KR20170057323A - 유리 기판에 사용하기 위한 에칭 절단 용액 - Google Patents

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하오-춘 리
로베르트 제프리 두란테
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더 케무어스 컴퍼니 에프씨, 엘엘씨
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Abstract

유리 기판을 에칭 절단하는 데 적합한 용액이 개시된다. 이 용액은 (a) 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산; (b) 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 유기 카르복실산; (c) 0 내지 약 10 중량%의 질산; 및 (d) 약 54.5 중량% 내지 약 72.9 중량%의 물을 포함할 수 있으며, 여기서, 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 한다.

Description

유리 기판에 사용하기 위한 에칭 절단 용액{ETCH CUTTING SOLUTION FOR USE ON GLASS SUBSTRATES}
본 발명은 유리 기판(substrate)을 에칭 절단하는 데 사용될 수 있는 용액에 관한 것이다.
강화 유리(toughened glass)는 표준 유리에 비하여 유리의 강도를 증가시키기 위해 제어된 열적 또는 화학적 처리에 의해 가공된 일 유형의 유리이다. 안전성 및 강도의 결과로서, 강화 유리는 전자 장치, 승용차 유리창, 샤워 도어(shower door), 건축물 유리 도어 및 테이블, 냉장고 트레이를 포함하는, 다양한 요구가 많은 응용에서, 방탄 유리의 구성요소로서, 다이빙 마스크 및 다양한 유형의 플레이트 및 쿡웨어(cookware)용으로 사용된다. 강화 유리는 액정 디스플레이, 핸드헬드 장치, 태블릿 PC, 모바일 폰, 휴대용 미디어 플레이어, 및 랩톱 컴퓨터 디스플레이를 포함하는 전자 장치의 커버 유리로서의 사용을 위해 박형성(thinness), 경량성 및 내충격성의 조합으로서 제작될 수 있다.
대형 크기의 강화 유리 기판은 목표가 되는 응용을 충족시키기 위해 소형 크기로 절단되어야만 하며, 일단 강화되면 재작업될 수 없다. 기계적 절단은 강화 유리를 절단하는 가장 흔한 방법이다. 기계적 절단의 수율은 낮은데, 그 이유는 절단하는 동안 강화 유리가 쉽게 깨지고 강화 유리의 절단 에지에 미세균열(micro-crack)이 존재할 것이기 때문이다. 절단 에지에 존재하는 미세균열은 유리의 강도를 감소시키며, 이는 절단 에지를 연마하는 동안 또는 표면 상에 압력이 적용될 때 파손으로 이어진다.
화학적 에칭 절단은 대형 크기의 강화 유리를 소형 패널로 절단하기 위한 유망한 옵션(option)인데, 이때 유리의 일부분은 보호 필름으로 덮여 있고 나머지는 에칭 절단 용액에 노출된다. 플루오르화수소산 (HF)은 유리의 화학적 에칭 절단에서 현재 사용되는 화학 물질 중 하나이지만; 응용에 있어서 일부 중대한 문제가 있다. 예를 들어, 낮은 농도의 HF는 느린 에칭 속도, 날카로운 절단 에지(에지각으로도 알려져 있음) 및 과도한 측면 에칭(side etch) (도 1 참조)으로 이어지는데, 이들은 전자 장치 제작에 바람직하지 않다. 더 높은 농도의 HF는 에칭 속도의 증가로 이어지지만, 또한 에칭 공정의 불량한 제어 및 열 방출의 증가로도 이어진다.
미국 특허 출원 공개 제2010/0239818호는 규소 기판을 텍스처화하는 방법 및 텍스처화된 규소 기판을 제조하는 에칭 방법을 개시한다. 개시된 방법은 a) 글리콜산을 포함하는 에칭 용액을 기판에 접촉시키는 단계; b) 그에 의해 기판의 표면을 에칭하는 단계; c) 기판의 상기 표면 내에 디스럽션(disruption)을 형성하는 단계; 및 d) 에칭 용액을 제거하여 텍스처화된 기판을 생성하는 단계를 포함한다. 개시된 방법은 광기전 제품 및 전자 제품의 제조를 위한 수 십 마이크로미터의 두께를 갖는 규소 기판을 텍스처화하는 것에 대해 청구하고 있는 것이지, 수 백 마이크로미터의 두께를 갖는 유리 기판을 절단하는 것에 대해 청구하는 것은 아니다.
미국 특허 제8,043,525호는 플루오르화수소 (0.1 내지 10 중량%), 플루오르화암모늄 (0.1 내지 10 중량%), 유기산 (30 내지 50 중량%), 알코올 (30 내지 50 중량%) 및 물을 포함하는 습식 에칭 용액을 개시한다. 개시된 습식 에칭 용액은 반도체 소자 및 디스플레이 소자를 위한 금속 규화물에 대해 개선된 산화물 선택성을 나타내며, 주요 목적은 금속 규화물 및 인 도핑된 규소 유리를 선택적으로 에칭하는 것이며, 이는 강화 유리를 절단하는 데에는 적합하지 않다.
공히 소유하고 있는 중국 특허 출원 제103693855호는 10.1 내지 20 중량%의 HF, 5 내지 20 중량%의 글리콜산, 0 내지 30 중량%의 질산, 및 잔량의 물을 포함하는 용액을 사용하여 유리 기판을 절단하는 방법을 개시한다.
요약하면, 강화 유리를 절단하는 다양한 방법이 있지만, 과도한 열 발생 없이 더 높은 에칭 속도, 증가된 에지각 및 감소된 측면 에칭으로 유리 기판을 절단할 필요성이 남아 있다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시킨다.
본 발명은 유리 에칭 용액을 제공하며, 이 용액은
(a) 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산;
(b) 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 유기 카르복실산;
(c) 0 내지 약 10 중량%의 질산; 및
(d) 약 54.5 중량% 내지 약 72.9 중량%의 물을 포함하고,
여기서, 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 하되, 단 에칭 절단 용액에는 플루오르화암모늄이 본질적으로 없다.
하기의 상세한 설명, 실시예, 및 첨부된 청구범위를 참조하면 본 발명의 다양한 기타 특징, 태양 및 이점이 더욱 명확해질 것이다.
첨부 도면은 본 명세서에 포함되며 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은, 상기에 주어진 일반적인 설명, 및 하기에 주어진 예시적인 실시 형태 및 방법의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 그러한 도면에서:
도 1은 측면 에칭 및 에지각을 나타내는 화학적으로 에칭 절단된 유리의 단면도이다.
도 2는 패턴화된 보호 필름으로 부분적으로 덮인 유리 기판의 도면이다.
본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허 출원, 특허 및 다른 참고 문헌은, 달리 표시되지 않는다면, 마치 완전히 개시된 것처럼 모든 점에서 전체적으로 본 명세서에 참고로 명백하게 포함된다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해서 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 비롯한 본 명세서가 우선할 것이다.
달리 기술되지 않는 한, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량 기준이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "~로 제조된"은 "~을 포함하는"과 동의어이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함한다", "포함하는", "구비한다", "구비하는", "갖는다", "갖는", "함유한다" 또는 "함유하는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하고자 한다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 조성물, 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 조성물, 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 내재적인 다른 요소를 포함할 수 있다.
이행구 "~로 이루어진"은 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 제외한다. 청구범위 중에서라면, 그러한 어구는 통상적으로 관련 불순물을 제외하고는 열거된 것 이외의 재료를 포함하는 것에 대해 청구범위를 차단할 것이다. 어구 "~로 이루어진"이 전제부 직후가 아니라 청구범위의 본문 절에 나타나 있는 경우에, 이는 그러한 절에 기술된 요소만을 제한하며; 다른 요소는 전체적으로 청구범위에서 배제되지 않는다.
이행구 "~로 본질적으로 이루어진"은 문자 그대로 논의된 것에 부가하여, 재료, 단계, 특징부, 구성요소, 또는 요소를 포함하는 조성물, 방법, 또는 장치를 정의하기 위해 사용되며, 다만, 이들 추가의 재료, 단계 특징부, 구성요소, 또는 요소는 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 용어 "~로 본질적으로 이루어진"은 "~을 포함하는"과 "~로 이루어진" 사이의 중간 입장을 차지한다.
이행구 "본질적으로 성분이 없는" 또는 "본질적으로 성분을 함유하지 않는"은 본 발명의 에칭 절단 용액이 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 1 중량% 미만, 또는 0.1 중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만, 또는 0 중량%로 그 성분을 함유해야 함을 의미한다.
용어 "~을 포함하는"은 용어 "~로 본질적으로 이루어진" 및 "~로 이루어진"에 의해 망라되는 실시 형태를 포함하고자 하는 것이다. 마찬가지로, 용어 "~로 본질적으로 이루어진"은 용어 "~로 이루어진"에 의해 망라되는 실시 형태를 포함하고자 하는 것이다.
양, 농도 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 상위 바람직한 값과 하위 바람직한 값의 목록 중 하나로서 주어진 경우, 범위가 독립적으로 개시되어 있는지에 관계없이, 임의의 상한 범위 또는 바람직한 값 및 임의의 하한 범위 또는 바람직한 값 중 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로서 이해된다. 예를 들어, "1 내지 5"의 범위가 언급되는 경우, 언급된 범위는 범위 "1 내지 4", "1 내지 3", "1 내지 2", "1 내지 2 및 4 내지 5", "1 내지 3 및 5" 등을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는 한, 그 범위는 그의 종점(endpoint) 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하는 것으로 의도된다.
용어 "약"이 범위의 값 또는 종점을 설명하는 데 사용될 때, 그 개시 내용은 언급되는 특정한 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
더욱이, 명백히 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 "또는"을 말하며 배타적인 "또는"을 말하는 것은 아니다. 예를 들어, 조건 A "또는" B는 하기 중 어느 하나에 의해 만족된다: A는 참 (또는 존재함)이고 B는 거짓 (또는 존재하지 않음), A는 거짓 (또는 존재하지 않음)이고 B는 참 (또는 존재함), A 및 B가 모두가 참 (또는 존재함).
또한, 본 발명의 요소 또는 구성요소 앞의 부정관사("a" 및 "an")는 요소 또는 구성요소의 경우(즉, 출현)의 수에 관해서는 비제한적인 것으로 의도된다. 따라서, 부정관사는 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 판독되어야 하며, 요소 또는 구성요소의 단수형 단어는 그 수가 단수형을 명백하게 의미하는 것이 아니라면 복수형을 또한 포함한다.
'발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'에 기재된 바와 같은 본 발명의 실시 형태는 본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시 형태를 포함하고 임의의 방식으로 조합될 수 있으며, 실시 형태 내의 변수의 기재는 본 발명의 에칭 절단 용액 및 그의 방법 또는 용도에 관련된다.
본 명세서의 재료, 방법 및 실시예는 단지 예시적인 것이며, 구체적으로 기술되는 때를 제외하고는, 한정하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재되어 있다.
본 발명을 본 명세서에서 상세히 기재한다. 본 발명은 유리 에칭 절단 용액을 제공하며, 이 용액은
(a) 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산;
(b) 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 유기 카르복실산;
(c) 0 내지 약 10 중량%의 질산; 및
(d) 약 54.5 중량% 내지 약 72.9 중량%의 물을 포함하고,
여기서, 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 하되, 단 에칭 절단 용액에는 플루오르화암모늄이 본질적으로 없다.
본 발명은 또한 유리 기판의 절단 방법에 관한 것으로, 이 방법은
(i) 유리 기판을 제공하는 단계;
(ii) 유리 기판을 보호 필름으로 덮는 단계;
(iii) 보호 필름을 패턴화하여 부분적으로 덮인 유리 기판을 얻는 단계 - 여기서, 부분적으로 덮인 유리 기판은 차폐 영역 및 노출 영역을 포함함 -;
(iv) 약 1분 내지 약 120분 동안 약 10℃ 내지 약 90℃에서 에칭 절단 용액을 부분적으로 덮인 유리 기판에 접촉시키는 단계;
(v) 접촉된 유리 기판을 물로 헹구는 단계;
(vi) 헹군 유리 기판을 건조시키는 단계; 및
(vii) 단계 (vi)의 유리 기판으로부터 보호 필름을 제거하는 단계를 포함하며,
여기서 단계 (iv)의 에칭 절단 용액은
(a) 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산;
(b) 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 유기 카르복실산;
(c) 0 내지 약 10 중량%의 질산; 및
(d) 약 54.5 중량% 내지 약 72.9 중량%의 물을 포함하며,
여기서, 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 하되, 단 에칭 절단 용액에는 플루오르화암모늄이 본질적으로 없다.
본 발명의 유리 에칭 절단 용액을 사용하여 절단할 수 있는 유리 기판의 예는 하기 조성을 포함한다: 실리카 (SiO2) 약 55% 내지 79%, 산화나트륨 (Na2O) 0 내지 약 14.2%, 마그네시아 (MgO) 약 2.5% 내지 7%, 석회 (CaO) 0 내지 약 10.0%, 알루미나 (Al2O3) 약 0.4 내지 16%, 산화붕소 (B2O3) 0 내지 약 12%, 산화아연 (ZnO) 0 내지 약 1.5%, 산화바륨 (BaO) 0 내지 약 6.0% 및 산화칼륨 (K2O) 약 12%. 유리 기판은 바람직하게는 소다-석회-실리카 유리, 실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 플루오로실리케이트 유리, 포스포실리케이트 유리, 보론실리케이트 유리, 붕소-인-실리케이트 유리, ZBLAN 유리, 및 납 유리로부터 선택될 수 있다.
유리 기판은 당업자에게 공지된 방법, 예를 들어 문헌[H.G. Pfaender (1996) "Schott Guide to Glass", Chapman and Hall]에 언급된 바와 같이, 제어된 열적 또는 화학적 처리에 의해 강화 또는 템퍼링될 수 있다. 강화 또는 템퍼링 방법에 의해 처리된 이러한 유리 기판은 흔히 강화 유리 또는 템퍼링 유리(이들은 본 명세서에서 상호 교환가능하게 사용됨)로 불린다. 본 발명에서의 강화 또는 템퍼링 방법은 제어된 열적 또는 화학적 처리일 수 있으며, 이들의 가공 조건은 당업자에게 알려져 있다. 유리의 표면 상에 존재하는 압축 응력은 65 MPa보다 크다. 본 발명은 또한 비강화 유리의 에칭 절단에도 유용하다.
유리 기판은 임의의 형상, 크기 및 두께의 것일 수 있다. 유리 기판은 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 유리 기판 상에 단층 또는 다층의 전자 구성요소가 있을 수 있다. 유리 기판은 바람직하게는 편평한 유리 플레이트이다. 유리 기판은 단층 또는 다층의 유리로 구성될 수 있다. 유리 기판의 두께는 그의 응용에 따라 변한다. 단층 유리 플레이트의 두께는 바람직하게는 약 300 μm 내지 약 2000 μm이고, 다층 유리 플레이트의 두께는 바람직하게는 약 900 μm 내지 약 6000 μm이다.
절단 전에, 유리 기판을 에칭 절단 용액에 접촉하기 전에 보호 필름으로 덮을 수 있다. 이어서, 보호 필름을 패턴화하여 부분적으로 덮인 유리 기판을 얻으며, 여기서 부분적으로 덮인 유리 기판은 차폐 영역 및 노출 영역을 포함한다. 보호 필름에 의해 덮이지 않은 노출 영역은 에칭 절단 용액과 접촉되어 절단될 것이다. 대부분의 응용에서, 보호 필름에 의해 덮이지 않은 노출 영역은 보호 필름에 의해 덮인 차폐 영역보다 더 작다.
본 발명에 사용되는 보호 필름은 HF 내성을 갖는 중합체 재료로 제조된다. 보호 필름을 위한 그러한 중합체 재료의 예에는 폴리테트라플루오로에텐 (PTFE), 폴리이미드 (PI), 폴리(비닐 클로라이드) (PVC), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET), 폴리프로필렌 (PP), 퍼플루오로설폰산 중합체 (PFSA, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로-3,6-다이옥사-4-메틸-7-옥텐-설폰산 공중합체로도 불림), 또는 폴리에틸렌 (PE)이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 보호 필름의 두께는 약 0.01 mm 내지 약 0.8 mm일 수 있다.
일 실시 형태에서, 본 발명에 사용되는 보호 필름은 PTFE 필름, 예를 들어 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)에 의해 상표명 테플론(TEFLON)(등록상표)으로 판매되는 PTFE 필름이다.
본 발명에 사용되는 보호 필름은 코팅 공정을 통해 유리 기판의 양쪽 면에 접착될 수 있는데, 이러한 코팅 공정에는 코팅, 라미네이팅, 또는 캐스팅 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 또한, 한쪽 면에 접착제를 구비하는 보호 필름이 라미네이터에 의해 또는 수작업으로 유리 기판의 양쪽 면에 접착될 수 있는데; 이때 접착제는 보호 필름과 유리 기판 사이에 존재한다. 바람직하게는, 접착제는 HF 내성이며, 즉 HF와 반응하지 않거나 HF에 의해 분해되지 않을 것이다. 그러한 접착제의 예에는 고무, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리에폭사이드, 또는 이들의 블렌드가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 바람직하게는, 본 발명에 사용되는 접착제는 하나 이상의 유기 용매, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 아세톤, 또는 톨루엔 등을 이용하여 제거될 수 있다.
코팅 또는 접착제 어느 것에 의한 것이든 관계 없이, 보호 필름은 에칭 절단이 의도되지 않은 영역 내로의 에칭 절단 용액의 침투를 피하기 위해 보호 필름과 유리 기판 사이에 어떠한 기포도 없이 촘촘히 유리 기판 상에 접착되어야 한다.
이어서, 보호 필름을 패턴화하여 부분적으로 덮인 유리 기판을 얻으며, 여기서 부분적으로 덮인 유리 기판은 보호 필름으로 덮인 차폐 영역 및 에칭 절단될 노출 영역을 포함한다. 보호 필름은 노출 영역 상에 존재하는 보호 필름을 절단 및 제거함으로써 또는 리소그래피 공정에 의해 패턴화된다. 보호 필름은 나이프, 롤러 블레이드, 레이저 절단/조각기 또는 CNC 플라즈마 절단기에 의해 절단될 수 있다. 노출 영역은 차폐 영역들 사이의 갭(gap)으로 지칭될 수 있다. 갭의 폭은 일반적으로 0.1 mm 이상, 바람직하게는 0.3 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 mm 이상이다. 선택적으로, 접착제의 잔사는 하나 이상의 용매(예를 들어, 메탄올, 에탄올, 아세톤 또는 톨루엔 등)로 제거될 수 있다. 최상의 절단 결과를 얻기 위하여, 패턴화된 보호 필름 - 이는 차폐 영역 및 노출 영역을 포함함 - 은 바람직하게는 대칭이고 유리 기판의 양쪽 면에 정렬된다.
본 발명의 방법에 사용되는 유리 기판은 패턴화된 보호 필름의 패턴에 따라 임의의 유형의 형상으로 절단될 수 있다. 예를 들어, 유리 기판은 직사각형, 정사각형, 원형, 곡선형 및 특수 각도로 절단될 수 있다 (도 2 참조). 유리 기판은 임의의 유형의 구멍(hole)을 갖는 임의의 유형의 형상으로 절단될 수 있는데, 예를 들어 원형 구멍을 갖는 직사각형 기판 또는 직사각형 구멍을 갖는 원형 기판으로 절단될 수 있다.
본 발명의 방법에서, 상기 언급된 부분적으로 덮인 유리 기판은 노출 영역의 유리 기판을 에칭-용해시키기에 충분히 긴 지속기간 동안 에칭 절단 용액에 접촉시킴으로써 절단된다. 침지(immersing), 디핑(dipping), 분무(spraying) 또는 기타의 방법을 포함하는 접촉 방법이 당업자에게 알려져 있다. 예를 들어, 부분적으로 덮인 유리 기판을 에칭 절단 용액이 담긴 탱크 내로 침지하거나, 부분적으로 덮인 유리 기판 상에 에칭 절단 용액을 분무한다. 접촉 시간은 에칭 절단 용액의 농도, 접촉 방법 및 유리 기판의 두께에 따라 조정될 수 있다. 일반적으로, 접촉 시간은 약 1분 내지 약 120분의 범위이다. 다른 파리미터를 변경하지 않고서 접촉 온도를 증가시켜 접촉 시간을 절감할 수 있다. 에칭 절단 용액의 비점 및 작업 안정성을 고려하여, 접촉 온도는 일반적으로 약 10℃ 내지 약 90℃이며, 바람직하게는 실온 내지 약 50℃이며, 여기서 본 발명의 실온은 지리적 지역에 따라 15℃ 내지 25℃의 범위일 수 있다.
일 실시 형태에서, 본 발명에 사용되는 접촉 방법은 침지, 디핑, 또는 분무를 포함한다.
분무 방법의 일 예로서, 상기에 기재된 단계들에 따라 얻어진 부분적으로 덮인 유리 기판을 직접 롤러 상에 놓거나; 또는 유리 기판이 (절단 전 또는 절단 후를 포함하여) 소형 크기라면, 망조직(meshwork)을 갖는 홀더 상에 놓은 다음, 이 홀더를 롤러 상에 놓을 수 있다. 분무 시스템을 사용하여 에칭 절단 용액을 롤러의 상하로부터 부분적으로 덮인 유리 기판 상에 분무한다. 에칭 절단 용액의 온도는 약 10℃ 내지 약 90℃ 이며, 바람직하게는 실온 내지 약 50℃이다. 분무 시간은 약 1분 내지 약 120분의 범위이다.
절단된 유리 기판을 에칭 절단 용액에 접촉시킨 후에 0.5분 이상 동안 충분히 물로 헹구는 것이 일반적이다. 물은 탈이온수일 수 있다. 헹굼수의 온도는 약 10℃ 내지 약 90℃일 수 있으며, 바람직하게는 실온 내지 약 50℃이다.
마지막으로, 그리고 선택적으로, 헹군 유리 기판을 건조시킨다. 본 발명의 방법에 사용되는 건조 방법은, 예를 들어 열 건조(오븐 건조), 공기 건조, 강제 공기 건조, 및 팬 건조를 포함하는 당업자에게 알려진 임의의 수단에 의해 달성된다. 일 실시 형태에서, 본 발명의 방법에 사용되는 건조 방법은 0.5분 이상 동안의 오븐 건조 또는 공기 건조(예를 들어, 에어 나이프(air knife)), 바람직하게는, 약 1분 내지 약 10분 동안의 에어 나이프에 의한 건조이다. 유리 기판을 건조시키기 위한 온도는 0.5분 이상 동안의 약 10℃ 내지 약 200℃, 바람직하게는 실온 내지 약 120℃일 수 있다.
건조 후, 보호 필름을 절단된 유리 기판으로부터 수작업으로 또는 스트리퍼(stripper) 용액에 의해 제거할 수 있다. 필요하다면 접착제의 잔사를 하나 이상의 용매, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 아세톤 또는 톨루엔 등을 이용하여 제거할 수 있다.
생성된 본 발명의 절단 유리는 기계적 절단 장치에 의해 절단된 유리에서 보여지는 바와 같은 미세균열을 나타내지 않는다. 추가적으로, 생성된 유리는 종래 기술의 에칭 용액으로 에칭 절단된 유리와 비교할 때 감소된 측면 에칭 및 증가된 에지각을 갖는다.
본 발명의 에칭 절단 용액은 플루오르화수소산, 유기 카르복실산, 선택적으로 질산 및 물을 배합함으로써 제조된다. 에칭 절단 용액은
(a) 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산;
(b) 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 유기 카르복실산;
(c) 0 내지 약 10 중량%의 질산; 및
(d) 약 54.5 중량% 내지 약 72.9 중량%의 물을 포함하며,
여기서, 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 하되, 단 에칭 절단 용액에는 플루오르화암모늄이 본질적으로 없다.
임의의 적합한 유기 카르복실산이 사용될 수 있지만, 바람직한 유기 카르복실산은 알파-하이드록실-산, 및 바람직하게는 시트르산 또는 글리콜산을 포함하고, 글리콜산이 특히 바람직하다. 다른 적합한 유기 카르복실산은 옥살레이트 산, 락트산, 및 프로판이산으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
플루오르화수소산 (HF) [CAS 번호: 7664-39-3]은, 예를 들어, 물 중 40% 또는 49 중량%의 수용액으로 구매가능하며, 이는 에코 케미칼 컴퍼니 리미티드(ECHO Chemical Co. Ltd.) (타이완 소재) 또는 시노팜 케미칼 리에이전트 컴퍼니 리미티드(Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd.) (중국 소재)로부터 구매할 수 있다.
본 발명의 에칭 절단 용액에서, HF의 양은 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%, 바람직하게는 약 20.2 중량% 내지 약 23 중량%이며, 여기서 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 한다.
글리콜산 (GA) [CAS 번호: 79-14-1]은 순도 98% 이상의 화학 물질 또는 그의 수용액, 예를 들어 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니에 의해 판매되는 GA 수용액일 수 있다.
본 발명의 에칭 절단 용액에서, 유기 카르복실산, 및 바람직하게는 글리콜산의 양은 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%, 바람직하게는 약 10.5 중량%이며, 여기서 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 한다.
질산 (HNO3) [CAS 번호: 7697-37-2]은 고순도의 발연 질산 또는 그의 수용액, 예를 들어 70 중량%의 질산을 함유하는 수용액일 수 있으며, 이는 에코 케미칼 컴퍼니 리미티드(타이완 소재) 또는 시노팜 케미칼 리에이전트 컴퍼니 리미티드(중국 소재)로부터 구매할 수 있다.
본 발명의 에칭 절단 용액에서, 질산의 양은 0 중량% 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 5 중량%이며, 여기서 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 에칭 절단 용액에 사용되는 모든 화학 물질 및 그들의 수용액은 구매가능하다. 에칭 절단 용액을 제조할 때, 산 성분들의 첨가 순서는 중요하지 않지만, 안전성 관점에서 산 성분들은 물 (d)에 첨가되어야 한다.
일 실시 형태에서, 본 발명의 에칭 절단 용액 내의 산의 양은 하기와 같다: 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산, 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 글리콜산, 및 0 내지 약 10 중량%의 질산.
제2 실시 형태에서, 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 에칭 절단 용액 내의 산의 양은 하기와 같다: 약 20.2 중량% 내지 약 23 중량%의 플루오르화수소산, 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 글리콜산, 및 0 중량% 내지 약 10 중량%의 질산.
제3 실시 형태에서, 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 에칭 절단 용액 내의 산의 양은 하기와 같다: 약 20.2 중량% 내지 약 23 중량%의 플루오르화수소산, 약 10.5 중량%의 글리콜산, 및 약 5 중량%의 질산.
본 명세서에 기재된 산 성분들, 예를 들어 플루오르화수소산, 글리콜산 및 질산의 중량 백분율은 순수한 산에 대한 것이며, 산 성분들의 수성 양을 말하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 에칭 절단 용액 내의 물 (d)의 중량 백분율은 에칭 절단 용액의 총 중량 백분율을 맞추기 위해 나머지로서 첨가된 물과, 에칭 절단 용액의 다른 성분들 (a) 내지 (c) (예를 들어, 수성 플루오르화수소산, 수성 글리콜산 및 수성 질산) 내에 포함된 임의의 물을 더한 것이다. 상기 정의된 모든 실시 형태에서, 에칭 절단 용액에는 플루오르화암모늄이 본질적으로 없다.
본 발명의 방법에서 제조된 유리 기판은 액정 디스플레이, 핸드헬드 장치, 태블릿 PC, 모바일 폰, 휴대용 미디어 플레이어, 및 랩톱 컴퓨터 디스플레이를 포함하는 전자 장치의 커버 유리로서 유용하다.
본 발명은 기계적 절단 장치를 통해 절단된 유리 상에 보여지는 바와 같은 미세균열 없이 유리 기판을 절단하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법으로 절단된 유리 기판은 종래 기술의 에칭 절단 용액으로 절단된 유리 기판에 비하여 3가지 주요 이점을 갖는다. 첫째, 본 발명의 방법은 에칭 공정의 불량 제어 및 열 방출의 상당한 증가 없이 에칭 속도가 증가된다. 둘째, 본 발명의 방법은 측면 에칭이 감소된 유리 기판을 생성한다. 셋째, 본 발명의 방법은 에지각이 증가된 유리 기판을 생성한다.
실시예
시험 방법 및 재료
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 사용한 재료
유리 기판: 강화 소다-석회 유리 및 강화 알루미노실리케이트 유리.
플루오르화수소산 (HF): CAS 번호: 7664-39-3, 49 중량%, 에코 케미칼 컴퍼니 리미티드(타이완 소재)로부터 구매함.
글리콜산 (GA): CAS 번호: 79-14-1, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 더 케모어스 컴퍼니(The Chemours Company)로부터 입수가능한 수용액.
질산: CAS 번호: 7697-37-2, 70 중량%의 질산을 함유하는 수용액, 에코 케미칼 컴퍼니 리미티드(중국 소재)로부터 구매함.
보호 필름은 한쪽 면에 아크릴 접착제를 구비한 폴리테트라플루오로에텐 (PTFE) 테이프였다. 테이프의 두께는 0.1 mm이며, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠(3M)으로부터 구매한다.
에칭 절단 용액의 제조
플루오르화수소산, 글리콜산, 질산 및 물을 혼합하여 7가지 에칭 절단 용액 (비교예 1 내지 비교예 4와 실시예 1 내지 실시예 3)을 제조하였다. 에칭 절단 용액의 조성이 최종 용액 내의 플루오르화수소산, 글리콜산 및 질산 각각의 중량 퍼센트로 표 1에 열거되어 있으며, 잔량은 물이다.
[표 1]
Figure pct00001
시험 방법 1: 에칭 속도 시험 절차 - 분무
유리 기판을 분무 시스템의 롤러 상에 직접 놓았다. 각각의 실시예 및 비교예로부터의 에칭 절단 용액을, 분무 시스템을 사용하여 롤러의 상하로부터 유리 기판 상에 분무하였다. 에칭 절단 용액의 온도는 약 35℃였다. 약 20분 동안 접촉시킨 후, 불완전하게 절단된 유리 기판을 꺼냈으며, 이어서 약 0.5분 이상 동안 탈이온수로 충분히 헹구었다. 헹굼수의 온도는 약 35℃였다. 헹군 유리를 약 5분 동안 에어 나이프로 건조시켰다. 건조 공기의 온도는 약 70℃였다.
각각의 유리 기판의 두께를 마이크로미터로 측정하여 각각의 초기 두께에 대한 두께 차이를 결정하였다. 두께 차이를 μm/min으로 표시되는 에칭 속도로 변환시켰으며, 이는 표 2 및 표 3에 열거되어 있다.
[표 2]
Figure pct00002
[표 3]
Figure pct00003
시험 방법 2: 측면 에칭 및 에지각 측정
유리 기판의 양쪽 면을, 에칭 절단 용액에 접촉시키기 전에 라미네이터에 의해, 한쪽 면에 아크릴 접착제를 구비한 PTFE 보호 필름으로 덮었다. 보호 필름을 레이저로 절단하여 패턴을 형성하였다. 보호 필름의 패턴은 대칭이고 양쪽 면에 정렬하였다. 노출 영역 상에 존재하는 보호 필름을 수작업으로 박리하고, 에칭될 영역을 노출시켰다. 노출 영역 상에 존재하는 접착제의 모든 잔사를 에탄올로 제거하였다. 모든 실시예 및 비교예에서, 패턴화 후에 얻어진 부분적으로 덮인 유리 기판은 1.5 mm 및 0.9 mm의 상이한 폭의 2개의 갭을 가졌다 (도 2에서 패턴 A 참조).
부분적으로 덮인 유리 기판을 롤러 상에 놓았다. 비교예 1 및 비교예 2와, 실시예 1, 실시예 2, 및 실시예 3 각각에 대해, 소정 횟수의 시험 실행을 완료하였다 (표 4 및 표 5 참조). 표 4 및 표 5는 각각의 실시예 및 비교예에 대한 평균 에칭 갭 및 측면 에칭을 기록한다. 에지각은 에칭되지 않은 표면과 비교한 에칭된 표면의 각도 측정치이다. 측면 에칭은 노출된 기판의 에지(즉, 측면도의 정점)로부터 노출되지 않은 기판의 에지까지의 거리의 측정치이다. 두 면의 측면 에칭이 상이하다면, 더 큰 값을 측면 에칭으로서 기록한다 (도 1 참조).
각각의 시험 실행에 대해, 에칭 절단 용액을, 분무 시스템을 사용하여 롤러의 상하로부터 유리 기판 상에 분무하였다. 에칭 절단 용액의 온도는 약 35℃였다. 절단 후의 유리 기판을 약 0.5분 동안 탈이온수로 충분히 헹구었다. 헹굼수의 온도는 약 35℃였다. 헹군 유리 기판을 약 2분 동안 에어 나이프로 건조시켰다. 건조 공기의 온도는 약 70℃였다. 시험 방법 1에 의해 결정된 에칭 속도에 따라 유리 기판을 절단하도록 에칭 시간을 조정하였다.
절단된 유리 기판의 단면의 이미지를 현미경 (올림푸스(Olympus), 모델 번호: BX-RLA2, 소프트웨어: 이미지 측정 툴)으로 촬영하여 측면 에칭 및 에칭각을 측정 및 기록하였으며, 이는 표 4 및 표 5에 열거되어 있다. 결과가 하기 표 4 및 표 5에 기록되어 있다.
[표 4]
Figure pct00004
[표 5]
Figure pct00005
본 발명을 전형적인 실시 형태로 예시하고 기재하였지만, 본 발명의 사상으로부터 이탈하지 않으면서 다양한 개질 및 치환이 가능하므로, 나타낸 상세 사항에 제한하고자 하는 것이 아니다. 그러므로, 본 명세서에 개시된 발명의 개질 및 등가물은 일상적인 실험 이하를 사용하여 당업자가 발견할 수 있으며, 이러한 모든 개질 및 등가물은 하기의 청구범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 것으로 생각된다.
실시예 4 내지 실시예 7에서 사용한 재료
플루오르화수소산 (HF): CAS 번호 7664-39-3, 49%, 하니웰(Honeywell)로부터 구매함
글리콜산 (GA): CAS 번호 79-14-1, 70%, 더 케모어스 컴퍼니로부터 구매함
질산 (NA): CAS 번호 7697-37-2, 67%
시트르산 (CA): CAS 번호 5949-29-1, 99%, 이엠디 밀리포어(EMD Millipore)
옥살산 (OA): CAS 번호 6153-56-6, 99.8%, 이엠디 밀리포어로부터 구매함
락트산 (LA): CAS 번호 7732-18-5, 88%, 아크로스 오가닉스(Acros Organics)로부터 구매함
에칭 절단 용액의 제조
에칭 절단 용액의 조성이 최종 용액 내의 플루오르화수소산, 글리콜산 및 질산, 시트르산, 옥살산 및 락트산 각각의 중량 퍼센트로 표 6에 열거되어 있으며, 잔량은 물이다.
[표 6]
Figure pct00006
시험 방법 1: 에칭 속도 시험 절차 - 분무
유리 기판을 분무 시스템의 롤러 상에 직접 놓았다. 각각의 실시예로부터의 에칭 절단 용액을, 분무 시스템을 사용하여 롤러의 상하로부터 유리 기판 상에 분무하였다. 에칭 절단 용액의 온도는 약 30℃였다. 약 20분 동안 접촉시킨 후, 불완전하게 절단된 유리 기판을 꺼냈으며, 이어서 약 0.5분 이상 동안 충분히 탈이온수로 헹구었다. 헹굼수의 온도는 약 30℃였다. 헹군 유리를 약 5분 동안 에어 나이프로 건조시켰다. 건조 공기의 온도는 약 70℃였다.
각각의 유리 기판의 두께를 마이크로미터로 측정하여 각각의 초기 두께에 대한 두께 차이를 결정하였다. 두께 차이를 μm/min으로 표시되는 에칭 속도로 변환시켰으며, 이는 표 7에 열거되어 있다.
[표 7]
Figure pct00007
시험 방법 2: 측면 에칭 및 에지각 측정
유리 기판의 양쪽 면을, 에칭 절단 용액에 접촉시키기 전에 라미네이터에 의해, 한쪽 면에 아크릴 접착제를 구비한 PTFE 보호 필름으로 덮었다. 보호 필름을 레이저로 절단하여 패턴을 형성하였다. 보호 필름의 패턴은 대칭이고 양쪽 면에 정렬하였다. 노출 영역 상에 존재하는 보호 필름을 수작업으로 박리하고, 에칭될 영역을 노출시켰다. 노출 영역 상에 존재하는 접착제의 모든 잔사를 에탄올로 제거하였다. 모든 실시예에서, 패턴화 후에 얻어진 부분적으로 덮인 유리 기판은 1.5 mm 및 0.9 mm의 상이한 폭의 2개의 갭을 가졌다 (도 2에서 패턴 A 참조).
부분적으로 덮인 유리 기판을 롤러 상에 놓았다. 실시예 4 내지 실시예 7 각각에 대해, 소정 횟수의 시험 실행을 완료하였다 (표 8 참조). 표 8은 각각의 실시예에 대한 평균 에칭 갭 및 측면 에칭을 기록한다. 에지각은 에칭되지 않은 표면과 비교한 에칭된 표면으로부터 형성되는 각도이다. 측면 에칭은 노출된 기판의 에지(즉, 측면도의 정점)로부터 노출되지 않은 기판의 에지까지의 거리의 측정치이다. 두 면의 측면 에칭이 상이하다면, 더 큰 값을 측면 에칭으로서 기록한다 (도 1 참조).
각각의 시험 실행에 대해, 에칭 절단 용액을, 분무 시스템을 사용하여 롤러의 상하로부터 유리 기판 상에 분무하였다. 에칭 절단 용액의 온도는 약 30℃였다. 절단 후의 유리 기판을 약 0.5분 동안 탈이온수로 충분히 헹구었다. 헹굼수의 온도는 약 30℃였다. 헹군 유리 기판을 약 2분 동안 에어 나이프로 건조시켰다. 건조 공기의 온도는 약 70℃였다. 시험 방법 1에 의해 결정된 에칭 속도에 따라 유리 기판을 절단하도록 에칭 시간을 조정하였다.
절단된 유리 기판의 단면의 이미지를 현미경 (올림푸스, 모델 번호: BX-RLA2, 소프트웨어: 이미지 측정 툴)으로 촬영하여 측면 에칭 및 에칭각을 측정 및 기록하였으며, 이는 표 8에 열거되어 있다.
[표 8]
Figure pct00008
실시예 4 내지 실시예 7에서, 유기 카르복실산의 사용이 대단히 유용하여 측면 에칭을 감소시키고 에지각을 개선함을 알 수 있다. 분당 90 마이크로미터의 에칭 속도로 고농도의 HF에서도 에칭 절단이 크게 개선된다.

Claims (12)

  1. 에칭 절단 용액으로서,
    (a) 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산;
    (b) 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 유기 카르복실산;
    (c) 0 내지 약 10 중량%의 질산; 및
    (d) 약 54.5 중량% 내지 약 72.9 중량%의 물을 포함하며,
    여기서, 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 하되, 단 에칭 절단 용액에는 플루오르화암모늄이 본질적으로 없는 에칭 절단 용액.
  2. 제1항에 있어서, 약 20.2 중량% 내지 약 23 중량%의 플루오르화수소산을 포함하는 에칭 절단 용액.
  3. 제1항에 있어서, 약 10.5 중량%의 유기 카르복실산을 포함하는 에칭 절단 용액.
  4. 제1항에 있어서, 약 5 중량%의 질산을 포함하는 에칭 절단 용액.
  5. 제1항에 있어서, 유기 카르복실산은 알파-하이드록시-산을 포함하는 에칭 절단 용액.
  6. 제5항에 있어서, 알파-하이드록시-산은 시트르산 및 글리콜산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 에칭 절단 용액.
  7. 제6항에 있어서, 알파-하이드록시-산은 글리콜산을 포함하는 에칭 절단 용액.
  8. 제1항에 있어서, 유기 카르복실산은 옥살레이트 산, 시트르산, 프로판이산, 락트산, 및 글리콜산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 에칭 절단 용액.
  9. 에칭 절단 용액으로서,
    (a) 약 20.1 중량% 내지 약 25 중량%의 플루오르화수소산;
    (b) 약 7 중량% 내지 약 10.5 중량%의 글리콜산;
    (c) 0 내지 약 10 중량%의 질산; 및
    (d) 약 54.5 중량% 내지 약 72.9 중량%의 물을 포함하며,
    여기서, 상기 중량%는 에칭 절단 용액의 총 중량을 기준으로 하는 에칭 절단 용액.
  10. 제9항에 있어서, 약 20.2 중량% 내지 약 23 중량%의 플루오르화수소산을 포함하는 에칭 절단 용액.
  11. 제9항에 있어서, 약 10.5 중량%의 글리콜산을 포함하는 에칭 절단 용액.
  12. 제9항에 있어서, 약 5 중량%의 질산을 포함하는 에칭 절단 용액.
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