液晶灌注工艺及设备

摘 要：在LCD液晶显示器生产流程中，液晶的灌注是很重要的部分，而且液晶灌注时对环境的要求严格。文章介绍了液晶灌注工艺及改进，并阐述了液晶灌注设备的腔体表面处理、机械结构、电器控制等部分，其中温度控制、表面处理、充气控制是文章的重点。

关键词： 液晶显示器；液晶灌注；灌注腔体；电解抛光；温度控制

中图分类号：TN949.199　 文献标识码：B

LCD Perfusion Technology and Equipment

QIAN Shuo, LI Hai-yan, LI Xiao-guang

(Taiyuan Fenghua Information-Equipment Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030024, China)

Abstract: The liquid crystals perfusion is the most important part of the LCD production. It is stringent requirements on the environment. This paper introduces LCD perfusion technology, improvements. And described the the LCD perfusion device cavity surface treatment, part of the mechanical structure, electrical control, temperature control, surface treatment, inflation control is the focus of this article

Keywords: LCD; LC perfusion; perfusion chamber; electrachemical polishing; temperature control

引　言

LCD（Liquid Crystal Display），即液晶显示器，其构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状液晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。

液晶显示器的制造在工艺上可以大体分成清洗与干燥、光刻、取向排列、制盒、切割、灌注液晶、目测、电测、贴片、上引线、包装等工序，其中液晶的灌注是很重要的，而且液晶灌注时对环境以及设备的要求严格。近年，随着各大LCD生产厂产品品质的要求，灌注工艺随之改变，对设备的要求也进一步提高。

1　液晶灌注工艺

液晶灌注的工艺原理是将空盒放置在抽真空的液晶灌注密闭室内，盒中的气体由封口处抽出，然后使封口处接触液晶，并向真空室内充气，液晶在外界气压作用下，被充入空盒内。如图1所示。

封口工艺原理是采用密封胶粘接封口，通过挤压回缩等方法，使封口胶恰当地收缩入封口内，再通过紫外光照射，使封口胶固化，形成牢固的封口。液晶灌注及封口工艺要用到的设备有液晶灌注机和整平封口机等。

随着LCD制品从TN、STN、TFT档次的提升，对液晶灌注工艺及设备的要求也在不断提高，例如，液晶灌注机的腔体材料、内表面的处理、真空机组油气反侵、灌注温度等，都可能是影响LCD产品品质的因素。经过对灌注工艺的研究，从而促进灌注设备的改良、进步，才能适应新产品的生产要求。

2　工艺及设备的改进

本文介绍LCD生产中关键设备——LCD液晶灌注机，该设备广泛应用于TN、STN、TFT等玻盒的液晶灌注，并着重介绍灌注工艺的新要求及设备的改进。

（1） 首先，设备充气管路，增加氮气充气阀门，让设备腔体内在灌液过程中始终保持在高纯度氮气氛下进行，为灌注过程提供良好的保护，提高灌液的效果及产品的品质。为确保腔体内气压不会高于大气压产生危险，由压力检测开关给出信号，当压力超过设定安全值时，氮气保持阀门打开，释放过压气体，回到设定安全值阀门关闭。充气管路设有智能化流量计，流量可以进行三段曲线设置。此外也可根据工艺的要求，可实现多段曲线真空度设置功能。气路图如图2所示。

（2） 真空腔体是为实现液晶灌注创造真空环境的主要条件，真空环境的好坏，直接影响产品的质量与产量。为创造好的真空环境，真空腔体的内胆全部采用1Cr18Ni9Ti制造，腔体内壁进行机械抛光，由工艺的要求，增加了电解抛光处理。机械抛光真空腔体表面可粗略抛光腔体表面，而电解抛光有以下优点：使腔体内外色泽一致，光泽持久，机械抛光无法抛到的凹处也可整平，而且生产效率高，成本低，还可以增加工件表面抗腐蚀性，可适用于所有不锈钢材质。电化学抛光，对1Cr18Ni9Ti在磷酸/硫酸体系电解液中电化学抛光后，表面组织由典型的纤维状组织转变为均匀致密的颗粒状晶粒组织形貌。电化学抛光的表面上不存在破碎晶粒的变形层，表面钝化膜更具规则的结构和均匀性，可大大增加金属表面的光泽性。电化学抛光还可以使金属表面的冷作硬化层溶解，表面活性降低，更重要的是表面有一连续的钝化膜形成，显著提高其耐蚀性，方便清洁，不易吸附杂质，不易脱落金属颗粒，满足了液晶灌注的要求，完善了液晶显示器的生产过程。

（3） 在常温下，灌注粘度较大的液晶时，起泡严重，注入比较困难，不但废品增多，有时还会损伤注入口附近的定向层表面。因此一般采用加热灌注方式，以降低液晶的粘度及表面张力，增加其流动性，消除气泡，缩短灌注时间。各种不同粘度的液晶在玻璃片加热到50 ℃以后，再升温已不能明显降低粘度和减少灌注时间。考虑到液晶在高真空中的挥发性及灌注的效率，一般选玻璃片的加热温度为50～60℃比较合适。所以，在真空腔体周围加装电加热管，使用热电偶及温度控制仪进行温度自动控制。温度在室温～20℃范围内可调，采用PID调节，控制精度做到±3℃。

3　液晶灌注设备简介

设备由真空灌注主体和电气控制部分组成。

真空灌注主体主要包括以下部分：真空室、工装架及升降机构、真空抽气系统、充气系统、机架、水路系统。

3.1　真空室

真空腔体是为实现液晶灌注创造真空环境的主要条件，真空环境的好与坏，直接影响产品的质量与产量。真空腔体采用1Cr18Ni9Ti制造，腔体内壁进行机械抛光加电解抛光处理。为达到精确测量腔体内真空度的目的，在真空腔后部设置了两个探测点，一个探测点是为腔体检漏而设的工艺性检测口，使用复合式真空测量仪，利用其高灵敏性来检查腔体的气密性，另一个探测点为工作口，用数码显示的真空计显示工作时真空状态，使操作者能很直观地监视当前的真空值。

门封采用双铰链，双锁紧装置，其上设有长方形视窗，并且在真空腔体的后部加有两个照明灯（照明灯选用黄灯或加滤光膜），最大限度地扩大了观察视角，使操作者可以更方便、更清晰地观察腔体内工件灌注液晶的情况。

3.2　工装架及升降结构

工装架为框架式结构，分为固定架和移动架两部分，采用不锈钢和合金铝制成。固定架预设二层和三层位置，由四根方钢管做支柱连接形成固定架；移动架由装在真空室底部的气缸完成提升和下降的工作，移动架也预设二层和三层位置与固定架相对应。为保证移动架平稳运行，在固定架和移动架之间装有两根精密导柱和高精度直线轴承组成滑动框架。

升降运动由安装在真空箱底部的推升气缸完成，由电气自动控制其气缸的换向，完成提升和下降运动。增加中间行程，以方便液晶槽对位时的高度控制。气缸具有锁定功能，当移动架在上升位置时，如遇停电、停气等突发状况，气缸便自动锁紧，不会因自动下降而造成产品损失。工装架如图3所示。

3.3　真空抽气系统

真空抽气系统主要由无油干泵、罗茨泵、气动高真空挡板阀、真空管路等组成，极限真空度：0.5Pa。油旋片泵采用直联式结构，以根除皮带的不良影响，在泵的排气口加装油雾捕集器，用国产高真空气动挡板阀代替原用的蝶阀，其可靠性与气密性均优于蝶阀。

3.4　充气系统

充气可按以下步骤进行：

快充：充气阀真空室

慢充：充气阀控制阀真空室

充气系统可以分快充和慢充两步进行。慢充采用流量计，可分段流量进行充气，每段充气时间可以设定，能够任意调节每段充气的流量。充气系统中设计有空气、氮气转换阀门，以方便用户根据产品工艺要求有选择性地使用气体。

充气管路系统设计有氮气保持阀门，当氮气充入腔体达到大气压或略高时，门不打开，让腔体内始终保持在高纯氮气氛下灌液。为确保腔体内气压不会高于大气压产生危险，由压力检测开关给出信号，当压力超过设定安全值时，氮气保持阀门打开，释放过压气体，回到设定安全值阀门关闭。如此可消除灌液过程中有可能存在的空气污染现象，提高TFT产品质量，对于低档次产品更能提高其产品质量。

充气口设在真空箱背后，并在喷气口做挡板，使气体不会直接喷到玻盒上，而是喷到挡板上后，再弥漫至整个腔内。

3.5　机架

机架是支撑整个设备的主要部分，它是由槽钢焊接而成，四面都装有可拆下的门，门均为不锈钢材料。真空室和电气控制部分安装在机架的上方。

3.6　水路系统

水路主要是提供罗茨泵的冷却用水，在无水冷的情况下，不得打开罗茨泵，否则会损坏罗茨泵。水路由进水咀接水流报警器，然后进罗茨泵，冷却后水由出水口流出。当水压不足时，水压报警器发出报警信号。

4　结　论

本文介绍的液晶灌注工艺及设备的一些改进，已成功运用在设备制造及实际生产中，并得到一些知名厂商的认可和好评，解决了产品的产能和品质的问题。在实际生产中对工艺的新要求会持续增加和改进，设备厂商应实时配合产品厂商，了解工艺，不断改进设备，实现共赢。

参考文献

[1] 李维諟. 液晶显示应用技术[M]. 北京：电子工业出版社，2007，30-35.

[2] 范志新. 液晶器件工艺基础[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2000，336-337.省略。