柔性玻璃產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

夏 寧，楊金發(fā)，2，張少波，彭 程，3

(1.凱盛科技股份有限公司，蚌埠 233000；2.中國科學技術大學，合肥 230026；3.中建材蚌埠玻璃工業(yè)設計研究院有限公司，蚌埠 233010)

2020年2月發(fā)布的三星Galaxy Z Flip，擁有獨特的大小雙屏幕，搭載三星超薄柔性玻璃UTG的顯示屏，屏幕更薄，同時也更加耐用，官方稱多次反復折疊依舊使用如初，開啟了柔性玻璃在折疊手機的應用。隨后三星發(fā)布第二代折疊手機三星Galaxy Z Fold2 和第3代可折疊智能手機Galaxy Z Flip 3、Galaxy Z Fold 3均采用折疊蓋板玻璃。

2021年7月?lián)n國媒體報道，當?shù)刂姘鍙S商三星顯示正在為其他廠商開發(fā)可折疊 OLED 面板含柔性玻璃蓋板組件，并且將會向小米、OPPO、谷歌等廠商供貨，其量產(chǎn)機型均會在年內正式亮相。三星在折疊手機柔性玻璃蓋板成功應用說明柔性玻璃蓋板技術成熟，性能優(yōu)越。

1 柔性玻璃的生產(chǎn)工藝

1.1 一次成形法

根據(jù)市場的信息了解，能產(chǎn)一次成型柔性玻璃的廠家有：肖特公司采用狹縫下拉生產(chǎn)厚度0.03～0.1 mm的柔性玻璃產(chǎn)品AS87。日本電氣硝子利用名為“溢流 (Overflow)法”的技術制造出了厚度為30 μm的均勻超薄玻璃板產(chǎn)品G-Leaf。目前國內一次成型的技術還是在研發(fā)階段，暫無量產(chǎn)出產(chǎn)品。

1)溢流下拉法 溢流下拉法是由美國康寧公司1967年發(fā)明，是目前電子信息顯示玻璃主要的生產(chǎn)方法，溢流下拉法(圖1)是將熔融玻璃液經(jīng)過攪拌、澄清后通過鉑金通道流入溢流槽，溢滿后玻璃液從槽兩邊溢流，沿著錐形部分均勻地向下流動，在錐形下部融合在一起，并下拉形成玻璃。溢流下拉法利用玻璃自身重力進行拉薄，在整個成形和退火過程中不與外界固液界面接觸，制成的玻璃板表面純凈無暇且光滑，無須再研磨拋光。該生產(chǎn)方法的優(yōu)點是生產(chǎn)的玻璃厚度薄，玻璃兩面可采用對輥控制，可同時進行兩面加熱和冷卻，非常適合卷繞。這種工藝存在不足：一是制造柔性玻璃基板，需要平衡性良好的調整下拉熔融玻璃的張力和保持熔融玻璃的橫向張力；二是溢流口處整個板寬方向玻璃液溢出量要一致等。三是產(chǎn)量小，板寬受溢流槽尺寸限制，通常不足浮法玻璃板寬的一半。

2011年，日本電氣硝子申請了一項發(fā)明專利，主要介紹了采用溢流下拉法生產(chǎn)100 μm 以下的玻璃基板制造方法，該專利提到將玻璃的平均冷卻速度調節(jié)到300 ℃/min 以上，達到減薄的目的。2012年，康寧公司申請了溢流下拉法生產(chǎn)柔性玻璃的專利，其中介紹了柔性玻璃的成形方法、玻璃帶傳動方式及切割方式。

2)狹縫下拉法 20世紀末，德國肖特公司開發(fā)出狹縫下拉技術，并用此技術生產(chǎn)各種類型性能優(yōu)異的特種玻璃。目前肖特公司主要采用該工藝生產(chǎn)厚度0.03～0.1 mm的柔性玻璃產(chǎn)品。狹縫下拉法(圖2)是將熔融玻璃液導入鉑合金所制成的槽中，玻璃液從鉑金漏板狹縫中流出，后經(jīng)拉邊機、牽引輥等機構拉引成超薄玻璃。

該方法優(yōu)點是投資小，占地少，建設周期短。利用該法生產(chǎn)時，柔性玻璃表面的平整度容易受到狹縫的形狀、材質的影響，其不足之處一是由于長時間承受較高的應力，鉑金漏板容易變形，導致狹縫的寬度不一致，流經(jīng)狹縫的玻璃液會產(chǎn)生厚度不均勻等缺陷，玻璃表面需要二次拋光，才能保證電子信息顯示基板的要求。二是下拉時玻璃的粘度變化范圍大，從低粘性區(qū)域到接近固體區(qū)域，不易控制玻璃基板的變形過程。

2004年，肖特公司申請了一項利用狹縫下拉法生產(chǎn)超薄玻璃板的專利。該專利中提到了分流器、狹縫噴嘴、鉑金通道，導流器等裝置。玻璃液從導流器兩側狹縫流出，由于導流器的作用，流出狹縫的玻璃液進行了拋光，大大提高了玻璃板的表面質量。

1.2 二次成形制備方法

二次成型方法有減薄法和二次拉引法。兩種方法中目前具有量產(chǎn)經(jīng)驗的是減薄法，三星使用的柔性玻璃有一部分是采用減薄法制造出來的產(chǎn)品，三星Galaxy Z Flip導入康寧柔性玻璃也使用減薄法制造出來的產(chǎn)品。

化學減薄法采用不同的酸液對玻璃表面進行刻蝕以減薄玻璃厚度，達到柔性的目的。該方法優(yōu)點是對小批量玻璃生產(chǎn)技術難度小，厚度靈活性高，小批量玻璃生產(chǎn)成本低；能適應客戶的各種厚度和不同尺寸要求。

缺點是產(chǎn)品外觀良率比一次成型要差，蝕刻本身是一個不良放大的過程；大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品一致性較差，對產(chǎn)品生產(chǎn)管理要求較高。根據(jù)柔性玻璃減薄工藝的不同，主要有2種方法：浸泡式減薄法(圖3)和頂噴式減薄法(圖4)。

浸泡式減薄法就是將玻璃基板完全浸沒在HF或HF混酸等蝕刻液中進行相關設備和工藝的控制，利用基本HF化學腐蝕原理來實現(xiàn)玻璃基板均勻薄化。

浸泡式減薄法的優(yōu)點是設備簡單，投資小。其缺點單批產(chǎn)品投入量少，生產(chǎn)批次多產(chǎn)品質量一致性較差，無法進行大片減薄生產(chǎn)，其厚度均勻性難以保證。

頂噴式減薄法就是設備采用頂部噴灑方式進行蝕刻減薄面板/玻璃基板。被蝕刻的玻璃基板等產(chǎn)品通過特定的匣具垂直固定，通過專用噴頭等噴淋裝置，以近似于霧狀的噴淋方式，將蝕刻藥液均勻的噴灑在蝕刻產(chǎn)品表面，并且在蝕刻產(chǎn)品的表面形成瀑布狀蝕刻流。同時通過形成的瀑布蝕刻流沖刷帶走蝕刻后的反應物，避免反應物在蝕刻產(chǎn)品表面的沉積和粘附，有效提高蝕刻減薄效率和減薄產(chǎn)品的良率。

頂噴式減薄法的優(yōu)點是蝕刻產(chǎn)品尺寸大，單次蝕刻產(chǎn)品量大，產(chǎn)品厚度均勻性好和外觀質量好，蝕刻大規(guī)模生產(chǎn)。缺點是柔性玻璃厚度均勻要求高，設備的噴淋一致性要求更高，設備管理難度大。

2 柔性玻璃的加工工藝

2.1 多層加工法

多層加工法是將玻璃通過多層堆疊后進行玻璃打磨處理的工藝方法。目前主流柔性玻璃加工廠商使用該方法，如三星使用的柔性玻璃是使用該方法加工處理的。

2.2 激光切割加工法

激光切割加工法是通過激光對柔性玻璃進行切割加工后再進行柔性玻璃強化和邊緣處理的加工方法。三星一直在研究該工藝方案，但目前發(fā)布的產(chǎn)品還未使用工藝方法?？赡茉摴に嚪椒ù嬖谛阅?、穩(wěn)定性或者可靠性等因素影響導致無法投入量產(chǎn)，待進一步了解。

2.3 蝕刻切斷法

蝕刻切斷法通過對柔性玻璃表面進行抗酸處理，預留出切割線，對柔性玻璃預留線進行雙面蝕刻切斷。蝕刻切割后的柔性玻璃進行脫膜處理得到柔性玻璃再進行鋼化處理最后做成產(chǎn)品。該工藝方法目前只有少數(shù)廠家進行測試研究。

通過對三種工藝方法進行分析對比，目前成熟度最高的是多層加工法，從成本方面考量激光工藝是最有優(yōu)勢的。

3 柔性玻璃供應商的發(fā)展情況

柔性玻璃原片主流廠商有肖特的AS87,日本電氣硝子(NEG)G-Leaf，康寧CorningRWillowRGlass，中建材高鋁玻璃等。柔性玻璃減薄廠商頂噴式減薄法有韓國Econy、凱盛科技、長信、惠晶等，浸泡式減薄法的有凱茂，伯恩等。柔性玻璃加工廠商有三星的Dowoo、凱盛科技、凱茂、賽德、蘇釧、恩利克、長信、拓米等。

三星主要采用肖特的AS87玻璃，同時導入康寧的柔性玻璃。這個風向標也推動了國內多家UTG加工廠在研發(fā)測試階段使用肖特AS87玻璃和康寧的玻璃。

凱盛科技自己生產(chǎn)的高鋁玻璃利用自身的頂噴式減薄技術和后加工技術，目前已建成一期量產(chǎn)生產(chǎn)線，二期項目正在建設，已經(jīng)具備了量產(chǎn)能力。

國內柔性玻璃加工投資的公司和投資規(guī)模都很大，但目前由于國內終端還沒有使用柔性玻璃的產(chǎn)品，目前還沒有大規(guī)模出貨的經(jīng)驗。

4 柔性玻璃的發(fā)展趨勢

折疊手機一定是手機發(fā)展的趨勢，三星的Galaxy Z Flip1 11 999元到Galaxy Z Flip3 5G 7 999元經(jīng)歷了三代產(chǎn)品，價格已經(jīng)接近直板高端機的價格。柔性玻璃的發(fā)展必然會是從高價應用于高端機型，然后向中端機型，再到低端機型發(fā)展。那柔性玻璃的生產(chǎn)技術路線一定向產(chǎn)量大和成本低的路線發(fā)展。

筆者認為，柔性玻璃蓋板未來產(chǎn)業(yè)化技術發(fā)展方向主要有以下幾個方面：1)一次成型將會是柔性玻璃發(fā)展的主流路線，減薄法的靈活性厚度可隨意定制化有一定生產(chǎn)存空間。2)減薄法工藝選擇方面頂噴式大片減薄工藝量產(chǎn)適應性優(yōu)于浸泡式小片減薄工藝。3)三種加工路線在產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性能達到使用要求的前提下，激光切割加工法的成本最低，未來發(fā)展方向可能激光更有優(yōu)勢。