CN109093251B - 一种激光封装装置及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光封装装置及封装方法，所述激光封装装置将激光束照射至封装基底上，并形成一光斑，在与激光束行进路线的方向垂直的表面上所述光斑边缘至所述光斑中心的光强逐渐下降，所述光斑包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率小于所述第二区段的光强下降比率，所述第一区段与所述第二区段的分界位置为第一拐点。采用本发明提供的这种光斑的激光束对封装基底进行封装有效提高照射到玻璃料上的剂量均匀性，进一步提高玻璃料的密封性。

Description

一种激光封装装置及封装方法
技术领域
本发明涉及光电半导体领域，特别涉及一种激光封装装置及封装方法。
背景技术
光电半导体器件已广泛应用于生活的各个领域。其中，OLED（有机发光二极管，Organic Light-Emitting Diode）由于其良好的色彩比、宽视角、高响应速度等特点，成为了研究的热点，具有良好的应用前景。然而，OLED器件中的电极和有机层对氧和水分十分敏感。从外界环境渗透入OLED器件的氧和水分会严重缩短OLED器件的寿命。因此，为OLED器件提供有效的气密式密封显得非常重要。对于OLED器件的气密式密封有以下要求：
气密式密封应提供对氧（10-3厘米3/米2/天）和水（10-6克/米2/天）的屏障。
气密式密封的尺寸应尽可能小（如，<2mm），从而使其不会对OLED显示器的尺寸产生不良的影响。
密封过程中产生的温度不应破坏OLED显示器中的材料（如，电极和有机层等）。
密封过程中释放的气体不应对OLED显示器中的物质产生污染。
气密式密封应能使点连接部件（如薄膜铬电极）进入OLED显示器
近年来，一种使用玻璃料辅助激光加热的密封方法被应用于OLED显示器的密封。然后在实际应用中，由于聚焦在玻璃料层的激光光斑的形状（圆形TOP-HAT）、均匀性差等特性约束，及封装图案的尺寸大小、扫描速度存在上限等因素的影响，传统的扫描封装技术已难以满足对OLED显示器封装的要求，例如：玻璃料在其内部和靠近边沿处形成密集的孔洞（气泡），对封装质量造成影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光封装装置及封装方法，以解决玻璃封装体密封性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光封装装置，所述激光封装装置将激光束照射至封装基底上，并形成一光斑，在与所述激光束行进路线的方向垂直的表面上所述光斑边缘至所述光斑中心的光强逐渐下降，所述光斑包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率小于所述第二区段的光强下降比率，所述第一区段与所述第二区段的分界位置为第一拐点。
可选的，所述激光束的能量分布相对于所述激光束行进路线的方向呈对称分布。
可选的，所述光斑中心处的光强大于等于所述第一拐点处光强的95%。
可选的，所述第一区段包括靠近所述光斑中心的光强慢慢下降的近中心区段，和靠近所述边缘部分的下降速度大于所述近中心区段的近边缘区段，所述近中心区段与所述近边缘区段的分界位置为第二拐点。
可选的，所述第二拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
可选的，所述第一区段为下降比率逐渐降低的曲线区段或为下降比率固定的直线区段。
可选的，所述第一拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
可选的，所述光斑的能量分布还包括光强均匀的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外。
可选的，所述光斑的能量分布还包括光强由内至外降低的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外，所述第三区段的光强下降比率大于所述第一区段的光强下降比率。
可选的，所述激光封装装置包括：
光源组件，用于提供激光束；
整形组件，用于对所述激光束的光斑形貌进行整形；
扫描振镜，用于将所述激光束扫描至所述封装基底上；
用于提供所述激光束的光源组件，用于对所述激光束的所述光斑形貌进行整形的整形组件，用于使所述激光束进行扫描的扫描振镜，以及用于将所述激光束成像的成像镜组。
可选的，所述扫描振镜上设置有成像镜组，所述扫描振镜通过所述成像镜组将所述激光束扫描至所述封装基底上。
可选的，所述成像镜组为远心场镜组。
可选的，所述成像镜组的焦距范围为290mm~310mm。
可选的，所述激光封装装置还包括：
扩束镜组，用于对激光束进行变倍；
所述扩束镜组位于所述光源组件和所述整形组件之间。
可选的，所述扩束镜组的变倍范围为1~2倍。
可选的，所述光源组件为红外激光器。
可选的，所述红外激光器包括光源和准直镜组，所述光源发射激光束，经所述准直镜组准直，以形成平行的激光束。
可选的，所述整形组件为衍射光学元件或折射光学元件或可变形镜或空间光调制器。
可选的，所述扫描振镜为二维扫描振镜，所述二维扫描振镜的扫描角度范围为±20°。
本发明另一方面提供一种封装基底的封装方法，所述封装方法采用激光束照射至所述封装基底的待封装区域对所述封装基底进行封装，包括以下步骤：
确立所述封装基底的待封装区域；
将所述激光束照射至所述封装基底的待封装区域，其中，所述激光束形成一光斑，在与所述激光束行进路线的方向垂直的表面上所述光斑边缘至所述光斑中心的光强逐渐下降，所述光斑包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率低于所述第二区段的光强下降比率，所述第一区段与所述第二区段的分界位置为第一拐点；
所述激光束沿所述封装基底的待封装区域行进封装。
可选的，所述激光束的能量分布相对于所述激光束行进路线的方向呈对称分布。
可选的，所述激光束照射于所述基板的中心处的光强大于等于所述第一拐点处光强的95%。
可选的，所述第一区段包括靠近所述光斑中心的光强慢慢下降的近中心区段，和靠近所述边缘部分的下降速度大于所述近中心区段的近边缘区段，所述近中心区段与所述近边缘区段的分界位置为第二拐点。
可选的，所述第二拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
可选的，所述第一区段为下降比率逐渐降低的曲线区段或为下降比率固定的直线区段。
可选的，所述第一拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
可选的，所述光斑的能量分布还包括光强均匀的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外。
可选的，所述光斑的能量分布还包括光强由内至外降低的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外，所述第三区段的光强下降比率大于所述第一区段的光强下降比率。
在本发明提供的激光封装装置及封装方法中，设计一种新型的光斑，包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率低于所述第二区段的光强下降比率，采用这种光斑的激光束对封装基底进行封装有效提高照射到玻璃料上的剂量均匀性，进一步提高玻璃料的密封性；另外，利用光源组件、整形元件以及扫描振镜实现了对激光束光斑形貌的整形，形成了所需的光斑形貌，解决了玻璃封装体剂量均匀性导致的气泡问题；并通过更换整形元件可实现不同形状的光斑形貌和光斑尺寸，光斑直径范围可覆盖几十um~几十mm，有效提高工艺适应性，节约成本。
附图说明
图1是本发明一实施例中激光封装装置的结构原理图；
图2是本发明一实施例中玻璃封装体的俯视图；
图3是本发明一实施例中OLED显示器的俯视图；
图4是本发明一实施例中所产生的二维光斑形貌；
图5是本发明一实施例中所产生的光斑沿扫描向积分后的光斑形貌；
图6是本发明一实施例中玻璃料封装***的模块图；
图7是本发明一实例在非扫描向温度曲线与常规M型光斑的对比图；
图8是本发明一实施例中封装的玻璃封装体在显微镜下的观测图像；
图9是现有技术中所封装玻璃封装体在显微镜下的观测图像；
图10是本发明一实施例中形成的激光束光斑所封装玻璃料的切片剖面图。
图中：110-控制***；111、112、113、114、115-激光封装装置；1110-光源；1111-准直镜组；1112-扩束镜组；1113-整形组件；1114-扫描振镜；1115-远心场镜；120-玻璃基板；121-玻璃封装体；1211-盖板玻璃；1212-玻璃料；1213-基板玻璃；1214-电极；1215-OLED层；A-第二区段；B-第一区段；C-第三区段。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的激光封装装置及封装方法作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1，本实施例提供一种激光封装装置，该装置可以在封装基底上形成如图4、图5所示的光斑相貌，在与激光束行进路线的方向垂直的表面上光斑边缘部分至光斑中心的光强逐渐下降，重点参阅图4，可以将光斑的光强分布分为第一区段B和第二区段A，第一区段B是从最强光强I2下降至I1处，第二区段A是由I1处突然下降0-5%至I0处，其中第二区段A由I1处下降至I0处的下降比率大于第一区段B从最强光强I2下降至I1处的比率，且在I1处形成第一拐点。图5为扫描光斑沿扫描向积分后的形貌，由图5可以看出扫描光斑在实际应用场景下中心位置的强度是较低于四周的，由于待封装区域为近似矩形的区域，所以本实例中沿扫描路径中心的累积光强与扫描路径两边的累积光强一致，以此保障封装的均匀度。激光束照射基板所形成的光斑的能量分布相对于平行行进路线的面呈对称分布。而中心点的光强I0大于等于第一拐点处的光强I1的95%，即I0》=I1*95%。从最强光强I2下降至I1处的第一区段可以有多种形式，可以是呈下降比率固定的直线区段，也可以呈一下降比率逐渐降低的曲线区段，还可以呈下降比率分段降低的折线区段，其中折线区段可以具有一个或多个拐点，且上述的拐点都相对于光斑的中心线呈对称分布。
上述光斑还可以包括第三区段C，该区段位于第一区段B的外侧，可以是光强均匀分布的区段，也可以是光强有内至外迅速降低的区段，该区段位于激光束在基板待封装区域照射出的光斑的边缘区域，所述第三区段C或参加封装，也可不参加封装，由具体工况决定。
参阅图1，在本实施例提供的激光封装装置中，包括：光源组件（包括光源1110和准直镜组1111）、扩束镜组1112、整形组件1113、扫描振镜1114以及成像镜组。其中，光源组件1110为红外激光器，包括光源1110和准直镜组1111，所述光源1110发射发散的激光束，经准直镜组1111准直，形成平行的激光束，其中准直镜组1111用于对光源1110输出的激光束进行准直。扩束镜组1112用于对激光束的光斑进行变倍，整形组件1113用于对激光束的光斑形貌进行整形，扫描振镜1114使激光束进行扫描，形成扫描激光，成像镜组为远心场镜1115，远心场镜1115将形成的扫描激光成像到玻璃封装体上。工作时，光源1110发出发散的激光束到达准直镜组1111，经准直镜组1111准直后形成平行的激光束，到达扩束镜组1112，扩束镜组1112对激光束光斑变倍调整后到达整形组件1113，整形组件1113对光斑形貌进行整形后到达扫描振镜1114，扫描振镜1114使激光束进行扫描，并形成扫描激光到达远心场镜1115，远心场镜1115将激光束成像到玻璃封装体121上，从而对玻璃封装体121进行激光封装。
其中，扩束镜组1112起到对激光束变倍的作用，可控制激光束光斑的大小，以控制激光功率。扩束镜组1112位于光源组件和扫描振镜1114之间，扩束镜组1112可实现1~2倍的变倍。通过调整扩束镜组1112和切换整形组件1113，可实现光斑尺寸的变换。
其中，整形组件1113可选用DOE（衍射光学元件，Diffractive OpticalElements）、ROE（折射光学元件，Refractive Optical Elements）、可变形镜或空间光调制器，可实现的整形光斑直径为650um。光源1110所产生的激光束为红外高斯光束，波长为1064nm。扫描振镜1114为二维扫描振镜，且该二维扫描振镜的扫描角度范围为±20°。远心场镜1115的焦距范围为290~310mm，优选为300mm。根据衍射极限，入射到整形组件1113上的激光束光斑直径可按下式计算：
Dspot=4×λ×M2×f/(π×D)
其中λ为波长，M2为高斯光束质量因子，f为场镜焦距，π为圆周率，Dspot为入射到整形组件1113上的激光束光斑直径。经计算，本发明可实现的光斑最小直径可达几十um。
本实施例中形成光斑的二维轮廓如图4所示，本轮廓呈对称分布，从最高光斑强度I2开始连续下降至I1后，光斑强度出现突降5%至最低处I0处。在本实施例中沿扫描向积分后的光斑形貌如图5所示，I3光斑强度低于最强光斑强度I4约为5%。
参与图2~3，本发明技术方案所加工的玻璃封装体的常见形式如图2所示，所述玻璃基板120的典型实例为OLED显示器，玻璃基板120上布满相同的玻璃封装体121，单个玻璃封装体121结构包括盖板玻璃1211、玻璃料1212、基板玻璃1213、OLED层1215以及电极1214。其中激光封装装置可根据产率需求配置玻璃封装体121数量。
本实施例提供一种玻璃料封装***，参阅图6，该玻璃料封装***包括：控制***110和实施例一中提供的激光封装装置，控制***110与每个所述激光封装装置均连接，用于控制所述激光封装装置进行玻璃料封装作业。在本实施例中激光封装装置有5个，包括激光封装装置111、112、113、114、115。
具体的，控制***110与光源组件中的光源1110连接，控制***110可控制光源1110的开启与关闭，并调节光源组件发射的激光束的激光功率。控制***110还与扫描振镜1114连接，控制***110控制扫描振镜1114形成扫描激光，并使光源组件的激光功率与扫描振镜1114的扫描速度相匹配。
为了便于掌握激光扫描时玻璃封装体上光斑温度，在本实施例提供的玻璃料封装***还包括一温度测量装置，该温度测量装置控制***110连接，温度测量装置用于测量成像到玻璃封装体121上光斑的实时温度，并将光斑的实时温度反馈至控制***110。
其中，控制***110包括一计算机和与所述计算机连接的控制器，所述控制器控制所述激光封装装置进行玻璃料封装作业，并与所述计算机进行数据交换。
本实施例还提供一种封装基底的封装方法，所述封装方法采用激光束照射至所述封装基底的待封装区域对所述封装基底进行封装，包括以下步骤：
步骤一：确立所述封装基底的待封装区域；
步骤二：将所述激光束照射至所述封装基底的待封装区域；
其中，所述激光束形成一光斑，在与所述激光束行进路线的方向垂直的表面上所述光斑边缘至所述光斑中心的光强逐渐下降，所述光斑包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率低于所述第二区段的光强下降比率，所述第一区段与所述第二区段的分界位置为第一拐点；
步骤三：所述激光束沿所述封装基底的待封装区域行进封装。
图7是本实施例中在非扫描向温度曲线与常规M型光斑的对比图，其中实线是常规M型光斑的形貌，虚线是本实施例中的光斑形貌。
如图8为本发明实施例中封装的玻璃封装体在显微镜下的观测结果，图9为现有技术中所封装玻璃封装体在显微镜下的观测结果，可见，图9所产生的孔洞较多，本发明实施例所产生的激光束光斑温度均匀性明显优于现有技术中激光束光斑的温度均匀性。图10为本发明实施例中形成的激光束光斑所封装玻璃料的切片剖面图，可见本发明实施例所产生的激光束光斑所封装玻璃封装体无明显孔洞，封装效果较好。
综上所述，在本发明提供的激光封装装置及封装方法中，设计一种新型的光斑，包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率低于所述第二区段的光强下降比率，采用这种光斑的激光束对封装基底进行封装有效提高照射到玻璃料上的剂量均匀性，进一步提高玻璃料的密封性；另外，利用光源组件、整形元件以及扫描振镜实现了对激光束光斑形貌的整形，形成了所需的光斑形貌，解决了玻璃封装体剂量均匀性导致的气泡问题；并通过更换整形元件可实现不同形状的光斑形貌和光斑尺寸，光斑直径范围可覆盖几十um~几十mm，有效提高工艺适应性，节约成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (26)

1.一种激光封装装置，其特征在于，所述激光封装装置将激光束照射至封装基底上，并形成一光斑，在与所述激光束行进路线的方向垂直的表面上所述光斑边缘至所述光斑中心的光强逐渐下降，所述光斑包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率小于所述第二区段的光强下降比率，所述第一区段与所述第二区段的分界位置为第一拐点；
其中，所述第一区段包括靠近所述光斑中心的光强慢慢下降的近中心区段和靠近所述边缘部分的下降速度大于所述近中心区段的近边缘区段，所述近中心区段与所述近边缘区段的分界位置为第二拐点。
2.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述激光束的能量分布相对于所述激光束行进路线的方向呈对称分布。
3.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述光斑中心处的光强大于等于所述第一拐点处光强的95%。
4.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述第二拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
5.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述第一区段为下降比率逐渐降低的曲线区段或为下降比率固定的直线区段。
6.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述第一拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
7.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述光斑的能量分布还包括光强均匀的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外。
8.如权利要求1所述的激光封装装置，其特征在于，所述光斑的能量分布还包括光强由内至外降低的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外，所述第三区段的光强下降比率大于所述第一区段的光强下降比率。
9.如权利要求1-8任意一项所述的激光封装装置，其特征在于，所述激光封装装置包括：
光源组件，用于提供激光束；
整形组件，用于对所述激光束的光斑形貌进行整形；
扫描振镜，用于将所述激光束扫描至所述封装基底上。
10.如权利要求9所述的激光封装装置，其特征在于，所述扫描振镜上设置有成像镜组，所述扫描振镜通过所述成像镜组将所述激光束扫描至所述封装基底上。
11.如权利要求10所述的激光封装装置，其特征在于，所述成像镜组为远心场镜组。
12.如权利要求10所述的激光封装装置，其特征在于，所述成像镜组的焦距范围为290mm~310mm。
13.如权利要求9所述的激光封装装置，其特征在于，还包括：
扩束镜组，用于对激光束进行变倍；
所述扩束镜组位于所述光源组件和所述整形组件之间。
14.如权利要求13所述的激光封装装置，其特征在于，所述扩束镜组的变倍范围为1~2倍。
15.如权利要求9所述的激光封装装置，其特征在于，所述光源组件为红外激光器。
16.如权利要求15所述的激光封装装置，其特征在于，所述红外激光器包括光源和准直镜组，所述光源发射激光束，经所述准直镜组准直，以形成平行的激光束。
17.如权利要求9所述的激光封装装置，其特征在于，所述整形组件为衍射光学元件或折射光学元件或可变形镜或空间光调制器。
18.如权利要求9所述的激光封装装置，其特征在于，所述扫描振镜为二维扫描振镜，所述二维扫描振镜的扫描角度范围为±20°。
19.一种封装基底的封装方法，所述封装方法采用激光束照射至所述封装基底的待封装区域对所述封装基底进行封装，包括以下步骤：
确立所述封装基底的待封装区域；
将所述激光束照射至所述封装基底的待封装区域，其中，所述激光束形成一光斑，在与所述激光束行进路线的方向垂直的表面上所述光斑边缘至所述光斑中心的光强逐渐下降，所述光斑包括靠近所述光斑边缘的第一区段和靠近所述光斑中心的第二区段，所述第一区段的光强下降比率低于所述第二区段的光强下降比率，所述第一区段与所述第二区段的分界位置为第一拐点；
所述激光束沿所述封装基底的待封装区域进行封装；
其中，所述第一区段包括靠近所述光斑中心的光强慢慢下降的近中心区段，和靠近所述边缘部分的下降速度大于所述近中心区段的近边缘区段，所述近中心区段与所述近边缘区段的分界位置为第二拐点。
20.如权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述激光束的能量分布相对于所述激光束行进路线的方向呈对称分布。
21.如权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述激光束照射于所述基底的中心处的光强大于等于所述第一拐点处光强的95%。
22.如权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述第二拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
23.如权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述第一区段为下降比率逐渐降低的曲线区段或为下降比率固定的直线区段。
24.如权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述第一拐点相对于所述光斑的中心对称分布。
25.如权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述光斑的能量分布还包括光强均匀的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外。
26.如权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述光斑的能量分布还包括光强由内至外降低的第三区段，所述第三区段位于所述第一区段外，所述第三区段的光强下降比率大于所述第一区段的光强下降比率。
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