TFT-LCD行業(yè)廢氣處理研究

薄膜晶體管液晶顯示器（Thin FilmTransistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD），近幾年在手機、電腦、電視、平板等行業(yè)廣泛應用。TFT-LCD生產(chǎn)工藝流程主要包括陣列（Array）、彩膜（Color Filter，CF）、成盒（Cell）、模塊（Module）四部分。Array、CF、Cell是排放氣體污染物的主要環(huán)節(jié)，目前TFT-LCD行業(yè)廢氣污染物排放采用《大氣污染物排放標準》（GB 16297—1996）和《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993），而這兩個標準都已發(fā)布20多年，已嚴重滯后。2018年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《電子工業(yè)污染排放標準》第二次征求意見稿[2]，對TFT-LCD行業(yè)各項污染物的排放值進行了規(guī)定，相比于目前所采用的標準，廢氣中的污染物排放值要嚴格數(shù)倍不等，對于適應了近20年的低標準運行的TFT-LCD行業(yè)來說是一次挑戰(zhàn)。目前TFT-LCD廢氣處置研究文獻較少，本文對某TFT-LCD企業(yè)廢氣處置現(xiàn)狀進行研究，分析TFT-LCD行業(yè)目前廢氣處置技術(shù)所排放的污染物濃度與新標準之間的差距，為迎接新標準做好準備。
一、背景介紹
1.1行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀一直以來，全球液晶面板產(chǎn)業(yè)由三星、LG、夏普、友達、奇美五大巨頭控制，近年來，顯示行業(yè)在智能手機、平板電腦等消費類電子產(chǎn)品的推動下，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，國內(nèi)液晶面板行業(yè)抓住機遇，突破技術(shù)封鎖，快速發(fā)展，并且從TFT-LCD調(diào)整產(chǎn)能投向OLED（有機發(fā)光二極管，Organic Light-Emitting Diode）。2010年，國內(nèi)顯示面板產(chǎn)線（量產(chǎn)+在建+規(guī)劃）共21條，而截至2018年10月統(tǒng)計，中國內(nèi)地已建和在建的TFT-LCD和OLED產(chǎn)線共有51條，共20家企業(yè)（見表1），總投資額達到12332億元人民幣。另外還有維信諾和群顯規(guī)劃建設OLED產(chǎn)線2條，華銳光電規(guī)劃建設TFT-LCD產(chǎn)線1條。

1.2工藝簡介
Array生產(chǎn)車間負責陣列基板的生產(chǎn)，包括玻璃基板清洗、化學氣相沉積、濺射、光刻、刻蝕、剝離等工序。Array工藝使用外購的專用玻璃基板，充分清洗后在其清潔干凈的表面上通過化學氣相沉積（CVD）的方法形成半導體膜或絕緣膜，通過濺射鍍膜的方法形成金屬膜。然后對柵電極及引線、有源層孤島、源漏電極及引線、接觸過孔、像素電極，經(jīng)光刻膠涂敷、光刻膠曝光、顯影等光刻工藝并經(jīng)濕法刻蝕、干法刻蝕后，剝離掉多余的光刻膠，經(jīng)熱處理把半導體特性作均一化處理后即做成陣列玻璃基板。Array工藝中使用大量的化學品和特氣，產(chǎn)生大量VOCs和廢氣，是整個生產(chǎn)過程中污染物的重要來源。CF是TFT-LCD的重要組成部分，CF的質(zhì)量直接影響TFT-LCD性能。CF基本結(jié)構(gòu)是由玻璃基板（Glass Substrate）、黑色矩陣（Black Matrix）、彩色層（Color Layer）、保護層（Over Coat）及ITO導電膜組成。Cell生產(chǎn)車間負責制屏工序，即負責配向膜（PI）涂敷、固化、摩擦、封框膠及導通材涂布、液晶滴下、紫外及熱固化、切割、磨邊、測試等各工序的生產(chǎn)。Module車間負責模塊的生產(chǎn)，包括偏光片貼敷、TCP焊接、PCB焊接、焊接檢查、老化、返修、自動包裝等工序。
二、廢氣排放
對某TFT-LCD工廠進行研究，根據(jù)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，所產(chǎn)生的廢氣主要有酸性廢氣、堿性廢氣、有毒廢氣、有機廢氣以及一般工業(yè)排氣，詳細記錄見表2。

三、處置結(jié)果及討論
根據(jù)表2，將TFT-LCD排放的廢氣分為酸、堿、有毒、有機共四個系統(tǒng)。
3.1酸、堿性廢氣處置結(jié)果

酸、堿性廢氣處理系統(tǒng)（見圖1）是通過添加化學品到各洗滌塔中，通過噴淋水泵進行循環(huán)，利用填料增加廢氣與循環(huán)液的接觸面積，達到酸堿中和，實現(xiàn)廢氣達標排放。堿排洗滌塔，通過添加50%H2SO4去除氨等主要堿性廢氣，氨的去除效率可達90%以上。酸排洗滌塔，通過添加30%NaOH、12%Na2S及10%的NaClO2去除酸性廢氣。該系統(tǒng)氮氧化物的總?cè)コ士蛇_65%、氯化氫的總?cè)コ士蛇_90%、硫酸的總?cè)コ士蛇_94%、硝酸的總?cè)コ士蛇_94%、磷酸總?cè)コ士蛇_99%酸、堿性廢氣噴淋洗滌塔的溶液循環(huán)使用并定期排放，全部納入廢水處理站含氟廢水處理系統(tǒng)進行處理。對酸排中的氮氧化物、氯化氫、硫酸霧以及堿排口中的氨進行檢測（表3是檢測值），堿排放口中氨的12個檢測數(shù)據(jù)中，9次未檢測出氨，檢測值中，最大值2.7mg/m3，最小值0.7mg/m3。酸、堿性廢氣處置后排放值可以滿足《大氣污染物排放標準》（GB 16297—1996）中表2的二級標準和《惡臭污染物排放標準》（GB14554—1993）中表2的標準要求。
3.2有毒廢氣處置結(jié)果

有毒廢氣主要來自化學氣相沉積（CVD）和干法刻蝕（DE）等工序中使用SiH4、NH3、PH3、NF3、SF6、N2O、Cl2等特殊氣體，除部分在工藝中反應消耗外，少量以尾氣的形式排放，主要污染物為氯氣、氨氣、氯化氫、氟化物、氮氧化物等。毒排廢氣采用電除塵+酸堿中和的形式（見圖2），各項指標都有90%以上的去除率，能夠使廢氣中的污染物達標排放。對處置后煙氣中的氮氧化物、氟化物、氨、氯氣、氯化氫進行檢測（見表4），各污染物排放值均達到《大氣污染物排放標準》（GB 16297—1996）中表2的二級標準和《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）中表2的標準要求。
3.3有機廢氣處置結(jié)果
有機廢氣來源于Array的掩膜光刻、光刻膠剝離工序，CF/Cell/Module工程的涂膠、RGB再生以及設備的擦試等。Array有機廢氣的主要成分為丙二醇單甲醚乙酸酯（PGMEA）、乙酸丁酯和乙醇胺等；CF有機廢氣的主要成分為丙二醇單甲醚乙酸酯（PGMEA）、丙二醇單甲醚（PGME）、3-乙氧基丙酸乙酯（EEP）、環(huán)己酮等有機物；Cell有機廢氣的主要成分為N-甲基吡咯烷酮（NMP）、丙酮等，而這些污染物最大的特點是濃度值低，對人體有一定的危害性[7]。有機廢氣處理主要通過沸石轉(zhuǎn)輪，將大風量低濃度有機廢氣進行吸附后排放，通過高倍數(shù)濃縮再生成小風量高濃度氣體，送入燃燒爐中焚化燃燒，處理效率為95%，最終達到去除有機物的目的。圖3是有機廢氣處置后排放的非甲烷總烴的排放值，均滿足《大氣污染物排放標準》（GB 16297—1996）中表2的二級標準。
3.4討論
2018年3月生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《電子工業(yè)污染排放標準》第二次征求意見稿，對顯示器件行業(yè)中污染物的排放指標做了嚴格的規(guī)定，氮氧化物：100mg/m³、氯化氫：15mg/ m³、硫酸霧：10mg/ m³、氟化物：5mg/ m³、氯氣：5mg/ m³、氨：30mg/ m³、非甲烷總烴：100mg/ m³。相比于《大氣污染物排放標準》（GB 16297—1996），各項指標的排放值更加嚴格。如果按征求意見稿中的排放值，從表3、表4中可得知，酸排中氮氧化物6月、7月檢測為113mg/ m³和148mg/ m³，毒排2月氮氧化物排放值為122mg/ m³，1月和12月氯氣的檢測值分別為10.8和11mg/m³。相對于征求意見中新標準限值，氮氧化物和氯氣都有超標。這對于TFT-LCD行業(yè)廢氣中污染物的排放提出了更高的要求。征求意見稿還對顯示器件行業(yè)新增了污染因子排放指標（磷化氫1mg / m³和砷化氫1mg / m³）以及有機特征污染物（三氯乙烯1mg/ m³、苯4mg/ m³、甲醛5mg/m³、甲苯25mg/ m³、二甲苯40mg/ m³）。但這些指標目前TFT-LCD行業(yè)研究幾乎是空白。為了迎接即將發(fā)布的新標準，TFT-LCD行業(yè)的污染處理設施，勢必要進行提標改造。

四、結(jié)論
（1）TFT-LCD行業(yè)廢氣中主要排放的污染物來源于Array車間，其次是CF和Cell車間，主要通過酸、堿性廢氣處理系統(tǒng)，有毒廢氣處理系統(tǒng)和有機廢氣處理系統(tǒng)進行處置。
（2）TFT-LCD行業(yè)廢氣排放的污染物滿足《大氣污染物排放標準》（GB 16297—1996）和《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）的要求，但氮氧化物和氯氣，偶爾排放值偏高，需要提標改造，以滿足即將發(fā)布的《電子工業(yè)污染排放標準》。
（3）《電子工業(yè)污染排放標準》新增一些廢氣排放污染物，如三氯乙烯、磷化氫、砷化氫、苯、甲醛、甲苯、二甲苯等，而這些污染因素在TFT-LCD行業(yè)研究中缺乏，是今后研究工作的重點。
來源：環(huán)保