基于OLED封装的玻璃激光焊接工艺

技术背景

有机发光显示屏（Organic Light Emitting Display，简称OLED）是目前被业内外公认为的第三代显示技术的代表，OLED的特性是主动发光，不像前代的LCD显示需要背光。作为显示领域的前沿代表，OLED具有响应速度快、画质清晰、轻薄、宽视角、节能环保等诸多无可比拟的优点，被视为21世纪最具前途的产品之一。

△ 有机发光显示屏基本结构

OLED的构成包含基底、ITO阳极、导电层、发射层、金属阴极几个部分，其中基层材料为透明塑料、玻璃或金属箔，其显示原理是在ITO阳极和金属阴极加载电压后，通过载流子注入和空穴复合导致发光。

△ 水汽和氧气侵蚀引起的“黑化”效应

OLED内部元件对水氧的敏感度十分高，如果渗入内部对OLED的寿命影响极大，在当前的应用环境中，OLED的封装方式主要有环氧树脂封装、薄膜封装、激光封装三种。其中环氧树脂封装对水、氧的阻隔性能差，而薄膜封装中会不可避免地产生针孔、裂纹等缺陷，同样影响封装密封性。

相对于传统的焊接方式，使用超快激光玻璃料焊接隔绝水、氧的封装效果优秀，可以极大提升OLED显示屏的使用寿命，其次还有其他诸多优势：焊接速度快、焊接热影响区极小、残余应力低、非接触式焊接、不会产生划痕，不会造成损坏的振动和移动、易于实现自动化等，因此众多科研方向均聚焦于此。

研究现状

而在超快激光玻璃焊接方面，目前国内外学者对于飞秒激光焊接玻璃材料已经做出了初步的探索与研究。中国科学院大学的丁腾等人使用高重频飞秒激光成功对两片石英玻璃实现了可靠连接，他们在实验中使用了5.10W、500kHz的激光焊接石英玻璃，得到了最大为12.15MPa强度的焊缝，并对焊缝微观形貌做出了详细的分析。国外的S. Richter等人则是通过对多种不同材料的玻璃进行异种玻璃间的焊接，发现了焊接效果、熔宽熔深等数据随着待焊玻璃的种类不同而有着很大的差异，其中影响最为显著的性能是待焊玻璃的热膨胀系数。

目前，我公司为了追求激光焊接前沿领域的研发，提高自身在显示电子技术领域的竞争力，尝试探求一种可靠的超快激光焊接玻璃的设备与工艺。

试验材料及步骤

本次实验采用美国Corning公司的0.3mm厚Eagle XG ® Slim型号玻璃板，焊接区域尺寸大小为20mm×20mm，厚度0.3mm。玻璃板的性能参数如表1所示。

实验使用的激光器为20W飞秒激光器，焊接机台由大族激光依大理石精确定位运动平台自主搭建整机焊接系统。

焊接实验具体步骤

1、玻璃表面清洁。在焊接之前，使用超声波清洗系统清洁玻璃，之后依次使用酒精与蒸馏水仔细擦拭玻璃表面，之后烘干玻璃表面；

2、玻璃片贴合。使用特制夹具压紧上下两片玻璃，并通过固定螺丝调整压板压力，使得两基板玻璃间距小于激光波长的四分之一，从而保证两基板玻璃实现光学贴合；

3、焦点调整。通过调整大理石运动平台的Z轴高度，调整激光器焊接头，通过预设的激光器工作距离调整激光焦点位于两基板之间的玻璃料处；

4、激光焊接。通过调节合适的工艺参数（激光参数、焊接速度、焊接轨迹等），依据软件设定的轨迹对玻璃进行焊接。

激光透射玻璃料焊接工艺

超快激光通常是指脉冲宽度（脉冲持续时间）在皮秒（10-12s）或者飞秒（10-15s）量级的激光，本项目使用飞秒级的超快激光来提升焊接工艺，利用超快激光高峰值能量、低热效应的优势，在两块玻璃片之间进行直接焊接，减少工艺环节和夹具复杂度，提升效率和焊缝质量。

使用超快激光进行玻璃焊接，不需要玻璃料丝印和复杂的散热结构，可实现良好的玻璃熔接状态、均匀一致的焊缝，焊缝内无气孔、裂纹等缺陷，焊后母材基板没有应力变形，而且得益于超快激光本身冷加工的优良特性，焊接的热影响几乎忽略不计；在实际工业生产中不会损伤玻璃内部封装的元器件；对焊接样品依据国标进行气密性检测，其数值可低至4.0×10-8mbar·l/s，完全符合OLED封装对于气密性的要求，可以应用于显示电子领域中。

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