四座式气囊整平封口机的研制

2010-03-26王毅

电子工业专用设备 2010年10期

王毅

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

整平封口是液晶显示器件制造中后道工序的一个重要环节。国内比较早的整平封口方法是采用两张铝板，铝板中间加装已经灌好液晶的玻盒，通过丝杠传递的形式将两铝板挤压，从而把压力传递给液晶玻盒。玻盒受压后吐出液晶，再进行点UV胶封口。然而这些旧式的整平封口设备只是单纯的对玻盒进行加压，整平过程中人为的因素占了主导作用。因此工艺的稳定性无法保证，且生产效率较低，生产出的产品良品率也不高。我所研发的四座式整平封口设备就是一种能够有稳定工艺，并且操作方便，可以高效率运行的设备。

四座式整平封口设备在压力的控制、玻盒受压的时间和UV固化时间等方面相比以前旧式的整平封口机具有独特的优越性和可控性，该设备在整平封口这个环节会起到保障工艺稳定的作用。

1 整平封口的工艺特性

LCD在制盒和灌液的过程中会受到封框胶厚度不同和间隔物散布不均匀等多种因素影响[1]，在这些因素的影响下导致玻盒厚度的均匀性和一致性差。如果这些玻盒未经任何处理而进行了UV胶封口，那么最终的产品会有透光度不均匀的缺陷，所以玻盒在封口前必须先进行整平。

整平封口方法采用如下工艺，玻盒受到均匀的压力，同时压力保持一段时间。玻盒受压后会从灌液口流出一部分液晶，操作工将流出的液晶擦掉后接着进行点UV胶工作，点胶完成后将玻盒受到的压力降低，泄压后的玻盒内外会产生压力差，借助大气压的力量，玻盒将吸入部分UV胶，最后进行UV固化工作。整平封口工艺的流程图如图1所示。

图1 整平封口工艺的流程图

根据玻盒整平封口工艺要求，四座式整平封口设备具有如下工艺参数要求。

1.1 加压控制

压力通常分为点压力和面压力。考虑到玻盒要受力均匀，于是加压装置采用气囊加压的原理。为了高效率地进行整平，玻盒采用叠落的形式，每两片玻璃中间垫有缓冲物，这样既可以传递气囊皮因充气而产生的压力，又可以防止玻璃之间有硬碰撞造成的损伤。气囊中的压缩空气采用高精度电气比例阀控制[2]，压力采用线性递增方式。

1.2 压力保持和渗胶过程

玻盒在受压后需保持一段时间，这段时间玻盒内部将发生物理变化，玻盒的厚度会逐渐变均匀。通过释放气囊压力，玻盒内部因受到大气压力而渗入UV胶水。压力释放的过程由比例阀控制，比例阀的控制精度可以达到0.01 Pa。

1.3 UV胶固化过程

渗入玻盒内的UV胶在UV灯管的照射下固化，固化的实际效果除了跟UV灯管光谱范围有关外[3]，还跟UV胶水本身的性能有关。只有当UV灯管光谱范围跟UV胶水吸收紫外线性能一致时固化效果才能达到最佳。UV固化过程中，UV胶水除了吸收紫外线外同时还吸收红外线，因此玻盒的温度控制也很重要，所以UV灯箱在扫描时采用线性移动的方法是很关键的。

2 四座式整平封口设备的结构特点

为了满足玻盒整平封口工艺，解决其关键技术，我们在设备的结构设计、UV固化设计、拆装片设计和加压设计等方面都采取了一系列措施，尤其是UV灯箱的内部反光罩快门技术的运用，使UV灯的温度控制达到了比较高的水平。

四座式整平封口机主要组成部分包括：机架、加压座机构、快门结构、灯箱扫描系统、UV灯箱系统和电器控制等。四座式整平封口机结构示意图如图2所示。气囊加压座机构图如图3所示。

图2 四座式整平封口机结构示意图

图3 气囊加压座机构

2.1 机架设计

作为整个设备的支撑基础，我们采用了80 mm×80 mm铝合金型材进行搭建，这种设计利于拆卸运输，方便设备进入净房装调。机架底座分为对称的两部分，均采用120 mm的标准槽钢焊接成型。上部型材的连接处采用双铸铝件，该连接件强度大，质量轻，安装方便。

2.2 加压座机构设计

加压座机构是整个设备的关键的部分，加压座中根据玻盒尺寸的要求共设计有5块加压板，为了保证工作时的加压板受压后不变形，每块加压板均采用40 mm厚的铝板制成。

铝板的一侧上装有气囊皮。该结构中气囊的固定方式采用不锈钢钣通过沉孔螺钉进行压紧固定，所有的沉孔螺钉每10 mm为一单位。所有固定螺钉均匀分布，螺钉在安装时必须全部拧紧，为了检查气囊是否漏气还要进行水中充气的检测，在这个检测过程中压力的控制要求非常严格，若超出设定的气压则会出现气囊皮爆裂的现象。

加压板与整个加压座采用的固定方式为销子拔插的形式。在进行装玻盒时首先将销子拔出，此时加压板可以在加压座中自由转动，从而方便地进行装玻盒工作。当玻盒安装到位后就可将销子插回，加压板被锁紧，这样就可以进行下一步的加压工作。为防止销子没插到位而出现意外，在销子孔内部装有光纤传感器，若销子没到位，传感器会发出信号传给PLC，则无法进行加压工作。

装片到固化过程中，加压座会进行翻转，翻转过程由电机带动。加压座翻转到位后为防止误操作，锁紧气缸会将工件锁定，加压座位置与底座最终成垂直位置。固化扫描结束后气缸回位，加压座翻转回到原来位置。

加压板上的气囊管路的另外一端还配有真空泵，在UV固化完成取玻盒时真空泵会工作，气囊会形成短时间真空，方便拿取玻盒，这样的设计缩短了取玻盒时间，提高了工作效率。

2.3 快门结构设计

快门的设计主要是将UV固化区域与装片区域分开。UV灯箱扫描期间快门始终是关闭的，UV灯箱扫描区域内的紫外光被快门挡在内部，扫描结束后快门打开，加压座机构从固化区域内离开。

为了考虑快门的轻便性，快门的材质采用铝板设计，两铝板之间由薄型导轨连接，快门的上下运动由汽缸带动，快门的运动速度可以通过调节汽缸的进排气大小进行调整。快门的下边缘安装有遮光皮，解决了下门与平台之间的漏光现象。

2.4 灯箱扫描系统设计

考虑到灯箱的扫描轨迹是线性的，且精度要求较高，因此灯箱的拖动电机采用伺服电机控制系统，拖动装置采用同步带与同步带轮设计，伺服电机通过同步带带动UV灯箱运动。灯箱通过Π形件与滑块连接，导轨底座安装在型材上，型材与总支撑外框采用螺接方式，方便安装。灯箱扫描系统中设计有经过黑色喷塑处理的遮光罩，遮光罩中间留有需要固化的有效尺寸方孔，当进行UV固化处理时，其它非固化区域将被遮光罩挡住。该扫描系统可以同时兼顾两位置进行扫描，程序会根据四工位的位置进入固化区域进行判断，平时在未进行扫描固化处理时灯箱停在设备的中间，当任意一边需要扫描时，灯箱移动的距离都为最短，实现优化处理。

2.5 UV灯箱系统设计

UV灯箱系统是设备的核心部件，这个系统中的快门设计非常新颖，快门既起到遮光的作用又起到反光罩的作用。快门采用铝合金材料，铝合金内部的反光部分嵌有镜面不锈钢用来反射紫外光。当快门闭合时UV光线被完全遮挡，当快门打开时铝合金反光罩会起到聚光的作用。快门的开启和关闭由行程开关进行控制，两片快门反光罩通过电机的正反转带动齿轮进行运动。

灯箱的外壳采用SUS304材料设计，外壳两侧均匀分布散热孔，当快门闭合时，灯罩的热量通过散热孔被带走；快门打开时，热量直接通过离心风机抽走。

由于UV灯管的功率比较大，故灯箱内部所有的电线均采用高温导线，导线外部均套有磁珠，这样的设计是防止电线破损出现意外触电现象。

灯箱的顶部与设备的外部接有伸缩性铝箔管，铝箔管与设备外部的离心风机连接，灯箱内部的温度通过铝箔管散出，考虑到UV灯管在点亮过程中需要达到一定的温度，故离心风机的开启由PLC内部的延时决定。灯箱顶部还设计有热电偶，若离心风机出现故障或者快门出现故障导致温度急剧升高，PLC将检测到热电偶发出的信号，迅速将UV灯管电源切断，从而保护灯箱的安全。