平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板的製作方法
2023-07-14 07:36:31
平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，所述玻璃基板的各組分成分的摩爾百分比分別是：SiO264~70%，Al2O312~16%，B2O33~8.5%，CaO6.5~9.5%，SrO2.5~5%，SnO0.02~0.1%。本發明的玻璃基板具有較高應變點、較低熔化溫度、較低液相線溫度、且環境友好的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，尤其適用於低溫多晶矽薄膜電晶體液晶顯示器（LTPSTFT-LCD）基板玻璃及有機電激發光顯示器（OEL）基板玻璃。
【專利說明】平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板
【技術領域】
[0001] 本發明屬於玻璃製造領域，涉及一種鹼土鋁硼矽酸鹽玻璃組分，它可廣泛適用 於製作平面顯示器的玻璃基板，特別適合於低溫多晶矽薄膜電晶體液晶顯示器（LTPS TFT-IXD )基板玻璃及有機電激發光顯示器（OEL)基板玻璃。
【背景技術】
[0002] 隨著平面顯示行業的快速發展，對各種顯示器件的需求不斷增長，比如有源矩陣 液晶顯示（AMIXD)、有機發光二極體（OLED)以及應用低溫多晶矽技術的有源矩陣液晶顯示 (LTPS TFT-IXD)器件，這些顯示器件都基於使用薄膜半導體材料生產薄膜電晶體（TFT)技 術。矽基TFT可分為非晶矽（a-Si) TFT、多晶矽（p-Si) TFT和單晶矽（SCS)TFT，其中非晶矽 (a-Si) TFT為現在主流TFT-IXD應用的技術，但是，在非晶矽薄膜上製作的有源矩陣TFT由 於其電子遷移率低，而不得不將器件面積作得稍大，因此在很小的像素麵積上佔據了不少 比例，使像素的開口率(有效像素麵積/全部像素麵積）僅為70%左右。嚴重影響了背光源 的有效利用，而無源液晶顯示雖然不能顯示視頻圖象，但是其開口率高(不計像素間隔，可 達100%)，在開口率方面的相互競爭，導致人們開發了開口率達80%以上的多晶矽TFT有源 矩陣，即P-TFT-IXD。多晶矽的電子遷移率比非晶矽的電子遷移率高一個數量級，因此器件 可以作小一些，開口率自然高。而且，由於電子遷移率提高了一個數量級，可以滿足AMOLED 對驅動電流的要求。同時LTPS多晶娃（P -Si)TFT可以提商顯不器的響應時間，提商顯不 器的亮度，並且完全可以將速度不是很高的行列驅動器也作在液晶顯示器基板的多晶矽層 上，使面板同時具有窄框化（Narrow Frame Size)與高畫質的特性，可以製造更加輕薄的顯 示器件。
[0003] 非晶矽（a-Si)TFT技術，在生產製程中的處理溫度可以在30(T450°C溫度下完成。 LTPS多晶矽（p-Si) TFT在製程過程中需要在較高溫度下多次處理，基板必須在多次高溫處 理過程中不能發生變形，這就對基板玻璃性能提出更高的要求，優選的應變點高於650°C， 更優選的是高於670°C、720°C。同時玻璃基板的膨脹係數需要與矽的膨脹係數相近，儘可能 減小應力和破壞，因此基板玻璃優選的線性熱膨脹係數在28~39X1(T 7/°C之間。為了便於 生產，降低生產成本，作為顯示器基板用的玻璃應該具有較低的熔化溫度和液相線溫度。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種具有較高應變點、較低熔化溫度、較低液相 線溫度、且環境友好的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，尤其適用於低溫多晶矽薄膜電晶體 液晶顯示器（LTPS TFT-IXD)基板玻璃及有機電激發光顯示器（OEL)基板玻璃。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是： 一種平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，所述玻璃基板的各組分成分的摩爾百分比分別 是： SiO2 64?70%， Al2O3 12 ?16%， B2O3 3?8. 5%， CaO 6. 5?9. 5%， SrO 2. 5?5%， SnO 0? 02 ?0? 1%。
[0006] 以摩爾百分量計，所述的Sr0/(Ca0+Sr0)〈0. 4。
[0007] 以摩爾百分量計，所述的Al2CV(CaCHSrO) >1. 0。
[0008] SiO2是玻璃形成體，若含量低於64%，會使膨脹係數太高，玻璃容易失透，提高SiO 2 含量有助於玻璃輕量化，熱膨脹係數減小，應變點增高，耐化學性增高，但高溫粘度升高，這 樣不利於烙解，一般的窯爐難以滿足，所以SiO2的含量為64?70%。
[0009] 所述玻璃基板中Al2O3的摩爾含量優選13. 8~15. 0%，B2O3的摩爾含量優選:T8. 0%。 在TFT-IXD所屬的無鹼鋁硼矽酸鹽中，氧化硼B2O3是非常重要的組分，其具有三配位、四配 位兩種配位狀態，不同配比對玻璃結構及性能產生極大的影響。當B 2O3含量較高時，高溫狀 態下具有較好的助熔作用，但是由於體系高鋁無鹼的複雜性，低溫狀態形成玻璃板後、B 2O3 大多位於硼氧三角體中，玻璃結構相對疏鬆，不適於用作低溫多晶矽薄膜電晶體液晶顯示 器（LTPS TFT-LCD)基板玻璃。本發明通過降低組成中B2O3的含量（3~8mol%)，提高Al 2O3的 含量（13. 8~15mol%)，使得在玻璃熔體降溫至成型粘度範圍時具有較少的硼氧三角體，同時 具有更多的鋁氧四面體，從而大幅提高玻璃低溫粘度及機械特性，對於提升玻璃應變點特 別有效。
[0010] 所述玻璃基板中CaO的摩爾含量優選6. 5~8. 7%。氧化鈣用以促進玻璃的熔解和調 整玻璃成型性。本發明中若氧化鈣含量少於6%，將無法降低玻璃的粘度，含量過多，玻璃會 容易出現析晶，熱膨脹係數也會大幅變大，對後續製程不利。氧化鍶作為助熔劑和防止玻璃 出現析晶，如果含量過多，玻璃密度會太高，導致產品的質量過重。
[0011] 所述玻璃基板中SiO2的摩爾含量優選65?68. 5%。
[0012] Al2O3含量的提高會導致玻璃高溫粘度增加，本發明降低了網絡形成體SiO 2的最 高添加上限、提高了網絡外體CaO的最低添加下限。從而得到應變點高於710°C、密度小於 2. 48g/cm3、具有較低熔化溫度等性能的實用TFT-IXD玻璃基板。大多數矽酸鹽玻璃的應變 點隨著玻璃形成體含量的增加和改性劑含量的減少而增高。但同時會造成高溫熔化和澄清 困難，造成耐火材料侵蝕加劇，增加能耗和生產成本。本發明採用上述技術方案，使得低溫 粘度增大的同時還保證高溫粘度不會出現大的提升、甚至降低。
[0013] 所述玻璃基板中SnO的摩爾含量優選0. 02、. 04%。氧化亞錫SnO,作為玻璃熔解 時的澄清劑或除泡劑，以提高玻璃的熔解質量。如果含量過多，會導致玻璃基板失透。
[0014] 採用上述技術方案產生的有益效果在於：（1)本發明具有環境友好性，不含任何 有毒有害物質，澄清劑氧化亞錫SnO是容易得到的物質，且已知無有害性質，單獨使用其作 為玻璃澄清劑時，有較高的產生澄清氣體的溫度範圍，適合此種玻璃氣泡的消除；（2)在不 添加稀土元素的情況下，將Al 2O3及RO控制在合適配比範圍內，可使玻璃同時具有較高的應 變點和較低的熔化溫度的優良特性；（3)藉助於本發明提供的玻璃組分配方生產的玻璃基 板經檢測可以達到以下的技術指標：在50?380度的熱膨脹係數為29?37X 10-7/°C;應 變點在710°C以上；密度小於2. 48g/cm3,液相線溫度低於1120°C，液相線粘度大於100, 000 泊，每公斤玻璃基板中泡徑在> 0. Imm內的氣泡數目不可見；（4)由於本發明不含昂貴的稀 土氧化物，原料成本得到有效控制，同時熔化溫度大幅降低，對生產線良率提升帶來較大空 間，燃料等生產成本得以降低。
【具體實施方式】
[0015] 平面顯示器用的矽酸鹽玻璃基板，其原料中各化學成分按摩爾百分比組成如下： SiO2 64?70%， Al2O3 12 ?16%， B2O3 3?8. 5%， CaO 6. 5?9. 5%， SrO 2. 5?5%， SnO 0? 02 ?0? 1%。
[0016] 按摩爾百分量計，其中所述的SrCV(SrCHCaO)〈0. 4,Al2O3ASr0+Ca0)>l. 0。能夠使 應變點大幅提升，更重要的是同時使玻璃熔化溫度降低。
[0017] 製備時，首先將上述配比稱取各化學原料、均勻攪拌混合後，再將混合原料熔融加 工，用鉬金棒攪拌排出氣泡、使玻璃液均化，然後將其溫度降低到成型所需要的玻璃基板成 型溫度範圍，通過退火原理，製作出平面顯示器需要的玻璃基板的厚度，再對成型的玻璃基 板進行冷加工處理，最後對玻璃基板的基本物理特性進行測試。
[0018] 具體地，各實施例的組分、配比及製備的玻璃基板的物理性能參見表1。
[0019] 表 1
【權利要求】
1. 一種平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，其特徵在於所述玻璃基板的各組分成分的摩爾 百分比分別是 ： Si02 64?70%， Al2〇3 12 ?16%， B2〇3 3?8. 5%， CaO 6. 5?9. 5%， SrO 2. 5?5%， SnO 0· 02?0· 1%。
2. 根據權利要求1所述的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，其特徵在於以摩爾百分量 計，所述的 Sr0/(Ca0+Sr0)〈0. 4。
3. 根據權利要求1或2所述的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，其特徵在於以摩爾百分 量計，所述的 Al2(V(CaO+SrO) >L 0。
4. 根據權利要求3所述的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，其特徵在於所述玻璃基板中 A1203的摩爾含量為13. 8~15. 0%，B203的摩爾含量為3~8. 0%。
5. 根據權利要求3所述的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，其特徵在於所述玻璃基板中 CaO的摩爾含量為6. 5~8. 7%。
6. 根據權利要求3所述的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，其特徵在於所述玻璃基板中 SnO的摩爾含量為0. 02?0. 04%。
7. 根據權利要求3所述的平面顯示器用矽酸鹽玻璃基板，其特徵在於所述玻璃基板中 Si02的摩爾含量為65?68. 5%。
【文檔編號】C03C3/091GK104276754SQ201310378661
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】張廣濤, 閆冬成, 劉澤文, 沈玉國, 李俊鋒, 劉文泰 申請人:東旭集團有限公司