TW201910875A - 貼合設備及其貼合方法 - Google Patents

Abstract

一種貼合設備，用於將第一工件與第二工件貼合，該第一工件上設置有第一標記，該第二工件上對應該第一標記設置有第二標記，該貼合設備包括：上貼合模組，用於固定該第一工件，該上貼合模組上設有視窗區，該視窗區內嵌設有雙面鍍膜的石英玻璃以減少光線穿過時的折射角度；具有高景深鏡頭的影像獲取模組，用於透過該視窗區同時提取該第一標記和第二標記的影像資訊；下貼合模組，用於固定該第二工件，該下貼合模組與該上貼合模組可構成一真空腔，該第二工件與第一工件在該真空腔中進行對位與貼合。本發明還提供該貼合設備的貼合方法。

Description

貼合設備及其貼合方法

本發明涉及貼合技術領域，尤其涉及一種貼合設備及其貼合方法。

貼合設備廣泛應用於顯示技術領域，如觸摸面板與液晶顯示面板的貼合，液晶顯示面板中上下基板的貼合等。貼合工藝一般包括對位和貼合兩道工序，其中對位是貼合中的一道關鍵程式，待貼合的第一工件和第二工件對位的精准度能極大改善產品的品質和使用者的體驗。對於3D曲面貼合來說，容易在貼合介面存在氣泡產生貼合不良，故若整個貼合過程在真空環境下進行可改善此問題，然，在真空環境下作業對於對位用的鏡頭是一個極大的挑戰，因為鏡頭在真空環境下由於負壓的作用容易發生爆炸。故，現有的貼合設備的對位程式通常被分離在真空貼合腔體外進行，將第一工件與第二工件分別與標準物進行預對位後再將二者進行對位，然後將該對位好的第一工件與第二工件移入貼合設備的真空貼合腔體內進行貼合。這種貼合設備與貼合方法的對位流程複雜，由於對位後還需要移入真空貼合腔體內進行貼合，貼合精度有限，不能滿足貼合誤差低於10μm的需求，而且由於每個工件是分別與標準物對位，每個工件需要2個鏡頭才能完成好對位，設備成本較高。

有鑑於此，有必要提供一種貼合設備及其貼合方法，該貼合設備具有較高的貼合精度，對位流程簡單，成本較低。

一種貼合設備，用於將第一工件與第二工件貼合，該第一工件上設置有第一標記，該第二工件上對應該第一標記設置有第二標記，該貼合設備包括：

上貼合模組，用於固定該第一工件，該上貼合模組上設有視窗區，該視窗區內嵌設有雙面鍍膜的石英玻璃以使光線穿過該雙面鍍膜的石英玻璃時的折射角度小於光線穿過石英玻璃本身時的折射角；

影像獲取模組，該影像獲取模組具有高景深鏡頭，該高景深鏡頭用於透過該視窗區同時提取該第一標記和第二標記的影像資訊；

下貼合模組，用於固定該第二工件，該下貼合模組與該上貼合模組在進行貼合時構成一真空腔，該第二工件與第一工件在該真空腔中進行對位與貼合。

一種使用上述貼合設備的貼合第一工件和第二工件的方法，該貼合設備還包括控制模組，該貼合方法包括如下步驟：

將該第一工件與第二工件置於該真空腔內；

該影像獲取模組獲取該第一工件與第二工件的影像資訊並將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊，然後輸出該位置資訊至該控制模組；

該控制模組內部根據該位置資訊計算並確認該第二標記與該第一標記在該第二標記所在平面的投影之夾角；

該控制模組判斷該夾角是否超出預設範圍，如果該夾角超出預設範圍，該校正平臺調整該第二工件的位置，直至該夾角符合預設範圍，如果該夾角符合預設範圍，該影像獲取模組獲取該第一工件與第二工件的影像資訊並將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊，然後輸出該位置資訊至該控制模組；

該控制模組根據該位置資訊、計算並確認該第二標記與該第一標記在該第二標記所在平面的投影之間的距離；

該控制模組判斷該距離是否超出預設範圍，如果該距離超出預設範圍，該校正平臺調整該第二工件的位置，直至該距離符合預設範圍，如果該距離符合預設範圍，該控制模組發出結束指令，該第一工件與第二工件對位完成。

相較於習知技術，本發明的貼合設備中，第一工件與第二工件的對位工序與貼合工序均在真空腔中完成，不僅節約工藝流程，而且有效提高了貼合設備的對位精准性。本發明的貼合設備的貼合誤差小於10μm。

請一併參閱圖1和圖2，圖1為本發明較佳實施例的貼合設備100的立體組裝示意圖，圖2為該貼合設備100的簡要側面示意圖。該貼合設備100包括裝配在一起的上貼合模組10、影像獲取模組20、控制模組（圖未示）、下貼合模組40。該貼合設備100用於將第一工件110與第二工件120貼合，該第一工件110與第二工件120可分別為液晶顯示面板中的彩色濾光基板與薄膜電晶體陣列基板；該第一工件110與第二工件120還可分別為觸控顯示裝置中的顯示面板與觸摸面板。

具體地，請參閱圖3，圖3為該上貼合模組10的示意圖。該上貼合模組10包括一對升降軸11及安裝於該對升降軸11上的上腔體14，為了能盡可能地示出上腔體14的內部結構，圖3中上腔體14的一側壁被拆除。該上腔體14上連接有上載台12，該上載台12用於承載該第一工件110。具體地，第一工件110固定在上載台12的下方，即朝向下貼合模組40一側。該上貼合模組10控制該上腔體14及該上載台12沿升降軸11在Z軸方向移動。該上腔體14的頂壁上設有透明的視窗區13，該視窗區13正對該上載台12設置。該上載台12對應該視窗區13開設有通孔123，透過該視窗區13及該通孔123可觀察到固定在上載台12下方的第一工件110。在本實施例中，該視窗區13的數目為兩個，左右對稱設置於上腔體14的頂壁上，通孔123的數目也為兩個。

該視窗區13內嵌設有石英玻璃，其硬度足以承受貼合時真空腔體內外的氣壓差而防止發生爆裂。該石英玻璃的正反兩表面面均鍍覆有光學膜，該光學膜用於減小光線穿過該石英玻璃時的折射角度並增加灰階的辨識度，以緩解光線穿過時因折射而引起影像的位置及清晰度偏差的狀況。請參閱圖9，圖9為在其它條件相同的情況下，將透過10mm厚的該雙面鍍膜石英玻璃、相同厚度但具有不同表面膜層的石英玻璃以及無石英玻璃的不同條件下對特定圖案進行灰階測試得到的結果，可知，透過該雙面鍍膜石英玻璃獲得的圖像的灰階值(162)僅次於無石英玻璃獲得的圖像的灰階值(160)，且高於無鍍膜的石英玻璃、透過無鍍膜但一表面塗覆有光學透明膠（OCA膠）石英玻璃以及透過無鍍膜但雙面塗覆有OCA膠的石英玻璃獲得圖像的灰階值(分別為145、129和126)。該雙面鍍膜石英玻璃由於經過雙面鍍膜處理，使得所觀察的標記圖像的灰階值接近無石英玻璃時標記圖像的灰階值，提高了標記圖像的辨識度從而更有利於貼合精度的提高。

該上貼合模組10還包括恒壓處理模組（圖未示），以對該第一工件110施加壓力使其與該第二工件120進行貼合。

請參閱圖4，圖4為該影像獲取模組20的示意圖。影像獲取模組20組裝於上腔體14的外部。該影像獲取模組20包括一伺服元件21和連接於該伺服元件21的高景深鏡頭22。該高景深鏡頭22能同時獲取距離不同的前後兩個目標物的清晰影像資訊並將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊，然後輸出該位置資訊至與該影像獲取模組20連接的控制模組。該伺服元件21控制該高景深鏡頭22在三維方向移動以實現自動對焦功能。請一併參閱圖2，本實施例中，該高景深鏡頭22採用CCD（Charge Coupled Device，電耦合器件）光學鏡頭，該CCD光學鏡頭的數目為兩個以獲得每一待貼合工件上的兩個部位的圖像，便於對待貼合工件進行精准對位，所述兩個CCD鏡頭分別對應所述兩個視窗區13設置。

該伺服元件21包括一個X軸移動滑台211、兩個Y軸移動滑台212、兩個Z軸焦距伺服滑台213。X軸移動滑台211連接在上腔體14上。兩個Y軸移動滑台212的一端分別可滑動地連接在X軸移動滑台211上，可沿著X軸移動滑台211在X軸方向滑動。兩個Z軸焦距伺服滑台213分別可滑動地連接在兩個Y軸移動滑台212上，可沿著對應的Y軸移動滑台212在Y軸方向滑動。每一Z軸焦距伺服滑台213連接一個CCD鏡頭，每個CCD鏡頭可沿著對應的Z軸焦距伺服滑台213在Z軸方向滑動，以使該CCD鏡頭實現自動對焦。在本實施例中，該控制模組處理該位置資訊並輸出相應的對位指令控制該下貼合模組40的動作。

請一併參閱圖2和圖5，圖5為該下貼合模組40的示意圖。該下貼合模組40包括下腔體43，為了便於觀察，圖5中省略了該下腔體43。該下貼合模組40還包括互相連接的校正平臺41及下載台42，其中，該下載台42安裝於該下腔體43內，該校正平臺41位於該下腔體43下方，並藉由若干真空螺紋管44與該下腔體43內的下載台42連接。該下載台42用於放置該第二工件120並與該上載台12正對設置，該校正平臺41在該控制模組的對位指令控制下發生動作，從而移動該下載台42以對該下載台42的位置進行三維調節，進而實現對該下載台42上的第二工件120的位置三維調節。在本實施例中，該校正平臺41為XXY校正平臺，包括光學尺45，該光學尺45對該下載台42的移動進行即時監控和回饋，以確保該下載台42的每個移動都精確到位。

在本實施例中，該第一工件110與第二工件120上均設有兩個對位標記。具體地，該第一工件110上設有兩個第一標記111，所述兩個第一標記111位於該第一工件的對角位置。該第二工件120上對應每一第一標記111的位置上設有一第二標記121。請參閱圖6，圖6為本實施例的第一標記111和第二標記121的示意圖。每一第一標記111與每一第二標記121均包括兩個L型圖案，所述兩個L型圖案分別分佈於矩形的兩個對角上。每個L型圖案包括互相垂直的一橫邊和一縱邊。每一第一標記111具有第一標準線112，該第一標準線112為十字交叉的兩條線，其十字交點位於該第一標記111的中心O1，且所述兩條線中的一條與所述兩個L型圖案的橫邊平行，另一條與所述兩個L型圖案的縱邊平行。同樣地，每一第二標記121具有第二標準線122，該第二標準線122為十字交叉的兩條線，其十字交點位於該第二標記122的中心O2，且所述兩條線中的一條與所述兩個L型圖案的橫邊平行，另一條與所述兩個L型圖案的縱邊平行。第一標記111與第二標記122使用同一塊光刻板分別刻蝕該第一工件110和該第二工件120製成，從而避免二者設置位置的偏移。第一工件110和第二工件120對位時，第一工件110上的兩個第一標記112與第二工件120上的兩個第二標記122一對一進行對位。

該貼合設備100進行對位貼合時，該下腔體43與該上腔體14閉合成一真空腔，該第一工件110與第二工件120的對位與貼合在該真空腔中進行。該貼合設備100工作時，首先，該第一工件110放置於該上載台12上，該第二工件120放置於該下載台42上，該第一工件110與第二工件120藉由本領域習知的方式分別固定在上載台12及該下載台42，如真空吸附的方式，且該第一工件110與第二工件120上下相對放置。然後，該上貼合模組10藉由該升降軸11使得該上腔體14沿該升降軸11在Z軸方向向該下腔體43移動靠近並與該下腔體43閉合成一真空腔；同時，該上載台12也沿該升降軸11在Z軸方向向該下載台42移動靠近，此時，該影像獲取模組20的兩個高景深鏡頭22藉由所述兩個視窗區13分別觀察其中一個第一標記111以及與該第一標記111對應的第二標記121，並在該伺服元件21的控制下自動對焦同時獲取二者的影像資訊。在本實施例中，所述兩個視窗區13均採用雙面鍍膜的石英玻璃以緩解光線折射而引起影像偏差的狀況，具體地，第一標記111與第二標記121反射的光線透過對應的視窗區13時的折射角均小於等於5度。該影像獲取模組20將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊輸出至該貼合設備100的控制模組，該控制模組接收該位置資訊後進行處理並輸出相應的對位指令控制該下貼合模組40的動作。

具體地，請參閱圖7，圖7為控制模組內的對位指令運行流程圖。首先，該控制模組發出拍照及影像處理指示S1，該影像獲取模組20在該指令S1的控制下獲取該第一工件110與第二工件120的清晰影像資訊並將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊，然後輸出該位置資訊至該控制模組。接著，該控制模組發出計算並確認夾角θ指令S2，在該指令S2控制下，該控制模組內部根據該位置資訊計算並確認該第二標記121與該第一標記111在該第二標記121所在平面的投影之夾角θ。在本實施例中，該夾角θ也就是該第一標準線112與該第二標準線122在該第一標準線112所在平面之夾角。如果該夾角θ超出預設範圍，即該第二標記121與該第一標記111在該第二標記121所在平面的投影不平行，該控制模組會發出夾角θ修正指令S3，此時該校正平臺41會調整該第二工件120的位置，直至該夾角θ符合預設範圍，理想情況下，該夾角θ為0，該第二標記121與該第一標記111在該第二標記121所在平面的投影互相平行；如果該夾角θ符合預設範圍，該控制模組會發出拍照及影像處理指示S4，該影像獲取模組20在該指令S4的控制下獲取該第一工件110與第二工件120的清晰影像資訊並將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊，然後輸出該位置資訊至該控制模組。接著，該控制模組發出計算並確認距離L指令S5，在該指令S5控制下，該控制模組內部根據該位置資訊、計算並確認該第二標記121與該第一標記111在該第二標記121所在平面的投影113之間的距離L。在本實施例中，該距離L包括該第二標記121的兩個L型圖案的橫邊及縱邊和與之對應的該投影113的兩個L型圖案的橫邊及縱邊的距離。在其它實施例中，該距離L也可為該第二標記121的中心O2與該第一標記111的中心O1在該第二標記121所在平面的投影之間的距離。如果該距離L超出預設範圍，該控制模組會發出距離L修正指令S6，此時該校正平臺41會在平面內調整該第二工件120的位置，直至該距離L符合預設範圍，理想情況下，該L為0；如果該距離L符合預設範圍，該控制模組發出結束指令S7，該第一工件與第二工件對位完成。

請參閱圖8，圖8為其中一個第一標記與對應的第二標記完成對位時的示意圖。該第二標記121與該第一標記111該第二標記121所在平面的投影113之間的距離L滿足該控制模組的預設範圍，表示該第一工件110與第二工件120的對位完成。具體地，該第二標記121的兩個L型圖案的橫邊及縱邊和與之對應的該投影113的兩個L型圖案的橫邊及縱邊的距離L1、L2、L3、L4均滿足控制模組的預設範圍。在本實施例中，該L1、L2、L3、L4均小於5μm。

對位工作完成後，藉由該上貼合模組10上的恒壓出力模組對該第一工件110施加壓力使其與該第二工件120進行貼合。該恒壓出力模組可根據該第一工件110的厚度而調整標準壓力，當該第一工件110的厚度高於標準值時，該恒壓出力模組降低該標準壓力以防止該第一工件110因壓力過大而碎裂；當該第一工件110的厚度低於標準值時，該恒壓出力模組增大該標準壓力以防止壓力過小而貼合不緊密。

上述貼合設備100可實現對位及貼合均在真空腔體中進行，可確保貼合精度，而且在真空腔體中僅需要兩個高景深鏡頭22即可滿足對位需求，成本較低。另外，對位及貼合時高景深鏡頭22位於真空牆體之外，可避免高景深鏡頭22在真空腔體內作業時發生爆裂。同時，高景深鏡頭22透過雙面鍍膜的石英玻璃取像，該石英玻璃的正反兩表面面均鍍覆有光學膜，該光學膜用於減小光線穿過該石英玻璃時的折射角度並增加灰階的辨識度，故可緩解光線穿過時因折射而引起影像的位置及清晰度偏差的狀況。

以上已描述本發明的優選實施例，但本領域技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更與修改。倘若這些變更與修改屬於本發明請求項極其等同技術範圍，則本發明也意圖包含這些變更與修改。

100‧‧‧貼合設備

10‧‧‧上貼合模組

11‧‧‧升降軸

12‧‧‧上載台

123‧‧‧通孔

13‧‧‧視窗區

14‧‧‧上腔體

40‧‧‧下貼合模組

45‧‧‧光學尺

44‧‧‧真空螺紋管

43‧‧‧下腔體

41‧‧‧校正平臺

42‧‧‧下載台

20‧‧‧影像獲取模組

21‧‧‧伺服元件

211‧‧‧X軸移動滑台

212‧‧‧Y軸移動滑台

213‧‧‧Z軸焦距伺服滑台

22‧‧‧高景深鏡頭

110‧‧‧第一工件

120‧‧‧第二工件

111‧‧‧第一標記

113‧‧‧投影

121‧‧‧第二標記

112‧‧‧第一標準線

122‧‧‧第二標準線

圖1為本發明一較佳實施例的貼合設備的立體組裝示意圖。

圖2為圖1中貼合設備的簡要側面示意圖。

圖3為本發明一較佳實施例的貼合設備的上貼合模組的示意圖。

圖4為本發明一較佳實施例的貼合設備的影像獲取模組的示意圖。

圖5為本發明一較佳實施例的貼合設備的下貼合模組的示意圖。

圖6為使用本發明的貼合設備進行貼合的工件上的第一標記和第二標記的示意圖。

圖7為本發明較佳實施例的貼合設備的控制模組內的對位程式運行流程圖。

圖8為使用本發明的貼合設備進行貼合的工件上的第一標記和第二標記實現對位的示意圖。

圖9為透過不同石英玻璃以及無石英玻璃對特定圖案進行灰階測試得到的結果。

Claims (13)

1. 一種貼合設備，用於將第一工件與第二工件貼合，該第一工件上設置有第一標記，該第二工件上對應該第一標記設置有第二標記，其改良在於，該貼合設備包括： 上貼合模組，用於固定該第一工件，該上貼合模組上設有視窗區，該視窗區內嵌設有雙面鍍膜的石英玻璃以使光線穿過該雙面鍍膜的石英玻璃時的折射角度小於光線穿過石英玻璃本身時的折射角； 影像獲取模組，該影像獲取模組具有高景深鏡頭，該高景深鏡頭用於透過該視窗區同時提取該第一標記和第二標記的影像資訊； 下貼合模組，用於固定該第二工件，該下貼合模組與該上貼合模組在進行貼合時構成一真空腔，該第二工件與第一工件在該真空腔中進行對位與貼合。
2. 如請求項1所述之貼合設備，其中：該下貼合模組連接一校正平臺，該校正平臺根據該影像資訊對該第二工件的位置進行三維調節以使第二工件與第一工件完成對位。
3. 如請求項2所述之貼合設備，其中：該校正平臺為XXY校正平臺，包括光學尺，該光學尺對該下貼合模組的移動進行即時監控和回饋。
4. 如請求項1所述之貼合設備，其中：該貼合設備還包括一與該高景深鏡頭連接的伺服元件，該伺服元件包括X軸移動滑台、Y軸移動滑台和Z軸焦距伺服滑台，該伺服元件控制該高景深鏡頭自動對焦，該Y軸移動滑台可滑動地連接在該X軸移動滑台，該Z軸焦距伺服滑台可滑動地連接在該Y軸移動滑臺上。
5. 如請求項1所述之貼合設備，其中：該高景深鏡頭包括兩個CCD光學鏡頭，該第一工件上具有兩個第一標記，該第二工件上具有兩個第二標記與所述第一標記一一對應；每一CCD光學鏡頭用於觀察一個第一標記和與該第一標記對應的第二標記，並將該第一標記和第二標記的影像資訊轉化為數位信號的位置資訊。
6. 如請求項5所述之貼合設備，其中：該貼合設備還包括一控制模組，該控制模組接收該位置資訊並輸出對位指令控制該下貼合模組的動作。
7. 如請求項6所述之貼合設備，其中：該控制模組控制該下貼合模組調整該第二標記與該第一標記在該第二標記所在平面的投影之間的距離。
8. 如請求項1所述之貼合設備，其中：該第一標記與第二標記反射的光線透過與該視窗區時的折射角均小於5度。
9. 如請求項1所述之貼合設備，其中：該第一標記和第二標記圖案相同，為使用同一塊光刻板分別對該第一工件和第二工件進行光刻制得。
10. 如請求項9所述之貼合設備，其中：該第一標記和第二標記均包括兩個L型圖案，所述兩個L型圖案分別分佈於矩形的兩個對角。
11. 如請求項1所述之貼合設備，其中：該上貼合模組包括一恒壓出力模組，該恒壓出力模組根據該第一工件的厚度來調節貼合時其施加給該第一工件的標準壓力。
12. 如請求項11所述之貼合設備，其中：當該第一工件的厚度高於標準值時，該恒壓出力模組降低該標準壓力；當該第一工件的厚度低於標準值時，該恒壓出力模組增大該標準壓力。
13. 一種使用如請求項2所述之貼合設備的貼合第一工件和第二工件的方法，該貼合設備還包括控制模組，其改良在於，該貼合方法包括如下步驟： 將該第一工件與第二工件置於該真空腔內； 該影像獲取模組獲取該第一工件與第二工件的影像資訊並將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊，然後輸出該位置資訊至該控制模組； 該控制模組內部根據該位置資訊計算並確認該第二標記與該第一標記在該第二標記所在平面的投影之夾角； 該控制模組判斷該夾角是否超出預設範圍，如果該夾角超出預設範圍，該校正平臺調整該第二工件的位置，直至該夾角符合預設範圍，如果該夾角符合預設範圍，該影像獲取模組獲取該第一工件與第二工件的影像資訊並將該影像資訊轉化為數位信號的位置資訊，然後輸出該位置資訊至該控制模組； 該控制模組根據該位置資訊、計算並確認該第二標記與該第一標記在該第二標記所在平面的投影之間的距離； 該控制模組判斷該距離是否超出預設範圍，如果該距離超出預設範圍，該校正平臺調整該第二工件的位置，直至該距離符合預設範圍，如果該距離符合預設範圍，該控制模組發出結束指令，該第一工件與第二工件對位完成。