KR20100014877A - 초 박형 유리의 드로잉 및 블로잉 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유연성 있는 디스플레이 유리 시트, 예를 들어 유기발광 다이오드(OLED)디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 및/또는 기타 유연성 있는 기판 적용품, 예를 들어, 조명장치, 및/또는 기타 기술, 예를 들어 전기-습윤(EW), 전기 영동 디스플레이 장치 등에 사용되는 초박형 유리 기판의 드로잉 및 블로잉과 관련된 시스템, 방법, 장치 및 제품에 관한 것이다. 국부화된 열 공급원이 수직의 유리 예비-성형체를 구심적으로 가열하면서 가압 공기 공급원은 가열된 유리를 블로우하여 팽창시킨다. 공기 베어링은 팽창된 예비 성형체에 대하여 구심적으로 공기를 블로우하여 팽창을 제한하고 상기 예비 성형체가 국부화된 열 공급원과 접촉하는 것을 방지한다. 한편, 예비 성형체는 수직적으로 인발되어 가열된 유리를 드로우시킨다. 예비-성형체는 플로팅 장치에서 플로트되어 상기 예비 성형체가 상방으로 인방될 때 중력에 대하여 보상작용을 한다. 블로우 및 드로우된 예비 성형체는 냉각되고 폴리머 층으로 코팅되며 공기 베어링을 벗어나면서 인-라인 장치에 의하여 리본으로 절단된다. 예를 들어, 레이저가 폴리머-코팅된 블로우 및 드로우 된 예비성형체를 리본으로 나선상 절단할 것이며, 이는 회수를 위해 권취될 것이다.
예비 성형체, 드로잉, 퓨전공정, 공기 베어링, OLED

Description

초 박형 유리의 드로잉 및 블로잉{ULTRA THIN GLASS DRAWING AND BLOWING}
본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이에 사용되는 유연성 있는 디스플레이 유리 시트와 같은, 초박형 유리 기판의 드로잉 및 블로잉에 관련된 방법, 시스템, 장치 및 제품에 관한 것이다.
OLED 및 액정 디스플레이((LCDs)와 같은 디스플레이용 평판 제품 유리를 제조하는 것은 많은 도전을 수반한다. LCD는 대 규격의 유리 플레이트에서 내부 응력에 기하여 발생하는 것과 같은 제품 왜곡을 최소한으로 갖는, 일반적으로 단단한 디스플레이 유리를 요구함에 반하여, OLED 기술은 유연성 있는 디스플레이를 제공하려는 방향으로 나아가고 있다. 따라서 유연성 있는 폴리머 기판은 OLED 디스플레이에 사용하기 위한 연구가 진행중이다. 그러나 유리는 유리가 초박형인 경우를 제외하고는 일반적으로 매우 유연성 있는 물질은 아니어서 유연성 있는 OLED 디스플레이의 제조에 유리를 사용하는 것은 파단됨이 없이 굴곡되기에 충분히 얇은 유리의 생산을 요하는 것이다.
유기 발광다이오드는 최근 전기발광 장치에서의 광범위한 용도 및 잠재적인 용도에 기하여 상당량의 연구 주제가 되어 왔다. 예를 들어, 단일 OLED는 불연 속(discrete) 발광 장치에 사용될 수도 있고, 또는 OLED 어레이는 조명장치나 평면-패널 디스플레이 장치(예를 들어, OLED 디스플레이)에 사용될 수도 있다. 일부 OLED 디스플레이는 매우 밝고, 높은 색상대비 및 넓은 시야각을 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나, 전통적인 OLED 디스플레이, 특히 이에 위치된 전극 및 유기 층은 주위 대기로부터 OLED 디스플레이로 새어 들어오는 산소 및 습기와 반응하여 분해(degradation)되기 쉽다. OLED 디스플레이의 수명은 상기 OLED 디스플레이 내의 전극 및 유기층을 주위 대기로부터 긴밀 밀봉시킨 경우, 현저히 증가될 수 있다.
따라서, OLED 디스플레이의 제조에 관한 또 다른 과제는 OLED 디스플레이가 습기와 산소로부터 밀봉되는 요건이며, 그러한 습기나 산소는 디스플레이 내로 침투하는 경우 OLED를 손상시킬 것이다. 예를 들어, 기밀 밀봉(hermetic seal)은 산소(10-3cc/m2/day) 및 수분(10-6g/m2/day)에 대한 차단을 제공하여야 한다. 그러나 폴리머 기판의 단점은 습기나 산소의 침투 용이성에 있다. 그러나 유리는 투명성, 스케일 가능한 표면을 제공하면서, 동시에 효율적이고도 장기간의 산소 및 습기에 대한 차단을 제공하는 몇 안되는 물질 중 하나이다. 이러한 특성은 적어도 장치의 일측면에 있어 현재, 및 대부분의 미래에서 디스플레이 패널에서 요구되는 것이다. 따라서 유리는 OLED 디스플레이 생산자에게는 주요한 후보군으로 남아있다. 예를 들어, 경질(rigid) OLED 디스플레이는 OLED 픽셀을 싸는 경질 유리 시트를 이용할 수 있으며, 이는 그 후 프릿 씰을 사용하여 긴밀 밀봉될 것이다.
유리의 유연성은 예를 들어, 일반적으로 10mm 내지 10cm의 범위를 갖는 곡률 반경에 의하여 특징화될 수 있다. 평탄하며, 박형이나, 경질의 현재 LCD 디스플레이와 상반되게, 유연성 있는 OLED 디스플레이는 유연성 있는 기판을, 가능하면 롤-투-롤 제조 공정 및 그 장치 자체에서 요구한다. 용인 가능한 수준에서의 그러한 반경에 부합하는 유리 두께는 각각 10 내지 30 ㎛의 차수(in the order of)이다.
그러한 얇은 유리 시트를 제조하는 것은 여전히 종래 기술을 사용하는 중요치 않은 작업이다. 알려진 퓨전 드로우 또는 다운드로우 공정은 통상 100㎛ 두께의 유리를 제조하는데 한정되나, 이들은 또한 드로잉 중의 측면 감소에 기하여 폭 또한 제한된다. 따라서 유연성 있는 유리 기판을 제조하기 위한 초박형 유리 제조 공정의 새로운 개발이 요구되고 있다.
<발명의 요약>
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD) 및/또는 조명장치와 같은 기타 유연성 있는 기판 장치, 및/또는 전기 습윤(EW), 전기 영동 디스플레이(EFD) 장치 등에 사용되는 유연성 있는 디스플레이 유리 시트와 같은 초박형 유리 기판을 드로잉하고 블로잉하는 것과 관련된 시스템, 방법, 장치 및 제품에 관한 것이다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 유리 예비-성형체(glass pre-form)로부터 유리를 제조하는 방법은 구심적으로 배치된 열원으로부터 개방단부(open end)와 폐쇄 단부(closed end)를 갖는 유리 예비 성형체의 제1 미드섹션(midsection)에 열을 가하는 단계; 상기 개방 단부에 가스를 블로우하여 상기 제1 미드섹션에서의 공동(cavity)을 팽창시키고 상기 제1 미드섹션을 블로우하는 단계; 및 상기 유리 예비-성형체의 외표면에 대하여 가스를 블로우하여 상기 공동의 팽창을 제한시키는 단계를 포함한다. 또한 상기 유리 예비-성형체는 블로잉되면서 인발되고; 그 다음 냉각되며, 폴리머 라미네이트로 코팅되며; 및 그 다음 나선상으로 절단된다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 유리 제조방법은 수직으로 배열된 유리 예비-성형체의 제1 미드섹션에 구심적으로 국부화된 열원으로부터 열을 가하는 단계; 상기 예비-성형체의 개방단부로 공기를 블로우하여 제1 미드섹션에 공동을 확장시키고 상기 제1 미드섹션을 블로우하는 단계; 예비-성형체의 두 단부 중 하나 이상에서 수직으로 인발하여 상기 제1 중간 섹션을 드로우하는 단계; 상기 제1 미드섹션에 인접한 제2 미드섹션으로 접근시키는 단계; 및 상기 제1 미드섹션이 처리되는 동안, 상기 제2 미드섹션을 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 또한 상기 유리 예비-성형체를 회전시키는 단계; 상기 공동이 상기 공동의 팽창을 한정하기 위하여 팽창하는 동안에 공기 베어링(air bearing)을 통하여 상기 유리 예비-성형체를 수직으로 통과시키는 단계; 상단부에 양력(upward force)을 가하는 단계; 기저 단부(bottom end)에 양력을 가하는 단계; 상기 중간부 섹션(middle section)이 블로우 및 드로잉된 후 인-라인 냉각 장치로 상기 유리 예비-성형체를 냉각시키는 단계; 상기 중간부 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 폴리머 코팅제로 상기 유리 예비-성형체를 코팅시키는 단계; 상기 중간부 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 레이저로 상기 유리 예비-성형체를 나선상 절단하는 단계; 및/또는 상기 나선상으로 절단된 유리를 권취하는(rolling) 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 유리를 처리하기 위한 시스템은 수직으로 배열된 유리 예비-성형체의 제1 중간섹션을 구심적으로 가열할 수 있는 국부화된 열원; 가스를 상기 예비 성형체의 개방단부로 블로우하여 상기 공동을 팽창시키고 상기 중간부 섹션을 블로우시킬 수 있는 압축된 가스 공급기; 상기 개방 단부 및 압축된 가스 공급원 사이의 기밀(air-tight) 연결을 형성하는데 사용되는 척(chuck); 중간부 섹션에서 상기 공동이 팽창되는 만큼 상기 중간부 섹션(middle section)의 외부 표면에 대하여 구심적으로 블로우하는 것이 가능한 공기 베어링; 상기 중간부 섹션을 드로우하기 위하여 상기 예비 성형체의 두 단부 중 하나 이상에서 수직으로 인발하는 것이 가능한 인발 장치(mechanism); 및 상기 예비 성형체의 상단부에 결합하고, 서스펜드하는 것이 가능한 서스펜션 장치를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 또한, 플로팅에 의하여 예비 성형체의 기저 섹션을 지지하는 것이 가능한 플로트 장치; 중간부 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체를 구심적으로 냉각시킬 수 있는 인-라인 냉각 장치; 중간부 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체에 대하여 폴리머 라미너(laminar) 코팅제를 구심적으로 적용시키는 것이 가능한 인-라인 코팅장치; 및 중간부 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체를 절단하는 것이 가능한 인-라인 절단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 유리를 처리하기 위한 장치는 중간 섹션이 드로우 및 블로우되도록 유리 예비-성형체의 중간 섹션을 구심적으로 가열할 수 있는 국부화된 열원; 및 중간부 섹션이 드로우되고 블로우되는 만큼(as) 상기 중간부 섹션의 외부 표면에 대하여 구심적으로 블로우하는 것이 가능한 공기 베어링을 포함할 수 있다. 상기 장치는 또한 중간부 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체를 구심적으로 냉각시킬 수 있는 인-라인 냉각 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 본 발명에 따른 제품은 본 발명의 방법에 따라 관형상의 유리 예비-성형체로부터 생성된 초박형 유리의 폴리머 코팅 유리 리본을 포함한다.
본 발명의 이점은 현존하는 유리 제조 공정과 관련하여, 상세한 기술적 설명을 읽은 후 가장 잘 이해될 것이다. 그럼에도, 이점 중 일부는 이하에서 강조된다.
다른 이점 중에서도, 가열 및 블로잉 장치는 더 큰 전통적인 드로잉 공정에 반하여, 컴팩트하면서도 대형의 박형 시트 폭을 운반한다. 더욱이 전통적인 드로잉 공정은 시트 폭이 급격히 줄어들거나 각 측면에서의 유리 손실로 단지 유지하는데 그치나, 본 발명에 따른 드로잉 하에서는 폭이나 직경의 감소가 거의 일어나지 않는다.
또한, 업드로우의 사용은 바닥 레벨(floor level)을 설정하게 하며, 상방향의 유리 외피 소거(evacuation)를 하게 한다. 예비 성형체의 플로팅 개념 덕분에, 드로잉 공정은 부분적으로 중력의 영향에서 실질적으로 벗어나 있다.
상기 예비-성형체 표면적 대 블로잉된 실린더 표면적의 전환비는, 일 미터가 25미터 이상으로 변환되고, 0.2 제곱미터(1 m x 2πr, r= 30 mm)는 약 25 제곱미터(25 m x 2πr, r= 15 cm)로 변환된다는 점에서 매우 높다(1:125의 비). 유사하게 두께 변환비도 매우 높으며, 여기서 1500㎛는 50:1의 비로 30㎛가 된다.
또한, 상기 공정은 평탄 또는 비-평탄 박형 유리시트를 제조할 수 있다. 평탄 시트는 2번째 차원에서 평탄할 것이고, 비-평탄 시트는 일차원에서는 평탄하고 2차원에서는 만곡되어 있을 것이다. 3번째 차원, 두께는 균일하게 얇게될 것이다. 비-평탄 유리시트는 예를 들어, 작은 반경(예를 들어, 권취된 디스플레이용으로) 하에서 세로로 권취되기에 적합할 수 있다.
다른 측면, 특징, 이점 등은 여기의 본 발명에 대한 설명이 첨부되는 도면과 함께 고려됨으로써 당업자에게는 명백해질 것이다.
본 발명의 다양한 측면을 설명하기 위한 목적으로, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 지칭하는 것이며, 채용가능한 단순화된 형상으로 도면상에 개시되나, 본 발명은 도시된 상세한 배치 및 수단에 의하여 또는 그러한 것으로 한정되는 것이 아니라, 제시된 청구범위에 의해서만 제한된다는 점을 이해하여야 한다. 도면은 규격화되지 않을 수 있으며 도면의 측면은 서로에 대하여 규격화되지 않을 수 있다. 도면의 혼선을 막기 위하여, 모든 도면이 모든 가능한 참조부호를 포함하고 있지는 않다.
도 1-5는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 예시적인 블로잉 및 드로잉 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 세 개의 예시적인 팽창된 예비-성형체를 도시한 도면군이다.
도 7 및 8은 본 발명의 하나 이상의 추가적인 구체예에 따른 예시적인 블로잉 및 드로잉 시스템을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 세 개의 예시적인 코팅된 팽창 예비-성형체를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 예시적인 인-라인 절단 장치를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 예시적으로 절단된 코팅 예비-성형체를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 수행될 수 있는 유리 제조 공정의 공정 작동을 도시한 플로우 다이어그램이다.
본 발명은 초박형 유리 기판의 드로잉과 블로잉에 관련된 방법, 시스템, 장치 및 제품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들어 유연성 있는 디스플레이 장치에 사용되는 초박형 유리를 제조하는 공정에 관한 것이다.
디스플레이는 역사적으로 경질이었다는 것을 고려하면, 유리 기판은 평판 패 널 디스플레이와 같은 다양한 장치에 사용될 수 있는 고품질의 박형 유리 시트를 형성하는 통상 퓨전 프로세스(예를 들어, 다운드로우 공정)으로 알려진 공정을 이용하여 제조되어 왔다. 퓨전 공정은 평판 패널 디스플레이에 사용되는 유리시트를 제조하는 바람직한 기술로서, 이는 상기 공정에 의하여 제조된 유리 시트가 다른 방법에 의하여 제조된 유리 시트와 비교하였을 경우 월등한 평탄성과 평활성을 가진 표면을 갖기 때문이다. 일반적인 퓨전 공정은 예를 들어 미국특허 제3,338,696호 및 미국특허 제3,682,609호와 같은 수많은 공개 문헌에 개시되어 있으며, 이는 당업계에 잘 알려져 있다.
실시예로서는, 제품 유리는 코닝 유리 조성물 No. 1737 또는 유리 유리 조성물 No. EAGLE2000 TM이 포함될 수 있다. 이러한 유리는 다양한 용도, 특히 예를 들어, OLED의 제품 및 액정 디스플레이 뿐 아니라 기타 장치에 사용된다.
퓨전 공정의 일 구체예는 연속 유리 리본 및 그 후 두 개의 롤 사이에서 상기 유리 리본을 드로우하여 유리를 원하는 두께로 스트레치시키기 위하여 퓨전 드로우 기계(FDM)을 사용하는 것과 관련된다. 이동식 모루 기계(traveling anvil machine, TAM)는 유리 리본을 고객에게 보내지는 더 작은 유리 시트로 절단하는데 사용된다. 이러한 유리시트는 100㎛정도로 얇을 수 있으나 이러한 두께에서도 유리시트는 유연하지 않거나 부서질 수 있다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 본 발명은 퓨전 공정으로부터 벗어나 관형상 유리 예비-성형체의 블로잉 및 드로잉의 조합으로 향한다.
통상의 다운드로우 공정에서는 시트 폭과 두께는 모두 감소된다. 이러한 결 과는 큰 폭의 시트를 얻고자 하는 때에는 극히 제한적이다. 퓨전 드로우 공정으로의 변화는 전체적인 폭을 유지하도록 에지 롤러의 채용으로 부분적으로 이러한 점을 처리할 것이나, 이러한 변화는 양면에 비사용 가능 영역 및 두께 비드(beads)를 형성한다.
유리의 다운 드로잉을 대신하여, 본 발명은 폭을 증대시키고 두께를 감소시키기 위한 측면(lateral) 블로잉과, 또한 두께를 감소시키기 위한 길이방향(longitudinal)의 드로잉을 결합한다. 상기 공정은 유리 예비-성형체로 시작되는데, 이는 튜브와 같은 초기 형상을 가진 다수의 유리이며, 이는 의도적인 처리에 적합하고, 상기 예비 성형체는 제품 유리를 드로우 및 블로우하는 것으로부터 유리의 한정된 저장기로서 작용한다. 이러한 측면 블로잉과 길이방향 드로잉의 조합은 다운 드로잉의 예비-성형체 직경 감소를 회피하고 다른 어떤 부작용 없이 상기 예비-성형체의 직경을 증가시킨다.
관형상의 예비-성형체는 예를 들어, 연화점이 926℃인 코닝 유리 조성물 No. 1724인 알루미노실리케이트 튜브를 포함할 수 있다. 약 1m 크기의 시트를 생산하기 위하여, 일 구체예는 공정 후 30cm의 최종 유리 튜브 직경을 목표로 한다. 이러한 목적을 위하여 제시된 예비-성형체는 예를 들어 60-mm 직경 및 2-mm 웹 두께를 가질 것이다.
관형상의 예비-성형체는 그 기저 말단부에서 긴밀하게 폐쇄되어 있을 것이며, 반면 그 상부 말단부는 기밀 회전 척(chuck)내에 유지된다. 상기 척은 회전 조인트를 포함할 수 있으며, 이를 통하여 사용되는 내부압이 상기 유리를 블로잉하는 데 공급된다. 상기 튜브는 가열영역(예를 들어, 적외선, 가스버너, 인덕션 또는 기타 국부 가열수단)에 위치되며 요구되는 정밀한 최종 직경을 수득하는데 이로운, 가열된 실린더형 공기 베어링에 의하여 포함된다. 유리의 특정한 파라미터 및 특징, 예를 들어 유리 점도에 따라서, 유리는 상기 가열 영역에서 920℃ 및 공기 베어링 수준에서 890℃로 유지될 것이다.
상기 예비-성형체는 공기 베어링을 통과하고 빠져나가면서 균일한 가열, 및 실질적으로 완전한 원통도(cylindricity)를 위해서 천천히(1-4 rpm) 회전된다. 기저 서스펜션 시스템은 이러한 회전이 최소의 마찰로 일어나도록 하며, 중력의 영향을 부분적으로 억제할 것이다.
약한 내부 블로잉 압력, 일반적으로 0.3bar하에서, 예비-성형체의 직경은 점진적으로 상기 공기 베어링 표면으로 닿지 않고 팽창한다. 그 때 유리는 상기 유리가 실린더에 포함된 채로 남아있기 때문에 하방으로 팽창력을 받는다. 상방 회전 척은 구상(bulb) 성장 속도에 실질적으로 대응한 속도 V로 천천히 상승된다. 예비-성형체의 기저부는 또한 점차적으로 올라오게 되나, 훨씬 더 느린 속도이며, 이는 더 큰 직경의 형태로 변이된 유리의 양에 대응한다.
속도비는 다음과 같이 최종 및 초기 튜브 섹션의 비에 역으로 비례할 것이다:
초기 섹션 s = π(r2 2 - r1 2)
최종 섹션 S = π(R2 2 - R1 2)
V / v = π (r2 2 - r1 2)/ π(R2 2 - R1 2) = (r2 2 - r1 2)/(R2 2 - R1 2)
여기서 r2 및 r1은 각각 예비-성형체의 외부 및 내부 직경이고, R1 및 R2는 각각 최종 튜브의 외부 및 내부 직경이다.
예비 성형체 플로팅 시스템은 중력의 비조절된 효과를 회피하며, 이는 다른점에서 전통적인 드로잉 공정에서의 드로잉을 급속히 저해한다. 플로트의 원리는 중력의 효과를 부분적으로 중립화시키는 것이다. 플로트 장치는 또한 상기 예비 성형체가 소비되고 상기 예비 성형체의 남겨진 유지 기저부가 급속히 감소하면 중력에서의 조절로 보상할 수 있다.
드로잉 및 블로잉 작용 중, 예비성형체의 기저부가 플로팅하는 액체의 수준은 상기 예비성형체가 올라가서 액체의 작은 양을 대체함에 따라 조절된다. 바람직하게는, 공정은 액체의 상승에 따르기 위해, 그러나 v보다 약간 더 낮은 속도로, 예비 성형체의 무게를 계속 지지하기 위해서, 상기 액체 수준이 액체 저장기를 상승시키거나, 또는 액체를 보다 더 첨가함으로써 상방향으로 조절되는 감소된 배치 이동을 보상할 수 있으며, 이의 효과적인 무게는 상기 예비 성형체가 소비됨에 따라 급격히 감소된다.
블로우된 외피(envelope)는 공기 베어링 내에서 회전하며, 접촉은 없다. 또한 유리의 특정 파라미터 및 특성에 따라, 890℃에서 공기 갭은 100 ～120㎛의 범 위이며, 상기 공기 베어링 챔버 내부의 공기압은 3bar로 유지될 것이다. 상기 외피는 기저 단부가 더 높은 온도라는 사실에 기하여, 더 낮은 단부에서 팽창하는 경향이 있다. 상기 블로우된 외피의 상부 단부 및 바디는 신속하게 냉각되고, 상방으로 드로잉되면서 공기 베어링의 상부 파트내에서 “빙결”된다.
일단 예비 성형체의 바람직한 양이 블로우된 외피로 변형되면, 그 결과는 상단부와 하단부가 폐쇄된 길고 극단적으로 얇은 관형상 구상이다. 몇가지의 연속적인 예비 성형체는 블로우되어 길고 극히 얇은 튜브로 변형된다. 상기 초박형의 유리는 그의 보강을 위해 인-라인 폴리머 코팅 증착에 의하여 보호될 것이다. 폴리이미드나 아크릴이미드 층과 같은 폴리머 코팅제가 예를 들어 100℃ 이하에서 형성함에 의하여 외부 표면상에 증착될 수 있다. 이러한 10- 내지 150-㎛ 두께의 보호층은 절단공정을 포함하는 후-블로우 처리 공정 전에 상기 유리 외피를 강화(consolidates)시킨다. 상기 폴리머층은 대신에 분리상, 상기 유리 외피의 내면 또는 외부 표면상에 증착될 수 있다.
상기 절단 공정은 예를 들어 롤-투-롤 공정을 위한 반-연속식 유리 리본을 제공하는 생산라인(generative line), 또는 나선형 절단을 따라 개방된 단순 외피와 관련될 수 있다. 상기 리본의 폭은 나선의 피치(pitch)와 부분적으로 의존한다. 이러한 접근에 있어, 목적하는 디스플레이 높이는 이러한 방향을 따라 후-절단 마감 없이 바로 절단될 수 있다. 단일 절단이 양 시트 에지를 형성하게 된다는 점에서 흥미롭다. 절단공정은 IR 레이저, 266nm에서의 4중 YAG 레이저 등에 의하여 수행되는 것이 바람직하다. 절단 피치 및 수용(receiving)롤러 각 b를 변경함으로써, 상기 리본의 폭이 디스플레이나 기타 제품의 크기로 조절된다.
일부 구체예에서, 폴리머 라미너 코팅이 적용될 수 있다. 블로잉 이후에, 긴 실린더형 구상이 10 내지 150㎛ 두께의 폴리머 코팅이 증착되면서 코팅링을 통과할 수 있는데, 이는 예를 들어 광섬유 코팅에 해당하며 하나 또는 여러 단계를 통하여 이루어 진다. 이러한 폴리머는 그 후, 예를 들어 열적으로 또는 UV광에 의하여 경화된다. 폴리머 보호층은 유리 구상을 단 이전의 취급공정 중 보호되도록 도와준다.
PCT 특허출원 공개 제2005/110741 A1호, 명칭이 “전자 장치용 혼합 층상 재료를 위한 공정”("PCT '741")인 문헌에서는, 5㎛만큼의 두께를 가진 초박형 유리의 제조에 대하여 개시되어 있다. 폴리머 코팅은 약 50㎛ 두께에서 유리에 적용된다. 분류된(Assorted)폴리머 조성물이 개시되고 시험되었다. OLED 디스플레이, LCD, 조명, EW, EFD 장치 등에 사용되는 적합한지를 조사하기 위해 다양한 시험이 박형 유리 및 폴리머 코팅제를 포함하는 혼합 층상 재료에 대하여 수행되었다. 이러한 테스트는 기계적 유연성, 산소 투과성, 습기 투과성, 파열저항성 및 폴리머-투-유리 접착성에 관한 것이다. 유리의 국부화된 기계적 안정성 또한 가위에 의한 폴리머-코팅된 유리의 절단 및 파열 저항 시험 중에, 국부화된 유리 파열이 더 두꺼운 유리 시트에서 절단된 에지에서 보다 자주 일어난다는 것을 보이고 있음이 확인되었다.
PCT '741의 20페이지를 시작으로, 박형 유리의 제조가 개시되어 있다. 본 발명과 달리, 좁고, 두꺼운 관형상 유리 예비-성형체로 시작하여, PCT '741은 초기 두께가 2.5mm, 초기 길이가 370mm이며, 초기 직경이 100mm인 유리 실린더가 사용되었다. 상기 실린더의 두개의 개방 단부는 폐쇄되어 압축된 공기가 스트레칭 공정이 내부 공기압을 유지시키는 동안 펌프되는 닫힌 계를 형성한다.
본 발명과 달리, PCT '741의 유리 실린더는 또한 간단히 “네이티브 유리 튜브”로 일컬어지며 유리 실린더의 스트레칭에 의하여 형성된 유리 실린더의 연장인 얇은 “버진 튜브”의 더 두꺼운 버전이다. 네이티브 튜브 및 버진 튜브는 “함께 하나의 완전한(integral) 튜브를 형성”한다. 본 발명의 일 구체예에서는 그러나, 공기압을 유리 예비-성형체의 내부 및 외부 모두에 사용하여 상기 예비-성형체를 실질적으로 더 넓고, 특정한 직경으로 블로우한다.
PCT '741의 예는 유리가 약 1300℃의 변이 온도에 이를 때까지 화염상에서 수평적으로 회전하는 네이티브 튜브 실린더에 관계되며, 상기 지점에서 화염은 차단되고 네이티브 튜브는 드로우, 즉 수평적으로 스트레치된다(실린더의 축방향). 스트레치되는 동안, 상기 스트레칭 공정 중에 상기 완전 튜브내로 펌프되는 압축 공기는 버진 튜브의 형성 과정에서 네이티브 튜브의 초기 직경을 유지하려는 의도이다. 특히, PCT '741은 “가스 흐름-시간 프로파일은 유리 실린더를 스트레칭 하면서 남은 유리의 스트레칭된 부분의 직경은 스트레칭된 유리 부분의 길이에서 일정하도록 하는 방식으로 [sic] 조절되었다(regulated)”고 언급하고 있다.
또한 PCT '741에서 “다른 실험에서, [가스 흐름-시간 프로파일]이 용융된 유리의 직경이 원래의 직경에 대하여 증가하고 스트레칭된 유리 부분의 길이에서 일정하게 유지되는 방식으로 선택되었다”고 언급하고 있으나, 그러한 실험에 대한 구체적인 언급은 제공되지 않았으며, 그러한 증가가 가스 흐름 조절에서 아마도 우연한 계산 착오의 결과로서, 초기 직경에 대하여 한계 증가 이상의 어떤 것을 제공한다는 어떠한 지적도 주어지지 않았다. 특히, 좁고, 두꺼운 관형상의 예비-성형체를 취하여 드로우 및 블로우하여 본원발명의 일 구체예에서와 같이, 훨씬 더 넓고, 훨씬 더 길며, 또한 훨씬 더 얇은 유리 실린더를 달성하는지에 대하여 전혀 교시되어 있지 않다.
더욱이, PCT '741은 실린더 직경의 팽창을 조절하기 위하여 내부 공기압에 더하여 어떠한 성분을 사용하는지에 대한 언급이 전혀 이루어지지 않았다. 이에 반하여, 본 발명의 구체예는 블로우된 실린더의 외부 표면에 공기압을 가하는데 공기 베어링을 사용하여 블로우된 실린더 직경이 너무 크게 증가하는 것을 방지하고, 블로우된 실린더가, 실린더가 블로우 되면서 시스템의 다른 성분에 접촉하는 것을 방지하며, 또한 블로우된 실린더의 내부 표면적에 걸쳐 내부 공기압이 상대적으로 안정하게 유지되게 한다.
본 발명의 결과는 예비-성형체가 블로우된 실린더 내로 블로우되는 것으로, 길고 좁은 풍선을 블로우하는 것과는 다르지 않은 방식이며, 여기서 추가적인 공기압은 압축된 공기 공급원과 반대되는 팽창 점에서 상기 풍선을 팽창시키는 원인이 된다. 본 발명과 달리, PCT '741은 공기압을 유리를 블로우하는데 사용하지 않고, 폐쇄된 공간의 내부 체적이 증가되면서 형성되는 음압차(negative pressure difference)(부분적 진공)를 방지하기 위한 것이다. PCT '741은 압축된 공기를 버진 튜브의 내부에 가해진 공기압과 버진 튜브의 외부에 가해진 공기압을 평형화시 키는데 사용하는데, 이는 버진 튜브가 더 높은 외부 공기압 하에서 만일 계속 연성이거나, 파단되거나, 만일 먼저 경화된다면 파손될 수 있다는 사실에 기한다.
더욱이, 예비-성형체 플로팅 시스템을 사용한 본 발명의 구체예는 부분적으로 중력-배제 상방향 드로잉 공정을 가능하게 하는 중력 효과의 보상을 고려함에 비하여, PCT '741은 그렇지 않다. 기껏해야, PCT '741은 버진 튜브가 처지는 것(sagging)을 방지하기 위해, 38 RPM과 같은 높은 속도로 네이티브 튜브를 회전시킴으로써 중력 효과를 보상한다기 보다 이를 균등하게 분배하는 것에 특징이 있을 것이다. 상방향 드로우(upward draw)의 이용을 통하여, 본 발명은 또한 중력 반대 방향에서의 드로잉에 의하여 중력의 잔존하며, 비 보상된(uncompensated) 효과를 균등하게 분배하는 것을 특징으로 할 수도 있다. 블로우된 실린더의 축 및 중력과 평행인 이의 측벽(side wall)을 배향(orienting)함으로써, 중력은 드로잉 방향에 대하여 인발하는 실린더 측벽 상에 균일하게 작용한다.
PCT '741의 7페이지에서는 “실린더 형상을 가진 버진 비-접촉 유리 필름”이 1902년도 “Lubber 스타일의 기계적 실린더 블로잉 공정”의 변형된 버전인 “"Matsunami 스타일 기계적 블로잉 공정”을 사용하여 제조될 수 있을 것이라고 언급하였다. 그러나, PCT '741이 지적하는 바와 같이, Matsunami는 명백히 그의 웹페이지 ‘www.matsunami-glass.co.jp’에서와 같이 어떻게 그가 1.5-50㎛의 유리를 형성하기 위해 “실린더 형상을 확보하고 박형의 필름 유리에 블로잉함으로써 플레이트를 동시에 제조하는 것”이 가능하였는지 어떠한 구체적인 내용도 공개되어 있지 않다. 심지어 Lubbers 스타일이 상방향 드로우에 관련되어 있다고는 하나, Lubbers에 대한 US 822,678 ("Lubbers' '678 특허")에 개시된 바와 같이, Lubbers' '678 특허나, Matsunami, PCT '741 모두 관형상 유리 예비-성형체로부터 업드로잉(updrawing)은 시사되어 있지 않다.
Lubbers' '678 특허는 용융 유리 배쓰로부터 바로 유리 실린더를 드로잉하는 방법을 개시하고 있다. Lubbers' '678 특허에 따르면, 유리 실린더는 블로우파이프의 단부에 결착되어 있는 부분, 즉 용융 유리가 상방향으로 드로우되며, 블로우 파이프에 존재하는 공기로 팽창됨에 의하여 초기에 외부로 블로우 되면서 형성되는 것이다. 실린더를 연장하기 위해, Lubbers 실린더의 넓은 기저부가, 블로우 파이프로부터의 공기가 용융유리를 유사한-너비의(similarly-wide) 실린더형 형상으로 지지하면서, 유사한-너비의, 실린더형 용융 유리를 배쓰(bath)로부터 더욱 끌어당긴다. 제품 실린더의 의도된 폭 및 크기에 비하여, 상기 배쓰는 실린더의 업드로우 중에 상대적으로 비제한적인 체적 및 직경의 용융유리를 제공한다.
Lubbers에서의 용융 유리의 배쓰가, 주어진 업드로우 속도 및 블로우 파이프로부터의 공기에서, 업드로우된 실린더가 가질(hold)만큼 새로운 유사한-너비의 실린더형 용융 유리를 제공하는 한, 상기 블로우 파이프의 공기압은 초기에 상기 실린더의 상부에서의 병목(bottle neck)에서 더 넓게 블로우 함으로써 유리의 현재(existing) 두께를 얇게 한다. 한편으로, Lubbers' '678은 실린더가 배쓰로부터 바로 드로우되면서 유사한-너비의 실린더 직경을 유지하기 위해 공기압을 사용한다. 반대로, 본 발명의 구체예는 예비-성형체로부터 좁은 직경의 용융 유리의 한정된 부분을 연속적으로 취하고 연속적으로 상기 한정된 부분을 실질적으로 그의 직 경을 증가시킴으로써 가늘게 하는 것과 관련된다. Matsunami가 Lubbers' '678 특허의 공정을 개선시켜 초박형의 유리를 형성할 수 있다고 하더라도, 그러한 Matsunami-개선 Lubbers' 공정은 여전히 실질적으로 본 발명과는 유사한 이유로 상이하다고 할 것이다.
Lubbers 및 Matsunami의 문헌은 PCT '741에서와 마찬가지로 구별된다. 그러나 PCT '741의 구체적 분석은 본 발명과 PCT '741의 개시내용 사이의 이러한 및 기타 차별성의 확인 뿐 아니라, 산소 및 습기의 투과성이나 더 높은 유연성과 같은 초박형 유리의 특성을 확인하는 실험적 데이터에 있어서 유용하다. PCT '741은 또한 다양한 코팅 조성물, OLED 디스플레이 개발 노력 및 요건의 개관, 및 박형 유리 제품의 선행기술의 해석에 대한 유용한 논의를 제공한다.
도 1 내지 5를 참조하면, 상기 도면은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 예비-성형체(200)의 블로잉 및 드로잉의 다양한 단계에서, 블로잉 및 드로잉 시스템(100)의 예시를 도시한 것이다. 유리 예비-성형체(200)는 실린더형 관형상으로 개시되나, 기타 도형은 상황에 따라 작업되었다. 최종 블로우 및 드로우된 형상은 블로잉 및 드로잉 작업에 따라 부분적으로 의존하였으나, 이러한 작업은 예비-성형체(200)의 초기 형상의 불일치 또는 비균일성을 유지하는 경향이 있어, 더욱 균일하고 원형의 치수를 가진 예비-성형체(200)는 더욱 균일하고 원형인 치수를 갖도록 블로우되고 드로우되는 구상(bulb)이 되게 할 것이다. 더 나은 예비-성형체(200)가 더 나은 블로우 및 드로우된 구상이 되게된다.
유리 예비-성형체(200)는 제1 미드섹션(midsection)(201) 및 제2 중간섹 션(202)를 포함할 수 있다. 상기 예비-성형체(200)는 수직으로 배열될 것이고, 개방단부(210)와 폐쇄단부(212)의 두 개의 단부를 가질 것이다. 상기 개방단부(210)는 적어도 상기 제1 미드섹션(201)에 대하여 상기 예비-성형체(200)로 연장되는 공동(213)으로 개방되어 있다. 상기 두 단부는 기저 단부(214)와 상단부(215)를 더욱 포함한다. 유리 예비-성형체(200)는 또한 상단부 섹션(203)과, 기저단부섹션(204), 및 상기 상단부 섹션(203)과 상기 기저단부 섹션(204) 사이의 중간부 섹션(middle section)(205)을 갖는 것으로 여겨진다. 상기 중간부 섹션(205)은 제1 미드섹션(201)과 제2 미드섹션(202)을 포함한다.
선행기술에서의 예비-성형체와 달리, 본 발명에서는 상대적으로 좁은 직경의 예비-성형체(200)를 취하여, 훨씬 더 큰 직경의 구상을 형성시킨다. 선행기술에서는, 예비-성형체 로드(rod)가 일반적으로 광섬유를 형성하기 위해 스트레치되어, 상대적으로 넓은 직경의 로드로부터 아주 좁은 직경의 섬유로 진행한다. 광섬유를 형성하는데 사용되는 선행기술의 예비-성형체 로드는 또한 공동을 갖지 않으나, 본 발명에서 사용되는 예비-성형체(200)는 공기가 펌프되는 공도을 가진다.
블로잉 및 드로잉 시스템(100)은 수직으로 배열된 유리 예비-성형체(200)의 제1 미드섹션(201)을 구심적으로(centripetally) 가열하기 위한 국부화된(localized) 열원(110)을 포함할 수 있다. 상기 열원(110)은 상기 열원(110)이 상기 예비-성형체(200)의 국부화된 섹션, 예를 들어 전체 예비-성형체(200)가 아니라 제1 미드섹션(201)만으로 열을 가하도록 국부화되어 있다. 본 발명의 구체에는 예비-성형체(200)의 소부분, 예를 들어 제1 미드섹션만을 일시에 가열할 것이고, 이러한 소부분은 가열되면서 블로우 및 드로우 되고 그 다음 냉각되게 될 것이다.
시스템(100)은 또한 가압된 공기(또는 불활성 가스) 공급원(120)을 포함하여 공기를 상기 개방단부(210)로 블로우 하여 상기 공동(213)을 팽창시키고 상기 중간부 섹션(205)을 블로우할 것이다. 상기 개방단부(210)와 가압된 공기 공급원(120)간에 상대적으로 공기가 밀폐된 연결(air-tight connection)을 형성하기 위하여, 시스템(100)은 척(chuck)(130)을 포함할 수 있으며, 이는 또한 드로잉 및 블로잉 중에 상기 예비-성형체(200)를 회전시킬 것이다. 상대적으로 공기가 밀폐된 연결은 가압된 공기 공급원(120)으로부터 충분한 가압 공기를 상기 공동(213)으로 전하여 상기 공동(213)이, 요구되는 방식으로 블로우하도록 연결하는 접속을 포함한다. 그러나 실질적으로 공기가 밀폐된 연결은 상대적으로 공기가 밀폐된 연결보다 보다 바람직할 것이다.
시스템(100)은 또한 상기 중간부 섹션(205)에서의 공동(213)이 팽창되게 블로우되는 동안 중간부 섹션(205)의 외부 표면(206)에 대하여 구심적으로 블로우하기 위한 공기 베어링(140)을 포함할 수 있다. 가압된 공기 공급원(120)으로부터의 공기가 공기 흡입구(intake)(141)에서 상기 공기 베어링(140)으로 들어갈 것이다. 공기 흡입구(141)는 보이는 바와 같이 기저부에 있거나 원하는 배치에 따라 상부 또는 측부에 있을 수 있다. 공기는 블로우 중에 상기 예비-성형체(200)가 미리 냉각되지 않도록 가열될 수 있다. 국부화된 열 공급원(110), 공기 베어링(140), 및 공기 흡입구(141)는 인-라인 유닛(300)으로 구체화될 수 있다. 참조가 공기에 대하 여 일반적으로 이루어지나, 어떠한 가스 조성물이라도 원하는 경우 사용될 수 있으며 공정 파라미터, 예를 들어 가열 및 유리 조성으로서 고려될 것이다. 예를 들어 질소가 사용될 수 있다.
공기 베어링(140)은 예를 들어, 다공성 그래파이트로 제조될 수 있다. 인-라인 유닛(300) 내에서, 공기 베어링(140)은 그래파이트 실린더 및 국부화된 열 공급원(110) 사이에 환상(annular) 공동을 형성할 수 있다. 상기 국부화된 열 공급원(110)은 예를 들어, 다공성이 아닌 멀라이트로 이루어질 수 있고, 공기 베어링(140)은 다공성의 그래파이트일 수 있다. 가압된 공기는 상기 환상의 공동으로 들어가서 상기 공동내의 기압을 평형화시키고, 그 다음 그래파이트 실린더의 미세 기공을 통하여 상기 블로우된 예비-성형체(200)를 향해 가해진다. 낮은 CTE의 미세 기공성 세라믹과 같은 다른 물질이 그래파이트 대신에 사용될 수 있으나, 그래파이트는 열팽창 계수(CTE)의 범위가 넓고, 매우 높은 온도, 예를 들어 2800도씨를 견딜 수 있는 능력이 있으며, 또한 균일하게 가열되는 특성을 갖기 때문에 유리하다. 그래파이트 조성물이 예를 들어, 멀라이트와 같은 열 공급원(110)과 일치하는 CTE를 갖는 것으로 선택될 수 있다. 그래파이트는 또한 유리하게도 매우 미세한 기공을 갖도록 제조되어 블로우 및 드로우되는 과정에서 예비-성형체(200)에 대한 고른 압력 적용을 제공할 수 있다. 만일 기공이 너무 크면, 외부(206)에 작용되는 공기압은 너무 집중될 것이고 외부(206)의 변색이나 부서짐이 초래될 것이다.
시스템(100)은 또한 중간부 섹션(205)를 드로우 하는 두 개의 단부(210), (212) 중 적어도 하나에서 수직으로 인발하는 것이 가능한 인발장치(pulling mechanism)(150)를 포함한다. 인발 장치(150)는 수 많은 방식으로 구체화될수 있는데, 예를 들어, 레일(rail)시스템, 풀리(pulley)시스템, 코그(cog)시스템 등이 있으며, 상기 척(130)상에서 인발하기 위함이다. 하나 이상의 구체예에서, 조작자는 상기 인발 장치(150)에 의하여 가해지는 인발의 방향, 힘 및 속도를 조절할 수 있다. 구성에 따라, 수직 인발은 하방 또는 상방일 수 있다. 상기 인발장치(150)는 상기 척(130) 상에서 상방으로 수직하게 인발하는 것으로 개시된다. 상단부(215)에서 개방단부(210)로 수직 상방 인발하는 것과 기저단부(214)에서 폐쇄 단부(212)로 하는 것은 열 공급원(110) 및 공기 베어링을 정지상태에 있게 한다. 상방향 인발로, 기저 단부(214)는 상단부(215)보다 낮은 속도로 상승하며, 중간부 섹션(205)이 상기 열 공급원(110)을 통과하여 팽창되게 드로우되면서 더해진 추가적인 길이에 기한 속도상의 차이를 가지고 자동적으로 예비-성형체(200)를 전진시킨다.
예비-성형체(200)의 상부, 중간 및 하부 섹션의 상대적인 움직임을 달성하는 변수는 또한 고려된다. 예를 들어, 국부화된 열 공급원(110)은 예비-성형체(200)의 기저 단부(214)를 향하여 낮추어지는데, 그 속도는 상단부(215)를 상방으로 인발하는 속도보다 더 느리다. 이러한 기술은 기저 단부(214)를 실질적으로 정지상태(stationary)로 (수직으로) 유지하는데 수반될 수 있다. 대신에, 기저단부(214)는 상단부(215)에 양력(upward force)이 가해지는 동안, 예를 들어, 상단부(215)를 실질적으로 (수직으로) 정지상태로 유지시키는 동안, 하방으로 인발될 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 국부화된 열 공급원(110)을 기저단부(214)를 향하여 낮추면서 수반될 수 있다. 추가적인 대체 모드에서, 상기 국부화된 열 공급원(110)은 기 저단부(214)가 하방으로 인발되는 속도보다 더 느린 속도에서 상단부(215)를 향하여 상승될 수 있다. 대체 구체예에서, 상단부는 그렇게 낮추어지는 속도가 인발 속도보다 느린 경우라면 기저단부(214)가 하방으로 인발되는 동안 낮추어질 수 있다. 이는 국부화된 열 공급원(110)이 실질적으로 정지상태인 수직 배향을 유지하는 동안 일어날 수 있다. 또한 추가적인 구체예에서, 상기 국부화된 열 공급원(110)은 상기 기저단부(214)가 실질적으로 정지상태(수직으로)로 유지되는 동안 상단부(215)의 인발 속도보다 더 빠른 속도에서 기저단부(214)를 향하여 낮추어질 수 있다.
인발장치(150)가 상방 또는 하방으로 수직하게 인발되는지 여부와 관계없이, 상기 시스템(100)은 상기 상단부(215)에 결합하여 서스펜드하는 것이 가능한 서스펜션 장치를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 척(130)을 통해 결합되어 있다. 구조에 따라서, 상기 인발장치(150) 및 서스펜션 장치는 직렬식으로(in tandem) 작동할 것이다. 서스펜션 장치는 예비-성형체(200)를 상방 인발이 일어나지 않는 것처럼 서스펜드할 것이다. 만일 인발장치(150)가 하방으로 인발하고 있다면, 상기 서스펜션 장치는 하방 인발에 대한 저항을 제공하여, 중간부 섹션(205)이 팽창으로 드로잉되게 할 것이다.
인발장치(150)가 상방으로 인발하는 경우, 중력은 부분적으로 상단부(215)를 상방으로 인발하는 힘을 방해한다(counteracts). 예를 들어, 벌써 블로우 및 드로우된 중간부 섹션(205)의 무게는 가열된 제1 미드섹션(201)에서 상기 제1 미드섹션(201)을 추가적으로 드로우하도록 낮추어진다. 인발력에 대한 일부 저항이 가열 된 유리를 드로우하는데 필요하나, 상기 제1 미드섹션(201)에서 가열된 유리에서 및 그 이하의 저항의 양은 이미 블로우 및 드로우된 중간부 섹션(205)의 길이에 의존한다. 이러한 상황은 저항의 수준을 예상할 수 있으나 바람직하지 않은 변수(variable)를 형성한다.
변성을 최소화하거나 그렇지 않으면 중력의 효과 일부를 중립화시키기 위하여, 상기 시스템(100)은 플로트에 의하여 기저섹션(204)를 지지할 수 있는 플로트 장치(floatation mechanism)(170)를 포함할 수 있다. 상기 플로트 장치(170)는 예비-성형체(200)의 더 많은 부분이 상방으로 블로우 및 드로우된 만큼 상기 기저단부섹션(204)이 액체를 덜 대체(displace)하는 한, 블로우 및 드로우된 중간부 섹션(205)의 길이에서의 변화를 보상(compensate)한다. 인발장치(150)의 측정(calibration)에 따라, 상기 플로트 장치(170)는 개시된 바와 같이 정지상태이거나, 기저단부(214)가 중간부 섹션(205)이 상방 블로우 및 드로우되는 동안 상승하는 만큼 상승될 것이다. 플로트 장치(170)는 블로우 및 드로우된 예비-성형체(200)가 이미 블로우 및 드로우된 미드섹션(201, 202) 이하에서 상기 예비-성형체(200)의 무게하에 파단될 수 있는 위험을 유리하게도 최소화한다. 일단 제1 미드섹션(201)이 블로우 및 드로우되면, 구상의 얇은 유리 벽(wall)은 훨씬 큰 중량을 지탱할 수 없다. 플로트 장치(170) 및 상방 드로우를 이용하여, 더욱 균일한 유리 두께를 가진 훨씬 더 긴 구상(bulb)이 얻어질 수 있다.
또한, 시스템(100)은 제1 미드섹션(201)이 블로우 및 드로우된 이후 상기 유리 예비-성형체(200)를 구심적으로 냉각시킬 수 있는 인-라인 냉각 장치(180)를 포 함할 것이다. 상기 인-라인 냉각 장치(180)는 인-라인 유닛(300)의 일 부분일 수 있다. 인-라인 냉각 장치(180)는 예를 들어, 국부화된 열 공급원(110)으로부터 단열된 냉각 부재의 코일을 포함할 것이다. 실제로, 예를 들어, 제1 미드섹션(201)이 상방으로 블로우 및 드로우된 이후에, 상기 제1 미드섹션(201)은 제2 미드섹션(202)을 국부화된 열 공급원(110)에 의하여 가열된 영역으로 드로잉하며, 여기서 상기 제2 미드섹션(202)은 가열되고, 블로우 및 드로우된다. 한편, 제1 미드섹션(201)이 상기 인-라인 유닛(300)을 벗어나기 시작하면서, 상기 제1 미드섹션(201)은 인-라인 냉각 장치(180)를 거치고, 여기서 유리는 경화된다.
도 6을 참조하면, 상기 도면은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 세 개의 예시적으로 팽창된 예비-성형체(220)를 도시하고 있다. 인-라인 유닛(300)을 벗어난 후, 예비-성형체(200)는 상기 중간부 섹션(205)이 완전히 블로우 및 드로우되어 팽창되는 한 추가적인 처리를 대기할 것이다. 완전히 블로우 및 드로우된 중간부 섹션(205)을 갖는 예비-성형체(200)는 팽창된 예비-성형체(220)로 불려질 것이다.
도 7-8을 참조하면, 상기 도면은 본 발명의 추가적인 하나 이상의 구체예에 따라 제시되는 예시적 블로잉 및 드로잉 시스템(100)을 도시하고 있다. 예비-성형체(200)가 블로우 및 드로우되어 팽창된 예비-성형체(220)를 형성하는 때에, 인-라인 코팅장치(190)는 상기 유리 예비-성형체(200)에 폴리머 라미너 코팅(225)을 구심적으로 적용할 것이다. 시스템(100)은 인-라인 코팅장치(190)를 포함할 수 있으며, 인-라인 코팅장치는 인-라인 유닛(300)의 일부 일 수 있다. 대신에, 상기 코팅 공정은 팽창된 예비-성형체(220)에 대하여 개별적으로 이루어질 수 있다. 적절한 폴리머 조성물의 수많은 예가 당업계에 알려져 있으며, 예를 들면, 폴리이미드 또는 아크릴아미드 및 기타 PCT '741에 개시된 것 등을 들 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 도면은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 코팅된 팽창된 예비-성형체(220)의 세 개의 예시를 도시하고 있다. 예비-성형체(200)는 예비-성형체(200)가 인-라인 유닛(300)에 존재하거나 또는 예비-성형체(200)가 팽창하여 완전히 팽창된 예비-성형체(220)를 형성한 이후에 개별적으로 인-라인 코팅장치(190)에 의하여 코팅될 수 있다. 완전히 블로우 및 드로우된 중간부 섹션(205)을 갖는 예비-성형체(200)가 코팅된 경우는 코팅된 팽창 예비-성형체(230)로 부른다.
도 10을 참조하면, 상기 도면은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 예시적인 인-라인 절단 장치(410)을 도시한 것이다. 시스템(100)은 중간부 섹션(205)이 블로우 및 드로우된 이후에 유리 예비-성형체(220) 또는 (230)을 절단할 수 있는 인-라인 절단 장치(410)를 또한 포함할 수 있다. 인-라인 절단 장치(410)는 절단된 유리(430)가 권취(roll)되는 권취장치(420)를 또한 포함하는 절단 및 처리 시스템(400)의 일부 일 수 있다. 도 10에서 보이는 바와 같이, 인-라인 절단 장치(410)는 상기 중간부 섹션(205)을 나선상으로 잘라 절단 유리(430)의 리본으로 할 수 있는 레이저를 포함할 수 있다. 기타 알려진 장치가 레이저 대신에 사용될 수 있으나, 기계적인 절단 장치, 예를 들어, 가위, 하나 이상의 절단 블레이드 등은 절단 에지에서 절단된 유리(430)에 대하여 구조적 손상의 위험을 증대시킬 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 도면은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 예시된 절단되고, 코팅되며 팽창된 예비-성형체(240)를 도시하고 있다. 팽창된 예비-성형체(220) 또는 코팅된 팽창 예비-성형체(230)가 인-라인 절단 장치(410)에 의하여 절단될 수 있다. 그러나 팽창된 예비-성형체(220)가 코팅되기 전에 절단되면, 절단된 유리(430)에 대한 손상의 위험은 절단 유리의 비보호성이며 깨지기 쉬운 속성상 급격히 증가한다. 절단 전에 유리를 코팅하는 것은 유리 및 처리 설비를 보호한다. 그러나 대신에 절단된 유리(430)는 절단된 이후에 코팅될 수도 있다. 도 11에 개시된 바와 같이, 나선상 절단(235)을 갖는 완전히 블로우 및 드로우된 중간부 섹션(205)이 있는 코팅된 팽창 예비-성형체(230)는 절단 코팅된 팽창 예비-성형체(240)로 불리울 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 수행될 수 있는 공정 작업을 도시한 플로우 다이어그램이다. 유리를 제조하는 예시적인 공정(1200)은 열거된 일부 또는 모든 작업(action)을 포함할 수 있다.
다음의 작업 중 일부는 동시에 일어날 수 있는데, 아우트라인 공정(1200): 작업 1202에서, 유리 예비-성형체(200)는 예를 들어 회전 척(130)을 이용하여 천천히 그러나 연속적으로 회전된다. 작업 1204에서, 국부화된 열 공급원(110)으로부터의 열이 수직으로 배열된 유리 예비-성형체(200)의 제1 미드섹션(201)에 구심적으로 가해진다. 작업 1206에서, 공기가 유리 예비-성형체(200)의 개방 단부(210)으로 블로우되어 제1 미드섹션(201)에서 공동(213)을 팽창시키고 제1 미드섹션(201)을 블로우한다. 작업 1208에서, 유리 예비-성형체(200)는 상기 공동(213)이 팽창하는 때에 공기 베어링(140)을 통하여 수직으로 통과된다. 작업 1210에서, 두 단부(210, 212) 중 적어도 하나가 수직으로 상방 또는 하방 인발되어 제1 미드섹션(201)을 드로우한다.
작업 1212에서, 제1 미드섹션(201)과 인접한 제2 미드섹션(202)으로의 접근(advancement)이 이루어진다. 작업 1214에서, 제2 미드섹션(202)이 제1 미드섹션(201)이 처리되는 것과 같이, 제2 미드섹션(202)을 가열, 블로우 및 드로우에 의하여 처리되며, 상기 제2 미드섹션(202)을 지나 중간부 섹션(205)으로 더욱 접근한다.
작업 1216에서, 제1 미드섹션(201)은 냉각되고, 이후에 제2 미드섹션(202)이 냉각된다.
작업 1218에서, 유리 예비-성형체(200),(220)이 적어도 제1 미드섹션(201)이 블로우, 드로우 및 냉각된 이후에 폴리머코팅제(225)로 코팅된다.
작업 1220에서, 유리 예비-성형체(220),(230)은 중간부 섹션(205)이 블로우 및 드로우된 이후에 인-라인 절단 장치(410)로 절단되어, 예를 들어 나선상 절단(235)를 형성한다. 작업 1222에서, 상기 유리 예비-성형체(220),(230)의 절단된 유리(430)는 중간부 섹션(205)이 블로우, 드로우, 절단 및 가능한 코팅이 된 이후에 권취장치(420)로 권취된다.
여기에서 본 발명이 특정한 구체예에 관련하여 설명되었으나, 이러한 구체예는 단순히 본 발명의 원리 및 작용을 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 따라서 예시적인 구체예에 대하여 수 많은 변형이 이루어질 수 있으며 기타 배치가 첨 부된 청구범위에 규정된 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (25)

  1. 구심적으로 배치된 열원으로부터 개방단부와 폐쇄 단부를 갖는 유리 예비 성형체의 제1 미드 섹션(midsection)에 열을 가하는 단계; 상기 개방단부는 적어도 상기 제1 미드 섹션에 대하여 상기 예비 성형체로 연장된 공동(cavity)으로 개방되어 있음,
    상기 개방 단부에 가스를 블로우하여 상기 제1 미드 섹션에서의 공동을 팽창시키고 상기 제1 미드 섹션를 블로우하는 단계; 및
    상기 유리 예비-성형체의 외표면에 대하여 가스를 블로우하여 상기 공동의 팽창을 제한시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 유리 예비-성형체를 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 제1 미드 섹션를 드로잉하기 위하여 두 개의 단부 중 적어도 하나에서 인발시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    유리 예비-성형체의 내표면 및 외표면 중 하나 이상에 폴리머 코팅제로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    유리 예비 성형체를 리본으로 나선상 절단하는 단계; 및 상기 리본을 권취하는 단계 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 미드 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 예비-성형체는 관형상(tubular)인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1미드 섹션에 인접한 제2 미드 섹션으로 상기 예비 성형체를 접근(advancing)시키는 단계; 및
    상기 제2 미드 섹션에 대하여 가열, 블로잉 및 인발(pulling) 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공동이 팽창하면서 공기 베이링을 통하여 상기 유리 예비-성형체를 수직으로 통과시켜, 상기 공기 베어링이 상기 유리 예비-성형체의 외부 표면에 대하여 구심적으로 블로잉하여 상기 공동의 팽창을 제한시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    수직으로 배열된 상기 유리 예비-성형체의 상단부 상에 양력(upward force)을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 상단부를 위쪽으로 인발시키는 단계;
    상기 상단부를 위쪽으로 인발시킨 인발속도보다 느린 하락 속도(lowering rate)에서 기저단부를 향하여 국부화된 열원을 하강시키는 단계; 및
    상기 기저단부를 실질적으로 수직의 정지 상태로 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 기저단부를 하방으로 인발시키는 단계;
    상기 상단부를 실질적으로 수직의 정지상태로 유지시키는 단계; 및
    (i) 상기 기저단부가 하방으로 인발되는 인발 속도보다 더 빠른 하강속도에서 상기 기저단부를 향하여 국부화된 열원을 하강시키는 단계; 및
    (ii) 상기 기저단부가 하방으로 인발되는 인발 속도보다 더 느린 상승(raising) 속도에서 상기 기저단부를 향하여 국부화된 열원을 상승시키는 단계 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 기저단부를 하방으로 인발시키는 단계;
    상기 기저단부가 하방으로 인발되는 속도보다 더 느린 하강속도에서 상기 상단부를 하강시키는 단계; 및
    상기 국부화된 열원을 실질적으로 정지 상태의 수직 배향에 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 상단부를 상방으로 인발시키는 단계;
    상기 상단부가 상방으로 인발되는 속도보다 더 빠른 속도에서 상기 기저단부를 향하여 국부화된 열원을 하강시키는 단계; 및
    상기 기저단부를 수직의 정지 상태로 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 수직으로 배열된 유리 예비-성형체의 기저단부에 양력을 부여하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 상단부를 상방으로 인발시키는 단계;
    상기 기저단부를 플로팅하는 단계;
    상기 상단부가 상방으로 인발되는 속도보다 더 느린 상승속도에서 상기 기저단부를 상승시키는 단계; 및
    상기 국부화된 열원을 실질적으로 정지 상태의 수직 배향에 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 수직으로 배열된 개방(open) 및 폐쇄 단부(closed end)를 갖는 유리 예비-성형체를 처리하기 위한 시스템으로서, 상기 개방단부는 적어도 제1 및 제2 인접 중간섹션에 대하여 상기 예비 성형체의 공동(cavity)으로 개방되어 있으며, 상기 시스템은,
    상기 제1 및 제2 미드 섹션 중 하나 이상을 구심적으로 가열할 수 있는 국부화된 열원;
    가스를 상기 개방단부로 블로우하여 상기 공동을 팽창시키고 상기 미드 섹션 중 하나 이상을 블로우시킬 수 있는 가스 공급기;
    상기 개방 단부 및 가스 원 사이의 가스 연결을 형성하는데 사용되는 척(chuck);
    중간부 섹션에서 상기 공동이 팽창되는 만큼 상기 중간부 섹션(middle section)의 외부 표면에 대하여 구심적으로 블로우하는 것이 가능한 공기 베어링;
    상기 미드 섹션 중 하나 이상을 드로잉하기 위하여 상기 두 단부 중 하나 이상에서 수직으로 인발하는 것이 가능한 인발 장치; 및
    상기 상단부에 결합하고, 서스펜드하는 것이 가능한 서스펜션 장치를 포함하는 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 시스템은 하나 이상의 미드 섹션이 드로잉 되면서 플로팅에 의한 기저 섹션을 지지하는 것이 가능한 플로트 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 시스템은 상기 하나 이상의 미드 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체를 구심적으로 냉각시킬 수 있는 인-라인 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 시스템은 상기 하나 이상의 미드 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체에 대하여 폴리머 라미너(laminar) 코팅제를 구심적으로 적용시키는 것이 가능한 인-라인 코팅장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 하나 이상의 미드 섹션이 블로우 및 드로잉된 후 상기 유리 예비-성형체를 절단하는 것이 가능한 인-라인 절단 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 청구항 21항에 있어서,
    상기 예비-성형체는 관형상이고, 및
    상기 인-라인 절단 장치는 상기 중간부 섹션을 리본으로 나선상 절단할 수 있는 레이져를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 청구항 17에 있어서, 상기 공기 베어링은 실린더를 포함하며 상기 실린더는 미세 기공 그래파이트로 이루어지고, 상기 실린더와 상기 국부 열원 사이의 환상(circular) 공동을 한정지으며, 상기 환상 공동은 가압된 공기 공급원에 연결하기 위한 흡입구(intake)를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 초박형 유리 실린더를 형성하는 단계; 및
    상기 실린더를 리본으로 나선상 절단하는 단계를 포함하며,
    상기 리본은 상기 실린더의 직경 및 길이에 따른 폭과 길이를 가지며 상기 실린더가 절단된 곳에 피치가 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 방법은 상기 리본이 나선상으로 절단되면서 상기 리본을 권취하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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