基板玻璃的基础知识—中国光学光电子行业网

基板玻璃是液晶显示器的重要组成部分和原材料。在TN、STN-LCD(黑白)的材料成本中,导电玻璃的成本要占50%左右,即使在TFT-LCD的材料成本中,TFT的基板,加上彩色滤色膜中基板,玻璃的总成本要占20%左右。所以基板玻璃在LCD产业中的作用和重要性可想而知。

除了有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)外,其它液晶显示器都采用钠钙玻璃,以降低生产成本。有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)不能使用钠钙玻璃,其原因主要有二条:其一是在薄膜晶体管制造过程中要经过相对高的温度处理;其二是由于钠钙玻璃含有较多碱金属离子,会破坏TFT的性能。因此,在AM-LCD中,一般使用硼硅玻璃。表1为日本旭硝子玻璃化学组成与物理特性。

美国康宁(Corning)公司,最早(1989)推出7059牌号玻璃,1994年推出1737牌号玻璃,1737比7059玻璃具有更优良的热膨胀系数和更低的密度。而现在更多使用的是2000年引入牌号Eagle2000玻璃。康宁公司多采用溢流下拉工艺生产,其玻璃化学组成大致如表2所示。表3为康宁1737和Eagle2000玻璃物理特性。最近康宁又推出不含任何重金属的环保型Eagle XG玻璃。

为保证玻璃质量,玻璃表面的平整度和缺陷指标极为重要,因为它将影响液晶盒的盒厚。普通TN显示器一般盒厚在6～8μm之间,如果盒厚精度要求为0.2μm,则玻璃的短程平整度应小于0.2μm,长范围平整度可从玻璃弹性得到些补偿可低一些。在STN显示器对盒厚(一般为±0.05～±0.1μm) 有严格控制,对玻璃基板平整度要求更为严格。普通玻璃不能满足要求,必须使用表面抛光的玻璃,以改进表面的平整度。

目前,制造液晶显示器用平板玻璃的方法主要有三种:浮法工艺、槽口下引工艺和溢流下拉工艺。表4列出三种工艺技术比较。

浮法工艺是目前最通用的平板玻璃制造技术。熔融玻璃液经锡槽成形,再经退火、切裁等制成。浮法技术在生产厚度小于2mm,且平整度高的超薄平板玻璃,工艺条件难于控制,一般平板玻璃制造企业无法掌握。

另外,一些厂商是采用槽口下引工艺生产超薄平板玻璃。高温低粘度的玻璃液经铂铑合金漏板的狭缝口,利用重力下引。温度和漏板尺寸决定玻璃产量,漏板狭缝口大小和下引速度则控制玻璃厚度。槽口下引工艺最大生产能力20吨/天,生产超薄玻璃厚度范围0.03~1.1mm 。铂铑合金漏板的狭缝口,长期承受高温与外力会产生变形,影响厚度均匀性及表面平整度,这个问题能否解决是技术关键。另外,槽口下引工艺的垂直流程和铂金及铂老合金大量使用,增加了工程难度和建造成本。

溢流下拉工艺是美国康宁(Corning)公司的专利技术。粘度适当的熔融玻璃液,从溢流槽顺着两侧壁溢流向下,交汇融合一体形成平板后再向下拉。该成形工艺生产的超薄平板玻璃,其厚度与玻璃表面的质量取决于玻璃液供应量、水平稳定度、溢流槽表面质量及玻璃拉引量等。其技术关键是:溢流槽在长期承受高温与机械应力的不变形、维持溢流槽水平、熔融高质量玻璃液的稳定供应及玻璃厚度的控制等。溢流下拉工艺的突出优点是玻璃两个表面的高质量、高光洁度,可免除研磨或抛光等后续的加工工艺。目前溢流下拉工艺已成为超薄平板玻璃成形的主流技术。

目前,基板玻璃的供应商主要是美国的康宁(Corning)、日本的旭硝子(Asahi Glass)、电气硝子(NEG)以及板硝子(NH Technology)等四家。这四家几乎垄断了全行业基板玻璃生产与供应。表6列出各供应商产量、产地、市场占有份额及TFT基板玻璃的主要客户。他们大多数也向市场提供TN、STN用玻璃,而欧洲皮尔金顿也少量供应TN、STN玻璃。

近年受ＴＦＴ－ＬＣＤ产业高速发展的拉动，基板玻璃的全球需求一直处于快速增长期。２００５年全球产量达到７４００多万平方米，比上年增长５６．６％。图１给出了２００２－２００７全球ＴＦＴ－ＬＣＤ玻璃基板的需求量。

我国基板玻璃的生产尚处于启动阶段。据中国电子报报道,安彩高科在2005年宣布投资22亿元人民币建设TFT 基板生产线,目标为5代用玻璃基板年产300万平方米。而彩虹在近期则宣布投资13亿元人民币,分两期完成5代及5代以上的TFT玻璃基板。其中第一期投资6亿元人民币,主要目标是年产75万~90万平方米的5GTFT用玻璃;二期则根据国内今后TFT 实际投资的代数而确定。该项目目前已进入紧张的实施阶段,预计年底将点火、试生产。实际商品化生产的企业仅有洛阳玻璃集团公司,2003年用2.6亿元人民币投资,将一条原生产浮法玻璃的生产线,改造成CSTN用薄板玻璃生产线。2005年又投资新建一条同规模的生产线,２００７年 5月已生产出厚度为0.55毫米的CSTN基板玻璃。但对于TFT用基板玻璃,目前没有实质性的进展。

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