過(guò)去幾年間，OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）技術(shù)為顯示屏行業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)革命。隨著這一技術(shù)的不斷進(jìn)步，OLED 顯示屏在對(duì)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(jìn)，從電視和筆記本電腦到智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備，各種設(shè)備中的現(xiàn)有顯示技術(shù)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(chǎng)中的占有率逐漸提升，對(duì)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(shí)現(xiàn)窄切口寬度，成為制造商在生產(chǎn)此類(lèi)顯示屏?xí)r所面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

OLED 顯示屏可分為剛性（在玻璃基底上進(jìn)行 OLED 疊層）和非剛性（在聚合物基底上進(jìn)行 OLED 疊層）兩種類(lèi)型。重要的相關(guān)應(yīng)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(hù)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(jiàn)的是聚對(duì)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(xué)透明粘合劑 (OCA)粘合在一起。由于一些層較為脆弱，用機(jī)械方式切割疊層會(huì)導(dǎo)致邊緣損壞，并且工具的磨損也會(huì)進(jìn)一步加劇這一問(wèn)題。同樣地，使用脈沖寬度較大的激光器切割會(huì)形成較大的 HAZ 或引發(fā)其他質(zhì)量問(wèn)題。此外，由于疊層內(nèi)的各個(gè)層具有不同的光學(xué)特性，使用紅外或綠光激光器進(jìn)行切割，即使是在超短脈沖 (USP) 寬度范圍內(nèi)，也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。

考慮到 USP 和短波紫外線各自的特點(diǎn)，我們認(rèn)為將兩者結(jié)合起來(lái)，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(shí)間相關(guān)的低 HAZ 優(yōu)勢(shì)之外，紫外激光器的短波長(zhǎng)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(diǎn)光斑較小，可以實(shí)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(shí)無(wú)需通過(guò)增加切割次數(shù)來(lái)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(shí)現(xiàn)約 133 mm/s 的凈（有效）切割速度。

為了驗(yàn)證使用飛秒紫外激光器切割 OLED 薄膜的優(yōu)勢(shì)，MKS 工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)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(jī)顯示屏。測(cè)試中使用的 OLED 材料是預(yù)切面板形式的完整顯示屏，兩面均有 PET 保護(hù)層，因此可以像制造移動(dòng)設(shè)備那樣，在預(yù)定的切割路徑中執(zhí)行測(cè)試。圖 1所示的切口顯微鏡圖像展示了出色的表面質(zhì)量。

在多次加工切割模式下，當(dāng)激光器功率 >40 W 且頻率為 2 MHz 時(shí)，薄膜的有效切割速度達(dá)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(yùn)行，仍然可以保證足夠的功率輸出，這對(duì)于同時(shí)優(yōu)化產(chǎn)量和質(zhì)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^(guò)該視圖確認(rèn)所有層的切割工藝質(zhì)量。側(cè)壁平滑，各個(gè)層均勻切割，沒(méi)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(cè)試受限于較小的切割長(zhǎng)度，但獲得的結(jié)果非常振奮人心。在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)之后，研究人員使用雙軸掃描檢流計(jì)系統(tǒng)開(kāi)展進(jìn)一步的測(cè)試，這套系統(tǒng)焦距更長(zhǎng)，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(guò)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(duì)于從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度進(jìn)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(huì)隨著能量密度的增高而提升，但二者不呈正比例關(guān)系。事實(shí)上，當(dāng)能量密度提高 2.3 倍時(shí)，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(diǎn)很明確，那就是采用分束系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)總體產(chǎn)量最大化。此外，HAZ 測(cè)量結(jié)果體現(xiàn)出質(zhì)量隨能量密度降低呈下降趨勢(shì)，這進(jìn)一步說(shuō)明使用多個(gè)低功率光束進(jìn)行加工是更為理想的選擇。根據(jù)這些測(cè)試得出的數(shù)據(jù)，使用多個(gè)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(dá)到約 160 mm/s。在整個(gè)切割過(guò)程中保持良好的切割質(zhì)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?chē)�，這一現(xiàn)象在去除 PET 保護(hù)層后的成品顯示屏表面更加明顯。

圖 4. 將分束技術(shù)與基于大視場(chǎng)掃描檢流計(jì)的切割系統(tǒng)相結(jié)合，可顯著提高整體產(chǎn)量。

對(duì)邊角和直線部分的檢查表明，之前在切割長(zhǎng)度較小時(shí)實(shí)現(xiàn)的出色質(zhì)量在較大的全尺寸 OLED 切割中再次重現(xiàn)。外部 PET 保護(hù)層上的 HAZ 通常在 10-20 μm 的范圍內(nèi)。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(cè)量的對(duì)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(gè)周邊均實(shí)現(xiàn)了出色質(zhì)量。

OLED 顯示屏由許多材料組成，這些材料的熱學(xué)、光學(xué)和機(jī)械特性差異很大，因此對(duì)其進(jìn)行高速高質(zhì)量切割并非易事。然而，過(guò)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(shí)證明，通過(guò)將超短脈沖寬度與短波紫外線進(jìn)行有機(jī)組合，IceFyre FS UV50 激光器可以高效地切割全尺寸的智能手機(jī) OLED 顯示面板，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量和高質(zhì)量。

IceFyre® FS UV50          

IceFyre FS UV50 激光器是工業(yè)紫外飛秒激光器技術(shù)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(jì)實(shí)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(shí)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(diào)整重復(fù)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(shí)現(xiàn)靈活的脈沖串模式操作。憑借其超短脈沖持續(xù)時(shí)間和出色的光束質(zhì)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(duì)高難度復(fù)雜部件進(jìn)行微加工，并實(shí)現(xiàn)超高的產(chǎn)量和質(zhì)量。IceFyre FS UV50 激光器專(zhuān)為工業(yè)用途而設(shè)計(jì)，以優(yōu)異的性價(jià)比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的全天候運(yùn)行。IceFyre FS UV50 基于 Spectra-Physics 的 It' s in the Box 設(shè)計(jì)，將激光器和控制器集成到極小的封裝中。

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