专利名称：加强显示器用平面玻璃板的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备适于作为显示面板的高强度平面玻璃板的方法。
背景技术：
高强度的薄平面玻璃板用于制造显示器，如薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)、等离子体显示面板(PDP)和场致发光(EL)设备。为了加强平面玻璃板的强度，美国专利第6607999号、欧洲专利公开第1388881 A2号和日本专利第2837134号公开了一种通过在玻璃板表面进行碱金属离子的离子交换来化学加强玻璃板表面的方法。
这种化学加强方法基于离子交换技术来用大的碱金属离子如钾离子(K+)替代玻璃中存在的小的钠离子(Na+)，以将压应力给予玻璃板表面。这种离子交换处理的效果非常依赖于离子交换温度。在高的离子交换温度下，离子迁移率变高，离子扩散加剧，但是也发生不期望的玻璃松弛。因此，通常在高于原盐熔点但低于玻璃应变点的温度下进行离子交换。
然而，上述方法需要将玻璃板浸入到含有原盐的盐浴中的步骤，因此对于加强大尺寸玻璃板或者对玻璃板所选部分进行局部加强是不够的。
因此，美国专利第5127931号公开了一种干离子交换方法，该方法包括用包含一价或者二价阳离子盐的固体膜涂覆玻璃板的表面，然后对已涂覆的玻璃板热处理，以允许固体膜和玻璃板之间的碱金属离子交换。然而，这种方法的问题在于在经常高于盐的熔点的热处理温度下，涂覆在玻璃板上的固体膜趋于流动，导致在玻璃板表面的离子交换不稳定、不均匀。
通常将用于显示器的平面玻璃板处理为与另一板相结合，以形成由前玻璃板和后玻璃板制成的密封结构。要密封的玻璃表面区域如玻璃板表面的外周的状态越粗糙，则密封部分的结合力就越强。因此，已经研究了使要密封的特定玻璃表面区域粗糙的方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种加强平面玻璃板从而给予其高并且均匀的强度的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种加强平面玻璃板的方法，包括步骤在玻璃板的上形成包含钾盐和无机氧化物的固体层；在从400℃至玻璃应变点范围内的温度下热处理具有固体层的玻璃板，以允许在固体层和玻璃板表面之间发生碱金属离子交换，冷却和洗涤已热处理的玻璃板。
通过结合附图对本发明进行下面的描述，将使本发明的上述和其他目的及特点变得更加清楚，附图分别表示图1从示例1中观察到的用硝酸钾和氧化铝的混合物进行离子交换处理的玻璃板显微硬度的变化作为混合物中的硝酸钾的摩尔分数(mol％)的函数；图2在示例2中制备的用50mol％的硝酸钾、40mol％的氧化铝和10mol％的三氯化铝进行离子交换处理的玻璃板的表面SEM照片。
具体实施例方式
本发明方法的特征在于使用钾盐和无机氧化物的混合作为在玻璃板表面上进行碱金属离子的离子交换的固体盐介质。
根据本发明，通过传统方法，如依靠静电力涂敷盐和无机氧化物的粉末混合物、喷射其混合物的分散体或者悬浊液并干燥分散体层、或者丝网印刷方法，包括钾盐和无机氧化物的混合物固体层可以形成于玻璃板上。固体层的厚度最好在0.5mm至5mm之间。
适合在本发明中使用的是无机氧化物，其不与钾盐反应并且热稳定且化学稳定。在本发明中使用的无机氧化物起着“熔点保持者”的作用，用于在离子交换温度下使包含熔融的盐的固体层处于湿的固体形式，稳定地使盐与玻璃表面接触，由此导致玻璃表面上的离子交换均匀、有效。在本发明中使用的钾盐的代表性例子包括硝酸钾和氯化钾，无机氧化物的代表性例子是氧化铝、氧化锌和氧化锆。
本发明的固体层可以包括30mol％至90mol％最好是40mol％至60mol％的钾盐和10mol％至70mol％，最好是40mol％至60mol％的无机氧化物。
然后，具有固体层的玻璃板被加热到从400℃到玻璃的应变点范围内的温度，然后在该温度维持一段时间，使其足以在固体层和玻璃板表面之间发生碱金属离子交换。在这一离子交换期间，玻璃中相当大量的钠离子(Na+)被固体层的钾离子(K+)代替，这导致在玻璃板表面产生很大的压应力，由此加强玻璃板的强度。这里使用的术语“应变点”指在玻璃中形成的应力在4小时内被减到低于250psi或者玻璃的粘度变为1014.5泊(ASTM C336-71)的温度。
当热处理温度低于400℃时，在玻璃表面的碱金属离子的扩散变得不明显，当温度高于玻璃的应变点时，在玻璃中发生不期望的应力松弛。
热处理的玻璃板被冷却至室温，然后用水洗涤以去除残留的固体层。
此外，根据本发明，为了使要密封的特定玻璃表面粗糙，可以将三氯化铝添加到被涂敷到其上的固体层混合物中。在这种情况下，固体层可包括30mol％至80mol％钾盐、10mol％至60mol％无机氧化物和10mol％至40mol％三氯化铝，其中盐最好是硝酸钾，无机氧化物最好是氧化铝。钾盐、无机氧化物和三氯化铝的混合使用同时加强了玻璃板表面的强度和粗糙度。
通过本发明的使用钾盐和无机氧化物的混合物的干离子交换方法加强的平面玻璃板显示出高、均匀的强度。如上所述，本发明对于在制备显示器如薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)、等离子体显示面板(PDP)和场致发光(EL)设备中使用的高强度平面玻璃板提供了一种简单有效的方法。此外，根据本发明的方法，还能够实现对玻璃板的特定部分选择性的局部加强和粗糙。
给出下面的示例仅用于解释的目的，不应该限制本发明的范围。
示例1具有如表1中所示的组分的硝酸钾(KNO3)和氧化铝(Al2O3)的粉末混合物被放置在硅酸盐玻璃板表面上，以在其上形成1mm至2mm厚的固体层，所述硅酸盐玻璃板含有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和作为主要成分的57.3w/w％SiO2。
具有固体层的玻璃板被放置在炉子中，用超过1小时的时间加热到480℃，然后在该温度保持1小时。用超过2小时的时间使已热处理的玻璃板冷却至20℃，然后用蒸馏水洗涤以去除残余的粉末层。
用维氏硬度测量仪在5个点加载100g载荷，以确定如上获得的每个玻璃板((1-1)至(1-6))的平均显微硬度(MPa)，并将这些平均显微硬度与原始未处理的玻璃板(对照)的硬度相比较。结果如表1所示。作为硝酸钾的摩尔分数(mol％)的函数的玻璃板的显微硬度的变化在图1中以曲线的形式表示。
表1
如表1所示，根据本发明方法的用KNO3和Al2O3的混合物处理的玻璃板((1-2)至(1-6))与未处理的原始玻璃板相比显示出均匀并且高的强度。只用KNO3处理的玻璃板在均匀性方面不令人满意。
示例2具有在表2中所示的组分的硝酸钾(KNO3)、氧化铝(Al2O3)和三氯化铝(AlCl3)混合物被放置在与示例1相同的玻璃板的表面上，在其上形成1mm至2mm厚的固体层。
具有固体层的玻璃板被放置在炉子中，用超过1小时的时间加热到460℃，然后在该温度保持1小时。用超过2小时的时间使热处理的玻璃板冷却至20℃，然后用蒸馏水洗涤以去除残余的粉末层。
用维氏硬度测量仪在5个点加载100g载荷，以确定如上获得的每个玻璃板((2-1)至(2-4))的平均显微硬度(MPa)被确定。结果如表2所示。在图2中表示的是用50mol％硝酸钾、40mol％氧化铝和10mol％三氯化铝的混合物处理的玻璃板表面的SEM照片。
表2
如表2所示，根据本发明方法的用KNO3.Al2O3和AlCl3的混合物处理的玻璃板与未处理的原始玻璃板相比显示出均匀并且高的强度。此外，图2的照片显示出玻璃板的表面非常粗糙，这证明玻璃板的强度和粗糙度都被加强了。
示例3除了使用35mol％的硝酸钾和65mol％的氧化铝的混合物之外，热处理(离子交换)温度被改为如表3所示，重复示例1的过程以制备各种玻璃板。
用维氏硬度测量仪在5个点加载100g载荷，以确定如上获得的每个玻璃板((3-1)至(3-5))的平均显微硬度(MPa)。结果如表3所示。
表3
如表3所示，在低于400℃的温度下热处理的玻璃板显出不令人满意的强度，而根据本发明的方法在400℃～500℃热处理的玻璃板显出均匀和令人满意的强度。
如上所述，根据本发明的方法，能够容易地制备适合于在制备显示器中使用的高强度平面玻璃板。
尽管已经根据上述特定实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员应当认识到可以在落入权利要求限定的本发明的范围内对本发明进行各种修改和改变。
权利要求
1.一种加强平面玻璃板的方法，包括步骤在玻璃板上形成包括钾盐和无机氧化物的固体层，在从400℃至玻璃应变点的范围内的温度下加热具有固体层的玻璃板，使固体层和玻璃板表面之间发生碱金属离子的离子交换，冷却并洗涤已热处理的玻璃板。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述固体层包括30mol％至90mol％的钾盐和10mol％至70mol％的无机氧化物。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述钾盐是硝酸钾或者氯化钾。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机氧化物从包括氧化铝、氧化锌和氧化锆的组中选择。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述固体层还包括三氯化铝。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述固体层包括30mol％至80mol％的钾盐、10mol％至60mol％的无机氧化物和10mol％至40mol％三氯化铝。
7.如权利要求5所述的方法，其中，钾盐是硝酸钾，无机氧化物是氧化铝。
8.一种从权利要求1所述的方法得到的平面玻璃显示板。
全文摘要
本发明公开一种加强平面玻璃板的方法，包括步骤在玻璃板上形成包括钾盐和无机氧化物的固体层，在从400℃至玻璃应变点的范围内的温度下加热具有固体层的玻璃板，使固体层和玻璃板表面之间发生碱金属离子的离子交换，冷却并洗涤已热处理的玻璃板。
文档编号H01J17/16GK1765798SQ200510102839
公开日2006年5月3日 申请日期2005年9月13日 优先权日2004年9月13日
发明者金在善, K·伊夫斯特彼 瑟基 申请人:三星康宁株式会社