基板玻璃是液晶面板的重要原材料之一。 液晶面板的关键结构类似于三明治。 两层“面包”（TFT基板和彩色滤光片）夹着“果酱”（液晶）。 因此，制作TFT-LCD面板需要两块玻璃，每块玻璃作为底部玻璃基板。 与滤色板配合使用。

基板玻璃约占TFT-LCD原材料成本的20%，对面板产品的性能影响巨大。 成品面板的分辨率、透过率、厚度、重量、可视角度等指标都与所使用的基板玻璃有关。 质量密切相关。 基板玻璃作为重要的基础材料，对于TFT-LCD产业来说就像硅片对于半导体产业一样。

TFT-LCD液晶面板结构

基板玻璃分为含碱和无碱两种。 碱玻璃主要用于TN/STN液晶面板。 但对于TFT-LCD来说，由于玻璃中的碱金属离子会影响薄膜晶体管栅极电压的稳定性，因此基板必须采用无碱配方制造，且不得含有氧化。 氧化钠、氧化钾等成分； 但氧化钠和氧化钾会降低玻璃的熔化温度，因此制造无碱玻璃需要较高的炉温。 这也是无碱玻璃的生产技术比有碱玻璃难度更大的原因之一。 。

TFT-LCD液晶产业链

基板玻璃作为液晶面板的基础原材料之一，占据液晶产业链的顶端。 上游原材料是石英粉、氧化铝等一些最基本的化工原材料，下游主要是面板厂和彩色滤光片供应商，供应他们分别制作TFT阵列和彩色滤光片，然后填充液体盒子部分的水晶。 ，组装成 Open Cell 面板。

基板玻璃供应链

基板玻璃作为薄膜显示产业的基石，不仅广泛应用于TN/STN、TFT等液晶面板结构，也是OLED必不可少的基材。 基板玻璃的重要性受到显示机制变化的限制，且不可替代。 未来产业地位将保持稳定。

基板玻璃特性介绍

化学性质

主要理化参数

(1)应变点

在制造TFT的过程中，基板需要反复进行热处理，温度最高必须加热到625℃。 要求基材在此温度下保持刚性并且不能有任何粘性流动。 否则，不仅玻璃会变形、冷却，还会产生热应力。 ，也会引起尺寸变化。 因此，要求基板玻璃的应变点高于625℃。 加上25℃的保险量，玻璃的应变点至少必须在650℃以上。

(2)化学稳定性

基板玻璃需要承受显示器制造过程中的各种化学处理，例如α-Si有源矩阵。 LCD具有超过7层的薄膜电路和相同数量的腐蚀步骤。 腐蚀和清洗剂为强酸到强碱，如10%以上NaOH、10%以上H2SO4、浓HNO3、10%HF-HNO3、浓H3PO4等。可以说，腐蚀剂的化学稳定性要求基材几乎是玻璃品种中最严格的。

(3)碱的限制

由于基板玻璃上印刷电路的要求，玻璃中不能含有一价碱金属，即R2O含量应尽可能低，甚至为0。玻璃一旦含有一价碱金属，一价碱金属就会溢出在高温下从玻璃内部到玻璃表面，导致印刷电路短路或故障。 因此，液晶基板玻璃中严禁存在一价碱金属离子。

一价碱金属，这里的碱金属(R2O)是指一价碱金属离子，主要包括K+、Na、Li。

(4)热膨胀系数

由于在制造液晶面板时，需要在玻璃表面镀一层硅，因此玻璃的热膨胀系数必须与硅的热膨胀系数相匹配。 玻璃的热膨胀系数必须接近硅。 氧化硅的膨胀系数为5～7×10/℃。 。

另一方面，由于显示器在制造过程中需要经过多次、重复、快速的加热和冷却玻璃砖是玻璃吗，玻璃结构不可避免地会松弛并发生尺寸变化，从而导致光刻板的电子电路出现偏差制作。 因此，要求整个基板元件的收缩尺寸仅为电路图中最薄宽度的几分之一，即几微米。 低热收缩率仍然是必要条件。

一般来说，基板玻璃在0~300℃温度范围内的膨胀系数小于40×10/℃。

玻璃原料及特性

液晶基板玻璃的主要原材料有：石英粉、碳酸锶、碳酸钡、硼酸、硼酸酐、氧化铝、碳酸钙、硝酸钡、氧化镁、氧化锡、氧化锌等。玻璃的调节剂和中间组分，它们构成了玻璃的主体，决定了玻璃的物理和化学性能。

石英粉

石英粉的主要成分是SiO2，它是形成玻璃的主要氧化物。 它与硅氧四面体[SiO4]的结构形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。

SiO2能降低玻璃的热膨胀系数和密度，提高玻璃的应变点。 当SiO2含量过低时，会降低玻璃的耐酸性等化学稳定性，难以获得低膨胀、低密度、高应变点的玻璃，使玻璃难以熔化。 系，且极易造成石（方英石）缺陷。

氧化铝

氧化铝是一种中间氧化物。 当玻璃中O不足时，Al的配位数为6，处于网络间隙中，与O形成[AlO6]八面体。当玻璃中O过量时，Al的配位数为4进入玻璃网络，与O形成[AlO4]四面体，起到修复网络的作用玻璃砖是玻璃吗，增加玻璃的稳定性，降低玻璃膨胀系数。 同时，由于[AlO4]四面体的体积较大，可以降低玻璃的密度。 Al2O3能显着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。 两者之和应占原料总量的70%以上。

硼酸（硼酸酐）

硼酸充当助熔剂。 三氧化硼可以降低玻璃的熔融粘度而不增加膨胀系数。 适量的三氧化硼可以增加耐氢氟酸的能力，使其更容易加工。 但当三氧化硼浓度过高时，玻璃的耐酸性会受到损害，应变点会过低。

玻璃中的B主要与O形成氧化硼三角形[BO3]。如果玻璃中有足够的O，可以形成四面体[BO4]，降低玻璃的热膨胀系数。

氧化硼能降低熔点，有利于熔化。 但它也会降低转变温度，对化学耐久性非常有害，因此氧化硼含量最好在10%以下。

由于硼酐在生产过程中容易受水分影响，导致硼酐的主要含量受到影响。 因此，硼酸酐的主要控制指标是主要含量和水分含量。 一般来说，在使用过程中，应注意仓库的防潮和料仓的干燥。

碳酸锶

碳酸锶主要引入氧化锶中。 氧化锶具有不增加密度、增加线膨胀系数、不引起应变点下降过多的特点。 它还可以提高溶解度。 如果含量过多，会导致失透性能和耐酸性变差。 耐碱和耐抗蚀膜剥离溶液。 氧化锶还吸收X射线。

氧化锌

锋利的锌 ZnO 是一种中间氧化物。 一般情况下，采用锌氧八面体[ZnO6]作为网络的外体氧化物。 当玻璃中的游离氧足够时，可以形成锌氧四面体[ZnO4]并进入玻璃的结构网络，使玻璃的结构更加稳定。 ZnO4可以降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率。

氧化锡

氧化锡是可以替代有毒的氧化砷作为澄清剂的原料。

基板玻璃制造的主流工艺

基板玻璃的制造工艺主要有三种：浮法、孔板下吸法和溢流熔化法。 目前主流工艺是溢流熔化工艺。

浮法制造工艺是应用最广泛、最古老的平板玻璃制造工艺。 该方法将熔融玻璃液转移到充满熔融液态锡的沟槽中，利用锡与玻璃的密度差，在玻璃液的表面张力和重力作用下使其自然压平，然后进入冷却室冷却定型。 浮法玻璃后期还需要进一步打磨、抛光等加工。 浮法工艺的优点是产能高、易于扩大基板玻璃面积、成本比其他工艺低。 然而，后处理的成本抵消了部分成本优势。 过去TN/STN基板玻璃主要采用浮法法。 后来，旭硝子成功采用浮法制造无碱基板玻璃，成为浮法制造TFT基板玻璃的代表厂商。

浮法流程示意图

孔板下拉法是将熔融玻璃液引入铂合金制成的孔板漏板槽中。 玻璃溶液在重力作用下流出，然后被滚筒滚动并在冷却室中固化。 流孔的大小和下降速度决定了玻璃的厚度，温度分布决定了玻璃的平整度。 流孔在这个过程中的作用非常重要。 其尺寸是否稳定，关系到玻璃厚度是否均匀、表面是否平整等关键指标。 但由于外力的作用，流孔可能会变形，产量会出现波动。 另外，由于玻璃表面与滚筒接触，平整度也会受到影响，所以孔板下拉法还需要后续抛光。 使用该工艺的主要制造商是 Glass。 但由于该工艺缺乏明显优势，已逐渐被淘汰。

流孔下拉法示意图

溢流熔化法是将熔融玻璃液引入导管中。 达到体积上限后，玻璃液从导管两侧沿管壁向下溢出，如瀑布般在下方汇聚后形成片状基材。 溢流熔化法由著名玻璃制造商康宁公司主导。 由于该工艺的玻璃在成型时不需要接触任何介质（浮法接触液态锡，孔板法接触金属辊），因此不会出现因与介质接触而产生的玻璃缺陷。 由于表面性质差异等问题，不需要进行后端抛光等处理。 目前已成为TFT-LCD基板玻璃制造技术的主流。

溢流熔化法示意图

成型工艺

成型过程是将玻璃液在池炉内熔化，通过白金通道使玻璃液澄清、均化、冷却，然后通过马弗炉内的溢流砖溢流成型，通过成型区冷却，采用退火炉消除产品应力，最后对表面平整、厚度均匀的玻璃板进行横向切割、称重、纵向切割、厚度检验、应用检验、静电除尘、外观检验，然后半成品基板玻璃被送往BOD（半成品加工）工序。

三种基板玻璃制造工艺比较

高世代、薄型化是基板玻璃的发展趋势

由于需要与下游面板厂配套，玻璃基板生产线与面板厂相同。 根据产量玻璃面积分为各种代线。 面积越大，世代线越高。 目前在产的最高代线是10代线，已经达到了规模； 面板生产线向高世代线发展决定了基板生产线同样的发展趋势。 目前，国际基板玻璃巨头已将重点转向高世代线建设，中低世代线将不再开设新产能。

基板玻璃代线演变（规格单位：米）

工艺、配方、设备构成基板玻璃行业三大技术壁垒

基板玻璃看似简单，看似只要把玻璃做得足够薄、够平、够干净，但实际上技术门槛极高。 基板玻璃制造的技术壁垒主要体现在三个方面：

首先是工艺壁垒：TFT-LCD所用的基板玻璃要求电子级玻璃表面平整度和杂质含量。 普通的浮法工艺无法满足如此高的平整度要求，有可能采用后续的研磨抛光工艺。 由于介质接触引入了新的表面杂质，目前只有旭硝子成功地采用浮法法制造基板玻璃。 基板玻璃的主流工艺仍然是溢流熔化法，溢流熔化法的工艺门槛比浮法高，需要精确调节温度、流量等难以掌握的参数。

二是配方壁垒：这是核心壁垒，是让康宁等巨头垄断基板行业的关键技术部分。 溢流熔融法需要正确的玻璃熔融配方才能实现稳定的成型。 玻璃熔融配方也会影响基材玻璃的光学和化学性质。 此外，氧化砷作为化学澄清剂，用于加速传统基板玻璃制造配方中的生产过程。 熔融玻璃中气泡的排出，但砷是有毒金属，不符合一些国家和地区的环保要求。 含砷玻璃的出口和下游客户的发展将受到限制。 使用无砷配方时，必须采用其他方法消除气泡。 技术难度也随之增加。 总之，配方是基板玻璃制造的核心技术，关系到基板玻璃成品的良率。

三是设备壁垒：以溢流熔化法为例，由于生产设备基本都是玻璃厂家自主研发生产，新进入者很难买到市场上现成的设备，需要重新设计并制造生产设备。 此外，由于对熔炉、导流槽、溢流砖等关键部件的生产要求较高，精度和特性不合格将直接影响最终产品的良率。 因此，基板玻璃生产设备的生产也存在很大的壁垒。

基板玻璃行业三大进入壁垒

基板玻璃行业的进入壁垒较高，但退出相对容易。 这主要体现在单线基板玻璃生产线的投资较低以及易于转换为盖板。

与面板生产线动辄数百亿美元的投资不同，基板玻璃生产线的投资相对较小。 一条第六代基板玻璃生产线投资约7亿元，其中白金投资200-3亿元可出售。 回收。 因此，撤资压力并不大。

基板玻璃厂商有能力和动力转用盖板玻璃

玻璃盖板是一层强化玻璃，用于保护手机、平板电脑、超级本等具有触摸功能的移动终端的最外层。 由于盖板玻璃对玻璃表面光滑度和厚度的要求不像基板那么高，并且不需要使用无碱玻璃，因此盖板玻璃的制造难度低于基板玻璃。 将基板玻璃生产线改造成盖板玻璃生产线技术难度不高，后期增加强化处理的投资也不高。 只要掌握公式，改造只需一个月； 然而，将盖板玻璃生产线改回基板玻璃生产线要困难得多。 除了改变玻璃液配方外，熔炉必须消除盖板玻璃生产带来的碱污染，还必须改用耐温更高的设备。 这个过程技术难度大、耗时长，整体转换周期需要3个多月，业内没有太多实践。

基板玻璃和盖板玻璃生产线改造

随着智能手机和平板电脑的爆发式增长，盖板玻璃的需求也随之增加，供应一度紧张。 其中，康宁研发的“大猩猩”盖板玻璃受到了包括苹果在内的众多品牌厂商的青睐，成为旗舰手机的首选盖板玻璃配置。 随着“大猩猩”玻璃的热销以及盖板玻璃比基板玻璃更有利可图的事实，康宁将其在美国的所有生产线都转为盖板玻璃。 2011年、2012年连续在台湾新增10条生产线。 基板生产线改装为“大猩猩”盖板。

从康宁的“大猩猩之路”可以看出，基板玻璃制造商由于技术高点，转产其他玻璃产品的技术门槛较低。 阈值反映在公式中。 目前，盖板的需求仍在升温。 当基板行业的竞争问题加剧时，厂商退出基板转而生产盖板甚至可能更有利可图。 目前，行业龙头康宁正在逐步将其低世代生产线转为覆盖面板。

台湾康宁原有基板玻璃生产线改建为大猩猩盖板玻璃

全球主要盖板玻璃制造商

制造商

国家

盖板玻璃产品

类型

发射时间

康宁

美国

溢流高铝玻璃

2010年

旭硝子

日本

浮法高铝玻璃

2011年

电工玻璃

日本

CX-01

溢流高铝玻璃

2011年

肖特

德国

浮法高铝玻璃

2011年

旭虹光电

中国

熊猫王

浮法高铝玻璃

2014年

彩虹

中国

彩虹凯莉

溢流高铝玻璃

2016年

国产玻璃中，东旭还推出了采用浮法工艺的高强超薄铝硅酸盐玻璃，彩虹则推出了采用溢流工艺的高铝盖板玻璃。

旭虹光电高强度超薄触摸屏玻璃生产线年生产规模780万平方米，单线产能位居全球第二，仅次于日本旭硝子。

彩虹CG01溢流下拉式第6代高铝盖板玻璃产能为每月10万-12万平方米。 生产规格厚度为0.5至1.0mm。

高铝玻璃主要原材料

高铝玻璃的主要原料有：高纯石英砂、碳酸钠、硝酸钾、锆英粉、氧化铝、碳酸钾、氧化镁、芒硝等。

与面板制造等“烧成本”的行业不同，玻璃基板是一个依赖技术的行业。 高进入壁垒导致了供需良好、寡头垄断、利润率高等行业特征。 谁能生产出合格的产品？ 任何人都可以参与分享高利润蛋糕； 玻璃基板制造三大壁垒阻挡了众多进入者，康宁和日本玻璃厂商的寡头垄断局面长期维持。

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