專(zhuān)利名稱(chēng)：一種平板顯示器用的玻璃基板的配方的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃制造領(lǐng)域，涉及平板顯示器IXD上用的基板玻璃的制作配方，特別是適合于作為主動(dòng)矩陣式液晶顯示器(AMIXD，也稱(chēng)TFT-IXD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)以及低溫多晶硅LTPS TFT-IXD的基板玻璃的配方。
背景技術(shù)：
隨著平面顯示行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)各種顯示器件的需求正在不斷增長(zhǎng)，比如有源矩陣液晶顯示(AMIXD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)以及應(yīng)用低溫多晶硅技術(shù)的液晶顯示(LTPS TFT-IXD)器件，這些顯示器件都基于使用薄膜半導(dǎo)體材料生產(chǎn)薄膜晶體管(TFT)技術(shù)。目前，TFT可分為非晶硅(a-Si)TFT、多晶硅(p_Si)TFT和單晶硅(SCS) TFT，其中非晶硅(a-Si) TFT為現(xiàn)在主流TFT-LCD應(yīng)用的技術(shù)，而多晶硅(p_Si) TFT的制造エ藝分為高溫 多晶硅技術(shù)以及低溫多晶硅技術(shù)。多晶硅(P-Si)TFT的性能優(yōu)于非晶硅(a-Si)TFT，主要表現(xiàn)為高電子遷移率、較大電流、更小的元件尺寸。目前使用的非晶硅技術(shù)已經(jīng)成熟，對(duì)平板顯示器件減薄、高效、低成本具有優(yōu)勢(shì)的低溫多晶硅(LTPS)技術(shù)正在快速發(fā)展中。目前非常成熟的TFT-IXD顯示器件，主要使用的是非晶硅(a-Si)TFT技術(shù)，在生產(chǎn)制程中的處理溫度可以在600度以下完成。而對(duì)于有源矩陣OLED (AMOLED)來(lái)說(shuō)，由于OLED為電流驅(qū)動(dòng)型電子器件，其需要較高的驅(qū)動(dòng)電流，而目前的非晶硅(a-Si)技術(shù)主要適用于電壓驅(qū)動(dòng)的TFT-LCD，其驅(qū)動(dòng)電流較低，不能滿足AMOLED對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的要求，而LTPS多晶硅(p-Si)TFT具有較高的驅(qū)動(dòng)電流和電子遷移率，可以滿足AMOLED對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的要求。同時(shí)LTPS多晶娃(p~Si) TFT可以提聞顯不器的響應(yīng)時(shí)間，提聞顯不器的売度，并且可以直接在玻璃基板上構(gòu)建顯示器驅(qū)動(dòng)電路，可以制造更加輕薄的顯示器件。LTPS多晶硅(p-Si)TFT在制程過(guò)程中需要在較高溫度下多次處理，這就對(duì)基板玻璃性能提出更高的要求，其應(yīng)變點(diǎn)應(yīng)盡可能的高，優(yōu)選的高于650°C，更優(yōu)選的是高于670°C、72(TC。同時(shí)玻璃基板的膨脹系數(shù)需要與硅的膨脹系數(shù)相近，盡可能減小應(yīng)力和破壞，因此基板玻璃優(yōu)選的線性熱膨脹系數(shù)在28 39X 10_7/°C之間。為了便于生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，作為顯示器基板用的玻璃應(yīng)該具有較低的熔化溫度和液相線溫度。用于平面顯示的玻璃基板，需要通過(guò)濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)等技術(shù)在底層基板玻璃表面形成透明導(dǎo)電膜、絕緣膜、半導(dǎo)體(多晶硅、無(wú)定形硅等)膜及金屬膜，然后通過(guò)光蝕刻(Photo-etching)技術(shù)形成各種電路和圖形,如果玻璃含有堿金屬氧化物(Na2O, K2O,Li2O),在熱處理過(guò)程中堿金屬離子擴(kuò)散進(jìn)入沉積半導(dǎo)體材料，損害半導(dǎo)體膜特性，因此，玻璃應(yīng)不含堿金屬氧化物，首選的是以Si02、Al203、B203及堿土金屬氧化物RO (RO=Mg,Ca,Sr,Ba)等為主成分的堿土硼鋁硅酸鹽玻璃。目前隨著便攜式電子設(shè)備(如筆記本電腦、智能手機(jī)、PDA)的快速普及，對(duì)配件的輕量化提出了更高要求。由此對(duì)玻璃基板的成份提出了更高的要求，以保證適應(yīng)現(xiàn)代液晶顯示器的需要。玻璃基板必須具有下列特性具耐化學(xué)性；熱膨脹系數(shù)須與薄膜晶體管的硅相近；提高玻璃應(yīng)變點(diǎn)，以減少熱收縮量；具有較小的密度，以便于攜帯及手持。
在玻璃基板的加工過(guò)程中，基板玻璃是水平放置的，玻璃在自重作用下，有一定程度的下垂，下垂的程度與玻璃的密度成正比、與玻璃的楊氏模量成反比。隨著基板制造向著大尺寸、薄型化方向的發(fā)展，制造中玻璃板的下垂必須引起重視。因此應(yīng)設(shè)計(jì)組成，使基板玻璃具有盡可能低的密度和盡可能高的彈性模量。為了得到無(wú)泡的無(wú)堿玻璃，利用澄清氣體，從玻璃熔液中驅(qū)逐玻璃反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的氣體，另外在均質(zhì)化熔化吋，需要再次利用產(chǎn)生的澄清氣體，増大泡層徑，使其上浮，由此取出參與的微小泡?？墒牵米髌桨屣@示器用玻璃基板的玻璃熔液的粘度高，需用較高的溫度熔化。在此種的玻璃基板中，通常在130(Γ1500度引起玻璃化反應(yīng)，在1500度以上的高溫下脫泡、均質(zhì)化。因此，在澄清劑中，廣泛使用能夠在寬的溫度范圍(130(Γ1700度范圍)產(chǎn)生澄清氣體的As203。但是，As2O3的毒性非常強(qiáng)，在玻璃的制造エ序或廢玻璃的處理時(shí)，有可能污染環(huán) 境和帶來(lái)健康的問(wèn)題，其使用正在受到限制。曾嘗試用銻澄清來(lái)替代砷澄清。然而，銻本身存在引起環(huán)境和健康方面的問(wèn)題。雖然Sb2O3的毒性不像As2O3那樣高，但是Sb2O3仍然是有毒的。而且與砷相比，銻產(chǎn)生澄清氣體的溫度較低，除去此種玻璃的氣泡的有效性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)境友好型、性能更完美的平面顯示器玻璃基板的組分設(shè)計(jì)，提供一種澄清劑即使不使用As2O3和/或Sb2O3,也不存在成為表面缺陷的玻璃基板的配方，設(shè)計(jì)了ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，利用該配方制得的玻璃基板符合環(huán)保要求，不含As203、Sb2O3及其化合物，同時(shí)該玻璃不含重金屬鋇及其化合物，具有較高的應(yīng)變點(diǎn)，具有較高的透過(guò)率，具有較低的熔化溫度，具有較低的液相線溫度，具有較低的密度，符合平板顯示行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，關(guān)鍵在于上述玻璃基板的配方中各組成成分的摩爾百分比分別是
SiO263. 0 73· 0%,
Al2O33. 0 12· 5%,
B2O33. 0 12· 5%,
MgO3. 5 10. 0%,
CaOI. (Γ10. 0%,
SrOO. 0Γ4. 0%,
SnOO. 04 O. 15%。本發(fā)明的有益效果是1、澄清劑氧化亞錫SnO，SnO是容易得到的物質(zhì)，且已知無(wú)有害性質(zhì)，単獨(dú)使用其作為玻璃澄清劑時(shí)，有較高的產(chǎn)生澄清氣體的溫度范圍，適合此種玻璃氣泡的消除；2、Mg0具有不降低應(yīng)變點(diǎn)的情況下降低高溫粘度，使玻璃易于熔化。當(dāng)無(wú)堿硅酸鹽玻璃中堿土金屬合量較少時(shí)，引入電場(chǎng)強(qiáng)度較大的網(wǎng)絡(luò)外體離子Mg+，容易在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生局部積聚作用，使短程有序范圍增加。在這種情況下引入較多的A1203、B203等氧化物，以[A10J、[BO4]狀態(tài)存在時(shí)，由于這些多面體帶有負(fù)電，吸引了部分網(wǎng)絡(luò)外陽(yáng)離子，使玻璃的積聚程度、析晶能力下降；當(dāng)堿土金屬合量較多、網(wǎng)絡(luò)斷裂比較嚴(yán)重的情況下，加入中間體氧化物MgO，可使斷裂的硅氧四面體重新連接而使玻璃析晶能力下降；3、借助于本發(fā)明提供的玻璃組分配方生產(chǎn)的玻璃基板經(jīng)檢測(cè)可以達(dá)到以下的技術(shù)指標(biāo)在50 350度的熱膨脹系數(shù)為28 37 X 10_7/°C;應(yīng)變點(diǎn)在680°C以上，密度小于2. 40g/cm3,液相線溫度低于1100度，液相線粘度大于250000泊，每公斤玻璃基板中泡徑在> O. Imm內(nèi)的氣泡數(shù)目不可見(jiàn)。
具體實(shí)施例方式ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，重要的是上述玻璃基板的配方中各組成成分的摩爾百分比分別是
SiO263. 0 73· 0%,
Al2O33. 0 12· 5%,B2O33. 0 12· 5%,
MgO3. 5 10. 0%,
CaOI. (Γ10. 0%,
SrOO. 0Γ4. 0%,
SnOO. 04 O. 15%。SiO2的優(yōu)選摩爾百分比為63 68. 23%。MgO的優(yōu)選摩爾百分比為3. 5飛· 5%。SnO的優(yōu)選摩爾百分比為O. 08 O. 09%。Al2O3的優(yōu)選摩爾百分比為10. 34 11. 48%。B2O3的優(yōu)選摩爾百分比為6. 49 11. 5%。SrO的優(yōu)選摩爾百分比為I. 5^3. 72%。本發(fā)明在實(shí)施時(shí)，是先將包括有上述各玻璃基板對(duì)應(yīng)氧化物摩爾百分比組分的原料均勻攪拌混合后，再將混合原料熔融加工，用鉬金棒攪拌排出氣泡和使玻璃液均化，然后將其溫度降低到成型所需要的玻璃基板成型溫度范圍，通過(guò)退火原理，制作出平面顯示器需要的玻璃基板的厚度，再對(duì)成型的玻璃基板進(jìn)行簡(jiǎn)單的冷加工處理，最后對(duì)玻璃基板的基本物理特性進(jìn)行測(cè)試成為合格產(chǎn)品。在本發(fā)明中，SiO2的摩爾百分比為63. O 73.0%。提高SiO2含量有助于玻璃輕量化，熱膨脹系數(shù)減小，耐化學(xué)性增高，但高溫粘度升高，這樣不利于熔解，一般的窯爐難以滿足，所以確定SiO2的含量為63. O 73. 0%。Al2O3的摩爾百分比含量為3. O 12. 5 %，用以提高玻璃結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，高含量的Al2O3有助于玻璃應(yīng)變點(diǎn)、抗彎強(qiáng)度的增高，但過(guò)高玻璃容易出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，因此Al2O3的摩爾百分比含量確定為3. O 12. 5 %。B2O3的摩爾百分比含量為3. O 12. 5 %，B2O3的作用比較特殊，它能單獨(dú)生成玻璃，也是ー種很好的助熔劑，高溫熔化條件下B2O3難于形成[BO4]，可降低高溫粘度，低溫時(shí)B有奪取游離氧形成[BO4]的趨勢(shì)，使結(jié)構(gòu)趨于緊密，提高玻璃的低溫粘度，防止析晶現(xiàn)象的發(fā)生。但是過(guò)多的B2O3會(huì)使玻璃應(yīng)變點(diǎn)降低，因此B2O3的摩爾百分比含量確定為3. O 12. 5%。氧化鋁和氧化硼的作用是影響玻璃粘度和熔解溫度。MgO具有不降低應(yīng)變點(diǎn)的情況下降低高溫粘度，使玻璃易于熔化。當(dāng)無(wú)堿硅酸鹽玻璃中堿土金屬合量較少時(shí)，引入電場(chǎng)強(qiáng)度較大的網(wǎng)絡(luò)外體離子Mg+，容易在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生局部積聚作用，使短程有序范圍增加。在這種情況下引入較多的A1203、B203等氧化物，以[AlO4]、[BO4]狀態(tài)存在時(shí)，由于這些多面體帶有負(fù)電，吸引了部分網(wǎng)絡(luò)外陽(yáng)離子，使玻璃的積聚程度、析晶能力下降；當(dāng)堿土金屬合量較多、網(wǎng)絡(luò)斷裂比較嚴(yán)重的情況下，加入中間體氧化物MgO，可使斷裂的硅氧四面體重新連接而使玻璃析晶能力下降。因此在添加MgO時(shí)要注意與Al2O3B2O3的配合比例。其摩爾百分比含量為3. 5^10. 0%。如果MgO大于10. 0%，玻璃耐化性會(huì)變差，同時(shí)玻璃容易失透。CaO的摩爾百分含量為I. O 10. O %，氧化鈣用以促進(jìn)玻璃的熔解和調(diào)整玻璃成型性。如果氧化鈣含量少于1%，將無(wú)法降低玻璃的粘度，含量過(guò)多，玻璃會(huì)容易出現(xiàn)析晶，熱膨脹系數(shù)也會(huì)大幅變大，對(duì)后續(xù)制程不利。所以CaO的摩爾百分含量確定為I. O 10. 0%。SrO的摩爾百分含量為O. 01 4. O %，氧化鍶作為助熔劑和防止玻璃出現(xiàn)析晶，如果含量過(guò)多，玻璃密度會(huì)太高，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量過(guò)重。所以SrO的摩爾百分含量確定為O. 01 4. O %。本發(fā)明中，玻璃成份中還可以添加有O. 04 O. 15 %的澄清劑，其中澄清劑為氧化亞錫SnO，作為玻璃熔解時(shí)的澄清劑或除泡劑，以提高玻璃的熔解質(zhì)量。如果含量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致玻璃基板失透，所以其添加量不超過(guò)O. 15%。下面給出配方中各組份以摩爾百分比計(jì)量的具體實(shí)施例
表I
權(quán)利要求
1.ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，其特征在于上述玻璃基板的配方中各組成成分的摩爾百分比分別是 SiO263. 0 73· 0%, Al2O33. 0 12· 5%, B2O33. 0 12· 5%, MgO3. 5 10. 0%, CaOI. (ΓΙΟ. 0%, SrOO. 0Γ4. 0%, SnOO. 04 O. 15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，其特征在于=SiO2的優(yōu)選摩爾百分比為63 68. 23%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，其特征在于MgO的優(yōu)選摩爾百分比為3. 5 6. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，其特征在于SnO的優(yōu)選摩爾百分比為O. 08^0. 09%ο
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，其特征在于=Al2O3的優(yōu)選摩爾百分比為10. 34 11. 48%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，其特征在于=B2O3的優(yōu)選摩爾百分比為6. 49 11. 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種平板顯示器用的玻璃基板的配方，其特征在于SrO的優(yōu)選摩爾百分比為2. 5^3. 72%。
全文摘要
一種平板顯示器用的玻璃基板的配方，上述玻璃基板的配方中各組成成分的摩爾百分比分別是SiO263.0~73.0%，Al2O33.0~12.5%，B2O3 3.0~12.5%，MgO3.5~10.0%，CaO1.0~10.0%，SrO0.01~4.0%，SnO0.04~0.15%。本配方中采用氧化亞錫SnO作為澄清劑，SnO是容易得到的物質(zhì)且已知無(wú)有害性質(zhì)；MgO具有不降低應(yīng)變點(diǎn)的情況下降低高溫粘度，使玻璃易于熔化，可使玻璃析晶能力下降；借助于本發(fā)明配方生產(chǎn)的玻璃基板可以達(dá)到以下的技術(shù)指標(biāo)在50～350度的熱膨脹系數(shù)為28～37×10-7/℃；應(yīng)變點(diǎn)在680℃以上，密度小于2.40g/cm3，液相線溫度低于1100度，液相線粘度大于250000泊，每公斤玻璃基板中泡徑在＞0.lmm內(nèi)的氣泡數(shù)目不可見(jiàn)。
文檔編號(hào)C03C3/091GK102690056SQ20121009521
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者劉文泰, 張廣濤, 李俊鋒, 李兆廷, 田穎, 閆冬成 申請(qǐng)人:東旭集團(tuán)有限公司