玻璃基板

氣泡的來源包括外界空氣氣泡、一次氣泡（原料所生 氣泡）、二次氣泡（因溫度改變所產生的氣泡）、耐 火材料氣泡、電解氣泡等，對玻璃的透明度也有不利 的影響。
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光學品質的技術關鍵
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避免玻璃中石頭和脈理的產生，可使用白金或其合金
¾ 因專利早已過期，所以除康寧公司外，NEG 及 NHT 都 採用溢流融合下拉法生產 TFT−LCD 用的玻璃基板。
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開口下拉法
德國 EPT 公司開發的開口下拉法。
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TFT-LCD 製程是分別利用兩塊無鹼玻璃基板，於無 鹼玻璃基板表面構裝彩色濾色片與 IC 電路。
玻璃基板表面經過乾式蝕刻，將紅、藍、綠三原色 與黑色以微細的結構建置於玻璃表面，成為彩色濾 色片。
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玻璃基板
IC 驅動電路則利用半導體製程，將CMOS電路建置 於玻璃表面。
對材料特性而言，其核心技術在找出最合適的玻璃 組成和熔解技術，包含澄清和均勻化。
對表面特性而言，其核心技術則是尋找最理想的成 型技術。
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玻璃基板的廠商
美國康寧公司市場佔有率是60-65%居世界第一位。 世界第一大玻璃生產公司為美國康寧公司於日本及韓 國均有玻璃溶融爐和切割加工等工廠，該公司隨著台 灣TFT-LCD產業的數千億台幣的投資而於1999年在台 南科學園區投資7-8千萬美金而設立兩座玻璃溶融爐 和16條後段切割加工生產線等工廠。
石英玻璃含二氧化矽96%以上，軟化點極高，耐磨、 子外線透光極高，融製困難，價格昂貴…
一般液晶平面面板顯示器所用的玻璃種類，以鈉石 灰玻璃和不含鹹性離子之玻璃為主。
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Announcement
Reading Assignment: Chapter 8
玻璃基板
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玻璃是一種非晶的無機材料，其種類有鈉玻璃、硼 玻璃、鉛玻璃和石英玻璃。
鈉玻璃是一般日常生活中最普通的玻璃材料，由碳酸 鈉加石灰以及矽沙所製成，色帶微綠而所見之平板和 瓶管類產品均之。
硼玻璃由三氧化硼加石灰及矽砂所製成，質堅難溶、 澎賬係數低，適用於製作化學儀器等實驗性物品
鉛玻璃是由氧話鉛、碳酸鈉加石灰及矽砂所製成，折 光性極強而適用製作光學儀器…
基板玻璃之功能係做為彩色濾色片與IC驅動電路之 承載材料，類似半導體製程中的矽晶圓。
TFT-LCD與半導體製程同樣需要真空蒸鍍與蝕刻， 所以基板玻璃也與矽晶圓相似，必須要能忍受強酸 強鹼之腐蝕、高溫的製程環境，並且必須具備比矽 晶圓更精密的表面平整度與平面起伏度。
應用在TFT-LCD上的無鹼玻璃市場處於寡佔狀態， 由四大廠瓜分：Corning、日本旭硝子、日本電氣硝 子（NEG）及日本板硝子，其市場佔有率總合超過 90%。
在市場需求持續成長下，除了現有廠商積極擴建熔 爐增加產量外，新的競爭者也陸續加入，如臺灣碧 悠國際光電公司。
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全球各玻璃基板生產商的產品特性分析
★可為TFT－LCD第5代玻璃基板特性；◆POI 實測值（取材自：各廠商， 全球產業研究中心2001／02）
光擴散板
導光板
TAB
驅動IC
電晶體
上偏光板
印刷電路板
框膠區
黑色框罩
棱鏡板 間隙粒子
反射板
背光燈管 下偏光板
補價電容 ITO顯示電極
液晶 ITO共用極 保護膜 顏色區 上玻璃
參考網站:玻璃基板簡介.ppt
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玻璃基板的基本特性
LCD 玻璃基板及光學玻璃的材料，不允許有這些雜 質存在的。
石頭的出現對玻璃的透明度及強度都有不利的影響， 造成的原因是玻璃熔解後碰觸到耐火材料的些許粉 末，它是一種結晶的礦物。
脈理的存在對玻璃折射率有不良的影響，同時會使透 過玻璃的影像變形而失真，造成的原因是耐火材料一 併熔融於玻璃中，它是一種非結晶型條紋狀的物質。
熱膨脹係數須與薄膜電晶體陣列中的矽相近；
高玻璃應變點，使熱收縮較小(低)，有助於在 TFT 製 程中精確地對準光蝕刻圖形；
低的生產成本而能產製高品質的超薄平板玻璃。
附錄: 國立台灣海洋大學
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玻璃基板由CF和TFT兩部分組成
異方性導電膜
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玻璃基板3大成型製程各種條件的比較
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光學品質的技術關鍵
成型後玻璃的光學品質極為重要，當其中含有石 頭、脈理或氣泡時，就表示有瑕疵，這些物質會影 響玻璃的光學品質。
在成型的過程中，若與外界接觸的玻璃表面溫度比 較低，內部的溫度比較高，這樣的溫度差會在玻璃 材料內部形成無法預知的應力。
在使用這種玻璃材料時，因為有無法預知的應力， 對玻璃的安全性無法掌握。
因此成型後的玻璃材料，大都需要經過一定的熱處理 （退火）程序，以消除玻璃材料內部的應力，確保使 用者的安全。
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玻璃基板的發展與挑戰
玻璃基板的未來發展，以大型化及高精細化兩個方 向為主。 由於電視大型化的比重逐漸提高，2005 年時大於 20 英寸的液晶螢幕電視在市場上已超過七成，現階段面 板廠商量產的 LCD TV 產品最大尺寸是 47 英寸，展 示品最大尺寸已達 57 英寸(南韓三星)，並且有朝更大 型化發展的趨勢。
日本NH-Techno公司在台南科技工業區設立台灣技術玻璃 股份有限公司(Taiwan Technology Glass Co.,TTGC)。
日本旭硝子株式會社在台灣雲林科技工業區投資100億元 並設立台灣旭硝子發殷科技股份有限公司(AFT)，以浮動 式融爐法為主並生產大面積的玻璃基板。
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熔融初期的較低溫度階段，玻璃中的氧氣極易被三氧化 二砷吸附。
利用三氧化二砷的特性，分別在高溫及較低溫的狀態 下，協助移除玻璃中的氣泡，在兩階段的相互配合 下，基本上能產出沒有氣泡的玻璃成品。
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玻璃基板的基本特性
從技術觀點來審視玻璃基板的基本特性，可發現製 造適用於TFT−LCD玻璃基板的門檻相當高，包括 玻璃本身的材料特性，如材質、品質、耐化學性和熱 特性； 玻璃成型時的表面特性，像是翹曲、波紋、粗糙度、 表面凹凸、平坦度和厚度變化； 加工時或運輸過程中所造成的表面損傷。
當耐火材，要避免氣泡的產生，須在玻璃原料中加入
好的澄清劑。
綠色環保玻璃是未來產品發展的趨勢，但到目前為 止，玻璃材料的製作仍然使用三氧化二砷做為澄清 劑，因為三氧化二砷是已知能耐最高溫度的澄清劑。
在很高的熔解溫度(例如攝氏 1,450 度)下，玻璃熔體中 的三氧化二砷仍會持續釋出氧氣，這種在高溫下釋放出 氧氣的動作，有助於生產玻璃時在熔解與澄清階段移除 內部氣泡。
¾ 產出的玻璃因與液態錫接觸，須再經過拋光、研磨等後 段加工步驟，因此對於成品良率、單位成本、量產速度 與後續製程所引發的環保問題都較為不利。
¾ 目前日本旭硝子公司是利用這個製程產製不含鹼金屬的 玻璃。
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溢流融合下拉法
溢流融合下拉法製程於 1930 年代 由 Libbey-OwenFord Glass Company 開發出來，並獲得多項專利。
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製程技術的關鍵
TFT−LCD用玻璃基板的成型製程，主要區分為三大 類型：薄板浮式玻璃製程，溢流融合下拉法製程，
以及開口下拉法製程。
薄板浮式玻璃製程是把由熔爐流出的玻璃材料，以漂 浮方式通過熔融狀態的金屬錫槽，利用液態錫表面光 滑的特性拉出玻璃基板。
¾ 1960 年代中期，康寧公司為了使產品厚度能更平坦與 均勻，改進這個製程的缺點進而獲得多項專利。
¾ 這個製程的主要關鍵步驟是使熔爐內熔融狀態的玻璃原 料通過耐火導管，再由導管頂部分兩側沿管壁向下溢流 而出，並在導管底部匯流融合，以形成單一片狀玻璃基 板，利用這種製程所生產的玻璃基板不需再經研磨。
不會有鹼金屬離子(如鈉離子等)經由擴散作用，自玻 璃表面遷移至電晶體陣列中，因而破壞電晶體元件。
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製程技術的關鍵
成型時，溫度在掌控玻璃黏度上扮演重要的角色。
在玻璃成型的過程中，可透過溫度控制調整玻璃熔體 的黏度。例如在成型時，怕黏度太高而無法製成想要 的產品，或是希望在改變形狀後仍然有時間消除應 力，都可以經由溫度控制來達到。
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通訊與導航工程學系 影像顯示器導論
Introduction to Displays Spring 2008
吳家琪 助理教授
Lecture 14：玻璃基板
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玻璃基板的基本特性
玻璃基板主要應用在平面顯示器上的薄膜電晶體及 彩色濾光片二處，所需的基本要求有五項：
成分中不能含鹼金屬氧化物，以避免鹼金屬離子經由 擴散作用移動至電晶體陣列中，造成電路短路；
具耐化學性，以承受高溫製程中所使用的化學藥劑；
溢流融合下拉法
溢流融合下拉法是目前的主流。以溢流融合下拉法 生產的 TFT−LCD 用玻璃基板，具有以下的優點：
較高的玻璃應變點，使玻璃基材具有更佳的熱安定性 與熱收縮性；
較低的密度，可使玻璃基材較輕和較少的重力熱塑成 型；
更佳的耐化學性，使製程能在較嚴苛的蝕刻條件下進 行；
與矽晶體有更接近的熱膨脹係數，開啟了在玻璃上製 備鑲合晶片的可能性；較高的耐崩角和機械強度；
Final Report due!
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玻璃基板
玻璃基板是TFT-LCD的主要製程原料，就是俗稱的 母玻璃或素玻璃，形同大尺寸的矽晶圓，是一種高 精密透明的電子零件。
玻璃在TFT-LCD產業中扮演的角色好比是半導體產 業中的晶圓，因此TFT-LCD產業對玻璃基板表面精 度之要求進乎完美。
就基板之熱特性而言，有耐熱性、耐熱衝擊性、熱 伸縮性、熱膨脹係數 (Coefficient of Thermal Expansion)容許之溫度差值如下：
⋅ ΔT = σ ⋅ (μγ) / α E
ΔT:容許溫度差 σ: 彎曲強度 μ: Poisson比值 γ: 黏度 α: 楊式係數 E: 熱膨脹係數
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玻璃基板的基本特性
目前全球僅有康寧(Corning)、旭硝子(Asahi Glass Co., AGC)、日本電器硝子(Nippon Electric Glass, NEG)、 以及板保科技玻璃公司(NH Technoglass, NHT)四家 廠商可以供應TFT−LCD用玻璃基板。