尺寸稳定的抗损坏玻璃片制造技术

本文描述了铝硼硅酸盐玻璃组合物，其基本不含碱性并且展现出用作平板显示器装置(例如，有源矩阵液晶显示器(AMLCD))中的基材所希望的物理和化学性质。可以通过例如浮法使得玻璃组合物形成玻璃片。当用作基材时，玻璃片展现出加工过程中的尺寸稳定性以及切割过程中的抗破坏性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉参考本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年3月14日提交的美国申请系列第61/781,604号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
本文涉及制造能够用于高性能视频和信息显示器的玻璃片的组合物和方法。
技术介绍
液晶显示器，例如有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的生产是非常复杂的，基材玻璃的性质是极为重要的。首先且最重要的是，用于AMLCD器件生产的玻璃基材需要使其物理尺寸具有严格控制。在液晶显示器领域，优选基于多晶硅的薄膜晶体管(TFT)，原因是它们能够更有效地传输电子。基于多晶硅(p-Si)的硅晶体管的特征在于其迁移率高于基于无定形硅(a-Si)的晶体管。这样能够制造更小和更快的晶体管，最终生产更亮和更快速的显示器。基于p-Si的晶体管的问题之一在于，它们的制造过程需要比制造a-Si晶体管更高的工艺温度。这些温度范围是450℃至600℃，相比较而言，在制造a-Si晶体管时所使用的峰值温度是350℃。在这些温度，大多数AMLCD玻璃基材经受被称作压缩的过程。压缩，也称为热不稳定性或尺寸变化，是由于玻璃的假想温度变化导致的玻璃基材的不可逆的尺寸变化(收缩)。“假想温度”是用来表示玻璃的结构状态的概念。据说从高温快速冷却的玻璃具有较高的假想温度，原因在于“凝固”在较高温度结构。较为缓慢冷却或者在其退火点附近保持一段时间的玻璃据说具有较低的假想温度。压缩的程度取决于玻璃的制造工艺以及玻璃的粘弹性性质。在由熔融玻璃生产片产品的浮法工艺中，玻璃片从熔体较为缓慢地冷却，因此，将相对低温结构“凝固”到玻璃中。相反地，熔合法导致玻璃片从熔体非常快速地骤冷，以相对高温结构凝固。作为结果，相比于通过熔合法制造的玻璃，通过浮法生产的玻璃可能经受较小的压缩，因为用于压缩的驱动力是假想温度和玻璃在压缩过程中经历的工艺温度的差值。具体来说，当玻璃保持在提升的温度时，其结构朝向热处理温度松弛。因为在薄膜晶体管(TFT)工艺中，玻璃基材的假想温度几乎总是高于相应的热处理温度，因此该结构松弛引起假想温度的下降，这进而引起玻璃的压缩(收缩/致密化)。该压缩是不合乎希望的，因为其在显示器制造过程中产生可能的对准问题，这进而导致最终显示器的分辨率问题。存在数种方法使得玻璃中的压缩最小化。一种是对玻璃进行热预处理，以产生类似于p-SiTFT制造过程中玻璃会经受的假想温度。这种方法存在一些困难。首先，在p-SiTFT制造过程中，采用的多个加热步骤在玻璃中产生略不同的假想温度，其无法通过这种预处理得到完全补偿。其次，玻璃的热稳定性变得与待使用的p-SiTFT制造工艺的细节密切相关，这可能意味着对不同的终端用户有不同的预处理。最后，预处理增加了加工的成本和复杂性。另一个方法是通过增加玻璃的粘度来减缓在加工温度的应变率。这可以通过升高玻璃的粘度来实现。例如，玻璃的退火点表示对应于玻璃的固定粘度(即，1013.2泊)的温度，因此退火点升高就等于在固定温度下粘度的增加。但是，该方法的挑战在于，成本有效地生产高退火点的玻璃。较高退火点的玻璃通常在其制造过程中采用较高的操作温度，从而降低了与玻璃制造相关的固定资产的寿命。此外，高退火点仅仅是用于生产显示器基材的玻璃组合物所希望的许多性质中的一种。其他合乎希望的性质包括高应变点、低密度以及与硅基电子组件相容的CTE(热膨胀系数)。一个特别重要的性质是显示器制造商将由玻璃组合物制得的片材切割成较小片而不产生大量玻璃碎片和/或产生过多裂纹(例如，在切割线横向开裂，即不会由于切割导致玻璃片的明显损坏)的能力。在TFT生产过程中进行蚀刻期间，玻璃基材边缘处的缺陷(例如横向裂纹)倾向于发生尺寸增加。因此，电子组件(例如显示驱动器)需要从基材边缘向内移动，从而增加了需要将这些组件隐藏在最终显示器中的玻璃框的尺寸。这种大玻璃框与希望小玻璃框的现代显示器设计是不相容的。为了易于参照，本文使用术语“可切割”描述(1)可以切割成较小的片而不产生过量玻璃碎片和/或横向裂纹的玻璃片；以及(2)生产此类玻璃片的玻璃组合物。
技术实现思路
本文描述了基本不含碱性的玻璃及其制造方法，其中，玻璃是可切割的并且具有高退火点，因而具有良好的尺寸稳定性(即，低压缩)。在各个实施方式中，玻璃还具有高应变点、低密度、与硅基电子组件相容的CTE以及小于1300℃的104泊温度，这使得它们特别良好地适用于根据浮法工艺制造玻璃片。在其他应用中，玻璃可以用于制造用来生产高性能视频和信息显示器的玻璃基材。根据第一个方面，揭示了基本不含碱的玻璃，以氧化物计，其包含如下组成，单位为摩尔％：SiO2：65-70.3Al2O3：11-14B2O3：2-7.5MgO：2-7.5CaO：3-11SrO：0-5.5BaO：0-2ZnO：0-2其中：(a)[SiO2]+[Al2O3]≤81.3；以及(b)∑[RO]/[Al2O3]≤1.3；其中，[SiO2]和[Al2O3]分别是SiO2和Al2O3的摩尔％，并且∑[RO]等于MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的摩尔％之和。根据第二个方面，揭示了用于通过浮法生产基本不含碱的玻璃片的方法，所述方法包括：对批料材料进行选择、熔合和澄清，使得以氧化物计，构成片材的玻璃包含如下组成，单位为摩尔％：SiO2：65-70.3Al2O3：11-14B2O3：2-7.5MgO：2-7.5CaO：3-11SrO：0-5.5BaO：0-2ZnO：0-2其中：(a)[SiO2]+[Al2O3]≤81.3；以及(b)∑[RO]/[Al2O3]≤1.3；其中，[SiO2]和[Al2O3]分别是SiO2和Al2O3的摩尔％，并且∑[RO]等于MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的摩尔％之和。在某些方面，玻璃是通过浮法生产的板材的形式。在其他方面，将玻璃成形为作为平板显示器装置的基材的片材。在其他方面，基材载有多晶硅薄膜晶体管。上文所述的本专利技术的方面的概述并未意在限制本专利技术的范围，也不应被理解为是对本专利技术范围的限制。更一般地，应理解前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本专利技术的示例，用来提供理解本专利技术的性质和特性的总体评述或框架。在以下的详细描述中提出了本专利技术另外的特征和优点，对于本领域的技术人员而言，由所述内容或通过按照本文所示例实施本专利技术而了解，其中的部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基本无碱的玻璃，以氧化物计，所述基本无碱的玻璃包含以下组分，单位为摩尔％：SiO2：65‑70.3Al2O3：11‑14B2O3：2‑7.5MgO：2‑7.5CaO：3‑11SrO：0‑5.5BaO：0‑2ZnO：0‑2其中：(a)[SiO2]+[Al2O3]≤81.3；以及(b)∑[RO]/[Al2O3]≤1.3；[SiO2]和[Al2O3]分别是SiO2和Al2O3的摩尔％，并且∑[RO]等于MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的摩尔％之和。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.14 US 61/781,6041.一种基本无碱的玻璃，以氧化物计，所述基本无碱的玻璃包含以下组分，单位为摩
尔％：
SiO2：65-70.3
Al2O3：11-14
B2O3：2-7.5
MgO：2-7.5
CaO：3-11
SrO：0-5.5
BaO：0-2
ZnO：0-2
其中：
(a)[SiO2]+[Al2O3]≤81.3；以及
(b)∑[RO]/[Al2O3]≤1.3；
[SiO2]和[Al2O3]分别是SiO2和Al2O3的摩尔％，并且∑[RO]等于MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO
的摩尔％之和。
2.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于：
a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥740
其中：
(i)[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔百分
比；以及
(ii)a0＝847.516，a1＝4.747，a2＝-10.144，a3＝-5.089，a4＝-6.837，以及a5＝-6.548。
3.如权利要求2所述的玻璃，其特征在于，当通过纤维伸长技术测量时，所述玻璃的退
火点大于或等于740℃。
4.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于：
a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥685
其中：
(i)[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔百分
比；以及
(ii)a0＝774.973，a1＝4.886，a2＝-9.666，a3＝-3.610，a4＝-5.840，以及a5＝-5.713。
5.如权利要求4所述的玻璃，其特征在于，当通过纤维伸长技术测量时，所述玻璃的应
变点大于或等于685℃。
6.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于：
a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥200
其中：
(i)[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔百分
比；以及
(ii)a0＝387.802，a1＝33.509，a2＝52.734，a3＝18.704，a4＝-40.918，以及a5＝-
77.347。
7.如权利要求6所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的压痕裂纹引发阈值大于或等于
200克力。
8.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于：
84≥a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥68
其中：
(i)[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔百分
比；以及
(ii)a0＝67.773，a1＝0.865，a2＝-0.825，a3＝0.903，a4＝0.356，以及a5＝0.133。
9.如权利要求8所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的杨氏模量E满足如下关系：
84GPa≥E≥68GPa。
10.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于：
38≥a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥30
其中：
(i)[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔百分
比；以及
(ii)a0＝18.773，a1＝-0.365，a2＝0.187，a3＝0.744，a4＝1.500，以及a5＝1.848。
11.如权利要求10所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃在22℃至300℃的CTE满足如下关
系：
38x10-7/℃≥CTE≥30x10-7/℃，
其中，通过纤维伸长技术测得所述CTE。
12.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于：
a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≤2.56
其中：
(i)[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔百分
比；以及
(ii)a0＝2.195，a1＝0.009，a2＝-0.005，a3＝0.011，a4＝0.013，以及a5＝0.027。
13.如权利要求12所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的密度小于或等于2.56g/cm3。
14.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于：
a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≤1330
其中：
(i)[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔百分
比；以及
(ii)a0＝1710.446，a1＝-7.715，a2＝-14.847，a3＝-17.550，a4＝-16.643，以及a5＝-
12.574。
15.如权利要求14所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的104泊温度小于或等于1330℃。
16.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃满足如下7种关系中的至少2种，对
于每种关系，[Al2O3]、[B2O3]、[MgO]、[CaO]和[SrO]分别是Al2O3、B2O3、MgO、CaO和SrO的摩尔
百分比：
(A)a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥740，
其中：
a0＝847.516，a1＝4.747，a2＝-10.144，
a3＝-5.089，a4＝-6.837，以及a5＝-6.548；
(B)a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥685，
其中：
a0＝774.973，a1＝4.886，a2＝-9.666，
a3＝-3.610，a4＝-5.840，以及a5＝-5.713；
(C)a0+a1*[Al2O3]+a2*[B2O3]+a3*[MgO]+a4*[CaO]+a5*[SrO]≥200，
其中：
a0＝387.802，a1＝33.509，a2＝52.734，
a3＝18....

【专利技术属性】
技术研发人员：A·J·埃利森，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US