由于成品率損耗導致成本持續增長,顯示器制造商正在努力把生產環境做得更加清凈。隨著顯示器更新換代步伐的加快,工廠廠房、工藝設備和玻璃基板越來越大,增大了控制微粒污染物的難度。
隨著顯示器產品在尺寸上變得越來越大,而單位面積所容許顆粒的大小和數目變得越來越小,顆粒污染也越來越成為一個令顯示器制造商頭疼的難題。在大尺寸顯示器制造中,不幸掉落的一個顆粒,就有可能毀掉整個平板屏幕。而這一塊屏幕尺寸越大,生產成本的損失越高。一般來說,顯示器制造的平均成品率估計在70%到90%之間。對某些產業來說,90%的成品率可能令人欽佩,但是在顯示器制造業,這是令人難以接受的。因為用于LCD的材料成本很高,而有缺陷的LCD成本是分攤到合格顯示板產品上,導致產品的成本提高,這在大尺寸顯示器中尤其明顯。因為當越來越龐大的新設備移動或使用時,會對周圍環境和工藝設備產生更大的影響。
顯示器制造過程
今天,大部分顯示器工廠的環境都是10,000級(ISO7級),絕大部分操作都由機器自動完成。在加工過程中,每個步驟都有可能產生污染物,其中有兩種物質對LCD顯示器表面尤其不利,這就是水和微粒。為了降低這兩種污染物造成的危險,玻璃利用自動化設備切割和分開,并且用一個具有保護性的聚合體膜片把它覆蓋起來,防止周圍的污染物粘在玻璃上。這種精心設計的聚乙烯基粘合劑膜片可以粘附到玻璃表面上,在工藝過程中保護玻璃,但又很容易去掉而不留痕跡。把覆蓋了膜片的玻璃送到加工場所,在這里它將蝕刻,按尺寸切割,對進行切割后的邊緣進行拋光。接著除掉膜片,以便清洗玻璃并進行干燥。利用純凈水和氯基清潔劑,通過超聲機械攪動,清洗便完成。清洗包括軟刷擦洗和超聲波清洗過程,以及用壓縮空氣把水吹離玻璃的背面來進行干燥,防止水漬殘留。
玻璃被清洗干凈后,工人便使用計算機監控器來檢查它是否有缺陷。一旦發現微粒,檢查人員必須判斷,是否能在工藝過程中把它消除掉,或是否應該廢棄這塊玻璃。如果經過清洗后仍然存在大于3到5微米的微粒,便把這塊玻璃廢棄。3到5微米是LCD層的厚度,而LCD層正好是夾在兩層玻璃之間。盡管玻璃的浪費影響成品率,但一塊有缺陷點的玻璃所經歷的工藝程序越多,損耗造成的成本將越高。因此,在這個檢查程序中,做出正確的判斷是非常重要的。
液晶是存在于固體和液體之間的一種狀態。在液晶狀態下隨著時間的推移,分子趨向于指向同一方向,這個方向稱作是液晶主導方向。LCD顯示器使用兩層極化材料,兩層之間有液晶溶液。當電流流過液體時,晶體的取向將使光線不能通過。所以,每個晶體就像一個快門,或者允許光線通過,或者阻止光線通過。如果溶液中存在一個比液層更厚的顆粒,就會產生一個間隙,占據像素的位置,并在屏幕上留下黑點。
一塊玻璃經過核準認可,便被包裝起來運送給客戶。利用新工藝“DensePak”系統,可以更好地保護玻璃并在更小的空間中運送更多的玻璃板。在這套系統中,每塊玻璃板上都再粘上一層高分子膜,可以一個挨一個地并排包裝,形成一個垂直的玻璃塊。收到玻璃后,移除覆膜,任何殘留的渣滓也被清洗掉而使玻璃回復到表面質量。
接著重新檢查玻璃,準備應用于LCD顯示器。在把LCD材料薄層夾在兩層玻璃之間的工藝過程中,微粒仍然是一個不斷增加的風險,因為顯示器制造業傾力制作更薄的LCD層。而在更薄的技術中,即使再小的微粒也能產生問題,某些特定位置的一個半微米的顆粒甚至會毀掉整個顯示板。
顆粒控制方法
在如此大的周圍環境中進行微粒管理,是一個巨大的挑戰,對成品率的影響很大。因此,對于生產更大尺寸、更高質量、消費者買得起的LCD,可靠的、可重復的、用來分析線上產品數據和修補與工藝有關的缺陷的方法,是非常必要的。這意味著在制造工藝的關鍵工序中需要檢測玻璃,以確保在平板與LCD材料貼在一起之前把微粒消除掉。
在顯示器完成之前,需要檢查像素,這是在加上電源后用LCD傳感器進行的,確定像素是否能夠工作。測試中,如果在顯微鏡下出現可見的微粒引起的黑點,通常可以用激光把它氣化掉或敲掉,把問題解決。然而,如果微粒是在內部,一旦LCD材料已經夾在了玻璃之間,便不能修理了。能做的就是想法確定污染源,以便在它做出更多破壞之前修復它。幸運的是,在顯示器制造工藝中,只有四、五道工序,因此容易發現污染源。它也許是由于工藝設備故障、人為過失或潔凈問題引起的。
為了確定工藝設備是否散發過多微粒,工藝檢查員會使用激光粒子計數器,也使用正常的空氣監測裝置進行監控,并使用HEPA過濾器去除工藝或設備產生的低濃度的空氣傳播分子污染物。在一些先進的顯示器制造廠中,工藝設備、烤箱和真空吸塵器都具有HEPA過濾器,它們根據計劃更換,整個周圍環境也有一個空氣層流控制系統。氣流流量維持在90FPM(+/-20FPM),因為如果氣流高于110FPM,會產生紊流,使得顆粒在整個房間內打旋。在蝕刻和分割領域,會產生許多大的玻璃顆粒,帶有HEPA過濾器的真空吸塵器用于清洗玻璃表面,從空氣中和設備表面消除掉顆粒。
工作人員應遵守嚴格的工作服著裝制度;禁止化妝或噴灑香水;所有耗材,包括抹布、拖把和過濾器,都要清理毒,并且在帶進廠房之前用雙層袋包裝。潔凈室服裝每周洗一次,在使用之前要做微粒檢測。定期對服裝供應商進行審核,檢查水、設備和預防性的維護技術,以及環境微粒,確保它們滿足潔凈室使用標準。定期監測工廠的溫度和濕度;定期對整個系統進行清洗,采取衛生措施,進行預防性檢修;在清洗過程中,定期擦洗工藝設備,消除遺漏顆粒;對清潔劑和化學過濾器進行監測和及時更換。
顯然,在控制污染物的能力方面,顯示器行業仍然落后于半導體業十年的時間,污染物的控制仍然是一個難題。對付工藝處理中的污染,解決方法是盡早消除危險,提高檢查和修理技術。雖然設備制造商愿意看到制造技術的發展,但是顯示器制造商的數量龐大且各自獨立,因此有關先進工藝的應用迄今為止一直很難。所以,從長遠發展來看,應該建立一個顯示器行業的污染控制統一標準,盡管各公司將不得不改變他們內部的運作方式來達到標準的要求,但標準能夠促成設備成本下降。所以,標準終會來臨。