專利名稱：液晶顯示器基板玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硼鋁硅酸鹽基板玻璃，特別是涉及一種摻雜稀土元素的硼鋁硅酸鹽無堿基板玻璃，用于制造薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)的顯示屏。
背景技術(shù)：
在制造薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)的工藝過程中，基板玻璃要經(jīng)過反復(fù)熱處理，最高溫度達(dá)625℃。為防止玻璃變形所造成的尺寸變化，基板玻璃在這一溫度下須保持剛性，不能有任何粘滯流動現(xiàn)象，所以玻璃的應(yīng)變溫度Tst需高于625℃，若再加上25℃的保險(xiǎn)量，玻璃的應(yīng)變溫度應(yīng)達(dá)到650℃；考慮到熱膨脹系數(shù)的匹配，基板玻璃的熱膨脹系數(shù)應(yīng)控制在35～40×10-7/℃；為減輕顯示器的重量，基板玻璃的密度應(yīng)盡量降低，一般為2.5～2.6克/厘米3；又由于高溫下基板中的堿易于向電路層遷移，導(dǎo)致TFT-LCD柵介電材料的污染，造成器件壽命下降，故玻璃中的堿含量應(yīng)控制在1000～2000ppm。為滿足上述要求，制作TFT-LCD液晶顯示器基板玻璃通常采用無堿玻璃制作。如美國康寧公司牌號為7059，1733和1724高應(yīng)變點(diǎn)無堿玻璃，其生產(chǎn)工藝主要有浮法玻璃工藝和溢流下拉法兩種。這些玻璃雖然具有較高的應(yīng)變溫度但由于玻璃中不含堿金屬氧化物，故該玻璃難于熔化，一般熔化要高于1620℃以上，由于熔化溫度高，高溫粘度大，玻璃液不易澄清和均化；又由于成型溫度相對較高，使得錫槽溫度升高，造成錫液揮發(fā)嚴(yán)重，給生產(chǎn)帶來很大困難。
本專利申請人之前通過添加稀土元素鑭、鈰、鐠和鐿等手段基本解決了上述問題，但是仍存在不足，如在降低玻璃熔化和澄清溫度仍不很理想，在玻璃成型過程中容易產(chǎn)生析晶現(xiàn)象，因此，還需要進(jìn)一步解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種組合更加完善并能降低玻璃的液相溫度、有效克服析晶現(xiàn)象產(chǎn)生的液晶顯示器基板玻璃。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種液晶顯示器基板玻璃，包括玻璃基本氧化物，其特征在于還加入有混合稀土氧化物，所述混合稀土氧化物中的稀土元素選用鑭、鈰、釔和釹中至少三種，所述玻璃基本氧化物與所述混合稀土氧化物的重量份數(shù)比60.5～195∶0.003～18.5。
上述的玻璃基本氧化物含有下述組份SiO250～70重量份，Al2O36～20重量份，B2O31～15重量份，MgO 0～15重量份，CaO 3～20重量份，SrO 0～15重量份，BaO 0.5～19重量份，ZnO 0～9重量份，ZrO20～2重量份，SnO20～5重量份和TiO20～5重量份。
上述混合稀土氧化物中的鑭為氧化鑭La2O3，所述La2O3的含量為0.001～5.0重量份。
上述混合稀土氧化物中的鈰為氧化鈰CeO2，所述CeO2的含量為0.001～8.0重量份。
上述混合稀土氧化物中的釔為氧化釔Y2O3，所述Y2O3的含量為0.001～10.0重量份。
上述混合稀土氧化物中的釹為氧化釹Nd2O3，所述Nd2O3的含量為0.001～5.0重量份。
本發(fā)明的有益效果在于通過在玻璃成型中加入氧化鈰、氧化釔、氧化鑭和氧化釹中至少三種稀土元素，可搭配使用更好改善玻璃的熔化、促進(jìn)澄清、均化，特別在玻璃的成型過程中，能有效防止玻璃析晶，降低玻璃的液相溫度，延緩玻璃的失透速度，使之適應(yīng)浮法玻璃的生產(chǎn)工藝，有利于后續(xù)加工以及使用；同時(shí)，可提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，降低膨脹系數(shù)，使玻璃滿足液晶顯示器基板玻璃的性能要求。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明仍采用混合稀土氧化物摻雜改性技術(shù)并基于以下設(shè)計(jì)思想①充分發(fā)揮稀土氧化物在促進(jìn)玻璃熔化和澄清上的作用，如氧化鈰在高溫下放出氧氣促進(jìn)玻璃液中的氣泡長大，使氣泡上升排出玻璃液，可作為高溫澄清劑；氧化釔熔點(diǎn)低，具有降低玻璃熔化和澄清溫度的作用；②利用稀土氧化物的熔點(diǎn)高、密度大的特點(diǎn)，可使玻璃具有較高的表面硬度以便于加工、研磨和拋光，又可在使用過程中不易被擦傷；③利用稀土氧化物化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，使玻璃可以承受各類潮濕以及惡劣的氣候條件；④利用鈰元素與周圍氧離子之間有電荷躍遷、產(chǎn)生荷移吸收、在紫外和近紫外區(qū)有強(qiáng)烈吸收的特點(diǎn)，使玻璃能夠強(qiáng)烈吸收紫外線而不影響可見光透過率；⑤加入氧化鑭可以降低膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)定性和與硅基材料的熱力學(xué)匹配性；⑥利用稀土元素釹電荷高、離子半徑小和場強(qiáng)大的特點(diǎn)，使玻璃中的游離氧減少，鍵的斷裂程度減輕，可阻止析晶，提高玻璃的抗析晶能力；(7)玻璃成分中含氧化鈰、氧化釔、氧化鑭和氧化釹中至少三種稀土元素，可合理搭配進(jìn)而改善玻璃的熔化、促進(jìn)澄清、均化及成型、防止析晶，使之適應(yīng)浮法玻璃的生產(chǎn)工藝，有利于后續(xù)加工以及使用；同時(shí)，可提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，降低膨脹系數(shù)，使玻璃滿足液晶顯示器基板玻璃的性能要求。
本發(fā)明的液晶顯示器基板玻璃，由含有石英砂SiO2、氧化鋁Al2O3、硼酸H3BO3、碳酸鈣CaCO3與碳酸鋇BaCO3的基板玻璃原料與含有氧化鑭La2O3、氧化鈰CeO2、氧化釔Y2O3和氧化釹Nd2O3中至少三種或三種以上的混合稀土氧化物混合均勻后熔制而成；所述基板玻璃原料中還可以加入氧化鎂MgO、碳酸鍶SrCO3、氧化鋅ZnO、鋯英石ZrSiO4、二氧化錫SnO2與二氧化鈦TiO2原料。用該配合料生產(chǎn)的液晶顯示器基板玻璃氧化物的含量及組分、成型后的基板玻璃性能指標(biāo)以及具體的加工要求結(jié)合下述實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一玻璃池窯采用雙流液洞負(fù)壓澄清窯爐，采用現(xiàn)有的全氧燃燒技術(shù)和負(fù)壓澄清技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，應(yīng)用常規(guī)的浮法玻璃工藝成型。
具體操作為該液晶顯示器基板玻璃的玻璃配合料含有石英砂、氧化鋁、硼酸、碳酸鈣、碳酸鋇與稀土氧化物；其基本玻璃氧化物的含量分別為(千克)SiO250，Al2O36，B2O31，CaO 3，BaO 0.5，混合稀土氧化物的含量分別為(千克)La2O30.5，CeO25，Y2O31，Nd2O31.5；將含有上述氧化物的配合料加入到雙流液洞負(fù)壓澄清窯爐中，在其熔化池內(nèi)進(jìn)行高溫熔化后，通過流液洞進(jìn)入澄清部進(jìn)行澄清均化，再進(jìn)入工作池，從流槽進(jìn)入成型部—錫槽內(nèi)，形成帶狀連續(xù)玻璃板，經(jīng)退火后切割制成成品。
在實(shí)施過程中，通過調(diào)整窯爐操作參數(shù)，控制玻璃液流經(jīng)雙流液洞的時(shí)間在6-8小時(shí)左右，該熔化池內(nèi)熔化溫度為1430℃，澄清均化溫度為1480℃，操作溫度為1190℃，液相溫度為1050℃，退火溫度為710℃。使用真空泵將玻璃液上部空間的壓力控制在200乇以下。觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液能夠得到充分的澄清均化，在成型過程中沒有出現(xiàn)析晶現(xiàn)象。然后進(jìn)入工作池。
對利用上述方法加工成型的液晶顯示器基板玻璃進(jìn)行性能測試，指標(biāo)如下(1)應(yīng)變溫度680℃(2)平均線熱膨脹系數(shù)(α20～300℃)39×10-7/℃(3)密度2.52g/cm3依據(jù)上述指標(biāo)，本發(fā)明的基板玻璃應(yīng)變溫度達(dá)到680℃，高于日本旭硝子公司液晶顯示器基板玻璃AN635的應(yīng)變溫度，平均線熱膨脹系數(shù)39×10-7/℃，滿足液晶顯示器基板玻璃性能要求；本發(fā)明基板玻璃的熔化溫度、澄清和均化溫度均低于現(xiàn)有技術(shù)中的溫度指標(biāo)。
另外，浮法玻璃生產(chǎn)中，為防止玻璃在成型過程中析晶，要求成型溫度與液相溫度的差值大于50℃。本發(fā)明中成型溫度為1190℃，液相溫度為1030℃，差值為160℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50℃，滿足了浮法玻璃生產(chǎn)的工藝要求。這是由于引入氧化鈰、氧化釔、氧化鑭和氧化釹后，降低了玻璃的液相溫度，從而有效抑制了浮法玻璃在成型生產(chǎn)中的析晶傾向。
實(shí)施例二玻璃池窯的利用及加工方法同實(shí)施例一，其不同處在于液晶顯示器基板玻璃的玻璃基本氧化物組分與混合稀土氧化物組分選用不同，該實(shí)施例中的基本玻璃氧化物與混合稀土氧化物的重量份單位為千克，其中SiO270重量份，Al2O320重量份，B2O315重量份，MgO 15重量份，CaO 20重量份，SrO 15重量份，BaO19重量份，ZnO 9重量份，ZrO22重量份，SnO25重量份，TiO25重量份，La2O35.0重量份，CeO20.001重量份，Y2O30.001重量份。
生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液能夠得到充分的澄清均化，在玻璃成型過程沒有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)，成型溫度為1150℃，液相溫度為1045℃，差值為105℃，大于50℃，可用于浮法玻璃生產(chǎn)。
實(shí)施例三玻璃池窯的利用及加工方法同實(shí)施例一，其不同處在于液晶顯示器基板玻璃的玻璃基本氧化物組分選用不同，該實(shí)施例中的基本玻璃氧化物含量與混合稀土氧化物的重量份單位為千克，其中SiO262重量份，Al2O320重量份，B2O38重量份，MgO 5.5重量份，CaO 4重量份，SrO 5重量份，BaO 2.2重量份，ZnO 2重量份，ZrO21重量份，La2O30.01重量份，CeO28重量份，Y2O32重量份，Nd2O30.001重量份。
生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液能夠得到充分的澄清均化，在玻璃成型程中沒有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)。
實(shí)施例四玻璃池窯的利用及加工方法同實(shí)施例一，其不同處在于液晶顯示器基板玻璃的玻璃基本氧化物組分選用不同，該實(shí)施例中的基本玻璃氧化物含量與混合稀土氧化物的重量份為千克，其中SiO265重量份，Al2O320重量份，B2O38.5重量份，MgO 6重量份，CaO 3重量份，SrO 6重量份，BaO 1.2重量份，ZnO 2.5重量份，ZrO21重量份，La2O33重量份，CeO20.001重量份，Nd2O35重量份。
生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液能夠得到充分的澄清均化，在玻璃成型過程中沒有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)。
實(shí)施例五玻璃池窯的利用及加工方法同實(shí)施例一，其不同處在于液晶顯示器基板玻璃的玻璃基本氧化物組分選用不同，該實(shí)施例中的基本玻璃氧化物含量與混合稀土氧化物的重量份為千克，其中SiO268重量份，Al2O318重量份，B2O37.5重量份，MgO 5重量份，CaO 2重量份，SrO 6重量份，BaO 2.7重量份，ZnO 1.5重量份，ZrO21.5重量份，La2O30.001重量份，CeO20.5重量份，Y2O310重量份，Nd2O31重量份。
生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液能夠得到充分的澄清均化，在成型過程中沒有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)。
實(shí)施例六玻璃池窯的利用及加工方法同實(shí)施例一，玻璃基本氧化物組分同實(shí)施例五，其中稀土氧化物含La2O30.001千克，CeO20.001千克，Y2O30.001千克，Nd2O30.001千克。
生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液能夠澄清均化，在成型過程中沒有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)。
實(shí)施例七玻璃池窯的利用及加工方法同實(shí)施例一，玻璃基本氧化物組分同實(shí)施例五，其中稀土氧化物含La2O35千克，CeO28千克，Y2O310千克，Nd2O35千克。
生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液能夠完全充分澄清均化，在成型過程中沒有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)。
比較例一基本同實(shí)施例二，不同處在于混合稀土氧化物組分選用不同，僅加入La2O35.0重量份，Y2O30.001重量份。
生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)玻璃液澄清均化不很理想，在成型過程中有輕微的析晶現(xiàn)象出現(xiàn)，成型溫度為1140℃，液相溫度為1095℃，差值為45℃，小于50℃，不能用于浮法玻璃生產(chǎn)。
比較例二采用專利申請200410090424.8中實(shí)施例一方法得到的玻璃。
表1進(jìn)一步詳細(xì)列舉以上各實(shí)施例和比較例的工藝參數(shù)及得到玻璃性能的測試數(shù)據(jù)
表1實(shí)施例二至實(shí)施例七、比較例具體參數(shù)及玻璃性能

本發(fā)明所述的液晶顯示器基板玻璃，其中玻璃基本氧化物與稀土氧化物的選用，其限定單位依據(jù)客戶的要求具體確定，實(shí)際生產(chǎn)中常以千克為單位；試驗(yàn)室中常采用克為單位。
表格數(shù)據(jù)顯示的各項(xiàng)理化性能要求，完全能夠滿足薄膜晶體管液晶顯示器TFT-LCD顯示屏基板玻璃制造工藝要求；與已有TFT-LCD基板玻璃相比，工藝簡單，玻璃液易于熔化、澄清、均化，可有效提高玻璃質(zhì)量。同時(shí)，成型溫度和液相溫度滿足浮法玻璃的生產(chǎn)工藝的要求，可有效降低其錫液的揮發(fā)，是適合大規(guī)模浮法工藝生產(chǎn)的TFT-LCD顯示器基板玻璃。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器基板玻璃，包括玻璃基本氧化物和氧化鑭和氧化鈰，其特征在于還含有氧化釹和/或氧化釔，且玻璃基本氧化物與所有稀土氧化物的重量份數(shù)比為(60.5～195)∶(0.003～28)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器基板玻璃，其特征在于所述玻璃基本氧化物含有下述組份SiO250～70重量份，Al2O36～20重量份，B2O31～15重量份，MgO 0～15重量份，CaO 3～20重量份，SrO 0～15重量份，BaO 0.5～19重量份，ZnO 0～9重量份，ZrO20～2重量份，SnO20～5重量份和TiO20～5重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述液晶顯示器基板玻璃，其特征在于其中氧化鑭La2O3的含量為0.001～5.0重量份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述液晶顯示器基板玻璃，其特征在于所述氧化鈰CeO2的含量為0.001～8.0重量份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述液晶顯示器基板玻璃，其特征在于所述氧化釔Y2O3的含量為0.001～10.0重量份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述液晶顯示器基板玻璃，其特征在于所述氧化釹Nd2O3的含量為0.001～5.0重量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述液晶顯示器基板玻璃，其特征在于其中各稀土氧化物用量為氧化鑭0.001～5.0重量份，氧化鈰0.001～8.0重量份，氧化釔0.001～10.0重量份，氧化釹0.001～5.0重量份。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述液晶顯示器基板玻璃，其特征在于其中各稀土氧化物用量為氧化鑭0.001～5.0重量份，氧化鈰0.001～8.0重量份，氧化釹0.1～2.0重量份。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述液晶顯示器基板玻璃，其特征在于其中各稀土氧化物用量為氧化鑭0.001～5.0重量份，氧化鈰0.001～8.0重量份，氧化釔0.5～5.0重量份，氧化釹0.001～5.0重量份。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用稀土元素?fù)诫s液晶顯示器(TFT－LCD)基板玻璃，包括玻璃基本氧化物和氧化鑭和氧化鈰，還含有氧化釹和/或氧化釔，且玻璃基本氧化物與所有稀土氧化物的重量份數(shù)比為(60.5～195)∶(0.003～28)。本發(fā)明基板玻璃中由于加入了至少三種稀土氧化物，搭配使用更好改善玻璃的熔化、促進(jìn)澄清、均化，特別在玻璃的成型過程中，能有效防止玻璃析晶，降低玻璃的液相溫度，延緩玻璃的失透速度，使之適應(yīng)浮法玻璃的生產(chǎn)工藝，有利于后續(xù)加工以及使用，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，降低膨脹系數(shù)，使玻璃滿足液晶顯示器基板玻璃的性能要求，適合于大規(guī)模浮法玻璃加工。
文檔編號C03C3/095GK101062834SQ20071009916
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者黃幼榕, 崔竹, 高錫平, 李長久, 顧真安 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院