KR100887368B1 - Ｃｏ₂및 다이오드 레이저를 이용한 평판 디스플레이패널의 실링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평판 디스플레이 패널의 실링 공정에 관한 것이며, 그 목적은 프릿의 경화를 위한 열원으로서 실질적인 실링작업이 이루어지는 합착공정 전 후 주위의 예열된 분위기로부터 급격한 온도편차를 줄여, 기판 및 프릿에서 발생되었던 열적 응력을 최소화하며, 레이저를 이용한 열공급 단계에서의 작업 시간 및 작업 공정을 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기판 및 실링부의 일부에서 발생되었던 크랙 등의 제품결함을 방지할 수 있는 평판 디스플레이 패널의 실링방법을 제공함에 있다.

본 발명은 하나이상의 발광소자가 형성된 화소영역과 이 화소영역의 외연에 형성되는 비화소영역을 포함하는 제1기판과, 상기 제1기판의 화소영역을 포함한 일 영역에 합착되게 비화소영역의 일 영역 상에 프릿(frit)이 도포된 제2기판을 상호 밀봉 접착시키는 평판 디스플레이 패널의 실링방법에 있어서; 작업 스테이지상의 챔버내로 수용된 상기 기판들의 주위온도를 승강시키는 예열단계를 거친 후, 기판들에 대해 높은 흡수율을 가지는 제1레이저 광원을 이용하여, 상기 프릿을 포함한 기판들의 일 영역을 국부 가열하는 프리히팅(post-heating)단계; 제2레이저 광원을 이용하여, 상기 제1 및 제2기판을 합착시키는 합착(sealing)단계; 및 상기 챔버내 주위온도를 하강시키는 냉각단계; 를 포함하여 이루어진 레이저를 이용한 평판 디스플레이의 실링방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

평판 디스플레이 패널, 발광소자, 화소영역, 비화소영역, 실링, 합착, 레이저

Description

ＣＯ₂및 다이오드 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법{A Sealing Method for Flat Panel Display Panel using ＣＯ2 and Diode Lasers}

본 발명은 평판 디스플레이 패널의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용한 가열방식을 통해 열응력에 의한 제품결함을 최소화하며, 공정시간단축 및 작업효율을 향상시킬 수 있는 평판 디스플레이 패널의 실링방법에 관한 것이다.

고도의 정보화 시대와 함께, 이동 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 게임기, 전자 서적 등 휴대용 정보 단말기의 디스플레이 소자들이 개발이 활발히 이루어지고 있다.

특히 자체의 두께가 얇고, 무게가 가벼운 장점을 가지는 평판 디스플레이 소자는, 제1전극과 제2전극사이에 발광층을 포함한 적어도 하나 이상의 유기막층을 갖는 구조를 이루게 된다. 상기 제1전극은 모 기판상에 형성되어 있으며, 정공을 주입하는 양극의 기능을 하고, 상기 제1전극의 상부에는 유기막층이 형성된다. 이 유기막층 상에는 전자를 주입하는 음극의 기능을 하는 제2전극이 상기 제1전극과 대향하도록 형성되어 있다.

이러한 디스플레이소자는 주위로부터 산소, 수분이 내부로 유입되는 경우, 전극물질의 산화, 박리 등의 문제로부터 그 수명이 단축되거나 디스플레이의 성능이 저하되는 문제가 발생되어, 그 제조 시 외부로부터 소자를 격리하기 위한 실링(sealing)작업이 수행되는 것이다.

이러한 종래의 실링작업은, 도 10에 도시된 바와 같이, 작업공간인 소성로 내부로 기판을 로딩(loading)하는 단계(1)와, 소성로 내부의 예열 열원을 이용하여 소성로 내부의 온도를 대략 300℃로 예열하여 유지시키는 단계(2)와, 이후 합착 열원을 이용하여 소성로 내부의 온도를 대략 450℃로 상승시켜 디스플레이 패널의 기판들을 합착시키는 단계(3)와, 경화 및 이후 공정을 위해 소성로 내부를 냉각시키는 단계(4)로 이루어진다.

한편, 이와 같은 실링방법으로써, 통상적으로는 유기전계 발광소자의 제2 전극 상부에 PET(polyester) 등의 유기 고분자를 라미네이팅하거나, 흡습제를 포함하는 금속이나 유리로 커버 또는 캡(cap)을 형성하고, 그 내부에 질소가스를 충진시킨 후, 상기 커버 또는 캡의 테두리를 에폭시와 같은 밀봉재로 실링하는 방법이 사용되고 있다.

하지만 이러한 방법은 외부에서 유입되는 수분이나 산소 등의 소자 파괴성 인자들을 100% 차단하는 것이 불가능하여 소자구조가 수분에 특히 취약한 능동형 전면발광 구조의 유기전계 발광소자에 적용하기에는 불리하며 이를 구현하기 위한 공정도 복잡하다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 미국 공개특허 공보 [제20040207314호]에 의하면 밀봉재로 프릿(frit)을 사용하여 소자 기판과 캡 간의 밀착성을 향상시키는 실링방법이 고안되었다.

이러한 프릿을 이용한 실링방법은, 프릿을 각각의 유기전계 발광소자의 실링부에 도포한 뒤, 레이저 조사 장치의 레이저 건의 형태인 마킹 헤드(marking head) 혹은 스캔헤드(scan head)를 이동시키며 각각의 발광소자의 실링부에 레이저를 조사하여 프릿을 경화시켜서 실링하게 된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 레이저를 이용한 패널의 실링방법은 기존의 소성로 가열방식에 비해 발광소자의 실링부(S)에 대한 국부적인 가열방식을 이용함으로써 합착 및 전체 실링공정의 시간을 단축시키고, 프릿 내의 잔존 가스를 제거할 수 있으며, 공정의 단순화에 따른 작업시간 및 작업공간을 효율적으로 이용할 수 있는 장점을 가진다.

하지만, 이러한 레이저를 이용한 실링공정은, 레이저의 광원(L)이 점(spot) 형태를 이루며 조사되어, 발광소자의 실링부(S)를 따라 선형의 주행을 보이게 되는 바, 이러한 작동패턴은 다수의 발광소자를 포함한 패널 하나의 실링작업에 많은 시간을 가중시키게 되었다.

아울러 이러한 실링부(S)를 따라 선형의 주행을 보이는 경우, 실링부(S) 중 실링의 시작부와 종작부 지점은 물론 도시된 코너부(A)에서 조사가 중첩되는 현상이 발생되거나 조사의 끊김 현상이 발생하게 됨으로서, 발광소자의 실링부(S)의 일부(특히 코너부)에 대한 부착력이 저하되어 밀봉력이 감소함으로서 차후 제조된 발 광소자가 열화 및 변질되는 문제점이 발생하게 되었다.

더불어, 도 12a에 도시된 바와 같이, 점 타입의 광원(L)을 조사하는 종래의 레이저 건(마킹헤드 및 스캔헤드)의 경우, 실링부(S)의 폭에 상응한 지름(대략 1000㎛정도)을 갖는 것으로, 이러한 점 타입 광원은 도시된 바와 같이 그 중심에서 가장 높은 열의 집중현상이 발생되며, 그 양쪽으로 가며 상대적으로 낮은 온도패턴을 보이게 되는 바, 이러한 온도편차는 앞서 설명한 실링부(S)의 시작부, 종착부 및 코너부 뿐만 아니라, 실링부(S)의 전체적인 폭방향에 대한 온도편차를 발생시키게 되었다.

아울러, 도 10에서와 같이, 이러한 레이저를 이용한 기존의 실링작업은, 기판의 주위분위기를 대략 300℃로 예열시키는 단계(2) 이후, 합착열원으로서 레이저를 이용하여 기판의 실링부(S)에 대해 대략 450~550℃ (합착에 필요로 하는 온도)로 국부 가열 시, 프릿에 대해 급격한 온도변화를 가하게 되는 바, 이는 빠른 예열단계에서 빠르게 합착에 필요로 하는 온도를 달성하기 위한 공정시간 단축의 장점을 제공하기는 하나, 이러한 합착에 따른 프릿과 기판간의 급작스런 온도편차로 인해 프릿과 기판간의 열응력(thermal stress)을 가중시켜, 실링부(S)에 크랙(crack)이 발생되는 현상이 나타나게 되었으며, 이는 최종 생산되는 발광소자의 품질을 저해시키게 되는 것이다.

이상과 같은 급격한 온도변화율은 합착공정 후, 냉각되는 작업공간의 주위로부터 기판 및 프릿의 급격한 냉각과정에서도 동일하게 발생되는 현상이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 프릿의 경화를 위한 열원으로서 실질적인 실링작업이 이루어지는 합착공정 전 후 주위의 예열된 분위기로부터 급격한 온도편차를 줄여, 기판 및 프릿에서 발생되었던 열적 응력을 최소화하며, 레이저를 이용한 열공급 단계에서의 작업 시간 및 작업 공정을 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기판 실링부의 일부에서 발생되었던 크랙 등의 제품결함을 방지할 수 있는 평판 디스플레이 패널의 실링방법을 제공함에 있다.

하나이상의 발광소자가 형성된 화소영역과 이 화소영역의 외연에 형성되는 비화소영역을 포함하는 제1기판과, 상기 제1기판의 화소영역을 포함한 일 영역에 합착되게 비화소영역의 일 영역 상에 프릿(frit)이 도포된 제2기판을 상호 밀봉 접착시키는 평판 디스플레이 패널의 실링방법에 있어서,

작업 스테이지상의 챔버내로 수용된 상기 기판들의 주위온도를 승강시키는 예열단계를 거친 후, 기판들에 대해 높은 흡수율을 가지는 제1레이저 광원을 이용하여, 상기 프릿을 포함한 기판들의 일 영역을 국부 가열하는 프리히팅(pre-heating)단계;

제2레이저 광원을 이용하여, 상기 제1 및 제2기판을 합착시키는 합 착(sealing)단계; 및

상기 챔버내 주위온도를 하강시키는 냉각단계; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각단계 수행 중, 합착 완료된 프릿을 포함한 기판들의 일 영역에 대해 냉각 중인 챔버내 온도보다 높은 온도를 유지하며 가열하는 포스트히팅(post-heating)단계를 더 포함함을 특징으로 한다.

이때, 상기 포스트히팅단계는, 프리히팅을 수행한 제1레이저 광원을 재차 이용하도록 한 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 프리히팅 및 포스트히팅을 수행하는 제1레이저는, CO₂ 레이저를 이용한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프리히팅 및 포스트히팅단계는, 상기 기판들과 제1레이저 사이에 배치되는 마스크의 투과부를 향해 제1레이저 광원을 조사하되, 상기 기판에 배열된 하나의 화소영역과 상응한 하나의 투과부가 갖는 폭(D)보다 큰 길이(ℓ)를 갖는 선형의 광원을 이용하여, 마스크에 형성된 투과부의 열 혹은 행을 따라 제1레이저 광원을 이동시키도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 합착단계는, 상기 기판들과 제2레이저 사이에 배치되는 마스크의 투과부를 향해 제2레이저 광원을 조사하되, 상기 기판에 배열된 하나의 화소영역과 상응한 하나의 투과부가 갖는 폭(D)보다 큰 길이(ℓ)를 갖는 선형의 광원을 이용하 여, 마스크에 형성된 투과부의 열 혹은 행을 따라 제2레이저 광원을 이동시키도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 수단들을 통한 본 발명은 진공분위기속에서의 실링 작업 단계별 기판과 프릿에 발생되는 급격한 온도변화율뿐만 아니라 실링 작업 진행별 기판과 프릿의 상대적인 온도편차의 이유로 발생되는 열응력으로 인해 야기되는 패널의 결함을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 실링부에 대한 선형의 레이저 열원공급으로 인해, 국부에서 발생되었던 열적 집중, 과잉 현상을 줄여 패널의 크랙 등의 불량률을 줄이는 것을 물론 전체적인 공정의 시간을 현저히 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 실링작업의 단계를 보이는 블록도 및 공정의 개념도를 나타낸 것으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 평판 디스플레이 패널의 실링방법은 크게 제1 및 제2기판(11)(12)의 로딩단계(10), 예열단계(20), 프리히팅(pre-heating)단계(40), 합착단계(50), 및 냉각단계(70) 및 기판 배출단계(80)로 이루어진다.

로딩단계(10)는, 실링작업이 수행되는 스테이지(9)상에 제1기판(11) 및 제2기판(12)을 나란히 위치시키는 것으로, 제1 및 제2기판(11)(12)에는 상호 대응하는 하나이상의 발광소자가 형성된 화소영역(A)과 이 화소영역(A)의 외연에 형성되는 비화소영역(B)을 포함하게 되는데, 이때 상기 기판(11)(12)들 중 선택된 하나의 제2기판(12)에는 상기 제1기판(11)의 화소영역(A)을 포함한 일 영역에 합착되게 그 비화소영역(B)의 일 영역 상에 접착을 위한 프릿(13:frit)이 도포된 상태로 스테이지(9)상에 수용된다. 차후 이렇게 도포된 프릿 영역은 경화 후 실링부(S)를 형성하게 된다.

더불어 이러한 로딩단계(10)에는 상기 제1 및 제2기판(11)(12)들의 어느 일측부(상측 혹은 하측)에는 기판(11)(12)들에 형성된 화소영역(A)의 외연에 배치되는 비화소영역(B)의 일 영역, 즉 경화되는 프릿(13)영역(실링영역)에 대응하는 투과부(15a)를 형성하는 마스크(15)가 미리 배치된다.

이후 스테이지(9)상에 안착된 제1 및 제2기판(11)(12)들은 별도의 챔버(31)를 통해 주위로부터 차단된 공간 내 배치된다.

상기 예열단계(20)는, 이렇게 주위로부터 차단된 챔버(31)내부를 대략 300℃까지 예열시켜 작업에 필요로 되는 온도분위기를 조성하는 과정으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 예열단계(20)는 챔버(31)의 외부로부터 내부를 향한 공기순환방식을 채택하도록 한다.

예컨대, 챔버(31)의 한쪽은 외부 예열용 공기공급부 또는 냉각용 공기공급부와 연결되는 공기 흡입구(31a)와, 공기 배출구(31b)를 구비하여, 예열단계(20)에서는 외부 예열용 공기공급부로부터 온도 승강된 예열공기를 챔버(31)내로 공급하는 순환방식을 통해 챔버(31)내의 온도를 300℃까지 예열시키게 되며, 차후 냉각단계(70)에서는 외부 냉각용 공급부로부터 온도 하강된 냉각공기를 챔버(31)내로 공급하는 순환방식을 통해 챔버(31)내의 온도를 상온으로 냉각시키도록 한다. 이때 바람직하게는 챔버(31)내부에 설치되는 온도감지센서를 이용하여 필요로 하는 분위기 온도(예열 시 : 300℃ 혹은 냉각 시 : 상온)에 도달할 때까지 지속적으로 공기순환을 수행하도록 한다.

이러한 공기순환방식의 챔버(31)는 기존의 소성로의 바닥판에 구성되었던 예열판에 비해 그 상부 혹은 하부에 구비되는 스테이지, 및 레이저광학계의 구동과 관련된 주변장치와의 간섭을 배제할 수 있으며, 무엇보다 챔버 내부의 예열 및 냉각공정에서 달성하고자 하는 예열온도 및 냉각온도에 보다 빠르게 도달할 수 있어 전체적인 실링공정의 단축을 가져올 수 있는 것이다.

한편 바람직하게 이러한 예열단계(20) 후, 챔버(31)의 내부는 예컨대 외부 진공펌프 등을 이용하여 내부 작업공간을 진공으로 유지하는 진공형성단계(30)을 더 포함할 수 있다. 이러한 진공상태의 합착공정은, 비교적 높은 압력상태를 유지하게 되는 제1 및 제2기판(11)(12)사이에 발생되는 내부가스를 쉽게 제거할 수 있는 효과를 가지게 된다.

본 발명의 주요부인 상기 프리히팅(pre-heating)단계(40)는, 기존 예열단계 후, 합착단계(50)를 수행할 경우 프릿(13) 및 제1, 2기판(11)(12)에서 발생되는 급작스런 온도변화를 줄여, 실링 완성된 제1 및 2기판(11)(12) 및 프릿(13)상에서 열응력에 의한 크랙 현상을 방지하도록 하는 것으로,

즉, 챔버(31)내로 수용된 기판(11)(12)들의 주위온도를 승강시키는 상기 예열단계(20)를 거친 후, 기판(11)(12)들에 대해 높은 흡수율을 가지는 제1레이저 광원을 이용하여, 상기 프릿을 포함한 기판들의 일 영역(실링부)을 향해 국부적인 가열과정을 거치도록 한다. 이러한 프리히팅을 수행하는 가열수단인 제1레이저(100)는 합착 전 실링부(S)의 프릿(13) 온도를 승강시키는 것은 물론 제1 및 제2기판(11)(12)의 온도를 함께 승강시키게 된다.

바람직하게 이러한 제1레이저(100)로서는 기판(11)(12)에 대한 높은 흡수율을 가지는 CO₂ 레이저를 이용하도록 한다.

이러한 제1레이저를 이용한 프리히팅공정은, 사용되는 기판 및 프릿의 두께, 및 프릿의 재질에 따라 조금의 차이를 보일 수 있으나, 예열공정이 마감되는 온도인 대략 290℃ 에서 합착공정이 시작되는 450℃ 까지 10℃/min을 유지하며 서서히 기판 및 프릿의 온도를 승강시키게 되며, 이러한 온도의 승강정도는 사용되는 기판 및 프릿의 재질에 따라 온도를 급격히 승강시키거나 보다 완만하게 승강시킬 수 있다.

합착단계(50)는, 상기와 같은 프리히팅단계(40)를 수행한 후, 연이어 제2레이저를 이용한 제1 및 제2기판의 실질적인 실링이 수행되는 것으로, 이러한 합착단계(50)의 제2레이지(200)는 종래 공지 공용되는 다이오드 레이저(파장 400 ~ 900 nm)를 사용하며, 기판 및 프릿의 두께, 프릿의 재질 등에 따라 조금의 차이를 보일 수 있으나, 프리히팅공정이 마감되는 대략 450℃ 에서 550℃ 의 온도를 유지하며 합착을 수행하게 된다.

상기 냉각단계(70)는, 프리히팅단계(40) 및 합착단계(50)를 수행한 후, 앞선 예열단계(20)를 통해 지속적으로 챔버(31)내부의 온도를 대략 300℃로 유지하고 있는 것을 상온으로 하강시켜 기판(11)(12) 및 프릿(13)의 경화과정을 거치는 것으로, 앞서 설명한 바와 같이, 실시예에 의한 공기순환방식의 챔버(31)의 공기 흡입구(31a) 및 공기 배출구(31b)를 통해 내부 온도를 상온으로 하강시키게 된다.

한편, 이러한 냉각단계(70)의 수행 중, 앞선 합착공정을 통해 합착 완료된 프릿(13) 및 기판(11)(12)의 일 영역, 즉 실링부(S)의 승강된 온도의 급작스런 냉각을 방지하기 위해 별도의 포스트히팅(post-posting)단계(60)를 연동하여 수행할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로서 포스트히팅단계(60)는 합착 완료된 실링부(S)에 대해 냉각되는 챔버(31) 내부의 실시간 온도보다 높은 온도를 유지하며 실링부(S)를 적어도 1회 이상 가열해줄 수 있다.

바람직하게는 이때 포스트히팅 시, 별도의 열원공급원을 사용할 수 있으나, 프리히팅을 수행하는 제1레이저(100)를 병행하여 사용하도록 한다.

이러한 합착 및 냉각단계를 거친 제1 및 제2기판(11)(12)의 패널은 차후 가스주입 및 절단공정을 위해 스테이지(9)로부터 배출(80)된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 주요부인 레이저의 열원을 이용한 프리히팅, 합착 및 포스트히팅의 공정의 일실시예인 개념도를 보이는 것으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 프리히팅, 합착, 포스트히팅 시, 열원을 공급하는 제1 및 제2레이저(100)(200) 광원(L1)(L2)(L3)은 점(spot) 형태의 조사영역를 보이는 것이 아닌 선(line) 형태의 조사영역을 갖도록 한다.

이때 레이저 건을 통해 출력되는 선형의 조사영역(ℓ)은, 기판(11)(12)에 배치된 하나의 화소영역(A) 둘레에 형성되는 하나의 실링부(S)가 갖는 폭(D)보다 큰 길이(ℓ)를 갖도록 한다.

이러한 선형의 조사영역(ℓ)을 갖는 레이저 열원을 이용한 프리히팅, 합착 및 포스트히팅의 공정의 일실시예를 보이는 도 3 및 도 4를 참조하면,

제1레이저(100)로부터 출력된 제1레이저 광원(L1)은 레이저광학계(300)를 통 해 마스크의 투과부를 지나 기판의 프릿이 도포된 실링부(S)를 향해 선형의 광원(L1)을 조사하고, 그 광원(L1)이 갖는 길이방향에 수직하게 X축(행) 혹은 Y축(열)을 따라 이동하며, 기판 상에 배열된 다수의 실링부(S)를 따라 포스트히팅을 수행하게 되는 것이다.(도 4의 a 참조)

이러한 제1레이저(100)로부터 기판 상에 배열된 다수의 실링부(S)에 대해 포스트히팅을 완료한 후, 제2레이저(200)로부터 출력된 제2레이저 광원(L2)은 레이저광학계(300)를 통해 마스크의 투과부를 지나 기판의 프릿이 도포된 실링부(S)를 향해 선형의 광원(L2)을 조사하고, 앞서 제1레이저의 경로를 따라 재차 기판의 X축(행) 혹은 Y축(열)을 따라 이동하며, 기판 상에 배열된 다수의 실링부(S)를 따라 합착을 수행하게 되는 것이다.(도 4의 b 참조)

이렇게 제2레이저(200)를 이용한 합착 후, 다시 제1레이저(100)로부터 출력된 제1레이저 광원(L3)은 레이저광학계(300)를 통해 실링부(S)를 향해 선형의 광원(L2)을 조사하고, 앞서 제2레이저의 경로를 따라 재차 기판의 X축(행) 혹은 Y축(열)을 따라 이동하며, 합착 완료된 실링부(S)를 따라 포스트히팅을 수행하게 된다.(도 4의 c 참조)

이때 이러한 포스트히팅 작동은 상기 제2레이저(200)를 통한 합착 완료와 동시 수행되는 냉각단계(70)와 동시에 작동하게 되는 것이다.

상기 설명에 있어, 레이저를 이용한 프리히팅, 합착 및 포스트히팅은 기판 상에 배열된 실링부(S)를 따라 X축(행) 혹은 Y축(열)을 따라 각 1회의 조사하도록 하고 있으나, 이는 목적으로 하는 실링부(S)의 온도의 도달 시까지 각 공정을 반복 하여 수행할 수 있다.

한편 도 5 및 도 6은 레이저의 열원을 이용한 프리히팅, 합착 및 포스트히팅의 공정의 다른 실시예인 개념도를 보이는 것으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 선형의 조사영역(ℓ)을 갖는 프리히팅, 합착 및 포스트히팅에 따른 각 레이저 광원(L1)(L2)(L3)은 레이저광학계(300)를 통해 소정의 간격을 두고 나란히 기판 상에 배열된 실링부(S)의 행(X축) 혹은 열(Y축)을 따라 프리히팅, 합착 및 포스트히팅 작업을 순차적으로 동시에 수행할 수 있다.

이러한 경우, 각 공정별 1회 이동에 의해 목표로 하는 실링부(S)의 온도를 달성하여야 하는 바, 열원인 레이저의 세기, 이동 속도 및 각 레이저 광원(L1)(L2)(L3)의 이격거리를 충분히 고려하여야 할 것이다.

아울러, 도 6의 b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 및 제2레이저의 광원(L1)(L2)(L3)이 갖는 선형의 조사영역(ℓ)은 다수 실링부(S)를 포함할 수 있을 정도의 조사영역을 가짐으로서, 보다 빠른 레이저 프리히팅, 합착 및 포스트히팅 공정을 수행할 수 있을 것이다. 다만 이러한 경우 레이저의 경제성이 고려되어야 할 것이다.

한편 도 7은 본 발명에 적용되는 레이저 광학계를 보이는 예시도로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 레이저 광학계(300)는 프리히팅, 합착 포스트히팅에 따른 각 레이저 광원에 대한 선형의 조사영역(ℓ)을 갖는 출력건(300a)(300b)(300c)을 갖는 것으로, 제1 및 제2레이저(100)(200)로부터 전달되는 광원을 분배, 굴절, 광학 확대, 과학 축소 및 이동시키기 위한 다수의 스플리터(301:splitter), 밴더(302:bender), 광학렌즈(303), 및 X-Y축 조절기(304) 등을 구비하게 된다. 이러한 레이저 광학계에 대한 공지 공용된 상세 기술 구성에 관하여서는 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 제1 및 제2레이저를 이용한 프리히팅, 합착 및 포스트히팅공정을 수행하는 레이저(100)(200) 및 레이저광학계(300)는, 스테이지에 놓인 기판의 상부면을 향하도록 챔버(31)의 위쪽에 배치되거나 혹은 기판의 하부면을 향하도록 스테이지(9)의 아래쪽에 배치될 수 있다. 예컨대 챔버(31)의 위쪽에 배치될 경우에는, 챔버(31)의 상부를 투광층으로 구성하여야 할 것이며, 또는 스테이지(9)의 아래쪽에 배치될 경우에는, 기판이 놓이는 스테이지(9)의 중간부를 투광층으로 구성하거나 혹은 관통구를 형성시켜 기판을 향하는 레이저 조사에 대한 간섭이 배제되어야 할 것이다.

혹은 본 발명에 따른 프리히팅, 합착 및 포스트히팅공정은 기판의 상부 및 하부를 향해 동시에 레이저를 조사하며 수행될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 공정 진행별 기판의 온도특성을 보이는 것으로, 종래의 실링공정별 실링부의 온도특성을 보이는 도 9와 비교하여 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서 제시된 예열, 합착 시 요구되는 온도와, 본 발명에 따른 프리히 팅 및 포스트히팅 시 요구되는 온도는 기판과 프릿의 두께, 및 프릿의 재질에 따라 조금의 차이를 보일 수 있으나, 일반화된 온도를 그대로 사용하여 설명하도록 한다.

도 8을 참조하면, 기판이 스테이지 상에 챔버 내에 로딩된 후, 챔버 내의 온도를 대략 290℃까지 승강시키는 예열단계(20)를 수행하게 된다. 이후 도시되진 않았으나, 외부 진공펌프 등을 이용하여 챔버 내부를 진공시키는 진공형성단계(30)를 수행한다.

이후, 제1레이저를 작동시켜 실링부(S)에 대해 합착공정이 시작되는 450℃ 까지 기판 및 프릿의 재질특성에 상응하여 소정의 온도승강 기울기(실시예에서는 10℃/min 유지)를 유지하며 재차 승강시키는 프리히팅단계(40)를 수행하게 된다.

이후, 제2레이저를 작동시켜 앞서 선행하여 진행된 프리히팅된 영역을 따라 실링부(S)를 대략 500 ~550℃ 까지 가열하여 기판을 합착시키는 합착단계(50)를 수행하게 된다.

이러한 합착공정이 완료됨과 동시 챔버 내부의 온도를 하강시키는 냉각단계(70)를 수행하게 되며, 이와 동시 상기 제1레이저를 작동시켜 합착된 실링부(S)에 대해 포스트히팅단계(60)를 수행하여, 급작스런 실링부(S)의 냉각작용을 둔화시킨다. 실시예에 의한 포스트히팅단계는 제1레이저를 통한 1회의 포스트히팅작동을 구현함으로서, 합착완료 후 완만한 온도하강 변화율을 소정시간동안 유지하도록 하였다.

이와 같이, 본 발명에 따른 실링부의 온도특성은 도 9에 도시된 바와 같이, 종래 예열 후 합착에 따른 급격한 온도승강 변화율(P1)을 보이는 것과 달리 프리히팅(40)을 통한 실링부(S)에 대한 완만한 온도승강 변화율을 유지하게 되며, 아울러 종래 합착 후 냉각과정 시 급격한 온도하강 변화율(P2)을 보이는 것과 달리 포스트히팅(60)을 통한 실링부(S)의 완만한 온도하강 변화율을 냉각과정 중 유지하도록 함으로서, 전체적인 실링공정에 따른 실링부(S)의 급격한 온도 승, 하강 현상을 줄일 수 있으며, 또한 기판에 대한 강한 흡수율을 보이는 2중의 레이저 열원공급수단을 통해 실링공정 중인 프릿과 기판의 온도편차를 줄일 수 있는 것이다.

즉, 실링공정에 따른 작업 단계별 온도변화율은 물론 프릿과 기판에 나타나는 작업 진행별 온도편차를 함께 줄일 수 있어, 패널의 특정 부에 발생되는 열응력에 의한 크랙 현상 등 불량률을 현저히 줄일 수 있는 것이다.

또한, 도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선 타입의 광원을 조사하는 레이저 건의 경우, 적어도 하나의 화소영역에 대한 실링부(S)의 폭보다 큰 길이(ℓ)를 갖는 선 타입의 광원(L1)(L2)(L3)을 조사하는 레이저 건의 경우, 광원의 길이(ℓ)성분을 따라 균일한 온도패턴을 유지하게 되는 바, 이러한 균일한 온도분포 영역 내에 항상 실링부(S)가 위치하게 됨으로서, 실링부(S)의 폭방향에 대한 온도편차를 현저히 줄일 수 있는 것이다.

상기 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어, 상기 프리히팅, 합착 및 포스트히팅 단계에 있어 모든 레이저의 조사영역을 선(line) 형의 조사영역을 이용하도록 하고 있으나, 본 발명의 프리히팅 및 포스트히팅 단계를 수행하는 제1레이 저는 높은 온도분위기가 요구되는 합착공정의 전 후에서 기판 및 프릿에 대한 국부적인 온도의 승강 혹은 하강 분위기를 구현하는 것을 목적으로 하는 바, 종래 점 형태의 조사영역을 갖는 레이저 건인 마킹헤드 혹은 스캔헤드를 이용하여도 무방하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 실링작업의 단계를 보이는 블록도

도 2는 본 발명에 따른 실링작업의 단계를 보이는 공정도

도 3 및 도 4는 본 발명의 프리히팅, 합착 및 포스트히팅의 공정의 일실시예인 개념도

도 5 및 도 6은 본 발명의 프리히팅, 합착 및 포스트히팅의 공정의 다른 실시예인 개념도

도 7은 본 발명에 적용되는 레이저 광학계의 일예를 보이는 예시도

도 8은 본 발명에 따른 실링작업 진행별 실링부(기판, 프릿)의 온도변화를 보이는 그래프

도 9는 종래의 실링작업 진행별 실링부의 온도변화를 보이는 그래프

도 10은 종래 실링작업의 단계를 보이는 블록도

도 11은 종래 레이저를 이용한 합착공정의 형태를 보이는 개념도

도 12a 및 도 12b는 종래 레이저 건의 조사영역과 본 발명에 따른 레이저 건의 조사영역의 차이에 의한 실링부의 온도편차를 보이는 비교예

Claims (9)

1. 하나이상의 발광소자가 형성된 화소영역과 이 화소영역의 외연에 형성되는 비화소영역을 포함하는 제1기판과, 상기 제1기판의 화소영역을 포함한 실링 영역에 합착되게 비화소영역의 실링 영역 상에 프릿(frit)이 도포된 제2기판을 상호 밀봉 접착시키는 평판 디스플레이 패널의 실링방법에 있어서,

   작업 스테이지상의 챔버내로 수용된 상기 기판들의 주위온도를 승강시키는 예열단계를 거친 후, 기판들에 대해 소정의 흡수율을 가지는 제1레이저 광원을 이용하여, 상기 프릿을 포함한 기판들의 실링 영역을 국부 가열하는 프리히팅(pre-heating)단계;

   제2레이저 광원을 이용하여, 상기 제1 및 제2기판을 합착시키는 합착(sealing)단계; 및

   상기 챔버내 주위온도를 하강시키는 냉각단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각단계 수행 중, 합착 완료된 프릿을 포함한 기판들의 실링 영역에 대해 냉각 중인 챔버내 온도보다 높은 온도를 유지하며 가열하는 포스트히팅(post-heating)단계를 더 포함함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 포스트히팅단계는, 프리히팅을 수행한 제2레이저 광원을 재차 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
4. 제1항 내지 제3항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 프리히팅 및 포스트히팅단계는, 상기 기판들과 제1레이저 사이에 배치되는 마스크의 투과부를 향해 제1레이저 광원을 조사하되, 상기 기판에 배열된 하나의 화소영역과 상응한 하나의 투과부가 갖는 폭(D)보다 큰 길이(ℓ)를 갖는 선형의 광원을 이용하여, 마스크에 형성된 투과부의 열 혹은 행을 따라 제1레이저 광원을 이동시키도록 한 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1레이저는, CO₂ 레이저를 이용한 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 합착단계는, 상기 기판들과 제2레이저 사이에 배치되는 마스크의 투과부를 향해 제2레이저 광원을 조사하되, 상기 기판에 배열된 하나의 화소영역과 상응한 하나의 투과부가 갖는 폭(D)보다 큰 길이(ℓ)를 갖는 선형의 광원을 이용하여, 마스크에 형성된 투과부의 열 혹은 행을 따라 제2레이저 광원을 이동시키도록 한 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 챔버내부의 예열단계는, 외부 예열용 공기공급부와 연결되는 공기순환방식인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 챔버내부의 냉각단계는, 외부 냉각용 공기공급부와 연결되는 공기순환 방식인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 프리히팅단계를 수행하기 전, 챔버내부에 대한 예열단계 후에는 챔버내부를 진공시키는 진공형성단계를 더 포함함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 평판 디스플레이 패널의 실링방법.

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