[发明专利]无碱铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及玻璃制造领域，公开了一种无碱铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。该无碱铝硅酸盐玻璃在1600℃时玻璃熔体的电阻率≤200Ω·cm；粘度为35000泊时对应的温度T₃₅₀₀₀≥1250℃；粘度为10¹³泊时对应的退火点≥790℃。本发明提供的无碱铝硅酸盐玻璃具有较低的密度和较高的弹性模量，良好的热稳定性及较低的热收缩率，并且该无碱铝硅酸盐玻璃在308nm和/或550nm处具有高穿透率，适合大型工业化生产。

技术领域

本发明涉及玻璃制造领域，具体涉及无碱铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

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(LTPS TFT-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28-41×10^-7/℃之间。为了便于生产，作为显示器基板用的玻璃应该具有较低的熔化温度、高温表面张力、高温体积电阻率和液相线温度。

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、B₂O₃、碱土金属氧化物RO(RO＝Mg、Ca、Sr、BaO)等为主成分的碱土铝硅酸盐玻璃。

大多数硅酸盐玻璃的退火点、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，甚至降低才是提高热稳定性的最佳突破口。

显示用的无碱玻璃因粘度大，在熔化时通常需要加热到1600℃以上。常用的火焰熔制技术在无碱玻璃品质及工艺控制方面已显现不足，必须采取辅助电熔化或全电熔化技术才能实现玻璃的高效熔化。显示用的无碱玻璃在室温下是电的绝缘体，电阻率为10¹⁹-10²²Ω·cm，当显示用的无碱玻璃被加热时其导电性能随温度升高而明显增强，但是相对于高碱金属硅酸盐玻璃在熔融状态下通常小于10Ω·cm的电阻率来说，显示用的无碱玻璃仍然存在电阻率偏大从而不利于提高热效率的问题。电助熔或全电熔技术利用高温状态下熔融玻璃液的自身导电发热特性将电能转化为热能的形式，使玻璃从内部自身发热来提高其内部的温度，降低玻璃液上、下层温差，提高澄清效果，其热效率要比火焰辐射加热吸收的热量高得多，从而节省能量，大幅提高玻璃熔化率，改善玻璃液品质。高温状态下无碱玻璃液的电阻率大小是影响玻璃焦耳热效应的关键。高温电阻率过小，可能会削弱焦耳热效应，自身发热量无法满足熔化的需要，还会带来高温粘度性能的劣化；高温电阻率过高，则会影响玻璃液的导电性，使通电加热时的电流流向耐火材料而造成耐火材料的高温侵蚀。因此，高温下熔融玻璃液的电阻率必须控制在合理的范围内才能达到提高熔化效率，改善玻璃液品质的目的。