過去幾年間，OLED（有機發(fā)光二極管）技術為顯示屏行業(yè)帶來了一場革命。隨著這一技術的不斷進步，OLED 顯示屏在對比度、分辨率、色彩范圍、使用壽命和電源效率方面持續(xù)取得改進，從電視和筆記本電腦到智能手機和可穿戴設備，各種設備中的現(xiàn)有顯示技術正在迅速被取代。此外，由于輕薄、可折疊的柔性透明顯示屏在市場中的占有率逐漸提升，對于新型制造工具的需求也隨之水漲船高。由于 OLED 顯示屏具有較高的分辨率和電路靈敏度，因此如何在幾乎不形成熱影響區(qū)(HAZ) 的前提下實現(xiàn)窄切口寬度，成為制造商在生產(chǎn)此類顯示屏時所面臨的一個關鍵挑戰(zhàn)。

OLED 顯示屏可分為剛性（在玻璃基底上進行 OLED 疊層）和非剛性（在聚合物基底上進行 OLED 疊層）兩種類型。重要的相關應用包括在發(fā)光 OLED 上切割出顯示屏的輪廓，以及在由許多層（基底層、OLED 發(fā)光層、偏振片層、觸摸傳感器層和保護層）組成的完整 OLED 疊層上切割通孔。這些層大多由聚合物材料組成，最常見的是聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和聚酰亞胺 (PI)。每一層的厚度從數(shù) μm 到 100 μm 不等，疊層的總厚度通常為 300-500 μm。有些層使用光學透明粘合劑 (OCA)粘合在一起。由于一些層較為脆弱，用機械方式切割疊層會導致邊緣損壞，并且工具的磨損也會進一步加劇這一問題。同樣地，使用脈沖寬度較大的激光器切割會形成較大的 HAZ 或引發(fā)其他質量問題。此外，由于疊層內的各個層具有不同的光學特性，使用紅外或綠光激光器進行切割，即使是在超短脈沖 (USP) 寬度范圍內，也會帶來問題。

考慮到 USP 和短波紫外線各自的特點，我們認為將兩者結合起來，可能是切割這些薄膜的理想方案。除了與超短脈沖持續(xù)時間相關的低 HAZ 優(yōu)勢之外，紫外激光器的短波長可以使脈沖更易于被疊層中的各種材料所吸收，并且由于焦點光斑較小，可以實現(xiàn)更平滑的切割和更窄的切割寬度。此外，聚焦紫外光束的發(fā)散角比較小，這有助于切割更厚的 OLED 疊層，同時無需通過增加切割次數(shù)來拓寬切口。

圖 1. 使用 Spectra-Physics IceFyre FS UV50 飛秒激光器在多次加工模式下切割而成的 OLED 薄膜疊層（約 375 μm 厚）的顯微鏡圖像，實現(xiàn)約 133 mm/s 的凈（有效）切割速度。

為了驗證使用飛秒紫外激光器切割 OLED 薄膜的優(yōu)勢，MKS 工業(yè)應用實驗室的工程師演示了使用 Spectra-Physics IceFyre® FS UV50 紫外高功率飛秒激光器切割厚度約為 375 μm 的 6 英寸非剛性 OLED 手機顯示屏。測試中使用的 OLED 材料是預切面板形式的完整顯示屏，兩面均有 PET 保護層，因此可以像制造移動設備那樣，在預定的切割路徑中執(zhí)行測試。圖 1所示的切口顯微鏡圖像展示了出色的表面質量。

在多次加工切割模式下，當激光器功率 >40 W 且頻率為 2 MHz 時，薄膜的有效切割速度達到 133 mm/s。值得注意的是，即使激光器在兩倍于額定工作頻率的 1 MHz 下運行，仍然可以保證足夠的功率輸出，這對于同時優(yōu)化產(chǎn)量和質量具有重要意義。切口干凈利落，HAZ 的寬度僅為 5-10 μm（在出射面甚至更低），這表明 IceFyre FS UV50 激光器非常適合用于切割具有挑戰(zhàn)性的多層薄膜疊層。

圖 2 所示為切口的橫截面圖像�？赏ㄟ^該視圖確認所有層的切割工藝質量。側壁平滑，各個層均勻切割，沒有 OCA 融化、分層或滲漏的跡象，這表明 IceFyre FSUV50 激光器是切割 OLED 疊層的理想選擇。

圖 2. 使用 Spectra-Physics IceFyre FS UV50 飛秒激光器在多次加工模式下切割而成的 OLED 薄膜疊層（約 375 μm 厚）的橫截面顯微鏡圖像。

雖然這些初步測試受限于較小的切割長度，但獲得的結果非常振奮人心。在總結經(jīng)驗之后，研究人員使用雙軸掃描檢流計系統(tǒng)開展進一步的測試，這套系統(tǒng)焦距更長，掃描區(qū)域尺寸更大，能夠涵蓋整條切割路徑，因此可以通過高速多次工藝切割出整塊 OLED 顯示屏，從而充分利用激光在高 PRF 下的高功率。此外，還可以根據(jù)一系列能量密度確定切割速度，這對于從系統(tǒng)設計的角度進一步優(yōu)化產(chǎn)量非常有用，例如利用分束器提升切割效率。圖 3 所示為切割速度和表面 HAZ 隨能量密度的變化情況。

圖 3. OLED 疊層切割速度和 HAZ 隨紫外光束能量密度的變化情況。

數(shù)據(jù)顯示，雖然切割速度會隨著能量密度的增高而提升，但二者不呈正比例關系。事實上，當能量密度提高 2.3 倍時，切割速度只提升了大約 1.5 倍。因此，激光器在較低的能量密度下工作效率更高，而且有一點很明確，那就是采用分束系統(tǒng)設計可以實現(xiàn)總體產(chǎn)量最大化。此外，HAZ 測量結果體現(xiàn)出質量隨能量密度降低呈下降趨勢，這進一步說明使用多個低功率光束進行加工是更為理想的選擇。根據(jù)這些測試得出的數(shù)據(jù)，使用多個低功率光束有助于大幅提高產(chǎn)量，如圖 4 所示。

從圖 4 中可以看到，從單一高功率光束改為三光束配置后，總體切割速度達到約 160 mm/s。在整個切割過程中保持良好的切割質量也是極其重要的。如圖 5 所示，表面 HAZ 很小并且均勻分布在切割邊緣周圍，這一現(xiàn)象在去除 PET 保護層后的成品顯示屏表面更加明顯。

圖 4. 將分束技術與基于大視場掃描檢流計的切割系統(tǒng)相結合，可顯著提高整體產(chǎn)量。

對邊角和直線部分的檢查表明，之前在切割長度較小時實現(xiàn)的出色質量在較大的全尺寸 OLED 切割中再次重現(xiàn)。外部 PET 保護層上的 HAZ 通常在 10-20 μm 的范圍內。去除 PET 層后可以看到，HAZ 均勻分布在顯示屏外表面上，寬度在 5-10 μm 之間甚至更小。這些測量的對象是激光器入射面，這里的 HAZ 通常最大，而出射面的 HAZ 明顯較小。

圖 5：OLED 顯示屏切割路徑的整個周邊均實現(xiàn)了出色質量。

OLED 顯示屏由許多材料組成，這些材料的熱學、光學和機械特性差異很大，因此對其進行高速高質量切割并非易事。然而，過往歷史表明，即使是最為艱巨的制造挑戰(zhàn)，性能出色的激光器也可以將其一一化解，這一次也毫不例外。我們用事實證明，通過將超短脈沖寬度與短波紫外線進行有機組合，IceFyre FS UV50 激光器可以高效地切割全尺寸的智能手機 OLED 顯示面板，同時實現(xiàn)高產(chǎn)量和高質量。

IceFyre® FS UV50          

IceFyre FS UV50 激光器是工業(yè)紫外飛秒激光器技術的巨大飛躍，不僅具有行業(yè)優(yōu)異的性能，而且用途廣泛，穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟實惠。IceFyre FS UV50 是市面上表現(xiàn)優(yōu)異的紫外飛秒激光器，在 1 MHz 時提供 >50 W 的紫外輸出功率，脈沖寬度 <500 fs。該激光器用途廣泛，工藝性能出色，具有從單脈沖到 3 MHz 的可調整重復頻率、按需脈沖 (POD) 和位置同步輸出 (PSO) 觸發(fā)以及 TimeShift 可編程脈沖功能，可實現(xiàn)靈活的脈沖串模式操作。憑借其超短脈沖持續(xù)時間和出色的光束質量，客戶可在幾乎不產(chǎn)生熱影響區(qū) (HAZ) 的情況下，以最高的精度對高難度復雜部件進行微加工，并實現(xiàn)超高的產(chǎn)量和質量。IceFyre FS UV50 激光器專為工業(yè)用途而設計，以優(yōu)異的性價比實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的全天候運行。IceFyre FS UV50 基于 Spectra-Physics 的 It' s in the Box 設計，將激光器和控制器集成到極小的封裝中。

（文章轉載自網(wǎng)絡，如有侵權，請聯(lián)系刪除）