TW201505743A - 雷射加工裝置 - Google Patents

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Po-Chou Chen
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Abstract

一種用於製作導光板的雷射加工裝置，包括雷射發生裝置、第一棱鏡、光功率偵測裝置及處理模組。雷射發生裝置用於產生雷射光束。第一棱鏡包括第一入射出射面、第一反射面和第二反射面，第一反射面或第二反射面的外側面設置有亞波長光柵，亞波長光柵用於使雷射光束發生繞射以產生繞射光束。光功率偵測裝置用於檢測繞射光束的光功率值並發送出去。處理模組分別與雷射發生裝置和光功率偵測裝置電連接，用於接收光功率偵測裝置檢測的光功率值並根據該光功率值計算出需補強的光功率值，並發送增強雷射能量的指令至雷射發生裝置。

Description

雷射加工裝置
本發明涉及一種雷射加工裝置，尤其涉及一種用於製作導光板網點的雷射加工裝置。
導光板是背光模組中的關鍵零件之一，為了滿足導光板出光均勻性的市場需求，導光板的底面通常會設置多個網點，該多個網點用來破壞光束在導光板內部傳輸的全反射條件，且使光束散射以提高導光板出射光的均勻性，從而提升背光模組的整體性能。
目前，導光板網點的製作方法主要有印刷法。印刷法是由人工將網點印刷至硬質透明壓克力板上，不僅人力成本耗費大，印刷品質不易控制，例如油墨過多或過少造成印刷不均勻，人為觸碰而破壞油墨圖案等，而且油墨吸收光線，降低發光效率。為了解決上述問題，設計人員開始採用雷射法來加工導光板上的網點，雷射法是利用雷射光源發出的雷射光束經過一定光路後到達雷射頭，再由雷射頭射出以在基板上直接擊打出網點以形成導光板。如此便可克服印刷法製造網點所存在的弊端。
然而，使用雷射法加工網點時，雷射器所產生的雷射光束的能量是不穩定的。雷射器在該導光板基材上方相對於該導光板基材不斷移動並發出雷射光束以在該導光板基材上方加工出網點，因此，在不同位置時雷射光束擊打在導光板基材上的能量可能會不同，這就導致在導光板基材不同位置加工出的網點的大小及深淺不一致。
本發明的目的在於提供一種導光板網點分佈均勻的雷射加工裝置。
一種用於製作導光板的雷射加工裝置，包括雷射發生裝置、第一棱鏡、光功率偵測裝置及處理模組。所述雷射發生裝置用於產生雷射光束。所述第一棱鏡的橫截面形狀為等腰直角三角形，且所述第一棱鏡橫截面的斜邊對應的面為第一入射出射面、兩個直角邊所對應的內側面分別為第一反射面和第二反射面，所述第一棱鏡具有一設置於所述第一反射面或第二反射面的外側面的亞波長光柵結構，所述雷射光束自所述第一入射出射面垂直入射至所述第一棱鏡，並經所述第一反射面和第二反射面反射後，自所述第一入射出射面垂直出射，所述亞波長光柵用於使部分所述雷射光束發生繞射以產生繞射光束。所述光功率偵測裝置用於即時擷取自所述亞波長光柵出射的繞射光束並檢測所述繞射光束的光功率值，並將檢測所得的光功率值發送出去。所述處理模組分別與所述雷射發生裝置和光功率偵測裝置電連接，所述處理模組用於接收所述光功率偵測裝置檢測到的光功率值並根據所偵測的光功率值計算得出需補強的光功率值，並發送增強雷射能量的指令至所述雷射發生裝置。
與先前技術相比，所述雷射加工裝置利用光功率偵測裝置偵測到雷射能量的損耗比例，通過處理模組測算出所需補充的雷射光束的功率值，並將該功率值回饋至雷射發生裝置，通過雷射發生裝置補強雷射光束的功率，以此保證發射的雷射光束功率穩定，確保所加工的導光板基材上的網點深淺一致。
100‧‧‧雷射加工裝置
10、50‧‧‧雷射發射裝置
101‧‧‧雷射發生裝置
1010‧‧‧雷射光束
102‧‧‧棱鏡
102a‧‧‧第一棱鏡
1020a‧‧‧第一入射出射面
1021a‧‧‧第一反射面
1022a‧‧‧第二反射面
102b‧‧‧第二棱鏡
1020b‧‧‧第二入射出射面
1021b‧‧‧第三反射面
1022b‧‧‧第四反射面
103‧‧‧光功率偵測裝置
104‧‧‧處理模組
1041‧‧‧處理晶片
105‧‧‧亞波長光柵
1051‧‧‧繞射光束
1052‧‧‧加工光束
106‧‧‧出射口
107‧‧‧收容殼體
20‧‧‧承載台
21‧‧‧承載面
30‧‧‧驅動裝置
40‧‧‧導光板基材
401‧‧‧網點
400‧‧‧導光板
圖1係本發明實施例具有雷射發射裝置的雷射加工裝置的結構示意圖。
圖2係圖1中雷射發射裝置的結構示意圖。
圖3係圖1中另一雷射發生裝置的結構示意圖。
圖4係圖2和圖3的雷射發生裝置中的第一棱鏡的結構示意圖。
圖5係圖2中第二棱鏡的結構示意圖。
圖6係由圖1的雷射加工裝置加工形成的導光板的俯視圖。
請參閱圖1至圖6，本實施例提供一種用於製作導光板400的雷射加工裝置100，其包括雷射發射裝置10、承載台20及驅動裝置30。
所述雷射發射裝置10包括收容殼體107及收容於收容殼體107內的雷射發生裝置101、第一棱鏡102a、第二棱鏡102b、光功率偵測裝置103及處理模組104，所述處理模組104分別與所述雷射發生裝置101和光功率偵測裝置103電連接。所述雷射發射裝置10具有一用於出射雷射光束1010的出射口106。
所述雷射發生裝置101用於產生雷射光束1010並將所述雷射光束1010發射至第一棱鏡102a。
所述第一棱鏡102a和第二棱鏡102b的橫截面形狀均為等腰直角三角形。所述第一棱鏡102a的橫截面的斜邊對應的面為第一入射出射面1020a，所述第一棱鏡102a的橫截面的直角邊所對應的內側面分別為第一反射面1021a和第二反射面1022a，所述第一棱鏡102a對應於所述第二反射面1022a的外側表面設置一亞波長光柵105結構。本實施例中，通過調節所述亞波長光柵105的材料、溝槽深度和週期等結構參數可以調節光柵的折射率。本實施例中，所述雷射光束1010自雷射發生裝置101中發出後，自第一棱鏡102a的第一入射出射面1020a垂直入射至所述第一反射面1021a，經由所述第一反射面1021a反射至所述第二反射面1022a，並進一步經由第二反射面1022a反射回所述第一入射出射面1020a，最後從所述第一入射出射面1020a垂直出射。本實施例中，所述雷射光束1010在所述第一棱鏡102a內的全反射臨界角小於45度，當所述雷射光束1010入射至所述第一反射面1021a時，入射角為45度即大於所述雷射光束1010在所述第一棱鏡102a內的全反射臨界角，因此發生全反射；所述雷射光束1010入射至第二反射面1022a時，入射角也為45度，由於所述雷射光束1010同時入射至所述亞波長光柵105，所述亞波長光柵105使部分所述雷射光束1010發生繞射並自第二反射面1022a出射，形成繞射光束1051，另一部分雷射光束1010被第二反射面1022a反射至所述第一入射出射面1020a並垂直出射。
可以理解的是，所述亞波長光柵亦可以設置於所述第一棱鏡102a的第一反射面1021a的外側表面。
所述第二棱鏡102b不具有亞波長光柵結構，所述第二棱鏡102b的橫截面斜邊對應的面為第二入射出射面1020b，兩個直角邊所對應的內側面分別為第三反射面1021b和第四反射面1022b，所述第二棱鏡102b的第二入射出射面1020b與出射口106相對應。本實施例中，所述第二棱鏡102b用於調整雷射光束1010的傳導方向，以使最終形成的加工光束1052自該出射口106出射。所述雷射光束1010自所述雷射發生裝置101出射，射入第一棱鏡102a，自所述第一入射出射面1020a出射並垂直入射至第二入射出射面1020b，並依次經由所述第三反射面1021b和第四反射面1022b發生全反射後，自第二入射出射面1020b垂直出射，繼而自所述雷射發射裝置10的出射口106射出。
可以理解，請參閱圖3，為另一實施方式的雷射發射裝置50，所述雷射發射裝置50相對於雷射發射裝置10省略了所述第二棱鏡102b，此時所述第一棱鏡102a的第一入射出射面1020a與所述出射口106相對應，所述雷射光束1010從第一棱鏡102a的第一入射出射面1020a射出後直接從出射口106射出，形成加工光束1052。
所述光功率偵測裝置103用於即時擷取所述繞射光束1051並檢測所述繞射光束1051的光功率值，並將檢測所得的光功率值發送至處理模組104。所述光功率偵測裝置103每間隔一預定時間進行一次檢測，以得到所述繞射光束1051的即時光功率值，該預定時間範圍可以為0.1秒至1秒。
所述處理模組104用於接收所述光功率偵測裝置103發出的所述繞射光束1051的即時的光功率值，並將所述即時的光功率值與預設的標準值進行比較，確定所述雷射發射裝置10所產生的加工光束1052的光功率是否需要增強以及計算需要增強的功率值，當功率需要增強時產生相應的功率增強指令至所述雷射發生裝置101，使雷射發生裝置101增強相應的功率值，從而使所述雷射發射裝置10所產生的加工光束1052的光功率保持穩定。需要說明的是，所述繞射光束1051與加工光束1052的光功率大小具有一預定比值，因此可根據該預定比值計算得出所述加工光束1052需要增強的光功率值，該預設的標準值也是根據該預定比值的關係計算得出。
所述驅動裝置30用於驅動雷射發射裝置10對導光板基材40進行加工，以在導光板基材40的表面形成網點。所述驅動裝置30可以驅動雷射發射裝置10在水準和垂直方向上移動。所述驅動裝置30在水準方向上移動是為了控制雷射發射裝置10根據網點分佈進行蝕刻；在垂直方向上移動是為了調整所述雷射發射裝置10的高度以適應不同導光板的厚度。
所述承載台20包括一承載面21，所述承載面21用於承載並固定待加工的導光板基材40，所述雷射發射裝置10與所述承載面21相對設置，且所述雷射發射裝置10出射的加工光束1052的傳播方向與所述承載面21相垂直。
本實施例中，所述繞射光束1051和加工光束1052的光功率比值由所述亞波長光柵105的結構決定。所述雷射光束1010在亞波長光柵105發生光的繞射，並符合繞射公式：mλ=Λ(n2sinθdif -n1sinθinc)（1），
運算式（1）中m為繞射級數；Λ為光柵週期；n1為入射光所在介質即所述第一棱鏡102a的折射率；θinc為入射角度；n2為繞射光所在介質即空氣的折射率；θdif為繞射角度。根據運算式（1）可以推導出運算式：Λ= mλ/(n2sinθdif -n1sinθinc)（2），
在本實施例中，設定各參數如下：繞射級數m為-1；雷射光束1010的入射角度θinc=45°；繞射光束1051水準射出，故繞射角度θdif=45°；射出第一棱鏡102a後，所述繞射光束1051所在介質即空氣的折射率n2=1；入射光所在介質即第一棱鏡102a的折射率n1由選定的棱鏡材料決定，視為定值；波長λ則由所發射的雷射光束1010決定；將以上參數代入運算式（2）得到運算式：Λ= -λ/(sin45°-n1sin45°)（3），
本實施例中，設定具有運算式（3）中所描述的光柵週期的亞波長光柵105使得雷射光束1010發生繞射，5%比例的雷射光束1010發生繞射穿透棱鏡成為繞射光束1051，95%比例的雷射光束1010發生全反射成為加工光束1052，即從雷射發生裝置101產生功率為200W的雷射光束1010，通過棱鏡結構產生功率為0.05W的繞射光束1051和功率為190W的加工光束。功率為10W的繞射光束1051被偵測到，功率為190W的加工光束1052用於加工導光板400。由於自雷射發射裝置10的出射口106發射的雷射能量會不斷發生衰減，例如當雷射發生裝置101產生的雷射光束1010的能量衰減為190W時，光功率偵測裝置103可以將接收到的繞射光束1051轉換成電流訊號，並偵測到繞射光束1051的光功率值為0.95*10 W =9.5W，將此一電訊號發送至處理模組104，所述處理模組104計算得到需要補強的光功率值，並產生功率增強指令至雷射發生裝置101，使雷射發生裝置101的功率增強至1W。
請參閱圖1及圖6，本實施例提供一種導光板400的製作方法，包括步驟：
第一步，提供一導光板基材40；
第二步，提供一承載台20，將所述導光板基材40放置於所述承載台20上；及
第三步，提供一驅動裝置30及一雷射發射裝置10，所述雷射發射裝置10包括雷射發生裝置101、棱鏡102、光功率偵測裝置103及處理模組104，利用驅動裝置30驅動所述雷射發射裝置10在水準方向上移動，並通過移動雷射發射裝置10發出加工光束1052在該導光板基材40上製作網點401，從而形成導光板400。
與先前技術相比，本實施例利用光功率偵測裝置103偵測到雷射能量的衰減比例，通過處理模組104測算出所需補充的雷射光束1010的功率值並發出指令使雷射發生裝置101增強至預定功率，以此保證發射的加工光束1052的功率穩定，確保所加工的導光板基材40的網點401深淺一致。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
無
50‧‧‧雷射發射裝置
101‧‧‧雷射發生裝置
1010‧‧‧雷射光束
102a‧‧‧第一棱鏡
103‧‧‧光功率偵測裝置
104‧‧‧處理模組
105‧‧‧亞波長光柵
1051‧‧‧繞射光束
1052‧‧‧加工光束
106‧‧‧出射口
107‧‧‧收容殼體

Claims (6)

  1. 一種用於製作導光板的雷射加工裝置，包括：
    雷射發生裝置，用於產生雷射光束；
    第一棱鏡，所述第一棱鏡的橫截面形狀為等腰直角三角形，所述第一棱鏡橫截面的斜邊對應的面為第一入射出射面、兩個直角邊所對應的內側面分別為第一反射面和第二反射面，所述第一棱鏡具有一設置於所述第一反射面或第二反射面的外側面的亞波長光柵結構，所述雷射光束自所述第一入射出射面垂直入射至所述第一棱鏡，並經所述第一反射面和第二反射面反射後，自所述第一入射出射面垂直出射，所述亞波長光柵用於使部分所述雷射光束發生繞射以產生繞射光束；
    光功率偵測裝置，所述光功率偵測裝置用於即時擷取自所述亞波長光柵出射的繞射光束並檢測所述繞射光束的光功率值，並將檢測所得的光功率值發送出去；及
    處理模組，所述處理模組分別與所述雷射發生裝置和光功率偵測裝置電連接，所述處理模組用於接收所述光功率偵測裝置檢測到的光功率值並根據所偵測的光功率值計算得出需補強的光功率值，並發送增強雷射能量的指令至所述雷射發生裝置。
  2. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中，所述雷射加工裝置還包括一收容殼體，用以收容所述雷射發生裝置、第一棱鏡、光功率偵測裝置及處理模組，且所述雷射發生裝置、第一棱鏡、光功率偵測裝置、處理模組及收容殼體構成雷射發射裝置，所述收容殼體具有一出射口，自所述第一入射出射面出射的雷射光束自所述出射口射出。
  3. 如請求項2所述的雷射加工裝置，其中，所述雷射加工裝置還包括驅動裝置和承載台，所述驅動裝置用以驅動所述雷射發射裝置對導光板基材進行加工，以在導光板基材的表面形成網點，所述承載台用於承載及固定導光板基材。
  4. 如請求項3所述的雷射加工裝置，其中，所述驅動裝置用以驅動所述雷射發射裝置在水準和垂直方向上運動。
  5. 如請求項3所述的雷射加工裝置，其中，所述承載台包括一承載面，所述雷射發射裝置與所述承載面相對設置。
  6. 如請求項2所述的雷射加工裝置，其中，所述雷射發射裝置進一步包括第二棱鏡，所述第二棱鏡的橫截面形狀為等腰直角三角形，所述第二棱鏡橫截面的斜邊對應的面為第二入射出射面、直角邊所對應的內側面分別為第三反射面和第四反射面，自所述第一入射出射面出射的雷射光束自所述光束自所述第二入射出射面垂直射入，並依次經第三反射面和第四反射面反射後自所述第二入射出射面垂直射出，最後自所述出射口出射。
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