DE69402991T2

DE69402991T2 - Gläser mit einer höher Liquidus-Viskosität für flache Anzeigevorrichtungen

Info

Publication number: DE69402991T2
Application number: DE69402991T
Authority: DE
Inventors: William Henry Dumbaugh; Josef Chauncey Lapp; Dawne Michelle Moffatt
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1994-01-13
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2014-01-14
Also published as: CA2113505C; TW251276B; DE69402991D1; KR940018330A; JPH06263473A; KR100210494B1; CA2113505A1; MX9400649A; JP3465238B2; US5374595A; EP0607865B1; EP0607865A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat für eine flache Anzeigevorrichtung, die Glaszusammensetzungen mit hohen Viskositäten an ihren Liquidustemperaturen verwendet. Insbesondere betrifft die Erfindung Gläser mit chemischen und physikalischen Eigenschaften, die sie für die Verwendung in flachen Anzeigevorrichtungen besonders geeignet machen.
Flüssigkristallanzeigen (LCD) sind passive Anzeigen, die zur Beleuchtung auf externe Lichtquellen angewiesen sind. Sie werden als segmentierte Anzeigen oder in einer von zwei Grundbauweisen hergestellt. Die Anforderungen an das Substrat (abgesehen davon, daß es transparent sein und den chemischen Bedingungen widerstehen muß, denen es während der Verarbeitung der Anzeige ausgesetzt ist) der beiden Matrixtypen variieren. Der erste Typ wird von der intrinsischen Matrix adressiert und beruht auf den Schwelleneigenschaften des Flüssigkristallmaterials. Der zweite wird von der extrinsischen Matrix oder der aktiven Matrix (AM) adressiert, wobei eine Anordnung von Dioden, Metall-Isolator-Metall- (MIM-) Vorrichtungen oder Dünnfilmtransistoren (TFT) einen elektronischen Schalter für jedes Pixel bereitstellt. Bei beiden Anordnungen bilden zwei Glasplatten die Struktur der Anzeige. Der Abstand zwischen den beiden Platten ist die kritische Spaltbreite in der Größenordnung von 5-10 µm.
Intrinsisch adressierte LCD werden unter Einsatz von Dünnfilmablagerungstechniken bei Temperaturen ≤350ºC, gefolgt von photolithographischer Musterbildung, hergestellt. Daher sind die Substratanforderungen dafür häufig die gleichen wie bei segmentierten Anzeigen. Für die meisten Anforderungen hat sich Natron-Kalk-Silikat-Glas mit einer Sperrschicht als geeignet erwiesen. Eine zusätzliche Substratanforderung an eine Version intrinsisch adressierter LCD mit höherer Leistung, den superverdrillt-nematischen (STN-) Typ, ist die äußerst genaue Ebenheit, damit einheitliche Spaltbreiten erhalten werden. Aufgrund dieser Anforderung müssen die für diese Anzeigen verwendeten Natron-Kalk-Silikat-Gläser poliert werden. Alternativ kann ein von Corning, Incorporated, Corning, New York, als Code 7059 vertriebenes, präzisionsgeformtes Bariumaluminoborosilikatglas ohne Polieren verwendet werden.
Extrinsisch adressierte LCD lassen sich weiter in zwei Kategorien einteilen: d. h. in eine auf MIM-Vorrichtungen oder Vorrichtungen aus amorphem Silizium (a-Si) basierende und eine auf Vorrichtungen aus polykristallinem Silizium (poly-Si) basierende. Die Substratanforderungen an den MIM- oder a-Si-Typ sind ähnlich wie an die STN-Anwendung. Corning-Code-7059-Plattenglas ist aufgrund seines sehr geringen Natriumgehaltes, d. h. weniger als 0,1 Gew.-% Natrium, seiner präzisen Abmessungen und seiner kommerziellen Erhältlichkeit das bevorzugte Substrat. Aus poly-Si hergestellte Vorrichtungen werden jedoch bei höheren Temperaturen verarbeitet, als sie bei a-Si-TFT eingesetzt werden. Das erfordert Substrate mit Gebrauchstemperaturen (die wahrscheinlich 25ºC unter der unteren Entspannungstemperatur des Glases liegen) von 600-800ºC. Die tatsächlich erforderliche Temperatur wird von dem besonderen Verfahren vorgegeben, das zur Herstellung der TFT verwendet wird. TFT mit aufgetragenen Gate-Nichtleitern erfordern 600-650ºC, wohingegen diejenigen mit Thermooxiden etwa 800ºC benötigen. Sowohl bei a-Si- als auch bei poly-Si-Verfahren müssen die anschließenden photolithographischen Muster präzise ausgerichtet sein. Daher muß die thermische Schrumpfung des Substrates gering bleiben. Diese Temperaturen erforderten die Verwendung von Gläsern, die höhere untere Entspannungstemperaturen zeigen als Natron-Kalk-Silikat-Gläser und Corning-Code-7059-Glas, damit die thermische Deformation der Platte während der Verarbeitung vermieden wird. Je niedriger die untere Entspannungstemperatur ist, desto größer ist diese Änderung der Abmessungen. Folglich wurden beträchtliche Forschungen unternommen, um Gläser zu entwickeln, die hohe untere Entspannungstemperaturen zeigen, so daß ihre Verformung während der Verarbeitung der Vorrichtung bei Temperaturen über 600ºC und vorzugsweise über 650ºC minimiert wird.
Das U.S.-Patent Nr. 4824808 (Dumbaugh, Jr.) listet vier Eigenschaften auf, die man für ein Glas als notwendig erachtet, damit es die Anforderungen an ein Substrat für LCD vollständig erfüllt:
Erstens muß daß Glas im wesentlichen frei von absichtlich zugefügtem Alkalimetalloxid sein, um zu vermeiden, daß möglicherweise Alkalimetall aus dem Substrat in die Transistormatrix wandert;
zweitens muß das Glassubstrat ausreichend chemisch beständig sein, damit es den bei dem TFT-Matrixablagerungsverfahren verwendeten Chemikalien widersteht;
drittens muß der Ausdehnungsunterschied zwischen dem Glas und dem in der TFT-Anordnung vorhandenen Silizium relativ gering gehalten werden, sogar wenn die Verarbeitungstemperaturen für die Substrate ansteigen; und
viertens muß das Glas zu niedrigen Kosten in Form qualitativ hochwertiger dünner Platten herstellbar sein, d. h. es darf kein ausgiebiges Schleifen und Polieren erfordern, damit die notwendige Oberflächenglätte gewährleistet ist.
Der letzten Anforderung ist insofern am schwierigsten zu entsprechen als sie ein Glasherstellungsverfahren erfordert, wie das in U.S.-Patent Nr. 3338696 (Dockerty) und U.S.-Patent Nr. 3682609 (Dockerty) beschriebene Überlauf-Abwärtszug-Plattenherstellungsverfahren, mit dem im wesentlichen geglättete Glasplatten hergestellt werden können. Dieses Verfahren erfordert ein Glas mit sehr hoher Viskosität bei der Liquidustemperatur und Langzeitstabilität, z. B. über einen Zeitraum von 30 Tagen, gegen Entglasung bei der Schmelz- und der Formtemperatur.
Das obengenannte Corning-Code-7059-Glas wird gegenwärtig zur Herstellung von LCD eingesetzt. Dieses Glas besteht im wesentlichen, in Gewichtsprozent, aus etwa 50% SiO&sub2;, 15% B&sub2;O&sub3;, 10% Al&sub2;O&sub3; und 24% BaO, ist nominell frei von Alkalimetalloxiden und zeigt einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (25-300ºC) von etwa 46 x 10&supmin;&sup7;/ºC und eine Viskosität bei der Liquidustemperatur über 600000 Poise (6 X 10&sup4; Pa.s). Durch die hohe Liquidustemperatur kann es mit der Überlauf-Abwärtszug- Plattenverarbeitungstechnik zu Platten gezogen werden. Seine relativ niedrige untere Entspannungstemperatur ( 593ºC) ist jedoch nur für die Verarbeitung von a-Si-Vorrichtungen und nicht für poly-Si-Vorrichtungen geeignet.
Die Gläser des obengenannten U.S.-Patentes Nr. 4824808 wurden für die Anforderungen bei der Herstellung von poly-Si- Vorrichtungen einschließlich der Formbarkeit zu Platten mit der Überlauf-Abwärtszug-Plattenverarbeitungstechnik ausgelegt. Sie besitzen lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten von nur etwa 36,5 X 10&supmin;&sup7;/ºC (25-300ºC), d. h. sehr nahe bei dem von Silizium, so daß ein Siliziumchip direkt darauf verschmolzen werden kann. Ihre unteren Entspannungstemperaturen waren jedoch niedriger als 650ºC.
Die Gläser des U.S.-Patentes Nr. 4409337 (Dumbaugh, Jr.) wurden ebenfalls für LCD-Substrate in Betracht gezogen. Man fürchtete aber, daß ihre Langzeitstabilität gegen Entglasung für eine Verwendung bei der Überlauf-Abwärtszug-Plattenverarbeitungstechnik unzureichend ist.
Die Gläser des U.S.-Patentes Nr. 5116787 (Dumbaugh, Jr.) sind im wesentlichen frei von Alkalimetalloxiden und MgO und weisen untere Entspannungstemperaturen von 655ºC und mehr bei Viskositäten beim Liquidus von über 1,5 X 10&sup5; Poise (1,5 X 10&sup4; Pa.s) auf. Obwohl sie für die Verwendung bei der Überlauf-Abwärtszug-Plattenverarbeitungstechnik ausgelegt waren, stellte sich heraus, daß ihre Langzeitstabilität gegen Entglasung marginal war, wenn sie bei dem Verfahren eingesetzt wurden. Während der Herstellung entstand etwas Kristallisation in dem Glas. Auch die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (25- 300ºC) lagen gewöhnlich im Bereich von etwa 40 bis 50 X 10&supmin;&sup7;/ºC, was für das Zusammenpassen mit demjenigen von Silizium ( 35 X 10&supmin;&sup7;/ºC) unerwünscht hoch ist.
Das U.S.-Patent Nr. 5116788 (Dumbaugh, Jr.) offenbart andere Gläser, die hohe untere Entspannungstemperaturen zeigen, d. h. über 675ºC, aber derart vergleichsweise niedrige Viskositäten bei der Liquidustemperatur besitzen, d. h. 20000- 200000 Poise (2000-20000 Pa.s), daß sie bei der Herstellung mit der Überlauf-Abwärtszug-Plattenverarbeitungstechnik entglasen.
Das U.S.-Patent Nr. 5116789 (Dumbaugh, Jr., et al.) beschreibt andere Glaszusammensetzungen, die untere Entspannungstemperaturen über 675ºC zeigen, deren lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten (25-300ºC) aber von 45-62 X 10&supmin;&sup7;/ºC reichen, was zu hoch ist, um bei hoher Temperatur mit dem von Silizium übereinzustimmen.
JP-A-4-160030 (Hoya Corp.) betrifft laut seiner Übersetzung durch den PAJP-Abstract ein Glas für ein Flüssigkristallanzeigensubstrat, von dem gesagt wird, daß es fast den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten hat wie Polysilizium, einen hohen Verformungspunkt, eine gute Beständigkeit gegenüber Fluorwasserstoff- und Salpetersäure, gute Schmelzeigenschaften und Formbarkeit besitzt. Das Glas hat eine Zusammensetzung in Mol-% innerhalb der folgenden Grenzen:
SiO&sub2; 62-68%
B&sub2;O&sub3; 8-12%
Al&sub2;O&sub3; 9-13%
MgO 1-5%
CaO 3-7%
SrO 1-3%
BaO 1-3%
SrO + BaO 2-5%
Von dem Glas wird gesagt, daß es einen mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten von 34-39 X 10&supmin;&sup7;/ºC.cm bei 100 bis 300ºC und einen Verformungspunkt von 630ºC hat.
EP-A-0510543 (Asahi Glass Co. Ltd.) betrifft ein alkalifreies Glas, das im wesentlichen besteht aus:
SiO&sub2; 50-60 Gew.-%
Al&sub2;O&sub3; 8-16 Gew.-%
B&sub2;O&sub3; 4-10 Gew.-%
MgO 1,5-5 Gew.-%
CaO 0-7 Gew.-%
SrO 10-20 Gew.-%
BaO 0-3 Gew.-%
ZnO 0-3 Gew.%
und im wesentlichen frei von Alkalimetalloxiden ist.
Der Gegenstand der Beschreibung ist die Bereitstellung eines Glases mit guter Beständigkeit gegenüber HF und HNO&sub3; und guter chemischer Beständigkeit, das leicht geschmolzen und geformt werden kann, eine hohe untere Entspannungstemperatur und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten hat und mittels eines Schwimmverfahrens geformt werden kann.
JP-A-2-133334 (Central Glass Corp.) betrifft laut seiner Übersetzung durch den PAJP-Abstract ein Glas, von dem gesagt wird, daß es eine bessere Säurebeständigkeit und bessere Schmelzbarkeit sowie Formbarkeit besitzt und als Substrat geeignet ist, auf dem ein dünner Metall- oder Metalloxidfilm gebildet und durch Ätzen mit einem Muster versehen werden kann. Das Glas hat folgende Zusammensetzung:
SiO&sub2; 54-60%
Al&sub2;O&sub3; 10-15%
B&sub2;O&sub3; 6-10%
CaO 8-15%
SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; + B&sub2;O&sub3; 75-80%
BaO 4-10%
ZnO 1-6%
TiO&sub2; and/or ZrO&sub2; 0,3-4%
MgO 0-2%
und enthält praktisch kein Alkalimetalloxid.
Ein kürzlicher Fortschritt in der Flüssigkristalltechnologie, der als "Chip-auf-Glas" (chip-on-glass, COG) bezeichnet wird, hat den Bedarf an einem Substratglas mit einer Wärmeausdehnung ähnlich der von Silizium noch unterstrichen. So waren bei den anfänglichen LCD-Vorrichtungen deren Treiberchips nicht auf dem Substratglas angebracht. Stattdessen waren die Siliziumchips entfernt angebracht und mit dem LCD-Substrat- Schaltkreis mit elastischen oder biegsamen Leitungen verbunden. Mit der Verbesserung der LCD-Vorrichtungstechnologie und mit dem Größerwerden der Vorrichtungen wurden diese biegsamen Befestigungen wegen der Kosten und der unsicheren Verläßlichkeit unakzeptabel. Diese Situation führte zum Filmbonden (Tape Automatic Bonding, TAB) der Siliziumchips. Bei diesem Verfahren wurden die Siliziumchips und die elektrischen Leitungen zu den Chips auf einem Trägerband angebracht, diese Baugruppierung wurde direkt auf dem LCD-Substrat angebracht, und anschließend wurde die Verbindung mit dem LCD-Schaltkreis vervollständigt. Das TAB senkte die Kosten, verbesserte die Verläßlichkeit und erhöhte die erlaubte Leiterdichte auf einen Wert von etwa 200 µm - alles signifikante Faktoren. Bezogen auf diese drei Faktoren liefert COG jedoch eine weitere Verbesserung gegenüber TAB. Mit dem Anstieg der Größe der und der Qualitätsanforderungen an die LCD-Vorrichtungen ist COG für diejenigen Vorrichtungen erforderlich, die von der Verwendung von Siliziumchips mit integrierten Schaltkreisen abhängen. Aus diesem Grund muß das Substratglas einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der nahe bei dem von Silizium liegt, d. h. das Glas muß einen linearen Wärmeausdehnungskoef fizienten (0-300ºC) zwischen 32-46 X 10&supmin;&sup7;/ºC, am stärksten bevorzugt 32-40 X 10&supmin;&sup7;/ºC, aufweisen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Substrat für eine flache Anzeigevorrichtung bereit, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein flaches transparentes Glas mit einer unteren Entspannungstemperatur über 650ºC, einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten über den Temperaturbereich von 0-300ºC zwischen 32-40 X 10&supmin;&sup7;/ºC, einem Gewichtsverlust von weniger als 2 mg/cm² nach Eintauchen für 24 Stunden in eine wäßrige 5 Gew.- %ige HCl-Lösung bei 95ºC umfaßt, wobei das Glas eine für das Überlauf-Abwärtszug-Herstellungsverfahren geeignete Viskosität besitzt und im wesentlichen frei von Alkalimetalloxiden ist und im wesentlichen, ausgedrückt als Mol-% auf Oxidbasis, besteht aus
SiO&sub2; 64-70
Al&sub2;O&sub3; 9,5-14
B&sub2;O&sub3; 5-10
TiO&sub2; 0-5
Ta&sub2;O&sub5; 0-5
Nb&sub2;O&sub5; 0-5
Y&sub2;O&sub3; 0-3
MgO 0-5
CaO 3-13
SrO 0-5,5
BaO 2-7
MgO+CaO+SrO+BaO 10-20
Wegen ihrer schädlichen Wirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der Gläser fehlen am stärksten bevorzugt die Alkalimetalloxide darin vollständig.
Das Glas weist vorzugsweise Liquidustemperaturen von nicht mehr als 1200ºC auf und hat vorzugsweise Liquidusviskositäten über etwa 200000 Poise (20000 Pa.s) . Es zeigt gewöhnlich eine Langzeitstabilität gegen Entglasung bei der Schmelzund der Formtemperatur und Schmelzviskositäten von etwa 200 Poise (20 Pa.s) bei einer Temperatur unter 1675ºC.
Es stellte sich heraus, daß die vorstehend genannten Zusammensetzungsintervalle genau eingehalten werden müssen, damit Gläser mit Eigenschaften gewährleistet sind, die die für LCD-Substratgläser für den Einsatz in poly-Si-Vorrichtungen gewünschten Eigenschaften aufweisen. Zur Veranschaulichung:
Wenn der SiO&sub2;-Gehalt unter 64% liegt, ist die untere Entspannungstemperatur zu niedrig und das Glas hat eine geringe Beständigkeit gegenüber dem Angriff durch Säure. Übersteigt andererseits die SiO&sub2;-Konzentration 70%, ist das Glas bei üblichen Glasschmelztemperaturen schwierig zu schmelzen.
Die Al&sub2;O&sub3;-Menge ist wichtig, damit man eine minimale Liquidustemperatur erhält, d. h. wenn die Al&sub2;O&sub3;-Konzentration unter 9,5% fällt oder 14% übersteigt, kann die Liquidustemperatur 1200ºC übersteigen.
B&sub2;O&sub3; verbessert die Viskositätseigenschaften des Glases, wodurch es leichter zu verarbeiten ist. Liegt die B&sub2;O&sub3;-Menge unter 5%, wird die Liquidustemperatur zu hoch. Bei B&sub2;O&sub3;-Gehalten über 10% geht die Beständigkeit gegenüber dem Angriff durch Säuren verloren und die untere Entspannungstemperatur wird zu niedrig.
Die Erdalkalimetalloxide modifizieren die Schmelz- und die physikalischen Eigenschaften des Glases. Übersteigt ihr Gesamtgehalt jedoch 20%, wird der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient zu hoch. SrO und BaO erhöhen die Wärmeausdehnung mehr als MgO oder CaO, und daher übersteigt jedes einzelne von ihnen 7% nicht. Da CaO die Wärmeausdehnung ebenfalls erhöht, jedoch mit einer langsameren Rate als SrO oder BaO, sollte ihre Gesamtheit 13% nicht übersteigen. MgO scheint in geringen Mengen eine vorteilhafte Wirkung auf die Liquidustemperatur zu haben. Bei Konzentrationen über 5% steigt die Liquidustemperatur aber anscheinend an.
Die Zugabe von TiO&sub2; ist zur Senkung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases geeignet. Das Vorliegen von Ta&sub2;O&sub5; senkt nicht nur den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases, sondern erhöht auch die untere Entspannungstemperatur des Glases und verbessert beträchtlich dessen chemische Beständigkeit. Nb&sub2;O&sub5; und Y&sub2;O&sub3; scheinen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases zu verringern und seine Liquidustemperatur zu senken.
In den bevorzugten Gläsern übersteigt die Menge an Al&sub2;O&sub3; diejenige an B&sub2;O&sub3;, und in den am stärksten bevorzugten Gläsern besteht die Zusammensetzung im wesentlichen, ausgedrückt in Mol-%, aus etwa
SiO&sub2; 65-69
Al&sub2;O&sub3; 10-12
B&sub2;O&sub3; 7-10
TiO&sub2; 0-3
Ta&sub2;O&sub5; 0-3
Nb&sub2;O&sub5; 0-3
Y&sub2;O&sub3; 0-3
MgO 1-5
CaO 3-9
SrO 1-3
BaO 2-5
MgO+CaO+SrO+BaO 11-16 ,
wobei das Verhältnis Al&sub2;O&sub3;:B&sub2;O&sub3; > 1 ist. Die Gläser zeigen einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (0-300ºC) von 32- 40 X 10&supmin;&sup7;/ºC, eine Liquidustemperatur von nicht mehr als 1125ºC und eine Viskosität bei der Liquidustemperatur von mehr als 600000 Poise (60000 Pa.s).
Die Tabelle I zeigt eine Reihe von Glaszusammensetzungen, ausgedrückt als Gewichtsteile auf Oxidbasis, die die erfindungsgemäßen Zusammensetzungsparameter verdeutlichen. Da die Summe der einzelnen Bestandteile insgesamt 100 ist oder sehr nahe daran liegt, können für alle praktischen Zwecke die aufgelisteten Werte so betrachtet werden, als ob sie Gewichtsprozent darstellten. Die tatsächlichen Ansatzinhaltsstoffe können alle Materialien umfassen, entweder Oxide oder andere Verbindungen, die, wenn sie zusammen mit den anderen Ansatzbestandteilen geschmolzen werden, in den richtigen Verhältnissen in die gewünschten Oxide umgewandelt werden. Beispielsweise können SrCO&sub3; und CaCO&sub3; die Quelle von SrO bzw. CaO darstellen.
Die Ansatzinhaltsstoffe wurden compoundiert, gründlich in einem Trommelmischer zusammengemischt, um eine homogene Schmelze zu erhalten, und in Platintiegel gefüllt. Diese wurden mit Deckeln verschlossen und in bei Temperaturen von 1600- 1650ºC betriebene Öfen gestellt. Um die Herstellung von einschluß- und schlierenfreien Gläsern zu gewährleisten, wurde ein Zwei-Schritt-Schmelzverfahren verwendet. Im ersten Schritt wurde der Ansatz etwa 16 Stunden geschmolzen und dann in einem feinen Strahl in ein Wasserbad gegossen. Dieses Verfahren wird im Glasfachgebiet als "Drigaging" bezeichnet. Im zweiten Schritt wurden die feinzerteilten Glaspartikel aus dem Drigaging erneut etwa vier Stunden bei 1600-1650ºC geschmolzen, die Schmelzen in beide Richtungen (mit dem und gegen den Uhrzeigersinn) gerührt, die Schmelzen danach auf Stahlplatten gegossen, um Glasplatten mit Abmessungen von etwa 18 Inch X 6 Inch X 0,5 Inch ( 45,7 X 15,2 X 1,3 cm) herzustellen, und diese Platten unmittelbar in einen bei etwa 730ºC arbeitenden Kühlofen überführt.
Die obige Beschreibung stellt ein Laborschmelzverfahren dar. Man muß jedoch einsehen, daß die erfinderischen Gläser unter Verwendung kommerzieller Glasschmelz- und Formausrüstung für den Großmaßstab geschmolzen und geformt werden können. So sind die Gläser speziell dafür entworfen, daß sie unter Verwendung der Überlauf-Abwärtszug-Plattenverarbeitungstechnik zu dünnen Platten gezogen werden können. Für die hier beschriebenen experimentellen Gläser wurden Arsen und/oder Antimon in Mengen von etwa 0-1% bzw. 0-0,5% zu jedem Ansatz in ihrer bekannten Funktion als Läutermittel gegeben. Der kleine Rückstand in dem Glas hat keine bedeutende Wirkung auf die Glaseigenschaften.
In Tabelle I sind auch Messungen verschiedener chemischer und physikalischer Eigenschaften aufgelistet, die nach im Glasfachgebiet herkömmlichen Techniken an dem Glas bestimmt wurden. So wurden der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient (Exp.) über den Temperaturbereich von 0-300ºC, ausgedrückt als x 10&supmin;&sup7;/ºC, und der Erweichungspunkt (S.P.), die obere (A.P.) und die untere Entspannungstemperatur (St.P.), ausgedrückt als ºC, mittels Faserverlängerung gemessen. Die Beständigkeit (Dur.) in HCl wurde durch Messung des Gewichtsverlusts (mg/cm²) nach Eintauchen in ein Bad aus wäßriger 5 Gew.-%iger HCl bei 95ºC für 24 Stunden bestimmt.
Die Liquidustemperaturen der Gläser wurden mit zwei verschiedenen Verfahren gemessen. Beim Standardliquidusverfahren (Liq.) werden zerkleinerte Glaspartikel in ein Platinschiffchen gefüllt, das Schiffchen wird in einen Ofen mit einem Gradiententemperaturenbereich gestellt, wobei es 24 Stunden in einem geeigneten Temperaturbereich erhitzt wird, und mittels mikroskopischer Begutachtung wird die höchste Temperatur bestimmt, bei der Kristalle im Inneren des Glases erscheinen. Ein zweites Verfahren wird als "Rückschmelz-Liquidus" (Meltback Liquidus, M.Liq.) bezeichnet. Dabei wird eine Glasprobe, die vorkristallisiert wurde, indem sie 24 Stunden in einem Platinschiffchen bei einer Temperatur von 1000ºC gehalten wurde, in dem Schiffchen in einem geeigneten Temperaturbereich in einem Gradientenofen 24 Stunden erhitzt und dann durch mikroskopische Begutachtung die niedrigste Temperatur bestimmt, bei der man im Inneren des Glases keine Kristalle beobachtet. Gewöhnlich unterscheiden sich die mit diesen beiden Techniken gemessenen Liquidustemperaturen um nicht mehr als 50ºC, wobei der "Rückschmelz-Liquidus" üblicherweise höher als die Standardliquidustemperatur ist.
Tabelle IA führt die Glaszusammensetzungen auf, ausgedrückt als Mol-% auf Oxidbasis, wobei der Gehalt der Läutermittel weggelassen wurde, da ihr Vorliegen in dem fertigen Glas gering ist und keine wesentliche Wirkung auf die Gesamteigenschaften des Glases hat. Tabelle I Tabelle I (Fortsetzg.)
*Verunreinigung im BaCO&sub3;-Ansatzmaterial. Nicht absichtlich zugegeben. Tabelle IA
Beispiel 5 veranschaulicht, daß ein Glas mit viel CaO und wenig SiO&sub2; zu hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten führen kann.
Die Tabelle II beschreibt eine zweite Gruppe von Glaszusammensetzungen, die umfassender charakterisiert wurden, wiederum ausgedrückt als Gewichtsteile auf Oxidbasis. Auch hier können die genannten Werte für alle praktischen Zwecke so betrachtet werden, als ob sie Gewichtsprozent wiedergeben, da die Summe der einzelnen Bestandteile insgesamt 100 ist oder nahe an 100 herankommt. Genauso, wie bei den in der Tabelle I aufgeführten Zusammensetzungen, können die tatsächlichen Ansatzinhaltsstoffe alle Materialien, entweder Oxide oder andere Verbindungen, umfassen, die, wenn sie zusammen geschmolzen werden, in den richtigen Anteilen in das gewünschte Oxid umgewandelt werden.
Die Ansatzinhaltsstoffe wurden compoundiert, gemischt, geschmolzen und nach dem oben für die Gläser der Tabelle I beschriebenen Laborverfahren zu Glasplatten geformt.
In der Tabelle II sind auch die Messungen von chemischen und physikalischen Eigenschaften aufgeführt, die zusammen mit zwei zusätzlichen Bestimmungen, die an den Gläsern der Tabelle I nicht vorgenommen wurden, an den verschiedenen Gläsern durchgeführt wurden. Zuerst wurde die Schmelztemperatur [Melt, in ºC] hinzugefügt (die definiert ist als die Temperatur, bei dem die Glasschmelze eine Viskosität von 200 Poise [20 Pa.s] aufweist), die unter Verwendung der den Hochtemperaturviskositätsdaten genügenden Fulcher-Gleichung berechnet wurde. Als zweites wurde die Liquidusviskosität (Visc), die ebenfalls unter Verwendung der Koeffizienten der Fulcher-Gleichung berechnet wurde, ausgedrückt als X 100000 Poise (10000 Pa.s), hinzugefügt. Die aufgeführte Liquidustemperatur wurde nach dem Standardliquidusverfahren (Liq.) bestimmt. Schließlich wurde wie bei den Glaszusammensetzungen der Tabelle I das Glas durch Zugabe von Arsen und/oder Antimon zum Glasansatz geläutert.
Die Tabelle IIA beschreibt die gleichen Glaszusammensetzungen, ausgedrückt als Mol-% auf Oxidbasis, wobei die Konzentration des Läutermittels weggelassen wurde, da dessen geringer Rückstand keine wesentliche Wirkung auf die Gesamteigenschaften des Glases hat. Beispiel Nr. 16 ist eine Labor-Rückschmelze von Beispiel Nr. 6. Tabelle II Tabelle II (Fortsetzg.) Tabelle II (Fortsetzg.) Tabelle II (Fortsetzg.) Tabelle II (Ende) Tabelle IIA Tabelle IIA (Fortsetzg.) Tabelle IIA (Fortsetzg.) Tabelle IIA (Fortsetzg.) Tabelle IIA (Ende)
Die Beispiele 1-5, 7-9, 17, 28-31, 39 und 42 stellen (nicht erfindungsgemäße) "Vergleichsbeispiele" dar.
Die Beispiele 1-5, 7-9, 17, 39 und 42 veranschaulichen Gläser mit linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten über einem Temperaturbereich von 0-300ºC von mehr als 40 X 10&supmin;&sup7;/ºC.
Die Beispiele 28-31 veranschaulichen Gläser mit Zusammensetzungen, die ähnlich den erfindungsgemäßen Bereichen sind, aber ein wenig außerhalb liegen. So sind bei Beispiel 28 die SiO&sub2;- und BaO-Konzentrationen zu hoch, bei Beispiel 29 die SiO&sub2;-Menge niedrig und die MgO-Menge zu hoch, in Beispiel 30 der SiO&sub2;-Gehalt niedrig und bei Beispiel 31 die SiO&sub2;-Menge niedrig und die CaO-Menge zu hoch.
Die Beispiele 16, 21, 22, 25, 26 und 27 stellen die bevorzugten Zusammensetzungen dar, wobei Beispiel 21 wegen seiner Gesamtkombination an chemischen, physikalischen und Schmelzeigenschaften am stärksten bevorzugt ist.

Claims

1. Substrat für eine Flachtafelanzeigenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein flaches, transparentes Glas umfaßt mit einer unteren Entspannungstemperatur über 650ºC, einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten über den Temperaturbereich von 0-300ºC zwischen 32-40 x 10&supmin;&sup7;/ºC, und einem Gewichtsverlust von unter 2 mg/cm² nach Eintauchen in eine wässrige, 5 gewichts%ige HCl-Lösung für 24 Stunden, wobei das Glas eine Viskosität bei der Liquidustemperatur, berechnet durch die Fulcher-Gleichung unter Verwendung einer durch das Standard-Liquidusverfahren bestimmten Liquidustemperatur, von über etwa 60 000 Pa.s (600 000 Poise) aufweist und es im wesentlichen keine Alkalimetalloxide enthält und es im wesentlichen, ausgedrückt in Molprozent auf Oxidbasis, aus

SiO&sub2; 64-70

Al&sub2;O&sub3; 9,5-14

B&sub2;O&sub3; 5-10

TiO&sub2; 0-5

Ta&sub2;O&sub5; 0-5

Nb&sub2;O&sub5; 0-5

Y&sub2;O&sub3; 0-5

MgO 0-5

CaO 3-13

SrO 0-5,5

BaO 2-7

MgO+CaO+SrO+BaO 10-20

besteht.

2. Substrat nach Anspruch 1, wobei das Glas im wesentlichen aus

SiO&sub2; 65-69

Al&sub2;O&sub3; 10-12

B&sub2;O&sub3; 7-10

TiO&sub2; 0-3

Ta&sub2;O&sub5; 0-3

Nb&sub2;O&sub5; 0-3

Y&sub2;O&sub3; 0-3

MgO 1-5

CaO 3-9

SrO 1-3

BaO 2-5

MgO+CaO++SrO+BaO 11-16

besteht, wobei das Verhältnis Al&sub2;O&sub3;:B&sub2;O&sub3;> 1 ist.

3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Liquidustemperatur des Glases nicht über 1200ºC beträgt.

4. Substrat nach Anspruch 2, wobei die Liquidustemperatur des Glases nicht über 1125ºC beträgt.

5. Substrat nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Glas eine Schmelzviskosität von etwa 20 Pa.s (200 Poise) bei einer Temperatur von unter 1675ºC aufweist.

6. Substrat nach einem der Ansprüche 1-5, weiterhin unfassend Siliciumchips, die direkt auf dem Glas unter Verwendung der Chip-auf-Glas-Technologie befestigt sind.

.

7. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Flachtafelanzeigenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, umfassend das Formen des Glases zu einer Schicht durch ein Überfließ-Herstellungsverfahren mit Zug nach unten (overflow-downdraw-Verfahren).