CN105621881B - 一种铝硅酸盐玻璃用组合物与铝硅酸盐玻璃及它们的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃制造领域，公开了一种铝硅酸盐玻璃用组合物及其用途。本发明的铝硅酸盐玻璃用组合物含有65‑78重量％的SiO2、10‑18重量％的Al2O3、1‑4.5重量％的B2O3、2‑5重量％的MgO、2‑5重量％的CaO、1‑5重量％的SrO、0.001‑0.05重量％的碱金属氧化物、选择性含有的0‑5重量％的TiO2、选择性含有的0‑1.5重量％的Ga2O3、选择性含有的0‑1.5重量％的GeO2和选择性含有的0‑0.3重量％的稀土金属氧化物。本发明还公开了一种制备铝硅酸盐玻璃的方法和由该方法制得的玻璃，该方法包括将所述组合物进行熔融和退火。本发明还公开了所述组合物或玻璃在制备低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器中的应用。通过使用上述铝硅酸盐玻璃用组合物，本发明能够获得应变点高、热膨胀系数低、化学稳定和机械性能强的玻璃。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃制造领域，具体地，涉及一种特别适用于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器基板的铝硅酸盐玻璃用组合物与铝硅酸盐玻璃及它们的用途。
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。低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)是继非晶硅(Amorphous-Silicon，a-Si)之后的平板显示器领域中又一新技术。由于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器(Low TemperaturePoly-silicon-Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，LTPS-TFT-LCD)具有高分辨率、高色彩饱和度、成本低廉的优势，被寄予厚望成为新一代的显示器。由于LTPS-TFT-LCD的硅结晶排列较a-Si有次序，使得电子移动率相对高100倍以上，可以将外围驱动电路同时制作在玻璃基板上，达到系统整合的目标、节省空间及驱动IC的成本，LTPS-TFT-LCD在中小尺寸显示面板的应用上有着绝对的优势。
LTPS-TFT-LCD在制造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提出了更高的要求，要求应变点高于650℃(或740℃以上)，以使基板在面板制程中具有尽量小的热收缩，因此基板的应变点温度越高越好。同时玻璃基板的热膨胀系数需要与硅的热膨胀系数相近，有助于玻璃基板与硅材料有效结合，因此基板玻璃优选的线性热膨胀系数在28-39×10-7/℃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。
目前，用于LTPS-TFT-LCD的铝硅酸盐玻璃的应变点较低，难以适应LTPS-TFT-LCD基板在制造过程中经多次高温处理而不变形的要求。因此，研发具有高应变点的铝硅酸盐玻璃具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种特别适用于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器基板的铝硅酸盐玻璃用组合物与铝硅酸盐玻璃及它们的相关用途。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种铝硅酸盐玻璃用组合物，以铝硅酸盐玻璃用组合物的总重量为基准，该铝硅酸盐玻璃用组合物含有65-78重量％的SiO2、10-18重量％的Al2O3、1-4.5重量％的B2O3、2-5重量％的MgO、2-5重量％的CaO、1-5重量％的SrO、0.001-0.05重量％的碱金属氧化物、选择性含有的0-5重量％的TiO2、选择性含有的0-1.5重量％的Ga2O3、选择性含有的0-1.5重量％的GeO2和选择性含有的0-0.3重量％的稀土金属氧化物。
第二方面，本发明提供了一种制备铝硅酸盐玻璃的方法，该方法包括将第一方面所述的铝硅酸盐玻璃用组合物依次进行熔融和退火。
第三方面，本发明提供了由第二方面所述的方法制得的铝硅酸盐玻璃。
第四方面，本发明提供了第一方面所述的铝硅酸盐玻璃用组合物或第三方面所述的铝硅酸盐玻璃在制备低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器中的应用。
通过使用上述铝硅酸盐玻璃用组合物，本发明能够获得应变点较高、热膨胀系数较低、化学稳定和机械性能强的铝硅酸盐玻璃，用溢流下拉法即可制成玻璃基板，操作简单易行，可广泛应用于LTPS-TFT-LCD。
在优选的实施方式中，通过添加少量的氧化锗、氧化镓和碱土金属氧化物等能够进一步提高铝硅酸盐玻璃的机械强度，降低铝硅酸盐玻璃的熔化温度，提高铝硅酸盐玻璃的耐化性。此外，在另一种优选的实施方式中，通过添加微量的碱金属氧化物，不仅可以降低铝硅酸盐玻璃的熔化温度，还能提高澄清效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以铝硅酸盐玻璃用组合物的总重量为基准，本发明提供的铝硅酸盐玻璃用组合物含有65-78重量％(优选68.5-76.5重量％)的SiO2、10-18重量％(优选11.5-16.5重量％)的Al2O3、1-4.5重量％(优选1-4重量％)的B2O3、2-5重量％(优选2-4.5重量％)的MgO、2-5重量％(优选2-4.5重量％)的CaO、1-5重量％(优选1-4重量％)的SrO、0.001-0.05重量％(优选0.02-0.03重量％)的碱金属氧化物、选择性含有的0-5重量％(优选0.1-3.5重量％)的TiO2、选择性含有的0-1.5重量％(优选0.1-1重量％)的Ga2O3、选择性含有的0-1.5重量％(优选0.06-1.2重量％)的GeO2和选择性含有的0-0.3重量％(优选0.07-0.3重量％)的稀土金属氧化物。
根据本发明的优选实施方式，以铝硅酸盐玻璃用组合物的总重量为基准，所述铝硅酸盐玻璃用组合物含有68.5-76.5重量％的SiO2、11.5-16.5重量％的Al2O3、1-4重量％的B2O3、2-4.5重量％的MgO、2-4.5重量％的CaO、1-4重量％的SrO、0.02-0.03重量％的碱金属氧化物、0.1-3.5重量％的TiO2、0.1-1重量％的Ga2O3、0.06-1.2重量％的GeO2和0.07-0.3重量％的稀土金属氧化物。
优选地，SiO2的含量与Al2O3的含量之间的差值为54-63重量％。
优选地，SiO2的含量与Al2O3的含量之和为83-92重量％。
根据本发明，所述稀土金属氧化物可以为常用于制备玻璃的稀土金属的氧化物。优选情况下，所述稀土金属氧化物为PrO2和/或Nd2O3。其中，PrO2的含量优选为0.08-0.18重量％。Nd2O3的含量优选为0.07-0.2重量％。采用上述优选用量和种类的稀土金属氧化物能够更有效提高铝硅酸盐玻璃的机械强度和耐化性并降低熔化温度。
根据本发明，所述碱金属氧化物可以为本领域常用的各种碱金属的氧化物。优选情况下，所述碱金属氧化物为Li2O、Na2O和K2O中的至少一种。其中，Li2O的含量优选为0.001-0.009重量％。Na2O的含量优选为0.009-0.021重量％。K2O的含量优选为0.003-0.008重量％。采用上述优选用量和种类的碱金属氧化物能够更有效提高铝硅酸盐玻璃的澄清效果并降低熔化温度。
根据本发明的最优选的实施方式，以铝硅酸盐玻璃用组合物的总重量为基准，所述铝硅酸盐玻璃用组合物含有74.5-76重量％的SiO2、16-16.5重量％的Al2O3、1.5-2重量％的B2O3、2-2.5重量％的MgO、2-2.5重量％的CaO、1.5-2.5重量％的SrO、0.1-0.5重量％的TiO2、0.1-0.2重量％的Ga2O3、0.06-0.1重量％的GeO2、0.08-0.1重量％的PrO2、0.1-0.2重量％的Nd2O3、0.006-0.008重量％的Li2O、0.01-0.02重量％的Na2O和0.007-0.008重量％的K2O。在该优选实施方式中，获得的铝硅酸盐玻璃的应变点可大于760℃。
根据本发明的优选实施方式，所述铝硅酸盐玻璃用组合物由上述组分组成。
本发明提供的制备铝硅酸盐玻璃的方法包括将上述铝硅酸盐玻璃用组合物依次进行熔融和退火。所述熔融和退火可以根据本领域常规的方法进行。例如，所述熔融的方式可以为在1610-1640℃下保温8-12h。所述退火的方式可以为740-770℃保温0.8-1.5小时。所述退火可以在具有预定形状的(不锈钢铸铁)磨具内进行，以获得具有预定形状的玻璃。退火后可以冷却至室温(如10-35℃)，进行冷加工处理(包括研磨和抛光等)即可得到铝硅酸盐玻璃成品。
本发明还提供了由上述方法制得的铝硅酸盐玻璃。该铝硅酸盐玻璃在30-380℃范围内的热膨胀系数在36×10-7/℃以下(如(32-35.8)×10-7/℃)、应变点在740℃以上(如740-770℃)、密度在2.5g/cm3以下(如2.2-2.5g/cm3)且熔化温度在1640℃以下(如1600-1640℃)。
本发明还提供了上述铝硅酸盐玻璃用组合物或铝硅酸盐玻璃在制备LTPS-TFT-LCD中的应用(特别是作为LTPS-TFT-LCD基板的应用)。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1-8和对比例1
按照表1所示称量各氧化物，充分混匀，将混合料倒入坩埚中，高温炉下1640℃下保温10h。为了使玻璃成分均匀，高温下使用铂金棒搅拌。将熔融玻璃液浇注入预热后的不锈钢铸铁磨具内，成形为规定的块状玻璃制品，然后将玻璃在退火炉中750℃退火1小时，关闭电源随炉冷却到室温(约25℃)。再进行冷加工处理(切割、研磨、抛光)，用全自动内圆切片机BNA-5060切0.5-2mm玻璃片，再用行星式双面研磨抛光机GN2M研磨抛光玻璃片，制得铝硅酸盐玻璃测试试样(厚度为0.7mm)。分别对测试试样的各种性能进行测定，结果见表1。
其中，密度ρ采用阿基米德法进行测定；30-380℃的热膨胀系数α30/380采用膨胀计(型号为Orton DIL-2010STD)进行测量，以平均膨胀系数表示；退火点Ta(粘度为1013dpa·s时的温度)和应变点Ts(粘度为1014.5dpa·s时的温度)采用Orton ANS-800测定仪进行测定；软化点Tf(粘度为107.6dpa·s时的温度)采用Orton SP-1100A测定仪进行测定；粘度采用Orton RSV-1600圆筒式旋转高温粘度计进行测定，由Fulcher(也称为VFT公式)计算得到工作温度Tw(粘度为104dpa·s时的温度)、熔化温度Tm(粘度为102dpa·s时的温度)；折射率nD采用阿贝折射仪(型号为TD-2WAJS)进行测量；弹性模量(亦称杨氏模量)采用共振法进行测试；光透过率采用紫外-可见分光光度计(型号为岛津UV-2550)进行测试，单位为％；耐氢氟酸缓冲液腐蚀性BHF(mg/cm2)，两面抛光的玻璃圆片在22℃，用10重量％浓度的NH4F-HF缓冲溶液处理20分钟的重量损失。
表1
从表1可以看出，本发明的铝硅酸盐玻璃具有高应变点、低热膨胀系数和熔化温度，满足显示器基板用的玻璃的需求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种铝硅酸盐玻璃用组合物，其特征在于，以铝硅酸盐玻璃用组合物的总重量为基准，该铝硅酸盐玻璃用组合物含有68.5-76.5重量％的SiO2、10-16.2重量％的Al2O3、1-4.5重量％的B2O3、2-5重量％的MgO、2-5重量％的CaO、1-5重量％的SrO、0.001-0.05重量％的碱金属氧化物、0.1-3.5重量％的TiO2、0.1-1重量％的Ga2O3、0.06-1.2重量％的GeO2和0.07-0.3重量％的稀土金属氧化物；SiO2的含量与Al2O3的含量之间的差值为54-63重量％。
2.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃用组合物，其中，所述铝硅酸盐玻璃用组合物含有68.5-76.5重量％的SiO2、11.5-16.2重量％的Al2O3、1-4重量％的B2O3、2-4.5重量％的MgO、2-4.5重量％的CaO、1-4重量％的SrO、0.02-0.03重量％的碱金属氧化物、0.1-3.5重量％的TiO2、0.1-1重量％的Ga2O3、0.06-1.2重量％的GeO2和0.07-0.3重量％的稀土金属氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的铝硅酸盐玻璃用组合物，其中，SiO2的含量与Al2O3的含量之和为83-92重量％。
4.根据权利要求1或2所述的铝硅酸盐玻璃用组合物，其中，所述稀土金属氧化物为PrO2和/或Nd2O3。
5.根据权利要求4所述的铝硅酸盐玻璃用组合物，其中，PrO2的含量为0.08-0.18重量％，和/或Nd2O3的含量为0.07-0.2重量％。
6.根据权利要求1或2所述的铝硅酸盐玻璃用组合物，其中，所述碱金属氧化物为Li2O、Na2O和K2O中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的铝硅酸盐玻璃用组合物，其中，Li2O的含量为0.001-0.009重量％，和/或Na2O的含量为0.009-0.021重量％，和/或K2O的含量为0.003-0.008重量％。
8.一种制备铝硅酸盐玻璃的方法，其特征在于，该方法包括将权利要求1-7中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃用组合物依次进行熔融和退火。
9.由权利要求8所述的方法制得的铝硅酸盐玻璃，该铝硅酸盐玻璃在30-380℃范围内的热膨胀系数在36×10-7/℃以下、应变点在740℃以上、密度在2.5g/cm3以下且熔化温度在1640℃以下。
10.权利要求1-7中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃用组合物或权利要求9所述的铝硅酸盐玻璃在制备低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器中的应用。
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