TFT-LCD玻璃基板制造方法

1、TFT-LCD玻璃基板制造方法：浮式法、流孔下引法、溢流熔融法2004-8-19目前在商業(yè)上應(yīng)用的玻璃基板，其主要厚度為0.7 mm及0.6mm，且即將邁入更薄( 如0.4 mm )厚度之制程。基本上，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(彩色濾光片剖面圖如圖一)。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(wú)堿玻璃兩大類(lèi)；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

2、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(wú)堿玻璃則以無(wú)堿硅酸鋁玻璃(Alumino Silicate Glass，主成分為SiO2、Al2O3、B2O3（氧化硼）及BaO（氧化鋇）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(guó)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

3、程。玻璃基板在T N / S T N、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(shuō)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)為目前最大的市場(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最低。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，

4、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，選取原料最佳配方，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)尺寸精度、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 Technol

5、ogy )、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(wàn)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

6、術(shù)分別說(shuō)明如下：( 1 )浮式法：為目前最著名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(lái)控制玻璃的厚度，隨著流過(guò)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

7、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(lái)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(wú)法達(dá)到所要求的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。舉例來(lái)說(shuō)，浮式法技術(shù)的一日產(chǎn)量幾乎可以滿(mǎn)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)之最適化就顯得相當(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?gòu)S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

8、具開(kāi)孔的大小來(lái)控制玻璃之厚度，其中溫度和流孔開(kāi)孔大小共同決定玻璃產(chǎn)量，而流孔開(kāi)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(wú)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(guò)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(wú)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

9、精確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(wèn)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

10、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(wú)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(guò)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。浮式技術(shù)(float technology) 流孔下引技術(shù)(slot bushing down draw) 溢流熔融技術(shù)(fusion overflow) 成分 鈉鈣硅玻璃 鈉鈣硅玻璃/鋇硼硅低堿 鋇硼硅低堿玻璃/ 玻璃/鋁硅酸鹽無(wú)堿玻璃 鋁硅酸鹽無(wú)堿玻璃產(chǎn)量(公噸/日) 400-700 5-20 5-20 熔爐建造所需空間 占地廣闊 所需面積較小，但需挑高 所需面積較小，但需挑高投資金額 大 中間 大建造時(shí)間(月) 18-24 15-18 15-18 拉出的方向 水平 垂直向下 垂直向下成型的介質(zhì) 液態(tài)錫 鉑銠合金流孔漏板 可供溢流的熔融幫浦成型之原理 利用液態(tài)錫與玻璃膏密度之差異 重力 重力厚度控制 熔爐的引出量、導(dǎo)桿施力的大小和水平方向玻璃平板的拉出速率 熔爐的引出量、流孔開(kāi)口的大小和下拉的速率 玻璃膏的溢流量和下拉的速率厚度范圍 0.5-25mm 0.03-1.1mm 0.5-