KR20170107130A - 레이저 장치 및 레이저 빔 균일화 방법 - Google Patents

레이저 장치 및 레이저 빔 균일화 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 장치와 이를 이용한 레이저 빔 균일화 방법이 개시된다. 레이저 장치는 빔 분리기, 제1 스무딩 미러, 제2 스무딩 미러, 및 빔 통합기를 포함한다. 빔 분리기는 단면상에서 장축 방향 길이와 단축 방향 폭을 갖는 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분리시킨다. 제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러는 제1 레이저 빔의 경로에 서로 이격 배치되며, 각각의 중심점을 기준으로 기 설정된 범위 내에서 회전하여 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시킨다. 제2 스무딩 미러는 서로 직각을 유지하면서 굴절 코팅된 제1 반사면과 제2 반사면을 구비하여 제1 레이저 빔을 단축 반전시킨다. 빔 통합기는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 합친다.

Description

레이저 장치 및 레이저 빔 균일화 방법 {LASER DEVICE AND METHOD FOR LASER BEAM HOMOGENIZATION}
본 개시는 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 어닐링 설비에 적용 가능한 레이저 장치 및 이를 이용한 레이저 빔 균일화 방법에 관한 것이다.
유기 발광 표시장치(OLED), 액정 표시장치(LCD)와 같은 능동 구동형 표시장치의 화소에는 다결정 실리콘층을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된다. 다결정 실리콘층은 비정질 실리콘층에 레이저를 조사하여 어닐링하는 방법으로 형성될 수 있다.
통상의 레이저 어닐링 설비는 레이저 발진기와, 레이저 발진기에서 발진된 레이저 빔을 직사각형 빔으로 변형시켜 비정질 실리콘층에 조사하는 광학 장치와, 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 이동시키는 스테이지를 포함한다. 스테이지는 레이저 빔의 단축 방향을 따라 기판을 이동시켜 순차적인 어닐링이 이루어지도록 한다.
레이저 어닐링 과정에서 레이저 빔은 흡수, 산란, 간섭, 또는 회절 등 여러 가지 원인에 의해 균일도가 저하될 수 있다. 이 경우 다결정 실리콘층에 줄무늬 얼룩이 생길 수 있고, 이는 표시장치의 품질 저하로 이어진다.
본 개시는 레이저 빔의 균일도를 높여 레이저 어닐링 대상물의 줄무늬 얼룩을 방지할 수 있는 레이저 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치는 빔 분리기, 제1 스무딩(smoothing) 미러, 제2 스무딩 미러, 및 빔 통합기를 포함한다. 빔 분리기는 단면상에서 장축 방향 길이와 단축 방향 폭을 갖는 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분리시킨다. 제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러는 제1 레이저 빔의 경로에 서로 이격 배치되며, 각각의 중심점을 기준으로 기 설정된 범위 내에서 회전하여 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시킨다. 제2 스무딩 미러는 서로 직각을 유지하면서 굴절 코팅된 제1 반사면과 제2 반사면을 구비하여 제1 레이저 빔을 단축 반전시킨다. 빔 통합기는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 합친다.
빔 분리기는 레이저 빔의 일부를 반사하고 나머지를 투과하는 방식으로 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 생성할 수 있다. 빔 통합기는 빔 분리기를 투과한 제2 레이저 빔의 경로와, 제1 스무딩 미러 및 제2 스무딩 미러에서 반사된 제1 레이저 빔의 경로가 만나는 지점에 설치될 수 있다.
빔 분리기와 제1 스무딩 미러 및 빔 통합기는 기준면에 대해 경사지게 설치될 수 있다. 제1 경사면과 제2 경사면 중 어느 하나는 기준면과 수직할 수 있고, 다른 하나는 기준면과 평행할 수 있다.
제1 스무딩 미러는 빔 분리기에서 반사된 제1 레이저 빔을 굴절 반사하여 제2 스무딩 미러에 제공할 수 있고, 제2 스무딩 미러는 제1 반사면과 제2 반사면에 의해 제1 레이저 빔을 두 번 굴절 반사하여 빔 통합기에 제공할 수 있다. 제1 반사면은 기준면과 수직할 수 있고, 제2 반사면은 기준면과 평행할 수 있으며, 제1 반사면과 제2 반사면 각각은 45˚ 굴절 코팅된 반사면일 수 있다.
다른 한편으로, 제2 스무딩 미러는 빔 분리기에서 반사된 제1 레이저 빔을 제1 반사면과 제2 반사면에 의해 두 번 굴절 반사하여 제1 스무딩 미러에 제공할 수 있고, 제1 스무딩 미러는 제1 레이저 빔을 굴절 반사하여 빔 통합기에 제공할 수 있다. 제1 반사면은 기준면과 평행할 수 있고, 제2 반사면은 기준면과 수직할 수 있으며, 제1 반사면과 제2 반사면 각각은 45˚ 굴절 코팅된 반사면일 수 있다.
제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러는 회전량이 같고 회전 방향이 반대가 되도록 서로 연계하여 작동할 수 있다.
빔 통합기는 투명체와, 제2 레이저 빔이 입사하는 투명체의 일면에 형성되어 제2 레이저 빔을 투과하는 반사 방지층과, 제1 레이저 빔이 입사하는 투명체의 타면에 형성되어 제1 레이저 빔을 반사하는 특수 고반사층을 포함할 수 있다. 반사 방지층과 투명체를 투과한 제2 레이저 빔은 특수 고반사층을 투과하여 제1 레이저 빔과 합류할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 방법은, 단면상에서 장축 방향 길이와 단축 방향 폭을 갖는 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분할하는 단계와, 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시키는 것과 더불어 단축 반전시키는 단계와, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 합류시키는 단계를 포함한다.
제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔은 빔 분리기에 의해 서로 다른 경로로 분할될 수 있다. 제1 레이저 빔의 경로에 제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러가 이격 배치될 수 있고, 제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러는 각각의 중심점을 기준으로 기 설정된 범위 내에서 회전하여 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시킬 수 있다.
제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러는 회전량이 같고 회전 방향이 반대가 되도록 서로 연계하여 작동할 수 있다. 제2 스무딩 미러는 서로 직각을 유지하면서 굴절 코팅된 제1 반사면과 제2 반사면을 포함할 수 있으며, 제1 레이저 빔은 제1 반사면과 제2 반사면에서 두 번 굴절 반사되면서 단축 반전될 수 있다.
빔 분리기에서 분리된 제2 레이저 빔의 경로와, 제1 스무딩 미러 및 제2 스무딩 미러에서 반사된 제1 레이저 빔의 경로가 만나는 지점에 빔 통합기가 설치될 수 있다.
빔 통합기는 투명체를 포함할 수 있다. 제2 레이저 빔이 입사하는 투명체의 일면에 반사 방지층이 형성되어 제2 레이저 빔을 투과시킬 수 있고, 제1 레이저 빔이 입사하는 투명체의 타면에 특수 고반사층이 형성되어 제1 레이저 빔을 반사시킬 수 있다. 반사 방지층과 투명체를 투과한 제2 레이저 빔은 특수 고반사층을 투과하여 제1 레이저 빔과 합류할 수 있다.
본 실시예의 레이저 장치 및 레이저 빔 균일화 방법에 따르면, 레이저 어닐링 대상물에 조사되는 레이저 빔의 균일도를 높일 수 있다. 따라서 레이저 빔의 불균일에 의한 레이저 어닐링 대상물의 줄무늬 얼룩과 같은 불량 발생을 억제할 수 있으며, 레이저 어닐링 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 레이저 어닐링 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치의 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 레이저 장치 중 빔 분리기를 향해 진행하는 레이저 빔을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 레이저 장치 중 제1 스무딩 미러 및 제2 스무딩 미러를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시한 레이저 장치에서 제2 스무딩 미러를 평판 미러로 대체한 경우를 도시한 측면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 제1 스무딩 미러와 평판 미러를 도시한 사시도이다.
도 7과 도 8은 도 6에 도시한 제1 스무딩 미러와 평판 미러를 도시한 평면도이다.
도 9는 도 2에 도시한 레이저 장치에서 레이저 빔의 단면 형상을 추가하여 도시한 측면도이다.
도 10은 도 2에 도시한 레이저 장치 중 빔 통합기를 도시한 단면도이다.
도 11은 도 2에 도시한 레이저 장치에서 최초 레이저 빔, 제1 레이저 빔, 제2 레이저 빔, 및 통합 레이저 빔의 형상을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치를 도시한 측면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 명세서 전체에서 "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 일반적인 레이저 어닐링 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참고하면, 기판(10) 위에 레이저 어닐링 대상물, 예를 들어 비정질 실리콘층(11)이 형성된다. 레이저 어닐링 설비는 레이저 발진기(도시하지 않음)와, 레이저 발진기에서 발진된 레이저 빔(LB)을 실질적인 직사각형 빔으로 변형시켜 비정질 실리콘층(11)에 조사하는 광학 장치(도시하지 않음)와, 기판(10)을 이동시키는 스테이지(12) 등을 포함한다.
레이저 빔(LB)은 펄스 레이저 빔으로서, 실질적인 직사각형의 레이저 샷(13)이 비정질 실리콘층(11)에 불연속으로 조사된다. 이때 스테이지(12)에 의한 기판(10) 이동으로 이전 레이저 샷(13)과 90% 이상이 중첩되는 후속 레이저 샷이 비정질 실리콘층(11)에 조사된다. 이러한 순차적인 레이저 샷 조사에 의해 비정질 실리콘층(11)이 결정화되어 다결정 실리콘층으로 변한다.
레이저 빔은 여러 가지 원인에 의해 균일도가 저하될 수 있으며, 이 경우 레이저 어닐링 대상물에 줄무늬 얼룩과 같은 결함을 유발한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치는 전술한 광학 장치에 속하는 부품으로서, 레이저 어닐링 대상물에 조사되는 레이저 빔의 균일도를 높이는 기능을 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치의 측면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 레이저 장치 중 빔 분리기를 향해 진행하는 레이저 빔을 개략적으로 도시한 사시도이다. 그리고 도 4는 도 2에 도시한 레이저 장치 중 제1 스무딩 미러 및 제2 스무딩 미러를 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 레이저 장치(100)는 레이저 빔(LB)을 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)으로 분리시키는 빔 분리기(110)와, 제1 레이저 빔(LB1)의 경로에 이격 배치된 제1 스무딩(smoothing) 미러(120) 및 제2 스무딩 미러(130)와, 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)을 합치는 빔 통합기(140)를 포함한다.
레이저 빔(LB)은 진행 경로와 수직한 단면 형상이 직사각형인 빔으로서, 단면상에서 장축 방향 길이(L)와 단축 방향 폭(W)을 가진다. 도 3에서 장축 방향을 x 방향으로 도시하고, 단축 방향을 y 방향으로 도시하였다.
빔 분리기(110)는 통상의 빔 스플리터로 구성될 수 있으며, 레이저 빔(LB)의 일부를 반사하고 나머지를 투과하는 방식으로 레이저 빔(LB)을 두 개로 분할한다. 반사된 레이저 빔을 제1 레이저 빔(LB1)이라 하고, 투과된 레이저 빔을 제2 레이저 빔(LB2)이라 한다. 빔 분리기(110)에서 분리된 제1 레이저 빔(LB1)의 경로와 제2 레이저 빔(LB2)의 경로는 직교할 수 있다.
빔 분리기(110)는 기준면(150)에 대해 45˚ 경사지게 배치될 수 있다. 이 경우 제1 레이저 빔(LB1)의 경로는 기준면(150)과 수직하고, 제2 레이저 빔(LB2)의 경로는 기준면(150)과 평행하다.
제1 스무딩 미러(120)는 빔 분리기(110)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)의 경로에 위치하며, 기준면(150)에 대해 45˚ 경사지게 배치될 수 있다. 이 경우 제1 스무딩 미러(120)는 제1 레이저 빔(LB1)을 직각으로 반사한다. 제2 스무딩 미러(130)는 제1 스무딩 미러(120)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)의 경로에 위치한다.
제2 스무딩 미러(130)는 서로 직각을 이루는 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132)을 포함한다. 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132) 각각은 45˚ 굴절 코팅된 반사면으로서, 입사받은 빛을 45˚ 굴절 반사시킨다. 제1 반사면(131)은 기준면(150)과 수직할 수 있고, 제2 반사면(132)은 기준면(150)과 평행할 수 있다.
제2 스무딩 미러(130)는 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132)을 통해 제1 레이저 빔(LB1)을 두 번 굴절 반사시킨다. 빔 통합기(140)는 빔 분리기(110)를 투과한 제2 레이저 빔(LB2)의 경로와, 제2 스무딩 미러(130)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)의 경로가 만나는 지점에 설치된다. 빔 통합기(140)는 기준면(150)에 대해 45˚ 경사지게 배치될 수 있다.
빔 분리기(110)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)은 제1 스무딩 미러(120)에 입사하고, 제1 스무딩 미러(120)에서 직각으로 반사되어 제2 스무딩 미러(130)의 제1 반사면(131)을 향한다. 제1 반사면(131)에 입사한 제1 레이저 빔(LB1)은 45˚ 굴절 반사되어 제2 반사면(132)을 향하며, 제2 반사면(132)에 입사한 제1 레이저 빔(LB1)은 45˚ 굴절 반사되어 빔 통합기(140)를 향한다.
제2 반사면(132)으로부터 빔 통합기(140)를 향하는 제1 레이저 빔(LB1)은 빔 통합기(140)에서 직각으로 반사되고, 빔 분리기(110)를 투과한 제2 레이저 빔(LB2)은 빔 통합기(140)를 연속으로 투과한다. 따라서 빔 통합기(140)를 거친 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)은 하나로 합쳐진다.
제1 스무딩 미러(120)는 중심점(C1)을 기준으로 액츄에이터(도시하지 않음)에 의해 기 설정된 범위 내에서 왕복 회전한다. 도 4에서 θ1이 제1 스무딩 미러(120)의 회전 가능 범위를 나타낸다. 회전 상태에 관계없이 제1 스무딩 미러(120)는 기준면(150)에 대해 45˚ 경사각을 유지한다.
제2 스무딩 미러(130) 또한 중심점(C2)을 기준으로 액츄에이터(도시하지 않음)에 의해 기 설정된 범위 내에서 왕복 회전한다. 도 4에서 θ2가 제2 스무딩 미러(130)의 회전 가능 범위를 나타낸다. 제2 스무딩 미러(130)의 중심점(C2)은 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132)의 경계에 위치한다. 회전 상태에 관계없이 제1 반사면(131)은 기준면(150)과 수직하고, 제2 반사면(132)은 기준면(150)과 평행하다.
제1 스무딩 미러(120)와 제2 스무딩 미러(130)는 회전량이 같고 회전 방향이 반대가 되도록 서로 연계하여 작동한다. 제1 레이저 빔(LB1)은 제1 스무딩 미러(120) 및 제2 스무딩 미러(130)의 회전에 의해 장축(x) 방향으로 그 위치가 변한다. 이와 동시에 제2 스무딩 미러(130)는 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132)을 이용하여 제1 레이저 빔(LB1)을 단축(y) 반전시킨다.
여기서, 단축(y) 반전은 제1 레이저 빔(LB1)이 그 중심을 가로지르는 장축(x)을 기준으로 180˚ 회전하여 두 장변의 위치가 서로 바뀌는 것을 의미한다. 제2 스무딩 미러(130)는 제1 스무딩 미러(120)와 연계하여 제1 레이저 빔(LB1)을 장축(x) 방향으로 이동시킴과 동시에 제1 스무딩 미러(120)와 상관없이 독립적으로 제1 레이저 빔(LB1)을 단축(y) 반전시킨다.
먼저, 제1 레이저 빔(LB1)의 장축(x) 방향 이동에 대해 보다 자세하게 설명한다.
도 5는 도 2에 도시한 레이저 장치에서 제2 스무딩 미러를 평판 미러로 대체한 경우를 도시한 측면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 제1 스무딩 미러와 평판 미러를 도시한 사시도이다. 제1 레이저 빔(LB1)의 장축(x) 방향 이동에 대하여 제2 스무딩 미러(130)의 작용은 다음에 설명하는 평판 미러(135)의 작용과 동일하다.
도 5와 도 6을 참고하면, 평판 미러(135)는 기준면(150)에 대해 45˚ 경사지게 설치되며, 중심점(C3)을 기준으로 액츄에이터(도시하지 않음)에 의해 기 설정된 범위 내에서 왕복 회전한다. 도 6에서 θ3이 평판 미러(135)의 회전 가능 범위를 나타낸다. 제1 스무딩 미러(120)와 평판 미러(135)는 회전량이 같고 회전 방향이 반대가 되도록 서로 연계하여 작동한다.
도 7과 도 8은 도 6에 도시한 제1 스무딩 미러와 평판 미러를 도시한 평면도이다.
도 7은 제1 스무딩 미러(120)가 시계 방향으로 회전하고, 평판 미러(135)가 반시계 방향으로 회전한 경우를 나타낸다. 이 경우, 빔 분리기(110)서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)은 제1 스무딩 미러(120)에 의해 진행 경로가 아래로 꺾이며, 평판 미러(135)는 제1 레이저 빔(LB1)을 빔 통합기(140)로 반사시킨다.
도 8은 제1 스무딩 미러(120)가 반시계 방향으로 회전하고, 평판 미러(135)가 시계 방향으로 회전한 경우를 나타낸다. 이 경우, 빔 분리기(110)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)은 제1 스무딩 미러(120)에 의해 진행 경로가 위로 꺾이며, 평판 미러(135)는 제1 레이저 빔(LB1)을 빔 통합기(140)로 반사시킨다.
도 7과 도 8을 참고하면, 빔 통합기(140)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)은 최초 빔 분리기(110)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1) 대비 장축(x) 방향으로 그 위치가 변한다. 이때 제1 레이저 빔(LB1)의 이동 방향과 이동량은 제1 스무딩 미러(120)와 평판 미러(135)의 회전 방향 및 회전량에 의해 결정된다. 제1 레이저 빔(LB1)은 형상 변형 없이 그 위치만 변한다.
다음으로, 제1 레이저 빔(LB1)의 단축(y) 반전에 대해 보다 자세하게 설명한다.
도 9는 도 2에 도시한 레이저 장치에서 레이저 빔의 단면 형상을 추가하여 도시한 측면도이다.
도 9를 참고하면, 레이저 빔(LB)은 직사각형 빔으로 변형되고 이송 및 집속되는 과정에서 여러 가지 원인에 의해 에너지 분포 또는 가장자리 형상 등이 비대칭이 되거나 불균일한 특성을 보일 수 있다. 도 9에서는 편의상 레이저 빔(LB)의 상측 가장자리를 거친 선으로 도시하는 것으로 레이저 빔의 불균일 또는 비대칭을 개략화하여 도시하였다.
빔 분리기(110)에 의해 분리된 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)은 같은 형상을 가진다. 제1 스무딩 미러(120)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)은 제2 스무딩 미러(130)의 제1 반사면(131)에 의해 45˚ 굴절 반사되면서 90˚ 꺾인다. 그리고 제1 레이저 빔(LB1)은 제2 스무딩 미러(130)의 제2 반사면(132)에 의해 45˚ 굴절 반사되면서 다시 90˚ 꺾인다.
결과적으로 제1 레이저 빔(LB1)은 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132)을 지나면서 180˚ 회전하며, 두 장변의 위치가 서로 바뀌는 상하 반전이 이루어진다(단축 반전).
제2 스무딩 미러(130)에 의해 단축(y) 반전된 제1 레이저 빔(LB1)은 빔 통합기(140)에 의해 제2 레이저 빔(LB2)과 하나로 합쳐진다. 합체된 레이저 빔은 최초 레이저 빔 대비 비대칭성이 개선되어 균일도가 높아진다.
도 10은 도 2에 도시한 레이저 장치 중 빔 통합기를 도시한 단면도이다.
도 10을 참고하면, 빔 통합기(140)는 일정 두께의 투명체(141)와, 빔 분리기(110)를 향한 투명체(141)의 일면에 형성된 반사 방지층(142)과, 제2 스무딩 미러(130)를 향한 투명체(141)의 일면에 형성된 특수 고반사층(143)을 포함할 수 있다.
반사 방지층(142)은 입사받은 제2 레이저 빔(LB2)을 그대로 투과시킨다. 특수 고반사층(143)은 전면에서 입사받은 제1 레이저 빔(LB1)을 그대로 반사시키고, 후면에서 입사받은 제2 레이저 빔(LB2)을 그대로 투과시킨다. 특수 고반사층(143)은 일정 범위 내의 입사각에 한하여 빛을 투과시키는 기능을 한다.
따라서 빔 통합기(140)는 특수 고반사층(143)을 이용하여 제1 레이저 빔(LB1) 반사와 제2 레이저 빔(LB2) 투과를 동시에 구현함으로써 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)을 하나로 합칠 수 있다.
도 11은 도 2에 도시한 레이저 장치에서 최초 레이저 빔, 제1 레이저 빔, 제2 레이저 빔, 및 통합 레이저 빔의 형상을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 11을 참고하면, 최초 레이저 빔(LB)은 빔 분리기(110)에 의해 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)으로 분리된다. 제1 레이저 빔(LB1)의 세기는 제2 레이저 빔(LB2)의 세기와 같거나 다를 수 있다. 제1 레이저 빔(LB1)은 제1 스무딩 미러(120) 및 제2 스무딩 미러(130)에 의해 장축(x) 방향으로 이동함과 동시에 단축(y) 반전이 행해지며, 빔 통합기(140)에 의해 제2 레이저 빔(LB2)과 합쳐져 통합 레이저 빔(LB3)으로 만들어진다.
통합 레이저 빔(LB3)의 장축(x) 방향 길이(L')는 최초 레이저 빔(LB)의 장축(x) 방향 길이(L)보다 크며, 제1 레이저 빔(LB1)의 단축(y) 반전에 의해 통합 레이저 빔(LB3)의 에너지 분포 또는 형상 등의 비대칭 또는 불균일 특성이 완화된다. 결과적으로, 통합 레이저 빔(LB3)은 장축(x) 방향으로 균일도가 높아짐과 더불어 특정 위치에 집중된 비대칭 또는 불균일 특성을 완화시켜 전체적으로 높은 균일도를 가진다.
제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)의 세기는 빔 분리기(110)의 특성에 좌우되는데, 최초 레이저 빔(LB)의 균일도가 낮을수록 반사율이 높은 빔 분리기(110)가 적용될 수 있다. 이 경우 장축(x) 방향 이동과 단축(y) 반전이 행해지는 제1 레이저 빔(LB1)의 세기를 제2 레이저 빔(LB2)의 세기보다 높게 설정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치를 도시한 측면도이다.
도 12를 참고하면, 제1 스무딩 미러(120)는 빔 통합기(140)의 상부에 위치하고, 제2 스무딩 미러(130)는 빔 분리기(110)의 상부에 위치한다. 빔 분리기(110)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)은 제2 스무딩 미러(130)에 의해 단축(y) 반전이 이루어지며, 제2 스무딩 미러(130)와 제1 스무딩 미러(120)의 회전에 의해 장축(x) 방향으로 이동한다.
제2 실시예의 경우, 제2 스무딩 미러(130)의 제1 반사면(131)은 기준면(150)과 평행하고, 제2 반사면(132)은 기준면(150)과 수직하다. 빔 분리기(110)에서 반사된 제1 레이저 빔(LB1)은 제2 스무딩 미러(130)의 제1 반사면(131)에서 45˚ 굴절 반사되어 제2 반사면(132)을 향하고, 제2 반사면(132)에서 다시 45˚ 굴절 반사되어 제1 스무딩 미러(120)를 향한다.
제2 실시예의 레이저 장치(200)는 제1 스무딩 미러(120) 및 제2 스무딩 미러(130)의 위치를 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 균일화 방법을 도시한 순서도이다.
도 13을 참고하면, 레이저 빔 균일화 방법은 단면상에서 장축 방향 길이와 단축 방향 폭을 갖는 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분리시키는 제1 단계(S10)와, 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시킴과 더불어 단축 반전시키는 제2 단계(S20)와, 제2 단계(S20)를 거친 제1 레이저 빔과 제1 단계(S10)의 제2 레이저 빔을 하나로 합치는 제3 단계(S30)를 포함한다.
도 2와 도 13을 참고하면, 제1 단계(S10)에서 레이저 빔(LB)은 빔 분리기(110)에 의해 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)으로 분리된다. 빔 분리기(110)는 통상의 빔 스플리터일 수 있으며, 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)은 같은 세기를 가지거나 서로 다른 세기를 가질 수 있다.
제2 단계(S20)에서, 제1 레이저 빔(LB1)의 경로 상에 제1 스무딩 미러(120)와 제2 스무딩 미러(130)가 위치한다. 제1 스무딩 미러(120)는 기준면(150)에 대해 45˚ 경사지게 배치될 수 있다. 제2 스무딩 미러(130)는 기준면(150)과 나란한 방향을 따라 제1 스무딩 미러(120)와 이격되고, 서로 직각을 이루는 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132)을 포함한다. 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132) 각각은 입사된 빛을 45˚ 굴절 반사시킨다.
제1 스무딩 미러(120)와 제2 스무딩 미러(130) 각각은 중심점을 기준으로 액츄에이터(도시하지 않음)에 의해 기 설정된 범위 내에서 왕복 회전한다. 이때 제1 스무딩 미러(120)와 제2 스무딩 미러(130)는 회전량이 같고 회전 방향이 반대가 되도록 서로 연계하여 작동한다.
제1 레이저 빔(LB1)은 제1 스무딩 미러(120)와 제2 스무딩 미러(130)의 회전에 의해 장축(x) 방향으로 그 위치가 변한다. 제1 레이저 빔(LB1)의 이동 방향과 이동량은 제1 스무딩 미러(120) 및 제2 스무딩 미러(130)의 회전 방향과 회전량에 의해 결정된다.
또한, 제1 레이저 빔(LB1)은 제2 스무딩 미러(130)의 제1 반사면(131)과 제2 반사면(132)에 의해 그 중심을 가로지르는 장축(x)을 기준으로 180˚ 회전한다. 즉, 제1 레이저 빔(LB1)은 두 장변의 위치가 서로 바뀌는 단축(y) 반전이 이루어진다.
제3 단계(S30)에서, 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)은 빔 통합기(140)에 의해 하나로 통합된다. 제2 단계(S20)를 거친 제1 레이저 빔(LB1)은 빔 통합기(140)에서 반사되고, 제1 단계(S10)의 제2 레이저 빔(LB2)은 빔 통합기(140)를 투과한다. 따라서 빔 통합기(140)를 거친 제1 레이저 빔(LB1)과 제2 레이저 빔(LB2)은 하나로 합쳐진다.
통합 레이저 빔의 장축(x) 방향 길이는 최초 레이저 빔의 장축(x) 방향 길이보다 크며, 제1 레이저 빔(LB1)의 단축(y) 반전에 의해 통합 레이저 빔의 에너지 분포 또는 형상 등의 비대칭 또는 불균일 특성이 완화된다. 전술한 레이저 빔 균일화 방법에 따르면, 레이저 빔의 균일도를 높여 레이저 어닐링 대상물의 줄무늬 얼룩 발생을 억제할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 레이저 장치 110: 빔 분리기
120: 제1 스무딩 미러 130: 제2 스무딩 미러
131: 제1 반사면 132: 제2 반사면
140: 빔 통합기 141: 투명체
142: 반사 방지층 143: 특수 고반사층
150: 기준면

Claims (18)

  1. 단면상에서 장축 방향 길이와 단축 방향 폭을 갖는 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분리시키는 빔 분리기;
    상기 제1 레이저 빔의 경로에 서로 이격 배치되며, 각각의 중심점을 기준으로 기 설정된 범위 내에서 회전하여 상기 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시키는 제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러; 및
    상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔을 합치는 빔 통합기
    를 포함하며,
    상기 제2 스무딩 미러는 서로 직각을 유지하면서 굴절 코팅된 제1 반사면과 제2 반사면을 구비하여 상기 제1 레이저 빔을 단축 반전시키는 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 분리기는 상기 레이저 빔의 일부를 반사하고 나머지를 투과하는 방식으로 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔을 생성하며,
    상기 빔 통합기는 상기 빔 분리기를 투과한 상기 제2 레이저 빔의 경로와, 상기 제1 스무딩 미러 및 상기 제2 스무딩 미러에서 반사된 상기 제1 레이저 빔의 경로가 만나는 지점에 설치되는 레이저 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 빔 분리기와 상기 제1 스무딩 미러 및 상기 빔 통합기는 기준면에 대해 경사지게 설치되며,
    상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 중 어느 하나는 상기 기준면과 수직하고, 다른 하나는 상기 기준면과 평행한 레이저 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스무딩 미러는 상기 빔 분리기에서 반사된 상기 제1 레이저 빔을 굴절 반사하여 상기 제2 스무딩 미러에 제공하고,
    상기 제2 스무딩 미러는 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면에 의해 상기 제1 레이저 빔을 두 번 굴절 반사하여 상기 빔 통합기에 제공하는 레이저 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 반사면은 상기 기준면과 수직하고,
    상기 제2 반사면은 상기 기준면과 평행하며,
    상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 각각은 45˚ 굴절 코팅된 반사면인 레이저 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 스무딩 미러는 상기 빔 분리기에서 반사된 상기 제1 레이저 빔을 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면에 의해 두 번 굴절 반사하여 상기 제1 스무딩 미러에 제공하고,
    상기 제1 스무딩 미러는 상기 제1 레이저 빔을 굴절 반사하여 상기 빔 통합기에 제공하는 레이저 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반사면은 상기 기준면과 평행하고,
    상기 제2 반사면은 상기 기준면과 수직하며,
    상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 각각은 45˚ 굴절 코팅된 반사면인 레이저 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스무딩 미러와 상기 제2 스무딩 미러는 회전량이 같고 회전 방향이 반대가 되도록 서로 연계하여 작동하는 레이저 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 빔 통합기는,
    투명체;
    상기 제2 레이저 빔이 입사하는 상기 투명체의 일면에 형성되어 상기 제2 레이저 빔을 투과하는 반사 방지층; 및
    상기 제1 레이저 빔이 입사하는 상기 투명체의 타면에 형성되어 상기 제1 레이저 빔을 반사하는 특수 고반사층
    을 포함하는 레이저 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반사 방지층과 상기 투명체를 투과한 상기 제2 레이저 빔은 상기 특수 고반사층을 투과하여 상기 제1 레이저 빔과 합류하는 레이저 장치.
  11. 단면상에서 장축 방향 길이와 단축 방향 폭을 갖는 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분할하는 단계;
    상기 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시키는 것과 더불어 단축 반전시키는 단계; 및
    상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔을 합류시키는 단계
    를 포함하는 레이저 빔 균일화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔은 빔 분리기에 의해 서로 다른 경로로 분할되는 레이저 빔 균일화 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔의 경로에 제1 스무딩 미러와 제2 스무딩 미러가 이격 배치되고,
    상기 제1 스무딩 미러와 상기 제2 스무딩 미러는 각각의 중심점을 기준으로 기 설정된 범위 내에서 회전하여 상기 제1 레이저 빔을 장축 방향으로 이동시키는 레이저 빔 균일화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 스무딩 미러와 상기 제2 스무딩 미러는 회전량이 같고 회전 방향이 반대가 되도록 서로 연계하여 작동하며,
    상기 제1 레이저 빔의 이동 방향과 이동량은 상기 제1 스무딩 미러 및 상기제2 스무딩 미러의 회전 방향과 회전량에 의해 결정되는 레이저 빔 균일화 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 스무딩 미러는 서로 직각을 유지하면서 굴절 코팅된 제1 반사면과 제2 반사면을 포함하며,
    상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면에서 두 번 굴절 반사되면서 단축 반전되는 레이저 빔 균일화 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 빔 분리기에서 분리된 상기 제2 레이저 빔의 경로와, 상기 제1 스무딩미러 및 상기 제2 스무딩 미러에서 반사된 상기 제1 레이저 빔의 경로가 만나는 지점에 빔 통합기가 설치되는 레이저 빔 균일화 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 빔 통합기는 투명체를 포함하고,
    상기 제2 레이저 빔이 입사하는 상기 투명체의 일면에 반사 방지층이 형성되어 상기 제2 레이저 빔을 투과시키며,
    상기 제1 레이저 빔이 입사하는 상기 투명체의 타면에 특수 고반사층이 형성되어 상기 제1 레이저 빔을 반사시키는 레이저 빔 균일화 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반사 방지층과 상기 투명체를 투과한 상기 제2 레이저 빔은 상기 특수 고반사층을 투과하여 상기 제1 레이저 빔과 합류하는 레이저 빔 균일화 방법.
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KR20140039006A (ko) * 2011-06-13 2014-03-31 케이엘에이-텐코 코포레이션 레이저 펄스 증배기를 이용한 반도체 검사 및 계측 시스템

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