KR20210091715A - 유리 조성물 - Google Patents

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Abstract

유리 물품으로서, 약 61 wt.% 내지 약 62 wt.%의 SiO2; 약 18 wt.% 내지 약 18.4 wt.%의 Al2O3; 약 7.1 wt.% 내지 약 8.3 wt.%의 B2O3; 약 1.9 wt.% 내지 약 2.2 wt.%의 MgO; 약 6.5 wt.% 내지 약 6.9 wt.%의 CaO; 약 2.5 wt.% 내지 약 3.6 wt.%의 SrO; 약 0.6 wt.% 내지 약 1.0 wt.%의 BaO; 및 약 0.1 wt.% 내지 약 0.2 wt.%의 SnO2, 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률; 약 57 내지 약 67의 VD; 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5 ㎛ 이하의 총 두께 변화, 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 이하의 휨, 및 약 0.1 arcmin 이하의 웨지를 갖는, 유리 물품.

Description

유리 조성물
본 출원은 2018.11.13자로 출원된 U.S. 가출원 번호 제62/760567호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체가 참조로서 신뢰되고, 통합된다.
기술 분야
본 개시의 구현 예는 유리 시트 및 유리 기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 구현 예는 광학 도광계 증강 현실 광학 장치, 및 모바일 장치용 광학 도광계 백-라이트용 유리 웨이퍼 또는 유리 패널에 관한 것이다.
광학 도광계 증강 현실 광학 장치 및 모바일 장치용 광학 도광계 백-라이트와 같은, 수많은 새로운 적용은 얇은 평면 형상을 가지면서도 종래 광학 유리와 유사한 굴절률 속성을 갖는 유리 물품(예컨대, 유리 웨이퍼 또는 유리 패널)을 요구한다. 또한 그러한 적용은 평면성 및 평활성과 관련한 엄중한 기하학적 속성을 요구하고, 또한 광학 중합체가 추가 광학 기능(예컨대, 렌즈 어레이, 표면 릴리프 격자, 홀로그램, 홀로그램 격자 등)을 구현하기 위한 매체로서 사용되는 경우, 적절한 광학 중합체와 매칭되는 유리 굴절률을 요구한다.
따라서, 종래 광학 유리와 유사한 굴절률 속성을 갖는 동시에 얇은 평면 형상을 가지면서, 다른 유리한 특성 및 특징을 갖는 유리 물품에 대한 당업계의 요구가 있다.
본 개시의 구현 예는 유리 시트 및 유리 기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 구현 예는 광학 도광계 증강 현실 광학 장치, 및 모바일 장치용 광학 도광계 백-라이트용 유리 웨이퍼 또는 유리 패널에 관한 것이다.
유리 물품으로서, 약 61 wt.% 내지 약 62 wt.%의 SiO2; 약 18 wt.% 내지 약 18.4 wt.%의 Al2O3; 약 7.1 wt.% 내지 약 8.3 wt.%의 B2O3; 약 1.9 wt.% 내지 약 2.2 wt.%의 MgO; 약 6.5 wt.% 내지 약 6.9 wt.%의 CaO; 약 2.5 wt.% 내지 약 3.6 wt.%의 SrO; 약 0.6 wt.% 내지 약 1.0 wt.%의 BaO; 및 약 0.1 wt.% 내지 약 0.2 wt.%의 SnO2를 포함하는, 유리 물품.
유리 물품으로서, 약 55 wt.% 내지 약 68 wt.%의 SiO2; 약 16 wt.% 내지 약 20 wt.%의 Al2O3; 약 6 wt.% 내지 약 9.5 wt.%의 B2O3; 약 1.0 wt.% 내지 약 3.0 wt.%의 MgO; 약 5.5 wt.% 내지 약 8.0 wt.%의 CaO; 약 1.5 wt.% 내지 약 4.5 wt.%의 SrO; 약 0.1 wt.% 내지 약 2.0 wt.%의 BaO; 및 약 0.01 wt.% 내지 약 0.5 wt.%의 SnO2를 포함하고, 여기서 상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률을 갖고, 상기 유리 물품은 약 57 내지 약 67의 VD를 가지며, 및 상기 유리는 (a) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5 ㎛ 이하의 총 두께 변화; (b) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 이하의 휨; 및 (c) 약 0.1 arcmin 이하의 웨지(wedge)의 정규화된(as-formed) 기하학적 특성을 갖는, 유리 물품.
유리 물품으로서, 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률; 약 57 내지 약 67의 VD; 및 (a) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5 ㎛ 이하의 총 두께 변화; (b) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 이하의 휨; 및 (c) 약 0.1 arcmin 이하의 웨지(wedge)의 정규화된 기하학적 특징을 포함하는, 유리 물품.
본 개시의 다른 구현 예 및 변형은 아래에서 논의된다.
위에서 간략히 요약되고, 아래에서 더 상세히 논의된, 본 개시의 구현 예는 첨부된 도면에 도시된 본 개시의 예시적인 구현 예를 참조하여 이해될 수 있다. 첨부된 도면은 본 개시의 전형적인 구현 예만을 예시하며, 본 개시가 다른 균등하게 효과적인 구현 예를 인정할 수 있기 위해 그 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 1은 본 개시의 몇몇 구현 예에 따른 유리-중합체 스택의 개략도를 도시하며;
도 2는 본 개시의 몇몇 구현 예에 따른 광학 구조체를 갖는 유리-중합체 스택의 개략도를 도시하며;
도 3은 본 개시의 몇몇 구현 예에 따른 광학 구조체를 갖는 유리-중합체 스택의 개략도를 도시하며;
도 4는 본 개시의 몇몇 구현 예에 따른 광학 구조체를 갖는 유리-중합체-유리 스택의 개략도를 도시하며;
도 5는 퓨전 드로우 공정에서 정밀 시트를 만드는데 사용되는 성형 맨드릴의 개략도를 나타내며; 및
도 6은 위치(6)을 따라 취해진 도 1의 성형 맨드릴의 단면도를 나타낸다.
이해를 돕기 위해, 동일한 참조 부호가 가능한 사용되어 도면에 공통되는 동일한 요소를 지정하였다. 도면은 축척대로 그려지지 않았고, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 본원에 개시된 임의의 구현 예의 임의의 요소 및 특징은 추가 인용 없이 다른 구현 예에 유리하게 통합될 수 있다.
본 개시의 구현 예들에 대한 참조가 이제 상세히 이루어질 것이며, 그 예들은 첨부 도면에 예시된다. 가능한 한, 동일한 참조 부호가 동일 또는 유사 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 그러나 상기 개시는 많은 상이한 형태로 구현화될 수 있고, 본원에서 설명하는 구현 예에 한정되지 않는다.
범위는 "약" 하나의 특정 값에서, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 본원에서 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 구현 예는 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지 포함한다. 유사하게, 값이 전단의 "약"을 사용하여 근사치로 표현될 때, 특정 값이 다른 구현 예를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 범위의 각 끝점이 다른 끝점과 관련하여, 및 다른 끝점과 독립적으로 모두 중요하다는 것이 더욱 이해될 것이다.
본원에서 사용되는 방향 용어 - 예를 들어 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 탑, 바텀, 수직, 수평 -는 도시된 도면을 참조하여 만들어지는 것일뿐, 절대적인 방향을 의미하는 것을 의도하지는 않는다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 여기에 설명된 모든 방법이 특정 순서로 수행되어야 하는 것으로 해석되지 않으며, 어떤 장치에서도 특정 방향이 요구되는 것으로 해석되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계에 따른 순서를 실제로 언급하지 않거나 어떤 장치 청구항이 개별적 구성요소의 순서 또는 방향을 실제로 언급하지 않는 경우, 또는 상기 단계들이 특정 순서로 제한된다고 청구항 또는 명세서에서 달리 구체적으로 명시되지 않은 경우, 또는 장치의 구성요소에 대한 특정 순서 또는 방향이 언급되지 않은 경우, 어떤 관점에서건 순서 또는 방향을 암시하도록 의도된 것이 아니다. 이는 다음을 포함하여 해석에 대한 어떠한 가능한 비-표현적 근거를 유지한다: 단계 배열, 작동 흐름, 구성요소의 순서, 또는 구성요소의 방향과 관련된 논리 문제; 문법적 구성 또는 구두점에서 유래된 일반 의미; 및 명세서에서 설명된 구현 예의 수 또는 유형.
본원에 사용된 바와 같이, "하나", "하나의", 및 "상기"의 형태는 문맥이 달리 명확히 지시하지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나의" 구성 요소에의 참조는 문맥이 달리 명확히 지시하지 않는 한, 둘 이상의 그러한 구성 요소를 갖는 관점을 포함한다.
본원에서 사용되는 모든 수치 범위는 범위 내의 모든 정수 값을 명시적으로 포함하고, 범위 내의 특정 수치 값의 선택은 특정 용도에 따라 고려된다.
도 1은 본 개시의 몇몇 구현 예에 따른 유리-중합체 스택(100)의 개략도를 도시한다. 유리-중합체 스택(100)은 유리 물품(102) 및 유리 물품의 표면 맨 위에 중합체 물질(104)을 포함한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 유리 시트일 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 시트는 본원에 설명된 유리 제조 장치를 사용하여 형성된 퓨전 유리 시트일 수 있다. 유리 물품(102)은 제1 주 표면(110), 제1 주 표면(110)에 대향하는 제2 주 표면(112), 및 제1 주 표면(110) 및 제2 주 표면(112) 사이에서 연장하는 에지 표면(114)을 포함한다. 특정 예시적인 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 1 mm 미만의 두께(즉, 제1 주 표면(110) 및 제2 주 표면(112) 사이의 거리)를 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.2 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.4 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.6 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 0.1 mm 내지 약 0.9 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.8 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.7 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.6 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.5 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.4 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.3 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.2 mm의 두께를 갖는다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 61 wt.% 내지 약 62 wt.%의 SiO2, 약 18 wt.% 내지 약 18.4 wt.%의 Al2O3, 약 7.1 wt.% 내지 약 8.3 wt.%의 B2O3, 약 1.9 wt.% 내지 약 2.2 wt.%의 MgO, 약 6.5 wt.% 내지 약 6.9 wt.%의 CaO, 약 2.5 wt.% 내지 약 3.6 wt.%의 SrO, 약 0.6 wt.% 내지 약 1.0 wt.%의 BaO, 및 약 0.1 wt.% 내지 약 0.2 wt.%의 SnO2를 포함한다(또는 이루어지거나, 필수적으로 이루어진다).
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 67.8 mol% 내지 약 68.2 mol%의 SiO2, 약 11.6 mol% 내지 약 11.9 mol%의 Al2O3, 약 6.7 mol% 내지 약 7.8 mol%의 B2O3, 약 3.1 mol% 내지 약 3.6 mol%의 MgO, 약 7.0 mol% 내지 약 7.6 mol%의 CaO, 약 1.6 mol% 내지 약 2.3 mol%의 SrO, 약 0.3 mol% 내지 약 0.4 mol%의 BaO, 및 약 0.05 mol% 내지 약 0.2 mol%의 SnO2를 포함한다(또는 이루어지거나, 필수적으로 이루어진다).
본원에 설명된 유리 조성물에서, SiO2는 기본 유리 형성제로 작용한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 55 wt.% 내지 약 68 wt.%, 또는 바람직하게는 약 61 wt.% 내지 약 62 wt.%의 SiO2를 포함한다.
Al2O3는 본원에 설명된 유리를 제조하는데 사용되는 또 다른 유리 형성제이다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 16 wt.% 내지 약 20 wt.%의 Al2O3를 포함한다.
B2O3는 유리 형성제이자 용융을 돕고 용융 온도를 낮추는 플럭스이다. 이는 액상선 온도와 점도 모두에 영향을 미친다. 증가하는 B2O3는 유리의 액상선 점도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 6 wt.% 내지 약 9.5 wt.%, 또는 바람직하게는 약 7.1 wt.% 내지 약 8.3 wt.%의 B2O3를 포함한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 3개의 알칼리토 산화물, MgO, CaO, SrO 및 BaO를 포함한다. 알칼리토 산화물은 유리에 용융, 청징, 성형 및 궁극적인 사용에 중요한 다양한 특성을 제공한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 1 wt.% 내지 약 3 wt.%, 또는 바람직하게는 약 1.9 wt.% 내지 약 2.2 wt.%의 MgO를 포함한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 5.5 wt.% 내지 약 8 wt.%, 또는 바람직하게는 약 6.5 wt.% 내지 약 6.9 wt.%의 CaO를 포함한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 1.5 wt.% 내지 약 4.5 wt.%, 또는 바람직하게는 약 2.5 wt.% 내지 약 3.6 wt.%의 SrO를 포함한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 0.1 wt.% 내지 약 2 wt.%, 또는 바람직하게는 약 0.6 wt.% 내지 약 1.0 wt.%의 BaO를 포함한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 0.01 wt.% 내지 약 0.5 wt.%, 또는 바람직하게는 약 0.1 wt.% 내지 약 0.2 wt.%의 SnO2를 포함한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는다. 굴절률은 n=c/v로 정의되며, 여기서 c는 진공에서 빛의 속도이고 v는 대상 매체에서 빛의 위상 속도이다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.516 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.5155 내지 약 1.5175의 굴절률을 갖는다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 57 내지 약 67의 아베수(VD)를 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 60 내지 약 64의 아베수(VD)를 갖는다. 본원에서 사용된 바와 같이, 투명 물질의 V-수 또는 수렴율(constringence)로도 알려진 아베수(VD)는 물질의 분산을 측정한다(굴절률 대 파장의 변화). 물질의 아베수는 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00001
여기서 nD, nF 및 nC는 Fraunhofer D-, F- 및 C- 스펙트럼 라인의 파장(각각 589.3nm, 486.1nm 및 656.3nm)에서 물질의 굴절률이다.
몇몇 구현 에에서, 본원에 기재된 유리 물품은 평탄도 및 조도에 대해 평가될 때 여러 메트릭(metrics)을 특징으로 한다. 이러한 메트릭은 총 두께 변화(TTV), 휨, 및 웨지를 포함할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다.
본원에서 사용된 바와 같이, 총 두께 변화(TTV)는 정의된 간격(υ), 전형적으로 유리 시트의 전체 폭에 걸쳐 유리 시트의 최대 두께 및 최소 두께 사이의 차이를 지칭한다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 200mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5㎛ 이하의 총 두께 변화의 정규화된(as-formed) 기하학적 특성을 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 300 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5㎛ 이하의 총 두께 변화의 정규화된 기하학적 특성을 갖는다.
본원에 사용되는 바와 같이, 휨은 유리 물품(102)에 대해 (118)(도 1의)에 표시된 바와 같은 네거티브 면외 최대 값과 유리 물품(102)에 대해 (116)에 표시된 바와 같은 포지티브 면외 최대 값 사이의 차이로 정의된다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 휨 이하의 정규화된 기하학적 특성을 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 300 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 휨 이하의 정규화된 기하학적 특성을 갖는다.
몇몇 구현 예에서, 구성요소는 유리 물품(102)(예컨대, 200mm 또는 300mm 직경)이 형성되는 유리 시트(또는 이의 일부)의 한정된 크기를 지칭한다. 몇몇 구현 예에서, 구성요소는 더 큰 직경의 유리 시트(예컨대, 200mm 또는 300mm 직경)로부터 절단된 유리 물품(102)을 지칭한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 0.1 arcmin 이하의 웨지의 정규화된 기하학적 특성을 갖는다. 본원에 사용된 바와 같이, 웨지는 유리 물품의 외부 에지에 의해 정의된 바와 같은 유리 물품의 "기계적 축"과 광학 표면에 의해 정의된 광축 사이의 비대칭을 지칭한다.
몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 자유 형태(예컨대, 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형이 아닌 임의의 형태) 형상 중 하나를 포함한다. 평면 유리 구성요소의 형상은 평면 유리 구성요소를 생성하는데 사용되는 유리 형상/절단 기술에 의해서만 제한된다.
몇몇 구현 예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 중합체 물질(104)은 유리 물품(102)의 제1 주 표면(110)의 최상부(즉, 직접 접촉)에 배치된다. 몇몇 구현 예에서, 중합체 물질(104)은 유리 물품(102)과 유사한 굴절률 특성을 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 폴리머 물질(104)은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 중합체 물질(104)은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.516 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는다. 몇몇 구현 예에서, 유리 물품(102)은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.5155 내지 약 1.5175의 굴절률을 갖는다.
몇몇 구현 예에서, 중합체 물질은 적어도 하나의 광학 구조체를 포함한다. 도 2-3은 본 개시의 몇몇 구현 예에 따른 적어도 하나의 광학 구조체(106)를 갖는 유리-중합체 스택(100)의 개략도를 도시한다. 몇몇 구현 예에서, 광학 구조체(106)는 나노-복제 기술 및 홀로그래픽 기술과 같은 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 도 2는 표면 릴리프 광학 구조체를 갖는 유리-중합체 스택(100)을 도시한다. 몇몇 구현 예에서, 표면 릴리프 광학 구조체는 격자이다. 몇몇 구현 예에서, 광학 구조체(106)는 광학 홀로그래픽 구조체이다. 도 3은 격자 및 광학 홀로그램 구조체(또는 홀로그램)와 같은 중합체의 부피에서 복수의 광학 구조체를 갖는 유리-중합체 스택(100)을 도시한다. 몇몇 구현 예에서, 다중 홀로그램은 유리-중합체 스택(100)의 중합체 물질(104) 층에 기록될 수 있다.
몇몇 구현 예에서, 유리-중합체 스택은 도 1-3에 도시된 바와 같이 단일 유리 물품(102) 층 및 단일 광학 물질(104) 층으로 제한되지 않는다. 몇몇 구현 예에서, 유리-중합체 스택은 복수의 유리 물품(102) 층 및/또는 복수의 광학 물질 층(104)을 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 다중 유리-중합체 층은 또한 적층될 수 있어(예컨대, 유리-중합체-유리, 또는 유리-중합체-유리-중합체) 다중 홀로그래픽으로 정의된 광학 구조체가 스택의 별개의 구분되는 물리적 층에 생성될 수 있도록 한다. 예를 들어, 도 4는 본 개시의 몇몇 구현 예에 따른 광학 구조체를 갖는 유리-중합체-유리 스택의 개략도를 도시한다.
본원에 설명된 개시의 구현 예는 유리하게는 본원에 설명된 조성 및 속성을 갖는 유리 물품을 제공한다. 임의의 형상의 유리 물품을 생성할 수 있는 능력과 결합된 이러한 속성은 광학 도광계 증강 현실 광학 장치와 같은 적용 및 모바일 장치용 광학 도광계 백-라이트에 대한 분명한 이점이다. 유리 광학 속성을 정규화된, 유리한 유리 물품 기하학적 속성과 결합하는 능력은 스택을 나가는 광선이 모두 상대적인 정렬을 유지하도록 유리판 내부의 광학 광선 각도를 보존하는 도광 솔루션에 대한 최저 비용 경로를 가능하게 한다.
하나의 구현 예에서, 예시적인 유리는 퓨전 공정을 통해 시트로 제조된다. 퓨전 드로우 공정은 고해상도 TFT 백플레인 및 컬러 필터에 대한 표면-매개 왜곡을 줄이는 깨끗한(pristine), 파이어-폴리싱된 유리 표면을 생성할 수 있다. 도 5는 비-제한적인 퓨전 드로우 공정에서의 형성 맨드릴 또는 아이소파이프의 개략도이다. 도 6은 도 5의 위치(506) 근처의 아이소파이프의 개략적인 단면도이다. 유리는 입구(501)로부터 도입되고, 위어(weir) 벽(509)에 의해 형성된 쓰루(trough)(504)의 바텀을 따라 압축 단부(502)로 유동한다. 유리는 아이소파이프(도 6 참조)의 양 사이드에 있는 위어 벽(509)을 오버플로우하고, 두 유리 스트림은 루트(510)에서 결합하거나 퓨전한다. 아이소파이프의 양 말단의 에지 디렉터(503)는 유리를 냉각시키고 비드라고 하는 에지에서 더 두꺼운 스트립을 생성하는 역할을 한다. 비드가 롤을 당김으로써 아래로 당겨져, 높은 점도에서 시트를 형성하는 것을 가능하게 한다. 시트가 아이소파이프에서 분리되는 속도를 조정함으로써, 퓨전 드로우 공정을 사용하여 고정 용융 속도에서 매우 광범위한 두께를 생성할 수 있다.
다운 드로우 시트 드로잉 공정, 참고로 병합된, 특히 미국 특허 제3,338,696호 및 3,682,609호(둘 다 Dockerty)에 기재된 퓨전 공정은 본원에서 사용될 수 있다. 특정 작동 이론에 얽매이지 않고, 퓨전 공정은 폴리싱이 필요 없는 유리 기판을 생성할 수 있다고 믿어진다. 현재의 유리 기판 폴리싱은 원자력 현미경으로 측정했을 때 약 0.5nm(Ra) 초과의 평균 표면 조도를 갖는 유리 기판을 생성할 수 있다. 퓨전 공정에 의해 생성된 유리 기판은 0.5 nm 미만의 원자력 현미경으로 측정된 평균 표면 조도를 갖는다. 기판은 또한 150psi 이하인 광학 지연에 의해 측정된 평균 내부 응력을 갖는다. 물론, 여기에 첨부된 청구항은 본원에 설명된 구현 예가 플로트 성형 공정과 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는 다른 성형 공정에 동일하게 적용될 수 있으므로 퓨전 공정으로 제한되지 않아야 한다.
하나의 구현 예에서, 예시적인 유리는 퓨전 공정을 사용하여 시트 형태로 제조된다. 예시적인 유리는 퓨전 공정과 호환가능하지만, 다른 제조 공정을 통해 시트 또는 다른 물건(ware)으로 제조될 수도 있다. 이러한 공정은 슬롯 드로우, 플로트, 롤링, 및 당업자에게 알려진 다른 시트-형성 공정을 포함한다.
유리 시트를 생성하기 위한 이러한 대안적인 방법과 관련하여, 위에서 논의된 퓨전 공정은 깨끗한 표면을 갖는 매우 얇고 매우 평평하며 매우 균일한 시트를 생성할 수 있다. 슬롯 드로우는 또한 깨끗한 표면을 생성할 수 있지만 시간이 지남에 따른 오리피스 형상의 변화, 오리피스-유리 인터페이스에의 휘발성 파편의 축적, 및 오리피스를 생성하여 진정한 평면 유리를 전달하는 문제로 인해, 슬롯-드로잉 유리의 치수 균일성 및 표면 품질은 일반적으로 퓨전-드로우 유리보다 열등하다. 플로트 공정은 매우 크고, 균일한 시트를 전달할 수 있지만, 표면은, 한 면이 플로트 욕과 접촉하고 다른 면이 플로트 욕의 응축 생성물에 노출됨으로써, 실질적으로 손상된다. 이는 플로트 유리가 고성능 디스플레이 적용에 사용하기 위해 폴리싱되어야 함을 의미한다.
퓨전 공정은 고온으로부터 유리를 급속 냉각시켜 높은 가상 온도(Tf)를 결과할 수 있다: 가상 온도는 유리의 구조적 상태와 관심 온도에서 완전히 이완된다고 가정한 상태 사이의 불일치를 나타내는 것으로 생각할 수 있다. Tp < Tg ≤ Tf가 되도록 소정의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 유리를 공정 온도(Tp)로 재가열하는 것은 유리의 점도에 영향을 받을 수 있다. Tp < Tf이기 때문에, 유리의 구조적 상태는 Tp에서 평형을 벗어나고, 유리는 Tp에서 평형인 구조적 상태를 향해 자발적으로 이완될 것이다. 이 이완 속도는 Tp에서 유리의 유효 점도와 반비례하여 높은 점도는 느린 이완 속도를 결과하고, 낮은 점도는 빠른 이완 속도를 결과한다. 유효 점도는 유리의 가상 온도에 따라 역으로 변하므로, 낮은 가상 온도는 높은 점도를 결과하고, 높은 가상 온도는 상대적으로 낮은 점도를 결과한다. 따라서, Tp에서의 이완 속도는 유리의 가상 온도와 직접적으로 비례한다. 높은 가상 온도를 도입하는 공정은 유리가 Tp에서 재가열될 때 상대적으로 높은 이완 속도를 결과한다.
Tp에서 이완 속도를 감소시키는 한 가지 수단은 그 온도에서 유리의 점도를 증가시키는 것이다. 유리의 어닐링 점은 유리가 1013.2 poise인 점도를 갖는 온도를 나타낸다. 온도가 어닐링 점 아래로 감소함에 따라, 과냉각 용융물의 점도는 증가한다. Tg 미만의 고정 온도에서, 보다 높은 어닐링 점을 갖는 유리는 보다 낮은 어닐링 점을 갖는 유리보다 높은 점도를 갖는다. 따라서, 어닐링 점을 증가시키는 것은 Tp에서 기판 유리의 점도를 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 어닐링 점을 증가시키기 위해 필요한 조성 변화는 또한 모든 다른 온도에서도 점도를 증가시킨다. 비-제한적인 구현 예에서, 퓨전 공정에 의해 제조된 유리의 가상 온도는 약 1011-1012 poise의 점도에 해당하므로, 퓨전-호환가능한 유리에 대한 어닐링 점의 증가는 일반적으로 가상 온도도 증가시킨다. 성형 공정에 관계없이 주어진 유리의 경우, 보다 높은 가상 온도는 Tg 미만의 온도에서 보다 낮은 점도를 결과하고, 따라서 가상 온도를 증가시키는 것은 어닐링 점을 증가시킴으로써 얻을 수 있는 점도 증가에 반대한다. Tp에서 이완 속도를 실질적으로 변경하려면, 어닐링 점을 일반적으로 비교적 크게 변경하는 것이 필요하다. 예시적인 유리의 일 관점은 약 790℃, 795℃, 800℃, 또는 805℃ 이상의 어닐링 점을 갖는다는 것이다. 특정 작동 이론에 얽매이지 않고, 그러한 높은 어닐링 점은 예컨대 전형적인 저온 폴리실리콘 급속 열 어닐링 사이클과 같은, 저온 TFT 처리 동안 수용 가능한 낮은 열 이완 속도를 결과한다고 믿어진다.
가상 온도에 미치는 영향에 더하여, 어닐링 점을 증가시키는 것은 용융 및 성형 시스템 전체에 걸쳐 온도를, 특히 아이소파이프 상의 온도를 또한 증가시킨다. 예를 들어, Eagle XG® 유리와 Lotus™ 유리(Corning Incorporated, Corning, NY)는 약 50℃ 정도 다른 어닐링 점을 갖고, 아이소파이프에 전달되는 온도도 또한 약 50℃ 차이가 난다. 약 1310℃ 이상에서 장시간 유지하면, 이소파이프를 형성하는 지르콘 내화물은 열적 크리프를 나타내며, 이는 이소파이프 자체의 무게와 이소파이프 상의 유리의 무게의 합에 의해 가속화될 수 있다. 예시적인 유리의 제2 관점은 이들의 전달 온도가 약 1350℃, 또는 1345℃, 또는 1340℃, 또는 1335℃, 또는 1330℃, 또는 1325℃, 또는 1320℃, 또는 1315℃, 또는 1310℃ 이하라는 점이다. 이러한 전달 온도는 이소파이프를 교체하거나 이소파이프 교체 사이의 시간을 연장할 필요없이 연장된 제조 캠페인을 허용할 수 있다.

Claims (25)

  1. 유리 물품으로서,
    약 61 wt.% 내지 약 62 wt.%의 SiO2;
    약 18 wt.% 내지 약 18.4 wt.%의 Al2O3;
    약 7.1 wt.% 내지 약 8.3 wt.%의 B2O3;
    약 1.9 wt.% 내지 약 2.2 wt.%의 MgO;
    약 6.5 wt.% 내지 약 6.9 wt.%의 CaO;
    약 2.5 wt.% 내지 약 3.6 wt.%의 SrO;
    약 0.6 wt.% 내지 약 1.0 wt.%의 BaO; 및
    약 0.1 wt.% 내지 약 0.2 wt.%의 SnO2를 포함하는, 유리 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는, 유리 물품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.516 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는, 유리 물품.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.5155 내지 약 1.5175의 굴절률을 갖는, 유리 물품.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 57 내지 약 67의 아베수(Abbe number)(VD)를 갖는, 유리 물품.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 60 내지 약 64의 VD를 갖는, 유리 물품.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은
    (a) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5 ㎛ 이하의 총 두께 변화;
    (b) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 이하의 휨; 및
    (c) 약 0.1 arcmin 이하의 웨지(wedge)의 정규화된(as-formed) 기하학적 특성을 갖는, 유리 물품.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는, 유리 물품.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는 중합체 물질을 갖는 표면을 포함하는, 유리 물품.
  10. 유리 물품으로서,
    약 55 wt.% 내지 약 68 wt.%의 SiO2;
    약 16 wt.% 내지 약 20 wt.%의 Al2O3;
    약 6 wt.% 내지 약 9.5 wt.%의 B2O3;
    약 1.0 wt.% 내지 약 3.0 wt.%의 MgO;
    약 5.5 wt.% 내지 약 8.0 wt.%의 CaO;
    약 1.5 wt.% 내지 약 4.5 wt.%의 SrO;
    약 0.1 wt.% 내지 약 2.0 wt.%의 BaO; 및
    약 0.01 wt.% 내지 약 0.5 wt.%의 SnO2를 포함하고,
    여기서 상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률을 갖고,
    상기 유리 물품은 약 57 내지 약 67의 VD를 가지며, 및
    상기 유리는
    (a) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5 ㎛ 이하의 총 두께 변화;
    (b) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 이하의 휨; 및
    (c) 약 0.1 arcmin 이하의 웨지(wedge)의 정규화된(as-formed) 기하학적 특성을 갖는, 유리 물품.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는, 유리 물품.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는 중합체 물질을 갖는 표면을 포함하는, 유리 물품.
  13. 유리 물품으로서,
    약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.515 내지 약 1.517의 굴절률;
    약 57 내지 약 67의 VD; 및
    (a) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 5 ㎛ 이하의 총 두께 변화; (b) 약 200 mm의 구성요소 직경에 걸쳐 약 20 ㎛ 이하의 휨; 및 (c) 약 0.1 arcmin 이하의 웨지(wedge)의 정규화된 기하학적 특징을 포함하는, 유리 물품.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는, 유리 물품.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 유리 물품은 약 589 nm의 광학 파장에서 약 1.516 내지 약 1.517의 굴절률을 갖는 중합체 물질을 갖는 표면을 포함하는, 유리 물품.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 중합체 물질은 적어도 하나의 광학 구조체를 포함하는, 유리 물품.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학 구조체는 표면 릴리프 구조체를 포함하는, 유리 물품.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 표면 릴리프 구조체가 격자를 포함하는, 유리 물품.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학 구조체는 광학 홀로그래픽 구조체를 포함하는, 유리 물품.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학 구조체는 격자 및 홀로그램을 포함하는, 유리 물품.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 유리 물품은
    약 61 wt.% 내지 약 62 wt.%의 SiO2;
    약 18 wt.% 내지 약 18.4 wt.%의 Al2O3;
    약 7.1 wt.% 내지 약 8.3 wt.%의 B2O3;
    약 1.9 wt.% 내지 약 2.2 wt.%의 MgO;
    약 6.5 wt.% 내지 약 6.9 wt.%의 CaO;
    약 2.5 wt.% 내지 약 3.6 wt.%의 SrO;
    약 0.6 wt.% 내지 약 1.0 wt.%의 BaO; 및
    약 0.1 wt.% 내지 약 0.2 wt.%의 SnO2를 포함하는, 유리 물품.
  22. 청구항 13에 있어서,
    상기 유리 물품은
    약 55 wt.% 내지 약 68 wt.%의 SiO2;
    약 16 wt.% 내지 약 20 wt.%의 Al2O3;
    약 6 wt.% 내지 약 9.5 wt.%의 B2O3;
    약 1.0 wt.% 내지 약 3.0 wt.%의 MgO;
    약 5.5 wt.% 내지 약 8.0 wt.%의 CaO;
    약 1.5 wt.% 내지 약 4.5 wt.%의 SrO;
    약 0.1 wt.% 내지 약 2.0 wt.%의 BaO; 및
    약 0.01 wt.% 내지 약 0.5 wt.%의 SnO2를 포함하는, 유리 물품.
  23. 청구항 15에 있어서,
    상기 유리 물품은 복수의 교차하는 유리 물품 층 및 중합체 물질 층을 포함하는, 유리 물품.
  24. 청구항 23에 있어서,
    유리-중합체 스택의 최종 층은 유리 물품 층인, 유리 물품.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 유리-중합체 스택의 최종 층은 중합체 물질 층인, 유리 물품 스택.
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