KR20180096723A - 낮은 알칼리 함량의 보로실리케이트 유리 - Google Patents

낮은 알칼리 함량의 보로실리케이트 유리 Download PDF

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존 크리스토퍼 마우로
카렌 마리 스미스
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Abstract

일 구체예에 따르면, 유리는 약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2; 약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3; 약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3; 0 mol.% 초과 및 1 mol.% 이하의 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며; 약 0.3 mol.% 내지 약 0.7 mol.%의 Na2O 또는 Li2O; 및 0 mol.% 초과 및 12 mol.% 미만의 총 2가 산화물을 포함할 수 있고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상 및 0.6 이하이다. 상기 유리는 비교적 낮은 고온 비저항 및 비교적 높은 저온 비저항을 가질 수 있다.

Description

낮은 알칼리 함량의 보로실리케이트 유리
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2015년 12월 21일에 출원된 미국 가출원 제 62/270256 호를 우선권 주장하며, 상기 특허 문헌의 내용은 본 발명에 의존되고 참조에 의해 본 발명에 모두 포함된다.
본 명세서는 일반적으로 보로실리케이트 유리, 보다 구체적으로는 비교적 낮은 알칼리 함량을 갖는 보로실리케이트 유리에 관한 것이다.
유리 기판은 일반적으로 LED 및 LCD 디스플레이, 터치 스크린 적용(application) 등에 사용되는 기판을 포함하는 다양한 전자 제품 적용에 사용된다. 이러한 적용에 사용되는 유리 기판의 화학적 강화는 유리 내의 보다 작은 알칼리 이온이 유리가 놓인 용융된 염 욕(bath)에 존재하는 보다 큰 알칼리 금속 이온으로 교환되는 이온 교환 공정에 의해 달성될 수 있다. 이온 교환에 의해 강화되는 유리의 순종성(amenability)(즉, 유리의 "이온 교환 가능성")은 적어도 부분적으로, 유리 내의 알칼리 이온의 이동성 때문이다. 즉, 유리 내에 보다 많은 이동성 알칼리 금속 이온이 있을수록, 보다 순종적인 유리가 이온 교환에 의해 강화된다.
유리 내의 알칼리 금속 이온의 이동성은 화학 강화를 가능하게 할 수 있으나, 높은 알칼리 금속 이온 이동성은 특정 적용에서 항상 바람직한 특성은 아니다. 예를 들어, 몇몇 유리 기판은 복수의 박막 트랜지스터(TFT)가 유리 기판 표면 상에 침착(deposit)되는 디스플레이 장치 적용에 활용될 수 있다. 유리 기판이 고도의 이동성 알칼리 이온을 함유할 때, 알칼리 금속 이온은 TFT 재료로 이동하여 TFT를 "피독(poison)"시켜 이들을 작동 불가능하게 만들 수 있다. 따라서, 몇몇 응용에서, 유리 내 알칼리 금속 이온의 양이 감소되거나 제거된다.
그러나, 유리로부터 알칼리 금속 이온을 제거하는 것은 또한 부정적인 영향을 갖는다. 예를 들어, 유리는 전형적으로 유리를 통해 전류가 유동하게 함으로써 용융된다. 고도의 이동성 알칼리 금속 이온이 유리로부터 감소되거나 제거되는 경우, 유리의 고온 비저항은 유리를 용융시키는 데 필요한 전압과 함께 상당히 증가하고, 차례로, 유리를 함유하는 내화물을 보다 빠르게 열화시키거나 또는 심지어 파괴시킨다.
따라서, 용융을 돕기 위한 비교적 낮은 고온 비저항 및 유리 내의 알칼리 금속 이온의 이동성을 감소시키기 위한 비교적 높은 저온 비저항을 갖는 대안적인 유리에 대한 필요성이 존재한다.
따라서, 용융을 돕기 위한 비교적 낮은 고온 비저항 및 유리 내의 알칼리 금속 이온의 이동성을 감소시키기 위한 비교적 높은 저온 비저항을 갖는 대안적인 유리에 대한 필요성이 존재한다.
제1 관점은 유리로서: 약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2; 약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3; 약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3; 0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며; 약 0.3 mol.% 내지 약 0.7 mol.%의 Na2O 또는 Li2O; 및 0 mol.%를 초과하고 12 mol.% 미만인 총 2가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상이고 0.6이하인 유리를 포함한다.
제2 관점에서, 제1 관점에 있어서, 상기 유리는 1×109 Ω-cm 이상의 저온 비저항(registivity)를 갖는 것을 특징으로 한다.
제3 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리는 180 Ω-cm 이하의 고온 비저항을 갖는 것을 특징으로 한다.
제4 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리는 약 40×10-7/℃ 미만의 열 팽창 계수 및 65 GPa 미만의 영률을 갖는 것을 특징으로 한다.
제5 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리는 100 kP 이상의 액상 점도를 갖는 것을 특징으로 한다.
제6 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, Li2O의 농도는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다.
제7 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리의 영률은 상기 유리의 최대 영률의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 한다.
제8 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리의 경도는 최대 경도의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 한다.
제9 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리는 0.5 mol.% 이하의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제10 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 + 1 mol.% 이하인 것을 특징으로 한다.
제11 관점에서, 전술한 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 이하인 것을 특징으로 한다.
제12 관점은, 유리로서 약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2; 약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3; 약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3; 0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며; 약 0.2 mol.% 내지 약 0.7 mol.%의 K2O; 및 0 mol.%를 초과하고 12 mol.% 미만인 총 2가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상이고 0.6이하인 유리를 포함한다.
제13 관점에서, 제12 관점에 있어서, 상기 유리는 1x109 Ω-cm 이상의 저온 비저항을 갖는 것을 특징으로 한다.
제14 관점에서, 제 12 또는 13 관점에 있어서, 상기 유리는 180 Ω-cm 이하의 고온 비저항을 갖는 것을 특징으로 한다.
제15 관점에서, 제12 내지 14 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리는 약 40×10-7/℃ 미만의 열 팽창 계수 및 65 GPa 미만의 영률을 갖는 것을 특징으로 한다.
제16 관점에서, 제12 내지 15 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리는 100 kP 이상의 액상 점도를 갖는 것을 특징으로 한다.
제17 관점에서, 제12 내지 16 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, Li2O의 농도는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다.
제18 관점에서, 제12 내지 17 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리의 영률은 상기 유리의 최대 영률의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 한다.
제19 관점에서, 제12 내지 18 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리의 경도는 최대 경도의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 한다.
제20 관점에서, 제12 내지 19 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 유리는 0.5 mol.% 이하의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제21 관점에서, 제12 내지 20 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 + 1 mol.% 이하인 것을 특징으로 한다.
제22 관점에서, 제12 내지 21 관점 중 어느 하나의 관점에 있어서, 상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 이하인 것을 특징으로 한다.
제23 관점은, 유리 라미네이트로서, 코어(core) 유리; 상기 코어 유리에 융합된 클래드(clad) 유리, 상기 클래드 유리는 SiO2, B2O3, Al2O3, 및 0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물을 포함하며, 여기서: Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이고; 상기 클래드 유리는 제1 열 팽창 계수를 가지며; 및 상기 코어 유리는 상기 제1 열 팽창 계수를 초과하는 제2 열 팽창 계수를 갖는 유리 라미네이트를 포함한다.
제24 관점에서, 제23 관점에 있어서, 상기 클래드 유리는 1×109 Ω-cm 이상의 저온 비저항을 갖는 것을 특징으로 한다.
제25 관점에서, 제23 또는 24 관점에 있어서, 상기 클래드 유리는 180 Ω-cm 이하의 고온 비저항을 갖는 것을 특징으로 한다.
제26 관점에서, 제23 내지 25 관점에 있어서, Li2O의 농도는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다.
제27 관점에서, 제23 내지 26 관점에 있어서, (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.3 이상이고 0.7 이하인 것을 특징으로 한다.
제28 관점에서, 제23 내지 27 관점에 있어서, 상기 클래드 유리의 탄성률은 상기 클래드 유리의 최대 탄성률의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 한다.
제29 관점에서, 상기 클래드 유리는 적어도 40 MPa의 압축 응력하에 있는 것을 특징으로 한다.
제30 관점은, 소비자 전자 제품으로서, 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징(housing); 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 제공되는 전기 부품; 및 상기 디스플레이에 위에 배치되는(disposed) 제1 내지 22 관점 중 어느 하나의 관점의 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 소비자 전자 제품을 포함한다.
제31 관점은, 소비자 전자 제품으로서, 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징; 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 제공되는 전기 부품; 및 상기 디스플레이에 위에 배치되는 제23 내지 29 관점 중 어느 하나의 관점의 유리 라미네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 소비자 전자 제품을 포함한다.
본원에 기술된 유리의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 상기 설명으로부터 본 기술분야의 기술자에게 쉽게 명백해지거나 청구항 및 첨부된 도면을 따르는 상세한 설명을 포함하는 본원에 기술된 구체예를 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 구체예를 기술하고 청구된 주제의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 프레임워크를 제공하도록 의도된 것임이 이해되어야 한다. 수반된 도면은 다양한 구체예에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본원에 기술된 다양한 구체예를 예시하고, 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본원에 도시되고 기술된 일 이상의 구체예에 따른 유리 라미네이트를 개략적으로 도시하고;
도 2는 M+:(Na++M+)의 비로 표현되는 유리의 칼륨 또는 리튬 함량의 함수로서 유리의 고온 비저항을 그래프로 도시한 것으로, 여기서 M은 Li+ 또는 K+ 이며;
도 3은 유리의 리튬 함량의 함수로서 유리의 고온 비저항을 그래프로 도시하고;
도 4는 Li+:(Na++Li+)의 비로 표현되는 리튬 함량의 함수로서 유리의 저온 비저항을 그래프로 도시하며;
도 5는 알칼리 금속 산화물 함량의 함수로서 300℃에서의 비저항을 그래프로 도시하고;
도 6은 Li2O:(Li2O + Na2O)의 비의 함수로서 유리의 영률 및 경도를 그래프로 도시하며;
도 7은 Li2O:(Li2O + Na2O)의 함수로서 유리의 경도에 대한 영률의 비를 그래프로 도시하고; 및
도 8은 영률의 변화의 함수로서 리튬 함유 유리에 대한 경도의 변화를 그래프로 도시한다.
이하, 참조는 보로실리케이트 유리 및 이를 포함하는 유리 제품의 구체예에 대해 상세하게 만들어질 것이고, 그 예는 수반된 도면에 예시된다. 가능할 때마다, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 의미하도록 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 일 구체예에 따르면, 유리는 약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2; 약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3; 약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3; 0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며; 및 0 mol.%를 초과하고 12 mol.% 미만인 총 2가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 구체예에서, 유리는 약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2; 약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3; 약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3; 0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며; 약 0.3 mol.% 내지 약 0.7 mol.%의 Na2O 또는 Li2O; 및 0 mol.%를 초과하고 12 mol.% 미만인 총 2가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상이고 0.6이하이다. 또 다른 구체예에서, 유리는 약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2; 약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3; 약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3; 0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며; 약 0.2 mol.% 내지 약 0.7 mol.%의 K2O; 및 0 mol.%를 초과하고 12 mol.% 미만인 총 2가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상이고 0.6 이하이다. 보로실리케이트 유리 및 이를 포함하는 유리 제품의 다양한 구체예는 첨부된 도면에 대한 구체적인 참조와 함께 본원에 기술될 것이다.
달리 명시되지 않는 한, 용어 "탑(top)", "버텀(bottom)", "외측", "내측" 등과 같은 용어는 편의상의 단어이며 제한 용어로 해석되어서는 안됨을 이해해야 한다. 또한, 일 군이 일 군의 요소 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기술될 때마다, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 열거되는 임의의 수의 요소들을 포함할 수 있거나, 이들로 필수적으로 이루어질 수 있거나, 이들로 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 일 군이 일 군의 요소 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어지는 것으로 기술될 때마다, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 열거되는 임의의 수의 요소들로 이루어질 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 값의 범위는, 열거될 때, 범위의 상한 및 하한 뿐 아니라 이들 사이의 임의의 범위를 포함한다. 본원에 사용된 부정관사 "하나(a, an)" 및 대응하는 정관사 "상기"는 달리 명시되지 않는 한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다. 또한, 명세서 및 도면에 개시된 다양한 특징은 임의 및 모든 조합으로 사용될 수 있음이 이해된다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "유리", "유리들", "유리 제품", 및 "유리 제품들"은 전체적으로 또는 부분적으로 유리로 만들어진 임의의 물체를 포함하는 가장 넓은 의미로 사용된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "연화점"은 유리의 점도가 1×107.6 poise인 온도를 의미한다. 연화점은 ASTM C1351M-96(2012)의 평행 판 점도 방법을 사용하여 결정되었다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "어닐링 점(annealing point)"은 유리의 점도가 1×1013 poise인 온도를 의미한다. 어닐링 점은 ASTM C598-93(2013)의 빔 굽힘 점도 방법을 사용하여 결정되었다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "변형점" 및 "Tstrain"은 유리의 점도가 3x1014 poise인 온도를 의미한다. 변형점은 ASTM C598-93(2013)의 빔 굽힘 점도 방법을 사용하여 결정되었다.
열 팽창 계수(CTE)는 달리 명시되지 않는 한, 10-7/℃로 표현되며 약 20℃ 내지 약 300℃의 온도 범위에서 측정된 값을 나타낸다. 20-300℃의 온도 범위에서 선형 열 팽창 계수(CTE)는 ppm/K로 표현되고 ASTM E228-11에 따라 푸시-로드(push-rod) 팽창계(dilatometer)를 사용하여 결정되었다.
용어 "실질적으로" 및 "약"은 임의의 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유의 불확실한 정도를 나타내기 위해 본원에서 활용될 수 있음에 주목해야 한다. 이 용어는 또한 정량적인 표현이 문제되는 주제의 기본 기능의 변화를 초래하지 않고 언급된 참조와 달라질 수 있는 정도를 나타내기 위해 본원에서 활용된다. 따라서, "실질적으로 알칼리 금속 산화물이 없는" 또는 "실질적으로 P2O5가 없는" 유리는 이러한 산화물이 유리에 적극적으로 첨가되거나 배치(batch)되지 않지만, 오염 물질로서 매우 소량으로 존재할 수 있다.
본원에 기술된 유리는 일반적으로 SiO2, B2O3, 및 Al2O3의 조합을 포함할 수 있는 보로실리케이트 유리이다. 유리는 또한 적어도 Li2O를 포함하는 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 유리는 또한 적어도 하나의 알칼리 토 산화물을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리는 소량의 하나 이상의 추가적인 산화물, 예를 들어, SnO2, As2O3 등을 더욱 포함할 수 있다. 이들 성분은, 예를 들어, 청징제(fining agent)로서 첨가되거나 및/또는 유리의 특성을 추가로 높일 수 있다. 본원에 기술된 유리는 비교적 높은 저온 비저항을 가지며, 이는 이로부터 형성된 유리 제품이 박막 트랜지스터(TFT)가 침착되는 기판으로의 사용에 순종적이도록 만든다. 유리는 또한 유리가 쉽게 용융될 수 있도록 비교적 낮은 고온 비저항을 갖는다. 또한, 유리의 비교적 낮은 고온 비저항은 용융 동안 유리를 함유하는데 사용되는 내화 용기 및 구조물의 "파이어-쓰루(fire-through)"를 감소시키거나 피하는 것을 돕는다. 즉, 유리는 비교적 낮은 고온 비저항을 갖기 때문에, 원하는 용융을 달성하기 위해 보다 낮은 전압이 유리에 적용될 수 있다. 보다 낮은 전압의 사용은, 결국, 내화 재료의 절연 파괴(dielectric breakdown)를 완화시킬 수 있다.
본원에 기술된 유리의 구체예에서, SiO2는 유리의 최대 성분이며, 그 자체로 SiO2는 유리 네트워크의 주 성분이다. SiO2는 유리의 화학적 내구성, 특히, 산에서의 분해에 대한 유리의 내성 및 물에서의 분해에 대한 유리의 내성을 높인다. 따라서, 높은 SiO2 농도가 일반적으로 바람직하다. 그러나, SiO2의 함량이 너무 높으면, 보다 높은 SiO2 농도는 유리의 용융의 어려움을 증가시켜, 차례로, 유리의 성형성에 불리한 영향을 미치므로 유리의 성형성이 약화될 수 있다. 본원에 기술된 구체예에서, 유리는 일반적으로 SiO2 50 mol.% 이상, 또는 심지어 55 mol.% 이상 및 약 70 mol.% 이하의 농도로 SiO2를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 유리 내 SiO2의 농도는 약 56 mol.% 초과, 약 57 mol.% 초과 또는 심지어 약 58 mol.% 초과일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 내 SiO2의 농도는 약 59 mol.% 초과, 약 60 mol.% 초과 또는 심지어 약 61 mol.% 초과일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, 유리는 약 58 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2를 포함할 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 유리는 약 60 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리는 약 65 mol.%의 SiO2 내지 약 70 mol.%의 SiO2를 포함할 수 있다.
SiO2에 더하여, 본원에 기술된 유리는 유리 네트워크 형성자(former) Al2O3 및 B2O3를 포함한다. Al2O3 및 B2O3는 안정한 유리 형성을 돕고 용융 및 성형을 가능하게 하도록 첨가될 수 있다. 적절한 농도로 이들 네트워크 형성자를 혼합함으로써, 유리의 CTE 및 모듈러스(modulus)를 증가시키도록 작용하는 알칼리 또는 알칼리 토 산화물과 같은 네트워크 개질제(modifier)의 필요를 최소화하면서 안정한 벌크(bulk) 유리 형성을 달성할 수 있다.
SiO2와 같이, Al2O3는 이의 유리 용융물에서의 주로 4면체 배위로 인해 유리 네트워크의 강성에 기여하고 유리의 점도를 증가시킨다. 또한, 유리 내의 알칼리 산화물 또는 알칼리 토 산화물에 대한 Al2O3의 농도의 증가는 일반적으로 유리의 CTE를 감소시키고 유리의 내구성을 증가시킨다. 유리 내의 Al2O3의 농도가 높으면(예를 들어, 약 12 mol.% 초과), 유리는 용융이 어려워질 수 있다. 유리 내의 Al2O3의 농도가 낮으면(예를 들어, 약 5 mol.% 미만), 유리 내의 개질제는 B2O3를 3중 배위에서 4중 배위로 전환시키고, 차례로, 이는 유리의 손상 내성을 감소시킨다.
본원에 기술된 유리의 구체예에서, 유리 내의 Al2O3 농도는 일반적으로 약 12 mol.% 이하이다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, 유리 내의 Al2O3 농도는 약 4 mol.% 이상이고 약 12 mol.% 이하이다. 몇몇 구체예에서, 유리 내의 Al2O3 농도는 약 5 mol.% 이상이고 약 10 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 유리 내의 Al2O3 농도는 약 6 mol.% 이상이고 약 8 mol.% 이하일 수 있다.
SiO2 및 Al2O3와 같이, B2O3는 유리 네트워크의 형성에 기여한다. B2O3는 유리에 첨가되어 유리의 점도 및 액상 온도(liquidus temperature)를 감소시킨다. 특히, B2O3 농도의 1 mol.% 증가는 유리의 특정 조성에 따라, 동등한 점도를 얻는데 요구되는 온도를 10℃ 내지 14℃까지 감소시킬 수 있다. 그러나, B2O3는 유리의 액상 온도를 B2O3 mol.% 당 18℃ 내지 22℃까지 낮출 수 있다. 따라서, B2O3는 유리의 액상 점도를 감소시키는 것보다, 유리의 액상 온도를 보다 빠르게 감소시켜, 액상 점도를 효과적으로 증가시킨다. B2O3는 CTE에 최소한의 영향만을 주면서 유리 네트워크를 연화(soften)시키기 위해 유리에 첨가될 수 있다. 따라서, B2O3는 저온 CTE를 증가(즉, CTE를 20℃ 에서 300℃까지)시키지 않으면서 용융 성능을 향상시키는 데 유용하다. 유리에의 B2O3 첨가는 또한 유리의 영률을 감소시키고 유리의 손상 내성을 향상시킨다. B2O3 첨가는 또한 유리 네트워크 내의 이온(알칼리 금속 이온과 같은)의 확산성을 감소시킨다.
유리 내의 B2O3 농도가 낮으면(예를 들어, 약 12 mol.% 미만), 유리의 손상 내성이 약화된다. 그러나, 유리 내의 B2O3 농도가 높으면(예를 들어, 약 35 mol.% 초과), 유리는 지나치게 연화되어 유리의 성형성이 약화된다. 또한, 상당하고 바람직하지 않은 상 분리가 유리 내에서 발생할 수 있다.
따라서, 본원에 기술된 구체예에서, B2O3는 일반적으로 약 35 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재한다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, B2O3는 약 12 mol.% 이상 및 약 35 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재한다. 몇몇 구체예에서, 유리 내의 B2O3 농도는 약 15 mol.% 이상이고 약 30 mol.% 이하이거나 또는 심지어 약 30 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 유리 내의 B2O3 농도는 약 15 mol.% 이상이고 약 25 mol.% 이하이거나 또는 심지어 약 20 mol.% 이하일 수 있다.
본원에 기술된 구체예에서, 유리는 비교적 낮은 농도의 알칼리 금속 산화물 R2O를 함유하며, 여기서 R은 나트륨, 칼륨 및 리튬과 같은 알칼리 금속이다. 구체적으로, 본원에 개시된 구체예에서, 유리 내의 총 알칼리 금속 산화물 농도(즉, 유리 내 모든 알칼리 금속 산화물의 농도의 합)는 0 mol.% 초과 및 1 mol.% 이하이다. 몇몇 구체예에서, 유리 내의 총 알칼리 금속 산화물 농도는 0 mol.% 초과 및 0.9 mol.% 이하이거나 또는 심지어 0.8 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 유리 내의 총 알칼리 금속 산화물 농도는 0 mol.% 초과 및 0.7 mol.% 이하이거나 또는 심지어 0.6 mol.% 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리 내의 총 알칼리 금속 산화물 농도는 0 mol.% 초과 및 0.5 mol.% 이하이거나 또는 심지어 0.4 mol.% 이하일 수 있다. 다른 구체예에서, 유리 내의 총 알칼리 금속 산화물 농도는 0 mol.% 초과 및 0.3 mol.% 이하이거나 또는 심지어 0.2 mol.% 이하일 수 있다.
일반적으로, 보다 작은 알칼리 금속 이온은 유리 네트워크에서 보다 이동성이 있으며, 결과적으로, 보다 큰 알칼리 금속 이온에 비해 보다 작은 알칼리 금속 이온의 농도를 증가시키는 것은 유리의 비저항을 감소시킬 것으로 예상된다. 예를 들어, 유리 내의 Na2O 농도를 감소시키고 유리 내의 Li2O 농도를 증가시키는 것은 유리 내의 고도의 이동성 리튬 이온의 증가된 농도로 인해 생성된 유리의 비저항을 낮출 것으로 예상된다.
실제로, Li2O의 첨가는 유리 내 리튬 이온의 증가된 이동성으로 인해 상승된 온도에서의(예를 들어, 용융 온도에서) 유리의 비저항을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 이는 유리가 보다 낮은 적용된 전압에서 용융될 수 있도록 하며, 차례로, 이는 용융 중에 유리를 함유하는 내화 용기의 수명을 연장시켜, 제조 비용을 감소시킨다.
그러나, 본원에 기술된 유리 내 Li2O 농도를 증가시키는 것은 예상 외로 실제로 비교적 낮은 온도(즉, 유리의 용융 온도와 비교하여 낮은 250℃ 내지 500℃ 범위 내의 온도)에서의 유리의 비저항을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 비저항의 증가는 일반적으로 지시된 온도 범위 내에서 유리 네트워크 내 알칼리 금속 이온의 이동도의 감소를 나타내는 것이다. 유리가 TFT가 침착되는 기판을 형성하는데 사용될 때, 알칼리 금속 이온의 감소된 이동성은, 예를 들어, 기판 프로세싱 온도(즉, TFT를 갖는 기판이 TFT 침착 동안 또는 그 후 처리되는 온도, 전형적으로 250℃ 내지 500℃ 범위 내)에서의 알칼리 이온의 유리로부터 TFT로의 이동을 완화시킬 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 유리는 보다 높은 온도에서 비교적 낮은 비저항 및 보다 낮은 온도에서 예상치 못한 높은 비저항을 가지며, 이는 예를 들어, 기판 상에 침착된 TFT를 갖는 유리 기판의 전형적인 프로세싱 온도에서 알칼리 금속 이온의 이동을 약화시키는 반면, 유리가 쉽게 용융되고 형성될 수 있게 한다.
따라서, 본원에 기술된 구체예에서, 유리 내의 알칼리 금속 산화물은 비교적 저온에서의 비저항을 증가시키기에 충분한 농도의 Li2O를 포함한다. 구체예에서, Li2O는 유리 내의 총 알칼리 금속 산화물 농도의 20% 이상의 농도로 유리 내에 존재한다. 예를 들어, 유리 내의 총 알칼리 금속 산화물 농도가 1.0 mol.%인 경우, 총 알칼리 금속 산화물 농도의 적어도 0.2 mol.%는 Li2O로 이루어진다. 구체예에서, Li2O는 유리 내 총 알칼리 금속 산화물 농도의 20% 또는 심지어 30% 이상의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, Li2O는 유리 내 총 알칼리 금속 산화물 농도의 40% 또는 심지어 50% 이상의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, Li2O는 유리 내 총 알칼리 금속 산화물 농도의 60% 이상의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 몇몇 구체예에서, Li2O는 유리 내 총 알칼리 금속 산화물 농도의 20% 이상 및 100% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, Li2O는 유리 내 총 알칼리 금속 산화물 농도의 35% 이상 및 65% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, Li2O는 유리 내 총 알칼리 금속 산화물 농도의 40% 이상 및 50% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다.
유리 내의 Li2O 농도가 낮은 경우(예를 들어, 약 0.04 mol.% 미만), 유리의 용융성은 약화된다. 그러나, 유리 내의 Li2O 농도가 높은 경우(예를 들어, 약 1 mol.% 초과), 약 250℃ 내지 약 500℃에서 유리의 비저항은 낮아서, 유리가 몇몇 적용에 바람직하지 못하게 만든다. 따라서, 본원에 기술된 구체예에서, Li2O는 0.04 mol.% 이상 및 1.0 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재한다. 예를 들어, Li2O는 0.1 mol.% 이상 또는 심지어 0.2 mol.% 이상 및 1.0 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.3 mol.% 이상 또는 심지어 0.4 mol.% 이상 및 1.0 mol.% 이하일 수 있다. 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.5 mol.% 이상 또는 심지어 0.6 mol.% 이상 및 1.0 mol.% 이하일 수 있다. 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.7 mol.% 이상 또는 심지어 0.8 mol.% 이상 및 1.0 mol.% 이하일 수 있다. 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.9 mol.% 이상 및 1.0 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리는 1 mol.%의 Li2O를 함유할 수 있다(즉, 총 알칼리 금속 산화물의 100%가 Li2O이다).
몇몇 다른 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.1 mol.% 이상 및 0.9 mol.% 이하일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.2 mol.% 이상 및 0.8 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.3 mol.% 이상 및 0.7 mol.% 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.4 mol.% 이상 및 0.6 mol.% 이하일 수 있다. 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0.4 mol.% 이상 및 0.5 mol.% 이하일 수 있다. 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0 mol.% 초과 및 0.3 mol.% 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리 내 Li2O의 농도는 0 mol.% 초과 및 0.2 mol.% 이하일 수 있다.
구체예에서, 알칼리 금속 산화물은 Li2O에 더하여 선택적으로 K2O를 포함할 수 있다. 유리 내의 K2O 농도가 높은 경우(예를 들어, 약 0.8 mol.% 초과), 약 250 ℃내지 약 500℃ 온도에서의 유리의 비저항은 낮아서, 유리가 몇몇 적용에 바람직하지 못하게 만든다. K2O가 포함되는 구체예에서, 유리 내 K2O의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.8 mol.% 이하이다. 이러한 구체예 중 몇몇에서, 유리 내 K2O의 농도는 0.2 mol.% 이상 및 약 0.7 mol.% 이하 또는 심지어 0.6 mol.% 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리 내 K2O의 농도는 0.2 mol.% 이상 및 약 0.5 mol.% 이하 또는 심지어 0.4 mol.% 이하일 수 있다. 다른 구체예에서, 유리 내 K2O의 농도는 0.2 mol.% 이상 및 약 0.3 mol.% 이하일 수 있다. 구체예에서, 유리는 실질적으로 K2O가 없을 수 있다.
구체예에서, 알칼리 금속 산화물은 Li2O에 더하여 선택적으로 Na2O를 포함할 수 있다. 유리 내의 Na2O 농도가 높은 경우(예를 들어, 약 0.8 mol.% 초과), 약 250 ℃내지 약 500℃ 온도에서의 유리의 비저항은 낮아서, 유리가 몇몇 적용에 바람직하지 못하게 만든다. 따라서, 본원에 기술된 유리의 구체예에서, 유리 내 Na2O의 농도는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.8 mol.% 이하이다. 몇몇 구체예에서, 유리 내 Na2O의 농도는 0.2 mol.% 이상 및 약 0.7 mol.% 이하 또는 심지어 0.6 mol.% 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리 내 Na2O의 농도는 0.2 mol.% 이상 및 약 0.5 mol.% 이하 또는 심지어 0.4 mol.% 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리 내 Na2O의 농도는 0.2 mol.% 이상 및 약 0.3 mol.% 이하일 수 있다. 구체예에서, 유리는 실질적으로 Na2O가 없을 수 있다.
본원에 기술된 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 유리 내 Li2O (mol.%)의 비는 0.2 이상 및 1.0 이하이다. 예를 들어, 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.3 이상 또는 심지어 0.4 이상 및 1.0 이하일 수 있다. 몇몇 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.5 이상 또는 심지어 0.6 이상 및 1.0 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.7 이상 또는 심지어 0.8 이상 및 1.0 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.9 이상 및 1.0 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.3 이상 및 0.7 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상 및 0.6 이하일 수 있다.
본원에 기술된 유리는 2가 산화물 MO를 더욱 포함할 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토 금속(마그네슘, 칼슘 및 스트론튬과 같은) 및/또는 아연이다. 2가 산화물은 유리의 용융 거동을 향상시키고 평균 열 팽창 계수를 증가시킨다. 2가 산화물이 알칼리 토 금속 산화물을 포함하는 경우, 알칼리 토 금속 산화물은 유리의 평균 열 팽창 계수를 유리 내 함유된 알칼리 금속 산화물만큼 증가시키지는 않는다.
본원에 기술된 구체예에서, 유리 내의 총 2가 산화물 농도(즉, 모든 2가 산화물의 합)는 0 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하이다. 몇몇 구체예에서, 유리 내의 총 2가 산화물 농도는 1 mol.% 이상 및 약 10 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 유리 내의 총 2가 산화물 농도는 3 mol.% 이상 및 약 8 mol.% 이하일 수 있다.
본원에 기술된 구체예에서, 총 2가 산화물은 CaO, MgO, 및 SrO 중 적어도 하나를 포함한다.
구체예에서, MgO는 약 0 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 4 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, MgO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 3.5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 3 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, MgO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 2.5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 2 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, MgO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 1.5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 1 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다.
CaO는 약 0 mol.% 이상 및 약 12 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 1 mol.% 이상 및 약 10 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 몇몇 구체예에서, CaO는 약 1.5 mol.% 이상 및 약 9 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 2.0 mol.% 이상 및 약 8 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, CaO는 약 2 mol.% 이상 및 약 7 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 2.0 mol.% 이상 및 약 6.5 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, CaO는 약 2.0 mol.% 이상 및 약 6.0 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 2.5 mol.% 이상 및 약 6 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다.
SrO는 약 0 mol.% 이상 및 약 3 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 2.5 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, SrO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 2.0 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 1.5 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, SrO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 1.0 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다.
구체예에서, ZnO는 약 0 mol.% 이상 및 약 5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 4 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, ZnO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 3.5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 3 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, ZnO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 2.5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 2 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, ZnO는 약 0.5 mol.% 이상 및 약 1.5 mol.% 이하의 농도 또는 심지어 약 0.5 mol.% 이상 및 약 1 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다.
구체예에서, 본원에 기술된 유리는 손상에 대한 비교적 높은 내성을 갖는다. 이는 유리 내의 총 2가 산화물 농도(즉, ZnO, MgO, CaO, 및 SrO 농도의 합)가 Al2O3 의 농도 + 1 mol.% 이하임을 보장함에 의해 유리 내 B2O3의 대부분이 3중 배위된 상태에 있도록 유지함으로써 달성될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리 내의 총 2가 산화물 농도(즉, ZnO, MgO, CaO, 및 SrO 농도의 합)는 4.0 mol.% 이상 및 Al2O3의 농도 + 1 mol.% 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 유리 내의 총 2가 산화물 농도(즉, ZnO, MgO, CaO, 및 SrO 농도의 합)가 Al2O3의 농도 이하임을 보장함에 의해 유리 내 B2O3의 대부분이 3중 배위된 상태에 있도록 유지될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유리 내의 총 2가 산화물 농도(즉, ZnO, MgO, CaO, 및 SrO 농도의 합)는 4.0 mol.% 이상 및 Al2O3의 농도 이하일 수 있다.
몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리 내 총 알칼리 금속 산화물 농도 및 총 2가 산화물 농도의 합은 4 mol.% 이상이다. 몇몇 다른 구체예에서, 총 알칼리 금속 산화물 농도 및 총 2가 산화물 농도의 합은 4 mol.% 이상 및 Al2O3의 농도 이하일 수 있다.
본원에 기술된 유리는 선택적으로 하나 이상의 청징제를 포함할 수 있다. 청징제는 예를 들어, SnO2, As2O3, Sb2O3 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 청징제는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.7 mol.% 이하의 양으로 유리 내에 존재할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 청징제는 SnO2이다. SnO2는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.7 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다. 이러한 구체예에서, SnO2는 약 0 mol.% 이상 및 약 0.7 mol.% 이하 또는 심지어 약 0.15 mol.% 이하의 농도로 유리 내에 존재할 수 있다.
소량의 ZrO2는 또한 용융 장치(melter) 내 용융된 유리와 지르코니아-계 내화물 사이의 접촉에 의해 유리 내로 도입될 수 있다. 유리 내의 ZrO2 수준을 모니터링하는 것은 시간에 따른 내화물 마모 속도를 추정할 수 있는 기초를 제공할 수 있다. 본원에 기술된 구체예에서, 유리는 0 mol.% 이상 및 0.2 mol.% 이하의 ZrO2를 포함할 수 있다.
유리는 Fe2O3가 배치 재료의 일반적인 불순물이기 때문에, 저농도의 Fe2O3를 더욱 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 유리는 약 0.5 mol% 까지의 Fe2O3를, 다른 구체예에서 약 0.2 mol% 까지의 Fe2O3를 포함할 수 있다.
몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리는 P2O5가 없을 수 있다.
본원에 상기 기술한 바와 같이, 유리에 대한 Li2O의 첨가는 비교적 낮은 고온 비저항 및 비교적 높은 저온 비저항을 초래한다. 본원에 기술된 구체예에서, 유리의 고온 비저항은 1630℃의 온도에서의 비저항(ohm-cm (Ω-cm))이다. 구체예에서, 유리의 저온 비저항은 250℃의 온도에서의 유리 제품(유리 기판 등)의 비저항(Ω-cm)이다. 비저항(고온 또는 저온)은 ASTM D257-14 및 ASTM C657-93(2013)을 사용하여 결정되었다.
본원에 기술된 구체예에서, 유리는 180 Ω-cm 이하의 고온 비저항을 갖는다. 몇몇 구체예에서, 고온 비저항은 170 Ω-cm 이하 또는 심지어 160 Ω-cm 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 고온 비저항은 150 Ω-cm 이하 또는 심지어 140 Ω-cm 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 고온 비저항은 130 Ω-cm 이하 또는 심지어 120 Ω-cm 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 고온 비저항은 110 Ω-cm 이하일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 고온 비저항은 100 Ω-cm 이하 또는 심지어 90 Ω-cm 이하일 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 고온 비저항은 80 Ω-cm 이하 또는 심지어 70 Ω-cm 이하일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 고온 비저항은 60 Ω-cm 이하 또는 심지어 50 Ω-cm 이하일 수 있다. 이들 각각의 구체예에서, 고온 비저항은 40 Ω-cm 이상이다.
본원에 기술된 구체예에서, 유리는 1×109 Ω-cm 이상의 고온 비저항을 갖는다. 몇몇 구체예에서, 저온 비저항은 2.5×109 Ω-cm 이상 또는 심지어 5.0×109 Ω-cm 이상일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 저온 비저항은 10.0×109 Ω-cm 이상 또는 심지어 15×109 Ω-cm 이상일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 저온 비저항은 20×109 Ω-cm 이상 또는 심지어 25×109 Ω-cm 이상일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 저온 비저항은 30×109 Ω-cm 이상 또는 심지어 35×109 Ω-cm 이상일 수 있다. 다른 구체예에서, 저온 비저항은 40×109 Ω-cm 이상 또는 심지어 45×109 Ω-cm 이상일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 저온 비저항은 50×109 Ω-cm 이상 또는 심지어 55×109 Ω-cm 이상일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 저온 비저항은 60×109 Ω-cm 이상 또는 심지어 65×109 Ω-cm 이상일 수 있다. 이들 각각의 구체예에서, 저온 비저항은 80×109 Ω-cm 이하이다.
몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리는 슬롯-드로우(slot-draw) 및 퓨전-드로우(fusion-draw) 공정과 같은 다운-드로우(down-draw) 공정에 의해 형성 가능하다. 퓨전 드로우 공정은 일반적으로 얇은 유리 시트의 대-규모 제조에 사용된다. 플로트(float) 또는 슬롯 드로우 공정과 같은 다른 평면 유리 제조 기술과 비교할 때, 퓨전 드로우 공정은 우수한 편평도(flatness) 및 표면 품질을 갖는 얇은 유리 시트를 생산한다. 결과적으로, 퓨전 드로우 공정은 액정 디스플레이 뿐 아니라 노트북, 엔터테인먼트 장치, 태블릿, 랩탑 등과 같은 개인용 전자 장치용 얇은 유리 기판의 제조에 있어 지배적인 제조 기술이 되었다.
퓨전 드로우 공정은 일반적으로, 예를 들어, 미국 특허 제 3,149,949 호에 기술되어 있으며, 이는 전체가 참조로 본원에 포함된다. 퓨전 드로우 공정은 전형적으로 지르콘 또는 또 다른 내화물로 만들어진 "아이소파이프(isopipe)"로 알려진 트로프(trough) 위에 용융된 유리의 유동을 포함한다. 용융된 유리는 아이소파이프의 탑을 오버플로우(overflow)하며, 아이소파이프의 버텀에서 만나 최종 시트의 내부만이 아이소파이프와 직접 접촉하는 단일 시트를 형성한다. 최종 유리 시트의 노출된 표면이 드로우 공정 동안 아이소파이프 재료와 접촉하지 않기 때문에, 유리의 외부 표면 모두는 깨끗한(pristine) 품질이며 후속의 마무리를 요구하지 않는다.
퓨전 드로우가 가능하기 위해, 유리는 충분히 높은 액상 점도(즉, 액상 온도에서의 용융된 유리의 점도)를 가져야 한다. 몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리는 적어도 약 100 킬로포이즈(kpoise), 다른 구체예에서, 적어도 약 120 kpoise의 액상 점도를 가지며, 또 다른 구체예에서, 이들 유리는 적어도 약 300 kpoise의 액상 점도를 갖는다. 본원에 기술된 유리가 유리 라미네이트 내의 클래드 층으로서 사용되고 온도에 대한 코어 유리의 점성 거동이 클래드 유리의 점성 거동과 거의 동일한 경우에서, 클래드 유리의 액상 점도는 약 70 kPoise 이상이다. 액상 점도는 다음의 방법에 의해 결정된다. 먼저, 유리의 액상 온도는 "Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method"라고 명명된 ASTM C829-81 (2015)에 따라 측정된다. 다음, 액상 온도에서의 유리의 점도는 "Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point"라고 명명된 ASTM C965-96(2012)에 따라 측정된다.
종래의 퓨전 드로우는 단일 아이소파이프를 사용하여 이루어져, 균질의 유리 제품을 초래한다. 보다 복잡한 퓨전 라미네이션(lamination) 공정은 일반적으로 본원에 참조로 포함된 미국 특허 제 4,214,886 호에 기술된다. 퓨전 라미네이션 공정은 외부 클래드 층에 의해 한쪽(또는 양쪽) 측면이 둘러싸인 코어 유리 조성물을 포함하는 라미네이트된 유리 시트를 형성하기 위해 2개의 아이소파이프를 사용한다. 퓨전 라미네이션의 주된 이점 중 하나는 클래드 유리의 열 팽창 계수가 코어 유리의 열 팽창 계수보다 작은 경우, CTE 차이가 외부 클래드 층(들) 내 압축 응력을 초래한다는 점이다. 이러한 압축 응력은 이온 교환 처리 없이도 최종 유리 제품의 강도를 증가시킨다. 이온 교환과 달리, 이러한 강화는 유리 내 알칼리 이온의 사용 없이 달성될 수 있다.
따라서, 몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 유리 라미네이트를 형성하는데 사용될 수 있다. 유리 라미네이트(100)는 본원에 기술된 유리로부터 형성된 클래드 유리(120) 또는 "클래드 층"에 융합된 코어 유리(110)를 포함한다. 코어 유리(110)는 클래드 유리(120)보다 큰 CTE를 갖는다. 코어 유리는, 몇몇 구체예에서, 예를 들어, 알칼리 알루미노실리케이트 유리일 수 있다. 일 비-제한 예에서, 코어 유리는 66.9 mol% SiO2, 10.1 mol% Al2O3, 0.58 mol% B2O3, 7.45 mol% Na2O, 8.39 mol% K2O, 5.78 mol% MgO, 0.58 mol% CaO, 0.2 mol% SnO2, 0.01 mol% ZrO2, 및 0.01 mol% Fe2O3의 조성을 갖고, 572℃의 변형점, 629℃의 어닐링 점, 888℃의 연화점, 및 CTE = 95.5 × 10-7/℃를 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다.
유리 라미네이트 내 클래드 유리로서 사용되는 경우, 본원에 기술된 유리는 클래드 유리에 높은 압축 응력을 제공할 수 있다. 본원에 기술된 유리의 CTE는 일반적으로 약 40×10-7/℃ 이하의 범위 내이고, 몇몇 구체예에서, 약 35×10-7/℃ 이하의 범위 내이다. 이러한 유리가 예를 들어, 90×10-7/℃의 CTE를 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리(예를 들어, Corning Incorporated에 의해 제조된 Gorilla® Glass)와 쌍을 이루는(paired with) 경우, 클래드 유리 내에서 예상되는 압축 응력은 아래의 탄성 응력 식을 사용하여 계산될 수 있으며, 여기서 아래첨자 1 및 2는 각각 코어 유리 및 클래드 유리를 의미하고:
Figure pct00001
및
Figure pct00002
여기서 E는 영률, υ는 포아송 비(Poisson's ratio), t는 유리 두께, σ는 응력이고, e2-e1은 클래드 유리와 코어 유리의 열 팽창 차이이다. 클래드 유리 및 코어 유리에 동일한 탄성 계수 및 포아송 비를 사용하는 것은 상기 식을 더욱 간소화한다.
클래드 유리와 코어 유리 사이의 열 팽창의 차이를 계산하기 위해, 응력이 클래드 및 코어의 보다 연화된 유리의 변형점 아래로 설정된다고 가정한다. 클래드 유리의 응력은 이러한 가정 및 상기 식을 사용하여 추정될 수 있다. 0.5-1.0mm 범위 내의 총 두께 및 10-100㎛의 클래드 유리 두께를 갖는 클래드 유리로서의 30×10-7/℃의 CTE를 갖는 전형적인 디스플레이-형 유리 및 90×10-7/℃의 CTE를 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 코어 유리의 경우, 클래드 유리의 압축 응력은 약 200 MPa 내지 약 315 MPa의 범위 내로 추정된다. 몇몇 구체예에서, 본원에 기술된 유리는 약 40×10-7/℃ 미만 및, 몇몇 구체예에서 35×10-7/℃ 미만의 열 팽창 계수를 갖는다. 이들 유리의 경우, 클래드 유리 층의 압축 응력은 적어도 약 40 MPa이고, 다른 구체예에서, 적어도 약 80 MPa이다.
본원에 기술된 유리는 특히 낮은 열 팽창 계수를 갖는다. 몇몇 구체예에서, 유리의 CTE는 약 40×10-7/℃ 미만이고, 다른 구체예에서, 약 35×10-7/℃ 미만이다. 보다 높은 CTE를 갖는 코어 유리와 쌍을 이루었을 때, 본원에 기술된 유리는 최종 라미네이트된 유리 제품의 클래드 층 내에서 높은 수준의 압축 응력을 제공한다. 이는 유리 라미네이트 제품의 강도를 증가시킨다. 적어도 약 40 MPa 및, 몇몇 구체예에서, 적어도 약 80 MPa의 상온 압축 응력이 라미네이트의 클래드 층 내에서 본원에 개시된 유리를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 클래드 층으로 사용되는 경우, 본원에 기술된 유리의 액상 점도 요구조건은 낮아질 수 있다. 온도에 대한 코어 유리의 점성 거동이 클래드 유리의 점성 거동과 거의 동일한(즉, "매칭되는(matched with)") 구체예에서, 클래드 유리의 액상 점도는 약 70 kPoise 이상일 수 있다.
본원에 기술된 유리는 다른 상업적으로 구입 가능한 퓨전-드로우된 유리의 영률 및 전단 계수보다 현저히 작은 영률(즉, 탄성률) 및 전단 계수의 값을 갖는다. 몇몇 구체예에서, 영률은 약 65 기가파스칼(GPa) 미만이고, 또 다른 구체예에서는, 약 60 GPa 미만이다. 낮은 탄성률은 이들 유리에 높은 수준의 손상 내성을 제공한다.
본원에 기술된 구체예에서, 유리 내의 Li2O 및 Na2O의 상대 농도를 조절함으로써 유리의 영률의 값이 제어될 수 있는(그러므로 특정 값으로 조정됨) 것으로 결정된다. 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비가 0.3 이상 및 0.7 이하인 경우, 유리의 영률은 유리의 최대 영률의 +/- 0.2 이내이다. 몇몇 다른 구체예에서, Li2O (mol.%) 및 Na2O (mol.%)의 합에 대한 Li2O (mol.%)의 비가 0.4 이상 및 0.6 이하인 경우, 유리의 영률은 유리의 최대 영률의 +/- 0.1 이내이다.
본원에 기술된 유리로부터 형성된 유리 제품은 일반적으로 약 5.5 GPa 이상, 약 6 GPa 이상, 또는 심지어 약 6.5 GPa 이상과 같은 약 5 GPa 이상의 경도를 갖는다. 이들 구체예에서, 경도는 보통 약 8 GPa 또는 심지어 7 GPa 이하이다.
본원에 기술된 구체예에서, 유리의 경도 및 영률은 약 50nm 내지 약 1000nm범위 내의 압입(indentation) 깊이를 갖는 압입을 형성하기 위해 Berkovitch 압자로 유리의 표면을 압입하는 단계 및 Oliver, W.C. 및 G. M. Pharr의, "Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology", J. Mater. Res., 19권 1호, 2004년 1월의 절차를 사용하여 압입 기구의 측정된 응답에 기초한 경도 및 영률을 결정하는 단계를 포함하는 나노 압입에 의해 결정된다.
영률과 마찬가지로, 유리 내의 Li2O 및 Na2O의 상대적인 농도를 조절함에 의해 유리의 경도가 제어될 수 있음(따라서 특정 값으로 조정될 수 있음)이 결정되었다. 구체예에서, Li2O(mol.%) 및 Na2O(mol.%)의 합에 대한 Li2O(mol.%)의 비가 0.3 이상 및 0.7 이하인 경우, 유리의 경도는 유리의 최대 경도의 +/- 0.2 이내이다. 몇몇 다른 구체예에서, Li2O(mol.%) 및 Na2O(mol.%)의 합에 대한 Li2O(mol.%)의 비가 0.4 이상 및 0.6 이하인 경우, 유리의 경도는 유리의 최대 경도의 +/- 0.1 이내이다.
실시예
본원에 기술된 구체예는 다음의 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다.
실시예 1
상이한 알칼리 종을 함유하는 유리의 고온 비저항을 평가하기 위해, 베이스(base)-유리 조성물 내 Na2O는 점증적으로 K2O 또는 Li2O로 대체되었고, 결과적인 유리의 비저항은 M+:(Na++M+)의 비의 함수로 측정되었으며, 여기서 M은 Li+ 또는 K+이다. 구체적으로, 베이스 유리 조성물은 67.04 mol% SiO2, 19.79 mol.% B2O3, 6.25 mol.% Al2O3, 0.57 mol.% MgO, 4.85 mol.% CaO, 0.45 mol.% SrO, 0.88 mol.% Na2O, 0.01 mol.% K2O, 0.08 mol.% SnO2, 및 0.03 mol.% ZrO2로 이루어졌다. 제1 시험에서, 베이스 유리 조성물 내의 Na2O는 점증적으로 K2O로 대체되었고, 비저항은 1630℃에서 K+:(Na++K+)의 비의 상이한 값에 대해 측정되었다. 이 제1 시험의 최종 유리 조성물은 66.64 mol% SiO2, 19.82 mol.% B2O3, 6.20 mol.% Al2O3, 0.56 mol.% MgO, 4.83 mol.% CaO, 0.44 mol.% SrO, 0.45 mol.% Na2O, 0.42 mol.% K2O, 0.08 mol.% SnO2, 및 0.04 mol.% ZrO2로 이루어졌다. 제2 시험에서, 베이스 유리 조성물 내의 Na2O는 점증적으로 Li2O로 대체되었고, 비저항은 1630℃에서 Li+:(Na++Li+)의 비의 상이한 값에 대해 측정되었다. 이 제2 시험의 최종 유리 조성물은 67.26 mol% SiO2, 20.00 mol.% B2O3, 6.28 mol.% Al2O3, 0.61 mol.% MgO, 4.85 mol.% CaO, 0.45 mol.% SrO, 0.03 mol.% Na2O, 0 mol.% K2O, 0.76 mol.% Li2O, 0.14 mol.% SnO2, 및 0.07 mol.% ZrO2로 이루어졌다. 이들 2가지 시험에 대한 유리의 고온 비저항은 M+:(Na++M+)의 비의 함수로 도 2에 그래프로 도시된다.
본원에 기술된 조성물에 있어, 용융 온도에서 유리가 액체이고 양이온(Li+, K+)이 전도(conduct)하기 위해 자유롭게 이동할 수 있기 때문에, 유리 내에서 혼합된 알칼리 효과는 관찰되지 않는다. 보다 작은 이온(예를 들어, Li+)은 보다 큰 이온(예를 들어, K+)보다 더 전도성이 있다. 따라서, 리튬은 다른 종과 비교하여 알칼리 금속 산화물의 몰 퍼센트가 동일한 경우, 용융 온도에서 최저 전압을 허용한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 유리의 고온 비저항은 K+:(Na++K+)의 몰비가 증가함에 따라 증가한다. Li+:(Na++Li+)의 몰비가 증가함에 따라, 유리의 고온 비저항은 실제로 감소한다. 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니나, 이러한 경향은 알칼리 금속 이온 각각의 크기로 인한 것으로 생각된다. 특히, 보다 큰 K+ 이온은 Na+ 이온에 비해 유리 내에서 이동성이 작고, 차례로, Na+ 이온은 Li+ 이온에 비해 이동성이 작을 것으로 생각된다. 그러나, 상대적으로 작은 Li+ 이온은 유리 내에서 보다 이동성이 크고 이들의 이동성은 Li+ 이온의 농도가 증가할수록 증가한다.
실시예 2
고온 비저항에 대한 Li2O의 효과를 조사하기 위해, 실시예 1의 제2 시험의 유리와 유사한 유리는 다른 알칼리 금속 산화물 없이 0.8 mol.%의 Li2O와 함께 배치되었다. Li2O 농도는 용융 장치 내에서 0.8 mol.%로부터 감소되었고, 용융 장치의 작동 전압은 1630℃의 온도에서 고정된 전류에 대해 모니터링되었다. 용융 장치 내에서 최소 0.21 mol.%의 Li2O에 도달했다. 0.21 mol.% 미만의 리튬 농도를 조사하기 위해, 도가니(crucible) 용융물은 0.2 mol.%, 0.1 mol.% 및 0.0 mol% Li2O를 갖는 유리로 만들어졌고 및 비저항은 1630℃에서 시험되었다. 모든 샘플(즉, 0.8 mol.% → 0.0 mol.% Li2O)에 대한 비저항 데이터는 도 3에 플롯된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유리의 고온 비저항은 유리 내의 Li2O 농도가 0.8 mol.%로부터 감소함에 따라 증가하고, 이는 유리가 보다 높은 농도의 Li2O에서 보다 쉽게 용융될 수 있음을 나타낸다.
실시예 3
유리의 비저항은 또한 유리가 고체 형태인 저온에서 조사되었다. 구체적으로, 유리의 비저항은 250℃, 300℃, 400℃, 및 500℃의 온도에서 평가되었다. 시험된 유리는 0.1 mol.% Na2O를 갖는 실시예 1에 기술된 베이스 유리와 유사한 조성을 가졌다. Na2O는 점증적으로 Li2O로 대체되었고 유리의 비저항은 지시된 온도에서 측정되었다. 시험의 결과는 도 4에 그래프로 도시된다. 구체적으로, 지시된 온도에서의 유리의 비저항은 Li+:(Li+ + Na+)의 몰비의 함수로서 플롯된다.
유리 내의 Li2O 및 Na2O의 혼합물은 혼합된 알칼리 효과로 인해 비저항을 낮출 것으로 예상되었다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 보다 낮은 온도에서(즉, 250℃ 및 300℃에서) 유리의 비저항은 Li+:(Li+ + Na+)의 몰비가 증가함에 따라 실제로 증가하는 것으로 예상치 못하게 밝혀졌다. 즉, 유리는 이러한 온도에서 혼합된 알칼리 효과를 나타내지 않았는데, 이는 그러한 효과가 실리케이트 유리 내에 잘 입증되기(documented) 때문에 예상치 못했던 것이었다. 실제로, Li2O의 농도 및 Na2O의 농도의 함수로서 300℃에서의 유리의 비저항을 개별적으로 플롯한 것(도 5)은 Li2O를 함유하는 유리가 실제로 동일한 농도의 Na2O를 함유하는 유리보다 큰 비저항을 갖는다는 것을 보여주었고, 이는 또한 나트륨 이온과 비교하여 유리 내 리튬 이온에 보다 큰 이동성이 주어진다는 예상치 못한 결과었다.
실시예 4
상이한 Li2O 및 Na2O의 비를 갖는 유리의 영률 및 경도가 조사되었다. 구체적으로, 실시예 1의 베이스 유리 조성물은 다양한 Li2O:(Li2O + Na2O)의 비로 변경되었고 영률 및 경도가 결정되었다. 총 알칼리 금속 산화물 함량은 0.86 mol.%였다. 결과는 유리 내의 Li2O:(Li2O + Na2O)의 비의 함수로서 플롯된 영률(E) 및 경도(H)로 도 6에 그래프로 도시된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 영률 및 경도 모두는 Li2O:(Li2O + Na2O)의 비에 대해 대략적으로 포물선 거동을 나타냈다. 데이터는 유리의 기계적 특성이 동일한 총 알칼리 금속 산화물 함량을 유지하면서 Li2O 및 Na2O의 상대 농도를 조절함으로써 조정될 수 있음을 나타낸다.
예를 들어, 도 7은 유리 내 동일한 총 알칼리 금속 산화물 농도에 대해 Li2O의 농도가 증가함에 따라 경도에 대한 영률의 비가 감소함을 나타내는 Li2O:(Li2O + Na2O)의 다양한 값에 대한 경도에 대한 영률의 비를 그래프로 도시한다. 도 8은 알칼리 금속 산화물의 조성 변화에 기초한 영률의 % 변화의 함수로서 경도의 % 변화를 나타낸다. 이 데이터는 총 알칼리 금속 산화물 농도를 유지하면서 유리 내 Li2O 및 Na2O의 상대 농도를 조절함으로써 유리의 기계적 특성이 조정될 수 있음을 입증한다. 예를 들어 Li2O 농도를 총 알칼리 금속 산화물 농도의 40%로 증가시킴으로써(총 알칼리 금속 산화물 농도는 일정하게 유지함), 영률을 단지 10% 증가시키면서 경도를 약 14% 증가시킬 수 있고, 예상치 못하게 높은 경도를 갖는 유리를 생성할 수 있다.
본원에 기술된 유리를 만드는 방법이 또한 제공된다. 상기 방법은 SiO2, B2O3, Al2O3, 적어도 Li2O를 포함하는 알칼리 금속 산화물 및 2가 산화물을 포함하는 유리 용융물을 제공하는 단계를 포함한다. 유리 용융물은 다운-드로우되어 유리를 형성한다. 몇몇 구체예에서, 유리의 다운-드로잉 단계는 유리 용융물의 슬롯-드로잉을 포함하고, 다른 구체예에서, 유리 용융물의 퓨전-드로잉을 포함한다.
특정 구체예에서, 상기 방법은 코어 유리 용융물을 제공하는 단계 및 클래드 유리의 열 팽창 계수보다 작은 열 팽창 계수를 갖는 코어 유리를 형성하기 위해 코어 유리 용융물을 퓨전 드로잉하는 단계를 더욱 포함한다. 이어서, 클래드 유리 용융물은 퓨전 드로우되어 클래드 유리 층을 형성하고 코어 유리에 융합되어 유리 라미네이트를 형성한다. 클래드 유리 층은 적어도 약 40 MPa 및, 몇몇 구체예에서, 적어도 약 80 MPa의 압축 응력하에 있다.
약 250℃ 내지 500℃ 범위 내의 온도에서 본원에 기술된 유리의 비교적 높은 비저항은 유리가 박막 트랜지스터(TFT) 디스플레이 적용에서 기판으로 사용되기에 적합하게 만든다. 약 250℃ 내지 500℃ 범위 내의 온도에서의 본원에 기술된 유리의 비교적 높은 비저항은 알칼리 이온의 TFT 내로의 이동을 완화시켜, TFT에 대한 손상을 방지한다. 몇몇 구체예에서, 유리는 또한 TFT 디스플레이 기판에 바람직한 특성인, 열 압축을 감소시키는 높은 어닐링 및 변형점을 갖는다. 본원에 기술된 유리는 또한 다양한 전자 장치 내에서 컬러 필터 기판, 커버 유리, 또는 터치 인터페이스에 사용될 수 있다.
본원에 기술된 유리 및 라미네이트는 박막 트랜지스터가 있거나 없는 디스플레이(또는 디스플레이 제품)를 갖는 제품(예를 들어, 휴대전화, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 시스템 등을 포함하는 소비자 전자 제품), 건축용 제품, 운송 수단 제품(예를 들어, 자동차, 기차, 항공기, 해상 선박 등), 가정용 기기 제품, 또는 일정 투명성, 스크래치-내성, 마모 내성 또는 이들의 조합을 필요로 하는 임의의 제품과 같은 또 다른 제품에 포함될 수 있다. 예를 들어, 소비자 전자 장치는 전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징(housing); 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 제공되고 상기 하우징의 전면 또는 이에 인접하여 적어도 컨트롤러, 메모리, 및 디스플레이를 포함하는 전기 부품(도시되지 않음); 및 상기 디스플레이 위에 있도록 상기 하우징의 전면 또는 전면 위에 커버 기판을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 소비자 전자 장치는 또한 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 커버 기판은 본원에 기술된 임의의 유리 또는 라미네이트를 포함할 수 있다.
본 기술 분야의 기술자에게 청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 원에 기술된 구체예에 대해 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음은 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는 첨부된 청구항 및 그 등가물의 범위 내에 있는 이러한 변경 및 변형이 제공된 본원에 기술된 다양한 구체예의 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (31)

  1. 유리로서:
    약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2;
    약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3;
    약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3;
    0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며;
    약 0.3 mol.% 내지 약 0.7 mol.%의 Na2O 또는 Li2O; 및
    0 mol.%를 초과하고 12 mol.% 미만인 총 2가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하며,
    여기서 (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상이고 0.6이하인 유리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 1×109 Ω-cm 이상의 저온 비저항(resistivity)를 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 유리는 180 Ω-cm 이하의 고온 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리는 약 40×10-7/℃ 미만의 열 팽창 계수 및 65 GPa 미만의 영률을 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리는 100 kP 이상의 액상 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    Li2O의 농도는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 40% 이상인 것을 특징으로 하는 유리.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리의 영률은 상기 유리의 최대 영률의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리의 경도는 최대 경도의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리는 0.5 mol.% 이하의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 + 1 mol.% 이하인 것을 특징으로 하는 유리.
  11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 이하인 것을 특징으로 하는 유리.
  12. 유리로서:
    약 50 mol.% 내지 약 70 mol.%의 SiO2;
    약 12 mol.% 내지 약 35 mol.%의 B2O3;
    약 4 mol.% 내지 약 12 mol.%의 Al2O3;
    0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물, 여기서 Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이며;
    약 0.2 mol.% 내지 약 0.7 mol.%의 K2O; 및
    0 mol.%를 초과하고 12 mol.% 미만인 총 2가 산화물을 포함하고, 여기서 상기 총 2가 산화물은 CaO, MgO 및 SrO 중 적어도 하나를 포함하며,
    여기서 (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.4 이상이고 0.6이하인 유리.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유리는 1x109 Ω-cm 이상의 저온 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  14. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 유리는 180 Ω-cm 이하의 고온 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  15. 청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리는 약 40×10-7/℃ 미만의 열 팽창 계수 및 65 GPa 미만의 영률을 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  16. 청구항 12 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리는 100 kP 이상의 액상 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 유리.
  17. 청구항 12 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    Li2O의 농도는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 40% 이상인 것을 특징으로 하는 유리.
  18. 청구항 12 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리의 영률은 상기 유리의 최대 영률의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리.
  19. 청구항 12 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리의 경도는 최대 경도의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리.
  20. 청구항 12 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리는 0.5 mol.% 이하의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리.
  21. 청구항 12 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 + 1 mol.% 이하인 것을 특징으로 하는 유리.
  22. 청구항 12 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 총 2가 산화물은 Al2O3의 농도 이하인 것을 특징으로 하는 유리.
  23. 유리 라미네이트로서:
    코어(core) 유리;
    상기 코어 유리에 융합된 클래드(clad) 유리, 상기 클래드 유리는 SiO2, B2O3, Al2O3, 및 0 mol.%를 초과하고 1 mol.% 이하인 알칼리 금속 산화물을 포함하며, 여기서:
    Li2O는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 20% 이상이고;
    상기 클래드 유리는 제1 열 팽창 계수를 가지며; 및
    상기 코어 유리는 상기 제1 열 팽창 계수를 초과하는 제2 열 팽창 계수를 갖는 유리 라미네이트.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 클래드 유리는 1×109 Ω-cm 이상의 저온 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 유리 라미네이트.
  25. 청구항 23 또는 24에 있어서,
    상기 클래드 유리는 180 Ω-cm 이하의 고온 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 유리 라미네이트.
  26. 청구항 23 내지 25에 있어서,
    Li2O의 농도는 상기 알칼리 금속 산화물의 약 40% 이상인 것을 특징으로 하는 유리 라미네이트.
  27. 청구항 23 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    (Li2O (mol.%) + (Na2O (mol.%))에 대한 Li2O (mol.%)의 비는 0.3 이상이고 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 유리 라미네이트.
  28. 청구항 23 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클래드 유리의 탄성률은 상기 클래드 유리의 최대 탄성률의 +/- 0.2 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리 라미네이트.
  29. 청구항 23 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클래드 유리는 적어도 40 MPa의 압축 응력하에 있는 것을 특징으로 하는 유리 라미네이트.
  30. 소비자 전자 제품으로서:
    전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징(housing);
    적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 제공되는 전기 부품; 및
    상기 디스플레이에 위에 배치되는(disposed) 청구항 1 내지 22 중 어느 한 항의 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 소비자 전자 제품.
  31. 소비자 전자 제품으로서:
    전면, 후면 및 측면을 갖는 하우징;
    적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 제공되는 전기 부품; 및
    상기 디스플레이에 위에 배치되는 청구항 23 내지 29 중 어느 한 항의 유리 라미네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 소비자 전자 제품.
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