[发明专利]无碱铝硼硅酸盐玻璃及其应用和制备方法

说明书

本发明的目的为例如用于显像技术和其它方面的无碱铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法。

W.H.Dumbaugh,P.L.Bocko和F.P.Fehlner(“平板显像玻璃”在“《高性能玻璃》(High-Performance Glasses)”中，hrsg.von M.Cable和J.M.Parker,Blackie和Son Limited,格拉斯哥和伦敦，1992)详细地阐述了对于用于显像技术玻璃的原则要求，例如用于平面显示屏的面板。目前可用于薄膜晶体管(TFT=Thin film transistor)的玻璃也在J.C.Lapp,P.L.Pocko和J.W.Nelson,Coming Research 1994发表的文章“平面显像用高级玻璃衬底”(Advanced glass substrates for flat paneldisplays)中做了归纳。平面玻璃衬底的性能，是影响系统图象性能清晰度的关键，其质量一方面直接由玻璃的组成而定，另一方面也是由于制备、加工和成型方法及其调节诸如厚度特性和平整度参数等某些玻璃性能的能力而定，而各种方法的可用性又往往受到玻璃的组成和玻璃的性能限制。

在许多工业用玻璃中，硼硅酸盐玻璃起着突出的作用。特别是以其高的耐温度变化和温差强度、低热膨胀及良好的抗腐蚀试剂和介质能力而著称。

因此，原则上硅酸硼玻璃作为衬底玻璃用于显像技术也有意义。但是，对于例如薄膜活性基体液晶显像器(TFT-AMLCD)以及所希望有的应用，显像器-制备过程就要求有一个完全专用的玻璃性能特色：

-能适应多晶硅的热膨胀系数α_20/300从3.0至3.8x10^-6/K。特别是当α_20/300在3.0与3.3x10^-6/K之间时，意味着温度高至700℃仍有良好的膨胀系数。

-在粘度为10^14.5dPas时至少680℃的温度，以保证在制备时玻璃的高温加工和成型的稳定性，特别是保证在冷却状态下玻璃的收缩性小。

-无碱玻璃组成，其中碱金属氧化物的最大允许含量∑R₂O=2000ppm，以便避免由于碱金属离子扩散到半导体层而使微结构的薄膜-晶体管中毒。

-高的高温-过程稳定性，用710℃与780℃之间的转变温度Tg表示。

-具有足够的耐化学性，即耐水解性、耐酸性和耐碱性以抗在微结构过程中使用的试剂和介质。

-尽可能降低密度，即ρ≤2.5g/cm³，在大尺寸屏幕日趋发展的倾向下，使显像器的总重量保持低水平。

此外，玻璃板的外观质量必须很好，即没有结晶杂质、节疤和气泡。

这种复杂而内容丰富的要求范围，最初用碱土-铝硼硅酸盐玻璃副族中的硼硅酸盐玻璃来满足。众所周知的且市场上可买到的用于TFT-AMLCD的玻璃就属于这类玻璃；下面讨论的专利说明书和专利申请的各类玻璃也是这组玻璃的代表。然而，所有目前熟知的用于显像器的玻璃都还有缺点，没有满足全部的要求。

在美国专利US5.506.180中，叙述了用作TFT-显像器玻璃的热稳定且耐化学腐蚀的玻璃。由于10％或更高的高B₂O₃含量和较低的SiO₂组分(46-56％)，此类玻璃不能完全耐盐酸，其耐含氢氟酸溶液的稳定性也只是一般。对多晶硅的热膨胀适应性也不够。为了能代替浮法而使用拉制方法，如微型板拉伸(Microsheet Down-Draw)法或溢流熔合(Overflow-Fusion)法，该低于1150℃的加工温度VA又太低。为了确保有个较小的“收缩”，所给出的642℃和更低的冷却温度(应变点)也太低。

欧洲专利EP510 544 B1描述了无碱玻璃，它们可用浮法制备地并用作各种显像器和光掩模的衬底。这类玻璃只含有很少量的B₂O₃组分，不含BaO及MgO。但是，至少10％重量的CaO和至少11％重量的SrO显示出不利的高碱土含量。4.5～6.0x10^-6/K的玻璃膨胀系数，已经不再满足高质量的、适应多晶硅的TFT-显像器玻璃的要求。

欧洲专利EP 527 320 B1描述了平面显像器-显示装置，它具有锶铝硅酸盐-玻璃衬底，至少含有21 Mol％的SrO。对于高的透明消失稳定性玻璃来说，其玻璃成分似乎特别适合于溢流熔合拉制法。玻璃的密度及其热膨胀系数则太高。