平面显示器用硅酸盐玻璃基板的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种平面显示器用硅酸盐玻璃基板，所述玻璃基板的各组分成分的摩尔百分比分别是：SiO264~70%，Al2O312~16%，B2O33~8.5%，CaO6.5~9.5%，SrO2.5~5%，SnO0.02~0.1%。本发明的玻璃基板具有较高应变点、较低熔化温度、较低液相线温度、且环境友好的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，尤其适用于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器（LTPSTFT-LCD）基板玻璃及有机电激发光显示器（OEL）基板玻璃。
【专利说明】平面显示器用硅酸盐玻璃基板
【技术领域】
[0001] 本发明属于玻璃制造领域，涉及一种碱土铝硼硅酸盐玻璃组分，它可广泛适用 于制作平面显示器的玻璃基板，特别适合于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器（LTPS TFT-IXD )基板玻璃及有机电激发光显示器（OEL)基板玻璃。
【背景技术】
[0002] 随着平面显示行业的快速发展，对各种显示器件的需求不断增长，比如有源矩阵 液晶显示（AMIXD)、有机发光二极管（OLED)以及应用低温多晶硅技术的有源矩阵液晶显示 (LTPS TFT-IXD)器件，这些显示器件都基于使用薄膜半导体材料生产薄膜晶体管（TFT)技 术。硅基TFT可分为非晶硅（a-Si) TFT、多晶硅（p-Si) TFT和单晶硅（SCS)TFT，其中非晶硅 (a-Si) TFT为现在主流TFT-IXD应用的技术，但是，在非晶硅薄膜上制作的有源矩阵TFT由 于其电子迁移率低，而不得不将器件面积作得稍大，因此在很小的像素面积上占据了不少 比例，使像素的开口率(有效像素面积/全部像素面积）仅为70%左右。严重影响了背光源 的有效利用，而无源液晶显示虽然不能显示视频图象，但是其开口率高(不计像素间隔，可 达100%)，在开口率方面的相互竞争，导致人们开发了开口率达80%以上的多晶硅TFT有源 矩阵，即P-TFT-IXD。多晶硅的电子迁移率比非晶硅的电子迁移率高一个数量级，因此器件 可以作小一些，开口率自然高。而且，由于电子迁移率提高了一个数量级，可以满足AMOLED 对驱动电流的要求。同时LTPS多晶娃（P -Si)TFT可以提商显不器的响应时间，提商显不 器的亮度，并且完全可以将速度不是很高的行列驱动器也作在液晶显示器基板的多晶硅层 上，使面板同时具有窄框化（Narrow Frame Size)与高画质的特性，可以制造更加轻薄的显 示器件。
[0003] 非晶硅（a-Si)TFT技术，在生产制程中的处理温度可以在30(T450°C温度下完成。 LTPS多晶硅（p-Si) TFT在制程过程中需要在较高温度下多次处理，基板必须在多次高温处 理过程中不能发生变形，这就对基板玻璃性能提出更高的要求，优选的应变点高于650°C， 更优选的是高于670°C、720°C。同时玻璃基板的膨胀系数需要与硅的膨胀系数相近，尽可能 减小应力和破坏，因此基板玻璃优选的线性热膨胀系数在28~39X1(T 7/°C之间。为了便于 生产，降低生产成本，作为显示器基板用的玻璃应该具有较低的熔化温度和液相线温度。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种具有较高应变点、较低熔化温度、较低液相 线温度、且环境友好的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，尤其适用于低温多晶硅薄膜晶体管 液晶显示器（LTPS TFT-IXD)基板玻璃及有机电激发光显示器（OEL)基板玻璃。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 一种平面显示器用硅酸盐玻璃基板，所述玻璃基板的各组分成分的摩尔百分比分别 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] 以摩尔百分量计，所述的Sr0/(Ca0+Sr0)〈0. 4。
[0007] 以摩尔百分量计，所述的Al2CV(CaCHSrO) >1. 0。
[0008] SiO2是玻璃形成体，若含量低于64%，会使膨胀系数太高，玻璃容易失透，提高SiO 2 含量有助于玻璃轻量化，热膨胀系数减小，应变点增高，耐化学性增高，但高温粘度升高，这 样不利于烙解，一般的窑炉难以满足，所以SiO2的含量为64?70%。
[0009] 所述玻璃基板中Al2O3的摩尔含量优选13. 8~15. 0%，B2O3的摩尔含量优选:T8. 0%。 在TFT-IXD所属的无碱铝硼硅酸盐中，氧化硼B2O3是非常重要的组分，其具有三配位、四配 位两种配位状态，不同配比对玻璃结构及性能产生极大的影响。当B 2O3含量较高时，高温状 态下具有较好的助熔作用，但是由于体系高铝无碱的复杂性，低温状态形成玻璃板后、B 2O3 大多位于硼氧三角体中，玻璃结构相对疏松，不适于用作低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示 器（LTPS TFT-LCD)基板玻璃。本发明通过降低组成中B2O3的含量（3~8mol%)，提高Al 2O3的 含量（13. 8~15mol%)，使得在玻璃熔体降温至成型粘度范围时具有较少的硼氧三角体，同时 具有更多的铝氧四面体，从而大幅提高玻璃低温粘度及机械特性，对于提升玻璃应变点特 别有效。
[0010] 所述玻璃基板中CaO的摩尔含量优选6. 5~8. 7%。氧化钙用以促进玻璃的熔解和调 整玻璃成型性。本发明中若氧化钙含量少于6%，将无法降低玻璃的粘度，含量过多，玻璃会 容易出现析晶，热膨胀系数也会大幅变大，对后续制程不利。氧化锶作为助熔剂和防止玻璃 出现析晶，如果含量过多，玻璃密度会太高，导致产品的质量过重。
[0011] 所述玻璃基板中SiO2的摩尔含量优选65?68. 5%。
[0012] Al2O3含量的提高会导致玻璃高温粘度增加，本发明降低了网络形成体SiO 2的最 高添加上限、提高了网络外体CaO的最低添加下限。从而得到应变点高于710°C、密度小于 2. 48g/cm3、具有较低熔化温度等性能的实用TFT-IXD玻璃基板。大多数硅酸盐玻璃的应变 点随着玻璃形成体含量的增加和改性剂含量的减少而增高。但同时会造成高温熔化和澄清 困难，造成耐火材料侵蚀加剧，增加能耗和生产成本。本发明采用上述技术方案，使得低温 粘度增大的同时还保证高温粘度不会出现大的提升、甚至降低。
[0013] 所述玻璃基板中SnO的摩尔含量优选0. 02、. 04%。氧化亚锡SnO,作为玻璃熔解 时的澄清剂或除泡剂，以提高玻璃的熔解质量。如果含量过多，会导致玻璃基板失透。
[0014] 采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1)本发明具有环境友好性，不含任何 有毒有害物质，澄清剂氧化亚锡SnO是容易得到的物质，且已知无有害性质，单独使用其作 为玻璃澄清剂时，有较高的产生澄清气体的温度范围，适合此种玻璃气泡的消除；（2)在不 添加稀土元素的情况下，将Al 2O3及RO控制在合适配比范围内，可使玻璃同时具有较高的应 变点和较低的熔化温度的优良特性；（3)借助于本发明提供的玻璃组分配方生产的玻璃基 板经检测可以达到以下的技术指标：在50?380度的热膨胀系数为29?37X 10-7/°C;应 变点在710°C以上；密度小于2. 48g/cm3,液相线温度低于1120°C，液相线粘度大于100, 000 泊，每公斤玻璃基板中泡径在> 0. Imm内的气泡数目不可见；（4)由于本发明不含昂贵的稀 土氧化物，原料成本得到有效控制，同时熔化温度大幅降低，对生产线良率提升带来较大空 间，燃料等生产成本得以降低。
【具体实施方式】
[0015] 平面显示器用的硅酸盐玻璃基板，其原料中各化学成分按摩尔百分比组成如下： 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] 按摩尔百分量计，其中所述的SrCV(SrCHCaO)〈0. 4,Al2O3ASr0+Ca0)>l. 0。能够使 应变点大幅提升，更重要的是同时使玻璃熔化温度降低。
[0017] 制备时，首先将上述配比称取各化学原料、均匀搅拌混合后，再将混合原料熔融加 工，用钼金棒搅拌排出气泡、使玻璃液均化，然后将其温度降低到成型所需要的玻璃基板成 型温度范围，通过退火原理，制作出平面显示器需要的玻璃基板的厚度，再对成型的玻璃基 板进行冷加工处理，最后对玻璃基板的基本物理特性进行测试。
[0018] 具体地，各实施例的组分、配比及制备的玻璃基板的物理性能参见表1。
[0019] 表 1
【权利要求】
1. 一种平面显示器用硅酸盐玻璃基板，其特征在于所述玻璃基板的各组分成分的摩尔 百分比分别是 ： 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. 根据权利要求1所述的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，其特征在于以摩尔百分量 计，所述的 Sr0/(Ca0+Sr0)〈0. 4。
3. 根据权利要求1或2所述的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，其特征在于以摩尔百分 量计，所述的 Al2(V(CaO+SrO) >L 0。
4. 根据权利要求3所述的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，其特征在于所述玻璃基板中 A1203的摩尔含量为13. 8~15. 0%，B203的摩尔含量为3~8. 0%。
5. 根据权利要求3所述的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，其特征在于所述玻璃基板中 CaO的摩尔含量为6. 5~8. 7%。
6. 根据权利要求3所述的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，其特征在于所述玻璃基板中 SnO的摩尔含量为0. 02?0. 04%。
7. 根据权利要求3所述的平面显示器用硅酸盐玻璃基板，其特征在于所述玻璃基板中 Si02的摩尔含量为65?68. 5%。
【文档编号】C03C3/091GK104276754SQ201310378661
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】张广涛, 闫冬成, 刘泽文, 沈玉国, 李俊锋, 刘文泰 申请人:东旭集团有限公司