CN102603181A - 基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板 - Google Patents
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Abstract
基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板，填补了国内光学玻璃市场中等离子显示器玻璃基板的研发空白，提供浮法工艺生产PDP玻璃基板原片的料方成分，通过对化学组成的精细配比，可以生产出满足PDP玻璃基板的各项性能指标的玻璃基板原片。用此种化学成份的组成物，很好地改善了玻璃的熔化、除去气泡、促进澄清、均化，从而更好的提高了PDP玻璃基板的良品率，还使其满足了PDP玻璃基板的所有性能要求。
Description
技术领域
本发明属于等离子显示器的光电玻璃生产技术领域，尤其适用于浮法生产，涉及平板显示器用玻璃基板的化学组成，由其所生产出的玻璃基板要经过反复的高温处理，所以对热稳定性的要求非常高，其应变点和膨胀系数及化学稳定性和体电阻等均要高于普通硅酸盐玻璃，技术难度大，是目前世界玻璃行业里的尖端技术。
背景技术
21世纪是大屏幕、高分辨率视频显示器发展的时代，等离子显示器对比液晶，随着3D电视的发展，已经凸显了主导作用，用浮法工艺制备PDP显示器玻璃基板原片迫在眉睫。目前该项技术在国内尚属空白，国内PDP面板生产企业所用的PDP玻璃基板原片均需要从国外进口，因此开发适用于浮法技术生产的PDP玻璃基板料方，提供满足PDP特殊性能指标的玻璃基板原片，在整个研发中占有举足轻重的作用。
等离子PDP是一种自发光显示技术，不需要背景光源，因此没有LCD显示器的视角和亮度均匀性问题，而且实现了较高的亮度和对比度。而三基色共享同一个等离子管的设计也使其避免了聚焦和汇聚问题，可以实现非常清晰的图像。与CRT和LCD显示技术相比，等离子的屏幕越大，图像的色深和保真度越高。除了亮度、对比度和可视角度优势外，等离子技术也避免了LCD技术中的响应时间问题，而这些特点正是动态视频显示中至关重要的因素。因此从目前的技术水平看，等离子显示技术在动态视频显示领域的优势更加明显，等离子+3D技术是最完美的视觉组合，更加适合作为家庭影院和大屏幕显示终端使用。等离子显示器无扫描线扫描，因此图像清晰稳定无闪烁，不会导致眼睛疲劳。等离子也无X射线辐射。由于这些突出特点，等离子堪称真正意义上的绿色环保显示产品，是替代传统CRT和LCD彩电的理想产品。
等离子的工作原理：是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光组件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。当使用涂有三原色（也称三基色）荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。等离子体显示器技术按其工作方式可分为电极与气体直接接触的直流型PDP和电极上覆盖介质层的交流型PDP两大类。目前研究开发的彩色PDP的类型主要有三种：单基板式（又称表面放电式）交流PDP、双式（又称对向放电式）交流PDP和脉冲存储直流PDP。
作为PDP玻璃基板原片必须具有下列的特性：
1）具有高于580℃的应变点温度，减少玻璃基板在后续加工热处理时发生弹性特征变化，引起的热收缩和不规则变形，或者炸裂；
2）具有高的线膨胀系数，热膨胀系数83-90×10-7/℃之间，减少热处理温度变化而引起玻璃基板弯曲变形；
3) 较高的体电阻，显示器是由前后两块基板制成，两块基板制成阴阳电极，用气体隔离形成放电空间，玻璃基板是用来密封的，必须具有保持内部与外部的电绝缘性；
4)良好的化学稳定性，在玻璃基板上要进行许多化学溶剂的涂膜和光刻，必须耐多种试剂的侵蚀而能不产生表面缺陷；
5)有较好的抵抗风化的能力，用于彩色显示器不会产生视觉疲劳和老化现象。
此外，为了适应大尺寸显示器轻量化的要求，玻璃基板的密度必须足够低，一般需低于2.8g/cm3，且越轻越好。
在以上的PDP与CRT和LCD对比下，以及对PDP玻璃基板提出的高要求下，促使了我们对等离子玻璃基板的开发研究。未来的显示领域发展，将会以大型化和精致化为主导旋律，等离子显示器时代即将到来。
发明内容
本发明为了填补国内市场中等离子显示器玻璃基板的研发空白，提供浮法工艺生产PDP玻璃基板原片的料方设计，通过对化学组成的精细配比，可以生产出满足PDP玻璃基板的各项性能指标的玻璃基板原片。
本发明为实现发明目的采用的技术方案是，基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板，关键在于：所述的玻璃基板原片中各化学成分按重量百分比组成如下：
SiO2 53.50~59.50%，
Al2O3 6.10~9.00%，
Na2O 0~7.00%，
K2O 0~10.00%，
Fe2O3 0.01~0.15%，
CaO 3.10~8.00%，
MgO 1.00~5.50%，
SrO 0.10~8.90%，
ZrO2 0~4.00%，
BaO 0.10~9.00%。
本发明中最关键的一是对于各种组成中氧化物的合理控制，获得200微米内无任何质量缺陷，更加符合PDP基板要求的玻璃原片；二是对氧化锆的控制，可以提升熔化质量；三是对于氧化钾的精确控制，由于钾离子半径大于钠离子，氧化钾给出氧的能力强化氧化钠，钾离子占据玻璃硅氧骨架结构中，增加链条半径，减少了玻璃基板的密度，更加符合PDP基板轻量化的要求；四是加入Fe2O3成分后，可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动，尤其是硅砂原料中有机氧化物含量的微量波动，避免影响澄清效果，产生微气泡缺陷。
用此种化学成份的混合物熔化出的玻璃，改善了普通浮法玻璃的熔化性能，促进澄清和均化的效果，更加有效的排除玻璃液内部的微气泡，在200微米内无任何质量缺陷，完全可以满足了PDP玻璃基板原片的所有性能要求：在50℃～350℃的热膨胀系数为83-90×10-7/℃；应变点在580℃以上，密度小于2.78g/cm3以下，可见光透过率在550nm波长中可达到91％以上。
具体实施方式
基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板，重要的是：所述的玻璃基板原片中各化学成分按重量百分比组成如下：
SiO2 53.50~59.50%，
Al2O3 6.10~9.00%，
Na2O 0~7.00%，
K2O 0~10.00%，
Fe2O3 0.01~0.15%，
CaO 3.10~8.00%，
MgO 1.00~5.50%，
SrO 0.10~8.90%，
ZrO2 0~4.00%，
BaO 0.10~9.00%。
上述的化学成分中， SiO2与Al2O3的重量之和占总重量的59.60~68.50%。Al2O3可以提高玻璃的热学性能。
所述的化学成分中，MgO、CaO、SrO、以及BaO的质量和占总重量的4.30~24.90%，可以提高玻璃的膨胀点和软化点。
上述的Fe2O3的含量优选0.02-0.13%。
本发明中最关键的是对于氧化锆的精确控制，可以提升熔化质量，获得更加符合PDP基板要求的玻璃原片；以及对于氧化钾的精确控制，获得更加符合PDP基板要求的玻璃原片；在加入Fe2O3成分后，可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动，尤其是控制平衡原料硅砂中有机氧化物含量的微量波动，避免影响澄清效果，产生微气泡缺陷。
本发明中等离子显示器用的玻璃基板原片适合于优质浮法玻璃生产工艺，所谓优质是指优于普通的浮法工艺生产配套设备，承载熔化温度和成型温度均要高于普通浮法在100度以上，锡槽气氛的氢浓度在3.1-8.5%体积之间；玻璃基板在锡槽内的滞留时间在15至20分钟之间。
在本发明中，SiO2的含量为53.50-59.50%。低于普通的浮法成分，有利于提高玻璃基板的机械强度，提高热膨胀系数，耐化学性增高，促进整体配料组分的熔化，所以确定SiO2的含量为53.50-59.50%。
Al2O3的含量为6.10-9.00%，用以提高玻璃结构的强度，高含量的Al2O3有助于玻璃应变点、抗弯强度的增高，但过高玻璃粘增大，因此Al2O3的含量确定为6.10-9.00%。氧化硅和氧化铝共同构成玻璃网络结构的主体，让玻璃基板更稳定，不容易受到外界的侵蚀。
CaO的含量为3.10-8.00%，氧化钙用以促进玻璃的熔解和调整玻璃成型性。其特点是高温可以降低粘度，促进熔化质量的提高，低温可以增加粘度，有利于玻璃快速摊平成型。如果氧化钙含量少于3％，将无法降低玻璃的粘度，含量过多，热膨胀系数也会大幅变大，不能满足对玻璃性能的要求。所以CaO的含量确定为3.10-8.00%。
MgO的含量为1.00-5.50%，氧化镁可以促进玻璃的熔解和调整玻璃成型性。作用与CaO相似，但含量过多时，玻璃会容易出现硅灰石析晶，影响成型。所以MgO的含量确定为1.00-5.50%。
BaO的含量为0.10-9.00%，和CaO一样有提高玻璃热膨胀率、软化点的効果，可以提高玻璃的光学性能。氧化钡作为助熔剂和防止玻璃出现析晶，如果含量过多，玻璃密度会太高，导致产品的质量过重。所以BaO的含量确定为0.10-9.00%。
SrO的含量为0.10-8.90%，氧化锶与氧化钡的作用相似，也可以提高玻璃的光学性能。含量过多，玻璃的密度会变大，且应变点会大幅度降低。所以SrO的含量确定为0.10-8.90%。
氧化钠及氧化钾具有降低玻璃熔解温度及降低黏度之作用，具有助熔效果，可降低玻璃熔制所需能量，降低黏度也有助于排除气泡，缩短玻璃熔解与澄清时间。但氧化钠及氧化钾过量易引起结晶，且弱化耐酸碱侵蚀能力，也会降低玻璃机械性质，因此其含量应控制在0-7.00%的氧化钠，0-10.00%的氧化钾，且氧化钠及氧化钾的总重量百分比低于17.00%。
本发明所制成玻璃样品的组成及物理特性汇整于表1，在表1的玻璃基板原片样品，都是用以下方法制造；SiO2是由砂岩矿石提供，CaO和MgO分别方解石和白云石提供，其余各组成成份是取常用化工原料，根据对应的重量百分比计算出各种原料的用量后，加以均匀混合，再通过1480～1540℃的温度，在铂金坩埚中高温熔化1.5小时，熔化过程中，定期用铂金搅拌棒进行搅拌，促进玻璃中各组成成份的均匀熔化，然后根据成型温度制作出PDP玻璃基板原片的厚度，通过退火炉，冷却至室温，再对所制成的玻璃原片进行简单的冷加工处理，最后对玻璃板的物理化学特性进行测试。可分别得到氧化物组成、密度、热膨胀系数、应变点、退火点、软化点、透过率、杨氏模量等特性数据，分别显示在表1、表2中的实施例下面。
表1
| 氧化物组成 | 试验例1 | 试验例2 | 试验例3 | 试验例4 | 试验例5 | 试验例6 | 试验例7 | 试验例8 |
| SiO2 | 57.3 | 58.50 | 56.66 | 59.40 | 54.50 | 57.26 | 58.90 | 59.00 |
| Al2O3 | 7.80 | 7.10 | 5.60 | 6.45 | 9.00 | 7.08 | 5.20 | 6.10 |
| BaO | 6.50 | 8.01 | 7.71 | 7.64 | 8.50 | 6.24 | 5.04 | 8.19 |
| CaO | 3.72 | 7.50 | 6.50 | 5.72 | 5.10 | 5.67 | 3.16 | 5.15 |
| MgO | 4.50 | 1.07 | 2.09 | 3.12 | 4.90 | 2.84 | 5.25 | 4.11 |
| SrO | 4.00 | 5.10 | 6.97 | 7.81 | 3.30 | 6.10 | 8.90 | 7.05 |
| Na2O | 6.00 | 4.03 | 3.11 | 5.51 | 6.25 | 2.30 | 7.00 | 0 |
| K2O | 8.10 | 6.30 | 7.30 | 4.31 | 5.40 | 9.80 | 5.20 | 9.81 |
| ZrO2 | 1.98 | 2.28 | 3.99 | 0 | 3.00 | 2.58 | 1.25 | 0.45 |
| MgO+CaO +SrO+BaO | 18.72 | 21.68 | 23.27 | 24.29 | 21.80 | 20.85 | 22.35 | 24.84 |
| Na2O+K2O | 14.10 | 10.33 | 10.41 | 9.82 | 11.65 | 12.10 | 12.20 | 9.81 |
| Fe2O3 | 0.10 | 0.11 | 0.07 | 0.04 | 0.05 | 0.13 | 0.10 | 0.14 |
| 热膨胀系数（x10-7/℃） | 88.5 | 86.1 | 85.9 | 84.6 | 86.5 | 85.8 | 86.1 | 83.0 |
| 密度（g/cm3） | 2.68 | 2.74 | 2.74 | 2.72 | 2.72 | 2.72 | 2.77 | 2.66 |
| 软化点（℃） | 840 | 821 | 817 | 824 | 825 | 826 | 821 | 822 |
| 应变点（℃） | 605 | 583 | 583 | 588 | 584 | 585 | 580 | 584 |
| 退火点（℃） | 633 | 614 | 614 | 616 | 620 | 627 | 618 | 615 |
| 光透过率（%） | 91 | 90 | 91 | 91 | 91 | 90 | 91 | 89 |
| 杨氏系数（GPa） | 73 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 | 72 |
表2
| 氧化物组成 | 试验例9 | 试验例10 | 试验例11 | 试验例12 | 试验例13 | 试验例14 | 试验例15 |
| SiO2 | 56.7 | 55.5 | 57.4 | 53.5 | 58.77 | 55 | 59.5 |
| Al2O3 | 8 | 8.5 | 7.5 | 7.32 | 9 | 6.1 | 8.5 |
| BaO | 8.1 | 8.1 | 7.6 | 9.00 | 8.8 | 0.10 | 8.19 |
| CaO | 6.5 | 6.5 | 5.7 | 3.10 | 8 | 8 | 5.15 |
| MgO | 2.18 | 1 | 3.12 | 5.1 | 5.4 | 5.5 | 4 |
| SrO | 7.1 | 7.97 | 6.8 | 3.49 | 0.10 | 8.90 | 7.5 |
| Na2O | 4.1 | 4.2 | 5.5 | 6.8 | 0 | 7 | 6.81 |
| K2O | 6.3 | 7.3 | 4.2 | 10 | 9.8 | 5.3 | 0 |
| ZrO2 | 1 | 0.8 | 2.1 | 1.68 | 0 | 4 | 0.2 |
| MgO+CaO +SrO+BaO | 23.88 | 23.57 | 23.22 | 20.69 | 22.3 | 22.50 | 24.84 |
| Na2O+K2O | 10.4 | 11.5 | 9.7 | 16.8 | 9.8 | 12.3 | 6.81 |
| Fe2O3 | 0.02 | 0.13 | 0.08 | 0.01 | 0.13 | 0.10 | 0.15 |
| 热膨胀系数（x10-7/℃） | 86.1 | 85.9 | 84.6 | 86.5 | 85.8 | 86.1 | 83.0 |
| 密度（g/cm3） | 2.74 | 2.74 | 2.72 | 2.72 | 2.72 | 2.72 | 2.74 |
| 软化点（℃） | 821 | 817 | 824 | 825 | 826 | 821 | 822 |
| 应变点（℃） | 583 | 583 | 588 | 584 | 585 | 590 | 584 |
| 退火点（℃） | 614 | 614 | 616 | 620 | 627 | 618 | 615 |
| 光透过率（%） | 91 | 91 | 91 | 91 | 91 | 91 | 91 |
| 杨氏系数（GPa） | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 | 72 |
Claims (4)
1.在基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板，其特征在于：所述的玻璃基板原片中各化学成分按重量百分比组成如下：
SiO2 53.50~59.50%，
Al2O3 6.10~9.00%，
Na2O 0~7.00%，
K2O 0~10.00%，
Fe2O3 0.01~0.15%，
CaO 3.10~8.00%，
MgO 1.00~5.50%，
SrO 0.10~8.90%，
ZrO2 0~4.00%，
BaO 0.10~9.00%。
2.根据权利要求1所述的基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板，其特征在于：所述的化学成分中，SiO2与Al2O3的重量之和占总重量的59.60~68.50%。
3.根据权利要求1所述的基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板，其特征在于：所述的化学成分中，MgO、CaO、SrO、以及BaO的质量和占总重量的4.30~24.90%。
4.根据权利要求1所述的基于浮法工艺生产的等离子显示器用的玻璃基板，其特征在于：所述的Fe2O3的含量优选0.02-0.13%。
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| CN102690055A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-09-26 | 东旭集团有限公司 | 一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007204295A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ基板用ガラス板及びその製造方法 |
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Application publication date: 20120725 |