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CN104169228A - 形成玻璃带时的温度控制 - Google Patents

形成玻璃带时的温度控制 Download PDF

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CN104169228A CN201280067658.3A CN201280067658A CN104169228A CN 104169228 A CN104169228 A CN 104169228A CN 201280067658 A CN201280067658 A CN 201280067658A CN 104169228 A CN104169228 A CN 104169228A
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Abstract

一种冷却使用熔合拉制法形成的玻璃带的方法。所述方法包括使用熔合拉制法形成玻璃带。所述玻璃带一旦形成，垂直地穿过玻璃化转变温度区域。引导所述玻璃带穿过至少部分地位于拉制区域底部的保护性增压室。把气体导入所述保护性增压室，并垂直地沿着所述玻璃带的宽表面移动。以不小于约100Nm3/h的流量，通过穿过所述保护性增压室的侧壁形成的至少一个出口狭槽，来把气体导出所述保护性增压室。

Description

形成玻璃带时的温度控制
本申请根据35USC119要求于2011年11月29日提交的美国临时专利申请序列第61/564396号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
领域
本发明总体涉及制造用作显示器装置的基板的玻璃板，具体来说，涉及用于在形成玻璃带时对该玻璃带的温度进行控制的方法和设备。
背景
显示器装置被用于许多的用途。例如，薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)被用于笔记本电脑、台式计算机平板显示器、LCD电视机以及互联网和通信装置等。
许多显示器装置，例如TFT-LCD面板和有机发光二极管(OLED)面板是直接在平坦的玻璃板(玻璃基板)上制造的。为了加快生产速度并降低成本,通常面板制造工艺会在单个基板或者基板的子片(sub-piece)上同时制造多个面板。在该工艺的不同位点，沿切割线将所述基板分割成几个部分。
用于形成玻璃板的这种方法中的一种通常称为熔合拉制法。熔合法(具体指溢流下拉熔制法)包括将熔融玻璃供给耐火体中形成的收集槽的供应管(称作溢流槽(isopipe))。在溢流下拉熔制法中，熔融玻璃从供应管到达收集槽，然后在收集槽两侧从顶部溢流，由此形成两个玻璃板，所述玻璃板沿溢流槽的外表面向下然后向内流动。两个玻璃板在溢流槽的底部或根部汇合，在此熔合在一起形成单板。然后，将该单板输送至拉制设备，该设备通过从根部将该板拉离的速率来控制该板的厚度。拉制设备正好位于根部的下游，使单板在与该设备接触之前已经冷却和变硬。
因为熔合拉制法非常适于形成高质量的玻璃板，它在LCD以外的市场应用也是理想的。示例包括用于光伏面板的化学强化玻璃和特种玻璃。在形成玻璃板的过程中，这种玻璃板可具有它们自己的受控冷却问题。
概述
在一种实施方式中，提供一种冷却使用熔合拉制法形成的玻璃带的方法。所述方法包括使用熔合拉制法形成玻璃带。所述玻璃带一旦形成，垂直地穿过玻璃化转变温度区域。引导所述玻璃带穿过至少部分地位于拉制区域底部的保护性增压室。把气体导入所述保护性增压室，并垂直地沿着所述玻璃带的宽表面移动。以不小于约100Nm3/h的流量，通过穿过所述保护性增压室的侧壁形成的至少一个出口狭槽，来把气体导出所述保护性增压室。
在另一种实施方式中，提供一种冷却使用熔合拉制法形成的玻璃带的方法。所述方法包括使用熔合拉制法形成玻璃带。所述玻璃带一旦形成，垂直地穿过玻璃化转变温度区域。引导所述玻璃带穿过至少部分地位于拉制区域底部的保护性增压室。在把玻璃带在其玻璃化转变温度以下冷却之后，然后把气体导入所述保护性增压室，并垂直地沿着所述玻璃带的宽表面移动，从而进一步冷却所述玻璃带。通过穿过所述保护性增压室的侧壁形成的至少一个出口狭槽，来把气体导出所述保护性增压室。
在另一种实施方式中，提供一种冷却使用熔合拉制法形成的玻璃带的方法。所述方法包括使用熔合拉制法形成玻璃带。所述玻璃带一旦形成，垂直地穿过玻璃化转变温度区域。引导所述玻璃带穿过至少部分地位于拉制区域底部的保护性增压室。在把玻璃带在其玻璃化转变温度以下冷却之后，然后通过保护性增压室中的底部开口把气体导入所述保护性增压室，所述玻璃带经过该底部开口，从而进一步冷却所述玻璃带。通过至少一对出口狭槽把气体导出所述保护性增压室，所述至少一对出口狭槽包括穿过保护性增压室的侧壁形成且面向所述玻璃带的第一宽表面的第一出口狭槽，以及穿过保护性增压室的侧壁形成且面向所述玻璃带的第二宽表面的第二出口狭槽，所述第二宽表面与所述第一宽表面相对。
在以下的详细描述中给出了要求保护的主题内容的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图简要说明
图1是熔合拉制法的一种实施方式的示意图；
图2是玻璃带的一个实施方式；
图3是图1所示熔合拉制法的示意图，包括在玻璃化转变温度区域以下或下游位置的对流冷却；
图4显示了用于在玻璃化转变温度区域以下或下游位置，使用玻璃带的对流冷却的系统和方法的一种实施方式；
图5显示了用于在玻璃化转变温度区域以下或下游位置，使用玻璃带的对流冷却的系统和方法的另一种实施方式；
图6显示了用于在玻璃化转变温度区域以下或下游位置，使用玻璃带的对流冷却的系统和方法的另一种实施方式；以及
图7显示了用于在对流冷却过程中提取加热的空气的提取组件的一种实施方式。
详细描述
本文所述的实施方式总体涉及玻璃板的形成，包括在形成玻璃板的过程中例如在熔合拉制法中使用的玻璃带的受控冷却。可在熔合拉制机中使用强制对流。具体来说，空气或其它流体，可通过底部开口例如玻璃带离开熔合拉制机的地方来进入熔合拉制机。然后，可通过熔合拉制机中提供的专用开口，把加热的空气强制导出或以其它方式导出，由此构建用来冷却玻璃带的空气流。
以下是关于熔合拉制法(也被称为熔融法、溢流下拉法、或者溢流法)的讨论，应当理解本文所揭示和要求保护的方法和设备也可用于其他的下拉法。因为熔合拉制法是已知的，所以省略了很多细节，以免干扰描述的重点。例如，在美国专利第3682609号和美国专利第3338696号描述了熔合拉制法，以上各文的细节通过引用全部纳入本文。
如图1所示,熔融法10使用形成结构(溢流槽)37,其在腔39内接收熔融玻璃。所述溢流槽包括根部41，从溢流槽的两个汇聚的侧面流下的熔融玻璃在所述根部熔合在一起，形成玻璃带15。在离开根部之后，玻璃带15先穿过边缘辊27，然后穿过牵拉辊29。当玻璃带15向下拉制移动时，玻璃带15穿过它的玻璃化转变温度区域(GTTR)，如图1的31示意性所示。在GTTR以上的温度，玻璃带15的性质基本上类似于粘性液体。在GTTR以下温度，玻璃带15的性质基本上类似于弹性固体。当玻璃带15通过它的GTTR由高温冷却的时候，其不会显示由粘性向弹性性质的急剧变化。相反，玻璃带15的粘度逐渐增大，经过同时表现出显著的粘性和弹性性质的粘弹性区域，最终性质表现为弹性固体。
尽管GTTR将随加工的具体玻璃而变化，但对于LCD玻璃的代表数值，GTTR的上限通常小于或等于约850℃，且GTTR的下限通常大于或等于约650℃，例如GTTR的下限可大于或等于约700℃。
图1中，边缘辊27在GTTR以上的位置接触玻璃带15，而所示的牵拉辊29则位于GTTR之内。如有需要，牵拉辊也可位于GTTR以下。在它们的接触点处，边缘辊27的温度可低于玻璃带15的温度，例如可用水或空气冷却边缘辊27。由于边缘辊27温度较低，其会局部降低玻璃带15的温度。这种冷却可减少玻璃带15的收窄，即所述局部冷却可有助于控制拉制过程中发生的玻璃带宽度的减小(例如通过牵拉辊29的作用使得宽度减小)。所述牵拉辊29通常温度也低于其接触的玻璃带15，但是由于牵拉辊29位于拉制工艺更为靠下的位置，所以温度的差别会小于边缘辊27处。
如图1所示，用于融合法的设备可分成第一部分50(在本文中也称为熔合拉制机或FDM)和第二部分60(在本文中也称为拉制底部或BOD)。如上所述，在第一部分50中玻璃带15是相对粘性的，且在高于玻璃化转变区域31的温度的温度，玻璃带15以相对高的速率冷却，例如在约6℃/英寸到约15℃/英寸的范围。这个区域离根部41可为约10英寸到15英寸。接下来，在玻璃化转变区域31的上部分，可把冷却速率降低至约4℃/英寸到约10℃/英寸的范围。可在接下来的约10英寸和约15英寸中继续使用这个更慢的冷却速率。应理解，可通过调节对玻璃带表面的加热/冷却功率来控制第一部分50中根部14之前和之后的冷却速率。
本文所述的温度控制方法和设备涉及在位于玻璃化转变区域31以下的第二部分60中冷却玻璃带15。BOD或第二部分60还可包括部分70(在本文中也称为移动砧机或TAM)，其中沿着切割线35使单块板13与带15分离。可通过提供环绕玻璃带15的保护性增压室(plenum)来实现在第二部分60中的温度控制。保护性增压室可包括含导热性较低的材料的壁，并接合电学加热元件来调节玻璃温度分布。可通过从玻璃带15到保护性增压室壁的辐射传热、通过壁的传导传热以及从壁到外部环境的对流，至少部分地从玻璃带15提取热量。
简要参考图2，显示了本文用来描述玻璃带15的术语集。玻璃带15具有相对宽的表面16和17，相对窄的外部边缘19a、19b，中心线C，和厚边(bead)部分21a、21b，其从边缘19a、19b向内朝着中心线C延伸。厚边部分21a和21b通常比中央区域23更厚，并通常称作用于抓握玻璃带15的非质量区域。
参考图3，显示了在含玻璃化转变区域31的第一部分50以下的第二部分60中，用于冷却玻璃带15的温度控制方法100的示意性侧视图。在穿过牵拉辊29(图1)和穿过玻璃化转变区域31之后，玻璃带15至少部分地被罩在保护性增压室102中。所述保护性增压室102通常垂直取向于顶部开口104以及底部开口106，玻璃带15通过该顶部开口进入保护性增压室102，且玻璃带15通过该底部开口106离开保护性增压室102，例如在被引导至TAM70之前。通过保护性增压室102的侧壁110和112来提供侧面开口或狭槽108，以允许空气116或其它流体从该保护性增压室102的内部空间114逃逸。在一些实施方式中，狭槽108可在玻璃带15的相对侧118和120处提供。这允许空气116进入内部空间114，并沿着垂直方向即通常平行于玻璃带15拉伸长度的方向移动。如图所示，空气116可通过保护性增压室102的底部开口106进入，玻璃带15通过该开口出来并移动至TAM70(图1)。但是，可有其它实施方式。例如，空气116可通过在侧壁110或112形成的开口或狭槽进入。
在图4-6中显示了多种示例空气进口和出口位置。参考图4，显示了用于从熔融玻璃形成玻璃带15的溢流槽37。然后，如上所述，通过位于玻璃化转变温度区域31中的牵拉辊29接收玻璃带15。然后，把玻璃带15引导至垂直取向的保护性增压室102的顶部开口104，该保护性增压室102包括形成保护性增压室102的内部空间114的侧壁110和112。在图4所示的示例实施方式中，保护性增压室102包括穿过侧壁110的出口狭槽122，以及穿过侧壁112的出口狭槽124。出口狭槽122和124位于玻璃带15的相对侧118和120上，且与底部开口106垂直隔开。在一些实施方式中，出口狭槽122和124可以约相同的垂直距离与底部开口106隔开。与底部开口106相比，出口狭槽122和124还可更接近顶部开口104。由图可知，保护性增压室102的一部分还可包括至少部分的玻璃化转变温度区域31。出口狭槽122和124可位于玻璃化转变温度区域31以下的一段垂直距离处。
在运行中，允许空气116或其它气体通过保护性增压室102的底部开口106进入。然后，空气116垂直移动至玻璃带15的两侧118和120上，通过对流冷却玻璃带15。然后，在玻璃化转变温度区域31以下(或下游)的位置，加热的空气116离开出口狭槽122和124。在一些实施方式中，可使用风扇或其它类型的空气泵来把空气116强制驱出内部空间114。在其他实施方式中，可通过烟囱效应来诱导流动，发生这个是因为在内部空间114里面的空气和外面的空气存在温差。可通过下述公式计算由烟囱效应诱导的近似气流流量。
Q = CA 2 gh T i - T o T i
式中：
Q＝烟囱效应气流流量m3/s
A＝流动面积，m2
C＝流量系数(通常取0.65-0.70)
g＝重力加速度，9.81m/s2
h＝高度或距离，m
Ti＝内侧平均温度，K
To＝外侧空气温度，K。
参考图5，保护性增压室102包括侧壁110和112，还包括第一对出口狭槽122和124、第二对出口狭槽130和132。出口狭槽122和130穿过侧壁110，以及出口狭槽124和132穿过侧壁112。出口狭槽122、130以及124、132位于玻璃带15的相对侧118和120，各对出口狭槽垂直地相互隔开，且与底部开口106垂直地隔开。在一些实施方式中，第一对出口狭槽122和124可以约相同的垂直距离与底部开口106隔开，以及第二对出口狭槽130和132也可以相同的垂直距离与底部开口106隔开。与底部开口106相比，出口狭槽122和124可更接近顶部开口104，以及与顶部开口104相比，出口狭槽130和132可更接近底部开口106。
在运行中，允许空气116或其它气体通过保护性增压室102的底部开口106进入。然后，空气116垂直移动至玻璃带15的两侧118和120上，通过对流冷却玻璃带15。然后，在玻璃化转变温度区域31以下(或下游)的位置，加热的空气116离开出口狭槽130和132以及出口狭槽122和124。在一些实施方式中，可使用风扇或其它类型的空气泵来把空气116强制驱出内部空间114。在其他实施方式中，可通过烟囱效应来诱导流动，发生这个是因为在内部空间114里面的空气和外面的空气存在温差。
参考图6，保护性增压室102包括侧壁110和112，还包括第一对出口狭槽122和124、第二对进口狭槽140和142。狭槽122和140穿过侧壁110，以及狭槽124和142穿过侧壁112。狭槽122、140以及124、142位于玻璃带15的相对侧118和120，各对狭槽垂直地相互隔开，且与底部开口106垂直地隔开。在一些实施方式中，第一对出口狭槽122和124可以约相同的垂直距离与底部开口106隔开，以及第二对进口狭槽140和142也可以相同的垂直距离与底部开口106隔开。与底部开口106相比，出口狭槽122和124可更接近顶部开口104，以及与顶部开口104相比，进口狭槽140和142可更接近底部开口106。
在运行中，允许空气116或其它气体通过保护性增压室102的底部开口106和通过进口狭槽140和142进入。然后，空气116垂直移动至玻璃带15的两侧118和120上，通过对流冷却玻璃带15。然后，在玻璃化转变温度区域31以下(或下游)的位置，加热的空气116离开出口狭槽122和124。在一些实施方式中，可使用风扇或其它类型的空气泵来把空气116强制驱出内部空间114。在其他实施方式中，可通过烟囱效应来诱导流动，发生这个是因为在内部空间114里面的空气和外面的空气存在温差。在一些实施方式中，可采用对空气的横向调节，例如在玻璃带的侧面处比在玻璃带的中央处提取更多的空气，或反过来，从而调节穿过玻璃带的空气流。
参考图7，一种示例性提取组件150可与保护性增压室102连接，并包括狭槽接收部分152和加热气体递送部分154。可在一出口狭槽中接收狭槽接收部分152，并用来从保护性增压室的内部空间中提取加热的空气。加热气体递送部分154可用来把加热的空气导离保护性增压室，例如用来把加热的空气排向大气。
作为一个例子，在小规模熔合拉制机上安装穿过保护性增压室的两对空气出口狭槽，并且所述狭槽处在使用熔合拉制法形成的玻璃带的相对两侧。出口狭槽位于保护性增压室的底部开口的上方约45英寸处。离开保护性增压室的底部开口的玻璃带的温度。测试两种玻璃流量：在14.4英寸宽递送系统上的210磅/小时和375磅/小时。对于210磅/小时的玻璃流动，观察到在提取空气流量为100Nm3/h(标准立方米/小时)时玻璃带的温度是约500℃，在800Nm3/h时为约370℃。对于375磅/小时的玻璃流动，观察到在提取空气流量为100Nm3/h时玻璃带的温度是约640℃，在400Nm3/h时为约610℃。观察到，在受空气对流影响的区域，热量提取总量显著增加了20％-50％，具体取决于对流空气的量。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种冷却使用熔合拉制法形成的玻璃带的方法，所述方法包括：
使用所述熔合拉制法形成玻璃带，所述玻璃带一旦形成，垂直地穿过玻璃化转变温度区域；
引导所述玻璃带穿过至少部分地位于拉制区域底部的保护性增压室；
把气体导入所述保护性增压室，并垂直地沿着所述玻璃带的相对宽的表面移动；以及
以不小于约100Nm3/h的流量，通过穿过所述保护性增压室的侧壁形成的至少一个出口狭槽，来把气体导出所述保护性增压室。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述气体导入所述保护性增压室的步骤在所述玻璃带在其玻璃化转变温度以下冷却后发生。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃化转变温度区域包括至少部分的所述保护性增压室。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述出口狭槽位于所述玻璃化转变温度区域以下。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个出口狭槽是位于面向所述玻璃带的第一相对宽的表面的第一出口狭槽，把所述气体导出所述增压室的步骤包括穿过位于面向所述玻璃带的第二相对宽的表面的第二出口狭槽来引导气体，所述第二相对宽的表面与所述第一相对宽的表面相对。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护性增压室包括顶部开口和底部开口，把所述气体导入所述保护性增压室的所述步骤包括气体通过所述底部开口进入。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，与所述底部开口相比，所述至少一个出口狭槽位于更接近所述顶部开口处。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，与所述顶部开口相比，所述至少一个出口狭槽位于更接近所述底部开口处。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述气体导入所述保护性增压室的所述步骤包括通过穿过所述保护性增压室的侧壁形成的进口狭槽来引导气体。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，穿过所述至少一个出口狭槽把所述气体导出所述保护性增压室的步骤包括，以约100Nm3/h-约800Nm3/h的流量穿过所述至少一个出口狭槽来引导所述气体。
11.一种冷却使用熔合拉制法形成的玻璃带的方法，所述方法包括：
使用所述熔合拉制法形成玻璃带，所述玻璃带一旦形成，垂直地穿过玻璃化转变温度区域；
引导所述玻璃带穿过至少部分地位于拉制区域底部的保护性增压室；
在把玻璃带在其玻璃化转变温度以下冷却之后，然后把气体导入所述保护性增压室，并垂直地沿着所述玻璃带的相对宽的表面移动，从而进一步冷却所述玻璃带；以及
通过穿过所述保护性增压室的侧壁形成的至少一个出口狭槽，来把气体导出所述保护性增压室。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，以不小于约100Nm3/h的流量来把所述气体导出所述保护性增压室。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述玻璃化转变温度区域包括至少部分的所述保护性增压室。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述出口狭槽位于所述玻璃化转变温度区域以下。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个出口狭槽是位于面向所述玻璃带的第一相对宽的表面的第一出口狭槽，把所述气体导出所述增压室的步骤包括穿过位于面向所述玻璃带的第二相对宽的表面的第二出口狭槽来引导气体，所述第二相对宽的表面与所述第一相对宽的表面相对。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述保护性增压室包括顶部开口和底部开口，把所述气体导入所述保护性增压室的所述步骤包括气体通过所述底部开口进入。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，与所述底部开口相比，所述至少一个出口狭槽位于更接近所述顶部开口处。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，把所述气体导入所述保护性增压室的所述步骤包括通过穿过所述保护性增压室的侧壁形成的进口狭槽来引导气体。
19.一种冷却使用熔合拉制法形成的玻璃带的方法，所述方法包括：
使用所述熔合拉制法形成玻璃带，所述玻璃带一旦形成，垂直地穿过玻璃化转变温度区域；
引导所述玻璃带穿过至少部分地位于拉制区域底部的保护性增压室；
在把玻璃带在其玻璃化转变温度以下冷却之后，然后通过保护性增压室中的底部开口把气体导入所述保护性增压室，所述玻璃带穿过所述底部开口，从而进一步冷却所述玻璃带；以及
通过至少一对出口狭槽把气体导出所述保护性增压室，所述至少一对出口狭槽包括穿过所述保护性增压室的侧壁形成且面向所述玻璃带的第一相对宽的表面的第一出口狭槽，以及穿过所述保护性增压室的侧壁形成且面向所述玻璃带的第二相对宽的表面的第二出口狭槽，所述第二相对宽的表面与所述第一相对宽的表面相对。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述一对出口狭槽位于所述玻璃化转变温度区域以下。
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