專利名稱：玻璃基底的處理方法和制造顯示屏用的玻璃基底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃基底的處理方法，更具體涉及以后被涂以層或其它形式的涂層，用于制造顯示屏的玻璃板。
本發(fā)明所涉及的顯示屏，具體是各種等離子顯示屏、場(chǎng)致發(fā)射(FED)顯示屏、電子熒光顯示屏、液晶顯示(LCD)顯示屏和更一般地說(shuō)，在其制造過(guò)程中玻璃基底要受到熱處理的各種顯示屏。
將參照主要包括兩片玻璃板的等離子顯示屏的制造來(lái)具體敘述本發(fā)明。在這兩片玻璃板當(dāng)中，在至少一片上沉積了一個(gè)或多個(gè)電極網(wǎng)、一個(gè)介電材料層和由相當(dāng)于比如綠色、紅色和藍(lán)色熒光材料構(gòu)成的層。在將它們彼此組裝之前，在此玻璃板上放置阻擋層(barrière)和間隔物(espaceur)，它們的功能是形成許多發(fā)光單元(cellule)和保持兩片玻璃板之間的距離。
在制造電極、各個(gè)層或間隔件的整個(gè)過(guò)程中都伴隨著熱處理。
通常為此類基底所使用的玻璃組合物是硅-鈉-鈣型的，如果如此使用此類玻璃，當(dāng)預(yù)先進(jìn)行熱處理時(shí)，由于達(dá)到了所述組合物的變形溫度以上的溫度，所以會(huì)發(fā)生尺寸的變化。
此很明顯的尺寸變化對(duì)于其它的應(yīng)用是可以忽略的。反之，在上述顯示屏的情況下，需要很高的尺寸精度，特別是為了制造形成等離子體的各個(gè)發(fā)光單元時(shí)。實(shí)際上，這些網(wǎng)格的制造精度，或者更準(zhǔn)確地說(shuō)，前面提到的各層的沉積精度直接會(huì)影響到顯示屏的工作質(zhì)量。精確地使電極和各層調(diào)準(zhǔn)能夠改善顯示屏的分辨率和影象質(zhì)量。
因此涉及到此玻璃板的首要要求是在制造顯示屏?xí)r此玻璃板受到的各種熱處理過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性。
為了改善此尺寸穩(wěn)定性已經(jīng)提出過(guò)一些解決方案。
已經(jīng)建議過(guò)的第一個(gè)解決方案是將玻璃板進(jìn)行“預(yù)致密化”處理；這種處理包括按照由玻璃的組成和制造顯示屏?xí)r此玻璃要進(jìn)行的熱處理而確定的熱循環(huán)進(jìn)行熱處理。比如在進(jìn)行相當(dāng)于制造顯示屏的熱處理之前，對(duì)由硅-鈉-鈣型玻璃組合物制造的玻璃板進(jìn)行此種熱處理。
還提出的另一個(gè)解決方案是按照具有高變形溫度的特殊組合物制造玻璃板。這種玻璃板所經(jīng)受的熱處理使尺寸變化低于通常使用的硅-鈉-鈣型玻璃組合物。
特別在文獻(xiàn)WO 99/13471和WO 99/15472中敘述的最后一個(gè)解決方案是在堿浴中對(duì)通常的硅-鈉-鈣型玻璃板進(jìn)行化學(xué)淬火。
按照這些文獻(xiàn)除了得到更好尺寸穩(wěn)定性外，這些解決方案還滿足了涉及到顯示屏應(yīng)用的第二個(gè)要求，因?yàn)閷?duì)玻璃板進(jìn)行化學(xué)淬火賦予其對(duì)表面壓縮的制約，增強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度性能。實(shí)際上，這樣的玻璃板將進(jìn)行多次操作，直到顯示屏制造循環(huán)結(jié)束，特別是由于應(yīng)該進(jìn)行多次沉積。另外，在制造顯示屏?xí)r進(jìn)行的多層沉積有關(guān)的熱處理過(guò)程中，玻璃板將被激活。此由熱源激活使得在制造過(guò)程中有發(fā)生破碎的危險(xiǎn)，在制造當(dāng)中追求加速制造周期和加快生產(chǎn)節(jié)奏時(shí)，這一點(diǎn)是很重要的。增強(qiáng)機(jī)械性能能夠最大程度地限制所述玻璃基底破碎的危險(xiǎn)。另外當(dāng)進(jìn)行化學(xué)淬火時(shí)所產(chǎn)生的增強(qiáng)似乎是在各層沉積而進(jìn)行的各次熱處理之后顯示出來(lái)的。
當(dāng)前，在制造顯示屏?xí)r涉及到玻璃基底的一個(gè)新要求被提了出來(lái)。實(shí)際上，顯示屏工業(yè)希望提供一種顯示屏，在其玻璃件組裝以及因此在其全部熱處理過(guò)程中都具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。如此組成的顯示屏還應(yīng)該經(jīng)受各種制造步驟的操作，另外它們還要能夠經(jīng)受在使用時(shí)的各種應(yīng)力，這種應(yīng)力可以是意外性質(zhì)的，也可以是單純由于使用而產(chǎn)生的；比如FED型顯示屏受到作用在玻璃表面上大氣壓產(chǎn)生的應(yīng)力。其它例子涉及到等離子顯示屏，特別由于其中心比邊緣受到更多的過(guò)熱而遭到熱激活。
如此，本發(fā)明人為解決所述問(wèn)題而提供了玻璃基底或玻璃板的制造方法，此玻璃板一方面滿足上面提到的第一個(gè)要求，即在與沉積各層有關(guān)的熱處理過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性和在所述處理之前和另一方面，在玻璃板組裝后得到的機(jī)械增強(qiáng)，因此在全部所述的熱處理之后，此玻璃板具有滿意的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明要達(dá)到的目的是一種由變形溫度(Strain Point)(粘度相當(dāng)于1014.6泊的溫度)高于540℃玻璃組合物組成的用于制造顯示屏的玻璃板的處理方法，所述方法包括對(duì)該玻璃板的至少一部分表面進(jìn)行至少一個(gè)離子交換處理和預(yù)壓縮處理。
此預(yù)壓縮處理是在低于膨脹軟化點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的處理。此處理使得結(jié)構(gòu)發(fā)生松弛，致使在與各層沉積相當(dāng)?shù)暮罄m(xù)熱處理循環(huán)中變得更加穩(wěn)定。
此處理最好在高于1012泊的玻璃粘度下進(jìn)行。
此玻璃板的電阻率ρ(在250℃，以Ω·cm表示)優(yōu)選為使logρ＞7.5。在顯示屏的情況下，這樣的電阻率是特別有利的，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)所用的電壓是很高的。
為了得到可以進(jìn)行工業(yè)制造的產(chǎn)品，此處理方法特別有利地適用于由“浮法”制造的玻璃板。
按照本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案，此預(yù)壓縮處理與離子交換處理組合進(jìn)行，因此是同時(shí)進(jìn)行，此離子交換的熱循環(huán)對(duì)進(jìn)行預(yù)壓縮是適當(dāng)?shù)摹?br> 按照本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案，此處理分兩步相繼進(jìn)行，第一步包括預(yù)壓縮，而第二步包括對(duì)該玻璃板的至少一部分表面進(jìn)行離子交換。
本發(fā)明人實(shí)際上證實(shí)，按照本發(fā)明對(duì)變形溫度高于540℃的玻璃進(jìn)行的處理，一方面使得滿足了尺寸穩(wěn)定性的限制，另一方面賦予此玻璃板機(jī)械性能的增強(qiáng)，此增強(qiáng)作用在相應(yīng)于制造此顯示屏的各層沉積的熱循環(huán)之后繼續(xù)存在。
按照本發(fā)明所得到的結(jié)果是出人意料的；料想不到的是，對(duì)具有高變形溫度和高電阻率的玻璃進(jìn)行離子交換處理所獲得的增強(qiáng)可以是足夠的，另外在相應(yīng)于制造顯示屏的熱處理之后還能夠保持(至少是部分保持)。實(shí)際上，此高電阻率和高變形溫度的性能組合需要限制在玻璃中堿金屬的濃度，這對(duì)玻璃的離子交換是不利的。
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，預(yù)壓縮處理是一種階梯式的熱處理，在1～200小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，按照某些實(shí)施方案最好是在1～20小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，在400～660℃的溫度下，此溫度平臺(tái)至少保持1小時(shí)，優(yōu)選保持至少2小時(shí)，然后溫度降低到90℃，至少保持1小時(shí)，優(yōu)選至少3小時(shí)。
在涉及到離子交換處理時(shí)，按照第一個(gè)實(shí)施方案，這是通過(guò)在玻璃板的至少部分表面上沉積一種含有鉀鹽的膏狀物和一種高熔點(diǎn)化合物，如基于氧化鋁或氧化硅的耐火材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在法國(guó)專利FR-A-2353501中特別敘述過(guò)這種通過(guò)離子交換進(jìn)行增強(qiáng)的方法。此方法能夠在比較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，并且只增強(qiáng)玻璃板上需要的區(qū)域。
按照本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案，此離子交換在含有至少一種堿金屬鹽的浴中，對(duì)至少一部分玻璃板進(jìn)行。
按照優(yōu)選的方式，此浴含有熔融的硝酸鉀鹽，以對(duì)玻璃板的表面進(jìn)行鈉/鉀離子交換。
按照還是優(yōu)選的方式，此化學(xué)淬火，或者說(shuō)在浴中的離子交換在400～660℃的溫度下進(jìn)行，最好是高于480℃，進(jìn)行的時(shí)間是1～360小時(shí)，最好少于200小時(shí)。在浴中進(jìn)行升溫最好至少1小時(shí)，優(yōu)選2小時(shí)。浴的溫度降低到90℃的時(shí)間最好1小時(shí)，優(yōu)選3小時(shí)。
本發(fā)明還提供一種其性能使得能夠用于制造顯示屏的玻璃基底或者說(shuō)玻璃板。
按照本發(fā)明，這樣的玻璃基底最好是按照“浮法”得到的，由變形溫度高于540℃的玻璃組合物組成，在為制造顯示屏的層沉積而進(jìn)行的至少一次熱處理后，其絕對(duì)壓縮值低于60ppm，熱性能DT低于130℃。
此玻璃組合物的膨脹系數(shù)最好高于65×10-7K-1。這樣的膨脹系數(shù)值特別有利于在制造顯示屏?xí)r必須的密封操作。
此玻璃組合物的電阻率ρ(在250℃，以Ω·cm表示)還最好為logρ＞7.5。這樣的電阻率值特別適合于在顯示屏中可能存在的高電壓。
壓縮值以百萬(wàn)分之一(ppm)表示，相當(dāng)于說(shuō)明玻璃基底尺寸穩(wěn)定性的大小。這是在熱處理后用所述熱處理前和熱處理后在試樣上測(cè)量的由于熱處理導(dǎo)致的尺寸變化和在該基底上測(cè)量的相應(yīng)初始長(zhǎng)度之間的比值。使用的熱處理相當(dāng)于以在580℃下2小時(shí)的平臺(tái)，升溫速度是10℃/分鐘，然后的降溫速度是5℃/分鐘。此處理代表為了制造顯示屏而對(duì)玻璃基底進(jìn)行的多次熱處理。
用玻璃基底經(jīng)受顯示屏的通常制造過(guò)程中的破碎熱測(cè)試來(lái)測(cè)定熱性能。對(duì)8個(gè)平板狀的玻璃試樣進(jìn)行此測(cè)試，其尺寸是415×415mm2，厚度是2.8mm。此測(cè)試包括在玻璃平板的中心進(jìn)行輻射狀加熱，同時(shí)保持其邊緣冷卻。為此，基底的邊緣被開(kāi)成寬12.5mm的槽，裝在用20℃的水循環(huán)的框架中。用電阻在基底的中心以4℃/分鐘進(jìn)行加熱。在破碎的瞬間測(cè)量中心和邊緣處的溫度?；椎臒嵝阅蹹T是在破碎瞬間中心/邊緣溫度之差。上述熱性能和熱測(cè)試對(duì)顯示屏的應(yīng)用是很有代表性的。實(shí)際上，這種顯示屏的制造商希望改善生產(chǎn)率，為此要特別增加生產(chǎn)的速度；這自然導(dǎo)致對(duì)加熱和冷卻時(shí)間進(jìn)行限制，因此讓玻璃基底承受得了與上面敘述的完全相同的熱沖擊。另外，當(dāng)它們被使用時(shí)，顯示屏的顯示區(qū)要顯現(xiàn)出單純由于使用而致的溫度升高，而鑲在框架中基底的邊緣則保持較低的溫度。因此，此熱測(cè)試同時(shí)代表此顯示屏在制造的過(guò)程中和在使用過(guò)程中所受到的激活狀態(tài)。
按照本發(fā)明的玻璃基底組合物有利地含有如下重量含量的各種組分SiO240～75％Al2O30～12％Na2O0～9％K2O 3.5～10％MgO 0～10％CaO 2～11％SrO 0～11％BaO 0～17％ZrO22～8％按照本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，玻璃基底組合物含有如下重量含量的組分SiO260.1％Al2O33.3％Na2O3.7％K2O 8.5％MgO 1％CaO 5.6％SrO 10.3％ZrO26.9％按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，玻璃基底組合物含有如下重量含量的組分
SiO268.3％Al2O30.7％Na2O 4.6％K2O 5.6％MgO0.1％CaO9.7％SrO6.5％ZrO24.1％本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和有利的特征將在下面對(duì)按照本發(fā)明制造的基底和其它基底進(jìn)行的比較性測(cè)量所作的敘述而明顯可見(jiàn)。
為了進(jìn)行比較性測(cè)試，本發(fā)明人首先選擇兩種制造基底用的玻璃組合物，第一種是符合本發(fā)明的(組合物I)，即具有高變形溫度的玻璃組合物；第二種(組合物II)相當(dāng)于常用的硅-鈉-鈣型玻璃。下面的表是這些組成(重量百分比)和變形溫度值的細(xì)節(jié)組合物I 組合物IISiO260.1％ 71％Al2O33.3％0.6％Na2O3.7％13.6％K2O 8.5％0.3％MgO 1％ 4.1％CaO 5.6％9.7％SrO 10.3％ 0％ZrO26.9％0％變形溫度 602℃508℃比較性實(shí)驗(yàn)包括對(duì)由玻璃組合物I和II制造的厚2.8mm的，經(jīng)受過(guò)或未經(jīng)受過(guò)預(yù)壓縮處理、化學(xué)淬火或預(yù)壓縮處理和化學(xué)淬火的組合處理的基底進(jìn)行壓縮測(cè)試和熱性能DT測(cè)試。所有的基底在處理前都經(jīng)受過(guò)等同的加工程序。
使用的預(yù)壓縮處理(下面表示為T.P.)根據(jù)玻璃的組成和后面受到的熱處理來(lái)確定。因此對(duì)于我們的實(shí)驗(yàn)，預(yù)壓縮處理是如此確定的，對(duì)于模擬顯示屏制造步驟的熱循環(huán)，此處理是一種“穩(wěn)定劑”，并且定義如下。
對(duì)于組合物I使用的預(yù)壓縮處理是一種熱處理，它包括升溫1小時(shí)達(dá)到638℃，第一次在5小時(shí)內(nèi)降低到552℃，最后在3小時(shí)內(nèi)降低到環(huán)境溫度。
對(duì)于組合物II使用的預(yù)壓縮處理是一種熱處理，它包括在2小時(shí)的平臺(tái)內(nèi)升溫到580℃。為此預(yù)壓縮處理，升溫以10℃/分鐘進(jìn)行，然后以5℃/分鐘的速度，將所述基底溫度降低到90℃。
化學(xué)淬火(trempe chimique，下面叫做T.C.)在溫度為490℃的硝酸鉀浴中進(jìn)行16小時(shí)。
然后把進(jìn)行了這些處理中任何一種或兩種的玻璃基底置入模擬顯示屏的一步或幾步制造步驟的熱循環(huán)中。此理論的循環(huán)(下面稱之為制造循環(huán))包括以10℃/分鐘升溫到580℃的一個(gè)2小時(shí)的平臺(tái)，然后以5℃/分鐘的速度降溫。
涉及到壓縮值(表示為ppm，公差±30ppm)和熱性能DT(表示為℃)的不同結(jié)果匯總在下面的表格中。
標(biāo)注“未加工的”表示該基底既未經(jīng)受預(yù)壓縮處理，也未經(jīng)受化學(xué)淬火處理。
此處，T.P.預(yù)壓縮處理T.C.化學(xué)淬火在“加工循環(huán)”后測(cè)量壓縮值。正值是表示基底被壓縮的值，負(fù)值是表示基底膨脹的值。
沒(méi)有出現(xiàn)的熱性能DT值是沒(méi)有測(cè)量，或者是由于該基底因?yàn)槠鋲嚎s值而不能被接受，或者是由于涉及到?jīng)]有被增強(qiáng)的基底。
這些結(jié)果顯示，只有一種基底在加工循環(huán)后滿足低于60ppm的壓縮值和高于130℃的熱性能DT，這就是由變形溫度602℃并在經(jīng)受預(yù)壓縮以后再經(jīng)受化學(xué)淬火的組合物I得到的基底D。
結(jié)果和特別是在實(shí)驗(yàn)D和H之間進(jìn)行的比較表明，特別是由于選擇了具有高變形溫度的玻璃組合物，按照本發(fā)明得到的尺寸穩(wěn)定性是具有優(yōu)勢(shì)的。
權(quán)利要求
1.玻璃板的處理方法，該玻璃板是由具有高于540℃的變形溫度的組合物組成的，用于制造顯示屏，其特征在于，該方法包括至少一個(gè)對(duì)該玻璃板至少部分表面進(jìn)行的離子交換處理和一個(gè)預(yù)壓縮處理。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，此預(yù)壓縮處理是在相當(dāng)于粘度高于1012泊的溫度下進(jìn)行的熱處理。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該玻璃組合物的電阻率ρ是使得logρ＞7.5。
4.如權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于，同時(shí)進(jìn)行離子交換處理和預(yù)壓縮處理。
5.如權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于，該方法包括預(yù)壓縮的第一步和由在玻璃板的至少部分表面上進(jìn)行離子交換組成的第二步。
6.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該預(yù)壓縮步驟是一種熱處理，包括在400～660℃溫度下歷時(shí)1～20小時(shí)的平臺(tái)，其特征還在于在至少1小時(shí)內(nèi)達(dá)到此平臺(tái)，其特征還在于然后在至少1小時(shí)內(nèi)溫度降低到90℃。
7.如前面各項(xiàng)權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，通過(guò)在玻璃板的至少部分表面上沉積一種含有鉀鹽和高熔點(diǎn)化合物的膏狀物來(lái)進(jìn)行此離子交換。
8.如權(quán)利要求1～6中之一的方法，其特征在于，在含有至少一種堿金屬鹽的浴中進(jìn)行玻璃板至少部分表面的離子交換。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，此浴中裝有熔融的硝酸鉀鹽。
10.如權(quán)利要求8或9中之一的方法，其特征在于，在400～660℃的溫度下進(jìn)行離子交換，歷時(shí)1～360小時(shí)。
11.玻璃基底或玻璃板，其由具有變形溫度高于540℃的玻璃組合物組成，其特征在于，在用于進(jìn)行層沉積以制造顯示屏的至少一次熱處理之后，該基底的壓縮值低于60ppm，以及該基底的熱性能DT高于130℃。
12.如權(quán)利要求11的基底，其特征在于，該玻璃組合物的膨脹系數(shù)高于65×10-7K-1。
13.如權(quán)利要求11或12的基底，其特征在于，該玻璃組合物具有的電阻率ρ使得logρ＞7.5。
14.如權(quán)利要求11～13中之一的基底，其特征在于，該玻璃組合物具有如下重量含量的組分SiO240～75％Al2O30～12％Na2O 0～9％K2O 3.5～10％MgO 0～10％CaO 2～11％SrO 0～11％BaO 0～17％ZrO22～8％
15.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，該玻璃組合物具有如下重量含量的組分SiO260.1％Al2O33.3％Na2O 3.7％K2O 8.5％MgO 1％CaO 5.6％SrO 10.3％ZrO26.9％
16.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，該玻璃組合物具有如下重量含量的組分SiO268.3％Al2O30.7％Na2O 4.6％K2O 5.6％MgO0.1％CaO9.7％SrO6.5％ZrO24.1％
全文摘要
本發(fā)明的目的是一種由其變形溫度高于540℃的玻璃組合物組成的用于制造顯示屏的玻璃板的處理方法，所述方法包括對(duì)該玻璃板至少部分表面進(jìn)行的離子交換處理和預(yù)壓縮處理。
文檔編號(hào)C03C3/078GK1391538SQ0081607
公開(kāi)日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月22日
發(fā)明者G·迪斯特, O·戈姆, R·吉 申請(qǐng)人:法國(guó)圣戈班玻璃廠