文/蘇州英谷激光有限公司

隨著顯示技術(shù)的不斷進步，OLED面板因其自發(fā)光、視角廣、響應(yīng)快、體積小、質(zhì)量小、柔性化等優(yōu)點，逐漸替代了傳統(tǒng)顯示面板，成為市場的主流。OLED面板可應(yīng)用于智能手機、電視、顯示器、可穿戴設(shè)備、照明、車載、商用大屏等領(lǐng)域。

OLED構(gòu)成及特性

OLED，是一種由比較特殊的有機材料構(gòu)成的有機電致發(fā)光器件，按照其結(jié)構(gòu)的不同可以將其劃分為四種類型：單層器件、雙層器件、三層器件以及多層器件。OLED的基本結(jié)構(gòu)是在銦錫氧化物（ITO）玻璃上制作一層幾十納米厚的有機發(fā)光材料作發(fā)光層，并在發(fā)光層上方覆蓋一層低功函數(shù)的金屬電極，構(gòu)成如圖1所示的三明治結(jié)構(gòu)。

圖1：OLED的基本結(jié)構(gòu)。

OLED器件基本上由基板（透明塑料、玻璃、金屬箔）、陰極（透明）、陽極、空穴注入層（HIL）、電子注入層（EIL）、空穴傳輸層（HTL）、電子傳輸層（ETL）、電子阻擋層（EBL）、空穴阻擋層（HBL）、發(fā)光層（EML）等部分構(gòu)成。

OLED的發(fā)光過程通常有以下五個基本階段：

（1）電子和空穴的注入：在外加電場作用下，電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能層注入。

（2）載流子傳輸：注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移。

（3）載流子復(fù)合：電子和空穴注入到發(fā)光層后，由于庫倫力的作用束縛在一起形成電子空穴對，即激子。

（4）激子遷移：由于電子和空穴傳輸?shù)牟黄胶�，激子的主要形成區(qū)域通常不會覆蓋整個發(fā)光層，因而會由于濃度梯度產(chǎn)生擴散遷移。

（5）激子輻射退激發(fā)出光子：激子輻射躍遷，發(fā)出光子，釋放能量，產(chǎn)生可見光。

OLED顯示屏分為柔性O(shè)LED和剛性O(shè)LED兩種類型。對于剛性O(shè)LED可采用傳統(tǒng)的刀輪切割，成本較低，但并不適用于當下流行的柔性O(shè)LED顯示屏。與采用玻璃基板的剛性O(shè)LED不同，柔性O(shè)LED通常使用PI（聚酰亞胺）作為下基板，代替剛性O(shè)LED中的玻璃基板；使用薄膜封裝（TFE）代替玻璃封裝。它不僅靈活性強，而且可以減少一小部分現(xiàn)有玻璃的面積，重量更輕。

柔性O(shè)LED面板因突出的使用優(yōu)勢而廣受青睞。然而柔性O(shè)LED顯示屏由多層復(fù)雜且輕薄的材料組成，傳統(tǒng)的切割方式容易導(dǎo)致熱影響區(qū)大、裂紋多、邊緣效果差等問題，無法保證質(zhì)量和良品率，因此已不能滿足加工需求。

如何對柔性O(shè)LED顯示屏進行高速、窄切口寬度、低熱影響區(qū) (HAZ) 切割，是各大商家的面臨的一大問題。

飛秒紫外切割的優(yōu)勢

超短脈沖激光器是柔性O(shè)LED切割的理想選擇。相較于傳統(tǒng)的機械加工，飛秒、皮秒激光器由于其脈沖寬度窄、峰值功率高，可輕松達到億瓦級別。超短脈沖激光加工熱影響區(qū)小，不易變形，崩邊小，精度高，效率快。激光加工屬于非接觸式加工，不會對產(chǎn)品產(chǎn)生任何機械應(yīng)力，不會影響產(chǎn)品本身的機械特性。

一般來說，脈沖寬度越窄，熱影響區(qū)越小，產(chǎn)品的加工質(zhì)量也會越好，所以采用飛秒激光器加工的效果會優(yōu)于皮秒激光器。同時，柔性O(shè)LED由純粹的有機材料（例如PI）組成，使用紫外波段的激光器可以更好地降低熱影響區(qū)的大小。理論上，飛秒紫外激光器是目前OLED切割的最佳選擇。

圖2：脈沖激光切割示意圖。

飛秒激光是指時域脈寬在飛秒（10-15秒）量級的激光，持續(xù)時間非常短，可短至只有幾個飛秒；其次它具有非常高的瞬時功率，可達百萬億瓦。

飛秒紫外激光器在OLED切割領(lǐng)域具有以下優(yōu)點：

（1）聚焦光斑小，能量密度高，切割效率高。大大減小了激光加工材料時的熱擴散距離，降低激光對材料的熱損傷；

（2）飛秒激光的超短脈沖可顯著減少熱影響區(qū)，避免有機材料因熱損傷失效，激光單脈沖能量、峰值功率高，提升了激光加工材料的能力；

（3）OLED由多層不同材質(zhì)的材料組成，對紫外的吸收率更高更均勻，限制了光線在材料內(nèi)的穿透深度，配合小光斑尺寸（微米級），可實現(xiàn)微米級切割精度，并進一步減小熱影響區(qū)域，且對于環(huán)境沒有污染，更為環(huán)保；

（4）功率穩(wěn)定，性能可靠，對OLED基材損傷小，減少漏液的情況，提高良品率，提升工作效率；

（5）加工精度更高，切割異形OLED屏幕效果好；

（6）適用于玻璃基板、ITO電極、有機層等多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的精準切割，具備多材料兼容性。

30W飛秒紫外激光切割實驗

為了驗證以上理論的正確性，英谷激光采用30W飛秒紫外激光器（GXF 343-30）對厚度~400μm的柔性O(shè)LED屏幕進行切割實驗。切割效果如圖3所示；表1中總結(jié)了切割實驗中所出現(xiàn)的問題；表2對比了幾種光源切割的熱影響區(qū)情況。

圖3：用30W飛秒紫外激光器GXF 343-30切割厚度~400μm的柔性O(shè)LED屏幕。

表1：實驗中出現(xiàn)的問題與解決方案

表2：幾種光源切割的熱影響區(qū)對比

在多次掃描切割模式下，薄膜的有效速度達到150mm/s，切口干凈利落，HAZ 的寬度僅為 5~10µm（在出射面甚至更低），這表明 GXF 343-30激光器非常適合用于切割具有挑戰(zhàn)性的多層薄膜疊層。

通過以上的實驗可以發(fā)現(xiàn)，30W紫外飛秒激光具備切割OLED的潛力，但需精細調(diào)控參數(shù)（能量、重復(fù)頻率、掃描策略）以平衡效率與質(zhì)量。建議結(jié)合材料特性進行DOE實驗，逐層優(yōu)化能量閾值。

英谷激光30W飛秒紫外激光器采用基于SESAM被動鎖模的全光纖結(jié)構(gòu)種子源，配合光纖-固體混合放大器，在實現(xiàn)高單脈沖能量和良好的功率穩(wěn)定性的同時，體積也比同類產(chǎn)品更加緊湊；通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效抑制了放大過程中的非線性效應(yīng)，降低了壓縮后脈沖里旁瓣與邊模的能量占比；并將1030nm到343nm的倍頻效率提高到了30%以上，同時也保證了近衍射績效的光束質(zhì)量。

圖4：英谷激光30W飛秒紫外激光器。

OLED的市場前景

OLED是繼CRT（陰極射線管-代顯示技術(shù)），LCD（液晶顯示器-第二代顯示技術(shù)）之后的第三代顯示技術(shù)。憑借其卓越的顯示效果、輕薄的結(jié)構(gòu)以及柔性顯示的潛力，占據(jù)了市場的大壁江山。隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的逐步降低，OLED面板在智能手機、電視、平板電腦、車載顯示、可穿戴設(shè)備等多個領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，OLED市場規(guī)模在過去幾年中增長顯著。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2023年全球OLED面板出貨量達到了2.05億片，較去年同期增加了14%。全球OLED市場規(guī)模持續(xù)擴大，2023年全球OLED市場銷售額達到了239.2億美元。

為推動OLED面板技術(shù)發(fā)展，我國發(fā)布了一系列利好政策。例如工業(yè)和信息化部、財政部發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)電子信息制造業(yè)2023—2024年穩(wěn)增長行動方案的通知》，提出研究制定新一輪支持視聽產(chǎn)業(yè)發(fā)展的接續(xù)政策，加快培育視聽消費新增長點，促進車載視聽、商用顯示等新興領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展。

與此同時，其技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈也在不斷完善中。中國作為全球最大的顯示面板消費市場之一，OLED產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化進程正在加速推進，進而打破國外在上游材料和設(shè)備領(lǐng)域的壟斷。

得益于消費者對高品質(zhì)顯示技術(shù)需求的不斷增長，以及OLED技術(shù)在多個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，預(yù)計未來OLED市場規(guī)模將繼續(xù)擴大。另外，隨著5G、AI等技術(shù)的融合應(yīng)用，OLED還將迎來更多新的應(yīng)用場景和市場機遇。

激光技術(shù)作為OLED切割必不可少的工具，起到了至關(guān)重要的作用。隨著市場對OLED屏幕質(zhì)量的要求越來越高，超快精密激光加工也越來越受到廠商的歡迎。飛秒激光作為目前工業(yè)領(lǐng)域可穩(wěn)定獲得并使用的最短的激光脈沖，在OLED切割領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。此外，由于紫外波段能更好的減小熱影響區(qū)。飛秒紫外激光器已成為OLED切割的最優(yōu)方案，未來，飛秒紫外技術(shù)的發(fā)展勢必將引領(lǐng)著OLED技術(shù)的革新，為人類社會帶來更多便利和變革。