CN105502931B - 低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物、玻璃基板及制备方法和应用 - Google Patents

低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物、玻璃基板及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物、玻璃基板及制备方法和应用。该组合物包括：以该组合物的总重量为基准，60～70重量％的SiO2，6～10.5重量％的Al2O3，8～13重量％的B2O3，5～11重量％的MgO，3～9重量％的CaO，2～5重量％的SrO，1～3重量％的ZrO2和0.5～1.5重量％的SnO2。采用本发明提供的低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物可以制备得到热收缩率小的玻璃基板，适合应用于用作液晶显示器或平面显示器的基板。

Description

低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物、玻璃基板及制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物，该组合物制得的玻璃基板及该玻璃基板的制备方法，以及该玻璃基板用作液晶显示器或平面显示器的基板的应用。
背景技术
由于非晶硅(a-Si)TFT分辨率不够高及响应速度较慢等物理障碍，无法完全满足汽车导航***、液晶电视、数字相机等终端应用***的性能要求，因此目前非晶硅(a-Si)TFT还主要应用在以显示器为主的大尺寸显示设备上。随着液晶显示器向大容量、高亮度和高清晰度方向的不断发展，象素尺寸越来越小，单元象素充电时间也越来越短，这就要求具有更大的开态电流。另外，为了解决高密度引线的困难，显示区域与周边驱动电路必须实现一体化，这些都是传统工艺无法实现的。低温多晶硅(Low temperature poly-Si，LTPS)TFT技术完全能解决上述问题，因此LTPS TFT是新一代LCD必备的发展技术。
LTPS多晶硅(p-Si)TFT在制备过程中需要在较高温度下多次处理，基板必须同时具备热稳定性和化学耐久性，这就对基板玻璃性能提出更高的要求，其玻璃基板应变点应高于650℃。同时考虑到玻璃基板需要与沉积膜(例如硅膜)的膨胀系数相近，最佳热膨胀系数在28～35×10-7/℃之间。随着基板制造向着大尺寸、薄型化方向的发展，为防止基板下垂，应该使基板玻璃具有尽可能低的密度和尽可能高的弹性模量。此外作为显示器基板用的玻璃，应该具有较低的熔化温度和液相线温度。
TFT-LCD玻璃基板作为液晶显示器件(LCD)的重要组成部分，随着LCD技术的发展，对玻璃基板材料的性能要求越来越高，其中，对玻璃基板的热尺寸稳定性提出了重要要求，而热收缩决定了玻璃的热尺寸稳定性，热收缩是玻璃基板的一种重要参数，在显示器件的制造过程中，热收缩将会引起基板尺寸的改变，显然人们希望基板的热收缩越小越好。玻璃的尺寸取决于它的热历史，在热处理条件下，都会发生玻璃的致密化，即在加热过程后，玻璃将发生尺寸减小的现象。
发明内容
本发明的目的是为了能够使用于低温多晶硅薄膜晶体管的玻璃基板的热收缩率满足要求，提供了低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物、玻璃基板及制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物，包括：以该组合物的总重量为基准，60～70重量％的SiO2，6～10.5重量％的Al2O3，8～13重量％的B2O3，5～11重量％的MgO，3～9重量％的CaO，2～5重量％的SrO，1～3重量％的ZrO2和0.5～1.5重量％的SnO2。
本发明还提供了一种由本发明的组合物制得的玻璃基板，所述玻璃基板的厚度为0.3mm～0.7mm，所述玻璃基板在600℃下15min热处理后的热收缩率为13.8ppm～18.3ppm。
本发明还提供了一种玻璃基板的制备方法，包括将本发明的组合物依次进行高温熔融、高温搅拌、浇注成型和退火；所述高温熔融的方式为在1600～1640℃下保温8～12h；所述退火的方式为700～800℃下保温1～24h。
本发明还提供了一种本发明的玻璃基板用作液晶显示器或平面显示器的基板的应用。
通过上述技术方案，采用本发明提供的低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物可以制备得到热收缩率小的玻璃基板，适合应用于用作液晶显示器或平面显示器的基板。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物，包括：以该组合物的总重量为基准，60～70重量％的SiO2，6～10.5重量％的Al2O3，8～13重量％的B2O3，5～11重量％的MgO，3～9重量％的CaO，2～5重量％的SrO，1～3重量％的ZrO2和0.5～1.5重量％的SnO2。
本发明的组合物中，SiO2是构成玻璃骨架的成分。SiO2的含量较高，耐化学性和机械强度会增加，玻璃的高温粘度增加，但SiO2过多，就难以得到料性长的玻璃。SiO2含量较低不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性下降，耐碱性下降。考虑到该组合物制备的玻璃的熔化温度、析晶上限温度、玻璃膨胀系数、机械强度和玻璃料性，SiO2的含量选择在上述范围内。
本发明的组合物中，Al2O3可以改善玻璃化学稳定性降低玻璃析晶倾向，同时提高拉伸弹性模量的成分。Al2O3含量过多，玻璃难以熔制、料性短；Al2O3含量较低，玻璃容易析晶，机械强度较低不利于成型。考虑提高该组合物制备的玻璃的应变点、强度和化学强化特性，选择Al2O3的含量在上述范围内。
本发明的组合物中，B2O3一方面可以用于提高熔制性能，降低玻璃粘度；另一方面可以降低比重、提高耐BHF性、提高玻璃的熔解性，使玻璃不易失透、且可减小膨胀系数的成分，是必需成分。本发明中选择上述B2O3的范围。
本发明的组合物中，MgO有利于玻璃的熔制，提高玻璃的稳定性，抑制玻璃析晶倾向，提高弹性模量，但超过一定量会使玻璃发生失透，本发明选择MgO的含量为上述范围。
本发明的组合物中，CaO属碱土金属氧化物，起助熔作用的同时还可以提高玻璃的稳定性。CaO含量高会导致玻璃结构疏松，密度增加。CaO还能降低结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性和机械强度。本发明中选择CaO的含量为上述范围。
本发明的组合物中，SrO属碱土金属氧化物，起助熔作用的同时还可以提高玻璃的稳定性，其作用可以等同于CaO。本发明中选择SrO的含量为上述范围。
本发明的组合物中，ZrO2可以提高玻璃的应变点及杨氏模量，并提高离子交换性。但是若ZrO2的含量过多，易使失透性恶化。本发明中ZrO2的含量选择上述范围。
本发明的组合物中，SnO2作为澄清剂，其含量选择为上述范围。
本发明还提供了一种由本发明的组合物制得的玻璃基板，所述玻璃基板的厚度为0.3mm～0.7mm，所述玻璃基板在600℃下15min热处理后的热收缩率为13.8ppm～18.3ppm。
优选的，所述玻璃基板的密度为2.39g/cm3～2.45g/cm3。
优选的，所述玻璃基板的应变点为650℃以上，优选为725～749℃。
优选的，所述玻璃基板的熔化温度为1597～1624℃。
优选的，所述玻璃基板的液相线温度为1097～1127℃。
优选的，所述玻璃基板的膨胀系数为28×10-7/℃～36×10-7/℃，优选为31.3×10-7/℃～35.9×10-7/℃。
优选的，所述玻璃基板的弹性模量为81.2GPa～83.9GPa。
优选的，所述玻璃基板的透过率为91.6～93.2％。
优选的，所述玻璃基板的维氏硬度HV为663～682。
本发明还提供了一种玻璃基板的制备方法，包括将本发明的组合物依次进行高温熔融、搅拌、浇注成型和退火；所述高温熔融的方式为在1600～1640℃下保温8～12h；所述退火的方式为700～800℃下保温1～24h。
所述退火可以在具有预定形状的(不锈钢铸铁)磨具内进行，以获得具有预定形状的玻璃。退火后可以冷却至室温(如10～35℃)，进行冷加工处理(包括研磨和抛光等)即可得到玻璃成品。
本发明还提供了一种本发明的玻璃基板用作液晶显示器或平面显示器的基板的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，如无特别说明，所用的材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
以下实施例和对比例中，玻璃的组成根据投料用量确定；
密度根据标准GB/T5432-2008进行测定；
液相线温度根据标准ASTM C-965进行测定；
玻璃线膨胀系数根据标准ASTM E-228进行测定；
弹性模量根据共振法进行测试进行测定；
熔化温度根据Orton RSV-1600圆筒式旋转高温粘度计测定进行测定；
光透过率采用紫外-可见分光光度计进行测定；
退火点(粘度为1013dpa·s时的温度)和应变点(粘度为1014.5dpa·s时的温度)采用卧式膨胀测定仪进行测定，且退火点和应变点均按照标准ASTM C336进行测定；
维氏硬度(HV)采用自动转塔数显显微硬度计按照标准ASTM E-384进行测定；
热收缩率为将下述实施例退火后得到的玻璃基板在600℃下热处理15min，然后测定并以下式计算该玻璃基板的热收缩率：
热收缩率(ppm)＝[(玻璃基板退火后的尺寸-玻璃基板热处理后的尺寸)/玻璃基板退火后的尺寸]×106；其中，玻璃基板的尺寸单位为mm，热收缩率的单位为ppm(百万分之一)，测定玻璃基板尺寸为测定玻璃基板的最长边的边长。
实施例1-7
本实施例说明本发明的低温多晶硅薄膜晶体管用玻璃基板的组合物和玻璃基板的制备方法。
按照表1列出的组合物的组成依次进行高温熔融、搅拌、浇注成型和退火制备得到玻璃基板，熔融和退火方式见表1，测试该玻璃基板的性能，结果见表1。
表1
通过使用上述组合物，本发明能够获得具有低密度、低热膨胀系数、高化学稳定性、高弹性模量、高透过率、低热收缩率、高表面硬度的玻璃，用溢流下拉法即可制成无碱玻璃基板，操作简单易行，可广泛应用于液晶显示器中。

Claims (7)

1.一种玻璃基板，所述玻璃基板的厚度为0.3mm～0.7mm，所述玻璃基板在600℃下15min热处理后的热收缩率为13.8ppm～18.3ppm；所述玻璃基板的应变点为725～749℃；所述玻璃基板的膨胀系数为31.3×10-7/℃～35.9×10-7/℃；所述玻璃基板的弹性模量为81.2GPa～83.9GPa；
该玻璃基板由以下组合物制得：以该组合物的总重量为基准，该组合物包括60～70重量％的SiO2，6～9重量％的Al2O3，8～10.1重量％的B2O3，5～10重量％的MgO，3～8重量％的CaO，2～4.5重量％的SrO，1～2.8重量％的ZrO2和0.5～1.5重量％的SnO2。
2.根据权利要求1所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的密度为2.39g/cm3～2.45g/cm3。
3.根据权利要求1所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的应变点为650℃以上；所述玻璃基板的熔化温度为1597～1624℃；所述玻璃基板的液相线温度为1097～1127℃。
4.根据权利要求1所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的透过率为91.6～93.2％。
5.根据权利要求1所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的维氏硬度HV为663～682。
6.一种权利要求1所述的玻璃基板的制备方法，包括将权利要求1中的组合物依次进行高温熔融、搅拌、浇注成型和退火；所述高温熔融的方式为在1600～1640℃下保温8～12h；所述退火的方式为700～800℃下保温1～24h。
7.一种权利要求1-5中任意一项所述的玻璃基板用作液晶显示器或平面显示器的基板的应用。
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Denomination of invention: Composition of glass substrate for low temperature polycrystalline silicon thin film crystal tube, glass substrate, preparation method and Application

Granted publication date: 20181225

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Assignor: WUHU DONGXU OPTOELECTRONIC EQUIPMENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Composition of glass substrate for low temperature polysilicon thin film crystal tube, glass substrate, preparation method and Application

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Denomination of invention: Composition, glass substrate, preparation method and application of glass substrate for low-temperature polycrystalline silicon thin film crystal tube

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