TWI386356B - 用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置 - Google Patents

Description

用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置

本發明係關於一種滾壓式夾持裝置，詳言之，係關於一種用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置。

隨著科技的進步，消費型產品之發展也隨著人類的需求不斷在改變當中，軟性電子以產品可彎曲的優勢將帶動新一波產業的發展。傳統電子零件或系統是以固定型態的矽，或者玻璃為基材來建構出功能性的產品，軟性電子(簡稱軟電)則是跳脫基材固定型態的模式，而製作出具有彎曲特性的電子產品。要達到此目的，舉凡塑膠、金屬薄板、薄型化玻璃、布、紙等可撓性基材的應用，皆是此領域的研究範疇。軟性電子由於具備質量輕、厚度薄、耐衝擊、可撓曲、易攜帶穿戴、可曲面使用、造型變化的自由度大等特性，所以在可攜式電子及新興產品的應用領域特別佔優勢。

若從應用面來看，軟性電子可以區分為：軟性邏輯與記憶元件(例如軟性RFID、軟性微處理器及軟性記憶體)、軟性感測器(例如利用光、壓力或氣體之軟性感測元件)、軟性照明(例如OLED照明)、軟性能源(例如軟性薄膜太陽能板及軟性電池)、軟性顯示器(例如利用電泳、膽固醇液晶材料或OLED等方式之顯示器)等。

由於軟性電子產品的形狀比較不受拘束，因此在材料研發、製程方法、設備發展以及科技生活的應用層面將產生全面性的影響，就製程設備而言，最大的改變應在於捲繞傳輸(R2R,roll-to-roll)生產型態在這個領域的廣泛應用。參考圖1，其顯示習知R2R設備之示意圖。習知R2R設備10包括一放捲單元11、一製程單元12、一收捲單元13及一控制器14。該放捲單元11包括一送料輪111及一送料驅動馬達112。該製程單元12包括複數個循邊器121、122。該收捲單元13包括一收料輪131及一收料驅動馬達132。藉著習知R2R設備10，軟性基材以捲筒形式由放捲單元11送入製程單元12中，經過一道或接續的多道製程，再將已經完成製程的軟性基材，由收捲單元13收成捲筒的形式。

軟性電子或軟性顯示器產品，其結構組成經常需要多層軟性基材相互疊合以形成產品結構，因此對位貼合製程已成為產線上重要的一環。例如：彩色化顯示產品其R(紅)、G(綠)、B(藍)顏色所組成的子畫素，在彼此間的疊合位置誤差，或者顯示層和驅動電路之間的疊合誤差，如果未能有效控制，將直接影響到產品的顯示品質。

再者，軟性基材在輸送過程常是處在極不穩定的狀態，因為材料本身均質性問題、環境溫濕度、基板表面的製程元件、設備剛性、滾輪品質及組裝平行度等問題，都會影響到軟性基材輸送的穩定性。另外，當軟性基材於滾輪在進行夾壓過程，由所量測到的力量分佈狀況可知滾輪在夾壓時，受到軟性基材厚度均勻性、多製程產生的凹凸表面、滾壓受張力波動的影響、滾輪圓筒度及均質性等多重因素的影響，將造成力量分佈的不均勻。因此，對於軟性電子這類型要求高精度的產品，需做即時性的控制，藉以克服軟性基材因為材料、製程或設備公差對貼合製程的影響，並確保最終產品的品質。

參考美國專利第7,112,114號，其揭示R2R技術整合塗佈、微壓印、充填封合、貼合與裁切製程製作電泳顯示器。其缺點在於：貼合製程未整合對位技術，不適用於彩色化或具有高精度對位需求之產品。參考美國專利第7,324,264號，其揭示以滾壓製程製作微杯結構形狀在1,000μm以內(200~600μm)的顯示器之顯示層，滾壓過程未進行壓力與導正控制，品質受限。

參考美國專利第7,432,009號，其揭示結合切割與至少三層貼合功能之裝置，用以製作高分子電解液薄膜燃料電池。其缺點在於：未進行位置導正、滾壓之壓力無法立即回饋。參考中華民國專利第431440號，其揭示料捲放在置料軸桿，由頂心限制其位置，並依斜槽緊靠在送料輪上做輸送，其僅設滾輪調整桿，未進行滾壓回饋控制，壓力及位置精度低。

因此，有必要提供一種創新且具進步性的用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置，以解決上述問題。

本發明提供一種用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置，包括：至少一基準位置感測裝置、至少一軟性基材對位裝置、至少一夾持滾輪組及至少一夾持施力裝置。至少一基準位置感測裝置用以感測至少一軟性基材之一設定位置，以產生至少一位置感測值。至少一軟性基材對位裝置包括至少一對位滾輪及至少一對位導正驅動裝置，對位滾輪帶動軟性基材移動，依據該位置感測值，該對位導正驅動裝置驅動對位滾輪移動，以導正軟性基材之位置。至少一夾持滾輪組包括成對之夾持滾輪，對至少一軟性基材進行夾持。至少一夾持施力裝置包括至少一夾持力偵測裝置及至少一均力夾持動力源，該夾持力偵測裝置用以偵測夾持滾輪組之夾持力，依據該夾持力，控制該均力夾持動力源對夾持滾輪之施力，以控制軟性基材之夾持力。

本發明用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置在軟性基材貼合前進行即時偏位導正，以排除材料與機構造成之輸送偏差；並在軟性基材貼合過程中，偵測軟性基材滾壓的受力大小以即時進行壓力回饋，使軟性基材在貼合過程能克服產品厚度不均問題、避免製程元件受擠壓破壞，且控制穩定的輸送效果使貼合位置精確，藉以有效解決軟性電子產品在製程精度上的需求。

參考圖2，其顯示本發明第一實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置之示意圖。本發明第一實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置20包括：至少一基準位置感測裝置21、至少一軟性基材對位裝置30、至少一夾持滾輪組35及至少一夾持施力裝置40。至少一基準位置感測裝置用以感測至少一軟性基材之一設定位置，以產生至少一位置感測值。本實施例中，具有二基準位置感測裝置21用以分別感測二軟性基材27、28之一設定位置，以產生至少一位置感測值。該軟性基材之設定位置係為該軟性基材之側邊或該軟性基材之一表面之至少一參考記號。

該軟性基材係為塑膠薄膜、金屬薄板、紙板或由上述至少一種混合組成之基板，或由該基板與其他材料結合之軟性材料或可撓性基板。

至少一軟性基材對位裝置30包括至少一對位滾輪31及至少一對位導正驅動裝置33，本實施例中，該軟性基材對位裝置30包括二對位滾輪31，二對位滾輪31帶動軟性基材27、28移動，依據該位置感測值，該對位導正驅動裝置33驅動對位滾輪31移動，以導正軟性基材27或28之位置。亦即當該位置感測值與一位置目標值具有差異時，表示軟性基材27或28之位置產生偏差，必須導正軟性基材27或28之位置。

本實施例中，對位滾輪31之表面與軟性基材27、28接觸，利用彼此間之摩擦力、負壓吸附力、靜電力或上述力量之組合，使對位滾輪31對於軟性基材27、28具有拘束效果，使對位滾輪31帶動軟性基材27、28移動。若利用負壓吸附力，對位滾輪31之表面具有複數個孔洞，利用該等孔洞吸附軟性基材。

本實施例中，該對位導正驅動裝置33驅動對位滾輪31沿其軸心方向移動，以導正軟性基材27、28之位置。在其他之應用，該對位導正驅動裝置可驅動對位滾輪左右移動，以導正軟性基材之位置。

參考圖3，其顯示以對位導正驅動裝置驅動對位滾輪之示意圖。本實施例中，該對位導正驅動裝置33包括一對位導正動力源331及一線性滑移承座332，線性滑移承座332連接至對位滾輪31之一端，依據該位置感測值，該對位導正動力源331驅動該線性滑移承座332移動，使得對位滾輪31沿其軸心方向移動，並利用上述對位滾輪對於軟性基材之拘束效果，以帶動軟性基材27做側向偏位，以達到位置修正之目的。該對位導正驅動裝置33另包括一尾端滑座333，設置於對位滾輪31之另一端，以增加支撐之穩定性。

再參考圖2，至少一夾持滾輪組35包括成對之夾持滾輪351、352，對至少一軟性基材27、28進行夾持或貼合。在本實施例中，該夾持滾輪組35另包括一夾持滾輪動力源353，用以驅動至少一夾持滾輪轉動。該夾持滾輪組35包括一主動側夾持滾輪351及一被動側夾持滾輪352，該夾持滾輪動力源353用以驅動該主動側夾持滾輪351轉動，並帶動被動側夾持滾輪352轉動。在本實施例中，夾持滾輪動力源353可為伺服馬達，亦可透過電力、油壓或空壓直接驅動，或者藉助齒輪、齒條、皮帶、鍊條等元件連結，使主動側夾持滾輪351旋轉，並由轉速控制軟性基材在夾持或貼合過程的前進速度。

該夾持滾輪組35另包括一齒輪組354，成對設置於該主動側夾持滾輪351及該被動側夾持滾輪352之一端，使該主動側夾持滾輪351帶動該被動側夾持滾輪352轉動，並做逆向旋轉，以分別夾持軟性基材27、28進行貼合。在本實施例中，齒輪組354係採用相同模數之正齒輪，搭配主動側夾持滾輪351與被動側夾持滾輪352之輪徑比，做相對應之主動側齒輪355及被動側齒輪356的齒數比，使得兩滾輪與軟性基材接觸位置之切線速度相同。兩齒輪在夾持滾輪組35開啟的狀態時彼此分離，可做設備維護以及軟性基材的放料作業；被動側夾持滾輪352與主動側夾持滾輪351結合時，兩齒輪相互齧合以帶動夾持滾輪組35之兩滾輪做對向運轉。

該夾持滾輪351、352之材質係為矽膠、橡膠、高分子、金屬或上述材料組合製成。該主動側夾持滾輪351與該被動側夾持滾輪可以使用同材質之滾輪，也可使用異材質滾輪做組合匹配，藉由滾輪組之輪徑、硬度及表面性質之差異性調節，以增進貼合之效果。該夾持滾輪組35另包括一加熱裝置，用以加熱夾持滾輪351、352，以改善軟性基材間的結合，其滾輪的加熱源可以透過電熱法或利用預熱的循環流體流經夾持滾輪351、352，例如油、水或空氣，進行加熱。

至少一夾持施力裝置40包括至少一夾持力偵測裝置41及至少一均力夾持動力源42，該夾持力偵測裝置41用以偵測夾持滾輪組35之夾持力，依據該夾持力，控制該均力夾持動力源42對夾持滾輪之施力，以控制軟性基材之夾持力或貼合力。本實施例中，該夾持施力裝置40包括二夾持力偵測裝置41、43及二均力夾持動力源42、44。二夾持力偵測裝置41、43設置於被動側夾持滾輪352之二側，以偵測夾持滾輪組之夾持力，再透過壓力自動回饋至二均力夾持動力源42、44，以改變均力夾持動力源42、44對被動側夾持滾輪352之施力，進而即時修正軟性基材連續滾壓過程之貼合力。本發明之連續滾壓式夾持裝置另包括一黏合材料，用以局部或全面批覆於至少二軟性基材貼合面間，以增加軟性基材之貼合力。

因此，本發明用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置在軟性基材夾持或貼合前進行即時偏位導正，以排除材料與機構造成之輸送偏差；並在軟性基材夾持或貼合過程中，偵測軟性基材滾壓的受力大小以即時進行壓力回饋，使軟性基材在夾持或貼合過程能克服產品厚度不均問題、避免製程元件受擠壓破壞，且控制穩定的輸送效果使貼合位置精確，藉以有效解決軟性電子產品在製程精度上的需求。

參考圖4，其顯示本發明第二實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置之示意圖。本發明第二實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置50不具有第一實施例之基準位置感測器及軟性基材對位裝置。本發明第二實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置50包括：至少一夾持滾輪組51及至少一夾持施力裝置52。

本發明第二實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置50可針對連續製程之單一軟性基材60或複數個軟性基材之結合，透過夾持滾輪組51夾持軟性基材60，以進行夾持或貼合，或者單獨夾持軟性基材以進行其運動行為之拘束，例如製程中間段之夾持輸送輔助或導正行為，且利用其均力夾持效果，使軟性基材或軟性基材上的製程元件在夾持輸送過程中，不致受擠壓破壞且獲得穩定之輸送效果。

在本實施例中，該夾持滾輪組51包括一主動側夾持滾輪511、一被動側夾持滾輪512及一夾持滾輪動力源513。夾持滾輪動力源513帶動該主動側夾持滾輪511做旋轉運動，並與被動側夾持滾輪512成對將軟性基材60夾持在中間做輸送。該夾持滾輪組51可另包括一齒輪組或一加熱裝置，如第一實施例所述。

夾持施力裝置52包括至少一夾持力偵測裝置521及至少一均力夾持動力源522，該夾持力偵測裝置521用以偵測夾持滾輪組51之夾持力，依據該夾持力，控制該均力夾持動力源522對夾持滾輪之施力，以控制軟性基材之夾持力。本實施例中，該夾持施力裝置52包括二夾持力偵測裝置521、523及二均力夾持動力源522、524。二夾持力偵測裝置521、523設置於被動側夾持滾輪512之二側，以偵測夾持滾輪組51之夾持力，再透過壓力自動回饋至二均力夾持動力源522、524，以改變均力夾持動力源522、524對被動側夾持滾輪512之施力，藉以控制兩滾輪對軟性基材之夾持力。

本發明用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置，可應用於一片軟性基材夾持、兩片軟性基材對貼或者多片軟性基材貼合之製程，利用夾持施力裝置與夾持滾輪組相互搭配，有效控制軟性基材進行滾壓夾持或貼合之貼合力均勻性，克服軟性基材在夾持或貼合的過程，因為材料均勻性或前製程產生之表面幾何結構不平整造成的夾持或貼合限制。

本發明用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置可應用於對位貼合系統。本發明的一個實施例，以幅寬250mm、厚度127μm之PET軟性基材進行連續輸送之對位與貼合控制實驗，其對位精度可控制在20μm以內，遠低於產業間數百μm之對位精度，可以有效解決彩色化軟性顯示器、軟性電子、或者高精度可撓性產品之對位需求。

另外，利用習知之連續滾壓式夾持裝置，軟性基材由夾持滾輪以滾壓方式將夾持力設定在6kgf做夾持輸送時，其實際夾持力由滾輪兩端(遠端及近端)量測到的數值分別為5.36~8.59kgf、以及4.43~8.56kgf，依此滾輪兩端量測最大壓力值及最小壓力值相減換算，得知其最大夾持力波動將達到4.13kgf。此夾持力的波動係因為軟性基材材質、製程、機構、滾輪表面性質等因素，在滾輪接觸軟性基材表面旋轉的過程，產生夾持力的不穩定。

利用本發明用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置時，夾持力由挾持滾輪兩端(遠端及近端)量測到的數值分別為5.49~6.47kgf、以及5.58~6.65kgf，夾持力波動範圍即依滾輪兩端量測最大壓力值及最小壓力值相減換算，得知挾持力波動收斂到0.98kgf，因此可藉以克服軟電等高精度需求之可撓性產品，進行夾持或滾壓貼合之夾持壓力精密控制。

本發明用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置可對軟性基材進行夾持或貼合前線性導正，能即時排除材料與機構造成之輸送偏差；再透過夾持施力裝置與夾持滾輪組，使滾輪施壓回饋反應快速靈敏，以便即時補償軟性基材張力造成擾動，並克服貼合軟電產品厚度不均及滾輪公差之貼合品質問題。因此能夠直接應用至軟性基材輸送領域，讓軟性基材輸送之均力對位貼合效果獲得顯著之改善，並有效提升軟性基材貼合品質。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

10．．．習知R2R設備

11．．．放捲單元

12．．．製程單元

13．．．收捲單元

14．．．控制器

20．．．本發明第一實施例之連續滾壓式夾持裝置

21．．．基準位置感測裝置

27、28．．．軟性基材

29．．．貼合板

30．．．軟性基材對位裝置

31．．．對位滾輪

33．．．對位導正驅動裝置

35．．．夾持滾輪組

40．．．夾持施力裝置

41、43．．．夾持力偵測裝置

42、44．．．均力夾持動力源

50．．．本發明第二實施例連續滾壓式夾持裝置

51．．．夾持滾輪組

52．．．夾持施力裝置

521、523．．．夾持力偵測裝置

522、524．．．均力夾持動力源

60．．．軟性基材

111．．．送料輪

112．．．送料驅動馬達

121、122．．．循邊器

131．．．收料輪

132．．．收料驅動馬達

331．．．對位導正動力源

332．．．線性滑移承座

333．．．尾端滑座

351．．．主動側夾持滾輪

352．．．被動側夾持滾輪

353．．．夾持滾輪動力源

354．．．齒輪組

355．．．主動側齒輪

356．．．被動側齒輪

511．．．主動側夾持滾輪

512．．．被動側夾持滾輪

513．．．夾持滾輪動力源

圖1顯示習知R2R設備之示意圖；

圖2顯示本發明第一實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置之示意圖；

圖3顯示以對位導正驅動裝置驅動對位滾輪之示意圖；及

圖4顯示本發明第二實施例用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置之示意圖。

20．．．本發明第一實施例之連續滾壓式夾持裝置

21．．．基準位置感測裝置

27、28．．．軟性基材

29．．．貼合板

30．．．軟性基材對位裝置

31．．．對位滾輪

33．．．對位導正驅動裝置

35．．．夾持滾輪組

40．．．夾持施力裝置

41、43．．．夾持力偵測裝置

42、44．．．均力夾持動力源

351．．．主動側夾持滾輪

352．．．被動側夾持滾輪

353．．．夾持滾輪動力源

354．．．齒輪組

355．．．主動側齒輪

356．．．被動側齒輪

Claims (23)

1. 一種用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置，包括：至少一基準位置感測裝置，用以感測至少一軟性基材之一設定位置，以產生至少一位置感測值；至少一軟性基材對位裝置，包括至少一對位滾輪及至少一對位導正驅動裝置，對位滾輪帶動軟性基材移動，依據該位置感測值，該對位導正驅動裝置驅動對位滾輪移動，以導正軟性基材之位置；至少一夾持滾輪組，包括成對之夾持滾輪，對至少一軟性基材進行夾持；及至少一夾持施力裝置，包括至少一夾持力偵測裝置及至少一均力夾持動力源，該夾持力偵測裝置用以偵測夾持滾輪組之夾持力，依據該夾持力，控制該均力夾持動力源對夾持滾輪之施力，以控制軟性基材之夾持力。
2. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該軟性基材之設定位置係為該軟性基材之側邊或該軟性基材之一表面之至少一參考記號。
3. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該對位滾輪之表面與軟性基材接觸，利用彼此間之摩擦力、負壓吸附力、靜電力或上述力量之組合，使對位滾輪帶動軟性基材移動。
4. 如請求項3之連續滾壓式夾持裝置，其中該對位滾輪之表面具有複數個孔洞，利用該等孔洞吸附軟性基材。
5. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該對位導正驅動裝置驅動對位滾輪沿其軸心方向移動，以導正軟性基材之位置。
6. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該對位導正驅動裝置驅動對位滾輪左右移動，以導正軟性基材之位置。
7. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該對位導正驅動裝置包括一對位導正動力源及一線性滑移承座，線性滑移承座連接至對位滾輪之一端，依據該位置感測值，該對位導正動力源驅動該線性滑移承座移動，使得對位滾輪移動。
8. 如請求項7之連續滾壓式夾持裝置，該對位導正驅動裝置另包括一尾端滑座，設置於對位滾輪之另一端。
9. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組另包括一夾持滾輪動力源，用以驅動至少一夾持滾輪轉動。
10. 如請求項9之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組包括一主動側夾持滾輪及一被動側夾持滾輪，該夾持滾輪動力源用以驅動該主動側夾持滾輪轉動，並帶動被動側夾持滾輪轉動。
11. 如請求項10之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組另包括一齒輪組，成對設置於該主動側夾持滾輪及該被動側夾持滾輪之一端，使該主動側夾持滾輪帶動該被動側夾持滾輪轉動。
12. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪之材質係為矽膠、橡膠、高分子、金屬或上述材料組合製成。
13. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組另包括一加熱裝置，用以加熱該夾持滾輪。
14. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，其中該軟性基材係為塑膠薄膜、金屬薄板、紙板或由上述至少一種混合組成之基板，或由該基板與其他材料結合之軟性材料或可撓性基板。
15. 如請求項1之連續滾壓式夾持裝置，另包括黏合材料，用以局部或全面批覆於至少二軟性基材貼合面間。
16. 一種用於軟性基材之連續滾壓式夾持裝置，包括：至少一夾持滾輪組，包括成對之夾持滾輪，對至少一軟性基材進行夾持；及至少一夾持施力裝置，包括至少一夾持力偵測裝置及至少一均力夾持動力源，該夾持力偵測裝置用以偵測夾持滾輪組之夾持力，依據該夾持力，控制該均力夾持動力源對夾持滾輪之施力，以控制軟性基材之夾持力。
17. 如請求項16之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組另包括一夾持滾輪動力源，用以驅動至少一夾持滾輪轉動。
18. 如請求項17之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組包括一主動側夾持滾輪及一被動側夾持滾輪，該夾持滾輪動力源用以驅動該主動側夾持滾輪轉動，並帶動被動側夾持滾輪轉動。
19. 如請求項18之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組另包括一齒輪組，成對設置於該主動側夾持滾輪及該被動側夾持滾輪之一端，使該主動側夾持滾輪帶動該被動側夾持滾輪轉動。
20. 如請求項16之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪之材質係為矽膠、橡膠、高分子、金屬或上述材料組合製成。
21. 如請求項16之連續滾壓式夾持裝置，其中該夾持滾輪組另包括一加熱裝置，用以加熱該夾持滾輪。
22. 如請求項16之連續滾壓式夾持裝置，其中該軟性基材係為塑膠薄膜、金屬薄板、紙板或由上述至少一種混合組成之基板，或由該基板與其他材料結合之軟性材料或可撓性基板。
23. 如請求項16之連續滾壓式夾持裝置，另包括黏合材料，用以局部或全面批覆於至少二軟性基材貼合面間。