[发明专利]一种适用于浮法工艺生产的高硬度无碱铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种适用于浮法工艺生产的高硬度无碱铝硼硅酸盐玻璃及制备方法。该玻璃以质量百分比表示，按氧化物含量计，具有以下组成：SiO₂：55.0～65.0％，Al₂O₃：11.0～29.0％，B₂O₃：2.0～9.0％，MgO：2.4～5.0％，SrO：4.6～10.0％，CaO：2.5～5.5％。本发明提供了维氏硬度高于670kgf/mm²、应变点超过680℃、熔制温度在1620～1660℃、退火温度在700℃、可采用浮法工艺生产的、高弹性模量、化学稳定性好，可广泛适用于平板显示元件或其他光电器件的基板玻璃，尤其适用于TFT‑LCD基板玻璃。

技术领域

本发明属于玻璃生产技术领域，具体涉及一种可广泛应用于显示行业薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)高硬度无碱铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法与应用。

背景技术

TFT-LCD具有工作电压稳定、节能省电、轻质高画质、全彩色、高清晰度、高分辨率、无辐射及无污染等多种优良特性，已经被广泛应用。基板玻璃作为TFT-LCD的关键基础材料，主要有两方面的作用：一个是使液晶分子保持一定的厚度；另一个是承载驱动所必须要的透明电极和开光元件。目前，无碱铝硼硅酸盐玻璃由于其优异的性能，已广泛应用于TFT-LCD基板材料，基板玻璃的质量对TFT-LCD性能影响巨大。

作为TFT-LCD基板材料的无碱铝硼硅酸盐基板玻璃必须以下条件：

(1)具有高硬度，确保在后期处理过程中基板玻璃不被划伤和遭到其他破坏。

(2)严格控制碱金属(Na₂O、K₂O等)的引入，在热处理加工过程中，若含有碱金属离子会导致碱金属成膜在半导体物质扩散，导致膜特性劣化，但缺少碱金属氧化物(R₂O)助熔，导致玻璃熔化难、澄清难、均化效果差，所以一般控制玻璃中碱含量在1000～2000ppm，。

(3)具备良好的化学稳定性，这是由于在TFT-LCD器件制备过程中需要在基板玻璃上进行多次的涂膜、刻蚀以及化学腐蚀等操作。

(4)应变点高于650℃，以保证在面板制造过程中玻璃的高温加工的稳定性。

(5)具有适宜的热膨胀系数，在25～300℃热膨胀系数在3.0～3.8×10-6/℃之间，能够与周围部件保持适宜的匹配程度，由于器件在制造过程中会经过多次、反复的快速升降温，避免后续加工玻璃热处理过程中玻璃弯曲而引起的变形与周围器件出现偏差。

(6)密度要低于2.55g/cm³，制备大尺寸显示面板向轻质化、薄型化发展。

(7)具有高的弹性模量，一般大于65Gpa，优选达到70Gpa以上，避免在工业生产当中制备大尺寸的基板玻璃出现下垂情况而使玻璃破碎。

(8)无碱铝硼硅酸基板玻璃在符合以上(1)～(7)的条件以外，还要保证在玻璃熔制过程达到较好的澄清、均化效果，保证成形后的基板玻璃不存在气泡、裂纹等缺陷。

基于以上性质的要求，TFT-LCD基板玻璃一般由无碱铝硼硅酸盐玻璃组成，其成分为SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、RO(MgO、SrO和CaO)组成，引入原料一般为石英砂、氧化铝、硼酸、轻质氧化镁、碳酸锶和碳酸钙原料。为保证玻璃熔制效果，要保证足够的混料、熔制、澄清及均化时间。

碱土金属中间体氧化物的加入和适宜的配比降低了熔制温度和高温粘度，缩短玻璃的料性有利于玻璃快速成形，一定程度上又能够提高玻璃的硬度，碱土金属氧化物作玻璃结构的网络外体，存在于玻璃间隙位置当中，使得玻璃网络结构中键的连接更加牢固，更加紧密，提高玻璃结构的密实程度。