TWM610001U - 材料改質系統 - Google Patents

Abstract

本創作的材料改質系統包括脈衝產生裝置及視覺對準裝置。脈衝產生裝置用以依據光柵調變訊號的工作週期調變雷射光，雷射光包括多個短脈衝，工作週期包括導通時間及關閉時間。在導通時間內允許雷射光對應時域的多個短脈衝輸出，在關閉時間內不允許雷射光對應時域的多個短脈衝輸出。視覺對準裝置連接脈衝產生裝置，且用以使脈衝產生裝置對準物件的改質層，並透過調變後雷射光進行改質作業。

Description

材料改質系統

本創作與液晶面板缺陷維修設備有關，特別是指一種材料改質系統。

液晶面板是經由一系列已知製程製造而成，為了確保液晶面板的品質及良率，通常製造完成後需經進行檢查，以確定液晶面板沒有存在缺陷，例如亮點或漏光，這類缺陷導致液晶面板無法呈現全部黑色，也就是光線可穿透液晶面板的彩色濾光片而向外顯現。

目前已知的修補技術，例如透過對焦雷射來對彩色濾光片進行改質，以使被改質的部分(像素)黑化，來遮蔽光線。但透過對焦雷射連續地進行改質作業會讓彩色濾光片累積較多的熱能，熱能累積會讓鄰近的像素被影響。再者，當使用長脈衝雷射(例如，奈秒雷射)進行改質時，奈秒雷射照射在彩色濾光片的缺陷像素上，相鄰的像素容易發生剝落現象。

有鑑於上述缺失，本創作的材料改質系統用以調變雷射光，以使雷射光能均勻且有效率地改質缺陷範圍，進而讓缺陷範圍黑化。

為了達成上述目的，本創作的材料改質系統包括脈衝產生裝置及視覺對準裝置。脈衝產生裝置用以依據光柵調變訊號的工作週期調變雷射光，雷射光包括多個短脈衝，工作週期包括導通時間及關閉時間。在導通時間內允許雷射光對應時域的多個短脈衝輸出，在關閉時間內不允許雷射光對應時域的多個短脈衝輸出。視覺對準裝置連接脈衝產生裝置，且用以使脈衝產生裝置對準物件的改質層，並透過調變後雷射光進行改質作業。

如此，本創作的材料改質系統能透過調變後的雷射光有效率且均勻地改質改質層的缺陷範圍，並可減少熱累積。

有關本創作所提供的材料改質系統的詳細組成、步驟、構造、特點、運作或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本創作領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本創作所列舉的特定實施例，僅係用於說明本創作，並非用以限制本創作之專利申請範圍。

以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本創作的材料改質系統的組成構件、步驟、光路、連接及達成功效來作說明。然各圖式中材料改質系統的組成、光學元件、數量、構件、尺寸、外觀及步驟僅用來說明本創作的技術特徵，而非對本創作構成限制。

如圖1所示，本創作的材料改質系統100包括脈衝產生裝置10及視覺對準裝置30。上述的改質是透過脈衝產生裝置10輸出的脈衝特性將原材料的特性改變的行為，本實施例中，物件以液晶面板50為例，改質對象是液晶面板50的彩色濾光片或其他光膜，以使部分材料黑化來遮蔽光線。

其中，上述裝置可以包括較實施例有更多或較少透鏡、反射鏡等光學元件，以改變光的傳遞，因此，隨後實施例是便於描述本創作，而非明示或暗示本創作光學元件的使用數量限制，故不能被理解成對本創作的限制。

脈衝產生裝置10包括雷射源11、脈衝強度調整單元13、脈衝調變單元15、掃描單元17、中繼透鏡(relay lens)18及脈衝輸出單元19。雷射源11用以輻射出近紅外線波長之雷射光，雷射光包括多個短脈衝(如圖4所示)。脈衝強度調整單元13用以調整多個短脈衝強度。脈衝調變單元15用以透過光柵調變訊號來調變雷射光，以調控雷射光的多個短脈衝輸出頻率及峰值功率。掃描單元17用以改變雷射光的反射角度。脈衝輸出單元19用以對液晶面板50的改質層的缺陷範圍投射調變後雷射光。其中，雷射源11輸出的雷射光依序通過脈衝強度調整單元13、脈衝調變單元15、掃描單元17、中繼透鏡18及脈衝輸出單元19。

短脈衝的時域脈衝寬度是飛秒量級，飛秒量級是以千億分之一秒的時間輸出大致相同的功率，以產生多光子吸收使液晶面板的彩色濾光片的缺陷像素瞬間改質成黑化，來阻斷背光源的光線透出，達到亮點暗化效果。

脈衝強度調整單元13包括偏極片，透過調整偏極片角度來改變雷射光偏極方向來達成調整雷射強度。偏極片的偏振方向與雷射光偏極方向平行時輸出功率最強，偏極片的偏振方向與雷射偏極傳遞方向垂直時輸出功率最弱。

脈衝調變單元15包括第一反射鏡151、脈衝柵控器153及第二反射鏡155。第一反射鏡151用以反射脈衝強度調整單元13輸出的雷射光。脈衝柵控器153位在第一反射鏡151及第二反射鏡153之間，以接收第一反射鏡151反射的雷射光。第二反射鏡155用以反射脈衝柵控器153調變後雷射光至掃描單元17。

掃描單元17具有X-Y雷射振鏡，以改變雷射光偏轉角度。掃描單元17用以掃描液晶面板50的彩色濾光片的缺陷(像素)範圍，並規劃掃描路徑，以符合缺陷(像素)範圍。

中繼透鏡18接收掃描單元17輸出的雷射光，並傳遞雷射光至脈衝輸出單元19。中繼透鏡18用以收束掃描單元17輸出的雷射光，以使調變後雷射光能確實傳遞至脈衝輸出單元19。

脈衝輸出單元19接收中繼透鏡18輸出的調變後雷射光，且包括耦合鏡191、物鏡193及Z軸調整模組195。調變後雷射光依序通過耦合鏡191及物鏡193。耦合鏡191及物鏡193耦接Z軸調整模組195。Z軸調整模組195用以往上或往下移動耦合鏡191及物鏡193。

本實施例中，耦合鏡191及物鏡193之間的距離是固定不變，且，視覺對準裝置30設置在Z軸調整模組195上，因此，移動過程中，耦合鏡191、物鏡193及視覺對準裝置30都同步移動，其他實施例中，Z軸調整模組195也可以只移動物鏡193或耦合鏡191。

視覺對準裝置30用以產生視覺影像及對焦，以讓雷射加工作業準確及可透過肉眼觀察改質過程。視覺對準裝置30包括傳遞單元31、照明單元33、影像感測單元35及對焦單元37。傳遞單元31用以傳遞光束，例如可見光或雷射光，以讓光束傳遞至目的地，例如耦合鏡191、影像感測單元35及對焦單元37。照明單元31用以產生可見光束，可見光束透過傳遞單元31及脈衝輸出單元19的耦合鏡191投射至液晶面板50。

影像感測單元33包括視覺範圍，用以感測液晶面板50反射的可見光束，以產生視覺資訊。視覺資訊包括觀察距離，觀察距離用以調整物鏡193相對液晶面板50的高度，可見光束的反射光透過脈衝輸出單元19的耦合鏡191及傳遞單元31傳給影像感測單元33。

對焦單元35包括雷射偵測範圍，雷射偵測範圍在視覺範圍內，對焦單元35在雷射偵測範圍內偵測液晶面板50的改質層的缺陷範圍的對焦資訊，對焦資訊包括聚焦距離，聚焦距離是物鏡193被推動的距離。

如圖2所示，對焦單元37包括發射模組371、感測模組373及處理模組375。發射模組371用以產生對焦雷射。感測模組373用以感測由改質層的缺陷範圍反射的對焦雷射。本實施例中，感測模組373感測反射的對焦雷射的一半光束，另一半光束會被遮住，而不被感測，透過一半光束輪廓來識別是否完成聚(對)焦。處理模組375耦接發射模組371、感測模組373及Z軸調整模組195。處理模組375依據對焦雷射往返的時間計算聚焦距離，來控制Z軸調整模組195，以推動物鏡193上升或下降來讓雷射更為準確。

如圖3及圖4所示，脈衝柵控器153例如聲光調變器(Acousto-Optic Mmodulator, AOM)，且用以調變雷射光的工作週期T _D。工作週期T _D包括導通時間Tn及關閉時間To，在導通時間Tn內脈衝柵控器153允許雷射光對應時域的短脈衝輸出至第二反射鏡155，在關閉時間To內脈衝柵控器153不允許雷射光對應時域的短脈衝輸出至第二反射鏡155。本實施例中，雷射光對應時域是指時域訊號的雷射光與工作週期T _D的時間重疊。

脈衝柵控器153包括訊號產生模組157、射頻驅動模組158及調變輸出模組159。訊號產生模組157耦接射頻驅動模組158，且用以輸出光柵調變訊號，如圖4的符號S157，調變是指週期或振幅可被改變。射頻驅動模組158接收及傳遞光柵調變訊號S157。調變輸出模組159接收光柵調變訊號S157及自第一反射鏡151輸入的雷射光Si，並依據光柵調變訊號S157的工作週期輸出調變後雷射光S _O。如此，雷射改質的過程中可透過工作週期T _D的關閉時間To來進行散熱，而減少熱累積，此外，工作週期T _D的導通時間Tn內會間歇輸出多個短脈衝以均勻地修補彩色濾光片的像素範圍，以使其黑化來阻擋光線。

如圖5所示，本創作的材料改質系統的對焦流程700包括步驟701：偵測液晶面板的亮點，接著，步驟703：調整物鏡193與液晶面板的相對高度，透過Z軸調整模組195調整脈衝輸出單元19的物鏡193與液晶面板50相對的觀察距離，以清楚識別亮點位置的影像，再來，步驟705：對焦液晶面板50的改質層，對焦單元35偵測並對焦液晶面板50的改質層，以取得改質層與物鏡193相對的聚焦距離，然後，步驟707：調整物鏡193與液晶面板的改質層的相對高度，以使雷射光聚焦在改質層，依據聚焦距離透過Z軸調整模組195調整物鏡193與液晶面板50的改質層相對高度，最後，步驟709：輸出雷射光以對改質層進行改質。其中，步驟705-709中更精確地說是對焦或改質改質層的缺陷範圍，即特定像素範圍。

液晶面板的背光源點亮後，在全黑的畫面中可以透過步驟701清楚識別液晶面板的表面是否存在亮點93。步驟701中，偵測是透過影像感測單元偵測液晶面板反射回來的可見光束，反射的可見光束透過影像感測單元產生視覺資訊91，如圖6所示。矩形虛線框代表缺陷(像素)範圍95，亮點93在缺陷範圍95內。影像感測單元33具有視覺範圍90，視覺範圍90是可透過顯示器呈現的畫面，例如液晶面板的局部表面外觀。視覺資訊91與視覺範圍90有關。

步驟703中，調整是透過Z軸調整模組195來調整。如圖7所示，為了清楚識別亮點93，可透過手動或自動調整Z軸調整模組195，以改變物鏡191與液晶面板50的表面51相對的觀察距離，進而找出清晰影像，如圖6所示，如此，顯示器能清晰地顯示亮點93及範圍。透過清晰影像以確認亮點93對應液晶面板50的彩色濾光片(改質層)的對應像素。

步驟705中，對焦是透過對焦單元37來進行，且對焦單元37以液晶面板50的改質層(即彩色濾光片)53的缺陷範圍進行對焦，這個步驟也是找出雷射光對焦在改質層53的缺陷範圍的相對高度，也就是物鏡193與缺陷範圍之間相對的聚焦距離。

本實施例中，對焦單元37用以透過對焦雷射偵測液晶面板50的改質層的對焦資訊，對焦資訊包括聚焦形狀及失焦形狀。對焦資訊位在視覺範圍內，可見光、雷射光及對焦雷射投射至物件50的加工位置是重疊的。聚焦形狀及失焦形狀與反射的對焦雷射的光束輪廓有關，光束輪廓構成的形狀例如圓形時，由於感測模組是感測一半光束，因此，失焦時，失焦形狀是不完整的圖案，例如半圓形，且光束輪廓是不清晰。聚焦時，聚焦形狀是完整的圖案，例如點，且光束輪廓大致是清晰的。其他實施例中，光束輪廓的形狀若是其他形狀，例如，正方形或其他形狀時，聚焦形狀可以是線、或點及線的組合。對焦單元37的處理模組375依據聚焦形狀決定聚焦距離。

步驟707中調整是透過Z軸調整模組195來調整。依據聚焦距離微調物鏡193與液晶面板50的改質層相對高度，以讓調變後雷射光大致聚焦在改質層，最後，步驟709輸出的雷射光就能正確地在改質層的缺陷範圍95(即對應像素範圍)上進行改質，以讓對應的像素黑化來達成遮蔽光線的效果，如圖8所示，缺陷範圍95已被改質成黑化，以遮蔽光背光源光線。

如圖7所示，液晶面板50的彩色濾光片53是在表面51的下方，因此，透過步驟705及707可以更為準確地將雷射光對焦在改質層上，以更均勻地改質材料，並可避免相鄰材料剝落。

最後，再次強調，本創作於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

100:材料改質系統 10:脈衝產生裝置 11:雷射源 13:脈衝強度調整單元 15:脈衝調變單元 151:第一反射鏡 153:脈衝柵控器 155:第二反射鏡 157:訊號產生模組 158:射頻驅動模組 159:調變輸出模組 17:掃描單元 18:中繼透鏡 19:脈衝輸出單元 191:耦合鏡 193:物鏡 195:Z軸調整模組 30:視覺對準裝置 31:傳遞單元 33:照明單元 35:影像感測單元 37:對焦單元 371:發射模組 373:感測模組 375:處理模組 50:液晶面板 51:表面 53:改質層 700:對焦流程 701-709:步驟 91:視覺資訊 93:亮點 95:缺陷範圍 T _D:工作週期 Tn:導通時間 To:關閉時間 S157:光柵調變訊號 Si:雷射光

圖1是本創作的材料改質系統的組成示意圖。 圖2是圖1中對焦單元的組成示意圖。 圖3是圖1中脈衝調變單元的脈衝柵控器的組成示意圖。 圖4是圖1中雷射光、光柵調變訊號及調變後雷射光的時域訊號圖。 圖5是圖1中對焦流程的步驟流程圖。 圖6是圖5中步驟701-703找到液晶面板亮點位置的視覺範圍的示意圖。 圖7是圖1中脈衝輸出單元、視覺對準裝置及液晶面板的示意圖。 圖8是圖5中步驟709改質後的視覺範圍的示意圖。

100:材料改質系統

10:脈衝產生裝置

11:雷射源

13:脈衝強度調整單元

15:脈衝調變單元

151:第一反射鏡

153:脈衝柵控器

155:第二反射鏡

17:掃描單元

18:中繼透鏡

19:脈衝輸出單元

191:耦合鏡

193:物鏡

195:Z軸調整模組

30:視覺對準裝置

31:傳遞單元

33:照明單元

35:影像感測單元

37:對焦單元

50:液晶面板

Claims (7)

1. 一種材料改質系統，包括： 一脈衝產生裝置，用以依據一光柵調變訊號的一工作週期調變一雷射光，該雷射光包括多個短脈衝，該工作週期包括一導通時間及一關閉時間，在該導通時間內允許該雷射光對應時域的該多個短脈衝輸出，在該關閉時間內不允許該雷射光對應時域的該多個短脈衝輸出；及 一視覺對準裝置，連接該脈衝產生裝置，且用以使該脈衝產生裝置對準一物件的一改質層並透過調變後該雷射光進行一改質作業。
2. 如請求項1所述的材料改質系統，其中，該對應是該光柵調變訊號的工作週期與該雷射光的時間重疊。
3. 如請求項1所述的材料改質系統，其中，該多個短脈衝的時域脈衝寬度是飛秒量級。
4. 如請求項1所述的材料改質系統，其中，該脈衝產生裝置包括一雷射源、一脈衝強度調整單元、一脈衝調變單元、一掃描單元、一中繼透鏡及一脈衝輸出單元，該雷射源用以輻射出該雷射光，該雷射光依序通過該脈衝強度調整單元、該脈衝調變單元、掃描單元、中繼單元及該脈衝輸出單元，該脈衝強度調整單元用以調整該雷射光強度，該脈衝調變單元用以產生該光柵調變訊號來調變該雷射光，該掃描單元用以掃描該物件的改質層的一缺陷範圍，該中繼透鏡用以收束該掃描單元輸出的調變後該雷射光，該脈衝輸出單元用以輸出調變後該雷射光對該缺陷範圍進行黑化。
5. 如請求項4所述的材料改質系統，其中，該脈衝調變單元包括一脈衝柵控器，該脈衝柵控器包括一訊號產生模組、一射頻驅動模組及一調變輸出模組，該訊號產生模組耦接該雷射驅動模組，並用以產生光柵調變訊號，該雷射驅動模組用以發射該光柵調變訊號，該調變輸出模組接收該光柵調變訊號及該雷射光，並依據該光柵調變訊號輸出該調變後該雷射光。
6. 如請求項1所述的材料改質系統，其中，該物件包括一液晶面板。
7. 如請求項6所述的材料改質系統，其中，該物件的改質層包括一彩色濾光片。

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