CN109641774B - 预测玻璃板的无重力形状的方法以及基于无重力形状管理玻璃板品质的方法 - Google Patents

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Abstract

一种预测玻璃板的无重力形状的方法以及一种基于玻璃板的无重力形状来管理玻璃板品质的方法。确定玻璃板的初始形状。当对玻璃板进行平坦化时，得到玻璃板中多个位置处的应力值。当经过平坦化的玻璃板发生形变以使得应力值为零时，预测该玻璃板会具有形状，作为应力引发形状，并且通过结合初始形状和应力引发形状来预测玻璃板的无重力形状。使用预测玻璃板无重力形状的方法来预测玻璃板的无重力形状，基于该无重力形状来对玻璃板进行品质管理。

Description

预测玻璃板的无重力形状的方法以及基于无重力形状管理玻 璃板品质的方法
技术领域
本申请依据35U.S.C.§119要求2016年5月23日提交的序列号为10/2016/0063048的韩国专利申请的优先权，本申请以其内容为基础，并通过参考将其全文纳入本文。
本公开总体上涉及预测玻璃板的无重力形状的方法以及基于所预测的玻璃板的无重力形状来管理玻璃板品质的方法。更具体而言，本公开涉及利用玻璃板中的应力来预测玻璃板的无重力形状的方法以及基于所预测的玻璃板的无重力形状来管理玻璃板品质的方法。
背景技术
玻璃板的形状是一项关键品质指标，其中，迄今为止已将受重力影响的翘曲数据用作评价玻璃板品质的主要指标。术语“翘曲(warp)”表示放置在无摩擦表面上的玻璃板的形状，即，在重力影响下的玻璃板的形状。然而，由于具有高分辨率的优质液晶显示器(LCD)装置的产量不断增加，评价无重力形状(即，玻璃板的原始形状)的必要性也日益增加。
图1示意性地图示了一种测量玻璃板无重力形状的现有技术方法。
玻璃板的无重力形状是显示玻璃板原始形状的一项指标。已认识到无重力形状在生产玻璃板的工艺以及制造液晶显示器(LCD)装置的工艺中具有影响力。然而，一直以来难以监控和评价玻璃板的无重力形状，因为其测量方法相对困难且受到其它制约。就这点而言，用于测量玻璃板无重力形状的常规设备无法测量尺寸相对较大玻璃板。目前，将因尺寸过大而无法用常规设备测量的玻璃板切割成两片或更多片以进行测量，且随后将各片的测量结果拼合在一起，以得到整块板的无重力形状。此外，测量结果仅用作参考，因为难以核对测量的时间和精度。
背景部分中所公开的信息仅提供用于更好地理解发明背景，不应被当作对该信息构成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任意形式的暗示。
发明内容
技术问题
本公开的各个方面旨在克服用于测量无重力形状的现有技术的局限。
解决技术问题所采用的技术方案
根据一个方面，提供了用于预测玻璃板的无重力形状的方法。所述方法可包括：a)确定玻璃板的初始形状，所述玻璃板的初始形状包含玻璃板形成时该玻璃板所具有的一维形状；b)确定对玻璃板进行平坦化时在多个位置处对该玻璃板施加的应力值；c)生成具有相同初始形状且施加了相同应力值的玻璃板模型；以及d)预测当除去相同应力值时玻璃板模型将会具有的形状，作为该玻璃板的无重力形状。
根据另一个方面，提供了基于无重力形状来管理玻璃板品质的方法。所述方法可包括：生产玻璃板；构建由上述方法预测的玻璃板的无重力形状的数据库；向买家供应玻璃板；收集这些玻璃板的缺陷信息，并且确定缺陷的成因；以及当供应给买家中的特定买家的带缺陷玻璃板是由于特定无重力形状导致时，停止向该特定买家供应具有特定无重力形状的玻璃板。
发明效果
如上文所述，根据本公开而开发的用于预测无重力形状的技术能够预测使用现有技术设备相对难以测量的大玻璃板的形状和薄玻璃板的形状。此外，用于预测无重力形状的技术可用作评价参考，因为可在相对较短的时间内预测整块玻璃板的无重力形状。
本公开的方法和设备具有其它特征和优势，这些特征和优势将会通过本文所附附图和以下详细描述而变得显而易见，或者在本文所附的附图和以下详细描述中详细描述，所述附图和详细描述共同起到了解释本公开某些原理的作用。
附图的简要说明
图1示意性地图示了一种测量玻璃板无重力形状的现有技术方法；
图2示意性地图示了根据一种示例性实施方式的用于预测玻璃板的无重力形状的方法；
图3图示了对玻璃板进行平坦化时表现为应力的形状概念；
图4图示了对玻璃板进行平坦化时不表现为应力的形状概念；
图5和图6示意性地图示了用于预测玻璃板初始形状的方法；
图7图示了使用图5和图6所示方法测得的玻璃板初始形状的各种例子；
图8示意性地图示了用于测量通过玻璃基材的光线的延迟值的系统；以及
图9和图10示意性地图示了用于执行图2所示的预测玻璃板无重力形状的方法的流程，其使用了FEM非线性预测算法。
发明的最佳实施方式
下文中，将会详细参考本公开的示例性实施方式，这些实施方式的例子将会示于附图中并被详细描述，从而使得本公开所涉领域的技术人员能够轻易地实施本公开。
本文件中，应当参考附图，附图中相同的附图标记和符号表示相同或相似的组件。在以下详细描述中，当对于其中所包含的已知功能和组件的具体描述会导致本公开的主体不清楚时，将会省去对于这些功能和组件的具体描述。
已考虑以下事实对本公开进行了概念化：对作用于玻璃板上的二维(2D)应力的测量是在玻璃板经过平坦化后进行。本公开提出了能够以快速、简单且方便的方式利用2D应力数据确定和核实所有玻璃板的无重力形状的方法。玻璃板的2D应力是在进行平坦化后通过测量应力而得到的。由于在对具有无重力形状的玻璃板进行平坦化的过程中所施加的外力反映在玻璃板的2D应力中，可通过转化2D应力来预测无重力形状。
图2示意性地图示了根据一种示例性实施方式的用于预测玻璃板的无重力形状的方法。
可通过向初始形状添加由应力引发的形变来简单地得到无重力形状。方程式1表示了如上所述的无重力形状的构成。
[数学式1]
无重力形状＝初始形状+应力引发形状 (1)
基于方程式1来预测无重力形状的流程图示于图2中。
具体而言，首先，确定玻璃板的初始形状，该初始形状包括玻璃板形成时该玻璃板所具有的一维(1D)形状。随后，测量对玻璃板进行平坦化时向该玻璃板的多个位置所施加的应力值。接着，生成具有初始形状且施加了应力值的玻璃板模型。最后，预测当除去应力值时该玻璃板模型将会具有的形状，作为该玻璃板的无重力形状。
图3图示了对玻璃板进行平坦化时表现为应力的形状概念。
由于作用于玻璃板上的应力是在该板进行平坦化时测量的，该玻璃板的总体形状是平坦的，且平坦化过程中所产生的全部应力都包括在应力测量数据内。测量对玻璃板进行平坦化时向该玻璃板的多个位置所施加的应力值。确定应力消除后的形状时，该形状类似于无重力形状。无重力形状是玻璃板不受重力影响时该玻璃板的形状。为了强制使玻璃板平坦化，向玻璃板施加一些用于使该玻璃板平坦化的作用力。该作用力因而作为玻璃板上的应力而显现。即，测量应力时，玻璃板是经过平坦化的，因为当形变的形状平坦化时，应力会重新显现。就这点而言，可通过将板放置于例如气垫桌上进行抽吸来使该板平坦化。
图4图示了对玻璃板进行平坦化时不表现为应力的形状概念。
一维形状不表现为应力。例如，当对圆柱形状进行平坦化时，在顶表面和底表面上形成相反类型的应力。因此，在玻璃板中所测得的结果应力值为零(0)，其中，应力是通过使光线通过玻璃板来测量的。一维形状在现实中很罕见，但可在初始阶段形成。因此，可通过设定初始形状并向该初始形状添加由正(+)应力引发的形变来预测最终的无重力形状。因此，可通过定义不表现为应力的简单形状作为初始形状并向该初始形状添加表现为应力的形状来以简单的方式得到无重力形状。由于对于无重力形状而言，宏观形状是重要的，当确定初始形状时，微观形状可以不予考虑。
图2中被定义为初始形状的U型圆柱形状是未预测为应力的无重力形状的一部分。
大部分未表现为应力的形状是通过简单弯曲来形成的，例如边缘升起或角落升起，且几乎不形成难以预测的复杂形状。由于简单弯曲不表现为应力，且受限于测量的清析度，形状的不明显变化也不表现为应力，通过翘曲测量得到的边缘或角落的简单弯曲可根据需要反映在初始形状上。然而，可不包含该形状，因为该形状是微观形状，其不会对无重力形状的确定产生任何显著影响。U型圆柱形状可随着玻璃板制造系统(例如图5和图6中的熔合拉制机140)的情况而改变。对于U型圆柱形状，可使用通过例如玻璃板制造系统的形状测量系统(例如图6中的位置传感器)所测得的形状数据。
图5和图6示意性地图示了用于预测玻璃板初始形状的方法。
可提供用于将玻璃带分割成玻璃板的设备。图5和图6示意性地图示了熔合拉制设备101。然而，根据本公开的玻璃板不限于使用熔合拉制法制造的玻璃板。例如，可使用各种方法来制造根据本公开的玻璃板，例如下拉法、上拉法、浮法等。
熔合拉制设备101包含熔合拉制机140。熔合拉制机140包含成形容器143。成形容器143由耐火材料形成，设计成允许形成玻璃带103。
如图5和图6所示，成形容器143包含成形楔201。成形楔201包含一对向下倾斜的成形表面部分203和205。这对成形表面部分203和205沿着下游方向207会聚，以形成根部209。拉制平面211延伸通过根部209。可沿着拉制平面211在拉制方向207上拉制玻璃带103。如图所示，拉制平面211可在对开根部209，虽然拉制平面211也可沿着相对于根部209的其他取向延伸。
玻璃带103的边缘103a和103b一旦形成，就可在边缘103a与103b之间在基本上垂直于拉制方向207的方向上定义玻璃带103的宽度“W”。
熔合拉制设备101还可包含允许将玻璃带103切割成不同的玻璃板305的切割装置303。玻璃板305可被细分成独立的玻璃板，以结合入各种显示装置中，例如液晶显示器(LCD)。
熔融玻璃可流入成形容器143的槽215中。随后，熔融玻璃121可同时流过相应的堰217a和217b，并且向下流过相应的堰217a和217b的外表面219a和219b。接着，各股熔融玻璃物流沿着向下倾斜的成形表面部分203和205流向根部209，物流在根部209处会聚，并融合成玻璃带103。随后，沿着拉制方向207在拉制平面211上将玻璃带103从根部209拉出。
沿着拉制平面211的拉制方向207将玻璃带103拉离根部209，从粘性区域307向稳定区域309拉制。在稳定区域309中，玻璃带103从粘性状态稳定成具有所需横截面轮廓的弹性状态。然后，将玻璃带103从稳定区域309拉向弹性区域311。在弹性区域311中，玻璃带103的轮廓固定成玻璃带的特征。尽管稳定后的玻璃带可发生折曲而偏离该配置，但内部应力可导致玻璃带偏移回到原始的稳定轮廓。
使用形状测量部件410来确定玻璃板的初始形状，更具体而言，通过沿着与拉制过程中拉制方向207相垂直的宽度“W”的多个位置对玻璃带进行感测来确定玻璃板的初始形状。形状测量部件410可包含多个激光位置传感器或多个超声位置传感器411。位置传感器411可排布于规则距离或不同距离处。由于稳定区域309或弹性区域311中的形状保持为玻璃板的实际形状，可将形状测量部件410设置于稳定区域309或弹性区域311中。类似于噪音的外力可影响弹性区域中的玻璃带形状，且弹性区域中测得的形状可不同于稳定区域中测得的形状。由于该临时形状得到恢复而不维持成最终形状，可优选将形状测量部件410设置于稳定区域309中。然而，本公开不局限于此。
图7图示了使用图5和图6所示方法测得的玻璃板初始形状的各种例子。
图7图示了玻璃板制造系统(例如熔合拉制机)中的水平弯曲的测量结果作为初始形状的一个例子。可基于各玻璃板制造系统的弯曲来设定初始形状。可形成图7中所示的各种形状。这些形状主要是U型形状、S型形状和W型形状。例如，在熔合拉制机中，U型形状主要在施用当前平坦带处理的稳定化处理中产生。
图8示意性地图示了用于测量通过玻璃基材的光线的延迟的系统。
本领域技术人员显而易见的是，不要求仅使用图8所示的系统来测量根据本实施方式的光线延迟。即，图8仅图示了一种用于测量通过玻璃板的光线的延迟的示例性方法，可使用其它已知方法来测量光线的延迟。
将偏振光照射在平坦化的玻璃板上，随后测量已通过该平坦化玻璃板的偏振光的延迟值和方位角。可将测得的延迟值和方位角转化成应力值。
首先，得到玻璃板的双折射数据(即，延迟值和光线的方位角：θ)。具体而言，由光源11发射的光线通过45°线性偏光器12，并随后通过0°光弹性调制器13。在通过0°光弹性调制器13的过程中，光线的相位随着光线的频率而改变。相位改变的光线通过玻璃试样14，在该过程中，光线的偏振随着玻璃试样14的内部应力而改变。一部分偏振改变的光线在其亮度由第一亮度传感器(光电二极管)17测量之前通过镜子15和-45°线性偏振器16。偏振改变的光线的其他部分在其亮度由第二亮度传感器(光电二极管)19测量之前从镜子15反射并通过0°线性偏振器18。使用缪勒矩阵(Mueller matrices)由测得的亮度值计算光线的延迟和方位角。
方程式2代表光线的延迟值与主应力之间的关系。使用方程式2来计算主应力中的差异。
[数学式2]
Figure BDA0001876989110000071
随后，使用方程式3来计算应力分量τxy。
[数学式3]
Figure BDA0001876989110000072
使用τxy由方程式4的偏微分方程式来计算应力分量σxx和σyy。
[数学式4]
Figure BDA0001876989110000073
图9和图10示意性地图示了用于执行图2所示的预测玻璃板无重力形状的方法的流程，其使用了有限元方法(FEM)的非线性预测算法。
更详细地描述图2中的预测过程，如图9和图10所示，可最终通过将与基础物理性质、初始形状和玻璃板中应力相关的数据应用于FEM的非线性形变分析算法中来预测无重力形状。
预测无重力形状时，FEM的非线性形变分析算法可在特定条件下发散而不是收敛。因此，可通过对预测算法增加各种收敛增加算法来增强可预测性。
如上所述，可使用应力数据和初始形状通过基于非线性结构的FEM分析来预测无重力形状。
使用Abaqus(一种市售可得的软件套件)来进行无重力形状的预测。如图10中所示，例如，壳型元素可用于FEM分析中。构建网格，并且通过将关于物理性质(例如弹性模量、泊松比、热膨胀系数、密度等)、初始形状和应力的数据输入FEM非线性形变分析算法中来计算形变度。作为边界条件，可固定三点以防止旋转。在形变的计算中，使用了以下方程式：应力＝K×应变。该方程式中，K为随形状而变化的刚性因数。反复进行该分析，直至分析结果满足收敛性判别准则。当满足平衡关系时，各个壳收敛，其可使用牛顿-拉普森迭代法。
当使用所开发的系统对多块玻璃板进行分析后，可分析和定义各种无重力形状。
可使用预测的无重力形状来管理供应的玻璃板的品质。
就这点而言，在将玻璃板供应至买家之前，可预测其无重力形状，并且构建无重力形状的数据库。随后，从各个买家处收集有关带缺陷产品的信息。然后，就各个买家确定缺陷的成因。当供应给特定买家的带缺陷玻璃板是由于特定无重力形状导致时，进行玻璃板管理，从而停止向该特定买家供应具有特定无重力形状的玻璃板。
例如，当确定由于圆柱形无重力形状而在供应给特定买家的玻璃板中已经出现了缺陷时，对整个供应线中的无重力形状进行测量和确定，并随后进行玻璃板管理，从而停止供应具有圆柱形无重力形状的玻璃板。
例如，可将玻璃板品质的管理方法用于分析制造LCD装置的工艺中的主要问题。当发现缺陷是由于已经供应的玻璃板的无重力形状所导致时，可对所有待供应玻璃板进行检查，并且可将检查结果用于评判。
此外，可开发用于自动预测和评判无重力形状的技术，其可大大有助于实际处理中的快速评判和应用。
已参考附图提供了本公开特定示例性实施方式的上述描述。它们并非旨在是详尽的，或者将本公开限定至所公开的严格形态，显而易见的是，本领域普通技术人员可在上述教导的启发下进行多种修改和改动。
因此，本公开的范围旨在不限于上述实施方式，而是通过所附的权利要求及其等价形态来定义。

Claims (8)

1.一种预测玻璃板无重力形状的方法，所述方法包括：
a)确定玻璃板的初始形状，所述玻璃板的所述初始形状包含所述玻璃板形成时所述玻璃板所具有的一维形状；
b)确定对所述玻璃板进行平坦化时在多个位置处对所述玻璃板施加的应力值；
c)生成具有相同初始形状且施加了相同应力值的玻璃板模型；以及
d)预测当除去所述相同应力值时所述玻璃板模型将会具有的形状，作为所述玻璃板的无重力形状。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，得到所述应力值包括：
利用偏振光照射经过平坦化的所述玻璃板，
测量在所述玻璃板的多个位置处通过经过平坦化的所述玻璃板的所述偏振光的延迟值和方位角，以及
将所述延迟值和方位角转化为所述应力值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述玻璃板通过拉制法或浮法来生产，
确定所述玻璃板的所述一维形状包括测量玻璃带在所述拉制法或所述浮法中的形状，且
通过切割所述玻璃带来得到所述玻璃板。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述玻璃板的所述一维形状包括在沿着与拉制所述玻璃带的拉制方向相垂直的所述玻璃带的宽度的各个位置处感测所述玻璃带。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述初始形状还反映了升起的角落的局部形状和升起的边缘的局部形状中的至少一种，通过测量所述玻璃板在重力下的翘曲来确定。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在预测无重力形状的操作中使用有限元方法(FEM)非线性预测算法。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于与所述玻璃板的性质相关的数据来预测所述玻璃板的所述无重力形状。
8.一种基于无重力形状来管理玻璃板品质的方法，所述方法包括：
生产玻璃板；
构建由权利要求1～7中任一项所述的方法预测的玻璃板的无重力形状的数据库；
向买家供应所述玻璃板；
收集所述玻璃板的缺陷信息，并且确定所述缺陷的成因；以及
当供应给买家中的特定买家的带缺陷玻璃板是由于特定无重力形状导致时，停止向所述特定买家供应具有所述特定无重力形状的玻璃板。
CN201780031959.3A 2016-05-23 2017-05-23 预测玻璃板的无重力形状的方法以及基于无重力形状管理玻璃板品质的方法 Active CN109641774B (zh)

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