2.2 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 對 OLED 基板玻璃表麵張力的影響

圖 5 基板玻璃熔體表麵張力與 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 的關係圖  

圖 6 基板玻璃熔體表麵張力與 MgO/RO 的關係圖

圖 5 為 OLED 基板玻璃化學組成中的 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 摩爾比在 0.70~1.45 變化時，測得玻璃熔體在 T₄ 溫度條件下的表麵張力。

由圖 5 可知，隨著 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 從 0.70 增加至 1.45，基板玻璃熔體表麵張力先增大後減小，在 RO/(Al₂O₃+B₂O₃)=1 時出現最大值 397 mN/m，並且在 RO/(Al₂O₃+B₂O₃)<1 時，表麵張力隨 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 的變化幅度相對較大。已有研究表明，在無堿鋁硼矽玻璃中，堿土金屬離子提供的遊離氧會傾向於和結構中的鋁離子結合，形成鋁氧四麵體 [AlO₄]，隻有極少部分與硼離子結合形成 [BO₄]，絕大多數硼仍以 [BO₃] 三角體存在。為了提高玻璃應變點，OLED 基板玻璃中的 B 含量要求極低，故本實驗設計 B 含量較低，對熔體表麵張力的影響較小，主要為 Al 造成的影響。因此當 RO/(Al₂O₃+B₂O₃)=1 時，玻璃網絡為鋁氧四麵體和矽氧四麵體組成的連續網絡鍵合度最高、結構最致密，因而破壞表麵結構需要的能量最大，表麵張力最大。當 RO/(Al₂O₃+B₂O₃)<1 時，玻璃中堿土金屬的氧離子完全以橋氧形式存在，玻璃中過剩的鋁離子會形成鋁氧八麵體 [AlO₆]，以網絡外體參與網絡，此時 [AlO₆] 為影響表麵張力的主要因素。比起堿土金屬氧化物 RO，高價態的 [AlO₆] 的積聚作用更強，降低表麵張力能力更顯著，所以隨著 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 的增大，鋁氧八麵體 [AlO₆] 含量降低，表麵張力增加且幅度較大，由 358 mN/m 增長到 397 mN/m；當 RO/(Al₂O₃+B₂O₃)>1 時，堿土金屬離子是主要的玻璃網絡外體，成為影響表麵張力的主要因素，隨著 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 的增加，堿土金屬離子的斷網作用使網絡結構疏鬆，表麵張力降低，由 397 mN/m 下降至 382 mN/m。

2.3 MgO/RO 對 OLED 基板玻璃表麵張力的影響

隨著 OLED 基板玻璃化學組成中的 MgO/RO 摩爾比在 0.34~0.55 的變化，在 T₄ 溫度條件下測量的玻璃熔體表麵張力結果如圖 6 所示。

從圖 6 中可以看出，隨著 MgO/RO 從 0.34 增大至 0.55，玻璃熔體表麵張力總體呈增加趨勢，從 375 mN/m 升高至 391 mN/m。由於堿土金屬離子中 Mg²⁺ 的場強大於 Sr²⁺ 和 Ca²⁺，連接非橋氧的 O–Mg–O 鍵能為同主族最大，所以隨著 MgO/RO 的增大，玻璃結構斷網所需能量增加，導致表麵張力增大。

2.4 ZnO/(ZnO+SrO) 對 OLED 基板玻璃表麵張力的影響

圖 7 基板玻璃熔體表麵張力與 ZnO/(ZnO+SrO) 的關係

當 OLED 基板玻璃化學組成中的 ZnO/(ZnO+SrO) 摩爾比在 0~0.8 範圍內變化時，玻璃熔體在 T₄ 溫度條件下表麵張力的測量和擬合結果如圖 7 所示。

從圖 7 中可以看出，隨著 ZnO 對 SrO 的逐步取代，熔體表麵張力呈線性下降趨勢，從 383 mN/m 降低至 374 mN/m，隨著 ZnO/(ZnO+SrO) 的改變滿足關係式 γ=383–10×W_{ZnO/(ZnO+SrO)}。無堿鋁硼矽玻璃中，Zn 以鋅氧六麵體 [ZnO₆] 存在，起著斷網作用，且離子半徑 Zn²⁺（74 pm）< Sr²⁺（118 pm），鋅離子場強大、積聚作用強且半徑小，相比於鍶離子更容易遷移富集於玻璃熔體表麵，因而導致表麵張力降低。此外，玻璃熔體與空氣界麵的表麵張力影響符合加和性法則，因此隨著 ZnO/(ZnO+SrO) 的變化，表麵張力線性降低。對實際生產而言，可在不影響其他理化性能的基礎上適當加入 ZnO 以幫助降低表麵張力。

3 結論

采用座滴法測量不同化學組成的 OLED 基板玻璃（無堿鋁硼矽玻璃體係）在對應 T₄ 溫度點的表麵張力，通過分析得出以下主要結論：

1) 隨著 Al₂O₃/SiO₂ 的增加，OLED 基板玻璃形成 [AlO₄] 和 [SiO₄] 連接的連續網絡，使表麵張力逐漸增加。

2) 當 RO/(Al₂O₃+B₂O₃)<1 時，不能參與網絡的 Al 離子以鋁氧八麵體 [AlO₆] 存在，起斷網作用，隨著 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 的增加，鋁氧八麵體 [AlO₆] 減少，表麵張力增加且增加幅度較大；RO/(Al₂O₃+B₂O₃)>1 時，玻璃中 Al 離子均以鋁氧四麵體 [AlO₄] 存在，隨著 RO/(Al₂O₃+B₂O₃) 增加，表麵張力降低；RO/(Al₂O₃+B₂O₃)=1 時，網絡結構最致密，表麵張力有最大值。

3) 隨著 MgO/RO 的增加，非橋氧 R–O 的鍵接強度增加，OLED 基板玻璃表麵張力增大。

4) 隨著 ZnO/(ZnO+SrO) 的增加，鋅氧六麵體 [ZnO₆] 的斷網作用使得 OLED 基板玻璃表麵張力呈線性下降趨勢，符合加和性法則，關係式為 γ=383–10×W_{ZnO/(ZnO+SrO)}。