偏光片消泡设备热风循环系统研究

刘军涛

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024）

偏光片消泡设备热风循环系统研究

刘军涛

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024）

偏光片消泡设备的作用是对贴附好偏光片的液晶玻盒进行处理，提高显示质量，腔体内部温度均匀性是其关键性能指标之一，腔体内部热风循环系统是保证设备工作过程中温度均匀性的结构。通过对该部分结构的详细分析，确定有效可行的机械结构，并根据计算得出的结构在设备上进行试验，得出实验数据，最终实现对温度的精确控制。

偏光片消泡设备；热风循环系统；温度均匀性

LCD（Liquid Crystal Display）-液晶显示器由于其在功耗小、画面效果好、应用范围广等多个方面的优异表现，已经深入了我们生活的各个方面。在其复杂的生产工艺过程中，需要使用到偏光片消泡设备提供严格的工艺环境对产品进行处理，以提高产品的品质和性能。

偏光片消泡设备可以根据工艺要求提供一定的温度、压力环境对已经贴附好偏光片的液晶显示器件进行处理，从而使其获得良好的显示效果。

设备的各项技术指标中，腔体内温度的均匀性是一个重要的参数指标，也是众多厂商选购设备的参考之一。设备工作过程中对产品是进行批量处理的，整个腔体内部各点温度均匀性的指标控制的越好，产品品质的稳定性就会越高。目前阶段，日本同类型设备的均匀性指标可以控制在±2℃，国产设备可以做到±2.5℃，满足大多数产品的生产制造。随着苹果公司系列产品为代表的高品质液晶显示屏电子类产品的不断推广，所要求的相应偏光片除泡设备的性能及技术指标要求越来越高，要求腔体内温度均匀性可以控制在±1.5℃为最佳。这就要求在原有技术平台的基础上提高设备的技术性能，设计生产技术水平更高的电子专用设备以满足先进的电子工艺制造技术的要求。本文通过对偏光片消泡设备热分循环系统的分析找到了解决这一问题的方法并在实际工作中得到应用。

1 工作原理

LCD表面偏光片的贴附质量对其显示效果有很大的影响[1]。偏光片贴附时，贴附设备将其与液晶玻璃对好位后，用胶辊对整个表面进行碾压，通过偏光片表面压敏胶的作用使两者紧密结合，但这一过程中胶辊所施加的压力不允许过高，否则会对玻璃产生破坏，造成产品报废。这样就势必会造成两者的贴附不会十分紧密，同时还会在部分区域出现微小的，肉眼几乎不可见的气泡存在，这样的气泡会对显示器的最终显示效果产生影响。偏光片消泡设备的作用就是在密闭的工作腔体中提供温度及压力的环境对贴附了偏光片的产品进行处理，增加两者间的粘着程度，提高显示效果。

工作过程中设备密闭腔体内会充入压缩空气产生0.5 MPa的压力作用在产品的表面，同时要求腔体内的温度控制在50℃左右（视产品不同会有略微调整），在这样温度及压力的环境中停留一段时间可以使偏光片及LCD两者间的粘合程度达到要求，同时压敏胶可以将残存在两者间的微量气体全部吸收，最大程度地提高产品的显示效果。

2 热风循环系统结构组成

为了保证温度均匀性，腔体设置有热风循环系统对内部的气体进行搅拌，保证整个密闭空间内的温度和压力均匀。

偏光片消泡设备温度控制循环系统主要由PID温度控制器、温度传感器、电加热器、热风循环通道等部分构成，主要结构如图1所示。

图1 偏光片消泡设备温度控制循环系统结构

设备工作时，内部的循环热风形成了如图1所示的效果，循环热风温度探测传感器探测到腔体内的实际温度后会将其传回至PID温度控制器，PID温度控制器通过中间电路输出相应功率控制电加热器工作提高腔体内气体的温度；气体通过热风循环通道往复循环流动，循环过程中将电加热器工作产生的热量扩散至腔体内各点，从而形成我们所需要的工作环境，控制回路如图2所示。

图2 温度控制回路

2.1 温度传感器

设备上安装的温度传感器为铜-康铜材料热电偶（T型热电偶）它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，称之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用测量温区为-200～350℃。其具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,年稳定性可小于±3 μV，经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。它可以直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。通过补偿导线与PID温度控制器连接，实现信号的传输，PID温度控制器根据收到的信号，经过计算后通过中间电路对加热器进行控制，实现温度控制的闭合回路。感温探头设置在热风循环系统热风出口位置，这样可以及时准确的测量到腔体内的实时温度，提高测温的准确性。

2.2 电加热器

电加热器采用不锈钢材料制成，在保证三相平衡的基础上通过计算确定选用三支加热器对腔体进行加热保温，通过流体热力学原理均匀地带走电热元件工作中所产生的热量，使腔体内被加热气体温度达到设定值。加热器设置在腔体内后部中央，围绕循环风扇进行设置安装，有利于密闭腔体内形成风循环时方便的将热量带走。该元件为防爆型电加热器，发热元件超温时，独立的过热保护装置立即切断加热电源，避免加热物料超温引起结焦、变质、碳化，严重时导致发热元件烧坏，有效延长电加热器使用寿命。

2.3 热风循环通道

腔体内部设置有强制热风循环方向的通道。保证设备运行过程中热空气从通道中心处进入，通过循环风扇的增压后从循环通道与腔体内壁之间通过，到达前门后折返回腔体内部从中心处回到循环风扇重新加压进行循环，气流循环工作的同时可以将加热器发出的热量均匀分布到腔体内的每一处位置。

循环风扇设置在腔体后部的中央位置，外侧圆周围绕着多支加热器。根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶片将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能（压力）。气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入预设的风道中。在风道中，气体改变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程。

3 热风循环系统结构分析

为了进一步研究热风循环系统的工作状态，我们将其简化为图3所示模型。

图3 热风循环系统热模型示意图

将入流通道与回流通道热循环系统分为两部分。外部系统表明入口流入热量、出口流出热量和外壁散出热量之间的热平衡，内部系统反映出入流通道热量、内壁传导热量与回流通道热量之间的热平衡，可以表征出系统内部的温度分布均匀性[2]。

为了求解系统的温度非均匀性，对稳态热平衡状态的外部系统及内部系统进行分析计算，可以得出下列的方程组：

该方程组含有和三个未知量，归结为求解非线性联立方程问题，温度求解可借助MATLAB科学计算软件提供的单变量方程求根函数fzero调用和多变量非线性方程求解函数调用fsolv完成。

通过对内外壁对流换热量、径向热传导热流量、及出流通道入口与出口热量差的分析计算[3]我们了解到，内外壁对流换热量对腔体内部温度均匀性的影响较大。如果没有保温层，内部加热产生的热量有很大一部分都会从表面散失到周围的环境中去，这样会导致设备不能严格的按照我们设定的工艺曲线进行工作，偏光片除泡机内部温度的均匀性很难达到用户的要求。同时热功耗较大也不利于“节能减排”的要求。

针对这一结果我们通过分析认为，不影响设备现有的各种动作及加热功率不变的情况下，在腔体外部增加一定厚度的保温材料可以有效地减少设备正常工作时表面的散热量。根据产品体积限制和保温效果的要求，选择性价比较好的保温层材料的规格，通过计算，我们确定在设备外表面增加了一层厚度为40 mm左右的保温材料。此时通过温度控制仪进行PID算法调整可以更好地控制腔体内的温度值，使得设备工作时内部温度的均匀性更好，满足用户的要求。

4 设计验证测试结果

通过计算分析，偏光片消泡设备表面散热量对其工作过程中腔体内温度的均匀性会产生一定的影响。在保证不影响设备各项功能正常工作的前提下，我们根据以往相似类型工况条件处理经验在设备外表面增加了一层厚度为40 mm左右的保温材料，然后利用三通道温度记录仪对工作中的偏光片消泡设备内部的温度情况进行记录，测试结果如图4所示。

为了确保检测点的温度值具有代表性，我们选择中间层中间位置一点、上层靠近腔体后部一点及底部靠近腔体前端一点3个点进行试验。

图4 设定值为50℃两组温度曲线

左图显示过程中，腔体内部工作温度设定为50℃，温度记录仪的3只探头放置在腔体内中间部位上、中、下3个不同的点，从第8分钟开始内部温度开始稳定至18分钟记录结束，期间3点探测到的温度见表1。

表1 工作温度设定50℃时，3个探头位置的温度值

右图显示过程中，设置腔体内部工作温度为50℃，温度记录仪的3只探头放置在腔体内中间部位上、中、下3个不同的点，从第7分钟开始内部温度开始稳定至18分钟记录结束，期间3点探测到的温度见表2。

表2 工作温度设定50℃时，3个探头位置的温度值

上述两组数据中，3只探头所测温度最大偏差值分别为1.4℃和1.5℃。与传统设备结构及性能指标比较，腔体内温度的均匀性有了很大的提高，可以满足高品质产品的生产要求。

5 结束语

通过分析计算可以看出，在设备腔体外部增加一定厚度的保温层可以对腔体内温度均匀性的控制起到良好的作用，提高设备的技术性能。这一设计也可以对其他相似类型设备的技术改造提供良好的借鉴作用。

：

[1]应根裕，胡文波，邱勇，等.平板显示技术[M].北京：人民邮电出版社.2003.

[2]戴锅生.传热学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]F.P.Incropera[美]，著，葛新石，叶宏，译.传热和传质基本原理[M].北京：化学工业出版社.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

刘军涛（1978-），男，山西太原人，工程师，大学本科，现就职于中国电子科技集团公司第二研究所，主要从事液晶显示器相关设备及其工艺研究。