TFT-LCD基板玻璃的制备方法及发展趋势

高晓立(石家庄宝石集团)

一、引言

近年来，随着科技的迅速发展，显示技术越来越重视环保、节能、 品质等特点， 目前， 平板显示技术已逐步取代了传统的CRT 显示技术， 成为平板显示技术乃至显示器市场的主流产品[1]。 玻璃基板是液晶显示器（LCD）面板的重要材料，制作一片LCD 面板需要用两片玻璃基板， 分别作为彩色滤光片底板和底层玻璃基板使用，玻璃基板占LCD 生产成本的4%左右，是LCD面板质量优劣的重要影响因素[2]。

到目前为止， 生产平面显示器用玻璃基板主要有三种制作技术，分别为溢流熔融法（Overflow Fusion Technology）、浮式法（Float Technology）及狭缝下引法（Slot Down Draw）[3]。

二、液晶玻璃制备方法比较

溢流熔融法、 浮式法和狭缝下引法是目前液晶玻璃基板的主要生产方法，其特性不一，各有优缺点[4]。

采用溢流熔融法主要的代表性玻璃有硼硅酸盐玻璃、 铝硅酸盐玻璃等无碱玻璃； 采用浮式法生产的代表性玻璃主要是钠钙硅玻璃等有碱玻璃； 采用狭缝下引法生产的代表性玻璃主要有钠钙硅玻璃、钡硼硅玻璃、铝硅酸盐玻璃等无碱或弱碱玻璃。溢流熔融法采用熔融帮浦成型，浮式法依靠液态锡成型，而狭缝下引法的成型介质是铂合金流孔漏板。 溢流熔融法和狭缝下引发的成型原理都是重力， 浮式法的成型原理是锡液与玻璃液密度差。 溢流熔融法和狭缝下引法采用垂直向下拉出，浮式法中玻璃以水平方向拉出。 溢流熔融法生产的玻璃厚度范围在0.4 -2.5 mm， 主要是大中面积玻璃； 浮式法生产的玻璃厚度范围较大，为0.5 – 25 mm，玻璃面积较大；狭缝下引法生产的玻璃厚度范围较小，仅为0.03 -1.1 mm，比例面积较小。 溢流熔融法玻璃厚度控制因素是玻璃液的溢流量和下拉速度； 浮式法玻璃厚度控制因素有熔窑的拉引量、拉边机作用力和水平拉引速度；狭缝下引法控制玻璃厚度的因素是熔窑的拉引量、 流孔开口大小及下拉速度。 溢流熔融法、浮式法和狭缝下引法的生产能力不一样，浮式法的生产能力最大，单日产量可达900 吨，溢流熔融法和狭缝下引法的生产能力有限，单日产量在5 - 20 吨左右，但浮式法投资成本及建窑空间都较大，建厂周期也较长，一般浮式法建厂周期在18-24 个月，溢流熔融法建厂所需投资最小。

综上所述，溢流熔融法较浮式法和狭缝下引法而言，综合技术性能最好。

三、国内外液晶玻璃基板发展状况

美国是世界上最早从事TFT-LCD 基板玻璃研发和生产的国家，其生产工艺和前端研发一直处于世界领先地位。 目前世界上最大的LCD 基板玻璃生产商是美国康宁股份有限公司， 该公司1959 年发明了溢流熔融成形技术。2006 年推出了不含砷、锑、钡等重金属的环保型基板玻璃， 它的诞生标志着基板玻璃发展到一个新的里程碑；2010 年，康宁公司推出了一款轻薄、环保的厚度仅为0.4 mm 的基板玻璃，能够满足更轻重量的便携式设备需求[5-7]。

日本也是研发和生产TFT-LCD 基板玻璃大国，代表厂商有日本Asahi 公司、AvanStrate 公司、NEG 公司等。 日本玻璃基板的生产工艺不像美国那样集中， 既有Asahi 公司生产的浮式法工艺，也有NEG 公司和AvanStrate 公司的溢流熔融法工艺[4]。2003年， 日本松下电器产业株式会社研发出抑制玻璃基板的黄变发生的方法[8]。2008 年，日本日本电气硝子株式会社报道了无碱玻璃基板的制造方法[9]。2010 年，日本电气硝子株式会社研发出通过下拉法直接制造可以用于低温p-SiTFT 基板用途的玻璃基板的方法[10]。

我国研发LCD 基板玻璃起步较晚，直到2003 年我国才开始基板玻璃的研发与探索。2003 年8 月有报导称，广州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，并己申报国家发明专利。 2008 年9 月我国第一块合格的LCD 玻璃基板诞生于陕西咸阳， 至此才结束了我国LCD 基板玻璃完全依赖进口的历史。 目前我国主要从事TFT- LCD 基板玻璃研发的企业和研究院校主要有∶陕西咸阳彩虹集团、河北东旭投资集团有限公司、成都中光电科技有限公司、郑州旭飞光电科技有限公司、石家庄旭新光电科技有限公司、 中国建材集团蚌埠玻璃工业设计研究院、 中国建筑材料科学研 究总院以及北京工业大学等单位。

四、结语

目前，TFT-LCD 基板玻璃产业经历20 多年的发展已经较为成熟，在OLED 的技术还没有完全成熟之前，TFT-LCD 还将在占据显示领域的主导地位。 但LCD 基板玻璃的生产成型技术一直被国外几家大公司垄断， 特别是溢流熔融成型工艺其生产技术含量高，工艺复杂，而我国在LCD 基板玻璃方面的研究开发尚处于初期阶段， 要突破国外大公司的技术封锁， 必须依靠自主创新。 展望未来，TFT-LCD 基板玻璃的发展趋势有以下几点：

(1)基板玻璃薄片大型化。 随科技的不断发展，屏幕显示器尺寸越来越大，因而大尺寸基板玻璃薄片是TFT-LCD 基板玻璃产业的一个重要发展趋势， 而大尺寸玻璃薄片的包装和运输又成为是一个不可忽视的重要问题，因此，降低玻璃密度、提高玻璃杨氏模量是未来TFT-LCD 基板玻璃的发展方向。

(2)基板玻璃表面高精细化。 目前，定向触控电子显示器和柔性电子显示器已暂露头角， 高应变点铝硅酸盐玻璃是未来基板玻璃发展的一个重要趋势。

综上所述，未来TFT-LCD 基板玻璃的发展方向是：降低玻璃密度、提高玻璃弹性模量及韧度、提高玻璃的应变点、环保节能。