TWI453171B - 玻璃帶之珠狀部分之熱控制 - Google Patents
玻璃帶之珠狀部分之熱控制 Download PDFInfo
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- TWI453171B TWI453171B TW099114437A TW99114437A TWI453171B TW I453171 B TWI453171 B TW I453171B TW 099114437 A TW099114437 A TW 099114437A TW 99114437 A TW99114437 A TW 99114437A TW I453171 B TWI453171 B TW I453171B
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Description
此揭示案係關於製造玻璃薄片，諸如用作顯示裝置(例如，液晶顯示器(LCDs))中之基板的玻璃薄片。更特定言之，本揭示案係關於用於控制玻璃帶中之應力及其形狀，以及控制由該帶製成的玻璃薄片中之應力及其形狀的方法及裝置，此等薄片係以下拉玻璃製造程序(例如，熔融下拉製程)由該帶而製得。
顯示裝置用於各種應用中。舉例而言，薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCDs)用於筆記型電腦、平板桌上型螢幕、LCD電視及網際網路及通訊裝置中(僅舉幾例)。
許多顯示裝置(諸如，TFT-LCD面板及有機發光二極體(OLED)面板)係直接製造於平的玻璃薄片(玻璃基板)上。為了提高生產率並降低成本，典型的面板製造程序在單一基板或基板之子片上同時生產多個面板。在此等製程中之各種階段，將基板沿切割線分成若干部分。
此切割改變了玻璃中之應力分佈，尤其是當玻璃為真空平板玻璃時所見之平面內應力分佈。甚至更特定言之，該切割釋放了切割線上之應力以使得切割邊緣無牽引力。此應力釋放通常導致了玻璃子片之真空平板形狀之改變，顯示器製造商將此現象稱為「失真」。儘管形狀改變量通常極小，但是鑒於用於現代顯示器中之像素結構，切割引起之失真可足夠大以導致相當數目之缺陷(不合格)顯示器。因此，失真問題備受顯示器製造商之關注，且切割所產生之可容許失真的相關規格極具挑戰性。
當將玻璃薄片切割為子片時，除產生失真之外，包括殘餘應力與臨時應力之應力亦影響用以製造玻璃薄片之玻璃帶的形狀，冷凝入玻璃之殘餘應力為失真之根源，當玻璃之溫度達到平衡時臨時應力消散。玻璃帶之形狀又影響諸如薄片分離之製程。詳言之，帶之形狀影響個別薄片自該帶之劃線及後續分離，以及在劃線期間帶之移動。
鑒於上述內容，已廣泛致力於控制使用在下拉玻璃製造程序生產玻璃薄片之玻璃帶中的應力及其形狀。本揭示案指出了此項技術中尚未揭示之非期望之應力及非期望之帶形狀的根源，並提供了用於減小此等非期望之應力及形狀對玻璃帶與由帶製成之成品薄片之不利影響的方法及裝置。
本發明揭示一種用於製造玻璃薄片之方法，其包括以下步驟：
(A)使用拉伸製程生產玻璃帶(15)，帶(15)具有：
(i)中心線(17)，
(ii)第一邊緣(19a)，
(iii)第二邊緣(19b)，
(iv)第一珠狀部分(21a)，其始於第一邊緣(19a)且朝向中心線(17)向內延伸，及
(v)第二珠狀部分(21b)，其始於第二邊緣(19b)且朝向中心線(17)向內延伸，及
(B)自玻璃帶(15)切割薄片(13)；其中在第一向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻珠狀部分(21a、21b)中之至少一者，以使得該珠狀部分之最厚部分(23a、23b)之以千瓦/公尺2
計的熱通量Q"b
滿足以下關係式
Q
" b
=Q
" q
+ΔQ
";
其中：
(a)Q"b
、Q"q
及ΔQ"中之每一者皆為來自帶(15)之一側面的熱通量；
(b)第一向下拉製位置在帶(15)之中心線(17)及珠狀部分(21a、21b)達到其最終厚度所在點之下方；
(c)Q"q
為第一向下拉製位置之以千瓦/公尺2
計的熱通量，第一向下拉製位置位在與珠狀部分(21a、21b)鄰接之一橫向位置上，在此位置上帶之厚度tq
等於1.05*tcenter
，其中tcenter
為中心線(17)上該帶之最終厚度；且
(d)ΔQ"≧(tb
/tq
-1)Q"q
+10千瓦/公尺2
，其中tb
為珠狀部分(21a、21b)之最厚部分(23a、23b)之厚度。
另外，本發明揭示一種用於製造玻璃薄片之方法，其包括以下步驟：
(A)使用拉伸製程生產玻璃帶(15)，帶(15)具有：
(i)中心線(17)，
(ii)第一邊緣(19a)，
(iii)第二邊緣(19b)，
(iv)第一珠狀部分(21a)，其始於第一邊緣(19a)且朝向中心線(17)向內延伸，及
(v)第二珠狀部分(21b)，其始於第二邊緣(19b)且朝向中心線(17)向內延伸，及
(B)自玻璃帶(15)切割薄片(13)；其中在一向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻珠狀部分(21a、21b)中之至少一者，以使得該珠狀部分之最厚部分(23a、23b)之以千瓦/公尺2
計的熱通量Q"b
滿足以下關係式的±10%內：
Q
" b
=Q
" q
+ΔQ
";
其中：
(a)Q"b
、Q"q
及ΔQ"中之每一者皆為來自帶(15)之一側面之熱通量；
(b)該向下拉製位置在帶(15)之中心線(17)及珠狀部分(21a、21b)達到其最終厚度所在點之下方；
(c)Q"q
為該向下拉製位置之以千瓦/公尺2
計的熱通量，該向下拉製位置位在與珠狀部分(21a、21b)鄰接之一橫向位置上，在此位置上帶之厚度tq
等於1.05*tcenter
，其中tcenter
為中心線(17)上帶(15)之最終厚度；
其中ρ為玻璃之密度，Cp
為玻璃之熱容量，v為帶(15)之向下拉製速度，tb
為珠狀部分(21a、21b)之最厚部分(23a、23b)之厚度，且T'q
為在該向下拉製位置及該橫向位置上估計帶之溫度隨沿該拉製向下距離的變化率，在該橫向位置上帶之厚度等於tq
；及(e)在該向下拉製位置上，該帶之溫度在tb
處是該帶溫度在tq
處的±20℃內。
本發明亦揭示藉由使用生產玻璃帶之拉伸製程來製造玻璃薄片的裝置，帶(15)具有：
(i)中心線(17)，
(ii)第一邊緣(19a)，
(iii)第二邊緣(19b)，
(iv)第一珠狀部分(21a)，其始於第一邊緣(19a)且朝向中心線(17)向內延伸，及
(v)第二珠狀部分(21b)，其始於第二邊緣(19b)且朝向中心線(17)向內延伸，其中該裝置具有第一噴嘴(43)及第二噴嘴(43)，以將冷卻流體施予第一珠狀部分(21a)，其中第一噴嘴(43)及第二噴嘴(43)：
(a)係位於帶(15)之相對側面上；
(b)對準第一珠(21a)上之大體上相同之向下拉製位置及大體上相同之橫向位置；且
(c)經定向以使得其向外指向第一邊緣(19a)。
以上概述中所使用之元件符號僅為便於讀者，而不意欲且不應理解為限製本發明之範疇。更大體而言，應瞭解，以上一般描述與以下詳細描述僅為本發明之示範性描述，且意欲提供綜述或構架以理解本發明之本質及特性。
以下詳細描述中闡釋本發明之額外特徵結構及優勢，且將由熟習此項技術者部分地自彼描述而易於理解或藉由實施如本文所描述之本發明而得以認可。為了進一步理解本發明，本文包括隨附圖式，且將其併入本說明書而構成本說明書之一部分。應瞭解，本說明書及諸圖中所揭示之本發明的各種特徵結構可以任何組合及所有組合使用。
以下論述係關於熔融下拉製程(亦稱為熔融製程、溢流下拉製程或溢流製程)，應瞭解，本文所揭示並主張之方法及裝置亦適用於具有珠狀部分之其他下拉製程(諸如流孔拉伸製程)。由於熔融裝置已知於此項技術中，故省略其詳情以免混淆示例性實施例之描述。
如第1圖中所展示，典型熔融製程使用成型結構(隔離管)37，其將熔化玻璃(未圖示)接收於模槽39中。隔離管包括根部41，其中來自隔離管之兩個漸縮側面之熔化玻璃接合在一起形成帶15。離開根部之後，帶首先穿過邊緣輥子27且隨後穿過牽引輥29。隨著玻璃沿拉製向下移動，其通過示意地展示於第1圖中31之其玻璃轉移溫度區(GTTR)。如此項技術中已知，在高於GTTR之溫度下，玻璃之行為基本上像黏性液體。在低於GTTR之溫度下，玻璃之行為基本上像彈性固體。當玻璃穿過其GTTR自高溫冷卻時，其並未顯示自黏性行為至彈性行為之急劇轉變。相反，玻璃之黏性逐漸增加且經過黏性-彈性階段，其中黏性回應及彈性回應均顯著，且最終其之行為如彈性固體一般。
儘管GTTR將隨所處理之特定玻璃而變化，但是作為LCD玻璃(特定而言，Corning Incorporated之Code Eagle 2000 LCD玻璃)之代表值，GTTR之上端通常小於或等於約850℃且GTTR之下端通常大於或等於約650℃，例如，GTTR之下端可大於或等於約700℃。
邊緣輥子27在第1圖中之GTTR上方的一位置上接觸帶15，而牽引輥29經展示位於GTTR中。若需要，牽引輥亦可位於GTTR下方。由於邊緣輥子之溫度低於玻璃之溫度，例如，邊緣輥子為水冷型或氣冷型。由於此較低溫度，邊緣輥子局部地降低了玻璃之溫度。此冷卻降低了帶之衰減，亦即，局部冷卻有助於控制在拉製期間所發生的帶之寬度的減少(例如，經由牽引輥29之行為)。雖然牽引輥29通常亦比其接觸之玻璃冷，但是因為其係位於拉製之更低處，所以溫差可小於邊緣輥子上之溫差。
如第1圖中所展示，可將熔融製程中所使用之裝置分為：第一部分50(本文中亦稱為FDM)，其中控制玻璃所暴露於的氣溫；及第二部分60(本文中亦稱為BOD)，其中玻璃係暴露於環境溫度。BOD包括部分70(本文中亦稱為TAM)，其中個別薄片13沿著劃線35與帶15分離。
第2圖展示本文用以描述帶15之術語。如此圖式中所展示，該帶具有：外部邊緣19a、外部邊緣19b、中心線17及珠狀部分21a、珠狀部分21b，該等珠狀部分自邊緣19a、邊緣19b朝向中心線延伸。珠狀部分之最厚部分沿著線23a(線23b)且珠狀部分之內部延伸區達到線25a(線25b)，其中該帶之最終厚度首先上升至1.05*tcenter
以上，其中tcenter
為沿著中心線之該帶的最終厚度。注意，將厚度1.05*tcenter
視為品質厚度或接近品質厚度。亦注意，如在WO 2007/014066中所論述，最終厚度產生於GTTR上方的高位拉製。其後，該厚度基於玻璃之熱膨脹係數(CTE)隨著玻璃冷卻而稍微降低。然而，為達成本揭示案之目的，可忽略此基於CTE之收縮，因為其小於百分之零點幾。儘管在第2圖中將珠狀部分21a及珠狀部分21b展示為對稱，但是實際上，其可具有不同寬度且該兩個珠之珠狀部分之最厚部分的位置可不同，例如，兩個最厚部分均不需在珠狀部分的中心。更大體而言，應注意，第1圖及第2圖並非按比例繪製且並不意欲展示相對尺寸。
如第3圖中所展示，玻璃帶15之橫向拉製厚度分佈不均勻，玻璃之珠狀部分比中心厚，通常為中心的2倍或更多。如此在該珠狀部分中產生含有局部最大值之溫度分佈，且對於大部分帶長度，與中心線相比，珠相對較熱(參見第4圖及第5圖)。根據本揭示案，已判定珠狀部分之高溫導致帶與最終玻璃產品之非期望之應力及非期望之形狀。進一步判定，降低珠溫度提供對帶與最終薄片之應力及形狀的較好控制。重要地，珠溫度之選擇性改變對於生產較高代玻璃薄片的熔融拉製機器的穩定操作將變得更加關鍵，其中帶尺寸更大且帶之很大一部分位於FDM下方，如此增加了難以管理帶形狀的可能性。
FDM中玻璃帶之橫向拉製溫度分佈先前已藉由使用電阻繞線及冷卻插入件(cooling bayonet)而得以控制，主要目標為靠近帶中心之品質區。此等熱轉移方法並非意欲且大體上並不改變珠溫度。當然，冷卻插入件並不適於此目的(參見下文)。另外，並未致力於控制BOD中帶之溫度分佈。實情為，在此區域中，主要經由自由對流及輻射來允許玻璃帶自然冷卻。
由於缺乏熱控制，帶之珠狀部分中已存在相對大的局部溫度梯度。此等梯度已導致非期望之帶應力及形狀。此等非期望之應力及形狀又導致薄片劃線及分離問題、在劃線期間過量的帶運動及最終玻璃產品之非期望之應力及形狀。與此等先前方法相反，本揭示案特定地改變了帶之珠狀部分的溫度，因此降低了與珠狀部分中之高溫梯度相關的負效應。視所追求之特定優勢而定，可在FDM、BOD或同時在FDM與BOD中改變珠溫度。較佳地，經由對流空氣噴射冷卻(參見下文)來達成珠冷卻。
量化性而言，控制珠溫度梯度所需之冷卻量可如下文來判定。
假設兩個玻璃條帶：q(品質或接近品質)及b(珠)，其相隔(例如)4吋(10.16 cm)或更小之一小水平距離。q條帶位於(例如)帶之最終厚度等於沿帶之中心線的最終厚度的1.05倍所在的點上，而b條帶位於珠具有其最大厚度所在的點上。大體而言，可將珠之熱通量Qb
"與品質或接近品質區之熱通量Qq
"之間的關係式寫為：
Q
" b
=Q
" q
+ΔQ
"
(注意，如本文及申請專利範圍中所使用，+Q"之方向為自玻璃至環境)。
進一步設想，較薄q條帶在溫度Tq
下且以T'q
之速率冷卻，而較厚b條帶在溫度Tb
下且以T'b
之速率冷卻。兩個條帶皆在正Y方向上以速度v穿過邊緣冷卻區。因此q條帶之冷卻速率由以下公式給定：
T'b
具有類似表示式。(注意，如本文所使用，將+y定義為始於(例如)熔融製程之隔離管之根部向下拉製的距離)。
將薄條帶之厚度定義為tq
，厚條帶之厚度定義為tb
，玻璃之發射率定義為ε，玻璃之密度定義為ρ，且玻璃之熱容量定義為Cp
，可將薄條帶之各表面的冷卻熱通量(Q"q
)及厚條帶之各表面的冷卻熱通量(Q"b
)寫為：
及
在使用冷卻插入件之先前方法中，大體上並未在4吋(10.16 cm)或更小的橫向距離上改變局部冷卻環境。因此，兩個條帶之冷卻通量將大體上相同，且若該等條帶始於相同溫度，則較厚條帶將冷卻較慢，亦即，因其t較大，故其將具有較小T'。
詳言之，可發現T'q
與T'b
之間的關係式如下：
因此，在先前方法中，相鄰條帶之間的厚度差致使較厚條帶冷卻較慢。若較厚條帶由於此較慢之冷卻而獲得足夠高之溫度，則其冷卻速率將與較薄條帶之冷卻速率匹配且該等冷卻速率將變得相同。實際上在一些狀況下觀察到此變化。
對於一些應用而言，期望在厚度不同且具有大體上相同溫度(亦即，在±20℃內)之相鄰條帶中獲得大體上相同之冷卻速率。為了在此等條件下維持相同的冷卻速率，必須對該厚條帶供應額外冷卻。此額外冷卻之量值可計算如下：
作為一數例，假設具有0.047千克/公尺-秒之最小ρ*v*tq
乘積及1250焦耳/千克-°K之Cp
值的系統。則ΔQ"由以下公式給定：
設想3 K/in之冷卻速率及2之tb
/tq
厚度比導致以下每面之額外冷卻要求：
因此，為了在珠上達成與在鄰近品質(或接近品質)區相同的冷卻速率，Q"b
應超過Q"q
至少每面3.5千瓦/公尺2
：
Q"b
≒Q"q
+3.5千瓦/公尺2
。
當滿足此方程式時，珠與相鄰品質(或接近品質)區之間的溫差隨向下拉製移動而得以維持。
對於其他應用而言，期望使珠之溫度接近品質(或接近品質)區之溫度。對於此等應用而言，增大ΔQ"之量值。舉例而言，如對於一些應用而言所期望，ΔQ"可約為(tb
/tq
-1)Q"q
+每面10千瓦/公尺2
或以上，例如，ΔQ"可為(tb
/tq
-1)Q"q
+25、(tb
/tq
-1)Q"q
+50、(tb
/tq
-1)Q"q
+75或大於(tb
/tq
-1)Q"q
+每面100千瓦/公尺2
，其中(例如)使用較高值用以將珠之溫度降至品質(或接近品質)區域之溫度以下(參見以下實例3)。一旦達成珠與品質(或接近品質)區之間的所期望之溫差，即可將ΔQ"返回至維持該溫差之值，例如，以上示範性計算之每面3.5千瓦/公尺2
之值。應注意，一旦停止額外冷卻，帶之熱損失返回至其習知行為，亦即，珠之溫度相對於相鄰品質(或接近品質)區之溫度上升(參見(例如)第11圖、第14圖、第17圖及第20圖)。
較佳之冷卻方法係藉由使用將冷卻定位於珠狀部分之噴嘴43之對流冷卻。噴嘴43可呈圓形或其他截面之管可呈圓形或其他截面之管嘴42之形式(參見(例如)第6圖)或為朝向珠定位之側板或刀47以提供更連續冷卻(參見(例如)第7圖)。噴嘴43可垂直於帶(參見(例如)第8圖)或與帶成一角度(參見(例如)第9圖)以最小化冷卻對帶之品質部分的影響。較佳地，使帶之兩個側面上之相對噴嘴43對稱，以免在垂直於其向下拉製運動之方向上移動帶，然而在一些狀況下可能期望帶垂直運動且其此垂直運動可由噴嘴43來提供。
冷卻介質(流體)可為空氣或其他非反應性氣體(例如，具有高導熱率之氦氣)，或加水蒸汽以增大冷卻程度之氣體。又，若需要極高之冷卻程度，則可將少量液態水施予珠。實際上，已發現，圓形空氣管嘴可用適當量之空氣流(100 scfh，每小時2.832立方公尺)在2 mm厚之珠中提供100℃以上之冷卻。應注意，藉由輻射熱傳遞至位於靠近珠狀部分之冷棒(cold wand)或插入件的冷卻通常將需要極長距離以達成珠溫度之實質性改變。幾個數例將說明輻射熱傳遞之問題。
假設問題為在玻璃之GTTR位準上將珠與鄰近品質(或接近品質)區之間的溫差降低80°K。輻射熱傳遞Q"由以下公式給定：
其中ε為玻璃之發射率，σ為史蒂芬-波茲曼常數(Stefan-Boltzmann constant)，Tglass
為玻璃之溫度，且Tsur
為熱輻射所至之表面的溫度。
對於典型GTTR溫度而言，使用輻射至保持於20℃之表面來移除80°K溫差將需要約20吋至25吋(50.8 cm至63.5 cm)。對於TAM區中之位置而言，該距離甚至更大。此處珠與其相鄰品質(或接近品質)區之間的溫差通常約為140°K。藉由輻射至20℃之表面以移除此溫差將需要200吋(508 cm)，此長度明顯不切實際。
第6圖至第9圖中所展示之類型的設備或熟習此項技術者可使用之其他設備允許在熔融或其他下拉製程中設計珠溫度。此溫度設計又允許控制形成殘餘應力與局部溫度分佈中任何非線性所產生之臨時應力。結合兩種應力以產生總應力狀態。改變拉製中各種位置上之珠溫度允許操縱整個帶之應力。殘餘應力及臨時應力的操縱導向各種實用優勢，包括：FDM與BOD中之帶形狀的改變；改良之薄片劃線及分離(該兩者皆取決於TAM中之帶形狀)；在劃線及分離期間較低量之帶運動(其亦取決於TAM中之帶形狀)；及對最終玻璃薄片之形狀的控制(其取決於殘餘應力)。
更特定言之，在本文論述之冷卻技術及原理的代表性(而並非限制性)應用中，冷卻玻璃帶之相對厚之珠狀部分，而產生橫向拉製溫度分佈，其大體上比沒有冷卻的情況下的溫度分佈來得均勻。冷卻可沿向下拉製製程自FDM之頂部持續發生至BOD之底部，在BOD之底部將玻璃薄片與帶分離。或者，冷卻可發生於FDM及BOD中之個別位置上，或僅在FDM中或BOD中。冷卻之位置決定了最受影響之帶之屬性。舉例而言，FDM中之高位冷卻(接近或在GTTR中)影響殘餘應力及附近的臨時應力，且因而影響帶及最終玻璃薄片之應力及形狀。另一方面，FDM或BOD中之低位冷卻主要影響臨時應力，且因而影響低位拉製中之帶形狀(然而益處亦可包括GTTR中之減少運動及改變應力)。使用熱模擬軟體而獲得之以下非限制性實例說明了本文所揭示之冷卻技術的特定應用。
實例1
此實例說明高位拉製珠溫度之均勻性降低以緊密匹配附近溫度。(在此實例及實例2至實例4中，將ρ‧Cp
‧v乘積設想為160 kW/°K m2
。)第10圖將無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈(○資料點)與具有珠冷卻步驟之分佈(□資料點)相比較。(在此圖式及類似圖式中，零點對應於帶之中心線。)如自此兩個曲線可看出，冷卻提供大體上較平坦之橫向拉製溫度分佈。
第11圖及第12圖展示此實例之向下拉製溫度及熱通量分佈，其中在每一狀況下，○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
如在第12圖中可看出，在拉製向下製程將珠冷卻步驟施予至從1900 mm延續至2200 mm之跨度上，以使得Q"達到約80千瓦/公尺2
之最大值。如在第11圖中可看出，此額外熱通量使得珠的溫度(□資料點)下降直到其在向下拉製製程的約2150毫公尺處匹配品質(或接近品質)鄰近區域之溫度(×資料點)，其為第10圖繪圖之位置。此後，停止冷卻之後，如自□資料點與×資料點之偏向可看出，珠之溫度相對於鄰近區域之溫度而上升。施加施予此實例之冷卻以使得如×資料點及◇資料點之重疊所展示，大體上不發生鄰近區域之冷卻。
應注意，可使用以上方程式(1)及方程式(2)自第11圖之溫度相對距離之圖表直接推導出第12圖之Q"曲線。對第15圖、第18圖及第21圖亦是如此，亦即，可使用方程式(1)及方程式(2)，分別自第14圖、第17圖及第20圖獲得此等圖形之Q"曲線。此外，實際上，可在操作拉製製程上容易地量測出溫度相對距離之圖表(包括向下拉製與橫向拉製)。因此，對於模擬資料及量測資料，熟習此項技術者可容易地判定其Q"值。
實例2
此實例說明了高位拉製中珠溫度之不均勻過冷。如在實例1中，第13圖將無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈(○資料點)與具有珠冷卻步驟之分佈(□資料點)相比較。如自此兩個曲線可看出，冷卻提供大體上較平坦之橫向拉製溫度分佈，但是不如實例1中平坦。詳言之，已使得珠之最厚點上的溫度大體上等於鄰近品質(或接近品質)區之溫度，但是最厚點任一側上之溫度皆高於鄰近溫度。第14圖及第15圖展示此狀況之向下拉製溫度及Q"分佈。
實例3
此實例說明了高位拉製中珠溫度之不均勻過度冷卻。如在實例1及實例2中，第16圖將無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈(○資料點)與具有珠冷卻步驟之分佈(□資料點)相比較。如自此兩個曲線可看出，在此狀況中並未大體上平坦化橫向拉製溫度分佈，具有冷卻之分佈顯示了與無冷卻之彼溫度變化之量值類似但正負相反的溫度變化。當期望在帶中引入與無冷卻步驟將產生之形狀或應力分佈相反的形狀或應力分佈時，此分佈可具有價值。
第17圖及第18圖展示此狀況之向下拉製溫度及Q"分佈。因為此狀況所施加的冷卻較強，所以當施加珠冷卻步驟時，溫度分佈與Q"分佈在tq
處皆改變(將◇資料點(無珠冷卻步驟)與×資料點(具有珠冷卻步驟)相比較)。又，因為此狀況涉及過度冷卻，所以第18圖中之最大Q"值大致為90千瓦/公尺2
，其比第12圖及第15圖中之最大值大致高10千瓦/公尺2
。
實例4
此實例說明接近切割位置(亦即，在TAM區域中)之珠溫度之均勻降低，以緊密匹配附近溫度。如在第19圖中可看出，無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈(○資料點)與具有珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈(□資料點)之間的差異甚至大於實例1至實例3中，此是因為在無冷卻之情況下，在TAM區域中之珠溫度與鄰近溫度之間的差異比高位拉製中的差異大得多。在此實例中，拉平此差異所需之Q"值相應地比實例1至實例3中所需之Q"值大得多(將第21圖與第12圖、第15圖及第18圖相比較；注意垂直標度上的差異)。
如以上實例所說明，使用易由對流冷卻達成之Q"值，在高位拉製及BOD之底部皆可獲得各種類型之橫向拉製溫度分佈。此等溫度分佈又可用以達成適用於藉由下拉製程(諸如熔融製程)來製造玻璃薄片的各種形狀及應力分佈。
習知技藝者將自以上揭示內容明白不脫離本發明之範疇及精神的各種修改。以下申請專利範圍意欲包含本文所闡釋之特定實施例以及彼等實施例之修改、變體及等效實施例。舉例而言，本發明可實施為以下示範性、非限制性態樣：
根據第一態樣，提供一種用於製造玻璃薄片之方法，其包含以下步驟：
(A)使用拉伸製程生產一玻璃帶，該帶具有：
(i)一中心線，
(ii)一第一邊緣，
(iii)一第二邊緣，
(iv)一第一珠狀部分，其始於該第一邊緣且朝向該中心線向內延伸，及
(v)一第二珠狀部分，其始於該第二邊緣且朝向該中心線向內延伸，及
(B)自該玻璃帶切割薄片；其中在第一向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻該等珠狀部分中之至少一者，以使得該珠狀部分之最厚部分之以千瓦/公尺2
計的熱通量Q"b
滿足以下關係式：
Q
" b
=Q" q
+ΔQ
";
其中：
(a)Q"b
、Q"q
及ΔQ"中之每一者皆為來自該帶之一側面的熱通量；
(b)該第一向下拉製位置在該帶之該中心線及珠狀部分達到其最終厚度所在點之下方；
(c)Q"q
為該第一向下拉製位置之以千瓦/公尺2
計的熱通量，該第一向下拉製位置位在與該珠狀部分鄰接之一橫向位置上，在此位置上該帶之厚度tq
等於1.05*tcenter
，其中tcenter
為該中心線上該帶之最終厚度；且
(d)ΔQ"≧(tb
/tq
-1)Q"q
+10千瓦/公尺2
，其中tb
為該珠狀部分之最厚部分之厚度。
根據第二態樣，提供態樣1之方法，其中在兩個珠狀部分之該第一向下拉製位置上滿足該關係式。
根據第三態樣，提供態樣1之方法，其中該等珠狀部分中之至少一者在始於該第一向下拉製位置並沿拉製向下延續至少100毫公尺之距離的一跨度上滿足該關係式。
根據第四態樣，提供態樣1之方法，其中在兩個珠狀部分始於該第一向下拉製位置並沿拉製向下延續至少100毫公尺之距離的一跨度上滿足該關係式。
根據第五態樣，提供態樣1之方法，其中：
ΔQ"≧(tb
/tq
-1)Q"q
+50千瓦/公尺2
。
根據第六態樣，提供態樣1之方法，其中：
ΔQ"≧(tb
/tq
-1)Q"q
+100千瓦/公尺2
。
根據第七態樣，提供態樣1至態樣6中任一態樣之方法，其中在第二向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻該等珠狀部分中之至少一者，以使得該珠狀部分之最厚部分之以千瓦/公尺2
計的熱通量Q"b
(2)滿足以下關係式：
Q"b
(2)≧0.95*(tb
/tcenter
)*Q"q
(2)；
其中：
(a)該第二向下拉製位置在該第一向下拉製位置下方；
(b)Q"q
(2)為該第二向下拉製位置之以千瓦/公尺2
計的熱通量，該第二向下拉製位置位在與該珠狀部分鄰接之一橫向位置上，在此位置上該帶之厚度tq
等於1.05*tcenter
；
(c)Q"b
(2)及Q"q
(2)中之每一者皆為來自該帶之一側面之熱通量；且
(d)在該第二向下拉製位置上，該帶之溫度在tb
處是該帶溫度在tq
處的±20℃內。
根據第八態樣，提供態樣7之方法，其中在該第二向下拉製位置上，該珠之最厚部分上之該帶之溫度小於或等於與該珠狀部分鄰接之該橫向位置上之該帶的溫度，在此位置上該帶之厚度等於1.05*tcenter
。
根據第九態樣，提供態樣7之方法，其中在兩個珠狀部分之該第二向下拉製位置上滿足該關係式。
根據第十態樣，提供態樣7之方法，其中該等珠狀部分中之至少一者在始於該第二向下拉製位置並沿拉製向下延續至少100毫公尺之距離的一跨度上滿足該關係式。
根據第十一態樣，提供態樣7之方法，其中兩個珠狀部分在始於該第二向下拉製位置並沿拉製向下延續至少100毫公尺之距離的一跨度上滿足該關係式。
根據第十二態樣，提供一種用於製造玻璃薄片之方法，其包含以下步驟：
(A)使用拉伸製程生產玻璃帶，該帶具有：
(i)一中心線，
(ii)一第一邊緣，
(iii)一第二邊緣，
(iv)一第一珠狀部分，其始於該第一邊緣且朝向該中心線向內延伸，及
(v)一第二珠狀部分，其始於該第二邊緣且朝向該中心線向內延伸，及
(B)自該玻璃帶切割薄片；其中在一向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻該等珠狀部分中之至少一者，以使得該珠狀部分之最厚部分之以千瓦/公尺2
計的熱通量Q"b
滿足以下關係式的±10%內：
Q
" b
=Q
" q
+ΔQ
";
其中：
(a)Q"b
、Q"q
及ΔQ"中之每一者皆為來自該帶之一側面之熱通量；
(b)該向下拉製位置在該帶之該中心線及珠狀部分達到其最終厚度所在點之下方；
(c)Q"q
為該向下拉製位置之以千瓦/公尺2
計的熱通量，該向下拉製位置位在與該珠狀部分鄰接之一橫向位置上，在此位置上該帶之厚度tq
等於1.05*tcenter
，其中tcenter
為該中心線上該帶之最終厚度；
其中ρ為玻璃之密度，Cp
為玻璃之熱容量，v為帶之向下拉製速度，tb
為珠狀部分之最厚部分之厚度，且T'q
為在該向下拉製位置及該橫向位置上估計該帶之溫度隨沿該拉製向下距離的變化率，在該橫向位置上帶之厚度等於tq
；及
(e)在該向下拉製位置上，該帶之溫度在tb
處是該帶之溫度在tq
處的±20℃內。
根據第十三態樣，提供態樣12之方法，其中兩個珠狀部分在該向下拉製位置上滿足該關係式的±10%內。
根據第十四態樣，提供態樣12之方法，其中該等珠狀部分中之至少一者在始於該向下拉製位置並沿拉製向下延續至少100毫公尺之距離的一跨度上滿足該關係式的±10%內。
根據第十五態樣，提供態樣12之方法，其中兩個珠狀部分在始於該第一向下拉製位置並沿拉製向下延續至少100毫公尺之距離的一跨度上滿足該關係式。
根據第十六態樣，提供一種藉由使用生產玻璃帶之拉伸製程來製造玻璃薄片的裝置，該帶具有：
(i)一中心線，
(ii)一第一邊緣，
(iii)一第二邊緣，
(iv)一第一珠狀部分，其始於該第一邊緣且朝向該中心線向內延伸，及
(v)一第二珠狀部分，其始於該第二邊緣且朝向該中心線向內延伸，該裝置包含第一噴嘴及第二噴嘴，以將冷卻流體施予至該第一珠狀部分，其中第一噴嘴及第二噴嘴：
(a)係位於該帶之相對側面上；
(b)對準該第一珠上之大體上相同之向下拉製位置及大體上相同之橫向位置；且
(c)經定向以使得其向外指向該第一邊緣。
根據第十七態樣，提供態樣16之裝置，其進一步包含第三噴嘴及第四噴嘴，以將冷卻流體施予至該第二珠狀部分，其中該第三噴嘴及第四噴嘴：
(a)係位於該帶之相對側面上；
(b)對準該第二珠上之大體上相同之向下拉製位置及大體上相同之橫向位置；且
(c)經定向以使得其向外指向該第二邊緣。
根據第十八態樣，提供態樣16或態樣17中任一態樣之裝置，其中該流體為空氣。
根據第十九態樣，提供態樣16或態樣17中任一態樣之裝置，其中該流體為結合水蒸汽之空氣。
根據第二十態樣，提供態樣16或態樣17中任一態樣之裝置，其中該流體為液態水。
13．．．薄片
15．．．玻璃帶/帶
17．．．中心線
19a．．．外部邊緣
19b．．．外部邊緣
21a．．．第一珠狀部分/珠狀部分/第一珠
21b．．．第二珠狀部分/珠狀部分
23a．．．線/最厚部分
23b．．．線/最厚部分
25a．．．線
25b．．．線
27．．．邊緣輥子
29．．．牽引輥
31．．．玻璃轉移溫度區
35．．．劃線
37．．．成型結構
39．．．模槽
41．．．根部
42．．．管嘴
43．．．噴嘴
47．．．側板或刀
50．．．第一部分
60．．．第二部分60
70．．．部分
第1圖為根據一示例性實施例之熔融玻璃製造裝置的示意圖。
第2圖為說明藉由拉伸製程而形成之玻璃帶的示意圖。
第3圖為展示藉由熔融下拉製程而產生之在橫向拉製方向上的玻璃厚度變化之一實例的圖表。
第4圖為展示在不同高度之橫向拉製溫度分佈之一實例的圖表：○高位拉製，□低位拉製，◇接近切割位置。
第5圖為展示在不同橫向拉製位置上之向下拉製溫度分佈之一實例的圖表：○最大珠厚度之位置，□其中厚度=1.05*tcenter
之位置。
第6圖為圖示一氣體冷卻實施例之示意側視圖，其中指向珠之個別管嘴係置放於個別的向下拉製位置上(類似配置將存在於該帶之另一側面上)。
第7圖為圖示一氣體冷卻實施例之示意側視圖，其中經由氣刀沿拉製向下執行持續冷卻(類似配置將存在於該帶之另一側面上)。
第8圖為圖示經由垂直指向該珠之噴嘴的一氣體冷卻實施例之示意俯視圖(類似配置將存在於該帶之另一側面上)。
第9圖為圖示經由噴嘴的一氣體冷卻實施例之示意俯視圖，該等噴嘴以一角度面向該帶以最小化冷卻氣體對該帶之中心的衝擊(類似配置將存在於該帶之另一側面上)。
第10圖為圖示高位拉製中珠溫度之均勻降低以精密匹配附近溫度(第一實例)的圖表。○資料點展示無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈且□資料點展示具有珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈。
第11圖為第一實例之向下拉製溫度分佈，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻之相同橫向拉製位置。
第12圖為第一實例之向下拉製熱通量(Q”)曲線，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
第13圖為圖示高位拉製中珠溫度之不均勻過冷(第二實例)之一圖表。○資料點展示無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈且□資料點展示具有珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈。
第14圖為第二實例之向下拉製溫度分佈，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
第15圖為第二實例之向下拉製熱通量(Q”)曲線，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
第16圖為圖示高位拉製中珠溫度之不均勻過度冷卻(第三實例)的圖表。○資料點展示無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈且□資料點展示具有珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈。
第17圖為第三實例之向下拉製溫度分佈，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
第18圖為第三實例之向下拉製熱通量(Q”)曲線，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
第19圖為圖示靠近切割位置之珠溫度的均勻降低以精密匹配附近溫度(第四實例)的圖表。○資料點展示無珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈且□資料點展示具有珠冷卻步驟之橫向拉製溫度分佈。
第20圖為第四實例之向下拉製溫度分佈，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
第21圖為第四實例之向下拉製熱通量(Q”)曲線，其中○資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tb
；□資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置；◇資料點對應無珠冷卻步驟之橫向拉製位置，其中厚度等於tq
；且×資料點對應具有珠冷卻步驟之相同橫向拉製位置。
13．．．薄片
15．．．玻璃帶/帶
27．．．邊緣輥子
29．．．牽引輥
31．．．玻璃轉移溫度區
35．．．劃線
37．．．成型結構
39．．．模槽
41．．．根部
50．．．第一部分
60．．．第二部分60
70．．．部分
Claims (5)
- 一種用於製造玻璃薄片之方法，其包含以下步驟：(A)使用一拉伸製程生產一玻璃帶，該帶具有：(i)一中心線，(ii)一第一邊緣，(iii)一第二邊緣，(iv)一第一珠狀部分，其始於該第一邊緣且朝向該中心線向內延伸，及(v)一第二珠狀部分，其始於該第二邊緣且朝向該中心線向內延伸，及(B)自該玻璃帶切割多個薄片；其中在一第一向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻該等珠狀部分中之至少一者，以使得該珠狀部分之最厚部分之以千瓦/公尺2 計的熱通量Q"b 滿足以下關係式：Q " b =Q " q +ΔQ ";其中：(a)Q"b 、Q"q 及ΔQ"中之每一者皆為來自該帶之一側面之熱通量；(b)該第一向下拉製位置位在該帶之該中心線及珠狀部分達到其最終厚度所在點之下方；(c)Q"q 為該第一向下拉製位置之以千瓦/公尺2 計的熱通量，該第一向下拉製位置位在與該珠狀部分鄰接之一橫向位置上，在此位置上該帶之厚度tq 等於1.05*tcenter ，其中tcenter 為該中心線上該帶之該最終厚度；且(d)ΔQ"≧(tb /tq -1)Q"q +10千瓦/公尺2 ，其中tb 為該珠狀部分之該最厚部分之該厚度。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中在一第二向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻該等珠狀部分中之至少一者，以使得該珠狀部分之該最厚部分之以千瓦/公尺2 計的該熱通量Q"b (2)滿足以下關係式：Q"b (2)≧0.95*(tb /tcenter )*Q"q (2)；其中：(a)該第二向下拉製位置位在該第一向下拉製位置下方；(b)Q"q (2)為該第二向下拉製位置之以千瓦/公尺2 計的該熱通量，該第二向下拉製位置位在與該珠狀部分鄰接之一橫向位置上，在此位置上該帶之厚度等於1.05*tcenter ；(c)Q"b (2)及Q"q (2)中之每一者皆為來自該帶之一側面之熱通量；且(d)在該第二向下拉製位置上，該帶之溫度在tb 處是該帶之溫度在tq 處的±20℃內。
- 如申請專利範圍第2項之方法，其中在該第二向下拉製位置上，該珠之該最厚部分上之該帶的溫度小於或等於與該珠狀部分鄰接之該橫向位置上之該帶的溫度，在此位置上該帶之厚度等於1.05*tcenter 。
- 一種用於製造玻璃薄片之方法，其包含以下步驟：(A)使用一拉伸製程生產一玻璃帶，該帶具有：(i)一中心線，(ii)一第一邊緣，(iii)一第二邊緣，(iv)一第一珠狀部分，其始於該第一邊緣且朝向該中心線向內延伸，及(v)一第二珠狀部分，其始於該第二邊緣且朝向該中心線向內延伸，及(B)自該玻璃帶切割多個薄片；其中在一向下拉製位置上，步驟(A)包括以下步驟：以一速率冷卻該等珠狀部分中之至少一者，以使得該珠狀部分之該最厚部分之以千瓦/公尺2 計的熱通量Q"b 滿足以下關係式的±10%內：Q " b =Q " q +ΔQ ";其中：(a)Q"b 、Q"q 及ΔQ"中之每一者皆為來自該帶之一側面之熱通量；(b)該向下拉製位置位在該帶之該中心線及珠狀部分達到其最終厚度所在點之下方；(c)Q"q 為該向下拉製位置上之以千瓦/公尺2 計的熱通量，該向下拉製位置位在與該珠狀部分鄰接之一橫向位置上，在此位置上該帶之厚度tq 等於1.05*tcenter ，其中tcenter 為該中心線上該帶之該最終厚度；
- 一種藉由使用生產一玻璃帶之一拉伸製程來製造玻璃薄片之裝置，該帶具有：(i)一中心線，(ii)一第一邊緣，(iii)一第二邊緣，(iv)一第一珠狀部分，其始於該第一邊緣且朝向該中心線向內延伸，及(v)一第二珠狀部分，其始於該第二邊緣且朝向該中心線向內延伸，該裝置包含第一噴嘴及第二噴嘴，以將一冷卻流體施予至該第一珠狀部分，其中該第一噴嘴及該第二噴嘴是：(a)位於該帶之相對側面上；(b)對準該第一珠上之大體上相同之向下拉製位置及大體上相同之橫向位置；且(c)經定向以使得其向外指向該第一邊緣。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW099114437A TWI453171B (zh) | 2010-05-05 | 2010-05-05 | 玻璃帶之珠狀部分之熱控制 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW099114437A TWI453171B (zh) | 2010-05-05 | 2010-05-05 | 玻璃帶之珠狀部分之熱控制 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201139302A TW201139302A (en) | 2011-11-16 |
| TWI453171B true TWI453171B (zh) | 2014-09-21 |
Family
ID=46760074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW099114437A TWI453171B (zh) | 2010-05-05 | 2010-05-05 | 玻璃帶之珠狀部分之熱控制 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI453171B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI737794B (zh) * | 2016-08-24 | 2021-09-01 | 美商康寧公司 | 玻璃製造設備及方法 |
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|---|---|---|---|---|
| TW200728216A (en) * | 2005-09-22 | 2007-08-01 | Corning Inc | Methods of fabricating flat glass with low levels of warps |
| TW200806591A (en) * | 2005-07-21 | 2008-02-01 | Corning Inc | Process and apparatus for measuring the shape of an article |
| WO2008068324A1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-12 | Bauglasindustrie Gmbh | Process and device for the production of channel-section glass elements, channel-section glass element and its use |
| TW200838814A (en) * | 2006-09-20 | 2008-10-01 | Corning Inc | Temperature compensation for shape-induced in plane stresses in glass substrate |
-
2010
- 2010-05-05 TW TW099114437A patent/TWI453171B/zh not_active IP Right Cessation
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| WO2008068324A1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-12 | Bauglasindustrie Gmbh | Process and device for the production of channel-section glass elements, channel-section glass element and its use |
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| TWI737794B (zh) * | 2016-08-24 | 2021-09-01 | 美商康寧公司 | 玻璃製造設備及方法 |
| US11319238B2 (en) | 2016-08-24 | 2022-05-03 | Corning Incorporated | Glass manufacturing apparatus and methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201139302A (en) | 2011-11-16 |
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