TFT-LCD玻璃基板制造方法

TFT-LCD玻璃基板制造方法
TFT-LCD玻璃基板制造方法：浮式法、流孔下引法、溢流熔融法
目前在商業(yè)上應用的玻璃基板，其主要厚度為0.7 mm及0.6m m，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 FILT E R )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堿玻璃兩大類；堿玻璃包括鈉玻璃及中性硅酸硼玻璃兩種，多應用于TN及STN LCD上，主要生產(chǎn)廠商有日本板硝子（NHT）、旭硝子（Asahi）及中央硝子(Central Glass)等，以浮式法制程生產(chǎn)為主；無堿玻璃則以無堿硅酸鋁玻璃(Alumino Silicate Glass，主成分為SiO2、Al2O3、B2O3及BaO等)為主，其堿金屬總含量在1%以下，主要用于TFT- LCD上，領導廠商為美國康寧( 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(應變、退火、轉(zhuǎn)化、軟化和工作點)、耐化學性、光學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)制程。

玻璃基板在T N / S T N、TFT- LCD應用上，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明如下：
1 .張力點(Strain Point)：為玻璃密積化的一種指標，須耐光電產(chǎn)品液晶顯示器生產(chǎn)制程之高溫。
2 .比重：對TFT- LCD而言，筆記型計算機為目前最大的市場，因此該玻璃基板之密度越小越好，以便于運送及攜帶。
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)物理特性之指標尚有熔點、軟化點、耐化學性、機械強度、光學性質(zhì)及電氣特性等，皆可依使用者之特定需求而加以規(guī)范。

整個玻璃基板的制程中，主要技術(shù)包括進料、薄板成型及后段加工三部分，其中進料技術(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物理與化學特性，并需在不改變化學組成的條件下，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，同時達到玻璃特定性能，符合實際應用之需求。而薄板成型技術(shù)則攸關(guān)尺寸精度、表面性質(zhì)和是否需進一步加工研磨，以達成特殊的物理、化學特性要求，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 Technology )、流孔下引法(Slot Down Draw)及溢流熔融法(Overflow Fusion Technology)。“浮式法”因系水平引伸的關(guān)系，表面會產(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2 . 5公尺）且產(chǎn)能較大(約達1 0萬平方公尺/月)之優(yōu)點；“溢流熔融法”有表面特性較能控制、不用研磨、制程較簡單等優(yōu)點，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用于生產(chǎn)TFT- LCD玻璃基板。以下僅就上述三種制程技術(shù)分別說明如下：

( 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控制玻璃的厚度，隨著流過錫床距離的增加，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)超薄平板玻璃時應控制較低之玻璃膏進料量，先將進入錫床的玻璃帶(R ibbon)冷卻至700℃左右，此時玻璃帶的黏度約為108泊( Poise；1泊= 1 g / c m?s e c )，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水平方向的生產(chǎn)線來達到退火的要求。浮式法技術(shù)未能廣泛應用于生產(chǎn)厚度小于2 m m超薄平板玻璃之主要原因乃系其無法達到所要求的經(jīng)濟規(guī)模。舉例來說，浮式法技術(shù)的一日產(chǎn)量幾乎可以滿足目前臺灣市場之月消耗量；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( D a yTank)生產(chǎn)，因此該槽窯設計之最適化就顯得相當重要。

( 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，有不少廠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具開孔的大小來控制玻璃之厚度，其中溫度和流孔開孔大小共同決定玻璃產(chǎn)量，而流孔開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，因鉑金屬無法承受較高的機械應力，因此一般大多采用鉑合金所制成的模具，不過因其在承受外力時流孔常會變形，導致厚度不均勻及表面平坦度無法符合規(guī)格需求為其缺點。

流孔下引法必須要在垂直的方向上進行退火，如果將其轉(zhuǎn)向水平方向則可能會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計，同時必須精確的考慮退火所需要的高度，使得工程的難度大幅增加，同時也反映在建廠成本上。

( 3 )溢流熔融法：
系采用一長條型的熔融幫浦( 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械應力變形、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題。因為利用溢流熔融法的成型技術(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，同時在平面顯示器制造過程中，也不需注意因同時具有原始及與液態(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。

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