KR102554679B1 - 도광판 및 백라이팅이 있는 광학 디스플레이 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정 디스플레이의 백라이팅을 위한 가시광 유도용 도광판(1)을 제공한다. 상기 도광판(1)은 두 개의 평행한 측면(lateral face)(10, 11) 및 하나 이상의 엣지면(edge face)(13)을 가지며, 상기 엣지면은 바람직하게는 광 입력면으로서 작용한다. 상기 도광판(1)은 B2O3 및 SiO2를 성분으로서 함유하는 유리로부터 제작되며, 여기서 B2O3 및 SiO2의 총 함량은 70 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 이상, 특히 바람직하게는 90 중량% 이상이고, B2O3 함량은 10% 초과이다. 유리의 조성물 중 2가 금속의 금속 산화물의 총 함량은 3 중량% 미만이다. Al2O3는 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%로 함유된다.
Description
본 발명은 일반적으로 디스플레이 스크린을 위한, 특히 액정 모니터를 위한 광학 부품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 백라이팅이 있는 디스플레이용 광학 부품에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 자기조명형이 아니며, 다른 형태의 디스플레이, 예컨대 음극선관, 플라스마 디스플레이 스크린, 또는 OLED 디스플레이에 상응하는 조명된 화상을 얻기 위해 뒤에서 비춰져야 한다. 따라서 디스플레이, 특히 고 화질을 가진 고 해상도 LCD 텔레비전 세트의 디스플레이는 소위 백라이트 시스템을 필요로 하며, 이 시스템에서 전형적으로 백색 LED의 광이 횡 방향으로 1개 이상의 엣지에서 간접적으로 또는 뒤에서 직접적으로 도광판 또는 확산판에 인커플링된다(in-coupled). 이러한 시스템은 엣지 라이팅(엣지릿(edgelit) 백라이트 유닛) 또는 백라이팅(직접 백라이트 유닛)으로 지칭된다. 전통적으로, 이 경우에, 플라스틱 판, 예를 들어 가시 파장 영역에서 선택적 흡수 없이 특히 저렴하고 고 순도로 제작될 수 있는, 특히 반투명 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트)로 제조되거나 다른 투명 중합체로 제조되는 플라스틱 판이 사용된다. 그러나 이들 재료는 종종 원하지 않는 흡습(주위 습기로부터 물 분자의 혼입)으로 인해 분해 현상을 나타내며, 영구 광 조사에 처해질 때 취성이 될 수 있다. 이는 결국 화질과 내용연수에 유해하다.
55 인치보다 크고 현재 일반적으로 최대 70 인치 이하 포맷인 경향이 있는, 디스플레이 스크린 대각선 치수를 증가시키는 경우 또는 개별 디스플레이를 결합하여 초대형 비디오 벽을 형성하는 경우, 이 재료는 결점을 가지며, 그 이유는 이것이 디스플레이 유리의 열팽창계수의 몇 배인(>15 배 더 큼), 매우 큰 열팽창계수를 나타내고, 또한 많은 발광 다이오드(예를 들어, 직접 인커플링의 경우에 대략 1500 LED 이하)의 열 입력으로 인한 높은 국소 열 부하에 특히 약하기 때문이다.
플라스틱으로 제조된 도광판의 높은 열팽창계수 및 또한 습기 의존 팽창 때문에, 보완 공간, 특히 소위 스페이서 갭(spacer gap)이 액정 모니터에 제공되어야 한다. 이는 한편으로는 디바이스의 비교적 넓은 프레임을 유발하지만, 또한 디바이스의 증가한 깊이(두께)를 유발하며, 그 이유는 상이한 열팽창계수를 가진 평면 부품이 충분한 간격을 두고 서로 인접하여 설치되어야 하기 때문이다. 또한, 플라스틱은 낮은 안정성을 나타내며, 그 결과 전형적으로 추가의 구조 부품이 필요하다. 따라서 액정 디스플레이 스크린은 현재 기술로 약 30 밀리미터의 최소 두께를 가진다.
따라서 가능한 한 얇고, 가능한 한 가벼운 액정 TV 세트의 제조에 있어서, 지금까지의 플라스틱으로 제조된 도광판의 종래 사용은 불리하다.
미국 특허출원 공개 제2014/0043852 A1호 및 미국 특허출원 공개 제2014/0146267 A1호에서는 이들 불리한 점을 극복하려는 디자인 해결책을 기재하고 있다. 그러나 여기서 제시한 해결책은 복잡하고, 단지 부분적으로 성공한 것이며, 특히 이들은 PMMA 광 가이드(light guide)의 원칙, 즉 이의 필요한 두께에서 결점을 극복하지 못한다.
한편 최종 소비자는 단지 수 밀리미터의 깊이(두께)를 가진 텔레비전 스크린을 원한다. 그러나 PMMA 도광판 자체가 이미 실제 3.5 mm 이상의 두께를 나타내며, 추가로 스페이서 갭을 필요로 하는 경우 이는 기술적으로 가능하지 않다.
OLED 기술에 의해 작동하는 텔레비전 또는 디스플레이가 매우 얇은 두께를 달성하지만, 이들은, 픽셀 결함이 성능을 저하시키며 55 인치보다 더 큰 초대형 디스플레이 스크린 대각선의 경우 특히 이들 디바이스가 매우 고가라는 생산 공정 내에서의 결점을 가진다. 이외에, 이들은 또한 일상적인 사용에서 필수 강성을 보장하기 위해 강화 요소를 필요로 한다.
따라서 일반적으로 사용되는 PMMA 플라스틱 대신 광 가이드용 재료로서 유리를 사용하는 것이 유리할 것이다.
국제특허출원 공개 제2015/033866호에 엣지릿 백라이트 유닛과 발광 표면을 가진 기구가 기재되어 있으며, 상기 기구는 유리판을 포함한다. 그러나 기재된 특징은 PMMA의 투과와 동일한 양호한 투과를 달성하는데 적절하지 않다. 기재된 최고치는 단지 100 mm의 광로 길이(light-path length)에 대해 딱 83%이거나 그 이상이다.
미국 특허출원 공개 제2014/0152914 A1호에서는 터치 디스플레이 스크린을 위한 투명도가 높은 유리가 기재되어 있으며, 이는 간섭된(frustrated) 전반사에 의해 손가락 위치를 탐지한다. 이를 위해, 750-2500 nm의 파장 범위, 즉 적외선 스펙트럼 영역의 광을 사용한다. 그러나 샘플은 특히 400-800 nm의 가시 파장 범위에서 흡수 계수의 강한 변동을 나타낸다. 이러한 파장 범위에서, 최대 흡수 계수는 최소 흡수 계수의 적어도 2배이다. 도 9에 도시한 전형적인 실시형태에서, 흡수 계수는 심지어 대략 470 nm에서 0.00021 mm-1 및 대략 430 nm에서 0.00089 mm-1이다. 그러나 흡수 계수에서 강한 변동은 도광판에 적합하지 않다. 대신에 가시 파장 영역에서 균일한 투과 곡선을 생성하는 낮은, 균일하게 나타나는 흡수 계수가 바람직하다.
국제 특허출원 공개 제2015/011040 A1호, 국제 특허출원 공개 제2015/011041 A1호, 국제 특허출원 공개 제2015/011042 A1호, 국제 특허출원 공개 제2015/011043 A1호, 국제 특허출원 공개 제2015/011044 A1호, 및 국제 특허출원 공개 제2015/071456 A1호는 또한 적외선 영역에서 높은 투과율을 가진 유리판에 관한 것이며, 이는 터치 디스플레이 스크린에 사용될 수 있으며, 여기서 소위 평면 산란 탐지(planar scatter detection, PSD)의 기술에 의해 또는 간섭된 전반사에 의해 표면상의 물체의 위치를 결정한다. Fe2+ 및 Fe3+는 380 nm(비교적 낮은 흡수) 및 1050 nm(비교적 강한 흡수)에서 대역 최대를 가진 흡수 대역을 생성한다고 알려져 있으며, 이들은 산화성 물질에 의해 영향을 받을 수 있다. 언급된 출원은 허용된, 비교적 큰 철 함량(Fe2O3)의 경우, 크롬(Cr)의 표적화 첨가에 의해 적외선 영역에서 높은 투과율이 어떻게 달성될 수 있는 지를 기재하고 있다. 그러나 이들 교시는 가시 파장 영역을 위한 도광판의 최적화에 기여할 수 없다.
따라서 본 발명의 목적은 가시광 유도용 도광판에, 특히 액정 디스플레이 및 액정 디스플레이 스크린에서 사용하는데 적합한 유리 조성물을 발견하는 것이다.
상기 목적 중 일 양태는 이 경우에 이론적으로 달성 가능한 투과율이 가능한 한 높은 유리 조성물을 선택하는 것이다. 따라서 목적 중 일 양태는 유리 조성물의 선택을 통해 도광판의 흡수 계수를 최소화하는 것이다.
상기 목적 중 또 다른 양태는 유리 조성물의 선택을 통해, 가시 파장 영역에서 특히 긴 광로에 대해 도광판의 흡수 스펙트럼을 더 균일하게 하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 독립항의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 향상은 종속항의 주제이다.
이를 위하여, 본 발명에 따라, 두 개의 평행한 측면(lateral face) 및 하나 이상의 엣지면(edge face)을 가지며, 엣지면은 바람직하게는 광 입력면으로서 작용하는 가시광 유도용 도광판이 제공되며, 도광판은
- 유리로부터 제작되며,
- 유리는 B2O3 및 SiO2를 성분으로서 함유하고, B2O3 및 SiO2의 총 함량은 70 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 이상, 특히 바람직하게는 90 중량% 이상이며,
- 유리의 조성물 중 2가 금속의, 특히 2가 알칼리토류 금속의 금속 산화물의 총 함량은 3 중량% 미만이고,
- 조성물 중 Al2O3의 함량은 1 중량% 내지 5 중량%이다.
도광판을 제조하는 유리는 B2O3 및 SiO2를 포함하는, 이의 조성에 따른 붕규산 유리이다. 붕규산 유리의 제조에 필요한 원료는 어쨌든 비용의 이유로 사용이 금지되지 않고 충분히 높은 순도로, 특히 바람직하지 않은, 착색 3d 금속 산화물의 초저 함량으로 이용 가능하다. 특히 바람직하게는, 이들 원료는 따라서 고 순도로 사용된다. 또한, 바람직하게는 탄산염과 질산염의 혼합물이 용융 원료로서 사용되는 것이 제공된다. 그러나 용융물의 산화환원 조건에 유리하게 영향을 미치기 위해 질산염은 2% 초과의 비율로 사용된다.
붕규산 유리의 구조 특성 때문에, 붕규산 유리는 석영 유리의 투과 거동에 가장 가깝게 접근한다. 170 내지 2000 나노미터의 파장 범위에서, 이들은 고유 흡수, 즉 이의 유리 조성으로 인한 흡수를 나타내지 않는다. 자외선 영역에 자리한 3d 불순물 원소의 전하 이동 흡수 대역(전하 이동 대역)은 유리 매트릭스 성분의 낮은 고유 흡수 때문에 유리가 두꺼울 때조차 가시 영역으로 확장하지 않는다(UV 엣지는 대략 170 nm에 위치한다). 또한, 붕규산 유리에 대한 프레넬(Fresnel) 손실은 다른 유리에 대한 프레넬 손실보다 더 적고, 또한 저 굴절률 때문에 PMMA에 대한 프레넬 손실보다 더 적다.
붕규산 유리의 유리 부류 내에서 의외로 발견한 유리 조성물이 400 nm 내지 800 nm의 파장 범위에서 투과에 대한 부정적인 영향 인자를 줄인다. 본 발명은 심지어 긴 광로에 대해 가시 스펙트럼 영역에서 매우 광 투명한 붕규산 유리를 제공한다.
추가로 발견한 유리 조성물은 특히 가시 파장 영역에서 보완 효과, 즉 투과의 스펙트럼 곡선에 대한 평활화 효과(smoothing effect)를 가진다. 따라서 투과 곡선은 전형적으로 가시 영역에서 일정하게 유지되며, 특히 색 이동 흡수 대역으로 인한 바람직하지 않은 선택적 광 흡수가 없다.
흡수 법칙에서 지수 관계 때문에 투과에서 최소 또는 최대는 유리에서 더 긴 광학 경로 다음에 향상되며, 따라서 투과 곡선에서 매우 강한 불규칙을 유발하며, 게다가 또한 색 재현에 현저히 영향을 미친다는 것은 기본적으로 사실이다. 그러나 발견한 유리 조성물은 이러한 최소 및 최대를 중화한다. 따라서 본 발명은 가시 스펙트럼 영역에서, 심지어 긴 광로에 대해 색 중성(즉, 사실상 무색)인 붕규산 유리를 제공한다. 가시 파장 영역에 걸친 투과의 균일한 곡선은 도광판으로 인커플링된 광의 스펙트럼 분포를 이의 도광판 통과 중에 변경하지 않으므로 특히 흥미롭다. 이러한 방식으로, 광이 이후 아웃커플링된(out-coupled) 도광판의 측면 상의 각 점에 대해, 아웃커플링된 광이 인커플링된 광과 비교하여 가능한 한 변경되지 않는 스펙트럼을 나타낸다는 사실이 보장된다.
또한, 스펙트럼 투과 곡선을 평활화하기 위해, 세륨(Ce)을 첨가제로서 생략하는 것이 제공될 수 있다. 따라서 바람직하게는 산화세륨을 유리 조성물 중에 함유하지 않는다.
유리의 선 열팽창계수가 전형적인 디스플레이 유리에, 즉 액정 디스플레이의 전형적으로 사용된 다른 유리 패널에 최적으로 순응되도록 유리 조성물을 선택하는 것이 또한 유리하다. 본 발명에 따라 제공되는 조성물의 유리는 일반적으로 또한 특히 낮은 열팽창계수를 나타낸다. 따라서 실온에서 선 열팽창계수는, 바람직한 실시형태에서, 2.5·10-6 K-1 내지 4.5·10-6 K-1의 범위이다.
따라서 본 발명에 따른 붕규산 유리로 제조되는 도광판의 열팽창 거동은 TFT/LCD 디스플레이 유닛에서 표준 실무에 사용되는 유리에 특히 최적으로 맞춰질 수 있다. 이는, 사용된 디스플레이 부품의 상이한 열팽창으로부터 유래한 기계적 스트레스의 발생 없이, 상이한 열팽창계수의 디스플레이 부품 사이의(예를 들어, PMMA와 유리 패널 사이의) 요즈음 종래 스페이서 갭을 생략할 수 있다는 장점을 제공한다. 따라서 도광판의 부피 및 길이 팽창의 보완에 필요한 요즈음 종래 추가 스페이스를 현저히 줄이는 것이 가능하다. 따라서 본 발명은 대형으로 단지 수 밀리미터 두께의 초박형 TV 세트를 디자인하는 것을 가능하게 한다.
유리한 방식으로, 본 발명에 따른 붕규산 유리로 제조되는 도광판은 또한 비감습성이다. 대조적으로, 종래의 PMMA 광 가이드는 경시적으로 흡습을 나타내며, 그 결과 투과에 영향을 미칠 뿐만 아니라, PMMA 판의 바람직하지 않은 부피 팽창을 야기한다. 따라서 본 발명은 주위 습도에 관계없이 디스플레이에서 다른 유리판의 팽창에 도광판의 팽창을 맞추는 것을 가능하게 한다.
미세 조정된 열팽창계수 그 외에 본 발명에 따라 도광판의 습도로 인한 무시할 정도로 낮은 팽창의 결과로서, 따라서 투명한, 평면 디스플레이 부품 사이에 스페이서 갭을 줄이거나 심지어 완전히 피하는 것이 가능하다. 더구나 부품의 평적(flat stacking)은 안정성을 증가시킨다. 또한 안정성을 한층 더 증가시키도록, 서로 미세 조정된 열팽창계수를 가진 평면 부품을 서로 접착제로 접합하는 것이 가능하다. 따라서 디스플레이를 더 얇게 만들고, 동시에 더 안정성이 있도록 만들 수 있는 장점이 제공된다. 특히, 본 발명은 이로써 약 30 밀리미터의 현재 최소 두께보다 현저히 더 얇은 LCD TV 세트를 제조하는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 세트의 중량을 줄이는 것을 가능하게 한다. 따라서 LCD TV 세트, 특히 LED 엣지릿 백라이트 유닛을 가진 세트의 깊이(두께)는 더 현대적이고, 더 얇은 OLED TV 세트의 방향으로 가져올 수 있다. 텔레비전 디스플레이의 박형 디자인(및 또한 저 중량)이 시장에서 UHD TV 세트의 차별화를 위한 중요한 특성을 나타내므로, 따라서 많은 점에서 매력적인 LCD TV 세트를 제조하는 것이 가능하다. 한편, LCD TV 세트를 초박형(및 적합한 경우, 경량)으로 만들 수 있으며; 다른 한편, 이들은 타당한 가격에서 OLED TV와 비교하여 초대형 대각선을 가질 수 있고, 또한 높은 트루 컬러(true-color) 품질로 등급을 매길 수 있다.
또 다른 장점은 도광판의 더 낮은 열팽창 때문에, 디스플레이의 프레임을 더 좁게 만들 수 있다는 사실에 있다. 대조적으로, PMMA 도광판을 사용하는 경우, 팽창에 대한 보완 스페이스가 판 주위에 존재하도록 더 넓은 프레임을 필요로 한다. 더 좁은 프레임은 바람직한 미적 모양에, 예를 들어 디바이스의 더 우아한 인상에 기여한다.
따라서 본 발명에 따라 도광판은 특히 대형 액정 디스플레이 또는 비디오 벽을 위한 광학 조명 시스템, 특히 집중적인 직접 또는 간접 광 조사에 의한 LED 조명기술을 기초로 한 시스템 내에서 사용하는데 적합하다.
이들 예 외에 긴 광로에 대해 저 색수차 및 고 투과(선명성), 즉 미적 모양으로부터 이익을 얻는 다른 응용의 분야가 또한 포함된다. 또한 이들 유리한 특성 외에 유리의 저 열팽창계수로부터 이익을 얻는 응용 분야가 포함된다.
B2O3 및 SiO2 외에, 언급된 유리 조성물은 특히 재료의 취약성을 낮추는 추가 가교제로서 일정 비율의 Al2O3을 포함한다. 그러나 유리 성분으로서 산화알루미늄에 대한 종래의 원료 담체는 흔히 착색 불순물에 의해 오염되며, 이 불순물은 유리의 투과에 부정적인 영향을 미친다. 이 경우에 Al2O3의 비율은 1 중량% 내지 5 중량%이다. 이러한 저 함량은 여전히 유리를 가공하는 능력에 대해 그리고 이의 강도에 대해 적절하다고 입증한다. 그러나 다른 한편, 자연스럽게 존재하지만 바람직하지 않은 불순물은 영향력이 아주 적다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 또한 유리의 흡수를 추가로 줄이기 위해 합성 산화알루미늄 원료를 사용하는 것이 가능하다. 합성 원료는 생산비를 증가시키지만, 실제로 1% 내지 5%의 낮은 비율을 고려하여 여전히 제조가 실현될 수 있다. 바람직하게는, Al2O3의 함량은 1% 내지 3%이며, 특히 바람직하게는 1.5% 내지 2.5%이다.
Al2O3 외에, MgO에 대한 담체 물질은 또한 중요한 원료를 나타내며, 이는 흔히 천연 원료로서 유사한 이온 크기의 바람직하지 못한 흡수 3d 불순물 원소(예를 들어, Ni, Cu, Mn, 등)를 도입한다. MgO가 임의로 사용되는 경우, 따라서 단지 소량의 특히 순수한 물질이 사용될 것으로 규정된다.
유리의 경우에, 솔라리제이션(solarization)은 또한 광, 특히 고 에너지 UV 광의 작용을 통해, 투과가 경시적으로 감소하는 경우 발생할 수 있다. 본 발명에 따라 도광판은 이의 유리 조성 때문에 솔라리제이션에 대해 현저히 안정하다는 것을 특징으로 한다. 특히 더 쉽게 솔라리제이션되는 경향이 있는 다른 형태의 유리에 비해 여기에 장점이 있다.
이외에, 가시 영역에서 최고 흡수보다 2배 이상, 바람직하게는 5배 이상 큰, UV 영역에서 도광판의 높은 흡수를 제공하는 것이 가능하다. 이러한 UV 컷오프(cut-off)는 인커플링된 광의 잠재적인 기생 UV 단편(fraction)으로부터 다른 성분, 특히 내부에 존재하는 중합체를 보호하기 위해 장점일 수 있으며, 이를 통해 도광판으로 인커플링된 광은 이것이 측면을 통해 방출된 후 방사된다.
본 발명의 또 다른 양태는 유리 조성물로부터 제조되는 패널의 균열에 대한 위험이 화학적 경화에 의해 줄어들 수 있도록 유리 조성물을 선택하는 것이다.
이 목적으로, 유리 조성물은 또한 도광판이 알칼리 붕규산 유리로부터 제작되도록, 알칼리 금속 산화물, 특히 Na2O, K2O, 및/또는 Li2O를 더 포함할 수 있다. 알칼리 함량을 통해, 유리의 열팽창계수를 조정하는 것이 가능하다. 알칼리 금속/알칼리 금속 산화물을 첨가하는 경우, 유리의 강도를 더 증가시키기 위해 특히 유리에 화학적으로 압축 응력을 가하는(pre-stress) 것이 추가로 가능하다. 화학적 경화(화학적 압축 응력) 중에, 이온 교환이 일어나며, 예를 들어 더 작은 알칼리 이온이 더 큰 동족체로 교환되며, 그 결과 유리 표면 상의 교환 구역에서 응력 프로파일이 유리에 도입된다.
그러나 화학적 압축 응력이 바람직하지 않거나 필요하지 않은 한, 무알칼리 조성물이 바람직할 수 있다.
일반적으로, 예를 들어 알칼리 산화물의 첨가에 의해, 다른 유리, 예컨대 내부에 자리한 기판 유리 및 적용 가능한 경우 또한 커버 유리, 특히 디스플레이에서 다른 유리 성분의 열팽창계수에 도광판을 맞추는 것이 가능하다. 그러나 도광판의 열팽창계수를 LCD 디스플레이 스크린에서 TFT 기판의 열팽창계수에 맞추는 것이 특히 바람직하다.
따라서 도광판의 응용 분야에 따라, 이의 강도는 필요에 따라 증가할 수 있으며, 따라서 판의 균열에 대한 위험이 줄어들 수 있다. 이는 특히 대형 디스플레이 스크린 대각선의 경우에, 예를 들어 TV 세트에 대해, 또는 예를 들어 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터, 내비게이션 장치, 등에서 터치 스크린에 대해 장점일 수 있다.
특히 고 투과(선명성)의 장점 및/또는 도광판의 낮은 색수차의 장점과 조합하여 화학적 압축 응력을 가함으로써 유리의 기계적 강화에 대한 가능성이 고려되는 이들 응용을 추가로 포함한다.
필수 알칼리 원료, 특히 Na2O는 어쨌든 비용의 이유로 이의 사용이 금지되지 않고 고 순도로 이용 가능하다. 따라서 특히 바람직하게는, 알칼리 원료는 고 순도로 사용된다.
특히 유리 조성물 중 Na2O의 함량 0 중량% 내지 8 중량%, 바람직하게는 0 중량% 내지 4 중량%가 제공된다. 특히 K2O의 함량 0 중량% 내지 1 중량%가 추가로 제공된다. 끝으로, 특히 Li2O의 함량 0 중량% 내지 2 중량%, 바람직하게는 0 중량% 내지 1 중량%가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 도광판은 SiO2 함량이 65 중량% 내지 85 중량% 범위인 것을 특징으로 하고/하거나 B2O3 함량이 10 중량% 내지 20 중량% 범위인 것을 특징으로 한다. 이 경우에, 높은 산화규소 함량이 높은 광 투과를 달성하는데 특히 유용하다.
도광판의 유리 중 산화물 형태의 철의 함량이 60 ppm 미만이고/이거나 철 이온 Fe3+의 양에 대한 철 이온 Fe2+의 양의 비가 0.05 미만인 본 발명의 실시형태가 더 바람직하다.
일반적으로 유리 원료의 불순물 때문에 특정 비율의 철을 피할 수 없다. 디스플레이 유리에 대해, 특히 또한 긴 광로에 대해 10 ppm 미만의 산화 형태인 철의 함량에서 시작하는, PMMA에 필적하는 투과가 예상되는 반면에, 본 발명에 따라 사용되는 붕규산 유리에 대해 유리한 방식으로 더 큰 철 함량을 견디는 것이 가능하다.
60 ppm 미만, 특히 바람직하게는 50 ppm 미만의 바람직하게 제공되는 철 함량으로서, PMMA의 투과에 근접하거나 동일한 투과를 달성하는 것이 가능하다.
산화 형태인 철의 의도된 함량 또는 Fe3+ 이온에 대한 Fe2+ 이온의 양의 의도된 비를 달성하기 위해, 유리의 적합한 청정을 수행한다고 규정된다. 청정제의 첨가를 통해, 예를 들어 청정제가 이의 분해 때문에 가스를 방출한다는 점에서 완전히 용융된 유리로부터 기포가 제거된다.
Fe2+ 이온의 함량을 낮게 유지하는, 염화나트륨에 의한 중성 청정(NaCl 청정)이 바람직하다. 따라서 다른 청정제에 비해, Fe2+/Fe3+ 비가 특히 최소화된다.
본 발명의 향상에서, 따라서 도광판의 유리는 할로겐화물 이온, 특히 염화물 이온을 0.05 중량% 내지 0.2 중량%의 비율로 가진다.
바람직하게는, 산소를 직접 전달하는 산화환원 활성 청정제, 예컨대 As2O5, Sb2O5, 및 특히 SnO2를 제외한다. 이러한 청정제, 특히 종래의 산화주석 청정제를 제외하며, 그 이유는 Fe2+의 함량에 비해 Fe3+의 함량이 이로써 줄어들 것이기 때문이다. 더구나 언급된 다른 청정제는 환경적으로 유해하거나 플로트 공정(float process)에 부적합하다. 따라서 산화주석에 의한 청정은 특히 높은 투과를 달성하기 위해 미량의 철과 함께 불리한 점이다. 또한 산화주석(SnO2)에 의한 청정과 산화세륨(CeO2)의 첨가에 대해 마찬가지이다. 스펙트럼 투과 곡선을 펴기 위해 바람직하게는 세륨 화합물을 제외하며, 그 이유는 낮은 Fe2O3 불순물과 함께 산화세륨 자체는 가시 스펙트럼 영역에서 강하게 흡수하도록 작용하기 때문이다.
Fe2+의 Fe3+로의 전환을 일으키기 위해 특히 옥시 연료 연소 유닛에 의한 산화 용융 공정이 더 바람직하다. 이 경우에, 특히 불꽃에서 산소의 과도 화학양론 비로 설정한 연소를 선택하는 것이 가능하다. 또한, 산소를 용융 공정 중에 유리 용융물에 불어넣을 수 있다(소위 O2 버블링). 송풍 노즐마다 산소의 양 1 L/분 초과, 바람직하게는 2.5 L/분 초과가 바람직하다. 송풍 노즐의 수는 통 크기에 의해 결정된다.
기본적으로, 붕규산 유리는 저 염기성을 나타내며, 이는 또한 유리에서 산화환원 관계에 대해 긍정적인 영향을 가진다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 0.05 내지 0.7 ppm, 특히 바람직하게는, 0.5 ppm 미만의 Cr 함량을 제공하는 것이 추가로 가능하다.
바람직하게는, 불순 물질 Fe, Cu, Cr, Ni, Mn, Ce, Co의 총 함량은 0.005 중량% 미만이다.
본 발명의 붕규산 유리의 바람직한 특징은 2 밀리미터의 두께를 통한 조사에 대한 백색 광에 대해 투과도가 93% 이상이라는 것이다. 바람직하게는, 이러한 투과는 엣지릿 백라이트 유닛을 위해 사용되는, 종래의 백색 LED의 백색 광에 대해 달성된다. 또한, 이러한 투과는 바람직하게는 연속 스펙트럼, 특히 지구 태양 스펙트럼 또는 흑체 방사체의 스펙트럼을 가진 백색 광에 대해 특히 5800 켈빈의 온도에서 달성된다. 가시 파장 영역(스펙트럼 영역)은 종래의 정의에 따라 400 nm(보라색)에서 750 nm(적색)까지 및 때로 심지어 780 nm까지 확장된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 도광판의 유리에 대한 굴절률 nd는 1.52 미만, 바람직하게는 1.45 초과, 특히 바람직하게는 1.48 미만이다. 본 발명에 따른 붕규산 유리는 전형적으로 저 굴절률을 가진다. 1.45 내지 1.52 범위의 바람직한 굴절률로서, 따라서 반사로 인한 투과 손실을 방지하는 것이 가능하다. 이는 더 큰 굴절률을 가진, 다른 상용 판유리에 비해 장점을 제시한다. 저 굴절률, 예컨대 바람직하게는 제공되는 굴절률은 특히 TFT 기판 유리에 대해, 액정 디스플레이의 유리로 인커플링 중 결합 손실을 줄이기 위해 또한 유리하다. 이들 유리도 흔히 비교적 낮은 굴절률을 가지며, 그 결과 유리 패널 사이에 굴절률의 점프가 아주 적다.
이외에, 저 굴절률은 광의 인커플링을 위해 더 유연성으로 만들 수 있다. 따라서 광원을 바람직하지 않은 반사 손실의 발생 없이 더 유연하게 배치할 수 있다. 이는 특히 도광판이 평면 디스플레이 스크린에 사용되는 경우 장점이며, 광원의 배치에 관해 디자인 요건은 가능한 한 얇고 조밀한 디자인과 자주 대립한다.
특히 400 nm 내지 780 nm의 파장 범위에 걸쳐 내부 투과율은 100 밀리미터의 광로 길이에 대해 90% 초과, 바람직하게는 91% 초과, 및 특히 바람직하게는 92% 초과인 것으로 규정된다.
도광판은 바람직하게는 0.5 밀리미터 내지 3 밀리미터 범위, 특히 바람직하게는 1 밀리미터 내지 2 밀리미터 범위의 두께를 가진다. 이들 두께는 심지어 대형 백릿(backlit) 디스플레이 스크린에 대해 적당량의 광을 인커플링하고, 동시에 본 발명에 따라 도광판으로 마무리되는 디스플레이의 작은 총 두께를 계속해서 달성할 수 있기에 적합하다.
도광판은 바람직하게는 조명될 디스플레이 스크린의 종래 형상에 상응하는, 직사각 형상을 가진다. 일 실시형태에 따라, 도광판의 대각선은 250 밀리미터 이상의, 바람직하게는 500 밀리미터 이상의 길이를 가진다.
도광판의 안정성을 보장하기 위해, 판의 두께는 대각선에 좌우될 수 있다. 판의 대각선이 작을수록, 판은 더 얇게 제작될 수 있다. 두께 대 대각선의 비율이 0.001 내지 0.012, 바람직하게는 0.001 내지 0.008, 특히 바람직하게는 0.001 내지 0.006일 경우 특히 유리하다.
전형적으로 도광판은 평면 직사각 형상을 가진다고 규정된다. 그러나 또한 형상이 직사각형이지만, 도광판은 곡면이라고 규정될 수 있다. 곡면 도광판은 소위 곡면 TV 세트에 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 개발에서, 도광판은 플로트 유리 패널(float glass panel)로 구성된다고 규정된다. 플로트 유리의 제조에서, 청정된 유리 용융물을 주석 조 상에 공급한다. 이는 특히 높은 표면 품질을 얻는다. 따라서 표면 조도는 특히 낮다. 이는 한편 높은 광 유도 및 다른 한편 광 가이드로부터 광의 충분히 표적화된, 정밀한 아웃커플링을 가능하게 한다. 이는 균일한 발광, 즉 소위 핫스폿의 방지를 보장한다. 플로트 유리는 전형적으로 표면들 중 하나, 즉 플로팅 중에 주석 조 상에 부동하는 표면 상에 미량의 산화주석을 또한 가진다.
플로트 공정에서 제조되는 도광판의 경우에, 특히 대형 패널의 경우에, 가능한 아칭(arching)의 정밀한 사양은 유리한 방식으로 매우 매끄러운 표면 때문에 발생한다. 이러한 아칭은 예를 들어 압축 응력의 결과로서 발생할 수 있다.
본 발명에 따라, 또한 광학 디스플레이, 특히 액정 디스플레이를 위한 조명 장치가 제공된다. 조명 장치는 본 발명에 따라 도광판 및 또한 전반사로 인해 도광판의 측면 사이에 유도되는 광의 인커플링을 위한 하나 이상의 광원을 포함한다. 더구나, 광이 도광판으로부터 방출되도록, 도광판으로 공급되는 광을 산란하기 위한 도광판의 측면 중 하나 이상 위의 광 산란 구조체가 포함된다.
바람직한 실시형태에서, 조명 장치의 발광 스펙트럼은 광원으로부터 인커플링된 광 및 도광판을 따라 디스플레이 유닛의 방향으로 도광판으로부터 다시 방출되는 광의 색 궤적(color locus)에서 이동이 0.04 미만의 값 ΔWy(CIE 표준 색 테이블 기준)을 갖도록 도광판의 투과 스펙트럼으로 미세 조정된다.
특히 바람직하게는, 조명 장치의 스펙트럼은 광원으로부터 인커플링하고, 도광판으로부터 재방출되는 광의 색 궤적 이동이 무색점으로의 방향에서 성분을 가지는 방식으로 만들어지고, 이러한 방식으로 유리의 투과 스펙트럼으로 미세 조정된다. 이러한 성분이 존재할 수 있도록, 조명 장치의 광에 대한 색 가(color value)는 무색점 다음에 놓인다. 임의의 잔류 착색에 의한 조명의 이러한 명백한 결점은 그럼에도 유리의 스펙트럼으로 달라지는 투과와 함께 가능한 한 색 중성인 조명으로 이어진다.
끝으로, 본 발명에 따라, 디스플레이 스크린, 특히 액정 디스플레이가 제공된다. 디스플레이 스크린은 본 발명에 따라 조명 장치 그 외에 조명 장치의 도광판의 반대 측에 배치되는 작동 가능한 평면형 디스플레이 장치를 포함하며, 그 결과 광원으로부터 도광판으로 인커플링하고, 도광판으로부터 측면으로(측면으로부터) 재조사되는 광이 디스플레이 장치에 충돌할 수 있고, 이를 횡단할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면에 근거하여 하기에 상세히 기재할 것이다. 도면에서, 동일한 부호는 동일하거나 상응하는 요소를 의미한다.
도 1은 도광판을 투시도로 개략적으로 도시하며,
도 2는 조명 장치를 측면도로 개략적으로 도시하고,
도 3은 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하며,
도 4는 액정 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하고,
도 5는 하우징을 가진 액정 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하며,
도 6은 선행 기술로부터 하우징을 가진 액정 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하고,
도 7은 CIE 표준 색 테이블을 도시하며,
도 8은 선행 기술로부터 상이한 상용 도광판의 스펙트럼 내부 투과율을 도시하고,
도 9는 두 가지 짧은 광로 길이에 대해 본 발명에 따라 도광판의 스펙트럼 투과를 도시하며,
도 10은 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판 및 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판의 분산 곡선을 도시하고,
도 11은 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판 및 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판의 스펙트럼 최대 투과를 도시하며,
도 12는 각각 상이한 Fe2O3 함량을 가진, 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판 및 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판의 스펙트럼 내부 투과율을 도시한다.
도 1은 도광판을 투시도로 개략적으로 도시하며,
도 2는 조명 장치를 측면도로 개략적으로 도시하고,
도 3은 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하며,
도 4는 액정 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하고,
도 5는 하우징을 가진 액정 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하며,
도 6은 선행 기술로부터 하우징을 가진 액정 디스플레이 스크린을 측면도로 개략적으로 도시하고,
도 7은 CIE 표준 색 테이블을 도시하며,
도 8은 선행 기술로부터 상이한 상용 도광판의 스펙트럼 내부 투과율을 도시하고,
도 9는 두 가지 짧은 광로 길이에 대해 본 발명에 따라 도광판의 스펙트럼 투과를 도시하며,
도 10은 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판 및 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판의 분산 곡선을 도시하고,
도 11은 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판 및 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판의 스펙트럼 최대 투과를 도시하며,
도 12는 각각 상이한 Fe2O3 함량을 가진, 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판 및 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판의 스펙트럼 내부 투과율을 도시한다.
도 1은 도광판(1)을 개략적으로 도시한다. 도광판(1)은 두 개의 평면 평행한 측면(10, 11)을 포함한다. 도광판은 직사각형 유리 패널의 형태를 가지며, 네 개의 엣지면을 포함하고, 이들 중 한 엣지면(13)은 광 입력면으로서 제공된다. 엣지면(13)으로 인커플링된 광은 측면(10, 11)에서 전반사에도 불구하고, 이들을 통한 측면을 따라 유도된다. 도광판(1)에서 광이 횡단하는 경로는 판의 두께와 비교하여 매우 길다. 도광판(1)의 두께는 0.5 밀리미터 내지 3 밀리미터 범위, 바람직하게는 1 밀리미터 내지 2 밀리미터 범위이다.
유리는 자체가 매우 투명한 물질이긴 하지만, 아주 작은 흡수 계수는 여기서 긴 광학 경로 때문에 주목할 만한 흡수를 유도한다. 게다가 본 발명에 따라 유리는 한편 플로트 공정에 의해 대규모 산업적 생산에 적합하지만, 다른 한편 그럼에도 유리가 결과로서 생기는 어떠한 심각한 색 궤적 이동과 명도(intensity)에서 하락 없이 250 밀리미터 이상의, 바람직하게는 500 밀리미터 이상의 대각선 치수를 가진 도광판으로서 적합한 이러한 높은 투과를 가진다. 이는 SiO2 및 B2O3의 큰 총 함량(70 중량% 이상), 그 외에 존재하지만 적은 비율인 1 내지 5 중량%의 Al2O3에 의해 달성된다. 낮은 Al2O3 함량 때문에, Al2O3에서 불순물로서 존재하는, 산화 형태인 철의 함량은 또한 60 ppm 미만으로 쉽게 줄어들 수 있다. 65 내지 85 중량% 범위의 SiO2 함량 및 10 내지 20 중량% 범위의 B2O3 함량을 가진 조성물은 또한 철의 광범위 산화를 지원하며, 그 결과 철 이온 Fe3+의 양에 대한 철 이온 Fe2+의 양의 비가 0.05 미만이다.
도 2는 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판을 사용하는 조명 장치(19)를 개략적으로 도시한다. 조명 장치(19)는 도광판(1)을 포함하며, 이는 두 개의 평면 평행한 측면(10, 11)을 가진다. 광원(21), 예를 들어, LED, 또는 LED의 열은 우측 엣지면 상에 위치한다. 광원(21)의 광은 우측 엣지면을 통해 도광판(1)으로 인커플링한 다음, 전반사에 의해 도광판(1)의 측면(10, 11) 사이에 유도된다. 일반적으로, 전형적인 실시형태에 대한 제한 없이, 백색 발광 다이오드 그 외에 상이한 착색 발광 다이오드의 배열은 이 경우에 광원(21)으로서 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 백색 광은 상이한 착색 발광 다이오드의 색을 혼합함으로써 생성된다. 예를 들어, 백색광은 적색, 녹색, 및 청색 발광 다이오드의 배열에 의해 혼합될 수 있다. 또한 바람직하거나 조정 가능한 색 궤적의 광을 생성하기 위해 착색 발광 다이오드를 백색 발광 다이오드와 배합하는 것이 가능하다.
도광판(1)의 하부 측면(11)에 광을 산란시키는 반사체 층(15)이 부착되며, 그 결과 광은 측면(10)을 통해 도광판(1)으로부터 방출된다. 도시된 것 외에, 광은 또한 다수의 엣지를 통해 인커플링할 수 있다. 예를 들어, 인커플링은 원주 엣지면(13)을 따라 원주로 일어날 수 있다. 이는 특히 균일한 조명을 달성하기 위해 초대면적 조명 장치(20)를 위해 제안된다.
도 3은 디스플레이 스크린(20)을 개략적으로 도시한다. 디스플레이 스크린(20)은 도 2에 기재한 부품으로 구성되는 조명 장치를 포함한다. 더구나, 디스플레이 스크린(20)은 도광판(1)의 반대 측에 배치되는 디스플레이 장치(23)를 포함한다. 상부 측면을 통해 도광판(1)으로부터 아웃커플링된 광은 디스플레이 장치(23)에 충돌하며, 이를 통과한다. 그 결과, 광원(21)을 통해 인커플링된 백색 광이 픽셀마다 착색광으로 변환될 수 있다.
도 4는 액정 디스플레이 스크린으로서 디자인되는, 디스플레이 스크린(20)을 개략적으로 도시한다. 디스플레이 스크린(20)은 도 2에 기재한 부품으로 제조된 조명 장치를 또다시 포함한다. 디스플레이 스크린(20)의 디스플레이 장치는 두 개의 기판(25 및 31)을 포함하는, 액정 디스플레이 장치이며, 기판 사이에 TFT 층(27) 그 외에 LCD 층(29)(액정 층)이 위치한다. 기판(25 및 31)은 유리로부터 제작된다.
도 5는 액정 디스플레이 스크린으로서 디자인되는, 하우징(35)을 가진 디스플레이 스크린(20)을 개략적으로 도시한다. 도광판(1)이 기판(25)의 열팽창계수에 맞춰지는 유리로 구성된다는 사실 때문에, 도광판(1)은 보완 스페이스로서 사이에 남아 있는 어떠한 스페이서 갭 없이 기판(25) 상에 평면 방식으로 존재할 수 있다. 이러한 방식으로, 평면 디자인, 즉 하우징의 얇은 두께(37)를 달성하는 것이 가능하다. 유리로 제작된 도광판(1)이 초저 열팽창계수를 가진다는 사실 때문에, 또한 판의 엣지 측 상에 주목할 만한 스페이서 갭이 필요 없으며, 그 결과 매우 좁은 하우징 프레임(39)을 얻을 수 있다.
도 6은 선행 기술로부터 액정 디스플레이 스크린을 대조적으로 도시하며, 이를 위해 도광판(1)을 PMMA로부터 제작한다. 도광판(1)의 열팽창 결과로서, 디스플레이 장치의 도광판(1)과 기판(25) 사이에 간격(33)이 필요하며, 실질적으로 더 두꺼운 하우징(35)의 두께(37)를 초래한다. 또한, 도광판이 엣지 측 상에, 즉 판 주위에, 판의 열팽창(41)을 가능하게 하기 위해 스페이서 갭이 제공된다. 그 결과, 더 넓은 하우징 프레임(하우징 엣지)(39)이 필요하다. 전반적으로, 선행 기술로부터 디스플레이 스크린(20)은 따라서 동일한 화상 영역에 대해 더 큰 치수를 가진다.
도 7은 CIE 표준 색 테이블을 도시한다. 인간이 지각할 수 있는 색의 전체를 백색 구역으로서 보여준다. 또한 백색점으로서 언급되는, 무색점(17)은 x=y=0.33에 위치한다.
두 개의 색점(18 및 16)을 보여준다. 색점(18)은 도광판에 아웃커플링된 광에 상응하며, 반면에 색점(16)은 도광판 밖으로 산란하는 광에 상응한다. 두 개 점이 일치하지 않으므로, 색 궤적 이동이 일어난다. 도시한 예에서, 색 궤적은 본 발명에 따라 유리의 투과 특성 때문에 y 축의 양의 방향으로 ΔWy = 0.35 정도 이동한다. x 축을 따라 색 궤적 이동은 이 예에서 일어나지 않는다. y 방향에서 무색점(17)은 색점(18)에 보다 색점(16)에 더 가까이 놓이므로, 광원으로부터 인커플링된 다음 도광판으로부터 밖으로 산란하는 광의 색 궤적 이동은 무색점(17)의 방향에서 y 방향으로 일어난다. 하나 이상의 이동 성분이 무색점의 방향에 존재한다. 이러한 특유의 이동은 본 발명에 따라 유리 및 백색 광원에 의해 간단한 방식으로 달성될 수 있다.
도 8은 선행 기술로부터 상이한 시판 도광판 상에서 측정되는 순 투과율(50, 52, 54)을 도시한다. 도광판의 두께는 각 경우에 2 mm이며, 횡단한 광로 길이는 각각 500 mm에 이른다. 순 투과율은 내부 투과율을 의미하는 것으로 이해된다.
PMMA 광 가이드의 내부 투과율(54)은 대략 420 nm 내지 대략 780 nm의 파장 범위에서 90% 초과, 부분적으로 95% 초과임이 명백하지만, 70% 미만으로 표시된 하락(56)은 대략 715 nm 내지 대략 765 nm 범위에서 기록된다. 내부 투과율에서 이러한 하락(56)은 PMMA 광 가이드에서 취한 물 분자로 인한 것이다. PMMA 광 가이드는 이들의 재료로 인해 주위로부터 중합체 매트릭스로 습기가 경시적으로 확산한다는 불리한 점을 가진다. 대조적으로, 유리로 제조된 도광판은 유리하게도 주위 습기에 대해 비감습성이 있다.
알루미노규산 유리로 제조된 도광판의 제1 버전은 내부 투과율(50)을 나타낸다. 이 곡선은 물 불순물로 인해 투과율에서 하락을 보여주지는 않지만, 내부 투과율(50)은 대략 410 nm의 파장 위에서 PMMA 광 가이드의 내부 투과율보다 현저히 더 낮다. 이것은 실질적으로 현저하게 60% 미만이다. 또한, 내부 투과율(50)은 420 nm 및 780 nm 사이에서 매우 불균일하며, 대략 30 및 60% 사이에서 변동한다.
철 함량이 감소한 알루미노규산 유리로 제조된 도광판의 제2 버전은 내부 투과율(52)을 나타낸다(거의 코닝 아이리스(Corning IrisTM) 유리에 상응한다). 내부 투과율(50)과 대조하여, 현저히 더 높은 투과율 값이 기록된다. 그러나 내부 투과율(52)은 500 nm 내지 600 nm의 파장 범위에서만 90% 초과의 값을 달성하며; 그렇지 않으면, 이것은 90% 미만이다. 약 440 nm의 청색 광의 영역에서, 단지 투과율은 대략 82%를 달성한다. 또한, 내부 투과율은 이것이 적색 광에 접근함에 따라 계속해서 대략 80%로 하락한다.
도 9는 비교적 짧은 광로 길이에 대해 본 발명에 따라 두 개의 도광판의 자외선 및 가시 파장 영역에서 스펙트럼 투과를 도시한다. 투과(60)를 1 mm의 광로 길이에 대해 측정하였고, 투과(62)를 8 mm의 광로 길이에 대해 측정하였다.
두 개의 도광판을 하기 표 1에 상응하는 유리 조성물 7로 제조하였다. 불순물 함량은 10 ppm의 Fe2O3, 9 ppm의 Ti, 0.4 ppm의 Mn, 0.3 ppm의 Cu, 0.2 ppm의 Cr, 0.1 ppm 미만의 Ni, 및 0.1 ppm 미만의 Co이다. 이 경우에 하기 원료를 사용하였다:
·SiO2 규사 A1 - JP, 브레멘탈러 쿼츠베르크(Brementhaler Quarzwerk)(독일)
·B2O3 붕산, 고 순도, 씨에이치피 케미칼즈사(CHP Chemicals B.V.)(네덜란드)
·Al2O3 AL(OH)3 ATH BHP, 셀 마크 케미칼즈(Cell Mark Chemicals)(일본)
·Na2O 탄산수소나트륨, 비카르텔(BICARTEL), 솔베이(Solvay)(벨기에)
·K2O 질산칼륨, 솔바디스 케마그 할도르(Solvadis Chemag Haldor)(덴마크)
·Li2O 탄산리튬, 에스큐엠 유럽(SQM Europe)(네덜란드)
·CaO 탄산칼슘, 울머 바이스(Ulmer Weiss), 이 머클레사(E. Merkle GmbH)(독일)
투과(60 및 62)는 대략 380 nm 내지 800 nm의 파장 영역 위에서 및 따라서 전체 가시 파장 영역 위에서 각각 대략 92.6 내지 93.1%임이 명백하며, 이는 반사로 인해 달성될 수 있는 최대 투과에 상응한다. 또한, 가시 파장 영역에서 투과는 각 경우에 현저히 균일하다. 따라서 가시 파장 영역에서 투과는 단지 비교적 약하게 광로 길이에 따른다. 본 실시예에서, 가시 파장 영역에서 1 mm 및 8 mm의 두 개 광로 길이(곡선(60 및 62))에 대해 투과에서 차이를 발견할 수 없다. 자외선 파장 영역에서, 대조적으로, 투과는 광로 길이에 더 강하게 따른다. 1 mm의 광로 길이(곡선(60))에 대해 200 nm의 파장의 광을 위한 투과는 45%로 하락하며, 반면에 이것은 8 mm의 광로 길이(곡선(62))에 대해 거의 사라진다는 것이 명백하다.
도 10은 각 경우에 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판(굴절률(72)) 및 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판(굴절률(70))에 대해 분산 곡선, 즉 광 파장의 함수로서 굴절률을 도시한다.
알칼리 알루미노규산 유리는 대략 60 중량%의 SiO2, 16 내지 17 중량%의 Al2O3, 및 대략 4 중량%의 MgO의 조성을 가진다.
본 발명에 따라 도광판의 유리에 대한 굴절률(72)은 가시 파장 영역에서 1.49 내지 1.46에 놓인다. 따라서 굴절률은 1.5 내지 1.45의 특히 바람직한 간격에 있다. 굴절률(72)은 가시 파장 영역 위에서 0.02 미만으로 파장 증가에 따라 감소한다. 특히, 전체 가시 파장 영역 위에서 굴절률(72)은 0.03보다 크고, 알칼리 알루미노규산 유리의 굴절률(70)보다 작다.
알려진 바와 같이, 1의 굴절률을 가진 매질로부터 n의 굴절률을 가진 매질 상으로 광의 수직 충돌에 대해, 분수 (n-1)2/(n+1)2가 반사되는 것은 프레넬 공식으로부터 유도될 수 있다. 또한, 두 개의 평면 평행한 면에 다중 반사를 고려하는 경우, 2n/(n2+1)의 반사로 인한 최대 투과를 얻는다.
도 11은 굴절률(72)을 가진, 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판에 대한 이에 의해 산출된 최대 투과(82) 및 굴절률(70)을 가진 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판에 대해 최대 투과(80)를 도시한다.
본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판은 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판보다 대략 1.5% 포인트 더 큰 최대 투과를 가진다는 것이 명백하다. 본 발명에 따라, 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판은 가시 파장 영역에서 대략 92.7%보다 더 큰 투과를 달성할 수 없다. 대조적으로, 본 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판은 가시 파장 영역에서 93.1% 이하의 투과를 달성할 수 있다. 파장 380 nm의 광에 대해, 최대 투과는 92.6%이며; 이것은 파장 600 nm의 광에 대해 93%이며, 파장 780 nm의 광에 대해 93.1%이다. 이들 값 사이에서, 최대 투과는 각 경우에 파장 증가에 대해 엄밀히 단조적으로 증가한다. 따라서 붕규산 유리로 제조된 도광판은 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판과 비교할 때 최대로 달성 가능한 투과의 양태로부터 바람직할 것이다.
도 12는 각각 120 ppm 및 22 ppm의 Fe2O3 함량을 가진 알칼리 알루미노규산 유리로 제조된 도광판의 내부 투과율(90 및 94)을 도시한다. 알칼리 알루미노규산 유리의 조성은 대략 60 중량%의 SiO2, 16 내지 17 중량%의 Al2O3, 및 대략 4 중량%의 MgO를 가진다. 80 ppm 및 12 ppm의 Fe2O3 함량을 가진, 표 1에서 실시예 7에 따른 조성물의 발명에 따라 붕규산 유리로 제조된 도광판의 내부 투과율(92 및 96)을 추가로 도시한다. 내부 투과율(96)을 가진 도광판을 Pt 실험실 도가니에서 융합하였고, 그 결과 대략 600 nm 아래의 짧은 파장 영역에서 투과율은 생산 규모로 융합된 판과 비교하여 약간 적다고 밝혀져 있다. 도시한 모든 투과 곡선은 100 mm의 광로 길이에 대해 측정되었다.
22 ppm의 철을 함유하는 알칼리 알루미노규산 유리의 내부 투과율(94)은 가시 파장 영역 위에서 79 내지 89% 사이에 변동한다. 대조적으로, 120 ppm의 철을 함유하는 알칼리 알루미노규산 유리의 내부 투과율(90)은 545 nm에서 90.8%의 최대 값을 가지며, 양측에서 강하게 줄어든다. 380 nm에서, 투과는 여전히 단지 36.2%이며; 780 nm에서 이것은 여전히 단지 57.6%이다. 이로부터 알칼리 알루미노규산 유리의 투과는 눈에 띄게 철 함량에 따른다는 것이 명백하다.
대조적으로, 철 함량에 대한 투과도 의존성은 본 발명에 따른 붕규산 유리로 제조된 도광판에 대해 눈에 띄게 적다. 12 ppm의 철을 함유한 붕규산 유리의 내부 투과율(96)은 일관적으로 400 nm 이상에서 90%보다 현저히 크며, 780 nm에서 97.8%로 증가한다. 80 ppm의 철을 함유한 붕규산 유리의 내부 투과율(92)은 또한 약 400 nm 이상에서 항상 90%보다 크다. 이것은 565 nm에서 98.7%의 최대치를 달성하며, 그 위쪽에서는 780 nm에서 94.4%로 약간 하락한다. 따라서, 특히, 적색광 영역에서, 철 함량이 증가함에 따라 투과도가 약간 감소하는 것이 발견되지만, 이것은 알칼리 알루미노규산 유리에서보다 눈에 띄게 더 적다. 따라서, 본 발명에 따른 도광판의 붕규산 유리는 특히, 상이한 Fe2O3 함량에 대해, 특히 12 ppm 내지 80 ppm에서, 최대 5% 포인트, 바람직하게는 3.5% 포인트의 변동만을 야기하는 투과도를 가진다.
또한, 곡선(92) 및 곡선(96)을 참조하면, 본 발명에 따른 붕규산 유리로 제조된 도광판의 투과도는 400 nm 초과의 가시 파장 영역에서 10% 포인트 미만, 바람직하게는 5% 포인트 미만으로 변동한다. 따라서 본 발명에 따른 도광판의 붕규산 유리는 투과 곡선을 보다 균일하게 하는 작용을 한다.
80 ppm의 철을 함유한 붕규산 유리의 내부 투과율(92)이, 전체 가시 파장 영역에 걸쳐 단지 22 ppm의 철을 함유한 알칼리 알루미노규산 유리의 내부 투과율(94)보다 더 크다는 사실은 추가로 주목할 만하다. 따라서 붕규산 유리는 거의 네 배의 철 함량에 대해 평균적으로 거의 10% 포인트 더 큰 내부 투과율을 가진다. 따라서 본 발명에 따른 붕규산 유리로 제조된 도광판은 광 유도에 특히 적합하다.
하기 표 1에서, 본 발명에 따른 도광판의 9개 유리 조성물을 이들의 관련 특성과 함께 제공한다:
[표 1]
본 발명에 따른 도광판의 유리 조성물
유리 조성물 7에 대해, 표의 하단부에 제공된 불순물 농도를 측정하였다. 다른 유리 조성물의 불순물 함량은, 각 경우에 사용된 원료의 변경된 양 및 사용된 이들 원료의 순도 등급의 면에서만 서로 상이하다.
유리 및 이로부터 제작된 도광판의 제조에 대해, 특히, 도 9의 설명에서 열거한 특히 깨끗한 원료를 사용하는 것이 가능하다. 그렇게 함으로써, 각 유리의 순도를 가능한 한 높게 얻는 것이 가능하다. 도 9의 설명에서 열거한 고 순도 원료를 모두 동시에 사용하거나 그렇지 않으면 개별적인 고 순도 원료만을 사용할 수 있다. 특히 개별적인 깨끗한 원료만의 사용이 가능하며, 그 이유는 본 발명에 따른 붕규산 유리로 제조된 도광판이 상기에 기재한 바와 같이 중요한 불순물에 대해 특히 내성이 있기 때문이다.
하기 표 2에서, 상용 판유리의 유리 조성물이 제공되며, 이들은 특히 본 발명에 따른 도광판의 제조에 적합하지 않다.
[표 2]
상용 판유리의 유리 조성물
유리 조성물에 관계없이, 두 개의 평행한 측면 및 바람직하게는 광 입력면으로서 작용하는 하나 이상의 엣지면을 가진 도광판이 본 발명의 범위 내에서 제공되며, 여기서 도광판의 내부 투과율은, 100 밀리미터의 광로 길이 및 백색 광에 대해 90% 이상, 바람직하게는 91% 이상, 특히 바람직하게는 92 중량% 이상이다. 백색 광에 대한 내부 투과율을 특징으로 하는 이러한 도광판은 특히 상기에 이미 기재한 추가 특징을 가질 수 있으며, 조명 장치 및/또는 디스플레이 스크린의 일부로서 사용될 수 있다.
Claims (14)
- 유리로서,
- B2O3 및 SiO2를 성분으로서 함유하고, B2O3 및 SiO2의 총 함량은 70 중량% 이상, 또는 80 중량% 이상, 또는 90 중량% 이상이며,
- 유리의 조성물 중 2가 금속의 금속 산화물의 총 함량은 3 중량% 미만이고,
- 조성물 중 Al2O3의 함량은 1 중량% 내지 5 중량%이며,
유리의 내부 투과율은, 100 밀리미터의 광로 길이 및 백색 광에 대해 90% 이상인 유리. - 제1항에 있어서, 하기 특징:
- SiO2 함량이 65 내지 85 중량% 범위인 것,
- B2O3 함량이 10 내지 20 중량% 범위인 것
중 하나 이상을 가지는 것인 유리. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 특징:
- 산화물 형태의 철의 함량이 60 ppm 미만인 것,
- 철 이온 Fe3+의 양에 대한 철 이온 Fe2+의 양의 비가 0.05 미만인 것
중 하나 이상을 가지는 것인 유리. - 제3항에 있어서, 하기 특징:
- 유리의 굴절률이 1.52 미만, 또는 1.45 초과인 것,
- 실온에서의 선 열팽창계수가 2.5·10-6 K-1 내지 4.5·10-6 K-1 범위인 것,
- 투과도가 2 밀리미터의 조사 두께(irradiated thickness) 및 백색 광에 대해 93% 이상인 것
중 하나 이상을 더 특징으로 하는 것인 유리. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 유리는 할로겐화물 이온, 또는 염화물 이온을 0.05 중량% 내지 0.2 중량%의 비율로 함유하는 것을 더 특징으로 하는 것인 유리.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화 세륨을 포함하지 않는 것인 유리.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 알칼리 붕규산 유리인 것인 유리.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 특징:
- 유리의 Na2O 함량이 0 중량% 내지 8 중량%인 것
- 유리의 K2O 함량이 0 중량% 내지 1 중량%인 것
- 유리의 Li2O 함량이 0 중량% 내지 2 중량%인 것
중 하나 이상을 더 특징으로 하는 것인 유리. - 제1항 또는 제2항에 있어서, As2O5, Sb2O5, 및 SnO2을 포함하지 않는 것인 유리.
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