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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。 •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。
•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。
全球各玻璃基板生產商的產品特性 分析
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玻璃基板的基本特性
•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
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。
✓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。 ✓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。
第四章 TFT-LCD 材料
玻璃基板
授課大綱
•玻璃特性 •玻璃製造方式 •玻璃發展挑戰
玻璃基板
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 ➢鉛玻璃是由氧化鉛、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… ➢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。
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。 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%。
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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。
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。 •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。
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。
➢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。 ➢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。 ➢因專利早已過期，所以除康寧公司外，NEG 及NHT 採用 溢流融合下拉法生產TFT−LCD 用的玻璃基板。
10Βιβλιοθήκη 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。
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； ➢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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玻璃基板由CF和TFT兩部分組成
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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； ➢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。