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液晶面板“三明治”结构中的玻璃基板
2019-10-25 09:35作者: 来源:洛阳国家大学科技园 1439
玻璃基板

什么是玻璃基板?
 
提起液晶显示屏,相信大家都很熟悉吧,而对于液晶显示屏的结构,估计没有几个人知道了。
 
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)夹果酱(液晶),故制作一片TFT-LCD面板需要用到两片玻璃,分别作为底层玻璃基板和彩色滤光片底板使用。作为底层的玻璃基板是什么呢?

定义
 
玻璃基板是构成液晶显示器件的一个基本部件。这是一种表面极其平整的浮法生产薄玻璃片。玻璃基板是构成液晶面板重要的原材料之一。玻璃基板在TFT-LCD上游原材料成本中占比约15.2%,对面板产品性能的影响十分巨大,面板成品的分辨率、透光度、厚度、重量、可视角度等指标都与所采用的玻璃基板质量密切相关,作为重要的基底材料,玻璃基板之于TFT-LCD产业的意义相当于硅晶圆之于半导体产业。

玻璃基板
图1

特性
 
由于TFT-LCD制造过程中的特殊环境,如高温、高压、酸性-中性-碱性的环境变更等,要求玻璃基板具备一定的特性。

玻璃基板
图2

分类
 
玻璃基板按照生产配方分为钠钙玻璃、高铝玻璃,钠钙玻璃不存在配方壁垒,进入门槛较低、易划伤、易压碎,用于低端产品;高铝玻璃在配方中加入氧化铝,性能优势明显,制造工艺难度大,配方壁垒高,用于中高端产品。

制造工艺
 
玻璃基板的制造工艺主要有浮法、流孔下引法和溢流熔融法三种,目前主流工艺是溢流熔融法。流孔下引法的玻璃成形时直接接触金属滚轮,导致玻璃双面质量不高,需要后续抛光处理,加工难度较大,因此该法生产的玻璃不适合应用于TFT-LCD液晶面板产业。美国康宁公司的溢流法成型工艺是目前生产TFT-LCD用玻璃基板的主要生产方法,该法成形时玻璃板表面仅与空气接触,形成自然表面,表观质量很高,但缺点是难以做大尺寸基板玻璃,且产能小。日本旭硝子发展了浮法制造TFT-LCD基板玻璃的技术,浮法工艺易于扩大基板玻璃面积,降低单位成本,但在锡槽成型时接触液态锡的一面仍需要抛光处理去除锡层。

玻璃基板
玻璃基板
图3

产业链构成
 
玻璃基板作为液晶面板基础原材料之一,占据液晶产业链顶端。上游原材料是一些最基础的化工原料如石英粉、氧化铝等,下游主要是面板厂和彩色滤光片供应商,分别供给他们制作TFT阵列和彩色滤光片,再在成盒段进行灌液晶、组装,制成Open Cell面板。

玻璃基板
图4
 
如今市场主流需求是G5以上世代玻璃基板,一般而言:
 
G5=1100mm×1300mm;
 
G6=1500mm×1850mm;
 
G8.5=2200mm×2500mm。
 
G5玻璃基板主要用于手机、平板电脑等移动终端设备,G6玻璃基板主要用来生产笔记本或显示器的液晶屏,而G8.5玻璃基板则主要用来切割大尺寸液晶电视的显示屏。与G6以下低世代相比,G8.5以上高世代的玻璃基板能有效提升大屏幕液晶面板的良率以及产出率,同时降低生产成本,进而能够顺应未来大屏、多屏时代的发展潮流,未来市场对于G8.5及以上高世代玻璃基板的需求将日益提升。

玻璃基板市场规模

国内外供应商情况
 
玻璃基板行业属于典型的技术密集型和资本密集型行业,制造工艺复杂,高技术门槛,核心技术只被少数国家所掌握。目前,全球基板的主要供应商为美国康宁(Corning)、日本旭硝子(AGC)、电气硝子(NEG)等几家占据了市场94%的份额,其中康宁占据了50%的份额。国内玻璃基板产业起步较晚但发展迅速,从事玻璃基板研究开发的企业有10家左右,目前只有彩虹集团和东旭光电掌握了溢流法生产技术,能够实现批量生产G6及以下尺寸玻璃基板。从市场占有率看,我国国产玻璃基板占有率仅为12%,8.5代市场份额更是小于1%,随着国内技术进步,我国生厂商也开始研发建设8.5代玻璃基板。

玻璃基板
图5

市场增速情况

玻璃基板
图6
 
近几年玻璃基板主要应用领域TFT-LCD显示面板出货量增速放缓,而OLED则集中在小尺寸智能手机应用,且需求量相对少,全球玻璃基板增速放缓,2018年全球玻璃基板需求量5.6亿平方米,预计2020年将达到6亿平方米,2016年-2020年增速为4.47%。

主要产业化基地和企业
 
中国南玻集团股份有限公司
 
立于1984年,为中外合资企业。主要产品为高档浮法玻璃原片、工程及建筑玻璃、精细玻璃、光伏科技绿色能源产品(高纯硅材料、太阳能超白玻璃、晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池及其组件、结构陶瓷等。
 
中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司
 
隶属于中国建筑材料集团有限公司,是中国重要的浮法玻璃制造和玻璃深加工基地之一,是世界三大浮法玻璃工艺之一“洛阳浮法玻璃工艺”诞生地,是国家首批大型试点企业之一。主要产品为浮法玻璃原片,洛玻热反射在线镀膜,洛玻热反射离线镀膜,Low-E低辐射镀膜玻璃,银镜,中空,钢化,夹层,防弹,热弯等及各种复合加工玻璃产品。
 
科立视材料科技有限公司
 
成立于2011年,是一家由金丰亚太有限公司(香港)与华映科技(集团)股份有限公司共同投资的合资企业。主营生产铝硅酸盐保护玻璃,有“小康宁”之称。主要产品为全系列触控产品、TFT-LCM、B/L(背光模组)等,为世界知名企业提供显示产品主要零部件。
 
彩虹集团新能源股份
 
2004年9月10日在中国陕西省咸阳市注册成立,据悉是中国第一支彩色显像管以及中国第一片液晶玻璃基板的诞生地,也是中国领先的太阳能光伏玻璃和发光材料制造商。下属企业有彩虹光伏玻璃厂。
 
主营业务:液晶玻璃基板、液晶面板、盖板玻璃、光伏玻璃及电站、LED、智慧医疗等战略性产业。
 
东旭光电科技股份
 
成立于1992年,1996年在深圳证券交易所挂牌上市,是全球领先的光电显示材料供应商,也是目前中国本土最大、世界第四的液晶玻璃基板生产商。截至目前,已拥有5代、6代、8.5代多条在建及已建成玻璃基本生产线20条,基本实现了玻璃基板不同世代全覆盖。是国内少数的高铝盖板玻璃供应商之一。主营业务:集液晶玻璃基板、盖板玻璃、偏光片、彩色滤光片、蓝宝石等光电显示材料、高端装备制造及系统集成、石墨烯产业化应用、新能源汽车研发及制造、智慧城市建设等业务。

主要研发机构
 
浮法玻璃新技术国家重点实验室
 
依托蚌埠玻璃工业设计研究院和中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司,现拥有热工、机电实验场所各一处,拥有工艺分析检测室、计算机工控试验室、用房面积近3500平方米;拥有科研仪器设备共计150多台(套),总值近1600万元,装备水平行业领先。洛玻集团为本实验室提供相应的建设和科研经费支持,专门用于从事我国浮法玻璃行业发展的共性基础性和前瞻性技术研究;同时将建设新的科研基地,建设用于过程研究的微型浮法生产系统,从而保证科研装备的更新和科研条件的改善。
 
平板显示玻璃技术和装备国家工程实验室
 
依托东旭集团,主要开展平板显示产业核心技术的攻关和关键工艺的试验研究。
 
中国建材总院
 
新中国第一个国家级建筑材料与无机非金属材料综合性科研机构,为满足国家建设和国防工程对建筑材料和无机非金属材料科技进步的需要,在水泥、平板玻璃、混凝土及特种工程材料、墙体材料、新型建材、石英玻璃与特种玻璃、纤维与纤维复合材料、建筑卫生陶瓷与高技术陶瓷材料、耐火材料及新材料等领域进行了开创性研究,取得一系列重大科技成果,为国民经济建设和国防现代化做出了突出贡献。
 
特种玻璃国家重点实验室
 
依托海南中航特玻材料有限公司,以电子级玻璃及离线LOW-E玻璃、电子级玻璃、离线LOW-E玻璃基片为主要产品。

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