JP5297390B2 - 極薄ガラスの延伸および吹込み成形 - Google Patents

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Description

本発明は、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイに使用するためのフレキシブルディスプレイ用ガラスシートのような、極薄ガラス基板の延伸および吹込み成形に関する方法、システム、装置および製品に関するものである。
OLEDや液晶ディスプレイ(LCD)のようなディスプレイのための、板ガラス製品の製造には多くの課題がある。LCDには一般に、大型の板ガラス製品の内部応力に起因して生じるようなわずかな製品歪みを有する硬質ディスプレイガラスが要求されるが、OLED技術はフレキシブルディスプレイを提供する方向に向かっている。このため、OLEDディスプレイに使用するために、可塑性ポリマー基板が研究されている。一方ガラスは、おそらく極薄いときを除いては一般にあまり柔軟性のある材料ではないため、フレキシブルOLEDディスプレイの作製にガラスを用いるためには、破損せずに曲げられる程十分に薄いガラスの作製が要求されるであろう。
有機発光ダイオードは、多種多様なエレクトロルミネセント機器での使用および潜在的な使用可能性により、近年、相当量の研究のテーマとなっている。例えば、単一OLEDは個別の発光素子に使用可能であり、またOLEDを並べて照明用途やフラットパネルディスプレイ用途(例えば、OLEDディスプレイ)に使用することができる。OLEDディスプレイの中には、非常に明るく、かつ良好な色対比と広視野角を有しているとして知られているものもある。しかしながら、従来のOLEDディスプレイ、特にそれに設置された電極および有機層は、周囲環境からOLEDディスプレイ内に漏れ入る酸素および水蒸気の相互作用からもたらされる劣化の影響を受けやすい。OLEDディスプレイ内の電極や有機層が周囲環境から密閉されれば、OLEDディスプレイの寿命を大幅に延長することができる。
このため、OLEDディスプレイの作製に伴うもう一つの課題は、OLEDディスプレイを密閉して、ディスプレイに浸透した場合にOLEDを破壊する可能性のある水蒸気と酸素を遮断するという要件である。例えば、気密シールは酸素(10−3cc/m/day)および水(10−6g/m/day)に対してバリアを提供するはずである。しかし、ポリマー基板は、水蒸気と酸素が透過しやすいという点で不利である。一方ガラスは、透明性、拡張可能な表面、そして酸素および水蒸気に対する効率的で長期的なバリア性を同時に提供する数少ない材料の一つである。この特性は現在の、および将来のほとんどのディスプレイパネルの、少なくとも片面に必要とされる。このように、ガラスは依然としてOLEDディスプレイの製造にとって最有力候補である。例えば、硬質のOLEDディスプレイにはOLED画素を包み込む硬質の板ガラスを使用することができ、その時フリットシールを用いて密閉してもよい。
ガラスの柔軟性は曲率半径により特徴付けることができ、例えば一般には10mmから10cmの範囲である。平面薄型であるが硬質の現在のLCDディスプレイとは異なり、フレキシブルOLEDディスプレイは、場合によってはロール・トゥ・ロール(roll-to-roll)の製造工程および装置自体の両方にフレキシブル基板を必要とする。許容応力レベルでこの半径と対応するガラス厚はそれぞれ順に10から30μmである。
このような薄ガラスシートの製造は、依然従来技術の手法を用いた厳しい仕事である。既知のフュージョンドロープロセスすなわちダウンドロープロセスにより製造されるガラスの厚さは通常100μmが限界とされ、さらに延伸中に端が減少することから幅も制限される。それゆえ、フレキシブルガラス基板を製造するために極薄ガラスを製造する新工程の開発が望まれている。
本発明の1つ以上の実施の形態によるシステム、方法、装置および製品は、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD)、および/または他のフレキシブル基板用途に使用するためのフレキシブルディスプレイガラスシートのような、極薄ガラス基板の延伸および吹込み成形に関するものであり、他のフレキシブル基板用途とは、例えば照明、および/または、エレクトロウェッティング(electro wetting;EW)や電気泳動ディスプレイ(electro-phoretic display;EPD)用途などの他の技術、を示す。
本発明の1つ以上の実施の形態によれば、ガラスプリフォームからガラスを製造する方法を、ガラスプリフォームの第1中央部に局部的熱源から求心的に熱を加える工程、空洞を第1中央部で拡大させるために、および第1中央部を膨らませるために、ガラスプリフォームの開口端に空気を吹き込む工程、および空洞の拡大を制限するために、ガラスプリフォームの外面に空気を吹きつける工程、を含むものとすることができる。さらにガラスプリフォームを、膨らまされている間に牽引し、次いで冷却し、ポリマーラミネートで被覆し、その後螺旋に切断してもよい。
本発明の1つ以上の実施の形態によれば、ガラスを製造する方法を、垂直に配置されたガラスプリフォームの第1中央部に局部的熱源から求心的に熱を加える工程、空洞を第1中央部で拡大させるために、および第1中央部を膨らませるために、プリフォームの開口端に空気を吹き込む工程、第1中央部を延伸させるために、プリフォームの2つの端のうち少なくとも一方を垂直に牽引する工程、第1中央部に隣接する第2中央部に前進させる工程、および第1中央部が施された処理と同様に第2中央部を処理する工程、を含むものとしてもよい。
その方法はまた、ガラスプリフォームを回転させる工程、空洞が拡大しているとき、この空洞の拡大を制限するために、ガラスプリフォームをエアベアリングに垂直に通過させる工程、上端に上方への力を加える工程、下端に上方への力を加える工程、中間部分が吹込みおよび延伸された後にガラスプリフォームをインライン冷却装置で冷却する工程、中間部分が吹込みおよび延伸された後にガラスプリフォームをポリマーコーティングで被覆する工程、中間部分が吹込みおよび延伸された後にガラスプリフォームをレーザで螺旋に切断する工程、および/または螺旋に切断されたガラスを巻回する工程、を含むものとしてもよい。
本発明の1つ以上の実施の形態によれば、ガラスを処理するためのシステムを、垂直に配置されたガラスプリフォームの第1中央部を求心的に加熱するよう操作可能な局部的熱源、空洞を拡大させるため、および中間部分を膨らませるためにプリフォームの開口端に空気を吹き込むよう操作可能な加圧空気源、開口端と加圧空気源との間に気密な接続を形成するよう操作可能なチャック、中間部分の空洞が拡大に至るまで膨らまされているときに中間部分の外面を求心的に吹きつけるよう操作可能なエアベアリング、中間部分を延伸するためプリフォームの2つの端の少なくとも一方を垂直方向に牽引するよう操作可能な牽引機構、およびプリフォームの上端に取り付けて、この上端を吊下するよう操作可能な懸垂機構、を含むものとしてもよい。
このシステムはまた、浮揚によってプリフォームの下部を支持するよう操作可能な浮揚機構、中間部分が吹込みおよび延伸された後、ガラスプリフォームを求心的に冷却するよう操作可能なインライン冷却装置、中間部分が吹込みおよび延伸された後、ガラスプリフォームにポリマー層コーティングを求心的に塗布するよう操作可能なインライン被覆装置、および/または中間部分が吹込みおよび延伸された後、ガラスプリフォームを切断するよう操作可能なインライン切断装置、を含むものとしてもよい。
本発明の1つ以上の実施の形態によれば、ガラスを処理するための装置を、ガラスプリフォームの中間部分の延伸および吹込みを可能とするため、この中間部分を求心的に加熱するよう操作可能な局部的熱源、中間部分が延伸され、拡大に至るまで膨らまされているとき中間部分の外面を求心的に吹きつけるよう操作可能なエアベアリング、を含むものとすることができる。この装置はまた、中間部分が吹込みおよび延伸された後、ガラスプリフォームを求心的に冷却するよう操作可能なインライン冷却装置を含むものとしてもよい。
本発明の1つ以上の実施の形態によれば、本発明の製品を、本発明の方法により管状ガラスプリフォームから生成された極薄ガラスから成る、ポリマーコーティングが施されたガラスリボンを含むものとすることができる。
本発明の利点は、詳細な技術的説明が、また従来のガラス製造工程と関連づけて解釈された後に最も理解できるであろう。それでも、いくつかの利点について以下に強調しておく。
利点の中でも特に、加熱および吹込み装置は、従来の大規模な延伸工程とは対照的に、小型であるが、薄いシートの幅を大きく生み出すことができる。さらに従来の延伸工程では、シート幅が著しく減少するか、あるいはただシート幅は維持されるが両側にガラス損失を伴うかのいずれかとなるであろうが、本発明による延伸では幅あるいは直径の減少がほとんど乃至全くない。
また、上方向への延伸を利用することで、床面高さでの据付けおよびガラス密閉構造物の上方への排出が認められる。プリフォーム浮動構想の恩恵で、延伸工程は重力の影響からいくらか実質的に開放されるはずである。
プリフォームの表面領域の、膨張した円筒の表面領域に対する変換率は非常に高く、1メートルが25メートル以上に変換され、0.2平方メートル(1m×2πr,r=30mm)は約25平方メートル(25m×2πr,r=15cm)(1:125の比率)に変換される。同様に厚さの変換率も非常に高く、50:1の割合で1500μmが30μmとなる。
さらに、この工程は平面または非平面の薄ガラスシートを製造することができる。平面シートは二次元において平坦であろうが、これに対し非平面シートは第一次元において平坦であり、かつ第二次元で曲がっていてもよい。第三次元すなわち厚さは、均一に薄いであろう。非平面ガラスシートは、例えば小半径による縦方向の巻回(例えば、ロールディスプレイにおける使用)におそらく適しているであろう。
他の態様、特長、利点等は、添付の図面と併せ本願にて本発明に関する説明がなされたとき当業者には明らかとなる。
本発明の種々の態様を示すにあたり、ここで同様の要素を示すときは同じ数字を使用する。また使用可能な程度に簡略化された形で図に示すが、本発明は図示されている配置や手段と全く同一のものによって、すなわち全く同一のものに限定されるのではなく、むしろ発行された請求範囲によってのみ限定される。図面は原寸に比例したものではないかもしれないし、各図面の態様は相互に一定の縮尺となっていないかもしれない。図面を煩雑にすることを避けるため、全ての図面に全ての可能性のある参照符合が含まれているわけではない。
本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システムの、プリフォームを吹込みおよび延伸している最初の段階を示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システムの、プリフォームを吹込みおよび延伸している図1の次の段階を示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システムの、プリフォームを吹込みおよび延伸している図2の次の段階を示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システムの、プリフォームを吹込みおよび延伸している図3の次の段階を示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システムの、プリフォームを吹込みおよび延伸している図4の次の段階を示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による3つの典型的な拡大プリフォームの組を示す図 本発明の1つ以上の更なる実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システムを示す図 本発明の1つ以上の更なる実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システムを示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による3つの典型的な被覆拡大プリフォームを示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による典型的なインライン切断装置を示す図 本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な切断被覆拡大プリフォームを示す図 本発明の1つ以上の実施の形態により実行することができる、ガラス製造工程の工程処置(process action)を示す流れ図
本発明は、極薄ガラス基板の延伸および吹込み成形に関する方法、システム、装置および製品に関するものである。特に、本発明は、例えばフレキシブルディスプレイ用途に使用される極薄ガラス製造のための工程に関するものである。
これまで歴史的にディスプレイは硬質であり、ガラス基板は一般に、フラットパネルディスプレイのような種々の機器に使用される高品質の薄ガラスシートを形成する、フュージョンプロセス(例えば、ダウンドロープロセス)として知られる工程を使用して作られていた。フュージョンプロセスによって製造されるガラスシートの表面が、他の方法により製造されたガラスシートに比べて平坦性および平滑性に優れていることから、フュージョンプロセスはフラットパネルディスプレイに使用するガラスシートの製造法としてより好まれている技術である。一般的なフュージョンプロセスについては米国特許第3,338,696号明細書および同第3,682,609号明細書など、多数の刊行物に記述されており、本技術において公知である。
例として、コーニング社ガラス組成No.1737やコーニング社ガラス組成No.EAGLE2000(商標)を製品ガラスに含むことができる。これらのガラス材料には多くの用途があり、他の用途に加えて特に、例えばOLEDや液晶ディスプレイの製造などに使用されている。
フュージョンプロセスの一実施形態には、連続するガラスリボンを形成し、このガラスリボンを所望の厚さに引き伸ばす2ロール間で延伸するフュージョンドロー装置(FDM)の使用が含まれている。このガラスリボンを顧客に送付する小さなガラスシートに切断するために、移動アンビル装置(TAM)が使用される。このガラスシートの厚さはわずか100μmとなり得るが、この薄さでもガラスは柔軟性がなく壊れやすい。こういった制限を避けるため、本発明はフュージョンプロセスから離れ、管状ガラスプリフォームの吹込みおよび延伸を組み合わせる方法に向かう。
通常のダウンドロープロセスでは、シート幅およびシート厚が両方減少してしまう。この結果は幅広のシートの入手が望まれるとき極めて制限的である。全幅を保持するエッジローラの採用によるフュージョンドロープロセスへの変更で、この点はいくらか対処され得るが、この変更により両側に使用に適さない領域および肉厚のビードが形成される。
ガラスの下方への延伸に替え、本発明では幅を増加させかつ厚さを減少させる横方向への吹込みと、同じく厚さを減少させる縦方向への延伸を組み合わせる。この工程はガラスプリフォームから始まる。プリフォームは、例えば管など、所望の操作に適する初期形状を有するガラスの塊であり、またプリフォームは、それから製品ガラスを延伸および吹込みするためのガラスの有限容器として働く。横方向への吹込みと縦方向への延伸を組み合わせることにより、下方への延伸によってプリフォームの直径が減少することを防ぎ、またいかなる他の側面への処置なしにプリフォームの直径を増加させる。
管状プリフォームは、例えば軟化点926℃のコーニング社ガラス組成No.1724のアルミノケイ酸塩管を含んでもよい。約1m大のシートを製造するために、一実施形態では、処理後の最終ガラス管の目標直径を30cmとすることができる。この目標を達成するために推奨されるプリフォームは、例えば直径60mmおよびウェブ厚2mmを有するものである。
管状プリフォームの下端は試験管のように密閉されていてもよく、一方その上方端は気密性回転式チャックに保持される。このチャックは回転式結合部を含むものでもよく、使用される内圧はこれを通ってガラスの吹込みに供給される。この管は加熱ゾーン(例えば、赤外線、ガスバーナ、誘導加熱または他の局部加熱手段)に設置され、所望の最終直径が正確に得られるよう補助する、加熱された円筒状エアベアリングに包含される。ガラス粘度など、ガラス特定のパラメータおよび特性にもよるが、ガラスは加熱ゾーン内で約920℃に、エアベアリングレベルで890℃に維持される。
プリフォームは、均一に加熱し略完全な円筒度となるようゆっくり(1〜4rpm)回転させてもよく、このとき旋回しながらエアベアリングから抜け出ていく。下部懸垂システムを用いると、この回転の摩擦が最小限に抑えられ、また重力の影響をいくらか抑えることができる。
一般に0.3バール程度の軽い吹込みによる内圧で、プリフォームの直径をエアベアリング表面に向かって接触させることなく徐々に拡大することができる。ガラスは依然円筒に収容されているときに、その後強制的に下方に拡大させてもよい。上方の回転チャックは、バルブ(bulb)が大きくなる速さに実質的に対応する速度Vでゆっくりと上昇させてもよい。プリフォームの下部も徐々に上昇し得るが、ずっと遅い速度であり、この速度は大きな直径の形成に置き換わるガラスの量に対応する。
速度比率を下記のように、最終の、および初期の管断面の比率に反比例するものとすることもできる。
初期断面 s=π(r −r
最終断面 S=π(R −R
V/v=π(r −r )/π(R −R )=(r −r )/(R −R
ここで、rおよびrはそれぞれプリフォームの外径および内径を示し、RおよびRはそれぞれ最終の管の外径および内径を示す。
プリフォーム浮動システムは、制御されていない重力による影響を回避するものであり、従来の延伸工程ではこの影響で延伸が急速に乱される。浮揚原理は重力の影響をいくらか中和する。この浮揚機構はまた、プリフォームが消費されプリフォームに垂下し残存している下部が徐々に減少しているとき、重力調整を補うこともできる。
延伸および吹込み処置の間、プリフォームの下部が浮動している液体の液位は、プリフォームが上昇し液体をより少なく置き換えるようにして適応する。必要であれば、液体容器を上昇させてまたは液体をさらに追加して液位を上方に調整し、プリフォームの上昇に速度vよりやや遅い速度で付いていくよう、減少した液位をこの工程で補正してもよい。これは、プリフォームが消費されるにつれ有効質量が徐々に減少するプリフォームの質量を常に支持するためである。
エアベアリング内では、膨張した密封構造物が接触することなく回転している。一方、ガラス特定のパラメータおよび特性によるが、890℃で空隙は100〜120μmの範囲であり、空気圧はエアベアリング空間の内部で3バールに維持される。下端が高温であるという事実により、この密封構造物は下方端が拡大する傾向にある。膨張した密閉構造物の上方端および本体は、上方に延伸されたときエアベアリング上部で急速に冷え「凝固する」。
所望量のプリフォームが膨張した密閉構造物に変形されると、上端および下端で閉鎖された、長くかつ極めて薄い管状のバルブとなる。数個の連続するプリフォームを膨らませて、長く、極めて薄い管に変形することもできる。この極薄ガラスは、補強のため、インラインポリマーコーティング付着により保護してもよい。ポリイミドやアクリルアミド層のようなポリマーコーティングは、例えば100℃より低い温度で、形成中に外表面に付着させることができる。この10から150μm厚の保護層により、切断を含む吹込み後処理の前にガラス密閉構造物は強化される。これに代えて、ポリマー層を別段階でガラス密閉構造物の内面または外面に付着させてもよい。
切断は、例えばロール・トゥ・ロール処理ための、形成予定線(generative line)に沿った密閉構造物の単なる開放、すなわち、半連続的なガラスリボンを提供する螺旋の切断を意図するものとしてもよい。リボン幅は、一つには、螺旋の間隔幅に依存する。このやり方によれば、目標のディスプレイ高をこの方向に沿う切断後の仕上げなしに直接切断することができる。1つの切断でシートの両端が生成されることに気付くことは興味深い。切断は、IRレーザ、266nm波長の4倍YAGレーザなどにより都合よく行われる。切断の間隔幅と受取りローラの角度βを変更することで、リボン幅をディスプレイや他の製品のサイズに適合させることができる。
ある実施態様において、ポリマー層コーティングを適してもよい。吹込み後、長円筒状のバルブを、光ファイバコーティングのような10から150μ厚のポリマーコーティングを1つあるいはいくつかのステップで付着させる被覆リングに通してもよい。その後このポリマーは、例えば熱によりあるいは紫外線により硬化する。このポリマー保護層は、ガラスのバルブが切断前に取り扱われる間、保護に役立つ。
PCT特許出願、国際公開第2005/110741(A1)号パンフレット、名称「電気装置のための複合積層材料の製法(“Process For Composite Layered Material For Electrical Devices”)」(以下、PCT‘741とする)に、わずか5μmの極薄ガラスを製造するための工程が開示されている。ポリマーコーティングは約50μm厚でガラスに塗布される。種々のポリマー組成が開示され試験が行われた。薄ガラスやポリマーコーティングを含む複合積層材料に対し、OLEDディスプレイ、LCD、照明、EW、EPD用途などでの使用に対する適合性を調査するため種々の試験が行われた。このテストは機械的柔軟性、酸素透過性、透湿性、穿刺抵抗、およびポリマー−ガラス間接着に関するものであった。ポリマー被覆されたガラスの、鋏での切断中および穿刺抵抗テスト中の局部的なガラスの機械的安定性についても記されており、局部的ガラス破砕はより厚いガラスシートの切断縁でより頻繁に起こっていることが示されていた。
PCT‘741の20ページから薄ガラスの製造について開示されている。細く厚い管状ガラスプリフォームで始まる本発明とは対照的に、PCT‘741では初期厚2.5mm、初期長370mm、および初期直径100mmを有するガラス円筒が使用された。円筒の2つの開口端は閉鎖系を作るため塞がれ、引伸ばし工程中一定の内部空気圧を保つため、その中に圧縮空気が送り込まれた。
本発明に対し、PCT‘741で「ネイティブガラス管(native glass tube)」とも呼ばれるガラス円筒は、このガラス円筒を引き伸ばして形成された拡大ガラス円筒、すなわち薄い「ヴァージン管(virgin tube)」の肉厚版である。ネイティブ管とヴァージン管は「共に一体管(integral tube)を構成する」。これに対し本発明の一実施の形態では、ガラスプリフォームの内部および外部の両方で空気圧を使用し、プリフォームを実質的により広い特定の直径に膨らませる。
PCT‘741の実施例では、ガラスが摂氏約1300度の転移温度に到達するまでネイティブ管円筒を炎の上で水平に回転させ、この温度に達した時点で炎を消化しネイティブ管を延伸、すなわち水平に(円筒の軸方向に)引伸ばしている。引き伸ばしている間、崩れないよう、またボトルネックが形成されないよう、一体管には圧縮空気が送り込まれる。引伸ばしステップ中に一体管内に送り込まれた圧縮空気は、ヴァージン管生成中、ネイティブ管の初期直径を維持するよう意図されていた。具体的にPCT‘741には「ガスのフロー時間分布は、ガラス円筒を引き伸ばしているときに引伸ばしされたガラス部分の直径が、そのガラス部分全長に亘って一定に保たれるような手法で管理された。」と記されている。
PCT‘741にはまた「他の実験において、溶融ガラスの直径は初期直径に対して増加し、さらに引伸ばしされたガラス部分の全長に亘って一定に保たれるような手法で、(ガスフロー時間の分布は)選択された」とも記されているが、この実験の詳細は記述されておらず、またその増加が恐らくガスフロー管理における偶発的な誤算の結果としての初期直径のわずかな増加より大きな何かであった、という指摘はなされていない。特に、本発明の実施形態にあるように、細く厚い管状プリフォームを用いてそれを延伸および吹込みし、より広く、より長くそしてより薄いガラス円筒にするとの教示はなされていない。
さらにPCT‘741では、円筒の直径の拡大を管理するため、内部空気圧に加え何らかの部品を使用することには言及されていない。これに対し本発明の実施形態では、膨張した円筒の直径が増加しすぎないよう、また円筒が膨らまされているときに膨張した円筒がシステムの他の部品に接触しないよう、そして膨張した円筒の内表面領域に亘り内部空気圧が比較的安定に保たれるよう、膨張した円筒の外面に空気圧をかけるためのエアベアリングが使用されている。
本発明の結果、プリフォームは普段細長い風船を膨らませるときと変わらない手法で、すなわち空気圧を加えることにより風船が圧縮空気源の反対に位置する拡大点で拡大するように、膨張した円筒に膨らまされる。本発明とは異なりPCT‘741では、空気圧はガラスを膨らませるために使用されるのではなく、閉空間の内部容積が増加するにつれ負の気圧差(不完全真空)が形成されるのを防ぐために使用される。PCT‘741ではヴァージン管内部にかけられた空気圧をヴァージン管外部にかけられた空気圧と均等にするために圧縮空気が使用されるが、これは外部空気圧がより高い場合にヴァージン管が未だ柔らかければ崩れる可能性があり、また既に硬化していれば破損する可能性があるという事実によるものである。
さらにプリフォーム浮動システムを使用することで、本発明の実施形態は重力による影響を補正し上方への延伸工程をある程度無重力化することができるが、これはPCT‘741では行われていない。ただしPCT‘741は、ネイティブ管を例えば38rpmより速い速度で回転させることで、重力の影響を補正するというよりむしろ重力の影響を均一に分布させ、ヴァージン管が垂れ下がるのを防ぐものと特徴付けることができるかもしれない。本発明はまた上方向、すなわち重力と逆方向に延伸することで、残存している補正されていない重力の影響を均一に分布させるものと特徴付けることもできる。膨張した円筒の軸すなわちその側壁を重力と平行に配向することにより、重力は延伸方向と反対に牽引するよう円筒の側壁に均一に働く。
PCT‘741の7ページでは、1902年の「ラバース式機械吹き円筒法(mechanical cylinder blowing process of Lubbers style)」の修正版である「松浪式機械吹き法(Matsunami style mechanical blowing process)」を使用して「円筒状の非接触ヴァージンガラスフィルム」を製造してもよいと述べられている。しかしながらPCT‘741で指摘されているように、1.5〜50μm厚のガラスを生成するために、どのようにして「円筒形を確保すると同時に空気を吹き込むことにより板を薄いガラスフィルムにする」ことができたのかについて、松浪は見たところウェブサイトwww.matsunami-glass.co.jpなどでいかなる詳細も公開していない。ラバースへの米国特許第822,678号明細書(「ラバースの‘678特許」とする)に開示されているように、ラバース式は上方への延伸を含んでいたが、ラバースの‘678特許、松浪あるいはPCT‘741のいずれも管状ガラスプリフォームからの上方への延伸を推奨していない。
ラバースの‘678特許は、溶融ガラス槽から直接ガラス円筒を延伸する方法を開示している。ラバースの‘678特許によると、ガラス円筒はその一部が吹き竿の端に取り付けられた溶融ガラスとして生成され、上方に引き伸ばされ、さらに吹き竿から流れ出た空気で膨らまされることにより最初外側へ膨張する。円筒を伸長させるため、幅広のラバース円筒の底で同様に幅広の円筒状溶融ガラスを槽からさらに引き上げ、一方、吹き竿からの空気によりその溶融ガラスは同様に幅広の円筒形に支持される。製造する円筒の所望幅および大きさに関係して、槽は円筒を上方延伸する間、比較的無制限の量および直径の溶融ガラスを提供する。
ラバース法において溶融ガラス槽が、上方に延伸される円筒が保持できる程度の量の、同様に幅広の新たな円筒状溶融ガラスを提供する範囲で、上方への延伸速度および空気が吹き竿から与えられると、吹き竿からの空気圧は最初だけ、円筒の上端でボトルネックを広く膨らませることによって現ガラス厚を薄くする。さもなければラバースの‘678特許では、円筒が槽から直接延伸されるとき、同様に幅広の円筒の直径を維持するため空気圧が使用される。これに対し、本発明の実施形態は、細い直径を有する溶解ガラスの有限部分をプリフォームから連続的に消費すること、およびその有限部分を実質的にその直径を増加させることによって連続的に薄くすることを意味する。松浪が極薄ガラスを生成するためにラバースの‘678特許の工程を変形することができたとしても、この松浪の変形したラバース法は依然同様の理由で本発明とは実質的に異なる。
ラバースおよび松浪の引例はPCT‘741でも同様に区別されている。しかしながらPCT‘741の詳細にわたる分析は、本発明とPCT‘741公開との間のこれらおよび他の相違の識別だけでなく、酸素や水分の不浸透性および高柔軟性など極薄ガラスの特性を確証する実験データも有益である。PCT‘741はさらに、種々のポリマーコーティング組成に関する有益な考察、OLEDディスプレイの開発努力および要件の概略、および薄ガラス製造の従来技術に関する解説を提供している。
図1から5を参照すると、本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システム100が、プリフォーム200の吹込みおよび延伸の種々の段階で示されている。ガラスプリフォーム200は円筒の管状で表現されているが、状況により他の形状も使用できる。吹込みおよび延伸された最終形状は、吹込みおよび延伸の処置にいくらか依存するが、この処置はプリフォーム200の初期形状のいかなる不整合性すなわち不均一性をも保持する傾向にあるため、より均一に丸い特性を有するプリフォーム200が結果的により均一に丸い特性を有する吹込みおよび延伸されたバルブとなる。プリフォーム200の状態が良いほど、吹込みおよび延伸されたバルブが良いものとなる。
ガラスプリフォーム200は、第1中央部201および第2中央部202を有するものとすることができる。このプリフォーム200は、垂直に配置され、開口端210および閉口端212を備える2端部を有するものとすることができる。開口端210は、プリフォーム200の少なくとも第1中央部201にまで及ぶ空洞213に通じている。この2端部はさらに下端214および上端215を含む。ガラスプリフォーム200はさらに、上端部分203と、下端部分204と、上端部分203および下端部分204の間の中間部分205とを有すると考えることもできる。この中間部分205には第1中央部201および第2中央部202が含まれる。
従来技術のプリフォームとは対照的に、本発明は比較的細い直径のプリフォーム200を用いて非常に大きな直径のバルブを生成する。従来技術では一般に、棒状のプリフォームは光ファイバを生成するために使用され、相対的に広い直径の棒から非常に細い直径のファイバへと引き伸ばされる。また光ファイバの生成に使用される従来技術の棒状プリフォームは空洞を有していないが、本発明に使用されるプリフォーム200は空洞を有し、その中に空気が吹き込まれる。
吹込みおよび延伸システム100には、垂直に配置されたガラスプリフォーム200の第1中央部201を求心的に加熱する局部的熱源110を含むことができる。熱源110は局部的なものであり、例えばプリフォーム200全体ではなく第1中央部201など、プリフォーム200の局部的部分のみに熱を加えるよう限定されている。本発明の実施形態として、一度にプリフォーム200のごく一部のみ、例えば第1中央部201のみを加熱し、熱いうちにこの部分を吹込みおよび延伸しその後冷却してもよい。
またシステム100は、空洞213を拡大し中間部分205を膨らますため、開口端210へと空気を吹き込む加圧空気(あるいは不活性ガス)源120を含むものとしてもよい。開口端210と加圧空気源120との間に比較的気密な接続を形成するため、システム100はチャック130を含み、このチャック130により延伸および吹込みの間、プリフォーム200を回転させることもできる。この比較的気密な接続には、加圧空気源120から空洞213へ加圧空気を導く接続が含まれ、この加圧空気は所望の手法で空洞213を膨らませるのに十分なものである。しかし、比較的気密な接続よりも、十分に気密な接続がより望ましい。
システム100は、空洞213が中間部分205で拡大に至るまで膨らまされているとき、中間部分205の外面206を求心的に吹きつけるエアベアリング140をさらに含むものとしてもよい。加圧空気源120からの空気が、空気取入れ口141からエアベアリング140に入り込むようにすることもできる。空気取入れ口141は所望の配置により、図示のように下部に、あるいは上部または側面に設けることができる。その空気は、吹込みの間、プリフォーム200を早期に冷ますことのないよう熱いものでもよい。局部的熱源110、エアベアリング140、および空気取入れ口141はインラインユニット300内で具体化できる。一方、空気全般について言及すると、所望であれば、熱やガラス組成などの処理パラメータを考慮に入れた、いかなるガス組成をも使用することができる。例えば窒素を使用してもよい。
エアベアリング140は、例えば、多孔質グラファイト製としてもよい。インラインユニット300内では、エアベアリング140は、グラファイトの円筒と局部的熱源110との間に環状の空洞を形成するものでもよい。局部的熱源110を、例えば多孔質でないムライト製とし、かつエアベアリング140を多孔質グラファイトとしてもよい。加圧空気は環状の空洞に入り、この空洞内の圧力を均一にしてからグラファイト円筒の細孔を通って、膨張したプリフォーム200に向かうよう強制される。低CTEの微細多孔質セラミックスのような他の材料をグラファイトに替えて使用することもできるが、グラファイトは、その広範囲な熱膨張率(CTE)と、例えば最大摂氏2800度までの超高温に耐える能力と、さらにその均等に加熱する傾向のため有利である。例えば、局部的熱源110、例えばムライト、と一致するCTEを有するグラファイト組成物を選択することもできる。グラファイトはまた、プリフォーム200が吹込みおよび延伸されているときにプリフォーム200に対して均一に加圧する手段として微細な孔を有するよう形成されると有利である。この孔が大きすぎると、外面206に加えられる空気圧が集中しすぎて、外面206を変色させ、または破砕させ得る。
システム100はまた、中間部分205を延伸するために2つの端210、212のうち少なくとも一方を垂直に牽引するよう操作可能な牽引機構150を含む。牽引機構150は、レール装置(rail system)、滑車装置、歯車装置のようなチャック130を牽引するための多くの方法のいずれかにおいて具体化される。1つ以上の実施の形態において、牽引機構150により及ぼされる牽引の向き、強さおよび速さはオペレータにより制御することもできる。構造によって、垂直方向への牽引を下方への、または上方へのものとしてもよい。牽引機構150はチャック130を上方へ垂直に牽引するものとして図示されている。上端215で、開口端210を下端214の閉口端212とともに垂直上方へ牽引することで、局部的熱源110とエアベアリングは固定させておいてもよい。上方へ牽引すると、自動的にプリフォーム200を進めながら、下端214は上端215よりも遅い速度で上昇するが、これは中間部分205が局部的熱源110を通過して拡大に至るまで延伸されるときにさらに加わる長さに起因する速度差によるものである。
プリフォーム200の上方、中間および下方部分の相対的な変動を達成することによる変形例もまた意図されている。例えば、上端215を上方へ牽引している速度より遅い速度で、局部的熱源110をプリフォーム200の下端214に向かって下げてもよい。この技法では、下端214を実質的に(垂直に)固定したまま維持してもよい。これに代えて、下端214を下方に牽引し、その間、上端215に上向きの力を加える、例えば、上端215を実質的に(垂直に)固定したまま維持するようにしてもよい。このとき、上述のように局部的熱源110を下端214に向かって下げてもよい。さらに別の様式において、下端214を下方に牽引する速度より遅い速度で局部的熱源110を上端215に向かって上昇させてもよい。別の実施形態において、下端214が下方に牽引されている間、この牽引速度より遅い速度であれば上端を下げてもよい。これは、局部的熱源110が実質的に固定し垂直に配置されたまま維持されている間に行ってもよい。さらなる実施の形態において、上端215の牽引速度より速い速度で局部的熱源110を下端214に向かって下げ、その間下端214は実質的に(垂直に)固定したまま維持されるとしてもよい。
牽引機構150が垂直上方に牽引するか下方に牽引するかにかかわらず、システム100は、上端215に取り付けこれを吊下するよう操作可能な懸垂機構を含むものとしてもよく、例えばチャック130を介して取り付けられる。構造によって、牽引機構150と懸垂機構は連動して働いてもよい。懸垂機構は、上方への牽引がなされていないときなどに、プリフォーム200を吊下してもよい。牽引機構150が下方へ牽引すると、懸垂機構が下方への牽引に抵抗を与え、中間部分205は拡大に至るまで延伸される。
牽引機構150が上方へ牽引する場合には、上端215を上方に牽引する力は重力によりいくらか弱められる。例えば、まだ吹込みおよび延伸されていない中間部分205の重さにより、加熱された第1中央部201は引き下げられ、第1中央部201がさらに延伸される。一方、加熱されたガラスを延伸するためには牽引力に対する抵抗がいくらか必要であり、加熱されたガラスの第1中央部201での、およびその下での、抵抗の量は、まだ吹込みおよび延伸されていない中間部分205の長さに依存する。この状況は、予測可能ではあるが変動し易い抵抗値を作りだし、望ましくないであろう。
この変動を最小化するため、さもなければ重力の影響をいくらか中和するため、システム100は、浮揚により下端部分204を支持するよう操作可能な浮揚機構170を含むものとすることができる。浮揚機構170は、プリフォーム200が吹込みされ上方に延伸されるにつれて下端部分204が液体をより少なく置き換える限りにおいて、吹込みおよび延伸される中間部分205の長さの変化を補う。牽引機構150の較正によっては、浮揚機構170を、図示のように固定したままとしてもよいし、あるいは中間部分205が膨らまされ上方に延伸されるにつれて上昇する下端214と同様に上昇させてもよい。浮揚機構170は、吹込みおよび延伸されたプリフォーム200が、既に吹込みおよび延伸された中央部201、202より下のプリフォーム200の質量で破損し得るという危険を最小限に抑える点で有利である。一旦第1中央部201が吹込みおよび延伸されると、バルブの薄いガラス壁は重い重量を支持することができない。浮揚機構170と上方への延伸を使用すると、より均一なガラス厚を有する非常に長いバルブを得ることができる。
さらに、システム100は、第1中央部201が吹込みおよび延伸された後、ガラスプリフォーム200を求心的に冷却するよう操作可能なインライン冷却装置180を含むものとしてもよい。このインライン冷却装置180はインラインユニット300の一部としてもよい。インライン冷却装置180は、例えば、局部的熱源110と熱的に分離された冷却素子コイルを含むものとすることができる。実際に、例えば、第1中央部201が吹込みされ上方に延伸された後、第1中央部201は第2中央部202を局部的熱源110により加熱されるゾーンに引き込み、そこで、第2中央部202を加熱し、吹込みし、延伸してもよい。一方、第1中央部201がインラインユニット300から抜け出し始めるとき、第1中央部201はガラスを硬化させるインライン冷却装置180を通り過ぎる。
図6を参照すると、本発明の1つ以上の実施の形態による3つの典型的な拡大プリフォーム220が示されている。インラインユニット300から抜け出た後、プリフォーム200の中間部分205が完全に拡大に至るまで吹込みおよび延伸されると、さらなる処理に対する準備が整ったといえる。完全に吹込みおよび延伸された中間部分205を有するプリフォーム200を、拡大プリフォーム220と称することができる。
図7〜8を参照すると、本発明の1つ以上のさらなる実施の形態による典型的な吹込みおよび延伸システム100が示されている。プリフォーム200が吹込みおよび延伸され拡大プリフォーム220を生成しているとき、インライン被覆装置190により、ガラスプリフォーム200に対してポリマー層コーティング225を求心的に塗布してもよい。システム100にインライン被覆装置190を含んでもよく、さらにそのインライン被覆装置をインラインユニット300の一部としてもよい。これに代えて、拡大プリフォーム220へのコーティング処置を単独に行ってもよい。適切なポリマー組成の例は本技術において多数知られており、例えば、ポリイミドやアクリルアミド、さらにPCT‘741に他のものが開示されている。
図9に、本発明の1つ以上の実施の形態による、3つの典型的な被覆拡大プリフォーム230を示す。プリフォームはインライン被覆装置190により被覆することができるが、それはプリフォーム200がインラインユニット300を抜け出るときでもよいし、あるいはプリフォーム200が完全に拡大されて拡大プリフォーム220が生成された後に単独で行われてもよい。完全に吹込みおよび延伸され被覆された中間部分205を備えるプリフォーム200を、被覆拡大プリフォーム230と称することができる。
図10を参照すると、本発明の1つ以上の実施の形態による典型的なインライン切断装置410が示されている。システム100は、中間部分205が吹込みおよび延伸された後にガラスプリフォーム220または230を切断するよう操作可能なインライン切断装置410をさらに含むものとしてもよい。インライン切断装置410は、切断および処理システム400の一部であってもよく、この切断および処理システムは、切断ガラス430をその上に巻きつける巻回装置420をさらに含む。インライン切断装置410は、図10に示すように、中間部分205を螺旋に切断しリボン状の切断ガラス430とするよう操作可能なレーザを含むものでもよい。レーザの代わりに他の既知の機器を用いることもできるが、機械的切断装置、すなわち、はさみ、1つ以上の刃、または類似のものなどを用いると、切断ガラス430の切断縁に構造上の損傷を与える危険が増加し得る。
図11を参照すると、本発明の1つ以上の実施の形態による典型的な切断、被覆および拡大されたプリフォーム240が示されている。拡大プリフォーム220や被覆拡大プリフォーム230は、インライン切断装置410により切断することができる。しかしながら、プリフォーム220を被覆前に切断すると、切断ガラスが保護されていないもろい性質であることに起因して、切断ガラス430が損傷する危険が著しく増加する。ガラスを切断前に被覆することで、ガラスは保護され処理が容易になる。しかしながら、これに代えて、切断し後にこの切断ガラス430を被覆してもよい。図11に示すように、被覆拡大プリフォーム230が、完全に吹込みおよび延伸された螺旋の切り口235を有する中間部分205を備えるとき、これを切断被覆拡大プリフォーム240と称することができる。
図12を参照すると、本発明の1つ以上の実施の形態により実行される工程処置(process actions)を示す流れ図が示されている。ガラス製造の典型的な工程1200は、列挙された処置のいくつかあるいは全てを含むものとすることができる。
以下の処置は工程1200の概要であり、これらのうちいくつかは同時に起こり得る。処置1202において、ガラスプリフォーム200は、回転チャック130を使用するなどしてゆっくりではあるが連続的に回転される。処置1204では、垂直に配置されたガラスプリフォーム200の第1中央部201に対し、局部的熱源110からの熱が求心的に加えられる。工程1200の処置1206では、ガラスプリフォーム200の開口端210へと空気が吹き込まれ、空洞213を第1中央部201で拡大させて第1中央部201を膨らませる。処置1208では、空洞213が拡大しているとき、ガラスプリフォーム200をエアベアリング140に垂直に通す。処置1210では、2つの端210,212のうち少なくとも一方が、垂直上方または垂直下方のいずれかに牽引され、第1中央部201を延伸する。
処置1212では、第1中央部201に隣接する第2中央部202へと前進させる。処置1214において、第2中央部202は第1中央部201が行われたのと同様に加熱、吹込みおよび延伸により処理され、第2中央部202を通り過ぎてさらに中間部分205へと前進する。
処置1216では、第1中央部201が冷却され、その後、第2中央部202が冷却される。
処置1218において、ガラスプリフォーム200,220は、少なくとも第1中央部201が吹込み、延伸および冷却された後に、ポリマーコーティング225で被覆される。
処置1220において、ガラスプリフォーム220,230は、中間部分205が吹込みおよび延伸された後に、例えば螺旋状切断235を形成するインライン切断装置410で切断される。処置1222では、中間部分205が吹込み、延伸、切断および場合により被覆された後、ガラスプリフォーム220,230の切断ガラス430が巻回装置420で巻回される。
これまで本発明について特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は単に本発明の本質および適用の事例に過ぎないことを理解されたい。従って、添付の請求範囲により定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、例示した実施形態に対し多くの変形を作ることが可能であり、また他の装置構成を考案することもできることを理解されたい。
100 吹込みおよび延伸システム
110 局部的熱源
120 加圧空気源
140 エアベアリング
150 牽引機構
200、220、230 プリフォーム
201 第1中央部
202 第2中央部
203 上端部分
204 下端部分
205 中間部分
210 開口端
212 閉口端
213 空洞
214 下端
215 上端

Claims (13)

  1. 開口端および閉口端を有するガラスプリフォームの第1中央部に局部的熱源から求心的に熱を加える工程であって、前記開口端が、前記プリフォーム中に少なくとも第1中央部まで延びる空洞に通じるものである工程、
    前記空洞を前記第1中央部で拡大するために、および該第1中央部を膨らませるために、前記開口端にガスを吹き込む工程、
    前記空洞の拡大を制限するため、前記ガラスプリフォームの外面にガスを吹きつける工程、
    前記2つの端のうち少なくとも一方を、前記第1中央部を延伸するために牽引する工程、
    前記ガラスプリフォームを回転させる工程、および、
    前記ガラスプリフォームを螺旋状に切断しリボンを形成する工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記ガラスプリフォームの内面および外面のうち少なくとも一方をポリマーコーティングで被覆する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 前記ガラスプリフォームが管状であり、
    前記ガラスプリフォームを前記局部的熱源に対して進め、前記ガラスプリフォームの第2中央部に前記局部的熱源から求心的に熱を加え
    前記第2中央部で前記加熱、吹込み、吹きつけ、牽引、回転および切断の各工程を繰り返す
    こと行うことを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 前記空洞が拡大しているときに、エアベアリングが、前記空洞の拡大を制限するため前記ガラスプリフォームの外面を求心的に吹きつけるように、前記ガラスプリフォームを前記エアベアリングに垂直に通す工程をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  5. 前記ガラスプリフォームの上端を上方に牽引する工程、
    前記上端が上方に牽引される牽引速度よりも速いまたは遅い、いずれか一方の下降速度で前記局部的熱源を前記ガラスプリフォームの下端方向に下降させる工程、および、
    前記下端を実質的に垂直に固定したまま維持する工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  6. 前記ガラスプリフォームの下端を下方に牽引する工程、
    該ガラスプリフォームの上端を実質的に垂直に固定したまま維持する工程、および
    (i)前記局部的熱源を、前記下端が下方に牽引される牽引速度よりも速い下降速度で前記下端方向に下降させる工程、および(ii)前記局部的熱源を、前記下端が下方に牽引される速度よりも遅い上昇速度で前記上端方向に上昇させる工程、のいずれか一方の工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  7. 前記ガラスプリフォームの下端を下方に牽引する工程、
    該ガラスプリフォームの上端を、前記下端が下方に牽引される速度よりも遅い下降速度で下降させる工程、および、
    前記局部的熱源を実質的に固定の垂直配置で維持する工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  8. 前記ガラスプリフォームの上端を上方に牽引する工程、
    該ガラスプリフォームの下端を浮揚させる工程、
    前記下端を、前記上端が上方に牽引される牽引速度より遅い上昇速度で上昇させる工程、および
    前記局部的熱源を実質的に固定の垂直配置で維持する工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  9. 垂直に配置された、開口端、少なくとも第1および第2の隣接する中央部を有する中間部分、および閉口端を有するガラスプリフォームを処理するためのシステムであって、前記開口端が前記プリフォームの空洞の少なくとも前記第1および第2の隣接する中央部まで通じるものであり、
    前記第1および第2中央部の少なくとも一方を求心的に加熱するよう操作可能な局部的熱源、
    前記空洞を拡大させるため、および前記第1および第2の中央部の前記少なくとも一方を膨らませ拡大させるため、前記開口端にガスを吹き込むよう操作可能なガス供給機構
    前記開口端とガス源との間にガス接続を形成するよう操作可能なチャック、
    記空洞が前記第1および第2の中央部の前記少なくとも一方で拡大されているとき、少なくとも前記第1および第2の中央部の前記少なくとも一方の外面を求心的に吹きつけるよう操作可能なエアベアリング、
    前記第1および第2の中央部の前記少なくとも一方を延伸するため、前記開口端および閉口端の少なくとも一方を垂直に牽引するよう操作可能な牽引機構、
    前記ガラスプリフォームの上端に取り付け、かつ該上端を吊下するよう操作可能な懸垂機構、および
    前記第1および第2の中央部の前記少なくとも一が吹込みおよび延伸された後、前記ガラスプリフォームをガラスリボンに切断するよう操作可能なインライン切断装置、
    を備えることを特徴とするシステム。
  10. 前記第1および第2の中央部の前記少なくとも一が延伸されるとき、浮揚によって前記ガラスプリフォームの下部を支持するよう操作可能な浮揚機構をさらに備えることを特徴とする請求項9記載のシステム。
  11. 前記1および第2の中央部の前記少なくとも一が吹込みおよび延伸された後、前記ガラスプリフォームにポリマー層コーティングを求心的に塗布するよう操作可能なインライン被覆装置をさらに備えることを特徴とする請求項9記載のシステム。
  12. 前記プリフォームが管状であり、かつ、
    前記インライン切断装置が、前記中間部分を螺旋状に切断してガラスリボンを形成するよう操作可能なレーザを備えることを特徴とする請求項9記載のシステム。
  13. 極薄ガラスの円筒を形成する工程、
    前記円筒を螺旋状に切断してガラスリボンを形成する工程、および、
    前記ガラスリボンが螺旋状に切断されるとき、該ガラスリボンを巻回する工程、
    を含むことを特徴とする方法。
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