王毅

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

整平封口是液晶顯示器件制造中后道工序的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)比較早的整平封口方法是采用兩張鋁板，鋁板中間加裝已經(jīng)灌好液晶的玻盒，通過(guò)絲杠傳遞的形式將兩鋁板擠壓，從而把壓力傳遞給液晶玻盒。玻盒受壓后吐出液晶，再進(jìn)行點(diǎn)UV膠封口。然而這些舊式的整平封口設(shè)備只是單純的對(duì)玻盒進(jìn)行加壓，整平過(guò)程中人為的因素占了主導(dǎo)作用。因此工藝的穩(wěn)定性無(wú)法保證，且生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)出的產(chǎn)品良品率也不高。我所研發(fā)的四座式整平封口設(shè)備就是一種能夠有穩(wěn)定工藝，并且操作方便，可以高效率運(yùn)行的設(shè)備。

四座式整平封口設(shè)備在壓力的控制、玻盒受壓的時(shí)間和UV固化時(shí)間等方面相比以前舊式的整平封口機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)越性和可控性，該設(shè)備在整平封口這個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)起到保障工藝穩(wěn)定的作用。

1 整平封口的工藝特性

LCD在制盒和灌液的過(guò)程中會(huì)受到封框膠厚度不同和間隔物散布不均勻等多種因素影響[1]，在這些因素的影響下導(dǎo)致玻盒厚度的均勻性和一致性差。如果這些玻盒未經(jīng)任何處理而進(jìn)行了UV膠封口，那么最終的產(chǎn)品會(huì)有透光度不均勻的缺陷，所以玻盒在封口前必須先進(jìn)行整平。

整平封口方法采用如下工藝，玻盒受到均勻的壓力，同時(shí)壓力保持一段時(shí)間。玻盒受壓后會(huì)從灌液口流出一部分液晶，操作工將流出的液晶擦掉后接著進(jìn)行點(diǎn)UV膠工作，點(diǎn)膠完成后將玻盒受到的壓力降低，泄壓后的玻盒內(nèi)外會(huì)產(chǎn)生壓力差，借助大氣壓的力量，玻盒將吸入部分UV膠，最后進(jìn)行UV固化工作。整平封口工藝的流程圖如圖1所示。

圖1 整平封口工藝的流程圖

根據(jù)玻盒整平封口工藝要求，四座式整平封口設(shè)備具有如下工藝參數(shù)要求。

1.1 加壓控制

壓力通常分為點(diǎn)壓力和面壓力。考慮到玻盒要受力均勻，于是加壓裝置采用氣囊加壓的原理。為了高效率地進(jìn)行整平，玻盒采用疊落的形式，每?jī)善Ａе虚g墊有緩沖物，這樣既可以傳遞氣囊皮因充氣而產(chǎn)生的壓力，又可以防止玻璃之間有硬碰撞造成的損傷。氣囊中的壓縮空氣采用高精度電氣比例閥控制[2]，壓力采用線性遞增方式。

1.2 壓力保持和滲膠過(guò)程

玻盒在受壓后需保持一段時(shí)間，這段時(shí)間玻盒內(nèi)部將發(fā)生物理變化，玻盒的厚度會(huì)逐漸變均勻。通過(guò)釋放氣囊壓力，玻盒內(nèi)部因受到大氣壓力而滲入U(xiǎn)V膠水。壓力釋放的過(guò)程由比例閥控制，比例閥的控制精度可以達(dá)到0.01 Pa。

1.3 UV膠固化過(guò)程

滲入玻盒內(nèi)的UV膠在UV燈管的照射下固化，固化的實(shí)際效果除了跟UV燈管光譜范圍有關(guān)外[3]，還跟UV膠水本身的性能有關(guān)。只有當(dāng)UV燈管光譜范圍跟UV膠水吸收紫外線性能一致時(shí)固化效果才能達(dá)到最佳。UV固化過(guò)程中，UV膠水除了吸收紫外線外同時(shí)還吸收紅外線，因此玻盒的溫度控制也很重要，所以UV燈箱在掃描時(shí)采用線性移動(dòng)的方法是很關(guān)鍵的。

2 四座式整平封口設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為了滿足玻盒整平封口工藝，解決其關(guān)鍵技術(shù)，我們?cè)谠O(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、UV固化設(shè)計(jì)、拆裝片設(shè)計(jì)和加壓設(shè)計(jì)等方面都采取了一系列措施，尤其是UV燈箱的內(nèi)部反光罩快門技術(shù)的運(yùn)用，使UV燈的溫度控制達(dá)到了比較高的水平。

四座式整平封口機(jī)主要組成部分包括：機(jī)架、加壓座機(jī)構(gòu)、快門結(jié)構(gòu)、燈箱掃描系統(tǒng)、UV燈箱系統(tǒng)和電器控制等。四座式整平封口機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。氣囊加壓座機(jī)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 四座式整平封口機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 氣囊加壓座機(jī)構(gòu)

2.1 機(jī)架設(shè)計(jì)

作為整個(gè)設(shè)備的支撐基礎(chǔ)，我們采用了80 mm×80 mm鋁合金型材進(jìn)行搭建，這種設(shè)計(jì)利于拆卸運(yùn)輸，方便設(shè)備進(jìn)入凈房裝調(diào)。機(jī)架底座分為對(duì)稱的兩部分，均采用120 mm的標(biāo)準(zhǔn)槽鋼焊接成型。上部型材的連接處采用雙鑄鋁件，該連接件強(qiáng)度大，質(zhì)量輕，安裝方便。

2.2 加壓座機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

加壓座機(jī)構(gòu)是整個(gè)設(shè)備的關(guān)鍵的部分，加壓座中根據(jù)玻盒尺寸的要求共設(shè)計(jì)有5塊加壓板，為了保證工作時(shí)的加壓板受壓后不變形，每塊加壓板均采用40 mm厚的鋁板制成。

鋁板的一側(cè)上裝有氣囊皮。該結(jié)構(gòu)中氣囊的固定方式采用不銹鋼鈑通過(guò)沉孔螺釘進(jìn)行壓緊固定，所有的沉孔螺釘每10 mm為一單位。所有固定螺釘均勻分布，螺釘在安裝時(shí)必須全部擰緊，為了檢查氣囊是否漏氣還要進(jìn)行水中充氣的檢測(cè)，在這個(gè)檢測(cè)過(guò)程中壓力的控制要求非常嚴(yán)格，若超出設(shè)定的氣壓則會(huì)出現(xiàn)氣囊皮爆裂的現(xiàn)象。

加壓板與整個(gè)加壓座采用的固定方式為銷子拔插的形式。在進(jìn)行裝玻盒時(shí)首先將銷子拔出，此時(shí)加壓板可以在加壓座中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而方便地進(jìn)行裝玻盒工作。當(dāng)玻盒安裝到位后就可將銷子插回，加壓板被鎖緊，這樣就可以進(jìn)行下一步的加壓工作。為防止銷子沒插到位而出現(xiàn)意外，在銷子孔內(nèi)部裝有光纖傳感器，若銷子沒到位，傳感器會(huì)發(fā)出信號(hào)傳給PLC，則無(wú)法進(jìn)行加壓工作。

裝片到固化過(guò)程中，加壓座會(huì)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)過(guò)程由電機(jī)帶動(dòng)。加壓座翻轉(zhuǎn)到位后為防止誤操作，鎖緊氣缸會(huì)將工件鎖定，加壓座位置與底座最終成垂直位置。固化掃描結(jié)束后氣缸回位，加壓座翻轉(zhuǎn)回到原來(lái)位置。

加壓板上的氣囊管路的另外一端還配有真空泵，在UV固化完成取玻盒時(shí)真空泵會(huì)工作，氣囊會(huì)形成短時(shí)間真空，方便拿取玻盒，這樣的設(shè)計(jì)縮短了取玻盒時(shí)間，提高了工作效率。

2.3 快門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

快門的設(shè)計(jì)主要是將UV固化區(qū)域與裝片區(qū)域分開。UV燈箱掃描期間快門始終是關(guān)閉的，UV燈箱掃描區(qū)域內(nèi)的紫外光被快門擋在內(nèi)部，掃描結(jié)束后快門打開，加壓座機(jī)構(gòu)從固化區(qū)域內(nèi)離開。

為了考慮快門的輕便性，快門的材質(zhì)采用鋁板設(shè)計(jì)，兩鋁板之間由薄型導(dǎo)軌連接，快門的上下運(yùn)動(dòng)由汽缸帶動(dòng)，快門的運(yùn)動(dòng)速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)汽缸的進(jìn)排氣大小進(jìn)行調(diào)整?？扉T的下邊緣安裝有遮光皮，解決了下門與平臺(tái)之間的漏光現(xiàn)象。

2.4 燈箱掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到燈箱的掃描軌跡是線性的，且精度要求較高，因此燈箱的拖動(dòng)電機(jī)采用伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，拖動(dòng)裝置采用同步帶與同步帶輪設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)UV燈箱運(yùn)動(dòng)。燈箱通過(guò)Π形件與滑塊連接，導(dǎo)軌底座安裝在型材上，型材與總支撐外框采用螺接方式，方便安裝。燈箱掃描系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有經(jīng)過(guò)黑色噴塑處理的遮光罩，遮光罩中間留有需要固化的有效尺寸方孔，當(dāng)進(jìn)行UV固化處理時(shí)，其它非固化區(qū)域?qū)⒈徽诠庹謸踝?。該掃描系統(tǒng)可以同時(shí)兼顧兩位置進(jìn)行掃描，程序會(huì)根據(jù)四工位的位置進(jìn)入固化區(qū)域進(jìn)行判斷，平時(shí)在未進(jìn)行掃描固化處理時(shí)燈箱停在設(shè)備的中間，當(dāng)任意一邊需要掃描時(shí)，燈箱移動(dòng)的距離都為最短，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化處理。

2.5 UV燈箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

UV燈箱系統(tǒng)是設(shè)備的核心部件，這個(gè)系統(tǒng)中的快門設(shè)計(jì)非常新穎，快門既起到遮光的作用又起到反光罩的作用。快門采用鋁合金材料，鋁合金內(nèi)部的反光部分嵌有鏡面不銹鋼用來(lái)反射紫外光。當(dāng)快門閉合時(shí)UV光線被完全遮擋，當(dāng)快門打開時(shí)鋁合金反光罩會(huì)起到聚光的作用?？扉T的開啟和關(guān)閉由行程開關(guān)進(jìn)行控制，兩片快門反光罩通過(guò)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

燈箱的外殼采用SUS304材料設(shè)計(jì)，外殼兩側(cè)均勻分布散熱孔，當(dāng)快門閉合時(shí)，燈罩的熱量通過(guò)散熱孔被帶走；快門打開時(shí)，熱量直接通過(guò)離心風(fēng)機(jī)抽走。

由于UV燈管的功率比較大，故燈箱內(nèi)部所有的電線均采用高溫導(dǎo)線，導(dǎo)線外部均套有磁珠，這樣的設(shè)計(jì)是防止電線破損出現(xiàn)意外觸電現(xiàn)象。

燈箱的頂部與設(shè)備的外部接有伸縮性鋁箔管，鋁箔管與設(shè)備外部的離心風(fēng)機(jī)連接，燈箱內(nèi)部的溫度通過(guò)鋁箔管散出，考慮到UV燈管在點(diǎn)亮過(guò)程中需要達(dá)到一定的溫度，故離心風(fēng)機(jī)的開啟由PLC內(nèi)部的延時(shí)決定。燈箱頂部還設(shè)計(jì)有熱電偶，若離心風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或者快門出現(xiàn)故障導(dǎo)致溫度急劇升高，PLC將檢測(cè)到熱電偶發(fā)出的信號(hào)，迅速將UV燈管電源切斷，從而保護(hù)燈箱的安全。

2.6 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四座式整平封口機(jī)采用多路單獨(dú)控制系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立控制，各路之間相互連鎖保護(hù)，對(duì)于斷電、超溫、過(guò)流和誤操作均會(huì)報(bào)警。

3 結(jié)論

目前我所生產(chǎn)的四座式整平封口機(jī)，具有加壓準(zhǔn)確、壓力均勻性好和封口效果好等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)備的研制生產(chǎn)有著很大的發(fā)展前景，同時(shí)也為整平封口設(shè)備的全自動(dòng)化生產(chǎn)起到了積極推動(dòng)作用。

[1]毛學(xué)軍,液晶顯示技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[2]電子行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.液晶顯示器件制造技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2009.

[3]張國(guó)瑞.印刷應(yīng)用UV固化技術(shù)問(wèn)答[M].北京:印刷工業(yè)出版社,2001.