液晶面板主要材料之基板玻璃篇

作者:足球现金网发布时间:2021-12-31 14:37

TFT-LCD液晶产业链

液晶面板主要材料之基板玻璃篇

基板玻璃作为液晶面板基础原材料之一,占据液晶产业链顶端。上游原材料是一些最基础的化工原料如石英粉、氧化铝等,下游主要是面板厂和彩色滤光片供应商,分别供给他们制作TFT阵列和彩色滤光片,再在成盒段进行灌液晶、组装,制成Open Cell面板。

基板玻璃供应链

液晶面板主要材料之基板玻璃篇

基板玻璃作为薄膜显示产业的基石,不仅广泛应用在TN/STN、TFT等液晶面板结构中,也是OLED必不可少的基底材料,基板玻璃重要性受显示机理变化的影响有限,具有不可替代性,未来产业地位稳固。

基板玻璃特性介绍

化学特性

液晶面板主要材料之基板玻璃篇

主要理化参数

(1)应变点

在制造TFT工艺过程中,基板需要反复地热处理,温度最高要加热到625℃,要求基板在这一温度下保持刚性,不能有任何黏滞流动现象,否则不仅玻璃变形和降温时带来热应力,还会造成尺寸的变化。因此要求基板玻璃的应变点高于625℃,再加上25℃的保险量,玻璃的应变点至少要在650℃以上。

(2)化学稳定性

基板玻璃要求必须经得住显示器制造过程中的各种化学处理,如α-Si有源矩阵,LCD有7层以上的薄膜电路和同样多的腐蚀步骤,腐蚀剂和清洗剂强酸到强碱,如10%以上的NaOH、10%以上的H2SO4、浓HNO3、10%的HF-HNO3、浓H3PO4等,可以说基板对化学稳定性的要求几乎是玻璃品种中最严格的。

(3)碱的限制

因为在基板玻璃上印制电路的要求,玻璃不能含有一价碱金属,即R2O含量尽可能的低,甚至为0。一旦玻璃中含有一价碱金属,在高温时一价碱金属会从玻璃内部向玻璃表面溢出,造成印刷电路的短路或故障等,因此在液晶基板玻璃中严禁一价碱金属离子的出现。

一价碱金属,这里的碱金属(R2O)指一价碱金属离子,主要包括K+、Na、Li。

(4)热膨胀系数

由于在液晶面板的制造中,需要在玻璃表面镀上一层硅,所以玻璃的热膨胀系数必须与硅匹配,玻璃必须有与硅接近的热膨胀系数,氧化硅的膨胀系数5~7×10/℃。

另一方面,由于显示器在制造过程中要经过多次、反复、快速地升温降温,必然引起玻璃结构松驰,发生尺寸变化,这样就会使光刻制版的电子线路出现偏差。所以要求整个基板元件的收缩尺寸只能是电路图中的最细宽度的几分之一,即几个微米,低的热收缩仍然是必要条件。

一般来讲,基板玻璃的膨胀系数在0~300℃温度范围内小于40×10/℃。

玻璃原料及特点

液晶基板玻璃的主要原料包括:石英粉,碳酸锶,碳酸钡,硼酸,硼酐,氧化铝,碳酸钙,硝酸钡,氧化镁,氧化锡,氧化锌等。它们是玻璃的形成物,玻璃的调整物和中间体成份,构成了玻璃的主体,决定了该种玻璃的物理和化学性质。

石英粉

石英粉的主要成分是SiO2,是形成玻璃的主要氧化物,它是以硅氧四面体[SiO4]的结构形成不规则的连续网络,成为玻璃的骨架。

SiO2可以降低玻璃的热膨胀系数和密度,提高玻璃的应变点,SiO2含量过低时会降低玻璃的耐酸性等化学稳定性,不易获得低膨胀、低密度和高应变点的玻璃,使玻璃难以熔制,并容易导致结石(方石英)缺陷。

氧化铝

氧化铝为中间体氧化物,当玻璃中O不足时,Al的配位数为6,处于网络间隙,与O形成[AlO6]八面体;当玻璃中有多余的O时,Al的配位数为4,进入玻璃网络,与O形成[AlO4]四面体,起到补网作用,增加玻璃稳定性,降低玻璃膨胀系数,同时由于[AlO4]四面体体积较大,可以降低玻璃密度。Al2O3可以显著提高玻璃的应变点和弹性模量,增加玻璃的化学稳定性。

氧化硅与氧化铝的含量是相互依赖的。两者之和应在原料总量比例大于70%。

硼酸(硼酐)

硼酸作用是作为助熔剂,三氧化二硼可降低玻璃熔化黏度,且不增加膨胀系数,适量的三氧化二硼可增加耐氢氟酸能力,而使其易于加工,但当三氧化二硼浓度过高时,将会损坏玻璃的抗酸能力,且应变点会太低。

玻璃中的B主要与O形成硼氧化三角体[BO3],如果玻璃中有足够的O,可以形成四面体[BO4],降低玻璃的热膨胀系数。

氧化硼有降低熔点和有利于熔制的作用。但它同时降低转变温度,而且对化学耐久性十分有害,因此氧化硼含量最好在10%以下。