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显示器用的基板玻璃的组成.pdf

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  • 文档编号:195754
  • 上传时间:2018-02-02
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  • 页数:23
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN200410000513.9

    申请日:

    2004.01.08

    公开号:

    CN1640837A

    公开日:

    2005.07.20

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    IPC分类号:

    C03C3/108; C03C3/076

    主分类号:

    C03C3/108; C03C3/076

    申请人:

    郭柏驿; 林正育

    发明人:

    郭柏驿; 林正育

    地址:

    台湾省台北市

    优先权:

    专利代理机构:

    北京三友知识产权代理有限公司

    代理人:

    刘朝华

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    内容摘要

    一种显示器用的基板玻璃的组成,其组成成分的重量百分比分别为56.0%-64.0%的氧化硅、14.0%-19.0%的氧化铝、7.5%-14.0%的氧化硼、0-4.0%的氧化镁、3.0%-10%的氧化钙,0-6.0%的氧化锶,0-10%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌,0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈,其中氧化硅与氧化铝的总和超过71.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.0与2.1%之间,氧化镁和/或氧化钙的总和介于3.0%-10%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于0-13.0%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。具有符合平面显示器基板玻璃的各种需求的功效。

    权利要求书

    1、  一种显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:它包含按重量百分比计的56.0%-64.0%的氧化硅、14.0%-19.0%的氧化铝、7.5%-14.0%的氧化硼、0-4.0%的氧化镁、3.0%-10%的氧化钙、0-6.0%的氧化锶、0-10%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌、0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈;其中该氧化硅与氧化铝的总和超过71.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.0与2.1%之间,氧化镁和/或氧化钙的总和介于3.0%-10%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于0-13.0%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。

    2、
      根据权利要求1所述的显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:它包含按重量百分比计的56.0%-60%的氧化硅、14.0%-18.0%的氧化铝、7.5%-14.0%的氧化硼,0-2.0%的氧化镁、3.0%-7.0%的氧化钙、1.0%-6.0%的氧化锶、2.0%-10%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌、0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈;其中该氧化硅与氧化铝的总和超过71.0%,该氧化铝与氧化硼的比例介于1.0与2.1之间%,该氧化镁和/或氧化钙的总和介于3.0%-7.0%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于4.0%-13.0%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。

    3、
      根据权利要求1或2所述的显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:该玻璃的热膨胀系数低于40×10-7/℃、应变点温度高于650℃、密度低于2.6g/cm3、液相温度低于1200℃、每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个。

    4、
      根据权利要求1或2所述的显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:该玻璃基板是TFT-LCD的玻璃基板。

    5、
      根据权利要求1所述的显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:它包含按重量百分比计的组成分别为60-64.0%的氧化硅、15.0%-19.0%的氧化铝、9.5%-13.0%的氧化硼、0-4.0%的氧化镁、3.0%-10%的氧化钙、0-3.0%的氧化锶、0-2.0%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌、0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈;其中该氧化硅与氧化铝的总和超过76.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.3与1.8%之间,氧化镁和/或氧化钙的总和介于5.0%-10%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于0-4.5%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。

    6、
      根据权利要求5所述的显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:该玻璃的热膨胀系数低于34×10-7/℃、应变点温度高于665℃、密度低于2.4g/cm3、液相温度低于1200℃、每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个。

    7、
      根据权利要求5所述的显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:该玻璃基板包括多晶硅型TFT-LCD次世代制程或产品的TFT-LCD玻璃基板。

    说明书

    显示器用的基板玻璃的组成
    技术领域
    本发明是有关一种显示器用的基板玻璃的组成,即硼铝硅酸盐玻璃配方,特指一种可用于生产平面显示器玻璃基板,特别是用于液晶显示器(LCD)玻璃基板的玻璃的组成。
    背景技术
    众所周知,显示器可谓计算机部件中最重要的输出设备,它的作用就是将主机发出的电信号经一系列处理后转换成光信号,最终将文字、图形显示出来。
    显示器按其工作原理来分,比较常见的是:阴极射线的管显示器(CRT)和液晶显示器(LCD),此外还有等离子体显示器(PDP)、真空荧光显示器(VFD)等,然而,等离子体显示器(PDP)、真空荧光显示器(VFD)是新一代显示器的代表,但是由于技术未臻成熟,因此尚未普及。
    显示器依据制造材料和技术的不同可分为阴极射线管显示器(CRT)、等离子显示器(PDP)、发光二极管显示器(LED)、场致发光显示器(ELD)、液晶显示器(LCD)、电致变色显示器(ECD)和电泳显示器(EPID)等类型。
    其中彩色CRT(CathodeRayTube,阴极射线管)显示器又分为荫罩式CRT和电压穿透式CRT。荫罩式CRT显示器就是我们最常见的显示器,利用电子枪与荧光屏之间有一用以形成栅孔或栅条的金属荫罩板而得名。虽然荫罩式CRT显示器比较耗电而且体积大,但价格相对便宜、使用寿命较长,而且显示效果也不错。
    虽然阴极射线管显示器的综合性能不错,但是它仍有一些与生俱来的缺点,如体积庞大、耗电量大、辐射较强、容易受磁化等。然而,上述这些缺点是由阴极射线管显示器的工作原理造成的,不可能从根本上予以改变,只能进行后续的修补改进,或在问题发生后再另行解决,为了解决上述各种缺陷,便发展出平面显示器。
    所谓的平面显示器是泛指非映像管(CRT)式的其它显示器,但就产品技术差异而言,它包含有电浆显示器(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机电激发光显示器(OLED)、真空荧光显示器(VFD)、场效发射显示器(FED)及微型显示器(MicroDisplay)等多种类型。
    液晶显示器具有下述优点:
    1、结构和产品体积小:
    传统显示器由于使用CRT,必须通过电子枪发射电子束到屏幕,因而显像管的管颈不能做得很短,当屏幕增大时,也必然增大整个显示器的体积。TFT液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的,即使屏幕加大,它的体积也不会成正比的增加(只增加尺寸而不增加厚度,可以让使用者更节省空间),而且在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。同时TFT液晶显示器由于功耗只在于电极和驱动的集成电路上,因而耗电量比传统显示器也要小得多。
    2、幅射和电磁波干扰小:
    传统显示器由于采用电子枪发射电子束,在打到屏幕上后会产生幅射,尽管现有产品在技术上有很大地提高,把幅射损害降到最小,但不可能根除。在这一点上,TFT液晶显示器具有先天的优势,它根本没有幅射可言。至于电磁波的干扰,TFT液晶显示器只有来自驱动电路的少量电磁波,只要将外壳严格密封即可排除电磁波外泄,而传统显示器为了散热,不得不将外壳钻上散热孔,所以电磁波干扰就不可避免了。所以液晶显示器有称为冷显示器或环保显示器。
    3、平面直角和分辨率高:
    TFT液晶显示器一开始就使用纯平面的玻璃板,其平面直角的显示效果比传统显示器看起来好得多。不过在分辨率上,TFT液晶显示器理论上可提供更高的分辨率,但实际显示效果却差得多,因为它存在一个最佳分辨率的问题。而传统显示器在较好显示卡的支持下可以达到完美的显示效果。
    4、附设选择空间大:
    现在很多液晶显示器都内建了USB Hub接口,随着平面式音箱等的问世,液晶显示器内置音箱或麦克风也会成为主流,各种附设使液晶显示器有更大的选择空间。
    总之,液晶显示器(LCD)比传统的CRT显示器,有着图像不失真、无闪烁、无辐射、轻、薄等利于健康和环保的优点,使其较传统显示器具有更好的发展空间。
    液晶显示器是以液晶材料为基本组件,由于液晶是介于固态和液态之间,不但具有固态晶体光学特性,又具有液态流动特性,所以已经可以说是一个中间相。而要了解液晶的所产生的光电效应,液晶的粘性和弹性从流体力学的观点来看,可说是一个具有排列性质的液体,依照作用力量不同的方向,应该有不同的效果。
    此外,液晶除了有粘性的反应外,还具有弹性的反应,它们都是对于外加的力量,呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中,必然会按照液晶分子的排列方式行进,产生了自然的偏转现像。至于液晶分子中的电子结构,都具备着很强的电子共轭运动能力,所以当液晶分子受到外加电场的作用,便很容易的被极化产生感应偶极性(induceddipolar),这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。
    一般电子产品中所用的液晶显示器,就是利用液晶的光电效应,通过外部的电压控制,再通过液晶分子的折射特性,以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况(或者称为可视光学的对比),进而达到显像的目的。
    液晶显示器,英文通称为LCD(Liquid Crystal Display),是属于平面显示器的一种,是依靠外部光源照明的平面显示装置,主要由二片玻璃基板及液晶等构成,依驱动方式来分类可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)以及主动矩阵驱动(Active Matrix)三种。
    其中,单纯矩阵型又可分为扭转式向列型(Twisted Nematic;TN)、超扭转式向列型(Super Twisted Nematic;STN)及其它单纯矩阵驱动液晶显示器。
    而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型(Thin Film Transistor;TFT)及二端子二极管型(Metal/Insulator/Metal;MIM)二种方式。
    目前在市场上常见的LCD有超扭转向列型(STN)及薄膜晶体管型(TFT),其中STN型属于单纯矩阵寻址方式,而TFT型属于主动矩阵寻址方式,由于显示效果比STN型更好,尤为市场上的主流。TFT型又常被分为非晶硅型(a-Si)及更先进的多晶硅型(poly-Si)等二种构型。
    LCD用的玻璃基板配合上述技术进程,而有各种组成、制造方式及特性上的区别。STN型一般使用碱石灰玻璃,TFT型则使用无碱硼铝硅酸盐玻璃。
    美国专利第5,811,361号、第5,851,939号、第6,329,310号等提到了作为TFT型LCD用的基板玻璃所必须具备下述的基本物理特性:
    1、为了减少基板玻璃在TFT制程温度下,因热胀冷缩造成的热震破坏,玻璃的热膨胀系数必须足够低,一般需低于40×10-7/℃。
    2、应减少基板玻璃在TFT制程温度下,因再热致密化引起的体积收缩和尺寸不安定性。具体要求是玻璃的应变点温度应高于650℃。
    3、为了适应大尺寸基板玻璃轻量化的要求,玻璃的密度必须足够低,一般需低于2.6(g/cm3)。
    因此,为了生产符合上述基本需求的基板玻璃,现今常以熔融溢流法及浮式法等成型方式制造基板玻璃。然而,由于成型方式的需求,更衍生出对基板玻璃特性的进一步要求如下:
    1、基板玻璃的液相温度必须足够低,以免在成型过程中失透或析晶,影响到玻璃之外观品质。液相温度一般需低于1200℃。
    2、基板玻璃的气泡含量必须减少,以免在TFT制程中造成断路等缺陷,或影响到玻璃之外观品质。一般需要每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个。
    随着多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD等次世代制程或产品需求的扩大,且为了适应poly-Si制程更高的精密度,对基板玻璃基本物理特性的要求,除了上述已经提及的部分之外,更进一步衍生出以下的要求:
    1、热膨胀系数继续降低,一般需低于34×10-7/℃,除了减少热震破坏,更希望与硅质驱动组件接近,以便日后驱动组件电路直接制作在基板上(chip-on-glass)时,减少玻璃和硅质间因热膨胀系数失配引起的电路破坏。
    2、poly-SiTFT制程中,光学微影的精密度提升,电路线径变窄,因此应变点温度应再提高,最好高于665℃,以减少因再热致密化引起的体积收缩和尺寸不安定性,减轻曝光显影过程中的对焦失准现象。
    3、为了适应第五世代以上(1100mm×1250mm)玻璃基板的制造、搬运等的要求,玻璃基板需尽可能轻量化,因此,玻璃的密度需降低,一般需低于2.4(g/cm3)。
    由于液晶显示器需求日渐殷切,然而,用于显示器的基板玻璃仍具有上述各种物理特性需克服,如:玻璃的热膨胀系数需低于40×10-7/℃、玻璃的应变点温度应高于650℃、玻璃的密度必须低于2.6(g/cm3)、液相温度需低于1200℃、每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个等物理特性需克服。
    发明内容
    本发明的主要目的是提供一种显示器用的基板玻璃的组成,通过特定比例的氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)、氧化砷(As2O3)、氧化锑(Sb2O3)、氧化锡(SnO2)及氧化铈(CeO2),能适应平面显示器基板玻璃的各种需求,且符合更严苛物理特性的要求,如:热膨胀系数低于34×10-7/℃、应变点温度高于665℃、玻璃的密度低于2.4(g/cm3)等,达到符合平面显示器基板玻璃的各种需求的目的。
    本发明的目的是这样实现的:一种显示器用的基板玻璃的组成,其特征是:它包含按重量百分比计的56.0%-64.0%的氧化硅、14.0%-19.0%的氧化铝、7.5%-14.0%的氧化硼、0-4.0%的氧化镁、3.0%-10%的氧化钙、0-6.0%的氧化锶、0-10%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌、0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈;其中该氧化硅与氧化铝的总和超过71.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.0与2.1%之间,氧化镁和/或氧化钙的总和介于3.0%-10%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于0-13.0%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。
    它包含按重量百分比计的56.0%-60的氧化硅、14.0%-18.0%的氧化铝、7.5%-14.0%的氧化硼,0-2.0%的氧化镁、3.0%-7.0%的氧化钙、1.0%-6.0%的氧化锶、2.0%-10%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌、0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈;其中该氧化硅与氧化铝的总和超过71.0%,该氧化铝与氧化硼的比例介于1.0与2.1%之间,该氧化镁和/或氧化钙的总和介于3.0%-7.0%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于4.0%-13.0%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。该玻璃的热膨胀系数低于40×10-7/℃、应变点温度高于650℃、密度低于2.6g/cm3、液相温度低于1200℃、每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个。该玻璃基板是TFT-LCD的玻璃基板。
    它包含按重量百分比计的组成分别为60-64.0%的氧化硅、15.0%-19.0%的氧化铝、9.5%-13.0%的氧化硼、0-4.0%的氧化镁、3.0%-10%的氧化钙、0-3.0%的氧化锶、0-2.0%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌、0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈;其中该氧化硅与氧化铝的总和超过76.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.3与1.8%之间,氧化镁和/或氧化钙的总和介于5.0%-10%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于0-4.5%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。
    该玻璃的热膨胀系数低于34×10-7/℃、应变点温度高于665℃、密度低于2.4g/cm3、液相温度低于1200℃、每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个。
    该玻璃基板包括多晶硅型TFT-LCD次世代制程或产品的TFT-LCD玻璃基板。
    通过特定组成的比例可使所生产的玻璃更符合平面显示器基板玻璃的各种需求。
    下面结合具体的实施例,对本发明详细说明。
    具体实施方式
    本发明的显示器用的基板玻璃的组成,其组成成分的重量百分比如下:
    (1)56.0%-64.0%的氧化硅(SiO2);
    (2)14.0%-19.0%的氧化铝(Al2O3);
    (3)7.5%-14.0%的氧化硼(B2O3);
    (4)0-4.0%的氧化镁(MgO);
    (5)3.0%-10%的氧化钙(CaO);
    (6)0-6.0%的氧化锶(SrO);
    (7)0-10%的氧化钡(BaO);
    (8)0-1.0%的氧化锌(ZnO);
    (9)0-1.0%的氧化锆(ZrO2);
    (10)0-2.0%的氧化砷(As2O3);
    (11)0-1.0%的氧化锑(Sb2O3);
    (12)0-1.0%的氧化锡(SnO2);
    (13)0-1.0%的氧化铈(CeO2);
    其中氧化硅与氧化铝的总和超过71.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.0与2.1%之间,氧化镁、氧化钙的总和介于3.0%-10%之间,氧化锶、氧化钡的总和介于0-13.0%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。
    由上述本发明所揭露的玻璃组成,当仅具有TFT-LCD玻璃基板所需的基本物理特性时,其组成成份的重量百分比分别为56.0%-60%的氧化硅,14.0%-18.0%的氧化铝,7.5%-14.0%的氧化硼,0-2.0%的氧化镁,3.0%-7.0%的氧化钙,1.0%-6.0%的氧化锶,2.0%-10%的氧化钡,0-1.0%的氧化锌,0-1.0%的氧化锆,0-2.0%的氧化砷,0-1.0%的氧化锑,0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈,且其中氧化硅与氧化铝的总和超过71.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.0%与2.1%之间,氧化镁和氧化钙的总和介于3.0%-7.0%之间,氧化锶和氧化钡的总和介于4.0%-13.0%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。
    该等组成的玻璃,其热膨胀系数低于40×10-7/℃(30-400℃),应变点温度高于650℃,密度低于2.6(g/cm3),液相温度低于1200℃,每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个,满足TFT-LCD玻璃基板所需的基本物理特性。
    以下进一步说明上述该等组成限制的原因。
    氧化硅是玻璃网络形成的主体,其较佳的含量为56.0%-60%若氧化硅含量少于56.0%,则所制作出的玻璃热膨胀系数太高,且玻璃将容易失透;然而,若氧化硅含量多于60%,将导致玻璃的熔解温度太高,则很难以一般熔解炉制造,且所制成的玻璃也容易失透。
    氧化铝是用以提高玻璃结构的强度,而较佳的含量是在14.0%-18.0%间。若氧化铝含量少于14.0%,玻璃将容易失透,也容易受到外界水气或化学试剂的侵蚀;然而,若氧化铝含量多于18.0%,亦将导致玻璃的熔解温度太高,而不利于以一般熔解炉制造。
    因此,氧化硅和氧化铝共同为构成玻璃网络结构的主体,其较佳总和应超过71.0%,若氧化硅与氧化铝的总和少于71.0%,则玻璃结构将不够安定,容易失透,也容易受到外界水气或化学试剂的侵蚀。
    氧化硼是作为助熔剂使用,主要用以降低熔制玻璃时玻璃膏的粘度,较佳的含量为7.5%-14.0%。若氧化硼含量少于7.5%,则其助熔剂效果即无法充分发挥;然而,若氧化硼含量多于14.0%,由于氧化硼的挥发,不易制成均质的玻璃。
    由于氧化铝和氧化硼对玻璃粘度和熔解温度都有极大影响,因此其比例范围应有限制。氧化铝与氧化硼的较佳比例介于1.0与2.1之间,若比例低于1.0%,玻璃膏的粘度太低,玻璃基板将不易成型。若比例高于2.1,玻璃膏的粘度太高,不利于以一般熔解炉制造。
    氧化镁是用以降低熔制玻璃时玻璃膏的粘度,以减少其中的气泡或不纯物的含量,及调整玻璃成型性,其较佳的含量是介于0-2.0%间,若氧化镁含量多于2.0%,则玻璃将容易失透,当然也可以不加氧化镁。
    氧化钙的作用是促进玻璃的熔解,及调整玻璃成型性,其较佳含量是介于3.0%-7.0%间。若氧化钙含量少于3.0%,将无法有效降低玻璃的粘度;而若氧化钙含量多于7.0%,玻璃将容易失透,且热膨胀系数会大幅提高,不利于后续制程的应用。
    由此,氧化镁与氧化钙的作用是作为助熔剂及调整玻璃成型性。氧化镁与氧化钙的较佳的总含量是介于3.0%-7.0%间,若总含量少于3.0%,将无法发挥促进玻璃熔解的效果;若总含量多于7.0%,将导致玻璃失透和成型不良,且热膨胀系数会太高。
    氧化锶的作用是作为助熔剂及防止玻璃失透,其较佳含量是在1.0%-6.0%间。若氧化锶含量少于1.0%,将无法发挥助熔剂的效果,且玻璃将容易失透;若氧化锶含量多于6.0%,玻璃密度会太高,不利于产品的应用。
    氧化钡的作用与氧化锶相似,其较佳的含量为2.0%-10%,若氧化钡含量少于2.0%,将无法发挥助熔剂的效果,且玻璃将容易失透;然而,若氧化钡含量多于10%,玻璃密度会太高,且应变点会大幅降低。
    由于氧化锶与氧化钡的作用是作为助熔剂及防止玻璃失透,其较佳的总含量是介于4.0%-13.0%间,若总含量少于4.0%,将无法发挥促进玻璃熔解的效果,且玻璃将容易失透;而若总含量多于13.0%,将导致玻璃密度会太高。
    氧化锌亦是用以促进玻璃的熔解,其较佳含量为0-1.0%,若氧化锌含量多于1.0%,玻璃将容易失透,当然也可以不加氧化锌。
    氧化锆亦是用以降低玻璃的粘度,以促进玻璃的熔解作用,其较佳的含量是介于0-1.0%,若氧化锆含量多于1.0%,玻璃将容易失透,当然也可以不加氧化锆。
    由于氧化砷、氧化锑、氧化锡与氧化铈的作用是玻璃熔解时的澄清剂或除泡剂,其较佳的总含量为0.3%-2.0%。若总含量少于0.3%,其澄清剂或除泡剂效果即无法充分发挥;若总含量多于2.0%,将导致玻璃变黄或发黑,影响透光度。
    氧化砷较佳的含量是在0-2.0%间,若氧化砷含量多于2.0%,则将导致玻璃发黑,当然也可以不加氧化砷。
    氧化锑较佳的含量是在0-1.0%间,若氧化锑含量多于1.0%,也将导致玻璃发黑,当然也可以不加氧化锑。
    氧化锡较佳的含量是在0-1.0%间,若氧化锡含量多于1.0%,将导致玻璃失透,当然也可以不加氧化锡。
    氧化铈较佳的含量是在0-1.0%间,若氧化铈含量多于1.0%,将使玻璃变黄,影响透光度,当然也可以不加氧化铈。
    通过本发明所揭露的玻璃组成,具有如多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD等次世代制程或产品所需求的TFT-LCD玻璃基板特性时,其组成成份的重量百分比分别为60-64.0%的氧化硅、15.0%-19.0%的氧化铝、9.5%-13.0%的氧化硼、0-4.0%的氧化镁、3.0%-10%的氧化钙、0-3.0%的氧化锶、0-2.0%的氧化钡、0-1.0%的氧化锌、0-1.0%的氧化锆、0-2.0%的氧化砷、0-1.0%的氧化锑、0-1.0%的氧化锡及0-1.0%的氧化铈;
    其中氧化硅与氧化铝的总和超过76.0%,氧化铝与氧化硼的比例介于1.3%与1.8%之间,氧化镁和/或氧化钙的总和介于5.0%-10%之间,氧化锶和/或氧化钡的总和介于0-4.5%之间,氧化砷与氧化锑、氧化锡、氧化铈的总和介于0.3%-2.0%之间。
    该等组成的玻璃,其热膨胀系数低于34×10-7/℃(30-400℃),应变点温度高于665℃,密度低于2.4(g/cm3),液相温度低于1200℃,每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目少于20个,满足如多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD等次世代制程或产品所需求的TFT-LCD玻璃基板特性。
    以下详细说明上述该等组成限制的原因。
    由于氧化硅是玻璃网络形成的主体,其较佳的含量为60-64.0%。若氧化硅含量少于60%,所制作出的玻璃热膨胀系数太高,且玻璃将容易失透;
    若氧化硅含量多于64.0%,则将导致玻璃的熔解温度太高,致其很难以一般熔解炉制造,且所制成的玻璃也容易失透。
    氧化铝是用以提高玻璃结构的强度,较佳的含量是在15.0%-19.0%间。若氧化铝含量少于15.0%,玻璃将容易失透,也容易受到外界水气或化学试剂的侵蚀;然而,若氧化铝含量多于19.0%,亦将导致玻璃的熔解温度太高,而不利于以一般熔解炉制造。
    由于氧化硅和氧化铝是共同构成玻璃网络结构的主体,其较佳总和应超过76.0%,若氧化硅与氧化铝的总和少于76.0%,玻璃结构将不够安定,容易失透,也容易受到外界水气或化学试剂的侵蚀。
    氧化硼的作用是作为助熔剂,主要是用以降低熔制玻璃时玻璃膏的粘度,其较佳的含量为9.5%-13.0%,若氧化硼含量少于9.5%,其助熔剂效果即无法充分发挥;若氧化硼含量多于13.0%,由于氧化硼的挥发,不易制成均质的玻璃。
    而氧化铝和氧化硼对玻璃粘度和熔解温度都有极大影响,因此其比例范围应有限制。氧化铝与氧化硼的较佳比例介于1.3%与1.8%之间,若比例低于1.3%,玻璃膏的粘度太低,玻璃基板将不易成型;若比例高于1.8%,玻璃膏的粘度太高,不利于以一般熔解炉制造。
    氧化镁是用以降低熔制玻璃时玻璃膏的粘度,以减少其中的气泡或不纯物的含量,及调整玻璃成型性。其较佳的含量是介于0-4.0%间,但若氧化镁含量多于4.0%,玻璃将容易失透。
    氧化钙的作用亦是促进玻璃的熔解,及调整玻璃成型性。其较佳含量是介于3.0%-10%间,若氧化钙含量少于3.0%,将无法有效降低玻璃的粘度;若氧化钙含量多于10%,玻璃将容易失透,且热膨胀系数会大幅提高,不利于后续制程的应用。
    氧化镁与氧化钙的作用是作为助熔剂,及调整玻璃成型性。氧化镁与氧化钙的较佳的总含量是介于5.0%-10%间,若总含量少于5.0%,将无法发挥促进玻璃熔解的效果;若总含量多于10%,将导致玻璃失透和成型不良,且热膨胀系数会太高。
    氧化锶的作用在作为助熔剂及防止玻璃失透,其较佳含量是在0-3.0%间,若氧化锶含量多于3.0%,玻璃密度会太高,不利于产品的应用。
    氧化钡的作用与氧化锶相似,其较佳的含量为0-2.0%,若氧化钡含量多于2.0%,玻璃密度会太高,且应变点会大幅降低。
    氧化锶与氧化钡的作用是作为助熔剂及防止玻璃失透。其较佳的总含量是介于0-4.5%间,若总含量多于4.5%,将导致玻璃密度会太高。
    氧化锌亦是用以促进玻璃的熔解,其较佳含量为0-1.0%,若氧化锌含量多于1.0%,玻璃将容易失透。
    氧化锆亦是用以降低玻璃的粘度,以促进玻璃的熔解作用,其较佳的含量是介于0-1.0%,若氧化锆含量多于1.0%,玻璃将容易失透。
    氧化砷、氧化锑、氧化锡与氧化铈的作用是玻璃熔解时的澄清剂或除泡剂,其较佳的总含量为0.3%-2.0%,若总含量少于0.3%,其澄清剂或除泡剂效果即无法充分发挥;若总含量多于2.0%,将导致玻璃变黄或发黑,影响透光度。
    氧化砷较佳的含量是在0-2.0%间,若氧化砷含量多于2.0%,将导致玻璃发黑。
    氧化锑较佳的含量是在0-1.0%间,若氧化锑含量多于1.0%,也将导致玻璃发黑。
    氧化锡较佳的含量是在0-1.0%间,若氧化锡含量多于1.0%,将导致玻璃失透。
    氧化铈较佳的含量是在0-1.0%间,若氧化铈含量多于1.0%,将使玻璃变黄,影响透光度。
    本发明是先将上述的组成物,均匀混合后,将混合原料导入一玻璃熔解槽,待此混合原料熔解成玻璃膏后,将其温度降低-成型所需的温度范围,予以成型,制作出预定厚度的玻璃基板,再将玻璃基板徐缓冷却,即可切割加工成液晶显示器用的玻璃基板成品。
    具体实施例
    下列的表1和表2(实施例1-实施例10)中显示出本发明所制成玻璃样品的组成及特性,此亦即本发明的实施例。
    表1是本发明所揭露的玻璃组成范围,对应于仅具有TFT-LCD玻璃基板所需的基本物理特性。
    表2是本发明所揭露的玻璃组成范围,对应于尚具有如多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD等次世代制程或产品所需求的TFT-LCD玻璃基板特性。
    表3和表4(比较例11-比较例16)中显示不同于本发明所制成玻璃样品的组成及特性,亦即本发明的比较例。
    其中表3是表1的对照组,表4是表2的对照组。
    其中表1~表4的玻璃样品,均是以如下相同的方法制造:
    使用的各组成成份是取自常用原料,依所对应的重量百分比加以均匀混合,再以1600-1650℃的温度,并在白金坩埚内熔解6-8小时,熔解过程中,利用白金搅拌棒搅拌2小时,以促进玻璃中各组成成份的均匀性,然后将玻璃膏倒入金属模板中冷却成型为板状。此时,针对各玻璃样品进行检测,分别得到热膨胀系数、应变点、密度、液相温度、气泡数目等特性值,并分别表列于下列的表1~表4的对应位置上。
    其中,检测本发明各玻璃样品的各特性值时,主要是依下列方法进行检测:
    (1)热膨胀系数(单位:10-7/℃)的检测:是参照美国材料试验协会(AmericanSocietyforTestingandMaterials,以下简称ASTM)所订定的编号E228-95检测标准,以机械推杆式热膨胀仪及氧化铝为参考标准,加热并量测玻璃样品的伸长量,温度范围自室温量到玻璃不再伸长,甚至因软化而收缩为止的温度,升温速率为每分钟3℃。热膨胀系数由30-400℃的玻璃伸长量计算得到。
    (2)应变点(单位:℃)的检测:是参照ASTM C598-93,加热并量测玻璃样品的变形率与温度的关系,以特定变形率所对应的温度作为应变点。
    (3)密度(单位:g/cm3)的检测:是参照ASTM C729-75,取约2公克重不含气泡的块状玻璃,以玻璃样品在比重液中浮沉的情形量测其密度。
    (4)玻璃液相温度(单位:℃)的检测:是根据ASTM C829-81,将小于850μm的玻璃屑放入白金皿中,置于梯度炉24小时后,以显微镜测量玻璃的结晶情形,判定其液相温度而得。
    (5)气泡产生数(单位:个/公斤):将板状玻璃样品研磨、抛光后,在显微镜下观察其内部气泡数,计算泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目,再以玻璃样品重量换算为每公斤玻璃的气泡数。表1、表2、表3及表4的气泡产生数对应位置中,凡以“○”标记者,则表示该组成的样品,其气泡产生数在10个/公斤以下,属于良好的情况;凡以“△”标记者,表示该组成的样品,其气泡产生数在10-50个/公斤之间,属于中等的情况;凡以“×”标记者,表示该组成的样品,其气泡产生数在50个/公斤以上,属于不佳的情况。
    由表1所示实施例1-5中的各检测数据,可清楚观察出:
    当仅需要具有TFT-LCD玻璃基板所需的基本物理特性时,依据本发明所揭露的玻璃组成范围所制成的玻璃,其热膨胀系数于界于温度30-400℃时均低于40×10-7/℃,应变点温度均高于650℃,密度均低于2.6(g/cm3),玻璃液相温度均低于1200℃,每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目均少于20个,均满足TFT-LCD玻璃基板所需的基本物理特性。
    由表2所示实施例6-10中的各检测数据,亦可清楚观察出:
    当需要具有如多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD等次世代制程或产品所需求的TFT-LCD玻璃基板特性时,依据本发明所揭露的另一玻璃组成范围所制成的玻璃,其热膨胀系数于界于温度30-400℃时均低于34×10-7/℃,应变点温度均高于665℃,密度均低于2.4(g/cm3),玻璃液相温度均低于1200℃,每公斤基板玻璃中泡径在0.5-1.0mm内的气泡数目均少于20个,亦均满足如多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD等次世代制程或产品所需求的TFT-LCD玻璃基板特性。
    在表3和表4中,则列示了其它不同于本发明的组成成份所施作的比较例11-16。
    表3的比较例11-13,是表1的对照组。
    表4的比较例14-16,是表2的对照组。
    由表3所示的各检测数据中,可清楚显示:
    比较例11的热膨胀系数偏高,比较例12的玻璃液相温度偏高,比较例13的玻璃气泡产生数过高,均不能满足TFT-LCD玻璃基板所需的基本物理特性。
    由表4所示的各检测数据中,亦可清楚显示:
    比较例14的热膨胀系数偏高,比较例15的玻璃密度偏高,比较例16的玻璃气泡产生数过高,亦不能满足如多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD等次世代制程或产品所需求的TFT-LCD玻璃基板特性。
    承前所述,本发明较传统的玻璃基板创新,除可达到一般TFT-LCD玻璃基板所需要的基本特性外,更可达到前述的多晶硅型(poly-Si)TFT-LCD的玻璃基板所需要的诸多特性,具有新颖性、创造性及实用性。
    虽然本发明以较佳实施例揭露如上,但并非用以限定本发明的保护范围,任何熟习此项技艺者,在不脱离本发明的精神与范围内,所做的更动与润饰,及依本发明所作的均等变化与修饰,均应属于本发明的保护范围之内。
    表1

        组成物%重量                               实施例    例1    例2    例3    例4    例5    氧化硅(SiO2)    58.3    56.9    58.7    57.5    59.1    氧化铝(Al2O3)    17.2    16.2    15.7    18.1    16.4    氧化硼(B2O3)    10.5    9.8    8.5    11.2    10.8    氧化镁(MgO)    0.4    0.7    1.1    0.6    0    氧化钙(CaO)    4.5    3.6    4.1    5.9    6.1    氧化锶(SrO)    2.7    4.6    3.2    1.3    2.4    氧化钡(BaO)    5.1    6.6    7.1    4.2    3.4    氧化锌(ZnO)    0.3    0    0.6    0.2    0.4    氧化锆(ZrO2)    0.5    0.5    0.4    0    0.2    氧化砷(As2O3)    0.4    0.3    0.3    0.8    0.6    氧化锑(Sb2O3)    0.1    0.3    0    0.2    0.3    氧化锡(SnO2)    0    0.2    0    0    0.2    氧化铈(CeO2)    0    0.3    0.3    0    0.1    氧化硅+氧化铝    75.5    73.1    74.4    75.6    75.5    氧化铝/氧化硼    1.64    1.65    1.85    1.62    1.52    氧化镁+氧化钙    4.9    4.3    5.2    6.5    6.1    氧化锶+氧化钡    7.8    11.2    10.3    5.5    5.8    氧化砷+氧化锑+氧化锡+氧化铈    0.5    1.1    0.6    1.0    1.2    热膨胀系数低于40×10-7/℃    37.9    37.1    38.5    39.6    39.2    应变点温度℃    659    653    660    664    662    密度(g/cm3)    2.54    2.57    2.53    2.53    2.53    液相温度℃    1120    1100    1100    1180    1160    在0.5-1.0mm内的气泡数    ○    ○    ○    ○    ○

    表2    组成物%重量                                实施例    例6    例7    例8    例9    例10    氧化硅(SiO2)    62.5    60.8    63.1    62.9    61.6    氧化铝(Al2O3)    17.1    16.3    15.4    15.9    18.1    氧化硼(B2O3)    9.8    10.5    10.2    10.8    10.3    氧化镁(MgO)    1.2    0    0.2    2.2    0.6    氧化钙(CaO)    4.2    9.1    8.2    6.5    5.1    氧化锶(SrO)    1.6    1.3    0.8    0.3    1.9    氧化钡(BaO)    1.1    0.2    0.4    0.3    0.5    氧化锌(ZnO)    0.6    0    0.3    0.1    0.4    氧化锆(ZrO2)    0.5    0.5    0    0.2    0.3    氧化砷(As2O3)    0.7    0.5    0.3    0.6    0.2    氧化锑(Sb2O3)    0.3    0.5    0.7    0.2    0.8    氧化锡(SnO2)    0.2    0    0.4    0    0.1    氧化铈(CeO2)    0.2    0.3    0    0    0.1    氧化硅+氧化铝    79.6    77.1    78.5    78.8    79.7    氧化铝/氧化硼    1.74    1.55    1.51    1.47    1.76    氧化镁+氧化钙    5.4    9.1    8.4    8.7    5.7    氧化锶+氧化钡    2.7    1.5    1.2    0.6    2.4    氧化砷+氧化锑+氧化锡+氧化铈    1.4    1.3    1.4    0.8    1.2    热膨胀系数低于40×10-7/℃    32.7    33.8    33.4    33.8    32.9    应变点温度℃    675    671    673    671    676    密度(g/cm3)    2.38    2.36    2.35    2.32    2.38    液相温度℃    1140    1160    1170    1180    1140    在0.5-1.0mm内的气泡数    ○    ○    ○    ○    ○

    表3    组成物%重量                 比较例    例11    例12    例13    氧化硅(SiO2)    57.4    59.2    58.5    氧化铝(Al2O3)    17.1    18.6    16.5    氧化硼(B2O3)    10.6    11.5    9.5    氧化镁(MgO)    0.6    1.4    1.2    氧化钙(CaO)    7.6    5.3    4.0    氧化锶(SrO)    1.8    0.6    3.1    氧化钡(BaO)    3.8    1.7    6.6    氧化锌(ZnO)    0    0.3    0.2    氧化锆(ZrO2)    0.2    0    0.3    氧化砷(As2O3)    0.3    0.6    0.1    氧化锑(Sb2O3)    0.6    0.6    0    氧化锡(SnO2)    0    0    0    氧化铈(CeO2)    0    0.2    0    氧化硅+氧化铝    74.5    77.8    75.0    氧化铝/氧化硼    1.61    1.62    1.74    氧化镁+氧化钙    8.2    6.7    5.2    氧化锶+氧化钡    5.6    2.3    9.7    氧化砷+氧化锑+氧化锡+氧化铈    0.9    1.4    0.1    热膨胀系数低于40×10-7/℃    41.2    39.6    38.7    应变点温度℃    655    660    660    密度(g/cm3)    2.54    2.51    2.58    液相温度℃    1130    1220    1120    在0.5-1.0mm内的气泡数    ○    ○    ×

    表4    组成物%重量                   比较例    例14    例15    例16    氧化硅(SiO2)    61.2    61.0    61.9    氧化铝(Al2O3)    15.5    15.7    16.7    氧化硼(B2O3)    10.1    9.8    11.5    氧化镁(MgO)    0.5    0.9    0.5    氧化钙(CaO)    10.5    5.5    6.2    氧化锶(SrO)    0.6    3.1    1.3    氧化钡(BaO)    0.9    2.9    1.1    氧化锌(ZnO)    0.3    0    0.4    氧化锆(ZrO2)    0.2    0.1    0.4    氧化砷(As2O3)    0    0.5    0    氧化锑(Sb2O3)    0    0.5    0    氧化锡(SnO2)    0    0    0    氧化铈(CeO2)    0.2    0    0    氧化硅+氧化铝    76.1    76.7    78.6    氧化铝/氧化硼    1.53    1.60    1.45    氧化镁+氧化钙    11.0    6.4    6.7    氧化锶+氧化钡    1.5    6.0    2.4    氧化砷+氧化锑+氧化锡+氧化铈    0.2    1.0    0    热膨胀系数低于40×10-7/℃    36.1    33.5    33.4    应变点温度℃    669    670    667    密度(g/cm3)    2.36    2.49    2.38    液相温度℃    1180    1160    1180    在0.5-1.0mm内的气泡数    △    ○    ×

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    显示 器用 玻璃 组成
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