KR20120135467A

KR20120135467A - 지문-내성 유리 기판

Info

Publication number: KR20120135467A
Application number: KR1020117029119A
Authority: KR
Inventors: 애드라 에스 베이카; 칼 더블유 코치 3세; 셰리 이 코발; 프랜틱 마줌더; 마크 에이 쿠에사다; 웨기샤 세네렛네; 토드 피 세인트 클레어
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2012-12-14

Abstract

본 발명은 소수성, 오일 소성, 입자상 또는 액상의 안티-고착 또는 접착성, 지문에 대한 내성, 내구성 및 투명성(즉, 헤이즈<10%)을 포함한 공학적 특성을 갖는 적어도 하나의 표면을 갖는 유리 기판을 제공한다. 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 피닝 및 접촉각의 감소를 방지하는 오목한 기하를 갖는 적어도 한 세트의 토폴로지 피처를 포함한다.

Description

지문-내성 유리 기판{FINGERPRINT-RESISTANT GLASS SUBSTRATES}

관련 출원 상호 참조

본 출원은 2009년 5월 6일에 출원된 미국 가 특허 출원 61/175,909의 혜택을 주장하는 2009년 11월 24일에 출원된 미국 특허 출원 12/625,020 및 2010년 4월 20일에 출원된 12/763,649의 존속이다.

본 발명은 소수성, 오일 소성, 입자상 또는 액상의 안티-고착 또는 접착성, 지문에 대한 내성, 내구성 및 투명성(즉, 헤이즈<10%)을 포함한 공학적 특성을 갖는 적어도 하나의 표면을 갖는 유리 기판을 제공한다. 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 피닝(pinning) 및 접촉각의 감소를 방지하는 오목한 기하를 갖는 적어도 한 세트의 토폴로지 피처를 포함한다.

점차 터치 스크린 적용용 표면이 요구되고 있다. 심미적 및 기술적인 관점에서, 지문의 이동 또는 얼룩에 대한 내성이 있는 터치 스크린 표면이 요구된다. 휴대용 전자 장치에 관한 적용에 대해서, 사용자 친화적인 표면의 일반적인 요구는 고투과율, 낮은 헤이즈, 지문 이동에 대한 내성, 반복 사용에 대한 견고함 및 비독성을 포함한다. 지문 내성 표면은 사용자의 손가락이 접촉될 때, 물 및 오일의 이동에 대한 내성을 필요로 한다. 이러한 표면의 웨팅성(wetting characteristics)은 표면이 소수성 및 오일 소성을 갖도록 한다.

본 발명은 소수성(즉, 물의 접촉각>90°), 오일 소성(즉, 오일의 접촉각>90°), 지문에서 발견된 입자상 또는 액상의 안티-고착 또는 접착성, 내구성 및 투명성(즉, 헤이즈<10%)을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 공학적 특성을 갖는 적어도 하나의 표면을 갖는 유리 기판이 제공된다. 유리 기판은 소수성 및 오일 소성을 제공하는 적어도 한 세트의 토폴로지 피처(topological features)를 갖는다.

따라서, 본 개시의 일 형태는 광투명하고 지문 내성의 적어도 한면을 갖는 유리 기판을 제공하는 것이다. 유리 기판은 기계적 및 화학적 마모에 대한 내성이 있다.

본 개시의 제 2 형태는 소수성 및 오일 소성의 적어도 한면을 갖는 유리 기판을 제공하는 것이다. 적어도 하나의 표면은 평균 치수의 토폴로지 피처 중 적어도 한 세트 포함하고, 상기 토폴로지 피처는 물 및 지방 분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 접촉각의 감소를 방지하는 오목한 기하를 갖는다.

본 개시의 제 3 형태는 소수성 및 오일 소성의 적어도 한면을 갖는 유리 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 유리 기판을 제공하는 단계 및 유리 기판의 적어도 한면에 적어도 한 세트의 토폴로지 피처를 형성하는 단계를 포함한다. 적어도 한 세트의 토폴로지 피처는 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖고, 상기 토폴로지 피처는 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 접촉각의 감소를 방지하는 오목한 기하를 갖는다.

이들 및 다른 형태, 이점 및 특징은 하기의 상세한 설명, 수반한 도면 및 첨부한 청구범위로부터 명백하게 될 것이다.

도 1a는 거친 고체 표면에서 유체 액적의 웨팅 거동의 Wenzel model의 개략도이다;
도 1b는 거친 고체 표면에서 유체 액적의 웨팅 거동의 Cassie-Baxter model의 개략도이다;
도 2는 토포그래피의 복합 수준을 갖는 유리 기판의 개략도이다.
도 3은 1 ㎛를 초과한 치수를 갖는 표면 토포그래프 피처의 원자력 현미경 이미지이다.
도 4a는 에칭전에 스퍼터링된 SnO₂ 필름의 컬럼 구조의 단면도이다.
도 4b는 에칭 전에 스퍼터링된 SnO₂ 필름의 컬럼 구조의 상면도이다.
도 4c는 농염산으로 5분동안 에칭한 후에 스퍼터링된 SnO₂ 필름의 컬럼 구조의 상면도이다.
도 5a는 에칭전에 스퍼터링된 ZnO 필름의 컬럼 구조의 상면도이다.
도 5b는 0.1M HCl으로 15초동안 에칭한 후 스퍼터링된 ZnO 필름의 컬럼 구조의 상면도이다.
도 5c는 0.1 HCl으로 45초동안 에칭 후에 스퍼터링된 ZnO 필름의 컬럼구조의 상면도이다.
도 6a는 지문의 피닝 부위로 작용하는 제 2 토포그래피 공간의 개략도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 제 2 토포그래피 공간에서 지문의 피닝을 최소화하기 위해서 형성된 테플론 커스프(cusp)의 개략도이다; 및
도 7은 조도(roughness)의 함수로서 돌출된 고체-액체 영역 분율의 플롯이다.

하기의 설명에서, 동일한 참조부호는 도면에서 도시된 여러 관점을 통해서 유사한 또는 상응하는 부분을 나타낸다. 달리 기재되어 있지 않으면, "상부", "하부", "외부", "내부" 등은 편의상 단어이고 용어의 한정을 의미하는 것은 아니다. 또한, 그룹이 요소 및 이들의 조합의 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재된 것은 언제든지, 상기 그룹은 인용된 임의의 수의 요소를 개별적으로 또는 서로 조합해서 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 또는 이들로 이루어지는 것으로 이해된다. 마찬가지로, 그룹이 요소 또는 그 조합의 그룹의 적어도 하나로 이루어진 것으로 기재된 것은 언제든지 상기 그룹은 인용된 임의의 수의 요소를 개별적으로 또는 서로 조합으로 이루어질 수 있는 것이 이해된다. 달리 기재된 바와 같이, 인용된 값의 범위는 그 범위의 상한 및 하한을 포함한다.

일반적으로 도면에 대해서, 상기 설명은 기재한 특별한 실시형태를 위한 것이며 개시 또는 수반된 청구범위를 한정한 것으로 의도되지 않는다. 도면은 스케일로 필수적이지 않고, 도면의 특정한 피처 및 전망은 명확 및 간결의 관점에서 스케일로 확대 또는 개략적으로 확대될 수 있다.

지문을 저항하거나 반발하는 제품의 주요한 특징은 제품의 표면이 이러한 지문을 포함한 액체에 대해서 비-웨팅(즉, 액적과 표면 사이의 접촉각(CA)이 90°초과)일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "안티-지문", "안티-지문" 및 "지문 내성"은 인간 지문에서 발견된 유체 및 다른 물질의 이동에 대한 표면의 내성; 이러한 유체 및 물질에 대해서 표면의 비-웨팅; 표면에 인간의 지문의 최소화, 밀폐, 은폐 및 그 조합을 의미한다. 지문은 지방분비 오일 (예를 들면, 분비된 피부 오일, 지방 및 왁스), 죽은 지방-생성 세포의 파편 및 수성 성분을 포함한다. 이러한 물질의 조합 및/또는 혼합물은 "지문 물질"라고 칭한다. 안티-지문 표면은 사용자의 손가락이 접촉될 때 물 및 오일 이동에 대한 내성을 필요로 한다. 일 실시형태에서, 인간 지문으로부터 본원에 기재된 유리 기판의 지문 내성 표면으로 지문 물질의 이동량은 인간 손가락의 접촉 당 0.02 mg 미만이다. 다른 실시형태에서, 이러한 물질의 접촉 당 0.01 mg 미만이 이동된다. 또 다른 실시형태에서, 이러한 물질의 접촉 당 0.005 mg 미만이 이동된다. 접촉 당 이동된 액적에 의해서 피복된 지문 내성 표면의 영역은 인간 손가락이 접촉된 유리 기판 표면의 전체 영역의 20% 미만이고, 일 실시형태에서 인간 손가락이 접촉된 유리 기판 표면의 전체 영역의 10% 미만이다. 이러한 표면의 웨팅성은 표면이 소수성(즉, 물과 유리 기판 사이의 접촉각(CA)은 90°초과) 및 오일 소성(즉, 오일과 유리 기판 사이의 접촉각(CA)은 90°를 초과)이도록 한다.

표면 조도의 존재(예를 들면, 돌출, 오목, 홈, 기공, 피트, 공간 등)가 소정의 유체 및 평평한 기판 사이의 접촉각을 개질시킬 수 있고, 주로 "연꽃 잎(lotus leaf)" 또는 "연꽃(lotus)" 작용이라고 한다. Quere(Ann. Rev. Mater. Res. 2008, vol. 38, pp. 71-99)에 기재된 바와 같이, 거친 고체 표면에 액체의 웨팅 거동은 Wenzel(낮은 접촉각) 모델 또는 Cassie-Baxter (높은 접촉각) 모델로 기재될 수 있다. 도 1a에 개략적으로 도시된 Wenzel model에서 거친 고체 표면(110)에 유체 액적(120)은 자유 공간(114)으로 침투하고, 거친 고체 표면(110)에 피트, 홀, 홈, 기공, 공간 등을 포함하지만 이들로 한정되지 않고, 일부 실시형태에서 거친 표면(112)에 "피닝"된다. Wenzel 모델은 스무스 표면(미도시)에 대해서 거친 고체 표면(110)의 계면 영역의 증가를 고려하고, 스무스 표면이 친수성 일 때 거친 표면에 의해서 이들의 소수성을 증가시키는 것을 예상한다. 반대로, 스무스 표면이 친수성일 때, Wenzel 모델은 거친 이러한 표면이 이들의 친수성 거동을 향상시키는 것을 예상한다. Wenzel 모델과 반대로, Cassie-Baxter 모델(도 1b에서 개략적으로 도시)은 스무스 고체 표면이 친수성 또는 소수성의 여부에 관계없이, 표면 조도화가 유체 액적(120)의 접촉각 θ_Y 을 증가시키는 것을 예상한다. Cassie-Baxter 모델은 기체 포켓(130)이 거친 고체 표면(110)의 자유 공간(114)에서 형성되고 거친 고체 표면(130)에서 유체 액적(120) 아래에 트랩핑되어 거친 고체 표면(110)에서 유체 액적(120)의 피닝 및 접촉각θ_Y의 감소를 방지한다. 유체 액적(120)의 피닝을 방지하는 것 이외에, 기체 포켓(130)의 존재는 유체 액적(120)의 접촉각 θ_Y을 증가시킨다. 압력, 예를 들면 유체 액적(120)에 가해진 인간 손가락에 의해서 가해진 압력은 유체 액적(120)을 자유공간(114)으로 침투시키고, 거친 고체 표면에 피닝될 수 있고, 즉 Cassie-Baxter state(도1b)로부터 Wenzel state(도1a)로의 유체 액적(120) 이동될 수 있다. 소정된 유체에 접촉될 때 안티-지문 표면은 연꽃 잎 작용을 제공하고, Cassie-Baxter state 에서 액적을 유지하고, 여기서 기체 포켓은 거친 고체 표면에서 유체 액적 아래에서 트랩핑되고 유체 액적의 피닝이 회피되고, 유체 액적에 압력이 가해질 때 접촉각 θ_Y의 감소 및 Wenzel state로의 이동을 어느 정도로 방지하거나 저지한다.

표면의 소수성 및 오일 소성은 고체 기판의 표면 에너지 γ_SV에 관한 것이다. 유체 액적을 갖는 표면의 접촉각 θ_Y은 하기 식으로 정의된다.

θ_Y은 플랫한 표면의 접촉각(영의 접촉각으로 공지됨), γ_SV은 고체의 표면에너지이고, γ_SL은 액체와 고체의 사이에 계면에너지이고, γ_LV은 액체 표면장력이다. θ_Y>90°에서, cosθ_Y는 네가이브이고, 따라서 표면에너지 γ_SV을 γ_SL 미만의 값으로 한다. 액체와 고체 γ_SL 사이의 계면에너지는 일반적으로 공지되어 있지 않고 접촉각 θ_Y은 일반적으로 고체의 표면에너지 γ_SV을 최소화하고, 소수성 및/또는 오일소성을 달성하기 위해서 90°(즉, cosθ_Y<0) 초과하는 값으로 증가시킨다. 예를 들면, 플루오로화 물질, 예를 들면 테플론™(폴리테트라플루오로에탄)을 포함한 일반적인 비웨팅 미조도화 또는 스무스 표면은 18 dynes/cm 만큼 낮은 표면 에너지를 갖는다. 테플론 표면은 올레산과 같은 일정하게 검토된 오일(γ_LV dyne/cm)이 약 80°의 테플론에 대한 접촉각을 나타내기 때문에 오일소성인 것이 아니다.

소수성 및 오일소성인 안티-지문 표면은 낮은 표면 에너지를 갖는 거친 표면을 형성함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 광투과성 유리 제품 또는 기판(달리 기재되어 있지 않으면, "유리 제품" 및 "유리 기판"은 동일한 용어이고 본원에 사용된다)은 지문 내성 표면을 갖고 기계적 및 화학적 마찰에 대한 내성을 갖는 것을 제공한다. 다양한 실시형태에서 유리 기판은 소수성 및 오일 소수성을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 공학적 특성을 갖는 적어도 한면을 갖는다. 입자상 물질의 안티-지문, 안티-고착 또는 안티-접착성, 기계적 및 화학적 내구성, 투명성(예를 들면, 헤이즈<10%) 등을 포함한 다른 특성은 다른 실시형태에서 제공된다. 이들 특성은 물, 지방분비 오일 및 지문 물질의 적어도 하나를 포함한 액적의 접촉각을 방지하는 오목한 기하를 갖는 적어도 한 세트의 토폴로지 피처를 갖는 기판의 적어도 한면을 제공함으로써 달성된다. 일부 실시형태에서, 적어도 한 세트의 토폴로지 피처는 약 50nm 내지 약 1㎛의 범위에서 평균 치수를 갖는다. 일부 실시형태에서, 상기 기재된 특성은 범프, 돌출, 오목, 피트, 공간 등을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 많은 다른 세트 또는 수준의 토폴로지 피처를 갖는 유리 기판의 표면을 제공함으로써 달성된다. 토폴로지 피처의 하나의 세트 또는 수준에서 토폴로지 피처는 다른 세트 또는 수준에서 토폴로지 피처의 평균 치수와 다른 평균 치수를 갖는다. 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 피닝 및 접촉각θ_Y의 감소를 방지하는 오목한 기하를 함께 형성한다.

복합 세트의 토포그래피를 갖는 유리 기판 표면의 일례의 단면도는 도 2에 개략적으로 도시된다. 도 2에 도시된 표면 구조는 접촉각 θ_Y의 감소 및 표면 공간에서 액적의 침투 또는 "피닝"하는 물질을 몰아내서 소수성, 오일 소성, 안티-접착성 및 안티-지문 특성을 제공한다. 또한, 도 2에 도시된 표면 구조는 연꽃 잎 작용의 일부 측정을 제공할 수 있는 표면 형태의 비제한 예로서 작용한다. 소수성/오일 소성 표면(200)은 제 1 토포그래피(210), 제 2 토포그래피(220) 및 제 3 토포그래피(230)을 포함한다.

제 1 토포그래피(210)는 많은 돌출(212) 및 오목부(214)를 포함한다. 제 1 토포그래피(210)는 도 2 에 도시된 토포그래피의 가장 큰 길이를 갖고, 토포그래피 특성(돌출(212) 및 오목(214))는 제 1 평균 치수를 갖고, 이는 일부 실시형태에서 2 ㎛이하이다. 일 실시형태에서, 제 1 토포그래피의 토폴로지 피처(210)의 평균 치수는 약 50 nm 내지 약 300nm의 범위이다. 다른 실시형태에서, 제 1 토포그래피(210)의 토폴로지 피처의 평균 치수는 약 1㎛ 내지 약 50㎛의 범위이다. 다른 실시형태에서, 제 1 토포그래피(210)의 토폴로지 피처의 평균 치수는 약 1㎛ 내지 약 10㎛의 범위이다. 일 실시형태에서 제 1 토포그래피(210)는 예를 들면 SnO₂, ZnO, 세리아, 알루미나, 지르코니아를 포함하지만 이들로 한정되지 않는 임의의 에칭가능한 무기 산화물을 포함할 수 있다.

제 2 또는 중간의 길이 스케일의 토포그래피(220)는 제 1 토포그래피(210)에 겹쳐놓는다. 제 2 토포그래피(220)는 Cassie-Baxter(도 1b)로부터 Wenzel state (도 1a)로 거친 표면에서 유체 액적(120)의 이동을 방지하거나 지연시키는 오목한 기하를 제공한다. Cassie-Baxter state에서 유체 액적(120)은 제 1 토포그래피(210)를 포함한 돌출(212)의 상부에서 정지한다. 제 2 토포그래피(220)의 피처는 유리 기판(200)의 면으로부터 각도 a에서 제 1 토포그래피(210)로부터 돌출하고("요각 각도(reentrant angle)"로서 칭함), 유체 액적(120)의 자유공간으로의 진입을 적어도 부분적으로 차단하고, 상기 자유공간은 돌출(212) 사이의 오목한 부분(214)에 형성되고, 유리 기판의 표면으로부터 Wenzel state으로 이동을 방지하거나 지연시킨다(도 1a).

도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 토포그래피(220)는 제 1 토포그래피(210)의 큰 돌출의 표면에서 돌출을 포함할 수 있다. 제 2 토포그래피(220)에서 토폴로지 피처의 평균 치수는 제 1 토포그래피(210)의 평균 치수 미만이고, 일부 실시형태에서 약 1nm 내지 1㎛의 범위이다. 다른 실시형태에서, 제 2 토포그래피(220)의 평균 치수는 약 1nm 내지 약 50nm의 범위이다. 일 실시형태에서, 제 2 토포그래피(220)은 금속 및 임의의 에칭가능한 무기 산화물, 예를 들면 SnO₂, ZnO, 세리아, 알루미나, 지르코니아를 포함하지만 이들로 한정되지 않는 것을 포함할 수 있다.

제 3의 또는 가장 작은 길이 스케일 토포그래피(230)는 화학 결합의 스케일(약 0.7Å 내지 약 3Å(70-300 pm)의 범위)로 토폴로지 피처를 갖는다. 제 3의 토포그래피(230)는 왁스형이고 낮은 표면 에너지 유도체화를 갖는다. 일부 실시형태에서, 제 3의 토포그래피(230)은 제 1 및 제 2 토포그래피(210, 220)의 표면의 적어도 일부를 덮는 코팅이며, 낮은 표면 에너지 폴리머 또는 올리고머, 예를 들면 테플론™ 또는 다른 시판 플루오로폴리머 또는 플루오로실란, 예를 들면 Dow Corning 2604, 2624, 2634, DK Optool DSX, Shintesu OPTRON, 헵타데카플루오로실란 (Gelest), FluoroSyl (Cytonix), 등을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 것을 포함한다. 압력 인가(예를 들면 손가락으로 인가된 압력)시에 제 2 토포그래피(210) 내의 공간에서 액적(120)의 피닝을 방지하기 위해서, 제 3의 토포그래피(230)는 재단해서 오목한 공간 또는 트렌치 웰에서 커프스(230)을 형성해서 피닝을 최소화하고, 따라서 추가의 효과적인 재진입 방지 기하(reentry impeding geometry)를 제공한다.

제 1 및 제 2 길이 스케일의 토포그래피 피처는 배열되고, 무질서하게 되고, 셀프-어파인(self-affine)되고 또는 프랙탈하게 되고 또는 임의의 조합일 수 있다. 토폴로지 텍스처의 실제의 토폴로지 및/또는 마이크로 구조 상태에 관계없이, 특정한 평균 기하 상태는 제품 표면이 지문 내성, 오일 소성 및/또는 수퍼 오일소성을 갖는 것을 필요로 한다.

오일 소성에 대해서, 하기 식의, 기판의 표면 조도 분율(r_f) 및 고체-액체 분할 영역(f) 사이의 하기의 요건을 충족시킬 필요가 있다:

수퍼-오일소성(접촉≥150°)에 대해서, 기판의 표면 조도 분율(r_f) 및 고체-액체 분할 영역(f) 사이의 하기 요건을 충족시킬 필요가 있다:

오일 소성의 중간 수준에 대해서 예를 들면, 접촉각 125°초과에 대해서, 표면 조도 분율(r_f)과 기판의 고체-액체 분할 영역(f) 사이의 하기의 요건이 충족될 필요가 있다:

지문 내성 표면을 달성하기 위해서 필요로 되는 고체-액체 영역 분율 f와 조도 요소 r_f 사이의 관계는 도 7에서 플롯팅된다. 최소의 지문 내성을 갖는 제품에 대해서, 텍스처는 좌표(f, r_f)가 도 7에서 CA=90°곡선 내에 있도록 해야한다. 수퍼-오일소성 거동 및/또는 매우 높은 지문 내성을 나타내기 위한 표면에 대해서, 기판 표면의 텍스처는 f 대 r_f 좌표가 도 7에 도시된 CA=150° 곡선 아래의 영역에 있는 것이 필요하다. 본원에 기재된 유리 기판의 지문 내성 표면은 식(1)에서 나타낸 관계에 의해서 정의된 텍스처를 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 텍스처는 식(2)에서 나타낸 관계로 정의되고, 제 3 실시형태에서, 텍스처는 식(3)에서 나타낸 관계로 정의된다.

광투과성에 대해서, 텍스처의 길이-스케일은 선택된 범위 내에서 있도록 한다. 길이 스케일 제약은 지문 액적이 2-5 ㎛의 평균 직경을 갖는 유한한 크기 분포를 갖는 사실 때문에 발생한다. 본원에 기재된 안티-지문 표면 및 기판에서, 텍스처는 1 nm 내지 2㎛ 사이의 제곱 평균 제곱근(RMS) 진폭을 갖는다. 일 실시형태에서, 텍스처의 RMS 진폭은 1 nm 과 500nm 사이이다, 또 다른 실시형태에서, 1nm과 300nm 사이이다. 텍스처는 1 nm과 10nm 사이의 자동-상관관계(auto-correlation) 길이 스케일을 갖는다. 일부 실시형태에서, 자동 상관관계는 1 nm와 1㎛ 사이이고, 또 다른 실시형태에서 1 nm와 500 nm 이다.

인접한 요철 사이의 공간으로 액체의 메니스커스, 특히 오일 메니스커스의 침투를 방지하는 네가티브 라플라스 압력을 형성하기 위해서 적어도 10%의 제 2 토포그래피의 텍스처는 90° 미만의 배향각(도 2에서 각도) 및 일 실시형태에서 75°미만이다.

일부 실시형태에서, 유리 기판은 2개의 주요한 표면을 갖는 평면 또는 3차원 시트이다. 유리 기판의 적어도 하나의 주요한 표면은 본원에 기재된 토폴로지 피처의 많은 다른 세트 또는 수준을 갖는다. 일부 실시형태에서, 기판의 주요한 표면은 토포그래픽 피처의 많은 수준을 갖는다. 다른 실시형태에서, 유리 기판의 하나의 주요한 표면은 이러한 피처를 갖는다.

소수성 및 오일소성의 표면을 갖는 유리 기판의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 한 표면을 갖는 유리 기판을 제공하는 단계; 및 유리 기판의 적어도 하나의 표면에 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖는 적어도 하나의 세트의 토폴로지 피처를 형성하는 단계를 포함한다. 토폴로지 피처는 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 접촉각의 감소를 방지하는 오목한 기하를 갖는다. 일 실시형태에서, 토폴로지 피처의 복수의 세트는 기판의 표면에 형성된다. 각각의 세트는 다른 세트에서 토폴로지 피처의 평균치수와 다른 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖는다. 토폴로지 피처의 세트는 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 피닝 및 접촉각 θ_Y의 감소를 방지하는 오목한 기하를 갖는다.

다양한 실시형태에서, 토폴로지 피처의 복수의 세트는 상기 기재된, 제 1 토포그래피(210), 제 2 토포그래피(220) 및 제 3 토포그래피(230)의 적어도 하나를 포함한다.

일 실시형태에서, 제 1 토포그래피(210)는 유리 기판(200)의 표면을 샌드블래스팅함으로써 형성될 수 있다. 하나의 비제한 예에서, 유리 기판(200)의 표면은 다른 시간동안 50㎛ 알루미나 그리트로 샌드블래스팅해서 소망의 조도 변수를 달성한다. 샌드블래스트 표면은 본원에 기재된 증착 방법을 통해서 무기 산화물로 코팅하여 제 1 토포그래피(210)을 달성한다.

다른 실시형태에서, 제 1 토포그래프(210)는 종래에 공지된 물리적 또는 화학적 기상 증착법을 사용하여 유리 기판(200)의 표면에 쉐도우 마스크를 통해서 얇은 산화막을 증착함으로써 형성된다. 일 실시형태에서, 쉐도우 마스크는 유리 기판의 표면에 배치된다. ZnO는 마스크를 통해서 유리 기판에 스퍼터링되어 마스크 피처를 재현하는 제 1 토포그래피(210)을 생성한다. 도 3은 스퍼터링된 ZnO 표면의 원자력 현미경(AFM) 이미지이고 제 1 토포그래피(210)의 피처를 나타낸다. 이러한 피처는 대략 50nm의 높이 a 및 약 55㎛의 피치 또는 스페이스 b를 갖는 25 ㎛-직경 범프(212)를 포함한다.

제 2 토포그래피(220)는 종래에 공지된 물리적(예를 들면, 스퍼터링, 증발, 레이저 제거, 등) 또는 화학적 증착법(예를 들면, CVD, 플라즈마 증진 화학 기상 증착, 등)을 사용하여 형성될 수 있다. 일 실시형태에서, 제 2 토포그래피(220)은 스퍼터링된 금속 산화물 박막을 에칭하거나 증발된 금속막을 애노다이징함으로써 달성된다. 스퍼터링된 변수(예를 들면, 스퍼터링 압력 및 기판 온도)는 에칭 거동과 상관되어 소망의 토포그래피를 생성한다. O. Kluth 등의 개질된 Thornton 모델("Modified Thornton Model for Magnetron Sputtered Zinc Oxide: Film Structure and Etching Behavior," Thin Solid Films, 2003, vol. 442, pp. 80-85)은 본원에 참조로 포함되어 있고, 스퍼터링 변수(스퍼터링 압력 및 유리 기판온도) 사이의 상관관계, 구조적 필름 특성 및 유리 기판에 RF 스퍼터링된 필름의 에칭 거동을 기재한다. 스퍼터링 조건의 적당한 조절에 의해서 다음에 에칭된 스퍼터링 칼럼 또는 입자상 모폴로지를 선택하고 형성한다.

도 4a-c 및 5a-c는 제 2 토포그래피(220)의 10-100nm 표면 피처가 에칭에 의해서 어떻게 형성되는지의 2개의 예를 도시한 주사형 전자현미경(SEM) 이미지이다. 도 4 및 5에 도시된 개개의 표면 피처는 약 10 과 500nm 사이의 치수를 갖는다. 도 4a-4c는 칼럼 구조를 갖는 스퍼터링된 SnO₂ 필름에 5분동안 농염산을 사용하여 강한 에칭의 효과를 나타낸다. 도 4는 에칭전에 SnO₂ 필름의 칼럼 구조(410)의 측면 또는 단면(도 4a) 및 상면도(도 4b)의 SEM 이미지를 포함한다. 도 4c에는 소망의 수준의 조도를 달성하고 제 2 토포그래피(420)를 생성하기 위한 에칭 후 SnO₂ 필름의 상면도의 현미경 이미지가 도시된다.

도 5a-c는 도 4a에서 SnO₂에 대해서 도시된 것과 유사한 칼럼 구조를 갖는 스퍼터링된 ZnO 필름에 온화한 에칭의 작용을 도시한다. 도 5a는 에칭 전에 ZnO 필름의 칼럼 구조(510)의 상면도이고 도 5b 및 5c는 제 2 토포그래피(520)을 생성하기 위해서, 0.1M HCl로 각각 15초 및 45초동안 에칭후 스퍼터링된 ZnO 필름의 칼럼 구조의 상면도이다. ZnO 필름의 조도는 증가한 에칭 시간에 따라서 증가했다.

제 3 토포그래피는 본원에 기재된 플루오로폴리머 또는 플루오로실란을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 낮은 표면에너지 폴리머 또는 올리고머를 포함한다. 제 3 토포그래피는 제 1 및 제 2 토포그래피층의 형성 후 형성된다. 제 3 토포그래피를 포함한 올리고머 또는 폴리머는 스퍼터링, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅 등에 의해서 유리 기판(200)의 표면에 증착된다.

테플론은 이들 표면의 이온 교환 여부에 따라서 알칼리 알루미노실리케이트 유리 표면에 접착시키고, 스퍼터링하는 것이 용이하다. 테플론 증착 속도는 알곤 스퍼터링(50W, 1-5 millitorr 조건)동안 약 7 nm/분만큼 빠르다. 스퍼터링된 테플론은 O₂ 플라즈마(5-15분, 200W)으로 처리되는 경우 소수성이 거의 변화되지 않고; 물의 접촉각은 약 100°접촉각을 초과하지 않는다. 그러나, 스퍼터링된 테플론의 O₂ 플라즈마-처리는 20°내지 60°에서 소수성을 3배 증가시킨다.

스퍼터링된 테플론의 낮은 표면 에너지면을 포함한 제 3 토포그래피의 비-제한 예는 도 6a 및 6b에서 개략적으로 도시된다. 도 6a 및 6b는 지문 성분의 피닝 및 재진입 방지 기하가 어떻게 경감되는 지를 개략적으로 나타낸다. 지문의 흡수된 성분이 지문 압력 인가시에 제 2 토포그래피(도 6a)에서 공간(610)에서 분산된 및 피닝된 것을 방지하기 위해서, 테플론을 스퍼터링하기 위한 증착 조건을 조절하여 오목한 공간(트렌치) 벽(710)에서 커스프(620)를 형성하여 공간 또는 트렌치 벽에서 피닝을 최소화하고, 따라서 저렴한 효과적인 재진입 방지 기하를 제공한다. 이것은 증착중에 평균 자유 경로가 작은 공지된 스퍼터링 조건을 사용함으로써 달성된다. 또한, 유리 기판의 표면이 냉각되어 표면 이동을 감소시킨다.

일 실시형태에서, 본원에 기재된 유리 기판은 그 기판 및 안티-지문 표면을 통과하는 투과율이 70% 초과하는 투과성을 갖는다. 일부 실시형태에서, 유리 기판 및 안티-글레어 표면을 통과하는 투과율은 80%를 초과하고, 일부 실시형태에서 90% 초과한다.

본원에 사용된 바와 같이, "헤이즈" 및 "투과성 헤이즈"는 ASTM 절차 D1003에 따라서 원추각(angular cone) ±4.0을 벗어나서 산란된 투과광의 백분율을 의미하고, 그 내용은 본원에 참조로 포함된다. 광학적으로 스무스 표면에 대해서, 투과율 헤이즈는 일반적으로 0에 접근한다. 유리 기판의 안티-지문 표면은 약 80% 미만의 헤이즈를 갖는다. 제 2의 실시형태에서, 안티글레어 표면은 50% 미만의 헤이즈를 갖고, 제 3 실시형태에서 안티-지문 표면의 투과율 헤이즈는 10% 미만이다.

본원에 사용된 바와 같이, "광택"은 ASTM 절차 D523에 따라서 표준(예를 들면 인증된 블랙 유리 표준)으로 검량된 정반사율의 측정을 의미하고, 그 내용을 참조로 포함한다. 본원에 기재된 유리 기판의 안티-지문 표면은 광택(즉, 60에서 표준에 대해서 시료로부터 정면 반사된 광량)이 60%를 초과한다.

일 형태에서 본원에 기재된 다른 표면 토포그래피의 조합은 섬유 또는 다른 수단, 예를 들면 인간의 손가락으로 문지르거나, 산 또는 염기에 의한 공격과 같은 화학적 마찰에 노출되는 경우 내구성이 향상된 유리 기판의 표면을 제공한다. 코팅 내구성(크록 내성(Crock Resistance)으로 칭함)은 천으로 반복적인 마찰을 견디도록 하는 코팅된 유리 시료의 능력을 의미한다. 크록 내성 시험은 터치 스크린 장치를 갖는 의복 또는 천과의 물리적인 접촉과 유사하고 이러한 처리 후에 코팅의 내구성을 결정하는 것을 의미한다.

크록미터(crockmeter)는 이러한 마찰을 실시한 표면의 크록 내성을 결정하는 데에 사용되는 표준 수단이다. 크록미터는 유리 슬라이드에 중량이 가해진 아암의 말단에 장착된 마찰 팁 또는 손가락을 직접 접촉시킨다. 크록미터에 공급된 표준 손가락은 15 mm 직경의 고체 아크릴산 로드이다. 깨끗한 표준 크록 천의 조각을 이러한 아크릴산 손가락에 장착한다. 손가락은 900g의 압력을 갖는 시료상에서 정지시키고 내구성/크록 내성의 변화를 관찰하기 위한 시도로서 시료 전체에서 팔을 앞뒤로 반복적으로 이동시킨다. 본원에 기재된 시험에서 사용된 크록미터는 분당 60 회전의 균일한 스트록 속도(stroke rate)를 제공하는 자동화한 모델이다. 크록미터 시험은 "Standard Test Method for Determination of Abrasion and Smudge Resistance of Images Produced from Business Copy Products" 명칭의 ASTM 시험 절차 F1319-94에 기재되어 있다.

본원에 기재된 코팅 및 표면의 크록 내성 또는 내구성은 ASTM 시험 절차 F1319-94에 의해서 정의된 특정한 수의 와이핑 후, 광학적(예를 들면, 헤이즈 또는 투과율) 또는 화학적(예를 들면, 물 및/또는 오일 접촉각) 측정에 의해서 결정된다. 와이핑은 마찰 팁 또는 손가락의 2회의 스트록 또는 하나의 사이클로서 정의된다. 일 실시형태에서, 기판의 본원에 기재된 지문-내성 표면에 오일의 접촉각은 50회 와이핑 후 초기의 값의 20% 내에 있다. 일부 실시형태에서, 지문 내성 표면에서 오일의 접촉각은 1000회 와이핑 후 초기값의 20% 이내이고, 일부 실시형태에서, 지문 내성 표면에서 오일의 접촉각은 5000회 세정 후 초기값의 20% 내에 있다. 마찬가지로, 기판의 표면에서 지문 내성 표면에 물의 접촉각은 50회 와이핑 후 초기값의 20% 이내에 유지한다. 다른 실시형태에서, 기판의 표면에서 물의 접촉각은 1000회 와이핑 후 초기값의 20% 이내에서 유지하고, 다른 실시형태에서 5000회 와이핑 후 초기값의 20% 이내에 유지한다. 본원에 기재된 안티-지문 표면은 이러한 반복된 와이핑후 헤이즈의 낮은 수준을 유지한다. 일 실시형태에서, 유리 기판은 ASTM 시험 절차 F1319-94에 의해서 정의된, 적어도 100회 와이핑 후 10% 미만의 헤이즈를 갖는다.

본원에 기재된 접촉각(θ_Y)은 안티-지문 오일 소성 및 소수성 특성을 평가하기 위한 장점으로서 자주 사용된다. 본원에 기재된 바와 같이, 접촉각은 친수성 및/또는 친유성 지문 성분과 유리 기판의 공학적인 표면 사이의 웨팅 정도를 측정한다. 웨팅이 적을수록(즉, 접촉각이 클수록) 표면에 대한 접착성이 감소한다. 안티-지문 및 안티-접착성에 대해서, 일 실시형태에서 접촉각은 친유성 및 친수성 물질에 대해서 90℃를 초과한다.

일 비제한 예에서, 물(친수성) 및 올레산(친유성) 접촉각은 본원에 기재된 토포그래피의 표면을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시료에서 측정되었다. 각각의 유리 표면에는 우선 200W에서 5분동안 O₂ 플라즈마로의 플라즈마 처리를 실시함으로써 ZnO 스퍼터링을 준비하였다. ZnO는 1 millitorr 알곤 챔버에서 50W RF 파워를 사용해서 ZnO 타겟을 60분동안 스퍼터링함으로써 유리 표면에 증착되었다. 시료는 0.05M HCl에서 15, 30, 45 또는 90초동안 에칭하고 물 및 올레산의 접촉각이 측정되었다. 시료를 EZ-Clean™(Dow Corning DC2604)를 포함한 플루오로실란 용액에서 딥코팅한 후 또 다른 접촉각 측정했다. 각각의 시료에 대해서 물 및 올레산 접촉각은 표 1에 기재된다. 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 텍스처링된 시료를 EZ-Clean(표 1에서 "without EZ-clean")로 코팅하기 전에 측정된 친수성 접촉각은 작고, 약 15°(시료 D)부터 30°보다 약간 작은(시료 1) 범위이다. EZ clean(표1에서 "With EZ-Clena")에서 딥코팅 후, 각각의 시료에 대한 친수성 접촉각은 소수성에 대한 90°쓰레스홀드보다 큰 값까지 실질적으로 증가하고, 131°부터 139°이하의 범위이다. 마찬가지로, 각각의 시료에 대해서 측정된 올레산의 접촉각은 오일 소성 거동에 대한 쓰레스홀드를 초과하고, 약93° 내지 96°의 범위이다. 유리 표면은 본원에 기재된 복합 토포그래피를 갖는 표면에 제공되고(EZ-clean에 의해서 제공된 제 3 토포그래프를 포함), 이는 표 1에 나타낸 접촉각 측정의 결과에 의해서 나타낸 소수성 및 오일소성 거동을 나타낸다.

일 실시형태에서, 유리 제품은 소다 라임 유리를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 이들로 이루어진다. 또 다른 실시형태에서, 유리 제품은 다운 드로운될 수 있는 임의의 유리, 예를 들면 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 들 수 있지만 이들로 한정되지 않는 것을 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다. 일 실시형태에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 이들로 이루어진다: 60-72 mol% SiO₂; 9-16 mol% Al₂O₃; 5-12 mol% B₂O₃; 8-16 mol% Na₂O; 및 0-4 mol % K₂O, 여기서

, 여기서 알칼리 금속 개질제는 알칼리 금속 산화물이다. 또 다른 실시형태에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 이들로 이루어진다: 61-75 mol% SiO₂; 7-15 mol% Al₂O₃; 0-12 mol% B₂O₃; 9-21 mol% Na₂O; 0-4 mol% K₂O; 0-7 mol% MgO; 및 0-3 mol% CaO. 또 다른 실시형태에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 이들로 이루어진다: 60-70 mol% SiO₂; 6-14 mol% Al₂O₃; 0-15 mol% B₂O₃; 0-15 mol% Li₂O; 0-20 mol% Na₂O; 0-10 mol% K₂O; 0-8 mol% MgO; 0-10 mol% CaO; 0-5 mol% ZrO₂; 0-1 mol% SnO₂; 0-1 mol% CeO₂; 50 ppm미만의 As₂O₃ ; 및 50 ppm 미만의 Sb₂O₃ 이고; 여기서 12 mol% ≤Li₂O + Na₂O + K₂O ≤20 mol% 및 0 mol% ≤MgO + CaO ≤ 10 mol%. 또 다른 실시형태에서, 알칼리 알루미나실리케이트 유리는 하기를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 이들로 이루어진다: 64-68 mol% SiO₂; 12-16 mol% Na₂O; 8-12 mol% Al₂O₃; 0-3 mol% B₂O₃; 2-5 mol% K₂O; 4-6 mol% MgO; 및 0-5 mol% CaO이고, 여기서 66 mol% ≤SiO₂ + B₂O₃ + CaO ≤69 mol%; Na₂O + K₂O + B₂O₃+ MgO + CaO + SrO > 10 mol%; 5 mol% ≤MgO + CaO + SrO ≤8 mol%; (Na₂O + B₂O₃) - Al₂O₃ ≤2 mol%; 2 mol% ≤Na₂O - Al₂O₃ ≤6 mol%; 및 4 mol% ≤(Na₂O + K₂O) - Al₂O₃ ≤10 mol%. 제 3 실시형태에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 이들로 이루어진다: 50-80 wt% SiO₂; 2-20 wt% Al₂O₃; 0-15 wt% B₂O₃; 1-20 wt% Na₂O; 0-10 wt% Li₂O; 0-10 wt% K₂O; 및 0-5 wt% (MgO + CaO + SrO + BaO); 0-3 wt% (SrO + BaO); 및 0-5 wt% (ZrO₂ + TiO₂), 여기서 0 ≤(Li₂O + K₂O)/Na₂O ≤0.5이다.

하나의 구체적인 실시형태에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 갖는다: 66.7 mol% SiO₂; 10.5 mol% Al₂O₃; 0.64 mol% B₂O₃; 13.8 mol% Na₂O; 2.06 mol% K₂O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.34 mol% As₂O₃; 및0.007 mol% Fe₂O₃. 또 다른 구체적인 실시형태에서, 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기의 조성을 갖는다: 66.4 mol% SiO₂; 10.3 mol% Al₂O₃; 0.60 mol% B₂O₃; 4.0 mol% Na₂O; 2.10 mol% K₂O; 5.76 mol% MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% ZrO₂; 0.21 mol% SnO₂; 및0.007 mol% Fe₂O₃.

일부 실시형태에서 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 리튬을 실질적으로 함유하지 않는 반면, 다른 실시형태에서 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 비소, 안티몬 및 바륨 중 적어도 하나를 실질적으로 함유하지 않는다. 일부 실시형태에서, 유리 제품은 공지된 방법, 예를 들면 퓨전-드로잉, 슬롯-드로잉, 리드로잉 등을 들 수 있지만 이들로 한정되지 않는 것을 사용하여 다운 드로운된다.

이러한 알칼리 알루미노실리케이트 유리의 비제한 예는 2007년 7월 31일에 출원된, "Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate"의 명칭의 Adam J. Ellison et al.에 의한 미국 특허출원 11/888,213에 기재되고, 2007년 5월 22일에 출원된 동일한 명칭의 미국 가 특허출원 60/930,808로부터 우선권을 주장하고; 2008년 11월 25일에 출원된 "Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance"의 명칭의 Matthew J. Dejneka et al.에 의한 미국 특허출원 12/277,573, 이는 2007년 11월 29일에 출원된 동일한 명칭의 미국 가 특허출원 61/004,677로부터 우선권을 주장하고; 2009년 2월 25일에 출원된 "Fining Agent for silicate Glasses" 명칭의 Matthew J. Dejneka et al.에 의한 미국 특허출원 12/392,577, 이는 2008년 2월 26일에 출원된 미국 가 특허출원 61/067,130로부터 우선권을 주장하고; 2009년 2월 26일에 출원된 "Ion-Exchanged, Fast Cooled Glasses"명칭의, Matthew J. Dejneka et al.에 의한 미국 특허출원 12/393,241, 이는 2008년 2월 29일에 출원된 미국 가 특허출원 61/067,732의 우선권을 주장하고; 2009년 8월 7일에 출원된 "Strengthened Glass Articles and Methods of Making" 명칭의 Kristen L. Barefoot et al.에 의한 미국 특허출원 12/537,393, 이는 2008년 8월 8일에 출원된 "Chemically Tempered Cover Glass" 명칭의 미국 가 특허출원 61/087,324의 우선권을 주장하고; 2009년 8월 21일에 출원된 "Crack and Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom" 명칭의, Kristen L. Barefoot et al.에 의한 미국 가 특허출원 61/235,767; 및 2009년 8월 21일에 출원된 "Zircon Compatible Glasses for Down Draw" 명칭의 Matthew J. Dejneka et al.에 의한 미국 가 특허출원 61/235,762이고; 그 내용은 본원에 참조로 포함된다.

유리 제품 또는 기판은 본원에 기재된 거친 유리 기판 표면을 형성하기 전에 화학적으로 또는 열적으로 강화된다. 일 실시형태에서, 유리 제품은 유리의 "마더 시트"로부터 절단되거나 분리되기 전 또는 후에 강화된다. 강화된 유리 제품은 제1 표면 및 제 2 표면으로부터 각각의 표면 아래의 층의 깊이까지 확장한 강화된 표면층을 갖는다. 강화된 표면층은 압축응력하에 있고, 반면 유리 제품의 중심 영역은 장력 또는 인장응력하에 있고 유리 내의 힘의 균형을 이룬다. 열적의 강화(또한 "열 템퍼링"으로 칭함)에서, 유리 제품은 유리의 변형점을 초과하지만 유리의 연화점 미만인 온도까지 가열하고 변형점 미만의 온도까지 빠르게 냉각하여 유리의 표면에서 강화된 층을 형성한다. 또 다른 실시형태에서, 유리 제품은 이온교환으로서 공지된 방법에 의해서 화학적으로 강화될 수 있다. 이러한 방법에서, 유리의 표면층에서 이온은 동일한 가수 또는 산화상태를 갖는 더 큰 이온으로 교환되거나 대체된다. 유리 제품은 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나 이들로 이루어진 일부 실시형태에서, 유리의 표면층에서 이온 및 더 큰 이온은 알칼리 금속 양이온, 예를 들면 Li⁺(유리에서 존재), Na⁺, K⁺, Rb⁺ 및 Cs⁺이다. 또한, 표면층에서 1가의 양이온은 알칼리 금속 양이온, 예를 들면 Ag⁺ 등 이외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다.

이온 교환 방법은 일반적으로 더 큰 이온을 함유한 용융된 염배쓰에서 유리제품을 액침하여 유리에서 더 작은 이온으로 교환하는 단계를 포함한다. 이온교환 방법에 의한 변수, 예를 들면 배쓰 조성 및 온도, 액침 시간, 염배쓰(또는 배쓰)에서 유리의 액침 횟수, 복합염 배쓰 사용, 어닐링, 세정 등과 같은 추가의 단계를 포함하지만 이들로 한정되지 않는 것은 강화조작에 의해서 달성된 유리의 압축응력 및 층의 소망의 깊이 및 유리의 조성에 의해서 일반적으로 결정된다. 일례로서, 알칼리 금속 함유 유리의 이온 교환은 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염 및 염산염과 같은 염을 함유하지만 이들로 한정되지 않은 적어도 하나의 용융염 배쓰에서 액침에 의해서 달성될 수 있다. 용융염 배쓰의 온도는 일반적으로 380℃ 내지 450℃의 범위이고, 액침 시간은 15분 내지 16 시간의 범위이다. 그러나, 상기 기재된 것과 다른 온도 및 액침시간이 사용될 수 있다. 이러한 이온 교환 처리는 일반적으로 200 MPa 내지 800 Mpa의 범위의 압축응력을 갖고 약 100 MPa 미만의 중심 장력을 갖는 약 10㎛ 내지 적어도 50㎛의 층깊이를 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 유리를 강화시킨다.

이온교환 방법의 비제한 예는 상기 기재된 미국특허출원 및 가 특허출원에서 제공된다. 또한, 유리가 액침 사이의 세정 및/또는 어닐링 단계에 의해서 복합 이온교환 배쓰에서 액침된 이온교환 방법의 비제한 예는 2009년 7월 10일에 출원된 Douglas C.Allan et al 등에 의한 "Glass with Compressive Surface for Consumer Applications" 명칭의 미국 특허출원 12/500,650, 이는 2008년 7월 11일에 출원된 미국 가 특허출원 61/079,995로부터 우선권을 주장하고, 여기서 유리는 다른 농도의 염배쓰에서 복합, 연속, 이온 교환처리에서 액침에 의해서 강화되고; 2009년 7월 28일에 출원된 "Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass" 명칭의 Christopher M. Lee et al.에 의한 미국특허출원 12/510,599, 이는 2008년 7월 29일에 출원된 동일한 명칭의 미국 가 특허출원 61/084,398로부터 우선권을 주장하고, 여기서 유리는 방출 이온으로 희석된 제 1 배쓰에서 이온교환에 의해서 강화된 후, 제1 배쓰보다 더 작은 방출 이온농도를 갖는 제 2 배쓰에서 액침시킨다. 미국 가 특허출원 Nos 12/500,650 및 12/510,599의 내용은 참조로 본원에 포함된다.

본원에 기재된 유리기판은 디스플레이 및 터치 적용, 예를 들면 휴대용 통신 및 오락 장치, 예를 들면 전화기, 뮤직 플레이어, 비디오 플레이어 등을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 보호 커버; 및 정보 관련 단말(IT)(예를 들면, 휴대용 또는 랩톱 컴퓨터)장치의 디스플레이 스크린; 또한 다른 적용에서 사용될 수 있다.

일반적인 실시형태는 설명하기 위해서 기재되어 있고, 상기 설명은 개시 범위 또는 수반된 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 다양한 변경, 조절 및 대안은 당업자에게 본 발명의 개시 또는 수반된 청구항의 범위 및 정신을 벗어나는 일없이 발생할 수 있다.

Claims

지문 내성인 적어도 한면을 갖고, 광투과성 및 기계적 및 화학적 마찰에 대한 내성을 갖는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 인간 손가락의 천연 물질의 2mg 미만이 손가락 접촉 당 표면으로 이동된 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1 또는 2에 있어서, 손가락 접촉 당 표면으로 이동된 액적에 의한 영역 적용범위는 손가락이 접촉한 유리 기판 표면의 전체 영역의 20% 미만인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기판은 투과율이 70%를 초과한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기판은 헤이즈가 80% 미만인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 표면은 60°의 각도에서 측정된 광택이 60%를 초과한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 표면은 50회 와이핑 후 기판 표면에서 오일의 접촉각이 오일의 접촉각의 초기값의 20% 이내인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 표면은 50회 와이핑후 표면에서 물의 접촉각이 물의 접촉각의 초기값의 20% 이내인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 적어도 한 면은 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖는 적어도 한 세트의 토폴로지 피처를 포함하고, 상기 토폴로지 피처는 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 접촉각의 감소를 방지한 오목한 기하를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 9에 있어서, 상기 표면은 고체-액체 계면 분율 f을 갖고 상기 토폴로지 피처는 조도 팩터 r_f를 갖고, 및 인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 10에 있어서, 상기 유리기판은
인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 10에 있어서, 상기 유리 기판은
인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 9에 있어서, 상기 토폴로지 피처의 적어도 일부는 상기 표면에 의해서 형성된 면에 대해서 80°미만의 각도에서 배열된 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 9에 있어서, 상기 토폴로지 피처의 제곱 평균 제곱근 진폭은 1 nm와 2㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 9에 있어서, 상기 토폴로지 피처가 배향된 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 9에 있어서, 상기 토폴로지 피처는 토폴로지 피처의 복수의 세트를 포함하고, 각각의 세트는 다른 세트에서 토폴로지 피처의 평균 치수와 다른 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 9에 있어서, 상기 평균 치수는 50nm 내지 2㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 표면은 플루오로폴리머 및 플루오로실란 코팅의 적어도 하나를 더욱 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
소수성 및 오일소성인 적어도 한면을 갖고, 상기 적어도 한면은 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖는 적어도 한 세트의 토폴로지를 포함하고, 상기 토폴로지 피처는 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 접촉각의 감소를 방지한 오목한 기하를 갖는 유리 기판.
청구항 19에 있어서, 상기 평균 치수는 50nm 내지 2㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 19에 있어서, 상기 유리 기판은 토폴로지 피처의 복수의 세트를 포함하고, 각각의 세트는 다른 세트에서 토폴로지 피처의 평균 치수와 다른 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 16 또는 21에 있어서, 상기 복수의 세트의 토폴로지 피처는 하기 중 적어도 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판:
a. 토폴로지 피처의 제 1 수준, 상기 제 1 수준에서 토폴로지 피처는 평균 치수가 2㎛ 이하인 것;
b. 토폴로지 피처의 제 2 수준, 상기 제 2 수준에서 토폴로지 피처는 상기 제 1 세트의 토폴로지 피처의 평균 치수보다 작고, 약 1nm 내지 약 1㎛의 범위인 평균치수를 갖는 것; 및
c. 토폴로지 피처의 제 3 수준, 상기 제 3 수준에서 토폴로지 피처는 약 70 pm 내지 약 300 pm의 범위에서 평균치수를 갖는 것.
청구항 22에 있어서, 상기 제 1 수준의 토폴로지 피처는 상기 표면의 샌드블래스팅된 부분을 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 22에 있어서, 상기 제 1 수준의 토폴로지 피처는 상기 표면에 증착된 패터닝 필름을 포함하고, 상기 패터닝 필름은 무기 산화물을 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 24에 있어서, 상기 무기 산화물은 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 세리아, 알루미나, 지르코니아 및 이들의 조합의 적어도 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 22에 있어서, 상기 제 1 수준의 토폴로지 피처의 평균 치수는 약 1㎛ 내지 약 50㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 22에 있어서, 상기 제 2 수준의 토폴로지 피처는 에칭된 필름을 포함하고, 상기 에칭된 필름은 무기 산화물을 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 27에 있어서, 상기 무기 산화물은 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 세리아, 알루미나, 지르코니아 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 19에 있어서, 상기 제 3 수준의 토폴로지 피처는 플루오로폴리머 및 플루오로실란의 적어도 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 1 또는 19에 있어서, 상기 유리 기판은 알칼리 알루미노실리케이트 및 소다라임유리 중 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 30에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 이온 교환에 의해서 강화된 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 30에 있어서, 상기 알칼리 알루미노실리케이트 유리는 하기 중 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 유리 기판:
a. 60-72 mol% SiO₂; 9-16 mol% Al₂O₃; 5-12 mol% B₂O₃; 8-16 mol% Na₂O; 및 0-4 mol % K₂O, 여기서
, 여기서 알칼리 금속 개질제는 알칼리 금속 산화물인 것;
b. 61-75 mol% SiO₂; 7-15 mol% Al₂O₃; 0-12 mol% B₂O₃; 9-21 mol% Na₂O; 0-4 mol% K₂O; 0-7 mol% MgO; 및 0-3 mol% CaO; 및
c. 60-70 mol% SiO₂; 6-14 mol% Al₂O₃; 0-15 mol% B₂O₃; 0-15 mol% Li₂O; 0-20 mol% Na₂O; 0-10 mol% K₂O; 0-8 mol% MgO; 0-10 mol% CaO; 0-5 mol% ZrO₂; 0-1 mol% SnO₂; 0-1 mol% CeO₂; 50 ppm미만의 As₂O₃ ; 및 50 ppm 미만의 Sb₂O₃ 이고; 여기서 12 mol% ≤Li₂O + Na₂O + K₂O ≤20 mol% 및 0 mol% ≤MgO + CaO ≤ 10 mol%.
청구항 19에 있어서, 100회 와이핑 후 유리 기판의 표면은 물의 접촉각 및 올레산 접촉각의 적어도 하나가 90°를 초과한 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 19에 있어서, 상기 유리 기판은 100회 와이핑 후 헤이즈가 10% 미만인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 19에 있어서, 상기 유리 기판은 안티-지문 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 유리 기판.
청구항 19에 있어서, 상기 유리 기판은 휴대용 전자장치, 정보-관련 단말, 및 터치 센서 장치 중 적어도 하나를 위한 보호커버 유리 및 터치 스크린 중 하나인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
하기의 단계를 포함한, 지문 내성이고 소수성 및 오일 소성의 표면을 갖는 유리 기판의 제조 방법:
a. 투명한 유리 기판을 제공하는 단계; 및
b. 상기 유리 기판의 적어도 한 면에 토폴로지 피처의 적어도 한 세트를 형성하고, 상기 적어도 한 세트는 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖고, 상기 토폴로지 피처는 물 및 지방분비 오일의 적어도 하나를 포함한 액적의 접촉각 감소를 방지하는 오목한 기하를 갖는 단계.
청구항 37에 있어서, 상기 유리 기판의 적어도 한면에 토폴로지 피처의 적어도 한 세트는 상기 적어도 한면에 토폴로지 피처의 복수의 세트를 형성하는 단계를 포함하고, 각각의 세트는 다른 세트의 토폴로지 피처의 평균 치수와 다른 평균 치수의 토폴로지 피처를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 38에 있어서, 상기 표면에 토폴로지 피처의 복수의 세트를 형성하는 단계는 상기 표면에 제 1 표면 토폴로지를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 표면 토폴로지는 적어도 약 2㎛의 제 1 평균 치수를 갖는 토폴로지 피처를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 39에 있어서, 상기 표면에 제 1 표면 토폴로지를 형성하는 단계는 물리적 기상 증착 및 화학적 기상 증착 중 하나에 의해서 표면에 금속 산화물을 증착하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 39에 있어서, 상기 유리 기판의 표면에 제 1 토폴로지를 형성하는 단계는 상기 유리 기판의 표면을 샌드블래스팅하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 39에 있어서, 상기 표면에 토폴로지 피처의 복수의 세트를 형성하는 단계는 상기 표면에 제 2 표면 토폴로지를 형성하는 단계를 더욱 포함하고, 상기 제 2 표면 토폴로지는 상기 제 1 평균 치수보다 작은 제 2 평균 치수를 갖고 약 1nm 내지 약 1㎛의 범위인 토폴로지 피처를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 42에 있어서, 상기 제 2 표면 토폴로지를 형성하는 단계는 물리적 증착 및 화학적 증착의 하나에 의해서 상기 표면에 금속 산화물의 적어도 하나를 증착하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 37에 있어서, 상기 유리 기판의 적어도 한 표면에 토폴로지 피처의 적어도 한 세트를 형성하는 단계는 상기 표면에 제 3 표면 토폴로지를 형성하는 단계를 더욱 포함하고, 상기 3 표면 토폴로지는 약 70 pm 내지 300 pm의 범위의 제 3 평균 치수를 갖는 토폴로지 피처를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 44에 있어서, 플루오로폴리머 및 플루오로실란의 적어도 하나는 스퍼터링, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 및 딥 코팅 중 하나에 의해서 표면에 증착된 것을 특징으로 하는 방법.