一种低表面张力的超薄玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电显示领域，主要涉及一种用作TFT‑LCD显示基板的超薄玻璃及其制备方法。一种低表面张力的超薄玻璃，其特征在于，其化学组成按重量百分比为：SiO2 58‑68wt.％，Al2O3 16‑24wt.％，B2O3 5‑12wt.％，CaO 2‑9wt.％，MgO 2‑7wt.％，SrO 3‑13wt.％，MoO3 1‑4wt.％，V2O5 0‑2wt.％，WO3 0‑3wt.％，SnO2 0.1‑0.2wt.％；其中SiO2+Al2O3的范围：77‑85wt.％，MgO+CaO+SrO的范围：10‑17wt%，MoO3+V2O5+WO3的范围：1‑5wt%。该玻璃具有高应变点（>670℃）、低膨胀系数(<37×10‑7/℃)、高弹性模量（>80GPa）、不含碱金属的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电显示领域，主要涉及一种用作TFT-LCD显示基板的超薄玻璃及其制备方法。
技术介绍
显示器作为信息显示的终端，在信息社会建设中起着十分重要的作用。进入21世纪以来，平板显示技术及其产品以其轻薄化、清晰度高等优点，在电子显示产品(如笔记本电脑、液晶电视)等方面得到了迅猛发展，现在已经逐渐取代了传统的阴极射线管(CathodeRayTube，简称CRT)型电视产品。液晶显示技术由于其成熟的制备工艺、低成本和优秀的显示性能，在平板显示市场中占据主导地位。常见的液晶显示器按物理结构分为4种:扭曲向列型(TN-TwistedNematic)；超扭曲向列型(STN-SuperTN)；双层超扭曲向列型(DSTN-DualScanTortuosityNomograph)；薄膜晶体管型(TFT--ThinFilmTransistor)。薄膜晶体管液晶显示器(ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay，简称TFT-LCD)因其反应时间快，拥有更出色的色彩饱和度、还原能力，并且其有效显示尺寸大、环保性能好、体积小、清晰度高等特点，成为手机、MP3播放器、车载导航仪等小型终端显示设备以及电视、笔记本电脑、台式机上的主流显示设备，在液晶显示中占据了主导地位。在薄膜晶体管液晶显示器结构中，面板是整个显示器的核心部分，其可视为两片玻璃基板中间夹着一层液晶，上层的玻璃基板是与彩色滤光片(ColorFilter)结合，下层的玻璃基板则有晶体管镶嵌于上。并且基板玻璃参与整个TFT-LCD的制程过程，其性能、质量显著影响着面板质量，因此显示器的显示效果很大程度上受玻璃基板的影响。目前商用TFT-LCD显示玻璃基板性能和质量要求有如下几点：(1)属于无碱金属氧化物的玻璃组合物，以避免由于在加热过程中玻璃中的碱金属离子扩散到沉淀的半导体材料中，损害半导体和薄膜性能，造成电路短路而使微结构的薄膜晶体管“中毒”。(2)基板玻璃要求热膨胀系数α30/380＝(32～38)×10-7/K，因需要降低基板玻璃在反复加热过程中产生的热应力，并且需要与多晶硅和无定形硅薄膜材料热膨胀系数相匹配。(3)基板玻璃应具有良好的化学稳定性，耐多种化学溶液的清洗和蚀刻。(4)基板玻璃应变点应不低于650℃，防止在热处理过程中基板玻璃收缩和变形。(5)基板玻璃密度ρ≤2.6g/cm3，弹性模量E＞72GPa(7.2kg/mm2)，在大尺寸屏幕发展大势下，保持轻便耐用的优势。在目前已公开的显示器玻璃璃基板专利中，忽视了玻璃表面张力在生产过程中的重要影响。如中国专利CN101066836A中所描述的具有高温和化学稳定性的玻璃组成及其制备方法中所列举的例子，虽然玻璃应变点温度较高，玻璃性能良好，但是没有考虑玻璃熔体的表面张力在玻璃生产过程中的重要影响，影响了其商业应用价值，再如美国专利US20090270242A1中所描述的无碱玻璃基板中，含有促使玻璃的析晶温度升高，增大玻璃表面张力的ZrO2，不利于玻璃生产的操作，同时也导致玻璃的熔制温度升高，使玻璃生产的能耗增加。TFT-LCD基板玻璃作为一种超薄玻璃对生产工艺技术要求高，而玻璃熔体的表面张力是玻璃生产过程中的重要基础参数。在玻璃澄清过程中，微小气泡在表面张力的作用下，可溶解于玻璃液中，在玻璃拉薄过程中，拉边机要克服表面张力的作用，经过反复拉薄才能达到要求，增大了能耗。本专利技术的目的是通过添加多种降低表面张力的氧化物，在保证不影响各项性能的条件下，减小玻璃表面张力，可增加拉边机工作稳定性，有利于降低超薄玻璃波纹度和厚薄差，且降低了能耗，从而制备一种满足现代市场环保的要求、适合于显示器的高强度低表面张力的玻璃基板。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适合于显示器的高强度、低表面张力的超薄玻璃及其制备方法，该玻璃具有高应变点(>670℃)、低膨胀系数(<37×10-7/℃)、高弹性模量(>80GPa)、不含碱金属的特点。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种低表面张力的超薄玻璃(或称为：一种用作TFT-LCD基板的超薄玻璃)，其特征在于，其化学组成按重量百分比(wt.％)为：其中SiO2+Al2O3的范围：77-85wt.％，MgO+CaO+SrO的范围：10-17wt％，MoO3+V2O5+WO3的范围：1-5wt％。本专利技术中，SiO2是玻璃形成骨架的主体，是玻璃骨架中起主要作用的成分。SiO2的质量百分比(wt.％)为58-68，SiO2含量低于58wt.％，不易获得低膨胀、高应变点的玻璃，会降低玻璃的耐化学稳定性；SiO2含量高于68wt.％时，玻璃的高温黏度会增加，造成玻璃的熔制温度过高。Al2O3属于玻璃的中间体氧化物，Al3+有两种配位状态，即位于四面体或八面体中，当玻璃中氧足够多时，形成铝氧四面体[AlO4]，与硅氧四面体形成连续的网络，当玻璃中氧不足时，形成铝氧八面体[AlO6]，为网络外体而处于硅氧结构网络的空穴中，所以在一定含量范围内可以和SiO2是玻璃网络形成的主体。Al2O3的质量百分比(wt.％)为16-24。Al2O3含量低于16wt.％，不易获得高应变点、高强度玻璃，玻璃的耐化学稳定性不足，同时会增加玻璃的结晶倾向；Al2O3含量大于24wt.％会显著增加玻璃高温黏度，使玻璃的熔制温度升高。B2O3也是玻璃形成氧化物，也是构成玻璃骨架的成分，同时又是一种降低玻璃熔制黏度的助溶剂。硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构组元，在不同条件下硼可能以三角体[BO3]或硼氧四面体[BO4]存在，在高温熔制条件时，一般难于形成硼氧四面体，而只能以三面体的方式存，但在低温时，在一定条件下B3+有夺取游离氧形成四面体的趋势，使结构紧密而提高玻璃的低温黏度，但由于它有高温降低玻璃黏度和低温提高玻璃黏度的特性，也决定了它的含量范围较小。B2O3的重量百分比(wt.％)为5-12。B2O3的含量低于5wt.％，无法起到助溶的作用，同时增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的化学稳定性；B2O3的含量大于12wt.％，会降低玻璃的应变点，同时使玻璃的分相倾向增加。MgO是玻璃结构网络外体氧化物，降低热膨胀系数，MgO的重量百分比(wt.％)为2-7，MgO的含量大于7wt.％时会增加玻璃的析晶倾向，耐酸性降低。CaO是玻璃结构网络外体氧化物，CaO的重量百分比(wt.％)为2-9，CaO的含量大于9wt.％，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的热膨胀系数。SrO是玻璃结构网络外体氧化物，起到抑制玻璃分相的作用，增强耐酸性，SrO的重量百分比(wt.％)为3-13，SrO的含量大于13wt.％时会增加玻璃化学稳定性和提高玻璃的热膨胀系数。MoO3是玻璃结构网络外体氧化物，MoO3的重量百分比(wt.％)为1-4，可以降低玻璃转变点和表面张力，但当MoO3大于4wt.％时，易产生分相，增加玻璃析晶倾向，MoO3小于1wt.％时，起不到显著降低玻璃表面张力的效果。V2O5是玻璃结构网络形成体氧化物，V2O5的重量百分比(wt.％)为0-2，可以降表面张力，但当V2O5大于2wt.％时，易导致玻璃析晶，使玻璃着色。WO3是玻璃结构网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低表面张力的超薄玻璃，其特征在于，其化学组成按重量百分比为：其中SiO2+Al2O3的范围：77‑85wt.％，MgO+CaO+SrO的范围：10‑17wt％，MoO3+V2O5+WO3的范围：1‑5wt％。

【技术特征摘要】
1.一种低表面张力的超薄玻璃，其特征在于，其化学组成按重量百分比为：其中SiO2+Al2O3的范围：77-85wt.％，MgO+CaO+SrO的范围：10-17wt％，MoO3+V2O5+WO3的范围：1-5wt％。2.如权利要求1所述的一种低表面张力的超薄玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)按化学组成及重量百分比为：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆平，王振，韩建军，谢俊，刘超，王静，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42