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摘 要：随着触摸屏技术的广泛应用，触摸屏技术有了很大发展，由最初的电阻式触摸方式发展到现在的电容式触摸方式。目前最新的OGS触摸屏，对生产工艺也有了更高要求。文章介绍了一种新的贴合原理，即在真空状态下用硅胶板实现两片玻璃基板的贴合，通过适当的分析计算和样机研制，验证了项目的可行性，消除了在常压状态下贴合时气泡和胶层一致性难以保证的缺点，达到了预期的效果。
关键词： 触摸屏 ；硅胶板；真空贴合
：B
Application of Vacuum Attaching Technology in Touch-panel Production
ZHAO Jin-hu
(Taiyuan Fenghua Information-Equipment Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030024, China)
Abstract: With the wide application of touch panel technology, it has a great development from the initial resistiv
Keywords: touch panel; silica gel plate; vacuum attaching
引 言
随着信息及电子设备产品市场的迅速壮大，以及人们对电子产品智能化、便捷化、人性化要求的不断提高，触摸屏作为一种直觉式输入接口，得到了广泛的应用。目前，触摸屏的需求动力主要来自于消费电子产品，如手机、PDA、便捷游戏机、便携导航设备等，但随着触摸屏技术的不断发展，它在其它电子产品中的应用也会得到不断延伸。真空贴合技术就是在触摸屏生产过程中兴起的一种新技术，在国内外都属于最新的贴合技术，下面就这一贴合技术和相关设备进行研究探索。
1 真空贴合工艺及作业原理
目前主流的触屏手机触控板与LCD显示屏是分离的，缺点是：（1）触摸屏需要校准；（2）触控板与LCD显示面板之间容易进灰且透光性不好。目前较好的工艺要求将触控板与LCD显示屏通过一层透光性较好的透明胶粘到一起，就能较好地解决以上问题，但对设备提出了新的要求，由于LCD显示屏背面平整度不好，所以传统的贴合方式无法解决。根据生产工艺要求，触控板与LCD显示屏通过一种特殊的液态透明胶粘到一起，然后UV固化，这种生产工艺的难点是贴合易产生气泡，贴合后胶层一致性要好，根据特殊工艺要求，提出了在真空腔体中用气囊贴合的方式，通过理论分析如何设计真空腔体及气囊才能满足工艺的要求。
机构原理如图1所示，机构有上下两个独立腔体，中间被硅胶板隔开，显示屏放置于工作平台上，触控板放置于弹性立柱上。其贴合原理为：首先上下腔体同时抽真空，达到设定真空值时，释放上腔体真空并同时施加压缩空气，在压力作用下，硅胶板下压，如图2所示，在压力作用下触控板变形下压，实现中间向两端的贴合过程。
2 真空贴合的关键技术
结合我们对真空贴合技术的研究，结合触摸屏生产厂家的生产工艺需求，在调研基础上进行了一系列关于此类设备的开发，其关键技术如下。
静密封主要有以下几种：
（1）橡胶密封
优点：在常温下密封可靠，可反复拆卸安装，易于加工，低廉；
缺点：不能承受高温和低温的环境，与金属密封相比有较大的渗漏率。
（2）氟塑料密封
优点：化学稳定性好，有优良的电绝缘性能，加工性好，可用于动密封等；
缺点：随温度升高，机械性能急剧变坏，氟塑料的弹性较差。
（3）金属密封
优点：泄露远比橡胶少，用它的密封系统和装置可以在高温环境下烘烤去气，因此能满足超高真空的要求；
缺点：弹性差，重复使用性差，密封配合面的加工配合精度要求高等。
动密封主要有以下几种：
（1）O型密封圈密封
优点：结构简单，使用广泛；
缺点：热收缩会使其变形量减少造成泄露。
（2）金属波纹管密封
优点：化学稳定性好，有优良的电绝缘性能，加工性能好，可用于动密封等；
缺点：随温度升高，机械性能急剧变坏，氟塑料的弹性较差。根据生产实验测试结果，在真空度小于-95KPa时，就能达到比较好的贴合效果，属于低真空环境，机器的实验环境是净房，一般温度为20～25℃，属常温环境，所以静密封与动密封都采用常规的O型圈的方式。
根据密封技术和生产工艺的要求，真空上下腔体结构如图3、4所示，下腔体主要由真空腔体、检修口、工作台、机器工作台升降机构构成，上腔体主要由上盖板、支撑板、和下腔体连接的密封圈、观察窗等构成，图5为动密封采用的结构。
上腔体的分析条件为：
材质：LY12
密度：
通过有限元分析后得出最大应力为：
为了减小变形，在最大变形
下腔体的分析条件为：
材质：不锈钢
密度：
通过有限元分析后得出最大应力为：
工艺要求腔体的变形在0.1mm以内，通过有限元计算出最大变形为0.06mm，符合设计要求，如图9所示。
3 结 论
目前依据这种贴合方式研制的贴合机器已经在客户处实验和运行，经试验证明，完全满足新工艺的要求，机器的可靠性和稳定性符合生产要求，达到了如下预期结果：
（1）贴合的光学胶厚度均匀；
（2）通过调节负压的大小实现贴合力可调，使光学胶的厚度可控；
（3）贴合后无气泡等缺陷。
参考文献
达道安. 真空设计手册（第3版）[M]. 兰州物理研究所.
朱伯芳. 有限单元法原理与应用[M]. 北京：中国水利水电出版社.
作者简介：赵金虎（1975-），男，山西朔州人，工程师，就职于太原风息装备股份有限公司，主要从事机械设计及研发管理，E-mail：zhaotyfh@163.com。
关键词： 触摸屏 ；硅胶板；真空贴合
：B
Application of Vacuum Attaching Technology in Touch-panel Production
ZHAO Jin-hu
(Taiyuan Fenghua Information-Equipment Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030024, China)
Abstract: With the wide application of touch panel technology, it has a great development from the initial resistiv
源于：论文要求www.udooo.com
e touch mode to the present capacitive touch mode. The new OGS touch screen must meet higher requirements in the production process. This paper introduces a kind of new attaching principle, namely in the vacuum state using silica gel plate to make two glass substrates attach. The feasibility of the project is verified through appropriate analysis and prototype samples development. It eliminates the defects that consistency between contact adhesive and bubbles is difficult to guarantee in the state of normal pressure, and it achieves the desired results.Keywords: touch panel; silica gel plate; vacuum attaching
引 言
随着信息及电子设备产品市场的迅速壮大，以及人们对电子产品智能化、便捷化、人性化要求的不断提高，触摸屏作为一种直觉式输入接口，得到了广泛的应用。目前，触摸屏的需求动力主要来自于消费电子产品，如手机、PDA、便捷游戏机、便携导航设备等，但随着触摸屏技术的不断发展，它在其它电子产品中的应用也会得到不断延伸。真空贴合技术就是在触摸屏生产过程中兴起的一种新技术，在国内外都属于最新的贴合技术，下面就这一贴合技术和相关设备进行研究探索。
1 真空贴合工艺及作业原理
目前主流的触屏手机触控板与LCD显示屏是分离的，缺点是：（1）触摸屏需要校准；（2）触控板与LCD显示面板之间容易进灰且透光性不好。目前较好的工艺要求将触控板与LCD显示屏通过一层透光性较好的透明胶粘到一起，就能较好地解决以上问题，但对设备提出了新的要求，由于LCD显示屏背面平整度不好，所以传统的贴合方式无法解决。根据生产工艺要求，触控板与LCD显示屏通过一种特殊的液态透明胶粘到一起，然后UV固化，这种生产工艺的难点是贴合易产生气泡，贴合后胶层一致性要好，根据特殊工艺要求，提出了在真空腔体中用气囊贴合的方式，通过理论分析如何设计真空腔体及气囊才能满足工艺的要求。
机构原理如图1所示，机构有上下两个独立腔体，中间被硅胶板隔开，显示屏放置于工作平台上，触控板放置于弹性立柱上。其贴合原理为：首先上下腔体同时抽真空，达到设定真空值时，释放上腔体真空并同时施加压缩空气，在压力作用下，硅胶板下压，如图2所示，在压力作用下触控板变形下压，实现中间向两端的贴合过程。
2 真空贴合的关键技术
结合我们对真空贴合技术的研究，结合触摸屏生产厂家的生产工艺需求，在调研基础上进行了一系列关于此类设备的开发，其关键技术如下。
2.1 真空腔体的密封和结构设计
由于上下腔体有腔体的密封和工作台升降的密封，所以静密封和动密封都要在设计中予以考虑，以下简单介绍一下目前比较常见的密封方式。静密封主要有以下几种：
（1）橡胶密封
优点：在常温下密封可靠，可反复拆卸安装，易于加工，低廉；
缺点：不能承受高温和低温的环境，与金属密封相比有较大的渗漏率。
（2）氟塑料密封
优点：化学稳定性好，有优良的电绝缘性能，加工性好，可用于动密封等；
缺点：随温度升高，机械性能急剧变坏，氟塑料的弹性较差。
（3）金属密封
优点：泄露远比橡胶少，用它的密封系统和装置可以在高温环境下烘烤去气，因此能满足超高真空的要求；
缺点：弹性差，重复使用性差，密封配合面的加工配合精度要求高等。
动密封主要有以下几种：
（1）O型密封圈密封
优点：结构简单，使用广泛；
缺点：热收缩会使其变形量减少造成泄露。
（2）金属波纹管密封
优点：化学稳定性好，有优良的电绝缘性能，加工性能好，可用于动密封等；
缺点：随温度升高，机械性能急剧变坏，氟塑料的弹性较差。根据生产实验测试结果，在真空度小于-95KPa时，就能达到比较好的贴合效果，属于低真空环境，机器的实验环境是净房，一般温度为20～25℃，属常温环境，所以静密封与动密封都采用常规的O型圈的方式。
根据密封技术和生产工艺的要求，真空上下腔体结构如图3、4所示，下腔体主要由真空腔体、检修口、工作台、机器工作台升降机构构成，上腔体主要由上盖板、支撑板、和下腔体连接的密封圈、观察窗等构成，图5为动密封采用的结构。
2.2 真空腔体的应力和变形计算
真空腔体的应力和变形计算使用有限元分析的方法，首先根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元模型，根据受力情况进行网格划分，最后加入约束条件和受力情况进行最后的变形和应力计算。上腔体的分析条件为：
材质：LY12
密度：
2.7g/cm3
泊松比：0.3通过有限元分析后得出最大应力为：
4.67×107N/m2。
而LY12的抗拉强度为200～400MPa，远远大于计算值46.7Mpa。
所以采用这种结构在安全范围内，如图6所示。为了减小变形，在最大变形
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处设计了H型加强结构，通过有限元计算出最大变形为0.172mm，符合设计要求，如图7所示。下腔体的分析条件为：
材质：不锈钢
密度：
7.85g/cm3
泊松比：0.3通过有限元分析后得出最大应力为：
2.36×107N/m2。
而不锈钢的抗拉强度为300MPa，远远大于计算值23.6MPa。
考虑到此结构为焊接结构和贴合工艺要求，有比较大的设计余量，所以采用这种结构在安全范围内，如图8所示。工艺要求腔体的变形在0.1mm以内，通过有限元计算出最大变形为0.06mm，符合设计要求，如图9所示。
3 结 论
目前依据这种贴合方式研制的贴合机器已经在客户处实验和运行，经试验证明，完全满足新工艺的要求，机器的可靠性和稳定性符合生产要求，达到了如下预期结果：
（1）贴合的光学胶厚度均匀；
（2）通过调节负压的大小实现贴合力可调，使光学胶的厚度可控；
（3）贴合后无气泡等缺陷。
参考文献
达道安. 真空设计手册（第3版）[M]. 兰州物理研究所.
朱伯芳. 有限单元法原理与应用[M]. 北京：中国水利水电出版社.
作者简介：赵金虎（1975-），男，山西朔州人，工程师，就职于太原风息装备股份有限公司，主要从事机械设计及研发管理，E-mail：zhaotyfh@163.com。