TWI772301B - 預測玻璃板無重力形狀的方法及基於無重力形狀管理玻璃板品質的方法 - Google Patents

預測玻璃板無重力形狀的方法及基於無重力形狀管理玻璃板品質的方法 Download PDF

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Abstract

一種預測玻璃板的無重力形狀的方法以及基於玻璃板的無重力形狀來管理玻璃板品質的方法。玻璃板的初始形狀被判定。當玻璃板平坦化時，取得玻璃板中的複數個位置處的應力值。隨著透過結合初始形狀及應力誘導形狀來預測玻璃板的應力誘導形狀及無重力形狀，預測了當平坦化的玻璃板變形使得應力值為零時，該玻璃板將具有的形狀。利用預測玻璃板的無重力形狀的方法，來基於所預測的其無重力形狀來對玻璃板進行品質管理。

Description

預測玻璃板無重力形狀的方法及基於無重力形狀管理玻璃板品質的方法
本揭示內容大致涉及一種預測玻璃板的無重力形狀的方法，以及基於玻璃板的所預測之無重力形狀來管理玻璃板品質的方法。更具體而言，本揭示內容涉及一種使用玻璃板中的應力來預測玻璃板的無重力形狀的方法，以及基於玻璃板的所預測之無重力形狀來管理玻璃板品質的方法。
玻璃板的形狀是關鍵的品質指標，其中受重力影響的翹曲資料迄今為止被用作為評估玻璃板品質的主要指標。術語「翹曲(warp)」是指佈置在無摩擦表面上的玻璃板的形狀，亦即當經受重力時的玻璃板形狀。然而，由於增加了具有高解析度的優質液晶顯示器(LCD)裝置之生產，因此評估玻璃板的無重力形狀(亦即原始形狀)的必要性正在增加。
圖1示意性地繪示了量測玻璃板的無重力形狀的先前技術方法。
玻璃板的無重力形狀是表現玻璃板的原始形狀的指標。無重力形狀被認定是在生產玻璃板的過程中以及生產液晶顯示(LCD)裝置的過程中具有影響力的。然而，玻璃板的無重力形狀難以監測及評估，這是因為其相對困難的量測方法及其他限制。在這方面，用於量測玻璃板之無重力形狀的習知設備無法量測具有較大尺寸的玻璃板。目前，對習知設備量測太大的玻璃板被切割成二或更多片以便量測，且個別片的量測接著被縫合在一起以取得整個板材的無重力形狀。此外，量測結果僅用作參考，因為難以驗證該量測的時間及精準度。
先前技術部分中揭示的資訊僅供以更佳地理解背景，且不應被認定是承認或以任何方式建議本資訊形成本領域技術人員已知的先前技術。
本揭示內容的各種態樣意圖克服量測無重力形狀的先前技術方法的限制。
根據一個態樣，提供了一種預測玻璃板的無重力形狀的方法。該方法可包括以下步驟：a)判定玻璃板的初始形狀，該玻璃板的初始形狀包括當玻璃板形成時，該玻璃板所具有的一維形狀；b)當玻璃板平坦化時，在複數個位置處判定施加到玻璃板的應力值；c)產生具有相同初始形狀並且被施加相同應力值的玻璃板模型；及d)預測當相同的應力值被移除時，玻璃板模型將具有的形狀，以作為玻璃板的無重力形狀。
根據另一個態樣，提供了一種基於無重力形狀來管理玻璃板品質的方法。該方法可包括以下步驟：生產玻璃板；建構由上述方法所預測的玻璃板之無重力形狀的資料庫；向購買者供應玻璃板；收集關於玻璃板缺陷的資訊並判定缺陷的成因；並且當供應給複數個購買者的特定購買者之缺陷玻璃板結果是由特定無重力形狀所引起時，停止向特定購買者供應具有特定無重力形狀的玻璃板。
如上所述，根據本揭示內容開發的預測無重力形狀的技術可預測大玻璃板的形狀及薄玻璃板的形狀，該等形狀用先前技術設備來量測是相對困難的。此外，用於預測無重力形狀的技術可用來當作判斷的參考依據，因為可在相對短的時間內預測整個玻璃板的無重力形狀。
本揭示內容的方法及裝置具有其他特徵及優點，該等特徵及優點將可顯見於或更詳細地被闡述於併入本文的附圖中以及下方的詳細描述中，該附圖及詳細描述一起用於解釋本揭示內容的特定原理。
在下文中，將詳細參考本揭示內容的示例性實施例，其範例在附圖中繪示並在下方描述，使得本揭示內容所涉及的本領域技術人員可輕易地實施本揭示內容。
在本文中，應參考附圖，其中相同的參考符號及標記將通篇用來表現相同或相似的元件。在下方的描述中，在本揭示內容包含納入本文的已知功能及元件將造成標的不清楚的情況下，將省略該等已知功能及元件的詳細描述。
本揭示內容考量到在玻璃板平坦化後量測作用在玻璃板上的二維(2D)應力的事實而概念化。本揭示內容提出了一種能夠使用2D應力資料來快速、容易且方便地判定及驗證所有玻璃板的無重力形狀的方法。玻璃板的2D應力是透過平坦化後量測應力來取得。由於在具有無重力形狀的玻璃板之平坦化期間施加的外力被反映在玻璃板的2D應力中，因此可透過轉換2D應力來預測無重力的形狀。
圖2根據示例性實施例，示意性地繪示了預測玻璃板的無重力形狀的方法。
透過將應力引發的變形加到初始形狀，可輕易地取得無重力形狀。公式1表達上述無重力形狀的配置。 無重力形狀=初始形狀+應力引發的形狀 (1)
圖2繪示了基於公式1來預測無重力形狀的過程。
具體而言，首先，判定玻璃板的初始形狀，該初始形狀包含在形成玻璃板時，該玻璃板所具有的一維(1D)形狀。隨後，量測當玻璃板平坦化時施加到玻璃板的複數個位置的應力值。此後，產生具有初始形狀並且被施加應力值的玻璃板模型。最後，玻璃板模型在應力值被移除時所將具有的形狀被預測為玻璃板的無重力形狀。
圖3繪示當玻璃板平坦化時表現為應力的形狀的概念。
由於在板材平坦化時量測了作用在玻璃板上的應力，因此玻璃板的整體形狀是平坦的，且在平坦化期間產生的整體應力被包含在應力量測資料中。量測了玻璃板平坦化時施加到玻璃板的複數個位置的應力值。當判定消除應力的形狀時，該形狀將類似於無重力形狀。無重力形狀是玻璃板在無重力時的玻璃板形狀。為了強制玻璃板平坦化，用於使玻璃板平坦化的力量被施加到玻璃板。因此，該力量在玻璃板上表現為應力。亦即，板材在量測應力時被平坦化，因為變形形狀被平坦化時將再次出現應力。在這方面，可能透過例如將板材放置在空氣台上進行抽吸(suction)而使片材平坦化。
圖4繪示當玻璃板被平坦化時未表現為應力的形狀的概念。
一維形狀不表現為應力。例如，當圓柱形狀被平坦化時，頂表面及底表面上形成了相反的應力類型。因此，藉由允許光通過玻璃板，在被量測應力的玻璃板中的結果應力值是測得為零(0)。一維形狀幾乎不存在於現實中，但可能在初始階段形成。因此，可透過設定初始形狀並將正(+)應力引發的變形加到初始形狀來預測最終的無重力形狀。因此，透過將未表現為應力的簡單形狀定義為初始形狀，並將表現為應力的形狀加到初始形狀，可能輕易地取得無重力形狀。由於宏觀形狀對於無重力形狀是重要的，因此當判定初始形狀時可忽略微觀形狀。
在圖2中被定義為初始形狀的U型圓柱形狀是未預測為應力的無重力形狀的一部分。
不表現為應力的形狀主要由簡單彎曲而形成，例如邊緣升高或角落升高，且幾乎不形成難以預測的複雜形狀。由於簡單的彎曲不表現為應力，且由於量測的有限解析度使微小的形狀變化不表現為應力，因此透過翹曲量測取得的邊緣或角落的簡單彎曲可根據需要而反映在初始形狀上。然而，該形狀可能不被包括在內，因為該形狀是對無重力形狀的判定沒有任何顯著影響的微觀形狀。U型圓柱形狀可取決於玻璃板製造系統(例如，圖5及圖6中的熔融拉製機140)的情況而變化。對於U型圓柱形狀，可使用例如由玻璃板製造系統的形狀量測系統(例如，圖6中的位置感測器)量測的形狀資料。
如圖5及圖6示意性地繪示了預測玻璃板的初始形狀的方法。
可提供設備來將玻璃帶分離成玻璃板。圖5及圖6示意性地繪示了熔合裝置101。然而，根據本揭示內容的玻璃板不限於使用融合拉製處理製造的玻璃板。例如，根據本揭示內容的玻璃板可用各種處理來製造，該等處理例如下拉處理、上拉處理、浮動處理及類者。
融合拉製設備101包括融合拉製機器140。融合拉製機器140包括成形容器143。成形容器143是由耐火材料形成，並經設計以允許形成玻璃帶103。
如圖5及圖6所示，成形容器143包括成形楔子(forming wedge)201。成形楔子201包含一對向下傾斜的成形表面部分203、205。該對成形表面部分203及205在拉製方向207中收斂以形成根部209。拉製平面211延伸通過根部209。玻璃條帶103可在拉製方向207中沿著拉製平面211拉製。如所繪示地，拉製平面211可對分根部209，儘管拉製平面211可相對於根部209而在其他定向中延伸。
一旦形成玻璃條帶103的邊緣103a及103b，玻璃條帶103的寬度「W」定義在邊緣103a及103b之間的幾乎垂直於拉製方向207的方向中。
融合拉製設備101可進一步包括切割裝置303，該切割裝置允許玻璃帶103被切割成分離的玻璃板305。玻璃板305可細分成獨立玻璃板以結合至各種顯示裝置，例如液晶顯示器(LCD)。
熔融材料可流到成形容器143的凹槽215中。熔融材料121可接著同時流過相對應的堰(weirs)217a、217b並向下流過相對應的堰217a、217b的外表面219a、219b。熔融材料的分別串流接著沿著向下傾斜的成形表面部分203及205流動到根部209，其中在該根部處，流動收斂並熔合成玻璃帶103。玻璃帶103接著在拉製方向207中的拉製平面211中從根部209拉離。
玻璃帶103從根部209在拉製平面211的拉製方向207中從黏性區域307拉伸到安定區域309。在安定區域309中，玻璃帶103從黏性狀態安定成為彈性狀態，該彈性狀態具有期望的橫截面輪廓。玻璃帶103接著從安定區域309拉伸到彈性區域311。在彈性區域311中，玻璃帶103的輪廓被冷凍作為玻璃帶的特性。雖然安定的玻璃帶可從此配置彎曲，但內部應力可能導致玻璃帶偏移回到原始的安定輪廓。
玻璃板的初始形狀是利用形狀量測部件410來判定，更具體而言，是透過在拉伸過程中沿著垂直於拉製方向207的寬度「W」的複數個位置處感測玻璃帶來判定。形狀量測部件410可包括複數個雷射位置感測器或複數個超音波位置感測器411。位置感測器411可安排在規則距離處或不同距離處。由於安定區域309或彈性區域311中的形狀保持為玻璃板的實際形狀，因此形狀量測部件410可設置在安定區域309或彈性區域311中。類似於雜訊的外力可能影響彈性區域中的玻璃帶的形狀，且在彈性區域中量測的形狀可能與安定區域中量測的形狀不同。由於此類暫態形狀在不維持為最終形狀的情況下回復，因此可能期望形狀量測部件410設置在安定區域309中。然而，本揭示內容不限於此。
圖7繪示使用圖5及圖6所示的方法量測的玻璃板的初始形狀的各種範例。
圖7繪示玻璃板製造系統(例如，熔合拉製機器)內的水平彎曲的量測作為初始形狀的範例。可基於相應的玻璃板製造系統的彎曲來設定初始形狀。可產生如圖7所示的各種形狀。形狀主要是U型形狀、S型形狀及W型形狀。例如，在熔合拉製機器中，U型形狀主要是在施加當前平坦條帶處理的穩定化處理中產生。
圖8示意性地繪示用於量測通過玻璃基板的光的延遲的系統。
本領域技術人員將輕易了解到，根據本實施例的光延遲不需要僅使用圖8所示的系統來量測。亦即，圖8僅繪示用於量測通過玻璃板的光延遲的示例性方法，並且可使用其他已知方法來量測光的延遲。
偏振光被發射到平坦玻璃板上，且接著量測通過平坦化玻璃板的偏振光的延遲值及方位角。應力值可從測得的延遲值及方位角轉換。
首先，取得玻璃板的雙折射(birefringence)資料(亦即延遲值及光的方位角：θ)。具體而言，由光源11發射的光通過45°線性偏振器12，並接著通過0°光彈性調變器13。在通過0°光彈性調變器13的期間，光的相位根據光的頻率而變化。改變相位的光通過玻璃樣品14，其中在該通過期間，該光根據玻璃樣品14的內部應力而改變偏振。改變偏振的一部分光在其亮度由第一亮度感測器(光二極體)17量測之前，先通過鏡面15及-45°線性偏振器16。偏振改變的另一部分光在其亮度由第二亮度感測器(光二極體)19量測之前，從鏡面15反射以通過0°線性偏振器18。光的延遲及方位角是利用Mueller矩陣以由所量測的亮度值計算。
公式2表示了光的延遲值與主應力之間的關係。使用公式2計算主應力的差：
Figure 02_image002
(2)
隨後，使用公式3計算應力分量τxy ：
Figure 02_image004
(3)
使用τxy 從公式4的偏微分方程計算應力分量σxx 及σyy ：
Figure 02_image005
(4)
圖9及圖10示意性地繪示使用有限元素法(finite element method，FEM)的非線性預測演算法來執行圖2所示的玻璃板之無重力形狀的預測方法的過程。
如圖9及圖10所示地將圖2中的預測過程更詳細描述，無重力形狀可最終透過將與玻璃板中的基本物理特性、初始形狀及應力相關的資料應用於FEM的非線性變形分析演算法來預測。
當預測無重力形狀時，FEM的非線性變形分析演算法在特定條件下可能會發散而不是收斂。因此，可能對預測演算法增加各種收斂增加演算法來增強可預測性。
如上述地，可能基於使用應力資料及初始形狀的非線性結構來透過FEM分析以預測無重力形狀。
無重力形狀的預測是利用Abaqus(一種商業上可取得的軟體套件)來執行。如圖10所示，例如，殼型元素(shell-type element)可在FEM分析中使用。建立了網格，且將關於物理特性(例如彈性係數、帕松比(Poisson ratio)、熱膨脹係數、密度及類者)、初始形狀及應力的資料輸入到FEM非線性變形分析演算法來計算變形的程度。作為邊界條件，可固定三個點以防止旋轉。在變形的計算中，使用公式：應力(Stress)=K×應變(Strain)。在此公式中，K是根據形狀而變化的剛性因數(rigidity factor)。重複執行分析，直到分析結果符合收斂標準。各個殼體在符合均衡關係時收斂，且可使用牛頓-拉夫遜迭代法(Newton-Raphson iteration method)。
當使用所開發的系統分析許多玻璃板時，可能分析及定義各種無重力形狀。
可能使用所預測的無重力形狀來管理所供應的玻璃板品質。
在這方面，在玻璃板被供應至購買者之前，預測了其無重力形狀，並建構了無重力形狀的資料庫。往後，缺陷產品的資訊從各個購買者收集。接著對各別購買者判定缺陷原因。當供應至特定購買者的缺陷玻璃板是由特定無重力形狀所造成時，執行玻璃板管理，使得停止對該特定購買者供應具有該特定無重力形狀的玻璃板。
例如，當判定由於圓柱形無重力形狀使得供應至特定購買者的玻璃板中發生缺陷時，量測並判定整個生產線中的無重力形狀，並接著執行玻璃板管理，使得停止供應具有圓柱形無重力形狀的玻璃板。
例如，管理玻璃板品質的方法可用於分析製造LCD裝置過程中的主要問題。當缺陷是由已被供應的玻璃板的無重力形狀所引起時，將被供應的所有玻璃板都要檢驗，且檢驗結果可用於判斷。
此外，可能開發自動預測及判斷無重力形狀的技術，此舉可在實際過程中對快速判斷及應用有極大幫助。
已經針對附圖呈現了本揭示內容的具體示例性實施例的前述描述。該等描述不意圖窮舉或將本揭示內容限制到所揭示的精確形式，且顯然地本領域具有通常知識者根據上述教示可能有許多修改及變化。
因此，希望本揭示內容的範疇不受限於前述實施例，而是由在此附隨的請求項及其等同物定義。
11‧‧‧光源12‧‧‧線性偏振器13‧‧‧光彈性調變器14‧‧‧玻璃樣品15‧‧‧鏡面16‧‧‧線性偏振器17‧‧‧第一亮度感測器18‧‧‧線性偏振器19‧‧‧第一亮度感測器101‧‧‧熔合裝置103‧‧‧玻璃帶103a‧‧‧邊緣103b‧‧‧邊緣121‧‧‧熔融材料140‧‧‧融合拉製機器143‧‧‧成形容器201‧‧‧成形楔子203‧‧‧成形表面部205‧‧‧成形表面部207‧‧‧拉製方向209‧‧‧根部211‧‧‧拉製平面215‧‧‧凹槽217a‧‧‧堰217b‧‧‧堰219a‧‧‧外表面219b‧‧‧外表面303‧‧‧切割裝置305‧‧‧玻璃板307‧‧‧黏性區域309‧‧‧安定區域311‧‧‧彈性區域410‧‧‧形狀量測部件411‧‧‧位置感測器W‧‧‧寬度
圖1示意性地繪示了量測玻璃板的無重力形狀的先前技術方法；
圖2根據示例性實施例，示意性地繪示了預測玻璃板的無重力形狀的方法；
圖3繪示當玻璃板被平坦化時，表現為應力的形狀的概念；
圖4繪示當玻璃板被平坦化時，未表現為應力的形狀的概念；
圖5及圖6示意性地繪示了預測玻璃板的初始形狀的方法；
圖7繪示使用圖5及圖6所示的方法所量測的玻璃板的初始形狀的各種範例；
圖8示意性地繪示了用於量測穿過玻璃基板的光的延遲值的系統；及
圖9及圖10示意性地繪示了利用FEM非線性預測演算法來執行圖2所示的玻璃板的無重力形狀之預測方法的過程。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (8)

  1. 一種預測一玻璃板的一無重力形狀的方法，該方法包括以下步驟：a)判定一玻璃板的一初始形狀，該玻璃板的該初始形狀包括當該玻璃板形成時，該玻璃板所具有的一維形狀；b)當該玻璃板平坦化時，在複數個位置處判定施加到該玻璃板的應力值；c)產生具有相同初始形狀並且被施加相同應力值的一玻璃板模型；及d)預測當相同的該應力值被移除時，該玻璃板模型將具有的一形狀，以作為該玻璃板的一無重力形狀。
  2. 如請求項1所述之方法，其中取得該應力值的步驟包括以下步驟：以偏振光照射該平坦化的玻璃板，量測該偏振光的延遲值及方位角，該偏振光已經在該玻璃板的該複數個位置處通過該平坦化的玻璃板，及將該等延遲值及該等方位角轉換成該等應力值。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該玻璃板是由一拉製處理(drawing process)或一浮動處理(float process)來生產， 判定該玻璃板的該一維形狀的步驟包括以下步驟：量測一玻璃帶在該拉製處理或該浮動處理中的一形狀，及該玻璃板是由切割該玻璃帶來取得。
  4. 如請求項3所述之方法，其中判定該玻璃板的該一維形狀的步驟包括以下步驟：在沿著該玻璃帶的一寬度的個別位置處感測該玻璃帶，該寬度垂直於該玻璃帶被拉伸的一拉製方向。
  5. 如請求項3所述之方法，其中該初始形狀額外地反映一升起角落的一局部形狀及一升起邊緣的一局部形狀的至少其中一者，藉由量測經受重力的該玻璃板的一彎曲來判定。
  6. 如請求項1所述之方法，其中一有限元素法(FEM)的非線性預測演算法被用於預測一應力引發形狀及該無重力形狀的運作。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該玻璃板的該無重力形狀是基於與該玻璃板的特性相關的資料來預測。
  8. 一種基於一無重力形狀來管理一玻璃板的品質的方法，該方法包括以下步驟：生產玻璃板；建構由請求項1至7任何一項所述之方法所預測的 玻璃板之無重力形狀的一資料庫；將該等玻璃板供應至購買者；收集該等玻璃板的缺陷之資訊，並判定該等缺陷的成因；及當供應至該等購買者的一特定購買者的缺陷玻璃板是由一特定無重力形狀所造成時，停止對該特定購買者供應具有該特定無重力形狀的玻璃板。
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