KR102269921B1 - 유리 강화용 조성물 및 이를 이용한 터치 스크린 글래스의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유리 강화용 조성물은 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0. 1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함한다.

Description

유리 강화용 조성물 및 이를 이용한 터치 스크린 글래스의 제조 방법{COMPOSITION FOR GLASS REINFORCING AND MANUFACTURING METHOD OF TOUCH SCREEN GLASS USING THEREOF}
본 발명은 유리 강화용 조성물 및 이를 이용한 터치 스크린 글래스의 제조 방법에 대한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상표시장치 등의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치이다.
이를 위해, 터치 스크린 패널은 영상표시장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환한다. 이에 따라, 접촉위치에서 선택된 지시 내용이 입력신호로 받아들여진다.
이와 같은 터치 스크린 패널은 키보드 및 마우스와 같이 영상표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.
단, 터치 스크린 패널이 영상표시장치의 패널 상부에 부착되면 표시장치 전체의 부피가 커져 휴대의 편리성이 저하되는 등의 문제점이 발생할 수 있으므로, 최근에는 박형화된 터치 스크린 패널의 개발이 요구되고 있다.
그러나, 일반적인 터치 스크린 패널의 경우 기구 강도 향상을 위해 터치 스크린 패널의 상부면에 윈도우가 추가로 구비되는데, 이는 터치 스크린 패널의 두께를 크게 하는 것으로 터치 스크린 패널의 박형화 추세에 역행하게 된다는 단점이 있다.
또한, 상기 윈도우는 강화 처리된 유리(glass) 기판으로 구현되는 것이 일반적이나, 강화 처리된 유리 기판을 윈도우로 사용하기 위해서는 셀 단위로 유기기판을 커팅한 후, 이를 개별적으로 강화 처리 공정을 수행하여야 한다.
강화 처리되지 않은 유리 기판을 윈도우로 사용하여 원장 상태에서 터치 스크린 패널을 제조하게 되면 윈도우의 파괴 강도가 취약하여 윈도우로서의 역할을 수행할 수 없다는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유리 강화용 조성물 및 이를 이용한 터치 스크린 글래스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 강화용 조성물은 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0.1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함한다.
상기 무기산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 설파민산(SO3HNH2), 과염소산(HClO4), 크롬산(HCrO4), 아황산(H2SO3) 및 아질산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 유기산은 카르복시산(carboxylic acid), 디카르복시산(dicarboxylic acid), 트리카르복시산(tricarboxlic acid), 테트라카르복시산(tetracarboxylic acid)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoic acid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 물은 탈이온수 일 수 있다.
상기 탈이온수는 물의 비저항이 18 MΩ/cm 이상일 수 있다.
상기 유리 강화용 조성물은 계면활성제, 증점제 또는 둘 다를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스의 제조 방법은 원판 글래스를 셀 단위의 분판 글래스로 절단하는 단계, 상기 절단된 분판 글래스를 형상 가공하는 단계, 상기 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계를 포함하며, 상기 글래스 강화용 조성물은 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0.1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함한다.
상기 원판 글래스를 셀 단위의 분판 글래스로 절단하는 단계 이전에 상기 원판 글래스를 이온 교환을 통해 강화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 원판 글래스의 분판 글래스로의 절단은 휠(wheel), 레이저, 워터-젯(water-jet), 또는 식각(etching)을 통해 이루어질 수 있다.
상기 절단된 분판 글래스의 형상 가공은 컴퓨터 수치 제어 공정(CNC 공정)으로 이루어질 수 있다.
상기 절단된 분판 글래스를 형상 가공하는 단계와 상기 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계 사이에, 상기 형상 가공된 분판 글래스의 일면 또는 양면에 보호층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 보호층은 탈부착이 가능한 형태이며, 필름 또는 페이스트 형태일 수 있다.
상기 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계 후, 글래스의 미세크랙이 제거되고 블런트가 형성될 수 있다.
상기 블런트의 지름이 6 um 내지 12 um 사이일 수 있다.
상기 글래스 강화용 조성물에 침지된 후의 글래스의 연신율이 0.6 이상일 수 있다.
상기 무기산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 설파민산(SO3HNH2), 과염소산(HClO4), 크롬산(HCrO4), 아황산(H2SO3) 및 아질산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 유기산은 카르복시산(carboxylic acid), 디카르복시산(dicarboxylic acid), 트리카르복시산(tricarboxlic acid), 테트라카르복시산(tetracarboxylic acid)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoic acid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 물은 비저항이 비저항이 18 MΩ/cm 이상인 탈이온수일 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 강화용 조성물은 불산, 불화암모늄, 무기산 및 유기산을 일정 수치로 함유하여 글래스를 침지하는 경우, 적정 크기의 블런트를 형성할 수 있고 유리의 연신율을 적정 수치로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유리 강화용 조성물 처리 후 블런트 형성을 도시한 것이다.
도 2는 핸드폰용 터치 스크린 글래스로 가공한 경우의 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 유리 강화용 조성물에 침지한 후의 글래스 단면의 SEM 이미지이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.
터치 스크린 글래스 제조시, 원판 글래스를 단위 셀 별로 절단하고, 절단된 셀 글라스를 적용하고자 하는 곳의 형상에 맞게 형상 가공하게 된다. 이때 터치 스크린 글래스의 절단면은 절단에 의해 수많은 마이크로 크랙이 생기게 되고, 이는 글래스의 연신율을 감소시키며 작은 충격에도 글래스가 쉽게 파손되는 문제점을 발생시킨다.
따라서 절단되어 형상 가공된 글래스의 강도를 강화시키기 위해서는 절단된 글래스를 강화시켜주는 별도의 처리가 필요하다. 상기 강화 공정을 통해 글래스 절단면의 마이크로 크랙이 제거되기 때문에 이를 힐링(Healing) 공정이라고도 한다. 본 발명에서는 이러한 강화 공정을 힐링 공정으로 명명하여 사용하기도 하였다.
본 발명은, 이러한 힐링 공정에 사용되는 힐링 용액 조성물(=유리 강화용 조성물) 및 이를 이용한 터치 스크린 글래스의 제조 방법에 대한 것이다. 형상 가공된 유리를 힐링 용액 조성물로 처리하는 경우, 절단면의 마이크로 크랙이 제거되고 절단면에서 블런트(Blunt)가 형성되면서 응력의 강도를 감소시키게 된다.
도 1은 유리 강화용 조성물 처리에 따른 블런트 형성을 도시한 것이다. 도 1a는 블런트가 형성되기 전, 크랙이 형성된 절단면을 나타낸 것이고 도 1b는 힐링 공정 후 블런트가 형성된 절단면을 나타낸 것이다.
도 1a를 참고하면 형상 가공에 의해 글래스의 절단면에는 크랙이 생긴다. 이때, 크랙 폭(r)과 글래스에 가해지는 응력(α)의 관계는 하기 식으로 표현할 수 있다.
α = 1 + 2L/ R
힐링 처리 되기 전의 단면(도 1a)은 뾰족한 형태의 크랙이 형성되어 있다. 따라서 r이 작아지며, 상기 식에 따라 응력 α이 커지게 된다.
그러나 도 1b를 참고하면, 힐링 처리에 의해 크랙 주위의 글래스가 용해, 식각되어 반원형의 블런트(blunt)가 형성되고, r이 커지게 된다.
따라서, 상기 식에서 r이 커지면서, 글래스에 가해지는 응력 α는 감소한다. 이러한 응력의 감소는 유리의 연신율 증가로 이어진다. 즉, 힐링 처리는 이와 같이 마이크로 크랙 주위의 글래스를 등방 식각하여 완만한 반원 모양의 블런트(blunt)를 형성함으로써 글래스에 가해지는 응력을 감소시키고 글래스의 연신율을 증가시킨다. 따라서 힐링 처리에 의해 유리가 강화되게 된다.
그럼 먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물은 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0. 1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에서, 불산은 유리를 용해, 식각하는 역할을 한다. 즉, 불산은 탈이온수에서 H+ 양이온과 F- 음이온으로 해리되며, 유리에 접촉하는 경우 유리를 강하게 해리시킨다. 따라서, 글래스가 용해, 식각되게 된다.
본 발명에서, 불산은 조성물 총 충량에 대하여 1 중량% 내지 20 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 만약 불산의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 유리가 충분히 해리되지 않기 때문에 블런트가 잘 형성되지 않는다. 도 1에 도시된 바와 같이 블런트의 형성은 유리의 용해로 인해 형성되는 것으로, 불산의 함량이 충분하지 않은 경우 유리가 식각되지 않고 블런트가 형성되지 않는다. 따라서 글래스의 연신율을 증가시킬 수 없다.
반면, 불산의 함량이 20 중량% 이상인 경우 유리의 식각 속도가 지나치게 빠르기 때문에 블런트의 형성 정도를 제어하기 힘들다. 즉, 블런트가 과도하게 큰 크기로 형성될 수도 있으며, 블런트 형성 자리 이외의 위치에서 유리가 녹아나와 손상이 발생할 확률이 커진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물에서, 불화 암모늄은 유리의 식각 정도를 제어해줌으로써 블런트의 모양을 개선할 수 있게 해준다. 즉, 불화 암모늄에서의 암모늄 이온은 글래스 표면에 교착되며 pH 조절해준다. 불화 암모늄은 글래스의 급속한 식각을 제어해주는 버퍼(buffer) 역할을 수행한다.
이러한 불화 암모늄은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 불화 암모늄이 0.1 중량% 미만으로 포함되면 글래스의 식각 정도의 조절이 어려워 버퍼로서의 역할을 수행하기 어렵다. 반면, 불화 암모늄의 함량이 5 중량%를 초과하는 경우 글래스의 식각 속도가 현저히 줄어들기 때문에 원하는 시간 내에 블런트 형성이 어려워 질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물에서, 무기산은 pH를 조절함으로써 글래스의 블런트 형성 속도를 적절히 증감해주는 역할을 한다. 즉, pH가 낮아지면 글래스의 해리가 촉진되어 블런트 형성 속도가 빨라지며, pH가 높아지면 상대적으로 글래스의 해리가 억제되어 블런트의 형성 속도가 느려진다.
이러한 무기산은 조성물 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 무기산이 1 중량% 미만인 경우, pH 가 충분히 조절되지 않고 따라서 글래스의 블런트 형성 속도가 현저하게 저하될 수 있다. 반며느 무기산의 함량이 20 중량%를 초과할 경우 글래스의 식각 속도가 너무 빨라지고, 블런트 형성 자리 이외의 위치에서 유리가 녹아 나와 손상이 발생하게 된다.
이러한 무기산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 설파민산(SO3HNH2), 과염소산(HClO4), 크롬산(HCrO4), 아황산(H2SO3) 및 아질산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물에서, 유기산은 글래스 블런트 형성시 등방성을 증가시키며, 글래스의 용해도를 증가시켜 처리 용량을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 유기산은 글래스가 등방 식각되어 반원형태의 균일한 블런트가 형성되도록 한다. 또한, 유기산은 유리의 용해 정도를 증가시켜 동일한 시간 대비 더 많은 양의 글래스를 힐링 처리할 수 있다. 또한, 강화용 조성물에 유기산이 첨가되는 경우 용액의 성능이 장시간 보관후에도 동일하게 유지된다.
이러한 유기산은 조성물 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 10 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 유기산의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 식각의 등방성 증가 및 글래스 용해도 증가의 효과가 충분히 나타나지 않을 수 있다. 또한, 유기산의 함량이 20 중량% 이상인 경우 글래스의 식각 속도가 너무 빨라지고, 블런트 형성 자리 이외의 위치에서 유리가 녹아 나와 손상이 발생할 수 있다.
상기 유기산은 카르복시산(carboxylic acid), 디카르복시산(dicarboxylic acid), 트리카르복시산(tricarboxlic acid), 테트라카르복시산(tetracarboxylic acid)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한, 보다 구체적으로 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoic acid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물에서, 물은 탈이온수 일수 있다. 이때 탈이온수의 비저항은 18 MΩ/cm 이상일 수 있다. 물의 함량은 전체 조성물의 총 중량이 100%가 되도록 적절하게 조절 가능하다. 이러한 물은 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 강화용 조성물은, 또한 추가적으로 계면활성제, 증점제 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 계면활성제는 음이온 계면활성제 또는 비이온 계면활성제일 수 있다. 증점제는 용액 등에 가하여 이들의 것의 점도를 증진시키고 틱소트로피성을 부여하는 물질로서, 구체적인 종류는 제한되지 않는다.
그러면, 이하에서는 본 발명 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스의 제조 방법은 원판 글래스를 셀 단위의 분판 글래스로 절단하는 단계, 상기 절단된 분판 글래스를 형상 가공하는 단계, 상기 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계를 포함하며, 상기 글래스 강화용 조성물은 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0. 1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함한다.
그러면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 글래스 제조 방법을 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 원판 글래스를 셀 단위의 분판 글래스로 절단하는 단계를 통해 원판 글래스가 하나의 장치에 적합한 셀 단위의 분판 글래스로 절단된다. 이러한 절단은 휠(wheel), 레이저, 워터-젯(water-jet), 식각(etching) 등 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 절단 방법은 특정 방법으로 제란되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 원판 글래스를 셀 단위의 분판 글래스로 절단하는 단계 이전에, 상기 원판 글래스를 이온 교환을 통해 강화시키는 단계가 먼저 수행될 수 있다.
이러한 강화 처리는 원판 글래스를 KNO3 용액에 담근 뒤 400도 내지 450도의 온도로 15 내지 18시간 정도 가열하는 공정에 의해 수행될 수 있으며, 이러한 공정을 통해 유리기판의 표면에 존재하는 나트륨(Na) 성분을 칼륨(K) 성분으로 치환함으로써 유리 기판 표면의 강도가 향상된다. 즉, 강화 처리 수행 이후 상기 원판 글래스의 표면에는 이온이 치환된 강화층이 형성된다. 그러나 이는 원판 글래스를 강화시키는 일 실시예일뿐으로, 강화처리가 상술한 방법에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 절단된 분판 글래스를 형상 가공하는 단계는 컴퓨터 수치 제어 공정(Computerized Numerical Control, CNC 공정)으로 이루어질 수 있다.
형상 가공을 통해 절단된 분판 글래스가 용도에 적합한 형상으로 가공된다. 도 2는 핸드폰용 터치 스크린 글래스로 가공한 경우의 형상을 대략적으로 나타낸 것이다. 도 2를 참고하면, 스피커 및 홈버튼 등을 위한 홀이 형성되어 있다. 또한, 글래스의 외곽을 부드럽게 곡선형으로 가공하였다.
도 2에 동그라미로 도시된 바와 같이, 이렇게 형상 가공에 의해 절단되는 절단면은 절단시의 물리적, 화학적 충격에 의해 도 1a에 도시된 바와 같은 마이크로 크랙이 형성되게 된다. 이는 유리의 강도를 저하시키는 원인이 된다.
또한, 원판 글래스에 강화처리가 수행되는 경우에도 강화처리는 원판 글래스 단계에서 유리 기판의 전면 및 후면에 대하여만 이루어지게 된다. 따라서 분판 글래스로 절단 및 가공된 후 노출되는 측면은 이온 교환이 전혀 이루어지지 않았고, 이온 교환에 의해 강화된 전면 및 후면에 비하여 그 강도가 약하게 된다.
따라서, 다음 단계는 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계이다. 이때, 글래스 강화용 조성물의 조성은 앞서 설명한 바와 동일하다. 즉, 글래스 강화용 조성물은 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0. 1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함할 수 있다.
이때, 불산은 조성물 총 충량에 대하여 1 중량% 내지 20 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 만약 불산의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 유리가 충분히 해리되지 않기 때문에 블런트가 잘 형성되지 않는다. 도 1에 도시된 바와 같이 블런트의 형성은 유리의 용해로 인해 형성되는 것으로, 불산의 함량이 충분하지 않은 경우 유리가 식각되지 않고 블런트가 형성되지 않는다. 따라서 글래스의 연신율을 증가시킬 수 없다.
반면, 불산의 함량이 20 중량% 이상인 경우 유리의 식각 속도가 지나치게 빠르기 때문에 블런트의 형성 정도를 제어하기 힘들다. 즉, 블런트가 과도하게 큰 크기로 형성될 수도 있으며, 블런트 형성 자리 이외의 위치에서 유리가 녹아나와 손상이 발생할 확률이 커진다.
또한, 불화 암모늄은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 불화 암모늄이 0.1 중량% 미만으로 포함되면 글래스의 식각 정도의 조절이 어려워 버퍼로서의 역할을 수행하기 어렵다. 반면, 불화 암모늄의 함량이 5 중량%를 초과하는 경우 글래스의 식각 속도가 현저히 줄어들기 때문에 원하는 시간 내에 블런트 형성이 어려워 질 수 있다.
무기산은 조성물 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 무기산이 1 중량% 미만인 경우, pH 가 충분히 조절되지 않고 따라서 글래스의 블런트 형성 속도가 현저하게 저하될 수 있다. 반며느 무기산의 함량이 20 중량%를 초과할 경우 글래스의 식각 속도가 너무 빨라지고, 블런트 형성 자리 이외의 위치에서 유리가 녹아 나와 손상이 발생하게 된다.
이러한 무기산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 설파민산(SO3HNH2), 과염소산(HClO4), 크롬산(HCrO4), 아황산(H2SO3) 및 아질산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
유기산은 조성물 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 10 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 유기산의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 식각의 등방성 증가 및 글래스 용해도 증가의 효과가 충분히 나타나지 않을 수 있다. 또한, 유기산의 함량이 20 중량% 이상인 경우 글래스의 식각 속도가 너무 빨라지고, 블런트 형성 자리 이외의 위치에서 유리가 녹아 나와 손상이 발생할 수 있다.
상기 유기산은 카르복시산(carboxylic acid), 디카르복시산(dicarboxylic acid), 트리카르복시산(tricarboxlic acid), 테트라카르복시산(tetracarboxylic acid)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한, 보다 구체적으로 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoic acid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
물은 탈이온수 일수 있다. 이때 탈이온수의 비저항은 18 MΩ/cm 이상일 수 있다. 물의 함량은 전체 조성물의 총 중량이 100%가 되도록 적절하게 조절 가능하다. 이러한 물은 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
터치 스크린 글래스 강화용 조성물은, 또한 추가적으로 계면활성제, 증점제 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 계면활성제는 음이온 계면활성제 또는 비이온 계면활성제일 수 있다. 증점제는 용액 등에 가하여 이들의 것의 점도를 증진시키고 틱소트로피성을 부여하는 물질로서, 구체적인 종류는 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에서, 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계 이전에 글래스의 일면 또는 양면에 보호층을 형성하는 단계가 이루어질 수 있다.
이러한 보호층은 힐링 공정을 수행함에 있어 강화 처리가 수행된 글래스의 강화면(전면, 후면 또는 둘다)에 대하여 힐링 공정시 사용되는 화학용액이 침투되지 않도록 보호하는 역할을 수행한다. 이러한 보호층은 탈부착이 가능한 형태이며, 필름 또는 페이스트 형태일 수 있다.ㅏ
즉, 보호층은 힐링 공정전에 부착되었다가, 힐링 공정 후 제거될 수 있는 형태이다. 보호층을 부착한 후, 힐링 공정이 진행되게 된다.
글래스 강화용 조성물의 침지 단계를 통해, 도 1a에 도시된 바와 같은 마이크로 크랙이 제거되고, 도 1b와 같은 블런트가 형성된다. 이와 같은 블런트는 앞서 설명한 바와 같이 유리에 가해지는 응력을 감소시키고, 따라서 유리의 연신율을 증가시킨다. 즉, 블런트가 충격을 흡수하므로 유리의 취성(brittle)을 감소시키고 연신율이 증가하며, 따라서 유리가 외부 충격에 의해 쉽게 깨지지 않게 된다.
도 3은 글래스 강화용 조성물에 침지한 후의 글래스 단면의 SEM 이미지이다. 도 3을 참고하면, 원형의 블런트가 다수로 형성되었음을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에서 블런트의 지름은 6 um 내지 12 um 사이일 수 있다. 글래스가 이러한 크기의 블런트를 포함하는 경우, 글래스의 연신율은 0.6 이상이 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 터치 스크린 글래스에서, 글래스에 형성된 블런트의 지름은 6 um 내지 12 um 사이, 연신율은 0.6 이상일 수 있다.
그러면, 이하 실험을 통하여 본 발명 일 실시예에 따른 유리 강화용 조성물 및 터치 스크린 글래스 제조 방법의 효과에 대하여 설명한다.
먼저, 하기 표 1에 도시된 바와 같은 조성을 갖는 유리 강화용 조성물에 유리를 침지시킨 후, 유리에 형성된 블런트의 크기 및 연신율을 측정하여 표 1에 나타내었다.
HF AF 질산 초산 블런트
지름(um)		 연신율(%)
실시예 1 7 1 7 1 9.55 1.14
실시예 2 7 1 7 1 9.52 1.12
실시예 3 7 1 7 3 9.55 1.15
실시예 4 7 1 7 - 9.51 1.12
이때, 본 실험은 10kg 기준으로 제조되었으며, 25도시의 항온에서 각 유리기판을 3분동안 침지 후 세척, 블런트 지름 및 연신율을 측정하였다.
표 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조성을 갖는 유리 강화용 조성물을 이용하여 유리를 침지시키는 경우 6 um 내지 12 um 사이의 블런트가 형성되며, 연신율이 0.6 이상이 됨을 확인할 수 있었다.
또한, 유기산 첨가에 의한 처리 속도를 비교하기 위하여 하기 표 2와 같은 조성의 유리 강화용 조성물을 제조한 후, 유리가 용출된 양 및 용액이 힐링 성능을 잃지 않고 보존되는 보존 기한을 측정하여 표 2에 나타내었다.
HF AF 질산 초산 유리의 용출량
(ppm)		 보존 기한(day)
실시예 5 7 1 7 5 1000 7
비교예 1 7 1 7 - 200 1
본 실험은 앞선 실험과 동일한 조건에서 수행하였으며, 실험 후 용출된 유리의 양을 측정하였다. 그 결과, 초산(유기산)이 첨가된 실시예 5는 유리의 용출량이 1000 ppm으로, 유리가 많이 용해되었으며 블런트가 빠른 속도로 형성되었음을 확인할 수 있었다. 그러나, 초산(유기산)이 첨가되지 않은 비교예 1은 유리의 용출량이 200 ppm으로 초산이 첨가된 경우에 비하여 유리의 용해속도가 1/5 수준임을 확인할 수 있었다.
즉, 초산이 첨가되는 경우 동일 조건에서 처리속도를 5배이상 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
또한, 초산이 첨가되지 않은 경우 용액은 하루가 지나면 그 힐링 성능을 상실하였으나, 초산이 첨가된 경우는 일주일까지도 힐링 성능이 유지됨을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0. 1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함하고,
    상기 불산의 함량이 불화 암모늄의 함량보다 많고,
    상기 유기산은 카르복시산(carboxylic acid), 디카르복시산(dicarboxylic acid), 트리카르복시산(tricarboxlic acid), 테트라카르복시산(tetracarboxylic acid)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 유리 강화용 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 무기산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 설파민산(SO3HNH2), 과염소산(HClO4), 크롬산(HCrO4), 아황산(H2SO3) 및 아질산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 유리 강화용 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoic acid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 유리 강화용 조성물.
  5. 제1항에서,
    상기 물은 탈이온수인 유리 강화용 조성물.
  6. 제5항에서,
    상기 탈이온수는 물의 비저항이 18 MΩ/cm 이상인 유리 강화용 조성물.
  7. 제1항에서,
    상기 유리 강화용 조성물은 계면활성제, 증점제 또는 둘 다를 포함하는 유리 강화용 조성물.
  8. 원판 글래스를 셀 단위의 분판 글래스로 절단하는 단계,
    상기 절단된 분판 글래스를 형상 가공하는 단계,
    상기 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계를 포함하며,
    상기 글래스 강화용 조성물은 불산 1 중량% 내지 20 중량%, 불화 암모늄 0. 1 중량% 내지 5 중량%, 무기산 1 중량% 내지 20 중량%, 유기산 또는 그의 염 1 중량% 내지 10 중량%, 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함하고.
    상기 불산의 함량이 불화 암모늄의 함량보다 많고,
    상기 유기산은 카르복시산(carboxylic acid), 디카르복시산(dicarboxylic acid), 트리카르복시산(tricarboxlic acid), 테트라카르복시산(tetracarboxylic acid)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 원판 글래스를 셀 단위의 분판 글래스로 절단하는 단계 이전에 상기 원판 글래스를 이온 교환을 통해 강화시키는 단계를 포함하는 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 원판 글래스의 분판 글래스로의 절단은 휠(wheel), 레이저, 워터-젯(water-jet), 또는 식각(etching)을 통해 이루어지는 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  11. 제8항에서,
    상기 절단된 분판 글래스의 형상 가공은 컴퓨터 수치 제어 공정(CNC 공정)으로 이루어지는 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 절단된 분판 글래스를 형상 가공하는 단계와 상기 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계 사이에,
    상기 형상 가공된 분판 글래스의 일면 또는 양면에 보호층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 보호층은 탈부착이 가능한 형태이며, 필름 또는 페이스트 형태인 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  14. 제8항에서,
    상기 형상 가공된 분판 글래스를 글래스 강화용 조성물에 침지시키는 단계 후, 글래스의 미세크랙이 제거되고 블런트가 형성되는 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 블런트의 지름이 6 um 내지 12 um 사이인 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 글래스 강화용 조성물에 침지된 후의 글래스의 연신율이 0.6 이상인 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  17. 제8항에서,
    상기 무기산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 설파민산(SO3HNH2), 과염소산(HClO4), 크롬산(HCrO4), 아황산(H2SO3) 및 아질산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 제8항에서,
    상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoic acid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
  20. 제8항에서,
    상기 물은 비저항이 18 MΩ/cm 이상인 탈이온수인 터치 스크린 글래스의 제조 방법.
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