TFT-LCD基板玻璃的制備方法及發展趨勢

高曉立(石家莊寶石集團)

一、引言

近年來，隨著科技的迅速發展，顯示技術越來越重視環保、節能、 品質等特點， 目前， 平板顯示技術已逐步取代了傳統的CRT 顯示技術， 成為平板顯示技術乃至顯示器市場的主流產品[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 生產成本的4%左右，是LCD面板質量優劣的重要影響因素[2]。

到目前為止， 生產平面顯示器用玻璃基板主要有三種制作技術，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方法，其特性不一，各有優缺點[4]。

采用溢流熔融法主要的代表性玻璃有硼硅酸鹽玻璃、 鋁硅酸鹽玻璃等無堿玻璃； 采用浮式法生產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，浮式法依靠液態錫成型，而狹縫下引法的成型介質是鉑合金流孔漏板。 溢流熔融法和狹縫下引發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能力不一樣，浮式法的生產能力最大，單日產量可達900 噸，溢流熔融法和狹縫下引法的生產能力有限，單日產量在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，一般浮式法建廠周期在18-24 個月，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，綜合技術性能最好。

三、國內外液晶玻璃基板發展狀況

美國是世界上最早從事TFT-LCD 基板玻璃研發和生產的國家，其生產工藝和前端研發一直處于世界領先地位。 目前世界上最大的LCD 基板玻璃生產商是美國康寧股份有限公司， 該公司1959 年發明了溢流熔融成形技術。2006 年推出了不含砷、銻、鋇等重金屬的環保型基板玻璃， 它的誕生標志著基板玻璃發展到一個新的里程碑；2010 年，康寧公司推出了一款輕薄、環保的厚度僅為0.4 mm 的基板玻璃，能夠滿足更輕重量的便攜式設備需求[5-7]。

日本也是研發和生產TFT-LCD 基板玻璃大國，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工藝不像美國那樣集中， 既有Asahi 公司生產的浮式法工藝，也有NEG 公司和AvanStrate 公司的溢流熔融法工藝[4]。2003年， 日本松下電器產業株式會社研發出抑制玻璃基板的黃變發生的方法[8]。2008 年，日本日本電氣硝子株式會社報道了無堿玻璃基板的制造方法[9]。2010 年，日本電氣硝子株式會社研發出通過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]。

我國研發LCD 基板玻璃起步較晚，直到2003 年我國才開始基板玻璃的研發與探索。2003 年8 月有報導稱，廣州汕頭金剛玻璃科技股份有限公司，研發TFT 無堿玻璃基板取得成功，并己申報國家發明專利。 2008 年9 月我國第一塊合格的LCD 玻璃基板誕生于陜西咸陽， 至此才結束了我國LCD 基板玻璃完全依賴進口的歷史。 目前我國主要從事TFT- LCD 基板玻璃研發的企業和研究院校主要有∶陜西咸陽彩虹集團、河北東旭投資集團有限公司、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、 中國建材集團蚌埠玻璃工業設計研究院、 中國建筑材料科學研 究總院以及北京工業大學等單位。

四、結語

目前，TFT-LCD 基板玻璃產業經歷20 多年的發展已經較為成熟，在OLED 的技術還沒有完全成熟之前，TFT-LCD 還將在占據顯示領域的主導地位。 但LCD 基板玻璃的生產成型技術一直被國外幾家大公司壟斷， 特別是溢流熔融成型工藝其生產技術含量高，工藝復雜，而我國在LCD 基板玻璃方面的研究開發尚處于初期階段， 要突破國外大公司的技術封鎖， 必須依靠自主創新。 展望未來，TFT-LCD 基板玻璃的發展趨勢有以下幾點：

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

(2)基板玻璃表面高精細化。 目前，定向觸控電子顯示器和柔性電子顯示器已暫露頭角， 高應變點鋁硅酸鹽玻璃是未來基板玻璃發展的一個重要趨勢。

綜上所述，未來TFT-LCD 基板玻璃的發展方向是：降低玻璃密度、提高玻璃彈性模量及韌度、提高玻璃的應變點、環保節能。