彩虹新设电子玻璃研究院关于显示用玻璃的详细参数和壁垒你了解多少？

彩虹新設電子玻璃研究院關于顯示用玻璃的詳細參數和壁壘你了解多少？

編輯：liuchang 2017-08-17 09:13:24 瀏覽：3513 來源：未(wei)知

　　近(jin)日(ri)，彩(cai)虹(hong)電子(zi)玻璃研(yan)究院在彩(cai)虹(hong)合肥產(chan)業基地(di)召(zhao)開成立大會，中國電子(zi)彩(cai)虹(hong)集(ji)團總經理(li)司(si)云(yun)聰，彩(cai)虹(hong)集(ji)團科學技(ji)術委員會主任委員郭盟權共同(tong)為(wei)彩(cai)虹(hong)電子(zi)玻璃研(yan)究院揭牌，并聘任苅(yi)谷浩幸為(wei)研(yan)究院院長。

　　那(nei)么(me)，關于顯(xian)示(shi)產品(pin)所使(shi)用的(de)玻璃你了解多少呢？

　　General of Glass Manufacturing

　　即便TFE 封(feng)裝技術和(he)柔(rou)性顯示(shi)技術越發火(huo)熱, 但(dan)是(shi)(shi)最少在(zai)現在(zai)的顯示(shi)屏(ping)生產中, 玻璃依然(ran)是(shi)(shi)其不可缺少的一(yi)個組成部(bu)分(fen)。

　　現階段(duan)柔(rou)性(xing)顯示依然(ran)需要(yao)在剛(gang)性(xing)玻(bo)(bo)璃(li)背板(ban)上制作而TFE 雖然(ran)可以從某(mou)種程度上取代封裝玻(bo)(bo)璃(li), 但是(shi)特別對于小尺寸屏幕(mu)來說, 堅固蓋板(ban)玻(bo)(bo)璃(li)依然(ran)是(shi)其運(yun)用(yong)場(chang)景中(zhong)必不(bu)可少的一(yi)個重要(yao)組成部(bu)分。

　　對(dui)于(yu)大尺寸的(de)TFT-LCD 面板, 其最(zui)(zui)少需要(yao)2 張玻璃(li)(li)(TFT+CF), 而對(dui)于(yu)OLED 其最(zui)(zui)少需要(yao)一張玻璃(li)(li)(TFT)。

　　即便是大行其道的小尺寸屏幕, 其在現階段(duan)依(yi)(yi)然(ran)對(dui)蓋板玻璃。可見玻璃在顯示(shi)中(zhong)的重(zhong)要性在未來幾(ji)年中(zhong)依(yi)(yi)然(ran)會保持不變。

　　Porter‘s 5 Forces 分(fen)(fen)析(xi)法可以(yi)用分(fen)(fen)析(xi)某(mou)行業甚至到具體公司未來的發展方向。在(zai)缺乏相關數據的情況(kuang)下, 僅在(zai)此(ci)進分(fen)(fen)析(xi)該行業的進入壁壘情況(kuang)。

　　和下游顯示屏制造相比, 顯示用的玻璃行業進入壁壘特點如下(1):

　　• 資金進入壁壘: 和下游顯示屏制(zhi)造相(xiang)比, 玻(bo)璃生產資金進(jin)入壁壘較低(di)。對(dui)于一條6 代TFT 基板(ban)玻(bo)璃產線的投資額大概在7 億左(zuo)右。

　　• 退出渠道: 與顯示屏(ping)制造相比(bi), 玻璃生產線(xian)比(bi)較容易推出(chu)和(he)轉型。

　　比如(ru)背板(ban)玻璃產線(xian)可以(yi)(yi)(yi)通過(guo)適量(liang)的(de)調整(zheng)后(hou)轉為蓋板(ban)玻璃的(de)同時,產線(xian)中鉑金(jin)設備(大(da)概占投(tou)資(zi)額(e)29% ~43%)可以(yi)(yi)(yi)變(bian)賣(mai)后(hou)回收。所(suo)以(yi)(yi)(yi)玻璃生產推出資(zi)金(jin)壓(ya)力不大(da)。

Fig 1 背(bei)板(ban)玻璃產線(xian)和蓋(gai)板(ban)玻璃產線(xian)之間的轉換(1)

　　當選擇將背(bei)板玻(bo)璃轉(zhuan)化為蓋板玻(bo)璃時(shi), 后續(xu)改(gai)造成(cheng)本并不很大。對(dui)(dui)于產線而言(yan)只(zhi)需要(yao)在(zai)掌握(wo)配方的同(tong)時(shi), 對(dui)(dui)產線進行(xing)一定的改(gai)造,改(gai)造時(shi)間1~2 個(ge)月。

　　(13 年康寧成功的將其(qi)臺灣(wan)基板產(chan)線(xian)逐步轉(zhuan)化(hua)為大(da)猩(xing)猩(xing)蓋板產(chan)線(xian))而對于(yu)蓋板玻璃(li)向(xiang)背板玻璃(li)轉(zhuan)化(hua)時, 其(qi)其(qi)后續(xu)投入(ru)改造成本升高的同時, 技術上也存在較(jiao)大(da)難度。

　　除(chu)去更改(gai)配方外, 玻璃(li)生(sheng)產爐(lu)要去除(chu)蓋板(ban)玻璃(li)生(sheng)產時帶來堿金屬污染的(de)同時, 還需要采用耐(nai)溫(wen)性更高的(de)設備。

　　一般改造(zao)時間需要數月(3 個月以上, 且業內實踐不多)。

　　• 技術壁壘: 一(yi)般而(er)言壁(bi)壘可以(yi)進(jin)一(yi)步分為準入(ru)技(ji)術壁(bi)壘和學習曲(qu)線壁(bi)壘(瞎掰的)。技(ji)術壁(bi)壘可以(yi)進(jin)一(yi)步分為:

　　設備壁壘:

　　玻(bo)璃生(sheng)產的核(he)(he)心設(she)備基本都有玻(bo)璃廠商自主研發(fa), 所以市(shi)場新(xin)入者很(hen)難買(mai)到現成(cheng)標準化設(she)備。設(she)備的核(he)(he)心不僅僅在(zai)設(she)備的設(she)計上, 設(she)備中的關鍵部件(jian), 如熔爐(lu)等設(she)備特性和加工精(jing)度亦對最(zui)終產品的良(liang)率產生(sheng)很(hen)大的影響(xiang)。

　　配方壁壘

　　配方為(wei)技術(shu)壁壘(lei)中的核心關(guan)鍵(jian)所在(zai)。比如在(zai)傳統(tong)玻(bo)璃中需(xu)要加(jia)入氧化砷來加(jia)速熔(rong)融玻(bo)璃中的氣泡排除(chu)。

　　但(dan)是砷作為(wei)一(yi)(yi)種(zhong)有毒(du)金屬, 其產品出口和(he)使用都(dou)受到一(yi)(yi)定限制。而無(wu)砷配方(fang)需要采取其他方(fang)式(shi)來去除(chu)氣(qi)泡, 則生產難度進一(yi)(yi)步加大(da)。

　　工藝壁壘

　　背(bei)板(ban)用玻璃對玻璃表面平(ping)整度和雜質含量(liang)要(yao)求較高(電子級)。一般(ban)浮法(fa)玻璃無法(fa)滿足其對平(ping)整度的要(yao)求, 而后段(duan)的碾磨優惠(hui)有引入新的雜質的風險(xian)。目前只有旭(xu)硝子能使用浮法(fa)制作基板(ban)玻璃。

　　而基板玻璃的主(zhu)流工藝依然為(wei)康(kang)寧主(zhu)導的溢(yi)流熔(rong)融法。溢(yi)流熔(rong)融法工藝壁壘高于浮法(需要對溫度和流速等多個參數進(jin)行精確調整)。

　　除去進入技術壁壘外, 背板玻璃的生產亦存在持續的學習曲線壁壘, 其具體表現在對于產品良率的提升和持續的對產品升級改進上。

　　Substrate Glasses in Detail

　　Type of Glasses

　　從現有(you)顯示產業來看, 無論是(shi)TFT-LCD 亦或AMOLED, 玻璃基板都是(shi)其生產所(suo)需的重(zhong)要(yao)材料(liao)。

　　根據(ju)顯示技術、器(qi)件(jian)結構和應用場景的(de)不(bu)同(如是(shi)否(fou)需要觸(chu)摸屏(ping)和觸(chu)摸屏(ping)技術的(de)不(bu)同), 會額(e)外需要單層或多(duo)層的(de)玻(bo)璃。

　　若僅考慮顯示屏本身, 則:

　　• AMOLED 中最少需要1 張(zhang)玻璃(li)基板: TFT-arrary 板(封(feng)裝可(ke)以采用蓋(gai)板玻璃(li)或者薄膜(mo)封(feng)裝)。

　　• TFT-LCD 中最(zui)少(shao)需要2 張(zhang)玻(bo)璃基板: TFT-arrary 板和(he)CF 彩(cai)膜板。

　　顯示屏生產用的玻璃可以按照其成分分為有堿玻璃和無堿玻璃, 而無堿玻璃根據As 和Sb 的含量不同又分為(3):

　　• 普通玻璃(li): As 和(he)Sb 含量(liang)≥0.1%。

　　• 綠(lv)色玻璃(li): As 和Sb 含量<0.1%。

Fig 3 Display 用玻(bo)璃分類

　　在PMLCD 中會采用鈉(na)堿玻(bo)璃(li)來降低(di)生(sheng)產成本, 但是在AM 型顯(xian)示(shi)器件中, 則不能采用鈉(na)堿玻(bo)璃(li)。

　　因為TFT 制(zhi)作時(shi)因為制(zhi)程溫(wen)度較高(> 300 ℃), 在(zai)高溫(wen)下鈉堿玻璃(li)中的(de)堿金(jin)屬離子會擴散(san)到薄(bo)膜(mo)中, 由此(ci)破壞TFT 的(de)特性并導致開關(guan)功(gong)能失效。

Table 1 顯(xian)示(shi)屏(ping)用(yong)的(de)玻璃分類(2)

　　Characteristics & Compositions

　　為了滿足顯示生產需要, TFT 用的玻璃需要滿足以下幾個參數(1):

　　• 高的(de)玻璃化溫(wen)(wen)度: 在顯示屏生產中, 特別是TFT 工(gong)藝(yi)中, 玻璃基板需要反(fan)復加熱處理。則要求基板在較高溫(wen)(wen)度下保持良(liang)好的(de)剛性的(de)同時避免粘滯流動。

　　• 良(liang)好的化(hua)學(xue)穩定(ding)性(xing): 玻(bo)璃(li)在使用前需要經(jing)過多重(zhong)清洗(xi)流程(cheng)(cheng)和刻蝕流程(cheng)(cheng)。常見的液(ye)(ye)體除去離(li)子(zi)水以外(wai)弱酸(suan)或弱堿型(xing)洗(xi)滌劑外(wai), 還包含光刻時(shi)會(hui)采(cai)用的蝕刻液(ye)(ye), 如。所以玻(bo)璃(li)需要較高的化(hua)學(xue)穩定(ding)性(xing)和耐腐蝕性(xing)。

Table 2 Display 生產中常(chang)用的幾種溶液(2)

　　極少的堿金屬含量

　　作為(wei)TFT 用的玻(bo)璃需(xu)要為(wei)無(wu)堿玻(bo)璃。此類(lei)玻(bo)璃中(zhong)特(te)別要避免1 價(jia)堿金屬, 比如(ru)(ru)Na、K 和Li 等(deng)。如(ru)(ru)果玻(bo)璃中(zhong)含有這類(lei)活潑的堿金屬, 在高(gao)溫工藝下(如(ru)(ru)PECVD)堿金屬會向外(wai)析出并進入(ru)薄膜, 從(cong)而影(ying)響器件的開關(guan)比。

　　良好的熱膨脹系數

　　在TFT 工藝中, 需(xu)要在較高的(de)(de)溫(wen)度(du)下在玻璃上沉(chen)積a-Si: H。為了保證a-Si: H 和(he)玻璃之間的(de)(de)粘附(fu)性和(he)產(chan)品的(de)(de)精度(du), 玻璃和(he)a-Si: H 之間的(de)(de)熱膨脹系數需(xu)要匹配。

　　一般TFT 用的玻璃基板物理參數如Table 3 所示。

Table 3 TFT-LCD 玻璃基(ji)板的(de)物理參數(2)

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　　一般TFT 用的玻璃基板成(cheng)分(fen)分(fen)為主(zhu)體材(cai)料和其他材(cai)料。

　　各種材料的成分和作用簡列如下(1):

　　玻璃骨架

　　玻(bo)(bo)璃的骨架主要為(wei)SiO2, 一(yi)般由石英粉(fen)的來。作為(wei)形成玻(bo)(bo)璃的主要材料SiO2 不僅僅可以降低玻(bo)(bo)璃的熱膨脹(zhang)系數和(he)密度,也(ye)可以提高(gao)玻(bo)(bo)璃的應(ying)變點。

　　如果SiO2 含(han)量過低(di)會降低(di)玻璃(li)的(de)耐酸性能(neng), 并(bing)容易(yi)導(dao)致方(fang)石英等缺陷。

　　增加化學穩定性

　　Al2O3 主要用于降低玻(bo)璃(li)的(de)(de)密度(du)和(he)(he)提高玻(bo)璃(li)的(de)(de)應變點、彈性模量(liang)和(he)(he)化(hua)學穩定性等(deng)。Al 進入玻(bo)璃(li)后可(ke)以(yi)和(he)(he)多余的(de)(de)O 相互配位, 最(zui)終起到修補網格的(de)(de)作(zuo)用。Al2O3 和(he)(he)SiO2 的(de)(de)含量(liang)時相互依賴的(de)(de)。

　　降低熱膨脹系數

　　主要材料為(wei)(wei)B2O3。B2O3 一般由(you)硼酸(suan)(H3BO3)引(yin)入。H3BO3 作為(wei)(wei)助溶(rong)劑來降(jiang)低(di)玻璃融化黏度(du), 但是當(dang)H3BO3 過高時, 容(rong)易降(jiang)低(di)玻璃的抗(kang)酸(suan)能(neng)力和應變點。

　　當B 和O 結(jie)合(he)時, 可以降(jiang)低玻璃的熱膨脹系(xi)數, 但是亦會對玻璃耐化學造成(cheng)(cheng)一定(ding)影響(xiang)。該材料的成(cheng)(cheng)分要(yao)求不(bu)高(gao)于(yu)10%。

　　保持應變點

　　SrO 可以(yi)用來(lai)保持應(ying)變點。SrO 主要(yao)由SrCO3 引入(ru)。其主要(yao)有在保持密(mi)度不(bu)增大的(de)同(tong)時, 不(bu)使得線膨脹系數增加和不(bu)使應(ying)變點下降過(guo)多的(de)特(te)性。

　　SrO 如(ru)果含(han)量過多, 會使得(de)玻(bo)璃耐酸性(xing)和耐堿性(xing)等化學性(xing)能下降。

　　穩定劑

　　銳化ZnO 作(zuo)為中間(jian)體氧化物主要用(yong)于穩定(ding)玻璃(li)結(jie)構、降低(di)玻璃(li)熱膨(peng)脹系數和提(ti)高玻璃(li)化學穩定(ding)性等(deng)作(zuo)用(yong)。

　　澄清劑

　　可(ke)以用SnO2 和(he)As2O3。由于As 有(you)毒性, 處于環保的考慮, 一(yi)般(ban)采用SnO2 取代As2O3 作(zuo)為澄(cheng)清劑。

　　降低爐溫

　　主要(yao)用K2O 和Na2O 等堿金(jin)(jin)屬氧(yang)化物來降低爐(lu)溫, 但是堿金(jin)(jin)屬的過(guo)多會導致TFT 的失效。所(suo)以(yi)為了得到(dao)沒有堿金(jin)(jin)屬的玻璃, 則需(xu)要(yao)使用高爐(lu)溫的熔(rong)爐(lu)。

　　其(qi)中(zhong)SiO2、Al2O3 和B2O3 為玻璃(li)(li)的(de)主(zhu)體材料(liao), 大(da)概占據玻璃(li)(li)總成份(fen)的(de)70%~80%。Table 4(2)和Table 5(1)分(fen)別為兩個文獻對Display 用玻璃(li)(li)成分(fen)的(de)詳細(xi)記錄。

Table 4 TFT-LCD 用(yong)玻(bo)璃(li)化學組成1(2)

Table 5 TFT-LCD 用玻璃(li)化(hua)學組成(cheng)2(1)

　　Production Method

Fig 4 Glass Manufacturing Flow

　　FDP 中玻璃可以(yi)分為前工(gong)序(前端(duan)(duan))和(he)后(hou)(hou)工(gong)序(后(hou)(hou)端(duan)(duan))。前端(duan)(duan)工(gong)藝主要是(shi)(shi)對(dui)(dui)玻璃基板進行制(zhi)作, 而后(hou)(hou)端(duan)(duan)主要是(shi)(shi)對(dui)(dui)前端(duan)(duan)制(zhi)作的基板進行切割(ge)、研磨和(he)拋光(guang)以(yi)滿(man)足FDP 制(zhi)作的需要。前端(duan)(duan)廠(chang)(chang)和(he)后(hou)(hou)端(duan)(duan)廠(chang)(chang)工(gong)藝相(xiang)對(dui)(dui)獨立且無需建設在(zai)一起, 一般后(hou)(hou)端(duan)(duan)廠(chang)(chang)會建設在(zai)FDP 面板廠(chang)(chang)附近(jin), 如此可以(yi)在(zai)降低成本的同時(shi)方便對(dui)(dui)產線的供應。

　　現在玻璃的生產方式主要為3 種, 浮法、狹縫下拉法和溢流熔融法。三種方法的產能和工藝如Table 6 所示。

Table 6 Making Methods(2) (3)