鄭州觸摸查詢一體機(jī)告訴你液晶面板主要材料之基板玻璃篇

基板玻璃是構(gòu)成液晶面板重要的原材料之一。液晶面板的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)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。

基板玻璃在TFT-LCD原材料成本中占比約20%，對(duì)面板產(chǎn)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(biāo)都與所采用的基板玻璃質(zhì)量密切相關(guān)，作為重要的基底材料，基板玻璃之于TFT-LCD產(chǎn)業(yè)的意義相當(dāng)于硅晶圓之于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

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FT-LCD液晶面板結(jié)構(gòu)

基板玻璃分為含堿和無(wú)堿兩種。有堿玻璃主要用于TN/STN型液晶面板中，但對(duì)于TFT-LCD，由于玻璃中堿金屬離子會(huì)影響薄膜晶體管柵壓的穩(wěn)定性，故基板的制造必須使用無(wú)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(wú)堿玻璃的制造需要更高的爐溫，這也是無(wú)堿玻璃生產(chǎn)技術(shù)難度高于有堿玻璃的原因之一。

TFT-LCD液晶產(chǎn)業(yè)鏈

基板玻璃作為液晶面板基礎(chǔ)原材料之一，占據(jù)液晶產(chǎn)業(yè)鏈頂端。上游原材料是一些最基礎(chǔ)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(yīng)商，分別供給他們制作TFT陣列和彩色濾光片，再在成盒段進(jìn)行灌液晶、組裝，制成Open Cell面板。

基板玻璃供應(yīng)鏈

基板玻璃作為薄膜顯示產(chǎn)業(yè)的基石，不僅廣泛應(yīng)用在TN/STN、TFT等液晶面板結(jié)構(gòu)中，也是OLED必不可少的基底材料，基板玻璃重要性受顯示機(jī)理變化的影響有限，具有不可替代性，未來(lái)產(chǎn)業(yè)地位穩(wěn)固。

基板玻璃特性介紹

化學(xué)特性

主要理化參數(shù)

（1）應(yīng)變點(diǎn)

在制造TFT工藝過(guò)程中，基板需要反復(fù)地?zé)崽幚?，溫度最高要加熱?25℃，要求基板在這一溫度下保持剛性，不能有任何黏滯流動(dòng)現(xiàn)象，否則不僅玻璃變形和降溫時(shí)帶來(lái)熱應(yīng)力，還會(huì)造成尺寸的變化。因此要求基板玻璃的應(yīng)變點(diǎn)高于625℃，再加上25℃的保險(xiǎn)量，玻璃的應(yīng)變點(diǎn)至少要在650℃以上。

（2）化學(xué)穩(wěn)定性

基板玻璃要求必須經(jīng)得住顯示器制造過(guò)程中的各種化學(xué)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(qiáng)酸到強(qiáng)堿，如10%以上的NaOH、10%以上的H2SO4、濃HNO3、10%的HF-HNO3、濃H3PO4等，可以說(shuō)基板對(duì)化學(xué)穩(wěn)定性的要求幾乎是玻璃品種中最嚴(yán)格的。

（3）堿的限制

因?yàn)樵诨宀Ａ嫌≈齐娐返囊螅ＡР荒芎幸粌r(jià)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(jià)堿金屬，在高溫時(shí)一價(jià)堿金屬會(huì)從玻璃內(nèi)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(yán)禁一價(jià)堿金屬離子的出現(xiàn)。

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

（4）熱膨脹系數(shù)

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(shù)必須與硅匹配，玻璃必須有與硅接近的熱膨脹系數(shù)，氧化硅的膨脹系數(shù)5～7×10/℃。

另一方面，由于顯示器在制造過(guò)程中要經(jīng)過(guò)多次、反復(fù)、快速地升溫降溫，必然引起玻璃結(jié)構(gòu)松馳，發(fā)生尺寸變化，這樣就會(huì)使光刻制版的電子線路出現(xiàn)偏差。所以要求整個(gè)基板元件的收縮尺寸只能是電路圖中的最細(xì)寬度的幾分之一，即幾個(gè)微米，低的熱收縮仍然是必要條件。

一般來(lái)講，基板玻璃的膨脹系數(shù)在0～300℃溫度范圍內(nèi)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(yīng)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(tài)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(jìn)入冷卻室冷卻成型。浮法玻璃需要后段進(jìn)一步研磨、拋光等加工。浮法的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)能高、易于基板玻璃面積尺寸的擴(kuò)大，成本低于其它工藝，但是后段處理帶來(lái)的開(kāi)銷又抵消了部分成本優(yōu)勢(shì)。浮法以前主要用于TN/STN基板玻璃，后來(lái)旭硝子成功利用浮法制造無(wú)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

流孔下拉法是將熔融玻璃液導(dǎo)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(guò)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(wěn)定與否關(guān)系到玻璃厚度是否均勻、表面是否平坦等關(guān)鍵指標(biāo)，但由于外力作用流孔可能變形，良率就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。另外由于玻璃表面與滾輪接觸，所以平整度也會(huì)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(yōu)勢(shì)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(dǎo)入導(dǎo)管，玻璃液到達(dá)容積上限后從導(dǎo)管兩側(cè)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(dǎo)，由于此工藝玻璃在成型時(shí)不需要接觸任何介質(zhì)（浮法接觸液態(tài)錫、流孔法接觸金屬滾輪），不會(huì)產(chǎn)生因和介質(zhì)有接觸而造成的玻璃表面性質(zhì)差異等問(wèn)題，故此不需要后端拋光等加工，現(xiàn)在已經(jīng)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(guò)鉑金通道澄清、均化和降溫后的玻璃液，通過(guò)馬弗爐內(nèi)的溢流磚溢流成型，經(jīng)過(guò)成型區(qū)冷卻降溫，利用退火爐去除產(chǎn)品應(yīng)力，最終將表面平整、厚度均勻的玻璃板進(jìn)行橫向切割、稱重、縱向切割、厚度檢查、應(yīng)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(duì)比

高世代化和輕薄化是基板玻璃的發(fā)展趨勢(shì)

由于需要與下游面板廠配套，玻璃基板產(chǎn)線與面板廠一樣，按照產(chǎn)出玻璃面積分成各世代線，面積越大世代線越高，現(xiàn)在在產(chǎn)的最高世代線是10代線，尺寸已達(dá)為2880x3130mm；面板產(chǎn)線向高世代線發(fā)展決定了基板產(chǎn)線相同的發(fā)展趨勢(shì)，目前國(guó)際基板玻璃巨頭們已將重心轉(zhuǎn)移到高世代線的建設(shè)上，中低世代線不再開(kāi)出新增產(chǎn)能。

基板玻璃世代線演變（規(guī)格單位：米）

工藝、配方及設(shè)備構(gòu)成基板玻璃行業(yè)三大技術(shù)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(shí)技術(shù)壁壘極高。基板玻璃制造的技術(shù)壁壘主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

第一是工藝壁壘：TFT-LCD用基板玻璃對(duì)玻璃表面平整度和雜質(zhì)含量要求都是電子級(jí)的，使用一般的浮法工藝無(wú)法滿足這么高的平整度要求，使用后段進(jìn)行研磨拋光又可能因?yàn)榻橘|(zhì)接觸引入新的表面雜質(zhì)，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(zhǔn)確調(diào)整溫度、流速等多個(gè)參數(shù)，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(yè)的關(guān)鍵技術(shù)部分。溢流熔融法需要正確的玻璃液配方才能穩(wěn)定成型，玻璃液配方也影響著基板玻璃的光學(xué)、化學(xué)特性；此外，氧化砷作為一種化學(xué)澄清劑，在傳統(tǒng)的基板玻璃制造配方中用來(lái)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(guó)家和地區(qū)的環(huán)保要求，含砷玻璃在出口和下游客戶開(kāi)拓會(huì)受到限制，使用無(wú)砷配方則必須使用其他辦法來(lái)消除氣泡，技術(shù)難度也隨之加大?？傊?，配方是基板玻璃制造的核心技術(shù)，關(guān)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(chǎn)設(shè)備基本都是玻璃廠商自主研發(fā)生產(chǎn)，故此對(duì)于新進(jìn)入者很難在市場(chǎng)上買到現(xiàn)成設(shè)備，都需要重新設(shè)計(jì)和制作生產(chǎn)設(shè)備。另外，由于熔爐、引流槽、溢流磚等關(guān)鍵部件的生產(chǎn)要求高，一些精度和特性的不達(dá)標(biāo)將直接影響最終產(chǎn)品的良率，故在基板玻璃生產(chǎn)設(shè)備的制作上也存在很大壁壘。

基板玻璃行業(yè)三大進(jìn)入壁壘

基板玻璃產(chǎn)業(yè)的進(jìn)入壁壘很高，但退出則相對(duì)較易，這主要體現(xiàn)在基板玻璃產(chǎn)線單線投資額不高和容易轉(zhuǎn)做蓋板這兩個(gè)方面。

不同于一條面板產(chǎn)線動(dòng)輒百億的投資，基板玻璃產(chǎn)線投資額相對(duì)較小，一條6代基板玻璃產(chǎn)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(chǎn)廠商有能力并且有動(dòng)力轉(zhuǎn)做蓋板玻璃

玻璃蓋板是在手機(jī)、平板和超極本等可觸控移動(dòng)終端的最外層起保護(hù)作用的一層強(qiáng)化過(guò)的玻璃板。由于蓋板玻璃對(duì)玻璃表面平整性和厚度要求沒(méi)有基板那么高，且不需要使用無(wú)堿玻璃，故蓋板玻璃的制造難度要低于基板玻璃。基板玻璃生產(chǎn)線轉(zhuǎn)成蓋板玻璃生產(chǎn)線技術(shù)難度不大，后段加入強(qiáng)化處理的投資也不高，只要掌握配方，改造只需一個(gè)月即可；但是蓋板產(chǎn)線轉(zhuǎn)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(chǎn)帶來(lái)的堿玷污，而且還得改用耐溫性更高的設(shè)備，這個(gè)過(guò)程技術(shù)難度大、耗時(shí)多，整體轉(zhuǎn)換工期要三個(gè)月以上，行業(yè)中實(shí)踐不多。

基板玻璃與蓋板玻璃產(chǎn)線轉(zhuǎn)換

隨著智能手機(jī)、平板電腦的爆發(fā)式增長(zhǎng)，蓋板玻璃的需求也隨之增加，一度供應(yīng)緊張。其中，康寧開(kāi)發(fā)的“大猩猩”蓋板玻璃得到了包括蘋果在內(nèi)眾多品牌廠商的青睞，成為iPhone等旗艦手機(jī)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(qiáng)于基板玻璃，康寧把在美國(guó)的產(chǎn)線全部改做蓋板玻璃之后，2011年和2012年又陸續(xù)將在臺(tái)灣的10條基板產(chǎn)線轉(zhuǎn)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(jù)技術(shù)高點(diǎn)，轉(zhuǎn)做其他玻璃產(chǎn)品技術(shù)門檻不高，門檻體現(xiàn)在配方上；目前蓋板需求還在升溫，當(dāng)基板行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇時(shí)，廠商退出基板轉(zhuǎn)做蓋板甚至更有錢賺，目前行業(yè)龍頭康寧正逐步將其低世代產(chǎn)線轉(zhuǎn)做蓋板。

全球主要蓋板玻璃廠商

廠商

國(guó)家

蓋板玻璃產(chǎn)品

種類

推出時(shí)間

康寧

美國(guó)

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(guó)

Xensation

浮法高鋁玻璃

2011

旭虹光電

中國(guó)

王者熊貓

浮法高鋁玻璃

2014

彩虹

中國(guó)

彩虹凱麗

溢流法高鋁玻璃2016國(guó)產(chǎn)玻璃中，東旭也推出浮法工藝的高強(qiáng)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(qiáng)超薄觸控屏玻璃生產(chǎn)線，年生產(chǎn)規(guī)模780萬(wàn)平方米，單線產(chǎn)能規(guī)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(chǎn)能10-12萬(wàn)平方米/月，生產(chǎn)的規(guī)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(yè)不同，玻璃基板是個(gè)靠技術(shù)吃飯的行業(yè)，高進(jìn)入壁壘導(dǎo)致了其供需情況良好、寡頭壟斷、利潤(rùn)率高等行業(yè)特點(diǎn)，誰(shuí)能做得出合格的產(chǎn)品，誰(shuí)就可以參與分食高利潤(rùn)蛋糕；玻璃基板制造的三大壁壘阻擋了許多進(jìn)入者，康寧和日本玻璃廠商寡頭壟斷的局面維持了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

顯示世界綜合自:廣發(fā)證券、產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)、彩虹、東旭等。