KR20230098902A - 작업 평면에서 정의된 레이저 조명을 생성하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작업 평면(14)에서 정의된 레이저 조명(12)을 생성하는 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 원시 레이저 빔(22)을 생성하도록 설정된 레이저 광원(20)을 포함한다. 광학 조립체(24)가 원시 레이저 빔(22)을 수신하여 이를 광축(40)을 따라 조명 빔(26)으로 변환한다. 조명 빔(26)은 작업 평면(14)과 교차하는 빔 방향(28)을 정의한다. 조명 빔(26)은 작업 평면(14)의 영역에서 빔 프로파일(42, 42')을 갖고, 상기 빔 프로파일은, 빔 방향(28)에 수직으로, 장축 빔 폭을 갖는 장축(44) 및 단축 빔 폭을 갖는 단축(46)을 갖는다. 광학 조립체(24)는 출구 구멍을 갖는 빔 트랜스포머(30), 장축에서의 빔 성형을 위한 제1 광학 요소 그룹(56, 60, 62, 64), 및 단축에서의 빔 성형을 위한 제2 광학 요소 그룹(34, 36, 38)을 포함한다. 빔 트랜스포머(30)는 장축에서 원시 레이저 빔(22)을 확장하여, 확장된 원시 레이저 빔을 생성한다. 제1 광학 요소 그룹(56, 60, 62, 64)은 장축에서 확장된 원시 레이저 빔을 균질화하는 균질화기(56)를 포함한다. 제2 광학 요소 그룹(34, 36, 38)은 빔 트랜스포머(30)의 출구 구멍을 작업 평면에 이미징하는 적어도 하나의 렌즈(38)를 포함한다. 제1 광학 요소 그룹(56, 60, 62, 64)은 균질화기(56)의 하류에서 중간 이미지(66)를 생성하고, 중간 이미지(66)를 작업 평면(14)에 이미징하는 이미징 광학장치를 추가로 구현한다.

Description

작업 평면에서 정의된 레이저 조명을 생성하는 장치

본 발명은 작업 평면에서 정의된 레이저 조명을 생성하는 장치에 관한 것으로서, 원시 레이저 빔을 생성하도록 설정된 레이저 광원, 및 원시 레이저 빔을 수신하여 광축을 따라 조명 빔으로 변환하는 광학 조립체를 포함하고, 여기서 조명 빔은 작업 평면과 교차하는 빔 방향을 정의하고, 조명 빔은 작업 평면의 영역에서, 빔 방향에 수직으로 장축 빔 폭을 갖는 장축 및 단축 빔 폭을 갖는 단축을 갖는 빔 프로파일을 포함하고, 광학 조립체는 출구 구멍을 갖는 빔 트랜스포머, 장축에서의 빔 성형을 위한 제1 광학 요소 그룹, 및 단축에서의 빔 성형을 위한 제2 광학 요소 그룹을 포함하고, 빔 트랜스포머는 장축에서 원시 레이저 빔을 확장하여, 확장된 원시 레이저 빔을 생성하고, 제1 광학 요소 그룹은 장축에서 확장된 원시 레이저 빔을 균질화하는 균질화기를 포함하고, 제2 광학 요소 그룹은 빔 트랜스포머의 출구 구멍을 작업 평면에 이미징하는 적어도 하나의 렌즈를 포함한다.

이러한 장치는, 예를 들어, WO 2018/019374 A1에 설명되어 있다.

이러한 장치의 선형 레이저 조명은 특히 공작물을 가공하는 데 사용될 수 있다. 공작물은 예를 들어, 캐리어 재료로서 사용되는 유리판 상의 플라스틱 재료일 수 있다. 플라스틱 재료는 특히 유기 발광 다이오드, 소위 OLED 및/또는 박막 트랜지스터가 제조된 필름일 수 있다. OLED 필름은 스마트폰, 태블릿 PC, 텔레비전, 및 기타 화면 디스플레이를 갖는 장치의 디스플레이에 점점 더 많이 사용되고 있다. 전자 구조가 제조된 후에는, 필름은 유리 캐리어로부터 분리되어야 한다. 이는 유리판에 대해 정의된 속도로 이동하는 얇은 레이저 라인 형태의 레이저 조명을 사용하여 유리하게 수행될 수 있어, 유리판을 통한 필름의 접착 결합을 분리시킨다. 이러한 적용은 실제로 종종 LLO 또는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)로 지칭된다.

정의된 레이저 라인으로 공작물을 조명하는 다른 적용 분야는 캐리어 판에서의 비정질 실리콘의 라인별 용융일 수 있다. 여기서도 레이저 라인은 공작물 표면에 대해 정의된 속도로 이동한다. 용융을 통해, 비교적 저렴한 비정질 실리콘은 고품질의 다결정 실리콘으로 전환될 수 있다. 이러한 적용은 실제로 종종 고체 레이저 어닐링(Solid State Laser Annealing) 또는 SLA로 지칭된다.

이러한 적용은, 가능한 한 넓은 작업 영역을 커버하기 위해 한 방향으로 가능한 한 길고 반면 각각의 공정에 필요한 에너지 밀도를 제공하기 위해 다른 방향으로 매우 짧은 레이저 라인이 작업 평면에 필요하다. 따라서, 작업 평면에 평행한 예를 들어 길이 100 mm에 걸쳐 라인 폭 10 ㎛의 큰 종횡비를 갖는 길고 얇은 레이저 라인이 바람직하다. 레이저 라인이 연장되는 방향을 일반적으로 소위 빔 프로파일의 장축이라고 하고, 라인 폭을 단축이라고 한다. 일반적으로, 레이저 라인은 두 개의 축 모두에서 정의된 강도 프로파일을 가져야 한다. 예를 들어, 장축의 레이저 라인은 가능한 한 직사각형 또는 사다리꼴의 강도 프로파일을 갖는 것이 바람직하며, 여기서 이러한 복수의 레이저 라인을 함께 결합하여 더 긴 전체 라인을 형성하는 경우, 후자가 유리할 수 있다. 단축에서는, 적용 분야에 따라, 직사각형 강도 프로파일(소위 탑햇 프로파일(Top Hat Profil)), 가우시안 프로파일, 또는 다른 강도 프로파일이 바람직하다.

서두에서 언급된 WO 2018/019374 A1은 광학 조립체의 요소들에 관한 많은 세부사항들과 함께 서두에서 언급한 유형의 장치를 개시한다. 광학 조립체는 원시 레이저 빔을 시준하는 시준기, 그리고 빔 트랜스포머, 균질화기 및 포커싱 스테이지를 포함한다. 빔 트랜스포머는 시준된 원시 빔을 수신하여 장축을 따라 확장시킨다. 빔 트랜스포머는 원칙적으로 복수의 레이저 소스로부터 복수의 원시 레이저 빔을 수신하여, 더 높은 출력을 갖는 하나의 확장된 레이저 빔으로 결합시킬 수도 있다. 균질화기는 장축에서 원하는 빔 프로파일을 생성한다. 포커싱 스테이지는 성형된 레이저 빔을 작업 평면의 영역에서 정의된 위치에 포커싱한다. 이 알려진 장치는 LLO 및 SLA 적용 분야에 적합하다. 그러나, 이것은 예를 들어 소위 μLED의 분리와 같은 일부 특수 LLO 적용 분야에는 최적이 아니다. 이러한 경우, 복수의 개별적인 탑햇 모양의 강도 프로파일을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 복수의 개별적인 탑햇 모양의 강도 프로파일이 라인을 따라 등거리로 배열되는 배열이 바람직할 수 있다. 이는 WO 2018/019374 A1의 장치에 의해 제공되지 않는다.

위와 같은 관점에서, 본 발명의 일차적인 목적은, 큰 종횡비를 갖는 정의된 레이저 라인을 비용 효율적인 방식으로 생성할 수 있는 서두에서 언급된 유형의 대안적인 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 이차적인 목적은, 작업 평면에서 복수의 상이한 조명 패턴을 비용 효율적이고 유연한 방식으로 가능하게 하는 서두에서 언급된 유형의 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 이러한 배경 하에, 제1 광학 요소 그룹이 균질화기의 하류에 중간 이미지를 생성하고, 중간 이미지를 작업 평면에 이미징하는 이미징 광학장치를 추가로 구현하는 서두에서 언급된 유형의 장치가 제안된다.

제1 그룹의 광학 요소들은 주로 장축에서 광학 굴절력을 갖는다. 따라서, 이것들은 주로 장축에서 빔 프로파일에 영향을 미친다. 대조적으로, 제2 그룹의 광학 요소들은 주로 단축에서 광학 굴절력을 갖는다. 따라서, 이것들은 주로 단축에서 빔 프로파일에 영향을 미친다. 실시예에서, 광학 요소는 각각 원통형 요소, 특히 원통형 렌즈 및/또는 원통형 미러를 포함할 수 있으며, 이들은 각각 장축 또는 단축에서 광학 굴절력을 발생시키도록 배열된다. 따라서, 바람직한 실시예에서 장축에서의 빔 성형 및 단축에서의 빔 성형은, 장축에서의 빔 성형 및 단축에서의 빔 성형이 각각 개별적으로 고려될 수 있는 방식으로 2 개로 분할된다. 이를 통해, 장축의 빔 프로파일의 강도 프로파일 및 단축의 빔 프로파일의 강도 프로파일을 서로 거의 개별적으로 치수 설정하고 최적화할 수 있다. 따라서, 본 신규한 장치는 예를 들어 1000 초과의 종횡비(장축에서의 빔 프로파일의 범위 대 단축에서의 빔 프로파일의 범위의 비율)를 갖는 정의된 레이저 조명을 가능하게 한다.

빔 트랜스포머의 출구 구멍은, 확장된 레이저 빔이 균질화기로 전달되도록 출사될 수 있는 빔 트랜스포머의 출구에서의 광 투과 개구이다. 일부 실시예에서, 출구 구멍은 단축에서 약 1 mm의 개구를 가질 수 있으며, 보다 일반적으로 단축에 대해 0.5 mm 내지 10 mm의 범위의 효과적인 개구를 가질 수 있다. 제2 광학 요소 그룹은, 이 출구 구멍을 작업 평면에 축소시켜 이미징하고 단축에서 매우 작은 라인 폭 및 탑햇 강도 프로파일을 갖는 레이저 라인을 생성할 수 있다. 그러나, 이렇게 축소되는 단축 이미징은 광축을 따라 상대적으로 큰 경로 길이를 필요로 한다. 제1 광학 요소 그룹은 (광축을 따라 볼 때) 균질화기의 하류에 중간 이미지를 생성하고, 이 중간 이미지를 작업 평면에 이미징한다. 바람직한 실시예에서, 제1 광학 요소 그룹은 광축을 따라 정의된 평면에서 장축 빔 프로파일을 생성하는 이미징 균질화기를 포함한다. 이 평면은 중간 이미지 평면으로서 역할을 한다. 중간 이미지 평면에서 생성된 장축 빔 프로파일은 제1 그룹의 추가 광학 요소들에 의해 작업 평면에 이미징된다. 일부 실시예에서, 균질화기는 광축을 따라 하나 이상의 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있으며, 중간 이미지는 제1 마이크로렌즈 어레이의 다중 렌즈 구멍을 중첩한 결과이다. 보다 일반적으로, 제1 광학 요소 그룹은 균질화기의 도움을 받아 균질화기의 출력 측에서 장축 빔 프로파일의 중간 이미지를 생성하고, 이 중간 이미지를 제1 그룹의 추가 광학 요소의 도움을 받아 작업 평면에 이미징한다. 이러한 (추가) 이미징은, 단축 이미징에 비해 상대적으로 작은 장축 이미징의 범위를 작업 평면에서 두 개의 이미징이 일치하는 정도까지 확장시킬 수 있다. 따라서, 본 신규한 장치는 효율적인 방식으로 큰 종횡비를 구현할 수 있다.

따라서, 단축에서 유리한 탑햇 강도 프로파일은 본 신규한 장치에 의해 다이어프램(Blende)을 축소시킴으로써 구현될 수 있고, 이 다이어프램의 단축에 대한 개구 직경은 ≥ 1 mm일 수 있다. 이러한 다이어프램은 제조 기술 측면에서 비용 효율적으로 제조될 수 있다. 그럼에도 불구하고 예를 들어 10 ㎛의 작은 라인 폭을 얻고 또한 제조 기술 측면에서 균질화기를 비용 효율적으로 유지하기 위해서는, 장축에서 다중 이미징을 통해 경로 길이를 브리지하는 것이 유리하다. 이는 중간 이미지의 이미징으로 인해 본 신규한 장치에 의해 가능하게 된다.

또한, 중간 이미지 평면은, 필요한 경우, 장축에서 빔 프로파일의 세그먼트화를 얻기 위해, 빗 형상의 다이어프램의 배치에 매우 유리하게 사용될 수 있다. 이를 통해, 필요에 따라, 장축을 따라 복수의 개별 조명 스폿들이 생성되도록 매우 간단한 방식으로 본 신규한 장치를 설계할 수 있다. 따라서, 본 신규한 장치의 설계는 단축에서의 가변성(빔 트랜스포머의 출구 구멍을 사용한 라인 폭의 변동) 및 장축에서의 가변성(적절한 다이어프램을 통한 레이저 라인의 세그먼트화)을 제공한다. 위에서 언급된 목적은 간단하고 비용 효율적인 방법으로 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 광학 요소 그룹은 중간 이미지의 영역에 배열된 제1 마스크를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 제1 마스크는 복수의 나란히 배열된 다이어프램 개구, 예를 들어 일련의 등거리로 배열된 다이어프램 개구를 갖는 빗 모양의 개구일 수 있다. 다른 실시예에서, 마스크는 고 반사 층 및 반사 방지 층을 교번하여 구비하는 세그먼트화된 방식으로 코팅된 미러를 포함할 수 있다. 다이어프램 개구 또는 교번 층은 장축의 빔 프로파일을 별도의 조명 스폿으로 유리하게 세그먼트화할 수 있다. 원칙적으로, 제1 마스크는 투명 또는 반사 및 불투명 또는 비반사 영역을 자유롭게 선택한 분포를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 본 신규한 장치는, 장축에서 빔 프로파일의 비용 효율적인 세그먼트화를 구현함으로써, 가변적인 기본 개념을 유리하게 활용한다. 이 실시예는 개별화되어야 하는 μLED에 대한 LLO 적용, 또는 레이저 유도 순방향 전송(LIFT, Laser Induced Forward Transfer), 즉, 이미 개별화된 μLED를 향후 디스플레이로 전송하는 데 특히 유리하다.

다른 실시예에서, 제1 마스크는 교체 부품으로서 형성된다.

이 실시예에서, 본 신규한 장치의 사용자는 선택적으로 균질화기의 출력부에서 중간 이미지의 영역에 제1 마스크를 배치하거나 또는 여기로부터 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 마스크는, 선택적으로 광학 조립체의 빔 경로 내로 이동될 수 있거나 또는 빔 경로 외부로 이동될 수 있는 캐리어 본체 상에 유지될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 마스크는 병진식 및/또는 회전식으로 유지될 수 있고, 따라서 선택적으로 광학 경로 내로 푸시되거나 또는 피벗될 수 있다. 이러한 실시예는 본 신규한 장치의 사용 범위를 증가시킨다.

다른 실시예에서, 제2 광학 요소 그룹은 적어도 제2 마스크를 포함한다.

이 실시예에서, 본 신규한 장치는 간단하고 효율적인 방식으로 단축에서 빔 프로파일의 원하는 강도 프로파일을 달성하는 데 사용될 수 있는 마스크를 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 마스크는 단축에서 탑햇 프로파일을 구현하는 데 사용된다. 바람직하게는, 제2 마스크의 다이어프램 개구는 ≥ 1 mm인데, 왜냐하면 이는 비용 효율적인 구현을 가능하게 하기 때문이다.

다른 실시예에서, 적어도 하나의 제2 마스크는 빔 트랜스포머의 영역에 배열된다.

빔 트랜스포머의 영역에 제2 마스크를 배치하면, 단축에서 원하는 강도 프로파일, 특히 가파른 플랭크를 갖는 탑햇 프로파일을 효율적으로 구현할 수 있다.

다른 실시예에서, 제2 광학 요소 그룹은 추가 중간 이미지를 생성하고, 여기서 적어도 하나의 제2 마스크는 추가 중간 이미지의 영역에 배열된다. 바람직하게는, 추가 중간 이미지는 빔 트랜스포머의 중간 이미지이다.

이러한 실시예는, 특히 빔 트랜스포머 영역의 설치 공간이 제한되어 있는 경우에, 유리하고 가변적인 대안을 제공한다.

다른 실시예에서, 적어도 하나의 제2 마스크는 교체 부품으로서 형성된다.

이 실시예에서, 본 신규한 장치의 사용자는 제2 마스크를 선택적으로 빔 경로 내에 배치하거나 또는 빔 경로로부터 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 마스크는, 선택적으로 광학 조립체의 빔 경로 내로 이동될 수 있거나 또는 빔 경로 외부로 이동될 수 있는 캐리어 본체 상에 유지될 수 있다. 제2 마스크는 병진식 및/또는 회전식으로 유지될 수 있고, 따라서 선택적으로 광학 경로 내로 푸시되거나 또는 피벗될 수 있다. 이 실시예는, 단축의 빔 프로파일을 신속하고 개별적으로 조정할 수 있게 함으로써, 본 신규한 장치의 사용 범위를 증가시킨다.

다른 실시예에서, 이미징 광학장치는 적어도 하나의 미러 요소를 갖는 컨볼루션 광학장치(Faltungsoptik), 바람직하게는 다중 컨볼루션을 구현하는 적어도 2 개의 미러 요소를 갖는 컨볼루션 광학장치를 포함한다.

이 실시예에서, 이미징 광학장치는 특히 장축의 빔 경로의 다중 컨볼루션을 구현하는 하나 이상의 원통형 미러를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 위에서 설명된 장점을 유지하면서 본 신규한 장치를 컴팩트하게 구현할 수 있게 한다.

다른 실시예에서, 제2 광학 요소 그룹은 광축을 따라 작업 평면에 가장 가깝게 배열된 투사 렌즈를 포함하며, 여기서 컨볼루션 광학장치는 광축을 따라 균질화기와 투사 렌즈 사이에 배열된다.

이 실시예에서, 제1 그룹의 광학 요소들은 광축을 따라 사실상 제2 그룹의 광학 요소들 사이에 위치한다. 이러한 배열은 또한 컴팩트한 구현에 기여한다. 또한, 단축에서 높은 빔 품질을 가능하게 한다.

다른 실시예에서, 빔 프로파일은 단축 빔 폭에 걸쳐 탑햇 모양의 강도 프로파일을 갖는다.

탑햇 모양의 강도 프로파일은 특히 μLED 및 다른 개별 부품들을 분해하는 데 유리하다.

위에 언급합 특징들 및 이하에서 또한 설명할 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 각각의 경우에 도시한 조합뿐만 아니라, 다른 조합으로도 또는 단독으로도 사용될 수 있음이 이해된다.

본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 이하의 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1a는 본 신규한 장치의 실시예의 장축 빔 경로의 단순화되고 개략적인 표현을 도시한다.
도 1b는 도 1a의 실시예의 단축 빔 경로의 단순화되고 개략적인 표현을 도시한다.
도 2는 본 신규한 장치의 실시예에 따른 빔 프로파일의 단순화된 표현을 도시한다.
도 3은 본 신규한 장치의 일부 실시예에 따른 유리한 빔 프로파일의 평면도를 도시한다.
도 4는 도 1a 및 도 1b의 실시예의 장축 빔 경로 및 단축 빔 경로를 보다 상세하게 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 신규한 장치의 실시예에 따른 예시적인 강도 프로파일을 도시한다.
도 6은 장축 빔 경로에서 미러 컨볼루션을 갖는 본 신규한 장치의 바람직한 실시예에 대한 상세도를 도시한다.
도 7은 도 6의 미러 컨볼루션을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1a 및 도 1b에서, 본 신규한 장치의 실시예는 전체적으로 참조 번호 10으로 지정된다. 여기서, 장치(10)는 작업 평면(14)의 영역에 배치된 공작물(16)을 가공하기 위해 작업 평면(14)의 영역에서 레이저 라인(12)을 생성한다. 여기서 레이저 라인(12)은 x-축의 방향으로 연장되고, 라인 폭은 y-축의 방향에서 볼 수 있다. 따라서, 이하에서 x-축은 작업 평면(14)에 형성된 빔 프로파일의 장축을 나타내고, y-축은 단축을 나타낸다(도 2 참조).

일부 실시예에서, 공작물(16)은, 유리판 상에 배열되고 레이저 라인(12)을 사용하여 유리판으로부터 분리되도록 의도된 OLED를 갖는 필름 층을 포함할 수 있다. 공작물(16)을 가공하기 위해, 레이저 라인(12)은 화살표(18)의 방향으로 공작물(16)에 대해 이동될 수 있다.

장치(10)는 레이저 광원(20)을 가지며, 이 레이저 광원은 예를 들어, 적외선 범위 또는 자외선 범위에서 레이저 광을 생성하는 고체 레이저일 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원(20)은 1030 nm 범위의 파장을 갖는 Nd:YAG 레이저를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 레이저 광원(20)은 다이오드 레이저, 엑시머 레이저, 또는 고체 레이저를 포함할 수 있으며, 이들 레이저는 각각 150 내지 360 nm, 500 내지 530 nm, 또는 900 내지 1070 nm의 파장을 갖는 레이저 광을 발생시킬 수 있다.

레이저 광원(20)은, 예를 들어 광섬유를 통해 광학 조립체(24)에 인커플링될 수 있는 원시 레이저 빔(22)을 생성한다. 원시 레이저 빔(22)은 광학 조립체(24)에 의해, 빔 방향(28)을 정의하는 조명 빔(26)으로 변환된다. 빔 방향(28)은 작업 평면(14)과 교차한다.

광학 조립체(24)는 원시 레이저 빔(22)을 x-방향(장축에 대응함)으로 확장시키는 빔 트랜스포머(30)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 빔 트랜스포머(30)는 서두에서 언급된 WO 2018/019374 A1에 상세히 설명된 빔 트랜스포머와 같이 구현될 수 있다. 따라서, WO 2018/019374 A1은 빔 트랜스포머 및 아래에서 설명되는 균질화기와 관련하여 본 명세서에 참조로 통합된다.

특히, 빔 트랜스포머(30)는 서로 실질적으로 평행한 전면 및 후면을 갖는 투명한 모놀리식 판형 요소를 포함할 수 있다. 판형 요소는 도 1b에 도시된 바와 같이, 원시 레이저 빔(22)에 대해 예각으로 배열될 수 있다. 전면 및 후면은 각각 반사 코팅을 가질 수 있으므로, 전면에서 판형 요소에 비스듬히 인커플링된 원시 레이저 빔(22)은, 판형 요소의 후면에서 x-축에서 확장된 상태로 나오기 전에, 판형 요소 내에서 다중 반사를 거친다. 다른 실시예에서, 빔 트랜스포머는 다이어프램으로서 또는 다이어프램에 의해 구현될 수 있다.

광학 조립체(24)는, 여기서는 개략적으로만 도시된 장축 광학장치(32)를 포함하며, 이 장축 광학장치는 장축에서 확장된 원시 레이저 빔을 성형하고 이를 작업 평면(14) 상에 이미징한다. 특히, 장축 광학장치(32)는 하나 이상의 마이크로렌즈 어레이(여기에는 도시되지 않음) 그리고 주로 장축에서 광학 굴절력을 갖는 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이 및 하나 이상의 렌즈는, 원통형 축이 y-방향으로 연장되고 장축에서 원시 레이저 빔(24)을 균질화하여 장축에서 정의된, 전형적으로 탑햇 모양의 강도 프로파일을 얻을 수 있는 이미징 균질화기를 형성하는 원통형 렌즈로 형성될 수 있다.

광학 조립체(24)는, 단축에서 확장된 원시 레이저 빔을 성형하여 이를 작업 평면(14)에 포커싱하는 복수의 광학 요소(34, 36, 38)를 더 포함한다. 광학 요소(34, 36, 38)는 광축(40)을 따라 배열되며, 여기서는 텔레스코프 조립체를 함께 형성하는 제1 렌즈(34) 및 제2 렌즈(36)를 포함한다. 광학 요소(38)는 여기서 단축에서 조명 빔(26)을 작업 평면(14)에 포커싱하는 하나 이상의 렌즈 요소를 포함하는 대물 렌즈이다.

광학 조립체(24)는 작업 평면(14)의 영역에서 정의된 빔 프로파일(42)을 갖는 조명 빔(26)을 생성하도록 전체적으로 설정된다. 도 2는 이러한 빔 프로파일(42)을 이상화된 표현으로 도시한다. 빔 프로파일(42)은 x-축 및 y-축을 따른 각각의 위치에 따라 작업 평면(14)에서의 레이저 방사선의 강도(I)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 빔 프로파일(42)은 x-방향의 장축 빔 폭을 갖는 장축(44) 및 y-방향의 단축 빔 폭을 갖는 단축(46)을 갖는다. 단축 빔 폭(46)은 예를 들어, 반치전폭(Full Width at Half Maximum)(FWHM)으로 정의되거나 또는 90% 강도 값 사이의 폭(최대 90 %에서의 전체 폭)(FW@90%)으로 정의될 수 있다. 여기서, 빔 프로파일(42)은 단축에서 제1 플랭크(48), 제2 플랭크(50) 및 제1 플랭크(48)와 제2 플랭크(50) 사이의 대체로 평평한 플래토(Plateau)(52)를 갖는 탑햇 프로파일을 갖는다. 원칙적으로, 빔 프로파일(42)은 특히 단축(46)에 걸쳐 다른 강도 프로파일, 예를 들어, 가우시안 강도 프로파일을 가질 수 있다.

예를 들어 캐리어 판에서 더 큰 OLED 필름을 분리하는 것과 같은 일부 적용 분야의 경우, 도 2에서 이상적으로 도시된 바와 같은 빔 프로파일(42)이 바람직하다. 그러나, 다른 적용 분야의 경우, 빔 프로파일(42)을 서로 이격된 복수의 조명 스폿들(54a, 54b, 54c ...)로 세그먼트화하는 것이 바람직할 수 있다. 도 3은 이러한 세그먼트화된 빔 프로파일(42')을 작업 평면(14) 위에서 개략적인 평면도로 도시한다. 바람직한 실시예에서, 광학 조립체는 조명 스폿들(54a, 54b, 54c ...)이 장축을 따라 등거리로 분포되는 빔 프로파일(42')을 생성할 수 있다. 바람직하게는, 장축은 이 경우 100 mm의 크기에 걸쳐 연장된다. 여기서 조명 스폿들(54a, 54b, 54c)은 유리하게는 각각 예를 들어 20 ㎛ x 20 ㎛의 치수를 갖는 실질적으로 직사각형의 풋프린트를 가지며, 예를 들어 100 ㎛의 간격으로 서로 떨어져 있을 수 있다. 바람직하게는, 여기서 조명 스폿들(54a, 54b, 54c)은 각각 단축에서 탑햇 프로파일을 갖는다. 이러한 세그먼트화된 빔 프로파일(42')은 복수의 μLED가 캐리어 판에서 분리되어야 하는 LLO 또는 리프트 적용 분야에 유리하다. 본 신규한 장치(10)는 도 4 내지 도 7을 보충 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서 간단하고 효율적인 방식으로 이러한 바람직한 빔 프로파일(42)을 가능하게 한다. 여기서 동일한 참조 부호는 이전과 동일한 요소를 나타낸다.

도 4는 도 1a 및 도 1b의 장축 광학장치(32)를 보다 상세하게 도시한다. 장축 광학장치(32)는 균질화기(56)를 포함하며, 이 균질화기는 일부 실시예에서는 광축을 따라 서로에 대해 정의된 거리에 배열된 제1 마이크로렌즈 어레이(58a) 및 제2 마이크로렌즈 어레이(58b)를 포함할 수 있다. 또한, 광학 경로를 따라, 제1 광학 요소(60), 제2 광학 요소(62) 및 제3 광학 요소(64)가 배열된다. 요소들(60, 62, 64) 중 하나 이상은 일부 실시예에서 푸리에 렌즈일 수 있다. 다른 실시예들에서, 요소들(60, 62, 64)은 도 6 및 도 7을 참조하여 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 미러 요소, 특히 원통형 미러일 수 있다.

균질화기(56) 및 광학 요소들(60, 62, 64)은 여기서 제1 광학 요소 그룹을 형성하고, 장축에서 확장된 레이저 빔을 성형한다. 이와 대조적으로, 광학 요소들(34, 36, 38)은 단축에서 확장된 레이저 빔을 성형하는 제2 광학 요소 그룹을 형성한다. 위에서 이미 설명된 바와 같이, 광학 요소(60)는 여기서 장축 빔 프로파일의 중간 이미지(66)를 생성한다. 중간 이미지(66)는 광학 요소(62, 64)의 도움으로 작업 평면(14) 상에 이미징된다. 중간 이미지(66)의 영역에는 유리하게는 여기서 (제1) 마스크(68)가 배열될 수 있다. 마스크(68)는 특히 복수의 나란히 배열된 다이어프램 개구를 갖는 빗 모양의 다이어프램일 수 있다. 이러한 마스크(68)를 사용하면, 빔 프로파일(42')(도 3)은 간단하고 효율적인 방식으로 장축에서 세그먼트화되어, 도 3에 대응하는 서로 이격된 조명 스폿들(54a, 54b, 54c ....)을 획득할 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 여기서 추가 마스크(70)가 빔 트랜스포머(30)의 영역 및/또는 빔 트랜스포머(30)의 중간 이미지(71)의 영역에 배열될 수 있다. 추가 마스크(70)는 광학 요소(34, 36, 38)를 갖는 단축 빔 경로에 대해 1 mm 이상의 다이어프램 개구를 가질 수 있다. 마스크(70)의 도움으로, 높은 경사의 플랭크 및 대체로 평평한 플래토를 갖는 단축에서의 탑햇 강도 프로파일이 간단하고 효율적인 방식으로 달성될 수 있다. 단축 빔 경로에서의 긴 경로 길이는, 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같은 단축에서 20 ㎛의 조명 스폿(54a, 54b, 54c ....)의 치수를 얻기 위해, 다이어프램 개구를 작업 평면(14) 상으로 유리하게 축소시켜 이미징하는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 도 5a는 위에서 언급된 마스크(70)를 사용하여 얻을 수 있는, 단축에 대한 빔 프로파일(42, 42')의 강도 프로파일을 나타낸다. 도 5b는 마스크(68)가 없는 경우 장축에 대한 빔 프로파일(42)의 강도 프로파일을 나타낸다. 도 5c는 위에서 언급된 마스크(68)에 의해 장축에서 세그먼트화된 강도 프로파일을 나타내며, 2 개의 라인 섹션(72a, 72b)은 서로 이격되어 있다. 서로 이격된 라인 섹션(72a, 72b)을 갖는 도 5c에 따른 강도 프로파일을 얻기 위해, 마스크(68)는 중간 이미지(66)의 영역에서 서로 이격된 2 개의 다이어프램 개구를 가질 수 있다. 다른 마스크(68)는 빔 프로파일(42)을 다른 방식으로, 예를 들어 도 3에 도시된 방식과 같은 방식으로 세그먼트화하는 데 사용될 수 있다.

도 6에서, 광학 조립체(24)는 보다 상세하게 실시예로 도시되어 있다. 여기서 각각 원통형 렌즈로서 형성되는 단축 광학장치의 이미 설명된 광학 요소들(34, 36, 38), 및 여기서 각각 원통형 미러로서 형성되는 장축 광학장치의 광학 요소들(60, 62, 64) 이외에, 여기서 광학 조립체(24)는 텔레스코프 조립체의 2 개의 추가 렌즈(74, 76)를 갖는다. 렌즈(74, 76)는 원시 레이저 빔을 빔 트랜스포머(30)의 입구 구멍으로 포커싱한다. 빔 트랜스포머(30)의 출력부에는 렌즈(34, 36)가 배열되어, 함께 (추가) 텔레스코프를 형성한다. 렌즈들(34, 36) 사이에는, 일부 실시예에서, 예를 들어 회절 현상을 감소시키기 위해, 선택적 공간 필터(78)가 배열될 수 있다. 참조 부호 80은 여기서 확장된 원시 빔을 균질화기(56)로 편향시키는 선택적 편향 미러를 나타낸다. 편향 미러(80)는 광학 조립체(24)의 컴팩트한 설계를 가능하게 하는 데 유리하게 기여한다. 이러한 경우 2 개의 마이크로렌즈 어레이(58a, 58b)를 포함할 수도 있는 균질화기(56)의 하류에서, 균질화된 레이저 빔은 추가 편향 미러(여기서는 은폐됨)에 의해 미러(60, 62)로 안내된다. 미러(60, 62)는 도 7에 단순화된 형태로 도시된 바와 같이 여기서 레이저 빔을 여러 번 반사하고, 이 과정에서 마스크(68)의 영역에 중간 이미지를 생성한다. 마스크된 중간 이미지는 미러(60, 62, 64)를 통해 투사 렌즈(38)로 안내된다. 투사 광학장치(38)는 조명 빔(26)으로서 확장된 레이저 빔을 작업 평면에 포커싱하고, 여기에서 레이저 라인(12) 또는 ― 마스크(68)에 따라 ― 장축에 분포될 수 있는 복수의 조명 스폿을 생성한다. 여기서 참조 부호 82에는, 원하는 적용에 따라 마스크(66)를 빔 경로 내로 이동할 수 있거나 또는 빔 경로 외부로 이동할 수 있는 캐리어가 도시되어 있다.

Claims (11)

1. 작업 평면(14)에서 정의된 레이저 조명(12)을 생성하는 장치로서,
   원시 레이저 빔(22)을 생성하도록 설정된 레이저 광원(20), 및 상기 원시 레이저 빔(22)을 수신하여 광축(40)을 따라 조명 빔(26)으로 변환하는 광학 조립체(24)를 포함하고, 상기 조명 빔(26)은 상기 작업 평면(14)과 교차하는 빔 방향(28)을 정의하고, 상기 조명 빔(26)은 상기 작업 평면(14)의 영역에서, 상기 빔 방향(28)에 수직으로 장축 빔 폭을 갖는 장축(44) 및 단축 빔 폭을 갖는 단축(46)을 갖는 빔 프로파일(42; 42')을 포함하고, 상기 광학 조립체(24)는 출구 구멍을 갖는 빔 트랜스포머(30), 상기 장축에서의 빔 성형을 위한 제1 광학 요소 그룹(56, 60, 62, 64), 및 상기 단축에서의 빔 성형을 위한 제2 광학 요소 그룹(34, 36, 38)을 포함하고, 상기 빔 트랜스포머(30)는 상기 장축에서 상기 원시 레이저 빔(22)을 확장하여, 확장된 원시 레이저 빔을 생성하고, 상기 제1 광학 요소 그룹(56, 60, 62, 64)은 상기 장축에서 상기 확장된 원시 레이저 빔을 균질화하는 균질화기(56)를 포함하고, 상기 제2 광학 요소 그룹(34, 36, 38)은 상기 빔 트랜스포머(30)의 상기 출구 구멍을 상기 작업 평면에 이미징하는 적어도 하나의 렌즈(38)를 포함하며,
   상기 제1 광학 요소 그룹(56, 60, 62, 64)은 상기 균질화기(56)의 하류에서 중간 이미지(66)를 생성하고, 상기 중간 이미지(66)를 상기 작업 평면(14)에 이미징하는 이미징 광학장치를 추가로 구현하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 광학 요소 그룹(56, 60, 62, 64)은 상기 중간 이미지(66)의 영역에 배열된 제1 마스크(68)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제3항에 있어서,
   상기 제1 마스크(68)는 교체 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1 마스크(68)는 상기 작업 평면(14)의 영역에서 개별 조명 스폿(54a, 54b, 54c)을 생성하는 복수의 나란히 배열된 다이어프램(Blende) 개구를 갖는 빗 모양의 다이어프램인 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 광학 요소 그룹(34, 36, 38)은 적어도 하나의 제2 마스크(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제2 마스크(70)는 상기 빔 트랜스포머(30)의 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 제2 광학 요소 그룹(34, 36, 38)은 추가 중간 이미지(71)를 생성하고, 상기 적어도 하나의 제2 마스크는 상기 추가 중간 이미지(71)의 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제2 마스크(70)는 교체 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이미징 광학장치는 적어도 하나의 미러 요소, 바람직하게는 다중 컨볼루션(Faltung)을 구현하는 적어도 2 개의 미러 요소를 갖는 컨볼루션 광학장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 광학 요소 그룹(34, 36, 38)은 상기 광축(40)을 따라 상기 작업 평면(14)에 가장 가깝게 배열된 투사 렌즈(38)를 포함하고, 상기 컨볼루션 광학장치는 상기 광축(40)을 따라 상기 균질화기(56)와 상기 투사 렌즈(38) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 프로파일(42; 42')은 상기 단축 빔 폭에 걸쳐 탑햇(Top Hat) 모양의 강도 프로파일(48, 50, 52)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.

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