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超快激光加工在全面屏切角的应用

发布时间:
2018-05-23 13:45:21
作者:
德龙激光 何乐

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        随着全面屏技术在各大手机厂商旗舰机上的广泛应用,对于全面屏切角以及异形屏的切割需求也在快速增长。激光切割是非接触加工,无机械应力破坏,且效率较高,在全面屏切割方面有着巨大的优势。本文将探讨利用超快激光对全面屏进行切角的技术


应用背景

全面屏有着优异的显示视觉效果,随着苹果、三星、华为、小米等各大手机厂商相继推出自己的全面屏产品,全面屏已然成为行业的趋势。

全面屏通常是指屏占比大于80%的手机屏幕,是窄边框达到极致的必然结果。传统的手机屏幕长宽比为16:9,呈长方形,四角均是直角。由于要在机身上放置前置摄像头、距离传感器、听筒等元件,所以屏幕和上下机身边缘均有一定距离。之前的窄边框一直在尽力缩窄左右边框,而避免缩窄上下边框。缩窄上下边框需要对整个手机的正面部件全部重新设计,难度很大。并且随着全面屏手机显示区域面积的扩大,显示区域的直角与手机边缘的圆角距离也随之拉近,近距离很容易造成破损(1)。因此为减少碎屏的可能和预留元件空间,将屏幕加工成非直角的异形切割变得十分必要。



1:全面屏采用直角容易破损

屏幕切角是根据不同需要对屏幕进行R角切角、C角切角、L角切角、U型开槽等。其目的主要有两方面:一方面要在屏幕四角做C角或者R角切角,同时通过加缓冲泡棉等进行边缘补强,以防止碎屏;另外一方面是需要在屏幕上方做U型开槽,为前置摄像头、距离传感器、听筒等元件预留空间。


超快激光切角技术

针对全面屏切割目前主流技术有刀轮切割、CNC研磨及激光切割。其中激光切割具有切割尺寸精度高、切缝不变形、切口无毛刺、切割无锥度、切割速度快、切割良率高且能实现任意图形切割的优点,相对于刀轮切割、CNC研磨有明显的优势。目前手机全面屏异形切割主要涉及L角、C角、R角、U型槽切割(如2)。

 

2:全面屏各种切角示意图

激光切割利用高功率密度激光束照射被切割材料,使材料很快被加热至汽化温度,蒸发形成孔洞,随着光束相对被加工材料的移动,形成切缝。

超快激光是指激光脉冲时间宽度在飞秒或皮秒量级的激光,依靠自身极高的峰值功率,瞬间气化材料。相比纳秒激光或连续激光,热效应微乎其微,加工边缘整齐,非常适用于屏幕的切角。

                                   

                                        (a) 内蚀切割                                                 (b) 隐形丝切

                                                 图3:内蚀切割和隐形丝切示意图

从切割方案角度来看,激光切割分为内蚀切割和隐形丝切(如3)。内蚀切割利用超短脉冲激光的非线性吸收效应来实现加工,即玻璃中的价带电子吸收多个光子能量,导致玻璃的价键断裂,宏观表现为将玻璃材料“打”成微米量级的粉末,粉末因重力的作用脱离玻璃本体,无需裂片装置,可加工任意形状,但热影响区较大;隐形丝切通过特殊的光学装置,将激光束压缩到直径小、长度大的丝状光束,玻璃吸收激光能量,形成改质层,因为分子间的作用力,还不能直接分离,需要借助外力进行裂片。隐形丝切能切割直线和部分曲线,热影响区小,加工效率高。


超快激光全面屏切角设备

针对全面屏激光切角市场,德龙激光相继推出了AGC10AGC20AGC30等设备,配有自动影像定位系统、自动化轴、AOI等,为产品的自动高速切割加工和高品质稳定运行提供保障。

 

4:德龙激光AGC30全面屏切角设备

设备使用贝林激光的Amber皮秒红外激光器( 如5)。Amber激光器采用皮秒光纤激光器种子源配合自由空间固体放大器实现高峰值功率皮秒激光输出。采用光纤种子源使得Amber激光器相比传统的固体皮秒激光器具有性能更加稳定,体积紧凑,输出参数灵活等优点,采用固体放大器保证高峰值功率激光输出,确保了激光器运行稳定。种子激光经过高增益多程放大器进行放大,实现1MHz频率下大于25W高功率皮秒激光输出,输出脉冲宽度<15ps,光束质量M2<1.3

 

5:贝林激光Amber皮秒红外激光器

AGC系列全面屏切角设备采用隐形丝切方案,具有切割边缘崩边小、精度高、无裂纹等优点,结构紧凑,布局合理,设备运动机构机能稳定,响应快速,使用界面友好,维护便利。设备可支持3.97-8.4英寸屏幕的C角、R角、U型槽等切角类型的加工,采用机械顶针或超声波进行裂片。加工边缘崩缺小于10μm,凸缘小于20μm,整体热影响区小于80μm,切割边缘和断面平滑,典型加工效果如6所示。

  

  

6:设备的加工效果


总结

随着用户对手机视觉体验及外观要求的提高,手机上游制造商技术的不断升级,全面屏的应用也越来越多。目前,各主要手机厂商的旗舰机已经全面使用全面屏,随着技术的成熟和成本的下降,全面屏技术将进一步推广到中端甚至低端产品,这将带来大量增量的异形切割需求,对于全面屏切角设备的需求也将全面爆发。



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