CN109231816A - 一种可用于ltps的玻璃基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃领域，尤其涉及一种可用于LTPS的玻璃基板及其制备方法。以重量份计，所述玻璃基板包含下列化学成分：氧化硅58‑64％、氧化铝17‑20％、氧化硼1‑3％、氧化镁1‑3％、氧化钙4‑6％、氧化锶1‑3％、氧化钡6‑9％、氧化锆1‑3％和氧化锡0.2‑0.3％。本发明还公开了玻璃基板的制备方法，通过将原料配成主料和小料，再混合进入电炉在一定温度下加热。本发明提供的玻璃基板，在满足应用场合对于物理化学性能要求的同时，充分考虑该基板在提高应变点和弹性模量时带来的高温黏度大幅提高造成的熔解和澄清的困难，通过优化氧化物的配比，使该玻璃更易于熔融和澄清，大幅度降低生产难度，提高良品率，满足环保要求。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃领域，尤其涉及一种可用于LTPS的玻璃基板及其制备方法。
背景技术
平板显示器广泛应用于平板电视、台式电脑显示器、笔记本电脑、车载显示器、手机、MP4等。传统的平板显示器，主要是液晶显示器。随着市场对显示器更高分辨率、更高亮度的、更低功耗和寿命最大化、低成本的要求，以LTPS-OLED为主的新一代显示器件逐渐被开发出来，在LTPS-OLED显示器面板的制造过程中，需要反复经过一些加热的过程，最高温度高达约600℃。用于传统的TFT-LCD的玻璃基板，应变点大约640℃—660℃，在经受约600℃的温度时，将发生显著的热变形，导致所镀膜的电子单元尺寸达不到要求的精度。基于LTPS-OLED显示器的应用和生产制程的特殊要求，急需开发一种高应变点高弹性模量的玻璃基板。另外，由于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，因此也要求新型玻璃应不含碱金属氧化物。在对玻璃的澄清化处理中，如何选用合适的澄清剂，在保证澄清效果的前提下降低毒性也是技术的关键。
玻璃组分的改良与制备方法的改进与玻璃性质息息相关，如何在满足LTPS的技术性能需求的前提下，开发出生产难度低且环保无碱的玻璃基板是当前的技术难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种可用于LTPS的玻璃基板及其制备方法，旨在优化玻璃的组成及制备方法，使得所生产的玻璃基板满足LTPS生产对玻璃基板抵抗热变形能力的技术要求，又有效降低生产难度，提高良品率，符合环保要求。
本发明采用的技术方案如下：
一种可用于LTPS的玻璃基板，以重量份计，所述玻璃基板包含下列化学成分：氧化硅58-64％、氧化铝17-20％、氧化硼1-3％、氧化镁1-3％、氧化钙4-6％、氧化锶1-3％、氧化钡6-9％、氧化锆1-3％和氧化锡0.2-0.3％。
优选的，所述氧化硅和氧化铝的合量不低于玻璃基板总重量的76％。
优选的，所述化学成分中，碱土金属氧化物的含量(即氧化镁、氧化钙、氧化锶和氧化钡的合量)不低于玻璃基板总重量的14％。
本发明通过优化氧化物的组成，来实现更高应变点、更高弹性模量的玻璃基板产品的制造。主要是引入1-3％的氧化锆，加强了玻璃网络结构，使得玻璃的应变点和弹性模量显著提高，从而提高玻璃基板的抗热变形能力；提高硅铝合量，使硅铝合量在玻璃中占比为76-84％，通过提高硅铝合量在玻璃中的比例，同样能加强玻璃网络结构，从而提高玻璃基板在高温下的强度；减少氧化硼在玻璃中的比例，使氧化硼在玻璃中占比为1-3％，从而提高玻璃的高温强度；控制碱土金属氧化物合量在玻璃中的比例，使碱土金属氧化物合量在玻璃中占比为14-20％，使得在制造玻璃的熔解和澄清制程降低生产难度，从而获得更高的良率；另外，还添加了0.2-0.3％的氧化锡，作为玻璃熔解和澄清的消泡剂，从而使得玻璃基板具有更优良的品质。
在一个优选的方案中，所述玻璃基板包含下列化学成分：氧化硅60-61％、氧化铝18-20％、氧化硼1-2％、氧化镁2-3％、氧化钙4-5％、氧化锶1-2％、氧化钡7-9％、氧化锆1-2％和氧化锡0.2-0.3％。
进一步的，所述玻璃基板的应变点温度为750℃-760℃。
进一步的，所述玻璃基板的弹性模量为83Gpa-86Gpa。
LTPS玻璃基板对于应变点温度要求不低于740℃，且越高越好；而玻璃基板的弹性模量不低于80GPa；本发明的玻璃基板性质完全满足该技术要求。
本发明的方案还包括一种制备LTPS玻璃基板的方法，包括以下步骤：按一定比例称量原料，将占所需投入质量90％的氧化硅粉、氧化铝粉、碳酸钙粉、碳酸镁粉、碳酸钡粉、碳酸锶粉和氧化硼粉依次加入料罐，搅拌均匀，制成主料；再取将占所需投入质量10％的氧化硅粉与硝酸锶粉、氧化锡粉，搅拌均匀，制成小料；然后将全部小料添加入主料中，搅拌均匀后，再在滚筒上滚动2小时，保证充分混合均匀。将制备好的配合料盛于铂金坩埚内，送入电炉内，在1500-1700℃下加热4-8小时后取出，在模具内浇铸成玻璃样品。
通过将添加原料分为大小料尽可能保证熔化成玻璃液后成分上的均匀性。一般是量大的原料先加入，量少的后加入，避免量少的原料粘附在器壁上产生更大的相对误差。硝酸锶粉、氧化锡粉的用量较小，称量时容易产生较大的相对误差，以及原料粘附在器壁等因素会造成较大的误差，因此取量大且性质稳定的氧化硅粉的10％的量将硝酸锶粉、氧化锡粉加入其中预混，以减小配料误差。
优选的，在加热阶段，事先将电炉预热至1200℃，将制备好的配合料盛于铂金坩埚送入电炉后升温至1600℃，保持4小时，再升温至1650℃，保温2小时，后取出，在模具内浇铸成玻璃样品。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供的玻璃基板，在满足应用场合对于物理化学性能要求的同时，充分考虑该基板在提高应变点和弹性模量时带来的高温黏度大幅提高造成的熔解和澄清的困难，通过优化氧化物的配比，使该玻璃更易于熔融和澄清，大幅度降低生产难度，提高良品率，满足环保要求。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：一种适用于LTPS玻璃基板的制备方法，将以下原料称量后按以下顺序依次添加入料罐：氧化硅粉(质量占比为氧化硅粉总量的90％)、氧化铝粉、碳酸钙粉、碳酸镁粉、碳酸钡粉、碳酸锶粉、氧化硼粉，搅拌均匀，制成主料；再取质量占比为氧化硅粉总量的10％的氧化硅粉与硝酸锶粉、氧化锡粉，搅拌均匀，制成小料；然后将全部小料添加入主料中，搅拌均匀后，再在滚筒上滚动2小时，保证充分混合均匀。
将制备好的配合料盛于铂金坩埚内，送入预热至1200℃的小炉内，升温至1600℃，保持4小时，再升温至1650℃，保温2小时，取出，在模具内浇铸成玻璃样品，检测氧化物组成及主要性能参数。
按照以上方法，根据不同的投料比，制备不同氧化物组分的玻璃基板，检测氧化物组成及主要性能参数如表1与表2所示。
表1实施例1-5的玻璃组成及性能参数
表2对比例1-4及传统样例的玻璃组成及性能参数
从以上结果可看出，本发明专利的1-5个实施例制备的玻璃样品，应变点和弹性模量明显高于传统基板玻璃的应变点和弹性模量，因此本发明专利所制得的基板玻璃用于TFT-LCD、LTPS-LCD、LTPS-OLED，具有更显著的抗热变形的能力。同时，组分上的优化搭配使得相同温度下熔制的玻璃欠点数更少，满足提升良率的需求。以上5个实施例中，优选实施例1。
对比例1给出了氧化硅和氧化铝的合量低于玻璃基板总重量的75％的情况。在对比例1中，以优选的实施例1为基准，将氧化硅和氧化铝的合量设定为固定值，等比例调整碱土金属氧化物在玻璃基板总重量中的占比。该对比例所制得的玻璃的应变点为667℃，低于本专利所要求的范围。
对比例2给出了碱土金属氧化物合量低于玻璃基板总重量的14％的情况。在对比例2中，以优选的实施例1为基准，将碱土金属氧化物的合量设定为固定值，等比例调整氧化硅和氧化铝在玻璃基板总重量中的占比。该对比例所制得的玻璃的应变点和弹性模量符合本专利所要求的范围，但欠点数为37个/kg，缺陷率高于本专利优选的实施例1。
对比例3给出了氧化硼含量大于玻璃基板总重量的1-3％的情况。在对比例3中，以优选的实施例1为基准，将氧化硼的含量设定为固定值，等比例调整氧化硅、氧化铝、碱土金属氧化物在玻璃基板总重量中的占比。该对比例所制得的玻璃的应变点为740℃，低于本专利所要求的范围。
对比例4给出了氧化锆含量大于玻璃基板总重量的1-3％的情况。在对比例4中，以优选的实施例1为基准，将氧化锆的含量设定为固定值，等比例调整氧化硅、氧化铝、碱土金属氧化物在玻璃基板总重量中的占比。该对比例所制得的玻璃的应变点为746℃，低于本专利所要求的范围，且欠点数为22个/kg，缺陷率高于本专利优选的实施例1。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种可用于LTPS的玻璃基板，其特征在于，以重量份计，所述玻璃基板包含下列化学成分：氧化硅58-64％、氧化铝17-20％、氧化硼1-3％、氧化镁1-3％、氧化钙4-6％、氧化锶1-3％、氧化钡6-9％、氧化锆1-3％和氧化锡0.2-0.3％。
2.根据权利要求1所述的玻璃基板，其特征在于：所述氧化硅和氧化铝的合量不低于玻璃基板总重量的76％。
3.根据权利要求2所述的玻璃基板，其特征在于：所述化学成分中，碱土金属氧化物的含量(即氧化镁、氧化钙、氧化锶和氧化钡的合量)不低于玻璃基板总重量的14％。
4.根据权利要求3所述的玻璃基板，其特征在于，以重量份计，所述玻璃基板包含下列化学成分：氧化硅60-61％、氧化铝18-20％、氧化硼1-2％、氧化镁2-3％、氧化钙4-5％、氧化锶1-2％、氧化钡7-9％、氧化锆1-2％和氧化锡0.2-0.3％。
5.根据权利要求1任项所述的玻璃基板，其特征在于：所述玻璃基板的应变点温度为750℃-760℃。
6.根据权利要求1所述的玻璃基板，其特征在于：所述玻璃基板的弹性模量为83Gpa-86Gpa。
7.一种制备权利要求1-6的玻璃基板的方法，其特征在于：按一定比例称量原料，将占所需投入质量90％的氧化硅粉、氧化铝粉、碳酸钙粉、碳酸镁粉、碳酸钡粉、碳酸锶粉和氧化硼粉依次加入料罐，搅拌均匀，制成主料；再取将占所需投入质量10％的氧化硅粉与硝酸锶粉、氧化锡粉，搅拌均匀，制成小料；然后将全部小料添加入主料中，搅拌均匀后，再在滚筒上滚动2小时，保证充分混合均匀。
将制备好的配合料盛于铂金坩埚内，送入电炉内，在1500-1700℃下加热4-8小时后取出，在玻璃内浇铸成玻璃样品。
8.根据权利要求8所述的玻璃基板制备方法，其特征在于：在加热阶段，事先将电炉预热至1200℃，将制备好的配合料盛于铂金坩埚送入电炉后升温至1600℃，保持4小时，再升温至1650℃，保温2小时，后取出，在模具内浇铸成玻璃样品。
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