[发明专利]玻璃用组合物、碱土铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃制造领域，具体涉及一种玻璃用组合物、碱土铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

随着光电行业的快速发展，对各种显示器件的需求正在不断增长，比如有源矩阵液晶显示(AMLCD)、有机发光二极管(OLED)以及应用低温多晶硅技术的有源矩阵液晶显示(LTPS TFT-LCD)器件，这些显示器件都基于使用薄膜半导体材料生产薄膜晶体管(TFT)技术。主流的硅基TFT可分为非晶硅(a-Si)TFT、多晶硅(p-Si)TFT和单晶硅(SCS)TFT，其中非晶硅(a-Si)TFT为现在主流TFT-LCD应用的技术，非晶硅(a-Si)TFT技术，在生产制程中的处理温度可以在300-450℃温度下完成。LTPS多晶硅(p-Si)TFT在制程过程中需要在较高温度下多次处理，基板必须在多次高温处理过程中不能发生变形，这就对基板玻璃性能指标提出更高的要求，优选的应变点高于650℃，更优选的是高于670℃、700℃、720℃，以使基板在面板制程中具有尽量小的热收缩。同时玻璃基板的膨胀系数需要与硅的膨胀系数相近，尽可能减小应力和破坏，因此基板玻璃优选的线性热膨胀系数在28～40×10^-7/℃之间。为了便于生产，降低生产成本，作为显示器基板用的玻璃应该具有较低的熔化温度和成型温度。

用于平面显示的玻璃基板，需要通过溅射、化学气相沉积(CVD)等技术在底层基板玻璃表面形成透明导电膜、绝缘膜、半导体(多晶硅、无定形硅等)膜及金属膜，然后通过光蚀刻(Photo-etching)技术形成各种电路和图形，如果玻璃含有碱金属氧化物(Na₂O、K₂O、Li₂O)，在热处理过程中碱金属离子扩散进入沉积半导体材料，损害半导体膜特性，因此，玻璃应不含碱金属氧化物，首选的是以SiO₂、Al₂O₃、碱土金属氧化物RO(RO＝Mg、Ca、Sr、Ba)等为主成分的碱土铝硅酸盐玻璃。

大多数硅酸盐玻璃的应变点随着玻璃形成体含量的增加和改性剂含量的减少而增高，但是一方面在熔融澄清温度区会同时造成高温熔化和澄清困难，造成耐火材料侵蚀加剧，增加能耗和生产成本；另一方面在成型温度区会造成液相线温度升高，析晶等固态缺陷出现的几率大大增加，由此降低玻璃形成稳定性，不利于工业化推广制造，从而降低玻璃料方的实用性。因此，通过组分改良，使得低温粘度增大的同时还要保证高温粘度不会出现大的提升、液相线温度得到有效控制、玻璃形成稳定性得以提高才是提高应变点的最佳突破口。

在高铝无碱硅酸盐玻璃体系中，添加氧化硼B₂O₃可以带来良好的助熔效果，同时有利于提升玻璃耐化性。但是在低温粘度区，B₂O₃却使得玻璃应变点显著降低，如何同时提高玻璃基板的耐化性和应变点温度成为长期困扰本领域技术人员的一道难题。

在玻璃基板的加工过程中，基板玻璃是水平放置的，玻璃在自重作用下，有一定程度的下垂，下垂的程度与玻璃的密度成正比、与玻璃的弹性模量成反比。随着基板制造向着大尺寸、薄型化方向的发展，制造中玻璃板的下垂必须引起重视。因此应设计组成，使基板玻璃具有尽可能低的密度和尽可能高的弹性模量。另一方面，为了减小玻璃基板在运输、传送、制造、使用过程中的表面擦划伤，基板玻璃应具有尽可能高的维氏硬度。

随着智能手机与平板电脑的普及，开启了智能移动的时代。以往的手机局限在通讯功能，但目前包括智能手机与平板电脑的智能设备的性能已与笔记本接近，使得让人们凭借无线通信的方便性无时无刻不在执行及享受较高层次的商务及娱乐活动。在这样的趋势下，对显示器性能要求也不断提高，尤其是对移动智能设备的画面质量、在户外的可视性能要求也正在提升，同时为了减轻手持式设备的使用负担，重量变轻、厚度变薄成为不可避免的大趋势。在这种发展潮流引导下，显示面板正在向轻薄化、超高清显示的方向发展，面板制程工艺向更高处理温度发展；同时单片玻璃经过工艺处理，厚度达到0.25mm、0.2mm、0.1mm甚至更薄。使玻璃变薄的方式目前主要是化学减薄，具体的说，使用氢氟酸或氢氟酸缓冲液对玻璃基板进行腐蚀，其薄化原理如下：

主要化学反应：4HF+SiO₂＝SiF₄+2H₂O