用于验证试验脆性材料板的方法和装置的制作方法

专利名称：用于验证试验脆性材料板的方法和装置的制作方法
用于验证试验脆性材料板的方法和装置
本申请根据35U.S.C. § 119(e)要求2006年10月4日提交的美国临时申请 S/N. 60/849,298的优先权。
背景技术：
发明领域
本发明涉及用于验证试验脆性材料的方法和装置，尤其涉及验证试验玻璃 或玻璃陶瓷板。
相关技术的描述
在商用产品中，利用等离子体、液晶或有机发光二极管显示元件等的显示设备 正在迅速战胜阴极射线管(CRT)显示器，从而在从蜂窝电话到电视的种种应用中 获得应用。然而，极薄的柔性显示器的引入仅处于其初期。这大部分是由于置于此 类显示设备上的巨大的结构需求所致:它们必须能够经受住重复的挠曲或弯曲而不 损伤其所置于的设备或基板；由于柔性显示器在便携式设备中的预期使用，它们被 期望能够经受住粗暴的操作，而不会过度地损伤设备或基板；并且它们应当能够经 受住可小于2厘米以及在一些情况下小于1厘米的弯曲半径。
被预期用于柔性显示器的一种材料是玻璃。玻璃通常是耐化学性的、透明的， 可形成气密屏障或密封，并且可被形成为极薄的板。已生产并例行使用厚度小于1 毫米、甚至小于0.7毫米的超过10平方米的板，并且很快就期望玻璃板达到至少 约IOO平方米的尺寸。在典型的显示器制造过程中，使用一个或多个大玻璃板或基 板形成多个显示器。随后通常通过划片和切片将这些显示器分成个体显示单元。因 而，通过生产尽可能多的显示单元而使极大的玻璃板得到有效利用。
切割玻璃，在该例中是玻璃板，通常在玻璃板的边缘形成缺陷(例如，裂缝)。 这些缺陷可作为断裂源，从而减小板的强度，如果玻璃被挠曲使得缺陷经受拉伸应 力则尤其如此。通常，典型的显示设备并不经受显著的挠曲，因而这些缺陷的存在
关系不大。
4在制造过程或使用期间，柔性显示器正是由于其柔性的性质而在显示器基板中 产生相当大的应力。因而，可能出现在玻璃中的缺陷可能经受足够大的应力而使玻 璃破裂。因为典型的显示器制造涉及切割玻璃以形成个体显示器，并且已知切割会 在玻璃中沿着切边产生多个缺陷，所以这预示着基于玻璃基板的柔性显示设备的命 运不佳。
减少玻璃板边缘处的缺陷的试图已包括激光切割、研磨、抛光等，所有这 些都试图去除或最少化当玻璃板被切割成应有尺寸时所产生的缺陷。然而，其 中这些方法中的许多方法对于柔性显示器应用而言并不令人满意，这是因为该 技术不能去除小到预期应力所需尺寸的缺陷，或者是因为该技术难以应用于这
样薄的玻璃板(厚度小于约0.4毫米)。可使用对玻璃边缘的酸蚀刻，但这也 可使设置在基板上的显示设备退化。因而，这样看来无论采用何种切割方法， 缺陷将继续在玻璃板中尤其是在板的边缘处形成。
发明概要
在本发明的一个实施例中，公开了一种验证试验脆性材料板的方法，该方法包 括向该板施加弯曲并在板与弯曲之间产生相对运动使得弯曲遍历该板，并且其中 由弯曲在板的表面中所引起的拉伸应力对应于预定的强度值以检测强度比该预定 强度值大的板。
在另一实施例中，描述了一种验证试验玻璃板的方法，该方法包括使玻璃板 在至少一个滚柱上弯曲以弯曲该板并在该板的表面中产生与预定强度值相对应的
拉伸应力，以及在板与至少一个滚柱之间产生相对运动使得板的后续部分遭受拉伸
应力以检测强度比预定强度值大的板。
在又一实施例中，公开了一种验证试验脆性材料板的装置，该装置包括用于
接触该板且在脆性材料板中引起弯曲的至少一个弧形构件，其中该至少一个弧形构 件的曲率半径选择成使得由弯曲在板的表面中所引起的拉伸应力对应于预定的强
度值以检测强度比该预定强度值大的板。
可以理解，以上一般描述和以下详细描述两者仅仅是对本发明的示例性说明， 并且它们旨在提供用于理解所要求保护的本发明的本质和特性的概观或框架。
所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，且被结合到本说明书中并 构成其一部分。这些附图并不一定按比例绘制，并且为了清楚起见各个元件的 大小可失真。附图示出本发明的一个或多个实施例，并与本描述一起用于说明
5本发明的原理和操作。 附图简述


图1是作为弧形构件(例如滚柱)的以cm计的曲率半径的函数施加的以MPa 计的拉伸"验证试验"应力的曲线图，其中在该弧形构件上三种厚度的玻璃板被弯 曲。
图2是利用单个滚柱或衬套的根据本发明实施例的用于验证试验脆性材料板 的装置的侧视图。
图3是利用单个非圆形的弧形构件的根据本发明实施例的用于验证试验脆性 材料板的装置的侧视图。
图4是示出作为在验证试验中使用的弯曲半径的函数的、可被施加到根据本发 明已被验证试验的玻璃板的"安全"应力的曲线图。
图5是将两个弧形构件用于在不同方向上弯曲脆性材料板的本发明的另一实 施例。
图6是将三个弧形构件用于在不同方向上弯曲脆性材料板且使该板返回进口 平面的本发明的另一实施例。
图7是利用在脆性材料板的一侧仅仅接触该板的边缘的弧形构件，以及在另一 侧横跨该板的整个宽度接触该板的弧形构件的本发明的另一实施例。
图8是利用仅仅接触脆性材料板的边缘的弧形构件的本发明的另一实施例。
详细描述
玻璃的强度由缺陷在玻璃中的出现来指示。如果将拉伸应力施加到具有缺陷的 玻璃，则应力在缺陷处变得集中。缺陷可以是例如微观裂缝，在这种情况下应力集 中在裂缝的尖端。如果应力超过一定大小，则原始缺陷一裂缝一可能生长。如果施 加足够的应力，则裂缝生长实际上可以是瞬间的，从而导致玻璃的灾难性破坏玻 璃破裂。
与链条的强度基于最弱一环的强度类似，玻璃的强度可被表征为最大缺陷的强 度因此也是最弱缺陷的强度。例如，如果向玻璃纤维施加10kpsi的拉伸应力，并 且该纤维保持坚固，则可以说该纤维的强度至少为10kpsi。 g卩，可能存在于该玻 璃纤维上的全部缺陷都比10kpsi会引起破坏的缺陷小。照此，通常通过说明因玻 璃中的缺陷引起灾难性破坏所需的最小拉伸应力来表示该缺陷的"大小"。因而，可
6以说已受到10kpsi的应力而未破裂的玻璃纤维没有比10kpsi"大"的缺陷。尽管有
点用词不当，但是在玻璃强度领域中普遍采用应力来表征缺陷大小。
如可从前述讨论中认识到的，玻璃强度是玻璃的历史结果。即，新形成的玻璃
固有地格外坚固。拉制(as-drawn)玻璃板可达到新形成的玻璃纤维的强度，通常 超过700Mpa。然而，后续处理或暴露于环境因素可产生缺陷，或扩大现有缺陷， 从而使玻璃弱化。出于该原因，例如新拉制的光纤被立即涂敷聚合物涂层以保护玻 璃表面并且防止或至少最小化强度的退化。
玻璃板通常被切割成应有尺寸。例如，在熔融玻璃板制造过程中，熔融的玻璃 流过楔形成形体的两侧上的倾斜成形表面。这两个分开的玻璃流在成形体的底部或 根部汇合，其中倾斜成形表面在此处会合以产生具有原始表面的玻璃带。随后通常 通过机械划片将该带切割成预定长度的板。稍后，还通过类似的机械划片过程将该 板的侧边去除。因而，板的边缘遭受会损伤该边缘的力。例如，该损伤可包括碎屑 化或裂化板的边缘，从而导致强度减小。本发明通过试验玻璃板以检测板中尤其是 板的边缘处的超过最小尺寸的缺陷的存在来解决该问题。
如上所述，脆性材料(例如玻璃)受到拉伸力而破裂。在玻璃中产生拉伸力的 一种方法是弯曲玻璃。对于给定的弯曲半径，所引起的应力根据以下等式确定
P,K士)[l + "^ 等式1
其中t是板的厚度且R是弯曲半径，Eo是材料的零应力杨氏模量且ot是杨 氏模量对一些脆性材料所经受的应变的线性相关性。图1示出Corning (康宁) 代码1737玻璃板的经计算的验证应力，其中Eo为约70.9GPa。参数a是针对 纯二氧化硅选择的，因为代码1737玻璃的a未知。然而，实际上，a仅对1%的 应变有3%的作用(100kpsi)，因而为了简单起见可将其忽略而不会发生过度 的误差。板的厚度是200 pm (曲线10) 、 400 pm (曲线12)以及700 pm (曲 线14)。
根据本发明的实施例，描述了一种验证试验脆性材料板的方法。脆性材料板最 普遍地包括玻璃或玻璃陶瓷，但可包括可被形成为柔性板的其它脆性材料。参考图 2，在其最简单的实施例中，本发明可通过在向板施加弯曲的曲率半径为R的弧形 构件18上弯曲脆性材料板16来表示。如图2所示，弧形构件18可以是可旋转地 安装的滚柱，但还可以是固定的衬套(例如非旋转的)，或者如图3所示，可以是 具有由摩擦系数低的材料(例如，诸如DuPontTeflon 之类的含氟聚合物树脂)形成的弧形表面的简单形态。板16可在弧形构件18上移动使得预定长度的板16顺
序地经受所强加的弯曲半径。预定长度可以是板的整个长度或者子长度。或者，弧
形构件可在板16上移动且弧形构件保持固定。
弧形构件的曲率半径R被选择成使得它比如根据以上的等式1将所需应力施 加给板。即，所需应力水平进而所需最小强度可由其上板被弯曲的弧形构件的曲率 半径确定。图4描绘在验证试验板以提供随后的"安全"弯曲半径以供后续使用期间 必需的曲率半径，例如在瞬时弯曲状态期间(曲线20);在较长时间弯曲期间(数 小时的弯曲一曲线22);以及持续数年的弯曲状态(例如，大于5年一曲线24)。 例如，参见图4，如果板包括100cm的持久弯曲半径，则需要50cm的验证试验 弯曲半径(弧形构件的曲率半径)来确保使用期限长于5年。如果将板轧制以便长 时间储存则可能遇到此类情况。
如根据以上描述应当显而易见的，使用单个弧形构件必定需要改变板的方向 (假设板在弧形构件上移动)。可能更重要的是，图2和图3的实施例产生仅施加 在板16的单面上的拉伸应力。g卩，仅在单个方向上弯曲使与弧形构件相反的面受 到拉伸力，而与弧形构件接触的面受到压縮力。为使板16的相反面遭受与第一面 相同的拉伸应力，有必要将板翻转并且第二次在弧形构件上继续移动该长度的板。
在图5中示出了本发明的更有效的实施例，其中两个弧形构件与板16相接触。 这两个弧形构件18a和18b各自在与另一弧形构件相反的面上接触板16。 E卩，弧 形构件在接触板时交替各面。板16在一个方向上(例如顺时针方向)在曲率半径 为Ri的第一弧形构件18a上弯曲，随后在与第一方向不同的第二方向上(例如逆 时针方向)在具有第二曲率半径R2的第二弧形构件18b上弯曲。因而，板16的第 一面26遭受拉伸应力，随后第二面28遭受拉伸应力，从而只需板16在弧形构件 之间通过一次来将拉伸应力施加到板的两面。为了确保在验证试验之后保护板的边 缘使之免于机械损伤，可用保护性涂层涂敷这些边缘。例如，可用聚合物涂层涂敷 边缘。在一些实施例中，可涂敷整个板的一面或两面。
应当显而易见的是，还可使用附加滚柱。例如，如果期望将板从弧形构件之间 迁移到该板进入弧形构件时所在的同一平面29中，则可增加曲率半径为R3的第三 弧形构件18c，如图6所示。例如，根据物理空间因素可强加这些条件。R" R2 和113优选地是相等的(相同)，但是如果需要也可不同。
上述实施例采用跨越板的整个宽度的弧形构件。在一些实施例中，接触整个宽 度可能是不合需要的。例如，在制造平板显示器时使用的玻璃板必须满足严格的表
8面质量要求。接触板的可用或"优质"区域可给予使板不可用的表面缺陷。通常，优 质区域被定义为在处理期间所接触的任何区域的内侧区域。因此，可调节弧形构件 使得弧形构件在板的至少一侧上且靠近板的外部边缘仅仅接触板的周边区域。图7 示出了这种配置，其中示出玻璃板16在一侧上的边缘滚柱30和相反侧上的全宽滚
柱32之间通过。板16在由图中的方向箭头所指示的方向上移动。该安排保持板的 至少一面上的表面质量。如果与板的两面的接触应当被最小化，则边缘滚柱可用于 在板的两侧在板的周边部分处接触该板而不在任一侧接触板的优质区域。图8与图 7所示的情形类似，但是图8描绘边缘滚柱30接触板16的两个侧边，而不在板的 任一侧接触中心优质区域32。
如果缺陷的强度比通过弯曲该板所施加的拉伸应力小，则板可能断裂。在一些 实施例中，尤其是如果玻璃未被涂敷，则断裂是不言而喻的板破裂成两个或更多 个单独的片。在其它实施例中，可利用比如聚合物膜在板的一面或两面上涂敷。在 这种情况下，尤其是在自动化制造过程中，可能不会立即检测到断裂。因而，音频 检测方法可有效地用于检测断裂。例如，可在运输线上在弯曲引发滚柱32之间馈 送板16，并且将声传感器34放置在板的表面附近。板中断裂产生的声音由声传感 器检测到。声传感器通过控制线36电耦合到控制设备38 (例如计算机38)，其中 例如可调节控制设备38使板在滚柱之间的运动停止。还可包括其它控制功能，比 如激活可听和/或可见警报。
在给出本公开的优点的情况下，对本领域技术人员显而易见的是，本文描述的 各种滚柱配置可被安装在固定框架上，其中脆性材料板相对于滚柱移动使得板的后 续部分受到强度试验。或者，可在手持式框架上安装小滚柱以产生便携式的、手持 式的强度试验机。随后将要试验的脆性材料板的边缘放置在手持式强度试验机的滚 柱之间并且持有试验机的操作员相对于该板平移该试验机，从而相对于预定强度值 一次试验板的一个边缘的强度。
尽管已结合本发明的具体示例性实施例描述了本发明，但是显然，本领域 技术人员根据以上描述将会认识到很多替换、修改和变型。因此，本发明旨在 涵盖落入所附权利要求书的精神和宽泛范围之内的所有这些替换、修改和变 型。
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权利要求
1.一种验证试验脆性材料板的方法，其包括向所述板施加弯曲并在所述板与所述弯曲之间产生相对运动使得所述弯曲遍历所述板，并且其中由所述弯曲在所述板的表面中引起的拉伸应力与预定强度值相对应以检测具有比所述预定强度值大的强度的板。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，施加所述弯曲包括在弧形构 件上弯曲所述板。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在多个弧形构件上弯 曲所述板以施加多个弯曲，所述多个弧形构件在所述板的交替面上接触所述 板。
4. 如权利要求2所述的方法
5. 如权利要求3所述的方法 滚柱。
6. 如权利要求2所述的方法 的中心部分。
7. 如权利要求2所述的方法 整个宽度延伸。
8. 如权利要求1所述的方法 玻璃陶瓷。
9. 如权利要求1所述的方法 感器检测的。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弧形构件的曲率半径小 于约20 cm。
11. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板是利用聚合物层涂敷的。
12. —种验证试验玻璃板的方法，其包括在至少一个滚柱上弯曲所述玻璃 板以使所述板弯曲并在所述板的表面中产生与预定强度值相对应的拉伸应力， 以及在所述板与所述至少一个滚柱之间产生相对运动使得所述板的后续部分 遭受所述拉伸应力以检测强度比所述预定强度值大的板。，其特征在于，所述弧形构件是滚柱。，其特征在于，所述多个弧形构件包括多个，其特征在于，所述弧形构件不接触所述板，其特征在于，所述弧形构件跨越所述板的，其特征在于，所述脆性材料板包括玻璃或，其特征在于，所述板中的破裂是利用声传
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述玻璃板的厚度小于约0.4 mm。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述拉伸应力至少为约50MPa。
15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个滚柱包括接 触所述玻璃板的交替面的多个滚柱。
16. —种用于验证试验脆性材料板的装置，其包括用于接触所述板且在所述脆性材料板中引起弯曲的至少一个弧形构件，其中所述至少一个弧形构件的 曲率半径被选择为使得由所述弯曲在所述板的表面中引起的拉伸应力与预定的强度值相对应以检测强度比所述预定值大的板。
17. 如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述弧形构件是滚柱。
18. 如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少一个弧形构件包 括多个弧形构件。
19. 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述多个弧形构件是多个 滚柱。
20. 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述多个弧形构件不接触 所述板的中心部分。
全文摘要
本发明公开一种验证试验诸如基于玻璃或玻璃-陶瓷的材料之类的脆性材料板的方法。该方法包括在至少一个弧形构件上弯曲玻璃板以检测其强度比预定值大的板。该方法包括向板施加弯曲并在板和弯曲之间产生相对运动使得弯曲遍历该板，并且其中由弯曲在板的表面中所引起的拉伸应力对应于预定强度值。还公开了一种用于执行验证试验的装置。
文档编号G01N3/08GK101542264SQ200780043441
公开日2009年9月23日 申请日期2007年10月2日 优先权日2006年10月4日
发明者G·S·格莱泽曼 申请人:康宁股份有限公司