디스플레이용 강화유리 제조방법 및 그 강화유리{MANUFACTURING METHOD FOR TEMPERED GLASS AND TEMPERED GLASS THEREOF}

본 발명은 디스플레이용 강화유리 제조방법 및 그 강화유리에 관한 것으로,

보다 상세하게는 일면으로는 화학강화공정을 통하여 박판 유리의 생산이 가능하여 10인치 이하의 모바일용 기기를 위한 윈도우에 적합한 강화유리의 제공이 가능하고,

타면으로는 불화암모늄을 주재료로 한 에칭액을 이용하여 피가공유리 표면을 식각처리하는 에칭공정을 통하여 강도를 향상시킨 하는 강화유리의 제공이 가능하여

결국, 화학강화공정의 경우 445℃ 이하에서 진행되므로 운전부하가 적고, 에칭공정의 경우 불산에 비하여 약산인 불화암모늄을 이용하므로 불산사용시 불필요한 손산을 해결하기 위한 재생공정이 불필요하므로 수율 및 생산성이 높아지게 되어,

최종적으로는 1.5T 이하, 바람직하기로는 1.0T 이하, 보다 바람직하기로는 0.7T 이하의 유리도 변형 없이 처리가 가능하고, 응력 400MPA 이상의 강도 확보가 가능하여 터치스크린에 대한 수요가 폭발적으로 확대되고 있는 현실에서 시장의 요구에 부합되는 품질을 갖는 강화유리를 제공하는 것이 가능한 디스플레이용 강화유리 제조방법에 관한 것이다.

종래 2T 미만의 유리를 위한 화학강화 공정은 이온교환을 위한 질산칼륨 용융을 위하여 통상 450~500℃ 정도에서 진행되는데, 1.0T 이하, 특히 0.7T 이하의 유리의 경우에는 변형 발생이 필연적이어서 박판 유리에 대한 수요 충족에 어려움이 있었다.

한편, 에칭액 처리공정을 통한 강화시에는 통상 강산인 불산을 사용하므로 불필요한 손상을 해결하기 위한 재생공정을 거치게 되므로 생산시간 및 비용 증가와 수율 감소의 문제를 발생시켜왔다.

이에 본 발명은 일면으로는 화학강화공정을 통하여 박판 유리의 생산이 가능하여 10인치 이하의 모바일용 기기를 위한 윈도우에 적합한 강화유리 수요충족이 가능한 디스플레이용 강화유리 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 타면으로는 불화암모늄을 주재료로 한 에칭액을 이용하여 피가공유리 표면을 식각처리하는 에칭공정을 통하여 강도를 향상시킨 하는 강화유리를 제공하여 수율 향상, 공정 단순화, 비용 절감 효과를 얻을 수 있는 디스플레이용 강화유리 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디스플레이용 강화유리 제조방법은 385℃~445℃로 가열되어 용융된 질산칼륨이 구비된 강화로 내에서 피가공유리를 처리하여 진행되는 본열처리단계를 통한 화학강화공정을 거쳐 이루어진다.

또 본 발명에 따른 디스플레이용 강화유리 제조방법은 불화암모늄을 주재료로 한 에칭액을 이용하여 피가공유리 표면을 식각처리하여 강도를 향상하는 에칭공정을 거쳐 이루어진다.

나아가 본 발명에 따른 디스플레이용 강화유리 제조방법에서는

385℃~445℃로 가열되어 용융된 질산칼륨이 구비된 강화로 내에서 피가공유리를 처리하여 진행되는 본열처리단계를 통한 화학강화공정을 더 거치며, 상기 에칭공정은 상기 화학강화공정 전 또는 후, 또는 전후 모두에 이루어지는 것이 바람직하다.

또 본 발명에 따른 디스플레이용 강화유리 제조방법에서

상기 에칭공정 이전에 피가공유리에 물을 도포하는 보호단계를 더 거치고,

상기 에칭공정에서는 에어블로어를 통한 기포 투입이 함께 이루어지며,

상기 에칭공정에서의 에칭액은 불화암모늄 5~20중량%, 무기산 10~30중량%, 카르복실산 1~10중량%, 무기질산염 0.001~2중량%, 계면활성제 0.001~2중량%, 그리고 잔량의 물을 포함하여 이루어지고,

상기 화학강화공정의 본열처리단계 전후에 각각 이루어지는 예열처리단계와 후열처리단계를 더 포함하는데,

상기 예열처리단계는 250~300도 정도의 예열로에서 이루어지고,

상기 후열처리단계는 250~300도 정도의 후열로에서 이루어지고,

원판유리에 보포필름을 합지하는 표면보호단계, 원판유리를 절단하여 피가공유리를 만드는 형상가공단계, 피가공유리의 모서리를 가공하는 면취가공단계, 그리고 보호필름의 박리단계를 차례로 거쳐 이루어지는 원판유리 절단공정을 우선적으로 거치고,

상기 원판유리 절단공정에서 상기 면취가공단계 후에 측면 칩핑제거단계를 더 거치는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 디스플레이용 강화유리 제조방법은 일면으로는 화학강화공정을 통하여 박판 유리의 생산이 가능하여 10인치 이하의 모바일용 기기를 위한 윈도우에 적합한 강화유리의 제공이 가능하고, 타면으로는 불화암모늄을 주재료로 한 에칭액을 이용하여 피가공유리 표면을 식각처리하는 에칭공정을 통하여 강도를 향상시킨 하는 강화유리의 제공이 가능하여 결국, 화학강화공정의 경우 445℃ 이하에서 진행되므로 운전부하가 적고, 에칭공정의 경우 불산에 비하여 약산인 불화암모늄을 이용하므로 불산사용시 불필요한 손산을 해결하기 위한 재생공정이 불필요하므로 수율 및 생산성이 높아지게 되어, 최종적으로는 1.5T 이하, 바람직하기로는 1.0T 이하, 보다 바람직하기로는 0.7T 이하의 유리도 변형 없이 처리가 가능하고, 응력 400MPA 이상의 강도 확보가 가능하여 터치스크린에 대한 수요가 폭발적으로 확대되고 있는 현실에서 시장의 요구에 부합되는 품질을 갖는 강화유리를 제공하는 것이 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 디스플레이용 강화유리 제조방법 및 이에 의하여 제조된 강화유리는 다음과 같다.

(a-0) 유리 원판 입고 단계

- 크기 예 : 370mm *470mm

- 소재 예 : 소다라임 혹은 코닝, 또는 기타 유리

(a) 원판유리 절단공정

(a-1) 표면보호단계

원판유리에 보호필름 합지 - UV 점착제로 된 보호필름으로 점착제가 유리에 전사되지 않음. 3장까지 양면 형태로 적층이 가능, 단면 타입으로 양쪽면에 부착 가능

(a-2) 형상가공단계

워터젯 또는 스크라이빙(예: 다이아몬드 커팅) 등의 방식 사용 가능. 원판유리를 피가공유리로 절단한다.

(a-3) 면취가공단계

NC 가공 등의 방식을 사용하여 피가공유리의 모서리를 가공한다.

(a-4) 칩핑(chipping) 제거 단계

측면 chipping 제거 공정으로, 연마 등을 통하여 별도로 진행되거나, 에칭공정을 통하여 자연스럽게 진행될 수 있다.

(a-5) 세척 공정

초음파 또는 Brush 세정 - 기타 일반적인 세척 공정으로 진행 가능

(a-6) 박리 단계

UV 및 열수 박리 - 보호필름을 박리하는 공정으로 UV 조사 후 열수를 이용하거나 수작업으로 박리 가능. 보호필름이 제거된 피가공유리가 얻어진다.

(a-7) 세척 공정

초음파 또는 Brush 세정 - 기타 일반적인 세척 공정으로 진행 가능

(b) 에칭공정

불화암모늄을 주재료로 한 에칭액을 이용하여 피가공유리 표면을 식각처리하며, 이를 통하여 피가공유리의 강도는 단순히 화학강화공정만을 거친 것 보다 약 2배 더 강해질 수 있다.

필요에 따라 에칭공정만을 진행하거나,

이하의 화학강화공정 전 또는 후, 또는 전후 모두에 에칭공정이 진행될 수 있다.

(b-1) 에칭액의 조성

에칭액의 조성은 유리 표면 식각용 불화암모늄 5~20중량%, 유리 표면의 유기물이나 알칼리 성분 제거를 위한 무기산 10~30중량%, 식각 속도 조절을 위한 카르복실산 1~10중량%, 세척 용도의 무기질산염 0.001~2중량%, 세척 및 식각 보조를 위한 계면활성제 0.001~2중량%, 그리고 잔량의 물을 포함하여 이루어진다.

상기 카르복실산은 탄소수 1~16과 카르복실기 1~3을 갖는다(예: 포름산, 초산, 구연산, 옥살산, 네오데칸산, 올레산, 글루콘산, 글리콜산, 말린산, 메타크실산, 소르브산, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택가능).

상기 무기산은 황산, 인산, 질산, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

상기 무기질산염은 NaNO ₃ , KNO ₃ ,FeNO ₃ , Al(NO ₃ ) ₃ , M(NO ₃ ) _n , 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

상기 계면활성제는 불소계 계면활성제인 것이 바람직하다.

(b-2) 에칭 조건

유리 양면의 두께를 조정하는 공정으로 표면의 강화응력을 높여 강도를 높이기 위하여 화학강화공정 이전의 전처리공정으로 에칭공정이 진행될 수 있고, 바람직한 식각량은 피가공유리의 표면 5~7 마이크로미터다. 이때 상기 (a) 원판유리 절단공정의 칩핑(chipping) 제거 단계를 진행한 것과 같은 효과를

역시 표면의 강화응력을 높여 강도를 높이기 위하여 화학강화공정 이후의 후처리공정으로 에칭공정이 진행될 수 있으며, 이 경우 화학강화를 위한 약품의 잔류물을 완전히 제거한 후 1~3 마이크로미터 정도의 식각량으로 진행되는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 또는 본 발명의 회피목적으로 상기 (a) 원판유리 절단공정의 칩핑(chipping) 제거 단계가 진행될 수 있다.

(b-3) 에칭작업 방법

상기 에칭공정 이전에 피가공유리에 물을 도포하는 보호단계를 먼저 거쳐 피가공유리의 표면 에칭이 국부적으로 과도하게 또는 과소하게 진행되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

또 상기 에칭공정에서는 에어블로어를 통한 기포 투입이 함께 이루어져 균일한 식각을 보장하는 것이 바람직하다.

에칭 후에는 물을 이용한 린싱을 최소 3분 이상 진행하며, 초음파를 병행하여 가하는 것이 바람직하다.

(c) 화학강화공정

(c-1) 예열처리단계

250~300℃ 정도의 예열로에서 진행되며, 화학강화를 하기 전 단계에서 유리의 표면온도를 서서히 올려서, 질산 칼륨용액에 들어가기 전 급작스런 온도 변화에 의한 유리 표면의 갈라짐 방지할 수 있다.

(c-2) 본열처리단계

385℃~445℃로 가열되어 용융된 질산칼륨이 구비된 강화로 내에서 3~6시간 진행된다. 질산칼륨 외에 강화약품에는 NaNO ₃ , AgNO ₃ 등을 더 첨가할 수 있다.

용융된 강화약품의 원활한 순환을 통한 이온교환률을 보장하기 위하여 강화로에서 지그에 고정된 피가공유리의 간격은 0.3~1.3cm를 유지하고, 강화로 내벽과 인접한 피가공유리는 내벽과 10cm 이상의 간격을 유지하는 것이 바람직하다.

강화약품은 피가공유리 표면적당 1.4~71 g/㎠이 되도록 수량을 조정하는 것이 바람직하다.

0.7T, 10인치 이하의 소다라임 피가공유리의 경우에는 420~440도에서 3~6시간 진행되며, 동일한 크기의 코닝社 상품명 고릴라 제품인 피가공유리의 경우에는 390~430도에서 3~5시간 진행할 수 있다.

(c-3) 후열처리단계

250~300℃℃ 정도의 온도의 후열로에서 이루어지며, 피가공유리의 표면온도를 서서히 낮추면서 서냉한다.

(c-4) 온수냉각단계

100℃ 정도의 물로 간단한 질산칼륨 등의 강화약품을 세척하면서 서서히 표면의 온도를 낮추는 공정이다.

(d) 세척 및 검사 공정

(d-1) 세척단계 - 초음파 세정 또는 브러시 이용 세정 가능

(d-2) 검사단계 - 예 : 제품명 FSM-6000LE 장비를 이용. 강화깊이와 강화응력을 측정하여 품질을 검사한다(샘플검사 또는 전수검사)

이상과 같은 본 발명의 디스플레이용 강화유리 제조방법에 따라 제조된 강화유리는 440도 이하에서 진행되므로 운전부하가 적고, 400도 이하에서도 작업이 가능하므로 1.5T 이하, 바람직하기로는 1.0T 이하, 보다 바람직하기로는 0.7T 이하의 유리도 변형 없이 처리가 가능하게 되어 10인치 이하의 모바일용 기기를 위한 윈도우에 적합한 제품을 제공할 수 있다.

아울러 본 발명에 따른 디스플레이용 강화유리는 응력 400MPA 이상, 바람직하기로는 450MPA 이상, 보다 바람직하기로는 500MPA 이상의 강도를 가져 스크래치에 강하므로 터치스크린에 대한 수요가 폭발적으로 확대되고 있는 현실에서 시장의 요구에 부합되는 품질을 갖는 강화유리를 제공하는 것이 가능하다.

예를 들어 소다라임 피가공유리는 최대 응력 550MPA 이상이 얻어지며, 코닝社 상품명 고릴라 제품인 피가공유리는 600MPA 이상이 생산품을 얻을 수 있다.

이상의 설명에서 화학강화공정, 에칭공정, 강화로, 보호필름, 필름 박리 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 특정 순서의 공정을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.