CN117105526B - 一种高稳定长寿命的液晶显示用基板玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高稳定长寿命的液晶显示用基板玻璃，按摩尔百分比计，包括：SiO270.44‑75％，Al2O3+B2O33‑5％，CaO+MgO8‑12％，Na2O+K2O7.2‑12％，TiO20‑1％，ZnO0‑4％，Sm2O30‑2％；其中，键合度R＝2.23‑2.30，R＝(2×SiO2+3×Al2O3+3×B2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O+2×TiO2+ZnO+3×Sm2O3)/(SiO2+2×Al2O3+2×B2O3)。本发明的液晶显示用基板玻璃具有优异的耐碱性与化学稳定性、高电阻率和低渗锡深度，提高了液晶显示用基板玻璃的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，具体涉及一种高稳定长寿命的液晶显示用基板玻璃。
背景技术
自20世纪70年代以来，随着液晶显示(LCD)技术的发展，液晶显示得到了越来越广泛的应用，液晶显示产品已从传统的手表、计算器、仪器仪表屏逐渐发展为计算机终端显示屏及电视等中高档产品。
基板玻璃是LCD关键基础材料，要求其轻薄、低密度，一般厚度普遍为0.4-1.1mm。随着LCD技术的发展，对这些基板玻璃的理化性能提出了越来越高的要求。
随着扭曲向列型液晶显示(TN-LCD)和彩色超扭曲向列型液晶显示(STN-LCD)发展需要，要求满足高稳定性、长寿命、高清晰化发展趋势，因此必须提供更优质基板玻璃产品，并且控制其相对成本。而现有基板玻璃理化性能与工艺性能之间出现了不可调和的矛盾，当理化性能达到最优或最佳时，生产工艺则相对不易实现。为了突破这些技术难题，必须进行TN/STN-LCD基板玻璃的组成-结构-性能-工艺等全面协调性创新工作。
以前，TN/STN-LCD基板玻璃广泛使用钠钙玻璃或低碱硅酸盐玻璃，为了阻挡碱金属离子渗入液晶中破坏显示器件的性能，一般需要在基板玻璃表面沉积二氧化硅阻挡层；即便如此，仅能维持5年左右，其性能将会大幅衰减。
TN/STN-LCD基板玻璃必须具有良好的表面特性，即无划痕、无100微米以上的点状缺陷，点状缺陷主要为气泡、结石、细小晶体，这些内部缺陷将对像素点产生影响，形成永久性疵点，影响显示屏的质量和工作状态；合理的缺陷大小的极限应是单个像素面积的25％，对于100微米的像素间距，要求基板的最大夹附物面积不应超过2500平方微米。为防止基板玻璃表面缺陷和内部的点缺陷影响显示器件的性能，在STN-LCD中经常使用经过抛光的钠钙玻璃，因此基板玻璃平整度也是影响显示器件质量的重要因素之一，它将直接影响液晶盒间隙的均匀性。
TN/STN-LCD基板玻璃重点是降低生产成本，提升理化性能，实现基板玻璃的大型化、薄型化，提高基板玻璃的耐热、耐化学稳定性，降低其在浮法生产工艺中的表面波纹度，在生产应用过程中不再使用研磨工艺。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种高稳定长寿命的液晶显示用基板玻璃。
本发明公开了一种高稳定长寿命的液晶显示用基板玻璃，按摩尔百分比计，包括：
其中，
键合度R＝2.23-2.30；
R＝(2×SiO2+3×Al2O3+3×B2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O+2×TiO2+ZnO+3×Sm2O3)/(SiO2+2×Al2O3+2×B2O3)。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，ZnO为1-4％。
作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，Sm2O3为0.36-2％。
作为本发明的进一步改进，
Al2O3/B2O3的摩尔比为1.0；
CaO/MgO的摩尔比为1.0；
Na2O/K2O的摩尔比为0.2。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的液晶显示用基板玻璃具有优异的耐碱性与化学稳定性、高电阻率和低渗锡深度，提高了液晶显示用基板玻璃的使用寿命。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种高稳定长寿命的液晶显示用基板玻璃，基于碱铝硅酸盐玻璃(R2O-Al2O3-SiO2)成分体系在玻璃网络中的作用，将本发明的液晶显示用基板玻璃按玻璃组成分为网络形成体、中间体和网络外体；其中，SiO2作为网络形成体，Al2O3作为中间体，R2O、RO、R’O、R2O3、RO2等作为网络外体，R2O为碱金属氧化物，包括K2O、Na2O；RO为碱土金属氧化物，包括CaO、MgO；R’O为过渡金属氧化物，包括ZnO；R2O3为稀土氧化物Sm2O3和网络成型体B2O3，RO2为四价氧化物TiO2。
具体的，本发明的液晶显示用基板玻璃按摩尔百分比计，包括：
其中，
Al2O3/B2O3的摩尔比为1.0；
CaO/MgO的摩尔比为1.0；
Na2O/K2O的摩尔比为0.2
液晶显示用基板玻璃的键合度R＝2.23-2.30；
R＝(2×SiO2+3×Al2O3+3×B2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O+2×TiO2+ZnO+3×Sm2O3)/(SiO2+2×Al2O3+2×B2O3)。
本发明液晶显示用基板玻璃的设计原理为：
本发明调控键合度R为2.23-2.30，其在满足基板玻璃理化性能和工艺性能的同时，使基板玻璃结构达到最佳。
本发明利用II副族氧化物(ZnO)对TN/STN液晶显示基板玻璃理化性能和工艺性能的有益影响，降低了膨胀系数、提高了化学稳定性、降低了熔点、降低了表面张力。利用氧化铝增强网络，改善力学性能，降低并抑制析出晶体风险，增加电绝缘性。
本发明通过氧化硼提高玻璃化学稳定性，阻止和抑制碱金属离子迁移，并且协同利用ZnO及MgO降低浮法生产导致玻璃表面渗锡。熔融玻璃液经过锡槽摊开展平时，玻璃熔体与锡液进行表面接触，造成锡单质氧化生成锡离子，锡离子与玻璃碱金属离子进行交换或相互扩散，导致锡离子渗入到玻璃下表面，受氧化硼的网络阻挡效应，锡离子与玻璃碱金属离子扩散系数降低，玻璃下表面渗锡深度大幅减小。
本发明利用稀土氧化物Sm2O3具有碱性助熔作用，促进玻璃配合料熔化，压制碱金属离子迁移，提高弹性模量。氧化锌具有调节表面张力作用，改善化学稳定性和降低表面张力，促进玻璃表面平整度。
实施例
本发明按表1的玻璃组成进行组合，采用适当公知的原料，计算并转化形成相对应的化学组成的配合料；将450克配合料在500ml铂铑合金坩埚内进行熔化，熔化温度1450℃，保温4小时，然后浇筑在50mm×50mm×50mm石墨模具中，定型后进行脱模并退火处理，切割抛光制备厚度为0.7-1.1mm的基板玻璃试样。
对实施例1～9及比较例制得的基板玻璃试样进行理化性能测试，理化性能测试包括耐碱性能测试、室温体积电阻率测试和渗锡测试，其中，耐碱性能测试参照GB/T 6580执行，单位为mg/dm2；室温体积电阻率测试参照GB/T31838.2执行，单位为Ω·cm；渗锡测试是将石墨坩埚作为锡槽模拟器，其尺寸规格40mm×40mm×40mm，将高纯锡块(150±10)g装入坩埚；其次将玻璃块40±2g玻璃试样放在锡块上方，模拟实验炉升温玻璃黏度10000泊，向炉内通95％N2+5％H2混合保护气体，通气5min确保炉内空间氧气被充分消耗，打开炉门迅速速将盛装锡块及玻璃试样的石墨坩埚送入炉内；关闭炉门，持续通入保护气体，保温15min后将石墨坩埚移出模拟实验炉；待冷却后，玻璃试样与锡块分离，获得渗锡模拟的玻璃试样，采用JXA-8230电子探针分析仪(EPMA)，对经过渗锡模拟实验的玻璃试样进行断面扫描，测量锡离子渗透深度，单位为微米。
通过实施例1～9与比较例的化学组成来看，其中比较例为现有TN/STN-LCD基板玻璃化学组成，实施例1～9的化学组成仅是本发明的部分典型代表，未在实施例中给予展示的不代表其理化性能不能达到最优，均应在下述合理的理化性能范围内；耐碱性能测试、室温体积电阻率测试和渗锡测试结果如表2所示。
表1
| 成分 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# | 比较例 |
| SiO2 | 72.8 | 70.9 | 73.4 | 71.9 | 75 | 73.84 | 72.12 | 72.44 | 70.44 | 72.4 |
| Al2O3 | 2.5 | 2 | 1.5 | 2.3 | 1.5 | 2.2 | 1.8 | 1.6 | 2.2 | 1 |
| B2O3 | 2.5 | 2 | 1.5 | 2.3 | 1.5 | 2.2 | 1.8 | 1.6 | 2.2 | 0 |
| CaO | 5 | 6 | 5.5 | 4.5 | 4 | 4.8 | 5.2 | 5.6 | 5.8 | 8.2 |
| MgO | 5 | 6 | 5.5 | 4.5 | 4 | 4.8 | 5.2 | 5.6 | 5.8 | 6.2 |
| K2O | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 9.5 | 0.6 |
| Na2O | 1.2 | 1.4 | 1.6 | 1.8 | 2 | 1.3 | 1.5 | 1.7 | 1.9 | 11.7 |
| TiO2 | 0 | 1 | 0.5 | 0.7 | 0 | 1 | 0.25 | 0.5 | 0.3 | 0 |
| ZnO | 4 | 3 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | 2 | 1 | 0 |
| Sm2O3 | 1 | 0.7 | 0.5 | 2 | 0 | 0.36 | 0.63 | 0.46 | 0.86 | 0 |
| R | 2.23 | 2.30 | 2.28 | 2.29 | 2.23 | 2.23 | 2.28 | 2.29 | 2.29 | 2.35 |
表2
| 项目 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# | 比较例 |
| 耐碱性 | 98 | 112 | 126 | 137 | 149 | 107 | 119 | 133 | 142 | 178 |
| 电阻率 | 1015.4 | 1014.9 | 1014.5 | 1014.1 | 1013.9 | 1015.1 | 1014.7 | 1014.3 | 1014.0 | 1013.3 |
| 渗锡深度 | 2.7 | 3.2 | 3.6 | 4.1 | 4.5 | 2.9 | 3.4 | 3.9 | 4.3 | 8.9 |
从表1的结果来看，键合度为2.23-2.30，相比比较例2.35小，说明玻璃网络紧密成都得到提高，有力改善理化性能。从表2的理化性能测试结果来看：实施例的耐碱性指标为98-149mg/dm2，室温电阻率为1013.9-15.4Ω·cm，渗锡深度为2.7-4.5微米；而比较例的耐碱性指标为178mg/dm2，室温电阻率为1013.3Ω·cm，渗锡深度为8.9微米，由此可知，本发明实施例的理化性能全面优于比较例。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高稳定长寿命的液晶显示用基板玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，包括：
其中，
键合度R＝2.23-2.30；
R＝(2×SiO2+3×Al2O3+3×B2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O+2×TiO2+ZnO+3×Sm
2O3)/(SiO2+2×Al2O3+2×B2O3)。
2.如权利要求1所述的液晶显示用基板玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，ZnO为1-4％。
3.如权利要求1所述的液晶显示用基板玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，Sm2O3为0.36-2％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液晶显示用基板玻璃，其特征在于，
Al2O3/B2O3的摩尔比为1.0；
CaO/MgO的摩尔比为1.0；
Na2O/K2O的摩尔比为0.2。
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