Органические светоизлучающие диоды (OLED) быстро стали доминирующей технологией отображения как для малых, так и для больших дисплеев. Кроме того, технология постоянно масштабируется для все более и более высокого пространственного разрешения с использованием миниатюрных пикселей меньшего размера, изготовленных с еще более узким интервалом (шагом). Это создало потребность в лазерной технологии для вырезания контуров дисплея (известного как резка по фигуре), а также отверстий в дисплеях для размещения, например, фронтальных камер и микрофонов в приложениях для смартфонов. В этой статье рассматривается, как и почему пикосекундный ультрафиолетовый (УФ) лазер с ультракороткими импульсами (USP) стал предпочтительным инструментом для обоих этих требований резки. 

 

Проблемы резки OLED

 

Существует несколько различных типов OLED-продуктов. Жесткие OLED производятся на стеклянных подложках для использования в плоских панелях различных размеров. Существует также два разных типа нежестких OLED-дисплеев: гибкие и складные. Они оба особенно популярны в приложениях для смартфонов, даже если окончательный дисплей не является ни гибким, ни складным, например, для всех телефонов краевого типа с изогнутым краем экрана требуется гибкий дисплей за стеклом, чтобы соответствовать изогнутой форме этого стекла. Существуют также собственные детали, которые различаются у разных производителей гибких / складных OLED. Однако, когда дело доходит до вырезания контуров дисплея и отверстий в дисплеях, общим ключевым моментом является то, что все готовые типы имеют общую толщину в диапазоне нескольких сотен микрон и состоят из нескольких сложенных слоев. включая слой полиимида (PI), слой фольги поляризатора, слой сенсорного датчика и слой OLED. Некоторые слои соединяются между собой с помощью оптически прозрачного клея (ОСА). Кроме того, слои полиэтилентерефталата (ПЭТ) защищают всю стопку дисплея сверху и снизу. 

 

Различные физические и оптические характеристики слоев означают, что сквозная резка всего пакета представляет собой серьезную проблему для большинства технологий. Например, и слой PI, и слой фольги поляризатора являются хрупкими, а это означает, что механическая резка нецелесообразна; это оставило бы слишком много повреждений краев и потребовало бы широких улиц неактивного материала, где требуются разрезы. 

 

С другой стороны, лазерная резка позволяет производителям использовать улицы шириной менее 200 мкм, сводя к минимуму мертвую зону и максимально повышая производительность и производительность. Тем не менее, традиционные лазеры с инфракрасным (ИК) выходом и/или длительностью импульса в наносекундном режиме не смогут разрезать некоторые из составных слоев и вызвать неприемлемое количество термических повреждений или зону термического влияния (ЗТВ) в окружающем материале и нижележащих слоях. . Слой OLED особенно уязвим при толщине менее 1 мкм. Единственным типом лазера, способным резать все слои и обеспечивающим достаточное качество, является УФ-лазер USP. Действительно, вырезание отверстий и форм в OLED-дисплеях в настоящее время почти исключительно выполняется с использованием этого типа лазера. 

 

Расширять

Дисплей с органическим светоизлучающим диодом (OLED) толщиной 450 мкм, вырезанный с помощью пикосекундного лазера ультракоротких импульсов (USP) Hyper Rapid NXT со скоростью >40 мм/с. Слева: вид сверху на линию разреза показывает зону термического влияния (ЗТВ) <10 мкм. Посередине: вид сбоку показывает чрезвычайно низкое тепловое воздействие (<20 мкм) на область OLED. Справа: поперечное сечение стопки OLED после разрезания показывает, что между отдельными слоями нет плавления или расслоения.

 

Преимущества более короткой ширины импульса и более короткой длины волны

 

Двойная задача состоит в том, чтобы свести к минимуму ЗТВ и эффективно резать с разумной нейтральностью материала. Два способа минимизировать ЗТВ с помощью лазеров — использовать более короткую ширину импульса и более короткую длину волны. Для большинства материалов, если ширина импульса находится в пикосекундном режиме или короче, большая часть энергии каждого лазерного импульса удерживается внутри материала, который выбрасывается из подложки. Избыточное тепло просто не успевает утекать в окружающий материал. 

 

Лазеры с пикосекундной и более короткой шириной импульса известны под общим названием USP-лазеры. Короткий импульс означает, что с каждым импульсом выбрасывается только небольшое количество материала, но частота импульсов до МГц означает, что легко достигается высокая производительность. Использование более короткой, т.е. УФ, длины волны также означает, что фотоны высокой энергии могут непосредственно разрушать связи в некоторых материалах, тогда как более длинные волны удаляют материал, нагревая его до точки испарения (кипения). 

 

Расширять

Изображение 2 ИК против зеленого против УФ re.jpg

Влияние сильного линейного поглощения на точность резки показано на этих полимерных пленках, которые были вырезаны с использованием инфракрасного (ИК) (1064 нм), зеленого (532 нм) и УФ (355 нм) лазеров USP. Скорость резки составляла 400 мм/с при мощности лазера USP 30 Вт в каждом случае. Только УФ-лазер USP минимизирует ЗТВ.

 

Более короткие длины волн также обеспечивают желаемый результат нейтральности материала. Лазеры USP могут обрабатывать практически любой материал, даже если он номинально прозрачен на длине волны лазера. Кроме того, если эти лазеры сфокусированы с достаточно высокой интенсивностью, даже незначительное поглощение позволяет им создавать эффект нелинейного поглощения. Однако OLED-дисплеи представляют собой тонкие ламинаты с еще более тонкими слоями, а резка выполняется за несколько проходов, опять же для минимизации тепловой нагрузки. Если обычное (линейное) поглощение невелико, часть переднего фронта каждого импульса может проходить через разрезаемый слой и приводить к тепловому повреждению, а не к разрезанию нижележащих слоев. Ультрафиолетовое излучение твердотельных лазеров сильно поглощается всеми составляющими слоями структуры OLED.

 

Длительный срок службы лазера

 

Серия HyperRapid NXT USP UV компании Coherent хорошо зарекомендовала себя в этой области применения по нескольким причинам, включая их исключительную надежность и длительный срок службы. Достижение сочетания высокой пиковой мощности и высокой энергии фотонов пикосекундного УФ-лазера — нетривиальная инженерная и производственная задача. Ранние лазеры этого типа имели короткий срок службы и ограниченную надежность, в основном из-за повреждения внутренней оптики.

 

Компания Coherent проанализировала поведение многих лазеров в полевых условиях и в испытательной лаборатории, чтобы устранить все причины раннего оптического отказа. Кроме того, компания является вертикально интегрированной, что позволяет ей избегать использования органических или других выделяющих газ материалов и внедрять активные технологии очистки в герметичный резонатор лазера. В результате лазеры HyperRapid NXT имеют такой же срок службы, как и их аналоги, но с большей длиной волны и большей шириной импульса.

 

Импульсное управление для крутых поворотов

 

HyperRapid NXT 355 имеет функцию импульсного управления, известную как Pulse EQ, которая еще больше расширяет его возможности для резки или разметки сложной формы, поскольку луч быстро сканирует подложку. В частности, импульсное управление обеспечивает конечные скорости ускорения и замедления, так что движение по крутым кривым и поворотам происходит медленнее, чем движение по прямым линиям. 

 

Это потенциально проблематично, поскольку чрезмерное перекрытие импульсов может привести к накоплению тепла и ЗТВ, несмотря на небольшую тепловую нагрузку, создаваемую УФ-лазерами USP. Однако управление пульсом позволяет контролировать частоту пульса в режиме реального времени; в этом случае, путем подчинения импульсов сигналам синхронизации обратной связи по положению/скорости от сканеров и/или столиков. Это гарантирует, что перекрытие между импульсами остается на постоянном уровне, который был определен как оптимальный для каждого приложения. 

 

Не менее важно и то, что импульсный контроль позволяет активно стабилизировать энергию импульса; это является преимуществом по сравнению со старыми импульсными лазерами, поскольку изменение частоты повторения их импульсов обычно вызывает изменения энергии импульса. 

 

Расширять

Изображение 3 5GPulseEQ re.jpg

Полиимидная пленка толщиной 50 мкм поверх органического материала-носителя, разрезаемая за один проход без импульсного управления (обычное импульсное стробирование) и с импульсным управлением (Pulse EQ). Вверху: при обычном импульсном стробировании по углам отчетливо видно обугливание. Внизу: с импульсным эквалайзером края имеют однородное качество без видимых ЗТВ.

Ультрастабильный наносекундный УФ-лазер Expert III 355 10W12W15W: https://www.rfhtech.com/expert-iii-355-ultra-stable-nanosecond-uv-laser-10w12w15w_p13.html

 

 

 

Перспектива

 

Дисплеи следующего поколения требуют технологии следующего поколения, потому что их многослойная структура становится все более сложной, а их требования к скорости/качеству продолжают расти. Компания Coherent тесно сотрудничает с интеграторами и конечными пользователями, чтобы обеспечить соответствие своей серии лазеров HyperRapid NXT будущим требованиям рынка OLED-дисплеев.