CN1417145A - 显示装置用的玻璃组合物 - Google Patents

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CN1417145A CN02148243A CN02148243A CN1417145A CN 1417145 A CN1417145 A CN 1417145A CN 02148243 A CN02148243 A CN 02148243A CN 02148243 A CN02148243 A CN 02148243A CN 1417145 A CN1417145 A CN 1417145A
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    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
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    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass

Abstract

本发明提供了一种玻璃组合物，所述玻璃组合物适合使用熔融拉制法制造等离子体显示器和大面积显示器用的玻璃板。所述玻璃组合物包含59－66摩尔％SiO2、14.5－18.0摩尔％Al2O3、8.5－12.0摩尔％Na2O、2.5－6.5摩尔％K2O、2.5－9.0摩尔％CaO、0.0－3.0摩尔％MgO、0.0－3.0摩尔％SrO、0.0－3.0摩尔％BaO和0－5摩尔％MgO+SrO+BaO。

Description

显示装置用的玻璃组合物
发明领域
本发明涉及适合制造显示装置用的一类铝硅酸盐玻璃。
背景技术
制造平板玻璃的主要商业方法是浮法。在浮法中，玻璃熔体流从熔炉中排入含有一种液体金属介质的炉(或浴池)中。该金属通常是锡。要控制锡浴的气氛以防止锡的氧化。玻璃熔体漂浮在液体锡上并在其上面铺展开来，形成平整连续的板。玻璃板漂移到退火炉或冷却隧道中，在那里以控制的速率冷却到环境温度。冷却的玻璃板具有平整光滑的表面，其进一步处理(如研磨和抛光)所需的加工很少。
浮法玻璃生产法通常被认为是制造大面积显示装置(如等离子体显示装置)的最好方法。用于等离子体显示装置的玻璃有一些要求。其中一个要求是玻璃应该具有高的应变点。通常，在显示装置制造过程中，需要至低580℃的应变点来防止玻璃板变形。但是，在熔融的锡浴上，很难制造具有高应变点的玻璃，或者形成温度非常高的玻璃。这是因为锡在超过1050-1100℃的温度具有高的蒸气压。在这种高气汽压下，熔融锡就会蒸发，接着随后在浮浴炉的较冷部分发生凝结。凝结的锡会足够多，形成所谓的“锡雨”，这是一种明显应该避免的情况。
已知制造平板玻璃的另一种方法为熔融拉制法，所述方法是CorningIncorporated开发的。熔融拉制法是一种向下拉伸方法，也称溢出法。在熔融拉制法中，玻璃熔体流入一耐火材料槽中，然后以受控的方式从槽的两边溢出。这种方法的主要优点，是最终成形的平板玻璃的表面不与耐火材料或其他成形设备接触。此方法的另一个好处，是能制成非常平整、厚度均匀的平板玻璃。结果，不需要第二步加工就可以得到光滑、平整而均匀的用于显示用途的玻璃板。熔融拉制法需要玻璃在其液相温度有相当高的粘度。通常，需要在105-106泊范围的粘度对玻璃进行熔融拉制法成形，从而得到最佳的平整度和均匀厚度。
对于熔融拉制和浮法生产平板玻璃的简要描述可参见D.C.Boyd和D.A.Thompson编写的《玻璃》，载在化学技术百科全书，卷11，第三版，807-880页中(具体参见860-863页)。熔融拉制法也在美国专利3338696和3682609中有描述，上述专利都由Dockerty发表。
发明概述
一方面，本发明涉及一种玻璃组合物，它包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO、0-5摩尔％MgO+SrO+BaO。
另一方面，本发明涉及一种玻璃组合物，它包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO、0-5摩尔％MgO+SrO+BaO，它显示出至低640℃的应变点，在25-300℃温度范围内的线性热膨胀系数为80-95×10-7/℃。
另一方面，本发明涉及制造电子设备用的玻璃板的方法，该方法是先熔制出包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO、0-5摩尔％MgO+SrO+BaO的玻璃，然后从其熔体拉制成玻璃薄板。
本发明的其他特征和优点将从下面的描述和附加的权利要求中表示出来。
发明详述
如上所述，用于等离子体显示设备的玻璃具有一些要求。这些要求包括(但不限于)高的热膨胀系数(CTE)，高的应变点，低的密度，高的电阻、耐化学性和光学透明度。本发明的实施例提供了一种玻璃组合物，所述玻璃组合物适合使用熔融拉制法制造用于等离子体显示器和其他大面积显示装置的平板。本发明的具体实施例将在下面描述。
根据本发明的一个实施例，玻璃组成的范围如下：59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO、0-5摩尔％MgO+SrO+BaO。玻璃中也可包含其他组分，如B2O3、P2O5、Li2O、Y2O3、La2O3或ZnO。通常，这些其他组分的含量不超过总量的5摩尔％。
为了限制碱引起玻璃粘度的减小，摩尔比Na2/K2O宜近似为1.0。但是，为了使液相温度尽可能低，摩尔比宜为1.2-3.0。碱的使用可保持高的热膨胀系数(CTE)。CaO和MgO能限制引起玻璃粘度的减小，并使玻璃熔制在较高温度进行，同时还有助于保持高的应变点。原子量更高的阳离子(如Ba2+和La3+)可提高玻璃的密度。B2O3通常会降低玻璃的粘度，并且提高液相温度。B2O3也可以降低玻璃的应变点和CTE。
一种优选的玻璃组成范围如下：60-65摩尔％SiO2、15.5-17.0摩尔％Al2O3、9.5-11.0摩尔％Na2O、3.5-5.5摩尔％K2O、3.5-8.0摩尔％CaO、0.0-2.0摩尔％MgO、0.0-2.0摩尔％SrO、0.0-2.0摩尔％BaO、0-3摩尔％MgO+SrO+BaO。玻璃中也可包含其他组分，如B2O3、P2O5、Li2O、Y2O3、La2O3或ZnO。通常，这些其他组分的含量不超过总量的3摩尔％。
典型的组成如下表1和2所示。应该指出，表1和2所示的实施例仅仅是作为例子之用，而不应认为是限制本发明，除非另有说明。对于表1和2中所示的一些实施例，准备的玻璃配料熔制后可产出约1-5千克玻璃。配料通常在1600-1650℃下在铂坩锅中熔制约6-16小时。可使用五氧化二砷作为有效的澄清剂。实际的配料组成部分中可包括任何物质，或者是氧化物或者是化合物，当它们与其他配料组分一起熔制后就会转变成所需适当比例的氧化物。例如，SrCO3和CaCO3能够提供相应的SrO和CaO。
                表1：玻璃的组成及性质
    摩尔％
    1     2     3     4     5
SiO2     60.5     60.5     61.0     61.5     63.0
Al2O3     17.1     17.0     17.0     17.0     16.3
Na2O     9.9     10.0     10.4     10.7     10.3
K2O     4.6     4.5     4.6     4.8     4.6
MgO     2.6     0.0     0.0     0.0     0.0
CaO     5.3     8.0     7.0     6.0     5.8
软化点(℃)     942     923     944     944     955
退火点     701     693     703     699     699
应变点     651     643     652     647     647
CTE(×10- 7/℃)     87     90     91     92     90
密度(克/厘米3)     2.493     2.518     2.502     2.493     2.485
内部液相温度(℃)     1130     1080     1075     1065     1060
液相温度时粘度(MP)     0.30     0.42     0.75     1.2     1.6
200泊温度(℃)     1668     1638     1670     1695     1730
                 表2：玻璃的组成及性质
    摩尔％
    6     7     8     9     10
SiO2     64.5     64.4     63.6     60.8     60.8
Al2O3     15.7     15.6     16.4     17.0     17.0
Na2O     9.9     10.3     10.8     10.2     10.9
K2O     4.4     4.0     4.2     4.6     3.9
MgO     0.0     0.0     0.0     0.0     0.0
CaO     5.6     5.7     5.0     7.5     7.5
软化点(℃)     949     931     949     929     952
退火点     701     691     701     701     703
应变点     650     640     647     652     655
CTE(×10- 7/℃)     88     87     88     87     89
密度(克/厘米3)     2.477     2.485     2.479     2.506     2.509
内部液相温度(℃)     1075     1080     1085     1090     1020
液相温度时粘度(MP)     1.4     1.0     1.4     0.44     2.4
200泊温度(℃)     1770     1760     1770     1659     1656
表1和2列出了一些玻璃工艺常用技术所需测出的玻璃的化学组成和物理性质。使用平行板粘度测量法测定软化点。使用横棒弯曲粘度法测量退火点和应变点使用膨胀测量法在从室温(25℃)加热到300℃的情况下测量CTE。列出的液相温度是可在玻璃样品内观察到晶体的最高温度，这里观察到的晶体是在玻璃熔体内而不是在空气和玻璃或者玻璃和白金之间的界面上。是通过标准方法测得液相温度的，所述方法是将粉碎的玻璃颗粒放入铂舟中，然后将铂舟放入会产生温度梯度的炉中，在足够的温度区域内加热铂舟24小时，此时使用显微镜观察在玻璃内部出现晶体的最高温度。
在表1和2中列出的所有玻璃组合物中，表2中的玻璃组合物10具有最适合的物理性质、液相温度和200泊温度(表示熔融温度)的组合。列出的所有组合物(除表1中的玻璃组合物1外)都具有低于1100℃的液相温度，其液相温度时的粘度都超过400kP，所以适合使用熔融拉制法制成平板玻璃。所列组合物的CTE在87-92×10-7/℃的范围内。通常，CTE在80-95×10-7/℃的范围内。
虽然本发明已经用一些有限量的实施例进行了描述，但是阅读了本说明书的本领域技术人员可以认识到，可设计出不偏离本发明范围的其他实施例。本发明的范围由附带的权利要求书所限定。

Claims (26)

1.一种玻璃组合物，它包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO和0.0-5.0摩尔％MgO+SrO+BaO。
2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物的液相温度为1100℃或更低。
3.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物在液相温度时的粘度至少为105泊。
4.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物在液相温度时的粘度超过4×105泊。
5.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物在25-300℃温度范围内的线性热膨胀系数为80-95×10-7/℃。
6.如权利要求5所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物在25-300℃温度范围内的线性热膨胀系数为87-92×10-7/℃。
7.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物的应变点高于580℃。
8.如权利要求7所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物的应变点至少为640℃。
9.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物还包含至少一种选自B2O3、P2O5、Li2O、Y2O3、La2O3和ZnO的氧化物，其总量不超过5摩尔％。
10.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于Na2O/K2O的摩尔比大约为1.0。
11.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于Na2O与K2O的摩尔比在1.2-3.0的范围内。
12.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物包含60-65摩尔％SiO2、15.5-17.0摩尔％Al2O3、9.5-11.0摩尔％Na2O、3.5-5.5摩尔％K2O、3.5-8.0摩尔％CaO、0.0-2.0摩尔％MgO、0.0-2.0摩尔％SrO、0.0-2.0摩尔％BaO和0.0-3.0摩尔％MgO+SrO+BaO。
13.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物进一步包含至少一种选自B2O3、P2O5、Li2O、Y2O3、La2O3和ZnO的氧化物，其总量不超过3摩尔％。
14.一种玻璃组合物，它包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO和0.0-3.0摩尔％BaO。
15.如权利要求14所述的玻璃组合物，其特征在于MgO+SrO+BaO的总量为0-5摩尔％。
16.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物包含60-65摩尔％SiO2、15.5-17.0摩尔％Al2O3、9.5-11.0摩尔％Na2O、3.5-5.5摩尔％K2O、3.5-8.0摩尔％CaO、0.0-2.0摩尔％MgO、0.0-2.0摩尔％SrO和0.0-2.0摩尔％BaO。
17.如权利要求16所述的玻璃组合物，其特征在于MgO+SrO+BaO的总量为0-3摩尔％。
18.一种玻璃组合物，它包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO和0-5摩尔％MgO+SrO+BaO，所述组合物显示出至少640℃的应变点，且在25-300℃的温度范围内的线性热膨胀系数为80-95×10-7/℃。
19.如权利要求18所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物的液相温度为1100℃或更低。
20.如权利要求18所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物在液相温度的粘度至少为105泊。
21.如权利要求18所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物在液相温度的粘度超过4×105泊。
22.如权利要求18所述的玻璃组合物，其特征在于所述组合物包含60-65摩尔％SiO2、15.5-17.0摩尔％Al2O3、9.5-11.0摩尔％Na2O、3.5-5.5摩尔％K2O、3.5-8.0摩尔％CaO、0.0-2.0摩尔％MgO、0.0-2.0摩尔％SrO、0.0-2.0摩尔％BaO和0.0-3.0摩尔％MgO+SrO+BaO。
23.一种用于电子显示装置的玻璃基材，它包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO和0.0-5.0摩尔％MgO+SrO+BaO。
24.一种用于电子显示装置的玻璃基材，它包括：
透明的平板玻璃，所述透明平板玻璃显示出至少640℃的应变点，在25-300℃的温度范围内的线性热膨胀系数为80-95×10-7/℃，所述玻璃包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO和0.0-5.0摩尔％MgO+SrO+BaO。
25.一种制造用于电子装置的玻璃板的方法，它包括：
使将玻璃配料熔制，所述玻璃配料包含59-66摩尔％SiO2、14.5-18.0摩尔％Al2O3、8.5-12.0摩尔％Na2O、2.5-6.5摩尔％K2O、2.5-9.0摩尔％CaO、0.0-3.0摩尔％MgO、0.0-3.0摩尔％SrO、0.0-3.0摩尔％BaO和0.0-5.0摩尔％MgO+SrO+BaO；
从玻璃熔体拉制成玻璃薄板。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述玻璃薄板使用熔融拉制法拉伸。
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