KR20080081051A - 유리 리본을 특성화하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다운드로우 유리 형성 공법으로 형성되고, 리본의 폭에 걸쳐 측정된 유리 리본의 온도 및/또는 배치를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 바람직하게, 온도 및 배치 측정은 상기 유리 리본에 닿지 않는 측정 어셈블리에 의해 높은 수준의 공간 해상도로 일제히 수행될 수 있다. 온도 측정은 사실상 상기 리본의 전체 폭에 걸쳐 수행될 수 있다. 상기 측정 어셈블리에 의해 생성된 데이터는 상기 유리 리본 형성 조건을 제어하기 위해 자동화된 피드백 루프로 사용될 수 있다.

다운드로우 유리 형성 공법, 유리 리본, 유리 속성, 특성화

Description

유리 리본을 특성화하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CHARACTERIZING A GLASS RIBBON}

본 발명은 유리를 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 용융 다운드로우 유리 제조 공법(fusion downdraw glass making process)으로 형성된 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 높은 공간해상도(spatial resolution)에 의해 리본의 속성(attribute)이 획득되는 유리 리본의 특성화를 제공한다.

다양한 응용들에 디스플레이 장치가 사용된다. 예를 들어, 몇 가지만 언급하자면, 노트북 컴퓨터, 평면 데스트톱 모니터, LCD 텔레비전, 그리고 인터넷 및 통신 장치에 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD들)가 사용된다.

TFT-LCD 패널 및 유기 발광 다이오드(OLED) 패널과 같은 많은 디스플레이 장치들은 평면 유리시트(유리기판) 상에 직접 만들어진다. 생산률을 높이고 비용을 줄이기 위해서, 전형적인 패널 제조 공법은 기판 또는 기판의 서브-조각(sub-piece)상에 다중 패널을 일제히 생산한다. 그러한 공정에 있어서 다양한 목적에 따라, 상기 기판이 절단선에 따른 부분들로 나눠진다.

그러한 절단은 유리 내에서의 응력 분포, 특히, 유리가 편평하게 진공될 때 평면내 응력 분포(in-plane stress distribution)를 변화시킨다. 훨씬 더 자세하게는, 그러한 절단은 절단된 엣지 부분이 응력 자유(stress free)가 될 수 있도록 절단선에서의 응력을 변화시킨다. 그러한 응력 변화는 일반적으로 유리 서브-조각의 진공-평면 형태에서의 변화를 초래하며, 이러한 현상은 디스플레이 제조자들에 의해 "왜곡(distortion)" 또는 "워프(warp)"로 불리게 된다. 형태 변화량은 일반적으로 매우 작지만, 최신 디스플레이에 사용된 픽셀 구조에서 보자면, 절단으로 인한 왜곡은 상당한 결함이 있는(불량한) 디스플레이가 되기에 충분히 클 수 있다. 따라서, 왜곡 문제는 디스플레이 제조자들에게 상당한 관심의 대상이며 절단 결과 허용가능한 왜곡에 대한 특성은 2 마이크론 또는 그 이하 보다 낮을 수 있다. 그러한 작은 허용오차와 어쩌면 장래에는 더 작은 허용오차를 충족시키기 위해, 기판 제조자들에겐 가능한 한 가장 낮은 잔류 응력을 갖는 기판 제품을 제공하는 것이 중요하다.

디스플레이 응용을 위한 기판 유리를 제조하는 한 방법으로 오버플로우 다운드로우 공법에 의한 방법이 있다. 예를 들면, 미국 특허 번호 제3,338,696호와 제3,682,609호(Dockerty)는 일반적으로 아이소파이프(isopipe)라 불리는, 형성 웨지(wedge)의 엣지 또는 위어(weirs)를 거쳐 용융 유리의 흐름을 포함하는 용융 다운드로우 공법을 개시한다. 상기 용융 유리는 상기 아이소파이프의 컨버징 형성 표면(conversing forming surfaces)을 거쳐 흐르고, 유리 시트 또는 리본을 형성하기 위해, 각 흐름은 두 개의 컨버징 형성 표면이 만나는 에이펙스(apex) 또는 루트(root)에서 재결합한다. 인발(drawing), 또는 풀링 롤(pulling rolls)은 상기 아 이소파이프 루트의 다운스트림에 배치되고 리본이 아이소파이스를 떠나는(leave) 비율을 조절하기 위해 상기 리본의 엣지 부분을 붙잡아 그렇게 마감된 시트의 두께를 결정한다. 접촉된 엣지 부분은 후에 마감된 유리 시트로부터 제거된다.

유리 리본이 아이소파이프의 루트로부터 내리뻗음에 따라, 그것은 고형의 탄성 있는 유리 리본을 형성하기 위해 냉각되며, 그런 다음 더 작은 유리 시트를 형성하기 위해 절단될 수 있다. 이는 예를 들면, 상기 리본에 절개선을 긋고 이어 상기 절개선을 따라 유리를 자름으로써 달성될 수 있다.

다운드로우 유리 형성 공법의 경우, 매우 얇은 형성 유리 시트(0.7mm 또는 그 이하 정도)는 어쩌면 상기 시트의 폭과 길이 모두에 걸친 온도 변화가 클 수도 있다. 이러한 온도 변화는 시트가 점성 액체에서 탄성 고체로 냉각됨에 따라 결국 상기 시트에서의 응력을 설정할 수 있게 된다. 게다가, 상기 절개 공법, 또는 기타 다운스트림 프로세싱은 리본의 점탄성(visco-elastic) 지역에 대해 위쪽으로 전달되는 상기 리본 내 움직임을 생성할 수 있으며, 그러한 움직임이 있는 곳은 마감된 제품의 변형에 기여할 수 있는 상기 유리 내 잔류 응력 또는 형태를 응결(freezing-in)되게 할 수 있다. 상기 유리의 점탄성 지역은 일반적으로 상기 유리의 연화온도(softening temperature)보다 더 큰 온도를 갖는 지역인 것으로 간주 된다. 추가적으로, 상기 유리 리본은 또한 그것이 냉각됨에 따라 가변적인 열수축 또는 두께 변화성으로 인한 영향 때문에 탄성 형태를 취하거나 좌굴(buckling)될 수 있다. 이는 점탄성 지역으로 전파하는 탄성 지역에서의 리본 형태 변화의 한 원인일 수 있으며 그 결과 응력 또는 형태가 응결될 수 있다. 상기 탄성 지역은 일반 적으로 유리의 온도가 적용가능한 연화 온도보다 작은 지역으로 간주 된다.

응력 또는 형태가 응결될 수 있는 상기 리본 내 제어되지 않은 온도 변화를 극복하기 위해, 다운드로우 방법을 사용하는 제조자들은 일반적으로 상기 유리 리본 내 응력이 온도제어된 인클로저 내에서 응결되는 인발 지역을 감싼다. 개구부는 상기 인클로저 내 온도 분배를 방해하는 것을 막을 수 있는 정도의 크기로 상기 인클로저의 길이를 따라 제거된다. 불행하게도, 인발 기계의 형성 지역을 완전히 감싸는 것은 상기 유리 리본의 측정을 어렵게 한다. 지금까지, 상기 유리 리본의 온도 측정은 상기 인클로저의 폭 또는 길이를 따라 특정 위치에 위치된 열전대(thermocouples) 또는 광고온계(optical pyrometers)를 사용함으로써 수행되었다. 상기 인클로저 내로의 많은 관통(penetrations)은 상기 인클로저 내 열환경에 대한 파괴를 피하기 위해 최소화된다. 불행하게도, 또한 상기 인클로저 내로의 많은 관통을 최소화하는 것은 마찬가지로 속성을 측정하기 위한 상기 리본으로의 접근을 제한한다: 속성 측정이 단지 불규칙하게 수행될 수 있고, 이로써 상기 리본의 폭 또는 길이에 따른 속성 분포의 전체 그림을 획득하기 위한 능력을 제한한다. 추가적으로 열전대 및 광고온계는 일부의 경우 5cm 정도의 비교적 큰 감지 지점(임의의 단일 측정으로 측정된 지역)을 갖고 그에 따라 상기 감지 지점에 걸쳐 평균 측정을 제공할 뿐이다. 그러므로 그들은 상대적으로 밀리미터 또는 센티미터 정도의 짧은 거리에 걸쳐 수 백도일 수 있는 온도 증감을 정확하게 식별할 수 없다. 예를 들면, 상기 리본의 구슬선 지역의 온도는 거리함수에 따라 수십 센티미터 이하에 걸쳐 150℃ 정도로 급속하게 변할 수 있다. 또한, 다른 유리 형성 공법, 그 중에서 도 유리 시트가 용융 금속의 용기(reservoir)상에 용융 유리를 띄움(floating)으로써 형성되는, 소위 플로트 공법(float process)이라 불리는 공법과 달리, 용융 공법과 같은 다운드로우 유리 형성 공법의 유리 리본은 공중에 매달려 있어 변형의 여지가 매우 크다. 접촉식(contact-type) 속성 측정은 또한 상기 유리의 표면과의 접촉이 본래 유리의 특성을 파괴할 것이므로, 상기 유리의 디스플레이 응용과 같은, 특히 상기 유리 시트의 말단 사용(end use)이 높은 광 투명도를 필요로 하는 응용에는 적합하지 않다.

마지막으로, 디스플레이 응용을 위한 유리는 일반적으로 대략 1mm 이하, 더 일반적으로는 0.7mm 이하로 매우 얇으며, 따라서 기계적 및 열적으로 유도된 변형의 여지가 매우 크다. 이와 같이, 상기 유리 시트의 열환경은 엄격하게(tightly) 제어되어야 한다. 그러므로 상기 리본의 특정 속성, 예를 들면, 비접촉식 방법에 의해 거리의 가상 연속함수에 따라 다운드로우 유리 형성 공법으로 형성된 유리 리본의, 특히, 온도 및/또는 형태를 측정하는 것이 매우 이로울 것이다.

본 발명의 실시예는 유리 시트를 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 보다 자세하게는, 상기 방법 및 장치는 리본의 특정 속성을 측정함으로써 다운드로우 유리 제조 공법으로 형성된 유리 리본을 특성화하는데 사용될 수 있다. 본 발명을 사용함으로써 생성된 데이터는 상기 유리 제조 공법을 제어하는데 사용될 수 있으며, 이로써 상기 리본의 잔류 응력 및/또는 형태를 줄임으로써 상기 리본으로부터 절단된 결과적인(resultant) 유리 시트의 품질을 향상시킨다.

간단히 설명하면, 여러 다른 방법들 중, 상기 방법의 일 실시예는 본원에 기술된 바와 같이 이행된다. 유리 리본은 다운드로우 공법을 통해 형성된다. 바람직하게는, 상기 다운드로우 공법은, 예를 들면, 미국 특허 번호 제3,338,696호에 설명된 바와 같은, 용융 다운드로우 방법이다. 상기 유리 리본은 사이에 폭이 있는, 제1 측면 엣지(side edge)와 제 2 측면 엣지를 포함한다. 상기 리본의 적어도 하나의 속성은 상기 리본의 다수의 지점에서 측정되며, 측정된 지점들은 바람직하게는 약 2mm 이하의 공간해상도를 갖는다. 온도 측정장치는 바람직하게는 고온 유리 리본에 의해 복사된 전자기 복사열을 감지할 수 있는 장치(센서)를 포함한다. 상기 전자기 복사열은 바람직하게는 적외선 범위 내에 있다; 상기 전자기 복사열은 바람직하게는 약 4.8㎛와 5.2㎛ 사이이거나 또는 약 5㎛와 14㎛ 사이의 파장을 갖는다.

유리하게는, 상기 방법은 높은 수준의 공간 해상도를 갖는 상기 유리 리본의 사실상 전체 폭(상기 제1 측면 엣지에서 상기 제2 측면 엣지까지), 또는 그 일부에 걸쳐 속성 측정의 수행을 용이하게 할 수 있다.

일 실시예에 따라, 인클로저가 다운드로우 공법에 의해 형성된 유리 리본의 점성 및 점탄성 지역 부근에 배치되며, 상기 인클로저의 벽에 슬릿(slit)이 존재한다. 상기 인클로저에 적어도 하나의 측정 어셈블리가 장착된다. 상기 적어도 하나의 측정 어셈블리는 하우징, 및 상기 유리 리본의 적어도 하나의 속성을 상기 슬릿을 통해 측정하도록 적응된 적어도 하나의 측정 장치를 포함한다. 열림 위치와 닫힘 위치 사이에서 동작할 수 있는 이동식 셔터가 바람직하게는 상기 리본과 상기 적어도 하나의 측정 장치 사이에 배치된다. 상기 셔터의 온도는 바람직하게 조절된다.

다른 실시예에 따르면, 인클로저는 다운드로우 공법에 의해 형성된 유리 리본의 점성 및 점탄성 지역 부근에 배치되며, 상기 인클로저는 슬릿(slit)을 갖는다. 적어도 하나의 측정 어셈블리는 상기 인클로저에 장착되며, 상기 적어도 하나의 측정 어셈블리는 하우징, 상기 리본의 온도와 배치를 각각 측정하기 위한 온도 측정 장치 및 배치 측정 장치를 포함한다. 상기 리본의 온도와 배치가 동시에 측정될 수 있도록 상기 측정 어셈블리가 적응된다.

또 다른 실시예에 있어서, 유리 리본을 특성화하는 방법으로 다운드로우 방법에 의한 플로잉(flowing) 유리 리본을 형성하는 단계와 상기 리본의 일부분의 기준 평면에 비례하는 온도와 배치를 동시에 측정하는 단계를 포함하여 제공된다.

배치 측정장치는 상기 유리 리본의 표면상에 패턴화된 광을 주사하는 광원, 및 상기 패턴화된 광을 검출할 수 있는 검출기를 포함할 수 있다. 유리 변형을 나타내는 검출된 패턴화된 신호는 유리 발광(luminescence)에 의해 유도되거나, 또는 상기 유리 리본의 표면으로부터 산란되거나(scattered), 또는 유리 반사면으로부터 반사될 수 있다. 상기 패턴화된 광은 바람직하게는 패턴화된 레이저 광이다. 상기 레이저 광은 약 0.24㎛와 약 0.7㎛ 사이의 범위에 있는 파장을 가질 수 있다. 상기 리본의 측정된 부분은 바람직하게는 상기 리본 폭의 적어도 절반을 거쳐 확장한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 어떠한 방법으로의 제한도 없이, 주어진 본 발명의 다른 목적, 특성, 세부사항 및 이점이 하기의 대표적인 설명의 과정 중에서 보다 더 분명히 명확해질 것임을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위 내에 있는, 본 설명 내에 포함되어 있는 그러한 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 수반하는 청구항들에 의해 보호되는 것으로 간주한다.

도 1은 인클로저를 포함하는 유리 리본을 인발하기 위한 다운드로우 용융 공법의 사시도.

도 2는 측정 데이터를 얻기 위한 슬릿(slit)을 나타내는, 도 1의 인클로저의 일부의 확대된 사시도.

도 3은 도 1의 유리 리본의 속성을 측정하기 위한 측정 어셈블리를 포함하는 인클로저의 하향식 도면(top-down view).

도 4a는 인클로저에 부착된 도 3의 측정 어셈블리의 측단면도.

도 4b는 슬릿을 닫기 위한 다중-편(multi-piece) 셔터 도어의 확대된 측면도.

도 5는 기결정된 각(α)을 통해 기울어지는 성능을 나타내는 도 4의 측정 어셈블리의 측단면도.

도 6은 유리 리본의 배치를 결정하기 위해, 패턴화된 광의 사용과 그의 검출을 도시하는 인클로저의 하향식 도면.

도 7은 병렬식(side-by-side relationship)으로 배치된 두 개의 측정 어셈블리의 사용을 묘사하는 인클로저의 하향식 도면.

하기의 상세 설명에서는, 제한하는 것이 아닌 설명을 위한, 특정 상세설명을 개시하는 대표 실시예가 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 하지만, 본 설명에 있어서 유리한 본 발명에 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명이 본원에 개시된 특정 상세설명과는 다른 실시예들로 실시될 수도 있다는 것은 자명할 것이다. 게다가 잘 알려진 장치, 방법 및 재료의 설명은 본 발명의 설명을 흐리게 하지 않기 위해 생략될 수도 있다. 마지막으로, 유사한 참조 번호가 적용된 곳은 어디에서든 유사한 구성요소를 말한다.

본 발명의 실시예는 다운드로우 공법에 의해 형성된 유리의 시트 또는 리본의, 속성 또는 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러한 속성은, 제한하는 것은 아니나, 온도를 포함한다. 다른 가변 속성들로 수직 기준면으로부터 상기 리본의 배치, 및 복굴절(birefringence)을 포함할 수 있다. 특히, 본원에 개시된 방법 및 장치는 소정의 속성을 매우 상세히 측정할 수 있다. 공간 해상도의 측정은 바람직하게는 약 2mm 이하이며, 더 바람직하게는 약 1mm 이하이다. 공간 해상도에 의한 것이라는 것은, 상기 리본의 기설정된 지역에 걸쳐 다수의 지점에서 측정이 수행되고, 각 측정 지점간 거리, 바람직하게는 공간해상도가 최고값 이하이며 장비의 샘플링률에 의해서만 제한된다는 것을 의미한다. 광고온계를 사용하는 종래 방법은, 각 개별 측정 동안 측정된 지역이 많은 밀리미터에 걸쳐 있으므로, 개별 측정 지역에 걸친 평균 온도를 제공한다. 본 발명에 따라 수행된 측정은 상기 리본을 스캐닝함으로써 측정된 거리에 걸쳐 상기 리본의 속성의 가상의 계속적인 정보를 생성하고, 따라서 실질적으로 계속적인 공간 속성 프로파일(속성 대 거리)을 생성하기 위해 필요한 정보를 공급할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 온도 측정은 측정된 거리에 걸쳐 매 1 또는 2mm마다 상기 리본의 실제 온도를 결정하게 될 수 있으며, 이에 따라 거리함수에 따라 온도의 가상의 계속적인 프로파일을 용이하게 한다. 상기 측정은 가로방향(width-wise) 방식 또는 세로방향(length-wise) 방식으로 수행될 수 있다. 바람직하게는 상기 측정은 가로방향 방식이다. 상기 속성은 바람직하게는 상기 리본의 사실상 전체 폭에 걸쳐 측정된다. 사실상 상기 전체 폭에 의한 것이라는 것은, 상기 리본의 길이를 따라 기결정된 수직 위치에서 상기 리본의 측정된 속성이, 상기 리본이 인발됨에 따라, 대략 한 측면 엣지에서 대향 측면 엣지까지 그리고 적어도 상기 리본의 우량 지역(quality region)의 폭에 걸쳐 측정되는 것을 의미하며, 여기서 우량 지역이란 아래로 상기 리본을 인발하기 위해 사용된 풀링 롤러의 접촉지역(구슬선) 안쪽의 리본 폭에 걸친 지역으로, 결국 디스플레이 응용에 사용될 수 있는 유리 기판의 일부가 되는 곳으로 정의된다. 물론, 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 알 수 있는 것처럼, 엣지-대-엣지 온도 측정은 본 발명의 동작을 위해 필수적인 것은 아니나, 고품질 유리의 생산을 위해 측정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 리본의 전체 폭보다 작은 폭 세그먼트는 본 발명의 방법 및 장치를 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들면, 상기 리본의 한 측면 엣지에서 중심(이를 테면, 상기 리본의 절반)까지 확장하는 상기 리본의 지역의 온도의 측정은 또한 중요한 공정 정보를 제공할 수 있다. 또한 단지 상기 리본의 구슬선만을 포함할 수 있는, 더 좁은 폭 세그먼트가 고려된다. 디스플레이 응용을 위해, 유리 리본은 일반적으로 상기 리본의 우량 지역 내에서 두께가 약 1mm 이하 정도이며, 더 일반적으로는 약 0.7mm이하이다. 상 기 리본의 다른 부분, 특히 상기 리본의 엣지에서의 좁은 구슬선은 더 두꺼울 수 있다. 게다가, 상기 구슬선은 풀링 롤과 접촉하기 때문에 상기 리본의 나머지에 비해 냉각되려는 경향이 있다. 따라서 증가된 측정 해상도를 필요로 하는 큰 온도 변화는 상기 리본의 폭에 걸쳐 상대적으로 짧은 거리 내에서, 즉 각 측면 엣지의 수십 센티미터 내에서 일어날 수 있다.

도 1은 대향의 장방향-연장 오버플로우 립 또는 위어(16)의 상부 영역(upper extent)에서 종단되는 벽부(wall portion)(14)에 의해 그것의 장방향 측면상에 접해 있는 위로 개방된 채널(12)을 포함하는 형성 웨지(10)를 포함하는 용융 다운드로우 장치를 도시한다. 형성 웨지(10)는 종종 아이소파이프로 불린다. 위어(16)는 웨지 멤버(10)의 대향의 외부 형성 표면과 교류한다. 도시된 바와 같이, 웨지 멤버(10)에는 상기 위어(16)와 교류하는 사실상 수직 형성 표면 쌍과, 수직 유리 인발 라인을 형성하는 사실상 수평의 낮은 에이펙스 또는 루트(22)에서 종단되는 아래로 경사진 컨버징(conversing) 표면 쌍(20)이 제공된다.

용융 유리(24)는 전달 통로(26)에 의해 채널(12)로 공급된다. 채널(12)로의 공급은 단일 단부(single ended)일 수 있으며, 또는 원한다면 이중 단부(double ended)일 수 있다. 개별 스트림에 따라 오버플로우 위어(16)을 거쳐 흐르는 용융 유리(24)의 자유 표면(30)의 오버플로우가 흐르는 채널(12)의 각 말단 근처의 오버플로우 위어(16) 위에 한 쌍의 제한 댐(restricting dam)(28)이 제공되며, 순수-표면 유리(32)로 된 리본을 형성하기 위해 점선으로 표시된 개별 스트림이 수렴되는 루트(22)로 대향의 형성 표면부(18, 20)가 하향한다.

오버플로우 다운드로우 용융 공법에서, 풀링 롤(34)은 웨지 멤버(10)의 루트(22)의 다운스트림에 배치되고 상기 리본의 우량 지역(38)인, 안쪽에는 접촉하지 않고 상기 리본의 측면 엣지(36)(구슬선)와 접촉한다. 상기 풀링 롤은 상기 리본을 인발하는데 사용되며, 형성된 유리 리본이 컨버징 형성 표면을떠나는 곳에서의 비율을 설정하는 것을 도와 마감된 시트의 근소한 두께를 결정한다. 적당한 풀링 롤이, 예를 들면, 공개된 미국 특허 출원 번호 제2003/0181302호에 개시된다.

용융 다운드로우 유리 제조 장치에서, 유리 리본이 상기 장치의 인발 부분으로 하향하는 형성 웨지에서부터 이동함에 따라, 상기 리본은 물리적 수치뿐만 아니라 분자수준(molecular level)의 얽힌(intricate) 구조적 변화를 겪는다. 예를 들면, 상기 형성 웨지의 루트, 또는 아이소파이프에서, 유연하지만 걸쭉한 액상 형태에서 대략 1/2밀리미터 두께의 굳은 유리 리본으로의 변화는 액체 또는 점성 상태에서 고체로, 또는 탄성 상태로부터의 변형을 완료하기 위해 기계적 및 화학적 조건을 정교하게 밸런싱하여 신중하게 선택된 온도장(temperature field)에 의해 달성된다. 따라서, 상기 유리 리본이 형성됨에 따라, 그것은 상기 리본을 둘러싸고, 또한 형성 웨지 멤버(10)을 둘러쌀 수 있는, 인클로저(40)를 통해 통과한다. 인클로저(40)는 상기 유리 리본의 가열 및/또는 냉각을 위해 인클로저의 길이의 적어도 한 부분을 따라 배열된, 가열 및/또는 냉각 장치(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다. 일반적으로, 그러한 가열 및 냉각은, 워핑(warping)(이를 테면, 형태)가 나타나도록 유리 시트가 상기 리본으로부터 절단되게 할 수 있는 상기 리본의 워핑과 내부 응력의 응결화(freezing in)를 최소화하도록 설계된, 상기 유리 리본이 공 간 온도 분포에 의한 비율로 냉각(또는 가열)되도록 규정된 방식에 따라 실행된다. 상기 가열기 및/또는 냉각기는 상기 리본이 인클로저(40)를 통해 하강함에 따라 상기 리본의 다른 부분보다 다양한 비율로 상기 유리의 특정 부분이 가열 또는 냉각되기 위해 공간적으로 분리될 수 있다. 따라서, 상기 리본은 상기 인클로저 내의 다양한 구간을 통해 통과할 수 있으며, 각 구간은 온도 분포에 따른 기설정된 온도를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 인클로저(40)는 인클로저의 폭을 가로질러 연장하는 적어도 하나의 개구부 또는 슬릿(42)을 포함한다. 측정 어셈블리(도 3) 바람직하게는 인클로저(40)에 의해 둘러싸인 유리 리본이 슬릿(42)을 통해 측정 어셈블리(44)에 시각적으로 접근할 수 있도록 상기 인클로저에 장착된다. 시각적으로 접근할 수 있는 것이라는 것은 측정이 수행되는 기간 동안 측정 어셈블리와 관련된 각 측정 장치와 상기 유리 리본의 전체 폭의 적어도 일부 사이에 깨끗한 시각적으로 탁 트인(unobstructed) 시야가 존재한다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 측정이 수행되는 기간 동안 상기 측정 어셈블리와 관련된 각 측정 장치와 상기 유리 리본의 전체 폭 사이에 시각적으로 탁 트인 시야가 존재한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 측정 어셈블리(44)는 측판(shroud) 또는 하우징(46), 및 상기 유리 리본의 속성을 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 장치를 포함한다. 하우징(46)의 내부 부분은 가열 하우징(46)에 의한 것처럼 온도 제어될 수 있다. 하우징(46)은, 예를 들어, 상기 하우징 상에 또는 내에 장착된 저항가열기(도시하지 않음)에 의해 가열될 수 있다. 상기 가열기에 공급된 전류는 상기 하우징 내의 온 도가 기결정된 범위 내에서 조절되도록 자동 온도조절기(thermostat)의 사용을 통해 제어될 수 있다.

대안적으로, 하우징(46)은 적당한 내화성 절연 물질로 절연될 수 있다. 도 4a에 잘 도시된, 이동식 셔터(50)는 또한 상기 인클로저(46)의 내부로부터 측정 어셈블리를 분리하기 위해 슬릿(42)에 위치될 수 있다. 셔터(50)는 기류의 난류를 최소화함으로써 인클로저(40) 내에서 상기 유리 리본의 온도를 안정화시키는데 사용된다. 즉, 미리 설명했던 것처럼, 상기 리본이 점성 상태에서 탄성 상태로 변화함에 따라 인클로저(40) 내에서의 온도 환경을 제어하여 안정화되도록 하는 것이 가장 바람직하다. 따라서, 셔터(50)는 셔터(50)의 온도가 조절될 수 있어 상기 셔터가 닫힌 상태의 인클로저에 의한 열손실이 셔터가 열린 상태의 인클로저에 의한 열손실과 사실상 동일하도록 열적으로 제어될 수 있다. 상기 셔터는 상기 장치의 최소 저장 공간 조건을 제공하기 위해 설계될 수 있다. 따라서, 상기 셔터는 임의의 적당한 구성, 예를 들면, 도 4a에 도시된 것과 같은, 단일 단편(single-piece); 또는 도 4b에 도시된 것과 같은 다중-단편(multi-piece)으로 구성될 수 있다.

상기 유리 리본에 대한 상대적으로 안정한 열적 환경과는 다른 브리치(breach)를 나타내는, 측정 어셈블리(44)는 슬릿(42)을 통해 인클로저(40)에 접근한다. 상기 유리 리본에 대향하는 슬릿의 일측상의 측정 어셈블리(인클로저 40)의 존재는 상기 인클로저 내 환경에 상응하는 특정 열 추출 특성을 나타낸다 - 상기 측정 장치는 특정 축열체(thermal mass)를 포함하며, 인클로저(40) 내 열적 환경에 대한 열 싱크의 역할을 할 수 있다. 이는 또한 상기 인클로저 내에서 슬 릿(42)를 통한 기류를 방해하는데 기여할 수 있다.

인클로저(40) 내에서 열적 환경의 파괴(disruption)를 최소화하는 몇몇 방법들이 있다. 한 방법으로는 상기 측정 장치를 상기 인클로저 내의 온도로 예열하는 것이다. 물론, 상기 측정 장치는 일부 경우에 900℃ 정도로 높은 그런 온도로 장기간 노출할 수 없을 수도 있다. 다른 방법으로는, 열적으로 제어된 셔터(50)가, 상기 리본 인발 공정이 안정화될 수 있도록 셔터가 닫힐 때, 측정 장치를 나타낸는 조건하에 측정 장치의 온도를 모방하는데(mimic) 사용될 수 있다. 따라서, 상기 리본 형성 공정은 상기 인클로저 내 고온 환경으로부터 측정 어셈블리를 분리시키기 위해 닫힌 위치(이를테면, 셔터(50)에 의해 덮힌 슬릿(42))에서의 셔터(50)로 안정화될 수 있다. 상기 닫힌 위치에서의 셔터(50) 온도는 바람직하게는 측정 어셈블리(44)의 열 추출 속성(예, 축열체)에 필적하도록(to emulate) 조절된다. 셔터 온도는, 예를 들면, 상기 셔터(도시하지 않음) 내 또는 상에 수로(water passages)를 포함함으로써 조절될 수 있다. 상기 수로를 통해 흐르는 물은 그 후 상기 셔터로부터 멀리 위치된 보조 장비에 의해 가열 및/또는 냉각될 수 있으며, 셔터 통로, 예를 들면 적당한 배관(tubing)을 갖춘 셔터 통로에 연결될 수 있다. 측정을 원할 때, 상기 셔터가 열린다. 상기 리본 형성 공정은 셔터(50)가 닫힌 위치에 있는 동안 슬릿(42)을 통해 상기 측정 어셈블리로 열린 통로를 모방하는 조건하에서 안정화되었기 때문에, 셔터(50)를 열 때 열적 환경의 변화는 따라서 최소화될 수 있다.

일부 경우에 연장된 시간 기간 동안 측정 어셈블리(44)와 인클로저(40)의 내부 사이의 열린 광 경로를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 유리-형성 공정에 대한 계속적인 피드백을 위한 데이터 소스를 제공하기 위해 진행중인, 끊임없는 기저(basis) 위에 상기 유리 리본의 측정을 수행하는 것이 바람직하다. 그런 연장된 기간 동안 순조롭게 진행하기 위해서, 슬릿(42)을 가로질러 또는 상기 측단 어셈블리(44)를 가로질러 윈도우가 사용될 수 있다. 그러한 윈도우는 측정된 복사열의 파장에 대해 시각적으로 투명해야 한다. 일반적으로, 그러한 윈도우는 플루오르화 칼슘(CaF₂), 사파이어(Al₂O₃), 또는 황화아연(ZnS)로부터 제조될 수 있다. 인클로저(40) 내 환경에 노출된 축열체와 둘러싸인(surrounding) 유리 리본(32)이 사실상 일정하므로 시각적으로 투명한 윈도우의 사용은 열적으로-제어된 셔터에 대한 요구가 완화된다. 상기 투명한 윈도우는 개별적으로, 또는 상기 셔터와 관련하여 사용될 수 있다. 결국, 특정 예에서, 열린 슬릿이 인클로저(40) 내 열적 환경에 대한 미미한 변화를 발생시킨다면, 슬릿(42)은 상기 인클로저 내 환경으로부터 측정 장치를 분리하기 위해 윈도우 또는 셔터를 사용하지 않고 열린 채로 유지될 수 있다.

제어할 때, 측정하고 모니터링 하기 위해 특히 중요한 유리 속성이 유리 리본의 온도와 기준면(51)(리본의 형태)으로부터의 유리 리본의 배치이다. 이상적으로, 상기 유리 리본은 형성 웨지의 루트를 통해 통과하는 면에 수직으로 하강해야 한다. 실제로, 미리 설명한 바와 같이, 상기 유리 리본은 상기 리본의 폭에 걸쳐 변화하는 두께를 갖는다. 예를 들면, 상기 리본의 두께는 상기 시트의 수직 엣지에서 두꺼운 구슬선에서 더 얇은 중심 부분까지 변할 수 있다. 이렇게 변하는 두께는 상기 리본의 다른 부분이 상기 리본의 다른 부분과 다른 온도와 다른 냉각률을 갖게 될 수 있다. 그 결과, 상기 리본의 폭을 가로지르고 상기 리본의 길이에 따라 상기 리본의 공간적으로 변하는 온도는 상기 리본이 평면이 아닌 형태로 가정할 수 있다. 유리하게는, 상기 리본의 폭을 가로지르거나 또는 상기 리본의 길이를 따르는, 또는 둘 모두에 따른 이러한 온도 분포의 정보는, 그러한 온도 분포를 제어하는데 매우 유용한 데이터가 될 것이다. 본원에 기술된 온도 계측법에 적용할 수 있는 가장 적합한 기술은 적외선 스캐너, 적외선 어레이 카메라 또는 2차원 열전대가 있다. 이러한 기술은 상기 리본 온도를 결정하는 방법으로서 종래 열전대 또는 광고온계 이상의 상당한 이점을 제공한다. 특히, 적외선 프로세스 이미징 시스템, 즉, 라인스캐너 또는 라인-어레이 카메라는 유익하게 사용될 수 있다. 이러한 측정으로부터 획득된 데이터는 상기 리본 온도의 전체 단면 온도 프로파일을 생성하기 위해 분석될 수 있다.

고온 유리 리본에 의해 복사되는 에너지는 전자기 스펙트럼의 파장 대역을 거쳐 분배된다. 이러한 복사된 에너지의 세기와 파장 분배는 측정되고 있는 물체의 온도함수가 된다. 그러므로 라인 스캐닝 또는 라인 어레이 적외선 시스템은 그들이 상기 장치 시야각 내에 복사된 온도로부터 표면 온도의 상세한 공간적으로 해상도가 높은 맵을 생성할 수 있기때문에, 열전대 또는 광고온계와 같은 다른 점-단위(point-wise) 장치를 통해 상당한 이점을 나타낸다. 그러한 장치들은 종래에 공지되어 있고 상업적으로 이용가능하다. 예를 들면, 적당한 라인스캐닝 장치로는 랜드 인스트루먼츠 인터내셔널(Land Instruments International)에 의해 제조된모델 LSP 50ZT7651 적외선(IR) 라인 스캐너가 있다.

온도 측정을 위해, 측정이 온도 측정을 방해하는 것으로부터 상기 유리의 대향측 상의 물체로부터 복사열을 제거하기 위해 수행되는 파장에서 상기 유리 리본이 시각적으로 불투명하다 것이 중요하다(이를 테면, 측정 장치는 상기 유리 리본을 통해 "보지" 않고, 리본 온도로 상기 리본의 다른 측상의 물체의 온도를 병합함). 바람직하게는, 상기 스캐너는 약 4.8㎛와 약 14㎛ 사이의 파장 범위에서 복사열을 감지할 수 있다. 예를 들면, 적당한 감지 파장 범위는 4.8 ㎛ 내지 5.2㎛이다. 도 3에 도시된 실시예에서, IR 라인 스캐너(48)는 상기 유리의 폭을 가로지르는 중간-단계인, 포트(52)에 위치되고 점선(49)에 의해 표시된 것처럼, 상기 리본 폭에 걸친 온도를 감지한다.

특정 다른 실시예에서, 측판(46)은 인클로저(40)에 경사지도록 장착될 수 있다. 그런 다음 단일 수평 온도 및/또는 배치 분포뿐만 아니라 작지만 유용한 수직 범위에 걸친 수직 온도 및/또는 배치 분포의 진전을 용이하게 하는 다중 수평 스캔의 사용을 위한 데이터를 생성하기 위해, 도 5에 묘사된 것처럼, 측판(46)이 회전되거나 측정 평면(54)이 기결정된 각도(α)(또는 그 일부)를 통해 이동될 수 있도록 수직으로 경사질 수 있다.

바람직하게는, 상기 측판이 α를 포함하는 각도로 상기 유리 리본 표면 아래로 경사진다. 예를 들면, 일부 유리가 "응결(freeze)" 온도 이상의 온도 범위는 약 70℃ 이하일 수 있으며, 일부 유리는 약 20-30℃ 정도이다. 이러한 작은 크기의 온도 변화는 다운드로우 유리 형성 공법, 이를 테면, 짧은 수직 거리에서 꽤 급속하 게 일어날 수 있다. 상기 측정 어셈블리에서 수직으로 기울거나 선회하는 능력을 포함함으로써, 이러한 범위는 측정 어셈블리의 몇몇 수직으로 배열된 뱅크(banks)를 사용하는 것보다 차라리 단일 장치를 사용하여 포착될 수 있다. 상기 측정 어셈블리는 한 수직 위치에서 상기 리본의 폭에 걸친 수평 온도 분포를 포착하고 기설정된 양으로 기울며, 그 후 제2 수직 위치에서 또 다른 수평 온도 분포를 포착한다. 상기 리본의 길이를 따라 일련의 수직 위치를 거친 그러한 수평 온도 분포는 리본 온도의 두 개의 수치 맵의 편집을 위해 데이터를 제공할 수 있다.

물론, 상기 리본의 길이에 따른 다양한 위치에 위치된 다중 측정 장치의 사용이 또한 고려된다. 예를 들면, 측정 어셈블리는 각 측정 어셈블리의 수직 범위가 인접한 수직 범위를 형성하기 위해 미리 결정된 간격으로 수직으로 쌓일 수 있다. 각 측정 어셈블리로부터의 측정은 그 후 속성이 측정되고 있는 동안 많은 거리를 거쳐 전체 수직 분포를 결정하기 위해 결합될 수 있다. 대안적으로, 다른 경우에 개별 범위가 인접한 전체 범위를 형성할 필요가 없다.

수직 구성에 있어서 인클로저(40)에 장착되어 있는 측정 어셈블리는 슬릿(42) 또한 수직일 것이라는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 이러한 구성에서, 측정 어셈블리(44)는 상기 리본의 폭에 걸쳐 기설정된 수평 위치에서 수직 경로를 따라 측정 데이터(예, 온도 및 배치)를 수집하다. 수직 방향으로, 측정 어셈블리(44) 내 측정 기구의 사용, 예를 들면, 온도 스캐닝 장치(48)는 수직 스캔면으로 스캔할 것이며, 수평으로 "기울어질" 수 있다.

측정을 위한 유리 리본(32)의 또 다른 유용한 속성은 일반적으로 형성 웨 지(10)의 루트(22)를 통해 통과하는 수직면(51)으로 선택된, 기결정된 기준면에 비례하는 상기 리본의 배치이다. 배치 측정은 종래 이미징 방법을 사용함으로써 측정될 수 있다. 예를 들면, 상기 리본의 표면 위에, "구조화된(structed)" 광, 일반적으로 레이저 광을 비춤으로써 테스트가 수행되었다. 상기 패턴을 검술하기 위해 전하 결합 검출기(charge coupled detector: CCD)가 사용될 수 있다.

종래 이미징 소프트웨어는 그 후 상기 유리 리본 표면의 폭에 걸쳐 왜곡을 계산하는데 사용될 수 있다. 도 6에 묘사된 실시예에서, 구조화된 레이저 광(56)은 레이저원(58)으로부터 주사되고, CCD 카메라(60)에 의해 검출된다.

상기 온도 및/또는 배치 측정으로부터 획득된 측정 데이터는 컴퓨터(도시하지 않음)에 의해 수치를 구할 수 있으며, 예를 들면, 상기 유리 리본에 의해 얻어진 온도 프로파일 내 변화에 영향을 끼치는 상기 측판 내 또는 주위에 배열된 가열 및/또는 냉각 장치를 제어하기 위한 피드백 루프에 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같은, 몇몇 측정 어셈블리(44)는 상기 인클로저 폭에 걸쳐 병렬식으로 배치될 수 있으며, 이에 따라 어느 하나의 측정 어셈블리의 측상으로의(lateral) 측정 듀티를 감소시킨다. 이 예에서, 두 개의 IR 스캐닝 장치(48)가 사용되고, 각 스캐닝 장치는 상기 유리 리본 폭의 절반을 커버하도록 적응된다. 마찬가지로, 패턴화된 레이저 광을 주사하기 위한 두 개의 레이저(56)와 검출 장치(58)(예, CCD 카메라)는 상기 리본의 각 절반에 대해 한 쌍(레이저와 CCD 카메라)씩 사용된다. 본 실시예의 개별 측정 어셈블리는 이전 실시예들에 대해 설명된 어느 한 특징 또는 모든 특징들을 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 설명된 실시예들, 특히 임의의 "바람직한" 실시예들은 단지 실행 가능성 있는 예일 뿐이며 본 발명의 원리의 분명한 이해를 위해 설명될 뿐이다. 많은 변동 및 변형이 본 발명의 정신 및 원리를 벗어나지 않고 상술된 본 발명의 실시예들로 실시될 수 있다. 예를 들면, 바람직한 것은 아니나, 상기 유리 리본의 점탄성 지역에서의 온도 또는 형태를 측정할 수 있기 위해 측정 어셈블리가 사용될 수 있으며, 형태 및/또는 응력이 상기 리본으로 응결되며, 풀링 롤 사이의 리본의 길이와 컷-오프(cut-off) 위치에 따른 여러 위치에서 다수의 측정 어셈블리가 배치될 수 있다. 이러한 위치들은 상기 리본의 점성 지역, 점탄성 지역 및 탄성 지역을 포함한다. 상기 리본의 길이를 따라 배치된 측정 어셈블리 어레이가 대단위 2차원 온도 및/또는 형태 맵이 사용될 수 있다는 것을 의미한다면, 상기 리본의 형태와 온도의 정보를 크게 향상시킨다. 그러한 데이터는 상기 리본 상태의 상세 정보를 끌어낼 수 있으며, 보다 효과적인 다양한 공법 제어(예를 들면, 형성 웨지 온도, 인발률 등)를 할 수 있다. 본원에 개시된 측정 어셈블리는 온도와 형태(휨)의 측정으로 제한될 필요는 없다. 방향을 이끄는 복굴절의 온라인 측정, 상기 유리 리본의 응력의 온라인 측정과 같은 기타 시각적으로 결정된 측정이 사용될 수 있다. 게다가, 본 발명은 용융 다운드로우 공법에 대해 기술되었으나, 본 발명은 슬롯 드로우 공법(유리 리본이 도가니 또는 다른 용기의 바닥에 있는 슬롯(slot)으로부터 인발됨), 또는 리드로우 공법(고형식 유리 프리폼이 용광로에서 녹아 그로부터 용융 유리 리본이 인발됨)과 같은 다른 다운드로우 공법에 적용할 수 있다. 그러한 모든 변형 및 변동은 이러한 개시물과 본 발명의 정신 내에서 본원에 포함되며 하 기 청구항들에 의해 보호되는 것으로 한다.

Claims (10)

1. 유리 리본을 특성화하기 위한 장치에 있어서,

   개구부를 포함하고 다운드로우 공법에 의해 형성된 유리 리본의 적어도 점성 및 점탄성 지역 주위에 배치된 인클로저; 및

   상기 개구부를 통해 상기 리본의 폭을 스캔함으로써 상기 유리 리본의 적어도 하나의 속성을 측정하기 위해 적응된 측정 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 속성은 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 속성은 상기 리본의 배치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 어셈블리는 동시에 다수의 리본 속성을 측정하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 어셈블리는 상기 유리 리본의 표면상에 주사된 패턴화된 광을 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 리본과 상기 측정 어셈블리 사이에 배치된 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 유리 리본을 특성화하기 위한 장치에 있어서,

   개구부를 포함하고 용융 다운드로우 공법에 의해 형성된 유리 리본의 적어도 점성 및 점탄성 지역 주위에 배치된 인클로저; 및

   온도 측정 장치와, 상기 개구부를 통해 각각 상기 리본의 온도와 배치를 동시에 측정하기 위한 배치 측정 장치를 구비한 측정 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 리본과 상기 측정 장치 사이에 배치된 열린 위치와 닫힌 위치 사이에서 이동가능한 이동식 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 유리 리본을 특성화하는 방법에 있어서,

   다운드로우 공법에 의해 플로잉(flowing) 유리 리본을 형성하는 단계; 및

   상기 리본의 폭의 적어도 일부를 스캔함으로써 상기 리본의 점성 또는 점탄성 지역에서 상기 리본의 온도와 배치를 동시에 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 배치를 측정하는 단계는 상기 리본 위로 주사된 패턴화된 광을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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