WO2019190080A1 - 박형 강화 유리 및 그 제조방법 - Google Patents

박형 강화 유리 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2019190080A1
WO2019190080A1 PCT/KR2019/002877 KR2019002877W WO2019190080A1 WO 2019190080 A1 WO2019190080 A1 WO 2019190080A1 KR 2019002877 W KR2019002877 W KR 2019002877W WO 2019190080 A1 WO2019190080 A1 WO 2019190080A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tempered glass
glass
thin tempered
temperature
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2019/002877
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김종민
박승준
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Original Assignee
Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020190003314A external-priority patent/KR20190113532A/ko
Application filed by Dongwoo Fine Chem Co Ltd filed Critical Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Publication of WO2019190080A1 publication Critical patent/WO2019190080A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C03B27/03—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being a molten metal or a molten salt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties

Definitions

  • the present invention relates to a thin tempered glass and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention may improve impact resistance by adjusting a stress distribution ratio (CS / CT), which is a ratio of surface compressive stress (CS) and central tensile stress (Central Tensile Stress) of glass. Reinforced thin film with a level of surface compressive stress that can be stably applied to displays such as bendable, foldable, rollable, and stretchable shapes that require bending characteristics It relates to glass and a method of manufacturing the same.
  • CS / CT stress distribution ratio
  • CS surface compressive stress
  • Central Tensile Stress Central Tensile Stress
  • Thin glass is used for a display panel, a touch panel, a backlight panel, and the like, and the glass is applied to a product after a reinforcement treatment to improve impact resistance and the like, and there are chemical reinforcement and physical reinforcement.
  • the reason why the glass is broken is that the compressive stress acts on the glass surface when the external force is applied to the glass, and the tensile stress acts on the glass surface on the opposite side.
  • ion substitution chemical strengthening is used for the window glass used in the display panel to reduce the possibility of scratching the glass surface and the possibility of breakage from dropping during use. To improve the strength.
  • the displacement of the surface compressive stress is determined by the physical properties and the thickness of the glass under the conditions of the same chemical strengthening.
  • the surface compressive stress determined by the glass properties determined at the time of glass production cannot be exceeded.
  • the surface compressive stress that can be achieved by the ion substitution strengthening of the present window glass there is a limit in improving the impact resistance of the glass, in particular, bendable, foldable that requires bending characteristics (foldable), rollable (rollable), stretchable (stretchable) display, such as the use of the display has a low surface compressive stress, there is a need for a method that can further increase the surface compressive stress.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-1626282 (Registration Date: May 26, 2016, Name: heat treatment apparatus before chemical strengthening of glass and heat treatment method using the same)
  • the present invention is to strengthen the thinness to improve the impact resistance by adjusting the stress distribution ratio (CS / CT) which is the ratio of the surface compressive stress (CS) and the central tensile stress (CT) of the glass (Central Tensile Stress, CT) It is a technical problem to provide glass and its manufacturing method.
  • CS / CT stress distribution ratio
  • CS surface compressive stress
  • CT central tensile stress
  • the present invention provides a surface compression stress that can be stably applied to displays such as bendable, foldable, rollable, stretchable, etc., which require bending characteristics. It is a technical subject to provide the thin tempered glass which has, and its manufacturing method.
  • the thin tempered glass according to the present invention has a stress distribution ratio (CS / CT) which is a ratio of surface compressive stress (CS) and central tensile stress (CT) of 2.0 or more. 10.0 or less.
  • CS / CT stress distribution ratio
  • CS surface compressive stress
  • CT central tensile stress
  • the thickness of the thin tempered glass is 210 ⁇ m or more and 350 ⁇ m or less.
  • the thickness of the tempered depth of the thin tempered glass is 15 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
  • the content of potassium ions (K +) contained in the tempered depth layer of the thin tempered glass is 5% or more and 15% or less.
  • both surfaces of the thin tempered glass are substituted with potassium ions (K +).
  • the thin tempered glass according to the present invention is used as a cover glass attached to a touch sensor for recognizing a fingerprint in a capacitive manner.
  • the thin tempered glass manufacturing method includes a preheating step of heat-treating the glass, a step of chemically strengthening the heat-treated glass through an ion substitution solution, and a post-heating step of final heat treatment of the tempered glass.
  • the temperature of is a temperature less than the end temperature of the preheating step
  • the temperature of the post-heating step is characterized in that the temperature less than the end temperature of the strengthening step.
  • the step of strengthening is characterized in that it comprises potassium nitrate (KNO 3 ) as an ion substitution solution.
  • the temperature of the preheating step is greater than or equal to the melting point of the ion substitution solution, characterized in that less than the glass transition temperature (Tg) of the glass.
  • the temperature of the strengthening step is characterized in that more than the melting point of the ion substitution solution, 400 degrees or less.
  • the temperature of the strengthening step is characterized in that less than 1 degree or more than 100 degrees lower than the end temperature of the preheating step.
  • the temperature of the post-heating step is characterized in that less than 1 degree or more than 100 degrees less than the end temperature of the strengthening step.
  • the step of strengthening is characterized in that the progress for more than 5 minutes and less than 60 minutes.
  • the stress distribution ratio which is the ratio of the surface compressive stress (CS) and the central tensile stress (Central Tensile Stress, CT) of the thin tempered glass obtained after the post-heating step (CS / CT) is characterized by being 2.0 or more and 10.0 or less.
  • the thickness of the thin tempered glass obtained after the post-heating step is characterized in that the 210 ⁇ m not more than 350 ⁇ m.
  • the thickness of the tempered depth of the thin tempered glass obtained after the post-heating step is characterized in that more than 15 ⁇ m 25 ⁇ m.
  • the content of potassium ions (K +) contained in the tempered depth layer of the thin tempered glass obtained after the post-heating step is 5% or more and 15% or less.
  • CS / CT stress distribution ratio
  • CS surface compressive stress
  • Central Tensile Stress Central Tensile Stress
  • CS / CT stress distribution ratio
  • CS surface compressive stress
  • Central Tensile, CT central tensile stress
  • FIG. 2 is a process flowchart of a method of manufacturing a thin tempered glass according to an embodiment of the present invention
  • FIG 3 is a view showing exemplary temperature conditions of the preheating step, the strengthening step and the post-heating step in the thin tempered glass manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another, for example without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, and the first component may be called a second component and similarly the second component. The component may also be referred to as the first component.
  • Thin tempered glass according to an embodiment of the present invention is the result of the method of manufacturing a thin tempered glass according to an embodiment of the present invention.
  • the thin tempered glass according to an embodiment of the present invention may be used as a cover glass attached to a touch sensor that recognizes a fingerprint in a capacitive manner.
  • non-fingerprint touch sensor has a wide pattern, so pattern sensing through low resistance and low channel is smooth.However, it is necessary to apply ultra-fine pattern and multi-channel for fingerprint sensing. This requires minimizing the loss of charge transfer between the finger and the pattern.
  • the thickness and impact resistance of the cover glass attached to the touch sensor for protecting the impact to the outside is important, and hereinafter, the configuration of a thin tempered glass and a method of manufacturing the same to meet this demand.
  • CS / CT stress distribution ratio
  • CS surface compressive stress
  • Central Tensile, CT central tensile stress
  • the chemically strengthened glass has a stress profile symmetrical in the thickness direction.
  • the compressive stress is maximized at the outermost surface of the glass.
  • the compressive stress at the outermost surface of glass is called surface compressive stress (CS).
  • CS surface compressive stress
  • the compressive stress gradually decreases, and at a certain depth (compression stress depth, Depth Of Layer), the compressive stress becomes zero.
  • Tensile stress occurs so that the integrated value of the stress in the thickness direction of glass becomes 0 in the part deeper than the depth of compressive stress of glass. This tensile stress is called the central tensile stress (CT).
  • CT central tensile stress
  • the surface compressive stress (CS), the compressive stress depth (DOL), and the central tensile stress (Central Tensile, CT) are generally expressed by the following relation when the thickness of the glass is t.
  • the central tensile stress (Central Tensile, CT) is a constant value in the tensile stress layer.
  • CT [MPa] CS [MPa] * DOL [mm] / (t [mm] -2 * DOL [mm])
  • CS Surface compressive stress
  • CT central tensile stress
  • Depth Of Layer depth of layer
  • the thin tempered glass according to an embodiment of the present invention is a result of the ion exchange chemical strengthening treatment, the ratio of the surface compressive stress (CS) and the central tensile stress (CT) of the thin tempered glass Phosphorus stress distribution ratio (CS / CT) is 2.0 or more and 10.0 or less.
  • the stress distribution ratio (CS / CT) is less than 2.0, the CS value is significantly smaller than the CT value. In such a case, even a small energy impact on the surface of the glass may cause energy inside to be exposed outward and easily break the glass. .
  • the stress distribution ratio (CS / CT) exceeds 10.0, the CS value is significantly higher than the CT value, and in this case, the CS value at the outermost portion of the inwardly folded portion and the outwardly stretched portion of the glass during folding Unbalance may result, which can easily break during folding.
  • CS Surface Compressive Stress present on both surfaces of the thin tempered glass according to an embodiment of the present invention is increased by an ion exchange chemical strengthening treatment, for example, the thickness of the thin tempered glass. May be 210 ⁇ m or more and 350 ⁇ m or less.
  • the critical significance of the numerical range of the thickness of the thin tempered glass is as follows.
  • the thickness of the thin tempered glass is 210 ⁇ m or more and 350 ⁇ m or less, the impact resistance of the thin tempered glass itself against external force applied by external factors is ensured, and the impact transmission to the touch sensor attached to the thin tempered glass is minimized. can do.
  • a sensing element such as a touch sensor attached to the thin tempered glass may reliably detect a fine pattern such as a human fingerprint.
  • the thickness of the thin tempered glass is less than 210 ⁇ m, there is a problem that the thin tempered glass does not sustain an impact due to external force and is broken.
  • the thickness of the thin tempered glass exceeds 350 ⁇ m, an increase in the thickness of the thin tempered glass causes an increase in the dielectric constant of the touch sensor, which leads to a decrease in capacitance, which in turn lowers the touch sensitivity of the touch sensor, When sensing a fine pattern such as a human fingerprint, the touch itself becomes impossible and there is a problem that the final product weight increases.
  • the thickness of the tempered depth of the thin tempered glass may be more than 15 ⁇ m 25 ⁇ m.
  • the critical significance of the numerical range of the tempered depth thickness of the thin tempered glass will be described as follows.
  • the thickness of the tempered depth of the thin tempered glass is 15 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less, there is an effect of preventing the breakage of the glass and at the same time improving the sensing force on a fine pattern such as a human fingerprint.
  • the tempered depth of the thin tempered glass acts as a shield to protect against external impacts, and even if a scratch occurs on the glass surface, the crack to be formed inside by compressing that the scratches are opened by an external compressive stress It will block (Crack). If the cracks are brought into the interior and the external stresses are exposed outwards, internal and external stress value imbalances occur and glass breakage occurs.
  • the thickness of the tempered depth of the thin tempered glass is less than 15 ⁇ m, the tempered depth is thin and there is a problem in that cracks easily lead to the inside even by a small scratch, causing glass breakage.
  • the thickness of the tempered glass of thin tempered glass exceeds 25 ⁇ m, the problem of increasing the internal stress rapidly and the area of the external stress are widened as the space where the internal stress will be reduced decreases the force to compress the scratch. Crack progression becomes easy, and as the content of K + ions increases, there is a problem in that the pattern sensing force for the fine pattern is lowered.
  • the content of potassium ions (K +) contained in the strengthening depth layer of the thin tempered glass may be 5% or more and 15% or less.
  • the impact resistance is controlled by adjusting the stress distribution ratio (CS / CT), which is a ratio of Surface Compressive Stress (CS) and Central Tensile Stress (CT).
  • CS / CT Stress distribution ratio
  • CS Surface Compressive Stress
  • CT Central Tensile Stress
  • the thickness of the sample 1 is 145 micrometers
  • the thickness of the sample 2 is 210 micrometers
  • the thickness of the sample 3 is 330 micrometers.
  • Sample 3 (330 ⁇ m) also has a stress distribution ratio (CS / CT) of 2.0 or more and 10.0 or less, and when the reinforcement depth thickness satisfies a condition of 15 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less, the minimum drop height at which fracture occurs is 160 cm. As a result, it can be confirmed that it has excellent impact resistance.
  • CS / CT stress distribution ratio
  • FIG. 2 is a process flowchart of a method for manufacturing a thin tempered glass according to an embodiment of the present invention.
  • the thin tempered glass manufacturing method includes a preheating step (S10), strengthening step (S20) and the post-heating step (S30).
  • CS Surface Compressive Stress
  • the preheating step (S10) a process of heat-treating the glass, which is the object of chemically strengthening treatment, at a preheating temperature is performed.
  • the strengthening step (S20) a process of chemically strengthening by ion exchange while heat-treating the glass preheated in the preheating step (S10) at a temperature lower than the temperature at the end of the preheating step is performed.
  • the ratio of the compressive stress (CS) and the central tensile stress (CT) of the thin tempered glass obtained after the preheating step (S10), the reinforcing step (S20) and the post-heating step (S30) are performed.
  • Phosphorus stress distribution ratio (CS / CT) may be 2.0 or more and 10.0 or less.
  • the thickness of the thin tempered glass may be 210 ⁇ m or more and 350 ⁇ m or less. have.
  • the thickness of the tempered depth of the thin tempered glass may be more than 15 ⁇ m 25 ⁇ m.
  • the impact resistance and folding characteristics of the thin tempered glass that can be obtained when the stress distribution ratio (CS / CT) is 2.0 or more and 10.0 or less, the thickness of the thin tempered glass is 210 ⁇ m or more and 350 ⁇ m or less, and the tempered depth thickness is 15 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less. Since the improved experimental result was described above with reference to Table 1, redundant descriptions are omitted.
  • both surfaces of the glass preheated in the preheating step (S10) is the difference between the preheating temperature and the tempering temperature and the surface in the tempering step (S20)
  • the surface compressive stress is primarily increased by ion exchange
  • 2) the chemically strengthened glass in the tempering step (S20) has a second surface compressive stress due to the difference between the tempering temperature and the postheating temperature in the postheating step (S30). It can be configured to be augmented.
  • FIG. 3 shows exemplary temperature conditions of the preheating step S10, the reinforcing step S20, and the postheating step S30.
  • preheating step (S10) for example, a process of preheating and heat-treating the glass, which is the object of chemical strengthening, is performed in a temperature environment starting at room temperature and gradually increasing to a preheating end temperature T1. do.
  • the preheating end temperature T1 which is a temperature at which the preheating ends in the preheating step S10, may be equal to or higher than the melting point of the ion replacement solution for the chemical strengthening treatment and below the strain temperature of the glass to be subjected to the chemical strengthening treatment. have.
  • the ion replacement solution is a potassium nitrate (KNO 3) solution
  • the preheating end temperature (T1) in this case is preferably 333 degrees or more, and the ion substitution that can be applied. Note that different solutions have different melting points.
  • the preheating end temperature is lower than the deformation temperature of the glass to be subjected to the chemical strengthening treatment.
  • the strengthening step (S20) a process of chemically strengthening by ion exchange is performed while heat-treating the preheated glass at a temperature at which the preheating is finished, that is, at the tempering temperature T2 below the preheating end temperature T1.
  • Both surfaces of the glass preheated in the preheating step (S10) are subjected to the preheating temperature, more specifically, the difference between the preheating end temperature (T1) and the tempering temperature (T2) (T1-T2) and the surface ion exchange in the tempering step (S20).
  • T1 the tempering temperature
  • the strengthening temperature (T2) is more than the melting point of the ion replacement solution for the chemical strengthening process and may be 400 degrees or less
  • the time (t2-t1) for performing the strengthening step (S20) is 5 minutes or more and 60 minutes or less Can be.
  • the tempering temperature (T2) is the melting point of the ion replacement solution, for example, when the ion replacement solution is a potassium nitrate (KNO3) solution, the melting point is less than 333 degrees, the ion replacement solution does not melt and sodium on the glass surface Ion exchange is not performed. If the tempering temperature (T2) exceeds 400 degrees may cause structural damage to the glass due to the high temperature, and the ion exchange of sodium and potassium may occur rapidly to reduce the properties including the elasticity of the glass.
  • the strengthening time is a time set in consideration of a sufficient level of ion substitution.
  • the post-heating step (S30) a process of heat-treating the glass chemically strengthened in the step (S20) at a post-heating temperature (T3) of less than the strengthening temperature (T2) is performed.
  • T3 post-heating temperature
  • the glass is chemically strengthened, and the surface compressive stress is secondarily increased by the difference ⁇ T between the tempered temperature (T2) and the after-heat temperature (T3) in the post-heat step (S30).
  • the difference ⁇ T between the reinforcement temperature T2 and the post-heat start temperature T3, which is the temperature at which the post-heat step S30 starts may be 1 degree or more and 100 degrees or less.
  • the difference ⁇ T between the tempered temperature T2 and the post-heating start temperature T3 may be set in a range that can secondly increase the surface compressive stress of the thin tempered glass and prevent structural damage of the glass.
  • the difference ( ⁇ T) between the tempered temperature (T2) and the post-heating start temperature (T3) is less than 1 degree, the secondary surface compressive stress increase of the thin tempered glass does not sufficiently occur, and the tempered temperature (T2) and the post-heating start temperature ( If the difference ⁇ T of T3) exceeds 100 degrees, structural damage to the glass may occur due to excessive temperature differences.
  • a process of obtaining a glass disc aggregate in which a plurality of glass discs are laminated may be performed by bonding the plurality of glass discs with an anti-etching / adhesive agent that performs the functions of anti-etching and bonding.
  • an anti-etching / adhesive agent that performs the functions of anti-etching and bonding.
  • the anti-etching / bonding agent may be embodied in a sheet having the same size as that of the glass discs, or may be a coating material coated between the glass discs.
  • the glass original plate and the thin tempered glass of the cell unit which is the final product manufactured according to the present embodiment, may be alkali alumino silicate glass, but are not limited thereto.
  • the alkali aluminosilicate glass which is a material of a glass disc and a thin tempered glass which is a product manufactured according to the present embodiment, may contain 1 wt% to 10 wt% K 2 0, 10 wt% to 20 wt% Na 2. May include O.
  • the two glass original plates positioned at the outermost of the glass original plates constituting the glass original aggregate may perform a function of dummy glass for protecting the glass original plates positioned in the middle in a later side etching step.
  • the object of the side etching is a unit glass cell assembly obtained by cutting a glass disc aggregate at a predetermined size, two of the unit glass cells constituting the unit glass cell assembly are located at the outermost side and directly affected by etching.
  • the unit glass cell performs a function of a dummy glass to protect the unit glass cells located in the middle.
  • a process of acquiring the unit glass cell assembly in which the unit glass cells are stacked by cutting the glass disc assembly in which the glass discs are stacked to a predetermined size may be performed.
  • the cutting process may be performed by a diamond wheel cutting method, but is not limited thereto.
  • this polishing step is an optional process that can be omitted and can be performed by ultrasonic or end mill polishing, but is not limited thereto.
  • a side etching step of etching side surfaces of the unit glass cells constituting the glass cell aggregate by immersing the unit glass cell aggregate in an etchant may be performed.
  • the etching solution may be an aqueous solution containing hydrofluoric acid.
  • the etching solution may include 1 wt% to 20 wt% hydrofluoric acid, 0.1 wt% to 5 wt% ammonium fluoride, and 1 wt% to 20 wt% inorganic acid. , 1 wt% to 10 wt% of an organic acid or salt of the organic acid, and water such that the total weight of the total composition is 100 wt%.
  • inorganic acids are sulfuric acid (H2SO4), hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO3), phosphoric acid (H3PO4), sulfamic acid (SO3HNH2), perchloric acid (HClO4), chromic acid (HCrO4), sulfurous acid (H2SO3), and nitrous acid (HNO2). It may include one or more selected from the group consisting of.
  • the organic acid may include at least one selected from the group consisting of carboxylic acid, dicarboxylic acid, tricarboxlicacid, and tetracarboxylic acid.
  • the organic acid is acetic acid, butanoic acid, citric acid, formic acid, gluconic acid, glycolic acid, malonic acid. , Oxalic acid, pentanoic acid, sulfobenzoic acid, sulfosuccinic acid, sulfophthalic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, benzoic acid (benzoic acid), lactic acid, glyceric acid, succinic acid, malic acid, tartaric acid, isocitric acid, propenoic acid It may include one or more selected from the group consisting of iminodiacetic acid, and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • the water may be deionized water having a resistivity of at least 18 M ⁇ / cm at 25 ° C.
  • the anti-etching / bonding agent may be removed by UV exposure or hot water treatment, but is not limited thereto.
  • the impact resistance by adjusting the stress distribution ratio (CS / CT) which is the ratio of the surface compressive stress (CS) and the central tensile stress (Central Tensile Stress) of the glass (CT)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

본 발명은 박형 강화 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 본 발명에 따른 박형 강화 유리의 표면압축응력(Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)은 2.0 이상 10.0 이하이다. 본 발명에 따르면, 유리의 표면압축응력과 중앙인장응력의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)을 조절하여 내충격성을 향상시킬 수 있고, 굽힘 특성이 요구되는 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 스트래처블(stretchable) 형태 등의 디스플레이에 안정적으로 적용될 수 있는 수준의 표면압축응력을 갖는 박형 강화 유리 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

박형 강화 유리 및 그 제조방법
본 발명은 박형 강화 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유리의 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)을 조절하여 내충격성을 향상시킬 수 있고, 굽힘 특성이 요구되는 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 스트래처블(stretchable) 형태 등의 디스플레이에 안정적으로 적용될 수 있는 수준의 표면압축응력을 갖는 박형 강화 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이 패널, 터치 패널, 백라이트 패널 등에는 박형의 유리가 사용되며, 이러한 유리는 내충격성 등을 향상시키는 강화처리가 수행된 후 제품에 적용되며, 강화에는 화학적 강화와 물리적 강화가 있다.
유리가 깨지는 이유는 유리에 외력이 가해지면 유리 표면에는 압축응력이 작용하고, 그 반대측 유리 표면에는 인장응력이 작용하기 때문인 것으로 알려져 있다.
일반적으로, 유리가 디스플레이 패널에 윈도우 글라스의 형태로 적용되는 경우, 유리 표면 스크래치 발생 가능성과 사용 중 떨어트림에 대한 파손 가능성 등을 줄이기 위하여 디스플레이 패널에 사용되는 윈도우 글라스의 경우 이온 치환 화학 강화를 이용하여 강도를 향상시킨다.
이온 치환 화학 강화 방식에 따르면, 동일 화학 강화의 조건에서 유리의 물적 특성과 두께에 따라 표면압축응력(Surface Compressive Stress)의 변위가 결정된다. 또한 이온 치환 화학 강화의 강화 깊이(Depth of Layer)와 표면압축응력은 서로 반대적인 성향을 가지므로 유리 제조 시에 결정되는 유리 물성에 의하여 결정되는 표면 압축 응력을 초과한 결과를 가질 수 없다.
한편, 현재 사용하는 윈도우 글라스의 이온 치환 강화로 달성할 수 있는 표면압축응력으로는, 유리의 내충격성을 향상시키는 데에 한계가 있으며, 특히, 굽힘 특성이 요구되는 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 스트래처블(stretchable) 형태 등의 디스플레이에 사용하기는 표면압축응력이 낮은 문제점이 있어, 표면압축응력을 더 높일 수 있는 방법이 요구된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-1626282호(등록일자: 2016년 05월 26일, 명칭: 유리의 화학 강화전 열처리 장치 및 이를 이용한 열처리방법)
본 발명은 유리의 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)을 조절하여 내충격성을 향상시킬 수 있도록 하는 박형 강화 유리 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 굽힘 특성이 요구되는 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 스트래처블(stretchable) 형태 등의 디스플레이에 안정적으로 적용될 수 있는 수준의 표면압축응력을 갖는 박형 강화 유리 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 박형 강화 유리는 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하이다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리에 있어서, 상기 박형 강화 유리의 두께는 210㎛ 이상 350㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리에 있어서, 상기 박형 강화 유리의 강화깊이 두께는 15㎛ 이상 25㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리에 있어서, 상기 박형 강화 유리의 강화깊이 층에 함유된 칼륨이온(K+)의 함량은 5% 이상 15% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리에 있어서, 상기 박형 강화 유리의 양측 표면이 칼륨이온(K+)으로 치환된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리는 정전용량방식으로 지문을 인식하는 터치센서에 부착되는 커버 유리로 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법은 유리를 열처리하는 예열 단계, 상기 열처리된 유리를 이온 치환 용액을 통해 화학 강화하는 강화 단계 및 상기 강화된 유리를 최종 열처리하는 후열 단계를 포함하며, 상기 강화 단계의 온도는 상기 예열 단계의 종료 온도 미만의 온도이며, 상기 후열 단계의 온도는 상기 강화 단계의 종료온도 미만의 온도인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 강화 단계는 이온 치환 용액으로서 질산칼륨(KNO3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 예열 단계의 온도는 상기 이온 치환 용액의 녹는점 이상이고, 상기 유리의 유리 전이 온도(Tg) 미만인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 강화 단계의 온도는 상기 이온 치환 용액의 녹는점 이상이고, 400도 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 강화 단계의 온도는 상기 예열 단계의 종료 온도보다 1도 이상 100도 이하 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 후열 단계의 온도는 상기 강화 단계의 종료 온도보다 1도 이상 100도 이하 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 강화 단계는 5분 이상 60분 이하 동안 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 두께는 210㎛ 이상 350㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 강화깊이 두께는 15㎛ 이상 25㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 강화깊이 층에 함유된 칼륨이온(K+)의 함량은 5% 이상 15% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 유리의 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)을 조절하여 내충격성을 향상시킬 수 있도록 하는 박형 강화 유리 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 굽힘 특성이 요구되는 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 스트래처블(stretchable) 형태 등의 디스플레이에 안정적으로 적용될 수 있는 수준의 표면압축응력을 갖는 박형 강화 유리 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리에 있어서, 표면압축응력(Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리 제조방법의 공정 순서도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 예열 단계, 강화 단계 및 후열 단계의 예시적인 온도 조건을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리 제조방법의 결과물이다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리는 정전용량방식으로 지문을 인식하는 터치센서에 부착되는 커버 유리로 사용될 수 있다.
정전용량방식으로 지문을 인식하는 터치센서의 경우, 터치센서와 손가락 사이의 영역(즉, 특정한 두께와 유전율을 갖는 영역)에 의하여 센싱 가능 유무가 정해지게 된다. 지문 인식이 아닌 일반적 터치센서의 경우 패턴의 폭이 넓어 저저항 및 저채널을 통한 패턴 센싱이 원활하지만, 지문 센싱을 위해서는 초미세패턴 및 다채널 적용이 필요시 되는 상황이기 때문에 센싱 작동을 구현하기 위해서는 손가락과 패턴 사이의 전하 이동 손실을 최소화해야 한다. 이를 위하여 외부로의 충격을 방어하기 위한 터치센서에 부착되는 커버 유리의 두께와 내충격 특성이 중요하며, 이하에서는, 이러한 요구를 충족시키기 위한 박형 강화 유리 및 그 제조방법의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리에 있어서, 표면압축응력(Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 화학 강화 유리는 두께 방향에 대칭인 응력 프로파일을 갖는다. 상기 응력 프로파일에 있어서 유리의 최표면에는 압축 응력이 최대가 된다. 여기서, 유리의 최표면에 있어서의 압축 응력을 표면압축응력(Compressive Stress, CS)이라고 한다. 또한, 유리 표면으로부터 유리 내부로 진행됨에 따라 압축 응력은 서서히 작아져, 특정 깊이(압축 응력 깊이, Depth Of Layer)에 있어서, 압축 응력은 0이 된다. 유리의 압축 응력 깊이(Depth of Layer)보다 깊은 부분에 있어서 유리의 두께 방향에 있어서의 응력의 적산값이 0이 되도록 인장 응력이 발생한다. 이 인장 응력을 중앙인장응력(Central Tensile, CT)이라고 한다. 또한, 이 경우에 있어서 표면 압축 응력(Compressive Stress, CS), 압축 응력 깊이(DOL) 및 중앙인장응력(Central Tensile, CT)은 유리의 두께를 t로 하면 일반적으로 이하의 관계식으로 표현된다. 또한, 여기에서 중앙인장응력(Central Tensile, CT)이 인장 응력층에 있어서는 일정한 값이라고 가정하고 있다.
CT[MPa]=CS[MPa]*DOL[mm] / (t[mm]-2*DOL[mm])
화학 강화 유리는 CS가 클수록 인장 응력에 의한 크랙의 확장을 억제하는 것이 알려져 있다. 또한, DOL이 크며 또한 CT가 작을수록 흠집에 강하여 파쇄되기 어려운 것으로 알려져 있다.
표면압축응력(Compressive Stress, CS), 중앙인장응력(Central Tensile, CT) 및 압축 응력 깊이(Depth Of Layer)는 표면 응력계(FSM-6000LE)를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리는 이온교환방식의 화학강화처리에 의한 결과물로서, 박형 강화 유리의 표면압축응력(Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하이다.
응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 미만일 경우, CT값 대비 CS값이 현저하게 작아지며, 이와 같은 경우에 유리 표면에 작은 에너지 충격으로도 내부의 에너지가 밖으로 표출되어 유리가 쉽게 파괴될 수 있다.
응력 분포 비율(CS/CT)이 10.0을 초과할 경우, CT값 대비 CS값이 현저하게 높아지며, 이와 같은 경우에 폴딩시 유리의 안쪽으로 접히는 부분과 바깥쪽으로 인장되는 부분의 최외각에서의 CS값의 불균형이 초래되어 폴딩 시 쉽게 파손될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리의 양측 표면에 존재하는 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)은 이온교환방식의 화학강화처리에 의해 증대되어 있으며, 예를 들어, 박형 강화 유리의 두께는 210㎛ 이상 350㎛ 이하일 수 있다.
박형 강화 유리가 터치 센서 등의 감지 소자에 부착되어 있는 경우를 예로 들어, 박형 강화 유리의 두께의 수치 범위가 갖는 임계적 의의를 설명하면 다음과 같다.
박형 강화 유리의 두께가 210㎛ 이상 350㎛ 이하인 경우, 외부 요인에 의해 가해지는 외력에 대한 박형 강화 유리 자체의 내충격성을 확보하는 동시에, 박형 강화 유리에 부착되어 있는 터치 센서로의 충격 전달을 최소화할 수 있다. 또한, 박형 강화 유리에 부착되어 있는 터치 센서 등의 감지 소자가 사람의 지문 등과 같은 미세 패턴을 신뢰성 있게 감지할 수 있다.
박형 강화 유리의 두께가 210㎛ 미만인 경우, 박형 강화 유리가 외력에 의한 충격을 버티지 못하고 파손되는 문제가 있다.
박형 강화 유리의 두께가 350㎛를 초과하는 경우, 박형 강화 유리의 두께 증가가 터치 센서의 유전율 증가를 유발하고, 이는 정전용량(capacitance) 감소로 이어져, 결국, 터치 센서의 터치 감도가 하락하고, 사람의 지문 등과 같은 미세 패턴에 대한 센싱을 요구할 경우 터치 자체가 불가능한 상태가 되고, 최종 제품 무게가 상승하는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 박형 강화 유리의 강화깊이 두께는 15㎛ 이상 25㎛ 이하일 수 있다.
박형 강화 유리가 터치 센서 등의 감지 소자에 부착되어 있는 경우를 예로 들어, 박형 강화 유리의 강화깊이 두께의 수치 범위가 갖는 임계적 의의를 설명하면 다음과 같다.
박형 강화 유리의 강화깊이 두께가 15㎛ 이상 25㎛ 이하인 경우, 유리 파손을 방지하는 동시에 사람의 지문 등과 같은 미세 패턴에 대한 센싱력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
박형 강화 유리의 강화 깊이는 외부 충격을 방어하는 방패(shield)와 같은 역할을 수행하며, 유리 표면에 스크래치(Scratch)가 발생되더라도 외부 압축 응력에 의하여 스크래치가 벌어지는 것을 압축함으로써 내부로 형성되어 갈 크랙(Crack)을 저지하게 된다. 만약 크랙이 내부로 이어져 외부의 응력이 밖으로 표출될 경우 내부와 외부 응력값 불균형이 발생되어 유리 파괴가 발생되게 된다.
만약, 박형 강화 유리의 강화깊이 두께가 15㎛ 미만인 경우, 강화깊이가 얇아 조그마한 스크래치에 의해서도 크랙이 쉽게 내부로 이어져 유리 파손을 발생시키는 문제가 있다.
박형 강화 유리의 강화깊이 두께가 25㎛를 초과하는 경우, 내부 응력이 존재하게 될 공간이 감소함에 따라 내부 응력이 급격히 증가하는 문제 및 외부 응력이 존재하는 영역이 넓어져 스크래치를 압축할 힘이 약해져 크랙 진행이 용이하게 되며, K+이온의 함유량이 많아짐에 따라 미세패턴에 대한 패턴 센싱력이 저하되는 문제가 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 박형 강화 유리의 강화깊이 층에 함유된 칼륨이온(K+)의 함량은 5% 이상 15% 이하일 수 있다.
박형 강화 유리의 강화깊이 층에 함유된 칼륨이온(K+)의 함량이 5% 이하일 경우 압축응력 형성이 약하여 유리의 강도가 저하되는 문제가 있다.
박형 강화 유리의 강화깊이 층에 함유된 칼륨이온(K+)의 함량이 15% 이상일 경우 미세패턴에 대한 패턴 센싱력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리에 있어서, 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT) 조절을 통하여 내충격 특성 및 폴딩 특성이 향상되는 실험 결과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 내충격 특성에 관한 실험 결과는 다음 표 1과 같다.
표 1의 실험 결과는, 두께가 상이한 5개의 시료에 대하여 낙하 높이를 증가시켜가며 중량물인 펜(pen _ BIC사의 Easy Glide 오렌지볼펜)을 동일한 높이에서 3번 낙하시켜 1번이라도 파괴가 발생하였을 경우, 해당 낙하 높이를 기록한 것이다.
시료 1의 두께는 145㎛이고, 시료 2의 두께는 210㎛, 시료 3의 두께는 330㎛ 이다.
강화깊이 응력 분포 비율(CS/CT)
1.5 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 11.0
시료 1 (145㎛) 10 um↓ 30cm 35cm 45cm 40cm 45cm 45cm 35cm
15~25 um 50cm 70cm 80cm 80cm 85cm 80cm 40cm
25 um↑ 45cm 55cm 55cm 60cm 50cm 45cm 35cm
시료 2 (210㎛) 10 um↓ 40cm 80cm 85cm 90cm 90cm 95cm 60cm
15~25 um 65cm 130cm 135cm 135cm 130cm 135cm 55cm
25 um↑ 50cm 90cm 95cm 100cm 100cm 90cm 65cm
시료 3 (330㎛) 10 um↓ 80cm 130cm 125cm 135cm 135cm 130cm 95cm
15~25 um 120cm 160cm 185cm 190cm 190cm 185cm 110cm
25 um↑ 80cm 125cm 135cm 140cm 145cm 130cm 90cm
표 1을 참조하면, 시료 1(145㎛)의 경우, 파괴가 발생하는 낙하 높이가 85cm 이하로서, 내충격성이 약하다는 것을 확인할 수 있다.
반면, 시료 2(210㎛)가 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하이고, 강화깊이 두께가 15㎛ 이상 25㎛ 이하의 조건을 충족하는 경우, 파괴가 발생하는 최소 낙하 높이가 130cm로서, 박형 강화 유리가 터치 센서 등과 같은 감지 소자에 부착되어 사용되는 실제 환경을 기준으로, 우수한 내충격성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 시료 3(330㎛)도 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하이고, 강화깊이 두께가 15㎛ 이상 25㎛ 이하의 조건을 충족하는 경우, 파괴가 발생하는 최소 낙하 높이가 160cm로서, 우수한 내충격성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리 제조방법의 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리 제조방법은 예열 단계(S10), 강화 단계(S20) 및 후열 단계(S30)를 포함한다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리 제조방법의 결과물인 박형 강화 유리의 양측 표면에 존재하는 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)은 이온교환방식의 화학강화처리에 의해 증대되어 있다.
예열 단계(S10)에서는, 화학강화처리의 대상인 유리를 예열온도에서 열처리하는 과정이 수행된다.
강화 단계(S20)에서는, 예열 단계(S10)에서 예열된 유리를 예열 단계 종료 시의 온도 미만의 강화온도에서 열처리하면서 이온교환방식으로 화학강화처리하는 과정이 수행된다.
강화 단계(S20)에서는 유리 표면에 분포하는 작은 이온(Na+)은 빠져 나오고, 빠져 나간 자리에 이온 치환 용액인 질산칼륨(KNO3) 내의 큰 이온(K+)이 들어가게 된다. 나트륨 이온(Na+) 원자의 크기는 0.98Å이고, 칼륨 이온(K+)의 원자 크기는 1.33Å이므로 나트륨 이온 자리에 칼륨 이온이 들어가게 되면 유리 표면에 압축 응력층을 형성하게 되어 표면의 밀도가 증가하면서 강화유리가 형성된다.
후열 단계(S30)에서는, 화학강화처리된 유리를 강화 단계(S20)에서 강화된 유리를 강화 단계 종료 시의 온도 미만의 후열온도에서 열처리하는 과정이 수행된다.
예열 단계(S10), 강화 단계(S20) 및 후열 단계(S30)가 수행된 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 표면압축응력(Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하일 수 있다.
박형 강화 유리의 양측 표면에 존재하는 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)은 이온교환방식의 화학강화처리에 의해 증대되어 있으며, 예를 들어, 박형 강화 유리의 두께는 210㎛ 이상 350㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 박형 강화 유리의 강화깊이 두께는 15㎛ 이상 25㎛ 이하일 수 있다.
응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하, 박형 강화 유리의 두께 210㎛ 이상 350㎛ 이하, 강화깊이 두께 15㎛ 이상 25㎛ 이하인 경우에 획득할 수 있는 박형 강화 유리의 내충격 및 폴딩 특성의 향상된 실험 결과에 대해서는, 앞서 표 1을 참조하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박형 강화 유리 제조방법에 있어서, 1) 예열 단계(S10)에서 예열된 유리의 양측 표면은 강화 단계(S20)에서 예열온도와 강화온도의 차이 및 표면이온교환에 의해 표면압축응력이 1차적으로 증대되고, 2) 강화 단계(S20)에서 화학강화처리된 유리는 후열 단계(S30)에서 강화온도와 후열온도의 차이에 의해 표면압축응력이 2차적으로 증대되도록 구성될 수 있다.
이러한 구성을 예열 단계(S10), 강화 단계(S20) 및 후열 단계(S30)의 예시적인 온도 조건을 나타낸 도 3을 추가로 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3을 추가로 참조하면, 예열 단계(S10)에서는, 예를 들어, 상온에서 시작하여 예열 종료온도인 T1까지 점진적으로 상승하는 온도 환경에서 화학강화처리의 대상인 유리를 예열하여 열처리하는 과정이 수행된다.
이와 같이 화학강화처리의 대상인 유리를 예열하면, 이후의 강화 단계(S20)에서 수행되는 이온교환방식의 화학강화처리 과정을 위한 가열로 인해 발생할 수 있는 급격한 온도 차이에 기인하는 유리의 구조적 손상 및 파손을 방지할 수 있다.
예를 들어, 예열 단계(S10)에서의 예열이 종료되는 시점의 온도인 예열 종료온도(T1)는 화학강화처리를 위한 이온 치환 용액의 녹는점 이상이고 화학강화처리의 대상인 유리의 변형온도 미만일 수 있다.
예를 들어, 이온 치환 용액이 질산칼륨(KNO3) 용액인 경우, 그 녹는점은 약 333도이기 때문에, 이 경우에서의 예열 종료온도(T1)는 333도 이상인 것이 바람직하며, 적용될 수 있는 이온 치환 용액마다 그 녹는점이 상이하다는 점을 밝혀둔다.
한편, 화학강화처리의 대상인 유리별로 고유한 변형온도가 있고, 예열 종료온도는 이 변형온도에 도달하는 경우, 유리의 구조적 특성에 변형이 생긴다. 따라서, 이러한 변형을 방지하기 위하여, 예열 종료온도는 화학강화처리의 대상인 유리의 변형온도 미만인 것이 바람직하다.
강화 단계(S20)에서는, 예열된 유리를 예열이 종료되는 시점의 온도, 즉, 예열 종료온도 T1 이하의 강화온도(T2)에서 열처리하면서 이온교환방식으로 화학강화처리하는 과정이 수행된다. 예열 단계(S10)에서 예열된 유리의 양측 표면은 강화 단계(S20)에서 예열온도, 보다 구체적으로는 예열 종료온도(T1)와 강화온도(T2)의 차이(T1-T2) 및 표면이온교환에 의해 표면압축응력이 1차적으로 증대된다.
예를 들어, 강화온도(T2)는 화학강화처리를 위한 이온 치환 용액의 녹는점 이상이고 400도 이하일 수 있고, 강화 단계(S20)가 수행되는 시간(t2-t1)은 5분 이상 60분 이하일 수 있다.
강화온도(T2)는 이온 치환 용액의 녹는점, 예를 들어, 이온 치환 용액이 질산칼륨(KNO3) 용액인 경우, 그 녹는점인 333도 미만이면, 이온 치환 용액이 용융되지 않아 유리 표면의 나트륨 이온 교환이 수행되지 않는다. 강화온도(T2)가 400도를 초과하면 고온으로 인해 유리에 구조적인 손상이 발생할 수 있고 나트륨과 칼륨의 이온 교환이 급격히 일어나 유리의 탄성을 포함하는 물성이 저하될 수 있다. 강화시간은 충분한 수준의 이온 치환을 고려하여 설정된 시간이다.
후열 단계(S30)에서는, 강화 단계(S20)에서 화학강화처리된 유리를 강화온도(T2) 미만의 후열온도(T3)에서 열처리하는 과정이 수행된다. 강화 단계(S20)에서 화학강화처리된 유리는 후열 단계(S30)에서 강화온도(T2)와 후열온도(T3)의 차이(ΔT)에 의해 표면압축응력이 2차적으로 증대된다.
예를 들어, 강화온도(T2)와 후열 단계(S30)가 시작되는 시점의 온도인 후열 시작온도(T3)의 차이(ΔT)는 1도 이상 100도 이하일 수 있다.
강화온도(T2)와 후열 시작온도(T3)의 차이(ΔT)는 박형 강화 유리의 표면압축응력을 2차적으로 증대시키는 동시에 유리의 구조적인 손상을 방지할 수 있도록 하는 범위에서 설정될 수 있다.
강화온도(T2)와 후열 시작온도(T3)의 차이(ΔT)가 1도 미만이면 박형 강화 유리의 2차적인 표면압축응력 증대가 충분하게 발생하지 않고, 강화온도(T2)와 후열 시작온도(T3)의 차이(ΔT)가 100도를 초과하면 지나친 온도 차이로 인해 유리에 구조적인 손상이 발생할 수 있다.
한편, 예열 단계(S10) 이전에 수행될 수 있는 공정들을 예시적으로 설명하면 다음과 같다. 이 공정들은 하나의 예시일 뿐이며, 생략되거나 다른 공정으로 치환될 수 있다는 점을 밝혀 둔다.
예를 들어, 먼저, 복수의 글라스 원판들을 에칭방지 및 접합의 기능을 수행하는 에칭방지/접합제로 접합함으로써, 복수의 글라스 원판들이 적층된 글라스 원판 집합체를 획득하는 과정이 수행될 수 있다. 이와 같이, 글라스 원판들을 적층하여 획득한 글라스 원판 집합체에 대하여 후술하는 공정들을 수행함으로써, 최종 산물인 단위 글라스 셀의 제조 수량을 늘리고 제조 시간을 단축할 수 있다.
예를 들어, 에칭방지/접합제는 글라스 원판들의 사이즈와 동일한 사이즈를 갖는 시트(sheet)로 구현되거나, 글라스 원판들 사이에 코팅되는 코팅 물질일 수 있다.
예를 들어, 글라스 원판 및 본 실시 예에 따라 제조되는 최종 산물인 셀 단위의 박형 강화 유리는 알칼리 알루미노실리게이트(Sodium Alumino Silicate) 글라스일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 구체적인 예로, 글라스 원판 및 본 실시 예에 따라 제조되는 산물인 박형 강화 유리의 재질인 알칼리 알루미노실리게이트 글라스는 1중량% ~ 10중량%의 K20, 10중량% ~ 20중량%의 Na2O를 포함할 수 있다.
예를 들어, 글라스 원판 집합체를 구성하는 글라스 원판들 중에서 최외곽에 위치하는 2개의 글라스 원판은 후술하는 측면 에칭단계에서 중간에 위치하는 글라스 원판들을 보호하는 더미(dummy) 글라스의 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 측면 에칭의 대상은 글라스 원판 집합체를 정해진 사이즈 절단하여 획득한 단위 글라스 셀 집합체이기 때문에, 단위 글라스 셀 집합체를 구성하는 단위 글라스 셀들 중에서 최외곽에 위치하여 에칭에 직접적인 영향을 받는 2개의 단위 글라스 셀이 중간에 위치하는 단위 글라스 셀들을 보호하는 더미(dummy) 글라스의 기능을 수행한다.
다음으로, 글라스 원판들이 적층된 글라스 원판 집합체를 정해진 사이즈로 절단하여 단위 글라스 셀들이 적층된 단위 글라스 셀 집합체를 획득하는 과정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 절단 과정은 다이아몬드 휠 커팅 방식으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음으로, 단위 글라스 셀 집합체의 측면을 연마하는 과정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 연마단계는 생략될 수 있는 선택적인 공정이며, 초음파 또는 엔드 밀(end mill) 연마 방식으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음으로, 단위 글라스 셀 집합체를 에칭액에 침지하여 글라스 셀 집합체를 구성하는 단위 글라스 셀들의 측면을 에칭하는 측면 에칭단계가 수행될 수 있다.
예를 들어, 에칭액은 불산을 포함하는 수용액일 수 있으며, 구체적인 예로, 에칭액은 1중량% ~ 20중량%의 불산, 0.1중량% ~ 5중량%의 불화 암모늄, 1중량% ~ 20중량%의 무기산, 1중량% ~ 10중량%의 유기산 또는 상기 유기산의 염, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 무기산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 설파민산(SO3HNH2), 과염소산(HClO4), 크롬산(HCrO4), 아황산(H2SO3) 및 아질산(HNO2)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나의 예로, 유기산은 카르복시산(carboxylic acid), 디카르복시산(dicarboxylic acid), 트리카르복시산(tricarboxlicacid), 테트라카르복시산(tetracarboxylic acid)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
다른 예로, 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoicacid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
물은 25℃에서 18 MΩ/cm 이상의 비저항을 갖는 탈이온수일 수 있다.
다음으로, 단위 글라스 셀 집합체를 구성하는 단위 글라스 셀들 사이에 형성되어 있는 에칭방지/접합제를 제거하는 과정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 에칭방지/접합제는 UV 노광 또는 온수처리 방식으로 제거될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이상에서 설명한 선택적인 공정들의 일부 또는 전부는 필요에 따라 생략되거나 다른 방식의 공정으로 대체될 수 있는 공정들이라는 점을 다시 한번 밝혀둔다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유리의 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)을 조절하여 내충격성을 향상시킬 수 있도록 하는 박형 강화 유리 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 굽힘 특성이 요구되는 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 스트래처블(stretchable) 형태 등의 디스플레이에 안정적으로 적용될 수 있는 수준의 표면압축응력을 갖는 박형 강화 유리 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
[부호의 설명]
S10: 예열 단계
S20: 강화 단계
S30: 후열 단계

Claims (16)

  1. 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하인, 박형 강화 유리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박형 강화 유리의 두께는 210㎛ 이상 350㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박형 강화 유리의 강화깊이 두께는 15㎛ 이상 25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 박형 강화 유리의 강화깊이 층에 함유된 칼륨이온(K+)의 함량은 5% 이상 15% 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박형 강화 유리는 정전용량방식으로 지문을 인식하는 터치센서에 부착되는 커버 유리로 사용되는 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리.
  6. 유리를 열처리하는 예열 단계;
    상기 열처리된 유리를 이온 치환 용액을 통해 화학 강화하는 강화 단계; 및
    상기 강화된 유리를 최종 열처리하는 후열 단계를 포함하며,
    상기 강화 단계의 온도는 상기 예열 단계의 종료 온도 미만의 온도이며, 상기 후열 단계의 온도는 상기 강화 단계의 종료온도 미만의 온도인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강화 단계는 이온 치환 용액으로서 질산칼륨(KNO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 예열 단계의 온도는 상기 이온 치환 용액의 녹는점 이상이고, 상기 유리의 유리 전이 온도(Tg) 미만인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 강화 단계의 온도는 상기 이온 치환 용액의 녹는점 이상이고, 400도 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 강화 단계의 온도는 상기 예열 단계의 종료 온도보다 1도 이상 100도 이하 낮은 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 후열 단계의 온도는 상기 강화 단계의 종료 온도보다 1도 이상 100도 이하 낮은 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 강화 단계는 5분 이상 60분 이하 동안 진행되는 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 표면압축응력(Surface Compressive Stress, CS)과 중앙인장응력(Central Tensile Stress, CT)의 비율인 응력 분포 비율(CS/CT)이 2.0 이상 10.0 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 두께는 210㎛ 이상 350㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 강화깊이 두께는 15㎛ 이상 25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 후열 단계 이후에 획득되는 박형 강화 유리의 강화깊이 층에 함유된 칼륨이온(K+)의 함량은 5% 이상 15% 이하인 것을 특징으로 하는, 박형 강화 유리 제조방법.
PCT/KR2019/002877 2018-03-27 2019-03-13 박형 강화 유리 및 그 제조방법 Ceased WO2019190080A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0035381 2018-03-27
KR20180035381 2018-03-27
KR10-2019-0003314 2019-01-10
KR1020190003314A KR20190113532A (ko) 2018-03-27 2019-01-10 박형 강화 유리 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019190080A1 true WO2019190080A1 (ko) 2019-10-03

Family

ID=68059323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/002877 Ceased WO2019190080A1 (ko) 2018-03-27 2019-03-13 박형 강화 유리 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019190080A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130003579A (ko) * 2011-06-30 2013-01-09 정상기 강화유리 제조방법 및 이로부터 제조된 강화유리
KR20130061172A (ko) * 2010-08-18 2013-06-10 애플 인크. 나트륨조에서의 이온 교환과 이에 이어진 칼륨조에서의 이온 교환에 의한 유리의 증강된 강화
KR20150072876A (ko) * 2013-12-20 2015-06-30 국방과학연구소 보로실리케이트 유리의 강화방법 및 이에 의해 강화된 보로실리케이트 유리
KR20160030071A (ko) * 2013-07-08 2016-03-16 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 강화 유리 및 강화용 유리
KR101641699B1 (ko) * 2015-11-27 2016-07-22 삼광글라스 주식회사 유리제품의 화학적 강화법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130061172A (ko) * 2010-08-18 2013-06-10 애플 인크. 나트륨조에서의 이온 교환과 이에 이어진 칼륨조에서의 이온 교환에 의한 유리의 증강된 강화
KR20130003579A (ko) * 2011-06-30 2013-01-09 정상기 강화유리 제조방법 및 이로부터 제조된 강화유리
KR20160030071A (ko) * 2013-07-08 2016-03-16 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 강화 유리 및 강화용 유리
KR20150072876A (ko) * 2013-12-20 2015-06-30 국방과학연구소 보로실리케이트 유리의 강화방법 및 이에 의해 강화된 보로실리케이트 유리
KR101641699B1 (ko) * 2015-11-27 2016-07-22 삼광글라스 주식회사 유리제품의 화학적 강화법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190113532A (ko) 박형 강화 유리 및 그 제조방법
WO2019225918A1 (ko) 곡면 접합 유리의 제조 방법과 이에 의해 제조된 곡면 접합 유리
DE112018005041T5 (de) Abdeckungselement und tragbares informationsendgerät
TW475081B (en) Display device and method of manufacturing the same
TWI500502B (zh) 玻璃膜積層體及其製造方法以及玻璃膜的製造方法
KR102721064B1 (ko) 금속 산화물 농도 구배를 포함한 유리 및 유리 세라믹
CN1100731C (zh) 制造平或弯曲的玻璃板的方法以及由此制得的玻璃
US20140065401A1 (en) Glass articles with high flexural strength and method of making
WO2022145624A1 (ko) 초박형 글라스의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 초박형 글라스
JP2003514758A (ja) ガラス基体の処理方法及びディスプレイスクリーン製造のためのガラス基体
KR101765198B1 (ko) Uv 패턴을 이용한 윈도우 글래스 제조방법
KR100918577B1 (ko) 강화유리 및 그 제조방법
CN102741187A (zh) 抗冲击损伤玻璃片
JP4370611B2 (ja) 平面表示装置用板ガラス
US3396075A (en) Glass articles
WO2019190080A1 (ko) 박형 강화 유리 및 그 제조방법
WO2017150187A1 (ja) 化学強化ガラスおよび化学強化ガラスの製造方法
KR102685142B1 (ko) 마이크로일렉트로닉스(microelectronics) 제조를 위한 캐리어
WO2021235741A1 (ko) 초박형 글라스 및 이의 제조 방법
JPH0151458B2 (ko)
WO2019225936A1 (ko) 기능성층이 구비된 곡면 박판 유리의 제조 방법 및 기능성층이 구비된 곡면 접합 유리의 제조 방법
JPS598630A (ja) ガラス板の熱処理法
JPS5925734B2 (ja) ガラス板の熱処理方法
JPS598626A (ja) 熱処理ガラス板及びその製法
KR20190023211A (ko) 패턴화된 곡면글라스 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19778350

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19778350

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1