[发明专利]一种用于平板显示器的无碱玻璃及其熔制工艺

说明书

技术领域：

本发明属于玻璃领域，涉及一种无碱硼铝硅酸盐玻璃，尤其是一种用于平板显示器的硼铝硅酸盐玻璃。

背景技术：

液晶显示器(LCD)是由两块玻璃基板中间封入液晶形成的，通过施加电压使液晶显示。基板有两方面的作用，第一是使液晶保持一定厚度；第二是承载驱动所必须的透明电极和开关元件。两块基板玻璃有严格的尺寸间隔，间隔尺寸为5-10μm。

为了配合LCD的技术发展，基板玻璃有种种组成、制造方式及特性上的区别。LCD对基板玻璃本身的性质和平板质量要求非常严格，LCD对基板玻璃的要求如下。

第一、尺寸精度高性能显示器制造工艺包括多次精密光刻，要求基板外形尺寸加工精度达到1/10mm的误差。但最重要的是对表面平整度和厚度的质量要求是非常严格的，假如有源LCD的两基板精度不能保证，则构成的池空间即两基板间的间距就会有局部误差，这样会直接影响到电场和像素，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带来问题，如曝光时不能在整个平面上聚焦，电路出现缺陷；如果采用近程印刷，翘曲的基板会损害光掩膜。基板的平面度偏差包括从简单的翘曲、整块板波纹度、直到纳米级尺寸的分子粗糙度。

第二、耐热性主要指温度性能和热收缩，二者有内在的联系。在制造TFT工艺过程中，基板要经过反复地热处理，温度最高的p-SiTFT型LCD最高加热到625℃，要求基板在这一温度下保持刚性，不能有任何黏滞流动现象，否则不仅玻璃变形和降温时带来热应力，还会造成尺寸变化。玻璃只有在低于应变温度T_st以下才具有这样的性质，因此要求基板玻璃的T_st高于625℃，再加上25℃的保险量，所以玻璃的T_st至少要650℃以上。研究发现，即使是在低于T_st时，由于结构松弛基板仍显示出尺寸变化。

由于显示器在制造过程中要经过多次、反复、快速地升温降温，必然引起玻璃结构松弛，发生尺寸变化，这样就会使光刻制版的电子线路出现偏差。所以要求整个基板元件的收缩尺寸只能是电路图中最细线宽度的几分之一，即几个微米，对于几百毫米尺寸的显示器而言，收缩允许量仅为几个百万分之一。为了提高分辨率，显示器电路图线宽度是越来越细，但显示器尺寸却越来越大，尽管有了自动补偿技术在光刻时补偿热收缩偏差，但低的热收缩仍然是必要条件。

第三、化学稳定性基板玻璃要求必须经得住显示器制造过程中的各种化学处理，如α-Si有源矩阵LCD有7层以上的薄膜电路和同样多的腐蚀步骤，腐蚀剂和清洗剂从强酸到强碱，如10％以上的NaOH、10％以上的H₂SO₄、浓HNO₃、10％的HF-HNO₃、浓H₃PO₄等，可以说基板对化学稳定性的要求几乎是玻璃品种中最严格的。

第四、表面和内部缺陷基板必须有高的表面质量和内在质量，制造电路的边面应无任何划伤和污点，缺陷应小于几微米，以免损害电路。内部的气泡和包裹体小到像素的几分之一还是允许的，缺陷面积最高允许极限为单个像素面积的25％，一个具有100μm像素尺寸的显示器允许有50μm尺寸的包裹体。

第五、碱的限制本征矩阵型LCD制造过程中的热加工温度低于350℃，可以使用钠钙玻璃基板，只要在表面镀一层SiO₂阻隔层，就可以阻止Na⁺向电路中迁移，这种方法已被广泛采用。但如果热处理温度接近T_st，阻隔层就很难有足够的能力阻止Na⁺的迁移。而非本征矩阵型LCD即有源矩阵LCD，由于要在基板上制造α-Si或p-Si器件，热加工温度相当高，特别是p-Si器件，温度高于前者。热加工温度主要取决于制造薄膜晶体管TFT器件的工艺，因为栅介电材料SiN_x的镀膜要求高达600℃以上的高温，这时来自基板的Na⁺可能通过阻隔层，所以这种类型的LCD基板碱含量越低越好，最好为零。

美国专利号：5811361、5851939、6329310等提到了作为TFT-LCD用基板玻璃所必须具备下述的基本物理特性：

1、为了减少基板玻璃在TFT-LCD基板制作温度下，因热胀冷缩造成的破坏，玻璃的热膨胀系数必须足够低，一般需低于40×10^-7/℃；