TW209857B - - Google Patents

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    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
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Description

209857 Αβ Α6 Β6 五、發明说明(I ) 3 經浒部屮央標半局工消介合作杜卬製 相關發明: 美國第 號專利發明名稱為平販顯示器礬土矽硼酸 驗土玻瑰亦為本人所發明,該發明偽關於平板顯示器中作 為基板之玻瑰,其使用多晶矽質薄膜電晶導體。其中所掲 示出玻璃應變點溫度高於675C,液化溫度低於1125t:, 具有長期穩定性而不會産生析晶現象,其組成份基本上不 含齡金屬氣化物及氣化鎂並由下列成份所組成,以莫耳百 分比來表示 Si02 63-68 BaO 4.5-10 AI2O3 7.5-11 CaO+SrO+BaO 14-26 CaO 9.5-16 B2O3 1-7 SrO 0-5 美國第 號專利由W.H. Dwmbaugh, Tr.及J.C.Lapp 所發明,其發明名稱為平板顯示器礬土矽酸锶玻璃亦同樣 是關於平板顯示器中作為基Η之玻璃,其使用多晶矽質薄 膜電晶體。其中所掲示出玻璃應點點溫度高於675TC,液 化溫度不高於1325Ί0,其具有長期防止析晶之穩定性,其 液態黏滯傜數大於1.5Χ105泊(poise),以及其紐成份不 含鹸金屬氧化物及氣化鎂,並由下列成份所組成,以奠耳 百分比來表示:
Si〇2 65-75 CaO and/or BaO 0-10 AI2 〇3 6-10 B2O3 0-5 SrO 15-26 [CaO and/or BaO]+B2〇3 0-12 發明背景: 本纸尺度逋用中1國家榫毕(CNS)甲4規格(2丨0x297公处) ί/Γ先間irtt面之注¾事項再蜞寫本页) 209857 A6 __________ B6 五、發明說明(2 ) 經浒部屮央標>!»-局β工消^-合作杜印¾ 玻璃被灌擇作為液晶顳示器中之基板是基於下列理由 :(1)其為透明的;(2)在顯示器生産過程中其能夠承 受許多情況下之化學及物理條件;以及 (3)其能夠以合 理價格製成薄Η狀並同時能夠精確地控制其尺寸。液晶顯 示器為有被動性顯示器,該顯示器霈要外界之光源加以照 明。其能夠被製成為區段式顯示器或為兩個基本陣列型態 中之一。兩種陣列型式之基板要求並不相同。第一種型式 為本質性定址陣列,視液晶材料起始特性決定。第二種型 式為非本質性陣列或動態定址陣列,在其中一陣列之二極 管、金屬-絶線體-金屬組件,或薄膜電晶體(TFT)對每一 圖素提供一個電子開關。不過在兩個型式中,二Η玻璃將 構成顯示器之結構。 本質性定址液晶顯示器製造時採用薄膜沉積,其操作 溫度為S 3501C,接著再以光刻法形成所需要之樣式。由 於處理過程中需要低溫之要求,矽酸鈉鈣玻璃中具有一層 矽石保護層在其中以防止鈉離子之遷移,該玻璃已被廣泛 地被使用作為基板。本質性定址液晶顯示器高性能款式具 有另外一値基板,該基板要求極高度精密之平整性。其霈 要將使用於該顯示器中矽酸納鈣玻璃加以研磨成光滑。S 外,Corning公司编號為17059玻瑰為硼礬土矽酸錤玻璃由 紐約州康寧公司所生産,該玻璃能夠精確地製成片狀而不 需要表面磨光,其係使用Dockerty之美國第3338696號及 Dockerty之美國第3682609號專利所説明之向下熔合管件。 非本質性定址液晶顯示器能夠被區分為兩種:第一種 (請先閱請卄面之注意事項再堪艿本頁) .線· 本紙張尺度適用中0®家«準(CNS)T4規格(210乂297公楚) 209857 A6 B6 五、發明说明(3 ) 為金羼-絶綠體-金屬或非晶質矽(a— Si) 元件;以及第 二種為多晶質矽(P〇iy- si)元件。由多晶質矽所製成之 元件基本上是在較高溫度下製造而高於a — Si薄膜電晶體 使用之製造溫度。這些溫度需要使用玻璃應變點溫度較高 以防止在製造過程時Η狀玻璃之受熱變形。玻璃應變點溫 度較低,其尺寸變化則較大。實際上解決該問題之方法為 形成具有較高之應變點之玻璃使其在溫度為600¾製造過 程時而能使尺寸之變化減為最小。 薄膜電晶體到由玻璃基板納離子移遷之污染為製造過 程中主要受到關切之問題。該問題導致使用一塗層於基板 玻璃上以提供作為一屏蔽層以防止鹼金屬之移遷。 因此本發明目標在於發明出玻璃之組成份而可使用作 為採用poly-si薄膜電晶體液晶顯示器之基板,而玻璃組 成份基本上並無鹺金屬氣化物,而使其在顯示器製造處理 過程中化學性為相當穩定,並使其應變點溫度高於625¾ ,以及最重要的是使其在先前所提及下向融合管件法中精 密形成薄片玻璃時與白金以及高溫度耐火陶瓷材料柑接觸 而能具有長期之穩定性而不會有析晶現象。 發明大要: 如先前所説明,本發明之玻璃必需滿足最重要之要求 為該玻璃於長時間與白金與高溫耐火陶瓷材料接觸時能夠 瞞足防止析晶現象之形成,而在該情況中玻璃具有之黏滞 係數為1〇4 — 1〇6泊(poise)。使用融合管件作玻璃Η之 抽拉並無法使傳統性玻璃物體成型之壓製過程能有非常快 本纸张尺度適用中0S家侪(2丨0乂297公处) 5 (請先Miilf而之注意事項再填茑本页) 經消部屮央標>|1-局β工消·ίΐ·合作杜印製 •線. A6 B6 經浒部屮央標肀局Η工消"合作认卬製 209857 五、發明说明(斗) 速淬火處理。由於非常特殊之處理特性,融熔玻璃需保持 與融熔構件之耐火性組件接觸30天。 在實驗室中評估在現在狀況抽拉片狀玻璃過程中玻璃 析晶情況為非常因難的。使用液態之量測作為第一近似值 。不過實際上由於實驗室所使用之方法,所作的置測並非 真正之液態狀。因此,量測技術包含將被壓碎之玻璃於置 於白金挑料環,該挑料琛再放入一具有溫度梯度之高溫爐 中,該高溫嫌具有一溫度分布而在溫度範圍内,而液態玻 璃將通過而加以放置。在經過24小時後,挑料琿將由髙溫 爐移出並使其冷卻,而後將玻璃移去,並由該玻璃製作出 薄片,並將該細薄片以顯撤鏡加以檢視。能觀測到結晶之 最高溫度需加以置測。該液化溫度下之黏滯傜數提供第一 個推估以決定待殊之玻璃是否接近可接受之程度。 使用向下融合管件法而製造玻璃片之臨界黏滞係數大 約為1一 3X105泊。因此,為較能夠評估使用該方法製造 玻璃之析晶傾向,一 Η固態的玻璃被加熱至高於液化之溫 度,其在與白金或高度耐火陶瓷材料例如礬土、鉻石接觸 時進行,該材料視融合管件材料最適合某一玻璃組成份而 決定。而後融熔玻璃被冷卻至某一黏滯係數而在玻璃形成 之範圍内以及在該溫度下被保持固定7天。該試樣而後再 以目視檢測是杏有結晶之存在。由於本發明玻璃特別件為 使用於向下融合管件法以製成片狀,在液化溫度下該組份 具有之黏滯係數為大於1.5Χ 105泊。 康寧7059玻璃基本上包含25%氧化鋇.10%三氧化二 6 {讣先聞讀卄面之注龙事項再填艿本页 •η" 線. 本纸》尺度適用中國Η家櫺孕(CHS>T4梘格(210x297公处) 20985? A6 B6 五、發明説明(f) 鋁,15%氣化二波及50%二氣化矽,其以氣化物重置百分 比表示,該玻璃應變點溫度為593Ί0及線性熱膨漲係數 ( 25t:〜300XM為46X10-7/T。由於其不含鍊金羼氣化 物以及其使用向下融合管件法製造玻瑰薄片.康寧7059玻 璃已廣泛使用作為非晶質矽組件之基板。為了發明出使用 於多晶質矽組件中,一些研究計劃已開始以開發出一些玻 璃而使其具有高應變點溫度以及其他優於康寧7059玻璃之 特性,例如能夠使其應用於液晶顯示器之基板,而其使用 多晶質矽薄膜電晶醱。 該研究計割産生不含鹼金騰氣化物之玻璃,並由下列 組成份所構成,而其表示的方式為以氣化物契耳百分比來 表示: Si〇2 63-68 BaO 4.5-10 AI2 〇3 7.5-11 CaO+SrO+BaO 14-26 CaO 9.5-16 B2O3 1 SrO 0-5 一項極難得之發現係導致於研究中需要將氣化鎂由玻 璃組成份中加以去除。人們觀察到矽酸鎂在高溫度下由玻 璃中沉澱出,該溫度高於其他結晶狀態,因而會影繼而導 致增加晶體之成長。因此,本發明之玻璃組成份基本上不 含氣化鎂,同樣地不含鹼金屬氣化物,實質上不含鎂之材 料被使用於整批原料組成份中。 一些組成份之濃度是得到最佳液態黏滞偽數及長期最 佳防止析晶現象之主要關鍵。底下將詳細說明。 本纸張尺度適用中BH家《準(CNS)T4規格(210x297公处) 7 {請先W"计面之注意事項再艰-"本页) .¾. 20985? A6 B6 經浒部屮央櫺肀而W工消讣合作杜印災 五、發明說明(厶) 為了要使玻璃逹到柑當高之應變點溫度,二氧化矽含 量至少霈維持在63%,但是當二氣化矽含量超過68%,使 用標準玻璃製造設備在融熔及製造玻璃時,玻璃黏滯偽數 顯得太大。當三氣化二鋁濃度在7.5— 11%範園外時,液 化溫度則顯著地增加,三氣化二硼含量維持在1_ 7% 有 效地降低融化時之黏滯係數,但含量超過7%不利於降低 應變點之溫度。餘土金颶氧化物之總含置必霈至少為14% 以確保得到良好之玻璃融熔性,但是濃度大於26%時則趨 於降低應變點溫度。氣化銪為鹸土金羼氣化物中必需存在 之成份,其能夠降低液化溫度同時又不會嚴重地減小玻璃 之黏滯係數。三氣化二鋁及氣化鋇之含置對保持液化溫度 低於1075C為十分重要的。 優先採用之玻璃組成份基本上由下列成份所構成,64 -66%二氣化矽,8- 10%三氣化二鋁,10— 15%氧化鈣 ,0- 3%氣化锶,4- 8%氣化鋇,18- 24%氣化鈣+氣化 锶+氣化鋇,以及2— 6%之三氣化二硼,其以莫耳百分 比表示。 實際上不可能以數學方式精確地將莫耳百分比變為重 量百分比,下列組成份之含量為本發明之玻璃組成份而以 重量百分比表示
Si〇2 53-60 BaO 11-18 AI2O3 11-16 CaO+SrO+BaO 20-30 CaO 8-15 B2O3 2-6 SrO 0-10 本紙张尺度適用中0國家梂則〔奶)《?14規格(2丨(^297公#) 8 (讣先間技卄面之注专/事峭再堪"本玎) '· :¾. 20985? A6 B6 五、發明說明(7) 先前技術: Adams等人之美國第2110836號專利掲示出之玻璃組成 份以重量百分比表示為:
Si〇2 25-45 AI2 〇3 15-25 R2O 0-2.5 ZnO > =5 CaO 12-27 B2O3 5-12 而氣化鋇存在於某些範例中,其含量高達5.2%。二氣化 矽以及氣化錤含量低於本發明所裔之百分比。 Hanlein等人之美國第2135662號專利説明一種玻璃, 其組成份以重量百分比表示為:
Si〇2 35 CaO 15 AI2 〇3 30 BaO 10 B2〇3 10 其中二氣化矽含量低於本發明之玻璃含量而三氣化二鋁含 量則高於本發明玻璃之含量。 Harrington之美國第3310413號專利之玻璃組成份以 重量百分比表示為: si〇2 53.5-59.5 HgO 0-5.0 AI2O3 13.0-16.5 BaO 5.5-16.5 B2 〇3 4.0-9.0 CaO 8.5-15.0
MgO優先使用之含量為1— 4%以及玻璃具有之液化溫度為 低於1125t。然而該發明之組成份與本發明之組成份含量 有部份重叠,該專利中優先所使用的含有MgO (其存在於 所有之工作範例中,但除了一個例外),而本發明之玻璃 本紙張尺度適用中Η因家標-iMCNS)<F4規格(210x297公处) 9 {认先W"卄面之注意事項再填艿本页) 20985? A6 B6 五、發明說明(f) 最大液化溫度較該專利低501C,其沒有一個工作範例是在 發明組成份之範圍内。 Dumbaugh, Jr.之美國第3496401號專利之玻璃組成份 以重量百分比表示為: Si02 55-70 HgO+CaO+SrO+BaO 10-25 AI2O3 13-25 B2O3 0-10 BaO存在於所提出7個工作範例之3値工作範例中,其 最大含量為7 · 55%。 MgO同樣地存在於三個工作範例中, 最大含量為8.54%。當不含MgO時,亦無一個工作範例是 在本發明之範圍内。 Dumbaugh, Jr之美國第3978362號專利之玻璃組成份 以重量百分比表示為:
Si02 58-63 MgO 0-5 AI2 〇3 13-16 BaO 0-7 CaO 14-21 CaO+HgO+BaO > = 19 其中BaO含量較低以及三氣化二硼最好為不存在。 Thomas之美國第4060423號專利之玻璃組成份以重量 百分比表示為: (靖先間技卄&之注意事項再填"本页) ,ίι* 經浒部屮央標平而巧工消讣合作社卬-" S1O2 55-68 CaO 7-13 AI2 〇3 15-18 BaO 6-16 其中三氣化二硼並不存在。 Danielson等人之美國第4255198號專利之玻璃組成份 比重量百分比表示為: Si〇2 61-65 SrO 6-9 本纸張尺度適用中國國家標iMCNS)T4規tS(210x297公分) -線. 2〇9B5r? A6 B6 五、發明說明(Q )
Al2 〇3 14-17 MgO 0- 5 CaO 8-15 BaO 0- -5 其中三氣化二硼並非玻璃之組成份。 Danielson之美國4302250號專利之玻璃組成份比重量 百分比表示為: S1O2 64-68 SrO 0-4 AI2 〇3 16.5-18,5 BaO 0-5 CaO 11-14 SrO+BaO 2-6· 其中三氣化二硼並提及將不作為玻璃之組成份。 Dumbaugh, Jr.之美國第4394453號專利之玻璃組成份 比以重量百分比表示為: S1O2 60.0+1.5 CaO 11.4+0.8 AI2O3 17.0+1.0 MgO 7.5+0.8 B2O3 5.0+0.8 其中MgO為必需之組成份。 Dumbaugh. Jr.之美國第4409337號專利之玻璃組成份 比重置百分比表示為: 1 1 (U先Mii1rv8之注龙本項再填艿本页) 經浒部屮央標平局β工消介合作杜印製
Si〇2 56-59 CaO 7.5-9.25 AI2 O3 16-17 MgO 5.5-6.25 B2 〇3 4.5-5.25 BaO 5-9 其中MgO為必需之組成份。 Thomas之美國第4441051號專利關於設計為透明囊帶 以作為再生循環齒素燈泡,玻璃組成份為下列所示,並以 重量百分比表示, 本纸张尺度適用中SH家梂準(CNS)>H梘格(;!丨0父297公贷) .緣. 2〇9857 A6 B6 立、發明説明(丨0 )
Si〇2 52-60 CaO 8-12 AI2 〇3 11-17 .B2O3 3-7 BaO 11-16 齡金屬氣化物 0-3 在該專利中並無建議作為液晶顯示器之基板並建謙包含3S 鹼金屬氣化物而直接與本發明不含鹼金屬氣化物之要求相 違背。 Imai之美國第4994415號專利之玻瑰適合使用於液晶 顯示器組件之基板,其由下列組成所構成,並以重量百分 比表示:
Si〇2 55-58 BaO 11-20 AI2O3 8-13 SrO 0-5 B2O3 4-10 ZnO 0.5-7 CaO 4-7 ο ix (請先閱讀1r面之注意事邛再填艿本页) -v'· 勉濟部t央栉屮而0工消兑合作社印製 其中氣化鈣含量低於本發明玻璃所需求之含量以及氣化鋅 為該專利必要之組成份。氣化鋅將削平黏滯偽數與溫度之 曲線,而當增加融熔黏滯係數時會降低玻璃之應變點溫度 ,該情形為不想要發生的。 實施例説明: 表I列出一些玻璃組成份,以氣化物重量百分比表示 ,並顯示出本發明之組成份參數。各個成份之和非常接近 1〇〇,在實際應用上該數字將視為重量百分比。每批原料 構成時能夠包含任何材料,可為氣化物或為其他之化合物 ,當其與其他原料融熔在一起時將轉化為所需要之氣化物 而呈適當之比例。例如磺酸鈣能夠作為氣化鈣之來源以及 本纸Λ尺度適;?]中g Η家標準(CHS) 規怙(210x297公货) 2〇9B5r? Λ 6η ο 經濟部中央標準局印製 五、發明説明(Μ ) 碩酸能作為三氣化二硼之來源。 毎批原料組成份被混合在一起,並加以研磨以有助於 産生均質融熔狀態.並注入至白金鉗鍋中。在放置上鉗鍋 蓋以後,將鉗鍋移入至操作溫度為16001C之高溫饉中並且 將原料熔融歷時16小時。而後,將鉗鍋由高溫爐移出,並 將熔融物澆注在銷板上以形成一玻璃板,該玻璃板尺寸為 30cnxl5anxlai,以及將該玻璃板立即移至操作溫度為 715¾淬火爐中。(範例中示7059,1733及1724之玻璃编號 為康寧公司所推出上市之玻璃)。 雖然上述之說明反應了實驗室之融熔步驟,但必需要 被重視的是本發明玻璃能夠利用大型已商業化熔融及製造 設備而加以熔融以及製造出。而本發明之玻璃利用向下熔 合管件來抽拉出片狀玻璃。雖然在實驗熔融物中並未使用 ,傅統性之淨化劑例如三氣化二砷及三氣化二銻能夠以適 當之比例加入原料中為需要的。 表I亦記載數種物理及化學性質之測量,其測量係依 據傳统之玻璃技術進行。淬火點(A.P.),應變酤(St.P.) ,以及採用挑料環内部液化(Liq.)溫度均被表示為。 同時亦記錄在25- 3001C溫度範圍内之線性熱膨漲偽數 (Exp.)並被表示為X 1〇-7/10,密度(Den.)表示為 g/c.c.,以及玻璃在液化溫度之黏滯係數(Vis.)表示單 位為泊。最後評估抗酸性是利用將其浸入操作溫度為95*0 重量比為5% HC1水溶液中24小時後量測重量損失(W.L.) 表示單位為毫克/平方公分。 (請先閲讀背而之注意事項再艰寫木頁) 裝* 線, 甲 4(210X297公澄) 14 Λ (i Π 6
五、發明説明(丨>) 表Π記錄了表I中玻璃之組成份並以契耳百分比表示。 表I 7059 1 1733 1724 2 3 4
Si02 ΑΙ2Ο3 Β2 Ο3 CaO SrO BaO MgO A.P. St.P. Liq. Exp, Den. Vis. W.L. 1 50.0 10.0 15.0 25·0 9 3 3 0 6 6 6 2 9 2 4 7 0 1 6 5 9 · 1 2 X 8 57.0 56.8 58. 32 15.2 16.4 15· 1 12.4 4.7 1. 98 3.9 7.8 11. 6 3.6 -- — 5.2 8.0 13. 0 1.4 5.8 — 695 721 738 640 674 690 1041 1100 1060 36.5 44 50. 7 2.49 2.64 2. 72 1〇6 140000 — 4 0.25 0· 09 18 8 3 3 7 ^^ *····· I 7 4 3 10 2 _ 5 1 1 1 717 671 1065 48.9 2.70 4700000.1 6 56.0 14.5 5.711.1 0.3 12.4 705 658 1001 48.5 2.69 1.3xl〇6 0.2 (請先閲讀背而之注意亨項再艰寫本页) 7
SiOz AI2O3 B2 O3 CaO SrO BaO A.P. St.P. Liq. Exp. Den. Vis. W,L. 8 12 31422369196 • ··♦··0 5 ο· 7 4459067609 · 5 1 1 14 2 6 9 95611570670 8 ......2 8 1 · 7 7431027607 · 5 1 1 1 14 2 9 10 11 12 55.112.6 5.47 9.970.21 16.3 700 655 1131 51.4 2.77 5 9 5 15 4 8 3 9 ♦····· Λν 4 4 5 8 2 6 7 5 1 1 664 1021 49.4 2.75 87711432106 ••••••172·· 6452007609 5 1 1 1 14 2 6 0.26 0.05 0.18 0.25 ο 4 2 6 9 9 0 9 0561150812600 ......2 7 ο · · ο . 7441027608260 5 1 1 1 14 2 經濟部中央標準局印製 甲 4(21 Οχ 297公 209857 A6 B6 五、發明説明(丨$ 5
表II 4 7059 1 1733 2 1724 3
SiOz AI2O3 B2 〇3 CaO SrO BaO MgO 1X 3 0 1 3 8 6 6 1 12.5 15 5 5 0 4 3 9 4 4 4 5 0 2 4 2 2 2 6 11 62.8 10.7 4.6 9.22 6 5 3 9 3 «··♦ 7 0 14 6 1 1 66.310.1 3.85 14.0 16 0 9 6 8 ···· 5 9 5 3 6 1 6 2 4 2 3 9 5.88 5.77 5.66 7 8 9 ο 1
020000 i 1 2ara s A B c s B 03 2 5 5 3 9 9 6 8 16 4 9 5 10 7 6 1 8 5 3 6 9 8 6 7 16 6 9 3 3 0 5 6 1 2 7 5 6 15 ·····♦ 5 8 5 2 0 7 ό 1 4 1 11 8 4 4 8 6 7 9 5 4 9 5 0 17 6 1 8 5 3 6 9 8 6 7 16 2 ...... 1 5 9 4 3 0 5 6 1 0 6 9 5 9 9 6 8 0 6 1 ······ 1 4 9 5 4 0 4 6 1 範例6及12被視為最優先使用之玻璃。 本發明已經詳細說明使用本發明之玻瑱作為液晶顯示 器之基板,而亦將為人所瞭解的是本發明玻璃能夠被使用 於其他平板顯示器組件中,例如使用於電發光顯示器及等 離子顯示器中。 本纸張尺度適用中西因家標i'MCNS) TM規格(210x297公处)

Claims (1)

  1. 公告本
    Λ7 B7 C7 D7 六、中功4利範0〇 ......災… 1. 一種平板顯示器,該顯示器包含使用多晶質矽薄膜電 晶鱧之玻璃基板.其中所提及玻璃具有之應變點溫度 高於625°c,液化溫度低於1075T,具有長期穩定性 以防止其與白金及高溫耐火材料相接觸畤産生析晶現 象,液化黏滞偽數大於1.5X 105泊,以及不含鹼金屬 氣化物及氣化錢,其以氣化物冥S百分比表示之組成 份為 Si〇2 63-68 BaO 4.5-10 AI2O3 7 . 5-11 CaO+SrO+BaO 14-26 CaO 9.5-16 B2O3 1-7 SrO 0-5 2·依據申請專利範圍第1項之平板顯示器,其中所提及 玻璃組成份為 S i〇2 64-66 BsO 4.5-8 AI2O3 8-10 CaO+SrO+BaO 18-24 CaO 10-15 B2〇3 2-6 SrO 0-3 經浒部屮央掠準局25工讷«-合作社.1-!,51 .¾.
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