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淺論平板顯示器件用基板玻璃

編輯：kathy 2012-09-03 14:47:44 瀏覽：3200 來源：《國際光電與顯示》

● 文/陜西咸陽費(fèi)民權(quán)西安啟譜集成電路系統(tǒng)有限公司費(fèi)悅

　　概述

　　平板顯示器件種類繁多，具有代表性的是TFT-LCD、PDP和AM-OLED。基板玻璃是平板顯示器件的主要載體，其質(zhì)量和性能的優(yōu)劣直接影響著平板顯示器件的品質(zhì)，是平板顯示器件生產(chǎn)的關(guān)鍵原材料之一。因此，了解基板玻璃的特性對(duì)平板顯示器件的研發(fā)與生產(chǎn)有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文將通過對(duì)主流平板顯示器件用基板玻璃的論述，詮釋不同種類的平板顯示器件對(duì)玻璃基板的要求。

　　1、基板玻璃的定義與用途

　　1.1、基板玻璃的定義

　　作為一種載體材料使用，具有特殊性能要求的平板玻璃，稱為基板玻璃。基板玻璃本身并無特定的功能，它只作為載體材料使用，通常在其上制作具有功能的元器件，而功能元器件功能的發(fā)揮又離不開基板玻璃。但就基板玻璃本身而言，它不具備功能性。

　　1.2、基板玻璃的用途

　　基板玻璃通常被應(yīng)用在光學(xué)技術(shù)、光電技術(shù)和能源技術(shù)等領(lǐng)域。在光電技術(shù)領(lǐng)域，基板玻璃主要應(yīng)用在平板顯示器件、太陽能電池、光掩膜板、集成電路等。在平板顯示器件方面，基板玻璃主要應(yīng)用在PDP顯示器件、LCD顯示器件和OLED顯示器件等方面。

　　2、基板玻璃的分類

　　2.1、按用途分

　　主要分為顯示器件用基板玻璃、太陽能電池用基板玻璃、集成電路用基板玻璃、光掩膜板用基板玻璃等。

　　2.2、按玻璃組成分

　　主要分為鈉鈣硅基板玻璃、硼硅酸鹽基板玻璃、鋇鋁硼硅酸鹽基板玻璃、無堿基板玻璃等。

　　2.3、按成形方法分

　　主要分為浮法成形基板玻璃、溢流法成形基板玻璃、狹縫引下法成形基板玻璃、二次拉制法成形基板玻璃。

　　3、主流平板顯示器件用基板玻璃

　　3.1、PDP用基板玻璃

　　3.1.1、用于PDP的基板玻璃

　　制作一塊PDP顯示器件需要前、后兩塊基板玻璃，在前基板上面制作有匯流電極、透明電極、維持電極等，用于PDP顯示器件的基本結(jié)構(gòu)；而后基板上則制有與前基板上電極互相垂直的電極與障壁，并涂有熒光粉。

　　由圖1可以看出，彩色PDP的前、后玻璃基板均要經(jīng)過多次一系列的高溫烘烤與燒結(jié)，通常這些燒結(jié)溫度為450～600℃，封接溫度為380～400℃，排氣最高溫度為350℃左右。因此，基板玻璃的熱穩(wěn)定性對(duì)PDP的性能起著非常重要的作用。PDP所用的玻璃基板大部分為鈉鈣硅玻璃，浮法批量生產(chǎn)，這種玻璃的顯著優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，且與現(xiàn)用的PDP材料相匹配；但其共同缺點(diǎn)是應(yīng)變點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性差。

　　由于在PDP的制程中，很多厚膜印刷及鍍膜材料的熱處理溫度均高于鈉鈣硅玻璃的應(yīng)變溫度，再加上燒結(jié)爐中存在的溫度不均性，使得降溫過程中的降溫速率不同，導(dǎo)致基板上涂敷的各種漿料與玻璃之間產(chǎn)生應(yīng)力，造成不可逆的玻璃扇形變形或彎曲變形。同時(shí)，基板玻璃的不均勻收縮既會(huì)造成像素錯(cuò)位，還會(huì)使得印刷困難。

　　3.2、PDP用基板玻璃的性能要求

　　3.2.1、熱學(xué)性能

　　熱穩(wěn)定性是PDP用基板玻璃的一項(xiàng)重要性能，PDP的基板玻璃的應(yīng)變溫度及轉(zhuǎn)變溫度要高于PDP制造工藝中的最高熱處理溫度。同時(shí)，基板玻璃的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與PDP的其它材料熱膨脹系數(shù)相匹配。

　　3.2.2、機(jī)械性能

　　隨著PDP電視尺寸的增大，基板玻璃的質(zhì)量增加，因此，要求基板玻璃在PDP電視的生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中，受到輕微碰撞時(shí)不應(yīng)發(fā)生形變或破裂。

　　3.2.3、化學(xué)穩(wěn)定性能

　　在生產(chǎn)中，PDP顯示器件會(huì)有很多道化學(xué)處理過程，要求基板玻璃在不同的化學(xué)材料侵蝕下不產(chǎn)生可見的缺陷，質(zhì)量損失很小，即具有較好的耐酸、耐堿性與抗風(fēng)化能力。

　　3.2.4、電學(xué)性能

　　基板玻璃主要是用來密封PDP顯示器件內(nèi)部的放電物質(zhì)，所以，必須保證器件內(nèi)部與外部的絕緣性，且保證玻璃中的堿成分不與透明導(dǎo)電薄膜電極發(fā)生反應(yīng)。

　　3.2.5、光學(xué)性能

　　在PDP顯示器件中，放電時(shí)產(chǎn)生的紫外線會(huì)激發(fā)前面板上的熒光粉產(chǎn)生顏色，因此，要求前基板玻璃的可見光透過率＞80%。

　　3.2.6、PDP用基板玻璃的生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵（例）

　　盡管PDP基板玻璃屬于鈉鈣硅玻璃，但其組成與普通的鈉鈣硅玻璃不盡相同，鑒于PDP顯示器件對(duì)基板玻璃性能與質(zhì)量的特殊要求，基板玻璃的生產(chǎn)工藝也有別于普通的鈉鈣硅玻璃。

　　PDP基板玻璃有含堿與無堿的兩大類，日本旭硝子的PD200基板玻璃屬于含堿玻璃，而康寧公司的基板玻璃屬于無堿玻璃。PDP基板玻璃屬于電子器件特種玻璃，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，大多數(shù)要達(dá)到光學(xué)級(jí)的要求。其生產(chǎn)工藝必須考慮能充分滿足產(chǎn)品的最終質(zhì)量要求。

　　由于在SiO2-AlO-B2O3-RO系統(tǒng)中引入了高溫易揮發(fā)的B2O3，生產(chǎn)控制難度很大，因此，大多數(shù)生產(chǎn)者均采用SiO2-AlO-RO-R2O系統(tǒng)。所以，在此討論玻璃的熔制和澄清時(shí)將主要針對(duì)SiO2-AlO-RO-R2O系統(tǒng)進(jìn)行論述。

　　PDP基板玻璃在熔化時(shí)，熔制溫度比傳統(tǒng)的鈉鈣硅玻璃高60℃以上，由于高溫高粘度，使得配合料熔化困難，氣泡難以排除。而用戶要求產(chǎn)品達(dá)到光學(xué)級(jí)，大于0.2 mm的氣泡不允許存在。因此，其熔制的難點(diǎn)主要在于澄清過程，那就需要選擇最佳的化學(xué)澄清劑和澄清工藝。玻璃生產(chǎn)中常用硫酸鹽與多價(jià)氧化物（如氧化砷、氧化銻等）做化學(xué)澄清劑。對(duì)于SiO2-AlO-RO-R2O系PDP基板玻璃而言，因?yàn)槭⒌娜劢鈺r(shí)間延遲，玻璃的熔化與澄清溫度較高、時(shí)間較長，因此，不宜采用硫酸鹽做澄清劑，而最好選用氧化銻+硝酸鹽+少量稀土氧化物做澄清劑。

　　目前，常用的澄清工藝是大澄清部延時(shí)澄清，浮法生產(chǎn)線基本上均采用這種方法，它是將熔窯的澄清部加長，延長玻璃熔液在該部位的停留時(shí)間，讓熔液中的小氣泡有充足的逸出時(shí)間。

　　3.3、PDP用基板玻璃的基本組成與主要性能參數(shù)

　　3.3.1、TFT-LCD用基板玻璃

　　3.3.2、用于TFT-LCD的基板玻璃

　　液晶顯示器件用基板玻璃是液晶顯示器件的重要組成部分，將液晶置于兩片經(jīng)加工的導(dǎo)電基板玻璃之間，依靠兩個(gè)電極間電場(chǎng)的作用，利用液晶分子扭曲向列的電場(chǎng)效應(yīng)，控制光的透射與遮蔽，在面板上產(chǎn)生明暗，將圖像和字符顯示出來，再加上彩色濾光片，即可顯示彩色圖像和字符。

　　TN與STN等無源距陣式LCD主要使用含堿基板玻璃，該類玻璃熱膨脹系數(shù)一般為85×10-7∕℃，應(yīng)變點(diǎn)溫度為510 ℃，密度為2.49g/cm3。而TFT有源距陣LCD主要使用無堿基板玻璃，該類玻璃熱膨脹系數(shù)為48×10-7∕℃，應(yīng)變點(diǎn)溫度為635 ℃，密度為2.77g/cm3。

　　TFT-LCD用基板玻璃屬于硼鋁硅酸鹽無堿玻璃，以SiO2為主，主要成分包括SiO2、Al2O3、B2O3等，它作為TFT與CF的承載體材料，具有低密度、低熱膨脹系數(shù)與高的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠承受強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的腐蝕及高溫等TFT-LCD生產(chǎn)環(huán)境。

　　TFT-LCD用基板玻璃具有高精密的表面平整度、高強(qiáng)度及優(yōu)異地應(yīng)力均勻性，能滿足苛刻的傳送、運(yùn)輸和加工，內(nèi)外缺陷均小于100μm，透過率大于90%。

　　3.3.3、TFT-LCD用基板玻璃的性能要求

　　3.3.4、尺寸精度

　　玻璃外形尺寸加工誤差≤0.1mm，玻璃厚度（在0.7mm時(shí)）誤差±0.03mm。

　　3.3.5、表面缺陷

　　玻璃表面無劃傷、無污點(diǎn)，氣泡或包裹體小于像素尺寸的幾分之一，缺陷面積最大為單個(gè)像素面積的25%。

　　3.3.6、熱性能

　　在TFT的制造過程中，基板玻璃要經(jīng)過反復(fù)多次加熱處理，要求玻璃在這個(gè)溫度下保持剛性，不能有粘滯流動(dòng)，否則會(huì)出現(xiàn)玻璃變形、降溫時(shí)產(chǎn)生二次熱應(yīng)力、玻璃尺寸發(fā)生變化等，因此，要求玻璃應(yīng)變點(diǎn)溫度保證大于625℃。

　　3.3.7、化學(xué)穩(wěn)定性

　　在TFT的制作過程中，要求基板玻璃具有較強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力，能確保TFT不受損傷。

　　3.3.8、熱膨脹系數(shù)

　　熱膨脹系數(shù)大小與玻璃的化學(xué)組成有關(guān)，應(yīng)控制在（30～40）×10-7/℃。

　　3.3.9、機(jī)械強(qiáng)度

　　在把基板玻璃分割成所需的顯示尺寸時(shí)，需要經(jīng)過多個(gè)工藝處理過程，這樣，玻璃應(yīng)必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，便于加工。

　　3.10、密度

　　為減輕顯示器的重量，除減小玻璃厚度外，還可以降低玻璃本身密度。 TFT基板玻璃要求密度小于2.6g/cm3。

　　3.11、堿含量

　　在玻璃的熱加工過程中，溫度低于350 ℃時(shí)，可選用含堿的鈉鈣硅基板玻璃，對(duì)于熱加工溫度大于600 ℃的顯示器件制造，必須選擇無堿玻璃。 TFT-LCD要求玻璃中的Na2O含量＜5×10-6。

　　3.4、TFT-LCD用基板玻璃的生產(chǎn)方法

　　TFT-LCD用玻璃基板的制程主要包括進(jìn)料、薄板成型及后段加工三個(gè)部分。