KR20140127204A - 유리 기판 제조 방법 및 유리 기판 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

유리 기판 제조 방법은, 성형 공정 및 냉각 공정을 포함한다. 성형 공정에서는, 다운드로우법에 의해 용융 유리를 시트 유리로 성형한다. 냉각 공정에서는, 시트 유리의 폭 방향의 양 단부의 영역인 측부 및 측부보다 시트 유리의 폭 방향 내측에 있어 시트 유리의 폭 방향의 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 포함하는 시트 유리를 냉각시킨다. 냉각 공정은, 제1 냉각 공정, 제2 냉각 공정 및 제3 냉각 공정을 포함한다. 제1 냉각 공정에서는, 시트 유리의 폭 방향의 중심부의 온도가 서냉점이 될 때까지, 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각시킨다. 제2 냉각 공정에서는, 상기 중심부의 온도가 서냉점으로부터 왜곡점이 될 때까지, 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각시킨다. 제3 냉각 공정에서는, 상기 중심부의 온도가 왜곡점으로부터 왜곡점-100℃가 될 때까지, 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각시킨다. 제3 평균 냉각 속도는, 제2 평균 냉각 속도보다 작다.

Description

유리 기판 제조 방법 및 유리 기판 제조 장치{METHOD FOR MANUFACTURING GLASS SUBSTRATE, AND APPARATUS FOR MANUFACTURING GLASS SUBSTRATE}
본 발명은, 유리 기판 제조 방법 및 유리 기판 제조 장치에 관한 것이다.
디스플레이를 제조하는 공정에 있어서, 디스플레이용 유리 기판은, 열처리에 의해 열수축을 한다. 이때, 유리 기판의 열수축률이 크면, 유리 기판의 표면에 형성되는 소자의 배치가 어긋나는 피치 어긋남이 생기기 쉽다. 그러므로, 피치 어긋남을 저감시키기 위해, 디스플레이용 유리 기판은, 열처리시의 열수축률이 작은 것이 요구되고 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
일본 특표 2003-503301호 공보, 일본 특허 제5153965호 공보
유리 기판의 열수축률을 작게 하는 방법으로서는, (1) 조성(組成)을 조정함으로써 유리의 왜곡점(歪点)을 높게 하는 것, (2) 성형 공정 후의 시트 유리의 냉각 속도를 저감시키는 것 등을 들 수 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1(일본 특표 2003-503301호 공보)에는, 유리 기판의 열수축률을 작게 하는 기술로서, 왜곡점이 680℃ 이상이 되도록 유리 조성을 개량하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, (1) 왜곡점이 높아지도록 조성을 조정하면, 실투(失透) 및 난용해(難熔解)라는 문제가 생기기 쉬우므로, 왜곡점을 높게 하는데는 한계가 있고, 또, (2) 냉각 속도를 너무 많이 저감하면, 생산성이 저하되는 문제가 있다.
그러므로, 예를 들면, 특허 문헌 2(일본 특허 제5153965호 공보)에는, 생산성을 확보하면서 열수축률을 작게 하는 기술이 개시되어 있지만, 열수축률의 저감이 충분하지 않은 문제가 있다.
또, 휴대 전화기 등의 모바일 기기에 탑재되는 디스플레이에는, 더욱더 고정밀도화 및 저소비전력화가 요구되고 있다. 그러므로, 최근 디스플레이의 제조 공정에서의 열처리시에 생기는 유리 기판의 열수축률을 보다 작게 하는 것이 더욱더 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 다운드로우(downdraw)법을 사용하여 유리 기판을 제조하는 경우에, 디스플레이의 패널 제조 공정에서의 열처리시에 생기는 유리 기판의 열수축률을 충분히 작게 하는 유리 기판 제조 방법 및, 상기 유리 기판 제조 방법을 실시하는 유리 기판 제조 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 종래에는 유리 기판의 열수축률에는 영향을 주지 않는다고 생각되던, 왜곡점보다 낮은 온도 영역의 냉각 속도가, 디스플레이의 패널 제조 공정에서의 열처리시에 생기는 유리 기판의 열수축률에 큰 영향을 주는 것을 밝혀냈다.
본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법은, 성형 공정 및 냉각 공정을 포함한다. 성형 공정에서는, 다운드로우법에 의해 용융 유리를 시트 유리로 성형한다. 냉각 공정에서는, 시트 유리의 폭 방향의 양 단부의 영역인 측부 및 측부보다 시트 유리의 폭 방향 내측에 있어 시트 유리의 폭 방향의 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 포함하는 시트 유리를 냉각시킨다. 냉각 공정은, 제1 냉각 공정, 제2 냉각 공정 및 제3 냉각 공정을 포함한다. 제1 냉각 공정에서는, 시트 유리의 폭 방향의 중심부의 온도가 서냉점이 될 때까지, 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각시킨다. 제2 냉각 공정에서는, 중심부의 온도가 서냉점으로부터 왜곡점이 될 때까지, 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각시킨다. 제3 냉각 공정에서는, 중심부의 온도가 왜곡점으로부터 왜곡점-100℃가 될 때까지, 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각시킨다. 제3 평균 냉각 속도는, 제2 평균 냉각 속도보다 작다.
제3 평균 냉각 속도를 제2 평균 냉각 속도보다 작게 함으로써, 디스플레이의 패널 제조 공정에서의 열처리시에 생기는 유리 기판의 열수축률을 효과적으로 작게 할 수 있다. 또, 유리 기판의 생산성을 저하시키지 않고, 유리 기판의 열수축률을 저감할 수 있다
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법은, 성형 공정 및 냉각 공정을 포함한다. 성형 공정에서는, 다운드로우법에 의해 용융 유리를 시트 유리로 성형한다. 냉각 공정에서는, 시트 유리의 측부에 형성된 이부 및 이부보다 시트 유리의 폭 방향의 중심부에 가까운 중앙 영역을 포함하는 시트 유리를 냉각시킨다. 또, 냉각 공정은, 제1 냉각 공정, 제2 냉각 공정 및 제3 냉각 공정을 포함한다. 제1 냉각 공정에서는, 시트 유리의 폭 방향의 중심부의 온도가 서냉점이 될 때까지, 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 시트 유리를 냉각시킨다. 제2의 냉각 공정에서는, 중심부의 온도가 서냉점으로부터 왜곡점이 될 때까지, 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 시트 유리를 냉각시킨다. 제3 냉각 공정에서는, 중심부의 온도가 왜곡점으로부터 왜곡점-100℃가 될 때까지, 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 시트 유리를 냉각시킨다. 제3 평균 냉각 속도는, 제2 평균 냉각 속도보다 작다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 제3 평균 냉각 속도와 제2 평균 냉각 속도의 속도비(제3 평균 냉각 속도/제2 평균 냉각 속도)는, 0.2 이상 1 미만인 것이 바람직하다.
속도비를 이와 같이 설정함으로써, 유리 기판의 생산성을 저하시키지 않고, 유리 기판의 열수축률을 저감할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 냉각 공정에서, 적어도 제1 평균 냉각 속도, 제2 평균 냉각 속도 및 제3 평균 냉각 속도는, 시트 유리의 열수축률이 목표값을 달성하도록, 컴퓨터 시뮬레이션에 기초하여 미리 결정되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 시트 유리의 왜곡점은 680℃ 이상인 것이 바람직하다.
이와 같은 왜곡점을 가지는 유리를 사용함으로써, 상기 처리 온도에 대한 유리 기판의 열수축률을 더욱 효과적으로 작게 할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 상기 유리 기판은, SiO2를 55 mol%~80 mol%, Al2O3를 3 mol%~20 mol%, B2O3를 0 mol%~15 mol%, RO(MgO, CaO, SrO, BaO의 합량)를 3 mol%~25 mol% 함유하고, SiO2, Al2O3 및 B2O3의 mol%로 나타내는 함유율(SiO2＋(2×Al2O3))/((2×Al2O3)＋RO)이 3.0 이상인 것이 바람직하다.
유리 기판의 조성을 이와 같이 함으로써, 상기 처리 온도에 대한 유리 기판의 열수축률을 더욱 효과적으로 작게 할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 상기 유리 기판은, LTPS·TFT 디스플레이용 유리 기판, 또는 유기 EL 디스플레이용 유리 기판인 것이 바람직하다.
이와 같은 용도로 사용한 경우에, LTPS·TFT나 유기 EL 등의 디스플레이의 패널 제조 공정에서의 열처리 온도(예를 들면, 450℃~600℃)에 대한 유리 기판의 열수축률을 더욱 효과적으로 작게 할 수 있다. 또, 유리 기판의 생산성을 더욱 저하시키지 않고, 유리 기판의 열수축률을 더욱 저감할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 상기 제2 평균 냉각 속도는 0.8℃/초~5.0℃/초 이며, 상기 제3 평균 냉각 속도는 0.5℃/초~4.0℃/초인 것이 바람직하다.
제2 및 제3 평균 냉각 속도를 이와 같이 설정함으로써, 유리 기판의 생산성 를 더욱 저하시키지 않고, 유리 기판의 열수축률을 더욱 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 상기 냉각 공정에서 냉각된 시트 유리로부터 얻어진 유리 기판의 열수축률로, 유리 기판을 상온으로부터 10℃/분으로 승온하고, 550℃로 60분 유지하고, 그 후, 10℃/분으로 상온까지 강온하고, 다시 10℃/분으로 승온하고, 550℃로 60분 유지하고, 그 후, 10℃/분으로 상온까지 강온했을 때의 열수축률이, 유리 기판의 판두께가 0.5 mm~1.0 mm의 경우에 70 ppm 이하이다. 열수축율은, 예를 들면, 마킹선의 어긋남의 측정 값에 기초하여 얻어진 것이다.
이와 같은 열수축률의 유리 기판을 제조함으로써, 디스플레이의 패널 제조 공정에서의 열처리시의 유리 기판의 열수축률을 더욱 효과적으로 작게 할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 장치는, 유리 원료를 용융하여 용융 유리를 제조하는 용융 장치, 및 상기 용융 유리를 시트 유리로 성형하고, 상기 시트 유리를 냉각시키는 성형 장치를 포함한다. 상기 성형 장치는, 시트 유리의 폭 방향의 양 단부의 영역인 측부 및 측부보다 시트 유리의 폭 방향 내측에 있어 시트 유리의 폭 방향의 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 포함하는 시트 유리를 냉각시킨다. 성형 장치는, 온도 조정 유닛, 히터 및 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는, 제1 냉각 공정에서 제1 평균 냉각 속도로 시트 유리의 상기 중앙 영역을 냉각시키고, 제2 냉각 공정에서 제2 평균 냉각 속도로 시트 유리의 상기 중앙 영역을 냉각시키고, 제3 냉각 공정에서 제3 평균 냉각 속도로 시트 유리의 상기 중앙 영역을 냉각시키고, 또한 제3 평균 냉각 속도는 제2 평균 냉각 속도보다 작아지도록, 온도 조정 유닛과 히터를 제어한다. 제1 냉각 공정은, 시트 유리의 폭 방향의 중심부의 온도가 서냉점이 될 때까지 상기 중앙 영역을 냉각시킨다. 제2 냉각 공정은, 중심부의 온도가 서냉점으로부터 왜곡점이 될 때까지 상기 중앙 영역을 냉각시킨다. 제3 냉각 공정은, 중심부의 온도가 왜곡점으로부터 왜곡점-100℃가 될 때까지 상기 중앙 영역을 냉각시킨다.
이와 같은 제조 장치에 따르면, 예를 들면, 디스플레이의 패널 제조 공정에서의 열처리시의 유리 기판의 열수축률이 효과적으로 작은 유리 기판을 제조할 수 있다. 또, 유리 기판의 생산성을 저하시키지 않고, 유리 기판의 열수축률을 저감할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법은, 성형 공정 및 냉각 공정을 포함한다. 성형 공정에서는, 다운드로우법에 의해 용융 유리를 시트 유리로 성형한다. 냉각 공정에서는, 시트 유리의 열수축률이 목표값을 달성하도록 미리 결정된 냉각 속도로 시트 유리를 냉각시킨다. 냉각 속도는, 냉각 공정에서 시트 유리가 취할 수 있는 온도를 복수개의 온도 영역으로 구분하고, 상기 각각의 온도 영역에서의 온도의 유지 시간과 열수축률과의 사이의 관계에 기초하여 결정된다.
또, 본 발명에 관한 유리 기판 제조 장치는, 유리 원료를 용융하여 용융 유리를 제조하는 용융 장치 및 상기 용융 유리를 시트 유리로 성형하고, 상기 시트 유리를 냉각시키는 성형 장치를 포함한다. 상기 성형 장치는, 시트 유리의 측부에 형성된 이부 및 이부보다 시트 유리의 폭 방향의 중심부에 가까운 중앙 영역을 포함하는 시트 유리를 냉각시킨다. 성형 장치는, 온도 조정 유닛, 히터 및 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는, 제1 냉각 공정에서 제1 평균 냉각 속도로 시트 유리의 상기 중앙 영역을 냉각시키고, 제2 냉각 공정에서 제2 평균 냉각 속도로 시트 유리의 상기 중앙 영역을 냉각시키고, 제3 냉각 공정에서 제3 평균 냉각 속도로 시트 유리의 상기 중앙 영역을 냉각시키고, 또한 제3 평균 냉각 속도는 제2 평균 냉각 속도보다 작아지도록, 온도 조정 유닛과 히터를 제어한다. 제1 냉각 공정은, 시트 유리의 폭 방향의 중심부의 온도가 서냉점이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 냉각시킨다. 제2 냉각 공정은, 중심부의 온도가 서냉점으로부터 왜곡점이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 냉각시킨다. 제3 냉각 공정은, 중심부의 온도가 왜곡점으로부터 왜곡점-100℃가 될 때까지, 상기 중앙 영역을 냉각시킨다.
본 발명에 관한 유리 기판 제조 방법 및 유리 기판 제조 장치에서는, 유리 기판의 생산량을 저하시키지 않고, 열수축률을 저감시킨 유리 기판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 유리 기판 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 유리 기판 제조 방법에 사용되는 유리 기판 제조 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3은 성형 장치의 개략의 개략도(단면도)이다.
도 4는 성형 장치의 개략의 개략도(측면도)이다.
도 5는 제어 장치의 제어 블록도이다.
도 6은 시트 유리의 소정의 높이 위치의 온도 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 7은 시트 유리의 온도-시간 그래프이다.
도 8은 시트 유리의 규격화 열수축률-유지 온도 그래프이다.
도 9는 시트 유리의 규격화 열수축률-시간 그래프이다.
도 10은 시트 유리의 열수축률-총면적 그래프이다.
본 실시형태에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 다운드로우(downdraw)법을 사용하여 유리 기판이 제조된다. 이하, 도면을 참조하여, 본 실시형태에 관한 유리 기판 제조 방법에 대하여 설명한다.
(1) 유리 기판 제조 방법의 개요
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 유리 기판 제조 방법에 포함되는 복수개의 공정 및 복수개의 공정에 사용되는 유리 기판 제조 장치(100)를 설명한다. 유리 기판 제조 방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 주로, 용융(熔融) 공정(S1), 청징(淸澄) 공정(S2), 성형(成形) 공정(S3) 및 냉각(冷却) 공정(S4)을 포함한다.
용융 공정(S1)은, 유리의 원료가 용융되는 공정이다. 유리의 원료는, 원하는 조성이 되도록 조제된 후, 용융 장치(11)에 투입된다. 유리의 원료는, 용융 장치(11)에서 용융되어, 용융 유리(FG)가 된다. 용융 온도는, 유리의 종류에 따라 조정된다. 본 실시형태에서는, 용융 공정(S1)에서의 용융 유리(FG)의 최고 온도가 1500℃~1650℃가 되도록 가열된다. 용융 유리(FG)는, 상류 파이프(23)를 통하여 청징 장치(12)에 보내진다.
청징 공정(S2)은, 용융 유리(FG) 내의 기포의 제거를 행하는 공정이다. 청징 장치(12) 내에서 기포가 제거된 용융 유리(FG)는, 그 후, 하류 파이프(24)를 통하여 성형 장치(40)로 보내진다.
성형 공정(S3)은, 용융 유리(FG)를 시트형의 유리(시트 유리)(SG)로 성형하는 공정이다. 구체적으로, 용융 유리(FG)는, 성형 장치(40)에 포함되는 성형체(41)(도 3 참조)에 연속적으로 공급된 후, 성형체(41)로부터 흘러 넘친다. 흘러 넘친 용융 유리(FG)는, 성형체(41)의 표면을 따라 흘러내린다. 용융 유리(FG)는, 그 후, 성형체(41)의 하단부에서 합류해 시트 유리(SG)로 성형된다.
냉각 공정(S4)은, 시트 유리(SG)를 냉각시키는 공정이다. 유리 시트는, 냉각 공정(S4)을 거쳐 실온에 가까운 온도로 냉각된다. 그리고, 냉각 공정(S4)에서의 냉각 상태에 따라, 유리 기판의 두께(판두께), 유리 기판의 휨량, 및 유리 기판의 평면 왜곡(歪)값이 정해진다.
그리고, 냉각 공정(S4) 후에, 절단 공정(S5)을 마련해도 된다. 예를 들면, 절단 공정(S5)은, 실온에 가까운 온도로 된 시트 유리(SG)를, 절단 장치(90)에서 소정의 크기로 절단하는 공정이다.
그리고, 절단 공정(S5)에서 소정의 크기로 절단된 시트 유리(SG)(유리판(PG))는, 그 후, 단면 가공 등의 공정을 거쳐, 유리 기판이 된다. 유리 기판은, 포장(梱包)된 후 패널 메이커 등으로 출시된다. 패널 메이커는, 유리 기판의 표면에 소자를 형성하여, 디스플레이를 제조한다.
그리고, 냉각 공정(S4)의 후에, 절단 공정(S5)을 마련하지 않아도 된다. 즉, 냉각 공정(S4)에서 냉각된 시트 유리(SG)는, 그대로 포장된 후 패널 메이커 등에 출시되어도 된다. 이 경우, 패널 메이커는, 시트 유리(SG)의 표면에 소자를 형성한 후에, 시트 유리(SG)를 소정의 크기로 절단하여 단면 가공함으로써, 디스플레이를 제조한다.
이하, 도 3~도 5를 참조하여, 유리 기판 제조 장치(100)에 포함되는 성형 장치(40)의 구성을 설명한다. 그리고, 본 실시형태에서, 시트 유리(SG)의 폭 방향이란, 시트 유리(SG)가 흘러내리는 방향(흐름 방향)에 교차하는 방향, 즉, 수평 방향을 의미한다.
(2) 성형 장치의 구성
먼저, 도 3 및 도 4에 성형 장치(40)의 개략적인 구성을 나타낸다. 도 3은, 성형 장치(40)의 단면도이다. 도 4는, 성형 장치(40)의 측면도이다.
성형 장치(40)는, 시트 유리(SG)가 통과하는 통로와, 통로를 에워싸는 공간을 가진다. 통로를 에워싸는 공간은, 예를 들면, 성형체실(20), 제1 냉각실(30) 및 제2 냉각실(80)로 구성되어 있다.
성형체실(20)은, 전술한 청징 장치(12)로부터 보내지는 용융 유리(FG)가 시트 유리(SG)로 성형되는 공간이다.
제1 냉각실(30)은, 성형체실(20)의 아래쪽에 배치되고, 시트 유리(SG)의 두께 및 휨량을 조정하기 위한 공간이다. 제1 냉각실(30)에서는, 후술하는 제1 냉각 공정(S41)의 일부가 실행된다. 제1 냉각실(30)에서는, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 온도가 서냉점(徐冷点)보다 높은 상태의 시트 유리(SG)가 냉각된다. 시트 유리(SG)의 중심부(C)는, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 중심부이다. 제1 냉각실(30)에서는, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 온도는 제1 온도 영역 및 제2 온도 영역에 있다. 제1 온도 영역은, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 온도가 연화점(軟化點) 보다 높은 온도로부터 연화점 근방이 될 때까지의 온도 영역이다. 또, 제2 온도 영역은, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 온도가 연화점 근방으로부터 서냉점 근방이 될 때까지의 온도 영역이다. 시트 유리(SG)는, 제1 냉각실(30) 내를 통과한 후, 후술하는 제2 냉각실(80) 내를 통과한다.
제2 냉각실(80)은, 성형체실(20)의 아래쪽에 배치되고, 시트 유리(SG)의 휨, 열수축률 및 왜곡값을 조정하기 위한 공간이다. 성형체실(20)에서는, 후술하는 제1 냉각 공정(S41)의 일부, 제2 냉각 공정(S42) 및 제3 냉각 공정(S43)이 실행된다. 제2 냉각실(80)에서는, 제1 냉각실(30) 내를 통과한 시트 유리(SG)가, 서냉점, 왜곡점을 거쳐, 적어도 왜곡점보다 100℃ 낮은 온도까지 냉각된다. 그러나, 제2 냉각실(80)에서는, 시트 유리(SG)가 실온 부근의 온도까지 냉각되어도 된다. 그리고, 제2 냉각실(80)의 내부는, 단열 부재(80b)에 의해 복수개의 공간으로 구분되어 있어도 된다. 복수개의 단열 부재(80b)는, 복수개의 인하 롤러(81a~81g)의 각각의 사이에서, 시트 유리(SG)의 두께 방향의 양측에 배치된다. 이로써, 시트 유리(SG)의 온도 관리를 보다 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
또, 성형 장치(40)는, 예를 들면, 성형체(41), 구획 부재(50), 냉각 롤러(51), 온도 조정 유닛(60), 인하 롤러(81a~81g) 및 히터(82a~82g)를 구비한다. 또한, 성형 장치(40)는, 제어 장치(91)를 더 구비한다(도 5 참조). 제어 장치(91)는, 성형 장치(40)에 포함되는 각각의 구성의 구동부를 제어한다.
이하, 성형 장치(40)에 포함되는 각각의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
(2-1) 성형체
성형체(41)는, 성형체실(20) 내에 설치된다. 성형체(41)는, 용융 유리(FG)를 흘러넘치게 하여, 용융 유리(FG)를 시트형의 유리(시트 유리(SG))로 성형한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 성형체(41)는, 단면 형상으로 대략 5각형의 형상(쐐기 형태와 유사한 형상)을 가진다. 대략 5각형의 선단(先端)은, 성형체(41)의 하단부(41a)에 상당한다.
또, 성형체(41)는, 제1 단부에 유입구(42)를 가진다(도 4 참조). 성형체(41)의 상면에는, 홈(43)이 형성되어 있다. 유입구(42)는, 상술한 하류 파이프(24)와 접속되어 있고, 청징 장치(12)로부터 흘러나온 용융 유리(FG)는, 유입구(42)로부터 홈(43)에 흘려 넣어진다. 성형체(41)의 홈(43)에 흘려 넣어진 용융 유리(FG)는, 성형체(41)의 한쌍의 정상부(41b)로부터 흘러넘쳐, 성형체(41)의 한쌍의 측면(표면)(41c)을 따라 흘러내린다. 그 후, 용융 유리(FG)는, 성형체(41)의 하단부(41a)에서 합류해 시트 유리(SG)가 된다.
(2-2) 구획 부재
구획 부재(50)는, 성형체실(20)로부터 제1 냉각실(30)로의 열의 이동을 차단하는 부재이다. 구획 부재(50)는, 용융 유리(FG)의 합류 포인트의 근방에 배치되어 있다. 또, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구획 부재(50)는, 합류 포인트에서 합류한 용융 유리(FG)(시트 유리(SG))의 두께 방향 양측에 배치된다. 구획 부재(50)는, 예를 들면, 단열재이다. 구획 부재(50)는, 용융 유리(FG)의 합류 포인트의 상측 주변 및 하측 주변을 구획하여, 구획 부재(50)의 상측으로부터 하측으로의 열의 이동을 차단한다.
(2-3) 냉각 롤러
냉각 롤러(51)는, 제1 냉각실(30) 내에 설치된다. 보다 구체적으로는, 냉각 롤러(51)는, 구획 부재(50)의 바로 아래에 배치되어 있다. 또, 냉각 롤러(51)는, 시트 유리(SG)의 두께 방향 양측, 또한, 시트 유리(SG)의 폭 방향 양측에 배치된다. 시트 유리(SG)의 두께 방향 양측에 배치된 냉각 롤러(51)는 한 쌍으로 동작한다. 즉, 시트 유리(SG)의 폭 방향 양 단부는, 2대의 냉각 롤러(51)에 의해 끼워 넣어진다.
예를 들면, 냉각 롤러(51)는, 내부에 통하는 공냉관이나 수냉관에 의해 냉각되어 있다. 냉각 롤러(51)는, 시트 유리(SG)의 측부(이부(耳部))(R, L)에 접촉하여, 열전도에 의해 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)를 급냉한다(급냉 공정). 냉각 롤러(51)에 접촉된 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)의 점도는, 소정값(구체적으로는, 109.0 poise) 이상이다. 여기서, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)란, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 양 단부의 영역이며, 구체적으로는, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 에지로부터 시트 유리(SG)의 중심부(C)를 향해, 시트 유리(SG)의 폭 방향 200 mm이내의 범위를 말한다.
냉각 롤러(51)는, 냉각 롤러 구동 모터(390)(도 5 참조)에 의해 회전 구동된다. 냉각 롤러(51)는, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)를 냉각시키면서, 시트 유리(SG)를 아래쪽으로 끌어내리는 기능도 가진다. 그리고, 냉각 롤러(51)에 의한 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)의 냉각은, 시트 유리(SG)의 폭 및 시트 유리(SG)의 두께의 균일화에 영향을 준다.
(2-4) 온도 조정 유닛
온도 조정 유닛(60)은, 제1 냉각실(30) 내에 설치되고, 시트 유리(SG)를 서냉점 근방까지 냉각시키는 유닛이다. 온도 조정 유닛(60)은, 구획 부재(50)의 아래쪽이며, 제2 냉각실(80)의 천정판(80a)의 위쪽에 배치된다.
온도 조정 유닛(60)은, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 온도가 서냉점 근방이 될 때까지, 시트 유리(SG)를 냉각시킨다. 시트 유리(SG)의 중심부(C)는, 그 후, 제2 냉각실(80) 내에서 서냉점, 왜곡점을 거쳐 실온 근방의 온도까지 냉각된다.
온도 조정 유닛(60)은, 냉각 유닛(61)을 가질 수 있다. 냉각 유닛(61)은, 시트 유리(SG)의 폭 방향으로 복수개(여기서는, 3개) 및 그 흐름 방향으로 복수개 배치된다. 구체적으로는, 냉각 유닛(61)은, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)의 표면에 대향하도록 1개씩 배치되고, 또한, 후술하는 중앙 영역(CA)(도 4 참조)의 표면에 대향하도록 1개 배치되어 있다. 여기서, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)은, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 중앙 부분으로, 시트 유리(SG)의 유효 폭 및 그 근방을 포함하는 영역이다. 바꾸어 말하면, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)은, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)에 끼워진 부분이다. 그리고, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)은, 판두께를 균일하게 하는 대상의 부분을 포함하는 영역이며, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)는, 제조 후에 절단되는 대상의 부분을 포함하는 영역이다. 보다 구체적으로는, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)은, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)보다 시트 유리(SG)의 폭 방향 내측의 영역으로서, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 중심부(C)를 포함하는 영역이다. 본 명세서에서는, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 폭 중 시트 유리(SG)의 폭 방향의 중심으로부터 폭의 85% 이내의 범위를 말한다.
(2-5) 인하(引下) 롤러
인하 롤러(81a~81g)는, 제2 냉각실(80) 내에 설치되고, 제1 냉각실(30) 내를 통과한 시트 유리(SG)를 시트 유리(SG)의 흐름 방향으로 끌어내린다. 인하 롤러(81a~81g)는, 제2 냉각실(80)의 내부에서, 흐름 방향에 따라 소정 간격을 띄고 배치된다. 인하 롤러(81a~81g)는, 시트 유리(SG)의 두께 방향 양측(도 3 참조), 및 시트 유리(SG)의 폭 방향 양측(도 4 참조)에 복수개 배치된다. 즉, 인하 롤러(81a~81g)는, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 측부(이부)(R, L), 또한 시트 유리(SG)의 두께 방향의 양측에 접촉하면서 시트 유리(SG)를 아래쪽으로 끌어내린다.
인하 롤러(81a~81g)는, 인하 롤러 구동 모터(391)(도 5 참조)에 의해 구동된다. 또, 인하 롤러(81a~81g)는, 시트 유리(SG)에 대해 내측으로 회전한다. 인하 롤러(81a~81g)의 주속도(周速度)(peripheral velocity)는, 인하 롤러(81a~81g)가 하류측에 설치되어 있을수록 크게 하는 것이 바람직하다. 즉, 복수개의 인하 롤러(81a~81g) 중, 인하 롤러 81a의 주속도가 가장 작고, 인하 롤러 81g의 주속도가 가장 크다. 시트 유리(SG)의 두께 방향 양측에 배치된 인하 롤러(81a~81g)는 한 쌍으로 동작하고, 한 쌍의 인하 롤러(81a, 81a,…)가 시트 유리(SG)를 아래쪽으로 끌어내린다.
(2-6) 히터
히터(82a~82g)는, 제2 냉각실(80)의 내부에 설치되고, 제2 냉각실(80)의 내부 공간의 온도를 조정한다. 구체적으로, 히터(82a~82g)는, 시트 유리(SG)의 흐름 방향 및 시트 유리(SG)의 폭 방향으로 복수개 배치된다. 예를 들면, 시트 유리(SG)의 흐름 방향에는 7개의 히터가 배치되고, 시트 유리의 폭 방향에는 3개의 히터가 배치된다. 폭 방향에 배치되는 3개의 히터는, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)과 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)를 각각 온도 제어한다. 히터(82a~82g)는, 후술하는 제어 장치(91)에 의해 출력이 제어된다. 이로써, 제2 냉각실(80) 내부를 통과하는 시트 유리(SG)의 근방의 주위 온도가 제어된다. 히터(82a~82g)에 의해 제2 냉각실(80) 내의 주위 온도가 제어되는 것에 의해, 시트 유리(SG)의 온도 제어가 행해진다. 또, 온도 제어에 의해, 시트 유리(SG)는, 점성역(域)으로부터 점탄성역을 거쳐 탄성역으로 추이(推移)한다. 이와 같이, 히터(82a~82g)의 제어에 의해, 제2 냉각실(80)에서는, 시트 유리(SG)의 온도가 서냉점 근방의 온도로부터 실온 부근의 온도까지 냉각된다.
그리고, 시트 유리(SG)의 근방에는, 주위 온도를 검출하는 주위 온도 검출 수단(본 실시형태에서는, 열전대)(380)이 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 복수개의 열전대(熱電對)(380)가, 시트 유리(SG)의 흐름 방향 및 시트 유리(SG)의 폭 방향으로 배치된다. 열전대(380)는, 시트 유리(SG)의 표면의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들면, 열전대(380)는, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 온도와 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)의 온도를 각각 검출한다. 히터(82a~82g)의 출력은, 열전대(380)에 의해 검출되는 주위 온도에 따라 제어된다.
(2-7) 절단 장치
절단 장치(90)는, 제2 냉각실(80) 내에서 실온 부근의 온도까지 냉각된 시트 유리(SG)를 소정의 사이즈로 절단한다. 이로써, 시트 유리(SG)는, 복수개의 유리판(PG)이 된다. 절단 장치(90)는, 절단 장치 구동 모터(392)(도 5 참조)에 의해 구동된다. 그리고, 절단 장치는, 반드시 제2 냉각실(80)의 바로 아래에 설치되어 있지 않아도 된다.
(2-8) 제어 장치
제어 장치(91)는, CPU, RAM, ROM, 및 하드디스크 등으로부터 구성되어 있고, 유리판의 제조 장치(100)에 포함되는 각종의 기기의 제어를 행한다. 구체적으로는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(91)는, 유리 기판 제조 장치(100)에 포함되는 각종 센서(예를 들면, 열전대(380))나 스위치(예를 들면, 주전원 스위치(381)) 등에 의한 신호를 받아, 온도 조정 유닛(60), 히터(82a~82g), 냉각 롤러 구동 모터(390), 인하 롤러 구동 모터(391) 및 절단 장치 구동 모터(392) 등의 제어를 행한다.
(3) 온도 관리
본 실시형태에 관한 유리 기판 제조 방법에서는, 냉각 공정(S4)이 복수개의 냉각 공정 S41, S42, S43 및 S44으로 이루어진다. 구체적으로는, 시트 유리(SG)의 흐름 방향에 따라, 제1 냉각 공정(S41), 제2 냉각 공정(S42), 제3 냉각 공정(S43) 및 제4 냉각 공정(S44)이 순차로 실행된다.
또, 냉각 공정(S4)에서는, 시트 유리(SG)의 흐름 방향 및 폭 방향의 온도 관리를 행한다. 온도 관리는, 복수개의 온도 프로파일(TP1~TP10)에 기초하여 행해진다. 온도 프로파일(TP1~TP10)은, 시트 유리(SG) 근방의 주위 온도에 대한, 시트 유리(SG)의 폭 방향을 따른 온도 분포이다. 바꾸어 말하면, 온도 프로파일(TP1~TP10)은 목표 온도 분포이다. 즉, 온도 관리는, 복수개의 온도 프로파일(TP1~TP10)을 실현시키도록 행해진다. 온도 관리는, 상술한 냉각 롤러(51), 온도 조정 유닛(60) 및 히터(82a~82g)를 사용하여 행해진다.
시트 유리(SG)의 온도는, 시트 유리(SG)의 주위 온도를 제어함으로써 관리된다. 그리고, 시트 유리(SG)의 온도는, 시트 유리(SG)의 온도의 실측값을 사용해도 되고, 또, 히터(82a~82g)에 의해 제어되는 시트 유리(SG)의 주위 온도에 따라 시뮬레이션에 의해 산출된 값을 사용해도 된다.
또한, 각 냉각 공정 S41~S44는, 소정의 냉각 속도로 시트 유리(SG)를 냉각함으로써, 시트 유리(SG)의 흐름 방향의 온도 관리를 행하고 있다. 여기서, 소정의 냉각 속도란, 각 냉각 공정 S41~S44에 따른 냉각 속도이다. 이하, 특별한 언급 없이 평균 냉각 속도라고 하는 경우에는, 원칙적으로 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA) 에서의 평균 냉각 속도를 가리킨다. 구체적으로, 전(全) 냉각 공정 S41~S44의 평균 냉각 속도 중, 제3 냉각 공정(S43)의 냉각 속도(제3 냉각 속도)가 가장 늦다. 즉, 제2 냉각 공정(S42)의 냉각 속도(제2 냉각 속도)는 제3 냉각 속도보다 빠르다. 또, 전 냉각 공정 S41~S44의 냉각 속도 중 제1 냉각 공정(S41)의 평균 냉각 속도(제1 냉각 속도)가 가장 빠른 것이 바람직하다. 또, 제4 냉각 공정(S44)에서의 평균 냉각 속도(제4 냉각 속도)는, 제1 냉각 속도보다 늦고, 또한 제2 냉각 속도보다 빠른 것이 바람직하다. 즉, 전 냉각 공정 S41~S44의 냉각 속도에 관하여, 제1 냉각 속도>제4 냉각 속도>제2 냉각 속도>제3 냉각 속도의 관계식이 성립되는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에 관한 냉각 공정(S4)에서는, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 냉각 속도(중심부 냉각 속도)와 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)의 냉각 속도(이부 냉각 속도)를 상이한 속도로 설정하고 있다. 중심부 냉각 속도는, 시트 유리(SG)의 중심부(C)의 온도 변화량과 온도 변화에 요하는 시간에 기초하여 산출된다. 이부 냉각 속도는, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)의 온도 변화량과 온도 변화에 요하는 시간에 기초하여 산출된다.
이하, 도 6을 참조하여, 각 냉각 공정 S41~S44에서의 시트 유리(SG)의 온도 관리에 대하여 상세하게 설명한다. 도 6은, 시트 유리(SG)의 소정의 높이 위치에서의 온도 프로파일을 나타낸다. 이하, 시트 유리(SG)의 측부(이부)(R, L)를, 단순히 시트 유리(SG)의 이부(R, L)라고 기재한다.
(3-1) 제1 냉각 공정
제1 냉각 공정(S41)은, 성형체(41)의 바로 아래에서 합류한 용융 유리를, 중심부(C)의 온도가 서냉점이 될 때까지 냉각시키는 공정이다. 서냉점은, 점도가 1013 poise가 될 때의 온도이다. 구체적으로, 제1 냉각 공정(S41)에서는, 예를 들면, 중심부(C)의 온도가 1100℃~1300℃인 시트 유리(SG)를, 중심부(C)의 온도가 서냉점이 될 때까지 냉각시킨다. 여기서 「서냉점이 될 때까지 냉각시킨다」에서의 서냉점이란, 서냉점 근방을 포함하며, 예를 들면 서냉점±15℃의 온도이어도 된다.
제1 냉각 공정(S41)에서는, 제1 온도 프로파일(TP1)~제5 온도 프로파일(TP5)에 기초하여, 시트 유리(SG)의 온도 관리가 행해진다. 이하, 제1 냉각 공정(S41)에서 실행되는 각각의 온도 프로파일 TP1~TP5과 제1 냉각 공정(S41)의 냉각 속도(제1 냉각 속도)를 상세하게 설명한다.
(3-1-1) 제1 온도 프로파일
제1 온도 프로파일(TP1)은, 시트 유리(SG)의 가장 상류측에서 실현되는 온도 분포이다(도 6 참조). 제1 온도 프로파일(TP1)은, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)의 온도가 균일하며, 시트 유리(SG)의 이부(R, L)는 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)의 온도보다 낮다. 여기서, 중앙 영역(CA)의 온도가 균일하다는 것은, 중앙 영역(CA)의 온도가 소정의 온도역에 포함되는 것을 말한다. 소정의 온도역이란, 기준 온도±20℃의 범위이다. 기준 온도는, 중앙 영역(CA)의 폭 방향의 평균 온도이다.
제1 온도 프로파일(TP1)은, 제1 냉각실(30) 내의 냉각 롤러(51) 및 온도 조정 유닛(60)을 제어함으로써 실현된다. 구체적으로는, 냉각 롤러(51)에 의해 시트 유리(SG)의 이부(R, L)가 냉각된다. 시트 유리(SG)의 이부(R, L)의 온도는, 중앙 영역(CA)의 온도보다 소정 온도(예를 들면, 200℃~250℃) 낮은 온도로 냉각시킨다. 제1 온도 프로파일(TP1)은, 시트 유리(SG)의 판두께 편차를 저감시킨다.
그리고, 제1 온도 프로파일(TP1)에 기초한 온도 관리는, 시트 유리(SG)의 판두께 편차를 더욱 저감시키기 위해 성형체 바로 아래에서 행해지는 것이 바람직하고, 또, 시트 유리(SG)가 유리 연화점의 근방까지 냉각되기까지 행해지는 것이 바람직하다. 여기서, 「유리 연화점의 근방」은, 「유리 연화점-20℃」로부터 「유리 연화점＋20℃」까지의 온도 영역인 것이 바람직하다.
(3-1-2) 제2 온도 프로파일 및 제3 온도 프로파일
제2 온도 프로파일(TP2) 및 제3 온도 프로파일(TP3)은, 제1 온도 프로파일(TP1) 후에 실현되는 온도 분포이다(도 6 참조). 구체적으로는, 시트 유리(SG)의 흐름 방향에 대해서, 상류측에 제2 온도 프로파일(TP2)이 위치하고, 하류측에 제3 온도 프로파일(TP3)이 위치한다.
제2 온도 프로파일(TP3) 및 제3 온도 프로파일(TP3)은, 중앙 영역(CA)의 중심부(C)의 온도가 가장 높고, 이부(R, L)의 온도가 가장 낮다. 또, 제2 온도 프로파일(TP2) 및 제3 온도 프로파일(TP3)에서는, 중심부(C)로부터 이부(R, L)를 향해 온도가 서서히 낮아진다. 즉, 중심부(C)의 온도와 이부(R, L)의 온도에는 기울기(온도 구배(句配))가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제2 프로파일(TP2) 및 제3 온도 프로파일(TP3)은, 위쪽으로 볼록한 완만한 포물선을 형성한다. 그리고, 여기서 온도 구배란, 시트 유리(SG)의 폭(W)(예를 들면, 1650 mm, 도 6 참조)을 2로 나눈 값으로 중심부(C)의 주위 온도로부터 이부(R, L)의 주위 온도를 뺀 값을 나눈 것((중심부(C)의 주위 온도-이부(R, L)의 주위 온도)/(시트 유리의 폭(W)/2))이다.
또, 제3 온도 프로파일(TP3)에서의 온도 구배 TG3는, 제2 온도 프로파일(TP2)에서의 온도 구배 TG2보다 크다. 바꾸어 말하면, 제3 온도 프로파일(TP3) 에서의 시트 유리(SG)의 이부(R, L)의 주위 온도와 중심부(C)의 주위 온도와의 차(폭 방향 온도차)는, 제2 온도 프로파일(TP2)에서의 폭 방향 온도차보다 크다. 즉, 제3 온도 프로파일(TP3)은, 제2 온도 프로파일(TP2)보다 큰 포물선이 된다. 제2 온도 프로파일(TP2) 및 제3 온도 프로파일(TP3)에서는, 이부(R, L)가 중심부(C)보다 빨리 냉각되도록, 큰 포물선형의 프로파일이 실현된다.
그리고, 제2 온도 프로파일(TP2) 및 제3 온도 프로파일(TP3)은, 제1 냉각실(30) 내의 온도 조정 유닛(60)을 제어함으로써 실현된다.
(3-1-3) 제4 온도 프로파일
제4 온도 프로파일(TP4)은, 제3 온도 프로파일(TP3) 후에 실현되는 온도 분포이다(도 6 참조). 제4 온도 프로파일(TP4)도 또한, 중앙 영역(CA)의 중심부(C)의 온도가 가장 높고, 이부(R, L)의 온도가 가장 낮다. 또, 제4 온도 프로파일(TP4)도, 중심부(C)로부터 이부(R, L)를 향해 온도가 서서히 낮아져, 위쪽으로 볼록한 완만한 포물선을 형성한다.
그리고, 제4 온도 프로파일(TP4)에서의 온도 구배 TG4는, 상류의 제3 온도 프로파일(TP3)에서의 온도 구배 TG3보다 작다. 즉, 제4 온도 프로파일(TP4)은, 제3 온도 프로파일(TP3)보다 작은 포물선이 된다.
그리고, 제4 온도 프로파일(TP4)은, 제2 냉각실(80) 내의 히터 82a를 제어함으로써 실현된다.
(3-1-4) 제5 온도 프로파일
제5 온도 프로파일(TP5)은, 제4 온도 프로파일(TP4) 후에 실현되는 온도 분포이다(도 6 참조). 제5 온도 프로파일(TP5)도 또한, 중심부(C)의 온도가 가장 높고, 이부(R, L)의 온도가 가장 낮다. 또, 제5 온도 프로파일(TP5)도, 중심부(C)로부터 이부(R, L)를 향해 온도가 서서히 낮아져, 위쪽으로 볼록한 완만한 포물선을 형성한다.
제5 온도 프로파일(TP5)에서의 온도 구배 TG5는, 제4 온도 프로파일(TP4)에서의 온도 구배 TG4보다 작다. 즉, 제5 온도 프로파일(TP5)은, 제4 온도 프로파일(TP4)보다 작은 포물선이 된다.
그리고, 제5 온도 프로파일(TP5)은, 제2 냉각실(80) 내의 히터 82b를 제어함으로써 실현된다.
이와 같이, 제2 온도 프로파일(TP2)~제5 온도 프로파일(TP5)을 실현하는 것에 의해, 중심부(C)의 냉각 속도는 이부(R, L)의 냉각 속도보다 항상 빨라지므로, 중심부(C)의 열수축량은 이부(R, L)의 열수축량보다 커진다. 그러므로, 시트 유리(SG)의 중심부(C)로부터 이부(R, L)를 향하는 장력이 항상 작용하므로, 시트 유리(SG)의 휨 등을 저감할 수 있다.
(3-1-5) 제1 냉각 속도
제1 냉각 공정(S41)에서는, 중앙 영역(CA)의 주위 온도보다 이부(R, L)의 주위 온도를 빠른 평균 냉각 속도로 냉각한다. 즉, 중앙 영역(CA)의 평균 냉각 속도(제1 평균 냉각 속도)와 비교해, 이부(R, L)의 평균 냉각 속도(제1 이부 냉각 속도)가 빠르다.
제1 냉각 공정(S41)에서의 중앙 영역(CA)의 제1 평균 냉각 속도는, 5.0℃/초~50.0℃/초이다. 제1 평균 냉각 속도가, 5.0℃/초보다 낮으면, 생산성이 악화된다. 제1 평균 냉각 속도가, 50.0℃/초를 넘으면, 시트 유리(SG)에 균열이 발생하는 경우가 있다. 또, 시트 유리(SG)의 휨량 및 판두께 편차가 악화된다. 바람직하게는, 중앙 영역(CA)의 제1 평균 냉각 속도는 8.0℃/초~16.5℃/초이다. 또, 제1 냉각 공정(S41)에서의 제1 이부 냉각 속도는 5.5℃/초~52.0℃/초이다. 바람직하게는, 제1 이부 냉각 속도는 8.3℃/초~17.5℃/초이다.
(3-2) 제2 냉각 공정
제2 냉각 공정(S42)은, 중심부(C)의 온도가 서냉점이 된 시트 유리(SG)를, 중심부(C)의 온도가 왜곡점이 될 때까지 냉각시키는 공정이다. 여기서, 왜곡점은 점도가 1014.5 poise가 되는 온도이다. 여기서 「왜곡점이 될 때까지 냉각시킨다」에서의 왜곡점이란, 왜곡점 근방을 포함하고, 예를 들면 왜곡점±15℃의 온도라도 된다.
제2 냉각 공정(S42)에서는, 제6 온도 프로파일(TP6)에 기초하여, 시트 유리(SG)의 온도 관리가 행해진다. 이하, 제2 냉각 공정(S42)에서 실행되는 온도 프로파일 TP6와 제2 냉각 공정(S42)의 냉각 속도(제2 냉각 속도)를 상세하게 설명한다.
(3-2-1) 제6 온도 프로파일
제6 온도 프로파일(TP6)은, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 주위 온도(폭 방향의 이부(R, L)로부터 중심부(C)에 걸친 주위 온도가 균일하다. 바꾸어 말하면, 제6 온도 프로파일(TP6)은, 시트 유리(SG)의 폭 방향에서, 이부(R, L) 주변의 주위 온도와 중심부(C) 주변의 주위 온도의 온도 구배가 가장 작고, 이부(R, L) 주변의 주위 온도와 중심부(C) 주변의 주위 온도가 동일한 정도가 되는 온도 프로파일이다.
여기서, 균일하다는 것은, 이부(R, L) 주변의 주위 온도와 중앙 영역(CA) 주변의 주위 온도가, 소정의 온도역에 포함되는 것을 말한다. 소정의 온도역이란, 기준 온도±5℃의 범위이다. 기준 온도는, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 평균 온도이다.
그리고, 제6 온도 프로파일(TP6)은, 제2 냉각실(80) 내의 히터 82c를 제어함으로써 실현된다. 또, 제6 온도 프로파일(TP6)은, 왜곡점 근방에서 실현되는 것으로 한다. 여기서, 왜곡점 근방이란, 왜곡점을 포함하는 소정의 온도 영역을 의미한다. 소정의 온도 영역은, 「(서냉점＋왜곡점)/2」로부터 「왜곡점-50℃」까지의 영역이다. 제6 온도 프로파일(TP6)은, 왜곡점 근방의 적어도 한 점(흐름 방향에서의 1곳)에서 실현된다. 제6 온도 프로파일(TP6)을 실현하는 것에 의해, 시트 유리(SG)의 내부 불균일을 저감할 수 있다.
(3-2-2) 제2 냉각 속도
제2 냉각 공정(S42)에서는, 시트 유리(SG)의 폭 방향의 주위 온도가 대략 일정하게 되도록, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)의 주위 온도와 이부(R, L)의 주위 온도를 제어하고 있다. 즉, 이부(R, L)의 평균 냉각 속도(제2 이부 냉각 속도)와 비교하여, 중앙 영역(CA)의 평균 냉각 속도(제2 평균 냉각 속도)가 약간 빠르다.
제2 냉각 공정(S42)에서의 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)의 온도의 평균 냉각 속도(제2 평균 냉각 속도)는, 5.0℃/초 이하인 것이 바람직하고, 0.8℃/초~5.0℃/초인 것이 보다 바람직하다. 제2 평균 냉각 속도가, 0.8℃/초보다 작으면, 생산성이 악화되기 쉽다. 또, 제2 평균 냉각 속도가, 5.0℃/초를 넘으면, 시트 유리(SG)의 정밀한 온도 제어가 곤란해져, 시트 유리(SG)의 열수축률이 커지기 쉽다. 또, 시트 유리(SG)의 휨 및 불균일이 커지기 쉽다.
(3-3) 제3 냉각 공정
제3 냉각 공정(S43)은, 중심부(C)의 온도가 왜곡점이 된 시트 유리(SG)를, (왜곡점-100℃)가 될 때까지 냉각시키는 공정이다. 여기서 「(왜곡점-100℃)가 될 때까지 냉각시킨다」에서의(왜곡점-100℃)란, (왜곡점-100℃)의 근방을 포함하며, 예를 들면(왜곡점-100℃)±15℃의 온도라도 된다. 제3 냉각 공정(S43)에서도, 제2 냉각 공정(S42)과 마찬가지로, 제6 온도 프로파일(TP6)에 기초하여 시트 유리(SG)의 온도 관리가 행해진다.
제3 냉각 공정(S43)에서의 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)의 온도의 평균 냉각 속도(제3 평균 냉각 속도)는 제2 평균 냉각 속도보다 작고, 또한 바람직하게는 5℃/초 이하이다. 제3 평균 냉각 속도를 제2 평균 냉각 속도보다 작게 함으로써, 유리 기판의 디스플레이의 패널 제조 공정에서의 열처리시(예를 들면, 450℃~600℃)에 생기는 열수축률을 충분히 작게 할 수 있다. 또, 제3 평균 냉각 속도가 5℃/초를 넘으면, 시트 유리(SG)에 균열이 발생하는 경우도 있어, 시트 유리(SG)의 휘어진 상태도 악화된다. 보다 바람직하게는, 제3 평균 냉각 속도는, 0.5℃/초~4.0℃/초이다.
(3-4) 제4 냉각 공정
제4 냉각 공정(S44)는, 왜곡점-100℃ 근방의 온도가 된 시트 유리(SG)를, 왜곡점-200℃ 근방의 온도까지 냉각시키는 공정이다. 여기서, 왜곡점-200℃ 근방의 온도란, 예를 들면(왜곡점-200℃)±15℃의 온도라도 된다.
제4 냉각 공정(S44)에서는, 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)에 기초하여, 시트 유리(SG)의 온도 관리가 행해진다. 이하, 제4 냉각 공정(S44)에서 실행되는 온도 프로파일 TP7~TP10과 제4 냉각 공정(S44)의 냉각 속도(제4 냉각 속도)를 상세하게 설명한다.
(3-4-1) 제7 온도 프로파일~제10 온도 프로파일
제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)은, 제6 온도 프로파일(TP6) 후에 실현되는 온도 분포이다(도 6 참조). 구체적으로, 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)은, 시트 유리(SG)의 흐름 방향에 따라 각각 실현된다. 보다 구체적으로는, 상류측에서 제7 온도 프로파일(TP7)이 실현되고, 그 다음, 제8 온도 프로파일(TP8)이 실현된다. 제8 온도 프로파일(TP8)의 다음에는, 제9 온도 프로파일(TP9)이 실현되고, 하류측에서 제10 온도 프로파일(TP10)이 실현된다.
제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)은, 중앙 영역(CA)의 중심부(C)의 온도가 가장 낮고, 이부(R, L)의 온도가 가장 높다. 또, 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)에서는, 중심부(C)로부터 이부(R, L)를 향해 온도가 서서히 높아진다. 즉, 중심부(C)의 온도와 이부(R, L)의 온도에는 구배(온도 구배)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)은, 아래쪽으로 볼록한 완만한 포물선을 형성한다.
또, 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)에서의 온도 구배 TG7~10은, 시트 유리(SG)의 흐름 방향에 따라 서서히 커진다. 바꾸어 말하면, 제10 온도 프로파일(TP10)에서의 시트 유리(SG)의 이부(R, L)의 주위 온도와 중심부(C)의 주위 온도와의 차(폭 방향 온도차)는, 제7 온도 프로파일(TP7)에서의 폭 방향 온도차보다 크다. 즉, 제10 온도 프로파일(TP10)은, 제7 온도 프로파일(TP7)보다 큰 포물선이 된다. 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)에서도, 중심부(C)가 이부(R, L)보다 빨리 냉각된다.
그리고, 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)은, 제2 냉각실(80)내의 히터(82d~82g)를 제어함으로써 실현된다. 구체적으로는, 히터 82d에 의해 제7 온도 프로파일(TP7)이 실현되고, 히터 82e에 의해 제8 온도 프로파일(TP8)이 실현되고, 히터 82f에 의해 제9 온도 프로파일(TP9)이 실현되고, 히터 82g에 의해 제10 온도 프로파일(TP10)이 실현된다.
(3-4-2) 제4 냉각 속도
제4 냉각 공정(S44)에서는, 중앙 영역(CA)의 주위 온도를, 이부(R, L)의 주위 온도보다 빠른 속도로 냉각한다. 즉, 이부(R, L)의 평균 냉각 속도(제4 이부 냉각 속도)와 비교해, 중앙 영역(CA)의 평균 냉각 속도(제4 평균 냉각 속도)가 빠르다.
또, 제4 냉각 공정(S44)에서는, 시트 유리(SG)의 흐름 방향의 하류측을 향함에 따라, 시트 유리(SG)의 이부(R, L)의 주위 온도의 냉각 속도와 중앙 영역(CA)의 주위 온도의 냉각 속도와의 차를 크게 한다.
이와 같이, 제7 온도 프로파일(TP7)~제10 온도 프로파일(TP10)을 실현하는 것에 의해, 중심부(C)의 냉각 속도는 이부(R, L)의 냉각 속도보다 항상 빨라지므로, 중심부(C)의 열수축량은 이부(R, L)의 열수축량보다 커진다. 그러므로, 시트 유리(SG)의 중심부(C)로부터 이부(R, L)를 향하는 장력이 항상 작용하므로, 시트 유리(SG)의 휨 등을 저감할 수 있다.
제4 냉각 공정(S44)에서의 제4 평균 냉각 속도는, 1.5℃/초~20℃/초인 것이 바람직하다. 제4 평균 냉각 속도가 1.5℃/초보다 늦으면, 생산성이 악화된다. 또, 제4 평균 냉각 속도가 20℃/초를 넘으면, 시트 유리(SG)에 균열이 발생하는 경우가 있어, 시트 유리(SG)의 휨도 악화된다. 바람직하게는, 제4 평균 냉각 속도는, 2.0℃/초~15℃/초이다. 또, 제4 냉각 공정(S44)에서의 제4 이부 냉각 속도는, 1.3℃/초~13℃/초이다. 바람직하게는, 제4 이부 냉각 속도는, 1.5℃/초~8.0℃/초이다.
시트 유리(SG)의 흐름 방향의 냉각 속도는, 유리 기판의 450℃~600℃ 온도역의 열처리시에 생기는 열수축률에 영향을 준다. 특히, 제3 냉각 공정(S43)의 냉각 속도가 상기 열수축률에게 주는 영향이 크다. 그러므로, 4개의 냉각 공정 S41~S44 중, 제3 냉각 공정(S43)의 평균 냉각 속도를 가장 작게 함으로써, 시트 유리(SG)의 상기 열수축률을 효과적으로 작게 할 수 있다. 이로써, 유리 기판의 생산량을 향상시킬 수 있고, 바람직한 열수축률을 가지는 유리 기판을 얻을 수 있다.
또한, 제2 평균 냉각 속도와 제3 평균 냉각 속도의 속도비(제3 평균 냉각 속도/제2 평균 냉각 속도)는, 0.2 이상 1 미만인 것이 바람직하다.
속도비가 0.2 미만이면, 생산성이 악화되기 쉽다. 속도비는 0.3 이상 0.8 미만인 것이 보다 바람직하고, 0.4 이상 0.6 미만인 것이 더욱 바람직하다.
또, 제2 평균 냉각 속도는, 제3 평균 냉각 속도 다음으로 상기 열수축률에 영향을 미치기 쉽다. 본 실시형태에서는, 서냉점으로부터 왜곡점까지의 범위에서의 시트 유리(SG)의 냉각을 행하는 제2 냉각 공정(S42)에서의 제2 평균 냉각 속도를, 제1 냉각 공정(S41) 및 제4 냉각 공정(S44)의 평균 냉각 속도보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 열수축률을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 유리 기판 제조 방법에 의하면, 판두께 편차, 휨량 및 평면 왜곡값도 일정한 범위로 억제할 수 있다.
시트 유리(SG)의 온도 제어에서, 왜곡점 이상의 온도 제어가, 시트 유리(SG)의 휨량 및 왜곡값에 영향을 미치기 쉽다. 본 실시형태에서는, 4개의 냉각 공정 S41~S44 중, 서냉점으로부터 왜곡점까지의 범위에서의 시트 유리(SG)의 냉각을 행하는 제2 냉각 공정(S42)에서의 제2 평균 냉각 속도를, 제1 냉각 공정(S41) 및 제4 냉각 공정(S44)의 평균 냉각 속도보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 제2 냉각 공정(S42)에서의 시트 유리(SG)의 폭 방향의 온도 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있으므로, 휨량 및 왜곡값을 저감할 수 있다.
또, 시트 유리(SG)는 상하 방향으로 연속하는 리본형이므로, 왜곡점으로부터 왜곡점-100℃의 범위까지의 온도 제어도 또한, 휘어진 상태량 및 왜곡값에 영향을 미친다. 본 실시형태에서는, 왜곡점으로부터 왜곡점-100℃까지의 범위에서의 시트 유리(SG)의 냉각을 행하는 제3 냉각 공정(S43)에서의 제3 평균 냉각 속도를 가장 작게 하고 있다. 이로써, 제3 냉각 공정(S43)에서의 시트 유리(SG)의 온도 제어의 정밀도를 또한 높일 수 있으므로, 휨량 및 평면 불균일(平面歪)을 저감할 수 있다.
또한, 시트 유리(SG)는 상하 방향으로 연속하는 리본형이므로, 왜곡점-100℃로부터 왜곡점-200℃의 범위까지의 온도 제어 또한 휨량 및 평면 불균일에 영향을 미친다. 본 실시형태에서는, 왜곡점-100℃로부터 왜곡점-200℃까지의 범위에서의 시트 유리(SG)의 냉각을 행하는 제4 냉각 공정(S44)에서의 제4 평균 냉각 속도를 제1 냉각 공정(S41)에서의 제1 평균 냉각 속도보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 제4 냉각 공정(S44)에서의 시트 유리(SG)의 온도 제어의 정밀도를 또한 높일 수 있으므로, 휨량 및 평면 불균일을 저감할 수 있다.
(4) 온도 프로파일의 결정 방법
시트 유리(SG)로부터 얻어지는 유리 기판의 열수축률은, 유리의 특성 및 시트 유리(SG)의 냉각 속도에 따라 결정된다. 즉, 유리의 조성이 같은 경우, 유리 기판의 열수축률은, 냉각 공정(S4)에서의 시트 유리(SG)의 냉각 속도에 의존한다.
또, 유리 기판이 디스플레이의 제조에 사용되는 경우, 유리 기판의 열수축률은 작을수록 바람직하다. 왜냐하면, 디스플레이의 제조 공정에서, 유리 기판은 열처리되므로, 유리 기판의 열수축률이 크면, 유리 기판의 표면에 소자를 양호한 정밀도로 배치하는 것이 곤란하기 때문이다. 또, 유리 기판마다의 열수축률의 불균일은, 작을수록 더 바람직하다.
그러나, 시트 유리(SG)의 냉각 공정(S4)에서 시트 유리(SG)가 취할 수 있는 온도 영역에 따라, 시트 유리(SG)로부터 얻어지는 유리 기판의 열수축률은 상이하다. 그래서, 시트 유리(SG)로부터 얻어지는 유리 기판의 열수축률의 목표값을 미리 설정하고, 열수축률이 그 목표값을 달성하도록, 시트 유리(SG)가 취할 수 있는 각각의 온도 영역에서의 시트 유리(SG)의 냉각 속도를 결정하고, 시트 유리(SG)의 반송 방향의 온도 프로파일을 결정함으로써, 생산성을 저하시키지 않고, 열수축률이 작은 유리 기판을 제조할 수 있다. 또, 결정된 온도 프로파일을 양호한 정밀도로 실현하는 것에 의해, 유리 기판마다의 열수축률의 불균일을 작게 할 수 있다.
시트 유리(SG)의 반송 방향의 온도 프로파일은, 예를 들면, 시트 유리(SG)의 열수축률의 실측값에 기초하여 작성된 검량선(檢量線)에 기초하여 결정할 수 있고, 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 결정할 수 있다. 또, 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인하면서, 열수축률의 실측값을 이용하여, 시트 유리(SG)의 반송 방향의 온도 프로파일이 결정되어도 된다.
컴퓨터 시뮬레이션에 의한 온도 프로파일의 결정은, 수치 유체 역학(CFD) 계산에서 이용되는 여러가지 기술을 사용하여 행해지는 것이 바람직하다. 컴퓨터 시뮬레이션을 사용함으로써, 전술한 검량선, 시트 유리(SG)가 냉각되는 서냉 공간(예를 들면, 제2 냉각실(80)에 상당하는 공간)의 형상, 서냉 공간을 형성하는 부재(예를 들면, 천정판(80a) 및 단열 부재(80b)에 상당하는 부재)의 열적 특성, 상기 부재의 조합, 여러가지 입력 데이터(예를 들면, 서냉 공간에서의 시트 유리(SG)의 온도, 모델화된 서냉 공간의 여러가지 포인트에서의 온도 및 유리의 조성 등) 등에 기초하여, 유리 기판의 열수축률을 양호한 정밀도로 산출할 수 있다. 즉, 컴퓨터 시뮬레이션을 사용함으로써, 열수축률이 소정의 목표값을 달성하도록, 시트 유리(SG)의 반송 방향의 온도 프로파일을 용이하게 결정할 수 있다. 그리고, 컴퓨터 시뮬레이션은, 커스터마이즈 소프트웨어(customize software)나, 시판 중인 소프트웨어 패키지를 사용하여 실행할 수 있다.
이하, 검량선을 사용한 열수축률의 구체적인 산출 방법의 일례에 대하여, 도 7~10을 참조하여 설명한다. 이 방법에서는, 시트 유리(SG)의 열수축률을 여러가지 서냉 조건 하에서 실제로 측정하고, 얻어진 측정값에 기초하여 검량선을 작성한다. 그리고, 상기 검량선을 사용함으로써, 예를 들면, 시트 유리(SG)의 반송 방향의 온도 프로파일을 변경한 경우에, 새로운 온도 프로파일로 시트 유리(SG)를 냉각시킬 때의 시트 유리(SG)의 열수축률을 추정할 수 있다. 반대로, 시트 유리(SG)의 열수축률이 소정의 목표값을 달성하도록, 시트 유리(SG)의 반송 방향의 온도 프로파일을 적절히 결정할 수 있다.
이 열수축률의 산출 방법은, 주로 기초 데이터 측정 공정, 규격화 열수축량-유지 온도 관계 취득 공정, 총면적 산출 공정, 열수축량-총면적 관계 취득 공정 및 열수축률 추정 공정으로 구성된다. 이하, 각각의 공정에 대하여 설명한다.
기초 데이터 측정 공정에서는, 본 실시형태에 관한 유리 기판 제조 방법을 사용하여, 복수개의 조건 하에서 실제 서냉된 시트 유리(SG)의 열수축량을 측정한다. 도 7은, 시트 유리(SG)의 열수축량의 측정 시의 시트 유리(SG)의 온도-시간 관계 그래프이다. 시트 유리(SG)는, 서냉점 보다 높은 온도로부터, 적어도 왜곡점-200℃가 될 때까지 냉각된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 서냉 공정은, 제1의 강온(降溫) 기울기를 가지는 제1 강온부, 제1 강온부에 이어 일정한 유지 온도를 소정의 유지 시간에 걸쳐 유지하는 온도 유지부, 온도 유지부에 이어 제2의 강온 기울기를 가지는 제2 강온부로 구성된다. 도 7에는, 5개의 서냉 조건 C1~C5 하에서 측정된 데이터가 나타나 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 5개의 서냉 조건 C1~C5에서, 제1 강온 기울기, 제2 강온 기울기 및 유지 시간은 모두 같으며, 유지 온도는 모두 상이하게 되어 있다. 이하, 유지 온도를 높은 순으로 T1~T5로 하여, 유지 온도 T1~T5에 각각 대응하는 서냉 조건을 C1~C5로 한다. 기초 데이터 채취(採取) 공정에서는, 서냉 조건 C1~C5 하에서 각각 서냉된 시트 유리(SG)의 열수축량 A1~A5가 측정된다. 열수축량 A1~A5는, 온도 유지부에서의 시트 유리(SG)의 열수축의 정도를 나타낸다. 즉, 열수축량 A1~A5가 작을수록, 시트 유리(SG)는 열수축하지 않는다.
규격화 열수축량-유지 온도 관계 취득 공정에서는, 기초 데이터 측정 공정에서 측정된 열수축량 A1~A5를, 최소의 열수축량을 기준으로 규격화하여, 규격화 열수축량 B1~B5를 산출한다. 구체적으로는, 열수축량 A3가 최소인 경우, 규격화 열수축량 B1은, 열수축량 A3를 열수축량 A1로 나눈 값이 된다. 그러므로, 규격화 열수축량 B1~B5는 항상 1 이하이며, 규격화 열수축량 B1~B5가 작을수록, 시트 유리(SG)는 열수축되어 있다. 그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 유지 온도 T1~T5에 대해 규격화 열수축량 B1~B5를 표시하여, 규격화 열수축량-유지 온도 그래프의 근사 곡선을 구한다.
총면적 산출 공정에서는, 서냉 조건 C1~C5에서의 경과 시간에 대해서 규격화 열수축량 B1~B5를 표시하여 규격화 열수축량-시간 그래프를 얻는다. 도 9는, 규격화 열수축량-시간 그래프의 일례이다. 시간이 경과하여 시트 유리(SG)의 온도가 저하되는 만큼 시트 유리(SG)는 수축하므로, 규격화 열수축량-시간 그래프는, 단조 감소를 나타낸다. 그리고, 서냉 조건 C1~C5에 각각 대응하는 각 그래프에서, 하기의 식으로 표현되는 면적 S1, S2, S3의 합계인 총면적 S를 산출한다.
S1=(제1 강온부에서의 강온 개시시 온도의 규격화 열수축량＋제1 강온부에서의 강온 종료시 온도의 규격화 열수축량)×제1 강온부의 소요 시간/2,
S2=온도 유지부에서의 유지 온도의 규격화 열수축량×온도 유지부의 유지 시간,
S3=(제2 강온부에서의 강온 개시시 온도의 규격화 열수축량＋제2 강온부에서의 강온 종료시 온도의 규격화 열수축량)×제2 강온부의 소요 시간/2
총면적 산출 공정에서는, 각각의 서냉 조건 C1~C5에 대하여, 각각 총면적 S1~S5가 산출된다.
열수축량-총면적 관계 취득 공정에서는, 총면적 산출 공정에서 산출된 총면적 S1~S5에 대해서, 기초 데이터 측정 공정에서 측정된 열수축량 A1~A5가 그려진 열수축량-총면적 그래프의 대수 근사 곡선을 구한다. 도 10은, 열수축량-총면적 그래프의 일례이다.
열수축률 추정 공정에서는, 미리 설정된 서냉 조건에 대응하는 시트 유리(SG)의 온도 프로파일에 기초하여, 시트 유리(SG)의 열수축률을 추정한다. 구체적으로는, 최초, 미리 설정된 온도 프로파일 및 규격화 열수축량-유지 온도 그래프를 사용하여, 상술한 바와 같은 방법에 의해, 규격화 열수축량-시간 그래프를 얻어, 얻어진 규격화 열수축량-시간 그래프의 총면적 Sx를 산출한다. 이하, 도 10에 나타낸 바와 같이, 열수축량-총면적 그래프를 사용하여, 산출된 총면적 Sx에 대응하는 열수축량 Ax를 구한다. 그리고, 이 열수축량 Ax로부터, 기초가 되는 온도 프로파일로 시트 유리(SG)를 서냉한 경우의 열수축률의 추정값을 산출한다.
또, 최대 유지 온도 T1는, 서냉점 근방인 것이 바람직하다. 또, 최소의 유지 온도 T5는, 왜곡점-200℃의 근방인 것이 바람직하다. 또, 유지 온도 T1~T5의 온도 간격은, 모두 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.
또, 상기 예에서는, 5개의 서냉 조건에 기초하여 시트 유리(SG)의 열수축률을 추정하는 방법에 대하여 설명하였으나, 기초로 하는 서냉 조건의 수는, 2 이상의 임의의 수이어도 된다.
본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 미리 작성된 검량선을 사용하여, 제1 냉각 공정(S41)~제4 냉각 공정(S44)의 냉각 속도가 결정되는 것이 바람직하다. 또, 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여, 제1 냉각 공정(S41)~제4 냉각 공정(S44)의 냉각 속도가 결정되는 것이 바람직하다.
(5) 유리 기판
유리 기판의 열수축률은, 왜곡점이 680℃ 이상이며, 유리 기판의 판두께가 0.5 mm~1.0 mm인 경우에는 70 ppm 이하가 바람직하고, 5 ppm~70 ppm이 더 바람직하고, 10 ppm~50 ppm이 더욱 바람직하다.
그리고, 유리 기판의 열수축률은, 냉각 공정에서의 시간의 총계에 따라 변화한다. 유리 기판의 판두께가 얇을수록, 냉각 공정에서의 시트 유리(SG)의 반송 속도를 빠르게 할 필요가 있으므로, 서냉 공정의 시간이 짧아져, 열수축률이 커지기 쉽다. 그러므로, 예를 들면, 유리 기판의 판두께가 0.01 mm 이상 0.5 mm 미만인 경우에는, 열수축률 5 ppm~100 ppm이 바람직하고, 10 ppm~70 ppm이 더 바람직하다. 또는, 유리 기판의 왜곡점이 680℃ 미만인 경우에는, 열수축률은 5 ppm~100 ppm이 바람직하고, 10 ppm~70 ppm이 더 바람직하다.
유리 기판의 왜곡점은, 680℃ 이상인 것이 바람직하고, 690℃ 이상인 것이 더 바람직하고, 730℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 왜곡점이 높을수록, 유리 기판의 열수축률을 작게 할 수 있다.
유리 기판을 100℃~300℃로 변화시킨 경우의 평균 열팽창 계수는, 바람직하게는 50×10-7/℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 30×10-7/℃~45×10-7/℃이다. 평균 열팽창 계수가 작을수록, 유리 기판의 열수축률을 작게 할 수 있다. 다른 한편, 평균 열팽창 계수가 너무 작아지면, 패널을 구성하는 다른 부재의 평균 열팽창 계수와의 차가 너무 커지므로 바람직하지 않다.
유리 기판의 조성은 특별히 한정되지 않지만, 평판 디스플레이용 유리 기판으로는, 하기 (A) 및 (B)을 예로 들 수 있다. 하기 (A) 및 (B)의 유리 조성은, LTPS·TFT 디스플레이용 유리 기판, 또는 유기 EL 디스플레이용 유리 기판에 바람직하다.
(A) SiO2를 55 mol%~80 mol%, Al2O3를 3 mol%~20 mol%, B2O3를 0 mol%~15 mol%, RO(MgO, CaO, SrO, BaO의 합량(合量))를 3 mol%~25 mol% 함유한다. 또, SiO2c, Al2O3 및 B2O3의 mol%로 나타내는 함유율은, (SiO2＋(2×Al2O3))/((2×B2O3)＋RO)가 3.0 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 유리 기판의 왜곡점을 높게 할 수 있다.
(B) SiO2를 52 질량%~78 질량%, Al2O3를 3 질량%~25 질량%, B2O3를 0 질량%~15 질량%, RO(단, RO는 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합량)를 3 질량%~20 질량%, R2O(단, R2O는 Li2O, Na2O 및 K2O의 합량)를 0.01 질량%~0.8 질량%, Sb2O3를 0 질량%~0.3 질량%를 함유하고, As2O3는 실질적으로 함유하지 않고, 질량비 CaO/RO는 0.65 이상이며, 질량비(SiO2＋Al2O3)/B2O3는 7~30의 범위이며, 또한 질량비(SiO2＋Al2O3)/RO는 5 이상이다. 이 때, 왜곡점은 688℃ 이상이 바람직하다.
유리 기판의 평면 불균일의 값은, 1.0 nm 이하가 바람직하고, 0 nm~0.95 nm가 더 바람직하고, 0 nm~0.90 nm가 더욱 바람직하다. 바꾸어 말하면, 평면 불균일의 값은, 0 kg/mm2~0.07 kg/mm2가 바람직하고, 0 kg/mm2~0.04 kg/mm2가 더 바람직하고, 0 kg/mm2~0.02 kg/mm2가 더욱 바람직하다. 또, 유리 기판의 휘어진 상태량은, 0.15 mm 이하가 바람직하고, 0 mm~0.10 mm가 더 바람직하고, 0 mm~0.05 mm가 더욱 바람직하다. 또한, 유리 기판의 판두께 편차는, 15 ㎛ 이하가 바람직하고, 0 ㎛~14 ㎛가 더 바람직하고, 0 ㎛~13 ㎛가 더욱 바람직하다.
또, 본 실시형태에서 제조되는 유리 기판은, 평판 디스플레이용 유리 기판의 제조에 바람직하다. 특히, 고정밀도 디스플레이용 유리 기판인 LTPS·TFT 디스플레이용 유리 기판, 또는 유기 EL 디스플레이용 유리 기판의 제조에 바람직하다. 또, TFT로서 산화물 반도체 TFT를 탑재한 산화물 반도체 디스플레이용 유리 기판에도 바람직하다.
또, 유리 기판의 실투(失透) 온도를 1250℃ 이하, 액상 점도를 104.7 dPa·s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 오버플로우 다운드로우(overflow downdraw)법에 적합하게 된다.
(실시예)
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~3 및 비교예
상기 유리 기판 제조 장치(100) 및 유리 기판 제조 방법을 사용하여, 이하의 조건 하에서 실시예 1~3 및 비교예의 유리 기판을 제조한다.
유리의 조성(mol%)은, SiO2 70.5%, B2O3 7.2%, Al2O3 11.0%, K2O 0.2%, CaO 11.0%, SnO2 0.07%, Fe2O3 0.03%이었다. 유리의 액상 온도는, 1206℃이며, 액상 점도는, 1.9×105 dPa·s이었다. 유리의 서냉점은 758℃ 이며, 왜곡점은 699℃이었다. 또, 시트 유리(SG)의 폭은 1600 mm, 두께는, 0.7 mm(실시예 1, 비교예), 0.6 mm(실시예 2), 0.5 mm(실시예 3)으로 하였다.
제1 냉각 공정(S41)에서는, 용융 유리를, 중심부의 온도가 서냉점 758℃가 될 때까지 냉각한다. 제2 냉각 공정(S42)에서는, 중심부의 온도가 758℃인 시트 유리를, 중심부의 온도가 왜곡점 699℃가 될 때까지 냉각한다. 제3 냉각 공정(S43)에서는, 중심부의 온도가 699℃인 시트 유리를, 중심부의 온도가 왜곡점-100℃인 599℃가 될 때까지 냉각한다. 제4 냉각 공정(S44)에서는, 중심부의 온도가 599℃인 시트 유리를, 중심부의 온도가 왜곡점-200℃인 499℃가 될 때까지 냉각한다.
표 1에, 실시예 1~3 및 비교예의 제1 냉각 공정(S41)~제4 냉각 공정(S44)에서의, 시트 유리(SG)의 중앙 영역(CA)의 평균 냉각 속도(℃/초), 냉각된 유리 기판의 열수축률, 왜곡값, 휨량, 및 판두께 편차의 실측값을 나타낸다. 냉각 공정(S4)은, 제1 냉각 공정(S41)에서의 제1 평균 냉각 속도가 가장 큰 값이 되고, 제4 냉각 공정(S44)에서의 제4 평균 냉각 속도가 그 다음 큰 값이 되고, 제2 냉각 공정(S42)에서의 제2 평균 냉각 속도가 그 다음 큰 값이 되고, 제3 냉각 공정(S43)에서의 제3 평균 냉각 속도가 가장 작은 값이 되도록 실시한다.
평균 냉각 속도
실시예 1
t0.7		 실시예 2
t0.6		 실시예 3
t0.5		 비교예
t0.7
제1 냉각 공정 8.3 9.5 11.0 8.6
제2 냉각 공정 2.1 2.8 2.7 1.7
제3 냉각 공정 1.0 1.2 1.5 3.4
제4 냉각 공정 5.2 6.0 7.0 6.4
열수축률 ppm 62 63 69 72
왜곡값 nm 0.90 0.77 0.64 1.12
휨량 mm 0.15> 0.15> 0.15> 0.15>
판두께 편차 ㎛ 10.6 9.1 8.3 10.9
표 1에 나타낸 바와 같이, 수축률은 70 ppm 이하의 값이 되고, 왜곡값은 0.90 nm 이하의 값이 되고, 휨량은 0.15 mm 이하의 값이 되고, 판두께 편차는 10.6 ㎛ 이하의 값이 되었다.
그리고, 상기 실시예에서, 유리 기판의 열수축률은, 선마킹법에 의해 얻었다. 구체적으로는, 샘플이 되는 유리 기판의 양단에 기준선이 되는 마킹선을 긋고, 그 후, 샘플을 절반으로 절단한다. 그 후, 절반으로 절단되어 2장이 된 샘플 중 한쪽의 샘플을 열처리하고, 열처리를 하지 않은 다른 쪽의 샘플과 대조하여, 마킹선의 어긋남을 측정한다. 열처리는, 550℃×60분×2회 행한다. 더 상세하게는, 상온으로부터 10℃/분으로 승온(昇溫)하고, 550℃로 60분 유지하고, 그 후, 10℃/분으로 상온까지 강온(降溫)하고, 다시 10℃/분으로 승온하고, 550℃에서 60분 유지하고, 10℃/분으로 상온까지 강온하였다. 마킹선의 어긋남의 측정값에 기초하여, 유리 기판의 열수축량(열수축률)을 얻었다.
또, 유리 기판의 왜곡값은, 평면 불균일에 관한 값이다. 왜곡값은, 복굴절률의 크기에 기초하여 결정하였다. 복굴절률은, 유니옵트제의 복굴절률 측정기 ABR-10A를 사용하여 측정하고, 최대값을 왜곡값으로 채용하였다.
또한, 유리 기판의 휨량은, 다음의 방법에 의해 얻었다. 먼저, 시트 유리로부터 잘라내어진 소정 유효폭을 가지는 유리판(PG)으로부터, 복수개의 유리편을 잘라낸다. 그 다음, 유리편을 유리 정반(定盤)에 두었다. 각각의 유리편과 유리 정반과의 간극(본 실시예에서는, 유리편의 각 4곳, 장변의 중앙부 2곳 및 단변의 중앙부 2개소)을, 간극 게이지를 사용하여 측정한다.
또, 판두께 편차는, 유리판의 유효 영역에서, 키엔스제의 변위계를 사용하여, 폭 방향으로 5 mm의 간격으로 측정하였다.
이상, 본 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명하였으나, 구체적인 구성은 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변경 가능하다.
(산업상 이용 가능성)
본 발명은, 다운드로우법을 사용한 유리 기판 제조 방법으로 적용 가능하다. 또, 평판 디스플레이용 유리 기판의 제조에 적용할 수 있다. 또한, LTPS·TFT 디스플레이용 유리 기판, 또는 유기 EL 디스플레이용 유리 기판의 제조에 바람직하다.
11 용융 장치
12 청징 장치
40 성형 장치
41 성형체
51 냉각 롤러
60 온도 조정 유닛
81a~81g 인하 롤러
82a~82g 히터
90 절단 장치
91 제어 장치
100 유리 기판 제조 장치
CA 시트 유리의 중앙 영역
C 시트 유리의 중심부
R, L 시트 유리의 측부(시트 유리의 이부)
SG 시트 유리
S3 성형 공정
S4 냉각 공정
S41 제1 냉각 공정
S42 제2 냉각 공정
S43 제3 냉각 공정
S44 제4 냉각 공정

Claims (8)

  1. 다운드로우법에 의해 용융 유리를 시트 유리로 성형하는 성형 공정; 및
    상기 시트 유리의 폭 방향의 양 단부의 영역인 측부 및 상기 측부보다 상기 시트 유리의 폭 방향 내측에 있어 상기 시트 유리의 폭 방향의 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 포함하는 상기 시트 유리를 냉각시키는 냉각 공정
    을 포함하고,
    상기 냉각 공정은,
    상기 중심부의 온도가 서냉점(徐冷点)이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각시키는 제1 냉각 공정;
    상기 중심부의 온도가 상기 서냉점으로부터 왜곡점(歪点)이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각시키는 제2 냉각 공정; 및
    상기 중심부의 온도가 상기 왜곡점으로부터 상기 왜곡점-100℃가 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각시키는 제3 냉각 공정
    을 포함하고,
    상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 제2 평균 냉각 속도보다 작은, 유리 기판 제조 방법.
  2. 다운드로우법에 의해 용융 유리를 시트 유리로 성형하는 성형 공정; 및
    상기 시트 유리의 측부에 형성된 이부(耳部) 및 상기 이부보다 시트 유리의 폭 방향의 중심부에 가까운 중앙 영역을 포함하는 상기 시트 유리를 냉각시키는 냉각 공정
    을 포함하고,
    상기 냉각 공정은,
    상기 시트 유리의 폭 방향의 중심부의 온도가 서냉점(徐冷点)이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 시트 유리를 냉각시키는 제1 냉각 공정;
    상기 중심부의 온도가 상기 서냉점으로부터 왜곡점(歪点)이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 시트 유리를 냉각시키는 제2 냉각 공정; 및
    상기 중심부의 온도가 상기 왜곡점으로부터 상기 왜곡점-100℃가 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 시트 유리를 냉각시키는 제3의 냉각 공정
    을 포함하고,
    상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 제2 평균 냉각 속도보다 작은, 유리 기판 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 평균 냉각 속도와 상기 제2 평균 냉각 속도의 비는 0.2 이상 1 미만인, 유리 기판 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 공정에서, 적어도 상기 제1 평균 냉각 속도, 상기 제2 평균 냉각 속도 및 상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 시트 유리의 열수축률이 목표값을 달성하도록, 컴퓨터 시뮬레이션에 기초하여 미리 결정되는, 유리 기판 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왜곡점은 680℃ 이상인, 유리 기판 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 평균 냉각 속도는 0.8℃/초~5.0℃/초이며,
    상기 제3 평균 냉각 속도는 0.5℃/초~4.0℃/초인, 유리 기판 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 공정에서 냉각된 상기 시트 유리로부터 얻어진 유리 기판의 열수축률로서, 상기 유리 기판을 상온으로부터 10℃/분으로 승온(昇溫)하고, 550℃로 60분 유지하고, 그 후, 10℃/분으로 상온까지 강온(降溫)하고, 다시 10℃/분으로 승온하고, 550℃로 60분 유지하고, 그 후, 10℃/분으로 상온까지 강온했을 때의 열수축률이, 상기 유리 기판의 판두께가 0.5 mm~1.0 mm의 경우에 70 ppm 이하인, 유리 기판 제조 방법.
  8. 유리 원료를 용융(熔融)하여 용융 유리를 제조하는 용융 장치; 및
    상기 용융 유리를 시트 유리로 성형하고, 상기 시트 유리의 폭 방향의 양 단부의 영역인 측부 및 상기 측부보다 상기 시트 유리의 폭 방향 내측에 있어 상기 시트 유리의 폭 방향의 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 포함하는 상기 시트 유리를 냉각시키는 성형 장치
    를 포함하고,
    상기 성형 장치는,
    상기 중심부의 온도가 서냉점(徐冷点)이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각시키고,
    상기 중심부의 온도가 상기 서냉점으로부터 왜곡점(歪点)이 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각시키고,
    상기 중심부의 온도가 상기 왜곡점으로부터 상기 왜곡점-100℃가 될 때까지, 상기 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각시키고,
    상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 제2 평균 냉각 속도보다 작은,
    유리 기판 제조 장치.
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