TWI410379B - 應力控制區域 - Google Patents

Description

應力控制區域

本發明揭示內容係關於玻璃片例如顯示器裝置例如為液晶顯示器中使用作為基板之玻璃片。更特別是，本發明係關於控制玻璃帶中應力以及形狀之方法以及裝置，在向下抽拉玻璃製造處理過程中例如為融合向下抽拉處理過程)由玻璃帶製造出該玻璃片，以及由玻璃帶製造出玻璃片中之應力以及形狀。

顯示器裝置使用在各種應用上。例如，可用在筆記型電腦的薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCDs)，平板式桌上型螢幕，LCD電視，和網際網路與傳輸裝置，這也只是其中一部分。

很多顯示器譬如TFT-LCD面板和有機發光二極體(OLED)面板可以直接在平板式玻璃片(玻璃基板)上製造。為了增加生產速度和減少成本，一般的面板製造處理過程會在單一片基板或基板的小片上同時生產多個面板。在這種處理過程的各種不同點，基板沿著切割線被劃分成多個部份。

這種切割會改變玻璃內的應力分佈，尤其玻璃是真空扁平時可看到平面內的應力分佈。更特別的是，切割會減 輕切割線的應力，使得切割邊緣沒有牽引力。這種應力的減輕大致會造成玻璃小片內真空扁平形狀的改變，顯示器製造商稱此現象為"扭曲"。雖然通常形狀改變的量很小，但有鑑於現代顯示器使用的畫素結構，這種由於切割產生的扭曲足以造成為數不少的缺陷(被拒絕的)顯示器。據此，扭曲是製造商真正關心的問題，而有關切割造成可允許扭曲的規格也是具有挑戰性的。

除了當玻璃切割成小片時產生的扭曲，應力，包括保留在玻璃內的殘餘應力是扭曲的來源，以及當玻璃溫度平衡時就會消除的暫時應力，這兩種應力都會影響到製造玻璃片的玻璃帶形狀。而玻璃帶形狀又會在玻璃分割時影響這種處理過程。尤其，玻璃帶形狀會影響劃線和接下來從玻璃帶分割個別玻璃片，以及劃線期間玻璃帶的移動。

根據上述，我們需要更多的努力來控制向下抽拉玻璃製造處理中用來生產玻璃片的玻璃帶內應力和形狀。本說明提供的方法和裝置，可減少玻璃帶和從玻璃帶製成的成品玻璃上，這些令人討厭的應力和形狀所造成的不良效果。

依據本發明第一項，這裡說明用來產生玻璃片(13)的裝置是以向下抽拉處理過程產生玻璃帶(15)，此裝置包括：(a)在使用裝置期間接觸玻璃帶(15)的第一拉引滾輪組(60)；(b)在使用裝置期間接觸玻璃帶(15)的第二拉引滾輪組(70)，第二組拉引滾輪(70)位在第一拉引滾輪組(60)下方；和(c)在使用裝置期間玻璃帶(15)通過的應力控制區(50)，此應力控制區(50) 位在第一和第二拉引滾輪組(60,70)之間，在玻璃帶(15)的橫向抽拉之空間溫度解析度小於或等於150公釐。

依據本發明第一項，這裡說明的裝置包括排列在兩列之間的加熱元件(51)，列之間有一個孔徑(55)用來承受玻璃帶(15)，裝置在玻璃帶(15)的橫向抽拉之空間溫度解析度小於或等於150公釐。

依據本發明第一項，這裡說明製造玻璃片的方法包括：(A)使用抽拉處理過程產生玻璃帶(15)，和(B)從玻璃條帶(15)切割玻璃片(13)；其中玻璃帶(15)通過應力控制區域(50)，在玻璃帶(15)的橫向抽拉之空間溫度解析度小於或等於150公釐。

以上說明各種特性的摘要所使用的參考編號只是為了讀者的方便，並不想或不應該解釋成侷限本發明的範疇。更一般而言，應該要瞭解上述的大致說明和以下的詳細描述都只是本發明的範例，是想用來提供一個概要或架構，讓人們瞭解本發明的本質和特性。

本發明其他優點部份揭示於下列說明，部份可由說明清楚瞭解，或藉由實施下列說明而明瞭。所包含附圖將更進一步提供了解本發明以及在此加入以及構成說明書之一部份。人們瞭解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性及說明性以及並非作為限制性。

13‧‧‧玻璃片

15‧‧‧玻璃帶

24-30‧‧‧元件

27‧‧‧邊緣滾輪

31‧‧‧定型區域

35‧‧‧刻痕線

37‧‧‧等管

39‧‧‧凹腔

41‧‧‧根部

42,43‧‧‧加熱元件

45‧‧‧視窗

50‧‧‧應力控制區域

51‧‧‧加熱元件

52‧‧‧導線

53‧‧‧框架

54‧‧‧螺栓

55‧‧‧孔徑

60‧‧‧第一拉引滾輪組

70‧‧‧第二拉引滾輪組

80,90‧‧‧額外的拉引滾輪組

圖1為依據範例性實施例之融合玻璃製造裝置的示意性前視圖。

圖2為依據範例性實施例之融合玻璃製造裝置的示意性側視圖。玻璃帶(並未顯示出)向下運行於拉引滾軸間之抽拉中央線。

圖3為應力控制區域加熱元件實施例之示意性前視圖。

圖4為應力控制區域相關裝置以及加熱元件實施例之透視圖。

圖5為曲線圖，其顯示出應力控制區域四個主動加熱元件之玻璃片中量測應力。

圖6為曲線圖，其顯示出應力控制區域九個主動加熱元件之玻璃片中量測應力。

圖1-3並不按照比例以及並不預期顯示出組件之相 對尺寸。附圖中所使用參考數字相對元件顯示於底下。

下列說明與融合向下抽拉處理過程相關(亦稱為融合處理過程，溢流向下抽拉處理過程，溢流處理過程)，人們了解在此所揭示以及請求之方法以及裝置亦適用於其他向下抽拉處理過程例如細縫抽拉處理過程。由於融合裝置為業界所熟知，詳細細節加以省略以避免模糊範例性實施例之說明。

圖1所示的是典型的熔融處理過程，使用一個形成結構(等管)37，在凹腔39內承受融態玻璃(未顯示)。等管包括根部41，在其中來自等管兩邊的融態玻璃彙集在一起，形成玻璃帶15。在離開根部後，玻璃帶先越過邊緣滾輪27，然後到第一拉引滾輪組60。當其向下移動時，玻璃會通過定型 區域，如圖1的31處所示。如此項技術已知的，在定型區域以上的溫度，玻璃會像是粘性的液體。而在定型區以下的溫度，玻璃會像是彈性的固體。當玻璃經過定型區域，從高溫冷卻時不會顯示從粘性到彈性突然的轉變。而是玻璃的粘性逐漸增加，經過粘彈性區域，這裡的粘彈性兩種反應都是引人注意的，終於變成彈性的固體。

當玻璃從高溫冷卻到低溫，增加的粘性會造成應力減緩。考慮一種玻璃材料，起始溫度是T0，以固定的速度CR冷卻。其溫度為時間之函數，如底下公式所列。

T(t)=T0-CR．t

在時間t=0時，玻璃受到小型瞬間的剪應變γ。需要特定剪應力σ以維持這種應變。一般而言，除非溫度T0很低，應力會隨時間而減少。對於時間大於0，剪力減緩模數定義如下：G(t；T0,CR)=σ(t)/γ。

假使應變非常小，那麼剪應力就會線性相關於剪應變，而且模數和應變無關。在冷卻期間，隨著時間過去，由於應力減緩，G(t；T0,CR)通常會減少。假使T0較高而CR較小，那麼G(t；T0,CR)就會快速地衰退到零。假使T0很低或CR很大，那麼G(t；T0,CR)就不會衰退。在任何情況，以長時間來看，模數G(t；T0,CR)會趨近於漸進線值G(∞；T0,CR)。

應力減緩比F(T0,CR)定義如下：F(T0,CR)=G(∞；T0,CR)/G(0；T0,CR)

在高的開始溫度或緩慢冷卻時，F趨近0。在低的開始溫度或快速冷卻時，F趨近1。依據以上應力減緩比的定義， 定型區域定義如下：以冷卻速度CR，定義：T95=T0使得F(T0,CR)=0.95

T05=T0使得F(T0,CR)=0.05。

定型區域的溫度區域從T95到T05。

圖1中，邊緣滾輪27接觸玻璃帶15的位置在定型區域上方，而第一拉引滾輪組60位在定型區域內。根據應用而定，第二拉引滾輪組70可位在定型區域內或下方。如圖2所示，如果需要的話，也可使用額外的拉引滾輪組80和90。邊緣滾輪的溫度是低於玻璃，譬如邊緣滾輪會因水或空氣而冷卻。由於這種低溫，邊緣滾輪會局部降低玻璃的溫度。這種冷卻會減少玻璃帶的細化，亦即局部冷卻有助於控制抽拉期間(譬如經由拉引滾輪的作用)所發生玻璃帶寬度的減少。拉引滾輪一般也會比接觸的玻璃冷，但因為其所在處會進一步向下抽拉，因此溫度的差異可能小於邊緣滾輪。

依據特定實施例，在抽拉處理過程中在第一拉引滾輪組60以下和第二拉引滾輪組70以上的位置，併入應力控制區域50(應力控制元件)。如圖1所示，應力控制區域可以比第二拉引滾輪組較靠近第一拉引滾輪組。在特定實施例中，應力控制區域是位在定型區域譬如在定型區域下方的三分之一處，假如需要的情況下也可使用在其他位置。

應力控制區域可提供傳統抽拉處理過程無法達到的橫向抽拉溫度控制值。以數據來看，應力控制區域提供的橫向抽拉之空間溫度解析度小於或等於150公釐(~6英吋)，像是大約75-125公釐(~3.5英吋)的空間解析度。如這裡所使用 的，應力控制區域的空間溫度解析度是指彼此無關可被改變溫度的兩個點之間最小的水平距離，亦即在某一點上溫度的改變可產生另外一點最多±10%的溫度改變，這兩個點是位在玻璃玻璃帶的品質部份，亦即最後會成為玻璃片(玻璃基板)的部份。在其他事項中，可使用這種空間溫度解析度的大小來控制玻璃帶內的應力，因而減少玻璃基板被切割成小片時的扭曲(請見上述)。

圖3顯示的是應力控制區域實施例，使用多個緊密間隔的加熱元件51，以達到可控制玻璃帶內應力的橫向抽拉之空間溫度解析度。雖然先前在熔化機器中使用過加熱元件(線圈)以達整體溫度控制的目的，但那些線圈在橫向抽拉方向很寬地間隔著，而無法在玻璃帶表面提供足夠細的空間溫度解析度以控制玻璃帶內的應力。或是，線圈和玻璃帶表面之間的間隔太大，而無法達到此目的。

依據本發明說明，利用加熱元件間橫向抽拉的間隔(即相鄰兩個元間中心對中心的距離)，和從元件到玻璃帶的間隔(即玻璃帶到加熱元件的距離)以達到小於或等於150mm的橫向抽拉之空間溫度解析度。為了方便製造，對所有元件而言，相鄰加熱元間之間的實體間隔一般是相同的。然而，如果需要的話，也可以使用變化的間隔。據此，如這裡所用的，加熱元間之間的間隔是在應力控制區域使用的所有元件中心對中心的平均間隔。

同樣地，對所有元件而言，元件到玻璃帶的間隔一般也是相同的，但如果需要的話，也可以是一些或所有元件 不相同。例如，為了考慮特別機器的奇特性質，玻璃帶某一面上的間隔可以和另一面上的間隔不同，或者靠近玻璃帶一邊的間隔可以和靠近另一邊的間隔不同。據此，如這裡所用的，元件到玻璃帶的間隔是在應力控制區域使用的所有元件的平均間隔。這種間隔的調整一般可以藉著移動一排元件靠近或遠離玻璃帶，或藉著交換應力控制區域裝置具有不同元件到玻璃帶間隔的不同裝置有特定的元件到玻璃帶間隔而均等地改變所有間隔。或者，如果需要的話也可以調整一些或所有元件的個別間隔。

這兩種間隔中，即元件之間間隔和元件到玻璃帶間隔通常是元件之間間隔小於元件到玻璃帶間隔。例如，在特定實施例中，元件之間間隔是小於或等於50公釐(~2英吋)，譬如大約30公釐(~1英吋)，而元件到玻璃帶間隔是在50和200公釐之間(~2-8英吋)。在另一實施例中，以類似的元件之間間隔，元件到玻璃帶間隔是在最近的拉引滾輪直徑的0.5到1.5倍範圍。為了參考起見，一般拉引滾輪直徑是在120-150公釐(~5-6英吋)的範圍。應該要注意的是，加熱元件和玻璃帶之間的間隔一般是沒有拉引或其他型態的滾輪，這樣才不會干擾個別元件局部影響玻璃帶溫度的作用。

在應力控制區域可以使用元件之間間隔和元件到玻璃帶間隔的各式組合。在特定實施例中，可以選擇這些間隔，使輸送到個別加熱元件的電力1瓦的改變，就可以造成從玻璃帶切割的玻璃片至少一個位置中，至少3.5千帕斯卡(0.5psi)的應力改變。在其他實施例，間隔可達到至少7千帕斯卡(1psi) 的應力改變。

應力控制區域的加熱元件可以是由各種材料組成，而且可有各式設計機制。例如，為達此目的可以使用線圈或桿式的高溫抗阻材料。圖4顯示的實施例是使用鐵/鉻/鋁高溫線圈來形成加熱元件51。以電流供應元件，經由導線52提供給個別元件或一系列的元件群組(比較個別提供的中心加熱元件和在端點以群組提供的元件)。可以系列提供給鄰近或非鄰近的加熱元件，根據安裝的規格而定。元件可以安裝在熱阻框架53上，藉著螺栓54保護在熔融抽拉的機器內。使用絕緣層(譬如氧化鋁絕緣)來控制應力控制區域的熱耗損。使用期間，玻璃帶通過孔徑55，譬如通過孔徑中央。

框架53的長度是根據玻璃帶的寬度。一般而言，長度有點大於玻璃帶的寬度，雖然如果需要的話，應力控制區域的長度可以比玻璃帶的寬度還短。在一項實施例中，框架53的高度是在125-150公釐(~5-6英吋)範圍，加熱元件51有點比較短。例如，加熱元件的平均高度可以在50-100公釐(~2-4英吋)範圍，譬如大約75公釐(~3英吋)。如果需要的話，在框架53端點區域段形成視窗的情況，框架和加熱元件可能比較高。(或者，如圖2所示，可提供一個或多個視窗45當作拉引滾輪元件的一部分。高度小於50公釐(~2英吋)的加熱元件可能需要非常小的元件到玻璃帶間隔，也因而不適用在大多數的應用。框架的深度是根據元件到玻璃帶間隔。在一些實施例中，框架的深度大約是框架寬度的三倍。應該要注意的是，當條帶通過應力控制區域孔徑的中央時，孔徑的深度 等於兩倍的元件到玻璃帶間隔加上玻璃的厚度。以薄的玻璃而言，譬如厚度在0.7公釐或以下的玻璃如一般的LCD和OLED玻璃，深度是真正等於元件到玻璃帶間隔的兩倍，譬如在100和400公釐(~4-16英吋)之間。

從以上可以明顯看出，應力控制區域的整個維度以熔融抽拉機器而言是適度的可促使區域的建構以及安裝。使用應力控制區域的一項重要優點是減少，而在一些實施例中是免除熔融抽拉機器的其他區域段執行應力控制的需求。尤其，可以真正減少應力控制區域以上的區域段和玻璃製造處理這種特性相關的需求。沒有好好定位這種其他區域段以控制應力，意味著和應力控制區域比起來需要加入更多能量(熱)到玻璃帶。於是，更多能量會減少玻璃帶的橫向抽拉張力，容易造成橫向抽拉翹曲，尤其是簾狀翹曲，玻璃帶的表面發展出像是垂直吊掛窗簾橫向起伏的形狀。藉由將應力控制區域放在定型區域內譬如在定型區域下方的三分之一處，可以控制應力而不需引用大量的能量到玻璃帶，也因而減少玻璃帶發展橫向抽拉翹曲譬如簾狀翹曲的機會。

除了可減少橫向抽拉翹曲的可能性，應力控制區域也不會負面影響向下抽拉的溫度外形圖，這又因為是相當小量的能量引用至應力控制區域的玻璃帶。由於向下抽拉的溫度外形圖也會產生翹曲，而且藉由讓那些外形圖保持不變，控制翹曲的系統在引用應力控制區域之前不可能因為引用此區域就失去控制，這進一步降低了產生翹曲的可能性。

以下非限定性的範例顯示本項說明應力控制區域的 特別應用。

範例：

本範例說明應力控制區域可以降低使用熔融抽拉機器準備的玻璃片內的殘餘應力。尤其，此範例比較了使用5個主動式加熱元件(圖5比較範例)產生的應力水準以及使用9個主動式元件(圖6測試範例)產生的應力水準。應力控制區域可以如以上圖4說明的方式建構放在熔融抽拉機器第一拉引滾輪組下方和第二拉引滾輪組上方，即圖1中拉引滾輪60和70之間定型區域底部的三分之一處。

圖5和6中沿著水平軸的編號指出應力控制區域的個別加熱元件位在水平軸上方的三角型資料點顯示的是施加到個別線圈的功率量。正方型資料點顯示的是利用三角型資料點功率分部產生的玻璃片內測得的應力。每個圖中的實心資料點顯示的是在玻璃片頂部邊緣測得的應力，而空心資料點顯示的是在玻璃片底部測得的應力。水平線代表零應力，線上方的點代表正應力值，而線上方的點代表負應力值。使用傳統雙折射技術測量應力。

在圖5中，只有提供加熱元件27,28,42和43電流，元件27,28是以~90瓦/元件的功率運作，而元件42和43是以~35瓦/元件的功率運作。圖6中，元件24到30和元件42和43是主動式的，元件42和43也是以~35瓦/元件的功率運作，而元件27,28也是以~90瓦/元件的功率運作，其餘的元件24到30則是以~50瓦/元件的功率運作。

應力控制區域在降低殘餘應力的效果從這些圖中立 即可見。圖5中，最大應力大約是900千帕斯卡(~130psi)，而在圖6中，減少到至少大約480千帕斯卡(~70psi)，亦即減少超過45%。除此之外，圖6的應力外形圖比圖5的扁平，也是針對大多數應用的優點。更者，圖6的最大應力出現在加熱元件沒有啟動的區域。藉由啟動這個區域的元件，就可以達到更低的最大應力值和更扁平的整個外形圖。

從以上的說明，熟悉此項技術的人可以很明顯的知道各種不背離本發明範疇和精神的修改。以下的申請專利範圍是想要涵蓋這裡提出的特定實施例，以及那些實施例的修改，變化，和同等物。

13‧‧‧玻璃片

15‧‧‧玻璃帶

27‧‧‧邊緣滾輪

31‧‧‧定型區域

35‧‧‧刻痕線

37‧‧‧等管

39‧‧‧凹腔

41‧‧‧根部

50‧‧‧應力控制區域

60‧‧‧第一拉引滾輪組

70‧‧‧第二拉引滾輪組

Claims (19)

1. 一種藉由向下抽拉處理過程產生多個玻璃片的裝置，該處理過程產生一玻璃帶，該裝置包括：(a)一第一拉引滾輪組，其在使用該裝置期間接觸該玻璃帶；(b)一第二拉引滾輪組，其在使用該裝置期間接觸該玻璃帶，該第二拉引滾輪組位在該第一拉引滾輪組下方；以及(c)一應力控制區域，在使用該裝置期間供該玻璃帶通過，其中該應力控制區域(i)包括複數個加熱元件；(ii)位在該第一和第二拉引滾輪組之間；及(iii)在該玻璃帶的一橫向抽拉之空間溫度解析度為小於或等於150公釐。
2. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中在使用該裝置期間，該些加熱元件延伸過該玻璃帶之邊緣。
3. 依據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該些加熱元件形成一孔徑，在使用該裝置期間供該玻璃帶通過該孔徑。
4. 依據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該些加熱元件之中心對中心的平均間距為小於或等於50 mm。
5. 依據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中在使用該裝置期間，該些加熱元件與該玻璃帶之表面間之平均間距在50及200 mm之間。
6. 依據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中在使用該裝置期間，該些加熱元件與該玻璃帶之表面間之平均間距在最靠近該應力控制區域之該拉引滾輪之直徑的0.5-1.5倍範圍內。
7. 依據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該些加熱元件之平均高度在50至100mm範圍內。
8. 依據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該應力控制區域相較於該第二拉引滾輪組而言，更靠近該第一拉引滾輪組。
9. 依據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該應力控制區域在該玻璃帶的橫向抽拉之空間溫度解析度在75-125 mm範圍內。
10. 一種包括多個加熱元件之裝置，該些加熱元件係以兩列配置，以及在該些列之間具有一個孔徑用來承受一玻璃帶，其中該裝置在該玻璃帶的橫向抽拉之空間溫度解析度為小於或等於150 mm。
11. 依據申請專利範圍第10項之裝置，其中該些加熱元件之平均高度在50至100 mm範圍內。
12. 依據申請專利範圍第10或11項之裝置，其中該些加熱元件之中心對中心的平均間距為小於或等於50 mm。
13. 依據申請專利範圍第10或11項之裝置，其中該孔徑之深度在100至400 mm範圍內。
14. 依據申請專利範圍第10或11項之裝置，其中該裝置在該玻璃帶的橫向抽拉之空間溫度解析度在75-125 mm範圍內。
15. 一種製造多個玻璃片的方法，該方法包括：(A)使用一抽拉處理過程產生一玻璃帶，以及(B)從該玻璃條帶切割多個玻璃片(13)；其中該玻璃帶通過一應力控制區域，該應力控制區域在該玻璃帶的橫向抽拉之空間溫度解析度小於或等於150 mm，該應力控制區域包括多個加熱元件。
16. 依據申請專利範圍第15項之方法，其中在該玻璃帶的橫向抽拉之空間溫度解析度在75-125 mm範圍內。
17. 依據申請專利範圍第15或16項之方法，其中該些加熱元件係排列使得輸送到該加熱元件的電力1瓦的改變可以造成從該玻璃帶切割的一玻璃片中之至少一個位置處至少3.5千帕斯卡的應力改變。
18. 依據申請專利範圍第15或16項之方法，其中該應力控制區域在一玻璃定型區域內。
19. 依據申請專利範圍第18項之方法，其中該應力控制區域在該玻璃定型區域下方的三分之一處。