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        鄭州玻璃機柜觸摸查詢一體機告訴你液晶面板主要材料之基板玻璃篇

        作者:admin 發布日期: 2018-10-17 二維碼分享

        鄭州觸摸查詢一體機告訴你液晶面板主要材料之基板玻璃篇

        基板玻璃是構成液晶面板重要的原材料之一。液晶面板的關鍵結構類似于三明治,兩層“面包”(TFT基板和彩色濾光片)夾“果醬”(液晶),故制作一片TFT-LCD面板需要用到兩片玻璃,分別作為底層玻璃基板和彩色濾光片底板使用。

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        基板玻璃在TFT-LCD原材料成本中占比約20%,對面板產品性能的影響十分巨大,面板成品的分辨率、透光度、厚度、重量、可視角度等指標都與所采用的基板玻璃質量密切相關,作為重要的基底材料,基板玻璃之于TFT-LCD產業的意義相當于硅晶圓之于半導體產業。


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        FT-LCD液晶面板結構

        基板玻璃分為含堿和無堿兩種。有堿玻璃主要用于TN/STN型液晶面板中,但對于TFT-LCD,由于玻璃中堿金屬離子會影響薄膜晶體管柵壓的穩定性,故基板的制造必須使用無堿配方,不可以含有氧化鈉和氧化鉀等成分;但氧化鈉和氧化鉀可以降低玻璃的融化溫度,故無堿玻璃的制造需要更高的爐溫,這也是無堿玻璃生產技術難度高于有堿玻璃的原因之一。


        TFT-LCD液晶產業鏈

        基板玻璃作為液晶面板基礎原材料之一,占據液晶產業鏈頂端。上游原材料是一些最基礎的化工原料如石英粉、氧化鋁等,下游主要是面板廠和彩色濾光片供應商,分別供給他們制作TFT陣列和彩色濾光片,再在成盒段進行灌液晶、組裝,制成Open Cell面板。

        基板玻璃供應鏈

        基板玻璃作為薄膜顯示產業的基石,不僅廣泛應用在TN/STN、TFT等液晶面板結構中,也是OLED必不可少的基底材料,基板玻璃重要性受顯示機理變化的影響有限,具有不可替代性,未來產業地位穩固。

        基板玻璃特性介紹

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        化學特性


        主要理化參數


        (1)應變點


        在制造TFT工藝過程中,基板需要反復地熱處理,溫度最高要加熱到625℃,要求基板在這一溫度下保持剛性,不能有任何黏滯流動現象,否則不僅玻璃變形和降溫時帶來熱應力,還會造成尺寸的變化。因此要求基板玻璃的應變點高于625℃,再加上25℃的保險量,玻璃的應變點至少要在650℃以上。


        (2)化學穩定性


        基板玻璃要求必須經得住顯示器制造過程中的各種化學處理,如α-Si有源矩陣,LCD有7層以上的薄膜電路和同樣多的腐蝕步驟,腐蝕劑和清洗劑強酸到強堿,如10%以上的NaOH、10%以上的H2SO4、濃HNO3、10%的HF-HNO3、濃H3PO4等,可以說基板對化學穩定性的要求幾乎是玻璃品種中最嚴格的。


        (3)堿的限制


        因為在基板玻璃上印制電路的要求,玻璃不能含有一價堿金屬,即R2O含量盡可能的低,甚至為0。一旦玻璃中含有一價堿金屬,在高溫時一價堿金屬會從玻璃內部向玻璃表面溢出,造成印刷電路的短路或故障等,因此在液晶基板玻璃中嚴禁一價堿金屬離子的出現。


        一價堿金屬,這里的堿金屬(R2O)指一價堿金屬離子,主要包括K+、Na、Li。


        (4)熱膨脹系數


        由于在液晶面板的制造中,需要在玻璃表面鍍上一層硅,所以玻璃的熱膨脹系數必須與硅匹配,玻璃必須有與硅接近的熱膨脹系數,氧化硅的膨脹系數5~7×10/℃。


        另一方面,由于顯示器在制造過程中要經過多次、反復、快速地升溫降溫,必然引起玻璃結構松馳,發生尺寸變化,這樣就會使光刻制版的電子線路出現偏差。所以要求整個基板元件的收縮尺寸只能是電路圖中的最細寬度的幾分之一,即幾個微米,低的熱收縮仍然是必要條件。


        一般來講,基板玻璃的膨脹系數在0~300℃溫度范圍內小于40×10/℃。


        基板玻璃制造的主流工藝


        基板玻璃的制造工藝主要有浮法、流孔下引法和溢流熔融法三種,目前主流工藝是溢流熔融法。


        浮法制造工藝是應用最廣泛、歷史最悠久的平板玻璃制造工藝。該法是將熔融玻璃液傳輸至裝有熔融液態錫的溝槽,利用錫和玻璃的密度差,在玻璃液表面張力和重力作用下自然攤平,再進入冷卻室冷卻成型。浮法玻璃需要后段進一步研磨、拋光等加工。浮法的優勢在于產能高、易于基板玻璃面積尺寸的擴大,成本低于其它工藝,但是后段處理帶來的開銷又抵消了部分成本優勢。浮法以前主要用于TN/STN基板玻璃,后來旭硝子成功利用浮法制造無堿基板玻璃,成為浮法制造TFT基板玻璃的代表廠商。


        浮法工藝示意圖

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        流孔下拉法是將熔融玻璃液導入由鉑合金制程的流孔漏板槽中,在重力的作用下玻璃溶液流出,再通過滾輪碾壓、冷卻室固化成型。流孔大小和下引速度決定玻璃厚度,溫度分布決定玻璃的平整度。流孔在此工藝中的作用十分重要,其尺寸穩定與否關系到玻璃厚度是否均勻、表面是否平坦等關鍵指標,但由于外力作用流孔可能變形,良率就會出現波動。另外由于玻璃表面與滾輪接觸,所以平整度也會受到影響,故此流孔下拉法也需要后段拋光加工。主要使用該工藝的廠商是電氣硝子。但目前由于此工藝優勢不明顯,已逐漸被淘汰。


        流孔下拉法示意圖


        溢流熔融法是將熔融玻璃液導入導管,玻璃液到達容積上限后從導管兩側沿管壁向下溢流而出,類似瀑布一樣在下方匯流后形成片狀基板。溢流熔融法由著名玻璃廠商康寧主導,由于此工藝玻璃在成型時不需要接觸任何介質(浮法接觸液態錫、流孔法接觸金屬滾輪),不會產生因和介質有接觸而造成的玻璃表面性質差異等問題,故此不需要后端拋光等加工,現在已經成為TFT-LCD基板玻璃制造工藝的主流。


        溢流熔融法示意圖






        成型工藝流程


        成型工序是將池爐熔化好并通過鉑金通道澄清、均化和降溫后的玻璃液,通過馬弗爐內的溢流磚溢流成型,經過成型區冷卻降溫,利用退火爐去除產品應力,最終將表面平整、厚度均勻的玻璃板進行橫向切割、稱重、縱向切割、厚度檢查、應用檢查、靜電除塵、外觀檢查后將半成品基板玻璃送至BOD(半成品加工)工序。


        三種基板玻璃制造工藝對比


        高世代化和輕薄化是基板玻璃的發展趨勢


        由于需要與下游面板廠配套,玻璃基板產線與面板廠一樣,按照產出玻璃面積分成各世代線,面積越大世代線越高,現在在產的最高世代線是10代線,尺寸已達為2880x3130mm;面板產線向高世代線發展決定了基板產線相同的發展趨勢,目前國際基板玻璃巨頭們已將重心轉移到高世代線的建設上,中低世代線不再開出新增產能。




        基板玻璃世代線演變(規格單位:米)


        工藝、配方及設備構成基板玻璃行業三大技術壁壘


        基板玻璃看似容易,好像只需要把玻璃做的夠薄夠平、潔凈就可以,但其實技術壁壘極高?;宀Aе圃斓募夹g壁壘主要體現在三個方面:


        第一是工藝壁壘:TFT-LCD用基板玻璃對玻璃表面平整度和雜質含量要求都是電子級的,使用一般的浮法工藝無法滿足這么高的平整度要求,使用后段進行研磨拋光又可能因為介質接觸引入新的表面雜質,目前只有旭硝子成功使用浮法制造基板玻璃,基板玻璃主流工藝還是溢流熔融法,而溢流熔融法工藝壁壘高于浮法,需要準確調整溫度、流速等多個參數,掌握難度大。


        第二是配方壁壘:這是核心的壁壘,是康寧等巨頭得以壟斷基板行業的關鍵技術部分。溢流熔融法需要正確的玻璃液配方才能穩定成型,玻璃液配方也影響著基板玻璃的光學、化學特性;此外,氧化砷作為一種化學澄清劑,在傳統的基板玻璃制造配方中用來加速熔融玻璃中氣泡的排出,但是砷是有毒金屬,不符合一些國家和地區的環保要求,含砷玻璃在出口和下游客戶開拓會受到限制,使用無砷配方則必須使用其他辦法來消除氣泡,技術難度也隨之加大??傊?,配方是基板玻璃制造的核心技術,關系到基板玻璃成品的良率。


        第三是裝備壁壘:以溢流熔融法為例,由于生產設備基本都是玻璃廠商自主研發生產,故此對于新進入者很難在市場上買到現成設備,都需要重新設計和制作生產設備。另外,由于熔爐、引流槽、溢流磚等關鍵部件的生產要求高,一些精度和特性的不達標將直接影響最終產品的良率,故在基板玻璃生產設備的制作上也存在很大壁壘。

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        基板玻璃行業三大進入壁壘


        基板玻璃產業的進入壁壘很高,但退出則相對較易,這主要體現在基板玻璃產線單線投資額不高和容易轉做蓋板這兩個方面。


        不同于一條面板產線動輒百億的投資,基板玻璃產線投資額相對較小,一條6代基板玻璃產線投資額大約在7億元左右,其中2-3億的鉑金投資還可以變賣后回收。所以退出的資金壓力不大。


        基板玻璃生產廠商有能力并且有動力轉做蓋板玻璃


        玻璃蓋板是在手機、平板和超極本等可觸控移動終端的最外層起保護作用的一層強化過的玻璃板。由于蓋板玻璃對玻璃表面平整性和厚度要求沒有基板那么高,且不需要使用無堿玻璃,故蓋板玻璃的制造難度要低于基板玻璃?;宀Aa線轉成蓋板玻璃生產線技術難度不大,后段加入強化處理的投資也不高,只要掌握配方,改造只需一個月即可;但是蓋板產線轉回基板則要難的多,除了更改玻璃液配方外,爐子要消除蓋板玻璃生產帶來的堿玷污,而且還得改用耐溫性更高的設備,這個過程技術難度大、耗時多,整體轉換工期要三個月以上,行業中實踐不多。


        基板玻璃與蓋板玻璃產線轉換


        隨著智能手機、平板電腦的爆發式增長,蓋板玻璃的需求也隨之增加,一度供應緊張。其中,康寧開發的“大猩猩”蓋板玻璃得到了包括蘋果在內眾多品牌廠商的青睞,成為iPhone等旗艦手機的蓋板玻璃首選配臵。隨著“大猩猩”玻璃的熱銷,加上蓋板玻璃盈利強于基板玻璃,康寧把在美國的產線全部改做蓋板玻璃之后,2011年和2012年又陸續將在臺灣的10條基板產線轉做了“大猩猩”蓋板。


        從康寧的“大猩猩之路”可以看出,基板玻璃廠商由于占據技術高點,轉做其他玻璃產品技術門檻不高,門檻體現在配方上;目前蓋板需求還在升溫,當基板行業競爭加劇時,廠商退出基板轉做蓋板甚至更有錢賺,目前行業龍頭康寧正逐步將其低世代產線轉做蓋板。






        全球主要蓋板玻璃廠商


        廠商


        國家


        蓋板玻璃產品


        種類


        推出時間


        康寧


        美國


        Gorilla


        溢流法高鋁玻璃


        2010


        旭硝子


        日本


        DragonTrail


        浮法高鋁玻璃


        2011


        電氣硝子


        日本


        CX-01


        溢流法高鋁玻璃


        2011


        肖特


        德國


        Xensation


        浮法高鋁玻璃


        2011


        旭虹光電


        中國


        王者熊貓


        浮法高鋁玻璃


        2014


        彩虹


        中國


        彩虹凱麗

        溢流法高鋁玻璃2016國產玻璃中,東旭也推出浮法工藝的高強超薄鋁硅酸鹽玻璃、彩虹推出了溢流法的高鋁蓋板玻璃。


        旭虹光電的高強超薄觸控屏玻璃生產線,年生產規模780萬平方米,單線產能規模全球排名第二,僅次于日本旭硝子。

        彩虹CG01溢流下拉6代高鋁蓋板玻璃,產能10-12萬平方米/月,生產的規格為1520x1497mm,厚度從0.5到1.0mm。

        高鋁玻璃主要原料情況

        高鋁玻璃主要原料有:高純石英砂,碳酸鈉,硝酸鉀,鋯英粉,氧化鋁,碳酸鉀,氧化鎂,芒硝等。

        與面板制造這種“燒錢”的行業不同,玻璃基板是個靠技術吃飯的行業,高進入壁壘導致了其供需情況良好、寡頭壟斷、利潤率高等行業特點,誰能做得出合格的產品,誰就可以參與分食高利潤蛋糕;玻璃基板制造的三大壁壘阻擋了許多進入者,康寧和日本玻璃廠商寡頭壟斷的局面維持了相當長的時間。

        顯示世界綜合自:廣發證券、產業信息網、彩虹、東旭等。


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