TWI401221B - 用來製造細而平坦之玻璃之浮式玻璃法、及利用該方法製成之細而平坦之玻璃基板 - Google Patents

Description

用來製造細而平坦之玻璃之浮式玻璃法、及利用該方法製成之細而平坦之玻璃基板

本發明係關於一種厚度小於1.5 mm之細而平坦之玻璃基板及一種製造此種細而平坦之玻璃基板之方法。

細而平坦之玻璃基板係尤其用於製造平坦之顯示幕，例如電漿顯示面板(PDP)、場發射顯示器(FED)、TFT液晶顯示幕(TFT即為薄膜電晶體)、STN液晶顯示幕(STN即為超扭轉向列)、PALC顯示幕(PALC即為電漿輔助液晶)、EL顯示器(EL即為電致發光)及其類似物。

根據顯示器類型，在平坦顯示幕中兩個玻璃面板間置放一液晶化合物細層或將個別介電層施加於在該後及/或前玻璃面板之前側與後側上，由此形成其中置有磷光體之元件。

重要的是精確維持液晶層之層厚度及/或介電層之厚度以使得在具有較大尺寸之顯示幕情況下不發生干擾色摻雜或明亮度變化(陰暗度)。由於層厚度(目前約30 μm)總在變小且顯示幕總在變大，此等需要日趨重要。

儘管浮式玻璃由於其經火拋光之表面而極為適於顯示器應用，但不可能根據該浮式法以目前所需邊長大於1800 mm之大基板模式來製造厚度變化小於50 μm之顯示器玻璃。

通常包含熔融錫之浮式熔池流體的存在，解釋出浮式玻璃中存在厚度變化的原因。此等非常複雜之流動係為反向機械和熱學誘導之流動的結果，即流體動力學與熱學效應重疊或相互疊加。

由於該玻璃板之運動，該玻璃板運動方向上之一流動、即該錫熔池向冷節段方向上之一熱節段流直接出現於該玻璃板下方。在該玻璃板側面之錫熔池自由表面上產生一回流、即一相反方向上之流動，以使該較冷之錫向該錫熔池之較熱前節段方向上流動。由於此等流動的混合而產生溫度不均，其轉移至該正熱成形之玻璃板且導致黏度不均，此等黏度變化會在玻璃板上產生非吾人所希望之厚度變動及波紋。此等變動越顯著，該玻璃板抽出越有力，意即在製造過程中該玻璃板變得越薄。

先前曾嘗試過藉由建立流動障壁、即如在DE－PS 1771 762或DE－PS 2146 063所描述之所謂遮板(flag)來阻止及/或抑制此等側向回流。根據該等DE－PS專利，該回流利用障壁或堤壩來疏導。利用高度上可調整且浸入於該回流中之阻擋體來抑制或阻擋浮箱之側壁與障壁之間形成的回流。DE－PS 2146 063描述一種用於引導一在該浮式熔池底部之熔池液底流的特殊浮式熔池底部結構，該底部結構利用浸入該流動熔池中之側向擋板來阻止側向回流(此參考文獻圖8)。EP 031 772 B1詳細描述該等遮板的配置及作用。在此參考文獻中亦顯示出此等遮板不僅可橫向安置於該玻璃板之饋入方向且可與該玻璃板成一角度。JP 2000－313628中展示一遮板，其實質上安置於該熔池表面下方；此遮板浸入該熔融金屬中之角度係可加以調整且該遮板與該玻璃板之距離亦可調整。

儘管該平坦玻璃之製造方法有所改進，然而目前已不可能製造出滿足高品質規格之厚度小於1.5 mm之細而平坦之大面積玻璃基板。

本發明之一目的係提供一種尤其是用於顯示器工程(display engineering)之大表面或大面積之細而平坦之玻璃基板，該玻璃基板具有小於1.5 mm之厚度，尤其就所允許之厚度變化而言符合高品質要求。

本發明之另一目的係提供一種製造尤其是用於顯示器工程之大表面或大面積之細而平坦之玻璃基板，該玻璃基板具有小於1.5 mm之厚度且就厚度變化而言具有高品質。

根據該發明，該平坦之玻璃基板具有小於1.5 mm之厚度、至少1800 mm之長度，至少1800 mm之寬度及一在最小厚度與最大厚度間小於50 μm之差。

根據本發明，用於製造此平坦玻璃基板之浮式玻璃法包括以下步驟：a)在一熔融金屬熔池上傾入熱玻璃熔融物以使得該熔融玻璃由於重力作用而在該熔融金屬熔池上鋪展形成一熱展區。

b)在熔融金屬熔池中於該流動之熔融玻璃兩側的熱展區中安置遮板，該等遮板不接觸由該熔融玻璃形成之玻璃板；c)藉由使該玻璃板加速而給予該玻璃板一最終出口速度。

本發明之細而平坦之玻璃基板由於來自於該浮式設備而滿足所需要之高品質要求，意即沒有後續性拋光。若出於任何原因仍需要進行拋光，則其可特別經濟及/或有效地進行操作，因為由該浮式設備生成之產品具有高表面品質，拋光工作量保持很小。

吾等發現一厚度小於1.5 mm、個別邊長大於1800 mm及最小厚度與最大厚度間之差小於50 μm之平坦玻璃基板符合顯示器工程應用之最高要求。因為考慮到節省重量，應使該具有非常大表面之玻璃基板盡可能薄。此等基板之較佳厚度為0.4至1.1 mm。若該厚度小於0.4 mm，則該等玻璃基板當然總仍適於製造一顯示器，但操作此種尤其具有大尺寸之很細基板需要明顯更大之精力及/或費用。該細而平坦之玻璃基板具有超過1800 mm之寬度；實務上，單從操作原因而言，它們僅偶爾超過3.5至4 m之寬度。亦及製造甚至更大之格式時，該等玻璃基板實際藉由長段分割所給定寬度之格式而產生。至多約2.5 m之寬度尤為易於操控或操作且由此係為較佳。出於相同原因、即為了提供簡便操作，該細玻璃基板之長度尺寸範圍與針對寬度所給定尺度之尺寸範圍相同。理論上，因為該製造過程為持續性的，所以該基板之長度沒有限制。然而既然非常細之玻璃很容易彎曲，該基板可以一具有適當彎曲半徑之卷攏形式(即捲筒)銷售。此外由於考慮到加工工業漸增之需求，有利條件為最小厚度與最大厚度間之差小於30 μm、尤其小於15 μm。由於具有火拋光玻璃品質之浮式玻璃之優良表面品質，較佳為具有以上規定參數之浮式玻璃。本發明之玻璃尤其適用於TFT液晶顯示器。對於此等應用，使用除不可避免之微量鈉離子雜質以外不含鈉之玻璃。在此等玻璃中鈉離子含量不可超過1000 ppm。

在製造平坦玻璃之已知浮式玻璃法中，將熔融物傾入一熔融金屬熔池上且該液態玻璃在金屬熔融物上擴展，藉此形成一熱展區。藉由所謂頂部捲筒來輔助該玻璃之擴展，該等捲筒嚙合在玻璃板邊緣且進一步拉出該玻璃板。藉由向頂部捲筒後方之玻璃板流動方向加速而賦予該玻璃板一最終出口速度，該玻璃板帶離玻璃板下方之下游熔融金屬且在上游方向產生一較冷回流。藉由在此區中之錫熔池側表面置放障壁(遮板)來阻止或阻礙拉伸區中之玻璃板於該自由表面中旁側形成之該部分回流(該熔池之深層中產生該回流之另一部分)。

吾等吃驚地發現浮式熔池之一區域中置放遮板仍明顯減少浮式玻璃成品中之厚度變化，該浮式熔池中沒有回流存在於該表面上且根據習知理解，該等遮板應幾乎沒有任何作用。該浮式熔池之此區域為該熱展區，亦為其中玻璃在重力影響下進一步自由擴展之區域。它位於該玻璃板之流動方向上之頂部捲筒上游。在此區域中該玻璃具有小於10⁶ dPas之黏度，尤其具有10⁴ 至10⁶ dPas之黏度。

圖1顯示一根據先前技術之縱向延伸之浮式玻璃罐。該先前技術之浮式罐具有側壁1且含有一熔融錫熔池2。在箭頭方向上移動之玻璃板3浮動在該錫熔池上。該浮式罐具複個不同節段或區域I至IV，它們可如下所示互不相同。

在節段I中，該液態玻璃傾入該錫熔池上且在其上鋪展(熱展區)。

在節段II中在該等頂部捲筒與該等出口捲筒之影響下施加縱向施加壓力及朝向外側力，該玻璃已受到拉伸且變薄。

在節段III中該玻璃板在出口捲筒作用下獲得其最終形狀。節段II與III共同形成拉伸區，即其中該玻璃受到拉伸且獲得其最終形狀之區域。

在節段IV中該玻璃凝固且其發生冷卻。

在區段或節段I開始處將該液態玻璃4傾注在錫熔池2上且在該處鋪展至約6至7 mm之厚度。隨後其形成所完成之玻璃板3'，其藉由出口捲筒5自該浮式隔間拉出。藉由該等頂部捲筒6與該等出口捲筒5之聯合作用獲得該玻璃板之所要厚度。以經調節以適應該罐外側玻璃板之增加速度的速度來驅動該等頂部捲筒。該等頂部捲筒略微向該玻璃板之饋入方向傾斜，利用軸8及未圖示之驅動馬達來驅動且自外部對該玻璃產生拉力，以產生該玻璃板之一初始椎度。該玻璃板在拉伸區中之運動在該玻璃板下方直接產生同一方向之金屬流。此金屬流在該熔池之底部與側面引導一相應回流。利用伸入該浮式熔池中之橫向遮板7阻止及/或抑制此側向流。

圖2所示之本發明浮式罐不同於圖1所示之先前技術浮式罐，因為遮板9係引入在熔融玻璃旁邊之熔融錫中，該熔融玻璃在重力之影響下在該熱展區、即該等頂部捲筒上游或前方之區域中鋪展於該熔融錫上。該等遮板9之數量取決於該浮式熔池及/或該熱展區之尺寸。最適結果為在該罐之熱展區中於該罐各側每米罐長度使用1至3個遮板。然而，在該罐各側分別使用一遮板9已明確獲得改良。根據本發明，在任何浮式熔池之熱展區中，即使在拉伸區沒有遮板時(圖1及2中之節段II及III)，用該等遮板仍可改良該玻璃品質。所有浮式熔池中常用之模型可用作遮板9。該等遮板為板，其浸入該浮式罐之壁與該玻璃板邊緣間之熔池中，且安置成實質上橫穿該玻璃板之饋入方向。

圖3a及3c顯示一浮式熔池之個別側剖橫截面圖，該浮式熔池具有側壁10及底部11、錫熔池12及浮在該錫熔池上之玻璃板13。在該玻璃板13之橫邊與該罐壁10之間引入一遮板14，其自上方延伸至該錫熔池12中。該遮板14較佳延伸至該浮式熔池之底部11，然而如圖3b所示，其安置可與該底部有一定間隔。為使該遮板之作用達到最大程度，在遮板14與側壁10間之間隔應保持盡可能小。在該遮板與該容器間，一個小的距離不會消弱該遮板之作用。然而該間隔不應過大，因為不然該遮板之作用表面被減小。類似的，該遮板與該玻璃板13邊緣之橫向間隔應盡可能小，但不希望該遮板與該玻璃直接接觸。出於簡便操作及調整之原因，較佳為約10至50 cm之距離。如圖3b與3c所示，該遮板可延伸於該玻璃板13下方。圖3b中該情況藉由該遮板中之一臺階或側翼所產生，而在圖3c中該遮板具有一傾斜之上邊緣。該遮板9連接一手柄15，該手柄經由該容器壁10操縱且以未示之習知方式連接於該容器壁處。該遮板9通常安置成與該玻璃板3之饋入方向成90°角。然而，其可定向於該饋入方向以供特別精確調整該遮板行動。該角度可高達30°，然而通常應不少於45°。尤為有利之條件為該遮板裝有一調節裝置，藉由此裝置可調整該遮板之高度、角度及與該側壁10、該玻璃板13之間隔及與該容器底部1之間隔。此調整方式由於可以目前之工程知識無困難地設立而未經特別顯示。該遮板之上邊緣應在該側區域之熔池水平以上。使用完全浸入之遮板(例如由JP 2003313628所知)導致作用很差。

製造遮板9、14所用材料必須為惰性金屬且該浮式熔池上之防護性氣體且能抵抗該氣體室中之高溫。例如，石墨、多鋁紅柱石(mullite)、矽線石(sillimanite)、熔凝石英(fused quartz)及組合物材料已證明適用於該遮板。該支架可由例如回火鋼之材料來製造。

可藉由在該熱展區安置遮板來達到所產生之細玻璃之厚度變化明顯降低。該玻璃板相對於其寬度及其在該浮式熔池上之位置的穩定性可得到明顯改良。

實例

根據先前技術，在一習知浮式設備中拉出一厚度為約0.7 mm之細而平坦之玻璃板。量測該玻璃板在離開該先前技術之浮式設備時之厚度。此厚度以圖示說明於圖4中。藉由一雙反射法進行量測，該方法中將一雷射等高線投射至該玻璃板上且分別從該玻璃板之前側與後側所接收之反射間隔量測其厚度。該厚度變化示於圖4中。接著在正形成之玻璃板兩側之熔融金屬中插入一遮板，其各有距離與該浮式熔池(熔池入口)之前側大約3.5 m之間隔。該遮板與該側壁之角度達到90°,與該側壁之間隔為0 cm且與該玻璃流之間隔為2020 cm。該遮板尺寸為70 cm且擱置在該浮式罐底部。圖5顯示出根據此獲得之厚度變動。由圖4確定之該先前技術細而平坦之玻璃板或基板之厚度變化為約57 μm，而根據本發明該細而平坦之玻璃板或基板之相應厚度變化為約18 μm。

2004年10月29日之德國專利申請案10 2004 052 568.4－45的揭示內容以引用之方式併入本文中。此德國專利申請案描述上文描述且於下文所附申請專利範圍中主張之本發明且為35 U.S.C.119之發明優先權主張提供依據。

雖然本發明具體說明及表達了一種製造細而平坦之玻璃之浮式玻璃法及其所製造之細而平坦之玻璃基板，但並非希望限制於所示具體內容，因為在不以任何方式背離本發明精神之條件下可進行各種修改及變化。

無需進一步分析，在不省略以先前技術之觀點而言正當組成本發明普通或特殊態樣之基本特徵的特點條件下，前述內容應充分揭露本發明之要旨以使其他人可很容易應用現有知識將其針對各種應用進行調整。

1．．．側壁，容器底部

2，12．．．錫熔池

3，3'，13．．．玻璃板

4．．．液態玻璃/熔融熱玻璃

5．．．出口捲筒

6．．．頂部捲筒

7．．．橫向遮板

8．．．軸

9，14．．．遮板

10．．．罐壁/側壁/容器壁

11．．．底部

15．．．手柄

圖1係根據先前技術之一縱向延伸之浮式玻璃罐示意性頂視圖。

圖2係根據當前技術之一縱向延伸之浮式玻璃罐示意性頂視圖。

圖3a至3c分別係顯示一遮板之本發明浮式玻璃罐之橫截面圖。

圖4係顯示一用先前技術之浮式玻璃法製造的平坦玻璃基板厚度對比時間變化之圖示。

圖5係顯示用本發明之浮式玻璃法製造之平坦玻璃基板厚度對比時間變化之圖示。

1．．．側壁，容器底部

2．．．錫熔池

3,3'．．．玻璃板

4．．．液態玻璃

5．．．出口捲筒

6．．．頂部捲筒

7．．．橫向遮板

8．．．軸

9．．．遮板

Claims (8)

1. 一種尤其用於顯示器工程之平坦玻璃基板，該玻璃基板具有小於1.5 mm之厚度、至少1800 mm之長度、至少1800 mm之寬度及在該厚度最小值與該厚度最大值之間小於15 μm之差，且其中該平坦玻璃基板，其係由一浮式玻璃法製造。
2. 如請求項1之平坦玻璃基板，其中該厚度係為0.4 mm至1.1 mm。
3. 如請求項1之平坦玻璃基板，其具有高至2500 mm之邊長。
4. 如請求項1之平坦玻璃基板，其含有至多1000 ppm之鈉離子。
5. 一種製造一平坦玻璃基板之浮式玻璃方法，該方法包含下列步驟：a)在一熔融金屬熔池(2)上傾入一熱玻璃熔融物(4)，以使得熔融玻璃由於重力作用在該熔融金屬熔池槽上鋪展形成一熱展區；b)在該熔融金屬熔池中於該熱展區內在該熔融玻璃兩側安置遮板(9)，該等遮板不接觸一由該熔融玻璃形成之玻璃板(3、3')；c)藉由對該玻璃板加速給予該玻璃板(3、3')一最終出口速度。
6. 如請求項5之方法，其中該等遮板(9)延伸於該熔融金屬熔池(2)之全部深度上。
7. 如請求項5之方法，其中該等遮板(9)係由石墨製成。
8. 如請求項5之方法，其中將該等遮板(9)定向成與該玻璃板(3、3')之饋入方向成90°至30°之角度。