[发明专利]用于TFT-LCD的环保型无碱铝硼硅酸盐玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有应变点温度高、热膨胀系数低、弹性模量大、不含碱金属氧化物的碱土金属铝硼硅酸盐玻璃，它适合于制造平板显示器基板玻璃，根据无碱铝硼硅酸盐玻璃组成和生产，本发明还涉及该玻璃基板在薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)中的应用，具体涉及一种无碱铝硼硅酸盐玻璃的化学组成。

背景技术

21世纪以来，平板显示技术及其产品以其轻薄化的优点，在电子显示产品(如笔记本电脑、液晶台式电脑、液晶电视)等方面得到了迅猛发展，高清晰度、大屏幕、薄型壁挂式彩色电视机已经进入了家庭，现在已经逐渐取代了传统的CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管)型电视产品。

按照液晶显示器所用的基板玻璃可分为有碱玻璃和无碱玻璃两大类，有碱玻璃包括有钠钙硅酸盐系统和铝硼硅酸盐系统，主要使用在扭曲阵列相液晶显示器(TN-LCD：Twisted Nematic)和超扭曲阵列相液晶显示器(STN-LCD：Super Twisted Nematic)；而无碱玻璃由铝硅硼玻璃系统组成，主要用于TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示器)。

TFT-LCD是目前最好的彩色显示设备，其是手机、MP3播放器、MP4播放器、车载导航仪等小型终端显示设备以及电视、笔记本电脑、台式机上的主流显示设备，TFT-LCD成为平板显示产品的主流产品。液晶显示器(LCD)的面板材料主要由基板玻璃、液晶、彩色滤光片(Color Filter)、薄膜晶体管、驱动电路(IC)、背光源、偏光板等组成，而一片TFT-LCD面板需使用到两片基板玻璃，分别作为底层基板玻璃及彩色滤光片的底板使用。

基板玻璃具有较低的热膨胀系数和密度以及韧性很高的弹性模量，故其生产特点在配方上要求应变点大于650℃，以适应高的硅晶体的制备温度要求；低的膨胀系数是获得与硅晶体相匹配的膨胀特性基本条件；在要求不含碱金属的条件下，需要使用铂金属制成的通道在1630℃以上高温熔炼、澄清消泡、搅拌，以提供无缺陷的玻璃供应给玻璃成形；在外观质量方面，基板玻璃应具有足够高的均匀度、平整度和无宏观缺陷。TFT-LCD显示基板用玻璃本身的性能和质量要求有如下几点：

(1)无碱金属氧化物的玻璃组合物。其中最大的碱金属氧化物的含量∑R₂O＝1000ppm＝0.1wt％是容许的，以避免由于在加热过程中玻璃中的碱金属离子将扩散到沉淀的半导体材料中，破坏薄膜的特性，损害半导体的性能，造成电路短路而使微结构的薄膜晶体管“中毒”。

(2)基板玻璃要求具有与多晶硅和无定形硅薄膜材料相匹配的热膨胀系数，热膨胀系数α_30/380＝(32～38)×10^-7/K。由于TFT-LCD的加工需要经过多个热处理步骤，使得基板玻璃需要反复经受快速冷却和快速加热，这样对玻璃板的热冲击是比较大的，特别是较大尺寸的玻璃面板，存在温度分布差异，在热处理过程中极易在玻璃断面产生裂纹，从而导致基板玻璃的破碎，或者在受热时由于玻璃自身的内应力，不足以抵消玻璃受热膨胀而产生的热应力而破裂，而减小玻璃的热膨胀系数可以降低由于温差造成的热应力，特别是当α_30/380在(30～33)×10^-7/K之间时，意味着温度高至700℃仍有良好的膨胀系数。因而要求基板玻璃具有明显减小的热膨胀系数，32×10^-7/K或者更小。

(3)基板玻璃应具有良好的化学稳定性。具有足够的耐化学性，即足够的耐水解性、耐酸性和耐碱性以抵抗在微结构过程中使用的试剂和介质。由于在TFT-LCD加工过程中基板玻璃需要经过多种化学溶液的清洗和蚀刻，为避免玻璃中成分的析出，玻璃必须具有良好的化学稳定性，特别是要具有良好的耐氢氟酸等强酸试剂的性能。