本發(fā)明涉及晶體薄膜加工用激光系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

有源矩陣液晶顯示技術(shù)和有源有機(jī)電致發(fā)光顯示技術(shù)是目前先進(jìn)的平板顯示技術(shù)，薄膜晶體管作為有源驅(qū)動的核心部件，其性能決定了顯示器的信息傳遞量與信息傳遞效率。多晶硅薄膜晶體管與非晶硅薄膜晶體管相比較，電子遷移率有數(shù)百倍的提高，因而基于多晶硅薄膜晶體管的平板顯示器更具有發(fā)展?jié)摿?。制備多晶硅薄膜的方法主要有化學(xué)氣相沉積法、固相晶化法、快速熱退火法、金屬誘導(dǎo)橫向晶化法、準(zhǔn)分子激光晶化法等。準(zhǔn)分子激光處于紫外波段，熱效應(yīng)小，且脈寬窄，非晶硅薄膜熔化再結(jié)晶的時間短，最大程度上降低了結(jié)晶過程對基板的損傷，使得廉價的玻璃、塑料甚至是一些柔性材料均可能成為基板的選擇，可以大大降低生產(chǎn)成本。近年來，柔性顯示器因為重量輕、結(jié)構(gòu)堅固、可以被彎曲甚至卷曲，被認(rèn)為在未來極具發(fā)展?jié)摿?，展現(xiàn)了新概念設(shè)計和新產(chǎn)品開發(fā)的機(jī)會。柔性顯示器主要包括有機(jī)光發(fā)射二極管、電子紙和液晶，制造柔性顯示器過程中需要將顯示功能層和剛性基板之間剝離。如生產(chǎn)柔性有機(jī)光發(fā)射二極管顯示器，一般需要在臨時剛性載體基板上形成柔性襯底基板，在柔性襯底基板上制備LED顯示元件，之后再采用激光照射掃描方法將柔性襯底基板和臨時剛性載體基板剝離。柔性襯底基板對準(zhǔn)分子激光器發(fā)射的紫外光有極好的吸收，采用準(zhǔn)分子激光透過臨時剛性載體基板照射掃描，柔性襯底基板能很好地與剛性基板分離。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，以實現(xiàn)晶化和剝離兩種功能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，其特征在于：包括：

準(zhǔn)分子激光器，其輸出的光束為矩形，光束的光斑短軸平行于水平面、長軸垂直于水平面；

衰減模塊，所述準(zhǔn)分子激光器輸出的光束入射至衰減模塊，衰減模塊對準(zhǔn)分子激光器輸出的光束能量進(jìn)行調(diào)節(jié)；

光斑轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)衰減模塊調(diào)節(jié)后的光束入射至光斑轉(zhuǎn)換模塊，光斑轉(zhuǎn)換模塊將光束調(diào)節(jié)為光束的光斑長軸平行于水平面、短軸垂直于水平面；

導(dǎo)光臂，其由擴(kuò)束準(zhǔn)直模塊、長軸勻光模塊、短軸勻光模塊、反射模塊構(gòu)成，經(jīng)光斑轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)后的光束依次經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直模塊擴(kuò)束準(zhǔn)直、長軸勻光模塊對光束的光斑長軸勻光、短軸勻光模塊對光束的短軸勻光后，再經(jīng)反射模塊反射改變傳播方向后出射；

場鏡和投影鏡頭，導(dǎo)光臂出射的光束入射至場鏡，經(jīng)場鏡濾去邊緣光后形成勻化光斑，勻化光斑由投影鏡頭投影于工件表面；

控制模塊，其與準(zhǔn)分子激光器控制連接，以控制準(zhǔn)分子激光器工作。

所述的可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，其特征在于：所述準(zhǔn)分子激光器為308nm氯化氙準(zhǔn)分子激光器。

所述的可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，其特征在于：衰減模塊由多塊沿光路依次排列的紫外衰減片構(gòu)成，每個紫外衰減片分別各自單端由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)電機(jī)與控制模塊連接，由控制模塊控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動紫外衰減片旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)激光輸出能量。

所述的可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，其特征在于：所述光斑轉(zhuǎn)換模塊由兩片反射鏡構(gòu)成，衰減模塊調(diào)節(jié)后的光束依次經(jīng)兩片反射鏡反射后，轉(zhuǎn)換為光斑長軸平行于水平面、短軸垂直于水平面的光束。

所述的可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，其特征在于：還包括能量檢測模塊，能量檢測模塊與控制模塊連接，能量檢測模塊獲取導(dǎo)光臂中反射模塊處的激光能量并反饋至控制模塊，控制模塊根據(jù)能量檢測模塊反饋的信號控制準(zhǔn)分子激光器輸出光束的光斑的能量密度。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

本發(fā)明提供的可用于晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，能在一套設(shè)備上實現(xiàn)晶化和剝離兩種功能。光學(xué)系統(tǒng)采用小尺寸的光學(xué)元件和簡潔的線光束整形光路，輸出高橫縱比且能量分布均勻的準(zhǔn)分子激光線光斑，整體成本大大降低。采用拼接掃描的方法能實現(xiàn)大面積晶化和剝離。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示研究和生產(chǎn)行業(yè)，特別是柔性有機(jī)發(fā)光二極管顯示行業(yè)，并能大大降低晶化和剝離的生產(chǎn)費用。

附圖說明

圖1晶化和剝離的兩用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)示意圖。

圖2衰減模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3導(dǎo)光臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4柱透鏡陣列

圖5投影鏡頭示意

圖6輸出線光斑示意圖。

圖7樣品表面光斑重疊率示意圖。

圖8大面積樣品光斑拼接掃描示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，系統(tǒng)主要包括準(zhǔn)分子激光器、衰減模塊、光斑轉(zhuǎn)換模塊、擴(kuò)束準(zhǔn)直模塊、長軸均光模塊、短軸勻光模塊、反射模塊、場鏡、投影鏡頭。

準(zhǔn)分子激光器選用308nm氯化氙準(zhǔn)分子激光器，輸出光束為矩形，光斑短軸平行于水平面，長軸垂直于水平面。準(zhǔn)分子激光器輸出光束進(jìn)入衰減模塊，衰減模塊可以對光束能量進(jìn)行調(diào)節(jié)。衰減模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由多塊紫外衰減片構(gòu)成，紫外衰減片單端由旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制其旋轉(zhuǎn)，可通過控制模塊控制紫外衰減片旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)激光輸出能量。

準(zhǔn)分子激光器一般長軸發(fā)散角大，短軸發(fā)散角小，長軸發(fā)散角約為短軸的數(shù)倍，故短軸更易被壓縮。因此衰減模塊后設(shè)置光斑轉(zhuǎn)換模塊，光斑轉(zhuǎn)換模塊由兩片反射鏡組成，兩次反射后，光束長軸平行于水平面，短軸垂直于水平面。

光束被光斑轉(zhuǎn)換模塊處理之后，光束光斑截面橫縱倒置；光束經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直模塊后進(jìn)入長軸勻光模塊，再進(jìn)入短軸勻光模塊，勻化后的光束通過反射模塊改變傳播方向，再通過場鏡濾去其邊緣光，以確保光斑邊緣的銳化，最后場鏡處的勻化光斑經(jīng)投影鏡頭投影于工件表面。

待處理工件放置于工件臺內(nèi)，工件臺為三維精密移動平臺，其運動由控制模塊控制。保護(hù)氣通入工件臺，對加工過程的工件起保護(hù)作用，保護(hù)氣一般選用氮氣或氬氣等。能量檢測模塊通過獲取反射模塊處出射的激光能量，實時監(jiān)測激光束的能量，反饋給控制模塊，從而便于實時控制系統(tǒng)輸出光斑的能量密度。

圖1中，導(dǎo)光臂主要包括擴(kuò)束準(zhǔn)直模塊、長軸勻光模塊、短軸勻光模塊和反射模塊，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。為獲得較好的橫縱比，需對光束長軸、短軸分別進(jìn)行整形，因而導(dǎo)光臂中光學(xué)原件均采用一維柱面結(jié)構(gòu)。導(dǎo)光臂的光學(xué)結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖4所示，準(zhǔn)分子激光從右端進(jìn)入，擴(kuò)束模塊包括一片平凹柱面鏡和一片平凸柱面鏡，組合成伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)形式，進(jìn)一步壓縮了短軸發(fā)散角的同時，令光束孔徑與后續(xù)模塊相匹配。擴(kuò)束孔徑可表示為：

式中D₁與D₂分別為擴(kuò)束前后的短軸光束孔徑，f'₁與f'₂分別為負(fù)透鏡與正透鏡的有效焦距。

長軸光束均勻模塊包括一片柱面透鏡陣列與一片柱面聚光鏡，短軸光束均勻模塊包括兩片柱面透鏡陣列與一片聚光鏡。柱透鏡陣列如圖4所示。雙陣列組合后有效焦距為：

式中f'_array為雙陣列的組合焦距，f_array1、f'_array2分別為兩片陣列的有效焦距，Δ為雙陣列的光學(xué)間隔。根據(jù)柱透鏡陣列有效焦距計算公式，結(jié)合加工周期、加工難度、成本等因素，合理設(shè)置陣列與聚光鏡的參數(shù)。經(jīng)光束均勻模塊整形后的激光束被反射鏡改變方向后傳送到場鏡。

投影鏡頭采用三片柱面透鏡組合而成，以有效地消除像差，如圖5所示。場鏡處的均勻光斑通過投影鏡頭照射到樣品表面的線光束光斑如圖6所示，長約100mm，寬約0.3mm，邊緣清晰，長邊方向和短邊方向能量分布均勻，光斑能量密度最大約500mJ/cm²。運行在晶化模式時，控制模塊通過計算調(diào)節(jié)衰減模塊，從而設(shè)定到達(dá)樣品表面的激光能量密度，并通過控制工件臺的移動速度和激光器的發(fā)射頻率，以控制激光光斑在樣品表面的重疊率。例如，在對非晶硅晶化形成多晶硅過程中，光斑重疊率需要達(dá)到約90％的重疊率。運行在剝離模式時，激光透過玻璃或?qū)毷?，高能量密度線光斑聚焦柔性材料與基板結(jié)合處，同樣通過計算控制衰減模塊，從而控制激光能量密度，并通過控制工件臺的移動速度和激光器的發(fā)射頻率，以控制激光光斑在樣品表面的重疊率。運行在剝離模式的，柔性材料與基板結(jié)合處光斑的能量密度較低，且重疊率幾乎為0。光斑高重疊率和低重疊率情況如圖7所示。

晶化或剝離的樣品寬度小于或者等于線光束光斑長度的時候，只需沿樣品長方向掃描即可完成對整個樣品的處理；若樣品寬度大于線光束光斑長度時，可以沿樣品長方向多次往返掃描進(jìn)行拼接，如圖8所示。此時，需要通過控制模塊準(zhǔn)確控制樣品臺的平移，使掃描面較好的拼接。通過該方法的實施，可以實現(xiàn)大面積樣品的處理。