光学玻璃基本分类与制造简介

1、Eric Hsieh 2016.01.25,光學玻璃基本的分類與製造簡介,一般光學玻璃以成分區分 soda-lime ( 鈉鈣玻璃 ) gorilla-like ( 高鹼高鋁矽酸鹽玻璃 ) soda-lime 主要供應商 : 中央硝子( CG )、旭硝子( AGC )、板硝子 ( NSG ) gorilla-like 主要供應商 : 康寧 ( Corning )、旭硝子( AGC )、電氣硝子 ( NEG ) 、肖特 (SCHOTT ) 一般光學玻璃以化學強化後玻璃參數區分 soda-lime : CS = 400 750 Mpa 、 DOL = 8 16 um gorilla-like :

2、CS = 600 1000 Mpa 、 DOL = 30 100 um compressive stress. (CS) ; depth of layer (DOL).,光學玻璃基本介紹,2,玻璃基板浮法玻璃製程,3,由於玻璃有一面接觸到液態錫 ,因此會有錫點在玻璃面 , 需做拋光製程等加工步驟後才能使用 同一熔爐可生產的玻璃基板尺寸較下拉式製程更具彈性，其產出規模也較大,在成型的過程中，若與外界接觸的玻璃表面溫度比較低，內部的溫度比 較高，這樣的溫度差會在玻璃材料內部形成無法預知的應力。 在使用這種玻璃材料時，因為有無法預知的應力，對玻璃的安全性無法 掌握。因此成型後的玻璃材料，都需要經過一

3、定的熱處理（退火）程序 ，以消除玻璃材料內部的應力。,退火爐的作用,4,玻璃基板溢流下拉玻璃製程,成型後不拋光須研磨，可減少生產 流程與研磨造成的良率損失 2. 同一熔爐可生產的玻璃基板尺寸較 不具彈性，產能容易受限 3. 玻璃表面均勻性佳、平坦度好.,5,溢流下拉玻璃製程模擬影片,6,玻璃基板成型製程條件的比較,7,玻璃的物理強化,8,將玻璃加熱到 600 700 接近玻璃軟化點 , 在玻璃表面以冷空氣急速冷卻 . 由於玻璃表面在急冷的收縮過程中 , 會產生 壓縮應力, 而未冷卻的玻璃內部 會產生 引張應力. 增加其強度。玻璃表面的 壓縮應力與其中心層 引張應力互相牽引 平衡，而賦予充分的張

4、力，當外力超出其內部封閉的 引張應力時，則 張力將失去平衡而粉碎，成為微細粒狀玻璃。,化學強化就是把鈉鈣玻璃在一定的反應溫度下，將玻璃浸泡在化學液體中 ( 一般是硝酸鉀溶液 )，讓玻璃中的鈉離子與化學槽中的鉀離子進行離子交換。 在離子置換過程中，體積比較小的鈉離子原本的空間，會被體積較大的鉀離子 給填補的更緊實。可以這樣想像：一個罐子裏裝滿了玻璃珠，先把玻璃珠拿出 來，再把相同數量、但體積比較大的玻璃珠塞回去，可以想像將大顆彈珠塞回 後要取出會比在小彈珠時困難。同理，經過鈉鉀離子交換過的表面會存在相對 的壓應力，而此實現了強化的效果。,玻璃的化學強化,9,物理強化與化學強化比較,物理強化,CS

5、 : 70 170 Mpa 強化後無法再加工 3mm 以上玻璃適用 ( 汽車玻璃、建築玻璃等 ) 翹曲量 : 較大且不易控制,化學強化,CS : 一般在 350 Mpa 以上 強化後可以做後續切、磨、鑽孔等加工 3mm 以下玻璃適用 ( 光學玻璃 ) 翹曲量 : 0.2 % x L ( 長邊 ),10,主要原因是有比 soda-lime 更深的 DOL 因為 gorilla-like 的主要組成材料是高鹼高鋁矽酸鹽 , Gorilla-like 原料中 Al2O3 ( 氧化鋁 )的含量有 10%15% , soda-lime 只有 1% 2% 鋁金屬本身是非常好的活性催化劑 , 在化學強化過程中能加快鉀與 鈉離子的交換,gorilla-like 為何強度更好 ?,11,在浮法製程中,其中有一玻璃面是與錫直接做接觸 ( 錫面 ) , 雖然 玻璃表面有做過拋光及研磨處理 , 但仍有金屬錫的分子殘留 在化強加溫過程中 , 錫面應力分佈不均勻 , 錫面離子交換過程中 會受到較大的阻礙 , 而空氣面鉀離子交換會比較正常 , 所以膨脹比 較大 , 因此會造成強化後會向錫面彎曲.,採用浮法製程玻璃的翹曲是註定的,12,G 4 玻璃基板規格書,13,OGS 玻璃化強後規格範例,14,FSM-6000玻璃