KR20180130065A - 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판 연마 장치 - Google Patents
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Abstract
유리 기판의 제조 방법은 유리 기판을 가공하는 단계, 상기 가공된 유리 기판을 강화하는 단계 및 양모를 포함하는 브러시 및 산화세륨을 포함하는 연마제를 이용하여 상기 강화된 유리 기판을 연마하는 제1 연마 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 유리 기판에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 표시 장치용 유리 기판의 제조 방법 및 상기 유리 기판의 연마 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표시 패널이나 터치 스크린 패널 상에는 이들을 보호하기 위한 유리 기판이 제공될 수 있다. 최근 들어, 두께가 얇은 표시 장치에 대한 관심이 대두되고 있다. 이에 따라, 두께가 얇으면서도 일정 수준 이상의 강도를 가지는 유리 기판을 제공하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 일 목적은 유리 기판의 강도를 향상시키는 유리 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 유리 기판의 강도를 향상시키는 유리 기판 연마 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적이 이와 같은 목적들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법은 유리 기판을 가공하는 단계, 상기 가공된 유리 기판을 강화하는 단계, 그리고 양모를 포함하는 브러시(brush) 및 산화세륨을 포함하는 연마제를 이용하여 상기 강화된 유리 기판을 연마하는 제1 연마 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 연마 단계에서 상기 강화하는 단계에서 상기 유리 기판의 표면에 형성된 결함을 제거할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 연마 단계에서 상기 강화된 유리 기판의 표면의 두께를 약 2.4 um 내지 약 2.6 um 연마할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 연마 단계는 상기 유리 기판의 제1 면을 연마하는 단계 및 상기 제1 면에 대향하는 상기 유리 기판의 제2 면을 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 면 및 상기 제2 면은 서로 실질적으로 동일한 두께만큼 연마될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연마된 유리 기판의 표면 거칠기는 약 1.9 nm 내지 약 2.2 nm일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연마된 유리 기판은 약 130.5 g의 공을 낙하시키는 때를 기준으로 적어도 약 65 cm의 내충격성을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 강화하는 단계에서 상기 가공된 유리 기판을 용액에 침전시켜 상기 유리 기판의 표면에 강화층을 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 강화하는 단계는 상기 용액을 360 도 내지 430 도의 온도로 가열하는 단계 및 상기 유리 기판의 표면에 배치되는 제1 이온을 상기 용액이 포함하는 제2 이온과 교환하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 이온은 나트륨 이온을 포함하고, 상기 제2 이온은 칼륨 이온을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유리 기판의 제조 방법은 상기 강화하는 단계 전에 상기 가공된 유리 기판을 연마하는 제2 연마 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 연마 단계에서 상기 가공된 유리 기판은 상기 브러시 및 상기 연마제를 이용하여 연마될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 연마 단계 및 상기 제2 연마 단계는 각각 상기 유리 기판의 제1 면을 연마하는 단계 및 상기 제1 면에 대향하는 상기 유리 기판의 제2 면을 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 면 및 상기 제2 면은 서로 실질적으로 동일한 두께만큼 연마될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 연마 단계에서 연마되는 상기 유리 기판의 두께는 상기 제2 연마 단계에서 연마되는 상기 유리 기판의 두께보다 작을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 연마 단계의 연마 시간은 상기 제2 연마 단계의 연마 시간보다 작을 수 있다.
전술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 유리 기판 연마 장치는 제1 방향으로 회전하는 회전체, 상기 회전체에 결합되어 유리 기판을 연마하고 양모를 포함하는 브러시, 그리고 상기 회전체에 결합되고 상기 유리 기판과 상기 브러시 사이에 산화세륨을 포함하는 연마제를 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유리 기판 연마 장치는 상기 브러시의 하부에 배치되고, 상기 유리 기판이 안착되는 지지대를 추가적으로 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지대는 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회전할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 브러시는 원기둥 형상을 가지고, 상기 브러시의 지름은 약 1.0 um 내지 약 1.5 um일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판 제조 방법에 의하면, 가공된 유리 기판을 강화한 후에 양모를 포함하는 브러시 및 산화세륨을 포함하는 연마제를 이용하여 강화된 유리 기판을 연마함으로써, 유리 기판의 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판 연마 장치는 양모를 포함하는 브러시 및 유리 기판과 브러시 사이에 산화세륨을 포함하는 연마제를 공급하는 공급부를 포함함으로써, 유리 기판 연마 장치에 의해 유리 기판의 강도를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과가 전술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리 기판의 내충격성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리 기판의 내충격성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 유리 기판의 제조 방법들 및 유리 기판 연마 장치들을 보다 상세하게 설명한다. 첨부된 도면들 상의 동일한 구성 요소들에 대해서는 동일하거나 유사한 참조 부호들을 사용한다.
이하, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법은 유리 기판을 준비하는 단계(S110), 유리 기판을 가공하는 단계(S120), 가공된 유리 기판을 강화하는 단계(S130) 및 강화된 유리 기판을 연마하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 연마하는 단계(S140)는 양모를 포함하는 브러시(brush) 및 산화세륨을 포함하는 연마제를 이용하여 강화된 유리 기판을 연마하는 것일 수 있다. 강화된 유리 기판을 연마함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판을 제조할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 도면들이다.
도 2는 가공 전의 유리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유리 기판(100)을 준비할 수 있다(S110). 원장 기판을 절단하여 유리 기판(100)을 수득할 수 있다. 상기 원장 기판은 휠(wheel), 레이저, 워터-젯(water-jet) 등과 같은 절단 부재를 이용하여 절단될 수 있다. 상기 원장 기판은 후속의 가공 공정 및 연마 공정을 고려하여, 최종적인 유리 기판(100)의 면적보다 실질적으로 큰 면적을 가지도록 절단될 수 있다.
유리 기판(100)은 알칼리 알루미노실리케이트(alkali aluminosilicate) 또는 알칼리 알루미노 보로실리케이트(alkali alumino borosilicate)를 포함할 수 있다. 유리 기판(100)은 상기 물질 외에도 알칼리 토산화물(alkaline earth oxide) 등을 더 포함할 수 있다.
유리 기판(100)은 제1 면(110), 제2 면(120) 및 제3 면(130)을 가질 수 있다. 제1 면(110)과 제2 면(120)은 서로 대향할 수 있다. 제3 면(130)은 제1 면(110)과 제2 면(120)의 사이에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 면(110), 제2 면(120) 및 제3 면(130)은 각각 유리 기판(100)은 상면, 저면 및 측면일 수 있다. 제1 면(110)과 제2 면(120) 사이의 거리는 유리 기판(100)의 두께로 정의될 수 있다.
도 3은 가공 후의 유리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 유리 기판(100)을 가공할 수 있다(S120). 절단된 유리 기판(100)은 적용하고자 하는 용도에 적합한 형상으로 가공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유리 기판(100)의 제3 면(130)이 가공될 수 있다. 상기 원장 기판을 절단하는 과정에서 상기 절단 부재에 의해 유리 기판(100)의 모서리 등에 균열이 형성될 수 있다. 이러한 균열을 제거하기 위하여, 유리 기판(100)의 모서리를 포함하는 제3 면(130)을 가공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 유리 기판(100)의 제1 면(110), 제2 면(120) 및 제3 면(130)을 가공할 수도 있다. 예를 들면, 유리 기판(100)은 컴퓨터 수치 제어(computerized numerical control: CNC) 공정으로 가공될 수 있다.
도 4 및 도 5는 유리 기판을 강화하는 공정을 나타내는 단면도들이다. 도 6은 강화된 유리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 1, 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면, 가공된 유리 기판(100)을 강화할 수 있다(S130). 강화하는 단계(S130)는 화학적 강화를 통해 수행될 수 있다. 이러한 화학적 강화를 통해 유리 기판(100)의 강도를 향상시킬 수 있다.
가공된 유리 기판(100)을 침전하기 위한 용액(210)이 배치되는 수납조(200)가 준비될 수 있다. 가공된 유리 기판(100)은 수납조(200)에 담겨있는 용액(210)에 침전될 수 있다. 용액(210)은 질산칼륨(KNO3)을 포함할 수 있다.
유리 기판(100)의 표면에는 제1 이온(310)이 존재할 수 있다. 용액(210)은 제2 이온(320)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 이온(310) 및 제2 이온(320)은 각각 나트륨 이온(Na+) 및 칼륨 이온(K+)일 수 있다.
유리 기판(100)을 용액(210)에 침전시킨 후에, 용액(210)을 약 360 도 내지 약 430 도의 온도로 약 1 시간 내지 약 8 시간 정도 가열할 수 있다. 온도가 약 360 도 미만인 경우에 유리 기판(100)의 이온 교환이 진행되지 않을 수 있다. 또한, 온도가 약 430 도를 초과하는 경우에 유리 기판(100)의 강화가 과도하게 진행되어 유리 기판(100)의 표면의 압축 응력이 강화되지 않고, 완화될 수 있다. 용액(210)을 가열시키기 위하여, 수납조(200)의 내부에는 용액(210)을 가열하는 가열부(미도시)가 배치될 수 있다.
유리 기판(100)이 침전된 용액(210)을 가열하면, 용액(210)에 침전된 유리 기판(100)의 표면에 존재하는 제1 이온(310)과 용액(210)에 포함되는 제2 이온(320)이 서로 교환되는 이온 교환(ion exchange)이 진행될 수 있다. 상기 이온 교환을 통해 유리 기판(100)의 표면에 압축 응력을 가지는 강화층(140)이 형성되어 유리 기판(100)이 강화될 수 있다.
상기 이온 교환은 유리 기판(100)의 변형점 이하의 온도에서 유리 기판(100)의 표면에 위치하는 이온과 외부의 상기 이온과 동일한 원자가의 이온이 교환되는 것을 의미한다. 예를 들면, 상기 이온 교환은 유리 기판(100) 내부의 이온(예를 들면, Na+, Li+와 같은 알칼리 금속 양이온)이 외부의 이온(예를 들면, K+와 같은 양이온)으로 교환되는 것을 의미한다. 상기 이온 교환은 유리 기판(100)의 제1 면(110) 및/또는 제2 면(120)으로부터 특정한 깊이로 확장되는 압축 응력 프로파일을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 유리 기판(100)의 표면이 압축 응력을 가지는 경우에, 유리 기판(100)은 상대적으로 높은 강도를 가질 수 있다.
유리 기판(100)이 가열된 용액(210)에 침전되고, 유리 기판(100)의 표면에 존재하는 제1 이온(310)이 유리 기판(100)의 표면으로부터 벗어날 수 있다. 제1 이온(310)이 제거된 유리 기판(100)의 표면에는 제1 이온(310) 대신에 용액(210)에 포함된 제2 이온(320)이 침투할 수 있다. 이 경우, 제1 이온인(310)인 나트륨 이온의 반경보다 제2 이온(320)인 칼륨 이온의 반경이 더 크기 때문에, 나트륨 이온과 칼륨 이온이 교환되면 유리 기판(100)의 표면에는 압축 응력을 가지는 강화층(140)이 형성될 수 있다.
강화하는 단계(S130)를 거친 후에 강화된 유리 기판(100)의 표면에는 압축 응력을 가지는 강화층(140)이 형성될 수 있고, 강화된 유리 기판(100)의 내부(150)는 인장 응력을 가질 수 있다. 나트륨 이온이 유리 기판(100)의 표면을 통해 제거될 때, 유리 기판(100)은 팽창될 수 있다. 또한, 칼륨 이온이 유리 기판(100)에 주입되면, 유리 기판(100)의 표면은 수축되어 압축 응력을 가지는 강화층(140)이 형성될 수 있다. 여기서, 유리 기판(100)의 내부(150)는 인장 응력을 받을 수 있다.
유리 기판(100)의 제1 면(110)에 형성되는 강화층(140)은 제1 두께(T1)를 가지고, 유리 기판(100)의 제2 면(120)에 형성되는 강화층(140)은 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)와 제2 두께(T2)는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들면, 제1 두께(T1)와 제2 두께(T2)는 각각 약 21.25 um일 수 있다. 이 경우, 강화층(140)의 압축 응력은 약 860 MPa일 수 있다. 다만, 제1 두께(T1), 제2 두께(T2) 및 강화층(140)의 압축 응력이 이에 한정되는 것은 아니다.
유리 기판(100)을 강화하는 과정에서 유리 기판(100)의 표면에 결함 (예를 들면, 화학적 결함(chemical defect))이 발생할 수 있다. 이러한 결함으로 인하여 유리 기판(100)의 강도가 저하될 수 있다. 이러한 유리 기판(100)의 강도 저하를 방지하기 위하여, 유리 기판(100)의 표면에 형성되는 상기 결함을 제거하는 공정이 필요할 수 있다.
도 7 및 도 9는 유리 기판을 연마하는 공정을 나타내는 단면도들이다. 도 8은 유리 기판과 연마 장치의 브러시를 나타내는 사시도이다. 도 10은 연마된 유리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 1, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하면, 강화된 유리 기판(100)을 연마할 수 있다(S140). 연마하는 단계(S140)는 기계적 연마를 통해 수행될 수 있다. 이러한 기계적 연마를 통해 유리 기판(100)의 강도를 향상시킬 수 있다.
강화된 유리 기판(100)은 연마 장치(400)를 이용하여 연마될 수 있다. 연마 장치(400)는 회전체(410), 지지대(420), 브러시(430) 및 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
지지대(420)에는 유리 기판(100)이 안착될 수 있다. 지지대(420)의 상면에는 유리 기판(100)의 제1 면(110) 및 제2 면(120) 중에서 어느 하나가 접촉할 수 있다. 지지대(420)는 유리 기판(100)을 고정시키기 위한 진공 흡착 장치(미도시) 또는 고정틀(미도시)을 포함할 수도 있다.
회전체(410)는 지지대(420)의 상부에 위치할 수 있다. 회전체(410)는 회전 동력을 제공하는 구동부(미도시)의 제1 회전축(RA1)에 연결될 수 있다. 상기 구동부는 회전체(410)와 일체로 구비될 수 있고, 별개로 구비되어 결합될 수도 있다. 회전체(410)는 제1 회전축(RA1)을 중심으로 회전할 수 있다.
브러시(430)는 회전체(410)에 결합될 수 있다. 예를 들면, 복수의 브러시들(430)이 회전체(410)의 저면에 배치될 수 있다. 브러시(430)의 일 단부는 회전체(410)의 저면에 결합되고, 브러시(430)의 다른 단부는 유리 기판(100)의 적어도 일 면과 접촉할 수 있다. 브러시(430)는 회전체(410)와 함께 회전하여 유리 기판(100)을 연마할 수 있다. 브러시(430)는 유리 기판(100)의 적어도 일 면을 연마할 수 있다.
브러시(430)는 양모(wool)를 포함할 수 있다. 상기 양모는 부드러울 수 있다. 이에 따라, 연마 과정에서 상기 양모에 의해 유리 기판(100)에 긁힘이 발생하지 않을 수 있다. 상기 양모는 장기간 사용하더라도 연마 성능의 저하가 적은 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 양모는 천연 재질(동물털)로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 브러시(430)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 브러시(430)의 지름(Φ)은 약 1.0 um 내지 약 1.5 um일 수 있다.
상기 공급부는 회전체(410)에 결합될 수 있다. 상기 공급부는 유리 기판(100)과 브러시(430) 사이에 연마제를 공급할 수 있다.
상기 연마제는 산화세륨(CeO2)을 포함할 수 있다. 유리 기판(100)의 연마 시에, 유리 기판(100)과 브러시(430) 사이에 상기 연마제가 분사될 수 있다.
연마 장치(400)를 이용하여 유리 기판(100)의 표면을 연마함으로써, 강화하는 단계(S130)에서 유리 기판(100)의 표면에 형성된 결함을 제거할 수 있다. 이러한 결함을 제거하기 위하여, 연마 단계(S140)에서 강화된 유리 기판(100)의 표면의 두께를 약 2.4 um 내지 약 2.6 um 연마할 수 있다. 예를 들면, 연마되는 유리 기판(100)의 표면의 두께는 유리 기판(100)의 제1 면(110)의 연마 두께 및 유리 기판(100)의 제2 면(120)의 연마 두께의 합일 수 있다. 이 경우, 제1 면(110)의 연마 두께와 제2 면(120)의 연마 두께의 합은 약 2.4 um 내지 약 2.6 um일 수 있다. 약 2.4 um 보다 작은 두께를 연마하는 경우에, 유리 기판(100)의 표면에 형성되는 결함을 충분히 제거하지 못할 수 있다. 또한, 약 2.6 um 보다 큰 두께를 연마하는 경우에, 유리 기판(100)의 강화층(140)의 압축 응력이 감소되어 유리 기판(100)의 강도가 상대적으로 약해질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 연마 장치(400)를 이용하여 유리 기판(100)의 제1 면(110) 및 제2 면(120)을 연마할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판(100)의 제1 면(110)을 연마한 후에, 유리 기판(100)의 제2 면(120)을 연마할 수 있다.
먼저, 유리 기판(100)의 제1 면(110)을 연마할 수 있다. 유리 기판(100)의 제2 면(120)이 지지대(420)의 상면과 접촉하고, 유리 기판(100)의 제1 면(110)이 회전체(410)에 대향하도록 유리 기판(100)을 배치할 수 있다. 회전체(410)를 제1 회전축(RA1)을 기준으로 회전시켜 유리 기판(100)의 제1 면(110)을 일정한 두께만큼 연마할 수 있다. 이 경우, 유리 기판(100)의 제3 면(130)의 일부(예를 들면, 제1 면(110)에 인접한 제3 면(130)의 일부)도 제1 면(110)과 함께 연마될 수 있다. 이에 따라, 제1 면(110)에 형성되는 강화층(140)의 제1 두께(T1)는 제3 두께(T3)로 감소할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판(100)의 제1 면(110)을 두께 방향으로 약 1.2 um 내지 약 1.3 um 정도 연마할 수 있고, 바람직하게는 약 1.25 um 정도 연마할 수 있다. 이 경우, 제1 면(110)에 형성되는 강화층(140)의 두께는 약 21.25 um에서 약 20 um로 감소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 지지대(420)는 회전 동력을 제공하는 구동부(미도시)의 제2 회전축(RA2)에 연결될 수 있다. 상기 구동부는 지지대(420)와 일체로 구비될 수 있고, 별개로 구비되어 결합될 수도 있다. 지지대(420)는 제2 회전축(RA2)을 중심으로 회전할 수 있다.
지지대(420)는 회전체(410)와 반대 방향 또는 같은 방향으로 회전할 수 있다. 지지대(420)에 안착된 유리 기판(100)과 회전체(410)가 서로 반대 방향으로 회전하는 경우에 더욱 높은 연마 효율을 얻을 수 있다.
그 다음, 유리 기판(100)의 제2 면(120)을 연마할 수 있다. 유리 기판(100)을 뒤집어서 유리 기판(100)의 제1 면(110)이 지지대(420)의 상면과 접촉하고, 유리 기판(100)의 제2 면(120)이 회전체(410)에 대향하도록 유리 기판(100)을 배치할 수 있다. 회전체(410)를 제1 회전축(RA1)을 기준으로 회전시켜 유리 기판(100)의 제2 면(120)을 일정한 두께만큼 연마할 수 있다. 이 경우, 유리 기판(100)의 제3 면(130)의 일부(예를 들면, 제2 면(120)에 인접한 제3 면(130)의 일부)도 제2 면(120)과 함께 연마될 수 있다. 이에 따라, 제2 면(120)에 형성되는 강화층(140)의 제2 두께(T2)는 제4 두께(T4)로 감소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 연마 장치(400)에 의해 연마되는 제2 면(120)에 형성되는 강화층(140)의 두께는 연마 장치(400)에 의해 연마되는 제1 면(110)에 형성되는 강화층(140)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판(100)의 제2 면(120)을 두께 방향으로 약 1.2 um 내지 약 1.3 um 정도 연마할 수 있고, 바람직하게는 약 1.25 um 정도 연마할 수 있다. 이 경우, 제2 면(120)에 형성되는 강화층(140)의 두께는 약 21.25 um에서 약 20 um로 감소할 수 있다.
연마 장치(400)에 의해 연마된 유리 기판(100)은 표면 거칠기(surface roughness)가 상대적으로 작은 제1 면(110) 및 제2 면(120)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 면(110) 및 제2 면(120)의 표면 거칠기는 제곱평균제곱근(root-mean-square: RMS)으로 약 1.9 nm 내지 약 2.2 nm일 수 있다. 이에 따라, 연마된 유리 기판(100)은 상대적으로 평탄한 표면을 가질 수 있다.
이하, 표 1, 표 2 및 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리 기판의 특성을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 유리 기판은 전술한 바와 같이, 유리 기판을 가공하고, 강화한 후에 연마하여 제조될 수 있다. 비교예에 따른 유리 기판은 유리 기판을 가공하고, 연마한 후에 강화하여 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 유리 기판은 강화된 유리 기판을 연마하여 제조될 수 있고, 비교예에 따른 유리 기판은 연마된 유리 기판을 강화하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 유리 기판의 강화층은 약 800 MPa의 압축 응력 및 약 40 um의 두께를 가질 수 있고, 비교예에 따른 유리 기판의 강화층은 약 860 MPa의 압축 응력 및 약 42.5 um의 두께를 가질 수 있다.
아래의 표 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리 기판의 휨(warpage) 정도를 평가하기 위한 실험의 결과를 나타낸 것이다. 상기 휨 정도를 측정하기 위하여 유리 기판의 일 면의 임의적인 10 개의 위치들에 전자기파들을 방출하고, 유리 기판에 의해 반사되는 전자기파들의 변위들을 측정할 수 있다. 상기 변위들 중에서 최대 변위와 최소 변위의 차를 계산하여 상기 휨 정도를 측정할 수 있다.
[표 1]
표 1을 참조하면, 비교예에 따른 제조 공정과 비교하여 본 발명의 실시예에 따른 제조 공정에 의할 때, 유리 기판의 휨 정도가 감소할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판의 휨 정도는 약 20% 정도 감소할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법에 의할 때, 휨 발생이 저감되는 유리 기판을 제조할 수 있다.
아래의 표 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리 기판의 표면 거칠기(surface roughness)를 평가하기 위한 실험의 결과를 나타낸 것이다. 상기 표면 거칠기는 원자간력 현미경(atomic force microscope: AFM)을 이용하여 측정할 수 있다. 원자간력 현미경을 이용하여 유리 기판의 제1 면 및 제2 면의 임의적인 2 개의 영역들의 표면 거칠기들을 측정할 수 있다.
[표 2]
표 2를 참조하면, 비교예에 따른 제조 공정과 비교하여 본 발명의 실시예에 따른 제조 공정에 의할 때, 유리 기판의 표면 거칠기가 감소할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판의 표면 거칠기는 평균적으로 약 5 nm에서 약 2 nm로 약 60% 정도 감소할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법에 의할 때, 표면 거칠기가 저감되는 유리 기판을 제조할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리 기판의 내충격성을 평가하기 위한 실험의 결과를 나타낸 것이다. 상기 내충격성을 측정하기 위하여 유리 기판의 상부로부터 약 130.5 g의 질량을 가지는 공을 15 회 떨어뜨려, 유리 기판이 파손되는 높이들을 측정할 수 있다. 상기 유리 기판이 파손되는 높이들 중에서 최소 높이를 측정하여 상기 내충격성을 평가할 수 있다.
도 11을 참조하면, 비교예에 따른 제조 공정과 비교하여 본 발명의 실시예에 따른 제조 공정에 의할 때, 떨어지는 공에 의해 유리 기판이 파손되는 최소 높이가 증가할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판이 파손되는 최소 높이는 약 35 cm에서 약 65 cm로 약 2 배 정도 증가할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법에 의할 때, 내충격성이 개선되는 유리 기판을 제조할 수 있다.
이하, 도 12, 도 13, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법은 유리 기판을 준비하는 단계(S210), 유리 기판을 가공하는 단계(S220), 가공된 유리 기판을 연마하는 제1 연마 단계(S225), 연마된 유리 기판을 강화하는 단계(S230) 및 강화된 유리 기판을 연마하는 제2 연마 단계(S240)를 포함할 수 있다. 제2 연마 단계(S240)는 양모를 포함하는 브러시 및 산화세륨을 포함하는 연마제를 이용하여 강화된 유리 기판을 연마하는 것일 수 있다. 연마 후에 강화된 유리 기판을 다시 연마함으로써, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법과 비교하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법은 유리 기판을 강화하기 전에 유리 기판을 연마하는 제1 연마 단계(S225)를 추가적으로 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판을 준비하는 단계(S210), 유리 기판을 가공하는 단계(S220), 연마된 유리 기판을 강화하는 단계(S230) 및 강화된 유리 기판을 연마하는 제2 연마 단계(S240)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판을 준비하는 단계(S110), 유리 기판을 가공하는 단계(S120), 가공된 유리 기판을 강화하는 단계(S130) 및 강화된 유리 기판을 연마하는 단계(S140)와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다.
도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 13 및 도 14는 가공된 유리 기판을 연마하는 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 12, 도 13 및 도 14를 참조하면, 유리 기판(1100)을 준비하고(S210), 유리 기판(1100)을 가공한(S220) 후에, 가공된 유리 기판(1100)을 제1 연마할 수 있다(S225). 제1 연마 단계(S225)는 기계적 연마를 통해 수행될 수 있다. 이러한 기계적 연마를 통해 유리 기판(1100)의 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판을 준비하는 단계(S210) 및 유리 기판을 가공하는 단계(S220)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판을 준비하는 단계(S110) 및 유리 기판을 가공하는 단계(S120)와 실질적으로 동일하거나 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
가공된 유리 기판(1100)은 연마 장치(400)를 이용하여 연마될 수 있다. 연마 장치(400)는 회전체(410), 지지대(420), 브러시(430) 및 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
지지대(420)에는 유리 기판(1100)이 안착될 수 있다. 지지대(420)의 상면에는 유리 기판(1100)의 제1 면(1110) 및 제2 면(1120)의 어느 하나가 접촉할 수 있다. 지지대(420)는 유리 기판(1100)을 고정시키기 위한 진공 흡착 장치(미도시) 또는 고정틀(미도시)을 포함할 수도 있다.
회전체(410)는 지지대(420)의 상부에 위치할 수 있다. 회전체(410)는 회전 동력을 제공하는 구동부(미도시)의 제1 회전축(RA1)에 연결될 수 있다. 상기 구동부는 회전체(410)와 일체로 구비될 수 있고, 별개로 구비되어 결합될 수도 있다. 회전체(410)는 제1 회전축(RA1)을 중심으로 회전할 수 있다.
브러시(430)는 회전체(410)에 결합될 수 있다. 예를 들면, 복수의 브러시들(430)이 회전체(410)의 저면에 배치될 수 있다. 브러시(430)의 일 단부는 회전체(410)의 저면에 결합되고, 브러시(430)의 다른 단부는 유리 기판(1100)의 적어도 일 면과 접촉할 수 있다. 브러시(430)는 회전체(410)와 함께 회전하여 유리 기판(1100)을 연마할 수 있다. 브러시(430)는 유리 기판(1100)의 적어도 일 면을 연마할 수 있다.
브러시(430)는 양모(wool)를 포함할 수 있다. 상기 양모는 부드러울 수 있다. 이에 따라, 연마 과정에서 상기 양모에 의해 유리 기판(1100)에 긁힘이 발생하지 않을 수 있다. 상기 양모는 장기간 사용하더라도 연마 성능의 저하가 적은 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 양모는 천연 재질(동물털)로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 브러시(430)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 브러시(430)의 지름은 약 1.0 um 내지 약 1.5 um일 수 있다.
상기 공급부는 회전체(410)에 결합될 수 있다. 상기 공급부는 유리 기판(100)과 브러시(430) 사이에 연마제를 공급할 수 있다.
상기 연마제는 산화세륨(CeO2)을 포함할 수 있다. 유리 기판(1100)의 연마 시에, 유리 기판(1100)과 브러시(430) 사이에 상기 연마제가 분사될 수 있다.
가공된 유리 기판(1100)의 표면의 두께를 약 20 um 연마할 수 있다. 예를 들면, 연마되는 유리 기판(1100)의 표면의 두께는 유리 기판(1100)의 제1 면(1110)의 연마 두께 및 유리 기판(1100)의 제2 면(1120)의 연마 두께의 합일 수 있다. 이 경우, 제1 면(1110)의 연마 두께와 제2 면(1120)의 연마 두께의 합은 약 20 um일 수 있다.
연마 장치(400)를 이용하여 유리 기판(1100)의 제1 면(1110) 및 제2 면(1120)을 연마할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판(1100)의 제1 면(1110)을 연마한 후에, 유리 기판(1100)의 제2 면(1120)을 연마할 수 있다.
먼저, 유리 기판(1100)의 제1 면(1110)을 연마할 수 있다. 유리 기판(1100)의 제2 면(1120)이 지지대(420)의 상면과 접촉하고, 유리 기판(1100)의 제1 면(1110)이 회전체(410)에 대향하도록 유리 기판(1100)을 배치할 수 있다. 회전체(410)를 제1 회전축(RA1)을 기준으로 회전시켜 유리 기판(1100)의 제1 면(1110)을 일정한 두께만큼 연마할 수 있다. 이 경우, 유리 기판(1100)의 제3 면(1130)의 일부(예를 들면, 제1 면(1110)에 인접한 제3 면(1130)의 일부)도 제1 면(1110)과 함께 연마될 수 있다. 예를 들면, 유리 기판(1100)의 제1 면(1110)을 두께 방향으로 약 10 um 정도 연마할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 지지대(420)는 회전 동력을 제공하는 구동부(미도시)의 제2 회전축(RA2)에 연결될 수 있다. 상기 구동부는 지지대(420)와 일체로 구비될 수 있고, 별개로 구비되어 결합될 수도 있다. 지지대(420)는 제2 회전축(RA2)을 중심으로 회전할 수 있다.
지지대(420)는 회전체(410)와 반대 방향 또는 같은 방향으로 회전할 수 있다. 지지대(420)에 안착된 유리 기판(1100)과 회전체(410)가 서로 반대 방향으로 회전하는 경우에 더욱 높은 연마 효율을 얻을 수 있다.
그 다음, 유리 기판(1100)의 제2 면(1120)을 연마할 수 있다. 유리 기판(1100)을 뒤집어서 유리 기판(1100)의 제1 면(1110)이 지지대(420)의 상면과 접촉하고, 유리 기판(1100)의 제2 면(1120)이 회전체(410)에 대향하도록 유리 기판(1100)을 배치할 수 있다. 회전체(410)를 제1 회전축(RA1)을 기준으로 회전시켜 유리 기판(1100)의 제2 면(1120)을 일정한 두께만큼 연마할 수 있다. 이 경우, 유리 기판(1100)의 제3 면(1130)의 일부(예를 들면, 제2 면(1120)에 인접한 제3 면(1130)의 일부)도 제2 면(1120)과 함께 연마될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 연마 장치(400)에 의해 연마되는 제2 면(1120)의 두께는 연마 장치(400)에 의해 연마되는 제1 면(1110)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판(1100)의 제2 면(1120)을 두께 방향으로 약 10 um 정도 연마할 수 있다.
도 15는 연마된 유리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 12 및 도 15를 참조하면, 제1 연마된 유리 기판(1100)을 강화한(S230) 후에, 강화된 유리 기판(1100)을 제2 연마할 수 있다(S240). 제2 연마 단계(S240)는 기계적 연마를 통해 수행될 수 있다. 이러한 기계적 연마를 통해 유리 기판(1100)의 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 기판을 강화하는 단계(S230) 및 유리 기판을 제2 연마하는 단계(S240)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판을 강화하는 단계(S130) 및 유리 기판을 연마하는 단계(S140)와 실질적으로 동일하거나 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
일 실시예에 있어서, 제2 연마 단계(S240)에서 연마되는 유리 기판(1100)의 두께는 제1 연마 단계(S225)에서 연마되는 유리 기판(1100)의 두께보다 작을 수 있다. 예를 들면, 제1 연마 단계(S225)에서 연마되는 유리 기판(1100)의 두께는 약 20 um일 수 있고, 제2 연마 단계(S240)에서 연마되는 유리 기판(1100)의 두께는 약 2.5 um일 수 있다. 여기서, 연마되는 유리 기판(1100)의 두께는 유리 기판의 연마되는 제1 면(1110)의 두께 및 연마되는 제2 면(1120)의 두께의 합일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 연마 단계(S240)의 연마 시간은 제1 연마 단계(S225)의 연마 시간보다 작을 수 있다. 예를 들면, 제1 연마 단계(S225)에서 유리 기판(1100)이 연마되는 시간은 약 40 분 정도일 수 있고, 제2 연마 단계(S240)에서 유리 기판(1100)이 연마되는 시간은 약 5 분 정도일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판 연마 장치는 컴퓨터, 노트북, 휴대폰, 스마트폰, 스마트패드, 피엠피(PMP), 피디에이(PDA), MP3 플레이어 등에 포함되는 표시 장치에 포함되는 유리 기판에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유리 기판의 제조 방법 들 및 유리 기판 연마 장치들에 대하여 도면들을 참조하여 설명하였지만, 설시한 실시예들은 예시적인 것으로서 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다.
100, 1100: 유리 기판
110, 1110: 제1 면
120, 1120: 제2 면 140, 1140: 강화층
210: 용액 310: 제1 이온
320: 제2 이온 400: 연마 장치
410: 회전체 420: 지지대
430: 브러시
120, 1120: 제2 면 140, 1140: 강화층
210: 용액 310: 제1 이온
320: 제2 이온 400: 연마 장치
410: 회전체 420: 지지대
430: 브러시
Claims (20)
- 유리 기판을 가공하는 단계;
상기 가공된 유리 기판을 강화하는 단계; 및
양모를 포함하는 브러시(brush) 및 산화세륨을 포함하는 연마제를 이용하여 상기 강화된 유리 기판을 연마하는 제1 연마 단계를 포함하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 연마 단계에서 상기 강화하는 단계에서 상기 유리 기판의 표면에 형성된 결함을 제거하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 연마 단계에서 상기 강화된 유리 기판의 표면의 두께를 2.4 um 내지 2.6 um 연마하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 연마 단계는:
상기 유리 기판의 제1 면을 연마하는 단계; 및
상기 제1 면에 대향하는 상기 유리 기판의 제2 면을 연마하는 단계를 포함하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제1 면 및 상기 제2 면은 서로 동일한 두께만큼 연마되는, 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 연마된 유리 기판의 표면 거칠기는 1.9 nm 내지 2.2 nm인, 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 연마된 유리 기판은 130.5 g의 공을 낙하시키는 때를 기준으로 적어도 65 cm의 내충격성을 가지는, 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 강화하는 단계에서 상기 가공된 유리 기판을 용액에 침전시켜 상기 유리 기판의 표면에 강화층을 형성하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제8항에 있어서, 상기 강화하는 단계는:
상기 용액을 360 도 내지 430 도의 온도로 가열하는 단계; 및
상기 유리 기판의 표면에 배치되는 제1 이온을 상기 용액이 포함하는 제2 이온과 교환하는 단계를 포함하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1 이온은 나트륨 이온을 포함하고, 상기 제2 이온은 칼륨 이온을 포함하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 강화하는 단계 전에 상기 가공된 유리 기판을 연마하는 제2 연마 단계를 더 포함하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제2 연마 단계에서 상기 가공된 유리 기판은 상기 브러시 및 상기 연마제를 이용하여 연마되는, 유리 기판의 제조 방법. - 제11항에 있어서, 상기 제1 연마 단계 및 상기 제2 연마 단계는 각각:
상기 유리 기판의 제1 면을 연마하는 단계; 및
상기 제1 면에 대향하는 상기 유리 기판의 제2 면을 연마하는 단계를 포함하는, 유리 기판의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 면 및 상기 제2 면은 서로 동일한 두께만큼 연마되는, 유리 기판의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1 연마 단계에서 연마되는 상기 유리 기판의 두께는 상기 제2 연마 단계에서 연마되는 상기 유리 기판의 두께보다 작은, 유리 기판의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1 연마 단계의 연마 시간은 상기 제2 연마 단계의 연마 시간보다 작은, 유리 기판의 제조 방법. - 제1 방향으로 회전하는 회전체;
상기 회전체에 결합되어 유리 기판을 연마하고, 양모를 포함하는 브러시; 및
상기 회전체에 결합되고, 상기 유리 기판과 상기 브러시 사이에 산화세륨을 포함하는 연마제를 공급하는 공급부를 포함하는, 유리 기판 연마 장치. - 제17항에 있어서,
상기 브러시의 하부에 배치되고, 상기 유리 기판이 안착되는 지지대를 더 포함하는, 유리 기판 연마 장치. - 제18항에 있어서,
상기 지지대는 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회전하는, 유리 기판 연마 장치. - 제17항에 있어서,
상기 브러시는 원기둥 형상을 가지고, 상기 브러시의 지름은 1.0 um 내지 1.5 um인, 유리 기판 연마 장치.
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