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超快激光器在 oled 切割中的应用
关键词:超快激光器 oled
2020-02-25

oled又名有机发光二极管(organiclight emitting diode),是华裔科学家邓青云1979年发现的。其原理是在两电极之间夹上有机发光层,当正负极电子在此有机材料中相遇时就会发光。oled结构原理如图1所示,oled显示屏由相对较薄而复杂的异构材料堆叠而成,其中大部分材料热敏性较高,且全部沉积于聚合物基板上。具体而言,oled包含一层硅基薄膜晶体管(tft)、多层活性有机材料、一层透明铟锡氧化物(ito)导体以及其他半导体和聚合物材料(例如pet或聚酰亚胺)。


图 1. oled 结构原理图

相对于lcd、pdp来说,oled具有响应时间快、发光效率高、色彩清晰、蓝光少等优点,特别是超薄、可弯曲性的特性使得oled广泛的应用于电视、智能手机、智能穿戴、vr、汽车显示、汽车照明灯等。

2007年,苹果推了第一款智能手机iphone,从而引领了智能手机浪潮兴起,全球消费电子组件企业快速发展。但从2015年开始,手机进入到存量时代,消费者的基本使用需求已被满足,性能、审美和差异化等个性化特点成为手机争夺的焦点。配备柔性oled屏幕的手机产品,往往会因其高分辨率画面、无拖影、无卡顿等卓越的显示性能而受到欢迎。即使是手机市场需求疲软,oled显示技术反而越来越受欢迎,新产品、新产能的出现推出、产量的不断增加等,均为柔性oled显示屏带来了新的机遇。根据ihs的统计数据显示,oled在智能手机市场的渗透率一直呈上升趋势,目前已经从2016年的40.8%上升到2018年的45.7%。该数字预计将在2019年达到50.7%,相当于207亿美元的总收入。作为新技术,在未来的一段时间里oled市场份额会进一步的扩大。同时随着国内数条oled生产线的相续投产,对oled的切割加工设备的需求将快速提升。


oled的切割加工方法

刀轮切割在玻璃切割中的应用由来已久,具有加工方式简单并能有效断裂、成本较为低廉等优点,广泛的应用于玻璃切割、lcd切割、珠宝加工等领域。刀轮切割机采用三轴运动系统,xy轴运动来确定机器的行走位置,旋转轴用来控制刀具的角度,利用气压与弹簧协同控制下刀量。在压力作用下,以刀轮在玻璃上划线,在玻璃表面形成微裂纹,在错位机械力的作用下,纵向微裂纹贯穿整个玻璃的厚度,玻璃断裂,玻璃切割完成。

刀轮切割可适用于传统的刚性oled,但是对目前流行的柔性oled不适合。不同于用玻璃基板的刚性oled,柔性oled一般采用pi(聚酰亚胺)作为下基板(代替刚性oled中的玻璃基板)、使用薄膜封装(tfe)代替玻璃封装。近年来随着超薄玻璃的发明,超薄玻璃由于其更佳的保护作用在柔性oled行业备受关注。但是无论是pi或者超薄玻璃,对其只能选择超快激光器(脉宽小于15皮秒)来进行冷加工。

超快激光器由于其超短的脉冲宽度使得其峰值功率能轻松地达到亿瓦图2.列举了我们30瓦皮秒紫外激光器的功率稳定性和光斑性能参数。量级,任何物质在其作用下都会瞬间变成等离子体从而不能将热传递给周边的材料所以产生的热影响区会非常小。同时由于激光加工是非接触加工方式,无机械应力,有机材料、薄玻璃及超薄玻璃均可加工。一般来说,脉宽越短热影响区越小,换言之加工的质量越好,所以飞秒的效果会比皮秒好。对于由纯粹有机材料(如pi)组成的柔性oled,使用的激光波长最好选择紫外波段以更进一步地降低热影响区。飞秒紫外激光器从理论上来讲能达到最好的效果但是从成本考虑飞秒红外和皮秒紫外会是性价比较好的选择。

图 2. 列举了我们 30 瓦皮秒紫外激光器的功率稳定性和光斑性能参数。                 


为oled加工量身定做激光器

有10瓦-100瓦各个功率段的皮秒红外激光器,并在此基础上倍频得到皮秒绿光和皮秒紫外激光器。详细参数请见表1。所有激光器带pso功能。


表 1. 凯普林皮秒激光器种类和参数


皮秒激光器采用自主研发的光纤种子加固体放大,具有结构紧凑、光束质量好、功率和脉冲能量稳定、抗震能力强、安装和使用方便等优点,广泛的应用于玻璃、蓝宝石、led、oled等行业中。该款皮秒激光器配合成丝切割、多焦点隐形切割工艺,与材料作用时间短、瞬间能量高,使电子吸收和运动方式发生变化,避免激光线性吸收、能量转移和扩束等影响,减少了切割边缘的热影响,防止崩边、凸缘等不良现象的产生。

除皮秒外,我们还提供高稳定性的采用全光纤结构的飞秒红外激光器和飞秒紫外激光器。目前红外激光器有50瓦50微焦耳和10瓦10微焦耳两款产品,脉冲宽度一般在300飞秒左右。并在此基础上加倍频模块得到需要的短波长。


展望

随着物联网和5g技术的不断发展,oled具有很多先天的优势,特别是高强度、轻薄以及柔性的特点,使得oled从最初的手机屏幕应用逐步扩展到笔记本、可穿戴设备、vr、汽车显示等行业,应用场景的扩展带来了超快激光微加工应用需求海量的增加,将会给超快激光的发展带来新的推动力。




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