KR20060132239A - 액정 유리 기판용 식각액 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정 유리 기판의 표면 식각액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전체 조성물의 총 중량에 대하여 함불소 화합물 0.5 내지 15 중량%, 인산, 글리콜류 또는 글리세롤에서 선택되는 점도조절제 20 내지 60중량%, 질산, 황산, 염산 및 과염소산에서 선택되는 1종 이상의 무기산 10 내지 50중량% 및 전체 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 함유하는 액정 유리 기판 식각액 조성물에 관한 것이다.
유리, 식각액, LCD, 불소이온, 불산, 점도조절제, 무기산
Description
도 1은 본 발명의 식각액으로 식각한 유리 기판의 광학현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 식각액으로 식각한 유리 기판의 결함 부위 SEM사진이다.
도 3은 본 발명의 식각액으로 식각한 유리 기판의 결함 부위를 표시한 맵(map)이다.
도 4는 종래의 식각액으로 식각한 유리 기판의 광학현미경 사진이다.
도 5는 종래의 식각액으로 식각한 유리 기판의 결함 부위 SEM사진이다.
도 6은 종래의 식각액으로 식각한 유리 기판의 결함부위를 표시한 맵(map)이다.
본 발명은 액정 유리의 표면 세정 또는 식각액 조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 함불소 화합물, 점도조절제, 무기산 및 물을 함유하는 액정 유리 기판용 식각액 조성물에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display)를 이용한 평판 디스플레이 장치는 화질이 우수하고 저전력을 사용한다는 점에서 근래에 가장 활발히 연구되고 있다. 이 LCD를 채용한 텔레비전, 노트북 컴퓨터, 휴대폰 등이 시판되고 있지만, 아직도 해결해야 할 문제가 여러 가지 존재하고 있다. 휴대용 텔레비전, 노트북 컴퓨터, 특히 휴대폰은 사용자가 항상 휴대하고 다니기 때문에 크기나 중량을 줄이는 것이 LCD 개발의 주요한 성공요건이 되고 있다.
LCD의 크기나 무게를 줄이기 위해서는 여러 가지 방법이 있겠지만 , 그 구조나 현재 기술상 LCD의 필수 구성요소인 외부구동회로나 기판 상에 형성되는 TFT와 같은 박막을 줄이는 것은 한계가 있다. 더욱이, 이러한 필수 구성요소는 중량이 작기 때문에 크기나 중량을 줄이는 것은 대단히 어려운 실정이다. 반면에 LCD의 가장 기본적인 구성요소인 유리 기판은 기술이 진전되어 감에 따라 그 중량을 줄일 수 있는 여지가 남아 있다. 특히, 유리기판은 LCD를 구성하는 구조 중에서 가장 중량이 크기 때문에 그 중량을 줄이기 위한 연구가 계속되고 있다.
유리기판의 중량을 줄인다는 것의 기판의 두께를 얇게 한다는 것을 의미한다. 그러나 두께가 얇아지면 유리가 파손되기 쉽고, 또한 유리의 가공 과정에서 유리 표면이 매끈하지 않으면 LCD의 화질에 중대한 결함을 일으킨다는 점에서 대단히 어렵고 중요한 일이다. 그리고 공정상 처음부터 얇은 두께를 사용하게 되면 현재 공정 라인을 모두 보완해야하기 때문에 컬러 필터(C/F)와 TFT 판을 합장한 후 양면을 동시에 식각하는 방법을 사용한다.
그러나, 유리 기판이 합장되기 전까지 많은 공정을 거치면서 육안으로 확인 할 수가 없는 결함(defect)이 생기거나 이물질들이 유리 표면에 생기게 되고, 이런 결함 또는 이물질들이 유리 식각시 육안 또는 광학상으로 확인이 가능한 결함들로 유리 표면에 많이 발생하게 된다.
현재까지의 LCD공정으로 이런 결함들의 발생을 억제할 수가 없고 유리 기판 식각시 필연적으로 발생하며, 결국 제품에 치명적인 불량의 원인이 된다. 또한 유리 기판 두께가 얇아지면서 이런 결함들로 인해 더욱더 외부 충격에 쉽게 깨어질 수밖에 없는 실정이다.
한편, 대한민국 공개 공보 특2002-0080215에서는 유리기판 에칭용액으로 불소화합물 혼합액과 염산, 황산 인산 및 질산에서 선택되는 하나 이상의 무기산, 초산 및 호박산에서 선택되는 유기산, 술폰산염계 계면활성제 및 아민계 계면활성제를 함유하는 화학연마제가 공지되어 있으나, 상기 특허에서는 각 구성 성분의 조성이 구체적으로 명시되어 있지 않으며, 연마 속도에 따른 효과만을 기재하고 있다.
따라서, 액정 유리 기판 식각시 유기 기판에 발생되는 결함을 획기적으로 줄일 수 있는 유리기판 식각액에 대한 요구가 증대되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 일반적인 불산 또는 불소이온이 주 성분인 종래의 식각액으로 식각했을 때 많이 발생하는 결함(defect)을 감소시켜 액정 유리 기판의 기계적 강도를 높임과 동시에 화질의 저하를 방지하는 액정 유리 기판 식각액을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 식각시 발생하는 찌꺼기 발생량을 억제함으로써 환경 오염을 줄이고, 유리 기판 두께가 균일하게 식각되어 유리 기판 표면이 편평하고 매끄럽게 됨으로써 액정표시장치의 성능을 향상시키는 액정 유기 기판용 식각액을 제공하는데 있다.
본 발명자들은 식각시 유리 기판의 결함(defect)을 최소화하기 위해 노력한 결과, 식각액 구성 성분들의 특정 함량과 식각액의 특정 점도 범위에서 유리 기판의 결함을 현저히 감소시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 액정 유리 기판용 식각액 조성물에 관한 것으로서, 식각시 결함(defect) 발생을 현저하게 감소시키는 식각액 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전체 조성물의 총 중량에 대하여 함불소 화합물 0.5 내지 15 중량%, 인산, 글리콜류 또는 글리세롤에서 선택되는 점도조절제 20 내지 60중량%, 질산, 황산, 염산 및 과염소산에서 선택되는 1종 이상의 무기산 10 내지 50 중량% 및 전체 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 함유하는 액정 유리 기판용 식각액 조성물에 관한 것이다.
상기 산의 함량은 통상 사용하는 진한 산에서 산 성분만으로 환산하여 계산한 함량이며, 상기 유리 기판은 LCD 용 뿐만아니라 PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electroluminescent Display) 등 디스플레이 용으로 사용되는 유리 기판을 포함한다.
본 발명에서 사용한 점도 단위인 cp는 centipoise의 약자로 centipoise는 절대점도를 표현하는 단위로서 poise의 1/100을 의미하며, poise을 CGS 단위로 표현하면 dyne·s/cm2이다. 예를 들어, 물의 경우 20.2℃에서 점도는 1cp이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 유리 기판 식각액 조성물은 유리 기판 식각 공정의 공정온도에서의 점도가 1.5cp 내지 30cp인 것을 특징으로 하며, 보다 바람직하게는 3cp 내지 30cp이고 가장 바람직하게는 3cp 내지 10cp이다. 유리 기판 식각 공정의 공정온도는 통상적으로 100℃ 미만이며, 보다 바람직하게는 25℃ 내지 60℃이다. 점도가 지나치게 높으면 식각 균일도(uniformity)가 나빠질 수 있으며, 점도가 지나치게 낮으면 유리 기판의 결함(defect)을 제거하는 효과가 없어지게 된다.
본 발명의 식각액 조성물은 상기의 점도 범위로 점도를 조절하기 위한 점도 조절제를 함유하는 것을 특징으로 하며, 점도 조절제로는 점도가 있는 무기조성물 또는 유기 조성물을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 인산,글리콜류 또는 글리세롤을 사용하며, 더욱 바람직하게는 인산을 사용하는 것이 좋다. 상기 글리콜류는 모노에티렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등에서 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 한다. 점도조절제는 유리 기판에 존재하는 결함(defect)을 제거하기 위한 역할을 하며, 상기 점도조절제의 함량은 전체 식각액 조성물에 대해 20 내지 60중량%의 양으로 사용되며, 더욱 바람직하게는 25 내지 45 중량%이다. 함량이 지나치게 높아지면 표면의 균일도(Uniformity)가 나빠지고 , 지나치게 낮아지면 결함(defect)을 제거하는 효과가 없다.
본 발명의 식각액 조성물의 구성 성분인 함불소 화합물은 유리 기판을 식각하는 주요 성분으로서, 수용액 상에서 불소이온을 낼 수 있는 화합물이면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 HF, NaF, KF, NH4F, KBF4, NH4BF4 또는 NaBF4에서 선택되며, 더욱 바람직하게는 HF를 사용한다. 상기 함불소 화합물의 함량은 전체 식각액 조성물에 대해 0.5 내지 15중량%로 첨가되며, 바람직하게는 1.5 내지 10중량%의 양으로 첨가되는 것이 좋다. 함량이 지나치게 높아지면 유리 기판 식각 속도가 빨라져서 균일하고 매끄러운 표면을 얻기 어려우며, 함량이 지나치게 적으면 식각 속도가 너무 느려지는 문제점이 있다.
본 발명에 사용되는 무기산은 유리 기판 식각 시 발생하는 찌꺼기를 제거하는 역할을 하는 것으로서, 산이라면 특별히 제한을 두지 않고 사용 가능하나, 질산, 황산, 염산, 과염소산 등의 무기산에서 선택되는 1종 이상의 산을 사용하는 것이 바람직하며, 질산을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 무기산의 함량은 전체 식각액 조성물 총 중량에 대해 10 내지 50중량%으로 사용되며 더욱 바람직하게는 20 내지 40중량%의 양으로 사용하는 것이 좋다. 상기 무기산의 함량이 너무 높아지면 결함(defect) 제거 능력이 감소하고, 너무 적으면 찌꺼기가 잘 제거되지 않는다.
본 발명에 따른 유리 기판 식각액은 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 계면 활성제는 유리 기판의 식각 속도의 균일도(uniformity)를 높여 유리 기판의 평활도를 높이기 위해 첨가되며, 유리기판 식각액과 유리 기판과의 밀착성을 증가시켜 유리 기판 표면에서의 반응 속도를 증가시키는 역할을 한다. 상기 계면 활성제는 특별히 한정할 필요는 없으나, 암모늄 플루오르알킬 술폰 이미드, 폴리에틸렌 글리콜 모노[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐]에테르(상품명 : Triton X), 도데실벤젠술폰산, 도데실피리디늄클로라이드(DPC), CnF2n+1CH2CH2SO3 -NH4 +, CnF2n+1CH2CH2SO3H, (CnF2n+1CH2CH2O)xPO(ONH4 +)y(OCH2CH2OH)z, CnF2n+1CH2CH2OPO(OCH2CH2OH)(OH), CnF2n+1SO2N(C2H5)(CH2CH3), CnF2n+1CH2CH2OCH(OH)CH2CH2N(CnF2n+1)2 및 CnF2n+1CH2CH2OCH2(OCH2CH2)nCH2CH2N(CnF2n+1)2 (상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이고, x, y 및 z 는 x+y+z = 3을 만족하는 정수이다.)로 이루어진 군에서 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 계면활성제의 함량은 전체 식각액 조성물 전체 중량에 대해 0.001 내지 1중량%이 되도록 첨가된다. 계면활성제를 상기 함량을 초과하여 첨가할 경우 더 이상 반응속도나 식각 균일도가 증가하지 않으므로 경제적인 측면에서 불리할 수 있다.
이하, 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다.
[실시예]
본 실시예에서 유리 기판은 크기가 550*650mm인 C/F와 TFT를 합장한 기판을 사용하였고, 실시예에 사용한 불산은 50% 농도인 것을 사용하였고, 인산은 85%, 질산은 71.5% 인 것을 사용하였으며, 아래에 기재된 중량%는 산성분을 100%로 환산하여 계산한 값이다.
[실시예 1]
불산 1.81중량%, 인산 40.96%, 질산 34.36% 및 잔류부를 이루는 물로 구성된 유리 기판 식각액을 제조하였다. 본 식각액의 점도는 25℃에서 8.07cp였다.
온도를 40℃로 유지한 상태의 상기 식각액 내에 유리 기판을 침지하여 1시간 동안 식각을 진행하였다. 식각 전후의 유리 기판의 두께를 및 광학 현미경 사진을 촬영하여 식각속도 및 결함 발생 정도를 비교하였고, 그 결과를 도 1 내지 도 3 및 표 1에 나타내었다.
도 3에 나타난 바와 같이 결함 개수도 2개 이하로 양호하며, 도 1에 나타낸 광학 현미경 사진 및 도 2에 나타낸 SEM 사진으로부터 유리 기판 표면이 결함이 거의 없이 깨끗하게 식각되었음을 알 수 있다.
[실시예 2]
불산 1.81중량%, 에틸렌글리콜 48.19%, 질산 34.45% 및 잔류부를 이루는 물로 구성된 유리 기판 식각액을 제조하였다. 본 식각액의 점도는
25℃에서 7.21cp였다.
실시예 1과 동일하한 조건으로 식각을 진행한 후 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예]
본 발명의 식각액과 비교하기 위해 종래에 사용하던 식각액으로서, 불산 12% , 염산 6%, 나머지는 물로 이루어진 식각액을 준비하였다. 점도를 측정한 결과 점도는 25℃에서 1.34cp 였다.식각 조건은 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였고, 그 결과를 도 4 내지 6 및 표 1에 나타내었다.
표 1 및 도 6에 나타난 바와 같이 결함 개수가 실시예의 식각액 대비 많았으며, 도 4의 광학현미경 사진 및 도 5의 SEM 사진에서 보듯이 결함의 크기가 큰 것을 알 수 있다.
[표 1]
본 발명에 따른 유리 기판 식각액 조성물은 일반적인 불산 또는 불소이온이 주 성분인 종래의 식각액으로 식각했을 때 많이 발생하는 결함(defect)을 감소시키고, 실란트(sealant), 롤자국, 손자국 등의 여러 가지 이물질을 제거하는 세정 능력이 우수하다. 본 발명에 따른 식각액으로 유리 기판을 식각할 경우 유리의 기계적 강도를 높여 액정표시 장치의 수율을 높이고, 동시에 액정표시 장치의 화질 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 유리 기판 식각액은 유리 기판 식각시 발생하는 찌꺼기 발생량을 억제함으로써 환경 오염을 줄이고, 유리 기판 두께가 균일하게 식각되어 유리 기판 표면이 편평하고 매끄럽게 됨으로써 액정표시장치의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (8)
- 전체 조성물의 총 중량에 대하여 함불소 화합물 0.5 내지 15 중량%, 인산, 글리콜류 또는 글리세롤에서 선택되는 점도조절제 20 내지 60중량%, 질산, 황산, 염산 및 과염소산에서 선택되는 1종 이상의 무기산 10 내지 50중량% 및 전체 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 함유하는 유리 기판 식각액 조성물.
- 제 1항에 있어서,전체 조성물의 총 중량에 대하여 불산 1.5 내지 10중량%, 인산 또는 에틸렌글리콜 25 내지 45중량%, 질산 20 내지 40중량% 및 전체 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 함유하는 유리 기판 식각액 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 글리콜류는 모노에티렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유리 기판 식각액 조성물.
- 제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,상기 유리 기판 식각액 조성물의 점도가 유리 기판 식각 공정온도에서 1.5cp 내지 30cp 인 것을 특징으로 하는 유리 기판 식각액 조성물.
- 제 4항에 있어서,상기 유리 기판 식각 공정 온도는 25℃ 내지 60℃인 것을 특징으로 하는 유리 기판 식각액 조성물.
- 제 4항에 있어서,함불소 화합물은 HF, NaF, KF, NH4F, KBF4, NH4BF4 또는 NaBF4에서 선택되는 1종 이상의 화합물임을 특징으로 하는 유리 기판 식각액 조성물.
- 제 6항에 있어서,계면활성제를 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.001 내지 1중량%가 되도록 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 식각액 조성물.
- 제 7항에 있어서,상기 계면활성제는 암모늄 플루오르알킬 술폰 이미드, 폴리에틸렌 글리콜 모노[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐]에테르, 도데실벤젠술폰산, 도데실피리디늄클로라이드(DPC), CnF2n+1CH2CH2SO3 -NH4 +, CnF2n+1CH2CH2SO3H, (CnF2n+1CH2CH2O)xPO(ONH4 +)y(OCH2CH2OH)z, CnF2n+1CH2CH2OPO(OCH2CH2OH)(OH), CnF2n+1SO2N(C2H5)(CH2CH3), CnF2n+1CH2CH2OCH(OH)CH2CH2N(CnF2n+1)2 및 CnF2n+1CH2CH2OCH2(OCH2CH2)nCH2CH2N(CnF2n+1)2 (상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이고, x, y 및 z 는 x+y+z = 3을 만족하는 정수이다.)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 유리 기판 식각액 조성물.
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