CN103676240A - 表面检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表面检测装置，用于显示面板上器件的表面检测，其中所述表面检测装置包括：超声换能检测单元，用于向待检测表面发出超声波，以及用于获得所述超声波到达所述待检测表面后反馈的反馈信号；处理单元，用于根据所述反馈信号计算所述待检测表面的位置。本发明所述表面检测装置，可以用于隔垫物的精确检测和用于液晶残量的监控。

Description

表面检测装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其是指一种表面检测装置，用于显示面板上器件的表面检测。

背景技术

随着科技的发展，液晶显示已经频繁应用于各种设备中。目前，液晶显示器是常用的平板显示器，其中薄膜晶体管液晶显示器(Thin FilmTransistor-Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)是液晶显示器中的主流产品。TFT-LCD通常包括对盒设置的阵列基板和彩膜基板，在阵列基板和彩膜基板之间填充有液晶层。

在液晶显示器的制作工艺中，经常需要对工艺过程中的物体表面进行测量，以保证制作工艺的准确性。

例如：在液晶显示器中，阵列基板与彩膜基板之间设置有隔垫物，对阵列基板和彩膜基板起到支撑盒厚的作用。因此隔垫物是液晶显示器的重要部件，隔垫物的高度决定了对盒后的阵列基板和彩膜基板需注入液晶的用量。液晶显示器的制作过程中，需要对隔垫物的高度进行测量，若测量不准确，会严重影响液晶显示器的质量。

又例如：在液晶显示器的液晶滴注过程中，为将液晶瓶内液晶残量控制到最少，减少量产液晶的浪费，需要对液晶瓶内的液晶量进行测量监测，以控制到液晶瓶内的液晶达到用尽时，才发生报警，准确准时。

现有技术对隔垫物的高度检测，通常采用电荷耦合元件CCD镜头，通过灰度差的方式进行测量，存在检测精度不够高，而且检测速度慢的缺点；而且隔垫物的内部结构及弹性模量通过CCD镜头也无法检测出来；而现有技术对液晶瓶内的液晶量进行测量监测，采用的是利用传感器sensor进行残量校正，设定在液晶瓶内剩余一定量液晶如20g时发生报警的方式，这样每个液晶瓶的利用，均需要残余预定量的液晶，造成大量液晶的浪费。

因此，在液晶显示器的制作工艺中，缺少一种可以通用用于表面状态的检测装置，能够准确获得被测物体的高度及表面状态等，如准确检测隔垫物的高度及表面轮廓，以及准确检测液晶瓶内剩余液晶量的高度等。

发明内容

根据以上，本发明技术方案的目的是提供一种表面检测装置，用于显示面板上器件的表面检测，能够准确检测获得液晶显示器的制作工艺中被测物体的高度及表面状态。

根据本发明的一个实施例，提供了一种表面检测装置，用于显示面板上器件的表面检测，所述表面检测装置包括：超声换能检测单元，用于向待检测表面发出超声波，以及用于获得所述超声波到达所述待检测表面后反馈的反馈信号；处理单元，用于根据所述反馈信号计算所述待检测表面的位置。

根据本发明的另一个实施例，所述超声换能检测单元包括：第一电极、第二电极、设置于所述第一电极和所述第二电极之间的压电层、位于所述第二电极相对所述压电层另一侧的弹性层和在所述弹性层与所述压电层之间依次设置的二氧化硅层和粘接层。

根据本发明的另一个实施例，所述处理单元通过计算所述反馈信号的接收时间与所述超声波发出时间的时间差，计算所述待检测表面的位置。

根据本发明的另一个实施例，用于计算所述时间差的反馈信号为所接收反馈信号中幅值最大的信号。

根据本发明的另一个实施例，所述超声换能检测单元包括相互独立的声波发射单元与声波接收单元。

根据本发明的另一个实施例，所述待检测表面为显示面板的隔垫物表面。

根据本发明的另一个实施例，所述超声换能检测单元与所述待检测表面之间设置有隔离体。

根据本发明的另一个实施例，所述隔离体为液体或者胶体。

根据本发明的另一个实施例，所述表面检测装置还包括：扫描转换单元，用于使所述超声换能检测单元转换角度，对所述待检测表面进行扫描；及其中所述处理单元还用于根据扫描后获得的反馈数据，计算所述待检测表面的表面轮廓。

根据本发明的另一个实施例，所述超声换能检测单元具有多个，呈阵列分布。

根据本发明的另一个实施例，所述待检测表面为液晶滴注过程中液晶瓶内剩余液晶的表面。

本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：

本发明利用压电超声换能器的超声测距原理，对显示面板的待检测表面进行测量，使得检测的结果更加准确；

采用本发明所述表面检测装置，可以用于隔垫物的精确检测，而且能够对隔垫物的内部和弹性模量进行同步测量，这样可以判断隔垫物内部的情况，更有利于对隔垫物控制盒厚的能力有全面的测量，根据隔垫物测量的数据对液晶滴注机进行调整，可以更好的控制盒厚，提高液晶屏幕显示效果；

采用本发明所述表面检测装置，可以用于液晶残量的监控，从而对液晶滴注的整个过程进行监测，而且可以控制当液晶瓶内的液晶达到几乎用尽时，发生报警，准确准时，避免出现意外情况造成报警不准确，从而形成多滴或者漏滴等不良现象；此外还能够保证液晶量得到精确的滴注，提高良率，减少不满Not Fill、过满Over Fill等不良的发生。

附图说明

图1表示本发明中，压电型超声换能检测单元的其中一种结构示意图；

图2表示现有技术显示面板的结构示意图；

图3表示柱状隔垫物的结构示意图；

图4表示球状隔垫物的结构示意图；

图5表示超声换能检测单元的排布结构示意图；

图6表示本发明第一实施例所述表面检测装置的连接结构示意图；

图7表示本发明第二实施例所述表面检测装置，用于液晶滴注检测时的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明用于显示面板的表面检测装置，利用压电超声换能器的超声测距原理，对显示面板的待检测表面进行测量，使得检测的结果更加准确。

本发明具体实施所述表面检测装置，包括：

超声换能检测单元，用于向待检测表面发出超声波，以及用于获得所述超声波到达所述待检测表面后反馈的反馈信号；

处理单元，用于根据所述反馈信号计算所述待检测表面的位置。

本发明中，所述超声换能检测单元也即为具有一个工作单元的超声换能器。现有技术中，超声换能器是一种既可以将电能转换为声能，又可以将声能转换为电能的器件或装置。当超声换能检测单元处于发射状态时，将电能转换为机械能，再将机械能转换为声能；当处于接收状态时，将声能转换为机械能，再转换为电能。目前，超声换能器的种类有很多，使用较多的为压电型超声换能器，所使用的压电材料包括有单晶体的或多晶体复合的材料，如石英单晶体、钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷复合晶体(PZT)、聚偏氟乙烯PVDF等。

图1所示为压电型超声换能检测单元的一种结构示意图，包括：

第一电极10、第二电极20、设置于所述第一电极10和所述第二电极20之间的压电材料层30、位于所述第二电极20相对所述压电材料层30另一侧的弹性层40和在所述弹性层40与所述压电材料层30之间依次设置的二氧化硅层50和粘接层60。

其中，所述压电材料层30可以为锆钛酸铅压电陶瓷复合晶体PZT材料，所述弹性层40的材料可以为Si，所述粘接层的材料可以为环氧胶。

在处于发射状态时，在压电材料层30的上下表面加载电压，压电材料层30在电场作用下发射伸缩，产生纵运动，由于弹性层40的束缚，压电材料层30振荡时，仿佛是一个小活塞，振幅很小，约为(1～10)m，但这种振动的加速度很大，约(10～103)g，这样就可以把电磁振荡能量转化为机械振动量，若这种能量沿一定方向传播出去，就形成超声波，因此整个结构振动并发射出超声波，将所加载的电能转换为机械能，又将机械能转换为声能；在处于接收状态时，接收到具有一定声压的回波信号，通过介质传递至所述压电材料层30，引起感应电荷，通过探测电荷可以判断声压大小，因此将声能转换为机械能，再转换为电能。

利用超声换能检测单元的上述工作原理，通过计算超声波发出的时间与接收时间之间的时间差，即可以判断出待检测表面的具体位置。

因此，所述处理单元通过计算所述反馈信号的接收时间与所述超声波发出时间的时间差，计算所述待检测表面的位置。最佳地，因为当超声波垂直于表面时，能够获得来自表面上一点的最大幅值反射，因此用于计算所述时间差的反馈信号为所接收反馈信号中幅值最大的信号。

本发明第一实施例中，在显示面板制造工艺中，上述结构的表面检测装置可以用于检测显示面板的一个隔垫物的高度，也即确定一个隔垫物的位置。

图2所示为现有技术显示面板的结构示意图，隔垫物100设置于彩色滤光片基板与阵列基板之间，起到支撑液晶盒的盒厚的作用，隔垫物100的高度决定了对盒后的彩色滤光片基板与阵列基板之间需注入液晶的用量。

通常隔垫物100包括柱状隔垫物（Post Spacer，简称PS）和球状隔垫物（BallSpacer，简称BS）两种，结构形式分别如图3和图4所示。

本发明所述表面检测装置，不仅可以用于柱状隔垫物的表面检测，而且可以用于球状隔垫物的表面检测，检测出隔垫物100的表面轮廓状态。

进一步地，本发明具体实施例所述表面检测装置中，如图5所示的结构示意图，包括多个呈阵列分布的超声换能检测单元200，每一个超声换能检测单元200都具有声波发射单元和声波接收单元；具体地，通过声波发射单元向待检测表面发出超声波，通过声波接收单元获得超声波到达待检测表面后所反馈的反馈信号。其中，该声波发射单元与声波接收单元可以集成为一个单元结构，如采用图1所示结构的一种单元结构完成发射与接收的两种功能，也可以采用两个单元结构实现，也即采用图1所示的一单元结构来完成发射功能，另采用图1所示的另一单元结构来完成接收功能。

在检测过程中，呈阵列分布的超声换能检测单元200，每一超声换能检测单元200都以精确确定的时间产生脉冲并发出超声波，使得各超声换能检测单元200所发出的超声波在同一时间到达隔垫物100上的某一预定聚焦点；在接收过程中，由待检测表面反馈的反馈信号，延迟精确的时间被各超声换能检测单元200所接收，从而使得从预定聚焦点所反射的信号都是同相的。

基于以上，将各超声换能检测单元200所接收的反馈信号累加在一起时，当形成预定聚集点的反射时就产生最大幅值的信号，因此利用所接收具有最大幅值的反馈信号，可以确定预定聚集点处的位置状态。

本发明中，所述预定聚集点可以位于隔垫物的表面，用以检测隔垫物的表面位置和状态，另外所述预定聚集点也可以位于隔垫物的内部，用以检测隔垫物的内部状态和弹性模量。

由于柱状隔垫物高度是微米级的，超声波在其中的传播时间往往小于脉冲的持续时间，以至于不同角度的超声回波信号发生混叠,导致常规超声检测技术难以对柱状隔垫物高度和弹性模量参量进行无损表征测定。超声混叠波形识别,提出了一种通过计算垂直入射和倾斜入射时柱状隔垫物的声压反射系数来对柱状隔垫物的密度和弹性模量进行无损表征的新方法——声压反射系数法。声压反射系数法的主要原理是：在超声波倾斜入射条件下,若超声波脉冲持续时间较短,通过对柱状隔垫物多角度上超声波反射及折射特性分析,以及对柱状隔垫物试样与柱状隔垫物回波波形的比较,可以对多角度结构条件下的超声混叠波形加以简化识别,在此基础上计算柱状隔垫物的声压反射系数,并依据柱状隔垫物特性参量之间的关系,计算得到柱状隔垫物的密度和弹性模量。

再一方面，利用各超声换能检测单元200中对超声波的发射时间和接收时间可以快速变化特性，可以采用可编程及快速改变的方式控制各超声换能检测单元200所发出超声波时的相位阵列波束，例如可以高于每秒20000次的速率来改变各超声换能检测单元所发出的相位阵列波束。基于该一特性，可以采用电子扫描的形式，使各超声换能检测单元200对待检测表面以角度变化或在预定深度范围进行电子扫描，扫描方式可以为平行的线性扫描，或者为以预定图案的方式扫描。

采用上述扫描方式时，通过对所获得的反馈信号数据进行分析时，可以检测获得待检测表面的表面轮廓，以及获得整个彩膜基板上的各隔垫物的表面状态。

具体地扫描方式可以为：采用步进电机进行定速，使超声换能检测单元200对隔垫物检测时的预定聚焦点从隔垫物顶部表面定速向隔垫物内部推移，间隔预定距离移动，直至使预定聚焦点位置移动至隔垫物的底面；并在此定速移动过程中，在每一移动位置进行检测，获得多张检测扫描图像，解释该多张扫描图像，生成干涉波形，根据干涉波形图像中两点间生成干涉波形时的距离和预定聚焦点定速移动的距离，则可以计算出隔垫物的总高度。

因此，根据以上的原理，本发明所述表面检测装置，不仅可以用于柱状隔垫物的检测，而且还能够用于球状隔垫物的检测。

本发明实施例中，为了获得精确检测结果，超声换能检测单元200与待检测表面之间设置有隔离体，以与待检测表面进行耦合，具体地该隔离体可以为胶体，较佳地为水。其中优选地，所述隔离体的厚度为小于几千分之一英寸，这样超声换能检测单元200与待检测表面之间几乎呈接触状态。但由于超声波波长较上述距离更小，从而使超声换能检测单元200与待检测表面之间的空间，具有几个超声波波长的距离，这样在待检测表面上的相当小的曲率半径的不平整表面不会导致超声换能检测单元200与待检测表面的直接接触。

图6为本发明第一实施例所述表面检测装置的连接结构示意图。参阅图6所示，本发明第一实施例中，所述表面检测装置还包括：扫描转换单元，用于使各超声换能检测单元200以预定方式对待检测表面进行扫描；而所述处理单元还用于根据扫描后获得的反馈数据，计算所述待检测表面的表面轮廓。

为了进一步获得待检测表面的轮廓，所述表面检测装置的处理单元包括：

数据处理子单元，用于将各超声换能检测单元200所接收的反馈信号转换为位置信号；

数据计算子单元，用于根据所述位置信号，计算所述待检测表面的两维表面轮廓；

数据分析子单元，用于根据各超声换能检测单元200的位置，结合所述待检测表面的两维表面轮廓，计算波束调节参数；

数据生成子单元，用于根据所述波束调节参数，校正由于所述反馈信号的反射超声波脉冲引起的超声波失真，生成所述待检测表面的三维轮廓。

采用上述结构，利用所述数据生成单元，对超声波波形的可控阵列进行处理，以便于测量待检测表面（如隔垫物）的三维表面轮廓。利用所述数据分析单元，基于所测量到的二维表面轮廓，利用校正不平整表面的各超声换能检测单元200的位置函数来计算波束调整参数，并且消除在隔垫物内部反射的反射信号中所产生的波束失真。

进一步地，所述数据分析单元还用于根据各超声换能检测单元200的位置组合构成的位置函数，来改变波束调整参数，以便于基于来自隔垫物内部的反射信号来分析、检测隔垫物的内部状况。

此外，在对待检测表面进行扫描，通过数据处理单元将各超声换能检测单元200所接收的反馈信号转换为位置信号后，所述数据计算单元中，可以使用机械式划针、基于激光的技术、超声技术等的其中一种，以各超声换能检测单元的位置作为函数来计算波束调整参数，该些波束调整参数用于校正不平整的表面，从而消除在反馈信号中所产生的波束失真效应。

进一步地，所述波束调整参数可以下载至一相位阵列仪器中，并采用多元件超声波探头来扫描隔垫物，这就可以通过电子选择基于超声波阵列探头位置的波束调整参数，并且使用这些超声波阵列探头来接收、处理和记录从隔垫物内部的反射器所反射回来的脉冲。

因此，通过在隔垫物上进行扫描，在以角度电子扫描波束的同时，收集隔垫物表面接收超声波所反馈的表面反射数据，当认为数据已经创建了部分表面的精确轮廓时，使用已知的波束角度和超声换能检测单元的位置来组合已经收集到的数据。当超声波波束垂直于隔垫物表面时，就能获得来自表面上一点的最大反射。当组合各个波束角度和超声换能器的位置数据时，来自表面给定一点上的最高幅值的反射就被用于测量从超能换能检测单元到表面该点的距离。知道了适用于最大反射的探头位置和波束角度，就能够确定表面该点的位置。通过进行栅格点的测量来定义隔垫物的表面就能够获得整个表面的轮廓。对于阵列发射收集数据而言，可以进行等效于上述相位阵列处理的信号处理，从而提供相同的获得表面轮廓的功能。

最佳地为了使得整个表面轮廓化，可以在扫描部分的同时超声波波束是以角度来扫描的。在适当采集时，所获得的信号就给出各个探头位置各个波束角度峰值信号到达的幅值和时间的信息。

因此，被测量的隔垫物可采用上述方法进行扫描，以便于测量三维表面轮廓。

本发明第一实施例所述表面检测装置，可以用于测量隔垫物的高度和表面轮廓，利用超声换能检测单元发出超声波至隔垫物，接收所反馈的反馈信号，进行数据的采集，通过对所采集数据进行处理后，利用超声的成像原理可以对彩膜基板上整体的隔垫物进行测量。该种测量方法获得的测量数据精确、精确度可以达到0.01um，而且对隔垫物的内部和弹性模量也可以同步测量，这样可以判断隔垫物内部的情况，更有利于对隔垫物控制盒厚的能力有全面的测量，根据隔垫物测量的数据对液晶滴注机进行调整，可以更好的控制盒厚，提高液晶屏幕显示效果。

本发明具体实施例所述表面检测装置，除可以用于测量隔垫物之外，还可以用于液晶滴注过程中，监测液晶瓶内液晶减少的过程。

因此，本发明还提供第二实施例的表面检测装置，用于液晶瓶内液晶减少过程的监测。

如图7为采用本发明所述表面检测装置的液晶滴注系统的连接结构示意图。参阅图7所示，液晶瓶1通过液晶滴注驱动装置2与液晶滴注喷头3连接，通过液晶滴注驱动装置2将液晶瓶1内的液晶传送至液晶滴注喷头3，以向液晶盒内注入液晶；另外，该液晶滴注系统还包括液晶滴注针管4以及与液晶滴注针管4连接的步进电机5，液晶滴注针管4、液晶滴注喷头3之间通过一电控三通阀6连接，通过步进电机5与液晶滴注针管4调节液晶滴注喷头3所流出液晶量的速度。

进一步地，上述液晶滴注系统还包括一用于检测液晶瓶1内的剩余液晶量的表面检测装置，设置于液晶瓶1的瓶口位置处。所述表面检测装置包括如图1所示结构的超声换能检测单元200，具体结构构成可以结合图1参阅以上的描述。

采用上述超声换能检测单元200检测液晶瓶1内的液晶剩余量时，超声换能检测单元200朝液晶表面发出超声波，超声波到达液晶表面时，经液晶表面返回，超声换能检测单元200接收所反馈的反馈信号，通过计算超声波所发出时间与接收到反馈信号的接收时间的时间差，利用该时间差乘以超声的传输速度就能够计算出液晶量的减少量，通过以下计算方式可以计算出液晶的剩余量：

V=S×(H-h)=(π×r×r)(H-h)

其中：S为液晶瓶的底面积，(H-h)为采用超声换能检测单元200所测得的液晶瓶内的液晶变化高度。

再一方面，采用本发明所述表面检测装置，还可以利用超声换能检测单元200的检测结果，对步进电机5的微动进行位置反馈，校正输入脉冲量与步进电机微动量，以保证液晶量得到精确的滴注。

采用本发明第二实施例的表面检测装置，利用超声进行液晶残量的监控，从而对液晶滴注的整个过程进行监测，而且可以控制当液晶瓶内的液晶达到几乎用尽时，发生报警，准确准时，避免出现意外情况造成报警不准确，从而形成多滴或者漏滴等不良现象；此外还能够保证液晶量得到精确的滴注，提高良率，减少不满Not Fill、过满Over Fill等不良的发生。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种表面检测装置，用于显示面板上器件的表面检测，其特征在于，所述表面检测装置包括：

超声换能检测单元，用于向待检测表面发出超声波，以及用于获得所述超声波到达所述待检测表面后反馈的反馈信号；

处理单元，用于根据所述反馈信号计算所述待检测表面的位置。

2.如权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，所述超声换能检测单元包括：第一电极、第二电极、设置于所述第一电极和所述第二电极之间的压电层、位于所述第二电极相对所述压电层另一侧的弹性层和在所述弹性层与所述压电层之间依次设置的二氧化硅层和粘接层。

3.如权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，所述处理单元通过计算所述反馈信号的接收时间与所述超声波发出时间的时间差，计算所述待检测表面的位置。

4.如权利要求3所述的表面检测装置，其特征在于，用于计算所述时间差的反馈信号为所接收反馈信号中幅值最大的信号。

5.如权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，所述超声换能检测单元包括相互独立的声波发射单元与声波接收单元。

6.如权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，所述待检测表面为显示面板的隔垫物表面。

7.如权利要求6所述的表面检测装置，其特征在于，所述超声换能检测单元与所述待检测表面之间设置有隔离体。

8.如权利要求7所述的表面检测装置，其特征在于，所述隔离体为液体或者胶体。

9.如权利要求6所述的表面检测装置，其特征在于，所述表面检测装置还包括：

扫描转换单元，用于使所述超声换能检测单元转换角度，对所述待检测表面进行扫描；及

其中所述处理单元还用于根据扫描后获得的反馈数据，计算所述待检测表面的表面轮廓。

10.如权利要求6所述的表面检测装置，其特征在于，所述超声换能检测单元具有多个，呈阵列分布。

11.如权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，所述待检测表面为液晶滴注过程中液晶瓶内剩余液晶的表面。

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