KR20220023239A - 초박형 글라스 가공 방법 및 이에 의해 가공된 초박형 글라스 - Google Patents

초박형 글라스 가공 방법 및 이에 의해 가공된 초박형 글라스 Download PDF

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KR20220023239A
KR20220023239A KR1020200104866A KR20200104866A KR20220023239A KR 20220023239 A KR20220023239 A KR 20220023239A KR 1020200104866 A KR1020200104866 A KR 1020200104866A KR 20200104866 A KR20200104866 A KR 20200104866A KR 20220023239 A KR20220023239 A KR 20220023239A
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thin glass
polishing
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thin
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이진우
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은, 글라스를 초박형으로 슬리밍하는 공정 (S1); 상기 슬리밍 공정에 의해 형성된 초박형 글라스를 가공하는 공정 (S2); 상기 가공된 초박형 글라스를 화학적 강화하는 공정 (S3); 및 상기 화학적 강화된 초박형 글라스를 화학적 연마하는 공정 (S4)를 포함하는 초박형 글라스의 가공 방법으로, 상기 화학적 연마하는 공정 (S4)는, 진동 발생부에서 발생한 진동에 의해 연마액을 진동시켜 연마하는 것인, 초박형 글라스 가공 방법 및 이에 의해 가공된 초박형 글라스에 관한 것이다.

Description

초박형 글라스 가공 방법 및 이에 의해 가공된 초박형 글라스{Method for processing ultra-thin glass and ultra-thin glass processed thereby}
본 발명은, 초박형 글라스 가공 방법 및 이에 의해 가공된 초박형 글라스에 관한 것이다.
최근 디스플레이 기술의 발달로, 폴더블(foldable) 디스플레이, 롤러블(rollable) 디스플레이, 스트레처블(stretchable) 디스플레이 등이 개발되고 있으며, 이러한 다양한 형태의 디스플레이를 보호하기 위하여, 플렉서블(flexible) 특성이 개선된 초박형 글라스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 초박형 글라스는, 플렉서블(flexible) 특성을 가짐으로써 다양한 형태의 디스플레이에 사용되기 위하여, 우수한 굴곡강도가 요구되며, 디스플레이 품질 개선을 위하여, 표면조도의 향상 등이 요구된다.
이러한 요구에 따라, 초박형 글라스의 굴곡강도와 표면조도를 향상시키기 위한 방법으로, 초박형 글라스를 열처리하는 공정; 열처리된 초박형 글라스 내부의 소듐 양이온(Na+) 등의 알칼리성 이온을 상대적으로 이온반경이 큰 포타슘 양이온(K+) 등으로 치환하는 화학적 강화하는 공정; 및 상기 화학적으로 강화된 초박형 글라스의 표면을 화학적 연마하는 공정이 널리 사용되고 있다.
상기 공정 중, 표면조도와 굴곡강도 향상에 가장 효과적인 공정인 화학적 연마 공정은, 연마액에 의해 초박형 글라스의 표면을 연마하는 공정으로, 스프레이(Spray) 방식, 디핑(Dipping)방식 등에 의해 수행될 수 있으며, 연마액에 초박형 글라스를 침지시켜 표면을 연마하는 디핑(dipping) 방식은, 조도와 굴곡강도를 더욱 향상시키기 위해 연마액에 침지 후 회전하여 수행되는 것일 수 있으며, 사이드 스프레이(Side Spray) 방식이나 탑 스프레이(Top Spray) 방식과 병행하여 수행될 수 있다.
등록특허 제 10-1684344호는 초박형 글라스를 식각액에 침지시킨 후, 초박형 글라스가 고정된 회전지그를 일정한 속도로 회전시켜 일정한 에칭 레이트(Etching Rate)로 전면을 식각하는 초박형 글라스 식각 방식을 개시하고 있다.
그러나, 등록특허 제 10-1684344호의 식각 방식에 의하면, 지그의 회전 방향과 회전 반대방향의 에칭 레이트가 다르기 때문에 에칭량 차이에 따른 컬(Curl)이 생기기 쉽고, 샘플을 지그에 로딩(loading)하는 위치에 따라 회전축과 회전축 최외각 간의 에칭 레이트가 상이하여 균일하게 식각이 이루어지지 않으며, 일부 표면에 슬러지가 발생하고, 표면조도의 측면과, 폴더블 디스플레이 등의 윈도우 글라스로 사용되기 위한 굴곡강도의 측면에서 여전히 개선의 필요성이 있어, 초박형 글라스 표면의 슬러지 발생을 방지하고, 표면조도 및 굴곡강도가 더욱 향상된 초박형 글라스의 제조를 위한 화학적 연마 방식이 요구된다.
등록특허 제 10-1684344호
본 발명은, 초박형 글라스의 굴곡강도를 더욱 향상시키기 위한 초박형 글라스 가공 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 초박형 글라스의 표면조도를 더욱 향상시키기 위한 초박형 글라스 가공 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 초박형 글라스의 표면 슬러지 발생을 더욱 효과적으로 억제하기 위한 초박형 글라스 가공 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명은, 글라스를 초박형으로 슬리밍하는 공정 (S1); 상기 슬리밍 공정에 의해 형성된 초박형 글라스를 가공하는 공정 (S2); 상기 가공된 초박형 글라스를 화학적 강화하는 공정 (S3); 및 상기 화학적 강화된 초박형 글라스를 화학적 연마하는 공정 (S4)를 포함하는 초박형 글라스의 가공 방법으로, 상기 화학적 연마하는 공정 (S4)는, 진동 발생부에서 발생한 진동에 의해 연마액을 진동시켜 연마하는 것인, 초박형 글라스 가공 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 그 제1 관점에 있어서, 상기 진동 발생부는, 초음파를 발진하여 상기 연마액을 진동시키는 진동 발생부인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제2 관점에 있어서, 상기 진동 발생부에서 발생한 진동의 주파수는 10 내지 100kHz인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제3 관점에 있어서, 상기 진동 발생부에서 발생한 진동이 진동전달 매개체를 통해 전달되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제4 관점에 있어서, 상기 진동전달 매개체는 유체인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제5 관점에 있어서, 상기 화학적 연마는, 연마속도가 0.1 내지 5㎛/min으로 수행되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제6 관점에 있어서, 상기 화학적 연마는, 연마 두께가 0.1 내지 5㎛인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제7 관점에 있어서, 상기 연마액은, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 상기 초박형 글라스 가공 방법에 의해 가공된, 초박형 글라스에 관한 것이다.
본 발명은, 그 제8 관점에 있어서, 상기 초박형 글라스의 두께가 10 내지 100㎛인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 초박형 글라스 가공 방법에 의하면, 종래 초박형 글라스의 가공 방법 대비 초박형 글라스의 굴곡강도가 더욱 향상되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초박형 글라스 가공 방법에 의하면, 종래 초박형 글라스의 가공 방법 대비 초박형 글라스의 표면조도가 더욱 향상되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초박형 글라스 가공 방법에 의하면, 종래 초박형 글라스의 가공 방법 대비 초박형 글라스의 표면 슬러지 발생이 더욱 억제되는 것일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 초박형 글라스 가공 방법의 공정 순서도이다.
도 2는, 종래 초박형 글라스의 화학적 연마 방식을 모식화한 도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 초박형 글라스의 화학적 연마 방식을 모식화한 도이다.
도 4는, 실시예와 비교예에 따른 초박형 글라스의 표면 거칠기를 나타낸 도이다.
도 5는, 실시예와 비교예에 따른 초박형 글라스의 파단 굴곡반경을 나타낸 도이다.
도 6은, 실시예와 비교예에 따른 초박형 글라스의 표면 슬러지 발생을 나타낸 도이다.
본 발명은, 초박형 글라스의 가공 방법에 있어서, 후처리 공정인 화학적 연마 공정의 개선을 통해 표면조도 및 굴곡강도를 향상시키기 위한 것으로, 표면조도와 굴곡강도가 향상되어 플렉서블(flexible) 디스플레이에 적용 가능한 초박형 글라스의 가공 방법, 이에 의해 가공된 초박형 글라스 및 상기 초박형 글라스의 가공을 위한 연마 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 화학적 강화된 초박형 글라스 표면의 화학적 연마를, 연마액을 진동시켜 수행함으로써, 굴곡강도와 표면조도를 향상시킴과 동시에, 연마 과정에서의 표면 슬러지 발생을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명은, 글라스를 초박형으로 슬리밍하는 공정 (S1); 상기 슬리밍 공정에 의해 형성된 초박형 글라스를 가공하는 공정 (S2); 상기 가공된 초박형 글라스를 화학적 강화하는 공정 (S3); 및 상기 화학적 강화된 초박형 글라스를 화학적 연마하는 공정 (S4)를 포함하는 초박형 글라스의 가공 방법으로, 상기 화학적 연마하는 공정 (S4)는, 진동 발생부에서 발생한 진동에 의해 연마액을 진동시켜 연마하는 것인, 초박형 글라스 가공 방법 및 이에 의해 가공된 초박형 글라스에 관한 것이다.
초박형 글라스 가공 방법
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를, <글라스 슬리밍 공정 (S1)>, <가공 공정 (S2)>, <화학 강화 공정 (S3)>, 및 <화학 연마 공정 (S4)>으로 항목을 나누어, 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하기 위한 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 명세서에서, "압축응력", "표면응력", 및 "CS"는 동일한 의미로 사용되며, "인장응력", "내부응력", 및 "CT"는 동일한 의미로 사용된다.
<글라스 슬리밍 공정 (S1)>
도 1은, 본 발명의 초박형 글라스 가공 방법의 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 글라스 슬리밍 공정 (S1)은, 두께 100㎛ 이상의 글라스를 두께 100㎛ 이하의 초박형으로 식각하기 위한 것으로, 일 실시 예에 있어서, 식각 대상인 글라스를 구비하는 단계 (S1a) 및 상기 글라스를 일정 두께 이하로 식각하는 단계 (S1b)를 포함하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 식각 대상인 글라스를 구비하는 단계 (S1a)는, 식각 장치에 글라스를 공급하기 위한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 일 실시 예에 있어서, 글라스 수납 공간이 구비된 카세트에 글라스를 적재하는 것일 수 있다.
상기 글라스를 일정 두께 이하로 식각하는 단계 (S1b)는, 종래 글라스를 식각하는 공정에서 사용되는 방법이 사용될 수 있으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 두께가 100㎛ 이상의 글라스를 식각액에 담그는 디핑(dipping) 방식, 사이드 스프레이(side spray) 방식, 및/또는 탑 스프레이(top spray) 방식 등에 의해 수행되는 것일 수 있다.
상기 식각액은, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
<가공 공정 (S2)>
본 발명의 초박형 글라스 가공 공정 (S2)은, 일정한 크기로 절단된 초박형 글라스 셀을 형성하기 위한 것으로, 일 실시 예에 있어서, 상기 초박형 글라스의 적층체를 형성하기 위한 적층 단계 (S2a), 상기 적층된 초박형 글라스 적층체를 커팅하는 커팅 단계 (S2b), 상기 커팅된 초박형 글라스의 에지(edge) 강도를 향상시키기 위한 단면힐링 단계 (S2c) 및 상기 적층된 초박형 글라스를 박리하는 단계 (S2d)를 포함하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 초박형 글라스의 적층체를 형성하기 위한 적층 단계 (S2a)는, 초박형 글라스 원장을 한장씩 절단할 경우 깨지는 문제점이 있어, 적층체를 만들어 커팅하기 위하여, 복수의 초박형 글라스 원장을 접합하는 공정을 포함하여 수행되는 것일 수 있다.
구체적으로는, 초박형 글라스 원장에 공정 시 발생할 수 있는 표면 스크래치 등을 방지하고, 초박형 글라스를 여러 장 적층하여 적층체를 형성할 수 있도록 하기 위한 보호·접착제를 도포하고, 초박형 글라스를 적층하는 공정으로 수행되는 것일 수 있다. 상기 공정은, 종래 초박형 글라스 원장을 적층하는 방법이 사용될 수 있으며, 일 실시 예에 있어서, 초박형 글라스 원장에 보호·접착제를 도포하고, 상기 보호·접착제가 도포된 초박형 글라스 원장에 초박형 글라스 원장을 1장 적층하고, 다시 보호·접착제를 도포하고, 초박형 글라스 원장을 1장 적층하는 것을 반복하여 수행함으로써, 초박형 글라스 적층체를 형성하는 것일 수 있다.
상기 보호·접착제를 도포하는 방식은, 특별히 제한되는 것은 아니며, 일 실시 예에 있어서, 표면이 일정한 소프트니스(softness)를 가지는 고무재질의 롤러에 의해 도포되는 것일 수 있다.
상기 보호·접착제는, 초박형 글라스 원장에 공정 시 발생할 수 있는 표면 스크래치 등을 방지하고, 초박형 글라스를 접착시켜 적층구조를 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 일 실시 예에 있어서, 특정한 파장대의 자외선을 조사받을 경우 급속히 경화되거나, 유연해지는 UV 접착제일 수 있다.
상기 적층된 초박형 글라스 적층체를 커팅하는 커팅 단계 (S2b)는, 초박형 글라스를 사용하고자 하는 기기의 디자인에 맞추어 형상을 형성하기 위한 공정으로, 상기 적층된 초박형 글라스 적층체를 커팅하여 적층된 상태의 셀(cell)을 형성하는 것일 수 있다.
상기 커팅 단계 (S2b)는, 초박형 글라스 적층체를 절단하여 셀을 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 일 실시 예에 있어서, 다이아몬드 커팅 휠(cutting wheel)이 장착된 CNC 절단기 내지 Laser 커팅기를 사용하여 일정한 형상을 나타내는 적층된 상태의 셀을 형성하는 것일 수 있다.
상기 커팅된 초박형 글라스의 에지(edge) 강도를 향상시키기 위한 단면힐링 단계 (S2c)는, 상기 커팅 공정 (S2b)에서 커팅된 셀의 단면 형상을 C형으로 만들기 위해 화학 식각 방식을 이용하여, 화학적 연마하는 공정일 수 있다.
상기 화학적 연마하는 공정은, 종래 단면 힐링 공정에서 사용되는 방법이 사용될 수 있으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 연마액에 셀을 디핑하는, 디핑(dipping) 방식, 사이드 스프레이(side spray) 방식, 및/또는 탑 스프레이(top spray) 방식 등이 사용될 수 있다.
상기 연마액은, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
사용자는 필요에 따라, 상기 단면힐링 단계(S2c) 이전에 커팅 단면의 치핑(chipping)을 제거하기 위하여 물리적으로 연마하는 단계를 추가적으로 실시할 수 있다. 상기 물리적 연마 단계는, 커팅 공정 (S2b)에서 발생한 단면의 치핑(chipping)을 물리적으로 연마하기 위한 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 일 실시 예에 있어서, 400 메쉬(mesh) 이하의 면취 도구를 사용하여 절단된 셀의 단면을 연마하는, 황삭공정과; 상기 황삭공정을 거친 셀의 단면을, 500 내지 800 메쉬 정도의 면취 도구를 사용하여 연마하는 중삭공정과; 상기 중삭공정을 거친 셀의 단면을 1200 메쉬 이상의 면취 도구를 사용하여 연마하는, 정삭 공정을 포함하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 적층된 초박형 글라스를 박리하는 단계 (S2d)는, 초박형 글라스 적층체에 도포된 보호·접착제를 제거하여, 각각의 초박형 글라스를 박리하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 일 실시 예에 있어서, 접착제 팽윤제와 계면활성제가 포함된 박리액에 침지시켜 수행되는 것일 수 있다.
<화학 강화 공정 (S3)>
초박형 글라스를 화학적 강화하는 공정 (S3)는, 용융염에 초박형 글라스를 침지시켜 초박형 글라스 내부의 알칼리 이온과 용융염 중의 알칼리 이온을 교환하는 것에 의해 초박형 글라스를 강화하기 위한 것으로, 일 실시 예에 있어서, 초박형 글라스를 서서히 승온시키는 예열 단계 (S3a); 상기 예열된 초박형 글라스를 이온 치환에 의해 화학적 강화하는 단계 (S3b); 및 상기 화학적 강화된 초박형 글라스를 상온에서 서냉시키는 단계 (S3c)를 포함하여 수행되는 것일 수 있다.
초박형 글라스를 서서히 승온시키는 예열 단계 (S3a)는, 350 내지 500℃의 고온에서 진행되는 화학적 강화하는 단계 (S3b)에서 초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 방지하기 위해, 초박형 글라스를 이온 치환 용액에 침지 시키기 전, 온도를 서서히 승온 시키기 위하여 수행되는 것일 수 있으며, 일 실시 예에 있어서, 상기 초박형 글라스를 200 내지 400℃에서 일정시간 예열하는 단계일 수 있다.
상기 예열된 초박형 글라스를 이온 치환에 의해 화학적 강화하는 단계 (S3b)는, Na+을 함유한 유리를 K+이온을 함유한 염에 접촉시키면 표면의 Na+과 K+ 이온 교환이 내부 방향으로 진행되고, 이 경우 초박형 글라스 구조 중에서 Na+가 점유한 위치에 K+ 이온이 들어가게 되며, Na+의 이온반경보다 K+의 이온반경이 크기 때문에 망목구조 주위에 발생하는 압축력에 의해 유리가 강화되는 것일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 예열된 초박형 글라스를 350 내지 500℃가 유지되는 이온 치환 용액 속에서 일정시간 침적시켜 화학강화하는 것일 수 있다.
상기 화학강화에 의해 K+이온이 치환되는 깊이는 특별히 제한되는 것은 아니나, 내굴곡성 향상의 측면에서 5 내지 20㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 6 내지 15㎛인 것일 수 있다.
상기 화학 강화에 이용되는 이온 치환 용액은 통상적으로 사용되는 이온 치환 용액이 사용될 수 있으며, 일 실시 예로, 질산칼륨(KNO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 화학적 강화 단계(S3b) 이후, 상기 화학적 강화된 초박형 글라스를 상온에서 서냉시키는 단계 (S3c)를 추가적으로 실시할 수 있다. 서냉 단계(S3c)는 통상적으로 사용되는 공정이 사용될 수 있으며, 일 실시 예로, 외기와 접촉하여 자연 서냉 시키는 것 등일 수 있다.
<화학 연마 공정 (S4)>
초박형 글라스를 화학적 연마하는 공정 (S4)는, 초박형 글라스의 화학적 강화 이후, 포타슘 이온(K+)의 농도가 최대인 지점까지 화학 연마를 진행하기 위하여 수행되는 것일 수 있다. 특히, 본 발명의 초박형 글라스를 화학적 연마하는 공정 (S4)는 진동 발생부에서 발생한 진동에 의해 연마액을 진동시켜 수행함으로써, 굴곡강도와 표면조도를 향상시킴과 동시에, 연마 과정에서의 표면 슬러지 발생을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
도 2는, 종래 초박형 글라스의 화학적 연마 방식을 모식화한 도이다.
도 2를 참조하면, 종래 디핑(dipping) 방식에 의한 초박형 글라스의 화학적 연마 방식은, 초박형 글라스(10)를 지그부(11)에 고정하여 연마액(20)에 침지시키거나(도 2a 참조), 침지 후 지그부(11)를 회전시켜 연마하는 방식(도 2b 참조)이 사용되어 왔다.
그러나 종래의 디핑(dipping) 방식에 의하면, 화학적 연마 이후 초박형 글라스 표면에 슬러지가 발생하고, 표면조도의 측면에서 불량한 특성을 나타내는 문제점이 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 초박형 글라스의 화학적 연마 방식을 모식화한 도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 화학적 연마 방식은, 지그부(11)에 고정된 초박형 글라스(10)를 연마액 배스(21)에 구비된 연마액(20)에 침지시키게 되고, 상기 연마액 배스(21)는, 진동 발생부(30)에서 발생한 진동에 의해 상기 연마액(20)을 진동시키기 위해, 진동전달 매개체(31) 내에 구비됨으로써, 진동 발생부(30)에서 발생한 진동이 진동 전달 매개체(31)를 통해 연마액에 전달되는 것일 수 있다.
상기 지그부(11)는, 복수의 초박형 글라스(10)를 고정시킬 수 있는 수단을 구비하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 복수의 초박형 글라스 고정 홈을 구비하여, 초박형 글라스를 고정시킬 수 있는 장치일 수 있다.
상기 연마액(20)은, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마액 배스(21)는, 초박형 글라스(10)를 연마하기 위한 연마액(20)을 구비할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 공정 안전성의 측면에서, 내산성 용기 등인 것이 바람직하다.
상기 진동 발생부(30)는, 연마액에 진동을 가하여 초박형 글라스 표면의 연마를 실시함과 아울러, 표면 슬러지 발생 방지의 역할을 수행하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 일 실시 예에 있어서, 상기 진동 발생부(30)는, 초음파를 발진하여 상기 연마액(20)을 진동시키는 진동 발생부일 수 있다. 상기 초음파의 주파수는, 표면 슬러지 발생 방지를 위하여 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어, 10 내지 100kHz인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 80kHz일 수 있다.
상기 진동 발생부(30)에서 발생된 진동이 연마액(20)에 전달되는 방식은, 연마액 내의 산 성분이 기화함으로 인하여 공정안전성을 해하지 않는 범주의 것이면, 특별히 제한되지 않으며, 공정 안전성의 측면에서, 진동전달 매개체(31)를 통해 전달되는 것이 바람직하다. 일 실시 예에 있어서, 상기 진동전달 매개체(31)는, 유체일 수 있으며, 예를 들어, 공정 경제성의 측면에서, 물인 것이 바람직하다.
상기 화학적 연마 속도는, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 0.1 내지 5㎛/min 일 수 있으며, 공정 안전성의 측면에서, 0.1 내지 3㎛/min이 바람직하고, 0.1 내지 1㎛/min인 것이 더욱 바람직하다. 연마 속도가 0.1㎛/min 미만일 경우, 연마 속도가 지나치게 느려 연마에 소요되는 시간이 증가함에 따라, 연마액 내의 산 성분의 기화로 인한 공정 안전성의 측면에서 불리하고, 연마속도가 5㎛/min을 초과할 경우, 연마 속도가 지나치게 빨라, 표면조도와 굴곡강도를 향상시키기에 적절한 연마 두께의 조절의 측면에서 불리하게 되므로, 연마 속도는, 상기 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
상기 초박형 글라스의 연마 두께는, 0.1 내지 5㎛일 수 있으며, 공정 안전성의 측면과, 굴곡강도 및 조도 향상의 측면에서 0.1 내지 3㎛인 것이 바람직하고, 0.1 내지 2㎛인 것이 더욱 바람직하다. 연마 두께가 0.1㎛ 미만일 경우, 실질적인 표면조도 및 굴곡강도 향상의 효과와 표면 슬러지 발생 방지의 효과를 달성할 수 없으며, 연마 두께가 5㎛를 초과할 경우, 연마 시간이 증가함에 따라, 연마액 내의 산 성분의 기화로 인해 공정 안전성의 측면에서 불리하므로, 연마 두께는, 상기 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 초박형 글라스 가공 방법에 개시된 각 공정 및 단계의 전후에는, 이전 공정에서의 잔여 이물질과 이에 의한 얼룩을 제거하기 위하여 글라스 내지 초박형 글라스를 세정하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 세정 단계는, 통상적으로 사용되는 공정이 사용될 수 있다. 일 실시 예로, 수세액을 사용하여 세정하며, 상기 수세액을 분사하는 스프레이(spray) 방식 또는 상기 수세액에 침지시키는 디핑(dipping) 방식 등이 사용될 수 있다.
수세액은, 글라스 내지 초박형 글라스의 표면을 세정하는 역할을 수헹하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, DI Water, 수산화 칼륨(KOH) 또는 수산화 나트륨(NaOH)을 포함하는 알칼리 수세액일 수 있다.
초박형 글라스
본 발명은, 상기 초박형 글라스 가공 방법에 의해 가공된 초박형 글라스를 포함한다.
본 발명의 상기 초박형 글라스 가공 방법에 의해 가공된 초박형 글라스는, 종래 초박형 글라스 가공 방법에 의해 가공된 초박형 글라스 대비 표면조도와 굴곡강도가 향상되고, 화학적 연마 공정에서 발생할 수 있는 표면 슬러지의 발생이 억제된다는 측면에서 이점이 있다.
상기 초박형 글라스의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니나, 플렉서블(flexible) 특성 향상을 위해 10 내지 100㎛ 인 것이 바람직하고, 20 내지 80㎛인 것이 더욱 바람직하다.
초박형 글라스 연마 장치
본 발명은, 상기 초박형 글라스 가공 방법에 사용되는 초박형 글라스 연마 장치를 포함하며, 구체적으로, 초박형 글라스 가공 방법에 있어서, 화학 강화된 초박형 글라스의 후처리를 위한 화학적 연마에 사용되는 연마 장치인 것일 수 있다.
본 발명의 상기 초박형 글라스 가공 방법에 사용되는 초박형 글라스 연마 장치는, 진동 발생부를 포함하여, 연마액에 진동을 가함으로써 연마를 수행할 수 있는 구성을 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 일 실시 예에 있어서, 도 3에 도시된 것과 같이 초박형 글라스가 구비되는 공간을 제공하기 위한, 지그부(11)와; 상기 초박형 글라스의 연마를 수행하기 위한 연마액(20)이 구비되는 공간을 제공하기 위한 연마액 배스(21)와; 연마액(20)의 진동을 유도하기 위한, 진동 발생부(30)와; 상기 진동 발생부(30)에서 발생한 진동을 연마액 배스(21) 및 연마액(20)에 전달하기 위한 매개체 역할을 수행하는, 진동 전달 매개체(31);를 포함하는 것일 수 있다.
도 3 및 상기 각 구성에 대한 설명 등 일체의 사항은, 상술한 초박형 글라스 가공 방법에서 설명된 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 초박형 글라스 연마장치에 의하면, 상기 초박형 글라스 가공 방법, 구체적으로는 화학 강화된 초박형 글라스의 후처리를 위한 화학적 연마 공정에 특히 적합하게 사용되는 것으로, 초박형 글라스의 표면조도, 굴곡강도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 화학적 연마 과정에서 발생할 수 있는 표면 슬러지를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
<실시 예 및 비교 예>
실시예 1
코닝사에서 시판하는 400㎛ 두께의 글라스를 준비하여, 이를 불산이 함유된 식각액을 사용하여, 70㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 제조하였다. 이후, 일정 크기와 형상으로 절단 후, 면취 및 연마를 통하여 제작된 셀(Cell)을 350~500℃의 질산칼륨 용융조에 10~60분간 침지하여 강화깊이(DOL) 6 내지 15㎛로 이온교환을 하였다. 초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 막기 위해, 질산칼륨용융조에 침지시키기 전, 용융조 온도에 근접한 온도로 서서히 승온 시켜, 용융조 온도 부근에 도달하면, 초박형 글라스를 용융조에 침지시키고, 완전 침지된 시점부터 10~60분 후, 용융조에서 빼내어, 서냉 시키는데, 외기와 접촉하여 자연 서냉을 5~40분 후, 초박형 글라스에 남아 있는, 잔존 질산칼륨의 세척을 위해 45~90℃의 온수조에 침지시켜 다시 10~60분을 경과시킨 후, 통상의 세정 및 건조과정을 실시한다.
이어서 불산 또는 불화암모늄이 담긴 연마액 배스에 침지시킨 뒤, 상기 연마액 배스를 초음파 욕조에 침지시켜, 20 내지 80kHz의 초음파 발진기를 통해 연마액에 초음파를 가하여, 표면을 0.2㎛ 연마한 뒤, 세정 및 건조과정을 실시하여 실시예 1의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 2
초박형 글라스 표면을 0.5㎛ 연마한 것을 제외하고는, 실시예 1의 초박형 글라스와 동일한 방법으로 실시예 2의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 3
초박형 글라스 표면을 0.7㎛ 연마한 것을 제외하고는, 실시예 1의 초박형 글라스와 동일한 방법으로 실시예 3의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 4
50㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1의 초박형 글라스와 동일한 방법으로 실시예 4의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 5
초박형 글라스 표면을 0.5㎛ 연마한 것을 제외하고는, 실시예 4의 초박형 글라스와 동일한 방법으로 실시예 5의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 6
초박형 글라스 표면을 0.7㎛ 연마한 것을 제외하고는, 실시예 4의 초박형 글라스와 동일한 방법으로 실시예 6의 초박형 글라스를 제조하였다.
실시예 7
초박형 글라스 표면을 0.9㎛ 연마한 것을 제외하고는, 실시예 4의 초박형 글라스와 동일한 방법으로 실시예 7의 초박형 글라스를 제조하였다.
비교예 1
코닝사에서 시판하는 400㎛ 두께의 글라스를 준비하여, 이를 불산이 함유된 식각액을 사용하여, 70㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 제조하였다. 이후, 일정 크기와 형상으로 절단 후, 면취 및 연마를 통하여 제작된 셀(Cell)을 350~500℃의 질산칼륨 용융조에 10~60분간 침지하여 강화깊이(DOL) 6 내지 15㎛로 이온교환을 하였다. 초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 막기 위해, 질산칼륨용융조에 침지시키기 전, 용융조 온도에 근접한 온도로 서서히 승온 시켜, 용융조 온도 부근에 도달하면, 초박형 글라스를 용융조에 침지시키고, 완전 침지된 시점부터 10~60분 후, 용융조에서 빼내어, 서냉 시키는데, 외기와 접촉하여 자연 서냉을 5~40분 후, 초박형 글라스에 남아 있는, 잔존 질산칼륨의 세척을 위해 45~90℃의 온수조에 침지시켜 다시 10~60분을 경과시킨 후, 통상의 세정 및 건조과정을 실시하여, 비교예 1의 초박형 글라스를 제조하였다.
비교예 2
비교예 1의 초박형 글라스를, 불산 또는 불화암모늄이 담긴 수조에 침지시켜, 표면을 0.5㎛ 연마한 뒤, 세정 및 건조과정을 거쳐, 비교예 2의 초박형 글라스를 제조하였다.
비교예 3
50㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1의 초박형 글라스와 동일한 방법으로 비교예 3의 초박형 글라스를 제조하였다.
비교예 4
비교예 3의 초박형 글라스를, 불산 또는 불화암모늄이 담긴 수조에 침지시켜, 표면을 0.5㎛ 연마한 뒤, 세정 및 건조과정을 거쳐, 비교예 4의 초박형 글라스를 제조하였다.
<실험 예>
표면 거칠기 평가
상기 실시 예와 비교 예의 초박형 글라스를 측정 면적 450㎛ * 350㎛에 대하여, 간섭계(interferometer)로 측정한 표면 거칠기 값을 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.
굴곡반경 평가
상기 실시 예와 비교 예의 초박형 글라스를 코닝사의 Gorilla 3을 사용하여, 초박형 글라스의 굴곡 파단시점에서의 굴곡반경 평가를 실시하여 그 평균 값을 나타낸 결과를 하기 표 1 및 도 5에 나타내었다.
굴곡반경은 굴곡된 상태로 고정된 초박형 글라스를 상부에서 하부로 서서히 눌러, 굴곡반경을 줄여가는 방식으로, 파단될 때의 높이와 Force 를 측정하여, 파단 굴곡강도, 굴곡반경을 수치화 한다.
파단 강도 평가
상기 실시 예와 비교 예의 초박형 글라스를 코닝사의 Gorilla 3을 사용하여 측정한 파단강도의 값을 하기 표 1에 나타내었다.
표면 슬러지 평가
상기 실시 예4, 비교 예3 및 비교예 4의 초박형 글라스의 표면 슬러지 평가 결과를 나타낸 SEM 이미지를, 각각 도 6a, 도 6b, 및 도 6c에 나타내었다.
Figure pat00001
표면 거칠기와 관련하여, 표 1 및 도 4a를 참조하면, 두께 70㎛의 초박형 글라스에 대하여, 실시 예 1 내지 3으로 나타내는 초박형 글라스의 표면 거칠기가 각각 14.671nm, 14.198nm 및 14.211nm로, 비교 예 1 및 2로 나타내는 초박형 글라스의 표면 거칠기인 18.017nm 및 16.414nm 대비 감소하여, 표면조도가 향상되었음을 알 수 있다.
또한, 표 1 및 도 4b를 참조하면, 두께 50㎛의 초박형 글라스에 대하여, 실시 예 4 내지 7로 나타내는 초박형 글라스의 표면 거칠기가 각각 14.561nm, 14.103nm, 14.021nm 및 14.129nm로, 비교 예 3 및 4로 나타내는 초박형 글라스의 표면 거칠기인 17.554nm 및 16.573nm 대비 감소하여, 표면조도가 향상되었음을 알 수 있다.
굴곡반경과 관련하여, 표 1 및 도 5a를 참조하면, 두께 70㎛의 초박형 글라스에 대하여, 실시 예 1 내지 3으로 나타내는 초박형 글라스의 굴곡반경이 각각 1.3R, 0.7R 및 0.7R로, 비교 예 1 및 2로 나타내는 초박형 글라스의 굴곡반경인 2.2R 및 1.6R 대비 감소하여, 플렉서블 특성이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.
또한, 표 1 및 도 5b를 참조하면, 두께 50㎛의 초박형 글라스에 대하여, 실시 예 4 내지 7로 나타내는 초박형 글라스의 굴곡반경이 각각 0.8R, 0.4R, 0.7R 및 0.6R로, 비교 예 3 및 4로 나타내는 초박형 글라스의 굴곡반경인 1.4R 및 1.2R 대비 감소하여, 플렉서블 특성이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.
파단강도와 관련하여, 표 1을 참조하면, 두께 70㎛의 초박형 글라스에 대하여, 실시예 1 내지 3으로 나타내는 초박형 글라스의 파단강도가 각각 1676MPa, 1934MPa 및 1981MPa로, 비교예 1 내지 2로 나타내는 초박형 글라스의 파단강도인 1124MPa 및 1245MPa 대비 증가하여, 플렉서블 특성이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.
또한, 두께 50㎛의 초박형 글라스에 대하여, 실시예 4 내지 7로 나타내는 초박형 글라스의 파단강도가 각각 1675MPa, 1947MPa, 1788MPa 및 1852MPa로, 비교예 3 내지 4로 나타내는 초박형 글라스의 파단강도인 1224MPa 및 1387MPa 대비 증가하여, 플렉서블 특성이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.
표면 슬러지와 관련하여, 도 6을 참조하면, 초음파를 이용하지 않고 연마액에 침지시켜 연마를 수행한 비교예 4의 초박형 글라스는 표면 슬러지가 발생하였음을 확인할 수 있으나(도 6c 참조), 초음파를 이용한 화학적 연마를 실시한 실시예 4의 초박형 글라스는 표면 슬러지 발생이 현저히 감소하였음을 확인(도 6a 참조)할 수 있다. 화학적 연마를 수행하지 않은 비교예 3의 초박형 글라스는 연마에 의해 발생되는 표면 슬러지가 발생하지는 않으나, 연마자체가 수행되지 않아 표면 조도가 불량함을 확인(도 6b 참조)할 수 있다.
10: 초박형 글라스
11: 지그부
20: 연마액
21: 연마액 배스
30: 진동 발생부
31: 진동 전달 매개체

Claims (10)

  1. 글라스를 초박형으로 슬리밍하는 공정 (S1);
    상기 슬리밍 공정에 의해 형성된 초박형 글라스를 가공하는 공정 (S2);
    상기 가공된 초박형 글라스를 화학적 강화하는 공정 (S3); 및
    상기 화학적 강화된 초박형 글라스를 화학적 연마하는 공정 (S4)를 포함하는 초박형 글라스의 가공 방법으로,
    상기 화학적 연마하는 공정 (S4)는, 진동 발생부에서 발생한 진동에 의해 연마액을 진동시켜 연마하는 것인, 초박형 글라스 가공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 진동 발생부는, 초음파를 발진하여 상기 연마액을 진동시키는 진동 발생부인, 초박형 글라스 가공 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 진동 발생부에서 발생한 진동의 주파수는 10 내지 100kHz인, 초박형 글라스 가공 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 진동 발생부에서 발생한 진동이 진동전달 매개체를 통해 전달되는 것인, 초박형 글라스 가공 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 진동전달 매개체는 유체인, 초박형 글라스 가공 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 화학적 연마는, 연마속도가 0.1 내지 5㎛/min으로 수행되는 것인, 초박형 글라스 가공 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 화학적 연마는, 연마 두께가 0.1 내지 5㎛인, 초박형 글라스 가공 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 연마액은, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 초박형 글라스 가공 방법.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 초박형 글라스 가공 방법에 의해 가공된, 초박형 글라스.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 초박형 글라스의 두께가 10 내지 100㎛인, 초박형 글라스.
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