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液晶電視應(yīng)用趨勢下的玻璃基板技術(shù)

編輯：wu3416 2011-01-06 16:49:53 瀏覽：3517 來源：中華液晶網(wǎng)

　由于液晶顯示器具有輕薄，耗電量低等優(yōu)點，初期逐漸被消費者當(dāng)成了計算機螢?zāi)缓涂蓴y式產(chǎn)品顯示使用。之后，由于畫質(zhì)的提高和彩色化的進展，在今天已被廣泛應(yīng)用於筆記型電腦、桌上型電腦、手機等的顯示器，成為生活中不可欠缺的零組件。近幾年來，利用液晶面板做為作為輕薄型的平面電視普及之后，畫面也逐年持續(xù)的擴大。有一段時期，液晶電視的大型化曾經(jīng)被認為是相當(dāng)困難，但是經(jīng)過克服相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)到65寸的面板熒幕了。

　　對于LCD面板來說，玻璃基板是一個重要的零組件，提供精準維持液晶層厚度的功能，并且由於在玻璃基板的表面，必須提供安置液晶的驅(qū)動電路和透明電極由薄膜形成，因此生產(chǎn)過程中，對於玻璃基板的特性有著各式各樣規(guī)格和特性要求。

　　玻璃基板的氣泡控制越來越嚴苛

　　由于LCD面板已經(jīng)開始被多方面的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用，整體產(chǎn)量也隨之增加，因此過去幾年來，玻璃基板的大型化更是出現(xiàn)持續(xù)增大的趨勢。玻璃基板的尺寸從1990年第1代的300×350mm左右開始，到目前已經(jīng)開始量產(chǎn)第7代的1950×2200mm，玻璃基板的面積增加了40倍以上。而且，未來第八代2200×2400mm的生產(chǎn)線也即將要正式的量產(chǎn)。

　　因此隨著大型化的進展，為了期望維持LCD面板的良率，必須要大幅度提高玻璃的品質(zhì)。例如，第1代的玻璃基板上，如果有一個氣泡的話，就算是不合格品。但是，到了第7代，同樣只要有一個氣泡，還是不能成為合格品。相較之下，從第1代到第7代，似乎沒有什么改變，因為一樣是一個氣泡就被判定為不合格品，但是從另一個角度來看，第7代的玻璃和第1代面積相比，基板的面積卻是第1代的40倍，也就是說，氣泡的數(shù)量或體積已經(jīng)被控制在40分之1以內(nèi)，超過的話就不能取得相同良率。目前日本電氣硝子已經(jīng)成功產(chǎn)出了3050×2450mm第9世代生產(chǎn)線用的大型玻璃，這相當(dāng)產(chǎn)在第1代4.5倍大小的玻璃基板上，只允許有1個100μm的氣泡。

　　Cell Gap開始出現(xiàn)愈來愈狹窄的趨勢

　　LCD電視和相同厚度的電漿電視相比，經(jīng)常被評論家批評出有“視野角度狹窄”、“應(yīng)答速度遲緩”等等的問題。為了達到寬廣視角目標，LCD面板業(yè)者便開發(fā)出例如IPS等等新式的液晶排列方式技術(shù)。另外，因為液晶電視特別要求具有高速動態(tài)影響顯示的效能，所以必須加快液晶的應(yīng)答速度。就基礎(chǔ)架構(gòu)上來看，LCD面板中，上玻璃基板和下玻璃基板之間的間隔被稱為Cell Gap，目前為了達到加快液晶的應(yīng)答速度的目的，Cell Gap開始出現(xiàn)越來越狹窄的趨勢。

　　為了適應(yīng)這種新技術(shù)的進展，LCD面板業(yè)者對于玻璃基板的平坦性、表面品質(zhì)以及尺寸精密度的要求也不斷提高。目前面板為了實現(xiàn)廣視角目標，而采用了VA、IPS等等新一代的液晶驅(qū)動技術(shù)。這些廣視角技術(shù)與傳統(tǒng)的TN驅(qū)動技術(shù)相比，是為了防止面板顯示不均勻，而對元件間隙的平均性進行了更嚴格的要求。所以，對於玻璃基板的表面平坦度，在廣視角面板的生產(chǎn)要求也變得更加嚴謹。例如，IPS驅(qū)動技術(shù)中嚴格要求，所使用的玻璃基板要，要比TN所使用的玻璃高出數(shù)倍的表面平坦度。

　　LCD玻璃基板達到的高平坦性的關(guān)鍵點

　　一般情況下，LCD玻璃基板如果期望達到高度的平坦性，必須有幾個重要的關(guān)鍵點。包括，彎曲程度、起伏程度，與表面粗糙等等。

　　如果在玻璃基板內(nèi)出現(xiàn)的1～2次大週期彎曲變形（warp）現(xiàn)象的話，這會產(chǎn)生在進行玻璃基板搬送時，會產(chǎn)生破損的情況，以及在進行成膜、蝕刻制程時會出現(xiàn)一些問題，此外還有在進行形成電路制程時，會出現(xiàn)曝光焦點的偏移等有影響。而起伏（waviness）部分的定義是，比warp的周期更短的凹凸現(xiàn)象（約8～20mm左右周期），雖然造成的影響不若彎曲變形那么嚴重，但是如果玻璃基板出現(xiàn)起伏（waviness）的話，會對Cell Gap造成程度不一的影響，而導(dǎo)致出現(xiàn)顯示不均勻的的現(xiàn)象。另外，玻璃基板表面如果出現(xiàn)表面粗糙（roughness）現(xiàn)象時，將會導(dǎo)致表面膜的斷線和點缺陷，其實應(yīng)該說，表面粗糙的現(xiàn)象是比起伏（waviness）周期更短的凹凸，這對于製程生產(chǎn)中，往往會造成薄膜成形不順利，而增加成本或人力上的負擔(dān)。

　　所以整體來說對于玻璃基板，還是會有一定程度的要求，而目前就玻璃基板的生產(chǎn)技術(shù)上，已經(jīng)可以達到相當(dāng)性的水準，例如在起伏程度現(xiàn)象上，當(dāng)然不可能量產(chǎn)出完全平坦無缺的玻璃基板，不過，就可接受的范圍內(nèi)，目前的要求大約是0.02μm。對于玻璃基板條件的要求，除了上述幾個現(xiàn)象之外，玻璃業(yè)者還必須努力達到減少氣泡、異物等玻璃的缺陷等等諸多的問題。

　　康寧玻璃利用表面非接觸技術(shù)　達到玻璃基板最高表面品質(zhì)

　　附著在玻璃基板表面的顆粒大小，以及密度是玻璃基板表面品質(zhì)的代表性指標。為了降低TFT生產(chǎn)製程中的清洗負荷、提高良率，也必須儘量要求在玻璃基板的生產(chǎn)階段就將表面微粒清除掉。所以，在數(shù)年前對於TFT LCD業(yè)者來說，初期只要進行30μm左右的微粒管理就可以，但是隨著對於品質(zhì)的高度要求增加，目前玻璃基板表面的顆粒已經(jīng)嚴格到必須對1～3μm左右的微粒進行清除和管控，而微粒的密度也被要求到，每平方米只能有數(shù)百顆微粒。除了微粒之外，玻璃基板表面的刮痕管控也是相當(dāng)重要的，例如，康寧玻璃就是採用表面非接觸成型、無研磨製程的聚變法，來達到玻璃基板表面品質(zhì)最大能力的發(fā)揮。

　　日本電氣硝子采用溢流法維持玻璃平坦性

　　溢流法是目前量產(chǎn)玻璃基板的主流技術(shù)之一，這是將熔化后的玻璃，引流到形體槽，然后從兩側(cè)平均溢出液態(tài)玻璃，最后在模型中形成大尺寸的玻璃基板。而為了維持玻璃的平坦性，必須在更寬廣的范圍內(nèi)，進行精確的控制溫度，這是因為如果在玻璃基板內(nèi)產(chǎn)生溫度差，那么將會產(chǎn)生殘留應(yīng)力，而造成為彎曲等玻璃變形的，或者在切割時讓玻璃出現(xiàn)變形，影響了玻璃基板的穩(wěn)定性，并且還有可能因為殘留應(yīng)力的結(jié)果，在制程中貼付偏光板之后，會產(chǎn)生光的相位差，造成LCD模組出現(xiàn)漏光的現(xiàn)象。并且應(yīng)力作用會造成于玻璃表面的傷痕，也會讓基板產(chǎn)生破損的結(jié)果。

　　玻璃基板大型化后　精度要求更嚴格

　　隨著基板尺寸的大型化發(fā)展，玻璃表面相當(dāng)容易出現(xiàn)裂痕，或者是附著異物等的風(fēng)險也隨之增加，因此玻璃整體的檢測工作也相對的變得復(fù)雜起來，因此為了維持接近半導(dǎo)體制程表面的品質(zhì)，玻璃業(yè)者必須進行清潔度更高的制造流程和生產(chǎn)環(huán)境。另外厚度在0.7以下的超薄玻璃基板的大型化，除了會出現(xiàn)因為自重而產(chǎn)生變形線上，也大大的增加制作過程中，因為熱效應(yīng)破損的風(fēng)險性。此外，TFT LCD玻璃基板和彩色濾光片貼合時，位置吻合精度也變得越來越嚴格了，因為接下來玻璃基板的尺寸動輒超過了2公尺，所以，需要不僅要達到液晶面板玻璃的貼合精度準確，在制程中的各項條件也需更嚴格的精度要求。

　　開發(fā)新一代搬運系統(tǒng)和相關(guān)運材

　　目前玻璃基板大型化還有一個叫困擾的基本問題，那就是如何將玻璃基板裝箱，并且進行無損和的搬運。目前標準玻璃基板的集裝箱尺寸大小為，寬度2300mm、高度2500mm、深度12m左右。到第8世代生產(chǎn)線所需要玻璃基板（2200～2400mm左右）為止，還是可以想辦法放上去，但是在面對以后第9世代制程以上所需的超大型玻璃基板，預(yù)估無法將如此大面積的玻璃基板，放到目前規(guī)格的集裝箱上，因此必須開發(fā)出新一代的搬運系統(tǒng)和相關(guān)運材。

　　大尺寸玻璃基板在進行搬運時，因為附加在玻璃表面上的物理力量也隨之變大，這會讓整塊的玻璃基板變得容易破損，所以，在面對第7世代以后所需的玻璃基板運送，傳統(tǒng)的包裝、和運送方式已經(jīng)無法因應(yīng)所需。所以玻璃基板的業(yè)者必須更改為過去包裝玻璃基板時所使用墊片材料，積極開發(fā)不會產(chǎn)生傷痕、裂痕、污損的緩沖材料，來達到當(dāng)進行搬運時，高傳送效率、高空間使用效率，以及不易破損的高密度包裝技術(shù)和材料。

　　玻璃基板對于化學(xué)物質(zhì)使用的法規(guī)限制

　　根據(jù)新的環(huán)境法規(guī)限制化學(xué)物質(zhì)的范圍將會逐漸的擴大，例如歐盟中的RoSH的指令中，所限制使用的元素清單中，包括了砷、銻、汞等等的化學(xué)元素。所以，相對的玻璃基板業(yè)者也需要因應(yīng)這些變化，開發(fā)在結(jié)構(gòu)成分中不包含砷、銻、鋇等等的玻璃基板。例如，主動式驅(qū)動LCD所使用的玻璃基板，為了不損害在玻璃基板上非晶質(zhì)、聚乙烯硅等薄膜半導(dǎo)體元件的特性，玻璃基板必須使用不含鹼金屬的 “無鹼玻璃”。而日本電氣硝子為了符合這樣的要求，利用提高玻璃熔化技術(shù)，降低玻璃中添加劑所含有的微量環(huán)境負荷材料。

　　此外，另一主要玻璃基板供應(yīng)業(yè)者康寧，也開發(fā)了相關(guān)的應(yīng)變技術(shù)，生產(chǎn)出對環(huán)境無污染的EAGLE XG玻璃基板，EAGLE XG的結(jié)構(gòu)成分中除了符合法規(guī)的要求之外，還同時能達到業(yè)界客戶所要求的，低密度、重量輕、低熱膨脹系數(shù)的調(diào)特色。

　　透過技術(shù)革新　克服大型玻璃基板的問題

　　在最近的5年中，玻璃基板的尺寸每1～2年就會擴大一次。因此，玻璃基板的生產(chǎn)中，如果不減少相當(dāng)于單位面積的缺陷數(shù)量，那么與基板面積的擴大成反比例的良率就會大幅度的降低。目前各大玻璃業(yè)者都正在努力透過玻璃的溶融、成型的過程中尋找最適合的生產(chǎn)技術(shù)，透過技術(shù)革新來實現(xiàn)高效率生產(chǎn)的目標。