KR20120111247A - 레이저 장치 및 이를 포함하는 실링 시스템 - Google Patents

레이저 장치 및 이를 포함하는 실링 시스템 Download PDF

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Abstract

레이저 장치 및 이를 포함하는 실링 시스템을 개시한다. 개시된 레이저 장치는, 가우시안 분포의 빔을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 입사되는 상기 가우시안 분포의 빔의 마루 부분을 평탄화시키도록 구성된 플랫 탑 조절부, 및 상기 플랫 탑 조절부에서 제공되는 상기 빔의 폭을 변경하여, 빔의 수직 도달 거리를 제어하는 빔 조절부를 포함한다.

Description

레이저 장치 및 이를 포함하는 실링 시스템{laser Apparatus and Sealing System Including The Same}
본 발명은 레이저 장치 및 이를 포함하는 실링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 대형 글래스 기판들을 실링할 수 있는 레이저 장치 및 이를 포함하는 실링 장치에 관한 것이다.
최근, 평판 표시 장치 중 하나로 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode)를 이용한 유기 전계 발광 표시 장치가 주목받고 있다.
유기 전계 발광 표시 장치는 서로 대향하는 전극 사이에 형광 특성을 가진 유기 화합물을 위치시켜, 양 전극 사이에 전압을 인가하여, 유기 화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 디스플레이이다. 이러한 유기 전계 발광 표시 장치는 낮은 전압으로 구동이 가능하고 박형화가 용이하며, 광시야각 및 빠른 응답 속도등의 장점을 갖는다.
유기 전계 발광 표시 장치는 적어도 하나의 유기 발광 소자가 형성되는 하부 기판, 유기 발광 소자를 밀봉하기 위하여 하부 기판과 합착되는 상부 기판, 및 하부 기판과 상부 기판을 합착하기 위한 접착 부재를 포함한다.
접착 부재로는 현재 유리 성분으로 구성된 프릿(frit)이라는 저온 용융 재료가 주로 이용되고 있다. 프릿은 글래스 파우더(glass powder), 접착제(adhesive) 및 솔벤트(solvent) 물질로 구성될 수 있다.
이러한 프릿으로 기판을 실링하는 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 프릿(10)을 페이스트 형태로 만들어, 하부 기판(20) 상의 합착하고자 하는 위치에 소정 두께로 도포한다. 이어서, 하부 기판상(20)에 도포된 프릿(10)을 예비 소성시켜 프릿(10)내의 수분 및 바인더 성분을 제거한다. 다음, 상부 기판(30)을 하부 기판(20) 상에 정렬시킨 후, 프릿(10)을 용융시켜 하부 기판(20)과 상부 기판(30)을 합착시킨다.
상기와 같이, 프릿(10)의 용융은 프릿(10)의 가열에 의해 달성된다. 종래에는 핫 플레이트(hot plate) 및 퍼니스(furnace)등을 이용하여 프릿이 가열 공정이 진행되었으나, 현재에는 국부적인 가열이 가능한 레이저(40)가 선호되고 있다.알려진 바와 같이, 레이저(40)를 사용하게 되면, 프릿이 위치한 부분에만 국부적으로 레이저 빔을 조사할 수 있어, 기판 부분에 레이저 빔 인가에 따른 크랙(crack)등의 현상을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같은 레이저 가열 방법은 상기 국부적인 가열 외에, 빠른 처리 시간 및 급속한 온도 상승이 가능하다는 이점 또한 있다.
그런데, 프릿을 가열시키기 위한 종래의 레이저 장치는 30 내지 50㎛ 두께의 프릿을 가열시키도록 최적화되어 있기 때문에, 후막의 프릿을 요구하는 대형 디스플레이 패널에는 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 디스플레이 패널이 대형화되면, 이에 비례하여 유리 기판의 두께도 두꺼워진다. 이에 따라, 유리 기판에서 인가되는 하중을 견디기 위해서는 프릿의 두께 역시 일정 두께 이상이어야 한다. 그런데, 소형 디스플레이 장치의 실링에 적용되는 레이저 장치를 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 대형 디스플레이 패널에 적용하게 되면, 상대적으로 후막인 프릿을 완전히 용융시키기 위한 열을 제공하지 못하게 되어, 완전한 실링이 어렵다.
한편, 유리 기판의 두께만을 증대시키고, 프릿의 두께를 소형 디스플레이 수준으로 감소시키는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상호 장력(50)의 차이로, 유리 기판의 형태를 유지하기 어렵다는 문제점 또한 있다.
본 발명은 대형 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 레이저 장치 및 이를 포함하는 실링 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 레이저 장치는 가우시안 분포의 빔을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 입사되는 상기 가우시안 분포의 빔의 마루 부분을 평탄화시키도록 구성된 플랫 탑 조절부, 및 상기 플랫 탑 조절부에서 제공되는 상기 빔의 폭을 변경하여, 빔의 수직 도달 거리를 제어하는 빔 조절부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하부 기판, 상기 하부 기판과 대향되는 상부 기판, 및 상기 하부 기판과 상부 기판의 소정 부분에 위치되어, 상기 하부 기판과 상부 기판을 실링시키기 위한 프릿을 구비한 디스플레이 패널의 실링 시스템으로서, 가우시안 분포의 빔을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 입사되는 가우시안 분포의 빔의 마루 부분을 평탄화시켜, 실질적인 스퀘어 웨이브 형상으로 빔을 출사하는 플랫 탑 조절부, 상기 플랫 탑 조절부에서 제공되는 상기 빔의 폭을 변경하여, 상기 빔의 수직 도달 거리를 제어하는 빔 조절부, 상기 빔 조절부로부터 출사되는 상기 빔을 입력받아 상기 디스플레이 패널의 상기 프릿 부분으로 전달시키는 스캔부, 및 상기 스캔부 하단에 위치하며, 상기 디스플레이 패널을 지지하는 스테이지를 포함하며,상기 빔 조절부는 상기 프릿의 두께 별로 다른 인텐서티의 빔이 조사되도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 대형 디스플레이 패널을 제작하기 위한 후막의 프릿을 완벽히 용융시킬 수 있고, 소자 특성에 따라 프릿 두께에 따라 가변적으로 열을 인가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 프릿과 인접하는 기판에 열적 데미지 인가를 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 디스플레이 패널을 보여주는 단면도,
도 2는 일반적인 대형 디스플레이 패널의 기판 두께 및 프릿 두께에 따른 장력 변화를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 포함하는 실링 시스템을 보여주는 블록도,
도 4는 가우시안 분포를 갖는 레이저 빔 및 플랫탑 조절된 본 실시예의 레이저 빔에 의해 프릿을 용융시키는 과정을 설명하기 위한 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 빔 조절부의 원리를 설명하기 위한 개략도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프릿에 레이저 도달 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도, 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수직 도달 거리를 변형시키면서 레이저 빔이 조사되는 과정을 보여주는 디스플레이 패널의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 포함하는 실링 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 레이저 장치(100)는 레이저 광원부(110), 플랫탑 조절부(130), 빔 조절부(150), 촬상부(170) 및 스캔부(190)를 포함한다.
레이저 광원(110)은 광파이버(115)를 통해 레이저 빔을 출력한다. 레이저 빔은 도 4의 "A" 부분에 도시된 것과 같이, 조사 시간에 따라 소정 파워(혹은 온도)의 빔을 출력할 수 있으며, 상기 레이저 빔은 일반적으로 가우시안(gaussian) 분포를 가질 수 있다.
플랫탑 조절부(130)는 레이저 광원(110)으로부터 제공되는 레이저 빔의 마루에 해당하는 부분(T)을 평탄화시켜, 레이저 빔의 인텐서티가 도 4의 (B)와 같이 실질적인 스퀘어 웨이브(square wave) 형상이 되도록 레이저 빔을 변조시킨다.
도 4의 (A) 부분에 도시된 바와 같이, 일반적인 레이저 빔을 가지고 프릿 실링을 진행하는 경우, 레이저 빔의 가우시안 특성에 의해, 프릿 인근의 상부 및 하부 기판(310,350)에도 레이저 빔이 전달될 수 있다. 이러한 경우, 프릿(380) 주변의 유리 기판이 열적 스트레스를 받게 되어, 크랙(crack:C)이 발생될 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이, 플랫탑 조절부(130)를 통해, 레이저 빔의 마루 부분(T)을 평평하게 변조시키게 되면, 프릿이 위치하는 부분에만 집중적으로 레이저 빔이 제공된다.
이와 같은 플랫탑 조절부(130)는 도 3의 B 부분에 도시된 바와 같이, 복수의 렌즈(131,132,133,134,135)들로 구성될 수 있다. 플랫탑 조절부(130)를 구성하는 복수의 렌즈들은 원통형 렌즈, 오목 렌즈 및 볼록 렌즈등일 수 있고, 구경 및 초점 길이가 상이한 다양한 형태의 렌즈들을 레이저 빔의 이동 경로 상에 소정 거리를 두고 이격 배치시켜 구성될 수 있다.
빔 조절부(150)는 빔의 폭을 조절하여, 상기 스캔부(190)가 상기 프릿(380)에 3차원적으로 레이저 빔을 제공할 수 있도록 한다. 본 실시예의 빔 조절부(150)는 일종의 확장기(expander)로서, 레이저 빔의 폭을 연장시켜, 초첨 거리를 증대시키므로써, 레이저 빔의 수직 도달 거리를 제어한다.
도 5 및 도 6은 본 실시예의 빔 조절부의 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 빔 조절부(150)는 플랫탑 조절부(130)로 부터 입사되는 레이저 빔의 폭(w)을 가변시키도록 구성된다. 이러한 빔 조절부(150)는 입사빔(B1)과 출사빔(B2)의 폭을 가변시킬 수 있는 렌즈(152)를 포함할 수 있다.
이때, 출사빔(B2)의 폭 조절에 대해, 도 7에 도시된 바와 같이 레이저 빔의 입사 깊이가 조절되는 메카니즘은 다음과 같다.
알려진 바와 같이, 출사빔(B2)의 폭(w)은 다음의 식 1로 표현된다.
<식 1>
Figure pat00001
(여기서, λ는 렌즈의 구경, f는 초점거리)
상기 식 1을 초점거리(f)에 대해 정리하면, 다음의 식 2와 같다.
<식 2>
Figure pat00002
즉, 상기 식 2와 같이, 초점거리(f)는 출사빔(B2)의 폭(w)에 비례한다. 그러므로, 출사빔(B2)의 폭(w) 조절을 통해, 레이저 빔의 초점 거리(ΔDOF)를 자유자재로 조절할 수 있게 된다. 다시 말해, 레이저 빔의 초점 거리(ΔDOF)는 레이저 빔이 상기 프릿(380)에 도달되는 거리(이하, 수직(z 방향) 도달 거리)에 해당된다.
그러므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 일정 두께를 갖는 프릿의 각 두께마다 원하는 인텐서티의 레이저 빔을 제공할 수 있다. 도 6에서, 도면 부호 310은 하부 기판을 지시하고, 350은 상부 기판을 지시하며, 380은 프릿 및 400은 디스플레이 패널을 지시한다.
이와 같이 빔 조절부(150)는 상기와 같이 초점거리(ΔDOF)가 가변 가능한 레이저 빔을 출사하고, 상기 레이저 빔은 촬상부(170) 및 스캐너(190)를 거쳐 디스플레이 패널(400)의 프릿(380)에 제공된다.
빔 조절부(150)에 의해 스캐너(190)의 y축 이동 거리를 조절할 수 있으므로, 고가의 3D 스캐너의 제작없이, 일반적인 2D 스캐너를 이용할 수 있다.
또한, 상기와 같이, 레이저 빔의 초점 거리, 즉, 수직 조사 위치를 자유롭게 설정할 수 있으므로, 프릿(380)의 각 부분에 원하는 인텐서티의 레이저 빔을 조사할 수 있다.
도 7의 A에 도시된 바와 같이, 레이저 빔은 하부 기판(310)으로부터 상부 기판(350)을 향할수록 점점 인텐서티가 감소되도록 조사될 수 있다. 혹은 B 부분에 도시된 바와 같이, 프릿(380)의 중심 부분에 가장 강한 인텐서티의 레이저 빔이 인가되고, C 부분에 도시된 바와 같이, 상부 기판(350)측으로 향할수록 점점 인텐서티가 증가되도록 레이저 빔이 조사될 수 있다. 또한, D 부분에 도시된 바와 같이, 하부 기판(310) 및 상부 기판(350)측에서는 강한 인텐서티의 레이저 빔이 조사되고, 프릿(380)의 중심부에서는 약한 인테서티의 레이저 빔이 조사될 수 있다. 본 도면에서, ①은 가장 강한 인텐서티의 레이저가 인가되는 부분이고, ⑤는 가장 약한 인테서티의 레이저가 인가되는 부분으로, 숫자가 커질수록 강한 인텐서티의 레이저가 인가된다.
본 실시예의 레이저 장치는 입사빔의 마루 부분을 평탄하게 하는 플랫탑 조절부(130) 및 빔의 수직 도달 거리 제어하는 빔 조절부(150)을 구비한다.
이에 따라, 프릿(380)에 도달되는 레이저 빔은 테일(tail) 부분이 짧고, 실질적인 스퀘어 웨이브(square wave) 형태로 변조된다. 이러한 형태의 레이저 빔이 프릿에 조사되면, 프릿이 위치하는 부분에만 레이저 빔 입사가 이루어져서, 프릿은 고르게 융해가 이루어질 수 있고, 인접하는 기판에 열적 데미지가 가해지지 않는다.
또한, 상기 변조된 빔은 빔 조절부(150)에 입사되어, 그것의 폭이 조절된다. 이때, 레이저 빔의 폭 변조에 따라, 레이저 빔의 초점 거리, 즉, 수직 도달 거리가 가변됨으로써, 대형 디스플레이 패널을 형성하기 위한 후막의 프릿일지라도, 레이저 빔의 폭 변화를 통해, 후막의 프릿을 고르게 용융시킬 수 있다.
덧붙여, 본 실시예에서 입사된 레이저 빔을 디스플레이 패널(300)의 소정 부분에 조사하기 위한 스캔부(190)는 기존의 2D 스캐너를 이용하면서도, Z축 이동이 제어되므로, 3D 스캐너와 같이 구동할 수 있다.
이에 따라, 대형 디스플레이 패널을 제작하기 위한 후막의 프릿을 완벽히 용융시킬 수 있고, 소자 특성에 따라 프릿 두께에 따라 가변적으로 열을 인가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 프릿과 인접하는 기판에 열적 데미지 인가가 감소된다.
본 실시예에서는 대형 디스플레이 패널로 유기 전계 발광 소자를 예를 들어 설명하였지만, 여기에 한정하지 않고, 프릿을 접착 부재로 사용하는 모든 디스플레이 장치라면 모두 여기에 해당한다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 개략적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다
110 : 광원 130 : 플랫탑 조절부
150 : 빔 조절부 190 : 스캔부
310 : 하부 기판 350 : 상부 기판
380 : 프릿 400 : 디스플레이 패널

Claims (5)

  1. 가우시안 분포의 빔을 조사하는 광원;
    상기 광원으로부터 입사되는 상기 가우시안 분포의 빔의 마루 부분을 평탄화시키도록 구성된 플랫 탑 조절부; 및
    상기 플랫 탑 조절부에서 제공되는 상기 빔의 폭을 변경하여, 빔의 수직 도달 거리를 제어하는 빔 조절부를 포함하는 레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 탑 조절부는 상기 빔의 경로상에 나란하게 배치되는 서로 상이한 종류의 복수의 렌즈들을 포함하는 레이저 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조절부는 상기 빔의 폭이 증대될수록 빔의 수직 도달 거리가 증대되도록 구성되는 레이저 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조절부에 출사되는 빔을 촬상하는 촬상부; 및
    상기 촬상부에서 제공되는 빔을 디스플레이 패널에 제공하는 스캔부를 포함하는 레이저 장치.
  5. 하부 기판, 상기 하부 기판과 대향되는 상부 기판, 및 상기 하부 기판과 상부 기판의 소정 부분에 위치되어, 상기 하부 기판과 상부 기판을 실링시키기 위한 프릿을 구비한 디스플레이 패널의 실링 시스템으로서,
    가우시안 분포의 빔을 조사하는 광원;
    상기 광원으로부터 입사되는 가우시안 분포의 빔의 마루 부분을 평탄화시켜, 실질적인 스퀘어 웨이브 형상으로 빔을 출사하는 플랫 탑 조절부;
    상기 플랫 탑 조절부에서 제공되는 상기 빔의 폭을 변경하여, 상기 빔의 수직 도달 거리를 제어하는 빔 조절부;
    상기 빔 조절부로부터 출사되는 상기 빔을 입력받아 상기 디스플레이 패널의 상기 프릿 부분으로 전달시키는 스캔부; 및
    상기 스캔부 하단에 위치하며, 상기 디스플레이 패널을 지지하는 스테이지를 포함하며,
    상기 빔 조절부는 상기 프릿의 두께 별로 다른 인텐서티의 빔이 조사되도록 구성되는 실링 시스템.
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