LCD玻璃基板的基本要求及性能指标分析

LCD玻璃基板的基本要求及性能指标分析

液晶显示器(LCD)是在两个玻璃基片之间填充液晶介质，再加上一定形状的极化层，当电压通过导电栅网施加于液晶介质时，液晶介质起着光开关的作用，从而形成一定的图像。

一、各类LCD显示器对基板的要求

液晶(LC)及液晶显示器(LCD)研究的飞速发展带动了所需基

板的更新换代。LCD为有源显示器，依靠外部光源来显示。其基板需要两种不同的短阵.第一种是内部矩阵型，依靠液晶材料的阀值性质.第二是外部矩阵或有源矩阵(AM)型.由二极

管阵列、金属-绝缘体-金属(MIM)装置或薄膜晶体管汀兀)来

为每个像素电子转换。两层之间是厚度为5-101am的隔阻层。1968年美国RCA公司的Heilmeir使用向列型液晶的动态散射效应发明了液晶数字手表，开创了内部矩阵型液晶研究的新时代，1971年Schadt提出利用向列液晶的电场效应的扭曲向列液晶显示技术(TN LCD)。在此基础上，1983年，又

发明了超扭曲向列型液晶显示器(STN LCD)。其扭曲角为240°-270°，预倾角为5°-20°左右，后来又相继出现了非晶

硅的有源矩阵薄膜晶体管液晶显示器(a-Si AM TFT LCD)和

多晶硅的有源矩阵薄膜晶体管液晶显示器(p-Si AMTFT LCD)。

含有一硅阻隔层的钠钙硅玻璃完全可满足内部矩阵型LCD 的要求。在内部矩阵LCD中具有较高性能的超扭曲向列性(STN)中，为满足其间隙尺寸的大小一致，就要求基板格外平整。所以.应用于这种显示器时，钠钙硅玻璃就必须精密抛光。但精确成型的Corning7059玻璃则可以应用。

外部矩阵LCD可进一步细分为两种类型，一种是基于MIM 或非晶硅(a-Si)器件，另外一种是基于多晶硅(p-Si)器件。MIM 或非晶硅(a-Si)型对基板的要求和STN一致。Corning7059薄板玻璃由于钠含量较低(0.1wt%)、尺寸精确和具有商业可行性而成为较为理想的基板。但是，多晶硅(p-Si)器件的成型工艺温度比a-Si TFT要高。基板所需的工作温度为

600-800℃(在玻璃的应变点以下25℃)。准确的温度由生产TFT的特定工艺来确定。沉积控制介电质需600-650℃，热氧化物需大约800℃。a-Sj和p-Si工艺都要求和后续的工艺精确匹配，也都要求基板的热收缩要小。

在生产工艺中.由基板上的碱金属氧化物对TFT形成的钠污染应引起重视，通常的做法是在基板上覆盖一阻隔层来阻止碱金属的迁移。在这一点上值得注意的是碱含量近于零的非晶硅则可以应用，有对也称熔融硅或熔融石英。由于熔融硅的工作温度为965℃，集成电路工艺技术可以直接应用而不

需添加阻隔层。这种玻璃的主要问题是债格昂贵，不能用价格低廉的商用平板玻璃工艺制各。相反，它必须用浇铸、切割、细磨和抛光方法来制备。

由于各类LCD的性质和制备工艺不同，因此对基板的要求

也不同。

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二、LCD基板的主要性质要求

除基板的三个主要性质，即尺寸的精确度、耐温性和热收缩性外。本节再添加另外的两个要求：无明显缺陷(包括内部和表面).在显示器生产中抗化学腐蚀性。本节将讨论在五个因

素和平板显示器的装配和性能的关系。

1、尺寸精密度

高性能显示器的装配包括多种的精确工艺。因此.基板的尺寸、形状和边界精度公差的数量级为0.1μm。在AM LCD中，对由扭曲产生的形变、表面租造度或厚度误差的要求的精度更高。这是因为狭缝空间(在两个显示基板之问的距离)在显示

器中的要求是十分严格的。如果玻璃的缺陷引起狭缝空间的局部变化，那么此地的电场将会同周围像素的电场发生偏离。这种电场偏离将会使最终的显示的灰度或色彩不一致。即使表面缺陷的大小在0.1 μ到几个毫微米，也会对显示效果产

生十分大的影响.诸如扭曲的较大的平整度形变现在可以用塑料微珠或混有液晶材料的玻璃棒来补偿狭缝空间以保证狭缝的宽度-狭缝宽度的形变只会发生在当基板变形幅度小到狭缝的另外一个基板也不能纠正到与之相匹配和保持两基板间的固定间距时发生。

板的平整度变形会在生产中产生另外的一个问题。由于照相平板印刷时不能在基板显示器上聚焦，因此会在显示电路中产生缺陷。如果印刷精度欠缺，扭曲的基板将会发生光掩蔽的危险。

平板玻璃基板产生有可能产生的平整度变形包括上至简单形变和整个基板的波浪性扭曲下到玻璃的纳米级的细微的分子粗造度整个范围.上述论述只是粗略描述了平整度形变的幅度是如何影响显示器的生产和性质，对基板表面形变和显示器性质的关系的更详尽的阐述是十分必要的。

2、热要求

耐温性和热收缩性，这两种热要求是有联系的。玻璃基板的刚度，即抗粘滞流动性。只是在热过程最高温度高于退火点时出现。但是.在温度接近玻璃的应力点时。如果玻璃冷却的过快，温度的差异就会使玻璃产生机械应力。基板的最高工作温度在低于应力点25℃以下将会在显示器制备过程中避免产生不可接受的基板应力。制备热弯曲的高温过程应十分小心以避免热开裂。

即使温度稍远低于应力点，基板也会由于体积松弛而发生尺寸改变。基板玻璃在制备中冷却到室温所达到的最终密度受玻璃在玻璃转变区域的冷却速度的影响。在显示器制备中。如果快速冷却的玻璃重新加热而在随后的热过程中以可使

玻璃结构充分驰豫的方式冷却，玻璃的密度将会增加。在显示器制备过程中线性尺寸的改变将导致照相平板印刷间的

不匹配.在显示器制备中对基板收缩的允许程度依赖于显示器.电路、显示器尺寸等性质。在AM LCD的情况下，这意

味着收缩不能高于在显示器最大尺寸方向上的最小元件(例

如布线间的宽度)的一部分。也就是说，在几百毫米上只有几个微米的收缩，即几个ppm。

实际应用的显示器基板玻璃的～些收缩数据已有报道。玻璃的体积驰豫现象在实验和理论两方面都有研究。在转变区域以下较远的区域的热收缩的理论研究还不够完全.其中，在ppm级范围内测定收缩是比较困难的。

为获得高的分辨率、大的显示尺寸的LCD显示器，对基板

的热收缩的良好控制是必需的。假定收缩是均匀的和线性的，可通过后续工艺的补偿来达到100ppm的热收缩。

?3、化学稳定性