专利名称：显示器用的基板玻璃的组成的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种应用于生产厚度约0.2-1.2mm的显示器用的平板玻璃的配方，特指一种用以生产液晶显示器的基板玻璃的组成。
背景技术：
众所周知，一般用于生产主动矩阵式液晶显示器，如薄膜电晶体液晶显示器或类似显示器所使用的基板玻璃，均属于一种铝硅酸玻璃，该种玻璃组成中仅含有微量的碱金属氧化物成分，可利用浮式法或下拉法等成型法，制作成平板玻璃，其中，浮式法适用于日产量30吨以上的生产规模，下拉法则适用于日产量3-10吨生产规模。
一般，利用下拉法制造平板玻璃时，高温且具有流动性的玻璃膏，是依序先经玻璃熔解炉、澄清槽及冷却管等装置，流到具有平均分配玻璃流量功能的分配槽，再经玻璃板抽引装置，将熔融玻璃下拉，徐缓冷却，而制成平板玻璃。由于，下拉成型法能可靠地大量生产超薄平板玻璃，故适合作为制造液晶显示器用的基板玻璃的成型法，在其制造中，当玻璃膏流经熔解炉及澄清槽时，其温度较高，且具有流动性，流经冷却管时，冷却管将令其温度降低，流到具有平均分配玻璃流量功能的分配槽时，能降低到成型所需温度，即令其粘度范围保持在104.6-105.2泊(poise)的范围。
一般而言，玻璃膏的温度降低时，极易引发玻璃失透或产生结晶现象，而定义玻璃失透或产生结晶最高温度，即玻璃液相温度(TL)，因此，玻璃膏温度在玻璃液相温度(TL)以上时，即使经长时间的热处理，也不致产生失透或结晶现象。然而，由于玻璃成型温度往往和玻璃液相温度接近，故若玻璃膏温度长时间处于玻璃液相温度以下时，极易产生失透或结晶，造成玻璃表面或内部发生缺陷，降低了产品的优良率，因此，在玻璃成型的制程中，玻璃成型温度与玻璃液相温度之间，应有适当间隔，根据实验经验玻璃成型温度应较玻璃液相温度高约40℃以上，才能有效防止玻璃在成型过程中发生失透或结晶现象。
传统方法是，利用下拉成型法制作铝硅酸玻璃时，其温度均是控制在约1085-1250℃间，因此，为了减少玻璃表面或内部发生失透或结晶等缺陷，一般均是通过提高玻璃成型温度或降低玻璃液相温度等二种做法，使玻璃成型温度较玻璃液相温度高40℃以上。
首先，在提高玻璃成型温度方面，由于玻璃膏的粘度会随玻璃膏温度提高而降低，因此，提高成型温度将使成型中玻璃膏粘度降低，不易维持制品形状尺寸精度，而提高成型温度，亦将使冷却管、具有平均分配玻璃流量功能的分配槽及玻璃板徐冷装置等，操作在较高温度状态，如此，除了增加能源耗损外，还会减短上述装置的使用寿命；更会因玻璃膏及上述装置在高温反应下，令更多杂质及污染物混入成型后的平板玻璃内，致产品的优良率始终无法提高，不符合经济效益。因此，在实用上，较不倾向采用提高玻璃成型温度方式，而是以降低玻璃液相温度，为较常采用的方案。
在调控玻璃液相温度时，一般是通过调整玻璃组成的成分，亦即将玻璃组成成分的液相温度调降到较成型下限温度1085℃低40℃(即1045℃)或更低温度，但是，玻璃组成成分一经变动，除了玻璃液相温度将随之变动外，其它重要物理特性，如热膨胀系数、应变点及密度等，往往也会随之变动，甚至部份特性会劣化到妨碍玻璃产品的正常使用。因此，如何调整组成成分，使得在降低玻璃液相温度的同时，其他重要的物理特性，亦不至过度劣化，即成为调整玻璃组成成分时的关键重点。
针对生产液晶显示器所使用的玻璃，特别是生产薄膜电晶体液晶显示器所使用的玻璃，在其物理特性上要求的特别严格，因此，玻璃热膨胀系数、应变点及密度等重要特性，应必须一并列入评估考虑的重点。
一般而言，薄膜电晶体的液晶显示器所使用的玻璃的热膨胀系数应低于40×10-7/℃，若过高，会影响后续液晶显示器制程的精确度，使玻璃基板贴合组装困难；其应变点般应高于650℃，若降低过多，亦会影响制程的精确度，令微影蚀刻的对位产生偏差，严重时，更将导致电路短路或断路，劣化其电气性能；其密度一般应低于2.55g/cm2，若过大，则会使液晶显示器的面板的重量增加，不利于运用在携带型产品上。
近年来，液晶显示器用的基板玻璃的设计及制造业者，针对基板玻璃组成的成分，开发设计诸多新的制作技术，如美国专利第5,811,361号、第5,851,939号及第6,060,168号等，其主要缺陷在于该等专利所揭露的玻璃组成成分制作玻璃基板，由于，其玻璃液相温度均在1090℃以上，因此，该等玻璃在利用下拉法成型时，将会发生产生失透或结晶现象的困扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种显示器用的基板玻璃的组成，通过较佳的原料配比组成，使其具有低于1045℃的玻璃液相温度，其它重要的物理特性，如热膨胀系数、应变点及密度均与一般铝硅酸玻璃相近，达到防止产生失透或结晶现象的目的。
本发明的目的是这样实现的一种显示器用的基板玻璃的组成，该玻璃是由下列成分和重量百分比组合而成(1)56.0-62.0％的氧化硅(SiO2)；(2)13.0-18.0％的氧化铝(Al2O3)；(3)9.0-13.5％的氧化硼(B2O3)；(4)1.0-8.0％的氧化锶(SrO)；(5)0.1-8.0％的氧化钡(BaO)；
(6)3.5-8.5％的氧化钙(CaO)；(7)0-1.0％的氧化镁(MgO)；(8)0.1-1.5％的氧化锌(ZnO)(9)0.1-1.5％的氧化锆(ZrO)；(10)0-1.0％的氧化铍(BeO)；其中氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及氧化铍等成分的总重量百分比为4.0-9.0％之间。
下面结合较佳实施例对本发明进一步说明。
具体实施例方式
本发明提供一种显示器用的基板玻璃的组成，该玻璃是由下列成分和重量百分比组合而成(1)56.0-62.0％的氧化硅(SiO2)；(2)13.0-18.0％的氧化铝(Al2O3)；(3)9.0-13.5％的氧化硼(B2O3)；(4)1.0-8.0％的氧化锶(SrO)；(5)0.1-8.0％的氧化钡(BaO)；(6)3.5-8.5％的氧化钙(CaO)；(7)0-1.0％的氧化镁(MgO)；(8)0.1-1.5％的氧化锌(ZnO)(9)0.1-1.5％的氧化锆(ZrO)；(10)0-1.0％的氧化铍(BeO)；其中氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及氧化铍等成分的总重量百分比为4.0-9.0％之间。
在本发明中，由于各组成物的重量百分比将依其物理特性，对基板用的玻璃的特性、结构及制作等，造成不同程度影响，故各组成物的重量百分比必须有所限制。在该等组成物中，氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化锶及氧化钡等五种成分所占重量百分比较多，且对基板用的玻璃的特性、结构及制作等方向，所造成的影响较为重要，故该等成分为基板用的玻璃的主要成分，其中，氧化硅是玻璃网路形成的主体，其较佳的含量为56.0-62.0％，实验证明若氧化硅含量少于56.0％，所制作出的玻璃将容易失透；另一方面，若氧化硅含量多于62.0％，将导致玻璃熔解温度太高，使其很难以一般熔解炉制造，且所制成的玻璃也容易失透。
氧化铝是用以提高玻璃结构的强度，其较佳的含量是在13.0-18.0％之间，若氧化铝含量少于13.0％，玻璃将容易失透，也容易受到外界水气或化学试剂侵蚀；若氧化铝含量多于18.0％，将导致玻璃的熔解温度太高，不利于以一般熔解炉制造。
氧化硼作用是作为助熔剂，主要是用以降低熔制玻璃时玻璃膏的粘度，其较佳含最为9.0-13.5％，若氧化硼含量少于9.0％，其助熔剂效果即无法充分发挥；若氧化硼含量多于13.5％，将大幅降低玻璃的应变点，不利于后续制程的应用。
氧化锶的较佳含量是在1.0-8.0％之间，若氧化锶的含量少于1％，玻璃将容易失透；若氧化锶的含量多于8.0％，玻璃的密度会太高，不利于产品的应用。
氧化钡的作用与氧化锶相似，其较佳含量为0.1-8.0％，若氧化钡的含量少于0.1％，玻璃将容易失透；若氧化钡含量多于8.0％，玻璃的密度会太高，且应变点会大幅降低。
在本发明的基板用的玻璃中，除前述氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化锶及氧化钡成分外，其余成分，如氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及氧化铍等五种成分，虽然占整体重量百分比较低，但是，由于该等成分对熔制玻璃时的玻璃膏的粘度及熔解度有着极为重要的影响，故在该基板用的玻璃制程中，仍具有举足轻重的作用，其中，
氧化钙的作用是促进玻璃熔解，其较佳含量是介于3.5-8.5％之间，若氧化钙的的含量少于3.5％，将无法有效降低玻璃粘度；若氧化钙含量多于8.5％，玻璃将容易失透，且热膨胀系数会大幅提高，不利于后续制程的应用；氧化镁是用以在熔制玻璃时，降低玻璃膏的粘度，以减少其中气泡或不纯物的含量，其较佳的含量是介于0-1.0％之间，可以不加，但是，氧化镁含量多于1.0％时，玻璃将容易失透。
氧化锌亦是用以促进玻璃熔解，其较佳的含量是介于0.1-1.5％之间，若氧化锌含量少于0.1％，将无法发挥促进玻璃熔解的效果，若氧化锌含量多于1.5％，玻璃将容易失透，且应变点会大幅降低。
氧化锆亦是用以降低玻璃的粘度，以促进玻璃熔解作用，其较佳的含量是介于0.1-1.5％，若氧化锆的含量少于0.1％，亦无促进玻璃熔解的效果；若氧化锆的含量多于1.5％，玻璃将容易失透。
氧化铍亦是用以促进玻璃熔解，其较佳的含量为0-1.0％，若氧化铍含量多于1.0％，玻璃将容易失透，当然，可以不加。
需要特别注意的是前述氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及气化铍等成分，虽然是用以促进玻璃的熔解度及调整玻璃的热膨胀系数，但是氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及气化铍等成分的总含量，以在4.0-9.0％之间为最佳，若氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及气化铍等成分总含量少于4.0％，玻璃的熔解温度将会太高；反之，若氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及气化铍等成分的总含量多于9.0％，则玻璃将容易失透，且玻璃的热膨胀系数会太高。
本发明的制造方法，是先将前述组成物均匀混合后，再将混合原料导入玻璃熔解槽，熔解成玻璃膏后，将其温度降低到成型所需的温度范围，即令其粘度范围保持在104.6-105.2泊(poise)的温度范围，再以下拉法成型，制作出预定厚度的玻璃基板，再将玻璃基板徐缓冷却，即可切割加工成液晶显示器用的玻璃基板成品。
以下就本发明的各组成物，以不同重量百分比加以混合，再依上述的制造方法制造出不同的玻璃样品；再以该等玻璃样品为例，列表说明其热膨胀系数、应变点、密度及玻璃液相温度等特性之间的差异。
表1显示本发明实施例1-6所制成的玻璃样品的组成及特性；表2显示不同于本发明的对比例7-12所制成的玻璃样品的组成及特性，即与本发明的比较例。
以下在表1及表2中的玻璃样品，均是以如下方法制造各组成成分是取常用的原料，依对应的重量百分比加以均匀混合，再以1600-1650℃的温度，在白金坩埚内熔解6-8小时，熔解过程中，并以白金搅拌棒搅拌2小时，以促进玻璃膏中各组成成分的均匀性，然后将玻璃膏倒入金属模板中冷却成型为板状，此时，针对各玻璃样品进行检测，分别得到热膨胀系数、应变点、密度及玻璃液相温度等特性值，分别列入表1和表2对应的栏位上。
本发明在检测各玻璃样品的各特性值时，主要是依照下列方法进行检测(1)热膨胀系数(单位10-7/℃)的检测是参照美国材料试验协会(ASTM)所制定的编号E228-95检测标准，以机械推杆式热膨胀仪及氧化铝为参考标准，加热并测量玻璃样品的伸长量，温度范围从室温到玻璃不再伸长，甚至因软化而收缩为止的温度，升温速率为每分钟3℃。热膨胀系数是由100-400℃的玻璃伸长量计算得到。
(2)应变点(单位℃)的检测是参照美国材料试验协会(ASTM)所制定的编号C598-93检测标准，加热并测量玻璃样品的变形率与温度关系，以特定变形率所对应的温度作为应变点。
(3)密度(单位g/cm3)的检测是参照美国材料试验协会(ASTM)所制定的编号C729-75检测标准，取约2公克重不含气泡的块状玻璃，以玻璃样品在比重液中浮沉的情形测量其密度。
(4)玻璃液相温度(单位℃)的检测是参照美国材料试验协会(ASTM)所制定的编号C829-81检测标准，将小于850/μm的玻璃放入白金皿中，置于梯度炉24小时后，以显微镜测量玻璃的结晶，判定其玻璃液相温度。
表1
注五项之合为氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及气化铍相加之合。
从表1所示的实施例1-实施例6中各检测数据，可清楚观察出1、本发明所制成的玻璃基板具有低于1054℃的玻璃液相温度，故适用于以下拉法制作平板玻璃；2、由于玻璃具有低于40×10-7/℃的热膨胀系数，且其应变点高于650℃，密度小于2.55g/cm3等特性值，与所需一般液晶显示器用的基板玻璃极为相近，适用于作为液晶显示器用的玻璃基板成分。
比较例7-12见表2所示。
表2
注五项之合为氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及气化铍相加之合。
从表2所示的比较例中，其是使用了与本发明不同的传统的组成成分，从各检测数据可清楚观察出
1、比较例所制成的玻璃基板均具有高于1054℃的玻璃液相温度，故以下拉法成型法制作平板玻璃时，极易发生失透或结晶的问题；2、此外，由表2的各检测数据中，亦清楚显不，比较例7所制成的玻璃基板的热膨胀系数偏高，而比较例9-11所制成的玻璃基板的应变点偏低，比较例8、11及12所制成玻璃基板的密度偏高，均不适合作为液晶显示器的玻璃基板的成分。
从比较本发明的实施例表1和比较例表2所示的各检测数据，可清楚观察出使用本发明的玻璃组成成分所制成的玻璃基板，均具有低于1054℃的玻璃液相温度，且其热膨胀系数低于40×10-7/℃的，其应变点高于650℃，密度均保持小于2.55g/cm3等特性值，与所需一般液晶显示器用的铝硅酸玻璃极为相近，适用于作为厚度0.2-1.2mm的主动矩阵式液晶显示器用的基板玻璃，以有效解决传统基板玻璃及液晶显示器在制作过程中，所发生的诸多问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，凡熟悉该项技艺人士，依据本发明所揭露的技术内容，轻易思及的等效变化，均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它包括有下列成分和重量百分比组合而成(1)56.0-62.0％的氧化硅；(2)13.0-18.0％的氧化铝；(3)9.0-13.5％的氧化硼；(4)1.0-8.0％的氧化锶；(5)0.1-8.0％的氧化钡；(6)3.5-8.5％的氧化钙。
2.根据权利要求1所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是是先将所述组成物均匀混合后，再将混合原料导入玻璃熔解槽，熔解成玻璃膏后，将其温度降低到成型所需的温度范围，令其粘度范围保持在104.6-105.2泊的温度范围，再以下拉法成型，制作出预定厚度的玻璃基板，再将玻璃基板徐缓冷却，即可切割加工成液晶显示器用的玻璃基板成品。
3.根据权利要求1所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0-1.0％的氧化镁成分。
4.根据权利要求1所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0.1-1.5％的氧化锌成分。
5.根据权利要求1所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0.1-1.5％的氧化铝成分。
6.根据权利要求1所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0-1.0％的氧化铍成分。
7.根据权利要求3所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0.1-1.5％的氧化锌成分。
8.根据权利要求3所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0.1-1.5％的氧化铝成分。
9.根据权利要求3所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0-1.0％的氧化铍成分。
10.根据权利要求4所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0.1-1.5％的氧化锆成分。
11.根据权利要求4所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0-1.0％的氧化铍成分。
12.根据权利要求5所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0-1.0％的氧化铍成分。
13.根据权利要求7所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0.1-1.5％的氧化锆成分。
14.根据权利要求7所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0-1.0％的氧化铍成分。
15.根据权利要求12所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是它还包括0.1-1.5％的氧化锌成分。
16.根据权利要求15所述的显示器用的基板玻璃的组成，其特征是其中氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及氧化铍成分的总重量百分比为4.0-9.0％之间。
全文摘要
一种显示器用的基板玻璃的组成，它是由下列成分和重量百分比组成56.0－62.0％的氧化硅、13.0－18.0％的氧化铝、9.0－13.5％的氧化硼、1.0－8.0％的氧化锶、0.1－8.0％的氧化钡、3.5－8.5％的氧化钙、0－1.0％的氧化镁、0.1－1.5％的氧化锌、0.1－1.5％的氧化锆及0－1.0％的氧化铍；其中氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆及氧化铍等成分的总重量百分比为4.0－9.0％之间。具有低于1045℃的玻璃液相温度，而其它重要的物理特性，如热膨胀系数、应变点及密度均与一般铝硅酸玻璃相近，具有防止产生失透或结晶现象的特性。
文档编号C03B15/02GK1515513SQ0310010
公开日2004年7月28日 申请日期2003年1月2日 优先权日2003年1月2日
发明者梁兆瑾, 郭柏驿, 谭菁骅 申请人:中晶光电科技股份有限公司