TFT—LCD用玻璃基板发展现状及趋势(玻璃杂志061).doc

TFTLCD用玻璃基板发展现状及趋势李 超 随着科学技术的进步和信息技术的迅猛发展，具有质量轻，图像细腻、清晰，色彩丰富、自然、逼真等优点的薄膜晶体管型液晶显示器（即TFT-LCD）正逐渐取代传统的阴极射线管（CRT）显示器，预计未来几年将成为显示器的主流产品。TFT-LCD是在无碱超薄玻璃上印刷微电子电路，主要特点是在每个像素（像素就是一些能够发出彩色光线的小点）配置一个半导体开关件，每个像素都是一个相互隔离的独立的晶体管，可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点相对独立，并可连续控制，这样不仅提高了反应时间（一般可以达到80ms左右），同时在灰度控制上可以做到非常精确，这就是TFT色彩更为逼真的原因。TFT-LCD 是由偏光板、液晶面板，另外再加上背光源组成的。制作一片液晶面板需要两片玻璃基板，分别作为底层玻璃基板和彩色滤光片板使用。虽然玻璃基板只占TFT-LCD原材料成本比重的6%左右，但却是最最重要的元件。TFT-LCD生产线更新换代必须以玻璃基板厂家提供新一代生产线所生产的玻璃基板为前提，否则一切都是空谈。一、TFT-LCD用玻璃基板的发展现状玻璃基板又称素玻璃，是超薄、超平滑、超精细无碱硅酸铝玻璃，其碱金属总含量要求在0.1%以下。自90年T F T- L C D产业由日本第一代产品的生产, 发展到目前康宁公司正在研制的第七代产品所使用玻璃基板已经历了七代。玻璃基板的切割片数有一个最佳经济值，达到这个值以上意味着较高的生产效率，业界公认的经济切割片数是6，按照玻璃基板尺寸的大小划分生产线属于哪一代。（见表一） 表一 单位：mm世 代第一代第二代第三代第四代第五代第六代第七代对应尺寸300400370470550650730920130012001500180018702200目前在商业上应用的玻璃基板,主要厚度为0.7 m m或0.6 m m,并且已经进入更薄厚度(如0.4 m m )的研制开发阶段。主要应用于液晶桌面显示器、笔记本电脑以及液晶彩电的面板制作中。由于TFT-LCD模组在制造过程中需要真空蒸镀与刻蚀，因此玻璃基板必须耐高温、耐强酸强碱；同时考虑重量和厚度，玻璃基板必须非常薄，尤其对应大尺寸后，玻璃基板如果过厚，就会增加不少重量；玻璃基板要求高透光性，否则影响画面质量，所以必须要在无尘室中生产；玻璃基板还要高平整度，其平整度要求比硅晶圆还要高。鉴于玻璃基板生产技术的高度复杂与高深，全世界只有很少的4家公司能够制造玻璃基板，分别是美国康宁、日本旭硝子、日本电气硝子、日本板硝子。据初步统计，截止2004年底全球TFT-LCD用玻璃基板生产能力达6050万m2/年。其中康宁共有23座TFT-LCD用玻璃基板熔炉，生产能力可达3150万m2/年；日本旭硝子共有4座熔炉，生产能力可达1400万m2/年；日本板硝子共有6座熔炉，生产能力为900万m2/年；日本电气硝子共有5座熔炉，生产能力为600万m2/年。目前，我国大陆还没有厂家能生产TFT-LCD用玻璃基板，所用玻璃基板全部依赖于进口。据报载，2003年7月，山东力诺集团与德国EPT公司合作开发生产TFT-LCD用玻璃基板。如果合作成功，将结束我国玻璃基板全部依赖进口的局面，有利于完善我国液晶显示器行业的产业链，实现LCD上游原材料（玻璃基板）的国产化，推动中国显示器产业的发展。2003年5月有报道称，广东汕头金刚玻璃科技股份有限公司，研发TFT无碱玻璃基板取得成功，并已申报国家发明专利。只是完成实验室研制，距离工业化生产还有很远的路要走。此外，2004年12月23日上海广电集团(SVA)与日本NEC表示，双方将成立一家合资公司生产液晶显示器用玻璃基板，总投资为1,146亿日元(约11亿美元)，于2005年10月建成投产，月产玻璃基板4.5万片，这将成为我国首家玻璃基板生产厂。 二、TFT-LCD用玻璃基板的生产方法到目前为止,生产平面显示器用玻璃基板主要有三种技术,分别为浮法(Float Technology ),狭缝下引法(Slot Down Draw)及溢流熔融法(Overflow Fusion Technology)。（对比表见表二）1、浮法浮法是目前最著名的、应用最广泛的平板玻璃制造技术,该技术是将熔窑中熔融玻璃液输送至液态锡槽,通过玻璃液表面张力和自身重力的作用自然摊平，利用拉边机来控制玻璃的厚度和宽度,随着流经锡槽距离的增加,玻璃液逐渐冷却固化成型,再利用滚道将成型后的玻璃引出,经退火,切割等后段加工程序而成。浮法技术主要用于生产TNLCD（旋转向列液晶显示器）和STNLCD（超级旋转向列液晶显示器）用玻璃基板，而未能广泛应用于生产厚度小于2 m m超薄平板玻璃。其原因之一是所生产的玻璃原片与液态锡及退火窑滚道接触而形成不良表面需经过再加工；另一方面是因为浮法生产线的产量很高，就目前玻璃基板的需求量无法达到所要求的经济规模。举例来说,浮法技术的一日产量几乎可以满足目前台湾市场一个月的消耗量。2、狭缝下引法狭缝下引法是将低粘度的均质玻璃液导入铂合金所制成的流孔漏板( Slot Bushing )槽中,利用重力和下拉的力量及模具开孔的大小来控制玻璃之厚度,其中温度和流孔开孔大小共同决定玻璃产量,而流孔开孔大小和下引速度则共同决定玻璃厚度,温度分布则决定玻璃的平整度。狭缝下引法因铂金属无法承受较高的机械应力,因此一般大多采用铂合金所制成的模具。在承受外力时流孔常会变形,因此会导致厚度不均匀及表面平坦度无法符合规格需求的缺点。同时流孔下引法必须要在垂直的方向上进行退火,如果将其转向水平方向则可能会增加玻璃表面与滚轮的接触及因水平输送所产生的弯曲,导致不良率大增。这样的顾虑使得熔炉的建造必须采用挑高的设计,同时必须精确的考量退火所需要的高度,使得工程的难度大幅增加,同时也反映在建厂成本上。3、溢流熔融法溢流熔融法是采用一长条型的熔融帮浦( Fusion Pump ),将熔融的玻璃液输送到该熔融帮浦的中心,再利用溢流的方式,将两股向外溢流的玻璃液于该帮浦的下方处再结合成超薄平板玻璃。利用溢流熔融法的成型技术所生产的超薄平板玻璃,其厚度与玻璃表面的品质是取决于输送到熔融帮浦的玻璃液量、稳定度、水平度,帮浦的表面性质及玻璃的引出量。因此维持熔融帮浦水平度及如何将熔融玻璃液稳定打入熔融帮浦中成为溢流熔融法的关键技术问题。熔融溢流技术可以产出具有双原始玻璃表面的超薄玻璃基材,与浮法(仅能产出的单原始玻璃表面)及狭缝下拉法(无法产出原始玻璃表面)相比,可免除研磨或抛光等后加工制程。同时在平面显示器制造过程中,也不需注意同时具有原始表面及与液态锡有接触的不良玻璃表面，或和研磨介质有所接触而造成玻璃表面性质差异等问题,已成为生产TFT-LCD用玻璃基板的主流。表二 三种成型技术对比表浮法技术狭缝下引技术熔融溢流技术成分钠钙硅玻璃钠钙硅玻璃/钡硼硅低碱玻璃/铝硅酸盐无碱玻璃钡硼硅低碱玻璃/铝硅酸盐无碱玻璃产量（吨/日）400900520520熔窑建造所需空间大较小较小投资金额大中间小建厂时间（月）182415181518拉出方向水平垂直向下垂直向下成型介质液态锡铂合金流孔漏板可供溢流的熔融帮浦成型原理锡液与玻璃液密度之差重力重力厚度控制熔窑的拉引量、拉边机作用力、水平拉引速度熔窑的拉引量、流孔开口大小和下拉速度玻璃液的溢流量和下拉速度厚度范围0.525mm0.031.1mm0.42.5mm面积大小大面积中小面积中大面积后续加工程度居中，一面需处理最高，两面都需处理最低，不需处理代表厂家旭硝子（Asahi）电气硝子（NEG）康宁（Corning）、板硝子（NHT）三、TFT-LCD用玻璃基板的发展趋势2004年全球玻璃基板实际产量为4026万平方米，市场需求量为4286万平方米，供需缺口达到6.46%。预计全球TFT-LCD厂商对玻璃基板的需求量将以每年30-50%的速度增长，如按40%的增速计算，到2008年将达到17640万平方米（见表三）。表三 全球 TFT-LCD用玻璃基板市场分析 单位：万平方米年份2004年2005年2006年2007年2008年需求量4286600090001260017640从2004年全球生产的各代TFT液晶面板来看，小于第三代的占25%，第三代至第四代所占比例最大为62%，而第五代以上（包括第五代）产品占13%的份额。但随着液晶桌面显示器的普及，笔记本电脑的广泛应用，以及液晶彩电的发展使得第五代玻璃基板成为市场主流，大尺寸玻璃基板需求迅速增大。预计2008年，第五代以上产品将占市场64%的份额成为市场主流，第三代至第四代产品比例将下调至28%，小于第三代的产品不足市场份额的8%，这表