CN101495417B - 形成边缘稳定性增加的玻璃基板的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于形成玻璃基板的设备，其中，设备的设计参数，即设备的会聚成形表面的垂直高度L与在该设备的网状物部分上面的熔融玻璃流动相关。

Description

形成边缘稳定性增加的玻璃基板的设备和方法

发明背景 

发明领域

本发明一般涉及形成玻璃基板的设备，更具体地涉及基于玻璃质量流量的设备的设计标准。 

技术背景

液晶显示器(LCD)形式的玻璃显示板正在被越来越多地用于各种用途-从手持式个人数据助手(PDA)到计算机显示器到电视显示器。这些应用需要具有无缺陷原始表面且厚度均匀的玻璃片。LCD由至少若干这样的玻璃薄片(如＜0.7毫米)组成，这些玻璃薄片密封在一起，形成封套。玻璃显示板，特别是LCD显示板的市场持续增长，导致对用于制造显示板的薄玻璃基板的需求增加。 

一种制造用于光学显示器的玻璃的方法是溢流下拉法。美国专利第3,338,696和3,682,609号(Dockerty)(其全文参考结合于本文)公开了一种熔融下拉法，该方法包括使熔融玻璃在成形楔(通常称作溢流槽(isopipe))的边缘或堰上流动来制造平板玻璃。所述熔融玻璃在所述溢流槽的会聚成形表面上流过，在两个会聚成形表面相遇的顶端或根部，独立的物流重新结合，形成玻璃带。因此，与成形表面接触的玻璃位于玻璃板的内部，而玻璃板的外表面是无接触的。将牵拉辊置于溢流槽根部的下游，俘获所述玻璃带的边缘部分，以调节所述玻璃带离开溢流槽的速率，从而帮助确定完成的玻璃板的厚度。在玻璃带从溢流槽跟部下降通过牵拉辊的时候，其冷却形成固态的弹性玻璃带，然后将该玻璃带切割形成较小的玻璃板或基板。 

随着对显示器玻璃的需求的增加，玻璃基板制造厂面临扩大生产的要求。一种方法是另外安装拉制设备。但是，这种选择涉及相当大的资本投入。更加经济而有效的方法是提高任意指定拉制设备的玻璃流量。但是，增加流量通常需要扩大溢流槽的尺寸(如溢流槽宽度)，以保持稳定的边缘流量。下拉法本身在下拉方法的诸多条件之间达到良好平衡，这些工艺条件在各次拉制之间可以变化。因此，简单地增加玻璃流量往往存在很大困难。此外，不仅仅是对玻璃基板的需求增加，显示器的尺寸也在稳步增大。这将需要更大的基板来保持有效的规模经济。结果，需要较大 (如较宽)的拉制设备以及增加玻璃流量。需要的设计方案为能在给定拉制条件下增加玻璃流量，但不会超出拉制法的稳定性限制，或者投入由小型稳定的拉制设备按照比例放大的大型拉制设备。 

发明概述 

本发明的一个实施方式包括用于形成玻璃片的设备，该设备包括成形楔，所述成形楔具有一对在成形楔根部会聚的向下倾斜的成形表面部分并具有在根部上为L的垂直高度；沿成形表面的垂直边缘部分延伸的边缘引导件；以及与成形表面连通的网状部分，用于截取在该网状部分上的G磅/小时-英寸的玻璃流并使其薄化，其中G/L³大于约0.0017磅/小时/英寸⁴。优选G/L³大于0.002磅/小时/英寸⁴。 

在另一个实施方式中，公开了一种形成玻璃基板的方法，该方法包括：使熔融玻璃在成形楔上面流动，所述成形楔具有一对在成形楔底部会聚并形成玻璃拉制线的向下倾斜的成形表面部分，并具有在拉制线和与倾斜的成形表面部分的顶部相交的水平面之间为L英寸的垂直高度，包含与成形表面连通的网状部分的边缘引导件，用于截取在网状部分上的G磅/小时-英寸的玻璃流并使其薄化，其中G/L³大于约0.0017磅/小时/英寸⁴。 

在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。 

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的一些实施方式，并与说明书一起用来说明本发明的原理和操作。 

附图简述 

图1是本发明一个实施方式的设备一端的局部剖面图，该设备包括用于熔融拉制玻璃带的成形楔。 

图2是图1所示的成形楔的闭合透视图，示出边缘引导件，并包括边缘引导件的网状部分。 

优选实施方式的详细描述 

下面详细描述本发明的示例性实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。 

过去有关成形楔的经验涉及迭代过程(iterative process)。设计、制造成形楔并进行试验，以评价其性能。一种不稳定的成形楔，如在该成形楔中由其拉制的玻璃板的边缘至边缘的宽度随时间发生变化，这种成形楔需要以另一种成形楔的设计和制造来进行改进。这一过程一直持续到实现设计特征的适当组合。然而，边缘稳定性可被证实是含糊的，因为成形楔的几何特性是随时间变化的，正如各种过程变量那样，如温度分布、玻璃流动变化等。成形楔本身需经历异常恶劣的条件，因为形成玻璃所需的高温使成形楔随时间发生下垂或蠕变，熔融玻璃会缓慢溶解制造该成形楔的材料，通常是氧化锆。因此，可证明具体成形楔的性能对工艺条件敏感，导致边缘稳定性的变化。在需要增加成形楔尺寸时尤其如此。 

对平板显示器尺寸的一个限制是形成用作显示器基板的大原始玻璃板的能力。虽然第一代玻璃板的尺寸(如宽度)小于1米，但是，目前的生产能够形成宽度为几米的原始玻璃板。 

为实现尺寸的增大，显示器玻璃制造厂必须增大成形楔(溢流槽)的尺寸，特别是宽度。过去一般是以上一代形成楔为起点进行的。然后使用这种成形楔作为下一成形楔的模板，下一代是上一代的尺寸放大。 

然而，即使以具有相对良好的边缘稳定性的成形楔作为下一代设计的基础，也常常不能成功地进行比例放大。例如，研究发现，只增大成形楔的尺寸(宽度)而不增大边缘引导件网状部分的尺寸，会产生不稳定的边缘流动，或者至少是对工艺条件敏感的边缘流动。因此，在构造能提供稳定边缘流动的较大的下一代成形楔并投入生产之前，需要制造几个成形楔，同时改变一些设计参数(如，宽度、槽的几何特性等)。不难理解，这种无目的地形成成形楔的方法不是所希望的。 

采用本发明的方法不仅能够制造具有稳定边缘流动、用于溢流下拉形成玻璃板的第一成形楔，而且有利于配置通过原始成形楔缩放而成的、也能产生稳定边缘流动的不同尺寸的成形楔。 

按照本发明用于原始玻璃板的溢流下拉的设备10示于图1。如图1-2所示，设备10包括成形楔12，其包括由壁部分16在其纵向侧界定的向上开口的沟槽14，所述壁部分16在其上端终止于相对的纵向延伸的堰或唇18。该堰或唇18与成形楔12的相反的外部板成形表面连通。如图所示，成形楔12设有与唇18连通的一 对基本上垂直的成形表面部分20，和终止于基本上水平的下部顶点或根部24的一对向下倾斜的会聚表面部分22，该下部顶点或根部24形成笔直的玻璃拉制线。 

熔融玻璃26通过与沟槽14连通的传输通路28送入沟槽14。对沟槽14的馈送可以是单端的或如果需要可以是双端的。一对限制坝30设置在溢流唇18上方，该坝与沟槽14的每端相邻，以将熔融玻璃26的自由表面32的溢流引导为分开的物流，并使其沿着相对的成形表面部分20、22向下流到根部24，在那里分开的物流(以虚线示出)会聚以形成一片原始表面的玻璃带34。然后，通过牵拉辊35拉制该玻璃带。 

一对边缘引导件或校正器36在成形楔的每个纵向端部设置，以使边缘引导件沿着楔的每个纵向端的垂直边缘延伸。因而，为每个成形楔12设置四个边缘引导件，成形楔的每个角落一个.边缘引导件36由两个主要部分组成，包括：突出的边缘表面部分38，沿它们的垂直长度与楔的成形表面部分的纵向端相交；网状物或倒角部分40，在突出的边缘表面部分38和向下倾斜的会聚表面部分22之一之间延伸并与它们连通(相交)。 

网状部分40与边缘表面部分38沿A点和B点之间的交线42相交，并且还沿A点和C点之间的交线44与倾斜的成形表面部分22相交。因此，交线44从A点至C点对角向下延伸，沿成形楔10的根部或顶点24从突出的边缘表面部分向内间隔距离d。类似地，交线42从A点向下延伸到边缘表面部分38上的B点。在一些实施方式中，C点位于穿过根部24的水平面上。但是，在其他实施方式中，C点可位于水平面的上面或下面。网状部分40的底部边缘46从B点延伸到C点。底部边缘46可以是或者可以不是直线。 

如之前所提到的，根据本实施方式，楔构件10包括多个边缘引导件。具体地说，一对边缘引导件36设置在成形楔的每侧上，每个垂直角落一个，使得两个这种楔形引导件相对设置在成形楔的每个纵向端。 

熔融玻璃沿会聚成形表面22的向下流动被网状部分40沿其与倾斜的成形表面22相交部分44的对角线截取。向下流动的边缘部分首先被倾斜的成形表面引导支承，然后被边缘引导件36的网状部分40支承。 

网状部分40提供润湿的长度，该长度位于水平方向，大于它截取的成形表面22的长度，并使可以获得的有用的玻璃板的宽度最大化。而且，网状部分40将在其上流动的玻璃铺展或薄化，因此，在熔融玻璃物流离开网状部分的底部边缘46之前，实际减小了其纵向边缘的厚度。 

在图2中示出了在网状部分40上流动并与之接触的玻璃流的直线宽度，标为距离d，如前面定义的，它是边缘引导件36的边缘表面部分38沿根部24向内的距离。该流体的流速表示为G(磅/小时/英寸，英寸是从边缘表面部分38至C点的距离的单位)。因为通常有四个边缘引导件和四个网状部分，G一般表示为在所有网状部分上的质量流速的平均值。 

如上面所述，在采用熔制法的玻璃制造系统中制造的玻璃基板必须具有能用于如平板显示器之类的器件的均匀厚度。为保证均匀的厚度，本发明人进行了研究，并确定了一种改进熔制方法的方式，以制造这种玻璃基板。特别是，本发明人发现，通过控制熔融玻璃26在成形设备10中的质量分布，可以直接影响玻璃基板的质量/特性。同样，本发明的主题涉及控制在成形设备10上流过的熔融玻璃26的质量流速。 

已知充分的熔融过程产生具有恒定厚度的大面积的玻璃带34。还希望在拉制玻璃带时玻璃带的宽度不发生变化，即玻璃带的边缘保持稳定。本发明人确定，如果在网状部分40的顶表面52(即沿距离d)溢流的玻璃质量流速与会聚成形表面22的顶部50的高度L的三次方即L³的比值(即G/L³的数值)保持大于或等于约0.0017磅/小时/英寸⁴，更优选大于或等于约0.002磅/小时-英寸⁴，则能实现边缘稳定性。 

应注意，上面所示的条件对在熔融下拉法中建立边缘(玻璃代宽度)稳定性有用，将在网状部分表面上通过的玻璃层上施加的张力保持在较小的能力也是有益的。所涉及的力包括将玻璃保持在网状物表面上的粘附力和将玻璃从边缘引导件(网状物)表面拉下的所应用的力(重力和牵拉辊35)。这些力试图将玻璃片从边缘引导件拉出，可能造成片宽度的变化。因此，希望粘附力至少和所应用的力一样大，优选明显大于所应用的力。通常，边缘引导件包括难熔金属，如铂，以承受玻璃成形时的高温(通常超过1000℃)。研究发现，用于制造显示器件的硅酸盐玻璃对铂的湿润较差，因为玻璃与铂表面完全分开。此外，硅酸盐玻璃能对某些陶瓷材料如氧化铝或氧化锆高度润湿。因此，用陶瓷材料如氧化铝和/或氧化锆至少涂覆贵金属(如铂)的网状物部分以提高粘附力是有利的。或者，网状物部分可以是成形楔整体(如单块)部分，因为网状物部分可以作为成形楔的一部分进行浇铸或机加工。在一些情况下，网状物部分可以作为单独的陶瓷部件制造，然后安装在成形楔上。对作为成形楔的整体或单块部分的网状物部分进行机加工的优点是减少使用昂贵的贵金属，并消除在成形楔和会聚成形表面的交叉处的表面发生破坏的现象，这些表面的破坏可能造成玻璃流动中断。在一些实施方式中，边缘引导件，更具体是边缘 引导件的网状物部分和/或成形楔可以部分或整体使用在提交于2004年12月30日的美国专利申请第60/640686号中描述的任意的难熔材料制造，该专利申请全文参考结合于本文。这些材料的例子包括氧化锆、磷钇矿(xenotime)型材料、磷钇矿稳定的氧化锆型材料，以及磷钇矿稳定的氧化锆型材料加磷钇矿型材料，或它们的组合，如上述参考文献中定义和所述的。 

当然，对本领域技术人员而言显而易见的是，由于有了具有稳定边缘流动(即稳定的边缘至边缘的宽度)的成形楔，本发明提供了将成形楔按比例放大的能力。即，按照以下标准可设计下一代成形楔： 

G＝G_参照.(L/L_参照)³        (1) 

其中G是在下一代成形楔的网状物部分上的质量流速，L是下一代成形楔的会聚成形表面的垂直高度。G_参照和L是那些与现有或以前的成形楔相同的参数。如前面指出的，G通常表示为成形楔的所有网状物部分的平均质量流速。 

对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以在不偏离本发明的范围和精神的前提下对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明意在覆盖对本发明的修改和变动，只要这些修改和变动在权利要求书和其等同项的范围之内。 

Claims (7)

1.一种形成玻璃基板的方法，该方法包括：

使熔融玻璃在成形楔(12)上面流动，所述成形楔具有一对在成形楔底部会聚并形成玻璃拉制线的向下倾斜的成形表面部分(22)，并沿其形成玻璃拉制线(24)，并具有在拉制线和与倾斜的成形表面部分的顶部相交的水平面之间为L英寸的垂直高度，包含与成形表面连通的网状部分(40)的边缘引导件(36)，用于截取在网状部分上的G磅/(小时·英寸)的玻璃流并使其薄化；和

其中，G/L³大于0.0017磅/(小时·英寸⁴)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，G/L³大于0.002磅/(小时·英寸⁴)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与流动玻璃接触的网状物部分是陶瓷材料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网状物部分包含选自下组的陶瓷材料：氧化锆、氧化铝、磷钇矿型材料、磷钇矿稳定的氧化锆型材料，或它们的组合。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网状物部分是由涂覆陶瓷的难熔金属构成。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网状物部分是成形楔的单块部分。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网状物部分是固体陶瓷形式。

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