又被卡脖子？TFT-LCD玻璃基板用石英原料亟待国产化

　　TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器，这种显示器不仅能满足画面上的细腻清晰、色彩上的“多”和“真”、反应速度更快，还具有重量轻质、厚度很薄、无辐射、抗干扰、亮度高、工作电压低、能耗较低、更加环保等特点，是目前国际上发展较为成熟同时应用十分广泛的产品。

　　TFT-LCD玻璃基板作为液晶显示面板的核心部件，是电子信息显示产业的关键战略材料，其生产控制精度与半导体行业相当，代表着目前全球现代玻璃规模化制造领域的最高水平。基板玻璃作为TFT-LCD面板上下两片重要材料，最下面玻璃底板制作薄膜晶体管阵列；上方CF基板为彩色滤光片承载驱动所必需的电极和开关元件。

　　TFT-LCD液晶显示对基板玻璃提出了强耐酸耐碱性、良好的热稳定性、高弹性模量、低密度、缺陷少以及无碱无砷等性能要求。TFT-LCD工艺制造中，基板玻璃表面需要在较高温度下真空镀膜，同时用到各种强酸强碱如NaOH、氢氟酸的清洗和刻蚀，所以基板玻璃需要优良的热学性能和化学稳定性；高温处理过程中碱金属离子可能通过阻隔层，使介电材料受到污染，同时破坏基板玻璃上的薄膜材料特性，降低面板使用寿命，所以基板玻璃中碱金属含量低于1000ppm。

　　SiO2是TFT-LCD玻璃基板重要的结构元素，SiO2以硅氧四面体［SiO4］的结构形成不规则的连续网络而成为玻璃的骨架，占玻璃组成58%～63%，它能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、应变点、耐热性、硬度、机械强度、黏度和透紫外光性。

　　引入二氧化硅的原料是石英砂，由于石英砂原料在玻璃配合料中所占的质量百分比是最大的，而且在玻璃的熔制过程中，不同的石英砂颗粒的溶解和扩散会直接影响到玻璃的形成速度，这就直接影响了玻璃的熔制质量和玻璃的生产成本，所以石英砂的选择对无碱铝硼硅酸盐玻璃的熔化和玻璃的性能都具有很大的影响。

　　为了保证玻璃化学成分的稳定和避免有害杂质元素的侵害，需对石英原料进行选矿提纯以控制Fe、K、Na等有害杂质元素。石英砂粒度也是影响TFT-LCD玻璃基板质量的重要指标，主要是因为玻璃熔融质量与原料的粒度组成及粒径大小相关，石英颗粒在无碱铝硼硅酸盐玻璃熔制过程中的溶解和扩散是渐变的。根据硅酸盐形成过程动力学，石英颗粒在玻璃熔体中的溶解速度取决于其扩散速度，而石英颗粒的扩散面积与玻璃熔体的粘度决定了其扩散速度，所以石英颗粒的粒径越小，表面积就越大，扩散面积就越大，则反应活化能就越大，使得石英颗粒更容易参与到玻璃熔体的形成反应过程中，将减少颗粒未完全熔融情况。因此，TFT-LCD玻璃基板需对石英原料粒度进行严格控制。

　　有实验表明，石英砂的形态和尺寸对无碱铝硼硅酸盐玻璃的熔制具有显著的影响，颗粒均匀且尺寸较小的石英砂颗粒有利于无碱铝硼硅酸盐玻璃的熔制，而石英砂的颗粒尺寸大于90μm时，玻璃熔制时会出现“富硅氧层”（编注：指石英砂颗粒在玻璃熔体表面富集），不利于玻璃的熔制，其中颗粒均匀且粒度小于75μm的湖北某地石英砂适合作为TFT-LCD基板玻璃中SiO2的引入原料，符合TFT-LCD基板玻璃的熔制要求。

　　随着信息显示产业的迅速发展，其对石英原料需求量与日俱增，目前国内市场需求量已达10万吨/年，年增长率约为20%～30%，基本上由矽比科(Sibelco)公司垄断，占市场份额90%以上，国内生产TFT-LCD玻璃基板用石英原料的仅有很少几家，原矿为脉石英和石英岩矿，随着高品质石英资源的枯竭，寻找可替代的石英资源迫在眉睫。目前关于TFT-LCD玻璃基板用石英原料的产业报道也很少见。

　　李佩悦等，TFT-LCD玻璃基板用海相沉积型天然石英砂的工艺矿物学研究，中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司