專利名稱：用于驗證試驗脆性材料板的方法和裝置的制作方法
用于驗證試驗脆性材料板的方法和裝置
本申請根據35U.S.C. § 119(e)要求2006年10月4日提交的美國臨時申請 S/N. 60/849,298的優先權。
背景技術：
發明領域
本發明涉及用于驗證試驗脆性材料的方法和裝置，尤其涉及驗證試驗玻璃 或玻璃陶瓷板。
相關技術的描述
在商用產品中，利用等離子體、液晶或有機發光二極管顯示元件等的顯示設備 正在迅速戰勝陰極射線管(CRT)顯示器，從而在從蜂窩電話到電視的種種應用中 獲得應用。然而，極薄的柔性顯示器的引入僅處于其初期。這大部分是由于置于此 類顯示設備上的巨大的結構需求所致:它們必須能夠經受住重復的撓曲或彎曲而不 損傷其所置于的設備或基板；由于柔性顯示器在便攜式設備中的預期使用，它們被 期望能夠經受住粗暴的操作，而不會過度地損傷設備或基板；并且它們應當能夠經 受住可小于2厘米以及在一些情況下小于1厘米的彎曲半徑。
被預期用于柔性顯示器的一種材料是玻璃。玻璃通常是耐化學性的、透明的， 可形成氣密屏障或密封，并且可被形成為極薄的板。已生產并例行使用厚度小于1 毫米、甚至小于0.7毫米的超過10平方米的板，并且很快就期望玻璃板達到至少 約IOO平方米的尺寸。在典型的顯示器制造過程中，使用一個或多個大玻璃板或基 板形成多個顯示器。隨后通常通過劃片和切片將這些顯示器分成個體顯示單元。因 而，通過生產盡可能多的顯示單元而使極大的玻璃板得到有效利用。
切割玻璃，在該例中是玻璃板，通常在玻璃板的邊緣形成缺陷(例如，裂縫)。 這些缺陷可作為斷裂源，從而減小板的強度，如果玻璃被撓曲使得缺陷經受拉伸應 力則尤其如此。通常，典型的顯示設備并不經受顯著的撓曲，因而這些缺陷的存在
關系不大。
4在制造過程或使用期間，柔性顯示器正是由于其柔性的性質而在顯示器基板中 產生相當大的應力。因而，可能出現在玻璃中的缺陷可能經受足夠大的應力而使玻 璃破裂。因為典型的顯示器制造涉及切割玻璃以形成個體顯示器，并且已知切割會 在玻璃中沿著切邊產生多個缺陷，所以這預示著基于玻璃基板的柔性顯示設備的命 運不佳。
減少玻璃板邊緣處的缺陷的試圖已包括激光切割、研磨、拋光等，所有這 些都試圖去除或最少化當玻璃板被切割成應有尺寸時所產生的缺陷。然而，其 中這些方法中的許多方法對于柔性顯示器應用而言并不令人滿意，這是因為該 技術不能去除小到預期應力所需尺寸的缺陷，或者是因為該技術難以應用于這
樣薄的玻璃板(厚度小于約0.4毫米)。可使用對玻璃邊緣的酸蝕刻，但這也 可使設置在基板上的顯示設備退化。因而，這樣看來無論采用何種切割方法， 缺陷將繼續在玻璃板中尤其是在板的邊緣處形成。
發明概要
在本發明的一個實施例中，公開了一種驗證試驗脆性材料板的方法，該方法包 括向該板施加彎曲并在板與彎曲之間產生相對運動使得彎曲遍歷該板，并且其中 由彎曲在板的表面中所引起的拉伸應力對應于預定的強度值以檢測強度比該預定 強度值大的板。
在另一實施例中，描述了一種驗證試驗玻璃板的方法，該方法包括使玻璃板 在至少一個滾柱上彎曲以彎曲該板并在該板的表面中產生與預定強度值相對應的
拉伸應力，以及在板與至少一個滾柱之間產生相對運動使得板的后續部分遭受拉伸
應力以檢測強度比預定強度值大的板。
在又一實施例中，公開了一種驗證試驗脆性材料板的裝置，該裝置包括用于
接觸該板且在脆性材料板中引起彎曲的至少一個弧形構件，其中該至少一個弧形構 件的曲率半徑選擇成使得由彎曲在板的表面中所引起的拉伸應力對應于預定的強
度值以檢測強度比該預定強度值大的板。
可以理解，以上一般描述和以下詳細描述兩者僅僅是對本發明的示例性說明， 并且它們旨在提供用于理解所要求保護的本發明的本質和特性的概觀或框架。
所包括的附圖用于提供對本發明的進一步理解，且被結合到本說明書中并 構成其一部分。這些附圖并不一定按比例繪制，并且為了清楚起見各個元件的 大小可失真。附圖示出本發明的一個或多個實施例，并與本描述一起用于說明
5本發明的原理和操作。 附圖簡述
圖1是作為弧形構件(例如滾柱)的以cm計的曲率半徑的函數施加的以MPa 計的拉伸"驗證試驗"應力的曲線圖，其中在該弧形構件上三種厚度的玻璃板被彎 曲。
圖2是利用單個滾柱或襯套的根據本發明實施例的用于驗證試驗脆性材料板 的裝置的側視圖。
圖3是利用單個非圓形的弧形構件的根據本發明實施例的用于驗證試驗脆性 材料板的裝置的側視圖。
圖4是示出作為在驗證試驗中使用的彎曲半徑的函數的、可被施加到根據本發 明已被驗證試驗的玻璃板的"安全"應力的曲線圖。
圖5是將兩個弧形構件用于在不同方向上彎曲脆性材料板的本發明的另一實 施例。
圖6是將三個弧形構件用于在不同方向上彎曲脆性材料板且使該板返回進口 平面的本發明的另一實施例。
圖7是利用在脆性材料板的一側僅僅接觸該板的邊緣的弧形構件，以及在另一 側橫跨該板的整個寬度接觸該板的弧形構件的本發明的另一實施例。
圖8是利用僅僅接觸脆性材料板的邊緣的弧形構件的本發明的另一實施例。
詳細描述
玻璃的強度由缺陷在玻璃中的出現來指示。如果將拉伸應力施加到具有缺陷的 玻璃，則應力在缺陷處變得集中。缺陷可以是例如微觀裂縫，在這種情況下應力集 中在裂縫的尖端。如果應力超過一定大小，則原始缺陷一裂縫一可能生長。如果施 加足夠的應力，則裂縫生長實際上可以是瞬間的，從而導致玻璃的災難性破壞玻 璃破裂。
與鏈條的強度基于最弱一環的強度類似，玻璃的強度可被表征為最大缺陷的強 度因此也是最弱缺陷的強度。例如，如果向玻璃纖維施加10kpsi的拉伸應力，并 且該纖維保持堅固，則可以說該纖維的強度至少為10kpsi。 g卩，可能存在于該玻 璃纖維上的全部缺陷都比10kpsi會引起破壞的缺陷小。照此，通常通過說明因玻 璃中的缺陷引起災難性破壞所需的最小拉伸應力來表示該缺陷的"大小"。因而，可
6以說已受到10kpsi的應力而未破裂的玻璃纖維沒有比10kpsi"大"的缺陷。盡管有
點用詞不當，但是在玻璃強度領域中普遍采用應力來表征缺陷大小。
如可從前述討論中認識到的，玻璃強度是玻璃的歷史結果。即，新形成的玻璃
固有地格外堅固。拉制(as-drawn)玻璃板可達到新形成的玻璃纖維的強度，通常 超過700Mpa。然而，后續處理或暴露于環境因素可產生缺陷，或擴大現有缺陷， 從而使玻璃弱化。出于該原因，例如新拉制的光纖被立即涂敷聚合物涂層以保護玻 璃表面并且防止或至少最小化強度的退化。
玻璃板通常被切割成應有尺寸。例如，在熔融玻璃板制造過程中，熔融的玻璃 流過楔形成形體的兩側上的傾斜成形表面。這兩個分開的玻璃流在成形體的底部或 根部匯合，其中傾斜成形表面在此處會合以產生具有原始表面的玻璃帶。隨后通常 通過機械劃片將該帶切割成預定長度的板。稍后，還通過類似的機械劃片過程將該 板的側邊去除。因而，板的邊緣遭受會損傷該邊緣的力。例如，該損傷可包括碎屑 化或裂化板的邊緣，從而導致強度減小。本發明通過試驗玻璃板以檢測板中尤其是 板的邊緣處的超過最小尺寸的缺陷的存在來解決該問題。
如上所述，脆性材料(例如玻璃)受到拉伸力而破裂。在玻璃中產生拉伸力的 一種方法是彎曲玻璃。對于給定的彎曲半徑，所引起的應力根據以下等式確定
P,K士)[l + "^ 等式1
其中t是板的厚度且R是彎曲半徑，Eo是材料的零應力楊氏模量且ot是楊 氏模量對一些脆性材料所經受的應變的線性相關性。圖1示出Corning (康寧) 代碼1737玻璃板的經計算的驗證應力，其中Eo為約70.9GPa。參數a是針對 純二氧化硅選擇的，因為代碼1737玻璃的a未知。然而，實際上，a僅對1%的 應變有3%的作用(100kpsi)，因而為了簡單起見可將其忽略而不會發生過度 的誤差。板的厚度是200 pm (曲線10) 、 400 pm (曲線12)以及700 pm (曲 線14)。
根據本發明的實施例，描述了一種驗證試驗脆性材料板的方法。脆性材料板最 普遍地包括玻璃或玻璃陶瓷，但可包括可被形成為柔性板的其它脆性材料。參考圖 2，在其最簡單的實施例中，本發明可通過在向板施加彎曲的曲率半徑為R的弧形 構件18上彎曲脆性材料板16來表示。如圖2所示，弧形構件18可以是可旋轉地 安裝的滾柱，但還可以是固定的襯套(例如非旋轉的)，或者如圖3所示，可以是 具有由摩擦系數低的材料(例如，諸如DuPontTeflon 之類的含氟聚合物樹脂)形成的弧形表面的簡單形態。板16可在弧形構件18上移動使得預定長度的板16順
序地經受所強加的彎曲半徑。預定長度可以是板的整個長度或者子長度。或者，弧
形構件可在板16上移動且弧形構件保持固定。
弧形構件的曲率半徑R被選擇成使得它比如根據以上的等式1將所需應力施 加給板。即，所需應力水平進而所需最小強度可由其上板被彎曲的弧形構件的曲率 半徑確定。圖4描繪在驗證試驗板以提供隨后的"安全"彎曲半徑以供后續使用期間 必需的曲率半徑，例如在瞬時彎曲狀態期間(曲線20);在較長時間彎曲期間(數 小時的彎曲一曲線22);以及持續數年的彎曲狀態(例如，大于5年一曲線24)。 例如，參見圖4，如果板包括100cm的持久彎曲半徑，則需要50cm的驗證試驗 彎曲半徑(弧形構件的曲率半徑)來確保使用期限長于5年。如果將板軋制以便長 時間儲存則可能遇到此類情況。
如根據以上描述應當顯而易見的，使用單個弧形構件必定需要改變板的方向 (假設板在弧形構件上移動)。可能更重要的是，圖2和圖3的實施例產生僅施加 在板16的單面上的拉伸應力。g卩，僅在單個方向上彎曲使與弧形構件相反的面受 到拉伸力，而與弧形構件接觸的面受到壓縮力。為使板16的相反面遭受與第一面 相同的拉伸應力，有必要將板翻轉并且第二次在弧形構件上繼續移動該長度的板。
在圖5中示出了本發明的更有效的實施例，其中兩個弧形構件與板16相接觸。 這兩個弧形構件18a和18b各自在與另一弧形構件相反的面上接觸板16。 E卩，弧 形構件在接觸板時交替各面。板16在一個方向上(例如順時針方向)在曲率半徑 為Ri的第一弧形構件18a上彎曲，隨后在與第一方向不同的第二方向上(例如逆 時針方向)在具有第二曲率半徑R2的第二弧形構件18b上彎曲。因而，板16的第 一面26遭受拉伸應力，隨后第二面28遭受拉伸應力，從而只需板16在弧形構件 之間通過一次來將拉伸應力施加到板的兩面。為了確保在驗證試驗之后保護板的邊 緣使之免于機械損傷，可用保護性涂層涂敷這些邊緣。例如，可用聚合物涂層涂敷 邊緣。在一些實施例中，可涂敷整個板的一面或兩面。
應當顯而易見的是，還可使用附加滾柱。例如，如果期望將板從弧形構件之間 遷移到該板進入弧形構件時所在的同一平面29中，則可增加曲率半徑為R3的第三 弧形構件18c，如圖6所示。例如，根據物理空間因素可強加這些條件。R" R2 和113優選地是相等的(相同)，但是如果需要也可不同。
上述實施例采用跨越板的整個寬度的弧形構件。在一些實施例中，接觸整個寬 度可能是不合需要的。例如，在制造平板顯示器時使用的玻璃板必須滿足嚴格的表
8面質量要求。接觸板的可用或"優質"區域可給予使板不可用的表面缺陷。通常，優 質區域被定義為在處理期間所接觸的任何區域的內側區域。因此，可調節弧形構件 使得弧形構件在板的至少一側上且靠近板的外部邊緣僅僅接觸板的周邊區域。圖7 示出了這種配置，其中示出玻璃板16在一側上的邊緣滾柱30和相反側上的全寬滾
柱32之間通過。板16在由圖中的方向箭頭所指示的方向上移動。該安排保持板的 至少一面上的表面質量。如果與板的兩面的接觸應當被最小化，則邊緣滾柱可用于 在板的兩側在板的周邊部分處接觸該板而不在任一側接觸板的優質區域。圖8與圖 7所示的情形類似，但是圖8描繪邊緣滾柱30接觸板16的兩個側邊，而不在板的 任一側接觸中心優質區域32。
如果缺陷的強度比通過彎曲該板所施加的拉伸應力小，則板可能斷裂。在一些 實施例中，尤其是如果玻璃未被涂敷，則斷裂是不言而喻的板破裂成兩個或更多 個單獨的片。在其它實施例中，可利用比如聚合物膜在板的一面或兩面上涂敷。在 這種情況下，尤其是在自動化制造過程中，可能不會立即檢測到斷裂。因而，音頻 檢測方法可有效地用于檢測斷裂。例如，可在運輸線上在彎曲引發滾柱32之間饋 送板16，并且將聲傳感器34放置在板的表面附近。板中斷裂產生的聲音由聲傳感 器檢測到。聲傳感器通過控制線36電耦合到控制設備38 (例如計算機38)，其中 例如可調節控制設備38使板在滾柱之間的運動停止。還可包括其它控制功能，比 如激活可聽和/或可見警報。
在給出本公開的優點的情況下，對本領域技術人員顯而易見的是，本文描述的 各種滾柱配置可被安裝在固定框架上，其中脆性材料板相對于滾柱移動使得板的后 續部分受到強度試驗。或者，可在手持式框架上安裝小滾柱以產生便攜式的、手持 式的強度試驗機。隨后將要試驗的脆性材料板的邊緣放置在手持式強度試驗機的滾 柱之間并且持有試驗機的操作員相對于該板平移該試驗機，從而相對于預定強度值 一次試驗板的一個邊緣的強度。
盡管已結合本發明的具體示例性實施例描述了本發明，但是顯然，本領域 技術人員根據以上描述將會認識到很多替換、修改和變型。因此，本發明旨在 涵蓋落入所附權利要求書的精神和寬泛范圍之內的所有這些替換、修改和變 型。
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權利要求
1.一種驗證試驗脆性材料板的方法，其包括向所述板施加彎曲并在所述板與所述彎曲之間產生相對運動使得所述彎曲遍歷所述板，并且其中由所述彎曲在所述板的表面中引起的拉伸應力與預定強度值相對應以檢測具有比所述預定強度值大的強度的板。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，施加所述彎曲包括在弧形構 件上彎曲所述板。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在多個弧形構件上彎 曲所述板以施加多個彎曲，所述多個弧形構件在所述板的交替面上接觸所述 板。
4. 如權利要求2所述的方法
5. 如權利要求3所述的方法 滾柱。
6. 如權利要求2所述的方法 的中心部分。
7. 如權利要求2所述的方法 整個寬度延伸。
8. 如權利要求1所述的方法 玻璃陶瓷。
9. 如權利要求1所述的方法 感器檢測的。
10. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述弧形構件的曲率半徑小 于約20 cm。
11. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述板是利用聚合物層涂敷的。
12. —種驗證試驗玻璃板的方法，其包括在至少一個滾柱上彎曲所述玻璃 板以使所述板彎曲并在所述板的表面中產生與預定強度值相對應的拉伸應力， 以及在所述板與所述至少一個滾柱之間產生相對運動使得所述板的后續部分 遭受所述拉伸應力以檢測強度比所述預定強度值大的板。，其特征在于，所述弧形構件是滾柱。，其特征在于，所述多個弧形構件包括多個，其特征在于，所述弧形構件不接觸所述板，其特征在于，所述弧形構件跨越所述板的，其特征在于，所述脆性材料板包括玻璃或，其特征在于，所述板中的破裂是利用聲傳
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述玻璃板的厚度小于約0.4 mm。
14. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述拉伸應力至少為約50MPa。
15. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一個滾柱包括接 觸所述玻璃板的交替面的多個滾柱。
16. —種用于驗證試驗脆性材料板的裝置，其包括用于接觸所述板且在所述脆性材料板中引起彎曲的至少一個弧形構件，其中所述至少一個弧形構件的 曲率半徑被選擇為使得由所述彎曲在所述板的表面中引起的拉伸應力與預定的強度值相對應以檢測強度比所述預定值大的板。
17. 如權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述弧形構件是滾柱。
18. 如權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述至少一個弧形構件包 括多個弧形構件。
19. 如權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述多個弧形構件是多個 滾柱。
20. 如權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述多個弧形構件不接觸 所述板的中心部分。
全文摘要
本發明公開一種驗證試驗諸如基于玻璃或玻璃-陶瓷的材料之類的脆性材料板的方法。該方法包括在至少一個弧形構件上彎曲玻璃板以檢測其強度比預定值大的板。該方法包括向板施加彎曲并在板和彎曲之間產生相對運動使得彎曲遍歷該板，并且其中由彎曲在板的表面中所引起的拉伸應力對應于預定強度值。還公開了一種用于執行驗證試驗的裝置。
文檔編號G01N3/08GK101542264SQ200780043441
公開日2009年9月23日 申請日期2007年10月2日 優先權日2006年10月4日
發明者G·S·格萊澤曼 申請人:康寧股份有限公司