CN101479202B - 减少由玻璃带生产的玻璃片中的应力变化的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在玻璃垂直拉制法中，一个位于玻璃成形装置(41)和玻璃片分离装置(20)之间的边缘引导装置(33)使从玻璃带上除去的玻璃片的水平运动减少，并造成由所述方法制造的玻璃片的上部边缘和底部边缘之间的应力水平差异减小。该边缘引导装置也能使垂直拉制法制造的连续玻璃片之间的应力水平的变化减小。

Description

减少由玻璃带生产的玻璃片中的应力变化的方法和设备
I.发明领域
本发明涉及玻璃片，诸如在显示设备(诸如液晶显示器(LCD))中用作基片的玻璃片的生产。更具体地，本发明涉及用于减少比如在这类显示器的生产过程中玻璃基片被切割成小份时显示出的变形的量的方法。
II.背景技术
显示设备被用于各种应用。比如，薄膜液晶显示器(TFT-LCD)用于笔记本电脑、平板桌面监视器、LCD电视和互联网与通信设备，上面仅仅是几个例子。
许多显示设备，诸如TFT-LCD面板和有机发光二极管(OLED)面板都是直接由平坦玻璃片(玻璃基片)制成。为了增加生产率和减少成本，一般的显示屏生产工艺在单片基片或基片的子片上同时生产多个面板。在这种工艺的各个点，基片沿着切割线被分成几份。
这种切割使玻璃内的应力分布发生变化，具体地，玻璃通过真空抽气变得平坦的时候，其中的应力呈平面分布。更具体地，切割解除切割线处的应力，从而使得切割边缘处没有牵引力。这种应力解除通常导致玻璃子片通过真空抽气变得平坦的形状发生变化，这种现象被显示器生产商称为“变形”。尽管形状变化的量通常十分小，但鉴于现代显示器中使用的像素结构，由切割产生的变形已经足够大以致可以产生大量有缺陷的(不合格的)显示器。因此，变形问题受到显示器生产商的极大关注。关于切割产生的可允许变形的标准可以低至2微米或更小。
本发明涉及控制变形，具体地，涉及用于控制由玻璃片切割的子片的变形的方法，所述玻璃片是通过垂直拉制法，诸如下拉法、溢流下拉法(也被称为熔融法)、上拉法或类似方法生产的。
III.发明内容
根据第一方面，本发明提供一种使用垂直拉制法生产玻璃片(11)的方法，所述方法包含以下步骤：
(a)使用成形装置(41)使玻璃带(13)成形，所述玻璃带(13)具有中心区(51)和两个边缘区(53)、(55)，每个边缘区都具有第一侧和第二侧；
(b)使用分离装置(20)从玻璃带(13)连续移去玻璃片(11)，这形成了横跨玻璃带(13)宽度的分离线(47)，所述分离装置(20)位于所述成形装置(41)的下方；和
(c)引导玻璃带的边缘区(53)、(55)的第一侧和第二侧进入具有边缘引导装置(33)的垂直平面内，所述边缘引导装置(33)位于分离装置(20)的上方。
在本发明的某些实施方式中，步骤(c)减少至少一部分玻璃带中心区(51)沿水平方向的运动，所述部分位于成形装置(41)和分离装置(20)之间。根据这些实施方式，所述部分的玻璃的温度可以在该玻璃的玻璃化转变温度范围内。尽管不希望受任何特定操作理论的约束，但是我们相信，通过这种方式，由切割玻璃带(13)制得的玻璃片(11)的应力水平变化至少在一个位置被减小，比如沿玻璃片(11)的至少一个边减小。
根据第二方面，本发明提供一种引导玻璃带(13)的边缘区(53)或(55)进入一个垂直平面的装置，所述装置包括：
(a)一条导轨(49)；
(b)安装在支承件(63)、(67)上的第一组垂直间隔的轮子(35)，每一个所述轮子都具有玻璃接合表面(71)；和
(c)安装在支承件(65)、(69)上的第二组垂直间隔的轮子(35)，每一个所述轮子都具有玻璃接合表面(71)；其中，支承件(63)、(65)可滑动地安装在导轨(49)上以便轮子(35)可以被移动至与玻璃带(13)接触的位置或被移离该接触位置。
为了方便陈述，我们将根据玻璃片的生产来说明本发明并要求予以保护。应该理解，在说明书和权利要求中，词语“玻璃”意在包括玻璃和玻璃陶瓷材料。
同样地，短语“玻璃的温度”指玻璃带中心线处的表面温度。这种温度可以用多种本领域已知的技术来测量，诸如高温计和/或接触式热电偶温度计。
用于以上本发明各方面的简述中的引用号仅仅是为读者方便而设，无意也不应该被解释成对本发明的范围构成限制。更一般地，应该理解，以上的综述和随后的详细描述展现的仅仅是本发明的示例，并意在为理解本发明的本质和特征而提供一种概观或框架。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体描述中叙述，本领域的技术人员能容易地从这些描述中明白或通过实施本文描述的发明认识到其中的一部分。附图被包括在内以提供对本发明的进一步理解，附图被包括在本说明中并构成本说明的一部分。这些附图不是按比例绘制的。也应该理解，可以使用本说明和附图中公开的本发明的各种特征的任意组合或所有组合。
IV.附图说明
图1是由拉制法形成的玻璃带的例子的示意图，该玻璃带将被切割成单独的玻璃片。该图说明了玻璃带的边缘区相对于其中心线和中心区的位置。
图2A、2B和2C说明从运动的玻璃带分离得到玻璃片。
图3A、3B和3C是根据本发明构成的引导设备的俯视图。图3A显示打开状态下的引导设备，图3B显示关闭状态下的引导设备。
图4A和4B显示根据本发明构成的引导设备的正视图。图4A显示打开状态下的引导设备，图4B显示关闭状态下的引导设备。
图5显示作为玻璃片成形生产线的部件安装的图3A、3B、4A和4B的引导设备。
V.发明详述及其优选实施方式
图1显示一种代表性的包含中心区(51)(玻璃带的优质部分)和两个边缘区(53)、(55)(玻璃带的非优质或“片缘(bead)”部分)的玻璃带(13)，作为这些区与拉伸辊的一边或多边接触的结构，其通常含有滚花图案。该图还显示了玻璃带的中心线(57)和分离线(47)，在分离线处单独的玻璃片(11)离开玻璃带。
图2A、2B和2C显示了合适的分离装置(20)，根据本发明，它能用于从玻璃带(13)上除下单独的玻璃片(11)。该装置的类型为共同受让人Andrewlavage Jr.的美国专利第6,616,025号中公开的类型，该专利的内容通过引用结合于此。如果需要，具有不同构造和功能的其它仪器当然也能被用于实施本发明。
图2A、2B和2C中，引用号(41)都代表生产玻璃带(13)的成形装置，比如用于生产LCD玻璃的溢流下拉法型成形装置。因为这类成形装置是本领域所已知的，所以它的细节被省略以便不打断本发明的说明。其它类型的玻璃成形装置(比如槽口下拉型装置)当然可以与本发明联合使用。如溢流系统一样，这种装置也是玻璃生产领域普通技术人员所知的。
图2A、2B和2C中的编号(43)代表包括片夹(45)的片材运输系统，该系统用于将分离的片材运送至生产工艺的下一站，比如边饰站、检查站等。同样地，因为这类装置是本领域已知的，所以它的细节被省略以便不打断本发明的说明。当然，在实施本发明时可以使用本文没有例举的装置。
图2A显示了玻璃带(13)的前部边缘已经通过刻痕亚装置(21)并正在进入片材去除亚装置(15)区域时的整体系统。刻痕亚装置(21)可以包含铁砧(23)、划线针(25)和划线针运输装置(27)。通常，刻痕装置可以为移动划线针型或移动铁砧型，但是，如果需要，也可以使用其它类型的刻痕系统，比如基于激光的系统。
片材去除亚装置(15)可以包括携带片接合构件(19)的框(17)，所述片接合构件(17)比如配置在尺寸小于片(11)的长和宽的矩形的四个角上的四个面板接合构件。该面板接合构件(19)可以是比如软真空吸盘，但是，如果需要，可以使用其它能接合玻璃片的装置，比如夹具。按需要，可以使用多于或少于四个面板接合构件。
片材去除亚装置(15)可以包含通过连接器装置(31)与框(17)连接的运输装置(29)。运输装置(29)可以是提供框和连接器装置的线性和旋转运动的工业机械臂和/或固定自动装置。较优地，一旦玻璃片在分离线(47)上离开玻璃带后，连接器装置(31)立即控制框(17)和附着的玻璃片相对运输装置“下降”。
图2B显示了通过划线针(25)在玻璃带上形成分离线(47)。该图也显示，面板接合构件(19)与玻璃片接合。该接合操作可以在板被刻痕之前或之后发生。可以通过使用相对玻璃片坚硬的面板接合构件定位球结合不会造成不适当的片材移动的足够软的结合构件，比如软真空吸盘来实现接合。
如果在刻痕后进行接合，那么接合不应该在刻痕线的周围产生弯曲力矩，因为这会造成面板(pane)过早地离开玻璃片。即，完成接合的同时需要保持玻璃的平面性。通过控制最上方的面板接合构件和刻痕线之间的距离可以实现减小接合过程中的弯曲力矩。
无论片材去除亚装置(15)是在刻痕操作之前或之后与面板接合，该亚装置都需要在使面板离开玻璃带的弯曲力矩被施加之前附着于面板上。只要维持玻璃的平面性，玻璃带(13)才能在即使刻痕之后也能保持大多数的重量。只有当通过施加弯曲力矩使分离线打开并沿着板推进时，板才会失去其强度，该弯曲力矩在玻璃中产生张力/压力梯度。
图2C说明弯曲力矩的施加。如该图中所示，优选弯曲力矩被施加在片的第一侧(非刻痕侧)附近，以铁砧(23)作为发生旋转的止点。在其优选的实施方式中，连接器装置(31)立即从连续运动的玻璃带(13)的前部边缘移去分离的玻璃片的后部边缘。通过这种方法可以最大程度地减少边缘的损坏。
实际上，我们已经发现，当玻璃带(13)离开成形装置(41)并朝着分离装置(20)移动时，玻璃具有一种卷曲和不维持垂直移动的趋势。因为玻璃带的长度增加，其重量变得足够大以致将玻璃拉回垂直平面。这种运动在片材去除亚装置的底部的水平上的级别可以是50毫米或更多，它会造成玻璃带的形状沿其长度具有暂时的变化。具体地，这种运动能造成玻璃带正在经过玻璃的玻璃化转变温度范围(GTTR)的部分产生形状变化。
我们还发现，当机械臂绕铁砧弯曲玻璃片(11)时，玻璃片(11)与玻璃带(13)分离，玻璃带有一种移动的趋势，这种移动沿着玻璃带(13)以位移波的形式向上运动。这种波最终到达玻璃带正在经过玻璃的GTTR的部分，造成在GTTR中玻璃带形状的变化。
在熔融法或其它类型玻璃生产工艺中，当玻璃带冷却时，制成玻璃带的玻璃不仅在物理尺寸上而且在分子水平上都经历复杂的结构变化。通过在玻璃带从成形装置移动至分离装置时仔细控制其冷却，可以实现由位于比如熔融法中使用的溢流槽(isopipe)的底部的柔软的、约50毫米厚的液体形式转变为坚硬的、约半毫米厚度的玻璃片。
玻璃经过其GTTR时是冷却过程的关键部分。具体地，因为玻璃在GTTR以及GTTR以上和以下范围内的表现，GTTR对扭曲起到关键的作用。在GTTR以上的更高温度下，玻璃的性能基本上如同液体：它对所施加的应力的响应是应变率，基本上检测不到任何弹性响应。在GTTR以下的更低温度下，玻璃的性能如同固体：它对所施加的应力的响应是有限应变，基本上检测不到任何粘性响应。
当玻璃从一个高的温度冷却并经过GTTR时，它不会表现出从类似液体至类似固体的突然转变的行为。而是，玻璃的粘度逐渐增加并经过同时可观察到粘性响应和弹性响应的粘弹性体制，最终玻璃的性质类似固体。当玻璃经历该过程时，它可以为恒定的形状，该形状会影响玻璃中应力的量，并因此在玻璃于比如LCD显示器的生产中被切割成子片时影响表现出的变形的量。
已经发现，当玻璃带长度增加时由玻璃带重量的增加，或由玻璃片与玻璃带分离造成的位移波引起的形状变化会造成GTTR中玻璃带形状变化的“凝固”，并因此造成从玻璃带上切割下来的玻璃片的应力水平的变化。具体地，因为这种形状的变化(或同等地，部分玻璃带离开垂直平面的运动)是发生在片材成形过程中，所以这导致玻璃片的上部和下部的形状不同，并因此产生不同的应力值和不同的应力值变化。然后，当玻璃带被切割成子片时，各边的应力值的差异影响片材的变形值。
当生产诸如LCD显示器之类的产品中采用的玻璃片的长度增加时(比如，长度大于约950mm)，在成形装置下方玻璃带离开平面的运动的几率也增加。更薄的玻璃片也显示出片运动的增加，比如，厚度小于0.7mm的玻璃片，诸如厚度为0.5mm的玻璃片显示更多的离开平面运动。通常，更大的形状变化继而会使从玻璃带上切割下来的玻璃片的应力水平和应力变化性水平增加。因此，为了有效地减少玻璃中的应力变化，需要控制形状的变化性。
我们已经发现，在片分离过程中GTTR中的玻璃带的形状变化至少较大部分地取决于玻璃带在GTTR和分离线之间的运动，即在基本低于GTTR的位置处。这种运动沿玻璃带向上方传递并在GTTR内被锁定在玻璃中。
为了减少玻璃带在GTTR内的运动量，本发明在分离线的以上对玻璃带的运动进行机械限制，在一个实施方式中，所述机械显著装置在尽可能靠近分离线的位置，没有干扰刻痕亚装置(21)的边缘引导器件(33)。正是在该区域中，玻璃带离开垂直平面运动的趋势最大。这种限制在整个增长和单独片的分离过程中帮助玻璃带保持在基本垂直的平面内或其它选择的方向。这种限制作用减少玻璃片从玻璃带上被切割和移去之前的水平运动，这继而减少玻璃带在分离装置的更上部位置处的水平运动，包括玻璃带在GTTR中的水平运动。通过这种方法得到应力变化性水平降低的玻璃片。具体地，样品之间的应力更加一致并且上部边缘的应力与下部边缘的应力更相似。
边缘引导器件(33)可以位于成形装置(41)以下、刻痕线(47)以上的任何位置。边缘引导器件(33)较优地位于刻痕线(47)以上并靠近刻痕线(47)，因为其可以在其它机械装置的物理限制之内，所述其它机械装置包括划线针(25)和划线针运输装置(27)。
比如，在分离线以上玻璃带的水平运动被约束时生产的50块连续玻璃片与相同条件下没有这种限制装置时生产的50块连续玻璃片相比，至少在一个部位具有更小的应力值标准偏差。我们观察到，应力值标准偏差减小约40％。
如本领域已知的，使用双光折射技术可以测量玻璃片的一个或多个位置的应力水平。通常在玻璃片通过抽真空抵靠在平坦表面上的情况下进行这种测量。测量实施的位置可以分布于整个玻璃片的二维表面或仅仅处于限制数量的位置，比如沿玻璃片的一个或多个边缘和/或玻璃片上预定的参考位置，比如靠近玻璃片将被分割成子片的线的位置。
为了不降低玻璃质量，本发明的限制装置施加在沿边缘区，即玻璃带的非优质区。即，限制装置设计成在不接触优质区的情况下使玻璃带稳定。同样地，在其优选的实施方式中，用于对玻璃带实施限制的装置具有可以容易地整合在已经存在的分离装置的上方的结构。
图3和图4说明在可以用于本发明的边缘引导装置的代表性装置，图5说明该装置与代表性的成形装置(41)、刻痕亚装置(21)和片材去除亚装置(15)的整合。如从这些图中可看到的，该装置提供垂直平面引导轮，该引导轮可以位于玻璃带(13)的非优质边缘区(53)和(55)的前、后(第一、第二)表面上。
更具体地，图3A和3B是边缘引导装置的俯视图，图4A和4B是主视图。图3A和4A显示该装置开放的非引导式结构，而图3B和4B显示其边缘引导式结构。这些结构之间的转换可以使用常规动力来实现，诸如人工螺钉调节电动机或气动驱动。
如这些图中所示，该装置可以包含一个与臂(63)和(65)可滑动地连接的主体或导轨(49)。臂(63)和(65)继而与携带多个轮子(35)的导轨(67)和(69)相连，轮子(35)的玻璃接合表面(71)在基本垂直的平面中一个接一个沿纵向对齐。虽然图4-5中显示了两对轮子，但是在实施本发明时可以按需要使用更多对轮子。
这些轮子可以具有任意合适的直径。比如，轮子的直径可以为约1至10英寸、或约2至约6英寸、或约3至约4英寸。轮子可以如此安装在在每一个支承导轨(67)和(69)上，当轮子是新的之时，它们尽可能相互靠近但不互相接触。当轮子随着使用而磨损时，它们之间的间隔增大。较优地，新的相邻轮子的间隙可以约是1英寸或更小，但是，它们可以分隔得更开。任意两个相邻的轮子(35)不应该相隔太远以致于另一个轮子(35)可以被安装在它们之间，并具有上述最小间隙。
这些轮子的宽可以是任意合适的宽度。比如，轮子的宽度可以为约1/4至约4英寸、或约1/2至约3英寸、或约3/4至约2英寸。
因为纠边装置位于分离装置(21)的上方，所以工艺中该点处的玻璃温度较高。这需要在构建该装置中使用任意现在已知的或尚未被发现的合适的耐热材料。轮子(35)不需要被驱动以避免过多热量积累，而是通过与玻璃带的边缘区表面接触，能够简单地被允许进行旋转运动。但是，如果需要，可以使用驱动轮。
在本发明的另一个实施方式中，导轨(67)和(69)通过球形接头之类的配件被可旋转地安装在臂(63)和(65)上。这为边缘引导装置的轮子提供至少三种维度的运动并允许边缘引导装置在不同于纯垂直的方向上保持玻璃带(13)的边缘并对玻璃带(13)施加水平张力。
实际上，我们使用了图3和图4中显示种类的两个引导器件，一个引导边缘区(53)，另一个引导边缘区(55)(见图1)。每一个引导器件在水平平面中被调节以便当它延伸至分离线时与玻璃的垂直平面相符合。较优地，这两种器件都设计成能单独调节。通过这种方法，当玻璃带的两个边缘不在同一个垂直平面中时，这些器件可以被用于玻璃带。
器件的玻璃接合表面可以在水平平面中独立运动，以便这些表面与玻璃的距离可以单独调节。在一个实施方式中，轮子可以被移动至紧密靠近玻璃带，大约到达玻璃带的1/8”以内。在另一个实施方式中，玻璃接合表面(71)依靠在玻璃带(13)上，或可以调节该接合表面以便在玻璃带(13)上施加压力。
在一个方法中，玻璃带的一个侧面上的一组轮子被调节至所需的位置，该位置紧靠玻璃带或接触玻璃带。然后，另一侧的一组轮子被调节至紧靠玻璃带或与玻璃带接触的位置，以便玻璃带一侧的轮子的玻璃接合表面与玻璃带另一侧的轮子的玻璃接合表面相对，如图4B和图5中所示。
应该注意，不仅玻璃带通常表现出卷曲，以致玻璃带的底部不是直接位于玻璃带上部的下方，而且，玻璃带可以在其宽度呈现出许多形状。当玻璃带的横截面不是直线时，通常情况都是如此，边缘区(53)和(55)从俯视方向观察可能不处于相同的直线上，并且可能相互不平行。我们已经发现，当轮子(35)旋转并对齐，使得轮子(35)的面(71)基本上与玻璃带的边缘区(53)和(55)平行时，得到上佳的结果。比如，可以在如上所述将轮子(35)移动至紧靠玻璃带或与玻璃带接触之前实施该对齐操作。
引导器件可以被定位，使得该边缘引导器件的轮子(35)对玻璃带施加水平张力或拉伸。通过使轨道(67)和(69)在玻璃带平面中绕位于中心(位于轨道中心)的球形接头旋转，使得边缘引导装置的上部轮子比边缘引导装置的底部轮子更靠近玻璃带(13)的中心(57)，可以达到上述效果。
虽然我们已经描述了举例说明本发明的具体实施方式，但是应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明作各种修改。
比如，本发明可以用于生产用于显示器的任何类型的玻璃的生产中，或者本发明可用于使用薄玻璃片的其它应用中。作为代表性的实施例，玻璃可以是康宁(Corning)公司的编码1737玻璃、或编码鹰牌(Eagle)XG玻璃、或由其它生产商生产的用于显示器应用的玻璃。
本领域的普通技术人员将很清楚本文公开内容的各种不脱离本发明范围和精神的其它变形体或修改体。所附权利要求书意在包括本文所述的具体实施方式以及这种变形体、修改体和等同物。

Claims (6)

1.一种通过垂直拉制法制造玻璃片的方法，该方法包括：
a.使用分离装置连续从玻璃带上移去玻璃片；和
b.使用边缘引导装置引导玻璃带的每一个边缘区的第一侧和第二侧，所述边缘引导装置位于分离装置的上方，其中所述边缘引导装置包括至少第一对、第二对、第三对和第四对相对的轮子，第一对和第二对引导玻璃带的一个边缘区，第三对和第四对引导玻璃带的另一个边缘区，每一个轮子的玻璃接合表面被移动至与玻璃带接触，每一个轮子的玻璃接合表面被转动一定角度，使得玻璃带的侧面被迫成为基本上平的轮廓。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃带是使用成形装置形成的，并且所述边缘引导装置位于成形装置和分离装置之间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边缘引导装置减少玻璃带的一个区域中的玻璃带的水平运动，所述区域位于边缘引导装置和成形装置之间并且该区域的温度处于玻璃带的玻璃化转变温度范围内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，50块被连续移除的连续玻璃片与相同条件下没有边缘引导装置时生产的50块连续玻璃片相比，前者至少在一个位置处具有更小的应力值标准偏差。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个轮子的玻璃接合表面被转动一定角度，使得每个轮子的玻璃接合表面基本上与轮子所引导的玻璃带的边缘区平行。
6.一种通过垂直拉制法制造玻璃片的方法，该方法包括：
a.使用分离装置连续从玻璃带上移去玻璃片；和
b.使用边缘引导装置引导玻璃带的每一个边缘区的第一侧和第二侧，所述边缘引导装置位于分离装置的上方，其中所述边缘引导装置包括至少第一对、第二对、第三对和第四对相对的轮子，其中，第一对和第二对引导玻璃带的一个边缘区，第三对和第四对引导玻璃带的另一个边缘区，所述玻璃带的一侧上的轮子被移动至紧邻玻璃带，然后所述在玻璃带的另一侧上的轮子被移动至紧邻玻璃带。
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