KR101073783B1

KR101073783B1 - 저 뒤틀림 평판 글라스의 제조방법

Info

Publication number: KR101073783B1
Application number: KR1020067012945A
Authority: KR
Inventors: 고탐 메다; 메이 얀메이 쑨
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2011-10-13
Also published as: WO2005055284A3; CN1902045A; CN1902045B; WO2005055284A2; KR20060103478A

Abstract

글라스 시트의 제조 방법은 글라스 시트가 감소된 커튼형 뒤틀림 수준으로 형성되도록 선택된 영역인 글라스의 특정 온도영역에서 인장 응력 또는 실질적으로 0인 응력이 되도록 글라스에서의 열 응력을 조정하는 것을 포함한다. 실시예에 의하면, 열 응력의 조정은 유리 전이온도 영역을 통과하면서 글라스의 비 균질적인 냉각에 영향을 받는다. 예를 들면, 이러한 비 균질적 냉각은 다른 구배를 가지는 적어도 두 개의 세그먼트를 가지는 선형인 냉각 세그먼트에 적용된다.

글라스시트, 유리전이온도, 액정표시장치, 뒤틀림, 응력

Description

저 뒤틀림 평판 글라스의 제조방법 {Method of fabricating low-warp flat glass}

본 발명은 LCD(liquid crystal display)와 같은 디스플레이 장치에 있어 기판으로 사용되는 글라스 시트(glass sheet)와 같은 글라스 시트의 제조와 관련한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 그러한 글라스 시트의 제조과정, 예를 들어, 퓨전다운 드로우 공정에서 발생하는 "커튼형 뒤틀림"으로 알려진 문제를 줄이기 위한 방법과 관련한다.

A. 디스플레이 장치

디스플레이 장치는 다양한 응용분야에 사용된다. 예를 들어, 박막 트랜지스터 액정표지장치(TFT-LCD)는 몇가지만 언급하자면, 노트북 컴퓨터, 평면 패널 데스크탑 모니터, LCD 텔레비젼 그리고 인터넷과 통신장치에 사용되고 있다. TFT-LCD 패널이나 유기 발광 다이오드(OLED)패널과 같은 일부 표시장치는 평판 글라스 시트에서 바로 만들어진다. 많은 표시장치와 함께, 패널에 사용되는 글라스는 그 글라스의 표면에 걸쳐 대략 150 내지 250 마이크로미터(micrometer) 내에서 평평해야 한다. 글라스 상에 어떠한 뒤틀림이나 잔물결형상도 그 표시장치의 품질에 악영향 을 끼치게 될 것이다.

설명의 목적을 위하여, 위에서 언급한 것과 같은 많은 표시장치에 있어서, 표시장치에 사용되는 글라스 시트(글라스 기판)상에 전기부속을 결합시키는 것은 유용한 것이다. 때로, 전기부속은 TFT를 포함하는 상보성(complementary) 금속 산화물 반도체(CMOS) 장치이다. 이러한 응용에 있어서, 표시장치의 글라스 물질 상에 직접적으로 반도체구조를 형성하는 것이 유익하다.

따라서, 많은 LCD 표시장치는 때로 트랜지스터가 형성된 위에 글라스 기판과 화합하는 액정(LC)층을 포함한다. 상기 트랜지스터는 새겨진 배열상에 위치되고, 소기의 방식으로 LC 물질이 분자를 배향하기에 바람직한 전압을 제공하기 위하여 주변 회로에 의하여 작동된다. 상기 트랜지스터는 표시장치의 화소(Pixel)의 필수적인 요소이다.

쉽게 평가될 수 있는바와 같이, 글라스 패널의 평편도에서의 어떠한 변동도 트랜지스터와 화소의 공간의 변형을 초래할 수 있다.

이것은 디스플레이패널의 왜곡을 가져올 수 있다. 그러한 입장에서, LCD와 여타 글라스 디스플레이 장치 응용물에 있어, 상기에서 언급했던 뒤틀린 글라스의 문제를 최소한 회피하기 위한 평평도를 위한 수용가능한 허용오차 내인 글라스 기판을 제공하는 것은 대단히 유익한 것이다.

B. 뒤틀림(WARP)

뒤틀림은 평면으로부터의 굴곡에 의하여 특정되는 글라스판의 결함이다. 그 것은 LCD 글라스기판의 제조에서 가장 까다롭고 끈질긴 문제 중의 하나로 되어 왔다. 뒤틀림의 다양한 양상은 알려져 있으며, 본 발명은 커튼형 뒤틀림과 관계가 있다. 도 1에서 보이는 바와 같이, 커튼형 뒤틀림은 판의 폭을 가로지르는 사인 곡선과 같은 굴곡에 의하여 특징지워진다. 특히, 압연된(drawned) 글라스 리본으로부터 만들어지는 글라스판, 예를 들어, 다운드로우 퓨젼 프로세스( 도2 참조)로 제조되는 글라스리본으로부터 제조되는 글라스판에 있어서, 커튼형 뒤틀림은 상기 리본이 압연되는 방향에 대하여 교축방향으로의 사인 곡선 같은 굴곡이다. 도 1로부터 증명되는 것처럼, " 커튼형 뒤틀림(curtain warp)" 이라는 용어는 글라스 리젬블(resembles)에 있어서 그 잔물결모양으로 인해 적절한 것이며, 수직 드로우에 있어서는 매달린 커튼의 방향에 있다.

지금까지, 커튼형 뒤틀림의 원인에 대한 근본적인 이해는 없었으며, 따라서 그것을 줄이고/제어하기 위한 어떠한 체계적이 접근도 없었다. 따라서 필요로 되는 것은 그 기술분야에서 최소한 이러한 장애를 극복하는 평판글라스를 실질적으로 제조하는 방법인 것이다.

발명의 요약

첫 번째 측면에 따라, 본 발명은 글라스에 있어서의 인장응력 또는 글라스 형성공정의 특별한 온도 영역에 걸쳐 실질적으로 0 인 열응력의 완화단계를 포함하는 글라스시트의 제조방법을 제공하며, 사용자가 그 온도영역(이하,"TZ"라 함)을 미리 선택함으로 인해, 최종단계의, 완전히 고형화된, 글라스시트의 커튼형 뒤틀림 이 지정된(특정된) 수준 이하가 된다. 바람직하게는, 최종단계의, 완전히 고형화된, 글라스판은 커튼형 뒤틀림으로부터 실질적으로 자유로운 상태가 지향된다.

본 기술분야에서의 당업자가 이해할 바와 같이, 최종 글라스 시트에서 인정될 수 있는 커튼형 뒤틀림의 수준은 그 시트에 대한 의도된 응용물에 따를 것이다. 일반적인 가이드라인으로서, 글라스 시트의 폭을 가로질러 커튼형 뒤틀림의 최고점과 최저점 차이의 수준이 1000 마이크론 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 600 마이크론이하이고, 가장 바람직하게는 약 200 마이크론 이하이다.

본 발명의 이러한 측면에서 바람직한 구체예에서, TZ는 유리 전이 온도범위(GTTR)에서의 글라스의 비선형 열팽창 계수(CTE)에 따라 미리 선택된다. 이하에서 충분히 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따르면, (1)디스플레이기판으로 사용되는 타입의 글라스는 그것의 GTTR에서 비선형의 CTE를 가지며, (2) 열적으로 유도된 글라스에서의 압축과 인장밴드를 제공하기 위한 제조과정에서 글라스의 냉각패턴과의 이러한 비선형성의 반응을 알아냈다.

이러한 비선형성을 고려함으로써, 냉각패턴,특히, 비선형 냉각패턴이 미리 선택될 수 있으며, 그것이 냉각패턴/비선형 CTE 반응이 글라스의 최종 형상이 결정되는 지점의 냉각 공정의 부분에서의 인장 밴드 또는 실질적으로 0의 압축을 가지는 밴드를 제공하기 때문에, 커튼형 뒤틀림이 줄어드는 결과를 나타낸다.

다른 측면에 따르면, 본 발명은 유리 전이 온도 범위(GTTR)에 걸친 하나 또는 그 이상의 실질적으로 비선형의 냉각 시퀀스(냉각 패턴)을 제공하는(선택하는)단계와, 적어도 글라스 시트의 한 부분을 나타내는 글라스샘플에 대한 표본화된 응 력 데이터를 수득하기 위한 하나 또는 그 이상의 시퀀스를 사용하는 단계를 포함하는 글라스 시트의 제작 방법을 제시한다. 상기 방법은 또한 원하는 영역 즉, TZ에서 글라스 샘플에서의 실질적으로 비 압축 응력 또는 인장 응력을 초래하는 하나 또는 그 이상의 실질적으로 비선형 냉각 시퀀스 중 하나를 선택하는 것을 포함할 수 있다.

이러한 실질적으로 비선형 시퀀스는 다시 커튼형 뒤틀림이 지정된(특정된) 수준이하인 글라스 시트를 제조하는 데 채용할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 루트를 가지는 퓨전 형성 기구( 예를들어, 아이소파이프)를 사용하여 글라스 시트를 제작하는 방법을 제공하는데, 상기 글라스는 유리전이 온도영역(GTTR)을 가지고, 상기 방법은 상기 루트로부터의 거리 작용으로서 그 글라스에 냉각 패턴을 적용하는 단계와, 커튼형 뒤틀림이 지정된 수준, 즉 실질적으로 어떠한 커튼형 뒤틀림도 가지지 않을 수 있는 글라스 시트가 되기에 충분한 글라스의 GTTR에서 적어도 하나의 비선형성을 포함하는 냉각패턴을 보장하는 단계를 포함한다. 분명 바람직한 구체예에서는, GTTR의 더 낮은 온도 말단 부에서 적어도 하나의 비선형성은 응력밴드 또는 실질적으로 0인 압축밴드를 제공하는 비선형성을 포함한다.

본 발명의 상기 각각의 측면에 따라, 글라스의 냉각 패턴에서의 상기 비선형성은 예를들어, 아이소파이프의 루트로부터의 거리(또는 동등하게, 시간)의 작용으로서 글라스의 냉각율에서의 감소 또는 증가를 포함할 수 있다. 냉각율에서의 감소는 글라스에 대한 온도 대 거리(또는 시간) 도면에서 위쪽으로의 "결함"으로서 나 타내질 수 있으며, 반면 냉각율의 증가는 그러한 도면에서 아래쪽으로의 "결함"으로 나타내질 수 있다. 의도적으로 소개된 그러한 결함과 디스플레이 글라스가 그 GTTR에서 보여지는 비선형 CTE를 고려함으로써, 커튼형 뒤틀림는 제어되고, 실질적으로 제거될 수 있다.

본 발명의 추가적인 특성과 이점은 뒤따르는 상세한 설명부에서 설명되며, 그러한 설명으로부터 그 기술에 있어 숙련된 자에게 쉽게 명백해질 것이며, 또는 여기에 설명된 발명을 실행함으로써 인지될 것이다.

전술한 일반적인 설명과 앞으로의 자세한 설명은 단지 본 발명에 대한 예에 불과하고, 이하에서 청구되는 본 발명의 성질과 특성의 이해를 위한 골자를 제공하기 위한 의도라고 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 상기 열거된 특성은, 아래에서 논의되고 청구된 본 발명의 다른 채택된 구체적 설명과 같이, 개별적으로 또는 일부나 전체의 조합으로 사용될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명을 더 나은 이해를 제공하고자 포함된 것이며, 본 상세한 설명을 구체화하고 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 다양한 구체예를 나타내며, 설명부과 함께 본 발명의 개념과 작동을 설명하는 역할을 한다. 도면에서 도시되는 다양한 특징들은 척도에 따라 그려질 필요는 없다는 것을 염두해야 한다. 사실, 크기는 논의의 명확성을 위해 임의적으로 커지거나 작아질 수 있다.

도 1은 커튼형 뒤틀림을 나타내는 도식적인 도면이다.

도 2는 실제 구체예에 따른 퓨전 글라스 제조기의 도식적인 도면이다.

도 3은 비선형 열팽창계수를 가지는 글라스시트의 선형냉각의 결과로서 도출된 응력 밴드의 발생을 보여주는 도면이다. 시컨트 플롯에 대한 tref는 25 였다.

도 4는 코닝사의 코드 1737 글라스의 CTE 대 온도에 대한 도면이다.

도 5는 실제 구체예에 따른 글라스 열응력을 최적화 하는데 사용되는 도식적 표현으로서 다양한 냉각율에 대한 글라스의 응력의 도식적 도면이다.

도 6은 300 ~ 650의 범위의 다양한 냉각율에 대한 글라스의 응력의 도식적인 도면이다

도 7은 실제 구체예에 따른 실질적으로 평면 퓨전 글라스의 제조 공정에 대한 흐름도이다.

도 8은 실시예 1에서 실험된 다양한 냉각패턴에 대한 도면이다.

도 9는 실시예 2에서 논의된 3개의 냉각패턴에 대한 도면이다.

도 10은 코닝사의 코드 1737과 이글 2000글라스의 측정된 팽창커브를 비교한 도면이다.

다음의 상세한 설명에서는, 제한 없는 설명을 위하여, 명확한 설명이 개시되는 실제 구체예가 본 발명의 전체적인 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 설명의 이익을 가지는 본 기술분야에서 통상적인 기술수준을 가지는 자에게는 분명하게 될 것이며, 본 발명은 여기에 개시되는 상세한 설명으로부터 출발한 다른 구체예로 실행될 것이다. 게다가, 잘 알려진 장치나, 방법, 물질에 대한 설명은 본 발명의 설명부를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 디스플레이 글라스에서의 뒤틀림현상, 특히 커튼형 뒤틀림과 관한 것이다. 그러한 글라스는 다운 드로우 퓨전 공정을 포함한 다양한 드로잉 공정으로 제조될 수 있다.

도 2는 전형적으로 퓨전공정에서 사용되는 타입의 글라스 제조장치(100)의 도식적 다이어그램이다. 상기 장치는 형성장치(아이소파이프,isopipe)를 포함하는데, 그것은 캐비티(102)에서 용융 글라스(도시되지않음)를 수용한다.

아이소파이프의 루트(root)는 103에서 보여지며, 상기 루트(root)를 벗어난 후, 상기 글라스의 시트(104)는 엣지롤러(105)를 통과한다. 아이소파이프(101)의 루트(103)는 아이소파이프(101)의 양 외측으로부터 용융된 글라스가 서로 만나는 지점의 위치와 관계된다. 최종적으로, 튜브(doctari, 106)세트의 위치가 보여진다.

상기 튜브는 상기 글라스시트(글라스리본)의 부분적 온도와 그에 따른 그것의 두께를 조절한다. 퓨전(용융)장치는 기술분야에서 알려진 바와 같아서, 자세한 것은 실제 구체예의 설명을 명확히 하기 위해 생략한다. 하지만, 다른 종류의 글라스 제조 장치가 본 발명과 결합하여 사용될 수 있다는 점을 유념해야 한다. 그러한 장치는 글라스 제조분야에서 통상의 기술을 가진 기술자의 이해 범위 내에 있게 된다.

퓨전(용융)이나 다른 타입의 글라스 제조 장치에 있어서, 글라스 시트(글라스리본)가 상기 장치의 드로잉 부분으로 아래쪽으로 이동할 때, 상기 시트는 물리적 차원에서 뿐 아니라 분자 수준에서도 복잡한 구조적 변형을 겪게 된다. 예를 들면, 아이소파이프의 루트부에서의 유연한 50밀리미터 두께의 액체상으로부터 대략 0.5 밀리미터 두께의 딱딱한 글라스시트로의 변화가 액체에서 고체상태로의 변형을 이루기 위한 기계적 화학적 요구사항과 정교하게 균형을 이룬 주의 깊게 선택된 온도범위에 의하여 달성된다. 완벽한 온도보다 낮은 온도변화도는 평면에서의 굴곡,특히 커튼형 뒤틀림을 유발한다.

글라스의 냉각율에서의 시행착오 변화가 글라스 시트의 커튼형 뒤틀림 또는 비 평활성의 수준을 감소에 대한 하나의 접근으로서 채택될 수 있을지라도, 그러한 시행착오 변화는 순전히 경험적이며 그래서 일반적으로 최종 생산물에 대한 감소된 수율과 더 높은 비용의 결과를 가져온다. 또한 시행착오 접근법은 글라스의 조성 및/ 또는 글라스 제조 설비의 디자인이 바뀌는 것을 매번 반복해야 한다.

커튼형 뒤틀림의 원인을 이해하기 위해서, 본 발명에 따라, 시트에서의 잠정적인 열응력에 대한 온도분산의 효과를 알아낼 수 있는 모델이 개발되었다. 특히, 본 발명의 실제 구체예에 따라, ANSYS한정요소 소프트웨어를 사용하는 모델이 성립되었다. 상기 모델에 포함된 상기 시트가 상기 루트(상측경계,upper boundary)로부터 얼마간의 거리에서 시작해서 글라스 리본이 제조과정에서 끊어지는 지점까지 연장된다. SHELL63 성분은 상기 글라스시트를 설명하기 위해 사용되며 상기 상측경계의 위치는 모델 유입량에 따라 특정된다.

시트에서의 온도분포는 또한 상기 모델에, 온도의존성 탄성모듈과 온도의존성 열팽창계수(CTE)와 함께 특정되었다. 상기 ANSYS 소프트웨어는 그다음 탄성적으로 된 시트를 선택하여 그 시트상에서의 열응력을 계산했다. 사용된 특수 방정식은 부록 A에서 설명한다. 상기 시트의 탈평면 좌굴현상(Out-of-plane buckling)과 막응력효과(membrane stress)는 고려되었으나, 점탄성은 고려되지 않았다. 계산된 응력은 따라서 상기 시트에서의 응력 측정으로 사용되며, 실제 응력은 아니다.

상측경계는 상기 루트로부터 충분히 떨어진 위치에 설정되어 글라스가 상기 상측경계에 도달하기 전에 그것의 최종 두께를 가지도록 한다. 또한, 상기 상측경계의 위치는 글라스가 너무 연성이기 때문에 응력이 즉각 해소되는 영역을 압출하기 위해 선택되며, 글라스에서 탈평면 변형(out-of-plane deformation)이 고정화되는 글라스 영역을 포함하는 것은 아니다.

앞서 언급한 ANSYS 탄성모델이 본 발명의 실행을 성공적으로 수행할 수 있다는 것을 알아냈음에도, 넓은 영역의 다양한 다른 모델이나, 모델링 기술, 모델링 소프트웨어가 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들자면, 점탄성의 효과를 포함하는 모델도 원하는 경우 사용될 수 있다.

커튼형 뒤틀림을 조사하기 위하여, 상기 열응력모델이 상기 시트의 길이방향의 아래쪽으로의 선형 온도 프로파일을 위해 최초로 작동되었다. 결과는 도 3에서 보여지고 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 약 650 ~ 830 ℃온도(특히, 도 3에서 650 ~ 800 ℃)에서, 선형 온도 상태는 인장피크에 뒤따르는 압축피크에 이어지는 인장피크, 즉 도 3에서 보이는 것과 같이 양-음-양의 응력패턴에 의해 특징지워지는 글라스에서의 응력 패턴을 제시한다. 이러한 패턴에서 상기 압축응력밴드는, 상기 시트가 상기 드로우 아래쪽으로 이동할 때 머무르는 변형에 대해 충분히 딱딱하지만, 영구적으로 왜곡된 글라스 시트를 초래하는 변형이 되기에는 충분히 유연한 상기 유리전이영역에서 일어날 수 있기 때문에 특별히 중요하다. 상기 유리전이 영역의 이상에서, 글라스는 기본적으로 뉴튼 유체인데, 그 영역에서 응력은 빠르게 해소되고, 그 영역 이하에서는, 글라스가 좌굴에 대항하기 충분할 정도로 딱딱하다.

본 발명에 따라, 도 3에서 나타난 상기 타입의 압축응력에 대한 유리전이영역에서 커튼형 뒤틀림의 원인이 발견되었다. 다시 말해, 글라스시트가 그것의 유리전이온도영역(GTTR)을 통하여 선형적으로 냉각되도록 하였다면 좌굴되고, 커튼형 뒤틀림으로 발전할 것이라는 점이 발견되었다는 것이다.

도 3에서의 응력패턴은 GTTR에서의 글라스가 가지는 비선형 열팽창계수(CTE)의 결과이다. 도 4는 코닝사의 Code 1737글라스의 전형적인 CTE 대 온도의 도면을 보이고 있다. 이 도면에서 보이는 GTTR에서의 온도에 대한 CTE의 비선형적 의존은 이 영역을 거치는 냉각시 상기 글라스 시트의 불균등한 수축을 가져온다.

이것은 도 3의 인장-압축-인장 응력의 패턴을 만들어낸다. 이 패턴에서 압축부분은 , 교대로, 처리된 글라스에서의 좌굴과 그에 따른 커튼형 뒤틀림을 형성한다. 도 4의 비선형 CTE가 1737 글라스에서는 특별한 것이 아니지만, 디스플레이 글라스에서 일반적으로 보여지는 성질에 해당한다는 것은 주의할 필요가 있다.

본 발명에 따라, 커튼형 뒤틀림의 문제는 글라스 형성공정에서 글라스 시트의 냉각율을 제어함으로서 조절할 수 있다는 것이 발견되었다. 특히, 위에서 논의한 바와 같이, 본 발명은 열응력을 조절하는 것을 포함하여, 특정 영역에서 열응력이 인장응력 또는 실질적으로 0으로 되어, 결과적인 글라스 시트가 커튼형 뒤틀림의 수준을 조절하였으며, 결과적인 글라스가 실질적으로 커튼형 뒤틀림이 없는 글라스 물질을 제조하는 방법을 제공한다.

여기에 설명되는 실제 구체예에 따라, 유리전이 온도영역(GTTR)에서(over the GTTR) 냉각 대 상기 루트로부터의 거리는 커튼형 뒤틀림이 발생한 글라스가 생기는 바람직하지 않은 영역에서의 내부 압축 응력을 실질적으로 회피하기 위하여 실질적으로 비선형이다.

GTTR에서 (over the GTTR) 비선형 냉각은 다양한 냉각 세그먼트로 이루어질 수 있다. 각 세그먼트는 실질적으로 선형일 수 있으나, 완전한 선형일 필요는 없다. 즉, 이러한 세그먼트들의 하나 또는 그 이상은 자체적으로 비선형일 수 있다. 궁극적으로, 이러한 냉각 세그먼트의 구배(slope)와 지속기간은 바람직하지 않은 위치에서의 압축응력을 줄이거나 실질적으로 제거하기 위해 선택된다.

실예로, 실제 구체예의 글라스는 대략 0.1에서 2.0mm의 정도의 두께를 가지는 평면글라스이다. 상기 글라스는 기판의 크기에 따라, 대략 150 마이크론에서 대략 250마이크론 정도의 기판을 가로지르는 평편성을 유리하게 가진다. 상기 글라스는 위에서 언급하였던 것과 같은 글라스 디스플레이, 또는 평면이나 실질적으로 잔물결형상이 없는 글라스 표면이 유리한 곳의 다른 응용품에 사용될 수 있다. 대표적인 예로서, 상기 글라스는 코닝사의 코드1737(Code1737) 이나 코드이글2000(Code Eagle 2000) 글라스, 또는 다른 제조회사에서 생산된 디스플레이 적용제품의 글라스일 수 있다.

도 5는 위의 ANSYS 컴퓨터 모델을 사용하여 계산된 응력 패턴에서의 대표적인 비선형 냉각 패턴의 영향을 보여준다. 도 5에서 보이는 바와 같이, 비선형 냉각은 온도 프로파일을 상기 드로우 아래의 거리에 따른 선형 의존성으로부터 벗어나게 하며, 그에 따라 도 3에서 보여진 바와 바뀌어진 글라스에서의 응력패턴을 생성한다.

특히, 도 5에서 보이는 바와 같이, 압축밴드(compression band)에 둘러싸인 인장밴드(tansion band)는 온도곡선의 모든 상향 굴곡점에서의 응력 패턴에 합쳐지고, 인장밴드에 둘러싸인 압축밴드는 각각의 하향 굴곡점에 합쳐진다. 상향 굴곡점은 시트가 드로우 아래로 이동 할때에 더 빨라졌다가 더 느려지는 냉각율 변화에 대응하며, 반면에 하향 굴곡점은 더 느려졌다가 더 빨라지는 냉각율 변화에 대응한다. 냉각율에서의 변화 지점을 선택함에 따라, 그러한 변화가 빨라졌다 느려지거나(faster to slower), 느려졌다 빨라지거나( slower to faster) 하며, 인장응력밴드(또는 실질적으로 0 인 압축을 가지는 밴드)는 글라스의 냉각 곡선을 따라 하나 또는 그 이상의 원하는 구역에 위치될 수 있다.

특히, 인장응력 또는 실질적으로 0 인 압축을 가지는 밴드는 예를들어, TZ에 위치될 수 있어서, 최종 글라스는 커튼형 뒤틀림의 특정한 수준 보다 작을 수 있는데, 즉 최종유리는 실질적으로 커튼형 뒤틀림이 발생하지 않을 수 있다.

도 5의 그래프300은 특히 응력(좌측 수직축)과 온도(우측 수직축)대 아이소 파이프의 루트로부터의 거리를 보여준다. 선택적으로, 그 그래프의 수평축은 거리대신 루트에서부터의 시간이 될 수 있다. 그래프 300은 위에서 논의된 모델과 같은, 컴퓨터 모델을 사용하여 수학적으로 모델화되었다. 모델링에 사용된 글라스 샘플은 실예로 위에서 언급한 타입의 글라스 디스플레이로 사용되는 글라스 시트로 제조된 글라스 물질이다.

그래프 300은 아래에서 후술되는 도 7의 실제 구체예에 관련하여 설명되는 최적의 냉각 방법의 선택을 수행하기 위해 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 즉, 모델화된 세 개의 냉각시퀀스(냉각 커브 301,302,303) 중에서, 하나가 선택된 글라스 물질로 만들어지는 글라스 시트에서의 평편도(평편성)을 최적화하기 위해 선택될 것이다.

그래프 300은 예를 들면, 알려진 퓨전(용융)기술로 형성되는 특별한 글라스 물질에 대한 세 개의 개개의 모델화된 냉각 시퀀스를 포함한다. 도 5의 냉각 시퀀스는 제조되고 있는 특수한 글라스의 유리전이 영역에 있으며,실례로 대략 850 ℃ 내지 대략 650℃이다. 제 1 커브 301에서 보이는 제 1 시퀀스는 실질적으로 선형이다. 비선형 커브인 제 2 시퀀스는 제 2 커브 302로서 보여지며, 제 1 커브에 비하여 초기 냉각율이 감소되었다. 세 번째 시퀀스는 커브 303으로 나타나며, 제 1 커브 301에 비하여 초기 냉각율이 증가하였다.

제 1 커브301은 도 5의 응력커브 304를 산출한다. 이러한 냉각 시퀀스를 사용하여 제조된 글라스는 약간의 양(positive)의(인장)응력을 가질 것이나, 주목할 만한 량의 압축응력을 가진다. 본 예에서 상기 글라스 시트는 수용할 수 없는 정도의 압축 응력에 영향을 받는다. 따라서, 실제 구체예의 모델링 방법은 샘플의 냉각을 실질적으로 수행함이 없이 이러한 냉각 시퀀스의 제거를 하게 한다. 본 발명의 이러한 구체예의 이익을 보유한채, 이것은 폐기물을 감소시키고 제조상의 생산량을 증대시킨다.

상기 제 2 커브302는 세 개의 냉각 세그먼트를 가진다. 제 1 세그먼트305와 제 2 세그먼트 306, 그리고 세 번째 세그먼트307이다. 본 구체예에서, 제 1 세그먼트 305와 제 2 세그먼트 306은 실질적으로 동일한 구배를 가지는 반면, 세 번째 세그먼트의 냉각 커브는 세그먼트 305와 306과는 다른 구배를 가진다. 냉각 세그먼트는 커브309에 의해 기술된 글라스의 응력을 가져온다. 최후(제 4)의 세그먼트 308은 역시 선형이며, 커브 301과 303의 최후(제 4)의 세그먼트에 대한 구배에서와 같다.

제2 커브 302의 초기 냉각율인, 냉각 세그먼트 305는 커브 301의 구배의 것에 비하여 감소된다. 이것은 응력 커브 309에서 보이는 바와 같이, 초기적으로 어떠한 인장을 초래한다. 그러나, 제 2 세그먼트 306에 비하여 상대적으로 가파른 구배를 가지는 제3 세그먼트 307은 글라스에서 중요한 압축을 가져온다. 이것은 응력 피크 301에서와 같이 명백하다. 그와 같이, 제 2 커브로 대표되는 제 2 시퀀스는 압축피크가 글라스의 형체가 고정되는 위치에 대응되는 때에 받아들일 수 없는 수준인 커튼형 뒤틀림을 갖게 될 것이기에 또한 유용하지 않다. 다시, 본 발명의 모델링 방법은 샘플의 냉각을 실제로 수행함이 없이 이러한 냉각 시퀀스의 제거하게 한다. 본 발명의 이러한 구체예의 이익을 보유하면서, 이것은 폐기물을 감소시키고 제조상의 생산량을 증대시킨다.

커브 303으로 보여지는, 상기 제 3 냉각 시퀀스는 또한 세 개의 냉각 세그먼트를 가지는데, 즉, 제 1 세그먼트 311, 제 2 세그먼트 312, 제 3 세그먼트 313이 그것이다. 이 제 3 냉각 시퀀스는 응력 커브 314에서 보여지는 글라스에서의 응력을 초래한다. 이 실제 구체예에 있어, 제 1 세그먼트 311은 커브 301과 비교하여 다른 세그먼트들인 312와 313와 마찬가지로 상당히 증가된 구배를 가진다. 제 1 냉각 세그먼트 311은 보이는 바와같이 다소의 압축을 초래한다. 제 2와 제 3 냉각 세그먼트 312와 313은, 각각 제 1 세그먼트 311와 커브301의 구배와 비교하여 상당히 감소된 구배를 가진다. 이러한 제 2 냉각 세그먼트 312는 보다 두드러진 상측, 양(positive)의 응력피크315를 발생시킨다. 이러한 냉각 프로파일은 유리 전이온도 영역에서 비선형 열팽창 계수의 영향에 대한 보상을 제공하고, 따라서 글라스가 유리전이 영역을 통과할때 원하는 인장 열응력을 가져온다.

그래프 300으로부터 평가될 수 있는 바와 같이, 다양한 응력커브는 냉각 세그먼트의 구배에 대한 선택적인 변경에 의하여 산출될 수 있다. 게다가, 세그먼트의 길이 역시 변경될 수 있다. 냉각세그먼트의 이러한 각각의 그룹은 제조되는 특수한 글라스물질에 대해 대체로 특이한 응력커브를 유발한다. 그런식으로, 다양한 합(resultant)응력치가 실현될 수 있다. 예를 들어, 커브 집단은 본 구체예의 글라스의 샘플에 대한 유리전이 영역의 더 낮은 말단 부위인 대략 780 내지 대략 720℃ 의 범위에서 글라스의 패스터 투 슬로우어 냉각에 의하여 결정되고 특징지워 진다. 이런 커브집단으로부터, 특별한 커브가 글라스 시트에서의 원하는 특별한 목적 결과를 맞추기 위해 선택될 수 있다. 유사하게, 커브의 집단은 특수 글라스가 제조되는 유리전이 온도 영역내/또는 그 주변에서의 글라스에 대한 슬로우어 투 패스터 냉각에 의해 특정되는 것이 결정될 수 있다. 이 대체 집단으로부터, 특유한 커브가 한정된 커튼형 뒤틀림 요구를 충족하기 위해 선택될 수 있다. 같은 의미로, 패스터 투 슬로우어와 슬로우어 투 패스터 패턴의 조합은 특수한 평편도 기준을 달성하기 위해, 원하는 경우 사용될 수 있다.

정량적으로, 제 3 커브 303에 대하여 설명된 실제 구체예의 냉각 시퀀스에서, 커튼형 뒤틀림을 실질적으로 제거하기 위하여 제 1 세그먼트311 전에 있는 냉각 세그먼트(도시하지 않음)는 상기 유리전이 영역의 상측 온도에서 상대적으로 높은 냉각율을 가진다. 실례로, 이 냉각율은 대략 6℃/in 에서 대략 15 ℃/in의 범위내에 있다. 이것은 루트로부터 대략 25인치 내지 대략 40인치에 있는 영역에서 일어난다.

다음으로, 유리전이영역의 상측부분(upper portion)에서, 그리고 제 1 세그먼트 311를 따라 냉각율은 대략 4 ℃/in내지 10 ℃/in의 범위로 줄어든다. 이러한 더 늦은 냉각율은 다음의 대략 10 인치 내지 대략 15인치에 걸쳐 계속된다.

구체예에서, 제 2와 세번째 냉각 세그먼트 312와 313 동안, 냉각율은 대략 2℃/in 내지 대략 5℃/in의 범위에서의 냉각율에 대한 유리전이 영역의 더 낮은 말단부(the lower end of the glass transition region)에서 변화된다. 이러한 냉각율은 다음의 대략 15인치 내지 대략 25인치에 걸쳐 영향을 미친다. 글라스가 유리전이영역을 통과한 후에, 냉각율은 예를 들면 세그먼트 308에서와 같은 실질적으로 지속적인 수준에서 유지된다. 따라서, 구체예는 글라스에서 원하는 인장응력을 제공함에 의한 글라스에서의 압축응력에 의해 야기되는 커튼형 뒤틀림을 실질적으로 제거하거나 확실히 줄이는, 냉각공정 중의 비선형 온도 특성(profile)을 포함한다.

도 6은 상기 모델링 즉, 드로우의 더욱 하부 지점에서의 냉각율로부터 임계 유리전이 영역에서의 응력패턴에 대하여 실질적으로 독립성인 모델링에 근거한 보다 구체적인 발견을 도시한다. 상기 도면에서 보이는 바와 같이, 650℃ 내지 300℃의 온도범위에서 세 개의 구배는 650℃에서 850℃에 이르는 더 높은 온도 영역에서 동일한 응력패턴을 보인다. 이러한 실질적 독립성은 드로우의 전체 온도영역에 대조되는 바로 GTTR에 대한 효과적인 냉각패턴을 얻는데 초점을 맞추기 때문에 커튼형 뒤틀림을 더 쉽게 제어할 수 있는 이점을 가진다.

요약하자면, 상기로부터 유리전이온도 영역(GTTR)에서의 글라스 냉각율과 시트 응력의 상관관계가 커튼형 뒤틀림의 제어를 위한 초석임을 알 수 있을 것이다. 이러한 상관관계에 의하여, 인장응력은 전이 영역의 상대적으로 연성인 글라스에서부터 그 영역 아래에서의 경질의 고체 상태까지 시트가 가는 동안 상기 시트를 평평하게 유지하기 위해 발생될 수 있다. 특히, 고체 시트의 시작단계에 대응하는 GTTR의 더 낮은 말단부(the lower end of the GTTR)에서의 인장밴드는 그러한 인장밴드없이 생성된 제품과 비교하여 감소된 커튼형 뒤틀림을 보유한 최종생산품을 제공한다.

도 7은 글라스 제조공정의 커튼형 뒤틀림의 제어를 수행하기 위한 실례의 방법 200에 대한 흐름도이다. 도 7에 대한 실제 구체예는, 예를 들어, 상기 도 2와 연관되어 설명된 것과 같은 제조장치를 사용하는 실질적으로 평판 글라스 패널의 제조에 적용될 수 있다.

도 7의 201단계에서, 시트 글라스로 형성된 특수 글라스 샘플에 대한 일률적 도는 선형의 냉각 데이터는 컴퓨터 기반의 수학적 모델링에 의하여 얻어진다. 위에서 설명한데로, 컴퓨터 모델링은 하나 또는 그 이상의 다양한 잘 알려진 수학적 모델링 기술의 사용에 영향을 받을 수 있다.

이러한 것들은 알려진 바와 같아서, 자세한 것은 구체예의 설명을 명확히하기위해 생략한다. 이러한 냉각 데이터는 제조과정의 냉각시에 글라스 샘플에 대한 응력(보통은 p.s.i 단위)을 포함한다. 예를 들자면, 이러한 데이터는 글라스가 아이소 파이프를 떠날 때 그것의 용융상태로부터 실온에서의 최종상태까지 글라스가 냉각될때의 응력 대 온도 및 시간(또는 루트로부터의 거리)이 될 수 있다.

선택적으로, 상기 데이터는 개별 글라스 시트가 연속 글라스 리본으로부터 분리되는 지점에서의 유리전이 온도영역의 이상으로부터의 냉각공정에 대한 부분만에 대할 것일 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 글라스의 일률적 또는 선형 냉각은 글라스가 액상에서 유리와 같은 물질로 변형되는 유리전이 온도영역에서의 글라스의 압축에 기인하는 커튼형 뒤틀림을 초래한다. 이러한 유리전이 온도영역은 대략 850℃ 내지 대략 650℃사이의 온도영역에서 많은 글라스에서 발생한다. 예를 들어, 이러한 일률적 냉각은 제조단계를 거치면서 포괄 또는 얼마간 포괄온도 이상에서의 글라스의 냉각일 수 있다.

유리전이 영역에서의 압축응력( 음(negative) 응력)은 유리전이 온도를 거치면서 일률적으로 냉각됨에 따른 글라스 물질상의 비선형 열팽창에 기인한다. 유리전이 온도영역에서, 열팽창계수는 온도의 선형적 변화에 대해 비선형적으로 달라진다. 따라서, 온도에 대한 글라스의 팽창은 또한 비선형이며, 그래서 일률적이지 않다. 억제되지 않는다면, 이것은 글라스에서의 압축을 초래할 것이며, 글라스에서의 커튼형 뒤틀림의 원인이 될 것이다.

단계 201에서 글라스의 선형 또는 일률적 냉각 응력 데이터를 얻자마자, 상기 방법은 특히 단계 202에서의 유리전이 온도영역을 통한 냉각 시퀀스의 수정을 포함한다. 본 구체예의 단계 202의 일 목적은 글라스 응력을 최적화하여, 유리전이 온도영역에 걸쳐, 글라스가 실질적으로 0 응력이나 포지티브 응역 또는 인장을 가지도록 하는 것이다. 유리전이 온도영역의 말단에서, 글라스는 실질적으로 평평한데, 그 영역에서 냉각율이 선택적으로 변화함에 의해 유도되는 양(positive)응력에 의해 해로운 커튼형 뒤틀림 같은 것을 줄이기 때문이다. 냉각율의 조절이 자립적인 열과 대류의 방사를 사용함으로써 실현되는 것보다 더 빠른/더 느린 비율로 냉각 가능한 외부 가열/냉각 장치로 가열/냉각함에 의해 달성될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 글라스 시트 제조기술 분야에서 평균적 지식을 가진 자의 이해범위 내의 그러한 가열/냉각 장치는 이러한 조절된 냉각율을 실현시키기 위하여 사용될 수 있다.

단계 201의 선형 냉각 시퀀스로부터의 냉각 시퀀스 조정은 압축과 그로 인해 생길 수 있는 커튼형 뒤틀림을 실질적으로 제거하는 유리전이 온도 영역에서의 글라스의 냉각을 효과적으로 최적화할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 그러나, 상기에서 논의한 바와 같이, 글라스에서의 압축의 제거는 다양한 냉각 시퀀스에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 시퀀스의 일부는 글라스가 유리전이 영역 말단에서 순 양 응력(net positive stress)을 갖게 할 수 있으며, 다른 시퀀스는 글라스가 유리전이 영역의 말단에서 실질적으로 응력을 가지지 않게 될 수 있다.

실제 구체예에서는, 실질적으로 커튼형 뒤틀림의 제거를 위해 글라스가 실예로 대략 6℃/in 내지 40 ℃/in의 범위에서의 유리전이 영역 이상의 온도에서 상대적으로 높은 비율로 냉각된다. 이 영역은 루트로부터 대략 25 인치 내지 40인치가 될 수 있다. 루트 후의 이 영역과 다른 영역들에서의 냉각율은 글라스 표면에 대한 가열/냉각 파워를 조절함으로써 제어된다는 것을 유의하여야 한다.

다음으로, 유리전이 영역의 상측부분에서, 냉각율은 대략 4 ℃/in 에서 대략 10 ℃/in의 범위에서의 비율로 줄어들 수 있다. 이러한 더 늦은 냉각율은 다음의 대략 10 인치에서 대략 15인치에 대하여 지속될 수 있다.

다음의 15-25인치에 있어서, 냉각율은 대략 2 ℃/in 에서 대략 5 ℃/in의 범위의 냉각율에 대한 유리전이 영역의 더 낮은 말단부(the lower end of the GTTR)에서 변화될 수 있다. 글라스가 유리전이 영역을 통과한 후에, 냉각율은 일정한 수준으로 유지될 수 있어서, 거의 선형의 온도 프로파일을 만든다.

유리전이 영역의 시작부에서의 냉각율의 지연은 글라스 분자가 구조상 재배열하도록 하여 줄어든 에너지 상태 및 더 낮은 조밀도 또는 압축에 이르도록 한다는 것을 유의하여야 한다. 유리전이 영역의 더 낮은 말단부에서 냉각율의 그 이상의 감소는 글라스 시트의 가로폭에서의 인장응력 밴드를 형성한다. 예를 들자면, 인장응력밴드는 냉각커브의 구배의 감소가 있는 지점 내에서 발생 된다. 그러한 글라스에서의 인장은 유리와 같은/ 반 액체상태에서 고체상태로의 글라스 변형에 따른 글라스의 펼쳐짐을 촉진하는데 유용하다. 이것은 압축에 따른 글라스의 커튼형 뒤틀림을 예방하는데 대단히 유익하다.

마지막으로, 유리전이 영역 이하로 냉각율을 제어하는 것은 덜 엄격한데, 커튼형 뒤틀림이 생기기 쉬운 유리전이 영역에서의 응력에 강하게 영향을 미치지 않기 때문이다. 바꿔 말하면, 글라스에서의 응력은 유리전이 영역의 말단으로부터 실온으로 냉각하는 동안 주요한 영향을 갖지 않는다는 것이다. 그러나, 유리전이 영역 이하에서의 냉각율이 유리 전이 영역내에서 여전히 글라스에 전해질지도 모르며, 글라스 시트에서 추가적인 형태 불량을 야기하는 글라스에서의 일시적인 굴곡의 전개를 최소화 하기 위한 구배( 즉,유연 온도커브, a smooth temperature curve)에서의 갑작스러운 변화로부터 실질적으로 자유로운 커브를 생성하기 위해 조절될 수 있다는 점을 유의해야 한다.

실제 구체예에 따른 각각의 냉각 영역은 온도 대 거리 커브에 대한 실질적으로 일정한 구배를 갖는 것이 가능하다. ( 거리에 따라) 냉각의 변화율이 선형 냉각(온도) 시뮬레이션으로부터 결정되는 응력 커브에 기초하여 정해질 수 있다. 예를 들어, 온도가 피크(상대적 최고치) 내부 압축 응력에 대응하는 점까지 이르면, 냉각율에서의 변화가 채택될 수 있다. 실질적으로, 이것은 루트로부터의 정해진 위치에서 또는 글라스가 냉각과정에서 이러한 온도에 이를 때 이행될 수 있다.

보다 자세하게, 상기에서 설명된 구체예에서, 유리 전이 영역을 가로지르는 냉각율은, 각 세그먼트가 특정 비율의 선형 냉각을 제공하고 각각의 선형 냉각 세그먼트가 냉각율에서 거의 동시적인 변화와 함께 시작하는 둘 또는 그 이상의 조절된 냉각 세그먼트의 연속물이다. 그러나, 이것은 단순히 실예적인 구체예이고, 다른 구체예들은 유리전이 영역에서 글라스의 압축의 제거를 현실화하는데 사용될 수 있다는 것을 유념한다. 예를 들어, 위에서 언급하였던 이외의 선형 냉각율은 압축의 원하는 제거를 수행하기 위해 이용될 수 있다는 점을 유의해야 한다. 게다가, 이용된 글라스 물질에 의하여, 다른 선형 냉각율이 이러한 원하는 목적을 맞추기 위해 요구될 것이다. 더욱이, 추가적인 냉각 세그먼트가 동일하거나 다른 글라스 물질에 대한 이러한 원하는 목적에 맞추기 위하여 사용될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 마지막으로, 유리전이를 가로지르는 냉각 시퀀스가 다양한 선형 냉각 세그먼트가 되기 위하여 반드시 필요하지는 않다는 것을 주의한다. 오히려, 하나 또는 그 이상의 비선형 냉각 세그먼트가, 압축에서의 바람직한 감소 또는 냉각중의 인장의 생성 또는 둘다를 이루기 위해 달라지는 냉각율의 구배에 의해, 선택될 것이다.

도 7에서 예시된 방법의 단계 203은 선택적인 단계이며, 유리 전이 영역을 가로지르는 다른 냉각율을 선택함으로써 냉각 시퀀스의 조절을 반복하는 것을 포함한다. 이것은 특정 합성 응력 수준 또는 더 낮은 커튼형 뒤틀림을 달성하기 위한 냉각 시퀀스를 최적화 하기에 바람직한 형태로 수행될 것이다.

마지막으로, 도 7의 단계 204는 생산 공정에 대한 선택된 냉각 시퀀스의 적용이다. 위에서 상술된 글라스 제조 방법의 예는 감소된 커튼형 뒤틀림에 의한 제조되는 글라스의 복합성에서 주요한 감소를 촉진한다.

평가될 수 있는 바와 같이, 이러한 방법들은 적합한 냉각 시퀀스를 결정하기 위한 모델링 기술을 사용함으로써 수행되는 것이고, 경험적인 시행착오 기술을 사용하는 것이 아니다. 그러한 바, 비사용 시간과 폐기물의 뚜렷한 감소가 실제 구체예에 의하여 실현된다. 이러한 목적으로, 실제 구체예에 의하여, 새로운 글라스 물질, 또는 커튼형 뒤틀림 요구, 또는 두 가지 모두는 비효율적이고 비경제적인 시행착오 기술을 통한 것보다 바람직한 냉각 시퀀스의 선택에 의하여 보다 빠르게 제조에 영향을 미칠 수 있다. 실제 구체예의 이러한 그리고 다른 이익이 글라스 제조 기술에 있어 숙련자에게는 명백하게 될 것이다.

어떠한 수단으로서 한정하려는 의도 없이, 본 발명은 다음의 실시예에 의해 완전히 설명될 것이다.

실시예 1

본 실시예는 글라스 형성 장치, 특히, 더 큰 규모를 가지는 글라스 시트를 생산하기 위해 현존하는 장치보다 더욱 많은 시간당 글라스 파운드를 처리하도록 설계된 글라스 형성 장치의 새로운 설치를 위한 냉각 패턴의 선택에 대한 발명의 적용을 개시한다.

처음에, 그 이전 장치로 성공적으로 수행되었던 냉각패턴은 새로운 장치로 충족되었다. 냉각 패턴은 1000 - 2000 마이크론 범위에서 받아들일 수 없는 커튼형 뒤틀림을 보였다. 시행착오 접근법은 그 당시 냉각패턴이 200 마이크론 범위 내에서 커튼형 뒤틀림 수준을 나타내는지 알아보기 위하여 실행되었다. 도 8의 숫자가 붙여지지않은 커브들이 성공 없이 실험되었던 대표적인 프로파일을 보여준다.

위에서 보여지는 모델링 경과는 그때 채택되었으며 도 8의 402커브로 나타났다. 그 냉각 커브는 글라스의 커튼형 뒤틀림을 1000-2000 마이크론 범위에서 낮아진 250-300마이크론으로 줄였다. 도 8에서 보는 바와 같이, 냉각 커브402는 글라스( 즉, 코닝사의 코드1737글라스)가 제조되는 동안의 유리전이 온도 영역의 더 낮은 말단부인 720-780 ℃에서의 패스터 투 슬로우어 냉각으로부터 변화를 가진다.

커브 402는 아이소파이프의 루트로부터 40-60 인치 범위의 거리에서 냉각 용량의 높은 수준을 요한다. 냉각 용량에 대한 요구를 줄이기 위해, 뒤따른 모델링이 수행되었고, 그 결과 약 760-780 ℃에서 더 작은 상방 유입이 최종 글라스에서의 커튼형 뒤틀림의 수준을 줄일 수 있음을 또한 알아냈다. 커브 400은 이러한 뒤따른 모델링으로부터 유래된 냉각 커브를 보여준다. 상기 760-780 ℃온도 영역은 720-780℃ 영역의 상측 말단부에 해당하나, 여전히 코드 1737글라스에 대한 유리전이 온도 영역의 더 낮은 말단부 내에 포함된다. 냉각 커브 400은 새로운 장치의 냉각 용량을 증대하기 위한 필요 없이 200 마이크론 범위에서 커튼형 뒤틀림의 수준을 지속적으로 달성함을 알아냈다.

실시예2

이번 예는 글라스가 처리되는 형태에서의 변화, 특히, 코닝사의 코드 1737 글라스에서 코닝사의 코드 이글2000 글라스로 변경에 대한 냉각 패턴의 선택에 대한 발명의 적용을 나타낸다.

도 9의 커브 408은 특별한 퓨전 글라스 형성 기계에서 1737글라스가 처리될 때 낮은 커튼형 뒤틀림 수준을 가지는 글라스 시트를 제조하기 위해 발견되었던 냉각 패턴을 보여준다. 동일한 장치가 당시 성공적인 1737 패턴과 실질적으로 동일한 형상을 갖는 냉각 패턴을 사용하는 이글 2000글라스를 처리하는데 사용되었다. 커브 404는 이글 2000의 패턴을 보여준다. 보이는 바와 같이, 1737 패턴에 대해 평행하지만 이글 2000글라스가 약간 더 높은 온도에서 처리되었기 때문에 약간 더 높은 온도를 보인다.

놀랍게도, 404 패턴은 이글 2000글라스에 대해 받아들일 수 없는 커튼형 뒤틀림 수준을 가져왔다. 상기 모델링 기술은 당시 두 글라스에서의 거동에 있어서의 이러한 차이를 설명하고 다루기 위해 사용되었다.

도 10은 1737(커브 410)과 이글 2000(커브 412)에 대하여 평가된 팽창 커브의 도면이다. 이 도면에서 보이는 바와 같이, 이글 2000은 1737보다 작은 팽창을 보여준다. 이러한 글라스에 대한 GTTR의 더 낮은 말단부도 또한 이 도면에서 볼 수 있는데, 즉, 이것은 일반적으로 약 780 ℃에서의 팽창 커브의 피크와 약 720 ℃에서의 커브의 선형부분의 시작부 사이의 영역이다.

당해 기술분야에서 평균적 기술자가 이글 2000이 그것의 더 낮은 팽창 때문에 커튼형 뒤틀림 문제에 대해 덜 영향을 받으리라고 생각할 수 있으나, 사실 본 발명의 모델링 접근법을 사용하여, 이글 2000의 더 낮은 팽창은 1737에서 필요했던 것보다 커튼형 뒤틀림을 제어하기 위한 GTTR의 더 낮은 말단부에서의 더욱 공격적인 냉각 패턴을 요구하고 있음을 알아냈다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 모델링 기술을 사용하여 커튼형 뒤틀림이 GTTR을 통과하여 글라스가 냉각 될 때의 온도 기울기에 의해 야기되는 열응력과 관련된다는 것을 알게 됐다. 그 응력의 수준과 표지는, 이번에는, GTTR에서의 글라스의 비선형 CTE와 관련된다. 도 10의 1737과 이글 2000 의 CTE 커브의 비교는, 일반적으로 유사하지만, 이글 2000의 CTE( 커브 412)는 1737의 그것(커브 412)보다 더 작은 온도 의존성을 가진다는 것을 보여준다. 이글 2000의 더 낮은 CTE 구배는 그것의 응력이 GTTR에서의 온도 변화에 대해 덜 민감하다는 것을 의미한다. 그러므로, 이 임계영역에서 유사한 응력 패턴을 만들어 내기 위해, 더 급한 온도 프로파일이 이글 2000의 더 낮은 CTE구배에 대한 보상을 위해 필요로 된다.

도 9의 커브 406은 위의 분석을 토대로 이글 2000글라스에 대하여 실험된 냉각 패턴을 보여준다. 보이는 바와 같이, 이 커브는 ,위에서 설명한 바와 같이, 이글 2000글라스에 대해 열등한 커튼형 뒤틀림 성과를 가지는 커브 404보다 더 가파른 온도 프로파일을 가진다. 모델링에 의해 전망되는 것처럼, 더 가파른 온도 프로파일을 가지는 커브 406은 더 낮은 커튼형 뒤틀림 수준을 가지는 글라스를 제조함이 발견되었다.

따라서, 본 예에서 설명되는 바와 같이, 글라스 조성물을 바꾸면, CTE커브는 조사되어야 하고 냉각 프로파일은 낮은 커튼형 뒤틀림 수준을 달성하기 위한 그러한 커브에 기초하여 조정되어야 한다.

앞서의 설명부로부터, 커튼형 뒤틀림 형성/제어에 대해 가장 민감한 영역은 디스플레이 글라스에 있어서 대략 650-850 ℃의 온도에서라는 것을 알 수 있다. 이 영역이 그렇게 중요한 이유는: 첫째, 이 영역의 온도에서 CTE의 비선형적 의존이 이 온도 영역을 통과하여 글라스 시트가 냉각되면서 불균일한 수축을 유발한다. 제 2로, 이 영역에서의 시트는 변형을 일으키기에 충분할 정도로 유연하고 지속되는 변형에 대하여는 충분히 딱딱한데, 그렇기 때문에 영구적인 시트 변형, 즉 커튼형 뒤틀림을 일으킨다. 응력에 대한 비선형 CTE의 영향을 모델링하고 이러한 영향과 관련한 냉각율을 조절함으로써, 더 낮은 수준의 커튼형 뒤틀림을 갖는 글라스 시트가 이루어질 수 있다.

본 발명의 상세한 설명이 개시되고 설명 되었음에도, 발명자의 사상과 범위로부터 벗어남이 없이 변형이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 위의 실시예에서 설명된 바와 같이, 비선형 냉각 프로파일이 선형 냉각 세그먼트를 포함하는 것은 단순히 본 발명의 실예이다. 그 방법은 세 개 이상의 냉각 세그먼트를 포함하거나 세 개보다 적은 냉각 세그먼트를 포함할 수 있다. 게다가, 냉각 세그먼트의 하나 또는 그 이상은 비선형일 수 있다. 마지막으로, 선형과 비선형 냉각 세그먼트의 조합이 유리전이 온도 영역을 가로지르는 비선형 냉각 시퀀스를 실현하기 위해 사용될 수 있다.

실시예에서 자세하게 설명되었지만, 본 발명의 변형이 본 명세서의 이익을 가지게 되는 당해 기술 분야의 평균적 기술자에게 있어 명백하게 될 것이다. 그러한 변형과 변화는 첨부되는 청구항의 범위 내에 포함된다.

부록 A

열응력에 대한 방정식

시트에서의 응력과 변형은 반드시 다음의 면 등식(field equation) 집합을 만족하여야 한다.

적합성( Compatibility)

(1)

ε는 총 변형이고, 아래첨자는 전통적인 방법에서의 성분을 나타내며, x,y,z 는 직교좌표이다. 예를 들어, '소콜니고프,I.S.,1956, 수학적 점도 공식, 로버트 크리거 출판사, 말라바,플로리다' 참조. 적합성 등식들은 변위면이 연속적임을 나타낸다. 그것은, 그것들이 그 바디에서 구멍을 형성하지 않는다는 것과, 동일한 공간은 바디의 한 부분 이상으로 채워지지 않는다는 것을 나타낸다.

탄성모델에 있어서, 총 변형은 탄성, 열 변형 응력의 총합이다. 탄성 변형

은

(2)

α는 열팽창 계수이고, 여기서는 등방성으로 채택되었으며, T 는 열응력이 0일때의 기본 온도와의 온도차이다. T 는 공간 위치의 함수일 수 있음을 유의한다.

구조법칙( Constitutive Law)

(3)

σ_ij 는 응력이며, E 는 영률이고, υ 는 푸아송비이다. E 와 υ는 온도 함수일 수 있다. 이 등식 집합은 물질이 원하는 경우, 점탄성일 수 있으나, 선형 탄성을 가지는 물질의 응력-변형 거동을 나타낸다.

평형( Equilibrium)

(4)

열적으로 유도된 응력을 알아내기 위해, 전술한 연결된 등식 집합이 주어진 온도 분산과 경계 조건에 따라 풀렸다. 본 커튼형 뒤틀림 모델에서, 경계 조건은 시트가 외력으로부터 영향 받지 않는다는 것이다.

만일 열 변형이 그 자체로 적합성(compatibility)을 만족한다면, 총 변형은 단순히 열변형이 될 수 있을 것이고, 응력은 없을 것이다. 예를 들어, 만일 열 변형이 균일하거나, 균일한 기울기를 가진다면, 그것은 자체적으로 적합성을 만족하는 것이므로, 응력발생이 없게 된다. 열 변형이 적합성을 만족하지 않는 경우에는, 탄성(혹은 점탄성)변형이 그 상황에 들어가게 되어, 총 변형이 적합성을 만족하게 된다.

뒤틀림 모델은 ANSYS 제한 요소 소프트웨어를 사용하여 수행된다. 전술한 등식집합과 그것들을 풀기 위한 순서는 ANSYS에 확립된다. 온도 함수로서 기하학, 물성( E, υ, α) 및 온도 분산이 ANSYS 소프트웨어에서 조건으로 지정된다.

Claims

유리 전이 온도 범위의 적어도 한 부분에 걸쳐 글라스 시트(glass sheet)를 제조하는데 사용되는 제조 기구의 루트(root)로부터의 거리에 따라 상기 글라스 시트(glass sheet)의 온도를 비선형으로 변화시킴으로써, 상기 글라스 시트(glass sheet)가 제조되는 과정에서 거치는 유리 전이 온도 범위의 적어도 한 부분에서 인장응력 또는 0인 열 응력을 제공하는 단계를 포함하며, 제조 후에, 상기 글라스 시트는 미리 설정된 커튼형 뒤틀림 수준을 넘지 않고, 여기서 상기 유리 전이 온도 범위 내에서의 적어도 일부 온도에 대하여, 상기 글라스 시트의 글라스는 (ⅰ) 온도에 따라 비선형적으로 변화하는 열팽창 계수를 가지며, (ⅱ) 유체로부터 글라스 상의 물질로 변형되는 것을 특징으로 하는 글라스 시트의 제조방법.
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제 1 항에 있어서,

상기 유리 전이 온도 범위는 60℃ 인 것을 특징으로 하는 방법.
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제 1항에 있어서,

상기 글라스의 유리 전이 온도 범위는 650℃ 내지 850℃ 인 것을 특징으로 하는 방법.
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제 1항에 있어서,

상기 글라스 시트의 온도를 변화시키는 것은 적어도 제 1 구배(slope)를 갖는 제 1 냉각률 및 제 2 구배를 갖는 제 2 연속(contiguous) 냉각률에서 상기 글라스 시트를 냉각시키는 것을 포함하며, 상기 제 1 구배와 상기 제 2 구배는 서로 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 냉각률은 상기 제 2 냉각률에 선행하고, 상기 제 1 구배는 상기 제 2 구배보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 냉각률은 제 2 냉각률에 선행하고, 상기 제 1 구배는 상기 제 2 구배보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항에 있어서,

상기 냉각률의 적어도 하나의 구배는 비선형인 것을 특징으로 하는 방법.
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글라스 시트의 글라스의 유리 전이 온도 범위에 걸쳐 하나 이상의 비선형 냉각률 시퀀스를 제공하는 단계, 및 상기 시트의 적어도 일부분에 상당하는 글라스 샘플에 대한 모델화된 응력 데이타를 얻기 위하여 상기 하나 이상의 시퀀스를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 시트의 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 방법은, 원하는 영역(zone)에서 상기 글라스 샘플에서의 압축 응력이 없거나, 상기 글라스 샘플에서의 인장 응력을 초래하는 상기 하나 이상의 비선형 냉각률 시퀀스 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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루트를 구비한 퓨전(fusion) 형성 기구를 사용하여 글라스 시트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 글라스는 유리전이온도 범위(GTTR)를 가지며, 상기 방법은 상기 루트로부터의 거리에 따른 상기 글라스에 대한 냉각패턴을 적용하는 단계와, 커튼형 뒤틀림이 지정된 수준 이하인 글라스 시트로 나타나기에 충분한 상기 글라스의 GTTR에서의 적어도 하나의 비선형성을 포함하는 상기 냉각패턴을 보장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 제조 방법.
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