KR20220052123A - 초박형 글라스 처리장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조 방법 - Google Patents

초박형 글라스 처리장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조 방법 Download PDF

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KR20220052123A
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김종민
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박용수
이진우
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은, 유리를 지지할 수 있는 지지대; 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 침지되어 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리를 수행할 수 있는 적재공간을 제공하는 유리가 적재되는 지그; 및 상기 지그에 체결된 회전부를 포함하며, 상기 회전부는, 상기 용액에 침지된 상기 지그를 회전시켜 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 하는 것을 특징으로 하는 초박형 글라스 처리 장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조방법에 관한 것이다.

Description

초박형 글라스 처리장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조 방법{TREATING APPARATUS FOR ULTRA THIN GLASS AND MANUFATURING METHOD OF ULTRA THIN GLASS USING THE SAME}
본 발명은 초박형 글라스 처리장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조 방법에 관한 것이다.
최근 휴대폰의 터치 스크린, 건축용 및 각종 산업용으로 스크래치 발생이 적고 투광성이 뛰어난 박판 형태의 강화유리가 사용되고 있다. 유리의 표면에 압축응력을 부가함으로써 유리의 총 인장강도를 부가된 압축 응력과 유리 자체의 인장강도의 합으로 증가시켜 표면 강도, 내충격성, 굽힘 응력, 신율, 내열성, 내한성을 증가시킨 것이 강화유리이며, 건축용, 산업용, 선박용, 장식용, 전자용, 가전용 등 산업 전 분야에서 사용되고 있다.
통상적으로 유리를 강화 처리하는 방법으로 열 강화 방식과 화학 강화 방식이 제시되고 있다. 열 강화 방식은 유리의 표면을 가열한 후 냉각제를 이용하여 표면을 급랭시켜 유리 강도를 강화시키는 방식이다. 한편 화학 강화 방식은 질산칼륨을 포함하는 조성물을 이용하여 유리에 있는 나트륨 이온을 칼륨 이온으로 치환시켜 유리의 표면에 응력을 발생시켜 유리를 강화시키는 방식이다.
또한, 최근 휴대 장치의 휴대성 및 활용도를 보다 증가시키기 위해 휴대 장치에 플렉서빌리티(flexibility)를 부여하는 요구가 폭발적으로 증가하고 있다. 플렉서빌리티는 휴대장치뿐만 아니라 고정 장치에 있어서도, 그 형상을 자유롭게 변형할 수 있어 공간 활용도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 플렉서블 장치의 커버 글래스로 제공될 수 있는 초박형 글라스(Ultra-thin glass, UTG)에 대한 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
폴더블 또는 롤러블 디스플레이 제품을 구현하기 위해서는 최우선적으로 제품이 구부러지거나 접히더라도 성능을 유지할 수 있어야 하며, 0.1 ㎜(100 ㎛) 이하의 플렉시블 초박형 글라스에 대한 제조가 필요할 뿐 아니라 또한 이러한 유리는 두께 및 강화깊이(Depth Of Layer; DOL)가 일정하게 유지되어야 하고 그 편차가 최소화되어야만 한다.
종래의 유리 제조장치를 이용하여 초박형 유리의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 수행하는 경우, 유리를 강화액 또는 화학액 등에 투입 및 산출하는 방향에 따라 화학강화유리의 두께 및 강화깊이가 불균일하고 경도 및 강도 산포가 커지는 한계가 있으며, 공정과정에서 초박형 글라스의 파손 가능성이 매우 높은 문제점이 존재하였다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0046219호는 플렉시블 유리기판의 가공방법 및 유리 기판에 대하여 개시하고 있지만, 두께 편차가 심하게(±10 ~ 20㎛) 발생하고 100 ㎛ 이하의 얇은 초박형 유리 제조가 어려워 플렉시블 디스플레이 기기에 적합 하지 않은 한계가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0046219호 (2015.04.29. 공개)
본 발명은 유리의 식각, 강화 또는 화학연마를 위한 침지 공정 시 투입 및 산출면 간의 공정 불균형을 해소할 수 있으며, 균일한 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리를 할 수 있는 초박형 글라스 처리장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 글라스의 두께에 상관 없이 식각, 강화 또는 화학연마 공정 용액에 침지된 시간에 따라 원하는 강화깊이(Depth Of Layer; DOL)로 균일하게 유리를 처리할 수 있는 초박형 글라스 처리장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유리를 지지할 수 있는 지지대; 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 침지되어 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리를 수행할 수 있는 적재공간을 제공하는, 유리가 적재되는 지그; 및 상기 지그에 체결된 회전부를 포함하며, 상기 회전부는, 상기 용액에 침지된 상기 지그를 회전시켜 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 유리가 세로로 적재된 지그를 강화조 내부의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 침지하는 단계; 및 상기 용액에 침지된 상태에서 상기 지그를 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 초박형 글라스 처리장치 및 이를 이용한 초박형 글라스 제조 방법은 용액 상에서 유리의 투입면과 산출면의 방향이 역전되도록 회전시키는 회전부 및 회전시키는 단계를 포함함으로써, 유리의 단시간 식각, 강화 또는 화학연마 공정 공정에서 발생하는 유리두께 또는 강화깊이(Depth Of Layer; DOL)의 불균형을 해소할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 글라스의 두께와 상관 없이, 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액의 처리 시간에만 비례하여 강화깊이(DOL)를 조절할 수 있으며, 이를 통해 생산자가 원하는 초박형 글라스의 강도, 탄성률 및 곡률 등 물성을 용이하게 조절할 수 있고, 균일한 품질을 갖는 폴더블 디스플레이를 위한 초박형 글라스를 생산할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치의 지그, 회전부 및 리프팅부를 도시한 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치의 동작을 모식화한 도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 투입 방향과 산출 방향의 역전을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치를 이용하여 제조된 유리의 강화조건에 따른 강화특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치를 이용하여 제조된 유리의 두께 및 강화 시간에 따른 강화 깊이(DOL)을 비교한 그래프이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 또한, "~부", "~기", "~부재", 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
<초박형 글라스 처리장치>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치의 지그, 회전부 및 리프팅부를 도시한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치(1)는 유리(G)를 지지할 수 있는 지지대(12); 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액(52)에 침지되어 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리를 수행할 수 있는 적재공간(16)을 제공하는 유리(G)가 적재되는 지그(10); 및 상기 지그(10)에 체결된 회전부(30)를 포함할 수 있다.
상기 유리(G)는 산소와 물에 대한 낮은 투과율을 보이고, 높은 내열성, 투명성 및 투광성을 보여 디스플레이 기판으로 활용될 수 있다.
상기 유리(G)는 바람직하게는 규산염유리일 수 있으며, 상기 규산염유리의 구조는 매우 높은 밀도를 갖고, 산소 및 물과 매우 강한 결합을 하기 때문에 낮은 투과율을 보인다.
상기 유리(G)는 플렉시블한 디스플레이 기판을 제조하기 위하여 바람직하게는 초박형 글라스를 이용할 수 있으며, 기존 유리와 달리 플렉시블 디스플레이 기판에 사용되기 위하여 휘거나 구부려도 깨지지 않는 우수한 내굴곡 특성을 갖기 위하여 10 내지 100 ㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 초박형 글라스 처리장치(1)는 초박형 글라스 처리 또는 초박형 글라스 제조방법에 사용될 수 있으며, 특히 유리의 식각, 강화 또는 화학연마 공정 단계에서 유리를 용액상에 침지 혹은 디핑(dipping)하는 일련의 공정에서 사용될 수 있다.
본 발명의 초박형 글라스 처리장치(1)는 강화조 내부에서 지그(10) 또는 카세트부(20)에 체결된 회전부(30)의 회전을 이용하여 유리(G)의 위아래 면을 역전시켜 식각, 강화 또는 화학연마 공정 용액에 투입시와 산출시의 방향을 바꾸어 글라스가 식각액 또는 강화액에 침지되는 시간을 동일하게 할 수 있으며, 글라스 전면의 균일한 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 할 수 있는 효과를 갖는다.
지그(10)는 식각, 강화 또는 화학연마 공정의 대상이 되는 유리(G) 또는 상기 유리(G)를 포함하는 카세트부(20)를 적재할 수 있다. 상기 지그(10)는 식각, 강화 또는 화학연마 공정 동안 유리(G) 또는 유리(G)를 포함하는 카세트부(20)를 적재하고, 보호하는 일종의 케이지 또는 챔버 역할을 할 수 있다.
상기 지그(10)의 형상 및 구성은 당업계에서 사용되는 유리(G)를 적재 및 지지할 수 있는 형상 및 구성이라면 특별히 한정되지 않는다. 본 실시예에서 지그(10)는 육면체의 프레임으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 유리(G) 또는 카세트부(20)는 지그(10) 내에 하나 또는 복수 개가 서로 일정 거리 이격되면서 적재될 수 있으며, 상기 지그(10)는 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액이 드나들 수 있도록 공간이 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 지그(10)는 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 유리(G)를 장착하거나 지지할 수 있는 한 개 또는 복수 개의 지지대(12)를 포함하며, 상기 지지대(12)는 균일하게 배열되어 지그(10)을 지지하는 역할을 할 수 있다.
또한, 지그(10)에 포함되는 지지대(12)는 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다.
또한, 지그(10)와 지지대(12)는 그 내부에 유리(G)를 적재할 수 있고 지지하는 역할을 할 수 있으며, 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액(52)에 침지되어 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리를 수행할 수 있는 적재공간(16)을 형성할 수 있다.
상기 적재공간(16)은 복수 개의 지지대(12)로 구분되어 상하의 복수 개의 독립된 구획으로 나뉠 수 있으며, 독립된 복수 개의 구획은 복수 개의 유리(G) 또는 이를 포함하는 카세트부(20)를 적재할 수 있고, 별도의 회전축 또는 회전블록을 통하여 회전하여 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 회전할 수 있다.
또한, 지그(10)은 적재공간(16)과 외부공간을 연결하는 개구(18)을 포함할 수 있다. 적재공간에 배치되는 유리(G)는 개구(18)를 통하여 유출입될 수 있다. 또한, 상기 개구(18)는 별도의 도어 또는 커버가 형성되어, 공정 수행 동안 유리(G)를 지그(10)에서 고정 및 지지하는 역할을 할 수 있다.
상기 도어 또는 커버는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 도어 또는 커버라면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 식각, 강화 또는 화학연마 공정 동안 용액이 드나들 수 있는 형태의 도어 또는 커버인 것이 바람직하다.
상기 지그(10)에는 식각, 강화 또는 화학연마 공정의 대상이 되는 유리(G) 또는 상기 유리(G)를 포함하는 카세트부(20)가 세로로 적재되는 것이 바람직하다. 두께가 얇은 초박형 글라스가 가로로 적층 또는 적재되는 경우, 초박형 글라스 처리장치의 회전시키는 단계에 있어서 초박형 글라스가 파손되는 문제가 발생할 수 있기에, 초박형 글라스의 강화 처리시 공정 안정성을 높이기 위하여 세로로 적재하여 강화하는 것이 바람직하다.
또한, 지그(10)는 내측 공간에 복수 개의 유리(G)를 등간격으로 균일하게 배치하기 위해 균일한 거리로 이격된 복수 개의 글라스 홈(14)이 구비될 수 있으며, 상기 글라스 홈(14)를 통해 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 유리(G) 또는 유리를 포함하는 카세트부(20)가 삽입 및 고정되어 적재될 수 있다.
상기 글라스 홈(14)은 개구(18)와 마주보는 면에 위치할 수 있으며, 유리(G)의 안정적인 고정 및 지지를 위하여 지지대(12)와 수직 방향으로 배열을 이루는 것이 바람직하다.
또한 상기 글라스 홈(14)은 지면과 수직 방향으로 삽입 홈이 배열되어 있는 것이 바람직하다. 수직 방향의 글라스 홈(14)을 통해 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 유리(G)가 세로로 삽입되어 적재될 수 있다. 두께가 얇은 초박형 글라스가 가로로 적층 또는 적재되는 경우, 초박형 글라스 처리장치의 회전시키는 단계에 있어서 초박형 글라스가 파손되는 문제가 발생할 수 있기에, 초박형 글라스의 강화 처리시 공정 안정성을 높이기 위하여 세로로 적재하여 강화하는 것이 바람직하다.
유리(G)는 카세트부(20)에 적재 또는 안착되도록 구성될 수 있다.
카세트부(20)는 셀 단위로 절단된 유리(G)가 적재되며, 다수의 글라스 판에 대한 식각, 강화 또는 화학연마 공정 작업이 효율적이고 안정적으로 수행될 수 있도록 할 수 있다.
카세트부(20)는 내부에 적재된 유리(G)의 절단면들이 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 노출되도록 개구된 형상을 가질 수 있으며, 카세트부(20)의 개구부에는 유리(G)가 이탈되지 않도록 지지할 수 있는 삽입 홈 또는 지지대 등이 장착될 수 있으며, 유리(G)의 위아래면을 역전시 유리를 단단히 고정시켜 움직임에 의해 파손이 되지 않는 형태 또는 지지방법이라면 카세트부(20)의 유리(G) 지지방법은 이에 한정되지 않는다.
카세트부(20)는 지그(10)의 형상에 따라 그 형상을 달리할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 지그(10)는 육면체의 프레임으로 형성되고, 카세트부(20)도 이에 대응되도록 사각형상으로 형성되나 이에 한정되지 않는다.
즉, 카세트부(20)의 형상 및 구성은 특별히 한정되지 않으며, 당업계에서 사용되는 유리(G)를 지지할 수 있는 형상 및 구성일 수 있다.
복수의 카세트부(20) 및 카세트부(20)에 장착된 유리(G)는 지그(10) 및 지지대(12)가 형성하는 적재공간(16)에 배치될 수 있으며, 상호 이격배치됨으로서, 용액에 대한 접촉면적을 최대화 시킬 수 있다.
상기 카세트부(20)는 후술할 회전부(30)가 직접 장착될 수 있고, 또는 이외에 별개의 카세트회전부 또는 카세트회전블록을 더 포함할 수 있다. 상기 회전부(30), 카세트회전부 또는 카세트회전블록은 카세트부(20)와 적재된 유리(G)를 회전시킬 수 있으며, 유리의 용액에 대한 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 할 수 있다.
회전부(30)는 지그(10) 양 측면에 체결 또는 결합될 수 있으며, 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 침지된 지그(10)를 회전시켜 용액에 대한 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 하여, 유리에 대한 균일한 식각, 강화 또는 화학연마 공정처리가 이루어지게 하는 역할을 한다.
모터부(미도시)의 구동에 의한 회전부(30)의 회전이 이루어지며, 상기 회전부(30)의 회전에 연동되어 지그(10)가 회전하며, 식각, 강화 또는 화학연마 공정 대상물인 카세트부(20) 및 유리(G)가 적재된 지그(10)가 회전함에 따라 균일한 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리가 이루어질 수 있다.
회전부(30)의 회전 방향은 적재된 유리(G)의 수, 무게 중심 등에 따라 적절하게 조절될 수 있으며 특별히 제한되지 않지만, 회전 과정 중 유리(G) 또는 초박형 글라스의 파손이 발생하지 않는 방향으로 이루어지는 것이 바람직하며, 반드시 유리(G)의 투입면과 산출면의 방향이 역전되어야 한다.
모터부는 회전부(30)의 회전을 구동시키는 역할을 하며, 지그(10) 양측면의 축에 결합되어 고정된다. 모터부는 회전부(30)를 X축 및 Y축으로 이동시킬 수 있는 구동력도 제공할 수 있으며, 회전부(30)를 상하로 Z축을 따라 이동할 수 있는 구동력도 제공할 수 있다.
또한, 회전부(30)는 상기 지그(10)의 카세트부(20)에 직접 연결될 수 있으며, 상기 회전부(30)의 회전에 의해 카세트부(20) 또는 카세트부에 적재된 유리(G)가 회전될 수 있다.
또한, 모터부는 회전부(30)의 회전속도를 제어 가능하게 구비되며, 회전부(30)의 회전속도가 디스플레이창을 통해 표시되는 것이 바람직하다.
본 발명의 초박형 글라스 처리장치(1)는 리프팅부(40)를 포함할 수 있다.
리프팅부(40)는 지그(10)를 승강하도록 구성될 수 있다. 리프팅부(40)는 지그(10)를 이동시켜, 지그(10)가 강화조(50)의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액(52)에 침지되도록 이동시키거나, 유리(G)의 식각, 강화 또는 화학연마 공정이 완료된 지그(10)를 강화조(50)로부터 이탈시키도록 이동시킬 수 있다.
리프팅부(40)는 유리(G)가 적재된 지그(10) 자체를 강화조(50)의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액(52)으로 이동시킴으로써, 공정과정에서 유리(G)에 대한 물리적인 접촉을 최소화 시킬 수 있다.
리프팅부(40)는 회전부(30) 및 회전부의 모터부와 연결되어 지그(10)의 양 측면을 고정하는 축으로서 역할을 할 수 있다.
본 발명의 유리(G)는 규산염 유리일 수 있다.
상기 규산염 유리는 규사 형태로 천연으로 존재하는 무수규산(실리카)을 주체로 하는 유리로서, 상기 규산염 유리의 구조는 매우 높은 밀도를 갖고, 산소 및 물과 매우 강한 결합을 하기 때문에 낮은 투과율을 보여 디스플레이 기판으로 사용되기에 매우 유리하다.
본 발명의 유리(G)는 알루미나(Al2O3) 실리케이트 유리, 규산 유리, 칼륨석회 유리 및 소다라임 유리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 규산염 유리일 수 있다.
본 발명의 유리(G) 두께는 10 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 기존 유리와 달리 플렉시블 디스플레이 기판에 사용되기 위하여 휘거나 구부려도 깨지지 않는 우수한 내굴곡 특성을 갖기 위하여 100㎛ 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 10 ㎛ 보다 얇은 두께의 유리는 공정과정 중에 파단되기 쉬운 문제점이 있다.
본 발명의 유리(G)는 두께 30㎛를 초과하는 글라스 원장을 식각하는 슬리밍(slimming) 공정을 통하여 준비된 것일 수 있다. 상기 슬리밍(slimming) 공정은, 종래 슬리밍(slimming) 공정에서 사용되는 방법이 사용될 수 있으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 두께가 30㎛ 초과인 글라스를 식각액에 담그는 디핑(dipping) 방식, 사이드 스프레이(side spray) 방식, 및/또는 탑 스프레이(top spray) 방식 등에 의해 수행되는 것일 수 있다.
상기 슬리밍 공정에 사용되는 식각액은, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 유리(G)는 화학강화 처리하여 강도가 일반 유리보다 강한 특성이 있다. 본 발명에 있어서 일반유리를 화학강화 처리하는 방법에는 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 작은 이온반경의 원자를 큰 이온반경의 원자로 치환하는 방법, 유리의 점성유동을 이용하여 큰 이온반경의 원자를 작은 이온반경의 원자로 치환하는 방법, 열팽창률의 차를 이용하는 방법, 결정을 정출시키는 방법 등 여러 가지 방법이 있다.
일반적으로 작은 이온반경의 원자를 큰 이온반경의 원자로 치환하는 방법이 많이 사용되고, 그 중에서도 대부분의 화학강화유리는 강화조 중에 침지하는 침지법으로 제조된다. 알카리염 용융액 속에 유리를 담구어, 유리 내부에 있는 알칼리 이온과 용융액 내의 알칼리 이온 간의 교환이 이루어져 유리 표면에 압축응력을 형성시키는 방법으로 제조된다.
본 발명의 유리(G)는 소듐(sodium; Na) 이온을 포함할 수 있으며, 상기 유리(G)를 질산 칼륨(KNO3) 등의 칼륨(포타슘) 소스를 포함하는 용액에 침지할 경우, 상기 소듐 이온의 일부가 포타슘 이온으로 치환될 수 있다. 상기 포타슘 개질에 의해 유리(G)의 표면에 압축응력이 부여될 수 있으며, 유연성 및 내충격성이 증가될 수 있다.
또한, 본 발명의 유리(G)는 불순물을 제거하거나, 유리의 평탄성 또는 굴곡 강도 등을 향상시키기 위해 화학 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 화학연마 단계는 연마 후 초박형 글라스의 두께가 연마 전 초박형 글라스 두께의 90 % 이상 100 % 미만이 되도록 연마하는 것일 수 있으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 유리를 연마용액에 침지 혹은 디핑(dipping)하는 방식에 의해 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에서 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액은 초박형 글라스의 제조 공정 중 유리를 용액상에 침지 혹은 디핑(dipping)하는 일련의 공정에서 사용되는 용액이라면 특별한 제한 없이 적용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 식각을 위한 용액은, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에서 강화를 위한 용액은, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 칼륨 소스를 포함하는 용액일 수 있으며, 상기 칼륨 소스를 포함하는 용액은 질산칼륨(KNO3), 수산화인산칼륨(K2HPO4), 염화칼륨(KCl) 및 인산칼륨(K2PO4) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 칼륨 소스 용액은 상기 유리의 유리전이온도보다 낮은 온도인 300 내지 500 ℃로 가열되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 화학연마를 위한 용액은 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 함불소 화합물을 포함하는 용액일 수 있으며, 상기 함불소 화합물은 구체적으로, 불화불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
이하는 본 발명의 초박형 글라스 처리장치의 동작에 관하여 설명한다.
하나 또는 복수 개의 식각, 강화 또는 화학연마 공정의 대상이 되는 유리(G)를 지그(10)에 세로로 적재할 수 있다. 상기 유리(G)는 지그(10)의 내부에 배치되는 카세트부(20)에 장착될 수 있다.
유리(G) 또는 카세트부(20)가 세로로 적재된 지그(10)를 리프팅부(40)를 통해 강화조(50)의 내부로 삽입시킬 수 있다.
지그(10)가 강화조(50)의 내부로 유입되면, 강화조(50)에 저수된 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액(52)이 적재공간(16)으로 유입될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치의 동작을 모식화한 도이다.
유리(G)가 세로로 적재된 지그(10)가 강화조(50)에 저수된 용액에 완전히 침지되면, 강화조(50) 내부에서 지그(10)의 양 측면에 달린 회전부(30)의 회전이 이루어진다.
상기 회전부(30)의 회전을 통하여 유리(G)의 용액에 대한 투입면과 산출면의 역전이 이루어진다.
도 3a을 참조하면, 상기 회전부(30)의 회전을 통하여 지그(10) 또는 카세트부(20)의 회전이 이루어질 수 있으며, 회전방향은 특별히 제한되지 않으나, 회전과정 중 유리(G)의 파손이 이루어지거나 초박형 글라스 처리장치(1)에서 이탈이 되지 않도록 회전방향이 이루어지는 것이 바람직하다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 투입 방향과 산출 방향의 역전을 개략적으로 나타낸 도이다.
당업계에서 대부분의 화학강화유리는 유리를 식각, 강화 또는 화학연마 공정시키기 위하여 지그, 지그부, 적재부 또는 카세트부 등에 유리를 적재하고, 강화조로 이동한 후, 리프팅부를 이용하여 상하운동을 통해 용액 중에 직접 침지하는 침지법으로 제조된다.
종래 침지법의 경우 투입시 유리의 아랫부분부터 먼저 용액에 닿기 시작하고, 윗부분은 아랫부분이 모두 다 잠긴 이후에 비로소 공정처리가 시작되어 같은 유리라도 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리가 균일하지 못한 문제가 있다.
또한 식각, 강화 또는 화학연마 공정 공정이 완료되어 유리를 용액에서 산출할 때 역시, 유리의 윗부분부터 먼저 용액에서 산출되어 공정이 종결되지만, 아랫부분은 계속 침지된 상태로 있어, 과식각 또는 과강화 되는 문제가 발생하였다.
본 발명의 초박형 글라스 처리장치는 강화조 내부에서 지그(10) 또는 카세트에 체결된 회전부(30) 또는 별도의 회전블록의 회전을 이용하여 유리의 위아래 면을 역전시켜 용액 투입시와 산출시의 방향을 바꾸어 글라스가 식각액 또는 강화액에 침지되는 시간을 동일하게 할 수 있으며, 글라스 전면의 균일한 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 할 수 있다.
본 발명에서 회전은 180 °단위로 회전하면서, 유리(G)의 절단면들의 위아래면이 역전될 수 있으며, 강화조(50) 내부에서 1회 이상 회전할 수 있으나, 반드시 용액에 투입시의 유리(G)와 산출시의 유리(G)의 위아래면 방향이 달라야 한다.
본 발명에서 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 최대 시간은 유리(G)가 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액(52)에 닿기 시작한 직후부터 1 분 내지 1시간일 수 있으며, 바람직하게는 1 분 내지 30 분, 더욱 바람직하게는 1 분 내지 10분 일 수 있다. 상기 시간 범위 내로 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 하는 경우 식각, 강화 또는 화학연마 공정 대상이 되는 유리(G)의 두께에 적합한 강화깊이(Depth of Layer, DOL)를 가짐으로써, 균형있는 표면응력(Compressive Stress, CS) 및 내부 인장응력(Tensile Stress, CT) 값을 가지고, 이를 통하여 우수한 강도, 탄성률 및 곡률을 가지며, 쉽게 깨지지 않아 안정적이고, 균일한 품질의 폴더블 디스플레이를 위한 글라스 기판을 제공할 수 있다. 그러나, 상기 시간 범위를 벗어나는 경우, 폴더블 혹은 플렉서블 디스플레이를 위한 강도, 탄성률 및 곡률에 미치지 못하거나, 지나치게 과식각 또는 과강화 문제가 발생할 수 있으며, 강화깊이가 너무 깊이 되는 경우 유리(G)의 응력이 너무 강해져 작은 충격으로도 유리가 폭발하며 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서 지그(10) 또는 카세트부(20)의 회전 시작 시간은 유리(G)의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 상기 최대 침지 시간의 절반 이하이다. 상기 회전 시작 시간의 범위를 만족하는 경우, 유리(G)의 위아래면의 균일한 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리가 가능할 수 있다.
식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 온도는 300 내지 500 ℃ 일 수 있다. 구체적으로, 초박형 글라스 처리장치(1)를 강화조(50)의 내부로 투입하고, 300 내지 500 ℃의 온도에서 30 내지 120 분 동안 유지하여 예열한 후, 초박형 글라스 처리장치(1)를 380 내지 430 ℃ 온도의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액(52)에 1 분 내지 1시간, 바람직하게는 1 분 내지 30 분, 더욱 바람직하게는 1 분 내지 10 분 간 침지하여 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 수행할 수 있다.
상기 범위에서 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 하는 경우 이를 통하여 우수한 강도, 탄성률 및 곡률을 가지며, 쉽게 깨지지 않아 안정적이고, 균일한 품질의 폴더블 디스플레이를 위한 글라스 기판을 제공할 수 있다.
통상적으로, 화학강화유리는 표면층에서 일정 깊이(강화깊이: Depth Of Layer; DOL)까지 존재하는 이온반경이 작은 리튬(Li), 나트륨(Na), 등의 알칼리성 이온을 상대적으로 이온반경이 큰 포타슘(K+)이온으로 치환하여 줌으로써 표면에 표면응력(또는 압축응력(Compressive Stress; CS))을 발생하게 할 수 있다.
DOL은 유리 내의 응력이 압축에서 인장응력으로 변하는 깊이를 지칭한다. DOL에서, 응력은 압축응력(CS)에서 인장응력(CT, Tensile Stress)으로 교차하고, 따라서 압축 응력과 인장 응력의 균형으로 형상을 유지한다.
구체적으로, 표면에서 내부로 갈수록 포타슘(K+)이온의 함유량이 증가하다가 감소함으로써, 압축응력 또한 표면에서 내부로 갈수록 증가하다가 감소하며, DOL를 경계로 압축응력이 인장응력으로 교차되어, 인장응력이 증가한다.
내부응력(CT)은 유리의 압축응력(CS), 강화깊이(DOL), 유리의 두께(t)로부터 하기 일반식에 의하여 계산될 수 있다.
<일반식>
CT= (CS x DOL) / (t - 2 x DOL)
유리의 인장응력(CT), 압축응력(CS) 및 강화깊이(DOL)는 당업계에서 공지된 수단을 사용하여 측정될 수 있다.
본 발명은 투입시와 산출시의 방향을 바꾸어 글라스가 식각액 또는 강화액에 침지되는 시간을 동일하게 할 수 있으며, 글라스 전면의 강화를 할 수 있기 때문에, 글라스의 두께와 상관 없이, 식각, 강화 또는 화학연마 공정 용액의 처리 시간 및 온도에 비례하여 강화깊이(Depth of Layer: DOL)를 조절할 수 있다.
이를 통해 생산자가 원하는 초박형 글라스의 강도, 탄성률 및 곡률 등 물성을 용이하게 조절할 수 있고, 균일한 품질을 갖는 폴더블 디스플레이를 위한 초박형 글라스를 생산할 수 있다.
<초박형 글라스의 제조 방법>
본 발명의 초박형 글라스 제조방법은 유리가 세로로 적재된 지그를 강화조 내부의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 침지하는 단계; 및 상기 용액에 침지된 상태에서 상기 지그를 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 회전시키는 단계를 포함한다.
각 단계에 포함되는 일체의 사항은, 초박형 글라스 처리장치의 항목에서 설명된 내용이 초박형 글라스의 제조 방법에도 동일하게 적용된다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1: 강화조건에 따른 강화특성 비교
Schott, Corning, NEG, Asahi 그리고 Tunghsu 社에서 시판하는 100 ~ 400 ㎛ 두께의 글라스 원장을 준비하여, 이를 불산이 함유된 식각액을 사용하여, 30 ~ 100 ㎛의 두께를 가지는 초박형 글라스를 제조하거나 식각이 필요 없는 30 ~ 100㎛ 두께의 유리 원장을 준비하였다. 이후, 일정 크기와 형상으로 절단 후, 면취 및 연마를 통하여 제작된 셀(Cell)을 본 발명에 따른 초박형 글라스 처리장치를 이용하여 400 ~ 450 ℃의 질산칼륨 용액 강화조에 5 분 내지 20분 간 침지하여 강화조건에 따른 강화특성 비교하기 위한 유리의 강화 공정을 수행하였다.
초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 막기 위해, 질산칼륨 강화조에 침지시키기 전, 강화조 온도에 근접한 온도로 서서히 승온 시켜, 강화조 온도 부근에 도달하면, 글라스를 강화조에 침지시키고, 강화 공정이 완료된 후, 강화조에서 빼내어, 통상의 세정 및 건조과정을 실시하여 초박형 글라스를 제조하였다.
강화깊이(DOL), 표면응력(CS) 및 인장응력(CT)은 전계방출형 주사전자현미경 (FE-SEM, Hitachi)을 이용한 EDS(Energy Dispersive Spectrometry) 분석 및 표면 응력계 FSM-6000를 이용하여 측정하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치를 이용하여 제조된 유리의 강화조건에 따른 강화특성을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 강화시간과 강화온도가 증가할수록 강화깊이(DOL) 및 인장응력(CT)의 값이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 표면응력(CS) 값은 일정수준에서 더 이상 증가하지 않는 것을 확인할 수 있다. 화학강화에 의해 포타슘(K+)이온을 주입할 경우, 최외각에서 2 내지 5 um 깊이 영역의 포타슘(K+)이온의 함유량이 가장 많으며, 내부로 갈수록 포타슘(K+)이온의 함유량이 점차 감소하게 되는데, 본 발명의 강화조건에 따른 경우 강화시 치환되는 칼륨이온이 글라스 중앙부까지 깊숙이 치환되지 않아, 폴더블 또는 플렉서블 디스플레이에 적합한 일정 수준의 표면응력(CS) 값을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2: 두께 및 강화 시간에 따른 강화 깊이(DOL) 비교
Schott, Corning, NEG, Asahi 그리고 Tunghsu 社에서 시판하는 100 ~ 400 ㎛ 두께의 글라스 원장을 준비하여, 이를 불산이 함유된 식각액을 사용하여 초박형 글라스를 제조하거나 식각이 필요없는 원장을 준비하여, 30, 50 및 70 ㎛ 두께의 유리를 준비하였다. 이후, 일정 크기와 형상으로 절단 후, 면취 및 연마를 통하여 제작된 셀(Cell)을 400 내지 430 ℃의 질산칼륨 용액 강화조에 본 발명에 따른 초박형 글라스 처리장치를 이용하여 5 분 및 10 분 동안 침지하여 강화 공정을 수행하였다.
초박형 글라스의 급격한 온도 변화에 따른 파손을 막기 위해, 질산칼륨 강화조에 침지시키기 전, 강화조 온도에 근접한 온도로 서서히 승온 시켜, 강화조 온도 부근에 도달하면, 글라스를 강화조에 침지시키고, 강화 공정이 완료된 후, 강화조에서 빼내어, 통상의 세정 및 건조과정을 실시하여 초박형 글라스를 제조하였다.
강화깊이(DOL), 표면응력(CS) 및 인장응력(CT)은 전계방출형 주사전자현미경 (FE-SEM, Hitachi)을 이용한 EDS(Energy Dispersive Spectrometry) 분석 및 표면 응력계 FSM-6000를 이용하여 측정하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 글라스 처리장치를 이용하여 제조된 유리의 두께 및 강화 시간에 따른 강화 깊이(DOL)를 비교한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 유리의 두께와 상관없이 동일 온도, 동일 시간에서 강화를 하는 경우 동일한 강화깊이(DOL)의 값을 보이는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 초박형 글라스 처리장치를 이용할 경우 투입시와 산출시의 방향을 바꿈으로써 유리의 식각, 강화 또는 화학연마를 위한 용액에 침지되는 시간을 동일하게 할 수 있고, 이를 통하여 유리 전면을 균일하게 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 할 수 있으며, 당업자가 원하는 유리의 강도, 탄성률 및 곡률 등 물성을 용이하게 조절할 수 있고, 균일한 품질을 갖는 폴더블 디스플레이를 위한 초박형 글라스를 생산할 수 있음을 확인할 수 있다.
1: 초박형 글라스 처리장치
10: 지그 12: 지지대
14: 글라스 홈 16: 적재공간
18: 개구
20: 카세트부 G: 유리
30: 회전부 40: 리프팅부
50: 강화조 52: 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액

Claims (15)

  1. 유리를 지지할 수 있는 지지대;
    식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 침지되어 식각, 강화 또는 화학연마 공정 처리를 수행할 수 있는 적재공간을 제공하는, 유리가 적재되는 지그; 및
    상기 지그에 체결된 회전부를 포함하며,
    상기 회전부는, 상기 용액에 침지된 상기 지그를 회전시켜 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그는, 내측 공간에 복수 개의 유리를 등간격으로 균일하게 배치하기 위해 균일한 거리로 이격된 복수 개의 글라스 홈이 구비되어 있으며,
    상기 글라스 홈은 지면과 수직 방향으로 배열되어 있어 유리를 세로로 적재하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그는, 상기 적재공간 내부에 배치되어 유리가 개별적으로 장착되도록 하는 카세트부를 더 포함하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    회전부는 상기 카세트부에 직접 연결되며, 상기 회전부에 의해 카세트부가 회전되는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그를 승강시키는 리프팅부를 더 포함하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리는 규산염 유리인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 규산염유리는 알루미나(Al2O3) 실리케이트 유리, 규산 유리, 칼륨석회 유리 및 소다라임 유리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리의 두께는 10 내지 100 ㎛의 초박형 글라스인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 처리 장치.
  9. 유리가 세로로 적재된 지그를 강화조 내부의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 용액에 침지하는 단계; 및
    상기 용액에 침지된 상태에서 상기 지그를 유리의 투입면과 산출면의 방향을 역전되도록 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유리는 두께가 10 내지 100 ㎛의 초박형 글라스인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유리는 두께 30 ㎛를 초과하는 글라스 원장을 식각하여 10 내지 100 ㎛ 두께의 초박형 글라스로 준비된 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 식각 또는 화학연마를 위한 용액은, 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화수소암모늄(NH4HF2), 불화나트륨(NaF), 불화수소나트륨(NaHF2), 불화리튬(LiF), 불화칼륨(KF) 및 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 강화를 위한 용액은, 질산칼륨(KNO3), 수산화인산칼륨(K2HPO4), 염화칼륨(KCl) 및 인산칼륨(K2PO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 최대 침지 시간은 1 분 내지 1 시간 인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    지그의 회전 시작시간은, 유리의 식각, 강화 또는 화학연마 공정을 위한 상기 최대 침지 시간의 절반 이하인 것을 특징으로 하는, 초박형 글라스 제조 방법.
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