專利名稱：Tft基板玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種TFT基板玻璃。
背景技術(shù)：
顯示器作為信息顯示的終端，在信息社會(huì)建設(shè)中起著十分重要的作用。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，平板顯示器技術(shù)迅速崛起，并以它特有的魅力(薄、輕、功耗小、輻射低、沒有閃爍等)逐步替代CRT。中國(guó)作為一個(gè)新興的電子工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，對(duì)平板顯示器的需求以年增長(zhǎng)率20％的速度向前發(fā)展，并且由于中國(guó)有巨大的市場(chǎng)空間作支撐，這種發(fā)展速度會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期。平板LCD顯示器分為TN型、STN型及TFT(Thin film transistor)型三種類型。這三種類型相比較，TFT型LCD對(duì)比度高，反應(yīng)快速及視角較廣等，其顯像品質(zhì)較TN、STN型為佳，響應(yīng)速度、彩色度等效果上可與CRT相比。因此TFT-LCD已漸成為平板顯示器之主流，占全球平板顯示器的70％以上。
TFT-LCD面板的生產(chǎn)線可以分為一代線、二代線、三代線、四代線、五代線、六代線、七代線和發(fā)展至今的第八代。一代線TFT玻璃基板尺寸為300mm×350mm，可切割成1片15寸液晶監(jiān)視器面板；二代線TFT玻璃基板尺寸為370mm×470mm，可切割成1片19寸以下液晶監(jiān)視器面板；第三代生產(chǎn)線TFT玻璃基板尺寸為550mm×650mm，可切割成4片15寸液晶監(jiān)視器面板；第四代的玻璃基板尺寸為680mm×880mm，可切割成6片15寸面板；第五代線生產(chǎn)基板尺寸為1100×1250mm，可以切割12片17寸面板或6片24英寸面板；第六代線生產(chǎn)基板尺寸為1370×1670mm(或1500×1800mm)，可以切割6片30寸面板；第七代線生產(chǎn)基板尺寸為1950×2250mm，可以切割12片30寸面板或8片40英寸面板；第八代尺寸更大。TFT世代面板尺寸不斷放大，同時(shí)要求玻璃往薄發(fā)展。而玻璃超薄，就要考慮玻璃的易脆性，這就對(duì)TFT基板玻璃的生產(chǎn)提出了更高的要求。
目前我國(guó)已成為TFT顯示產(chǎn)品(TFT-LCD面板)的重要生產(chǎn)基地。但是TFT-LCD顯示基板用玻璃不僅要求玻璃尺寸大，而且還要求玻璃重量輕，這就要求玻璃密度必須低，與此同時(shí)還要要求不能改變玻璃的其它性能、不能降低玻璃的強(qiáng)度；TFT基板要求玻璃的應(yīng)變點(diǎn)、軟化點(diǎn)高，膨脹系數(shù)低，還要玻璃熔化、澄清溫度不能太高，玻璃具有適合的高溫粘度使氣泡完全排出，得到高質(zhì)量無(wú)瑕疵的玻璃。正是由于TFT基板用玻璃的這種高性能的要求，玻璃組分及工藝技術(shù)復(fù)雜，使得國(guó)內(nèi)還沒有一家與TFT-LCD配套的玻璃基板生產(chǎn)企業(yè)，只能依賴進(jìn)口。
國(guó)內(nèi)廣東金剛玻璃科技股份有限公司申請(qǐng)了“TFT用超薄無(wú)堿玻璃基板”專利，專利中記述它們的玻璃熱膨脹系數(shù)≤5.0×10-7/℃，密度≤2.8g/mm3，折射率≤1.55，應(yīng)變點(diǎn)≥600℃，軟化點(diǎn)≥820℃，可見光透射率≥88％。
公開的專利文獻(xiàn)中US4824808(Corning Works)號(hào)專利公開了一種無(wú)堿玻璃組成物，其玻璃組成物的熔化粘度高，且應(yīng)變點(diǎn)較低。
US5116787號(hào)專利公開的無(wú)堿玻璃組成具有高應(yīng)變點(diǎn)，但其長(zhǎng)期抗拒析晶的穩(wěn)定性低，且膨脹系數(shù)過高，無(wú)法與硅熱膨脹系數(shù)匹配。
US5116789號(hào)專利公開的玻璃組成具有高應(yīng)變點(diǎn)的特性，但其膨脹系數(shù)也太高，無(wú)法與硅熱膨脹系數(shù)匹配。
US6128924、US6319867(Corning Works)號(hào)專利公開的無(wú)堿玻璃組成，具有優(yōu)良的基板玻璃特性，然而未能有效提高比楊氏模數(shù)。
另外還有的專利技術(shù)為使玻璃基板輕量化、低的熱膨脹系數(shù)及耐高熱等特性，均以增加SiO2的百分含量為解決手段。然而，如此會(huì)增加玻璃熔融的溫度和熔化時(shí)間，造成能源的浪費(fèi)以及產(chǎn)能下降等問題。
由于TFT-LCD在加工過程中要經(jīng)過熱處理，在加熱過程中玻璃中堿金屬離子將擴(kuò)散到沉積的半導(dǎo)體材料中，會(huì)破壞薄膜的特性，因此要求TFT基板玻璃是不含堿金屬氧化物(氧化鋰、氧化鈉、氧化鉀)的。堿金屬氧化物具有助熔作用，不含堿金屬氧化物的玻璃也就是增加了玻璃熔化的難度。為了克服熔化難問題，在玻璃配合料里需選擇引入B2O3，使其為硼、鋁、硅酸鹽玻璃。
由于TFT-LCD的加工需要多個(gè)熱處理步驟，使玻璃板反復(fù)經(jīng)受快速冷卻和快速加熱，這樣對(duì)玻璃板的熱沖擊是比較大的，特別是較大尺寸的玻璃面板，存在溫度分布差異，在熱處理過程中極易在玻璃斷面產(chǎn)生裂紋，從而導(dǎo)致破碎；或在受熱時(shí)玻璃自身的內(nèi)應(yīng)力，不足以抵消玻璃受熱膨脹而產(chǎn)生的熱應(yīng)力而破裂。因而考慮降低玻璃的熱膨脹系數(shù)，最好是基板玻璃的熱膨脹與所要沉積的薄膜晶體管材料的熱膨脹(p-Si的熱膨脹系數(shù)為30-33×10-7℃)接近，可以避角在加熱過程中由于二者熱膨脹的差異形成的彎曲。因此要求在25～400℃范圍內(nèi)玻璃的熱膨脹系數(shù)小于40×10-7/℃。
由于在TFT-LCD的薄膜沉積過程中，如果基板玻璃受熱出現(xiàn)變形和翹曲，將會(huì)使顯示器圖案出現(xiàn)誤差，必須保證玻璃有足夠高的耐高溫性能，玻璃的應(yīng)變溫度應(yīng)高于600℃，650℃以上最佳。
由于本專利所發(fā)明的玻璃組分是不含堿金屬氧化物(氧化鋰、氧化鈉、氧化鉀)的，熔制困難，為便于玻璃生產(chǎn)，使該玻璃的澄清溫度在1650℃以下。
由于在TFT-LCD的加工過程中，玻璃是水平放置的，玻璃在自身重力作用下，有一定程度的下垂，下垂的程度與玻璃本身的密度成正比，與玻璃的楊氏模量成反比。因此在使玻璃有盡量高的楊氏模量和盡可能低的密度時(shí)，還要考慮玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、彈性模量、成型過程中的析晶性能等。
為滿足TFT-LCD加工過程中的高性能要求，TFT還應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，使它在加工過程中經(jīng)受住多種化學(xué)溶液的浸泡與侵蝕。這種用于顯示器的玻璃的質(zhì)量要求是非常嚴(yán)格的，微小的氣泡、結(jié)石、波筋、表面凹坑以及表面?zhèn)鄣热毕荻紩?huì)使顯示器出現(xiàn)誤差，影響圖像質(zhì)量。而無(wú)堿玻璃的熔制溫度較高、原料熔化困難、玻璃粘度大氣泡不易排出，要熔制沒有任何微小缺陷的高質(zhì)量玻璃難度很大，雖然加入一定量的堿土金屬，作為玻璃的有效助熔組分，但含量不能太高，太高容易增加玻璃的密度、降低玻璃的軟化溫度、增加玻璃的熱膨脹系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種TFT基板玻璃。使其具有較高楊氏模量和應(yīng)變點(diǎn)、較低的熱膨脹系數(shù)和密度以及較好的耐化學(xué)侵蝕性能。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是其主要由下述重量的組分組成，55～62％的二氧化硅(SiO2)、13～20％的三氧化二鋁(Al2O3)、8～12％的三氧化二硼(B2O3)、0.1～4％的二氧化鋯(ZrO2)、3.5～8％的氧化鈣(CaO)、0.1～5％的氧化鎂(MgO)、2～6％的氧化鍶(SrO)、1～4.0％的氧化鋇(BaO)、0.1～1％的氧化鋅(ZnO)、0.1～2％的二氧化鍺(GeO2)、0～0.8％的五氧化二釩(V2O5)和0.1～2％三氧化二鑭(La2O3)，另外加入0.1-0.3％的三氧化二銻(Sb2O3)或0.1-0.3％氧化鈰(CeO2)。
本發(fā)明組分中二氧化硅(SiO2)是基板玻璃組分中的主要成分，重量百分比介于55～62％之間。SiO2組成玻璃的骨架，提高SiO2含量，可以使玻璃的密度和熱膨脹系數(shù)降低，但含量高于62％時(shí)，玻璃的熔化和澄清就要求更高的溫度和時(shí)間，造成能源浪費(fèi)及產(chǎn)量下降。SiO2含量較低于55％時(shí)，玻璃的應(yīng)變溫度就會(huì)降低。
三氧化二鋁(Al2O3)的重量百分比介于13～20％之間。Al2O3在一定含量范圍內(nèi)和SiO2是玻璃網(wǎng)絡(luò)形成的主體，Al2O3可以提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)Al2O3濃度過高時(shí)，玻璃的粘度增加，不利于玻璃的均化；太低時(shí)影響玻璃的強(qiáng)度和應(yīng)變溫度。
三氧化二硼(B2O3)是提高玻璃的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的有效組分，B2O3又是很好的助熔劑，起到助熔、降低玻璃粘度、降低玻璃膨脹系數(shù)的作用。同時(shí)，B2O3還可降低玻璃的析晶性能。但含量過高，大于12％時(shí)，玻璃的應(yīng)變點(diǎn)太低，小于8％時(shí)，使玻璃熔化困難，且不能有效降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。
二氧化鋯(ZrO2)能有效地提高玻璃的應(yīng)變點(diǎn)溫度，且可以改善玻璃的耐水性，但含量大于4％時(shí)，熔化溫度隨之增加，且容易產(chǎn)生斜鋯石析晶，影響玻璃質(zhì)量。
氧化鋅(ZnO)能有效地改善玻璃的熔化能力，提高玻璃的耐堿性，降低玻璃的密度。但它容易使玻璃熔體析晶性能增加，且揮發(fā)并會(huì)使熔爐的壽命縮短。因此重量百分應(yīng)在1％以下。
氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鍶(SrO)和氧化鋇(BaO)為堿土金屬氧化物，可提供玻璃熔化形成液相所需要的陽(yáng)離子，堿土金屬氧化物的濃度太低時(shí)，玻璃的粘度較大；堿土金屬氧化物的濃度太高時(shí)，會(huì)使生成玻璃的熱膨脹系數(shù)過高。
二氧化儲(chǔ)(GeO2)是RO2一類氧化物中除SiO2以外最重要的玻璃形成氧化物。[GeO4]四面體以四點(diǎn)互相連結(jié)，因而結(jié)構(gòu)較B2O3玻璃牢固，但由于Ge-O鍵較Si-O鍵弱，因又較SiO2玻璃差些。本發(fā)明中用少量GeO2替代SiO2降低了玻璃的高溫粘度，對(duì)玻璃的熔化性能有所改善，但對(duì)玻璃的應(yīng)變點(diǎn)等沒有影響。
三氧化二鑭(La2O3)易增加玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特性，加入La2O3可以提高玻璃的應(yīng)變點(diǎn)，增加玻璃的楊氏模量。但La2O3高于2％會(huì)使玻璃的密度增加。
五氧化二釩(V2O5)的重量百分比介于于0～0.8％之間。少量的加入五氧化二釩對(duì)降低玻璃的熱膨脹系數(shù)、提高玻璃的應(yīng)變點(diǎn)有效，但濃度大了會(huì)使玻璃著色，降低玻璃的透光性。
三氧化二銻(Sb2O3)和氧化鈰(CeO2)在玻璃熔制過程中分解放出氧氣，有利于玻璃的澄清和均化，合適的重量百分比為O.1％～0.3％。
本發(fā)明是一種與一般的鈉鈣硅酸鹽浮法玻璃完全不同的一種新品種，它是一種不含堿金屬的硼、鋁、硅酸鹽玻璃。通過加入Ca、Mg、Zr、Sr、Ba，特別是加入Ge、V和La來(lái)調(diào)節(jié)玻璃的一些物化性能，加入Sb2O3或CeO2使玻璃得到良好的澄清，使其適合TFT-LCD加工的要求無(wú)堿、具有較高的軟化溫度、較好的抗熱沖擊性能、盡量低的密度和高的彈性模量、較好的耐化學(xué)腐蝕性等。可以用作薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)的基板，滿足TFT-LCD加工過程中的任何性能要求。在25℃～400℃的熱膨脹系數(shù)小于40×10-7/℃，應(yīng)變點(diǎn)在650℃以上，轉(zhuǎn)變點(diǎn)在710℃以上，里特軟化點(diǎn)大于900℃，密度小于2.55g/mm3，可見光透過率不低于90％。
具體實(shí)施例方式
以下給出的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1本實(shí)施例由下述重量的組分組成，61.08％的二氧化硅(SiO2)、14.7％的三氧化二鋁(Al2O3)、9.54％的三氧化二硼(B2O3)、0.96％的二氧化鋯(ZrO2)、0.3％的氧化鋅(ZnO)、1.88％的氧化鎂(MgO)、5.94％的氧化鈣(CaO)、2.30％的氧化鍶(SrO)、1％的氧化鋇(BaO)、0.5％的二氧化鍺(GeO2)、0.3％的五氧化二釩(V2O5)、1.2％三氧化二鑭(La2O3)和0.3％的三氧化二銻(Sb2O3)。
實(shí)施例2本實(shí)施例由下述重量的組分組成，60.08％的二氧化硅(SiO2)、15.0％的三氧化二鋁(Al2O3)、10.54％的三氧化二硼(B2O3)、0.96％的二氧化鋯(ZrO2)、0.3％的氧化鋅(ZnO)、5.2％的氧化鈣(CaO)、3.80％的氧化鍶(SrO)、2.2％的氧化鋇(BaO)、0.5％的二氧化鍺(GeO2)、0.3％的五氧化二釩(V2O5)、1.2％三氧化二鑭(La2O3)和0.2％的三氧化二銻(Sb2O3)。
實(shí)施例3本實(shí)施例由下述重量的組分組成，57.50％的二氧化硅(SiO2)、17.0％的三氧化二鋁(Al2O3)、11.5％的三氧化二硼(B2O3)、0.4％的二氧化鋯(ZrO2)、0.3％的氧化鋅(ZnO)、3.5％的氧化鈣(CaO)、4.5％的氧化鍶(SrO)、3.0％的氧化鋇(BaO)、1.0％的二氧化鍺(GeO2)、0.5％的五氧化二釩(V2O5)、0.6％三氧化二鑭(La2O3)和0.2％的氧化鈰(CeO2)。
按照上述實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3所示玻璃組分在實(shí)驗(yàn)室熔制玻璃，選定加料溫度為1400℃，此溫下保溫半小時(shí)，然后升溫至1650℃保溫2小時(shí)，出爐澆成長(zhǎng)方形小塊，立即入馬弗爐650℃退火，讓其緩慢冷卻。對(duì)獲得的玻璃樣品進(jìn)行應(yīng)變點(diǎn)、軟化點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)等測(cè)定，數(shù)據(jù)見下表。

權(quán)利要求
1.一種TFT基板玻璃，其特征在于其由下述重量的組分組成，55～62％的二氧化硅(SiO2)、13～20％的三氧化二鋁(Al2O3)、8～12％的三氧化二硼(B2O3)、0.1～4％的二氧化鋯(ZrO2)、3.5～8％的氧化鈣(CaO)、0.1～5％的氧化鎂(MgO)、2～6％的氧化鍶(SrO)、1～4.0％的氧化鋇(BaO)、0.1～1％的氧化鋅(ZnO)、0.1～2％的二氧化鍺(GeO2)、0～0.8％的五氧化二釩(V2O5)和0.1～2％三氧化二鑭(La2O3)，另外加入0.1-0.3％的三氧化二銻(Sb2O3)或0.1-0.3％氧化鈰(CeO2)。
全文摘要
本發(fā)明公開的TFT基板玻璃是由下述重量的組分組成，其由下述重量的組分組成，55～62％的二氧化硅(SiO
文檔編號(hào)C03C3/076GK101066836SQ200710054548
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者姜宏, 郅曉, 王桂榮, 趙會(huì)峰, 沈潔, 郭曉麗, 李軍葛, 肖晶 申請(qǐng)人:中國(guó)洛陽(yáng)浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司