專利名稱：玻璃基底的處理方法和制造顯示屏用的玻璃基底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃基底的處理方法，更具體涉及以后被涂以層或其它形式的涂層，用于制造顯示屏的玻璃板。
本發(fā)明所涉及的顯示屏，具體是各種等離子顯示屏、場致發(fā)射(FED)顯示屏、電子熒光顯示屏、液晶顯示(LCD)顯示屏和更一般地說，在其制造過程中玻璃基底要受到熱處理的各種顯示屏。
將參照主要包括兩片玻璃板的等離子顯示屏的制造來具體敘述本發(fā)明。在這兩片玻璃板當中，在至少一片上沉積了一個或多個電極網(wǎng)、一個介電材料層和由相當于比如綠色、紅色和藍色熒光材料構(gòu)成的層。在將它們彼此組裝之前，在此玻璃板上放置阻擋層(barrière)和間隔物(espaceur)，它們的功能是形成許多發(fā)光單元(cellule)和保持兩片玻璃板之間的距離。
在制造電極、各個層或間隔件的整個過程中都伴隨著熱處理。
通常為此類基底所使用的玻璃組合物是硅-鈉-鈣型的，如果如此使用此類玻璃，當預(yù)先進行熱處理時，由于達到了所述組合物的變形溫度以上的溫度，所以會發(fā)生尺寸的變化。
此很明顯的尺寸變化對于其它的應(yīng)用是可以忽略的。反之，在上述顯示屏的情況下，需要很高的尺寸精度，特別是為了制造形成等離子體的各個發(fā)光單元時。實際上，這些網(wǎng)格的制造精度，或者更準確地說，前面提到的各層的沉積精度直接會影響到顯示屏的工作質(zhì)量。精確地使電極和各層調(diào)準能夠改善顯示屏的分辨率和影象質(zhì)量。
因此涉及到此玻璃板的首要要求是在制造顯示屏?xí)r此玻璃板受到的各種熱處理過程中的尺寸穩(wěn)定性。
為了改善此尺寸穩(wěn)定性已經(jīng)提出過一些解決方案。
已經(jīng)建議過的第一個解決方案是將玻璃板進行“預(yù)致密化”處理；這種處理包括按照由玻璃的組成和制造顯示屏?xí)r此玻璃要進行的熱處理而確定的熱循環(huán)進行熱處理。比如在進行相當于制造顯示屏的熱處理之前，對由硅-鈉-鈣型玻璃組合物制造的玻璃板進行此種熱處理。
還提出的另一個解決方案是按照具有高變形溫度的特殊組合物制造玻璃板。這種玻璃板所經(jīng)受的熱處理使尺寸變化低于通常使用的硅-鈉-鈣型玻璃組合物。
特別在文獻WO 99/13471和WO 99/15472中敘述的最后一個解決方案是在堿浴中對通常的硅-鈉-鈣型玻璃板進行化學(xué)淬火。
按照這些文獻除了得到更好尺寸穩(wěn)定性外，這些解決方案還滿足了涉及到顯示屏應(yīng)用的第二個要求，因為對玻璃板進行化學(xué)淬火賦予其對表面壓縮的制約，增強了機械強度性能。實際上，這樣的玻璃板將進行多次操作，直到顯示屏制造循環(huán)結(jié)束，特別是由于應(yīng)該進行多次沉積。另外，在制造顯示屏?xí)r進行的多層沉積有關(guān)的熱處理過程中，玻璃板將被激活。此由熱源激活使得在制造過程中有發(fā)生破碎的危險，在制造當中追求加速制造周期和加快生產(chǎn)節(jié)奏時，這一點是很重要的。增強機械性能能夠最大程度地限制所述玻璃基底破碎的危險。另外當進行化學(xué)淬火時所產(chǎn)生的增強似乎是在各層沉積而進行的各次熱處理之后顯示出來的。
當前，在制造顯示屏?xí)r涉及到玻璃基底的一個新要求被提了出來。實際上，顯示屏工業(yè)希望提供一種顯示屏，在其玻璃件組裝以及因此在其全部熱處理過程中都具有足夠的機械強度。如此組成的顯示屏還應(yīng)該經(jīng)受各種制造步驟的操作，另外它們還要能夠經(jīng)受在使用時的各種應(yīng)力，這種應(yīng)力可以是意外性質(zhì)的，也可以是單純由于使用而產(chǎn)生的；比如FED型顯示屏受到作用在玻璃表面上大氣壓產(chǎn)生的應(yīng)力。其它例子涉及到等離子顯示屏，特別由于其中心比邊緣受到更多的過熱而遭到熱激活。
如此，本發(fā)明人為解決所述問題而提供了玻璃基底或玻璃板的制造方法，此玻璃板一方面滿足上面提到的第一個要求，即在與沉積各層有關(guān)的熱處理過程中的尺寸穩(wěn)定性和在所述處理之前和另一方面，在玻璃板組裝后得到的機械增強，因此在全部所述的熱處理之后，此玻璃板具有滿意的機械強度。
本發(fā)明要達到的目的是一種由變形溫度(Strain Point)(粘度相當于1014.6泊的溫度)高于540℃玻璃組合物組成的用于制造顯示屏的玻璃板的處理方法，所述方法包括對該玻璃板的至少一部分表面進行至少一個離子交換處理和預(yù)壓縮處理。
此預(yù)壓縮處理是在低于膨脹軟化點的溫度下進行的處理。此處理使得結(jié)構(gòu)發(fā)生松弛，致使在與各層沉積相當?shù)暮罄m(xù)熱處理循環(huán)中變得更加穩(wěn)定。
此處理最好在高于1012泊的玻璃粘度下進行。
此玻璃板的電阻率ρ(在250℃，以Ω·cm表示)優(yōu)選為使logρ＞7.5。在顯示屏的情況下，這樣的電阻率是特別有利的，因為工作時所用的電壓是很高的。
為了得到可以進行工業(yè)制造的產(chǎn)品，此處理方法特別有利地適用于由“浮法”制造的玻璃板。
按照本發(fā)明的第一個實施方案，此預(yù)壓縮處理與離子交換處理組合進行，因此是同時進行，此離子交換的熱循環(huán)對進行預(yù)壓縮是適當?shù)摹?br> 按照本發(fā)明的第二個實施方案，此處理分兩步相繼進行，第一步包括預(yù)壓縮，而第二步包括對該玻璃板的至少一部分表面進行離子交換。
本發(fā)明人實際上證實，按照本發(fā)明對變形溫度高于540℃的玻璃進行的處理，一方面使得滿足了尺寸穩(wěn)定性的限制，另一方面賦予此玻璃板機械性能的增強，此增強作用在相應(yīng)于制造此顯示屏的各層沉積的熱循環(huán)之后繼續(xù)存在。
按照本發(fā)明所得到的結(jié)果是出人意料的；料想不到的是，對具有高變形溫度和高電阻率的玻璃進行離子交換處理所獲得的增強可以是足夠的，另外在相應(yīng)于制造顯示屏的熱處理之后還能夠保持(至少是部分保持)。實際上，此高電阻率和高變形溫度的性能組合需要限制在玻璃中堿金屬的濃度，這對玻璃的離子交換是不利的。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，預(yù)壓縮處理是一種階梯式的熱處理，在1～200小時的時間內(nèi)，按照某些實施方案最好是在1～20小時的時間內(nèi)，在400～660℃的溫度下，此溫度平臺至少保持1小時，優(yōu)選保持至少2小時，然后溫度降低到90℃，至少保持1小時，優(yōu)選至少3小時。
在涉及到離子交換處理時，按照第一個實施方案，這是通過在玻璃板的至少部分表面上沉積一種含有鉀鹽的膏狀物和一種高熔點化合物，如基于氧化鋁或氧化硅的耐火材料來實現(xiàn)的。在法國專利FR-A-2353501中特別敘述過這種通過離子交換進行增強的方法。此方法能夠在比較短的時間內(nèi)進行，并且只增強玻璃板上需要的區(qū)域。
按照本發(fā)明的第二個實施方案，此離子交換在含有至少一種堿金屬鹽的浴中，對至少一部分玻璃板進行。
按照優(yōu)選的方式，此浴含有熔融的硝酸鉀鹽，以對玻璃板的表面進行鈉/鉀離子交換。
按照還是優(yōu)選的方式，此化學(xué)淬火，或者說在浴中的離子交換在400～660℃的溫度下進行，最好是高于480℃，進行的時間是1～360小時，最好少于200小時。在浴中進行升溫最好至少1小時，優(yōu)選2小時。浴的溫度降低到90℃的時間最好1小時，優(yōu)選3小時。
本發(fā)明還提供一種其性能使得能夠用于制造顯示屏的玻璃基底或者說玻璃板。
按照本發(fā)明，這樣的玻璃基底最好是按照“浮法”得到的，由變形溫度高于540℃的玻璃組合物組成，在為制造顯示屏的層沉積而進行的至少一次熱處理后，其絕對壓縮值低于60ppm，熱性能DT低于130℃。
此玻璃組合物的膨脹系數(shù)最好高于65×10-7K-1。這樣的膨脹系數(shù)值特別有利于在制造顯示屏?xí)r必須的密封操作。
此玻璃組合物的電阻率ρ(在250℃，以Ω·cm表示)還最好為logρ＞7.5。這樣的電阻率值特別適合于在顯示屏中可能存在的高電壓。
壓縮值以百萬分之一(ppm)表示，相當于說明玻璃基底尺寸穩(wěn)定性的大小。這是在熱處理后用所述熱處理前和熱處理后在試樣上測量的由于熱處理導(dǎo)致的尺寸變化和在該基底上測量的相應(yīng)初始長度之間的比值。使用的熱處理相當于以在580℃下2小時的平臺，升溫速度是10℃/分鐘，然后的降溫速度是5℃/分鐘。此處理代表為了制造顯示屏而對玻璃基底進行的多次熱處理。
用玻璃基底經(jīng)受顯示屏的通常制造過程中的破碎熱測試來測定熱性能。對8個平板狀的玻璃試樣進行此測試，其尺寸是415×415mm2，厚度是2.8mm。此測試包括在玻璃平板的中心進行輻射狀加熱，同時保持其邊緣冷卻。為此，基底的邊緣被開成寬12.5mm的槽，裝在用20℃的水循環(huán)的框架中。用電阻在基底的中心以4℃/分鐘進行加熱。在破碎的瞬間測量中心和邊緣處的溫度?；椎臒嵝阅蹹T是在破碎瞬間中心/邊緣溫度之差。上述熱性能和熱測試對顯示屏的應(yīng)用是很有代表性的。實際上，這種顯示屏的制造商希望改善生產(chǎn)率，為此要特別增加生產(chǎn)的速度；這自然導(dǎo)致對加熱和冷卻時間進行限制，因此讓玻璃基底承受得了與上面敘述的完全相同的熱沖擊。另外，當它們被使用時，顯示屏的顯示區(qū)要顯現(xiàn)出單純由于使用而致的溫度升高，而鑲在框架中基底的邊緣則保持較低的溫度。因此，此熱測試同時代表此顯示屏在制造的過程中和在使用過程中所受到的激活狀態(tài)。
按照本發(fā)明的玻璃基底組合物有利地含有如下重量含量的各種組分SiO240～75％Al2O30～12％Na2O0～9％K2O 3.5～10％MgO 0～10％CaO 2～11％SrO 0～11％BaO 0～17％ZrO22～8％按照本發(fā)明的第一個優(yōu)選實施方案，玻璃基底組合物含有如下重量含量的組分SiO260.1％Al2O33.3％Na2O3.7％K2O 8.5％MgO 1％CaO 5.6％SrO 10.3％ZrO26.9％按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，玻璃基底組合物含有如下重量含量的組分
SiO268.3％Al2O30.7％Na2O 4.6％K2O 5.6％MgO0.1％CaO9.7％SrO6.5％ZrO24.1％本發(fā)明的其它細節(jié)和有利的特征將在下面對按照本發(fā)明制造的基底和其它基底進行的比較性測量所作的敘述而明顯可見。
為了進行比較性測試，本發(fā)明人首先選擇兩種制造基底用的玻璃組合物，第一種是符合本發(fā)明的(組合物I)，即具有高變形溫度的玻璃組合物；第二種(組合物II)相當于常用的硅-鈉-鈣型玻璃。下面的表是這些組成(重量百分比)和變形溫度值的細節(jié)組合物I 組合物IISiO260.1％ 71％Al2O33.3％0.6％Na2O3.7％13.6％K2O 8.5％0.3％MgO 1％ 4.1％CaO 5.6％9.7％SrO 10.3％ 0％ZrO26.9％0％變形溫度 602℃508℃比較性實驗包括對由玻璃組合物I和II制造的厚2.8mm的，經(jīng)受過或未經(jīng)受過預(yù)壓縮處理、化學(xué)淬火或預(yù)壓縮處理和化學(xué)淬火的組合處理的基底進行壓縮測試和熱性能DT測試。所有的基底在處理前都經(jīng)受過等同的加工程序。
使用的預(yù)壓縮處理(下面表示為T.P.)根據(jù)玻璃的組成和后面受到的熱處理來確定。因此對于我們的實驗，預(yù)壓縮處理是如此確定的，對于模擬顯示屏制造步驟的熱循環(huán)，此處理是一種“穩(wěn)定劑”，并且定義如下。
對于組合物I使用的預(yù)壓縮處理是一種熱處理，它包括升溫1小時達到638℃，第一次在5小時內(nèi)降低到552℃，最后在3小時內(nèi)降低到環(huán)境溫度。
對于組合物II使用的預(yù)壓縮處理是一種熱處理，它包括在2小時的平臺內(nèi)升溫到580℃。為此預(yù)壓縮處理，升溫以10℃/分鐘進行，然后以5℃/分鐘的速度，將所述基底溫度降低到90℃。
化學(xué)淬火(trempe chimique，下面叫做T.C.)在溫度為490℃的硝酸鉀浴中進行16小時。
然后把進行了這些處理中任何一種或兩種的玻璃基底置入模擬顯示屏的一步或幾步制造步驟的熱循環(huán)中。此理論的循環(huán)(下面稱之為制造循環(huán))包括以10℃/分鐘升溫到580℃的一個2小時的平臺，然后以5℃/分鐘的速度降溫。
涉及到壓縮值(表示為ppm，公差±30ppm)和熱性能DT(表示為℃)的不同結(jié)果匯總在下面的表格中。
標注“未加工的”表示該基底既未經(jīng)受預(yù)壓縮處理，也未經(jīng)受化學(xué)淬火處理。
此處，T.P.預(yù)壓縮處理T.C.化學(xué)淬火在“加工循環(huán)”后測量壓縮值。正值是表示基底被壓縮的值，負值是表示基底膨脹的值。
沒有出現(xiàn)的熱性能DT值是沒有測量，或者是由于該基底因為其壓縮值而不能被接受，或者是由于涉及到?jīng)]有被增強的基底。
這些結(jié)果顯示，只有一種基底在加工循環(huán)后滿足低于60ppm的壓縮值和高于130℃的熱性能DT，這就是由變形溫度602℃并在經(jīng)受預(yù)壓縮以后再經(jīng)受化學(xué)淬火的組合物I得到的基底D。
結(jié)果和特別是在實驗D和H之間進行的比較表明，特別是由于選擇了具有高變形溫度的玻璃組合物，按照本發(fā)明得到的尺寸穩(wěn)定性是具有優(yōu)勢的。
權(quán)利要求
1.玻璃板的處理方法，該玻璃板是由具有高于540℃的變形溫度的組合物組成的，用于制造顯示屏，其特征在于，該方法包括至少一個對該玻璃板至少部分表面進行的離子交換處理和一個預(yù)壓縮處理。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，此預(yù)壓縮處理是在相當于粘度高于1012泊的溫度下進行的熱處理。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該玻璃組合物的電阻率ρ是使得logρ＞7.5。
4.如權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于，同時進行離子交換處理和預(yù)壓縮處理。
5.如權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于，該方法包括預(yù)壓縮的第一步和由在玻璃板的至少部分表面上進行離子交換組成的第二步。
6.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該預(yù)壓縮步驟是一種熱處理，包括在400～660℃溫度下歷時1～20小時的平臺，其特征還在于在至少1小時內(nèi)達到此平臺，其特征還在于然后在至少1小時內(nèi)溫度降低到90℃。
7.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其特征在于，通過在玻璃板的至少部分表面上沉積一種含有鉀鹽和高熔點化合物的膏狀物來進行此離子交換。
8.如權(quán)利要求1～6中之一的方法，其特征在于，在含有至少一種堿金屬鹽的浴中進行玻璃板至少部分表面的離子交換。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，此浴中裝有熔融的硝酸鉀鹽。
10.如權(quán)利要求8或9中之一的方法，其特征在于，在400～660℃的溫度下進行離子交換，歷時1～360小時。
11.玻璃基底或玻璃板，其由具有變形溫度高于540℃的玻璃組合物組成，其特征在于，在用于進行層沉積以制造顯示屏的至少一次熱處理之后，該基底的壓縮值低于60ppm，以及該基底的熱性能DT高于130℃。
12.如權(quán)利要求11的基底，其特征在于，該玻璃組合物的膨脹系數(shù)高于65×10-7K-1。
13.如權(quán)利要求11或12的基底，其特征在于，該玻璃組合物具有的電阻率ρ使得logρ＞7.5。
14.如權(quán)利要求11～13中之一的基底，其特征在于，該玻璃組合物具有如下重量含量的組分SiO240～75％Al2O30～12％Na2O 0～9％K2O 3.5～10％MgO 0～10％CaO 2～11％SrO 0～11％BaO 0～17％ZrO22～8％
15.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，該玻璃組合物具有如下重量含量的組分SiO260.1％Al2O33.3％Na2O 3.7％K2O 8.5％MgO 1％CaO 5.6％SrO 10.3％ZrO26.9％
16.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，該玻璃組合物具有如下重量含量的組分SiO268.3％Al2O30.7％Na2O 4.6％K2O 5.6％MgO0.1％CaO9.7％SrO6.5％ZrO24.1％
全文摘要
本發(fā)明的目的是一種由其變形溫度高于540℃的玻璃組合物組成的用于制造顯示屏的玻璃板的處理方法，所述方法包括對該玻璃板至少部分表面進行的離子交換處理和預(yù)壓縮處理。
文檔編號C03C3/078GK1391538SQ0081607
公開日2003年1月15日 申請日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月22日
發(fā)明者G·迪斯特, O·戈姆, R·吉 申請人:法國圣戈班玻璃廠