電視機(jī)背板采用鋼化玻璃的可行性研究

1 開發(fā)背景

作為電視機(jī)后背板，玻璃是一種針對金屬背板與玻璃聯(lián)接的新思維、新工藝創(chuàng)新，能夠迎合目前超窄超薄設(shè)計(jì)需求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面是一次前沿探索，將突破傳統(tǒng)裝配方式，使電視機(jī)產(chǎn)品更高檔、美觀，并能體現(xiàn)市場差異化，提升市場競爭優(yōu)勢。

早期，日本索尼公司推出該工藝為電視機(jī)配套，由于該公司在電視行業(yè)玻璃貼合方面有絕對技術(shù)優(yōu)勢，導(dǎo)入該工藝技術(shù)配套有一定的技術(shù)儲備。因工藝可行性問題，國內(nèi)競品企業(yè)無法配套該技術(shù)，我公司以索尼公司為該創(chuàng)新技術(shù)標(biāo)桿，突破技術(shù)瓶頸，啟動(dòng)一系列該工藝可行性應(yīng)用研究，為后續(xù)玻璃作為后背板提供技術(shù)儲備。

2 研究事項(xiàng)與風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

2.1 鋼化玻璃安全性能及防爆膜性能

鋼化玻璃強(qiáng)度雖然比普通玻璃強(qiáng)，但是有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆；并且通過鋼化爐（物理鋼化）后的平板玻璃，一般都會(huì)有變形，變形程度由設(shè)備與技術(shù)人員工藝水平?jīng)Q定，在一定程度上會(huì)影響結(jié)構(gòu)裝配效果，需要與玻璃廠商一道驗(yàn)證其鋼化安全性能及裝配效果。

針對鋼化玻璃的自爆風(fēng)險(xiǎn)，評估在鋼化玻璃一側(cè)貼裝防爆膜，要求貼合邊緣平整均勻，無明顯毛邊毛刺，膜面要求無劃傷、氣泡、雜物、折痕等。

2.2 鋼化玻璃遮光性及絲印性能

由于鋼化玻璃后背板作為模組一體機(jī)使用，要具有很好的遮光效果，需要評估合理的工藝配套及檢測手段以達(dá)到效果。另外，鋼化玻璃的表面處理在電視機(jī)背板上應(yīng)用主要涉及到油墨絲印，但鋼化前與鋼化后的表面處理在外觀和性能上有一定差異，需要驗(yàn)證是否符合創(chuàng)新外觀效果及品質(zhì)要求。

2.3 鋼化玻璃后背板工藝制程

鋼化玻璃后背板將與模組一體以體現(xiàn)其效果，制作工藝直接關(guān)系到模組品質(zhì)，采用合理的工藝制程配套顯得尤為重要，直接關(guān)系到配套廠家實(shí)力、成品品質(zhì)、產(chǎn)能和成本等。

2.4 膠帶/膠黏劑黏接性能

結(jié)合膠黏劑/ 膠帶特性和研發(fā)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化工藝裝配方式，選擇出合理的黏接載體，并保證產(chǎn)品品質(zhì)，主要驗(yàn)證膠帶及膠帶配合膠黏劑等兩種方式。

2.5 鋼化玻璃后背板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于鋼化玻璃需要物理鋼化處理，對產(chǎn)品的形位公差及尺寸公差都會(huì)產(chǎn)生一定影響，并且不同材質(zhì)熱膨脹系數(shù)不一致會(huì)導(dǎo)致性能測試出現(xiàn)開裂、變形及脫落等風(fēng)險(xiǎn)，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對工藝可行性研究尤為重要。2022.

3 可行性評估驗(yàn)證

結(jié)合造型及結(jié)構(gòu)需求，將以50 英寸（注：1 英寸=2.54 cm）為評估機(jī)型，結(jié)合上游市場玻璃原片的標(biāo)準(zhǔn)厚度，評估厚度為2.0 mm、2.5 mm、3.0 mm（外形尺寸為：LXW = 1 061 mm×575 mm）進(jìn)行可行性評估驗(yàn)證，考慮到玻璃的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和面積，采用物理鋼化進(jìn)行鋼化處理的同時(shí)要協(xié)調(diào)玻璃廠商進(jìn)行前期玻璃打樣及驗(yàn)證。

3.1 玻璃安全性能驗(yàn)證

由于背板玻璃配套厚度較薄，行業(yè)規(guī)定厚度為3.0 mm 以下的玻璃只能實(shí)現(xiàn)物理半鋼化及化學(xué)鋼化，結(jié)合玻璃特性及成本考慮，主要評估采用物理鋼化后的安全性能。相關(guān)驗(yàn)證方案見表1。

表1 3種厚度的安全性比較

注：①測試方法參照《GB/T17841-2008 半鋼化玻璃》進(jìn)行；②數(shù)據(jù)由玻璃廠商提供。

為了防止玻璃自爆引起的碎片飛濺，需要貼裝防爆膜。防爆膜貼在玻璃表面的金屬薄膜上，它是一種安全裝置，又稱防爆片或爆破片。外在壓力超過一定限度時(shí)，薄膜先被沖破，因而可以降低玻璃所受的壓力，增加整體強(qiáng)度。

一般來說，防爆膜結(jié)構(gòu)有抗磨層、帶色PET 安全基層、復(fù)合膠黏劑、UV 吸收層、透明PET 安全基層、安裝膠黏劑層及PET 離型膜等。

貼膜施工有較高的技術(shù)要求，要求貼合邊緣平整均勻，無明顯毛邊毛刺，膜面要求無劃傷、氣泡、雜物、折痕等。此項(xiàng)工藝須委托專業(yè)廠商，工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作。當(dāng)完成貼膜施工后，應(yīng)請有關(guān)部門做相應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)。

3.2 鋼化玻璃遮光性及性能評估

作為模組一體用后背板，玻璃的遮光性要求較高，要求在1 200 LUX，觀察距離30 cm，不得有漏光等風(fēng)險(xiǎn)，另外，絲印性能需要符合測試要求，主要針對其油墨絲印后的附著力進(jìn)行驗(yàn)證，主要問題有：

①采用低溫油墨絲印，其油墨附著力差；

②采用高溫油墨絲印，附著力測試能通過，但漏光嚴(yán)重，存在色差。

從問題點(diǎn)看，低溫油墨絲印遮光性較好，但附著性較差；高溫油墨絲印附著性較好，但遮光性較差。其主要原因與油墨、印刷工藝、烘烤溫度和加工環(huán)境等有很大關(guān)系。

3.2.1 油墨對性能影響

玻璃絲印簡要工藝制程為：將油墨印刷到玻璃的表面，再采用油墨的固化措施，印制油墨牢固附著在玻璃表面。

玻璃絲印用兩種油墨，一種是無機(jī)色素經(jīng)過研磨達(dá)到一定細(xì)度，再加入丙烯酸樹脂，絲印在玻璃表面，經(jīng)高溫（600 ℃以上）烘烤1～2 min，墨層和玻璃表層熔化在一起，牢度極佳。這種油墨的耐熱溫度就在600 ℃以上，但是配套成本較高。另一種是以高分子化合物為黏結(jié)劑的無機(jī)玻璃低溫油墨，應(yīng)用的油墨是網(wǎng)印之后在180～200 ℃烘烤10 min，這種油墨的耐熱溫度相對要低，但是烘烤時(shí)間較長，油墨的牢度和硬度較差，絲印前及絲印后色差較小，兩種油墨都能耐低濃度的電解質(zhì)及乙醇、丙酮、苯類、環(huán)己酮等溶劑的腐蝕。

3.2.2 環(huán)境對絲印性能影響

玻璃高溫絲印油墨對環(huán)境要求較高，如果環(huán)境中有顆粒狀粉塵存在，容易導(dǎo)致油墨在玻璃表面局部未附著及產(chǎn)生氣泡，再通過高溫烘烤，塵點(diǎn)局部出現(xiàn)油墨收縮和氣泡破裂，造成烘烤后出現(xiàn)針孔漏光。

玻璃板在印刷前應(yīng)經(jīng)過前處理使其表面潔凈后，馬上進(jìn)行印刷。如玻璃經(jīng)過處理后，不馬上進(jìn)行印刷，會(huì)被再次污染。前處理可去除油脂等污垢，同時(shí)也可除去附著在表面上的灰塵。要特別注意，在用手搬玻璃時(shí)，指紋也會(huì)附著在印刷面上，導(dǎo)致印刷時(shí)形成針孔，建議絲印工序在無塵室進(jìn)行，以提升產(chǎn)品良率。

3.2.3 靜電對絲印性能影響

靜電電流一般很小，電位差卻非常大，可出現(xiàn)吸引、排斥、導(dǎo)電、放電等現(xiàn)象，給絲印帶來不良影響。印刷時(shí)，絲網(wǎng)因刮板橡膠的加壓刮動(dòng)使橡膠部分和絲網(wǎng)帶電。絲網(wǎng)自身帶電會(huì)影響正常著墨，產(chǎn)生堵版故障，在承印物輸出的瞬間會(huì)被絲網(wǎng)吸住。

防止靜電產(chǎn)生的方法有調(diào)節(jié)溫度、濕度及降低絲印網(wǎng)距、減少印刷速度等。

油墨絲印是玻璃制程中的關(guān)鍵工序，如何達(dá)到高品質(zhì)效果是本次應(yīng)用研究重點(diǎn)。通過與廠商樣品工藝驗(yàn)證及探討，目前品質(zhì)有較大改善。

3.3 鋼化玻璃防靜電評估

考慮到后續(xù)在整機(jī)模組中使用，容易在絲印面產(chǎn)生靜電，需要加貼一層PE 防靜電膜，防止靜電產(chǎn)生對電子元器件性能/ 光學(xué)性能等的影響。

靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差（電壓非常高）會(huì)產(chǎn)生放電電流。

防靜電膜是在PE 原料中加入防靜電劑，使其表面電阻達(dá)到0 ～ 10 Ω 而本身摩擦不產(chǎn)生靜電，經(jīng)高溫定型后經(jīng)久耐磨，從而起到良好的抗靜電電效果，避免靜電對電子元器件的損傷。

3.4 高溫油墨對外觀影響

目前，與創(chuàng)新部門確認(rèn)玻璃背板配套顏色為黑色和白色兩種，主要針對白色油墨絲印驗(yàn)證，通過多次油墨調(diào)整來看，始終存在色差。產(chǎn)生色差主要為玻璃材料（普通玻璃偏綠）、透過率及高溫油墨絲印等原因，針對此現(xiàn)象，廠家采用超白玻進(jìn)行絲印，因?yàn)槌撞Ｍ腹饴瘦^高，相對普通玻璃效果明顯改善，但制造工藝控制復(fù)雜，其成本是普通玻璃的2 倍，且厚度只能大于3.0 mm以上，結(jié)合成本及造型綜合考慮，共同協(xié)商，接受采用普通玻璃配套，但色差需要嚴(yán)格管控。

3.5 鋼化玻璃后背板工藝制程

鋼化玻璃后背板工藝制程涉及普通玻璃外形加工、鋼化、油墨絲印、貼覆防爆膜及貼覆防靜電膜等工序，具體工藝流程如圖2 所示。

圖2 鋼化玻璃后背板工藝制程

目前，大片玻璃一般都采用平面鋼化爐，合理設(shè)置好鋼化熱處理參數(shù)后，將玻璃平放在加熱輥道上，通過自動(dòng)化方式進(jìn)行鋼化，鋼化變形主要來自兩方面：輥道的精度及熱處理應(yīng)力不均。

控制鋼化玻璃平整度對策：

①鋼化爐中的加熱輥道足夠預(yù)熱，使得輥道受熱均勻，消除應(yīng)力；

②定期檢測加熱輥道的平行度，盡量將鋼化玻璃彎曲度控制在允許范圍。

●   貼裝膜片：該工序?qū)ぷ鳝h(huán)境及貼膜前處理要求較高，要求貼合后四周整齊，不得有毛邊、折皺、氣泡、翹起等不良；另外，所選定的防爆膜要滿足一定的防刮、耐磨及耐酸堿等性能要求。

●   包裝：采用木箱包裝，以便于裝卸、運(yùn)輸。玻璃與玻璃之間、玻璃與箱架之間應(yīng)采用防護(hù)措施，保證在運(yùn)輸、周轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生不良品。

3.6 膠帶/膠黏劑黏接性能評估

裝配結(jié)構(gòu)采用膠帶/ 膠黏劑方式將玻璃與中框（材料：AL6063，表面處理：黑色陽極）進(jìn)行黏接裝配，需要綜合考慮電視機(jī)使用年限，及人為損壞、環(huán)境變化或者原有的膠黏劑超過質(zhì)保使用的年限（10 ～ 12 年）等一系列因素，容易使膠黏劑發(fā)生塑性變形、起泡、龜裂以及老化等破損的現(xiàn)象，粘結(jié)作用減弱甚至消失，致使玻璃后背板裝配松動(dòng)、結(jié)構(gòu)變形等損害現(xiàn)象，增加玻璃脫落風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)合以上問題，協(xié)調(diào)品牌膠黏劑/ 膠帶廠家提供不同性質(zhì)的膠黏劑及膠帶進(jìn)行可行性驗(yàn)證，前期制作一批鋁質(zhì)工件及玻璃小樣進(jìn)行摸底測試，黏接寬度為8 mm，另外同步進(jìn)行玻璃與47E860 中框黏接應(yīng)用性測試，通過全套氣候測試驗(yàn)證是否有異常^[1]，相關(guān)方案驗(yàn)證見表2。

表2 不同性質(zhì)的膠帶、膠黏劑的比較

通過驗(yàn)證，其結(jié)論為：

①玻璃采用2.5 mm 普通浮法玻璃進(jìn)行物理半鋼化處理；

②玻璃背板采用高溫油墨絲印工藝；

③裝配方式采用膠帶+ 膠水方式進(jìn)行裝配。

風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：由于鋼化玻璃最大品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)為自爆，只能控制玻璃自爆率，根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，普通鋼化玻璃自爆率在1‰～ 3‰左右，無法達(dá)到100％合格，需要供貨商重點(diǎn)管控半鋼化工藝制程，降低自爆風(fēng)險(xiǎn)，（例如：玻璃原材料一致性；熱處理制程及溫度 烘烤時(shí)間等控制（不能急冷急熱，保證鋼化表面應(yīng)力均勻等）。

3.7 鋼化玻璃后背板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在玻璃與金屬黏接中，由于膠黏劑具有流動(dòng)性及固化開放時(shí)間，結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)對黏接性能及量產(chǎn)性是關(guān)鍵因素，主要需要考慮以下幾個(gè)方面：

①玻璃后背板需要能快速、準(zhǔn)確定位，盡量減少輔助治具的設(shè)計(jì)難度；

②由于玻璃熱膨脹系數(shù)大于金屬鋁合金熱膨脹系數(shù)，需要預(yù)留間隙吸收；

③需要設(shè)計(jì)合理的施膠面，保證其合理量達(dá)到最優(yōu)的黏接強(qiáng)度。

3.7.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

通過前期系列可靠性評估及驗(yàn)證，現(xiàn)按2 種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案配套評估，如圖2、圖3 和表3 所示。

圖2 方案一:截面剖視示意圖

圖3 方案二:截面剖視示意圖

表3 2種方案的比較

4 結(jié)束語

電視機(jī)后背板采用鋼化玻璃驗(yàn)證工作是一項(xiàng)系統(tǒng)而又復(fù)雜的工作，既有玻璃原片、配套輔材及生產(chǎn)工藝、性能標(biāo)準(zhǔn)化的合理性驗(yàn)證，又有玻璃與不同材料的裝配方式及量產(chǎn)可行性評估，與塑膠后殼裝配相比，具有技術(shù)含量高、施工難度和技術(shù)要求復(fù)雜多變的特點(diǎn)。此外，由于受到玻璃大尺寸的局限性，后期還要對量產(chǎn)線體重新規(guī)劃，包括生產(chǎn)環(huán)境的改造升級，設(shè)備引進(jìn)，品質(zhì)管理文件的制作等，還需要投入更多的精力對量產(chǎn)性進(jìn)行可行性評估。

參考文獻(xiàn)：

[1]彩色電視機(jī)環(huán)境試驗(yàn)要求和方法:Q/SCWB2041-2010[Z].深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司新品質(zhì)量部.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年1月期）