用于测定加工头相对于具有结构的基板的相对位置的方法及设备

摘要

本发明公开了一种方法及设备，其中，基板提供有具有以矩阵排列的结构元件的预制结构，其中，该矩阵沿X方向和Y方向延伸，其中，提供有加工头，其中，提供有与该加工头相连接并且包括沿主线设置的至少一系列传感器的摄像机，其中，该摄像机扫描该基板，且由此提供至少一个一维摄像机信号，其中，为了实时测定该结构相对于该摄像机的至少X位置和Y位置，所述主线包括相对于X方向和相对于Y方向的角，其中，该角被选定为使得该摄像机信号包括空间分离的X位置信息和Y位置信息，并且使得该X位置信息和Y位置信息能够借助于信号处理过程而与该传感器信号区分开。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测定加工头(processing head)相对于具有预制结构(preformatted structure)的基板的相对位置的方法及设备，该预制结构具有以矩阵排列的结构元件，其中，该矩阵沿X方向和Y方向延伸。该结构可以是浮凸(relief)结构但也可以是在基板上提供色差结构的印刷部。

背景技术

尽管本发明不限于此，但为了给出一个更清晰的概念，这尤其应理解为所涉及的基板尺寸至少为10mm×10mm，而诸如旨在用于制造OLED的基板的像素阱(well)的结构元件具有的尺寸为20微米至500微米级，并且这些结构元件之间的距离在2微米至40微米的范围内。对于该基板相对于该加工头的相对位置所待提供的精度，应该理解为所涉及的精度为1微米级。对于此，同样地，本发明并不限于这种精度。

观测位于基板上的结构的位置例如随着显示器(例如OLEDs)的制造一起完成。对于此，例如参见EP-A-1351325。与显示器或其它类装置的制造一起测定诸如浮凸结构的位置对于控制读和/或写激光或者控制喷墨打印头尤其重要。期望能得到很高的精度以使新结构尽可能适于现有结构，进而使该显示器或其它类装置的质量尽可能地高。关于已存在结构的位置发现的问题是定位精度有时与所期望的相去甚远。当已存在于基板上的结构的位置未被准确测定时，则该基板上的下一层就不能被准确施加。这导致该显示器或其它类装置的质量降低，进而导致产品中出现过多的废品，这将提高生产成本。

发明内容

本发明提出了一种方法，借助于该方法，基板上的结构的位置能够以简单的方式被观测到，并且可以非常精确地做到这一点，而且该观测方法能够快速且廉价地实施。

为此，本发明提供了一种方法，其中，该基板提供有具有以矩阵排列的结构元件的预制结构，其中，该矩阵沿X方向和Y方向延伸，其中，提供有加工头，其中，提供有与该加工头相连接并且包括沿主线排列的至少一系列传感器的摄像机，其中，该摄像机扫描该基板，且由此提供至少一个一维摄像机信号，其中，为了实时测定该结构相对于该摄像机的至少X位置和Y位置，上面所提及的主线包括相对于X方向和相对于Y方向的角，而该角被选定为使得该摄像机信号包括空间分开的X位置信息和Y位置信息，并且使得该X位置信息和Y位置信息能够借助于信号处理而与该传感器信号区分开。

本发明进一步提供了一种用于观测位于基板上的结构以及用于在该基板上完成操作的设备，其中，该基板提供有具有以矩阵排列的结构元件的预制结构，其中，该矩阵沿X方向和Y方向延伸，其中，该设备提供有基板支撑件以及提供有加工头，其中，提供位移机构以用于加工头相对于基板的相对移动，其中，与该加工头相连接的至少一个摄像机包括沿主线排列的至少一系列传感器，其中，该摄像机相对于该基板运转地移动，且由此扫描该基板以提供至少一个一维摄像机信号，其中，为了实时测定该结构相对于该摄像机的至少X方向和Y方向，上面所提及的主线包括相对于X方向和相对于Y方向的角，其中，该角被选定为使得该摄像机信号包括空间分开的X位置信息和Y位置信息，其中，该设备提供有控制器，该控制器提供有信号处理模块，该信号处理模块被设置为借助于信号处理将X位置信息和Y位置信息从传感器信号中分离出。

对于该方法及设备，由于该摄像机的主线包括相对于X方向和相对于Y方向的角的事实，则多个结构元件边界位于该摄像机的主线的下方。这些是沿X方向以及沿Y方向延伸的结构元件边界。该结构元件边界与线阵摄像机(line camera)的交叉位置在该摄像机的主线的长度上是空间分开的。在进一步的信号处理过程中，所有这些空间分开的位置信息可用于测定该结构相对于该摄像机的X相对位置和Y相对位置。因此，在测量中获得很好的信噪比(SNR)，以及此外在X相对位置和Y相对位置的位置测定中获得很高的精度。

根据对本方法及本设备的进一步详细描述，主线相对于X方向和Y方向的角被选定或设定为使得摄像机运转地提供m个空间分开的X信号和n个空间分开的Y信号。优选地，其中，m和n是彼此不同的质数。优选地，该设备的信号处理模块被设置为借助于包括快速傅氏变换(FFT)的信号处理过程准确得到至少一个摄像机相对于基板的X相对位置和Y相对位置。该信号处理过程还可包括离散正弦/余弦变换而不是快速傅氏变换。在此，接着，为了导出相对于该摄像机的X相对位置和Y相对位置，对与这m个空间分开的X信号和n个空间分开的Y信号相对应的频率进行这种正弦/余弦变换。尤其当m和n是彼此不同的质数时，则在位于X位置信息(提供脉冲)与Y位置信息(提供脉冲)之间的信号中将存在少许串音(cross talk)，且由此，X位置信息和Y位置信息的导出能够相对简单且精确地完成。

根据进一步的详细描述，提供了一种方法及设备，其中，该基板结构相对于该摄像机的X相对位置可从对摄像机信号进行FFT处理的第m次结果中获得，而其中，该基板结构相对于该摄像机的Y相对位置可从FFT处理的第n次结果中获得。在此，m是通过摄像机同时观察到的沿Y方向延伸的空间分开的结构元件边界的数量，而n是通过摄像机同时观察到的沿X方向延伸的空间分开的结构元件边界的数量。

优选地，在对其中X相对位置和Y相对位置被测定的通道进行扫描期间，进一步地，通过加工头在基板上完成操作。该操作例如可包括喷墨打印操作、照明、烧蚀操作、和/或在基板上设置组件。

根据对本发明的进一步详细描述，从摄像机信号得出的X位置信息用于纠正加工头相对于基板的X相对位置。

根据对本发明的再进一步详细描述，从摄像机信号得出的Y位置信息用于对操作进行计时，诸如通过喷墨打印头对液体释放进行计时，通过照明加工头对照明进行计时，对烧蚀操作进行计时，和/或对构件的释放进行计时。

根据对本发明的进一步详细描述，该加工头可绕相对于基板以直角延伸的中心线转动。因此，可以认识到，例如被设计为喷墨打印头的加工头的喷嘴沿X方向的间距与基板结构沿X方向的间距一致。

根据对本发明的再进一步详细描述，优选地，至少一个摄像机可相对于加工头绕相对于基板以直角延伸的中心线转动。因此，上面所提及的摄像机的主线的角度可被设置为使得摄像机信号包括空间分开的X位置信息和Y位置信息。

优选地，该摄像机是线阵摄像机。这种线阵摄像机包括排成一行的一系列传感器，例如1024个传感器一起形成线阵传感器。通过对该线阵传感器使用物镜，该结构的期望部分(例如具有1mm长度的线性部分)可在该线阵传感器上成像。

附图说明

以下将基于示例性实施例，参照附图对本发明进行更详细的说明，其中：

图1示出了根据本发明的设备的示例性实施例的设置；以及

图2示出了基板的顶部平面图，其中示出了连续不同的摄像机位置。

具体实施方式

图1中所示的示例性实施例示出了由基板支撑件支撑的基板1，该基板支撑件可将基板1沿X方向及Y方向位移。在本示例性实施例中，基板1用于制造显示器。在基板上存在正交矩阵结构，在本示例性实施例中，该正交矩阵结构是包括像素阱的浮凸结构。该像素阱具有的尺寸在20微米至500微米的范围内。各像素阱的边缘之间的距离在2微米至40微米的范围内。基板1具有的长度和宽度至少为10mm×10mm，但也可以大很多，例如1000mm×2000mm。

要提供的X位置信息及Y位置信息的精度为大约1微米级。

图1还示出了设有四个摄像机3的加工头2，这些摄像机在本示例性实施例中被设计为线阵摄像机。该些线阵摄像机每个都包括沿主线排列的一系列传感器。每个线阵传感器观测例如大约1mm的长度，每个线阵传感器包括例如沿该主线一个接一个地排列的1024个传感器。这样的一个线阵传感器提供了要进行信号处理的一维信号。应该注意的是，也可以使用二维CCD摄像机，然而，每次仅对该CCD摄像机的一维信号(即，从沿一条主线排列的一系列传感器得到的信号)进行信号处理。

在一可选实施例中，基板还可以静态地设置，并且加工头2可沿X方向及Y方向可移动地设置。在另一可选实施例中，基板1可例如沿Y方向可移动地设置，并且加工头2可例如沿X方向可替换地设置，而反之亦然。

加工头2绕相对于基板1以直角延伸的中心线枢转。摄像机3相对于加工头2绕相对于基板以直角延伸的中心线枢转。

进一步地，设置有控制基板支撑件的位移的运动控制器4。该图进一步示出了加工头驱动器5。在本示例性实施例中，该加工头是喷墨打印头，而加工头驱动器5是喷墨打印头驱动器5。参考标号6代表信号处理模块。

信号处理模块6将来自摄像机3的一维摄像机信号7作为输入信息，并且还将结构的几何消息8应用于基板1。基于每个摄像机3的一维摄像机信号的快速傅立叶变换或离散正弦/余弦变换，基板1的X位置相对于预期位置的相对位移9被测定。沿X方向的该偏差9也可以被称为术语：实际跟踪偏差。因此，这样测定的实际跟踪偏差9被用作运动控制器4的输入信号。基于每个摄像机3的一维信号的快速傅立叶变换，信号处理模块6还测定了基板的Y位置相对于预定位置的相对位移。基于该Y位置信息，打印触发信号10通过信号处理模块6而传输至运动控制器4。在本实施例中，每遇基板1上的像素，一个打印触发信号10即传输至运动控制器4。关于时钟的第二打印触发信号11从运动控制器4传输至控制喷墨打印头2的不同喷嘴的喷墨打印头驱动器5。

在本示例性实施例中，基板的长度沿Y方向延伸，而基板的宽度沿X方向延伸。在扫描路径中，通过摄像机3和加工头2相对于基板1的相对位移，该基板在基板的整个长度上沿Y方向被扫描。接着，基板1相对于加工头2沿X方向的相对位移被实现，此后，紧接着沿Y方向进行下一扫描路径。重复沿Y方向扫描路径以及沿X方向移动的步骤，直到基板1已在整个基板宽度上被扫描。

沿Y方向的相对位移可以是步进位移或以0至40m/s范围内的速度的连续位移。

摄像机信号的采样频率可以在1kHz至2MHz的范围内。

当结构元件具有的尺寸为大约150微米数量级以及扫描速度为大约0.4m/s时，10kHz的采样频率足以防止信号脉冲失真。

至少一个摄像机的主线包括相对于X方向的角以及包括相对于Y方向的角。上面所提及的角从0以及从90度偏离，并且这两个角被选择为使得摄像机信号包括空间分开的X位置信息和Y位置信息，以及使得该X位置信息和Y位置信息可借助于信号处理从传感器信号中分离出。

图2以顶部平面图示出了线阵摄像机3相对于设置有矩阵结构M的基板1的连续位置A，B，...，Z。在本实施例中，基板1设置有像素结构，其中，像素具有的尺寸为50微米×150微米。长度大约为1mm的线阵摄像机3包括相对于X方向大约49度的角。这导致线阵摄像机沿Y方向与五个像素边界相交，以及沿X方向与十三个像素边界相交。在扫描过程中，每个线阵摄像机提供了m个空间分开的X信号和n个空间分开的Y信号，其中，m＝13且n＝5。在本实施例中，由于m和n均是质数且彼此不同的事实，因此不会出现或几乎不会出现关于沿X方向的像素边界以及沿Y方向的像素边界的任何相同脉冲，进而在该信号中不会出现或几乎不会出现任何串音。因此，对于每个线阵摄像机位置A，B，...，Z，图2中示出了在线阵摄像机3上没有或几乎没有与沿X方向及Y方向的像素边界的交叉点相重合的位置。沿X方向及Y方向，结构元件边界的信号均很好地空间分开。将清楚地看到，当结构元件的尺寸不同时该角也不同。例如，当像素具有的尺寸为300微米×300微米时，摄像机的主线相对于X方向的适当角度可为33.7度。当具有这样的角度，且具有长度为大约1mm的线阵摄像机时，沿X方向可观测到三个空间分开的像素边界交叉点，以及沿Y方向可观测到两个空间分开的像素边界交叉点。当所选定的角度不适合时，在沿X方向的像素边界及沿Y方向的像素边界的观测中，空间分开可显著减少(例如具有0和具有90度)或者可出现很多的串音。对于方形像素，例如45度角是尤其不利的，由于在该信号中出现大范围的串音。

在信号处理模块6中进行信号处理的过程中，基板结构相对于摄像机的X相对位置由对摄像机信号进行FFT处理的m次结果获得，而基板结构相对于摄像机的Y相对位置由FFT处理的n次结果获得，m是观测每个线阵摄像机沿Y方向延伸的像素边界数，而n是观测每个线阵摄像机沿X方向延伸的像素边界数。

m次结果和n次结果的振幅是信号可靠性的指示，而m次结果和n次结果的相位信息分别与X相对位置和Y相对位置成比例。

对于该方法，由于所有结构元件的边界均位于摄像机的主线的下方的事实，因此所使用的是提供的信息，通过该测量获得很好的信噪比(SNR)，并且此外，在X相对位置和Y相对位置的位置测定中获得很高的精度。

本发明并不限于所描述的示例性实施例，并且在如由权利要求所限定的本发明的框架内可以存在各种变型。因此，本方法及本设备也可用于测定应用于基板的结构的位置，该基板旨在用于不同的最终产品。在此，待考虑的可选项是：电子设备、存储器、生物医学分析阵列、用于LCD的TFT结构以及设置在PC板上的元件。该基板上的结构元件无需是像素阱，而是还可以由可通过光检测出的其它的元件形成，诸如芯片中的电子元件、滤色片元件等。此外，扫描基板的路径可以以多种方式变化。除了沿Y方向扫描且沿X方向步进位移，扫描还可以沿倾斜的方向进行，即，沿包括相对于X方向或Y方向呈锐角的方向。如已指出的，扫描可以以连续的速度进行，并且扫描可以逐步地进行。除了具有像素阱的浮凸结构或相似结构元件，还可将打印形式的结构应用于该基板。由此，摄像机观测对比差而不是例如由浮凸结构元件的边界所测定的高度差。如以上所指出的，除了喷墨打印头，该加工头还可包括照明头、烧蚀头或用于设置元件的加工头。该照明例如可以采用可见光、UV辐射、X射线等。当该结构元件具有的尺寸大于300微米时，为了获得高精度和可靠信号，供一系列摄像机的传感器排列的主线的长度需增加。

在所描述的示例性实施例中，该结构元件沿正交矩阵排列。然而，其中结构元件沿非正交矩阵排列的结构的相对位置也可以通过根据本发明的方法及设备来测定。在此，待考虑的可选项是具有圆形、梯形或蜂窝状结构的矩阵结构。