行業背景

　　隨著數字化技術的發展，應運而生的電子數字應用產品為人類生活帶來極大便利與樂趣，而所有數字產品都需通過一個顯示接口來呈現內容，因此，顯示接口已成為產業關注的焦點。不同顯示技術在其中角逐，相關廠商投入資源開發新技術、新應用，并為提升人類視覺享受而努力。其中，TFT-LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display - 薄膜晶體管液晶顯示器) 產品具有輕、薄、省能源、低幅射的優點，已被視為主流顯示技術。

　　薄膜晶體管液晶顯示器的發展，為人類提供更寬大的視覺接口與更高分辨率的色彩，而制造出此顯示器的各世代液晶面板之間的差異在于玻璃基板的尺寸，由于大尺寸面板的需求與日俱增，越新世代的液晶面板，其玻璃基板愈大，大尺寸的玻璃基板可切割更大及更多面板，以達到降低成本及擴大經濟效益的目的。

　　TFT LCD面板供應商預期2013年出貨量將增長8%，預估達到7.57億片、營收增長13%至853億美元。

　　金屬外邊框作為TFT-LCD液晶面板整體的重要組成部分，其市場需求量非常之大。

　　應用需求

　　傳統的液晶顯示器金屬邊框是直接沖壓制作完成的，比如要做19"的金屬邊框，要用19"的金屬材料去沖壓，中間的要么沖壓小的邊框，要么廢棄，這樣比較浪費材料；采用新的工藝后，直接沖壓金屬邊框的框條，然后利用激光焊接機進行拼裝焊接起來，產品質量和原來的一樣。

　　由于相關設計專利問題， 不同的廠家對于沖壓的形狀會有不同的選擇，具體來說有L型，U性或者單獨的條狀邊框等。

圖1 L型沖壓示例

　　在完成沖壓后，通過激光焊接的方式將不同形狀的沖壓件拼裝焊接起來。然后再通過后續的制程，將會完成液晶顯示器金屬邊框，如圖2所示。

圖2 液晶顯示器金屬邊框

　　激光焊接解決方案

　　TFT-LCD液晶面板金屬邊框的材料一般是鍍鋅不銹鋼或低碳鋼材料，其厚度通常在0.4-0.6mm 之間。金屬邊框對接焊縫處的不平度一般要求小于等于0.1mm左右。

　　激光器可以使用CO2激光器，固體脈沖式激光器，固體連續碟片激光器，半導體激光器等等，以上各種激光器都已經獲得了成功應用。但是從激光器光電轉換效率，生產效率，穩定性以及綜合性價比來說，固體連續碟片激光器或半導體激光器則是最佳的選擇。現實證明，此兩種激光器正在越來越多地成功應用于TFT-LCD液晶面板金屬邊框的大規模生產中。圖3是TruDiode 2006（2000W）的激光焊接曲線圖。

圖3 TruDiode 2006的激光焊接曲線圖

　　對于焊接時所使用的激光光斑直徑也是非常重要的，在同樣焊接深度的情況下，光斑太大則會降低焊接速度；光斑太小則可能會導致焊接質量問題（如接縫間隙大于光斑直徑，則會焊接不牢）。但是，如果要求接縫間隙非常小，則會導致沖壓件生產成本增加。因此考慮到實際的生產，綜合各方面因素，選擇0.6mm的焊接光斑直徑則是相對較優的方案。

　　圖4 給出了一種高效的適合于TFT-LCD框架大規模生產激光焊接解決方案，此方案已經在多個大型TFT-LCD框架生產工廠得到了成功應用。此方案用于一個工件兩條焊縫，其采用一臺激光器連接兩條自動化生產線。

　　激光器采用德國通快（TRUMPF）公司TruDisk 1000或TruDiode 2006半導體激光器，4路激光輸出 - 分時輸出，分別配15-20m激光光纜和激光焊接頭。在工件表面處，激光光斑直徑為0.6mm。

圖4 TFT-LCD框架激光焊接解決方案

　　當第一條線上料/定位/夾緊完成后，開始焊接的同時，另一條線進行上料/定位/夾緊的動作，然后交替進行。整個過程，激光器的4個光路切換都在50ms以內。根據每條激光焊縫長度的不同（通常在40-60mm之間），此方案可以實現每個工件生產節拍僅需1.5-2s ，包括上下料時間，焊接時間。如果按2s計，可實現每小時生產1800個工件的高產能。

　　焊接質量

　　激光焊接后的質量非常高，其表面質量高，變形小，激光焊接后的焊縫強度可以接近或達到材料母材的強度。 圖5 給出了激光焊接后的焊縫強度測試示意圖。

圖5 激光焊接后的焊縫強度測試圖

　　結論

　　對于TFT-LCD液晶面板金屬邊框，采用先沖壓后激光焊接的方式，其優勢在于大幅提高了原始板材的利用率，降低了成本，避免了資源的大量浪費。

　　采用一臺德國通快TRUMPF公司激光器，并配以4路輸出，同時連接兩條自動化生產線的產線組織方式，保證生產節拍不影響的情況下最大程度地提高激光器利用效率，增加生產效率。 同時，保證焊縫的高質量以及生產的穩定性。