을 한다. 광학 투명 결합층(30)은 광학 투명 접착제(Optical Clear Adhesive; OCA) 또는 광학 투명 수지(Optical Clear Resin; OCR) 등을 포함할 수 있다. 표시 장치(40)가 폴딩되면 유리 제품(10) 및 광학 투명 결합층(30)은 표시 패널(20)에 상응하는 형상으로 폴딩될 수 있다.
이하, 상술한 강화된 유리 제품(10)에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 유리 제품의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 유리 제품(10)은 복수의 표면(US, RS, SS)을 포함한다. 유리 제품의 표면은 제1 표면(US), 제2 표면(RS) 및 측면(SS)을 포함할 수 있다. 평판 플레이트 형상의 유리 제품(10)에서 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)은 넓은 면적을 가진 주된 표면(예컨대, 상면과 하면)이고, 측면(SS)은 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)을 연결하는 외측 표면이 된다.
제1 표면(US)과 제2 표면(RS)은 두께(t) 방향으로 서로 대향한다. 유리 제품(10)이 표시 장치의 윈도우와 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(10)의 두께(t)는 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 사이의 거리로 정의된다. 유리 제품(10)은 초박형 강화 유리 일 수 있다. 유리 제품(10)의 두께(t)는 10μm 내지 300μm의 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 유리 제품(10)의 두께(t)는 약 100μm이거나 그보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 제품(10)의 두께(t)는 약 70μm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(10)의 두께(t)는 약 50μm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서 두께 약 30μm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 유리 제품(10)은 균일한 두께(t)를 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않고 영역별로 서로 다른 두께를 가질 수도 있다.
강화된 유리 제품(10)은 압축 영역(CSR1, CSR2)과 인장 영역(CTR)을 포함한다. 압축 영역(CSR1, CSR2)은 압축 응력이 작용하는 영역이고, 인장 영역(CTR)은 인장 응력이 작용하는 영역이다. 압축 영역(CSR1, CSR2)은 유리 제품(10)의 표면(US, RS, SS)에 인접하여 배치되고 인장 영역(CTR)은 유리 제품(10)의 내부 영역(또는 중심 영역)에 배치된다. 압축 영역은 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 뿐만 아니라 측면(SS)에도 인접 배치될 수 있다. 각 표면(US, RS, SS)으로부터 깊이 방향으로 연장하는 압축 영역(CSR1, CSR2)의 깊이(압축 깊이)는 대체로 균일할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 인장 영역(CTR)은 압축 영역(CSR1, CSR2)에 의해 둘러싸일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 유리 제품의 응력 프로파일을 나타낸 그래프이다. 도 3의 그래프에서 x축은 유리 제품(10)의 두께(t) 방향을 나타낸다. 도 3에서 압축 응력이 양의 값으로, 인장 응력이 음의 값으로 표시되었다. 본 명세서에서 압축/인장 응력의 크기는 그 값의 부호와 상관없는 절대값의 크기를 의미한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 유리 제품(10)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(10)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(10)에 크랙이 발생하거나 유리 제품(10)이 파손되는 것을 완화시킨다. 제1 및 제2 압축 영역(CSR1, CSR2)의 최대 압축 응력(CS1, CS2)가 클수록 유리 제품(10)의 강도가 큰 것으로 이해될 수 있다. 외부 충격은 통상 유리 제품(10)의 표면(US, RS, SS)을 통해 전달되므로, 유리 제품(10)의 표면(US, RS, SS)에서 최대 압축 응력(CS1, CS2)를 갖는 것이 내구성 측면에서 유리하다.
제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)는 제1 및 제2 표면(US, RS)에 형성된 크랙이나 홈이 유리 제품(10) 내부의 인장 영역(CTR)으로 전파하는 것을 저지한다. 제1 및 제2 압축 깊이(DOC1, DOC2)가 클수록 크랙 등의 전파를 잘 저지할 수 있다.
도 3의 그래프는 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)을 두께 방향으로 가로지르는 영역의 응력 프로파일이다. 측면(SS)은 제1 표면(US) 및 제2 표면(RS)과 유사한 이온 교환이 일어날 수 있으므로 제1 압축 영역(CSR1)과 유사한 응력 프로파일이 나타날 수 있다.
유리 제품(10) 내에서 두께(t) 방향으로 일정한 폭을 갖는 일 영역에 누적된 응력 에너지는 응력 프로파일을 적분한 값으로 계산될 수 있다. 두께가 t인 유리 제품(10) 내의 응력 프로파일이 함수 f(x)로 표시될 때 아래의 관계식이 성립할 수 있다.
[식 1]
즉, 도 3에 도시된 응력 프로파일에서 제1 압축 영역(CSR1)에 대응하는 영역의 면적과 제2 압축 영역(CSR2)에 대응하는 영역의 면적의 합은 인장 영역(CTR)에 대응하는 영역의 면적의 합과 동일할 수 있다.
유리 제품(10) 전체에 걸쳐, 인장 영역(CTR)의 인장 응력은 압축 영역(CSR1, CSR2)의 압축 응력과 균형을 이룰 수 있다. 즉, 유리 제품(10) 내의 압축 응력의 총합(즉, 압축 에너지)과 인장 응력의 총합(즉, 인장 에너지)은 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 압축 영역(CSR1)의 압축 응력의 총합(즉, 제1 압축 에너지)과 제2 압축 영역(CSR2)의 압축 응력의 총합(즉, 제2 압축 에너지)의 합은 인장 영역(CTR)의 인장 응력의 총합(즉, 인장 에너지)과 동일할 수 있다.
유리 제품(10)은 내부의 인장 응력의 크기가 클수록 유리 제품(10)이 깨졌을 때 파편이 격렬히 방출되고 유리 제품(10) 내부로부터 파쇄가 일어날 우려가 있다. 유리 제품(10)이 두께(t)가 약 50μm이거나 그보다 작은 초박형일 경우 인장 영역(CTR)의 두께가 충분히 확보되지 못하여 인장 응력의 크기가 클 수 있다. 따라서, 초박형의 유리 제품(10)이 파손될 경우 파편이 격렬히 방출될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 초박형 유리 제품(10)을 강화 중 또는 강화 후 서냉 과정에서 파손될 경우, 파편으로서 미세 유리 입자가 발생할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 초박형의 유리 제품(10)의 최대 인장 응력(CT1)은 약 100 MPa 이상이거나, 약 150 MPa 이상이거나, 또는 약 200 MPa 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
유리 제품(10)의 최대 인장 응력(CT1)은 대체로 유리 제품(10)의 두께(t) 방향 중앙부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 유리 제품(10)의 최대 인장 응력(CT1)은 0.4t 내지 0.6t의 범위, 또는 0.45t 내지 0.55t의 범위의 깊이에 위치하거나, 약 0.5t의 깊이에 위치할 수 있다.
제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)는 제1 표면(US) 및 제2 표면(RS)에 형성된 크랙이나 홈이 유리 제품(10) 내부의 인장 영역(CTR)으로 전파하는 것을 저지한다. 제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)가 클수록 크랙 등의 전파를 잘 저지할 수 있다. 제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)에 해당하는 지점은 압축 영역(CSR1, CSR2)과 인장 영역(CTR)의 경계에 해당하며, 그 응력값은 0이 된다. 도 3에 도시된 바와 같은 응력 프로파일은 화학적 강화 단계의 이온 교환 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 4는 화학적 강화 단계의 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 4를 참조하면, 이온 교환 공정은 유리 제품(10) 내부의 이온을 다른 이온으로 교환하는 공정이다. 이온 교환 공정을 통해 유리 제품(10)의 표면(US, RS, SS)이나 그 근처의 이온은 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온에 의해 대체되거나 교환될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서는 나트륨(Na) 이온을 포함하는 유리를 칼륨(K) 이온에 노출시키는 이온 교환 공정을 예시한다. 구체적으로, 나트륨(Na) 이온을 포함하는 유리를 유리 기판 화학 강화로 장치에 수용된 질산 칼륨(KNO3) 용융염에 침지시키는 등의 방법으로 칼륨(K) 이온에 노출시키면, 유리 내부의 나트륨(Na) 이온이 외부로 배출되고 그 자리에 칼륨(K) 이온이 대체될 수 있다. 교환된 칼륨(K) 이온은 나트륨(Na) 이온보다 이온 반지름이 크기 때문에 압축 응력을 생성한다. 교환된 칼륨(K) 이온의 양이 많을수록 압축 응력이 커지게 된다. 이온 교환은 유리의 표면(US, RS)을 통해 이루어지므로, 유리 표면(US, RS)의 칼륨(K) 이온의 양이 가장 많을 수 있다. 교환된 칼륨(K) 이온의 일부는 유리 내부로 확산되면서 압축 영역의 깊이, 다시 말하면 압축 깊이(DOC1, DOC2)를 증가시킬 수 있지만, 그 양은 표면(US, RS)으로부터 멀어질수록 대체로 감소할 수 있다. 따라서, 유리는 표면(US, RS)의 압축 응력(CS1, CS2)이 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.
상술한 바와 같이 화학적 강화 단계의 이온 교환 공정은 유리를 유리 기판 화학 강화로 장치에 수용된 용융염에 침지시키는 등의 방법으로 이루어질 수 있다. 이하에서 이온 교환 공정에 사용되는 유리 기판 화학 강화로 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 사시도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 단면 모식도이다. 도 7은 일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 바닥부의 사시도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 유리 기판 화학 강화로 장치(100)는 유리를 화학 강화하는 장치로서, 예컨대 이온 교환 공정을 통해 초박형 유리를 화학적 강화하는 데 쓰인다. 이하에서는 화학 강화의 일 예로, 초박형 유리를 질산 칼륨(KNO3)을 포함하는 용융염에 침지시키는 것을 예시하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부에는 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나의 이온을 포함하는 염이 배치된다. 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부의 염은 히터(200)에 의해 가열되어 용융염이 될 수 있다. 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부의 용융염에 초박형 유리를 침지하면 이온 교환 공정이 이루어지면서 초박형 유리가 화학적으로 강화될 수 있다.
유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부에서 화학적 강화되는 초박형 유리는 상술한 바와 같이 100μm 이하와 같은 얇은 두께를 가지며, 두께가 얇은 특성상 높은 인장 응력을 가질 수 있다. 초박형 유리는 높은 인장 응력으로 인해 강화 중 또는 강화 후 서냉 과정에서 파손될 경우, 미세 유리 입자가 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내 비산할 수 있다. 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내 비산하는 미세 유리 입자는 다른 초박형 유리에 스크래치 및 찍힘 불량 등을 발생시킬 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해서는 후처리 방법으로 초박형 유리의 파손으로 발생한 미세 유리 입자를 제거하는 과정이 필요하다. 유리 기판 화학 강화로 장치(100)는 이와 같은 미세 유리 입자를 수거하는 구조를 도입함으로써 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내 비산하는 미세 유리 입자에 의한 스크래치 및 찍힘 불량 발생을 최소화할 수 있다.
유리 기판 화학 강화로 장치(100)는 바닥부(110), 바닥부(110)와 대향하며 제3 방향(DR3) 일측에 배치되는 상면부(120), 바닥부(110)의 에지로부터 제3 방향(DR3) 일측으로 연장되는 측벽(130), 측벽(130)의 제3 방향(DR3) 타측 양 사이드 영역에 배치되는 배출부(140) 및 바닥부(110)와 측벽(130) 측에 배치되는 히터(200)를 포함할 수 있다. 바닥부(110)와 측벽(130)은 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내 반응 공간을 정의할 수 있다.
바닥부(110)는 유리 기판 화학 강화로 장치(100)의 저면을 구성하며, 평면 형상은 제1 방향(DR1)을 향해 연장하는 단변과 제2 방향(DR2)을 향해 연장하는 장변을 포함하는 직사각형일 수 있다.
바닥부(110)는 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 기울어진 상면을 갖는 경사부(111, 112) 및 경사부(111, 112)로부터 측벽(130)을 향해 연장하는 수집부(113)를 포함할 수 있다.
경사부(111, 112)는 상면이 단변의 중점을 연결하는 선 영역으로부터 제1 방향(DR1)을 향해 θ°의 경사각을 갖고 기울어져 하강하는(즉, 하향 경사진) 제1 경사부(111) 및 장변의 중점을 연결하는 선 영역으로부터 제2 방향(DR2)을 향해 θ°의 경사각을 갖고 기울어져 하강하는(즉, 하향 경사진) 제2 경사부(112)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상면이 기울어진 각도(θ)는 약 45°이거나 그보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서 상면이 기울어진 각도(θ)는 약 30°이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서 상면이 기울어진 각도(θ)는 약 20°이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서 상면이 기울어진 각도(θ)는 약 10°이거나 그보다 작을 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 상면이 기울어진 각도(θ)는 균일할 수 있지만, 이에 제한되지 않고 영역별로 서로 다른 각도(θ)를 가질 수 있다.
제1 경사부(111)는 제1 방향(DR1) 일측으로 하향 경사진 영역(111a)과 제1 방향(DR1) 타측으로 하향 경사진 영역(111b)을 포함할 수 있다. 제2 경사부(112)는 제2 방향(DR2) 일측으로 하향 경사진 영역(112a)과 제2 방향(DR2) 타측으로 하향 경사진 영역(112b)을 포함할 수 있다.
제1 경사부(111)와 제2 경사부(112)가 접하는 영역에는 제1 경사부(111)의 상면과 제2 경사부(112)의 상면에 의해 정의되는 V자 형상의 골짜기가 형성될 수 있다. V자 형상의 골짜기는 제1 경사부(111)와 제2 경사부(112)의 교선을 따라 수집부(113) 측으로 하향 경사질 수 있다. V자 형상의 골짜기의 외측 단부에는 수집부(113)가 배치될 수 있다. 화학 강화 공정에서 발생하는 미세 유리 입자(12)는 비중에 의해 바닥부(110) 측으로 하강한 후, V자 형상의 골짜기를 따라 수집부(113) 측으로 유도될 수 있다.
바닥부(110)의 경사부(111, 112)와 측벽(130) 사이에는 수집부(113)가 배치될 수 있다. 수집부(113)의 상면과 경사부(111, 112)의 상면은 불연속적으로 배치되어 수집부(113)와 경사부(111, 112)는 일정한 단차를 가질 수 있다. 수집부(113)의 내부 또는 수집부(113)의 상하부 측에는 히터(200)가 배치되지 않을 수 있다.
수집홈(115)은 수집부(113)의 상면, 수집부(113)의 상면으로부터 제3 방향(DR3) 일측을 향해 연장된 경사부(111, 112)의 측면 및 수집부(113)의 상면으로부터 제3 방향(DR3) 일측을 향해 연장된 측벽(130)의 내측면에 의해 정의될 수 있다. 수집홈(115)에는 바닥부(110)의 경사를 따라 유도된 미세 유리 입자(12)가 수집될 수 있다. 수집홈(115)의 높이는 수집부(113)와 경사부(111, 112)의 단차와 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 수집홈(115)의 높이는 측벽(130) 높이의 약 0.2배이거나 그 이하일 수 있다. 다른 실시예에서, 수집홈(115)의 높이는 측벽(130) 높이의 약 0.15배이거나 그 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 수집홈(115)의 높이는 측벽(130) 높이의 약 0.1배이거나 그 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 수집홈(115)의 높이는 측벽(130) 높이의 약 0.05배이거나 그 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
경사부(111, 112) 측에는 열처리에 필요한 열을 발생시키는 히터(200)가 배치될 수 있다. 히터(200)는 경사부(111, 112)의 내부 또는 상하부에 인접 배치될 수 있고, 또는 경사부(111, 112)와 일체화될 수 있지만, 이에 제한되지 않고 다양한 형태로 경사부(111, 112)에 인접 배치될 수 있다. 히터(200)는 저항을 갖는 열선 또는 열전 소자와 같은 가열수단으로 제공될 수 있다.
상면부(120)는 유리 기판 화학 강화로 장치(100)의 바닥부(110)의 제3 방향(DR3) 일측에 배치되며, 개폐가 가능한 도어의 형태로 제공될 수 있다. 상면부(120)는 그 전체가 일체로 이루어져 미닫이식 또는 여닫이식으로 개폐될 수 있으나 이에 제한되지 않고, 분할된 복수의 개체가 미닫이식 또는 여닫이식으로 개폐될 수 있다. 상면부(120)는 외부로부터 유리 기판 화학 강화로 장치(100)의 내부를 밀폐할 수 있다. 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부에서 유리 기판의 화학 강화가 이루어지는 동안, 상면부(120)는 닫힌 상태이며 유리 기판 화학 강화로 장치(100)의 내부는 밀폐된 상태일 수 있다.
측벽(130)은 유리 기판 화학 강화로 장치(100)의 측벽을 구성하며, 바닥부(110)의 에지로부터 제3 방향(DR3) 일측으로 절곡된 형상일 수 있다.
측벽(130)과 바닥부(110)는 별도로 제조되어 결합될 수도 있지만, 하나의 플레이트를 통해 일체로 이루어질 수도 있다. 측벽(130) 측에는 열처리에 필요한 열을 발생시키는 히터(200)가 배치될 수 있다. 히터(200)는 측벽(130)의 내부에 배치될 수 있다. 뿐만 아니라, 히터(200)는 측벽(130)의 내측면 또는 외측면에 인접 배치되거나, 또는 측벽(130)과 일체화될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 형태로 측벽(130)에 인접 배치될 수 있다. 다만, 측벽(130)에 배치된 히터(200)는 수집부(113) 측에는 인접 배치되지 않을 수 있다. 히터(200)는 저항을 갖는 열선 또는 열전 소자와 같은 가열 수단으로 제공될 수 있다.
측벽(130)의 내측면의 하단의 양 사이드 영역은 수집홈(115)을 정의할 수 있다. 수집홈(115)과 인접하는 측벽(130) 또는 수집부(113) 중 적어도 한 곳에는 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부에 수용된 물질을 외부로 배출 가능하도록 구성된 배출부(140)가 배치될 수 있다. 배출부(140)는 측벽(130)을 관통하여 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 수집부(113)를 관통하여 설치될 수도 있다. 수집홈(115) 마다 이에 대응하여 배출부(140)가 설치될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 하나의 수집홈(115)에 대응하여 복수의 배출부(140)가 설치될 수도 있다.
배출부(140)는 반응 공간 내 물질을 외부로 배출 가능하도록 구성된 드레인(141) 및 드레인(141)을 제어하는 밸브(142)를 포함할 수 있다. 드레인(141)은 반응 공간과 외부를 이어주며, 물질이 이동하도록 구성된 통로이고, 밸브(142)는 드레인(141)을 통해 배출되는 물질의 배출을 제어하는 장치일 수 있다. 드레인(141)은 반응 공간 측 입구 및 외부 측을 가질 수 있다. 드레인(141)의 반응 공간 측 입구는 수집부(113)에 인접 배치될 수 있다.
배출부(140)의 작동과 관련하여, 밸브(142)가 개방되면 드레인(141)을 통해 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부 물질이 외부로 배출될 수 있고, 밸브(142)를 닫히면 배출이 멈출 수 있다.
히터(200)는 열처리에 필요한 열을 발생시킬 수 있다. 히터(200)는 복수개 배치될 수 있다. 유리 기판 화학 강화로 장치(100)의 적절한 온도 유지를 위하여 히터(200)는 상술한 바와 같이 히터(200)는 바닥부(110) 또는 측벽(130) 측에 배치될 수 있다. 이온 교환 공정시 유리 기판 화학 강화로 장치(100)의 내부에는 고체 상태의 염이 제공될 수 있는데, 히터(200)로부터 제공된 열은 고체 상태의 염을 용융시킬 수 있으며, 용융상태의 염의 온도를 유지시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 히터(200)로부터 제공된 열은 용융염을 대류시킴으로써 용융염의 온도를 유지할 수 있다. 히터(200)에서 멀어질수록 히터(200)로부터 발생한 열이 도달하는 양은 대체로 감소할 수 있다. 히터(200)와 가까운 영역의 용융염은 온도가 높고, 멀어질수록 온도가 낮아져 온도차가 발생할 수 있다. 이 경우, 상대적으로 높은 온도의 용융염은 상측으로 상승하고, 낮은 온도의 용융염은 하측으로 하강하는 대류 현상이 유도될 수 있다. 이와 같은 용융염의 대류를 통해 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내부의 전체적인 용융염의 온도가 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 용융염 내 미세 유리 입자(12)가 존재할 경우, 미세 유리 입자(12)가 함께 대류할 수 있다. 상술한 바와 같이, 미세 유리 입자(12)가 비산할 경우, 초박형 유리에 스크래치 또는 찍힘 불량 등의 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 미세 유리 입자(12)가 축적되는 곳 근처 영역에는 히터(200)가 설치되지 않는 것이 바람직할 수 있다.
구체적으로, 히터(200)는 미세 유리 입자(12)가 축적되는 수집홈(115) 주변에는 배치되지 수 있다. 즉, 수집홈(115)을 정의하는 측벽(130) 영역, 바닥부(110)의 수집부(113) 및 경사부(111, 112) 영역에는 히터(200)가 배치되지 않을 수 있다. 상술한 바와 같이, 초박형 유리의 이온 교환 공정에서 발생하는 미세 유리 입자(12)는 수집홈(115)으로 유도될 수 있고, 수집홈(115)에서 용융염의 대류가 활발할 경우 미세 유리 입자(12)가 비산할 수 있다. 만약, 수집홈(115)을 정의하는 측벽(130) 영역에 히터(200)가 설치되어 있으면, 히터(200)로부터 발생한 열에 의한 용융염의 대류로 수집홈(115)에 축적된 미세 유리 입자(12)가 비산할 수 있다. 비산하는 미세 유리 입자(12)는 초박형 유리의 표면에 스크래치를 발생시킬 수 있고, 찍힘 불량을 유발할 수 있다. 따라서, 미세 유리 입자(12)가 대류에 의해 순환하는 것을 방지하기 위해 수집홈(115) 근처에는 히터(200)가 배치되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 수집홈(115)을 정의하는 측벽(130)과 바닥부(110) 모두에 히터(200)가 배치되지 않을 수 있다.
각각의 히터(200)는 하나의 제어부(미도시)에 의해 온도가 함께 제어될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 다른 제어부(미도시)에 의해 온도가 각각 따로 제어될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 유리 강화 방법의 단계별 순서도이다. 도 9은 유리 강화에 사용되는 카세트의 개략도이다. 도 10는 유리 강화에 사용되는 행거의 사시도이다. 도 11은 초박형 유리를 용융염에 침지하는 단계 및 꺼내는 단계를 나타낸 개략도이다. 도 12는 초박형 유리의 이온 교환 공정을 나타낸 개략도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 유리 강화 방법은 유리 기판 화학 강화로 장치에 고체 상태의 염이 제공되는 단계(S11), 히터를 작동하여 고체 상태의 염을 용융시키는 단계(S12), 초박형 유리를 용융염에 침지하는 단계(S13) 및 미세 유리 입자를 외부로 배출하는 단계(S14)를 포함한다.
초박형 유리를 용융염에 침지하는 단계(S13)는 초박형 유리(10) 준비 과정과 초박형 유리(10)를 카세트(400) 및 행거(300)에 적재하여 용융염에 침지하였다가 꺼내는 과정을 포함할 수 있다.
초박형 유리 준비 과정은 유리 조성물 준비 및 유리 조성물 성형 과정을 포함할 수 있다.
유리 조성물은 본 기술분야에 알려진 다양한 조성을 포함할 수 있다. 유리 조성물은 이산화규소(SiO2)를 주요 성분으로 한다. 그 밖에 산화알루미늄(Al2O3), 산화리튬(LiO2) 및 산화나트륨(Na2O)과 같은 성분들을 함유할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 성분들을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유리 조성물은 알칼리 알루미노 실리케이트(Alkali Alumino Silicate)를 함유하는 유리 세라믹을 포함할 수 있다.
상기한 유리 조성물은 본 기술분야에 공지된 다양한 방법으로 유리 형상으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 플로트법(float process), 퓨전 인발법(fusion draw process), 슬롯 인발법(slot draw process) 등의 방법으로 성형될 수 있다.
초박형 유리(10)를 카세트(400) 및 행거(300)에 적재하여 용융염에 침지하였다가 꺼내는 과정은 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.
도 9에는 초박형 유리(10)가 적재된 카세트(400)가 도시되었다. 도 9를 참조하면, 카세트(400)는 초박형 유리(10)가 적재되는 수납 공간을 제공할 수 있다. 카세트(400)는 하부 지지대(410)와 격벽(420)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 초박형 유리(10)가 적재되는 수납 공간은 일 격벽(420)의 일측면, 일 격벽(420)과 일측 방향으로 이웃하는 다른 격벽(420)의 타측면 및 상술한 두 격벽(420)을 연결하는 하부 지지대(410)의 상면에 의해 정의될 수 있다. 도 9의 실시예에는 14개의 초박형 유리(10)를 수납할 수 있는 카세트(400)를 예시하였으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.
카세트(400)의 격벽(420)의 높이는 초박형 유리(10)의 장변의 길이보다 작을 수 있다. 다만, 격벽(420)의 높이는 서로 이웃하는 수납 공간에 적재된 초박형 유리(10) 간에 접촉이 일어나지 않을 정도의 높이를 가질 수 있다.
도 10에는 초박형 유리(10)가 적재된 카세트(400)가 적재된 행거(300)가 도시되었다. 도 10을 참조하면, 행거(300)는 카세트(400)가 적재되는 수납 공간을 제공할 수 있다. 도 10에는 수평 방향으로 3단 및 수직 방향으로 3단의 프레임을 포함하여 8개의 카세트(400)를 적재할 수 있도록 구성된 행거(300)를 예시하였으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 일 실시예에 따른 행거(300)는 수평 프레임(310), 수직 프레임(320) 및 철망(330)을 포함할 수 있다. 카세트(400)가 적재되는 공간은 수평 프레임(310) 및 수직 프레임(320)에 의해 형성되는 각각의 직육면체 구조의 내부 공간일 수 있다. 카세트(400)는 수평 프레임(310)에 의해 지지되어 행거에 적재될 수 있다.
행거(300)의 하부에는 철망(330)이 설치될 수 있다. 일 실시예에 따른 철망(330)은 철로 된 그물 형상의 망으로써, 최하단 수평 프레임(310)에 결합되어 설치될 수 있다. 철망(330)은 화학 강화 시 발생할 수 있는 유리 파편을 필터링할 수 있다. 다만, 초박형 유리(10)에서 발생하는 미세 유리 입자는 철망(330)을 통과하여 필터링하는 것이 어려울 수 있다.
도 11을 참조하면, 초박형 유리(10)를 카세트(400) 및 행거(300)에 적재하여 용융염에 침지하였다가 꺼내는 과정은 초박형 유리(10)가 적재된 카세트(400)를 행거(300)에 적재하고, 행거(300)를 용융염을 수용하는 유리 기판 화학 강화로 장치(100)에 침지 하였다가 일정 시간 후 빼는 방식으로 수행될 수 있다. 행거(300)는 행거(300)와 연결되며 상부에 위치하는 케이블부(500)에 의해 상하로 왕복 운동할 수 있다.
케이블부(500)는 중심 케이블(510), 중심 케이블(510)로부터 분리된 가지 케이블(520) 및 중심 케이블(510)과 가지 케이블(520)을 연결하는 번들 유닛(530)을 포함한다. 각각의 가지 케이블(520)은 행거(300)에 연결되며, 중심 케이블(510)은 승강 장치(미도시)에 의해 상하로 움직일 수 있다. 행거(300)를 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내에 수납된 용융염에 침지시키는 경우, 케이블부(500)는 하강할 수 있고, 행거(300)를 용융염으로부터 꺼내는 경우, 케이블부(500)는 상승할 수 있다. 초박형 유리(10)가 적재된 카세트(400)를 적재한 행거(300)가 용융염 내에 침지하는 동안에는 이온 교환 공정을 통한 화학적 강화가 진행될 수 있다.
도 12를 참조하면, 화학적 강화는 이온 교환 공정을 통해 진행될 수 있다. 이온 교환 공정은 초박형 유리(10) 내부의 이온을 다른 이온으로 교환하는 공정이다. 이온 교환 공정은 2회 이상 진행될 수 있다. 예를 들어, 이온 교환 공정은 1차 이온 교환 공정과 2차 이온 교환 공정을 포함할 수 있다. 각 이온 교환 공정은 복수의 유리(10)에 대해 동시에 진행될 수 있다. 즉, 하나의 유리 기판 화학 강화로 장치(100)에 수용된 용융염에 복수의 유리(10)를 침지하여 복수의 유리(10)에서 이온 교환이 동시에 이루어지도록 할 수 있다.
이온 교환 공정을 통해 유리(10)의 표면이나 그 근처의 이온이 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온에 의해 대체되거나 교환될 수 있다. 예를 들어, 유리(10)가 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 이온 등의 일가 알칼리 금속을 포함하는 경우, 표면의 일가 양이온은 그보다 이온 반지름이 큰 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 이온으로 교환될 수 있다.
화학적 강화하는 단계는 침지 방법에 의한 단일염 또는 혼합염 습식 화학적 강화일 수 있다. 구체적으로, 화학적 강화하는 단계는 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내에 수용되어 있고, 알칼리 금속 이온염을 포함하는 용융염 내에 유리(10)를 침지함으로써 수행될 수 있으며, 상기 알칼리 금속은 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 즉, 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 이온들의 용융염에 의해 화학적 강화 단계가 수행될 수 있다. 상기 습식 화학적 강화는 양산 측면에 유리하고, 보다 균일한 강화 특성을 구현할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 화학적 강화하는 단계는 질산 칼륨(KNO3) 또는 질산 나트륨(NaNO3)과 같은 용융염을 사용하며, 약 300℃ 내지 500℃의 용융염 온도에서 1시간 내지 30시간의 범위에서 처리될 수 있다. 화학적 강화 단계는 유리(10)의 표면층의 알칼리 이온을 큰 이온 반경의 이온과 교환하는 것을 가능하게 할 수 있다.
이온 교환 공정을 통해 초박형 유리(10)의 표면(US, RS)이나 그 근처의 이온은 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온에 의해 대체되거나 교환될 수 있다. 예를 들어, 유리가 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 이온 등의 일가 알칼리 금속 이온을 포함하는 경우, 표면의 일가 양이온은 그보다 이온 반지름이 큰 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 이온으로 교환될 수 있다.
나트륨(Na) 이온을 포함하는 유리를 질산 칼륨(KNO3)을 포함하는 용융염에 침지시키는 등의 방법으로 칼륨(K) 이온에 노출시키면, 유리 내부의 나트륨(Na) 이온이 외부로 배출되고 그 자리에 칼륨(K) 이온이 대체될 수 있다. 교환된 칼륨(K) 이온은 나트륨(Na) 이온보다 이온 반지름이 크기 때문에 압축 응력을 생성한다. 교환된 칼륨(K) 이온의 양이 많을수록 압축 응력이 커지게 된다. 이온 교환은 유리의 표면을 통해 이루어지므로, 유리 표면의 칼륨(K) 이온의 양이 가장 많을 수 있다. 교환된 칼륨(K) 이온의 일부는 유리 내부로 확산되면서 압축 영역의 깊이, 다시 말하면 압축 깊이(DOC1, DOC2)를 증가시킬 수 있지만, 그 양은 표면으로부터 멀어질수록 대체로 감소할 수 있다. 따라서, 유리는 표면의 압축 응력(CS1, CS2)이 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.
초박형 유리를 용융염에 침지하는 단계(S13) 이후에는 미세 유리 입자를 배출하는 단계(S14)가 수행될 수 있다. 상술한 바와 같이, 초박형 유리(10)를 이온 교환 공정을 통한 화학적 강화를 하면 일부 초박형 유리(10)가 파손되어 용융염에 미세 유리 입자(12)가 비산될 수 있다. 미세 유리 입자(12)는 다른 초박형 유리(10)에 스크래치 또는 찍힘 불량을 야기할 수 있으므로 제거되는 것이 바람직하다.
용융염 내 미세 유리 입자(12)는 융융염과의 비중차로 인해 바닥부(110) 측으로 하강할 수 있다. 바닥부(110) 측으로 하강한 미세 유리 입자(12) 중 일부는 경사면을 따라 수집홈(115) 측으로 이동할 수 있으나, 다른 일부는 용융염의 대류에 따라 다시 상승할 수 있다. 이와 같은 현상이 반복될 경우, 미세 유리 입자(12)는 수집홈(115)으로 유도되어 수집될 수 있다. 상술한 바와 같이, 수집홈(115) 근처에는 히터(200)가 배치되지 않아 대류가 일어나지 않을 수 있다. 따라서, 수집홈(115)에 수집된 미세 유리 입자(12)는 용융염의 대류에 의해 상승하지 않을 수 있고, 수집홈(115)에 침적될 수 있다.
수집홈(115)에 침적된 미세 유리 입자(12)는 배출부(140)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출부(140)는 드레인(141)과 드레인(141)의 동작을 제어하는 밸브(142)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 수집홈(115)에 침적된 미세 유리 입자(12)는 밸브(142)가 개방되어 드레인(141)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 미세 유리 입자(12) 배출 시, 용융염도 함께 배출될 수 있다.
이온 교환 공정은 동일한 용융염으로 여러 번 반복 수행될 수 있다. 미세 유리 입자(12)의 배출은 반복되는 이온 교환 공정 사이마다 이루어지거나, 이온 교환 공정 중간에 주기적으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 미세 유리 입자(12) 침적량에 따라 비주기적으로 이루어질 수도 있다.
일 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100)는 초박형 강화 유리(10)의 화학 강화 단계의 이온 교환 공정에서 다른 초박형 유리(10)에 스크래치 또는 찍힘 불량을 야기할 수 있는 미세 유리 입자(12)의 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 유리 기판 화학 강화로 장치(100) 내 비산하는 미세 유리 입자(12)에 의한 스크래치 및 찍힘 불량 발생을 최소화할 수 있다.
도 13은 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_1)는 바닥부(110_1)가 경사를 포함하지 않는 점, 복수의 히터(200_1)는 측벽(130_1)의 내부 또는 측벽(130_1)에 인접 배치되되 바닥부(110_1)의 내부 또는 바닥부(110_1)의 상하부 측에는 존재하지 않는 점, 수집홈(115)과 배출부(140)가 존재하지 않는 점 및 바닥부(110_1)와 측벽(130_1)의 하단에 반응 공간에 초음파를 제공하는 복수의 초음파 발생기(210_1)가 구비된다는 점에서 도 6의 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100)와 차이가 있다.
미세 유리 입자(12_1)는 용융염과의 비중 차이로 인하여 바닥부(110_1)의 상면에 침적될 수 있다. 초음파 발생기(210_1)는 바닥부(110_1)의 내부, 바닥부(110_1)의 인접 영역 또는 측벽(130_1)의 하단부에 위치할 수 있다. 초음파 발생기(210_1)는 제2 방향(DR2)으로 45cm 내지 55cm의 간격을 갖고 이격되어 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 초음파는 용융염의 대류에는 영향을 미치지 않으면서 용융염의 온도 균질도를 확보할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_1)는 바닥부(110_1) 및 측벽(130_1)의 하단에 위치하는 초음파 발생기(210_1)를 이용해 초음파를 발생시켜 바닥부(110_1)의 상면에 침적된 미세 유리 입자(12_1)의 거동을 최소화하면서도 용융염의 온도 균질도를 확보할 수 있다.
용융염은 복수회 사용한 후 교환될 수 있다. 미세 유리 입자(12_1)는 용융염 교환 시 함께 제거될 수 있다.
본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_1)는 초박형 강화 유리(10_1)의 화학 강화 단계의 이온 교환 공정에서 다른 초박형 유리(10_1)에 스크래치 또는 찍힘 불량을 야기할 수 있는 미세 유리 입자(12_1)의 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 유리 기판 화학 강화로 장치(100_1) 내 비산하는 미세 유리 입자(12_1)에 의한 스크래치 및 찍힘 불량 발생을 최소화할 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_2)는 수집홈(115)과 배출부(140)가 존재하지 않는 점 및 유리 기판 화학 강화로 장치(100_2)의 반응 공간 내부에 다공성 세라믹 필터(220_2)를 구비한다는 점에서 도 6의 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100)와 차이가 있다.
다공성 세라믹 필터(220_2)는 미세한 구멍을 포함하여 미세 유리 입자(12_2)를 흡착하여 제거할 수 있다. 다공성 세라믹 필터(220_2)는 유리 기판 화학 강화로 장치(100_2)를 이용한 화학 강화가 수행되는 고온에서도 필터링 기능을 수행할 수 있다. 다공성 세라믹 필터(220_2)는 유리 분말, 탄소(C) 및 수분을 섞은 후 약 700℃ 내지 800℃의 온도로 열처리하여 만들 수 있다.
다공성 세라믹 필터(220_2)는 유리 기판 화학 강화로 장치(100_2) 내에서 측벽(130_2)의 내측면에 위치하는 받침대(131_2)에 의해 받쳐져 바닥부(110_2)의 상면으로부터 이격된 곳에 위치할 수 있다. 따라서, 용융염의 대류에 의해 비산하는 미세 유리 입자(12_2)가 다공성 세라믹 필터(220_2)에 효과적으로 흡착되어 제거될 수 있다. 다공성 세라믹 필터(220_2)에 다량의 미세 유리 입자(12_2)가 흡착되어 필터링 기능을 수행하지 못할 경우 새로운 다공성 세라믹 필터(220_2)로 교체할 수 있다.
본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_2)는 초박형 강화 유리(10_2)의 화학 강화 단계의 이온 교환 공정에서 다른 초박형 유리(10_2)에 스크래치 또는 찍힘 불량을 야기할 수 있는 미세 유리 입자(12_2)의 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 유리 기판 화학 강화로 장치(100_2) 내 비산하는 미세 유리 입자(12_2)에 의한 스크래치 및 찍힘 불량 발생을 최소화할 수 있다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_3)는 수집홈(115)과 배출부(140)가 존재하지 않는 점 및 유리 기판 화학 강화로 장치(100_3) 내부와 연결되며, 다공성 세라믹 필터(220_3) 및 순환 펌프(240_3)를 포함하는 외부 배관(230_3)을 구비한다는 점에서 도 6의 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100)와 차이가 있다.
외부 배관(230_3)은 순환 펌프(240_3)와 연결될 수 있다. 순환 펌프(240_3)는 유리 기판 화학 강화로 장치(100_3) 내부의 용융염을 외부 배관(230_3)의 일측 입구로부터 흡인하여 타측 입구로 배출하도록 할 수 있다. 즉, 순환 펌프(240_3)는 외부 배관(230_3)의 일측 입구로부터 타측 입구롤 향해 펌프 작용 역할을 할 수 있다. 이 때, 외부 배관(230_3)의 일측 입구는 타측 입구보다 상측에 위치할 수 있다.
다공성 세라믹 필터(220_3)는 외부 배관(230_3)의 연결 배관(230a_3) 내부에 위치할 수 있다. 다공성 세라믹 필터(220_3)를 포함하는 연결 배관(230a_3)은 배관 커플러(230b_3)에 의해 외부 배관(230_3)에 연결될 수 있다. 다공성 세라믹 필터(220_3)에 미세 유리 입자(12_3)가 다량 흡착되어 필터링 기능을 수행하지 못할 경우, 배관 커플러(230b_3)를 풀어 연결 배관(230a_3) 내의 다공성 세라믹 필터(220_3)를 교체할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 용융염은 다공성 세라믹 필터(220_3)를 거치고 순환 펌프(240_3)를 거칠 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 다공성 세라믹 필터(220_3)에 관한 기타 다른 설명은 도 14를 참조하여 설명한 실시예에서 상술한 바와 같다.
본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_3)는 초박형 강화 유리(10_3)의 화학 강화 단계의 이온 교환 공정에서 다른 초박형 유리(10_3)에 스크래치 또는 찍힘 불량을 야기할 수 있는 미세 유리 입자(12_3)의 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 유리 기판 화학 강화로 장치(100_3) 내 비산하는 미세 유리 입자(12_3)에 의한 스크래치 및 찍힘 불량 발생을 최소화할 수 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치의 개략도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_4)는 바닥부(110_4)가 중앙을 향하여 하향 경사진 경사부(111_4)를 포함하고, 중앙에 배치되며 상면이 경사부(111_4)보다 함몰된 홈 형상의 수집부(113_4)를 포함한다는 점, 경사부(111_4)의 내측면 및 수집부(113_4)의 상면에 의해 정의되는 수집홈(115_4)이 바닥부(110_4)의 중앙에 위치한다는 점에서 도 6의 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100)와 차이가 있다.
미세 유리 입자(12_4)는 용융염과의 밀도 차이로 인하여 바닥부(110_4)의 상면에 침적될 수 있다. 미세 유리 입자(12_4)는 경사면을 따라 수집홈(115_4)으로 이동할 수 있다. 수집홈(115_4)에 침적된 미세 유리 입자(12_4)는 수집홈(115_4)과 연결된 배출부(140_4)에 의해 외부로 배출될 수 있다. 미세 유리 입자(12_4)는 외부로 배출될 때 용융염과 함께 배출될 수 있다. 미세 유리 입자(12_4)의 배출은 이온 교환 공정이 끝난 후, 다음 이온 교환 공정이 시작되기 전에 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 유리 기판 화학 강화로 장치(100_4)는 초박형 강화 유리(10_4)의 화학 강화 단계의 이온 교환 공정에서 다른 초박형 유리(10_4)에 스크래치 또는 찍힘 불량을 야기할 수 있는 미세 유리 입자(12_4)의 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 유리 기판 화학 강화로 장치(100_4) 내 비산하는 미세 유리 입자(12_4)에 의한 스크래치 및 찍힘 불량 발생을 최소화할 수 있다.
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.
10: 초박형 유리
100: 유리 기판 화학 강화로 장치
200: 히터
300: 행거
400: 카세트
100: 유리 기판 화학 강화로 장치
200: 히터
300: 행거
400: 카세트
Claims (20)
- 반응 공간을 정의하는 바닥부와 상기 바닥부의 에지로부터 연장된 측벽; 및
상기 반응 공간에 열을 제공하는 복수의 히터를 포함하되,
상기 바닥부는 중앙에 위치하는 경사부 및 상기 경사부와 상기 측벽 사이에 배치되고 상면이 상기 경사부보다 함몰된 홈 형상의 수집부를 포함하고,
상기 복수의 히터는 상기 바닥부의 내부 또는 상기 바닥부에 인접 배치된 바닥 히터를 포함하는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 히터는 상기 측벽의 내부 또는 상기 측벽에 인접 배치된 측벽 히터를 더 포함하는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 측벽 히터는 상기 수집부 측에는 인접 배치되지 않는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 바닥 히터는 상기 경사부의 내부 또는 상기 경사부의 상하부에 인접 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제4 항에 있어서,
상기 바닥 히터는 상기 수집부의 내부 또는 상기 수집부의 상하부 측에는 배치되지 않는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 반응 공간 내 물질을 외부로 배출 가능하도록 구성되는 드레인 및 상기 드레인을 제어하는 밸브를 포함하는 배출부를 더 포함하는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 배출부는 상기 측벽을 관통하여 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 드레인의 반응 공간 측 입구는 상기 수집부에 인접 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 배출부는 상기 수집부를 관통하여 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 경사부는
상면이 제1 방향 일측 및 타측으로 하향 경사진 제1 경사부; 및
상면이 제1 방향과 수직하는 제2 방향 일측 및 타측으로 하향 경사진 제2 경사부를 포함하는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 경사부의 상면과 상기 제2 경사부의 상면에 의해 정의되는 골짜기는 상기 수집부 측을 향하여 하향 경사진 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 경사부의 경사각은 45° 이하인 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 수집부의 상면, 상기 수집부의 상면으로부터 연장된 상기 경사부의 측면 및 상기 수집부의 상면으로부터 연장된 상기 측벽의 내측면은 홈 형상의 수집홈을 정의하는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 반응 공간을 정의하는 바닥부와 상기 바닥부의 에지로부터 연장된 측벽;
상기 반응 공간에 열을 제공하는 복수의 히터; 및
상기 반응 공간에 초음파를 제공하는 복수의 초음파 발생기를 포함하되,
상기 복수의 히터는 상기 측벽의 내부 또는 상기 측벽에 인접 배치되되, 상기 바닥부의 내부 또는 상기 바닥부의 상하부 측에는 배치되지 않으며,
상기 초음파 발생기는 상기 바닥부의 내부 또는 상기 바닥부에 인접 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제14 항에 있어서,
상기 초음파 발생기는 상기 측벽의 하단부의 내부 또는 상기 측벽의 하단부에 인접되도록 더 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제14 항에 있어서,
상기 복수의 초음파 발생기는 일 방향으로 45cm 내지 55cm의 간격을 갖고 이격되어 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 반응 공간을 정의하는 바닥부와 상기 바닥부의 에지로부터 연장된 측벽;
상기 반응 공간에 열을 제공하는 복수의 히터; 및
미세 입자를 흡착하도록 구성되는 다공성 세라믹 필터를 포함하되,
상기 복수의 히터는 상기 측벽의 내부 또는 상기 측벽에 인접 배치된 측벽 히터를 포함하는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제17 항에 있어서,
상기 다공성 세라믹 필터는 상기 반응 공간 내부에 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제17 항에 있어서,
상기 측벽을 관통하는 외부 배관 및 상기 외부 배관과 연결되는 순환 펌프를 더 포함하되,
상기 외부 배관의 일측 입구 및 타측 입구는 반응 공간과 연결되고,
상기 순환 펌프는 상기 외부 배관의 일측 입구로부터 상기 외부 배관의 타측 입구를 향해 펌프 작용을 하도록 구성되며,
상기 다공성 세라믹 필터는 상기 외부 배관의 내부에 배치되는 유리 기판 화학 강화로 장치. - 제19 항에 있어서,
상기 외부 배관의 일측 입구는 상기 외부 배관의 타측 입구보다 상측에 위치하는 유리 기판 화학 강화로 장치.
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