CN108137382A - 硼硅酸盐玻璃、包含其的导光板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了具有高温稳定性、低热膨胀系数和高机械强度的玻璃，包含所述玻璃并且可代替常规PMMA和金属框架的导光板，及导光板的制造方法。根据本公开内容的玻璃是硼硅酸盐玻璃，其包含：75重量％至85重量％的SiO2；5重量％至15重量％的B2O3；0重量％至5重量％的Al2O3；1重量％至7重量％的R2O(其中R为Li、Na和K中的至少一者)；以及<0.005重量％的Fe2O3，并且所述硼硅酸盐玻璃的氧化还原比为0.5或更大。当应用于导光板时，所述玻璃保持亮度并且具有优异的色差减小效果。

Description

硼硅酸盐玻璃、包含其的导光板及其制造方法
技术领域
本公开内容涉及玻璃及其用途和制造，并且更具体地，涉及硼硅酸盐玻璃、包含其的导光板及其制造方法。本申请要求于2016年5月3日向大韩民国提交的韩国专利申请第10-2016-0054886号和于2017年3月31日向大韩民国提交的韩国专利申请第10-2017-0041953号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
通常，由于其实现轻质、紧凑型设计和低功率消耗的优点，液晶显示器(LCD)广泛地用于显示装置，例如便携式计算机、台式计算机和TV。然而，LCD不是通过自身产生光的装置，而是需要LCD屏幕以及背光单元的光接收装置。
图1是根据相关技术的LCD的示意性截面图。
参照图1，常规LCD 1包括液晶面板10、背光单元20、底盖30、引导面板40和顶壳50。
液晶面板10包括彼此结合的薄膜晶体管基板12和滤色器基板14，液晶层介于其间。此外，偏光构件16、18可附接至液晶面板10的下表面和上表面。此外，背光单元20包括：反射片21、向液晶面板10提供光的光源23、导光板25、多个光学片27、支撑光源23的壳体29。
底盖30的内部具有容纳光源23、反射片21、导光板25和光学片27的容纳空间，并且支撑引导面板40。如图1所示，引导面板40支撑液晶面板10，并且包括支撑液晶面板10的平板支撑体和覆盖背光单元20的侧壁。顶壳50不仅覆盖液晶面板10的上表面的边缘而且覆盖引导面板40和底盖30的侧表面。
在此，导光板25引导来自光源23的光朝向液晶面板10，并且主要由聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)制成。导光板25是背光单元20的关键部件，其通过使来自侧光源23的光以最小的光损失均匀地向上漫射而产生面光源。
然而，在相关技术中主要用于导光板25的PMMA在高温(90℃)下变形并且产生有害的挥发性有机化合物。此外，PMMA具有约50×10-6/K至100×10-6/K的高热膨胀系数(CTE)，这限制了减小液晶面板10的边框或非显示区的宽度。此外，由于聚合物的机械强度低，因此另外使用引导面板40或金属框架来提高机械强度。
因此，需要这样的导光板及其制造：所述导光板在使用期间的高温环境中耐变形并且不产生毒性气体(确保了高温稳定性)，具有低热膨胀系数，表现出高机械强度(排除了对金属框架的需要)，并且有利于生产更薄的显示装置。
目前，关于使用玻璃导光板的新产品的许多研究正在进行。通常，玻璃比聚合物具有更好的机械特性和热耐久性，但是由于材料自身的特性，玻璃比聚合物吸收更多的光，不能有效地透射来自背光单元的光。
发明内容
技术问题
本公开内容旨在提供这样的玻璃：当用于导光板时，所述玻璃在保持高亮度的同时具有高温稳定性、低热膨胀系数、高机械强度和小的色差。
本公开内容还旨在提供使用可以代替常规PMMA和金属框架的所述玻璃的新导光板。
本公开内容还旨在提供用于制造所述玻璃的方法。
技术方案
为了实现所述目的，本公开内容提出了硼硅酸盐玻璃，其包含：75重量％至85重量％的SiO2；5重量％至15重量％的B2O3；0重量％至5重量％的Al2O3；1重量％至7重量％的R2O，其中R为Li、Na和K中的至少一者；以及<0.005重量％的Fe2O3，其中所述硼硅酸盐玻璃的氧化还原比为0.5或更大。
优选地，硼硅酸盐玻璃的氧化还原比为0.5至0.8。
为了调节氧化还原比，硼硅酸盐玻璃还可包含0.1重量％或更少的碳。作为另一个实例，硼硅酸盐玻璃还可包含0.001重量％至0.05重量％的硫。
根据一个实施方案，硼硅酸盐玻璃基本上不包含用于调节色差的过渡金属化合物。所述过渡金属化合物为NiO、CuO、Cr2O3、V2O5或MnO。
此外，在硼硅酸盐玻璃中，K2O>0.1重量％。
此外，硼硅酸盐玻璃还可包含0重量％至0.5重量％的SO3或Cl作为澄清剂。
基于2mm的厚度，硼硅酸盐玻璃的可见光(380nm至780nm)透射率高于或等于聚合物导光板的可见光透射率的92％。此外，硼硅酸盐玻璃的折射率为1.49或更小，并且优选1.475或更小，热膨胀系数为10×10-6/K或更小，并且优选5×10-6/K或更小。硼硅酸盐玻璃的密度可为2.0g/cm3或更大，并且优选2.2g/cm3或更大，并且可为2.5g/cm3或更小。玻璃化转变温度可为500℃或更高，并且优选520℃或更高。为了方便生产，硼硅酸盐玻璃的工作温度(粘度为104dPas时的温度)优选为1,270℃或更低，并且更优选1,250℃或更低。当将硅酸盐玻璃用于赋予优于常规聚合物导光板的机械刚性时，硼硅酸盐玻璃的弹性模量(杨氏模量)可为60GPa或更大，并且优选65GPa或更大。硼硅酸盐玻璃的泊松比(横向变形与纵向变形之比)可为0.23或更小，并且优选0.2或更小。未经强化的母玻璃的弯曲强度可为至少20MPa或更大，并且优选为25MPa或更大。通过对所述组成的硼硅酸盐玻璃进行化学强化而获得的玻璃也包含在本公开内容的范围内。
为了实现另一个目的，根据本公开内容的导光板包含根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃。
优选地，导光板在距离光输入部分500mm(即，路径长度500mm)的位置处的色差为+0.015至-0.015，并且更优选地，在路径长度500mm处的色差为+0.010至-0.010。
优选地，导光板的厚度为1.4mm或更大且2mm或更小。此外，本公开内容的导光板不需要使用用于颜色校正的光学膜。此外，导光板可具有用于使入射光散射的图案结构。
根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃可通过以下来制造：使具有以上配方的玻璃原料混合并熔融，并且通过使用熔融锡浮浴的浮法进行熔融玻璃原料的成形。
作为一个优选实例，所述方法可包括在进行成形之后，在保持熔融玻璃原料的氧化还原比的同时对硼硅酸盐玻璃进行退火。退火速率可为10℃/分钟至40℃/分钟。此外，所述方法还可包括对硼硅酸盐玻璃进行化学强化。
还提出了包括根据本公开内容的导光板的显示装置。所述显示装置优选为LCD。
有益效果
根据本公开内容，制造了具有高温稳定性、足以代替常规聚合物导光板和金属框架的高机械特性、更小的厚度和优异的光学特性的组成的硼硅酸盐玻璃，并且制造了使用该硼硅酸盐玻璃的导光板。
由于具有高的刚性，根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃可以排除通常用于保持LCD模块的机械刚性的底盖或其替代物(铝复合材料(ACM)或GCM后盖)。或者，可以使用膜、聚合物、塑料或金属来代替常规ACM和GCM。
此外，由于具有低的热膨胀系数，硼硅酸盐玻璃不太可能随着外部温度变化而膨胀，其表现出很小的变形或没有变形，这有利于减小边框宽度。
因此，根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃可以用于需要具有高温稳定性、低热膨胀系数和高机械强度的玻璃的应用，并且优选地可以制造LCD的导光板。
特别地，本公开内容提供了具有低的铁含量(被控制以保持导光板的亮度)和氧化还原比(被控制以减小色差)的玻璃。当将包含该玻璃的导光板用于LCD模块时，满足了超过常规聚合物水平的亮度和色差性能。
附图说明
附图示出了本公开内容的优选实施方案，并且与详细描述一起用于提供对本公开内容的技术方面的进一步理解，并且因此，本公开内容不应被解释为受限于附图中所述的公开内容。
图1是根据相关技术的LCD的示意性截面图。
图2是示出根据本公开内容的一个实施方案的导光板的结构的截面图。
图3是示出根据本公开内容的另一个实施方案的导光板的结构的截面图。
图4是包括图2的导光板的LCD的截面图。
图5是说明根据本公开内容的一个实施方案的用于制造硼硅酸盐玻璃和包含其的导光板的方法的流程图。
图6是使用浮法用于制造玻璃板的设备的截面图，所述设备可以进行根据本公开内容的用于制造硼硅酸盐玻璃和导光板的方法。
图7是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的吸收图。
图8是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的透射率图。
图9是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的x方向色差(△Cx)图。
图10是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的y方向色差(△Cy)图。
图11是背光单元的普通白色LED的波长与强度的图。
图12是示出当将比较例的玻璃用于具有白色LED作为背光单元的LCD模块时，根据玻璃的透射率特性的波长与色差灵敏度的图。
图13是根据本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的透射率图。
图14是根据本公开内容的实施例和比较例的硼硅酸盐玻璃的透射率图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施方案。然而，本公开内容不限于所公开的实施方案，并且将以不同形式具体实施，更确切地，提供这些实施方案以使本公开内容的公开内容完整，并帮助本领域技术人员充分理解本公开内容的范围。在附图中，相同的附图标记表示相同的要素。
应理解，所有所公开的范围包括起始值和终点值的范围以及该范围内的任何和全部子范围。例如，被称为“1至10”的范围应被解释为包括最小值1与最大值10之间的任何和全部子范围(包括端值)，即由最小值1开始至最大值10结束的全部范围(例如，5.5至10)。
除非另有说明，否则组成的量按最终玻璃组成的总重量计以“重量％”表示。不考虑铁实际存在的相如何，本文公开的玻璃组成中的“铁的总量”根据标准分析实践使用术语Fe2O3来表示。类似地，即使玻璃中实际上不存在FeO，主相中的铁的量也以FeO报道。术语“氧化/还原”、“氧化还原比”或“铁氧化还原比”是指主相中的铁的量(以FeO表示)除以次生相中的铁的总量(以Fe2O3表示)。
图2是示出根据本公开内容的一个实施方案的导光板的结构的截面图。
参照图2，根据该实施方案的导光板100由具有包含SiO2和B2O3作为主要组分的板形硼硅酸盐玻璃115制成。虽然该实施方案描述了板，但是硼硅酸盐玻璃115还可形成为用于更薄的显示装置的片或膜的形状。导光板100的至少一个表面上可具有图案。例如，硼硅酸盐玻璃115的下表面上可具有散射图案(未示出)以引导所引导的光向上。
特别地，在该实施方案中，导光板100的硼硅酸盐玻璃115具有以下配方：75重量％至85重量％的SiO2、5重量％至15重量％的B2O3、0重量％至5重量％的Al2O3、1重量％至7重量％的R2O(其中R为Li、Na和K中的至少一者)、以及<0.005重量％的Fe2O3。此外，硼硅酸盐玻璃115还可包含0重量％至0.5重量％的SO3或Cl作为澄清剂。在这种情况下，硼硅酸盐玻璃115的氧化还原比为0.5或更大。优选地，氧化还原比为0.5至0.8。如上所述，本公开内容的硼硅酸盐玻璃115是具有高氧化还原比(0.5至0.8)的低铁玻璃(<0.005重量％的Fe2O3)。
硼硅酸盐玻璃115包含75重量％至85重量％的SiO2。SiO2是能够形成玻璃网状结构、有助于提高玻璃的耐化学性并且具有使玻璃与周围材料相匹配的合适的热膨胀系数的氧化物。然而，当SiO2以过大的量存在时，玻璃的熔融或成形变得困难并且粘度增加，使得玻璃的澄清和均化困难。此外，热膨胀系数过度降低并且玻璃更倾向于失去透明性。反之，当SiO2以过小的量存在时，耐化学性降低并且密度增加，此外热膨胀系数增加并且畸变点降低。因此，根据本公开内容的导光板100的硼硅酸盐玻璃115包含75重量％至85重量％的SiO2，优选80重量％至85重量％的SiO2。在该SiO2含量范围内，可以获得制造和用作导光板的合适水平的耐化学性、热膨胀系数和密度。
此外，硼硅酸盐玻璃115可包含5重量％至15重量％的B2O3。B2O3是能够形成玻璃网状结构、有助于提高玻璃熔融的反应性、降低热膨胀系数、改善耐脱玻化、提高耐化学性如耐BHF(BHF：经缓冲的氢氟酸，用于对SiOx或SiNx进行蚀刻的氢氟酸与氟化铵的混合物)性以及降低密度的氧化物。然而，当B2O3以过大的量存在时，玻璃的耐酸性降低、密度增加并且畸变点降低，导致耐热性劣化。因此，根据本公开内容的导光板100的硼硅酸盐玻璃115包含5重量％至15重量％的B2O3，优选8重量％至15重量％的B2O3，并且最优选8重量％至14重量％的B2O3。该B2O3含量范围提高了由于相对高的SiO2量而降低的可熔性，并且有助于获得制造和用作导光板的合适水平的耐化学性、耐热性、热膨胀系数。
此外，硼硅酸盐玻璃115可包含0重量％至5重量％的Al2O3。Al2O3有助于改善玻璃在高温下的粘度、化学稳定性和耐热冲击性并且提高畸变点和杨氏模量。然而，当Al2O3以过大的量存在时，耐脱玻化、耐酸碱性以及耐BHF性降低，并且粘度增加。反之，当Al2O3以过小的量存在时，没有充分获得其添加效果并且杨氏模量降低。因此，根据本公开内容的导光板100的硼硅酸盐玻璃115包含0重量％至5重量％的Al2O3，优选1重量％至5重量％，并且更优选2重量％至3重量％的Al2O3。该Al2O3含量范围有助于获得期望的机械刚性特性，例如用作导光板的合适水平的弹性模量、化学稳定性和耐热冲击性。
此外，硼硅酸盐玻璃115可包含1重量％至7重量％的R2O(其中R为Li、Na和K中的至少一者)。特别地，作为R2O，K2O可为>0.1重量％。
R2O在化学强化过程期间在KNO3溶液中进行离子交换，并且有助于改善玻璃的可熔性、可成形性或耐脱玻化，降低玻璃的高温粘度，并且减少破裂。然而，当R2O以过大的量存在时，玻璃的热膨胀系数过度增加，使得与周围材料的匹配困难，并且耐脱玻化和耐热冲击性降低。反之，当R2O以过小的量存在时，没有实现其添加效果并且在化学强化过程中的离子交换性能降低。因此，根据本公开内容的导光板100的硼硅酸盐玻璃115包含1重量％至7重量％的R2O，优选3.5重量％至6重量％的R2O，并且最优选3重量％至5重量％的R2O。在该R2O含量范围内，可以获得制造和用作导光板的合适水平的可熔性、可成形性、耐热冲击性和离子交换性能。
特别地，K2O使玻璃的高温粘度降低，从而改善玻璃的可熔性或可成形性并且提高耐脱玻化。然而，当K2O以过大的量存在时，热膨胀系数过度增加。因此，K2O以大于0.1重量％的量存在。优选地，K2O以大于0.1重量％且小于或等于1重量％的量存在。该K2O含量范围提供了作为导光板的适当(不太高)的折射率(不会增加反射率)。
特别地，该组成的硼硅酸盐玻璃115是Fe2O3<0.005重量％的低铁玻璃。通常，即使是透明玻璃也带有浅绿色。这是因为玻璃包含铁(Fe)，并且玻璃二氧化硅的基础原料包含少量的铁。为了获得比一般玻璃更透明的玻璃，需要除去包含在原料中的铁，而不含铁的玻璃具有很少的颜色或无色并且被发现是透明的。对于Fe2O3<0.005重量％，可能需要杂质除去过程。除去Fe2O3是最理想的，但是需要高成本，并且如果可能，Fe2O3优选以小于0.005重量％并且更优选小于0.003重量％的量存在。由于Fe2O3以少量存在，因此玻璃不变色，并且包含硼硅酸盐玻璃115的导光板100不需要使用用于颜色校正的光学膜。
特别地，为了减小导光板100的色差，本公开内容将硼硅酸盐玻璃115的氧化还原比控制在0.5或更大，并且优选0.5至0.8的范围内。
如本领域技术人员所理解的，在玻璃中存在铁的情况下，氧化还原比被定义为FeO/玻璃中的总铁量，并且氧化还原比随着Fe3+还原成Fe2+而增加。
如前所述，导光板被设计成使来自侧光源的光以最小的损失在向上的方向上均匀地漫射以产生面光源，在这种情况下，靠近光源的区域的颜色与远离光源的区域的颜色之间的差异由玻璃中的光吸收材料不同引起，并且被称为色差。
当低铁组合物中的氧化还原比为0.5或更大时，在用作导光板时x方向和y方向的色差得以解决。然而，当氧化还原比大于0.8时，铁离子与玻璃中的杂质如硫S在强还原气氛下形成化合物FeS，表现出与Fe2+和Fe3+离子的光学特性完全不同的光学特性。FeS化合物引起玻璃的金-琥珀色着色并且使玻璃的透射性能降低。因此，优选地，本公开内容将氧化还原比控制在0.5至0.8的范围内。
氧化还原比的控制可通过添加硫或碳作为还原剂，或者调节原料的熔融和澄清条件和/或退火条件来实现。
例如，玻璃熔体的氧化还原比可通过向玻璃原料中添加0.1重量％或更少的碳来控制。或者，玻璃熔体的氧化还原比可通过向玻璃原料中添加0.001重量％至0.05重量％的硫来控制。
同时，在使玻璃熔融的高温下产生更大量的Fe2+，因此，为了保持在高温下确定的氧化还原比，在玻璃生产中的成形之后以较快的速率进行退火以防止高温下的氧化还原比发生变化。退火速率设定为10℃/分钟至40℃/分钟。适当的玻璃退火基于待生产的玻璃的宽度、厚度和拉出速率来设定。当退火速率慢于10℃/分钟时，难以保持高温下的氧化还原比。当退火速率快于40℃/分钟时，可能在玻璃中产生应力。
硼硅酸盐玻璃115基本上不包含调节色差的过渡金属化合物。过渡金属化合物可为NiO、CuO、Cr2O3、V2O5或MnO。“基本上不包含”意指除了包含在原料自身中的杂质之外不允许有意添加。
如上所述，当使用由该组成的硼硅酸盐玻璃115制成的导光板100时，即使在使用期间由光源产生了高温环境，也可很好的利用玻璃不释放挥发性有机化合物并且不太容易受到室外水分或热的诱导而变形的优点。由本公开内容提出的该组成的硼硅酸盐玻璃115具有优异的机械强度，并且可以选作导光板100的材料。
特别地，硼硅酸盐玻璃115具有受控的玻璃中的低铁含量以保持导光板100的亮度以及受控的氧化还原比以减小色差。当将包含硼硅酸盐玻璃115的导光板100用于LCD模块时，满足了超过常规聚合物水平的亮度和色差性能。
硼硅酸盐玻璃115需要在内部和表面上没有缺陷(气泡、条纹、内含物、凹点和裂纹)。为此，用于制造硼硅酸盐玻璃的方法包括通过添加澄清剂使玻璃熔融并澄清。硼硅酸盐玻璃115还可包含0重量％至0.5重量％的SO3或Cl作为澄清剂。该量不是玻璃原料中的输入量，而是玻璃熔体中的剩余量，并且是制造之后存在于玻璃中的量。澄清剂及其量改善了熔融玻璃原料的澄清效果，并且防止了可能在澄清之后的搅拌期间产生的再沸腾气泡。此外，包含澄清剂可能改变氧化还原比，因此，澄清剂的类型和量基于硼硅酸盐玻璃115的氧化还原比为0.5或更大并且优选0.5至0.8来设定。
就LCD的薄化而言，厚度为2mm或更小的导光板100是优选的。包含在导光板100中的硼硅酸盐玻璃115的组成可在以下范围内调节：基于2mm厚的硼硅酸盐玻璃115，使得可见光(380nm至780nm)透射率高于或等于聚合物导光板的可见光透射率的92％，折射率为1.49或更小，并且热膨胀系数为10×10-6/K或更小。优选地，折射率为1.475或更小，并且热膨胀系数为5×10-6/K或更小。这样的低热膨胀系数不会在温度变化时显著改变包含硼硅酸盐玻璃115的导光板100的尺寸。导光板100不太容易在暴露于高温下变形，因此导光板100的加工可在高温范围中完成，从而扩大了应用范围。
硼硅酸盐玻璃115的密度可为2.0g/cm3或更大，并且优选2.2g/cm3或更大。硼硅酸盐玻璃115的密度可为2.5g/cm3或更小。根据该实施方案，玻璃的低密度实现了玻璃产品的轻重量。特别地，在玻璃的面积随着使用玻璃的装置的规模增加而逐渐增加的情况下，当玻璃的密度较低时，由玻璃的自身负荷引起的翘曲减少，并且使用玻璃的装置的重量减小。
硼硅酸盐玻璃115的玻璃化转变温度(Tg)可为500℃或更高，并且优选520℃或更高。该玻璃化转变温度与普通聚合物相比非常高，意味着耐热性优异。
为了方便生产，硼硅酸盐玻璃115的工作温度(T4，粘度为104dPas时的温度)优选为1,270℃或更低，并且更优选1,250℃或更低。根据该实施方案，与加工温度相关的低T4有利于玻璃加工，并且可以节约玻璃加工所需的能量和时间。
当将硼硅酸盐玻璃115用于赋予优于常规聚合物导光板的机械刚性时，硼硅酸盐玻璃115的弹性模量(杨氏模量)可为60GPa或更大，并且优选65GPa或更大。根据该实施方案，由于弹性模量高，因而即使厚度小也可以获得期望的机械强度。
泊松比是指在对材料的纵向应力的作用下，横向应变εd与纵向应变εl之比，用简明的语言来说，是指横向方向上的收缩与纵向方向上的膨胀之比。在简单的拉伸应力下，以小应变发生弹性变形的完全不可压缩材料的泊松比可为0.5，钢的泊松比为约0.3，混凝土的泊松比为0.1至0.2，并且软木的值接近于0。本公开内容的硼硅酸盐玻璃115的泊松比(横向变形与纵向变形之比)可为0.23或更小，并且优选0.2或更小。
玻璃的中心张力和压应力与泊松比、热膨胀系数和弹性模量有关。该泊松比的范围以及上述热膨胀系数和弹性模量的范围是适于用作导光板的玻璃的中心张力和压应力的范围。
作为未经强化的母玻璃的硼硅酸盐玻璃115的弯曲强度可为至少20MPa或更大，并且优选25MPa或更大。根据该实施方案，高弯曲强度提供了对翘曲的耐性，实现了厚度减小。
在该泊松比、热膨胀系数、弹性模量和弯曲强度范围内，即使当其为2mm厚或更薄时，硼硅酸盐玻璃115也保持作为导光板100的机械强度。优选地，如果硼硅酸盐玻璃115是未经强化的母玻璃，则可将硼硅酸盐玻璃115的厚度调节至1.6mm或更大且2mm或更小的范围，这在更薄LCD方面是非常有利的。
此外，通过对该组成的硼硅酸盐玻璃进行化学强化而获得的强化玻璃可以用于导光板100。强化玻璃可具有厚度大于10μm的压应力层(DOL)。也就是说，当经化学强化时，根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃可具有厚度大于10μm的压应力层。更优选地，压应力层的厚度可大于20μm。更优选地，压应力层的厚度可大于30μm。根据该实施方案，由于压应力层厚，因此可提高强化玻璃的机械强度。特别地，当压应力层厚时，即使产生一定深度的损坏，玻璃也不会破碎。
即使厚度为1.6mm或更小，化学强化硼硅酸盐玻璃115也可以保持作为导光板100的机械强度。化学强化硼硅酸盐玻璃115的厚度可根据压应力层的厚度和压缩强度而变化，并且可被调节至1.4mm或更大且1.6mm或更小的范围，这在更薄LCD方面是更有利的。
特别地，使用以上组成的硼硅酸盐玻璃115的导光板100是低铁玻璃，不需要使用用于颜色校正的光学膜。已提出了常规玻璃导光板，但是常规玻璃组成在其上入射来自光源的光的光输入部分和与光输入部分相对一侧上的反光输入部分之间存在色坐标差和色差，导致LCD的低图像品质。然而，根据本公开内容，这个问题得以避免，并且不需要使用用于颜色校正的光学膜。
导光板100是使从侧面进入的光漫射并朝向前方照射的LCD的背光单元的部件。因此，硼硅酸盐玻璃115的下表面上可具有光学图案(未示出)以使入射光漫射以照射其前表面。该光学图案可通过纹理化或珠粒膜涂覆来形成。常规地，光学图案通过对PMMA进行蚀刻或用聚合物膜涂覆PMMA来形成，但是在本公开内容中，导光板100由硅酸盐玻璃115制成，因此光学图案可在制造硼硅酸盐玻璃115之后通过激光蚀刻来形成或者通过在玻璃表面上印刷聚合物图案来形成。
图3是示出根据本公开内容的另一个实施方案的导光板的结构的截面图。
参照图3，导光板100’以与先前实施方案中相同的方式包含硼硅酸盐玻璃115，其细节描述不再重复。
同时，导光板100’在除了其上入射光的表面(在该实施方案中，左侧表面)之外的其他表面上还可包括反射膜以使侧表面上的光损失最小化。例如，可通过在硼硅酸盐玻璃115的侧表面和下表面上涂覆TiO2和金属膜的组合来形成侧反射膜116和下反射膜117。在这种情况下，金属膜可通过涂覆金属例如Ag、Al或Cr来形成。
同时，虽然未示出，但是在另一个实例中，硼硅酸盐玻璃115的其上入射光的表面可具有向内的凹形结构。如果硼硅酸盐玻璃115具有其中光进入表面的表面积增加的结构，则优点是来自光源的光以增加的表面积入射并且亮度提高。
为了形成凹形结构，可以利用使用合适的结构化装置的轧制，例如使用合适的结构化机器的压制或冲压，并将硼硅酸盐玻璃115加热至粘度适合该目的的温度，并且所述温度在玻璃的软化点与工作点之间。这种类型的结构可通过另外的制造方法来获得，例如冲压、蚀刻、机械加工、化学蚀刻或激光烧蚀。必需的结构还可通过高温模制或成形工艺由玻璃制造过程的熔融玻璃直接获得。
导光板100、100’可被包括在LCD的背光单元中。
图4是包括图2的导光板100的LCD的截面图。
参照图4，LCD 200包括配备有上偏光膜110和下偏光膜130的液晶面板120。以与常规LCD相同的方式，液晶面板120可包括彼此结合的薄膜晶体管基板和滤色器基板，而液晶层介于其间。紧挨着下偏光膜130，还可设置双亮度增强膜(DBEF)135。
在距离液晶面板120的预定距离处设置有背光单元140，并且背光单元140可包括光学片150、根据本公开内容的导光板100、反射片160和光源(未示出)。液晶面板120和背光单元140由覆盖它们的侧面的中柜170和支撑底部的后盖180来保持。还可包括粘合膜185以防止水分穿过中柜170与后盖180之间的空间。
以与常规LCD相同的方式，光源可包括发光的至少一个LED芯片和容纳LED芯片的封装件，并且光源设置在电路板上(参见图1中的23)。光源可设置在导光板100的角处或光输入侧。考虑到液晶面板120的尺寸和亮度均匀性，光源可形成在导光板100的一侧、两侧或四侧，并且可形成在导光板100的至少一个角上。
导光板100通过光输入侧表面接收来自光源的光并通过光发射表面将其发射。导光板100向液晶面板120均匀地供应来自光源的光。
光学片150设置在导光板100上以使由导光板100传递的光漫射和聚焦。光学片150可包括漫射片、棱镜片和保护片。漫射片使由导光板100进入的光漫射以防止光的部分集中。棱镜片可在一个表面上具有规则的三棱镜布置，并且可设置在漫射片上以使由漫射片漫射的光以垂直于液晶面板120的方向聚焦。保护片可形成在棱镜片上以保护棱镜片的表面并使光漫射，实现光的均匀分布。
反射片160设置在导光板100与后盖180之间以使向导光板100下方发射的光朝向液晶面板120反射，改善了光效率。
反射片160可由例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成以具有反射性，并且在一个表面上可涂覆有例如包含二氧化钛的漫射层。同时，反射片160可由例如包含金属(如Ag)的材料制成。
参照图3描述的导光板100’自身具有下反射膜117，从而在组装LCD时排除了反射片160。
如参照图1所描述的，常规LCD 1使用引导面板40和底盖30来固定液晶面板10。当LCD模块自身包括TV的外型而不添加TV制造商的部件以生产更薄的LCD时，通过使用2.0mm至2.5mm厚的铝复合材料(ACM)或GCM底盖代替类似于该实施方案的覆盖边缘的铝的后盖180和中柜170来保持刚性。
特别地，由于其与常规PMMA导光板相比优异的机械刚性，根据本公开内容的导光板100的使用导致排除了图3的结构中的常规底盖，并且还排除了后盖180。
用于底盖的替代材料例如ACM和GCM保持不透明的特性，不允许来自光源的光由此穿过。由于根据本公开内容的导光板100包含硼硅酸盐玻璃115，因此其是透明的。此外，由于硼硅酸盐玻璃115具有高温稳定性和可以代替常规聚合物导光板和金属框架的机械特性，因此可以应用膜、聚合物和塑料的透明薄膜而不是排除ACM或GCM的后盖180。
此外，由硼硅酸盐玻璃115制成的导光板100的厚度可为2mm或更小，并且其优点在于边框变得更薄。因此，LCD模块的总厚度减小，这非常有利于厚度减小。鉴于常规PMMA为约3.5mm厚，导光板的厚度可以减小约40％。此外，虽然边框的厚度减小，但是由于导光板100的热膨胀系数为常规PMMA的1/10小，因此不发生变形。
如上所述，根据本公开内容的导光板100可与用于LCD 200的光源和其他光学材料集成在一起，组成背光单元140，而不需要用于保持LCD模块结构刚性的单独结构。当然，在需要时，可另外应用膜、聚合物、塑料和金属的透明薄膜。
根据本公开内容的显示装置优选为如上所述的LCD，并且包括根据本公开内容的导光板。
图5是示出根据本公开内容的一个实施方案的用于制造硼硅酸盐玻璃和包含其的导光板的方法的流程图。
参照图5，以目标配方将玻璃的各原料混合(S110)。在这种情况下，在S110中，基于以下将原料混合：75重量％至85重量％的SiO2、5重量％至15重量％的B2O3、0重量％至5重量％的Al2O3、1重量％至7重量％的R2O(其中R为Li、Na和K中的至少一者)、以及小于0.005重量％的Fe2O3。在这种情况下，K2O>0.1重量％，并且如上所述还可包含SO3或Cl作为澄清剂。玻璃原料可由包含碱性氧化物如Na、K和Li的已知起始材料获得。
特别地，为了氧化还原比为0.5或更大，优选0.5至0.8，玻璃原料还可包含0.1重量％或更少的碳或者0.001重量％至0.05重量％的硫。
随后，将玻璃原料的组合加热至预定的温度，例如1500℃至1600℃以使玻璃原料熔融(S120)，以及进行澄清过程并进行熔融玻璃的成形(S130)。
在熔融过程(S120)中，将玻璃原料在熔融炉(未示出)中加热以制造熔融玻璃。随后，在澄清过程中，在澄清槽(未示出)中使用澄清剂将熔融玻璃中的气泡除去。在澄清过程中，随着澄清槽中的熔融玻璃的温度提高，熔融玻璃中的包含O2、CO2或SO2的气泡通过吸收由澄清剂的还原反应产生的O2而长大，漂浮在熔融玻璃的表面并且被排出(消泡过程)。此外，在澄清过程中，随着消泡之后熔融玻璃的温度降低，残留在熔融玻璃的气泡中的O2通过由澄清剂的还原反应获得的反应产物的氧化作用被吸收到熔融玻璃中，并且气泡消失(吸收过程)。澄清剂的氧化反应和还原反应通过控制熔融玻璃的温度来进行。
在澄清过程之后，可进行搅拌过程。在搅拌过程中，为了保持玻璃的化学和热均匀性，使熔融玻璃穿过垂直运行的搅拌槽(未示出)。在通过安装在搅拌槽中的搅拌器搅拌熔融玻璃的同时，使其移动至垂直向下方向的底部，并将其导至随后的过程中。因此，可以解决玻璃的不均匀性问题，例如条纹。
随后，进行成形过程(S130)。在这种情况下，通过使用浮浴的浮法进行S130。
当在S130中进行玻璃的成形时，将成形的玻璃转移至冷却炉并使其经历退火(S140)。优选地，退火速率设定为10℃/分钟至40℃/分钟以在保持熔融玻璃原料中的高氧化还原比的同时完成退火。适当的玻璃退火基于待产生的玻璃的宽度、厚度和拉出速率而设定。
随后，将经退火的玻璃切割成期望的尺寸，进行进一步处理(例如抛光)，并且可通过一系列过程来制造硼硅酸盐玻璃115和包含其的导光板100、100’。
图6是可以进行S130和S140的用于制造玻璃板的设备的截面图。
参照图6，用于制造玻璃板的设备300包括：其中容纳有熔融锡221并且进行以平板形状使熔融玻璃成形的浮浴220，对熔融玻璃进行退火的冷却炉240，以及将熔融玻璃从浮浴220拉出并将熔融玻璃传输至冷却炉240的锡槽箱230。
熔融玻璃在从浮浴220的上游侧向下游侧移动的同时在熔融锡221的表面上成形为带形的玻璃板222，并被安装在锡槽箱230的辊231从设置在浮浴220的下游侧的取出点拉离熔融锡221，并穿过锡槽箱被输送至进行下一过程的冷却炉240。
冷却炉240由多个部分组成，并且如所示的在一个部分中使用多个辊241，并且在辊241下方的空间处安装有加热器242。在冷却炉240中，在控制温度以防止扭曲和翘曲的同时将带形的玻璃板222冷却至低于或等于玻璃的退火点的温度。
用于制造玻璃板的设备300可以制造大尺寸的平玻璃板222。将经退火的玻璃板222从用于制造玻璃板的设备300中取出并切割成期望的尺寸，进行进一步处理(例如抛光)，产生硼硅酸盐玻璃115和包含硼硅酸盐玻璃的导光板100、100’。可以由大尺寸平玻璃板222获得多块优异的硼硅酸盐玻璃115，实现了制造导光板100、100’的高生产率。
如上所述，通过根据本公开内容的一个实施方案的制造方法制造的硼硅酸盐玻璃和包含其的导光板的厚度可为1.4mm或更大且2mm或更小，并且基于2mm的厚度，可见光(380nm至780nm)透射率高于或等于聚合物导光板的可见光透射率的92％，并且其可由包含热膨胀系数为10×10-6/K或更小、优选5×10-6/K或更小，折射率为1.49或更小，优选1.475或更小的硼硅酸盐玻璃制成或包含所述硼硅酸盐玻璃。
此外，根据本公开内容的用于制造硼硅酸盐玻璃和导光板的方法可包括对通过上述方法制造的硼硅酸盐玻璃进行化学强化。
也就是说，根据本公开内容的用于制造硼硅酸盐玻璃和导光板的方法可包括对通过S110至S140制造的硼硅酸盐玻璃的化学强化以制造强化玻璃，并且化学强化可在S140之后进行。在这种情况下，化学强化步骤可通过将硼硅酸盐玻璃在熔融盐如KNO3中浸渍预定的时间段来进行。硼硅酸盐玻璃的机械强度可通过该过程期间的离子交换来提高。为了制造化学强化玻璃，上述组成的硼硅酸盐玻璃具有适当的组成以确保良好的离子交换性能。然而，本公开内容不必受限于该化学强化技术。
随着显示装置的尺寸增加，其中使用的导光板需要增加面积。在这种情况下，由于玻璃的自身负荷，玻璃的翘曲可能增加，为了防止这一点，需要将玻璃制造为具有减小的重量。根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃通过实现轻质满足了这些特性。
根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃实现了良好的机械强度和轻质。其确保了适当的可加工性和可成形性。使用该硼硅酸盐玻璃，可以制造导光板。
此外，根据本公开内容的用于制造导光板的方法还可包括在通过用于制造玻璃的方法制造的玻璃上形成用于使入射光散射的图案结构。
用于形成图案的方法包括印刷和激光蚀刻。
印刷涉及通过印刷在玻璃上形成用于散射的聚合物图案。激光蚀刻涉及通过使用激光对玻璃表面进行蚀刻来形成用于散射的图案。
特别地，在本公开内容中，由于导光板包含硼硅酸盐玻璃，因此图案的形成可通过在制造硼硅酸盐玻璃时的加热来直接进行。
图案可形成为突出的形状，包括棱柱、透镜状、棱锥和压花，或者可形成为具有脊和谷的凹凸结构。具有棱柱或棱锥形状的图案的上表面可以是圆形或平坦的。压花和透镜状可以形成为半球形。此外，图案优选具有与导光板的光输入表面平齐的形状。
下文中，详细地描述了比较例和实施例以更具体地说明本公开内容。然而，根据本公开内容的实施例可以以许多其他形式进行修改，并且本公开内容的范围不应被解释为限于以下实施例。提供本公开内容的实施例以更清楚和充分地向本领域普通技术人员说明本公开内容。
表1示出比较例和实施例样品的玻璃组成。
[表1]
从表1中可以看出，样品1至3具有对应于本公开内容的玻璃组成，而样品4的Fe含量在本公开内容的范围之外。样品1至3的Fe含量固定在0.0043重量％(43ppm)，并且氧化还原比为约0.2(20％)、约0.4(40％)和约0.6(60％)。样品4的氧化还原比为约0.55，在本公开内容的氧化还原比范围内，但是Fe含量为0.015重量％(150ppm)，不同于本公开内容。如上所述，样品1、2和4是比较例，样品4是实施例。
将各原料以如表1所示的配方混合，并通过使用铂坩埚在1650℃的温度下加热3小时使其熔融。在熔融期间，插入铂搅拌器，并通过搅拌1小时使玻璃均化。随后，在550℃下对熔融玻璃进行退火，产生样品玻璃。将所得玻璃加工成10mm、20mm和40mm的厚度。
对所制造的玻璃，测试吸收性、透射率和色差。
首先，图7是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的吸收图。
从图7中可以看出，确定以上组成的玻璃(特别是样品3)可以用于导光板，其有效地透射来自背光单元的光，即由于小的可见光(380nm至780nm)吸收而解决了亮度降低问题。从样品1至样品3氧化还原比增加，并且当如样品3那样氧化还原比为约0.6时，长波长范围内的吸收多于样品1和2。
图8是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的透射率图。
从图8中可以看出，发现以上组成的玻璃(特别是样品3)的可见光(380nm至780nm)透射率为93％或更大。具体地，发现样品1和2的平均透射率为93.1％，并且发现样品3的平均透射率为93％。在可见光范围之外，例如在长波长范围内，如从先前吸收结果的反面所预期的，样品3的透射率小于样品1和2。如上所述，图8显示了根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃在380nm至780nm的良好透射率。因此，这种玻璃可以执行作为导光板的功能。
图9是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的x方向色差(△Cx)图，图10是根据比较例和本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的y方向色差(△Cy)图。随着色坐标的x方向上的增加，颜色变成绿色，而随着y方向上的增加，颜色变成红色。因此，随着x和y上的同时增加，颜色变成黄色。
如从样品1至3的比较中可以看出，随着氧化还原比增加，由玻璃引起的色差减小。在样品2或3的情况下，在距离光输入部分500mm(即，路径长度500mm)的位置处的色差为+0.015至-0.015。特别地，可以看出，如样品3中那样当氧化还原比为0.6时，色差为-。
图11是背光单元的普通白色LED的波长与强度图，图12是示出当在具有白色LED作为背光单元的LCD模块中使用样品2的玻璃时，根据玻璃的透射率特性的波长与色差灵敏度的图。
参照图12，△Cx在550nm或更小时表现出“-”效果，而在550nm或更大时表现出“+”效果；△Cy在480nm或更小时表现出“-”效果，而在480nm或更大时表现出“+”效果。色差随着Fe3+的添加趋向于“-”，而随着Fe2+的添加趋向于“+”。在波长为410nm或更小和690nm或更大时，透射率不受色差影响。
在样品4的情况下，玻璃的氧化还原比与样品3相似但是玻璃的铁含量为约4倍大。作为测量样品4玻璃的色差的结果，△Cx为0.014并且△Cy为0.050，显示出比根据实施例的样品3的低铁玻璃更大的色差。
如上所述，铁含量高于本公开内容的具有150ppm的样品4的高氧化还原比使得在所计算的透射光谱中长波长的吸收更少并且短波长的吸收更多，因此在色差增加的方向上出错。
同时，当在LCD模块中实际使用玻璃导光板时，出现色差不仅是由于玻璃而且还由于光学结构和LCD单元，总之，△Cx为约+0.010并且△Cy为约+0.020。也就是说，如果可能，则优选由玻璃引起的色差具有“-”方向。
如从以上图9和图10中可以看出，根据本公开内容的实施例的样品3玻璃具有“-”色差，因此当该玻璃实际用于LCD模块时，其具有优异的色差减小效果。
如上所述，与比较例的组成的玻璃相比，根据本公开内容的玻璃由于控制氧化还原比而具有更好的色差减小效果，并因此更适用于导光板。
表2示出了另外的实施例样品的玻璃组成。
[表2]
如从表2中看出，样品5至8具有对应于本公开内容的玻璃组成，并且氧化还原比大于0.5。
将各原料以如表2所示的配方混合，并通过使用铂坩埚在1650℃的温度下加热3小时使其熔融。在熔融期间，插入铂搅拌器，并通过搅拌1小时使玻璃均化。随后，在550℃下对熔融玻璃进行退火，产生样品玻璃。将所得玻璃加工成10mm、20mm和40mm的厚度。
对所制造的玻璃，测试透射率。
图13是根据本公开内容的实施例的硼硅酸盐玻璃的透射率图。
如从图13中可以看出，发现表2中的组成的玻璃的可见光(380nm至780nm)透射率为90％或更大，样品5在可见光范围内的平均透射率为92.3％，样品6的平均透射率为92.3％，样品7的平均透射率为92.2％，并且样品8的平均透射率为92.0％。所有样品的平均透射率为92％或更大。如上所述，图13示出了根据本公开内容的硼硅酸盐玻璃在380nm至780nm的良好透射率。因此，这种玻璃可以执行作为导光板的功能。
表3示出了实施例和另外的比较例样品的玻璃组成。
[表3]
如从表3中看出，样品9至12的玻璃组成不同于本公开内容的组成。样品5是本公开内容的实施例，并且为了与比较例进行比较而示出。
将各原料以如表3所示的配方混合，并通过使用铂坩埚在1650℃的温度下加热3小时使其熔融。在熔融期间，插入铂搅拌器，并通过搅拌1小时使玻璃均化。随后，在550℃下对熔融玻璃进行退火，产生样品玻璃。将所得玻璃加工成10mm、20mm和40mm的厚度。
对所制造的玻璃，测试透射率。
图14是根据本公开内容的实施例和比较例的硼硅酸盐玻璃的透射率图。
如从图14中可以看出，在表3的组成中，根据比较例的玻璃比根据本公开内容的实施例的玻璃具有更小的透射率。具体地，发现样品9在可见光范围内的平均透射率为91.0％，样品10的平均透射率为91.4％，样品11的平均透射率为91.3％，样品12的平均透射率为91.5％。如从图12的结果的比较也可以看出，所有比较例的玻璃比根据本公开内容的实施例的玻璃具有更小的透射率。
如上所述，可以看出根据本公开内容的玻璃是通过氧化还原比控制而表现出小色差和良好透射率的组成的玻璃。因此，根据本公开内容的玻璃可以执行作为导光板的功能。
虽然上文中已经举例说明和描述了本公开内容的优选实施方案，但本公开内容不限于所公开的优选实施方案，并且对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所附权利要求所赋予的本公开内容的本质的情况下可以对实施方案进行多种修改，并且这样的修改方案落入所附权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种硼硅酸盐玻璃，包含：
75重量％至85重量％的SiO2；
5重量％至15重量％的B2O3；
0重量％至5重量％的Al2O3；
1重量％至7重量％的R2O，其中R为Li、Na和K中的至少一者；以及
<0.005重量％的Fe2O3，
其中所述硼硅酸盐玻璃的氧化还原比为0.5或更大。
2.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃，其中所述氧化还原比为0.5至0.8。
3.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃，还包含：
0.1重量％或更少的碳。
4.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃，还包含：
0.001重量％至0.05重量％的硫。
5.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃，其中基本上不存在用于调节色差的过渡金属化合物。
6.根据权利要求5所述的硼硅酸盐玻璃，其中所述过渡金属化合物为NiO、CuO、Cr2O3、V2O5或MnO。
7.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃，其中K2O>0.1重量％。
8.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃，还包含：
0重量％至0.5重量％的SO3或Cl作为澄清剂。
9.一种导光板，包含根据权利要求1至8中任一项所限定的硼硅酸盐玻璃。
10.根据权利要求9所述的导光板，其中在距离光输入部分500mm的位置处的色差为+0.015至-0.015。
11.根据权利要求10所述的导光板，其中在距离所述光输入部分500mm的位置处的色差为+0.010至-0.010。
12.一种用于制造硼硅酸盐玻璃的方法，包括：
使以下玻璃原料混合并熔融：75重量％至85重量％的SiO2、5重量％至15重量％的B2O3、0重量％至5重量％的Al2O3、1重量％至7重量％的R2O和<0.005重量％的Fe2O3，其中R为Li、Na和K中的至少一者；以及
通过使用熔融锡浮浴的浮法进行熔融玻璃原料的成形，
其中所述硼硅酸盐玻璃的氧化还原比为0.5或更大。
13.根据权利要求12所述的用于制造硼硅酸盐玻璃的方法，其中所述氧化还原比为0.5至0.8。
14.根据权利要求12所述的用于制造硼硅酸盐玻璃的方法，其中所述玻璃原料还包含0.1重量％或更少的碳。
15.根据权利要求12所述的用于制造硼硅酸盐玻璃的方法，其中所述玻璃原料还包含0.001重量％至0.05重量％的硫。
16.根据权利要求12所述的用于制造硼硅酸盐玻璃的方法，其中所述方法包括在进行成形之后，在保持所述熔融玻璃原料的所述氧化还原比的同时对所述硼硅酸盐玻璃进行退火。
17.根据权利要求16所述的用于制造硼硅酸盐玻璃的方法，其中退火速率为10℃/分钟至40℃/分钟。
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