专利名称：使用生产玻璃带的拉伸工艺来制造玻璃板的装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及玻璃板的制造，比如液晶显示器(LCD)等显示设备中用作基板的玻 璃板。更具体地讲，本申请涉及在下拉玻璃制造工艺(比如熔融下拉工艺)中控制玻璃 带(从该玻璃带中产生上述玻璃板)中的应力及其形状的方法和装置，还涉及由玻璃带制 成的玻璃板中的应力及其形状的控制方法和装置。
背景技术：
显示设备被用于各种应用中。例如，薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)被用于 笔记本电脑、台式机平板监视器、LCD电视以及互联网和通信设备等等。许多显示设备(比如TFT-LCD面板和有机发光二极管(OLED)面板)都是直接 在平整的玻璃板(玻璃基板)上制成的。为了增大生产率并减小成本，典型的面板制造 工艺在单个基板或基板的子片段上同时生产多个面板。在这种工艺的各个时刻，沿着切 割线将所述基板划分成多个部分。这种切割改变了玻璃内的应力分布，具体来讲，即改变了在玻璃是真空-平整 (vacuumed flat)时所看到的面内应力分布。更特别的是，这种切割释放了切割线处的应 力，从而致使切割边缘无牵引力。通常，这种应力释放导致玻璃子片段的真空-平整形 状的变化，这一现象被显示器制造商称为“扭曲”。尽管从现代显示器中所使用的像素 结构的角度来看，上述形状变化量通常是很小的，但是因切割所导致的扭曲可以大得足 以导致相当多的有缺陷的(被拒绝的)显示器。相应地，扭曲问题对显示器制造商而言 是非常关心的，关于切割所导致的可允许的扭曲的各种规范是很有挑战性的。除了在玻璃板被切割成子片段时所产生的扭曲以外，包括冻结在玻璃中的残余 应力(它是扭曲的来源)以及临时应力(它随玻璃温度均衡而消失)在内的应力也影响着 用于制造玻璃板的玻璃带的形状。玻璃带的形状影响着像玻璃板分离这样的处理过程。 特别是，玻璃带的形状影响着玻璃带的划线以及后续从玻璃带中分离出单独的玻璃板， 还影响着划线期间玻璃带的移动。考虑到上述种种，已作出大量的努力来控制在下拉玻璃制造工艺中用于生产玻 璃板的玻璃带中的应力及其形状。本实用新型发现了现有技术中未曾揭示的不想要的应 力之源和不想要的玻璃带形状，并且提供了用于减小玻璃带上以及从玻璃带制成的成品 玻璃板上那些不想要的应力和形状的不利影响的方法和装置。
实用新型内容揭示了一种使用生产玻璃带的拉伸工艺来制造玻璃板的装置，玻璃带(15)具 有(i)中心线(17)；( )第一边缘(19a)，(iii)第二边缘(19b)，[0011](iv)第一卷边部分(21a)，它始于第一边缘(19a)处并且向内朝着中心线(17)延 伸，以及(ν)第二卷边部分(21b)，它始于第二边缘(19b)处并且向内朝着中心线(17)延 伸，其中，所述装置具有第一和第二喷射器(43)，用于将冷却流体施加到第一卷边 部分(21a)，其中，第一和第二喷射器(43)是(a)位于玻璃带(15)相反的两侧上；(b)瞄准基本上相同的下拉位置和第一卷边(21a)上基本上相同的横向位置；以 及(c)取向成使得它们向外朝着第一边缘(19a)指向。上述实用新型内容概要中所使用的标号仅仅是为了读者方便，并不旨在且不应 该被解释成限制本实用新型的范围。更具体地讲，应该理解，上面的一般性描述和下面 的详细描述都仅仅是本实用新型的示例，并且旨在对本实用新型的本质和特征提供概要 或框架式的理解。本实用新型的其它特征与优点是在下面的详细描述中得以阐明，并且对于本领 域技术人员而言将会在说明书中得到部分地显现，或者通过实施本实用新型而被认识 到。所包括的附图提供了对本实用新型的进一步理解，并入说明书中且构成其一部分。 应该理解，本说明书和附图所揭示的本实用新型的各种特征可以按照任何组合来使用。
图1是根据示例实施方式的熔融玻璃制造装置的示意图。图2是示出了通过拉伸工艺而形成的玻璃带的示意图。图3示出了通过熔融拉伸工艺而产生的在横跨拉伸方向上玻璃厚度有所变化的 示例。图4示出了在不同高度处横跨拉伸方向上的温度分布的示例ο拉伸过程中较 高处，□拉伸过程中较低处， 切割位置附近。图5示出了在不同的横跨拉伸方向的位置处向下拉伸温度分布的示例ο最大 卷边厚度的位置，□厚度=1.05*teento的位置。图6是示出了一种气体冷却实施方式的示意性侧视图，其中指向所述卷边的各 个喷射器被置于多个分立的向下拉伸位置处(相似的安排将存在于玻璃带的另一侧面 上)。图7是示出了一种气体冷却实施方式的示意性侧视图，其中通过空气刀沿着该 拉伸向下执行连续的冷却(相似的安排将存在于玻璃带的另一侧面上)。图8是示出了通过正对准所述卷边的喷射器进行冷却的气体冷却实施方式的示 意性顶视图(相似的安排将存在于玻璃带的另一侧面上)。图9是示出了通过以一定角度对准所述玻璃带的喷射器进行冷却的气体冷却实 施方式，该实施方式使冷却气体对玻璃带中心的影响达到最小(相似的安排将存在于玻 璃带的另一侧面上)。图10示出了在拉伸过程中较高处的卷边温度的均勻下降，以密切匹配于附近的温度(第一示例)。ο数据点示出了不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的温度分布，□数 据点是带有卷边冷却的情况。图11是用于第一示例的向下拉伸温度分布，其中ο数据点是用于厚度等于tb 且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨 拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位 置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。图12是用于第一示例的向下拉伸热通量(Q”)图，其中ο数据点是用于在厚 度等于tb且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相 同的横跨拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸 方向的位置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。图13示出了在拉伸过程中较高处的卷边温度的非均勻的冷却不足(第二示例)。 ο数据点示出了不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的温度分布，□数据点是带有卷边冷却 的情况。图14是用于第二示例的向下拉伸温度分布，其中ο数据点是用于厚度等于tb 且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨 拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位 置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。图15是用于第二示例的向下拉伸热通量(Q”)图，其中ο数据点是用于厚度 等于tb且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相同 的横跨拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸方 向的位置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。图16示出了在拉伸过程中较高处的卷边温度的非均勻的过渡冷却(第三示例)。 ο数据点示出了不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的温度分布，□数据点是带有卷边冷却 的情况。图17是用于第三示例的向下拉伸温度分布，其中ο数据点是用于厚度等于tb 且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨 拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位 置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。图18是用于第三示例的向下拉伸热通量(Q”)图，其中ο数据点是用于厚度 等于tb且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相同 的横跨拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸方 向的位置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。图19示出了在切割位置附近卷边温度的均勻下降，以密切匹配于附近的温度 (第四示例)。ο数据点示出了不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的温度分布，□数据点是 带有卷边冷却的情况。图20是用于第四示例的向下拉伸温度分布，其中ο数据点是用于厚度等于tb 且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨 拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位 置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。[0039]图21是用于第四示例的向下拉伸热通量(Q”)图，其中ο数据点是用于厚度 等于tb且不带有卷边冷却的横跨拉伸方向的位置，□数据点是用于带有卷边冷却的相同 的横跨拉伸方向的位置， 数据点是用于在厚度等于tq且不带有卷边冷却的横跨拉伸方 向的位置，X数据点是用于带有卷边冷却的相同的横跨拉伸方向的位置。
具体实施方式
下文是从熔融下拉工艺(也被称为熔融工艺、溢出下拉工艺、或溢出工艺)的角 度进行讨论的，应该理解，本文所揭示的方法和装置也可以应用于具有卷边部分的其它 下拉工艺(比如槽拉工艺)。因为熔融装置在本领域中是已知的，所以许多细节被省略， 以凸显对示例实施方式的描述。如图1所示，典型的熔融工艺使用一种成形结构(异构管(iSOpipe))37，它将熔 化的玻璃(未示出)接收到腔39中。该异构管包括根部41，来自异构管的两个会聚侧 面的熔融玻璃在该根部合并到一起以形成玻璃带15。在离开该根部之后，该玻璃带首先 穿过边缘卷轴27，然后再经过拉动滚筒29。当它沿着该拉伸向下移动时，该玻璃穿过其 玻璃化转变温度区域(GTTR)，如图1中31处示意性地示出的那样。如本领域已知的那 样，在GTTR以上的温度处，玻璃基本上就像是粘性液体。在GTTR以下的温度处，玻 璃基本上就像是弹性固体。当玻璃穿过其GTTR从高温开始冷却时，它没有显示出从粘 性到弹性行为的突然转变。相反，玻璃的粘性逐渐地增大，并且经历了一种粘性和弹性 响应均是可注意到的粘性_弹性状态，最终它变为弹性固体。尽管GTTR因所处理的特定玻璃的不同而有所变化，但是作为LCD玻璃的典型 代表值，具体来讲即康宁公司的代号为鹰2000LCD玻璃，GTTR的上端通常小于或等于 约850°C，GTTR的下端通常大于或等于约650°C，例如，GTTR的下端可以大于或等于 约 700"C。在图1的GTTR之上的一个位置处，边缘卷轴27接触玻璃带15，同时拉动滚筒 29被显示成位于GTTR之内。如果期望的话，拉动滚筒也可以位于GTTR下方。边缘 卷轴的温度低于玻璃的温度，例如，边缘卷轴是用水或空气冷却的。作为该较低温度的 结果，边缘卷轴局部地减小该玻璃的温度。这种冷却减小了玻璃带的变窄，即局部的冷 却帮助控制了在下拉期间产生的玻璃带宽度的减小(例如，通过拉动滚筒29的动作)。 拉动滚筒29通常也比它们所接触的玻璃要冷，但是因为它们位于该拉动方向更靠下方的 位置，所以温度差异可能小于上述边缘卷轴处的温度差异。如图1所示，熔融工艺中所使用的装置可以被分成第一段50(也被称为FDM)和 第二段60 (也被称为BOD)，在第一段50中该玻璃所暴露于其中的空气温度是受控的， 在第二段60中该玻璃暴露于环境温度中。该BOD包括一段70 (也被称为ΤΑΜ)，其中 沿着划线35从玻璃带15中分离出单独的板13。图2示出了用于描述玻璃带15的术语。如本图所示，玻璃带具有外边缘19a、 19b、中心线17以及卷边部分21a、21b，所述卷边部分21a、21b从边缘19a、19b向内朝 着中心线延伸。卷边部分的最厚部分出现在沿着线23a(线23b)之处，卷边部分的内界 限沿着线25a(线25b)，其中，玻璃带的最终厚度首先升到1.05*teento之上，teento是玻璃 带沿着中心线的最终厚度。注意到，1.05*t。mto的厚度被视为优良的或接近优良的厚度。也注意到，如WO 2007/014066中所讨论的那样，最终厚度出现在拉伸方向上的高处，即 在GTTR以上。其后，基于玻璃的热膨胀系数(CTE)，所述厚度随着玻璃冷却而稍微减 小。然而，为了本实用新型的目的，这种基于CTE的收缩可以被忽略，因为它小于百分 之零点几。尽管图2显示出卷边部分21a和21b是对称的，但是在实践中，它们可以具 有不同的宽度，对于这两个卷边而言它们最厚的部分的位置可以是不同的，例如，最厚 的部分未必是在卷边部分的中心处。通常，应该注意到，图1和2不是按规定比例绘制 的，并不旨在显示相对的大小。如图3所示，玻璃带15的横贯拉伸方向的厚度分布是非均勻的，玻璃的卷边部 分比中心要厚，通常厚一个因子2或更大。这导致一种温度分布，即在卷边部分含有局 部最大值，对于玻璃带的大部分长度而言，卷边与中心线相比都是相对更热的(参照图4 或5)。根据本实用新型，已确定在该玻璃带和最终玻璃产品中，卷边部分中的高温引起 了不想要的应力和不想要的形状。已进一步确定，减小卷边温度能更佳地控制玻璃带和 最终的玻璃板的应力和形状。重要的是，对于生产更高一代玻璃板的熔融拉伸机器的稳 定操作而言，卷边温度的选择性改变将变得越来越关键，因为其中玻璃带尺寸会更大并 且玻璃带的大部分位于FDM以下，这增大了玻璃带形状很难管理的可能性。在FDM中，玻璃带的横贯拉伸方向的温度分布先前一直是通过使用阻抗绕组 和冷却卡口来控制的，主要的目标是玻璃带中心附近的优良区域。这些热转移方法并不 旨在并且基本上不改变卷边温度。事实上，针对这一目的，冷却卡口是不够的(参照下 文)。另外，没有作出努力去控制BOD中的玻璃带的温度分布。在该区域中，主要通 过自由对流和辐射让玻璃带自然地冷却。作为缺乏热控制的结果，相对大的局部温度梯度存在于玻璃带的卷边部分中。 这些梯度导致了不想要的玻璃带应力和形状。这些不想要的应力和形状又会导致玻璃板 划线和分离方面的问题、划线期间过大的玻璃带移动程度以及最终玻璃产品的不想要的 应力和形状。与这些先前的实践相反，本实用新型具体地改变玻璃带的卷边部分的温 度，由此减小了与卷边部分高的温梯度相关联的负面影响。根据所追求的特定优点，可 在FDM、BOD、或这两者中改变卷边温度。卷边冷却最好是通过对流空气喷射冷却来实 现(参见下文)。从定量的角度看，控制卷边温度梯度所需的致冷量可以按照下文来确定。考虑两个玻璃条带q(优良或接近优良)和b(卷边)，它们被小的横向距离分 开，例如4英寸(10.16cm)或更小。该q条带位于其最终厚度等于玻璃带中心线处最终厚 度的1.05倍的点处，同时b条带位于所述卷边具有其最大厚度的点处。按一般术语讲， 来自卷边的热通量Qb"与来自优良或接近优良区域的热通量Qq"之间的关系可以写成Q" b = Q" q+AQ"(注意到，在此处和权利要求书中，+Q"的方向是从玻璃到周围环境)进一步假定较薄的q条带是在温度Tq处并且以速率T' q冷却，而较厚的b条带 是在温度Tb处并且以速率T' b冷却。这两个条带在正y方向上以速度ν穿过边缘冷却 区域。在q条带处的冷却速率由此是由下式给出Tq=[0055]对于T' b而言，表达式相似。(注意到，在此处，+y被定义为向下拉伸的距 离，例如，从熔融工艺的异构管的根部开始算起。)将薄条带的厚度定义为tq，将厚条带的厚度定义为tb，玻璃的热发射系数是ε， 玻璃的密度是P，玻璃的热容量是Cp，来自薄条带的每个表面的冷却热通量(Q〃 q)以及 来自厚条带的每个表面的冷却热通量(Q" b)可以被写成
权利要求1.一种使用生产玻璃带的拉伸工艺来制造玻璃板的装置，所述玻璃带具有 G)中心线，Gi)第一边缘， Gii)第二边缘，(iv)第一卷边部分，它始于第一边缘处并且向内朝着中心线延伸，以及 (ν)第二卷边部分，它始于第二边缘处并且向内朝着中心线延伸， 其特征在于，所述装置包括第一和第二喷射，用于将冷却流体施加到第一卷边部 分，其中，第一和第二喷射是(a)位于玻璃带相反的两侧上；(b)瞄准基本上相同的下拉位置和第一卷边上基本上相同的横向位置；以及(c)取向成使得它们向外朝着第一边缘指向。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括 第三和第四喷射，用于将冷却流体施加到第二卷边部分， 其中，第三和第四喷射是(a)位于玻璃带相反的两侧上；(b)瞄准基本上相同的下拉位置和第二卷边上基本上相同的横向位置；以及(c)取向成使得它们向外朝着第二边缘指向。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述流体是空气。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述流体是与水蒸气相结合的空气。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述流体是液态水。
专利摘要本实用新型提供了一种使用生产玻璃带的拉伸工艺来制造玻璃板的装置，所述玻璃带具有(i)中心线，(ii)第一边缘，(iii)第二边缘，(iv)第一卷边部分，它始于第一边缘处并且向内朝着中心线延伸，以及(v)第二卷边部分，它始于第二边缘处并且向内朝着中心线延伸，所述装置包括第一和第二喷射，用于将冷却流体施加到第一卷边部分，其中，第一和第二喷射是(a)位于玻璃带相反的两侧上；(b)瞄准基本上相同的下拉位置和第一卷边上基本上相同的横向位置；以及(c)取向成使得它们向外朝着第一边缘指向。
文档编号C03B17/06GK201793473SQ20102013877
公开日2011年4月13日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年2月27日
发明者E·朴, K·W·阿尼奥莱克, L·R·德帕尔, S·R·伯德特 申请人:康宁股份有限公司