在液晶显示面板(LCD)的生产过程中,过滤技术扮演着极其关键的角色,贯穿于几乎所有核心工序。液晶生产对环境的洁净度、材料的纯度以及工艺过程的污染控制要求达到了近乎苛刻的程度(通常要求在Class 10或更高级别的洁净室环境下)。任何微小的颗粒、金属离子、有机物杂质都可能造成像素缺陷、亮度不均、线缺陷等问题,导致良率下降甚至产品报废。
以下是过滤在液晶生产中的主要应用领域:
1. 原材料纯化:
液晶材料: 合成后的液晶化合物需要经过多级精密过滤(如超滤、微滤),去除合成过程中残留的催化剂颗粒、未反应物、聚合物胶体等杂质,确保液晶分子的纯度和电学性能的稳定性。过滤精度通常在亚微米级。
光刻胶: 用于形成TFT图案和彩色滤光片的光刻胶,必须经过严格的过滤(常用0.1微米或更小孔径的滤芯),去除其中的凝胶颗粒、凝聚物和异物。颗粒会导致光刻缺陷(如针孔、断线)。
溶剂与清洗剂: 如异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、各种有机溶剂和蚀刻后清洗剂,都需要高精度过滤(0.05 - 0.1微米),去除颗粒和金属离子(通过离子交换树脂或混合床过滤器),防止在清洗或显影过程中污染基板或影响反应。
配向膜材料: 用于在基板表面形成液晶分子取向层的聚酰亚胺溶液,同样需要精密过滤去除颗粒物。
2. 工艺液体处理:
湿法刻蚀/显影液: 在阵列和彩膜制程中使用的刻蚀液(如酸、碱)和显影液,其洁净度直接影响刻蚀/显影线条的精度和均匀性。循环系统会配备在线过滤器(通常为0.05 - 0.1微米),持续去除反应产生的副产物颗粒和外来污染物,维持药液活性。
CMP研磨液: 化学机械抛光液中含有大量磨料颗粒。在输送到抛光机之前,必须经过高精度过滤(通常0.05微米或更小),去除研磨液中的大颗粒或凝聚物,这些颗粒会造成划伤。同时,抛光后的清洗水也需要精密过滤。
超纯水: 贯穿整个生产过程,用于基板清洗、化学品稀释、设备冲洗等。UPW系统本身就是一套极其复杂的多级过滤纯化系统,包括预处理、反渗透、混床离子交换、紫外线杀菌、终端精滤等,目标是去除所有离子、有机物、颗粒(要求达到18.2 MΩ·cm, <5个/升@0.1μm颗粒)。
3. 气体纯化:
工艺气体: CVD、PVD、干法刻蚀等关键工序使用的超高纯气体(如硅烷、氨气、氮气、氩气、特种气体等),在进入反应腔室前,必须经过高效的气体过滤器(如烧结金属过滤器、膜过滤器),去除气体中的微粒、水分和金属杂质(如油分)。气体纯度不足会导致薄膜质量差、颗粒缺陷、刻蚀不均。
洁净室送风: 整个生产环境依赖HEPA或ULPA过滤器(效率99.97%-99.9995% @ 0.3μm 或 0.12μm)来维持Class 10甚至Class 1级别的洁净度。送风、回风系统都配备高效过滤。
4. 液晶灌注与封口:
液晶材料: 在灌注到成盒后的上下玻璃基板间隙前,液晶材料需要经过最终的终端精密过滤(通常使用0.1微米或更小孔径的滤芯),确保注入的液晶中不含任何可能导致显示缺陷(如亮点、暗点)的颗粒或纤维。
封框胶/衬垫料: 用于粘合上下基板并控制盒厚的封框胶和衬垫料溶液,在涂布前也需要过滤,去除可能导致封框不良或盒厚不均的颗粒。
5. 设备与管路保护:
泵保护: 在输送高纯化学品或研磨液的管路中,安装过滤器保护泵免受大颗粒损坏。
喷头保护: 在涂布(光刻胶、配向膜、彩膜)、显影、清洗等设备的喷嘴上安装终端过滤器,防止堵塞喷嘴或造成涂布/喷洒不均。
阀门与仪表保护: 保护精密阀门和流量计等仪表免受颗粒卡滞或磨损。
关键过滤技术与要求:
高精度: 常用0.1微米,在关键应用(如液晶灌注、光刻胶、UPW终端)会要求0.05微米甚至更低。
低溶出: 过滤器本身材质(如高纯聚丙烯、尼龙、PTFE、不锈钢)必须具有极低的溶出性,不能向流体中释放离子(Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Fe²⁺等)或有机物(增塑剂、单体等)。
高截留效率: 对目标粒径的颗粒需要接近100%的截留效率。
高流通量/低压降: 保证生产效率和能耗控制。
完整性可测试: 必须能通过泡点测试、扩散流测试或气溶胶挑战测试等方法验证滤芯的完整性和截留性能。
兼容性: 滤材必须与所过滤的化学品兼容,不能发生溶胀、溶解或化学反应。
洁净包装: 滤芯必须在超净环境下生产、测试和包装,避免引入二次污染。
总结:
过滤是液晶生产中的“守护神”,是保证产品高良率、高性能和长寿命的基础性、不可或缺的技术。从原材料到最终产品,从液体到气体,从环境到设备内部,无处不在的高精度过滤系统共同构建了一道道屏障,将污染拒之门外,确保在微观尺度上实现精密制造的奇迹。任何过滤环节的失效都可能带来昂贵的代价。因此,选择合适的过滤器、建立严格的过滤系统维护、监控和更换规程,是液晶面板制造商质量控制体系中的核心环节之一。
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