KR20120078305A - 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 이용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법 - Google Patents

용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 이용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 이용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상기 아이소파이프(isopipe)의 트로프(trough)는 2종의 용융유리가 분리하여 수용되도록 격벽에 의하여 두 개의 분할된 용융유리 수용공간을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 사용하여 투명전도성 유리기판을 제조하는 방법은 격벽에 의하여 용융유리 조성물을 독립적으로 수용하는 분할공간을 구비함으로서 별도의 접합공정 없이 터치 스크린 등의 영상 표시장치에 사용되는 투명 전도성 유리기판의 제조가 가능하므로 공정 효율성 및 경제성이 매우 우수하다.

Description

용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 이용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법{Isopipe of molten glass for fusion manufacturing process and the method for preparing a transparant electro-conductive glass plate using the same}
본 발명은 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 이용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상기 아이소파이프(isopipe)의 트로프(trough)는 2종의 용융유리가 분리하여 수용되도록 격벽에 의하여 두 개의 분할된 용융유리 수용공간을 가지는 것을 특징으로 한다.
터치스크린 패널은 디스플레이 패널의 전면(前面)에 설치되며 그 디스플레이 패널의 디스플레이 상에서 터치의 존재 및 위치를 검출하는 입력 장치로서 이용된다. 터치스크린 패널에 의해 사용자가, 디스플레이 패널 상에 표시되어 사용자에 의해 시각적으로 검출되는 정보에 기초해, 직접 입력하는 것이 가능하기 때문에, 터치스크린 패널은 다양한 애플레이션에서 대중적으로 이용되고 있다.
상기와 같은 핸드폰, 노트북, 티비, 네비게이션 등의 영상표시 장치에 터치 스크린을 적용하기 위해서는 기존의 디스플레이어 위에 별도로 제작된 터치 스크린을 장착해야 한다. 따라서 부가적으로 장착되는 터치 스크린으로 인하여 전체 영상 표시장치의 두께가 두꺼워 지며, 디스플레이에서 나오는 빛의 손실을 증가시키게 된다.
또한, 종래의 영상 표시장치의 패널을 이루는 유리기판은 오버플로우 다운드로우 또는 다운드로우법에 의하여 제조되는 것이 일반적이다.
상기 오버플로우 다운드로우 공법은 퓨전 공법이라고도 하며, 용융 유리가 아이소파이프(isopipe)로 알려진 쐐기형 내화 몸체에 형성된 구유(Trough)에 공급되고 정상상태가 되면, 용융 유리는 양쪽 면상의 구유의 상층을 오버플로우한다. 이 두 쪽의 시트는 아이소파이프의 하층부 또는 루트(Root)에서 만나서 단일 시트로 함께 융합되고, 인발장치로 보내져 인발속도로 시트의 두께를 제어하는 단계를 포함한다.
다음으로, 다운드로우법은 용융된 액체 유리가 애지테이터(Agitator)안으로 부어지고 일체화되거나 또는 별도로 구성된 하부의 토출구멍(Orifice, Slot)을 통해 유리물이 시트 형상으로 흘러 내려와 수직방향으로 하부로 당겨지면서 냉각되어진다. 유리기판의 두께는 토출구멍의 정확도에 의존되고, 시트를 당기는 인발속도와 그리고 유리물 주변 공기의 온도에 의해 냉각 속도를 조절함으로서 결정된다. 이 기법은 얇은 유리기판을 생산하는데 적합하다.
그러나 상기 종래의 제조방법은 서로 상이한 성격을 가지는 2종의 유리기판을 특별한 접합 공정 없이 연속적으로 제조할 수 없다는 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 서로 다른 성격을 가진 2종의 유리기판을 별도의 접합공정 없이 다층 유리기판을 제조할 수 있는 투명 전도성 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프를 제공하기 위함이다.
본 발명의 목적은 상기 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프를 사용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도층인 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 용융공정을 통하여 동시에 응고시켜 접합시키는 투명 전도성 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프(isopipe)로서, 상기 아이소파이프는 트로프(trough)(10); 상기 트로프에서 하부로 이어진 루트(root)(12)를 포함하는 내화성 바디를 구비하고, 상기 트로프는 2종의 용융유리가 분리하여 수용되도록 격벽(14)에 의하여 두 개의 분할된 용융유리 수용공간을 가지는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프를 제공한다.
본 발명의 구체예로서, 상기 격벽은 트로프의 길이방향(B-B')으로 수용공간을 분할하며, 트로프에 수용된 2종의 용융유리가 혼합되지 않도록 트로프 최상단의 외주보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프를 제공한다.
본 발명의 상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도층인 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 이루는 각각의 유리 조성물을 준비하는 단계;
상기 유리 조성물을 용융하는 단계;
격벽(14)에 의하여 용융유리 수용공간이 분할된 트로프(trough)(10); 및 상기 트로프에서 하부로 이어진 루트(root)(12)를 포함하는 내화성 바디를 구비한 아이소파이프의 분할된 용융유리 수용공간에 상기 용융된 유리 조성물을 각각의 수용공간으로 공급하는 단계;
상기 공급된 용융 유리조성물이 상기 트로프를 채운 후 계속적으로 주입하여 상기 각각의 용융 유리조성물이 트로프의 외주면을 따라 상기 루트(root)까지 흘러내리고, 상기 루트 최하단부에서 각각의 유리조성물이 접합되고 하부로 연장되어 용융유리 복합체가 형성되는 단계; 및
상기 형성된 용융유리 복합체가 냉각되어 응고되는 단계를 포함하는 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 포함하는 투명 전도성 유리기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 사용하여 투명전도성 유리기판을 제조하는 방법은 격벽에 의하여 용융유리 조성물을 독립적으로 수용하는 분할공간을 구비함으로서 별도의 접합공정 없이 터치 스크린 등의 영상 표시장치에 사용되는 투명 전도성 유리기판의 제조가 가능하므로 공정 효율성 및 경제성이 매우 우수하다.
도 1은 종래의 아이소파이프의 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래의 아이소파이프에서 용융 유리 조성물의 흐름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 사용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 아이소파이프를 이용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법에 의하여 제조된 탄소나노튜브를 포함하는 투명 전도성 유리기판의 단면도이다.
본 발명은 투명 전도성 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 이용하여 투명 전도성 유리기판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이하 상기 아이소파이프 및 투명 전도성 유리기판의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
아이소파이프는 일반적으로 오버플로우 다운드로우 공법에 사용되는 용융 유리의 퓨전 공정용 장치이다. 상기 오버플로우 다운드로우 공법은 퓨전 공법이라고도 하며, 용융 유리 조성물이 아이소파이프(isopipe)로 알려진 쐐기형 내화 몸체에 형성된 구유(Trough)에 공급되고 정상상태가 되면, 용융 유리는 양쪽 면상의 구유의 상층을 오버플로우한다. 이 두 쪽의 용융 유리 시트는 아이소파이프의 하층부 또는 루트(Root)에서 만나서 단일 시트로 함께 융합되고, 인발장치로 보내져 인발속도로 시트의 두께를 제어하는 단계를 포함한다.
도 1은 종래의 아이소파이프의 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 종래의 아이소파이프에서 용융 유리 조성물의 흐름을 개략적으로 도시한 것이다. 상기 도 1 및 도 2를 참고하여 종래의 아이소파이프를 설명하면, 상기 트로프(10)는 구유모양을 가지며 용융된 유리조성물을 담지하는 쐐기형 내화 몸체를 가진다. 용융된 유리 조성물이 상기 트로프로 공급되면, 상기 트로프의 양쪽 면상의 구유의 상층, 즉, 외주까지 차오르게 되고, 용융된 유리 조성물의 지속적인 공급으로 흘러 넘치게 된다(overflow). 상기 흘러넘친 용융 유리조성물은 트로프의 양방향으로 외주면을 따라 하부로 흐르게 되고, 트로프의 하부와 연결된 루트(root)(12)의 최하단부에서 상기 양방향에서 흐르는 용융된 유리조성물이 합쳐지고 상기 아이소파이프외부로 연장하게 된다. 그 후에 냉각되고, 응고됨으로서 단층의 유리기판, 유리 시트 또는 유리 필름이 제조될 수 있다.
따라서, 상기에서 설명한 종래기술 및 적용된 아이소파이프는 단층의 유리기판 또는 유리시트를 제조하기 위한 것으로서, 본 발명은 상기 종래기술의 단층 유리기판과는 달리 다층으로 이루어진 서로 다른 성질을 가지는 유리기판들을 별도의 접합 공정없이 제조할 수 있는 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프를 제공한다는 점에서 차이점이 존재한다.
이하 본 발명의 용융유리의 퓨전 공정용 아이소파이프를 구체적으로 설명하면, 본 발명의 아이소파이프(isopipe)는 트로프(trough)(10); 상기 트로프에서 하부로 이어진 루트(root)(12)를 포함하는 내화성 바디를 구비하고, 상기 트로프는 2종의 용융유리가 분리하여 수용되도록 격벽(14)에 의하여 두 개의 분할된 용융유리 수용공간을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격벽은 트로프의 길이방향(B-B')으로 수용공간을 분할하며, 트로프에 수용된 2종의 용융유리가 혼합되지 않도록 트로프의 외주보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 아이소파이프의 내화성 바디는 몰리브덴 또는 몰리브덴을 1 내지 50 중량% 포함하는 복합금속인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 2종의 용융 유리조성물은 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도성을 가지는 전도층으로서 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 형성하는 유리 조성물을 용융하여 사용할 수 있다.
이하 상기 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 형성하는 유리 조성물에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
유리기판 (A)
본 발명의 유리기판의 성형에 사용되는 유리 원료는 산화물, 질산염, 탄산염 등의 유리원료, 컬릿(cullet) 등을 칭량하여 혼합할 수 있다. 석영유리, 붕규산 유리, 알루미노규산염유리 등, 유리의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 본 발명의 절연층을 구성하는 유리기판 또는 전도층을 구성하는 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판의 제조공정이 오버플로우 다운드로우법(Over flow downdraw fusion process) 또는 다운드로우법(down drow process)에 의하여 성형되는 것이 바람직하므로 이에 적합한 액상점도를 가지도록 유리조성물을 제조하는 것이 바람직하다. 오버플로우 다운드로우법으로 성형하는 경우에는, 유리의 액상점도가 높은 것이 중요하다. 구체적으로는, 유리의 액상점도가 104.5dPa?s 이상, 105.0dPa?s 이상, 105.5dPa?s 이상, 특히 106.0dPa?s 이상인 것이 바람직하다. 참고로, 액상점도는 결정이 석출될 때의 점도이며, 액상점도가 높을수록 유리 성형시에 실투(失透)가 발생하기 어려워지므로 성형이 용이하게 이루어 질 수 있다.
또한, 열수축율이 작은 유리기판을 얻는다는 관점에서 보면, 유리의 변형점이 높은 것이 바람직하다. 변형점이 높은 유리일수록, 냉각속도가 높더라도 원하는 열 수축율을 달성하는 것이 가능하고, 짧은 서냉로에서의 생산이 가능하므로 그만큼 생산성이 향상될 수 있다. 유리의 변형점은, 구체적으로는 600℃ 이상, 630℃ 이상, 특히 650℃ 이상인 것이 바람직하다.
액상점도가 높고, 또한 변형점이 높은 유리로서는, SiO2 50?70 중량%, Al2O3 10?25중량%, B2O3 3?15중량%, MgO 0?10중량%, CaO 0?15중량%, SrO 0?15중량%, BaO 0?15중량%, 및 Na2O 0?5중량%를 함유하는 알루미노규산염계 유리를 들 수 있다. 또한 상기의 조성범위의 유리기판은, 디스플레이 기판에 요구되는 내약품성, 비영률, 화학내구성, 용융성 등이 우수한 유리로 만드는 것이 가능하다.
이와 같이 하여 조성된 유리원료를 유리용융장치에 공급하여 용융시킨다. 상기 용융 온도는, 유리의 종류에 따라 적절히 조절하면 되는데, 예컨대 상기의 조성을 가지는 유리의 경우에는, 1500?1650℃ 정도의 온도로 용융하면 된다. 참고로, 본 발명에서 행하는 용융에는, 청징, 교반 등의 각종 공정을 포함한다.
(B) 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판
본 발명은 전도층으로서 투명성을 가지는 유리기판의 제조를 위하여 탄소나노튜브를 전도성 충진재로서 유리기판에 도입하였다.
상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)의 기초원료인 유리 조성물은 상기 유리기판(A)의 유리원료를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 탄소나노튜브는 전도성 입자로서 유리기판에 전도성을 부여한다. 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT: Single-layer Wall Carbon nanotube)나 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT: Multie-layer Wall Carbon nanotube)일 수 있다. 대체로 단일벽 탄소나노튜브를 채용하는 경우에 다중벽 탄소나노튜브를 채용하는 경우보다 높은 전기전도도를 얻을 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브의 종횡비(aspect ration, 길이 대 직경의 비율)가 클수록 유기기판상에서 전도성 네트워크 형성이 용이하고 전기 전도에 필요한 탄소나노튜브 간의 접촉 수가 줄어들어 동일한 함량에서 큰 전기 전도도를 가진다. 예를 들어, 길이 540㎛, 직경 35~60nm의 MWCNT(종횡비는 약 1:9000~15400)는 길이 2~5㎛, 직경 1.2~1.5nm의 SWCNT(종횡비는 약 1:1300~4100) 보다 동일한 함량일 때에 더 큰 전기 전도도를 가진다.
상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 유리조성물 95 내지 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 종횡비 및 함량으로 유리조성물에 포함되는 경우 전도성이 우수하며, 투명성 및 경제성이 우수하다.
투명 전도성 유리기판의 제조방법
본 발명의 투명 전도성 유리기판의 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함하여 이루어지며, 앞서 살핀바와 같이 본 발명의 격벽에 의하여 분할된 용융 유리조성물을 수용하는 독립적인 공간을 가지는 아이소파이프를 이용하여 제조되는 것이 본 발명 유리기판 제조방법의 핵심이다.
절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도층인 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 이루는 각각의 유리 조성물을 준비하는 단계;
상기 유리 조성물을 용융하는 단계;
격벽(14)에 의하여 용융유리 수용공간이 분할된 트로프(trough)(10); 및 상기 트로프에서 하부로 이어진 루트(root)(12)를 포함하는 내화성 바디를 구비한 아이소파이프의 분할된 용융유리 수용공간에 상기 용융된 유리 조성물을 각각의 수용공간으로 공급하는 단계;
상기 공급된 용융 유리조성물이 상기 트로프를 채운 후 계속적으로 주입하여 상기 각각의 용융 유리조성물이 트로프의 외주면을 따라 상기 루트(root)까지 흘러내리고, 상기 루트 최하단부에서 각각의 유리조성물이 접합되고 하부로 연장되어 용융유리 복합체가 형성되는 단계; 및
상기 형성된 용융유리 복합체가 냉각되어 응고되는 단계를 포함하여 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 포함하는 투명 전도성 유리기판이 제조될 수 있다.
본 발명의 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프 및 상기 아이소파이프를 사용하여 투명전도성 유리기판을 제조하는 방법은 격벽에 의하여 용융유리 조성물을 독립적으로 수용하는 분할공간을 구비함으로서 별도의 접합공정 없이 터치 스크린 등의 영상 표시장치에 사용되는 투명 전도성 유리기판의 제조가 가능하므로 공정 효율성 및 경제성이 매우 우수하다.
10 : 트로프
12 : 루트
14 : 격벽

Claims (8)

  1. 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프(isopipe)로서, 상기 아이소파이프는 트로프(trough)(10); 상기 트로프에서 하부로 이어진 루트(root)(12)를 포함하는 내화성 바디를 구비하고, 상기 트로프는 2종의 용융유리가 분리하여 수용되도록 격벽(14)에 의하여 두 개의 분할된 용융유리 수용공간을 가지는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격벽(14)은 트로프의 길이방향(B-B')으로 수용공간을 분할하며, 트로프(10)에 수용된 2종의 용융유리가 혼합되지 않도록 트로프의 외주보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아이소파이프의 내화성 바디는 몰리브덴 또는 몰리브덴을 1 내지 50 중량% 포함하는 복합금속인 것을 특징으로 하는 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프는 절연층과 전도층을 포함하는 투명 전도성 유리기판 제조용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 퓨전 공정용 아이소파이프.
  5. 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도층인 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 이루는 각각의 유리 조성물을 준비하는 단계;
    상기 유리 조성물을 용융하는 단계;
    격벽(14)에 의하여 용융유리 수용공간이 분할된 트로프(trough)(10); 및 상기 트로프에서 하부로 이어진 루트(root)(12)를 포함하는 내화성 바디를 구비한 아이소파이프의 분할된 용융유리 수용공간에 상기 용융된 유리 조성물을 각각의 수용공간으로 공급하는 단계;
    상기 공급된 용융 유리조성물이 상기 트로프를 채운 후 계속적으로 주입하여 상기 각각의 용융 유리조성물이 트로프의 외주면을 따라 상기 루트(root)까지 흘러내리고, 상기 루트 최하단부에서 각각의 유리조성물이 접합되고 하부로 연장되어 용융유리 복합체가 형성되는 단계; 및
    상기 형성된 용융유리 복합체가 냉각되어 응고되는 단계를 포함하는 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 포함하는 투명 전도성 유리기판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 격벽(14)은 트로프의 길이방향(B-B')으로 수용공간을 분할하며, 트로프(10)에 수용된 2종의 용융유리가 혼합되지 않도록 트로프의 외주보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 유리조성물 95 내지 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판의 제조방법.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)의 유리조성물은 SiO2 50 내지 70 중량%, Al2O3 10 내지 25중량%, B2O3 3 내지 15중량%, MgO 0 내지 10중량%, CaO 0 내지 15중량%, SrO 0 내지 15중량%, BaO 0 내지 15중량%, 및 Na2O 0 내지 5중량%를 포함하는 알루미노규산염계 유리조성물인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판의 제조방법.
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