[发明专利]具有高的热稳定性和化学稳定性的无碱玻璃组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119要求2010年10月6日提交的美国临时申请序列号61/390,406和2011年6月15日提交的美国临时申请序列号61/497,295的优先权，其内容纳入本说明书中。

背景技术

液晶显示器——例如有源矩阵液晶显示装置(active matrix liquid crystal display device(AMLCD))——的生产是非常复杂的，并且基板玻璃的性质极其重要。首先并且首要地，用于AMLCD装置的生产中的玻璃基板必须具有严格控制的物理尺寸。下拉式拉板方法和——特别地——在美国专利号3,338,696和3,682,609(均属于Dockerty)中描述的熔融法均能够生产可用作基板的玻璃板，而无需要求昂贵的成形后精加工工序，如研磨和抛光。令人遗憾的是，熔融法对玻璃的性质具有相当严格的限制，要求较高的液相线粘度。

在液晶显示器领域，基于多晶硅的薄膜晶体管(TFT)由于能更有效地输送电子而成为优选。基于多晶硅的硅晶体管(p-Si)的特征在于其比基于非晶硅的晶体管(a-Si)具有更高的迁移率。这使得能够制造更小型且更快速的晶体管。P-Si显示器处于现有技术便携器件的核心。多晶硅薄膜晶体管阵列能耗极低，能产生非常精细的特征(对小型显示器很关键)，且能提供高亮度。

用于制造多晶硅TFT的方法总是包括一个热偏移至很高的温度以促使硅结晶。在一些方法中，单独使用温度导致结晶，并且在这种方法中，峰值温度很高，与在a-Si晶体管制造中所用的350℃峰值温度相比，此峰值温度通常高于650℃。在这些温度下，大多数AMLCD玻璃基板经历一个称为压实(compaction)的过程，并且会过度变形，除非从下面对其进行支撑。压实，也称为热稳定性或尺寸变化，是玻璃基板由于玻璃的假想温度(fictive temperature)的变化而导致的一个不可逆尺寸变化(收缩或膨胀)。压实的程度既取决于玻璃的制造方法，也取决于玻璃的粘弹性质。在由玻璃制造板材的浮法中，玻璃板由熔体相对缓慢地冷却，并因此，在玻璃中“冻结(freeze in)”一个相对较低的温度结构。与之相比，熔融法导致玻璃板从熔体非常快速地淬火，并冻结一个相对较高的温度结构。因此，通过浮法制造的玻璃与通过熔融法制造的玻璃相比，具有较少的压实。在玻璃产品本身中，压实最终可导致与彩色滤光片较差的配准，并且如果足够大的话，会对装置性能产生有害影响。因此，在由下拉法制造的玻璃基板中，需要使压实的程度最小化。一种商用玻璃产品，Jade^TM(Corning Incorporated，Corning NY)，被特意开发出来以解决这个问题。其与常规的非晶硅基板玻璃相比具有很高的退火点，并因此显示出很低的压实，甚至是当再加热到高于常规非晶硅基板的应变点时。

已开发出激光再结晶以避免常规p-Si方法的极高温度步骤。在此方法中，基板仍然被加热至高温，但使用激光通过非常局部的加热而辅助结晶。这使得能够以更短的时间在更低的温度下加工，因而降低了成本并增加了产量。激光再结晶可用于制造具有低能耗、高分辨率和高亮度的现有技术p-Si显示器。还有较低温度的p-Si方法可用于满足较低需求的应用。在这些方法中，或者在峰值温度下的保持时间比一个高分辨率p-Si显示器的保持时间要短得多，或者在更长的保持时间内大大降低峰值温度，或者将成核剂加入到硅中以促进结晶和生长。即使是在这种较低的峰值加工温度和时间下，通过普通熔融法制造的a-Si基板仍然显示出过度的压实。虽然可降低拉伸速度以降低假想温度，并因此提高压实性能，但这会显著降低产量并因此大大增加生产p-Si基板的成本。

Jade^TM的极高的退火点比制造对于这些应用可接受的压实所要求的退火点高得多。此外，Jade^TM的粘弹特性导致很高的生产成本，因此其在这些应用中的使用会变得非常昂贵而令人难以接受。即使采用了方法调整以降低生产成本，与常规非晶硅基板相比，Jade^TM仍具有相当高的密度(2.63g/cc vs.2.38-2.55g/cc)，并且其耐酸性与常规的a-Si基板相比差异很大。因此，一个想要对Jade^TM进行化学减薄以补偿其高密度的AMLCD面板制造商无法通过常规的为a-Si基板设计的化学减薄方法进行所述减薄。这增加了面板制造成本。