[发明专利]提高澄清剂在玻璃熔体中的效力的方法

说明书

发明领域

本发明涉及使熔融玻璃澄清的方法。本发明特别适用于使高熔化温度玻璃或高应变点玻璃澄清，例如用于平板显示器件的玻璃基材的玻璃。

发明背景

液晶显示器(LCD)是包括平坦玻璃基材或玻璃板的平板显示器件。熔化法是一种用于制造LCD中使用的玻璃板的优选技术，原因在于，与其它方法制得的玻璃板相比，熔化法制得的玻璃板的表面具有优越的平坦性和平滑性。例如在美国专利3338696和3682609中描述了熔化法，这些专利的内容通过参考结合于此。

一般来说，LCD有非晶硅(α-Si)薄膜晶体管(TFT)或多晶硅(ρ-Si或多-Si)TFT种类。多-Si具有高得多的驱动电流和电子迁移率，从而增加了像素的响应时间。而且，可以通过ρ-Si加工在玻璃基材上直接构建显示器件电路。相反，α-Si需要必须通过集成电路封装技术连接在显示器外围的分立驱动芯片。

从α-Si到ρ-Si的发展对玻璃基材的用途提出了重要挑战。与α-Si相比，多-Si涂层要求高得多的加工温度，为600-700℃。因此，在该温度下，玻璃基材必须是热稳定的。热稳定性(即，热压缩或收缩)取决于特定玻璃组成的固有粘性(由其应变点表示)以及由制造方法决定的玻璃板的热经历。高温加工(例如多-Si TFT所需要的)可以要求玻璃基材具有长退火时间，从而确保低压缩，例如在600℃退火5小时。这些要求促使玻璃制造商寻求熔点更高的玻璃。但是，高熔点、高应变点玻璃对制造工艺提出了多项挑战。首先，这种玻璃必须适应现有的制造方法。

LCD玻璃的常规玻璃制造方法一般首先从在熔炉中熔化玻璃前体(进料)开始。在此熔化阶段中发生的反应释放出在玻璃熔体中形成鼓泡(也称为晶种或砂眼)的气体。进料颗粒之间夹杂的填隙空气也会形成晶种。在任何情况下，必须消除这些气泡，从而生产高品质玻璃。一般通过使玻璃“澄清”来消除气态夹杂物。为了清楚起见，以下将因为熔化过程形成的气态夹杂物(无论作为反应产物或填隙气体)称为“晶种(seed)”。

使玻璃熔体澄清的一种普通方法是化学澄清。在化学澄清中，在玻璃熔体中引入澄清剂，例如向进料中添加。所述澄清剂是在高温下被还原(失去氧)、在低温下被氧化(与氧重新结合)的多价氧化物。然后，澄清剂释放的氧可以扩散到熔化过程中形成的晶种中，使得晶种生长。从而增加晶种的浮性，使晶种升高至气体释放离开熔体的玻璃表面。在理想情况下，要求澄清剂在熔化过程的靠后期间、在大部分晶种形成之后释放氧，从而增加澄清剂的效力。为了达到这个目的，即使已经清除了熔化器中的大晶种，一般仍然要在澄清容器中进行附加的澄清步骤，在澄清容器中，将玻璃温度提高至超过熔化温度。澄清容器中的玻璃熔体的温度升高，使玻璃的粘性降低，使得熔体中的晶种能更容易地升高至玻璃表面，使得氧化物澄清剂向熔体释放出氧，促使晶种生长并且促进晶种清除过程。熔体澄清之后，可以将其冷却，并且进行搅拌，使熔体均化，从而通过本领域中已知的许多可用成形方法中的任何一种形成例如玻璃板。

许多玻璃制造方法都使用砷作为澄清剂。砷是一种已知的最高温度的澄清剂，将其加入熔化器内的熔融玻璃浴中时，使得氧气在高温(例如超过1450℃)下从玻璃熔体中释放出来。这种高温氧气释放促进了熔化过程中、特别是玻璃生产的澄清阶段过程中的晶种消除，结合较低调整温度下氧气吸收的强烈倾向(有助于任何残余的气态夹杂物消失在玻璃中)，形成基本上没有气态夹杂物的玻璃产品。

从环境角度考虑，要求在不使用砷作为澄清剂的条件下，提供制造玻璃、特别是一般用于生产LCD玻璃的高熔点和应变点玻璃的替代方法。含砷化合物一般是毒性的，使用砷来加工玻璃不仅造成高处理成本的工业废物，而且在显示器件使用寿命耗尽时，还产生与器件本身相关的处理问题。不幸的是，与砷之类的现有澄清剂相比，许多替代澄清剂一般产生较少的氧，并且/或者释放氧时的温度太低，而且在调整过程中再吸收的氧气太少，从而限制了它们的澄清和氧再吸收能力。因此，在玻璃制造方法的澄清阶段过程中(即，玻璃位于澄清容器内时)，替代澄清剂产生的氧量不足，无法有效地使澄清容器内的玻璃澄清。

因此需要寻找一种能利用替代澄清剂、特别是用于高熔化温度玻璃的方法。

发明概述