WO2017191913A1 - 붕규산 유리, 이것을 포함하는 도광판 및 그 제조 방법 - Google Patents

붕규산 유리, 이것을 포함하는 도광판 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2017191913A1
WO2017191913A1 PCT/KR2017/004151 KR2017004151W WO2017191913A1 WO 2017191913 A1 WO2017191913 A1 WO 2017191913A1 KR 2017004151 W KR2017004151 W KR 2017004151W WO 2017191913 A1 WO2017191913 A1 WO 2017191913A1
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WO
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glass
light guide
guide plate
borosilicate glass
present
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PCT/KR2017/004151
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황두선
심현진
이창희
최병국
최준보
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주식회사 엘지화학
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B18/02—Forming sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
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    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind

Definitions

  • the present invention relates to glass, its use and manufacturing technology, and more particularly, to a borosilicate glass, a light guide plate comprising the same, and a manufacturing method thereof.
  • This application is a priority application for Korean Patent Application No. 10-2016-0054886 filed May 3, 2016 and Korean Patent Application No. 10-2017-0041953 filed March 31, 2017. All the contents disclosed in the specification and drawings of this application are incorporated in this application by reference.
  • LCDs liquid crystal displays
  • LCDs are mainly used in display devices such as notebook computers, desktop computers, and TVs because of the advantages of realizing low weight and low power consumption.
  • LCDs are light-receiving elements, not self-lighting elements, and thus require a backlight unit in addition to the liquid crystal display.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an LCD according to the prior art.
  • the conventional LCD 1 includes a liquid crystal panel 10, a backlight unit 20, a cover bottom 30, a guide panel 40, and an upper case 50.
  • the liquid crystal panel 10 includes a thin film transistor substrate 12 and a color filter substrate 14 which are bonded to each other with the liquid crystal layer interposed therebetween.
  • polarization members 16 and 18 may be attached to the lower surface and the upper surface of the liquid crystal panel 10.
  • the backlight unit 20 may include a light source 23 that provides light to the reflective sheet 21, the liquid crystal panel 10, a light guide plate 25, a plurality of optical sheets 27, and a light source 23. (29).
  • the cover bottom 30 has an accommodating space formed therein to accommodate the light source 23, the reflective sheet 21, the light guide plate 25, and the optical sheet 27 and support the guide panel 40.
  • the guide panel 40 is for supporting the liquid crystal panel 10, and may be formed of a panel support portion for supporting the liquid crystal panel 10 and sidewalls surrounding the backlight unit 20, as shown in FIG. 1.
  • the upper case 50 surrounds the upper edge portion of the liquid crystal panel 10 and at the same time surrounds the side surfaces of the guide panel 40 and the cover bottom 30.
  • the light guide plate 25 is for emitting light incident to the light source 23 toward the liquid crystal panel 10.
  • the light guide plate 25 is formed of a polymer material such as polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • the light guide plate 25 is a core part of the backlight unit 20 that must be made to be a surface light source by evenly dispersing light emitted from the side light source 23 in the upper direction while minimizing loss.
  • PMMA which is a material mainly used in the light guide plate 25
  • PMMA which is a material mainly used in the light guide plate 25
  • the coefficient of thermal expansion (CTE) is high at about 50 to 100 ⁇ 10 ⁇ 6 / K, and there is a limit in reducing the width of a bezel portion, which is a non-display area of the liquid crystal panel 10.
  • the guide panel 40 which is a metal frame for reinforcing it is additionally used.
  • glass has better mechanical properties and thermal durability than conventional polymer materials, but due to the characteristics of the material itself, glass has difficulty in efficiently transmitting light of the backlight unit.
  • An object of the present invention is to provide a glass having high temperature stability, low thermal expansion coefficient, high mechanical strength, high luminance when used as a light guide plate, and low color difference.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a new light guide plate that can replace the existing PMMA and metal frame using such glass.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing such glass.
  • the oxidation / reduction ratio of the borosilicate glass is 0.5 to 0.8.
  • the borosilicate glass may further include 0.1 wt% or less of carbon.
  • the borosilicate glass may further include 0.001 to 0.05 wt% of a sulfur component.
  • the borosilicate glass is substantially free of transition metal components for color difference control.
  • transition metal components are NiO, CuO, Cr 2 O 3 , V 2 O 5 or MnO.
  • the borosilicate glass may be K 2 O> 0.1 wt%.
  • the borosilicate glass may further contain 0 to 0.5 wt% of SO 3 or Cl as a clarifier.
  • the borosilicate glass has a visible light (380 nm to 780 nm) transmittance of at least 2% or at least 92% based on a thickness of 2 mm. Further, the borosilicate glass has a refractive index of 1.49 or less, preferably 1.475 or less, and a thermal expansion coefficient of 10 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less, preferably 5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less.
  • the borosilicate glass may have a density of at least 2.0 g / cm 3 , preferably at least 2.2 g / cm 3 , and 2.5 g / cm 3. It may be: The glass transition temperature may be 500 ° C. or higher, preferably 520 ° C. or higher.
  • the working temperature (temperature at viscosity 10 4 dPas) of the borosilicate glass is preferably 1,270 ° C or less, and more preferably 1,250 ° C or less. Since the borosilicate glass is applied to give excellent mechanical rigidity compared to the light guide plate made of a conventional polymer material, the elastic modulus (Young's modulus) of the borosilicate glass may be 60 GPa or more, preferably 65 GPa or more.
  • the Poisson's ratio (horizontal longitudinal strain ratio) of the borosilicate glass may be 0.23 or less, preferably 0.2 or less.
  • the flexural strength in the mother glass state without reinforcement may be at least 20 MPa, preferably at least 25 MPa. Glass which chemically strengthened the borosilicate glass of the said composition is also included in the scope of the present invention.
  • the light guide plate which concerns on this invention for solving the said another subject contains the borosilicate glass which concerns on this invention mentioned above.
  • the light guide plate has a color difference of +0.015 to -0.015 when light guided by 500 mm, and more preferably, +0.010 to -0.010 when light guided by 500 mm light.
  • this light guide plate is 1.4 mm or more and 2 mm or less in thickness.
  • the light guide plate of this invention does not require the use of the optical film for color correction.
  • the light guide plate may have a pattern structure for scattering incident light.
  • Borosilicate glass according to the present invention comprises the steps of combining and melting the glass raw material according to the above composition; And molding the molten glass raw material by a float method using a molten tin float bath.
  • the borosilicate glass may be slowly cooled after molding while maintaining the oxidation / reduction ratio of the molten glass raw material.
  • the slow cooling rate may be 10 ° C / min to 40 ° C / min.
  • the method may further include chemically strengthening the borosilicate glass.
  • a display device including the light guide plate according to the present invention is also proposed.
  • This display device is preferably an LCD.
  • a borosilicate glass having a high temperature stability, a mechanical property that can replace the light guide plate and the metal frame of a conventional polymer material, a thinner thickness and excellent optical properties, such a borosilicate
  • the light guide plate can be manufactured using glass.
  • the borosilicate glass according to the present invention has high rigidity, it is possible to delete a cover bottom or an ACM (aluminum composite material) or a GCM back cover replacing the cover bottom, which had to be used to maintain mechanical rigidity of the LCD module. . Or it can be applied to the film, polymer, plastic, metal, etc. that can replace the existing ACM, GCM.
  • the expansion ratio is small with respect to external temperature changes, and thus there is little deformation and is advantageous in reducing the width of the bezel portion.
  • the borosilicate glass according to the present invention can be used in fields requiring high temperature stability, low thermal expansion coefficient, and high mechanical strength, and can be preferably manufactured as a light guide plate of LCD.
  • the present invention provides a glass in which the iron content in the glass is controlled low to maintain the brightness of the light guide plate and the oxidation / reduction ratio is controlled to reduce the color difference.
  • a light guide plate including such glass is applied to an LCD module, luminance and color difference performance may be satisfied beyond the level of existing polymer materials.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an LCD according to the prior art.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light guide plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing the structure of a light guide plate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an LCD including the light guide plate of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a borosilicate glass and a light guide plate including the same according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view of a plate glass manufacturing apparatus using a float method, which can perform the borosilicate glass and light guide plate manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 8 is a transmission graph of a borosilicate glass according to a comparative example and an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph illustrating x direction color difference ( ⁇ Cx) of borosilicate glass according to a comparative example and an embodiment of the present invention.
  • ⁇ Cy y-direction color difference
  • 11 is a graph showing intensity of wavelengths of a typical white LED of a backlight unit.
  • FIG. 12 is a graph illustrating color difference sensitivity for each wavelength according to glass transmission characteristics when Comparative Example glass is applied to an LCD module using the white LED as a backlight unit.
  • FIG. 13 is a transmission graph of borosilicate glass according to an embodiment of the present invention.
  • ranges disclosed herein are to be understood to include the beginning and ending range values and to include any and all subranges subsumed within this range.
  • a range referred to as "1 to 10" may be any and all subranges (including end values) between a minimum value of 1 and a maximum value of 10, that is, all ranges starting at least 1 and ending at a maximum of 10 or less (e.g., , 5.5 to 10).
  • any reference to the amount of the composition is "wt%" based on the total weight of the final glass composition.
  • the “total iron” content of the glass compositions disclosed herein is expressed in terms of Fe 2 O 3 according to standard analytical practices, regardless of the form present in practice. Likewise, the amount of iron in the first state is reported as FeO, although it may not actually be present as FeO in the glass.
  • the terms “oxidation / reduction”, “oxidation / reduction ratio” or “iron oxidation / reduction ratio” refer to the iron in the first state (expressed as FeO) divided by the amount of total iron in the second state (expressed as Fe 2 O 3 ). ) Means the amount.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light guide plate according to an embodiment of the present invention.
  • the light guide plate 100 includes a plate-shaped borosilicate glass 115 having SiO 2 and B 2 O 3 as main components.
  • the borosilicate glass 115 may be formed in the form of a sheet or a film in order to reduce the thickness of the display device.
  • a pattern may be formed on at least one surface of the light guide plate 100.
  • a scattering pattern (not shown) may be formed on the bottom surface of the borosilicate glass 115 so that guided light may be emitted upward.
  • the composition of the borosilicate glass 115 constituting the light guide plate 100 in this embodiment is SiO 2 75 ⁇ 85 wt%, B 2 O 3 5 ⁇ 15 wt%, A1 2 O 3 0 ⁇ 5 wt%, R 2 0 1-7 wt%, where R is at least one of Li, Na, and K, and Fe 2 O 3 ⁇ 0.005 wt%.
  • the clarifier may further include 0 to 0.5 wt% of SO 3 or Cl.
  • the borosilicate glass 115 has an oxidation / reduction ratio of 0.5 or more.
  • the oxidation / reduction ratio is from 0.5 to 0.8.
  • the borosilicate glass 115 of the present invention is a glass having a low iron content (Fe 2 O 3 ⁇ 0.005 wt%) and a high oxidation / reduction ratio (0.5 to 0.8).
  • the borosilicate glass 115 contains 75 to 85 wt% of SiO 2 .
  • SiO 2 is a network structure generator oxide that forms glass, which may contribute to increasing the chemical resistance of the glass and having an appropriate coefficient of thermal expansion that can be matched with the surrounding materials of the glass.
  • the coefficient of thermal expansion may be too low and the glass may easily lose transparency.
  • SiO 2 when SiO 2 is contained too low, the chemical resistance may decrease, the density may increase, the coefficient of thermal expansion may increase, and the strain point may decrease.
  • the borosilicate glass 115 of the light guide plate 100 according to the present invention contains 75 to 85 wt% SiO 2 , and preferably 80 to 85 wt% SiO 2 . Within such a SiO 2 composition range, chemical resistance, thermal expansion coefficient, density, etc., which are suitable for manufacturing and using the light guide plate can be obtained.
  • the borosilicate glass 115 may contain 5 to 15 wt% of B 2 O 3 .
  • B 2 O 3 is a network structure oxide of glass, which can contribute to improving the dissolution reactivity of glass, reducing the coefficient of thermal expansion, improving the devitrification resistance, improving chemical resistance such as BHF resistance, and lowering the density.
  • BHF mixed solution of buffered hydrofluoric acid, hydrofluoric acid and ammonium fluoride for etching SiOx or SiNx
  • BHF mixed solution of buffered hydrofluoric acid, hydrofluoric acid and ammonium fluoride for etching SiOx or SiNx
  • the borosilicate glass 115 of the light guide plate 100 contains 5 to 15 wt% of B 2 O 3 , preferably 8 to 15 wt% of B 2 O 3 , most preferably The following includes 8 to 14 wt% of B 2 O 3 .
  • B 2 O 3 The composition range can compensate for the poor meltability due to the relatively high SiO 2 content and allows to obtain a degree of chemical resistance, heat resistance, and coefficient of thermal expansion suitable for manufacturing and using the light guide plate.
  • the borosilicate glass 115 may contain 0 to 5 wt% of Al 2 O 3 .
  • Al 2 O 3 increases the high temperature viscosity, chemical stability, thermal shock resistance and the like of the glass and may contribute to increase the strain point and Young's modulus.
  • Al 2 O 3 is contained too high, the devitrification resistance, hydrochloric acid resistance and BHF resistance may be lowered and the viscosity may be increased.
  • Al 2 O 3 is contained too low, its addition effect is difficult to achieve properly and the Young's modulus may be lowered.
  • the borosilicate glass 115 of the light guide plate 100 contains 0 to 5 wt% Al 2 O 3 , preferably 1 to 5 wt%, more preferably 2 to 3 wt% Al 2 O 3 .
  • the Al 2 O 3 composition range allows the desired physical properties to be obtained in an elastic modulus, chemical stability, and thermal shock resistance mechanical rigidity of a degree suitable for use as a light guide plate.
  • the borosilicate glass 115 may contain 1 to 7 wt% of R 2 O (wherein R is at least one of Li, Na, and K).
  • R is at least one of Li, Na, and K.
  • K 2 O in R 2 O may be> 0.1 wt%.
  • R 2 O is a component that is ion-exchanged in a chemical strengthening process in potassium nitrate (KNO 3 ) solution, etc., and contributes to improving the meltability, formability and devitrification resistance of the glass, lowering the high temperature viscosity of the glass, and reducing the incidence of cracking. Can be.
  • KNO 3 potassium nitrate
  • R 2 O when R 2 O is contained too high, the coefficient of thermal expansion of the glass is too large to be matched with the surrounding materials, and the devitrification resistance and thermal shock resistance may be lowered.
  • the content of R 2 O is too low, the effect of addition thereof is difficult to be achieved and the ion exchange performance may be degraded in the chemical strengthening process.
  • the borosilicate glass 115 of the light guide plate 100 according to the present invention contains 1 to 7 wt% of R 2 O, preferably 3.5 to 6 wt% of R 2 O, most preferably 3 to 5 wt% of R 2 O.
  • R 2 O Meltability, moldability, thermal shock resistance, ion exchange performance, and the like, suitable to be manufactured and used as the light guide plate in the composition range, can be obtained.
  • K 2 O is a component that lowers the high temperature viscosity of the glass, improves the solubility and formability of the glass, and improves the devitrification resistance.
  • K 2 O is made more than 0.1 wt%.
  • the K 2 O content is greater than 0.1 wt% and less than or equal to 1 wt%.
  • the composition range is such that it has an appropriate refractive index (not too high so as not to increase the reflectivity) as the light guide plate.
  • the borosilicate glass 115 of this composition is low iron glass with Fe 2 O 3 ⁇ 0.005 wt%.
  • even transparent glass has a light green color. This is because glass (Fe) is contained in glass, and a small amount of iron is contained in the silica sand which is a basic raw material of glass. In order to obtain more transparent glass than ordinary glass, iron contained in the raw material must be removed, and the iron removed glass has almost no color and can be considered transparent. Impurity purification may be required for Fe 2 O 3 ⁇ 0.005 wt%.
  • the Fe 2 O 3 content of Fe 2 O 3 is adjusted to less than 0.003 wt%, if preferred that, it is possible to be less than 0.005 wt% More preferably. Since the Fe 2 O 3 content is low, the glass does not discolor accordingly, and thus the light guide plate 100 including the borosilicate glass 115 does not require the use of an optical film for color correction.
  • the oxidation / reduction ratio of the borosilicate glass 115 is controlled to 0.5 or more, and preferably, 0.5 to 0.8.
  • the light guide plate should be made to be a surface light source by evenly dispersing the light emitted from the side light source in the upper direction with minimal loss.
  • the difference caused by the absorbing materials of is called color difference.
  • the oxidation / reduction ratio is 0.5 or more in the low iron content as described above, the color difference in the x direction and the y direction is improved when used as the light guide plate.
  • the oxidation / reduction ratio larger than 0.8 under a strong reducing atmosphere of iron ions to the glass in the sulfur (S), such as the impurities and FeS that compound to form the Fe 2 + a completely different optical properties and optical properties of the Fe 3 + ions Make it appear.
  • the FeS compound thus formed causes gold-amber coloration on the glass and degrades the glass's permeation performance. Therefore, in the present invention, the oxidation / reduction ratio is preferably controlled to 0.5 to 0.8.
  • Control of the oxidation / reduction ratio can be achieved by adding components such as sulfur or carbon as the reducing agent, or by adjusting the raw material melting, purification conditions and / or slow cooling conditions.
  • up to 0.1 wt% of carbon is added to the glass stock to control the oxidation / reduction ratio of the glass melt.
  • 0.001 to 0.05 wt% of sulfur may be added to the glass raw material to control the oxidation / reduction ratio of the glass melt.
  • the melt in the glass state temperature Because of the high production of Fe 2 +, in order to maintain the oxidation / reduction ratio is formed at high temperature, to prevent the oxidation / reduction ratio change at a high temperature after forming during production of the glass quickly to a cooling rate Can be.
  • the slow cooling rate is 10 degrees C / min-40 degrees C / min.
  • the appropriate slow cooling of the glass is determined by the glass production width, thickness and withdrawal amount. If the slow cooling rate is slower than 10 ° C / min, it is difficult to maintain the oxidation / reduction ratio at high temperature. If the slow cooling rate is faster than 40 ° C./min, the glass may be stressed.
  • the borosilicate glass 115 does not substantially include a transition metal component for color difference control.
  • Such transition metal component may be NiO, CuO, Cr 2 O 3 , V 2 O 5 or MnO.
  • “Substantially free” means that it is not added intentionally except that it enters the impurities in the raw material itself.
  • the light guide plate 100 made of the borosilicate glass 115 having such a composition is used, even when a high temperature environment is formed by a light source during use, volatile organic compounds and the like are not discharged, and deformed by external moisture or heat. You can take advantage of glass that has this disadvantage. Since the borosilicate glass 115 having such a composition proposed in the present invention has excellent mechanical strength, it may be selected as a material of the light guide plate 100.
  • the borosilicate glass 115 controls a low iron content in the glass to maintain the brightness of the light guide plate 100 and controls an oxidation / reduction ratio to reduce the color difference.
  • luminance and color difference performance may be satisfied beyond the level of existing polymer materials.
  • the borosilicate glass 115 should be free of defects (bubbles, stria, inclusions, pits, scratches, etc.) on the inside and the surface. To this end, in the method of producing borosilicate glass, a clarifier is added to dissolve and clarify the glass.
  • the borosilicate glass 115 may further include 0 to 0.5 wt% of SO 3 or Cl as a clarifier. This content is not an input amount in a glass raw material but an amount which remain
  • Such a clarifier and content make the clarification effect at the time of melt
  • the oxidation / reduction ratio may vary according to the inclusion of the clarifier, the type and amount of the clarifier is determined based on a reference such that the oxidation / reduction ratio of the borosilicate glass 115 may be 0.5 or more, preferably 0.5 to 0.8. .
  • the light guide plate 100 is preferably 2 mm or less in thickness in terms of thinning LCD.
  • the composition of the borosilicate glass 115 included in the light guide plate 100 may have a refractive index of 1.49 or less so that the visible light (380 nm to 780 nm) transmittance is greater than or equal to 92% or greater than the polymeric light guide plate based on the thickness of the borosilicate glass 115 2 mm. It can be adjusted in the above-mentioned range so that a thermal expansion coefficient may be 10x10 ⁇ -6> / K or less so that Preferably, the refractive index is 1.475 or less, and the thermal expansion coefficient is 5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less.
  • This low coefficient of thermal expansion ensures that the dimensions of the light guide plate 100 including the borosilicate glass 115 do not change significantly even with temperature changes. Even when the light guide plate 100 is exposed to a high temperature, deformation does not easily occur, and thus the light guide plate 100 may be processed even at a high temperature range, thereby expanding its application range.
  • the borosilicate glass 115 has a density of at least 2.0 g / cm 3 , preferably 2.2 g / cm 3. It may be abnormal. And 2.5 g / cm 3 or less. According to this embodiment, the density of the glass may be low and it may be easy to achieve the weight reduction of the glass article. In particular, in a situation where the glass area is gradually increased due to the enlargement of the apparatus to which the glass is applied, when the density of the glass is lowered, it is possible to reduce the warpage phenomenon due to the glass's own load and to reduce the weight of the apparatus to which the glass is applied.
  • the glass transition temperature (Tg) of the borosilicate glass 115 may be 500 ° C. or more, preferably 520 ° C. or more. Since the glass transition temperature is very high compared to the normal polymer, it means that the heat resistance is excellent.
  • the working temperature (temperature at T 4, viscosity 10 4 dPas) of the borosilicate glass 115 is preferably 1,270 ° C. or less, and more preferably 1,250 ° C. or less. According to this embodiment, since the T 4 associated with the processing temperature of the glass is low, the processing of the glass can be facilitated, and energy and time required for processing the glass can be saved.
  • the elastic modulus (Young's modulus) of the borosilicate glass 115 may be 60 GPa or more, preferably 65 GPa or more. According to this embodiment, since the modulus of elasticity is large, the desired mechanical strength can be obtained even if the thickness is reduced.
  • Poisson's ratio refers to the ratio of the lateral strain ( ⁇ d ) to the longitudinal strain ( ⁇ l ) when the normal stress is applied to an object, which is, in other words, the side-reduced ratio of the increased length. .
  • the Poisson's ratio of a complete incompressible solid is 0.5, about 0.3 for steel, 0.1 to 0.2 for concrete, and nearly zero for cork.
  • the Poisson's ratio (horizontal longitudinal strain ratio) of the borosilicate glass 115 of the present invention may be 0.23 or less, preferably 0.2 or less.
  • the central tension and compressive stress of glass are related to the Poisson's ratio, the coefficient of thermal expansion, the modulus of elasticity, and the like.
  • the Poisson's ratio in this range, and the coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity in the aforementioned range, are such that the central tension and compressive stress of the glass are such that they are suitable for use as a light guide plate.
  • the flexural strength of the borosilicate glass 115 in the parent glass state without the reinforcement treatment may be at least 20 MPa, preferably at least 25 MPa. According to this embodiment, since the bending strength is large, it is not easily bent and can be thinned.
  • the borosilicate glass 115 maintains its mechanical strength as the light guide plate 100 even if the thickness is 2 mm or less.
  • the borosilicate glass 115 may be adjusted in a range of 1.6 mm or more and 2 mm or less, if the mother glass is not in the tempered process, which is very advantageous in terms of thinning of the LCD.
  • the tempered glass which chemically strengthened the borosilicate glass of such a composition may have a thickness DOL of the compressive stress layer greater than 10 um. That is, the borosilicate glass according to the present invention may have a compressive stress layer thickness that is greater than 10 um when chemically strengthened. More preferably, the thickness of the compressive stress layer may exceed 20 um. More preferably, the thickness of the compressive stress layer may exceed 30 um. According to this embodiment, since the thickness of the compressive stress layer is thick, the mechanical strength of the tempered glass can be improved. In particular, if the compressive stress layer thickness is thick, the glass may not be broken even at a certain depth of damage.
  • the mechanical strength as the light guide plate 100 can be maintained even if the thickness is 1.6 mm or less.
  • the thickness of the borosilicate glass 115 which has been chemically strengthened, can be adjusted in a range of 1.4 mm or more and 1.6 mm or less, which is more advantageous in terms of thinning of the LCD.
  • the light guide plate 100 using the borosilicate glass 115 of the above composition is a glass of low iron content, so the use of an optical film for color correction is not necessary.
  • a light guide plate made of glass is conventionally proposed, the conventional glass composition causes color coordinate difference and color difference (so-called color difference) between a light incident part to which light of a light source is incident and a light incident part opposite to the light incident part.
  • color difference color difference
  • the light guide plate 100 is a component that radiates light incident from the side and irradiates toward the front in the backlight unit of the LCD. Therefore, an optical pattern (not shown in the drawing) may be formed on the bottom surface of the borosilicate glass 115 to diffuse the incident light and irradiate it in the front direction.
  • the optical pattern may be formed by unevenness or bead particle film coating. Conventionally, the optical pattern was formed by etching PMMA or by coating a polymer film on the PMMA.
  • the light guide plate 100 is made of borosilicate glass 115, the optical pattern is formed through laser etching after the manufacture of the borosilicate glass 115. Alternatively, such optical patterns may be formed by printing a polymer pattern on a glass surface.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing the structure of a light guide plate according to another embodiment of the present invention.
  • the light guide plate 100 ′ includes the borosilicate glass 115, the same as the previous embodiment, the detailed description thereof will not be repeated.
  • the light guide plate 100 ′ may further include a reflecting film on other surfaces except for the light incident surface (left side in this embodiment) in order to minimize light loss at the side surface.
  • the side reflection film 116 and the bottom reflection film 117 may be formed by coating titanium oxide (TiO 2 ) and a metal film on the side and bottom of the borosilicate glass 115.
  • the metal film may be formed by coating a metal such as silver (Ag), aluminum (Al), or chromium (Cr).
  • the light incident surface of the borosilicate glass 115 may have a structure that is concave processed inward. As such, when the surface area of the light incident surface of the borosilicate glass 115 is increased, the surface area of the light incident by the light source may be increased to increase luminance.
  • a method of rolling using a suitable structuring device such as being pressed or stamped using a suitable constituting machine, may be used, and the borosilicate glass 115 may be used. Is heated to a temperature at which viscosity is suitable for this purpose, which temperature is between the softening point and the working point of the glass.
  • a suitable structuring device such as being pressed or stamped using a suitable constituting machine
  • the borosilicate glass 115 may be used. Is heated to a temperature at which viscosity is suitable for this purpose, which temperature is between the softening point and the working point of the glass.
  • Such kind of structures can be obtained by other manufacturing methods, for example by stamping, etching, machining, chemical etching or laser ablation. Can be.
  • the required structure may also be obtained directly from the molten glass of the glass making process by hot molding or forming processes.
  • Such light guide plates 100 and 100 ' may be included in the backlight unit of the LCD.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the LCD including the light guide plate 100 of FIG. 2.
  • the LCD 200 includes a liquid crystal panel 120 having an upper polarizing film 110 and a lower polarizing film 130.
  • the liquid crystal panel 120 may be configured of a thin film transistor substrate and a color filter substrate which are bonded to each other with a liquid crystal layer interposed therebetween as in the conventional LCD.
  • the lower polarization film 130 may further include a dual luminance enhancement film 135 (DBEF).
  • DBEF dual luminance enhancement film 135
  • the backlight unit 140 is provided at a predetermined interval between the liquid crystal panel 120, and the backlight unit 140 includes an optical sheet 150, a light guide plate 100, a reflective sheet 160, and It may include a light source (not shown).
  • the liquid crystal panel 120 and the backlight unit 140 are maintained by a middle cabinet 170 that surrounds them on the side and a back cover 180 that supports the bottom surface.
  • An adhesive film 185 may be further included between the middle cabinet 170 and the back cover 180 to prevent moisture penetration through the space.
  • the light source may include at least one LED chip capable of emitting light as in a conventional LCD, and a package containing the LED chip, which is disposed on a circuit board (see 23 in FIG. 1). Such a light source may be disposed at an edge portion or a light incident side of the light guide plate 100. Such a light source may be formed on one side, both sides, or four sides of the light guide plate 100 in consideration of the size, luminance uniformity, etc. of the liquid crystal panel 120, and at least one of the corners of the light guide plate 100. Can be formed on.
  • the light guide plate 100 receives light emitted from the light source toward the light incident side and emits the light to the light exit surface.
  • the light guide plate 100 uniformly supplies the light provided from the light source to the liquid crystal panel 120.
  • the optical sheet 150 is disposed on the light guide plate 100 to serve to diffuse and collect light transmitted from the light guide plate 100.
  • the optical sheet 150 may include a diffusion sheet, a prism sheet, a protective sheet, or the like.
  • the diffusion sheet may disperse light incident from the light guide plate 100 to prevent the light from being partially concentrated.
  • the prism sheet may be formed with a triangular prism having a predetermined arrangement on one surface, and may be disposed on the diffusion sheet to collect light diffused from the diffusion sheet in a direction perpendicular to the liquid crystal panel 120. Can be.
  • the protective sheet may be formed on the prism sheet, and may protect the surface of the prism sheet and diffuse the light to make the distribution of light uniform.
  • the reflective sheet 160 is disposed between the light guide plate 100 and the back cover 180 to reflect the light emitted downward of the light guide plate 100 toward the liquid crystal panel 120 to improve light efficiency.
  • the reflective sheet 160 may be made of, for example, polyethylene terephthalate (PET) to have reflectivity, and one surface thereof may be coated with a diffusion layer containing, for example, titanium dioxide.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the reflective sheet 160 may be formed of a material including a metal such as silver (Ag).
  • the reflective sheet 160 may be omitted when the LCD is assembled.
  • the conventional LCD 1 uses a guide panel 40 and a cover bottom 30 to fix the liquid crystal panel 10.
  • a guide panel 40 and a cover bottom 30 to fix the liquid crystal panel 10.
  • 2.0 to 2.5 mm thick aluminum composite material (ACM) instead of the cover bottom
  • the GCM may be used as the back cover 180 and the rigidity may be maintained by applying the middle cabinet 170 of the aluminum material surrounding the edge.
  • the light guide plate 100 according to the present invention since the mechanical rigidity is superior to that of the conventional PMMA material light guide plate, not only the existing cover bottom can be omitted, but also the back cover 180 in the structure of FIG. 3 is also omitted. can do.
  • Cover bottom substitutes such as ACM and GCM maintain opaque properties where light from a light source cannot penetrate.
  • the light guide plate 100 according to the present invention is transparent because it includes borosilicate glass 115.
  • the borosilicate glass 115 has high temperature stability and has mechanical properties that can replace the light guide plate and the metal frame of the existing polymer material, instead of omitting the back cover 180 made of ACM or GCM film, polymer It is also possible to apply a thin transparent film such as plastic.
  • the thickness of the light guide plate 100 made of borosilicate glass 115 may be 2 mm or less, there is an advantage that the thickness of the bezel portion may be further thinned. Accordingly, the thickness of the overall LCD module is reduced, which is very advantageous for thinning.
  • the light guide plate thickness can be reduced by nearly 40% compared to the conventional PMMA thickness of about 3.5 mm.
  • the thermal expansion coefficient of the light guide plate 100 is small to about one tenth of that of the conventional PMMA.
  • the light guide plate 100 may be integrated with a light source and other optical materials for the LCD 200 to constitute the backlight unit 140, but does not require a separate structure for maintaining the rigidity of the LCD module structure. Do not.
  • a thin transparent film such as a film, a polymer, a plastic, a metal, and the like may be further applied.
  • the display device according to the present invention is preferably an LCD as described above, and includes the light guide plate according to the present invention described above.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a borosilicate glass and a light guide plate including the same according to an embodiment of the present invention.
  • raw materials of the respective components contained in the glass are combined to become a target composition (S110).
  • K 2 O is to be> 0.1 wt%, as described above may further include SO 3 or Cl as a clarifier.
  • Glass raw materials can be obtained from known starting materials including alkali oxides such as Na, K and Li.
  • the glass raw material may further include 0.1 wt% or less of carbon or 0.001 to 0.05 wt% of sulfur so that the oxidation / reduction ratio may be 0.5 or more, preferably 0.5 to 0.8.
  • the glass raw materials thus combined are heated to a predetermined temperature, for example, 1500 to 1600 ° C. to melt the glass raw materials (S120), and the molten glass is molded after performing a clarification process (S130).
  • a predetermined temperature for example, 1500 to 1600 ° C.
  • melting process S120 glass raw material is heated in the melting furnace not shown, and molten glass is produced.
  • the bubble in a molten glass is removed using the above-mentioned clarifier in the clarification tank in which a molten glass is not shown.
  • the refining step whereby the molten glass is raised in a blue sign, it bubbles, including O 2, CO 2 or SO 2, etc. contained in the molten glass, growing to absorb caused O 2 by the reduction of the refining agent, molten glass It floats on the liquid level and is released (defoaming process).
  • a stirring process can be performed.
  • the molten glass is passed through an agitator tank not shown to face vertically in order to maintain the chemical and thermal uniformity of the glass.
  • the molten glass is moved to the vertical bottom direction bottom part while stirring by the stirrer provided in the stirring vessel, and guide
  • the nonuniformity of glass such as stria, can be improved.
  • step S130 a molding step is performed (S130).
  • the step S130 is performed by a float method using a float bath.
  • the molded glass is subjected to a slow cooling process is transferred to a slow cooling furnace (S140).
  • the slow cooling rate is 10 ° C./min to 40 ° C./min so as to allow slow cooling while maintaining a high oxidation / reduction ratio in the molten glass raw material state.
  • the appropriate slow cooling of the glass is determined by the glass production width, thickness and withdrawal amount.
  • the slow cooled glass is cut to a desired size, and further processing such as polishing may be performed, and the borosilicate glass 115 and the light guide plates 100 and 100 'including the same may be manufactured through this series of processes.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the plate glass manufacturing apparatus that can perform steps S130 and S140.
  • the plate glass manufacturing apparatus 300 includes a float bath 220 in which molten tin 221 is accommodated and a molten glass is formed into a flat plate shape, and a cooling furnace 240 in which molten glass is slowly cooled. And a dross box 230 which draws the molten glass from the float bath 220 and delivers the molten glass to the slow cooling furnace 240.
  • the molten glass is formed into a ribbon-shaped plate glass 222 on the surface of the molten tin 221 while moving from the upstream side to the downstream side of the float bath 220, and the separation position (set at the downstream side of the float bath 220 ( At the take off point, the roller 231 installed in the dross box 230 is pulled up away from the molten tin 221 and the slow cooling furnace 240 of the next process is passed through the dross box 230. Is sent out.
  • the slow cooling furnace 240 is composed of a plurality of sections (sections), and a single roller 241 is used as shown in the section, and the heater 242 is installed in the space below the roller 241.
  • the ribbon-shaped plate glass 222 is cooled to a glass slow cooling point or less while being temperature controlled so that distortion and warpage do not occur.
  • the plate glass manufacturing apparatus 300 is capable of manufacturing a plate glass 222 of a large flat plate.
  • the borosilicate glass 115 may be manufactured by taking out the slow cooled plate glass 222 from the plate glass manufacturing apparatus 300 and further performing cutting, polishing, or the like to a desired size, so that the borosilicate glass may include such a light guide plate ( 100, 100 ') can be produced. Since the some outstanding borosilicate glass 115 can be obtained from the plate glass 222 of a large flat plate, the light guide plates 100 and 100 'can be manufactured with high productivity.
  • the borosilicate glass manufactured by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention and the light guide plate including the same may have a thickness of 1.4 mm or more and 2 mm or less, and may be visible light (380 nm to 780) based on 2 mm thickness. nm)
  • the transmittance can be greater than or equal to the polymeric light guide plate or greater than or equal to 92%, and the coefficient of thermal expansion is 10 x 10 -6 / K or less, preferably 5 x 10 -6 / K, such that the refractive index is 1.49, preferably 1.475 or less. It may be made of borosilicate glass or less.
  • the borosilicate glass and light guide plate manufacturing method according to the present invention may include a step of chemically strengthening the borosilicate glass produced by the above-described method.
  • the chemical strengthening treatment step may be performed by immersing the borosilicate glass in a molten salt such as potassium nitrate (KNO 3 ) for a predetermined time. In this process, the mechanical strength of the borosilicate glass can be improved through ion exchange.
  • the borosilicate glass of the above-mentioned composition has an appropriate composition so that ion exchange performance can be ensured well.
  • the present invention is not necessarily limited to this chemical strengthening treatment method.
  • the area of the light guide plate used therein must also increase.
  • the warping phenomenon of the glass due to the load of the glass itself can be further increased, in order to prevent this, the glass needs to be made lighter.
  • the borosilicate glass according to the present invention can satisfy the above-mentioned characteristics by allowing the weight to be reduced.
  • Borosilicate glass according to the present invention is excellent in mechanical strength and light weight is possible. Proper processability and formability are ensured.
  • the light guide plate can be manufactured using such borosilicate glass.
  • the light guide plate manufacturing method according to the present invention may further include forming a pattern structure for scattering incident light on the glass manufactured by the glass manufacturing method described above.
  • Methods of forming patterns include printing and laser etching.
  • Printing is formed by printing a polymer pattern for scattering on glass.
  • Laser etching is to form a pattern for scattering by etching the glass surface with a laser.
  • the light guide plate includes borosilicate glass
  • a method of directly molding a pattern by applying heat when manufacturing borosilicate glass is also possible.
  • the pattern may be formed in the form of a protrusion including prism, lenticular, pyramid, embossing, or the like, or may be formed in an uneven structure having hills and valleys.
  • the top surface of the pattern having a prism or pyramid shape may be round or flat.
  • Embossing and lenticular may be formed in the form of hemispheres.
  • it is preferable that such a pattern has a shape parallel to the light incident surface of the light guide plate.
  • Table 1 shows the glass compositions of the comparative and example samples.
  • Samples 1 to 3 correspond to the present invention in glass composition and Sample 4 is outside the scope of the present invention.
  • Samples 1 to 3 had a Fe content of 0.0043 wt% (43 ppm) and the oxidation / reduction ratio increased in the order of about 0.2 (20%), about 0.4 (40%) and about 0.6 (60%).
  • the oxidation / reduction ratio of Sample 4 is about 0.55, which is the range of the oxidation / reduction ratio of the present invention, but the Fe content is 0.015 wt% (150 ppm) composition, which is different.
  • samples 1, 2 and 4 are comparative examples, and sample 4 is an example.
  • each component was combined so that it might become a composition as shown in Table 1, and it heated and fuse
  • a platinum stirrer was inserted and stirred for 1 hour to homogenize the glass.
  • the molten glass was then slowly cooled at 550 ° C. to obtain a sample glass.
  • the glass thus obtained was processed to have a thickness of 10 mm, 20 mm, and 40 mm.
  • Figure 7 is a graph of absorption of the borosilicate glass according to the comparative example and the embodiment of the present invention.
  • sample 3 has a low absorption of visible light (380 nm ⁇ 780 nm) can be applied to the light guide plate to efficiently transmit the light of the backlight unit, that is, no problem of brightness reduction It can be confirmed.
  • the oxidation / reduction ratio increases from sample 1 to 3, but when the oxidation / reduction ratio is about 0.6 as in sample 3, absorption of the longer wavelength band is superior to samples 1 and 2.
  • FIG. 8 is a transmission graph of a borosilicate glass according to a comparative example and an embodiment of the present invention.
  • the glass of the above composition, particularly Sample 3 has a visible light (380 nm to 780 nm) transmittance of 93% or more. Specifically, the average transmittance of Sample 1 and Sample 2 was 93.1%, and the average transmittance of Sample 3 was 93%. In regions other than visible light, for example, long wavelength bands, as can be expected from the inverse of the previous absorption result, Sample 3 has less transmission than Samples 1 and 2. As such, FIG. 8 shows good transmittance of the borosilicate glass according to the present invention at 380 nm to 780 nm. Thus, such glass can function as a light guide plate.
  • FIG. 9 is a graph of x direction color difference ( ⁇ Cx) of the borosilicate glass according to a comparative example and an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a graph of y direction color difference ( ⁇ Cy) of a borosilicate glass according to a comparative example and an embodiment of the present invention. If it increases in the x direction in the color coordinates, the color changes to red in the case of increasing in the y direction. Therefore, if x and y increase simultaneously, the color turns yellow.
  • the color difference due to the glass decreases as the oxidation / reduction ratio increases.
  • the color difference is +0.015 to -0.015 at 500 mm light guide.
  • the oxidation / reduction ratio is 0.6 as in Sample 3, it can be confirmed that the color difference of-.
  • FIG. 11 is a graph showing intensity intensities of a typical white LED of a backlight unit
  • FIG. 12 is a graph illustrating color difference sensitivity according to wavelengths according to glass transmission characteristics when Sample 2 glass is applied to an LCD module using the white LED as a backlight unit. .
  • the glass's oxidation / reduction ratio is similar to Sample 3, but with about a four-fold increase in iron content.
  • ⁇ Cx had a color difference of 0.0014 and ⁇ Cy of about 0.050, as compared with the sample 3 Example glass having a low iron content.
  • the high oxidation / reduction ratio of 150 ppm sample 4 having a higher iron content than that of the present invention causes the absorption of the short wavelength to be increased by reducing the absorption of the long wavelength in the calculated transmission spectrum, resulting in an error in the direction of increasing the color difference.
  • the color difference is excellent when the glass is actually applied to the LCD module.
  • the glass according to the present invention is more suitable for the light guide plate because it is superior in the color difference reduction effect due to the oxidation / reduction ratio control as compared with the glass of the comparative example composition.
  • Table 2 shows the glass compositions of other example samples.
  • Samples 5-8 have a glass composition corresponding to the present invention and the oxidation / reduction ratio is greater than 0.5.
  • the raw material of each component was combined so that it might become a composition as shown in Table 2, and it heated and fuse
  • a platinum stirrer was inserted and stirred for 1 hour to homogenize the glass.
  • the molten glass was then slowly cooled at 550 ° C. to obtain a sample glass.
  • the glass thus obtained was processed to have a thickness of 10 mm, 20 mm, and 40 mm.
  • FIG. 13 is a transmission graph of borosilicate glass according to an embodiment of the present invention.
  • the glass of Table 2 composition has a visible light (380 nm ⁇ 780 nm) transmittance of more than 90%, the average transmittance in the visible range is 92.3% sample 5, 92.3% sample 6, sample 7 was 92.2% and Sample 8 was 92.0%. The average transmittance of all the samples is at least 92%.
  • FIG. 13 shows good transmittance of the borosilicate glass according to the present invention at 380 nm to 780 nm. Thus, such glass can function as a light guide plate.
  • Table 3 shows the glass compositions of Examples and other comparative samples.
  • Samples 9-12 differ in glass composition from the compositions of the present invention.
  • Sample 5 is shown together for comparison with the comparative examples as examples of the invention.
  • the raw material of each component was combined so that it might become a composition as shown in Table 3, and it heated and fuse
  • a platinum stirrer was inserted and stirred for 1 hour to homogenize the glass.
  • the molten glass was then slowly cooled at 550 ° C. to obtain a sample glass.
  • the glass thus obtained was processed to have a thickness of 10 mm, 20 mm, and 40 mm.
  • Comparative Glass of the composition of Table 3 above has a lower transmittance than the glass of the present invention. Specifically, the average transmittance in the visible range was 91.0% for sample 9, 91.4% for sample 10, 91.3% for sample 11, and 91.5% for sample 12. As can be seen by comparison with the results in FIG. 12, all of the comparative glass have a lower transmittance than the glass of the present invention.
  • the glass according to the present invention is a glass having a composition showing a good permeability as well as a small color difference through the oxidation / reduction ratio control.
  • the glass according to the present invention can perform a function as a light guide plate.

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Abstract

고온 안정성을 가지고, 열팽창 계수가 낮으며, 기계적 강도가 높은 유리, 이러한 유리를 포함함으로써 기존의 PMMA와 금속 프레임을 대체할 수 있는 도광판 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 유리는 붕규산 유리로서, SiO2 75 ~ 85 wt%, B2O3 5 ~ 15 wt%, A12O3 0 ~ 5 wt%, R2O 1 ~ 7 wt% (여기서 R은 Li, Na 및 K 중 적어도 어느 하나), 및 Fe2O3 < 0.005 wt%를 포함하고 0.5 이상의 산화/환원 비(redox ratio)를 가진다. 이러한 유리는 도광판 적용시 휘도를 유지하며 색차 감소 효과가 뛰어나다.

Description

붕규산 유리, 이것을 포함하는 도광판 및 그 제조 방법
본 발명은 유리, 이의 용도 및 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 붕규산 유리, 이것을 포함하는 도광판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원은 2016년 5월 3일자로 출원된 대한민국 특허출원 번호 제10-2016-0054886호 및 2017년 3월 31일자로 출원된 대한민국 특허출원 번호 제10-2017-0041953호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
일반적으로, 노트북, 데스크탑 컴퓨터, TV와 같은 디스플레이 장치에는 경박단소화 및 저소비전력을 실현할 수 있는 장점으로 인해 액정 디스플레이(LCD)가 주로 이용되고 있다. 그런데 LCD는 스스로 빛을 내는 소자가 아니라 수광 소자이므로 액정 화면 외에 백라이트 유니트를 필요로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 LCD의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 LCD(1)는 액정 패널(10), 백라이트 유니트(20), 커버 바텀(cover bottom, 30), 가이드 패널(40) 및 상부 케이스(50)를 포함한다.
액정 패널(10)은 액정층을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판(12)과 컬러 필터 기판(14)으로 구성된다. 또한, 액정 패널(10)의 하면과 상면으로는 편광부재(16, 18)가 부착될 수 있다. 그리고, 백라이트 유니트(20)는 반사 시트(21), 액정 패널(10)에 광을 제공하는 광원(23), 도광판(25), 복수 개의 광학 시트(27) 및 광원(23)을 지지하는 하우징(29)을 포함한다.
커버 바텀(30)은 내부에 수납 공간이 형성되어 광원(23), 반사 시트(21), 도광판(25) 및 광학 시트(27)를 수납하는 동시에 가이드 패널(40)을 지지한다. 상기 가이드 패널(40)은 액정 패널(10)을 지지하기 위한 것으로서 도 1에 도시된 바와 같이 액정 패널(10)을 지지하는 패널 지지부와 백라이트 유니트(20)를 감싸는 측벽으로 이루어질 수 있다. 상부 케이스(50)는 액정 패널(10)의 상면 가장자리 부분을 감싸는 동시에 가이드 패널(40) 및 커버 바텀(30)의 측면을 감싸게 된다.
여기서, 도광판(25)은 상기 광원(23)으로 입사하는 광을 액정 패널(10) 방향으로 출사하기 위한 것으로서 주로 PMMA(Poly Methyl MethAcrylate)나 PC(Poly Carbonate) 같은 고분자 소재로 형성된다. 도광판(25)은 백라이트 유니트(20) 부품 중 측면 광원(23)에서 나오는 빛을 손실을 최소화하면서 상면 방향으로 고르게 분산하여 면광원으로 만들어야 하는 핵심 부품이다.
그런데, 기존에 도광판(25)에 주로 사용하는 물질인 PMMA는 고온(90)에서 형태가 변형되고 유해한 휘발성 유기화합물 등이 발생하는 문제점이 있다. 그리고, 열팽창 계수(CTE ; Coefficient of Thermal Expansion)가 약 50 ~ 100×10-6/K 로 높아, 액정 패널(10)의 비표시 영역인 베젤(bezzel) 부분의 폭을 감소시키는 데 한계가 있다. 뿐만 아니라, 고분자인 관계로 기계적 강도가 낮아 이를 보강하기 위한 금속 프레임인 가이드 패널(40)을 추가로 이용하고 있다.
따라서, 사용 과정에서 고온 환경이 조성되더라도 변형이 되지 않고 유독한 기체가 발생하지 않는 등 고온 안정성을 가지고, 열팽창 계수가 낮으며, 기계적 강도가 높아 금속 프레임 등을 필요로 하지 않고, 디스플레이 장치 박형화에 유리한 도광판 및 그 제조 기술이 요구되고 있다.
현재 도광판의 재료로 유리를 적용한 신규 제품에 대한 검토가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 유리는 기존의 고분자 소재와 비교하여 기계적 물성, 열적 내구성이 우수하지만 소재 자체의 특성상 고분자 대비 광흡수가 커서 백라이트 유니트의 광을 효율적으로 전달하는 데 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고온 안정성을 가지고, 열팽창 계수가 낮으며, 기계적 강도가 높고 도광판으로 이용시 높은 휘도가 유지되며 색차가 적은 유리를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 유리를 이용하여 기존의 PMMA와 금속 프레임을 대체할 수 있는 새로운 도광판을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 이러한 유리의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 SiO2 75 ~ 85 wt%, B2O3 5 ~ 15 wt%, A12O3 0 ~ 5 wt%, R2O 1 ~ 7 wt% (여기서 R은 Li, Na 및 K 중 적어도 어느 하나), 및 Fe2O3 < 0.005 wt%를 포함하고 0.5 이상의 산화/환원 비(redox ratio)를 가지는 붕규산 유리를 제안한다.
바람직하게, 상기 붕규산 유리의 산화/환원 비는 0.5 ~ 0.8이다.
상기 산화/환원 비 조절을 위하여, 상기 붕규산 유리는 0.1 wt% 이하의 탄소가 더 포함된 것일 수 있다. 다른 예로서, 상기 붕규산 유리는 0.001 ~ 0.05 wt%의 황 성분이 더 포함된 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 붕규산 유리는 색차 조절을 위한 전이금속 성분을 실질적으로 포함하지 않는다. 이러한 전이금속 성분은 NiO, CuO, Cr2O3, V2O5 또는 MnO이다.
또한, 상기 붕규산 유리는, K2O > 0.1 wt%일 수 있다.
또한, 상기 붕규산 유리는, 청징제로서 SO3 혹은 Cl을 0 ~ 0.5 wt% 더 포함할 수 있다.
상기 붕규산 유리는, 2 mm 두께 기준으로 가시광(380 nm ~ 780 nm) 투과율이 고분자 도광판 이상 또는 92 % 이상이다. 또한, 상기 붕규산 유리는, 굴절율이 1.49 이하, 바람직하게는 1.475 이하이고, 열팽창 계수가 10 ×10-6/K 이하, 바람직하게는 5 ×10-6/K 이하이다. 상기 붕규산 유리의 밀도는 2.0g/cm3 이상, 바람직하게는 2.2g/cm3 이상일 수 있고, 2.5g/cm3 이하일 수 있다. 유리전이온도는 500℃ 이상, 바람직하게는 520℃ 이상일 수 있다. 생산 편의를 위해서 상기 붕규산 유리의 작업 온도(점도 104dPas에서의 온도)는 1,270℃ 이하인 것이 바람직하며, 1,250℃ 이하이면 더욱 바람직하다. 상기 붕규산 유리는 기존 고분자 재질의 도광판에 비해 우수한 기계적 강성을 부여하기 위해 적용되기에, 상기 붕규산 유리의 탄성계수(영률)는 60 GPa 이상, 바람직하게는 65 GPa 이상일 수 있다. 상기 붕규산 유리의 포아송 비(가로 세로 변형 비)는 0.23 이하, 바람직하게는 0.2 이하일 수 있다. 강화처리를 하지 않은 모 유리 상태에서의 휨 강도는 최소 20 MPa 이상, 바람직하게는 25 MPa 이상일 수 있다. 상기 조성의 붕규산 유리를 화학적으로 강화시킨 유리도 본 발명의 범위에 포함된다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 도광판은, 상술한 본 발명에 따른 붕규산 유리를 포함한다.
바람직하게, 이러한 도광판은 500mm 도광시 색차가 +0.015 ~ -0.015이고, 더욱 바람직하게는 500mm 도광시 색차가 +0.010 ~ -0.010이다.
이 도광판은, 바람직하게, 두께가 1.4 mm 이상 2 mm 이하이다. 그리고, 본 발명의 도광판은 색 보정을 위한 광학 필름의 사용이 필요하지 않다. 또한, 상기 도광판은, 입사광의 산란을 위한 패턴 구조가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 붕규산 유리는 위 조성대로 유리 원료를 조합하고 용융하는 단계; 및 용융된 유리 원료를 용융 주석 플로트 배스(float bath)를 이용하는 플로트(float) 법에 의해 성형하는 단계에 의해 제조할 수 있다.
바람직한 예로서, 상기 용융된 유리 원료의 산화/환원 비를 유지하면서 상기 붕규산 유리를 성형 후 서냉할 수 있다. 상기 서냉 속도는 10℃/분 ~ 40℃/분으로 할 수 있다. 그리고, 상기 붕규산 유리를 화학적으로 강화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 도광판을 포함하는 디스플레이 장치도 제안한다. 이 디스플레이 장치는 바람직하게 LCD이다.
본 발명에 따르면, 고온 안정성을 가지며, 기존 고분자 재질의 도광판과 금속 프레임을 대체할 수 있는 기계적 물성을 가지고, 보다 얇은 두께를 가지며 우수한 광학적 특성을 가지는 조성의 붕규산 유리를 제공할 수 있으며, 이러한 붕규산 유리를 이용하여 도광판을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 붕규산 유리는 강성이 크므로 기존에 LCD 모듈의 기계적 강성을 유지하기 위해 사용하여야 했던 커버 바텀 또는 이를 대체하는 ACM(aluminum composite material) 또는 GCM 백 커버(back cover)의 삭제가 가능하다. 또는 기존의 ACM, GCM을 대체할 수 있는 필름, 고분자, 플라스틱, 금속 등의 적용이 가능하다.
그리고, 이러한 붕규산 유리는 열팽창 계수가 작으므로 외부의 온도 변화에 대해 팽창율이 작아 변형이 거의 없고 베젤 부분의 폭을 감소시키는 데에 유리하다.
따라서, 본 발명에 따른 붕규산 유리는 고온 안정성을 가지고, 열팽창 계수가 낮으며, 기계적 강도가 높은 유리를 필요로 하는 분야에 이용될 수 있으며, 바람직하게 LCD의 도광판으로 제조될 수 있다.
특히 본 발명에서는 도광판의 휘도를 유지하기 위해서 유리 내 철분 함량을 낮게 제어하고 색차를 줄이기 위해 산화/환원 비를 제어한 유리를 제공한다. 이러한 유리를 포함하는 도광판을 LCD 모듈에 적용하면 기존 고분자 소재 수준 이상으로 휘도 및 색차 성능을 만족시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 LCD의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2의 도광판을 포함하는 LCD의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 붕규산 유리 및 이를 포함하는 도광판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 붕규산 유리 및 도광판 제조 방법을 수행할 수 있는, 플로트 법을 이용한 판유리 제조장치의 단면 모식도이다.
도 7은 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 흡수 그래프이다.
도 8은 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 투과 그래프이다.
도 9는 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 x 방향 색차(△Cx) 그래프이다.
도 10은 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 y 방향 색차(△Cy) 그래프이다.
도 11은 백라이트 유니트의 일반적인 백색 LED의 파장별 세기 그래프이다.
도 12는 이러한 백색 LED를 백라이트 유니트로 사용하는 LCD 모듈에 비교예유리를 적용한 경우 유리 투과 특성에 따른 파장별 색차 민감도를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 투과 그래프이다.
도 14는 본 발명 실시예 및 비교예에 따른 붕규산 유리의 투과 그래프이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
본원에 개시된 모든 범위는 시작 및 종결 범위 값을 포함하고 이 범위 내에 포함되는 임의의 및 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, "1 ~ 10"으로 언급된 범위는 최소값 1 내지 최대값 10 사이의 임의의 및 모든 하위 범위(끝값 포함), 즉, 최소값 1 이상에서 시작하고 최대값 10 이하에서 종결되는 모든 범위(예컨대, 5.5 내지 10)를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
달리 명시되지 않는 한, 조성물의 양에 대한 임의의 언급은, 최종 유리 조성물의 총 중량을 기준으로 하는 "wt%"이다. 본원에 개시된 유리 조성물의 "총 철" 함량은, 실제 존재하는 형태와 관련 없이, 표준 분석 관행에 따른 Fe2O3의 용어로 표현된다. 마찬가지로, 제 1 상태의 철의 양은, 실제로 유리 중에 FeO로서 존재할 수 없을 지라도, FeO로서 보고된다. 용어 "산화/환원", "산화/환원 비" 또는 "철 산화/환원 비"는, 제 2 상태의 총 철(Fe2O3로 표현됨)의 양으로 나눈 제 1 상태의 철(FeO로 표현됨)의 양을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 도광판(100)은 SiO2와 B2O3를 주성분으로 하는 플레이트 형상의 붕규산 유리(115)로 이루어진다. 여기서, 플레이트로 기술하였으나, 디스플레이 장치의 박형화를 위해 붕규산 유리(115)는 시트 또는 필름 형태로 형성될 수 있다. 도광판(100)의 적어도 어느 하나의 면에는 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어 붕규산 유리(115) 하면에는 가이드 된 광이 상부로 출사될 수 있도록 산란 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
특히, 본 실시예에서 도광판(100)을 구성하는 붕규산 유리(115)의 조성은 SiO2 75 ~ 85 wt%, B2O3 5 ~ 15 wt%, A12O3 0 ~ 5 wt%, R2O 1 ~ 7 wt% (여기서 R은 Li, Na 및 K 중 적어도 어느 하나), 및 Fe2O3 < 0.005 wt%를 포함한다. 또한, 청징제로서 SO3 혹은 Cl을 0 ~ 0.5 wt% 더 포함할 수 있다. 이 때, 붕규산 유리(115)는 0.5 이상의 산화/환원 비를 가진다. 바람직하게, 산화/환원 비는 0.5 ~ 0.8이다. 이와 같이 본 발명의 붕규산 유리(115)는 저 철 함량(Fe2O3 < 0.005 wt%) 및 고 산화/환원 비(0.5 ~ 0.8)를 갖는 유리이다.
붕규산 유리(115)는, 75 ~ 85 wt%의 SiO2를 포함한다. SiO2는 유리를 형성하는 네트워크 구조 생성체 산화물로서, 유리의 화학적 내성을 증가시키고, 유리의 주변 재료와 정합될 수 있는 적절한 열팽창 계수를 갖도록 하는데 기여할 수 있다. 하지만, SiO2가 지나치게 높게 함유되는 경우, 유리의 용융이나 성형이 어려워지고 점성이 상승하여 유리의 청징 및 균질화가 곤란해진다. 그리고, 열팽창 계수가 지나치게 낮아지며 유리가 투명성을 상실하기 쉬울 수 있다. 반면, SiO2가 지나치게 낮게 함유되는 경우, 화학적 내성이 감소되고 밀도가 커지며, 열팽창 계수가 커지고 변형점이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 도광판(100)의 붕규산 유리(115)는, 75 ~ 85 wt%의 SiO2를 포함하고, 바람직하기로는 80 ~ 85wt%의 SiO2를 포함한다. 이러한 SiO2 조성 범위에서 도광판으로 제조 및 사용하기 적합한 정도의 화학적 내성, 열팽창 계수, 밀도 등을 얻을 수 있다.
또한, 붕규산 유리(115)는, B2O3를 5 ~ 15 wt% 포함할 수 있다. B2O3는 유리의 네트워크 구조 생성체 산화물로서, 유리의 용해 반응성을 좋게 하고, 열팽창 계수를 작게 하며, 내실투성을 향상시키고 내BHF성과 같은 화학적 내성을 좋게 하며, 밀도를 낮추는 데 기여할 수 있다(BHF : SiOx나 SiNx의 에칭을 위한 버퍼드 불산, 불산과 불화암모늄의 혼합액) 하지만, B2O3가 지나치게 높게 함유되는 경우 유리의 내산성이 떨어질 수 있고, 밀도가 높아지며 변형점이 낮아져 내열성이 열화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 도광판(100)의 붕규산 유리(115)는 5 ~ 15 wt%의 B2O3를 포함하고, 바람직하기로는 8 ~ 15 wt%의 B2O3를 포함하며, 가장 바람직하기로는 8 ~ 14 wt%의 B2O3를 포함한다. 이러한 B2O3 조성 범위는 비교적 높은 SiO2 함량으로 인해 저하된 용융성을 보완해줄 수 있고, 도광판으로 제조 및 사용하기 적합한 정도의 화학적 내성, 내열성, 열팽창 계수를 얻을 수 있게 한다.
또한, 붕규산 유리(115)는, Al2O3를 0 ~ 5 wt% 포함할 수 있다. Al2O3는 유리의 고온 점도, 화학 안정성, 내열충격성 등을 증가시키며 변형점 및 영률 등을 높이는데 기여할 수 있다. 하지만, Al2O3가 지나치게 높게 함유되는 경우, 내실투성, 내염산성 및 내BHF성을 떨어뜨리고 점도를 증가시킬 수 있다. 반면, Al2O3가 지나치게 낮게 함유되는 경우, 그 첨가 효과가 제대로 달성되기 어렵고 영률이 낮아질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 도광판(100)의 붕규산 유리(115)는, 0 ~ 5 wt%의 Al2O3를 포함하고, 바람직하게 1 ~ 5 wt%, 더욱 바람직하기로는, 2 ~ 3 wt%의 Al2O3를 포함한다. 이러한 Al2O3 조성 범위는 도광판으로 사용하기 적합한 정도의 탄성계수, 화학 안정성, 내열충격성 증 기계적인 강성 부분에서 원하는 물성을 얻을 수 있게 한다.
또한, 붕규산 유리(115)는, R2O를 1 ~ 7 wt% 포함할 수 있다(여기서 R은 Li, Na 및 K 중 적어도 어느 하나). 특히, R2O 중 K2O는 > 0.1 wt%일 수 있다.
R2O는 질산 칼륨(KNO3) 용액 등에서 화학 강화 처리 공정시 이온 교환되는 성분이며, 유리의 용융성, 성형성 내지 내실투성을 향상시키고 유리의 고온 점도를 저하시키며 크랙 발생률을 저감시키는 데 기여할 수 있다. 하지만, R2O가 지나치게 높게 함유되는 경우, 유리의 열팽창 계수가 지나치게 커져 주변 재료와 정합되기 어렵고 내실투성 및 내열충격성이 저하될 수 있다. 반면, R2O가 지나치게 낮게 함유되는 경우, 그 첨가 효과가 달성되기 어렵고 화학 강화 처리 공정에서 이온 교환 성능이 떨어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 도광판(100)의 붕규산 유리(115)는, 1 ~ 7 wt%의 R2O를 포함하고, 바람직하게 3.5 ~ 6 wt%의 R2O를 포함하며, 가장 바람직하게는 3 ~ 5 wt%의 R2O를 포함한다. 이러한 R2O 조성 범위에서 도광판으로 제조 및 사용하기 적합한 정도의 용융성, 성형성, 내열충격성, 이온 교환 성능 등을 얻을 수 있다.
특히 K2O는 유리의 고온 점도를 저하시켜, 유리의 용해성이나 성형성을 향상시킴과 동시에, 내실투성을 개선시키는 성분이다. 그러나, K2O의 함유율이 너무 높아지면, 열팽창 계수가 지나치게 커진다. 따라서, K2O는 0.1 wt%보다 많게 한다. 바람직하기로는 K2O 함량이 0.1 wt% 초과 1 wt% 이하이다. 이러한 K2O 조성 범위는 도광판으로서의 적절한 굴절율(너무 높지 않아 반사성을 높이지 않는 정도)을 갖도록 한다.
특히, 이러한 조성의 붕규산 유리(115)는 Fe2O3 < 0.005 wt%인 저철분 유리이다. 일반적으로 투명한 유리라 하더라도 연한 녹색을 띄는 특성이 있다. 이것은 유리에 철분(Fe)이 포함되어 있기 때문인데, 유리의 기본적인 원료인 규사에 소량의 철분이 포함되어 있다. 일반적인 유리에 비해 보다 더 투명한 유리를 얻기 위해서는 원료에 포함되어 있는 철분을 제거해야 하는데, 철분이 제거된 유리는 자체의 색이 거의 없고 투명하다고 볼 수 있다. Fe2O3 < 0.005 wt%를 위하여 불순물 정제 공정이 필요할 수 있다. Fe2O3를 제거하는 것이 가장 이상적이기는 하지만 Fe2O3를 정제하는 데에는 고비용이 들므로 Fe2O3의 함량은 0.005 wt% 미만이 되도록 함이 바람직하고, 가능하다면 0.003 wt% 미만이 되도록 함이 더욱 바람직하다. Fe2O3 함량이 적으므로, 이에 따라 유리가 변색되는 일이 없으므로, 이러한 붕규산 유리(115)를 포함하는 도광판(100)은 색 보정을 위한 광학 필름의 사용이 필요하지 않다.
특히 본 발명에서는, 도광판(100) 색차를 줄이기 위해 붕규산 유리(115)의 산화/환원 비를 0.5 이상으로 제어하고, 바람직하게, 0.5 ~ 0.8로 제어한다.
당업자가 이해하는 바와 같이, 산화/환원 비는 유리 내 철분의 존재 형태로서, FeO/유리 중 전체 철분 값으로 정의되고, 이러한 산화/환원 비는 제 2 철(Fe3 +)을 제 1 철(Fe2 +)로 환원시킴으로써 증가될 수 있다.
도광판은 앞서 언급한 바와 같이, 측면 광원에서 나오는 빛을 손실을 최소화하면서 상면 방향으로 고르게 분산하여 면광원으로 만들어야 하는 것인데, 이 때 광원으로부터 가까운 부분의 색상과 광원으로부터 먼 부분의 색상이, 유리 내부의 흡광 물질들에 의해 차이가 발생하게 되는 것을 색차라고 한다.
상기와 같은 저 철분 함량의 조성에서 산화/환원 비를 0.5 이상으로 하면 도광판으로 이용시 x 방향, y 방향 색차가 개선된다. 그러나 산화/환원 비를 0.8보다 크게 하면 강한 환원 분위기 하에서 철분 이온은 유리 내 황(S) 등의 불순물과 FeS라는 화합물을 형성하여 Fe2 +, Fe3 + 이온의 광학 특성과 전혀 다른 광학 특성을 나타나게 한다. 이렇게 형성된 FeS 화합물은 유리에 호박색 착색(Gold-amber coloration)을 야기하며 유리의 투과 성능을 저하시킨다. 따라서, 바람직하게, 본 발명에서는 산화/환원 비를 0.5 ~ 0.8로 제어한다.
산화/환원 비의 제어는 환원제로서 황 또는 탄소와 같은 성분을 첨가하거나, 원료 용융, 정제 조건 및/또는 서냉 조건을 조절하여 달성할 수 있다.
예를 들어, 유리 원료에 0.1 wt% 이하의 탄소를 첨가하여 유리 용융물의 산화/환원 비를 제어한다. 대신에 유리 원료에 0.001 ~ 0.05 wt%의 황 성분을 첨가하여 유리 용융물의 산화/환원 비를 제어할 수도 있다.
한편, 용융 유리 상태의 고온에서는 Fe2 +의 생성이 많으므로, 고온에서 형성된 산화/환원 비를 유지하기 위해, 유리 생산시 성형 후 서냉 속도를 빠르게 하여 고온에서의 산화/환원 비 변화가 없도록 할 수 있다. 서냉 속도는 10℃/분 ~ 40℃/분으로 한다. 적절한 유리의 서냉은 유리 생산 폭, 두께, 인출량에 따라서 정해진다. 서냉 속도가 10℃/분보다 느리면 고온에서의 산화/환원 비를 유지하기 어렵다. 서냉 속도가 40℃/분보다 빠르면 유리에 응력이 유발될 수 있다.
붕규산 유리(115)는 색차 조절을 위한 전이금속 성분을 실질적으로 포함하지 않는다. 이러한 전이금속 성분은 NiO, CuO, Cr2O3, V2O5 또는 MnO일 수 있다. "실질적으로 포함하지 않는다"란, 원료 자체에서 불순물로 들어가는 것을 제외하고는, 의도적으로 첨가되는 일이 없음을 의미한다.
이와 같이, 이러한 조성의 붕규산 유리(115)로 이루어진 도광판(100)을 사용하면 사용 과정에서 광원에 의하여 고온 환경이 조성되더라도 휘발성 유기화합물 등이 배출되지 않는 장점이 있고, 외부의 습기나 열에 의해 변형이 잘 되지 않는 장점이 있는 유리의 장점을 활용할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 이러한 조성의 붕규산 유리(115)는 기계적 강도가 우수하므로 도광판(100)의 재질로 선택될 수 있다.
특히 붕규산 유리(115)는 도광판(100)의 휘도를 유지하기 위해서 유리 내 철분 함량을 낮게 제어하고 색차를 줄이기 위해 산화/환원 비를 제어한 것이다. 이러한 붕규산 유리(115)를 포함하는 도광판(100)을 LCD 모듈에 적용하면 기존 고분자 소재 수준 이상으로 휘도 및 색차 성능을 만족시킬 수 있다.
붕규산 유리(115)는 내부 및 표면에 결점(기포, 맥리, 인클루젼, 피트, 흠집 등)이 없어야 한다. 이를 위해 붕규산 유리 제조 방법에서는 청징제를 첨가하여 유리를 용해하고 청징한다. 붕규산 유리(115)는 청징제로서 SO3 혹은 Cl을 0 ~ 0.5 wt% 더 포함할 수 있다. 이 함유량은, 유리 원료에 있어서의 투입량이 아니라, 유리 융액 중에 잔존하는 양이고 또한 제조 후 유리에 존재하는 양이다. 이러한 청징제 및 함량은 유리 원료의 용해 시에 있어서의 청징 효과가 향상되도록 하고, 청징 후 교반시에 발생할 수도 있는 리보일(재비등) 기포의 발생이 억제된다. 또한, 청징제의 포함에 의해 산화/환원 비가 달라질 수도 있는 것이므로, 청징제의 종류와 양은 붕규산 유리(115)의 산화/환원 비가 0.5 이상, 바람직하게는 0.5 ~ 0.8이 될 수 있도록 하는 기준으로 정한다.
상기 도광판(100)은 두께가 2 mm 이하인 것이 LCD의 박형화 측면에서 바람직하다. 상기 도광판(100)에 포함되는 붕규산 유리(115)의 조성은 붕규산 유리(115) 2 mm 두께 기준으로 가시광(380 nm ~ 780 nm) 투과율이 고분자 도광판 이상 또는 92 % 이상이 되도록, 굴절율이 1.49 이하가 되도록, 열팽창 계수가 10 ×10-6/K 이하가 되도록 상술한 범위 내에서 조정될 수 있다. 바람직하게는 굴절율이 1.475 이하이고, 열팽창 계수가 5 ×10-6/K 이하이다. 이러한 낮은 열팽창 계수는 온도 변화에도 붕규산 유리(115)를 포함하는 도광판(100)의 치수가 크게 변하지 않도록 한다. 도광판(100)을 높은 온도에 노출시키더라도 변형이 쉽게 일어나지 않으므로, 도광판(100)을 높은 온도 범위에서도 처리할 수 있어 활용 범위가 확장될 수 있다.
붕규산 유리(115)의 밀도는 2.0g/cm3 이상, 바람직하게는 2.2g/cm3 이상일 수 있다. 그리고 2.5 g/cm3 이하일 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 유리의 밀도가 낮아 유리 제품의 경량화를 달성하는 데 용이할 수 있다. 특히, 유리가 적용되는 장치의 대형화로 유리의 면적이 점차 증가하고 있는 상황에서, 유리의 밀도가 낮아지면 유리의 자체 하중에 의한 휨 현상을 줄이고, 유리가 적용된 장치의 무게를 줄일 수 있다.
붕규산 유리(115)의 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)는 500℃ 이상, 바람직하게는 520℃ 이상일 수 있다. 이러한 유리전이온도는 보통의 고분자에 비하여 매우 높은 것이므로 내열성이 우수하다는 것을 의미한다.
생산 편의를 위해서 붕규산 유리(115)의 작업 온도(T4, 점도 104dPas에서의 온도)는 1,270℃ 이하인 것이 바람직하며, 1,250℃ 이하이면 더욱 바람직하다. 이러한 실시예에 의하면, 유리의 가공 온도와 관련된 T4가 낮기 때문에 유리의 가공이 용이해질 수 있으며, 유리를 가공하는 데 들어가는 에너지 및 시간을 절감할 수 있다.
붕규산 유리(115)는 기존 고분자 재질의 도광판에 비해 우수한 기계적 강성을 부여하기 위해 적용되기에, 붕규산 유리(115)의 탄성계수(영률)는 60 GPa 이상, 바람직하게는 65 GPa 이상일 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 탄성계수가 크므로, 두께를 얇게 하더라도 원하는 기계적 강도를 얻을 수 있다.
포아송 비는 물체에 수직응력이 작용할 때 나타난 횡변형률(lateral strain, εd) 대 종변형률(longitudiual strain, εl)의 비를 의미하는데, 쉽게 말하면 길이가 늘어난 것에 대한 옆으로 줄어든 비를 의미한다. 단순 인장 응력이 가해질 때 완전한 비압축성 고체의 포아송 비는 0.5이며 강철에 대해서는 약 0.3, 콘크리트의 경우는 0.1에서 0.2, 코르크는 거의 0에 가까운 값을 갖는다. 본 발명의 붕규산 유리(115)의 포아송 비(가로 세로 변형 비)는 0.23 이하, 바람직하게는 0.2 이하일 수 있다.
유리의 중앙 장력, 압축 응력은 포아송 비, 열팽창 계수, 탄성계수 등에 관련이 되어 있다. 이러한 범위의 포아송 비, 그리고 앞서 언급한 범위의 열팽창 계수와 탄성계수는 유리의 중앙 장력과 압축 응력이 도광판이라는 부품으로 사용되기에 적합한 정도가 되게 하는 범위이다.
강화처리를 하지 않은 모 유리 상태에서의 붕규산 유리(115)의 휨 강도(flexural strength)는 최소 20 MPa 이상, 바람직하게는 25 MPa 이상일 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 휨 강도가 크므로, 쉽게 휘어지지 않음으로써, 박형화될 수 있다.
이러한 포아송 비, 열팽창 계수, 탄성계수, 휨 강도의 범위에서 붕규산 유리(115)는 두께가 2 mm 이하이어도 도광판(100)으로서의 기계적 강도를 유지한다. 바람직하게, 강화처리를 하지 않은 모 유리 상태라면 붕규산 유리(115) 두께는 1.6 mm 이상 2 mm 이하의 범위로 조절될 수 있어, LCD의 박형화 측면에서 매우 유리하다.
또한, 이러한 조성의 붕규산 유리를 화학적으로 강화시킨 강화 유리를 도광판(100)으로 사용하여도 된다. 이러한 강화 유리는, 압축 응력층의 두께(DOL)가 10 um를 초과할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 붕규산 유리는, 화학적 강화 처리 시, 형성된 압축 응력층 두께가 10 um를 초과할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 압축 응력층의 두께는 20 um를 초과할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 압축 응력층의 두께는 30 um를 초과할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 압축 응력층의 두께가 두꺼우므로, 강화 유리의 기계적 강도가 향상될 수 있다. 특히, 압축 응력층 두께가 두꺼우면, 어느 정도 깊이의 손상에도 유리가 파손되지 않을 수 있다.
이렇게 화학 강화 처리까지 한 붕규산 유리(115)라면 두께가 1.6 mm 이하이어도 도광판(100)으로서의 기계적 강도를 유지하도록 할 수 있다. 압축 응력층의 두께와 압축 강도에 따라 달라질 수는 있지만, 화학 강화 처리까지 한 붕규산 유리(115) 두께는 1.4 mm 이상 1.6 mm 이하의 범위로 조절될 수 있어, LCD의 박형화 측면에서 더욱 유리하다.
특히, 위와 같은 조성의 붕규산 유리(115)를 이용한 도광판(100)은 저 철분 함량의 유리이므로 색 보정을 위한 광학 필름의 사용이 필요하지 않다. 기존에 유리 재질의 도광판이 제안되어 있기는 하나, 기존의 유리 조성은 광원의 광이 입사되는 입광부와 입광부의 반대편인 반입광부 사이의 색좌표 차이 및 색감차(이른바, 색차)가 발생하게 되어 LCD의 화상이 불량하게 되는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면 이러한 문제가 없고, 색 보정을 위한 광학 필름의 사용이 전혀 필요하지 않다.
도광판(100)은 LCD의 백라이트 유니트에서, 측면에서 입사되는 빛을 확산시켜 전면 방향으로 조사하는 구성 요소이다. 따라서, 붕규산 유리(115) 하면에는 입사광을 확산시켜 전면 방향으로 조사하는 광학 패턴(도면에 미도시)이 형성될 수 있다. 상기 광학 패턴은 요철화 또는 비드(bead) 입자 막코팅 등에 의하여 이루어질 수 있다. 기존에는 PMMA를 식각하거나 PMMA에 고분자막을 코팅하여 이러한 광학 패턴을 형성하였지만 본 발명에서는 도광판(100)이 붕규산 유리(115)로 이루어져 있으므로 붕규산 유리(115) 제조 후 레이저 식각을 통해 이러한 광학 패턴을 형성하거나 고분자 패턴을 유리 표면에 프린팅하여 이러한 광학 패턴을 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 도광판(100’)이 붕규산 유리(115)를 포함하는 것은 앞의 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.
한편, 도광판(100’)은 측면에서의 빛 손실을 최소화하기 위하여, 빛이 입사되는 면(본 실시예에서는 좌측면)을 제외한 다른 면들에 반사막을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어 붕규산 유리(115) 측면과 하면에 산화 티타늄(TiO2)과 금속막의 조합으로 코팅하여 측면 반사막(116)과 하면 반사막(117)을 형성할 수 있다. 이 때 상기 금속막은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 크롬(Cr) 등의 금속을 코팅하여 이루어질 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 다른 예로, 붕규산 유리(115)의 빛이 입사되는 면은 내측으로 오목하게 가공된 구조를 가질 수도 있다. 이렇게 붕규산 유리(115)의 광입사면의 표면적이 넓어지는 구조를 가지면, 광원에 의하여 입사되는 빛의 표면적을 넓혀 휘도를 높일 수 있는 장점이 있다.
오목하게 가공된 구조를 형성하기 위해서는 적당한 구성 기계를 이용하여 프레스가 되거나 스탬프(stamped)가 되는 것과 같이 적합한 구성 기계(structuring device)를 이용하여 롤링하는 방법 등을 이용할 수 있으며, 붕규산 유리(115)는 점성(viscosity)이 상기 목적에 적합하게 되는 온도까지 가열되고, 상기 온도는 유리의 연화점(softening point)과 작용점(working point)의 사이가 된다. 상기와 같은 종류의 구조는 다른 제조 방법에 의하여 얻어질 수 있고, 예를 들어 타출(stamping), 에칭, 기계 가공(machining), 화학 에칭(chemical etching) 또는 레이저 연마(laser ablation)에 의하여 얻어질 수 있다. 필요한 구조가 또한 고온 몰딩 또는 형성 처리 과정(forming processes)에 의하여 유리 제조 과정의 용융 유리로부터 직접적으로 얻어질 수도 있다.
이러한 도광판(100, 100’)은 LCD의 백라이트 유니트에 포함이 될 수 있다.
도 4는 도 2의 도광판(100)을 포함하는 LCD의 단면도이다.
도 4를 참조하면, LCD(200)는 상부 편광 필름(110)과 하부 편광 필름(130)을 구비하는 액정 패널(120)을 포함한다. 액정 패널(120)은 기존 LCD와 마찬가지로 액정층을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판으로 구성될 수 있다. 하부 편광 필름(130) 다음에는 이중휘도향상필름(135, DBEF)이 더 구비될 수도 있다.
액정 패널(120)과의 사이에 소정 간격을 두고 백라이트 유니트(140)가 구비되며, 백라이트 유니트(140)는 광학 시트(150), 본 발명에 따른 도광판(100), 반사 시트(160), 그리고 광원(미도시)를 포함할 수 있다. 액정 패널(120)과 백라이트 유니트(140)는 이들을 측면에서 감싸는 미들 캐비닛(middle cabinet, 170)과 바닥면을 지지하는 백 커버(180)로 유지된다. 미들 캐비닛(170)과 백 커버(180) 사이에 공간을 통한 수분 침투를 방지하기 위한 접착 필름(185)이 더 포함될 수 있다.
광원은 기존 LCD와 마찬가지로 빛을 낼 수 있는 적어도 하나의 LED 칩과, 이 LED 칩을 수용하는 패키지를 포함할 수 있으며 이러한 광원은 회로기판 위에 배치된다(도 1의 23 참조). 이러한 광원은 도광판(100)의 모서리부 또는 입광 측면에 배치될 수 있다. 이와 같은 광원은 액정 패널(120)의 크기, 휘도 균일성 등을 고려하여, 도광판(100)의 한 측면, 양 측면 또는 네 측면 모두에 형성될 수 있고, 도광판(100)의 모서리부 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
도광판(100)은 광원으로부터 방출된 광을 입광 측면으로 입사받아 출광면으로 출사한다. 도광판(100)은 광원으로부터 제공받은 광을 액정 패널(120)로 균일하게 공급한다.
광학 시트(150)는 도광판(100)의 상부에 배치되어 도광판(100)으로부터 전달되는 빛을 확산하고 집광하는 역할을 한다. 광학 시트(150)는 확산 시트, 프리즘 시트, 보호 시트 등을 포함할 수 있다. 확산 시트는 도광판(100)으로부터 입사되는 빛을 분산시켜서 빛이 부분적으로 밀집되는 것을 방지할 수 있다. 프리즘 시트는 일면에 삼각 기둥 모양의 프리즘이 일정한 배열을 갖고 형성되어 있을 수 있고, 확산 시트 상에 배치되어 확산 시트로부터 확산된 빛을 액정 패널(120)에 수직한 방향으로 집광하는 역할을 수행할 수 있다. 보호 시트는 프리즘 시트 위에 형성될 수 있고, 프리즘 시트의 표면을 보호하고, 광을 확산시켜서 빛의 분포를 균일하게 할 수 있다.
반사 시트(160)는 도광판(100)과 백 커버(180) 사이에 배치되어, 도광판(100)의 하부로 방출되는 빛을 액정 패널(120)로 향하도록 반사시켜 빛의 효율을 향상시킨다.
반사 시트(160)는, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: PolyEthylene Terephthalate)로 이루어져 반사성을 가질 수 있으며, 그 한쪽 표면은 예를 들어, 티타늄 디옥사이드를 함유하는 확산층으로 코팅될 수 있다. 한편, 반사 시트(160)는 예를 들어 은(Ag)과 같은 금속을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여 설명한 도광판(100’)은 그 자체로 하면 반사막(117)을 가지므로 이러한 LCD 조립시 반사 시트(160)를 생략할 수 있는 효과도 있다.
도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 기존의 LCD(1)는 액정 패널(10)을 고정하기 위해 가이드 패널(40)과 커버 바텀(30)을 사용하였다. 더 얇은 LCD를 만들기 위해 TV 제조사의 부품 추가 없이 LCD 모듈 자체로 TV 외관을 이룰 수 있도록 하는 경우에 본 실시예처럼, 커버 바텀 대신에 2.0 ~ 2.5 mm 두께의 알루미늄 합지품(ACM; aluminum composite material)이나 GCM을 백 커버(180)로 사용하고 테두리를 감싸는 알루미늄 소재의 미들 캐비닛(170)을 적용해 강성을 유지할 수 있다.
특히 본 발명에 따른 도광판(100)을 사용한다면 기존의 PMMA 재질 도광판에 비하여 기계적 강성이 우수하므로 기존의 커버 바텀을 생략할 수 있을 뿐 아니라, 나아가 도 3의 구조에서의 백 커버(180)도 생략할 수 있다.
ACM, GCM과 같은 커버 바텀 대체 물질은 광원의 빛이 투과할 수 없는 불투명한 특성을 유지한다. 본 발명에 따른 도광판(100)은 붕규산 유리(115)를 포함하므로 투명하다. 또한 이 붕규산 유리(115)는 고온 안정성을 가지고, 기존 고분자 재질의 도광판과 금속 프레임을 대체할 수 있는 기계적 물성을 가지기 때문에, ACM이나 GCM 재질의 백 커버(180)를 생략하는 대신에 필름, 고분자, 플라스틱 등의 얇은 투명막을 적용하는 것도 가능해진다.
그리고, 붕규산 유리(115)로 이루어진 도광판(100)의 두께가 2 mm 이하가 될 수 있으므로 베젤 부분의 두께를 더욱 얇게 할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 전체적인 LCD 모듈의 두께를 작게 하여 박형화에 매우 유리하다. 종래 PMMA 두께가 약 3.5 mm인 것에 비하여 도광판 두께를 40 % 가까이 감소시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 베젤 부분을 얇게 하여도 도광판(100)의 열팽창 계수가 종래 PMMA의 1/10 수준으로 작으므로 변형이 이루어지지 않는다.
이와 같이 본 발명에 따른 도광판(100)은 LCD(200)를 위한 광원 및 기타 광학 재료와 함께 집적되어 백라이트 유니트(140)를 구성할 수 있으나, LCD 모듈 구조 강성 유지를 위한 별도의 구조를 요구하지 않는다. 물론, 필요 시, 필름, 고분자, 플라스틱 등의 얇은 투명막, 금속 등을 추가로 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 위에 설명한 바와 같이 LCD인 것이 바람직하며, 상술한 본 발명에 따른 도광판을 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 붕규산 유리 및 이를 포함하는 도광판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다
도 5를 참조하면, 먼저 유리에 함유되는 각 성분의 원료를 목표 조성이 되도록 조합한다(S110). 이 때, 상기 S110 단계에서는, SiO2가 75 ~ 85 wt%, B2O3가 5 ~ 15 wt%, Al2O3가 0 ~ 5 wt%, R2O가 1 ~ 7 wt% (여기서 R은 Li, Na 및 K 중 적어도 어느 하나), Fe2O3가 0.005 wt%보다 작게 포함되도록 원료 성분을 조합한다. 이 때, K2O는 > 0.1 wt%가 되도록 하며, 청징제로서 SO3 혹은 Cl을 더 포함하도록 할 수도 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 유리 원료는 Na, K 및 Li와 같은 알칼리 산화물을 포함하는 공지의 출발 물질로부터 얻어질 수 있다.
특히 산화/환원 비가 0.5 이상, 바람직하게는 0.5 ~ 0.8가 될 수 있도록, 상기 유리 원료에 0.1 wt% 이하의 탄소를 더 포함시키거나 0.001 ~ 0.05 wt%의 황 성분을 더 포함시킬 수 있다.
다음으로, 이와 같이 조합된 유리 원료를 소정 온도로, 이를테면 1500 ~ 1600℃로 가열하여 유리 원료를 용융하고(S120), 청징 공정을 수행한 후 용융된 유리를 성형한다(S130).
용해 공정(S120)에서는, 도시되지 않은 용해로에서 유리 원료가 가열되어 용융 유리가 만들어진다. 다음에, 청징 공정에서는, 용융 유리가 도시되지 않은 청징조에서, 용융 유리 중의 기포가 상술한 청징제를 이용하여 제거된다. 청징 공정에서는, 청징조 내의 용융 유리가 승온됨으로써, 용융 유리 중에 포함되는 O2, CO2 또는 SO2 등을 포함한 기포가, 청징제의 환원 반응에 의해 생긴 O2를 흡수하여 성장하고, 용융 유리의 액면에 부상하여 방출된다(탈포 공정). 또한, 청징 공정에서는, 탈포 후, 용융 유리의 온도를 저하시킴으로써, 청징제의 환원 반응에 의해 얻어진 반응물의 산화 작용에 의해, 용융 유리에 잔존하는 기포 중 O2가 용융 유리 중에 흡수되어, 기포가 소멸된다(흡수 공정). 청징제에 의한 산화 반응 및 환원 반응은 용융 유리의 온도를 제어함으로써 행해진다.
청징 다음에, 교반 공정이 행해질 수 있다. 교반 공정에서는, 유리의 화학적 및 열적 균일성을 유지하기 위해, 수직으로 향해진 도시되지 않은 교반조에 용융 유리가 통과된다. 교반조에 설치된 교반기에 의해 용융 유리는 교반되면서, 수직 하측 방향 바닥부로 이동하여, 후속 공정으로 유도된다. 이에 따라, 맥리 등의 유리의 불균일성을 개선할 수 있다.
다음에, 성형 공정이 행해진다(S130). 이 때, 상기 S130 단계는 플로트 배스를 이용하는 플로트 법에 의해 수행된다.
이와 같이 S130 단계에서 유리가 성형되면, 성형된 유리는 서냉로로 이송되어 서냉되는 과정을 거치게 된다(S140). 바람직하게, 용융된 유리 원료 상태에서의 높은 산화/환원 비를 유지하면서 서냉할 수 있도록, 서냉 속도는 10℃/분 ~ 40℃/분 으로 한다. 적절한 유리의 서냉은 유리 생산 폭, 두께, 인출량에 따라서 정해진다.
그리고 나서, 서냉된 유리는 원하는 크기로 절단되어, 연마 등의 가공이 더 수행되고, 이러한 일련의 과정을 통해 붕규산 유리(115) 및 이를 포함하는 도광판(100, 100’)으로 제조될 수 있다.
도 6은 단계 S130과 S140을 수행할 수 있는 판유리 제조장치의 단면 모식도이다.
도 6을 참조하면, 판유리 제조장치(300)는 내부에 용융 주석(221)이 수용되고 용융 유리가 평판 형태로 성형되는 플로트 배스(220), 용융 유리가 서냉되는 서냉로(cooling furnace, 240) 및 플로트 배스(220)로부터 용융 유리를 인출하고 용융 유리를 서냉로(240)로 전달하는 드로스 박스(dross box, 230)를 포함한다.
용융 유리는 플로트 배스(220)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 이동하면서 용융 주석(221)의 표면에서 리본 형태의 판유리(222)로 성형되고, 플로트 배스(220)의 하류측에 설정된 이격 위치(take off point)에서 드로스 박스(230)에 설치된 롤러(roller, 231)에 의해 용융 주석(221)으로부터 멀어지도록 끌어 올려지고, 드로스 박스(230)를 거쳐 다음 공정의 서냉로(240)를 향하여 송출된다.
서냉로(240)는 여러 개의 섹션(section)으로 구성되어 있으며 1개의 섹션에는 도시한 바와 같이 롤러(241) 여러 개가 사용이 되며, 롤러(241) 하부 공간에는 히터(242)가 설치되어 있다. 서냉로(240)에서는 리본 형태의 판유리(222)가 뒤틀림 및 휨이 발생하지 않도록 온도 제어되면서, 유리 서냉점 이하까지 냉각된다.
이러한 판유리 제조장치(300)는 대형 평판의 판유리(222) 제조가 가능하다. 서냉된 판유리(222)를 이러한 판유리 제조장치(300)에서 취출하여 원하는 크기로 절단, 연마 등의 가공을 더 수행함으로써 붕규산 유리(115)를 제조할 수 있고, 이러한 붕규산 유리를 포함하도록 하여 도광판(100, 100’)을 제조할 수 있다. 대형 평판의 판유리(222)로부터 복수의 우수한 붕규산 유리(115)를 얻을 수 있으므로, 도광판(100, 100’)을 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 붕규산 유리 및 이를 포함하는 도광판은, 두께가 1.4 mm 이상 2 mm 이하일 수 있고, 2 mm 두께 기준으로 가시광(380 nm ~ 780 nm) 투과율이 고분자 도광판 이상 또는 92 % 이상이 될 수 있으며, 굴절율이 1.49, 바람직하게는 1.475 이하가 되도록, 열팽창 계수가 10 ×10-6/K 이하, 바람직하게는 5 ×10-6/K 이하인 붕규산 유리로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 붕규산 유리 및 도광판 제조 방법은, 상술한 방법에 의해 제조된 붕규산 유리를 화학 강화 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 붕규산 유리 및 도광판 제조 방법은, 상기 S110 단계 내지 S140 단계를 거쳐 제조된 붕규산 유리를 화학 강화 처리하는 단계를, 상기 S140 단계 이후에 수행함으로써, 강화 유리를 제조할 수 있다. 이 때, 화학 강화 처리 단계는 붕규산 유리를 질산칼륨(KNO3) 등의 용융염에 소정 시간 동안 침지시키는 방식으로 수행될 수 있다. 이 과정에서 이온 교환을 통해 붕규산 유리의 기계적 강도가 향상될 수 있다. 화학 강화 유리를 제조하기 위해서, 상술한 조성의 붕규산 유리는 이온 교환 성능이 양호하게 확보될 수 있도록 하는 적절한 조성을 가진다. 그러나, 본 발명이 반드시 이러한 화학 강화 처리 방식으로 한정되는 것은 아니다.
디스플레이 장치가 점차 대형화되어 가면서, 이에 사용되는 도광판의 면적 또한 커져 가야 한다. 이 경우, 유리 자체의 하중에 의한 유리의 휨 현상은 더욱 커질 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위해 유리는 보다 가볍게 제조될 필요가 있다. 본 발명에 따른 붕규산 유리는 경량화가 가능하도록 하여 이러한 특성을 만족시킬 수 있다.
본 발명에 따른 붕규산 유리는 기계적 강도가 우수하고 경량화가 가능하다. 적절한 가공성 및 성형성이 확보된다. 이러한 붕규산 유리를 이용하여 도광판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도광판 제조 방법은, 상술한 유리 제조 방법에 의해 제조된 유리에 입사광의 산란을 위한 패턴 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
패턴을 형성하는 방법에는 프린팅과 레이저 식각이 있다.
프린팅은 산란을 위한 고분자 패턴을 유리에 프린트하여 형성하는 것이다. 레이저 식각은 산란을 위한 패턴을 유리 표면을 레이저로 식각하여 형성하는 것이다.
특히 본 발명에서는 도광판이 붕규산 유리를 포함하므로 붕규산 유리 제조 시 열을 가하여 패턴을 직접 성형하는 방법도 가능하다.
패턴은 프리즘(prism), 렌티큘러(lenticular), 피라미드(pyramid), 엠보싱(embossing) 등을 포함하는 돌기 형태로 형성되거나 산과 골을 가지는 요철 구조로 형성될 수 있다. 프리즘 또는 피라미드 형상을 가지는 패턴의 윗면은 둥글거나 편평할 수 있다. 엠보싱 및 렌티큘러는 반구의 형태로 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 패턴은 도광판의 입광면과 수평으로 형상을 갖도록 함이 바람직하다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 비교예 및 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
표 1은 비교예 및 실시예 샘플의 유리 조성을 나타낸다.
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표 1에서 보는 바와 같이, 샘플 1 내지 3은 유리 조성이 본 발명에 해당하며 샘플 4는 Fe 함량이 본 발명의 범위를 벗어난다. 샘플 1 내지 3은 Fe 함량이 0.0043wt%(43ppm)으로 고정되고 산화/환원 비가 약 0.2(20%), 약 0.4(40%), 약 0.6(60%) 순으로 증가한다. 샘플 4의 산화/환원 비는 약 0.55로서 본 발명 산화/환원 비의 범위이지만 Fe 함량이 0.015wt%(150ppm)조성이므로 차이가 있다. 이와 같이 샘플 1, 2 및 4는 비교예이고, 샘플 4는 실시예이다.
각 성분의 원료를 표 1에 나타낸 바와 같은 조성이 되도록 조합하고, 백금 도가니를 사용하여 1650℃의 온도에서 3시간 가열하여 융융시켰다. 용융시에는 백금 스터러(stirrer)를 삽입하고 1시간 교반하여 유리를 균질화하였다. 이어서 용융 유리를 550℃에서 서냉하여 샘플 유리를 얻었다. 이렇게 얻어진 유리를 두께 10mm, 20mm, 40mm가 되도록 가공하였다.
제조한 유리에 대하여 흡수, 투과 및 색차를 실험하였다.
먼저, 도 7은 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 흡수 그래프이다.
도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 위 조성의 유리, 특히 샘플 3은 가시광(380 nm ~ 780 nm) 흡수가 적어 백라이트 유니트의 광을 효율적으로 전달하는, 즉 휘도 감소의 문제가 없는 도광판으로 적용할 수 있음을 확인할 수 있다. 샘플 1에서 3으로 갈수록 산화/환원 비가 커지는데, 샘플 3과 같이 산화/환원 비가 약 0.6인 경우, 샘플 1 및 2에 비하여 장파장 대역의 흡수가 우세하다.
도 8은 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 투과 그래프이다.
도 8에서 볼 수 있는 바와 같이 위 조성의 유리, 특히 샘플 3은 가시광(380 nm ~ 780 nm) 투과율이 93 % 이상인 것으로 나타났다. 구체적으로, 샘플 1과 샘플 2의 투과율 평균은 93.1 %, 샘플 3의 투과율 평균은 93 %로 나타났다. 가시광 이외의 영역, 예를 들어, 장파장 대역에서는 앞의 흡수 결과의 역으로부터 예상할 수 있는 바와 같이, 샘플 3이 샘플 1 및 2에 비하여 투과가 적다. 이와 같이 도 8은 380 nm ~ 780 nm에서 본 발명에 따른 붕규산 유리의 좋은 투과성을 보여준다. 따라서, 이러한 유리는 도광판으로서의 기능을 수행할 수 있다.
도 9는 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 x 방향 색차(△Cx) 그래프이고, 도 10은 비교예 및 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 y 방향 색차(△Cy) 그래프이다. 색좌표상 x 방향으로 증가할 경우 녹색, y 방향으로 증가할 경우 적색쪽으로 색이 바뀐다. 따라서 x, y가 동시에 증가하면 색은 황색으로 변한다.
샘플 1 내지 3의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화/환원 비가 증가할수록 유리에 의한 색차가 감소한다. 샘플 2나 3의 경우 500mm 도광시 색차가 +0.015 ~ -0.015이다. 특히 샘플 3과 같이 산화/환원 비가 0.6인 경우, -의 색차를 가짐을 확인할 수 있다.
도 11은 백라이트 유니트의 일반적인 백색 LED의 파장별 세기 그래프이고,도 12는 이러한 백색 LED를 백라이트 유니트로 사용하는 LCD 모듈에 샘플 2 유리를 적용한 경우 유리 투과 특성에 따른 파장별 색차 민감도를 나타낸 그래프이다.
도 12를 참조하면, △Cx의 경우 550nm 이하는 "-", 550nm 이상은 "+" 의 효과를 보이고, △Cy의 경우 480nm 이하는 "-", 480nm 이상은 "+" 의 효과를 보인다. Fe3+는 "-", Fe2 +는 "+" 영향이 우세하다. 410nm 이하와 690nm 이상의 파장에서의 투과율은 색차에 영향이 없다.
샘플 4의 경우 유리의 산화/환원 비는 샘플 3과 유사하나 철분 함량이 약 4배 정도 증가한 유리이다. 샘플 4 유리의 색차 측정 결과 △Cx가 0. 014, △Cy가 0.050 정도로, 철분이 낮은 샘플 3 실시예 유리에 비해 큰 색차를 가짐을 확인하였다.
이와 같이, 본 발명에 비하여 고철분 함량인 150ppm 샘플 4의 높은 산화/환원 비는 계산된 투과 스펙트럼에서 장파장의 흡수를 적게 단파장의 흡수를 많게 나타나게 하여, 결과적으로 색감차이를 늘리는 방향으로 오차를 만들어 낸다.
한편, 유리 도광판을 실제 LCD 모듈에 적용하면 유리에 의해 발생하는 색차 이외 기타 광학 구조 및 LCD 셀에 의한 색차가 발생하게 되며, 이를 모두 합치는 경우 △Cx는 약 + 0.010이고 △Cy는 약 + 0.020 수준이다. 즉, 유리에 의한 색차는 가능하면 (-) 방향을 가지는 것이 바람직하다.
위 도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이 본 발명 실시예인 샘플 3 유리의 경우 - 색차를 가지므로 이 유리를 실제 LCD 모듈 적용시 색차 감소 효과가 뛰어나다.
이와 같이, 본 발명에 따른 유리가 비교예 조성의 유리에 비하여 산화/환원 비 제어에 따른 색차 감소 효과가 뛰어나 도광판에 더욱 적합하다.
표 2는 다른 실시예 샘플의 유리 조성을 나타낸다.
Figure PCTKR2017004151-appb-T000002
표 2에서 보는 바와 같이, 샘플 5 내지 8은 유리 조성이 본 발명에 해당하며 산화/환원 비가 0.5보다 크다.
각 성분의 원료를 표 2에 나타낸 바와 같은 조성이 되도록 조합하고, 백금 도가니를 사용하여 1650℃의 온도에서 3시간 가열하여 융융시켰다. 용융시에는 백금 스터러를 삽입하고 1시간 교반하여 유리를 균질화하였다. 이어서 용융 유리를 550℃에서 서냉하여 샘플 유리를 얻었다. 이렇게 얻어진 유리를 두께 10mm, 20mm, 40mm가 되도록 가공하였다.
제조한 유리에 대하여 투과를 실험하였다.
도 13은 본 발명 실시예에 따른 붕규산 유리의 투과 그래프이다.
도 13에서 볼 수 있는 바와 같이 위 표 2 조성의 유리는 가시광(380 nm ~ 780 nm) 투과율이 90 % 이상이며, 가시광 범위에서의 투과율 평균은 샘플 5가 92.3%, 샘플 6이 92.3%, 샘플 7이 92.2%, 샘플 8이 92.0%인 것으로 나타났다. 모든 샘플의 투과율 평균이 92% 이상이다. 이와 같이 도 13은 380 nm ~ 780 nm에서 본 발명에 따른 붕규산 유리의 좋은 투과성을 보여준다. 따라서, 이러한 유리는 도광판으로서의 기능을 수행할 수 있다.
표 3은 실시예 및 다른 비교예 샘플의 유리 조성을 나타낸다.
Figure PCTKR2017004151-appb-T000003
표 3에서 보는 바와 같이, 샘플 9 내지 12는 유리 조성이 본 발명의 조성과 다르다. 샘플 5는 본 발명 실시예로서 비교예들과 대조를 위해 함께 표시하였다.
각 성분의 원료를 표 3에 나타낸 바와 같은 조성이 되도록 조합하고, 백금 도가니를 사용하여 1650℃의 온도에서 3시간 가열하여 융융시켰다. 용융시에는 백금 스터러를 삽입하고 1시간 교반하여 유리를 균질화하였다. 이어서 용융 유리를 550℃에서 서냉하여 샘플 유리를 얻었다. 이렇게 얻어진 유리를 두께 10mm, 20mm, 40mm가 되도록 가공하였다.
제조한 유리에 대하여 투과를 실험하였다.
도 14는 본 발명 실시예 및 비교예에 따른 붕규산 유리의 투과 그래프이다.
도 14에서 볼 수 있는 바와 같이 위 표 3 조성 중 비교예 유리는 본 발명 실시예 유리에 비하여 투과율이 작다. 구체적으로, 가시광 범위에서의 투과율 평균은 샘플 9가 91.0%, 샘플 10이 91.4%, 샘플 11이 91.3%, 샘플 12가 91.5%인 것으로 나타났다. 도 12의 결과와 비교해 보아도 알 수 있듯이, 비교예 유리는 모두 본 발명 실시예 유리보다 투과율이 작다.
이와 같이, 본 발명에 따른 유리는 산화/환원 비 조절을 통해 색차가 적을 뿐 아니라, 좋은 투과성을 보이는 조성의 유리임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유리는 도광판으로서의 기능을 수행할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (17)

  1. SiO2 75 ~ 85 wt%,
    B2O3 5 ~ 15 wt%,
    Al2O3 0 ~ 5 wt%,
    R2O 1 ~ 7 wt% (여기서 R은 Li, Na 및 K 중 적어도 어느 하나), 및
    Fe2O3 < 0.005 wt%를 포함하고,
    0.5 이상의 산화/환원 비(redox ratio)를 가지는 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화/환원 비가 0.5 ~ 0.8인 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  3. 제1항에 있어서, 0.1 wt% 이하의 탄소가 더 포함된 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  4. 제1항에 있어서, 0.001 ~ 0.05 wt%의 황 성분이 더 포함된 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  5. 제1항에 있어서, 색차 조절을 위한 전이금속 성분을 실질적으로 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전이금속 성분은 NiO, CuO, Cr2O3, V2O5 또는 MnO인 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  7. 제1항에 있어서, K2O > 0.1 wt%인 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  8. 제1항에 있어서, 청징제로서 SO3 혹은 Cl을 0 ~ 0.5 wt% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 붕규산 유리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 붕규산 유리를 포함하는 도광판.
  10. 제9항에 있어서, 500mm 도광시 색차가 +0.015 ~ -0.015인 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제10항에 있어서, 500mm 도광시 색차가 +0.010 ~ -0.010인 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. SiO2 75 ~ 85 wt%,
    B2O3 5 ~ 15 wt%,
    Al2O3 0 ~ 5 wt%,
    R2O 1 ~ 7 wt% (여기서 R은 Li, Na 및 K 중 적어도 어느 하나), 및
    Fe2O3 < 0.005 wt%를 포함하도록 유리 원료를 조합하고 용융하는 단계; 및
    용융된 유리 원료를 용융 주석 플로트 배스(float bath)를 이용하는 플로트(float) 법에 의해 성형하는 단계를 포함하는, 0.5 이상의 산화/환원 비(redox ratio)를 가지는 붕규산 유리 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 산화/환원 비가 0.5 ~ 0.8인 것을 특징으로 하는 붕규산 유리 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 유리 원료에 0.1 wt% 이하의 탄소를 더 포함시키는 것을 특징으로 하는 붕규산 유리 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 유리 원료에 0.001 ~ 0.05 wt%의 황 성분을 더 포함시키는 것을 특징으로 하는 붕규산 유리 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 용융된 유리 원료의 산화/환원 비를 유지하면서 상기 붕규산 유리를 성형 후 서냉하는 것을 특징으로 하는 붕규산 유리 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 서냉 속도는 10℃/분 ~ 40℃/분으로 하는 것을 특징으로 하는 붕규산 유리 제조 방법.
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