KR101134608B1 - 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 관한 것으로서, 대향하는 제1기판과 제2기판 사이에 배치된 프릿(frit)에 레이저빔을 조사하여 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 프릿에 의해 구획되는 내부 공간을 밀봉하는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 있어서, 레이저빔을 발진하는 레이저 발진부; 상기 레이저 발진부에서 발진되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 균질하게 하는 호모지나이저(square homogenizer); 레이저빔이 조사된 프릿의 상태를 검사하는 검사부; 및 상기 검사부에 의해 검사되는 프릿의 상태와 미리 저장된 프릿의 양호 상태를 비교하여 허용 범위를 벗어나는 경우 상기 프릿에 조사되는 레이저빔을 변동시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템{Frit sealing system using laser}

본 발명은 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저빔이 조사된 프릿(frit)의 상태를 검사하여 프릿의 가공 품질을 제어하는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 관한 것이다.

근래에 디스플레이 장치는 휴대가 가능한 박형의 평판 표시 장치로 대체되는 추세이다. 평판 디스플레이 장치 중에서도 유기 발광 디스플레이 장치는 자체 발광형 디스플레이 장치로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가져서 차세대 디스플레이 장치로 주목받고 있다.

통상적인 유기 발광 디스플레이 장치는 한 쌍의 전극, 즉 제1전극과 제2전극 사이에 발광층을 포함하는 유기층이 개재된 구조를 가진다. 제1전극은 기판상에 형성되어 있으며, 정공을 주입하는 양극(Anode)의 기능을 하고, 제1전극의 상부에는 유기층이 형성되어 있다. 유기층 상에는 전자를 주입하는 음극(Cathode)의 기능을 하는 제2전극이 제1전극과 대향하도록 형성되어 있다.

이와 같은 유기 발광 디스플레이 장치는 주변 환경으로부터 수분이나 산소가 소자 내부로 유입될 경우, 전극 물질의 산화, 박리 등으로 소자 수명이 단축되고, 발광 효율이 저하될 뿐만 아니라 발광색의 변질 등과 같은 문제점들이 발생한다.

따라서, 유기 발광 디스플레이 장치의 제조에 있어서, 소자를 외부로부터 격리하여 수분이 침투하지 못하도록 밀봉(sealing) 처리가 통상적으로 수행되고 있다. 이와 같은 밀봉 처리 방법으로써, 통상적으로는 유기 발광 디스플레이 장치의 제2전극 상부에 PET(polyester) 등의 유기 고분자를 라미네이팅하거나, 흡습제를 포함하는 금속이나 유리로 커버 또는 캡(cap)을 형성하고, 그 내부에 질소가스를 충진시킨 후, 커버 또는 캡의 테두리를 에폭시와 같은 밀봉재로 캡슐 봉합하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 이러한 방법은 외부에서 유입되는 수분이나 산소 등의 소자 파괴성 인자들을 100% 차단하는 것이 불가능하여 소자구조가 수분에 특히 취약한 능동형 전면 발광 구조의 유기 발광 디스플레이 장치에 적용하기에는 불리하며 이를 구현하기 위한 공정도 복잡하다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 밀봉재로 프릿(frit)을 사용하여 소자 기판과 캡 간의 밀착성을 향상시키는 캡슐 봉합 방법이 고안되었다.

이렇게 유리 기판에 프릿(frit)을 도포하여 유기 발광 디스플레이 장치를 밀봉하는 구조를 사용함으로써, 소자 기판과 캡 사이가 완전하게 밀봉되므로 더욱 효과적으로 유기 발광 디스플레이 장치를 보호할 수 있다.

프릿으로 캡슐 봉합하는 방법은 프릿을 각각의 유기 발광 디스플레이 장치의 밀봉부에 도포한 뒤, 레이저빔을 이동하며 각각의 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 레이저를 조사하여 프릿을 경화시켜서 밀봉한다.

그런데, 이와 같은 종래의 프릿 밀봉 시스템 및 밀봉 방법에서는 밀봉의 품질을 향상시키기 위하여 주로 프릿의 재료의 개발에만 중점을 두었을 뿐, 프릿을 녹이기 위해 조사되는 레이저의 품질에 대한 연구는 전무(全無) 하였다. 프릿 밀봉 시스템 및 밀봉 방법에서는 레이저빔의 균질성(homogeneity)이 프릿의 온도 분포를 크게 좌우하고, 작은 온도 변화에도 밀봉의 품질이 크게 변화하는 문제점이 있다.

또한, 레이저빔에 의해 프릿이 충분히 용융되지 않으면 밀봉의 가공 품질이 떨어져 추후 프릿이 떨어져 버리는 등의 문제가 발생한다. 가공 후 경화된 프릿의 선폭, 또는 표면의 상태 등을 통해 프릿이 충분히 용융되었는지 여부를 판단할 수 있는데, 종래의 프릿 밀봉 시스템 및 밀봉 방법에서는 가공이 완료된 프릿의 상태를 검사하는데 사람의 시야에만 의존하는 방식을 이용하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 균질(homogenize)화된 레이저빔을 이용하여 프릿을 가공하여 유기 발광 디스플레이 장치의 밀봉 품질을 향상시키고, 프릿의 가공 상태를 검사하여 가공 품질을 향상시킬 수 있는 인자를 제어할 수 있는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템은, 대향하는 제1기판과 제2기판 사이에 배치된 프릿(frit)에 레이저빔을 조사하여 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 프릿에 의해 구획되는 내부 공간을 밀봉하는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 있어서, 레이저빔을 발진하는 레이저 발진부; 상기 레이저 발진부에서 발진되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 균질하게 하는 호모지나이저(square homogenizer); 레이저빔이 조사된 프릿의 상태를 검사하는 검사부; 및 상기 검사부에 의해 검사되는 프릿의 상태와 미리 저장된 프릿의 양호 상태를 비교하여 허용 범위를 벗어나는 경우 상기 프릿에 조사되는 레이저빔을 변동시키는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 프릿에 조사되는 레이저빔의 초점 깊이의 위치를 상하 방향으로 변동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 있어서, 바람직하게는, 상기 검사부는, 레이저빔이 조사된 프릿의 선폭을 촬영하여 검사하는 카메라를 포함한다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 있어서, 바람직하게는, 상기 검사부는, 레이저빔이 조사된 프릿의 표면 상태를 촬영하여 검사하는 카메라를 포함한다.

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본 발명의 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 따르면, 균질(homogenize)화된 레이저빔을 이용하여 프릿을 가공하여 유기 발광 디스플레이 장치의 밀봉 품질을 향상시키고, 프릿의 가공 상태를 검사하여 가공 품질을 향상시킬 수 있는 인자를 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 따르면, 프릿의 가공시 사각 형상의 레이저빔은 단면적의 대부분을 가공에 활용할 수 있기 때문에, 종래의 원형의 레이저빔보다 에너지 효율면에서 훨씬 더 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 따르면, 프릿의 표면이 레이저빔의 초점 깊이(depth of focus) 범위 내에 위치하도록 함으로써, 전체적으로 낮은 파워의 레이저 발진부를 사용하여 시스템의 구성 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템의 개략도.
도 2는 도 1의 시스템으로 가공된 프릿의 상태를 나타내는 이미지.
도 3은 레이저빔의 초점 깊이 범위 내에서 가공되는 프릿을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 방법을 이용하여, 프릿의 선폭이 양호하지 못한 경우의 제어단계를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 방법을 이용하여, 프릿의 표면 상태가 양호하지 못한 경우의 제어단계를 보여주는 도면.

이하, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1의 시스템으로 가공된 프릿의 상태를 나타내는 이미지이고, 도 3은 레이저빔의 초점 깊이 범위 내에서 가공되는 프릿을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 방법을 이용하여, 프릿의 선폭이 양호하지 못한 경우의 제어방식을 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 방법을 이용하여, 프릿의 표면 상태가 양호하지 못한 경우의 제어방식을 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템(100)은, 대향하는 제1기판(10)과 제2기판(20) 사이에 배치된 프릿(frit)(30)에 레이저빔(1)을 조사하여 제1기판(10), 제2기판(20) 및 프릿(30)에 의해 구획되는 내부 공간을 밀봉하는 것으로서, 레이저 발진부(110)와, 호모지나이저(120)와, 검사부와, 제어부(140)와, 광섬유 번들(150)과, 레이저 헤드(160)를 포함한다.

유기 발광 디스플레이 장치의 프릿을 용용하여 경화시키는 경우를 예로 들어, 본 실시예의 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템(100)을 설명한다. 일반적으로 유기 발광 디스플레이 장치는, 제1기판(10)과 제2기판(20) 사이에는 프릿(30)이 도포된 상태로 구성된다. 레이저빔(1)은 제1기판(10)과 제2기판(20) 사이의 프릿(30)에 조사되어, 프릿(30)을 용융 접착시킨다. 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법은, 우선, 제2기판(20)상에 프릿(30)을 도포한 후 소성하고, 제1기판(10)과 제2기판(20)을 합착한다. 이후, 제2기판(20)에 레이저빔(1)을 조사하여 프릿(30)을 경화시킨다.

일반적으로, 프릿(frit)은 분말 상태의 유리라는 의미로 사용되나, 본 발명에서의 프릿은 분말 상태에 유기물을 첨가한 젤 상태의 유리 및 레이저를 조사하여 경화된 고체 상태의 유리를 통칭하여 사용한다.

한편, 본 명세서에서 “균질”은 “호모지나이즈(homogenize)”를 의미한다.

상기 레이저 발진부(110)는, 레이저빔(1)을 발진한다. 레이저 발진부(110)는 적외선 파장대인 808nm 정도의 파장을 가지는 레이저빔(1)을 생성하는 레이저 다이오드를 포함한다.

상기 광섬유 번들(150)은, 레이저 발진부(110)에서 발진된 레이저빔(1)을 전송하기 위한 광섬유가 다발로 묶여진 것이다. 광섬유 번들(150)에 포함된 다수의 광섬유는 레이저 발진부(110) 내부의 레이저 다이오드에 연결되어 레이저 다이오드로부터 생성된 적외선 파장대의 레이저빔을 전송한다.

상기 호모지나이저(homogenizer)(120)는, 레이저 발진부(110)에서 발진되는 레이저빔(1)의 단면 에너지 분포를 균질하게 한다. 본 실시예의 호모지나이저(120)로는, 프릿(30)에 조사되는 레이저빔(1)의 형태를 사각 형상으로 형성하는 스퀘어 파이버(square fiber)를 이용한다.

도 1에는, 광섬유 번들(150)의 중간 위치인 제1지점(P1)에서 레이저빔(1)의 단면 에너지 분포가 도시되어 있다. 다수의 광섬유를 이용하여 레이저빔(1)의 단면 에너지 분포를 균질화하려 했지만, 에너지 분포가 다소 불균질하게 나타난다. 또한, 도 1에는 프릿(30)의 표면 위치인 제2지점(P2)에서 레이저빔(1)의 단면 에너지 분포가 도시되어 있다. 스퀘어 파이버를 통과한 레이저빔(1)은 제2지점(P2)에서 사각 형상을 보이며, 에너지 분포 또한 거의 균질하게 나타난다.

사각 형상의 레이저빔(1)은 단면적의 대부분을 프릿(30)의 가공에 활용할 수 있기 때문에, 원형의 레이저빔(1)보다 에너지 효율면에서 훨씬 더 유리하다.

도 2를 참조하면, 사각 형상의 레이저빔(1)을 프릿(30)에 조사한 후 용용되어 경화된 프릿(30)의 상태가 나타나 있다.

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상기 검사부는, 레이저빔(1)이 조사된 프릿(30)의 상태를 검사하는 것으로서, 프릿(30)의 이미지를 촬영하는 카메라(131)와, 카메라(131)의 조명광 및 프릿(30)의 이미지를 반사하는 반사미러(132)와, 카메라(131)의 조명광을 프릿(30) 측으로 전송하거나 레이저빔(1)을 통과시키는 하프미러(133)로 구성된다.

검사부의 카메라(131)는 레이저빔(1)이 조사되어 경화된 프릿(30)을 촬영하여 프릿(30)의 이미지를 획득하는데, 이미지 상에서 프릿(30)의 선폭 또는 프릿(30)의 표면 상태가 프릿(30)이 양호한 상태로 가공되었는지 또는 불량인 상태로 가공되었는지 여부를 판단하는 기준이 된다.

상기 제어부(140)는, 검사부에 의해 검사되는 프릿(30)의 가공 상태와 미리 저장된 프릿(30)의 양호 상태를 비교하여 허용 범위를 벗어나는 경우 프릿(30)에 조사되는 레이저빔(1)을 변동시킨다.

미리 저장된 프릿의 양호 상태 이미지(I1)에서 프릿(30)의 선폭(L1) 또는 프릿(30)의 표면 상태와 관련된 정보가 추출되어, 레이저빔(1)이 조사된 프릿의 가공 상태 이미지(I2, I4)의 양호 또는 불량을 판단할 때 기준으로 이용된다.

프릿의 가공 상태 이미지(I2)에서 프릿의 선폭(L2)이 너무 좁거나, 프릿의 가공 상태 이미지(I4)에서 프릿(30)의 표면에 줄무늬(31)가 생기는 등의 문제가 발생하면 이를 불량으로 판단하고, 레이저빔(1)을 변동시킨다.

본 실시예에서 레이저빔(1)을 변동시킨다는 의미는, 레이저 발진부(110)에서 발진되는 레이저빔(1)의 에너지를 변동시키거나, 프릿(30)에 조사되는 레이저빔(1)의 초점 깊이의 위치를 상하로 변동시킨다는 것을 의미한다.

상기 레이저 헤드(160)는, 호모지나이저(120)를 통과한 레이저빔(1)을 집광하여 프릿(30) 측으로 조사하는 집광렌즈(161)와, 검사부를 포함한다. 레이저 헤드(160)는 Z축 구동부가 설치되어 상하 방향으로 이동될 수도 있고, 수동으로 조종되는 직선이송유닛이 설치되어 상하 방향으로 이동될 수도 있다.

한편, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 레이저를 이용한 프릿 밀봉 방법은, 대향하는 제1기판(10)과 제2기판(20) 사이에 배치된 프릿(30)에 레이저빔(1)을 조사하여 제1기판(10), 제2기판(20) 및 프릿(30)에 의해 구획되는 내부 공간을 밀봉하는 것으로서, 호모지나이징(homogenizing) 단계와, 조사단계와, 검사단계와, 제어단계를 포함한다.

상기 호모지나이징(homogenizing) 단계는, 레이저 발진부(110)에 의해 발진된 레이저빔(1)의 단면 에너지 분포를 균질하게 하고, 레이저빔(1)의 형태를 사각 형상으로 형성한다. 본 실시예에서 프릿(30)에 조사되는 레이저빔(1)의 형태를 사각 형상으로 형성하기 위하여 스퀘어 파이버(square fiber)를 호모지나이저(homogenizer)로 이용한다.

상기 조사단계는, 균질화된 레이저빔(1)을 프릿(30)에 조사한다.

상기 검사단계는, 레이저빔(1)이 조사된 프릿의 상태를 검사한다.

카메라(131)를 이용하여 레이저빔(1)이 조사되어 경화된 프릿(30)의 이미지를 획득하고, 이미지 상에서 프릿(30)의 선폭 또는 프릿(30)의 표면 상태가 검사 대상물이 된다.

상기 제어단계는, 검사단계에서 검사되는 프릿(30)의 가공 상태와 미리 저장된 프릿(30)의 양호 상태를 비교하여 허용 범위를 벗어나는 경우 프릿(30)에 조사되는 레이저빔(1)을 변동시킨다.

도 4를 참조하면, 프릿의 양호 상태 이미지(I1)가 미리 제어부(140)에 저장된다. 프릿의 양호 상태 이미지(I1)는 소정의 선폭(L1)을 가지는데, 예를 들어 약 800um의 선폭을 가진다. 이후, 레이저빔(1)이 조사된 프릿의 가공 상태 이미지(I2)가 카메라(131)에 의해 획득되고, 그 이미지(I2)를 통해 프릿의 선폭(L2)에 대한 정보를 얻을 수 있다. 가공된 프릿의 선폭(L2)이 허용범위(예를 들어, 기준이 되는 선폭의 ±10% 이내)를 벗어나는 경우, 레이저빔(1)을 변동시킨다.

레이저 발진부(110)에서 발진되는 레이저빔(1)의 에너지를 올리거나 내리면서 변동시킬 수 있거나, 또는 프릿(30)에 조사되는 레이저빔(1)의 초점 깊이의 위치를 상하로 이동시키면서 변동시킬 수도 있다.

변동된 레이저빔(1)으로 다시 프릿(30)을 가공하여 프릿의 이미지(I3)를 획득하고, 프릿의 선폭(L3)이 허용 범위를 벗어나는지 다시 검사하는 과정을 반복한다.

한편, 도 5를 참조하면, 프릿의 양불 여부는 표면 상태로도 확인 가능하다. 프릿의 양호 상태 이미지(I1)가 미리 제어부(140)에 저장되고, 이후, 레이저빔(1)이 조사된 프릿의 가공 상태 이미지(I4)가 카메라(131)에 의해 획득된다. 프릿의 가공 상태 이미지(I4)에서 프릿(30)의 표면에 줄무늬(31)가 생기는 등의 문제가 발생하면, 허용 범위(예를 들어, 양호 상태 이미지(I1)와 가공 상태 이미지(I4)의 매칭 비율이 90% 이상인지 여부)를 벗어나는지 여부를 판단하고, 허용 범위를 벗어나는 경우 이를 불량으로 판단하고, 레이저빔(1)을 변동시킨다.

변동된 레이저빔(1)으로 다시 프릿(30)을 가공하여 프릿의 이미지(I5)를 획득하고, 프릿의 가공 상태 이미지(I5)에서 표면 상태가 허용 범위를 벗어나는지 다시 검사하는 과정을 반복한다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10 : 제1기판 20 : 제2기판
30 : 프릿 100 : 프릿 밀봉 시스템
110 : 레이저 발진부 120 : 호모지나이저
131 : 카메라 140 : 제어부

Claims (11)

1. 대향하는 제1기판과 제2기판 사이에 배치된 프릿(frit)에 레이저빔을 조사하여 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 프릿에 의해 구획되는 내부 공간을 밀봉하는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템에 있어서,
   레이저빔을 발진하는 레이저 발진부;
   상기 레이저 발진부에서 발진되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 균질하게 하는 호모지나이저(square homogenizer);
   레이저빔이 조사된 프릿의 상태를 검사하는 검사부; 및
   상기 검사부에 의해 검사된 프릿의 상태와 미리 저장된 프릿의 양호 상태를 비교하여 허용 범위를 벗어나는 경우 상기 프릿에 조사되는 레이저빔을 변동시키는 제어부;를 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 프릿에 조사되는 레이저빔의 초점 깊이의 위치를 상하 방향으로 변동시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 검사부는,
   레이저빔이 조사된 프릿의 선폭을 촬영하여 검사하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 검사부는,
   레이저빔이 조사된 프릿의 표면 상태를 촬영하여 검사하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 프릿 밀봉 시스템.
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