超薄浮法玻璃.doc

超薄浮法玻璃姜宏 (中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司洛阳市471009：)一、何谓超薄平板玻璃所谓超薄平板玻璃是相对普通平板玻璃厚度而言，一般厚度在3m以下为薄玻璃，而厚度 在15rm以下人们称之为超薄玻璃。目前世界上已有垂直引上法、平拉法、溢流法、铂金炉下拉法及浮法等几种不同类型成型工 艺，能分别拉制出01-30ram不同厚度的平板玻璃。根据玻璃厚度不同，将其分成下列7种类型 玻璃：a、薄玻璃15-3ram：b、超薄玻璃01-15册：c、极超薄玻璃(01跚；d、普通平板 玻璃4-8mm：e、厚玻璃8-12ram；f、超厚玻璃12-19ram；g、特超厚玻璃19-30mm。超薄平板 玻璃的生产方式，可采用浮法及平拉法、溢流法、下拉法拉制工艺制得。二、什么是超薄浮法玻璃超薄浮法玻璃是用浮法工艺生产的超薄玻璃，目前已能拉制到031厚度的商品玻璃。它作 为一种新兴的高技术、高附加值的优质玻璃，具有透光率高、表面平整、硬度高、化学稳定性好、 应用面广等优点。三、超薄浮法玻璃的应用超薄浮法玻璃是用浮法工艺生产的超薄玻璃，目前已能拉制到03m厚度的商品玻璃。它作 为一种新兴的高技术、高附加值的优质玻璃，具有透光率高、表面平整、硬度高、化学稳定性好、 应用面广等优点。超薄浮法玻璃的应用已涉及到六大工业、科技领域：(1)平板显示器件用基板玻 璃，如tn、stn、tft等液晶显示器、有机电致发光显示器(oled)。(2)钟表蒙面玻璃、仪器及汽 车仪表玻璃、工业相像全息制版玻璃、照像机盖板玻璃。(3)、复印机、传真机及各类编码器用 玻璃、(4)显微镜、医用玻璃等，其中最主要的应用是在平板显示器领域内的应用。超薄浮法玻璃基板，是构成平板显示器件面板的关键组件，玻璃基板是平板显示元件的载体， 主要制作工序都必须在玻璃基板上进行，因此玻璃基板的品质好坏对显示器面板生产的良率影响 甚大。平板显示器领域内超薄浮法玻璃主要应用于lcd显示器和oled显示器两大主要产品和触 摸屏上：(一)、超薄浮法玻璃在lcd产品上的应用 lcd所用玻璃基板概可分为碱玻璃及无碱玻璃两大类；碱玻璃多应用于tn-lcd、stn-lcd上，无碱玻璃则以无碱硅酸铝玻璃，其碱金属总含量在1以下，主要用于tft-lcd上。1、含碱超薄浮法玻璃在tn-lcd、stn-lcd上的应用 含碱超薄浮法玻璃的组成与普通浮法玻璃基本上差别不大，物理和化学性能与普通浮法玻璃基本一致，但对玻璃精度的要求比普通的浮法玻璃要高，主要表现在：内在缺陷：内在气泡和包裹体小到像素尺寸的25，表面的划伤、疵点、粘锡等缺陷应小于几7个微米。尺寸精度：要求基板的外型加工精度ool衄的误差；对玻璃基板的平整度要求：tn-lcd用玻璃小于025 p m20唧，stnlcd用玻璃小于005 ilm20 mill。可见光透过率大于87。常用玻璃厚度为065一-i1咖。含碱超薄浮法玻璃用在tn-lcd、stn-lcd上主要是作为tn-lcd、stn-lcd器件的 indium-tin-oxide(ito)透明导电玻璃的基板和stn-lcd器件的彩色虑光片的基板来使用的。 tn-lcd、stn-lcd面板所采用的ito透明导电玻璃基板，通常采用厚度为07mm或1imm的钠碱 玻璃，在其上镀上厚度约150rim的ito导电薄膜，同时为了阻绝碱玻璃内碱金属离子游移的干扰， 在ito导电薄膜及钠碱玻璃基板之间镀上约数十纳米厚的sio,薄膜，这样构成的ito透明导电玻 璃基板的面电阻约10-600 qo，它的结构如图l所示。图1、ito透明导电玻璃结构示意图stn-lcd器件的彩色虑光片：彩色滤光片(color filter)为液晶平面显示器彩色化的关键 零组件， 彩色滤光片基本结构是由玻璃基板，黑色矩阵(black matrix)，彩色层，保护层， ito导电膜组成。彩色祷光片鲒构如下圈。图2、彩色滤光片结构示意图8图3、黑自tn和stn型产品结构示意图图4、彩色stn-lcd结构示意图2、无碱玻璃在tftlcd上的应用 无碱玻璃基板在tftlcd应用上，要求的特性有表面特性，耐热性，化学稳定性及碱金属含量等；以下仅就影响t f tl c d用玻璃基板之主要物理特性说明如下：应交点(strain point)：为玻璃热性能的一个指标，芜碱玻璃的应变点要求较高，要适合液晶显示器生产的高温工艺。比重：对t f tl c d而言。笔记本电脑为目前最大的市场，因此玻璃基板的密度越小越好， 以便于运送及携带。热膨胀系数：该系数将决定玻璃材质因温度变化造成外观尺寸的膨胀或收缩的比例，其系数 越低越好，以使大屏幕的热胀冷缩减至最低。其余有关物理特性尚有熔点、软化点、耐化学性、机械强度、光学性质及电气特性等。9表1、常见tft-lcl)甩玻璃基板牌号和性能厂商 牌号密度(gera)热膨胀系数(10叶应变点) corning 1737254 38 667coming 队ge2000 237 32667asahianloo 25l 38 670nh-teehnoglassna一35 250 37 650neg0a10 250 38650下 面板的tft阵列的支撑基板用。图5硐rlcd的结掏示意图图6、tft阵列结构示意图(-)、超薄浮法玻璃在oleo和触摸屏方面的应用1超薄浮法玻璃在oled上的应用有机发光二极管显示器(organic light-emitting diode，oled)的基本结构是由一薄而透明半导体性质的铟锡氧化物(ito)为正极与金属阴极如同三明治般将有机材料层包夹其中，有机材 料层包括电洞传输层(htl)、发光层(el)、与电子传输层(etl)。当电池提供适当的电压(低伏特 数的特性)，注入正极的电洞与阴极来的电荷在发光层结合时，即可激发有机材料产生光亮。oled的关键元件包括ito导电玻璃、小分子有机材料、封装相关材料、高纯度金属材料、低 温多晶硅tft及驱动ic。oled的材料包括l片约13mm的玻璃基板以及小于03mm的高纯度金 属材料及ito导电玻璃等，合计总厚度小于2mm，oled所用得ito导电玻璃和玻璃基板为含碱 超薄浮法玻璃同tnstn-lcd用基板玻璃一样。图7为oled的结构示意图图7、oled结构示意图2超薄浮法玻璃在触摸屏上的应用 随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的多媒体信息查询输入设备，利用这种技术，用 户只要用手指轻轻地指碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更 为直截了当，这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用户。触摸屏在我国的应用范围非常广阔， 主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查 询；此外还可广泛应用予领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、 房地产预售等。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面配合非常好的电阻薄膜屏，这是一种多层的复 合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层秀明的导电层，上面再盖有一层外表硬 化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，平常绝缘的两层导电层在触摸点位置就有了一个接触，控制器侦测到这个接通后。即可开始显示工作。触摸屏所用的玻璃主要为以含碱超薄浮法玻璃为基板的ito透明导电玻璃，图8是触摸屏的工作原理图，图9 是触摸屏的结构示意图。+5v璇 璃p m直量图8、触薄屏的工作原理r融贸鲰图9、触摸屏的结构示意图四、超薄平板玻璃的几种生产工艺简介1、铂金炉下拉法工艺 德国eglass铂金技术公司在1983年首先研制成功07td铂金炉下拉工艺技术与装备，可拉制厚度为11mm、板宽为2501的超薄透明平板玻璃。现今，该公司已可设计并提供日产6t的铂金炉，可拉制厚度为06m、板宽1200ram的超薄玻璃。21平拉法拉薄工艺用平拉法拉制04-8mm的平板玻璃是比利时格拉威伯公司使用的工艺方法之一，它是在美12国柯尔本(平拉)法的基础上吸收其它成型工艺的特点创造出一种平拉工艺，它具有可不停炉运 行更换拉引辊的特点，使平拉生产线连续运行一个月或更长时间，同时还具有改变厚度容易、时 间间隔短等特点。但是玻璃质量不高是主要问题。3、溢料法拉薄工艺 在熔窑末端设有专制供料道，使熔融玻璃液从供料道进入u型溢流槽，当溢流槽内充满时玻璃液便从溢流槽两侧自然外溢下淌，在u型溢流槽的底部汇合成一体形成玻璃带，在重力作用下继续下落，再经机械下拉辊拉引成超薄玻璃。该工艺方法一般可拉制出o5一lmm的超薄玻璃。不 足之处是产量小、板宽窄，因受溢流槽的尺寸所限，板宽通常不足浮法玻璃板宽的一半。但该工 艺最大的优点是适用于多种玻璃组份，而且溢流下拉的超薄玻璃与浮法玻璃具有相似的良好表面 质量并且不需要抛光，因此至今仍是生产tft玻璃的主要工艺方法。4、垂直引上拉薄工艺。在原料精选、熔化稳定、工艺制度稳定及配有专用拉薄引上机的前提下，可以采用垂直引上法拉制2mm以下的薄玻璃板。德国霍恩(horn)公司运用垂直引上工艺拉制05-2m的薄玻璃及超薄玻璃获得成功。我 国秦皇岛电子玻璃厂在国内率先引进了该公司的三机无槽垂直引上拉薄工艺生产线，包括熔窑、 引上成形机组等，玻璃板厚度为05-3ram，板宽为135-165m，常规产品为11-3ram薄玻璃。大 连玻璃厂是采用有槽本机垂直引上法生产15-2m,薄玻璃。由于引上拉薄的产品常有线道、气泡 等缺陷，因此优质成品率较低。5、浮法拉薄工艺(1)、浮法工艺过程配料髂化成型j屋火_切裁_包装发运(2)、超薄浮法玻璃生产是通过增加拉边器数量，深加热锡槽，增加直线马达等工艺装备 及精确控制工艺参致用普通浮法工艺一样的工艺过程来实现的。五、超薄浮法玻璃的分类和主要生产厂家51按产品基质分为：无碱玻璃，用于tft叫cd显示基片等特殊用途；钠钙硅玻璃，用于tn、stn叫cd显示器基片等用途。52无碱浮法超薄玻璃生产厂家 电气硝子、肖特日本公司、康宁公司、保谷公司及石英玻璃公司。53钠钙硅浮法超薄玻璃生产厂家国内洛玻集团公司，国外格拉维伯、皮尔金顿、旭硝子、板硝子、中央硝子。六、洛玻集团公司龙门浮法超薄玻璃生产线简介具有世界三大浮法玻璃工艺技术之一的“洛阳浮法玻璃工艺”诞生地中国洛阳浮法玻 璃集团有限责任公司。2001年10月23日，在其控股子公司龙门玻璃股份有限责任公司建成 投产超薄浮法玻璃(钠钙硅玻璃)生产线，经过近四年艰苦的技术攻关，先后成功拉引出厚度13、11、07、055m超薄浮法玻璃：并于2003年8月顺利通过了技术攻关项目验收。2004年被建 材协会评为行业科技进步一等奖。成为国内唯一能够商业化生产超薄浮法玻璃产品的生产线。目 前，产品已经得到越来越多用户认可，并形成批量生产能力。该产品的生产成功，结束了国内长期以来不能生产超薄浮法玻璃产品的历史，打破了国外垄断中国超薄浮法玻璃市场的局面。这是中国民族工业“洛阳浮法”工艺技术的一次重大突破。61超薄玻璃厚度1313mm、11舳、085m、07mm、055m62尺寸规格(在线切裁尺寸) 最大板长4000mm，最小板长600mm。 最大板宽3210mm，最小板宽300mm。 常用规格10922x1244663熔化量最大250td，窑龄12年。64最大超薄玻璃生产能力100万mi月。65产品质量分类 以玻璃微波纹值来区分：tn、stn。七、钠钙硅浮法超薄玻璃产品理化性能7i、基本材料为钠钙硅浮法玻璃。72、玻璃成份 典型的超薄浮法玻璃成份组成如下：氧化物 组成(wt)si晚 72005cao85o5a12魄16o5m90 40-+05k册n如14005fe20s008002s醌 0200573、物哩性能超薄浮法玻璃的机械、热学和电学性能指标如下：731力学性能指标毫度25x i,ykzld杨氏模量(youngs modulus)702cnm2泊松比(poissons ratio)0220001威氏硬度(vickers hardness)740t1v0130莫氏硬度(mohs hardness)5p60gn对(载荷2009)弯曲程度95mpa732热学性能指标比热(specific heat) 7705jkgk热传导(thermal conductivify)10o1wml(线膨胀系数(coeff of linear expn)20-10013 792io-tk-i502408l2io-7k-i50-320842x lo-7k-150400872107k-15050013 902lo-7k-1733粘度(vi8cosity)温度()loglo粘度(泊poise)应变点(strain point)49514514低退火点(lower anneal ing po int)553 134高退火点(upper annealing point)562130软化点(littleton softening point)730 76734电学性能指标体积电阻温度()电阻(qm)(volume electrical resistivity)2006101150 03510101001o10。200 35105300 100x103介电常数(dielectric constant) (1ldtz)6502介电损耗(dielectric loss)(1ldlz) 002-00474、化学性能指标耐化学侵蚀性能测试标准性能指标碱侵蚀(din52322is0695)耐碱等级 1级抗酸侵蚀(dinl2116is01776)耐碱等级 3级耐水性能(dinl2111is0719)耐水等级 3级碱溶出量(icgtc283500test)1000-2000ugd mi 275、光学性能指标浮法玻璃折射率nd 151应力光学常数b 272004brewsters光源c光透过率() 91o八、产品质量标准81、每种产品的尺寸公差、厚度公差、厚薄差、方正度符合表1规定。 表1-(单位：衄)方正度 类别厚度尺寸偏差(边长)厚度偏差 厚薄差15001500薄浮法玻18黜赣齄越界是舟掬缚嘞张璃16+2，一1士2 士o1 010度的q隅15650o10ram不允许d005m不计 锡斑、雾斑、符合企业 005moimm不允许 w003ram不计条状缺陷 符合企业 003mmo10mm不允许九、检测方法9i、厚度偏差、尺寸偏差、厚薄差、断面缺陷、偏斜、弯曲度、外观质量按gbll614执行。911尺寸测定长度一650mm以上边长，用最小刻度为lmm的钢卷尺，测量两平行边的距离： 长度，650m以上对角线，用最小刻度为l咖的钢卷尺，测量玻璃板对应角顶点之间的距离。 长度650嘲以下对角线，用精度为002m的游标卡尺，测量玻璃板对应角顶点之间的距离。92弯曲度测定 将试样玻璃垂直放置，不施加任何外力，沿玻璃表面任意放置长1000mm(或loomm，适用于边长1000mm的试样)的钢直尺，用符合jbt7979-1995塞尺测量直尺边与玻璃板之阔的最大闻隙。规格不大于(24”x 24”)试样玻璃可用dotboa袖检测方法评价。93透光率按gbt2680教i行。94波纹度用微观波纹度检测仪1400d(东京精密株式会社)检测。十超薄浮法玻璃生产技术特点1 o1超薄浮法玻璃的原料原耕部分i011严格控制杂质含量 超薄玻璃主要用于电子行业，用途对其内在质量和物理化学性质有着更加严格的要求，原料杂质含量的高低决定玻璃的内在质量(主要指熔化质量和色泽)，同时对其部分物化性能有一 定影响。超薄电子玻璃与普通浮法玻璃硅质原料杂质控制标准的对比见表一： 表一：超薄玻璃原料进厂标准与普通浮法玻璃原料杂质含量控制标准对比表cr，cu，wn、ni，cr，pb，其它杂物(泥土及还原性物 滩熔矿物ti、v和zr含量质等)tig200ppmlcrd嘎超薄玻璃 粒径102mm为0 粒径1063ram为0loppm；其它5ppm普通玻璃 无具体指标要求 无具体指标要求 无具体指标要求1 0i2进厂原料批次间成分波动控制更严格原料品位及加工过程直接影响进厂原料批次间化学成分的波动对熔化以及产品的物化性能 也有直接的影响，批次问化学成分的波动，造成配料表的频繁调整，不利于工况的稳定，特别是17fe。03的波动，对玻璃液的透热性有较大影响，这种影响在调整拉引量过程中更大，容易引起玻璃 液流的扰动，从而影响整个玻璃液环流的稳定。这种影响往往对玻璃液影响较长时间，宏观表现 为吨玻璃液内微气泡数量增多。超薄玻璃与普通浮法玻璃硅质原料批次间化学成分稳定性控制水平对比见表二：表二：超薄玻璃与普通浮法玻璃硅质原料批此间化学成分波动控制标准对比表si倪 a1如fez嘎 超薄玻璃 01 士0025 0005 普通浮法玻璃025 o10 001l 0i3原料粒度组成控制更严格更精细为稳定玻璃液的熔化和澄清质量，超薄玻璃原料颗粒度的控制更加严格和精细，主要指不但 控制原料粒度的上下限，同时都原料粒度稳定性波动都有了一定要求，超薄玻璃与普通硅质原料 粒度控制标准对表见表三：表三：超薄玻璃与普通浮法玻璃硅质原料粒度控制标准对比表09皿 071mm o7lo50mmo50o106 0106mm 超薄玻璃 傩f fo 4a 92o 30 普通浮法玻璃o 不控制不控制 不控制 5olo071-050ram之间粒度波动要求1o，o106mm的粒度波动要求小于10。10i4配合料混合更加均匀 为保证电子玻璃配合料混合均匀度混合更加均匀，含碱量要求每班抽查四到六次(普通浮法一般为两次)，波动大时增加抽查频次；单种原料水份每班抽查二到四次(普通浮法一般为 一到两次)，硅质原料有在线测水仪，波动大或与在线测水仪数据差别较大时，增加抽查频次， 并对在线测水仪重新标定。天含碱量合格率要求大于95(普通浮法一般要求大于85)。配合料均度的测定每lo一15天进行一次测试(普通浮法一个月)，要求均匀度超过不大7 于o3，否则进行设备检修或调整混合参数。混合机要求每天清理一次(普通浮法无要求)。1015配合料料温和备原料cod值以及配合料redox值控制更严为了避免配合料的分层，超薄玻璃配合料温度控制更加严格。夏天要求配合料料温大于37，冬天配合料料温必须大于35；普通浮法玻璃冬天仅15左右，甚至更低。为稳定配合料的氧化还原性(redox值)，要求各原料的cod值定期进行测试，特别在原料化 学成分出现较大波动时，必须进行测试，并带入配料计算，原料及玻璃液氧化还原性监控的另一 手段，要求每天进行玻璃原片的铁和亚铁测定，根据测定值调整玻璃液气氛和配合料炭粉含率， 普通浮法仅是玻璃质量出问题进行测定。i 02超薄浮法玻璃的熔化1 021温度、液面、压力、气氛等控制更精确控制流道温度波动4-o512，玻璃液面波动oimm，窑压波动05pa，严格控制各小炉气氛 及玻璃中二价铁与三价铁的比值。1022玻璃液流严格控制拉引量波动1吨小时，玻璃液泡界线波动半对小炉。 io23计算机模拟技术我们利用数学模拟摸清了熔窑内液流、温度、速度等重要的指标值在熔化过程和变控拉引量过耧中的基本变化规律。为建立可操作性的降、升拉引量的操作控制模型奠定了基础，18龙玻标准距中心蚬013米1 024应用高标准装备及材料 高标准装备及材料应用是溶制高质量玻璃的保证。lo3超薄浮法玻璃的成型1031锡液对流严格控制锡液对流超薄玻璃质量有很大影响，利用多对锡液直线电机、锡液挡坎等措施控制锡液对流。l 032纵向降温梯度精确控制 合理利用电加热精确控制玻璃板纵向降温梯度。1033锡槽压力、气氛严格控制压力控制在较高值并保持稳定，高纯保护气体(进入锡槽氧、3ppm)，保护气体流量波动50立方米小时。1034三相临界线控制技术三相临界线是玻璃板抬离锡槽尾端三角区锡液面时，在固液气三相界面交汇形成的贯穿整个 玻璃带的横向连线(如下图所示)。19，一蘧塑董：一堡撞：一j _ 一一i、超普 薄通 j f玻玻璃璃，7辊对l。lmm及以下厚度玻璃生产时三相临界线的产生原因和对质量的重大影响，有效控制三 相临界线的弧度至关重要。采用特殊水包、直线电机、电加热控制。1035等i值均匀拉薄法i=(h。hn+。)h。国内普通厚度浮法玻璃的i值一般控制1415左右，某线普通厚度的玻璃i值可高达20。 国外目前较高的i值可控制在20以上。超薄玻璃生产时，拉边机速度太快容易引起机杆震动， 为了减轻因机杆颤抖所致的动量干扰(与vt值相关联)，同时为了生产更加稳定保证质量，减少-