液晶玻璃基板應力調整方法

黃德偉，武 偉，王國全，邵廷榮

(成都中光電科技有限公司，成都 610031)

液晶玻璃基板作為光電顯示領域的基礎材料，一直是影響行業發展的關鍵。而應力作為液晶玻璃基板的重要品質指標，其大小不僅是玻璃基板產品品位的標志，還對面板的制程有著一定的影響[1]。因此為了更好的滿足客戶，提高產品競爭力，降低應力一直是玻璃基板生產中亟待解決的課題。

1 理論分析

在玻璃基板的制程中，主要存在厚度方向的厚度應力、玻璃帶寬度方向的平面應力、拉引傳動及裁切掰斷施加的機械應力。厚度方向的應力是由于玻璃帶在冷卻過程中沿厚度方向不可避免的溫度差所引起的；平面方向的應力是由于冷卻時沿玻璃帶寬度方向溫度不均勻引起的；機械應力是由于溢流下拉引板過程中，拉引傳動系統、裁切掰斷系統，塑造玻璃帶在寬度方向呈現出A-Bow形態，改變熱應力塑造的形變所附加產生的應力，且A-Bow形態大小隨傳動系統和裁切掰斷系統而呈現波動[2]。以上3種應力共同作用耦合，在制程中表現出永久應力和暫時應力，玻璃帶通過退火松弛并降溫到室溫，經過裁切掰斷后的半成品殘留的殘余應力。

由于溢流下拉法特點，玻璃帶通過退火區進行退火松弛的時間一般只有十幾秒，相對來說時間短，要求產生的永久應力小和較高退火質量才能得到理想的最低應力。在生產制程中，影響應力的因素很多，其排列組合種類更多，或多或少、或大或小影響著應力。該文探討影響應力的主要因素：在寬度方向上厚薄不同的玻璃散熱不一致造成的厚度方向的應力；拉引玻璃基板成形及切割掰斷等附加作用所施加的玻璃形狀，產生較大的應力；引板熱歷史溫度梯度構建退火松弛，產生較大的應力。

2 應力的主要影響因素

2.1 厚薄差

溢流法生產中，玻璃基板厚度的控制主要靠牽引輥施加在玻璃板上的拉力及速度，進行牽引拉薄，由于受到黏性阻力和玻璃帶寬度方向溫度場的影響， 寬度方向上會出現較大的厚度不均勻，即厚薄差。厚薄差較大時對應力有顯著的影響，厚度較薄的地方，由于玻璃薄散熱快，形成張應力；厚度較厚的地方由于散熱慢，形成壓應力。厚度差值在寬度方向上，位置距離越近差值越大，張壓應力值越大；厚度極差幅度越大，應力數值越大。

改善厚度方向的應力，使其盡可能最小是降低應力的基礎條件。要想厚度方向應力最小，首先要保證厚薄差水平的優異。當厚薄差水平提升，差值降低后，在這單一因素下，對應位置的應力自然會隨之降低。

在這單一因素下，實際生產中，整板厚薄差控制在0.012 mm以下，可以有效降低應力到100 Psi以下，如果厚薄差上升到0.016 mm水平，應力就會有明顯上升，要想做到60 Psi以下的水平， 厚薄差一般要做到0.008 mm左右。

2.2 玻璃形狀A-Bow形態

在溢流法生產中，在切割掰斷時機器人吸附非品質區完成掰斷，其吸附面定義為B面，與其對應無任何接觸面定義為A面。

豎向玻璃帶由于熱工梯度的作用，在退火爐內存在熱工塑造的形變，經過牽引系統、切割掰斷系統等機械附加約束的作用，共同作用耦合形成玻璃形狀，在寬度方向上，圓弧頂唯一且在A面定義為A-Bow，如圖1(a)所示，圓弧頂唯一且在B面定義為B-Bow，如圖1(b)所示，多個圓弧頂且在A面和B面都有定義為S-Bow，如圖1(c)所示。

由于牽引系統、切割掰斷系統等機械附加約束的作用，改變熱工塑造的形變，必然對其額外增加應力，在此過程中要得到最小應力，就需要這兩種形變最好同向，即機械塑造的形變和熱工塑造的形變方向相同，在Bow形大小幅度上最好一致[3]。由于切割掰斷的需要，玻璃形狀要求A-Bow形態，才能很好的完成切割掰斷。

在實際生產中，Bow形是產品合格的先決條件，Bow的形狀波動，都會造成應力大小的波動，應力調整時要確保Bow形的狀態良好和形狀穩定。

2.3 溫度梯度的構建

溢流法生產中，玻璃帶經定型爐冷卻、固化后，逐漸降溫至退火點區域。由于溢流法的特點，經過退火區域進行應力松弛只有十幾秒來消除應力，因此，定型爐及退火爐的溫度梯度的構建及高效退火至關重要[4]。在溫度梯度的構建中，主要遵循：1)降溫勻速，玻璃帶在縱向及寬度方向上溫差不易過大，保證降溫過程中熱工產生的應力要小；2)降溫過程中熱工塑造的形變應以A-Bow形態為主，保證和機械約束的形態匹配性；3)溢流法中退火區有很多個加熱單元，組成減緩玻璃降溫功能，各加熱單元之間存在冷區極易造成不均勻性。構建高效的退火，各單元間的功率分配也應該遵循遞減或者遞增，減少突變，并注意冷區的影響。

在實際生產中，根據雙折射應力測量儀數據，標注每個測量點位的應力性質，從定型爐功率、水管工藝、退火爐功率等進行排列組合，并遵循以上原則，構建合理匹配的熱工工藝制度，以達到熱工制度下的最小應力。

3 實驗與分析

1)測試厚薄差對應力的影響。為了改善厚薄差水平，生產中通常采用加熱管來精調厚薄差。圖2、圖3分別是用加熱管精調過的厚度曲線(厚薄差0.06 mm)和未經精確調整的厚度曲線(厚薄差0.011 mm)。厚薄差較小時，應力圖形分布較為規則，且張壓應力分布均勻，應力測量值偏小，圖2對應的應力最大值為46 Psi；厚薄差大時對應的應力也偏大，且應力圖形張壓應力分布混亂，圖3對應的應力最大值78 Psi。

2)測試Bow形對應力的影響。通過測試可知：A-Bow時應力較好，B-Bow時由于玻璃內部結構的變化，對應的應力較差，達200 Psi以上；由此可以得出：溢流法生產中，玻璃Bow形對應力有顯著的影響。

在玻璃基板厚薄差指標優異的情況下，人工干預Bow形，使Bow形分布不一致時，測試對應的應力情況。在人工干預下，使Bow形呈現出不平滑不規則的A-Bow形態，在Bow形不規則位置對應的應力是張、壓應力集中交匯區，且相鄰位置張、壓應力都偏大，不利于應力的改善。

綜合以上：玻璃基板的厚薄差、Bow型形態、A-Bow的一致性等因素對應力有直接的影響。在確保厚薄差優異的基礎上，以3#牽引輥位置A-Bow平滑一致為佳，再通過退火爐橫向溫度梯度的優化，對應力的調整效果顯著。

在以上因素較好的前提下，根據張、壓應力性質，針對應力大點對應的位置，適量調整退火爐C1-C3區功率，應力指標可逐漸優化到60 Psi以下水平。

4 結 論

該文通過分析影響應力的因素，詳細闡述了應力的對策思路，通過實驗驗證了厚薄差、Bow型及A-Bow一致性對應力的影響。實驗表明：厚薄差小有利于應力的改善；在厚薄差優異的基礎上，A-Bow形態對應的應力較好，且Bow形平滑均勻、一致性好時應力狀況較好。因此，在規模化的工業生產中，優先確保厚薄差，在此基礎上控制好Bow型形態，配合定型爐和退火爐工藝組合，精準控制玻璃進入退火區的溫度，可有效降低應力。