ODF真空貼合系統(tǒng)研究

1、odf真空貼合系統(tǒng)研究劉 亮，楊國(guó)波，趙徳友，王永茂，于 翔，龔 娟(成都京東方光電科技股份有限公司cell技術(shù)部,四川成都611731)摘 耍：文章介紹了 tft-lcd生產(chǎn)中，液晶滴下(one drop filling. odf)所涉及真空貼合系統(tǒng) (vacuum align system. vas)的結(jié)構(gòu)及其發(fā)展情況，概述了 vas的工藝過程，重點(diǎn)介紹了該系統(tǒng)中真空 單元、基板吸附單元和基板對(duì)位單元及其發(fā)展。關(guān)鍵詞：液品滴下；真空貼合系統(tǒng)；吸附單元；精密對(duì)位單元中圖分類號(hào):tb79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:bresearch on odf vacuum align systemliu liang, y

2、ang guo-bo, zhao de-you, wang yong-mao, yu xiang, gong juan(cell department of chengdu boe optoelectronics tech no logy co., ltd., chen gdu sichuan611731, china)abstract： this paper showed the research and development of vacuum as s e m bly sys terr (vas) in odf process introduced the process of vas

3、 and discussed the vacuum system chucksystem, precise alignment system and the development direction.keywords: odf; vas; chuck unit; precise alignment unit引言近二十年來，隨著平板顯示行業(yè)的快速發(fā)展， tft-lcd技術(shù)也出現(xiàn)了口新月異的進(jìn)步。在成盒 (ccld工藝段，考慮到產(chǎn)品品質(zhì)和工藝時(shí)間的影響， 由于odf具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：(1)不受盒厚、取向膜性 質(zhì)、面板尺寸等因素限制,液晶注入時(shí)間大幅度縮短；(2) 工藝步驟減少,ce 11工藝簡(jiǎn)化；

4、(3)液晶材料利用 率大幅度提高；(4)生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，所以它被 廣泛推廣并成功應(yīng)用到tft- lcd行業(yè)中。odf工藝主要包扌舌液晶滴下、邊框膠涂布、真空 貼合以及邊框膠固化四個(gè)部分其ip,vas是將涂 有封框膠的玻璃基板和滴有液晶的玻璃基板任高真 空條件下，進(jìn)行精確貼合的工藝設(shè)備。該設(shè)備主要由 真空單元、基板吸附單元、基板對(duì)位單元三大部分構(gòu) 成，其中真空單元通常為干式真空泵(dry pump, dp)與分子泵(turbo molecular pump,tmp)的組 合。基板吸附單元包括上基板吸附部分和下基板吸附 部分，上基板吸附要求較高，經(jīng)歷了傳統(tǒng)真空吸盤吸 附到機(jī)械吸附，發(fā)展到目前廣

5、泛采用的靜電吸附以及 物理吸附等吸附方式?；鍖?duì)位單元由pc部分、運(yùn) 動(dòng)控制部分、標(biāo)記(mark)識(shí)別部分及工作平臺(tái)部分圖1 vas設(shè)備工藝流程n2四個(gè)部分組成，高分辨率精密工作平臺(tái)常采用uvw 平臺(tái)，部分采用xyg平臺(tái)。1 真空貼合工藝vas設(shè)備的真空貼合過程通常包括圖1所示的 工藝步驟：（1）±基板搬入機(jī)械手將涂有封框膠的上基板送入準(zhǔn)備好笊 vas腔室（cham be r）內(nèi)，上基臺(tái)通過吸附力將上基 板吸附住。（2）下基板搬入機(jī)械手將滴有液品的下基板送入設(shè)備，下基臺(tái)和 用摩擦力或吸附力固定下基板。（3）真空抽取當(dāng)上下基板完成搬入后，vas腔室關(guān)閉，抽真空 到l.opa左右。（4）

6、粗對(duì)位與細(xì)對(duì)位下基臺(tái)調(diào)整完成粗對(duì)位，接著進(jìn)行細(xì)對(duì)位,首先饋 頭會(huì)識(shí)別上基板細(xì)對(duì)位用mark,設(shè)備自動(dòng)計(jì)算出每個(gè) mark中心,從而換算得到整張上玻璃基板中心。同樣 地，得到下基板中心。接下來，上基板固定，下基臺(tái)微調(diào) 進(jìn)行整張基板中心精確對(duì)位。當(dāng)上下玻璃基板中心坐標(biāo) 在各個(gè)方向的差值小于判定值,細(xì)對(duì)位完成。（5）壓合完成上下玻璃基板間距從毫米級(jí)到微米級(jí)距離 調(diào)整，實(shí)現(xiàn)上下基板的貼合。根據(jù)壓合機(jī)理分為接觸 式和非接觸式兩種。（6）大氣開放/紫外固化壓合完成后,將會(huì)進(jìn)行大氣開放。同時(shí)為了防止 壓合后基板出現(xiàn)相對(duì)偏移，需要將基板空白區(qū)域封框 膠進(jìn)行紫外線點(diǎn)固化。（7）貼合后基板搬出貼合完成后，機(jī)械手將

7、貼合后基板取出，送到下 游。2真空單元真空單元是玻璃基板貼合過程中重要的保障條 件之一，若真空系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蛘婵斩炔荒苓_(dá)到工 藝要求，貼合后基板中會(huì)出現(xiàn)氣泡，嚴(yán)重影響基板的 良率。該系統(tǒng)一般由dp、ep、真空閥門、真空管 道、真空計(jì)以及液晶收集器構(gòu)成，其dp和tmp 要根據(jù)實(shí)際工藝所需抽取腔體的大小、抽取時(shí)間長(zhǎng) 短以及腔體能接受的真空穩(wěn)定程度綜合設(shè)計(jì)。dp通 常為前級(jí)真空泵和羅茨真空泵串聯(lián)的組合泵，前級(jí) 泵可以是旋片真空泵或三葉式羅茨真空泵。dp將貼 合腔體從大氣壓力狀態(tài)抽真空到l（）pa左右，再開 啟tmp,充分利用dp和tmp的高效率狀態(tài)，將壓 力抽到1.0pao該組合能滿足真空度（約l.

8、opa）要 求，又能滿足工藝時(shí)間的要求。同時(shí)，該組合避免接 觸水和油，可得到較干凈的真空環(huán)境，有可靠度高、 維修少、成本低的優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示,g4.5 vas設(shè)備選用dp1、dp2和 tmp組合。dpi為一臺(tái)三葉式羅茨真空泵和一臺(tái)雙 葉羅茨真空泵串聯(lián)組合泵，與tmp 一起，將貼合腔 體在4（）s左右，真空抽取達(dá)到穩(wěn)定的l.opa水平。 dp2主要負(fù)責(zé)vas系統(tǒng)工藝過程屮上下基臺(tái)取送玻圖2 as設(shè)備真空單元（p1-4：真空壓力計(jì)；p57： n2壓力計(jì)；v14：真空閥；v57：n2閥；v8：安全閥）璃基板所需真空。不同世代vas系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)實(shí) 際，適當(dāng)增加dp數(shù)量或更換dp類型，便能在特定 的時(shí)

9、間內(nèi)使得chamber達(dá)到合適的真空度。對(duì)dp 和p進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)到適合各工藝需求的組合。3基板吸附單元基板吸附單元包括上基板吸附和下基板吸附，在基 板貼合過程起到位置固定作用。基板吸附單元從最初傳 統(tǒng)的真空吸盤抓取和機(jī)械抓取方式，發(fā)展到后來的利 用庫侖力吸附玻璃基板的靜電吸附(34kv)以及低電 壓吸附(12kv)方式。相對(duì)丁傳統(tǒng)吸附方法，物理吸附 提高了玻璃基板的利用率同吋提高產(chǎn)品良率，目前廠家 已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用了利用分子力進(jìn)行吸附玻璃基板。物理吸附與靜電吸附相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，前者 可以降低產(chǎn)品出現(xiàn)靜電引起不良的可能，其關(guān)鍵部件 具有使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，很顯然物 理吸附對(duì)于所

10、吸附基板的電氣性能無依賴性,對(duì)基板 本身的導(dǎo)電性和非導(dǎo)電性無特殊要求，可滿足新技 術(shù)，如amoled等工藝過程中的特殊要求，不受基 板種類的限制，為工藝制程提供很多方便。表1詳細(xì)對(duì)比了靜電吸附和物理吸附。在高世 代產(chǎn)線上，物理吸附的vas設(shè)備已經(jīng)得到應(yīng)用。如 在g5 vas設(shè)備中使用的物理吸附,如physical sticky chuck (psc)和 soft film chuck (sfc)吸怖 相比較于靜電吸附，如lower voltage chuck(lvc) 和ele ctros tatic chuck (esc)基板吸附，能很好地昭 低基板e(cuò)sd不良，并有更好的吸附穩(wěn)定性，同時(shí)，絹

11、 護(hù)成本也大大降低。4基板對(duì)位單元常由工作平臺(tái)、mark識(shí)別部分、pc部分及運(yùn)動(dòng)控制 部分組成。工作平臺(tái)包括工作臺(tái)面和驅(qū)動(dòng)電機(jī),mark 識(shí)別部分包括ccd攝像系統(tǒng)backlight以及圖像識(shí) 別和處理軟件,pc部分包括main pc組件，運(yùn)動(dòng)控 制部分包扌舌plc和touch panel和運(yùn)動(dòng)控制卡。機(jī)械工作平臺(tái)直接影響整個(gè)系統(tǒng)對(duì)位的效果，在 整個(gè)系統(tǒng)屮起著至關(guān)重要的作用。隨著基板對(duì)位精度 提高，各廠商不斷更新設(shè)計(jì)，得到能實(shí)現(xiàn)更高精度要 求和穩(wěn)定性更好的平臺(tái)。xy0平臺(tái)是常用的工作平 臺(tái)，8是獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可以旋轉(zhuǎn)大角度，但高分解能 力實(shí)現(xiàn)閑難。近年出現(xiàn)的uvw平臺(tái)，采用共平面結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)潔

12、靈活，可以快速、精確實(shí)現(xiàn)微米級(jí)定位精 度。g5 vas設(shè)備采用能實(shí)現(xiàn)更高對(duì)位精度的uvw 平臺(tái)。mark識(shí)別過程中，機(jī)器視覺是利用視覺傳感器 獲取景物的二維圖像，通過視覺圖像處理、分析和解 釋，得到有關(guān)景物的符號(hào)描述，為特定任務(wù)提供信息， 指導(dǎo)機(jī)械部件動(dòng)作。圖像理解是機(jī)器視覺處理要點(diǎn)， 廣泛釆用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn),即將輸入圖像和預(yù)先存入的 有關(guān)物體結(jié)構(gòu)和環(huán)境約朿知識(shí)進(jìn)行交互作用，建立明 確的描述理解。對(duì)于vas設(shè)備而言，即對(duì)位mark登 錄過程，讓系統(tǒng)記憶mark形狀，識(shí)別系統(tǒng)即能在運(yùn) 行過程自動(dòng)識(shí)別出mark,并計(jì)算其中心位置?；跈C(jī)器視覺的精密對(duì)位單元是tft lcd真空 貼合設(shè)備的核心部分，如

13、圖3所示，精密対位單元通靜電吸附物理吸附接觸材料聚酰亞胺粘著橡膠基板撓度殘余量偏大,大氣開放時(shí)可能受氣流影響非常少貼合精度受靜電殘留或撓度影響，會(huì)發(fā)生center偏移非常穩(wěn)定tact time較物理吸附多510s可短縮到120s以下靜電相關(guān)易發(fā)生，可除去不易發(fā)生故障對(duì)應(yīng)異物影響大，易出現(xiàn)故障，更換不便異物影響小，故障率低，更換方便產(chǎn)品依賴冇產(chǎn)品依賴，受基板表面電氣性影響無產(chǎn)品影響,較穩(wěn)定表1靜電吸附與物理吸附比較vas設(shè)備自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)采用主動(dòng)對(duì)位技術(shù)，讓 要對(duì)進(jìn)的兩個(gè)物體充分接近，使英在同一視場(chǎng)中成 像,具有較好預(yù)測(cè)并得到高對(duì)位精度的優(yōu)點(diǎn)。另外，對(duì) 準(zhǔn)方式采用高放人倍數(shù)成像系統(tǒng)及圖像處理技術(shù)的

14、 機(jī)器視覺對(duì)準(zhǔn)，使得定位精度和貼合效率大大提高。 黑a ccd攝像頭視覺自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，能快速準(zhǔn)確獲 得高清晰度圖像。圖像采集卡將圖像信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信 號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)。同時(shí)，白光 led作為光源，提高対比度，能拍攝更好的圖像。系 統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，plc模塊負(fù)責(zé)及時(shí)通知圖像采集系統(tǒng)啟 動(dòng)ccd攝像機(jī)抓拍marko圖3基板對(duì)位單元(a：主pc,b：plc,c：運(yùn)動(dòng)控制器，d：ccd單元,e：基臺(tái)，f：背光,g：觸摸屏，h：顯示器，i：鍵 盤/鼠標(biāo))基板對(duì)位系統(tǒng)中，pc平臺(tái)用于接收?qǐng)D像采集卡 輸出的圖像信號(hào)，然后由圖像處理軟件進(jìn)行預(yù)處理、 分析和判別，判斷基板各mark中心，根據(jù)mark中

15、心 計(jì)算出上下基板中心偏差，并將偏差發(fā)送給plc模 塊。運(yùn)動(dòng)控制是應(yīng)用可控制力作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)有 效運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)被控機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種控 制，以及這些被控制條件的綜合控制。運(yùn)動(dòng)控制卡是 基于工業(yè)pc,用于運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合上的控制單元。常采 用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片或高速數(shù)字信號(hào)處理作為運(yùn)動(dòng) 控制核心，大多用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。vas 設(shè)備中，運(yùn)動(dòng)控制卡與pc機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)， pc機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面管理和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控等 方而的工作，運(yùn)動(dòng)控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制細(xì)節(jié)。在tft lcd生產(chǎn)中，基板貼合精度要求越來越 高，設(shè)備廠家開發(fā)了基于機(jī)器視覺的lcd基板精密 對(duì)位系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)和檢測(cè)過

16、程的效率、準(zhǔn)確度和 精度，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。在vas設(shè)備中，采用四ccd 進(jìn)行下基板mnrk讀取,通過圖像處理系統(tǒng)與上玻璃 基板進(jìn)行比較，運(yùn)用圖形識(shí)別算法計(jì)算平臺(tái)移動(dòng)量， 通過控制電機(jī)執(zhí)行精密平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到下玻璃基板重 心與上玻璃基板重心的對(duì)位，完成玻璃基板的精確貼 合。5結(jié)論綜上所述，真空單元、基板吸附單元和基板對(duì)位 單元是vas設(shè)備能夠快速、穩(wěn)定、精確完成真空貼令 的保證，對(duì)odf工藝起著至關(guān)重要的作用。隨著 tft lcd行業(yè)的飛速發(fā)展，能貼合更大尺寸基板、盡 可能短的節(jié)拍、更高的對(duì)位精度以及更加穩(wěn)定的貼合 過程，是真空貼合系統(tǒng)發(fā)展的方向。參考文獻(xiàn)1 劉永智，楊開愚.液晶顯示技術(shù)m.成都：電子科技大學(xué)出 版社,2000:339- 345.2 楊國(guó)波，王永茂，趙 軍等.odf工藝的進(jìn)展j.光機(jī)電信 息,2011,28(1) ：23-27.3 楊青，裴仁消.精密對(duì)位系統(tǒng)中共平面uvw工作平臺(tái)笊 研究卩.機(jī)械制造,2007,45(515) ：39-4