[发明专利]具有改进的总节距稳定性的玻璃

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2012年12月21日提交的美国临时申请系列第61/740,790号以及2013年11月27日提交的美国临时申请系列第61/909,612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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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，与a-Si晶体管相比，它们的制造过程需要更高的工艺温度。这些温度范围是450℃至600℃，相比较而言，在制造a-Si晶体管时通常使用的峰值温度是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。当玻璃保持在提升的温度时，允许结构将其结构朝向热处理温度释放。由于在薄膜晶体管(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)。

使得玻璃中的压缩水平最小化会是有利的，因为压缩产生了显示器制造过程中可能的对准问题，这进而导致最终的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，以产生类似于经历p-SiTFT制造工艺的玻璃的假想温度。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，使得通过这种预处理也不能完全补偿。其次，玻璃的热稳定性变得与p-SiTFT制造的细节密切相关，这可能意味着对不同的终端用户有不同的预处理。最后，预处理增加了处理的成本和复杂性。

另一种方法是增高玻璃的退火点。具有较高退火的玻璃会具有较高的假想温度，因而压缩会小于当经受与面板制造相关的提升的温度。但是，该方法的挑战在于，成本有效地生产高退火点的玻璃。影响成本的主要因素是缺陷和资产寿命。较高的退火点玻璃通常在其制造过程中采用较高的操作温度，进而降低了与玻璃制造相关的固定资产的寿命。

另一种方法涉及减缓制造过程中的冷却速率。虽然该方法具有一些优点，但是一些制造技术(例如，导致玻璃片从熔体和较高温度结构快速骤冷的熔合工艺)是“冻结的”。虽然采用该制造工艺，部分受控冷却是可能的，但是其难以控制。

发明内容

揭示了一种玻璃基材，其具有突出的总节距变化(totalpitchvariability)(TPV)，其通过三个量度测量：(1)高温测试循环(HTTC)中的压缩小于40ppm；(2)低温测试循环(LTTC)中的压缩小于5.5ppm；以及(3)应力松弛速率符合在应力松弛测试循环中小于50％的松弛。通过使得单个玻璃产品满足所有三个标准，确保了基材能够被接受用于最高分辨率TFT循环。近来对于玻璃松弛的底层物理学的理解使得申请人能够解释满足所有三个标准的玻璃。

本发明描述了用于高性能视频或信息显示器的玻璃片，其满足如下性能标准：在低温测试循环中的压缩小于或等于5.5ppm，在高温测试循环中的压缩小于40ppm；以及在应力松弛测试循环中小于50％的诱导应力水平。更具体地，本发明提供了满足上述标准且具有与硅相容的热膨胀系数的玻璃组合物，其基本不含碱金属、不含砷和不含锑。更具体地，本发明的玻璃还展现出：小于2.6g/cc的密度，对于0.5mm厚的片材在300nm大于50％的透射率，以及(MgO+CaO+SrO+BaO)/Al₂O₃小于1.25。