贴合设备及其贴合方法与流程

本发明涉及贴合技术领域，尤其涉及一种贴合设备及其贴合方法。

背景技术：

贴合设备广泛应用于显示技术领域，如触摸面板与液晶显示面板的贴合，液晶显示面板中上下基板的贴合等。贴合工艺一般包括对位和贴合两道工序，其中对位是贴合中的一道关键程序，待贴合的第一工件和第二工件对位的精准度能极大改善产品的质量和用户的体验。对于3d曲面贴合来说，容易在贴合界面存在气泡产生贴合不良，因此若整个贴合过程在真空环境下进行可以改善此问题，然而，在真空环境下作业对于对位用的镜头是一个极大的挑战，因为镜头在真空环境下由于负压的作用容易发生爆炸。因此，现有的贴合设备的对位程序通常被分离在真空贴合腔体外进行，将第一工件与第二工件分别与标准物进行预对位后再将二者进行对位，然后将该对位好的第一工件与第二工件移入贴合设备的真空贴合腔体内进行贴合。这种贴合设备与贴合方法的对位流程复杂，由于对位后还需要移入真空贴合腔体内进行贴合，贴合精度有限，不能满足贴合误差低于10μm的需求，而且由于每个工件是分别与标准物对位，每个工件需要2个镜头才能完成好对位，设备成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种贴合设备及其贴合方法，该贴合设备具有较高的贴合精度，对位流程简单，成本较低。

一种贴合设备，用于将第一工件与第二工件贴合，该第一工件上设置有第一标记，该第二工件上对应该第一标记设置有第二标记，该贴合设备包括：

上贴合模组，用于固定该第一工件，该上贴合模组上设有视窗区，该视窗区内嵌设有双面镀膜的石英玻璃以使光线穿过该双面镀膜的石英玻璃时的折射角度小于光线穿过石英玻璃本身时的折射角；

影像获取模组，该影像获取模组具有高景深镜头，该高景深镜头用于透过该视窗区同时提取该第一标记和第二标记的影像信息；

下贴合模组，用于固定该第二工件，该下贴合模组与该上贴合模组在进行贴合时构成一真空腔，该第二工件与第一工件在该真空腔中进行对位与贴合。

一种使用上述贴合设备的贴合第一工件和第二工件的方法，该贴合设备还包括控制模组，该贴合方法包括如下步骤：

将该第一工件与第二工件置于该真空腔内；

该影像获取模组获取该第一工件与第二工件的影像信息并将该影像信息转化为数字信号的位置信息，然后输出该位置信息至该控制模组；

该控制模组内部根据该位置信息计算并确认该第二标记与该第一标记在该第二标记所在平面的投影之夹角；

该控制模组判断该夹角是否超出预设范围，如果该夹角超出预设范围，该校正平台调整该第二工件的位置，直至该夹角符合预设范围，如果该夹角符合预设范围，该影像获取模组获取该第一工件与第二工件的影像信息并将该影像信息转化为数字信号的位置信息，然后输出该位置信息至该控制模组；

该控制模组根据该位置信息、计算并确认该第二标记与该第一标记在该第二标记所在平面的投影之间的距离；

该控制模组根据判断该距离是否超出预设范围，如果该距离超出预设范围，该校正平台调整该第二工件的位置，直至该距离符合预设范围，如果该距离符合预设范围，该控制模组发出结束指令，该第一工件与第二工件对位完成。

相较于现有技术，本发明的贴合设备中，第一工件与第二工件的对位工序与贴合工序均在真空腔中完成，不仅节约工艺流程，而且有效提高了贴合设备的对位精准性。本发明的贴合设备的贴合误差小于10μm。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的贴合设备的立体组装示意图。

图2为图1中贴合设备的简要侧面示意图。

图3为本发明一较佳实施例的贴合设备的上贴合模组的示意图。

图4为本发明一较佳实施例的贴合设备的影像获取模组的示意图。

图5为本发明一较佳实施例的贴合设备的下贴合模组的示意图。

图6为使用本发明的贴合设备进行贴合的工件上的第一标记和第二标记的示意图。

图7为本发明较佳实施例的贴合设备的控制模组内的对位程序运行流程图。

图8为使用本发明的贴合设备进行贴合的工件上的第一标记和第二标记实现对位的示意图。

图9为透过不同石英玻璃以及无石英玻璃对特定图案进行灰阶测试得到的结果。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请一并参阅图1和图2，图1为本发明较佳实施例的贴合设备100的立体组装示意图，图2为该贴合设备100的简要侧面示意图。该贴合设备100包括装配在一起的上贴合模组10、影像获取模组20、控制模组(图未示)、下贴合模组40。该贴合设备100用于将第一工件110与第二工件120贴合，该第一工件110与第二工件120可分别为液晶显示面板中的彩色滤光基板与薄膜晶体管阵列基板；该第一工件110与第二工件120还可分别为触控显示装置中的显示面板与触摸面板。

具体地，请参阅图3，图3为该上贴合模组10的示意图。该上贴合模组10包括一对升降轴11及安装于该对升降轴11上的上腔体14，为了能尽可能地示出上腔体14的内部结构，图3中上腔体14的一侧壁被拆除。该上腔体14上连接有上载台12，该上载台12用于承载该第一工件110。具体地，第一工件110固定在上载台12的下方，即朝向下贴合模组40一侧。该上贴合模组10控制该上腔体14及该上载台12沿升降轴11在z轴方向移动。该上腔体14的顶壁上设有透明的视窗区13，该视窗区13正对该上载台12设置。该上载台12对应该视窗区13开设有通孔123，透过该视窗区13及该通孔123可以观察到固定在上载台12下方的第一工件110。在本实施例中，该视窗区13的数目为两个，左右对称设置于上腔体14的顶壁上，通孔123的数目也为两个。

该视窗区13内嵌设有石英玻璃，其硬度足以承受贴合时真空腔体内外的气压差而防止发生爆裂。该石英玻璃的正反两表面面均镀覆有光学膜，该光学膜用于减小光线穿过该石英玻璃时的折射角度并增加灰阶的辨识度，以缓解光线穿过时因折射而引起影像的位置及清晰度偏差的状况。请参阅图9，图9为在其它条件相同的情况下，将透过10mm厚的该双面镀膜石英玻璃、相同厚度但具有不同表面膜层的石英玻璃以及无石英玻璃的不同条件下对特定图案进行灰阶测试得到的结果，可知，透过该双面镀膜石英玻璃获得的图像的灰阶值(162)仅次于无石英玻璃获得的图像的灰阶值(160)，且高于无镀膜的石英玻璃、透过无镀膜但一表面涂覆有光学透明胶(oca胶)石英玻璃以及透过无镀膜但双面涂覆有oca胶的石英玻璃获得图像的灰阶值(分别为145、129和126)。该双面镀膜石英玻璃由于经过双面镀膜处理，使得所观察的标记图像的灰阶值接近无石英玻璃时标记图像的灰阶值，提高了标记图像的辨识度从而更有利于贴合精度的提高。

该上贴合模组10还包括恒压处理模组(图未示)，以对该第一工件110施加压力使其与该第二工件120进行贴合。

请参阅图4，图4为该影像获取模组20的示意图。影像获取模组20组装于上腔体14的外部。该影像获取模组20包括一伺服组件21和连接于该伺服组件21的高景深镜头22。该高景深镜头22能同时获取距离不同的前后两个目标物的清晰影像信息并将该影像信息转化为数字信号的位置信息，然后输出该位置信息至与该影像获取模组20连接的控制模组。该伺服组件21控制该高景深镜头22在三维方向移动以实现自动对焦功能。请一并参阅图2，本实施例中，该高景深镜头22采用ccd(chargecoupleddevice，电耦合器件)光学镜头，该ccd光学镜头的数目为两个以获得每一待贴合工件上的两个部位的图像，便于对待贴合工件进行精准对位，所述两个ccd镜头分别对应所述两个视窗区13设置。

该伺服组件21包括一个x轴移动滑台211、两个y轴移动滑台212、两个z轴焦距伺服滑台213。x轴移动滑台211连接在上腔体14上。两个y轴移动滑台212的一端分别可滑动地连接在x轴移动滑台211上，可沿着x轴移动滑台211在x轴方向滑动。两个z轴焦距伺服滑台213分别可滑动地连接在两个y轴移动滑台212上，可沿着对应的y轴移动滑台212在y轴方向滑动。每一z轴焦距伺服滑台213连接一个ccd镜头，每个ccd镜头可沿着对应的z轴焦距伺服滑台213在z轴方向滑动，以使该ccd镜头实现自动对焦。在本实施例中，该控制模组处理该位置信息并输出相应的对位指令控制该下贴合模组40的动作。

请一并参阅图2和图5，图5为该下贴合模组40的示意图。该下贴合模组40包括下腔体43，为了便于观察，图5中省略了该下腔体43。该下贴合模组40还包括互相连接的校正平台41及下载台42，其中，该下载台42安装于该下腔体43内，该校正平台41位于该下腔体43下方，并通过若干真空螺纹管44与该下腔体43内的下载台42连接。该下载台42用于放置该第二工件120并与该上载台12正对设置，该校正平台41在该控制模组的对位指令控制下发生动作，从而移动该下载台42以对该下载台42的位置进行三维调节，进而实现对该下载台42上的第二工件120的位置三维调节。在本实施例中，该校正平台41为xxy校正平台，包括光学尺45，该光学尺45对该下载台42的移动进行实时监控和反馈，以确保该下载台42的每个移动都精确到位。

在本实施例中，该第一工件110与第二工件120上均设有两个对位标记。具体地，该第一工件110上设有两个第一标记111，所述两个第一标记111位于该第一工件的对角位置。该第二工件120上对应每一第一标记111的位置上设有一第二标记121。请参阅图6，图6为本实施例的第一标记111和第二标记121的示意图。每一第一标记111与每一第二标记121均包括两个l型图案，所述两个l型图案分别分布于矩形的两个对角上。每个l型图案包括互相垂直的一横边和一纵边。每一第一标记111具有第一标准线112，该第一标准线112为十字交叉的两条线，其十字交点位于该第一标记111的中心o1，且所述两条线中的一条与所述两个l型图案的横边平行，另一条与所述两个l型图案的纵边平行。同样地，每一第二标记121具有第二标准线122，该第二标准线122为十字交叉的两条线，其十字交点位于该第二标记122的中心o2，且所述两条线中的一条与所述两个l型图案的横边平行，另一条与所述两个l型图案的纵边平行。第一标记111与第二标记122使用同一块光刻板分别刻蚀该第一工件110和该第二工件120制成，从而避免二者设置位置的偏移。第一工件110和第二工件120对位时，第一工件110上的两个第一标记112与第二工件120上的两个第二标记122一对一进行对位。

该贴合设备100进行对位贴合时，该下腔体43与该上腔体14闭合成一真空腔，该第一工件110与第二工件120的对位与贴合在该真空腔中进行。该贴合设备100工作时，首先，该第一工件110放置于该上载台12上，该第二工件120放置于该下载台42上，该第一工件110与第二工件120通过本领域习知的方式分别固定在上载台12及该下载台42，如真空吸附的方式，且该第一工件110与第二工件120上下相对放置。然后，该上贴合模组10通过该升降轴11使得该上腔体14沿该升降轴11在z轴方向向该下腔体43移动靠近并与该下腔体43闭合成一真空腔；同时，该上载台12也沿该升降轴11在z轴方向向该下载台42移动靠近，此时，该影像获取模组20的两个高景深镜头22通过所述两个视窗区13分别观察其中一个第一标记111以及与该第一标记111对应的第二标记121，并在该伺服组件21的控制下自动对焦同时获取二者的影像信息。在本实施例中，所述两个视窗区13均采用双面镀膜的石英玻璃以缓解光线折射而引起影像偏差的状况，具体地，第一标记111与第二标记121反射的光线透过对应的视窗区13时的折射角均小于等于5度。该影像获取模组20将该影像信息转化为数字信号的位置信息输出至该贴合设备100的控制模组，该控制模组接收该位置信息后进行处理并输出相应的对位指令控制该下贴合模组40的动作。

具体地，请参阅图7，图7为控制模组内的对位指令运行流程图。首先，该控制模组发出拍照及影像处理指令s1，该影像获取模组20在该指令s1的控制下获取该第一工件110与第二工件120的清晰影像信息并将该影像信息转化为数字信号的位置信息，然后输出该位置信息至该控制模组。接着，该控制模组发出计算并确认夹角θ指令s2，在该指令s2控制下，该控制模组内部根据该位置信息计算并确认该第二标记121与该第一标记111在该第二标记121所在平面的投影之夹角θ。在本实施例中，该夹角θ也就是该第一标准线112与该第二标准线122在该第一标准线112所在平面之夹角。如果该夹角θ超出预设范围，即该第二标记121与该第一标记111在该第二标记121所在平面的投影不平行，该控制模组会发出夹角θ修正指令s3，此时该校正平台41会调整该第二工件120的位置，直至该夹角θ符合预设范围，理想情况下，该夹角θ为0，该第二标记121与该第一标记111在该第二标记121所在平面的投影互相平行；如果该夹角θ符合预设范围，该控制模组会发出拍照及影像处理指令s4，该影像获取模组20在该指令s4的控制下获取该第一工件110与第二工件120的清晰影像信息并将该影像信息转化为数字信号的位置信息，然后输出该位置信息至该控制模组。接着，该控制模组发出计算并确认距离l指令s5，在该指令s5控制下，该控制模组内部根据该位置信息、计算并确认该第二标记121与该第一标记111在该第二标记121所在平面的投影113之间的距离l。在本实施例中，该距离l包括该第二标记121的两个l型图案的横边及纵边和与之对应的该投影113的两个l型图案的横边及纵边的距离。在其它实施例中，该距离l也可为该第二标记121的中心o2与该第一标记111的中心o1在该第二标记121所在平面的投影之间的距离。如果该距离l超出预设范围，该控制模组会发出距离l修正指令s6，此时该校正平台41会在平面内调整该第二工件120的位置，直至该距离l符合预设范围，理想情况下，该l为0；如果该距离l符合预设范围，该控制模组发出结束指令s7，该第一工件与第二工件对位完成。

请参阅图8，图8为其中一个第一标记与对应的第二标记完成对位时的示意图。该第二标记121与该第一标记111该第二标记121所在平面的投影113之间的距离l满足该控制模组的预设范围，表示该第一工件110与第二工件120的对位完成。具体地，该第二标记121的两个l型图案的横边及纵边和与之对应的该投影113的两个l型图案的横边及纵边的距离l1、l2、l3、l4均满足控制模组的预设范围。在本实施例中，该l1、l2、l3、l4均小于5μm。

对位工作完成后，通过该上贴合模组10上的恒压出力模组对该第一工件110施加压力使其与该第二工件120进行贴合。该恒压出力模组可以根据该第一工件110的厚度而调整标准压力，当该第一工件110的厚度高于标准值时，该恒压出力模组降低该标准压力以防止该第一工件110因压力过大而碎裂；当该第一工件110的厚度低于标准值时，该恒压出力模组增大该标准压力以防止压力过小而贴合不紧密。

上述贴合设备100可以实现对位及贴合均在真空腔体中进行，可确保贴合精度，而且在真空腔体中仅需要两个高景深镜头22即可满足对位需求，成本较低。另外，对位及贴合时高景深镜头22位于真空墙体之外，可避免高景深镜头22在真空腔体内作业时发生爆裂。同时，高景深镜头22透过双面镀膜的石英玻璃取像，该石英玻璃的正反两表面面均镀覆有光学膜，该光学膜用于减小光线穿过该石英玻璃时的折射角度并增加灰阶的辨识度，因此可以缓解光线穿过时因折射而引起影像的位置及清晰度偏差的状况。

以上已描述本发明的优选实施例，但本领域技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更与修改。倘若这些变更与修改属于本发明权利要求极其等同技术范围，则本发明也意图包含这些变更与修改。