TWI452025B

TWI452025B - 硼鋁矽酸鹽玻璃

Info

Publication number: TWI452025B
Application number: TW098117921A
Authority: TW
Inventors: Adam James Ellison
Original assignee: Corning Inc
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2014-09-11
Also published as: EP2128101B1; KR101431846B1; EP2128101A1; RU2010154445A; US8598055B2; JP2015120637A; JP5883166B2; JP2009286689A; JP5684463B2; KR20090125003A; USRE46337E1; TW201004887A; CN101591141A; US20090294773A1; CN101591141B

Description

硼鋁矽酸鹽玻璃

本發明一般係關於玻璃，特別是關於硼鋁矽酸鹽玻璃以及製造以及使用該玻璃之方法。

顯示器廣泛地可分類為兩種：發射性(例如陰極射線管(CRT)以及電漿顯示板(PDP))或非發射性。後者系列屬於依靠外部光源之液晶顯示器(LCD)，該顯示器只作為光線調變器。在液晶顯示器情況中，該外部光源可為外界光線(使用於反射性顯示器)或靈敏的光源(例如可發現於直接觀看之顯示器)。

液晶顯示器依靠液晶(LC)材料之三種固有特性以調變光線。第一為液晶材料促使偏極光線光學旋轉之能力。第二為該旋轉依據液晶之機械指向。以及第三液晶藉由施加外部電場產生機械性指向之能力。

在製造單純扭轉向列液晶顯示器中，兩個基板圍繞著一層液晶材料。在已知為正常白色型式顯示器中，施加對準層於基板內側表面上使液晶導引器產生90度旋轉。此表示進入液晶格一個面之線性偏極光線的偏極性將被液晶材料旋轉90度。彼此相對旋轉90度之偏極薄膜放置於基板外側表面上。

由於進入偏極薄膜之光線變為線性偏極。通過液晶格之光線偏極旋轉90度以及能夠通過第二偏極薄膜離開。橫越液晶層施加電場使液晶導引器對準該電場，中斷旋轉光線之能力。通過該液晶格之線性偏極光線並不會使其偏極性旋轉以及因而被第二偏極薄膜阻隔。因而，最為簡單認知中，液晶材料變為光閥，其能夠使光線透射或阻隔之能力可藉由施加電場加以控制。

上述說明屬於液晶顯示器中單一圖素之操作。高資訊型式顯示器需要組裝數百萬個該圖素，在業界中其稱為次圖素，為陣列格式。定址全部這些次圖素，即對全部這些次圖素施加電場，同時使定址速度最大化以及使串音為最小化存在多項挑戰。一項定址次圖素之優先方式為利用位於每一次圖素處之薄膜電晶體控制電場，其將形成主動陣列液晶顯示器裝置(AMLCD)之基礎。

製造這些顯示器為非常複雜，以及當製造具有最佳性能之顯示器時基板玻璃之特性非常地重要。我們已說明一些適當的基板玻璃於Kohli之美國專利編號6,060,168，Chacon等人之美國專利編號6,319,867，6,831,029以及Kohli之美國專利編號RE38,959。然而，對於主動式陣列液晶顯示器裝置(AMLCD)和其他平板顯示器中所使用之基板玻璃的需求仍然持續存在，目前發明有一部分是用來滿足此需求。

對於LCD顯示器，特別是那些由高溫處理例如多晶矽技術所製造之顯示器的玻璃基板，一個技術性的問題是在接受高溫處理步驟之後玻璃基板的密度改變(密實作用或熱穩定性)問題。玻璃薄片的密實作用可能會使得建立在基板表面上之半導體零件缺乏對準，因此造成較低品質或有缺陷的顯示器。玻璃薄片的熱穩定性，決定於玻璃組成和它們的熱歷程。雖然經過嚴格退火的玻璃薄片，在下游處理中產生的密實作用較少，然而要獲得這種熱動力穩定的玻璃薄片很困難，而且由於需要二次加熱處理，及/或低的生產速率，因此製造處理的成本會過高。人們已經發現玻璃材料的退火點跟玻璃薄片的熱穩定性有相關性。對由特定熱處理所製造的玻璃薄片來說，玻璃材料的退火點越高，由其所製造之玻璃薄片的密實作用越少。

本發明解決上述所說明各項問題。

本發明係關於不含鹼金屬之玻璃，其液相線黏滯係數為大於或等於約90000泊，該玻璃包含SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO以及SrO，以氧化物為基準的莫耳百分比滿足：64≦SiO₂ ≦68.2；11≦Al₂ O₃ ≦13.5；5≦B₂ O₃ ≦9；2≦MgO≦9；3≦CaO≦9；以及1≦SrO≦5。

本發明這些以及其他特性以及實施例將完全地顯示以及說明於下列附圖以及詳細說明中。

圖1為曲線圖，其顯示出具有一個退火點範圍之玻璃在450℃距離1小時後的密實。

圖2為曲線圖，其顯示出依據本發明系列玻璃預測SiO₂ 含量與量測SiO₂ 含量。

圖3為曲線圖，其顯示出依據本發明系列玻璃預測MgO含量與量測MgO含量。

圖4為本發明各種玻璃之熔融溫度曲線圖為SiO₂ 含量之函數。

在目前組成份、物體、裝置以及方法被揭示出以及加以說明之前，人們瞭解本發明並不受限於所揭示特定組成份、物體、裝置以及方法，除非另有說明，當然這些能夠加以變化。人們亦瞭解在此所使用名詞只作為說明特定項目以及並不預期作為限制。

整個說明說明書及申請專利範圍中所使用"包含"以及其他形式之名詞係指包括但是並不限制，以及並不表示排除其他任何元件。

說明說明書及申請專利範圍中所使用單數形式之冠詞"一"以及"該"亦包含複數之含意，除非另有清楚地表示。例如"澄清劑"包含該兩種或多種該澄清劑；所謂"玻璃形成劑"包含該兩種或多種該玻璃形成劑等。

"選擇性"或"選擇性地"係指所說明事件或情況會發生或不會發生，以及事件或情況會發生或不會發生之實例。例如，所謂"選擇性替代成份"係指成份可或不可加以替代以及說明包含本發明未替代及替代情況。

當數值以近似值表示例如使用前置詞"大約"例如大約特定數值時，人們了解特定數值形成本發明另一項。範圍能夠以"大約"為一個特定數值及/或至"大約"另一特定值表示。當以該範圍表示時，另一項分別地包含由一個特定數值及/或至另一特定數值，"小於特定數值"，以及"特定數值或大於"。人們更進一步瞭解每一範圍之每一端點值表示與另一端點關係以及不受另一端點支配兩種意義，範圍並不包含下限端點情況中，下限端點為零以及包含零。

除非特別說明，否則一成分的%重量比是以包含此成分之配方或組成的總重量為基準。同樣的，除非特別說明，否則一成分的莫耳百分比是以包含此成分之配方或組成的總莫耳數為基準。

如先前所說明，本發明係關於不含鹼金屬之玻璃，該玻璃包含SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO以及SrO，以及玻璃能夠更進一步包含多種其他成份。選擇SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO以及SrO，以及其他成份(如果含有)使得以氧化物為基準所計算的莫耳百分比為：64-68.2 SiO₂ ；11-13.5 Al₂ O₃ ；5-9 B₂ O₃ ；2-9 MgO；3-9 CaO；以及1-5 SrO。

這裡使用的"不含鹼金屬"意指此玻璃(i)大體上不含有意加入的鹼金屬氧化物以避免由於鹼技術離子從玻璃擴散到薄膜電晶體(TFT)的矽中，而對TFT的效能造成負面影響的可能性；(ii)總共包含小於大約0.1%莫耳比的鹼金屬氧化物；或(iii)兩者。

在特定實施例中，玻璃以氧化物莫耳百分比表示包含64-68 SiO₂ 。在特定實施例中，玻璃以氧化物莫耳百分比表示包含11.3-13.5 Al₂ O₃ 。

在特定實施例中，玻璃滿足下列關係：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45；0.67≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.92；以及0.45≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95。

例如，在特定實施例中滿足上面所提之當前需求的玻璃，進一步具有小於等於約1200℃的液相線溫度，和小於等於約1620℃的熔融溫度。

例如，在特定實施例中玻璃滿足上面第一式子1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45。在特定實施例中，玻璃滿足上面第二式子(0.67≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.92)。在特定實施例中，玻璃滿足上面第三式子(0.45≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95。在特定實施例中，玻璃滿足上面兩個或多個式子。在特定實施例中，玻璃滿足上面全部式子。更進一步說明，在特定實施例中，玻璃滿足下面所有三個式子：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.3；0.72≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.9；以及0.55≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95，例如玻璃滿足下面所有三個式子：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.3；0.72≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.9；以及0.8≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95。

本發明玻璃(例如任何上述所說明玻璃)能夠更進一步包含各種其他成份。

例如，本發明的玻璃可以進一步包含SnO₂ 、Fe₂ O₃ 、CeO₂ 、As₂ O₃ 、Sb₂ O₃ 、Cl、Br或其組合。這些材料可以加入作為澄清劑(例如，用來協助從製造玻璃所使用的熔融配料材料中除去氣體雜質)及/或其他目的。在特定實施例中，本發明的玻璃(例如上述所說明任何玻璃)進一步包含SnO₂ (例如以氧化物為基準所計算的莫耳百分比為0.02-0.3 SnO₂ 等)和Fe₂ O₃ (例如以氧化物為基準所計算的莫耳百分比為0.005-0.08 Fe₂ O₃ ，0.01-0.08 Fe₂ O₃ 等)。作為說明，在特定實施例中本發明不含鹼金屬之玻璃更進一步包含SnO₂ 以及Fe₂ O₃ ，其中以氧化物為基準的莫耳百分比為：0.02≦SnO₂ ≦0.3；以及0.005≦Fe₂ O₃ ≦0.08。

在特定實施例中，本發明的玻璃包含小於0.05重量%(例如，小於0.04%，小於0.03%，小於0.02%，小於0.01%等)的Sb₂ O₃ 、As₂ O₃ 或它們的組合。在特定實施例中，本發明的玻璃進一步包含SnO₂ 、Fe₂ O₃ 、CeO₂ 、Cl、Br或其組合，且包含小於0.05重量%(例如，小於0.04%，小於0.03%，小於0.02%，小於0.01%等)的Sb₂ O₃ 、As₂ O₃ 或它們的組合。在特定實施例中，本發明玻璃更進一步包含SnO₂ 以及Fe₂ O₃ 以及包含小於0.05重量%(例如，小於0.04%，小於0.03%，小於0.02%，小於0.01%等)的Sb₂ O₃ ，As₂ O₃ ，或其組合。在特定實施例中，本發明不含鹼金屬之玻璃包含SnO₂ 以及Fe₂ O₃ ，其中以氧化物為計算基準莫耳百分比表示滿足：0.02≦SnO₂ ≦0.3；以及0.005≦Fe₂ O₃ ≦0.08，以及包含小於0.05重量%(例如，小於0.04%，小於0.03%，小於0.02%，小於0.01%等)的Sb₂ O₃ 、As₂ O₃ 或其組合。

本發明玻璃(例如任何上述所說明玻璃)能夠包含F、Cl或Br，例如玻璃更進一步包含Cl及/或Br為澄清劑。例如，玻璃能夠包含F、Cl及/或Br，其中以莫耳百分比計算： F+Cl+Br≦0.4，例如F+Cl+Br≦0.3，F+Cl+Br≦0.2，F+Cl+Br≦0.1，0.001≦F+Cl+Br≦0.4，及/或0.005≦F+Cl+Br≦0.4。作為說明，在特定實施例中玻璃更進一步包含SnO₂ 以及Fe₂ O₃ 以及附加上F、Cl及/或Br，使得以氧化物為基準所計算的莫耳百分比為：0.02≦SnO₂ ≦0.3，0.005≦Fe₂ O₃ ≦0.08，以及F+Cl+Br≦0.4；以及在特定實施例中玻璃更進一步包含SnO₂ 以及Fe₂ O₃ ，以及附加上Sb₂ O₃ 、As₂ O₃ 、F、Cl及/或Br，使得以氧化物為基準所計算的莫耳百分比為：0.02≦SnO₂ ≦0.3，0.005≦Fe₂ O₃ ≦0.08，以及F+Cl+Br≦0.4，以及使得玻璃包含小於0.05重量%(例如，小於0.04%，小於0.03%，小於0.02%，小於0.01%，等)的Sb₂ O₃ ，As₂ O₃ ，或其組合。

使用SnO₂ 、Fe₂ O₃ 、CeO₂ 、As₂ O₃ 、Sb₂ O₃ 、Cl、Br或其組合作為澄清劑，對於製造某些應用的玻璃例如製造作為平板顯示器的基板來說特別有用。如上面所提的，加入澄清劑可以協助從製造玻璃所使用的熔融配料材料中除去氣體雜質，因此可以製造大體上無-缺陷的玻璃。舉例來說，鐵/錫澄清可以單獨使用，或者如果想要的話可以結合其他澄清技術。例如，鐵/錫澄清可以結合鹵化物淨化例如溴化物澄清。然而，鹵化物澄清從減少污染的觀點來看有其挑戰性，而且鹵化物會跟鐵複合，使產生的玻璃沒有最佳的透射特性。其他可能的組合包括非限制性鐵/錫澄清加硫酸鹽，硫化物，氧化鈰，機械起泡，及/或真空澄清。然而，這些澄清技術可能需要最佳化，例如玻璃的硫含量要受到控制以避免產生包含SO₂ 或SO₃ 的氣體缺陷；而使用過量的鐵或其他過渡金屬澄清劑可能會給玻璃帶來不想要的顏色。

本發明的玻璃可以進一步包含BaO。在特定實施例中，本發明的玻璃包含小於1000重量ppm(百萬分之一)的BaO。

如上面所提的，本發明的玻璃是"不含鹼金屬"的。同時如上面所提的，本發明不含鹼金屬之玻璃可以包含鹼金屬氧化物(例如Li₂ O、Na₂ O、K₂ O等)，只要此玻璃(i)基本上不含有意加入的鹼金屬氧化物；(ii)總共包含小於大約0.1莫耳%的鹼金屬氧化物；或(iii)兩者。例如，當玻璃用來作為薄膜電晶體(TFT)基板時，故意加入的鹼金屬氧化物通常是不受歡迎的，因為它們對TFT的效能會有負面影響。在特定實施例中，本發明不含鹼金屬之玻璃包含有意加入的鹼金屬氧化物，但是其含量使不含鹼金屬之玻璃所包含小於1000重量ppm(例如小於700ppm，小於500ppm，小於200ppm，小於100ppm，小於50ppm等)的鹼金屬氧化物(例如Li₂ O、Na₂ O以及K₂ O為小於1000重量ppm)。在特定實施例中，本發明的不含鹼金屬之玻璃不包含有意加入的鹼金屬氧化物，而不含鹼金屬之玻璃總共包含小於大約0.1莫耳%的鹼金屬氧化物。

本發明的玻璃可能進一步包含污染就像在市售玻璃中通常會發現的一樣。此外，或選擇性的，還可以加入各種其他氧化物(例如，TiO₂ 、MnO、ZnO、Nb₂ O₅ 、MoO₃ 、Ta₂ O₅ 、WO₃ 、ZrO₂ 、Y₂ O₃ 、La₂ O₃ 等)，只要它們的加入不會讓組成超過上面所提的範圍。當本發明的玻璃進一步包含這些其他氧化物時，每一種這些其他氧化物的含量通常不超過1莫耳 %，而它們的總結合濃度通常小於等於5莫耳%，不過有時候也可以使用較高的含量，只要所使用的含量不會讓組成超出上面所提的範圍。此項發明的玻璃也可能包含各種伴隨配料材料，及/或由用來製造玻璃的熔融，澄清，及/或成形設備引進玻璃中的污染(例如，ZrO₂ )。

如上述所提及，在特定實施例中玻璃滿足一個或多個下列式子：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45；1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.3；0.67≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.92；0.72≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.9；0.45≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95；0.55≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95；以及0.8≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95。

不管玻璃是否滿足零個、一個、兩個、三個或更多前面的式子，而且不管玻璃是否包含零個、一個、或更多個其他的成分(例如上述所說明)，能夠選擇SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO、SrO以及其他成份(如果有)使得以氧化物為基準的莫耳百分比為：-0.3≦SiO₂ -[SiO₂ ]_pred ≦0.3以及-0.3≦MgO-[MgO]_pred ≦0.3，其中[SiO₂ ]_pred =[87.57-6.06×MgO/B_o +66.54×R_o -80.61×S_o ]×B_o [MgO]_pred =[1.29+12.94×R_o -14.4×S_o ]×B_o 以及其中R_o =(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ S_o =(CaO+SrO)/Al₂ O₃ B_o =1-B₂ O₃ /100。

額外地或替代地，能夠選擇SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、 MgO、CaO、SrO以及其他成份(假如有)，使得：0.45≦CaO/(CaO+SrO)≦0.8；64≦SiO₂ ≦68；11.3≦Al₂ O₃ ≦13.5；0.02≦SnO₂ ≦0.3；0.005≦Fe₂ O₃ ≦0.08；F+Cl+Br≦0.4；及/或玻璃包含小於0.05重量%(例如小於0.04%，小於0.03%，小於0.02%，小於0.01%等)的Sb₂ O₃ 、As₂ O₃ 或其組合。

如上述所提及，本發明包含5-9 B₂ O₃ 。該玻璃範例以氧化物為計算基準莫耳百分比表示包含：5-8.8 B₂ O₃ ，5-8.5 B₂ O₃ ，5-8.2 B₂ O₃ ，及/或5-8 B₂ O₃ 。

如上述所提及，本發明包含2-9 MgO。該玻璃範例以氧化物為計算基準莫耳百分比表示包含：2-8 MgO，2-7 MgO，2-6 MgO，2.5-9 MgO，2.5-8 MgO，2.5-7 MgO，及/或2.5-6 MgO。

如上述所提及，本發明包含1-5 SrO。該玻璃範例以氧化物為計算基準莫耳百分比表示包含：1-4.5 SrO，1-4 SrO，1-3.5 SrO，1.5-5 SrO，1.5-4.5 SrO，1.5-4 SrO，1.5-3.5 SrO，2.5-3.5 SrO，及/或2.5-5 SrO。

在特定實施例中，選擇SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO、SrO以及其他成份(如果有)，使得以氧化物為基準所計算的莫耳百分比之：64-68.2 SiO₂ ，11-13.5 Al₂ O₃ ，5-9 B₂ O₃ ，2-9 MgO，3-9 CaO，以及1-3.5 SrO包含於玻璃中。

在特定實施例中，選擇SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO、SrO以及其他成份(如果有)，使得以氧化物為基準所計算的莫耳百分比之：64-68.2 SiO₂ 、11-13.5 Al₂ O₃ 、5-9 B₂ O₃ 、2.5-6 MgO、3-9 CaO以及1-5 SrO包含於玻璃中。

在特定實施例中，選擇SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO、SrO以及其他成份(如果有)，使得以氧化物為基準所計算的莫耳百分比之：64-68.2 SiO₂ 、11-13.5 Al₂ O₃ 、5-8 B₂ O₃ 、2-9 MgO、3-9 CaO以及1-5 SrO包含於玻璃中。

在特定實施例中，選擇SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO、SrO以及其他成份(如果有)，使得以氧化物為基準所計算的莫耳百分比之：64-68.2 SiO₂ 、11-13.5 Al₂ O₃ 、5-8 B₂ O₃ 、2.5-6 MgO、3-9 CaO以及1-3.5 SrO包含於玻璃中。

在特定實施例中，本發明玻璃之密度小於約2.6g/cm³ ，例如密度小於2.6g/cm³ ，密度小於約2.56g/cm³ ，密度小於2.56g/cm³ ，密度為約2.4g/cm³ 至約2.6g/cm³ ，密度為2.4g/cm³ 至2.6g/cm³ ，密度為大約2.45g/cm³ 至約2.6g/cm³ ，密度為2.45g/cm³ 至2.6g/cm³ 等。

在特定實施例中，本發明玻璃之液相線溫度低於或等於1200℃，例如液相線溫度低於或等於1190℃，液相線溫度低於或等於1180℃，液相線溫度低於或等於1170℃，液相線溫度低於或等於1160℃，液相線溫度低於或等於1150℃，液相線溫度低於或等於1140℃，液相線溫度低於或等於1130℃，液相線溫度低於或等於1120℃，液相線溫度低於或等於1110℃，液相線溫度低於或等於1100℃等。

如上述所提及，本發明玻璃之液相線黏滯係數為大於或等於約90,000泊。列舉性地，在特定實施例中本發明玻璃之液相線黏滯係數為大於或等於90,000泊，例如為大於或等於約100,000泊，大於或等於100,000泊，大於或等於約 110,000泊，大於或等於110,000泊，大於或等於約120,000泊，大於或等於120,000泊，大於或等於約130,000泊，大於或等於130,000泊，大於或等於約140,000泊，大於或等於140,000泊，大於或等於約150,000泊，大於或等於150,000泊，大於或等於約160,000泊，大於或等於160,000泊，大於或等於約170,000泊，大於或等於170,000泊，大於或等於約180,000泊，大於或等於180,000泊等。

在特定實施例中，本發明玻璃在0℃至300℃溫度範圍內之熱膨脹係數小於或等於約40×10^-7 /℃；例如小於或等於40×10^-7 /℃；小於或等於約39×10^-7 /℃；小於或等於39×10^-7 /℃；小於或等於約38×10^-7 /℃；小於或等於38×10^-7 /℃；小於或等於約37×10^-7 /℃；小於或等於37×10^-7 /℃；小於或等於約36×10^-7 /℃；小於或等於36×10^-7 /℃；由大約33×10^-7 /℃至大約40×10^-7 /℃；由33×10^-7 /℃至40×10^-7 /℃；由大約33×10^-7 /℃至大約36×10^-7 /℃；由33×10^-7 /℃至36×10^-7 /℃等。

在特定實施例中，本發明玻璃應變點為大於或等於約680℃，例如大於或等於680℃，大於或等於約685℃，大於或等於685℃，大於或等於約690℃，大於或等於690℃等。

在特定實施例中，本發明玻璃退火點為大於或等於約725℃，例如大於或等於725℃，大於或等於約730℃，大於或等於730℃，大於或等於約735℃，大於或等於735℃，大於或等於約745℃，大於或等於745℃，由大約725℃至大約760℃，由725℃至760℃，由大約735℃至大約760℃，由735℃至760℃等。

在特定實施例中，本發明玻璃熔融溫度小於等於約1620℃，例如小於或等於1620℃，小於或等於約1615℃，小於或等於1615℃，小於或等於約1610℃，小於或等於1610℃等。

在特定實施例中，本發明玻璃具有比模數為大於或等於約30.5GPa．cc/g，例如大於或等於30.5GPa．cc/g，大於或等於約31.5GPa．cc/g，例如大於或等於31.5GPa．cc/g等。

玻璃能夠製造為各種玻璃形狀，例如玻璃板(例如玻璃板厚度約為30微米至大約2mm，例如由30微米至2mm，由大約100微米至大約1mm，由10微米至1mm等)。

包含在本發明玻璃中之各種氧化物的來源並不特別重要。配料成分可以包含細沙、氧化鋁、硼酸、氧化鎂、石灰岩、碳酸鍶、硝酸鍶、氧化錫等等。

例如，SiO₂ 通常以阿爾發(alpha)石英碎沙的形式來加入，可以藉由散沙沈積，或是從沙岩或石英岩中開採。雖然這些可以在市面上便宜買到，但是也可以部分或全部由其他結晶或非晶質形式的SiO₂ 來替代，而對熔融行為不會造成太大的影響。因為熔融的SiO₂ 非常黏，而且緩慢溶入不含鹼金屬之玻璃中，因此將沙碾碎使它至少有85%可以通過美國篩孔尺寸100相當於大約150微米的篩孔尺寸通常是有利的。在製造上，可以透過配料轉移處理或空調儀器以避免處罰；而為了避免健康危害，所除去的碎沙比例最好越少越好。

礬土通常使用作為Al₂ O₃ 之來源。

硼酸通常使用作為B₂ O₃ 之來源。

除了玻璃形成劑(SiO₂ ，Al₂ O₃ ，及B₂ O₃ )，本發明之玻璃亦包含MgO、CaO以及SrO。如業界所知，鹼土金屬通常以氧化物(特別是MgO)，碳酸鹽(CaO及SrO)，硝酸鹽(CaO及SrO)，及/或氫氧化物(MgO、CaO及SrO)加入。在MgO及CaO情況中，能夠使用作為原料之天然材料包含白雲石(Ca_x .Mg_1-x )CO₃ )，菱鎂石(MgCO₃ )，水鎂石(Mg(OH)₂ )，滑石(Mg₃ Si₄ O₁₀ (OH)₂ )，橄欖石(Mg₂ SiO₄ )，以及石灰石(CaCO₃ )。天然原料包含鐵及能夠使用作為加入需要氧化鐵成份存在於玻璃之情況中。

本發明的玻璃可以使用業界已知的各種技術來製造。例如，可以使用下拉處理例如熔融下拉處理來製造玻璃板。跟其他成形處理例如漂浮處理作比較，有幾個原因使熔融處理在一些情況下是較好的。例如，由熔融處理製造的玻璃基板需要較少的拋光或者不需要拋光，當然決定於最終產品所需要的表面粗糙度。進一步舉例來說，相對於使用其他處理製造的玻璃來說，由熔融處理製造的玻璃基板有較低的平均內應力。

本發明玻璃能夠使用於各種應用中。

舉例來說，它們可以作為矽半導體的基板。例如，本發明的玻璃可以用來製造顯示器玻璃基板例如厚度從大約30微米到大約2mm(例如由30微米至2mm，由100微米至1mm，由10微米至1mm等)的顯示器玻璃基板。顯示器玻璃基板的例子包括TFT顯示器玻璃基板，例如平板顯示器裝置使用的TFT顯示器玻璃基板。

本發明也關於在玻璃基板上含有半導體的半導體組件，其中的玻璃基板包含本發明不含鹼金屬之玻璃。可以用在前面提到之半導體組件中的半導體例子，包括電晶體，二極體，矽電晶體，矽二極體，和其他矽半導體；場效應電晶體(FET)，薄膜電晶體(TFT)，有機發光二極體(OLED)，和其他發光二極體；以及可用在電-光(EO)應用，雙光子混合應用，非線性光學應用，電致發光應用，以及光伏打和感測器應用中的半導體。

本發明也關於平板顯示器裝置，包含平坦的透明玻璃基板，用來承載多晶矽薄膜電晶體，其中的玻璃基板包含本發明不含鹼金屬之玻璃。不含鹼金屬之玻璃包含SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO以及SrO，使得以氧化物為基準所計算之莫耳百分比為：64≦SiO₂ ≦68.2；11≦Al₂ O₃ ≦13.5；5≦B₂ O₃ ≦9；2≦MgO≦9；3≦CaO≦9；以及1≦SrO≦5。

能夠製造出玻璃基板之適當玻璃範例包含上述所說明例如滿足下列式子之玻璃：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45；0.67≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.92；以及0.45≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95。通常，在平板顯示器裝置中，包含了分開製造的兩個板 (基板組件)。一個是顏色濾光板，有一連串紅、藍、綠和黑色有機染料沉積在其上。每個這些主要顏色精準地對應伴隨主動板的子像素。主動板是使用一般的半導體處理來製造，它的名稱來源是因為它包含主動式薄膜電晶體(TFT)。這些處理包括噴濺，CVD(化學蒸氣沉積)，光刻，和蝕刻。

在特定實施例中，前面提到之基板(例如，顯示器玻璃基板)所使用的不含鹼金屬之玻璃可以大體上無缺陷。如上面所討論的，透過例如使用一種或多種澄清劑例如SnO₂ 、Fe₂ O₃ 、CeO₂ 、As₂ O₃ 、Sb₂ O₃ 、Cl、Br或其組合可以讓本發明不含鹼金屬之玻璃大體上無缺陷。適當組合之範例揭示於上面。列舉性地，能夠作為玻璃澄清劑包含SnO₂ 以及Fe₂ O₃ ；0.02-0.3 SnO₂ 以及0.005-0.08 Fe₂ O₃ ；小於0.05重量% Sb₂ O₃ 及/或As₂ O₃ ；SnO₂ 、Fe₂ O₃ 、CeO₂ 、Cl、Br或其組合，但是小於0.05重量% Sb₂ O₃ 及/或As₂ O₃ ；SnO₂ 以及Fe₂ O₃ ，但是小於0.05重量% Sb₂ O₃ 及/或As₂ O₃ ；及/或0.02-0.3 SnO₂ 以及0.005-0.08 Fe₂ O₃ ，但是小於0.05重量% Sb₂ O₃ 及/或As₂ O₃ 。

我們相信本發明的玻璃在製造某些主動式陣列液晶顯示器裝置(AMLCD)的基板上特別有利。例如，AMLCD基板最好可以符合各種顧客的需求，其中有幾個需求強烈決定於熔融處理本身。人們相信，其中的一個也就是清新的表面是熔融處理的特性，這也部分解釋了為什麼顧客喜歡由熔融處理所製造的基板。顧客的另一個需求是在熱循環下的幾何穩定性，而在這方面熔融處理就稍微顯示出缺點。因為，在熔融處理中，玻璃的溫度從成形溫度(例如，超過1100℃)到遠低於玻璃轉移溫度(例如，一些產品大約是720℃)下降得非常快速；相對於它的完全鬆弛狀態，或者是將玻璃保持在接近T_g 一段相當長的時間之後所獲得的狀態來說，玻璃的體積會稍微膨脹。當玻璃再度受熱時，它會自然地鬆弛到它的平衡體積，這種三-維收縮或鬆弛，有時候也稱為"密實作用"。

舉例來說，對於特定的拉製處理(以及它自己特殊的冷卻剖面)，和製成特定產品(例如，厚度，面積等等)的特定玻璃來說，冷卻速率幾乎完全由薄片脫離此抽拉處理的速率(每分鐘幾英吋)來決定。此速率有時候稱為"拉引滾軸速度"。從不同的抽拉處理中，我們發現增加拉引滾軸速度會增加密實作用。

如果熔融為固定的速率(例如，900磅/小時)，那麼將玻璃運送到較長的等管上可以減緩移除玻璃的速率，因此減低密實作用。因此，當較大尺寸的玻璃基板在特定槽上製造時，密實作用的問題可以獲得(某種)緩解。然而，為了增進效率，通常需要從特定抽拉處理製造盡可能多平方英呎的玻璃。一個方法是增加熔融速率，但是這會將系統推向密實作用的極限。這對含有較小等管的槽來說特別真實，在其中高的拉引滾軸速率會讓玻璃接近密實作用的可接受極限(例如，接近在450℃下保持等溫一個小時所造成的密實作用)。

為了從現有資源(也就是，不增加槽和等管的尺寸)抽拉更多玻璃，可以增加拉引滾軸速度，但是這會使得玻璃的密實作用太高。雖然可以修改抽拉處理的熱分佈來減慢經過臨界黏度區域的冷卻速率，如此來降低密實作用，但是對於此方法究竟能達到程度卻有實際上的限制。例如，在特定一點上，抽拉速度必須變得較高，以便在高拉引滾軸速度下可以有較慢的冷卻，而這又會牽扯出從現有(跟全部重新設計和重新建造相反)資源獲得更多玻璃的問題。

研究顯示當玻璃的應變或退火點增加時，將玻璃保持等溫時所產生的密實作用較少。圖1顯示針對不同退火點的玻璃，在450℃一小時之後的密實作用。在450℃加熱處理之前，讓玻璃接受類似玻璃脫離熔融抽拉處理之冷卻剖面的熱循環(例如，延長曝露到高溫的時間，然後以類似融合抽拉處理中所使用的速率快速冷卻)。從圖1可以看出，當退火點增加時，密實作用會降低；然而當退火點超過大約760℃時，退火點的增加對密實作用效能造成的額外增益會快速減小。圖1中含有最高退火點的玻璃是用在低溫多晶矽("pSi")應用中。

進一步舉例來說，本發明的組成可以經過最佳化，使液相線黏滯係數為90千泊或更大，熔融溫度為1620℃或較少，退火點為725℃或更高，且/或比模數為30.5GPa．cc/g或更大。我們相信本發明具有高模數和退火點組合的組成，在特定熔融抽拉處理中特別適合例如高冷卻速率的熔融抽拉處理。

雖然不希望受限於任何本發明之一些玻璃的運作理論，但是我們相信升高的退火點可以在非晶矽("aSi")處理期間提供增進的幾何穩定度，允許較高的抽拉速度而不需要依賴退火，或重新設計昂貴的儀器。同時我們相信(再次地，不希望受限於任何本發明之一些玻璃的運作理論)，高通量值和相對低的熔融溫度可以加速熔融，因此可以允許較高的熔融速率，而不會相對應地增加缺陷。

本發明之玻璃組成份可以使用業界熟悉的定量分析技術來決定。適合的技術有針對原子序大於8之元素的X-射線螢光光譜法(XRF)，感應耦合電漿光學放射光譜法(ICP-OES)，感應耦合電漿質譜分析法(ICP-MS)，和電子微探針分析。參閱例如J.Nolte,ICP Emission Spectrometry：A Practical Guide,Wiley-VCH(2003)；H.E.Taylor,Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy：Practices and Techniques,Academic Press(2000)；以及S.J.B.Reed,Electron Microprobe Analysis,Cambridge University Press；2nd edition(1997)，這些文獻在此加入作為參考之用。使用電子微探針分析能夠以每個元素大約10分鐘的分析時間很容易地達到大約200ppm氟，和大約20ppm氯、溴、鐵和錫的檢測極限。至於微量元素則可以使用ICP-MS。

本發明藉由下列非限制性實施例作更進一步說明。範例：

範例1： 範例1和底下的範例2和3是用來描述本發明如何運作。這些範例並非以任何方式來限制，它們只是為了讓熟悉此技術的人有機會接近申請人的思考過程，且可以使用此思考過程，如果適當的話可以進一步將這裡所描述之本發明的玻璃最佳化用在特定應用中。

數個驚奇的發現而導致產生本發明。

第一為具有液相線黏滯係數，熔融溫度，以及退火點最佳組合之玻璃傾向具有設計不含B₂ O₃ 組成份之SiO₂ 、Al₂ O₃ 、MgO、CaO以及SrO類似比例。為了了解這項情況，最早考慮單一玻璃範例67 SiO₂ -9 B₂ O₃ -11 Al₂ O₃ -3 MgO-7 CaO-3SrO，其亦作為數個變化以作更進一步說明。該玻璃亦能夠表示為不含B₂ O₃ 玻璃如下：[SiO₂ ]_o =SiO₂ /(1-B₂ O₃ /100)=67/(1-9/100)=73.63 [Al₂ O₃ ]_o =Al₂ O₃ /(1-B₂ O₃ /100)=11/(1-9/100)=12.09 [MgO]_o =MgO/(1-B₂ O₃ /100)=3/(1-9/100)=3.30 [CaO]_o =CaO/(1-B₂ O₃ /100)=7/(1-9/100)=7.69 [SrO]_o =SrO/(1-B₂ O₃ /100)=3/(1-9/100)=3.30我們相信此玻璃的液相線溫度比含B₂ O₃ 的玻璃要高很多，因為B₂ O₃ 會稀釋其他氧化物的濃度，因此降低它們在玻璃中的化學位能。我們進一步相信，當B₂ O₃ 加到此組成份時，液相線溫度會急遽降低，然而黏滯係數的降低會比較緩慢。我們估計加入大約5莫耳%的B₂ O₃ ，此玻璃在形成晶體之最高溫度下的黏滯係數(液相線黏滯係數)會>85千泊，此玻璃將可以跟熔融處理相容或許不是正好跟目前一般常用的一樣，但是完全在現有或計劃修改之處理的可及範圍內。

最令人意外的是在本發明之玻璃範圍內的不含-B₂ O₃ 玻璃類似物，彼此非常類似且跟這些範圍外的玻璃作比較，幾乎都表現出有利的高液相線黏滯係數，低熔融溫度，和高退火點組合。例如，完全不含SrO的B₂ O₃ 玻璃容易有無法接受的高液相線溫度。可以加入B₂ O₃ ，最後獲得高液相線黏滯係數，但是如此一來退火點通常會太低，而無法協助高拉引速率。這可能是因為跟含2.5≦SrO≦5之SrO的玻璃作比較，CaO和MgO(特別是MgO)會跟SiO₂ 有不利的相互作用，而穩定白矽石(或鈣長石)。為了延伸該情況，考慮並無MgO玻璃，但是1.05≦R_o ≦1.45(即1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45)。在該玻璃中，S_o (即(SrO+CaO)/Al₂ O₃ )將太高(即在範圍外，其中0.67≦S_o ≦0.92)。在固定的B₂ O₃ 濃度下，這類玻璃的SiO₂ 濃度可以適當控制以增加液相線黏滯係數，或許到非常高的值，但是熔融溫度卻會遠高於玻璃的熔融溫度，該玻璃0.67≦S_o ≦0.92。此外，跟類似玻璃作比較，其他特性例如CTE，密度，及/或模數(可能是次重要的，決定於玻璃形成的處理，以及玻璃將來的使用)也可能受害。換句話說，我們相信包含的S_o 及/或R_o 在0.67≦S_o ≦0.92和1.05≦R_o ≦1.45範圍外，但是接近此範圍的很多不含-B₂ O₃ 組成份可以跟熔融處理相容，但是退火點或許會太低，及/或熔化溫度或許會太高。

第二個令人意外的是當R_o 增加時，含有最佳之液相黏度，熔融溫度，和退火點組合的玻璃，比含有相同B₂ O₃ 含量但較低R_o 的玻璃作比較擁有更高的MgO含量。確實我們相信存在優先的MgO含量，其由R_o 及S_o 決定出。此優先MgO含量稱為"[MgO]_Pred "。我們經驗地決定出[MgO]_Pred 近似地表示為：[MgO]_Pred =[1.29+12.94×R_o -14.4×S_o ]×[1-B₂ O₃ /100]我們相信對於特定的R_o 和S_o ，當MgO和[MgO]較優之間的差異很小時，玻璃會含有底下至少兩個優點：有利的液相線黏滯係數，有利的熔融溫度，有利的退火點。我們進一步相信我們可以獲得具有所有三個有利特性(也就是，有利的液相線黏滯係數，有利的熔融溫度，和有利的退火點)的玻璃於-0.3≦MgO-[MgO]_Pred ≦0.3之時。

第三個令人意外的是含有最佳之液相線黏滯係數，熔融溫度，和退火點組合，且5≦B₂ O₃ ≦9的玻璃，它的SiO₂ 含量大部分由玻璃的MgO含量，R_o 值，和S_o 值來決定。如同MgO的情況一樣，我們相信較好的SiO₂ 含量可以由MgO，R_o ，和S_o 來決定(此較好的SiO₂ 含量稱為"[SiO₂ ]_Pred ")，但是對於固定的R_o 和S_o ，MgO則部分由玻璃中的B₂ O₃ 含量來決定。因此，我們相信較好的SiO₂ 值必須使用在不含-B₂ O₃ 之組成類似物中的MgO濃度來計算，例如由上述[MgO]_o =MgO/(1-B₂ O₃ /100)。我們已決定出[SiO₂ ]_Pred 近似於下列式子：[SiO₂ ]_Pred =[87.57-6.06×MgO/B_o +66.54×R_o -80.61×S_o ]×B_o 其中B_o =1-B₂ O₃ /100。我們相信當SiO₂ 和[SiO₂ ]較優之間的差異很小時，玻璃會含有底下至少兩個優點：有利的液相線黏滯係數，有利的熔融溫度，有利的退火點。我們進一步相信當-0.3≦SiO₂ -[SiO₂ ]_Pred ≦0.3時，我們可以獲得具有所有三個有利特性(也就是，有利的液相線黏滯係數，有利的熔融溫度，和有利的退火點)的玻璃。

為了找出這些變數之間的相互作用，以及如何使用範例1中所敘述的這些關係來將本發明的玻璃最佳化以用於特定應用中，我們在底下提供了範例2和3。

範例2： 範例2顯示測試玻璃組成以決定是否它特別適合於使用在熔融處理中的處理過程，以及如何使用[MgO]較優和[SiO₂ ]較優，讓本發明的玻璃最佳化以用在熔融處理中。

考慮在範例1對67 SiO₂ -9 B₂ O₃ -11 Al₂ O₃ -3 MgO-7 CaO-3 SrO。由於為初始的項目，簡單檢視顯示玻璃氧化物成份位於下列範圍內：64≦SiO₂ ≦68.2；11≦Al₂ O₃ ≦13.5；5≦B₂ O₃ ≦9；2≦MgO≦9；3≦CaO≦9；以及1≦SrO≦5。

除此簡單計算顯示出式子(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ =(3+7+3)/11=1.18；(SrO+CaO)/Al₂ O₃ =(3+7)/11=0.91；以及CaO/(CaO+SrO)=7/(7+3)=0.7在下列範圍內：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45；0.67≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.92；以及0.45≦CaO/(CaO+SrO)≦0.95。

使用上述已知的式子R_o ，S_o ，C_o ，以及[MgO]_o 能夠計算出如下列所示：R_o =(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ =(3+7+3)/11=1.18 S_o =(CaO+SrO)/Al₂ O₃ =(7+3)/11=0.91 C_o =CaO/(CaO+SrO)=7/(7+3)=0.7[MgO]_o =MgO/(1-B₂ O₃ /100)=3/(1-9/100)=3.30。

能夠再使用R_o 、S_o 、C_o 以及[MgO]_o 數值來計算[MgO]_Pred 以及[SiO₂ ]_Pred 數值，如下所示：[MgO]_Pred =[1.29+12.94xR_o -14.4xS_o ]x[1-B₂ O₃ /100]=[1.29+(12.94)(1.18)-(14.4)(0.91)]x[1-9/100]=3.18 [SiO₂ ]_Pred =[87.57-6.06xMgO/B_o +66.54xR_o -80.61xS_o ]xB_o =[87.57-(6.06)(3.3)+(66.54)(1.18)-(80.61)(0.91)]x[1-9/100]=66.94使用這些[MgO]_Pred 及[SiO₂ ]_Pred 數值，式子MgO-[MgO]_Pred 以及SiO₂ -[SiO₂ ]_Pred 能夠使用下列式子決定出：MgO-[MgO]_Pred =3-3.18=-0.18 SiO₂ -[SiO₂ ]_Pred =67-66.94=0.06因而，使用於該範例中玻璃組成份(即67 SiO₂ -9 B₂ O₃ -11 Al₂ O₃ -3 MgO-7 CaO-3 SrO)滿足下列式子：-0.3≦MgO-[MgO]_Pred ≦0.3 -0.3≦SiO₂ -[SiO₂ ]_pred ≦0.3。

我們相信例如跟含有相同R_o 和S_o 值，但是MgO或SiO₂ 濃度在較優範圍外的玻璃(也就是，MgO的濃度跟[MgO]較優差別超過0.3，而SiO₂ 的濃度跟[SiO₂ ]較優差別超過0.3)相比較，特別是跟MgO或SiO₂ 濃度在64≦SiO₂ ≦68.2和2≦MgO≦9範圍外的玻璃作比較，此範例中(67 SiO₂ -9 B₂ O₃ -11 Al₂ O₃ -3 MgO-7 CaO-3 SrO)的玻璃會有較好的液相線黏滯係數，熔融溫度，和退火點的組合，可以用在一些處理中(例如熔融處理)。

上面範例2中所描述的過程，可以對各個候選玻璃組成重複執行以決定玻璃組成的[MgO]較優和[SiO₂ ]較優值。我們相信，藉由比較[MgO]較優和[SiO₂ ]較優值，和候選玻璃中的MgO和SiO₂ 濃度，我們可以獲得對一些處理例如熔融處理特別有利之液相線黏滯係數，熔融溫度，和退火點的玻璃組成份。

範例3： 範例3顯示使用例1描述的關係以產生玻璃組成的處理過程。

此處理過程牽涉到底下的步驟：(1)選擇退火點目標；(2)選擇R_o 和S_o 的嘗試值；(3)使用R_o 和S_o 來計算[MgO]_o ；(4)使用[MgO]_o 作為MgO的目標值以計算[SiO₂ ]_o ；(5)使用R_o ，S_o ，[MgO]_o 和[SiO₂ ]_o 以計算[Al₂ O_a ]_o 、[CaO]_o 、和[SrO]_o ；(6)計算B₂ O₃ 並使用它來計算SiO₂ 、B₂ O₃ 、Al₂ O₃ 、MgO和CaO的重整濃度；以及(7)將結果跟預定密度和CTE目標作比較，如果需要的話以新的輸入參數再次執行步驟1-6。

為了執行這些步驟，我們利用了三個描述退火點，熱膨脹係數，和密度之組成相關性的經驗關係，即：退火點=828.3+3.1Al₂ O₃ -3.9MgO-4.0CaO-4.4SrO-9.4B₂ O₃ (℃) CTE=13.6+0.22B₂ O₃ +0.75MgO+1.58CaO+1.86SrO(×10^-7 /℃) 密度=2.189+0.0088Al₂ O₃ -0.0046B₂ O₃ +0.0100MgO+ 0.0131CaO+0.0286SrO(g/cm³ )

第一個步驟是選擇一退火點目標。740℃或更高的退火點可以顯著增加拉引速率，但是超過760℃的退火點對aSi應用所提供的改善很少。然而，如果玻璃是用於較大尺寸的薄片，那麼較低的退火點就可能足夠，因為熔融速率會是限制因素。在這個範例中可以選擇中間目標值748℃。

下一個步驟是選擇R_o 、S_o 和C_o 的起始值。這些變數和最終玻璃特性之間的關係很複雜，因為其中一個可能需要根據其他的來作調整以獲得一系列的特性。注意該情況，並且將液相線黏滯係數(連帶的，跟熔融處理的相容性)的問題擱置，我們相信一般來說：跟較低的R_o 值作比較，高的R_o 值產生低熔融溫度，低退火點，高CTE，和高密度；跟較低的S_o 值作比較，高的S_o 值產生高熔融溫度，相當低的退火點，高CTE，和高密度；高的C_o 值產生較低的熔融溫度，較高的CTE，高退火點，和高密度。

從C_o 的趨勢，似乎讓它盡可能的高(1.0)是有利的，但是事實上，這容易升高液相線溫度，因此削減液相線黏滯係數。

因為本發明之玻璃的CTE和密度幾乎都非常適合AMLCD應用，因此通常我們會嘗試在液相線黏滯係數，熔融溫度，和退火點這些競爭特性之間獲得某種平衡，然後調整參考組成份以改善密度和CTE。例如，底下R_o 、S_o 和C_o 值的選擇是接近它們各別範圍的中點：R_o =1.23，S_o =0.82，以及 C_o =0.65。

利用這些R_o 、S_o 及C_o 數值，進行步驟(3)及(4)。更特別地，參考不含B₂ O₃ 玻璃之目標MgO含量計算如下：[MgO]_o =1.29+12.94×R_o -14.4×S_o =5.4莫耳%。

使用[MgO]_o 作為輸入，參考之不含B₂ O₃ 玻璃之理想SiO₂ 含量計算如下：[SiO₂ ]_o =87.57-6.06×[MgO]_o +66.54×R_o -80.61×S_o =70.59莫耳%。

利用這些數值，能夠進行步驟(5)以決定出Al₂ O₃ 、CaO及SrO含量：[Al₂ O₃ ]_o +[CaO]_o +[SrO]_o =100-[SiO₂ ]_o -[MgO]_o =24莫耳%。

由於[CaO+SrO]_o /[Al₂ O₃ ]_o =0.82，合併先前兩個式子產生：1.82[Al₂ O₃ ]_o =24莫耳%，及求出[Al₂ O₃ ]_o ，我們得到[Al₂ O₃ ]_o =13.19莫耳%。

由下列差值決定出CaO及SrO合併濃度：[CaO+SrO]_o =24-13.19=10.81莫耳%。

由於假設[CaO]_o /[CaO+SrO]_o =0.65，得到[CaO]_o 及[SrO]_o 數值如下：[CaO]_o =(0.65)×(10.81)=7.03莫耳% [SrO]_o =3.78莫耳%

使用這些氧化物濃度(其屬於不含B₂ O₃ 玻璃)，進行步驟(6)。在步驟(6)中，使用上述所提出退火點演算過程以決定多少B₂ O₃ 必需加入以產生所需要之退火點。將[M_x O_y ]_o =M_x O_y x(1-B₂ O₃ /100)式子代入退火點式子，其中M_x O_y 代表Al₂ O₃ 、MgO、CaO及SrO，得到下列式子：退火點=828.3+3.1[Al₂ O₃ ]_o ×(1-B₂ O₃ /100)-3.9[MgO]_o ×(1-B₂ O₃ /100)-4.0[CaO]_o ×(1-B₂ O₃ /100)-4.4[SrO]_o ×(1-B₂ O₃ /100)-9.4B₂ O₃ 定義K_o =3.1[Al₂ O₃ ]_o -3.9[MgO]_o -4[CaO]_o -4.4[SrO]_o 得到下列式子：退火點=828.3+K_o -B₂ O₃ ×K_o /100-9.4[B₂ O₃ ]_o 。

作更進一步整理，得到下列式子：B₂ O₃ =(828.3-退火點+K_o )/(K_o /100+9.4)。

對於所考慮組成份，K_o =(3.1)×(13.19)-(3.9)×(5.4)-(4)×(7.03)-(4.4)×(3.78)=-24.9。

將該值以及目標退火點748℃代入B₂ O₃ 式子，B₂ O₃ 數值計算如下：B₂ O₃ =(828.3-748-24.923)/(-24.9/100+9.4)=6.05莫耳%。

目前能夠使用B₂ O₃ 計算數值再對其他氧化物濃度再標準化。例如，SiO₂ =[SiO₂ ]_o ×(1-6.05/100)=66.32莫耳%。

最終組成份為：SiO₂ =66.32；Al₂ O₃ =12.39；B₂ O₃ =6.05；MgO=5.07；CaO=6.60；SrO=3.55。

最後，在步驟(7)中，計算CTE以及密度數值以確認適合預期應用：CTE=13.6+0.22B₂ O₃ +0.75MgO+1.58CaO+1.86SrO CTE=35.8×10^-7 /℃；以及密度=2.189+0.0088Al₂ O₃ -0.0046B₂ O₃ +0.0100MgO+ 0.0131CaO+0.0286SrO 密度=2.509g/cm³ 。

兩個值都完全落在市售LCD組成的範圍內。如果需要較低的CTE或密度，那麼較低的R_o 及/或較高的S_o 可以正確地驅向這些特性，儘管會損及其他特性例如熔融溫度或液相黏滯係數。最佳平衡決定於製造玻璃的處理方式，以及顧客需求對特性的限制。

我們相信，如果玻璃中SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO、SrO和其他成分(如果有的話)的選擇，使得玻璃以氧化物為基準所計算的莫耳百分比之64-68.2 SiO₂ ，11-13.5 Al₂ O₃ ，5-9 B₂ O₃ ，2-9 MgO，3-9 CaO，以及1-5 SrO包含於玻璃中，那麼此玻璃會含有底下的一或多個(例如，二或更多個，三或更多等)有利特性：熔融溫度小於等於1620℃(小於或等於1615℃，小於或等於1610℃等)；退火點大於等於725℃(大於或等於730℃，大於或735℃，大於或等於740℃，大於或等於745℃等)；液相線黏滯係數大於等於90千泊(例如大於或等於100千泊，大於或等於110千泊，大於或等於130千泊)。顯示在底下表1中的資料確認了這點。

當其中一個移到前面提到的範圍外(即，在64-68.2 SiO₂ ，11-13.5 Al₂ O₃ ，5-9 B₂ O₃ ，2-9 MgO，3-9 CaO，以及1-5 SrO的範圍外)時，我們可能會發現玻璃含有上面所提的一或多個有利特性，但是根據範例3顯示的分析來看，在這些範圍外運作可能會以特定的不利方式以影響上面提到的其中一個或多個特性。例如，我們相信，含有較高的SiO₂ 含量會不利地影響熔融點；含有較高的B₂ O₃ 含量會不利地影響退火點；含有較低的B₂ O₃ 含量及/或較低的SiO₂ 會不利地影響液相線黏滯係數等。

除此，如上述所說明，在特定實施例中選擇成份使得滿足：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45。當與(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ >1.45時之退火點以及(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ <1.05時之液相線黏滯係數作比較時，相信這些玻璃具有特別良好的退火點以及液相線黏滯係數。

範例4-103：

表1以%莫耳比列出本發明的玻璃範例，其中莫耳百分比表示是根據玻璃配料的氧化物來計算。表1也列出這些玻璃的各種物理特性，這些特性的單位如下：應變點：℃退火點：℃軟化點：℃熱膨脹係數(CTE)：×10^-7 /℃(0-300℃)密度：克/立方公分熔融溫度：℃液相線溫度：℃液相黏滯係數：千泊

由於各別成分的總和非常接近近似值100，因此從所有實用的目的來看，可以將所記述的值視為代表%莫耳比。實際的配料成分可以包含任何材料，呈氧化物或其他化合物的形式，當跟其他配料成分熔融在一起時可以轉換成適當比例的預期氧化物。例如，SrCO₃ 和CaCO₃ 分別可以提供SrO和CaO的來源。

用來準備表格1之玻璃的特殊配料成分有細沙、氧化鋁、硼酸、氧化鎂、石灰岩、碳酸鍶或硝酸鍶。

表1中顯示的玻璃是在某個溫度和時間下將3,000或19,000克的每種玻璃組成配料熔融，產生相當均勻的玻璃組成來配製，例如，在大約1600℃溫度下的鉑坩堝中大約16小時。特別地，配料材料在陶瓷研磨機中使用陶瓷介質球磨一小時。將此配料轉移到1800毫升的鉑坩堝中以及放置在1600℃的烘爐內。在16小時之後，將坩堝從烘爐中移除，並將玻璃倒在冷鋼盤上。當黏滯係數足以操作時，將玻璃轉移到725℃的退火箱，保持在這個溫度下一小時，然後以0.5℃/分鐘的速率冷卻到室溫。

表1中顯示的玻璃特性，是根據玻璃業傳統的技術來測定。例如，在0-300℃溫度範圍內線性熱膨脹係數(CTE)以×10-7/℃來表示，而應變點以℃來表示。這些是由纖維加長技術(分別是ASTM參考編號E228-85和C336)來測定。密度-單位克/立方公分是透過阿基米德(Archimedes)法(ASTM C693)來測定。熔融溫度-單位℃(定義成玻璃熔體表現出200泊黏滯係數時的溫度("T @ 200p"))是應用Fulcher公式配適到由轉筒式黏滯係數計(ASTM C965-81)所測得的高溫黏滯係數資料計算出。玻璃的液相線溫度-單位℃是使用標準梯度舟液相線方法，ASTM C829-81來測量。這牽涉到將碾碎的玻璃顆粒放在箔舟中，將此舟放在含有梯度溫度區域的烘爐中，將此舟在適當溫度範圍下加熱24小時，並且使用顯微技術檢查在玻璃內部出現晶體的最高溫度來測定。液相線黏滯係數-單位千泊是由液相線溫度和Fulcher公式的係數來決定。

由表1，我們可看到滿足下列式子：-0.3≦MgO-[MgO]_Pred ≦0.3 -0.3≦SiO₂ -[SiO₂ ]_Pred ≦0.3之組成份液相線黏滯係數至少為90千泊，因此跟目前使用的熔融處理相容，或者可以跟對目前處理稍加修改的熔融處理相容。作為比較之用，康寧Eagle XG的標稱液相線黏滯係數是130千泊，且對於此玻璃從來沒有看過優質區域內的脫玻作用。這是因為它有相當陡的黏滯係數曲線，讓橫過等管的△T較小。因為表1中一些玻璃的熔融溫度接近，或低於Eagle XG，且退火點高於Eagle XG，因此它們的黏滯係數曲線更陡，所以我們相信稍微低一點的液相線黏滯係數是可接受的。當然，其中有很多玻璃的液相線黏滯係數接近，或高於Eagle XG，對這些玻璃來說風險就小很多了。

圖2為本發明各種玻璃與[87.46-5.85×MgO×(1-B₂ O₃ /100)+63.67×M_a -13.85×S_o ]×[1-B₂ O₃ /100]之SiO₂ 曲線圖，預測性量測SiO₂ 。圖3為本發明各種玻璃與[1.01+12.77×R_o -13.79×S_o ]×[1-B₂ O₃ /100]之MgO曲線圖，預測性量測MgO。如圖2及3顯示，MgO及SiO₂ 實際濃度非常接近所有組成份預測數值。

圖4為本發明各種玻璃熔融溫度之曲線圖為SiO₂ 含量之函數。如圖4顯示，熔融溫度為玻璃SiO₂ 含量之相對遞增函數，否則滿足下列式子：11≦Al₂ O₃ ≦13.5；5≦B₂ O₃ ≦9；2≦MgO≦9；3≦CaO≦9；以及1≦SrO≦5。因而，我們相信當SiO₂ 含量高於68.2莫耳%時，會產生熔融溫度高於1620℃，特別是組成份並不含有砷情況。

雖然本發明已對列舉目的詳細加以說明，人們該詳細說明只作為該目的及熟知此技術者將由其中作許多變化而並不會脫離下列申請專利範圍界定出本發明之精神及範圍。

Claims

一種不含鹼金屬之玻璃，具有大於或等於約90,000泊的液相線黏滯係數、低於或等於約1620℃的熔融溫度以及大於或等於約725℃的退火點，該玻璃包含SiO₂ 、Al₂ O₃ 、B₂ O₃ 、MgO、CaO、SrO、SnO₂ 及Fe₂ O₃ ，使得以氧化物為基準的莫耳百分比滿足：64≦SiO₂ ≦68.2；11≦Al₂ O₃ ≦13.5；5≦B₂ O₃ ≦9；2≦MgO≦9；3≦CaO≦9；1≦SrO≦5；0.02≦SnO₂ ≦0.3；以及0.005≦Fe₂ O₃ ≦0.08；其中：(i)該玻璃包含低於0.05重量%的Sb₂ O₃ 、As₂ O₃ 或其組合；(ii)以氧化物為基準，該玻璃的BaO含量為小於1000重量ppm；以及(iii)該玻璃處於藉由融合抽拉處理過程所製造的板狀物形式。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中該玻璃具有大於或等於約100,000泊的液相線黏滯係數，以及低於或等於約1200℃的液相線溫度。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中該玻璃在0℃至300℃之溫度範圍內之線性熱膨脹係數為小於或等於約40×10^-7 /℃。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中以氧化物為基準的莫耳百分比為：11.3≦Al₂ O₃ ≦13.5。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中以氧化物為基準的莫耳百分比為：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.45；0.67≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.92；以及0.45≦CaO/(CaO+SrO)≦0.9；以及該玻璃具有低於或等於約1200℃的液相線溫度。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中以氧化物為基準的莫耳百分比為：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.3；0.72≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.9；以及0.55≦CaO/(CaO+SrO)≦0.9。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中以氧化物為基準的莫耳百分比為：1.05≦(MgO+CaO+SrO)/Al₂ O₃ ≦1.3；0.72≦(SrO+CaO)/Al₂ O₃ ≦0.9；以及0.8≦CaO/(CaO+SrO)≦0.9。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中該玻璃含有CeO₂ 、Cl及Br中之一或多者。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中：F+Cl+Br≦0.4。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中該玻璃具有大於或等於約100,000泊的液相線黏滯係數。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中該玻璃具有大於或等於約130,000泊的液相線黏滯係數。
如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃，其中該玻璃具有低於或等於約1200℃的液相線溫度。
一種玻璃基板，該玻璃基板可為顯示器玻璃基板，該玻璃基板包含如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃。
如申請專利範圍第13項所述之玻璃基板，其中該不含鹼金屬之玻璃實質上沒有缺陷。
一種平板顯示器裝置，其包含平坦透明的玻璃基板，該玻璃基板運載多晶矽薄膜電晶體，其中該玻璃基板包含如申請專利範圍第1項所述之不含鹼金屬之玻璃。