●     文/陕西咸阳 费民权西安启谱集成电路系统有限公司 费悦

　　概述

　　平板显示器件种类繁多，具有代表性的是TFT-LCD、PDP和AM-OLED。基板玻璃是平板显示器件的主要载体，其质量和性能的优劣直接影响着平板显示器件的品质，是平板显示器件生产的关键原材料之一。因此，了解基板玻璃的特性对平板显示器件的研发与生产有着一定的现实意义。本文将通过对主流平板显示器件用基板玻璃的论述，诠释不同种类的平板显示器件对玻璃基板的要求。

　　1、基板玻璃的定义与用途

　　1.1、基板玻璃的定义

　　作为一种载体材料使用，具有特殊性能要求的平板玻璃，称为基板玻璃。基板玻璃本身并无特定的功能，它只作为载体材料使用，通常在其上制作具有功能的元器件，而功能元器件功能的发挥又离不开基板玻璃。但就基板玻璃本身而言，它不具备功能性。

　　1.2、基板玻璃的用途

　　基板玻璃通常被应用在光学技术、光电技术和能源技术等领域。在光电技术领域，基板玻璃主要应用在平板显示器件、太阳能电池、光掩膜板、集成电路等。在平板显示器件方面，基板玻璃主要应用在PDP显示器件、LCD显示器件和OLED显示器件等方面。

　　2、基板玻璃的分类

　　2.1、按用途分

　　主要分为显示器件用基板玻璃、太阳能电池用基板玻璃、集成电路用基板玻璃、光掩膜板用基板玻璃等。

　　2.2、按玻璃组成分

　　主要分为钠钙硅基板玻璃、硼硅酸盐基板玻璃、钡铝硼硅酸盐基板玻璃、无碱基板玻璃等。

　　2.3、按成形方法分

　　主要分为浮法成形基板玻璃、溢流法成形基板玻璃、狭缝引下法成形基板玻璃、二次拉制法成形基板玻璃。

　　3、主流平板显示器件用基板玻璃

　　3.1、PDP用基板玻璃

　　3.1.1、用于PDP的基板玻璃

　　制作一块PDP显示器件需要前、后两块基板玻璃，在前基板上面制作有汇流电极、透明电极、维持电极等，用于PDP显示器件的基本结构；而后基板上则制有与前基板上电极互相垂直的电极与障壁，并涂有荧光粉。

　　由图1可以看出，彩色PDP的前、后玻璃基板均要经过多次一系列的高温烘烤与烧结，通常这些烧结温度为450～600℃，封接温度为380～400℃，排气最高温度为350℃左右。因此，基板玻璃的热稳定性对PDP的性能起着非常重要的作用。PDP所用的玻璃基板大部分为钠钙硅玻璃，浮法批量生产，这种玻璃的显著优点是价格便宜，且与现用的PDP材料相匹配；但其共同缺点是应变点低、热稳定性差。

　　由于在PDP的制程中，很多厚膜印刷及镀膜材料的热处理温度均高于钠钙硅玻璃的应变温度，再加上烧结炉中存在的温度不均性，使得降温过程中的降温速率不同，导致基板上涂敷的各种浆料与玻璃之间产生应力，造成不可逆的玻璃扇形变形或弯曲变形。同时，基板玻璃的不均匀收缩既会造成像素错位，还会使得印刷困难。

　　3.2、PDP用基板玻璃的性能要求

　　3.2.1、热学性能

　　热稳定性是PDP用基板玻璃的一项重要性能，PDP的基板玻璃的应变温度及转变温度要高于PDP制造工艺中的最高热处理温度。同时，基板玻璃的热膨胀系数应与PDP的其它材料热膨胀系数相匹配。

　　3.2.2、机械性能

　　随着PDP电视尺寸的增大，基板玻璃的质量增加，因此，要求基板玻璃在PDP电视的生产和运输过程中，受到轻微碰撞时不应发生形变或破裂。

　　3.2.3、化学稳定性能

　　在生产中，PDP显示器件会有很多道化学处理过程，要求基板玻璃在不同的化学材料侵蚀下不产生可见的缺陷，质量损失很小，即具有较好的耐酸、耐碱性与抗风化能力。

　　3.2.4、电学性能

　　基板玻璃主要是用来密封PDP显示器件内部的放电物质，所以，必须保证器件内部与外部的绝缘性，且保证玻璃中的碱成分不与透明导电薄膜电极发生反应。

　　3.2.5、光学性能

　　在PDP显示器件中，放电时产生的紫外线会激发前面板上的荧光粉产生颜色，因此，要求前基板玻璃的可见光透过率＞80%。

　　3.2.6、PDP用基板玻璃的生产工艺的关键（例）

　　尽管PDP基板玻璃属于钠钙硅玻璃，但其组成与普通的钠钙硅玻璃不尽相同，鉴于PDP显示器件对基板玻璃性能与质量的特殊要求，基板玻璃的生产工艺也有别于普通的钠钙硅玻璃。

　　PDP基板玻璃有含碱与无碱的两大类，日本旭硝子的PD200基板玻璃属于含碱玻璃，而康宁公司的基板玻璃属于无碱玻璃。PDP基板玻璃属于电子器件特种玻璃，对产品质量要求很高，大多数要达到光学级的要求。其生产工艺必须考虑能充分满足产品的最终质量要求。

　　由于在SiO2-AlO-B2O3-RO系统中引入了高温易挥发的B2O3，生产控制难度很大，因此，大多数生产者均采用SiO2-AlO-RO-R2O系统。所以，在此讨论玻璃的熔制和澄清时将主要针对SiO2-AlO-RO-R2O系统进行论述。

　　PDP基板玻璃在熔化时，熔制温度比传统的钠钙硅玻璃高60℃以上，由于高温高粘度，使得配合料熔化困难，气泡难以排除。而用户要求产品达到光学级，大于0.2 mm的气泡不允许存在。因此，其熔制的难点主要在于澄清过程，那就需要选择最佳的化学澄清剂和澄清工艺。玻璃生产中常用硫酸盐与多价氧化物（如氧化砷、氧化锑等）做化学澄清剂。对于SiO2-AlO-RO-R2O系PDP基板玻璃而言，因为石英的熔解时间延迟，玻璃的熔化与澄清温度较高、时间较长，因此，不宜采用硫酸盐做澄清剂，而最好选用氧化锑+硝酸盐+少量稀土氧化物做澄清剂。

　　目前，常用的澄清工艺是大澄清部延时澄清，浮法生产线基本上均采用这种方法，它是将熔窑的澄清部加长，延长玻璃熔液在该部位的停留时间，让熔液中的小气泡有充足的逸出时间。

　　3.3、PDP用基板玻璃的基本组成与主要性能参数

　　3.3.1、TFT-LCD用基板玻璃

　　3.3.2、用于TFT-LCD的基板玻璃

　　液晶显示器件用基板玻璃是液晶显示器件的重要组成部分，将液晶置于两片经加工的导电基板玻璃之间，依靠两个电极间电场的作用，利用液晶分子扭曲向列的电场效应，控制光的透射与遮蔽，在面板上产生明暗，将图像和字符显示出来，再加上彩色滤光片，即可显示彩色图像和字符。

　　TN与STN等无源距阵式LCD主要使用含碱基板玻璃，该类玻璃热膨胀系数一般为85×10-7∕℃，应变点温度为510 ℃，密度为2.49g/cm3。而TFT有源距阵LCD主要使用无碱基板玻璃，该类玻璃热膨胀系数为48×10-7∕℃，应变点温度为635 ℃，密度为2.77g/cm3。

　　TFT-LCD用基板玻璃属于硼铝硅酸盐无碱玻璃，以SiO2为主，主要成分包括SiO2、Al2O3、B2O3等，它作为TFT与CF的承载体材料，具有低密度、低热膨胀系数与高的化学稳定性，能够承受强酸、强碱的腐蚀及高温等TFT-LCD生产环境。

　　TFT-LCD用基板玻璃具有高精密的表面平整度、高强度及优异地应力均匀性，能满足苛刻的传送、运输和加工，内外缺陷均小于100μm，透过率大于90%。

　　3.3.3、TFT-LCD用基板玻璃的性能要求

　　3.3.4、尺寸精度

　　玻璃外形尺寸加工误差≤0.1mm，玻璃厚度（在0.7mm时）误差±0.03mm。

　　3.3.5、表面缺陷

　　玻璃表面无划伤、无污点，气泡或包裹体小于像素尺寸的几分之一，缺陷面积最大为单个像素面积的25%。

　　3.3.6、热性能

　　在TFT的制造过程中，基板玻璃要经过反复多次加热处理，要求玻璃在这个温度下保持刚性，不能有粘滞流动，否则会出现玻璃变形、降温时产生二次热应力、玻璃尺寸发生变化等，因此，要求玻璃应变点温度保证大于625℃。

　　3.3.7、化学稳定性

　　在TFT的制作过程中，要求基板玻璃具有较强的耐酸碱腐蚀能力，能确保TFT不受损伤。

　　3.3.8、热膨胀系数

　　热膨胀系数大小与玻璃的化学组成有关，应控制在（30～40）×10-7/℃。

　　3.3.9、机械强度

　　在把基板玻璃分割成所需的显示尺寸时，需要经过多个工艺处理过程，这样，玻璃应必须具有一定的机械强度，便于加工。

　　3.10、密度

　　为减轻显示器的重量，除减小玻璃厚度外，还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、碱含量

　　在玻璃的热加工过程中，温度低于350 ℃时，可选用含碱的钠钙硅基板玻璃，对于热加工温度大于600 ℃的显示器件制造，必须选择无碱玻璃。     TFT-LCD要求玻璃中的Na2O含量＜5×10-6。

　　3.4、TFT-LCD用基板玻璃的生产方法

　　TFT-LCD用玻璃基板的制程主要包括进料、薄板成型及后段加工三个部分。

　　进料技术主要控制配方，确定玻璃的物理与化学特性，并注重有效降低玻璃的熔融温度，使玻璃澄清，满足实际应用之需求。

　　薄板成型技术关系到尺寸精度、表面性质和研磨加工等，满足特殊的物理、化学特性要求。后段加工包括玻璃之分割、研磨、洗净及热处理等制程。基板玻璃主要的生产方法，分别是浮法、流孔下引法及溢流熔融法三种。表2是三种玻璃基板制作方法的比较。

　　⑴、气泡：即玻璃中的可见气体夹杂物

　　按大小分为灰泡（直径＜0.8mm）和气泡（直径≥0.8mm）。

　　按形状分为球形气泡、椭圆形气泡和线状气泡。

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