将飞秒级超短脉冲宽度和较短的紫外波长相结合,实现了智能手机OLED显示屏的高质量、高速度精密切割。 在过去的几年中,OLED(有机发光二极管)技术已经彻底变革了显示行业。随着技术的进步,OLED显示屏在对比度、分辨率、色彩范围、寿命和功率效率等方面不断提升。在电视、笔记本电脑、智能手机和可穿戴设备等产品中,OLED显示技术正在迅速取代旧的显示技术。 此外,随着消费者对更薄、更柔性、可折叠和透明显示屏的需求不断增加,制造商对新制造工具的需求也随之不断增加。由于OLED显示屏中具备高分辨率和高灵敏电路,其制造中的一个关键挑战是:实现窄切口宽度,并且切割产生的热影响区(HAZ)可以忽略不计。 刚性OLED显示屏采用玻璃衬底上,而柔性OLED显示屏采用聚合物衬底。激光在OLED生产中的重要应用包括:切割显示屏的轮廓(避开OLED发光部分),以及在OLED上切割通孔。 OLED由许多层构成,包括衬底层、OLED发射层、偏光层、触摸传感器层和保护层;其中大多数层由聚合物材料组成,最常用的聚合物材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰亚胺(PI)。每层的厚度为几微米至100µm,所有的层叠合在一起的总厚度通常为300~500µm。一些层使用光学透明粘合剂(OCA)粘合在一起。由于有的层非常脆,使用机械方式切割会导致边缘损坏,而且随着工具的磨损,边缘损坏问题会加剧。类似地,使用较长脉冲宽度的激光切割,也会导致较大的热影响区或其他质量问题。此外,由于各层的光学属性不同,使用红外光或绿光切割也会存在问题,即使光脉宽在超短脉冲(USP)范围内。 相比之下,使用较短的紫外(UV)波段的超短脉冲切割OLED,展示出了巨大的潜力。首先,超短脉冲持续时间的热影响区非常小;其次,UV激光的短波长使得脉冲更容易被OLED各层中的不同材料吸收;而且具有更小的焦斑尺寸,进而能实现更清洁、更窄的切口宽度。此外,聚焦的UV光束的低发散,有助于切割较厚的OLED,而不需要额外的重复扫描,因此不会加宽切口宽度。 为了验证使用飞秒紫外激光切割OLED 的好处,MKS工业应用实验室的工程师演示了使用Spectra Physics IceFyre FS UV50高功率飞秒紫外激光器,切割厚度约375µm的6英寸柔性OLED手机显示屏。测试中使用的OLED材料是预切割面板形式的完整显示屏,两个表面都有PET保护层,使测试能够在预期的切割路径上进行,就像在制造手机时一样。图1是切口的显微镜图像,显示了良好的表面质量。
图1:使用Spectra Physics IceFyre FS UV50飞秒激光器,在多次扫描模式下,切割厚度约375µm的OLED的显微镜图像。有效切割速度约为133mm/s。 使用多次扫描模式,激光功率大于40W,脉冲频率2MHz,有效速度切割约为133mm/s。值得注意的是,即使是在激光器标称工作频率1MHz的两倍下工作,仍有充足的可用功率,这对于同时实现高产量、高质量切割非常重要。干净的切口,仅5~10µm(在出光侧表面甚至更低)的热影响区,表明IceFyre FS UV50激光器非常适合切割这些具有挑战性的多层薄膜叠合材料。 图2显示了切口的横截面图像。该视图显示了所有层的切割质量。光滑的切面和所有层的均匀切割,没有熔化、脱层或粘合剂渗出的迹象,这充分证明了IceFyre FS UV50激光器是切割OLED的理想选择。
图2:使用Spectra Physics IceFyre FS UV50飞秒激光器,在多次扫描的模式下,切割厚度约375µm的OLED的横截面显微镜图像。 这些最初的测试,虽然仅限于较小的切割长度,但却让人们充满了希望。使用双轴光束扫描系统做了进一步测试;光束扫描系统具有更长的焦距和大扫描区域,能够覆盖整个切割路径。因此,整个OLED显示屏可以通过高速、多次扫描切割完成,从而能充分利用激光器在高脉冲重复频率下的高功率。此外,为一定范围的脉冲能量确定切割速度,有助于从系统设计的角度进一步优化产量,例如考虑光束分束的可能性。图3中给出了切割速度和表面热影响区与脉冲能量之间的关系图。
图3:OLED的切割速度和热影响区(HAZ)与UV光束能量之间的关系。 数据显示,虽然较高的脉冲能量会实现较高的切割速度,但它们之间并不是按比例增加的。事实上,脉冲能量增加了2.3倍,而切割速度仅增加了约1.5倍。因此,在脉冲能量较小的情况下切割更有效,而且很显然,采用分束系统设计能够实现最高的总产量。此外,测量的热影响区的质量,会随着脉冲能量的减少而降低,这进一步证明了使用多个低功率光束切割的可行性。根据这些测试中生成的数据,使用多个较低功率的光束切割,可以显著提高产量,如图4所示。
图4:使用大扫描场的切割系统,利用分束方式可以实现更高的总产量。 从图4中可以看出,当从单个高功率光束变为三光束时,总切割速度接近160mm/s。在整个切割过程中也必须保持良好的切割质量。在图5中,表面热影响区在切割边缘周围均匀变小,特别是在去除PET保护层后,热影响区更小。
图5:OLED切割路径的整个周边,都实现了优异的切割质量。 检查转角和直段部分的切割显示,在较短的切割长度中表现出的卓越质量,在更大的全尺寸OLED切割中得到了复制。在有外部PET保护层的情况下,热影响区通常在10~20µm。去除PET层后,热影响区均匀地减小到5~10µm或更小。这些测量是针对入光面进行的,通常入光面具有较大的热影响区,而出光表面的热影响区明显较低。 OLED显示屏由许多具有不同的热学、光学和机械属性的材料组成,因此对高速和高质量切割提出了严峻挑战。然而,激光在为最严峻的制造挑战提供解决方案方面有着非凡的历史,在OLED显示屏切割中也不例外。将IceFyre FS UV50激光器提供的UV超短脉冲,已经证明能够以高产量和优异的质量切割全尺寸智能手机OLED显示屏。 IceFyre® FS UV50激光器 IceFyre FS UV50激光器是工业飞秒紫外激光技术的一次飞跃,具有优异的性能、多功能性、可靠性和拥有成本。IceFyre FS UV50激光器能在1MHz下提供>50W的紫外输出功率,脉冲宽度<500fs。该激光器具有优异的多功能性,脉冲频率从单次发射到3MHz可调,具备按需脉冲(POD)和位置同步输出(PSO)触发以及TimeShift脉冲可编程能力,实现灵活的脉冲串操作模式。
客户受益于超短脉冲和紫外波长下的优异光束质量,能够以高精度和高质量对复杂且具有挑战性的零件进行微加工,并能实现高产量,热影响区可忽略。IceFyre FS UV50激光器专为工业应用而设计,以优异的性价比提供可靠、稳健的全天候操作。IceFyre FS UV50采用Spectra-Physics的It’s in the Box™设计理念,在一个超紧凑的封装中集成了激光产生和控制部分。 (文章转载自网络,如有侵权,请联系删除)
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