电子信息显示用超薄玻璃基板现状分析

建筑玻璃与工业玻璃２０１８，Ｎｏ　２　电子信息显示用超薄玻璃基板现状分析　建筑材料工业技术情报研究所　秦子川　１　引言　近年来，随着信息产业的迅猛发展，越来越多的　电子显示产品走进千家万户，手机、平板电脑、液晶　显示器等电子显示产品成为了人们工作生活中不可　或缺的必需品。其中，液晶显示器（ＬＣＤ）、等离子显　示器（ＰＤＰ）及触摸屏（ＴＰ）等高科技电子显示产品相　继面世【ｌ】，已使这种绿色环保平板信息显示产品成为　市场发展的主流，而生产这种平板显示所需的基础材　料——超薄玻璃，因其具有优越的性能，在信息产业　尤其是电子显示业占有非常重要的位置，目前没有其　它材料可以完全替代。随着电子显示产品轻量化、薄　型化发展，市场对超薄电子玻璃的工艺、产品又提出　了更高的要求，这不但是玻璃生产企业转型发展机　遇，更能促进玻璃技术发展和进步，也使得超薄电子　玻璃自然而然戴上了玻璃行业的皇冠。　虽然我国目前在超薄电子玻璃领域有了长足的　发展与进步，但高端产品市场仍主要由欧、美、Ｅｔ等　发达国家垄断，国内生产企业占据份额较小，产品主　要依赖进口。针对于此，在“十三五”国家重点专项　课题中，我国已组织相关企业、科研院所展开了对电　子信息显示用超薄玻璃的研究工作，全面吹响了我国　超薄电子玻璃研发与攻坚的集结号，这对于推动我国　玻璃行业转型升级、打破国外产品技术垄断、提升自　身产品市场占有率有着重要意义。　２超薄玻璃基板概述　２．１　超薄玻璃基板与液晶显示面板的关系　一般来说，玻璃按照厚度划分，可分为超薄玻　璃、普通玻璃和超厚玻璃等。超薄玻璃是指厚度在　０．１～１．１ｍｍ的玻璃。玻璃按厚度分类如表１所示ｌ１］。　电子信息用超薄玻璃基板厚度范围在０．１～　１．１ｍｍ之间，是液晶显示面板上游核心部件。进人２ｌ　世纪以来，平板显示技术得到了迅猛发展，并逐步取　代了传统的ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ一阴极射线管）型　表１玻璃按厚度分类　种类　厚度／ｍｍ　极超薄玻璃　＜０．１　超薄玻璃　０．１～１．５　薄玻璃　２～３　普通平板玻璃　４～８　厚玻璃　８～ｌ２　超厚玻璃　１２～１９　特厚玻璃　１９～３０　显示产品，在众多的新型平板显示技术中，ＴＦＴ—ＬＣＤ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ一薄膜晶体　管液晶显示器，又称为ＡＭ—ＬＣＤ（Ａｃｔｉｖｅ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ一有源矩阵型液晶显示器）成为主流的　彩色平板显示技术。ＴＦＴ—ＬＣＤ液晶面板因其有效显　示尺寸大、清晰度高、重量轻、环保性能好等优势逐　步受到消费者的认可，广泛应用于手机、平板电脑、　数字播放器、数码照相机、车载导航仪等小型终端显　示设备以及电视、笔记本电脑、台式机显示器等。　从组成结构看，通常的液晶面板包括偏光板、超　薄玻璃基板、彩色滤光片、配向膜、液晶材料、光学膜　片、Ｉｃ驱动电路等部分组成，如图１所示。　图１　ＴＦＴ—ＬＣＤ液晶面板结构图中玻璃基板位置示意　一块液晶面板通常要用两块超薄玻璃基板，位　于ＴＦＴ—ＬＣＤ显示器面板的上下两侧，分别作为：薄膜　一２３—　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｇｌａｓｓ　Ｎｏ　２　２０１　８　晶体管阵列的底板，使液晶保持一定厚度；彩色滤光　片的基板，承载驱动所必需的电极和开关元件。玻璃　基板不仅仅是两块玻璃那么简单，其内侧具有沟槽结　构，并附着配向膜，可以让液晶分子沿着沟槽整齐的　排列。　间体Ａ１　Ｏ　，同时含有许多网络外体，比如各种碱土金　属氧化物，导致玻璃的网络结构很复杂。基板玻璃的　结构是由玻璃的组成决定的，而玻璃的结构又决定玻　璃的性质，所以化学组成对基板玻璃的性能有着很重　要的影响。　从成本构成看，两块玻璃基板约占整个面板成本　的１５％～２０％左右。以４２寸液晶面板结构为例，其　一从性能角度来说，基板玻璃需满足以下几个必要　条件：　中玻璃基板成本约为１８％（其中彩色滤光片含有另外　块玻璃基板的成本）。虽然相对于背光模组而言，　（１）尺寸精度高。在制造ＴＦＴ—ＬＣＤ工艺中包括多　次精密光刻，因此要求基板玻璃在外形尺寸甚至边缘　玻璃基板的成本并不是最高的，但是却是生产难度最　大、技术含量最高的部分。具体成本构成如图２所示。　驱动电路，４％　其　【一＿　玻璃基板　８％　晶材料，４％　彩色滤光片，　２１％　（含另一片　偏光片，１０％　玻璃基板成本）　ＦＴ－ＬＣＤ液晶面　背　数据来源：建筑材料工业技术情报研究所　图２　ＴＦＴ—ＬＣＤ液晶面板各组件成本占比　２．２超薄玻璃基板的成分及性能要求　超薄玻璃基板对显示器产品性能的影响也十分　显著，显示器的分辨率、透光率、重量及视角等关键　技术指标都与基板玻璃密切相关，ＴＦＴ—ＬＣＤ液晶面　板的性能和质量在很大程度上取决于基板玻璃，因　此，超薄基板玻璃也成为ＴＦＴ—ＬＣＤ发展的主要制约　因素。　按照组成成分的不同，超薄玻璃分为有碱玻璃　和无碱玻璃。有碱和无碱的区别在于碱金属氧化物　（Ｎａ　Ｏ，Ｋ　Ｏ一钠、钾）的含量，碱金属氧化物总含量在　０．１％以上的称为有碱玻璃，０．１％以下的称为无碱玻　璃。有碱玻璃以钠钙玻璃为主，无碱玻璃以无碱铝硅　酸盐玻璃为主。　对于ＴＦＴ—ＬＣＤ显示面板用基板玻璃，由于其在　高温处理过程中碱金属离子可能通过阻隔层，造成栅　介电材料的污染，进而破坏半导体材料薄膜，缩短显　示器的寿命，所以超薄玻璃基板是一种与普通钠钙硅　玻璃完全不同的新型高技术玻璃，主要采用无碱铝硼　硅酸盐玻璃。在ＳｉＯ２一Ｂ２Ｏ３一Ａ１２Ｏ　一ＲＯ（Ｒ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、　Ｂａ）玻璃系统中，存在网络形成体ＳｉＯ　，Ｂ　Ｏ　和网络中　一２４一　的加工精度达到０．１ｍｍ，对基板玻璃的表面平整度和　厚度要求也都非常严格，这些尺寸精度都将直接影响　到电场和像素，使显示器产生灰度和色彩不均匀。　（２）热稳定性高。热稳定性包括耐热性和热收缩　两个方面：耐热性是指ＴＦＴ—ＬＣＤ基板玻璃的应变点　温度需要大于６５０￣Ｃ。在ＴＦＴ—ＬＣＤ制造工艺中，基板　玻璃需要经过反复多次的热处理，最高的加热温度　达到６２５￣（２，这就要求基板玻璃在这一温度下需要保　持良好的刚性，不能有任何的粘滞流动现象，即应变　点温度要大于６２５￣Ｃ，否则会造成基板玻璃的尺寸变　化。为了使工艺过程更加保险，一般要求基板玻璃的　应变点温度大于６５０％为佳。热收缩主要是指在制造　ＴＦＴ—ＬＣＤ工艺过程中基板玻璃应具有较高的高温热　加工性和成形的几何稳定性，特别是要保证在急冷状　态下玻璃的收缩性要小，这对于尺寸逐渐增大的显示　器来说，控制基板玻璃的热收缩性就变得越来越重要　了。　（３）耐化学腐蚀性好。在ＴＦＴ—ＬＣＤ制造过程中，　基板玻璃需要经过多种化学溶液的清洗和蚀刻，包　括浓度约１０％的缓冲氢氟酸溶液（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ　Ｈｙｄｒｏ　Ｆｌｕｏｒｉｃａｃｉｄ—ＢＨＦ）等。为避免玻璃中成分的析出，基　板玻璃必须具有良好的耐化学腐蚀性。　（４）表面和内部缺陷少。ＴＦＴ—ＬＣＤ基板玻璃要求　具有良好的表面和内部质量，在制造电路的表面应该　没有任何的划伤和缺陷，内部的气泡和其他玻璃缺陷　应足够小到不能影响显示器的显示图像的质量。成　形后的基板玻璃的质量极为重要，不能存在结石、条　纹、气泡、应力等缺陷。　（５）适宜的热膨胀系数。在ＴＦＴ—ＬＣＤ制造的工艺　中，ＴＦＴ—ＬＣＤ基板玻璃的热膨胀系数须与薄膜晶体　管阵列中多晶硅和无定形硅材料相匹配，以抵消玻璃　受热膨胀而产生的热应力，如果基板玻璃与多晶硅或　无定形硅材料之间的膨胀系数差异过大，在热处理过　程中，基板玻璃板将发生翘曲。沉积基板玻璃上的硅　建筑玻璃与工业玻璃２０１８，Ｎｏ　２　在低温约３００￣Ｃ下以非晶硅（ａ—Ｓｉ）的形式存在，无定　形硅随后经过约６００￣Ｃ温度的处理进行部分重结晶形　成多晶硅（ｐ—ｓｉ）。热膨胀系数取决于无定形硅与多晶　硅的比例，即膨胀系数可在３．２ｘ　１０—６／Ｋ到３．８×１０—６／Ｋ　之间变化，当基板玻璃上的结晶硅层经过７００￣Ｃ以上　板的专利，该工艺是将熔化并澄清好的均质玻璃液导　人到铂合金所制成的流孔漏板槽中并从槽口向下自　由流出。　流孑Ｌ下引法的成形尺寸容易控制，特别是生产厚　度０．６ｍｍ以下的特殊用途的超薄玻璃有其独特的优　越性，可用来生产特殊用途的小尺寸玻璃基板。缺点　的高温处理时，要求基板玻璃应具有明显减小的热膨　胀系数，３．２×１０—６／Ｋ或更小。　（６）轻质高强度。要求密度２．５５ｇ／ｅｒａ　，高强度（杨　氏模量／６８ＧＰａ）。在大尺寸屏幕发展的趋势下，基板　是生产出的玻璃宽度不能太大，另外铂金属无法承受　较高的机械应力，工作中流孔容易变形导致玻璃厚度　不均匀，平整度比较差，目前该工艺已面临淘汰。因　玻璃也向大型化、薄型化发展，由于ＴＦＴ—ＬＥＤ在加工　过程中，基板玻璃是水平放置的，玻璃在自身重力作　用下，有一定程度的下垂和翘角，下垂的程度与玻璃　本身的密度成正比，与玻璃的杨氏模量成反比。对于　大屏幕结构的显像器的总重量应保持低水平，为了降　低显示器的总重量，因此应使基板玻璃有尽可能低的　密度和尽可能高的杨氏模量［１－２］０　ａ—Ｓｉ　ＴＦＴ—ＬＥＤ与Ｐ—Ｓｉ　ＴＦＴ—ＬＥＤ液晶面板对玻璃　基板的相关性能要求如表２所示。　表２　ＴＦＴ—ＬＣＤ液晶面板对玻璃基板的要求　性能指标　ａ—Ｓｊ　ＴＦＴ—ＬＣＤ　ｐ－Ｓｉ　ＴＦＴ－ＬＣＤ　（非晶硅）　（多晶硅）　表面粗糙度／　ｍ　０．００５—０．０１　Ｏ．００５～０．０１　波纹度／　ｍ　＜０．１　＜Ｏ．１　翘曲度／　ｍ　＜１００　＜１００　厚度偏差，　ｍ　＜１０～３０　＜１０～３０　缺陷／　ｍ　＜５　＜５　热收缩／ｐｐｍ　＜１Ｏ　＜１　最大加工温度　３００～４００　６００～ｌ００Ｏ　３超薄玻璃基板的工艺及产品现状　３．１　国内外工艺及产品现状　玻璃基板作为一种无碱硼铝硅酸盐玻璃，组成中　不含碱金属氧化物，故窑炉熔化温度高达１６５０￣Ｃ。而　高ＡＩ　Ｏ　含量又使得玻璃液的高温粘度较大，成形的　温度范围较窄，所以原料必须用专用的窑炉来熔化，　也只能用特殊的成型系统成型。　从工艺角度来说，电子信息用超薄玻璃基板的成　型生产方法有三种，分别是流孔下引法、熔融溢流法　以及浮法。　从国外来看，目前全球厂商主要采用的生产工艺　方法主要有两种：美国康宁和日本电气硝子采用的熔　融溢流法以及日本旭硝子采用的浮法。　（１）流孔下引法　日本电气硝子拥有流孔下引法制造超薄玻璃基　此，日本电气硝子也在转变生产工艺，目前其主要采　用熔融溢流法生产超薄玻璃基板。　（２）熔融溢流法　美国康宁公司与日本电气硝子采用熔融溢流法　制造超薄玻璃基板，该工艺是将熔化并澄清好的均质　玻璃液从溢流槽的一侧引入溢流槽中，待玻璃液充满　溢流槽后，从槽顶部沿着两个侧面流下并在底部汇合　在一起形成单一平板，在重力作用下向下拉引，溢流　槽的结构尺寸经过精密的设计，其长度方向即为玻璃　板的宽度方向；在拉引点附近玻璃板的两侧设置冷却　或加热装置，通过温度的调控来精确地控制玻璃基板　的厚度。　熔融溢流法的优点是由于在成形过程中玻璃板　的两个表面不与成形设备的任何部位如金属或耐火　材料接触，所以其表面质量达到了非常高的水平，可　免除研磨或抛光，同时在平面显示器制造过程中，也　无需考虑同时具有原始表面及与液态锡有接触的不　良玻璃表面，或因为研磨介质有接触而造成的玻璃表　面性质差异等问题，并且适用于多种玻璃组分。缺点　是产量小，而且受溢流槽的尺寸所限板宽比较窄，通　常不足浮法的一半。　（３）浮法　日本旭硝子主要采用浮法工艺制造超薄玻璃基　板，该工艺的原理与普通的浮法成形工艺原理基本一　致，是将熔窑中熔融玻璃液送人液态锡槽中，在玻璃　液表面张力和自身重力的作用自然摊平，然后利用拉　边机拉薄，冷却后得到所需厚度及宽度的玻璃带。　浮法成形最大的优势是可生产出非常宽的合格　板，而且上表面平整度也非常好，可适应于各种基板　的成形。但其缺点是，由于在锡槽成形过程中玻璃下　表面不可避免的与融熔的金属锡接触，在高温下金属　锡离子进入了玻璃体中会对玻璃性质造成较大影响，　需要进行抛光处理，增大了工艺难度。超薄浮法对工　艺参数的控制和设备要求高，生产难度大，需要根据　一２５—　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｇｌａｓｓ　Ｎｏ　２　２０１　８　玻璃液的表面张力、粘度和重力等参数以及所需玻璃　的厚度，通过精确的数值计算，确定拉边机、牵引机　的工艺参数，利用拉边机和牵引机克服玻璃液中重力　和表面张力的作用，制备出合格的超薄浮法玻璃。在　基板玻璃大尺寸化趋势下，浮法工艺更具优势，但这　需要进一步改进设备和工艺参数以及通过改变玻璃　组成达到更优越的工艺性能。　表３为超薄基板玻璃三种工艺方法对比。　表３基板玻璃三种工艺方法对比　工艺方法　熔融溢流法　浮法　流子Ｌ下引法　玻璃类型　无碱玻璃　有碱或无碱　有碱或无碱　玻璃　玻璃　无碱铝硅酸盐　钠钙玻璃／无　钠钙玻璃／无　组分　玻璃／低碱钡　碱铝硅酸盐玻　碱铝硅酸盐玻　硼酸盐玻璃　璃　璃／低碱钡硼　酸盐玻璃　成形介质　溢流成形砖　液体锡　铂铑合金漏斗　成形原理　重力　锡液与密度　重力及下拉力　差异　成形面积　中大面积　大面积　中小面积　拉引方向　垂直向下　水平拉引　垂直向下　厚度范围　０＿３～２．５ｒａｍ　０．１～２５ｒａｍ　０＿３—１．１ｍｍ　玻璃液的溢流　熔窑的拉引量、　熔窑的拉引量、　厚度控制　量和下拉速度　拉边机作用力、　流孔开口大小　水平拉引速度　和下拉速度　表面特性　表面特性较易　表面易产生伤　表面易不平坦　控制　痕和沾锡　高质量　表面　双面　单面　无　后续加工　最低，无需处　居中，一面需要　最高，两面都　程度　理　处理　需要处理　产量　５～２０ｔ，ｄ　１Ｏ０～１２Ｏ０ｔ，ｄ　５～２０ｔ／ｄ　投资成本　大　大　居中　ＴＦＴ—ＬＣＤ玻　璃基板ＴＮ、触摸　显示玻璃基板、ＳＴＮ型液晶　主要应用　屏及ＯＬＥＤ等　触摸屏玻璃基　、　均可　Ｉ基板等　ＴＯ导电玻璃　板等　从产品现状来看，目前全球超薄玻璃基板市场主　流产品主要包括康宁Ｅａｇｌｅ系列、Ｊａｄｅ系列以及Ｌｏｔｕｓ　系列玻璃基板、旭硝子ＡＮ　Ｗｉｚｕｓ和ＡＮ１００系列玻璃　基板以及电气硝子ＯＡ系列玻璃基板等，如表４所示。　从国内来看，目前我国从事电子信息用超薄玻璃　基板生产制造的企业主要有凯盛集团、成都光电、南　玻集团、东旭光电、彩虹集团等。　凯盛集团有限公司主要采用浮法工艺制造超薄　玻璃基板，目前已成功实现了０．５ｒａｍ、０．４ｒａｍ、０．３ｍｍ　ＴＦＴ—ＬＣＤ玻璃基板和０．２～１．１ｍｍ之间全系列超薄浮　一２６一　表４　目前超薄玻璃基板主流产品　厂商　系列　产品　Ｅａｇｌｅ２０００　Ｅａｇｌｅ系列　Ｅａｇｌｅ（ＸＧ）　Ｅａｇｌｅ（ＸＧ）Ｒ　ｓｌｉｍ　康宁　Ｌｏｔｕｓ　Ｌｏｔｕｓ系列　ＬｏｔｕｓＸＴ　Ｌｏｔｕｓ　ＮＸＴ　Ｊａｄｅ系列　Ｊａｄｅ（ＴＭ）　ＡＮ１００　旭硝子　ＡＮ系列　ＡＮＷｉｚｕｓ　０Ａｌ０Ｇ　电气硝子　ＯＡ系列　０Ａ１１　法电子玻璃的工业化连续稳定生产，产品已在国内　２０余家知名厂商应用，在一定程度上替代了进口产　品。　此外，在２０１７年４月２８日，凯盛集团成员单位　蚌埠玻璃工业设计研究院采用浮法工艺成功拉引　０．１５ｒａｍ超薄电子玻璃；２０１７年５月２３日，成员单位成　都中光电科技有限公司采用熔融溢流工艺，生产出国　内首片０．１ｍｍＴＦＴ—ＬＣＤ玻璃基板，这是成都中光电继　２０１６年５月０．３ｍｍＴＦＴ—ＬＣＤ玻璃基板成功量产，０．２ｍｍ　ＴＦＴ—ＬＣＤ玻璃基板成功下线之后，在ＴＦＴ—ＬＣＤ玻璃　基板生产技术上的又一次重大创新和技术突破，并刷　新了我国超薄电子玻璃薄型化的纪录。　东旭光电与彩虹集团主要采用熔融溢流＿丁艺制　造超薄玻璃基板，也是目前为数不多的采用熔融溢流　法工艺的制造商，其中，东旭光电目前已成为继美国　康宁、日本旭硝子和电气硝子之后的全球第四大超薄　玻璃基板厂商；彩虹集团目前产品良品率有了很大提　高，已接近美国康宁的良品率水平。　南玻集团主要采用浮法工艺制造超薄玻璃基板，　目前也已实现了厚度从０．２　１．１ｍｍ之间产品的全面　量产。　３．２工艺难点　由于超薄玻璃厚度很薄，性能要求高，和通常的　平板玻璃或工业玻璃相比，工艺环节或许相似，但前　者对产品的各项要求极高，生产制造极其困难，主要　技术难点表现在：原料配方、熔化、成形、退火、切裁、　堆垛以及各辅助生产设施等多个方面，以下仅就原　料、熔化、成形作简要说明。　（１）原料配方：对于超薄玻璃基板厂来说，具体的　原料配方是最高机密。在技术的发展过程中，成熟的　建筑玻璃与工业玻璃２０１８，Ｎｏ　２　配方为了避免其他公司的使用，会通过申请专利的方　式进行保护，而对于还在研发过程中的新配方就成为　了公司最隐秘的信息。目前，全球几家超薄玻璃厂都　有几十年的研发和生产积累经验，配方的隐秘性使其　成为进人该行业的壁垒。　超薄玻璃对原料杂质的含量、硅质原料批次间化　学成分稳定性和原料粒度组成等控制非常严格。以　Ｔ　一ＬＣＤ液晶显示用玻璃基板为例，其和通常的建　筑玻璃或汽车玻璃相比，两者的原料配方相差很多，　日常用的建筑玻璃或汽车玻璃属于钠钙玻璃，主要　原料有石英砂、纯碱、长石、白云石、芒硝、碎玻璃等，　而液晶显示用玻璃基板则不同——由于ＴＦＴ—ＬＣＤ面　板在制造过程中需要真空蒸镀与蚀刻，所以要求玻璃　基板必须耐高温、耐强酸强碱；在加温冷却过程中，　玻璃基板不可避免会出现膨胀／收缩与变形问题，对　于高精密的液晶面板来说，即使是微米级的变化都是　难以接受的。因此，ＴＦＴ～ＬＣＤ液晶玻璃基板生产所　用主要原料改碱土金属为硼铝硅酸盐，因为它具有较　低的热膨胀系数与较高的热稳定性。　（２）熔化：熔炉的溶解、澄清要求极高。气泡问题　是任何玻璃生产者都必须面临的问题，而液晶显示用　玻璃基板对气泡的容忍度极低，因为即使是肉眼难以　看到的微小气泡都可能对薄膜晶体管（ＴＦＴ）造成破坏　而在液晶显示屏上形成“坏点”。气泡产生的原因很　多，包括熔化能力不足、温度不够、澄清不良等。解　决气泡问题，需要在温度控制、玻璃液流速、窑压等　方面进行有效控制。超薄玻璃的引拉量一般较低，只　有普通玻璃的３４％一６６％，但控制精度要求非常高，　是普通的多倍。温度控制方面，流道温度波动小于　±０．５℃，窑压波动小于±０．５Ｐａ。为保证玻璃质量的　稳定，熔窑的设计及结构参数的确定往往要通过大量　的计算机模拟与生产实践验证，其运营控制系统也需　专门开发对应的“专家系统”进行实时回路监控和参　数调节。　（３）成形：兼顾平坦度与缺陷抑制、厚度与均匀性　是核心难点，以浮法生产超薄玻璃为例，成形是通过　热场控制玻璃液的黏度，利用拉边机把玻璃液向两边　拉开，直到达到预期的厚度。在成形过程中有几大难　题：一是需要兼顾玻璃平坦度与缺陷抑制矛盾。成形　过程中，为达到玻璃平坦化的要求，需要调整流速较　快部分加热器的输出功率，但较低的成形温度往往会　引发缺陷数量的大幅增加。因此，兼顾玻璃平坦度与　缺陷抑制成为超薄浮法玻璃所面临的两难问题。二　是需要兼顾玻璃厚度与均匀性矛盾。随着生产玻璃　厚度的下降，所需拉边机对数也不断增加，其伴生的　负效应也随之增多，也会影响玻璃成形质量。拉边机　数量增加对玻璃质量的影响包括：ａ．容易导致边缘温　度明显低于中部温度，造成中部“过流”，加剧超薄玻　璃横向厚度差；ｂ．拉边机数量增多意味着更长、更宽　的拉薄区，热场与流场均匀性的控制难度增加；ｃ．随　着拉边机数量增多，可能出现横向拉伸、横向收缩、　再横向拉伸的情况，导致玻璃带忽宽忽窄，对玻璃的　稳定控制带来非常不利的影响。成形作为超薄玻璃　生产最关键、最核心的阶段，为了有效达到产品质量　要求，从研究、理论、设计、施工以及后续生产制度、　参数、操作都要科学、严谨、周密、细致，尤其是通过　实践再完善、夯实基础理论更加重要。　４超薄玻璃基板的市场现状　４．１产业链分析　ＴＦＴ—ＬＣＤ液晶面板产业链分为上游、中游、下游　三部分。上游包括了超薄玻璃基板等面板相关组成　材料的生产；中游是面板的生产组装；下游是显示终　端如电视、显示器等相关消费型电子产品的生产。产　业链构成如图３所示。　图３液晶面板产业链关系　此外，在液晶面板产业中，还涉及到一个Ｇ代关　系的概念。行业通常所说的ｃ代线就是根据玻璃基　板的大小尺寸决定了液晶面板的代数。不同的代数　适合切割不同尺寸大小的面板，尺寸越大，世代越高。　但其中也涉及到一个切割经济性的问题，因此要考虑　到市场对某个尺寸面板的需求情况才能决定某世代　线是否适合切割多少尺寸的面板较为经济合理。　从工艺上来说，虽然不同世代玻璃基板之间的生　产配方虽然相类似，但高世代玻璃基板对工艺与技术　一２７—　Ａｌ·‘·ｈｉｌｅｃｔｕｒａｌ＆Ｆｕｎｃｔｉ（ｒｅａｌ（；ｌａｓｓ№２　２０　ｌ　８　有着更高的要求　低世代玻璃基板大多采用溢流熔　融法制造，而高世代玻璃基板面积较大，不仅需要更　精细的制造技术，更需要更完善的后期处理与切割技　术．溢流熔融法往往难以制造出如此高标准的产品，　此Ｇ８．５代玻璃基板通常将采用浮法来制造。　４．３供需分析　从供需端来看，Ｆ｝１于玻璃基板的投产更多的是根　据下游面板厂商的建设情况进行配套，在全球范用　内，玻璃基板产业未来几年整体将保持稳定增长。　从应用领域来说，６代及以下玻璃基板产品主要　供给端：随着全球各地新产线陆续投产，预计从　２０１６年到２０１８年玻璃基板产量将以年平均２．７％的　增速增加，至２叭８年全球超薄玻璃基板产量将达５．１８　亿平方米。２０１３～２０１８年超薄玻璃基板产量如　８　所示　■产量　单位：　『１－ｊ于ｑｌｄ，型面板的切割使用，一般用于手机、平板电　脑等；而８．５代及以上液晶面板以经济高效的切割大　』　寸液晶　示屏为主，主要用于５０～６５英寸液晶电　视等　表５为玻璃基扳　寸与液品面板代数的关系。　表５玻璃基板尺寸与液晶面板代数的关系　代数　（　ｌ　（　２　玻璃基板尺／ｍｍ　３２０×４００　３７０×４７０　主要应用范围　９寸以下移动专川产品　９寸以下移动专川产品　百万平方米　（　３　（；４．５　‘：５　（　６　５５０×６５０　７３０×９２０　ｌｌ００×ｌ３００　ｌ５寸以下移动专川产品　１５寸以下移动专用产品　Ｉ８～３２寸笔记本、　示器、电视　数据来源：ＩＨＳ　图８　２０１３—２０１８年全球超薄玻璃基板产量　需求端：得益于液品电视平均尺寸的提升，预计　从２０１６年到２０１８年玻璃基板面积需求将以年平均　４．５％的增速增加，至２０１８年全球超薄玻璃基板需求　量将达５．６Ｉ亿平方米　２０１３—２０１８年超薄玻璃基板　需求量如图９所示。　ｌ５００×ｌ８０（）（１８５０）　１８～３２寸　示器、电视　（　７（７．５）　Ｇ８．５　Ｇｌ０　１８５０（１９５０）×２２５０　２２ｏ０×２５００　２８８０×３ｌ３０　３２　４２寸电　３２　６０寸电视　４０寸以上电视　Ｇ１　ｌ　３０００×３３２０　５０寸以上电视　４．２市场占有率　超溥玻璃基板行业属于典型的技术密集型和资　本密集型行业，制造Ｔ艺复杂，高技术门槛，核心技　术只被少数同家和企业所掌握。　从市场　有率看，目前全球基板的主要供应商　有美同康宁、日本旭硝子、日本电气硝子等，这三家　企业占据了全球超薄玻璃基板市场份额的９５％以上，　其巾康宁一家就ｆ　据了５０％的份额．如图７所示。　ｆ　数据来源：ＩＨＳ　图９　２０１３—２０１８年全球超薄玻璃基板需求量　此，总体看全球玻璃基板的供需基本保持平　衡，但存在着局部尺寸供需失衡的可能性。　４．４生产线分布　随着全球新型显示产业演变，液晶面板产业已逐　步过渡到韩周、中周台湾及中　大陆。日前，平板电　视、智能手机等消费品驱动的　示面板产业，已形成　巾国、韩国、日本以及巾围台湾地区为主要产地的格　局。因此，从全球范围来看，超薄玻璃基板厂商基本　都在液晶面板厂商周围建厂布局，主要原因是考虑到　玻璃基板高昂的运输成本。　康宁作为美同５００强企业，是玻璃基板行业龙头，　数据来源：Ｔｏｕｃｈ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｒｅｓｔ＇ａｒｃｈ　其液晶显示器用基板玻璃在全球的市场占有率达到　图７全球玻璃基板市场占有率　一５０％　康宁　示科技部的产品主要应用于液晶显示　２８一　建筑玻璃与工业玻璃２０１８，Ｎｏ　２　和有机发光二极管显示器的玻璃基板。２０１５年，康　宁先后宣布在中国重庆、合肥投资建设新的８．５代和　表６康宁、旭硝子及电气硝子在全球生产线分布情况　玻璃基板　生产国生产商　地区　、厂址　静冈、大阪　天安、龟尾　下游客户　夏普　三星、ＬＧ　１０．５代玻璃基板工厂；２０１７年５月，康宁与中国彩虹　股份签订合作备忘录，双方将共同出资在中国成立合　资企业，建设和运营Ｇ８代及以上ＬＣＤ玻璃基板后段　生产线，其中彩虹股份占有合资企业５１％股权。双　康宁　日本　韩国　中国台湾　中国大陆　日本　方合资建设８代及以上ＬＣＤ玻璃基板后段生产线项　目，这是康宁首次在中国境内与国内企业就玻璃基板　台南、台中、　友达、华映、　南科　彩晶　北京、重庆、　京东方合肥　龙腾　、事项进行合资。截至目前，康宁在中国大陆地区总投　关西日立、ＮＥＥ、　资额已达数十亿美元。　旭硝子目前是全球最大的玻璃制品公司之一，　其液晶显示器用基板玻璃在全球的市场占有率达到　２５％左右。２０１５年４月，旭硝子显示玻璃（惠州）有限　公司成功落户仲恺高新区，占地约１３万平方米，分两　期建设。项目总投资５亿美元，全部工程投产后，年　产值超过２０亿元人民币。２０１７年４月２８日，旭硝子　与华星光电共同投资建设的第１　１代新型电子显示玻　璃项目正式开工。该项目选址在深圳市光明新区，位　于华星光电第１　ｌ代ＴＦＴ—ＬＣＤ及ＡＭＯＬＥＤ新型显示器　件生产线建设项目园区内，占地７．８万平米。项目由　日本旭硝子与华星光电共同投资，一期投资额为３Ｏ　亿人民币，拟建设１条Ｇ１　１玻璃基板（３３７０×２９４０ｍｍ）　后段研磨加工生产线，最大产能为１８万片／月，产　品主要为华星光电Ｇ１１项目配套。一期项目计划于　２０１９年第一季度投产。　电气硝子是全球三大液晶基板玻璃供应商之一，　其液晶基板玻璃在全球占有率超过２０％。２０１４年１月，　电气硝子与厦门火炬高新区签约，落户火炬（翔安）产　业园，建设投资８．５代Ｔ　液晶基板玻璃的制造工厂，　项目规划为三期，其中一期和二期总投资约７８０亿日　元（约４０亿元人民币）。据悉，电气硝子液晶基板玻璃　一期项目于２０１６年１月１２　Ｈ正式投产。随后启动了　二期建设，计划新增三条８．５代玻璃基板生产线。一　期与二期都达产后，预计每年可制造２７００万平方米　的基板玻璃，年产值超过１５亿元。电气硝子液晶基　板玻璃二期项目计划于２０１８年初投产。同时，２０１５　年６月，电气硝子投资的第８．５代ＴＦＴ—ＬＣＤ玻璃基板　项目在南京开发区“中国南京液晶谷”开工建设，投　产后，该项目每年可生产１８０万片玻璃基板。值得一　提的是，２０１１年，电气硝子就展示过１１代线尺寸的玻　璃基板。　表６为美国康宁、日本旭硝子及电气硝子围绕下　游液晶面板厂商，生产线在全球的分布情况。　、兵库　富士通　旭硝子　韩国　龟尾　ＬＧ　中国台湾　云林、乡兴　友达　中国大陆　昆山、惠州、深圳　　龙腾、三星　日本　滋贺　韩国　坡州　ＬＧ　电气硝子　中国台湾　友达、胜华　中国大陆　上海、厦门、　上广电、　南京　中电熊猫　数据来源：建筑材料工业技术情报研究所　从国内来看，我国玻璃基板厂商经过多年积累，　目前主要有彩虹股份，东旭集团和凯盛集团等，相比　于国外几家公司以８．５代线为主，国内三家厂商生产　线仍以Ｇ５代线和Ｇ６代线为主，占据了其大部分产能。　由于技术壁垒和较高的成本限制，国内８．５代线玻璃　基板生产仍基本被康宁、旭硝子和电气硝子所垄断。　东旭光电是国内最大的液晶玻璃基板生产商，目　前拥有Ｇ５代和Ｇ６代线共计２Ｏ条，其中，ｌ０条Ｇ５代　线已全部实现量产；位于安徽芜湖的Ｇ６代线已有５　条生产线实现量产，第６条已　火，剩余产线会根据　市场需求陆续点火。此外，东旭光电与日本电气硝子　合作，于２０１６年３月在福建省福清市投资７０亿新建　的Ｇ８．５代线已于２０１７年５月正式实现批量化生产，　年产能将达５４０万片。　表７为东旭光电、彩虹股份以及凯盛集团生产线　在我国的分布情况。　彩虹股份的主要生产线是Ｇ５、Ｇ６代线超薄玻璃　基板，但其目前重点在发展Ｇ８．５代线，彩虹股份的　Ｇ８．５代线是本土第一家拥有完全自主技术生产线的　企业，已经掌握了从前端到后端的所有技术。其玻　璃基板生产线将重点服务于咸阳８．６代线液晶面板线　和中电熊猫Ｇ８．５代液晶面板线，后续会继续开发新　客户。目前，彩虹股份的Ｇ８．５代线整体良率较前几　一２９—　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｇｌａｓｓ　Ｎｏ　２　２０　１　８　年有了稳定提高，前端窑炉良品率维持在８５％左右，　一本的需要，呈现出非常明显的向轻薄化方向发展的趋　势，目前玻璃基板厚度已普遍减薄至０．４ｍｍ左右，最　薄至０．１ｍｍ。　已经接近康宁的良率水平。２０１７年第四季度将有第　条Ｇ８．５代线投产（包括前后端），咸阳厂的ＴＦＴ—ＬＣＤ　液晶面板将于２０１８年２月投产，如果进展顺利，玻璃　基板生产线完全可以配合上面板线的投产进度。预　计到２０１８年将有６条Ｇ８．５代线建成，年产能有望达　到３４０万片。　表７东旭光电、彩虹股份及凯盛集团生产线　在我国的分布情况　（２）更好的热稳定性　由于ＬＴＰＳ（低温多晶硅）和ＩＧＺＯ（氧化铟镓锌）　制程中，玻璃基板需要经经历二次热处理。４００到　７００￣Ｃ的处理工艺使玻璃基板和沟通层和都会产生膨　胀，但是两者热膨胀率存在差异，同时膨胀率还随时　间变化。如果玻璃热稳定性能不好，会在热处理中无　公司　所在地　代数　条数　规划产能　（含在建）　（万片）　郑州　Ｇ５　４　２４０　石家庄　Ｇ５　３　１８０　东旭光电　营口　Ｇ５　３　１８０　芜湖　Ｇ６　１０　５００　福清　Ｇ８．５　５４Ｏ　咸阳　Ｇ４．５　３　３００　彩虹股份　张家港　Ｇ５　３　１５６　合肥　Ｇ６　６　２４０　合肥　Ｇ８．５　６　３４（）　凯盛集团　成都　Ｇ４．５　３　３００　蚌埠　Ｇ８．５　２　数据来源：建筑材料工业技术情报研究所　凯盛集团现以Ｇ４．５代线为主，通过自主研发和　技术攻坚，多次打破了超薄玻璃基板厚度记录。２０１６　年ｌ２月，凯盛集团投资已５０亿元在安徽蚌埠新建两　条Ｇ８．５代玻璃基板生产线，投产后将进一步加强我　国高世代超薄玻璃基板市场地位。　５超薄玻璃基板的发展趋势　玻璃基板技术的发展动力，主要来自于显示器件　技术发展的需求（包括高世代化、高分辨率化等）和自　身提高线体寿命的需要。这些促使基板玻璃产品，主　要向大尺寸与轻薄化、高热稳定性和降低制造成本等　方向发展　。　（１）大尺寸与轻薄化　随着面板生产线体的高世代化，玻璃基板规格需　要对应增大，进入到Ｇ８代后，玻璃基板尺寸已接近一　层楼的高度，在制造过程中，成型幅宽也成为关键技　术瓶颈。浮式生产法拥有成型幅宽较大的特点，目前　可以达到５ｍ；溢流下拉式具有表面均匀度较佳的优　点，在成型幅宽方面技术难度较高，目前幅宽可达到　３ｍ，能够满足高世代要求。玻璃基板在尺寸加大的　同时，受显示面板轻薄化要求，同时也受自身降低成　一３０一　法保持平面度，导致制造误差。基板玻璃热稳定性也　可称为热收缩性，依赖于玻璃的粘度一温度特性关系　（主要是玻璃的应变点温度）和制造过程中的热历史。　要想获得较好的热稳定性，要求基板玻璃有更高应变　点温度、更低热膨胀率和更好均一性。浮法工艺的冷　却工艺时间长，相对有更好的热稳定性，而熔化成型　工艺由于冷却工作时间短，要有好的热稳定性会相对　困难。　（３）提升线体寿命　玻璃基板生产线体资金投入大，较高的线体寿命　可以大幅降低单位生产成本。影响玻璃基板生产线　体寿命的最主要因素，是长期处于高温工作状态并　受到玻璃液的持续侵蚀，导致关键装备材料损耗和老　化。例如，窑炉中每升高熔化温度５０～６０℃，将使耐　火材料的寿命缩短约１／２。为了提升线体寿命，主要　的技术措施包括提升耐火砖抗蚀性、碳化硅板老化性　能、溢流砖材料高温蠕变性能等；同时需要对贵金属　加工工艺进行改进，以降低挥发速率。另外，调整玻　璃配方的析晶温度，抑制加工过程中的析晶发生，也　是使设备长期稳定的重要措施。目前的玻璃基板生　产线体寿命水平，国外先进公司可以达到５年左右，　国内技术研究起步较晚，近几年在上游装备材料供应　商和玻璃基板生产商共同努力下，经过不断改进，已　从早先的２年提升到３．５年的水平。　参考文献　【１］鲍兆臣．电子信息显示用超薄玻璃研究卟建材世界，２（）１４　（３５）：２５～２８　【２】韩建军，吴孟鸣，王静等ＴＦＴ－ＬＣＤ基板玻璃工艺性能和成　形技术的研究进展［ｃ　Ｊ．电子玻璃技术，２０１６（４８）：２０～２４　［３】彭寿，张冲．平板玻璃在光电显示领域的应用与发展趋势ＵＪ．　中国玻璃，２０１２．３７（２）：３～８