CN113675072A - 激光装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种激光装置。根据一实施例的激光装置包括：激光模块，射出激光束；第一光学系统，扩展从所述激光模块射出的所述激光束在第一方向上的尺寸并射出，所述第一方向与射出方向交叉；第二光学系统，使将从第一光学系统射出的激光束沿第一方向分割的多个子光束沿与射出方向及第一方向交叉的第二方向排列而射出；第三光学系统，使从第二光学系统射出的激光束的能量在第一方向上均匀化；以及第四光学系统，减小从第三光学系统射出的激光束在第一方向上的尺寸。

Description

激光装置
技术领域
本发明涉及一种激光装置。
背景技术
随着多媒体的发展，显示装置的重要性正在增加。对此呼应地，正在使用诸如有机发光显示装置(OLED：Organic Light Emitting Display)、液晶显示装置(LCD：LiquidCrystal Display)等各种显示装置。
上述的显示装置可以利用薄膜晶体管来控制各个像素的发光与否以及发光程度。薄膜晶体管包括半导体层、栅极电极及源极/漏极电极等，在半导体层主要使用将非晶硅(a-Si)结晶的多晶硅(poly-Si)。作为将非晶硅(a-Si)结晶为多晶硅(p-Si)的方法，使用向非晶硅(a-Si)照射激光束而结晶的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于制造质量均匀且优异的显示装置的激光装置。
本发明的技术问题并不限于以上所提及的技术问题，本领域技术人员可以通过以下的记载而明确理解未提及的其他技术问题。
用于解决上述技术问题的根据一实施例的激光装置包括：激光模块，射出激光束；第一光学系统，扩展从所述激光模块射出的所述激光束在第一方向上的尺寸并射出，所述第一方向与射出方向交叉；第二光学系统，使将从所述第一光学系统射出的所述激光束沿所述第一方向分割的多个子光束沿与所述射出方向及所述第一方向交叉的第二方向排列而射出；第三光学系统，使从所述第二光学系统射出的所述激光束的能量在所述第一方向上均匀化；以及第四光学系统，减小从所述第三光学系统射出的所述激光束在所述第一方向上的尺寸。
所述第二光学系统可以使所述激光束在所述第一方向上的尺寸与在所述第二方向上的尺寸相互交换而射出。
所述第二光学系统可以保持所述激光束在所述第一方向及所述第二方向上的光束质量因子，并且使在所述第一方向及所述第二方向上的尺寸相互交换。
所述第三光学系统可以包括：第一短轴均化器，包括入射面沿所述射出方向的反方向凸出且射出面为平面结构的圆筒透镜阵列；第二短轴均化器，布置于所述第一短轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的圆筒透镜阵列；第三短轴均化器，布置于所述第二短轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的透镜。
还可以包括：第五光学系统，使所述激光束的能量在所述第二方向上均匀化。
所述第五光学系统可以包括：第一长轴均化器，包括入射面沿所述射出方向的反方向凸出且射出面为平面结构的圆筒透镜阵列；第二长轴均化器，布置于所述第一长轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的圆筒透镜阵列；第三长轴均化器，布置于所述第二长轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的透镜。
经过所述第二光学系统的所述激光束可以入射到所述第五光学系统。
所述第四光学系统可以包括沿所述第二方向延伸且入射面沿所述射出方向的反方向凸出的圆筒形凸透镜。
从所述第四光学系统射出的所述激光束可以在对象基板的上表面形成焦点。
穿过所述第一光学系统之前的所述激光束可以保持针对所述第二方向的光束质量因子并减小针对所述第一方向的光束质量因子。
其他实施例的具体事项包括在详细的说明以及附图。
根据一实施例的激光装置可以形成较窄的短轴尺寸而具有较高的能量密度，并且确保充分的焦点深度而提供按短轴方向上的各个区域具有均匀的能量的激光束。
根据本发明的实施例的效果不受限于以上示出的内容，本说明书中包括更加多样的效果。
附图说明
图1是根据一实施例的显示装置的平面图。
图2是示意性地图示图1的显示装置的一部分的剖视图。
图3是根据一实施例的激光装置的立体图。
图4是放大从根据一实施例的激光装置射出的激光束所照射的基板的示意图。
图5是示出根据一实施例的激光装置中的激光束的移动路径的流程图。
图6是示出穿过望远镜透镜部的激光束的示意图。
图7是关于穿过望远镜透镜部的激光束的能量的模拟结果。
图8是示出穿过光束质量因子转换部的激光束的示意图。
图9是关于穿过光束质量因子转换部的激光束的能量的模拟结果。
图10是示出穿过短轴均化器部的激光束的示意图。
图11是示出穿过长轴均化器部的激光束的示意图。
图12是示出穿过投影透镜部的激光束的示意图。
图13是根据一实施例的激光装置激光束的能量特征曲线图形。
图14及图15是根据比较实施例的激光装置激光束的能量特征曲线图形。
图16是示出根据一实施例的显示装置的制造方法的流程图。
附图标记说明
10：基板 11：非晶硅薄膜
12：多晶硅薄膜 100：激光模块
200：望远镜透镜部 300：光束质量因子转换部
400：短轴均化器部 500：长轴均化器部
600：投影透镜部
具体实施方式
参照附图和详细后述的实施例，则可以明确本发明的优点和特征、以及达成这些的方法。然而，本发明可以呈现为互不相同的多种形态，且并不限于以下公开的实施例，本实施例仅用于使本发明完全公开并为了向本发明所属技术领域中具有普通知识的人完整地告知发明范围而提供，本发明仅由权利要求书记载的范围而定义。
提及元件(element)或者层在其他元件或者层“上(on)”时，将在其他元件的紧邻的上方的情形或者在其中间夹设有其他层或者其他元件的情形全部包括。在整个说明书中，相同的参照符号指代相同构成要素。
虽然第一、第二等术语用于说明多种构成要素，但这些构成要素不应被这些术语限定。这些术语仅用于将一个构成要素与另一构成要素进行区分的目的。因此，以下提及的第一构成要素在本发明的技术思想内也可以是第二构成要素。
以下，参照附图针对实施例进行说明。
图1是根据一实施例的显示装置的平面图。图2是示意性地图示图1的显示装置的一部分的剖视图。
参考图1及图2，显示装置DD显示视频或静止图像。显示装置DD可以指提供显示屏幕的全部电子装置。例如，提供显示屏幕的电视、笔记本电脑、监视器、广告牌、物联网、移动电话、智能电话、平板电脑(PC：Personal Computer)、电子手表、智能手表、手表电话、头戴式显示器、移动通信终端、电子记事本、电子书、便携式多媒体播放器(PMP：PortableMultimedia Player)、导航仪、游戏机、数码相机、摄像机等可以包括于显示装置DD。
显示装置DD的形状可以实现多样的变形。例如，显示装置DD可以具有横向长度较长的矩形、纵向长度较长的矩形、正方形、边角部(顶点)圆滑的四边形、其他多边形、圆形等形状。显示装置DD的显示区域DPA的形状也可以与显示装置DD的整体形状相似。图1举例示出了横向长度较长的矩形形状的显示装置DD及显示区域DPA。
显示装置DD可以包括显示区域DPA和非显示区域NDA。显示区域DPA是可以显示画面的区域，非显示区域NDA是不显示画面的区域。显示区域DPA也可以被称为活性区域，非显示区域NDA也可以被称为非活性区域。显示区域DPA可以大致占据显示装置DD的中央处。
显示区域DPA可以包括多个像素PX。多个像素PX可以沿行列方向排列。
在显示区域DPA的周围可以布置有非显示区域NDA。非显示区域NDA可以完全或局部地包围显示区域DPA。显示区域DPA可以为矩形形状，非显示区域NDA可以以与显示区域DPA的四条边邻近的方式布置。
显示装置DD可以包括显示面板DP。显示面板DP是显示屏幕或图像的面板，例如，不仅可以包括有机发光显示面板(OLED)、无机发光显示面板(inorganic EL)、量子点发光显示面板(QED)、微型LED显示面板(micro-LED)、纳米LED显示面板(nano-LED)、等离子显示面板(PDP)、场发射显示面板(FED)、阴极射线管显示面板(CRT)等自发光显示面板，而且还可以包括液晶显示面板(LCD)、电泳显示面板(EPD)等受光显示面板。以下，以有机发光显示面板为显示面板DP的情形为例进行说明，但是并不局限于此。
显示面板DP可以包括基础基板SUB1、缓冲层SUB2、半导体层ACT、第一绝缘层IL1、第一栅极导电层621、第二绝缘层IL2、第二栅极导电层622、第三绝缘层IL3、数据导电层623、第四绝缘层IL4、阳极电极ANO、包括使阳极电极ANO暴露的开口部的像素限定膜PDL、布置于像素限定膜PDL的开口部内的发光层EML、布置于发光层EML和像素限定膜PDL上的阴极电极CAT、布置于阴极电极CAT上的薄膜封装层EN。虽然上述的各层可以构成为单层膜，但是也可以构成为包括多层膜的层叠膜。在各层之间还可以布置有其他层。
基础基板SUB1可以支撑布置于其上部的各个层。基础基板SUB1也可以利用聚合物树脂等绝缘物质或者诸如玻璃或石英等无机物质形成。
在基础基板SUB1上布置有缓冲层SUB2。缓冲层SUB2可以包括硅氮化物、硅氧化物、硅氮氧化物等。
在缓冲层SUB2上布置有半导体层ACT。半导体层ACT可以构成像素的薄膜晶体管的沟道。半导体层ACT可以包括通过后文所述的激光装置(参照图3的“LD”)结晶的多晶硅。半导体层ACT可以通过使布置于对象基板(参照图3的“10”)上的非晶硅薄膜(图3的“11”)全部结晶后对其进行图案化而得到，或者通过先对非晶硅薄膜(图3的“11”)进行图案化后使图案化的非晶硅薄膜(图3的“11”)结晶而形成。但是，并不局限于此，虽然未图示，但是也可以仅使非晶硅薄膜(图3的“11”)的一部分结晶，从而半导体层ACT包括布置有非晶硅的非晶硅区域(未图示)和布置有多晶硅的多晶硅区域(未图示)。
在半导体层ACT上可以布置有第一绝缘层IL1。第一绝缘层IL1可以是具有栅极绝缘功能的第一栅极绝缘膜。
在第一绝缘层IL1上可以布置有第一栅极导电层621。第一栅极导电层621可以包括像素的薄膜晶体管的栅极电极GAT、连接到栅极电极GAT的扫描线以及保持电容器第一电极CE1。
在第一栅极导电层621上可以布置有第二绝缘层IL2。第二绝缘层IL2可以是层间绝缘膜或第二栅极绝缘膜。
在第二绝缘层IL2上可以布置有第二栅极导电层622。第二栅极导电层622可以包括保持电容器第二电极CE2。
在第二栅极导电层622上可以布置有第三绝缘层IL3。第三绝缘层IL3可以是层间绝缘膜。
在第三绝缘层IL3上可以布置有数据导电层623。数据导电层623可以包括像素的薄膜晶体管的第一电极SD1和第二电极SD2以及第一电源线ELVDDE。薄膜晶体管的第一电极SD1和第二电极SD2可以通过贯通第三绝缘层IL3、第二绝缘层IL2及第一绝缘层IL1的接触孔而与半导体层ACT的源极区域及漏极区域电连接。
在数据导电层623上可以布置有第四绝缘层IL4。第四绝缘层IL4可以覆盖数据导电层623。第四绝缘层IL4可以是过孔层。
在第四绝缘层IL4上可以布置有阳极电极ANO。阳极电极ANO可以是设置在每个像素的像素电极。阳极电极ANO可以通过贯通第四绝缘层IL4的接触孔而与薄膜晶体管的第二电极SD2连接。
在阳极电极ANO上可以布置有像素限定膜PDL。像素限定膜PDL可以布置于阳极电极ANO上，并且包括使阳极电极ANO暴露的开口部。可以通过像素限定膜PDL及其开口部而区分发光区域EMA和非发光区域NEM。
在像素限定膜PDL上可以布置有阻隔件SP。阻隔件SP可以起到保持与布置在其上部的结构物之间的间隔的作用。
在使像素限定膜PDL暴露的阳极电极ANO上可以布置有发光层EML。发光层EML可以包括有机物质层。发光层EML的有机物质层可以包括有机发光层，并且还可以包括空穴注入/传输层和/或电子注入/传输层。
在发光层EML上可以布置有阴极电极CAT。阴极电极CAT可以是不区分像素而在整个表面布置的公共电极。阳极电极ANO、发光层EML及阴极电极CAT可以构成各个有机发光元件。
在阴极电极CAT上部布置有包括第一无机膜EN1、第一有机膜EN2及第二无机膜EN3的薄膜封装层EN。在薄膜封装层EN的端部，第一无机膜EN1和第二无机膜EN3可以彼此相接。第一有机膜EN2可以通过第一无机膜EN1和第二无机膜EN3被密封。
第一无机膜EN1及第二无机膜EN3可以分别包括硅氮化物、硅氧化物或硅氮氧化物等。第一有机膜EN2可以包括有机绝缘物质。
以下，对形成包括在上述的半导体层ACT中的多晶硅薄膜的激光装置进行说明。具体而言，后文所述的激光装置可以是将非晶硅薄膜结晶为多晶硅薄膜的装置。
图3是根据一实施例的激光装置的立体图。图4是放大从根据一实施例的激光装置射出的激光束所照射的基板的示意图。
参照图3及图4，在对象基板10上可以布置有非晶硅薄膜11。对象基板10可以是玻璃基板或柔性基板。柔性基板可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET：PolyethyleneTerephthalate)膜、聚丙烯(PP：Polypropylene)膜、聚乙烯(PE：Polyethylene)膜、聚酰亚胺(PI：Polyimide)膜、聚苯乙烯(PS：Polystyrene)膜、聚碳酸酯(PC：Polycarbonate)膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN：Polyethylene Naphthalate)膜、环烯烃共聚物(COC：CyclicOlefin Copolymer)膜或丙烯醛基(Acryl)膜中的一种。
在本说明书中，以在对象基板10上形成非晶硅薄膜11并通过激光装置LD进行结晶的情形为例进行了说明，然而并不局限于此，非晶硅薄膜11可以是还包括除了硅以外的其他物质的非晶半导体层。
非晶硅薄膜11可以通过化学气相沉积(CVD)或等离子化学气相沉积等方法形成。非晶硅薄膜11可以按各个区域具有均匀的厚度，然而并不局限于此，非晶硅薄膜11的上表面及下表面可以包括凹凸部，并且在微结构上按区域具有不同的厚度。后文将参照图4对其详细内容进行描述。
例如，非晶硅薄膜11可以使用硅或硅基物质(例如，SixGe(1-x))形成。
根据一实施例的激光装置LD可以是提供激光束LB的装置。当利用激光装置LD提供激光束LB时，其可以位于对象基板10的一侧。例如，激光装置LD可以位于被照射激光束LB的对象基板10的上部。
激光装置LD可以向位于对象基板10上的非晶硅薄膜11上照射激光束LB。被照射激光束LB的非晶硅薄膜11可以结晶为多晶硅薄膜12。为了使非晶硅薄膜11有效结晶，可能需要大量的能量。因此，优选地，使向被照射激光束LB的区域的每单位面积提供的能量较大。
当非晶硅薄膜11在低于熔点的温度下进行结晶时，在晶界形成的非正常的凸出形状减少，从而可以提高结晶性。因此，优选地，将非晶硅薄膜11加热至低于非晶硅薄膜11的熔点的温度。例如，在非晶硅薄膜11的熔融温度为约1460℃的情况下，可以控制激光束LB而将非晶硅薄膜11加热至约1300℃至1400℃的温度。
激光束LB可以在几纳秒(ns)期间照射到非晶硅薄膜11上。非晶硅薄膜11中所包含的非晶硅可以通过照射的激光束LB而温度快速升高并熔融，之后被冷却而再结晶。通过如上所述的方法，非晶硅薄膜11可以通过激光束LB结晶成多晶硅薄膜12。非晶硅薄膜11反复进行熔融和再结晶，并在表面产生凹凸部，从而可以增加表面粗糙度。即，多晶硅薄膜12的表面粗糙度可以大于非晶硅薄膜11的表面粗糙度。
激光束LB可以以沿一方向延伸的线光束形态射出。在示例性实施例中，激光束LB可以沿第三方向DR3射出。激光束LB的线形状可以沿与作为射出方向的第三方向DR3垂直的第一方向DR1延伸。作为激光束LB的延伸方向的第一方向DR1可以被称为长轴方向，并且第一方向DR1上的长度可以被称为长轴尺寸Dx。长轴尺寸Dx越大，可以使更宽区域的非晶硅薄膜11结晶。长轴尺寸Dx可以由后文所述的激光装置LD中所包括的光学系统确定。
并且，作为与激光束LB的延伸方向垂直的厚度方向的第二方向DR2可以被称为短轴方向，并且第二方向DR2上的长度可以被称为短轴尺寸Dy。短轴尺寸Dy越小，可以使越大的每单位面积的能量提供至非晶硅薄膜11。例如，激光束LB的短轴尺寸Dy可以为约400μm以下，或者约200μm以下，或者约150μm以下，或者约100μm以下，然而并不局限于此。
虽然未图示，但是形成有非晶硅薄膜11的对象基板10可以位于移动托盘(未图示)上。在照射激光束LB的期间，移动托盘(未图示)可以使对象基板10沿箭头方向恒定地移动，从而使激光束LB均匀地照射到对象基板10上的非晶硅薄膜11。
作为另一例，激光装置LD可以在形成有非晶硅薄膜11的对象基板10静止的状态下移动并照射激光束LB。作为又一例，激光装置LD以及形成有非晶硅薄膜11的对象基板10可以一同移动并照射激光束LB。此时，激光装置LD的移动速度与形成有非晶硅薄膜11的对象基板10的移动速度可以相同，然而并不局限于此，也可以以不同的速度移动。
从激光装置LD射出的激光束LB可以在焦点处提供最大的能量。如上所述，从激光束LB提供的能量的量越多，非晶硅薄膜11的结晶可以越有效地实现。因此，为了实现有效的硅结晶，优选地，激光束LB的焦点可以形成在非晶硅薄膜11的内部。例如，激光束LB的焦点可以在非晶硅薄膜11的内部位于厚度方向中心，然而并不局限于此，也可以在薄膜内部相对于厚度方向的中心而向第三方向DR3的一侧或另一侧偏移而布置。
硅薄膜11、12的上表面及下表面可以包括凹凸部。硅薄膜11、12的上表面可以包括向第三方向DR3另一侧最凸出的高点HP，硅薄膜11、12的下表面可以包括向第三方向DR3一侧最凸出的低点LP。
为了实现非晶硅薄膜11的均匀结晶，需要按区域提供均匀的能量。向从焦点面到位于激光束LB的焦点深度(DOF：depth of focus)内的区域可以提供大致均匀的能量。焦点深度(DOF：depth of focus)表示即使从焦点面远离或接近焦点面也被视为对焦的距离，激光束LB的焦点深度(DOF：depth of focus)的值越大，被提供的能量与向焦点面提供的能量实质上相同的区域可以越宽。即，为了非晶硅薄膜11的均匀结晶，优选地，激光束LB的焦点形成于非晶硅薄膜11的内部，并且激光束LB的焦点深度(DOF：depth of focus)至少大于高点HP与低点LP之间的阶梯差d。
图5是示出根据一实施例的激光装置中的激光束的移动路径的流程图。
参照图5，根据一实施例的激光装置LD可以包括：激光模块100，射出激光束LB；望远镜透镜部200，将激光束LB以第二方向(短轴方向)DR2上的尺寸扩展的状态射出；光束质量因子转换部300，使将激光束LB在第二方向(短轴方向)DR2上分割的多个子光束沿第一方向(长轴方向)DR1排列并射出；短轴均化器部400，使激光束LB的能量沿第二方向(短轴方向)DR2均匀化；长轴均化器部500，使激光束LB的能量沿第一方向(长轴方向)DR1均匀化；以及投影透镜部600，减小激光束LB在第二方向(短轴方向)DR2上的尺寸。
在一实施例中，从激光模块100输出的激光束LB可以依次经由望远镜透镜部200、光束质量因子转换部300、短轴均化器部400、长轴均化器部500及投影透镜部600而照射到对象基板10上。望远镜透镜部200、光束质量因子转换部300、短轴均化器部400及投影透镜部600可以布置为使激光束LB依次经过，但是长轴均化器部500的位置并不局限于此。
在另一实施例中，长轴均化器部500可以布置于望远镜透镜部200与光束质量因子转换部300之间。在又一实施例中，长轴均化器部500可以布置于光束质量因子转换部300与短轴均化器部400之间。
可以从激光装置LD的激光模块100输出第一激光束LB1(参照图6)。第一激光束LB1可以具有直线形状。第一激光束LB1可以在照射面形成光束点(beam spot)。从激光模块100输出的第一激光束LB1的能量分布可以具有在中心部处能量较高的高斯分布。第一激光束LB1作为圆形光束，长轴尺寸(未图示)及短轴尺寸Dy1可以大致相同。激光模块100可以使用准分子激光、YAG激光、玻璃激光、YVO4激光、Ar激光、红宝石激光等。但是，并不局限于此，除了上述的激光之外，只要是能够使硅结晶化的激光，都可以被激光模块100使用。
以下，对上述的激光装置LD的各个部件局限更详细的说明。
图6是示出穿过望远镜透镜部的激光束的示意图。图7是关于穿过望远镜透镜部的激光束的能量的模拟结果。图8是示出穿过光束质量因子转换部的激光束的示意图。图9是关于穿过光束质量因子转换部的激光束的能量的模拟结果。图10是示出穿过短轴均化器部的激光束的示意图。图11是示出穿过长轴均化器部的激光束的示意图。图12是示出穿过投影透镜部的激光束的示意图。
参照图5、图6及图7，第一激光束LB1可以从激光模块100输出而沿第三方向DR3入射到望远镜透镜部200。望远镜透镜部200可以将第一激光束LB1在第二方向(或者，短轴方向)DR2上扩展。第一激光束LB1可以通过望远镜透镜部200在第二方向(或者，短轴方向)DR2上扩展而成为第二激光束LB2。第二激光束LB2的短轴尺寸Dy2可以大于第一激光束LB1的短轴尺寸Dy1。
望远镜透镜部200可以包括第一望远镜透镜210及第二望远镜透镜220。第一望远镜透镜210可以是入射面沿第三方向DR3的反方向凸出且射出面为平面的圆筒形透镜。第一激光束LB1可以在第一望远镜透镜210向第二方向(短轴方向)DR2折射而聚焦到焦点，之后分散。
在第一望远镜透镜210的第三方向DR3一侧可以布置有第二望远镜透镜220。第二望远镜透镜220可以是入射面为平面且射出面沿第三方向DR3凸出的圆筒形透镜。第二望远镜透镜220可以使被第一望远镜透镜210折射而在第二方向(短轴方向)DR2上扩展的第一激光束LB1折射，进而射出沿第三方向DR3平行的第二激光束LB2。
如上文所述，望远镜透镜部200可以使入射的第一激光束LB1在第二方向(短轴方向)DR2上扩展而以第二激光束LB2射出。第二激光束LB2的长轴尺寸Dx2可以与第一激光束LB1的长轴尺寸(未图示)相同。但是，如图7所示，与入射到望远镜透镜部200的第一激光束LB1相同地，通过望远镜透镜部200扩展的第二激光束LB2的能量密度可以具有在中心部处能量较高的高斯分布。
为了实现有效的物质加工，优选地形成具有较高的能量密度的线光束。为此，需要通过在第二方向(短轴方向)DR2上进行聚光或聚焦(focusing)的过程来减小光斑尺寸，从而减小激光束LB的短轴尺寸Dy。
激光束LB以高斯(Gaussian)形态行进，光斑尺寸被定义为相当于光束腰处的半径w0的两倍的大小。光束腰可以表示由于高斯波束的衍射而使光束的直径达到最小值的区域。光斑尺寸2w0可以通过激光束LB的波长λ、入射到透镜的激光束LB的尺寸D、透镜的焦距F和光束质量因子M2(beam qualityfactor)之间的关系而由以下的[公式1]确定。
[公式1]
Figure BDA0003064939160000111
参照所述公式1，若在保持光束尺寸D和透镜焦距F的同时减小光束质量因子M2，则可以减小光斑尺寸2w0。光束质量因子M2是将激光束LB的聚光特性定量数值化的值，可以是表示从理想的高斯光束的变化程度的量度。光束质量因子M2可以根据方向具有多种值。例如，激光束LB可以针对第一方向(长轴方向)DR1具有长轴光束质量因子Mx2，并且针对第二方向(短轴方向)DR2具有短轴光束质量因子My2。长轴光束质量因子Mx2、短轴光束质量因子My2、长轴尺寸Dx及短轴尺寸Dy可以满足下面的公式2。
[公式2]
Mx2My2DxDy＝const其中，const为常量)
参照所述公式2，穿过望远镜透镜部200的第二激光束LB2可以相比于第一激光束LB1而言具有与短轴尺寸Dy增加的程度成反比而减小的短轴光束质量因子My2。
参照图5、图8及图9，从望远镜透镜部200射出的第二激光束LB2可以沿第三方向DR3入射到光束质量因子转换部300。具有沿第二方向(短轴方向)DR2延伸的线光束形态的第二激光束LB2可以向光束质量因子转换部300入射，并以具有沿第一方向(长轴方向)DR1延伸的线光束形态的第三激光束LB3射出。
光束质量因子转换部300可以使第二激光束LB2反复反射，进而使反射的第二激光束LB2的位置移动预定距离而进行分割，从而使预定大小的子光束透射。例如，将具有如图7所示的能量分布的第二激光束LB2沿第二方向(短轴方向)DR2分割为n个子光束，并且将分割的n个子光束沿第一方向(长轴方向)DR1排列，从而射出具有如图9所示的能量分布的第三激光束LB3。据此，可以在保持长轴光束质量因子Mx2及短轴光束质量因子My2的同时将长轴尺寸Dx与短轴尺寸Dy相互转换。即，光束质量因子转换部300可以接收第二激光束LB2，进而射出在保持第二激光束LB2的长轴光束质量因子Mx2及短轴光束质量因子My2的同时将长轴尺寸Dx与短轴尺寸Dy相互转换的第三激光束LB3。
在示例性的实施例中，第三激光束LB3的短轴尺寸Dy3可以与第二激光束LB2的长轴尺寸Dx2实质上相同，第三激光束LB3的长轴尺寸Dx3与第二激光束LB2的短轴尺寸Dy2实质上相同，然而并不局限于此。
参照图5及图10，从光束质量因子转换部300射出的第三激光束LB3可入射到短轴均化器部400。短轴均化器部400可以包括第一短轴均化器410、第二短轴均化器420及第三短轴均化器430。短轴均化器部400可以接收在第二方向(短轴方向)DR2上具有高斯分布的能量密度的第三激光束LB3，进而射出在第二方向(短轴方向)DR2上具有均匀的能量密度的第四激光束LB4。
第一短轴均化器410可以是入射面沿第三方向DR3的反方向凸出且射出面为平面结构的凸透镜阵列。圆筒透镜阵列可以为沿第二方向(短轴方向)DR2构成的多个圆筒透镜连续布置的结构。圆筒透镜可以包括球面透镜或非球面透镜。第三激光束LB3可以入射到第一短轴均化器410而被圆筒透镜阵列的各个圆筒透镜折射，进而分割为多个光束。
在第一短轴均化器410的背面可以布置有第二短轴均化器420。第一短轴均化器410的焦距可以比第一短轴均化器410与第二短轴均化器420之间的间隔距离短。分割的各个光束可以在聚焦在第一短轴均化器410的焦点处之后再次分散而向第二短轴均化器420入射。
第二短轴均化器420可以是入射面为平面且射出面沿第三方向DR3凸出的圆筒透镜阵列。第二短轴均化器420可以使被第一短轴均化器410折射而分离的光束在第二方向(短轴方向)DR2上扩散。
在第二短轴均化器420的背面可以布置有第三短轴均化器430。第三短轴均化器430可以是入射面为平面而射出面沿第三方向DR3凸出的凸透镜。第三短轴均化器430可以使通过第二短轴均化器420结合并在第二方向(短轴方向)DR2上扩散的光束折射，从而将平行的第四激光束LB4沿第三方向DR3射出。从第三短轴均化器430射出的第四激光束LB4可以在第二方向(短轴方向)DR2上具有均匀的能量密度。第四激光束LB4的短轴尺寸Dy4可以与第三激光束LB3的短轴尺寸Dy3实质上相同，然而并不局限于此。
穿过第三短轴均化器430的第四激光束LB4可以在第一子焦点面OS1形成焦点。入射到第一子焦点面OS1的第四激光束LB4可以根据从第三短轴均化器430射出的位置而以彼此不同的入射角照射。以第一子焦点面OS1的一个点为基准入射的第四激光束LB4的最大入射角之差可以表示为第一发散角θ1。第一发散角θ1可以表示在穿过第三短轴均化器430的第四激光束LB4照射到第一子焦点面OS1的情况下的第四激光束LB4的最大入射角之差。
作为比较实施例，在不使用光束质量因子转换部300而仅利用望远镜透镜部200使第一激光束LB1在第二方向(短轴方向)DR2上扩展而穿过短轴均化器部400的情况下，可以输出第4a激光束LB4a。从第三短轴均化器430输出的第4a激光束LB4a可以在第二子焦点面OS2形成焦点，所述第二子焦点面OS2与第三短轴均化器430之间的距离比第一子焦点面OS1与第三短轴均化器430之间的距离更近。第四激光束LB4可以以第一方向(长轴方向)DR1为基准以第二发散角θ2的角度照射。
若第四激光束LB4的射出条件相同，则第三短轴均化器430与形成第四激光束LB4的焦点的子焦点面OS1、OS2之间的间隔距离越大，第四激光束LB4的发散角θ1、θ2可以越小。在第四激光束LB4的发散角θ1、θ2较小的情况下，根据激光束LB的入射角的偏差较小，从而焦点深度(DOF：depth of focus)增大，因此非晶硅薄膜11的结晶质量可以变得优异。
参照图5及图11，穿过短轴均化器部400的第四激光束LB4可以向长轴均化器部500入射。长轴均化器部500可以包括第一长轴均化器510、第二长轴均化器520及第三长轴均化器530。长轴均化器部500接收在第一方向(长轴方向)DR1上具有高斯分布的能量密度的第四激光束LB4，进而变更为在第一方向(长轴方向)DR1上具有均匀的能量密度的第五激光束LB5。
第一长轴均化器510可以是入射面沿第三方向DR3的反方向凸出而射出面为平面结构的圆筒透镜阵列。圆筒透镜阵列可以为沿第一方向(长轴方向)DR1构成的多个圆筒透镜连续布置的结构。圆筒透镜可以包括球面透镜或非球面透镜。入射的第四激光束LB4可以入射到第一长轴均化器510而被圆筒透镜阵列的各个圆筒透镜折射，进而分割为多个光束。
在第一长轴均化器510的背面可以布置有第二长轴均化器520。第二长轴均化器520可以是入射面为平面而射出面沿第三方向DR3凸出的圆筒透镜阵列。第一长轴均化器510的焦距可以比第一长轴均化器510与第二长轴均化器520之间的间隔距离短。被第一长轴均化器510分割的各个光束可以在聚焦在第一长轴均化器510的焦点处之后再次分散而向第二长轴均化器520入射。
在第二长轴均化器520的背面可以布置有第三长轴均化器530。第三长轴均化器530可以是入射面为平面而射出面沿第三方向DR3凸出的圆筒透镜。第三长轴均化器530可以使在第一方向(长轴方向)DR1上扩散的光束向第一方向(长轴方向)DR1折射而以平行的第五激光束LB5射出。从第三长轴均化器530射出的第五激光束LB5可以在第一方向(长轴方向)DR1上具有均匀的能量密度。穿过第三长轴均化器530的第五激光束LB5可以在第一焦点面IS1形成焦点。在第一焦点面IS1的第五激光束LB5的长轴尺寸Dx可以与第四激光束LB4的长轴尺寸Dx4实质上相同。非晶硅薄膜11的表面可以位于第一焦点面IS1。即，在第一子焦点面OS1的长轴尺寸Dx可以与形成在非晶硅薄膜11上的激光束LB的长轴尺寸Dx实质上相同。
参照图5及图12，穿过第一子焦点面OS1的第五激光束LB5可以入射到投影透镜部600。第五激光束LB5是在上文中参照图10所述的第四激光束LB4穿过第一子焦点面OS1的激光束，可以与第四激光束LB4实质上相同。投影透镜部600可以接收第五激光束LB5而从第一焦点面IS1射出短轴尺寸Dy减小的第六激光束LB6。第六激光束LB6的在第一焦点面IS1的短轴尺寸Dy可以小于第五激光束LB5的在第一子焦点面OS1的短轴尺寸Dy4。非晶硅薄膜11的表面可以位于第一焦点面IS1。即，在第一子焦点面OS1的短轴尺寸Dy可以与形成在非晶硅薄膜11上的激光束LB的短轴尺寸Dy实质上相同。
投影透镜部600可以是入射面及射出面沿第三方向DR3凸出的圆筒透镜，然而并不局限于此。入射到投影透镜部600的第五激光束LB5可以被投影透镜部600折射并射出，从而在第一焦点面IS1形成焦点。
第五激光束LB5可以具有第三发散角θ3而从第一子焦点面OS1向投影透镜部600入射。从投影透镜部600射出的第六激光束LB6可以具有第五发散角θ5而向第一焦点面IS1入射。
可以在第一焦点面IS1形成焦点深度DOF1。焦点深度DOF1可以与第五发散角θ5的大小成反比。如上所述，焦点深度DOF1表示即使从第一焦点面IS1远离或靠近第一焦点面IS1也被视为对焦的距离。即，在从第一焦点面IS1到位于激光束LB的焦点深度DOF1内的区域可以提供大致均匀的能量。
作为比较实施例，对穿过第二子焦点面OS2的第5a激光束LB5a入射到投影透镜部600的情形进行说明。第5a激光束LB5a可以与上文中参照图10所述的第4a激光束LB4a实质上相同。第5a激光束LB5a可以具有第四发散角θ4，并且从第二子焦点面OS2向投影透镜部600入射。从投影透镜部600射出的第6a激光束LB6a可以具有第六发散角θ6而向第二焦点面IS2入射。
可以在第二焦点面IS2形成焦点深度DOF2。焦点深度DOF2可以与第六发散角θ6的大小成反比。如上所述，焦点深度DOF2表示即使从第二焦点面IS2远离或靠近第二焦点面IS2也被视为对焦的距离。即，在从第二焦点面IS2到位于激光束LB的焦点深度DOF2内的区域可以提供大致均匀的能量。
第六发散角θ6可以具有小于第五发散角θ5的值。因此，第6a激光束LB6a的焦点深度DOF2可以小于第六激光束LB6的焦点深度DOF1。
即，根据一实施例的使用光束质量因子转换部300及短轴均化器部400两者的激光装置LD可以相比于仅使用短轴均化器部400的激光装置LD射出具有更大的焦点深度的激光束LB。因此，可以按非晶硅薄膜11的每个区域提供均匀的能量而均匀地实现结晶。
图13是根据一实施例的激光装置激光束的能量特征曲线图形。图14及图15是根据比较实施例的激光装置激光束的能量特征曲线图形。
图13至图15为将当从根据一实施例的激光装置LD射出的激光束LB的短轴尺寸减小到约100μm的水平时表现的能量在焦点面进行散焦(defocusing)而在比所述焦点面更远的距离和更近的距离分别进行测定而显示的图。图13为关于通过作为根据一实施例的激光装置LD的利用光束质量因子转换部300及短轴均化器部400两者的激光装置LD射出的激光束LB的能量特征曲线(energy profile)的结果。图14为关于从省略光束质量因子转换部300而仅利用短轴均化器部400的激光装置射出的激光束LB的结果，图15为关于从省略短轴均化器部400而仅利用光束质量因子转换部300的激光装置射出的激光束LB的结果。
参照图13至图15，可以确认：在将短轴尺寸减小到大约100μm的水平的情况下，利用根据一实施例的激光装置LD射出的激光束LB会形成在短轴方向上表现出均匀的能量的平顶(flat top)能量特征曲线。
可以确认：对于从省略光束质量因子转换部300而仅利用短轴均化器部400的激光装置射出的激光束LB而言，在将短轴尺寸减小到大约100μm的水平的情况下，焦点深度小于利用根据一实施例的激光装置LD射出的激光束LB，并且当散焦(defocusing)时，不会形成平顶(flat top)能量特征曲线。
因此，当在短轴尺寸为大约100μm的水平下利用根据一实施例的激光装置LD使非晶硅薄膜11结晶时，与利用仅利用短轴均化器部400的激光装置使非晶硅薄膜11结晶的情况相比，可以按各个区域实现均匀的结晶。
对于从省略短轴均化器部400而仅利用光束质量因子转换部300的激光装置射出的激光束LB而言，在将短轴尺寸减小到大约100μm的水平的情况下，焦点深度可以大于仅利用短轴均化器部400的激光装置射出的激光束LB，并且小于利用根据一实施例的激光装置LD射出的激光束LB。并且，当散焦(defocusing)时，能量强度的变化可以大于图13的情形。
因此，当在短轴尺寸为大约100μm的水平下利用根据一实施例的激光装置LD使非晶硅薄膜11结晶时，与利用仅利用光束质量因子转换部300的激光装置使非晶硅薄膜11结晶的情况相比，可以按各个区域实现均匀的结晶。
基于根据一实施例的激光装置LD，可以形成较窄的短轴尺寸Dy而具有较高的能量密度，并且确保充分的焦点深度，从而提供按短轴方向上的各个区域具有均匀的能量的激光束LB。
图16是示出根据一实施例的显示装置的制造方法的流程图。
参照图16，根据一实施例的显示装置的制造方法可以包括准备布置有非晶半导体层的对象基板的步骤(S100)以及向非晶半导体层照射激光束而使非晶半导体层结晶的步骤(S200)。在此，非晶半导体层可以表示图3及图4所示的非晶硅薄膜11。
向非晶半导体层照射激光束而使非晶半导体层结晶的步骤(S200)与在上文中参照图3至图12所述的利用根据一实施例的激光装置LD向非晶硅薄膜11照射激光束LB的过程相同。
以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但是这仅仅为示例，其目的并非限定本发明，本发明所属领域中具有普通的知识水平的人员可知在不脱离本发明的实施例的本质特性的范围内能够进行没有在以上举例说明的多种变形及应用。例如，在本发明的实施例中具体出现的各个构成要素能够进行变形而实施。并且，关于这些变形及应用的差异应该解释为被包括于权利要求书中所规定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种激光装置，包括：
激光模块，射出激光束；
第一光学系统，扩展从所述激光模块射出的所述激光束在第一方向上的尺寸并射出，所述第一方向与射出方向交叉；
第二光学系统，使将从所述第一光学系统射出的所述激光束沿所述第一方向分割的多个子光束沿与所述射出方向及所述第一方向交叉的第二方向排列而射出；
第三光学系统，使从所述第二光学系统射出的所述激光束的能量在所述第一方向上均匀化；以及
第四光学系统，减小从所述第三光学系统射出的所述激光束在所述第一方向上的尺寸。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第二光学系统使所述激光束在所述第一方向上的尺寸与在所述第二方向上的尺寸相互交换而射出。
3.根据权利要求2所述的激光装置，其中，
所述第二光学系统保持所述激光束在所述第一方向及所述第二方向上的光束质量因子，并且使在所述第一方向及所述第二方向上的尺寸相互交换。
4.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第三光学系统包括：
第一短轴均化器，包括入射面沿所述射出方向的反方向凸出且射出面为平面结构的圆筒透镜阵列；
第二短轴均化器，布置于所述第一短轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的圆筒透镜阵列；
第三短轴均化器，布置于所述第二短轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的透镜。
5.根据权利要求1所述的激光装置，其中，还包括：
第五光学系统，使所述激光束的能量在所述第二方向上均匀化。
6.根据权利要求5所述的激光装置，其中，
所述第五光学系统包括：
第一长轴均化器，包括入射面沿所述射出方向的反方向凸出且射出面为平面结构的圆筒透镜阵列；
第二长轴均化器，布置于所述第一长轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的圆筒透镜阵列；
第三长轴均化器，布置于所述第二长轴均化器的另一侧，并且包括入射面为平面结构且射出面沿所述射出方向凸出的透镜。
7.根据权利要求5所述的激光装置，其中，
经过所述第二光学系统的所述激光束入射到所述第五光学系统。
8.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第四光学系统包括沿所述第二方向延伸且入射面沿所述射出方向的反方向凸出的圆筒形凸透镜。
9.根据权利要求8所述的激光装置，其中，
从所述第四光学系统射出的所述激光束在对象基板的上表面形成焦点。
10.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
穿过所述第一光学系统之前的所述激光束保持针对所述第二方向的光束质量因子并减小针对所述第一方向的光束质量因子。
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