KR101423963B1 - 사파이어 재료 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 a-축을 갖는 강옥 결정 및 상기 a-축을 따르는 성장을 제공하는 단계; 및 상기 강옥 결정으로부터 특정의 방향으로 강옥 재료를 수득하는 단계;를 포함하는 강옥 재료의 제조방법을 제공한다.

Description

사파이어 재료 및 그의 제조방법{SAPPHIRE MATERIAL AND PRODUCTION METHOD THEREOF}
본 출원은 대만지적재산청에 2012년 3월 6일자로 출원된 대만특허출원 제101107556호의 우선권을 주장하며, 그 상세한 설명을 그 전체로서 참조로 여기에 인용한다.
본 발명은 사파이어 재료(sapphire substance) 및 그의 제조방법, 특히 a-축을 따라 성장하는 사파이어 결정으로부터 수득되는 사파이어 재료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 스마트폰(smart phones)의 순환의 증가로 인하여 스마트폰에서 사용되는 구성요소들에 대한 수요가 증가하고 있다. 이들 구성요소들에는 카메라에 대하여 사용되는 보호렌즈(protecting lens), 휴대폰(mobile phones)의 터치패널(touch panels)에 대하여 사용되는 커버글래스(cover glasses)들이 포함되며, 이들의 대부분은 유리가 주재료이다. 비록 유리 재료들이 뛰어난 외양(fine appearance), 간단한 가공 공정, 저비용 등과 같은 잇점들을 가지고 있음에도 불구하고, 경도(hardness)와 압축강도(compressive strength)를 포함하여 바람직하지 못한 기계적 특성들의 결점들이 실제 응용예들에서 문제점들을 야기한다. 하드코팅(hard coating) 및 화학적 강인화/강화(chemical toughening/tempering) 등과 같은 기술들을 사용하여 상기한 결점들을 개선할 수 있으나, 별도의 가공비 및 환경적인 문제점들 등과 같은 다른 문제점들을 야기한다.
강옥(corundum)은 산화알루미늄(Al2O3)의 결정 형태이다. 사실 순수한 강옥은 투명하며, 청색 강옥(blue corundum) 또는 사파이어는 강옥(Al2O3)과 청색 착색(blue coloration)의 원인이 되는 철 및 티타늄 불순물(Fe2 + 및 Ti4 +)로 이루어진다. 적색 강옥(red corundum) 또는 루비는 강옥(Al2O3)과 적색 착색의 원인이 되는 크롬 불순물(Cr3 +)로 이루어진다. 사파이어는 삼방정계 대칭(trigonal symmetry)을 갖는 결정이며; 또한 광학축으로 언급되는 그의 3중의 축들은 일반적으로 c-축(c-axis)으로 표기된다. a-축 및 m-축들은 둘 다 상기 c-축에 대하여 수직이다. R로 표시되는 능면체벽개면(rhombohedral cleavage plane)은 상기 m-축의 배향(orientation) 내에서 상기 c-축으로부터 57.6°로 경사져 있다. 그의 우수한 기계적 특성들, 화학적 안정성 및 광학적 특성들로 인하여 사파이어 단결정은 산업재료(industrial material)로서 광범위하게 사용되고 있으며, 특히, 청/백색광 발광 다이오드(blue/white light emitting diode ; LED) 제조용 질화갈륨막-형성 기재(GaN film-forming substrate)로 사용되고 있다.
표 1은 여러 배향들을 갖는 사파이어들 및 강화유리(tempered glass) 중의 물리적 특성들 및 광학적 특성들의 비교들을 나타내고 있다. 이 표에서, "사파이어 C-축", "사파이어 A-축", "사파이어 R-축" 및 "사파이어 M-축"들은 각각 c-축 배향, a-축 배향, r-축 배향 및 m-축 배향 내의 사파이어 결정들로부터 수득된 사파이어 재료들을 나타낸다.
단위 사파이어 C-축 사파이어 A-축 사파이어 R-축 사파이어 M-축 강화유리
비커스경도 ㎏f/㎠ 2150±50 1850±50 2200±50 1850±50 674
영률 GPa 460±50 460±50 460±50 460±50 71.7
압축강도 MPa ≥2000 ≥2000 ≥2000 ≥2000 ≥800
열전도도 W/m-k 32±5 32±5 32±5 32±5 1.2
투과도 % >85 >85 >85 >85 >90
비커스 경도(Vickers hardness), 영률(Young Modulus), 압축강도(Compressive strength), 투과도(Transmittance)
표 1에서, 여러 배향들을 갖는 사파이어들은 강화유리에 비하여 보다 나은 경도 및 압축강도를 나타내고 있다. 더욱이, 적절한 공정들 및 막코팅(membrane coatings)들로 처리된 상기 사파이어들은 상기 강화유리와 비슷한 광학적 특성들을 가질 수 있다. 따라서, 유리한 화학적, 전기적, 기계적, 광학적, 열적 및 내구성 특성들의 조합은 사파이어를 고성능 시스템 및 구성요소 설계용의 바람직한 재료로 만든다.
베루네우일 기술(Verneuile technique), 키로풀러스(Kyropoulos), 열교환법(heat exchange method) 등을 포함하여 사파이어의 제조를 위한 여러 기술들이 공지되어 있다. 베루네우일 기술에 의해 제조된 사파이어는 깨지기 쉽고 그리고 작으며, 따라서 대형의 응용예(large-size applications)들에 적용하기에는 적절치 않다. 게다가, EFG 기술(edge defined film-fed growth techniques)이 a-면 및 c-면을 포함하여 여러 평면구성(planar configurations)들의 단결정 사파이어를 성장시키는 데 사용되어 왔다.
공개번호 제20080075941의 미합중국 특허에는 질화갈륨 LED(gallium nitride LEDs)들과 같은 LED들의 기판으로 유용한 c-평면 단결정 사파이어의 제조를 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다. 이 특허에서, 단결정 c-평면 사파이어 재료를 형성하기 위하여, c-축 배향을 나타내는 단결정 사파이어를 성장시키기 위한 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법을 통하여 성장하는 상기 단결정 사파이어는 긴 성장 시간 및 에너지 소모의 단점들을 가질 뿐만 아니라 후속의 공정들에도 유리하지 않다.
따라서, 선행기술들에서의 결점들로 인하여, 본 발명자들은 효과적으로 선행기술들에 존재하는 단점들을 극복하기 위한 사파이어 재료 및 그의 제조방법을 제공한다.
c-축을 따라 성장하는 사파이어를 제조하기 위한 방법과 비교하여, 본 출원에서 제공되는 a-축을 따라 성장하는 사파이어를 제조하는 방법이 생산에 있어서 보다 효율적이고, 그리고 a-축의 성장축을 갖도록 제조된 사파이어는 보다 낮은 전위 밀도(dislocation density)를 갖는다. 서로 다른 요건들에 기초하여, 본 발명에서 제공되는 a-축을 따라 성장하는 사파이어는 여러 응용예들에서 광범위하게 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점에 따르면, 만성 심장병, 특히 만성 심부전(chronic heart failure)을 방지하거나 또는 치료하기 위한 약제학적 조성물이 제공된다.
본 발명의 상기한 목적들 및 잇점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부되는 도면들의 검토 이후에 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 보다 용이하게 명백해질 것이다.
도 1(a)는 본원의 제1의 바람직한 구체예에 따른 키로풀러스 결정 성장 장치를 나타내는 다이아그램이다.
도 1(b)는 본원에서 형성된 사파이어 결정을 나타내는 다이아그램이다.
도 2는 제1의 바람직한 구체예에 따른 사파이어 재료의 제조방법을 나타내는 다이아그램이다.
도 3은 본원의 제2의 바람직한 구체예에 따른 열교환 장치(heat exchange device)를 나타내는 다이아그램이다.
도 4는 상기 제2의 바람직한 구체예에 따른 사파이어 재료의 제조방법을 나타내는 다이아그램이다.
도 5(a)는 본원의 제3의 바람직한 구체예에 따른 와이어 절단 가공 장치(wire cutting machining device)를 나타내는 다이아그램이다.
도 5(b)는 본원의 제3의 바람직한 구체예에 따른 와이어 절단 가공 장치를 나타내는 다른 다이아그램이다.
도 6(a)는 본원의 제4의 바람직한 구체예에 따른 연삭 장치(grinding device)를 나타내는 다이아그램이다.
도 6(b)는 본원의 상기 제4의 바람직한 구체예에 따른 다른 연삭 장치를 나타내는 다이아그램이다.
도 7은 본원의 제5의 바람직한 구체예에 따른 연마 장치(polish device)를 나타내는 다이아그램이다.
도 8은 본원의 제6의 바람직한 구체예에 따른 연마된 사파이어 재료를 성형하는 방법들을 나타내는 다이아그램이다.
도 9는 본원의 제7의 바람직한 구체예에 따른 연마된 사파이어 재료를 성형하는 방법을 나타내는 다이아그램이다.
도 10은 본원의 사파이어 재료를 제조하고 그리고 가공하는 절차를 나타내는 다이아그램이다.
하기 구체예들을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명할 것이다. 본 발명의 바람직한 구체예들의 이하의 상세한 설명들은 설명 및 개시 만을 목적으로 여기에 제공되는 것이며, 기술된 정확한 형태로 완전하거나 또는 제한되도록 하는 것으로 의도되는 것이 아님은 주의하여야 한다.
이하의 구체예들에서 사파이어 재료(또는 사파이어 물질 또는 사파이어 결정), 그의 제조방법 및 그의 가공방법들이 기술된다. 앞서 언급한 제조방법 및 가공방법들은 루비(ruby) 등과 같은 다른 강옥 재료들에 적용될 수 있다. 상기 사파이어 재료의 응용예들은 대만 특허출원 제100142110호 및 동 제100149015호들에 기술되었으며, 이들을 여기에 참조로 인용한다.
본 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위들에서 사용된 바와 같은 단수 형태들 "한(a)", "하나의(an)" 및 "그(the)"들은 문맥에서 달리 명백하게 지시하지 않는 한 복수의 지시대상들을 포함한다.
도 1(a)를 참조하면, 이는 본원의 제1의 바람직한 구체예에 따른 키로풀러스 결정 성장 장치(20)를 나타내는 다이아그램이다. 상기 키로풀러스 결정 성장 장치(20)는 저항가열기(resistance heater)(201), 도가니(crucible)(202) 등과 같은 용기, 전류가 흐르는 구리코일(copper coils)(206) 및 열차단체(heat shields)(207)를 포함한다. 상기 저항가열기(201)는 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함하는 재료로 만들어지며, 상기 구리코일(206)에 결합되어 있다. 전류가 상기 구리코일(206)에 적용되는 경우, 상기 저항가열기(201)가 열을 생성하고 그리고 생성된 열을 상기 도가니(202)에 공급한다. 고순도의 Al2O3인 사파이어 재료가 저항가열(resistive heating)을 통하여 상기 도가니(202) 내에서 액체상태로 녹아내리고 그리고 용융물(melt)(203), 즉 용융된 Al2O3를 형성한다. 상기 도가니(202)는 상기 용융물(203)을 담을 수 있는 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 상기 도가니(202)의 구성에 적절한 재료들에는, 예를 들면, 이리듐(iridium), 몰리브덴(molybdenum), 텅스텐(tungsten), 몰리브덴/텅스텐 합금(molybdenum/tungsten alloys) 및 흑연(graphite)들 중의 적어도 하나가 포함된다. a-축을 따라 성장하는 사파이어 결정을 생성하기 위하여 사파이어 시드(sapphire seed)(205)가 상기 키로풀러스 결정 성장 장치(20) 내의 적절한 위치 내에 놓여진다.
상기 키로풀러스 결정 성장 장치(20)는 상기 사파이어 시드(205)와 상기 용융물(203) 사이에 고-액 계면 물질(solid-liquid interface substance)(204)의 형성을 야기한다. 상기 열차단체(207)는 몰리브덴과 텅스텐 중의 적어도 하나를 포함하는 물질로 만들어지며, 이는 상기 도가니(202) 내의 온도를 유지하기 위하여 상기 도가니(20)로부터의 열손실을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 제1의 바람직한 구체예에 따르면, 사파이어 재료의 제조방법은 다음과 같이 기술된다. 먼저, 고순도의 Al2O3인 상기 사파이어 재료를 상기 도가니(202) 내에 위치시키고, 그리고 a-축의 방향 내에서의 결정 성장을 위한 상기 사파이어 시드(205)를 상기 사파이어 재료와 접촉되도록 위치시킨다. 도 1(a)에서, 상기 사파이어 시드(205)의 a-축은 인상 방향(pulling direction), 즉 수직 방향에 대하여 평행이다. 계속해서 상기 사파이어 재료가 상기 도가니(202) 내에서 저항가열을 통하여 용융되어 상기 용융물(203) 즉 용융된 Al2O3를 형성하거나 또는 상기 용융물(203)과 상기 고-액 계면 물질(204)을 형성한다. 상기 용융물(203)은 상기 사파이어 시드(205)를 상방으로 점진적으로 인상시키는 것에 의하여 야기되는 온도 구배(temperature gradient)로 점진적으로 냉각되고, 그리고 상기 사파이어 시드(205) 상으로의 상기 용융물(203) 및 상기 고-액 계면 물질(204)의 결정화가 상기 사파이어 시드(205)의 a-축 주위에서 시작된다. 마지막으로, 상기 결정화의 완결 이후, 사파이어 결정(208)이 형성되고 그리고 상기 도가니(202)로부터 제거된다.
도 1(b)를 참조하면, 이 도면은 본원에서 형성되는 상기 사파이어 결정(208)을 나타내는 다이아그램이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 사파이어 결정(208)은 상기 a-축에 평행한 성장축(growth axis)을 갖는다. 다음으로, 후속하는 절차들을 수행하는 것과 같이 하여 상기 사파이어 결정(208)으로부터 사파이어 재료(209)가 수득되고, 바람직하게는, 상기 사파이어 결정(208)의 배향은 상기 사파이어 재료(209)를 수득하기에 앞선 요구에 기초하여 x-선 회절(x-ray diffraction)에 의하여 결정된다. 상기 사파이어 재료(209)를 수득하기 위한 방법은 상기 사파이어 결정(208)의 천공(drilling) 또는 절단(cutting)의 방법을 포함한다. 예를 들면, 드릴의 절단 모서리(cutting edge) 주위가 다이아몬드 입자(diamond grain)로 코팅된 중공의 실린더형 드릴(hollow cylindrical drill)을 사용하여 원통형 사파이어 재료(209)를 수득할 수 있으며, 다이아몬드 톱을 사용하여 상기 사파이어 결정(208)을 절단하여 직사각형의 기둥(rectangular column) 또는 다각형의 기둥(polygonal column)을 수득할 수 있다. 상기 사파이어 재료(209)는 상기 a-축에 대하여 실질적으로 수직인 특정한 방향으로 수득된다. 상기 사파이어 재료(209)는 수평방향, 즉 상기 a-축에 대하여 수직인 도 1(b)의 실시예에서의 c-축 또는 m-축(도시하지 않음) 내에서 상기 사파이어 결정(208)으로부터 수득될 수 있으며, 여기에서 상기 c-축은 상기 m-축에 대하여 수직이다.
다른 바람직한 구체예에 있어서, 상기 특정의 방향은 상기 사파이어 결정(208)의 상기 c-축으로부터 상기 a-축 및 m-축 쪽으로 -2.5° 내지 2.5°의 범위 이내의 각도로 경사진 방향이 될 수 있다. 앞서 정의한 방향 내에서 수득되는 상기 사파이어 재료(209)는 보다 나은 투과도(transmittancy)를 갖는다. 상기 a-축에 대하여 완전히 수직인 상기 c-축에 대하여 평행한 방향 내의 상기 사파이어 재료(209)를 수득하기를 의도하는 경우, 그의 구조로 인하여 상기 사파이어 결정(208)을 천공하는 것은 용이하지 않다. 따라서, 상기 언급된 특정의 방향은 바람직하게는 상기 사파이어 결정(208)의 상기 c-축으로부터 상기 a-축으로 -2.5° 내지 2.5°로 경사진 방향; 상기 사파이어 결정(208)의 상기 c-축으로부터 상기 m-축으로 -2.5° 내지 2.5°로 경사진 방향; 상기 사파이어 결정(208)의 상기 a-축으로부터 상기 c-축으로 -2.5° 내지 2.5°로 경사진 방향; 상기 사파이어 결정(208)의 상기 a-축으로부터 상기 m-축으로 -2.5° 내지 2.5°로 경사진 방향; 상기 사파이어 결정(208)의 상기 m-축으로부터 상기 c-축으로 -2.5° 내지 2.5°로 경사진 방향; 상기 사파이어 결정(208)의 상기 m-축으로부터 상기 a-축으로 -2.5° 내지 2.5°로 경사진 방향; 또는 상기 사파이어 결정(208)의 r-축에 대하여 평행한 방향;이다. 상기 바람직한 방향들에 기초하여, 상기 천공 절차를 수행하는 것이 용이하게 되며, 수득된 사파이어 재료(209)는 보다 나은 투과도를 가질 수 있다. 상기 특정의 방향들의 밀러 지수(Miller indices)에는 상기 c-축
Figure 112012084276677-pat00001
, 상기 a-축
Figure 112012084276677-pat00002
, 상기 m-축
Figure 112012084276677-pat00003
및 상기 r-축
Figure 112012084276677-pat00004
들이 포함된다.
도 2를 참조하면, 이 도면은 상기 제1의 바람직한 구체예에 따른 사파이어 재료(209)의 제조방법을 나타내는 다이아그램이다. 상기 방법은 하기의 단계들을 포함한다. 단계 S201에서, 사파이어 시드(205)가 용융물(203)과 접촉한다. 단계 S202에서, 상기 사파이어 시드(205)가 상방으로 인상되어 상기 용융물(203)을 점진적으로 냉각시키고 그리고 상기 사파이어 시드(205)의 a-축을 따라 상기 용융물(203)의 결정화를 야기하여 사파이어 결정(208)을 형성시킨다. 단계 S203에서, 사파이어 재료(209)가 특정의 방향, 바람직하게는 상기 사파이어 시드(205) 또는 상기 사파이어 결정(208)의 a-축에 대하여 수직방향 내에서 상기 사파이어 결정(208)으로부터 수득된다.
도 3을 참조하면, 이 도면은 본원의 제2의 바람직한 구체예에 따른 열교환 장치(30)를 나타내는 다이아그램이다. 상기 열교환장치(30)는 저항가열기(301), 도가니(302), 사파이어 시드(305), 상기 저항가열기에 결합된 적어도 하나의 전류코일(current coil)(306), 열차단체(307) 및 열교환파이프(heat exchange pipes)(308)들을 포함한다. 상기 전류코일(306)에 전류(electrical current)가 공급되는 경우, 상기 도가니(302)가 상기 저항가열기(301)에 의해 제공되는 에너지에 의해 가열되게 된다. 상기 사파이어 재료, 즉 고순도의 Al2O3로부터 용융물(303)이 형성될 수 있다. 사파이어 시드(305)가 상기 열교환장치(30) 내에서 그의 a-축에 대하여 평행한 방향 내에서 성장하는 사파이어 결정을 생성시키기에 적절한 위치 내에 놓여지게 된다. 상기 열교환장치(30)가 상기 사파이어 시드(305)와 상기 용융물(303) 사이에 고-액 계면 물질(304)을 형성시킨다.
본원의 제2의 바람직한 구체예에 기초하여, 사파이어 재료의 제조방법을 이하와 같이 기술한다. 먼저, 고순도의 Al2O3인 사파이어 재료를 상기 도가니(302) 내에 위치시키고, 그리고 상기 사파이어 시드(305)를 상기 사파이어 재료와 접촉시키는 것에 의하여 접종절차(seeding procedure)를 수행한다. 도 3에서, 상기 사파이어 시드(305)의 a-축은 수직 방향에 대하여 평행하다. 계속해서 상기 사파이어 재료가 저항가열을 통하여 상기 도가니(302) 내에 용융되어 용융물(303), 즉 용융된 Al2O3를 형성하거나 또는 상기 용융물(303)과 고-액 계면 물질(304)을 형성한다. 상기 고-액 계면 물질(304)와 상기 용융물(303) 내의 열은 상기 열교환파이프(308)들 내에서 순환하는 냉각수 또는 증기에 의한 열교환방법에 의하여 제거되어 상기 고-액 계면 물질(304) 및 상기 용융물(303)이 바닥으로부터 상부까지 점진적으로 냉각되고, 그리고 상기 사파이어 시드(305) 상으로의 상기 용융물(303) 및 상기 고-액 계면 물질(304)의 결정화가 상기 사파이어 시드(305)의 a-축 주위에서 개시되도록 한다. 마지막으로, 상기 결정화의 종결 이후에 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 그의 a-축에 대하여 수평한 성장축을 갖는 사파이어 결정(208)이 형성된다. 상기 도가니(302)는 원하는 형상으로 상기 결정들을 형성하기에 적절한 임의의 형태 또는 크기가 되어 후속의 절차 동안의 상기 결정들의 용적 활용(volume utilization)을 증가시키도록 할 수 있다. 예를 들면, 상기 도가니(302)는 실질적으로 직사각형, 정사각형, 원통형 또는 다각형이 될 수 있다. 상기 사파이어 결정(208)의 형상은 상기 도가니(302)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 다음으로, 상기 사파이어 결정(208)으로부터 상기 사파이어 재료(209)를 수득하는 절차는 앞서 기술한 바와 동일하며, 여기에서는 반복적으로 기술하지 않는다.
도 4를 참조하면, 이 도면은 상기 제2의 바람직한 구체예에 따른 사파이어 재료(209)의 제조방법을 나타내는 다이아그램이다. 상기 방법은 이하의 단계들을 포함한다.
단계 S301에서, 사파이어 시드(305)가 용융물(303)과 접촉한다. 단계 S302에서, 단계 S302에서, 상기 열교환 방법을 통하여 상기 용융물(303)이 점진적으로 냉각되고 그리고 상기 사파이어 시드(305)의 a-축을 따라 상기 용융물(303)의 결정화를 야기하여 사파이어 결정(208)을 형성한다. 단계 S303에서, 사파이어 재료(209)가 특정의 방향, 바람직하게는 상기 사파이어 시드(305) 또는 상기 사파이어 결정(208)의 a-축에 대하여 수직방향 내에서 상기 사파이어 결정(208)으로부터 수득된다.
상기 사파이어 재료(209)의 결정축은 바람직하게는 c-축
Figure 112012084276677-pat00005
, a-축[
Figure 112012084276677-pat00006
,
Figure 112012084276677-pat00007
,
Figure 112012084276677-pat00008
,
Figure 112012084276677-pat00009
,
Figure 112012084276677-pat00010
및
Figure 112012084276677-pat00011
들을 포함}, m-축[
Figure 112012084276677-pat00012
,
Figure 112012084276677-pat00013
,
Figure 112012084276677-pat00014
,
Figure 112012084276677-pat00015
,
Figure 112012084276677-pat00016
및
Figure 112012084276677-pat00017
들을 포함] 및 r-축[
Figure 112012084276677-pat00018
,
Figure 112012084276677-pat00019
,
Figure 112012084276677-pat00020
,
Figure 112012084276677-pat00021
,
Figure 112012084276677-pat00022
및
Figure 112012084276677-pat00023
들을 포함]들 중의 하나이다. 상기 사파이어 재료(209)가 상기 사파이어 결정(208)로부터 수득된 이후, 다이싱(dicing), 천공, 밀링(milling), 연삭(grinding), 모서리 연삭(edge grinding), 연마, 모다듬기(beveling), 절단, 코팅(coating) 등과 같은 일련의 작업들에 의해 가공된다.
도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 이들 도면들 각각은 본원의 제3의 바람직한 구체예에 따른 와이어 절단 가공 장치(40)를 나타내는 다이아그램이다.
와이어 톱 절단 가공 장치(wire saw cutting machining device)(40)는 구동장치(42)가 포함된다. 상기 구동장치(42)는 1차 시브 롤러(primary sheave roller)(44) 및 한 세트의 가이드-롤러(guide-rollers)(46)들이 포함된다. 다수의 다이아몬드 와이어(diamond wires)(48)들이 상기 구동장치(40) 주위에 감겨지고 그리고 0.65 내지 1.85㎜ 사이의 범위의 거리로 이격될 수 있으며, 따라서 상기 사파이어 재료(209)에 대한 절단 간격(cutting spacing)은 0.65 내지 1.85㎜ 사이의 범위가 될 수 있다. 상기 사파이어 재료(209)가 절단되는 경우, 힘(F)이 상기 사파이어 재료(209)에 적용되고, 그리고 상기 구동장치(42)가 흔들림 동작(rocking motion)을 수행하여 다수의 다이아몬드 와이어들이 와이어 장력(wire tension)(T)을 생성하도록 한다. 상기 와이어 장력(T) 및 상기 다이아몬드 와이어들의 운동으로 인하여, 상기 사파이어 재료(209)가 0.3 내지 1.6㎜의 범위의 두께를 갖는 적어도 하나의 사파이어 재료(504)로 절단된다.
도 6(a)를 참고하면, 이 도면은 본원의 제4의 바람직한 구체예에 따른 연삭 장치(50)를 나타내는 다이아그램이다. 상기 연삭 장치(50)는 상부연삭원반(upper grinding disk)(501), 하부연삭원반(502) 및 중공이송원반(hollow carrier disk)(503)을 포함한다. 상기 와이어 절단 이후 상기 사파이어 재료(504)의 제1표면(first surface)(5041) 및 제2표면(5042) 상에 톱자국(saw marks)들이 있을 수 있기 때문에, 연삭 및 세선화(thinning) 공정들이 필요할 수 있다. 먼저, 상기 사파이어 재료(504)를 상기 중공이송원반(503) 내에 위치시키고 그리고 상기 상부연삭원반(501)과 상기 하부연삭원반(505) 사이에 고정시키고, 그리고 상기 상부연삭원반(501)과 상기 하부연삭원반(505)의 회전을 통하여 연삭이 달성되게 된다. 상기 중공이송원반(503)은 그의 테두리의 내측 및 외측에 배치되어 상기 상부연삭원반(501)의 내측기어(5011) 및 상기 하부연삭원반(505)의 외측기어와 결합되는 기어(5031)들을 갖는다. 상기 기어들의 결합을 통하여, 그 안에 상기 중공이송원반(503) 및 그 안에 고정된 상기 사파이어 재료(504)는 상기 상부연삭원반(501)과 상기 하부연삭원반(505)의 회전에 의하여 이동된다. 상기 중공이송원반(503)이 가변되는 동안에, 연삭슬러리(grinding slurry)(502)가 상기 상부연삭원반(501) 내로 공급되고, 그리고 상기 사파이어 재료(504)의 제1표면(5041) 및 상기 제2표면(5042)들이 각각 상기 상부연삭원반(501) 및 상기 하부연삭원반(505)에 의하여 연삭된다. 바람직하게는, 상기 연삭슬러리(502)는 다이아몬드 입자들을 포함한다.
도 6(b)를 참조하면, 이 도면은 본원의 상기 제4의 바람직한 구체예에 따른 다른 연삭 장치(60)를 나타내는 다이아그램이다. 다른 바람직한 구체예에 있어서, 상기 연삭 장치(60)는 이송원반(carrier disk)(603) 및 상부연삭원반(607)을 포함한다. 다이아몬드 입자(606) 등과 같은 연삭매질(grinding media)가 전주(electroforming), 수지 접착제(resin adhesive) 등에 의하여 상기 상부연삭원반(607) 상에 고정될 수 있다. 상기 사파이어 재료(504)가 왁스(wax) 또는 접착제(glue)로 상기 이송원반(603) 상에 고정되는 한편으로, 연삭슬러리(608)가 상기 사파이어 재료(504), 상기 상부연삭원반(607) 및 상기 다이아몬드 입자(606)들을 냉각시키고 그리고 윤활시키는 데 사용된다.
도 7을 참조하면, 이 도면은 본원의 제5의 바람직한 구체예에 따른 연마 장치(70)를 나타내는 다이아그램이다. 상기 연삭공정 이후, 상기 연삭된 사파이어 재료(702)의 표면 상에는 여전히 작은 상처(tiny scars)들이 있을 수 있으며, 따라서 연마공정이 요구된다. 상기 연마 장치(70)는 상부연마원반(upper polishing disk)(701), 하부연마원반(704) 및 연마이송원반(polishing carrier disk)(703)들을 포함한다. 먼저, 연삭된 사파이어 기재(sapphire substrate)(702) 를 세라믹원반(ceramic disk) 또는 유리섬유원반(glassfiber disk)일 수 있는 상기 연마이송원반(703) 상에 위치시킨다. 계속해서, 상기 연마이송원반(703)을 상기 상부연마원반(701)에 부착시키거나 또는 고정시키고, 그리고 연마슬러리(polishing slurry; 액체)(706)를 상기 사파이어 기재(702)와 상기 하부연마원반(704) 사이에 공급한다. 상기 상부연마원반(701)을 천천히 내리누르는 한편으로 상기 상부연마원반(701)과 상기 하부연마원반(704)을 회전시킨다.
상기 사파이어 기재(702)의 하나의 표면을 연마한 후, 상기 사파이어 기재(702)를 역전시켜 그의 다른 하나의 표면에 대하여 앞서 언급한 연마 단계들을 반복한다. 연마 액체(polishing fluid)(706)에 의하여 제1표면(7021) 및 제2표면(7022)들을 연마하고 그리고 제3표면(8051) 및 제4표면(8052)(도 8에 나타냄)들을 각각 형성한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 제3표면(8051) 및 제4표면(8052)들 각각은 하나의 편평도(flatness)와 하나의 거칠기(roughness)를 가지며, 연마된 사파이어 기재(702)는 하나의 총두께편차(total thickness variation ; TTV) 및 하나의 만곡값(bow value)을 갖는다. 상기 연마공정 이후, 상기 편평도는 0 내지 20미크론/인치(micron/inch)의 범위 이내로 제어되고, 상기 거칠기는 0.2 내지 10㎚의 범위 이내로 제어되고, 상기 TTV는 0 내지 15미크론/인치의 범위 이내로 제어되고, 그리고 상기 만곡값은 -30 내지 +30미크론의 범위 이내로 제어될 수 있다.
도 8을 참조하면, 이 도면은 본원의 제6의 바람직한 구체예에 따른 연마된 사파이어 기재를 성형하는 방법들을 나타내는 다이아그램이다. 상기 연삭 및 연마 공정들에 의해 가공된 상기 사파이어 기재(805)는 기계적 공정(mechanical process) 또는 화학적 공정(chemical process)으로 특정의 형상으로 절단되게 된다. 상기 기계적 공정은 절단휠(cutting wheels)(806), 고속 CNC 머신(high speed CNC machine)(804), 레이저 시스템(802) 또는 다이아몬드 톱(801)으로 달성될 수 있다. 상기 화학적 공정은 화학약품을 통한 상기 사파이어 기재(805)의 에칭(etching)에 의해 달성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이 도면은 본원의 제7의 바람직한 구체예에 따른 연마된 사파이어 재료(805)를 성형하는 방법을 나타내는 다이아그램이다. 성형된 사파이어 기재가 톱니가 난 말단(serrate ends)들을 갖는 경우, 제5표면(903) 등과 같은 그의 톱니가 난 표면은 다이아몬드 연삭기(diamond grinder)(901) 등과 같은 장치로 매끄럽게 될 수 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 다이아몬드 연삭기(901)는 T-형 연삭기(T-type grinder)가 될 수 있다. 다른 바람직한 구체예에 있어서, 상기 다이아몬드 연삭기(901)는 제품들에 대한 요구에 따라 R-형 연삭기(R-type grinder), C-형 연삭기(C-Type grinder) 또는 납작머리 연삭기(flat-head grinder)로 대체될 수 있다. 제7의 구체예에서, 상기 다이아몬드 연삭기(901)의 이동은 컴퓨터 수치 추적 제어(computer numerical tracer control)에 의하여 프로그램된다. 더욱이, 상기 사파이어 기재(805)의 상기 제5표면(903)은 상기 추적 제어를 통하여 임의의 원하는 형상들로 성형될 수 있다. 예를 들면, 상기 제5표면(903)은 원형, 사각형, 다각형 또는 부정형(irregular shape)을 갖거나 또는 면취(chamfer) 또는 소정의 각도의 범위 내에서 주각(round angel)을 갖도록 연삭될 수 있다. 후속하여, 상기 사파이어 기재(805)에 코팅 또는 장식공정(decorating process)이 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 이 도면은 본원의 사파이어 재료를 제조하고 그리고 가공하는 절차를 나타내는 다이아그램이다. 상기 방법은 하기의 단계들을 포함한다. 단계 S401에서, 상기 사파이어 결정(208)은 냉각된 상기 고-액 계면 물질(204, 304) 및 상기 용융물(203, 303)으로부터 성장되고, 그리고 선택적으로, 상기 사파이어 결정(208)의 결정 배향은 측정장치(measuring device)로 측정될 수 있다. 단계 S402에서, 원통형 결정 막대, 직사각형 육면체(rectangular brick) 또는 다각형 육면체가 될 수 있는 상기 사파이어 재료(209)가 상기 사파이어 결정(208)으로부터 수득된다. 단계 S403에서, 상기 사파이어 재료(209)에 대하여 다중-와이어 다이아몬드 절단 공정(multi-wire diamond cutting process)이 수행되어 사파이어 기재(504)가 형성되도록 한다. 단계 S404에서, 연삭 및 연마 공정들이 수행되고, 그리고 계속해서 상기 사파이어 기재(805)가 세척되고 그리고 상기 제3표면(8051) 및 제4표면(8052)들 상에의 임의의 구멍(holes)들 또는 결함(defects)들에 대하여 검사하며, 여기에서 상기 구멍들 또는 결함들은 경도 또는 압축강도에서의 감소를 야기할 수 있다. 상기 검사 이후, 상기 사파이어 기재(805)에 대하여 긴장 완화 공정(process of stress releasing)이 수행될 수 있으며, 계속해서 단계 S405 및 S406들이 수행될 수 있다. 단계 S405에서는 성형 절단 공정(shape cutting process)이 수행된다. 단계 S406에서는 성형 연삭 공정이 수행된다. 단계 S405 및 S406들에서, 최종 제품의 소정의 크기 및 형상에 따라 기계적 가공 또는 화학적 가공이 선택될 수 있다. 단계 S407에서, 상기 사파이어 기재(805)에 대하여 코팅 또는 장식 공정이 수행된다. 마지막으로, 표면 조건에 따라 상기 사파이어 기재(805)의 표면에 대한 어닐링 처리(annealing treatment)가 선택적으로 수행된다. 투과도 등과 같은 광학적 특성들이 결정되어 요구조건들과 부합하는 광학적 특성들을 갖는 상기 사파이어 기재(805)가 여러 장치들에 적용될 수 있다는 것을 확인할 수 있도록 할 수 있다.
본원의 제1의 바람직한 구체예 및 제2의 바람직한 구체예들 둘 다는 단계 S401 및 S402들을 포함하며, 이들 사이의 차이점은 서로 다른 장치들 및 방법들이 상기 사파이어 재료(209)를 제조하는 데 사용되었다는 것이다. 도 10에 나타낸 단계 S403이 또한 본원의 제3의 바람직한 구체예에 포함된다. 도 10에 나타낸 단계 S404가 또한 본원의 제4 및 제5의 바람직한 구체예들에 포함된다. 도 10에 나타낸 단계 S405 및 S406들은 각각 제6 및 제7의 바람직한 구체예들에 포함된다. 단계 S401 내지 S40들이 순차로 수행될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 단계 S404, S405 및 S406들 사이의 양쪽 화살표(double-headed arrows)들은 양호한 물리적 특성들, 예를 들면 사파이어의 높은 경도로 인하여 이들 단계들이 임의의 순서로 수행될 수 있음을 나타내고 있다. 더욱이, 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 실제의 요구조건들에 따라 단계 S404, S05 및 S406들 중의 적어도 하나를 선택적으로 수행할 수 있다. 예를 들면, 단계 S403에서 다중-와이어 다이아몬드 절단 공정 이후, 상기 사파이어 재료가 단순히 단계 S407로 들어가기에 앞서 단계 406에서 성형 연삭에 의해 가공될 수 있다.
단계 S404, S405 및/또는 S406들의 완료 이후, 상기 사파이어 기재는 투명한 외양을 가질 수 있으며, 85% 또는 그 이상의 투과도를 갖는 사파이어 유리(sapphire glass)가 될 수 있으며, 그의 광학적 특성들을 개선시키기 위한 반사층(reflective layer) 코팅 공정 등과 같은 후속의 공정이 수행될 수 있다.
단계 S407에서, 상기 사파이어 기재에 대한 추가의 공정들에는 기능성 코팅(functional coating) 및/또는 장식 코팅(decorative coating)이 포함될 수 있다. 상기 기능성 코팅에는 투과도를 90% 또는 그 이상으로 증가시키기 위한 상기 사파이어 기재 상에의 반사방지층(anti-reflective layer)을 코팅하는 공정이 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 장식 코팅에는 금속성 광택(metallic luster)을 증가시키기 위한 상기 사파이어 기재 상에의 함금속층(metal-containing layer)의 코팅 공정 및 여러 인쇄 공정, 예를 들면 잉크전이인쇄(ink transfer printing)를 포함하나 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 사파이어 유리는 터치패널(touch panel) 또는 카메라 모듈(camera module)의 보호렌즈(protecting lens)에 적용될 수 있다. 높은 경도 및 압축강도 등과 같은 뚜렷한 특성들로 인하여, 상기 사파이어 유리는 강화 유리를 대체할 수 있고 그리고 여러 장치들에 적용된다.
비록 본원의 여러 구체예들이 여기에 기술되고 그리고 설명되기는 하였으나, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 여기에 기술된 기능들을 수행하거나 및/또는 결과들 및/또는 하나 또는 그 이상의 잇점들을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조들을 용이하게 예상할 수 있을 것이며, 이러한 변형들 및/또는 변경들 각각은 본원의 관점 이내에 속하는 것으로 고려된다.
구체예
1. a-축 및 상기 a-축에 대하여 평행한 성장축을 갖는 사파이어 결정을 제공하는 단계; 및 특정한 방향 내에서 상기 사파이어 결정으로부터 사파이어 재료를 수득하는 단계;를 포함하며, 여기에서 상기 사파이어 결정은 c-축, m-축 및 r-축을 가지고, 그리고 상기 특정의 방향에는 상기 사파이어 결정의 c-축으로부터 a-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제1방향; 상기 사파이어 결정의 a-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제2방향; 상기 사파이어 결정의 m-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 a-축 쪽으로 상기 각도로 빗나간 제3방향; 및 상기 사파이어 결정의 r-축인 제4방향;들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나를 포함하는 사파이어 재료의 제조방법.
2. a-축을 갖는 강옥 결정 시드를 제공하는 단계; 상기 강옥 시드로부터 a-축을 따라 강옥 결정 볼(corundum crystal boule)을 성장시키는 단계; 및 특정의 방향 내에서 상기 강옥 결정으로부터 강옥 재료를 수득하는 단계를 포함하는 강옥 재료의 제조방법.
3. 상기 구체예 2의 방법에 있어서, 상기 강옥 결정이 a-축을 갖는 사파이어 결정이고, 그리고 상기 강옥 재료가 사파이어 재료이고, 그리고 상기 사파이어 결정을 제공하는 단계가 사파이어 물질을 용융물로 용융시키는 단계; 사파이어 시드를 상기 용융물과 접촉시키는 단계; 및 상기 사파이어 시드 상으로의 상기 용융물의 결정화를 개시하여 a-축을 따라 성장하는 사파이어 결정을 형성하는 단계;의 부-단계들을 포함하는 방법.
4. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 사파이어 물질이 도가니 내에서 용융되는 방법.
5. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 도가니가 원통형의 형상, 직사각형의 형상 및 다각형의 형상으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 형상을 갖는 방법.
6. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 용융물의 결정화를 개시하는 방법이 온도 구배를 형성시키기 위하여 상기 사파이어 시드를 상방으로 인상시키는 부-단계를 포함하는 방법.
7. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 용융물이 용융된 Al2O3를 포함하는 방법.
8. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 사파이어 결정이 c-축, m-축 및 r-축을 가지고, 그리고 상기 특정의 방향이 상기 사파이어 결정의 c-축으로부터 a-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제1방향; 상기 사파이어 결정의 a-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제2방향; 상기 사파이어 결정의 m-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 a-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제3방향; 및 상기 사파이어 결정의 r-축인 제4방향;들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나를 포함하는 방법.
9. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 특정의 방향이 c-축
Figure 112012084276677-pat00024
; 상기 a-축
Figure 112012084276677-pat00025
; 상기 m-축
Figure 112012084276677-pat00026
; 및 상기 r-축
Figure 112012084276677-pat00027
;들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 밀러 지수를 갖는 방법.
10. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 강옥 재료가 천공 방법 및 절단 방법 중의 적어도 하나에 의하여 수득되는 것인 방법.
11. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 사파이어 재료를 0.3 내지 1.6㎜의 범위의 두께를 갖는 사파이어 기재로 절단(슬라이싱)하는 단계를 더 포함하는 방법.
12. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 사파이어 재료를 0.65 내지 1.85㎜의 범위의 거리로 이격된 복수의 다이아몬드 와이어들로 복수의 사파이어 기재들로 절단하는 단계를 더 포함하는 방법.
13. 상기 전 구체에들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 사파이어 기재가 제1표면 및 제2표면을 가지고, 그리고 상기 방법이 상기 제1표면 및 제2표면들 중의 적어도 하나를 연삭매질로 연삭하는 단계; 상기 제1표면 및 제2표면들 중의 적어도 하나를 연마슬러리로 연마하는 단계; 상기 사파이어 기재를 기계적 방법 및 화학적 방법들 중의 적어도 하나로 절단하는 단계; 상기 사파이어 기재 상에 막을 코팅하는 단계; 및 상기 사파이어 기재 상에 잉크전이인쇄를 수행하는 단계;로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법을 더 포함하는 방법.
14. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 가공된 사파이어 기재의 상기 제1표면 및 제2표면 각각이 0 내지 20미크론/인치의 범위 이내의 편평도 및 0.2 내지 10㎚의 범위 이내의 거칠기를 갖는 방법.
15. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 막이 반사방지막(anti-reflective membrane) 및 함금속막(metal-containing membrane)들 중의 하나를 포함하는 방법.
16. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 가공된 사파이어 기재가 0 내지 15미크론/인치의 범위의 총두께편차(TTV) 및 -30 내지 +30미크론의 범위의 만곡값을 갖는 방법.
17. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 사파이어 기재가 가공되어 85% 또는 그 이상의 투과도를 갖는 사파이어 유리를 형성하는 방법.
18. 상기 전 구체예들 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 사파이어 기재가 톱니가 난 말단을 가지고, 그리고 상기 방법이 상기 톱니가 난 말단을 연삭하여 면취 또는 주각들 중의 하나를 형성하도록 하는 것에 의하여 상기 사파이어 기재를 가공하는 단계를 더 포함하는 방법.
19. 강옥 결정이 a-축, c-축, m-축, r-축 및 상기 a-축에 대하여 평행한 성장축을 가지며, 특정의 방향이 상기 강옥 결정의 c-축으로부터 a-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제1방향; 상기 강옥 결정의 a-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제2방향; 상기 강옥 결정의 m-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 그리고 a-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 각도로 빗나간 제3방향; 및 또는 상기 강옥 결정의 r-축에 대하여 평행한 제4방향;들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 특정한 방향 내에서 강옥 결정으로부터 수득되는 강옥 재료.
20. 상기 구체예 19에 있어서, 상기 강옥 결정이 사파이어 결정 및 루비 결정들 중의 하나인 강옥 재료.
비록 본 발명이 현재 가장 실질적이고 그리고 바람직한 구체예들인 것으로 여겨지는 개념들로 기술되기는 하였으나, 본 발명이 상기기술된 구체예들로 제한되어야 할 필요는 없는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위들의 정신 및 관점 내에 포함되는 여러 변형들 및 유사한 배치들을 포함하는 것으로 의도되는 것이며, 특허청구범위들은 이러한 변형들 및 유사한 구조들 모두를 포함하도록 가장 광범위한 해석과 부합되어야 한다.
20 : 키로풀러스(Kyropoulos) 결정 성장 장치
30 : 열교환 장치
201, 301 : 저항가열기
202, 302 : 도가니
203, 303 : 용융물
204, 304 : 고-액 계면물질
205, 305 : 사파이어 시드(sapphire seed)
206 : 구리코일
207, 307 : 열차단체
306 : 전류코일
208 : 사파이어 결정
209 : 사파이어 재료
308 : 열교환파이프
40 : 와이어 절단 가공 장치
42 : 구동장치
44 : 1차 시브 롤러(primary sheave roller)
46 : 가이드-롤러(guide-rollers)
48 : 다이아몬드 와이어(diamond wires)
504 : 절단된 사파이어 재료
702 : 연삭된 사파이어 재료
805 : 가공된 사파이어 기재
50, 60 : 연삭 장치
501, 607 : 상부연삭원반
505 : 하부연삭원반
503, 603 : 중공이송원반
502 : 연삭슬러리(grinding slurry)
606 : 다이아몬드 입자
608 : 연삭슬러리
70 : 연마장치
701 : 상부연마원반
703 : 연마이송원반
704 : 하부연마원반
5041, 7021 : 제1표면
5042, 7022 : 제2표면
8051 : 제3표면
8052 : 제4표면

Claims (5)

  1. a-축을 갖는 강옥 결정 시드 및 강옥 물질을 제공하는 단계;
    상기 강옥 물질을 용융물로 용융시키는 단계;
    상기 강옥 결정 시드를 상기 용융물과 접촉시키는 단계;
    상기 강옥 결정 시드로부터 a-축을 따라 강옥 결정 볼을 성장시키는 단계;
    상기 강옥 결정 시드 상으로의 상기 강옥 결정 볼의 결정화를 개시하여 a-축을 따라 성장하는 강옥 결정을 형성하는 단계; 및
    특정의 방향 내에서 상기 a-축을 따라 성장하는 강옥 결정으로부터 강옥 재료를 수득하는 단계를 포함하며,
    상기 강옥 결정이 c-축, a-축, m-축 및 r-축을 가지고, 그리고 상기 특정의 방향이
    상기 강옥 결정의 c-축으로부터 a-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖고 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 제 1 각도로 빗나간 제1방향;
    상기 강옥 결정의 a-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖고 그리고 m-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 제 2 각도로 빗나간 제2방향;
    상기 강옥 결정의 m-축으로부터 c-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖고 그리고 a-축 쪽으로 -2.5 내지 2.5°의 범위를 갖는 제 3 각도로 빗나간 제3방향; 및
    상기 강옥 결정의 r-축과 평행한 제4방향;
    들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나를 포함하는 강옥 재료의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강옥 결정이 a-축을 갖는 사파이어 결정이고, 상기 강옥 재료가 사파이어 재료이고,
    상기 강옥 물질이 사파이어 물질이고,
    상기 강옥 결정 시드가 사파이어 시드이고,
    상기 a-축을 따라 성장하는 강옥 결정이 상기 a-축을 따라 성장하는 사파이어 결정인, 강옥 재료의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 사파이어 물질이 도가니 내에서 용융되고;
    상기 도가니가 원통형의 형상, 직사각형의 형상 및 다각형의 형상으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 형상을 갖고;
    상기 용융물의 결정화를 개시하는 방법이 온도 구배를 형성시키기 위하여 상기 사파이어 시드를 상방으로 인상시키는 부-단계를 포함하고;
    상기 용융물이 용융된 Al2O3를 포함하고;
    상기 특정의 방향이 c-축
    Figure 112012084276677-pat00028
    , a-축
    Figure 112012084276677-pat00029
    , m-축
    Figure 112012084276677-pat00030
    및 r-축
    Figure 112012084276677-pat00031
    으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 밀러 지수를 갖고;
    그리고 상기 강옥 재료가 천공 방법 및 절단 방법 중의 적어도 하나에 의하여 수득되는 것인 강옥 재료의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 사파이어 재료를, 0.65 내지 1.85㎜의 범위의 피치(pitch)를 갖는 홈들로 이격된 복수의 다이아몬드 와이어들에 의해, 각각이 0.3 내지 1.6㎜의 범위의 두께를 갖고 제1표면 및 제2표면을 갖는 복수의 사파이어 기재들로 절단하는 단계; 및,
    상기 제1표면 및 제2표면들 중의 적어도 하나를 연삭매질로 연삭하는 단계;
    상기 제1표면 및 제2표면들 중의 적어도 하나를 연마슬러리로 연마하는 단계;
    상기 사파이어 기재 각각을 기계적 방법 및 화학적 방법들 중의 적어도 하나로 절단하는 단계;
    상기 사파이어 기재 각각 상에 막을 코팅하는 단계; 및
    상기 사파이어 기재 각각 상에 잉크전이인쇄를 수행하는 단계;로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법을 수행하는 단계를 더 포함하고,
    가공된 상기 사파이어 기재 각각의 상기 제1표면 및 제2표면 각각이 0 내지 20미크론/인치의 범위 이내의 편평도 및 0.2 내지 10㎚의 범위 이내의 거칠기를 갖고;
    상기 막이 반사방지막 및 함금속막들 중의 하나를 포함하고;
    가공된 상기 사파이어 기재 각각이 0 내지 15미크론/인치의 범위의 총두께편차(TTV) 및 -30 내지 +30미크론의 범위의 만곡값을 갖고;
    상기 사파이어 기재 각각이 가공되어 85% 또는 그 이상의 투과도를 갖는 사파이어 유리를 형성하고; 그리고
    상기 사파이어 기재 각각이 톱니가 난 말단을 가지고, 그리고 상기 강옥 재료의 제조방법이 상기 톱니가 난 말단을 연삭하여 면취 또는 주각들 중의 하나를 형성하도록 하는 것에 의하여 상기 사파이어 기재 각각을 가공하는 단계를 더 포함하는 강옥 재료의 제조방법.
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