KR20070045999A - 고굴절률을 갖는 무납 및 무비소 광학 유리 - Google Patents

고굴절률을 갖는 무납 및 무비소 광학 유리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 납과 비소, 바람직하게는 가돌리늄, 보다 바람직하게는 불소 또한 포함하지 않으며, 매핑, 프로젝션, 원격 통신, 광통신 공학, 모바일 드라이브, 레이저 기술 및/또는 마이크로 렌즈 어레이 분야에 적용되며, 1.91 ≤ nd ≤ 2.05의 굴절률과 19 ≤ vd ≤ 25의 아베수(vd)를 가지며, 470℃ 이하, 바람직하게는 450℃ 이하의 낮은 유리 전이 온도와 우수한 제조성과 가공성, 결정화 안정성을 갖는 광학 유리를 기술하고 있다. 본 발명에 따른 유리는 아래의 조성 범위(산화물을 기초로 중량%) 내에서 아래의 성분들을 포함한다.
Figure 112006078353668-PAT00001
여기서, GeO2에 대한 Bi2O3의 비는 5 이하이다.
광학, 알칼리, 점성, 온도차

Description

고굴절률을 갖는 무납 및 무비소 광학 유리{LEAD AND ARSENIC FREE OPTICAL GLASS WITH HIGH REFRACTIVE INDEX}
도 1은 유리 실시예 2에 있어서 본 발명에 따른 유리의 점성 곡선을 도시한다.
도 2는 유리 실시예 3에 있어서 본 발명에 따른 유리의 내부 전송 곡선을 도시한다.
본 발명은 산화게르마늄(germanium oxide)을 포함하는 무납(lead free) 및 무비소(arsenic free), 바람직하게는 무불소(fluorine free) 산화비스무트 광학 유리(optical bismuth oxide glass)에 대한 것이며, 이러한 광학 유리를 매핑(mapping), 프로젝션(projection), 원격 통신(telecommunication), 광통신 공학(optical communication engineering), 모바일 드라이브(mobile drive), 레이저 기술(laser technology) 분야에 사용하는 방법에 대한 것일 뿐만 아니라 광학 부재와 이러한 광학 부재의 프리폼(preform)에 대한 것이다. 본 발명에 따른 유리는, 예를 들어 전하 결합 소자(예를 들어 영상 변환을 위한 반도체 부재인 CCD: charge coupled device)를 위한 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array) 분야에 사용될 수도 있다.
최근 들어서, 광학 기술과 광전자 기술 분야(적용 분야는 매핑, 프로젝션, 원격 통신, 광통신 공학, 모바일 드라이브, 레이저 기술 및 마이크로 렌즈 어레이) 시장에서의 경향은 점점 소형화의 방향으로 가고 있다. 이러한 추세는, 최종 제품들이 점점 더 소형화되고 있으며 자연적으로 이러한 최종 제품의 단일 구조 부재 및 부품의 소형화를 요구하는 것을 통해 알 수 있다. 광학 유리의 생산자에게 있어서, 이러한 발전은 최종 제품의 양이 증가함에도 불구하고 원료 유리의 요구되는 체적은 확연하게 감소한다는 것을 의미한다. 이와 동시에, 재가공업자로부터 유리 생산자에게 가해지는 가격 압력이 증가하는데, 왜냐하면 블록 및/또는 잉곳 유리로 제조된 소형 부품을 제조하는 경우에 제품에 따라 더욱 폐기물들이 많이 발생되고 이러한 소형 부품을 가공하는 데에는 대형 구조 부재의 제조에 필요한 비용보다 더 많은 작업 비용을 필요로 하기 때문이다.
현재까지도 통상적으로 사용되는 절차인 블록 또는 잉곳 유리로부터 광학 부품용 유리 부분을 제거하는 대신에, 최근에는 예를 들어 곱(gob) 또는 구(sphere)와 같이 최종 형상 및 최종 기하 구조와 가능한 한 유사한 프리폼이 유리 용융 직후에 제조되는 제조 절차가 각광을 받는다. 예를 들어, 재압축을 위해 최종 기하 구조에 유사한 프리폼, 이른바 "정밀 곱(precision gob)"에 대한 요구는 점점 증가하고 있다. 일반적으로, 이러한 "정밀 곱"은 이미 분배되고 광학 부품의 최종 형상에 유사한 기하 구조를 가지며 완전하게 가열연마(fire polish)되고 자유 또는 반 자유 성형된 유리 부분을 의미한다.
이러한 "정밀 프리폼(precision preform)"은, 이른바 "정밀 압축(precise pressing)" 또는 "정밀 몰딩(precise molding)" 또는 "정밀 블랭크 압축(precise blank pressing)"에 의하여 렌즈, 비구면 렌즈(aspheres), 마이크로 렌즈 어레이 등과 같은 광학 부재로 변환될 수 있다. 이어서, 기하 구조 형태 또는 예를 들어 표면 연마와 같이 표면을 추가적으로 가공할 필요가 없게 된다. 이러한 절차는 소량의 용융 유리(재료의 수많은 소형 부품에 분배된)와 짧은 설정 시간에 의한 유연한 방식으로 부합할 수 있다. 하지만, 상대적으로 적은 수의 단위 시간당 부품의 수가 상대적으로 적으며 통상적으로 보다 소형화된 기하 구조로 인하여, 가치의 창출은 재료 자체의 가치만으로는 발생할 수 없다. 오히려, 제품들은 설치 준비된 상태로 프레스를 떠나야 하며, 다시 말해서 수고스러운 후가공(post-processing), 냉각 및/또는 냉간 재가공을 필요로 하지 않아야 한다. 고정밀도의 기하 구조가 요구되므로, 높은 등급의 정밀 기기와 그에 따른 고가의 몰드 재료가 이러한 압축 절차에 사용되어야 한다. 이러한 몰드의 수명은 제조되는 제품 및/또는 재료의 수익성에 지대한 영향을 미친다. 몰드의 오랜 수명을 위한 중요한 요소는 가공 온도이며, 이 가공 온도는 가능한 한 낮아야 하지만 압축되는 재료의 점성이 압축 절차에 충분한 온도까지만 낮아질 수 있다. 이는, 가공 온도와 가공되는 유리의 전이 온도(Tg)와 이러한 압축 공정의 수익성 사이에는 직접적인 상관 관계가 있음을 의미한다. 유리의 전이 온도가 낮아지면, 몰드의 수명이 늘어나고, 그로 인해 보다 많은 수익을 창출된다. 따라서, 이른바 "낮은 전이 온도(Tg) 유리", 즉 낮은 용융점 과 낮은 전이 온도와 가능한 한 낮은 온도에서도 가공에 필요한 충분한 점성을 갖는 유리에 대한 요구가 있다.
또한, 용융의 가공 기술 관점에서 보면, "쇼트" 유리(short glass) 즉 온도가 상대적으로 조금 변화하는 경우에 소정의 점성 범위 내에서 급격하게 변화하는 점성을 갖는 유리에 대한 증가하는 수요가 있다. 이러한 거동은, 용융 공정에서 열간 성형(hot forming)의 시간, 즉 몰드의 밀폐 시간이 단축될 수 있는 장점을 갖는다. 이로 인하여, 한편으로는 처리량이 증가할 수 있으며, 즉 사이클 시간이 줄어들 수 있다. 다른 한편으로는, 이로 인하여 몰드 재료가 보호될 수 있으며, 이것은 전술한 바와 같이 전체 제조 비용에 긍정적인 영향을 미친다. 이러한 "쇼트(short)" 유리는, 한층 높은 결정화(crystallization) 경향을 갖는 유리가 롱거 유리(longer glass)보다 빠른 냉각에 의하여 가공될 수 있다는 장점을 추가로 갖는다. 게다가, 이어지는 이차 열간 성형 단계에서 문제를 야기할 수 있는 사전 핵형성(prenucleation)이 발생하기 않는다. 이는, 이러한 유리가 섬유로 신장될 수도 있는 가능성을 제시한다.
전술한 특성 및 필요 특성에 더하여, 유리는 충반한 내화학성이 있으며 가능한 한 낮은 팽창 계수를 바람직하게 갖는다.
종래 기술은 유사한 화학적 조성 또는 유사한 광학 상태를 갖는 유리에 대해 이미 기술하고 있으나, 이들 유리는 엄청난 단점들을 지니고 있다. 특히, 이들 유리 중 대다수는 망상 형성제(network-forming agent)인 SiO2를 고비율로 포함하므 로, 그로 인해 유리의 전이 온도가 증가하고 온도 변화에 따른 영향을 덜 받는 점성 곡선(viscosity curve)이 발생되고 굴절률이 낮아지게 되며, 및/또는 F 및 P2O5와 같은 성분은 용융 공정 및 가열 공정 중에 증발하기 쉬우므로, 그로 인해 유리 조성의 정확한 조정이 곤란하게 된다. 이러한 증발은, 유리가 재가열되고 몰드의 표면과 유리에 증착될 수 있는 압축 공정 중에 단점이다.
일본 공개 특허 공보 제 JP 2002/201039호는 고굴절률을 갖는 압축 몰딩용 유리를 포함하는 Bi2O3에 대해 개시하고 있다. 하지만, 기본형 유리(basic glass type)는 소량의 GeO2만을 포함한다.
일본 공개 특허 공보 제 JP 04-106806호는 유전체 합성물(dielectric composite)을 포함한다. 유리 성분은 CeO를 항상 포함한다.
광학 활성 희토류(optically active rare earth)를 항상 포함하는 광학 활성 유리는, 국제 공개 특허 공보 제 WO 99/51537호, 일본 공개 특허 공보 제JP 2001/213635호, 국제 공개 특허 공보 제 WO 01/55041호, 국제 공개 특허 공보 제 WO 03/022764호, 독일 공개 특허 공보 제 DE 10 144 475호 및 국제 공개 특허 공보 제 WO 03/022755호에 개시되어 있다.
국제 공개 특허 공보 제 WO 03/022763호 및 제 WO 03/022766호는, 적어도 하나의 광학 활성 희토류 원소가 혼입되고 산화비스무트와 산화게르마늄을 포함할 수도 있는 광학 활성 유리에 대해 개시하고 있으나, 성분으로서 실질적으로 산화게르마늄을 포함하는 정확하게 기재된 유리의 경우에는, 이들 산화물의 비율이 적어도 10이며, 다시 말해서 유리는 상대적으로 높은 함량의 산화비스무트를 갖는다. 국제 공개 특허 공보 제 WO 03/022766호에 따르면, 모든 유리는 백금 도가니(platinum crucible)에서 용융되며, 3 ppm 이상의 백금 성분을 포함하는 유리는 유리의 자외선 경계(UV edge)의 위치에 부정적인 영향을 미친다는 결과를 항상 야기한다.
독일 공개 특허 공보 제 DE 10 308 476호는 각각의 총합이 몰(mol)수치로 최대 5%인 B2O3, SiO2 성분을 항상 구비하는 유리를 포함하는 비스무트에 대해 개시하고 있다. 소련 공개 특허 공보 제 SU 876572호는 음향 광학 장치(acoustic-optical device)를 위한 광학 유리에 대해 개시하고 있다. 하지만, 광학 유리는 22 중량% 이상의 GeO2를 항상 포함한다.
본 발명의 목적은, 바람직한 광학적 성질(nd/vd)을 갖는 동시에 낮은 전이 온도가 달성될 수 있는 광학 유리를 제공하는 것이며, 특히 생태학적 고려에 의하여 PbO, Tl2O, TeO2 및 As2O3와, 바람직하게는 불소 및 Gd2O3도 사용하지 않는다. 또한, 유리는, 410 nm이하의 자외선 경계(λC(5 mm)) 위치를 가져야 하고 블랭크 압축 방법(정밀 압축)에 의해 처리 가능해야 하며 매핑, 프로젝션, 원격 통신, 광통신 공학, 모바일 드라이브 및 레이저 기술에 적합해야 하고 1.91 ≤ nd ≤ 2.05의 굴절률(nd), 19 ≤ vd ≤ 25의 아베수(abbe number: vd) 및 바람직하게는 Tg ≤ 470℃의 최대한 낮은 전이 온도를 가져야 한다. 유리의 용융성(meltability)과 가공 성(processability) 역시 우수해야 하며, 유리는 연속적으로 거동되는 응집체의 제조를 가능하도록 하는 결정화 안정성(crystallization stability)을 충분히 가져야 한다. 유리는 107.6 내지 1013 dPas의 점성 범위 내에서 가능한 한 "쇼트(short)"한 것이 바람직하다. 소위 쇼트(short) 유리라 함은 102 내지 1013 dPas의 점성 범위 내에서 매우 가파른 점성 곡선을 갖는 유리를 의미한다. 본 발명에 따른 유리의 경우에는, "쇼트(short)" 라는 용어는 107.6 내지 1013 dPas의 점성 범위에 속해야 한다.
전술한 목적은 특허청구범위에 기재된 본 발명의 태양에 의하여 달성된다.
특히, 납과, 비소와, 바람직하게는 불소를 포함하지 않으며 1.91 ≤ nd ≤ 2.05의 굴절률(nd), 20 ≤ vd ≤ 25의 아베수(vd)를 갖는 광학 유리는 다음의 성분들을 포함한다(산화물을 기초로 중량%로 표시).
Figure 112006078353668-PAT00002
여기서, Bi2O3와 GeO2의 비율은 5이하이다. 바람직하게는, 이 비율은 4이하이다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 유리는 최대 3 ppm, 보다 바람직하게는 2 ppm, 최고 바람직하게는 최대 1ppm이하의 백금 성분을 포함한다. 백금 함량이 이러한 바람직한 값으로 되기 위하여, 본 발명에 따른 유리는 예를 들어 석영 탱크(quartz tank)와 같이 백금이 없는 용융 도가니에서 용융되는 것이 바람직하다. 백금 성분의 낮은 함량은, 소망하는 높은 굴절률을 갖는 유리의 특징인 410 nm이하의 자외선 경계(UV edge)의 위치(position)를 용이하게 한다.
최대 5 인(5 이하를 의미) 비스무트와 게르마늄 주 산화물들의 비율은, 높은 굴절률과 관련하여 소망한 값의 유리 전이 온도를 이루는 데 필요한 가능한 한 많은 양의 산화비스무트 사용함으로써 달성될 수 있으나, 다른 한편으로는 산화비스무트 성분은 유리를 산화환원 반응(redox reaction)에 민감하도록 만들며, 원소로서 비스무트는 조악한 전이 특성과 자외선 경계의 이동과 관련되는 소망하지 않은 유리의 변색에 영향을 준다. 또한, 특히 비스무트 비율이 증가하는 혼합물로서의 유리 융성물(glass melt)은, 용융 도가니를 점점 더 침식시킨다.
바람직하게는, Bi2O3와 GeO2의 총합이 70 중량% 이상이다.
바람직하게는, 유리가 언급되지 않은 성분들을 포함하지 않는다.
또한, 본 발명은 전술한 유리로부터 압축, 특히 정밀 압축되는 광학 부재에 대한 것이며, 이에 더하여 본 발명은 전술한 유리를 정밀 압축에 의해 광학 부재로 제조하는 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 유리는, 유사 유리 계열(similar glass families)의 공지된 광학 유리에 비해 아베수 및 굴절률과 같은 동일한 광학 상태를 갖는다. 하지만, 유리는 우수한 환경 친화성뿐만 아니라 우수한 용융성 및 가공성을 특징으로 한다.
특히, 이들 유리는 예를 들어 정밀 곱의 제조와 같은 최종 윤곽에 근접한 가공에 적합하고, 정확한 최종 윤곽을 갖는 광학 부품의 제조를 위한 정밀 압축 공정에 적합하다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 유리의 점성 온도 프로파일 및 가공 온도는, 최종 기하 구조 및 최종 윤곽에 유사한 열간 성형이 예민한 정밀 기계에 의해서도 가능하게끔 조정된다.
또한, 본 발명에 따른 유리의 결정화 안정성과 점성 온도 프로파일의 조합은, 대부분의 경우에 아무 문제 없도록 유리의 열(추가)처리(pressing respectively re-pressing)를 용이하게 할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 유리는 1.91 ≤ nd ≤ 2.05, 바람직하게는 1.92 ≤ nd ≤ 2.04, 보다 바람직하게는 1.92 ≤ nd ≤ 2.02의 굴절률(nd)과 20 ≤ vd ≤ 25, 바람직하게는 20 ≤ vd ≤ 24의 아베수(vd)를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 유리는 Tg ≤ 470℃, 바람직하게는 Tg ≤ 450℃의 전이 온도를 갖는다.
본 발명에 따르면, 이른바 "낮은 전이 온도 유리"는 낮은 전이 온도(Tg), 즉 바람직하게는 최대 470℃의 전이 온도를 갖는 유리를 의미한다.
본 발명에 따른 유리는 107.6 내지 1013 dPas의 점성 범위에서 가능한 한 "쇼트(short)"한 것이 바람직하다. 이 경우에, "쇼트(short) 유리"는 소정의 점성 범위 내에서 온도가 상대적으로 조금 변화하는 경우에 점성이 엄청나게 변화하는 유리를 의미한다. 바람직하게는, 이러한 유리의 점성이 107.6 dPas 에서 1013 dPas까지 변화하는 경우에 온도차(ΔT)가 최대 90K, 바람직하게는 최대 80K이다.
도 1은 유리 실시예 2에 있어서 본 발명에 따른 유리의 점성 곡선을 도시한다. 도 1에서, 수직선은 이 유리의 점성이 107.6 dPas 에서 1013 dPas까지 변화하는 때에 온도차(ΔT)를 나타낸다. 이 경우에, 온도차(ΔT)는 499와 426℃의 사이, 즉 73K이다.
도 2는 유리 실시예 3에 있어서 본 발명에 따른 유리의 내부 전송 곡선(internal transmission curve)을 도시한다. 이 경우에, 가장자리 파장 (λC(5mm))은 396 nm이다.
본 발명에 따르면, 유리의 "내부 품질(inner quality)"은 유리가 가능한 한 낮은 비율의 기포(bubbles) 및/또는 홈(strias) 및/또는 유사한 결함을 포함하는 것을 의미하며, 바람직하게는 이러한 결함들을 전혀 포함하지 않는 것을 의미한다.
이어서, "무X(X free)" 또는 "무-X(X-free)" 또는 "성분 X가 없는(free of a component X)"이라는 용어는 유리가 이러한 성분 X를 실질적으로 포함하지 않는다는 것을 의미하며, 다시 말해서 이러한 성분은 오직 불순물로서만 존재하고 단일 성분으로서 유리 조성에 첨가되지 않는다는 것을 의미한다. 여기서, X란 예를 들어 불소(F)와 같은 임의의 성분을 나타낸다.
이어서, 유리 성분의 모든 비율 데이터는 다른 언급이 없을 경우에 산화물을 기초로 하여 중량%로 제시된다.
본 발명에 따른 유리의 기본 유리 시스템은, 최대 5의 산화게르마늄에 대한 산화비스무트의 비율을 갖는 산화비스무트 유리를 포함하는 산화게르마늄이며, 이것은 소망하는 특성을 위한 훌륭한 바탕(basis)이다.
본 발명에 따른 유리는 적어도 55 중량%, 바람직하게는 적어도 56 중량%, 보 다 바람직하게는 적어도 57 중량% 비율의 Bi2O3를 갖는다. Bi2O3의 비율은 최대 70 중량%이고, 바람직하게는 최대 68 중량%이며, 보다 바람직하게는 최대 66 중량%이다. Bi2O3는 107.6 내지 1013 dPas의 점성 범위에서 소망하는 점성 온도 거동("쇼트(short)" 유리)에 기여한다. 게다가, Bi2O3은 유리 전이 온도를 낮추며 유리의 밀도를 증가시킨다. 유리의 밀도를 증가시키는 것은 높은 굴절률을 보장한다. 70 중량%의 최대 비율을 초과하지 않아야 하는데, 이는 Bi2O3의 자체 색상이 유리의 전송에 매우 부정적인 영향을 미치기 때문이다. 하지만, 55 중량%의 최저 비율 아래로 떨어지지 않아야 하는데, 이는 본 발명에 따른 높은 굴절률과 함께 낮은 유리 전이 온도를 보장하기 위함이다.
본 발명에 따른 유리는 적어도 13 중량%, 바람직하게는 적어도 14 중량%, 보다 바람직하게는 15 중량% 비율의 GeO2를 갖는다. GeO2의 최대 비율은 21 중량%이고, 바람직하게는 최대 20 중량%이며, 보다 바람직하게는 최대 19 중량%이다. GeO2은 Bi2O3와 같이 망상 형성제이며 유리를 안정화시킨다. Bi2O3와 더불어 GeO2은 본 발명에 따른 유리의 높은 굴절률과 낮은 전이 온도를 개선시킨다. 게다가, GeO2은 높은 아베수를 지지한다. 따라서, 비율은 제시된 최소 비율 아래로 떨어지지 않아야 한다.
Bi2O3 및 GeO2이외에 SiO2도 망상 형성제로서 유리에 혼입될 수 있다. 본 발 명에 따른 유리는 최대 9 중량%, 바람직하게는 최대 8 중량%, 특히 바람직하게는 최대 7 중량%의 SiO2를 포함한다. 산화규소 성분의 가능한 최소 한계는 이 성분의 0.5 중량%의 양이 선택될 수 있다.
SiO2의 최대 비율을 초과하지 않아야 하는데, 이는 SiO2가 유리의 유리 전이 온도 및 점성을 증가시킬 뿐만 아니라 굴절률을 감소시키기 때문이다.
B2O3의 최대 비율은 10 중량%이고, 바람직하게는 최대 9 중량%이며, 특히 바람직하게는 최대 8 중량%이다. B2O3의 강력한 망상 형성 특성은 결정화 및 내화학성에 대한 안정성을 증가시킨다. 하지만, 비율이 10 중량%를 초과하지 않아야 하는데, 그렇지 않으면 유리가 본 발명에 따라 바람직하지 않은 "롱거(longer)"한 것으로 되기 때문이다. 게다가, 용융 공정 및 가열 공정 중에 첨가된 B2O3의 부분이 증발할 수 있으며, 그로 인해 조성의 정확한 조정이 곤란하다. 본 발명에 따른 유리는 적어도 1 중량%, 바람직하게는 2 중량%의 양으로 B2O3을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유리는 최대 10 중량%, 바람직하게는 최대 7 중량%, 특히 바람직하게는 최대 5 중량% 비율의 ZnO을 갖는다. ZnO은 107.6 내지 1013 dPas의 점성 범위에서 소망하는 점성 온도 거동("쇼트(short)" 유리)에 기여한다.
본 발명에 따른 유리는 알칼리 금속 산화물로서 최대 5 중량%, 바람직하게는 최대 4 중량%, 더욱 바람직하게는 최대 3 중량%의 Li2O, Na2O, K2O를 포함한다. 본 발명에 따른 유리는 적어도 0.5 중량%, 바람직하게는 적어도 0.7 중량%의 Li2O를 포함할 수 있다.
만일 유리가 세슘 산화물(caesium oxide)을 포함한다면, 세슘 산화물의 양은 최대6 중량%, 바람직하게는 최대 5 중량%, 보다 바람직하게는 최대 4 중량%이다.
본 발명에 따른 유리의 알칼리 금속 산화물의 총합은 0 내지 5 중량%이다. 바람직하게는 최대 3 중량%이고, 특히 바람직하게는 최대 2 중량%이다. 알칼리 금속 산화물의 총합은 최대 5 중량%이며 이 수치를 초과하지 않아야 하는데, 그렇지 않을 경우에 이러한 유리 시스템의 굴절률이 매우 낮아지기 때문이다. 알칼리 금속 산화물의 첨가는 가열 거동을 최적화하기 위함이며, 다시 말해서 알칼리 금속 산화물은 융제(fluxing agent)와 같은 효과를 갖는다. 게다가, 알칼리 금속 산화물은 유리 전이 온도를 낮추는 데 기여한다.
점성 온도 거동을 유연하게 조절하기 위하여, 본 발명에 따른 유리는 MgO, CaO, SrO 및/또는 BaO 을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 알칼리토류(alkaline-earths)를 선택적으로 포함할 수 있다. 단일 성분의 비율은 10 중량%, 바람직하게는 7 중량%, 특히 바람직하게는 6 중량%를 초과하지 않아야 한다. 본 발명에 따른 유리는 MgO, CaO, SrO 또는 BaO를 적어도 0.5 중량%, 바람직하게는 적어도 1 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 알칼리 토류는 가파른 점성 곡선에 기여한다. 10 중량%의 최대 비율이 초과되지 않아야 하는데, 왜냐하면 유리에서의 높은 비율은 특히 재가열 중에 투명상실(devitrification)로 이어지기 때문이다.
본 발명에 따른 유리는 최대 7 중량%, 바람직하게는 최대 6 중량% 비율의 La2O3와, 각각 최대 6 중량%, 바람직하게는 5 중량%, 특히 바람직하게는 최대 4 중량% 비율의 WO3 및 Nb2O5을 포함할 수 있다. 이들 성분들을 사용하여, 광학 상태가 조정될 수 있다. 하지만, 높은 비율의 경우에는 유리의 점성이 높아진다.
바람직하게는, 유리가 TiO2을 포함하지 않는다. 유리는 0 내지 최대 5 중량%, 바람직하게는 최대 4 중량%, 특히 바람직하게는 최대 3 중량%의 이 성분을 포함할 수 있다. TiO2은 높은 굴절률과 높은 분산능(dispersion)에 기여하며 광학 상태를 조정하는 역할을 수행할 수 있다. 하지만, 이 성분은 유리의 전이 온도와 점성을 증가시키며 자외선 흡수를 통한 전송에 부정적인 영향을 준다.
바람직하게는, 산화물 Bi2O3 및 GeO2의 합은 70 중량% 이상이며, 특히 바람직하게는 72 중량% 이상이며, 보다 바람직하게는 73 중량% 이상이다. 이러한 총합에 의하여, 본 발명에 따른 유리의 낮은 유리 전이 온도와 높은 굴절률이 보장된다.
바람직하게는, 광학 유리로서의 본 발명에 따른 유리는 착색 성분 및/또는 레이저 활성과 같은 광학 활성 성분 역시 포함하지 않는다.
특히, 본 발명에 따른 유리는 예를 들어 Ag와 같이 산화환원 반응에 예민한 성분 및/또는 예를 들어 Tl, Te, Be 및 As 산화물과 같이 인체의 건강에 치명적이거나 유해한 성분 역시 포함하지 않는다. 모든 경우에 있어서, 유리는 PbO와 비소를 포함하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 유리는 청구항에 언급되지 않은 다른 성분들을 포함하지 않는 것이 역시 바람직하며, 다시 말해서 이러한 실시예에 따르면 유리는 기재된 성분들을 실질적으로 포함한다. 이 경우에 있어서, "실질적으로 포함한다" 라는 용어는, 다른 성분들은 단지 불술물로서 존재할 뿐이며 단일 성분으로서 유리 조성에 의도적으로 첨가되지 않는다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 유리는 종래의 청징제(fining agent)를 소량으로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 첨가되는 청징제의 양은 최대 2.0 중량%, 보다 바람직하게는 최대 1.0 중량%이다. 다음의 성분들 중 적어도 하나의 성분이 청징제로서 본 발명에 따른 유리에 포함될 수 있다(중량%, 잔여 유리 조성에 더하여):
Sb2O3 0 내지 1 및/또는
SnO 0 내지 1 및/또는
SO4 2 - 0 내지 1 및/또는
F- 0 내지 1
또한, 불소 또는 불소를 포함하는 화합물은 용융 공정 및 가열 공정 중에 증발하기 쉬우므로, 유리 조성을 정확하게 조정하는 것이 곤란하다. 그로 인하여, 본 발명에 따른 유리는 불소 역시 포함하지 않는다.
게다가, 본 발명은 매핑, 프로젝션, 원격 통신, 광통신 공학, 모바일 드라이브 및 레이저 기술 분야에 적용하기 위한 본 발명에 따른 유리의 사용 방법에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 유리를 포함하는 광학 부재에 대한 것이다. 여기서, 광학 부재는, 특히 렌즈, 비구면 렌즈, 프리즘 및 소형 구조 부재일 수 있다. 이 경우에 있어서, 본 발명에 따른 용어 "광학 부재"는 예를 들어 곱, 정밀 곱 등과 같이 광학 부재의 프리폼도 포함한다.
이어서, 본 발명은 일련의 예에 의하여 자세하게 설명된다. 하지만, 본 발명은 기재된 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예
다음의 실시예들은 본 발명에 따른 바람직한 유리들을 나타내며 본 발명에 따른 유리의 보호 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1:
산화물 위한 원료가 배분되며, 예를 들어 Sb2O3와 같은 하나 이상의 청징제가 첨가되며, 이어서 이들이 충분히 혼합된다. 유리 혼합물은 약 970℃에서 연속 용융 응집체로 용융되며 산소가 기포로 첨가되고 이어서 정제되며(970℃) 균질화된다. 대략적으로 970℃인 주조 온도에서, 유리는 소망하는 치수로 주조되거나 가공될 수 있다. 높은 체적의 연속 응집체에서는, 온도가 약 100 K정도 감소될 수 있으며 재료는 최종 기하 구조에 유사하도록 압축 방법에 의해 가공될 수 있다는 것을 경험상 알 수 있다.
표 1: 100 kg의 계산된 유리에 대한 용융 실시예(예시 유리 6에 따라서)
Figure 112006078353668-PAT00003
따라서, 유리의 특성은 예시 6의 표 2에 제시된다.
표 2: 예시 유리 1 내지 예시 유리 6(데이터는 중량%로 산화물을 기초로 한다):
Figure 112006078353668-PAT00004
표 3: 예시 유리 7 내지 예시 유리 11(데이터는 중량%로 산화물을 기초로 한다):
Figure 112006078353668-PAT00005
본 발명에 따른 유리는 470℃ 이하의 유리 전이 온도(Tg)를 가지며 우수하게 가공될 수 있고 알칼리에 대하여 매우 우수한 저항(우수한 내알칼리성)을 갖는다.
본 발명에 따른 유리는 낮은 유리 전이 온도, 고굴절률, 고아베수 및 우수한 내알칼리성을 갖는다. 유리의 전이 온도가 낮아지면, 몰드의 수명이 늘어나고, 그로 인해 보다 많은 수익을 창출된다. 따라서, 이른바 낮은 전이 온도(Tg) 유리를 달성할 수 있다.

Claims (12)

1.91 ≤ nd ≤ 2.05의 굴절률(nd)과 19 ≤ vd ≤ 25의 아베수(vd)를 갖는 무납 및 무비소 광학 유리에 있어서,
상기 유리는 다음의 조성 (산화물을 기초로 중량 % 로):
Figure 112006078353668-PAT00006
을 포함하며,
GeO2에 대한 Bi2O3의 비율이 5이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항에 있어서,
산화비스무트와 산화게르마늄의 합이 70 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 및/또는 제2항에 있어서,
상기 유리는 다음의 조성(산화물을 기초로 중량%로) :
Figure 112006078353668-PAT00007
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 다음의 조성(산화물을 기초로 중량%로) :
Figure 112006078353668-PAT00008
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 다음의 성분들 (중량% 로) :
Sb2O3 0 내지 1 및/또는
SnO 0 내지 1 및/또는
SO4 2 - 0 내지 1 및/또는
F 0 내지 1
중 최소한 하나를 청징제로서 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 불소를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리는 최대 3ppm의 백금 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
Bi2O3/GeO2 의 비율은 4 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유리의 매핑, 프로젝션, 원격 통신, 광통신 엔지니어링, 모바일 드라이브, 레이저 기술 및/또는 마이크로 렌즈 어레이 분야를 위한 이용.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유리의 광학 부재를 위한 이용.
광학 부재로서,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유리를 포함하는 광학 부재.
광학 부재의 제조 방법으로서,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유리의 정밀 압축 단계를 포함하는 광학 부재 제조 방법.
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