技術(shù)背景

有機(jī)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(dòng)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(diǎn)，被視為21世紀(jì)最具前途的產(chǎn)品之一。

△ 有機(jī)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(gè)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(huì)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(huì)產(chǎn)生劃痕，不會(huì)造成損壞的振動(dòng)和移動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了可靠連接，他們在實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度的焊縫，并對焊縫微觀形貌做出了詳細(xì)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(jìn)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(yàn)材料及步驟

本次實(shí)驗(yàn)采用美國Corning公司的0.3mm厚Eagle XG ? Slim型號(hào)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(shí)驗(yàn)使用的激光器為20W飛秒激光器，焊接機(jī)臺(tái)由大族激光依大理石精確定位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)自主搭建整機(jī)焊接系統(tǒng)。

焊接實(shí)驗(yàn)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(xì)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(shí)現(xiàn)光學(xué)貼合；

3、焦點(diǎn)調(diào)整。通過調(diào)整大理石運(yùn)動(dòng)平臺(tái)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(diǎn)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(jìn)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(shí)間）在皮秒（10-12s）或者飛秒（10-15s）量級的激光，本項(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jì)；在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中不會(huì)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(jìn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)。

△ 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(jī)保證運(yùn)動(dòng)控制精度

△ 焊接強(qiáng)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(tái)保證運(yùn)動(dòng)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(jī)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(fèi)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(gè)研究方向，而憑借著多種優(yōu)點(diǎn)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。