KR102015401B1 - 광학계 및 기판 밀봉 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 의하면, 입사되는 광의 단면을 확대시키는 확대 광학계; 상기 확대 광학계를 통과한 광을 통과시키는 마스크; 및 상기 마스크를 통과한 광의 단면을 축소시키는 축소 광학계;를 포함하는 광학계를 제공한다.
Description
본 발명은 광학계 및 이를 이용한 기판 밀봉 방법에 관한 것이다.
근래에 디스플레이 장치는 휴대가 가능한 박형의 평판 디스플레이 장치로 대체되는 추세이다. 평판 디스플레이 장치 중에서도 전계 발광 디스플레이 장치는 자발광형 디스플레이 장치로서 시야각이 넓고 콘트라스트(contrast)가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로 주목을 받고 있다. 또한 발광층이 유기물로 구성되는 유기 발광 디스플레이 장치는 무기 발광 디스플레이 장치에 비해 휘도, 구동 전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 점을 가진다.
통상적인 유기 발광 디스플레이 장치는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함한 적어도 하나 이상의 유기층이 개재된 구조를 가진다.
이와 같은 유기 발광 디스플레이 장치는 주변 환경으로부터 수분이나 산소가 소자 내부로 유입될 경우, 전극 물질의 산화, 박리 등으로 유기 발광 소자의 수명이 단축되고, 발광 효율이 저하될 뿐만 아니라 발광색의 변질 등과 같은 문제점들이 발생한다.
따라서, 유기 발광 디스플레이 장치의 제조에 있어서, 유기 발광 소자를 외부로부터 격리하여 수분이 침투하지 못하도록 밀봉(sealing) 처리가 통상적으로 수행되고 있다. 이와 같은 밀봉 처리 방법으로, 통상적으로는 유기 발광 디스플레이 장치의 제 2 전극 상부에 무기 박막 및 PET(polyester) 등과 같은 유기 고분자를 라미네이팅하는 방법이 사용되거나, 봉지(encap) 기판 내부에 흡습제을 형성하고 봉지 기판 내부에 질소가스를 충진시킨 후 봉지 기판의 가장자리를 에폭시와 같은 실런트(sealant)로 봉합하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 방법들은 외부에서 유입되는 수분이나 산소 등의 유기 발광 소자 파괴성 인자들을 100% 차단하는 것이 불가능하여 수분에 특히 취약한 유기 발광 디스플레이 장치에 적용하기에는 불리하며 이를 구현하기 위한 공정도 복잡하다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 실런트로 프릿(frit)을 사용하여 유기 발광 소자 기판과 봉지 기판 간의 밀착성을 향상시키는 기판 봉합 방법이 고안되었다.
유리 기판에 프릿(frit)을 도포하여 유기 발광 디스플레이 장치를 밀봉(sealing)하는 구조를 사용함으로써, 유기 발광 소자 기판과 봉지 기판 사이가 완전하게 밀봉되므로 더욱 효과적으로 유기 발광 디스플레이 장치를 보호할 수 있다.
프릿으로 기판을 밀봉하는 방법은 프릿을 각각의 유기 발광 디스플레이 장치의 실링부에 도포한 뒤, 레이저 빔 조사 장치가 이동하며 각각의 유기 발광 디스플레이 장치의 밀봉부에 레이저 빔을 조사하여 프릿을 경화시켜서 기판을 밀봉한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원하는 형상의 빔 프로파일을 만들 수 있는 광학계 및 이를 이용한 기판 밀봉 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 입사되는 광의 단면을 확대시키는 확대 광학계; 상기 확대 광학계를 통과한 광을 통과시키는 마스크; 및 상기 마스크를 통과한 광의 단면을 축소시키는 축소 광학계;를 포함하는 광학계를 제공한다.
여기서, 상기 축소 광학계를 통과하는 광은 스폿(spot) 빔 형태로 조사될 수 있다.
여기서, 상기 축소 광학계를 통과한 광은 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 밀봉부에 조사하여 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 밀봉하는데 사용될 수 있다.
여기서, 상기 마스크는 미리 정해진 형상의 패턴을 구비하며, 상기 확대 광학계를 통과한 광의 일부를 차단할 수 있다.
여기서, 상기 마스크 표면에서의 광의 세기가 0.1W/mm2 이상 1W/mm2 이하일 수 있다.
여기서, 상기 확대 광학계를 통과한 광은 원형 단면을 가지고, 상기 마스크는 상기 마스크를 통과하는 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상의 패턴을 구비함으로써, 상기 마스크를 통과한 광의 단면이 상기 마스크를 통과한 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 축소 광학계를 통과한 광이 일정한 빔 세기(beam intensity)를 가지며, 상기 축소 광학계를 통과한 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상의 빔 프로파일을 가질 수 있다.
여기서, 상기 마스크에 결합되어 상기 마스크를 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 확대 광학계는, 입사되는 광을 평행광으로 변경시키는 제 1 렌즈; 및 상기 제 1 렌즈를 통과한 평행광을 상기 마스크에 상이 맺히게 하는 제 2 렌즈;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 렌즈를 통과한 평행광을 반사시키는 제 1 미러; 및 상기 제 1 미러에 의해 반사된 평행광을 반사시키는 제 2 미러;를 더 포함하고, 상기 제 1 렌즈를 통과한 평행광은 상기 제 1 미러 및 제 2 미러에 의해 반사됨에 따라 광의 진행 방향이 반대방향으로 변할 수 있다.
여기서, 상기 축소 광학계는, 상기 마스크를 통과한 광을 평항광으로 변경시키는 제 3 렌즈; 상기 제 3 렌즈를 통과한 평행광을 초점이 맺히게 하는 제 4 렌즈; 상기 제 4 렌즈를 통과한 광의 단면을 축소시키는 제 1 광학계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 3 렌즈를 통과한 평행광을 반사시키는 제 3 미러; 및 상기 제 3 미러에 의해 반사된 평행광을 반사시키는 제 4 미러;를 더 포함하고, 상기 제 3 렌즈를 통과한 평행광은 상기 제 3 미러 및 제 4 미러에 의해 반사됨에 따라 광의 진행 방향이 반대방향으로 변할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 광학계는 적어도 3개 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 4 렌즈는 상기 제 4 렌즈를 통과하는 광의 진행방향과 평행한 방향으로 이동 가능하게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 밀봉부에 광을 조사하여 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 밀봉하는 방법에 있어서, (a) 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 밀봉부를 형성하는 단계; (b) 입사되는 광의 단면을 확대시키는 단계; (c) 단면이 확대된 광을 마스크에 통과시키는 단계; (d) 마스크를 통과한 광의 단면을 축소 광학계에 의해 축소시키는 단계; 및 (e) 상기 밀봉부의 밀봉 라인을 따라 상기 축소 광학계를 통과한 광을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 밀봉 방법을 제공한다.
여기서, 상기 마스크 표면에서의 광의 세기가 0.1W/mm2 이상 1W/mm2 이하일 수 있다.
여기서, 상기 축소 광학계를 통과하는 광은 상기 밀봉부에 스폿(spot) 빔 형태로 조사될 수 있다.
여기서, 상기 (b) 단계는, (b1) 입사되는 광을 평행광으로 변경시키는 단계; (b2) 상기 평행광을 반사시키는 단계; 및 (b3) 반사된 평행광을 상기 마스크에 상이 맺히게 하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 마스크를 회전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 마스크를 통과한 광을 평행광으로 변경시키는 단계; (d2) 상기 평행광을 반사시키는 단계; (d3) 반사된 평행광을 제 4 렌즈에 의해 초점이 맺히게 하는 단계; 및 (d4) 상기 제 4 렌즈를 통과한 광의 단면을 축소시키는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 4 렌즈는 상기 제 4 렌즈를 통과하는 광의 진행방향과 평행한 방향으로 이동하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 밀봉 라인의 중심선(FL)에 상기 축소 광학계를 통과한 광의 중심선의 초점을 맞춘 후. 상기 밀봉 라인의 중심선을 따라 스캔하여 상기 축소 광학계를 통과한 광을 조사할 수 있다.
여기서, 상기 축소 광학계를 통과한 광의 폭(LW)은 상기 밀봉부의 폭보다 클 수 있다.
여기서, 상기 밀봉부는 프릿(frit)을 포함할 수 있다.
상술한 본 실시예에 따른 광학계를 통과한 광을 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 조사하면, 유기 발광 디스플레이 장치의 강도와 접착력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 이용하여 유기 발광 디스플레이 장치의 밀봉부를 밀봉하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 상면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 광학계가 조사하는 빔 프로파일과 비교하기 위한 제 1 비교예인 가우시안 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 가우시안 빔 프로파일을 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 조사하였을 때의 프릿의 단면에 따른 온도 분포를 도시한 것이다.
도 5는 본 실시예에 따른 광학계가 조사하는 빔 프로파일과 비교하기 위한 제 2 비교예인 플랫 탑(flat top) 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 플랫 탑 빔 프로파일과 도 3의 가우시안 빔 프로파일을 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 조사하였을 때, 유효 실링 폭(FWeff) 내의 프릿의 단면에 따른 온도 분포를 정규화한 것이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 상면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 광학계가 조사하는 빔 프로파일과 비교하기 위한 제 1 비교예인 가우시안 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 가우시안 빔 프로파일을 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 조사하였을 때의 프릿의 단면에 따른 온도 분포를 도시한 것이다.
도 5는 본 실시예에 따른 광학계가 조사하는 빔 프로파일과 비교하기 위한 제 2 비교예인 플랫 탑(flat top) 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 플랫 탑 빔 프로파일과 도 3의 가우시안 빔 프로파일을 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 조사하였을 때, 유효 실링 폭(FWeff) 내의 프릿의 단면에 따른 온도 분포를 정규화한 것이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계(1)를 이용하여 유기 발광 디스플레이 장치의 밀봉부(170)를 밀봉하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 상면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제 1 기판(150)과 제 2 기판(160) 사이에 유기 발광부(180) 및 상기 유기 발광부(180)를 둘러싸는 밀봉부(170)가 배치되고, 상기 밀봉부(170)에 광학계(1)에서 조사된 레이저 빔(140)이 조사된다.
제 1 기판(150) 상에 유기 발광부(180)가 형성된다. 제 1 기판(150)은 글라스 재 기판일 수 있다.
제 2 기판(160)은 제 1 기판(150) 상에 형성된 유기 발광부(180)를 봉지하는 봉지 기판으로서, 후술할 레이저 빔이 투과될 수 있는 것으로 바람직하게는 글라스 재 기판을 사용할 수 있다.
유기 발광부(180)는 제 1 전극(미도시)과 제 2 전극(미도시) 사이에 발광층을 포함한 적어도 하나 이상의 유기층(미도시)이 개재된 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device: 0LED)(미도시)를 적어도 하나 이상 포함한다. 여기서, 제 1 전극(미도시)과 제 2 전극(미도시)은 각각 정공을 주입하는 양극(Anode) 및 전자를 주입하는 음극(Cathode)의 기능을 수행할 수 있다.
유기 발광 소자(미도시)는, 각 유기 발광 소자의 구동을 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)로 제어하는지 여부에 따라 수동 구동 형(Passive Matrix: PM) 및 능동 구동형(Active Matrix: AM)으로 나뉠 수 있다. 본 실시예에서는 능동 및 수동 구동형 어느 경우에도 적용될 수 있다.
제 2 기판(160) 상에는 전술한 유기 발광부(180)를 둘러싸는 위치에 대응되는 위치에 밀봉부(170)가 형성된다.
밀봉부(170)는 유기 발광부(180)와 외부의 수분이나 산소와의 접촉을 차단하기 위하여 폐루프(closed loop)를 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 도면에는 폐루프를 이루는 밀봉부(170)의 각 모서리 부분이 일정한 곡률을 갖는 곡선으로 형성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 밀봉부(170)의 각 모서리 부분은 곡률 없이 직교하는 형상을 이룰 수도 있다.
밀봉부(170)의 각 모서리 부분이 일정한 곡률을 갖는 경우에는 광학계(1)를 밀봉부(170)의 모서리를 포함한 밀봉 라인을 따라서 연속적으로 직접 스캔하면서 레이저 빔(140)을 조사할 수 있다.
반면, 밀봉부(170)의 각 모서리 부분이 직교하는 경우에는 광학계(1)를 밀봉부(170)의 제 1 모서리를 따라 제 1 방향으로 스캔하면서 레이저 빔(140)을 조사한 후, 상기 도면에는 도시되어 있지 않으나 제 1 기판(150) 하부에 배치된 스테이지(stage)(미도시)를 90도 회전한다. 스테이지를 회전하면, 스테이지와 함께 제 1 기판(150) 및 제 2 기판(160)이 함께 회전한다. 스테이지 회전 후, 전술한 제 1 방향으로 스캔하면서 레이저 빔(140)을 조사하면 밀봉부(170)의 제 2 모서리에 레이저 빔(140)이 조사된다. 이와 같은 방식으로 스테이지(미도시)를 회전하면서 레이저 빔(140)을 조사하는 방식으로 밀봉부(170)를 밀봉할 수 있다.
본 실시예에서 제 1 기판(150)과 제 2 기판(160)의 기밀성을 확보하여 유기 발광부(180)를 더욱 효과적으로 보호하기 위하여 밀봉부(170)로 프릿(frit)을 사용하였다. 프릿은 스크린 인쇄법(screen printing) 또는 펜 디스펜싱법(pen dispensing) 등 다양한 방법에 의해 소정 일정한 폭(Frit Width: FW)을 갖도록 형성된다.
한편, 본 실시에에서는 밀봉부(170)를 제 2 기판(160) 상에 형성하고, 유기 발광부(180)를 제 1 기판(150) 상에 형성하여 제 1 기판(150)과 제 2 기판(160)을 정렬하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대 밀봉부(170)는 유기 발광부가 형성된 제 1 기판(150) 상에 형성되어 제 2 기판(160)과 정렬된 후 합착 될 수도 있다.
또한, 상기 도면에는 하나의 유기 발광부(180)가 구비된 경우를 도시하고 있지만, 본 발명은 제 1 기판(150)과 제 2 기판(160) 사이에 복수개의 유기 발광부(180)와, 복수개의 유기 발광부(180)를 둘러싸는 복수개의 밀봉부(170)를 포함하는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.
광학계(1)는 밀봉 라인을 따라 제 1 기판(150)과 제 2 기판(160) 사이에 배치된 밀봉부(170)에, 본 실시예에 따른 빔 프로파일을 갖는 스폿 빔(spot beam) 형태로 레이저 빔(140)을 조사한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
한편, 상기 도면에는 상세히 도시하지 않았지만, 광학계(1)는 레이저를 발생하는 레이저 발진기(미도시)와 광섬유(optical fiber)(190, 도 8 참조)를 통해 연결될 수 있다. 또한 광학계(1)는 빔 균질기(미도시), 및 스캐너(미도시) 등을 포함할 수 있다.
레이저 발진기(미도시)로는 레이저 실링용으로 일반적으로 쓰이는 고출력 레이저 소스인 번들 타입(bundle type)의 멀티 코어 소스(multi core source)를 사용할 수 있다.
이러한 번들 타입의 멀티 코어 소스의 경우, 각각의 코어의 출력이 모두 조금씩 다를 가능성이 있으므로, 빔 균질기(beam homogenizer)(미도시)를 사용하여 이와 같은 불균일을 해결할 수도 있다.
스캐너(미도시)는 레이저 발진기(미도시)에서 방사된 레이저 빔을 반사하여 밀봉부(170)로 조사하는 반사부(미도시), 반사부를 구동하는 구동부(미도시), 및 반사된 레이저 빔을 집광하는 렌즈부(미도시) 등을 포함할 수 있다.
렌즈부(미도시)를 통과한 레이저 빔(140)은 본 실시예에 따른 빔 프로파일을 갖는 스폿 빔(spot beam) 형태로 밀봉부(170)에 조사된다. 이때, 렌즈부(미도시)는 스캐너 내부에 배치되거나 또는 밀봉부(170)를 향하도록 스캐너 하부에 별도로 배치될 수도 있다.
한편, 상기 도면에는 도시되어 있지 않으나, 광학계(1)에서 조사되는 레이저 빔(140)의 폭(LW)이 밀봉부(170)의 폭(FW)보다 큰 경우에는, 광학계(1)와 제 2 기판(160) 사이에 레이저 마스크(미도시)를 배치하여, 밀봉부(170)의 폭(FW)에 조사되는 레이저 빔(140)의 폭(LW)을 조절할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 레이저 조사 장치가 조사하는 빔 프로파일과 비교하기 위한 제 1 비교예인 가우시안 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 가우시안 빔 프로파일을 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 조사하였을 때의 프릿의 단면에 따른 온도 분포를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 가우시안 분포를 가지는 레이저 빔 프로파일(G)은 빔 중앙부로 갈수록 단위 면적당 빔 세기(I)가 증가하며 축대칭 분포를 가진다.
상기 그래프에서 평면의 x, y는 빔 프로파일의 가로 및 세로의 크기를 나타내는 것으로, 만약 가우시안 빔 프로파일(G)의 중심축 부근만 레이저 마스크로 일부 잘라내어 쓴다고 하더라도 가우시안 빔 프로파일의 중심부와 레이저 마스크에 의해 잘리는 가우시안 빔 프로파일의 주변부와의 빔 세기는 약 15% 이상의 차이가 발생한다.
이와 같은 빔 중앙부와 빔 주변부 사이에 빔 세기 차이를 가지는 레이저 빔으로 밀봉부를 구성하는 프릿(frit)을 조사하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 프릿의 중앙부(가로축이 0인 지점)와 프릿의 단부(가로축이 ±FW/2인 지점)는 45% 이상의 온도차가 발생하고, 전체 실링 폭(FW)의 80%에 해당하는 부분인 유효 실링 폭(FWeff) 내에서는 프릿 중심부와 프릿 단부는 최대 34%의 온도 차가 발생한다.
프릿의 단부를 프릿의 전이온도(Tg)인 430 ℃ 이상으로 유지하기 위해서는 레이저 출력을 높여야 하는데, 이 경우 가우시안 빔 프로파일의 중심부에 의해 실링되는 프릿의 중앙부의 온도는 약 650 ℃ 이상으로 상승하게 되어 과도한 열이 주입되어 오버-웰딩(over-welding) 상태가 된다.
과도한 에너지가 조사되는 프릿 중심부에 존재하던 작은 기포(void)들이 프릿 단부보다 크게 팽창하고, 팽창된 작은 기포들은 다시 급히 냉각되면서 거품이 끓어오르는 듯한 자국을 남기게 된다. 이러한 거품 자국들은 유기 발광 디스플레이 장치의 강도 및 접착력을 현저히 저하시키는 결점이 된다.
한편, 잔류 응력은 열팽창률과 냉각되는 온도차에 의해 결정되는데, 더 높은 온도로 상승 되었던 프릿 중앙부는 프릿 단부보다 늦게 냉각되기 때문에, 인장 응력이 크게 되어 외부에서 충격이 가해질 때 크랙(crack)을 발생시킬 수도 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 빔 세기가 균일한 프로파일을 갖는 레이저 빔을 프릿에 조사하는 것을 생각해볼 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 레이저 조사 장치가 조사하는 빔 프로파일과 비교하기 위한 제 2 비교예인 플랫 탑(flat top) 빔 프로파일을 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 플랫 탑 빔 프로파일과 도 3의 가우시안 빔 프로파일을 유기 발광 디스플레이 장치의 프릿에 조사하였을 때, 유효 실링 폭(FWeff) 내의 프릿의 단면에 따른 온도 분포를 정규화한 것이다.
도 5를 참조하면, 플랫 탑 분포를 가지는 레이저 빔 프로파일(F)은 빔 중앙부와 빔 주변부의 단위 면적당 빔 세기(I)가 균일한 벽돌 모양의 분포를 가진다.
도 6의 가로축은 유효 실링 폭(FWeff) 내의 프릿의 위치를 나타내고, 세로축(NT)은 온도를 정규화(normalized)한 것이다. 상기 도면을 참조하면, 균일한 빔 세기를 갖는 플랫 탑 레이저 빔(F)을 프릿에 조사한 경우에도 프릿 단면의 온도 균일도는 34%에서 32%로 약 2% 정도의 감소가 있었을 뿐, 온도 균일도가 거의 개선되지 않음을 알 수 있다.
이는 프릿 중앙부보다 프릿의 단부를 따라 열이 외부로 잘 빠져나가기 때문이다. 이는 상술한 문제들을 해결하기 위해서는 프릿에 조사하는 레이저 빔의 세기를 균일하게 하는 것이 해결책이 아니라, 레이저 빔이 조사된 후 프릿 단면에 따른 온도 분포를 균일하게 하여야 함을 의미한다. 이를 위해서는 프릿 단부에 프릿 중앙부보다 큰 에너지를 추가적으로 공급하여 한다.
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(1)로 기판 밀봉 시, 프릿 단면의 온도 분포 균일도를 향상시킬 수 있는 레이저 빔 프로파일을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔(140')의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도면을 참조하면, 레이저 빔(140')은 전체적으로 일정한 빔 세기를 가지며, 레이저 빔 중심선(LC)에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상의 빔 프로파일을 갖는다. 또한, 레이저 빔(140')의 중심선의 길이(L0)가 빔 중심선(LC)에 평행한 레이저 빔의 주변부의 길이(L1, L2)보다 작게 형성된다.
따라서, 전술한 실시예와 마찬가지로 밀봉 라인(FL)의 중심선을 따라 스캔하며 조사되는 레이저 빔 세기의 시간에 대한 적분값인 힛 플럭스(heat flux)은 밀봉부(170)의 중심보다 밀봉부(170)의 단부에서 더 큰 값을 갖게 된다.
따라서, 상술한 것과 같은 빔 프로파일을 구비한 레이저 빔(140')을 유기 발광 디스플레이 장치의 밀봉부(170)에 조사하게 되면, 밀봉부(170)의 단부에 밀봉부(170)의 중앙보다 더 큰 에너지가 공급되어 프릿 단면의 온도 균일도를 향상시킬 수 있다.
이하, 상술한 양 측면이 오목하게 들어간 형상의 빔 프로파일 및 그 외 다양한 형상의 빔 프로파일을 형성할 수 있는 광학계(1)에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계(1)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
광학계(1)는 확대 광학계(110), 마스크(120) 및 축소 광학계(130)을 포함한다. 확대 광학계(110)는 입사되는 광(115)의 단면을 확대시킨다. 마스크(120)는 확대 광학계(110)를 통과한 광을 통과시킨다. 축소 광학계(130)는 마스크(120)를 통과한 광(123)의 단면을 축소시킨다. 결국 축소 광학계(130)를 통과한 레이저 빔(140)은 마스크(120)의 패턴에 따라 다양한 형상의 빔 프로파일을 가질 수 있다.
확대 광학계(110)는 제 1 렌즈(111), 제 1 미러(113), 제 2 미러(114) 및 제 2 렌즈(112)를 포함할 수 있다.
제 1 렌즈(111)로 레이저 발진기(미도시)에서 발생되어 광섬유(optical fiber)(190, 도 8 참조)를 통과한 레이저 광이 입사된다. 제 1 렌즈(111)는 입사되는 광(115)을 평행광으로 변경시킨다. 바람직하게는, 제 1 렌즈(111)는 볼록렌즈일 수 있다.
제 1 미러(113)는 제 1 렌즈(111)를 통과하는 광 경로 상에 배치되며, 제 1 렌즈(111)를 통과한 평행광을 반사시킨다. 바람직하게는, 제 1 미러(113)는 제 1 렌즈(111)를 통과한 평행광을 종전 방향과 수직을 이루게끔 반사시킨다.
제 2 미러(114)는 제 1 미러(113)에 의해 반사된 광 경로 상에 배치되며, 제 1 미러(113)에 의해 반사된 평행광을 반사시킨다. 바람직하게는, 제 2 미러(114)는 제 1 미러(113)에 의해 반사된 평행광을 종전 방향과 수직을 이루게끔 반사시킨다. 이에 따라, 제 1 렌즈(111)를 통과한 평행광은 제 1 미러(113) 및 제 2 미러(114)에 의해 반사됨에 따라 광의 진행 방향이 반대방향으로 변할 수 있다. 이렇게 제 1 미러(113) 및 제 2 미러(114)를 배치하여 광의 진행 방향을 반대방향으로 바꾸어 줌으로써, 광학계의 길이를 감소시킬 수 있다.
제 2 렌즈(112)는 제 1 렌즈(111)를 통과한 후 제 1 미러(113) 및 제 2 미러(114)에 의해 반사된 평행광을 마스크(120)에 상이 맺히게 한다. 제 2 렌즈(112)의 초점 거리(f1)에 마스크(120)를 배치함으로써, 제 2 렌즈(112)를 통과한 광이 마스크(120)에 상이 맺히도록 할 수 있다. 바람직하게는, 제 2 렌즈(112)는 볼록렌즈일 수 있다.
결국 확대 광학계(110)에 의한 확대 비율을 M이라고 하고, 광섬유(190)와 제 1 렌즈(113) 사이의 거리를 X1이라고 하고, 제 2 렌즈(112)와 마스크(120) 사이의 거리를 Y1이라고 한다면, 다음과 같은 [수학식1]이 성립할 수 있다.
[수학식 1]
따라서, 광섬유(190)의 직경을 I0라고 하고, 마스크에 맺히는 상의 크기를 I1이라고 한다면, 다음과 같은 [수학식2]가 성립할 수 있다.
[수학식2]
따라서, 확대 비율(M)은 광섬유(190)와 제 1 렌즈(113) 사이의 거리(X1) 및 제 2 렌즈(112)와 마스크(120) 사이의 거리(Y1)의 비율에 의해 결정될 수 있다. 바람직하게는, 확대 비율(M)은 6 이상이 될 수 있다.
마스크(120)는 미리 정해진 형상의 패턴을 구비하며, 확대 광학계(110)에 의해 확대된 광의 일부를 차단한다. 마스크(120)는 알루미늄 및 텅스텐 등의 금속으로 형성될 수 있다.
따라서 마스크(120)의 패턴을 바꿈으로써, 광학계(1)에 의해 조사되는 레이저 빔(140)의 형상을 쉽게 바꿀 수 있다. 즉, 다양한 패턴의 마스크(120)를 사용하여 원하는 형상의 빔 프로파일을 만들 수 있다.
바람직한 실시예로서, 확대 광학계(110)에 의해 확대된 광은 원형 단면을 가지고, 마스크(120)가 마스크(120)를 통과하는 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상의 패턴을 구비할 수 있다. 즉, 마스크(120)의 개구부가 도 7에 도시된 레이저 빔(140', 도 7 참조)의 단면과 같은 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 마스크(120)를 통과한 광의 단면이 마스크(120)를 통과한 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상을 가질 수 있다. 즉, 마스크(120)를 통과한 광의 단면이 도 7에 도시된 레이저 빔(140', 도 7 참조)의 단면과 같은 형상을 가질 수 있다.
마스크(120)는 마스크(120)에 초점이 맺힌 이미지를 미리 정해진 패턴으로 형상화하는 것이 바람직하다. 만약 마스크(120)에서 평행광을 일부 차단하면, 이 이미지가 프릿 표면까지 그대로 전달되지 못하고 회절을 일으킬 수 있다. 따라서, 제 2 렌즈(112)의 초점 거리(f1)에 마스크(120)를 배치함으로써 제 2 렌즈(112)를 통과한 광이 마스크(120)에 상이 맺히도록 하는 것이 바람직하다.
확대 광학계(110)에 의해 확대된 광을 마스크(120)에 통과시킴으로써, 마스크(120) 표면에서의 광의 세기를 줄일 수 있다. 따라서 레이저 발진기(미도시)에서 발생된 레이저 광이 그대로 마스크에 조사됨으로써, 마스크가 레이저 세기를 견디지 못하고 녹아 버리는 현상을 방지할 수 있다. 바람직한 실시예로서, 마스크(120) 표면에서의 레이저 세기는 0.1W/mm2 이상 1W/mm2 이하가 됨이 바람직하다. 이 경우에 확대 광학계(110)에 의한 확대 비율(M)은 6 이상이 됨이 바람직하다. 또한 마스크(120)를 안전하게 사용하려면 확대 광학계(110)에 의한 확대 비율(M)은 10 이상이 됨이 바람직하다.
구동부(121)는 마스크(120)에 결합되어 마스크(120)를 회전시킨다. 구동부(121)로는 회전 모터가 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 결국 구동부(121)가 마스크(120)를 회전시킴으로써, 광학계(1)에 의해 조사되는 레이저 빔(140) 또한 쉽게 회전시킬 수 있다.
축소 광학계(130)는 제 3 렌즈(131), 제 3 미러(134), 제 4 미러(135), 제 4 렌즈(132) 및 제 1 광학계(133)를 포함할 수 있다.
제 3 렌즈(131)로 마스크(120)를 통과한 광(123)이 입사된다. 제 3 렌즈(131)는 마스크(120)를 통과한 광(123)을 평행광으로 변경시킨다. 바람직하게는, 제 3 렌즈(131)는 볼록렌즈일 수 있다.
제 3 미러(134) 및 제 4 미러(135)는 제 3 렌즈(131)를 통과한 광 경로 상에 배치된다. 제 1 미러(113) 및 제 2 미러(114)의 구성 및 동작은 제 3 미러(134) 및 제 4 미러(135)에 동일하게 적용될 수 있다. 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
제 4 렌즈(132)는 제 3 렌즈(131)를 통과한 후 제 3 미러(134) 및 제 4 미러(135)에 의해 반사된 평행광을 초점이 맺히게 한다. 바람직하게는, 제 4 렌즈(132)는 볼록렌즈일 수 있다. 또한 제 4 렌즈(132)는 제 4 렌즈(132)를 통과하는 광의 진행방향과 평행한 방향(D)으로 이동 가능하게 배치될 수 있다. 이에 따라 제 4 렌즈(132)에 의해 맺히는 초점의 위치를 변경시킬 수 있다.
제 1 광학계(133)는 제 4 렌즈(132)를 통과한 광의 단면을 축소시킨다. 즉, 제 1 광학계(133)은 제 4 렌즈(132)를 통과한 광의 초점이 밀봉부(170)에 맺히도록 할 수 있다. 제 1 광학계(133)의 초점 거리(f2)에 밀봉부(170)을 배치함으로써, 제 1 광학계(133)를 통과한 광이 밀봉부(170)에 초점이 맺히도록 할 수 있다.
제 1 광학계(133)는 적어도 3개 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 바람직하게는 제 1 오목렌즈(136), 제 1 볼록렌즈(137) 및 제 2 볼록렌즈(138)을 포함할 수 있다. 상기와 같이 제 1 광학계(133)를 복수개의 렌즈로 구비함으로써, 색수차 및 구면수차를 줄일 수 있다.
결국 축소 광학계(130)에 의한 축소 비율을 M'이라고 하고, 제 4 렌즈(132)에 의해 초점이 맺힌 지점과 제 1 광학계(130) 사이의 거리를 X2라고 하고, 제 1 광학계(133)와 밀봉부(170) 사이의 거리를 Y2라고 한다면, 다음과 같은 [수학식3]이 성립할 수 있다.
[수학식3]
따라서, 제 4 렌즈(132)에 의해 초점이 맺히는 위치에서의 상의 크기를 I2라고 하고, 밀봉부(170)에 맺히는 상의 크기를 I3라고 한다면, 다음과 같은 [수학식4]가 성립할 수 있다.
[수학식4]
따라서 축소 비율(M')은 제 4 렌즈(132)에 의해 초점이 맺힌 지점과 제 1 광학계(130) 사이의 거리(X2) 및 제 1 광학계(133)와 밀봉부(170) 사이의 거리(Y2)의 비율에 의해 결정될 수 있다.
제 4 렌즈(132)는 제 4 렌즈(132)를 통과하는 광의 진행방향과 평행한 방향(D)으로 이동 가능하게 배치됨으로써, 제 4 렌즈(132)에 의해 맺히는 초점의 위치를 변경시킬 수 있다. 따라서 제 4 렌즈(132)의 이동에 의해 제 4 렌즈(132)에 의해 초점이 맺힌 지점과 제 1 광학계(130) 사이의 거리(X2)의 조절이 가능하다. 예를 들어, 제 4 렌즈(132)를 위로 움직여서 제 4 렌즈(132)에 의해 초점이 맺힌 지점과 제 1 광학계(130) 사이의 거리(X2)를 증가시키는 경우, 제 1 광학계(133)와 밀봉부(170) 사이의 거리(Y2)가 일정하다고 하면, 축소 비율(M')은 감소한다. 이에 따라 밀봉부(170)에 맺히는 상의 크기(I3)는 감소한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계(1)는 광섬유(190)의 직경(I0)이 1.2mm이고, 확배 비율(M)이 6이고, 밀봉부(170)에 맺히는 상의 크기(I3)가 3.5mm인 경우 대략적으로 1m 이내의 길이를 가질 수 있다. 이 경우에 마스크(120)에 맺히는 상의 크기(I1)은 7.2mm이고, 마스크(120) 표면에서의 광 세기는 1W/mm2이다.
바람직한 실시예로서, 마스크(120)를 통과한 광의 단면이 도 7에 도시된 레이저 빔(140’, 도 7 참조)의 단면과 같은 형상을 가질 수 있고. 이에 따라 축소 광학계(130)을 통과한 광(140)의 단면이 도 7에 도시된 레이저 빔(140’, 도 7 참조)의 단면과 같은 형상을 가질 수 있다.
상기 도면들에 도시된 구성요소들은 설명의 편의상 확대 또는 축소되어 표시될 수 있으므로, 도면에 도시된 구성요소들의 크기나 형상에 본 발명이 구속되는 것은 아니며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 확대 광학계 111: 제 1 렌즈
113: 제 1 미러 114: 제 2 미러
112: 제 2 렌즈 120: 마스크
130: 축소 광학계 131: 제 3 렌즈
134: 제 3 미러 135: 제 4 미러
132: 제 4 렌즈 133: 제 1 광학계
113: 제 1 미러 114: 제 2 미러
112: 제 2 렌즈 120: 마스크
130: 축소 광학계 131: 제 3 렌즈
134: 제 3 미러 135: 제 4 미러
132: 제 4 렌즈 133: 제 1 광학계
Claims (24)
- 입사되는 광의 단면을 확대시키는 확대 광학계;
상기 확대 광학계를 통과한 광을 통과시키는 마스크; 및
상기 마스크를 통과한 광의 단면을 축소시키는 축소 광학계;를 포함하고,
상기 축소 광학계를 통과한 광은 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 밀봉부에 조사하여 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 밀봉하는데 사용되는 광학계. - 제 1 항에 있어서,
상기 축소 광학계를 통과하는 광은 스폿(spot) 빔 형태로 조사되는 것을 특징으로 하는 광학계. - 삭제
- 입사되는 광의 단면을 확대시키는 확대 광학계;
상기 확대 광학계를 통과한 광을 통과시키는 마스크; 및
상기 마스크를 통과한 광의 단면을 축소시키는 축소 광학계;를 포함하고,
상기 마스크는 미리 정해진 형상의 패턴을 구비하며, 상기 확대 광학계를 통과한 광의 일부를 차단하고,
상기 확대 광학계를 통과한 광은 원형 단면을 가지고,
상기 마스크는 상기 마스크를 통과하는 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상의 패턴을 구비함으로써,
상기 마스크를 통과한 광의 단면이 상기 마스크를 통과한 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상을 가지는 광학계. - 제 4 항에 있어서,
상기 마스크 표면에서의 광의 세기가 0.1W/mm2 이상 1W/mm2 이하인 광학계. - 삭제
- 제 4 항에 있어서,
상기 축소 광학계를 통과한 광이 일정한 빔 세기(beam intensity)를 가지며, 상기 축소 광학계를 통과한 광의 중심선에 대해 대칭적 형상으로 중심부 양 측면이 오목하게 들어간 형상의 빔 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 광학계. - 제 1 항에 있어서,
상기 마스크에 결합되어 상기 마스크를 회전시키는 구동부를 더 포함하는 광학계. - 제 1 항에 있어서,
상기 확대 광학계는,
입사되는 광을 평행광으로 변경시키는 제 1 렌즈; 및
상기 제 1 렌즈를 통과한 평행광을 상기 마스크에 상이 맺히게 하는 제 2 렌즈;를 포함하는 광학계. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 렌즈를 통과한 평행광을 반사시키는 제 1 미러; 및
상기 제 1 미러에 의해 반사된 평행광을 반사시키는 제 2 미러;를 더 포함하고,
상기 제 1 렌즈를 통과한 평행광은 상기 제 1 미러 및 제 2 미러에 의해 반사됨에 따라 광의 진행 방향이 반대방향으로 변하는 광학계. - 입사되는 광의 단면을 확대시키는 확대 광학계;
상기 확대 광학계를 통과한 광을 통과시키는 마스크; 및
상기 마스크를 통과한 광의 단면을 축소시키는 축소 광학계;를 포함하고,
상기 축소 광학계는,
상기 마스크를 통과한 광을 평행광으로 변경시키는 제 3 렌즈;
상기 제 3 렌즈를 통과한 평행광을 초점이 맺히게 하는 제 4 렌즈;
상기 제 4 렌즈를 통과한 광의 단면을 축소시키는 제 1 광학계;를 포함하는 광학계. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 3 렌즈를 통과한 평행광을 반사시키는 제 3 미러; 및
상기 제 3 미러에 의해 반사된 평행광을 반사시키는 제 4 미러;를 더 포함하고,
상기 제 3 렌즈를 통과한 평행광은 상기 제 3 미러 및 제 4 미러에 의해 반사됨에 따라 광의 진행 방향이 반대방향으로 변하는 광학계. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 광학계는 적어도 3개 이상의 렌즈를 포함하는 광학계. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 4 렌즈는 상기 제 4 렌즈를 통과하는 광의 진행방향과 평행한 방향으로 이동 가능하게 배치되는 광학계. - 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 밀봉부에 광을 조사하여 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 밀봉하는 방법에 있어서,
(a) 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 밀봉부를 형성하는 단계;
(b) 입사되는 광의 단면을 확대시키는 단계;
(c) 단면이 확대된 광을 마스크에 통과시키는 단계;
(d) 마스크를 통과한 광의 단면을 축소 광학계에 의해 축소시키는 단계; 및
(e) 상기 밀봉부의 밀봉 라인을 따라 상기 축소 광학계를 통과한 광을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 마스크 표면에서의 광의 세기가 0.1W/mm2 이상 1W/mm2 이하인 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 축소 광학계를 통과하는 광은 상기 밀봉부에 스폿(spot) 빔 형태로 조사되는 것을 특징으로 하는 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
(b1) 입사되는 광을 평행광으로 변경시키는 단계;
(b2) 상기 평행광을 반사시키는 단계; 및
(b3) 반사된 평행광을 상기 마스크에 상이 맺히게 하는 단계;를 포함하는 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 마스크를 회전시키는 단계;를 더 포함하는 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
(d1) 상기 마스크를 통과한 광을 평행광으로 변경시키는 단계;
(d2) 상기 평행광을 반사시키는 단계;
(d3) 반사된 평행광을 제 4 렌즈에 의해 초점이 맺히게 하는 단계; 및
(d4) 상기 제 4 렌즈를 통과한 광의 단면을 축소시키는 단계;를 포함하는 기판 밀봉 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 제 4 렌즈는 상기 제 4 렌즈를 통과하는 광의 진행방향과 평행한 방향으로 이동하는 단계;를 더 포함하는 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 밀봉 라인의 중심선(FL)에 상기 축소 광학계를 통과한 광의 중심선의 초점을 맞춘 후. 상기 밀봉 라인의 중심선을 따라 스캔하여 상기 축소 광학계를 통과한 광을 조사하는 것을 특징으로 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 축소 광학계를 통과한 광의 폭(LW)은 상기 밀봉부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 밀봉 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 밀봉부는 프릿(frit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 밀봉 방법.
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