TWI404282B - 雷射二極體陣列製造微圖樣設備及微圖樣的製造方法 - Google Patents

Description

雷射二極體陣列製造微圖樣設備及微圖樣的製造方法

本發明係有關於一種雷射二極體設備，特別有關於雷射二極體陣列製造微圖樣的設備及微圖樣的製造方法。

顯示器面板持續朝大尺寸化及可撓性發展。為達到快速且精確製造的效果，製造方法包括黃光顯影製程、雷射製程、噴墨印刷製程和熱寫頭(thermal print head)印刷製程。

傳統黃光顯影製程為成熟的半導體主流技術，其製程複雜且自動化生產成本高。再者，CO₂ 雷射製程亦為目前實際採用的製程技術，然而，其一條圖案(pattern)是由數條圖案所組成，各條圖案之間易有線痕跡，且生產速度慢，雷射熱源不穩定且品質不易控制。另一方面，噴墨印刷製程製造成本低，然而噴墨液滴不易塗佈所有材質，且因液滴的揮發與歪斜，易導致圖案品質不穩之問題。

傳統微位相差(micro retarder)結構的微位相差板包括兩個不同位相差的區域，可藉由經過紅外線CO₂ 雷射加熱處理和未經過雷射處理，形成交替相差不同區域的位相差板。美國專利US 6,498,679，揭露使用紅外線CO₂ 雷射源加熱，製作圖案化位相差膜。每次雷射掃描只加工一條細線，由相鄰的複數條細線構成具相差差異的圖紋。

本發明之一實施例提供一種雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，包括：一雷射二極體陣列具有至少一個雷射二極體；其中各雷射二極體所發出的光透過一透鏡聚焦在一第二材料層位於一第一材料層上。

本發明另一實施例提供一種雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，包括：一雷射二極體陣列具有至少一個雷射二極體，其中各雷射二極體所發出的光透過一透鏡聚焦在一第二材料層位於一第一材料層上；至少一軸驅動，以驅動第一材料層及第二材料層的移動；以及一調整裝置，以調整各雷射二極體之間的間距。

本發明另一實施例提供一種微圖樣的製造方法，包括：提供一雷射二極體陣列製造設備，該雷射二極體陣列具有至少一個雷射二極體；將其中各雷射二極體所發出的光透過一透鏡聚焦在一第二材料層位於一第一材料層上，藉此形成微圖樣於該第一材料層上。

為使本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。

本揭露之一實施例提供一種使用雷射二極體陣列(laser diode array)在加工或製造微圖樣的設備。更明確地說，藉由雷射二極體陣列小型體積及成本低的特性，應用在製造微圖樣之技術。

第1圖係顯示本發明之一實施例使用的雷射二極體陣列製造微圖樣設備的架構示意圖。於第1圖中，一種雷射二極體陣列製造微圖樣的設備100包括一雷射二極體陣列110具有至少一個雷射二極體，其中各雷射二極體所發出的光透過一透鏡120聚焦在一第一材料層上的一第二材料層。根據本發明實施例，藉由單一雷射二極體(laser diode)，或者多個雷射二極體所構成的陣列(laser diode array)架設在一支撐架上並固定於一基座130上。加工工件140，例如欲製作微圖樣的軟板，具有一第二材料層設置在第一材料層上。加工工件140設置於基座130或控制平台上藉由一精密軸承馬達150控制至少一軸驅動，以驅動第一材料層及第二材料層的移動。於一實施例中，該驅動軸是用以調整第一及第二材料層的移動速度快慢方式。

第2A和2B圖係顯示根據本發明實施例的雷射二極體陣列的架構示意圖。請參閱第2A圖，雷射二極體陣列210可由獨立的多個雷射二極體加工模組，例如8個錯開的雷射二極體加工模組列。該各雷射二極體所發出的光波長位於近紅外及可見光範圍。各個雷射二極體加工模組之雷射二極體220(圖示於第2B圖)固定於X-Y-Z軸微量規平台205上，一散熱構件(heat sink)225固定於雷射二極體220另一面，用以導出過剩的熱量。一聚焦透鏡230固定聚焦鏡Z-軸於平台240上。X-Y-Z軸微量規平台205為一調整裝置，以調整各雷射二極體210之間的間距。於一實施例中，相鄰的雷射二極體之間的距離是藉由該調整裝置調整。整體的雷射二極體陣列是藉由該調整裝置旋轉或傾斜。此外，Z-軸於平台240為一額外的調整裝置，以調整或移動各透鏡230和各雷射二極體210的相對距離。該額外的調整裝置亦可用以調整或移動各透鏡230和加工工件(例如第一和第二材料層)的相對距離。於另一實施例中，該額外的調整裝置可藉由X、Y、Z三軸調整移動方式控制各透鏡和各雷射二極體的相對距離，使得各透鏡和各雷射二極體為同軸同中心對正排列。

第3A圖係顯示根據本發明另一實施例的雷射二極體陣列製造微圖樣裝置的架構示意圖。於另一實施例中，更進一步將雷射二極體陣列製造微圖樣膜的技術，設計增列二項功能，其一功能為檢查相差膜(retardation)的穿透率變化，另一功能為同時生產製造微相差膜(μ-retarder)，因此能快速生產又能提升製造良率，具有生產製造競爭優勢。請參閱第3A圖，雷射二極體陣列製造微圖樣的裝置300a包括雷射二極體陣列310，一加工工件320設置於雷射二極體陣列310下方。雷射二極體量測光源330和偵測器340分別設置於加工工件320的上方和下方，用以量測在加工時工件320上微圖樣325的相差變化。於此實施例中，量測光源330和偵測器340是以陣列的型式排列，例如第3A圖所示的三排或更緊密的排列。在進行製造微圖樣膜的製程中，雷射二極體量測光源的量測方向是沿著Y方向進行，而加工工件320的行進方向是沿著X方向移動。於另一實施例中，量測光源330和偵測器340可為單排配列並整合於雷射二極體陣列310，如第3B圖所示的雷射二極體陣列製造微圖樣的裝置300b。值得注意的是，由雷射二極體量測光源330和偵測器340構成至少一雷射光源檢測系統，與雷射二極體陣列同步生產及同步檢查。雖然本發明實施例是以穿透式的雷射光源檢測系統為例，即雷射二極體量測光源330和偵測器340分別位於加工工件320的不同側，然而應瞭解的是，亦可選擇反射式的雷射光源檢測系統，將雷射二極體量測光源330和偵測器340設置於加工工件320的同一側。

第4A和4B圖係顯示根據本發明另一實施例的雷射二極體陣列的架構示意圖。請參閱第4A圖，所述雷射二極體陣列400a可包括多個雷射二極體420a所構成的二維的陣列(例如方陣或矩陣)固定於固定架410a上。另擇一地，請參閱第4B圖，雷射二極體陣列400b可包括多個雷射二極體420b所構成的二維的陣列(例如菱形方陣或菱形矩陣)固定於固定架410b上。或者，利用一旋轉控制裝置控制第4A圖的雷射二極體陣列400a的旋轉角度以控制相鄰雷射二極體之間的間距。

第5A和5B圖係顯示根據本發明實施例的加工工件結構示意圖。用於雷射二極體陣列製造微圖樣的加工工件包括第二材料層520設置於第一材料層510之上。第一材料層510可為一欲微圖樣之膜材。於另一實施例中，第二材料層520可為雷射光吸收膜，例如可吸收雷射光的黑色PET膜。第二材料層520是以膠或靜電貼附於第一材料層510上。或者，該第二材料層520為一含染料色劑層直接形成於第一材料層510上。利用雷射二極體(laser diode)所提供功率(power)產生紅外(IR)光，直接照射在第一材料層510上的第二材料層520(例如黑色保護膜或者雷射吸收層)，以形成有序的且具不同相差的微圖樣515A、515B(如第5B圖所示)，最後移除或揭下第一材料層510上的第二材料層520。

於進行雷射二極體陣列製造微圖樣的過程時，各個雷射可固定於一測試機械臂上，用以測試雷射二極體(testing robot of laser diode)。在欲微圖樣膜之路徑上，利用精密軸承馬達將欲微圖樣膜進行驅動，並利用雷射二極體(laser diode)所提供功率(power)產生紅外(IR)光，直接照射在欲製造微圖樣之膜上的黑色保護膜(或者雷射吸收層)。由於所使用的黑色保護膜(或雷射吸收層)具有耐高溫、不反射光源、及不易讓光穿透的特性，使得雷射二極體所發射的光在極短時間被轉成熱能，進而利用此熱能來形成微圖樣於膜上。應瞭解的是，利用所述雷射二極體陣列(laser diode array)加工微圖樣膜的製造方法與裝置，配合精密軸承馬達，將欲微圖樣之膜材進行驅動的速度控制，可構成快速生產的雷射二極體陣列設備。再者，可將雷射二極體陣列設計成掃描(scan)各種不同間距(pitch)的線條圖案。於另一實施例中，利用黑色保護膜(或例如雷射吸收層，其需塗佈(coating)後再去除)，在雷射二極體加工製造後撕去即可(亦即，可充分利用原來保護膜無用的特性)。

於另一實施例中，藉由使用雷射二極體陣列(如第3A、3B圖所示)的輕小易排列生產的特性，能快速製造微圖樣之膜材，上述特性在大尺寸微圖樣製造之膜材就顯得非常重要。其主要原理是讓雷射二極體所發出紅外光直接透過凸透鏡，聚焦在欲製造微圖之膜材上的黑色保護膜(或雷射吸收層)。值得注意的是，此黑色保護膜具有耐高溫、不易透光、及不易光反射的材料特性。因此，由雷射二極體所發出光源能輕易被黑色保護膜吸收而轉換成熱源，由於黑色保護膜平貼在欲製造微圖樣之膜材表面上，是為了保護膜材避免刮傷及損害，因此當黑色保護膜吸收紅外光而產生溫度(例如超過65℃時)，則此和黑色保護膜(吸收層)相貼合的欲製造微圖樣之膜材，因黑色保護膜(或雷射吸收層)熱源傳導的影響使欲製造微圖樣之膜材受熱而產生線條圖案(例如微位相差變化(retardation))。因此，黑色保護膜一來可當欲微圖樣膜材之保護膜使用，二來可當吸收層將雷射二極體的光吸收轉變成熱源來製造微圖樣膜材。當雷射二極體加工黑色保護膜而產生有圖樣或位相差變化的微圖樣膜材後，只要撕去黑色保護膜即可。於另一實施例中，如果使用雷射吸收層之方式，則可先將雷射吸收層塗佈在欲微圖樣之膜材(retarder)上，待雷射加工後，再去除雷射吸收層。由此，則微圖樣膜材可快速製造而獲得。

再者，於另一實施例中，其基本構想為將一雷射二極體(或雷射二極體陣列)架設在用於此雷射二極體的測試臂(testing robot of laser diode)的欲微圖樣膜材路徑上，利用精密軸承馬達將欲微圖樣膜材進行驅動，並利用雷射二極體所提供功率產生紅外光，直接照射在欲微圖樣膜材上的黑色保護膜(或雷射吸收層)。因為使用的黑色保護膜(或雷射吸收層)具有耐高溫、不反射光源、及不易讓光穿透的特性，因此能將雷射發射的光在極短時間內轉成熱，進而利用此熱源來形成微圖樣於膜材上。

因此，利用各種不同的雷射二極體陣列的排列方式(例如將雷射二極體陣列設計成可掃描各種不同的間距線條圖案)，即可一次處理多條圖樣(pattern)，配合研發的黑色保護膜(例如雷射吸收層)將光轉變成熱源，讓黑色保護膜(雷射吸收層)的熱源，影響下一層的膜材而產生結構或位相差變化，亦即用體積小的雷射二極體陣列所發射的光間接(被黑色保護膜或雷射吸收層所接收)產生熱，利用此熱源來快速製造微圖樣膜材，當雷射二極體所發射的光照射黑色保護膜(或雷射吸收層)完畢後可撕掉黑色保護膜(或利用雷射吸收層之方式，則需先塗佈在欲加工的膜上，待雷射加工後再去除雷射吸收層)，則可獲得微圖樣於膜材上，具有快速製造及生產成本低的製造優勢。

於另一實施例中，利用雷射二極體陣列(例如第3圖所示在製造微圖樣之設備)，藉由雷射二極體陣列(laser diode array)體積小及成本低的特性(例如雷射二極體的最大輸出功率可為3W，波長可為808nm)，配合雷射二極體控制器(電流控制範圍可為0至±4A)用在微位相差膜的製造應用，可解決傳統CO₂ 雷射體積大、成本高、應用於製造微位相差膜速度慢的問題。再者，相鄰的雷射二極體之間的間距(pitch)為可調整方式，用來製造各種不同間距(pitch)的線條圖案。另外，此雷射二極體陣列(laser diode array)亦可旋轉及傾斜排列，達到不同間距(pitch)的掃描(scan)方式(如第4A、4B圖所示)，在大尺寸微圖樣加工之膜材應用是很具潛力的技術之一。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．雷射二極體陣列加工製造微圖樣的設備

110．．．雷射二極體陣列

120．．．聚焦透鏡

130．．．基座

140．．．加工工件

150．．．精密軸承馬達

205．．．X-Y-Z軸微量規平台

210．．．雷射二極體陣列

220．．．雷射二極體

225．．．散熱構件(heat sink)

230．．．聚焦透鏡

240．．．聚焦鏡Z-軸於平台

300a、300b．．．雷射二極體陣列製造微圖樣的裝置

310．．．雷射二極體陣列

320．．．加工工件

325．．．微圖樣

330．．．雷射二極體量測光源

340．．．偵測器

X．．．加工工件的行進方向

Y．．．雷射二極體量測光源的量測方向

400a、400b．．．雷射二極體陣列

410a、410b．．．固定架

420a、420b．．．多個雷射二極體

510．．．第一材料層

515A、515B．．．不同相差的微圖樣

520．．．第二材料層

第1圖係顯示本發明之一實施例的使用雷射二極體陣列製造微圖樣設備的架構示意圖；

第2A和2B圖係顯示根據本發明實施例的雷射二極體陣列的架構示意圖；

第3A和3B圖係顯示根據本發明實施例的雷射二極體陣列製造微圖樣設備的架構示意圖；

第4A和4B圖係顯示根據本發明另一實施例的雷射二極體陣列的架構示意圖；以及

第5A和5B圖係顯示根據本發明實施例的加工工件結構示意圖。

300a．．．雷射二極體陣列製造微圖樣的裝置

310．．．雷射二極體陣列

320．．．加工工件

325．．．微圖樣

330．．．雷射二極體量測光源

340．．．偵測器

X．．．加工工件的行進方向

Y．．．雷射二極體量測光源的量測方向。

Claims (25)

1. 一種雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，包括：一雷射二極體陣列具有至少二個雷射二極體，其中各雷射二極體所發出的光透過一透鏡聚焦在一第二材料層位於一第一材料層上；以及至少一個調整裝置，該調整裝置係用以調整各雷射二極體之間的間距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該第二材料層是以膠或靜電貼附於該第一材料層上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該第二材料層為雷射光吸收膜。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該第二材料層為黑色雷射光吸收膜。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該第二材料層為一含染料色劑層直接形成於該第一材料層上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該第一材料層為一欲微圖樣之膜材。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該第一材料層為一位相差膜。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該各雷射二極體所發出的光波長位於近紅外及可見光範圍。
9. 一種雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，包括： 一雷射二極體陣列具有至少二個雷射二極體，其中各雷射二極體所發出的光透過一透鏡聚焦在一第二材料層位於一第一材料層上；至少一軸驅動，以驅動第一材料層及第二材料層的移動；以及一調整裝置，以調整各雷射二極體之間的間距。
10. 如申請專利範圍第9項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該驅動軸是用以調整第一及第二材料層的移動速度快慢方式。
11. 如申請專利範圍第9項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，更包括一額外的調整裝置，以調整或移動各透鏡和各雷射二極體的相對距離。
12. 如申請專利範圍第11項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中該額外的調整裝置是藉由X、Y、Z三軸調整移動方式控制各透鏡和各雷射二極體的相對距離。
13. 如申請專利範圍第9項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，更包括一額外的調整裝置，以調整或移動各透鏡和該第一材料層的相對距離。
14. 如申請專利範圍第9項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中各透鏡和各雷射二極體為同軸同中心對正排列。
15. 如申請專利範圍第9項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中相鄰的雷射二極體之間的距離是藉 由該調整裝置調整。
16. 如申請專利範圍第9項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，其中整體的雷射二極體陣列是藉由該調整裝置旋轉或傾斜。
17. 如申請專利範圍第9項所述之雷射二極體陣列製造微圖樣的設備，更包括至少一雷射光源檢測系統，與該雷射二極體陣列同步生產及同步檢查。
18. 一種微圖樣的製造方法，包括：提供一雷射二極體陣列製造設備，該雷射二極體陣列具有至少二個雷射二極體及至少一個調整裝置，該調整裝置係用以調整各雷射二極體之間距；將其中各雷射二極體所發出的光透過一透鏡聚焦在一第二材料層位於一第一材料層上，以形成微圖樣於該第一材料層上。
19. 如申請專利範圍第18項所述之微圖樣的製造方法，其中該第二材料層是以膠或靜電貼附於該第一材料上中。
20. 如申請專利範圍第18項所述之微圖樣的製造方法，其中該第二材料層為雷射光吸收膜。
21. 如申請專利範圍第18項所述之微圖樣的製造方法，其中該第二材料層為黑色雷射光吸收膜。
22. 如申請專利範圍第18項所述之微圖樣的製造方法，其中該第二材料層為一含染料色劑層直接形成於該第一材料上。
23. 如申請專利範圍第18項所述之微圖樣的製造方法，其中該第一材料層為一欲微圖樣之膜材。
24. 如申請專利範圍第18項所述之微圖樣的製造方法，其中該第一材料層形成一位相差膜。
25. 如申請專利範圍第18項所述之微圖樣的製造方法，其中該各雷射二極體所發出的光波長位於近紅外及可見光範圍。