液晶玻璃基板

玻璃基板是構成液晶顯示器件的一個基本部件。這是一種表面極其平整的浮法生產薄玻璃片。

基本介紹

• 中文名：液晶玻璃基板
• 屬於：液晶顯示器件
• 類型：基本部件
• 屬性：浮法生產薄玻璃片

液晶玻璃基板

液晶玻璃基板是液晶平板顯示器的重要組成部分，具有十分廣闊的發展前景。

液晶玻璃基板是如何製造的

目前在商業上套用的玻璃基板，其主要厚度為0.7 mm及0.5m m，且即將邁入更薄（如0.4mm）厚度之製程。基本上，一片TFT- LCD面板需使用到二片玻璃基板，分別供作底層玻璃基板及彩色濾光片（COLOR FILTER）之底板使用。一般玻璃基板製造供貨商對於液晶面板組裝廠及其彩色濾光片加工製造廠之玻璃基板供應量之比例約為1:1.1至1:1.3左右。 LCD所用之玻璃基板概可分為鹼玻璃及無鹼玻璃兩大類；鹼玻璃包括鈉玻璃及中性矽酸硼玻璃兩種，多套用於TN及STN LCD上，主要生產廠商有日本板硝子（NHT）、旭硝子（Asahi）及中央硝子（Central Glass）等，以浮式法製程生產為主；無鹼玻璃則以無鹼矽酸鋁玻璃（Alumino Silicate Glass，主成分為SiO2、Al2O3、B2O3及BaO等）為主，其鹼金屬總含量在1%以下，主要用於TFT- LCD上，領導廠商為美國康寧（Corning）公司，以溢流熔融法製程生產為主。

能夠提供大尺寸上影液晶螢幕玻璃基板的廠商只有美國康寧、日本旭硝子等四家，其中美國康寧占據51%的市場，日本旭硝子占據28%的份額，而能夠為5代以上生產線提供配套的也只有這兩家，雖然玻璃基板只占據TFT-LCD產品成本的6%-7%，但技術上的寡頭壟斷讓玻璃基板產品成為TFT-LCD上游材料占據主導的零配產品。國內彩虹、東旭等自己上馬的TFT-LCD玻璃項目應該得到特別的支持與鼓勵。

超薄平板玻璃基材之特性主要取決於玻璃的組成，而玻璃的組成則影響玻璃的熱膨脹、黏度（應變、退火、轉化、軟化和工作點）、耐化學性、光學穿透吸收及在各種頻率與溫度下的電氣特性，產品質量除深受材料組成影響外，也取決於生產製程。

玻璃基板在TN/STN、TFT-LCD套用上，要求的特性有表面特性﹑耐熱性﹑耐藥品性及鹼金屬含量等；以下僅就影響TFT- LCD用玻璃基板之主要物理特性說明如下：

1.張力點（Strain Point）：為玻璃密積化的一種指標，須耐光電產品液晶顯示器生產製程之高溫。

2.比重：對TFT- LCD而言，筆記型計算機為目前最大的市場，因此該玻璃基板之密度越小越好，以便於運送及攜帶。

3.熱膨脹係數：該係數將決定玻璃材質因溫度變化造成外觀尺寸之膨脹或收縮之比例，其係數越低越好，以使大螢幕之熱脹冷縮減至最低。

其餘有關物理特性之指標尚有熔點、軟化點、耐化學性、機械強度、光學性質及電氣特性等，皆可依使用者之特定需求而加以規範。

整個玻璃基板的製程中，主要技術包括進料、薄板成型及後段加工三部分，其中進料技術主要控制於配方的好壞，首先是在高溫的熔爐中將玻璃原料熔融成低黏度且均勻的玻璃熔體，不但要考慮玻璃各項物理與化學特性，並需在不改變化學組成的條件下，選取原料最佳配方，以便有效降低玻璃熔融溫度，使玻璃澄清，同時達到玻璃特定性能，符合實際套用之需求。而薄板成型技術則攸關尺寸精度、表面性質和是否需進一步加工研磨，以達成特殊的物理、化學特性要求，後段加工則包含玻璃之分割、研磨、洗淨及熱處理等製程。

到目前為止，生產平面顯示器用玻璃基板有三種主要之製程技術，分別為浮式法（Float Technology）、流孔下引法（Slot Down Draw）及溢流熔融法（Overflow Fusion Technology）。“浮式法”因系水平引伸的關係，表面會產生傷痕及凹凸，需再經表面研磨加工，故投資金額較高，惟其具有可生產較寬之玻璃產品（寬幅可達2 . 5公尺）且產能較大（約達1 0萬平方公尺/月）之優點；“溢流熔融法”有表面特性較能控制、不用研磨、製程較簡單等優點，特別適用於產制厚度小於2 m m的超薄平板玻璃，但生產之玻璃寬幅受限於1.5米以下，產能因而較小。浮式法可以生產適用於各種平面顯示器使用之玻璃基板，而溢流熔融法目前則僅套用於生產TFT- LCD玻璃基板。以下僅就上述三種製程技術分別說明如下：

浮式法：

為目前最著名的平板玻璃製造技術，該法系將熔爐中熔融之玻璃膏輸送至液態錫床，因黏度較低，可利用檔板或拉桿來控制玻璃的厚度，隨著流過錫床距離的增加，玻璃膏便漸漸的固化成平板玻璃，再利用導輪將固化後的玻璃平板引出，再經退火、切割等後段加工程式而成。

以浮式法生產超薄平板玻璃時應控制較低之玻璃膏進料量，先將進入錫床的玻璃帶（Ribbon）冷卻至700℃左右，此時玻璃帶的黏度約為108泊（Poise；1泊= 1g/cm·sec ），再利用邊緣滾輪拉住浮於液態錫上的玻璃膏，並向外展拉後，再將玻璃帶加熱到850℃，配合輸送帶滾輪施加外力拉引而成，以浮式法技術拉制超薄平板玻璃如圖三所示。

浮式法技術系採用水平引出的方式，因此比較容易利用拉長水平方向的生產線來達到退火的要求。浮式法技術未能廣泛套用於生產厚度小於2 m m超薄平板玻璃之主要原因乃係其無法達到所要求的經濟規模。舉例來說，浮式法技術的一日產量幾乎可以滿足目前台灣市場之月消耗量；如果用浮式法技術生產超薄平板玻璃，一般多系以非連續式槽窯（DayTank）生產，因此該槽窯設計之最適化就顯得相當重要。

流孔下引法：

就平面顯示器所需的特殊超薄平板玻璃而言，有不少廠商是使用流孔下引法技術生產，該法系以低黏度的均質玻璃膏導入鉑合金所製成的流孔漏板（ Slot Bushing ）槽中，利用重力和下拉的力量及模具開孔的大小來控制玻璃之厚度，其中溫度和流孔開孔大小共同決定玻璃產量，而流孔開孔大小和下引速度則共同決定玻璃厚度，溫度分布則決定玻璃之翹曲，以流孔下引法技術拉制超薄平板玻璃如圖四所示。

流孔下引法製程每日能生產5 ~ 2 0公噸厚度0.0 3 ~ 1.1㎜的超薄平板玻璃，因鉑金屬無法承受較高的機械應力，因此一般大多採用鉑合金所製成的模具，不過因其在承受外力時流孔常會變形，導致厚度不均勻及表面平坦度無法符合規格需求為其缺點。

流孔下引法必須要在垂直的方向上進行退火，如果將其轉向水平方向則可能會增加玻璃表面與滾輪的接觸及因水平輸送所產生的翹曲，導致不良率大增。這樣的顧慮使得熔爐的建造必須採用挑高的設計，同時必須精確的考慮退火所需要的高度，使得工程的難度大幅增加，同時也反映在建廠成本上。

溢流熔融法：

系採用一長條型的熔融幫浦（Fusion Pump），將熔融的玻璃膏輸送到該熔融幫浦的中心，再利用溢流的方式，將兩股向外溢流的玻璃膏於該幫浦的下方處再結合成超薄平板玻璃。

利用這種成型技術同樣需要借重模具，因而熔融幫浦模具也面臨因受機械應力變形、維持熔融幫浦水平度及如何將熔融玻璃膏穩定打入熔融幫浦中的問題。因為利用溢流熔融法的成型技術所作成的超平板玻璃，其厚度與玻璃表面的質量是取決於輸送到熔融幫浦的玻璃膏量、穩定度、水平度、幫浦的表面性質及玻璃的引出量。

熔融溢流技術可以產出具有雙原始玻璃表面的超薄玻璃基材，相較於浮式法（僅能產出的單原始玻璃表面）及流孔下拉法（無法產出原始玻璃表面），可免除研磨或拋光等後加工製程，同時在平面顯示器製造過程中，也不需注意因同時具有原始及與液態錫有接觸的不同玻璃表面，或和研磨介質有所接觸而造成玻璃表面性質差異等，已成為超薄平板玻璃成型之主流。

由於無鹼玻璃有特殊成分配方且在熱穩定性、機械、電氣、光學、化學等特性及外觀尺寸、表面平整度等方面都有極為嚴格的標準規範，故其生產線調整、學習時間較長，新廠商欲加入該產業之技術門坎則較高。