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節。國內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。因此工藝的穩定性無法保證，且生產效率較低，生產出的產品良品率也不高。我所研發的四座式整平封口設備就是一種能夠有穩定工藝，并且操作方便，可以高效率運行的設備。

四座式整平封口設備在壓力的控制、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越性和可控性，該設備在整平封口這個環節會起到保障工藝穩定的作用。

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。如果這些玻盒未經任何處理而進行了UV膠封口，那么最終的產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，泄壓后的玻盒內外會產生壓力差，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

根據玻盒整平封口工藝要求，四座式整平封口設備具有如下工藝參數要求。

1.1 加壓控制

壓力通常分為點壓力和面壓力。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，這段時間玻盒內部將發生物理變化，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燈管光譜范圍有關外[3]，還跟UV膠水本身的性能有關。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鍵的。

2 四座式整平封口設備的結構特點

為了滿足玻盒整平封口工藝，解決其關鍵技術，我們在設備的結構設計、UV固化設計、拆裝片設計和加壓設計等方面都采取了一系列措施，尤其是UV燈箱的內部反光罩快門技術的運用，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、快門結構、燈箱掃描系統、UV燈箱系統和電器控制等。四座式整平封口機結構示意圖如圖2所示。氣囊加壓座機構圖如圖3所示。

圖2 四座式整平封口機結構示意圖

圖3 氣囊加壓座機構

2.1 機架設計

作為整個設備的支撐基礎，我們采用了80 mm×80 mm鋁合金型材進行搭建，這種設計利于拆卸運輸，方便設備進入凈房裝調。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，質量輕，安裝方便。

2.2 加壓座機構設計

加壓座機構是整個設備的關鍵的部分，加壓座中根據玻盒尺寸的要求共設計有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。

鋁板的一側上裝有氣囊皮。該結構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，若超出設定的氣壓則會出現氣囊皮爆裂的現象。

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意外，在銷子孔內部裝有光纖傳感器，若銷子沒到位，傳感器會發出信號傳給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，翻轉過程由電機帶動。加壓座翻轉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。固化掃描結束后氣缸回位，加壓座翻轉回到原來位置。

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，這樣的設計縮短了取玻盒時間，提高了工作效率。

2.3 快門結構設計

快門的設計主要是將UV固化區域與裝片區域分開。UV燈箱掃描期間快門始終是關閉的，UV燈箱掃描區域內的紫外光被快門擋在內部，掃描結束后快門打開，加壓座機構從固化區域內離開。

為了考慮快門的輕便性，快門的材質采用鋁板設計，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節汽缸的進排氣大小進行調整。快門的下邊緣安裝有遮光皮，解決了下門與平臺之間的漏光現象。

2.4 燈箱掃描系統設計

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，拖動裝置采用同步帶與同步帶輪設計，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。燈箱掃描系統中設計有經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，其它非固化區域將被遮光罩擋住。該掃描系統可以同時兼顧兩位置進行掃描，程序會根據四工位的位置進入固化區域進行判斷，平時在未進行掃描固化處理時燈箱停在設備的中間，當任意一邊需要掃描時，燈箱移動的距離都為最短，實現優化處理。

2.5 UV燈箱系統設計

UV燈箱系統是設備的核心部件，這個系統中的快門設計非常新穎，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。快門的開啟和關閉由行程開關進行控制，兩片快門反光罩通過電機的正反轉帶動齒輪進行運動。

燈箱的外殼采用SUS304材料設計，外殼兩側均勻分布散熱孔，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，這樣的設計是防止電線破損出現意外觸電現象。

燈箱的頂部與設備的外部接有伸縮性鋁箔管，鋁箔管與設備外部的離心風機連接，燈箱內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內部的延時決定。燈箱頂部還設計有熱電偶，若離心風機出現故障或者快門出現故障導致溫度急劇升高，PLC將檢測到熱電偶發出的信號，迅速將UV燈管電源切斷，從而保護燈箱的安全。

2.6 電氣控制系統設計

四座式整平封口機采用多路單獨控制系統，每個系統獨立控制，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 結論

目前我所生產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點。該設備的研制生產有著很大的發展前景，同時也為整平封口設備的全自動化生產起到了積極推動作用。

[1]毛學軍,液晶顯示技術[M].北京:電子工業出版社,2008.

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

[3]張國瑞.印刷應用UV固化技術問答[M].北京:印刷工業出版社,2001.