pp-lcd玻璃生产设施的规划和设计要点

pp-lcd玻璃生产设施的规划和设计要点

薄膜战舰显微镜装置（tfilmtransport，t-l）的出现为薄膜战舰玻璃提供了巨大的市场需求。作为TFT-LCD的消费大国,中国也正在成为TFT-LCD显示器件的生产大国,在此背景下,国内TFT-LCD玻璃生产设施的建设也将成为必然。因此,及时分析TFT-LCD玻璃生产的工艺特点,研究TFT-LCD玻璃生产设施的规划原则和设计要点,对于推动国内TFT-LCD玻璃生产设施的建设十分必要。一、玻璃硅晶面板的制作要求TFT-LCD玻璃基板是制造液晶面板的关键材料,约占液晶面板生产成本的6%左右,液晶面板的世代就是以玻璃基板的尺寸大小进行划分的。图1为TFT-LCD面板剖面示意图,图中“阵列玻璃(TFT-LCD-ArraySubstrate)”和“彩色滤光片(ColorFilterSubstrate)”所示即为TFT-LCD玻璃基板,每块面板包含前后2块玻璃基板。TFT-LCD玻璃基板的性能必须满足液晶面板制造要求,因此玻璃基板的工艺制程需满足一些要求:(1)玻璃不含碱金属氧化物。在制备过程中,液晶显示面板需要经受热处理和化学处理,如果玻璃含有氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)等碱金属氧化物,在热处理过程中碱金属离子扩散进入沉积半导体材料,会损害膜特性,因此,玻璃应不舍碱金属氧化物(R2O)。(2)基板玻璃具有较高的化学稳定性。由于基板玻璃需经大量试剂清洗和蚀刻,为避免玻璃成分析出,基板玻璃必须具有高的化学稳定性,具有强的耐含氢氟酸等强酸试剂的性能。(3)基板玻璃具有较高的热稳定性。基板玻璃应具有高的耐热性,其应变点(粘度为1014.5泊的温度)应高于650℃。(4)玻璃基板具有较低的密度和较高的弹性模量。随着玻璃基板尺寸的不断增大,玻璃的重量问题就显得日益突出。因此应通过合理的玻璃成分设计,使玻璃基板具有尽量低的密度和尽量高的弹性模量。二、无碱硼硅玻璃为了生产满足上述要求的玻璃基板,业内人士进行了大量的研究。以美国康宁公司为代表的业者开发出用于TFT-LCD的无碱硼硅酸盐玻璃(成分详见表1),各项性能指标均居行业领先水平。美国康宁公司典型的TFT-LCD玻璃基板——EAGLEXGTM系列玻璃基板,是该行业的代表产品,现以此为例,分析其物理及化学特性的主要指标(表2、表3)。三、tf-高效国内玻璃造模技术TFT-LCD玻璃基板是无碱硼硅酸盐超薄玻璃,其整体生产工艺与传统电子玻璃、平板玻璃区别不大,均包括配料、熔解、成型、热加工、冷加工等工艺过程。但TFT-LCD玻璃基板生产的这几个工艺过程又与传统工艺过程有较大的区别,尤其是成型工艺过程,因为成型工艺过程的不同使得TFT-LCD玻璃基板的生产工艺与传统电子玻璃和平板玻璃有较大的区别。并且,不同的成型工艺过程,衍生出不同的基板玻璃规模化生产工艺,目前国际上主要有如下3种较为成熟的规模化生产工艺:溢流下拉法(Fusionoverflow)、浮法工艺(Float)和槽口下拉法(SDDP)。这3种生产工艺对比见表4,从工艺对比可以看出,未来溢流下拉法工艺将得到广泛的应用。四、溢流下拉法生产的主要特点及工程设置溢流下拉法系美国康宁公司发明的专利技术。下文仅对溢流下拉法生产中配料、熔解、成型、热加工及后加工等工艺过程的特点及厂房设置规划的主要原则进行简要描述。1.工艺改进的建议TFT-LCD玻璃基板生产工艺对配料的要求较阴极射线管(CRT)玻壳要严格很多,主要有以下几个方面:精度要求高;铁含量控制严格;碱金属控制严格;配合料的分层控制;配合料的吸潮控制。基于以上几点要求,TFT-LCD玻璃基板生产的配料工段在工艺流程设计、设备选型和工程建设上与传统的CRT配料流程相比应进行如下改进:(1)提高称量设备的精度;(2)仓体及输送设备材料应避免铁的引入,设置高效率的除铁设备;(3)与CRT玻壳的配料相比,TFT-LCD玻璃基板的配料能力需求很小,一台CRT玻壳池炉每天配料需求约300t左右,而TFT-LCD玻璃基板的配料能力需求每天只需要约10t左右,因此可不采用易于分层的皮带传送方式或气力输送方式,而代之以料罐式输送方式,这样大大减少了分层的可能;(4)为了控制TFT-LCD玻璃基板配合料的含水量,首先应从原材料着手,提高原材料的干燥程度,其次是防止原材料在混合和输送过程中吸潮。因此,生产过程中应从原材料的选购、处理、储存、配料设备的密封性、输送设备的密封性等几方面综合考虑。2.tf-会计系统TFT-LCD碎玻璃加工虽然与传统的CRT玻璃有几分相似,但在流程和设备选择上也会因碎玻璃的理化性能特点的不同而作相应改变,主要表现在以下几个方面:(1)由于TFT-LCD玻璃基板的厚度仅为0.7mm左右,韧性较好,所以传统的CRT玻璃破碎机已经不再适用了;(2)考虑到TFT-LCD玻璃基板对铁金属含量的控制,玻璃基板的粉碎加工流程应尽量减少溜管的长度,生产设备大多联系紧密,应减少加工过程中铁元素的进入;(3)TFT-LCD玻璃基板粉碎加工工序除了要有铁金属检出设备外,还需增加其他金属检出设备,以确保玻璃料的精度。3.tf-类池炉常用的技术从TFT-LCD玻璃成分上可看出,其熔解方面的难点主要在于熔解温度高、澄清难度大。目前,玻璃熔解池炉的各种先进技术主要为全氧燃烧技术、电助熔技术、鼓泡技术以及窑坎和先进的控制技术。对于TFT-LCD玻璃池炉,是采用以上一种或几种技术,还是将以上技术全部集成在一起,则需要生产企业通过实践逐渐摸索。从厂房和设施规划布置角度分析,熔解工段的玻璃液面线要服从成型工段的要求。4.溢流下拉法垂直法TFT-LCD玻璃工艺技术的命名就是以各具特色的成型技术来区分的,可见成型技术在玻璃加工领域占有重要地位。溢流下拉法是将玻璃液流至楔形砖顶部,经由两侧楔形表面溢流下来并在楔形砖的尾部合成一片玻璃,再经拉引机拉引形成玻璃基板的成型技术。该技术使得玻璃基板在成型过程中形成两侧自然表面,因此玻璃表面质量较好,降低后加工对玻璃基板的剖光量。溢流下拉法有以下几个特点:立式(垂直)成型过程;温度控制精度高;合理确定温度梯度难度大;环境要求高。根据这几点,厂房设施的规划应考虑以下因素:(1)厂房的高度应主要考虑成型工段的空间需求,通过测算玻璃成型、拉伸、退火及裁切的空间需求合理确定厂房的高度,进而决定玻璃液面线的高度;(2)由于玻璃厚度仅有0.7mm左右,所以必须要求马弗炉内温度控制的精度非常高;(3)由于该成型过程是连续加工过程,所以,从成型到退火过程如何制定合理的温度梯度,也是成型的关键因素;(4)由于成型过程的温度要求严格,所以厂房空间配套环境应采取相应措施,避免温度的剧烈波动对工艺过程产生影响。5.设备规格的影响从退火炉末端裁切下来的玻璃需要进行传输、裁边、清洗、检验、半成品包装等工序,之后得到玻璃基板半成品。热加工工段工序设备的布置应与退火炉末端紧密衔接。设备采取水平布置方式,根据加工玻璃基板尺寸的不同,设备规格会有所变化,但总体原则是厂房和配套设施的高度应不产生矛盾。高温的玻璃基板从密闭的成型系统出来以后,热加工工段中玻璃基板已经变成流片式,如果环境中的尘土颗粒粘附在其表面便很难清除掉,这种情况会影响产品质量。所以,在成型系统末端,玻璃基板接触到空气的区域应有洁净度要求,根据半导体厂房和TFT-LCD面板厂房的经验推测,洁净度范围应在1000级到10000级。业内的几家公司由于考虑到运输成本较高,往往在用户附近设厂,将冷加工工段在此完成。因此,企业如采用此模式生产,就需要在热加工工段考虑半成品包装和储运。6.工程设施布置TFT-LCD玻璃基板的冷加工及包装仓储工段主要完成玻璃基板的划线切割、磨边、检验及包装和仓储等过程。与传统CRT玻壳的冷加工相比,TFT-LCD玻璃基板的冷加工及包装仓储工段的工艺过程相对简单了很多,没有CRT玻壳复杂的面研磨、剖光工序。因此,厂房设施的布置应主要以平面规划为主,厂房的高度要求也不会很严格,厂房的设计应主要考虑环境要求、成品的储运等因素。为了减小环境对玻璃基板冷加工的自动检验、人工检验工序带来的误差,应对环境洁净度提出较高要求,根据半导体厂房和TFT-LCD面板厂房的经验推测,洁净度范围应在1000级或更高。此外,在后加工工段和包装仓储工段也应考虑成品包装和储运,应考虑物流是否合理、运输是否便利、仓储面积是否足够等内容。7.运输量和空间的确定(1)包装形式对规划布局的影响玻璃基板的包装形式通常有3种,即L型架、PP包装盒和A型架,采用何种包装形式通常要与面板企业的需求相匹配。不同的包装形式对运输量及空间要求影响很大,所以在计算运输量和存储能力前需要明确包装形式。(2)各功能块的组合与优化在确保各功能块基本要求前提下,应同时考虑空间紧凑布局原则,人流、物流合理布置原则,动力配套合理供应原则,