TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）的核心是玻璃基板，它不仅是整个显示器件的物理支撑，更是精密电路的载体，对玻璃薄板的成型技术要求极高，需要兼顾平整度、表面粗糙度、内部应力、纯度、尺寸精度等多个方面。
整个成型过程可以大致分为三个核心阶段：
- 熔炼与成型：制造出原始的大块玻璃板。
- 精加工：将大块玻璃板切割、研磨、抛光成最终所需的尺寸和品质。
- 表面处理：为后续的薄膜沉积做准备。
下面我们详细展开每个阶段的关键技术。
第一阶段：熔炼与成型
这是制造玻璃基板的起点,目标是获得一块巨大、均匀、无缺陷的原始玻璃板。
主要熔炼技术：浮法工艺
浮法是目前制造高质量平板玻璃（包括TFT-LCD玻璃基板）的主流技术，由英国皮尔金顿公司于1950年代发明。
基本原理： 将混合好的原料（主要成分为二氧化硅、氧化钠、氧化钙、氧化铝等）在窑中加热到约1500°C以上，熔化成均匀的玻璃液，然后让玻璃液从熔窑中流出，连续地流入一个充满熔融锡液的锡槽中。
由于玻璃液的密度比锡液小,它会浮在锡液表面上，形成一个厚度均匀的玻璃带，在锡槽中，玻璃带在自身重力、表面张力和牵引力的作用下，向前水平移动，在移动过程中，玻璃的上表面与保护性气体（如氮气和氢气混合气）接触，下表面与锡液接触，逐渐冷却固化。
关键技术与控制要点：
- 温度控制：锡槽内的温度梯度必须极其精确，确保玻璃从上到下均匀冷却，否则会产生应力变形。
- 气氛控制：保护气体的成分和纯度至关重要，防止锡液氧化，并控制玻璃表面的化学性质（如形成“tin side”和“air side”）。
- 拉引速度：通过精确控制玻璃带被拉出锡槽的速度，来决定最终玻璃的厚度。
- 厚度控制：现代浮法线采用激光测厚和冷端（冷却后）的在线磨边技术，实现微米级的厚度控制。
浮法生产的优势：
- 表面极其平整：得益于锡液的液态表面张力，玻璃表面平整度极高。
- 厚度均匀性好：可以实现大尺寸（如G8.5代，3.3m x 2.8m）的玻璃板，且厚度公差极小。
- 生产效率高：是连续化大规模生产。
其他熔炼技术
除了浮法,还有一些特殊的熔炼技术用于制造特定类型的玻璃基板：
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溢流下拉法：
- 原理：将熔融玻璃从坩埚中向上引出，形成一个中间厚、两边薄的“U”形通道，玻璃在重力作用下从两侧溢流，在底部中心融合，形成一面光滑的玻璃带。
- 优点：双面都极其光滑，没有浮法工艺中“锡面”和“空气面”的区别，非常适合对两面都有高要求的显示应用，常用于制造高铝玻璃。
- 缺点：尺寸相对较小，成本较高。
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熔融下拉法：
- 原理：用多个滚轮从熔融玻璃的表面垂直向下拉引，形成玻璃带。
- 优点：可以实现非常薄的玻璃（<0.1mm），表面质量好。
- 缺点：容易产生条纹和波纹，尺寸受限。
第二阶段：精加工
从浮法线上下来的原始玻璃板（称为“母板”或“原片”）尺寸巨大且表面有缺陷，需要经过一系列精密加工，才能成为用于生产的基板。
切割
将大尺寸的母板切割成适合各代生产线的小尺寸基板。
- 切割方法：
- 裂片+切割：先在玻璃表面用金刚石轮或激光划出一条浅痕，然后施加机械力使其沿痕裂开，这种方法效率高，但精度和边缘质量较差。
- 激光切割：使用高能激光（如CO₂激光）加热玻璃表面，同时用冷却气体急冷，使玻璃沿激光路径产生微裂纹，实现分离。优点是精度高、热影响区小、边缘质量好，是现代TFT-LCD基板切割的主流技术。
研磨与抛光
切割后的玻璃边缘和表面需要进行处理,以满足后续薄膜沉积和光刻工艺的要求。
- 倒角/磨边：切割后的玻璃边缘非常锋利，容易产生微裂纹和应力集中，通过研磨，将边缘磨成圆弧状，提高强度和安全性。
- 表面研磨：使用细磨料（如氧化锆、氧化铈）对玻璃表面进行机械研磨，去除切割过程中产生的划痕和表面损伤层，使表面变得平整。
- 化学机械抛光：这是最终精加工步骤，将玻璃基板与一个抛光头接触，抛光头表面附着有抛光垫，同时供给含有化学腐蚀剂和研磨颗粒的抛光液，通过化学反应和机械研磨的共同作用，去除亚微米级的表面损伤，最终达到原子级别的平整度和极低的表面粗糙度。
第三阶段：表面处理
在薄膜晶体管和彩色滤光片等薄膜沉积之前,需要对玻璃基板表面进行特殊处理，以确保薄膜的附着力和电学性能。
清洗
这是所有表面处理中最基础也最重要的一步,任何微小的颗粒、有机物或金属离子都会导致显示器件的致命缺陷。
- 湿法清洗：
- RCA清洗法：经典的半导体清洗工艺，使用多种化学溶剂（如APM、HPM、SC-1、SC-2）去除颗粒、有机物和金属离子。
- Megasonic清洗：在清洗液中使用高频声波（兆赫兹级），产生“空化效应”，强力剥离附着的微小颗粒。
- 干法清洗：
- UV-Ozone清洗：利用紫外光照射空气产生臭氧，臭氧具有强氧化性，能有效去除有机污染物。
- 等离子体清洗：在低压下，用氧气或氩气等离子体轰击表面，去除有机物和改善表面活性。
表面改性
为了改善薄膜的附着力或改变表面性质,通常需要进行化学处理。
- 硅烷偶联剂处理：在玻璃表面（主要成分是SiO₂）涂覆一层硅烷分子，这层分子的一端可以与玻璃表面的羟基（-OH）结合，另一端则能与后续沉积的有机薄膜或无机薄膜很好地结合，极大地提高了薄膜的附着力。
TFT-LCD玻璃薄板成型技术的核心挑战与发展趋势
| 技术阶段 | 核心技术 | 关键挑战与要求 |
|---|---|---|
| 熔炼与成型 | 浮法工艺 | 大尺寸、高平整度、高均匀性、极低的内部应力。 |
| 精加工 | 激光切割、CMP | 高精度切割、无微裂纹、原子级表面平整度、高纯度。 |
| 表面处理 | 超净清洗、硅烷处理 | 无尘环境、去除所有污染物、确保薄膜完美附着。 |
发展趋势：
- 大尺寸与薄型化：为了降低成本，玻璃基板的代数越来越高（G8.5, G10.5等），尺寸越来越大，为了适应柔性显示和轻量化需求，玻璃基板越来越薄，甚至向超薄玻璃和柔性玻璃基板（如康宁的Willow® Glass）发展，这对成型工艺的均匀性和强度控制提出了前所未有的挑战。
- 高世代化：更大尺寸的基板意味着一次可以切割出更多面板，显著提高生产效率和降低成本，但对熔炼、切割、搬运设备的精度和稳定性要求也更高。
- 新材料应用：如高铝玻璃，它具有更高的耐化学性、耐热性和硬度，是OLED（尤其是刚性OLED）和触摸屏的理想基板材料，其熔炼和成型工艺（如溢流下拉法）与钠钙玻璃不同，技术壁垒更高。
- 智能化与自动化：在整个生产流程中，引入更多的在线检测技术（如激光测厚、机器视觉检测缺陷）和自动化控制系统，实现实时监控和工艺优化，保证产品的一致性和良率。
TFT-LCD玻璃薄板的成型技术是一个集材料科学、机械工程、化学和精密控制于一体的复杂系统工程，其技术水平直接决定了显示面板的性能、成本和竞争力。
