李俊杰 劉亞茹 王黎 田英良

（1.中國建材檢驗認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司 北京 100024；2.北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部 北京 100124）

0 引言

隨著電子顯示產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，顯示用電子玻璃產(chǎn)業(yè)規(guī)模也逐年攀升，電子顯示產(chǎn)品應(yīng)用無處不在，電子顯示產(chǎn)品包括智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、信息查詢機(jī)、電視等。顯示用超薄玻璃是電子顯示產(chǎn)品的關(guān)鍵材料，對電子顯示產(chǎn)品輕薄化、觸控化、高清顯示等發(fā)展方向起著重要的作用。伴隨著電子顯示產(chǎn)品的快速發(fā)展，我國超薄電子玻璃行業(yè)發(fā)展迅猛，基本已經(jīng)實現(xiàn)了從依賴進(jìn)口到獨立自主生產(chǎn)方向的轉(zhuǎn)變，目前我國電子玻璃產(chǎn)量占據(jù)全球超薄玻璃出貨量的60%以上，每年仍在增加［1,2］。

超薄玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也離不開我國電子超薄玻璃標(biāo)準(zhǔn)化工作的建設(shè)。近年來，我國超薄玻璃標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作發(fā)展較為迅速，每年都會有一系列以超薄玻璃產(chǎn)品性能評價為主題的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，這也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)與玻璃產(chǎn)業(yè)相互促進(jìn)的良性循環(huán)。

中國建材檢驗認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司作為國內(nèi)建材領(lǐng)域最具權(quán)威的第三方檢測機(jī)構(gòu)，于2019年5月5日成立了“國家建筑材料工業(yè)電子玻璃及智能玻璃（器件）質(zhì)量監(jiān)督檢驗評價中心”，這標(biāo)志著我國有了專業(yè)的電子玻璃及智能玻璃（器件）質(zhì)量檢驗評價平臺。伴隨著該電子玻璃檢驗中心的成立，電子玻璃相關(guān)的咨詢和檢測業(yè)務(wù)越來越多。

1 電子玻璃及產(chǎn)業(yè)概述

電子玻璃是電子顯示產(chǎn)品關(guān)鍵材料，隨著顯示產(chǎn)品的更新迭代，促使電子玻璃快速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了電子顯像管玻璃、電子封接釉料玻璃、CRT玻璃、發(fā)光二極管玻璃、電子顯示基板、蓋板玻璃、觸控玻璃、導(dǎo)光板玻璃等產(chǎn)品。電子顯示玻璃滲透領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，未來將會發(fā)展出建筑玻璃顯示化、汽車玻璃顯示化、無人駕駛機(jī)電子顯示操控等。目前主流的電子顯示屏器件采用的電子玻璃結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 電子玻璃組件結(jié)構(gòu)示意圖

由于顯示器產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅猛，全球顯示用超薄玻璃需求量增速很大。以基板玻璃為例，從2011年至2020年，全球超薄玻璃基板的需求量從3億m2上升到如今的6億m2，足足翻了一倍，以平均每年45%的速度穩(wěn)步增長［3］。目前，我國是超薄玻璃生產(chǎn)大國，國內(nèi)電子玻璃原片廠家主要有7大集團(tuán)，涉及到的子公司超薄玻璃生產(chǎn)線一共有20多條。

電子玻璃的發(fā)展主要伴隨著電子顯示產(chǎn)品的發(fā)展需求，由于電子顯示產(chǎn)品輕量化的發(fā)展需求，要求玻璃材料具備超薄輕量等特性，因此電子玻璃產(chǎn)品厚度一般小于1.1 mm，且厚度為0.7 mm及以下的產(chǎn)品應(yīng)用最多。根據(jù)電子玻璃不同的應(yīng)用領(lǐng)域，基板玻璃、蓋板玻璃及觸控玻璃產(chǎn)品成分和性能具有較大的差異，如基板玻璃一般指高應(yīng)變點、低膨脹系數(shù)、低收縮率的高堿土鋁硅玻璃，且對產(chǎn)品外觀及表面質(zhì)量要求極為苛刻；蓋板玻璃一般指高強(qiáng)度、高硬度可化學(xué)鋼化的高堿鋁硅玻璃，對玻璃材料的力學(xué)性能要求較高；觸控玻璃即為超薄鈉鈣玻璃品種，對外觀質(zhì)量要求較高。

2 電子玻璃性能評價

電子玻璃主要應(yīng)用于高精度顯示器件領(lǐng)域，該品種玻璃性能的檢測評價具有一定的特殊性，很多都需要根據(jù)超薄電子顯示玻璃及智能玻璃的輕薄化、大型化、功能化等方面按照特定的檢測方法進(jìn)行檢測。本文將電子玻璃性能大致分為機(jī)械性能、熱學(xué)性能、光學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、電學(xué)性能、工藝性能以及外觀質(zhì)量性能。

2.1 機(jī)械性能

機(jī)械性能是顯示用超薄電子玻璃產(chǎn)品重要的性能參數(shù)。如蓋板玻璃，常被用作電子顯示產(chǎn)品的保護(hù)層玻璃，其玻璃的表面壓應(yīng)力、應(yīng)力層深度性能以及抗沖擊性能對于產(chǎn)品抗摔性能的評價具有重要的意義；維氏硬度，對于電子顯示產(chǎn)品的觸控保護(hù)和抗劃傷性能評價具有重要作用；基板玻璃的彈性模量性能決定了玻璃產(chǎn)品的剛性，對于顯示面板加工，承載電子顯示器件起到重要作用。顯示用超薄電子玻璃機(jī)械性能相關(guān)測試方法和參考標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 機(jī)械性能相關(guān)測試方法和參考標(biāo)準(zhǔn)匯總［4-15］

近年來，伴隨著電子玻璃產(chǎn)品機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)化工作的不斷完善，電子顯示用超薄玻璃機(jī)械性能評價從過去“無標(biāo)準(zhǔn)、套用其它同類產(chǎn)品”轉(zhuǎn)向了“具有針對性多樣性選擇”的局面。以彎曲強(qiáng)度性能評價為例，傳統(tǒng)上主要借鑒建筑玻璃“三點彎曲”法進(jìn)行測量，但是當(dāng)玻璃厚度逐漸減薄至1.1 mm以下時，產(chǎn)品的彎曲強(qiáng)度評價十分困難；目前，對于超薄電子玻璃彎曲強(qiáng)度，已經(jīng)出現(xiàn)了針對性較高的“彎曲強(qiáng)度（四點）”、“彎曲強(qiáng)度（雙環(huán)法）”以及適用于柔性玻璃的“兩點彎曲”法。

雖然電子玻璃機(jī)械性能的評價方法及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已取得長足發(fā)展，但是還有一些新的問題需要進(jìn)一步完善。

（1）微應(yīng)力測量問題。隨著基板玻璃向更薄更大尺寸方向發(fā)展，對玻璃表面殘余的微應(yīng)力要求越來越苛刻，目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有玻璃表面微應(yīng)力的檢測方法和手段，但是仍沒有針對性的方法標(biāo)準(zhǔn)出臺。

（2）表面壓應(yīng)力與應(yīng)力層深度測量問題。鋰鋁硅蓋板玻璃的出現(xiàn)，增加了表面應(yīng)力及應(yīng)力層深度測試難度，雖然行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有該參數(shù)的評價方法，如散射光光法已成為行業(yè)普遍采用的方式，但該方法尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，此外由于我國光彈常數(shù)測量方法的缺失，導(dǎo)致化學(xué)強(qiáng)化玻璃表面應(yīng)力測量時缺少必要的計算參數(shù)。

（3）蓋板玻璃原片化學(xué)強(qiáng)化處理后，其表面壓應(yīng)力CS及深度方向的各參數(shù)如圖2所示。沿表層至玻璃層內(nèi)部方向，應(yīng)力層深度DOC（DOLzero）、折射率逆轉(zhuǎn)層深度DOL、離子交換層深度逐漸加深。

圖2 表面壓應(yīng)力及應(yīng)力層深度解析

2.2 熱學(xué)性能

顯示用超薄電子玻璃材料的熱學(xué)性能大致可分為平均線熱膨脹系數(shù)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)、耐熱沖擊性能以及再熱收縮率等。顯示用超薄電子玻璃熱學(xué)性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總見表2。

表2 熱學(xué)性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總［16-22］

熱學(xué)性能是電子玻璃產(chǎn)品的關(guān)鍵性能，熱學(xué)性能的評價對電子玻璃的生產(chǎn)及應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。如TFT-LCD基板玻璃的線熱膨脹系數(shù)性能，由于顯示器面板制備工藝具有高溫加工工藝，對玻璃材料的線熱膨脹系數(shù)要求很高，（32～38）×10-6/K；OLED對基板玻璃要求更高，（33～35）×10-6/K。雖然GB/T 16920—2015及GB/T 7962.16—2010對膨脹系數(shù)的測量方法進(jìn)行了明確的描述，但是仍然無法測量厚度小于0.5 mm的玻璃，如0.33 mm超薄玻璃的測試。因此，超薄玻璃平均線熱膨脹系數(shù)測量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步完善。此外，比熱容、熱擴(kuò)散系數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)對于玻璃材料的精密退火工藝起著重要的指導(dǎo)意義，我國尚無針對超薄電子玻璃材料比熱容、熱擴(kuò)散系數(shù)性能的評價。

2.3 光學(xué)性能

顯示用超薄玻璃材料的光學(xué)性能大致可分為可見光透射比、550 nm透射率、308 nm透射率、羥基OH-1含量、折射率598.3 nm、光彈常數(shù)等。光學(xué)性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 光學(xué)性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總［23-30］

基板玻璃和蓋板玻璃對可見光透射比，550 nm透射率要求較高（T≥91%）。308 nm透射率是OLED基板玻璃的關(guān)鍵光學(xué)性能，當(dāng)柔性O(shè)LED紫外剝離步驟加工處理時，紫外線穿過玻璃載板，從載板剝離膜層，要求基板玻璃對于308 nm波長具有高透過率（T≥70%），目前尚無標(biāo)準(zhǔn)對該性能進(jìn)行限定。

羥基OH-1含量是電子玻璃的關(guān)鍵性能，由于該性能的測量一般通過紅外光譜計算得出，因此在此劃分為光學(xué)性能。羥基是普遍存在玻璃材料中OH鍵，對玻璃的制備、成形以及結(jié)構(gòu)松弛程度起到一定的調(diào)節(jié)作用。對于蓋板玻璃的生產(chǎn)，羥基含量過大時，玻璃結(jié)構(gòu)松弛，在采用浮法工藝生產(chǎn)過程中，將會導(dǎo)致玻璃滲錫量的增加，這也會增加玻璃上下表面的結(jié)構(gòu)差，當(dāng)進(jìn)行化學(xué)工藝處理時，會造成玻璃翹曲波紋等缺陷。隨著全氧燃燒在玻璃生產(chǎn)中的不斷應(yīng)用，玻璃結(jié)構(gòu)中羥基含量明顯提升，行業(yè)內(nèi)對羥基含量重視程度明顯。對于羥基含量的評價，目前主要依賴于適用于石英玻璃的GB/T 12442—2019標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于電子玻璃羥基含量的測量，目前在紅外光譜測量點選取上還不統(tǒng)一，行業(yè)內(nèi)也需要有測量薄電子玻璃產(chǎn)品羥基含量的標(biāo)準(zhǔn)出臺。

對于蓋板玻璃和化學(xué)強(qiáng)化玻璃產(chǎn)品，表面壓應(yīng)力是一項關(guān)鍵的力學(xué)性能，目前普遍采用雙折射光彈法對其進(jìn)行測量。當(dāng)采用該方法時，折射率和光彈常數(shù)是比較關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，對表面應(yīng)力的精確測量起到十分關(guān)鍵的作用。因此行業(yè)需要進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)，對這兩個參數(shù)進(jìn)行限定。

2.4 化學(xué)穩(wěn)定性

結(jié)合國內(nèi)外電子玻璃產(chǎn)品性能信息以及標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)現(xiàn)狀，將顯示用超薄電子玻璃化學(xué)穩(wěn)定性測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總，見表4。

表4 化學(xué)穩(wěn)定性測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總［31,32］

化學(xué)穩(wěn)定性是顯示用超薄電子玻璃重要的性能。對于蓋板玻璃，由于其在觸控顯示產(chǎn)品的最外側(cè)，在保護(hù)產(chǎn)品不受損害的同時，玻璃還應(yīng)具備良好的耐水、耐油污性能，以抵抗生活中接觸液體的腐蝕，其次良好的化學(xué)穩(wěn)定性也有利于玻璃原片的儲存；對于基板玻璃，在面板加工的工藝過程中，玻璃片化學(xué)穩(wěn)定性參數(shù)能夠為玻璃表面進(jìn)行刻蝕、加熱、清洗等工藝流程設(shè)計提供參數(shù)依據(jù)。目前關(guān)于顯示用超薄玻璃耐酸性、耐水性、耐堿性的評價標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立，但是關(guān)于基板玻璃110BHF（30 ℃、5 min）、1HF:10HNO3（20 ℃、3 min）、1HF:100HNO3（20 ℃、3 min）、DI H2O（95 ℃、24 h）、Na2C O3-0.02N（95 ℃、6 h）等溶劑的侵蝕性能尚缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 電學(xué)性能

顯示用超薄電子玻璃電學(xué)性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 電學(xué)性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總［33-37］

電學(xué)性能是超薄電子玻璃的重要性能參數(shù)。以觸控ITO鍍膜玻璃為例，方電阻性能是其重要的性能參數(shù)。對于手機(jī)等移動終端產(chǎn)品，由于要實時實現(xiàn)接收和發(fā)射信號，且隨著5G數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對玻璃材料的介電性能要求也越來越高，但是目前現(xiàn)行的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗性能測試標(biāo)準(zhǔn)的頻率很低（1 kHz～1 MHz），沒有針對高頻（如100 MHz～40 GHz）測試條件下的評價方法標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 工藝性能

顯示用超薄電子玻璃工藝性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總見表6。

表6 工藝性能測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總［38-48］

續(xù)表6

超薄電子玻璃與普通平板玻璃的工藝性能類似，包括溫黏特性、熔體特性等，主要用于超薄玻璃生產(chǎn)過程中關(guān)鍵參數(shù)的控制。但是，電子玻璃具有成分中氧化鋁較高、產(chǎn)品?。ㄒ话愕陀? mm）、表面及外觀質(zhì)量要求較高等特點，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)電子玻璃的生產(chǎn)難度較大，且對生產(chǎn)設(shè)備和工藝參數(shù)的精密控制提出了更高的要求。因此，電子玻璃工藝性能參數(shù)的測量對玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)制造意義重大。

2.7 外觀質(zhì)量等產(chǎn)品性能

顯示用超薄電子玻璃外觀質(zhì)量性能測試方法及標(biāo)準(zhǔn)匯總見表7。

表7 外觀質(zhì)量測試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)匯總［49-53］

超薄電子玻璃對外觀質(zhì)量要求很高。以基板玻璃為例，對表面平整度、潔凈度、表面及內(nèi)部缺陷等要求極為苛刻；蓋板玻璃經(jīng)化學(xué)強(qiáng)化處理后，其表面容易產(chǎn)生翹曲缺陷，將嚴(yán)重影響觸控顯示終端產(chǎn)品的屏幕貼合質(zhì)量，因此，行業(yè)內(nèi)將翹曲值作為評價蓋板玻璃外觀優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)。

結(jié)合現(xiàn)有的玻璃相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可知，超薄電子玻璃外觀質(zhì)量的評價已十分完善，但是部分缺陷的評價手段較為落后。目前在電子玻璃行業(yè)內(nèi)，大都采用比較先進(jìn)的技術(shù)對外觀質(zhì)量進(jìn)行控制，如激光掃描、在線缺陷電子采集系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了電子玻璃外觀缺陷的快速評價。因此，在新出臺的電子玻璃外觀質(zhì)量評價的標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)充分吸收先進(jìn)的評價手段，發(fā)揮先進(jìn)測量技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用。

3 結(jié)語

顯示用電子玻璃是高附加值的新型特種玻璃品種，伴隨著顯示器件的不斷發(fā)展，其應(yīng)用市場越來越廣。結(jié)合電子玻璃近年來的發(fā)展以及我國電子玻璃標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，可總結(jié)出以下結(jié)論：

（1）超薄電子玻璃屬于高端玻璃材料，性能參數(shù)多于傳統(tǒng)平板玻璃。我國超薄玻璃，尤其是基板玻璃，發(fā)展起步較晚，標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和測試方法尚無法完全滿足行業(yè)對該產(chǎn)品的評價需求。

（2）建設(shè)完善電子玻璃相關(guān)評價方法和標(biāo)準(zhǔn)的過程中，不僅要考慮電子玻璃“超薄”的特點，還應(yīng)結(jié)合該玻璃的基本特性、應(yīng)用領(lǐng)域、深加工工藝流程、應(yīng)用環(huán)境條件要求等方面，對該產(chǎn)品進(jìn)行全方位綜合評價。