WO2021095917A1 - 통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법 - Google Patents

통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2021095917A1
WO2021095917A1 PCT/KR2019/015472 KR2019015472W WO2021095917A1 WO 2021095917 A1 WO2021095917 A1 WO 2021095917A1 KR 2019015472 W KR2019015472 W KR 2019015472W WO 2021095917 A1 WO2021095917 A1 WO 2021095917A1
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glass layer
layer
communication
glass
purity
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PCT/KR2019/015472
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Inventor
유동주
정재열
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엘지전자 주식회사
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    • 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
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/02—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with glass
    • 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
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/06—Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz

Definitions

  • the present invention relates to a composite glass for communication and a method of manufacturing the same.
  • the present invention relates to a composite glass for communication comprising a high-purity glass layer containing no ionic impurities.
  • the loss of a signal can be proportional to the frequency of the signal, the dielectric constant and the dielectric loss, and in order to reduce the loss of the signal, the demand for a material having a low dielectric constant is increasing.
  • the present invention is to provide a communication composite glass having a low dielectric constant and a method of manufacturing the same.
  • the present invention is to provide a communication composite glass having excellent mechanical strength and a method of manufacturing the same.
  • the present invention is to solve all the problems that can be generated or predicted from the induction heating type adhesive and adhesive according to the prior art in addition to the technical problems described above.
  • the composite glass for communication according to the present invention includes a high-purity glass layer that does not contain ionic impurities.
  • the high purity glass layer is disposed between the first and second tempered glass layers.
  • the first tempered glass layer includes a first ionic impurity having a first diameter and a second ionic impurity having a second diameter larger than the first diameter and being substituted with at least some of the first ionic impurities to generate a compressive stress. do.
  • the second tempered glass layer includes the first ionic impurity and the second ionic impurity.
  • the first tempered glass layer and the second tempered glass layer may include aluminum ions (Al+), sodium ions (Na+), and potassium ions (K+).
  • the first ionic impurity may include sodium ions
  • the second ionic impurity may include potassium ions.
  • the first tempered glass layer and the second tempered glass layer may have the same thickness.
  • the first tempered glass layer and the second tempered glass layer may have a thickness of 30 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • Each of the first tempered glass layer and the second tempered glass layer may include an inner layer adjacent to the high purity glass layer and an outer layer positioned on the inner layer opposite to the high purity glass layer.
  • the outer layer may contain the second ionic impurity, and the inner layer may not contain the second ionic impurity.
  • the thickness of the outer layer may be thicker than the thickness of the inner layer.
  • the concentration of the second ionic impurity may increase as the first tempered glass layer and the second tempered glass layer move away from the high-purity glass layer in a thickness direction.
  • the molar ratio of the second ionic impurities to the first ionic impurities in the first and second tempered glass layers may be the same.
  • the first tempered glass layer and the second tempered glass layer have the same dielectric constant, and the dielectric constant may be 6 to 10.
  • the high purity glass layer may have a dielectric constant of 2 to 4.
  • the thickness of the high-purity glass layer may be 300mm to 800mm.
  • the high-purity glass layer includes pores, and the pores may be 0.1% to 50% by volume.
  • the total dielectric constant may be 4 to 5.
  • a first glass layer containing sodium ions is prepared.
  • a high-purity glass layer containing no ionic impurities is formed on the first glass layer.
  • a second glass layer containing sodium ions is formed on the high-purity glass layer opposite to the first glass layer.
  • At least some of sodium ions are substituted with potassium ions to generate compressive stress in the first glass layer and the second glass layer to form a first tempered glass layer and a second tempered glass layer.
  • a quartz layer may be laminated on the first glass layer.
  • the formation of the high-purity glass layer may be heat-treated by spraying a gel-like silica (SiO2) onto the first glass layer.
  • SiO2 gel-like silica
  • a second glass layer may be laminated on the quartz layer.
  • the formation of the second glass layer may be heat-treated by adding sodium ions (Na+) during spraying of the gelled silica (SiO2).
  • Forming the first tempered glass layer and the second tempered glass layer may replace at least some of sodium ions of the first glass layer and the second glass layer with potassium ions.
  • the communication composite glass and its manufacturing method according to the present invention include a high-purity glass layer having a low dielectric constant to lower the overall dielectric constant, thereby reducing signal loss.
  • the communication composite glass of the present invention and its manufacturing method can simultaneously improve excellent mechanical properties, for example, durability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a composite glass for communication in an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart showing a method of manufacturing a composite glass for communication according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a communication composite glass according to FIG. 2.
  • the communication composite glass 100 of the present invention includes a high-purity glass layer 20 having a low dielectric constant to lower the overall dielectric constant, thereby reducing signal loss during communication.
  • excellent mechanical properties for example, durability may be improved by disposing the first tempered glass layer 10 and the second tempered glass layer 30 on the front and rear surfaces of the high-purity glass layer 20, respectively.
  • the high-purity glass layer 20 will be described.
  • the communication composite glass 100 may include a high purity glass layer 20 that does not contain ionic impurities.
  • the high-purity glass layer 20 does not contain impurities such as ionic impurities, it may be a crystal layer formed of pure silicon dioxide (SiO2).
  • the high-purity glass layer 20 does not contain separate impurities, signal loss due to impurities may be reduced.
  • the communication composite glass 100 includes a high purity glass layer 20 that does not contain impurities, so even if a communication signal having strong straightness passes through the high purity glass layer 20, the communication signal is extinguished by impurities. It can effectively reduce the risk of becoming.
  • the high-purity glass layer 20 may include voids (not shown) therein.
  • the voids included in the high-purity glass layer 20 may be dispersed and disposed throughout the high-purity glass layer 20, and may have a spherical bubble shape.
  • the shape and arrangement of the voids are not limited to the above description, and it will be said to include a range in which a person skilled in the art can easily change the design.
  • the void may be formed entirely or partially of the high-purity glass layer 20, and may have a tubular shape extending in the thickness direction.
  • the high-purity glass layer 20 has a porous structure including voids and can effectively lower a dielectric constant.
  • the voids included in the high-purity glass layer 20 may be from about 0.1% to about 50% by volume relative to the volume of the high-purity glass layer 20.
  • the high-purity glass layer 20 includes voids in the above range, the high-purity glass layer 20 is effectively
  • the volume% of voids included in the high-purity glass layer 20 is not limited to the above substrate, and as an example, the high-purity glass layer 20 may not include voids.
  • the high-purity glass layer 20 may have a dielectric constant of about 2 to about 4.
  • the high-purity glass layer 20 does not contain impurities and can effectively reduce signal loss by implementing a dielectric constant within the above range by controlling the content of internal voids.
  • the thickness of the high-purity glass layer 20 may be about 300 mm to about 800 mm.
  • the thickness of the high-purity glass layer 20 is less than 300mm, mechanical properties may be deteriorated, resulting in a decrease in durability and formability, and there is a risk of destruction in the actual use process.
  • the thickness of the high-purity glass layer 20 is more than 800 mm, signal loss may increase and production cost may increase.
  • the communication composite glass 100 includes a first tempered glass layer 10 and a second tempered glass layer 30 disposed on one side of the high-purity glass layer 20 and the other side opposite to the one side. Thus, it is possible to improve the mechanical properties of the entire communication composite glass 100.
  • first tempered glass layer 10 will be described with reference to FIG. 1 again.
  • the first tempered glass layer 10 may be disposed on one surface of the high-purity glass layer 20, and a first ion impurity (i1) having a first diameter and a second ion having a second diameter larger than the first diameter It may contain impurities (i2).
  • the second ionic impurity i2 may be substituted with at least some of the first ionic impurities i1 to generate a compressive stress.
  • the first tempered glass layer 10 includes a third ionic impurity (i3), a first ionic impurity (i1) and a third ionic impurity (i3) having a third diameter different from the first diameter and the second diameter in the base matrix (10a). It may include a second ionic impurity (i2) substituted with at least a portion of the first ionic impurity (i1).
  • the first tempered glass layer 10 is aluminum ions (Al+, i3), sodium ions (Na+, i1) and potassium in silicon dioxide (SiO2, 10a) using alumino silicate glass. It may contain ions (K+, i2).
  • the first tempered glass layer 10 is an inner layer 12 adjacent to the high-purity glass layer 20 and an outer layer located on the inner layer 12 opposite to the high-purity glass layer 20 (11) may be included.
  • the inner layer 12 may include aluminum ions i3 and sodium ions i1 in the silicon dioxide 10a, and may not include potassium ions i2.
  • the outer layer 11 may include silicon dioxide (10a) aluminum ions (i3) and sodium (i1) and substituted potassium ions (i2).
  • the outer layer 11 of the first tempered glass layer 10 includes sodium (i1) and substituted potassium ions (i2), thereby generating compressive stress in the first tempered glass layer 10
  • the mechanical properties and durability of the communication composite glass 100 can be improved.
  • the first diameter of the sodium ion i1 may be 0.95A
  • the second diameter of the potassium ion i2 may be 1.33A.
  • the concentration of the second ionic impurity i2 may increase.
  • the concentration of the potassium ions i2 may be the highest near the surface of the outer layer 11 and the concentration of the potassium ions i2 may be lowered toward the inside.
  • the surface of the outer layer 11 can be effectively strengthened.
  • the concentration distribution of potassium ions (i2) in the first tempered glass layer 10 is not limited to the above, for example, the concentration distribution of potassium ions (i2) is constant in the thickness direction of the outer layer 11 You may.
  • the thickness of the outer layer 11 may be thicker than the thickness of the inner layer 12.
  • the surface strengthening effect can be efficiently applied to the composite glass 100 for communication.
  • the relationship between the thickness of the outer layer 11 and the inner layer 12 is not limited to the above substrate, and for example, the outer layer 11 and the inner layer 12 may have the same thickness.
  • the second tempered glass layer 30 laminated on one side of the high-purity glass layer 20 opposite to the first tempered glass layer 10 is a first tempered glass.
  • the description applied to the layer 10 may be applied as it is.
  • the second tempered glass layer 30 may include an inner layer 31 and an outer layer 32 of the second tempered glass layer 30.
  • the outer layer 32 of the second tempered glass layer 30 includes a second ion (i2) and a third ion (i3), and the inner layer 31 of the second tempered glass layer 30 is a first ion (i1). ) And a third ion (i3).
  • the second tempered glass layer 30 will be described centering on what has not been described in the first tempered glass layer 10.
  • the first and second tempered glass layers 10 and 30 may have the same thickness, and specifically, may have a thickness of about 30 ⁇ m to about 100 ⁇ m.
  • the thicknesses between the inner layers 12 and 31 included in each of the first and second tempered glass layers 10 and 30 and the thicknesses between the outer layers 11 and 32 may be the same.
  • the thickness range of the first and second tempered glass layers 10 and 30 By controlling the thickness range of the first and second tempered glass layers 10 and 30 to the above range, excellent mechanical properties can be maintained and the communication composite glass 100 can be prevented from becoming too thick.
  • the molar ratio of the second ionic impurity i2 to the first ionic impurity i1 included in each of the first and second tempered glass layers 10 and 30 may be the same.
  • the ratio of the number of moles of potassium ions i2 to the number of moles of the total sodium ions i1 included in each of the first and second tempered glass layers 10 and 30 may be the same.
  • the number of moles of potassium ions (i2) substituted instead of sodium ions (i1) in each of the first and second tempered glass layers 10 and 30 may be the same, and as a result, the first and second tempered glass layers 10 ) And the second tempered glass layer 30 may have the same degree of compressive stress.
  • the dielectric constants of the first and second tempered glass layers 10 and 30 may be the same, and specifically, may be about 6 to 10.
  • the thickness of the first and second tempered glass layers 10 and 30, the composition ratio of ionic impurities, and the dielectric constant are equally controlled. It can prevent deformation.
  • the first tempered glass layer 10 and the high-purity glass layer 20 are performed by thermal expansion or the like. And even if there is a change in physical properties in each of the third tempered glass layers 30, it is possible to prevent deformation such as bending of the entire communication composite glass 100 to one surface.
  • the communication composite glass 100 has a total dielectric constant of about 4 to 5 including the high-purity glass layer 20 to effectively reduce signal loss, and at the same time, the first and second tempered glass
  • the surface is reinforced by the layers 10 and 30 to realize excellent mechanical properties together.
  • the communication composite glass 100 may include a decor layer 40.
  • the decor layer 40 may be disposed on one surface of the first and second tempered glass layers 10 and 30, and may visually implement a decorative function including a color film.
  • the structure of the decor layer 40 is not limited to the structure posted in the above description and drawings, and may be formed of, for example, a multilayer thin film.
  • a first glass layer 10' containing sodium ions (Na+) is prepared (S10).
  • the first glass layer 10' is a previous step of the first tempered glass layer 10, and the conversion to the first tempered glass layer 10 will be described later.
  • the first glass layer 10 ′ may be an alumino-silicate-based thin glass, and may include sodium ions (Na+) and aluminum ions (Al+).
  • a high-purity glass layer 20 that does not contain ionic impurities may be formed on the first glass layer 10 ′.
  • the high-purity glass layer 20 may be formed by coating a gel-like silica (SiO2) by spraying or screen printing to heat treatment.
  • SiO2 gel-like silica
  • the gel-like silica sprayed on the first glass layer 10 ′ may be heat-treated at about 300°C to about 600°C to form the high purity glass layer 20.
  • the binders contained in the gel-like silica are volatilized, and as a result, voids may be formed in the space in which the binder is volatilized.
  • forming the high-purity glass layer 20 is not limited to the substrate.
  • a high-purity glass layer 20 may be formed by laminating a quartz layer on the first glass layer 10 ′.
  • a second glass layer 30 ′ may be formed on the high purity glass layer 20 opposite to the first glass layer 10 ′.
  • the second glass layer 30 ′ may be formed by laminating a second glass layer 30 ′ containing sodium ions on the finished high-purity glass layer 20 (quartz layer).
  • the description of the first glass layer 10 ′ may be applied as it is to the second glass layer 30 ′.
  • the formation of the second glass layer 30 ′ is not limited to the substrate.
  • the second glass layer 30 ′ may be formed together with the high purity glass layer 20.
  • the gel state silica sprayed on the first glass layer 10 ′ is a sol state silica containing a liquid such as NaOH, and is a gel state including sodium ions (Na+) and aluminum ions (Al+).
  • the high-purity glass layer 20 and the second glass layer 30 ′ may be formed together by forming the silica of the gel, adding it to the surface portion of the silica in a gel state, and heat treatment together.
  • the first glass layer 10 ′ and the second glass layer 30 ′ may be chemically strengthened with the first tempered glass layer 10 and the second tempered glass layer 30. .(S40)
  • the surface chemical strengthening may be performed by substituting at least some of sodium ions (Na+) included in the first glass layer 10' and the second glass layer 30' with potassium ions (K+).
  • potassium ions (K+) in the KOH solution become the first glass. It penetrates into the layer 10 ′ and the second glass layer 30 ′ to be substituted with sodium ions (Na+).

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Abstract

본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리는 제1 직경의 제1 이온 불순물 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지고 상기 제1 이온 불순물들 중 적어도 일부와 치환되어 압축응력을 발생시키는 제2 이온 불순물을 포함하는 제1 강화 유리층, 상기 제1 강화 유리층의 일면상에 적층되고 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층 및 상기 제1 강화 유리층에 반대되는 상기 고순도 유리층의 일면상에 적층되고, 상기 제1 이온 불순물 및 상기 제2 이온 불순물을 포함하는 제2 강화 유리층을 포함한다.

Description

통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법
본 발명은 통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법에 관한 발명이다.
보다 상세하게는 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층을 포함하는 통신용 복합 유리에 관한 발명이다.
최근 통신에 이용되는 단말기에 포함된 재료는 단말기들간에 주고 받는 직진성의 신호가 재료에 의해 손실되지 않아야 한다.
한편, 신호의 손실은 신호의 주파수 및 유전상수 및 유전손실에 의해 비례할 수 있고, 신호의 손실을 저감시키기 위해 유전상수가 낮은 재료에 대한 요구가 높아지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 낮은 유전상수를 갖는 통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
둘째, 본 발명은 우수한 기계적 강도를 갖는 통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
기타, 본 발명은 상기에 기재한 기술적 과제외에 종래기술에 따른 유도 가열형 접착제 및 접착체로부터 발생되거나 예측될 수 있는 모든 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 통신용 복합 유리는 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층을 포함한다.
구체적으로, 상기 고순도 유리층은 제1 및 제2 강화 유리층 사이에 배치된다.
상기 제1 강화 유리층은 제1 직경의 제1 이온 불순물 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지고 상기 제1 이온 불순물들 중 적어도 일부와 치환되어 압축응력을 발생시키는 제2 이온 불순물을 포함한다.
상기 제2 강화 유리층은 상기 제1 이온 불순물 및 상기 제2 이온 불순물을 포함한다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층은 알루미늄 이온(Al+), 나트륨 이온(Na+) 및 칼륨 이온(K+)을 포함할 수 있다.
상기 제1 이온 불순물은 나트륨 이온을 포함하고, 상기 제2 이온 불순물은 칼륨 이온을 포함할 수 있다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 두께가 동일할 수 있다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 두께가 30um 내지 100um일 수 있다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층 각각은 상기 고순도 유리층에 인접한 내층 및 상기 고순도 유리층에 반대되는 상기 내층 상에 위치한 외층을 포함할 수 있다.
상기 외층은 상기 제2 이온 불순물을 포함하고, 상기 내층은 상기 제2 이온 불순물을 미포함할 수 있다.
상기 외층의 두께는 상기 내층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층은 두께 방향에서 상기 고순도 유리층과 멀어질수록 상기 제2 이온 불순물의 농도가 증가할 수 있다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 상기 제1 이온 불순물 대비 상기 제2 이온 불순물의 몰비가 동일할 수 있다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 유전상수가 동일하고, 상기 유전상수는 6 내지 10일 수 있다.
상기 고순도 유리층은 유전상수가 2 내지 4일 수 있다.
상기 고순도 유리층의 두께는 300mm 내지 800mm일 수 있다.
상기 고순도 유리층은 공극을 포함하고, 상기 공극은 0.1 부피% 내지 50 부피%일 수 있다.
전체 유전상수가 4 내지 5일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리의 제조 방법은 나트륨 이온을 포함하는 제1 유리층을 준비한다.
상기 제1 유리층 상에 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층을 형성한다.
상기 제1 유리층에 반대되는 상기 고순도 유리층 상에 나트륨 이온을 포함하는 제2 유리층을 형성한다.
상기 제1 유리층 및 상기 제2 유리층에 압축 응력이 발생하도록 나트륨 이온 중 적어도 일부를 칼륨 이온으로 치환하여 제1 강화 유리층 및 제2 강화 유리층을 형성한다.
상기 고순도 유리층을 형성하는 것은 상기 제1 유리층 상에 석영층을 적층할 수 있다.
상기 고순도 유리층을 형성하는 것은 겔 상태의 실리카(SiO2)를 상기 제1 유리층에 분사하여 열처리할 수 있다.
상기 제2 유리층을 형성하는 것은 상기 석영층 상에 제2 유리층을 적층할 수 있다.
상기 제2 유리층을 형성하는 것은 상기 겔 상태의 실리카(SiO2) 분사 중에 나트륨 이온(Na+)을 첨가하여 열처리할 수 있다.
상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층을 형성하는 것은 상기 제1 유리층 및 상기 제2 유리층의 나트륨 이온 중 적어도 일부를 칼륨 이온으로 치환할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법은 유전상수가 낮은 고순도 유리층을 포함하여 전체 유전상수를 낮춰 신호 손실을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 통신용 복합 유리 및 이의 제조 방법은 동시에 우수한 기계적 물성, 예를 들어, 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 통신용 복합 유리의 단면도이다.
도 2는 본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 2에 따른 통신용 복합 유리 제조 방법 과정별 단면을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의되며, 명세서에서 용어의 의미에 대해 별도로 기재한 내용이 있다면 용어의 의미는 상기 기재 내용으로 정의될 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본원 발명의 통신용 복합 유리(100)는 유전상수가 낮은 고순도 유리층(20)을 포함하여 전체 유전상수를 낮춰 통신시 신호 손실을 저감시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 고순도 유리층(20)의 전면 및 후면에 각각 제1 강화 유리층(10) 및 제2 강화 유리층(30)을 배치하여 우수한 기계적 물성, 예를 들어 내구성을 향상시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)에 대해 설명한다.
먼저, 고순도 유리층(20)에 대해 설명한다.
본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)는 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층(20)을 포함할 수 있다.
고순도 유리층(20)은 이온 불순물등의 불순물을 포함하고 있지 않으므로, 순수한 실리콘 다이옥사이드(SiO2)에 의해 형성된 결정층일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)는 고순도 유리층(20)이 별도의 불순물을 포함하고 있지 않으므로, 불순물에 의한 신호의 손실을 저감시킬 수 있다.
구체적으로, 직진성이 강한 통신 신호의 경우, 이동경로 상에 불순물이 존재하면 신호가 회전되지 않고 불순물에 부딪혀 그대로 소멸될 위험이 있다.
이에, 본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)는 불순물을 미포함하는 고순도 유리층(20)을 포함하여 직진성이 강한 통신 신호가 고순도 유리층(20)을 통과하더라도 불순물에 의해 통신 신호가 소멸되는 위험을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 고순도 유리층(20)은 내부에 공극(미도시)을 포함할 수 있다.
고순도 유리층(20)에 포함된 공극은 고순도 유리층(20) 전체에 분산되어 배치될 수 있으며, 구형의 기포형상일 수 있다.
다만, 공극의 형상 및 배치는 상기 기재에 한정되는 것은 아니고, 통상의 기술자가 용이하게 설계 변경할 수 있는 범위까지 포함한다고 할 것이다.
일 예로, 공극은 고순도 유리층(20)의 전체 또는 부분적으로 형성될 수 있고, 두께 방향으로 연장된 관 형상일 수도 있다.
고순도 유리층(20)은 공극을 포함한 다공성 구조로서 효과적으로 유전상수를 낮출 수 있다.
구체적으로, 고순도 유리층(20)에 포함된 공극은 고순도 유리층(20)의 부피 대비 약 0.1부피% 내지 약 50부피%일 수 있다.
공극의 유전상수는 1로 매우 낮기 때문에. 고순도 유리층(20)이 공극을 상기 범위로 포함함으로써, 고순도 유리층(20)은 효과적으로 고순도 유리층(20)의 유
전상수를 낮추는 동시에 일정 수준 이상의 내구성을 유지할 수 있다.
고순도 유리층(20)에 포함된 공극이 50 부피%를 초과할 경우, 고순도 유리층(20) 자체의 내구성이 지나치게 약화될 우려가 있다.
다만, 고순도 유리층(20)에 포함된 공극의 부피%는 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 일 예로, 고순도 유리층(20)은 공극을 포함하지 않을 수도 있다.
고순도 유리층(20)의 유전 상수는 약 2 내지 약 4일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 고순도 유리층(20)은 불순물을 미포함하는 동시에 내부 공극의 함량을 제어하여 유전상수를 상기 범위로 구현함으로써 신호의 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
고순도 유리층(20)의 두께는 약 300mm 내지 약 800mm일 수 있다.
고순도 유리층(20)의 두께가 300mm 미만인 경우, 기계적 물성이 저하되어 내구성 및 성형성이 저하될 수 있고, 실제 사용과정에서 파괴위험이 있다.
고순도 유리층(20)의 두께가 800mm 초과인 경우, 신호 손실이 증가할 수 있으며 생산 비용을 증가한다.
본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)는 고순도 유리층(20)의 일면 및 상기 일면에 반대되는 타면에 배치되는 제1 강화 유리층(10) 및 제2 강화 유리층(30)을 포함하여 통신용 복합 유리(100) 전체의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
먼저, 다시 도 1을 참고하여 제1 강화 유리층(10)에 대해 설명한다.
제1 강화 유리층(10)은 고순도 유리층(20)의 일면 상에 배치될 수 있고, 제1 직경의 제1 이온 불순물(i1) 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지는 제2 이온 불순물(i2)을 포함할 수 있다.
나아가, 제2 이온 불순물(i2)은 제1 이온 불순물(i1)들 중 적어도 일부와 치환되어 압축응력을 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 강화 유리층(10)은 베이스 메트릭스(10a)에 상기 제1 직경 및 상기 제2 직경과 다른 제3 직경을 가진 제3 이온 불순물(i3), 제1 이온 불순물(i1) 및 제1 이온 불순물(i1) 중 적어도 일부로 치환된 제2 이온 불순물(i2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 강화 유리층(10)은 알루미노 실리케이트계(Alumino Silicate)유리를 사용하여 실리콘 다이옥사이드(SiO2, 10a)에 알루미늄 이온(Al+, i3), 나트륨 이온(Na+, i1) 및 칼륨 이온(K+, i2)을 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 다시 도 1을 포함하면, 제1 강화 유리층(10)은 고순도 유리층(20)에 인접한 내층(12) 및 고순도 유리층(20)에 반대되는 내층(12) 상에 위치한 외층(11)을 포함할 수 있다.
내층(12)은 실리콘 다이옥사이드(10a)에 알루미늄 이온(i3) 및 나트륨 이온(i1)을 포함하고, 칼륨 이온(i2)을 불포함할 수 있다.
외층은(11)은 실리콘 다이옥사이드(10a)알루미늄 이온(i3) 및 나트륨(i1)과 치환된 칼륨 이온(i2)을 포함할 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 제1 강화 유리층(10)의 외층(11)은 나트륨(i1)과 치환된 칼륨 이온(i2)을 포함함으로써, 제1 강화 유리층(10)에 압축 응력을 발생시켜 통신용 복합 유리(100)의 기계적 물성, 내구성을 향상시킬 수 있다.
자세하게는, 나트륨 이온(i1)의 제1 직경은 0.95A이고, 칼륨 이온(i2)의 제2 직경은 1.33A일 수 있다.
따라서, 나트륨 이온(i1) 자리에 직경이 더 큰 칼륨 이온(i2)이 치환되어 배치되면, 칼륨 이온(i2)의 주위로 압축 응력이 발생하게 되고, 발생한 압축 응력에 의해 외층(11)의 표면이 강화되며 그 결과 기계적 물성이 향상된다.
제1 강화 유리층(10)에서, 두께 방향으로 고순도 유리층(20)과 멀어질수록 제2 이온 불순물(i2)의 농도가 높아질 수 있다.
즉, 외층(11)의 표면 부근에서 칼륨 이온(i2)의 농도가 가장 높고 내부로 갈수록 칼륨 이온(i2)의 농도가 낮아질 수 있다.
외층(11) 내부에 비해 표면 부근에서 칼륨 이온(i2) 농도가 높도록 제어함으로써, 외층(11)의 표면을 효과적으로 강화시킬 수 있다.
다만, 제1 강화 유리층(10)에서의 칼륨 이온(i2)의 농도 분포는 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 일 예로, 칼륨 이온(i2)의 농도 분포가 외층(11)의 두께 방향에서 일정할 수도 있다.
외층(11)의 두께는 내층(12)의 두께에 비해 더 두꺼울 수 있다.
압축 응력이 작용하고 있는 외층(11)의 두께를 내층(12)에 비해 두껍게 형성함으로써, 표면 강화 효과를 효율적으로 통신용 복합 유리(100)에 적용할 수 있다.
다만, 외층(11) 및 내층(12)의 두께 관계는 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 일 예로, 외층(11)과 내층(12)의 두께가 동일할 수도 있다.
본 발명 실시예에 다른 통신용 복합 유리(100)에서, 제1 강화 유리층(10)에 반대되는 고순도 유리층(20)의 일면상에 적층되는 제2 강화 유리층(30)은 제1 강화 유리층(10)에 적용되는 설명이 그대로 적용될 수 있다.
구체적으로, 제2 강화 유리층(30)은 제2 강화 유리층(30)의 내층(31) 및 외층(32)을 포함할 수 있다.
제2 강화 유리층(30)의 외층(32)은 제2 이온(i2) 및 제3 이온(i3)를 포함하고, 제2 강화 유리층(30)의 내층(31)은 제1 이온(i1) 및 제3 이온(i3)을 포함할 수 있다.
이후 제2 강화 유리층(30)과 관련해서는 제1 강화 유리층(10)에서 설명하지 않은 것을 중심으로 설명한다.
제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)은 두께가 동일할 수 있으며, 구체적으로 약 30um 내지 약 100um의 두께 일 수 있다.
나아가, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30) 각각에 포함된 내층(12, 31)간의 두께 및 외층(11, 32)간의 두께가 서로 동일할 수 있다.
제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)의 두께 범위를 상기 범위로 제어함으로서 우수한 기계적 물성을 유지하는 동시에, 통신용 복합 유리(100)가 지나치게 두꺼워 지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)각각에 포함된 제1 이온 불순물(i1) 대비 제2 이온 불순물(i2)의 몰비가 동일할 수 있다.
즉, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)각각에 포함된 전체 나트륨 이온(i1)의 몰수 대비 칼륨 이온(i2)의 몰수의 비가 동일할 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)각각에서 나트륨 이온(i1) 대신에 치환된 칼륨 이온(i2)의 몰수가 서로 동일할 수 있으며, 그 결과 제1 강화 유리층(10) 및 제2 강화 유리층(30) 각각에 발생하는 압축응력의 정도가 동일할 수 있다.
뿐만 아니라, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)의 유전상수가 동일할 수 있고, 구체적으로, 약 6 내지 10일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)에서, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)간의 두께, 이온 불순물들의 조성비 및 유전상수를 동일하게 제어함으로서 통신용 복합 유리(100) 전체의 변형을 방지할 수 있다.
자세하게, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)간의 두께, 이온 불순물들간의 조성비 및 유전상수를 동일하게 제어함으로서, 열팽창등에 의해 제1 강화 유리층(10), 고순도 유리층(20) 및 제3 강화 유리층(30) 각각에 물성변화가 있더라도 통신용 복합 유리(100) 전체가 일면으로 휘어지는 등의 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)는 고순도 유리층(20)을 포함하여 전체 유전상수가 약 4 내지 5로 구현되어 신호 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있는 동시에, 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30)에 의해 표면강화가 이루어져 우수한 기계적 물성을 함께 구현할 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 본 발명 일 실시예에 따른 통신용 복합 유리(100)는 데코층(40)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 데코층(40)은 제1 및 제2 강화 유리층(10, 30) 중 하나의 일면에 배치될 수 있으며, 색상 필름을 포함하여 시각적으로, 장식 기능을 구현할 수 있다.
데코층(40)의 구조는 상기 기재 및 도면에 게시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 다층박막으로 구성될 수도 있다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명 일 실시예에 따른 통신용 복합 유리 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저 도 3a를 참고하면 통신용 복합 유리 제조 방법은 나트륨 이온(Na+)을 포함하는 제1 유리층(10’)을 준비한다.(S10)
구체적으로, 제1 유리층(10’)은 전술한 제1 강화 유리층(10)의 전 단계로서 제1 강화 유리층(10)으로의 변환은 후술한다.
제1 유리층(10’)은 알루미노 실리케이트(Alumino-Silicate)계의 박형 유리일 수 있으며, 나트륨 이온(Na+) 및 알루미늄 이온(Al+)을 포함할 수 있다.
이어서, 도 3b를 참고하면 제1 유리층(10’) 상에 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층(20)을 형성할 수 있다.(S20)
고순도 유리층(20)을 형성하는 것은 겔 상태의 실리카(SiO2)를 스프레이 또는 스크린 프린팅으로 분사하여 코팅하여 열처리함으로 고순도 유리층(20)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 제1 유리층(10’)에 분사된 겔 상태의 실리카를 약 300도 내지 약 600도로 열처리하여 고순도 유리층(20)을 형성할 수 있다.
열처리 과정에서 겔 상태의 실리카에 포함되어 있던 바인더들이 휘발하게 되고 그 결과 바인더가 휘발된 공간에 공극이 형성될 수 있다.
다만, 고순도 유리층(20)을 형성하는 것은 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1 유리층(10’) 상에 석영(Quartz)층을 적층시켜 고순도 유리층(20)을 형성할 수도 있다.
이어서, 도 3c를 참고하면, 제1 유리층(10’)에 반대되는 고순도 유리층(20) 상에 제2 유리층(30’)을 형성할 수 있다.(S30)
제2 유리층(30’)을 형성하는 것은 완성된 고순도 유리층(20, 석영층) 상에 나트륨 이온을 포함하는 제2 유리층(30’)을 적층하여 형성할 수 있다.
제2 유리층(30’)은 제1 유리층(10’)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
다만, 제2 유리층(30’)을 형성하는 것은 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
일 예로 제2 유리층(30’)은 고순도 유리층(20)과 함께 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 유리층(10’)에 분사되는 겔 상태의 실리카는 NaOH 등의 액체를 포함하는 졸 상태의 실리카를 이용한 것으로, 나트륨 이온(Na+) 및 알루미늄 이온(Al+)을 포함하는 겔 상태의 실리카를 형성하고, 겔 상태의 실리카 표면 부분에 첨가하고 함께 열처리함으로서 고순도 유리층(20) 및 제2 유리층(30’)을 함께 형성할 수 있다.
이어서, 도 3d를 참고하면 제1 유리층(10’) 및 제2 유리층(30’)을 제1 강화 유리층(10) 및 제2 강화 유리층(30)으로 표면 화학 강화를 할 수 있다.(S40)
구체적으로, 표면 화학 강화는 제1 유리층(10’) 및 제2 유리층(30’)에 포함된 나트륨 이온(Na+) 중 적어도 일부를 칼륨 이온(K+)으로 치환하여 수행될 수 있다.
제1 유리층(10’), 고순도 유리층(20) 및 제2 유리층(30’)이 적층되어 있는 적층체를 KOH 용액에 딥핑하게 되면, KOH 용액 내의 칼륨 이온(K+)이 제1 유리층(10’) 및 제2 유리층(30’)으로 침투하여 나트륨 이온(Na+)과 치환되게 된다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (19)

  1. 제1 직경의 제1 이온 불순물 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지고 상기 제1 이온 불순물들 중 적어도 일부와 치환되어 압축응력을 발생시키는 제2 이온 불순물을 포함하는 제1 강화 유리층;
    상기 제1 강화 유리층의 일면상에 적층되고 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층; 및
    상기 제1 강화 유리층에 반대되는 상기 고순도 유리층의 일면상에 적층되고, 상기 제1 이온 불순물 및 상기 제2 이온 불순물을 포함하는 제2 강화 유리층;을 포함하는 통신용 복합 유리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층은 알루미늄 이온(Al+), 나트륨 이온(Na+) 및 칼륨 이온(K+)을 포함하고,
    상기 제1 이온 불순물은 나트륨 이온을 포함하고, 상기 제2 이온 불순물은 칼륨 이온을 포함하는 통신용 복합 유리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 두께가 동일한 통신용 복합 유리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 두께가 30um 내지 100um인 통신용 복합 유리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층 각각은 상기 고순도 유리층에 인접한 내층 및 상기 고순도 유리층에 반대되는 상기 내층 상에 위치한 외층을 포함하고,
    상기 외층은 상기 제2 이온 불순물을 포함하고, 상기 내층은 상기 제2 이온 불순물을 미포함하는 통신용 복합유리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외층의 두께는 상기 내층의 두께보다 두꺼운 통신용 복합 유리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층은 두께 방향에서 상기 고순도 유리층과 멀어질수록 상기 제2 이온 불순물의 농도가 증가하는 통신용 복합 유리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 상기 제1 이온 불순물 대비 상기 제2 이온 불순물의 몰비가 동일한 통신용 복합 유리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층의 유전상수가 동일하고, 상기 유전상수는 6 내지 10인 통신용 복합 유리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고순도 유리층은 유전상수가 2 내지 4인 통신용 복합 유리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고순도 유리층의 두께는 300mm 내지 800mm인 통신용 복합 유리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고순도 유리층은 공극을 포함하고, 상기 공극은 0.1 부피% 내지 50 부피%인 통신용 복합 유리.
  13. 제1항에 있어서,
    전체 유전상수가 4 내지 5인 통신용 복합 유리.
  14. 나트륨 이온을 포함하는 제1 유리층을 준비하고,
    상기 제1 유리층 상에 이온 불순물을 미포함하는 고순도 유리층을 형성하고,
    상기 제1 유리층에 반대되는 상기 고순도 유리층 상에 나트륨 이온을 포함하는 제2 유리층을 형성하고,
    상기 제1 유리층 및 상기 제2 유리층에 압축 응력이 발생하도록 나트륨 이온 중 적어도 일부를 칼륨 이온으로 치환하여 제1 강화 유리층 및 제2 강화 유리층을 형성하는 통신용 복합 유리 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고순도 유리층을 형성하는 것은 상기 제1 유리층 상에 석영층을 적층하는 통신용 복합 유리 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 고순도 유리층을 형성하는 것은 겔 상태의 실리카(SiO2)를 상기 제1 유리층에 분사하여 열처리하는 통신용 복합 유리 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 유리층을 형성하는 것은 상기 석영층 상에 제2 유리층을 적층하는 통신용 복합 유리 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 유리층을 형성하는 것은 상기 겔 상태의 실리카(SiO2) 분사 중에 나트륨 이온(Na+)을 첨가하여 열처리하는 통신용 복합 유리 제조 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 강화 유리층 및 상기 제2 강화 유리층을 형성하는 것은 상기 제1 유리층 및 상기 제2 유리층의 나트륨 이온 중 적어도 일부를 칼륨 이온으로 치환하는 통신용 복합 유리 제조 방법.
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