光纖定位技術在LCD貼附設備中的應用

胡欽華，黃立勇，井文麗，朱麗麗

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

電子信息產業(yè)是當今最具活力、高速發(fā)展中的行業(yè)，LCD(液晶顯示器)制造技術是信息產業(yè)鏈中的關鍵技術之一，是每年千億美元級的支柱產業(yè)，當前我國是世界上重要的LCD生產國，約占全球產量的5%。在LCD制造過程中會多次用到貼附技術，貼附是將一種材料粘貼在另一種材料上的生產工藝，貼附質量的好壞對LCD的性能影響很大，因此在貼附過程中都要求貼附位置與貼附角度偏差小、無氣泡、貼附材料不產生拉伸、扭曲、壓傷、變形、劃傷等特點。隨著顯示技術特別是觸控技術的發(fā)展，貼附材料正在向薄型化、高透光性、低柔韌性方向發(fā)展，傳統(tǒng)的機械定位貼附方式已不能滿足生產的要求。近年來光纖傳感器憑借著光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應用，并且在各種不同的測量、定位中發(fā)揮著自己獨到的作用，光纖定位貼附技術就是基于光纖傳感器發(fā)展而來的一種新型的定位貼附方式，該貼附方式因其定位精度高、抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠而倍受重視。

1 光纖定位的工作原理

所謂光纖定位也就是光纖傳感器定位，其工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調制器，使待測物體（本文以柔性保護膜為例）與進入調制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位等）發(fā)生變化，稱為被調制的信號光，再經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調后，獲得被測參數(shù)。用于定位的光纖傳感器主要由光源、光纖、傳感頭、光探測器、信號處理電路等部分組成。光纖定位系統(tǒng)的工作原理圖如1，接收光纖獲得的光強將隨待測物體靠近與離開距離的變化而變化，該信號通過光敏元件進行光電轉換，然后再放大比較，把控制信號輸入到計算機對電機進行控制，以實現(xiàn)高精度自動定位。

圖1 光纖定位系統(tǒng)的工作原理圖

RBT-12柔性保護膜貼附機是我單位根據(jù)客戶要求開發(fā)的一款新型LCD貼附設備，用以在198～300mm（7～12英寸）玻璃基板上貼附各式柔性保護膜，該設備采用光纖自動定位，是光纖定位技術在LCD貼附設備中的成功應用。

2 光纖定位的定位方式

2.1 θ 角度定位

RBT-12柔性保護膜貼附機是以簡單的直線運動轉化為復雜的角度旋轉運動，直線運動由伺服電機驅動，經(jīng)過機構轉化形成旋轉運動。角度定位的簡化物理模型如圖2所示，該角度定位方式結構簡單、配置低、軟件編寫容易、工作穩(wěn)定可靠，其定位過程如圖3所示。

圖2 角度定位物理模型

圖3 角度定位過程

首先，機器系統(tǒng)復位使待貼的柔性保護膜處于初始位置，設豎直方向為角度的最終定位方向，操作機臺旋轉柔性保護膜使第一光纖傳感器有信號，繼續(xù)旋轉柔性保護膜使第二個光纖傳感器也有信號。最后，操作機臺使柔性保護膜旋轉θ2（θ2為光纖定位的角度誤差補正量，其大小后文有詳細論述）讓柔性保護膜定位在豎直方向，至此角度定位已完成機臺進入x方向定位。

2.2 x方向定位

沿x方向移動柔性保護膜，使柔性保護膜脫離開光纖探測區(qū)域，如圖4所示，機臺自動記下第一光纖傳感器信號（為減小定位誤差，檢測x方向位置時只取第一傳感器的信號，不取第二傳感器的信號）消失時的x向坐標，該坐標就是柔性保護膜沿x方向的位置坐標。x方向定位完成機臺進入y方向定位。

圖4 x方向定位過程

2.3 y方向定位

操作機臺使柔性保護膜重新進入光纖探測區(qū)域，然后沿y方向移動光纖，使柔性保護膜脫離開第一光纖的探測區(qū)域，如圖5所示，機臺自動記下第一光纖傳感器無信號時的y向坐標，此坐標就是柔性保護膜沿y向的位置坐標。

圖5 y方向定位過程

3 光纖定位的角度誤差補正方法

由圖6可知，用光纖角度方向定位時有一定的角度誤差，角度定位誤差是產生x、y向定位誤差的主要原因。角度誤差產生的原因由其定位原理決定，柔性保護膜由第一光纖傳感器有信號旋轉至第二光纖傳感器有信號時轉過的角度記為θ1，柔性保護膜由第二光纖傳感器有信號到定位在豎直方向轉過的角度記為θ2，則θ2就是光纖定位的角度誤差補正量。設光纖芯徑為r，第一光纖到旋轉中心的距離為D，兩光纖之間的距離為d，即：

由上面公式可知：光纖定位的角度誤差補正量θ2是由光纖芯徑r、第一光纖到旋轉中心的距離D與兩光纖之間的距離d決定。

圖6 x方向定位過程

4 光纖定位的數(shù)據(jù)分析

RBT-12柔性保護膜貼附機選用光纖型號：FU-54TZ(對射型)、芯徑 1mm，生產廠家：KEYENCE。為防止兩束光纖相互干擾設計時我們選用兩種型號放大器：FN11N與FN12N。以下是RBT-12柔性保護膜貼附機調試現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)（隨機選取其中一臺的測試數(shù)據(jù)）。見圖7、表1。

圖7 250mm(16:9)玻璃基板

表1 測試數(shù)據(jù)

設機臺沿x方向的貼附誤差為△A，y方向的貼附誤差為△B，θ方向的貼附誤差為△θ，機臺直線方向的定位精度為α，角度方向的定位精度為β，B1點與 B2點之間的距離為 F，A1點與 A2點之間的距離為E，則：

現(xiàn)場測量時我們選取的F為200mm，E為100mm

由上可知：光纖定位直線方向重復定位精度可控制在±0.16mm之內，角度方向定位精度可控制在±0.08°之內。光纖定位系統(tǒng)產生誤差的原因有很多，如光纖傳感器的自身誤差、機械系統(tǒng)的裝配誤差、機械系統(tǒng)的運動誤差、機臺振動引起的光纖檢測誤差以及待測物體的規(guī)格大小等，據(jù)現(xiàn)場調試分析其中機械系統(tǒng)的運動誤差與機臺振動引起的光纖檢測誤差是影響光纖定位精度的兩個主要因素。

5 結 論

以RBT-12柔性保護膜貼附機貼附250mm玻璃基板為例,在機械系統(tǒng)的運動誤差控制在合理的范圍之內且機臺振動很小的情況下，光纖定位直線方向重復定位精度可控制在±0.16mm之內，角度方向的定位精度可控制在±0.08°之內；玻璃基板小于250mm時，直線定位精度會相應提高而角度定位精度則會相應下降；玻璃基板大于250mm時則與之相反，該定位精度能滿足大部分LCD貼附設備的精度要求。

[1]王永華，吳宏，林其駿.高精度光纖定位傳感器[J].傳感器技術，1991(4):17-20.

[2]范志新.液晶器件工藝基礎[M].北京：郵電大學出版社，2000.

[3]應根裕.平板顯示技術[M].北京：人民郵電出版社.2003