一种激光封装设备及其封装方法.pdf

本发明涉及一种激光封装设备及其封装方法，该设备包括：激光器，发出激光束；扩束准直系统，对所述激光束进行准直扩束；匀光系统，对准直扩束的激光束进行匀光处理；光束整形系统，对匀光后的激光束进行整形以改变所述激光束的光斑形状，并出射所述激光束至一基底上的封装单元的表面，对所述封装单元进行激光封装作业；基底承载台，用于承载所述基底；以及主控系统，控制所述激光器以及控制所述基底承载台的运动。本发明采用步进式封装代替传统扫描式封装，面光源封装代替点光源封装，保证均匀加热的同时提高了封装效率，降低了封装成本。

1.  一种激光封装设备，其特征在于，包括：
激光器，发出激光束；
扩束准直系统，对所述激光束进行准直扩束；
匀光系统，对准直扩束的激光束进行匀光处理；
光束整形系统，对匀光后的激光束进行整形以改变所述激光束的光斑形状，并出射所述激光束至一基底上的封装单元的表面，对所述封装单元进行激光封装作业；
基底承载台，用于承载所述基底；以及
主控系统，控制所述激光器以及控制所述基底承载台的运动。

2.  如权利要求1所述的激光封装设备，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。

3.  如权利要求1所述的激光封装设备，其特征在于，所述扩束准直系统采用单透镜或望远镜系统构成。

4.  如权利要求1所述的激光封装设备，其特征在于，所述匀光系统采用微透镜阵列或积分棒。

5.  如权利要求1所述的激光封装设备，其特征在于，所述封装单元包括盖板、底板以及盖板与底板之间的封装用玻璃料。

6.  如权利要求5所述的激光封装设备，其特征在于，所述光束整形系统采用二元光学元件，所述二元光学元件将所述匀光系统出射的激光束整形为与所述封装用玻璃料的位置相对应的光斑。

7.  如权利要求5所述的激光封装设备，其特征在于，所述光束整形系统采用微反射镜阵列单元。

8.  如权利要求7所述的激光封装设备，其特征在于，所述微反射镜阵列单元包括第一反射镜、微反射镜阵列以及变换透镜，所述匀光系统出射的激光束入射到所述第一反射镜上进行反射，之后入射到所述微反射镜阵列，最后经过所述变换透镜产生与所述封装用玻璃料的位置相对应的光斑。

9.  如权利要求5所述的激光封装设备，其特征在于，所述光束整形系统采用 光纤束单元。

10.  如权利要求9所述的激光封装设备，其特征在于，所述光纤束单元包括耦合镜头和光纤束，所述匀光系统出射的激光束入射到所述耦合镜头后耦合进入所述光纤束，所述光纤束将该激光束进行分束，产生与所述封装用玻璃料的位置相对应的光斑。

11.  如权利要求6、8或10所述的激光封装设备，其特征在于，所述光斑的宽度大于等于所述封装用玻璃料形成的封装线的宽度。

12.  一种激光封装方法，应用于如权利要求1～11中任意一项所述的激光封装设备中，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：基底传输至所述基底承载台上；
S2：主控系统控制基底承载台将基底上的指定封装单元移动至指定位置；
S3：封装单元与光斑对准；
S4：所述主控系统控制激光器开启，对指定封装单元进行封装，封装完成后，主控系统控制激光器关闭；
S5：判断指定封装单元是否为基底上的最后一个封装单元，若是，则基底封装完毕；若不是，则进入步骤S6；
S6：主控系统控制基底承载台带动基底移动，将基底上的下一个封装单元移动至指定位置，重复步骤S3至S6，直至基底上的所有封装单元均完成封装。

一种激光封装设备及其封装方法
技术领域
本发明涉及一种激光封装设备及其封装方法。
背景技术
近年来，OLED（有机发光二极管，英文全称：Organic Light-Emitting Diode）在平板显示和照明领域的应用越来越广泛，因此也得到迅速发展。根据OLED的工艺需求，由于OLED芯片的寿命极易受到氧气，水汽的影响，水汽和氧气的渗入，会造成OLED器件内阴极氧化、脱膜、有机层结晶等效应，致使器件提前老化乃至损坏，常见的现象就是黑点、pixel shrinkage（象素收缩）和光强度衰减，而封装除了能够增强器件的机械强度外，对OLED器件而言，更为重要的是可以隔离外部氧气和水汽的侵入。按照业界的标准，商用化OLED产品至少须达到工作寿命10000小时，存储寿命至少50000小时，这就要求水汽渗透率（WVTR）小于10-6g/m²/day，氧气穿透率（OTR）小于10-5cc/bar/m²/day，对于水氧的渗透率要求高于LCD，因而如何让盖板与基板这两部分工艺衔接更有效率、减少封装工艺成本以及减少封装时间以达到最佳的量产速率，已俨然成为封装工艺及设备技术发展的3大主要目标。
主流的OLED封装技术大致可分为以下3种：（1）UV胶边缘密封；（2）激光玻璃粉封装；（3）薄膜封装。其中，第一种封装方法较简单，但密封性比较差，需要使用干燥剂作为辅助，因此采用此封装方式的OLED寿命相对较短；第三种的薄膜封装成本低，封装后的成品轻薄，水氧透过率低，主要适用于大尺寸的柔性基底，但这一新兴封装材料并不成熟，其气密性尚不能满足OLED电视等较长使用寿命的应用需求；而第二种封装方法，激光辅助的玻璃粉封装工艺以其优良封装气密性、低温选择性及成熟工艺已成为当前OLED封装的首选工艺。
现有技术中，激光玻璃粉封装均使用扫描式封装方法，沿OLED基板上预 烧结的玻璃粉轨迹进行扫描加热完成封装。
其封装工艺流程为：
a、玻璃粉膏制备；
b、通过丝网印刷或点胶设备将玻璃膏涂敷在OLED的封装玻璃基板表面形成玻璃膏图案；
c、通过预烧结将玻璃膏图案固化在封装玻璃基板表面；
d、在封装玻璃边缘涂敷预封装材料（如UV胶）；
e、在负压且有N₂保护的环境下进行OLED基板与封装玻璃对叠及预封装，以保证激光辅助玻璃粉封装所需要的气密性要求；
f、810nm光纤半导体激光束经光束整形后按预设轨迹扫描，并透过与拟封装的玻璃膏图案一致的掩模版，聚焦在经预先对叠的OLED上下玻璃基板对之间已预固化的玻璃膏涂敷层上，并通过热传导实现激光辅助玻璃粉封装。
由于扫描式激光束是一个运动的点热源，所以该方法存在以下缺点：
1、设备需要加工与OLED玻璃基板配套大小的掩模版以防止入射光影响OLED的光电极敏感区，并随封装图案的尺寸更换相应掩模版，增加了OLED的封装成本；
2、扫描式封装使得同一封装图案中不同区域产生的非均匀加热，当扫描速度过大时，冷热不均会造成热应力过大，影响OLED封装良率；
3、对封装图案中的不同区域，如直线区、电极区、转角区等激光剂量存在区别，这就需要对不同区域进行剂量修正，即改变扫描速度（影响封装产率）或调整激光功率（激光器需求高）或更改反射率（掩模版的透过率随空间分布，增加成本）。
发明内容
本发明提供一种激光封装设备及其封装方法，以解决现有的激光封装方法成本高、加热不均匀等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光封装设备，包括：
激光器，发出激光束；
扩束准直系统，对所述激光束进行准直扩束；
匀光系统，对准直扩束的激光束进行匀光处理；
光束整形系统，对匀光后的激光束进行整形以改变所述激光束的光斑形状，并出射所述激光束至一基底上的封装单元的表面，对所述封装单元进行激光封装作业；
基底承载台，用于承载所述基底；以及
主控系统，控制所述激光器以及控制所述基底承载台的运动。
较佳地，所述激光器为半导体激光器。
较佳地，所述扩束准直系统采用单透镜或望远镜系统构成。
较佳地，所述匀光系统采用微透镜阵列或积分棒。
较佳地，所述封装单元包括盖板、底板以及盖板与底板之间的封装用玻璃料。
较佳地，所述光束整形系统采用二元光学元件，所述二元光学元件将所述匀光系统出射的激光束整形为与所述封装用玻璃料的位置相对应的光斑。
较佳地，所述光束整形系统采用微反射镜阵列单元。
较佳地，所述微反射镜阵列单元包括第一反射镜、微反射镜阵列以及变换透镜，所述匀光系统出射的激光束入射到所述第一反射镜上进行反射，之后入射到所述微反射镜阵列，最后经过所述变换透镜产生与所述封装用玻璃料的位置相对应的光斑。
较佳地，所述光束整形系统采用光纤束单元。
较佳地，所述光纤束单元包括耦合镜头和光纤束，所述匀光系统出射的激光束入射到所述耦合镜头后耦合进入所述光纤束，所述光纤束将该激光束进行分束，产生与所述封装用玻璃料的位置相对应的光斑。
较佳地，所述光斑的宽度大于等于所述封装用玻璃料形成的封装线的宽度。
本发明还提供了一种激光封装方法，应用于如上所述的激光封装设备中，其包括以下步骤：
S1：基底传输至所述基底承载台上；
S2：主控系统控制基底承载台将基底上的指定封装单元移动至指定位置；
S3：封装单元与光斑对准；
S4：所述主控系统控制激光器开启，对指定封装单元进行封装，封装完成 后，主控系统控制激光器关闭；
S5：判断指定封装单元是否为基底上的最后一个封装单元，若是，则基底封装完毕；若不是，则进入步骤S6；
S6：主控系统控制基底承载台带动基底移动，将基底上的下一个封装单元移动至指定位置，重复步骤S3至S6，直至基底上的所有封装单元均完成封装。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明通过对光束进行整形，从而对封装图案中的不同区域进行剂量控制，避免了传统扫描式方案因转角速度变化而存在的功率补偿问题，进而提高了封装质量；
2.本发明通过对光束进行整形对电极区进行保护，实现无掩模封装，降低了封装成本；
3.本发明采用步进式封装代替传统扫描式封装，将点光源封装变更为面光源封装，确保均匀加热的同时提高封装效率；
4.在不改变硬件的前提下，能够适用于多种不同尺寸的封装图案的封装。
附图说明
图1为本发明实施例1的激光封装设备的结构示意图；
图2为本发明实施例1的激光封装设备中与封装用玻璃料的位置相对应的光斑形状；
图3为本发明实施例1的激光封装设备中二元光学元件的应用原理图；
图4为本发明一具体实施方式的激光封装方法的步骤流程图；
图5为本发明实施例2的激光封装设备的结构示意图；
图6为本发明实施例3的激光封装设备的结构示意图；
图7为本发明实施例3的激光封装设备中光纤束的应用原理图。
图中：110-主控系统、120-激光器、130-扩束准直系统、140-匀光系统、150-二元光学元件、250-微反射镜阵列单元、251-第一反射镜、252-微反射镜阵列、253-变换透镜、350-光纤束单元、351-耦合镜头、352-光纤束、353-光纤分束器、160-基底、161-盖板、162-底板、163-封装用玻璃料、170-基底承载台、180-光斑、181-外框、182-内框。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加清晰易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用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。
实施例1
请参考图1至图3，本发明提供的激光封装设备，包括：主控系统110，以及依次排列的激光器120、扩束准直系统130、匀光系统140、光束整形系统和基底承载台170，所述主控系统110与所述激光器120和所述基底承载台170相连，并控制所述激光器120的开启和关闭以及基底承载台170在水平方向上的运动。具体的光路走向为：所述激光器120发出的激光束经所述扩束准直系统130进行准直扩束，再经过所述匀光系统140进行匀光处理，以确保入射到所述光束整形系统的光束垂直且均匀，然后该激光束经过所述光束整形系统改变光斑的形状，最后入射到所述基底承载台170上放置的基底160上的封装单元的表面，对所述封装单元进行激光封装作业。本发明通过对激光束进行整形，从而对封装图案中的不同区域进行剂量控制，避免了传统扫描式方案因转角速度变化而存在的功率补偿问题，进而提高了封装质量，同时，对电极区进行保护，实现无掩模封装，降低了封装成本，另外，本发明采用步进式封装代替传统扫描式封装，将点光源封装变更为面光源封装，确保均匀加热的同时提高封装效率。
较佳地，请继续参考图1，所述激光器120为半导体激光器，波长为红外波段，800nm～1000nm；所述扩束准直系统130采用单透镜或望远镜系统构成；所述匀光系统140用于使光斑的光强均匀，可采用微透镜阵列或积分棒。
较佳地，请继续参考图1，所述基底160上的封装单元包括盖板161、底板162以及盖板161与底板162之间的封装用玻璃料163。封装过程中，激光器120发出的光束将封装用玻璃料163融化，即可将盖板161和底板162封接在一起。
较佳地，请继续参考图1至图3，所述光束整形系统采用二元光学元件150，所述二元光学元件150将所述匀光系统140出射的激光束整形为与所述封装用玻璃料163的位置相对应的光斑180。具体地，请重点参考图2和图3，本实施例中的光斑形状为如图2所示的框，其包括内框182和外框181，所述外框181与内框182之间的间距，即光斑的宽度，大于或等于封装单元中封装用玻璃料163形成的封装线的宽度，本实施例中为1mm～2mm，以确保封装用玻璃料163被充分融化，提高封装质量。请重点参考图3，所述二元光学元件150包含不同的相位分布，所述匀光系统140出射的激光束在入射面A上光强均匀分布，经过所述二元光学元件150后，光斑形状发生转换，在出射面B上的光强分布即为图2所示的与封装用玻璃料163的位置相对应的光斑180。
请重点参考图4，并结合图1至图3，本发明还提供了一种激光封装方法，应用于如上所述的激光封装设备中，其包括以下步骤：
S1：基底160传输至所述基底承载台170上；
S2：主控系统110控制基底承载台170将基底160上的指定封装单元（本实施例中为第一封装单元）移动至指定位置，即所述二元光学元件150下方；
S3：封装单元与光斑180对准，也就是说，将光斑180调整至完全覆盖所述封装单元的封装线上，即所述封装用玻璃料163的位置处；
S4：所述主控系统110控制激光器120开启，对指定封装单元进行封装，封装完成后，主控系统110控制激光器120关闭；
S5：判断指定封装单元是否为基底160上的最后一个封装单元，若是，则基底160封装完毕；若不是，则进入步骤S6；
S6：主控系统110控制基底承载台170带动基底160移动，将基底160上的下一个封装单元移动至指定位置，重复步骤S3至S6，直至基底160上的所有封装单元均完成封装。
上述方法中，光斑180呈现的面光源进行封装，加热均匀，封装效率高；且对应多种不同尺寸的封装图案的封装时，无需调整硬件设备，只需通过光束整形系统对光斑180的形状进行调整即可。
实施例2
较佳地，请重点参考图5，本实施例与实施例1的区别点在于：所述光束整形系统采用微反射镜阵列单元250。
具体地，所述微反射镜阵列单元250包括第一反射镜251、微反射镜阵列252以及变换透镜253，所述匀光系统140出射的激光束入射到所述第一反射镜251上进行反射，之后入射到所述微反射镜阵列252，最后经过所述变换透镜253产生与所述封装用玻璃料163的位置相对应的光斑180。具体地，所述微反射镜阵列252中的控制器通过所需的光斑180的形状调节微反射镜阵列252中各个反射镜的偏转角度，并进行设置，设置完成后，即可得到与所述封装用玻璃料163的位置相对应的光斑180。较佳地，所述微反射镜阵列252位于所述变换透镜253傅里叶面，第一反射镜251的放置角度为0～90°，微反射镜阵列252的整体放置角度为0～90°。
实施例3
较佳地，请重点参考图6和图7，本实施例与其他实施例的区别点在于：所述光束整形系统采用光纤束单元350。
较佳地，请重点参考图6，所述光纤束单元350包括耦合镜头351和光纤束352，所述匀光系统140出射的激光束入射到所述耦合镜头351后耦合进入所述光纤束352，所述光纤束352将该光束进行分束，产生与所述封装用玻璃料163的位置相对应的光斑180。具体地，请参考图7，所述光纤束352由多个光纤分束器353构成。
综上所述，本发明提供的一种激光封装设备及其封装方法，该设备包括主控系统110，以及依次排列的激光器120、扩束准直系统130、匀光系统140、光束整形系统和基底承载台170，所述主控系统110与所述激光器120和所述基底承载台170相连，所述激光器120发出的激光束经所述扩束准直系统130进行扩束，再经过所述匀光系统140进行匀光，再经过所述光束整形系统改变光斑的形状，最后入射到所述基底承载台170上放置的基底160上。本发明采用步进式封装代替传统扫描式封装，面光源封装代替点光源封装，保证均匀加热的同时提高了封装效率，降低了封装成本。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。