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消费电子

激光器在显示屏制造中的应用(三):Cell 和偏光片切割

激光制造网 来源:相干激光2022-10-29 我要评论(0 )   

世界上的大型显示屏制造商每天生产超过 100 万个显示屏。为实现这样的产量,需要非常高速的生产工艺。在前段生产步骤中更容易实现这种高速吞吐率。这是因为在显示面板制...

世界上的大型显示屏制造商每天生产超过 100 万个显示屏。为实现这样的产量,需要非常高速的生产工艺。

在前段生产步骤中更容易实现这种高速吞吐率。这是因为在显示面板制造周期的第一阶段,工艺是在可容纳数百个显示屏的玻璃基板上执行的。因此,在准分子激光退火 (ELA) 和激光剥离 (LLO) 等步骤中,能够一次性同时处理玻璃基板上的所有显示屏。

但是当大尺寸基板被分成 “Cell” 时,情况会发生变化。这意味着要将大尺寸基板切割形成一个个单独的显示屏,或者在有些情况下切割形成包含几个显示屏的分组面板。就其本质而言,这种 Cell 切割操作无法在整个面板上同时进行,而是需要按部就班执行一系列操作。

当然,制造商不希望 Cell 切割成为生产瓶颈。此工艺必须与生产流程的其余环节保持节拍。


优质的切割工艺

理论上讲,可以使用多种不同的方法轻松实现薄型柔性 OLED 显示屏切割。然而,在实践中,这一应用展现出一些独特的问题。

首先,基板上每个显示屏与相邻显示屏仅相隔几毫米。其次,显示屏的结构是由一堆异构材料组合而成,每种材料的切割特性可能不同。最后,显示屏是相对精密且脆弱的电子设备,其组成的不同膜层,可能会因热量或其他因素影响导致物理上的分离,从而对显示屏造成损伤。

在所有上述条件的限制下,CO激光器提供了优化切割工艺的最佳手段。这些激光器产生的高功率红外光会被 OLED 结构中的各种材料很好地吸收,这就意味着,每一层都能够得到有效切割。而且,这些激光器在切割工艺中不会产生任何碎屑,从而避免对显示屏外观或功能可能造成的影响,或是需要引入额外步骤才能去除这类碎屑。

在 Cell 和偏光片切割工艺中,通常利用高速、精密的扫描系统来传送聚焦的 CO2 光斑。这样做可以提供所需的吞吐率,并能实现切口宽度较窄的直线切割。


Cell 切割涉及多个膜层

不过,能够实现快速切割的高功率激光也会带来一些负面作用。这是因为,CO激光器发出的红外光可用于切割的原理是基于热效应。也就是说,激光会对材料进行加热直到材料气化。在切割过程中,如果在部件上施加过多热量,会产生较大的热影响区,进而损坏显示屏电路。

此外,柔性 OLED 显示屏的底部和顶部膜层都是聚合物材质。如果这种塑料在切割过程中被过度加热,材料中的一部分会被熔融但不会气化。然后,它往往会流动并重新凝固成“珠子”形状,从而在膜层边缘处导致略厚的“唇缘”。

这个“唇缘”在后续生产步骤中会带来问题,特别是在 OLED 显示屏顶部贴附偏光片时问题更为突出。这种偏光片用于抑制环境光反射从而增强显示对比度,也采用 CO2 激光器做切割,因此可能会遇到相同的边缘增厚问题。

示意图说明了

使用连续二氧化碳激光器切割显示屏单元板时的问题

在将这两部分膜层压合到一起时,边缘的唇缘会在膜层之间产生气泡或间隙。这是我们非常不希望发生的情况。


调制型 CO2 激光器切割

避免在切割边缘产生唇缘的方法是对 CO2 激光器进行调制,这意味着要实现激光束的快速打开和关闭。这样,激光作用产生的热量仍然足以使材料气化。但又不会让激光加热过程持续太长时间,从而导致热量传导深入到基板内部,这种热量会熔融基板内部的材料,而不是完全去除。

有两种不同的方法可以调制 CO激光器。第一种方法,是采用输出连续波的激光器,然后使用外部声光调制器将其切成脉冲。Coherent DIAMOND Cx-10LDE+ 就是这种方案,目前在平板显示行业,它是 Cell 和偏光片切割工艺中最热门的激光器型号。

Cx-10LDE+ 被如此广泛使用的一个重要原因是其中内置了调制器。通过这种方法,我们能够把激光器和调制器完全集成在一起,从而优化系统的整体性能。这对于达到高精度的脉冲控制和功率稳定性至关重要,显示面板制造商要求工艺具备极高的一致性和可重复性,上述性能是实现该目标的关键前提。

调制 CO2 激光器的第二种方法是 Q 开关。在这种方法中,调制器置于激光谐振腔内部,以便激光器以脉冲模式(而不是连续模式)运行。这让激光器的工作模式发生了很大变化。因此,外部调制器的引入可以使激光器输出微秒级宽度脉冲, Q 开关方案则能够产生更窄的纳秒级宽度脉冲,而且还能显著增加峰值脉冲功率。

这些更短的脉冲可进一步缩小热影响区,还能够实现更高的精度以及更好地控制切割工艺。因此,许多显示面板制造商正在转向采用这种技术。Coherent DIAMOND Cx-10LQS+ 是市面上唯一一款 Q 开关 CO激光器。


更可靠,更省钱

Coherent 高意公司的激光器如此广泛应用于 Cell 和偏光片切割的另一个原因,是它们的使用寿命和可靠性,以及我们的全球服务基础设施。显示面板制造商正在持续不断地生产大量产品,而因激光器的维修或更换产生的生产停机时间会对生产效率和成本产生巨大影响。这些激光器出众的使用寿命(通常在 1 万到 2 万小时)可确保不间断生产高质量的面板。而且,在最终需要更换激光器时,Coherent在全球的库存和快速响应服务团队可确保及时更换。

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