CN111451652A

CN111451652A - 激光蚀刻设备

Info

Publication number: CN111451652A
Application number: CN202010016461.3A
Authority: CN
Inventors: 安珠燮; 吴泽溢; 韩圭完; 高永焕; 裵允更
Original assignee: Samsung Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2020-07-28
Also published as: US20200230740A1; KR102636043B1; US11786990B2; KR20200091051A

Abstract

公开了一种激光蚀刻设备。所述激光蚀刻设备用于在具有多层结构的显示面板中形成孔，激光蚀刻设备包括：光源，用于发射具有第一能量分布的第一激光束；以及扫描器，用于沿圆形路径将第二激光束辐射到对象物体上，第二激光束具有不同于第一能量分布的第二能量分布。

Description

激光蚀刻设备

本申请要求于2019年1月21日提交的第10-2019-0007581号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请出于所有目的通过引用包含于此，如同在此进行充分地阐述一样。

技术领域

发明的示例性实施方式总体上涉及一种激光蚀刻设备，更具体地，涉及一种被构造为通过将激光束辐射到显示面板来形成孔的激光蚀刻设备以及使用该激光蚀刻设备的激光蚀刻方法。

背景技术

总体上，在诸如有机发光显示设备的显示面板中形成孔，其中，相机模块或传感器安装在该孔中。孔通常形成在显示面板的非显示区域中。然而，最近由于显示器的尺寸变窄，因此需要在显示区域中形成孔。

在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于理解发明构思的背景，因此，它可以包含不构成现有技术的信息。

发明内容

申请人发现，如果通过使用类似钻孔的机械方法在显示区域中形成孔，则钻孔部分的剖面是不均匀的，这可能干扰显示器的观看。此外，氧和湿气会容易地穿过不均匀的剖面，从而使显示质量劣化。可选地，如果通过使用一般的激光器钻孔，则被钻入的该孔的尺寸会由于激光束光斑的尺寸而受到限制。因此，因为相机模块或传感器需要在大孔中安装，所以会难以使用一般的激光器在多层结构(诸如显示面板的显示区域)中钻出大的孔。

根据发明的原理和示例性实施方式构造的激光蚀刻设备和使用该激光蚀刻设备的激光蚀刻方法能够稳定地钻出比激光束的光斑大的孔。例如，通过使用根据发明的一些示例性实施方式构造的激光蚀刻设备，大且干净的孔可以形成在显示面板的显示区域中，使得产品质量稳定。因此，可以增强生产率，并且可以确保稳定的产品质量。

发明构思的附加特征将在下面的描述中阐述，并且部分地将通过描述而明显，或者可以通过发明构思的实践而获知。

根据发明的一个方面，激光蚀刻设备包括发射具有第一能量分布的第一激光束的光源和沿圆形路径将第二激光束辐射到对象物体上的扫描器，第二激光束具有不同于第一能量分布的第二能量分布。

激光蚀刻设备还可以包括布置在光源与扫描器之间以将第一激光束转换成第二激光束的衍射光学装置，第二激光束具有线性光束分布。

第二激光束可以从衍射光学装置发出，并且可以在由扫描器限定的圆形路径中可旋转。

第二激光束可以在与圆形路径的半径大致平行的方向上并沿圆形路径可旋转。

第二激光束可以具有矩形剖面。

第二激光束可以具有梯形剖面。

圆形路径可以包括环形形状。

扫描器可以包括透光透镜，并且激光束的尺寸可以随透光透镜的数值孔径而变化。

扫描器可以包括被构造为在激光束的路径中旋转并限定圆形路径的一对楔形透镜。

对象物体可以包括显示面板的显示区域。

应理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述是示例性和说明性的，并且意图提供对如要求保护的发明的进一步解释。

附图说明

附图示出了发明的示例性实施例，并且与描述一起用于解释发明构思，包括附图以提供对发明的进一步理解，并且附图被包含在该说明书中并构成该说明书的一部分。

图1是其中通过根据发明的原理构造的激光蚀刻设备而形成孔的显示面板的示例性实施例的透视图。

图2是图1的显示面板的显示区域中的代表性像素结构的剖视图。

图3A至图3C是示出通过使用根据发明的原理构造的激光蚀刻设备在显示区域中形成孔的工艺的示例性实施例的剖视图。

图4是根据发明的原理构造的激光蚀刻设备的示例性实施例的框图。

图5A至图5C是示出旋转线性光束的工艺的示例性实施例的示意图，该旋转由图4的激光蚀刻设备中的衍射光学装置执行。

图6是示出通过图4的激光蚀刻设备中的扫描器获得待切割的圆形轨迹的工艺的示例性实施例的示意图。

图7是示出图6的线性光束的示例性实施例的示意图。

图8是示出图6的扫描器的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明的各种示例性实施例或实施方式的彻底的理解。如在这里所使用的“实施例”和“实施方式”是采用在这里公开的发明构思的一个或更多个的装置或方法的非限制示例的可互换的词语。然而，明显的是，各种示例性实施例可以在没有这些具体细节的情况下或者在具有一个或更多个等效布置的情况下来实践。在其它的情况下，为了避免不必要地模糊各种示例性实施例，以框图的形式示出了公知的结构和装置。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排它的。例如，在不脱离发明构思的情况下，示例性实施例的具体的形状、构造和特性可以在另一示例性实施例中使用或实施。

除非另有说明，否则示出的示例性实施例将被理解为提供可以在实践中以其实施发明构思的一些方式的变化的细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离发明构思的情况下，各种实施例的特征、组件、模块、层、膜、面板、区域和/或方面等(在下文中，单独地或共同地称为“元件”)可以另外组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中交叉阴影线和/或阴影的使用通常被提供为使相邻元件之间的边界清晰。如此，除非说明，否则交叉阴影线或阴影的存在和不存在都不传达或表示对元件的特定材料、材料性质、尺寸、比例、示出的元件之间的共性和/或任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大元件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本上同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的元件。

当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。然而，当元件或层被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。为此，术语“连接”可以指具有或不具有中间元件的物理连接、电气连接和/或流体连接。此外，D1轴、D2轴和D3轴不限于直角坐标系的三个轴(诸如x轴、y轴和z轴)，而是可以以更宽的含义进行解释。例如，D1轴、D2轴和D3轴可以彼此垂直，或者可以表示彼此不垂直的不同方向。为了本公开的目的，“X、Y和Z中的至少一个(种/者)”和“从由X、Y和Z组成的组中选择的至少一个(种/者)”可以解释为仅X、仅Y、仅Z或者X、Y和Z中的两个(种/者)或更多个(种/者)的任何组合，诸如以XYZ、XYY、YZ和ZZ为例。如在这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。

虽然在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种类型的元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语用于一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被命名为第二元件。

为了描述性的目的，在这里可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下面”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语由此来描述如附图中所示的一个元件与其它元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中的除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，那么被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将随后被定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或在其它的方位处)，如此，相应地解释在这里使用的空间相对描述语。

在这里使用的术语用于描述特定实施例的目的，而不意图进行限制。如在这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个(种/者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组，但是不排除存在或添加一个或更多个其它的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如在这里所使用的，术语“基本上”、“大约”和其它相似的术语被用作近似的术语而不是用作程度的术语，如此，它们被用来解释将由本领域普通技术人员认识到的测量值、计算值和/或提供值的固有偏差。

在这里参照作为理想化示例性实施例和/或中间结构的示意图的剖视图和/或分解图来描述各种示例性实施例。如此，将预期出现例如由于制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，在这里公开的示例性实施例不应一定被解释为局限于具体示出的区域的形状，而是将包括由于例如制造导致的形状上的偏差。以这种方式，附图中示出的区域可以在本质上是示意性的，并且这些区域的形状可以不反映装置的区域的实际形状，如此，不一定意图进行限制。

除非另有定义，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开作为其一部分的领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(诸如在通用词典中定义的术语)应该被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应该以理想化的或过于形式化的含义来进行解释，除非在这里明确地如此定义。

图1是其中通过根据发明的原理构造的激光蚀刻设备而形成孔的显示面板的示例性实施例的透视图。图1示出了其中通过根据示例性实施例的激光蚀刻设备100(参照图4)形成孔H的显示面板300。

如图1中所示，显示面板300包括其中显示图像的显示区域310和在显示区域310的外围中的非显示区域320。孔H布置在显示区域310中。也就是说，由于非显示区域320在最近的设计中已经变窄，所以非显示区域320不包括其中孔H被布置为用于将相机模块或传感器安装在孔H中的足够的自由空间。因此，孔H布置在显示区域310中。

多个像素布置在显示区域310中。多个像素中的每个具有图2中示出的结构。

图2是图1的显示面板的显示区域中的代表性像素结构的剖视图。参照图2，缓冲层313布置在基底310a上。在缓冲层313之上，布置薄膜晶体管311和有机发光器件312。

薄膜晶体管311包括有源层311a、布置为覆盖有源层311a的栅极绝缘层314以及位于栅极绝缘层314上的栅电极311b。

层间绝缘层315布置为覆盖栅电极311b。源电极311c和漏电极311d布置在层间绝缘层315上。

源电极311c和漏电极311d经由栅极绝缘层314和层间绝缘层315中的接触孔分别与有源层311a的源区和漏区接触。

漏电极311d连接到有机发光器件312的像素电极312a。像素电极312a布置在平坦化层316上。像素限定层317布置在像素电极312a上，其中，像素限定层317限定子像素区域。从缓冲层313到像素电极312a和像素限定层317的范围内的层通常被称为背板层BP。

另外，有机发光器件312的发光层312b布置在像素限定层317的开口中。对电极312c气相沉积在像素限定层317和发光层312b上。也就是说，由像素限定层317限定的开口是像素(诸如红色(R)像素、绿色(G)像素或蓝色(B)像素)的发光区域，并且与像素的颜色对应的发光层312b布置在像素的发光区域中。虽然图2示出了一个像素的结构，但是应理解的是，多个这样的像素以行和列的形式布置在显示器中。

另外，在对电极312c上，顺序堆叠盖层318、无机层319a、有机层319b和无机层319c，其中，盖层318是保护层，并且无机层319a、有机层319b和无机层319c构成被构造为防止来自外部的湿气和氧的渗透的薄膜封装层319。

因此，需要在包括层的多层结构中稳定地钻出显示区域310中的大的孔H。

图3A至图3C是示出通过使用根据发明的原理构造的激光蚀刻设备在显示区域中形成孔的工艺的示例性实施例的剖视图。图3A至图3C示意性地示出了通过使用根据示例性实施例的激光蚀刻设备100(参照图4)在多层结构中形成孔H的方法。

这里，为了便于描述，将从缓冲层313到像素电极312a和像素限定层317的范围内的层示意性地示出为背板层BP。另外，发光层312b可以是像素中的发光层。然而，可以理解的是，发光层312b可以包括由与发光层312b的材料相同的材料形成并且与显示区域310中的其上布置有发光层312b的层布置在同一层上的层。

如图3A中所示，通过将激光束10辐射到多层结构上而形成具有环形(环状或圆环)形状的凹槽h(见图6和图7)，其中，基底310a包括聚酰亚胺材料，多层结构包括在基底310a之上从背板层BP到盖层318的范围内的层。换言之，凹槽h可以形成在圆形区域中，并且用激光束10照射的该区域可以是呈具有预定宽度w的形状的环形。通过向下钻入盖层318、对电极312c和发光层312b而形成凹槽h。凹槽h可以比发光层312b进一步向下钻入。然而，下至发光层312b的层实际上被构造为渲染图像，并且可以由观看者直接观看。另外，对湿气和氧最敏感的发光层312b，甚至通过使用机械来切割发光层312b下方的层也可能不是问题。因此，可以选择激光束10的适当强度，以仅在诸如盖层318、对电极312c和发光层312b的三个层中向下形成凹槽h。另外，凹槽h被钻成不具有激光束10的光斑的尺寸，而是通过沿着圆形迹线(也被称为“圆形路径”)(参照图6)辐射激光束10在特定区域中形成为具有宽度w的环形形状(参照图6和图7)。结果，孔H可以形成为具有如下讨论的大尺寸。

用于钻孔凹槽h的激光束10不是以高斯分布激光束的形式辐射的，而是以具有其中激光束的强度被平滑的线性光束分布的激光束的形式辐射的。因此，凹槽h整体上具有均匀地钻孔形式，而不是其中仅凹槽h的与激光束10的中心对应的部分被深钻且凹槽h的与激光束10的边缘对应的部分被浅钻的形式。线性光束由衍射光学装置130(参照图4)形成。这将在后面描述。

在形成凹槽h之后，如图3B中所示，顺序地形成薄膜封装层319的无机层319a、有机层319b和无机层319c。通过这样做，覆盖了发光层312b的在形成凹槽h时暴露的侧表面，从而保护发光层312b的侧表面免受湿气和氧的渗透的影响。

接下来，如图3C中所示，通过在凹槽h的宽度的中间区域中切割均布置在凹槽h下方的背板层BP和基底310a来形成具有大尺寸的孔H。可以各自通过使用机械切割或者通过沿着凹槽h的边缘辐射一般高斯分布光斑激光束来切割背板层BP和基底310a。然后，在孔H中布置相机模块、传感器等。

图4是根据发明的原理构造的激光蚀刻设备的示例性实施例的框图。图5A至图5C是示出旋转线性光束的工艺的示例性实施例的示意图，该旋转由图4的激光蚀刻设备中的衍射光学装置执行。现在，参照图4，描述示出的示例性实施例中的激光蚀刻设备100，其中，激光蚀刻设备100被构造为形成凹槽h和孔H。

根据发明的原理构造的激光蚀刻设备100包括：光源110，被构造为发射激光束10a；扩束器BEX_120，被构造为扩展激光束10a；衍射光学装置DOE 130，被构造为将具有高斯分布A的激光束10b转换为具有线性光束分布B的激光束10c；以及扫描器140，被构造为沿着圆形迹线将具有线性光束分布B的激光束10c辐射到对象物体(例如，显示面板300)。附图标记150表示其中安装有待制造的对象物体(例如，显示面板300)的真空室，附图标记151表示透光窗，并且附图标记300可以用于对象物体和显示面板两者。

这里，如参照图4所简要描述的，衍射光学装置130将具有其中光束的强度集中在光束的中心处的高斯分布A的激光束10b转换为具有其中光束的强度整体上均匀且平滑的线性光束分布B的激光束10c。

为此，衍射光学装置130包括如图5A至图5C中所示的衍射图案131。也就是说，当具有高斯分布A的激光束10b穿过衍射图案131时，激光束10b被转换成具有线性光束分布B的激光束10c。另外，衍射图案131如图5A至图5C中所示地进行旋转。衍射图案131的旋转是为了在与通过扫描器140获得的圆形迹线的互操作中改变线性光束的角度。例如，具有线性光束分布B的激光束10c的方向可以与衍射图案131的布置的方向相同。

图6是示出通过图4的激光蚀刻设备中的扫描器获得待切割的圆形轨迹的工艺的示例性实施例的示意图。图6示出了扫描器140与衍射光学装置130的互操作。扫描器140沿着圆形迹线辐射具有线性光束分布B的激光束10c，从而形成具有上述针对对象物体300的环形形状的凹槽h。因为不发射具有光斑尺寸的激光束(例如，具有高斯分布A的激光束10b)，而是发射呈平滑的线性光束分布B的激光束10c，因此产生了具有环形形状而不是简单圆形的凹槽h，从而凹槽h中的用激光束10c照射的该区域可以具有预定宽度w。另外，衍射光学装置130与扫描器140的运动互操作地使衍射图案131旋转，从而将具有线性光束分布的激光束10控制为与圆形迹线的半径的方向平行。通过这样做，凹槽h可以形成为沿着圆形迹线具有均匀的宽度w。

可以通过使用扫描器140的透光透镜141中的数值孔径来调节辐射到对象物体300的呈线性光束分布B的激光束10c的尺寸。例如，可以使用具有高数值孔径的透射透镜来减小激光束10的尺寸，并且可以使用具有低数值孔径的透射透镜来增大激光束10的尺寸。当激光束10的尺寸小时，仅通过使用圆形迹线不能形成具有足够宽度的凹槽h。然后，扫描器140可以控制激光束10以从辐射点沿着圆形迹线的径向移动激光束10。与具有径向上的迹线的圆形迹线组合获得的这种迹线可以称为环形迹线。可以理解的是，环形迹线可以是包括在圆形迹线中的特定修改迹线。

将参照图3A至图3B简要描述通过使用具有这种构造的激光蚀刻设备100形成孔H的工艺。

如图3A中所示，在基底310a上准备多层结构作为对象物体300，其中，多层结构包括从背板层BP到盖层318的范围内的层，并且安装在图4中示出的真空室150中。然后，通过使用扫描器140沿圆形迹线辐射具有线性光束分布的激光束10来形成凹槽h，其中，具有线性光束分布的激光束10是通过使用衍射光学装置130转换激光束10的结果。

因此，凹槽h向下钻入盖层318、对电极312c和发光层312b中，并且形成为具有环形形状。作为激光束10的转换的结果，也就是说，辐射具有沿着凹槽h的宽度w的线性光束分布和均匀强度的激光束10，与凹槽h的中心一样几乎均匀地制造凹槽h的壁部。因此，凹槽h的剖面可以形成为不是粗糙的，而是与垂直壁一样干净。

接下来，如图3B中所示，顺序形成薄膜封装层319的无机层319a、有机层319b和无机层319c以覆盖发光层312b的在形成凹槽h时暴露的侧表面。

然后，如图3C中所示，通过切割在凹槽h下方的背板层BP和基底310a来形成具有大尺寸的孔H。在孔H中安装相机模块或传感器。

因此，如此，通过使用具有线性光束分布的激光束10，形成具有环形形状的凹槽h，然后，钻孔凹槽h以形成孔H。因此，可以稳定地钻出具有比激光束10的光斑的尺寸大的尺寸的孔H。特别地，因为大的孔H也可以形成在显示面板300的显示区域310中，因此产品质量可以是稳定的。

图7是示出图6的线性光束的示例性实施例的示意图。根据上述示例性实施例，描述了通过使用衍射光学装置130的衍射图案131将激光束10转换为具有矩形线性光束分布的激光束10的示例。然而，如图7中所示，激光束10可被转换成梯形线性光束20。也就是说，衍射图案131可以被各种修改以选择适当的线性光束的形状，从而紧密地沿着圆形轨迹的外周辐射激光束10。

图8是示出图6的扫描器的示例性实施例的示意图。另外，关于上述扫描器140，作为示例，描述了用于通过使用安装在扫描器140内部的透镜来调节光辐射的迹线的结构。然而，如图8中所示，扫描器140内部的透镜可以被转换成一对楔形透镜210和220。也就是说，扫描器140可以被构造成使得一对楔形透镜210和220安装在激光束30的路径中并且旋转以获得圆形迹线。因此，扫描器140可以在发明构思的范围内进行各种修改。

如上所述，通过使用激光蚀刻设备和方法，可以稳定地钻出大于激光束的光斑的孔。具体地，由于可以在显示面板的显示区域中形成大且干净的孔，因此产品质量稳定。因此，可以提高生产率，并且可以确保稳定的产品质量。

尽管在这里已经描述了某些示例性实施例和实施方式，但是通过该描述，其它实施例和修改将是明显的。因此，发明构思不限于这样的实施例，而是限于权利要求以及如对于本领域普通技术人员来说将明显的各种明显的修改和等同布置的更广泛的范围。

Claims

1.一种激光蚀刻设备，所述激光蚀刻设备包括：

光源，用于发射具有第一能量分布的第一激光束；以及

扫描器，用于沿圆形路径将第二激光束辐射到对象物体上，所述第二激光束具有不同于所述第一能量分布的第二能量分布。

2.根据权利要求1所述的激光蚀刻设备，所述激光蚀刻设备还包括布置在所述光源与所述扫描器之间以将所述第一激光束转换成所述第二激光束的衍射光学装置，所述第二激光束具有线性光束分布。

3.根据权利要求2所述的激光蚀刻设备，其中，所述第二激光束从所述衍射光学装置发出，并且在由所述扫描器限定的所述圆形路径中可旋转。

4.根据权利要求3所述的激光蚀刻设备，其中，所述第二激光束在与所述圆形路径的半径平行的方向上并沿所述圆形路径可旋转。

5.根据权利要求2所述的激光蚀刻设备，其中，所述第二激光束具有矩形剖面。

6.根据权利要求2所述的激光蚀刻设备，其中，所述第二激光束具有梯形剖面。

7.根据权利要求1所述的激光蚀刻设备，其中，所述圆形路径包括环形形状。

8.根据权利要求1所述的激光蚀刻设备，其中，所述扫描器包括透光透镜，并且

所述激光束的尺寸随所述透光透镜的数值孔径而变化。

9.根据权利要求1所述的激光蚀刻设备，其中，所述扫描器包括被构造为在所述激光束的路径中旋转并限定所述圆形路径的一对楔形透镜。

10.根据权利要求1所述的激光蚀刻设备，其中，所述对象物体包括显示面板的显示区域。