KR20190112328A - 구조화된 표면을 가지는 유리 물품을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

예를 들어 복수의 채널들 및 피크들을 포함하는 적어도 하나의 구조화된 표면을 포함하는 유리 도광판과 같은 유리 물품을 제조하는 방법. 상기 유리 물품은 액정 디스플레이 장치용 조명으로서의 사용을 위한 백라이트 유닛에 사용될 때 1차원 디밍(dimming)을 가능하게하는데 적합할 수 있다.

Description

구조화된 표면을 가지는 유리 물품을 제조하는 방법

본 개시는 개괄적으로 유리 물품, 예를 들어 액정 디스플레이 장치를 비추기 위한 백라이트 유닛 내에 포함될 수 있는 유리 도광판을 제조하는 방법, 및 특히 1차원 디밍(dimming)을 위하여 구성된 구조화된 유리 표면을 포함하는 유리 도광판에 관한 것이다.

본 출원은 2017년 2월 16일 출원된 미국 가출원 제62/459,641호, 2017년 10월 31일 출원된 미국 가출원 제62/579,525호, 및 2018년 2월 12일 출원된 미국 가출원 제62/629,362호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 보증되며 그 전문은 참조에 의해 본 명세서에 결합된다.

유기 발광 다이오드 디스플레이 장치들이 인기를 얻고 있으나, 여전히 비용이 너무 높고, 여전히 액정 디스플레이(LCD) 장치들, 특히 대형 패널 크기 장치들, 예컨대 텔레비전 세트들 및 다른 대형 포맷 장치들, 예컨대 상업적 간판들이 판매된 디스플레이 장치들 중 대부분을 차지한다. 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 패널들과 달리, LCD 패널들은 스스로 광을 방출하지 않으며, 따라서 LCD 패널 뒤에 위치되어 LCD 패널에 투과 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU)에 의존한다. BLU로부터의 광은 LCD 패널을 비추며, LCD 패널은 LCD 패널의 픽셀들을 통해 선택적으로 광을 통과시키거나 차단하여 광 밸브로서 기능하여, 보일 수 있는 이미지를 형성한다.

증가 없이, LCD 디스플레이로 달성 가능한 본래의 콘트라스트(contrast) 비는 이미지의 가장 어두운 부분에 대한 이미지의 가장 밝은 부분의 비이다. 가장 단순한 콘트라스트 증가는 밝은 이미지를 위하여 전체 조명을 증가시키고 어두운 이미지를 위하여 전체 조명을 감소시킴으로써 발생한다. 불행하게도, 이는 어두운 이미지 내의 약한 밝은 부분 및, 밝은 이미지 내의 색이 바랜 어두운 부분을 야기한다. 이러한 제약을 극복하기 위해, 제조사들은 디스플레이되는 이미지에 따라 디스플레이 패널의 소정의 영역들 내의 조명이 디스플레이 패널의 다른 부분들에 비하여 국부적으로 디밍될 수 있는 이미지의 능동 로컬 디밍을 구현할 수 있다. 광원이 LCD 패널 바로 뒤에, 예를 들어 LED들의 2차원 어레이로서 위치되는 경우 이러한 로컬 디밍은 비교적 쉽게 구현될 수 있다. 그러나, 로컬 디밍은 LED들의 어레이가 BLU에 포함되는 도광판의 엣지를 따라 배열되는 엣지 조사 BLU로 구현하기 더 어렵다.

통상적인 BLU들은 광이 광원(예를 들어, 광원들의 어레이)을 통해 주입되고, LGP 내에 가이딩되고, 이후 예를 들어 산란에 의해 LCD 패널을 향해 밖으로 지향되는 도광판(LGP)을 포함한다. LGP들은 일반적으로 폴리머 광 가이드, 예컨대 폴리 메틸 메타크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA)를 포함한다. PMMA는 쉽게 형성되며 로컬 디밍을 가능하게하도록 성형되거나 가공될 수 있다. 그러나, PMMA는 열 열화를 겪을 수 있으며, 비교적 큰 열 팽창 계수를 포함하며, 수분 흡수를 겪고, 쉽게 변형된다. 반면, 유리는 치수적으로 안정하고(비교적 낮은 열 팽창 계수를 포함함), 대형의 박형 TV들의 성장하는 인기에 적합한 크고 얇은 시트들로 생산될 수 있다. 따라서, 로컬 디밍을 가능하게할 수 있는 유리 도광판들을 포함하는 BLU들을 생산하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것이다.

1D 디밍을 위하여 구성된 플라스틱 도광판들은 광이 주입되는 특정 구역으로 광을 가두기 위해 교대하는 채널들 및 피크들의 열들을 포함하는 골진(corrugated) 표면을 일반적으로 포함한다. 그러나, 적어도 상술된 이유들로 인하여, 플라스틱 도광체는 다양한 단점들을 겪는다. 로컬 디밍이 가능한 디스플레이 장치들에서 플라스틱(예를 들어, PMMA) 도광판들의 한계를 극복하기 위하여, 적어도 하나의 구조화된 유리표면을 가지는 유리 시트들을 포함하는 도광판들이 설명된다.

LCD들에 매우 필요한 1차원(1D) 로컬 디밍을 제공하는 표면 피쳐들은 플라스틱에서보다 유리에서 제조하기 더 어렵다. 1차원 로컬 디밍은 다양한 많은 사람들이 원하는 LCD 특성들, 예컨대 높은 동적 범위(콘트라스트), 높은 재생률(refresh rate), 및 에너지 절약을 가능하게 한다. 엣지 조사 BLU의 경우, 이러한 기능은 가장 일반적으로 플라스틱(예를 들어, PMMA) LGP의 일 표면 상에 렌티큘라(lenticular) 렌즈 어레이의 형상의 표면 구조들을 제조함으로써 가능해진다. PMMA의 유리 전이 온도가 160℃에 불과하므로, 이는 핫 엠보싱, 사출 성형, 또는 압출을 사용하여 비교적 쉽게 달성될 수 있다. 대안은 플라스틱 렌티큘라 렌즈 어레이 필름을 유리 LGP의 일 표면에 부착시키는 것이다. 그러나, 이러한 접근은 적어도 2가지의 문제점들을 야기한다. 하나의 문제점은 플라스틱 재료들의 더 높은 광 감쇠가 상당한 색 변이(color shift)를 야기한다는 것이다. 유리, 예를 들어 본 명세서에 설명된 유리들은 가시 파장 범위(약 390nm 내지 약 700nm)에 걸쳐 약 2dB/미터 미만, 예를 들어 약 0.5dB/미터 이하의 광 감쇠를 가질 수 있다. 다른 문제점은 신뢰성이다. PMMA의 열 팽창 계수(CTE)가 다양한 유리들의 그것보다 훨씬 더 높으므로, 온도 및 습도의 변동은 플라스틱 렌티큘라 렌즈 어레이 필름과 유리 사이의 박리를 야기할 수 있다. 다른 대안은 유리의 표면 상에 매우 얇은 플라스틱 코팅 내에 바로 렌티큘레 렌즈 어레이를 형성하는 것이다. 렌티큘라 렌즈 어레이의 기본 두께가 수십 마이크로미터로(첫번째 접근 방식의 경우 수백 마이크로미터) 상당히 감소되므로, 렌티큘라 렌즈 어레이에 의해 야기되는 색 변이는 감소된다. 그러나, 이는 신뢰성 문제를 제거하지 않으며, 낮은 색 변이를 달성하기 위해 플라스틱 재료의 세심한 선택이 요구된다.

따라서, 유리 물품을 제조하는 방법이 개시되며, 상기 방법은 유리 시트의 제1 주표면 상에 식각 마스크를 퇴적하는 단계로서, 상기 식각 마스크는 상기 제1 주표면 상에 복수의 평행한 열들을 형성하는, 퇴적하는 단계, 식각제에 상기 유리 시트를 노출시키는 단계로서, 이로써 상기 복수의 평행한 열들 사이에서 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면으로부터 유리를 제거하여 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면에 복수의 채널들을 형성하는, 노출시키는 단계, 및 상기 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하고, 결과적인 유리 물품은 상기 제1 주표면에 형성된 복수의 채널들을 가지는 유리 시트를 포함하며, 상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은 약 5μm 내지 약 300μm 범위의 깊이(H), H/2에서 정의되는 폭(S)을 포함하며, S/H 비는 약 1 내지 약 15 범위이다.

상기 방법은 상기 식각 마스크를 퇴적하기 전에 상기 제1 주표면 상에 접착 층을 퇴적하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 접착 층은 실레인(silane) 층 또는 실록산(siloxane) 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 접착 층은 에폭시실레인 층을 포함한다.

상기 접착 층은 예를 들어 스핀 코팅(spin coating) 또는 딥 코팅(dip coating)에 의해 적용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 식각 마스크는 스크린 프린팅 공정에 의해 적용된다. 상기 스크린 프린팅 공정은 우븐(woven) 스크린의 표면 상에 경화된 에멀션(emulsion) 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 경화된 에멀션 패턴에 대한 상기 우븐 스크린의 스트링 각도는 약 20° 내지 약 45° 범위이다.

일부 실시예들에서, 상기 우븐 스크린은 스테인리스강 와이어들을 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 식각제는 HF를 포함한다. 상기 식각제는 HNO₃, H₂SO₄, 또는 HCL을 더 포함할 수 있다. 상기 식각제는 부피로 10% HF 및 약 10% 내지 약 30%의 양의 H₂SO₄, 예를 들어 약 10% 내지 약 20%의 양의 H₂SO₄의 수용액일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 노출시키는 단계는 상기 유리 시트 상으로 상기 식각제를 분무하는 단계를 포함한다.

다른 실시예들에서, 상기 노출시키는 단계는 상기 유리 시트를 상기 식각제의 수조(bath) 내에 놓는 단계를 포함한다. 상기 노출시키는 단계는 상기 노출시키는 단계 동안 상기 식각제를 교반시키는 단계를 포함할 수 있다.

실시예들에서, 상기 방법은 상기 유리 시트에 대한 상기 식각 마스크의 접착을 제어함으로써 상기 식각 마스크 아래의 상기 유리 시트의 언더컷을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 채널 깊이 H에 대한 최대 언더컷 M의 비는 약 1.2 내지 약 1.8 범위 내로 제어될 수 있다.

상기 방법으로부터 제조되는 상기 유리 물품은 도광판을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 유리 시트의 최대 두께(T)는 약 0.1mm 내지 약 2.1mm 범위, 예를 들어 약 0.6mm 내지 약 2.1mm 범위이다.

일부 실시예들에서, 상기 식각 마스크는 열가소성 재료를 포함할 수 있으며, 상기 열가소성 재료는 가열된 노즐을 통해 상기 유리 시트에 적용된다. 상기 열가소성 재료의 열 팽창 계수는 상기 유리 시트의 열 팽창 계수의 약 10% 이내이어야 한다.

다른 실시예들에서, 유리 물품을 제조하는 방법이 설명되며, 상기 방법은 유리 시트의 제1 주표면 상에 식각 마스크를 퇴적하는 단계로서, 상기 식각 마스크는 상기 제1 주표면 상에 복수의 평행한 열들을 형성하는, 상기 퇴적하는 단계, 연마 스트림에 상기 유리 시트를 노출시키는 단계로서, 이로써 상기 복수의 평행한 열들 사이에서 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면으로부터 유리를 제거하여 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면에 복수의 채널들을 형성하는, 상기 노출시키는 단계, 및 상기 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하며, 결과적인 유리 물품은 상기 제1 주표면에 형성된 복수의 채널들을 가지는 유리 시트를 포함하며, 상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은 약 5μm 내지 약 300μm 범위의 깊이(H), H/2에서 정의되는 폭(S)을 포함하며, S/H 비는 약 1 내지 약 15 범위이다.

상기 방법은 예컨대 화염 폴리싱(flame polishing) 또는 연마 폴리싱(abrasive polishing)에 의해 상기 복수의 채널들의 표면들을 평활화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

백색 광 간섭법에 의해 측정되었을 때 연마에 의해 형성된 상기 적어도 하나의 채널의 측벽의 RMS 거칠기는 약 5μm 이하일 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예들의 추가적인 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명에 제시될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업계의 통상의 기술자들에게 쉽게 명백하거나 다음의 상세한 설명, 청구항들, 및 첨부된 도면들을 포함하여 본 명세서에 설명된 바와 같이 본 발명을 실시함으로써 인식될 것이다.

전술한 개괄적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 모두는 개시된 실시예들의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하도록 의도된 실시예들을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 첨부된 도면들은 추가적인 이해를 제공하도록 포함되며, 본 명세서에 결합되어 그 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시의 다양한 실시예들을 도시하며 설명과 함께 그 원리들 및 작업들을 설명하는 역할을 한다.

도 1은 예시적인 LCD 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 2는 예시적인 도광판의 평면도이다.
도 3a는 그 표면 내에 복수의 채널들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 유리 시트의 단면도이다.
도 3b는 그 표면 내에 복수의 채널들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 다른 유리 시트의 단면도이다.
도 3c는 그 표면 내에 복수의 채널들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 또다른 유리 시트의 단면도이다.
도 4a는 그 표면 내에 채널들에 의해 분리되는 복수의 피크들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 다른 유리 시트의 단면도이다.
도 4b는 그 표면 내에 채널들에 의해 분리되는 복수의 피크들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 또다른 유리 시트의 단면도이다.
도 4c는 그 표면 내에 채널들에 의해 분리되는 복수의 피크들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 또다른 유리 시트의 단면도이다.
도 5a는 그 양 주표면들 내에 채널들에 의해 분리된 복수의 피크들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 다른 유리 시트의 단면도이다.
도 5b는 그 양 주표면들 내에 채널들에 의해 분리된 복수의 피크들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 또다른 유리 시트의 단면도이다.
도 5c는 그 양 주표면들 내에 채널들에 의해 분리된 복수의 피크들을 포함하며 도 2의 상기 유리 도광판으로의 사용에 적합한 또다른 유리 시트의 단면도이다.
도 6a는 유리 시트의 주표면 내에 형성된 채널의 단면도이며, 상기 채널은 원호 표면들을 포함하며, 상기 원호 표면들은 피크들(62)을 정의한다.
도 6b는 유리 시트의 주표면 내에 형성된 채널의 다른 단면도이며, 상기 채널은 원호 표면들을 포함하며, 상기 원호 표면들은 아치형의 상면들을 가지는 피크들(62)을 정의한다.
도 7a는 유리 시트의 주표면 내에 형성된 사다리꼴 채널의 단면도이다.
도 7b는 유리 시트의 양 주표면들 내에 형성된 사다리꼴 채널의 단면도이다.
도 8a는 식각 마스크의 퇴적 전의 유리 시트의 단면도이다.
도 8b는 그 상에 퇴적된 선택적인 접착 촉진 층을 포함하는 도 8a의 유리 시트의 단면도이다.
도 8c는 그 상에 퇴적된 식각 마스크를 포함하는 도 8b의 상기 유리 시트의 단면도이다.
도 8d는 식각 후의 도 8c의 상기 유리 시트의 단면도이다.
도 8e는 식각 후에 남아있는 식각 마스크를 제거한 후의 도 8d의 상기 유리 시트의 단면도이다.
도 9는 식각 마스크를 스크린 프린팅하기 위한 금속 와이어 메쉬의 SEM 이미지이며, 상기 스크린 상에 경화된 에멀션 패턴을 도시한다.
도 10은 식각 동안 발생할 수 있는 상기 식각 마스크의 언더컷을 도시하는 개략도이다.
도 11은 연마에 의해 유리 시트 내에 채널들을 형성하는 단계의 단면도이다.
도 12는 성형 장치로부터 드로잉되는 유리 리본의 전면도이며, 채널들을 포함하는 구조화된 표면은 엠보싱 롤들에 의해 형성된다.
도 13은 성형 장치로부터 드로잉되는 유리 리본의 전면도이며, 채널들을 포함하는 구조화된 표면은 국부적 가열 및/또는 냉각에 의해 형성된다.
도 14는 로컬 디밍 지수 LDI 및 직진도 지수 SI를 계산하기 위한 파라미터들을 도시하는 LGP의 개략도이다.
도 15는 예컨대 사다리꼴 채널들의 경우 벽 각도의 함수로서 LDI를 도시한다.
도 16a는 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP의 광 입력 엣지로부터 두 상이한 거리들에서의 채널 폭 S의 함수로서 LDI를 도시하는 플롯이다.
도 16b는 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP의 광 입력 엣지로부터 두 상이한 거리들에서의 채널 폭 S의 함수로서 직진도 지수 SI를 도시하는 플롯이다.
도 17a는 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP의 광 입력 엣지로부터 두 상이한 거리에서 채널 폭 S의 함수로서 LDI를 도시하는 플롯이다.
도 17b는 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP의 광 입력 엣지로부터 두 상이한 거리에서 채널 폭 S의 함수로서 SI를 도시하는 플롯이다.
도 18은 채널들 및 피크들의 교대하는 열들을 가지는 두 대향하는 구조화된 표면들을 포함하는 유리 시트의 다른 실시예의 단면도이다.
도 19a는 LGP의 입력 엣지로부터 450mm의 거리에서 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP 및 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP에 대한 피크 폭 W의 함수로서 LDI를 도시하는 플롯이다.
도 19b는 LGP의 입력 엣지로부터 450mm의 거리에서 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP 및 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP에 대한 피크 폭 W의 함수로서 SI를 도시하는 플롯이다.
도 20a는 LGP의 입력 엣지로부터 300mm의 거리에서 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP 및 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP에 대한 피크 폭 W의 함수로서 LDI를 도시하는 플롯이다.
도 20b는 LGP의 입력 엣지로부터 300mm의 거리에서 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP 및 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP에 대한 피크 폭 W의 함수로서 SI를 도시하는 플롯이다.
도 21a는 LGP의 입력 엣지로부터 450mm의 거리에서 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP 및 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP에 대한 채널 깊이 H의 함수로서 LDI를 도시하는 플롯이다.
도 21b는 LGP의 입력 엣지로부터 450mm의 거리에서 단일한 구조화된 표면을 가지는 LGP 및 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP에 대한 채널 깊이 H의 함수로서 SI를 도시하는 플롯이다.
도 22는 단일한 LED로부터 LGP 내로 주입된 광의 전파를 도시하는 플롯이며, 구조화된 표면들의 수가 0으로부터 2로 증가함에 따라 광 주입된 구역 내의 증가하는 광 가둠을 도시한다.
도 23은 유리 시트 내에 형성된 평활한(왼쪽) 및 거친(오른쪽) 채널들 및 LED로부터의 광이 주입될 때 형성되는 광 패턴을 도시하는 도시이다.
도 24는 채널 벽 거칠기를 결정하기 위해 스캐닝된 유리 시트 내에 형성된 채널의 영역을 도시하는 플롯이다.
도 25는 채널 벽 거칠기를 결정하기 위해 스캐닝된 유리 시트 내에 형성된 채널의 영역을 도시하는 다른 플롯이다.
도 26은 상기 식각 공정 동안 사용되는 상기 식각 마스크 재료의 함수로서 채널 벽 거칠기를 도시하는 플롯이다.
도 27은 채널들이 상기 유리 시트 내로 식각됨에 따라 유리 시트의 표면으로부터 화학 원소들의 고갈을 도시하는 플롯이다.

이제 본 개시의 실시예들에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 그 예들은 첨부된 도면들에 도시된다. 가능할 때마다, 동일하거나 유사한 부분들을 참조하기 위해 도면들에 걸쳐 동일한 참조 번호들이 사용될 것이다. 그러나, 본 개시는 많은 상이한 형태들로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 제시된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.

범위들은 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값, 및/또는 내지 "약" 다른 특정 값의 형태로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 다른 실시예는 그 하나의 특정 값 및/또는 내지 상기 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 선행사 "약"의 사용에 의해 값들이 근사치들로서 표현되는 경우, 그 특정한 값이 다른 실시예를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 범위들의 각각의 끝점들은 다른 끝점과 관련하여서도 다른 끝점과 무관하게도 의미가 있다는 것이 더 이해될 것이다.

본 명세서에 사용될 수 있는 방향적 용어들 - 예를 들어 상, 하, 좌, 우, 전, 후, 상, 하 - 은 오직 도시된 도면들을 참조하여 이루어지며 절대적인 배향을 암시하도록 의도되지 않는다.

명시적으로 달리 언급되지 않는한, 본 명세서에 제시된 어떠한 방법도 그 단계들이 특정 순서로 수행되거나 어떠한 장치에서도 특정한 배향들이 요구되는 것을 요구하는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계들이 따라야할 순서를 실제로 언급하지 않거나 임의의 장치 청구항이 개별적인 구성들에 대한 순서 또는 배향을 실제로 언급하지 않거나, 단계들이 특정 순서로 제한된다고 청구항들 또는 설명에 달리 구체적으로 언급하지 않거나, 장치의 구성들에 대한 구체적인 순서 또는 배향이 언급되지 않는 경우, 어떠한 측면에서도 순서 또는 방향이 추론되는 것으로 의도되지 않는다. 이는 단계들의 배치, 작업 흐름, 구성들의 순서, 또는 구성들의 방향에 관한 논리의 문제들; 문법적 구성 또는 구두법으로부터 유도된 평범한 의미, 및; 본 명세서에 설명된 실시예들의 수 또는 유형을 포함하는 해석을 위한 임의의 가능한 비해석 기반에 적용된다.

본 명세서에 사용되는 단수형들 "a", "an", 및 "the"은 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는한 복수의 참조물들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "a" 구성에 대한 참조는 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는한 둘 이상의 이러한 구성들을 가지는 양상들을 포함한다.

PMMA는 많은 대안적인 재료들에 비하여 감소된 광 흡수를 나타내므로, LCD 백라이트 응용들에 사용되는 현재의 도광판들은 일반적으로 PMMA로 형성된다. 그러나, PMMA는 대형(예를 들어, 대각 길이 32 인치 이상) 디스플레이들의 설계를 어렵게 만드는 특정한 기계적 단점들을 나타낼 수 있다. 이러한 단점들은 불량한 강성(rigidity), 높은 수분 흡수, 및 비교적 큰 열 팽창 계수(CTE)를 포함한다.

예를 들어, 통상적인 LCD 패널들은 얇은 유리 두 조각들(예를 들어, 컬러 필터 기판 및 TFT 백플레인)로 만들어지며, BLU들은 LCD 패널 뒤에 위치된 PMMA 도광체 및 복수의 얇은 플라스틱 필름들(확산기(diffuser), 이중 휘도 향상 필름들(DBEF) 등)들을 포함한다. PMMA의 불량한 탄성 계수로 인하여, LCD 패널의 전체 구조는 낮은 강성을 나타내며, 디스플레이 장치에 질량을 추가함으로써 LCD 패널에 강성(stiffness)을 제공하기 위해 추가적인 기계적 구조가 필요할 수 있다. PMMA의 영률이 일반적으로 약 2 기가파스칼(GPa)인 반면, 특정 예시적인 유리들은 약 60GPa 내지 90GPa 이상 범위의 영률을 포함할 수 있다는 것에 주의해야 한다.

습도 시험은 PMMA가 수분에 민감하며 최대 약 0.5%의 치수 변화를 겪을 수 있다는 것을 보여준다. 따라서, 1 미터의 길이를 가지는 PMMA 패널의 경우, 0.5% 변화는 최대 5mm까지 패널 길이를 증가시킬 수 있으며, 이는 상당하며 해당 BLU의 기계적 설계를 어렵게 만든다. 이러한 문제를 해결하기 위한 통상적인 접근법들은 PMMA LGP가 팽창할 수 있도록 LED들과 PMMA LGP 사이에 에어 갭을 두는 것을 포함한다. 그러나, LED들과 LGP 사이의 광 결합은 LED들로부터 LGP까지의 거리에 극히 민감하며, 증가된 거리는 디스플레이 밝기가 습도의 합수로서 변화하게 할 수 있다. 또한, LED들과 LGP 사이의 거리가 증가할수록, 이 둘 사이의 광 결합의 효율이 감소한다.

또한, PMMA는 약 75x10^-6/℃의 CTE를 포함하며, 비교적 낮은 열 전도도(대략 0.2 와트/미터/켈빈, W/m/K)를 포함한다. 반면, LGP로 사용하기에 적합한 일부 유리들은 약 8x10^-6/℃ 미만의 CTE 및 0.8 W/m/K 이상의 열 전도성을 포함할 수 있다. 따라서, 도광 매체로서 유리는 폴리머(예를 들어, PMMA) LGP들에서는 발견되지 않는 우수한 품질을 제공한다.

또한, 모든 유리 도광체는 본질적으로 낮은 색 변이를 나타내며, 높은 광속 하에서 폴리머와 같은 열화(aging) 또는 "황변(yellowing)"을 나타내지 않으며, 디스플레이 내에 광학 구성들의 수의 감소를 가능하게하는 렌티큘라 설계들 및 균일한 전반사(total internal reflection, TIR) 재지향(redirection)을 구현할 수 있다. 이러한 특성들은 고객들이 매우 바라는 바이다.

도 1은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 주변 엣지부 사이에 및 주위에 위치된 접착 재료(18)에 의해 결합된 제1 기판(14) 및 제2 기판(16)으로부터 형성된 LCD 디스플레이 패널(12)을 포함하는 예시적인 LCD 디스플레이 장치(10)를 도시한다. 제1 기판(14) 및 제2 기판(16)은 일반적으로 유리 기판들이다. 제1 기판(14) 및 제2 기판(16) 및 접착 재료(18)는 액정 재료를 포함하는 그 사이의 갭(20)을 형성한다. 상기 갭의 일정한 간격을 유지하기 위해 스페이서들(미도시)이 또한 상기 갭 내의 다양한 위치들에 사용될 수 있다. 제1 기판(14)은 컬러 필터 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 기판(14)은 컬러 필터 기판으로 지칭될 수 있다. 반면, 제2 기판(16)은 상기 액정 재료의 편광 상태를 제어하기 위한 박막 트랜지스터들(TFTs)을 포함하며, 따라서 백플레인 기판 또는 간단히 백플레인으로 지칭될 수 있다. LCD 패널(12)은 그 표면 상에 위치된 하나 이상의 편광 필터들(22)을 더 포함할 수 있다.

LCD 디스플레이 장치(10)는 뒤에서, 즉 LCD 패널의 백플레인 측으로부터 LCD 패널(12)을 비추도록 배치된 BLU(24)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 BLU는 상기 LCD 패널로부터 이격될 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 BLU는 상기 LCD 패널과 접촉하거나 예컨대 투명한 접착제(예를 들어, CTE-매칭된 접착제)로 결합될 수 있다. BLU(24)는 도광체로서 유리 시트(28)로 형성된 유리 도광판(LGP)(26)을 포함하고, 유리 시트(28)는 제1 주표면(30)(즉, 제1 유리 표면(30)), 제2 주표면(32)(즉, 제2 유리 표면(32)), 및 상기 제1 주표면과 상기 제2 주표면 사이에 연장되는 복수의 엣지 표면들을 포함한다. 실시예들에서, 유리 시트(28)는 도 2에 도시된 바와 같이 평행 사변형, 예를 들어 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 상기 제1 주표면과 상기 제2 주표면 사이에 연장되는 4개의 엣지 표면들(34a, 34b, 34c, 및 34d)을 포함한다. 예를 들어, 엣지 표면(34a)은 엣지 표면(34c)과 대향할 수 있고, 엣지 표면(34b)은 엣지 표면(34d)과 대향할 수 있다. 엣지 표면(34a)은 대향하는 엣지 표면(34c)과 평행할 수 있고, 엣지 표면(34b)은 대향하는 엣지 표면(34d)과 평행할 수 있다. 엣지 표면들(34a 및 34c)은 엣지 표면들(34b 및 34d)에 수직할 수 있다. 상기 엣지 표면들(34a 내지 34d)은 평평할 수 있고 주표면들(30, 32)에 수직하거나 실질적으로 수직할(예를 들어, 90 +/- 1 도, 예를 들어 90 +/- 0.1 도) 수 있으나, 다른 실시예들에서, 상기 엣지 표면들은 챔퍼(chamfer)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평평한 중심부는 주표면들(30, 32)에 수직하거나 실질적으로 수직하고, 두 인접한 경사진 표면부들에 의해 상기 제1 주표면 및 상기 제2 주표면에 결합된다.

제1 주표면(30) 및/또는 제2 주표면(32)은 약 0.1 나노미터(nm) 내지 약 0.6nm 범위, 예를 들어 약 0.6nm 미만, 약 0.5nm 미만, 약 0.4nm 미만, 약 0.3nm 미만, 약 0.2nm 미만, 또는 일부 실시예들에서, 약 0.1nm 미만의 평균 거칠기(Ra)를 포함할 수 있다. 상기 엣지 표면들의 평균 거칠기(Ra)는 약 0.05 마이크로미터(μm) 이하, 예를 들어 약 0.005 마이크로미터 내지 약 0.05 마이크로미터 범위일 수 있다.

전술한 주표면(들)의 거칠기는 예를 들어 퓨전 드로우(fusion draw) 공정, 또는 플로트(float) 유리 공정을 사용한 후 폴리싱(polishing)함으로써 달성될 수 있다. 표면 거칠기는 예를 들어 원자력 현미경, 예컨대 Zygo^®에 의해 제조된 것들과 같은 상업적 시스템을 가지는 백색 광 간섭계, 또는 예컨대 Keyence에 의해 제공되는 것들과 같은 상업적 시스템을 가지는 레이저 콘포컬(confocal) 현미경에 의해 측정될 수 있다. 상기 표면으로부터의 산란은 상기 표면 거칠기를 제외하고 동일한 복수의 샘플들을 준비하고, 이후 각각의 내부 투과율을 측정함으로써 측정될 수 있다. 샘플들 사이의 내부 투과율 차이는 거친 표면에 의해 유도된 산란 손실에 기인한다. 엣지 거칠기는 그라인딩 및/또는 폴리싱에 의해 달성될 수 있다.

유리 시트(28)는 상기 제1 주표면(30) 및 제2 주표면(32)에 수직한 방향으로 그 사이에 연장되는 최대 두께(T)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 두께(T)는 약 3mm 이하, 예를 들어 약 2mm 이하, 또는 약 1mm 이하일 수 있으나, 다른 실시예들에서, 두께(T)는 약 0.1mm 내지 약 3mm 범위, 예를 들어 약 0.1mm 내지 약 2.5mm 범위, 약 0.3mm 내지 약 2.1mm 범위, 약 0.5mm 내지 약 2.1mm 범위, 약 0.6 내지 약 2.1 범위, 또는 약 0.6mm 내지 약 1.1mm 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.

다양한 실시예들에서, 유리 시트(28)의 유리 조성은 60-80 몰% 사이의 SiO₂, 0-20 몰% 사이의 Al₂O₃, 및 0-15 몰% 사이의 B₂O₃를 포함할 수 있으며, 약 50ppm 미만의 철(Fe) 농도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 25ppm 미만의 Fe가 있을 수 있거나, 일부 실시예들에서 Fe 농도는 약 20ppm 이하일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 상기 유리 시트(28)의 열 전도도는 0.5 와트/미터/켈빈(W/m/K) 초과, 예를 들어 약 0.5 내지 약 0.8 W/m/K 범위일 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 유리 시트(28)는 플로트 유리 공정, 퓨전 드로우 공정, 슬롯 드로우(slot draw) 공정, 리드로우(redraw) 공정, 또는 다른 적합한 유리 시트 제조 공정에 의해 형성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 유리 시트(28)는 약 65.79 몰% 내지 약 78.17 몰% 범위의 SiO₂, 약 2.94 몰% 내지 약 12.12 몰% 범위의 Al₂O₃, 0 몰% 내지 약 11.16 몰% 범위의 B₂O₃, 0 몰% 내지 약 2.06 몰% 범위의 Li₂O, 약 3.52 몰% 내지 약 13.25 몰% 범위의 Na₂O, 0 몰% 내지 약 4.83 몰% 범위의 K₂O, 0 몰% 내지 약 3.01 몰% 범위의 ZnO, 약 0 몰% 내지 약 8.72 몰% 범위의 MgO, 약 0 몰% 내지 약 4.24 몰% 범위의 CaO, 약 0 몰% 내지 약 7.17 몰% 범위의 SrO, 약 0 몰% 내지 약 4.3 몰% 범위의 BaO, 및 약 0.07 몰% 내지 약 0.11 몰% 범위의 SnO₂를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 0.008 미만, 예를 들어 약 0.005 미만의 색 변이를 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 0.95 내지 약 3.23 범위의 R_xO/Al₂O₃를 포함하며, R은 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 임의의 하나 이상이며, x는 2이다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 1.18 내지 5.68 사이의 R_xO/Al₂O₃ 비를 포함하며, R은 Li, Na, K, Rb, Cs 중 임의의 하나 이상이며 x는 2이거나, R은 Zn, Mg, Ca, Sr, 또는 Ba 중 임의의 하나 이상이며 x는 1이다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 -4.25 내지 약 4.0 범위의 R_xO-Al₂O₃-MgO를 포함하며, R은 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 임의의 하나 이상이며 x는 2이다.

추가적인 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 0.1 몰% 내지 약 3.0 몰% 범위의 ZnO, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 TiO₂, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 V₂O₃, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 Nb₂O₅, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 MnO, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 ZrO₂, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 As₂O₃, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 SnO₂, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 MoO₃, 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 Sb₂O₃, 또는 약 0.1 몰% 내지 약 1.0 몰% 범위의 CeO₂를 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 상기 유리 시트는 0.1 몰% 내지 약 3.0 몰% 사이의 임의의 ZnO, TiO₂, V₂O₃, Nb₂O₅, MnO, ZrO₂, As₂O₃, SnO₂, MoO₃, Sb₂O₃, 및 CeO₂ 중 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 522℃ 내지 약 590℃ 범위의 변형 온도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 566℃ 내지 약 641℃ 범위의 어닐링 온도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 800℃ 내지 약 914℃ 범위의 연화 온도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 약 49.6x10^-7/℃ 내지 약 80x10^-7/℃ 범위의 CTE를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 20℃에서 약 2.34 그램/세제곱 센티미터(g/cc)과 20℃에서약 2.53 g/cc 사이의 밀도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 Co, Ni, 및 Cr 각각을 1 ppm 미만으로 포함한다. 일부 실시예들에서, Fe의 농도는 약 50ppm 미만, 약 20ppm 미만, 또는 약 10ppm 미만이다. 일부 실시예들에서, Fe+30Cr+35Ni은 약 60ppm 이하, 약 40ppm 이하, 약 20ppm 이하, 또는 약 10ppm 이하이다. 일부 실시예들에서, 적어도 500mm의 거리에 걸친 450nm에서의 상기 유리 시트의 투과율은 85% 이상일 수 있거나, 적어도 500mm의 거리에 걸친 550nm에서의 투과율은 90% 이상일 수 있거나, 적어도 500mm의 거리에 걸친 630nm에서 투과율은 85% 이상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 화학적으로 강화된 유리 시트일 수 있으나, 다른 실시예들에서, 상기 유리 시트는 열적으로 강화되거나 기계적으로 강화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트는 코어 유리 및 상기 코어 유리 상에 배치된 적어도 하나의 클래드 유리 층을 포함하는 적층된 유리 시트일 수 있으며, 상기 클래드 유리의 CTE는 상기 클래드 유리의 CTE와 상이하다.

그러나, 본 명세서에 설명된 실시예들은 유리 조성에 의해 제한되지 않으며 전술한 조성적 실시예들은 이와 관련하여 비제한적이라는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, BLU(24)는 유리 시트(28)의 적어도 하나의 엣지 표면(광 주입 엣지 표면), 예를 들어 엣지 표면(34a)을 따라 배열된 발광 다이오드들(LEDs)(36)의 어레이를 더 포함한다. 도 1에 도시된 실시예는 LED들(36)에 의해 광이 주입되는 단일한 엣지 표면(34a)을 도시하나, 예시적인 유리 시트(28)의 엣지들 중 임의의 하나 이상이 LED들(36)에 의해 광이 주입될 수 있으므로 청구된 주제는 이에 제한되지 않아야 한다는 것에 주의해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 상기 엣지 표면(34a) 및 그 대향하는 엣지 표면(34c)은 둘 다 LED들(36)에 의해 광이 주입될 수 있다. 추가적인 실시예들은 상기 엣지 표면(34a) 및/또는 그 대향하는 엣지 표면(34c) 대신에 또는 이에 더하여 엣지 표면(34b) 및 그 대향하는 엣지 표면(34d)에 광을 주입할 수 있다. 상기 광 주입 표면(들)은 투과율 반치폭(full width half maximum, FWHM) 12.8도 미만의 각도 내로 광을 산란시키도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, LED들(36)은 상기 광 주입 엣지 표면, 예를 들어 엣지 표면(34a)으로부터 약 0.5mm 미만의 거리(d)에 위치될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 상기 유리 시트 내로의 효율적인 광 결합을 제공하기 위하여 LED들(36)은 유리 시트(28)의 두께(T) 이하의 두께(높이)를 포함할 수 있다.

상기 LED들의 어레이에 의해 방출되는 광은 상기 적어도 하나의 엣지 표면(34a)을 통해 주입되며, 전반사에 의해 상기 유리 시트를 통해 가이딩되며, 예를 들어 유리 시트(28)의 주표면들(30, 32) 중 하나 또는 둘 상 또는 상기 유리 시트의 벌크(바디) 내의 추출 피쳐들에 의해 추출되어 LCD 패널(12)을 비춘다. 이러한 추출 피쳐들은 전반사를 방해하며 유리 시트(28) 내에 전파되는 광이 주표면들(30, 32) 중 하나 또는 둘을 통해 상기 유리 시트의 밖으로 지향되도록한다. 따라서, BLU(24)는 유리 시트(28)의 후면, 예를 들어 주표면(32)으로부터 추출된 광을 제1 주표면(30)을 통해 전방으로 LCD 패널(12)을 향해 재지향시키기 위하여 LCD 패널(12) 반대편의 LGP(26) 뒤에 위치된 반사판(38)을 더 포함할 수 있다. 적합한 광 추출 피쳐들은 직접 상기 유리 시트의 표면을 거칠게 만듬으로써 또는 적합한 코팅, 예를 들어 확산 필름으로 상기 시트를 코팅함으로써 생성된 상기 유리 시트 상의 거친 표면을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서 광 추출 피쳐들은 예를 들어 적합한 잉크, 예컨대 UV-경화 잉크로 반사 피쳐들(예를 들어 백색 점들)을 프린팅하고 상기 잉크를 건조 및/또는 경화시킴으로써 얻어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 전술한 추출 피쳐들의 조합들이 사용될 수 있거나, 당업계에 공지된 다른 추출 피쳐들이 사용될 수 있다.

BLU는, 일부 실시예들에서, 유리 시트(28)의 주표면 상에 퇴적된 하나 이상의 필름들 또는 코팅들(미도시), 예를 들어 양자점 필름, 확산 필름, 반사 편광 필름, 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.

로컬 디밍, 예를 들어 1차원(1D) 디밍은 유리 시트(28)의 적어도 하나의 엣지 표면(34a)을 따라 제1 영역을 비추는 선택된 LED들(36)을 켜는 반면 인접한 영역들을 비추는 다른 LED들(36)을 끔으로써 달성될 수 있다. 반대로, 1D 로컬 디밍은 상기 제1 영역을 비추는 선택된 LED들을 끄는 반면 인접한 영역들을 비추는 LED들을 켬으로써 달성될 수 있다. 도 2는 유리 시트(28)의 엣지 표면(34a)을 따라 배열된 LED들(36)의 제1 서브-어레이(40a), 유리 시트(28)의 엣지 표면(34a)을 따라 배열된 LED들(36)의 제2 서브-어레이(40b), 유리 시트(28)의 엣지 표면(34a)을 따라 배열된 LED들(36)의 제3 서브-어레이(40c)를 포함하는 예시적인 LGP(26)의 일부를 도시한다. 상기 세 개의 서브-어레이들에 의해 비추어지는 상기 유리 시트의 개별 영역들은 A, B, 및 C로 라벨링되며, 상기 A 영역은 중간 영역이고, 상기 B 및 C 영역들은 상기 A 영역에 인접한다. 영역들(A, B, 및 C)은 각각 LED 서브-어레이들(40a, 40b, 및 40c)에 의해 비추어진다. 서브 어레이(40a)의 LED들이 "켜짐" 상태이고 다른 서브-어레이들, 예를 들어 상기 서브-어레이들(40b 및 40c)의 모든 다른 LED들이 "꺼짐" 상태일 때, 로컬 디밍 지수(local dimming index, LDI)는 1 - [(상기 B, C 영역들의 평균 광도)/(상기 A 영역의 광도)] 로 정의될 수 있다. LDI의 결정에 대한 보다 자세한 설명은 예를 들어 "엣지-타입 LED 백라이트 유닛에 대한 로컬 디밍 설계 및 최적화": Jung, et al., SID 2011 Digest, 2011, pp.1430-1432에서 발견될 수 있으며, 그 내용은 그 전문이 참조에 의해 본 명세서에 결합된다. 임의의 하나의 어레이 또는 서브-어레이 내의 LED들의 수, 또는 심지어 서브-어레이들의 수는 적어도 디스플레이 장치의 크기의 함수라는 것과, 도 2에 도시된 LED들, 어레이들, 및 구역들의 수는 오직 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것에 주의해야 한다. 따라서, 각각의 서브-어레이는 단일한 LED, 또는 복수의 LED를 포함할 수 있거나, 복수의 서브-어레이들이 특정 LCD 패널을 비추기 위해 필요한 수, 예컨대 3개의 서브-어레이들, 4개의 서브-어레이들, 5개의 서브-어레이들 등으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 통상적인 1D 로컬 디밍-가능한 55 인치(139.7cm) LCD TV는 8 내지 12개의 구역들을 가질 수 있으며, 각각의 구역은 하나 이상의 LED들을 포함하는 LED들의 하나 이상의 서브-어레이들에 의해 비추어진다. 구역 폭은 일반적으로 약 100mm 내지 약 150mm 범위이나, 일부 실시예들에서 상기 구역 폭은 더 작을 수 있다. 구역 길이는 유리 시트(28)의 길이와 대략 동일하다. LGP의 하나의 구역 내로 주입된 광이 그 구역 내에 가능한한 많이 갇히는 것은 1D 디밍의 기본적인 요건이다. 주입된 광을 적절한 구역(들) 내에 적절하게 가두는 것이 불가능한 경우, 디밍되어야 하는 구역 내로 광의 누출을 야기할 수 있다. 따라서, 어둡도록 의도된 구역이 대신 밝아지며, 화면 품질(예를 들어, 콘트라스트)이 저하된다.

이제 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 유리 시트(28)는 특정한 구역 내로 주입된 광을 그 구역 내에 머무르도록 더 잘 가두도록 구조화된 표면을 포함하도록 가공될 수 있다. 본 명세서에 사용된, "구조된 표면"이라는 용어는, 달리 명시되지 않는한, 복수의 구조들, 즉 복수의 교대하는 피크들 및 골들(채널들)을 포함하는 표면을 지칭한다. 본 명세서에 사용된 "피크"는 평평한 표면, 아치형의 표면, 또는 각진 표면, 예를 들어 프리즘형 표면을 포함할 수 있으며, 뾰족한 점 또는 능선으로 제한되지 않는다. 교대하는 피크들 및 채널들은 일반적으로 열들, 예를 들어 평행한 열들로 배열된다. 피크들 및 채널들의 열들은, 상기 열들의 길이 방향에 수직한 단면에서 보았을 때, 다양한 형상들의 파형의 외관을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 피크들 및 채널들의 단면도는 추가적인 설명들에서 보다 명백해질 바와 같이 직사각형 파형, 삼각형 파형, 아치형 파형(예를 들어 사인파형), 사다리꼴 파형, 이들의 조합들 등의 외관을 가질 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 상기 유리 시트의 표면, 예를 들어 제1 주표면(30) 내에 형성된 복수의 채널들(60)을 포함하는 유리 시트(28)를 포함하는 LGP를 도시하며, 상기 채널들은 피크들(62)에 의해 분리되며 피크들(62)과 교대하며, 상기 피크들(62)은 도 3a의 실시예에서 플래토(plateau)들 또는 메사(mesa)들이나, 다른 실시예들에서, 상기 피크들은 다른 형상들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 채널들은 아래 보다 광범위하게 논의되는 바와 같이 제2 표면(32), 또는 제1 표면(30) 및 제2 표면(32) 둘 모두에 형성될 수 있다. 실시예들에서, 상기 복수의 채널들의 채널들은 상기 복수의 피크들의 인접한 피크에 평행하게 형성될 수 있으며, 상기 채널들이 형성된 표면(예를 들어, 제1 표면(30))에 대한 최대 깊이(H)를 포함한다. 채널들(60)은 도 3a 내지 3c에서 점선에 의해 표시된 상기 깊이(H)의 절반(즉, H/2)에서 상기 채널을 가로지르는 위치에서 정의되는 폭(S)을 더 포함한다. 참조 기호 "t"는 유리 시트(28)의 최소 두께를 나타내며, 이는 오직 하나의 구조화된 표면을 가지는 유리 시트의 경우, 채널의 최저점으로부터 대향하는 주표면, 예를 들어 주표면(32)까지의 거리이다.

이제 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 다른 실시예들에서, 유리 시트(28)는 또다른 형상들의 피크들 및 채널들을 포함하도록 가공될 수 있다. 예를 들어, 도 4a는 채널들(60)에 의해 분리된 아치형 피크들, 예컨대 원호들(예를 들어, 반원형 원호)을 도시하며, 이전과 같이, 각각의 피크의 폭(W) 및 각각의 채널의 폭(S)은 H/2에서 정의되며, 채널들 및 피크들의 주기는 W 및 S의 합이다(즉, P=W+S). 도 4b는 각진(프리즘형) 피크들을 포함하는 유리 시트의 구조화된 표면을 도시하며, 도 4c는 교대하는 아치형 피크들 및 아치형 채널들의 어레이를 가지는 물결 모양의 표면을 포함하는 유리 시트(28)의 구조화된 표면을 도시한다. 일부 실시예들에서, 상기 구조화된 표면은 사인파형 표면을 포함할 수 있다. 불연속적 피크들은 (연속적인 파형들, 예컨대 사인파형)은 갭(U)에 의해 분리될 수 있으며, 갭(U)은 피크의 바닥들 사이의 거리를 나타낸다는 것에 주의해야 한다. 이러한 갭들은 일반적으로 상기 유리 시트의 평면(예를 들어, 구조화되지 않은 표면의 평면, 예컨대 제2 주표면(32))에 실질적으로 평행한 평평한 바닥 표면(바닥)에 의해 형성된다.

일부 실시예들에서, 도 5a 내지 5c에 도시된 바와 같이 유리 시트(28)의 양 주표면들은 피크들 및 채널들의 복수의 교대하는 열들을 포함하는 구조화된 표면들일 수 있으며, 반대편 표면 피크 폭들 및 채널 폭들은 각각 W' 및 S'으로 표현되며, 반대편 표면 피크들 및 채널들의 주기는 P'=W'+S'이다. 두 대향하는 구조화된 표면들에 대한 최소 두께(t)는 유리 시트(28)의 양 표면들 상의 채널들의 최저점 사이에서 정의되며, 최대 두께는 상기 유리 시트의 양 주표면들 상의 최고점들 사이로 정의된다는 것이 명백해야 한다.

본 명세서에 개시된 채널 깊이(H)(또는 H')는 약 5μm 이상 내지 약 300μm 범위, 예를 들어 약 5μm 내지 약 250μm 범위, 약 5μm 내지 약 200μm 범위, 약 5μm 내지 약 150μm 범위, 약 5μm 내지 약 100μm 범위, 약 5μm 내지 약 80μm 범위, 약 5μm 내지 약 70μm 범위, 약 5μm 내지 약 60μm 범위, 약 5μm 내지 약 50μm 범위, 약 5μm 내지 약 45μm 범위, 약 5μm 내지 약 40μm 범위, 약 5μm 내지 약 35μm 범위, 약 5μm 내지 약 30μm 범위, 약 5μm 내지 약 25μm 범위, 약 5μm 내지 약 20μm 범위, 약 5μm 내지 약 15μm 범위, 약 10μm 내지 약 300μm 범위, 약 20μm 내지 약 300μm 범위, 약 30μm 내지 약 300μm 범위, 약 40μm 내지 약 300μm 범위, 약 50μm 내지 약 300μm 범위, 약 60μm 내지 약 300μm 범위, 약 70μm 내지 약 300μm 범위, 약 80μm 내지 약 300μm 범위, 약 90μm 내지 약 300μm 범위,약 100μm 내지 약 300μm 범위, 약 150μm 내지 약 300μm 범위, 약 200μm 내지 약 300μm 범위, 또는 약 250μm 내지 약 300μm 범위일 수 있으나, 상기 유리 시트의 최대 두께(T) 및 상기 채널들의 단면 형상에 따라 다른 깊이들이 또한 구상되며, 전술한 범위들의 모든 하위 범위들을 포함한다. 상기 채널 깊이는 피크 높이와 동일하다는 것이 쉽게 명백해야 한다. 실제로, 피크는 인접한 채널들에 의해 정의되며, 그 역도 성립한다. 따라서, H는 채널 깊이 또는 피크 높이를 나타내도록 본 명세서에서 사용될 수 있으며, 그 용도는 문맥으로부터 쉽게 명백할 것이다.

일부 실시예들에서, H/2에서 정의되는 채널 폭(S)은 약 10μm 내지 약 3mm 범위, 예를 들어 약 10μm 내지 약 2mm 범위, 약 10μm 내지 약 1mm 범위, 약 10μm 내지 약 500μm 범위, 약 10μm 내지 약 300μm 범위, 약 10μm 내지 약 100μm 범위, 약 10μm 내지 약 50μm 범위, 약 80μm 내지 약 300μm 범위, 약 120μm 내지 약 300μm 범위, 약 140μm 내지 약 300μm 범위, 약 160μm 내지 약 300μm 범위, 약 180μm 내지 약 300μm 범위, 약 220μm 내지 약 300μm 범위, 약 240μm 내지 약 300μm 범위, 또는 약 260μm 내지 약 300μm 범위일 수 있으며, 전술한 범위들의 모든 하위 범위들을 포함하나, 예를 들어 유리 시트의 치수들, 채널들의 단면 형상, 및 원하는 조명 구역들의 수에 따라 다른 채널 폭들이 또한 구상된다.

채널(60), 예를 들어 상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널, 또는 상기 복수의 채널들 중 각각의 채널의 채널 깊이(H)에 대한 채널 폭(S)의 비(S/H)는 약 1 내지 약 15 범위, 예를 들어 약 1 내지 약 12 범위, 약 1 내지 약 10 범위, 약 1 내지 약 8 범위, 약 1 내지 약 6 범위, 약 1 내지 약 4 범위, 약 2 내지 약 15 범위, 약 4 내지 약 15 범위, 약 6 내지 약 15 범위, 약 8 내지 약 15 범위, 약 10 내지 약 15 범위, 및 약 12 내지 약 15 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.

채널들(60) 및 피크들(62)은 일부 실시예들에서 주기적일 수 있으며, 주기(P)는 피크의 폭(W) 더하기 인접한 채널의 폭(S)과 같다. 즉, P=W+S. 그러나 다른 실시예들에서, 상기 채널들 및 피크들은 비주기적일 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트의 표면 상의 한 채널의 폭은 상기 유리 시트의 상기 표면 상의 다른 채널의 폭과 다를 수 있다. 유사하게, 상기 유리 시트의 상기 표면 상의 하나의 채널의 깊이는 상기 유리 시트의 상기 표면 상의 다른 채널의 깊이와 다를 수 있다. 이러한 차이들은 피크들에도 적용되며, 상기 유리 시트의 표면 상의 하나의 피크의 폭은 상기 유리 시트의 상기 표면 상의 다른 피크의 폭과 다를 수 있다. 유사하게, 상기 유리 시트의 상기 표면 상의 하나의 피크의 높이는 상기 유리 시트의 상기 표면 상의 다른 피크의 높이와 다를 수 있다.

채널들(60)은 다양한 단면 형상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a의 실시예에서, 채널들(60)은 각각의 채널의 종방향 축에 수직한 단면이 계단 형상이다 (직사각형, 예를 들어 사각형 파형을 연상시킨다). 도 3b의 실시예에서, 각각의 채널(60)은 아치형 단면 형상, 예를 들어 오목한 원형 단면, 예컨대 원호 및 그 사이의 평평한 상단 피크들(예를 들어, 메사들)을 포함하여, 상기 유리 시트의 구조화된 표면은 메사들 및 아치형 채널들의 교대하는 열들을 포함한다. 도 3c의 실시예에서, 각각의 채널(60)은 상기 채널의 평평한 바닥에 대하여 경사진 측벽들을 가지는 사다리꼴 형상을 포함한다. 그러나, 도 3a 내지 도 3c의 단면 형상들은 제한적이지 않으며, 채널들(60)은 아래 설명되는 단면 형상들을 포함하는 다른 단면 형상들, 또는 단면 형상들의 조합을 가질 수 있다. 실제로, 다른 실시예들에서, 구조화된 표면은 혼합된 형상들의 피크들 및 채널들, 예를 들어 아치형 채널들 및 각진 형상의(예를 들어, 사다리꼴) 채널들의 혼합을 가질 수 있다. 유사하게, 구조화된 표면은 다른 피크들의 혼합, 예를 들어 계단형, 아치형, 및/또는 각진 형상의 피크들의 혼합을 가질 수 있다. 이는 상이한 형상들의 개별적인 채널들 및/또는 피크들을 포함하거나, 단일한 채널 또는 피크는 상이한 형상들의 부분들을 포함한다. 예를 들어, 채널 및/또는 피크는 계단부 및 아치부를 포함할 수 있다.

원호 채널 단면들의 구체적인 실시예들이 도 6a 및 6b에 도시된다. 도 6a의 실시예는 도 6a가 각각의 메사-형상의 피크(62)에 인접한 원호들을 포함하는 단면 형상을 가지는 채널들(60)을 포함하는 유리 시트(28)를 도시하는 점에서 도 3b의 실시예와 유사하다. 상기 원호들은 상기 피크들(62)의 측벽들을 정의하며, 약 0.5μm 내지 약 1cm 범위, 예를 들어 약 0.5μm 내지 약 0.5cm 범위, 약 0.5μm 내지 약 0.1cm 범위, 약 0.5μm 내지 약 50mm 범위, 약 0.5μm 내지 약 1mm 범위, 약 0.5μm 내지 약 500μm 범위, 약 0.5μm 내지 약 100μm 범위, 약 0.5μm 내지 약 50μm 범위, 또는 약 0.5μm 내지 약 5μm 범위의 곡률 반경을 가질 수 있다.

도 6b는 아치형 단면 피크들(62) 및 아치형 단면들을 가지는 채널들(60)을 포함하는 다른 구조화된 표면을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 4b의 피크들(62)의 단면은 반경(r)을 가지는 원호들을 포함하며, 그 사이의 채널(60)은 반경(R)을 가지는 원호들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 반경(r)은 반경(R)보다 작을 수 있다. 각각의 피크(62)는 반경(R)을 가지는 원호들 사이에 위치되며, 상기 피크들의 측벽들은 반경(R)을 가지는 원호들에 의해 적어도 부분적으로 정의된다. 도 6a 및 6b의 실시예들에서, 채널(60)은 평평한 바닥에 의해 분리된 두 원호들을 포함한다.

위에 설명된 바와 같이, 상기 복수의 채널들의 채널(60)은 두 채널들 사이의 고점에 대응하는 피크(62)에 의해 상기 복수의 채널들의 인접한 채널로부터 분리된다. 특히 메사들의 경우, 인접한 채널들 사이의 평평한 상단은, 일부 실시예들에서, 백라이트 유닛의 로컬 디밍 구역의 폭에 대응한다.

H/2에서 정의되는 피크의 폭(W)은 예를 들어 약 10μm 이상, 약 25μm 이상, 약 75μm 이상, 약 100μm 이상, 약 150μm 이상, 약 300μm 이상, 약 450μm 이상, 약 600μm 이상, 약 750μm 이상, 약 900μm 이상, 약 1200μm 이상, 약 1350μm 이상, 약 1500μm 이상, 약 1650μm 이상, 약 1800μm 이상, 예를 들어 약 75μm 내지 약 1800μm 범위일 수 있다. 다른 실시예들에서, 피크 폭(W)은 약 10μm 내지 약 3mm 범위, 예를 들어 약 10μm 내지 약 2.5mm 범위, 약 10μm 내지 약 2.0mm 범위, 약 10μm 내지 약 1.5mm 범위, 약 10μm 내지 약 1.0mm 범위, 약 10μm 내지 약 800μm 범위, 약 10μm 내지 약 500μm 범위, 약 10μm 내지 약 300μm 범위, 약 10μm 내지 약 200μm 범위, 약 10μm 내지 약 100μm 범위, 약 10μm 내지 약 80μm 범위, 약 10μm 내지 약 50μm 범위, 약 20μm 내지 약 800μm 범위, 약 30μm 내지 약 500μm 범위, 약 40μm 내지 약 300μm 범위, 약 50μm 내지 약 250μm 범위, 약 60μm 내지 약 200μm 범위, 또는 약 70μm 내지 약 150μm 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.

피크 높이는 인접한 채널 깊이와 동일하다는 것이 쉽게 명백해야 한다. 따라서, H는 채널 깊이 또는 피크 높이를 나타내도록 본 명세서에 사용될 수 있다. 실제로, 피크는 인접한 채널들에 의해 정의되며, 그 역도 성립한다. 피크인지 채널인지의 용도는 문맥으로부터 쉽게 명백할 것이다. 실시예들에서, 피크 높이(H)는 약 5μm 이상 내지 약 300μm 범위, 예를 들어 약 5μm 내지 약 250μm 범위, 약 5μm 내지 약 200μm 범위, 약 5μm 내지 약 150μm 범위, 약 5μm 내지 약 100μm 범위, 약 5μm 내지 약 80μm 범위, 약 5μm 내지 약 70μm 범위, 약 5μm 내지 약 60μm 범위, 약 5μm 내지 약 50μm 범위, 약 5μm 내지 약 45μm 범위, 약 5μm 내지 약 40μm 범위, 약 5μm 내지 약 35μm 범위, 약 5μm 내지 약 30μm 범위, 약 5μm 내지 약 25μm 범위, 약 5μm 내지 약 20μm 범위, 약 5μm 내지 약 15μm 범위, 약 10μm 내지 약 300μm 범위, 약 20μm 내지 약 300μm 범위, 약 30μm 내지 약 300μm 범위, 약 40μm 내지 약 300μm 범위, 약 50μm 내지 약 300μm 범위, 약 60μm 내지 약 300μm 범위, 약 70μm 내지 약 300μm 범위, 약 80μm 내지 약 300μm 범위, 약 90μm 내지 약 300μm 범위, 약 100μm 내지 약 300μm 범위, 약 150μm 내지 약 300μm 범위, 약 200μm 내지 약 300μm 범위, 또는 약 250μm 내지 약 300μm 범위일 수 있으나, 상기 유리 시트의 최대 두께(T)에 따라 다른 피크 높이들이 또한 구상된다. 두 대향하는 구조화된 표면들이 예시되는 경우, 피크 높이는 하나의 구조화된 표면에 대하여 H에 의해 표시될 것이고, H'에 의해 반대편 구조화된 표면에 대한 피크 높이를 나타내고 구별할 것이다. 본 명세서에 사용된 H의 예들은 H'의 예들을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

일부 실시예들에서, 피크(62)의 W/H 비는 약 1 내지 약 15 범위, 예를 들어 약 1 내지 약 15, 예를 들어 약 1 내지 약 12 범위, 약 1 내지 약 10 범위, 약 1 내지 약 8 범위, 약 1 내지 약 6 범위, 약 1 내지 약 4 범위, 약 2 내지 약 15 범위, 약 4 내지 약 15 범위, 약 6 내지 약 15 범위, 약 8 내지 약 15 범위, 약 10 내지 약 15 범위, 및 약 12 내지 약 15 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.

본 명세서에 개시된 구조화된 표면들의 경우, 상기 유리 시트(28)의 오직 하나의 주표면만이 구조화된 표면인 실시예들에서, 채널 폭(S)은 상기 피크 폭(W)의 약 10배 미만, 예를 들어, S≤10W, 예컨대 S≤8W, S≤6W, S≤4W, S≤2W, S≤W, S≤0.5W, S≤0.3W, S≤0.2W, 예를 들어 약 0.2 내지 약 10 범위, 약 0.2 내지 약 8 범위, 약 0.2 내지 약 6 범위, 약 0.2 내지 약 4 범위, 약 0.2 내지 약 3 범위, 약 0.2 내지 약 2 범위, 약 0.2 내지 약 1 범위, 약 0.3 내지 약 10 범위, 약 0.4 내지 약 10 범위, 약 0.5 내지 약 10 범위, 약 1 내지 약 10 범위, 약 2 내지 약 10 범위, 약 4 내지 약 10 범위, 약 6 내지 약 10 범위, 또는 약 8 내지 약 10 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.

상기 제1 주표면 및 상기 제2 주표면 둘 모두가 구조화된 표면들인 경우, 상기 채널 폭(S)은 상기 피크 폭(W)의 약 20배 미만, 예를 들어 S≤20W, S≤18W, S≤16W, S≤14W, S≤12W, S≤10W, S≤8W, S≤6W, S≤4W, S≤3W, S≤2W, S≤W, S≤0.5W, S≤0.3W, S≤0.2W, 예를 들어 약 0.2 내지 약 20 범위, 약 0.2 내지 약 18 범위, 약 0.2 내지 약 16 범위, 약 0.2 내지 약 14 범위, 약 0.2 내지 약 12 범위, 약 0.2 내지 약 10 범위, 약 0.2 내지 약 8 범위, 약 0.2 내지 약 6 범위, 약 0.2 내지 약 4 범위, 약 0.2 내지 약 3 범위, 약 0.2 내지 약 2 범위, 또는 약 0.2 내지 약 1 범위, 약 0.2 내지 약 20 범위, 약 0.3 내지 약 20 범위, 약 0.4 내지 약 20 범위, 약 0.5 내지 약 20 범위, 약 1 내지 약 20 범위, 약 2 내지 약 20 범위, 약 2 내지 약 20 범위, 약 6 내지 약 20 범위, 약 8 내지 약 20 범위, 약 10 내지 약 20 범위, 약 12 내지 약 20 범위, 약 14 내지 약 20 범위, 약 16 내지 약 20 범위, 또는 약 18 내지 약 20 범위일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. (상기 비들은 W' 및 S'에도 적용된다.)

상기 채널 깊이(H), 또는 피크 높이는, 일부 실시예들에서 상기 유리 시트 두께(T)의 약 5% 내지 약 90% 범위일 수 있다. 예를 들어, 오직 하나의 주표면 상에 형성된 채널들을 가지는 유리 시트의 경우, 상기 채널 깊이(H)는 상기 최대 유리 시트 두께(T)의 약 10% 내지 약 90% 범위(0.1≤H/T≤0.9), 예컨대 H/T≤0.9, H/T≤0.8, H/T≤0.7, H/T≤0.6, H/T≤0.5, H/T≤0.4, H/T≤0.3, H/T≤0.2, 또는 H/T≤0.1일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 두 대향하는 주표면들 상에 형성된 채널들을 가지는 유리 시트의 경우, 채널 깊이(H)(또는 반대편 표면의 경우 H')는 상기 최대 유리 시트 두께(T)의 약 5% 내지 약 45% 범위(0.05≤H/T≤0.45), 예컨대 H/T≤0.45, H/T≤0.4, H/T≤0.35, H/T≤0.3, H/T≤0.25, H/T≤0.2, H/T≤0.15, H/T≤0.1, 또는 H/T≤0.05 일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 전술한 범위들이 표시된 H/T 비 및 H'/T에 동일하게 적용된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 채널 깊이(H')는 상기 최대 유리 시트 두께(T)의 약 5% 내지 약 45% 범위(0.05≤H'/T≤0.45), 예컨대 H'/T≤0.45, H'/T≤0.4, H'/T≤0.35, H'/T≤0.3, H'/T≤0.25, H'/T≤0.2, H'/T≤0.15, H'/T≤0.1, 또는 H'/T≤0.05 일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 또한, 위에서 설명한 바와 같이, 상기 제2 주표면의 채널 깊이들(H') 및 채널 폭들(S')은 상기 제1 주표면의 채널 깊이들(H) 및 채널 폭들(S)과 동일한 크기를 가질 필요는 없다. 따라서, H'은 H와 동일할 수 있거나, H'은 H와 다를 수 있다. 유사하게, S'은 S와 동일할 수 있거나, S'은 S와 다를 수 있다. 또한, 대향하는 채널들 및/또는 피크들은 정렬될 수 있거나, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 다른 실시예들에서 정렬되지 않을 수 있다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 사다리꼴 채널에서 발견될 수 있는 채널의 바닥 표면과 상기 채널의 경사진 측벽 사이의 벽 각도(Θ)는 또한 원하는 로컬 디밍 효과를 달성하도록 변경될 수 있다. 상기 벽 각도(Θ)는 예를 들어 90° 초과 내지 180° 미만 범위, 예컨대 약 95° 내지 약 160°, 약 100° 내지 약 150°, 약 110° 내지 약 140°, 또는 약 120° 내지 약 130°일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.

다양한 실시예들에서, 예를 들어 도 7b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 채널들(60)은 적어도 하나의 저굴절률 재료(61)로 완전히 또는 부분적으로 채워질 수 있다. 저굴절률 재료(61)는 상기 유리 시트의 굴절률보다 보다 적어도 10% 낮은 굴절률을 가지는 광학적으로 투명한 재료일 수 있다. 예시적인 저굴절률 재료들은 폴리머들, 유리들, 무기 산화물들, 및 다른 유사한 재료들로부터 선택될 수 있다. 상기 저굴절률 재료는 임의의 형상 및/또는 크기의 채널들(60)을 채우거나 적어도 부분적으로 채우기 위해 사용될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들을 포함한다.

채널들(60)은 예를 들어 식각에 의해 형성될 수 있으며, 상기 제1 주표면(30) 및 상기 제2 주표면(32)의 부분들은 패터닝된 내산성 재료로, 예를 들어 프린팅(예를 들어, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅)에 의해, 코팅되며, 유리 재료가 제거되는 제1 주표면(30) 및/또는 제2 주표면(32)의 부분들은 상기 내산성 재료로 덮이지 않는 상태로 유지된다. 상기 코팅된 표면은 이후 예컨대 산 용액에 상기 유리 시트를 담금으로써 또는 상기 유리 시트 상에 식각제를 스프레잉함으로써 상기 유리 시트의 표면을 식각하고 원하는 깊이(H) 및 폭(S)을 가지는 채널들을 형성하기에 적합한 시간 동안 온도에서 적합한 산 용액(예를 들어, 식각제)에 노출될 수 있다. 상기 유리 시트의 오직 단일한 주표면이 식각되는 실시예들에서, 반대편 주표면은 내산성 재료로 전체적으로 덮일 수 있다. 또한, 상기 유리 시트의 엣지 표면들은 또한 상기 엣지 표면들의 식각을 막기 위해 내산성 재료로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 시트가 매우 얇은 경우, 예를 들어 T가 약 0.3mm 이하인 경우, 상기 유리 시트는 당업계에 공지된 방법들을 사용하여 캐리어 판, 예를 들어 더 두꺼운 유리 판, 또는 다른 적합한 재료의 판에 부착될 수 있다. 예를 들어, 유리 시트(28)는 접착제로 캐리어 판에 부착될 수 있다.

상기 식각 용액은 예를 들어 HF, H₂SO₄, HCl 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이들의 조합들을 포함한다. 상기 식각 방법은, 특정 실시예들에서, η/E<0.5초인 점도(η) 및 탄성 영률(E)을 가지는 유리 조성물들에 적용가능하다. 식각 방법들은 본 명세서에 설명된 임의의 채널(60)을 생성하는데 사용될 수 있다.

먼지, 기름들, 또는 다른 오염물들이 균일한 식각을 막음으로써 상기 식각 공정에 부정적으로 영향을 미칠 수 있으므로, 유리 시트의 주표면을 식각하는 방법들은 일반적으로 유리 시트를 청소하는 단계부터 시작한다. 따라서, 예시적인 식각 공정에서, 식각되는 유리 시트(28)(도 8a 참조)는 오염물을 제거하기 위해 세척액, 예를 들어 물, 및 선택적으로 세제를 사용하여 청소될 수 있으며, 세제 잔여물을 제거하기 충분하게 물로 헹구어질 수 있다. 일 예에서, 상기 유리 시트는 먼저 상기 유리 표면 상의 유기 오염물들 및 먼지를 제거하기 위해 KOH 용액으로 세척될 수 있다. 다른 세척 용액들은 필요에 따라 대체될 수 있다. 약 20℃ 미만의 물 접촉각을 얻기 위해 충분한 청결도의 수준이 얻어져야 한다. 접촉각은 예를 들어 Kr

ss GmbH에 의해 제조된 DSA100 방울 형상 분석기를 사용하고 세실(sessile) 방울 방법을 사용하여 평가될 수 있다. 청소 후에, 상기 유리 시트는 예를 들어 탈이온수로 선택적으로 헹구어질 수 있다. 또한, 식각되는 표면은 세척 후에 상기 유리 시트의 표면 상의 임의의 유기 오염물들을 제거하기 위하여 공기 플라즈마를 사용하여 플라즈마 처리될 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 시트 표면은 약 2분 내지 약 4분 범위의 시간 동안 공기 플라즈마(50와트)에 노출될 수 있으나, 상기 유리 시트의 원하는 청결도의 수준 및 초기 청결도에 따라 다른 시간들이 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 유리 시트는 상기 유리 표면으로부터 임의의 물리 흡착된 물을 제거하기 위해 건조될 수 있다. 계면-흡착된(물리 흡착된) 물은 수조 식각 및 스프레이 식각 둘 모두를 포함하는 후속적인 식각 동안 상기 유리 표면에 대한 상기 식각 마스크의 접착에 상당히 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 시트는 적어도 약 16 시간, 예를 들어 약 16 시간 내지 약 20 시간 범위 동안 약 200℃ 이상, 예를 들어 약 200℃ 내지 약 250℃ 범위의 온도에서 오븐 내에서 구워질 수 있다. 상기 오븐으로부터 제거 후, 상기 유리 시트는 수분의 재흡수를 막기 위해 후속적인 가공 전에 약 40% 내지 약 60% 범위의 상대 습도에서 데시케이터(desiccator) 내에 저장될 수 있다.

상기 방법은 식각 마스크 재료의 적용 전에 식각될 상기 유리 시트의 표면에 접착 촉진제를 적용하는 선택적인 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8b는 유리 시트(28)의 제1 주표면(30)에 적용되는 접착 촉진 층(72)을 도시하나, 다른 실시예들에서, 상기 식각 마스크(74)가 상기 유리 시트의 양 주표면들에 적용되는 경우, 제1 주표면(30) 및 제2 주표면(32) 둘 모두는 접착 촉진제로 코팅될 수 있다. 상기 접착 촉진제는 상기 내산성 재료의 적절한 접착을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 상기 접착 촉진제는 실레인(silane) 층, 에폭시실레인(epoxysilane) 층, 또는 자가-조립된 실록세인(siloxane) 층일 수 있다. 상기 접착 촉진제는, 예를 들어, Gelest사에 의해 제조되며 2 메톡시 프로판올로 희석된, 아크릴레이트-기반 폴리실세스퀴옥세인(acrylate-based polysilsesquioxane) 수지 용액인 HardSil™ AM(HAM)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 접착 촉진제는 2-메톡시 프로판올을 사용하여 부피비로 10% 내지 50%로 희석된 HAM 폴리-실세스퀴옥세인 원액일 수 있다. 상기 HAM 용액은 부피비로 2% 내지 10%의 폴리머 농도로 희석될 수 있다. 사용에 적합한 다른 접착 촉진제들은 물 내의 옥타데실디메틸(3-트리메톡실실릴프로필)암모늄클로라이드(octadecyldimethyl(3-trimethoxylsilylpropyl)ammoniumchloride) 및/또는 이소프로필 알콜 내의 아세트산 3-글리시디옥시프로필)트리메톡시실레인(acetic acid 3-glycidyoxypropyl)trimethoxysilane)을 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 접착 촉진제는 페인팅(롤링)에 의해 적용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 접착 촉진제는 스핀 코팅 또는 디핑에 의해 적용될 수 있다. 예를 들어, 스핀 코팅은 다수의 속도들로, 예컨대 약 500 내지 약 1000rpm 범위의 제1, 느린 회전 속도 및 이후 예컨대 약 2500rpm 내지 약 3500rpm 범위의 제2, 빠른 회전 속도로 수행될 수 있다. 표면 에너지 및 원자력 표면 거칠기 측정은 >10% HAM 용액이 잘 코팅된 표면을 야기한다는 것을 보였다. 그러나, 일부 실시예들에서 상기 유리에 적용된 선택된 내산성 재료가 적절한 접착을 나타내는 경우 접착 촉진제는 필요하지 않을 수 있다는 것에 주의해야 한다.

상기 접착 촉진제 층의 적용 후에, 상기 접착 촉진제는 선택적으로 공기 건조되고 재료에 따라 예를 들어 약 120℃ 내지 약 300℃, 예를 들어 약 150℃ 내지 200℃의 범위의 온도에서, 예를 들어 약 5분 내지 1시간의 범위, 예를 들어 20분 내지 약 30분의 시간 동안 베이킹함으로써 경화될 수 있다. 상기 코팅된 유리 시트는 이후 예를 들어 이소프로필 알콜로 헹구어질 수 있으며, 이후 질소 가스(N₂)로 블로잉 건조된다.

도 8c에 도시된 후속적인 단계에서, 내산성 재료, 또는 식각 마스크(74)가 원하는 패턴으로 상기 유리 시트에, 상기 접착 촉진제가 존재하는 경우 상기 접착 촉진제 상에 적용된다. 상기 내산성 재료로 덮인 상기 유리 주표면(예를 들어, 접착 촉진제)의 부분들은 식각 공장 동안 식각되지 않을 것이며 식각 후에 피크들(62)을 형성할 것이며 상기 식각 마스크는 제거된다. 상기 식각 마스크의 적용된 패턴은 유리 시트(28)의 주표면을 가로질러 연장되는 복수의 열들, 예를 들어 복수의 평행한 열들일 수 있으나, 다른 패턴들도 가능하다. 상기 내산성 재료로 덮이지 않은 상기 유리 시트의 부분들은 노출된 표면의 높이 아래로 식각되어 채널들을 형성할 것이다. 이전에 설명된 바와 같이, 상기 내산성 재료는 프린팅 공정, 예를 들어 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅에 의해 적용될 수 있다. 패턴 해상도, 즉 식각 후에 남는 상기 피크들 및 채널들의 크기(예를 들어 폭) 및 공간적 밀도(예를 들어, 주기성)는 아래 설명될 바와 같이 식각 공정 동안 발생하는 언더컷의 양을 최소로 제어하는 것을 수반한다는 것에 주의해야 한다.

스크린 프린팅 공정을 위한 통상적인 스크린 메쉬 크기들은 제곱 인치 당 약 300 내지 500 와이어(제곱 센티미터 당 46.5 내지 77.5 와이어) 범위일 수 있으며, 상기 스크린 와이어들은 스테인리스강으로 형성된다. 광감성 에멀션(포토레지스트)이 약 5μm 내지 약 10μm 범위, 예를 들어 약 5μm 내지 약 9μm 범위, 예컨대 7μm의 깊이로 상기 스크린에 고르게 적용되며, 교대하는 투명하고 불투명한 열들인 상기 식각 마스크의 패턴의 네거티브를 포함하는 포토마스크를 통해 예컨대 자외선 광과 같은 광으로 상기 에멀션을 비춤으로써 경화된다. 상기 스크린 및 포토레지스트는 노출 후에 세척되어 상기 포토레지스트의 경화되지 않은 부분들을 제거하며, 경화된 에멀션의 스트립들을 남기며, 이로써 패터닝된 스크린을 생성한다.

스크린 프린팅된 식각 마스크는 상기 유리 시트 표면 상에 상기 패터닝된 스크린을 매달고, 식각 마스크 재료로 상기 스크린을 플러딩(flooding)하고, 스퀴지(squeegee)로 상기 스크린을 문지름으로써 적용된다. 상기 스크린은 상기 유리 표면으로부터 약 2mm 내지 약 5mm 범위, 예를 들어 약 4mm 내지 약 5mm 범위의 거리에 매달릴 수 있다. 상기 스퀴지는 상기 식각 마스크 재료를 적용하기 위해 상기 패터닝된 스크린에 걸쳐 실질적으로 일정한 속도 및 압력, 예를 들어 약 75mm/초 내지 약 125mm/초의 범위, 예컨대 약 90mm/초 내지 약 110mm/초의 범위의 속도 및 약 27 파운드/인치²(0.186 메가파스칼) 내지 약 30 파운드/인치²(0.207 메가파스칼) 범위의 압력으로 문질러져야 한다. 상기 식각 마스크 재료가 상기 유리 시트의 표면 상에 퇴적되면, 상기 식각 마스크 재료는 재료에 적합하게 경화된다. 예를 들어, 열 경화 식각 마스크 재료는 약 120℃ 내지 약 140℃ 범위, 예를 들어 약 130℃ 내지 약 140℃의 범위의 온도 및 약 5분 내지 약 75분의 범위의 시간 동안 오븐 내에서 가열함으로써 경화될 수 있으나, 이러한 조건들은 재료의 선택에 따라 변경될 수 있다. UV 경화 식각 마스크 재료는 UV 광으로 경화된다. 경화 후에, 상기 유리 시트는 추가 가공 전까지 데시케이터 내에 보관될 수 있다.

일부 실시예들에서, 접착 촉진제는 개별적인 층으로서 적용되는 대신 상기 식각 마스크 재료 내에 포함될 수 있다. 다양한 식각 마스크 재료들이 상기 재료 조성물 내에 포함되는 다양한 정도의 접착 촉진제와 함께 또는 보다 간단히 특정한 식각 마스크 재료가 제공하는 접착의 정도에 의해 선택될 수 있다. 마스크 프린팅 및 식각 방법들에 의해 생성된 올-유리 표면-구조화된 LGP들의 정확한 표면 토폴로지는 상기 식각 마스크의 상기 기판에 대한 접착 정도에 크게 의존한다.

상기 식각 마스크 재료는 다양한 조성들로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서 상기 식각 마스크 재료는 잉크로서 적용될 수 있다. 적합한 잉크들은 일반적으로 유기 폴리머, 분산제들, 유화제들, 가교제들, 색소, 산화 방지제들, 용매들, 접착 촉진제들 및 무기 재료(예를 들어, 필러 재료)를 포함하는 다성분 조성물들이다. 일반적인 폴리머들은 아크릴레이트 수지들, 에폭시 수지들, 페놀 수지들, 및 폴리실록세인들을 포함한다. 식각 후의 유리 시트 표면 토폴로지는 상기 유리 표면에 대한 식각 마스크 접착을 변화시킴으로써 다양한 정도의 아치형(예를 들어, 골진 또는 사인파형)부터 다양한 정도의 "평평한 상단" 형태들까지 다양한 형상들이 얻어질 수 있다는 점에서 조절가능하다. 광학적 성능에 영향을 미치는 다양한 LGP 광학 파라미터들, 예컨대 광 가둠 지수(LDI)는 상기 유리 시트 표면 토폴로지에 의해 영향을 받을 수 있다. 예시적인 식각 마스크 재료들은 Kiwo, Seabrook, Texas, USA로부터 입수가능한 Kiwomask 140("Kiwo") 및 Sun Chemical로부터 입수가능한 CGSN XG77("CGSN") 및 ESTS 3000("ESTS")이다. 상기 식각 마스크 재료는 적합한 점도를 얻기 위해 필요에 따라 희석될 수 있다. 이러한 예시적인 식각 마스크 재료들은 다양한 양의 접착 촉진제를 포함하고, 상기 유리 표면에 대한 다양한 정도의 접착을 얻는다.

일부 실시예들에서, 상기 식각 마스크는 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 적합한 열가소성 재료들의 예들은 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate) 재료들, 프로필렌(propylene) 재료들, 폴리올(polyop) 재료들, 폴리아미드(polyamide) 재료들, 폴리우레탄(polyurethane) 재료들, 플루로닉(pluronic) 재료들, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)들 등을 포함한다. 이러한 열가소성 재료들은 휘발성 매질 없이 제조될 수 있으며, 이로써 상기 열가소성 재료가 상기 유리 시트의 표면에 적용된 후 건조시키는 단계에 대한 필요를 제거한다. 열가소성 재료들은 상기 유리 표면에 대하여 양호한 접착을 나타내며, 접착 촉진 층(또는 상기 식각 마스크 조성물에 접착 촉진제를 포함시키는 것)에 대한 필요를 더 제거하며, 후속적인 식각 단계 동안 박리의 가능성을 감소시키거나 제거한다. 그러나, 상기 열가소성 재료는 상기 유리의 CTE와 실질적으로 동일한 CTE를 가지도록 선택되어야 한다. 예를 들어, CTE 불일치로 인해 가능한 박리를 피하기 위하여 상기 열가소성 재료는 상기 유리의 CTE의 약 10% 내의 CTE를 가지도록 선택되어야 한다.

열가소성 재료는 저점도("액체") 상태로 상기 유리 표면에 적용되나, 상기 열가소성 재료는 상기 유리 표면과 접촉할 때 거의 즉시 응고되어, 상기 퇴적된 패턴의 퍼짐("젖음")을 제거하며, 상기 유리 표면 상에 제어가능한 형상들 및 간격을 가지는 깨끗한, 일관된, 잘-정의된 패턴을 생성한다.

상기 열가소성 재료의 적용은 예를 들어 하나 이상의 노즐들, 예를 들어 가열된 노즐들로부터 상기 열가소성 재료를 분출시킴으로써 이루어질 수 있다. 상기 하나 이상의 노즐들은 컴퓨터-구동되는 적용 장치, 예를 들어 적어도 2차원, 바람직하게 3차원으로 상기 적용 헤드를 움직일 수 있는 2차원 또는 3차원 갠트리(gantry)에 설치된 적용 헤드에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 재료는 잉크젯 프린팅 공정으로 예컨대 열가소성 재료들의 3D 프린팅을 위한 상업적으로 입수가능한 장치 또는 이와 유사한 것을 사용하여 적용될 수 있다.

대안적으로, 상기 열가소성 재료는 상기 열가소성 재료가 적합한 메쉬 스크린, 예를 들어 금속성(예를 들어, 스테인리스강) 메쉬 스크린 상에 적용될 수 있는 스크린 프린팅 공정으로 적용될 수 있으며, 퍼니스, 마이크로파, 적외선(IR) 가열기들, 또는 레이저(들), 예를 들어 CO₂ 레이저를 통해 가열될 수 있다. 상기 유리 표면에 상기 열가소성 재료를 전사하기 위해 상기 메쉬 스크린은 이후 상기 유리 표면에 프레싱된다. 실시예들에서, 상기 전사 동안 상기 열가소성 재료를 저점도 상태로 유지하기 위해 상기 적용 장치의 부분들은 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 메쉬 스크린은 상기 스크린의 와이어들 내에 전류를 흐르게 함으로써 직접 가열되도록 구성될 수 있으며, 상기 전류는 저항 가열을 통해 상기 메쉬 스크린을 가열한다. 상기 메쉬 스크린의 온도는 선택된 열가소성 재료에 따라 약 30℃ 내지 약 150℃의 범위의 온도로 유지되어야 한다. 상기 메쉬 스크린이 상기 유리 상에 배치되면, 상기 열가소성 재료는 가열기, 예를 들어 가열판을 사용하여 또는 스퀴지에 의해 상기 메쉬 스크린을 통해 가압될 수 있거나, 상기 스크린 프린팅 방법은 회전 스크린 프린팅 기술을 사용하여 사용될 수 있다.

이롭게도, 열가소성 재료들은 재사용될 수 있으며, 이로써 후속적인 식각 공정 후에 상기 열가소성 재료의 회수 및 재사용이 가능하다. 예를 들어, 상기 열가소성 식각 마스크 재료는 적절한 용매(열가소성 재료에 따라)로, 뜨거운 물로, 또는 다른 방법들(예를 들어, IR 가열기들)에 의해 가열함으로써 제거될 수 있다.

상기 식각 마스크의 조성에 무관하게, 상기 식각 마스크가 적용되면, 유리는 상기 유리 시트로부터 제거되어 채널들(60)을 형성하며 남은 식각 마스크(및 존재하는 경우 접착 촉진 층)는 이후 제거되어 교대하는 채널들(60) 및 피크들(62)의 열들을 가지는 LGP를 남긴다(도 8e). 일부 실시예들에서, 유리는 상기 유리 시트를 식각제(식각 용액)에 노출시킴으로써 제거된다.

고해상도 스크린 프린팅은 단단한 벽을 가지는 메쉬, 예컨대 스테인리스강-기반 스크린들에 사용되는 것들을 선호하나, 상기 식각된 채널들의 측벽 평활도는 또한 상기 스크린 에멀션-패턴 갭들을 통한 프린팅 동안 점탄성 스크린 잉크의 유동과 상기 스크린 개구들 사이의 상호작용에 의존한다. 나타나는 특정 전단-박화(shear-thinning) 력들은 스크린의 스퀴지 속도(예를 들어, 5cm/s) 및 인가되는 압력(예를 들어, 주위보다 3psi, 또는 20.7 킬로파스칼 위), 스크린-유리 표면 갭(예를 들어, 2mm-5mm), 에멀션 두께(예를 들어, 5μm-30μm), 스크린 두께, 및 스트링 각도(0°-30°)와 관련된다. 도 9는 높은 LDI 값들을 가지는 올-유리 표면 구조화된 LGP들을 생산하는데 사용될 수 있는 스크린 포맷의 SEM 이미지(100x 확대)이다. 도시된 패터닝된 스크린(76)은 56μm 너비의 개구들, 22°의 스트링 각도, 및 150μm 폭의 스트립들(80)을 가지는 15μm 두께의 스크린 에멀션 패턴 및 스테인리스강(360) 메쉬 스크린(78)을 포함한다. 스트링 각도는 상기 패터닝된 스크린을 형성하는 경화된 에멀션 열(스트립(80))의 엣지에 대한 상기 금속 스크린 메쉬의 개별적인 와이어들의 각도를 말한다.

상기 스크린 메쉬는 상기 경화된 에멀션 스트립들에 대하여 경사져, 직선들을 프린팅할 때, 프린팅 매체(예를 들어, 식각 마스크 재료)는 스크린 와이어("스트링")의 엣지를 따르지 않는다. 이는 의도된 곧은 엣지가 대신 스크링 와이어 상에서 앞뒤로 점프하여(상기 에멀션 엣지가 이를 따라 연장되므로) 따라서 직선을 프린트하지 않는 "라인 점핑"을 쉽게 야기할 수 있다. 22.5° 스트링 각도가 일반적으로 라인 점핑을 제거하는 것을 돕는데 최적의 스트링 각도인 것으로 밝혀졌으나, 상기 식각 마스크 재료(예를 들어, 마스크 재료 점도)에 따라 다른 각도들이 또한 이로울 수 있다. 예를 들어, 일부 예들에서 22.5°는 라인 프린팅 문제들을 야기했던 반면, 30°는 잘 작동했다. 일부 실시예들에서, 마스크 잉크가 반복되는 패턴 상의 상기 와이어들이 서로 교차하는 곳에 떨어질 수 있으므로 직선 패턴들의 경우 45°의 스트링 각도는 프린팅 문제를 야기하였다. 그러나, 다른 패턴들은 45°의 스트링 각도들이 유리하였다. 따라서, 스트링 각도는 약 20° 내지 약 45° 범위일 수 있으나, 다른 스트링 각도들이 허용될 수 있다.

유리 제거에 대한 식각제 조성의 효과를 더 잘 이해하기 위하여, 12개의 식각 용액들이 시험되었다: 10%HF-10%HNO₃ 용액; 10%HF-20%HNO₃ 용액; 10%HF-30%HNO₃ 용액; 10%HF-20%H₂SO₄ 용액; 10%HF-20%H₂SO₄ 용액; 10%HF-30%H₂SO₄ 용액; 10%HF-10%HCl 용액; 10%HF-20%HCl 용액; 10%HF-30%HCl 용액; 및 세 농도들의 HF 식각 용액; 10%, 20%, 및 30% HF. 식각의 조건들 및 결과들이 아래 표 1에 도시된돠. 식각은 21℃의 식각 용액 온도 및 30분의 노출 시간으로 수행되었다. 표 1은 왼쪽으로부터 오른쪽으로 식각 용액 조성, 식각 온도, 식각 속도, 식각 후에 헤이즈(haze)가 존재하였는지 여부, 및 상기 유리 시트의 식각되지 않은 주표면(후면)의 거칠기를 나타낸다. 데이터는 H₂SO₄ 혼합된 HF가 가장 빠른 식각 속도를 생성했으며, 이는 상업적 공정에서 바람직하나, 다른 용액들도 허용가능한 결과들을 생성했다는 것을 보여준다.

식각 용액 (30분)	온도	식각 속도 (mm/분)	헤이즈	거칠기 (후면)
10% HF 10% HNO3	21°C	0.37	No	1.29 nm +/- 0.6 (스크래치가 제거될 수 있음)
10% HF 20% HNO3	21°C	0.59	No	1.725 nm +/- 1.2 (범프들이 제거됨)
10% HF30% HNO3	21°C	0.89	No	0.29 nm +/- 0.015
10% HF	21°C	0.2	No	0.26 nm +/- 0.06
20% HF	21°C	0.58	No	0.67 nm +/- 0.4
30% HF	21°C	1.23	No	0.79 nm +/- 0.12
10% HF10% H2SO4	21°C	0.503	No	2.0 nm +/- 0.57
10% HF20% H2SO4	21°C	1.41	가능한 줄무늬	2.0 +/- 0.57
10% HF30% H2SO4	21°C	2.78	약간의 줄무늬	6.192 +/- 2.01 (범프)
10% HF10% HCl	21°C	0.34	No	2.5 +/- 0.8
10% HF20% HCl	21°C	0.497	No	8.7 +/- 6.1 (범프)
10% HF30% HCl	21°C	0.714	No	1.079 +/- 0.687 (범프)

표 1의 모든 식각제 조성들은 유리 기판(28) 내에 채널들을 형성할 수 있으나, 10%HF-20%H₂SO₄ 용액이 식각 완료 후에 식각되 표면 상에서 관찰 가능한 최소의 줄무늬들과 가장 빠른 식각 속도를 생성했으나, 10%HF-30%H₂SO₄ 용액은 뚜렷한 줄무늬를 생성했다. 이러한 줄무늬들은 식각된 유리 표면 상의 물결 모양 선과 같은 잔여물을 나타낸다. 채널 높이 측정들은 Zygo 기기를 사용하는 백색 광 간섭법에 의해 수행되었다.

후속적인 시험은 교반(예를 들어, "쌀" 교반 막대로의 400rpm의 교반)이 줄무늬들을 최소화하는 것을 돕는다는 것을 보여주었다. 교반은 10%HF-20%HNO₃ 용액의 줄무늬들을 완화시키는데 특히 효과적이었다.

표 1에 따르면, 적합한 식각제들은 부피비로 약 10% 내지 약 30% 양의 HNO₃, 예를 들어 약 12%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 14%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 16%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 18%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 20%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 22%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 24%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 26%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 28%HNO₃ 내지 약 30%HNO₃, 약 10%HNO₃ 내지 약 28%HNO₃, 약 10%HNO₃ 내지 약 26%HNO₃, 약 10%HNO₃ 내지 약 24%HNO₃, 약 10%HNO₃ 내지 약 22%HNO₃, 약 10%HNO₃ 내지 약 20%HNO₃, 약 10%HNO₃ 내지 약 18%HNO₃, 약 10%HNO₃ 내지 약 16%HNO₃,약 10%HNO₃ 내지 약 14%HNO₃, 및 약 10%HNO₃ 내지 약 12%HNO₃, 및 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들과 결합된 약 10%HF 수용액들을 포함할 수 있다.

적합한 식각제들은 부피비로 약 10% 내지 약 30% 양의 H₂SO₄, 예를 들어 약 12%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 14%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 16%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 18%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 20%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 22%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 24%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 26%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 28%H₂SO₄ 내지 약 30%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 28%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 26%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 24%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 22%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 20%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 18%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 16%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 14%H₂SO₄, 약 10%H₂SO₄ 내지 약 14%H₂SO₄, 및 약 10%H₂SO₄ 내지 약 12%H₂SO₄, 및 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들과 결합된 약 10%HF 수용액들을 포함할 수 있다.

적합한 식각제들은 또한 부피비로 약 10%HF 내지 약 30%HF, 예를 들어 약 12%HF 내지 약 30%HF, 약 14%HF 내지 약 30%HF, 약 16%HF 내지 약 30%HF, 약 18%HF 내지 약 30%HF, 약 20%HF 내지 약 30%HF, 약 22%HF 내지 약 30%HF, 약 24%HF 내지 약 30%HF, 약 26%HF 내지 약 30%HF, 약 28%HF 내지 약 30%HF, 약 10%HF 내지 약 28%HF, 약 10%HF 내지 약 26%HF, 약 10%HF 내지 약 24%HF, 약 10%HF 내지 약 22%HF, 약 10%HF 내지 약 20%HF, 약 10%HF 내지 약 18%HF, 약 10%HF 내지 약 16%HF, 약 10%HF 내지 약 14%HF, 및 약 10%HF 내지 약 12%HF, 및 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들의 수용액들을 포함할 수 있다.

적합한 식각제들은 부피비로 약 10% 내지 약 30% 양의 HCL, 예를 들어 약 12%HCL 내지 약 30%HCL, 약 15%HCL 내지 약 30%HCL, 약 18%HCL 내지 약 30%HCL, 약 20%HCL 내지 약 30%HCL, 약 22%HCL 내지 약 30%HCL, 약 24%HCL 내지 약 30%HCL, 약 26%HCL 내지 약 30%HCL, 및 약 28%HCL 내지 약 30%HCL, 약 10%HCL 내지 약 30%HCL, 약 10%HCL 내지 약 26%HCL, 약 10%HCL 내지 약 24%HCL, 약 10%HCL 내지 약 22%HCL, 약 10%HCL 내지 약 20%HCL, 약 10%HCL 내지 약 18%HCL, 약 10%HCL 내지 약 16%HCL, 약 10%HCL 내지 약 14%HCL, 및 약 10%HCL 내지 약 12%HCL, 및 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들이 결합된 약 10% HF 수용액들을 더 포함할 수 있다.

이제 도 10을 참조하면, 식각 공정 동안 식각제는 상기 유리 시트의 주표면들에 수직한 법선 방향(N) 및 상기 유리 시트 주표면들 중 하나 또는 둘 모두와 평행한 방향을 따라 상기 유리 시트의 평면과 평행한 측방향 거리(M)만큼 상기 유리 기판을 용해시켜, 언더컷 영역(75)을 형성한다는 것이 쉽게 명백해야 한다. 상기 거리(M)는 상기 내산성 재료의 엣지(예를 들어, 스트립의 엣지)로부터 상기 유리 주표면과 상기 내산성 재료(또는 접착 촉진제)의 교차점까지 연장된다. 이러한 측방향 언더컷은 표면 구조들(예를 들어, 피크들 및 채널들)의 해상도를 제한함으로써, 즉 이러한 구조들이 얼마나 가깝게 위치될 수 있는 지(구조들의 좁음)를 제한함으로써 LGP의 성능에 해로울 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서 측방향 유리 용해를 최소화하는 한편 법선 방향으로의 용해를 최대화하는 것이 바람직하다. 약 1.2 내지 약 1.8 범위의 측방향-대-법선 방향 거리 비 M/H(H는 식각된 채널의 깊이)가 약 50 마이크로미터의 피크들의 폭을 달성하는데 가장 적합하다는 것이 실험을 통해 결정되었으나, 예를 들어 약 1/1 내지 30/1 범위, 예컨대 3.5/1, 5/1, 또는 7/1의 다른 비들이 달성가능하다. M/H 비에 도달하기 위하여, 2 밀리미터 두께(T)를 가지는 코닝^® IRIS™ 유리 시트들(28)의 5cm x 5cm의 다수의 샘플들은 점점 더 미세한(감소하는 라인 폭들) 내산성 재료 패턴들을 가지도록 전술한 절차를 사용하여 준비되었으며, 이후 다양한 식각 용액들로 식각되었다. 상기 내산성 재료는 스크린 프린팅에 의해 적용되었다: 상기 스크린은 먼저 상기 스크린을 적시기 위하여 상기 내산성 재료로 플러딩되었으며, 이후 프린팅이 시작되었다. 상기 내산성 재료 패턴이 유리 샘플의 주표면, 예를 들어 유리 시트(28)의 제1 및/또는 제2 주표면(30, 32) 상으로 프린팅된 후, 상기 내산성 재료를 경화시키기 위하여 내산성 재료의 패턴을 포함하는 상기 유리 시트가 30분 동안 120℃에서 구워졌다.

언더컷의 크기를 제어함으로써 특정 형상의 구조들, 즉 채널들 및 피크들이 생성될 수 있다는 것이 또한 명백해야 한다. 예를 들어, 보다 공격적인 언더컷(증가된 M)은 더 날카로운, 더 잘 정의된 피크들을 얻는데 사용될 수 있다. 언더컷은 식각 용액의 온도, 상기 유리 기판이 상기 식각 용액에 노출되는 시간, 및 산 용액의 공격성(예를 들어 산들 및 그 조성들의 선택)을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.

언더컷의 크기는 상기 유리 표면에 대한 상기 마스크 재료의 접착을 변화시킴으로써 제어될 수 있다는 것이 더 밝혀졌다. 즉, 별도의 층(72)로서 또는 상기 식각 마스크 재료, 예를 들어 잉크젯 잉크 또는 스크린 프린트 잉크 내에 포함된 상기 접착 촉진제의 접착 성질들을 변화시키는 것은 구조화된 표면의 상이한 특성들을 야기할 수 있다. 위에 설명된 바와 같이, 이는 상이한 접착 정도를 생성하는 상이한 식각 마스크 재료들을 사용함으로써 달성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 식각 방법들을 사용하여, 매우 작은 피크 및/또는 채널 폭들이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 하나의 실험에서, 내산성 재료 열의 175μm의 폭(엣지로부터 엣지까지)이 사용되었으며, 내산성 재료의 열들은 50μm의 갭에 의해 이격되었다. 상기 기판은 이후 부피 비로 10% HF 및 부피 비로 20% H₂SO₄(나머지 H₂O)를 포함하는 산 용액의 수조에 노출되었다. 융기된 피크들의 결과적인 패턴은 상기 융기된 부분의 피크의 경계를 형성하는 하나의 채널 바닥으로부터 반대편 채널 바닥까지 측정되었을 때 대략 125μm의 폭을 나타내었다. 약 1.5의 M/H 비가 달성되는 경우, 약 125μm 이하, 예를 들어 50μm 이하만큼 작은 피크 폭들이 얻어질 수 있다.

수조 식각 및 스프레이 식각을 포함하는 여러 방법들이 식각에 이용될 수 있다. 수조 식각 공정에서, 패터닝된 식각 마스크를 가지는 상기 유리 시트가 선택된 식각제의 수조 내에 배치된다. 상기 식각제는 순환될 수 있거나, 다른 실시예들에서, 상기 식각제는 예를 들어 부드러운 진동에 의해 교반될 수 있다. 상기 식각제는 식각 동안 적합한 온도, 예를 들어 약 21℃ 이상, 예컨대 약 23℃ 이상으로 유지된다. 상기 유리 시트는 원하는 구조화된 표면(예를 들어, 피크 및 채널 형상)을 형성하기에 충분한 시간, 예를 들어 약 30분 내지 약 1시간 범위 동안 상기 식각제 수조에 노출되며, 이후 제거되며 헹구어진다. 헹구는 단계는 먼저 약 1분 동안 상기 유리 시트를 탈이온(DI) 수의 수조에 놓고, 추가적인 시간 동안 뜨거운 흐르는 물(예를 들어, 수돗물)에 제거되고 헹구어지며, 이후 N₂ 가스로 건조됨으로써 수행될 수 있다. 상기 식각제는 예를 들어 식각되는 유리 시트들의 수에 따라 주기적으로 교체될 수 있다. 필요한 경우, 헹굼 공정동안 제거되지 않고 남아 있는 식각 마스크 재료는 DI수에 의해 약 4%로 희석된 Parker 연구소로부터 입수 가능한 Parker Transeptic Cleaning Solution, 또는 다른 적합한 세정 용액들(예를 들어, Semiclean KG, NaOH)을 사용하여 제거될 수 있다.

대안적으로, 스프레이 식각이 수행될 수 있다. 상기 식각 마스크 패터닝된 유리 시트는 DI수로 세정되며, 원하는 식각(채널) 깊이에 따라 예를 들어 30분 내지 40분 동안 식각제 스프레이에 노출되며, 이후 DI수로 헹구어진다. 남아있는 식각 마스크 재료는 필요한 경우 NaOH로 제거될 수 있으며, 이후 DI수로 헹구어진다.

다른 실시예들에서, 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이, 채널들은 연마 블라스팅(abrasive blasting)(예를 들어, 샌드 블라스팅, 습식 연마 블라스팅(예를 들어, 워터 제트), 드라이아이스 블라스팅, 또는 유사한 공정들)을 사용하여 유리 시트 내에 생성될 수 있으며, 이로써 상기 유리 시트의 표면을 연마시켜 재료를 제거함으로써 채널들을 형성한다. 이롭게도, 유리의 연마 제거는 빨리(대략 50μm/초의 속도로) 수행될 수 있으며, 스케일링가능하며 자동화될 수 있다. 또한, 습식 식각에 의해 얻어질 수 있는 것보다 더 가파른 측벽들이 달성될 수 있다. 연마된 채널들을 평활화하기 위한 형성후 공정들은 화염 폴리싱 및 연마 워터 제트를 포함할 수 있다. 이러한 및 다른 양상들이 아래에서 보다 상세히 설명된다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 내연마 재료(마스크)가 제조사의 추천 방법에 따라 예컨대 잉크젯 또는 스크린 프린팅에 의해 소정의 패턴으로 유리 시트의 적어도 하나의 주표면에 (필요에 따라 선택적인 접착 촉진제 층(72)과 함께 또는 없이) 적용된다. 적당한 시간의 연마를 견딜 수 있는 적합한 내연마 재료는 Kiwo이다. 상기 마스크의 퇴적 후 휘발성 성분들을 제거하고 상기 마스크 재료를 경화시키기 위한 퇴적후 가열(베이킹) 공정이 뒤따를 수 있다. 퇴적후 가열은 예를 들어 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도에서 약 60분 내지 약 90분의 시간 동안 수행될 수 있으나, 더 빠른 경화가 약 30분동안 더 높은 온도, 예를 들어 120℃에서 수행될 수 있다 (Kiwo의 경화 온도는 150℃를 초과하지 않아야 한다). 상기 식각 마스크 재료의 최적의 거품 제거를 가능하게하기 위해, 상기 식각 마스크 재료의 적용 후에 임의의 강제 건조 수단들을 사용하기 전에 상기 유리 시트는 일정 시간, 예를 들어 1 내지 2분 동안 상온에 가만히 놓이도록 해야한다.

상기 식각 마스크 재료가 퇴적되고 구워지면, 연마 도구(82)(샌드블라스터)가 유체(예를 들어, 공기 또는 물) 스트림(84) 내에 동반되는 연마재, 예를 들어 알루미나 입자들을 사용하여 상기 유리 시트의 마스킹되지 않은(보호되지 않은) 영역들로부터 재료를 연마하여 채널들(60)을 형성하는데 사용될 수 있다. 그릿(grit) 크기가 더 작을수록 더 평활한 표면 마무리를 생성할 것이며, 더 긴 공정 시간을 소요하는 대신 원하는 표면 거칠기를 달성하는데 필요할 수 있는 연마 후 평활화의 양을 감소시킬 것이다. 약 10μm 내지 약 20μm 범위의 그릿 크기들은 수용가능한 결과들을 생성하는 것으로 보여지나, 다른 그릿 크기들이 사용될 수 있다. 상기 연마 도구는 동반되는 연마재를 지향시키기 위한 노즐(86)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 노즐(86)은 슬롯 노즐일 수 있으며, 이는 실험 동안 상기 유리 시트의 주표면에 대한 노즐의 이동 경로를 따라 연마 입자들의 비교적 넓고, 균일한 분산을 제공하였으며, 식각 마스크(74)에 의해 보호되지 않은 상기 유리 시트 표면의 영역들에 걸쳐 상기 유리 시트 표면의 균일한 연마를 생성하였다.

실시예들에서, 노즐(86)은 다음 경로로 이동하기 전에 동일한 경로 상에서 복수회 이동될 수 있다. 예를 들어, 실험 시도들 동안, 연마재 전달 장치(Comco Accuflow Microblaster)는 상기 유리 시트의 표면으로부터 대략 0.85cm에 위치된 장치의 노즐로 제1 경로를 따라 총 6회 유리 시트 상에서 약 20mm/초의 속도로 이동되었다. 약 0.5mm의 직경을 가지는 노즐은 이후 상기 제1 경로에 수직한 방향으로 약 1mm 전진되었으며, 상기 제1 경로와 평행한(그러나 1mm 단 오프셋된) 제2 경로를 따라 6회 이동되었다. 연마재 전달 장치의 배압(예를 들어, 전달 가스의 압력)은 약 0.55 메가파스칼(MPa)이었다. 이전의 공정은 원하는 연마가 완성될 때까지 1mm 단들씩 계속되었다.

상기 연마 공정을 사용하여, 식각 마스크 스트립들 사이의 선형 채널들이 상기 유리 시트 내에 빠르게 생성될 수 있다는 것이 밝혀졌으며, 이러한 채널들은 피크들 사이에 위치되며 상기 마스크 아래의 피크들을 정의한다. 이러한 채널들은 선형 열들로 연장되었다. 이러한 채널들의 깊이(H)(즉, 상기 유리 시트의 평면에 수직한 방향의)는 약 37μm였으며, 약 385μm의 주기(P)로 생성되었다.

상기 식각 마스크 재료, 예컨대 전술한 Kiwo가 연마를 견딜 수 있으나, 그럼에도 불구하고 충분한 시간 동안 연마 입자들의 스트림에 노출되는 경우 연마될 것이라는 것에 주의해야 한다. 따라서, 연마 입자들이 상기 유리 시트 상의 임의의 한 위치에 지향되는 최소한의 체류 시간을 사용하도록 주의를 기울여야한다. 이는 상기 연마 입자들의 크기 및 속성(예를 들어, 경도 및 "날카로움"), 상기 입자들을 추진시키는데 사용되는 가스 압력, 입자들의 충돌 영역의 크기, 상기 충돌 영역의 이동 속도 및 노즐과 작업물(예를 들어, 유리 시트) 사이의 거리에 의존할 것이다.

상기 유리 시트의 연마가 완료되고 원하는 깊이의 채널들이 생성되면, 상기 연마된 부분들의 표면 거칠기를 감소시키기 위해 연마된 채널들은 평활화될 수 있다. HCl과 혼합된 완충된 HF-(NH₄)HF₂ 용액이 시도되었으나, 과도하게 공격적이며 마스크가 제자리에 적용되고 마스크가 제거된 경우 마스킹된 영역들의 허용불가능한 언더컷을 형성하며, 재료는 유리 시트 표면 내에 막 형성된 피크들을 포함하는 유리 시트의 전체 표면으로부터 제거되는 것으로 밝혀졌다.

습식 화학적 평활화를 위한 대안적인 접근법은 충분히 작은 그릿 크기의 연마재가 액체(예를 들어, 물) 내에 동반되며 고압으로 상기 유리 시트의 미리 연마된 표면들로 지향되는 연마 액체 제트 공정이 있다.

상기 유리 시트의 연마된 표면들을 평활화하는 다른 대안적인 방법은 연마된 표면을 유리 유동을 야기하기에 충분히 가열하는 화염 또는 플라즈마 폴리싱을 포함하나, 과열시켜 상기 유리 표면의 변형을 야기하지 않도록 주의를 기울여야 한다.

상기 유리 시트, 및 보다 구체적으로, 상기 채널들의 표면, 및 보다 구체적으로 채널들의 측벽들은 상기 측벽들의 RMS 거칠기가 백색 광 간섭법에 의해 측정되었을 때 약 5μm 이하, 예를 들어 약 1μm 이하가 되도록 평활화되어야 한다. 상기 연마 단계 후에, 그리고 선택적으로 상기 평활화 단계가 완료된 후에, 모든 마스크 재료 및 연마 잔여물을 제거하기 위하여 상기 유리 시트는 예를 들어 NaOH로 세척될 수 있다. 추가적인 세척 및 건조는 필요에 따라 예를 들어 각각 물 및 건조 질소(N₂)로 수행될 수 있다.

다른 실시예들에서, 채널들(60)(또는 피크들(62))은 유리 형성 공정 동안, 예를 들어 성형체(89)로부터 유리 리본(88)을 드로우한 후 유리 시트를 형성하도록 상기 리본을 냉각하기 전에 형성될 수 있다. 상기 유리 리본은 플로트 공정, 다운 드로우 공정(예를 들어, 퓨전 다운 드로우 공정, 슬롯 드로우 공정, 또는 유리 리본을 형성할 수 있는 임의의 다른 공정)에 의해 형성될 수 있다. 냉각 전의 상기 유리 리본은 원하는 피쳐들을 생성하도록 성형되기 충분하게 점성이 있을 수 있다. 예를 들어, 채널들(60)(또는 피크들)은 도 12에 도시된 바와 같이 직접 접촉력들의 조작을 통해, 예를 들어 엠보싱 롤들(90), 예를 들어 대향하는 반대로 회전하는 엠보싱 롤들을 사용하여 형성될 수 있다. 엠보싱 롤들(90)은 유리 리본(88) 상에 눌려졌을 때 원하는 구조를 생성하도록 가공될 수 있다. 상기 유리 성형 공정의 점성 영역에서, 원하는 채널들 또는 피크들을 생성하도록 상기 유리 리본은 롤들 사이에 드로우될 수 있다. 접착력들, 인장력들, 및 점성 연신 또는 열 팽창을 설명하는 가공된 구조들과 결과적인 유리 패턴 사이의 비를 설명하는데 전사 함수가 사용될 수 있다. 접촉 방법은 다양한 실시예들에서 0.0005초<η/E<0.2초인 점도(η) 및 탄성 영률(E)을 가지는 유리 조성물들에 적용될 수 있다. 상기 접촉 방법은 예를 들어 도 3a 내지 7b에 도시된 채널 또는 피크 형상들 중 임의의 것을 생성하는데 사용될 수 있다.

채널들(60) 및 피크들(62)은 도 13에 도시된 바와 같이 상기 리본의 나머지 대비 국부적인 가열 및/또는 냉각 영역들을 제공함으로써 추가적으로 상기 유리 리본의 표면 상에 형성될 수 있다. 이러한 영역들은 국부적인 가열 및/또는 냉각 구성 요소들(92)에 의해 예를 들어 상기 유리 리본(88)의 폭을 가로질러 배열된 일련의 튜브들로부터의 뜨거운 및/또는 차가운 가스, 예를 들어 공기를 상기 유리 리본에 충돌시킴으로써 생성될 수 있다. 피크들의 종횡비(H/W) 또는 채널들의 종횡비(H/S)는 예를 들어 직접 또는 간접 가열 및/또는 냉각 방법들에 의해, 가스가 유동하는 구멍 크기를 변화시킴으로써, 및/또는 가스 유량을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 상기 유리 리본을 국부적으로 가열 및/또는 냉각하기 위한 예시적인 방법들은 예를 들어 히트 싱크로서 전도를 통해 작동하는 도구, 상기 유리 리본 상에 바로 가열 및/또는 냉각 유체(예를 들어, 공기)를 블로잉하도록 배열된 하나 이상의 튜브들, 튜브들과 상기 유리 리본 사이에 위치된 판 또는 다른 구조의 표면 상에 가열 및/또는 냉각 유체를 블로잉하도록 배열된 복수의 튜브들을 포함하는 시스템, 또는 다른 유사한 장비를 사용할 수 있다. 국부적 가열 및/또는 냉각 방법은, 특정 실시예들에서, 3.3x10^-7초<η/E<1.6x10^-5초인 점도(η) 및 탄성 영률(E)을 가지는 유리 조성물들에 적용가능하다.

1D 광 가둠을 위한 로컬 디밍 광학계의 성능은 여러 파라미터들, 예를 들어 백분률로 표현되는 LDI 및 직진도 지수(SI)에 의해 평가될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, LED 입력 엣지(E_i)로부터 거리 Z에서 LDI 및 SI는 각각 다음과 같이 정의될 수 있다.

(1)

(2)

L_m은 LED 입력 엣지로부터 거리(Z)에서 구역(m)(m=n-2, n-1, n, n+1, n+2)의 면적(A_m)의 밝기(L_m)이다. 각각의 면적(A_m)은 폭(W_A) 및 높이(H_A)에 의해 정의될 수 있다. LDI 및 SI는 LGP의 영역들의 밝기의 함수들이며, 편리한 성능 척도로서 역할할 수 있다. 실용적으로, LDI는 LGP의 주어진 구역 내로 주입된 광의 가두어진 정도, 즉 어느만큼의 광이 그 구역 내에 유지되는지의 척도이다. LDI의 크기가 클수록 LGP의 광 가둠 성능이 더 좋다(더 많은 광이 광 주입된 구역 내에 가두어진다). 반대로, 직진도 지수(SI)는 광 주입된 구역으로부터 다른 구역들로 누출되는 광의 양의 척도이다. 따라서, 직진도 지수(SI)의 크기가 낮을수록, LGP의 성능이 더 좋다.

표 2 내지 9는 1.1mm 및 2.1mm 두께의 두 유리 시트들에 대하여 다양한 구성들 및 다양한 상이한 형상들의 모델링된 채널들에 대하여 계산된 LDI 값들을 보여준다. 모든 H, W, 및 S 값들은 마이크로미터(μm)로 주어진다. 0.70 초과의 LDI를 가지는 유리 시트들은 통과(허용가능)로 간주되며, 0.70 이하의 LDI를 가지는 유리 시트들은 불통과(failing)로 간주된다. 그러나, 통과 및 불통과 사이의 컷오프로서 0.70은 주관적이며 통과/불통과 기준은 특정 응용 및 필요에 따라 변화할 수 있다는 것에 주의해야 한다. 예를 들어, 일부 응용들에서, 허용가능한 LDI는 0.70보다 작을 수 있다.

계단형 단면 형상(예를 들어, 도 3a)에 대한 데이터가 표 2에 제공되며, 아치형 단면 형상(예를 들어, 도 3b)에 대한 데이터가 표 3에 제공된다. 데이터는 채널들의 깊이(H)가 증가할수록 LDI 또한 증가한다는 것을 보여준다. 데이터는 유리 시트 두께가 감소함에 따라 더 작은 H/S 비를 가지는 채널들이 1D 로컬 디밍(LDI≥0.7)에 충분히 효과적이되는 반면, 더 두꺼운 유리 상에 형성된 동일한 H/S 비를 가지는 채널들은 1D 로컬 디밍에 충분히 효과적이지 않을 수 있다는 것을 보여준다. 얇은 PMMA는 대형 TV 응용의 경우 낮은 기계적 강도 및 높은 열 팽창을 겪으므로, 이러한 장점은 PMMA 또는 다른 플라스틱-기반 도광체들의 경우 쉽게 이용가능하지 않다. 표 2 내지 9의 모든 개별적인 H, S, 및 W 값들은 마이크로미터 단위로 주어진다.

						T = 1.1 mm		T = 2.1 mm
						계단형		계단형
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI		LDI
45	150	150	0.3	3.33	1	0.83	통과	0.78	통과
40	150	150	0.27	3.70	1	0.82	통과	0.77	통과
35	150	150	0.23	4.35	1	0.82	통과	0.77	통과
30	150	150	0.20	5.00	1	0.82	통과	0.76	통과
25	150	150	0.17	5.88	1	0.78	통과	0.74	통과
20	150	150	0.13	7.69	1	0.79	통과	0.70	통과
15	150	150	0.10	10.00	1	0.76	통과	0.71	통과
10	150	150	0.07	14.29	1	0.72	통과	0.65	불통과
5	150	150	0.03	33.33	1	0.65	불통과	0.58	불통과
0	150	150	0	0	1	0.36	불통과	0.28	불통과

						T = 1.1 mm		T = 2.1 mm
						아치형		아치형
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI		LDI
45	115.2	184.8	0.39	2.56	1.60	0.85	통과	0.76	통과
40	113.4	186.6	0.35	2.86	1.65	0.84	통과	0.74	통과
35	111.7	188.3	0.31	3.23	1.69	0.81	통과	0.71	통과
30	110.2	189.8	0.27	3.70	1.72	0.77	통과	0.66	불통과
25	109.0	191.0	0.23	4.35	1.75	0.72	통과	0.59	불통과
20	107.9	192.1	0.19	5.26	1.78	0.64	불통과	0.50	불통과
15	107.1	192.9	0.14	7.14	1.80	0.53	불통과	0.40	불통과
10	106.5	193.5	0.09	11.11	1.82	0.36	불통과	0.32	불통과
5	106.2	193.8	0.05	20	1.83	0.34	불통과	0.23	불통과
0	106.1	193.9	0	0	1.83	0.36	불통과	0.28	불통과

아래의 표 4(계단형) 및 표 5(아치형)는 1.1mm 및 2.1mm 두께의 유리 시트들에 대하여 채널들 사이의 상이한 피크 폭(W)으로부터 야기되는 상이한 W/S 비들을 가지나 동일한 H/S 비들을 가지는 채널들을 포함하는 유리 시트들의 계산된 LDI를 보여준다. 채널들 자체는 일관되게 유지되었다. 동일한 깊이 대 폭 비(H/S)를 가지나 상이한 피크 폭(W) 및 따라서 상이한 W/S 비를 가지는 채널들에 대하여, 1.1mm 두께 유리 시트는 2.1mm 두께의 유리 시트보다 나은 LDI를 보여준다. 데이터는 유리 시트 두께가 더 작아짐에 따라, 더 큰 W/S를 가지는 채널들이 1D 로컬 디밍에 효과적이게(LDI≥0.7) 된다는 것을 더 보여준다.

						T = 1.1 mm		T = 2.1 mm
						계단형		계단형
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI		LDI
45	150	150	0.3	3.33	1	0.83	통과	0.78	통과
45	150	300	0.3	3.33	2	0.83	통과	0.78	통과
45	150	450	0.3	3.33	3	0.81	통과	0.75	통과
45	150	600	0.3	3.33	4	0.78	통과	0.70	불통과
45	150	750	0.3	3.33	5	0.78	통과	0.72	통과
45	150	900	0.3	3.33	6	0.75	통과	0.71	통과
45	150	1050	0.3	3.33	7	0.76	통과	0.67	불통과
45	150	1200	0.3	3.33	8	0.71	통과	0.63	불통과
45	150	1350	0.3	3.33	9	0.73	통과	0.65	불통과
45	150	1500	0.3	3.33	10	0.73	통과	0.62	불통과
45	150	1650	0.3	3.33	11	0.71	통과	0.63	불통과
45	150	1800	0.3	3.33	12	0.71	통과	0.63	불통과
45	150	1950	0.3	3.33	13	0.70	불통과	0.58	불통과

						T = 1.1 mm		T = 2.1 mm
						아치형		아치형
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI		LDI
45	115.2	184.8	0.39	2.56	1.60	0.85	통과	0.76	통과
45	115.2	334.8	0.39	2.56	2.91	0.83	통과	0.72	통과
45	115.2	484.8	0.39	2.56	4.21	0.78	통과	0.69	불통과
45	115.2	634.8	0.39	2.56	5.51	0.75	통과	0.62	불통과
45	115.2	784.8	0.39	2.56	6.81	0.73	통과	0.61	불통과
45	115.2	934.8	0.39	2.56	8.11	0.70	불통과	0.60	불통과
45	115.2	1084.8	0.39	2.56	9.42	0.70	불통과	0.57	불통과
45	115.2	1234.8	0.39	2.56	10.72	0.68	불통과	0.55	불통과
45	115.2	1384.8	0.39	2.56	12.02	0.65	불통과	0.53	불통과
45	115.2	1534.8	0.39	2.56	13.32	0.66	불통과	0.52	불통과
45	115.2	1684.8	0.39	2.56	14.62	0.64	불통과	0.44	불통과
45	115.2	1834.8	0.39	2.56	15.92	0.63	불통과	0.48	불통과
45	115.2	1984.8	0.39	2.56	17.23	0.59	불통과	0.45	불통과

아래의 표 6(계단형) 및 표 7(아치형), 및 표 8(계단형) 및 표 9(아치형)는 상이한 채널 깊이의 결과로서 0.6mm 두께의 유리 시트에 대한 채널들을 포함하는 유리 시트들에 대해 계산된 LDI를 보여준다. 동일한 S/W 비를 가지나 상이한 채널 깊이(H)의 결과로서 상이한 H/S 비를 가지는 채널들의 경우, 0.6mm 두께의 유리 시트는 동일한 H, S, 및 W 값들의 표 2, 3, 및 4, 5에 표시된 1.1mm 또는 2.1mm 두께 유리 시트들 중 어느 하나보다 나은 LDI를 보여준다.

표 8 및 9는 표 6, 7과 동일한 유리 시트에 대하여 모델링된 데이터를 나타내나 표 6 및 7에서 가정된 피크 폭(W) 및 채널 폭(S)의 절반인 피크 폭(W) 및 채널 폭(W)을 가정한다. 표 6, 7을 표 8, 9와 비교하면, 감소된 주기(P)는 유사한 거동을 나타낸다. 모든 H, S, 및 W 값들은 마이크로미터 단위로 주어진다.

						T = 0.6 mm
						계단형
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI
45	150	150	0.3	3.33	1	0.89	통과
40	150	150	0.27	3.70	1	0.88	통과
35	150	150	0.23	4.35	1	0.88	통과
30	150	150	0.2	5.00	1	0.87	통과
25	150	150	0.17	5.88	1	0.86	통과
20	150	150	0.13	7.69	1	0.83	통과
15	150	150	0.1	10.00	1	0.83	통과
10	150	150	0.07	14.29	1	0.79	통과
5	150	150	0.03	33.33	1	0.70	불통과
0	150	150	0	-	1	0.36	불통과

						T = 0.6 mm
						Arcuate
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI
45	115.2	184.8	0.39	2.56	1.60	0.85	통과
40	113.4	186.6	0.35	2.86	1.65	0.84	통과
35	111.7	188.3	0.31	3.23	1.69	0.81	통과
30	110.2	189.8	0.27	3.70	1.72	0.77	통과
25	109.0	191.0	0.23	4.35	1.75	0.72	통과
20	107.9	192.1	0.19	5.26	1.78	0.64	불통과
15	107.1	192.9	0.14	7.14	1.80	0.53	불통과
10	106.5	193.5	0.09	11.11	1.82	0.36	불통과
5	106.2	193.8	0.05	20	1.83	0.34	불통과
0	106.1	193.9	0.00	-	1.83	0.36	불통과

						T = 0.6 mm
						Step
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI
45	75	75	0.6	1.67	1	0.92	통과
40	75	75	0.53	1.89	1	0.91	통과
35	75	75	0.47	2.13	1	0.91	통과
30	75	75	0.4	2.5	1	0.89	통과
25	75	75	0.3	3.33	1	0.89	통과
20	75	75	0.27	3.70	1	0.89	통과
15	75	75	0.2	5	1	0.86	통과
10	75	75	0.13	7.69	1	0.84	통과
5	75	75	0.067	14.93	1	0.80	통과
0	75	75	0	-	1	0.36	불통과

						T = 0.6 mm
						아치형
H	S	W	H/S	S/H	W/S	LDI
45	69.6	80.4	0.65	1.54	1.16	0.92	통과
40	66.4	83.6	0.60	1.67	1.26	0.92	통과
35	63.5	86.5	0.55	1.82	1.36	0.92	통과
30	60.9	89.1	0.49	2.04	1.46	0.91	통과
25	58.6	91.4	0.43	2.33	1.56	0.89	통과
20	56.7	93.3	0.35	2.86	1.65	0.89	통과
15	55.1	94.9	0.27	3.70	1.72	0.85	통과
10	54.0	96.0	0.19	5.26	1.78	0.75	통과
5	53.3	96.7	0.09	11.11	1.82	0.47	불통과
0	53.0	97.0	0.00	-	1.83	0.36	불통과

도 15는 사다리꼴 채널 형상에 대하여 상단으로부터 바닥까지의 상이한 채널 깊이들(0.8001mm, 0.7001mm, 0.6001mm, 0.5001mm, 0.4001mm, 0.3001mm, 0.2001mm, 0.1001mm, 0.0001mm)에 대하여 채널 벽 각도(Θ)(도 7a 참조)의 함수로서 광 입력 엣지로부터 300mm 거리에서의 LDI를 플롯한다. 플롯에 의해 도시된 바와 같이, 채널 깊이가 증가함에따라 LDI는 증가한다. LDI는 또한 벽 각도(Θ)가 증가함에 따라 증가한다. 벽 각도(Θ)의 영향은 채널 깊이가 증가함에 따라 더 강해진다. 상기 파라미터들의 경우, 75% 이상의 LDI는 적어도 약 0.4mm의 채널 깊이 및 적어도 약 150°의 벽 각도를 사용하여 달성될 수 있다. 유사한 LDI 값들은 더 큰 채널 깊이들을 사용하여 더 작은 벽 각도들로 달성될 수 있다.

아래의 표 10은 도 6에 도시된 바와 같은 구조화된 주표면을 가지는 유리 시트를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 LGP, LED, 및 구조화된 표면 파라미터들을 보여준다.

LGP 두께 T (mm)	1.1
LGP 폭 (mm)	500
LGP 길이 (mm)	750
LGP 굴절률	1.50
피크 폭 W (mm)	0.866
피크 높이 H (mm)	0.15
로컬 디밍 구역 폭 (mm)	150
단일한 로컬 디밍 구역 내의 LED들	10
LED-LGP 갭 (mm)	0.01
LED 폭	1.0
LED 길이	4.5

도 16a 및 16b는 표 10에 설명된 LGP에 대하여 채널 폭(S)의 함수로서 광 입력 엣지로부터 300 및 450mm 거리들(d)에 대하여 모델링된 LDI 및 SI를 각각 도시한다. 도 16a에 도시된 바와 같이, LDI는 채널 폭(S)이 증가함에 따라 LDI가 감소한다. 반대로, 도 16b에 도시된 바와 같이, 채널 폭(S)이 증가함에 따라 SI는 증가한다. 상기 파라미터들에 대하여, 80% 초과의 LDI 및 0.2% 미만의 직진도에 의해 표시되는 양호한 로컬 디밍 성능은 0.2mm 이하의 갭 폭(U)이 인접한 피크들 사이에 사용되는 경우 입력 엣지로부터 450mm의 거리에서 달성될 수 있다.

도 17a-17b는 표 10과 관련하여 설명된 것과 동일하나 상기 제1 구조화된 표면에 대향하며 상기 제1 구조화된 표면과 동일한 제2 구조화된 표면을 가지는 백라이트 유닛(예를 들어, 도 5a)에 대하여 모델링된 LDI 및 SI를 각각 도시한다. LDI 및 SI는 다시 인접한 채널들 사이의 채널 폭(S)의 함수로서 LED 입력 엣지로부터 300 및 450mm 거리에 대하여 계산되었다. LDI 및 SI 둘 모두는 오직 단일한 구조화된 주표면을 가지는 유리 시트(도 16a 및 16b 참조)에 비하여 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 유리 시트의 경우 향상된다. 광 입력 엣지로부터 450mm 거리 및 0.22mm의 갭(U)에서, LDI는 91%만큼 높고 SI는 0.1%만큼 낮으며, 이는 우수한 로컬 디밍 성능을 나타낸다. 또한, 오직 단일한 구조화된 주표면을 가지는 유리 시트들에 비하여, 두 대향하는 구조화된 주표면들을 포함하는 유리 시트들의 경우 80% 초과의 LDI는 더 넓은 갭 폭(U) 범위(약 0 내지 약 0.9mm) 내에서 달성될 수 있으며, 더 큰 제조 자유를 제공한다.

아래의 표 11은 도 18에 도시된 바와 같이 구조화된 주표면을 가지는 유리 시트를 포함하는 다른 백라이트 유닛에 대한 LGP, LED, 및 구조화된 표면 파라미터들을 보여준다.

LGP 두께 T (mm)	1.1
LGP 폭 (mm)	500
LGP 길이 (mm)	750
LGP 굴절률	1.50
채널 폭 S (μm)	112.5
채널 깊이 H (μm)	50
로컬 디밍 구역 폭 (mm)	150
단일한 로컬 디밍 구역 내의 LED들	10
LED-LGP 갭 (mm)	0.01
LED 폭	1.0
LED 길이	4.5

도 19a는 피크 폭(W)의 함수로서 도 3b에 도시된 바와 같이 단일한 구조화된 표면을 가지는 경우(곡선 100) 및 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 경우(곡선 102)(도 14 참조) 유리 LGP의 광 입력 엣지로부터 450mm 거리에서 계산된 모델링된 LDI의 플롯이다. 채널 폭(S)은 112.5μm였으며 채널 깊이(H)는 50μm였다. 데이터는 단일한 구조화된 표면 및 양 구조화된 표면들 둘 모두의 경우 피크 폭(W)이 증가함에 따라 LDI가 감소하며, 두 대향하는 구조화된 표면들의 경우 LDI는 단일한 구조화된 표면의 경우보다 다소 낫다는 것을 보여준다. 그러나, 데이터는 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 유리 시트를 포함하는 LGP의 더 나은 LDI 성능이 동일한 LDI 값에 대하여 피크 폭의 거의 2배의 변화를 용인할 수 있다는 것을 더 보여준다. 이는 LGP 제조에 필요한 허용 오차를 완화시킴으로써 LGP의 제조성을 증가시킨다.

도 19b는 단일한(도 3b) 및 양(도 18) 구조화된 표면들의 경우들에 대하여(각각 곡선 104, 106) 도 19a와 동일한 LGP에 대한 채널 폭의 함수로서 모델링된 SI의 플롯이다. 데이터는 피크 폭(W)이 증가함에 따라 SI또한 증가한다는 것을 보여준다. 즉, 피크 폭이 증가함에 따라, 더 많은 빛이 광-주입된 구역으로부터 이웃한 구역들 내로 누출된다. 데이터는 주어진 피크 폭에 대하여 단일한 구조화된 표면의 경우 양 구조화된 표면들의 경우보다 상당히 더 많은 빛이 상기 광-주입 구역으로부터 누출된다는 것이 밝혔다.

함께, 도 19a 및 도 19b는 80% 초과의 LDI 및 약 1% 미만, 예를 들어 약 0.68% 이하의 직진도 지수는 약 1.1mm 미만의 채널 폭으로 달성될 수 있다는 것을 보여주며, 이는 우수한 광 가둠(또는 로컬 디밍) 성능이 광범위한 피크 폭들로 달성될 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 두 대향하는 구조화된 주표면들을 가지는 유리 시트를 포함하는 LGP는 LGP 제조를 위한 더 넓은 작업 윈도우를 제공할 수 있으며, 이는 제조 공정의 선택 및 공정 비용 둘 모두에 이익이된다.

도 20a는 다시 표 11을 참조하는 LGP의 광 입력 엣지로부터 300mm의 거리에서 두 대향하는 구조화된 표면들을 포함하는 유리 시트(도 18)를 포함하는 LGP에 대한 피크 폭의 함수로서 모델링된 LDI의 플롯이다. 도 20a는 측정 거리가 도 19a의 450mm로부터 도 20a의 300mm까지 변화함에 따라 LDI에 의해 표현되는 광 가둠이 증가한다는 것을 보여준다. 반대로, 도 20b에서 SI에 의해 표현되는 광-주입된 구역으로부터의 광 누출의 정도는 감소된다.

도 21a는 하나의 구조화된 표면(곡선 108)(도 3b 참조) 및 두 대향하는 구조화된 표면들(곡선 110)(도 18 참조)을 가지는 유리 시트에 대한 채널 깊이(피크 높이)의 함수로서 입력 엣지로부터 450mm 거리에서 모델링된 LDI를 보여준다. 하나의 구조화된 표면의 경우 상기 피크들 및 채널들 둘 모두는 112.5μm이다. 상기 두 대향하는 구조화된 표면들은 동일하며, 다시, 112.5μm의 채널 및 피크 폭들을 가진다. 모든 다른 LGP 파라미터들이 표 11에 개시된다.

도 21b는 단일한 구조화된 표면(112) 및 두 대향하는 구조화된 표면들(곡선 114)을 가지는 도 21a와 동일한 LGP들에 대한 SI를 도시한다. 이전과 같이, 하나의 구조화된 표면의 경우 피크들 및 채널들의 폭들(W, S) 각각은 둘 다 112.5μm이다. 두 대향하는 구조화된 표면들은 또한 112.5μm의 채널 및 피크 폭들을 가지도록 가정된다. 모든 다른 LGP 파라미터들은 표 11에 개시된다.

하나의 구조화된 표면을 가지는 LGP를 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP와 비교하면, 도 21a 및 21b는 두 대향하는 구조화된 표면들의 경우 LDI 및 SI 둘 모두가 상당히 향상된다는 것을 보여준다. 데이터는 80% 초과의 LDI 및 약 1% 미만, 예를 들어 약 0.5% 이하, 예컨대 약 0.36% 이하의 SI가 0.015mm 초과의 채널 깊이(피크 높이)(H)에 대하여 두 대향하는 구조화된 표면들로 달성가능하다는 것을 보여주며, 이는 비슷한 성능을 위한 일측의 렌티큘라 피쳐들을 가지는 LGP의 채널 깊이(피크 높이)(H>0.03mm)보다 훨씬 낮다. 다시, 이는 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 LGP가 제조를 위한 훨씬 더 넓은 작업 윈도우를 제공한다는 것, 및 제조 공정 및 공정 비용에 잠재적인 이익들을 암시한다.

도 22는 단일한 LED가 유리 시트의 입력 엣지에 인접하여 위치되고 밝기가 유리 시트 내에서 상기 LED로부터 특정 거리의 측방향 위치의 함수로서 측정되는 3 경우들에 대하여 노말라이즈드(normalized) 밝기를 도시하는 플롯이다. 첫번째의 경우, LED는 구조화된 표면들을 가지지 않는 유리 시트(즉, 식각되지 않은 유리 시트) 내로 광을 주입했다. 첫번째 경우에 대한 밝기 곡선은 넓은 분포 패턴을 보여주며, 이는 광 가둠이 거의 없는 것을 나타낸다. 밝기는 유리 시트의 입력 엣지로부터 180mm의 거리에서 측정되었다.

두번째의 경우, LED는 단일한 구조화된 표면을 포함하는 유리 시트(도 3b 참조)의 입력 엣지 내로 광을 주입하는데 사용되었다. 채널 깊이(H)는 41μm였고, 채널 폭(S) 및 피크 폭(W)은 동일했다(112.5μm). 밝기는 상기 유리 시트의 상기 입력 엣지로부터 285mm의 위치에서 측정되었다. 예상되는 바와 같이, 측정된 밝기는 더 좁은 분포를 보여주며, 이는 밝기가 측정된 거리가 첫번째 경우보다 거의 60% 더 컸음에도 구조화된 표면을 가지지 않는 유리 시트보다 더 나은 광 가둠을 나타낸다.

세번째의 경우, 두 대향하는 구조화된 표면들을 포함하는 유리 시트(도 18 참조)는 LED로부터 광이 주입되었으며, 유리 시트의 입력 엣지로부터 285mm의 거리에서 밝기가 측정되었다. 다시, 밝기 분포는 좁아짐을 보여준다. 채널 깊이(H)는 45μm였고, 채널 폭(S) 및 피크 폭(W)은 동일하였다(112.5μm).

상기 입력 엣지에 수직한 좁은 경로를 따른 주입된 광의 더 나은 가둠은 피크들 및 채널들의 교대하는 열들을 포함하는 두 대향하는 구조화된 표면들을 가지는 유리 시트를 사용하여 달성될 수 있다는 점에서 도 22의 데이터는 도 19a 내지 21b의 데이터를 뒷받침한다. 더 정확히 말해서, 본 명세서에 설명된 LGP 실시예들의 사용에 따라 150mm의 통상적인 구역 폭은 약 50mm로 감소될 수 있다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 표면 구조들을 사용한 광 가둠은 종방향 측벽 평활도에 상당히 의존할 수 있다. 측벽 "스캘러핑(scalloping)" 또는 "물결모양"이 존재하는 경우 80% 미만의 LDI 값들이 우세한 것으로 밝혀졌다. 이는 전반사(TIR) 조건을 방해하는 국부적인 거친 부분 상에 충돌하는 광자들의 가둠으로 인한 것으로 믿어지며, 이는 광학적 손실을 나타내며 LDI 측정값을 80% 미만으로 유도한다.

도 23은 상이한 측벽 평활도를 가지는 두 샘플들의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지들을 보여준다. 왼쪽 상단 SEM 이미지(100배 확대)는 오른쪽 상단의 SEM 이미지(150배 확대)와 비교하여 제1 샘플의 상대적인 벽 평활도를 도시한다. 더 평활한 벽을 가지는 왼쪽 샘플은 추가적인 접착 촉진제 없이 방향족 용매인 ER-Solv18로 질량비로 5% 희석된 ESTS 식각 마스크 재료로 준비되었다. 이 식각 마스크 응용에 사용된 스크린은 56μm의 개구들을 가지는 스테인리스강(360) 메쉬 스크린, 22°의 스트링 각도, 및 150μm 폭의 에멀션 스트립들(80)을 가지는 15μm 두께의 스크린 에멀션을 사용하였다(도 9 참조). 오른쪽 샘플의 "비틀린(kinked) 튜브" 형상은 추가적인 접착 촉진제를 사용하여 CGSN으로 준비되었으며, CGSN 식각 마스크의 적용 전에 유리 샘플들이 플라즈마 강화 화학 기상 퇴적 플라즈마로 전처리되었다. 스크린은 32μm의 개구들을 가지는 폴리에스터(380) 메쉬 스크린, 10°의 스트링 각도, 및 200μm의 폭을 가지는 경화된 에멀션 패턴들(80)(스트립들)을 가지는 15μm 두께의 에멀션이었다. 아래의 각각의 SEM 이미지는 LDI를 측정하는데 사용되는 밝기 이미지에 관한 것이다. 왼쪽의 "평활한" 벽을 가지는 샘플의 경우 LDI 값은 약 85% 였으나, 오른쪽의 "비틀린 튜브" 형상의 구조들의 경우 LDI 값은 80%보다 훨씬 아래였다. 왼쪽의 평활한 벽 구조들의 경우 광 가둠의 정도가 높은 것은 이미지의 LED 주입 단(바닥) 근처에서 낮은 산란, LGP의 길이를 따라 전파되는 광, 및 주입 엣지 반대편의 말단 엣지의 밝음으로 나타난다. 이러한 전파 및 상기 말단 엣지의 밝음은 오른쪽의 "비틀린 튜브" 밝기 이미지에서는 관찰되지 않으며, 불량한 광 가둠, 낮은 LDI를 시각적으로 나타내며, LED 엣지-조사 근처에서의 큰 산란 손실로부터 쉽게 명백하며, 큰 포화된 밝기로서 보여진다. 스크린 프린팅을 위하여 스테인리스강(SS) 메쉬를 사용함으로써 오른쪽의 조건들에 의해 생성된 표면 구조화된 LGP들의 경우 LDI 값들은 80% 보다 높아질 수 있다.

벽 평활도를 측정하기 위해 스타일러스 프로필로메트릭(Stylus profilometric) 및 Zygo™(백색 광 간섭 분광계) 측정 둘 모두가 수행되었다. "비틀린 튜브" 형태로 인하여 낮은 LDI 값들을 가지는 샘플들(CGSN 식각 마스크를 사용하여 생성됨)의 측벽은 프로필로메트리 및 Zygo™ 백색 광 간섭법에 의해 측정되었다. "평활한" 형태로 인해 높은 LDI 값들을 가지는 샘플들(ESTS 또는 Kiwo 식각 마스크를 사용하여 생성됨)의 측벽은 Zygo™ 백색 광 간섭법에 의해 측정되었다. ESTS-생성된 샘플은 추가적으로 프로필로메트리에 의해 측정되었다. 측벽 측정에 사용된 프로필로미터은 다이아몬드 스타일러스를 가지는 KLA-Tencor P11이었다. 모든 스캔들은 다음과 같이 수행되었다: 5,877μm 스캔 길이, 50μm/s 스캔 속도, 100Hz 샘플링 속도, 2 밀리그램 스타일러스 힘, 2μm 스타일러스 반경. 스캔 필터들이 적용되지 않았다. 2μm 스타일러스로 측벽들을 샘플링하기 위하여, 스캔 궤적은 수많은 피크들 및 채널들을 커버하도록 만들어졌다.

측벽 RMS 거칠기 계산을 위해 사용된 CGSN 샘플에 대한 특정 영역의 도시가 도 24에 보여진다. CGSN 측벽 거칠기의 RMS 값은 10.276μm이었다. RMS 거칠기 계산을 위해 사용된 ESTS 샘플에 대한 특정 영역의 도시가 도 25에 보여진다. ESTS 측벽 거칠기의 RMS 값은 0.604μm이었다. 따라서, 백색 광 간섭법에 의해 측정되었을 때 약 12μm 이하의 RMS 거칠기 값들이 달성가능하다는 것이 믿어진다.

Zygo™ 백색 광 간섭법은 또한 상기 모든 세 샘플들(CGSN, ESTS, 및 Kiwo)의 피크-채널 측벽 거칠기를 측정하는데 사용되었다. 측정된 측벽 거칠기의 피크-채널 값들이 도 26에 요약된다.

예상되는 바와 같이 CGSN-생성된 측벽들에 대한 상기 피크-채널 측벽 거칠기 Zygo™ 측정은 백색 광 간섭법에 의해 측정된 Kiwo 측벽들에 대한 거칠기 보다 큰 분명한 통계적으로 유의미한 거칠기를 나타낸다. ESTS 측벽 거칠기는, CGSN 측벽 거칠기보다 작으나, 통계적으로 명백하지 않다.

데이터는 백색 광 간섭법에 의해 측정되었을 때 약 5μm 이하, 예를 들어 약 1μm 이하, 약 0.7μm 이하, 0.5μm 이하, 약 0.3μm 이하, 예컨대 약 <0.2μm 이하의 RMS 거칠기를 포함하는 채널 측벽들이 얻어질 수 있다는 것을 보여준다. 또한, 약 5μm 이하, 예를 들어 약 1μm 이하, 약 0.7μm 이하, 약 0.5μm 이하, 약 0.3μm 이하, 예컨대 0.2μm 이하의 백색 광 간섭법에 의한 피크-채널 거칠기가 달성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 다양한 마스크 및 식각 공정들을 사용하여, 예를 들어 150mm 구역 폭에 대하여 약 50% 이상, 예를 들어 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 예컨대 90% 이상의 LDI 값들을 생성하는 낮은 거칠기(asperity) 및 낮은 거칠기(roughness)를 포함하는 평활한 채널 측벽들을 가지는 LGP들이 얻어질 수 있다. 또한, 150mm의 구역에 대하여 5% 이하, 예를 들어 약 1% 이하, 예컨대 약 0.5% 이하, 예컨대 약 0.1% 이하의 직진도 지수(SI)를 가지는 LGP들이 본 명세서에 설명된 방법들에 의해 얻어질 수 있다.

HF에 의해 화학적으로 식각된 알루미노실리케이트 유리 표면들은 선택적 리칭(preferential leaching), 오염, 및/또는 거칠어짐을 경험하는 것으로 문헌들에서 보여졌다 [Mellott et al, Surface and Interface Analysis, "Evaluation of surface preparation methods for glass", 31, pp.362-368, 2001]. X-선 형광(XRF) 분석법에 의해 밝혀진 바와 같이 본 명세서에 개시된 식각 공정들은 유리의 표면에서의 조성 변화들을 야기하는 것으로 밝혀졌다. X-선 광전자 분광 데이터(XPS)는 나트륨 및 알루미늄 둘 모두의 상당한 고갈(depletion)을 밝혔다. 도 27의 그래프는 3개의 유리판 샘플들(Corning^® IRIS™ 유리): 처리되지 않은 샘플(중간), 부피비로 10%HF 및 30%H₂SO₄를 포함하는 식각제의 수조에서 식각된 샘플(위), 및 부피비로 10%HF 및 20%H₂SO₄를 포함하는 식각제로 스프레이 식각된 샘플(아래)에 수행된 X-선 형광 측정의 노말라이즈된 결과를 보여준다. XRF 데이터는 스프레이 식각된 Iris 유리 표면 내에서 유리 샘플의 표면으로부터 약 1μm의 깊이 내에서 상당한 알루미늄 고갈을 밝혀냈으나, 수조 식각된 샘플들에서는 알루미늄 및 마그네슘 둘 모두가 고갈되었다. 식각 공정, 특히 스프레이 식각 공정 동안 나타난 실리콘의 외견상의 증가가 드물지 않으며, 식각 및 후속적인 XRF 측정의 결과이다. 표면 화학에 대한 식각 효과의 측정은 식각되지 않은 유리 샘플 및 식각된 유리 샘플에 X-선 형광을 수행하고 원소 조성을 비교하는 것이다.

다양한 수정들 및 변경들이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 개시의 실시예들에 이루어질 수 있다는 것이 당업계의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시가 첨부된 청구 범위 및 그 균등물들 내에 속하는한 이러한 수정들 및 변경들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (31)

1. 유리 시트의 제1 주표면 상에 식각 마스크를 퇴적하는 단계로서, 상기 식각 마스크는 상기 제1 주표면 상에 복수의 평행한 열들을 형성하는, 퇴적하는 단계;
   식각제에 상기 유리 시트를 노출시키는 단계로서, 이로써 상기 복수의 평행한 열들 사이의 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면으로부터 유리를 제거하여 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면 내에 복수의 채널들을 형성하는, 노출시키는 단계; 및
   상기 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하고,
   결과적인 유리 물품은 상기 제1 주표면 내에 형성된 복수의 채널들을 가지는 유리 시트를 포함하고, 상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은 약 5μm 내지 약 300μm 범위의 깊이(H) 및 H/2에서 정의된 폭(W)을 포함하고, S/H 비는 약 1 내지 약 15 범위인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 식각 마스크를 퇴적하기 전에 상기 제1 주표면 상에 접착 층을 퇴적하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 접착 층은 실레인(silane) 층 또는 실록세인(siloxane) 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 접착 층은 에폭시실레인(epoxysilane) 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 접착 층은 스핀 코팅에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 접착 층은 딥(dip) 코팅에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 식각 마스크는 스크린 프린팅 공정에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 스크린 프린팅 공정은 우븐(woven) 스크린의 표면 상에 경화된 에멀션(emulsion) 패턴을 포함하고, 상기 경화된 에멀션 패턴에 대한 상기 우븐 스크린의 스트링 각도는 약 20° 내지 약 45° 범위인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 우븐 스크린은 스테인리스 강(stainless steel) 와이어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 식각제는 HF를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 식각제는 HNO₃, H₂SO₄, 또는 HCL을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 식각제는 부피비로 10% HF 및 부피비로 약 10% 내지 약 30%의 H₂SO₄의 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 식각제는 부피비로 약 10% 내지 약 20%의 H₂SO₄를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 노출시키는 단계는 상기 유리 시트 상으로 상기 식각제를 스프레잉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 노출시키는 단계는 상기 식각제의 수조 내에 상기 유리 시트를 놓는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 노출시키는 단계는 상기 노출시키는 단계 동안 상기 식각제를 교반시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
17. 제1 항에 있어서,
    상기 유리 시트에 대한 상기 식각 마스크의 접착을 제어함으로써 상기 식각 마스크 아래의 상기 유리 시트의 언더컷을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
18. 제1 항에 있어서,
    상기 채널 깊이(H)에 대한 최대 언더컷(M)의 비(M/H)는 약 1.2 내지 약 1.8 범위 내에서 제어되는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
19. 제1 항에 있어서,
    백색 광 간섭법에 의해 측정되었을 때 상기 적어도 하나의 채널의 측벽의 RMS 거칠기는 약 5μm 이하인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 RMS 거칠기는 약 1μm 이하인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
21. 제1 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 도광판인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
22. 제1 항에 있어서,
    상기 유리 시트의 최대 두께(T)는 약 0.1mm 내지 약 2.1mm 범위인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
23. 제22 항에 있어서,
    T는 약 0.6mm 내지 약 2.1mm 범위인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
24. 제1 항에 있어서,
    상기 식각 마스크는 열가소성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
25. 제24 항에 있어서,
    상기 열가소성 재료는 가열된 노즐을 통해 상기 유리 시트에 적용되는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
26. 제24 항에 있어서,
    상기 열가소성 재료의 열팽창 계수는 상기 유리 시트의 열팽창 계수의 약 10% 이내인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
27. 유리 시트의 제1 주표면 상에 식각 마스크를 퇴적하는 단계로서, 상기 식각 마스크는 상기 제1 주표면 상에 복수의 평행한 열들을 형성하는, 퇴적하는 단계;
    연마 스트림(atrasive stream)에 상기 유리 시트를 노출시키는 단계로서, 이로써 상기 복수의 평행한 열들 사이의 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면으로부터 유리를 제거하여 상기 유리 시트의 상기 제1 주표면 내에 복수의 채널들을 형성하는, 노출시키는 단계; 및
    상기 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하고,
    결과적인 유리 물품은 상기 제1 주표면 내에 형성된 복수의 채널들을 가지는 유리 시트를 포함하고, 상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은 약 5μm 내지 약 300μm 범위의 깊이(H) 및 H/2에서 정의된 폭(S)을 포함하고, S/H 비는 약 1 내지 약 15 범위인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
28. 제27 항에 있어서,
    상기 복수의 채널들의 표면들을 평활화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
29. 제28 항에 있어서,
    상기 평활화하는 단계는 화염 폴리싱(flame polishing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
30. 제28 항에 있어서,
    상기 평활화하는 단계는 연마 폴리싱(abrasive polishing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
31. 제30 항에 있어서,
    백색 광 간섭법에 의해 측정되었을 때 상기 적어도 하나의 채널의 측벽의 RMS 거칠기는 약 5μm 이하인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.

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