專利名稱：溢流向下熔制法生產(chǎn)平板玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)平板玻璃的熔制法，具體涉及一種采用鋯石等靜壓管的熔制法，更具體地說，本發(fā)明涉及采用鋯石等靜壓管熔制法生產(chǎn)平板玻璃，抑制含鋯石缺陷形成的方法。
本發(fā)明公開的技術(shù)生產(chǎn)的平板玻璃特別用于制作諸如AMLCD一類液晶顯示器的基板。
背景技術(shù)：
熔制法是玻璃制造業(yè)生產(chǎn)平板玻璃的基本技術(shù)。例如參見Varshneya，ArunK.所著于1994年由波士頓Academic出版公司出版的“Fundamentals ofInorganic Glasses”(無機(jī)玻璃基礎(chǔ))一書第534-540頁的第20章，第4.2節(jié)。與本領(lǐng)域已知的其它工藝，如浮法和縫拉法相比，熔制法生產(chǎn)的平板玻璃表面具有很好的平整性和光滑性。結(jié)果，熔制法在生產(chǎn)用于制作液晶顯示器(LCD)的基板特別重要。
熔制法特別是溢流向下熔制法是共同轉(zhuǎn)讓給Stuart M.Dockerty的美國專利3,338,696和3,682,609的主題。

圖1所示是這兩個專利方法的示意圖。如圖中所示，玻璃熔體向一種稱之為“等靜壓管(isopipe)”的耐火材料形成的槽子供料。
運行狀態(tài)穩(wěn)定后，玻璃熔體從槽子頂部的兩邊外溢，向下流動，然后沿該等靜壓管外表面向里流動形成二片玻璃。該兩片玻璃在等靜壓管的底部相會而形成單片玻璃。然后被送入拉制設(shè)備(圖1所示的玻璃拉伸輥)，通過控制從槽子底部拉出的速率，控制平板玻璃的厚度。拉制設(shè)備正好就位于等靜壓管底部相當(dāng)遠(yuǎn)，因此單片玻璃在與拉制設(shè)備接觸之前就已冷卻而變得具有剛性。
從圖1可見，在整個生產(chǎn)工藝中，玻璃片的外表面不跟等靜壓管的外表面接觸，只與周圍大氣接觸。形成單片玻璃的二片玻璃片的內(nèi)表面固然與等靜壓管接觸，但它們在等靜壓管的底部熔合在最終單片玻璃的內(nèi)部，采用這種方式得到的最終平板玻璃具有優(yōu)異的性質(zhì)。
本發(fā)明要解決的問題熔制法采用的等靜壓管，因玻璃熔體流入該等靜壓管并在其外表面上溢流，經(jīng)受著很高溫度和很大的機(jī)械負(fù)載。為了能承受這些苛刻條件，該等靜壓管通常且最好由等靜壓的耐火材料塊(故此稱為“等靜壓管”)制成。特別是采用等靜壓的氧化鋯材料，即主要含ZrO2與SiO2的氧化鋯耐火材料制成。例如由氧化鋯耐火材料制成的鋯石等靜壓管，其中ZrO2與SiO2的含量至少占該材料的95重量％，該材料的理論組成是ZrO2·SiO2或等價地是ZrSiO4。
按照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在制造用作液晶顯示器基板的平板玻璃的主要損失在于制造過程中玻璃熔體流入并溢出鋯石等靜壓管而造成的玻璃中出現(xiàn)的鋯石晶體(稱為“二次鋯石晶體”，或“二次鋯石缺陷”)。還發(fā)現(xiàn)必須在更高溫度下生成的易析晶的玻璃中這種二次鋯石晶體問題更為明顯。
問題根源的尋找按照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，形成在最終平板玻璃中發(fā)現(xiàn)的鋯石晶體的氧化鋯，其來源在鋯石等靜壓管的上部。具體是這些缺陷來源于在沿鋯石等靜壓管外壁上部(溢出口)的溫度與粘度條件下，氧化鋯(即ZrO2和/或Zr4++2O2-)溶于玻璃熔體所致。與鋯石等靜壓管的下部相比，在上部的玻璃熔體溫度較高，粘度較低，因為玻璃熔體沿鋯石等靜壓管外壁向下流動，冷卻而變得更粘稠。
氧化鋯在玻璃熔體中的溶解度與擴(kuò)散率與玻璃熔體的溫度與粘度有關(guān)(即玻璃熔體溫度降低，它的粘度提高，溶于玻璃熔體的氧化鋯更少，其在玻璃熔體中的擴(kuò)散速率較低)。隨著玻璃熔體接近等靜壓管的底部，其中氧化鋯的量過飽和，結(jié)果鋯石晶體(即二次鋯石晶體)作為晶核生成，并在鋯石等靜壓管的底部區(qū)域中生長。
這些晶體長到一定程度會剝落進(jìn)入玻璃熔體內(nèi)，在平板玻璃的熔融作業(yè)線或其附近形成缺陷。通常晶體長度生長到約為100μm時，剝落才會引起問題。晶體長到這么一個長度要化費很長一段時間，例如說三個月以上連續(xù)不斷的操作過程。因此，在最終平板玻璃中尋找二次鋯石缺陷本身成了本發(fā)明一個重要方面。
問題的解決方法按照本發(fā)明，解決最終平板玻璃產(chǎn)品中二次鋯石缺陷的問題是熔制法的條件應(yīng)使得a)熔入該等靜壓管上部玻璃熔體的氧化鋯更少些，和/或b)析出熔體而在等靜壓管底部形成的二次鋯石晶體更少些(這種從熔體中析出可以被認(rèn)為包括析晶作用和/或鋯石晶體的沉淀)要獲得這些效果的操作條件有a)降低等靜壓管頂部(槽子與溢出區(qū)域)的溫度(具體是玻璃熔體的溫度)，或b)提高等靜壓管底部的操作溫度(具體是玻璃熔體的溫度)，或c)最好是降低等靜壓管頂部的操作溫度與提高其底部的操作溫度。
較佳的是，采用降低等靜壓管頂部的操作溫度用來解決二次鋯的問題，這種方法或單獨采用，或與提高等靜壓管底部溫度結(jié)合一起使用。一般說來，在解決二次鋯的問題上，改變等靜壓管頂部的溫度。它的作用約為在等靜壓管底部改變同樣溫度的作用的二倍。
等靜壓管頂部和/或底部所需的溫度調(diào)節(jié)，常采用玻璃生成過程中控制玻璃溫度所采用的加熱設(shè)備。例如降低等靜壓管頂部的操作溫度，可以采用調(diào)低(或關(guān)閉)鋯石等靜壓管頂部或頂部附近的加熱器，而提高等靜壓管底部的溫度，可以提高等靜壓管底或底部附近的如熱器的熱輸出和/或使用功率更大的加熱器和/或增加更多的加熱器。。
類似地，溫度調(diào)節(jié)可以通過改變隔熱作用和/或周圍空氣流動方式獲得，例如增大等靜壓管底部區(qū)域的隔熱作用可以提高該底部區(qū)域的溫度，和/或減少該區(qū)域空氣流動的狀況也可以提高等靜壓管該區(qū)域的溫度。
降低等靜壓管頂部的溫度，也可以通過降低從熔化/澄清設(shè)備向等靜壓管供應(yīng)的玻璃熔體的溫度來實現(xiàn)，該熔化澄清設(shè)備是用來平板熔制玻璃原料的。對于一定組成的玻璃，不管采用何種手段，使等靜壓管頂部的溫度降下來，結(jié)果就是提高玻璃熔體的粘度，并降低鋯石在該區(qū)域的溶解度。
本發(fā)明的特定實施方式圖2所示為操作溫度代表性的變化，旨在將玻璃的鋯石缺陷數(shù)從0.3個缺陷/磅降至0.09個缺陷/磅，即本發(fā)明的缺陷數(shù)小于非本發(fā)明玻璃缺陷數(shù)的1/3。應(yīng)當(dāng)指出，在鋯石等靜壓管底部兩端的溫度變化(提高)應(yīng)大于在該底部當(dāng)中溫度的變化(提高)，因為兩端是更有可能在鋯石等靜壓管底部區(qū)域生成二次鋯石晶體的部位。
圖2所示的溫度與降低供給等靜壓管的玻璃熔體溫度的方法結(jié)合一起采用，如從約1270℃降至1235℃。
圖2所示的溫度為玻璃熔體的溫度，可采用本領(lǐng)域已知的各種技術(shù)進(jìn)行溫度測量。一般說來，對于等靜壓管上部區(qū)域(包括溢出口)，測得的溫度大致與該等靜壓管外表面的溫度相同，而等靜壓管的下部(底部)，玻璃熔體的溫度通常低于該等靜壓管外表面的溫度。
圖2所示的溫度變化適合用于康寧公司生產(chǎn)其銷售的商品名為1737的那種LCD玻璃?？蓞⒁奃umbaugh，Jr.等人的美國專利5,374,595。從本發(fā)明可以容易決定適合其它玻璃的操作溫度(玻璃熔體溫度)。采用的具體溫度取決于玻璃組成，玻璃流量，以及等靜壓管構(gòu)型等諸多因素。實施時，可憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)溫度，直至最終產(chǎn)品中二次鋯石缺陷數(shù)達(dá)到商業(yè)上可以接受的程度，如每磅產(chǎn)品中少于0.1個缺陷。一般說來，對于適用于LCD基板的玻璃，在等靜壓管頂部(例如溢出口頂部)與等靜壓管底部的溫差必須小于90℃，某些場合小于80℃，才能避免二次鋯石缺陷數(shù)超過0.1個缺陷/磅。
總結(jié)從前所述可見，本發(fā)明提供的方法，采用鋯石等靜壓管可以減少熔制法所生產(chǎn)平板玻璃中的鋯石缺陷數(shù)。本法涉及控制在與等靜壓管接觸的最熱玻璃與最冷玻璃之間的溫差，與等靜壓管接觸的最熱玻璃中，氧化鋯基本上進(jìn)不了熔體，同時，與等靜壓管接觸的最冷玻璃中，鋯也基本上不會從熔體析出而形成鋯石晶體。具體是控制玻璃的溫差，使得在等靜壓管底部形成的二次鋯石晶體不會生長到會剝落的程度，以致使最終產(chǎn)品中缺陷數(shù)達(dá)到市場無法接受的地步，如大于0.1個缺陷/磅。
更明確地說，本發(fā)明通過控制玻璃流經(jīng)鋯石等靜壓管溫度的分布，減少氧化鋯在槽子溢出面擴(kuò)散進(jìn)入玻璃的數(shù)量，以及從熔體析出而在底部區(qū)域成晶體的鋯石的數(shù)量，從而解決二次鋯石缺陷的問題。
附圖簡要說明圖1代表性的溢流向下熔制法生產(chǎn)平板玻璃的示意圖。
圖2為本發(fā)明實施所采用的代表性的溫度變化示意圖。
權(quán)利要求
1.一種采用熔制法生產(chǎn)平板玻璃的方法，其中，將玻璃熔體供給鋯石等靜壓管，所述等靜壓管在頂部有個溢出口，在底部有個槽的底部，所述方法通過控制玻璃熔體流經(jīng)鋯石等靜壓管的溫度的分布，減少氧化鋯在槽的溢出面擴(kuò)散進(jìn)入玻璃熔體的量，并減少從熔體析出在底部位置形成晶體的鋯石的量，從而抑制平板玻璃中含鋯石缺陷的形成而提高產(chǎn)品質(zhì)量。
2.一種采用熔制法生產(chǎn)平板玻璃的方法，其中，將玻璃熔體供給鋯石等靜壓管，該等靜壓管在頂部有個溢出口，在底部有個槽的底部，所述方法通過控制與等靜壓管接觸的最熱玻璃熔體與最冷玻璃熔體之間的溫差，使得與等靜壓管接觸的最熱玻璃熔體中，氧化鋯基本上不會溶入熔體，而與等靜壓管接觸的最冷玻璃熔體中，氧化鋯也基本上不會從熔體析出形成鋯石晶體，從而抑制平板玻璃中含鋯石缺陷的形成而提高產(chǎn)品質(zhì)量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括降低等靜壓管頂部的玻璃熔體溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，等靜壓管頂部的玻璃熔體溫度低于1258℃。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括提高等靜壓管底部的玻璃熔體溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征為，等靜壓管底部的玻璃熔體溫度高于1120℃。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征為，等靜壓管底部兩端溫度的提高大于底部當(dāng)中溫度的提高。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括降低等靜壓管頂部的玻璃熔體溫度和提高等靜壓管底部的玻璃熔體溫度的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征為，等靜壓管頂部的玻璃熔體溫度低于1258℃，等靜壓管底部的玻璃熔體溫度高于1120℃。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征為，等靜壓管底部兩端溫度的提高大于底部當(dāng)中溫度的提高。
11.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括降低供給等靜壓管的玻璃的溫度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征為，供給等靜壓管的玻璃的溫度低于1270℃。
13.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為，等靜壓管頂部玻璃熔體與等靜壓管底部玻璃熔體的溫差小于約90℃。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征為，所述溫差小于約80℃。
15.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為在底部形成的鋯石晶體不會長大到一定程度以致剝落從而使最終產(chǎn)品中缺陷數(shù)多到市場不能接受的地步。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征為，在底部形成的鋯石晶體，其長度小于約100μm。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征為，最終產(chǎn)品玻璃中的缺陷數(shù)小于或等于0.1個缺陷/磅。
全文摘要
本發(fā)明提供采用鋯石等靜壓管抑制溢流向下熔制法生產(chǎn)平板玻璃中缺陷的形成的方法。該方法包括通過控制玻璃流經(jīng)等靜壓管的溫度分布，減少氧化鋯在等靜壓管頂部擴(kuò)散進(jìn)入玻璃熔體的量，并減少從等靜壓管底部的玻璃熔體中析出的鋯石的量。
文檔編號C03B17/06GK1604876SQ02825332
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者P·G·查爾克, P·M·芬, D·M·莫法特－法爾班克斯 申請人:康寧股份有限公司