CN111098330A - 基于超声振动式的Micro LED阵列机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，包括底板、顶板、滑移抓取机构、料盘、光学良率检测机构及干燥震动机构；所述滑移抓取机构包括直线滑移部件、垂直位移部件和超声磁性抓取头，所述超声磁性抓取头通过一悬臂连接在垂直位移部件上；所述超声磁性抓取头包括压电微动片、第一超声震动器和座体，所述座体设有多个微震动片，每个所述微震动片均设线性磁电极，所述线性磁电极具有吸附平面；所述干燥震动机构包括可控超声震动器、料槽、U形的隔离罩、静压氮气喷板；所述光学良率检测机构包括第二超声震动器、发光源、光学玻璃板、荧光板支架和荧光接收板；本发明能够实现Micro LED的定向排列，同时能保证Micro LED的排列良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于超声振动式的Micro LED阵列机械手。
背景技术
Micro LED(微型发光二极管)是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1μm～10μm等级左右，由于其具有良好的稳定性及寿命，以及低功耗、色彩饱和度高、对比度强、反应速度快等优势，被广泛的应用在显示领域。
目前限制Micro LED显示技术发展的瓶颈主要包括巨量转移技术，巨量转移技术即如何将大量微小尺度的Micro LED转移到大尺寸的转移板上，是Micro-LED产品量产化的重要技术。
在对Mirco LED单体进行转移之前，需要对其进行定向均匀化排列，而目前并没有一种对如此尺寸量级的微元件进行定向排列，且保证排列良率的有效手段。
因此，急需提供一种既能对如此尺寸量级的微元件进行定向排列，又能保证排列良率的装置。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种基于超声振动式的Micro LED阵列机械手。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，包括底板、通过四个支撑柱连接在底板一端的顶板、设于顶板底面的滑移抓取机构、设于底板上且位于顶板下方的料盘、设于底板另一端的光学良率检测机构以及设于底板上且位于料盘与光学良率检测机构之间的干燥震动机构；
所述滑移抓取机构包括设于顶板底面的直线滑移部件、设于直线滑移部件的输出端上的垂直位移部件、设于垂直位移部件的输出端上的超声磁性抓取头，所述直线滑移部件用于带动超声磁性抓取头沿水平方向移动，所述垂直位移部件用于带动超声磁性抓取头沿竖直方向移动，所述超声磁性抓取头通过一悬臂连接在垂直位移部件上，所述悬臂的一端连接在垂直位移部件的输出端上，所述悬臂的另一端连接在超声磁性抓取头上；
所述超声磁性抓取头包括压电微动片、第一超声震动器和座体，所述压电微动片设于悬臂上，所述第一超声震动器设于压电微动片上，所述座体设于第一超声震动器上，所述座体的底面沿其长度方向间隔排列有多个微震动片，每个所述微震动片的自由端均固定有与其长度相匹配的线性磁电极，所述线性磁电极具有吸附平面；
所述干燥震动机构包括可控超声震动器、料槽、U形的隔离罩、静压氮气喷板，所述可控超声震动器设于底板上，所述料槽设于可控超声震动器，所述隔离罩的开口朝下，所述隔离罩的两端固定在可控超声震动器上，所述静压氮气喷板固定在隔离罩的内顶面上并位于料槽的上方；
所述光学良率检测机构包括第二超声震动器、发光源、光学玻璃板、荧光板支架和荧光接收板，所述第二超声震动器设于底板上并贴靠可控超声震动器远离料盘的一端，所述第二超声震动器具有容置槽，所述发光源设于容置槽内，所述光学玻璃板固定在容置槽上并位于发光源的上方，所述荧光板支架设于第二超声震动器上，所述荧光接收板设于荧光板支架与光学玻璃板相对的表面上。
其中，所述线性磁电极的横截面为正八边形，其外接圆直径为Micro LED两引脚间距的2/3；所述线性磁电极的棱角处设有圆角，所述圆角的半径为线性磁电极的外接圆直径的1/8。
其中，所述料槽的表面设有一层聚四氟乙烯涂层。
其中，所述发光源为紫外线光源。
其中，所述光学良率检测机构还包括分光透镜，所述分光透镜设于发光源与光学玻璃板之间。
本发明的有益效果为：本发明通过滑移抓取机构利用超声微震动原理与电磁线性吸附原理相结合实现Micro LED的定向吸附抓取，然后利用干燥震动机构的静压氮气喷板对Micro LED进行干燥处理，并在可控超声震动器的工作下使Micro LED在竖直方向振动进行Micro LED之间静电吸附排列以及在水平方向振动进行Micro LED传送，然后利用光学良率检测机构确保Micro LED阵列的排列良率，实现微米级微元件的高良率定向排列。
附图说明
图1是Micro LED的示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的滑移抓取机构的结构示意图；
图4是本发明的超声磁性抓取头的结构示意图；
图5是图4中I处的局部放大示意图；
图6是本发明的干燥震动机构的结构示意图；
图7是本发明的光学良率检测机构的结构示意图；
附图标记说明：1-底板；2-顶板；3-滑移抓取机构；31-直线滑移部件；32-垂直位移部件；33-超声磁性抓取头；331-压电微动片；332-第一超声震动器；333-座体；334-微震动片；335-线性磁电极；34-悬臂；4-料盘；5-光学良率检测机构；51-第二超声震动器；52-发光源；53-光学玻璃板；54-荧光板支架；55-荧光接收板；56-分光透镜；6-干燥震动机构；61-可控超声震动器；62-料槽；63-隔离罩；64-静压氮气喷板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1所示，为了便于Micro LED的定向排列，生产Micro LED时，在其两引脚之间的凹槽上沉积一层铁磁材料，形成铁磁性沉积层，使Micro LED带有磁性。
如图2至图7所示，本实施例所述的一种基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，包括底板1、通过四个支撑柱连接在底板1一端的顶板2、设于顶板2底面的滑移抓取机构3、设于底板1上且位于顶板2下方的料盘4、设于底板1另一端的光学良率检测机构5以及设于底板1上且位于料盘4与光学良率检测机构5之间的干燥震动机构6；
所述滑移抓取机构3包括设于顶板2底面的直线滑移部件31、设于直线滑移部件31的输出端上的垂直位移部件32、设于垂直位移部件32的输出端上的超声磁性抓取头33，所述直线滑移部件31用于带动超声磁性抓取头33沿水平方向移动，所述垂直位移部件32用于带动超声磁性抓取头33沿竖直方向移动，所述超声磁性抓取头33通过一悬臂34连接在垂直位移部件32上，所述悬臂34的一端连接在垂直位移部件32的输出端上，所述悬臂34的另一端连接在超声磁性抓取头33上；
所述超声磁性抓取头33包括压电微动片331、第一超声震动器332和座体333，所述压电微动片331设于悬臂34上，所述第一超声震动器332设于压电微动片331上，所述座体333设于第一超声震动器332上，所述座体333的底面沿其长度方向间隔排列有多个微震动片334，每个所述微震动片334的自由端均固定有与其长度相匹配的线性磁电极335，所述线性磁电极335具有吸附平面；
所述干燥震动机构6包括可控超声震动器61、料槽62、U形的隔离罩63、静压氮气喷板64，所述可控超声震动器61设于底板1上，所述料槽62设于可控超声震动器61，所述隔离罩63的开口朝下，所述隔离罩63的两端固定在可控超声震动器61上，所述静压氮气喷板64固定在隔离罩63的内顶面上并位于料槽62的上方；
所述光学良率检测机构5包括第二超声震动器51、发光源52、光学玻璃板53、荧光板支架54和荧光接收板55，所述第二超声震动器51设于底板1上并贴靠可控超声震动器61远离料盘4的一端，所述第二超声震动器51具有容置槽，所述发光源52设于容置槽内，所述光学玻璃板53固定在容置槽上并位于发光源52的上方，所述荧光板支架54设于第二超声震动器51上，所述荧光接收板55设于荧光板支架54与光学玻璃板53相对的表面上。
本实施例中，直线滑移部件31为直线位移电机，带动超声磁性抓取头33在水平方向上产生直线位移，垂直位移部件32包括Z字形的连接板、电磁推杆和升降板，连接板的一端固定在直线位移电机的输出端上，电磁推杆固定在连接板的另一端上，电磁推杆的推杆穿过连接板后与升降板连接，悬臂34的一端固定在升降板上，电磁推杆的推杆带动升降板在竖直方向上下移动，升降板通过悬臂34带动超声磁性抓取头33在竖直方向产生位移；优选地，升降板设有两个导向柱，两个导向柱的自由端分别活动穿过连接板，如此使升降板移动更平稳。
本实施例的工作方式是：工作时，将批量的Micro LED平铺在料盘4上，然后直线位移电机带动垂直位移部件32和超声磁性抓取头33移动至料盘4的正上方，然后垂直位移部件32的电磁推杆工作，带动超声磁性抓取头33下探，同时每个线性磁电极335通电并产生磁场，在接近料盘4中的Micro LED时，超声磁性抓取头33的压电微动片331工作，使线性磁电极335缓缓接触料盘4上的Micro LED，防止Micro LED被压伤造成Micro LED放置后产生功能性不良，此时Micro LED被不规则吸附，随后超声磁性抓取头33的第一超声震动器332工作，带动每个微震动片334使线性磁电极335震动，使得线性磁电极335的吸附平面与MicroLED凹槽内的铁磁性沉积层接触并吸附，完成Micro LED的抓取，通过设置吸附平面，使得线性磁电极335的磁性只有在线性磁电极335的吸附平面与Micro LED的铁磁性沉积层接触才能抓取住Micro LED，这样就使得Micro LED只能被定向吸附，完成Micro LED的定向吸附抓取；
Micro LED被定向吸附抓取完成后，电磁推杆带动超声磁性抓取头33上升，同时直线位移电机带动超声磁性抓取头33朝向干燥震动机构6移动，且使超声磁性抓取头33伸入隔离罩63内，然后电磁推杆再次带动超声磁性抓取头33下探，然后超声磁性抓取头33的每个线性磁电极335断电，使被吸附住的Micro LED放置在料槽62的靠近料盘4的一端，此时静压氮气喷板64会喷出干燥氮气，对Micro LED进行干燥，且能够清洁Micro LED表面，与此同时，可控超声震动器61带动料槽62上的Micro LED进行上下震动，在干燥环境中，Micro LED与Micro LED之间的立面相互摩擦产生静电，使得Micro LED之间相互吸附，避免Micro LED之间的空隙部位产生降低产品排列良率，然后可控超声震动器61带动料槽62上的Micro LED进行水平震动，使排列在一起的Micro LED朝向光学良率检测机构5方向移动，并移动至光学良率检测机构5的光学玻璃板53上；
排列完成的Micro LED移动至光学玻璃板53上后，第二超声震动器51工作使Micro LED之间紧密排列在一起，然后发光源52发出光线照射到光学玻璃板53上，此时，如果光学玻璃板53的有效面积均被Micro LED覆盖，则发光源52发出的光线无法穿过光学玻璃板53，使光学玻璃板53上方的荧光接收板55不会发光；若Micro LED在某些区域缺失，或者排列不紧密，则光线透过光学玻璃板53照射到荧光接收板55上，激发荧光接收板55发光，并标识出缺失位置，肉眼即可直观观察缺陷数量、面积和位置；如此便能够检测出Micro LED阵列排列是否良好，确保产出的Micro LED阵列的排列良率。
本实施例通过滑移抓取机构3利用超声微震动原理与电磁线性吸附原理相结合实现Micro LED的定向吸附抓取，然后利用干燥震动机构6的静压氮气喷板64对Micro LED进行干燥处理，并在可控超声震动器61的工作下使Micro LED在竖直方向振动进行Micro LED之间静电吸附排列以及在水平方向振动进行Micro LED传送，然后利用光学良率检测机构5确保Micro LED阵列的排列良率，实现微米级微元件的高良率定向排列。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述线性磁电极335的横截面为正八边形，其外接圆直径为Micro LED两引脚间距的2/3；如此设置，能够便于线性磁电极335的吸附平面与Micro LED的铁磁性沉积层接触，完成Micro LED的定向吸附抓取；所述线性磁电极335的棱角处设有圆角，所述圆角的半径为线性磁电极335的外接圆直径的1/8；如此设置，便于保护Micro LED，同时利于Micro LED的定向吸附。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述料槽62的表面设有一层聚四氟乙烯涂层。如此设置，能够减少磨损和振动送料阻力。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述发光源52为紫外线光源。采用紫外线光源，波长短，不易发生衍射线形，提高定位精度。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述光学良率检测机构5还包括分光透镜56，所述分光透镜56设于发光源52与光学玻璃板53之间。通过分光透镜56使照射到光学玻璃板53上的光线的平行度更佳，检测更可靠。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，其特征在于，；包括底板（1）、通过四个支撑柱连接在底板（1）一端的顶板（2）、设于顶板（2）底面的滑移抓取机构（3）、设于底板（1）上且位于顶板（2）下方的料盘（4）、设于底板（1）另一端的光学良率检测机构（5）以及设于底板（1）上且位于料盘（4）与光学良率检测机构（5）之间的干燥震动机构（6）；；
其特征在于，所述滑移抓取机构（3）包括设于顶板（2）底面的直线滑移部件（31）、设于直线滑移部件（31）的输出端上的垂直位移部件（32）、设于垂直位移部件（32）的输出端上的超声磁性抓取头（33），所述直线滑移部件（31）用于带动超声磁性抓取头（33）沿水平方向移动，所述垂直位移部件（32）用于带动超声磁性抓取头（33）沿竖直方向移动，所述超声磁性抓取头（33）通过一悬臂（34）连接在垂直位移部件（32）上，所述悬臂（34）的一端连接在垂直位移部件（32）的输出端上，所述悬臂（34）的另一端连接在超声磁性抓取头（33）上；
所述超声磁性抓取头（33）包括压电微动片（331）、第一超声震动器（332）和座体（333），所述压电微动片（331）设于悬臂（34）上，所述第一超声震动器（332）设于压电微动片（331）上，所述座体（333）设于第一超声震动器（332）上，所述座体（333）的底面沿其长度方向间隔排列有多个微震动片（334），每个所述微震动片（334）的自由端均固定有与其长度相匹配的线性磁电极（335），所述线性磁电极（335）具有吸附平面；
所述干燥震动机构（6）包括可控超声震动器（61）、料槽（62）、U形的隔离罩（63）、静压氮气喷板（64），所述可控超声震动器（61）设于底板（1）上，所述料槽（62）设于可控超声震动器（61），所述隔离罩（63）的开口朝下，所述隔离罩（63）的两端固定在可控超声震动器（61）上，所述静压氮气喷板（64）固定在隔离罩（63）的内顶面上并位于料槽（62）的上方；
所述光学良率检测机构（5）包括第二超声震动器（51）、发光源（52）、光学玻璃板（53）、荧光板支架（54）和荧光接收板（55），所述第二超声震动器（51）设于底板（1）上并贴靠可控超声震动器（61）远离料盘（4）的一端，所述第二超声震动器（51）具有容置槽，所述发光源（52）设于容置槽内，所述光学玻璃板（53）固定在容置槽上并位于发光源（52）的上方，所述荧光板支架（54）设于第二超声震动器（51）上，所述荧光接收板（55）设于荧光板支架（54）与光学玻璃板（53）相对的表面上。
2.根据权利要求1所述的基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，其特征在于，所述线性磁电极（335）的横截面为正八边形，其外接圆直径为Micro LED两引脚间距的2/3；所述线性磁电极（335）的棱角处设有圆角，所述圆角的半径为线性磁电极（335）的外接圆直径的1/8。
3.根据权利要求1所述的基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，其特征在于，所述料槽（62）的表面设有一层聚四氟乙烯涂层。
4.根据权利要求1所述的基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，其特征在于，所述发光源（52）为紫外线光源。
5.根据权利要求1所述的基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，其特征在于，所述光学良率检测机构（5）还包括分光透镜（56），所述分光透镜（56）设于发光源（52）与光学玻璃板（53）之间。
6.根据权利要求1所述的基于超声振动式的Micro LED阵列机械手，其特征在于，所述光学良率检测机构（5）还包括分光透镜（56），所述分光透镜（56）设于发光源（52）与光学玻璃板（53）之间。
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