CN111618426A

CN111618426A - 改善柔性oled模组激光切割的光束整形结构及其方法

Info

Publication number: CN111618426A
Application number: CN202010504073.XA
Authority: CN
Inventors: 张满强; 金奉渊; 李琰; 肖瑶; 夏菁
Original assignee: Chengdu Tuomi Electronic Equipment Manufacturing Co ltd
Current assignee: Chengdu Tuomi Electronic Equipment Manufacturing Co ltd
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-09-04

Abstract

本发明公开了改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构及其方法，属于半导体激光切割的技术领域，以高斯光束作为入射光束，在入射光束的光线传播路径上布置第一镜片和第二镜片并形成出射光束；根据加工需求选择第一镜片和第二镜片相对于光线传播方向的底角角度，并确保两底角角度相反且绝对值相等；使第一镜片和第二镜片的镜片中心均与光线的光轴相重合，并通过调整第一镜片与第二镜片之间的间距对出射光束的环形光斑尺寸调整；使用激光切割用聚焦镜头对出射光束进行聚焦，聚焦后光斑在加工面进行切割，以达到将高斯光束进行整形，去掉边缘部分能量，通过减小Haze的产生以确保加工质量的目的。

Description

改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构及其方法

技术领域

本发明属于半导体激光切割的技术领域，具体而言，涉及一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构及其方法。

背景技术

在OLED面板的切割领域，目前基本上是使用激光切割来完成。在激光切割后，产品正面现象如图1所示，从现象看，中间部分完全切割，边缘黑色部分为Haze，Haze程度从中间位置到边缘位置逐渐减弱，造成这一现象的原因为使用高斯光束进行切割，高斯光束如图2所示，其能量成正态分布，从焦点横截面处观察，光束边缘能量较中间能量明显降低，理想情况下，1/e2处被认为是可加工区域，边缘分布的能量在切割时产生Haze，其会影响加工品质。

目前行业内均使用高斯光束进行切割，其工作原理为：激光切割使用的激光器发射出高斯光束，再使用激光切割镜头进行聚焦，然后在加工面进行切割，聚焦后光束仍为高斯型，易在加工产品表面产生较大范围的Haze，无法避免产生Haze，导致切割的加工品质较低。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构及其方法以达到将高斯光束进行整形，去掉边缘部分能量，以达到减小Haze进而确保加工质量的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，包括入射光束和出射光束，由入射光束至出射光束的光线传播路径上布置有第一镜片和第二镜片，第一镜片和第二镜片相对于光线传播方向的底角角度相反且两者的绝对值相等，且第一镜片和第二镜片的镜片中心均与光线的光轴相重合；所述入射光束为高斯光束，高斯光束经第一镜片和第二镜片整形为所述出射光束且出射光束为环形光束，该环形光束与以往环形光束不同，能量分布在光斑外围，类似于“M”型结构。当入射与出射光束直径相同时，环形光束变为实心光束，该实心光束能量分布表现为反转的高斯光束。

进一步地，所述第一镜片和第二镜片均设为锥透镜，且入射光束和出射光束位于同一光轴轴线方向上，由两个锥透镜形成透镜组合，对入射光束进行整形。

进一步地，所述锥透镜的底角角度在1°-40°之间，可满足光束整形需求且适应不同的加工需求。

进一步地，所述第一镜片和第二镜片均设为锥形反射镜，且入射光束和出射光束的光轴轴线相互平行且不重合，由两个锥形反射镜形成反射镜组合，对入射光束进行整形。

进一步地，所述锥形反射镜的底角角度小于2°，可满足光束整形需求且适应不同的加工需求。

在本发明中还提供了一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形方法，该光束整形方法包括：

以高斯光束作为入射光束，在入射光束的光线传播路径上布置第一镜片和第二镜片并形成出射光束；

根据加工需求选择第一镜片和第二镜片相对于光线传播方向的底角角度，并确保两底角角度相反且绝对值相等；

使第一镜片和第二镜片的镜片中心均与光线的光轴相重合，并通过调整第一镜片与第二镜片之间的间距对出射光束的环形光斑尺寸调整；

使用激光切割用聚焦镜头对出射光束进行聚焦，聚焦后光斑在加工面进行切割。

进一步地，选择锥透镜作为第一镜片和第二镜片，且入射光束和出射光束位于同一光轴轴线方向上。

进一步地，选择锥形反射镜作为第一镜片和第二镜片，且入射光束和出射光束的光轴轴线相互平行且不重合。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构及其方法，作为OLED模组激光切割的光束整形的光学构成，其使用镜片组合将高斯光束整形为环形光束，与现有方法相比，本技术可实现高斯光束的整形，去除光斑边缘部分的能量，有效减小切割产生的Haze，为激光精密切割提供保障，以确保切割加工的加工质量。

附图说明

图1是在激光切割后的产品正面现象图；

图2是在激光切割时所采用的高斯光斑示意图；

图3是本发明提供的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构的一种布局示意图；

图4是本发明提供的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构的另一种布局示意图；

图5是本发明提供的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构在整形之后的环形光斑示意图；

图6是图5经激光切割用聚焦镜头进行聚焦后的示意图；

图7是本发明提供的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构在整形之后的环形光斑能量分布示意图；

附图中标注如下：

1-第一锥透镜，2-第二锥透镜，3-第一锥形反射镜，4-第二锥形反射镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

在本实施例中提供了一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，将激光器发射出高斯光束进行整形，去掉高斯光斑外围分布的能量，使用ZEMAX软件进行设计，验证该光学构成可实现高斯光束的转换。其总体的工作原理为：由激光器发射出高斯光束，高斯光束通过光学构成Ⅰ进行转换后，将高斯光束进行整形，去掉边缘部分能量，再使用激光切割镜头聚焦，然后在加工面进行切割，不会在加工产品表面产生较大范围的Haze，以达到减小Haze。

如图3所示，光学构成Ⅰ包括：布置于由入射光束至出射光束的光线传播路径上的第一锥透镜和第二锥透镜，由第一锥透镜和第二锥透镜构成透镜组合，且入射光束和出射光束位于同一光轴轴线方向上。以高斯光束作为入射光束(即高斯光斑)，高斯光束经第一锥透镜和第二锥透镜整形为所述出射光束且出射光束为环形光束(即环形光斑)，该环形光束与以往环形光束不同，能量分布在光斑外围，如图7所示，能量分布类似于“M”型结构，环形光束能量集中分布在光斑外围。

第一锥透镜和第二锥透镜相对于光线传播方向的底角角度相反，第一锥透镜相对于光线传播方向，其底角角度为负，且第一锥透镜的透镜中心与光线的光轴相重合；第一锥透镜的作用在于：将入射的高斯光束整形为环形光束，同时，可实现光线的逆转，若为远轴光线经过第一锥透镜后，转变为近轴光线；反之，若为近轴光线经过第一锥透镜后，转变为远轴光线。高斯光束的特点为近轴光线能量分布大，远轴光线能量分布小，显而易见，通过第一锥透镜的整形，高斯光束转换为近轴光线能量分布小，远轴光线能量分布大的环形光束，但此时光束是发散的环形光束，随着光束传播，光斑直径会一直变大，因此，需要再增加第二锥透镜进一步整形。

第二锥透镜相对于光线传播方向，其底角角度为正，且第二锥透镜的底角角度度数与第一锥透镜的底角角度度数相等，且第二锥透镜的透镜中心与光线的光轴相重合，主要起到准直的作用。通过第二锥透镜整形之后保证出射光束是平行光，光斑直径不随光束传播而变化，通过调整其到第一锥透镜的间距可调整出射光斑的直径，该直径的设置根据加工需要进行调整。

为达到整形的目的，经ZEMAX光学设计软件仿真，锥透镜的底角角度为1°-40°均可满足光束整形需求。当锥透镜底角角度发生变化时，两个锥透镜之间的间距也必须相应的改变，光斑尺寸与锥透镜规格满足以下公式：

Minimum Distance＝2x(Cot(β)x 30％of Input Beam Size)

其中，β＝Axicon Angle x(n-1)n＝Refractive index

本实施例中列举5°和20°时的间距值，如表1所示，表1中列举入射光斑尺寸3mm、5mm、10mm，出射光斑尺寸5mm、10mm时，相对应的锥透镜间距值。

表1锥透镜间距示例

在实际应用时，根据使用者激光器原始光斑尺寸即入射光斑尺寸、设备或机构的布局空间等条件，选用合适角度的锥透镜即可。

基于上述所提供的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，采用如下方法实现切割加工，该光束整形方法包括：

(1)以高斯光束作为入射光束，在入射光束的光线传播路径上布置第一锥透镜和第二锥透镜并形成出射光束，且入射光束和出射光束位于同一光轴轴线方向上；

(2)根据加工需求选择第一锥透镜和第二锥透镜相对于光线传播方向的底角角度，并且在该锥透镜组合中，相对于光线传播方向，第一锥透镜的底角角度为负，第二锥透镜的底角角度为正，且第二锥透镜的底角角度度数与第一锥透镜的底角角度度数相等；

当锥透镜底角角度发生变化时，第一锥透镜和第二锥透镜之间的间距也必须相应的改变，锥透镜的底角角度为1°-40°均能达到整形的目的，在实际应用时，不同的底角角度对应不同的透镜间距。

(3)使第一锥透镜和第二锥透镜的透镜中心均与光线的光轴相重合，并通过调整第一锥透镜与第二锥透镜之间的间距对出射光束的环形光斑尺寸(形成不同直径的环形光斑)调整，以满足不同的加工需求；

(4)使用激光切割用聚焦镜头对出射光束进行聚焦，聚焦后光斑在加工面进行切割。

实施例2

在本实施例中提供了另一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，将激光器发射出高斯光束进行整形，去掉高斯光斑外围分布的能量，使用ZEMAX软件进行设计，验证该光学构成可实现高斯光束的转换。其总体的工作原理为：由激光器发射出高斯光束，高斯光束通过光学构成Ⅱ进行转换后，将高斯光束进行整形，去掉边缘部分能量，再使用激光切割镜头聚焦，然后在加工面进行切割，不会在加工产品表面产生较大范围的Haze，以达到减小Haze。

如图4所示，光学构成Ⅱ包括：布置于由入射光束至出射光束的光线传播路径上的第一锥形反射镜和第二锥形反射镜，由第一锥形反射镜和第二锥形反射镜构成透镜组合，且入射光束和出射光束的光轴轴线相互平行且不重合(即不位于同一直线上)。以高斯光束作为入射光束(即高斯光斑)，高斯光束经第一锥形反射镜和第二锥形反射镜整形为所述出射光束且出射光束为环形光束(即环形光斑)。

第一锥形反射镜和第二锥形反射镜相对于光线传播方向的底角角度相反，第一锥形反射镜相对于光线传播方向，其底角角度为负，且第一锥形反射镜的透镜中心与光线的光轴相重合；第一锥形反射镜的作用在于：将入射的高斯光束整形为环形光束，同时，可实现光线的逆转，若为远轴光线经过第一锥形反射镜后，转变为近轴光线；反之，若为近轴光线经过第一锥形反射镜后，转变为远轴光线。高斯光束的特点为近轴光线能量分布大，远轴光线能量分布小，显而易见，通过第一锥形反射镜的整形，高斯光束转换为近轴光线能量分布小，远轴光线能量分布大的环形光束，但此时光束是发散的环形光束，随着光束传播，光斑直径会一直变大，因此，需要再增加第二锥形反射镜进一步整形。

第二锥形反射镜相对于光线传播方向，其底角角度为正，且第二锥形反射镜的底角角度度数与第一锥形反射镜的底角角度度数相等，且第二锥形反射镜的透镜中心与光线的光轴相重合，主要起到准直的作用。通过第二锥形反射镜整形之后保证出射光束是平行光，光斑直径不随光束传播而变化，通过调整其到第一锥形反射镜的间距可调整出射光斑的环形光斑直径，该直径的设置根据加工需要进行调整。

为达到整形的目的，经ZEMAX光学设计软件仿真，锥形反射镜的底角角度应当在2°以下，可满足整形需求。当锥形反射镜底角角度发生变化时，两个锥形反射镜之间的间距也必须相应的改变。

在实际应用时，根据使用者激光器原始光斑尺寸即入射光斑尺寸、设备或机构的布局空间等条件，选用合适角度的锥形反射镜即可。

使用如上所述的光学构成进行光束整形后，使用ZEMAX进行仿真，采集整形后的环形光斑，如图5所示，对比图2所示的高斯光斑，明显发现整形后的环形光束成功去除了高斯光束的边缘部分能量，再使用激光切割用聚焦镜头进行聚焦，聚焦后光斑如图6所示，成功去除边缘部分能量。

(1)以高斯光束作为入射光束，在入射光束的光线传播路径上布置第一锥形反射镜和第二锥形反射镜，入射光线经第一锥形反射镜和第二锥形反射镜形成出射光束，入射光束和出射光束的光轴轴线相互平行且不重合；

(2)根据加工需求选择第一锥形反射镜和第二锥形反射镜相对于光线传播方向的底角角度，并且在该锥形反射镜组合中，相对于光线传播方向，第一锥形反射镜的底角角度为负，第二锥形反射镜的底角角度为正，且第二锥形反射镜的底角角度度数与第一锥形反射镜的底角角度度数相等；

当锥形反射镜底角角度发生变化时，第一锥形反射镜和第二锥形反射镜之间的间距也必须相应的改变，锥形反射镜的底角角度应当在2°以下，便能达到整形的目的，在实际应用时，不同的底角角度对应不同的间距。

(3)使第一锥形反射镜和第二锥形反射镜的透镜中心均与光线的光轴相重合，并通过调整第一锥形反射镜与第二锥形反射镜之间的间距对出射光束的环形光斑尺寸调整(以形成不同直径的环形光斑)，以满足不同的加工需求；

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，包括入射光束和出射光束，其特征在于，由入射光束至出射光束的光线传播路径上布置有第一镜片和第二镜片，第一镜片和第二镜片相对于光线传播方向的底角角度相反且两者的绝对值相等，且第一镜片和第二镜片的镜片中心均与光线的光轴相重合；所述入射光束为高斯光束，高斯光束经第一镜片和第二镜片整形为所述出射光束且出射光束为环形光束。

2.根据权利要求1所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，其特征在于，所述第一镜片和第二镜片均设为锥透镜，且入射光束和出射光束位于同一光轴轴线方向上。

3.根据权利要求2所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，其特征在于，所述锥透镜的底角角度在1°-40°之间。

4.根据权利要求1所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，其特征在于，所述第一镜片和第二镜片均设为锥形反射镜，且入射光束和出射光束的光轴轴线相互平行且不重合。

5.根据权利要求4所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形结构，其特征在于，所述锥形反射镜的底角角度小于2°。

6.一种改善柔性OLED模组激光切割的光束整形方法，其特征在于，该光束整形方法包括：

7.根据权利要求6所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形方法，其特征在于，选择锥透镜作为第一镜片和第二镜片，且入射光束和出射光束位于同一光轴轴线方向上。

8.根据权利要求7所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形方法，其特征在于，所述锥透镜的底角角度在1°-40°之间。

9.根据权利要求6所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形方法，其特征在于，选择锥形反射镜作为第一镜片和第二镜片，且入射光束和出射光束的光轴轴线相互平行且不重合。

10.根据权利要求9所述的改善柔性OLED模组激光切割的光束整形方法，其特征在于，所述锥形反射镜的底角角度小于2°。