激光切割技術在偏光片裁切中的問題與優化策略研究

徐凱

摘要：本文針對新興的異形偏光片產品邊緣處理技術進行討論，對比CNC機械磨邊與激光加工技術在偏光片產品后處理過程中技術差異點。對于激光裁切技術進行介紹并對相關問題點優化策略進行深入，以求對激光加工技術在包括但不限于偏光片等膜材類產品邊緣處理過程中提供相關技術參考。

關鍵詞：全面屏技術 偏光片裁切 機械磨邊 激光加工 光學膜材

引言

隨著顯示技術發展日新月異，LCD/OLED顯示模式中異性全面屏技術快速發展，故對于模組二級物料偏光片產品加工提出新的挑戰。傳統偏光片后段加工技術以沖切結合CNC機械磨邊為主，該加工方式具有加工方式簡單，產量高、技術成熟穩定等特點，但異形（劉海、水滴、打孔等）全面屏產品出現，由于機械加工限制，無法滿足新型產品在圓弧、圓角及孔狀產品尺寸、細節控制，故需新的加工方式出現;激光切割技術由于其具備加工形狀可編程控制，形狀及尺寸原則上無限制特點，對于異形全面屏產品加工可有效對應。尤其對于雙開孔全面屏產品，因激光加工精度高、孔徑無限制特性，隨異形多孔全面屏技術要求升級，激光加工技術可作為偏光片邊緣處理技術首選。

1 偏光片產品邊緣處理技術

偏光片又稱偏振片，作為LCD模組產品中重要的光學器件，作為液晶顯示“光電開光”，由于其對于光線偏振吸收、透過特性，控制LCD光學模組光線透過與閉合，實現色彩顯示。此外偏光片產品為多層膜材堆疊結構，結構復雜，其中核心部件-偏光子對于水氧敏感，故需良好外層保護。典型偏光片產品結構如下圖-1，各層作用各不相同，物理、化學及光學性質差異較大，故對其進行邊緣處理存在一定難度。

典型偏光片產品邊緣處理技術為刀模沖切結合CNC機械磨邊，其加工產品多為矩形產品，技術成熟、穩定，加工產量高，工藝相對較為固化，技術波動較小，作為現行偏光片產品邊緣處理加工主流技術。但由于CNC磨邊夾具機械限制，故對可加工產品存在一定限制;由于磨邊刀具限制，對于異形屏（劉海、水滴、打孔）圓角細節無法滿足技術要求，且對于應對屏幕打孔類產品，其孔定位、孔徑亦存在偏位、尺寸偏差等精確度不足缺陷。

激光切割應用于偏光片產品邊緣處理，是由于異形全面屏技術不斷發展，技術細節和尺寸精確度要求不斷提高，涌現出的新的偏光片加工技術。激光加工具有能量高、切縫小、加工速度快，產品尺寸及形狀無限制等優點，基本上可完全避免刀模沖切結合CNC機械磨邊加工技術缺陷，且具備與其他偏光片前序或后續加工技術集成特點，已成為偏光片從業者引進和深入研究技術，以下數據為CNC機械磨邊技術與激光加工技術對比，見圖-2，可知相比于CNC機械磨邊，激光加工技術在產品細節和尺寸精度控制方面全面領先。

2 激光切割技術特點

激光切割技術是激光技術中發展最廣最快的，它大大的改造創新了傳統的機械制造行業，提供了新的發展機遇和前景。由于激光切割技術使用成本少，加工效率好，并在加工生產中基本不會造成環境污染，所以在世界上很多國家都已經把這項技術作為主要的加工生產方式和研究方向，比于傳統切割方式，激光切割主要有以下特點。

（1）切縫窄工作變形小

激光發生器發出的激光束聚焦成很小的光點，在焦點處達到很高的功率密度，此時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散部分，材料很快加熱至激化程度，蒸發形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續形成很窄的切縫。其切邊受熱影響很小，基本不發生工作變形。

（2）高能量且無接觸

激光束聚焦后形成具有極強能量的很小作用點，激光光能轉換成熱能并保持在極小的區域內，可提供最窄的直邊割縫很小的鄰近切邊熱影響區和極小的局部變形。由于激光束對切割對象不施加任何力且無接觸，可使切割對象無機械變形，避免了鍘刀式裁刀的刀具磨損也不存在刀具更換。

（3）脈沖穿孔激光技術

脈沖穿孔——采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化，常用空氣或氮氣作為輔助氣體，以減少因放熱氧化使孔擴展，氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈沖激光只產生小的微粒噴射，逐步深入，因此穿孔時間極短。一旦穿孔完成，立即將輔助氣體換成氧氣進行切割且穿孔直徑較小，為此所使用的激光器不但應具有較高的輸出功率;更重要的是光束的時間和空間特性，此外脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統，以實現氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。

3 激光切割技術問題分析與優化研究

激光加工技術采用瞬時高溫熔化或氣化待切割材料邊緣，因偏光片產品為多層膜結構，各層材料對于激光敏感性存在差別，偏光片產品加工過程中，工藝與材料匹配性適配需依據產品具體情況進行優化設計。

3.1邊緣毛刺

應用于不同顯示模組偏光片產品架構設計各異，所采用材料各不相同。由于不同種類材料，例如PET、COP、PMMA、TAC等，對于激光吸收強度特性各異，故對于不同產品結構搭配，所采用激光切割強度需特征性調整。

激光加工實踐過程中，易出現由于激光頻率與材料吸收頻率不匹配，出現切割強度過低，導致偏光片產品邊緣出現毛刺、不平整等缺陷。根本原因是由于各層材料屬性差別，另所在層離激光發射源距離差異及透過上層激光強度衰減，故出現邊緣毛刺異常。

在不調整偏光片本體結構前提下，解決方案如下：調整激光頻率;改變激光加工線路;改變偏光片面向層，即離型膜面或保護膜面朝向激光，同時結合材料經激光加工邊緣表觀狀況綜合調整。

3.2熱影響區域

由于激光加工為瞬時高溫氣化材料，從而達到切割之目的。偏光片材料為多層膜材疊層結構，外表面保護膜和離型膜一般為PET材質，而核心器件偏光子PVA對于熱源影響極其敏感，相對于外層PET材質離型膜/保護膜，偏光子極易受激光加工過程中熱源影響出現邊緣失效。為保證遠離激光源的離型膜/保護膜切割強度，故在激光加工過程中，偏光片本體因受熱影響出現邊緣失效情況不可避免。

為解決激光加工過程中偏光片產品邊緣失效，結合客戶端可接受的邊緣無效區域要求，典型解決方案如下：首先，在不調整偏光片本體材料前提下，通過調整激光加工脈寬（最大能量值）、最小能量值結合改變產品對于激光源朝向進行工藝優化。

3.3 剝離強度

如圖-1偏光片產品架構示意圖，偏光片產品中用于模組玻璃偏貼膠層叫做壓敏膠，屬熱/UV半固化膠種，激光加工瞬時高溫會對該壓敏膠與離型膜層界面出現高溫燒結，出現離型膜難撕現象，此種情況在客戶端施工時極易出現偏貼掉片，影響作業而導致質量投訴。

典型解決方案如下：加工工藝設計中，一般將離型膜/壓敏膠界面置于遠離激光源面，使其受激光加工熱影響程度相對減輕以避免界面燒結現象;調整激光強度或改變激光加工路線也可作為調整方向。

3.4 激光強度衰減

激光源屬易耗產品，使用環境、激光強度、使用時間等因素影響會出現激光強度衰減情況。量產作業過程中，激光源或照射于偏光片產品表面的激光強度衰減，會出現切割不徹底，從而出現毛刺，收集掉片等異常。

激光強度衰減需從兩方面考量，一方面激光源衰減，另一方面，由于受使用環境綜合影響，偏光片表面接受到的激光強度衰減。建立激光源強度監測、保養計劃，并針對激光源衰減對偏光片加工工藝進行相應調整。

3.5 激光工藝整合

主流偏光片后段加工工藝包括卷料沖切、CNC機械磨邊、外觀檢驗、包裝出貨。激光加工出現將刀模沖切和CNC機械磨邊進行整合，簡化偏光片產品加工步驟;且由于激光設備靈活屬性，考慮產能優化，可將前期進行片料裁切激光設備與卷對卷設備進行整合，同時結合自動化檢驗，形成激光加工卷料上料、激光裁切、自動化檢驗一體設備。此種整合偏光片裁切加工方式演變可參見圖-3，改變傳統刀模沖切無法與CNC機械磨邊整合現狀，同時簡化偏光片產品后段加工流程，提高生產效率和產品加工良率，將會是偏光片產品后段加工發展重要方向。

4結語

本文對偏光片產品后段裁切工藝進行系統討論，橫向比較傳統加工偏光片裁切工藝與激光加工工藝，并對激光加工工藝特點進行介紹。著重對激光切割技術在偏光片裁切中的問題進行與優化策略方向進行較為深入討論，最后，對激光加工工藝與偏光片產品后段工藝整合優化進行展望，為偏光片業者提供參考。

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