專利名稱：形成邊緣穩(wěn)定性增加的玻璃基板的設(shè)備和方法
形成邊緣穩(wěn)定性增加的玻璃基板的設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及形成玻璃基板的設(shè)備，更具體地涉及基于玻璃質(zhì)量流量的設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)形式的玻璃顯示板正在被越來越多地用于各種用途——從手持式個(gè)人數(shù)據(jù)助手(PDA)到計(jì)算機(jī)顯示器到電視顯示器。這些應(yīng)用需要具有無缺陷原始表面且厚度均勻的玻璃片。LCD由至少若干這樣的玻璃薄片(如<0.7毫米)組成，這些玻璃薄片密封在一起，形成封套。玻璃顯示板，特別是LCD顯示板的市場持續(xù)增長，導(dǎo)致對用于制造顯示板的薄玻璃基板的需求增加。
一種制造用于光學(xué)顯示器的玻璃的方法是溢流下拉法。美國專利第3， 338， 696和3， 682， 609號(hào)(Dockerty)(其全文參考結(jié)合于本文)公開了一種熔融下拉法，該方法包括使熔融玻璃在成形楔(通常稱作溢流槽(isopipe))的邊緣或堰上流動(dòng)來制造平板玻璃。所述熔融玻璃在所述溢流槽的會(huì)聚成形表面上流過，在兩個(gè)會(huì)聚成形表面相遇的頂端或根部，獨(dú)立的物流重新結(jié)合，形成玻璃帶。因此，與成形表面接觸的玻璃位于玻璃板的內(nèi)部，而玻璃板的外表面是無接觸的。將牽拉輥置于溢流槽根部的下游，俘獲所述玻璃帶的邊緣部分，以調(diào)節(jié)所述玻璃帶離開溢流槽的速率，從而幫助確定完成的玻璃板的厚度。在玻璃帶從溢流槽跟部下降通過牽拉輥的時(shí)候，其冷卻形成固態(tài)的彈性玻璃帶，然后將該玻璃帶切割形成較小的玻璃板或基板。
隨著對顯示器玻璃的需求的增加，玻璃基板制造廠面臨擴(kuò)大生產(chǎn)的要求。一種方法是另外安裝拉制設(shè)備。但是，這種選擇涉及相當(dāng)大的資本投入。更加經(jīng)濟(jì)而有效的方法是提高任意指定拉制設(shè)備的玻璃流量。但是，增加流量通常需要擴(kuò)大溢流槽的尺寸(如溢流槽寬度)，以保持穩(wěn)定的邊緣流量。下拉法本身在下拉方法的諸多條件之間達(dá)到良好平衡，這些工藝條件在各次拉制之間可以變化。因此，簡單地增加玻璃流量往往存在很大困難。此外，不僅僅是對玻璃基板的需求增加，顯示器的尺寸也在穩(wěn)步增大。這將需要更大的基板來保持有效的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。結(jié)果，需要較大(如較寬)的拉制設(shè)備以及增加玻璃流量。需要的設(shè)計(jì)方案為能在給定拉制條件下增加玻璃流量，但不會(huì)超出拉制法的穩(wěn)定性限制，或者投入由小型穩(wěn)定的拉制設(shè)備按照比例放大的大型拉制設(shè)備。
發(fā)明概述
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包括用于形成玻璃片的設(shè)備，該設(shè)備包括成形楔，所述成形楔具有一對在成形楔根部會(huì)聚的向下傾斜的成形表面部分并具有在根部上為L的垂直高度；沿成形表面的垂直邊緣部分延伸的邊緣引導(dǎo)件；以及與成形表面連通的網(wǎng)狀部分，用于截取在該網(wǎng)狀部分上的G磅/小時(shí)-英寸的玻璃流并使其薄
化，其中G/L3大于約0. 0017磅/小時(shí)/英寸4。優(yōu)選G/L3大于0. 002磅/小時(shí)/英寸4。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開了一種形成玻璃基板的方法，該方法包括使熔
融玻璃在成形楔上面流動(dòng)，所述成形楔具有一對在成形楔底部會(huì)聚并形成玻璃拉制線的向下傾斜的成形表面部分，并具有在拉制線和與傾斜的成形表面部分的頂部相
交的水平面之間為L英寸的垂直高度，包含與成形表面連通的網(wǎng)狀部分的邊緣引導(dǎo)件，用于截取在網(wǎng)狀部分上的G磅/小時(shí)-英寸的玻璃流并使其薄化，其中G/L3大于約O. 0017磅/小時(shí)/英寸4。
在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言根據(jù)所作描述即容易理解，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識(shí)。
應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都只是本發(fā)明的示例，用來提供理解本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附示說明了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理和操作。
附圖簡述


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的設(shè)備一端的局部剖面圖，該設(shè)備包括用于熔融拉制玻璃帶的成形楔。
圖2是圖l所示的成形楔的閉合透視圖，示出邊緣引導(dǎo)件，并包括邊緣引導(dǎo)
件的網(wǎng)狀部分。優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，這些實(shí)施方式的例子在附圖中示出。 只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或類似的部分。
過去有關(guān)成形楔的經(jīng)驗(yàn)涉及迭代過程(iterative process)。設(shè)計(jì)、制造成形 楔并進(jìn)行試驗(yàn)，以評價(jià)其性能。 一種不穩(wěn)定的成形楔，如在該成形楔中由其拉制的 玻璃板的邊緣至邊緣的寬度隨時(shí)間發(fā)生變化，這種成形楔需要以另一種成形楔的設(shè) 計(jì)和制造來進(jìn)行改進(jìn)。這一過程一直持續(xù)到實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)特征的適當(dāng)組合。然而，邊緣 穩(wěn)定性可被證實(shí)是含糊的，因?yàn)槌尚涡ǖ膸缀翁匦允请S時(shí)間變化的，正如各種過程 變量那樣，如溫度分布、玻璃流動(dòng)變化等。成形楔本身需經(jīng)歷異常惡劣的條件， 因?yàn)樾纬刹Ａ璧母邷厥钩尚涡S時(shí)間發(fā)生下垂或蠕變，熔融玻璃會(huì)緩慢溶解制 造該成形楔的材料，通常是鋯。因此，可證明具體成形楔的性能對工藝條件敏感， 導(dǎo)致邊緣穩(wěn)定性的變化。在需要增加成形楔尺寸時(shí)尤其如此。
對平板顯示器尺寸的一個(gè)限制是形成用作顯示器基板的大原始玻璃板的能 力。雖然第一代玻璃板的尺寸(如寬度)小于l米，但是，目前的生產(chǎn)能夠形成寬度 為幾米的原始玻璃板。
為實(shí)現(xiàn)尺寸的增大，顯示器玻璃制造廠必須增大成形楔(溢流槽)的尺寸，特 別是寬度。過去一般是以上一代形成楔為起點(diǎn)進(jìn)行的。然后使用這種成形楔作為下 一成形楔的模板，下一代是上一代的尺寸放大。
然而，即使以具有相對良好的邊緣穩(wěn)定性的成形楔作為下一代設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)， 也常常不能成功地進(jìn)行比例放大。例如，研究發(fā)現(xiàn)，只增大成形楔的尺寸(寬度) 而不增大邊緣引導(dǎo)件網(wǎng)狀部分的尺寸，會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的邊緣流動(dòng)，或者至少是對工 藝條件敏感的邊緣流動(dòng)。因此，在構(gòu)造能提供穩(wěn)定邊緣流動(dòng)的較大的下一代成形楔 并投入生產(chǎn)之前，需要制造幾個(gè)成形楔，同時(shí)改變一些設(shè)計(jì)參數(shù)(如，寬度、槽的 幾何特性等)。不難理解，這種無目的地形成成形楔的方法不是所希望的。
采用本發(fā)明的方法不僅能夠制造具有穩(wěn)定邊緣流動(dòng)、用于溢流下拉形成玻璃 板的第一成形楔，而且有利于配置通過原始成形楔縮放而成的、也能產(chǎn)生穩(wěn)定邊緣 流動(dòng)的不同尺寸的成形楔。
按照本發(fā)明用于原始玻璃板的溢流下拉的設(shè)備10示于圖1。如圖1-2所示， 設(shè)備IO包括成形楔12，其包括由壁部分16在其縱向側(cè)界定的向上開口的溝槽14， 所述壁部分16在其上端終止于相對的縱向延伸的堰或唇18。該堰或唇18與成形 楔12的相反的外部板成形表面連通。如圖所示，成形楔12設(shè)有與唇18連通的一對基本上垂直的成形表面部分20，和終止于基本上水平的下部頂點(diǎn)或根部24的一
對向下傾斜的會(huì)聚表面部分22，該下部頂點(diǎn)或根部24形成筆直的玻璃拉制線。
熔融玻璃26通過與溝槽14連通的傳輸通路28送入溝槽14。對溝槽14的饋送可以是單端的或如果需要可以是雙端的。 一對限制壩30設(shè)置在溢流唇18上方，該壩與溝槽14的每端相鄰，以將熔融玻璃26的自由表面32的溢流引導(dǎo)為分開的物流，并使其沿著相對的成形表面部分20、 22向下流到根部24，在那里分開的物流(以虛線示出)會(huì)聚以形成一片原始表面的玻璃帶34。然后，通過牽拉輥35拉制該玻璃帶。
一對邊緣引導(dǎo)件或校正器36在成形楔的每個(gè)縱向端部設(shè)置，以使邊緣引導(dǎo)件沿著楔的每個(gè)縱向端的垂直邊緣延伸。因而，為每個(gè)成形楔12設(shè)置四個(gè)邊緣引導(dǎo)件，成形楔的每個(gè)角落一個(gè).邊緣引導(dǎo)件36由兩個(gè)主要部分組成，包括突出的邊緣表面部分38，沿它們的垂直長度與楔的成形表面部分的縱向端相交；網(wǎng)狀物或倒角部分40，在突出的邊緣表面部分38和向下傾斜的會(huì)聚表面部分22之一之間延伸并與它們連通(相交)。
網(wǎng)狀部分40與邊緣表面部分38沿A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的交線42相交，并且還沿A點(diǎn)和C點(diǎn)之間的交線44與傾斜的成形表面部分22相交。因此，交線44從A點(diǎn)至C點(diǎn)對角向下延伸，沿成形楔10的根部或頂點(diǎn)24從突出的邊緣表面部分向內(nèi)間隔距離d。類似地，交線42從A點(diǎn)向下延伸到邊緣表面部分38上的B點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，C點(diǎn)位于穿過根部24的水平面上。但是，在其他實(shí)施方式中，C點(diǎn)可位于水平面的上面或下面。網(wǎng)狀部分40的底部邊緣46從B點(diǎn)延伸到C點(diǎn)。底部邊緣46可以是或者可以不是直線。
如之前所提到的，根據(jù)本實(shí)施方式，楔構(gòu)件10包括多個(gè)邊緣引導(dǎo)件。具體地說， 一對邊緣引導(dǎo)件36設(shè)置在成形楔的每側(cè)上，每個(gè)垂直角落一個(gè)，使得兩個(gè)這種楔形弓I導(dǎo)件相對設(shè)置在成形楔的每個(gè)縱向端。
熔融玻璃沿會(huì)聚成形表面22的向下流動(dòng)被網(wǎng)狀部分40沿其與傾斜的成形表面22相交部分44的對角線截取。向下流動(dòng)的邊緣部分首先被傾斜的成形表面引導(dǎo)支承，然后被邊緣引導(dǎo)件36的網(wǎng)狀部分40支承。
網(wǎng)狀部分40提供潤濕的長度，該長度位于水平方向，大于它截取的成形表面22的長度，并使可以獲得的有用的玻璃板的寬度最大化。而且，網(wǎng)狀部分40將在其上流動(dòng)的玻璃鋪展或薄化，因此，在熔融玻璃物流離開網(wǎng)狀部分的底部邊緣46之前，實(shí)際減小了其縱向邊緣的厚度。
6在圖2中示出了在網(wǎng)狀部分40上流動(dòng)并與之接觸的玻璃流的直線寬度，標(biāo)為
距離d，如前面定義的，它是邊緣引導(dǎo)件36的邊緣表面部分38沿根部24向內(nèi)的 距離。該流體的流速表示為G(磅/小時(shí)/英寸，英寸是從邊緣表面部分38至C點(diǎn)的 距離的單位)。因?yàn)橥ǔＳ兴膫€(gè)邊緣引導(dǎo)件和四個(gè)網(wǎng)狀部分，G—般表示為在所有 網(wǎng)狀部分上的質(zhì)量流速的平均值。
如上面所述，在采用熔制法的玻璃制造系統(tǒng)中制造的玻璃基板必須具有能用 于如平板顯示器之類的器件的均勻厚度。為保證均勻的厚度，本發(fā)明人進(jìn)行了研究， 并確定了一種改進(jìn)熔制方法的方式，以制造這種玻璃基板。特別是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)， 通過控制熔融玻璃26在成形設(shè)備10中的質(zhì)量分布，可以直接影響玻璃基板的質(zhì)量 /特性。同樣，本發(fā)明的主題涉及控制在成形設(shè)備10上流過的熔融玻璃26的質(zhì)量 流速。
已知充分的熔融過程產(chǎn)生具有恒定厚度的大面積的玻璃帶34。還希望在拉制 玻璃帶時(shí)玻璃帶的寬度不發(fā)生變化，即玻璃帶的邊緣保持穩(wěn)定。本發(fā)明人確定，如 果在網(wǎng)狀部分40的頂表面52 (即沿距離d)溢流的玻璃質(zhì)量流速與會(huì)聚成形表面22 的頂部50的高度L的三次方即L3的比值(即G/L3的數(shù)值)保持大于或等于約0. 0017 磅/小時(shí)/英寸4，更優(yōu)選大于或等于約0. 002磅/小時(shí)-英寸4，則能實(shí)現(xiàn)邊緣穩(wěn)定性。
應(yīng)注意，上面所示的條件對在熔融下拉法中建立邊緣(玻璃代寬度)穩(wěn)定性有 用，將在網(wǎng)狀部分表面上通過的玻璃層上施加的張力保持在較小的能力也是有益 的。所涉及的力包括將玻璃保持在網(wǎng)狀物表面上的粘附力和將玻璃從邊緣引導(dǎo)件 (網(wǎng)狀物)表面拉下的所應(yīng)用的力(重力和牽拉輥35)。這些力試圖將玻璃片從邊緣 引導(dǎo)件拉出，可能造成片寬度的變化。因此，希望粘附力至少和所應(yīng)用的力一樣大， 優(yōu)選明顯大于所應(yīng)用的力。通常，邊緣引導(dǎo)件包括難熔金屬，如鉑，以承受玻璃成 形時(shí)的高溫(通常超過100(TC)。研究發(fā)現(xiàn)，用于制造顯示器件的硅酸鹽玻璃對鉑 的濕潤較差，因?yàn)椴Ａc鉑表面完全分開。此外，硅酸鹽玻璃能對某些陶瓷材料如 氧化鋁或鋯高度潤濕。因此，用陶瓷材料如氧化鋁和/或鋯至少涂覆貴金屬(如鉑) 的網(wǎng)狀物部分以提高粘附力是有利的?；蛘?，網(wǎng)狀物部分可以是成形楔整體(如單 塊)部分，因?yàn)榫W(wǎng)狀物部分可以作為成形楔的一部分進(jìn)行澆鑄或機(jī)加工。在一些情 況下，網(wǎng)狀物部分可以作為單獨(dú)的陶瓷部件制造，然后安裝在成形楔上。對作為成 形楔的整體或單塊部分的網(wǎng)狀物部分進(jìn)行機(jī)加工的優(yōu)點(diǎn)是減少使用昂貴的貴金屬， 并消除在成形楔和會(huì)聚成形表面的交叉處的表面發(fā)生破壞的現(xiàn)象，這些表面的破壞 可能造成玻璃流動(dòng)中斷。在一些實(shí)施方式中，邊緣引導(dǎo)件，更具體是邊緣引導(dǎo)件的網(wǎng)狀物部分和/或成形楔可以部分或整體使用在提交于2004年12月30日的美國專 利申請第60/640686號(hào)中描述的任意的難熔材料制造，該專利申請全文參考結(jié)合于 本文。這些材料的例子包括鋯、磷釔礦(xenotime)型材料、磷釔礦穩(wěn)定的鋯型材料， 以及磷釔礦穩(wěn)定的鋯型材料加磷釔礦型材料，或它們的組合，如上述參考文獻(xiàn)中定 義和所述的。
當(dāng)然，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，由于有了具有穩(wěn)定邊緣流動(dòng)(即 穩(wěn)定的邊緣至邊緣的寬度)的成形楔，本發(fā)明提供了將成形楔按比例放大的能力。 即，按照以下標(biāo)準(zhǔn)可設(shè)計(jì)下一代成形楔-
G 二 G參照'(L/L參照)3 (1)
其中G是在下一代成形楔的網(wǎng)狀物部分上的質(zhì)量流速，L是下一代成形楔的會(huì) 聚成形表面的垂直高度。G,和L是那些與現(xiàn)有或以前的成形楔相同的參數(shù)。如前 面指出的，G通常表示為成形楔的所有網(wǎng)狀物部分的平均質(zhì)量流速。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見的是，可以在不偏離本發(fā)明的范圍和 精神的前提下對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變動(dòng)。因此，本發(fā)明意在覆蓋對本發(fā)明 的修改和變動(dòng)，只要這些修改和變動(dòng)在權(quán)利要求書和其等同項(xiàng)的范圍之內(nèi)。
8
權(quán)利要求
1.一種用于形成玻璃板的設(shè)備，該設(shè)備包括成形楔(12)，所述成形楔具有一對在成形楔根部(24)會(huì)聚的向下傾斜的成形表面部分(22)，并具有在根部上為L的垂直高度；沿成形表面的垂直邊緣部分延伸的邊緣引導(dǎo)件(36)，和與成形表面連通的網(wǎng)狀部分(40)，用于截取在該網(wǎng)狀部分上的G磅/小時(shí)-英寸的玻璃流并使其薄化；和其中，G/L3大于約0.0017磅/小時(shí)/英寸4。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，G/l/大于約0. 002磅/小時(shí)/英寸4。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，與流動(dòng)玻璃接觸的網(wǎng)狀物部分是 陶瓷材料。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述網(wǎng)狀物部分是固體陶瓷形式。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述網(wǎng)狀物部分是成形楔的單塊 部分。
6. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述陶瓷材料選自下組鋯、氧 化鋁、磷釔礦型材料、磷釔礦穩(wěn)定的鋯型材料，或它們的組合。
7. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述網(wǎng)狀物部分是由涂覆陶瓷的 難熔金屬構(gòu)成。
8. —種形成玻璃基板的方法，該方法包括使熔融玻璃在成形楔(12)上面流動(dòng)，所述成形楔具有一對在成形楔底部會(huì)聚 并形成玻璃拉制線的向下傾斜的成形表面部分(22)，并沿其形成玻璃拉制線(24)， 并具有在拉制線和與傾斜的成形表面部分的頂部相交的水平面之間為L英寸的垂 直高度，包含與成形表面連通的網(wǎng)狀部分(40)的邊緣引導(dǎo)件(36)，用于截取在網(wǎng)狀 部分上的G磅/小時(shí)-英寸的玻璃流并使其薄化；和其中，G/i;大于約0.0017磅/小時(shí)/英寸4。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，G/L3大于約0. 002磅/小時(shí)/英寸4。
全文摘要
公開了一種用于形成玻璃基板的設(shè)備，其中，設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，即設(shè)備的會(huì)聚成形表面的垂直高度L與在該設(shè)備的網(wǎng)狀物部分上面的熔融玻璃流動(dòng)相關(guān)。
文檔編號(hào)C03B17/06GK101495417SQ200780023402
公開日2009年7月29日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者K·E·莫斯, O·N·伯拉塔瓦, S·R·伯德特 申請人:康寧股份有限公司