L管降溫對液晶玻璃厚度的影響

摘要：TFT-LCD玻璃基板的厚度是調整翹曲、應力以及垂度的先決條件，是控制玻璃品質的關鍵要素。它要求極差越小越好，我們的內控標準為≤0.03mm（0.5±0.03mm）。在使用牽引轉速、冷熱風管、A1組功率等常用調節手段后，由于更換馬弗爐組件所造成的近端薄、遠端厚、斜率較大的情況，為了盡量不改變馬弗爐角度和磚尖溫度，且生產中缺乏升高前端溫度的條件，而考慮到高粘度玻璃在管內的流動特性及溢流槽的結構，通過調整L管末端的溫度改變玻璃液粘度來控制溢流磚斜槽內玻璃液的流量分布，進而改善厚度斜率。文章要解決的是玻璃生產操作與玻璃成分溫度和粘度三者的關系以提高對生產的控制。

關鍵詞：溢流成型；厚度；溫度；粘度；玻璃流向分布

中圖分類號：TG485 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0070-03

1 溢流系統及在更換加熱組件后形成的非正常厚度

鉑金送料管（L管）將從鉑金系統來的熔解好的玻璃液輸送到該溢流磚上部的收集槽內，待收集槽盛滿后，玻璃液從流溢磚上的槽子頂部向兩邊溢出，在重力的作用下，沿溢流磚外表面向下流動形成兩片玻璃帶，最后在該溢流磚的下方處再結合成單片玻璃帶。再向下流過成型定型區后進入牽引設備，通過調整牽引設備的牽引速度來控制從溢流磚下部拉出的玻璃帶的速率，進而控制生成的基板玻璃的厚度，如圖1所示。而在更換加熱組件后，馬弗爐內的溫場特性有所改變，局部溫度的不均衡導致玻璃在溢流磚上的流向分布發生改變，形成了近端薄遠端厚，兩端的厚度偏差指標極差變大已超標。另外當基板生產由厚切換到薄時，其厚度也會出現近端薄遠端厚，且寬度變短，如圖2所示在1300mm和1100mm區間的極差。其產生的原因為溢流槽入口處玻璃量不夠，解決方法一般是調整移動吊裝來修改溢流磚角度或升高前端溫度。但這兩種辦法動作大、時間長，也受設備本身的限制，易出現其他不良狀況。平時在流量一定的情況下一般采用調整溢流磚加熱棒A1組的功率和兩側吹管進行控制。但在出現斜率較大的情況下，為滿足其他生產條件而不能進行大幅度調整，厚度偏差就無法得到優化。

2 溢流法成型對厚度的調節手段有限

玻璃表面的質量是取決于輸送到溢流磚中玻璃液量、穩定度、水平度、玻璃的引出量。 實際生產時只能通過調節玻璃流量、溫度和溢流磚角度、更換溢流磚等實現厚度的控制。針對前述厚度不良在流量一定的情況下，對A1組加熱棒進行調整控制斜率，但為保證溢流磚的溫度不產生析晶，其功率不能降得太多以保證足夠的溫度。甚至定型區近端采取冷風吹管遠端使用熱風吹管的手段，厚度極差雖控制在標準內但還是偏大給后續玻璃品質的調整造成困難。如圖3所示：

3 控制玻璃黏度從而控制玻璃板的厚度、寬度及表面翹曲度

在《玻璃工藝學》88～95頁上的《工業玻璃成分粘度與溫度關系》中提出的計算公式和計算方法舉例說明了已知粘度、溫度關系。它要求必須很好地控制成型過程中玻璃液的粘度，根據生產需要把溫度曲線上特定的粘度點聯系起來加以控制。準確地把握溫度-粘度曲線對于控制生產和排除故障都是極為有用的。玻璃的粘度愈小，流變性就愈大。在此不考慮玻璃成分對粘度的影響，只通過溫度的控制，促使玻璃的粘度發生改變，即可改變玻璃的流變性，以達到成形和定形。在成型設備中L管與溢流磚的斜槽相連，由于輸送玻璃液過程中熱量的散失，靠近L管內壁四周的玻璃溫度低黏度大玻璃流速慢，中間部位溫度高流速快，長時間流速不均勻會形成溫度分布的嚴重不均衡，玻璃流向溢流槽遠端的多而變厚近端少變薄。通過降低L管溫度使玻璃粘度加大，改變玻璃在溢流磚斜槽內槽內的分布流向，近端會因為向遠端輸送的玻璃溫度漸低，液流阻力變大而堆積玻璃較多受重力牽引大，玻璃溫度相對高、流速也快厚度得以增加，而遠端受阻力和溢流槽結構的影響玻璃液少則減薄，從而改善了玻璃近端薄、遠端厚的情況。

4 通過降溫的增加導致玻璃液的粘滯力迅速增加，改變玻璃液在溢流槽內的流量分布

玻璃液是經由L管橫向流入溢流磚（Trough）的進料端（近端），而進料槽的設計是從進料端向上以一定的坡度向上攀升，溢流磚則呈向下傾斜一定角度，以便維持入口端隨著進料槽長度的增加與遠程減少體積流能維持線性的關系。進料槽的玻璃液均勻向兩邊溢流出而在溢流磚的根部再熔合成平板玻璃，這是一個降溫的過程，玻璃液溢流的速率取決于輸送管和送料槽的阻力， 而玻璃液的溫度越高黏度越小，且其本身就是一種高粘度的粘彈體玻璃液。根據我們做的模流實驗表明，在TFT-LCD 玻璃薄板成型過程中必須嚴格控制各成型部位的玻璃液粘度一定成分的玻璃液在某溫度時的粘度為常數，以通常只要對溫度進行控制就可以間接地控制粘度。在L管內上端的玻璃沿溢流槽流向近端，管內中間的玻璃流速較快偏向溢流磚中間，下端的玻璃流向溢流槽遠端。通過降低L管末端的溫度提高其粘度，粘度的提高使得玻璃流入溢流磚斜槽內速度變慢和流量由近至遠逐漸減小。流向遠端的玻璃液因粘度變大的原因，輸送到遠端的玻璃流量速度減小，近端的玻璃液則因遠端的流量阻力聚集了相對大量的玻璃溢出，從而使玻璃液在溢流磚上的分布變得近端多而遠端少，平衡了遠近端玻璃基板厚度，解決以前厚度偏差問題。如遇近端厚遠端薄的情況則調整相反。調整前后經過理化測試玻璃的粘度有了改變，具體數據如表1：

5 調整動作和數據

考慮到整體調整L管溫度使不動層液面發生波動會產生其他玻璃缺陷，為把影響降到最小，只對后段5/6/7各降70W功率，共210W分兩次3小時到位。

（1）調整前后L管溫度及差值（℃）數據如表2：

（2）調整前后磚頂（K1/K3/K4）、磚尖溫度（HU-I/C/E）和差值（℃）數據如表3：

（3）調整前后的厚度變化：列舉了連續兩次降功率時厚度的數據。在總共116個測量點中分別選取距遠、近端各50mm的5個點進行測量對比，測量間距為10mm，數據如表4：

（4）調整量與極差變化數據表：

6 結語

（1）溢流磚整體溫度大約下降1℃左右，L管在2.3℃～2.7℃間，符合預想的溫度。磚頂部溫度呈近、中、遠依次降低的溫差，磚尖溫度遠端低。促使玻璃流向分布發生變化，取兩端各50mm，根據厚度測量數據表明：近端變厚遠端變薄，玻璃品質有較大提高。證明有目的性的控制溫度和粘度進而改變玻璃的流量速度對成型生產具有重要的意義，是有效合理操作的必要手段。（2）值得注意的是，降溫只對L3/4影響大，側面上驗證了供料管在不動層液位之上這為減少結石等玻璃缺陷創造了條件。其后我們以此為據，按比例增加了L1-L3的溫度，進一步完善了工藝條件。（3）L5對L4的影響比L6、L7要大，可能L5在溫差拐點上，或L6、L7受A1UL/R加熱溫度影響。但粘度的變化影響到軟化點應力退火點的溫度，生產控制中需加以注意。（4）按正常調整A1組功率計算，約相當于A1組各降30W總計120W功率。生產參考值L5/6/7∶A1組=1∶0.4～0.5左右。L5-L7各降100W大約會優化極差至0.015mm，由此可在A1組功率調整受限或為減小功率延長使用壽命時采用。

參考文獻

[1] 西北輕工學院.玻璃工藝學[M].北京：中國輕工業出版社，1982.

[2] 張飛鶴.普通硅酸鹽工業玻璃的粘度溫度關系的計算及其實用意義[D].浙江大學.

作者簡介：高曉立（1967-），男，山西平定人，石家莊寶石集團旭新光電科技有限公司電子工程師，研究方向：電子玻璃。