CO2激光器在Cell和偏光片切割中的应用

世界上的大型显示屏制造商每日产量超百万，这要求生产工艺具备高速吞吐率。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。因为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，薄型柔性OLED显示屏切割有多种方法，但实践中存在独特问题。

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，CO2 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，CO2 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 CO2 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 CO2 激光器。

审核编辑 黄宇