浅谈第六代TFT- LCD 玻璃基板国产磨边机

高永亮

（南京中电熊猫液晶材料科技有限公司，江苏 南京 210033）

当今，国内TFT-LCD 行业和技术发展迅猛，液晶显示已成为主流显示。TFT-LCD 是薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器，就是在LCD 内部引入薄膜晶体管作为开关器件，再注入液晶材料的结构。主要应用于智能手机、笔记本计算机、液晶电视等。玻璃基板是TFT-LCD 显示器面板的薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片的关键基础材料之一。

生产过程中，TFT 玻璃基板（包括素玻璃基板、CF 玻璃基板、TFT 阵列玻璃基板，以及成盒后双层玻璃基板等三类）切割/裂片后需对其四边部进行磨削，使基板四边部形成需要的高光洁度弧面，磨削质量的好坏直接造成加工缺陷发生，也很大程度上影响后续工序的加工稳定性和良率，比如破坏丝网和影响丝网印刷质量、影响对位贴合质量、影响注晶质量，甚至影响模组人员安全等。

玻璃基板磨边是通过磨边机来实现的，国内现有TFT 玻璃基板、TFT-LCD 生产线以进口国外磨边机为主。随着国内TFT行业装备、制造技术发展和成熟，技术研发人才的培养和提升，国内设备公司也对磨边机进行了研发和推广，国内一些TFT 玻璃基板和TFT-LCD 生产线也在使用国产磨边机。

国内其他玻璃行业的磨边机国产化发展势头很好，如建筑玻璃、中空玻璃和汽车玻璃等，磨边机类型也很多，这些国内设备公司也涉足TFT 行业，将相关的超薄玻璃磨边机推广应用到TFT-LCD 玻璃基板上，如直线双边磨边机和仿形磨边机等。

1 TFT 玻璃基板和磨边

1.1 LCD 构造与玻璃基板特性

玻璃基板是一种表面极其平整的浮法生产薄玻璃片，是目前液晶显示器使用的主要材料，在液晶显示器领域占有相当重要的地位，也是液晶显示器件的一个基本部件，约占7%的原材料成本。目前市场上应用的玻璃基板，其主流厚度为0.7mm 和0.5mm，最薄也可以做到0.4mm 的厚度。

玻璃的种类有碱玻璃、低碱玻璃和无碱玻璃三类，由于TFT-LCD 制造工艺的要求很高，使用的玻璃基板与一般普通玻璃不同，是“无碱玻璃”，不含碱金属氧化物的硼硅玻璃，碱金属氧化物的存在不仅污染液晶材料，还会对TFT 的特性会产生影响，比如降低玻璃的熔点。液晶玻璃为透明固体，以二氧化硅为主要成分，还有氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化钡、氧化镁、氧化锌等各种各样成分，主要原料有石英粉、碳酸锶、碳酸钡、硼酸、硼酐、碳酸钙、硝酸钡等。

FTT-LCD 由阵列基板、彩膜基板、液晶屏部分、驱动IC 和周边组件部分以及背光源组成，通过阵列制程、彩膜制程、制屏制程和模组制程四个阶段形成。图1 是TFT-LCD 基本结构示意图，它的关键结构类似于三明治，每块TFT-LCD 面板包括前后两块玻璃基板，就是彩膜和阵列玻璃基板，如图中的上、下玻璃基板。

图1

由于TFT-LCD 制造过程中的特殊环境，如高温、高压、酸性-中性-碱性的环境变更等，要求玻璃基板具备一定的特性：耐高温、耐强酸强碱、超薄、超平滑、超精细、高透光性、高平整度、良好的抗溶剂和热收缩率小的性能。

目前，国内TFT 玻璃基板和TFT-LCD 公司磨边主要采用进口磨边机，以美国、日本和韩国产的磨边机为主，采用直线双边磨边机为主流。自动化生产线包括上料、切割、磨边、倒角、检查、清洗和下料等工序，而磨边工序的完成一般需要横向磨边机、转向设备、纵向磨边机和装卸传输设备等，横向和纵向磨边机分别对玻璃基板的长边和短边进行磨削，包含粗磨、精磨或抛光，图2 是磨边工序装置示意图。

图2

1.2 玻璃基板磨边

TFT-LCD 行业使用的素玻璃基板、CF 玻璃基板和TFT 玻璃基板切割后，存在着边缘不平整、光滑或锐角等缺陷，为避免这些缺陷对后续工序造成影响，需要对切割后玻璃基板四边部进行磨边加工。

磨边是通过磨边机的磨边砂轮与玻璃基板相对运动，砂轮中的磨粒对玻璃的磨削，使玻璃基板边部形成高光洁度的弧面。磨边质量的好坏直接影响磨边缺陷的发生，如表面有连续横向裂纹、纵向烧伤和豁口掉片等缺陷，也很大程度上影响后续工序产品的稳定性和良率。

通常，磨边形式有两种，一种是“C”型边，另一种是“上下磨”。图3 是磨边形式示意图。

图3

一般情况下，玻璃基板的磨边工艺流程是：玻璃基板切割→横向磨边→转向装置→纵向磨边→转向装置→倒角检查→清洗等。

2 国产磨边机简介

随着国内TFT-LCD 行业的发展和提升，国产磨边机加工生产技术也日益发展和成熟，同时，拥有采购成本、制造周期、质量控制以及后期设备维护等方面优势，国内一些TFT 玻璃基板生产和TFT-LCD 企业也引进国产超薄玻璃基板磨边机。大尺寸、连续生产的，采用直线双边磨边机；中小尺寸、不连续生产或测试的，采用数控磨边机或仿形磨边机。下面对直线双边磨边机和仿形磨边机进行简单介绍。

2.1 直线双边磨边机

直线双边磨边机是TFT 行业自动化生产线应用最常见的机型，主要是对大尺寸的玻璃基板进行磨边，可以同时磨削玻璃基板的两个对边，可以磨直边和圆边，完成磨边作业需要横向磨边机、转向设备和纵向磨边机等。

横向/纵向磨边机包括主传送机构、磨削机构、喷淋清洗机构和出料隔水风刀结构（纵向磨边机出口端）。主传送机构包括上下同步带、伺服电机、支撑架和压持机构，采用双侧伺服电机驱动系统和伺服电机自动开合，上下同步带的压持间隙可以伺服电机和手动调节；磨削机构主要包括磨头电机、伺服电机和砂轮等，磨边机两侧分别配置粗、精磨头砂轮各一个，对称布置，所有磨头升降和水平进给采用伺服电机驱动，也可以采用手动调节，所有磨头电机均采用玻璃磨边专用电机。每组粗、精磨头安装在一个移动底座上，由直线导轨支承，伺服电机驱动调节开度以满足不同尺寸规格玻璃基板的需要(与主传送机构开度调整同步）；喷淋清洗机构包括水箱、喷淋泵、喷嘴和接水箱等，在磨头砂轮磨削中，对磨削处喷水，起到降温和冲洗磨屑的作用；出料隔水风刀由上下风刀组成，主要是降玻璃基板上下面含磨屑的水吹干净，减少磨屑和研磨剂随玻璃基板进入后续清洗设备。 图4 是国产直线双边磨边机示意图。

图4

将玻璃基板置于在横向研磨机进料端的下同步传送带上，对位装置对位后，玻璃基板流入上下同步传送带，由传送带带入研磨区域，两侧的玻璃基板边部依次通过粗磨、精磨后再送入到转向装置。磨削过程中，喷淋泵通过喷嘴对磨削处喷水。玻璃基板经过转向装置转向后流入纵向磨边机传送同步带，同步传送带将玻璃基板带入研磨区域，对另外两条对边磨削。四条边磨削后的玻璃基板再通过转向装置转向后流向后续工序。图5 是玻璃基板磨边流向示意图。

图5

2.2 仿形磨边机

仿形磨边机就是靠模板准确定位，准确磨削。在建筑玻璃、汽车玻璃等行业，仿形磨边机运用较多，优点是磨出的玻璃形状准确，尺寸统一和生产效率高，缺点就是需要制作专门的模板，当生产品种较多时，制作模板费用较高，更换也麻烦。该种机型适合于生产品种不多或单一，大批量生产。仿形磨边机在TFT-LCD 行业也有使用，主要应用于中小尺寸、不连续生产或测试的玻璃基板磨边，它就是把吸附平台当做模板，玻璃基板长X 宽单边尺寸比模板分别大15mm 左右，本文介绍的是半自动仿形磨边机。该机型磨边机采用玻璃基板旋转方式，砂轮装在磨头电机上，磨头电机装在摆臂上，摆臂安装在可以旋转的轴上，砂轮在扭力控制下缓慢贴近玻璃基板后靠在玻璃的边缘进行磨边，利用玻璃基板旋转的边缘轨迹近似于仿形的方法加工。砂轮对玻璃基板的压紧力通过控制摆臂的扭力矩能够精确调整。有两组摆臂组件，其中一个用于磨上周边，另一个用于磨下周边，两组摆臂同时工作，工作时砂轮贴紧玻璃基板边缘，加工结束，砂轮自动弹开复位。

玻璃基板磨边流程是：操作者在触摸屏设置好各项磨削参数，在真空吸盘上放置玻璃基板，按启动按钮，真空吸盘吸牢玻璃基板并旋转，两组摆臂带动砂轮靠上玻璃基板并进行磨削上下周边，磨削过程中自动加水冷却，磨削结束后摆臂带动砂轮快速离开镜片，恢复到原始位置，磨削结束，再按下停止按钮，将磨边完成的玻璃基板取走。

由于仿形磨边机具有磨边质量好、加工速度快、造价低、调整简单、维护方便等优点，可以将半自动磨边机改成全自动，单工位改成多工位，运用到生产流水线上。也就是采取自动上下料、自动对位、自动吸附、自动磨削、玻璃旋转速度、金刚石砂轮压力和砂轮转速自动调整和匹配、砂轮上下运动也自动调整等。

2.3 磨边砂轮

磨边砂轮安装在磨头上，是磨边机磨削的关键部件，也是主要易损件，磨削主要是通过磨边砂轮和玻璃基板的相对运动来实现，如直线双边机是通过玻璃基板直线运动和砂轮圆周运动来实现，仿形磨边机是通过玻璃基板和砂轮同时做圆周运动来实现。砂轮质量的好坏，如砂轮的材料、形状、目数等，影响着磨削的效果，也决定着磨削距离的长短。

砂轮是由结合剂将磨料固结成一定形状，如圆柱和圆锥台,并具有一定强度的固结磨具，常见的有陶瓷砂轮、树脂砂轮、橡胶砂轮和金刚石砂轮等，TFT-LCD 行业应用较多的是树脂和金刚石砂轮，有圆柱和圆锥台两种形状。圆柱形树脂或带环形磨槽金刚石用于磨“C”型边，而圆锥台型树脂或金刚石砂轮用于玻璃基板上下边磨；砂轮的目数与磨削精度要求有关，一般情况下，300-400 目的砂轮用于粗磨，600-800 目用于精磨，而1000 目以上用于抛光。相比树脂砂轮，金刚石砂轮价格贵，但金刚石砂轮有使用广、磨削精度好和使用寿命长的优势。

结束语

随着国内TFT-LCD 行业和技术迅猛发展，生产、技术和人员的日益成熟和提升，通过国内科研院所、设备公司和TFT-LCD 生产公司三方通力协作，对TFT-LCD 相关工艺设备研究和开发，在TFT-LCD 行业一些设备国产化开发方面取得了显著成就，如检查设备、模组设备、机器人、传送设备、清洗机、显影机、剥离机、蚀刻机、划片机、磨边机、倒角机等。相信我们国产化磨边机越来越成熟，投入使用也越来越多。

国内公司通过密切合作、共同学习和加大投入，深入研发关键工序设备，就能够打破国外设备垄断和卡脖子，完善国内生产设备配套，提高设备国产化率，推动我国平板显示产业更好发展。