四座式氣囊整平封口機的研制

王毅

(中國電子科技集團公司第二研究所，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重要環(huán)節(jié)。國內(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，再進行點UV膠封口。然而這些舊式的整平封口設(shè)備只是單純的對玻盒進行加壓，整平過程中人為的因素占了主導作用。因此工藝的穩(wěn)定性無法保證，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、玻盒受壓的時間和UV固化時間等方面相比以前舊式的整平封口機具有獨特的優(yōu)越性和可控性，該設(shè)備在整平封口這個環(huán)節(jié)會起到保障工藝穩(wěn)定的作用。

1 整平封口的工藝特性

LCD在制盒和灌液的過程中會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)任何處理而進行了UV膠封口，那么最終的產(chǎn)品會有透光度不均勻的缺陷，所以玻盒在封口前必須先進行整平。

整平封口方法采用如下工藝，玻盒受到均勻的壓力，同時壓力保持一段時間。玻盒受壓后會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行點UV膠工作，點膠完成后將玻盒受到的壓力降低，泄壓后的玻盒內(nèi)外會產(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

壓力通常分為點壓力和面壓力?？紤]到玻盒要受力均勻，于是加壓裝置采用氣囊加壓的原理。為了高效率地進行整平，玻盒采用疊落的形式，每兩片玻璃中間墊有緩沖物，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 壓力保持和滲膠過程

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

1.3 UV膠固化過程

滲入玻盒內(nèi)的UV膠在UV燈管的照射下固化，固化的實際效果除了跟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UV燈管光譜范圍跟UV膠水吸收紫外線性能一致時固化效果才能達到最佳。UV固化過程中，UV膠水除了吸收紫外線外同時還吸收紅外線，因此玻盒的溫度控制也很重要，所以UV燈箱在掃描時采用線性移動的方法是很關(guān)鍵的。

2 四座式整平封口設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點

為了滿足玻盒整平封口工藝，解決其關(guān)鍵技術(shù)，我們在設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計、UV固化設(shè)計、拆裝片設(shè)計和加壓設(shè)計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)的運用，使UV燈的溫度控制達到了比較高的水平。

四座式整平封口機主要組成部分包括：機架、加壓座機構(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。四座式整平封口機結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。氣囊加壓座機構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 四座式整平封口機結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 氣囊加壓座機構(gòu)

2.1 機架設(shè)計

作為整個設(shè)備的支撐基礎(chǔ)，我們采用了80 mm×80 mm鋁合金型材進行搭建，這種設(shè)計利于拆卸運輸，方便設(shè)備進入凈房裝調(diào)。機架底座分為對稱的兩部分，均采用120 mm的標準槽鋼焊接成型。上部型材的連接處采用雙鑄鋁件，該連接件強度大，質(zhì)量輕，安裝方便。

2.2 加壓座機構(gòu)設(shè)計

加壓座機構(gòu)是整個設(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)計有5塊加壓板，為了保證工作時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沉孔螺釘進行壓緊固定，所有的沉孔螺釘每10 mm為一單位。所有固定螺釘均勻分布，螺釘在安裝時必須全部擰緊，為了檢查氣囊是否漏氣還要進行水中充氣的檢測，在這個檢測過程中壓力的控制要求非常嚴格，若超出設(shè)定的氣壓則會出現(xiàn)氣囊皮爆裂的現(xiàn)象。

加壓板與整個加壓座采用的固定方式為銷子拔插的形式。在進行裝玻盒時首先將銷子拔出，此時加壓板可以在加壓座中自由轉(zhuǎn)動，從而方便地進行裝玻盒工作。當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，傳感器會發(fā)出信號傳給PLC，則無法進行加壓工作。

裝片到固化過程中，加壓座會進行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)過程由電機帶動。加壓座翻轉(zhuǎn)到位后為防止誤操作，鎖緊氣缸會將工件鎖定，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固化完成取玻盒時真空泵會工作，氣囊會形成短時間真空，方便拿取玻盒，這樣的設(shè)計縮短了取玻盒時間，提高了工作效率。

2.3 快門結(jié)構(gòu)設(shè)計

快門的設(shè)計主要是將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，兩鋁板之間由薄型導軌連接，快門的上下運動由汽缸帶動，快門的運動速度可以通過調(diào)節(jié)汽缸的進排氣大小進行調(diào)整?？扉T的下邊緣安裝有遮光皮，解決了下門與平臺之間的漏光現(xiàn)象。

2.4 燈箱掃描系統(tǒng)設(shè)計

考慮到燈箱的掃描軌跡是線性的，且精度要求較高，因此燈箱的拖動電機采用伺服電機控制系統(tǒng)，拖動裝置采用同步帶與同步帶輪設(shè)計，伺服電機通過同步帶帶動UV燈箱運動。燈箱通過Π形件與滑塊連接，導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)計有經(jīng)過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，當進行UV固化處理時，其它非固化區(qū)域?qū)⒈徽诠庹謸踝　Ｔ搾呙柘到y(tǒng)可以同時兼顧兩位置進行掃描，程序會根據(jù)四工位的位置進入固化區(qū)域進行判斷，平時在未進行掃描固化處理時燈箱停在設(shè)備的中間，當任意一邊需要掃描時，燈箱移動的距離都為最短，實現(xiàn)優(yōu)化處理。

2.5 UV燈箱系統(tǒng)設(shè)計

UV燈箱系統(tǒng)是設(shè)備的核心部件，這個系統(tǒng)中的快門設(shè)計非常新穎，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反射紫外光。當快門閉合時UV光線被完全遮擋，當快門打開時鋁合金反光罩會起到聚光的作用?？扉T的開啟和關(guān)閉由行程開關(guān)進行控制，兩片快門反光罩通過電機的正反轉(zhuǎn)帶動齒輪進行運動。

燈箱的外殼采用SUS304材料設(shè)計，外殼兩側(cè)均勻分布散熱孔，當快門閉合時，燈罩的熱量通過散熱孔被帶走；快門打開時，熱量直接通過離心風機抽走。

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線，導線外部均套有磁珠，這樣的設(shè)計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)備外部的離心風機連接，燈箱內(nèi)部的溫度通過鋁箔管散出，考慮到UV燈管在點亮過程中需要達到一定的溫度，故離心風機的開啟由PLC內(nèi)部的延時決定。燈箱頂部還設(shè)計有熱電偶，若離心風機出現(xiàn)故障或者快門出現(xiàn)故障導致溫度急劇升高，PLC將檢測到熱電偶發(fā)出的信號，迅速將UV燈管電源切斷，從而保護燈箱的安全。

2.6 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

四座式整平封口機采用多路單獨控制系統(tǒng)，每個系統(tǒng)獨立控制，各路之間相互連鎖保護，對于斷電、超溫、過流和誤操作均會報警。

3 結(jié)論

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

[1]毛學軍,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]張國瑞.印刷應(yīng)用UV固化技術(shù)問答[M].北京:印刷工業(yè)出版社,2001.