激光器在显示屏制造中的应用： 显示屏 cell 和偏光片切割
二氧化碳激光器能够以所需的速度和边缘质量切割显示屏“单元板”和偏光片，以实现具有成本效益的大批量生产。
2022 年 8 月 15 日，作者：Coherent 公司
全球超大规模的显示屏制造商每天生产超过 100 万块显示屏。 这种巨大的产量需要极高速的生产过程。
在生产的初始阶段，这种快速生产能力还比较容易实现。 其原因在于，FPD 生产周期的第一个环节是在包含超过 100 块显示屏的母玻璃板上执行的。 这允许像 ELA 和 LLO 这样的步骤在一次操作中同时在母玻璃上处理所有显示屏。
但是，当大面板被分成“单元板”时，情况就有了变化。这意味着要将它切割成单独的显示屏，有时则是几个显示屏组成的组。 从本质上讲，这种 cell 切割操作不能在整个面板上同时进行。 它是一连串的操作。
当然，制造商不希望 cell 切割成为生产瓶颈。 这个过程仍必须与生产流程的其余环节保持同步。
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超温柔的切割
至少在理论上，可以使用各种不同方法来轻松切割薄而柔软的有机发光二极管 (OLED) 显示屏。 但是，这种特定应用面临着一些独特问题。
首先，每个显示屏与面板上的相邻显示屏仅相隔几毫米。 其次，显示屏是由一堆异质材料构成的，每种材料可能具有不同的切割特性。 最后，显示屏是相当易碎的电子设备。 热量或其他导致各层在物理上完全分离的因素都可能会对显示屏造成损坏。
二氧化碳激光器则可以很好地优化在所有这些限制条件下的切割操作。 这些激光器产生高功率红外光，可被 OLED 堆栈中的各种材料很好地吸收，使每一层都能被高效地切割。 另外，切割不会产生任何碎屑，因此不会影响显示屏外观或功能，也无需采取额外的生产步骤来去除碎屑。
对于显示屏 cell 和偏光片切割，通常使用高速、精密的扫描系统来传送聚焦的二氧化碳光束。 这提供了所需的吞吐率，产生具有窄切口宽度的直线切割。
cell 切割涉及多层次问题
但是，高激光功率在实现快速切割的同时也有不利的一面。 这是因为，二氧化碳激光器红外光切割利用的是热机制。 也就是说，它将材料加热到直至其蒸发。 在切割过程中，如此多的热量进入零件会出现大范围的热影响区，进而导致显示屏电路损坏。
此外，柔性 OLED 显示屏的底层和顶层都使用的是聚合物材料。 切割期间，塑料受热，部分材料熔化但不汽化。 熔化的材料流动并重新凝固成“珠子”，于是形成一些略厚的边缘。
这些厚边会在随后的生产步骤中带来问题，特别是当 OLED 显示屏顶部需要添加对比度增强偏光片时。 这种偏光片也采用二氧化碳激光器切割，因此存在同样的边缘增厚问题。
Cell cutting is a multi-layer problem
But the high laser power which enables rapid cutting can also be too much of a good thing. This is because the infrared light from the CO2 laser cuts by a thermal mechanism. That is, it heats the material up until it vaporizes. Putting too much heat into the part during cutting can create a large heat-affected zone which damages the display circuity.
Also, both the bottom and top layers of a flexible OLED display are polymers. When this plastic is heated during cutting, some of the material melts but doesn’t boil away. Then, it tends to flow and resolidify in a “bead.” That is a slightly thicker lip on the edge.
This lip creates an issue in subsequent production steps, in particular when a contrast enhancement polarizer is added on top of the OLED display. This polarizer is also CO2 laser cut and could experience the same problem with edge thickening.
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。
当这两个部分层压在一起时，较厚的边缘会造成层之间产生气泡或间隙。 这是很大的缺陷。
经过调制的二氧化碳激光器使切割有了很大改进
为避免产生切割厚边缘，Coherent 公司研发了一种调制二氧化碳激光器。 这种激光器可快速打开和关闭光束。 虽然仍然依靠足够的热量来蒸发材料， 但激光器不会开很长时间，因此热量不会传导到很远的基板中使其中的材料熔化，不过也不是完全消除热量。
调制二氧化碳激光器有两种不同的方法。 一种是采用产生连续输出的激光器，然后用外部声光调制器将其切割成脉冲。 这就是 Coherent 公司的 DIAMOND Cx10LDE+ 激光器采用的方法，这款激光器是目前 FPD 行业广泛使用的显示屏 cell 和偏光片切割激光器。
CX10-LDE+ 之所以被广泛使用，原因之一是调制器直接内置在激光器中。 这使得我们能够完全集成激光器和调制器控制电子设备，从而优化整体系统性能。 要想达到所需的脉冲控制精度和功率稳定性，以实现 FPD 制造商所需的工艺一致性和可重复性，这一点至关重要。
调制二氧化碳激光器的第二种方法是调 Q。 在这种方法中，调制器放置在激光谐振器内，激光器以脉冲（而不是连续）模式运行。 这对激光器的工作方式产生了很大的影响。 因此，虽然外部调制器提供微秒级脉冲宽度，但调 Q 产生更短的纳秒级脉冲宽度，并且还能显著增加峰值脉冲功率。
这些更短的脉冲进一步减少了热影响区域，并且还可提高精度和对切割过程的控制能力。 因此，许多 FPD 制造商正在转为采用这种技术。 Coherent 公司的 DIAMOND Cx-10LQS+ 是市面上少有的调 Q 二氧化碳激光器。
可靠性带来资金节省
Coherent 公司的激光器在显示屏 cell 和偏光片切割领域大受欢迎的另一个原因是，它们使用寿命长，可靠性高，并且我们拥有全球服务基础设施。 如今，FPD 制造商每天不间断地生产出海量的产品。 因维修或更换激光器而导致生产停机会对产量和成本造成巨大影响。 Coherent 公司的激光器拥有很长的使用寿命，通常在 10,000 到 20,000 小时之间，这确保了高质量 FPD 可以源源不断地产出。 而且，当确实需要更换激光器时，Coherent 公司的全球库存和快速反应服务团队能保证第一时间予以更换。
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