CN106299157B - 一种激光加热封装系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加热封装系统及方法，依次包括：激光器、光纤、扩束系统、可变狭缝装置、聚焦系统。本发明的激光加热封装方法，包括以下步骤，激光器发射激光束，经过所述光纤匀光后，进入所述扩束系统扩束；扩束后的光束形成光斑，通过所述可变狭缝装置调控，即通过所述梳齿位置的变化调节，使得狭缝形状发生改变，从而光斑形状发生相应变化，投射在物体的封装线上，从而对物体进行激光封装。本发明提供的激光加热封装系统及方法不论在光斑扫描向还是非扫描向都能够较好地调节温度差异，且操作简单，无需调节多种装置，增大了调节的精确性。

Description

一种激光加热封装系统及方法
技术领域
本发明涉及一种封装系统及封装方法，特别涉及一种激光加热封装系统及方法。
背景技术
由于自发光、结构简单、超轻薄、响应速度快、色彩对比度高、宽视角、低功耗及可实现柔性显示等优异特性，OLED(Organic Light-Emitting Diode)已成为平板显示和照明领域的一个重要发展方向。对OLED器件而言，隔离外部氧气和水汽的侵入格外重要，因为水汽和氧气的渗入，会造成OLED器件内阴极氧化、脱膜、有机层结晶等效应，致使器件提前老化乃至损坏，常见的现象就是黑点、pixel shrinkage(象素收缩)和光强度衰减。按照业界的标准，商用化OLED产品至少须达到工作寿命10，000小时，存储寿命至少50，000小时，这就要求水汽渗透率小于10～6g/m2/day，氧气穿透率小于10-5cc/bar/m2/day，对于水氧的渗透率要求高于LCD，因而封装OLED元件的密封性能有着极为严格的要求。
对于激光封装OLED器件方法，是指整形后的激光束以一定功率分布垂直聚焦并沿着预固化的FRIT(玻璃粉)待封装轮廓线相对运动并扫描一周，顺序将FRIT(玻璃粉)轮廓线上各点加热至FRIT(玻璃粉)软化点温度之上，并依次冷却键合完成封装。封装过程中的温度均匀性，是影响封装后器件的密封性能的关键要素。如果，温度均匀性不得到控制，一方面，导致封装线上应力分布不均，另一方面，会使封装线上键合比不达标，这样不仅会降低封装密封的质量，甚至会使封装器件出现裂纹，或者封装材料和基底产生脱离，从而严重缩短OLED器件使用寿命。
激光封装OLED器件，加热过程中的温度分布不均匀主要有两种：
一是光斑扫描向温度不均匀，即激光光斑运动方向的温度不均匀分布，请参照图1，图中y方向为光斑扫描向，x方向为非光斑扫描向，造成光斑11扫描向温度不均匀分布的主要影响因素如下：
直线段和圆角处的差异；
因为几何参数的差异，圆角处的温度要比直线段处的温度高，此差异目前只能用实时调整激光器功率来补偿，使得直线段和圆角处各自的最高温差在100℃以下。
二是非光斑扫描向温度不均匀，即与激光光斑运动方向垂直方向的温度不均匀分布，影响因素有剂量均匀性、散热边界条件的差异等。
目前已知的OLED中光斑扫描向加热温度均匀性的控制，主要是通过激光器输出功率的实时调整以及激光光斑移动速度的实时调整来实现。
而目前已知的OLED中非光斑扫描向加热温度均匀性的控制，主要是通过光学系统进行激光光斑整形来实现，即通过光学系统重新定义光斑的能量密度分布，封装线中心区域的能量密度较边缘区域低(类似于M型能量密度分布)，从而补偿由于边界条件差异导致的中心和边缘温度不均分布。
因此在进行激光加热封装时，若需光斑扫描向与非扫描向的温度均匀性都受到控制，则需要调节上述两种装置，操作复杂，且装置之间的配合有一定的误差与滞后，降低了生产效率，且封装精确性下降。因此需要发明一种能同时解决光斑扫描向与非扫描向的温度差异问题的激光加热封装系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种激光加热封装系统与激光加热封装方法，通过在激光加热封装系统中设置可变狭缝装置，改变投射在待封装物体上的光斑形状，从而调节在激光加热封装时封装线上各区域的温度差异。
为达到上述目的，本发明提供一种激光加热封装系统，依次包括：激光器、光纤、扩束系统、聚焦系统，其中，还包括可变狭缝装置，位于所述扩束系统与所述聚焦系统之间。
作为优选，所述可变狭缝装置由外围的固定框架、位于所述固定框架上的控制装置、与所述控制装置依次连接的驱动、梳齿组成。
作为优选，所述驱动为电机驱动或者静电电容驱动或者压电伸缩驱动，所述梳齿在所述驱动下可产生运动，使得整个可变狭缝装置产生的狭缝形状发生变化。
作为优选，所述梳齿为可伸缩梳齿，使激光经过所述可变狭缝装置后形成不同形状的光斑。
作为优选，其特征在于，每个所述梳齿为刀片状。
作为优选，所述固定框架的不同边所连接的梳齿固定在不同的空间高度，避免相邻边或者对边的所述梳齿在移动时发生碰撞。
作为优选，所述梳齿为金属材料或者压电材料。
作为优选，所述可变狭缝装置还包括设置在所述控制装置上的温度传感器，如高温计。
本发明还提供一种使用上述激光加热封装系统的激光加热封装方法，包括以下步骤：
步骤S1:提供一个待激光加热封装的物体；
步骤S2:所述激光器发射激光束，经过所述光纤匀光后，进入所述扩束系统扩束；
步骤S3:经过步骤S2扩束后的光束形成光斑，通过所述可变狭缝装置调控，即通过所述梳齿位置的变化调节，使得狭缝形状发生改变，从而光斑形状发生相应变化，投射在所述物体的封装线上，进行激光封装。
作为优选，所述梳齿位置是根据实际封装时所测量的温度分布情况而变化调节的。
作为优选，所述梳齿位置是基于封装时所产生的温度场的仿真预测而变化调节的，所述温度场通过获取非光斑移动方向上的采样点的实际温度计算得出。
作为优选，所述梳齿的个数小于或者等于实际采样的点数。
作为优选，在所述光斑移动方向上，所述封装线的直线段和圆角处的温度差异通过扩大或者缩小狭缝的整体宽度进行温度差异补偿。
作为优选，在非光斑移动方向上，所述封装线上的直线段的温度差异通过狭缝形状变化一次即可补偿。
作为优选，在非光斑移动方向上，所述封装线上的圆角处的温度差异通过狭缝形状连续变化进行连续调整补偿，所述连续变化呈旋转变化趋势。
作为优选，所述光斑经过所述可变狭缝装置调控后在所述物体上移动方向的宽度为所述光斑在所述封装线上对应点加热的积分长度。
作为优选，所述可变狭缝装置的初始狭缝形状为正方形，所述正方形的长度为所述封装线宽度的2倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在激光加热封装系统中增加可变狭缝装置，通过封装时的温度场分布或者仿真预测封装时的温度场来调节可变狭缝装置中梳齿的位置，从而改变狭缝的形状，当激光光束透过可变狭缝装置后，使得待封装物体的封装线上投射的激光光斑形状发生变化，从而实时调整光斑的宽度，通过控制封装线上单个点的接受激光照射的扫描积分长度来控制加热的温度，因此这种激光加热封装系统与方法不论在光斑扫描向还是非扫描向都能够较好地调节温度差异，且操作简单，无需调节多种装置，增大了调节的精确性。
附图说明
图1为激光加热封装时光斑移动示意图；
图2为本发明实施例一中激光加热封装系统示意图；
图3为本发明实施例一中可变狭缝装置示意图；
图4为本发明实施例一中在直线部分可变狭缝的形状；
图5为本发明实施例一中在圆角部分可变狭缝的形状。
图中：1-激光器，2-光纤，3-扩束系统，4-可变狭缝装置，5-聚焦系统，6-待封装物体，7-固定框架，8-控制装置，9-驱动，10-梳齿，11-光斑。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
图2为本发明所提供的激光加热封装系统示意图，如图中所示，所述的激光加热封装系统依次包括：激光器1、光纤2、扩束系统3、聚焦系统5，还包括可变狭缝装置4，位于所述扩束系统3与所述聚焦系统5之间。
较佳地，请参照图3，所述可变狭缝装置由外围的固定框架7、位于所述固定框架7上的控制装置8、与所述控制装置8依次连接的驱动9、梳齿10组成。
较佳地，所述梳齿10为可伸缩梳齿，通过梳齿伸缩位置的不同，使激光经过所述可变狭缝装置后形成不同形状的光斑11。
较佳地，所述驱动9为压电伸缩驱动，所述梳齿10为压电材料，利用压电效应，控制所述梳齿10的伸缩，假设激光加热封装时光斑11移动扫描的速度为v，则要求所述驱动9的空间分辨率为1/v，所述梳齿10的控制频率为f，通过公式f>v/dspot计算，dspot为光斑11的直径。
较佳地，每个所述梳齿10为刀片状，可以阻挡该梳齿10上方所投射的部分光束。
较佳地，所述固定框架7的不同边所连接的梳齿10固定在不同的空间高度，避免相邻边或者对边的所述梳齿10在移动时发生碰撞。
本发明还提供一种使用上述激光加热封装系统的激光加热封装方法，包括以下步骤：
步骤1:提供一个待激光加热封装的物体6；
步骤2:所述激光器1发射激光束，经过所述光纤2匀光后，进入所述扩束系统3扩束；
步骤3:经过步骤2扩束后的光束形成光斑11，通过所述可变狭缝装置4调控，即通过所述梳齿10位置的变化调节，使得狭缝形状发生改变，从而光斑11形状发生相应变化，投射在所述物体6的封装线上，进行激光封装。
较佳地，所述梳齿10位置是基于封装时所产生的温度场的仿真预测而变化调节的，具体如下：
步骤1：建立激光加热封装时，待封装物体6上温度场的分布模型；
步骤2：在所述温度场分布模型中采集非光斑扫描向上若干采样点，如(x,y0)，其中x小于封装线宽度，并获取采样点的实际温度，所述采样点的点数决定了后续温度差异补偿的效果，点数越多，补偿后温度均匀性越高；
步骤3：将上述采样点做六次多项式拟合，得到当前非光斑扫描向温度分布曲线T1；
步骤4：假设待封装物体6上温度非均匀性为0％，则目标温度曲线常数为1，将步骤3得到的非光斑扫描向温度分布曲线做归一化处理，得到曲线T2，则其和目标温度曲线之间的差距可表示为1/T2，根据1/T2设置所述梳齿10的运动方案，将运动方案输入所述可变狭缝装置中的控制装置中，并由控制装置控制驱动，从而控制所述梳齿10的运动。
较佳地，在所述光斑11移动方向上，所述封装线的直线段和圆角处的温度差异通过扩大或者缩小狭缝的整体宽度进行温度差异补偿。
请参照图4，较佳地，在非光斑移动方向上，所述封装线上的直线段的温度差异通过狭缝形状变化一次即可补偿。
请参照图5，较佳地，在非光斑移动方向上，所述封装线上的圆角处的温度差异通过狭缝形状连续变化进行连续调整补偿，所述连续变化呈旋转变化趋势。
较佳地，所述光斑11经过所述可变狭缝装置调控后在所述物体上移动方向的宽度为所述光斑11在所述封装线上对应点加热的积分长度。
较佳地，所述可变狭缝装置4的初始狭缝形状为正方形，所述正方形的长度为所述封装线宽度的2倍。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，所述梳齿10位置是根据温度传感器测量的封装线上实际温度来决定的梳齿10运动方案来调节的，从而不采用仿真模拟温度场所制定的梳齿运动方案，相比与实施例一更具有实时性。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于，所述驱动9为静电电容驱动，所述梳齿10为金属材料，将每个梳齿10作为一个电极，梳齿10随时间的运动量转化为其对应电极的时间函数的电压量。
实施例四
本实施例与实施例一的区别在于，所述驱动9为电机驱动。
本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种激光加热封装系统，依次包括：激光器、光纤、扩束系统、聚焦系统，其特征在于，还包括可变狭缝装置，位于所述扩束系统与所述聚焦系统之间，所述可变狭缝装置由外围的固定框架、位于所述固定框架上的控制装置、与所述控制装置依次连接的驱动、梳齿组成。
2.如权利要求1所述的激光加热封装系统，其特征在于，所述驱动为电机驱动或者静电电容驱动或者压电伸缩驱动，所述梳齿在所述驱动下可产生运动，使得整个可变狭缝装置产生的狭缝形状发生变化。
3.如权利要求1所述的激光加热封装系统，其特征在于，所述梳齿为可伸缩梳齿，使激光经过所述可变狭缝装置后形成不同形状的光斑。
4.如权利要求1所述的激光加热封装系统，其特征在于，每个所述梳齿为刀片状。
5.如权利要求1所述的激光加热封装系统，其特征在于，所述固定框架的不同边所连接的梳齿固定在不同的空间高度，避免相邻边或者对边的所述梳齿在移动时发生碰撞。
6.如权利要求1所述的激光加热封装系统，其特征在于，所述梳齿为金属材料或者压电材料。
7.如权利要求1所述的激光加热封装系统，其特征在于，所述可变狭缝装置还包括设置在所述控制装置上的温度传感器。
8.一种使用如权利要求1～7中任意一项所述的激光加热封装系统的激光加热封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(S1):提供一个待激光加热封装的物体；
步骤(S2):所述激光器发射激光束，经过所述光纤匀光后，进入所述扩束系统扩束；
步骤(S3):经过步骤(S2)扩束后的光束形成光斑，通过所述可变狭缝装置调控，即通过所述梳齿位置的变化调节，使得狭缝形状发生改变，从而光斑形状发生相应变化，投射在所述物体的封装线上，进行激光封装。
9.根据权利要求8所述的激光加热封装方法，其特征在于，所述梳齿位置是根据实际封装时所测量的温度分布情况而变化调节的。
10.根据权利要求8所述的激光加热封装方法，其特征在于，所述梳齿位置是基于封装时所产生的温度场的仿真预测而变化调节的，所述温度场通过获取非光斑移动方向上的采样点的实际温度计算得出。
11.根据权利要求10所述的激光加热封装方法，其特征在于，所述梳齿的个数小于或者等于实际采样的点数。
12.根据权利要求8所述的激光加热封装方法，其特征在于，在所述光斑移动方向上，所述封装线的直线段和圆角处的温度差异通过扩大或者缩小狭缝的整体宽度进行温度差异补偿。
13.根据权利要求8所述的激光加热封装方法，其特征在于，在非光斑移动方向上，所述封装线上的直线段的温度差异通过狭缝形状变化一次即可补偿。
14.根据权利要求8所述的激光加热封装方法，其特征在于，在非光斑移动方向上，所述封装线上的圆角处的温度差异通过狭缝形状连续变化进行连续调整补偿，所述连续变化呈旋转变化趋势。
15.根据权利要求8所述的激光加热封装方法，其特征在于，所述光斑经过所述可变狭缝装置调控后在所述物体上移动方向的宽度为所述光斑在所述封装线上对应点加热的积分长度。
16.根据权利要求8所述的激光加热封装方法，其特征在于，所述可变狭缝装置的初始狭缝形状为正方形，所述正方形的长度为所述封装线宽度的2倍。
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