液晶灌注機(jī)的研制

董 哲，趙曉東

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

隨著LCD制品從TN、STN、C-STN、TFT檔次的不斷提升，對(duì)液晶注入裝置的要求也相應(yīng)提高，如真空腔的機(jī)體材料、內(nèi)表面的粗糙度、焊接后產(chǎn)生的氧化夾渣、藥皮殘留、真空機(jī)組油氣返侵等等，都有可能是影響TFT產(chǎn)品的不利因素。新型液晶灌注機(jī)導(dǎo)入了全新的設(shè)計(jì)理念，適合高檔次產(chǎn)品和TFT產(chǎn)品的生產(chǎn)使用。

文章介紹的設(shè)備是LCD生產(chǎn)的專(zhuān)用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于TN、STN、TFT-LCD玻盒的液晶灌注。該機(jī)采用先進(jìn)的PLC控制，可靈活實(shí)現(xiàn)不同的灌注工藝要求，腔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，易于清潔。

設(shè)備主要的功能特點(diǎn)有充氣管路系統(tǒng)增加了氮?dú)獗３珠y門(mén)，讓腔體內(nèi)始終保持在高純氮?dú)夥障鹿嘁?，提高灌液的效果；充氣管路設(shè)有智能化流量計(jì)，流量可以進(jìn)行三段設(shè)置；此外也可根據(jù)客戶的要求，可實(shí)現(xiàn)多段曲線真空度設(shè)置功能。

設(shè)備包括：真空室，真空抽氣系統(tǒng)，充氣裝置，電路控制部分。

1 技術(shù)指標(biāo)及特性

外形尺寸：約1050mm×1280mm×1730mm真空室內(nèi)腔尺寸：760mm×560mm×700mm可移動(dòng)工作架：3層、可拆變

抽氣速度：15 min可達(dá)1 Pa

極限真空度：5×10-1Pa

充氣流量控制范圍：0.4～20 L/min

總功率：約8 kW

供氣壓力：0.4～0.7 MPa

供水壓力：0.2～0.3 MPa

真空機(jī)組配置：

日本ULVAC DIS501＋寧波ULVAC NB300A

日本ULVAC DIS501 抽速500 L/min

寧波ULVAC NB300A 抽速70 L/s

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

設(shè)備由真空灌注主體和電氣控制部分組成,如圖1所示。

圖1 設(shè)備整體外觀圖

2.1 真空室

真空腔體是為實(shí)現(xiàn)液晶灌注創(chuàng)造真空環(huán)境的主要條件，真空環(huán)境的好與壞，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。真空腔體的內(nèi)膽全部采用SUS304制造，腔體內(nèi)壁進(jìn)行機(jī)械拋光＋電解拋光處理。

門(mén)封采用雙鉸鏈，雙鎖緊裝置，鎖緊手柄采用手輪形，其上設(shè)有兩個(gè)長(zhǎng)方形視窗，并且在真空腔體的后部加有兩個(gè)照明燈 (照明燈選用黃燈或加濾光膜)，最大限度地?cái)U(kuò)大了觀察視角，使操作者可以更方便，更清晰地觀察腔體內(nèi)工件灌注液晶的情況。

2.2 工裝架及升降結(jié)構(gòu)

工裝架為框架式結(jié)構(gòu)，分為固定架和移動(dòng)架兩部分(見(jiàn)圖2)，采用不銹鋼和鋁合金制成。固定架預(yù)設(shè)二層和三層位置，由4根方鋼管做支柱連接形成固定架；移動(dòng)架由裝在真空室底部的氣缸完成提升和下降，移動(dòng)架也預(yù)設(shè)二層和三層位置與固定架相對(duì)應(yīng)。為保證移動(dòng)架平穩(wěn)運(yùn)行，在固定架和移動(dòng)架之間裝有兩根精密導(dǎo)柱和高精度直線軸承組成滑動(dòng)框架，移動(dòng)架和固定架均可拆組。

圖2 工裝架

升降運(yùn)動(dòng)由安裝在真空箱底部的推升氣缸完成(氣缸選用SMC帶鎖緊型氣缸)，由電氣自動(dòng)控制其氣缸的換向，完成提升和下降運(yùn)動(dòng)。增加中間行程,以方便液晶槽對(duì)位時(shí)的高度控制。氣缸具有鎖定功能，當(dāng)移動(dòng)架在上升位置時(shí)，如遇停電、停氣等突發(fā)狀況，氣缸便自動(dòng)鎖緊，不會(huì)因自動(dòng)下降造成產(chǎn)品損失(見(jiàn)圖3)。

圖3 升降機(jī)構(gòu)示意圖

2.3 真空抽氣系統(tǒng)

真空抽氣系統(tǒng)主要有無(wú)油干泵、羅茨泵、氣動(dòng)高真空擋板閥、真空管路等組成，真空計(jì)采用進(jìn)口美國(guó)產(chǎn)品，可預(yù)設(shè)十組參數(shù)，每組分9段控制真空度，每段真空度保持時(shí)間可設(shè)定。實(shí)現(xiàn)了多段控制真空度。

真空機(jī)組放置于腔體下部，采用真空管道與真空腔連接。方便真空機(jī)組的維護(hù)與機(jī)組的排氣。

2.4 充氣系統(tǒng)

充氣系統(tǒng)可以分快充和慢充兩步進(jìn)行。慢充采用日本流量計(jì)可分三段流量進(jìn)行充氣，即：充氣閥→控制閥→真空室；每段充氣時(shí)間可以設(shè)定在0.4～20 L/min范圍內(nèi)。充氣系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有空氣、氮?dú)廪D(zhuǎn)換閥門(mén)，以方便用戶根據(jù)產(chǎn)品工藝要求有選擇地使用氣體。

充氣管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)有氮?dú)獗３珠y門(mén)，當(dāng)?shù)獨(dú)獬淙肭惑w達(dá)到大氣壓或略高時(shí)，門(mén)略微打開(kāi)，讓腔體內(nèi)始終保持在高純氮?dú)夥障鹿嘁?，為確保腔體內(nèi)氣壓不會(huì)高于大氣壓產(chǎn)生危險(xiǎn)，由壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)給出信號(hào)，當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定安全值時(shí)，氮?dú)獗３珠y門(mén)打開(kāi)，釋放過(guò)壓氣體，回到設(shè)定安全值閥門(mén)關(guān)閉。這樣可消除灌液過(guò)程中有可能存在的空氣污染現(xiàn)象，適合高檔次產(chǎn)品和TFT產(chǎn)品的生產(chǎn)使用，對(duì)于低檔次產(chǎn)品更能提高其產(chǎn)品質(zhì)量。充氣流量值可以在儀表設(shè)定，流量值為數(shù)字顯示。

充氣口設(shè)在真空箱背后，并在噴氣口做擋板，使氣體不會(huì)直接噴到玻盒上，而是噴到擋板上后，再?gòu)浡琳麄€(gè)腔內(nèi)。管路材料全部采用不銹鋼。

2.5 機(jī)架

機(jī)架是支撐整個(gè)設(shè)備的主要部分，它是由槽鋼焊接而成，四面都裝有鋁型材，有可拆下的門(mén)。真空室和電氣控制部分安裝在機(jī)架的上方。

2.6 水路系統(tǒng)

水路主要是提供羅茨泵的冷卻用水，在無(wú)水冷的情況下，不得打開(kāi)羅茨泵，否則會(huì)損壞羅茨泵，水路由進(jìn)水咀接1FW510-03-00水流報(bào)警器，然后進(jìn)羅茨泵，冷卻后流出。水壓為0.2～0.3 MPa，當(dāng)水壓不足時(shí)，水壓報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3 工作原理

(1)待灌玻盒裝入后，關(guān)上門(mén)，在真空計(jì)上設(shè)定真空度值、在觸屏上設(shè)定相關(guān)的工藝參數(shù)，按下啟動(dòng)按扭，開(kāi)始自動(dòng)程序(也可在觸屏上運(yùn)行手動(dòng)操作程序)。開(kāi)啟干泵同時(shí)打開(kāi)慢抽管道閥，慢抽通道加設(shè)有手動(dòng)球閥，可通過(guò)它改變通道截面積來(lái)調(diào)整抽速(也可作為液晶脫泡時(shí)用)。

(2)真空度到達(dá)3 kPa時(shí)羅茨泵開(kāi)啟同時(shí)主抽道閥打開(kāi)慢抽道閥關(guān)閉。根據(jù)工藝需要，排氣時(shí)間可以設(shè)定一到兩個(gè)真空壓力值。

(3)真空度到達(dá)灌注所需的壓力值一段時(shí)間后，液晶托板通過(guò)安裝在真空腔底部的氣缸推升至設(shè)定位置與玻盒灌液口接觸，融合一段時(shí)間后，注入氮?dú)?，注入過(guò)程始終處于高純氮的潔凈氣氛中，注入時(shí)間到打開(kāi)門(mén)，取出灌好的玻盒，完成一個(gè)自動(dòng)周期。如需連續(xù)生產(chǎn)，可將已裝備好的待灌工件欄送入真空腔體內(nèi)，進(jìn)行下一個(gè)灌注周期(見(jiàn)圖4)。

圖4 液晶灌注機(jī)自動(dòng)流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

液晶灌注設(shè)備性能穩(wěn)定,尤其在消除液晶中氣泡的時(shí)候,利用分段抽真空,很好地控制了液晶在腔體中的分濺,節(jié)省了成本的同時(shí)也使內(nèi)部更清潔，設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用于TFT產(chǎn)品，運(yùn)行良好，并得到國(guó)內(nèi)外知名用戶的好評(píng),順利幫助客戶提高了產(chǎn)能，品質(zhì)等。

[1]溫希東.自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用[M].西安:電子科技大學(xué)出版社,2008.

[2]李維諟,郭強(qiáng).液晶顯示應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.