LCDおよびOLEDディスプレイパネル製造用オイルフリーエアコンプレッサー：英国クリーンルーム完全ガイド

クリーンルーム技術・光学製造・英国産業ガイド

LCDおよびOLEDディスプレイパネル製造用オイルフリーエアコンプレッサー：英国クリーンルーム完全ガイド

英国の光学パネルおよびディスプレイパネルメーカーが、適切なオイルフリー圧縮空気インフラを導入することで、ppbレベルの汚染リスクを排除し、コーティング歩留まりを保護し、将来を見据えた設備運用を実現する方法。

  イースト・ミッドランズ、ケンブリッジ・サイエンス・パーク、あるいはスコットランドの防衛光学施設にあるディスプレイパネル製造ラインに足を踏み入れると、すぐに一つの事実が明らかになる。それは、空気そのものが製造工程における重要な構成要素であるということだ。ISOクラス1からクラス10までのクリーンルーム内では、エンジニアが原子層単位で測定される光学薄膜コーティングを施し、液晶基板を1ミクロン以下の精度で整列させ、OLED発光体スタックを接合する。表面にたった1分子の炭化水素が存在するだけで、エレクトロルミネッセンスが致命的な故障を引き起こす可能性がある。このような環境では、従来の潤滑式空気圧縮機は選択肢にならない。人間の感覚では感知できない、ppbレベルの微量のオイルエアロゾルでさえ、反射防止コーティングの密着性を低下させ、汚染された整列層を通して偏光を散乱させ、最終的な自動光学検査で100%の不合格判定につながるような外観上の欠陥を生み出す。

その解決策は、精密光学環境向けに特別に設計されたオイルフリー空気圧縮機システムです。貴社が医療画像処理用の大型LCDパネル、防衛用HUD用のOLEDマイクロディスプレイ、自動運転車用LiDARセンサーの光学レンズ、または航空宇宙分野向けの精密カメラモジュールを製造しているかどうかにかかわらず、圧縮空気の仕様は、オイル含有量に関してISO 8573-1クラス0を満たす必要があります。これは、定期的なサンプリング期間だけでなく、あらゆる運転時にオイルの持ち越しがゼロであることを保証するものです。Ever Powerでは、18年以上にわたり英国およびヨーロッパ全域でオイルフリー圧縮機の設置設計と試運転を行ってきました。このガイドでは、システムの仕様決定、選択、および運用において最も重要なエンジニアリング知識を凝縮しています。

LCD、OLED、および精密光学製造における圧縮空気の需要は、基板洗浄と粒子吹き飛ばし、真空チャックとロボットハンドリングの作動、スパッタリングターゲットの冷却、フォトリソグラフィーレチクルのパージ、および成膜チャンバー内の雰囲気制御という5つの異なるプロセス機能に及びます。それぞれの機能によって、圧縮空気システムに対する純度、圧力安定性、および流量の要求が異なり、オイルフリーの空気圧縮機は、これらの要求すべてを24時間体制で同時に満たし、いかなる変動も許容しない必要があります。

Ever Power社のオイルフリー遠心式およびスクリュー式コンプレッサーシステムは、英国全土のLCD、OLED、精密光学クリーンルーム環境におけるISOクラス0の純度を実現するために設計されています。

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7バールで動作する標準的な潤滑式ロータリースクリューコンプレッサーは、通常、1立方メートルあたり1～5ミリグラムの油分を含む圧縮空気を生成します。高効率の凝縮フィルターを通過させた後、この値は0.01 mg/m³まで低下する可能性がありますが、それでも質量比で約10,000ppbに相当します。自動車の塗装工場や食品用空気圧機器では、これは全く問題ないかもしれません。しかし、液晶ディスプレイの偏光板ラミネーションセルや有機EL薄膜封止チャンバーでは、これは生産上の大惨事につながる可能性があります。

損傷メカニズムはよく理解されています。コンプレッサー潤滑油由来の炭化水素分子は、サブミクロンサイズのエアロゾル液滴および気相種として分配ネットワークを移動し、ほとんどのフィルター媒体をそのまま通過します。これらがガラス基板またはポリマーフィルムに接触すると、3つの破壊プロセスが発生します。表面エネルギーが低下し、反射防止コーティングや汚れ防止コーティングのナノメートル精度での接着が妨げられます。疎水性の油層は、TNまたはIPSディスプレイの液晶ディレクターフィールドの配列を乱し、修正不可能な目に見える「オイルスポット」を生成します。OLEDスタックの成膜では、残留炭化水素が発光層での励起子生成を消光し、発光効率を低下させ、ダークスポットの成長を加速させます。たった1回の汚染でも、接着バッチ内の数千枚のパネルが無効になる可能性があり、これはティア1 OEM契約からサプライヤーが即座に除外される原因となる品質不良です。

オイルフリーの空気圧縮機は、下流でろ過して除去しようとするのではなく、発生源でこれらのリスクを排除します。ISO 8573-1:2010 クラス0認証（国際規格における最高純度クラス）では、圧縮空気中の総油分濃度が、規格作成時に利用可能な最良の測定能力よりも低くなければならないと規定されています。実際には、クラス0圧縮機は0.003 mg/m³未満の油分濃度を実現しており、これは三重ろ過された潤滑式圧縮機よりも3桁もクリーンです。これは贅沢な仕様ではなく、英国の光学分野における信頼できるクリーンルーム運用者が必ず満たさなければならない基準です。

「オイルフリー空気圧縮機」とは、圧縮サイクル中のどの段階においても潤滑油が圧縮室に流入しないように設計された機械を指します。クリーンルーム用途では、このカテゴリーにおいて主に2つの技術が用いられています。オイルフリー回転式スクリュー圧縮機とオイルフリー遠心式（ターボ）圧縮機です。両者は根本的に異なるメカニズムでオイルフリー圧縮を実現しており、クリーンルームでの用途に適したシステムを選定する際には、その違いを理解することが重要です。

では オイルフリー回転式スクリューコンプレッサー雄ローターと雌ローターは精密に研磨され、PTFEまたは特殊ポリマーコーティングが施されており、オイルとの接触なしに潤滑とシールを提供します。ローターは正確なクリアランスギャップを維持し、潤滑が必要となる金属同士の接触を排除します。ギアボックスとベアリングの潤滑システムは、シャフトシールとラビリンス通路によって圧縮室から完全に隔離されています。水噴射方式では、シールおよび冷却媒体として精製水を使用し、残留水分を含む圧縮空気を供給し、下流で冷媒または乾燥剤乾燥システムによって水分を除去します。この技術は、1 m³/分から約 30 m³/分の流量でのクリーンルーム用途に最適で、英国の中小規模の光学製造施設のほとんどをカバーします。

オイルフリー遠心圧縮機 高速インペラ（通常、20,000～80,000 RPMで回転）を使用して空気分子に速度を与え、それがディフューザー内で圧力に変換されます。圧縮機構は完全に空力であるため、ガス経路内の回転部品と固定部品の間には物理的な接触がなく、潤滑剤が気流に侵入する可能性は全くありません。空力ベアリング（エアフォイルまたは磁気浮上ベアリング）により、従来のターボ機械にあるオイル潤滑ベアリング室さえも排除され、これらの機械は、30 m³/分以上を必要とする大型ディスプレイパネル工場や複数のクリーンルームキャンパス向けの決定的なISOクラス0ソリューションとなっています。Ever Powerの遠心シリーズは、表面粗さRa ≤ 0.2 µmの独自のチタン合金インペラと、負荷追従効率のための統合可変入口ガイドベーンを使用しています。

光学クリーンルーム向けオイルフリーコンプレッサーの技術性能比較

✦ 表示されているパラメータにおけるクラス最高の数値。すべての値は、吐出圧力7 bar(g)、入口温度20℃、海面高度の条件下での値です。性能はISO 1217附属書Eに準拠して検証済みです。

クリーンルームの圧縮空気は、単一の用途にのみ使用される単一のユーティリティではありません。一般的なディスプレイパネルや光学部品の製造現場では、オイルフリー空気圧縮システムが、それぞれ独自の純度、圧力、流量特性を持つ複数の異なるプロセスステップに同時に供給されます。これらの使用事例を深く理解することで、プラントエンジニアは適切なシステムアーキテクチャを決定できます。それは、専用の分配ループを備えた単一の大型集中型オイルフリー圧縮機なのか、それとも最も重要な成膜装置に使用箇所ごとにオイルフリーユニットを配置するモジュール式の分散型アプローチなのか、どちらでも構いません。

英国の光学機器・ディスプレイメーカーの声

クリーンルームの圧縮空気に関する要件は、それぞれ異なります。サウサンプトンのフォトニック結晶ファイバー製造施設と、スコットランド高地の大型液晶ディスプレイ（LCD）ガラス検査ライン、スティーブニッジのマイクロオプティクス組立セルでは、空気品質、圧力安定性、冗長性に関するニーズが根本的に異なります。そのため、Ever Powerのエンジニアリングアプローチは、カタログから始めるのではなく、現場調査とプロセス監査から始まります。光学機器やディスプレイパネル製造環境における圧縮空気設計で18年以上の実務経験を持つ当社のアプリケーションエンジニアが、お客様のプロセス、設備、保守チームと直接連携し、導入初日からお客様の運用環境に最適な、適切なサイズ、適切な仕様のシステムを設計します。

当社の製品カスタマイズ能力は包括的で、市場において真に差別化されています。当社は、小型の研究開発クリーンルームに適したコンパクトな5.5kW防音壁掛けユニットから、インテリジェントマスターコントローラ、熱回収回路、N+1冗長構成を統合したマルチマシン500kW集中型圧縮空気ステーションまで、幅広い構成のオイルフリーコンプレッサーパッケージを製造しています。カスタム圧力オプションは4～40バールをカバーし、腐食性または湿度に敏感な設置環境向けに特殊な冶金パッケージもご用意しています。ステンレス鋼配管の統合、クリーンルーム境界貫通部用のATEX規格電気パネル、振動に敏感な光学機器用の耐震絶縁防振マウントなど、これらはすべて、当社工場が標準エンジニアリングソリューションとして提供する標準カスタマイズオプションであり、高価な特別注文ではありません。

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イングランド、スコットランド、ウェールズ、北アイルランド全域の光学機器メーカーにサービスを提供 · クリーンルーム用圧縮空気に関する18年以上の専門知識

この記事は、精密光学機器およびディスプレイ製造環境における圧縮空気設計において18年以上の経験を持つ、Ever Power社のシニアアプリケーションエンジニアリングチームによって執筆されました。技術データは、ISO 8573-1:2010、ISO 1217:2009 Annex E、およびメーカーの試験文書に基づいて検証されています。英国市場の現状に合わせて最終レビューおよび更新が行われました。

gzlによる編集