TFT-LCD基板玻璃的制備方法及發(fā)展趨勢(shì)

高曉立(石家莊寶石集團(tuán))

一、引言

近年來(lái)，隨著科技的迅速發(fā)展，顯示技術(shù)越來(lái)越重視環(huán)保、節(jié)能、 品質(zhì)等特點(diǎn)， 目前， 平板顯示技術(shù)已逐步取代了傳統(tǒng)的CRT 顯示技術(shù)， 成為平板顯示技術(shù)乃至顯示器市場(chǎng)的主流產(chǎn)品[1]。 玻璃基板是液晶顯示器（LCD）面板的重要材料，制作一片LCD 面板需要用兩片玻璃基板， 分別作為彩色濾光片底板和底層玻璃基板使用，玻璃基板占LCD 生產(chǎn)成本的4%左右，是LCD面板質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要影響因素[2]。

到目前為止， 生產(chǎn)平面顯示器用玻璃基板主要有三種制作技術(shù)，分別為溢流熔融法（Overflow Fusion Technology）、浮式法（Float Technology）及狹縫下引法（Slot Down Draw）[3]。

二、液晶玻璃制備方法比較

溢流熔融法、 浮式法和狹縫下引法是目前液晶玻璃基板的主要生產(chǎn)方法，其特性不一，各有優(yōu)缺點(diǎn)[4]。

采用溢流熔融法主要的代表性玻璃有硼硅酸鹽玻璃、 鋁硅酸鹽玻璃等無(wú)堿玻璃； 采用浮式法生產(chǎn)的代表性玻璃主要是鈉鈣硅玻璃等有堿玻璃； 采用狹縫下引法生產(chǎn)的代表性玻璃主要有鈉鈣硅玻璃、鋇硼硅玻璃、鋁硅酸鹽玻璃等無(wú)堿或弱堿玻璃。溢流熔融法采用熔融幫浦成型，浮式法依靠液態(tài)錫成型，而狹縫下引法的成型介質(zhì)是鉑合金流孔漏板。 溢流熔融法和狹縫下引發(fā)的成型原理都是重力， 浮式法的成型原理是錫液與玻璃液密度差。 溢流熔融法和狹縫下引法采用垂直向下拉出，浮式法中玻璃以水平方向拉出。 溢流熔融法生產(chǎn)的玻璃厚度范圍在0.4 -2.5 mm， 主要是大中面積玻璃； 浮式法生產(chǎn)的玻璃厚度范圍較大，為0.5 – 25 mm，玻璃面積較大；狹縫下引法生產(chǎn)的玻璃厚度范圍較小，僅為0.03 -1.1 mm，比例面積較小。 溢流熔融法玻璃厚度控制因素是玻璃液的溢流量和下拉速度； 浮式法玻璃厚度控制因素有熔窯的拉引量、拉邊機(jī)作用力和水平拉引速度；狹縫下引法控制玻璃厚度的因素是熔窯的拉引量、 流孔開(kāi)口大小及下拉速度。 溢流熔融法、浮式法和狹縫下引法的生產(chǎn)能力不一樣，浮式法的生產(chǎn)能力最大，單日產(chǎn)量可達(dá)900 噸，溢流熔融法和狹縫下引法的生產(chǎn)能力有限，單日產(chǎn)量在5 - 20 噸左右，但浮式法投資成本及建窯空間都較大，建廠周期也較長(zhǎng)，一般浮式法建廠周期在18-24 個(gè)月，溢流熔融法建廠所需投資最小。

綜上所述，溢流熔融法較浮式法和狹縫下引法而言，綜合技術(shù)性能最好。

三、國(guó)內(nèi)外液晶玻璃基板發(fā)展?fàn)顩r

美國(guó)是世界上最早從事TFT-LCD 基板玻璃研發(fā)和生產(chǎn)的國(guó)家，其生產(chǎn)工藝和前端研發(fā)一直處于世界領(lǐng)先地位。 目前世界上最大的LCD 基板玻璃生產(chǎn)商是美國(guó)康寧股份有限公司， 該公司1959 年發(fā)明了溢流熔融成形技術(shù)。2006 年推出了不含砷、銻、鋇等重金屬的環(huán)保型基板玻璃， 它的誕生標(biāo)志著基板玻璃發(fā)展到一個(gè)新的里程碑；2010 年，康寧公司推出了一款輕薄、環(huán)保的厚度僅為0.4 mm 的基板玻璃，能夠滿足更輕重量的便攜式設(shè)備需求[5-7]。

日本也是研發(fā)和生產(chǎn)TFT-LCD 基板玻璃大國(guó)，代表廠商有日本Asahi 公司、AvanStrate 公司、NEG 公司等。 日本玻璃基板的生產(chǎn)工藝不像美國(guó)那樣集中， 既有Asahi 公司生產(chǎn)的浮式法工藝，也有NEG 公司和AvanStrate 公司的溢流熔融法工藝[4]。2003年， 日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社研發(fā)出抑制玻璃基板的黃變發(fā)生的方法[8]。2008 年，日本日本電氣硝子株式會(huì)社報(bào)道了無(wú)堿玻璃基板的制造方法[9]。2010 年，日本電氣硝子株式會(huì)社研發(fā)出通過(guò)下拉法直接制造可以用于低溫p-SiTFT 基板用途的玻璃基板的方法[10]。

我國(guó)研發(fā)LCD 基板玻璃起步較晚，直到2003 年我國(guó)才開(kāi)始基板玻璃的研發(fā)與探索。2003 年8 月有報(bào)導(dǎo)稱，廣州汕頭金剛玻璃科技股份有限公司，研發(fā)TFT 無(wú)堿玻璃基板取得成功，并己申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利。 2008 年9 月我國(guó)第一塊合格的LCD 玻璃基板誕生于陜西咸陽(yáng)， 至此才結(jié)束了我國(guó)LCD 基板玻璃完全依賴進(jìn)口的歷史。 目前我國(guó)主要從事TFT- LCD 基板玻璃研發(fā)的企業(yè)和研究院校主要有∶陜西咸陽(yáng)彩虹集團(tuán)、河北東旭投資集團(tuán)有限公司、成都中光電科技有限公司、鄭州旭飛光電科技有限公司、石家莊旭新光電科技有限公司、 中國(guó)建材集團(tuán)蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院、 中國(guó)建筑材料科學(xué)研 究總院以及北京工業(yè)大學(xué)等單位。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，TFT-LCD 基板玻璃產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷20 多年的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在OLED 的技術(shù)還沒(méi)有完全成熟之前，TFT-LCD 還將在占據(jù)顯示領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。 但LCD 基板玻璃的生產(chǎn)成型技術(shù)一直被國(guó)外幾家大公司壟斷， 特別是溢流熔融成型工藝其生產(chǎn)技術(shù)含量高，工藝復(fù)雜，而我國(guó)在LCD 基板玻璃方面的研究開(kāi)發(fā)尚處于初期階段， 要突破國(guó)外大公司的技術(shù)封鎖， 必須依靠自主創(chuàng)新。 展望未來(lái)，TFT-LCD 基板玻璃的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

(1)基板玻璃薄片大型化。 隨科技的不斷發(fā)展，屏幕顯示器尺寸越來(lái)越大，因而大尺寸基板玻璃薄片是TFT-LCD 基板玻璃產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)， 而大尺寸玻璃薄片的包裝和運(yùn)輸又成為是一個(gè)不可忽視的重要問(wèn)題，因此，降低玻璃密度、提高玻璃楊氏模量是未來(lái)TFT-LCD 基板玻璃的發(fā)展方向。

(2)基板玻璃表面高精細(xì)化。 目前，定向觸控電子顯示器和柔性電子顯示器已暫露頭角， 高應(yīng)變點(diǎn)鋁硅酸鹽玻璃是未來(lái)基板玻璃發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

綜上所述，未來(lái)TFT-LCD 基板玻璃的發(fā)展方向是：降低玻璃密度、提高玻璃彈性模量及韌度、提高玻璃的應(yīng)變點(diǎn)、環(huán)保節(jié)能。