KR101383607B1

KR101383607B1 - 무알칼리 유리 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101383607B1
Application number: KR1020120096357A
Authority: KR
Inventors: 김상국; 임원배; 황두선; 이동권; 김수환; 김다정
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-04-10
Also published as: CN103781735A; TW201323369A; JP5798688B2; CN103781735B; TWI498306B; US8962502B2; KR20130025841A; US20140045676A1; JP2014527018A

Abstract

본 발명은 알칼리 금속 산화물이 포함되어 있지 않은 무알칼리 유리의 조성 및 그러한 유리의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 산화물 기준 중량% 표시로, SiO₂ 61~73%; B₂O₃ 0.5~3.9%; Al₂O₃ 3.5~13.5%; MgO 9~13%; CaO 1~8%; 및 SrO 4~10%를 함유하고, 알칼리 금속 산화물을 실질적으로 함유하지 않는다.

Description

무알칼리 유리 및 그 제조 방법{Alkali-free glass and method for manufacturing the same}

본 발명은 유리 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알칼리 금속 산화물이 포함되어 있지 않은 무알칼리 유리 조성물 및 그러한 유리의 제조 방법에 관한 것이다.

유리, 그 중에서도 평판 유리(flat glass)는 창유리, 차량의 윈도 스크린, 거울 등과 같이 다양한 분야에서 이용되고 있으며, 그 종류 또한 용도에 맞게 매우 다양하게 개발되어 이용되고 있다.

특히, LCD나 PDP, 유기 EL과 같은 평판 디스플레이 장치에는 무알칼리 유리 기판이 널리 사용된다. 알칼리 금속 산화물 성분이 함유된 알칼리 유리 기판의 경우, 유리 기판 중의 알칼리 금속 이온이 박막 중에 확산되어 막 특성을 열화시킬 수 있기 때문에, 디스플레이용으로서는 알칼리 유리보다는 무알칼리 유리가 널리 이용되고 있다.

그런데, 이와 같은 평판 디스플레이 기판용 유리의 경우, 다양한 제품 특성이 요구되고 있다.

예를 들어, 평판 디스플레이용 유리의 경우, 경량화가 확보되어야 한다. 특히, 최근에는, TV나 모니터 등과 같은 디스플레이 장치가 점차 대형화되어 가면서, 이에 사용되는 기판 유리의 면적 또한 커져 가고 있다. 이 경우, 기판 유리 자체의 하중에 의한 기판 유리의 휨 현상은 더욱 커질 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위해 기판 유리는 보다 가벼운 무게를 갖도록 제조될 필요가 있다. 뿐만 아니라, 이러한 기판 유리는 휴대전화나 PDP, 노트북과 같은 소형 휴대용 디스플레이 장치에도 사용될 수 있는데, 이 경우에도 휴대성을 높이기 위해 기판 유리의 경량화가 요구된다.

또한, 평판 디스플레이 기판용 유리의 경우 적절한 용융성(융해성)이 확보되어야 한다. 만일, 유리의 용융성이 저하되면 유리의 용융에 소요되는 에너지 및 시간이 증가함은 물론, 유리 속에 기포나 이물질과 같은 결함이 발생하기 쉽다. 그리고, 이와 같은 유리 속의 기포나 이물질은 빛의 투과를 방해하기 때문에, 디스플레이 장치용 유리로서 품질이 크게 저하될 수 있다.

또한, 평판 디스플레이 기판용 유리의 경우, 내열성이 확보되어야 한다. 예를 들어, TFT-LCD와 같은 평판 디스플레이 장치의 제조 공정에서는 다양한 열처리 공정이 수행될 수 있는데, 이 과정에서, 유리 기판은 급가열과 급랭 환경에 노출될 수 있다. 만일 이러한 상황에서, 유리에 내열성이 확보되지 않은 경우, 유리의 변형이나 휨 현상 등이 일어날 수 있고, 열에 의한 인장 응력으로 인해 유리 기판이 깨질 수도 있다. 더욱이, TFT-LCD용 유리의 경우, 내열성이 낮으면 TFT 재료와 열팽창차가 생겨 TFT의 화소 피치가 어긋날 수 있으며, 이로 인해 표시 불량이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 가볍고 용융성이 좋으며 가공하기에 용이한 무알칼리 유리 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유리는, 무알칼리 유리로서, 산화물 기준 중량% 표시로, SiO₂ 61~73%; B₂O₃ 0.5~3.9%; Al₂O₃ 3.5~13.5%; MgO 9~13%; CaO 1~8%; 및 SrO 4~10%를 함유하고, 알칼리 금속 산화물을 실질적으로 함유하지 않는다.

바람직하게는, 상기 무알칼리 유리는, BaO를 실질적으로 함유하지 않는다.

또한 바람직하게는, 상기 무알칼리 유리는, 밀도가 2.55 g/cm³ 미만이고, 열팽창 계수가 3.0×10^-6/K ~ 4.5×10^-6/K이며, 점도 10²dPas에서의 온도가 1600℃ 미만이고, 또한/또는 점도 10⁴dPas에서의 온도가 1250℃ 미만이다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 상술한 유리를 포함한다.

바람직하게는, 상기 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치이다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유리 제조 방법은, 무알칼리 유리 제조 방법으로서, 산화물 기준 중량% 표시로, SiO₂ 61~73%; B₂O₃ 0.5~3.9%; Al₂O₃ 3.5~13.5%; MgO 9~13%; CaO 1~8%; 및 SrO 4~10%를 함유하고, 알칼리 금속 산화물을 실질적으로 함유하지 않도록 유리 원료를 조합하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 유리 원료 조합 단계는 BaO를 실질적으로 함유하지 않도록 유리 원료를 조합한다.

또한 바람직하게는, 상기 유리 제조 방법에 의해 제조된 무알칼리 유리는, 밀도가 2.55 g/cm³ 미만이고, 열팽창 계수가 3.0×10^-6/K ~ 4.5×10^-6/K이며, 점도 10²dPas에서의 온도가 1600℃ 미만이고, 또한/또는 점도 10⁴dPas에서의 온도가 1250℃ 미만이다.

본 발명에 의하면, 알칼리 금속 산화물 성분이 실질적으로 포함되어 있지 않은 무알칼리 유리가 제공된다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 밀도가 낮은 무알칼리 유리가 제공될 수 있다. 따라서, 면적이 넓은 유리 기판이라 하더라도 자체 중량에 의한 휨 현상을 감소시킬 수 있어, TV나 모니터와 같은 디스플레이 장치의 대형화 추세에 부응할 수 있다. 뿐만 아니라, 유리 기판이 사용되는 휴대전화나 노트북 등과 같은 소형 휴대용 장치의 경우에도 그 중량을 감소시킬 수 있어, 휴대성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 점도 10²dPas에서의 온도인 T2가 낮아 유리의 용융성이 좋아질 수 있으며, 점도 10⁴dPas에서의 온도인 T4가 낮아 유리의 가공 온도를 낮춤으로써 유리의 가공이 용이해질 수 있다. 또한, 이와 같이 유리의 용융 온도 및 가공 온도를 낮출 수 있으므로, 유리의 용융 및 가공을 위해 소요되는 에너지나 시간 등을 절감할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 열팽창 계수가 낮은 무알칼리 유리가 제공될 수 있다. 따라서, TFT-LCD와 같은 평판 디스플레이 장치의 제조 공정 중에 유리가 다양한 열처리 환경에 노출되더라도, 열수축이나 변형, 휨, 깨짐 등의 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 무알칼리 유리의 열팽창 계수는 TFT 재료의 열팽창 계수와 유사함으로써 화소 피치가 어긋남으로 인해 발생하는 표시 불량 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따른 무알칼리 유리의 경우, 액정 디스플레이(LCD)나 PDP, 유기 EL 디스플레이와 같은 평판 디스플레이용 기판에 이용되는 것이 보다 바람직하다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 무알칼리 유리 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 유리는, 알칼리 금속 산화물을 실질적으로 함유하지 않는 무알칼리 유리이다. 여기서, 알칼리 금속 산화물을 실질적으로 함유하지 않는다는 것은, 유리 중에 알칼리 금속 산화물이 전혀 포함되어 있지 않거나, 일부 포함되어 있더라도 다른 성분에 비해 그 함유량이 극히 미미하여 유리의 조성 성분으로 무시할 수 있을 정도의 양을 포함한 경우 등을 의미한다. 예를 들어, Li₂O, Na₂O 및 K₂O와 같은 알칼리 금속 산화물이 유리 조성 성분으로 0.2 중량% 이하 함유된 경우, 알칼리 금속 산화물이 실질적으로 함유되어 있지 않다고 할 수 있다.

본 발명에 따른 무알칼리 유리는, SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, MgO, CaO 및 SrO를 조성 성분으로 포함한다.

특히, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, SiO₂를 산화물 기준 중량% 표시로 61~73% 함유할 수 있다. SiO₂는 유리를 형성하는 네트워크 구조 생성체 산화물로서, 유리의 화학적 내성을 증가시키고, 적절한 열팽창률을 가지도록 하는데 기여할 수 있다. 하지만, SiO₂가 지나치게 높게 함유되는 경우 열팽창 계수가 지나치게 낮아지고 유리의 실투 특성이 나빠질 수 있다. 반면, SiO₂가 지나치게 낮게 함유되는 경우 화학적 내성이 감소되고 밀도가 커지며, 열팽창 계수가 커지고 변형점이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 61~73 중량%의 SiO₂를 포함한다. 바람직하게는, 상기 SiO₂는 64~72 중량% 함유되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 상기 SiO₂는 66~71 중량% 함유되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, B₂O₃를 산화물 기준 중량% 표시로 0.5~3.9% 함유할 수 있다. B₂O₃는 유리의 네트워크 구조 생성체 산화물로서, 유리의 용해 반응성을 좋게 하고, 열팽창 계수를 작게 하며, 실투성을 향상시키고 내BHF성과 같은 화학적 내성을 좋게 하며, 밀도를 낮추는데 기여할 수 있다. 하지만, B₂O₃가 지나치게 높게 함유되는 경우 유리의 내산성이 떨어질 수 있고, 밀도가 높아지며 변형점이 낮아져 내열성이 열화될 수 있다. 반면, B₂O₃가 지나치게 낮게 함유되는 경우 첨가 효과가 제대로 달성되기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 0.5~3.9 중량%의 B₂O₃를 포함한다. 바람직하게는, 상기 B₂O₃는 1~3.9 중량% 함유되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 상기 B₂O₃는 3~3.9 중량% 함유되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, Al₂O₃를 산화물 기준 중량% 표시로 3.5~13.5% 함유할 수 있다. Al₂O₃는 유리의 고온 점도, 화학 안정성, 내열충격성 등을 증가시키며 변형점 및 영률 등을 높이는데 기여할 수 있다. 하지만, Al₂O₃가 지나치게 높게 함유되는 경우 실투 특성, 내염산성 및 내BHF성을 떨어뜨리고 점도를 증가시킬 수 있다. 반면, Al₂O₃가 지나치게 낮게 함유되는 경우, 그 첨가 효과가 제대로 달성되기 어렵고 탄성 계수가 낮아질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 3.5~13.5 중량%의 Al₂O₃를 포함한다. 바람직하게는, 상기 Al₂O₃는 4~12 중량% 함유되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 상기 Al₂O₃는 4~9 중량% 함유되는 것이 좋다.

여기서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량인 SiO₂+Al₂O₃를 72~79 중량% 함유하는 것이 좋다. 이러한 농도 범위에서 SiO₂ 및 Al₂O₃의 함유 효과가 보다 향상될 수 있고, 열팽창 계수 및 실투 특성 등의 저하가 방지될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, MgO를 산화물 기준 중량% 표시로 9~13% 함유할 수 있다. MgO는 알칼리 토금속 산화물로서, 열팽창 계수를 높이지 않으며, 변형점을 크게 저하시키지 않고 용융성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 특히, MgO는 유리의 밀도를 감소시킬 수 있어, 유리의 경량화에 크게 기여할 수 있다. 하지만, MgO가 지나치게 높게 함유되는 경우, 유리의 실투 특성이 저하되고, 내산성 및 내BHF성이 떨어질 수 있다. 반면, MgO가 지나치게 낮게 함유되는 경우 상술한 MgO 첨가 특성을 달성하기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는 9~13 중량%의 MgO를 포함한다. 바람직하게는, 상기 MgO는 9.5~12 중량% 함유되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 상기 MgO는 10~11 중량% 함유되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, CaO를 산화물 기준 중량% 표시로 1~8% 함유할 수 있다. CaO는 MgO와 마찬가지로 알칼리 토금속 산화물로서, 밀도와 열팽창 계수를 낮추고 변형점을 크게 저하시키지 않으며 용융성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 하지만, CaO가 지나치게 높게 함유되는 경우, 밀도 및 열팽창 계수가 커질 수 있고 내BHF성과 같은 내화학성을 떨어뜨릴 수 있다. 반면, CaO가 지나치게 낮게 함유되는 경우, 상술한 CaO의 첨가로 인한 특성 향상 효과를 제대로 달성하기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는 1~8 중량%의 CaO를 포함한다. 바람직하게는, 상기 CaO는 4~8 중량% 함유되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 상기 CaO는 5~7.5 중량% 함유되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, SrO를 산화물 기준 중량% 표시로 4~10% 함유할 수 있다. SrO는 알칼리 토금속 산화물로서, 유리의 실투 특성 및 내산성의 향상에 기여할 수 있다. 하지만, SrO가 지나치게 높게 함유되는 경우, 열팽창 계수나 밀도가 상승할 수 있고, 실투 특성이 열화될 수 있다. 반면, SrO가 지나치게 낮게 함유되는 경우, 상술한 바와 같은 SrO의 첨가 효과가 제대로 달성되기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는 4~10 중량%의 SrO를 포함한다. 바람직하게는, 상기 SrO는 4~8 중량% 함유되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 상기 SrO는 4~6 중량% 함유되는 것이 좋다.

여기서, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, MgO, CaO 및 SrO의 합계 함유량인 MgO+CaO+SrO를 15~26 중량% 함유하는 것이 좋다. 이러한 농도 범위에서 알칼리 토금속 산화물들의 함유 효과가 향상될 수 있고, 실투 특성도 떨어지지 않을 수 있기 때문이다. 더욱 바람직하게는, 상기 MgO+CaO+SrO는 17~24 중량%인 것이 좋다. 가장 바람직하게는, 상기 MgO+CaO+SrO는 19~22 중량%인 것이 좋다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, BaO를 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. BaO는 내약품성이나 실투 특성을 향상시키는 역할을 할 수 있으나, 유리의 밀도를 크게 하고 또한 환경면에서 바람직하지 않다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무알칼리 유리의 경우, 이러한 BaO를 함유하지 않으므로, 유리의 밀도를 낮추고 보다 친환경적인 유리의 제조가 가능하다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는 밀도가 2.55 g/cm³ 미만일 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 유리의 밀도가 낮아 유리 제품의 경량화를 달성하는데 용이할 수 있다. 특히, 유리가 적용되는 장치의 대형화로 유리의 면적이 점차 증가하고 있는 상황에서, 유리의 밀도가 낮아지면 유리의 자체 하중에 의한 휨 현상을 줄이고, 유리가 적용된 장치의 무게를 줄일 수 있다. 또한, 소형 휴대용 기기나 장치에 대해서도 유리 자체의 무게를 낮출 수 있어, 휴대성을 향상시킬 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 열팽창 계수(CTE; Coefficinet of Thermal Expansion)가 3.0×10^-6/K ~ 4.5×10^-6/K 일 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 열팽창 계수가 낮아 내열충격성이 우수하다. 따라서, 유리 기판에 다양한 열처리 공정이 반복적으로 수행되더라도 열수축이나 휨, 변형과 같은 문제점이 일어나는 것을 막을 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 열팽창 계수는 TFT 재료와의 열팽창 계수와 유사하므로, 본 발명에 따른 유리를 이용하여 TFT-LCD 제조시 TFT 재료와 열팽창차로 인한 표시 불량 등이 생기는 것을 방지할 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 점도 10²dPas에서의 온도인 T₂가 1600℃ 미만일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 점도 10²dPas에서의 온도인 T₂가 1550℃ 미만일 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 유리의 용융(융해) 온도와 관련된 T₂가 낮기 때문에 유리의 용융성이 좋아질 수 있고, 유리를 용융시키는데 소요되는 에너지 및 시간을 줄일 수 있다. 따라서, 유리 제품의 생산성을 향상시키고 제조 비용을 낮추는데 기여할 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 점도 10⁴dPas에서의 온도인 T₄가 1250℃ 미만일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 무알칼리 유리는, 점도 10⁴dPas에서의 온도인 T₄가 1240℃ 미만일 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 유리의 가공 온도와 관련된 T₄가 낮기 때문에 유리의 가공이 용이해질 수 있으며, 유리를 가공하는데 들어가는 에너지 및 시간을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 상술한 무알칼리 유리를 포함할 수 있다. 이를테면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 유리 기판을 포함하되, 이러한 유리 기판은 무알칼리 유리 기판으로서, 산화물 기준 중량% 표시로, SiO₂ 61~73%, B₂O₃ 0.5~3.9%, Al₂O₃ 3.5~13.5%, MgO 9~13%, CaO 1~8%, SrO 4~10%를 함유하고, 알칼리 금속 산화물을 실질적으로 함유하지 않는다. 더욱이, 이러한 무알칼리 유리 기판은 BaO를 실질적으로 함유하지 않을 수 있고, 밀도는 2.55 g/cm³ 미만일 수 있으며, 열팽창 계수는 3.0 ~ 4.5 [×10^-6/K] 일 수 있다. 또한, 이러한 무알칼리 유리 기판은 T₂가 1600℃ 미만이고, T₄가 1250℃ 미만일 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 액정 디스플레이(LCD) 장치인 것이 바람직하다. 즉, TFT-LCD와 같은 액정 디스플레이 장치는 유리 기판(패널)을 포함하는데, 이러한 유리 기판은 상술한 조성 및 물성을 가질 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 이러한 LCD 장치 이외에도, PDP 장치와 같은 다양한 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상술한 무알칼리 유리를 제조하는 방법을 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 무알칼리 유리의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 먼저 유리에 함유되는 각 성분의 원료를 목표 조성이 되도록 조합한다(S110). 이때, 상기 S110 단계에서는, 알칼리 금속 산화물 성분이 실질적으로 포함되지 않고, 산화물 기준 중량% 표시로 SiO₂가 61~73%, B₂O₃가 0.5~3.9%, Al₂O₃가 3.5~13.5%, MgO가 9~13%, CaO가 1~8%, SrO가 4~10% 포함되도록 원료 성분을 조합한다. 바람직하게는, 상기 S110 단계는 SiO₂가 64~72%, B₂O₃가 1~3.9%, Al₂O₃가 4~12%, MgO가 9.5~12%, CaO가 4~8%, SrO가 4~8% 포함되도록 원료 성분을 조합한다. 더욱 바람직하게는, 상기 S110 단계는 SiO₂가 66~71%, B₂O₃가 3~3.9%, Al₂O₃가 4~9%, MgO가 10~11%, CaO가 5~7.5%, SrO가 4~6% 포함되도록 원료 성분을 조합한다. 또한, 상기 S110 단계는, MgO+CaO+SrO가 15~26 중량% 함유되도록 원료 성분을 조합할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 S110 단계는, MgO+CaO+SrO가 17~24 중량% 함유되도록 원료 성분을 조합한다. 가장 바람직하게는, 상기 S110 단계는, MgO+CaO+SrO가 19~22 중량% 함유되도록 원료 성분을 조합한다.

한편, 이러한 유리 원료 성분에는 BaO를 실질적으로 함유하지 않도록 하는 것이 좋다.

다음으로, 이와 같이 조합된 유리 원료를 소정 온도로, 이를테면 1500~1600℃로 가열하여 유리 원료를 용융하고(S120), 용융된 유리를 성형한다(S130). 이때, 상기 S130 단계는 플로트 배스(float bath)를 이용하는 플로트(float) 법에 의해 수행될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 성형 방식에 의해 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 S130 단계, 즉 유리의 성형 단계는 다운드로우(down draw) 방식이나 퓨전 방식에 의해 수행될 수도 있다.

이와 같이 S130 단계에서 유리가 성형되면, 성형된 유리는 서냉로로 이송되어 서냉되는 과정을 거치게 된다(S140). 그리고 나서, 서냉된 유리는 원하는 크기로 절단되어, 연마 등의 가공이 더 수행되고, 이러한 일련의 과정을 통해 유리 제품으로 제조될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 제조 방법에 의해 제조된 무알칼리 유리는, 그 밀도가 2.55 g/cm³ 미만일 수 있다. 그리고, 제조된 무알칼리 유리의 열팽창 계수는 3.0 ~ 4.5 [×10^-6/K] 일 수 있다. 또한, 이와 같이 제조된 무알칼리 유리는 T₂가 1600℃ 미만이고, T₄가 1250℃ 미만일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 유리 제조 방법에 의해 제조된 무알칼리 유리는 T₂가 1550℃ 미만이고, T₄가 1240℃ 미만일 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

표 1은 본 발명에 따른 실시예의 유리 조성 및 물성을 나타내고, 표 2는 이러한 실시예와 비교하기 위한 비교예의 유리 조성 및 물성을 나타낸다.

실시예

각 성분의 원료를 표 1에 나타낸 바와 같은 조성(중량% 기준)이 되도록 조합하고, 백금 도가니를 사용하여 1600℃의 온도에서 3시간 가열하여 융융시켰다. 용융시에는 백금 스터러(stirrer)를 삽입하고 1시간 교반하여 유리를 균질화하였다. 이어서 용융 유리를 730℃에서 서냉하여 각 실시예의 유리를 얻었다. 한편, 얻어진 유리에 대해서는 형광 X선 분석을 통해 그 조성을 확인하였다.

또한, 각 실시예 유리에 대한 물성으로서, 밀도, 열팽창 계수, T₂ 및 T₄를 다음과 같은 방법으로 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

(밀도)

각 실시예 유리에 대하여, 아르키메데스법을 사용하여 밀도를 측정하였다.

(열팽창 계수)(CTE)

각 실시예 유리에 대하여, 딜라토미터를 사용하여 평균 열팽창 계수를 측정하였다.

(T₂)

각 실시예 유리에 대하여, 고온 점도계를 사용하여 점도를 측정하고, 점도가 10² dPa·s가 될 때의 온도 T₂를 측정하였다. 이때, 온도가 1600℃ 이상인 경우에는 Vogel-Fulcher-Tammann 식으로부터 계산을 통해서 구하였다.

(T₄)

각 실시예 유리에 대하여, 고온 점도계를 사용하여 점도를 측정하고, 점도가 10⁴ dPa·s가 될 때의 온도 T₄를 측정하였다.

비교예

각 성분의 원료를 표 2에 나타낸 바와 같은 조성(중량% 기준)이 되도록 조합하고 백금 도가니를 사용하여 1600~1800℃의 온도에서 3시간 가열하여 용융시켰다. 용융시에는 백금 스터러를 삽입하고 1시간 교반하여 유리를 균질화하였다. 이어서 용융 유리를 730℃에서 서냉하여 각 비교예의 유리를 얻었다.

또한, 각 비교예 유리에 대한 물성으로서, 상기 실시예와 마찬가지 방식으로 밀도, 열팽창 계수, T₂ 및 T₄를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

표 1 및 표 2에 기재된 바와 같이, 실시예(실시예 1~10)의 유리에 대해서는, 밀도가 2.55 g/cm³ 미만이고, 평균 열팽창 계수(CTE)가 3.0~4.5(×10^-6/K)인 것이 확인되었다. 또한, 실시예의 유리의 경우, T₂가 1600℃ 미만이고 T₄가 1250℃ 미만으로 확인되었다.

그에 반해, 비교예(비교예 1~11)의 유리에 대해서는, 실시예에 비해, 밀도, 평균 열팽창 계수, T₂ 및/또는 T₄가 높은 것으로 측정되었다.

따라서, 이러한 실시예와 비교예의 비교 결과를 통해 볼 때, 본 발명에 의할 경우, 특성이 우수한 유리, 특히 디스플레이용 기판 유리로서 특성이 우수한 유리를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유리는 T₂ 및 T₄가 낮아 유리의 용융성이 우수하고 유리의 가공이 용이해질 수 있을 뿐만 아니라, 가공이나 용융 공정 중 소요되는 에너지 및 시간 등이 절감될 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

산화물 기준 중량% 표시로,
SiO₂ 61~73%;
B₂O₃ 0.5~3.9%;
Al₂O₃ 4~9%;
MgO 10.1~13%;
CaO 1~8%; 및
SrO 4~10%
를 함유하고, 상기 산화물 이외의 산화물 및 알칼리 금속 산화물을 함유하지 않으며,
점도 10²dPas에서의 온도가 1600℃ 미만이고, 점도 10⁴dPas에서의 온도가 1250℃ 미만인 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리.
삭제
제1항에 있어서,
산화물 기준 중량% 표시로,
SiO₂ 64~72%;
B₂O₃ 1~3.9%;
MgO 10.1~12%;
CaO 4~8%; 및
SrO 4~8%
를 함유하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리.
제1항에 있어서,
산화물 기준 중량% 표시로,
MgO+CaO+SrO 15~26%
를 함유하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리.
제1항에 있어서,
산화물 기준 중량% 표시로,
MgO+CaO+SrO 17~24%
를 함유하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리.
제1항에 있어서,
산화물 기준 중량% 표시로,
SiO₂+Al₂O₃ 72~79%
를 함유하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리.
제1항에 있어서,
밀도가 2.55 g/cm³ 미만이고, 열팽창 계수가 3.0×10^-6/K ~ 4.5×10^-6/K인 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리.
삭제
제1항에 있어서,
점도 10²dPas에서의 온도가 1550℃ 미만이고, 점도 10⁴dPas에서의 온도가 1240℃ 미만인 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리.
제1항, 제3항 내지 제7항, 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 무알칼리 유리를 포함하는 디스플레이 장치.
제10항에 있어서,
상기 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
산화물 기준 중량% 표시로,
SiO₂ 61~73%;
B₂O₃ 0.5~3.9%;
Al₂O₃ 4~9%;
MgO 10.1~13%;
CaO 1~8%; 및
SrO 4~10%
를 함유하고, 상기 산화물 이외의 산화물 및 알칼리 금속 산화물을 함유하지 않도록 유리 원료를 조합하는 단계를 포함하며,
제조된 유리의 점도 10²dPas에서의 온도가 1600℃ 미만이고, 제조된 유리의 점도 10⁴dPas에서의 온도가 1250℃ 미만인 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리 제조 방법.
삭제
제12항에 있어서,
상기 유리 원료 조합 단계는,
산화물 기준 중량% 표시로,
SiO₂ 64~72%;
B₂O₃ 1~3.9%;
MgO 10.1~12%;
CaO 4~8%; 및
SrO 4~8%
를 함유하도록 하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 유리 원료 조합 단계는,
산화물 기준 중량% 표시로,
MgO+CaO+SrO 15~26%
를 함유하도록 하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 유리 원료 조합 단계는,
산화물 기준 중량% 표시로,
MgO+CaO+SrO 17~24%
를 함유하도록 하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 유리 원료 조합 단계는,
산화물 기준 중량% 표시로,
SiO₂+Al₂O₃ 72~79%
를 함유하도록 하는 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리 제조 방법.
제12항에 있어서,
제조된 유리의 밀도가 2.55 g/cm³ 미만이고, 제조된 유리의 열팽창 계수가 3.0×10^-6/K ~ 4.5×10^-6/K인 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리 제조 방법.
삭제
제12항에 있어서,
제조된 유리의 점도 10²dPas에서의 온도가 1550℃ 미만이고, 제조된 유리의 점도 10⁴dPas에서의 온도가 1240℃ 미만인 것을 특징으로 하는 무알칼리 유리 제조 방법.