技術(shù)背景

有機發(fā)光顯示屏（Organic Light Emitting Display，簡稱OLED）是目前被業(yè)內(nèi)外公認(rèn)為的第三代顯示技術(shù)的代表，OLED的特性是主動發(fā)光，不像前代的LCD顯示需要背光。作為顯示領(lǐng)域的前沿代表，OLED具有響應(yīng)速度快、畫質(zhì)清晰、輕薄、寬視角、節(jié)能環(huán)保等諸多無可比擬的優(yōu)點，被視為21世紀(jì)最具前途的產(chǎn)品之一。

△ 有機發(fā)光顯示屏基本結(jié)構(gòu)

OLED的構(gòu)成包含基底、ITO陽極、導(dǎo)電層、發(fā)射層、金屬陰極幾個部分，其中基層材料為透明塑料、玻璃或金屬箔，其顯示原理是在ITO陽極和金屬陰極加載電壓后，通過載流子注入和空穴復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光。

△ 水汽和氧氣侵蝕引起的“黑化”效應(yīng)

OLED內(nèi)部元件對水氧的敏感度十分高，如果滲入內(nèi)部對OLED的壽命影響極大，在當(dāng)前的應(yīng)用環(huán)境中，OLED的封裝方式主要有環(huán)氧樹脂封裝、薄膜封裝、激光封裝三種。其中環(huán)氧樹脂封裝對水、氧的阻隔性能差，而薄膜封裝中會不可避免地產(chǎn)生針孔、裂紋等缺陷，同樣影響封裝密封性。

相對于傳統(tǒng)的焊接方式，使用超快激光玻璃料焊接隔絕水、氧的封裝效果優(yōu)秀，可以極大提升OLED顯示屏的使用壽命，其次還有其他諸多優(yōu)勢：焊接速度快、焊接熱影響區(qū)極小、殘余應(yīng)力低、非接觸式焊接、不會產(chǎn)生劃痕，不會造成損壞的振動和移動、易于實現(xiàn)自動化等，因此眾多科研方向均聚焦于此。

研究現(xiàn)狀

而在超快激光玻璃焊接方面，目前國內(nèi)外學(xué)者對于飛秒激光焊接玻璃材料已經(jīng)做出了初步的探索與研究。中國科學(xué)院大學(xué)的丁騰等人使用高重頻飛秒激光成功對兩片石英玻璃實現(xiàn)了可靠連接，他們在實驗中使用了5.10W、500kHz的激光焊接石英玻璃，得到了最大為12.15MPa強度的焊縫，并對焊縫微觀形貌做出了詳細的分析。國外的S. Richter等人則是通過對多種不同材料的玻璃進行異種玻璃間的焊接，發(fā)現(xiàn)了焊接效果、熔寬熔深等數(shù)據(jù)隨著待焊玻璃的種類不同而有著很大的差異，其中影響最為顯著的性能是待焊玻璃的熱膨脹系數(shù)。

目前，我公司為了追求激光焊接前沿領(lǐng)域的研發(fā)，提高自身在顯示電子技術(shù)領(lǐng)域的競爭力，嘗試探求一種可靠的超快激光焊接玻璃的設(shè)備與工藝。

試驗材料及步驟

本次實驗采用美國Corning公司的0.3mm厚Eagle XG ? Slim型號玻璃板，焊接區(qū)域尺寸大小為20mm×20mm，厚度0.3mm。玻璃板的性能參數(shù)如表1所示。

實驗使用的激光器為20W飛秒激光器，焊接機臺由大族激光依大理石精確定位運動平臺自主搭建整機焊接系統(tǒng)。

焊接實驗具體步驟

1、玻璃表面清潔。在焊接之前，使用超聲波清洗系統(tǒng)清潔玻璃，之后依次使用酒精與蒸餾水仔細擦拭玻璃表面，之后烘干玻璃表面；

2、玻璃片貼合。使用特制夾具壓緊上下兩片玻璃，并通過固定螺絲調(diào)整壓板壓力，使得兩基板玻璃間距小于激光波長的四分之一，從而保證兩基板玻璃實現(xiàn)光學(xué)貼合；

3、焦點調(diào)整。通過調(diào)整大理石運動平臺的Z軸高度，調(diào)整激光器焊接頭，通過預(yù)設(shè)的激光器工作距離調(diào)整激光焦點位于兩基板之間的玻璃料處；

4、激光焊接。通過調(diào)節(jié)合適的工藝參數(shù)（激光參數(shù)、焊接速度、焊接軌跡等），依據(jù)軟件設(shè)定的軌跡對玻璃進行焊接。

激光透射玻璃料焊接工藝

超快激光通常是指脈沖寬度（脈沖持續(xù)時間）在皮秒（10-12s）或者飛秒（10-15s）量級的激光，本項目使用飛秒級的超快激光來提升焊接工藝，利用超快激光高峰值能量、低熱效應(yīng)的優(yōu)勢，在兩塊玻璃片之間進行直接焊接，減少工藝環(huán)節(jié)和夾具復(fù)雜度，提升效率和焊縫質(zhì)量。

使用超快激光進行玻璃焊接，不需要玻璃料絲印和復(fù)雜的散熱結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)良好的玻璃熔接狀態(tài)、均勻一致的焊縫，焊縫內(nèi)無氣孔、裂紋等缺陷，焊后母材基板沒有應(yīng)力變形，而且得益于超快激光本身冷加工的優(yōu)良特性，焊接的熱影響幾乎忽略不計；在實際工業(yè)生產(chǎn)中不會損傷玻璃內(nèi)部封裝的元器件；對焊接樣品依據(jù)國標(biāo)進行氣密性檢測，其數(shù)值可低至4.0×10-8mbar·l/s，完全符合OLED封裝對于氣密性的要求，可以應(yīng)用于顯示電子領(lǐng)域中。

明星產(chǎn)品推薦——

大族激光玻璃陶瓷熔焊加工系統(tǒng)

玻璃陶瓷熔焊加工系統(tǒng)是大族激光精密焊接事業(yè)部針對脆性材料，而開發(fā)的超精密加工系統(tǒng)。該裝備打破國際技術(shù)與裝備壟斷，帶動平板顯示行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的全面發(fā)展！

系統(tǒng)使用超快激光（飛秒/皮秒）激光器，配合高精度的精密運動控制系統(tǒng)，可適用于OLED屏幕封裝、精密脆性材料焊接、玻璃金屬焊接等，系統(tǒng)具有精度高、易操控、熱影響小等優(yōu)點。

△ 適用于普通焊接/常規(guī)激光焊接無法加工的透明脆性材料

△ 焊接精度高，采用高精度直線電機保證運動控制精度

△ 焊接強度高，高于其他傳統(tǒng)脆性材料貼合方式

△ 焊接效率高，脆性材料無需傳統(tǒng)貼合方式繁瑣的預(yù)/后處理

△ 光斑能量分布均勻，焊接樣品一致性高

△ 使用大理石平臺保證運動系統(tǒng)的穩(wěn)定性

焊接原理

焊接表面

焊縫形態(tài)

未來展望

近年來，隨著手機與平板電腦等電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，新的顯示技術(shù)層出不窮，消費電子顯示領(lǐng)域發(fā)展前景十分廣闊。由于其中電子元件的工作環(huán)境需求，高氣密性的封裝技術(shù)是領(lǐng)域內(nèi)十分重要的一個研究方向，而憑借著多種優(yōu)點的激光透射玻璃料焊接技術(shù)也將擁有著無限廣闊的應(yīng)用前景。