●     文/陜西咸陽 費民權西安啟譜集成電路系統有限公司 費悅

　　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，其質量和性能的優劣直接影響著平板顯示器件的品質，是平板顯示器件生產的關鍵原材料之一。因此，了解基板玻璃的特性對平板顯示器件的研發與生產有著一定的現實意義。本文將通過對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

　　基板玻璃通常被應用在光學技術、光電技術和能源技術等領域。在光電技術領域，基板玻璃主要應用在平板顯示器件、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顯示器件的基本結構；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、后玻璃基板均要經過多次一系列的高溫烘烤與燒結，通常這些燒結溫度為450～600℃，封接溫度為380～400℃，排氣最高溫度為350℃左右。因此，基板玻璃的熱穩定性對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，這種玻璃的顯著優點是價格便宜，且與現用的PDP材料相匹配；但其共同缺點是應變點低、熱穩定性差。

　　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變溫度，再加上燒結爐中存在的溫度不均性，使得降溫過程中的降溫速率不同，導致基板上涂敷的各種漿料與玻璃之間產生應力，造成不可逆的玻璃扇形變形或彎曲變形。同時，基板玻璃的不均勻收縮既會造成像素錯位，還會使得印刷困難。

　　3.2、PDP用基板玻璃的性能要求

　　3.2.1、熱學性能

　　熱穩定性是PDP用基板玻璃的一項重要性能，PDP的基板玻璃的應變溫度及轉變溫度要高于PDP制造工藝中的最高熱處理溫度。同時，基板玻璃的熱膨脹系數應與PDP的其它材料熱膨脹系數相匹配。

　　3.2.2、機械性能

　　隨著PDP電視尺寸的增大，基板玻璃的質量增加，因此，要求基板玻璃在PDP電視的生產和運輸過程中，受到輕微碰撞時不應發生形變或破裂。

　　3.2.3、化學穩定性能

　　在生產中，PDP顯示器件會有很多道化學處理過程，要求基板玻璃在不同的化學材料侵蝕下不產生可見的缺陷，質量損失很小，即具有較好的耐酸、耐堿性與抗風化能力。

　　3.2.4、電學性能

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

　　3.2.5、光學性能

　　在PDP顯示器件中，放電時產生的紫外線會激發前面板上的熒光粉產生顏色，因此，要求前基板玻璃的可見光透過率＞80%。

　　3.2.6、PDP用基板玻璃的生產工藝的關鍵（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顯示器件對基板玻璃性能與質量的特殊要求，基板玻璃的生產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，對產品質量要求很高，大多數要達到光學級的要求。其生產工藝必須考慮能充分滿足產品的最終質量要求。

　　由于在SiO2-AlO-B2O3-RO系統中引入了高溫易揮發的B2O3，生產控制難度很大，因此，大多數生產者均采用SiO2-AlO-RO-R2O系統。所以，在此討論玻璃的熔制和澄清時將主要針對SiO2-AlO-RO-R2O系統進行論述。

　　PDP基板玻璃在熔化時，熔制溫度比傳統的鈉鈣硅玻璃高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。而用戶要求產品達到光學級，大于0.2 mm的氣泡不允許存在。因此，其熔制的難點主要在于澄清過程，那就需要選擇最佳的化學澄清劑和澄清工藝。玻璃生產中常用硫酸鹽與多價氧化物（如氧化砷、氧化銻等）做化學澄清劑。對于SiO2-AlO-RO-R2O系PDP基板玻璃而言，因為石英的熔解時間延遲，玻璃的熔化與澄清溫度較高、時間較長，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澄清，浮法生產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間，讓熔液中的小氣泡有充足的逸出時間。

　　3.3、PDP用基板玻璃的基本組成與主要性能參數

　　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，將液晶置于兩片經加工的導電基板玻璃之間，依靠兩個電極間電場的作用，利用液晶分子扭曲向列的電場效應，控制光的透射與遮蔽，在面板上產生明暗，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一般為85×10-7∕℃，應變點溫度為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為48×10-7∕℃，應變點溫度為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、低熱膨脹系數與高的化學穩定性，能夠承受強酸、強堿的腐蝕及高溫等TFT-LCD生產環境。

　　TFT-LCD用基板玻璃具有高精密的表面平整度、高強度及優異地應力均勻性，能滿足苛刻的傳送、運輸和加工，內外缺陷均小于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）誤差±0.03mm。

　　3.3.5、表面缺陷

　　玻璃表面無劃傷、無污點，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，基板玻璃要經過反復多次加熱處理，要求玻璃在這個溫度下保持剛性，不能有粘滯流動，否則會出現玻璃變形、降溫時產生二次熱應力、玻璃尺寸發生變化等，因此，要求玻璃應變點溫度保證大于625℃。

　　3.3.7、化學穩定性

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

　　3.3.8、熱膨脹系數

　　熱膨脹系數大小與玻璃的化學組成有關，應控制在（30～40）×10-7/℃。

　　3.3.9、機械強度

　　在把基板玻璃分割成所需的顯示尺寸時，需要經過多個工藝處理過程，這樣，玻璃應必須具有一定的機械強度，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，可選用含堿的鈉鈣硅基板玻璃，對于熱加工溫度大于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用基板玻璃的生產方法

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

　　進料技術主要控制配方，確定玻璃的物理與化學特性，并注重有效降低玻璃的熔融溫度，使玻璃澄清，滿足實際應用之需求。

　　薄板成型技術關系到尺寸精度、表面性質和研磨加工等，滿足特殊的物理、化學特性要求。后段加工包括玻璃之分割、研磨、洗凈及熱處理等制程。基板玻璃主要的生產方法，分別是浮法、流孔下引法及溢流熔融法三種。表2是三種玻璃基板制作方法的比較。

　　⑴、氣泡：即玻璃中的可見氣體夾雜物

　　按大小分為灰泡（直徑＜0.8mm）和氣泡（直徑≥0.8mm）。

　　按形狀分為球形氣泡、橢圓形氣泡和線狀氣泡。

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