GHz飞秒激光器搭配SLM助力高分辨显示掩模板TGV加工

图1 展示了RGB有机材料争渡的示意图以及横截面图

在micro OLED制备过程，需要用到一个超精细的掩模版（Ultra Fine Mask，UFM）,UFM被用来对准和定位每个像素层（PDL），确保材料准确的沉积到相应的像素位置。而现有技术还无法制备出这种高分辨的的超精细掩模版，目前任然处于研发阶段。

图2 （A）展示了Micro OLED中像素尺寸和每英寸像素数目（PPI）关系；（B）阴影掩模的肋状厚度与PPI和锥角的关系。

图2 中A图表示随着PPI的增大，每个像素尺寸需要减小，来保持高高分辨率，B图表示通过调制掩模版的锥角可以控制光线的透射和分布，随着锥角的增大，肋状厚度增加，直接影响到显示器的性能和制造工艺。

图3 （A）超快激光加工系统图；（B）光束校正的前后光斑图；

（C）焦点光斑尺寸

该超快激光加工系统采用了红外飞秒激光器（1030nm，500-700fs），激光功率从0.1W-10W可调，重复频率100kHz-800kHz，通过波形发生器生成MHz/GHz burst,通过NA为0.3的物镜进行聚焦，聚焦光斑尺寸为3um,另外光路中加入了LCOS-SLM来精确控制激光光束的形状和强度分布，提高加工过程的精度和效率。该实验加工的样品为30-50um的薄玻璃和500um的厚玻璃。

图4 （A）展示了在Burst模式下玻璃成孔的4个步骤，分别为激光表面沉积局部温度升高、热体积膨胀、初步孔径形成、孔径饱和；（B）不同Burst数量及能量下孔径深度的变化，随着孔洞深度的变化，脉冲能量和Burst数量需求在减少，甚至热效应增加，形成微裂纹。

图5 MHz Burst 下不同Burst数量与能量对碱土硼铝硅酸盐玻璃单次冲击钻孔的影响，（A）为MHz Burst中包含6个子脉冲;（B）为MHz Burst中包含25个子脉冲。

图6 GHz Burst 下不同Burst数量与能量对碱土硼铝硅酸盐玻璃单次冲击钻孔的影响，（A）为GHz Burst中包含100个子脉冲;（B）为GHz Burst中包含200个子脉冲。

图7 展示了在GHz burst模式下，burst数量和能量对热影响区（HAZ）和孔深度的影响。整体结论，在GHz Burst模式下，存在一个特定的加工工艺窗口，可以保证孔的均匀性前提下，来优化加工参数。

图8 50um的厚度激光加工的TGV正反面图，（A）为正面显微图；（B）为反面显微图。

该篇文章展示了超快飞秒激光器在MHz和GHz burst以及结合LCOS-SLM对碱土硼铝硅酸盐玻璃加工高深宽比孔的工艺探索。通过不同脉冲能量和Burst数量的条件下的孔图案化研究，实现了有效孔深接近50 um且孔间距小于10 um的效果。在GHz脉冲模式下，采用脉冲能量为15-20 uJ，Burst数量为200-300，可获得最佳的深孔效果，从而诱导出最佳图案。在MHz Burst模式下可以在使用少量脉冲的情况下实现深度达20 um，直径3um的孔。为了的提高孔的垂直度和一致性，后续该团队将进一步利用LCOS-SLM进行实时多焦点和球差校正等研究。

 未来在显示领域，超薄玻璃平台制造超高精度掩模（UFM）是一种重要的研究方向，本文通过GHz飞秒激光与LCOS-SLM的技术提供了新的研究思路和探索方向。

滨松LCOS-SLM X15213系列

EKSPLA 工业级GHz飞秒激光器