專利名稱：加強顯示器用平面玻璃板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備適于作為顯示面板的高強度平面玻璃板的方法。
背景技術(shù)：
高強度的薄平面玻璃板用于制造顯示器，如薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子體顯示面板(PDP)和場致發(fā)光(EL)設(shè)備。為了加強平面玻璃板的強度，美國專利第6607999號、歐洲專利公開第1388881 A2號和日本專利第2837134號公開了一種通過在玻璃板表面進行堿金屬離子的離子交換來化學加強玻璃板表面的方法。
這種化學加強方法基于離子交換技術(shù)來用大的堿金屬離子如鉀離子(K+)替代玻璃中存在的小的鈉離子(Na+)，以將壓應(yīng)力給予玻璃板表面。這種離子交換處理的效果非常依賴于離子交換溫度。在高的離子交換溫度下，離子遷移率變高，離子擴散加劇，但是也發(fā)生不期望的玻璃松弛。因此，通常在高于原鹽熔點但低于玻璃應(yīng)變點的溫度下進行離子交換。
然而，上述方法需要將玻璃板浸入到含有原鹽的鹽浴中的步驟，因此對于加強大尺寸玻璃板或者對玻璃板所選部分進行局部加強是不夠的。
因此，美國專利第5127931號公開了一種干離子交換方法，該方法包括用包含一價或者二價陽離子鹽的固體膜涂覆玻璃板的表面，然后對已涂覆的玻璃板熱處理，以允許固體膜和玻璃板之間的堿金屬離子交換。然而，這種方法的問題在于在經(jīng)常高于鹽的熔點的熱處理溫度下，涂覆在玻璃板上的固體膜趨于流動，導致在玻璃板表面的離子交換不穩(wěn)定、不均勻。
通常將用于顯示器的平面玻璃板處理為與另一板相結(jié)合，以形成由前玻璃板和后玻璃板制成的密封結(jié)構(gòu)。要密封的玻璃表面區(qū)域如玻璃板表面的外周的狀態(tài)越粗糙，則密封部分的結(jié)合力就越強。因此，已經(jīng)研究了使要密封的特定玻璃表面區(qū)域粗糙的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種加強平面玻璃板從而給予其高并且均勻的強度的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種加強平面玻璃板的方法，包括步驟在玻璃板的上形成包含鉀鹽和無機氧化物的固體層；在從400℃至玻璃應(yīng)變點范圍內(nèi)的溫度下熱處理具有固體層的玻璃板，以允許在固體層和玻璃板表面之間發(fā)生堿金屬離子交換，冷卻和洗滌已熱處理的玻璃板。


通過結(jié)合附圖對本發(fā)明進行下面的描述，將使本發(fā)明的上述和其他目的及特點變得更加清楚，附圖分別表示圖1從示例1中觀察到的用硝酸鉀和氧化鋁的混合物進行離子交換處理的玻璃板顯微硬度的變化作為混合物中的硝酸鉀的摩爾分數(shù)(mol％)的函數(shù)；圖2在示例2中制備的用50mol％的硝酸鉀、40mol％的氧化鋁和10mol％的三氯化鋁進行離子交換處理的玻璃板的表面SEM照片。
具體實施例方式
本發(fā)明方法的特征在于使用鉀鹽和無機氧化物的混合作為在玻璃板表面上進行堿金屬離子的離子交換的固體鹽介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，通過傳統(tǒng)方法，如依靠靜電力涂敷鹽和無機氧化物的粉末混合物、噴射其混合物的分散體或者懸濁液并干燥分散體層、或者絲網(wǎng)印刷方法，包括鉀鹽和無機氧化物的混合物固體層可以形成于玻璃板上。固體層的厚度最好在0.5mm至5mm之間。
適合在本發(fā)明中使用的是無機氧化物，其不與鉀鹽反應(yīng)并且熱穩(wěn)定且化學穩(wěn)定。在本發(fā)明中使用的無機氧化物起著“熔點保持者”的作用，用于在離子交換溫度下使包含熔融的鹽的固體層處于濕的固體形式，穩(wěn)定地使鹽與玻璃表面接觸，由此導致玻璃表面上的離子交換均勻、有效。在本發(fā)明中使用的鉀鹽的代表性例子包括硝酸鉀和氯化鉀，無機氧化物的代表性例子是氧化鋁、氧化鋅和氧化鋯。
本發(fā)明的固體層可以包括30mol％至90mol％最好是40mol％至60mol％的鉀鹽和10mol％至70mol％，最好是40mol％至60mol％的無機氧化物。
然后，具有固體層的玻璃板被加熱到從400℃到玻璃的應(yīng)變點范圍內(nèi)的溫度，然后在該溫度維持一段時間，使其足以在固體層和玻璃板表面之間發(fā)生堿金屬離子交換。在這一離子交換期間，玻璃中相當大量的鈉離子(Na+)被固體層的鉀離子(K+)代替，這導致在玻璃板表面產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力，由此加強玻璃板的強度。這里使用的術(shù)語“應(yīng)變點”指在玻璃中形成的應(yīng)力在4小時內(nèi)被減到低于250psi或者玻璃的粘度變?yōu)?014.5泊(ASTM C336-71)的溫度。
當熱處理溫度低于400℃時，在玻璃表面的堿金屬離子的擴散變得不明顯，當溫度高于玻璃的應(yīng)變點時，在玻璃中發(fā)生不期望的應(yīng)力松弛。
熱處理的玻璃板被冷卻至室溫，然后用水洗滌以去除殘留的固體層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，為了使要密封的特定玻璃表面粗糙，可以將三氯化鋁添加到被涂敷到其上的固體層混合物中。在這種情況下，固體層可包括30mol％至80mol％鉀鹽、10mol％至60mol％無機氧化物和10mol％至40mol％三氯化鋁，其中鹽最好是硝酸鉀，無機氧化物最好是氧化鋁。鉀鹽、無機氧化物和三氯化鋁的混合使用同時加強了玻璃板表面的強度和粗糙度。
通過本發(fā)明的使用鉀鹽和無機氧化物的混合物的干離子交換方法加強的平面玻璃板顯示出高、均勻的強度。如上所述，本發(fā)明對于在制備顯示器如薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子體顯示面板(PDP)和場致發(fā)光(EL)設(shè)備中使用的高強度平面玻璃板提供了一種簡單有效的方法。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，還能夠?qū)崿F(xiàn)對玻璃板的特定部分選擇性的局部加強和粗糙。
給出下面的示例僅用于解釋的目的，不應(yīng)該限制本發(fā)明的范圍。
示例1具有如表1中所示的組分的硝酸鉀(KNO3)和氧化鋁(Al2O3)的粉末混合物被放置在硅酸鹽玻璃板表面上，以在其上形成1mm至2mm厚的固體層，所述硅酸鹽玻璃板含有4.8w/w％Na2O、6.2w/w％K2O，1.66w/w％MgO、5.25w/w％CaO、7.2w/w％SrO、8w/w％BaO、2.7w/w％ZrO2、6.7w/w％Al2O3和作為主要成分的57.3w/w％SiO2。
具有固體層的玻璃板被放置在爐子中，用超過1小時的時間加熱到480℃，然后在該溫度保持1小時。用超過2小時的時間使已熱處理的玻璃板冷卻至20℃，然后用蒸餾水洗滌以去除殘余的粉末層。
用維氏硬度測量儀在5個點加載100g載荷，以確定如上獲得的每個玻璃板((1-1)至(1-6))的平均顯微硬度(MPa)，并將這些平均顯微硬度與原始未處理的玻璃板(對照)的硬度相比較。結(jié)果如表1所示。作為硝酸鉀的摩爾分數(shù)(mol％)的函數(shù)的玻璃板的顯微硬度的變化在圖1中以曲線的形式表示。
表1

如表1所示，根據(jù)本發(fā)明方法的用KNO3和Al2O3的混合物處理的玻璃板((1-2)至(1-6))與未處理的原始玻璃板相比顯示出均勻并且高的強度。只用KNO3處理的玻璃板在均勻性方面不令人滿意。
示例2具有在表2中所示的組分的硝酸鉀(KNO3)、氧化鋁(Al2O3)和三氯化鋁(AlCl3)混合物被放置在與示例1相同的玻璃板的表面上，在其上形成1mm至2mm厚的固體層。
具有固體層的玻璃板被放置在爐子中，用超過1小時的時間加熱到460℃，然后在該溫度保持1小時。用超過2小時的時間使熱處理的玻璃板冷卻至20℃，然后用蒸餾水洗滌以去除殘余的粉末層。
用維氏硬度測量儀在5個點加載100g載荷，以確定如上獲得的每個玻璃板((2-1)至(2-4))的平均顯微硬度(MPa)被確定。結(jié)果如表2所示。在圖2中表示的是用50mol％硝酸鉀、40mol％氧化鋁和10mol％三氯化鋁的混合物處理的玻璃板表面的SEM照片。
表2

如表2所示，根據(jù)本發(fā)明方法的用KNO3.Al2O3和AlCl3的混合物處理的玻璃板與未處理的原始玻璃板相比顯示出均勻并且高的強度。此外，圖2的照片顯示出玻璃板的表面非常粗糙，這證明玻璃板的強度和粗糙度都被加強了。
示例3除了使用35mol％的硝酸鉀和65mol％的氧化鋁的混合物之外，熱處理(離子交換)溫度被改為如表3所示，重復示例1的過程以制備各種玻璃板。
用維氏硬度測量儀在5個點加載100g載荷，以確定如上獲得的每個玻璃板((3-1)至(3-5))的平均顯微硬度(MPa)。結(jié)果如表3所示。
表3

如表3所示，在低于400℃的溫度下熱處理的玻璃板顯出不令人滿意的強度，而根據(jù)本發(fā)明的方法在400℃～500℃熱處理的玻璃板顯出均勻和令人滿意的強度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠容易地制備適合于在制備顯示器中使用的高強度平面玻璃板。
盡管已經(jīng)根據(jù)上述特定實施例對本發(fā)明進行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當認識到可以在落入權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)對本發(fā)明進行各種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種加強平面玻璃板的方法，包括步驟在玻璃板上形成包括鉀鹽和無機氧化物的固體層，在從400℃至玻璃應(yīng)變點的范圍內(nèi)的溫度下加熱具有固體層的玻璃板，使固體層和玻璃板表面之間發(fā)生堿金屬離子的離子交換，冷卻并洗滌已熱處理的玻璃板。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固體層包括30mol％至90mol％的鉀鹽和10mol％至70mol％的無機氧化物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鉀鹽是硝酸鉀或者氯化鉀。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述無機氧化物從包括氧化鋁、氧化鋅和氧化鋯的組中選擇。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固體層還包括三氯化鋁。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述固體層包括30mol％至80mol％的鉀鹽、10mol％至60mol％的無機氧化物和10mol％至40mol％三氯化鋁。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，鉀鹽是硝酸鉀，無機氧化物是氧化鋁。
8.一種從權(quán)利要求1所述的方法得到的平面玻璃顯示板。
全文摘要
本發(fā)明公開一種加強平面玻璃板的方法，包括步驟在玻璃板上形成包括鉀鹽和無機氧化物的固體層，在從400℃至玻璃應(yīng)變點的范圍內(nèi)的溫度下加熱具有固體層的玻璃板，使固體層和玻璃板表面之間發(fā)生堿金屬離子的離子交換，冷卻并洗滌已熱處理的玻璃板。
文檔編號H01J17/16GK1765798SQ200510102839
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月13日
發(fā)明者金在善, K·伊夫斯特彼 瑟基 申請人:三星康寧株式會社