基于LCD玻璃基板的制造方法分類
出處:jinzhao 發(fā)布于:2009-02-10 09:19:16
前在商業(yè)上應(yīng)用的玻璃基板,其主要厚度為0.7 mm及0.6m m,且即將邁入更?。ㄈ?.4mm)厚度之制程?;旧?,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。一般玻璃基板制造供貨商對(duì)于液晶面板組裝廠及其彩色濾光片加工制造廠之玻璃基板供應(yīng)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堿玻璃及無堿玻璃兩大類;堿玻璃包括鈉玻璃及中性硅酸硼玻璃兩種,多應(yīng)用于TN及STN LCD上,主要生產(chǎn)廠商有日本板硝子(NHT)、旭硝子(Asahi)及中央硝子(Central Glass)等,以浮式法制程生產(chǎn)為主;無堿玻璃則以無堿硅酸鋁玻璃(Alumino Silicate Glass,主成分為SiO2、Al2O3、B2O3及BaO等)為主,其堿金屬總含量在1%以下,主要用于TFT- LCD上,領(lǐng)導(dǎo)廠商為美國康寧(Corning)公司,以溢流熔融法制程生產(chǎn)為主。
超薄平板玻璃基材之特性主要取決于玻璃的組成,而玻璃的組成則影響玻璃的熱膨脹、黏度(應(yīng)變、退火、轉(zhuǎn)化、軟化和工作點(diǎn))、耐化學(xué)性、光學(xué)穿透吸收及在各種頻率與溫度下的電氣特性,產(chǎn)品質(zhì)量除深受材料組成影響外,也取決于生產(chǎn)制程。
玻璃基板在TN/STN、TFT-LCD應(yīng)用上,要求的特性有表面特性﹑耐熱性﹑耐藥品性及堿金屬含量等;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(diǎn)(Strain Point):為玻璃密積化的一種指標(biāo),須耐光電產(chǎn)品液晶顯示器生產(chǎn)制程之高溫。
2 .比重:對(duì)TFT- LCD而言,筆記型計(jì)算機(jī)為目前的市場(chǎng),因此該玻璃基板之密度越小越好,以便于運(yùn)送及攜帶。
3 .熱膨脹系數(shù):該系數(shù)將決定玻璃材質(zhì)因溫度變化造成外觀尺寸之膨脹或收縮之比例,其系數(shù)越低越好,以使大屏幕之熱脹冷縮減至。
其余有關(guān)物理特性之指標(biāo)尚有熔點(diǎn)、軟化點(diǎn)、耐化學(xué)性、機(jī)械強(qiáng)度、光學(xué)性質(zhì)及電氣特性等,皆可依使用者之特定需求而加以規(guī)范。
整個(gè)玻璃基板的制程中,主要技術(shù)包括進(jìn)料、薄板成型及后段加工三部分,其中進(jìn)料技術(shù)主要控制于配方的好壞,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(xiàng)物理與化學(xué)特性,并需在不改變化學(xué)組成的條件下,選取原料配方,以便有效降低玻璃熔融溫度,使玻璃澄清,同時(shí)達(dá)到玻璃特定性能,符合實(shí)際應(yīng)用之需求。而薄板成型技術(shù)則攸關(guān)尺寸、表面性質(zhì)和是否需進(jìn)一步加工研磨,以達(dá)成特殊的物理、化學(xué)特性要求,后段加工則包含玻璃之分割、研磨、洗凈及熱處理等制程。
到目前為止,生產(chǎn)平面顯示器用玻璃基板有三種主要之制程技術(shù),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)?!案∈椒ā币蛳邓揭斓年P(guān)系,表面會(huì)產(chǎn)生傷痕及凹凸,需再經(jīng)表面研磨加工,故投資金額較高,惟其具有可生產(chǎn)較寬之玻璃產(chǎn)品(寬幅可達(dá)2 . 5公尺)且產(chǎn)能較大(約達(dá)1 0萬平方公尺/月)之優(yōu)點(diǎn);“溢流熔融法”有表面特性較能控制、不用研磨、制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),特別適用于產(chǎn)制厚度小于2 m m的超薄平板玻璃,但生產(chǎn)之玻璃寬幅受限于1.5米以下,產(chǎn)能因而較小。浮式法可以生產(chǎn)適用于各種平面顯示器使用之玻璃基板,而溢流熔融法目前則僅應(yīng)用于生產(chǎn)TFT- LCD玻璃基板。以下僅就上述三種制程技術(shù)分別說明如下:
( 1 ) 浮式法:
為目前的平板玻璃制造技術(shù),該法系將熔爐中熔融之玻璃膏輸送至液態(tài)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(dǎo)輪將固化后的玻璃平板引出,再經(jīng)退火、切割等后段加工程序而成。
以浮式法生產(chǎn)超薄平板玻璃時(shí)應(yīng)控制較低之玻璃膏進(jìn)料量,先將進(jìn)入錫床的玻璃帶(Ribbon)冷卻至700℃左右,此時(shí)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于液態(tài)錫上的玻璃膏,并向外展拉后,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(shù)拉制超薄平板玻璃如圖三所示。
浮式法技術(shù)系采用水平引出的方式,因此比較容易利用拉長(zhǎng)水平方向的生產(chǎn)線來達(dá)到退火的要求。浮式法技術(shù)未能廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)厚度小于2 m m超薄平板玻璃之主要原因乃系其無法達(dá)到所要求的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。舉例來說,浮式法技術(shù)的一日產(chǎn)量幾乎可以滿足目前臺(tái)灣市場(chǎng)之月消耗量;如果用浮式法技術(shù)生產(chǎn)超薄平板玻璃,一般多系以非連續(xù)式槽窯(DayTank)生產(chǎn),因此該槽窯設(shè)計(jì)之適化就顯得相當(dāng)重要。
?。?2 ) 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(shù)生產(chǎn),該法系以低黏度的均質(zhì)玻璃膏導(dǎo)入鉑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(chǎn)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(shù)拉制超薄平板玻璃如圖四所示。
流孔下引法制程每日能生產(chǎn)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(jī)械應(yīng)力,因此一般大多采用鉑合金所制成的模具,不過因其在承受外力時(shí)流孔常會(huì)變形,導(dǎo)致厚度不均勻及表面平坦度無法符合規(guī)格需求為其缺點(diǎn)。
流孔下引法必須要在垂直的方向上進(jìn)行退火,如果將其轉(zhuǎn)向水平方向則可能會(huì)增加玻璃表面與滾輪的接觸及因水平輸送所產(chǎn)生的翹曲,導(dǎo)致不良率大增。這樣的顧慮使得熔爐的建造必須采用挑高的設(shè)計(jì),同時(shí)必須的考慮退火所需要的高度,使得工程的難度大幅增加,同時(shí)也反映在建廠成本上。
( 3 ) 溢流熔融法:
系采用一長(zhǎng)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于該幫浦的下方處再結(jié)合成超薄平板玻璃。
利用這種成型技術(shù)同樣需要借重模具,因而熔融幫浦模具也面臨因受機(jī)械應(yīng)力變形、維持熔融幫浦水平度及如何將熔融玻璃膏穩(wěn)定打入熔融幫浦中的問題。因?yàn)槔靡缌魅廴诜ǖ某尚图夹g(shù)所作成的超平板玻璃,其厚度與玻璃表面的質(zhì)量是取決于輸送到熔融幫浦的玻璃膏量、穩(wěn)定度、水平度、幫浦的表面性質(zhì)及玻璃的引出量。
熔融溢流技術(shù)可以產(chǎn)出具有雙原始玻璃表面的超薄玻璃基材,相較于浮式法(僅能產(chǎn)出的單原始玻璃表面)及流孔下拉法(無法產(chǎn)出原始玻璃表面),可免除研磨或拋光等后加工制程,同時(shí)在平面顯示器制造過程中,也不需注意因同時(shí)具有原始及與液態(tài)錫有接觸的不同玻璃表面,或和研磨介質(zhì)有所接觸而造成玻璃表面性質(zhì)差異等,已成為超薄平板玻璃成型之主流。
由于無堿玻璃有特殊成分配方且在熱穩(wěn)定性、機(jī)械、電氣、光學(xué)、化學(xué)等特性及外觀尺寸、表面平整度等方面都有極為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,故其生產(chǎn)線調(diào)整、學(xué)習(xí)時(shí)間較長(zhǎng),新廠商欲加入該產(chǎn)業(yè)之技術(shù)門坎則較高。
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