一、各類LCD顯示器對(duì)基板的要求
液晶(LC)及液晶顯示器(LCD)研究的飛速發(fā)展帶動(dòng)了所需基板的更新?lián)Q代。LCD為有源顯示器，依靠外部光源來顯示。其基板需要兩種不同的短陣.第一種是內(nèi)部矩陣型，依靠液晶材料的閥值性質(zhì).第二是外部矩陣或有源矩陣(AM)型.由二極管陣列、金屬-絕緣體-金屬(MIM)裝置或薄膜晶體管汀兀)來為每個(gè)像素電子轉(zhuǎn)換。兩層之間是厚度為5-101am的隔阻層。1968年美國(guó)RCA公司的Heilmeir使用向列型液晶的動(dòng)態(tài)散射效應(yīng)發(fā)明了液晶數(shù)字手表，開創(chuàng)了內(nèi)部矩陣型液晶研究的新時(shí)代，1971年Schadt提出利用向列液晶的電場(chǎng)效應(yīng)的扭曲向列液晶顯示技術(shù)(TN LCD)。在此基礎(chǔ)上，1983年，又發(fā)明了超扭曲向列型液晶顯示器(STN LCD)。其扭曲角為240°-270°，預(yù)傾角為5°-20°左右，后來又相繼出現(xiàn)了非晶硅的有源矩陣薄膜晶體管液晶顯示器(a-Si AM TFT LCD)和多晶硅的有源矩陣薄膜晶體管液晶顯示器(p-Si AMTFT LCD)。
含有一硅阻隔層的鈉鈣硅玻璃完全可滿足內(nèi)部矩陣型LCD的要求。在內(nèi)部矩陣LCD中具有較高性能的超扭曲向列性(STN)中，為滿足其間隙尺寸的大小一致，就要求基板格外平整。所以.應(yīng)用于這種顯示器時(shí)，鈉鈣硅玻璃就必須精密拋光。但精確成型的Corning7059玻璃則可以應(yīng)用。
外部矩陣LCD可進(jìn)一步細(xì)分為兩種類型，一種是基于MIM或非晶硅(a-Si)器件，另外一種是基于多晶硅(p-Si)器件。MIM或非晶硅(a-Si)型對(duì)基板的要求和STN一致。Corning7059薄板玻璃由于鈉含量較低(0.1wt%)、尺寸精確和具有商業(yè)可行性而成為較為理想的基板。但是，多晶硅(p-Si)器件的成型工藝溫度比a-Si TFT要高?；逅璧墓ぷ鳒囟葹?00-800℃(在玻璃的應(yīng)變點(diǎn)以下25℃)。準(zhǔn)確的溫度由生產(chǎn)TFT的特定工藝來確定。沉積控制介電質(zhì)需600-650℃，熱氧化物需大約800℃。a-Sj和p-Si工藝都要求和后續(xù)的工藝精確匹配，也都要求基板的熱收縮要小。
在生產(chǎn)工藝中.由基板上的堿金屬氧化物對(duì)TFT形成的鈉污染應(yīng)引起重視，通常的做法是在基板上覆蓋一阻隔層來阻止堿金屬的遷移。在這一點(diǎn)上值得注意的是堿含量近于零的非晶硅則可以應(yīng)用，有對(duì)也稱熔融硅或熔融石英。由于熔融硅的工作溫度為965℃，集成電路工藝技術(shù)可以直接應(yīng)用而不需添加阻隔層。這種玻璃的主要問題是債格昂貴，不能用價(jià)格低廉的商用平板玻璃工藝制各。相反，它必須用澆鑄、切割、細(xì)磨和拋光方法來制備。
二、LCD基板的主要性質(zhì)要求
除基板的三個(gè)主要性質(zhì)，即尺寸的精確度、耐溫性和熱收縮性外。本節(jié)再添加另外的兩個(gè)要求：無明顯缺陷(包括內(nèi)部和表面).在顯示器生產(chǎn)中抗化學(xué)腐蝕性。本節(jié)將討論在五個(gè)因素和平板顯示器的裝配和性能的關(guān)系。
1、尺寸精密度
高性能顯示器的裝配包括多種的精確工藝。因此.基板的尺寸、形狀和邊界精度公差的數(shù)量級(jí)為0.1μm。在AM LCD中，對(duì)由扭曲產(chǎn)生的形變、表面租造度或厚度誤差的要求的精度更高。這是因?yàn)楠M縫空間(在兩個(gè)顯示基板之問的距離)在顯示器中的要求是十分嚴(yán)格的。如果玻璃的缺陷引起狹縫空間的局部變化，那么此地的電場(chǎng)將會(huì)同周圍像素的電場(chǎng)發(fā)生偏離。這種電場(chǎng)偏離將會(huì)使最終的顯示的灰度或色彩不一致。即使表面缺陷的大小在0.1 μ到幾個(gè)毫微米，也會(huì)對(duì)顯示效果產(chǎn)生十分大的影響.諸如扭曲的較大的平整度形變現(xiàn)在可以用塑料微珠或混有液晶材料的玻璃棒來補(bǔ)償狹縫空間以保證狹縫的寬度-狹縫寬度的形變只會(huì)發(fā)生在當(dāng)基板變形幅度小到狹縫的另外一個(gè)基板也不能糾正到與之相匹配和保持兩基板間的固定間距時(shí)發(fā)生。
板的平整度變形會(huì)在生產(chǎn)中產(chǎn)生另外的一個(gè)問題。由于照相平板印刷時(shí)不能在基板顯示器上聚焦，因此會(huì)在顯示電路中產(chǎn)生缺陷。如果印刷精度欠缺，扭曲的基板將會(huì)發(fā)生光掩蔽的危險(xiǎn)。
平板玻璃基板產(chǎn)生有可能產(chǎn)生的平整度變形包括上至簡(jiǎn)單形變和整個(gè)基板的波浪性扭曲下到玻璃的納米級(jí)的細(xì)微的分子粗造度整個(gè)范圍.上述論述只是粗略描述了平整度形變的幅度是如何影響顯示器的生產(chǎn)和性質(zhì)，對(duì)基板表面形變和顯示器性質(zhì)的關(guān)系的更詳盡的闡述是十分必要的。
2、熱要求
耐溫性和熱收縮性，這兩種熱要求是有聯(lián)系的。玻璃基板的剛度，即抗粘滯流動(dòng)性。只是在熱過程最高溫度高于退火點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)。但是.在溫度接近玻璃的應(yīng)力點(diǎn)時(shí)。如果玻璃冷卻的過快，溫度的差異就會(huì)使玻璃產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。基板的最高工作溫度在低于應(yīng)力點(diǎn)25℃以下將會(huì)在顯示器制備過程中避免產(chǎn)生不可接受的基板應(yīng)力。制備熱彎曲的高溫過程應(yīng)十分小心以避免熱開裂。
即使溫度稍遠(yuǎn)低于應(yīng)力點(diǎn)，基板也會(huì)由于體積松弛而發(fā)生尺寸改變。基板玻璃在制備中冷卻到室溫所達(dá)到的最終密度受玻璃在玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)域的冷卻速度的影響。在顯示器制備中。如果快速冷卻的玻璃重新加熱而在隨后的熱過程中以可使玻璃結(jié)構(gòu)充分馳豫的方式冷卻，玻璃的密度將會(huì)增加。在顯示器制備過程中線性尺寸的改變將導(dǎo)致照相平板印刷間的不匹配.在顯示器制備中對(duì)基板收縮的允許程度依賴于顯示器.電路、顯示器尺寸等性質(zhì)。在AM LCD的情況下，這意味著收縮不能高于在顯示器最大尺寸方向上的最小元件(例如布線間的寬度)的一部分。也就是說，在幾百毫米上只有幾個(gè)微米的收縮，即幾個(gè)ppm。
實(shí)際應(yīng)用的顯示器基板玻璃的～些收縮數(shù)據(jù)已有報(bào)道。玻璃的體積馳豫現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)和理論兩方面都有研究。在轉(zhuǎn)變區(qū)域以下較遠(yuǎn)的區(qū)域的熱收縮的理論研究還不夠完全.其中，在ppm級(jí)范圍內(nèi)測(cè)定收縮是比較困難的。
由于玻璃經(jīng)歷許多步驟，顯示器的制備工藝，特別是AM LCD制備工藝的化學(xué)性質(zhì)是最容易改變的。a-SiAM LCD液晶面板基板要加上七層或更多的薄膜，并且含有多次的刻蝕步驟。
顯示器基板的化學(xué)穩(wěn)定性要求如下：各種刻蝕溶液都不能使顯示器產(chǎn)生可見的殘留物或干擾隨后的薄膜沉積。在反應(yīng)物對(duì)玻璃的較高的刻蝕速度的情況下(中或高的敏感性)?？涛g條件必需優(yōu)化處理以避免對(duì)基板產(chǎn)生不必要的破壞。
關(guān)于7059玻璃和1733玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性的定量數(shù)據(jù)己有報(bào)道。在這些研究中可見，和含堿的玻璃的情形相似，酸首先將玻璃中非硅成分剝掉，形成一個(gè)富硅層。當(dāng)高膨脹的薄膜應(yīng)用在基板上時(shí)這種脆弱多孔的表面層會(huì)剝蝕掉。所以基板表面的化學(xué)性質(zhì)的改變是顯著的。這同時(shí)證明氟化物和基礎(chǔ)反應(yīng)物對(duì)玻璃基板的刻蝕都沒有使表面出現(xiàn)可見的粗糙，這是對(duì)硅網(wǎng)絡(luò)的侵蝕而不是對(duì)非硅組成的侵蝕。但是對(duì)于拋光的基板方面，由于玻璃表面的拋光損壞，均勻玻璃溶解也會(huì)使表面的粗糙度增加。因此，保持潔凈度和使用化學(xué)蝕刻工藝來使粗糙度降至最小。
4、表面和內(nèi)部缺陷
LCD液晶顯示器在表面和內(nèi)部缺陷方面必須有非常高的質(zhì)量。在表面布置電路的基板必須避免擦傷或其他表面污染與小到幾個(gè)毫米的缺陷來避免顯示器線路的缺陷。Heumstic提出諸如表面平行度的基板形狀和基板的長(zhǎng)度和寬度同等重要。在缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，顯微鏡下的基板缺陷僅僅是一種缺陷，當(dāng)成為一種潛在的致命缺陷時(shí)才成為公開的缺陷。和其他對(duì)顯示器基板的重要要求一樣。這還沒有成為數(shù)量化的、理論化的表面質(zhì)量要求的標(biāo)準(zhǔn)。
內(nèi)部缺陷，包括氣體雜質(zhì)和顆粒雜質(zhì)，不影響顯示器的生產(chǎn)。因此.可見性是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題。只要雜質(zhì)小于像素的某一部分，是可以接受的。一個(gè)可以接受的缺陷的極限大小為一個(gè)獨(dú)立像素表面積的25%。因此像素為100的顯示器的雜質(zhì)尺寸極限為50pan。因此，到目前還缺少玻璃基板的尺寸、化學(xué)性質(zhì)和缺陷級(jí)別的量化的理論。由于實(shí)際應(yīng)用在不斷的推進(jìn)現(xiàn)代玻璃生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。在LCD液晶顯示器的商業(yè)化進(jìn)程中這方面的努力是十分必要的。
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