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近日,三星、华为先后发布了折叠屏手机Galaxy Fold和HUAWEI Mate X,在点燃业界对手机新形态关注的同时,也让OLED柔性屏成为业内关注的焦点。

相比传统的LCD显示结构,以电流驱动有机薄膜本身来发光的OLED屏幕响应速度快,厚度也更薄(小于1.5mm)。这对用来支撑整个OLED的基板(透明塑料、玻璃、金属箔)提出了超薄化要求。此外,OLED封装对环境要求极为严格,需要隔绝氧气和水汽,这也对密封的精密度提出了更高要求。要满足如此高要求高精度的加工条件,超快激光加工技术成了最好的选择。

超快激光加工原理

超快激光可以将光能集中在皮秒至飞秒的时间间隔内,并将光聚焦到比头发直径还要小的超细微空间区域,使得电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高出数倍,从而实现许多地球上所不存在的、其他的方法也无法得到极端物理条件。同时,激光能量集中在如此短的时间内,会获得巨大的单脉冲能量和极高的峰值功率,高功率密度的激光脉冲能轻易地剥离外层电子,使电子脱离原子的束缚,形成等离子体。

由于激光与材料相互作用的时间极短,等离子体还没来得及将能量传递给周围材料,就已经从材料表面被烧蚀掉,能在很大程度上避免长脉宽、低强度激光造成材料熔化与持续蒸发现象(热影响),确保了加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响,大大提高了加工质量。超快激光加工也因此被称为“冷加工”。

此外,激光的非接触式加工也可避免传统机加方式切割容易发生崩边、裂纹等问题,具有精度高、不产生微裂纹、破碎或碎片问题、边缘抗破裂性高、边缘保持了光学性能、无需冲洗、打磨、抛光等二次制造成本等优点,降低成本的同时大幅提高了工件良率及加工效率。

当前产业现状简介

超快激光几乎可加工所有的材料,包括金属、半导体、钻石、蓝宝石、陶瓷、聚合物、复合材料和树脂、光阻材料、薄膜、ITO膜、玻璃、太阳能电池片等等。广泛的适用性也为超快激光产业带来了巨大的市场容量,同时,伴随着电子产品更新节奏加快,有着无可比拟优势的超快激光技术也获得了更多的表现机会,超快激光器、精密激光加工设备也由此获得长足发展。

据OFweek研究中心数据显示,全球工业激光器收入从2012年的23.4亿美元增加至2017年的46.8亿美元,近三年的市场规模增长率分别为10.6%、24.2%和28.6%。其中超快脉冲激光器占比约为24%,预计2020年,全球超快脉冲激光器市场规模有望突破15亿美元。

目前超快激光器市场基本被国外公司主导,如美国相干、Spectra-Physics(光谱物理)、德国通快、EdgeWave、丹麦NKT光子等,他们占据全球近90%的市场份额。其中,创建于1961年的Spectra-Physics是第一家让激光技术走向商业化的公司,凭借接近60年的技术积累成为全球顶尖的激光器供应商之一。

国内的超快激光研究起步较晚,但近年来政府、科研机构及企业加强了对超快激光的重视程度,依靠政策倾斜及企业的大力投入,正在追赶国际先进水平。在超快激光器方面,国内的华日激光、大族激光、贝林激光、英诺激光、卓镭激光、安扬激光等,均致力于实现激光核心器件国产化。

而国内的激光设备商中,大族激光、华工激光能提供全产线激光设备,利用资本优势及技术积累,在精密加工领域有着出色表现,而如德龙激光、盛雄激光、联羸激光、逸飞激光等中小企业,也各自在脆性材料加工、动力电池焊接等细分领域有不俗表现。

在光源选择方面,与飞秒激光相比,皮秒激光不需要为了放大而展宽和压缩脉冲,因此皮秒激光器的设计相对简单,成本效益更高,性能更可靠,并且已足以胜任当前市面上高精度、无应力的微细加工。因此当前皮秒激光器是超快激光加工的主流光源,飞秒激光器的市场还需1-2年的成长时间。

紫外皮秒新方案

尽管从长远来看,超快、超强是激光发展的两大趋势,飞秒激光甚至是比飞秒激光更快的下一代超超快激光,将在未来的医疗、科研应用上具有更大的优势,但眼下更值得关注的仍是皮秒激光产品。

今年2月初,在激光器领域耕耘近60年的Spectra-Physics发布了首款具有颠覆性性价比的工业紫外皮秒激光器——IceFyre 355-30。据介绍,这款激光器能输出波长为355nm、平均功率大于30W、峰值脉冲能量大于60J、重复频率可调范围从单脉冲到3MHz的紫外激光。

同时,IceFyre 355-30还具有TimeShift™ ps可编程脉冲灵活性、按需脉冲和位置同步输出(PSO)触发功能,提供前所未有的多功能性。TimeShift™ ps可编程脉冲功能,可在一次脉冲串中通过调整脉冲串形状、脉冲间隔和脉冲数量来实现灵活的脉冲串模式操作,并且全部提供高紫外功率。

IceFyre 355-30是当前市面上尺寸最小的紫外皮秒激光器。它将电源与激光头合为一体置于坚固而紧凑的封装中,易于集成到机械工具上,使用更为便捷。此外,该激光器通过了广泛的环境检验测试,可靠性极高。该激光器实现了全自动和计算机控制,在全天候运转的情况下,功率和光束指向稳定性极为出众,其高精确度和重复性十分适合要求严苛的应用领域,如5G柔性印刷电路(FPC)、平板OLED显示器、太阳能电池、陶瓷、塑料以及其他材料和设备的高产量制造中的冷微加工。

Spectra-Physics激光器高级副总裁兼总经理Dave Allen 表示:“IceFyre 355-30重新定义了紫外皮秒工业激光器的市场。凭借性能、稳定性与低成本的组合极其引人注目,这款新型激光器将成为大批量精密制造、消费类电子产品中的应用以及可再生能源和工业应用的推动者。”

据悉,Spectra-Physics的IceFyre 355-30激光器将于2019年3月20日至22日在慕尼黑上海光博会上展出。在以往国内外企业的竞争中,国产品牌往往主打性价比优势,而当国外品牌也推出具有“能颠覆整个产业的”性价比优势的产品时,国内企业该何去何从?超快激光是否将步入性价比时代?让我们拭目以待。

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