偏光片消泡設備熱風循環系統研究

劉軍濤

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024）

偏光片消泡設備熱風循環系統研究

劉軍濤

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024）

偏光片消泡設備的作用是對貼附好偏光片的液晶玻盒進行處理，提高顯示質量，腔體內部溫度均勻性是其關鍵性能指標之一，腔體內部熱風循環系統是保證設備工作過程中溫度均勻性的結構。通過對該部分結構的詳細分析，確定有效可行的機械結構，并根據計算得出的結構在設備上進行試驗，得出實驗數據，最終實現對溫度的精確控制。

偏光片消泡設備；熱風循環系統；溫度均勻性

LCD（Liquid Crystal Display）-液晶顯示器由于其在功耗小、畫面效果好、應用范圍廣等多個方面的優異表現，已經深入了我們生活的各個方面。在其復雜的生產工藝過程中，需要使用到偏光片消泡設備提供嚴格的工藝環境對產品進行處理，以提高產品的品質和性能。

偏光片消泡設備可以根據工藝要求提供一定的溫度、壓力環境對已經貼附好偏光片的液晶顯示器件進行處理，從而使其獲得良好的顯示效果。

設備的各項技術指標中，腔體內溫度的均勻性是一個重要的參數指標，也是眾多廠商選購設備的參考之一。設備工作過程中對產品是進行批量處理的，整個腔體內部各點溫度均勻性的指標控制的越好，產品品質的穩定性就會越高。目前階段，日本同類型設備的均勻性指標可以控制在±2℃，國產設備可以做到±2.5℃，滿足大多數產品的生產制造。隨著蘋果公司系列產品為代表的高品質液晶顯示屏電子類產品的不斷推廣，所要求的相應偏光片除泡設備的性能及技術指標要求越來越高，要求腔體內溫度均勻性可以控制在±1.5℃為最佳。這就要求在原有技術平臺的基礎上提高設備的技術性能，設計生產技術水平更高的電子專用設備以滿足先進的電子工藝制造技術的要求。本文通過對偏光片消泡設備熱分循環系統的分析找到了解決這一問題的方法并在實際工作中得到應用。

1 工作原理

LCD表面偏光片的貼附質量對其顯示效果有很大的影響[1]。偏光片貼附時，貼附設備將其與液晶玻璃對好位后，用膠輥對整個表面進行碾壓，通過偏光片表面壓敏膠的作用使兩者緊密結合，但這一過程中膠輥所施加的壓力不允許過高，否則會對玻璃產生破壞，造成產品報廢。這樣就勢必會造成兩者的貼附不會十分緊密，同時還會在部分區域出現微小的，肉眼幾乎不可見的氣泡存在，這樣的氣泡會對顯示器的最終顯示效果產生影響。偏光片消泡設備的作用就是在密閉的工作腔體中提供溫度及壓力的環境對貼附了偏光片的產品進行處理，增加兩者間的粘著程度，提高顯示效果。

工作過程中設備密閉腔體內會充入壓縮空氣產生0.5 MPa的壓力作用在產品的表面，同時要求腔體內的溫度控制在50℃左右（視產品不同會有略微調整），在這樣溫度及壓力的環境中停留一段時間可以使偏光片及LCD兩者間的粘合程度達到要求，同時壓敏膠可以將殘存在兩者間的微量氣體全部吸收，最大程度地提高產品的顯示效果。

2 熱風循環系統結構組成

為了保證溫度均勻性，腔體設置有熱風循環系統對內部的氣體進行攪拌，保證整個密閉空間內的溫度和壓力均勻。

偏光片消泡設備溫度控制循環系統主要由PID溫度控制器、溫度傳感器、電加熱器、熱風循環通道等部分構成，主要結構如圖1所示。

圖1 偏光片消泡設備溫度控制循環系統結構

設備工作時，內部的循環熱風形成了如圖1所示的效果，循環熱風溫度探測傳感器探測到腔體內的實際溫度后會將其傳回至PID溫度控制器，PID溫度控制器通過中間電路輸出相應功率控制電加熱器工作提高腔體內氣體的溫度；氣體通過熱風循環通道往復循環流動，循環過程中將電加熱器工作產生的熱量擴散至腔體內各點，從而形成我們所需要的工作環境，控制回路如圖2所示。

圖2 溫度控制回路

2.1 溫度傳感器

設備上安裝的溫度傳感器為銅-康銅材料熱電偶（T型熱電偶）它的正極（TP）是純銅，負極（TN）為銅鎳合金，稱之為康銅，它與鎳鉻-康銅的康銅EN通用測量溫區為-200～350℃。其具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩定性和均勻性較好，價格便宜等優點,年穩定性可小于±3 μV，經低溫檢定可作為二等標準進行低溫量值傳遞。它可以直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。通過補償導線與PID溫度控制器連接，實現信號的傳輸，PID溫度控制器根據收到的信號，經過計算后通過中間電路對加熱器進行控制，實現溫度控制的閉合回路。感溫探頭設置在熱風循環系統熱風出口位置，這樣可以及時準確的測量到腔體內的實時溫度，提高測溫的準確性。

2.2 電加熱器

電加熱器采用不銹鋼材料制成，在保證三相平衡的基礎上通過計算確定選用三支加熱器對腔體進行加熱保溫，通過流體熱力學原理均勻地帶走電熱元件工作中所產生的熱量，使腔體內被加熱氣體溫度達到設定值。加熱器設置在腔體內后部中央，圍繞循環風扇進行設置安裝，有利于密閉腔體內形成風循環時方便的將熱量帶走。該元件為防爆型電加熱器，發熱元件超溫時，獨立的過熱保護裝置立即切斷加熱電源，避免加熱物料超溫引起結焦、變質、碳化，嚴重時導致發熱元件燒壞，有效延長電加熱器使用壽命。

2.3 熱風循環通道

腔體內部設置有強制熱風循環方向的通道。保證設備運行過程中熱空氣從通道中心處進入，通過循環風扇的增壓后從循環通道與腔體內壁之間通過，到達前門后折返回腔體內部從中心處回到循環風扇重新加壓進行循環，氣流循環工作的同時可以將加熱器發出的熱量均勻分布到腔體內的每一處位置。

循環風扇設置在腔體后部的中央位置，外側圓周圍繞著多支加熱器。根據動能轉換為勢能的原理，利用高速旋轉的葉片將氣體加速，然后減速、改變流向，使動能轉換成勢能（壓力）。氣體從軸向進入葉輪，氣體流經葉輪時改變成徑向，然后進入預設的風道中。在風道中，氣體改變了流動方向造成減速，這種減速作用將動能轉換成壓力能。壓力增高主要發生在葉輪中，其次發生在擴壓過程。

3 熱風循環系統結構分析

為了進一步研究熱風循環系統的工作狀態，我們將其簡化為圖3所示模型。

圖3 熱風循環系統熱模型示意圖

將入流通道與回流通道熱循環系統分為兩部分。外部系統表明入口流入熱量、出口流出熱量和外壁散出熱量之間的熱平衡，內部系統反映出入流通道熱量、內壁傳導熱量與回流通道熱量之間的熱平衡，可以表征出系統內部的溫度分布均勻性[2]。

為了求解系統的溫度非均勻性，對穩態熱平衡狀態的外部系統及內部系統進行分析計算，可以得出下列的方程組：

該方程組含有和三個未知量，歸結為求解非線性聯立方程問題，溫度求解可借助MATLAB科學計算軟件提供的單變量方程求根函數fzero調用和多變量非線性方程求解函數調用fsolv完成。

通過對內外壁對流換熱量、徑向熱傳導熱流量、及出流通道入口與出口熱量差的分析計算[3]我們了解到，內外壁對流換熱量對腔體內部溫度均勻性的影響較大。如果沒有保溫層，內部加熱產生的熱量有很大一部分都會從表面散失到周圍的環境中去，這樣會導致設備不能嚴格的按照我們設定的工藝曲線進行工作，偏光片除泡機內部溫度的均勻性很難達到用戶的要求。同時熱功耗較大也不利于“節能減排”的要求。

針對這一結果我們通過分析認為，不影響設備現有的各種動作及加熱功率不變的情況下，在腔體外部增加一定厚度的保溫材料可以有效地減少設備正常工作時表面的散熱量。根據產品體積限制和保溫效果的要求，選擇性價比較好的保溫層材料的規格，通過計算，我們確定在設備外表面增加了一層厚度為40 mm左右的保溫材料。此時通過溫度控制儀進行PID算法調整可以更好地控制腔體內的溫度值，使得設備工作時內部溫度的均勻性更好，滿足用戶的要求。

4 設計驗證測試結果

通過計算分析，偏光片消泡設備表面散熱量對其工作過程中腔體內溫度的均勻性會產生一定的影響。在保證不影響設備各項功能正常工作的前提下，我們根據以往相似類型工況條件處理經驗在設備外表面增加了一層厚度為40 mm左右的保溫材料，然后利用三通道溫度記錄儀對工作中的偏光片消泡設備內部的溫度情況進行記錄，測試結果如圖4所示。

為了確保檢測點的溫度值具有代表性，我們選擇中間層中間位置一點、上層靠近腔體后部一點及底部靠近腔體前端一點3個點進行試驗。

圖4 設定值為50℃兩組溫度曲線

左圖顯示過程中，腔體內部工作溫度設定為50℃，溫度記錄儀的3只探頭放置在腔體內中間部位上、中、下3個不同的點，從第8分鐘開始內部溫度開始穩定至18分鐘記錄結束，期間3點探測到的溫度見表1。

表1 工作溫度設定50℃時，3個探頭位置的溫度值

右圖顯示過程中，設置腔體內部工作溫度為50℃，溫度記錄儀的3只探頭放置在腔體內中間部位上、中、下3個不同的點，從第7分鐘開始內部溫度開始穩定至18分鐘記錄結束，期間3點探測到的溫度見表2。

表2 工作溫度設定50℃時，3個探頭位置的溫度值

上述兩組數據中，3只探頭所測溫度最大偏差值分別為1.4℃和1.5℃。與傳統設備結構及性能指標比較，腔體內溫度的均勻性有了很大的提高，可以滿足高品質產品的生產要求。

5 結束語

通過分析計算可以看出，在設備腔體外部增加一定厚度的保溫層可以對腔體內溫度均勻性的控制起到良好的作用，提高設備的技術性能。這一設計也可以對其他相似類型設備的技術改造提供良好的借鑒作用。

：

[1]應根裕，胡文波，邱勇，等.平板顯示技術[M].北京：人民郵電出版社.2003.

[2]戴鍋生.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]F.P.Incropera[美]，著，葛新石，葉宏，譯.傳熱和傳質基本原理[M].北京：化學工業出版社.2007.

Study on the Hot Air Circulation System of Autoclave Machine

LIU Juntao
（The 2nd Research Institute of CETC，Taiyuan 030024，China）

Abstract:After pasting Polaroid，autoclave machine is used to improve LCD's display quality.The temperature uniformity is one of its key performance indicators of the machine.Hot air circulation system is the structure to ensure temperature uniformity of the equipment.Thought the analysis，determine the feasible and effective structure of the machine，according to the experiment with the structure of the equipment，the experimental data obtained，and then achieve precise control of temperature.

Keywords:Autoclave machine；Hot air circulation system；Temperature uniformity

TN605

B

1004-4507（2013）07-0057-04

2013-06-25

劉軍濤（1978-），男，山西太原人，工程師，大學本科，現就職于中國電子科技集團公司第二研究所，主要從事液晶顯示器相關設備及其工藝研究。