柔性显示用玻璃制造加工进展综述

0引言电子玻璃作为显示产品的关键基材，随着显示产业的高速发展，不断趋于大型化、轻薄化，其板幅经历了5G向11G的世代变革，厚度从0.7mm到0.4mm，甚至向0.2mm方向发展，厚度≤0.1mm的柔性玻璃在此背景下应运而生。柔性玻璃除了具有平板玻璃的物理化学性能外，还具有柔韧性好、弯曲强度高的性能，在柔性显示器、ITO导电膜玻璃基板、OLED照明和柔性薄膜太阳能电池等领域具有广泛的应用前景，成为当今乃至未来最具潜力的新兴材料之一。目前，市场上发布的柔性显示产品多采用高分子聚合物基板。高分子聚合物材料虽具有成本低、柔性好、不易碎的优点，但其表面平整度、热稳定性、透光性和阻水阻氧性均不及柔性玻璃。因此，柔性玻璃替代高分子聚合物将成为不可阻挡的趋势。1柔性玻璃料方体系国外各大玻璃公司发布的柔性玻璃产品详情见表1。对这些柔性玻璃，按玻璃组成是否含有碱金属氧化物，可分为无碱玻璃和含碱玻璃。无碱玻璃指碱金属氧化物（Na2O，K2O）小于0.1%（质量分数）的玻璃，如无碱硼铝硅酸盐玻璃，主要作为TFT（薄膜晶体管ThinFilmTransistor）和CF（彩色滤光片ColorFilter）基板，替换CPI膜（透明聚酰亚胺ColorlessPolyimide）应用于LCD/OLED显示面板中。含碱玻璃是碱金属氧化物大于0.1%（质量分数）的玻璃，可分为钠钙硅酸盐玻璃和碱铝硅酸盐玻璃。钠钙硅酸盐玻璃多作为触控玻璃用于TN、STN显示触控模组中；碱铝硅酸盐玻璃，即盖板玻璃，经化学强化后作为保护层同聚酰亚胺PI薄膜结合用于LCD/OLED显示产品中。表1国外柔性玻璃厂家及代表产品2柔性玻璃制备成形技术（1）溢流下拉法溢流下拉法是基板玻璃和高铝盖板玻璃主流生产方法，该技术由美国康宁公司于1967年发明；经1972年增加板根冷却机构，2005年溢流砖的改进，形成整套成熟的溢流下拉工艺，如图1所示。溢流下拉法凭借玻璃自身重力而拉薄，玻璃两表面在成形退火过程中不与外界材料接触，成品表面光滑无暇，平整度好，无需进行研抛等后续加工。且玻璃两面可采用对辊控制，同时加热或冷却，适合表面质量要求高的柔性玻璃制造。但该工艺是将玻璃液汇合于溢流砖尖以形成板根，存在基础厚度，增加了展薄的难度。图1溢流下拉法结构示意图为保证柔性玻璃厚度及板面品质，国外公司对溢流下拉法的装备工艺不断改进，尽可能减少或避免方法弊端。2011年，用溢流下拉法生产厚度为10～200

µm玻璃基板的方法指出在退火点或更高的温度区就开始控制冷却速率，对玻璃厚度、残余应力及翘曲质量具有重大影响。2012年，文献介绍了溢流下拉制备柔性玻璃成形、玻璃带传动及切割成套生产工艺。同年，便发布了溢流下拉生产的0.1mm厚度的“willow”玻璃，目前多为科研生产机构研究使用。（2）浮法上世纪50年代末，英国皮尔金顿玻璃公司向世界宣布玻璃浮法成形工艺研制成功。浮法工艺如图2所示。该方法将熔融玻璃液输送至液态锡槽，玻璃液密度低，漂浮在锡液表面成形。产能规模大、生产产品规格全。若用此法生产柔性玻璃，需要增加多对拉边机、牵引辊来克服玻璃液重力和表面张力的作用实现厚度的减薄。另外，由于玻璃带浮于锡液表面，下表面会形成渗锡层，需要进一步的加工处理。2018年，秦皇岛玻璃工业研究设计院改造现有浮法成型设备，解决二次下拉板宽受限问题，通过浮法工艺，两次水平拉伸，将玻璃拉薄至100

µm以下。中建材集团蚌埠玻璃工业设计研究院不受国外技术掣肘，2014年6月，采用浮法技术研制出0.33mm的超薄玻璃；2014年4月，产品厚度突破0.15mm；2018年4月，拉制出了0.12mm的超薄玻璃，据相关信息披露，这也是目前世界上使用浮法工艺批量生产的最薄玻璃。图2浮法工艺示意图（3）狭缝下拉法20世纪末，德国肖特公司开发出狭缝下拉技术，如图3所示。狭缝下拉法是将熔融的均质玻璃液导流入均匀发热的铂铑储槽中，经铂金漏板的狭缝流出，拉边机、牵引辊拉引而成。目前采用该工艺可生产出厚度0.03～0.1mm的柔性玻璃产品。图3狭缝下拉法结构示意图该方法适宜生产黏度较小的柔性玻璃，占地少，建设周期短。但产品表面的平整度、生产的稳定性易受到狭缝形状的影响。这是因为高温快速拉引过程中，铂金漏板长时间承受较高的应力易发生形变，导致狭缝的宽度不一致，流经狭缝的玻璃液会出现厚度不均的缺陷。（4）再拉法将向下输送的玻璃板通过电加热的方式重新加热至软化点附近，软化后的玻璃板继续向下方延伸经拉薄而制得超薄玻璃的方法称为再拉法，如图4所示。日本电气硝子是这方面研究较早的玻璃生产商。欲通过该方法实现柔性玻璃的制备，对预成型坯（母材玻璃）与自动热接合玻璃板接缝处的质量要求极高，母材玻璃的尺寸精度、拉引温度、送料速度与拉引速度等参数亦需匹配。国外大公司在这方面的专利很多，但实际应用发展缓慢。图4再拉法结构示意图（5）化学减薄法现有的化学减薄工艺有：浸泡法、喷淋法及瀑布流法。垂直浸泡法是通过超声或鼓泡效应加速玻璃表面与浸蚀液的反应，使玻璃减薄。2016年，赵凤阳等提出一种制备可弯曲玻璃的化学减薄装置，可满足多块玻璃双面同时减薄。但该法浸蚀时间长，产生的残余物易粘附在玻璃表面，减薄表面质量不佳，需后期处理，成本增加。喷淋法通过喷嘴喷射蚀刻液到玻璃基板表面进行刻蚀的方法。该方法蚀刻溶液可有效回收，但由于喷射压力高，玻璃基材表面会产生酒窝状划痕或凹点，后续抛光过程中玻璃易碎，成品率低。2016年，李艺提出旋转喷淋减薄装置，采用酸性腐蚀液浸蚀玻璃表面的同时摩擦机构对玻璃表面进行刮平，以减少玻璃表面凹陷，保证减薄均一性。瀑布流法是将蚀刻溶液沿着玻璃基板的一面或两面，自上至下均匀流过，控制蚀刻厚度的方法。该法浸蚀产生废液最少，通常无需后续磨抛。目前，国内江西沃格、安徽方兴科技等多公司具有化学减薄法进行玻璃基板化学减薄的业务，多采用浸泡或顶喷将玻璃厚度从0.4～0.7mm减小到0.2mm，减薄至微米级别并确保蚀刻均匀性，仍为业内需要突破的技术难点。3柔性玻璃加工技术（1）切割技术成形好的柔性玻璃为了便于包装及后续应用需要进行切割加工。对于厚度≤100

µm的柔性玻璃，传统的机械式裂纹分离技术已不再适用，需转变为激光切割。2013年，柔性玻璃激光切割相关专利提出采用CO2激光束对玻璃边部指定区域进行加热，而后用冷却流体对加热区喷射冷却，使柔性玻璃边缘受极冷极热的作用与玻璃中央部分分离。为了避免裂纹扩展，2014年，在激光束加热玻璃之前，增加浸润的金刚石轮或划针在玻璃表面进行初始标记这一步骤，来确保激光切割的精度和一致性。之后，在激光切割方法上，侧重于切割状态的检测和反馈，通过实际切割位置与预设定位置的偏差计算来调整激光束移动速度和冷流体速度等工艺参数，以优化切割效果。国内方面，柔性玻璃切割的研究步伐相对较晚，近几年，科研单位才逐渐从柔性玻璃成形制造的视角向后加工方向转移，角度多为传统切割方法改进或切割载台的设计。2017年，杜骁发明适宜柔性玻璃切割使用的切割刀轮，设置凹槽与双锥形空心区，以满足切割状态下碎屑的带入与储存，当刀轮使用200～500m后，采用清洗治具清理刀轮，保证长里程切割的稳定性。还针对刀轮切割方法进行补充，指出切割刻痕量小于200

µm时，再进行柔性玻璃的切割。（2）覆膜柔性玻璃具有的独特柔韧性，使其可以像薄膜一样卷起来。但柔韧性增加的同时，也增添了板面损伤的可能。这是因为柔性玻璃表面处于纳米级别，表面受粉尘或微粒污染将影响功能膜及液晶分布的均匀性和连续性，严重影响显示工艺进度及显示质量。为了保证玻璃表面状态的同时实现卷板，柔性玻璃表面必须进行覆膜保护。国外方面，美国康宁、德国肖特、日本电气硝子将覆膜与包装工艺结合，对“卷式包装”进行了研发。2014年，一种形成挠性玻璃聚合物层叠结构的方法，通过聚合物的加热，与厚度0.3mm以下的玻璃基材贴合，冷却形成聚合物柔性玻璃层压结构，实现聚合物层对玻璃表面的保护。同年，一种柔性玻璃层压件的形成方法，通过柔性玻璃与夹层材料相反电荷间静电吸引，加上黏合剂的作用，构建紧密的柔性玻璃层压件。该方法控制了玻璃卷绕过程中卷层之间产生的作用力，实现卷式包装运输过程中柔性玻璃卷材的保护。国内方面，截止目前，智广林等进行了负压物理吸附覆膜脱膜的技术发明。尤庆亮等将透明聚酰亚胺浆料涂覆在薄型玻璃膜上，形成厚度6～20

µm的透明聚酰亚胺玻璃复合膜。薄型玻璃上覆加透明的聚酰亚胺，保护了玻璃表面的同时增强了复合膜的柔韧性与弯折寿命，这种兼具超薄玻璃刚性与聚酰亚胺韧性的复合，也许是柔性材料的新出路。（3）柔性玻璃的包装随着薄板玻璃厚度的减薄，玻璃的柔韧性增强，传统的平板包装已无法满足传送运输的需要。目前柔性玻璃的包装主要为卷式包装、贴合包装以及边缘包装。国内目前有机械设计中心对收卷包装装置进行发明专利设计，但实际应用信息尚未可知。可以说，国内在此方面的技术仍处于摸索探路状态。4结语与展望随着柔性显示技术的快速发展，柔性折叠手机及卷轴概念机在市场上不断层出，作为柔性显示用关键材料的柔性玻璃愈加被