KR20230136837A - 유리 조성물, 이로부터 제조된 유리 제품 및 디스플레이 장치 - Google Patents

유리 조성물, 이로부터 제조된 유리 제품 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

유리 조성물, 이로부터 제조된 유리 제품 및 디스플레이 장치가 제공된다. 유리 제품은 유리 조성으로서, 총 중량에 대하여 SiO2 60 내지 75mol%, Al2O3 3 내지 10mol%, Na2O 3 내지 10mol%, Li2O 10 내지 25%, P2O5 0 내지 1mol% 및 ZrO2 1 내지 5mol%를 포함하고, 관계식 1을 만족하며, 두께가 20 내지 100㎛의 범위를 갖는다.

Description

유리 조성물, 이로부터 제조된 유리 제품 및 디스플레이 장치{GLASS COMPOSITION, GLASS ARTICLE PREPARED THEREFROM AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 유리 조성물, 이로부터 제조된 유리 제품 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
유리 제품은 디스플레이 장치를 포함하는 전자 기기나 건축 자재 등에 많이 사용된다. 예를 들어, 액정표시장치(Liquid crystal display device, LCD), 유기 발광 디스플레이 장치(Organic light emitting display device, OLED), 전기 영동 디스플레이 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. 휴대성을 위해 얇으면서도 외부 충격에 견딜 수 있는 유리 제품의 개발이 요구되고 있다.
최근에는 사용자 편의를 위해 접힐 수 있는 디스플레이 장치가 연구되고 있다. 접힐 수 있는 디스플레이 장치에 적용되는 유리 제품은 접힐 때 벤딩 스트레스를 완화하기 위해 얇은 두께를 가지는 동시에 외부의 충격에 견딜 수 있는 강도를 가지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 유리 제품의 조성물이 갖는 성분 비율, 및 제조 공정 조건 변경을 통해 얇은 유리 제품의 강도 개선을 하려는 시도가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신규한 조성비를 갖는 유리 조성물, 및 이로부터 제조된 유리 제품과 유리 제품을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 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 유리 조성으로서, 총 중량에 대하여 SiO2 60 내지 75mol%, Al2O3 3 내지 10mol%, Na2O 3 내지 10mol%, Li2O 10 내지 25%, P2O5 0 내지 1mol% 및 ZrO2 1 내지 5mol%를 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하며, 두께가 20 내지 100㎛의 범위를 가질 수 있다.
[관계식 1]
0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
(여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
상기 유리 조성으로서 조성물 총 중량에 대하여, 상기 SiO2는 67.2mol%이고, 상기 Al2O3는 6.3mol%이며, 상기 Na2O는 5.1mol%이고, 상기 Li2O는 18.7mol%이며, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26일 수 있다.
상기 유리 조성은 K2O 0 내지 1mol%를 더 포함할 수 있다.
상기 유리 조성으로서 조성물 총 중량에 대하여, 상기 SiO2는 67.2mol%이고, 상기 Al2O3는 6.3mol%이며, 상기 Na2O는 5.0mol%이고, 상기 Li2O는 18.7mol%이며, 상기 K2O는 0.1mol%이며, 상기 관계식 1에서 상기 R은 K를 더 포함하며, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26일 수 있다.
상기 유리 제품은 열 팽창 계수가 75*10-7 K-1 내지 85*10-7 K-1의 범위를 가질 수 있다.
상기 유리 제품은 유리 전이 온도가 450℃ 내지 550℃의 범위를 가질 수 있다.
상기 유리 제품은 밀도가 2.4g/cm3 내지 2.6g/cm3의 범위를 가질 수 있다.
상기 유리 제품은 탄성 계수가 75GPa 내지 85GPa의 범위를 가질 수 있다.
상기 유리 제품은 포아송비(Poisson ratio)가 0.3 내지 0.4의 범위를 가질 수 있다.
상기 유리 제품은 경도가 5.5GPa 내지 6.5GPa의 범위를 가질 수 있다.
상기 유리 제품은 파괴 인성이 1.0MPa*m0.5 내지 1.5MPa*m0.5의 범위를 가질 수 있다.
상기 유리 제품은 취성이 4.5㎛-0.5 내지 5.5㎛-0.5의 범위를 가질 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 유리 조성물은 총 중량에 대하여 SiO2 60 내지 75mol%, Al2O3 3 내지 10mol%, Na2O 3 내지 10mol%, Li2O 10 내지 25%, P2O5 0 내지 1mol% 및 ZrO2 1 내지 5mol%를 포함하고, 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
(여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
상기 유리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, 상기 SiO2는 67.2mol%이고, 상기 Al2O3는 6.3mol%이며, 상기 Na2O는 5.1mol%이고, 상기 Li2O는 18.7mol%이며, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26일 수 있다.
상기 유리 조성물은 K2O 0 내지 1mol%를 더 포함할 수 있다.
상기 유리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, 상기 SiO2는 67.2mol%이고, 상기 Al2O3는 6.3mol%이며, 상기 Na2O는 5.0mol%이고, 상기 Li2O는 18.7mol%이며, 상기 K2O는 0.1mol%이며, 상기 관계식 1에서 상기 R은 K를 더 포함하며, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26일 수 있다.
상기 유리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, 상기 R2O는 20 내지 25mol%의 범위를 가질 수 있다.
또한, 일 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 포함하되, 상기 커버 윈도우는 유리 조성으로서, 총 중량에 대하여 SiO2 60 내지 75mol%, Al2O3 3 내지 10mol%, Na2O 3 내지 10mol%, Li2O 10 내지 25%, P2O5 0 내지 1mol% 및 ZrO2 1 내지 5mol%를 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하며, 두께가 20 내지 100㎛의 범위를 가질 수 있다.
[관계식 1]
0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
(여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
상기 커버 윈도우는 K2O 0 내지 1mol%를 더 포함할 수 있다.
상기 R2O는 20 내지 25mol%의 범위를 가질 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 유리 조성물은 각 성분들이 신규한 조성비를 포함할 수 있고, 이로부터 제조된 유리 제품은 유연성을 가지면서 기계적 강도, 표면 강도, 내충격 특성이 우수할 수 있다. 특히, 유리 제품은 폴더블 디스플레이 장치에 적용될 수 있을 정도로 뛰어난 유연성 및 강도를 가질 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 사시도들이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유리 제품이 적용된 디스플레이 장치가 펼쳐진 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 디스플레이 장치가 폴딩된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유리 제품이 디스플레이 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 평판 플레이트 형상의 유리 제품의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유리 제품의 응력 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 유리 제품의 제조 공정 단계별 순서도이다.
도 8은 도 7의 커팅 단계부터 강화 후 표면 연마 단계를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
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. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
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 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 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.
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. 또는, 유리 제품(100)은 평판 시트 또는 평판 플레이트 형상을 갖되, 유연성을 갖고 접히거나 늘어날 수도 있고 롤링될 수도 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 적용된 디스플레이 장치가 펼쳐진 상태를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 디스플레이 장치가 폴딩된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(500)는 폴더블(foldable) 표시 장치일 수 있다. 후술할 바와 같이, 디스플레이 장치(500)는 도 1의 유리 제품(100)이 커버 윈도우로 적용될 수 있고, 유리 제품(100)은 유연성을 갖고 접힐 수 있다.
도 2 및 도 3에서, 제1 방향(DR1)은 평면 상에서 바라볼 때 디스플레이 장치(500)의 일 변과 나란한 방향으로, 예를 들어 디스플레이 장치(500)의 가로 방향일 수 있다. 제2 방향(DR2)은 평면 상에서 바라볼 때 디스플레이 장치(500)의 일변과 접하는 타 변과 나란한 방향으로, 디스플레이 장치(500)의 세로 방향일 수 있다. 제3 방향(DR3)은 디스플레이 장치(500)의 두께 방향일 수 있다.
일 실시예에서 디스플레이 장치(500)는 평면 상에서 바라볼 때 직사각형으로 이루어질 수 있다. 디스플레이 장치(500)는 평면 상에서 바라볼 때 코너들이 수직인 직사각형 또는 코너들이 둥근 직사각형 형상일 수 있다. 디스플레이 장치(500)는 평면 상에서 바라볼 때 제1 방향(DR1)으로 배치된 2 개의 단변과 제2 방향(DR2)으로 배치된 2 개의 장변을 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(500)는 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)을 포함한다. 평면 상에서 바라볼 때 표시 영역(DA)의 형태는 디스플레이 장치(500)의 형태에 대응될 수 있다. 예를 들어 디스플레이 장치(500)가 평면 상에서 바라볼 때 직사각형인 경우, 표시 영역(DA) 역시 직사각형일 수 있다.
표시 영역(DA)은 복수의 화소들을 포함하여 화상을 표시하는 영역일 수 있다. 복수의 화소들은 행렬 방향으로 배열될 수 있다. 복수의 화소들은 평면 상에서 바라볼 때 직사각형, 마름모 또는 정사각형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수의 화소들은 평면 상에서 바라볼 때 직사각형, 마름모 또는 정사각형 이외 다른 사각형, 사각형 이외 다른 다각형, 원형 또는, 타원형일 수 있다.
비표시 영역(NDA)은 화소를 포함하지 않아 화상을 표시하지 않는 영역일 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)의 주변에 배치될 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)을 둘러싸도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 표시 영역(DA)은 비표시 영역(NDA)에 의해 부분적으로 둘러싸일 수 있다.
일 실시예에서 디스플레이 장치(500)는 폴딩된 상태와 펼쳐진 상태를 모두 유지할 수 있다. 디스플레이 장치(500)는 도 3과 같이 표시 영역(DA)이 내측에 배치되는 인 폴딩(in-folding) 방식으로 폴딩될 수 있다. 디스플레이 장치(500)가 인 폴딩 방식으로 폴딩되는 경우, 디스플레이 장치(500)의 상면은 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 다른 예로, 디스플레이 장치(500)는 표시 영역(DA)이 외측에 배치되는 아웃 폴딩(out-folding) 방식으로 폴딩될 수 있다. 디스플레이 장치(500)가 아웃 폴딩 방식으로 폴딩되는 경우, 디스플레이 장치(500)의 하면은 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서 디스플레이 장치(500)는 폴더블 장치일 수 있다. 본 명세서에서 폴더블 장치라 함은 폴딩이 가능한 장치로서, 폴딩되어 있는 장치뿐만 아니라, 폴딩 상태와 언폴딩 상태를 모두 가질 수 있는 장치를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 폴딩은 대표적으로 약 180°의 각도로 접히는 것을 포함하지만, 그에 제한되지 않고, 접히는 각도가 180°를 초과하거나 그에 미치지 못하는 경우, 예컨대 90° 이상 180° 미만 또는 120° 이상 180° 미만의 각도로 꺾이는 경우에도 폴딩된 것으로 이해될 수 있다. 아울러, 폴딩 상태는 완전한 폴딩이 이루어지지 않더라도, 언폴딩 상태를 벗어나 꺾여 있는 상태인 경우 폴딩 상태로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 90° 이하의 각도로 꺽여 있다고 하더라도, 최대 폴딩 각도가 90° 이상이 되는 이상 언폴딩 상태와 구별하기 위해 폴딩 상태에 있는 것으로 표현될 수 있다. 폴딩시 곡률 반경은 5mm 이하일 수 있고, 바람직하게는 1mm 내지 2mm의 범위에 있거나, 약 1.5mm일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서 디스플레이 장치(500)는 폴딩 영역(FDA), 제1 비폴딩 영역(NFA1), 및 제2 비폴딩 영역(NFA2)을 포함할 수 있다. 폴딩 영역(FDA)은 디스플레이 장치(500)가 접히는 영역이고, 제1 비폴딩 영역(NFA1)과 제2 비폴딩 영역(NFA2)은 디스플레이 장치(500)가 접히지 않는 영역일 수 있다.
제1 비폴딩 영역(NFA1)은 폴딩 영역(FDA)의 일 측, 예를 들어 상측에 배치될 수 있다. 제2 비폴딩 영역(NFA2)은 폴딩 영역(FDA)의 타 측, 예를 들어 하측에 배치될 수 있다. 폴딩 영역(FDA)은 소정의 곡률로 구부러진 영역일 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이 장치(500)의 폴딩 영역(FDA)은 특정 위치에 정해져 있을 수도 있다. 디스플레이 장치(500)에서 특정 위치에 정해진 폴딩 영역(FDA)은 하나이거나, 2 이상일 수 있다. 다른 실시예에서, 폴딩 영역(FDA)은 디스플레이 장치(500)에서 그 위치가 특정되어 있지 않고, 다양한 영역에서 자유롭게 설정될 수도 있다.
일 실시예에서, 디스플레이 장치(500)는 제2 방향(DR2)으로 접힐 수 있다. 이로 인해, 디스플레이 장치(500)의 제2 방향(DR2)의 길이는 대략 절반으로 줄어들 수 있으므로, 사용자가 디스플레이 장치(500)를 휴대하기 편리할 수 있다.
일 실시예에서 디스플레이 장치(500)가 접히는 방향은 제2 방향(DR2)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 디스플레이 장치(500)는 제1 방향(DR1)으로 접힐 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치(500)의 제1 방향(DR1)의 길이는 대략 절반으로 줄어들 수 있다.
도면에서는 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA) 각각이 폴딩 영역(FDA), 제1 비폴딩 영역(NFA1), 및 제2 비폴딩 영역(NFA2)에 중첩하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA) 각각은 폴딩 영역(FDA), 제1 비폴딩 영역(NFA1), 및 제2 비폴딩 영역(NFA2) 중 적어도 하나에 중첩할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 유리 제품이 디스플레이 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 디스플레이 장치(500)는 디스플레이 패널(200), 디스플레이 패널(200) 상에 배치되고 커버 윈도우의 역할을 하는 유리 제품(100), 디스플레이 패널(200)과 유리 제품(100) 사이에 배치되어 디스플레이 패널(200)과 유리 제품(100)을 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 패널뿐만 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 디스플레이 패널(200)을 보호하는 유리 제품(100)이 배치된다. 유리 제품(100)은 디스플레이 패널(200)보다 크기가 커서 그 측면이 디스플레이 패널(200)의 측면보다 외측으로 돌출될 수 있지만, 그에 제한되는 것은 아니다. 디스플레이 장치(500)는 유리 제품(100)의 테두리 부위에서 유리 제품(100)의 적어도 일 표면 상에 배치된 인쇄층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 인쇄층은 디스플레이 장치(500)의 베젤 영역이 외부로 시인되지 않도록 하며, 경우에 따라 장식 기능을 수행할 수 있다.
디스플레이 패널(200)과 유리 제품(100) 사이에는 광학 투명 결합층(300)이 배치된다. 광학 투명 결합층(300)은 유리 제품(100)을 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.
이하, 상술한 강화된 유리 제품(100)에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 평판 플레이트 형상의 유리 제품의 단면도이다.
도 5를 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 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(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, 20㎛ 내지 100㎛의 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 80㎛ 이거나 그보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 75㎛이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 70㎛이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 60㎛이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 65㎛이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 50㎛이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 약 30㎛이거나 그보다 작을 수 있다. 특정한 몇몇 실시예에서, 유리 제품(100)의 두께(t)는 20㎛ 내지 50㎛의 범위에 있거나, 또는 30㎛ 내외의 값을 가질 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 경계(DOC1, DOC2)는 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 끼칠 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 유리 제품의 응력 프로파일을 나타낸 그래프이다. 도 6의 그래프에서 x축은 유리 제품의 두께 방향을 나타낸다. 도 6에서는 압축 응력이 양의 값으로, 인장 응력이 음의 값으로 표시되었다. 본 명세서에서 압축/인장 응력의 크기는 그 값의 부호와 상관없는 절대값의 크기를 의미한다.
도 6을 참조하면, 유리 제품(100)은 제1 표면(US)으로부터 제1 압축 깊이(DOC1)까지 연장(또는 확장)하는 제1 압축 영역(CSR1) 및 제2 표면(RS)으로부터 제2 압축 깊이(DOC2)까지 연장(또는 확장)하는 제2 압축 영역(CSR2)을 포함한다. 제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2) 사이에는 인장 영역(CTR)이 배치된다. 유리 제품(100) 내의 전반적인 응력 프로파일은 두께(t) 방향 중심을 기준으로 양 표면(US, RS) 측 영역이 상호 대칭인 관계를 가질 수 있다. 도 6에 도시되지는 않았지만, 유리 제품(100)의 마주하는 측면들 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 방지하는 역할을 한다. 제1 압축 영역(CSR1)과 제2 압축 영역(CSR2)의 최대 압축 응력(CS1, CS2)이 클수록 대체로 유리 제품(100)의 강도가 증가한다. 외부 충격은 통상 유리 제품(100)의 표면을 통해 전달되므로, 유리 제품(100)의 표면에서 최대 압축 응력(CS1, CS2)을 갖는 것이 내구성 측면에서 유리하다. 이와 같은 관점에서 제1 압축 영역(CSR1) 및 제2 압축 영역(CSR2)의 압축 응력은 표면에서 가장 크고 내부로 갈수록 대체로 감소하는 경향을 보인다.
제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)는 제1 표면(US) 및 제2 표면(RS)에 형성된 크랙이나 홈이 유리 제품(100) 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.
유리 제품(100) 전체에 걸쳐, 인장 영역(CTR)의 인장 응력은 압축 영역(CSR1, CSR2)의 압축 응력과 균형을 이룰 수 있다. 즉, 유리 제품(100) 내의 압축 응력의 총합(즉, 압축 에너지)과 인장 응력의 총합(즉, 인장 에너지)은 동일할 수 있다. 유리 제품(100) 내에서 두께(t) 방향으로 일정한 폭을 갖는 일 영역에 누적된 응력 에너지는 응력 프로파일을 적분한 값으로 계산될 수 있다. 두께가 t인 유리 제품(100) 내의 응력 프로파일이 함수 f(x)로 표시될 때 아래의 식이 성립할 수 있다.
[식 1]
유리 제품(100)은 내부의 인장 응력의 크기가 클수록 유리 제품(100)이 깨졌을 때 파편이 격렬히 방출되고 유리 제품(100) 내부로부터 파쇄가 일어날 우려가 있다. 이와 같은 유리 제품(100)의 취약성 기준을 충족하는 최대 인장 응력은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 아래의 식을 만족할 수 있다.
[식 2]
몇몇 실시예에서, 최대 인장 인력(CT1)은 100 MPa 이하이거나, 85 MPa 이하일 수 있다. 한편, 최대 인장 인력(CT1)은 75 MPa 이상인 것이 강도와 같은 기계적인 특성을 개선하는 데에 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, 최대 인장 인력(CT1)은 75 MPa 이상 85 MPa 이하일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
유리 제품(100)의 최대 인장 응력(CT1)은 대체로 유리 제품(100)의 두께(t) 방향 중앙부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 유리 제품(100)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.
한편, 유리 제품(100)의 강도를 높이기 위해서는 압축 응력 및 압축 깊이(DOC1, DOC2)가 큰 것이 바람직하지만, 압축 에너지가 커지면 인장 에너지도 함께 커지면서 최대 인장 응력(CT1)도 증가할 수 있다. 높은 강도를 가지면서도 취약성 기준을 충족시키기 위해서는 최대 압축 응력(CS1, CS2) 및 압축 깊이(DOC1, DOC2)는 크면서 압축 에너지가 작아지도록 응력 프로파일을 조절하는 것이 바람직하다. 이를 위해 유리 제품(100)은 특정 성분들을 정해진 함량으로 포함하는 유리 조성물에 의해 제조될 수 있다. 상기 유리 조성물이 포함하는 성분들의 조성 비율에 따라, 제조된 유리 제품(100)은 우수한 강도를 가질 수 있고, 이와 동시에 폴더블 디스플레이 장치에 적용될 수 있도록 유연한 성질과 물성들을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유리 제품(100)을 형성하는 유리 조성물은 유리 조성물 총 중량에 대하여 SiO2를 60 내지 75mol%, Al2O3를 3 내지 10mol%, Na2O를 3 내지 10mol%, Li2O를 10 내지 25%, P2O5를 0 내지 1mol% 및 ZrO2를 1 내지 5mol%의 함량으로 포함할 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 다음과 같다.
SiO2는 유리의 골격을 구성하며, 화학적 내구성을 높이고, 유리 표면에 흠집(압흔)이 생겼을 때의 크랙 발생을 저감시키는 역할을 할 수 있다. SiO2는 유리의 망목를 형성하는 망목 형성 산화물(Network former oxide)일 수 있으며, SiO2를 포함하여 제조된 유리 제품(100)은 열 팽창 계수가 감소하고 기계적 강도가 향상될 수 있다. 위와 같은 역할을 충분히 수행하기 위해 SiO2는 60mol％ 이상의 함량으로 포함될 수 있다. 충분한 용융성을 나타내기 위해 유리 조성물 내에서 SiO2는 75mol% 이하의 함량을 가질 수 있다.
Al2O3는 유리의 파쇄성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, Al2O3는 유리가 깨졌을 때 더 작은 수의 파편이 발생하도록 하는 역할을 할 수 있다. Al2O3는 망목 구조를 형성하는 SiO2와 결합을 형성하는 중간 형성 산화물(Intermediate oxide)일 수 있다. 또한, Al2O3는 화학 강화 시의 이온 교환 성능을 향상시키고, 강화 후의 표면 압축 응력을 크게 하는 유효 성분으로 작용할 수 있다. Al2O3의 함량이 3mol% 이상인 경우 상기와 같은 기능을 효과적으로 수행할 수 있다. 한편, 유리의 내산성, 용융성을 유지하기 위해서는 Al2O3의 함량이 10mol% 이하인 것이 바람직하다.
Na2O는 이온 교환에 의해 표면 압축 응력을 형성시키고, 유리의 용융성을 향상시키는 역할을 한다. Na2O는 망목 구조를 형성하는 SiO2의 산소와 이온 결합을 형성함으로써 SiO2 망목 구조 내에서 비가교 산소를 형성할 수 있다. 비가교 산소의 증가는 망목 구조의 유연성을 향상시킬 수 있고, 유리 제품(100)은 폴더블 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 물성을 가질 수 있다. Na2O는 3mol% 이상의 함량을 갖는 것이 위와 같은 역할을 유효하게 수행하는 데에 바람직하다. 다만, 유리 제품(100)의 내산성 관점에서는 10mol% 이하의 함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
Li2O는 상술한 Na2O와 유사하게 이온 교환에 의해 표면 압축 응력을 형성시키고, 유리의 용융성을 향상시키는 역할을 한다. Li2O는 망목 구조를 형성하는 SiO2의 산소와 이온 결합을 형성함으로써 SiO2 망목 구조 내에서 비가교 산소를 형성할 수 있다. 비가교 산소의 증가는 망목 구조의 유연성 및 충격 흡수 기능을 향상시킬 수 있고, 유리 제품(100)은 폴더블 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 물성을 가질 수 있다. Li2O는 10mol% 이상의 함량을 갖는 것이 위와 같은 역할을 유효하게 수행하는 데에 바람직하다. 다만, 유리 제품(100)의 열 저항성 관점에서는 25mol% 이하의 함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
ZrO2는 유리의 투과율과 표면 강도를 향상시키고 표면 크랙 확장에 대한 저항성을 증가시킬 수 있다. ZrO2는 망목 구조를 형성하는 SiO2와 결합을 형성하는 중간 형성 산화물(Intermediate oxide)일 수 있다. ZrO2는 SiO2 망목 구조에서 Li2O와 Na2O에 의해 결합이 끊어진 부분에 결합되어, 유리의 파괴 인성을 증가시키고 굴곡에 대한 반발력을 증가시킬 수 있다. ZrO2는 1mol% 이상 함유되었을 때 상기 기능을 유의미하게 수행할 수 있다. 다만, 유리 제품(100)의 유연성 관점에서는 5mol% 이하의 함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
P2O5는 이온 교환 성능과 칩핑 내성을 향상시킨다. P2O5도 SiO2와 함께 망목 구조를 형성하는 망목 형성 산화물일 수 있다. P2O5는 고분자와 유사한 체인 구조를 형성하여 이온 이동성이 우수할 수 있어, 충격시 원자의 위치가 변동하면서 충격을 흡수할 수 있다. P2O5는 생략될 수도 있지만(0mol%), 0.1mol% 이상 함유되었을 때 상기 기능을 유의미하게 수행할 수 있다. P2O5는 유리 제품의 화학적 저항성 관점에서 1mol％ 이하의 함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유리 조성물은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
(여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 유리 조성물에 의해 제조된 유리 제품(100)은 폴더블 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 특성 및 물성을 가질 수 있다. 예를 들어, 유리 제품(100)은 폴딩 및 언폴딩이 가능하도록 유연한 성질을 가질 수 있으면서, 디스플레이 장치(500)의 커버 윈도우로 적용될 수 있을 정도의 강도 및 화학적 특성을 가질 수 있다. 유리 조성물이 SiO2 및 Al2O3를 포함하여 형성된 망목 구조는 Na2O 및 Li2O가 첨가되어 유연성을 갖는 망목 구조가 형성될 수 있다. Na2O 및 Li2O의 첨가에 의해 망목 구조를 형성하는 결합, 예컨대 SiO2 간 결합 사이에서 Na 이온 또는 Li 이온이 산소와 이온 결합을 형성하여 비가교 산소가 증가할 수 있다. 망목 구조 내에서 비가교 산소의 증가는 망목 구조의 결합이 깨지거나 열린(Open) 상태가 됨을 의미하고, 유리의 망목 구조가 유연성을 가질 수 있다. 유리 조성물은 제조된 유리 제품(100)이 충분한 유연성을 가질 수 있도록 Na2O를 3mol% 이상의 함량으로 포함하고 Li2O를 10mol% 이상의 함량으로 포함할 수 있다.
유리 조성물이 상대적으로 과량의 Na2O 및 Li2O를 포함함에 따라, 기계적 강도에는 취약할 수 있다. 이를 보완하기 위해 유리 조성물은 Al2O3를 포함하는데, 상기 관계식 1에 따라 Al2O3의 함량과, R2O의 함량(Na2O와 Li2O의 함량의 합)의 비율이 0.1 내지 0.5의 범위로 조절됨에 따라 망목 구조에 기계적 강도가 더해질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유리 조성물은 Al2O3의 함량과, R2O의 함량(Na2O와 Li2O의 함량의 합)의 비율, 또는 R 비율(R ratio)가 0.1 내지 0.5의 범위를 가질 수 있다.
유리 조성물에 포함된 Al2O3의 함량과, R2O의 함량(Na2O와 Li2O의 함량의 합)의 비율(R 비율)이 0.1 이상일 가질 경우, Na2O와 Li2O의 함량이 증가되고 증가된 Na2O와 Li2O가 SiO2의 망목 구조를 끊어주어 망목 구조 내의 원자간 거리를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, SiO2의 망목 구조 내에 여분의 공간(space)이 많이 형성되어, 유연성 및 충격 흡수 특성이 향상될 수 있다.
반면, 유리 조성물에 함유된 Al2O3의 함량과, R2O의 함량(Na2O와 Li2O의 함량의 합)의 비율(R 비율)이 더 커지면, Na2O와 Li2O가 SiO2의 망목 구조를 끊는 부분이 증가되고 유리의 화학적 내구성이 저하될 수 있다. 따라서, 유리 제품의 화학적 내구성 관점에서 Al2O3의 함량과, R2O의 함량(Na2O와 Li2O의 함량의 합)의 비율(R 비율)은 0.5 이하임이 바람직할 수 있다.
일 실시예에서는 유리 조성물에 포함된 Al2O3의 함량과, R2O의 함량(Na2O와 Li2O의 함량의 합)의 비율(R 비율)이 0.1 내지 0.5 사이의 값을 가짐으로써, 유리 제품(100)의 유연성, 강도 및 충격 흡수 특성을 향상시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 유리 조성물은 SiO2 67.2mol%, Al2O3 6.3mol%, Na2O 5.1mol%, Li2O는 18.7mol%를 포함하고, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26일 수 있다.
유리 조성물은 이상에서 열거한 성분들 이외에도 필요에 따라 Y2O3, La2O3, Nb2O5, Ta2O5, Gd2O3 등의 성분을 더 포함할 수도 있다. 또한, 청징제로서 미량의 Sb2O3, CeO2, 및/또는 As2O3 등을 더 포함할 수도 있다.
한편, 유리 조성물은 유리 제품의 굴곡 신뢰성을 향상시키기 위해, Na2O 및 Li2O 이외의 다른 R2O(R=K)인 K2O를 더 포함할 수 있다. K2O는 Na을 K로 치환하여, 유리의 압축 응력을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, K2O는 유리 제품의 폴딩(folding) 신뢰성 및 굴곡 신뢰성을 향상시켜 플렉서블한 유리 제품(100)을 구현하는데 기여할 수 있다. K2O는 생략될 수도 있지만(0mol%), 0.1mol% 이상 함유되었을 때 상기 기능을 유의미하게 수행할 수 있다. 다만, 유리 제품(100)의 용융성 관점에서는 1mol% 이하의 함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
유리 조성물이 K2O를 포함하는 경우, 유리 조성물은 상기 관계식 1에서 R이 K를 더 포함할 수 있다. 즉, 유리 조성물 총 중량에서 R2O의 함량은 Na2O 함량, Li2O의 함량 및 K2O의 함량의 합일 수 있다. 이 경우, 유리 조성물 총 중량에서 R2O의 함량은 20 내지 25mol%의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 예시적인 실시예에서, 유리 조성물은 SiO2를 67.2mol%, Al2O3를 6.3mol%, Na2O를 5.0mol%, Li2O를 18.7mol%, K2O를 0.1mol%로 포함하고, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26일 수 있다.
상술한 조성을 갖는 유리 조성물은 본 기술분야에서 공지된 다양한 방법으로 판 유리 형상으로 성형될 수 있다. 판 유리 형상으로 성형되면 이를 추가 가공하여 디스플레이 장치(500)에 적용 가능한 유리 제품(100)으로 제조될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 유리 조성물은 판 유리 형상으로 형성되지 않고 추가적인 성형 공정 없이 제품에 적용 가능한 유리 제품(100)으로 직접 성형될 수도 있다.
이하에서는 유리 조성물이 판 유리 형상으로 성형되고, 상기 유리가 유리 제품(100)으로 가공되는 공정에 대하여 설명하기로 한다.
도 7은 일 실시예에 따른 유리 제품의 제조 공정 단계별 순서도이다. 도 8은 도 7의 커팅 단계부터 강화 후 표면 연마 단계를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 유리 제품(100)의 제조 방법은 성형 단계(S1), 커팅 단계(S2), 측면 연마 단계(S3), 강화 전 표면 연마 단계(S4), 강화 단계(S5), 및 강화 후 표면 연마 단계(S6)를 포함할 수 있다.
성형 단계(S1)는 유리 조성물을 준비하는 단계와 유리 조성물을 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 유리 조성물은 상술한 바와 같이 조성 및 성분을 가질 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 유리 조성물은 플로트법(Float process), 퓨전 인발법(Fusion draw process), 슬롯 인발법(Slot draw process) 등의 방법으로 판 유리 형상으로 성형될 수 있다.
평판 플레이트 형상으로 성형된 유리는 커팅 단계(S2)를 통해 커팅될 수 있다. 평판 플레이트 형상으로 성형된 유리는 최종 유리 제품(100)에 적용되는 것과 다른 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 유리 성형은 복수의 유리 제품을 포함하는 모 기판(10a)으로서 큰 면적의 기판 상태로 진행하고, 이를 복수의 셀(10)로 커팅하여 복수의 유리 제품을 제조할 수 있다. 예를 들어, 최종 유리 제품(100)은 6인치 내외의 크기를 갖는다고 하더라도, 수배 내지 수백배의 크기, 예컨대 120인치로 유리를 성형한 후 이를 커팅하면, 한꺼번에 20개의 평판 플레이트 형상으로 성형된 유리를 얻을 수 있다. 이와 같이 함으로써, 개별 유리 제품을 별도로 성형하는 것보다 공정 효율을 개선할 수 있다. 또한, 하나의 유리 제품 크기에 해당하는 유리를 성형하는 경우에도 최종 유리 제품이 다양한 평면 형상을 갖는 경우 커팅 공정을 통해 원하는 형상을 만들 수도 있다.
유리(10a)의 커팅은 커팅 나이프(20), 커팅 휠, 레이저 등을 이용하여 수행될 수 있다.
유리의 커팅 단계(S2)는 유리의 강화 단계(S5) 이전에 진행될 수 있다. 모 기판 단위의 유리(10a)를 한꺼번에 강화한 후 최종 유리 제품 크기로 절단할 수도 있지만, 이 경우에는 커팅된 면(예컨대, 유리의 측면)이 강화되지 않은 상태에 놓일 수 있으므로, 먼저 커팅을 완료한 후 강화 단계(S5)를 진행하는 것이 바람직할 수 있다.
유리의 커팅 단계(S2)와 강화 단계(S5) 사이에는 강화 전 연마 단계가 진행될 수 있다. 연마 단계는 측면 연마 단계(S3) 및 강화 전 표면 연마 단계(S4)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 측면 연마 단계(S3)를 먼저 수행한 후 강화 전 표면 연마 단계(S4)를 수행하지만, 이 순서는 바뀔 수도 있다.
측면 연마 단계(S3)는 커팅된 유리(10)의 측면을 연마하는 단계이다. 측면 연마 단계(S3)는 유리(10)의 측면을 연마하여 매끄러운 면을 갖도록 한다. 또한, 측면 연마 단계(S3)를 통해 유리(10)의 각 측면이 균일한 면을 갖게 될 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 커팅된 유리(10)는 하나 이상의 커팅된 면을 포함할 수 있다. 커팅된 몇몇 유리(10)는 4개의 측면 중 2개의 측면이 커팅된 면일 수 있다. 커팅된 다른 몇몇 유리(10)는 4개의 측면 중 3개의 측면이 커팅된 면일 수 있다. 커팅된 몇몇 다른 유리(10)는 4개의 측면이 모두 커팅된 면일 수 있다. 측면이 커팅된 면인 경우와 커팅되지 않은 면인 경우는 표면 거칠기 등이 상이할 수 있다. 또한, 커팅된 면 사이에서도 서로 다른 표면 거칠기를 가질 수 있다. 따라서, 측면 연마 단계(S3)를 통해 각 측면을 연마함으로써, 각 측면이 균일한 표면 거칠기 등을 가질 수 있다. 나아가, 측면에 작은 크랙이 있는 경우, 측면 연마 단계(S3)를 통해 제거될 수 있다.
측면 연마 단계(S3)는 복수의 커팅된 유리(10)에 대해 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 복수의 커팅된 유리(10)를 적층한 상태에서 적층된 유리(10)들을 동시에 연마할 수 있다.
측면 연마 단계(S3)는 연마 장치(30)를 이용한 기계적 연마 방식 또는 화학 기계적 연마 방식으로 진행될 수 있다. 일 실시예에서, 커팅된 유리(10)들의 2개의 마주보는 측면들을 동시에 연마하고, 이후 다른 2개의 마주보는 측면들을 동시에 연마할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
강화 전 표면 연마 단계(S4)는 각 유리(10)가 균일한 표면을 갖도록 하기 위해 수행될 수 있다. 강화 전 표면 연마 단계(S4)는 커팅된 각 유리(10)별로 하나씩 진행될 수도 있지만, 화학 기계적 연마 장치(40)가 유리(10)에 비해 충분히 큰 경우 복수의 유리(10)를 수평으로 배열한 후 복수의 유리(10)를 동시에 표면 연마할 수도 있다.
강화 전 표면 연마(S4)는 화학 기계적 연마 방식(40)으로 진행될 수 있다. 구체적으로, 화학 기계적 연마 장치(40) 및 연마 슬러리를 이용하여 커팅된 유리(10)의 제1 표면과 제2 표면을 연마한다. 제1 표면과 제2 표면은 동시에 연마될 수도 있고, 어느 하나의 표면을 먼저 연마한 후 나머지 표면을 연마할 수도 있다.
강화 전 연마 단계(S4) 이후에는 강화 단계(S5)가 진행된다. 강화 단계(S5)는 화학적 강화 및/또는 열적 강화로 진행될 수 있다. 2mm 이하, 나아가 약 0.75mm 또는 그 이하의 얇은 두께를 갖는 유리(10)의 경우, 정교한 응력 프로파일 제어를 위해 화학적 강화 방식이 적합하게 적용될 수 있다.
강화 단계(S5) 이후에는 선택적으로 강화 후 표면 연마 단계(S6)를 더 수행할 수 있다. 강화 후 표면 연마 단계(S6)는 강화된 유리(10) 표면의 미세 크랙을 제거하고, 강화된 유리(10)의 제1 표면과 제2 표면의 압축 응력을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 판 유리 제조방법 중 하나인 플로팅법은 주석 욕조에 유리 조성물을 흘리는 방식으로 진행하는데, 이 경우 주석 욕조와 접촉하는 면과 접촉하지 않는 면은 다른 조성을 가질 수 있다. 그에 따라 유리(10)의 강화 공정(S5) 이후 주석 접촉면과 비접촉면간 압축 응력의 편차가 발생할 수 있는데, 연마에 의해 유리(10)의 표면을 적절한 두께로 제거함으로써 접촉면과 비접촉면 간 압축 응력 편차를 감소시킬 수 있다
강화 후 표면 연마 공정(S6)은 화학 기계적 연마 방식으로 진행될 수 있다. 구체적으로, 화학 기계적 연마 장치(60) 및 연마 슬러리를 이용하여 피처리 유리(10)인 강화 유리(10)의 제1 표면과 제2 표면을 연마한다. 연마 두께는 예를 들어, 100nm 내지 1000nm의 범위에서 조절될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 표면과 제2 표면의 연마 두께는 동일할 수도 있지만, 상이할 수도 있다.
도면으로 도시하지는 않았지만, 강화 후 표면 연마 공정(S6) 후에 필요에 따라 형상 가공 공정을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 3차원 형상의 유리 제품(101-103)을 제조하는 경우, 강화 후 표면 연마 공정(S6)이 완료된 후에 3차원 가공 공정을 수행할 수 있다.
상술한 공정을 통해 제조된 유리 제품(100)은 유리 조성물의 성분 비율과 유사한 성분 비율을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 제품(100)은 SiO2를 60 내지 75mol%, Al2O3를 3 내지 10mol%, Na2O를 3 내지 10mol%, Li2O를 10 내지 25%, P2O5를 0 내지 1mol% 및 ZrO2를 1 내지 5mol%의 함량으로 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시예에 따른 유리 제품(100)은 상술한 성분 비율에 더하여 K2O를 0 내지 1mol%의 함량으로 포함할 수 있다. 유리 제품(100)을 제조하기 위한 유리 조성물은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
(여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
또한, 상기 관계식 1에서 유리 제품이 K2O를 포함하는 경우, R은 Li, Na 및 K일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이상에서 설명한 유리 조성물로부터 제조된 유리 제품(100)은 두께가 20㎛ 내지 100㎛의 범위를 가지면서, 다음과 같은 물성을 만족할 수 있다.
i) 열 팽창 계수(10-7 K-1): 75*10-7 K-1 내지 85*10-7 K-1
ii) 유리 전이 온도(Tg): 450℃ 내지 550℃
iii) 밀도: 2.4g/cm3 내지 2.6g/cm3
iv) 탄성 계수: 75GPa 내지 85GPa
v) 포아송비(Poisson ratio): 0.3 내지 0.4
vi) 경도: 5.5GPa 내지 6.5GPa
vii) 파괴 인성: 1.0MPa*m0.5 내지 1.5 MPa*m0.5
viii) 취성(Brittleness): 4.5㎛-0.5 내지 5.5㎛-0.5
이하, 실시예의 더욱 구체적인 내용이 제조예 및 실험예들을 통해 설명된다.
제조예 1: 유리 제품의 제조
하기 표 1에 따라 다양한 조성을 갖는 유리 기재를 복수개 준비하고, SAMPLE#1, SAMPLE#2, SAMPLE#3, SAMPLE#4로 나눈 후 각 SAMPLE 별로 상술한 방법에 따른 유리 제품 제조 공정을 진행하였다. 각 SAMPLE별 유리 제품은 50㎛ 두께를 갖는 제품으로 제조하였다.
각 SAMPLE별 유리 제품의 조성은 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 각 SAMPLE별 유리 제품의 밀도, 유리전이온도, 경도, 파괴인성, 취성, 탄성 계수, 열 팽창 계수, 및 포아송비를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
샘플군 SAMPLE#1 SAMPLE #2 SAMPLE #3 SAMPLE #4
조성 SiO2 67.2 70.0 68.9 67.1
Al2O3 6.3 7.7 10.3 11.3
B2O3 - - - 0.4
MgO - 7.5 5.4 4.7
P2O5 0.2 - - -
Na2O 5.0 12.7 15.2 14.8
K2O 0.1 1.7 - 1.4
Li2O 18.7 - - -
ZrO2 2.4 - - -
조성비(mol%) Al2O3:R2O 6.3:23.8 7.7:14.4 10.3:15.2 11.3:16.2
조성비(mol%) Al2O3/R2O 0.26 0.53 0.68 0.70
샘플군 SAMPLE#1 SAMPLE #2 SAMPLE #3 SAMPLE #4
물성 밀도(g/cm3) 2.485 2.46 2.42 2.45
유리전이온도 Tg(℃) 478 602 599 560
경도(GPa) 6.09 6.05 5.24 5.79
파괴인성 (MPa*m0.5) 1.21 0.70 0.68 0.67
취성(㎛-0.5) 5.05 8.64 7.71 8.64
탄성 계수(GPa) 82 74 71.5 70
열 팽창 계수(*10-7 K-1) 81.6 88 80 91
포아송비 0.353 0.215 0.210 0.200
상기 표 1 및 표 2를 참조하면, SAMPLE#1은 Li2O, ZrO2 및 P2O5를 포함하는 유리 조성물로 제조된 유리 제품이다. 그 외, SAMPLE#2, #3 및 #4는 각각 Li2O, ZrO2 및 P2O5를 포함하지 않는 유리 조성물로부터 제조된 유리 제품이다. SAMPLE#1은 유리 전이 온도가 478℃로 나타나, SAMPLE#2, #3 및 #4에 비하여 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 이를 통해, SAMPLE#1은 유리의 용융성 및 공정성이 우수한 것을 의미할 수 있다.
또한, SAMPLE#1은 파괴 인성이 1.21MPa*m0.5이고, 취성이 5.05㎛-0.5로 나타난 것을 알 수 있었다. 반면, SAMPLE#2, #3 및 #4는 파괴 인성이 0.7MPa*m0.5 이하이고 취성이 7.71㎛-0.5 이상인 것을 볼 때, SAMPLE#1이 다른 SAMPLE들에 비하여 내충격 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, SAMPLE#1은 탄성 계수가 82GPa이고 포아송비가 0.353으로 나타난 것을 알 수 있었다. 반면, SAMPLE#2, #3 및 #4는 탄성 계수가 74GPa 이하이고 포아송비가 0.215 이하인 것을 볼 때, SAMPLE#1이 다른 SAMPLE들에 비하여 유연성이 상대적으로 우수한 것을 알 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: 유리 100: 유리 제품
500: 디스플레이 장치

Claims (20)

  1. 유리 조성으로서, 총 중량에 대하여 SiO2 60 내지 75mol%, Al2O3 3 내지 10mol%, Na2O 3 내지 10mol%, Li2O 10 내지 25%, P2O5 0 내지 1mol% 및 ZrO2 1 내지 5mol%를 포함하고,
    하기 관계식 1을 만족하며, 두께가 20 내지 100㎛의 범위를 갖는 유리 제품.
    [관계식 1]
    0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
    (여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유리 조성으로서 조성물 총 중량에 대하여,
    상기 SiO2는 67.2mol%이고,
    상기 Al2O3는 6.3mol%이며,
    상기 Na2O는 5.1mol%이고,
    상기 Li2O는 18.7mol%이며,
    상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26인 유리 제품.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유리 조성은 K2O 0 내지 1mol%를 더 포함하는 유리 제품.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 유리 조성으로서 조성물 총 중량에 대하여,
    상기 SiO2는 67.2mol%이고,
    상기 Al2O3는 6.3mol%이며,
    상기 Na2O는 5.0mol%이고,
    상기 Li2O는 18.7mol%이며,
    상기 K2O는 0.1mol%이며,
    상기 관계식 1에서 상기 R은 K를 더 포함하며, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26인 유리 제품.
  5. 제1 항에 있어서,
    열 팽창 계수가 75*10-7 K-1 내지 85*10-7 K-1의 범위를 갖는 유리 제품.
  6. 제1 항에 있어서,
    유리 전이 온도가 450℃ 내지 550℃의 범위를 갖는 유리 제품.
  7. 제1 항에 있어서,
    밀도가 2.4g/cm3 내지 2.6g/cm3의 범위를 갖는 유리 제품.
  8. 제1 항에 있어서,
    탄성 계수가 75GPa 내지 85GPa의 범위를 갖는 유리 제품.
  9. 제1 항에 있어서,
    포아송비(Poisson ratio)가 0.3 내지 0.4의 범위를 갖는 유리 제품.
  10. 제1 항에 있어서,
    경도가 5.5GPa 내지 6.5GPa의 범위를 갖는 유리 제품.
  11. 제1 항에 있어서,
    파괴 인성이 1.0MPa*m0.5 내지 1.5MPa*m0.5의 범위를 갖는 유리 제품.
  12. 제1 항에 있어서,
    취성이 4.5㎛-0.5 내지 5.5㎛-0.5의 범위를 갖는 유리 제품.
  13. 총 중량에 대하여 SiO2 60 내지 75mol%, Al2O3 3 내지 10mol%, Na2O 3 내지 10mol%, Li2O 10 내지 25%, P2O5 0 내지 1mol% 및 ZrO2 1 내지 5mol%를 포함하고,
    하기 관계식 1을 만족하는 유리 조성물.
    [관계식 1]
    0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
    (여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
  14. 제13 항에 있어서,
    조성물 총 중량에 대하여,
    상기 SiO2는 67.2mol%이고,
    상기 Al2O3는 6.3mol%이며,
    상기 Na2O는 5.1mol%이고,
    상기 Li2O는 18.7mol%이며,
    상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26인 유리 조성물.
  15. 제13 항에 있어서,
    K2O 0 내지 1mol%를 더 포함하는 유리 조성물.
  16. 제15 항에 있어서,
    조성물 총 중량에 대하여,
    상기 SiO2는 67.2mol%이고,
    상기 Al2O3는 6.3mol%이며,
    상기 Na2O는 5.0mol%이고,
    상기 Li2O는 18.7mol%이며,
    상기 K2O는 0.1mol%이며,
    상기 관계식 1에서 상기 R은 K를 더 포함하며, 상기 관계식 1에 따른 R 비율이 0.26일 수 있다.
  17. 제13 항에 있어서,
    조성물 총 중량에 대하여, 상기 R2O는 20 내지 25mol%의 범위를 갖는 유리 조성물.
  18. 복수의 화소를 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 상부에 배치된 커버 윈도우; 및
    상기 디스플레이 패널과 상기 커버 윈도우 사이에 배치된 광학 투명 결합층을 포함하되,
    상기 커버 윈도우는 유리 조성으로서, 총 중량에 대하여 SiO2 60 내지 75mol%, Al2O3 3 내지 10mol%, Na2O 3 내지 10mol%, Li2O 10 내지 25%, P2O5 0 내지 1mol% 및 ZrO2 1 내지 5mol%를 포함하고,
    하기 관계식 1을 만족하며, 두께가 20 내지 100㎛의 범위를 갖는 디스플레이 장치.
    [관계식 1]
    0.1 <Al2O3/(R2O)(R 비율, R ratio)< 0.5
    (여기서, R은 Li 및 Na이고, Al2O3 및 R2O는 상기 유리 조성에서 각 성분의 함량(mol%)이다.)
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 커버 윈도우는 K2O 0 내지 1mol%를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 R2O는 20 내지 25mol%의 범위를 갖는 디스플레이 장치.
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