一种tft基板玻璃退火工艺及采用其制备的tft基板玻璃
阅读说明：本技术 一种tft基板玻璃退火工艺及采用其制备的tft基板玻璃 (TFT substrate glass annealing process and TFT substrate glass prepared by adopting same ) 是由 田英良 李淼 赵志永 王答成 王为 徐剑 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于TFT基板玻璃加工技术领域,具体公开了一种基于冷却定形速率的TFT基板玻璃退火工艺,对现有的保温阶段、慢冷阶段和快冷阶段三个阶段的加工参数形成了理论依据,为退火加工工艺提供数据支持,为本行业提供了极大的方便。采用本发明的退火工艺后,溢流法生产TFT基板玻璃退火质量得到极大的改善,再热收缩率及最大应力值都降低75％以上,OLED显示用TFT基板玻璃再热收缩率为5-8ppm,LCD显示用TFT基板玻璃再热收缩率为24-45ppm,TFT基板玻璃的板面最大应力为30-60PSI。(The invention belongs to the technical field of TFT (thin film transistor) substrate glass processing, and particularly discloses a TFT substrate glass annealing process based on a cooling and setting rate, which forms a theoretical basis for processing parameters of three stages of a heat preservation stage, a slow cooling stage and a fast cooling stage in the prior art, provides data support for an annealing processing technology, and provides great convenience for the industry. After the annealing process is adopted, the annealing quality of TFT substrate glass produced by an overflow method is greatly improved, the reheating shrinkage rate and the maximum stress value are both reduced by over 75 percent, the reheating shrinkage rate of the TFT substrate glass for OLED display is 5-8ppm, the reheating shrinkage rate of the TFT substrate glass for LCD display is 24-45ppm, and the maximum stress of the plate surface of the TFT substrate glass is 30-60 PSI.)
技术领域
本发明属于TFT基板玻璃加工技术领域，具体公开了一种TFT基板玻璃退火工艺及采用其制备的TFT基板玻璃。
背景技术
基板玻璃生产是经过玻璃熔体快速冷却定形而成，在冷却定形过程中质点偏离平衡位置，会产生较大的热应力，但是退火炉又相对较短，基板玻璃未能经过充分退火，热收缩往往高达几十ppm(收缩量与原长比值)，甚至上百ppm，无法实现高分辨率LCD和OLED显示产品要求基板玻璃的再热收缩率小于10ppm要求。
溢流法是TFT基板玻璃生产十分重要工艺，全球百分之七十五的高端基板玻璃是采用该工艺方法实现的，其属于垂直生产工艺，受生产车间高度限制，退火炉不能像浮法工艺具有长度70m～100m，所以溢流法退火炉的退火工艺必须精确和高效，才能实现基板玻璃在相对较短的退火炉内实现高质量退火，使其玻璃快速实现结构致密化，减少基板玻璃的再热收缩率，再热收缩率是基板玻璃制备TFT时需要重点考察的参数之一，其将影响像素点对位精度与质量，一般用于OLED显示的TFT基板玻璃再热收缩率要求小于10ppm，用于LCD显示的TFT基板玻璃再热收缩率要求小于30ppm，但是未经精密退火处理的基板玻璃的热收缩率普遍在50ppm～100ppm范围内，有时为了弥补基板玻璃再热收缩率指标不足，会将其在水平退火炉内进行再次退火处理，不仅增加了生产工序和成本，而且还会因此出现外观划伤和表面颗粒物增加的风险。另外，基板玻璃中的热应力还会导致双折射现象，进而影响LCD或OLED的色彩偏差及图像扭曲，所以要求应力控制在100PSI(PSI即每平方英吋一磅作用力，1PSI＝6.895kPa)。因此，解决采用溢流法基板玻璃的高效退火是十分紧迫的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TFT基板玻璃退火工艺及采用其制备的TFT基板玻璃，解决了现有技术无法实现TFT基板玻璃的较小的再热收缩率的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于冷却定形速率的TFT基板玻璃退火工艺，包括保温阶段、慢冷阶段和快冷阶段，熔体冷却定形长度为200～400mm；
在保温阶段，退火保温时间为退火炉保温段的长度为
k1和k2为比例系数，为冷却定形速率，ΔT为玻璃熔体粘度104泊对应的温度T4至玻璃熔体粘度1011.5泊对应的温度T11.5，Δt为成形初始供料温度T4至成形终止温度T11.5所对应的时间范围；
在慢冷阶段，基板玻璃在黏度1014.5泊对应温度T14.5至黏度1042泊对应温度T42范围内，慢冷冷却速率Vm＝(2.5×10-6α-1)/d5/9；退火炉慢冷段长度由以下公式计算得到：
Tm为慢冷阶段温度范围，V0为退火炉慢冷段玻璃板运行速度；
在快冷阶段，基板玻璃在黏度1042泊对应温度T42至160℃范围，快冷冷却速率Vk＝(10×10-6α-1)/d5/9；
退火炉快冷段的长度由以下公式计算得到：
Tk为快冷阶段温度范围，V1为退火炉快冷段玻璃板运行速度；
其中，α为30～380℃线热膨胀系数；d为基板玻璃原板最大厚度。
进一步，为40℃/s～70℃/s，退火保温时间为8～14s，退火炉保温段的长度为800～1400mm。
进一步，退火炉慢冷段的长度为707～2216mm。
进一步，退火炉快冷段的长度为144～415mm。
进一步，退火炉的总长度为1692～4031mm。
本发明还公开了所述的基于冷却定形速率的TFT基板玻璃退火工艺制备的TFT基板玻璃，所述TFT基板玻璃包括OLED显示用TFT基板玻璃和LCD显示用TFT基板玻璃，OLED显示用TFT基板玻璃再热收缩率为5-8ppm，LCD显示用TFT基板玻璃再热收缩率为24-45ppm，TFT基板玻璃的板面最大应力为30-60PSI。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种基于冷却定形速率的TFT基板玻璃退火工艺，对现有的保温阶段、慢冷阶段和快冷阶段三个阶段的加工参数形成了理论依据，为退火加工工艺提供数据支持，为本行业提供了极大的方便。在没有实施本发明专利之前的溢流法生产TFT基板玻璃，其退火质量相对较差，OLED显示用TFT基板玻璃再热收缩率为20-43ppm，LCD显示用TFT基板玻璃再热收缩率为80-150ppm，TFT基板玻璃的板面最大应力为80-200PSI。采用本发明的退火工艺后，溢流法生产TFT基板玻璃退火质量得到极大的改善，再热收缩率及最大应力值都降低75％以上，OLED显示用TFT基板玻璃再热收缩率为5-8ppm，LCD显示用TFT基板玻璃再热收缩率为24-45ppm，TFT基板玻璃的板面最大应力为30-60PSI。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明设计的退火参数目的在于消除玻璃熔体快速冷却定形所导致内部质点偏离平衡位置的受张作用力，在退火温度范围即退火点温度T13(玻璃粘度1013.0泊对应的温度)与应变点温度T14.5(玻璃粘度1014.5泊对应的温度)玻璃内部的质点实现缓慢恢复的过程。
经研究，发现玻璃熔体冷却定形速率越大，玻璃质点偏移平衡位置的距离越大，所受张应力作用越大，需要退火时间越长，退火炉长度越大。
本发明公开了一种基于冷却定形速率的TFT基板玻璃退火工艺，包括保温阶段、慢冷阶段和快冷阶段；
在保温阶段，退火保温时间为退火炉保温段的长度为
k1和k2为比例系数，为冷却定形速率，ΔT为玻璃熔体粘度104泊对应的温度T4至玻璃熔体粘度1011.5泊对应的温度T11.5，Δt为成形初始供料温度T4至成形终止温度T11.5所对应的时间范围；
在慢冷阶段，基板玻璃在黏度1014.5泊对应温度T14.5至黏度1042泊对应温度T42范围内，慢冷冷却速率Vm＝(2.5×10-6α-1)/d5/9，单位为℃/s；退火炉慢冷段长度由公式(1)计算得到：
Tm为慢冷阶段温度范围，单位为℃；V0为退火炉慢冷段玻璃板运行速度，单位为mm/s；
在快冷阶段，基板玻璃在黏度1042泊对应温度T42至160℃范围，快冷冷却速率Vk＝(10×10-6α-1)/d5/9，单位为℃/s；
退火炉快冷段的长度由公式(2)计算得到：
Tk为快冷阶段温度范围，单位为℃；V1为退火炉快冷段玻璃板运行速度，单位为mm/s；
其中，α为30～380℃线热膨胀系数，单位为10-6/℃；d为基板玻璃原板最大厚度，单位为mm。
基于溢流法制备厚度0.4mm-0.7mm基板玻璃最佳熔体冷却速度为40℃/s～70℃/s，当为40℃/s，成形的基板玻璃需要退火时间8s，退火炉长度800mm；当为50℃/s时，成形的基板玻璃需要退火保温时间10s，退火炉保温段长度1000mm；当为60℃/s时，成形的基板玻璃需要退火保温时间12s，退火炉保温段长度1200mm；当为70℃/s时，成形的基板玻璃需要退火保温时间14s，退火炉保温段长度1400mm。
由公式(1)得到退火炉慢冷段长度由慢冷阶段温度范围、慢冷冷却速率、退火炉慢冷段玻璃板运行速度决定，优选运行速度60mm/s～150mm/s，最佳运行速度150mm/s，退火炉慢冷段的长度优化设计范围为707mm～2216mm。
由公式(2)得到退火炉快冷段长度由快冷阶段温度范围、快冷冷却速率、退火炉快冷段玻璃板运行速度决定，优选运行速度60mm/s～150mm/s，最佳运行速度150mm/s，退火炉快冷段的长度设计为144mm～415mm。
综上，退火炉长度包括保温阶段、慢冷阶段、快冷阶段的装备长度，退火炉总长度设计为1692mm～4031mm。
以下给出具体的实施例，如表1所示，实施例1～实施例4针对的是OLED显示TFT基板玻璃；如表2所示，实施例5～实施例8针对的是LCD显示TFT基板玻璃。
表1
实施例1
取厚度0.4mm的OLED显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为40℃/s，退火炉保温段长度为800mm，成形的基板玻璃需要退火时间8s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为400℃、慢冷冷却速率Vm为49.43℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为809mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为300℃、快冷冷却速率Vk为197.73℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为152mm。
实施例2
取厚度0.5mm的OLED显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为50℃/s，退火炉保温段长度为1000mm，成形的基板玻璃需要退火时间10s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为400℃、慢冷冷却速率Vm为33.08℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为1209mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为300℃、快冷冷却速率Vk为132.32℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为227mm。
实施例3
取厚度0.6mm的OLED显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为60℃/s，退火炉保温段长度为1200mm，成形的基板玻璃需要退火时间12s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为400℃、慢冷冷却速率Vm为23.83℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为1679mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为300℃、快冷冷却速率Vk为95.30℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为315mm。
实施例4
取厚度0.7mm的OLED显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为70℃/s，退火炉保温段长度为1400mm，成形的基板玻璃需要退火时间14s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为400℃、慢冷冷却速率Vm为18.05℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为2216mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为300℃、快冷冷却速率Vk为72.21℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为415mm。
表2
实施例5
取厚度0.4mm的LCD显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为40℃/s，退火炉保温段长度为800mm，成形的基板玻璃需要退火时间8s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为350℃、慢冷冷却速率Vm为46.83℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为747mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为270℃、快冷冷却速率Vk为187.32℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为144mm。
实施例6
取厚度0.4mm的LCD显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为50℃/s，退火炉保温段长度为1000mm，成形的基板玻璃需要退火时间10s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为350℃、慢冷冷却速率Vm为31.34℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为1117mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为270℃、快冷冷却速率Vk为125.36℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为215mm。
实施例7
取厚度0.6mm的LCD显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为60℃/s，退火炉保温段长度为1200mm，成形的基板玻璃需要退火时间12s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为350℃、慢冷冷却速率Vm为22.57℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为1551mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为270℃、快冷冷却速率Vk为90.29℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为299mm。
实施例8
取厚度0.7mm的LCD显示TFT基板玻璃经溢流法成形后，用本发明的退火工艺退火，具体过程为：
在保温阶段，为70℃/s，退火炉保温段长度为1400mm，成形的基板玻璃需要退火时间14s；
在慢冷阶段，温度范围Tm为350℃、慢冷冷却速率Vm为17.1℃/s、退火炉慢冷段玻璃板运行速度V0为100mm/s，退火炉慢冷段长度Lm为2046mm；
在快冷阶段，温度范围Tk为270℃、快冷冷却速率Vk为68.41℃/s、退火炉快冷段玻璃板运行速度V1为100mm/s，退火炉快冷段长度Lk为395mm。
对本实施例1～8的TFT基板再热收缩率进行表征，按照GB/T 38711-2020《超薄玻璃再热收缩率试验方法激光法》标准测量，实验条件：室温加热至600℃，保温3-10min，TFT基板玻璃微应力测量采用行业通用应力双折射测量系统，型号Exicor-GEN8.5，最小分辨率达1PSI。
最终测得实施例1制得的基板玻璃的热收缩率为7ppm，微应力检测结果为30PSI；
实施例2制得的基板玻璃的热收缩率为6ppm，微应力检测结果为34PSI；
实施例3制得的基板玻璃的热收缩率为5ppm，微应力检测结果为32PSI；
实施例4制得的基板玻璃的热收缩率为8ppm，微应力检测结果为40PSI；
实施例5制得的基板玻璃的热收缩率为24ppm，微应力检测结果为45PSI；
实施例6制得的基板玻璃的热收缩率为31ppm，微应力检测结果为51PSI；
实施例7制得的基板玻璃的热收缩率为36ppm，微应力检测结果为56PSI；
实施例8制得的基板玻璃的热收缩率为45ppm，微应力检测结果为60PSI。
综上所述，采用本发明的工艺后，溢流法生产TFT基板玻璃退火质量得到极大的改善，再热收缩率及最大应力值都降低75％以上，OLED显示用TFT基板玻璃再热收缩率为5-8ppm，LCD显示用TFT基板玻璃再热收缩率为24-45ppm，TFT基板玻璃的板面最大应力为30-60PSI。
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