什么是UTG超薄玻璃？

新一輪折疊屏較量 UTG成升級必選項(xiàng)

折疊屏手機(jī)是行業(yè)公認(rèn)的發(fā)展方向，目前三星、華為、小米等都已經(jīng)推出了自家的折疊屏手機(jī)。但是，由于使用體驗(yàn)以及購買門檻較高的影響，導(dǎo)致折疊屏手機(jī)并沒有在市場上普及。

沉寂一段時間的折疊屏手機(jī)即將迎來新一輪的爆發(fā)，而這些新推出的折疊屏手機(jī)都有一個共同點(diǎn)，使用超薄玻璃 (UTG) 作為蓋板。

據(jù)AIOT大數(shù)據(jù)了解，vivo計(jì)劃在今年第四季度推出一款搭載UTG的可折疊手機(jī)，小米也將在今年推出的小米Mix Fold 2中使用UTG；OPPO準(zhǔn)備在2022年推出一款搭載UTG的可折疊手機(jī)；另有消息稱，榮耀正在準(zhǔn)備一款搭載UTG的可折疊手機(jī)。

無疑，UTG正逐漸成為手機(jī)廠商的新寵，在不同的技術(shù)升級方案中，UTG 或?qū)⒊蔀檎郫B屏手機(jī)差異化的下一個關(guān)鍵點(diǎn)。

目前，國內(nèi)多家UTG廠商也在積極加快UTG產(chǎn)線項(xiàng)目的推進(jìn)，以盡快進(jìn)入UTG量產(chǎn)階段。賽德公司表示，預(yù)計(jì)到2022年，賽德將投資建設(shè)滿足產(chǎn)能200萬片每月的生產(chǎn)線，以滿足更龐大的產(chǎn)量需求。結(jié)合在2020年底就已經(jīng)建設(shè)完畢的兩條一期生產(chǎn)線，屆時賽德公司UTG技術(shù)將能達(dá)到每月產(chǎn)能300萬片的量產(chǎn)目標(biāo)。

另外，蘇釧科技16條柔性折疊屏玻璃基板線也已開工，項(xiàng)目全部建成后，超薄柔性玻璃基板年產(chǎn)能將達(dá)到5000萬片，預(yù)計(jì)2022年10月工程竣工并正式投產(chǎn)。

什么是UTG？

UTG，全稱Ultra-Thin Glass，即“超薄玻璃”，其厚度通常在1.2毫米到0.1毫米之間，當(dāng)然也有部分型號實(shí)現(xiàn)了小于0.1毫米的厚度，其中厚度大于1毫米的超薄玻璃通常為平面玻璃，厚度在1到0.2毫米之間的超薄玻璃可以實(shí)現(xiàn)彎曲，而厚度小于0.2毫米的則可以擁有可折疊的特性。但考慮到適用范圍、良品率與成本，厚度在0.1毫米至0.5毫米的超薄玻璃在市場中占有更大的份額。

肖特提供多種不同規(guī)格的超薄玻璃產(chǎn)品

據(jù)AIOT大數(shù)據(jù)了解，德國的玻璃制造商肖特玻璃廠（Schott Glaswerke AG）在2016 年就展出其超薄玻璃產(chǎn)品；日本玻璃制造商日本電氣硝子（Nippon Electric Glass）在2005年就開發(fā)出了0.1毫米厚的超薄玻璃板，2008年更是開發(fā)出可以在圓柱上卷起的0.05毫米超薄玻璃；大家一定聽說過的材料制造品牌康寧（Corning）在2012 年也推出了其超薄玻璃產(chǎn)品。

各大材料集團(tuán)均有推出超薄玻璃產(chǎn)品

把玻璃做薄有什么好處嗎？

首先，顧名思義，超薄玻璃非常薄，這也降低了超薄玻璃產(chǎn)品本身的重量，這在大型玻璃應(yīng)用可以為最終成品減重，從而帶來重量上的優(yōu)勢。

發(fā)電板超薄玻璃制造發(fā)電板能起減重的作用

除此之外，超薄玻璃的“薄”也為超薄玻璃制品帶來更好的光學(xué)素質(zhì)，比如更高的透光度，在精密光學(xué)的應(yīng)用場景下，這種優(yōu)勢有可能帶來壓倒性的性能差距。在智能手機(jī)行業(yè)中，超薄玻璃的應(yīng)用也可以提高屏下指紋識別的速度與準(zhǔn)確度。

據(jù)AIOT大數(shù)據(jù)了解，在能源行業(yè)中，超薄玻璃也有著廣泛的應(yīng)用場景，以光伏產(chǎn)品為例，合理利用超薄玻璃產(chǎn)品重量與透光度的優(yōu)勢，可以有效提升光伏產(chǎn)品的發(fā)電效率，也可以降低整體模組的重量，比如日本航空航天局太空太陽能系統(tǒng)的超薄輕質(zhì)反射鏡就應(yīng)用了超薄玻璃技術(shù)。

在2009年，日本電氣硝子就與大學(xué)共同開發(fā)了世界上第一個超薄玻璃薄膜鋰離子電池，厚度僅為0.3毫米。換句話說，超薄玻璃技術(shù)可以提高電池的單位能量密度，也就是說可以在提高電池容量的同時，減小電池的體積。這種小體積大容量的電池，對于寸土寸金的智能手機(jī)來說尤為重要。

部分超薄玻璃已實(shí)現(xiàn)毫米級彎曲半徑

即使不用來做電池絕緣膜，也不用它來做折疊屏手機(jī)，超薄玻璃也可以在智能手機(jī)中發(fā)光發(fā)熱。比如比如可以對攝像頭模組進(jìn)行減重，通過降低鏡片重量來提升對焦速度，更薄的晶片組也可以提高通光量從而提升畫質(zhì)。

屏幕方面，采用超薄玻璃作為屏幕基板可以降低屏幕模組的整體重量與厚度，減重的效果立竿見影；而降低屏幕的整體厚度除了可以讓手機(jī)更為輕薄，還可以為電池留下更大的空間。5G的到來為手機(jī)電池帶來了不小的挑戰(zhàn)，可以提升電池容量的辦法手機(jī)品牌自然是喜聞樂見了。

據(jù)AIOT大數(shù)據(jù)了解，不少超薄玻璃制造商都著手于如何提高超薄玻璃的硬度。比如肖特就提出了化學(xué)硬化超薄玻璃的方式，這款強(qiáng)化超薄玻璃的強(qiáng)度可以達(dá)到未強(qiáng)化基礎(chǔ)玻璃的四倍，其他制造商也有各自的方法針對超薄玻璃的缺點(diǎn)進(jìn)行彌補(bǔ)。

柔性顯示屏對基板&蓋板的性能要求

性能要求：柔性顯示屏的蓋板&基板必須為柔性，即可任意彎折、翻卷、折疊，且展開時要求無明顯的劃痕，其壽命一般要求20萬次Min. (即按照顯示屏使用壽命為5年，大約每天可折疊100次)。

技術(shù)參數(shù)：為滿足上述性能要求，柔性基板or蓋板需滿足如下要求：

(1) 柔韌性&延展性好：蓋板&基板的柔韌性可用彎曲半徑和折疊半徑表示，例如，柔性玻璃彎曲半徑約為1～ 5mm，折疊半徑 1～3 mm。延展性，個人理解為柔性顯示屏從折疊狀態(tài)切換到全屏展開狀態(tài)，無顯示不良（主要是無明顯折痕）；

(2) 硬度高: 不易磨損和產(chǎn)生劃痕，蓋板維氏硬度 600 Hv Min. ;

(3) 可見光透過率高且紫外線照射后不變色：在 550 nm 波長透過率為 90% ～92%。

(4) 強(qiáng)度高，強(qiáng)度性能好：從 90 cm 高( 相當(dāng)于人背部褲袋高度) ，手機(jī)屏幕面向上落地，中框出現(xiàn)擠壓

痕，機(jī)身正面沒有損傷。同樣情況，屏幕面向下落地，中框受沖擊，蓋板完整，玻璃有明顯磕痕，但不應(yīng)破裂。

(5) 表面平整度好: 平整度可參考 ITO 膜基板要求為 0.15 μm/20 mm，也可參考 TN－LCD 基板要求為

0.2 ～ 0.25 μm /20 mm，還可參考 STN－LCD 基板要求為 0.05 ～ 0.1 μm /20mm；

(6) 耐熱性高，尺寸穩(wěn)定性好(即低線性膨脹系數(shù))：OLED面板制備過程中，基板需承受較高的溫度。因此，要求基板軟化點(diǎn)為 970 ℃左右，退火點(diǎn)為 720～745 ℃，應(yīng)變點(diǎn)大于 655 ℃，線膨脹系數(shù)( 30 ～38) ×10－7/ ℃ 。在加工時，基片不變形，尺寸偏差減到最小，達(dá)到精確定位，精確校準(zhǔn)。

(7) 化學(xué)穩(wěn)定性好: 耐大氣及汗水侵蝕，不易風(fēng)化。

(8) 氣密性好：氣體分子不易滲透蓋板，隔絕水蒸汽和氧氣，游俠保護(hù) OLED 發(fā)光層（OLED怕水&怕氧，因此要求氣密性特別好）；

綜上分析，柔韌性和延展性好、強(qiáng)度高、抗摔性好、平整度好是蓋板和基板的共同要求。而蓋板&基板在其他性能要求上各有側(cè)重。例如，如前所述，由于OLED怕水怕氧，因此要求蓋板的氣密性能特別好，以有效隔離水汽、氧氣，延長OLED使用壽命；且化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕，硬度高（抗刮傷）對于蓋板同樣非常重要。對于基板而言，由于需要在基板上進(jìn)行OLED發(fā)光層制備，要求其耐熱性格高，尺寸穩(wěn)定性好。

可以替代CPI透明基板

相比CPI材質(zhì)，UTG具有不易產(chǎn)生劃痕，觸摸手感更接近于用戶習(xí)慣的直板智能手機(jī)特點(diǎn)。另外，在透光性方面，由于CPI本身依舊是薄膜，透光率普遍小于90%，而透光率超過90%的UTG憑借著玻璃材質(zhì)的先天優(yōu)勢，能夠?yàn)橛脩魩砀玫挠^感體驗(yàn)。另外，在溫度性能上也比CPI領(lǐng)先一番，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可大于600°C，但由于量產(chǎn)技術(shù)存在難度、良品率過低，使得UTG玻璃一直無法成為顯示屏蓋板的主流材料。

UTG透光率更好，一般UTG透光率均超過90%，而CPI的透光率均小于90%；

UTG的硬度更強(qiáng)，耐沖擊性、耐刮性、防護(hù)性更好，相比CPI也可實(shí)現(xiàn)無折痕折疊；

UTG更加耐高溫（有機(jī)材料通常不超過200℃），在700℃下仍十分穩(wěn)定，所以可在上面進(jìn)行電鍍、熱處理等操作；

UTG的手感和均勻度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出CPI，用戶體驗(yàn)更好；

UTG氣密性好，氣體分子極難透過，可以很好地隔絕水蒸氣和氧氣；

UTG化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，人在使用電子設(shè)備時不免留下汗水、油漬，而這些不會腐蝕玻璃。

UTG生產(chǎn)制造關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：成型、切割、鋼化

UTG超薄玻璃，通常指厚度小于1.2mm的玻璃，其中厚度大于1mm的超薄玻璃通常為平面玻璃，厚度在1到0.2毫米之間的超薄玻璃可以實(shí)現(xiàn)彎曲，而厚度小于0.2mm的則可以擁有可折疊的特性。

據(jù)AIOT大數(shù)據(jù)了解，柔性玻璃制作每道環(huán)節(jié)都是難點(diǎn)，除玻璃本身成型外，包括切割、強(qiáng)化（鋼化）（或減薄）在內(nèi)的加工環(huán)節(jié)均有很大難度，傳統(tǒng)的平板玻璃加工方法已不適用，加工技術(shù)決定著UTG蓋板的加工效率與良品率，現(xiàn)目前業(yè)內(nèi)產(chǎn)品良品率僅約為30%-40%，成為制約UTG產(chǎn)品價格及量產(chǎn)能力的重要影響因素。

關(guān)鍵環(huán)節(jié)一：成型

UTG的生產(chǎn)分為一次成型法和二次成型法。UTG一次成型方法技術(shù)壁壘較高，現(xiàn)僅有幾家國外大型顯示玻璃制造商掌握。美國康寧（CORNING）和日本電氣硝子（NEG）使用溢流下拉法，德國肖特（SCHOTT）使用窄縫下拉法，旭硝子（AGC）使用浮法技術(shù)。目前只有肖特能量產(chǎn)50微米以下的UTG。

針對目前大部分玻璃廠商無法規(guī)模化生產(chǎn)UTG的現(xiàn)狀，二次成型工藝——玻璃減薄成為一些柔性玻璃蓋板廠家選擇的量產(chǎn)手段。

1. 溢流下拉法

溢流下拉法是美國康寧公司發(fā)明的生產(chǎn)超薄玻璃的方法。該方法是將熔融玻璃液經(jīng)過攪拌、澄清后通過鉑金通道流入溢流槽，溢滿后玻璃液從槽兩邊溢流，沿著錐形部分均勻地向下流動，在錐形下部融合在一起，并下拉形成玻璃。

這一方法的關(guān)鍵在于控制溢流處的流速。

此工藝的優(yōu)點(diǎn)：

·生產(chǎn)玻璃的厚度可達(dá)到0.05 mm左右，玻璃兩個邊部可采用對輥控制；

·可以進(jìn)行雙面加熱和冷卻，易于實(shí)現(xiàn)溫度控制，非常適合卷繞；

·適用于多種玻璃組分，在氣體中形成表面，表面品質(zhì)高，無需打磨拋光。

此工藝的缺點(diǎn)：

·需要平衡性良好的調(diào)整下拉熔融玻璃的張力和保持熔融玻璃的橫向張力；

·溢流口處整個板寬方向玻璃液溢出量要一致；

·難以做成大面積，產(chǎn)量低，板寬窄，受溢流槽的尺寸所限，板寬通常不足浮法玻璃板寬的一半。

2. 浮法

這是工業(yè)上最常用的制作方法，采用浮法技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)柔性玻璃的廠家有旭硝子（AGC）等。一般浮法是將低粘度的液態(tài)玻璃傾倒在液態(tài)錫床上，玻璃在上面冷凝后，切裝即可。

超薄浮法對工藝控制和裝備要求高，生產(chǎn)難度大。要獲得超薄玻璃，需要根據(jù)玻璃液的表面張力、黏度和重力等參數(shù)，增加拉邊機(jī)數(shù)量，設(shè)置牽引機(jī)，借助于拉邊機(jī)和牽引機(jī)對玻璃液施加的作用力，來克服玻璃液重力和表面張力的作用，制備超薄浮法玻璃。

此工藝的優(yōu)點(diǎn)：

·產(chǎn)量高，玻璃面積大，容易做成生產(chǎn)線，可以連續(xù)生產(chǎn)大噸位和大規(guī)格的產(chǎn)品。

此工藝的缺點(diǎn)：

·隨著玻璃厚度的減薄，拉引量會越來越低，使浮法工藝大噸位生產(chǎn)優(yōu)勢減弱；

·隨著玻璃厚度的減薄，需要增加拉邊機(jī)的數(shù)量，這就造成拉薄區(qū)長度增加；

·浮法成形時，玻璃下表面會被錫液污染，形成滲錫層，表面粗糙，對于厚度較薄且柔軟的柔性玻璃而言后續(xù)處理困難很大。

3. 狹縫下拉法

20世紀(jì)末，德國肖特公司開發(fā)出狹縫下拉技術(shù)，并用此技術(shù)生產(chǎn)各種類型性能優(yōu)異的特種玻璃，目前肖特公司主要采用該工藝生產(chǎn)厚度0.03～0.1mm的柔性玻璃產(chǎn)品。

狹縫下拉法是將熔融玻璃液導(dǎo)入鉑合金所制成的槽中，玻璃液從鉑金漏板狹縫中流出，利用自身重力及向下的拉力拉制的拉邊機(jī)、牽引輥等機(jī)構(gòu)拉引成超薄玻璃。

此工藝不足之處：

·由于長時間承受較高的應(yīng)力，鉑金漏板容易變形，導(dǎo)致狹縫的寬度不一致，流經(jīng)狹縫的玻璃液，會產(chǎn)生厚度不均勻等缺陷，玻璃表面需要二次拋光，才能保證電子信息顯示基板的要求。

·下拉時玻璃的粘度變化范圍大，從低粘性區(qū)域到接近固體區(qū)域，不易控制玻璃基板的變形過程。

4.化學(xué)減薄

化學(xué)減薄是針對玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用不同的酸液（比如氫氟酸）對玻璃表面進(jìn)行刻蝕以減薄玻璃厚度，達(dá)到柔性的目的。一般分為化學(xué)減薄和物理研磨減薄，目前產(chǎn)業(yè)化工藝一般是兩者的結(jié)合，其中化學(xué)減薄是工藝重點(diǎn)。

據(jù)AIOT大數(shù)據(jù)了解，UTG薄化工藝一般分為化學(xué)減薄和物理研磨減薄，目前產(chǎn)業(yè)化工藝一般是兩者的結(jié)合，其中化學(xué)減薄是工藝重點(diǎn)，主要原理是利用氫氟酸溶液腐蝕玻璃表面。現(xiàn)有化學(xué)蝕刻薄化方式主要有四種，分別是多片直立浸泡式、單片水噴灑平式、單片直立噴灑式、瀑布流式，四種化學(xué)蝕刻薄化方式各有優(yōu)缺點(diǎn)且在實(shí)際生產(chǎn)中都有所應(yīng)用。國內(nèi)顯示行業(yè)玻璃減薄行業(yè)主要公司有長信科技、沃格光電、優(yōu)尼科等。

對于掌握溢流下拉法、狹縫下拉法等核心技術(shù)的肖特、康寧、電氣硝子等UTG生產(chǎn)企業(yè)來說，其生產(chǎn)出來的UTG無需進(jìn)行減薄，可直接使用在手機(jī)蓋板上。然而，目前大部分玻璃廠商無法規(guī)模化生產(chǎn)超薄玻璃原片，于是在超薄玻璃未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)、成本較高的階段中，玻璃減薄成為大部分廠商選擇的實(shí)現(xiàn)超薄柔性玻璃蓋板規(guī)模量產(chǎn)的手段。

5.二次拉引法

二次拉引法是將玻璃基板向下輸送，利用電爐等加熱工序?qū)⑤斔偷较路降牟ＡЩ宓南露思訜嶂淋浕c(diǎn)附近，使軟化后的玻璃基板向下方延伸，從而制造柔性玻璃基板。

目前，關(guān)于二次拉引法制備超薄玻璃的專利和研究很多，但目前主要限于實(shí)驗(yàn)階段，還未付諸于實(shí)際生產(chǎn)中。

關(guān)鍵環(huán)節(jié)二：切割

柔性玻璃受其成型方法的影響，邊緣會形成異狀缺陷，需要對其邊緣進(jìn)行切割處理，消除拉邊機(jī)造成的影響。同時因?yàn)樾枰獙θ嵝圆ＡнM(jìn)行切割加工，成為特定形狀的玻璃產(chǎn)品，如手機(jī)蓋板的“水滴屏”、“劉海屏”等，而對玻璃進(jìn)行U 形或O 形切割，為前置的攝像頭預(yù)留空間。

傳統(tǒng)機(jī)械刀輪切割已經(jīng)不能滿足厚度小于100 μm 柔性玻璃的切割，因此需要進(jìn)行非接觸式的激光切割來對柔性玻璃進(jìn)行加工。

2020年月28日，韓國ITI公司表示開發(fā)出無裂痕UTG切割技術(shù)，表示可以利用冷卻熱激光進(jìn)行UTG切割，通過激光急速加熱切割部位，再通過冷卻利用玻璃伸縮原理進(jìn)行切割。

關(guān)鍵環(huán)節(jié)三：鋼化

超薄玻璃之所以機(jī)械強(qiáng)度低，原因在于超薄玻璃表面和內(nèi)部存在大量微裂紋，在外力與環(huán)境介質(zhì)的作用下極易發(fā)生裂紋擴(kuò)展，從而使玻璃遭到破壞。為了克服這個弱點(diǎn)，可對玻璃進(jìn)行鋼化提高強(qiáng)度。UTG超薄玻璃的鋼化方法主要有物理鋼化、化學(xué)鋼化和層壓法。化學(xué)鋼化后的玻璃表面壓應(yīng)力大且均勻，因而強(qiáng)度更高、熱穩(wěn)定性好，玻璃表面平整光滑并且玻璃不易發(fā)生光學(xué)畸變及物理變形，成為UTG蓋板加工企業(yè)選擇的工藝。

化學(xué)鋼化是根據(jù)離子擴(kuò)散的機(jī)理來改變玻璃表面的化學(xué)組成。即在一定溫度下，把含有小半徑堿金屬離子的玻璃沉浸在含有大半徑堿金屬離子的熔鹽中，產(chǎn)生互擴(kuò)散過程，擴(kuò)散到玻璃表面的大離子占據(jù)了玻璃亞表面層中小離子的位置，使得玻璃表面體積膨脹產(chǎn)生“擠塞”現(xiàn)象，導(dǎo)致玻璃表面上產(chǎn)生了很大應(yīng)力的壓應(yīng)力層，有效消除微裂紋或抑制微裂紋的擴(kuò)展，顯著提高玻璃的強(qiáng)度。

化學(xué)鋼化（離子交換技術(shù)）原理示意圖

據(jù)AIOT大數(shù)據(jù)了解，超薄柔性玻璃蓋板化學(xué)鋼化技術(shù)難度較高、工序復(fù)雜，玻璃容易在鋼化過程中破碎或存在彎曲度、壓應(yīng)力等指標(biāo)不達(dá)標(biāo)等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品良率低。