將飛秒級(jí)超短脈沖寬度和較短的紫外波長(zhǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能手機(jī)OLED顯示屏的高質(zhì)量、高速度精密切割。

在過(guò)去的幾年中，OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）技術(shù)已經(jīng)徹底變革了顯示行業(yè)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，OLED顯示屏在對(duì)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(jī)和可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品中，OLED顯示技術(shù)正在迅速取代舊的顯示技術(shù)。

此外，隨著消費(fèi)者對(duì)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(duì)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(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是：實(shí)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(jì)。

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

OLED由許多層構(gòu)成，包括襯底層、OLED發(fā)射層、偏光層、觸摸傳感器層和保護(hù)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(duì)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(xué)透明粘合劑（OCA）粘合在一起。由于有的層非常脆，使用機(jī)械方式切割會(huì)導(dǎo)致邊緣損壞，而且隨著工具的磨損，邊緣損壞問(wèn)題會(huì)加劇。類(lèi)似地，使用較長(zhǎng)脈沖寬度的激光切割，也會(huì)導(dǎo)致較大的熱影響區(qū)或其他質(zhì)量問(wèn)題。此外，由于各層的光學(xué)屬性不同，使用紅外光或綠光切割也會(huì)存在問(wèn)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(shí)間的熱影響區(qū)非常��；其次，UV激光的短波長(zhǎng)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(jìn)而能實(shí)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(fù)掃描，因此不會(huì)加寬切口寬度。

為了驗(yàn)證使用飛秒紫外激光切割OLED 的好處，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高功率飛秒紫外激光器，切割厚度約375µm的6英寸柔性O(shè)LED手機(jī)顯示屏。測(cè)試中使用的OLED材料是預(yù)切割面板形式的完整顯示屏，兩個(gè)表面都有PET保護(hù)層，使測(cè)試能夠在預(yù)期的切割路徑上進(jìn)行，就像在制造手機(jī)時(shí)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(biāo)稱(chēng)工作頻率1MHz的兩倍下工作，仍有充足的可用功率，這對(duì)于同時(shí)實(shí)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(cè)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(méi)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(cè)試，雖然僅限于較小的切割長(zhǎng)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(jìn)一步測(cè)試；光束掃描系統(tǒng)具有更長(zhǎng)的焦距和大掃描區(qū)域，能夠覆蓋整個(gè)切割路徑。因此，整個(gè)OLED顯示屏可以通過(guò)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(fù)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(shè)計(jì)的角度進(jìn)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(guān)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(guān)系。

數(shù)據(jù)顯示，雖然較高的脈沖能量會(huì)實(shí)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(shí)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(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)最高的總產(chǎn)量。此外，測(cè)量的熱影響區(qū)的質(zhì)量，會(huì)隨著脈沖能量的減少而降低，這進(jìn)一步證明了使用多個(gè)低功率光束切割的可行性。根據(jù)這些測(cè)試中生成的數(shù)據(jù)，使用多個(gè)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(chǎng)的切割系統(tǒng)，利用分束方式可以實(shí)現(xiàn)更高的總產(chǎn)量。

從圖4中可以看出，當(dāng)從單個(gè)高功率光束變?yōu)槿�光束時(shí)，總切割速度接近160mm/s。在整個(gè)切割過(guò)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?chē)�均勻變小，特別是在去除PET保護(hù)層后，熱影響區(qū)更小。

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

檢查轉(zhuǎn)角和直段部分的切割顯示，在較短的切割長(zhǎng)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(fù)制。在有外部PET保護(hù)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(cè)量是針對(duì)入光面進(jìn)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(xué)、光學(xué)和機(jī)械屬性的材料組成，因此對(duì)高速和高質(zhì)量切割提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。然而，激光在為最嚴(yán)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(jī)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(shù)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(shí)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(zhǎng)下的優(yōu)異光束質(zhì)量，能夠以高精度和高質(zhì)量對(duì)復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的零件進(jìn)行微加工，并能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量，熱影響區(qū)可忽略。IceFyre FS UV50激光器專(zhuān)為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，以?xún)?yōu)異的性?xún)r(jià)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(shè)計(jì)理念，在一個(gè)超緊湊的封裝中集成了激光產(chǎn)生和控制部分。

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