离子交换法制备显示器件用化学钢化玻璃基板

离子交换法制备显示器件用化学钢化玻璃基板*

韩 丽

(河北工程大学土木工程学院材料工程系,邯郸056038)

摘要 采用离子交换法对显示器件用超薄钠钙玻璃、铝硅玻璃、硼硅玻璃基板作了化学钢化增强处理,用原子力显微镜分析了玻璃化学钢化前后的表面粗糙度变化,研究了玻璃经化学钢化处理后的翘曲度变化,用钢化玻璃全自动表面应力仪分析了3种不同类型的玻璃基板经化学钢化不同时间后的表面应力和应力深度的变化,并对3种不同玻璃化学钢化性能差异的原因进行了探讨。结果表明,3种化学钢化玻璃的表面粗糙度均提高,钠钙玻璃经化学钢化处理后翘曲度会提高,而铝硅玻璃和硼硅玻璃经化学钢化处理后翘曲度不变,铝硅玻璃最容易化学钢化。

关键词 化学钢化玻璃 超薄玻璃 铝硅玻璃 显示器件

Ion exchange Strengthened Glass Substrate for Display

HAN Li

(Department of M ater ials Science,Colleg e of Civil Engineer ing ,H ebei U niver sity o f Eng ineering ,H andan 056038)

Abstract U ltra thin soda lime g lass,aluminosilicate glass and bo rosilicate glass substrate for display ar e chemi ca lly strengt hened.It is analy zed that the v ariat ion of sur face ro ug hness of the three kind of g lass befor e and after chemically str eng thening using ato mic for ce microscope,the wa rping of t ho se g lass befo re and after chemically st rengthening is inv est igat ed also.T he surface stress and str ess lay er depth o f the three ty pes o f glass substrates w ith different ion exchange time are detected by surface stress meter ,the mechanism o f pr operties of the three types o f chemically strengthened g lass ar e discussed.T he results show that after chemically strengthening the surface r ough ness o f the three types of g lass increase,the war ping of chemically str eng thened so da lime glass incr ease but it is un changed for a luminosilicate glass and bo rosilicate g lass,the aluminosilicate g lass are easiest to chemically str eng then.

Key words chemically str eng thened glass,ultra thin g lass,alumino silicate glass,display

*河北省建设厅资助项目(2009 129)

韩丽:女,1978年生,博士,副教授,硕士生导师 E mail:hanli1980@

0 引言

显示器件如LCD 、OLED 、触摸屏等用的玻璃基板以及保护玻璃,其性能(如表面粗糙度、翘曲度、光学透过率、热稳

定性和力学强度等)要求较高,它们应具有小于1.1mm 的超薄厚度,因为手机、MP3、笔记本等具有中小尺寸显示器件的玻璃基板厚度一般在0.7m m 以下。近年来要求这些便携性电子产品具有良好的抗冲击性,以防止人们使用不慎摔坏显示屏,这就需要对这些电子显示产品的玻璃基板作钢化增强处理。化学钢化技术(又称离子交换技术)由于能够保证玻璃钢化后产品的光学质量、钢化后玻璃不变形并可进行适当的切裁、磨边、钻孔等冷加工,是超薄玻璃唯一实用的增强技术。它通过将玻璃浸在碱离子的熔盐中,用熔盐中半径较大的钾离子(半径0.133nm )置换玻璃网络中半径较小的钠离子(半径0.098nm)以 挤压 玻璃表面的网络结构,改变玻璃表面成分,经离子交换后 挤塞 的体积效应在玻璃表面形成预压应力层,以阻止表面裂纹受力扩展,达到提高玻璃力学强度的目的。经化学钢化处理后的玻璃强度通常要比普通玻璃的强度提高几倍甚至十几倍。目前国内外研究化学钢化玻璃主要集中在普通钠钙玻

璃的化学钢化,对铝硅玻璃和硼硅玻璃的研究不多,对显示器件用超薄玻璃基板化学钢化的研究未见报告[1-3]。本研究对显示器件用的0.7m m 厚日本旭硝子(Asah i)钠钙玻璃、美国康宁(Corning)铝硅玻璃、德国默克百成(M erck Balzers)硼硅玻璃作了表面化学钢化增强处理,研究了不同钢化条件对各种玻璃的表面压应力和应力深度的影响,分析了3种不同玻璃经化学钢化处理后性能差异的原因,对如何在生产中选择合适的玻璃基板提出了合理的指导意见。

1 实验

1.1 样品的制备

选用显示器件用光学级超薄玻璃基板,分别是旭硝子钠钙玻璃、康宁Gorilla T M 铝硅玻璃、默克百成硼硅玻璃,尺寸均为355.6m m 406.4mm 0.7m m 。玻璃的组成成分见表1(质量分数/%)。将玻璃进行超声波清洗、刷洗后,经200~300 预热处理,然后浸入450 熔融KNO 3中进行离子交换处理,KN O 3纯度大于99.90%,且KN O 3融盐中加入一定的催化剂与添加剂,经化学钢化处理后的玻璃再用超声波清

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