无碱玻璃基板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无碱玻璃基板及其制备方法。所述无碱玻璃基板在浓度为10重量％的HF溶液中的侵蚀量小于5.5mg/cm

Alkali free glass substrate and preparation method thereof

The invention discloses an alkali free glass substrate and a preparation method thereof. The alkali glass substrate is less than 5.5mg/cm in a concentration of 10 wt.% HF solution

【技术实现步骤摘要】
无碱玻璃基板及其制备方法
本专利技术涉及玻璃制造领域，具体涉及一种无碱玻璃基板及其制备方法。
技术介绍
随着光电行业的快速发展，对各种显示器件的需求正在不断增长，比如有源矩阵液晶显示(AMLCD)、有机发光二极管(OLED)以及应用低温多晶硅技术的有源矩阵液晶显示(LTPSTFT-LCD)器件，这些显示器件都基于使用薄膜半导体材料生产薄膜晶体管(TFT)技术。主流的硅基TFT可分为非晶硅(a-Si)TFT、多晶硅(p-Si)TFT和单晶硅(SCS)TFT，其中非晶硅(a-Si)TFT为现在主流TFT-LCD应用的技术，非晶硅(a-Si)TFT技术，在生产制程中的处理温度可以在300～450℃温度下完成。LTPS多晶硅(p-Si)TFT在制程过程中需要在较高温度下多次处理，基板必须在多次高温处理过程中不能发生变形，这就对基板玻璃性能指标提出更高的要求，优选的应变点高于650℃，更优选的是高于670℃、700℃、720℃，以使基板在面板制程中具有尽量小的热收缩。同时玻璃基板的膨胀系数需要与硅的膨胀系数相近，尽可能减小应力和破坏，因此基板玻璃优选的线性热膨胀系数在2.8×10-6～4×10-6/℃之间。为了便于生产，降低生产成本，作为显示器基板用的玻璃应该具有较低的熔化温度和成型温度。用于平面显示的玻璃基板，需要通过溅射、化学气相沉积(CVD)等技术在底层基板玻璃表面形成透明导电膜、绝缘膜、半导体(多晶硅、无定形硅等)膜及金属膜，然后通过光蚀刻(Photo-etching)技术形成各种电路和图形，如果玻璃含有碱金属氧化物(Na2O，K2O，Li2O)，在热处理过程中碱金属离子扩散进入沉积半导体材料，损害半导体膜特性，因此，玻璃应不含碱金属氧化物，首选的是以SiO2、Al2O3、碱土金属氧化物RO(RO＝Mg、Ca、Sr、Ba)等为主成分的碱土铝硅酸盐玻璃。大多数硅酸盐玻璃的应变点随着玻璃形成体含量的增加和改性剂含量的减少而增高。但同时会造成高温熔化和澄清困难，造成耐火材料侵蚀加剧，增加能耗和生产成本。因此，通过组分改良，使得低温粘度增大的同时还要保证高温粘度不会出现大的提升，甚至降低才是提高应变点的最佳突破口。在高铝无碱硅酸盐玻璃体系中，添加氧化硼B2O3可以带来良好的助熔效果，同时有利于提升玻璃耐化性。但是在低温粘度区，B2O3却使得玻璃应变点显著降低，如何同时提高玻璃基板的耐化性和应变点温度成为长期困扰本领域技术人员的一道难题。在玻璃基板的加工过程中，玻璃基板是水平放置的，玻璃在自重作用下，有一定程度的下垂，下垂的程度与玻璃的密度成正比、与玻璃的弹性模量成反比。随着基板制造向着大尺寸、薄型化方向的发展，制造中玻璃板的下垂必须引起重视。因此应设计组成，使基板玻璃具有尽可能低的密度和尽可能高的弹性模量。随着智能手机与平板电脑的普及，开启了智能移动的时代。以往的手机局限在通讯功能，但目前包括智能手机与平板电脑的智能设备的性能已与笔记本接近，使得让人们凭借无线通信的方便性无时无刻不在执行及享受较高层次的商务及娱乐活动。在这样的趋势下，对显示器性能要求也不断提高，尤其是对移动智能设备的画面质量、在户外的可视性能要求也正在提升，同时为了减轻手持式设备的使用负担，重量变轻、厚度变薄成为不可避免的大趋势。在这种发展潮流引导下，显示面板正在向轻薄化、超高清显示的方向发展，一方面，要求玻璃基板应具有较小的密度；另一方面，面板制程工艺向更高处理温度发展；同时单片玻璃经过工艺处理，厚度达到0.25mm、0.2mm、0.1mm、0.05mm甚至更薄。使玻璃变薄的方式目前主要是化学减薄，具体的说，使用氢氟酸或氢氟酸缓冲液对玻璃基板进行腐蚀，其薄化原理如下：主要化学反应：4HF+SiO2＝SiF4+2H2O次要化学反应：RO+2H+＝R2++H2O(R代表碱土金属等)化学减薄工艺及玻璃基板减薄后的表面质量与基础玻璃组成有一定关系，现有TFT-LCD基板玻璃在化学减薄过程中频繁出现“凹坑”、“凹凸点”等不良欠点，增加了生产成本。具有高的化学稳定性的玻璃在减薄后具有更好的表面质量，因此研发高化学稳定性的TFT-LCD基板玻璃，可以减少二次抛光等生产成本，提升产品品质和良品率，对于大型工业化生产有较大益处。但是过慢的氢氟酸或氢氟酸缓冲液腐蚀速率会降低薄化厂生产效率。随着轻薄化趋势的发展，在G5代、G6代、G7代、G8代等更高世代玻璃基板生产中，水平放置的玻璃基板由于自重产生的下垂、翘曲成了重要研究课题。对玻璃基板生产者而言，玻璃板材成型后要经过退火、切割、加工、检验、清洗等多种环节，大尺寸玻璃基板的下垂将影响在加工点之间运送玻璃的箱体中装入、取出和分隔的能力。对面板制造商来讲，类似的问题同样存在。较大的垂度或翘曲会导致碎片率提高以及CF制程工艺报警，严重影响产品良率。如果在两端支撑基板两边时，玻璃基板的最大下垂量(S)可以表示如下：式中，k为常数，ρ为密度，E为弹性模量，1为支撑间隔，t为玻璃基板厚度。其中，(ρ/E)为比模数的倒数。比模数是指材料弹性模量与密度的比值，亦称为“比弹性模量”或“比刚度”，是结构设计对材料的重要要求之一。比模数较高说明相同刚度下材料重量更轻，或相同质量下刚度更大。由上式可见，当1、t一定时，ρ变小E加大后可以降低下垂量，因此应该使基板玻璃具尽量低的密度和尽量高的弹性模量，即具有尽量大的比模数。减薄后的玻璃由于厚度的急剧减小而出现机械强度降低，更容易变形。降低密度、增大比模数及强度，降低玻璃脆性成为玻璃生产者需要重点考虑的因素。为了得到无泡的无碱玻璃基板，利用澄清气体，从玻璃熔液中驱逐玻璃反应时产生的气体，另外在均质化熔化时，需要再次利用产生的澄清气体，增大泡层径，使其上浮，由此取出残余的微小泡。可是，用作平板显示器用玻璃基板的玻璃熔液的粘度高，需用较高的温度熔化。在此种的玻璃基板中，通常在1300～1500℃引起玻璃化反应，在1500℃以上的高温下脱泡、均质化。因此，在澄清剂中，广泛使用能够在宽的温度范围(1300～1700℃范围)产生澄清气体的As2O3。但是，As2O3的毒性非常强，在玻璃的制造工序或废玻璃的处理时，有可能污染环境和带来健康的问题，其使用正在受到限制。曾尝试用锑澄清来替代砷澄清。然而，锑本身存在引起环境和健康方面的问题。虽然Sb2O3的毒性不像As2O3那样高，但是Sb2O3仍然是有毒的。而且与砷相比，锑产生澄清气体的温度较低，除去此种玻璃气泡的有效性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的无碱玻璃基板密度大、弹性模量不够高、比模数低、难以同时提高耐化性和应变点温度、生产及加工过程能耗大、成本高以及需要使用有毒的澄清剂的问题，提供一种无碱玻璃基板及其制备方法以及由该方法制备的无碱玻璃基板。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种无碱玻璃基板，所述无碱玻璃基板在10重量％的HF溶液中的侵蚀量小于5.5mg/cm2，以无碱玻璃基板的组成中各组分的总摩尔量为基准，所述无碱玻璃基板的组成包括：70-74mol％的SiO2、11-14mol％的Al2O3、0-2.5mol％的ZnO、10-17mol％的RO和0.01-2mol％的RE2O3，其中，所述RO为MgO、CaO、SrO和B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无碱玻璃基板，其特征在于，所述无碱玻璃基板在浓度为10重量％的HF溶液中的侵蚀量小于5.5mg/cm

【技术特征摘要】
1.一种无碱玻璃基板，其特征在于，所述无碱玻璃基板在浓度为10重量％的HF溶液中的侵蚀量小于5.5mg/cm2，以无碱玻璃基板的组成中各组分的总摩尔量为基准，所述无碱玻璃基板的组成包括：70-74mol％的SiO2、11-14mol％的Al2O3、0-2.5mol％的ZnO、10-17mol％的RO和0.01-2mol％的RE2O3，其中，所述RO为MgO、CaO、SrO和BaO中的至少一种；所述RE2O3为Y2O3、La2O3、Gd2O3、Ce2O3、Yb2O3和Lu2O3中的至少一种。2.根据权利要求1所述的无碱玻璃基板，其特征在于，所述无碱玻璃基板在10重量％的HF溶液中的侵蚀量为2-5.5mg/cm2，优选为4.5-5.5mg/cm2，以无碱玻璃基板的组成中各组分的总摩尔量为基准，所述无碱玻璃基板的组成包括：70.4-73mol％的SiO2、11.3-13mol％的Al2O3、0-2.2mol％的ZnO、12.6-16.7mol％的RO和0.01-0.7mol％的RE2O3。3.根据权利要求1或2所述的无碱玻璃基板，其特征在于，以无碱玻璃基板的组成中各组分的总摩尔量为基准，所述无碱玻璃基板的组成中各组分的含量按摩尔百分比计算满足C值的范围为0-1.26，优选为0.58-1.23，进一步优选为0.63-1.21，更进一步优选为0.71-1.18，更进一步优选为0.86-1.12，其中，C值由下式计算得出：C＝0.5×SiO2+P1×Al2O3+P2×(CaO+SrO)+P3×(MgO+BaO+ZnO)+P4×RE2O3，其中，0.8≤P1≤1.3，7≤P2≤10，1.5≤P3≤3，-35≤P4≤-20，SiO2、Al2O3、MgO...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广涛，王俊峰，李刚，闫冬成，王丽红，郑权，
申请(专利权)人：东旭科技集团有限公司，东旭集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11