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KR20070015212A - 유리의 제련 및 균일화 방법 및 장치, 및 상기 방법으로획득된 생성물 - Google Patents

유리의 제련 및 균일화 방법 및 장치, 및 상기 방법으로획득된 생성물 Download PDF

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KR20070015212A
KR20070015212A KR1020067024800A KR20067024800A KR20070015212A KR 20070015212 A KR20070015212 A KR 20070015212A KR 1020067024800 A KR1020067024800 A KR 1020067024800A KR 20067024800 A KR20067024800 A KR 20067024800A KR 20070015212 A KR20070015212 A KR 20070015212A
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KR
South Korea
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glass
smelting
axis
substrate
homogenizing
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Ceased
Application number
KR1020067024800A
Other languages
English (en)
Inventor
피레 장-보인
라몽 로드리구즈 쿠아르타스
루이스 그리잘바 고이초체아
Original Assignee
쌩-고벵 글래스 프랑스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쌩-고벵 글래스 프랑스 filed Critical 쌩-고벵 글래스 프랑스
Publication of KR20070015212A publication Critical patent/KR20070015212A/ko
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Abstract

본 발명은 유리를 제련 및 균일화시키기 위해 축(6)을 중심으로 회전가능하게 배치될 수 있는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 처리되는 용융유리를 수용하는데 사용되는 리셉터클(1); 감압 구획부(2) 및 유리가 배출할 수 있는 적어도 하나의 개구부(5, 19)를 포함하고, 또한 상기 용융 유리를 이송 리셉터클(1)에서 감압 구획부(2)로 이송하는 수단(7, 8, 17, 18)을 포함한다. 본 발명은 본 발명에 따른 장치를 실행하여 기판을 생산하는 방법 및 상기 방법으로 생산된 기판에 관한 것이다.

Description

유리의 제련 및 균일화 방법 및 장치, 및 상기 방법으로 획득된 생성물{METHOD AND DEVICE FOR FINING AND HOMOGENIZING GLASS AND PRODUCTS OBTAINED WITH THE AID OF SAID METHOD}
본 발명은 유리, 및 특히 평편한 유리의 제조공정 및 이러한 공정을 실행하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 보다 정확하게는 용융 유리를 제련하고 균일화하는 신규한 공정, 특히 감압 하에서 회전 제련공정에 관한 것이다. 또한 본 발명의 주제는 이러한 공정에 의해 제조될 수 있는 신규한 유리기판이다.
유리의 품질은 유리, 특히 편평한 유리 제조업자에게 가장 중요하다. 완벽한 화학 균일성 및 완벽한 표면 마무리(낮은 비평탄성 및 낮은 거칠기, 특히 이하에 정의된 바와 같은 미세거칠기)에 의한 품질은 기체 및 고체 삽입물(내화 및 비용융되거나 불충분하게 용융된 배치물질)의 부재로 표현될 수 있고, 특히 자동차 산업의 용도 및 심지어 전자분야의 유리 용도까지에도 요구된다. 전자분야의 용도들 중에서, 액정 디스플레이(LCDs)용 유리 기판은 특히 거칠기의 관점에서, 매우 엄격한 규격에 부합해야 한다. 이러한 분야에서, 불량한 유리 품질, 특히 불량한 균일성, 기체 및/또는 고체 삽입물의 부재 및 매우 높은 거칠기는 디스플레이의 정확한 작 동에 불리하다. 완전한 유리 제조공정에서, 용융, 제련, 균일 및 성형단계 각각은 서로 조합하여 작용하므로, 보다 우수한 품질을 허용하는 조합 선택의 가장 중요한 점을 증명한다. 그러므로, 디스플레이, 특히 LCDs용 기판 제조업자들은 특히 제련공정, 즉 하부로 인발(drawing)하는 "융합 인발(fusion-draw)라 불리는 저용량의 특정한 성형공정을 사용하거나, 또는 "부유물(float)" 형성공정으로 생산되는 유리의 미세거칠기를 감소시키는 것이 의도되는 길고 값비싼 연마단계를 첨가하여 충분한 품질을 획득하는 것을 시도하였다. 또한 균일화의 증가는 제조속도를 감소시켜서 획득되었다. 그러나, 이러한 전부 또는 일부의 수단을 결합하는 현재의 공정은 품질의 관점에서 불충분하게 남아있고, 품질이 높은 생산량 및 낮은 제조 비용과 일치할 수 없다.
유리제조의 여러 단계에서, 제련단계는, 특히 편평한 유리 분야에서, 보다 특히 전자분야에서 용도로 의도될 때, 기본적인 단계이다. 이러한 작동은 "기포(blister)", "기포(bubble)" 또는 "기포(seeds)"라 불리는 다양한 크기의 기체삽입물을 가능한 한 많이 제거하며, 최종 생산물의 존재는 종종 제한적으로 조절되고 때때로 방지된다. 그러므로, 제련의 관점에서 품질조건은 자동차 용도(특히 완벽한 가시성을 보장해야만 하는 전면유리) 자체에 매우 엄격하고, 심지어 전자분야에서 편평유리, 특히 액정 디스플레이(LCDs)와 같은 편평 디스플레이용 기판의 용도에 엄격하며, 기체성 삽입물의 존재는 전기작동을 방해할 수 있고/방해할 수 있거나 상을 형성하는 일정한 픽셀을 변형시킨다.
다양한 종의 기체성 삽입물이 있다. 이들은 분말입자물질 사이에 포집된 공 기 및 유리 용융단계 동안 발생하는 일정한 화학반응으로 인한 가스제거로 주로 발생한다. 그러므로 카보네이트 함유 배치물질(예를 들어 소디움 카보네이트, 석회석 및 백운석)은 기체 상태에서 다량의 이산화탄소를 방출한다. 또한 기체 삽입물은 일정한 기체를 일정한 조건 하에서 용해하는 반응 또는 로(furnaces)(내화 세라믹 및/또는 금속)에 존재하는 융융 유리와 일정한 물질 간의 화학 또는 전기화학 반응에 기인할 수 있다. 기체 삽입물은 용융 유리의 질량 내에서 포집되며, 이들은 이들 직경의 제곱에 비례하는 속도로 방출할 수 있다. 그러므로 작은 기포(때때로 "종자"라 불리움)는 단지 매우 낮은 속도로 방출할 수 있다. 더구나 기포의 상승속도는 유리의 점도 및 로의 바닥을 향하는 기포를 동반(entrain)할 수 있는 대류이동으로 낮아질 수 있다.
모든 기존의 다양한 제련 공정은 유리에서 기포의 이동률을 증가시키려고 하거나/하고 로의 대기로 기포의 경로를 단축시킬 수 있도록 유리 높이를 감소시키는 일반적인 특징을 갖는다.
일반적으로 화학적 제련 작동이 수행되는데, 즉 배치물질에 주입된 화학화합물은 기체의 강한 방출을 생성하여, 이와 같이 형성된 큰 기포는 작은 기포와 결합하고 상기 기포들을 표면으로 보다 빨리 운반한다. 그러나, 일반적으로 사용된 화학화합물은 독성이 있고/독성이 있거나 환경을 침해하고/침해하거나 성형공정과 부합하지 않는 가스를 방출해야 한다. 동일하게 질산염(NOx 타입의 오염기체의 원인), 소디움 염화물(HCl 방출) 또는 소디움 황산염(황산 방출)과 결합하여 때때로 사용 되는 비소 산화물 및 안티몬 산화물에 적용된다.
오염을 감소시키는 물리적 제련공정에 제안되었다. 특정한 경우, 제련조작은 용융유리의 점도를 감소시키기 위해서 유리를 고온으로 가열시켜 수행될 수 있으므로, 유리 중탕에서 기포를 상승시키기 쉽게 한다. 그러나, 이 공정은 매우 고온을 수반하고/수반하거나 매우 큰 에너지 소비를 수반하기 때문에 대부분의 유리 상에서 수행될 수 없다. 또한 감압단계를 수반하는 공정이 설명된다. 부분 진공은 한편으로 기포 크기를 증가시킬 수 있고, 다른 한편으로 용해된 기체를 용액으로부터 방출하게 할 수 있으며, 때때로 기포의 부피를 증가시킬 수 있는 효과에 기인하는 강한 폼밍(foaming)을 초래한다. PCT 국제특허출원 WO 99/35099호는 감압 하에서 두 가지 타입의 제련공정을 기재한다. 한가지 타입은 정적 공정이고 다른 타입은 동적 공정으로, 보다 특히 유리를 회전하게 한다. 유리가 회전함으로서, 원심분리 제련공정을 실행할 수 있으며, 회전축의 수직방향에서 압력 구배는 기포를 보다 빨리 제거되게 한다. 또한 진공이 가하여지지 않은 이러한 원심분리 제련공정은 프랑스 특허출원 FR 2 132 028호에 기재된다.
감압 하의 제련공정은 특히 효과적인 공정이지만, 상기 기재된 PCT 국제특허공보 제 WO 99/35099 상에 기재된 것과 같은 공정의 실행은 증명하기 어렵다. 특히, 장치를 씰링하고 유리의 고온 및/또는 부식작용에 견디는 회전 씰링의 설계는 오히려 복잡하다. PCT 국제공개공보 재 99/35099의 도 3에 기재된 장치의 사용은 유리를 부분 진공 하에서 회전하게 하여, 상기 유리는 회전장치의 내부벽 하부에 대해 가압하는 동안 대기압으로 돌아오게 된다. 그러나, 제련공정을 개선하기 위해 고안된 박막 형태는 유리의 우수한 균일성을 획득하는 것을 돕지 않는다.
본 발명의 목적은 상기 기재된 단점을 완화하는 개선된 장치 및 제련 및 균일성의 관점으로부터 우수한 유리를 생성할 수 있는 이러한 장치를 사용하는 공정을 제안한다.
본 발명의 주제는 유리의 제련 및 균일성을 위해 축을 중심으로 회전할 수 있는 장치이며, 상기 장치는 처리될 용융유리를 수용하도록 의도된 리셉터클(receptacle), 진공 구획부 및 적어도 하나의 유리 배출 오리피스(orifice), 및 또한 이송 리셉터클에서 진공 구획부로 상기 용융유리를 이송하기 위한 이송수단을 포함한다.
상기 장치는 회전할 수 있고 서로 고정된 일련의 다른 요소, 즉 처리될 용융유리를 수용하도록 의도된 리셉터클, 진공 구획부 및 적어도 하나의 유리배출 오리피스를 포함한다.
상기 정의된 본 발명은 용융유리의 이송작동 및 부분 진공 하에서 장치의 다른 구획부에서 상기 용융유리를 배치하는 작동을 수행하는 것을 실행할 때 이점을 가지며, 제련 수행에 영향을 미치지 않고 회전 씰링의 설계를 단순화한다.
본 발명에 따른 장치를 구성하는 요소는 바람직하게 장치의 회전축을 중심으로 원통형인 형태를 가지고, 상기 회전축을 실질적으로 수직으로 되게 하는데 유리하다.
바람직하게 이송 리셉터클은 진공 구획부보다 큰 직경을 갖는다. 이것은 스피너 용기(spinner bowl)의 형태가 바람직하다. 실시예 1에 따라, 이송 리셉터클은 진공 구획부의 높이 보다 더 낮은 높이에 위치된다. 실시예 2에 따르면, 상기 구획부 위에 위치하여 단순한 작동에 바람직한 근거가 된다.
또한 본 발명에 따른 장치는 이송 리셉터클에서 진공 구획부로 용융유리를 이송하는 수단을 포함한다. 이송 리셉터클이 진공 구획부의 높이 보다 낮은 높이에 위치되는 실시예에서, 이 수단은 장치의 회전축과 결합하는 적어도 하나의 원형 튜브에 의해 유리하게 형성되며, 축 튜브에 의해 하단부에서 진공 구획부와 결합한다. 이송 리셉터클은 상기 진공 구획부 위에 위치되는 실시예에서, 이송 수단은 바람직하게 적어도 하나의 원형 튜브에 의해 형성되고, 회전축으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 상단부들 중 적어도 하나에 진공 구획부가 결합한다. 사용된 다양한 튜브는 유리하게 백금, 순수한 백금 또는 기계강도를 개선하기 위해 특히 로듐과 합금되는 백금 중 하나로 만들어진다.
본 발명에 따른 장치는 바람직하게 진공 구획부의 하부에 위치되는 하부 영역 또는 공동, 바람직하게는 원통형의 하부 영역 또는 공동을 포함하고, 상기 하부 영역 또는 공동의 하단부에 유리 배출 오리피스 또는 각각의 유리배출 오리피스가 위치된다. 이러한 하부 공동은 회전 용융유리로 충진되도록 의도된다.
유리 유출 또는 배출 오리피스 또는 각각의 유리 유출 또는 배출 오리피스는 바람직하게 상기 장치의 하단부, 상기 회전축의 바로 근처, 또는 상기 축으로부터 비제로(non-zero) 거리 중 하나에 있다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예는 단순한 작동의 이유를 위해, 이송 리셉터클이 진공 구획부 위에 위치되는 장치로 구성된다. 유리 배출 오리피스는 회전축의 바로 근처 위 또는 바로 근처에 위치된다.
본 발명에 따른 장치의 구성물질은 고온 및 고압에 견딜 수 있도록 선택된다. 장치의 외장재는 유리하게 내화강철(refractory steel)로 구성된다. 유리와 접촉하는 내부 표면은 바람직하게 백금 라이닝 또는 얇은 백금 코팅으로 덮여진 내화 세라믹으로 형성된다. 고온에 저항성있는 단열물질 층은 강철 외장재와 백금 코팅된 내부 라이닝 사이에 삽입된다. 백금 라이닝은 바람직하게 내화 강철 외장재와 상기 라이닝 사이에 생성된 진공으로 인한 위치에 기계적으로 고정된다. 씰링은 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 방법으로, 차별적인 팽창 문제를 해결하도록 의도되는 백금과 중간산화물 층으로 미리 덮여진 상기 라이닝과 강철 외장재 사이를 용접(welding)하는 방법으로 생성된다. "백금"이라는 용어는 본 명세서에서 순수한 백금 및 예를 들어 로듐으로 합금되는 백금 모두를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
전기 레지스터(electrical resistors)는 상기 장치를 가열할 수 있도록 단열체에 위치되는 것이 유리하다. 가열 요구는 장치의 개시 시에 펠트 자체를 만들 수 있거나, 또는 가열하기 위한 요구는 점성이 너무 높은 유리를 만들 수 있다.
또한 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 장치를 사용하는 유리 제련 및 균일 공정이다. 이러한 공정은 축을 중심으로 회전할 수 있는 장치의 리셉터클로 용융된 유리를 이송하는 단계 다음에 이어지는 상기 유리를 상기 장치의 구획부에 이송하는 단계를 포함하며, 상기 구획부에서 상기 유리는 아대기압(subatmospheric pressure)을 받게 된다.
바람직하게 용융 유리 이송은 상기 장치의 회전축으로부터 떨어져 발생한다. 그러므로, 회전, 이송 및 진공 기능은 물리적으로 분리된다.
상기 용융유리는 실질적으로 대기압에서 바람직하게 회전 장치의 리셉터클로 이송된다. 상기 리셉터클은 속해 있는 장치를 중심으로 완전하게 회전하여, 상기 용융 유리는 유리 제련 공정에 관여하고 상기 유리를 개선시키는데 적합한 실질적으로 대기압 하에서 최초의 원심분리 제련을 받게된다.
실시예 1에 따라, 용융유리 이송은 상기 장치의 총 높이 이상의 높이로 발생하고, 상기 용융 유리는 중량 이하로 이송되며, 진공 구획부로 흡수된다. 본 실시예는 상기 장치가 상기 진공 구획부 위에 위치된 이송 리셉터클을 갖는 경우와 일치한다.
대안의 실시예에 따라, 용융 유리를 상기 장치의 총 높이 이하의 높이, 예를 들어 실질적으로 장치의 중간 높이 또는 유리가 진공 하에 존재하는 경우 상기 구획부 높이 이하의 높이에서 수행되는 것이 유리하다. 이러한 경우, 상기 유리는 단지 감압 구획부로의 흡수에 의해 이송된다. 이러한 실시예의 이점으로서, 적당한 경우, 상기 장치를 기존의 용융로의 형태에 적합하게 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명에 따른 공정을 실행하기 위한 장치가 장치의 높은 높이를 위해서 측정될 때, 이러한 이송 모드는 상기 유리 용융로가 과도하게 상승되지 않거나 또는 상기 장치가 묻혀지지 않아야 한다는 것을 의미한다.
용융 유리를 진공 구획부로 이송하는 단계는 바람직하게 한 개 이상의 튜브, 예를 들어 순수한 백금 또는 기계 특성을 개선하기 위해서 예를 들어 로듐으로 합금된 백금과 같은, 용융유리에 대해 비활성인 열 저항성 금속으로 만들어진 튜브를 통해서, 중량 및/또는 흡입으로 발생한다.
상기 이송단계가 단지 흡입에 의해 발생할 때, 상기 유리는 한 개 이상의 수평 원형 튜브를 통해서 장치의 회전축을 향해서 바람직하게 이송되며, 상기 진공 구획부에 도달하기 위해서 상기 회전축 상에 위치된 축 튜브에 의해 흡입된다. 상기 장치의 크기 및 상기 공정을 수행하는 매개변수는 상기 용융 유리가 실제적으로 흡입되기 위해서 조절된다. 상기 용융유리는 축 튜브를 향해서 이동되면서, 흡입력을 방해하는 원심력을 받기 때문이다. 장치의 회전속도, 및 진공 구획부와 상기 유리이송 리셉터클 사이의 압력 차는, 상기 원심력이 상기 용융 유리를 상기 진공 구획부로 실제적으로 이송하는 것을 방해하지 않도록 조절된다.
상기 진공 구획부로 삽입된 용융유리는 감압과 회전의 결합된 작용을 받게 된다. 회전은 실질적으로 포물선 형태의 자유 유리표면을 생성하는 효과가 있다.
상기 결합된 작용은 제련의 효과를 상당히 증가시키게 하며, 상기 효과는 두 개의 방식으로 표현될 수 있는데, 동일한 산출물에 대한 기체 삽입물 수의 감소(상기 산출물은 단위 시간당 처리되는 유리의 양이다) 또는 잔여 기체 삽입물의 동일한 수에 대한 산출물의 증가의 식으로 표현될 수 있다.
원심분리 제련과 진공의 결합은 다음의 효과를 획득하게 할 수 있는데, 진공은 최초로 존재하는 기포의 크기가 증가되게 하고(기체 부피는 완벽한 기체의 법칙에 따라 압력에 반비례한다), 이에 따른 이동속도가 증가되게 하는 효과를 증가시킨다. 그 다음 진공은 물리적으로 유리가 나오는 용액에서 미리 용해된 기체만큼 급격하고 많은 기체의 생성을 야기한다. 특히 물과 이러한 제련 공정을 거친 유리의 황산염의 함량은 제로이거나 또는 거의 제로가 되어서, 이에 따라 유리제조의 나머지 공정을 통해서 백금과 같은 물질과 접하는 용액을 나오게 함으로써 임의의 부적당한 재 기포(rebubble) 형성을 방지하는 것이 관찰되었다. 그 다음 이러한 새롭게 생성된 기포는 새로운 기포를 생성하기 위해 팽창된 기포와 결합하고, 기포의 큰 크기는 용융 유리에서 많은 이동성을 허용한다. 기포의 결합은 "동적 결합"효과라 칭할 수 있는 효과에 따라, 회전에 의해 특히 촉진되는 것이 관찰된다. 이러한 기포가 회전을 받기 때문에, 이들은 상기 유리의 외부를 향해서 인발되게 하기 위해 유리의 자유(포물선)표면을 향해서 축에 의해 이동한다. 공정의 이러한 단계의 실행은 모든 "작은"기포, 즉 약 0.5 내지 1 ㎜ 미만의 직경을 갖는 기포를 제거되게 하는 것이 관찰되었다. 더구나 회전에 의해 야기되는 전단응력은 폼(foaming)을 형성하는 것을 방지한다. 이것은 진공단계 동안 기체 발생은 결과적으로 폼의 형성에 이르게 하고, 차지할 수 있는 큰 부피로 인하여 공정의 적당한 작동에 불리한 것을 증명하기 때문이다. 그러므로 본 발명에 따른 공정의 내용 내에서 이러한 폼의 제거는 특히 중요하다는 것을 증명한다. 결국, 유리에서 용해된 기체를 용액에서 나오게 하는 효과 때문에, 유리에 진공의 적용은 유리의 균일성 정도를 상당히 증가시키는 것을 가능하게 한다. 사실상 유리 질량 이내의 기체 기포 발생은 매우 효과적인 미세교반을 생성한다.
진공 구획부에서 유리 잔류시간은 약 수초, 특히 30초 미만, 심지어 15초 미만으로 짧다. 제련 장치에서 유리의 총 잔류시간은 약 수 분, 일반적으로 10분 미만, 심지어 5분 미만, 특히 1분 미만, 심지어 30초 미만이다. 잔류시간은 충분한 제련 품질을 보장하도록 바람직하게 5초 이상이다. 이러한 매우 짧은 시간에도 불구하고, 획득된 제련의 품질은 동등하거나 또는 종래의 화학 제련공정 또는 정적 감압 제련 공정으로 획득된 품질보다 우수하다. 동일한 제련 품질에 대해, 제련 장치에서 유리의 총 잔류시간은 종래의 화학 또는 정지 감압 제련공정 보다 짧다. 그러므로 이러한 공정은 높은 산출량을 위해서 작은 크기의 장치와 일치할 수 있는 이점을 갖는다. 특히 진공 구획부에서 짧은 잔류시간을 방지하는 제2의 이점은 예를 들어 붕소 산화물 또는 알칼리 금속 산화물과 같은 휘발성 화합물의 덜한 증발 및 결과적으로 이들의 특성인 유리의 화학 조성물에 대한 우수한 제어가 존재한다는 것이다. 짧은 잔류시간은 또한 매우 균일하거나, 즉 잔류시간의 분포는 좁아서, 유리의 우수한 화학균일성을 초래한다.
더구나, 본 발명에 따른 공정의 몇몇 특징은 매우 낮은 압력을 사용되는 것을 허용한다. 무엇보다도, 진공은 장치의 일 구획부를 제한하고, 장치 전체의 제한하지 않는다. 더구나, 유리의 이송 및 감압 단계는 동시에 일어나지 않으며, 공정이 연속적이기 때문에 유리 이송은 진공 구획부에 직접 발생하지 않는 것을 의미한다. 그러므로 진공 구획부를 씰링하기 위해 기술분야의 당업자에게 기준인 회전강철(rotary steel)을 사용하는 것이 가능하며, 상기 씰링은 상기 기재된 PCT 국제특허출원 WO 99/35099에 이전에 기재된 공정에 의해 획득될 수 있는 것 보다 더 우수한 품질이다. 본 발명에 따른 공정은 400 밀리바(millibars), 특히 200 밀리바 또는 150 밀리바 미만, 및 심지어 50 밀리바 미만의 압력을 성취하는 것이 가능하다. 진공 구획부 내의 압력을 바람직하게 50∼150 밀리바 범위 내이다. 매우 낮은 압력이 이룰 수 있는 가능성은 동일한 산출물에 대한 제련 품질을 개선시키거나, 또는 동등한 제련품질을 위한 산출물을 증가시키거나, 또는 처리온도를 감소시키는 것을 돕는다. 일반적으로, 주어진 요소에 의해 진공 구획부 내의 압력을 감소시키는 효과는 동일한 요소에 의한 산출물을 증가시키는 것이다. 또한 획득된 저압은 용융 유리 질량을 형성하는 기체 기포로 인하여 미새교반 효과에 의해 유리의 높은 수준의 균일성을 성취하는 것을 도우며, 기포의 수는 압력이 낮아질수록, 더 많아진다.
PCT 국제특허출원 WO 99/35099에 기재된 공정의 또 다른 특징은 진공 구획부에서 저압을 성취하는데 정말로 불리하다. 이것은 사실상 유리가 진공 구획부를 통과한 후, 직접 회전 제련기에 대기압이 존재하고, 다른 압력에서 두 개의 구획부는 이러한 상태를 발생시키는 누출의 위험과 함께 공존한다는 것이다.
본 발명의 내용 내에서, 용융 유리는 용융 유리 자체 중량의 영향 하에서 실질적으로 대기압으로 돌아가게 되고, 이러한 영향은 선택적으로 원심력의 영향과 결합되며, 그 다음 상기 유리는 형성 단계를 향하는 회전 장치로 나온다. 이러한 공정의 단계는 진공 구획부 아래에 위치된 하부 영역 또는 공동, 바람직하게는 원통형 공동에서 수행되며, 각각의 유리 배출 오리피스는 상기 영역 또는 공동의 하단부에 위치된다. 바람직한 실시예의 내용 내에서, 이러한 하부 공동은 용융 유리를 회전시켜서 충진되고, 발생된 전단 이동을 통해서, 유리의 균일성에서 놀라운 증가를 발생시킨다. 또한, 이러한 공정의 단계는 바람직하게 성형 전에 유리 상에서 수행되는 온도 조절 단계와 일치하며, 즉 유리는 성형 온도에 일치하는 일정한 온도로 본 발명에 따른 장치 내에서 점진적으로 가열하는 단계와 일치한다. 그 다음 유리는 성형 수단의 공급기를 통과하지 않고 직접 형성될 수 있다. 본 실시에의 이점은 붕소 산화물과 같은 휘발성 물질의 증발이 방지되어, 유리 페이스트의 균일성과 최종 유리 기판의 미세거칠기를 증가시키는 것을 돕는다는 사실에 있다. 이것은 본 발명자가 성형단계 이전에 유리의 화학조성물 표면 변형이 생산된 유리 기판의 미세거칠기 증가를 일으킬 수 있다는 것을 관찰했기 때문이다.
회전 장치로부터 용융 유리의 유출은 바람직하게 상기 회전 장치의 하단부에 위치된 한 개 이상의 유출 오리피스를 통해 발생한다. 이것은 용융 유리의 압력이 대기압 이상에 있을 때에만 발생한다. 이러한 경우가 아니라면, 유리는 유출할 수 없고, 반대로 유출 오리피스를 통해서 회전 장치를 들어가는 공기의 위험이 있어서, 바람직하지 않은 기체 삽입물을 생성한다.
실시예 1에 따라, 용융 유리는 회전장치의 회전축의 바로 근처 상에 또는 바로 근처에 위치되는 유출 오리피스를 통해 나온다. 이러한 경우, 용융 유리는 유리 자체 중량의 영향으로만 실질적으로 대기압으로 돌아간다. 그러나, 본 실시예는 약 2.5 g/㎤ 인 유리의 밀도로 인하여 단점을 가지며, 장치의 높이는 약 4 미터이어야 한다.
그러므로, 본 발명자들은 실시예 2를 개발하였다. 용융 유리는 회전장치의 회전 축으로부터 제로가 아닌 거리에 위치된 적어도 하나의 유출 오리피스를 통해 나온다. 그러므로, 장치를 나오는 유리는 장치의 상부에 위치된 유리 높이로부터 초래되는 압력뿐만 아니라, 회전으로부터 초래되는 압력을 받게 되며, 회전축으로부터 유리 거리에 의해 축적된 회전의 각속도 생성물의 제곱에 비례한다. 축과 배출 오리피스 사이의 거리를 증가시키고 회전 각속도를 증가시키므로써, 장치의 높이를 상당히 감소시킬 수 있다. 그러나, 이것은 장치의 실제적인 구성을 보다 복잡하게 만든다. 더구나, 축으로부터 떨어져 나오는 유리는 축과 회전의 각속도에 의해 축적된 배출 오리피스 사이의 거리의 생성물과 동일한 접선 속도를 받게 된다. 만약 이러한 속도가 너무 높으면, 유리 젯(jet)이 성형 단계로 이동되는 유리 중탕과 접할 때 새로운 기체 삽입물은 공기 혼입에 의해 생성된다는 것이 관찰되었다.
본 발명에 따른 공정을 실행하는 장치의 회전속도는 바람직하게 분당 150 내지 500 회전이다. 분당 150 회전 이하에서는 제련 및 균일화 효과가 종종 불충분하다. 회전은 회전장치로부터 유리를 산출하는 단계까지 균일화하는 역할을 한다. 이것은 회전으로 인해 유리에 가해진 전단응력은 유리의 화학적 균일성, 즉 기계적 교반기(mechanical agitators), 종종 교반기(stirrers)라 불리는 수단에 의해 성취될 수 있는 균일성보다 더 효과적으로 상당히 증가시킨다는 것이 관찰되었기 때문이다. 더구나, 또한 제련에 유리한 효과는 이러한 상당한 전단 응력 때문에 관찰되고, 다수의 작은 가시적인 기포 또는 유리에 용이하게 재흡수될 수 있는 기포로서 여전히 존재하는 기포의 분열에 의해 명시된다. 그러나 분당 500 회전 이상에서는 산업규모 상의 실현가능성을 손상시킨다. 상기 용융 유리가 회전축으로부터 이격되어 위치되는 오리피스를 통해 나오는 경우에 유리 산출물 선 속도가 너무 높은 상기 기재된 이유에 대해, 상기 회전 속도는 심지어 바람직하게 분당 200 회전 미만이고 유리하게 분당 160 내지 180 회전이다.
본 발명에 따른 제련 및 균일화 공정 공안 유리가 노출되는 평균온도는 바람직하게 1250 내지 1650 ℃이고, 바람직하게 1300 내지 1500 ℃이고, 유리하게 1300 내지 1400 ℃이고, 특히 소다-석회석-실리카 유리에 대해, 종래의 방식으로 제련되어야할 때, 약 1500 ℃의 온도를 종종 요구한다. 전자 장치(특히 LCD 디스플레이용 기판)로 사용되고, 일반적으로 1600 ℃ 이상에서 제련되는 것과 같은 알칼리 금속을 포함하지 않는 알루미노붕소 규산 유리에 대해, 본 발명의 공정에 따른 제련 온도는 바람직하게 1400 ℃ 내지 1550 ℃이다. 일반적으로, 이것은 에너지 관점에서 엄격하게, 가능한 한 낮은 온도에서 유리는 제련하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 공정은 사실상 제련 온도를 화학제련 온도와 비교해서 감소되게 하는 것을 허용한다. 그러므로 유리는 본 발명에 따른 공정의 실행 동안 임의의 재가열 조작을 받지 않는다.
또한 본 발명의 주제는 본 발명에 따른 제련 및 균일화 단계를 포함하는 유리 제조공정이다. 이러한 제조공정은 유리의 용융 단계, 제련 및 균일화 단계 및 그 다음 성형 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 공정의 여러 단계를 거친 유리는 종래의 용융 단계로 생성된다. "용융"이라는 용어는 온도 영향으로 인하여, 일반적인 분말 배치물질을 액체 유리 질량으로 변환하는데 사용되는 단계를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 용융단계는 바람직하게 제련온도 보다 크게 높지 않은 온도, 특히 50 ℃ 미만, 또는 심지어 제련온도에서 수행된다. 이러한 용융조작은 복사에 의해 유리 질량을 가열하는 오버헤드 버너 및/또는 Joule 가열에 의해 유리 질량을 가열하는 유리에 침지된 버너가 구비된 유리 로를 사용하여 수행될 수 있다. 이것은 이하에서 상세히 설명될 몇 가지 이유에 대해 한가지 이상의 침지버너를 구비한 로를 사용하여 바람직하게 수행된다. 본 발명의 문맥 내에서, "침지 버너"라는 용어는 불꽃(flame)이 발생하거나 또는 이러한 불꽃으로부터 발산되는 연소 가스는 변환을 거친 큰 질량의 물질 내에서 발현하는 방식으로 구성된 버너를 의미하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 상기 버너는 사용되는 반응로 반응기의 측벽 또는 바닥과 같거나 또는 반응기의 측벽 또는 바닥의 약간 너머로 신장될 수 있도록 위치된다. 유리를 용융시키기 위한 침지버너를 구비한 로의 작동원리는 이미 공지되어 있으며, 특히 PCT 국제특허출원 WO 99/35099 및 WO 99/37591에 설명되어 있는데, 이것은 연료(일반적으로 천연 가스타입 또는 수소 가스) 및 용융된 질량의 정도 하부에 위치된 버너를 통하는 산화제(일반적으로 공기 또는 산소)를 유리 중탕 안에 주입하여 용융되는 유리가능한(vitrifiable) 물질 질량 내에서 연소를 직접 일으키는데 있다. 이러한 타입의 액중 연소는 용융되어 신속한 용융 공정을 만드는 물질의 강한 대류 교반을 일으킨다. 이러한 용융공정은 강한 대류 교반이 종래 공정에 사용된 것 보다 상당히 낮은 온도의 사용을 허용하기 때문에, 특히 본 발명에 따른 제련 공정에 적합하다. 본 발명에 따른 공정 자체는 저온에서 수행되기 때문에, 유리가 회전 제련 장치에 주입되기 전에 용융 유리 냉각단계가 요구되지 않는다. 더구나, 이것은 저온에서 수행되는 용융단계는 유리 질량 내에서 용해된 다량의 기체를 발생시키고, 용액에서 나오는 기체를 물리적으로 만드는데 요구되는 압력의 증가는 용액에서 발생하고, 이것은 본 발명에 따른 공정 효과의 원인 중 하나로서 확인된다고 관찰되었다. 그러므로 저온에서 용융된 유리는 유리가 용액에서 효과적으로 나오는 것을 보장하기 위해 진공 구획부를 통과하는 동안 너무 낮은 압역을 요구하지 않는 이점을 갖는다. 또한 유리는 침지 전극을 사용하는 용융 공정에 의해 유리하게 용융될 수 있고, 또한 상기 공정은 비교적 저온에서 용융되는 것을 허용한다.
본 발명에 따른 공정에 의해 제련되고 균일화된 용융유리는 공급기를 통해 편평한 유리, 홀로웨어(holloware) 또는 섬유를 성형하기 위해 사용된 성형장치로 이송될 수 있다. 그러나 기재한 바와 같이, 본 발명에 따른 공정에 의해 제련되고 균일화된 용융유리는 성형장치가 유리를 성형 단계로 운반하기 위한 임의의 공급기 없이, 본 발명에 따른 제련 및 균일화 장치의 배출구에서 성형 장치가 직접 공급되는 것이 분명히 바람직하다. 그러므로 본 발명에 따른 유리 제조공정은 유리의 균일성 및 매우 낮은 미세거칠기를 갖는 기판의 생산에 불리한 임의의 휘발성 물질의 증발을 방지하는 공급기를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제련 및 균일화 공정에 의해 획득된 매우 높은 균일성은 제조공정 전체에 걸쳐서, 때때로 교반기로 불리어지는 에지테이터를 사용하지 않게 하는 것이 가능하다.
편평 유리의 성형은 예를 들어 상기 유리는 부유 단계를 사용하여 용융 주석 상에서 부유하는 부유 단계, 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 Fourcault 또는 Pittsburgh 공정을 사용하는 인발단계, 또는 캐스팅 롤러를 사용하는 롤링 단계 또는 하부 신장 및 "하부 인발" 또는 "융합 인발"타입의 인발을 사용하는 성형 단계 등으로 구성될 수 있다. 섬유 형성은 용융 유리의 유출(stream)이 기계적으로 약해지는 공정에 의해 수행될 수 있고, 상기 유출은 Joule 가열에 의해 가열된 부싱 또는 고속으로 회전하는 스피너를 사용하는 "내부"원심분리 공정에 근거하여 기초화된 오리피스로 나오며, 상기 스피너는 오리피스를 관통한 다음, 뜨거운 기체의 주입에 의해 섬유 약화 공정이 잇따른다.
부유공정을 사용하는 성형의 문맥 내에서, 다시 유리의 표면 품질을 개선하기 위해서 특히 부유된 용융 유리가 정지점을 갖지 않는 부유장치를 사용하는 것이 특히 유리한 것으로 증명되었으며, 유리의 속도는 탈유리화(즉, 핵형성 및 유리 질량으로부터 결정 생성)를 방지하도록 정지점이 아닌 곳에서 제로이다. 특히, 일반적으로 주석인 용융유리는 용융 유리에 대해 이동 수용영역을 구성하기 위해서 장치로 주입된다. 주입의 부재시에 정지점을 가질 수 있는 유리에 이러한 부유점에서 바람직하게 주입된다. 용융 주석의 이동 중탕 상에 유리를 부유시키고, 상기 중탕은 부유장치의 하류부분을 떼어내고 그 다음 이것을 가능한 재가열 이후에 적어도 상류 부분에 재주입되어, 고체 삽입물을 생성시키게 할 수 있는 유리 정체점의 존재를 방지한다.
본 발명에 따른 공정은 매우 다양한 조성물을 갖는 유리의 제련 및 균일화에 적합하다. 이하에 나타낸 모든 조성물은 중량%로 표시된다.
이러한 유리 조성물은 소다 석회석 실리카 타입일 수 있다. "소다 실리카 석회석"이라는 용어는 넓은 의미 내에서 본 명세서에 사용되며 다음의 구성분을 포함하는 유리 메트릭스로 구성되는 임의의 유리 조성물에 관한 것이다(중량%):
SiO2 64-75%
Al2O3 0-5%
B2O3 0-5%
CaO 5-15%
MgO 0-10%
Na2O 10-18%
K2O 0-5%
BaO 0-5%
소다 석회석 실리카 타입의 이러한 표준 유리와는 달리, 본 발명에 따른 공정은 특히 다양한 타입의 특수 유리의 제조에 유리하다.
-낮은 Na2O 함량 및 비교적 높은 알칼리 토금속 산화물, 특히 CaO 함량을 갖는 유리는 배치물질의 비용 면에서 경제적인 관점으로부터 유리하지만, 오히려 종래의 용융 온도에서 부식되고, 비교적 종래의 공정에 의해 용해되기 어렵다. 예를 들어, 이러한 것은 다음의 산화물 량(중량%로 표시됨)을 포함하는 프랑스 특허 FR 2 765 569에 기재된 유리 조성물, 즉
SiO2 72-74.3%
Al2O3 0-1.6%
Na2O 11.1-13.3%
K2O 0-1.5%
CaO 7.5-10%
MgO 3.5-4.5%
Fe2O3 0.1-1%
또는 그 밖의 조성물 타입(중량%로 표시됨), 즉
SiO2 66-72%, 특히 68-70%
Al2O3 0-2%
Fe2O3 0-1%
CaO 15-22%
MgO 0-6, 특히 3-6%
Na2O 4-9, 특히 5-6%
K2O 0-2, 특히 0-1%
SO3 미량
일 수 있다.
높은 실리카 함량을 갖는 유리는 경제적인 관점에서와 비교적 낮은 밀도로 유리하고, 다시 중량%로 표시되는 조성물 범위는 다음과 같다.
SiO2 72-80%
CaO ＋ MgO ＋ BaO 0.3-14%
Na2O 11-17%
알칼리 금속 산화물 11-18.5%
Al2O3 0.2-2%
B2O3 0-2%
Fe2O3 0-3%
SO3 가능한 미량
코크 0-600ppm
선택적으로 Ni, Cr, Co 등의 산화물과 같은 착색산화물.
본 발명에 따른 공정이 야기하는 휘발성 물질의 증발이 거의 없는 것이 주어지면, 이것은 붕소를 함유한 유리에 특히 적합하다. 제련 및 균일화 점성 유리의 능력 때문에(저온에서), 또한 이것은 특히 강화 섬유로서 용도 에 대해 알칼리 금속 산화물의 제로 또는 거의 제로 함량의 유리, 내화성 창유리 또는 그 밖의 전자산업에 사용되는 기판용에 적합하다. 액정 디스플레이(LCDs)용 기판에 사용되는 유리의 문맥 내에서, 특히 적합한 조성물은 다음의 요소, 즉
SiO2 58-76%
B2O3 3-18%, 특히 5-16%
Al2O3 4-22%
MgO 0-8%
CaO 1-12%
SrO 0-5%
BaO 0-3%
및 보다 특히
SiO2 58-70%
B2O3 3-15%
Al2O3 12-22%, 특히 10-20%
MgO 0-8%, 특히 0-2%
CaO 2-12%, 특히 4-12%
SrO 0-3%
BaO ＜ 0.5%
를 포함한다.
이러한 조성물은 35 ×10-7℃-1 미만의 팽창계수 및 650 ℃ 이상의 변형점(strain point)을 갖는다. Corning 사에서 판매하는 유리 Eagle 2000®은 이러한 계열 유리의 예이다.
바람직한 유리는 다음의 조성물 범위, 즉
SiO2 60-70%
B2O3 6-13%, 특히 11-13%
Al2O3 13-16%, 특히 14%에 가까운
MgO 0-2%, 특히 0에 가까운
CaO 7-12%, 특히 7-9%
SrO ＋ BaO 0-1%, 특히 0에 가까운
것으로 형성된다.
붕소를 함유한 유리, 낮은 팽창계수를 갖는 유리 및 내화성 창유리 용도에 유용한 유리 중에서, 다음의 조성물을 갖는 유리는 특히 본 발명에 따른 공정을 이용하는 제련 및 균일화하는데 적합하다.
SiO2 78-86%
B2O3 8-15%
Al2O3 0.9-5%
MgO 0-2%
CaO 0-1.5%
Na2O 0-3%
K2O 0-7%
이러한 타입의 조성물 예는 Corning 사에서 판매하는 유리 Pyrex®이다.
다른 휘발성 종들은 리튬 및 아연이며, 0에 가까운 팽창계수를 갖는 유리 세라믹, 특히 호브(hob)로서 사용되는데 적합한 것을 생산하기 위해, 제어된 결정화 처리를 거칠 수 있는 유리 조성물을 나타낸다. 이러한 조성물의 일부는 다음의 산화물을 포함하며, 다음의 함량은 중량%로 표시된다.
SiO2 62-70%
Al2O3 17-25%
Li2O 2-4%
MgO 0-2%
ZnO 0-2%
TiO2 2-6%
ZrO2 0-3%.
비소 또는 안티몬을 사용하거나(유리세라믹용 유리 또는 LCD 디스플레이 기판용 유리의 경우), 염소를 사용하거나, 또는 심지어 황산염을 사용하여 상기 기재된 대부분의 특수유리가 화학적으로 제련되는 것이 일반적이다. 본 발명에 따른 제련공정을 사용하여, 여전히 우수한 제련 품질을 획득하면서, 환경에 유해한 화학화합물의 사용을 필요없게 할 수 있다. 유리하게, 그러므로 본 발명에 따른 공정은 황, 비소, 안티몬, 염소 또는 주석과 같은 제련제를 함유하지 않는 유리를 획득하는 것을 가능하게 하며, 유리하게 생산된 유리 기판은 황, 비소, 안티몬, 염소 또는 주석과 같은 제련제를 포함하지 않는다.
"플라즈마"디스플레이라 불리는 것에 대한 기판으로 사용되는 유리의 문맥 내에서, 특히 적합한 조성물(중량%로 표시됨)은
SiO2 40-75%
Al2O3 0-12%
Na2O 0-9%
K2O 3.5-10%
MgO 0-10%
CaO 2-11%
SrO 0-11%
BaO 0-17%
ZrO2 2-8%
본 발명에 따른 공정은 상기 이미 기재된 실행과 이유를 통해서, 특히 높은 정도의 균일성 및 제련을 갖는 유리를 획득하는데 특히 적합하다는 것을 증명한다.
그러므로, 또한 본 발명의 주제는 본 발명에 따른 공정에 의해 획득될 수 있으며, 상기 기판은 기판의 균일성에 의해 특징화된다.
상기 유리의 균일성 정도는 Christiansen-Shelyubskii 방법에 의해 측정된 것으로, 굴절률의 표준편차로 표시될 수 있다. 논문에서 이 방법이"산업 유리의 균일성 및 굴절률을 측정하는 Christiansen-Shelyubskii 방법의 적용"{T.Tenzler 및 G.H. Frischat, Glastech. Ber. Glass Sci.Technol. 68(1995) No.12, pp.381∼388}로 설명된다. 본 발명의 문맥 내에서 만들어진 용도에서, 이러한 광학 방법은 밀도 차로 인한 임의의 굴절률의 불균일성을 방지하도록 매우 주의 깊게 어닐링되는 유리 표본을 사용하여, 화학적 불균일성을 귀착시키지 않으며, 연구된 입자 크기 부분은 315 내지 355 마이크론 이다. 특정되는 측정 조건으로, 본 발명에 따른 공정의 사용은 극히 작은 굴절률의 표준 편차, 특히 5 ×10-5, 또는 심지어 2 ×10-5 미만을 갖는 유리를 획득하는 것을 가능하게 한다. 최종 기판뿐만 아니라 성형단계 전에 제련 및 균일화 단계에서 초래하는 중간 유리는 이러한 낮은 수치를 가질 수 있다.
본 발명자들은 본 발명에 따른 공정이 특히, LCD 디스플레이를 제조할 수 있는 조성물 및 상기 기재된 바와 같은 것을 사용하여, 유리가 부유 공정에 의해 연속적인 성형단계를 거쳐, LCD 디스플레이용 기판으로서 사용되는데 적합하게 만드는 미세거칠기, 특히 20 ㎚ 또는 15 ㎚ 미만, 10 ㎚, 및 심지어 4 ㎚ 미만의 미세거칠기를 갖는 것과 같은 균일성을 획득할 수 있게 만든다는 것을 발견하였다.
미세거칠기는 12 ㎜의 직경 표본 상에 최대 정점 대 골(peak-to-valley)의 높이를 측정하여 정의된다. 또한 측정은 25 ㎜ 직경 표본 상에서 취해지고, 특징적인 파동파장은 1 내지 25 ㎜이다. 이러한 측정은 광학 간섭측정법 또는 기계 필러(feeler)를 사용하여 측정하여 수행될 수 있으며, 이러한 방법은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 이러한 품질상에 제1순위 효과를 갖는 인자는 유리의 균일성 및 성형 공정이라는 것을 발견하였다. 그러므로, 이러한 미세거칠기를 갖는 유리는 현재 "하부 인발"공정에 의해서만 생산된다. 공지된 용융 및 균일화 기법을 사용하여, 부유 공정은 여기서부터 이러한 특징을 갖는 유리를 생산할 수 없다는 것을 증명한다.
그러므로 본 발명의 주제는 부유 공정에 의해 생성된 유리 기판으로, 상기 유리기판은 기판의 적어도 한 면에 주석이 풍부한 표면층을 갖고, 미세거칠기가 20 ㎚ 미만, 또는 15 ㎚ 또는 10 ㎚ 미만, 및 심지어 4 ㎚ 미만이며, 바람직하게 연마 없이 획득된다. 공정이 생성하는 제련 및 균일성의 품질로 인하여, 본 발명에 따른 공정은 1 밀리미터 미만 또는 심지어 0.5 밀리미터 미만의 두께를 갖는 얇은 유리 또는 심지어 유리필름을 제조하는데 적합하다.
그러므로 본 발명에 따른 공정은 플라즈마 디스플레이와 같은 디스프레이 시스템, 및 보다 특히 액정 디스플레이(LCDs) 또는 유기 광방출 다이오드(OLED)용 디스플레용 유리기판을 제조하는 공정, 또는 광학 필터 또는 확산체용 유리기판을 제조하는 공정에 완벽하게 결합될 수 있다.
도 1은 이송 리셉터클이 상기 진공 구획부 위에 위치된 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 수직 단면도를 도시한 도면.
도 2는 이송 리셉터클이 진공 구획부의 이하의 높이에 위치되는 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 수직 단면도를 도시한 도면.
본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 비제한적인 실시예에 관한 이하의 상세한 설명을 판독하여 보다 분명하게 이해될 것이다.
도 1은 이송 리셉터클이 상기 진공 구획부에 위치된 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 수직 단면도를 도시한다.
약 2.50 미터를 갖는 전체 장치는 실질적으로 원통형의 기하학 구조를 갖는 축에 대해, 점선으로 표시된 수직축(6)을 중심으로 회전될 수 있다. 이것은 내화강철로 만들어진 외장재(13) 및 백금으로 만들어지고 내부 직경이 150 ㎜인 내부 라이닝(50 내지 300 ㎜인 직경은 본 발명에 따른 장치에 적합하다)으로 구성된다. 이러한 장치의 사용과 상기 장치의 구성특징이 설명될 수 있다.
두 개의 침지버너를 포함하는 로에서 용융된 단계에서 발생하는 소다석회석 실리카의 비제련된 용융 유리는 실질적으로 대기압에서, 1400 ℃의 온도에서, 회전축(6)과 떨어져 이송하며, 상기 이송 리셉터클(1)은 내화 강철 강화(10)에 의해 장치의 본체에 연결된다. 분당 170 회전의 각속도로 회전할 때, 유리의 자유표면은 포물선 회전(15)의 비율 형성을 나타낸다. 그 다음 상기 유리는 백금으로 만들어진 수평 원형 튜브(7)와 그 다음 수직 튜브(8)를 통해서 진공 구획부(2)에 이송된다. 튜브(7 및 8)의 직경은 약 50 ㎜이다. 상기 구획부(2) 안의 압력은 약 120 밀리바이다. 유리의 자유 표면은 포물선 회전(16)의 부분 형성을 나타낸다. 상기 기재된 "동적 결합" 효과를 사용하는 회전과 진공의 결합된 영향 하에, 용융유리는 약 1350 ℃의 온도에서 제련되고, 그 다음 상기 구획부(2)의 바닥에 위치된 백금 플레이트(9)에 만들어진 두 개의 개구부(opening)를 통해 원통형 공동(3)에 이송된다. 회전 유리 질량을 원통형 공동(3 및 4)에 충진하고, 원통형 공동(4)의 직경이 더 크다. 회전에 의해 유도된 전단응력은 유리의 균일성을 더 개선하는 것을 돕는다. 30 ㎜의 직경을 갖는 두 개의 배출 오리피스(5)는 회전축(6)으로부터 40 ㎜에 위치된다. 용융유리의 질량 및 회전에서 초래되는 압력의 영향 하에, 유리는 대기압에서 1200 ℃의 온도로 장치에서 나온다. 그 다음, 부유 공정을 이용하는 성형 단계에 유리를 이송하는 공급기에 결합한다. 그러나, 공급기를 통과하는 유리 없이, 본 발명에 따른 장치를 이탈하자마자 바로 유리를 성형하는 것이 바람직하다.
총 산출량은 약 100 톤/일이고 균일성 및 제련의 모든 측면에서, 유리의 품질은 우수하다. 특히, 직경이 50 마이크론 보다 작은 기포는 1 ㎡ 면적의 플레이트 상에 관찰되지 않았다. 장치 내 유리의 체류시간은 약 2분이고 잔류시간의 분포는 매우 좁다. 진공 구획부 상의 체류시간은 약 수 초여서, 알칼리 금속의 미미한 손실이 있다. 더구나, 용융 유리와 오염되기 쉬운 내화성 세라믹 간의 접촉의 부재는 높은 정도의 균일성에 기여한다.
도 2는 이송 리셉터클이 진공 구획부의 이하의 높이에 위치되는 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 수직 단면도를 도시한다.
상기 장치의 특징은 도 1에 도시된 장치의 특징과 다른 다음의 특징을 갖는다.
- 이송 리셉터클(1)은 진공 구획부(2)의 하부에 위치된다;
- 상기 유리는 백금으로 만들어진 수평 원형 튜브(17)와 그 다음 백금 플레이트(9)를 지지하는 수직축 튜브를 통해, 흡입에 의해서만 상기 구획부(2)에 이송된다. 그러므로 이 실시예에서 플레이트(9)는 상기 구획부(2)의 바닥에 의해 지지되지 않는다; 그리고
- 상기 유리는 회전축(6)에 위치된 단일의 오리피스(19)를 통해 장치 밖으로 나온다. 대기압으로의 복귀는 유리 중량만으로 인해 발생하기 때문에, 장치의 총 높이는 약 4 미터이어야 한다. 상기 장치의 총 높이 때문에, 전체 장치의 약 중간 높이에서 리셉터클(1)의 위치는 상기 장치가 묻히거나 또는 용융 로를 분명히 상승시키는데 불필요하다는 것을 의미한다.
상기 장치는 다음의 방식으로 LCD 디스플레이용 기판을 제조하는 공정을 실행하는 것을 제공한다.
알칼리 금속을 함유하지 않는 알루미노붕소규산염 타입의 조성물을 포함하는 유리(유리에 저 팽창계수, 특히 35 ×10-7℃-1 미만 및 높은 변형점, 특히 650 ℃를 갖는 특징을 갖게 하기 때문에 LCD 디스플레이용 기판을 제조할 수 있다)는 오버헤드 버너를 구비한 로에서 용융된다. 이것의 조성물은 이하의 중량에 의한 한계치 내에서 다음의 구성분으로 제한되는 조성물 군으로부터 선택된다.
SiO2 58-70%
B2O3 3-15%
Al2O3 12-22%
MgO 0-8%
CaO 2-12%
SrO 0-3%
BaO 0-3%.
용융 유리의 질량은 상기 기재된 제련 및 균일화 장치에 이송하고, 그 다음 공급기를 통해 미리 유리를 통과시키지 않고, 부유 공정을 통해 성형단계를 바로 거친다. 그러므로 성형된 유리 시트는 0.5 ㎜의 두께 및 3 ㎚의 미세거칠기를 갖고, 유리시트를 LCD 타입의 디스플레이용 기판으로 사용하는데 적합하게 만든다.
또한 바람직한 장치는 회전축(6)에 위치된 단일의 오리피스(19) 및 상기 진공 구획부(2) 위에 위치된 이송 리셉터클(1)이 존재하는 경우에, 도 1 및 2의 실시예를 결합하여 설명될 수 있다.
결국, 예에 의해 설명되는 두 개의 실시예의 문맥 내에서, 본 발명자는 장치 작동이 자기 제어(self-regulated)라는 점에서 주목할 만하다는 것을 강조해야 한다. 상기 장치는 장치의 크기, 특히 이송 튜브(7, 8, 17, 18)의 직경, 회전 속도 및 진공 정도의 설정에 의해 좁은 산출범위 내에서 작동한다. 이것은 만약 장치 내부의 유리 레벨이 낮아진다면, 산출압력이 낮아져 산출량이 감소하는 경향이 있고, 유리 레벨을 다시 상승시키게 만들기 때문이다. 반대로, 유리 레벨의 증가는 산출압력을 증가시켜서, 산출량이 증가하고, 유리 레벨을 유리의 이전 값으로 재평형시킬 것이다.
상기 장치는 회전 속도가 상기 구획부(2)의 압력이 감소됨에 따라 증가하는 프로그램의 제어 하에 가동된다. 그러므로 여전히 압력이 감소하는 동안 장치의 유리 레벨을 점진적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명은 실시예로만 상기 기재되었다. 물론, 기술분야의 당업자는 청구항에 기재된 바와 같은 특허청구범위로부터 이탈함이 없이 발명의 다양한 변형을 산출할 수 있다.
상기에 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 유리, 및 특히 평편한 유리의 제조공정 및 이러한 공정을 실행하는 장치에 사용된다.

Claims (50)

  1. 처리되는 용융유리를 수용하도록 의도된 리셉터클(1), 진공 구획부(2) 및 적어도 하나의 유리 배출 오리피스(5, 19)를 포함하는 유리를 제련 및 균일화하기 위한, 축(6)을 중심으로 회전할 수 있는 장치에 있어서,
    용융 유리를 이송 리셉터클(1)에서 진공 구획부(2)로 이송하는 이송수단(7, 8, 17, 18)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 회전축(6)을 중심으로 원통형의 형태를 갖는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 회전축(6)은 실질적으로 수직인,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 리셉터클(1)은 진공 구획부(2)의 직경 보다 더 큰 직경인,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 유리를 이송 리셉터 클(1)에서 진공 구획부(2)로 이송시키는 이송 수단(7, 8, 17, 18)은 백금으로 만들어진 튜브인,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 리셉터클(1)은 상기 진공 구획부(2)의 높이 보다 낮은 높이에 위치되고, 상기 이송 수단은 회전축(6)과 연결하는 적어도 하나의 원형 튜브(17) 및 하단부에서 상기 진공 구획부(2)와 연결하는 축 튜브(18)로 형성되는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 리셉터클(1)은 진공 구획부(2) 위에 위치되고, 상기 이송 수단은 적어도 하나의 원형 튜브(7)로 형성되며, 상기 회전축(6)에서 멀리 이격된 상단부 중 적어도 하나에 상기 진공 구획부(2)를 연결하는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 진공 구획부(2) 아래에 위치된 하부 영역 또는 공동(3, 4) 및 하부 영역 또는 공동의 하단부에 상기 유리 배출 오리피스 또는 각각의 유리 배출 오리피스(5, 9)가 위치되고, 상기 하부의 공동(3, 4)은 용융 유리를 회전시켜 충진되도록 의도되는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 회전축(6)의 바로 근처 상에 또는 바로 근처에 위치된 유리 배출 오리피스(19)를 포함하는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 회전축(6)으로부터 제로가 아닌 거리에 위치된 적어도 하나의 유리 배출 오리피스(5)를 포함하는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 외장재(13)와 내부 표면(14)을 포함하고, 상기 유리와 접하여, 유리 사이에 고온 저항성 단열물질(12) 층을 삽입하는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 외피(13)는 내화강철로 만들어진,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 내부 표면(14)은 백금 라이닝 또는 백금의 얇은 코팅으로 덮여진 내화성 세라믹으로 형성되는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백금 라이닝(14)은 내화강철 외피(13)와 상기 라이닝(14) 사이에 생성된 진공으로 인하여 제자리에 기계적으로 유지되는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  15. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백금 라이닝(14)과 외피(13) 사이의 씰링은 용접으로 생성되는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  16. 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 레지스터는 상기 장치가 가열될 수 있도록 단열체(12)에 위치되는,
    축을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 유리를 제련 및 균일화하는 방법에 있어서,
    용융 유리를 축(6)을 중심으로 회전할 수 있는 장치의 리셉터클(1)에 이송하는 단계 다음에 상기 유리를 상기 장치의 구획부(12)로 이송시키는 단계가 이어지 고, 상기 구획부에서 상기 유리는 아대기압(subatmospheric pressure)을 받는,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 유리 이송은 회전축(6)에서 이격되어 발생하는,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 용융 유리는 실질적으로 대기압에서 회전 장치의 리셉터클(1)로 이송되는,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  20. 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 유리 이송은 상기 장치의 총 높이 이상의 높이에서 발생하는,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  21. 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 유리 이송은 상기 유리가 진공 하에서 상기 구획부(2)의 높이 이하의 높이에서 발생하는,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  22. 제 17항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치에서 유리의 체류 시간은 10분 미만인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  23. 제 17항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치에서 유리 체류시간은 5분 미만, 또는 심지어 1분 미만인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  24. 제 17항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치에서 유리의 체류시간은 5초 이상인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  25. 제 17항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 구획부(2) 안의 압력은 400 밀리바 미만인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  26. 제 17항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 구획부(2) 안의 압력은 200 밀리바 미만인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  27. 제 17항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 구획부(2) 안의 압력은 50 내지 150 밀리바인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  28. 제 17항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리는 상기 진공 구획부(2)를 통과한 후, 유리 자체의 중량의 효과로 실질적으로 대기압으로 돌아가고, 성형 단계를 위해 회전 장치 밖으로 나오는,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  29. 제 17항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리는 성형 수단의 이송기를 통하지 않고 바로 형성되기 전에 성형 온도에 해당하는 일정한 온도로 점진적으로 가열되는,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  30. 제 17항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 속도는 분당 150 내지 500 회전인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  31. 제 17항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 속도는 분당 160 내지 180 회전인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  32. 제 17항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 유리가 노출되는 평균 온도는 1250 내지 1650 ℃, 바람직하게는 1300 내지 1500 ℃인,
    유리를 제련 및 균일화하는 방법.
  33. 유리 제조방법에 있어서,
    유리 용융 단계, 제 17항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 따른 제련 및 균일화 단계 및 성형 단계를 포함하는,
    유리 제조방법.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 유리는 제련 온도 이상의 온도인 50 ℃ 미만온도에서 용융되는,
    유리 제조방법.
  35. 제 33항 또는 제 34항에 있어서, 상기 유리는 적어도 하나의 침지 버너를 포함하는 로를 사용하는 공정으로 용융되는,
    유리 제조방법.
  36. 제 33항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리는 용융 주석의 중탕 상에서 부유하여 성형단계를 거치는,
    유리 제조방법.
  37. 제 33항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리는 용융 부유 유리가 정지하는 임의의 지점이 없는 부유 장치를 사용하는 성형단계를 거치고, 상기 용융 주석은 상기 용융 유리가 이동하는 수용영역을 구성하기 위해 장치로 주입되는,
    유리 제조방법.
  38. 제 33항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 이송기를 포함하지 않는,
    유리 제조방법.
  39. 제 33항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서, 에지테이터(agitators) 또는 교반기를 사용하지 않는,
    유리 제조방법.
  40. 제 33항 내지 제 39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리는 황, 비소, 안티몬, 염소 또는 주석과 같은 제련제를 포함하지 않는,
    유리 제조방법.
  41. 제 33항 내지 제 40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리는 이하의 중량%로 표시되는 함량으로 다음의 산화물, 즉
    SiO2 58-76%
    B2O3 3-18%
    Al2O3 4-22%
    MgO 0-8%
    CaO 1-12%
    SrO 0-5%
    BaO 0-3%
    을 포함하는 조성물을 갖는,
    유리 제조방법.
  42. 유리 기판의 제조방법에 있어서,
    디스플레이 시스템, 특히 플라즈마 디스플레이, 액정 디스플레이(LCDs) 또는 유기 광방출 다이오드(OLEDs)용 유리 기판, 또는 필터 또는 확산체용 유리기판은 제 17항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 따른 제련 및 균일화 단계를 포함하는,
    유리 기판의 제조방법.
  43. 유리 기판에 있어서, 상기 기판은 5 ×10-5 미만의 굴절률 표준편차를 갖는,
    유리 기판.
  44. 부유 공정으로 획득된 유리 기판에 있어서, 상기 기판은 20 ㎚의 미세거칠기를 갖는,
    유리 기판.
  45. 제 43항 또는 제 44항에 있어서, 4 ㎚ 미만의 미세거칠기를 갖는,
    유리 기판.
  46. 제 44항 또는 제 45항에 있어서, 상기 기판은 연마 단계를 거치지 않는,
    유리 기판.
  47. 제 43항 내지 제 46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 이하의 중량%로 표시되는 함량으로 다음의 산화물, 즉
    SiO2 58-76%
    B2O3 3-18%
    Al2O3 4-22%
    MgO 0-8%
    CaO 1-12%
    SrO 0-5%
    BaO 0-3%
    을 포함하는 조성물을 갖는,
    유리기판.
  48. 제 43항 내지 제 47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 황, 비소, 안티몬, 염소 또는 주석과 같은 제련제를 포함하지 않는,
    유리기판.
  49. 제 43항 내지 제 48항 중 어느 한 항에 따른 기판의 사용방법에 있어서, 디스플레이 시스템, 특히 플라즈마 디스플레이 또는 액정 디스플레이(LCDs) 또는 유기 발광 다이오드(OLEDs)용 기판 또는 필터 또는 확산체용 기판인,
    기판의 사용방법.
  50. 플라즈마, 액정(LCD) 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 타입의 디스플레이에 있어서,
    제 43항 내지 제 48항 중 어느 한 항에 따른 기판을 포함하는,
    플라즈마, 액정(LCD) 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 타입의 디스플레이.
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