텍스트: 무라카미 타쿠타

우리가 무심코 사용하는 제품에는 놀라운 기술을 개발한 사람들의 지혜와 생산을 지원하는 사람들의 노력이 담겨 있습니다 요즘 우리 삶의 큰 부분을 차지하고 있으며, 단 하루도 뗄 수 없는 스마트폰의 디스플레이 유리를 생각해보자

오늘날 가장 일반적인 유형의 유리는 모든 사람의 손에 있는 스마트폰의 디스플레이 유리입니다 우리는 하루 종일 그것을 보고 상호 작용합니다

그런데 최신 스마트폰의 디스플레이 유리를 깨뜨린 사람이 있나요? 물론 유리이기 때문에 깨질 수도 있지만, 깨지는 빈도가 눈에 띄게 줄어든 것을 눈치채셨나요? 떨어뜨리고 아슬아슬한 연락을 받고 깨지지 않은 것을 다행이라고 생각하는 분들이 점점 늘어나는 게 아닌가 싶습니다

물론 당신에게는 행운을 가져다주는 측면도 있을 수 있습니다 하지만 기술의 발전으로 인해 스마트폰 디스플레이 유리는 마치 마법처럼 깨지지 않는 수준이 되었습니다

지금 생각해보면 '과거에는 디스플레이가 깨진 기기를 사용하는 사람들이 많았는데 요즘은 그런 사람을 못 본 것 같은데' 최신 폴더블 스마트폰의 디스플레이를 덮는 유리의 두께는 005mm 이하에 불과합니다 그럼에도 불구하고, 떨어뜨려도 거의 부러지지 않을 만큼 튼튼합니다

그런데 스마트폰의 LCD 디스플레이는 두 개의 유리 기판과 한 개의 커버 유리로 구성됩니다 기판 유리는 디스플레이 회로가 내장되어 있기 때문에 매우 매끄러워야 합니다 그 위에 커버글라스를 조립하는데, 이를 위해서는 강도가 필요하다 유기 EL 디스플레이는 하나의 커버 유리와 0~2개의 기판 유리를 사용합니다

실제로 이 스마트폰용 초박형 유리는 극도로 진보된 기술을 사용하여 만들어졌으며 그 강도와 두께는 여전히 빠르게 발전하고 있습니다 스마트폰 디스플레이에 사용되는 특수유리는 미국 코닝, 독일 쇼트, 일본 AGC, NEG(Nippon Electric Glass) 등 전 세계적으로 몇몇 회사에서만 만들 수 있다 NEG는 디스플레이 유리 시장에서 약 20%의 점유율을 차지하고 있으며 업계 선두인 코닝에 이어 2위 자리를 두고 AGC와 경쟁하고 있다

일본은 스마트폰, 컴퓨터와 같은 제품 생산에서 중국, 대만, 한국에 뒤진 지 오래되었습니다 하지만 제품을 구성하는 부품들을 보면 대부분 일본산임을 알 수 있습니다 세라믹 콘덴서(Murata Manufacturing 등), 센서(Sony의 CMOS 센서, TDK 및 Seiko Epson의 가속도, 자이로, 지자기 센서 등), 무선 통신 모듈(Murata Manufacturing, Kyocera 등), 디스플레이에 사용되는 유리 등 많은 부품이 일본에서 생산됩니다 인건비가 낮은 나라에서 제품 조립을 하고 있는 상황에서 일본은 '모방하기 어려운 고정밀 부품'에 주력해 왔고, 어떤 의미에서는 국가 정책의 결과라고 할 수 있기 때문이다

NEG에서 생산한 화학적으로 강화된 초박형 유리인 Dinorex UTG®(Dinorex로 발음)는 일본 고유의 제품이며 전 세계적으로 필요한 제품입니다

우선 유리란 무엇인가? 그리고 스마트폰에 사용되는 초박형 유리가 어떻게 만들어지는지 아시나요?

일반적으로 유리는 산화규소(SiO2)를 주성분으로 하는 물질로 생각되지만, 더 정확히 말하면 유리는 결정구조가 없고 고체이지만 액체와 같은 불완전한 구조를 갖는 '비정질' 물질입니다

"Dinorex UTG®"와 같은 화학 강화용 초박형 유리에는 SiO2, 소다회(Na2CO₃), 석회석(CaCO₃) 및 산화붕소(B2O₃)와 같은 물질이 포함되어 있습니다 ), 알루미나(Al2O₃), 내충격성 등의 고성능을 얻기 위해 약 1,500℃의 고온로에서 각종 성분을 미량 녹여 혼합합니다

이 "용광로"는 유리 산업의 기초를 형성합니다 과거에는 용광로의 높은 온도를 중유로 지탱했지만, 이제는 환경을 고려하여 천연가스와 전기를 사용하고 있습니다 앞으로는 전기가 주목의 중심이 될 것이다 고온을 얻기 위해 어떤 방법을 사용하더라도 일단 퍼니스가 가동되면 고온이 유지됩니다 온도를 낮추면 로 내부와 배관 내부에서 유리가 굳어버리기 때문이다 이 때문에 용광로는 365일 24시간 높은 온도를 유지하고 있으며, 이로 인해 유리로 만든 제품을 생산하는 공장 전체가 교대근무를 계속해야 한다

공업용 유리 제조에 종사하는 사람들에게는 당연한 일인 것 같지만, 설날에도 공장을 폐쇄할 수는 없습니다 대부분의 일반인이 쉬는 설날 자정에도, 설날 아침에도 유리 공장에서 일하는 사람들은 하루도 쉬지 않습니다 이 귀중한 노동이 없었다면 우리 스마트폰용 유리는 만들어지지 않았을 것입니다

화로를 멈추고 내부의 유리가 굳어지면 수리하는데 막대한 비용이 들어갈 것 같습니다 따라서 자연재해나 정전에 대비해 백업 전원을 포함한 다양한 대책을 강구하고 있습니다

초박형 유리는 ``오버플로우 공법''을 사용하여 만들어집니다

고온의 유리를 배수구 같은 시설을 통해 붓고, 양쪽에서 넘쳐나는 유리를 높은 곳(대략 8층 건물 높이)에서 끌어내려 극도로 얇은 유리를 형성합니다 양쪽 가장자리에서 흘러나온 유리는 홈통 바닥에서 합쳐지며 거기서부터 005mm보다 얇아질 때까지 늘어납니다 오버플로우량, 시트 드로잉 속도 등 다양한 성형 조건을 변경함으로써 스마트폰용 초박형 유리부터 대형 디스플레이용 두꺼운 기판 유리까지 다양한 유리 제품 제조가 가능합니다

그러나 1500℃의 높은 온도에서 유리를 005mm 이하의 두께로 낮추는 것이 얼마나 어려운지 생각해 보십시오 홈통과 같은 장비의 정밀도는 비교할 수 없을 만큼 높아야 하며, 가장자리의 수평도를 엄격하게 유지해야 하며, 흐르는 유리 재료의 온도도 제어해야 합니다 온도에 약간의 편차가 있어도 흐름이 균일하지 않습니다 관리가 쉽지 않기 때문에 다른 회사에서는 흉내낼 수 없습니다

그러나 이 오버플로우 방식을 사용하기 때문에 균일한 두께, 매끄러운 표면, 매끄러운 표면을 가진 견고한 유리를 만드는 것이 가능합니다 일부 부위의 두께가 불균일하거나 강도가 불균일할 경우 균열이 발생할 수 있습니다 또한, 성형 과정에서 유리 표면이 어떤 것과도 접촉하지 않고, 이후 표면을 연마할 필요도 없기 때문에 나노 수준으로 매끄러운 유리를 만드는 것이 가능하다
예를 들어, 액정 디스플레이에는 두 개의 유리 조각 사이에 수 마이크로미터(1μm=0001mm)의 액정 층이 끼워져 있어야 합니다 이 층은 매우 섬세하며, 유리의 약간의 불규칙성으로 인해 디스플레이가 고르지 않게 될 수 있으며, 작은 흠집도 회로 단선으로 인해 "누락 점"이라는 결함으로 이어질 수 있습니다 이런 식으로 매우 매끄러워지는 것이 중요합니다

이렇게 형성된 커버유리의 표면을 화학적으로 강화함으로써 망치로 두드려도 깨지지 않는 화학적으로 강화된 유리를 만드는 것이 가능합니다

화학적 강화는 칼륨 이온(K+)이 포함된 질산칼륨 용액에 담가서 이루어집니다 초박형 유리에는 원래 나트륨 이온(Na+)이 포함되어 있지만 이 용액에 담그면 Na+가 직경이 더 큰 K+로 대체됩니다 이것을 이온 교환이라고 합니다 결과적으로, 유리 표면에 균열을 넓히려는 외부 충격이나 힘(유리가 이 응력을 견디지 못하면 균열이 발생하는 인장 응력)이 가해지더라도 표면을 압축하려는 반대 방향으로 힘이 발생하여 깨지기 어렵습니다

이러한 각 제조 공정이 엄격하게 통제되기 때문에 스마트폰 커버 유리와 같이 최고의 강도와 두께를 갖춘 부품을 만들 수 있습니다

세계에서 보기 드문 유리 제조 기술이 일본 최대 호수인 비와호 주변에 존재하는 것은 필연적입니다

NEG는 공장을 운영하려면 많은 물이 필요했기 때문에 비와호를 따라 정착했습니다 초고온 용광로를 다루기 때문에 이를 냉각시키기 위한 물이 필요하며, 유리 성형 및 가공 공정에서도 많은 양의 물이 필요합니다 비와코 호숫가 특유의 풍부한 지하수를 이용합니다

시간을 거슬러 올라가 NEG의 역사를 살펴보겠습니다 다른 많은 기업과 마찬가지로 NEG도 수많은 위기를 극복해 오늘날의 모습을 갖추었습니다

Nippon Electric Glass는 1944년 10월 NEC의 유리 제조 부문으로 설립되었습니다 태평양 전쟁이 끝날 무렵이었습니다 전쟁 상황이 더욱 심각해짐에 따라 군용 무선 장비 및 기타 장비에 사용되는 진공관이 필요하게 되었습니다 회사 창립 직후 전쟁이 끝나고 일본의 부흥을 뒷받침하는 기술로 Nippon Electric Glass의 진공관 유리가 라디오 및 기타 제품에 사용되었습니다

그러나 1950년대 중반에 라디오는 진공관 대신 트랜지스터를 사용하기 시작했으며 진공관의 필요성은 급격히 감소했습니다 대신 TV 음극선관용 유리가 Nippon Electric Glass의 주요 제품이 되었습니다

아시다시피 텔레비전은 3대 보물(냉장고, 세탁기, 텔레비전) 중 하나로 전후 재건을 상징합니다 1964년에는 가정용 보급률이 90%를 넘어섰고, 1990년대까지 연간 국내 출하량은 약 1,000만개를 넘어섰고, NEG는 NEC 외에도 국내 주요 음극선관 제조사에 유리를 공급하기 시작했다 더욱이 1990년대에는 TV의 대형화로 브라운관 TV용 유리를 풀 생산하고 있었다고 할 수 있다

또한 1980년대부터 1990년대까지 회사는 엔화 강세의 타격을 받았습니다 일본에서 음극선관을 만드는 데 드는 가격은 매우 높기 때문에 제조업체가 해외로 공장을 확장함에 따라 NEG는 현지에서 생산하기 위해 동남아시아, 북미, 유럽에 공장을 잇달아 짓기 시작했습니다

또한 2000년대에는 TV와 컴퓨터 모니터에 LCD 화면이 사용되기 시작하면서 음극선관의 수요가 급격히 감소했습니다 일본전기유리의 첫 번째 위기였지만 액정디스플레이용 유리를 만들며 탈출구를 찾았다

처음에는 주로 TV와 컴퓨터의 디스플레이에 사용되었지만 시간이 지나면서 스마트폰을 포함한 전자 기기용 초박형 유리도 생산하기 시작했습니다 이렇게 제조 방식을 개선해 오늘날의 스마트폰용 초박형 유리를 완성했습니다

우리가 만드는 제품은 진공관에서 음극선관, 디스플레이 유리로 바뀌었지만 '문명의 제품 창조를 통해 사회에 공헌''하는 우리의 창업 정신은 여전히 건재합니다

우리의 일상을 지탱하는 스마트폰용 유리가 만들어지는 과정과 역사적 과정을 이해하셨나요?

아름다운 디스플레이와 섬세한 터치 패널 반응을 구현하기 위해서는 나노 수준에서 매끄럽고 강도가 높은 스마트폰용 초박형 유리가 필수적입니다 그리고 비와호 기슭에 위치하고 1년 365일 24시간 계속 운영되고 있는 NEG가 이에 기여하고 있습니다

스마트폰을 사용할 때 이 유리를 만드는 기술에 대해 생각해 보세요