KR101359060B1 - 가변 레이저 빔에 의한 프릿 밀봉 - Google Patents

Abstract

빔 형성기는 OLED를 밀봉하기 위해 이용된다. 상기 빔 형성기는 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 빔 형성기를 포함한다. 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 빔 형성기의 상대 위치를 서로 변경하는 것은 빔 형성기가 다른 형태와 세기 프로필로 레이저 빔을 형성하는 것을 가능하게 한다.

Description

가변 레이저 빔에 의한 프릿 밀봉{Frit Sealing with a Variable Laser Beam}

본 발명은 2007년 9월 28일 제출된 미국 가출원번호 제11/904,696호의 우선권을 청구하고, 그의 전체를 참고로 여기에 의존되고 결합 된다.

본 발명은 OLED(Organic Light Emitting Diode)와 OLED로 만들어진 디스플레이의 밀봉에 관한 것이다.

작고 효율적인 디스플레이를 위한 많은 가능한 응용의 결과로, OLED는 상당한 관심의 초점이다. OLED는 전극과 유기층을 포함한다. 거기에는 두 가지 형태의 전극 즉, 애노드와 캐소드가 있다. 또한, 거기에는 두 가지 형태의 유기층 즉, 전도층과 방사층이 있다. 종래의 실시에서, 상기 OLED 구성요소들은 제 1 기판에 배치된다. 상기 제 1 기판은 일반적으로 투명한 플라스틱, 유리 또는 동박(foil)으로 만들어진다. 유사한 물질로 만들어진 제 2 기판은 상기 OLED를 덮기 위해 사용된다. 제 1 기판과 제 2 기판은 패키지(즉, 유리 패키지)에서 OLED를 감싸는 프릿으로 은밀하게 밀봉된다.

동작하는 동안, 애노드와 캐소드(즉, 두 개의 전극들)는 유리 패키지를 통해 전류의 흐름을 용이하게 한다. 전기가 OLED에 공급될 때, 충전 캐리어(홀과 전자)는 전극을 통해 유기층으로 주입된다. 홀들과 전자들이 흘러 유기층들 사이에서 결합되면, 광자(photon)들이 광을 생성하기 위해 만들어진다.

수많은 응용분야에서, OLED는 응용분야에 기반하여 LCD(Liquid Crystal Display)와 LED(Light Emitting Diode)의 차세대 대체 기술로 고려된다. 일반적인 OLED는 다수의 장점을 구비한다. 예를 들면, OLED는 LED 또는 LCD의 수정층(crystalline layer)에 비해 더 얇고, 더 가벼우며, 더 유연한 것을 알 수 있다. OLED의 발광층이 더 밝으므로, OLED의 기판은 경성 대신 연성일 수 있다. 더욱이, OLED는 LED보다 더 밝고, LCD와 같은 백라이트를 요구하지 않으며, LED보다 더 적은 전력을 소비한다. 이러한 장점들은 특히 셀 폰과 모바일 컴퓨터와 같은 배터리 동작 장치에서 중요하다. 마지막으로, OLED는 생산하기가 더 쉽고, 큰 사이즈로 만들 수 있으며, 큰 시계(field of view)를 갖는다. 이러한 장점들로 인해, 현재 OLED의 응용분야는 미래의 큰 스크린 텔레비전과 같은 큰 스크린 응용분야뿐만 아니라 셀 폰, 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Data Assistants; PDA), 디지털 카메라와 같은 작은 영상 스크린 장치를 포함한다.

그러나, OLED는 많은 단점을 가지고 있다. 종래의 OLED 제조방법은 매우 비싸다. OLED가 대기에 노출되는 것으로 쉽게 손상되는 것은 하나의 문제이다. 습기와 산소에 유기층을 노출하는 것은 OLED의 유효 수명(useful life)의 감소를 유발할 것이다. 예를 들면, OLED의 성능은 미세한 양의 습기에서도 빠르게 감소하게 된다. 이러한 문제들을 대처하기 위해, 제조하는 동안 OLED는 기밀하게 밀봉되어야 한다.

종래의 OLED에서, 기밀 밀봉(hermetic sealing)은 두 개의 기판들 사이의 프릿 패턴을 분배함으로써 이루어질 수 있고, 기밀하게 밀봉된 기밀의 유리 패키지를 생성하기 위해 프릿을 녹여 밀봉한다. 종래의 프릿 패턴을 용해 및 밀봉하는 방법은 레이저로 수행된다.

종래의 레이저 밀봉 방법을 이용하여 기밀 밀봉을 형성하는 데에는 많은 문제가 있다. 전기 납(electrical lead)은 다른 회로에 OLED를 연결하기 위해 유리 패킷을 빠져나간다. 그 결과, 밀봉 공정은 기밀 밀봉을 생성할 때 전기 납을 수용한다. 그러므로, 프릿은 배치되고, 레이저는 전기 납이 프릿 패턴을 가로지르더라도 기밀 밀봉이 유지되는 방법으로 공급된다.

더욱이, 이용하는 레이저는 OLED에 다양한 부정적인 열 효과를 유발한다. 예를 들면, 프릿 패턴은 레이저 밀봉 공정이 유기 물질에서 열적 결함을 유발시키지 않도록 유기 물질에서 충분히 이격 되어 기판에 분배된다. 더욱이, 균일하지 않은 레이저 특성들은 열적 손실을 초래한다. 예를 들면, 만약 레이저의 세기 프로필(intensity profile), 파워, 또는 빔 크기 등이 변한다면, 상기 레이저는 프릿 패턴의 폭과 길이를 가로지르는 균일하지 않은 접합을 초래하고, 불충분한 기밀 밀봉이 될 것이다.

종래의 레이저 밀봉의 방법 중 하나는 밀봉에서 전기 납과 열 효과를 넘어 밀봉과 관련된 문제를 줄이기 위해 광학 마스크를 사용한다. 그러나, 상기 마스크는 밀봉을 위해 유용한 레이저 파워를 줄이고 그 결과, 밀봉의 질적인 부분과 밀봉을 위해 요구된 시간에 영향을 준다. 결국, 질적인 부분과 시간은 제조 비용과 OLED 기반 제품의 유효 수명에 영향을 준다.

그러므로, 이는 OLED의 레이저 밀봉과 관련된 문제들을 대처하기에 유용할 것이다. 이는 속도와 질적인 부분에 영향을 주는 마스크가 없는 레이저 밀봉에 유용할 것이다. 마지막으로, 이는 밀봉 강도와 밀봉 균일성을 개선하여 결국 OLED 기반 제품의 수명을 증가시키는 밀봉에 유용할 것이다.

따라서, 본 발명은 향상된 가변 레이저 빔에 의한 프릿 밀봉을 제공하는 것이다.

OLED의 레이저 밀봉에 대한 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 가르침에 따르면, 방법과 장치는 더 강하고, 더 균일한 기밀 밀봉이 되는 OLED의 레이저 밀봉을 나타내고 있다. 일 실시 예에서, 빔 형성기(beam shaper)가 개시된다. 빔 형성기는 OLED의 기밀한 레이저 밀봉을 더 강하고 더 균일하게 하기 위해 레이저 빔의 다양한 특성들과 형태, 크기, 세기 프로필, 파워, 밀봉 속도 및 종횡비(aspect ratio)와 같은 레이저 동작들을 동적으로 조절한다.

일 실시 예에서, 빔 형성기는 밀봉 공정 동안 실시간으로 레이저 빔 형태와 세기 프로필과 같은 레이저 빔 특성의 동적 변화를 가능하게 하는 광학 시스템을 포함한다. 이로 인해, 본 발명의 가르침에 따르면, 상기 레이저 빔 형태와 세기 프로필은 전기 납, 프릿 패턴 변화 및 OLED의 레이저 밀봉과 관련된 열 문제를 수용하기 위해 밀봉 동안 조절된다.

일 실시 예에서, 빔 형성기는 빔 형태와 빔의 여러 가지 특성들을 변화시키기 위해 결합 되어 사용될 수 있는 여러 가지 렌즈들과 함께 사용된다. 그 결과, 빔 형성기는 고속으로 OLED 장치의 기밀 밀봉을 균일하게 하기 위한 광학 마스크를 사용하지 않은 다양한 빔 형태를 제공한다. 일 실시 예에서, x, y 양 방향의 상기 빔 크기는 프릿 패턴의 코너 굴곡, 방향 변경 및 높이 변화를 포함하는 프릿 패턴에 맞게 독립적으로 조절될 수 있다. 더욱이, 레이저 파워와 밀봉 속도는 모두 동적으로 조절되고, 최상의 밀봉을 이루기 위해 프릿 패턴을 따라 변할 것이다.

일 실시 예에서, OLED의 밀봉 방법이 개시된다. 상기 OLED는 기판, 상기 기판에 배치된 프릿 패턴을 포함하고, 상기 방법은 상기 프릿 패턴에 형태, 크기 및 세기 프로필의 특성을 갖는 레이저 빔의 초점을 맞추는 단계; 및 상기 레이저 빔이 상기 프릿 패턴을 횡단할 때 상기 레이저 빔의 특성 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 포함한다.

다른 실시 예에서, 빔 형성기의 동작 방법이 개시된다. 상기 빔 형성기는 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 상기 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이의 거리, 및 확산기를 포함하고, 상기 방법은 빔 형성기로 제 1 레이저 빔 스팟을 생성하는 단계; 상기 제 1 레이저 빔 스팟으로 프릿 패턴을 횡단하는 단계; 및 상기 프릿 패턴을 횡단하는 동안 상기 빔 형성기로 제 2 레이저 빔 스팟을 생성하는 단계를 포함한다.

다른 실시 예에서, 유리 패키지의 밀봉 방법이 개시된다. 상기 유리 패키지는 제 1 기판, 제 2 기판 및 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 프릿 패턴을 포함하고, 상기 프릿 패턴은 직선 영역과 곡선 영역을 포함하며, 상기 방법은 프릿 패턴에 레이저 빔 스팟의 초점을 맞추는 단계; 및 상기 프릿 패턴을 따라 레이저 빔 스팟을 횡단하여 유리 패키지를 밀봉하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 빔 스팟은 중앙부와 가장자리부를 구비하고, 상기 레이저 빔 스팟의 가장자리부에서의 파워는 레이저 빔 스팟의 중앙부에서의 파워보다 크다.

본 발명의 가르침에 따르면, 직사각형, 원형 및 타원형과 같은 다른 형태와 함께 플랫-탑(flat-top), 고리 형태, M-형태과 같은 독특한 세기 프로필을 이룰 수 있는 빔 형성기가 제공된다. 일 실시 예에서, 상기 빔 형성기는 레이저 빔 세기를 재분배하기 위해 광학 시스템의 렌즈들 사이에 광 확산기를 삽입한다. 상기 광학 시스템이 확산기를 이용할 때, 상기 빔 세기 프로필은 상기 빔 크기와 형태가 렌즈들 사이의 상대 거리 변화에 의해 조절되는 동안 확산기에 의해 조절된다. 그 결과, 다양한 빔들이 신뢰할 수 있는 기밀 밀봉을 이룰 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 빔 형성기는 중앙에서는 저전력, 가장자리에서는 고전력, 및 정확히 조절된 파워 세기 비(intensity ratio)(즉, 최저(valley)와 최대(peak) 비율)를 갖는 환형 빔(annular beam) 또는 M-형태의 빔을 생성한다. 가우시안 세기 프로필을 가진 종래의 가우시안 레이저 빔과 비교하면, 상기 새로운 형태의 빔은 프릿을 횡단하는 균일한 온도 분포, 더 나은 프릿 폭의 이용, 더 강한 접합 강도, 인접한 구성요소들에 더 적은 열 효과, 및 기판에 더 작은 손상을 입히게 된다.

이로 인해, 본 발명의 가르침에 따라 수행된 빔 형성기는 OLED 장치의 기밀 밀봉을 위한 모든 요구를 만족시킬 수 있다. 상기 빔 형성기는 개선된 유연성, 생산성, 더 나은 밀봉 성능, 및 기계적인 강도를 제공한다. 상기 빔 형성기는 특정 프릿 크기와 패턴들에 맞게 다양한 빔 특성을 만든다. 다양한 빔 특성들은 종래의 마스크에 대한 요구를 제거한다. 이로 인해, 본 발명의 가르침에 따라 수행된 밀봉 시스템 또는 스테이션(station)은 다양한 다른 제품의 대량 생산을 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 마스크와 정렬 공정을 제거함으로써, 생산 전 시간(pre-production time)이 절약되고, 전체 비용이 줄어든다. 마지막으로, 저 손실(low-loss) 유리 물질과 함께 사용된 빔 형성기는 손실이 거의 없으므로 대부분의 레이저 파워는 프릿에 집중될 수 있고, 밀봉 속도는 개선될 수 있다.

결국, 본 발명의 가르침에 따라 수행된 빔 형성기는 더 나은 밀봉 성능과 더 강한 기계적 강도가 될 수 있다. 빔 특성이 프릿 폭과 맞을 때, 밀봉의 품질은 상당히 개선될 수 있다. 상기 프릿에 대부분의 레이저 광(파워)이 집중되면, 인접한 영역의 열 효과는 감소 된다. 이로 인해, 빔 형성기는 더 균일한 열(프릿 온도), 더 나은 프릿 폭의 이용, 기판에 더 강한 접합력, 인접한 구성요소들에 더 적은 열 효과 및 기판에 더 적은 손상을 제공할 수 있다.

본 발명은 향상된 가변 레이저 빔에 의한 프릿 밀봉을 제공할 수 있다.

본 발명의 일부와 결합 되고, 일부를 구성하는 첨부 도면은 발명의 특성을 한정하지 않고 설명을 위해 제공하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 특정 관점을 나타내는 것이다.
도 1은 본 발명의 가르침에 따라 수행된 빔 형성기의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 2는 프릿 패턴을 따라 횡단하는 가변 빔을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 빔 형성기에서 사용된 광학 시스템의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 렌즈 위치에 대한 빔 크기의 도표를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 가르침에 따라 수행된 초점 면에서의 빔 형태(중앙 도트를 둘러싸는 다수의 도트에 의해 윤곽이 그려진)를 나타내는 도면이다.
도 6은 조절 가능한 빔 크기 및 형태를 이루기 위한 렌즈 하우징의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 특정 패턴들 및 두께로 다양한 영역을 이루는 확산기 표면의 미세구조를 나타내는 도면이다.
도 8A는 도 1에 도시된 빔 형성기의 렌즈들 사이에 빔 확산기를 추가하여 얻어진 빔 세기의 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도 8B는 세기 프로필과 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 가르침에 따라 수행된 확산기로 이루어진 직사각형 빔의 사진을 나타내는 도면이다.
도 10은 확산기로 생성된 빔의 세기와 위치 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 10에 도시된 세기 프로필로 재형성된 빔이 사용될 때 다른 위치들에서 표준 프릿 온도(프릿 중앙 온도로 표준화되다)와 레이저 노출 시간의 관계를 나타내는 도면이다.

본 발명의 가르침에 따른 OLED 밀봉 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시 예에서, 프릿 패턴에 레이저 빔을 동적으로 만들기 위한 방법과 장치가 개시된다. 상기 방법과 장치는 레이저 빔의 동적인 모양을 가능하게 하고, 레이저 밀봉 공정 동안 실시간으로 레이저 빔 특성의 동적 변화를 가능하게 한다. 이로 인해, 프릿 패턴에서의 변화가 수용되고, 더 나은 기밀 밀봉이 이루어질 것이다.

일 실시 예에서, 빔 형성기는 밀봉 공정 동안 실시간으로 레이저 빔을 동적으로 형성하기 위해 서로에 대해 선택되거나 또는 조절된 다수의 광학 렌즈들(즉, 광학 시스템)을 사용하여 수행된다. 다른 실시 예에서, 확산기는 광학 시스템과 광학 렌즈들의 결합 내부에 배치되고, 상기 확산기는 레이저 빔 자국(footprint)(즉, 빔 크기 및 형태)을 동적으로 형성하기 위해 선택되고 및/또는 조절되며, 밀봉하는 동안 실시간으로 형태, 크기, 세기 프로필, 파워 및 종횡비 등과 같은 레이저 빔의 특성들을 동적으로 변경한다. 광학 렌즈들과 확산기를 사용하여 정사각형, 도넛 형태 등에서 타원형까지 다양한 빔 형태들이 실현될 것이다. 더욱이, 일 실시 예에서, 빔 형태가 조절될 때, 세기 프로필은 프릿에서의 변화를 요구하기 위해 동적으로 변화되어 더 나은 밀봉이 될 것이다.

도 1은 본 발명의 가르침에 따라 수행된 빔 형성기의 개략도를 나타내는 도면이다. 레이저 빔(1)은 덮개 기판(7)과 지지 기판(9) 사이에 배치된 프릿(8)을 밀봉하기 위해 공급된다. 일 실시 예에서, 상기 레이저 빔(1)은 다이오드 레이저 기반 시스템과 같은 레이저 시스템(1A)을 이용하여 생성될 것이다. 상기 레이저 빔(1)은 회전 한계(diffraction-limited) 빔 품질을 가진 단일 모드 빔 또는 다중 모드 빔 등으로 사용될 것이다. 일 실시 예에서, 상기 레이저 빔(1)은 광학 시스템(2)에서 광섬유로 전달된다. 상기 광섬유는 단일 모드 또는 다중 모드 광섬유일 수 있다. 장치들을 생성하는 다양한 레이저 빔들이 사용되고, 본 발명의 범위 내에서 고려될 것이라는 것은 명확할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 광학 시스템(2)은 레이저 빔(1)을 형성하기 위해 다수의 렌즈들(3, 5, 6)을 포함한다. 두 번째 실시 예에서, 상기 광학 시스템(2)은 레이저 빔(1)을 형성하기 위해 다수의 렌즈들(3, 5, 6)과 확산기(4)를 포함한다. 상기 프릿(8)은 덮개 기판(7)과 지지 기판(9) 사이에 배치된다.

동작하는 동안, 상기 광학 렌즈들(3, 5, 6)은 원하는 빔 형태와 세기 프로필로 레이저 빔(1)을 재형성하기 위해 서로에 대해 조절된다. 예를 들면, 레이저 빔(1)은 덮개 기판(7)을 통해 프릿(8)에 세 개의 렌즈들(3, 5, 6)에 의해 재형성된다. 상기 레이저 파장은 기판들과 프릿 모두의 최적 성능을 위해 선택되므로 상기 레이저는 기판들을 투과하나 프릿에 의해 흡수된다. 상기 프릿(8)에 의해 흡수된 상기 레이저 방사선은 프릿(8)을 녹이고, 두 개의 유리 기판(7, 9)들 사이에 기밀 밀봉을 형성하기 위해 빠른 국부 열을 이끌어 낸다. 동작하는 동안 기판(7, 9)들과 프릿(8)에 대한 레이저의 움직임이 있다. 예를 들면, 일 실시 예에서, 레이저 빔(1)은 정지하고, 기판들(7, 9)과 프릿(8)은 움직일 것이다. 두 번째 실시 예에서, 상기 광학 시스템(2)과 레이저(1)는 움직이고, 상기 기판(7, 9)과 프릿(8)은 정지한다. 세 번째 실시 예에서, 광학 시스템(2), 기판들(7, 9)은 모두 서로에 대해 움직일 것이다. 그 결과, 상기 레이저는 프릿을 연속적으로 녹이고, 마침내 두 기판(7, 9)들의 기밀 밀봉을 형성할 것이다.

도 2는 프릿 패턴(200)을 따라 횡단하는 가변 레이저 빔을 나타내는 도면이다. 예를 들면, 도 2는 프릿(8)이 상면에서 보여 질 때 도 1의 프릿(8)을 나타내는 것이다. 프릿 패턴(200)이 도시된다(즉, 상면에서 도 1의 프릿(8)). 상기 프릿 패턴(200)은 202로 도시된 직선 영역과 204로 도시된 곡선 영역들을 변경하고 포함한다. 유기 물질(206)은 프릿 패턴(200)의 범위 내에 배치될 것이다. 더욱이, 전기 납(208)은 프릿 패턴(200)의 통로를 횡단할 것이다. 상기 유기 물질(206)은 레이저 밀봉에서 발생 되는 열 효과를 피하기 위해 일반적으로 210으로 도시된 바와 같이 프릿 패턴(200)에서 이격 된다. 상기 가변 레이저 빔의 자국(212, 214)이 또한 도시된다. 자국(212, 214)은 레이저 빔이 상기 프릿 패턴(200)의 다른 영역들을 횡단할 때 도 1에 도시된 빔 형성기에 의해 재형성된 동일한 레이저 빔(즉, 다른 시간에서)을 나타낸다.

상기 자국(212)은 레이저가 프릿 패턴(200)의 직선 영역(202)을 횡단할 때의 가변 레이저 빔을 나타낼 것이다. 이로 인해, 자국(212)은 타원형 빔이 직선 영역(202)의 범위 내에 남아 있는 동안 더 높은 속도로 직선 영역(202)에 그 이상의 표면 영역을 덮기 때문에 타원형 빔으로 수행되는 게 더 적당하다. 자국(214)은 상기 레이저가 프릿 패턴(200)의 곡선 영역(214)을 횡단할 때의 가변 레이저 빔을 나타낸다. 이로 인해, 자국(214)은 원형 자국이 적당한 영역을 제공하고 상기 레이저 빔이 프릿 패턴(200)의 곡선 영역(204)을 횡단할 때의 균일한 빔 특성을 유지하므로 원형 빔으로 수행되는 게 더 적당하다.

본 발명의 가르침에 따르면, 동작하는 동안 레이저 빔은 타원형 자국(212)과 같은 제 1 자국으로 수행되고, 제 1 속도로 움직이며, 제 1 파워에서 동작하고, 제 1 세기 프로필을 포함한다. 두 번째 실시 예에서, 예를 들면, 프릿 패턴(200)의 곡선 영역(204)을 따라 상기 레이저 빔은 제 1 속도와 다른 제 2 속도로 움직이고, 제 1 파워 레벨과 다른 제 2 파워 레벨에서 동작하며, 제 1 세기 프로필과 다른 제 2 세기 프로필을 제공하여 원형 자국(214)과 같은 제 2 자국으로 수행될 것이다. 이로 인해, 상기 레이저 빔은 프릿 패턴에서 임의의 비균일성을 수용하기 위해 밀봉 동안 실시간으로 동적으로 조절될 것이다. 일 실시 예에서, 비균일성은 높이, 폭, 방향 등과 같은 프릿 패턴에서의 임의의 변화뿐만 아니라 밀봉 동작에 영향을 주거나 또는 유기 물질과의 공간, 프릿 패턴에서의 방해, 프릿을 횡단하는 온도 분포에 대한 요구(즉, 균일한 분포), 프릿 폭의 적당한 이용, 강한 접합 강도, 인접한 구성요소들에서의 열 효과, 기판으로의 손상 등과 같은 강한 밀봉을 방해하는 임의의 추가적인 문제들을 포함할 것이다.

상기 OLED는 유리 기판과 유리 패키지를 형성하기 위해 프릿과 함께 밀봉된 덮개 기판 사이에 끼워진다. 상기 프릿 패턴(200)에 의해 형성된 제 1 밀봉은 일반적으로 유리 기판의 외곽(outer edge)에 배치된다. 상기 전기 납(208)은 프릿 패턴(200)을 통과하여 지나고, 외부 회로에 연결된다. 상기 전기 납의 존재는 투명하지 않은 납(208)이 프릿 패턴(200)에서 변화 또는 불연속성을 유발하고, 불규칙한 레이저 흡수를 만들고 밀봉 품질에 영향을 미치는 다른 흡수 특성을 구비하는 것과 다른 기밀 밀봉을 만든다. 또한, 상기 전기 납(208)은 열 전도성의 차이 때문에 다른 동적 열 성질을 유도한다.

본 발명의 가르침에 따르면, 상기 레이저 파워는 레이저가 전기 납(208)과 만날 때 변하고, 프릿 온도가 최상의 밀봉 품질을 얻기 위해 일정해질 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 빔은 전기 납과 유기 물질(206)에서 원치않는 열 효과를 피하기 위해 프릿 보다 약간 작을 수 있다.

다른 실시 예에서, 형태, 파워 및 밀봉 속도(즉, 프릿 패턴을 횡단하는 레이저 빔을 가로지르는) 사이의 관계가 있을 때, 더 높은 속도에서 프릿을 밀봉할 수 있도록 프릿의 긴 영역(long section)을 덮는 레이저 빔을 구비하는 게 바람직하다. 예를 들면, 제 1 형태와 더 높은 파워를 갖는 제 1 빔은 제 2 형태와 낮은 파워를 가진 제 2 빔보다 빠르게 횡단한다. 다른 예시에서, 타원형으로의 형태 변화, 파워 조절, 및 밀봉의 속도 조절은 프릿이 가열되고, 프릿이 레이저 빔에 대해 더 긴 반응 시간(reaction time)을 갖도록 주어진(즉, 타원 형태가 프릿에 스팟을 횡단하기 위해 더 긴 시간을 사용하도록 주어진) 작은 원형 빔에 대한 것보다 타원형 빔에 대해 더디게 냉각되고, 그에 따라 온도 변화와 유도 스트레스가 줄어드므로 밀봉 동안 잔류 응력(residual stress)을 감소시킨다.

도 3은 본 발명의 가르침에 따라 수행된 광학 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 빔 형성기(2)의 세 개의 렌즈들(3, 5, 6)을 나타내고 있다. 렌즈(302)는 도 1의 렌즈(3)에 대응되고, 렌즈(304)는 도 1의 렌즈(5)에 대응되며, 렌즈(306)는 도 1의 렌즈(6)에 대응된다. 일 실시 예에서, 레이저 다이오드(300)와 같은 광원은 제 1 렌즈(302), 제 2 렌즈(304)를 통해 제 3 렌즈(306)로 횡단하는 레이저를 생성한다. 상기 레이저 원(300)은 다이오드 레이저 또는 Nd:YAG 레이저, 광섬유 레이저, 또는 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저와 같은 다른 형태의 레이저일 수 있다. 상기 레이저 빔은 광섬유를 통해 전송된다.

일 실시 예에서, 상기 제 1 렌즈(302)는 원통형 렌즈로 수행된다. 상기 제 2 렌즈(304)는 원통형 렌즈로 수행되고, 제 3 렌즈(306)는 비구면 렌즈로 수행된다. 일 실시 예에서, 두 개의 다른 원통형 렌즈(302, 304)들은 단지 하나의 원통형 렌즈가 한 방향에서 빔 전달에 영향을 주기 때문에 두 개의 수직 방향(즉, X와 Y)에서 다른 이미지 배율을 이루기 위해 사용된다. 상기 비구면 렌즈는 광수차(optical aberration)를 줄이는 쉬운 방법을 제공한다. 그 결과, 원형 빔은 타원형 빔으로 변경되고, 그 역으로도 변경될 수 있다. 그러므로, 일 실시 예에서, 두 개의 원통형 렌즈는 레이저 빔의 크기를 조절하기 위해 사용되고, 비구면 렌즈는 레이저 빔의 방향을 조절하기 위해 수행될 것이다.

일 실시 예에서, 레이저 다이오드에서 렌즈까지의 거리는 각각 15.77㎜, 40㎜, 및 35.6㎜이고, 표 1에 도시된 것과 같은 렌즈 파라미터들이 아래에 제공된다. 일 실시 예에서, 도 3의 광학 시스템은 1.5에서 적어도 3.0까지의 종횡비를 가진 가변 타원형 빔을 제공할 수 있는 다수의 광학 렌즈(302, 304, 306)들을 포함한다. 레이저 빔의 종횡비는 두 개의 원통형 렌즈들 사이의 거리 변화에 의해 조절될 것이다. 상기 빔의 종횡비는 인접한 구성요소들에서의 열 효과가 최소인 동안 프릿에 따른 밀봉이 최적이 되도록 알맞게 주어진다. 예를 들면, 1.5㎜의 직경을 가진 레이저 다이오드 섬유(300)는 0.8×1.5㎜ 타원형 빔으로 변경될 수 있다. 상기 타원형 빔은 렌즈(302, 304)들 사이에 308로 도시된 거리의 변화에 의해 0.8×1.5㎜에서 0.8×2.2㎜까지 변화될 수 있다.

렌즈		형태	초점 거리
302		원통형의 부드러운 볼록면	25㎜
304		원통형의 부드러운 볼록면	150㎜
306		비구면 렌즈	34.5㎜

도 4는 렌즈 위치에 대한 빔 크기의 도표를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3의 렌즈(304, 302)들 사이의 거리(즉, 도 3의 308) 변화가 렌즈 빔 형태에 어떠한 영향을 미치는 지를 나타내고 있다. 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 렌즈들(304, 302) 사이의 거리 변화는 사실상 Y-축에서의 빔 형태를 변화시키나, X-축에서는 매우 작은 영향을 갖는다. 이런 유일한 특성은 변화들에 어울리게 할 수 있고, 프릿 폭의 위치가 레이저 빔이 적당한 레이저 특성과 더 나은 기밀 밀봉과 함께 코너를 횡단할 수 있도록 레이저 빔의 타원형 자국이 도 2에 도시된(즉, 214) 바와 같이 프릿 패턴의 코너에서 변하는 것을 허용한다.

본 발명의 가르침에 따르면, 빔 형태의 변화는 최적의 밀봉을 얻기 위해 밀봉 속도 변화를 필요로 하는 파워 세기 변화를 이끌어 낸다. 상기 파워 차이는 동일한 레이저 파워가 사용될 때 빔 크기 차이를 이용하여 판단될 수 있다. 예를 들면, 0.82×2.2㎜ 빔을 이용한 직선 라인 사이와 0.8×1.5㎜ 빔을 이용한 코너에서의 파워 세기 차이는 동일한 레이저 파워라 가정할 경우 50%[0.82×2.2/(0.8×1.5)=1.5]일 수 있다. 동일한 밀봉 조건을 얻기 위해, 상기 프릿은 코너에서 거의 50% 빠르게 움직일 수 있고 또는 그 대신 상기 레이저 파워는 만약 일정한 속도가 요구된다면 거의 50% 낮을 수 있다.

도 5는 빔이 빔 형성기(즉, 도 1)에 의해 재형성된 후 빔 형태의 예시를 나타내는 도면이다. 중앙의 도트를 둘러싸는 여덟 개의 도트들은 타원형 빔의 가장자리의 윤곽을 나타낸다. 원형 레이저원(즉, 도 3의 300)이 생성되고, 도 3에 도시된 광학 시스템을 통해 처리된 후 타원형 빔이 된다. 본 발명의 가르침에 따르면, 두 개의 원통형 렌즈(302, 304)들이 서로에 대해 조절될 때, 도 5에 도시된 타원형 빔이 원형 레이저원(즉, 300)에서 생성될 것이다.

도 6은 조절 가능한 빔 크기 및 형태를 이루기 위한 렌즈 하우징의 일 실시 예를 나타내는 도면이다. 상기 렌즈 하우징은 도 1의 빔 형성기를 수행하기 위해 사용된 물리적인 장치를 나타내고 있다. 본 발명의 일 실시 예에서, 렌즈들의 조절은 도 6의 기계적인 하우징에서의 렌즈들의 설치에 의해 이루어진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 렌즈(610)는 제 2 원통형 렌즈(620)와 비구면 렌즈(630)가 다른 하우징에 설치되는 동안 제 1 광섬유 설치대(fiber mount)(60)에 설치되고, 미리 정렬된다. 일 실시 예에서, 렌즈들 사이의 거리 변화는 광섬유를 유지하고, 렌즈(610) 위치가 변하지 않는 동안 렌즈(620, 630)들의 이동과 함께 이루어진다. 거리 변화는 수동으로 이루어지거나 또는 컴퓨터 제어단에 의해 이루어진다. 거리 변화가 발생하는 동안, 모든 렌즈들은 광 왜곡을 줄이기 위해 동일한 광축에 머무른다. 렌즈들 사이의 거리를 줄이기 위한 한 가지 접근 방법은 모든 광학 구성요소들이 고정밀 원통형 튜브를 이용한 하우징에 설치된 원통형 설치대를 이용하는 것이다. 각각의 고정밀 튜브는 동일한 외경을 갖고, 동일한 내경을 갖는 다른 튜브에 삽입된다. 외부 튜브와 내부 튜브 사이의 간격은 20㎛보다 작아야 한다. 렌즈 하우징의 위치는 외부 튜브의 슬롯에 추가적인 핀 착석(sitting) 이용으로 유지된다. 상기 렌즈들은 종래의 렌즈 설치 방법을 이용하여 하우징에 설치되거나 접착제를 이용하여 접합 된다. 일 실시 예에서, 각각의 렌즈 하우징은 렌즈 위치 등록을 위해 고정밀 기준 표현을 구비함에 틀림없다. 각 렌즈들의 위치 오차는 일반적으로 10㎛보다 작다.

하나의 렌즈 구성이 도시되고 설명되더라도, 각각의 렌즈는 성능을 최적화하기 위해 다수의 볼록 및 오목 렌즈들로 이루어진 더 정교한 다수의 렌즈 요소들로 대체될 수 있다는 것은 명확하다. 예를 들면, 일 실시 예에서, 비구면 렌즈는 또한 동일한 기능을 이루기 위해 다수의 구면 렌즈들로 대체될 수 있다.

본 발명의 가르침에 따르면, 다양한 방법들이 빔 크기를 변경하기 위해 수행될 것이다. 일 실시 예에서, 프릿에서의 빔 크기(즉, 자국)는 큰 빔이 요구될 때 빔의 초점을 흐리게 하여 조절될 수 있다. 이 경우, 상기 빔은 수 밀리미터로 증가하게 된다. 큰 빔 크기는 또한 더 큰 배율을 이루기 위해 렌즈 초점 길이를 변경하여 이루어질 수 있다. 일 실시 예에서, 각각의 원통형 렌즈는 볼록 및 오목 원통형 렌즈의 결합으로 대체될 수 있고, 그 결과 효과적인 초점 거리가 렌즈들 사이의 거리를 변경하여 조절될 수 있다.

도 7은 본 발명의 가르침에 따라 수행된 확산기를 나타내는 도면이다. 일 실시 예에서, 확산기는 레이저 빔을 수신하고, 사실상 임의의 원하는 패턴으로 광을 재분배하는 회절광 구성요소로 정의된다.

본 발명의 가르침에 따르면, 표면에 다른 형태와 두께를 갖는 마이크로 구조의 확산기는 빔의 각 세그먼트의 위상을 변경하여 입력 빔의 방향을 바꾼다. 더욱이, 상기 확산기는 정렬에 민감하지 않고, 입력 빔의 편광을 만들지 않는다. 그들은 190㎚에서 20㎛까지의 파장을 포함하는 용해 실리카, 실리콘, 플라스틱 또는 다른 물질로 만들어질 수 있다. 마이크로 프로세싱의 도움으로, 본 발명의 가르침에 따라 수행된 확산기는 최소 0차(zero order) 핫 스팟(종종 1%보다 작은)과 95%만큼의 효율로 만들어질 수 있다. 확산기 행위를 만드는 구조는 살포 센터(scatter center)로 불러 진다. 이들은 입력되는 빔을 다른 방향으로 유도하는 기본적인 표면 유닛이다. 큰 영역 위의 수백만 살포 센터의 클러스터들은 확산기의 살포 특성을 제공하기 위해 결합한다. 일반적인 살포 센터는 도 7에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈 구성요소들이다. 90%이상의 변환 효율을 이루기 위해, 각각의 살포 센터는 중요한 광 제어 임무를 수행하기 위해 개별적으로 설계된다. 살포 센터의 통계 분포와 같은 상기 표면 구조는 신중히 설계되고 제조된다.

광학 확산기의 사용은 임의의 빔 세기 프로필의 형태와 함께 임의의 레이저 빔의 형태를 대부분 이루는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 확산기는 빔 세기 프로필, 발산각, 및 빔 형태와 같은 레이저 빔의 특성을 조절하기 위해 사용될 것이다. 예를 들면, 상기 확산기는 빔의 세기 프로필을 조절하기 위해 사용될 것이다. 몇 가지 경우, 유일한 세기 프로필을 갖는 빔은 밀봉 강도와 품질을 최적화시키기 위해 플랫-탑과 도넛과 같이 요구된다. 이는 렌즈들 사이에 빔 확산기를 삽입하여 이룰 수 있다. 일 실시 예에서, 균일한 열과 함께 강한 밀봉을 얻기 위해, 중앙 집중 세기 프로필(즉, M형태의 특성)이 요구된다. 그런 세기 프로필을 이루기 위한 열쇠는 가우시안 세기 프로필을 최소 잔류 0차(즉, 중앙 최대)를 가진 M형태의 특성으로 변경할 수 있는 확산기를 선택하는 것이다.

프릿 밀봉에 있어서, 빔 형태와 세기 프로필은 특히 강한 밀봉을 이루기 위해 중요하다. 일 실시 예에서, 상기 확산기는 중앙에서 더 높은 세기를 갖는 가우시안 빔을 빔의 가장자리보다 중앙에서 더 낮은 세기를 갖는 도넛 형태의 빔으로 변경하기 위해 사용된다. 도 8A는 도 1에 도시된 빔 형성기의 렌즈들 사이에 빔 확산기를 부가하여 이룰 수 있는 빔 세기 프로필을 나타내는 도면이다. 도 8B는 위치에 대한 세기 프로필의 예시를 나타내는 도면이다. 상기 확산기는 최초의 원형 빔에서 가장자리로 파워를 재분배하고, 렌즈들은 도 8A에 도시된 바와 같이 타원형으로 빔을 재형성한다. 이러한 실시 예에서, 상기 빔 세기 프로필은 상기 빔 크기가 렌즈에 의해 조절되는 동안 확산기에 의해 조절된다. 다른 확산기를 사용하는 것은 렌즈 거리 변화가 빔 세기 프로필의 변화 없이 빔 크기를 다르게 하는 동안 빔 형태의 변화없이 파워 세기를 변화시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 가르침에 따른 빔 형성기(즉, 도 1)는 빔 크기와 파워 세기를 개별적으로 조절할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 확산기는 원형의 가우시안 빔을 빔의 전면에 상당히 균일한 세기를 갖거나 또는 도 9에 도시된 바와 같이 가장자리 주변에 약간 더 높은 세기를 갖는 사각형과 같은 빔으로 변경하기 위해 사용된다. 이 경우, 종횡비는 마찬가지로 렌즈 거리에 의해 조절된다. 빔이 프릿 밀봉을 위해 사용될 때, 상기 빔은 그것이 전기 납과 디스플레이 구성요소로의 전위 손실을 피하기 위해 코너에서 1 이하(~1)로 감소하는 반면 직선 영역을 따라 거의 2~4의 종횡비에서 변한다.

본 발명의 가르침에 따르면, 새로운 빔 특성이 구성될 수 있다. 상기 파워 세기는 레이저 빔의 중앙에서 더 낮고, 레이저 빔의 중앙에서 레이저 빔의 가장자리로 이동할 때 증가한다. 0.7㎜ 폭의 프릿에 대해, 프릿 가장자리와 프릿 중앙 사이의 파워 세기 비율은 도 10에 도시된 바와 같이 3.23이다. 그런 빔이 프릿을 비추기 위해 사용될 때, 프릿 폭을 횡단하는 온도차는 광학 마스크와 함께 가우시안 빔을 이용하는 종래의 접근법의 그것보다 두드러지게 작다. 프릿 폭을 횡단하는 이 이상의 균일한 온도는 프릿의 균일한 가열을 유도하므로, 기판에 프릿을 접합하는 것은 프릿을 횡단하여 더 균일하고, 더 나은 프릿 폭의 이용이 이루어진다. 그 이상의 프릿 접합 영역과 더 강한 기계적인 강도가 있으므로, 이러한 새로운 빔 특성은 밀봉된 OLED 장치의 기계적인 강도를 증가시킬 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 레이저 파워는 상기 밀봉 속도가 그래도 유지되는 반면 상기 빔이 프릿을 횡단하는 전기 납을 포함하는 영역을 통해 지날 때 감소 된다. 영역에서의 상기 프릿 체적은 전기 납이 없는 영역보다 작고, 감소하는 파워는 영역의 과열을 방지할 수 있고, 그로 인해 전기 납이 전위 손실되는 것을 방지할 수 있다. 상기 파워 감소는 프릿과 전기 납의 크기와 재질에 의존한다. 일반적으로, 파워는 15%, 바람직하게는 10%보다 작게 감소 된다.

본 발명이 특정 설명과 그의 한정된 관점에 대해 상세히 기술되더라도 그것으로 한정되는 것은 아니고, 첨부된 청구항에 의해 정의된 것처럼 본 발명의 넓은 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

1 : 레이저 빔 1A : 레이저 시스템
2 : 광학 시스템
3, 5, 6, 302, 304, 306, 610, 620, 630 : 렌즈
200 : 프릿 패턴 202: 직선 영역
204 : 곡선 영역 212, 214 : 자국

Claims (15)

1. 제1 기판, 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되고 직선 영역과 곡선 영역을 포함하는 프릿 패턴을 포함하는 유리 패키지의 밀봉 방법으로서,
   상기 프릿 패턴에 중앙부와 가장자리부를 구비하며 레이저 빔을 확산기(diffuser)에 통과시켜 얻어지는 파워 세기 프로필을 갖는 레이저 빔 스팟의 초점을 맞추고, 레이저 빔이 프릿 패턴을 횡단하는 동안 확산기를 통해 레이저 빔의 파워 세기 프로필을 실시간으로 동적으로 변화시키는 단계;
   상기 레이저 빔 스팟의 가장자리부에서의 파워가 상기 레이저 빔 스팟의 중앙부에서의 파워보다 크도록 확산기를 통해 빔 스팟을 변경하는 단계; 및
   상기 레이저 빔 스팟을 상기 프릿 패턴을 따라 횡단시켜 상기 유리 패키지를 밀봉하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 중앙부에서의 파워가 가장자리부에서의 파워보다 2배 내지 4배 작은 방법.
3. 제1항에 있어서, 중앙부에서의 파워가 가장자리부에서의 파워보다 2배 내지 3배 작은 방법.
4. 제1항에 있어서, 레이저 빔 스팟은 종횡비(aspect ratio)가 1 내지 3의 범위인 타원형 레이저 빔 스팟인 방법.
5. 제1항에 있어서, 레이저 빔 스팟은 종횡비가 1 내지 3의 범위인 직사각형 레이저 빔 스팟인 방법.
6. 제1항에 있어서, 레이저 빔 스팟은 레이저 빔 스팟이 프릿 패턴의 직선 영역을 횡단하는 동안 2 내지 4의 종횡비를 포함하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 레이저 빔 스팟은 레이저 빔 스팟이 프릿 패턴의 곡선 영역을 횡단하는 동안 1 미만의 종횡비를 포함하는 방법.
8. 제1 렌즈, 제2 렌즈, 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리, 및 확산기를 포함하는 빔 형성기의 동작 방법으로서,
   빔 형성기로 형태 및 세기 프로필 특성을 포함하는 제1 레이저 빔 스팟을 생성하는 단계;
   상기 제1 레이저 빔 스팟을 프릿 패턴의 한 부분에 횡단시키는 단계;
   상기 제1 레이저 빔 스팟이 상기 프릿 패턴을 횡단하는 동안 상기 빔 형성기를 이용하여 제1 레이저 빔 스팟의 형태 및 세기 프로필 특성 중 적어도 하나를 실시간으로 동적으로 변화시켜 제1 레이저 빔 스팟으로부터 제2 레이저 빔 스팟을 생성하는 단계; 및
   상기 제2 레이저 빔 스팟을 프릿 패턴의 다른 일부에 횡단시키는 단계를 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 거리를 변화시켜 제2 레이저 빔 스팟을 생성하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 확산기를 변화시켜 제2 레이저 빔 스팟을 생성하는 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔 스팟의 형태는 제1 레이저 빔 스팟의 형태와 상이한 방법.
12. 제8항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔 스팟의 제2 세기 프로필은 제1 레이저 빔 스팟의 제1 세기 프로필과 상이한 방법.
13. 제8항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔 스팟은 제1 파워를 추가로 포함하고, 상기 제2 레이저 빔 스팟은 제1 파워와 상이한 제2 파워를 추가로 포함하는 방법.
14. 제8항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔 스팟은 제1 프릿 이용(utilization)을 추가로 포함하고, 상기 제2 레이저 빔 스팟은 제1 프릿 이용과 상이한 제2 프릿 이용을 추가로 포함하는 방법.
15. 제8항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔 스팟은 제1 파워를 갖는 중앙부, 및 제1 파워보다 큰 제2 파워를 갖는 가장자리부를 포함하고, 상기 제2 레이저 빔 스팟은 제3 파워를 갖는 중앙부, 및 제3 파워보다 큰 제4 파워를 갖는 가장자리부를 추가로 포함하고, 제1 파워는 제3 파워와 상이하고, 제2 파워는 제4 파워와 상이한 방법.

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