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毕业论文网 > 开题报告 > 材料类 > 无机非金属材料工程 > 正文

碱土金属氧化物对 TFT-LCD 基板玻璃电阻率的影响研究开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

1888年奥地利植物学家F.rEINITZER发现液晶,1968年美国的G.H.Heilmeier发明了世界上第一代液晶显示器件——基于动态散射模式的LCD显示装置,之后的显示技术经历了由PM型向AM型的转变,其中基于TFT驱动的LCD具有最佳的应用价值[1]。随着消费水平升级以及工业4.0的到来,尤其是在互联网的普及和物联网的快速发展下,显示器的市场需求不断扩大。作为人机交互的界面,显示器传递着大量信息,因此必须满足信息量、品质、实用性、经济性以及节能环保等方面的要求。TFT-LCD因其显示信息量大、利于信息保密、易于彩色化、低压低功耗、使用寿命长、对人体安全等诸多优势,占据着平板显示领域不可动摇的地位。基板玻璃是TFT-LCD最基础的材料,其品质直接影响到产品的分辨率、透光率、重量及视角等技术指标[2-5]

在TFT-LCD制造工艺中包括多次精密光刻,基板玻璃的尺寸精度直接影响到电场和像素;基板玻璃需要经过反复多次的热处理,在最高加热温度下需要保持良好的刚性,同时又要保证在急冷状态下玻璃的收缩性要小;基板玻璃需要经过多种化学溶液的清洗和蚀刻,在此过程中要避免成分的析出;基板玻璃在制造电路的表面不能有划伤和缺陷,内部的气泡及其他玻璃缺陷应足够小;基板玻璃的热膨胀系数应与薄膜晶体管阵列中多晶硅和无定形硅材料相匹配,以抵消玻璃受热膨胀而产生的热应力;随着大尺寸屏幕的发展,基板玻璃也向大型化、薄型化发展,在TFT-LCD加工过程中,基板玻璃是水平放置的,玻璃在自身重力下有一定的下垂和翘角。由此可知TFT-LCD基板玻璃需要具备高尺寸精度、高热稳定性、良好的耐化学腐蚀性、表面和内部缺陷少、适宜的热膨胀系数、轻质高强度以及不含碱金属氧化物等性能。碱金属氧化物可以降低玻璃熔化温度,不含碱金属氧化物会导致熔融较困难[6-9]。碱土金属氧化物属于玻璃的网络外体,碱土金属离子一般处于网络之外,其中氧离子易摆脱阳离子的束缚,是游离氧的主要提供者,可以破坏Si-O和B-O形成的空间网络结构,使玻璃的网络结构疏松,离子流动性增大,同时其阳离子又是断键的积聚者,作为TFT-LCD基板玻璃的重要组成原料,碱土金属氧化物对玻璃性能有多重影响[10-15]

基板玻璃作为液晶显示器驱动电路的载体,需要有足够大的电阻率[16]。碱土金属离子可以阻碍其他离子的迁移导电,从而提高玻璃的电阻率,且离子半径越大,效果越明显[17-18]。本课题以无碱铝硅酸盐玻璃体系为研究对象,采用传统的熔融退火工艺,研究碱土金属氧化物对 TFT-LCD 基板玻璃电阻率的影响。在相同熔制条件下,保持除碱土金属氧化物以外的成分以及碱土金属氧化物总含量不变,改变三种碱土金属氧化物的用量,对比玻璃的电阻率,寻找最佳配比,并用拉曼、红外、核磁共振测试玻璃网络结构,研究结构与电阻率性能之间的作用规律[19-28]

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1.根据文献查阅,设定无碱铝硼硅酸盐玻璃氧化物的化学组成(mol%),如下:

名称

SiO2

Al2O3

B2O3

MgO

CaO

SrO

RO

mol%

65

9.5

8

7

5.25

5.25

17.5

2.配料计算:本课题所用的玻璃配合料的原料中,SiO2由高纯石英砂引入,Al2O3由高纯氧化铝引入,而B2O3则直接引入,碱土金属氧化物MgO 、CaO和SrO均以相应的碳酸盐引入

3.利用熔融退火工艺制得玻璃样品后,对玻璃的电阻率进行测定

主要仪器设备:电子分析天平、铂金坩埚、球磨机、匣钵、硅钼棒高温炉、SX-4-10M 型箱式电阻炉、耐热钢模具、偏光显微镜、紫外可见分光光度计、玻璃电性能测试设备、万能材料试验机、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、红外光谱仪、核磁共振谱仪等。

2.2 研究目标

1.了解电子显示基板玻璃的基础组分、工艺、性能要求;了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系;

2.开展不同碱土金属氧化物含量TFT-LCD基板玻璃化学组成设计及热处理工艺制度确定;

3.研究碱土金属氧化物对玻璃电阻率的影响;借助拉曼、红外、核磁共振等研究玻璃网络结构与电阻率性能之间的作用规律。

2.3 技术方案

1.根据无碱铝硼硅酸盐玻璃氧化物的化学组成计算出玻璃配合料所需各种原料的质量,精确称量;将玻璃配合料加入球磨机中混合均匀,加入到铂金坩埚中,再将坩埚放入底部铺有氧化铝粉的匣钵中,一起放入1650℃高温炉中熔制2小时。

2.熔制完成后,将铂金坩埚从炉内移出,倒入预热好的模具中浇注成形。待玻璃熔体浇注定型后,立即转入退火炉中进行退火。退火温度为700℃,保温时间2小时。

3.对玻璃样品进行测试:电阻率、拉曼、红外、核磁共振。

4.根据以上实验,判断三种碱土金属氧化物的最佳配比,并研究玻璃网络结构与电阻率性能之间的作用规律。

工艺流程如下:

3. 研究计划与安排

1.第1—3周:查阅相关文献,完成英文翻译。明确研究内容,了解电子显示基板玻璃样品制备方法、测试方法。确定实验方案及技术路线,完成开题报告。

2.第4—6周:初步进行实验,掌握实验的操作过程方法及测试处理技术,并进一步查阅资料,调整实验方案,为正式实验做准备。

3.第7—12周:正式进行实验,制备样品并进行各种测试,做好实验记录,进行实验结果的处理分析,开始撰写毕业论文。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]马群刚.tft-lcd原理与设计[m].北京:电子工业出版社,2011.

[2]刘建党,刘攀,肖子凡,邓臻禄,席国勇.tft-lcd基板玻璃的市场现状及发展趋势[j].玻璃,2018,45(02):16-20.

[3]韩建军,吴孟鸣,汤何锐,王静,谢俊,刘超.tft-lcd基板玻璃的研究与发展[j].硅酸盐通报,2017,36(12):4078-4083.

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