李俊杰 劉亞茹 王黎 田英良

（1.中國建材檢驗認證集團股份有限公司 北京 100024；2.北京工業(yè)大學材料與制造學部 北京 100124）

0 引言

隨著電子顯示產業(yè)快速發(fā)展，顯示用電子玻璃產業(yè)規(guī)模也逐年攀升，電子顯示產品應用無處不在，電子顯示產品包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、信息查詢機、電視等。顯示用超薄玻璃是電子顯示產品的關鍵材料，對電子顯示產品輕薄化、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，基本已經實現了從依賴進口到獨立自主生產方向的轉變，目前我國電子玻璃產量占據全球超薄玻璃出貨量的60%以上，每年仍在增加［1,2］。

超薄玻璃產業(yè)的發(fā)展也離不開我國電子超薄玻璃標準化工作的建設。近年來，我國超薄玻璃標準化建設工作發(fā)展較為迅速，每年都會有一系列以超薄玻璃產品性能評價為主題的國家標準、行業(yè)標準發(fā)布，這也實現了標準服務與玻璃產業(yè)相互促進的良性循環(huán)。

中國建材檢驗認證集團股份有限公司作為國內建材領域最具權威的第三方檢測機構，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）質量監(jiān)督檢驗評價中心”，這標志著我國有了專業(yè)的電子玻璃及智能玻璃（器件）質量檢驗評價平臺。伴隨著該電子玻璃檢驗中心的成立，電子玻璃相關的咨詢和檢測業(yè)務越來越多。

1 電子玻璃及產業(yè)概述

電子玻璃是電子顯示產品關鍵材料，隨著顯示產品的更新迭代，促使電子玻璃快速發(fā)展，相繼出現了電子顯像管玻璃、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、導光板玻璃等產品。電子顯示玻璃滲透領域逐漸擴大，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構示意如圖1所示。

圖1 電子玻璃組件結構示意圖

由于顯示器產品產業(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大國，國內電子玻璃原片廠家主要有7大集團，涉及到的子公司超薄玻璃生產線一共有20多條。

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

2 電子玻璃性能評價

電子玻璃主要應用于高精度顯示器件領域，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行檢測。本文將電子玻璃性能大致分為機械性能、熱學性能、光學性能、化學穩(wěn)定性、電學性能、工藝性能以及外觀質量性能。

2.1 機械性能

機械性能是顯示用超薄電子玻璃產品重要的性能參數。如蓋板玻璃，常被用作電子顯示產品的保護層玻璃，其玻璃的表面壓應力、應力層深度性能以及抗沖擊性能對于產品抗摔性能的評價具有重要的意義；維氏硬度，對于電子顯示產品的觸控保護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械性能相關測試方法和參考標準見表1。

表1 機械性能相關測試方法和參考標準匯總［4-15］

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

雖然電子玻璃機械性能的評價方法及相關標準已取得長足發(fā)展，但是還有一些新的問題需要進一步完善。

（1）微應力測量問題。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力要求越來越苛刻，目前行業(yè)內已經有玻璃表面微應力的檢測方法和手段，但是仍沒有針對性的方法標準出臺。

（2）表面壓應力與應力層深度測量問題。鋰鋁硅蓋板玻璃的出現，增加了表面應力及應力層深度測試難度，雖然行業(yè)內已經有該參數的評價方法，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準，此外由于我國光彈常數測量方法的缺失，導致化學強化玻璃表面應力測量時缺少必要的計算參數。

（3）蓋板玻璃原片化學強化處理后，其表面壓應力CS及深度方向的各參數如圖2所示。沿表層至玻璃層內部方向，應力層深度DOC（DOLzero）、折射率逆轉層深度DOL、離子交換層深度逐漸加深。

圖2 表面壓應力及應力層深度解析

2.2 熱學性能

顯示用超薄電子玻璃材料的熱學性能大致可分為平均線熱膨脹系數、比熱容、導熱系數、熱擴散系數、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性能測試方法及參考標準匯總見表2。

表2 熱學性能測試方法及參考標準匯總［16-22］

熱學性能是電子玻璃產品的關鍵性能，熱學性能的評價對電子玻璃的生產及應用具有重要的指導意義。如TFT-LCD基板玻璃的線熱膨脹系數性能，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對膨脹系數的測量方法進行了明確的描述，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測量相關標準需要進一步完善。此外，比熱容、熱擴散系數及導熱系數對于玻璃材料的精密退火工藝起著重要的指導意義，我國尚無針對超薄電子玻璃材料比熱容、熱擴散系數性能的評價。

2.3 光學性能

顯示用超薄玻璃材料的光學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、光彈常數等。光學性能測試方法及參考標準見表3。

表3 光學性能測試方法及參考標準匯總［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基板玻璃的關鍵光學性能，當柔性OLED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%），目前尚無標準對該性能進行限定。

羥基OH-1含量是電子玻璃的關鍵性能，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、成形以及結構松弛程度起到一定的調節(jié)作用。對于蓋板玻璃的生產，羥基含量過大時，玻璃結構松弛，在采用浮法工藝生產過程中，將會導致玻璃滲錫量的增加，這也會增加玻璃上下表面的結構差，當進行化學工藝處理時，會造成玻璃翹曲波紋等缺陷。隨著全氧燃燒在玻璃生產中的不斷應用，玻璃結構中羥基含量明顯提升，行業(yè)內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標準，關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)內也需要有測量薄電子玻璃產品羥基含量的標準出臺。

對于蓋板玻璃和化學強化玻璃產品，表面壓應力是一項關鍵的力學性能，目前普遍采用雙折射光彈法對其進行測量。當采用該方法時，折射率和光彈常數是比較關鍵的技術指標，對表面應力的精確測量起到十分關鍵的作用。因此行業(yè)需要進一步完善標準，對這兩個參數進行限定。

2.4 化學穩(wěn)定性

結合國內外電子玻璃產品性能信息以及標準化建設現狀，將顯示用超薄電子玻璃化學穩(wěn)定性測試方法及參考標準匯總，見表4。

表4 化學穩(wěn)定性測試方法及參考標準匯總［31,32］

化學穩(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品的最外側，在保護產品不受損害的同時，玻璃還應具備良好的耐水、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，玻璃片化學穩(wěn)定性參數能夠為玻璃表面進行刻蝕、加熱、清洗等工藝流程設計提供參數依據。目前關于顯示用超薄玻璃耐酸性、耐水性、耐堿性的評價標準已經建立，但是關于基板玻璃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)一的標準。

2.5 電學性能

顯示用超薄電子玻璃電學性能測試方法及參考標準見表5。

表5 電學性能測試方法及參考標準匯總［33-37］

電學性能是超薄電子玻璃的重要性能參數。以觸控ITO鍍膜玻璃為例，方電阻性能是其重要的性能參數。對于手機等移動終端產品，由于要實時實現接收和發(fā)射信號，且隨著5G數據傳輸技術的發(fā)展和應用，對玻璃材料的介電性能要求也越來越高，但是目前現行的介電常數和介質損耗性能測試標準的頻率很低（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準。

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準匯總見表6。

表6 工藝性能測試方法及參考標準匯總［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過程中關鍵參數的控制。但是，電子玻璃具有成分中氧化鋁較高、產品薄（一般低于1 mm）、表面及外觀質量要求較高等特點，導致優(yōu)質電子玻璃的生產難度較大，且對生產設備和工藝參數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的測量對玻璃產品的生產制造意義重大。

2.7 外觀質量等產品性能

顯示用超薄電子玻璃外觀質量性能測試方法及標準匯總見表7。

表7 外觀質量測試方法及參考標準匯總［49-53］

超薄電子玻璃對外觀質量要求很高。以基板玻璃為例，對表面平整度、潔凈度、表面及內部缺陷等要求極為苛刻；蓋板玻璃經化學強化處理后，其表面容易產生翹曲缺陷，將嚴重影響觸控顯示終端產品的屏幕貼合質量，因此，行業(yè)內將翹曲值作為評價蓋板玻璃外觀優(yōu)劣的關鍵參數。

結合現有的玻璃相關的標準可知，超薄電子玻璃外觀質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，大都采用比較先進的技術對外觀質量進行控制，如激光掃描、在線缺陷電子采集系統(tǒng)的應用，極大地促進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量評價的標準中應充分吸收先進的評價手段，發(fā)揮先進測量技術在生產實踐中的應用。

3 結語

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，其應用市場越來越廣。結合電子玻璃近年來的發(fā)展以及我國電子玻璃標準體系不斷完善，可總結出以下結論：

（1）超薄電子玻璃屬于高端玻璃材料，性能參數多于傳統(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，標準建設和測試方法尚無法完全滿足行業(yè)對該產品的評價需求。

（2）建設完善電子玻璃相關評價方法和標準的過程中，不僅要考慮電子玻璃“超薄”的特點，還應結合該玻璃的基本特性、應用領域、深加工工藝流程、應用環(huán)境條件要求等方面，對該產品進行全方位綜合評價。