[发明专利]铝硼硅酸盐玻璃组合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基本无碱的用于平板显示器的铝硼硅酸盐玻璃组合物，具有较低的熔化温度，它适合于平板显示器，尤其是适合于TFT-LCD玻璃基板；本发明还涉及一种平板显示器用玻璃基板，它根据一种基本无碱的铝硼硅酸盐玻璃组成生产，本发明还涉及该玻璃板在平板显示器中的应用。

发明背景

平板显示器玻璃基板广泛应用于液晶显示器-LCD(Liqiud CrystalDisplays)、薄膜场致发光显示器-TFED(Thin Film ElectroluminescentDisplays)、等离子显示器-PDP(Plasma Display Panels)、EL显示器等。其中LCD显示器对玻璃基板本身的性质和平板质量要求最严格，TFED和PDP的要求稍差。在LCD中，玻璃基板作用包括两方面：一是使液晶保持一定厚度；二是承载驱动所必需的透明电极和开关元件。

目前普遍采用的有源矩阵型TFT-LCD根据驱动方式分为两种，一种是采用非晶硅a-Si(amorphous Silicon)薄膜晶体管作为有源矩阵驱动方式的液晶显示器，即a-Si TFT型LCD；另一种是采用多晶硅p-Si(polycrystalline Silicon)薄膜晶体管作为有源矩阵驱动方式的液晶显示器，即p-Si TFT型LCD。在液晶显示面板的制备过程中，首先要通过溅射、化学气相沉积(CVD)等技术在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。在膜沉积和光蚀刻阶段，玻璃基板要经受各种热处理和化学处理，其中无定形硅、多晶硅半导体膜的形成过程要经受500-600℃高温热处理。

在外观质量方面，基板玻璃应具有足够高的均匀度、平整度和无宏观缺陷。高性能显示器制造工艺包括多次精密光刻，假如TFT-LCD两基板精度不能保证，则两基板间距就会产生局部误差，直接影响到电场和象素，使显示器的灰度和色彩不均匀。平面度低的基板在光刻过程中也会导致电路出现缺陷。

基板玻璃的热性能要求主要涉及玻璃的热膨胀系数和应变点。在液晶面板的制备过程中，基板玻璃反复经受快速加热和冷却的热冲击，随着基板尺寸的增加，玻璃表面微裂纹产生的几率增加，意味着基板在热处理过程中破裂的可能性增加，减小玻璃的膨胀系数可以降低由于温差造成的热应力；另一方面，如果基板玻璃与薄膜晶体管(TFT)材料(如多晶硅、无定形硅)之间的膨胀系数差异较大，在热处理过程中，玻璃板将发生翘曲，因此，基板玻璃的膨胀系数应与多晶硅和无定形硅材料相匹配，其最佳值约为30-38×10^-7/℃。如果基板玻璃的耐热性不足(应变点低)，在制备半导体膜的过程中，玻璃板要经受500-600℃的高温处理，基板玻璃的热收缩可能造成TFT的象素点距误差，导致显示缺陷，同时玻璃板还可能产生变形和翘曲，因此，基板玻璃应具有高的耐热性，其应变点(粘度为10^14.5泊的温度)应高于650℃。

有源矩阵型(非本征型)LCD，由于在基板上制造a-Si或p-Si器件，热加工温度相当高，特别是p-Si器件。热加工温度主要取决于制造薄膜晶体管TFT器件工艺，因为栅介电材料SiNx的镀膜要求温度高达600℃以上高温，这时来自基板的碱金属离子可能通过阻隔层。碱金属对TFT栅介电材料的污染导致器件寿命下降，Na⁺迁移率最高，污染也最严重。由于原料和耐火材料等带入的碱金属杂质，如Na₂O等，无碱玻璃基板中的碱金属是无法避免的，一般要求碱金属含量＜1000ppm，要求基板与TFT界面的碱金属含量在5ppm以下。

通常选择的TFT-LCD玻璃系统为含Al₂O₃的硼硅酸盐玻璃体系。无碱的铝硼硅酸盐玻璃具有优良的耐热性和化学稳定性，但熔化温度非常高，对生产高质量TFT-LCD液晶玻璃基板造成了很大困难。如美国专利US 6537937和US 5801109公开的一类无碱玻璃，其熔化点(粘度为102泊时的温度)超过1700℃，公开号为CN 1764610A的中国专利公开的一类无碱玻璃，熔化点更是高达1740℃以上。从玻璃生产者的角度讲，过高的玻璃熔制温度将导致玻璃窑炉耐火材料侵蚀的加速和窑炉寿命的缩短，玻璃熔制温度过高还造成高温仪器和设备的使用受限，还会在提供高质量玻璃板方面造成困难，玻璃的成品率受影响，成本增加；另外，过高的熔制温度造成能耗增加。

发明内容