TFT-LCD液晶基板平板产业及基板玻璃生产工艺流程培训.pdf
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1、TFT-LCD液晶基板平板产业及基板玻璃生产工艺流程培训卢建荣IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITEDTFT-LCD液晶基板目录一、绪论二、显示器发展简介三、液晶显示器发展简介四、目前国内液晶显示器件情况简介五、TFT-LCD液晶用玻璃基板性能介绍六、TFT-LCD液晶用玻璃基板制造工艺流程IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED一、绪论新型信息显示技术是信息产业的支撑产业之一,近年 来,以薄膜晶体管显示技术(TFT-LCD)、等离子显示技术(PDP)等为代表的平
2、板显示技术和产品正在快速取代具有 悠久历史的阴极射线管(CRT)显示技术。随着全球资本的 不断聚集和技术的飞跃发展,平板显示器件在全球显示器件 市场中所占份额不断扩大。据国际著名咨询公司 DisplaySearch预测,2015年全球整体FPD产业产值将达到 1480亿美元,出货面积将占所有显示器件的98%,其中TFT-LCD面板产值将达1337亿美元,占整个平板显示产业的91%OIRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED我国政府非常重视平板显示器件产业的 发展,2006年国务院公布国家中长期科学 和技术发展规划纲要将高清晰度大屏
3、幕平 板显示器件作为“2006年至2020年信息产业 中长期发展纲要”重点发展项目。原国家信 息产业部将发展平板显示产业作为重点扶持 产业,将其列入“信息产业十一五规划”中 十二项重点工程之一。UNGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED2007年原国家信息产业部组织实施了“平 板显示器件产业化专项工程”,面向数字化、高清晰化、平板化需求,优先发展TFT-LCD和PDP平板显示器件,促进产业链垂直 整合与企业横向联合,扩大产业规模,培育 自主创新能力,促使我国能够尽快掌握核心 技术,构建以平板显示为核心的数字电视产 业链,以形成新的经济增长点。IR
4、ICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED2008 1号文关于鼓励数字电视产业发展若 干政策的通知。通知明确提出要加快推广和 普及数字电视广播,形成较为完整的数字电视 产业链;加快有线电视网络由模拟向数字化整 体转换;实现我国电视工业由模拟向数字的战 略转变,力争在2015年使我国数字电视产业规 模和技术水平位居世界前列,成为全球最大的 数字电视整机和关键件开发和生产基地,实现 由电视生产大国向数字电视产业强国的转变。作为数字电视的显示终端产品,液晶电视产品 的发展对我国数字电视产业至关重要。(ZHANGJIAGANG)FLAT PA
5、NEL DISPLAY COMPANY LIMITED、显示器发展简介2、中国CRT电视发展情况1958年,我国第一台黑白电视机北京牌14英寸黑白电 视机在天津712厂诞生。1970年12月26口,我国第一台彩色电视机在同一地点 诞生,从此拉开了中国彩电生产的序幕。1978年,国家批准引进第一条彩电生产线,定点在原 上海电视机厂即现在的上广电集团。1982年10月份竣工投 产。不久,国内第一个彩管厂咸阳彩虹厂成立。这期间我 国彩电业迅速升温,并很快形成规模,全国引进大大小小 彩电生产线100多条,并涌现熊猫、金星、牡丹、飞跃等一 大批国产品牌。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT P
6、ANEL DISPLAY COMPANY LIMITED1985年,中国电视机产量已达1663万台,超过了美 国,仅次于日本,成为世界第二的电视机生产大国。1987年,我国电视机产量已达1934万台,超过了日 本,成为世界最大的电视机生产国。1985 1993年,中国彩电市场实现了大规模从黑白 电视替换到彩色电视的升级换代。1993年,TCL在上半年就开始推出“TCL王牌”大屏 幕彩电,29英寸彩电的市场价格在6000元左右,到年底 已经售出10多万台。一 96年3月,长虹向全国发布了第一次大规模降价 的宣言-降低彩电价格8%至18%,两个月后,康佳随后跟进,打响了彩电业历史上规模空前的价格战
7、。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED同年4月,长虹的销售额跃居市场第一,国产品牌通过 价格战将国外品牌大量的市场份额夺在了手中。这场降 价战后来也导致整个中国彩电业的大洗牌,几十家彩电 生产厂商从此退出。2001年,中国彩电业大面积亏损,康佳、厦华、高 路华亏损,长虹每股盈利只有1分钱,这种局面直2002 年才通过技术提升得以扭转。2002年,长虹宣布研制成功了中国首台屏幕最大的液晶电视,屏幕尺寸达到了30英寸,当时被誉为“中国 第一屏”。2003年4月,倪润峰掀起背投普及计划,背投电视最局降幅达40%o2004年,美国开
8、始对中国彩电实施反倾销,导致中 国彩电无法直接进入美国市场。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED2004年,中国彩电总销量是3500万台,其中平板电视销量不过区区40万台,占 整个彩电产品的1.14%。2006年,国产CRT电视销量为3112万 台,首度出现下滑,比上一年下降3%。2007年,国产CRT电视销量下滑到 2400万台,液晶和等离子电视出现大幅增 长。而CRT电视进入了快速衰退期。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED22、显示器发展情况早期的显
9、示器都是CRT的显示器,显示器分为单 色显示器和彩色显示器,显示真正进入实用化和商业 化是彩色CRT显示器技术发展的历史是从1994年开 始的,彩色显示器技术的发展是以图像逼真作为主题 的,在早期的球面显示器到“平面”显示器的发展,所谓平面也是曲率半径在2000以上的球面管,为了 对策显示器角部图像失真各生产厂家尽显其能终于在 1998年使CRT显示器进入商业化。日本公司在这方 面一直处于领先位置。如:夏普、索尼等。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITEDCRT彩色显示器因体积庞大、重量和能量消耗大 等缺点,人们开始寻求体积小重
10、量轻低耗能的显示器。液晶显示器就应运而生了。液晶显示器发展经过了一 个艰难的时期,限制液晶显示器普及的唯一原因,是 昂贵的石英基板和不高的良品率造成的高价位。随着 新近的低温多结晶SiTFT技术的成熟和大规模生产带 来的低成本,TFT-LCD有望在2000年后占领CRT显示 器一半以上的市场。但是液晶显示器的图像色彩和饱 和度不够完善,而且其响应时间太长,一旦出现画面 的剧烈更新,它的弱点就表露无异。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED尽管液晶显示器还存在很多技术问题需要解决,但是平板显示器代替传统的显示器已经是不可逆转的
11、趋势。随着液晶显示器技术和电路技术的进步,目前 液晶显示器已经基本满足了实用需要。上边讲到影象 平板显示器的主要因素是高硅玻璃基板的生产和商业 化。这里所说的玻璃基板就是我们现在要从事的产品,彩虹集团2006年在咸阳投资11亿进行玻璃基板的研制 和开发,目前该条生产线的良品率和生产线的稳定性 已经接近世界上仅有的四家生产厂家,目前只是规模 化的问题。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED四、目前液晶显示器件情况市场简介4.1 全球市场情况1(JU%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%L2008200920
12、1020112012 DLP3,18 23,0763,2663,58 73,8 78 EPD2,6654,2257,72912,33118,196 LC0S6,5486,8 487,6768,8 7610,369 0LED75,97699,369127,18 1161,044201,909 PDP15,17416,22816,8 7717,71318,339 PMLCD1,268,5931,041,400940,9128 92,7538 54,024 TFT LCD2,003,0562,099,1062,537,6082,911,1383,201,196 VFD247,8 95217,2122
13、22,366228,016231,8 09IANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED从上表中可以看出液晶显示器在各类显示器中的比重很大。增长速度 也是惊人的。液晶电视面板产值是近年增长最快的产品,2004-2008年产 值增长约为350%。42、国内外电视机市场情况厂家2009年销量2010年预测三星25.03 0.9LG16.722.5索尼14.317.8夏普10.011.5飞利浦7.79.0东芝8.610.8松下6.79.0Funai5.16.0Vizio6.58.0二洋3.24.0TCL4.65.4创维4.85.6海信4.76.2海尔2.
14、12.7康佳3.13.7长虹2.13.0其它6.75.9总计13 1.9162UNGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED4.3玻璃化学成分X见表口 表1五、TFTLCD液晶川玻璃基板性能介绍5.1 化学性能成分含量()成分含量()成分含量()SiO258.50.5A12O315.3+0.5b2039.50.5CaO5.50.3SrO3.150.3BaO5.40.3ZnO0.4+0.2As2O30.45+0.2Sb2O30.200.15ZrO20.15+0.05MgO0.10TiO20.02Na2O0.02K2O0.003Fe2O3 LCD玻璃基板
15、主要理化参数(1)应变点在制港TFT工艺过程中,基板要经过反复地 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,所以玻璃的应变点至少要 650以上。应变点:大致相当于黏度为10i3.6pa.s 的温度,即应力能在几小时内消除的温度,也称退 火下限温度。基板制程温度625+保险量25=玻璃应变650IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED(2)化学稳定性基板玻璃要求必须经得住显
16、示器制造过程中的各 种化学处理,如Q-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H3P。4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。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED碱的限制因为在玻璃板上印制电路的要求,玻璃不能含 有一价碱金属,即R2。含量尽可能低,甚至为零。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
17、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(R2。)指一价碱 金属离子,主要包括K+、Na Li+IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED(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 7X10-7/。0。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弛,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 中最细
18、线宽度的几分之一,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。30 0 C温 度范围内小于40X10-7/。0。(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED6.2.2、液晶基板玻璃原料及特点液晶基板玻璃的主要原料包括1、石英 粉。2、碳酸锯o 3、碳酸钢。4、硼酸。5、硼酎。6、氧化铝。7、碳酸钙。8、硝酸 你o 9、氧化镁。10、氧化锡。11、氧化锌 等等。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、化学性质。这里只 介绍几种。详细的介绍到各位到生产岗位 在进行岗位培
19、训时介绍。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED1、石英粉石英粉的主要成分是Si。?,Si。?是 形成玻璃的主要氧化物,它以硅氧四面体 SiO4的结构形成不规则的连续网络,成 为玻璃的骨架Si。2可以降低玻璃的热膨胀系数和密 度,提高玻璃的应变点,Si。?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,Si。?含 量过高时,玻璃的高温粘度增加,使玻璃难 以熔制,并容易导致结石(方石英)缺陷。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMI
20、TED2、氧化车吕氧化铝为中间体氧化物,当玻璃中。不足时,AI的配位数为6,处于网络间隙,与。形成AIO。八面 体;当玻璃中有多余的。时,AI的配位数为4,进入 玻璃网络,与。形成AIO/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 AIO/四面体体积较大,可以降低玻璃密度。AI2O3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。氧化硅和氧化铝的含量是相互依赖的。氧化 硅和氧化铝之和应在原料总量比例大于70%。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED3、硼酸(硼酎)硼酸作用是作为助熔剂,三氧化
21、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 局时,将会损及玻璃的抗酸能力,且应变点太低。玻璃中的B3+主要与02-形成硼氧三角体BCy,如 果玻璃中有足够的0,可形成四面体BO/,降低破璃的 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。因为硼酎的生产过程极易受潮影响硼酎的主含量,因此硼酎的主要控制指标是主含量及水分含量,一般来 讲,在使用过程中,要注意库房防潮和料仓内的干燥。(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISP
22、LAY COMPANY LIMITED4、碳酸锯碳酸锯主要引入氧化锯。氧化锯具有不使 密度增大、不令线膨胀系数升高,不会使应变点 下降过多的特性,还使熔解性提高,如果含量过 多,则会导致失透特性的劣化、耐酸性和对抗碱 性、抗蚀膜剥离液的耐久性的低下。氧化银还具 有吸收X射线的作用。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED5、氧化锌氧化锌ZnO为中间体氧化物,在一般情况下,以锌 氧八面体ZnO6作为网络外体氧化物,当玻璃种的游离氧 足够时,可以形成锌氧四面体ZnO4而进入玻璃的结构网 络,使玻璃的结构更趋稳定。ZnO能降低玻璃的热
23、膨胀系数,提高玻璃的化学稳定性和热稳定性、折射率。6、氧化锡氧化锡是替代有毒物氧化珅而作为澄清剂的一种原料。IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED6.2.3、原材料的使用和管理1、原材料的使用:液晶基板玻璃配料对原材料的使用要求很严格,所有原料 要求纯净,不含一价碱金属、铁、硫、氯等杂质,粒度必须控制 在要求的范围,干燥不含水。各种原材料必须按指定的料仓对号 入座,不允许有倒错料和混料的现象出现。混料会严重影响玻璃 物性的调整,倒错料则会造成玻璃物性不合格而报废。原材料在 使用时按批次使用先到厂的先用,后到厂的后用。硼酸、硼酎
24、、硝酸钢、碳酸钙、碳酸钢的贮存周期不超过6个月,其他原料贮 存周期不超过1年。(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED2、原材料的管理:A、在库量的管理主要是减少原材料的库存量,降低 成本,原材料的库存量一般分本地、外地、进口三种情况 处理,本地的(指运输24小时能到达的)原材料储存量为7 天,外地(指运输超过24小时到达的)原材料储存量为15 天,进口原材料一般为120天左右。原材料库存量太大不仅 成本高占用资金多,而且原材料容易受潮结块不好使用。B、储存的管理,原材料在储存时必须分批次堆放并标 明原料名称、规格、数量、用途以及到货时间
25、,原料在库 房里要堆放整齐不允许散包和混料,原料在库房堆放时要 保持堆与堆之间的距离以便取料时方便,容易受潮的原料 要采用防潮措施保管。_巾11(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED6.2.4,配料生产工艺备料I I称量11预混配用I碎玻璃加IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PANEL DISPLAY COMPANY LIMITED6241、流程配料主要设备是由料仓13个、螺旋给料 机12台、振动给料器2台,电子秤5台、混 料机1台及若干个混料周转斗等组成。其工 艺流程是IRICO(ZHANGJIAGANG)FLAT PA
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