KR20190086019A - 강화 유리-기반 제품 및 강화 유리-기반 제품에서 휘어짐을 감소시키는 방법 - Google Patents

강화 유리-기반 제품 및 강화 유리-기반 제품에서 휘어짐을 감소시키는 방법 Download PDF

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Abstract

강화 유리 기판, 및 3D 및 2.5D 형상을 가진 강화 유리 기판에서의 휘어짐을 감소시키는 방법이 개시된다. 하나의 실시예에서, 강화 유리-기반 제품은 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 포함한다. 상기 에지는 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해 비대칭이다. 상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 비대칭 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가진다. 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 메트릭 WE의 85 % 미만이다. 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정된다.

Description

강화 유리-기반 제품 및 강화 유리-기반 제품에서 휘어짐을 감소시키는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 11월 29일 자로 출원되고 명칭이 "화학적으로 강화된 유리 제품 및 화학적으로 강화된 유리 제품에서 휘어짐을 감소시키는 방법(Chemically Strengthened Glass Articles and Methods for Reducing Warp in Chemically Strengthened Glass Articles)"인 미국 특허 출원 제62/427,311호의 우선권 주장 출원이고, 상기 미국 특허 출원은 전반적으로 여기에 참조로 병합된다.
본 개시는 일반적으로 강화 유리-기반 제품, 보다 구체적으로 강화 유리-기판 제품 및 강화 제품의 휘어짐을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
핸드헬드 디바이스, 텔레비전 디스플레이 및 컴퓨터 모니터에서 발견된 전자 디스플레이용 커버 유리와 같은 유리-기반 제품은 강도 및 내스크래치성을 개선시키기 위해 이온-교환 공정에 의해 화학적으로 강화될 수 있다. 추가로, 3 차원 (3D) 형상 (예를 들어, 곡선형 및 다른 특징과 같은 비-평면 형상) 또는 에지가 경사진 또는 다르게 형성되는 2.5 차원 (2.5D) 형상을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 화학적으로 강화된 3D 및 2.5D 유리-기반 제품은 유리-기반 제품의 두께 차로 인해 휘어짐을 나타낼 수 있고, 이는 휘어짐을 야기시키는 불균형 변형 (unbalanced strain)을 일으킬 수 있다. 극단적인 휘어짐은 바람직하지 않을 수 있으며, 상품 고장을 일으킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 강화 제품의 휘어짐을 감소시키는 것이다.
하나의 실시예에서, 강화 유리-기반 제품은 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장된 제 1 압축 응력 층을 가진 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장된 제 2 압축 응력 층을 가진 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 포함한다. 상기 제 1 압축 응력 층 및 상기 제 2 압축 응력 층 각각은 40 μm 이상 또는 상기 강화 유리-기반 제품의 두께의 10% 이상 중에 더 작은 것의 압축의 깊이를 가진다. 상기 에지가, 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해, 비대칭이 되도록, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 비-직교 변화부 (transition)를 제공한다. 상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 비대칭 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가진다. 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 메트릭 WE의 85 % 미만이다. 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정된다.
또 다른 실시예에서, 강화 유리-기반 제품을 제작하는 방법은 유리-기반 제품을 이온-교환 욕 (ion-exchange bath)에 일정 시간 (a duration of time) 동안 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 유리-기반 제품은 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 가진다. 상기 에지가, 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해, 비대칭이 되도록, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 비-직교 변화부를 제공한다. 상기 이온-교환 욕은 강화 유리-기반 제품을 형성한다. 상기 강화 유리-기반 제품은 상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되고 제 1 압축의 깊이를 가진 제 1 압축 응력 층, 및 상기 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되고 제 2 압축의 깊이를 가진 제 2 압축 응력 층을 포함한다. 상기 방법은 상기 유리-기반 제품을 상기 이온-교환 욕에 위치시킨 이후에, 상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거하는 단계로서, 상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거한 이후의 강화 유리-기반 제품의 휘어짐이 상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거하기 전의 강화 유리-기반 제품의 휘어짐보다 작도록 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
여전히 또 다른 실시예에서, 강화 유리-기반 제품을 제작하는 방법은 유리-기반 제품의 제 1 표면의 적어도 일 부분에 표면 처리를 적용하는 단계를 포함하고, 상기 유리-기반 제품은 상기 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 가진다. 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 비-직교 변화부를 제공하고, 상기 에지는 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해 비대칭이다. 상기 방법은 상기 유리-기반 제품을 이온-교환 욕에 일정 시간 동안 위치시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 이온-교환 욕은 상기 강화 유리-기반 제품을 형성하기 위해 상기 유리-기반 제품을 강화한다. 상기 강화 유리-기반 제품은 상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되어 제 1 압축의 깊이를 정의하는 제 1 압축 응력 층, 및 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되어 제 2 층의 깊이를 정의하는 제 2 압축 응력 층을 포함한다. 상기 표면 처리는 상기 제 2 압축 응력 층에서의 이온 확산성과는 상이한 제 1 압축 응력 층에서의 이온 확산성을 초래한다.
여전히 또 다른 실시예에서, 강화 유리-기반 제품을 제작하는 방법은 유리-기반 제품을 이온-교환 욕에 일정 시간 동안 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 유리-기반 제품은 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 가진다. 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 비-직교 변화부를 제공하고, 상기 에지는 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이를 통과하고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해 비대칭이다. 상기 유리-기반 제품은 상기 이온-교환 욕 내에 기울어져서 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 중 하나는 상기 이온-교환 욕의 바닥을 향하지 않는다 (faces away). 상기 방법은 일정 시간 이후에 상기 이온-교환 욕으로부터 상기 강화 유리-기반 제품을 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 강화 유리-기반 제품은 상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 1 층의 깊이까지 연장되는 제 1 압축 응력 층, 및 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면으로부터 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 2 층의 깊이까지 연장되는 제 2 압축 응력 층을 가진다. 상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 비대칭 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가지고, 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 메트릭 WE의 85 % 미만이다. 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정된다.
여전히 또 다른 실시예에서, 강화 유리-기반 기판을 제작하는 방법은 유리-기반 제품이 제 1 방향으로 사전-휘어짐 WP을 가지도록 상기 유리-기반 제품을 사전에 휘는 단계를 포함한다. 상기 유리-기반 제품은 제 1 표면, 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 가진다. 상기 에지가, 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해, 비대칭이 되도록, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 비-직교 변화부를 제공한다. 상기 방법은 상기 유리-기반 제품을 이온-교환 욕에 일정 시간 동안 위치시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 이온-교환 욕은 상기 강화 유리-기반 제품을 형성하고 그 결과 제 1 압축 응력 층은 상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 1 층의 깊이까지 연장되고, 제 2 압축 응력 층은 상기 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 2 층의 깊이까지 연장된다. 상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 비대칭 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가진다. 상기 강화 유리-기반 제품은, 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA이 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 85 % 미만이 되도록, 상기 사전-휘어짐 WP의 제 1 방향과 대향한 제 2 방향으로 휘어진다. 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정된다.
본 개시의 실시예의 부가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 쉽게 명백할 것이거나, 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하여, 여기에 기술된 실시예를 실시함으로써 인식될 것이다.
이해되어야 하는 바와 같이, 상술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 다양한 실시예를 기술하고, 청구 대상의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 개관을 제공하는 것으로 의도된다. 첨부 도면은 다양한 실시예의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기술된 다양한 실시예를 도시하며, 설명과 함께 청구 대상의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도면에 개시된 실시예는 본질적으로 도시적이고 예시적인 것이며 청구 범위에 의해 정의된 청구 대상을 제한하려는 것이 아니다. 예시적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명은 동일한 구조가 동일한 도면 부호로 표시되어 있는 다음의 도면과 함께 읽혀질 때 이해될 수 있고, 상기 도면에서:
도 1은 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 유리-기반 제품을 개략적으로 도시하고;
도 2는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 유리-기반 제품의 경사형 에지를 개략적으로 도시하고;
도 3은 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 유리-기반 제품의 곡선형 에지를 개략적으로 도시하고;
도 4는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 이온-교환 공정을 개략적으로 도시하고;
도 5a는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 휘어짐을 가진 강화 유리-기반 제품의 사시도를 개략적으로 도시하고;
도 5b는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 평평한 표면 상에 배치된, 휘어짐을 가진 강화 유리-기반 제품의 측면도를 개략적으로 도시하고;
도 6a는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 강화 유리-기반 제품의 경사형 에지를 개략적으로 도시하고;
도 6b는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 비대칭 에지를 가진 유리-기반 제품의 단면을 개략적으로 도시하고;
도 7은 복수의 공정 단계를 통해 강화 유리-기반 제품의 휘어짐 전개를 그래프로 도시하고;
도 8은 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 강화 유리-기반 제품의 표면을 폴리싱하는 것을 포함한 복수의 공정 단계를 통해 강화 유리-기반 제품의 휘어짐 전개를 그래프로 도시하고;
도 9a는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 다음에 그리고 임의의 재료 제거 이전에 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시하고;
도 9b는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 표면 에칭 다음의, 도 9a에 도시된 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시하고;
도 10은 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 유리-기반 제품을 이온-교환 이후에 상부 측면 또는 하부 측면으로부터 에칭함으로써 재료 제거의 함수로서의 휘어짐의 양을 도시하는 플롯을 그래프로 도시하고;
도 11은 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 이전에 폴리싱되지 않은 표면 및 이온-교환 이전에 폴리싱된 일 측 표면을 가진 유리-기반 제품에 대해 사전-이온-교환 및 사후-이온-교환 휘어짐을 도시하는 차트를 그래프로 도시하고;
도 12a는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 이전에, 그리고 유리 시트의 B-측면이 에칭된 이후에, 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시하고;
도 12b는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 이후의, 도 12a에 도시된 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시하고;
도 13은 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 이전에 에칭함으로써 제거된 재료의 함수로서의 강화 유리 시트의 휘어짐을 그래프로 도시하고;
도 14a는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 기울어진 배열로, 이온-교환 욕에 위치된 유리-기반 제품을 개략적으로 도시하고;
도 14b는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 도 14a에 도시된 이온-교환 욕에 위치된 유리-기반 제품의 휘어짐을 개략적으로 도시하고;
도 15a는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 이전의 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시하고;
도 15b는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 욕 내에 기울어져 적재됨으로 인해, 도 15a의 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시하고;
도 16a는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 이전의 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시하며; 그리고
도 16b는 여기에서 기술 및 도시된 하나 이상의 실시예에 따른, 이온-교환 욕 내에 기울어져 적재됨으로 인해, 도 16a의 유리 시트의 휘어짐의 플롯을 그래프로 도시한다.
일반적으로 도면을 참조하면, 본 개시의 실시예는 일반적으로 이온-교환 강화 유리-기반 제품, 그 예로 스마트 폰 및 텔레비전 디스플레이와 같은 전자 디바이스에서 커버 유리로서 사용된 강화 유리-기반 제품에서 휘어짐을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "유리-기반 제품"은 유리 및 유리-세라믹 재료를 포함한다.
전자 디바이스는, 2 차원이 아니라 오히려 3 차원 또는 2.5 차원인 커버 유리를 이용할 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 3 차원 (3D) 유리-기반 제품은 비-평면인 적어도 일 부분을 가지고 곡선형 표면과 같은 특징을 갖는다. 여기에 사용되는 바와 같이, 2.5 차원 유리-기반 제품은 일반적으로 평면이지만 유리-기반 제품의 제 1 및 제 2 표면에 비-직교인 에지를 가진다 (예를 들어, 곡선형 에지, 경사형 에지 (beveled edge), 모따기형 에지 (chamfered edge) 등). 여기에 사용되는 바와 같이, 유리-기반 제품은 명목상으로 대칭 제조 공정으로 제조된 유리-기반 제품이다. 여기에 사용되는 바와 같이, 문구 "명목상으로 대칭"은, 유리-기반 재료의 양 측면 상의 환경이 유리 제품의 형성 동안 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다. 명목상으로 대칭 제조 공정의 예시는 퓨전 인발 공정 및 롤링 공정을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 플로트 공정 (float process)은 유리 재료의 일 측면이 대기에 노출되면서, 유리 재료의 타 측면은 주석과 같은 용융 금속에 노출되기 때문에 명목상으로 대칭이 아닌 제조 공정의 예시이다. 이로써, 환경은 플로트 유리 제조 공정에서 비대칭이다.
도 1은 스마트 폰과 같은 핸드헬드 디바이스에 대해 이용될 수 있는 예시적인 유리-기반 제품 (100)을 개략적으로 도시한다. 유리-기반 제품 (100)은 제 1 표면 (112), 제 2 표면 (114), 및 제 1 표면 (112)과 제 2 표면 (114) 사이에 배치된 에지 (116)를 가진다. 제 1 표면 (112) 및 제 2 표면 (115)은 평면이고 서로 평행하다. 도 2는 경사형 에지 (116)를 가진 도 1의 유리-기반 제품 (100)을 개략적으로 도시하고, 경사형 에지 (116)의 변화 부분 (transition portion, 117)은 제 1 표면 (112) 및 제 2 표면 (114)과 비-직교적이다. 이로써, 도 2에 도시된 유리-기반 제품 (100)은 2.5D이다. 변화 부분 (117)은 제 1 표면 상의 변화 지점 TP로부터, 양의 또는 음의 x-축을 따라 유리-기반 제품의 가장 먼 지점에 위치된 종료 지점 EP까지 비-직교적으로 연장된다. 제 1 표면 (112) 및 제 2 표면 (114)과 직교하는 에지 표면 (118)은 변화 부분 (117)을 제 2 표면 (114)과 연결시킨다. 유의하는 바와 같이, 변화 부분 (117)은, 변화 부분 (117)의 종료 지점 EP이 제 2 표면에 있도록 제 2 표면 (114)으로 모두 연장될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제 1 표면 (112) 및 제 2 표면 (114)와 직교하는 에지 표면 (118)이 거의 없거나 전혀 없을 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 변화 부분 (도시되지 않음)은 에지 표면 (118)으로부터 제 2 표면 (114)까지 변화될 수 있다.
도 3은, 곡선형이고 제 1 표면 (112A) 및 제 2 표면 (114A)과 비-직교적인 변화 부분 (117A)을 포함하는 곡선형 에지 (116a)를 가진 또 다른 예시적인 2.5D 유리-기반 제품 (100A)을 개략적으로 도시한다. 곡선형 변화 부분 (117A)은, 곡선형 에지 (116)가 곡선으로 되기 시작하는 변화 지점 TP에서 시작되어 곡선형 변화 부분 (117A)이 제 1 표면 (112A) 및 제 2 표면 (114B)과 직교하는 에지 표면 (118)에 도달하는 종료 지점 EP에서 종료된다.
이해되어야 하는 바와 같이, 다른 에지-형상도 가능하다. 2.5 유리-기반 제품의 에지 형상은 제 1 표면과 제 2 표면 사이의 비-직교 변화를 제공하는 임의의 형상을 취할 수 있으며, 그리고 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 제 1 표면 (112) 및 제 2 표면 (114)과 평행하기도 하는 평면에 대해 비대칭이다. 도 2를 다시 참조하면, 질량 중심 평면 P은 유리-기반 제품 (100)의 벌크 내의 평균 깊이 d에 위치된다. 평면 P는 또한 제 1 표면 (112) 및 제 2 표면 (114)과 평행하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 에지 (116)는 질량 중심 평면 P에 대해 비대칭인데, 이는 에지 (116)의 상부 부분이 비-직교 변화 부분 (117)을 포함하면서, 에지 (116)의 하부 부분이 비-직교 변화 부분 (117)을 포함하지 않기 때문이다.
유의하는 바와 같이, 2.5D 유리-기반 제품에서, 제 1 표면 (112)은 일반적으로 소비자 대면 표면이다. 2.5D 유리-기반 제품의 에지의 형상으로 인해, 제 1 표면의 표면적은 변화 부분 때문에 제 2 표면의 표면적보다 작을 수 있다.
핸드헬드 디바이스 및 텔레비전 디스플레이에 사용된 것과 같은 유리-기반 제품은 강도 및 내스크래치성을 증가시키기 위해 이온-교환 공정에 의해 강화될 수 있다. 도 4를 참조하면, 비-강화 유리-기반 제품 (100)은 이온-교환 공정에 따라 일정 시간 (a period of time) 동안 이온-교환 욕 (120)에 배치될 수 있다. 이온 교환 욕 (120) 내의 보다 큰 이온은 유리 재료의 보다 작은 이온으로 교환된다. 제한이 아닌 예시로서, 이온-교환 욕 (120)은 보다 큰 칼륨 이온이 유리 재료의 나트륨 이온과 교환되도록 칼륨 염욕을 포함할 수 있다. 도 6a를 간단히 참조하면, 이온 교환은 유리-기반 제품의 표면으로부터 층의 깊이 (DOL)까지 일어난다. 이온의 교환은 응력이 압축 응력으로부터 인장 응력으로 변하는 압축의 깊이 (DOC)를 초래한다. 이온-교환 영역은 압축 응력 층으로 지칭된다. 이로써, 제 1 압축 응력 층 (113A)은 제 1 표면 (112)에 존재하고 제 2 압축 응력 층 (113B)은 제 2 표면에 존재한다. 제 1 및 제 2 압축 응력 층 (113A, 113B)은 압축 응력을 가지며, 이는 제 1 압축 응력 층 (113A)과 제 2 압축 응력 층 (113B) 사이의 중심 인장 영역 (119) 내의 인장 응력에 의해 균형을 이룬다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "깊이의 층" 및 "DOL"은 일본 도쿄의 Orihara Industrial Co., Ltd.에 의해 판매된 FSM-6000과 같은 상업적으로 이용 가능한 장비를 사용하여 표면 응력 계측기 (FSM) 측정에 의해 결정되는 바와 같은 이온 침투 깊이를 지칭한다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "압축의 깊이" 및 "DOC"는 유리 내의 응력이 압축으로부터 인장 응력으로 변하는 깊이를 지칭한다. DOC에서 응력은 음의 (압축) 응력으로부터 양의 (인장) 응력으로 거쳐가고 이로써, 0의 값을 가진다. 여기에 기술된 DOC 값은 모델 번호 SCALP-04로 에스토니아 탈린 (Tallinn)의 Glasstress Ltd.에 의해 판매된 SCALP와 같은 (이에 제한되지 않음) 산란 광 분광기 (SCALP)를 사용하여 측정된다.
도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 3D 또는 2.5D 형상을 가진 강화 유리-기판 제품 (100')은 휘어짐을 나타낼 수 있으며, 이는 결과적으로 강화된 유리-기반 제품이 이온-교환 공정 다음에 더 이상 평평하지 않음을 의미한다. 특히, 이온 교환 공정에 앞서 휘어짐이 없이 시작된 예시적인 2.5D 경사형 유리-기반 제품의 경우, 유리-기반 제품은 이온-교환 공정 동안 유리-기반 제품의 경사 측면을 향해 주로 오목한 형상으로 휘어질 것이다 (예를 들어, 도 1-3에 도시된 제 1 표면 (112)). 도 5a는 휘어진 형상을 가진 강화 유리-기반 제품 (100')의 사시도를 개략적으로 도시한다. 도 5b는 평평한 표면 상에 배치된 휘어진 형상을 가진 강화 유리-기반 제품 (100')을 개략적으로 도시한다.
도시된 바와 같이, 이온-교환 유도 휘어짐은 강화 유리-기반 제품이, DOC가 40 μm 이상인 원하는 임계치를 넘어 휘어짐을 나타내도록 할 수 있다. 비대칭 에지로 인해 휘어지기도 쉬운, 특히 얇은 유리-기반 제품 (예를 들어, 두께가 0.4 mm 이하인 얇은 유리-기반 제품)에서, DOC가 강화 유리-기판 제품의 두께의 10% 이상일 때 휘어짐이 일어날 수 있다. 이로써, 휘어짐은, 유리-기반 제품이 40 μm 이상 또는 강화 유리-기반 제품의 두께의 10% 이상 중 적어도 더 작은 것의 DOC를 가질 때, 유리-기반 제품이 사양을 벗어나도록 할 수 있다.
이론에 구애됨 없이, 휘어짐은 경사 영역에서 압축 응력 층으로부터 불균형 한 힘 모멘트의 결과일 수 있다. 이온 교환 강화는 근본적으로 보다 큰 이온이 보다 작은 이온으로 대체되는 표면 근처 영역의 변형 (팽창)에 의해 유발된다. 이러한 동일한 변형은 경사진 유리-기반 제품의 비대칭 기하학적인 구조와 같은 변형이 변형이 비대칭적으로 적용될 때 휘어짐을 유발할 수 있다.
간단하게, 이러한 휘어짐을 야기시키는 메커니즘은 경사형 에지 근처의 기하학적인 구조를 고려함으로써 설명될 수 있다. 도 6a를 참조하면, x-y 평면을 통한 강화 유리-기반 제품 (100)의 경사형 에지 (116)를 통하는 단면은 개략적으로 도시된다. 강화 유리-기반 제품 (100)은 제 3 차원 z로 페이지 안팎으로 돌출하는 것으로 간주될 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이 경사형 에지 (116) (또는 2.5D 유리-기반 제품을 정의하는 다른 비-직교, 비대칭 에지)의 경우에서, 제 2 표면 (114)에 근접한 에지 (116)의 비-경사 구역 (120B)은, 제 1 표면 (112)에 근접한 변화 부분 (117)을 가진 에지 (116)의 경사 구역 (120A)의 것보다 유리-기반 제품의 평균 두께를 통해 질량 중심 평면 P로부터 더 멀리 있는 표면 근처 유리를 가진다. 도 6a의 화살표 A를 참조하면, 유리 재료는 경사형 에지 (116)의 변화 부분 (117)으로 인해 화살표 B로 표시된 대응 구역보다 점차 얇아진다.
상기에서 유의하는 바와 같이, 이온-교환 공정에서, 보다 큰 이온은 유리 내로 확산하여 보다 작은 이온으로 교환된다. 그 결과, 유리 네트워크가 팽창되어야 한다. 도 6a를 참조하면, 경사 구역 (120A) 대 비-경사 구역 (120B)이 팽창할 때의 탄성 에너지 감소를 비교하면, 질량 중심 평면 P로부터의 거리는 비-경사 구역 (120B)에 대해 더 크기 때문에, 이는 ± z를 따른 말단부를 제 1 표면 (112) 상에서 오목하거나 제 2 표면 (114) 상에서 볼록한 형상으로 "컬링 (curl)"하는 방식으로 부품을 굽힘으로써 보다 증가된 구역을 얻거나 또는 보다 큰 레버리지 (leverage)를 가진다. 이로써, 경사형 에지 (116)에 근접한 제 2 압축 응력 층 (113B) 내의 변형은 대향하는 제 1 압축 응력 층 (113A)의 변형보다 큰 "굽힘 모멘트"를 제공하며, 이는 화살표 K로 지시된 방향으로 비-경사 측면을 향해 볼록한 휘어짐을 유발한다. 관측된 바와 같이, DOL이 길어질수록 (예를 들어, 최대 100 μm), 휘어짐이 커진다.
도 6a에 도시된 바와 같이 간단한 경사면을 넘어 보다 복잡한 에지 형상은 휘어짐을 추가로 증가시킬 수 있다. 유사하게, 크기가 큰 부분 (특히, 컴퓨터 디스플레이 및 TV용 크기)의 경우, 작은 형상 변화가 표면을 명목상의 중간-평면 (또는 질량 중심 평면) 아래로 이동시키고 상술된 힘의 불균형을 달성하는 평면 외 형상을 초래하는 것은 매우 쉽다.
이 휘어짐은 확산성과 같은 이온 교환 속성이 대칭인 한, 이온-교환 공정 다음의 2D (평평한) 유리-기반 제품에서는 일반적이지 않지만, 그러나 대신 유리-기반 제품의 2.5D 또는 3D 형상과 이온-교환에 기인한 부품 상의 힘 사이의 상호 작용의 결과이다. 그러나, 휘어짐은 보다 큰 유리-기반 제품 (예를 들어, 컴퓨터 모니터 및 텔레비전 디스플레이와 같은 보다 큰 전자 디스플레이에 이용되는 유리-기반 제품) 및 얇은 유리-기반 제품 (예를 들어, 두께가 400 μm 이하인 유리-기반 제품)에서, 유리-기반 재료의 두께 치수를 통해 비대칭 물리적인 속성에 의해 야기된 불균형 변형으로 인해 일어날 수 있다. 유리-기반 재료의 제 1 표면과 제 2 표면 사이의 불균형 변형을 야기하는 유리-기반 재료의 임의의 물리적 속성은 휘어짐을 야기시킬 수 있다. 휘어짐에 영향을 미칠 수 있는 2.5D 및 3D 형상과는 다른 2 가지 물리적 속성은 제 1 표면과 제 2 표면 사이의 이온 교환 공정 동안의 이온 확산성의 비대칭성 (즉, 어느 정도의 이온 및 얼마나 많은 이온이 이온 교환 동안 각 표면에 들어가는지를), 그리고 얼마나 많은 이온이 들어가는지에 및 각 표면에서 교환된 이온 농도의 크기에도 영향을 미치는 유리-기반 재료의 표면 화학의 비대칭성을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이들 2 개의 휘어짐 소스를 2 가지 특징으로 하는 방법에 대한 메트릭은 미국 특허 출원 일련 번호 제14/170,023호에 기술되어 있으며, 그 전체가 본 명세서에 참고로 병합된다. 유리-기반 제품의 2.5D 또는 3D 형상과는 다른 요인이 휘어짐을 감소시키는데 고려될 수 있음을 이해하여야 한다.
2.5D 또는 3D 형상에 기인한 과도한 휘어짐은 최종 상품 사양을 충족시키지 못할 수 있다. 비-제한적 예시로서, 폰-크기 부품 상의 휘어짐 평가는 일부 에지 설계에 대해 50 μm에서 100 μm 이상의 이온-교환 동안에 평균 휘어짐이 증가하는 것을 나타내므로 바람직하지 않을 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 상부 에지 주위에 경사를 가지는 이론적으로 평평한 부분에 대해 발생하는 강화 후의 휘어짐을 구체적으로 설명하지만, 일반적으로 휘어짐에 대해서는 경험적이다 (heuristic). 실제 부분은 이온-교환 공정 전후 및/또는 여기에 기술된 휘어짐 완화 공정 전후에 휘어짐에 대해 측정될 수 있다. 일반적으로, 휘어짐은 다음과 같이 결정된다: (1) 제 2 표면 (114), 제 1 표면 (112), 또는 상기 부분의 질량 중심 P의 형상을, 예를 들어 이하에 기술된 측정 장비를 사용하여 측정; (2) 다중 회귀 분석 (multiple linear regression)을 사용하여 측정된 데이터 지점을 평균화하고 공간에서 부품의 배향을 정의하는 완벽하게 평평한 수학적 평면을 정의하는 최소 제곱 최적의 (a least squares best-fit) "평균 평면"을 찾음; (3) (1)에서 측정된 형상을 특징짓는 데이터 세트의 지점으로부터 최적의 평면을 감산; 및 (4) 감산된 데이터 지점을 사용하여 평균 평면과 수직을 이룬 치수를 따라 평균 평면으로부터, 임의의 측정된 데이터 지점의 최대 (양) 및 최소 (음) 편차를 계산. 총 표시 런아웃 (total indicated runout) 또는 TIR이라고도 하는 최종 휘어짐 w는 이들 두 편차의 크기의 합이다. 이러한 절차는 부품이 수평으로 배향된 이후, 부품과 수직 방향 상으로 투영된 부품 상의 최고점과 최저점 사이의 차이를 식별한다.
작은 부분 및 약 150 ㎛ 미만의 작은 휘어짐 값에 대해, 뉴욕, 페어포트의 Tropel Metrology Instruments에 의해 판매된 Flatmaster 200 간섭계가 휘어짐을 측정하기에 적합하다. 보다 큰 부분과 보다 큰 휘어짐의 경우 (예를 들면, 텔레비전 디스플레이 또는 컴퓨터 모니터의 경우), 상기 크기 및 TIR은 Flatmaster 200에 대해 너무 크다. 그러한 경우에서, 휘어짐 측정은 그 전체가 본원에 참고로 병합된 미국 특허 제7,509,218호 및 제9,031,813호에 기술된 소위 "Bed of Nails"기술을 사용하여 이루어질 수 있다. 여기에 개시된 휘어짐 w 값은 별도로 언급되지 않는 한 Flatmaster 200을 사용하여 측정되었다는 것을 유의한다. 도 9a-b, 도 12a-b, 도 15a-b, 도 16a-b는 Bed of Nails 기술을 사용하여 측정되었던 보다 큰 부분을 도시한다.
"Bed of Nails" 또는 Flatmaster 200과 같은 기술적으로 진보된 측정에도 불구하고, 일부 사양은 "Feeler Gage"에 의해 휘어짐을 측정한다는 점에 유의한다. Feeler Gage 방법은 노동 집약적이지만 본질적으로 자산이 없다. Feeler Gage 측정은 다음과 같다: 제품이 평평한 표면 상에 위치되고, 측정기는 제품과 평평한 표면 사이의 갭에서 알려진 두께의 심 (shim)을 슬라이딩시키려고 시도한다. 측정기는 그 위치에서의 휘어짐 값이 결정될 때까지 서로 다른 심 두께로 반복한다. 측정기는 제품 주변의 위치에서 과정을 반복할 것이다. 평평한 표면, 심이 삽입되는 거리, 제품 주변에서 측정된 위치의 수, 제품의 양 측면이 측정되어야 하는 여부 등에 대한 요건과 같은 규칙이 측정을 위해 확립될 수 있다.
에지 기하학적인 구조로 인한 추정된 휘어짐의 양이 계산될 수 있다. 상술된 바와 같이, 달리 평평한 유리-기반 제품의 에지에서의 비대칭 기하학적 구조는 이온 교환 동안에 부품을 휘게 하는 굽힘 모멘트를 발생시킨다. 그러한 에지 형상은 경사형, 모따기형, 곡선형, 스플라인형 (splined), 성형 (shaping) 등으로 불릴 수 있다. 휘어짐을 유발하는 에지 형상의 비대칭 때문에, 정량 메트릭은 "저 비대칭성"을 "고 비대칭성"과 구별하기 위해 임의의 에지 형상에 적용될 수 있는 방정식의 형태로 사용될 수 있다.
제 1 표면 (112B)과 제 2 표면 (114B) 사이에 비대칭 에지 (116B)를 가진 예시적인 유리-기반 제품 (100B)이 도 6b에 도시된다. 이는 제한적인 예시가 아니다; 여기에서 기술된 예상 휘어짐 WE 메트릭은 이하에 주어진 규칙에 따라 임의의 에지 형상에 적용된다. 횡단면 형상은 직사각형의 거의 평평한 유리-기반 제품 (100B)의 가장 긴 축과 수직으로 취해진다. 라인 (116B')은 비대칭 형상이 아닌 에지를 나타낸다. 유의하는 바와 같이, 본 예시가 직사각형 유리-기반 제품에 관한 것이지만, 실시예는 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 휘어짐은 정사각형, 원형, 타원형 및 임의 형상의 유리-기반 제품에 대해 추정되고 완화될 수 있다.
예상 휘어짐 WE 메트릭의 목적을 위해, 유리-기반 제품 (100B)은 도 6b에 도시된 바와 같이 좌우 미러 대칭인 것으로 가정된다. 단면으로 보았을 때 에지가 대칭이 아닌 경우, 좌측 형상의 평균 및 우측 형상의 미러 이미지가 형성되고, 양쪽 에지 형상은 좌측/우측 거울 대칭을 부과하도록 평균으로 대체된다.
x가 거의 평행 6면체 형상의 유리-기반 제품 (100B)의 두 번째로 긴 길이를 따라 좌측에서 우측으로 진행하고, y가 두께 방향으로 진행하며, z가 가장 긴 치수를 따라 도 6b에 도시된 바와 같이 도면의 평면으로 진행하는 좌표 x, y 및 z가 확립된다. 좌표의 원점은 도 6b에 도시된 바와 같이 단면의 중심선의 하부에 위치된다.
다음으로, 변형 스케일은 부품의 가장 긴 치수를 따른 단위 길이당 이온 교환-유도 길이 변화를 측정함으로써 정의된다. z 방향을 따라 길이에 대해 시작 치수 Lz라 하고 이온 교환-유도 변화를 길이
Figure pct00001
라 하면, 변형 스케일은
Figure pct00002
이 된다. 이 값은 상이한 유리 및 상이한 이온 교환 과정에 대해 상이할 것이다. 통상적인 값은 200x10-6 내지 2000x10-6 범위에 있다.
단면적 A는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00003
여기에서 x에 대한 적분 한계는 하부에서 상부까지 모든 높이 y로 좌측 에지로부터 우측 에지까지 진행한다. 이 적분은 부품의 단면적의 수학적 표시를 수치로 주어져 수행되거나 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다. 질량 중심은 대칭에 의한 x = 0 라인 상의 중심라인에 놓인다. 질량 중심은 다음과 같이 주어진 y 값에 놓인다:
Figure pct00004
유의하는 바와 같이, 식 (2)의 적분은 또한 수치적으로 또는 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다. 식 (2)의 값은 또한 단위 면적당 첫 번째 y 모멘트이다. 단위 면적당 두 번째 y 모멘트는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00005
여기서 K로 표시된 곡률은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00006
여기서, uy는 길이 (z) 방향의 함수로서 두께 (y) 방향으로의 이온-교환-유도 편차이다;
Figure pct00007
은 상기에서 정의된 변형 스케일이다; Ly는 두께이다; 분수의 분자는 단면의 바깥쪽 에지를 정의하는 라인을 따른
Figure pct00008
의 선적분이다; A는 상기에서 정의된 단면적이다; 그리고 분모에서 다른 항은 상기에서 정의되었다.
예상 휘어짐 WE 메트릭은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00009
예상 휘어짐 WE 메트릭이 양일 때, 휘어짐 형상은 위로 오목하게 (즉, 양의 y방향) 되거나 말단부가 중심보다 높다. 예상 휘어짐 WE 메트릭이 음일 때, 휘어짐은 반대 방향이다 (즉, 음의 y 방향).
상술된 바와 같이, 휘어짐은 유리-기반 제품이 사양을 벗어나도록 할 수 있다. 이로써, 휘어짐 사양을 벗어난 유리-제품은 처분되어야 하며, 수율은 낮아지게 된다. 알려진 에지 기하학적인 구조 및 강화 특징을 갖는 유리-기반 제품을 설계할 때, 예상 휘어짐 WE 메트릭은 비대칭 에지 형상으로 인해 부품이 얼마나 휘어질지를 추정하기 위해 계산될 수 있다. 식 (5)에 의해 계산된 WE의 크기 대 강화 유리-기반 제품의 가장 긴 길이의 비가 0.0006일 때, 이온 교환 공정과 함께 에지 기하학적 구조가 부분적으로 과도한 휘어짐을 생성하고 여기 이하에서 기술된 휘어짐 완화 공정 중 하나 이상은 휘어짐의 크기를 감소시키기 위해 적용될 수 있다.
변형 스케일
Figure pct00010
이 예상 휘어짐 WE 메트릭에 대한 선형 스케일인 점을 유의한다. 이 선형 변형 스케일은 이온 교환 전에 부품 길이 Lz를 측정한 다음 모든 이온 교환 단계가 완료된 후 길이를 다시 측정함으로써 가장 쉽게 측정된다. 변형 스케일은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00011
통상적인 생산 이온 교환 공정에서, 길이의 이러한 변화는 최종 부품 치수를 달성하기 위해 추적되고 설명된다. 이온 교환 공정이 보다 많은 이온을 교환하면, 변형 스케일은 증가할 것이다; 변형 스케일이 두 배가 되면, 예상 휘어짐 WE 또한 두배가 된다.
유의하는 바와 같이, 예상 휘어짐 WE은 중력의 영향을 고려하지 않았으며, 이는 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 측정에 영향을 미칠 것이다. 휘어짐 측정에 중력이 미치는 영향은 볼록 표면이 아래를 향하거나 오목 표면이 아래로 향한 상태에서 유리-기반 제품의 측정 여부에 근거하여 달라질 것이다. 중력은 측정 동안에 오목 표면이 위로 향하게 될 때 (즉, 우묵한 그릇 (bowl) 형상) 대략 7%로 만큼, 그리고 측정 동안에 오목 표면이 아래로 향하게 될 때 (예를 들어, 돔 형상) 대략 13%만큼 실제 휘어짐 측정을 감소시키는 것으로 나타났다. 이로써, 측정된 휘어짐과 예상 휘어짐 WE를 비교할 때 중력의 영향을 고려해야 한다.
도 7은 폰-크기의 유리-기반 제품을 테스트할 시의 휘어짐에 대한 다양한 유리-기반 제품 가공 단계의 영향을 그래프로 도시한다. 도 7에 도시된 휘어짐 측정은 Flatmaster 200을 사용하여 얻었다. 유리-기반 제품은 알칼리 알루미노실리케이트 조성물로 제조되었다. 이해되어야 하는 바와 같이, 여기에서 실시예가 뉴욕, 코닝의 Corning, Incorporated에 의해 판매되는 Gorilla® Glass와 같은 알칼리 알루미노실리케이트 유리와 관련하여 기술되었지만, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 여기에 기술된 개념은 임의의 이온-교환성 유리 조성물에 적용 가능하다.
도 7에서, "S&B"는 "스코어 및 브레이크"의 약자이며, 다수의 유리-기반 제품은 기계적인 스크라이브 및 브레이크 공정에 의해 모 (mother) 유리 시트로부터 분리된다. 제 1 "마무리" 단계 F1은 유리-기반 제품이 1.1 mm로부터 0.8 mm로 얇아지는 박형화 단계이다. 제 2 "마무리" 단계 F2는 도 6a에 도시된 바와 같이 경사형 에지 (116)를 형성하는 공정이다. "IOX1"은 이온이 유리-기반 제품 내에서 DOL로 깊게 교환되는 제 1 이온-교환 공정을 나타낸다. 제 1 이온-교환 공정 IOX1 동안, 150 μm의 DOL 및 226 MPa의 압축 응력 (CS)이 달성되었다. "IOX2"은 유리-기반 제품의 표면으로서 보다 큰 이온의 큰 농도를 생성하는 제 2 이온-교환 공정을 나타낸다. 제 2 이온-교환 공정 IOX2에 이어, 약 100 μm의 DOL 및 약 835 MPa의 CS가 달성되었다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 이온-교환 공정 IOX1은 샘플 유리-기반 제품에서 볼 수 있는 휘어짐의 양을 상당히 증가시킨다 (예를 들어, 100 μm 초과의 휘어짐). 제 2 이온-교환 공정 IOX2은 휘어짐의 양에 크게 기여하지 않는다. 이로써, 제 1 이온-교환 공정 IOX1 이후의 휘어짐의 큰 증가는 경사형 에지의 형상과 이온-교환과 연관된 힘 사이의 상호 작용의 결과인 것으로 나타난다. 이러한 휘어짐에서의 증가는 2.5D 경사가 없을 때 발생하지 않는다.
본 개시의 실시예는 강화 유리-기반 제품 및 강화 유리-기반 제품에서의 휘어짐을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 여기에 기술된 실시예는 2.5D 또는 3D 부품 형상과 이온-교환 공정 사이의 상술된 상호 작용에 의해 야기되는 부가된 휘어짐을 감소시킨다. 여기에서 기술된 공정은 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 85% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 75% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 65% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 55% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 45% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 35% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 25% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 15% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 10% 이하, 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 5% 이하이거나, 실질적으로 휘어짐이 없는 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA를 제공할 수 있다.
이하에서 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 강화 유리-기반 제품의 하나 이상의 표면은 하나 이상의 이온-교환 공정 전 또는 후에 처리되어 휘어짐의 양을 감소시킬 수 있다. 다음 기술을 단독으로 또는 조합하여 수행하여 하나 이상의 이온-교환 공정에 이은 강화 유리-기반 제품에서의 휘어짐을 감소시킬 수 있다:
1) 이온 교환 이후 유리-기반 제품의 일 측면을 폴리싱하는 것. 다수의 이온 교환 단계의 경우, 폴리싱은 폴리싱 단계 중 어느 하나 이후에 일어날 수 있다. 여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "폴리싱"은, 재료를 제거하는 동안, 가공된 표면 근처의 유리의 화학적 성질 및/또는 거칠기를 변경시킬 수 있는 기계적 또는 화학-기계적 글라인딩, 랩핑 및 폴리싱 공정을 포함하도록 광범위하게 해석되어야 한다.
2) 이온 교환 이후 유리-기반 제품의 일 측면의 에칭.
3) 이온 교환 전에 유리-기반 제품의 일 측면을 폴리싱하거나, 또는 예를 들어, 상이한 폴리싱 그릿 (grit) 크기를 갖는 다른 것과 비교하여 일 측면을 달리 폴리싱하는 것.
4) 플라즈마 에칭 또는 액체 에칭과 같은 측 방향으로의 균일 에칭, 및 눈부심 방지 표면을 생성하기 위해 이용되는 것과 같은 불균일 에칭 둘 다를 포함하여, 이온 교환 전에 유리-기반 제품의 일 측면을 에칭하는 것; 표면 근처의 유리의 화학적 성질 또는 거칠기를 변경하여 IOX를 변경시키는 다른 화학적 처리, 예를 들면, 고-알칼리성 세척이 또한 이용될 수 있음.
5) 이온-교환에서 관찰된 휘어짐 보상하기 위해, 이온 교환 전에 유리 시트 또는 부품 제품을 사전에 휘는 것 (Pre-warping). 이러한 사전-휘어짐 공정은 유리 형성 공정 (퓨전, 롤링 등) 또는 굽힘 또는 몰딩 공정 또는 처짐과 같은 사후-형성 성형 공정을 포함할 수 있다. 세부 방법 (Sub-methods)은 다음과 같다: (5a) 부품을 절단하기 전에 시트를 사전에 휘는 단계 및 (5b) 개별 부품을 사전에 휘는 단계
6) 이온 교환 욕에서 유리-기반 제품을 기울어서 적재하는 것
공정 (5a)를 제외하고, 상기 공정은 폰 커버 유리와 같은 개별적인 유리-기반 제품에 적용될 수 있다. 여기에 기술된 공정 중 몇몇은 또한 개별 유리-기반 제품이 분리되는 보다 큰 유리 시트에 적용될 수 있되, 마무리 공정이 이를 허용할 수 있는 경우에 그러하다. 예를 들면, 보다 큰 유리 시트의 일 측면을 폴리싱 또는 에칭하고 추후에 보다 큰 그 시트로부터 부품을 절단 및 마무리하는 것이 예상되어야 한다; 이러한 접근법의 효력은 이온-교환 이전의 마무리 공정 이후에 휘어짐-완화 표면 변형이 남아 있는지 여부에 의해 부분적으로 결정될 수 있다. 유사하게, 큰 이온-교환 유리 시트는 그 후 일 측면 상에서 폴리싱될 수 있고, 추후에 그로부터 절단된 부품은 원하는 형상 변형을 가질 수 있다.
3D 또는 2.5D 형상을 가진 강화 유리-기반 제품에 존재하는 휘어짐을 감소시키는 방법의 다양한 실시예가 하기에서 상세하게 기술된다.
이온-교환 이후의 폴리싱
이 공정에서, 제 1 압축 응력 층 (113A)의 얇은 층은 하나 이상의 이온-교환 공정 이후에 강화 유리-기반 제품 (100')의 볼록 표면 (즉, 도 5a에 도시된 제 2 표면 (114))으로부터 제거된다. 제 2 표면 (114)을 폴리싱하는 것은 제 1 표면 (112)과 연관된 제 1 층의 깊이보다 작을 수 있는 제 2 층의 깊이를 초래한다.
강화 유리-기반 제품 (100)의 볼록한 후면 표면의 폴리싱은 휘어짐의 영향을 감소시키고, 휘어짐의 양을 원하는 허용 오차 내로 가져갈 수 있다. 볼록한 후면 표면 (즉, 제 2 표면 (114))으로부터 상당한 양의 재료 제거가 휘어짐을 감소시키는데 요구되지 않는다. 예를 들어, 1 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.9 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.8 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.7 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.6 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.5 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.4 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.3 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.2 μm 미만의 재료가 제거될 수 있다. 유의하는 바와 같이, 너무 많은 유리 재료를 제거하는 것은 강화 유리-기반 제품의 휘어짐을 악화시킬 수 있다.
12 개의 폰 크기의 유리-기반 제품은 스코어 및 브레이크 공정에 의해 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시트로부터 분리되었다. 유리-기반 제품은 제 1 마무리 단계 F1 다음에 두께가 약 0.8 mm로 얇아지고 폴리싱되고, 도 2에 도시된 바와 같은 경사형 에지는 상술된 바와 같이 제 2 마무리 단계 F2에서 형성되었다. 개별 유리-기반 제품은 그 후에 제 1 이온-교환 공정 IOX1 및 제 2 이온-교환 공정 IOX2를 거쳤다. 샘플의 경우 비-경사 측면 및 경사 측면에 관한 평균 CS 및 DOL 각각은 IOX1 이후 230 MPa 및 143 μm의 값과 유사하여, 약 106 μm의 압축의 깊이 (DOC)를 나타냈다. CS 및 DOL은 FSM-6000을 사용하여 측정되었다. 유리-기반 제품의 휘어짐 w는 Flatmaster 200을 사용하여 측정되었다.
결과는 도 8에 그래프로 도시된다. 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 각 공정 단계 이후에, 전체 세트의 12 개의 유리-기반 제품에 대한 휘어짐 값의 분포가 도시된 경우, 제 1 이온-교환 공정 IOX1 이후에 휘어짐은 극적으로 증가한다 (100 μm 초과). 제 1 이온-교환 공정 IOX1과 비교하여 매우 적은 수의 이온이 교환되는 제 2 이온-교환 공정 IOX2는 주목할 만한 추가의 휘어짐을 나타내지 않는다. 유의하는 바와 같이, 제 2 이온-교환 공정 IOX2은 약 142 μm의 DOL 및 약 840 MPa의 CS를 초래한다. 제 2 이온-교환 공정 IOX2 이후의 DOC는 106 μm보다 몇 미크론 정도 약간 더 깊었다.
각 강화 유리-기반 제품의 "후면" (즉, 볼록 표면)은 제 2 이온-교환 공정 IOX2 다음에 두 개의 별도의 폴리싱 단계 P1 및 P2에서 터치-폴리싱되었다. 터치 폴리싱은 Mp Prospect, IL의 LapMaster Wolters에 의해 판매되는 LapMaster 24에 의해 수행되었다. 2 회의 이온-교환 공정 이전에 유리-기반 제품의 박형화 및 폴리싱은 또한 LapMaster 24를 사용하여 수행되었다.
터치 폴리싱 공정은 약 0.17 μm±0.01 μm removal/minute의 제거 속도를 제공하였다. 각 개별 터치 폴리싱 단계 P1 및 P2에서, 강화 유리-기반 제품은 2 분 동안 터치 폴리싱되었고, 제 1 터치 폴리싱 P1 이후에 0.34 μm 재료가 제거되고 제 2 터치 폴리싱 P2 이후에 0.68 μm 재료가 제거되었다. 휘어짐은 각 폴리싱 단계 이후에 측정되었다. 유의하는 바와 같이, 후면 터치 폴리싱 동안 유리 제거는 터치 폴리싱 이전 및 터치 폴리싱 이후에 강화 유리 부품의 중량 및 이들 두께 둘 다에 의해 모니터링되었다. 강화 유리-기반 제품의 두께는 뉴욕, Fairport의 Tropel Metrology Instruments에 의해 판매되는 Tropel MSP150 간섭계를 사용하여 측정되었다.
도 8에 도시된 바와 같이, 후속 터치 폴리싱 단계는 강화 유리-기반 제품의 후면으로부터 총 약 0.6 μm의 재료 제거 이후에 휘어짐의 양을 평균적으로 50% 초과로 상당히 감소시켰다. 결과로서 생긴 유리-기반 제품 각각은 80 μm 미만인 결과적인 휘어짐 w을 가졌다. 유의하는 바와 같이, 도 8에 도시되지는 않았지만, 보다 많은 재료를 제거하는 부가적인 터치 폴리싱 단계는 터치 폴리싱 공정에 의해 부품이 과도하게 교정되기 시작함에 따라 휘어짐의 양을 증가시킨다.
이온-교환 이후의 에칭
이 공정에서, 유리 재료는 상술된 터치 폴리싱 공정보다는 오히려 에칭 공정을 사용하여 볼록한 후면 (즉, 제 2 표면 (114))으로부터 제거된다. 제 2 압축 층의 일 부분의 제거는 상술된 바와 같이 휘어짐 감소를 초래한다. 예를 들어, 1 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.9 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.8 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.7 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.6 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.5 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.4 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.3 μm 미만의 재료가 제거될 수 있고, 0.2 μm 미만의 재료가 제거될 수 있다.
원하는 양의 유리 재료를 제거할 수 있는 임의의 에칭 용액이 이용될 수 있다. 하나의 비-제한적인 예시에서, HF + HCl/H2SO4를 포함한 에칭 용액이 이용된다.
이온-교환 이후 유리-기반 제품의 볼록한 후면 표면을 에칭하는 것은 상술된 바와 같이, 이온-교환 이후 유리-기반 제품을 폴리싱하는 것과 유사한 방식으로 휘어짐의 양을 감소시킨다. 볼록한 후면 표면 상의 압축 응력 층의 일 부분의 제거는 유리-기반 제품 상의 굽힘 모멘트를 감소시킬 수 있고, 이로써 상술된 바와 같이 휘어짐의 양을 감소시킬 수 있다.
에칭에 의한 재료 제거의 효과를 설명하기 위해 전자 디스플레이에 일반적으로 사용되는 대형 유리 시트를 평가했다. 유리 시트는 대각선 685.8 mm, 두께 1 mm이고, 2D (비-경사) 이었다. 유리 시트는 제 1 이온 교환 공정 IOX1에 의해 강화되었다. 1.5M HF + 0.9M H2SO4 에칭 용액을 약 25 ℃ 내지 약 30 ℃의 온도에서 일 측면 또는 타 측면에 적용하여 유리 재료를 제거하였다. 내산성 중합체 필름 (acid-resistant polymer film)을 에칭되지 않은 측면에 적용하였다.
도 9a는 이온-교환 다음 그리고 임의의 재료 제거에 앞서 특정 유리 시트의 휘어짐의 플롯이다. 도 9b는 에칭 용액을 사용하여 하부 측면으로부터 1.5 μm의 재료 제거 다음의, 도 9a에 도시된 유리 시트의 휘어짐의 플롯이다. 유리 시트는 에칭된 측면을 향하여 오목한 상당한 휘어짐을 보였다. 도 10은 평가된 모든 유리 시트에 대해 상부 측면 또는 하부 측면으로부터의 에칭에 의한 재료 제거의 함수로서의 휘어짐 양을 도시하는 플롯이다. 선형 관계, 예를 들어, 0.9357의 R2 값과 함께 대략 y = 2.6246x + 0.0006의 선형 관계를 볼 수 있다.
에칭 이후 유리-기반 제품의 휘어짐은 유리-기반 제품의 오목한 전면 (front side) 상의 DOL이 에칭된 유리-기반 제품의 볼록한 후면 상의 DOL보다 두껍기 때문에, 불균형 압축 응력으로 인한 것이다. 이로써, 유리-기반 제품이 2.5D이고, 이온-교환 공정 다음에 휘어질 때, 유리-기반 제품의 볼록한 후면 표면은 에칭되어 휘어짐의 양을 감소시킬 수 있다.
이온-교환 이전의 폴리싱
표면 처리는 이온-교환 공정 동안에 원하는 표면 내에서 이온 확산 성을 변화시키는 이온-교환 이전에 유리-기반 제품 상에서 수행될 수 있다. 표면 처리는 예를 들어 기계적인 폴리싱 또는 에칭일 수 있다.
일 공정에서, 강화 유리-기반 제품의 후면 (즉, 도 6a에 도시된 제 2 표면 (114))은 후속 이온-교환 공정 이전에 폴리싱된다. 이로써, the 유리-기반 제품은 이온-교환의 결과로서 발생하는 휘어짐을 사전에 보상하기 위해 이온-교환 이전에 폴리싱될 수 있다.
이 개념은 2D (즉, 비대칭 에지가 없는 평평한) 폰-크기의 알칼리 알루미노실리케이트 유리 제품을 이용하여 테스트되었다. 3개의 유리 제품은 LapMaster 24를 사용하여 일-측면 랩핑 및 폴리싱에 의해 두께가 대략 1.0 mm로부터 0.9 mm로 얇아졌으며, 제 2 측면은 그대로 제작된 퓨전 표면으로 남겨 두었다. 비교를 위해, 3 개의 다른 유리 제품은 동일한 유리로, 그러나 얇아짐 없이, 만들어지고, 이로써 양 측면은 그대로 제작된 퓨전 표면을 가졌다. 두 세트의 부품은 이온-교환 공정을 거쳤다. 얇아지지 않은 샘플의 경우, CS/DOL은 일 측면 상에서 250.4 MPa/143.1 μm이고 타 측면 상에서는 251.4 MPa/143.3 μm이었다. 폴리싱된 샘플의 경우, CS/DOL은 폴리싱된 표면 상에서 235.6 MPa/142.6 μm이고 그대로 제작된 퓨전 표면에서는 246.3 MPa/142.2 μm이었다.
도 11은 FlatMaster 200에 의해 측정된 바와 같은 결과적인 휘어짐을 그래프로 도시한다. 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 얇아지지 않은 부품은 비교적 작은 휘어짐 변화 (대략 15 μm)를 보인 반면에, 얇아진 부품은 휘어짐에서 매우 큰 변화 (>100 μm)를 보였다. 이로써, 사전-이온 교환 폴리싱은 이온-교환 다음에 예측된 휘어짐을 사전에 보상하기 위해 이용될 수 있다. 다시 말하면, 2.5D 유리 제품의 후면 (즉, 도 6a에 도시된 제 2 표면 (114))은 이온-교환 공정에 기인할 휘어짐의 양을 예상하여 이온-교환 공정에 앞서서 폴리싱될 수 있다. 이로써, 후면 표면의 사전-폴리싱은 이온-교환 공정으로 인해 2.5D 유리 제품의 휘어짐에 대항할 것이다.
휘어짐이 표면 마무리 공정에 의존할 수 있음을 유의한다. 일-측면 사전-이온-교환 폴리싱 메커니즘은 표면 처리에서 다른 유형의 공정 차이, 입증된 얇아지지 않은/얇아진 표면 차이로부터 일반화될 수 있다. 이온-교환 (변형)의 비대칭성이 휘어짐을 유발하기 때문에 이온-교환 이전에 의도적인 표면 가공의 비대칭성을 생성하는 것은 반대 부호의 휘어짐 유발자를 도입하고 이온 교환 네트워크를 감소시킬 수 있다. 이러한 일반화는 휘어짐의 양이 보다 효과적으로 "조정"되는 것을 허용할 수 있다.
유리-기반 제품의 양 표면을 폴리싱하면 비대칭 이온 확산성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 유리-기반 제품 (100)의 제 1 표면 (112)은 폴리싱되어 이온-교환 동안 제 1 이온 확산성을 초래할 수 있고, 유리-기반 제품 (100)의 제 2 표면 (114)은 폴리싱되어 이온 교환 동안 제 2 이온 확산성을 초래할 수 있다. 이러한 방식으로, 두 표면 사이의 이온 확산성 차이는 낮은 휘어짐을 초래하기 위해 조정될 수 있다. 제한이 아닌 예시로서, 폴리싱에서의 차이는 제거된 재료의 양 및/또는 두 표면을 폴리싱하기 위해 사용된 그릿 크기일 수 있다.
이온-교환 이전의 에칭
이온 교환 이전에 유리-기반 제품의 표면을 에칭하는 것은 또한 이온 교환 다음에 휘어짐의 양에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나, 이온-교환 이전에 표면을 에칭하는 것은 이온-교환 이전에 표면을 폴리싱하는 것과 비교할 시에 반대의 효과를 가진다. 이온-교환 이전에 폴리싱될 때, 휘어짐은 폴리싱된 측면이 오목하게 되도록 한다. 그러나, 이온-교환 이전에 표면을 에칭할 때, 휘어짐은 에칭된 측면이 볼록하게 되도록 한다.
이 개념은 전자 디스플레이에 일반적으로 사용된 대형 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시트를 이용하여 테스트되었다. 유리 시트는 대각선 685.8 mm, 두께 1 mm이고, 2D (비-경사) 이었다. 이 실험에서, 유리 시트는 약 25 ℃ 내지 약 30 ℃의 온도에서 1.5M HF + 0.9M H2SO4 에칭 용액을 사용하여 먼저 산 에칭되어, 소량의 유리가 일 측면 또는 타 측면으로부터 제거되었다. 2 개의 상이한 에칭 공정 조건이 테스트되었는데, 하나는 에칭 용액이 유리 표면으로부터 대략 0.4 μm를 제거하는 것이고, 다른 것은 에칭 용액이 유리 표면으로부터 대략 1.5 μm를 제거하는 것이었다. 이들 제거량에 대한 공정 조건은 사전-테스트에서 결정되었고 테스트된 부품의 두께 측정에서 확인되었다. 내산성 중합체 마스크를 사용하여 원하는 경우 샘플의 일 측면 상에서 에칭을 방지하고 상이한 샘플을 상이하게 에칭하였다 - 몇몇은 이들 "A" 측면 상에서만, 몇몇은 이들 "A" 측면 상에서만, 그리고 몇몇은 양 측면 상에서 에칭되었다. 에칭 이후 및 이온-교환 이전에 마스크 재료를 제거하였다. 휘어짐의 양은 상술된 "Bed of Nails" (BON) "무중력" 측정 시스템을 이용하는 에칭 공정 전후에 측정되었다. 이러한 사전-IOX 에칭 공정은 휘어짐이 그 초기의 사전-에칭 값으로부터 변하지 않게 하는 것으로 나타났다.
유리 시트의 휘어짐을 측정한 이후, 유리 시트는 그 후에 약 820 MPa의 CS 및 약 40 μm의 DOL을 달성하기 위해 KNO3 염 욕에서 370 ℃로 105-110 분 동안 이온 교환되었다. 휘어짐은 이온-교환 이후에 다시 측정되었다. 도 12a는 이온-교환 이전 및 유리 시트의 표면이 에칭되어 약 0.4 μm의 유리 재료를 제거한 이후에 특정 유리 시트의 휘어짐의 플롯이다. 도 12b는 이온-교환 이후에 도 12a의 유리 시트를 도시한다. 유리 시트는, 에칭되지 않은 측면을 향하여 오목하고 에칭된 측면을 향하여서는 볼록한 상당한 휘어짐을 보였다.
도 13은 이 실험에서 테스트된 모든 유리 시트에 대한 데이터를 도시하는 플롯이며, 에칭에 기인한 휘어짐 변화의 양은 측면들 사이의 에칭 제거에서의 차이의 함수로서 도시된다. 유의하는 바와 같이, 효과는 포화되는 것으로 보이고, 약 0.4 μm보다 큰 에칭은 휘어짐의 양을 변화시키는 것으로 보이지 않는다. 재료 제거 = 0에서의 휘어짐의 0이 아닌 값은 이온-교환 동안에 유리 시트를 기울여 적재하는 결과로 여겨지며, 이는 아래에서 설명되며, 실험에서 모든 데이터에 대해 약 + 0.2 mm의 휘어짐의 오프셋을 형성한다.
유의하는 바와 같이, 유리-기반 제품의 양 표면은 가변적인 이온 확산성을 초래하기 위해 에칭될 수 있다. 예를 들어, 유리-기반 제품 (100)의 제 1 표면 (112)은 에칭되어 이온-교환 동안 제 1 이온 확산성을 초래할 수 있고, 유리-기반 제품 (100)의 제 2 표면 (114)은 에칭되어 이온 교환 동안 제 2 이온 확산성을 초래할 수 있다. 이러한 방식으로, 두 표면 사이의 이온 확산성 차이는 낮은 휘어짐을 초래하기 위해 조정될 수 있다. 제한이 아닌 예시로서, 폴리싱에서의 차이는 제거된 재료의 양 및/또는 두 표면을 폴리싱하기 위해 사용된 그릿 크기일 수 있다.
이온-교환 이전에 유리-기반 제품을 사전에 휘는 것
몇몇 실시예에서, 이온-교환 공정에 기인한 유리-기반 제품에서의 휘어짐의 양은 이온-교환 후의 (post-ion-exchange) 휘어짐과 반대 방향 또는 배향으로 소정의 휘어짐 양을 갖는 유리-기반 제품을 형성함으로써 보상될 수 있다. 유리-기반 제품에서 볼 수 있는 휘어짐의 양은 이온 교환으로 유도된 형상 변화에 대한 초기 형상의 선형 부가인 것으로 관찰된다. 이온-교환 전에 유리-기반 제품의 위치에 높은 레벨의 휘어짐 또는 변형이 있는 경우, 이온-교환으로 인한 휘어짐의 양은 그 위치에서 높은 레벨의 휘어짐 또는 변형에 부가될 것이다. 이온 교환에 의해 유도된 형상 변화가 이론 또는 측정에 의해 알려진 경우, 이러한 형상은 부품을 형성하는 동안 초기 형상으로부터 뺄 수 있다. 사전-형상화된 부품은 그 후에 그의 초기 형상 및 그의 이온 교환으로 유도된 형상 변화를 부가한 이후에 비교적 평평해질 것이다.
유한-요소 모델링은 실제 부품 휘어짐의 반-정량적 예측 (semi-quantitative predictions)을 제공하는 것으로 나타났다. 다양한 진폭의 초기 휘어짐을 갖는 부품의 모델은 2.5D 형상에 더하여 이온-교환 휘어짐 효과로 인한 휘어짐의 변화가 초기의 사전-이온-교환 부품 휘어짐과는 관계없이 양호한 근사치인 것으로 나타났다. 이로써, 유리-기반 제품이 이온-교환 동안 형상의 변화와 반대로 대략 동등한 양만큼 사전-형상화될 수 있는 경우, 결과적인 형상은 평평해질 수 있다.
비-제한적인 예시로서, 단순한 원통형 형상 및 유사한 진폭 (부품에 걸쳐 55 μm)을 갖지만 부품의 장축을 따른 주된 이온-교환 휘어짐과 반대 부호를 갖는 모델링된 2.5D 유리-기판 제품은 아래 표 1에 도시된 바와 같이 시뮬레이션에서 61 μm로부터 24 μm로 최종 부품 휘어짐의 실질적인 감소를 나타내었다.
사전-IOX 휘어짐 W P 1 st IOX 휘어짐 2 nd IOX 휘어짐
0 (평평함) 50 μm 61 μm
-55 μm 22 μm 24 μm
이로써, 유리-기반 제품은 이온-교환 공정에 의해 야기된 휘어짐으로서 음의 방향으로 사전에 존재하는 휘어짐으로 제조되어 전체적인, 결과로 초래된 휘어짐을 제거할 수 있다.
실시예에서, 예상 휘어짐 WE 메트릭은 특정 응력 프로파일 및 특정 비대칭 에지 기하학적인 구조을 가진 특정 유리-기반 제품에 대해 계산될 수 있다. 이온-교환 공정 이전에, 유리-기반 제품은, 예상 휘어짐 WE 메트릭과 거의 동일한 양이지만 부호가 반대인 초기 휘어짐을 가지기 위해 사전-휘어짐 WP에 의해 사전에 휘어질 수 있다. 이로써, 예상 휘어짐 WE 메트릭은 유리-기반 제품을 얼마나 많이 사전에 휘어지게 할지에 대한 정보에 근거한 결정을 내리기 위해 참조될 수 있다. 유리-기반 제품은 유리-기반 시트를 유리-기반 제품으로 절단하기 이전에, 또는 유리-기반 시트를 유리-기반 제품으로 절단한 이후에 사전에 휘어질 수 있다 (즉, 개별 부품을 사전에 휘어지게 함).
임의의 공정이 유리-기반 제품을 사전에 휘어지게 하기 위해 사용될 수 있다. 사전-휘어짐은 유리-기반 제품의 인발 동안에 또는 인발 공정 다음에, 예를 들어 롤링 공정 등에 의해 도입될 수 있다.
이온-교환 욕에서 유리-기반 제품의 기울임 적재
이제 도 14a를 참조하면, 이온-교환 욕 (120) 내에 유리-기반 제품 (200)를 비스듬히 위치시킴은 휘어짐이 이온-교환 욕 (120)의 바닥을 향한 방향으로 일어나게 한다. 이는 텔레비전 디스플레이 또는 컴퓨터 모니터에 사용되는 것과 같은 보다 큰 유리 시트와 관련하여 특히 그렇다. 도 14a는 휘어짐이 없는 유리-기반 제품 (200)이 대략 5°의 각도로 이온-교환 욕에서 기울어지는 실험을 개략적으로 도시한다. 이러한 실험의 경우, 알루미노-실리케이트 유리 시트는 대각선 685.8 mm, 두께 1 mm이고, 2D (비-경사) 이었다. 도 14b는 이온-교환 공정의 종료에서 유리 시트 (200')를 개략적으로 도시하며, 이때 상기 부품 모두는 이온-교환 욕 (120)의 "앞" 을 향해 휘어졌다. 실험에서, 좌측은 이온-교환 욕 (120)의 "앞"이고 우측은 이온-교환 욕 (120)의 "뒤"이며, 이로써 모든 부분은 이온-교환 욕 (120)의 뒤를 향하여 기울여지되, 부품 상부가 뒤로 기울여졌다.
도 15a는 이온-교환 이전의 685.8 mm 대각선 유리 시트의 휘어짐을 나타내는 플롯을 그래프로 도시한다. 도 15b는 이온-교환 이후 도 15a의 685.8 mm 대각선 유리 시트의 휘어짐을 나타낸 플롯을 그래프로 도시한다. 유리 시트는 약 820 MPa의 CS 및 약 41 μm의 DOL을 달성하기 위해 370 ℃로 KNO3 염 욕에서 105-110 분 동안 이온-교환되었다. 유리 시트의 바닥면은 도 15a 및 15b에 도시된 바와 같이, 이온-교환 욕의 뒤를 향해 기울어졌다.
비교를 위해, 도 16a는 이온-교환 이전의 685.8 mm 대각선 유리 시트의 휘어짐을 나타내는 플롯이고, 도 16b는 이온-교환 이후의 유리 시트의 휘어짐을 나타내고, 이 경우에 유리 시트의 상부는 도 16a 및 16b에 도시된 바와 같이, 이온-교환 욕의 뒤를 향해 기울어졌다.
이 실험에서 총 12 개의 유리 시트가 테스트되었다. 유리 시트 각각은 이온-교환 욕의 뒤를 향해 일관되게 볼록했다. 이러한 접근법은 상술된 실험에서 이용된 685.8 mm 대각선 유리 시트와 같이 보다 큰 부품에서 상당한 휘어짐을 생성하는 것으로 나타났다. 유리-기반 제품은 이온-교환 공정에 의해 유도된 휘어짐을 대항하기 위해 이온-교환 욕 내에서 우선적으로 위치될 수 있다.
이로써, 여기에 기술된 실시예는 화학적으로 강화된 유리-기반 제품, 특히 2.5D 또는 3D 형상을 가진 강화 유리-기반 제품, 또는 비교적 큰 강화 유리-기반 제품을 제공하며, 이는 이온-교환 공정으로 인해 휘어짐을 감소시킨다.
여기에 기술된 실시예가 2.5D 및 3D 유리-기반 제품에서의 휘어짐을 완화시키는 방법에 관한 것임을 이제 이해해야 한다. 여기에 기술된 방법은 원하는 휘어짐 완화를 달성하기 위해 조합하여 사용될 수 있다.
청구 대상의 권리 범위 및 기술 사상을 벗어나지 않으면서 여기에 기술된 실시예에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 이로써, 본 명세서는 첨부된 청구항 및 그 등가물의 권리 범위 내에 있는 수정 및 변형이 여기에 기술된 다양한 실시예의 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (34)

  1. 강화 유리-기반 제품에 있어서,
    제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장된 제 1 압축 응력 층을 가진 제 1 표면;
    상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장된 제 2 압축 응력 층을 가진 제 2 표면, 여기서 상기 제 1 압축 응력 층 및 상기 제 2 압축 응력 층 각각은 40 μm 이상 또는 상기 강화 유리-기반 제품의 두께의 10% 이상 중에 더 작은 것의 압축의 깊이를 가짐; 및
    상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지;를 포함하며,
    상기 에지가, 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해, 비대칭이 되도록, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 비-직교 변화부 (transition)를 제공하고;
    상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가지고;
    상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 85 % 미만이며; 그리고
    상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정되는, 강화 유리-기반 제품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 강화 유리-기반 제품은 종료점을 포함하여 0.4 mm 내지 2.0 mm의 범위의 두께를 가지는, 강화 유리-기반 제품.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 강화 유리-기반 제품은 폭, 및 상기 폭보다 긴 길이를 포함한 직사각형 형상을 가지는, 강화 유리-기반 제품.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 길이는 종료점을 포함하여 100 mm 내지 200 mm의 범위에 있으며; 그리고
    상기 폭은 종료점을 포함하여 60 mm 내지 100 mm의 범위에 있는, 강화 유리-기반 제품.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리는 상기 강화 유리-기반 제품의 두께 방향으로 명목적인 (nominally) 대칭 형성 공정을 사용하여 형성되는, 강화 유리-기반 제품.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    이온 교환 공정은 0.0006보다 큰 강화 유리-기반 제품의 가장 긴 치수에 대한 예상 휘어짐 WE의 비율을 생성하는, 강화 유리-기반 제품.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 상기 제 1 표면로부터 상기 제 2 표면까지의 테이퍼 (taper)를 포함하는, 강화 유리-기반 제품.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 에지는 모따기형인, 강화 유리-기반 제품.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 에지는 곡선형인, 강화 유리-기반 제품.
  10. 강화 유리-기반 제품을 제작하는 방법에 있어서,
    유리-기반 제품을 이온-교환 욕에 일정 시간 동안 위치시키는 단계, 여기서:
    상기 유리-기반 제품은 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 포함하고;
    상기 에지가, 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해, 비대칭이 되도록, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 비-직교 변화부를 제공하며; 그리고
    상기 이온-교환 욕은 상기 강화 유리-기반 제품을 형성하고, 상기 강화 유리-기반 제품은:
    상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되고 제 1 압축의 깊이를 가진 제 1 압축 응력 층; 및
    상기 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되고 제 2 압축의 깊이를 가진 제 2 압축 응력 층;을 포함함;
    상기 유리-기반 제품을 상기 이온-교환 욕에 위치시킨 이후에, 상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거하는 단계로서, 상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거한 이후의 강화 유리-기반 제품의 휘어짐이 상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거하기 전의 강화 유리-기반 제품의 휘어짐보다 작도록 제거하는 단계;를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거한 이후의 휘어짐은 상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거하기 전의 휘어짐의 85 % 이하인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  12. 청구항 10 또는 11에 있어서,
    상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거하는 단계는 상기 강화 유리-기반 제품의 제 1 표면을 기계적으로 폴리싱하는 단계를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  13. 청구항 10 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 압축 응력 층의 적어도 일 부분을 제거하는 단계는 상기 제 1 표면에 에칭 용액을 적용하는 단계를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  14. 청구항 10 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 압축 응력 층의 제거된 부분의 두께는 0.25 μm 이상인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  15. 청구항 10 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 상기 제 1 표면로부터 상기 제 2 표면까지의 테이퍼를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  16. 청구항 10 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 모따기형인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  17. 청구항 10 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 곡선형인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  18. 강화 유리-기반 제품을 제작하는 방법에 있어서,
    유리-기반 제품의 제 1 표면의 적어도 일 부분에 표면 처리를 적용하는 단계 - 상기 유리-기반 제품은 상기 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 포함하고, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 비-직교 변화부를 제공하고, 상기 에지는 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해 비대칭임;
    상기 유리-기반 제품을 이온-교환 욕에 일정 시간 동안 위치시키는 단계, 여기서:
    상기 이온-교환 욕은 상기 강화 유리-기반 제품을 형성하기 위해 상기 유리-기반 제품을 강화하고;
    상기 강화 유리-기반 제품은 상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되어 제 1 압축의 깊이를 정의하는 제 1 압축 응력 층, 및 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되어 제 2 층의 깊이를 정의하는 제 2 압축 응력 층을 포함하며; 그리고
    상기 표면 처리는 상기 제 2 압축 응력 층에서의 이온 확산성과는 상이한 제 1 압축 응력 층에서의 이온 확산성을 초래함;를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가지고; 및
    상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 85 % 미만이며; 그리고
    상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정되는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  20. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 제 1 압축 응력 층 및 상기 제 2 압축 응력 층 각각은 40 μm 이상 또는 상기 강화 유리-기반 제품의 두께의 10% 이상 중에 더 작은 것의 압축의 깊이를 가지는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  21. 청구항 18 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 표면에 제 2 표면 처리를 적용하는 단계를 더욱 포함하며,
    상기 제 2 표면에 대한 제 2 표면 처리는 상기 제 1 표면에 대한 표면 처리와는 상이한, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  22. 청구항 18 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 처리를 적용하는 단계는 상기 제 1 압축 응력 층의 일 부분을 제거하는 단계를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 제 1 압축 응력 층의 제거된 부분의 두께는 0.1 μm 내지 5 μm의 범위 내에 있는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 표면 처리는 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 중 적어도 하나를 폴리싱하는 단계를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  25. 청구항 22에 있어서,
    상기 표면 처리는 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 중 적어도 하나를 에칭하는 단계를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  26. 청구항 18 내지 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 상기 제 1 표면로부터 상기 제 2 표면까지의 테이퍼를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  27. 청구항 18 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 모따기형인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  28. 청구항 18 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 곡선형인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  29. 강화 유리-기반 제품을 제작하는 방법에 있어서,
    유리-기반 제품을 이온-교환 욕에 일정 시간 동안 위치시키는 단계, 여기서:
    상기 유리-기반 제품은 제 1 표면, 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 포함하고, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 비-직교 변화부를 제공하고, 상기 에지는 상기 강화 유리-기반 제품의 평균 깊이를 통과하고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해 비대칭이고;
    상기 유리-기반 제품은 상기 이온-교환 욕 내에 기울어져서 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 중 하나는 상기 이온-교환 욕의 바닥을 향하지 않음 (faces away); 및
    일정 시간 이후에 상기 이온-교환 욕으로부터 상기 강화 유리-기반 제품을 제거하는 단계, 여기서::
    상기 강화 유리-기반 제품은 상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 1 층의 깊이까지 연장되는 제 1 압축 응력 층, 및 상기 제 1 표면과 대향한 제 2 표면으로부터 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 2 층의 깊이까지 연장되는 제 2 압축 응력 층을 포함하고;
    상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가지고;
    상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 85 % 미만이며; 그리고
    상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정됨;를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 제 1 압축 응력 층 및 상기 제 2 압축 응력 층 각각은 40 μm 이상 또는 상기 강화 유리-기반 제품의 두께의 10% 이상 중에 더 작은 것의 압축의 깊이를 가지는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  31. 청구항 29 또는 30에 있어서,
    상기 에지는 상기 제 1 표면로부터 상기 제 2 표면까지의 테이퍼를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  32. 청구항 29 내지 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 모따기형인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  33. 청구항 29 내지 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지는 곡선형인, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
  34. 강화 유리-기반 제품을 제작하는 방법에 있어서,
    유리-기반 제품이 제 1 방향으로 사전-휘어짐 WP을 가지도록 상기 유리-기반 제품을 사전에 휘는 단계 - 상기 유리-기반 제품은 제 1 표면, 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이의 에지를 포함하고, 상기 에지가, 상기 유리-기반 제품의 평균 깊이에 위치되고 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 평행한 평면에 대해, 비대칭이 되도록, 상기 에지는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 비-직교 변화부를 제공함;
    상기 유리-기반 제품을 이온-교환 욕에 일정 시간 동안 위치시키는 단계, 여기서:
    상기 이온-교환 욕은 상기 강화 유리-기반 제품을 형성하고 그 결과:
    제 1 압축 응력 층은 상기 제 1 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 1 층의 깊이까지 연장되고;
    제 2 압축 응력 층은 상기 제 2 표면으로부터 상기 강화 유리-기반 제품의 벌크 내로 연장되되 제 2 층의 깊이까지 연장되고;
    상기 강화 유리-기반 제품은 상기 강화 유리-기반 제품의 에지 형상에 적어도 부분적으로 기초한 예상 휘어짐 WE을 가지고;
    상기 강화 유리-기반 제품은, 상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA이 상기 강화 유리-기반 제품의 예상 휘어짐 WE의 85 % 미만이 되도록, 상기 사전-휘어짐 WP의 제 1 방향과 대향한 제 2 방향으로 휘어지며; 그리고
    상기 강화 유리-기반 제품의 실제 휘어짐 WA은 위로 향한 오목 표면으로 측정됨;를 포함하는, 강화 유리-기반 제품 제작 방법.
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