CN108123052A - 一种激光封装装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光封装装置和方法，将预压紧单元固定在激光封装使用的激光振镜上，当激光振镜移动时，预压紧单元跟随激光振镜一起移动，也就是说对于同一个区域，预压紧单元和激光封装同时进行，激光封装装置到下一个区域时，激光振镜与预压紧单元一起移动，并对下一个区域进行同步预压紧和激光封装，因此预压紧单元不会对激光光路进行干扰，整个装置布局灵活，易于大面积基板激光封装应用领域的扩展。

Description

一种激光封装装置和方法
技术领域
本发明涉及OLED封装领域，特别涉及一种激光封装装置和方法。
背景技术
近年来，有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)具有自发光、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，已成为平板显示和照明领域的一个重要发展方向。
OLED器件主要包括透明基板玻璃、TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)主动控制阵列、电极层、有机发光层以及封装层等。然而，由于目前OLED显示屏所采用的有机发光材料及电极对其周围环境中的水蒸气及氧气极度敏感，并因相互作用使其劣化造成暗点，而严重影响其寿命，为此需要对OLED进行极度苛刻的气密性封装：H2O<10-6g/m2/day，O2<10-4cc/m2/day/atm。
中空玻璃/金属+UV胶边缘密封+干燥剂、激光玻璃粉封装以及薄膜封装是AMOLED气密性封装技术中较为主流的三种封装技术。UV胶边缘密封法虽然工艺简单，但需要腐蚀玻璃以形成空腔，气密性不佳，故往往需要在顶部添加剂，这就不适用于顶部发光的应用(如OLED显示)；薄膜封装虽然具有成本低，器件薄、结构轻、抗冲击性强、适合大尺寸柔性基底等优势，但这一新兴封装材料并不成熟，其气密性尚不能满足OLED电视等较长使用寿命的应用需求。
激光封装属于低温激光热传导焊的一种，其主要利用特定波长(如808nm/810nm)红外激光束对已预烧结固化在玻璃盖板面，对上述红外光波段波长具有高吸收性的玻璃膏料轮廓进行选择性的加热、冷却以形成具有优异气密性的AMOLED封装。激光封装相对于UV胶及薄膜封装具有以下优势：(1)适合顶部发光的OLED应用；(2)封装工艺成熟，气密性优；(3)适合制作结构紧凑的触摸屏。
不过，由于激光封装对封接处的间隙非常敏感，将会导致裂纹、空洞、彩纹、分层等缺陷，严重影响封装强度及气密性并导致封装工艺窗口变窄而影响封装工艺的可靠性，而在整个封装过程中影响其键合面间隙的因素有很多：
(1)玻璃料颗粒均匀性不够、玻璃料流动性差、玻璃料易结晶，导致预烧结后的玻璃料拟键合面不平，通常需要对其进行磨平，以将玻璃料对应拟键合面厚度变化控制在2μm-4μm之间，打磨后需要利用超声波低温清洗上层玻璃基板上的碎屑，并且将其放入真空坩埚中保持100℃烘烤6小时以上。这种现象对于早期熔点较高的玻璃料非常明显，通常需要在封装过程中施加较大的预压紧力以增大其流动性；
(2)预烧结过程中，有机溶剂未充分挥发，导致封装过程中存在大量气泡，进而影响键合面的键合强度；
(3)UV预封装过程中，其真空度不足，或存在缓慢漏气现象，导致在封装过程中上下键合面不能充分接触，进而影响封装强度；
(4)周线封装过程中，因已键合区域下塌，导致未封装区域产生翘曲，影响键合面在封装过程中未能充分接触，进而影响封装强度。
针对上述现象，美国专利US20090069164(申请号：12/087，094，公开日：2009年3月12日)提出改进玻璃粉的颗粒均匀性来降低预烧结后玻璃粉烧结体的厚度不均匀，利用直径3um的玻璃基材和3um～7um的玻璃填充料，以及玻璃膏印刷过程中各种保持低温和避免氧化来保证获得较好的玻璃浆料膜厚的均匀性。
美国专利US2009023354(国际公开日：2011年2月17日，国际公开号：WO2011018185A)提出用机械预压紧的方法保持封装过程中上层玻璃盖板上的玻璃料尽可能地与玻璃基板贴近，减小间隙。
专利US20100130091(申请号：12/276,771，公开日：2010年5月27日)提出利用真空预压紧的办法来压紧上下层玻璃基板，使得玻璃料充分与玻璃基板贴近，减小间隙影响。另外，在利用对叠设备将带有预烧结玻璃料的封装玻璃盖板与带有OLED发光层及电极的玻璃基板对叠形成玻璃基板对时，为了防止水蒸气和氧气进入OLED器件，故需要在带有一定真空度的隔绝设备内进行UV预封装。为此，UV预封装程序除了防止封装过程中水蒸汽和氧气进入OLED器件外，还可以利用封装基板对中的负压提供一定的预压紧力。不过该UV预封装过程与上述真空预压紧方案存在冲突。
不过，真空预压紧装置需要非常复杂的机械结构及气压控制回路，且为了避免与封装光路的干涉，很难获得大基板条件下的均匀预压紧效果；而对于机械预加紧装置，因其需要避开激光束，而激光封装的芯片布局是任意的，尤其是多激光束并行封装条件下，其调整的灵活性受到限制，且机械预压紧有可能造成玻璃的破裂。
为提高激光封装的一致性、灵活性及产率，现有技术中提出了准同步封装，即利用高速扫描激光束重复扫描拟封装玻璃料轮廓线，使得封装玻璃料轮廓线上的每个封装点的温度准同步梯次增加至软化点以上。不过，实验表明：由于在封装过程中，其封装玻璃料轮廓线上任一封装点温度基本一致，即其变形及下榻层度一致，这就导致其在封装过程中，因其已封装下塌区域无法给封装加热软化点提供必要的预压紧力，故存在空洞等影响封装质量的缺陷。
具体如图1所示，准同步封装后的显微照片显示其表面存在分布密集的白色孔洞01，而这些白色孔洞01会严重影响封装的键合强度。对比准同步封装及周线扫描封装，因封装过程中的预压紧力不足时导致上述白色孔洞01缺陷发生的关键原因所在，并导致准同步封装的工艺窗口变窄，影响其对应封装工艺的可靠性。鉴于机械式预压紧装置存在与封装光路干涉、封装适应性差，需要根据不同的封装芯片布局调整对应夹持机构的布局，并需在封装过程中动态调节夹持机构压板相对于封装芯片的拓扑关系，需要复杂的控制机构及算法；真空吸附方案，则存在与现有UV预封装以防止在封装及转移过程中外界水蒸气和氧气进入器件的工艺需求相矛盾的缺陷，且实验已经表明仅依靠真空吸附所产生的预压紧力不足以满足准同步预压紧的工艺需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种激光封装装置和方法，用以解决对准同步封装因预压紧力不足而在封装过程中易产生孔洞的工艺缺陷且预压紧对封装光路干涉的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种激光封装装置，从上至下包括：
激光源，用于提供封装的激光；
激光振镜，用于调整激光的光路；
预压紧单元，固定在所述激光振镜的一端，用于对两个待封装的玻璃基板进行预压紧操作。
作为优选，所述预压紧单元为环形，围绕所述激光振镜设置。
作为优选，所述预压紧单元设置有若干个气孔，所述气孔沿所述预压紧单元的圆周均匀分布，所述气孔内通入预设压力的压缩空气。
作为优选，所述气孔的个数为16个。
作为优选，所述预压紧单元面对所述玻璃基板的一面上分别设置有与所述气孔相通的倾斜喷嘴，每个所述倾斜喷嘴对应一个气孔，所述倾斜喷嘴用于调整所述压缩空气的喷射角度。
作为优选，所述倾斜喷嘴将所述气孔内的压缩空气向所述玻璃基板上喷射，所有所述倾斜喷嘴的倾斜方向相交于一点，该点位于所述玻璃基板下方。
作为优选，所述预压紧单元具有气路控制系统，所述气路控制系统包括皆与所述预压紧单元电路连接的压力开关、电磁阀、减压阀，所述压力开关反馈所述气孔内的压力值，所述电磁阀用于控制所述预压紧单元的打开与关闭，所述减压阀用于减小向所述气孔提供的压缩空气的气压。
作为优选，所述倾斜喷嘴的截面形状为圆锥形。
作为优选，所述预压紧单元内还设置有喷嘴调节装置，用于调节倾斜喷嘴的角度。
作为优选，所述喷嘴调节装置为球形万向节。
作为优选，所述球形万向节由吸振材料制成。
作为优选，所述球形万向节具有吸振结构。
作为优选，所述激光振镜从上至下包括镜头组和聚焦镜，所述镜头组位于所述激光源和所述聚焦镜之间。
作为优选，所述镜头组包括X向偏振镜片和Y向偏振镜片。
作为优选，所述激光源提供的激光波长为808nm或904nm。
作为优选，设置有若干个如上所述的激光封装装置以及X向导轨，若干个所述激光封装装置固定在所述X向导轨上并沿着X向移动。
作为优选，还包括一基板载台，用于放置待封装的玻璃基板，所述基板载台固定在Y向导轨上，所述基板载台沿着Y向移动。
本发明还提供一种使用如上所述的激光封装装置的激光封装方法，包括以下步骤：
放置在基板载台上的两个待封装的玻璃基板，在进行对准后，打开预压紧单元，所述玻璃基板上与所述预压紧单元对应的区域定义为预压紧范围，所述预压紧范围被所述预压紧单元预压紧；
打开所述激光源，所述激光源发出的激光被所述激光振镜调整后向所述玻璃基板上的所述预压紧范围照射，对所述预压紧范围内的玻璃基板进行封装；
重复上述步骤，直至完成玻璃基板上所有区域的封装。
作为优选，所述预压紧单元包括若干个气孔，每个气孔对应设置倾斜喷嘴，所述预压紧操作即为所述预压紧单元内通入压缩空气，并通过所述倾斜喷嘴向所述预压紧范围喷射所述压缩空气。
作为优选，设置有若干个如上所述的激光封装装置以及X向导轨，当每个所述激光封装装置在其对应的预压紧范围内封装完毕后，所有所述激光封装装置沿着X向导轨移动后，所述激光封装装置对其它区域进行封装。
作为优选，待封装的玻璃基板所在的基板载台设置在Y向导轨上，当每个所述激光封装装置在其对应的预压紧范围内封装完毕后，所述基板载台沿着Y向导轨移动后，所述激光封装装置对其它区域进行封装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的激光封装装置和方法，将预压紧单元固定在激光封装使用的激光振镜上，当激光振镜移动时，预压紧单元跟随激光振镜一起移动，也就是说对于同一个区域，预压紧单元和激光封装同时进行，激光封装装置到下一个区域时，激光振镜与预压紧单元一起移动，并对下一个区域进行同步预压紧和激光封装，因此预压紧单元不会对激光光路进行干扰，整个装置布局灵活，易于大面积基板激光封装应用领域的扩展。
附图说明
图1为现有技术中准同步封装后的OLED显微结构照片；
图2为本发明实施例一提供的激光封装装置结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的预压紧单元俯视图；
图4为本发明实施例一提供的倾斜喷嘴截面图；
图5为本发明实施例一提供的气路控制系统结构图；
图6为本发明实施例二提供的激光封装装置结构示意图。
图1中：01-白色孔洞；
图2～图6中：100-激光振镜、110-X向偏振镜片、120-Y向偏振镜片、130-聚焦镜、200-预压紧单元、210-气孔、220-倾斜喷嘴、230-压力开关、240-电磁阀、250-减压阀、300-基板载台、400-玻璃基板、410-预压紧范围、500-玻璃料、600-激光、700-X向导轨。
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
请参照图2，本发明提供一种激光封装装置，从上至下包括：
激光源(未图示)，用于提供封装的激光600，本发明中提供的激光600的波长为808nm或904nm；
激光振镜100，用于调整激光600的光路，激光振镜100包括X向偏振镜片110和Y向偏振镜片120，以及位于下方的聚焦镜130，两个偏振镜片呈一定的角度设置，使得激光源发出的激光600被X向偏振镜片110反射后向Y向偏振镜片120照射，经过Y向偏振镜片120的反射后，激光600经过聚焦镜130的聚焦后，向位于基板载台300上的玻璃基板400上照射；
预压紧单元200，为环形，围绕所述聚焦镜130设置，用于对待封装的玻璃基板400进行预压紧操作。
请参照图3，所述预压紧单元200设置有若干个气孔210，本实施例中为16个气孔210，所述气孔210沿所述预压紧单元200的圆周均匀分布，也就是说气孔210围绕聚焦镜130分布，所述气孔210内通入预设压力的压缩空气。
鉴于倾斜喷嘴220的进口直径d、出口直径D、收缩角α，倾斜喷嘴220距离玻璃基板400面的距离H以及倾斜喷嘴220的数目及拓扑关系等是影响其冲击作用力大小、有效范围以及均匀性的关键因素。尽管图3中的预压紧单元200中对应倾斜喷嘴220个数为16个，但其数目仅为一个示例，需根据具体的激光振镜100工作距、最大扫描范围、预压紧力大小及其均匀性等约束条件及指标进行CFD模拟。本实施例中并不具体阐述其数值模拟过程。
在预压紧单元200上面对玻璃基板400的一面设置有倾斜喷嘴220，每个气孔210皆对应一个倾斜喷嘴220并与该倾斜喷嘴220相通，使得气孔210内的压缩空气通过倾斜喷嘴220流向玻璃基板400上，所有所述倾斜喷嘴220的倾斜方向相交于一点，该点位于所述玻璃基板400下方，这样确保了倾斜喷嘴220皆向同一个封装区域内喷射压缩空气，将该区域定义为预压紧范围410。
具体地，请参照图4，本发明提供的倾斜喷嘴220截面为圆锥形，这种形状的倾斜喷嘴220为发散型喷嘴，可以避免预压紧单元200对激光振镜100反射的激光光路产生干涉。
预压紧单元200内还设置有喷嘴调节装置(未图示)，用于调节倾斜喷嘴220的角度，所述喷嘴调节装置为具有阻尼的球形万向节，也就是说该球形万向节具有吸振功能，如球形万向节由吸振材料制成或者具有吸振结构。
预压紧单元200内通入的压缩空气是厂务需求中一种较为常见的气体，其在激光封装设备中一般主要为曝光系统提供冷却以及为运动台的气动预加紧装置提供气源。根据冲击射流原理，压缩空气与玻璃基板400面之间相互作用，即为预压紧的过程，其本质可以描述为轴对称撞击射流过程。其主控方程一般采用RNG k-ε模型，其方程描述如下：
由于准同步封装所采用的高速扫描振镜在封装过程中，仅依靠控制对应的X向偏振镜片110及Y向偏转镜片120来实现激光束相对于玻璃基板400面的高速扫描，故很难实现激光束的同轴预压紧。以激光振镜100的扫描场140mm×140mm为例，为了获取最佳的封装效果，其势必要求与激光振镜100同轴的预压紧单元200能够提供至少覆盖140mm×140mm的均匀预压紧区域。
预压紧单元200具有气路控制系统，所述气路控制系统包括皆与所述预压紧单元200电路连接的压力开关230、电磁阀240、减压阀250，所述压力开关230反馈所述气孔210内的压力值，所述电磁阀240用于控制所述预压紧单元200的打开与关闭，所述减压阀250用于减小向所述气孔210提供的压缩空气的气压使其达到指定的压力值。请参照图5，压力开关230、电磁阀240以及减压阀250依次电路连接。
在基板载台300上放置两层玻璃基板400，上层的玻璃基板400为玻璃盖板，下层的玻璃基板400上放置有烧结后固化的玻璃料500，激光封装装置就是在该预压紧范围410内将上层玻璃基板400与下层玻璃基板400预压紧，并同步对该区域进行激光封装。往往一个预压紧范围410就是一片芯片的封装区域。
本发明还提供使用上述激光封装装置的激光封装方法，具体步骤如下：
步骤一：已完成UV预封装的玻璃基板对(由两层玻璃基板400以及两者之间的玻璃料500构成)放置在基板载台300上，预压紧单元200进入玻璃基板400对准捕获范围，也即对准预压紧范围410，玻璃基板400全局调平并作对准补偿；
步骤二：打开预压紧单元200，向气孔210内通入预设压力的压缩空气，同时根据对应芯片尺寸及布局，通过喷嘴调节装置在线调整倾斜喷嘴220的角度；
步骤三：移动激光振镜100，调节气孔210内的压力及倾斜喷嘴220的角度，激光振镜100开始对应预压紧范围410进行准同步封装；
步骤四：重复步骤一至步骤三直至封装完所有芯片，关闭预压紧单元200，将封装完成的玻璃基板对从基板载台300上撤出，封装完成。
实施例二
请参照图6，建立XYZ三维坐标系，本实施例与实施例一的区别在于设置有X向导轨700，设置若干个实施例一所述的激光封装装置，每个激光封装装置皆包括激光源、激光振镜100、预压紧单元200，若干个激光封装装置沿X向固定在X向导轨700上，并可在X向导轨700上沿X向移动。
对于大尺寸的玻璃基板400的封装，若干个激光封装装置在玻璃基板400上方沿着X向移动，并且，基板载台300固定在Y向导轨(未图示)上，使得基板载台300可沿Y向移动，在对大尺寸的玻璃基板400激光封装时，若干个激光封装装置对其各自对应的区域封装完成后，沿X向导轨700作X向移动，同时基板载台300配合作Y向移动，使激光封装装置移动至下一个区域进行预压紧与封装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的激光封装装置和方法，将预压紧单元200固定在激光封装使用的激光振镜100上，当激光振镜100移动时，预压紧单元200跟随激光振镜100一起移动，也就是说对于同一个区域，预压紧单元200和激光封装同时进行，激光封装装置到下一个区域时，激光振镜100与预压紧单元200一起移动，并对下一个区域进行同步预压紧和激光封装，因此预压紧单元200不会对激光光路进行干扰，整个装置布局灵活，易于大面积基板激光封装应用领域的扩展。
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 (21)

1.一种激光封装装置，其特征在于，从上至下包括：
激光源，用于提供封装的激光；
激光振镜，用于调整激光的光路；
预压紧单元，固定在所述激光振镜的一端，用于对两个待封装的玻璃基板进行预压紧操作。
2.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述预压紧单元为环形，围绕所述激光振镜设置。
3.如权利要求2所述的激光封装装置，其特征在于，所述预压紧单元设置有若干个气孔，所述气孔沿所述预压紧单元的圆周均匀分布，所述气孔内通入预设压力的压缩空气。
4.如权利要求3所述的激光封装装置，其特征在于，所述气孔的个数为16个。
5.如权利要求3所述的激光封装装置，其特征在于，所述预压紧单元面对所述玻璃基板的一面上分别设置有与所述气孔相通的倾斜喷嘴，每个所述倾斜喷嘴对应一个气孔，所述倾斜喷嘴用于调整所述压缩空气的喷射角度。
6.如权利要求5所述的激光封装装置，其特征在于，所述倾斜喷嘴将所述气孔内的压缩空气向所述玻璃基板上喷射，所有所述倾斜喷嘴的倾斜方向相交于一点，该点位于所述玻璃基板下方。
7.如权利要求5所述的激光封装装置，其特征在于，所述预压紧单元具有气路控制系统，所述气路控制系统包括皆与所述预压紧单元电路连接的压力开关、电磁阀、减压阀，所述压力开关反馈所述气孔内的压力值，所述电磁阀用于控制所述预压紧单元的打开与关闭，所述减压阀用于减小向所述气孔提供的压缩空气的气压。
8.如权利要求5所述的激光封装装置，其特征在于，所述倾斜喷嘴的截面形状为圆锥形。
9.如权利要求5所述的激光封装装置，其特征在于，所述预压紧单元内还设置有喷嘴调节装置，用于调节倾斜喷嘴的角度。
10.如权利要求9所述的激光封装装置，其特征在于，所述喷嘴调节装置为球形万向节。
11.如权利要求10所述的激光封装装置，其特征在于，所述球形万向节由吸振材料制成。
12.如权利要求10所述的激光封装装置，其特征在于，所述球形万向节具有吸振结构。
13.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述激光振镜从上至下包括镜头组和聚焦镜，所述镜头组位于所述激光源和所述聚焦镜之间。
14.如权利要求13所述的激光封装装置，其特征在于，所述镜头组包括X向偏振镜片和Y向偏振镜片。
15.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述激光源提供的激光波长为808nm或904nm。
16.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，设置有若干个如权利要求1～15中任一项所述的激光封装装置以及X向导轨，若干个所述激光封装装置固定在所述X向导轨上并沿着X向移动。
17.如权利要求16所述的激光封装装置，其特征在于，还包括一基板载台，用于放置待封装的玻璃基板，所述基板载台固定在Y向导轨上，所述基板载台沿着Y向移动。
18.一种使用如权利要求1所述的激光封装装置的激光封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
放置在基板载台上的两个待封装的玻璃基板，在进行对准后，打开预压紧单元，所述玻璃基板上与所述预压紧单元对应的区域定义为预压紧范围，所述预压紧范围被所述预压紧单元预压紧；
打开所述激光源，所述激光源发出的激光被所述激光振镜调整后向所述玻璃基板上的所述预压紧范围照射，对所述预压紧范围内的玻璃基板进行封装；
重复上述步骤，直至完成玻璃基板上所有区域的封装。
19.如权利要求18所述的激光封装方法，其特征在于，所述预压紧单元包括若干个气孔，每个气孔对应设置倾斜喷嘴，所述预压紧操作即为所述预压紧单元内通入压缩空气，并通过所述倾斜喷嘴向所述预压紧范围喷射所述压缩空气。
20.如权利要求18所述的激光封装方法，其特征在于，设置有若干个激光封装装置以及X向导轨，当每个所述激光封装装置在其对应的预压紧范围内封装完毕后，所有所述激光封装装置沿着X向导轨移动后，所述激光封装装置对其它区域进行封装。
21.如权利要求20所述的激光封装方法，其特征在于，待封装的玻璃基板所在的基板载台设置在Y向导轨上，当每个所述激光封装装置在其对应的预压紧范围内封装完毕后，所述基板载台沿着Y向导轨移动后，所述激光封装装置对其它区域进行封装。
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