將飛秒級超短脈沖寬度和較短的紫外波長相結合，實現(xiàn)了智能手機OLED顯示屏的高質(zhì)量、高速度精密切割。

在過去的幾年中，OLED（有機發(fā)光二極管）技術已經(jīng)徹底變革了顯示行業(yè)。隨著技術的進步，OLED顯示屏在對比度、分辨率、色彩范圍、壽命和功率效率等方面不斷提升。在電視、筆記本電腦、智能手機和可穿戴設備等產(chǎn)品中，OLED顯示技術正在迅速取代舊的顯示技術。

此外，隨著消費者對更薄、更柔性、可折疊和透明顯示屏的需求不斷增加，制造商對新制造工具的需求也隨之不斷增加。由于OLED顯示屏中具備高分辨率和高靈敏電路，其制造中的一個關鍵挑戰(zhàn)是：實現(xiàn)窄切口寬度，并且切割產(chǎn)生的熱影響區(qū)（HAZ）可以忽略不計。

剛性OLED顯示屏采用玻璃襯底上，而柔性OLED顯示屏采用聚合物襯底。激光在OLED生產(chǎn)中的重要應用包括：切割顯示屏的輪廓（避開OLED發(fā)光部分），以及在OLED上切割通孔。

OLED由許多層構成，包括襯底層、OLED發(fā)射層、偏光層、觸摸傳感器層和保護層；其中大多數(shù)層由聚合物材料組成，最常用的聚合物材料是聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚酰亞胺（PI）。每層的厚度為幾微米至100µm，所有的層疊合在一起的總厚度通常為300~500µm。一些層使用光學透明粘合劑（OCA）粘合在一起。由于有的層非常脆，使用機械方式切割會導致邊緣損壞，而且隨著工具的磨損，邊緣損壞問題會加劇。類似地，使用較長脈沖寬度的激光切割，也會導致較大的熱影響區(qū)或其他質(zhì)量問題。此外，由于各層的光學屬性不同，使用紅外光或綠光切割也會存在問題，即使光脈寬在超短脈沖（USP）范圍內(nèi)。

相比之下，使用較短的紫外（UV）波段的超短脈沖切割OLED，展示出了巨大的潛力。首先，超短脈沖持續(xù)時間的熱影響區(qū)非常��；其次，UV激光的短波長使得脈沖更容易被OLED各層中的不同材料吸收；而且具有更小的焦斑尺寸，進而能實現(xiàn)更清潔、更窄的切口寬度。此外，聚焦的UV光束的低發(fā)散，有助于切割較厚的OLED，而不需要額外的重復掃描，因此不會加寬切口寬度。

為了驗證使用飛秒紫外激光切割OLED 的好處，MKS工業(yè)應用實驗室的工程師演示了使用Spectra Physics IceFyre FS UV50高功率飛秒紫外激光器，切割厚度約375µm的6英寸柔性OLED手機顯示屏。測試中使用的OLED材料是預切割面板形式的完整顯示屏，兩個表面都有PET保護層，使測試能夠在預期的切割路徑上進行，就像在制造手機時一樣。圖1是切口的顯微鏡圖像，顯示了良好的表面質(zhì)量。

圖1：使用Spectra Physics IceFyre FS UV50飛秒激光器，在多次掃描模式下，切割厚度約375µm的OLED的顯微鏡圖像。有效切割速度約為133mm/s。

使用多次掃描模式，激光功率大于40W，脈沖頻率2MHz，有效速度切割約為133mm/s。值得注意的是，即使是在激光器標稱工作頻率1MHz的兩倍下工作，仍有充足的可用功率，這對于同時實現(xiàn)高產(chǎn)量、高質(zhì)量切割非常重要。干凈的切口，僅5~10µm（在出光側表面甚至更低）的熱影響區(qū)，表明IceFyre FS UV50激光器非常適合切割這些具有挑戰(zhàn)性的多層薄膜疊合材料。

圖2顯示了切口的橫截面圖像。該視圖顯示了所有層的切割質(zhì)量。光滑的切面和所有層的均勻切割，沒有熔化、脫層或粘合劑滲出的跡象，這充分證明了IceFyre FS UV50激光器是切割OLED的理想選擇。

圖2：使用Spectra Physics IceFyre FS UV50飛秒激光器，在多次掃描的模式下，切割厚度約375µm的OLED的橫截面顯微鏡圖像。

這些最初的測試，雖然僅限于較小的切割長度，但卻讓人們充滿了希望。使用雙軸光束掃描系統(tǒng)做了進一步測試；光束掃描系統(tǒng)具有更長的焦距和大掃描區(qū)域，能夠覆蓋整個切割路徑。因此，整個OLED顯示屏可以通過高速、多次掃描切割完成，從而能充分利用激光器在高脈沖重復頻率下的高功率。此外，為一定范圍的脈沖能量確定切割速度，有助于從系統(tǒng)設計的角度進一步優(yōu)化產(chǎn)量，例如考慮光束分束的可能性。圖3中給出了切割速度和表面熱影響區(qū)與脈沖能量之間的關系圖。

圖3：OLED的切割速度和熱影響區(qū)（HAZ）與UV光束能量之間的關系。

數(shù)據(jù)顯示，雖然較高的脈沖能量會實現(xiàn)較高的切割速度，但它們之間并不是按比例增加的。事實上，脈沖能量增加了2.3倍，而切割速度僅增加了約1.5倍。因此，在脈沖能量較小的情況下切割更有效，而且很顯然，采用分束系統(tǒng)設計能夠?qū)崿F(xiàn)最高的總產(chǎn)量。此外，測量的熱影響區(qū)的質(zhì)量，會隨著脈沖能量的減少而降低，這進一步證明了使用多個低功率光束切割的可行性。根據(jù)這些測試中生成的數(shù)據(jù)，使用多個較低功率的光束切割，可以顯著提高產(chǎn)量，如圖4所示。

圖4：使用大掃描場的切割系統(tǒng)，利用分束方式可以實現(xiàn)更高的總產(chǎn)量。

從圖4中可以看出，當從單個高功率光束變?yōu)槿�光束時，總切割速度接近160mm/s。在整個切割過程中也必須保持良好的切割質(zhì)量。在圖5中，表面熱影響區(qū)在切割邊緣周圍均勻變小，特別是在去除PET保護層后，熱影響區(qū)更小。

圖5：OLED切割路徑的整個周邊，都實現(xiàn)了優(yōu)異的切割質(zhì)量。

檢查轉角和直段部分的切割顯示，在較短的切割長度中表現(xiàn)出的卓越質(zhì)量，在更大的全尺寸OLED切割中得到了復制。在有外部PET保護層的情況下，熱影響區(qū)通常在10~20µm。去除PET層后，熱影響區(qū)均勻地減小到5~10µm或更小。這些測量是針對入光面進行的，通常入光面具有較大的熱影響區(qū)，而出光表面的熱影響區(qū)明顯較低。

OLED顯示屏由許多具有不同的熱學、光學和機械屬性的材料組成，因此對高速和高質(zhì)量切割提出了嚴峻挑戰(zhàn)。然而，激光在為最嚴峻的制造挑戰(zhàn)提供解決方案方面有著非凡的歷史，在OLED顯示屏切割中也不例外。將IceFyre FS UV50激光器提供的UV超短脈沖，已經(jīng)證明能夠以高產(chǎn)量和優(yōu)異的質(zhì)量切割全尺寸智能手機OLED顯示屏。

IceFyre® FS UV50激光器 

IceFyre FS UV50激光器是工業(yè)飛秒紫外激光技術的一次飛躍，具有優(yōu)異的性能、多功能性、可靠性和擁有成本。IceFyre FS UV50激光器能在1MHz下提供>50W的紫外輸出功率，脈沖寬度<500fs。該激光器具有優(yōu)異的多功能性，脈沖頻率從單次發(fā)射到3MHz可調(diào)，具備按需脈沖（POD）和位置同步輸出（PSO）觸發(fā)以及TimeShift脈沖可編程能力，實現(xiàn)靈活的脈沖串操作模式。

客戶受益于超短脈沖和紫外波長下的優(yōu)異光束質(zhì)量，能夠以高精度和高質(zhì)量對復雜且具有挑戰(zhàn)性的零件進行微加工，并能實現(xiàn)高產(chǎn)量，熱影響區(qū)可忽略。IceFyre FS UV50激光器專為工業(yè)應用而設計，以優(yōu)異的性價比提供可靠、穩(wěn)健的全天候操作。IceFyre FS UV50采用Spectra-Physics的It’s in the Box™設計理念，在一個超緊湊的封裝中集成了激光產(chǎn)生和控制部分。

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