一种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法及光学膜组结构

技术领域

本发明属于激光微加工技术领域，具体涉及一种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法及光学膜组结构。

背景技术

ITO(掺锡氧化铟)薄膜具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性，是液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、电致发光显示器(EL/OLED)、触摸屏、太阳能电池以及其他电子仪表的透明电极最常用的薄膜材料。AR(增透减反射)薄膜具有很高的透光度(95％以上)，是屏幕、镜片等外表面常用的保护材料。在激光雷达的光学视窗等使用场景中，ITO膜表面常覆盖AR膜，其中ITO膜层提供导电功能、AR膜层提供绝缘功能，依据导线/电极位置分布，导线/电极位置的ITO膜层需裸露，因此需要去除ITO膜层表面的AR膜层。

传统去除ITO膜层表面的AR膜层采用化学蚀刻、治具遮蔽、连续激光器加工、脉冲激光器整面去除等加工方式，其中，化学蚀刻、治具遮蔽的加工方式存在工序繁杂、加工时间长、尺寸精度差、不环保等问题；而连续激光器加工和脉冲激光器整面去除加工方式在去除AR膜层的同时损伤下层的ITO膜层，使ITO膜层变色且失去导电能力，甚至会损伤ITO膜层下方的基材。

发明内容

本发明的目的是提供一种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法，包括如下步骤：

S1、清洁待加工件表面，并根据待加工件上所需导线/电极位置分布，设计待加工件表面需要去除的AR膜层位置；

S2、利用激光光束聚焦于待加工件表面的AR膜层设计位置加工形成若干微孔，使AR膜层下层的ITO膜层在微孔处裸露，且微孔边缘处在热影响下形成一圈ITO膜层暴露且未损伤的导电区域。

进一步的，上述ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法还包括步骤S3，对步骤S2处理后的待加工件进行退火、丝印银浆处理，并进行阻值测试。

进一步的，所述步骤S1中，对于待加工件上需要去除的AR膜层位置采用制图软件制作标刻图档，并通过激光控制系统设定导入需要加工的标刻图档，先进行内部填充，其填充方式是单向填充，填充线间距30～45um，填充角度为0°或90°。

进一步的，所述激光光束的波长为355nm，单脉冲能量为1.9～2.3μJ，点间距＞3/2倍聚焦光束直径。

进一步的，所述激光光束为高斯光，或为经过DOE整形后的方形平顶光、圆形平顶光。

进一步的，所述激光光束沿外光路依次经过反射镜、扩束镜、振镜及场镜后聚焦于待加工件表面，所述扩束镜扩束倍数为1～4倍。

进一步的，所述步骤S2中，通过激光器弱光指示或红光定位方式定位待加工件加工位置。

进一步的，所述微孔的形状为方形、圆形或椭圆形，其尺寸大小为20～25um。

另外，本发明还提供了一种光学膜组结构，采用上述的激光加工方法加工而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法采用脉冲激光在很短时间内与AR膜层相互作用，去除后在AR膜层表面形成微孔，瞬时高能量将微孔中心的AR膜层汽化，微孔边缘处由于热影响会形成一圈ITO膜层暴露且未损伤的导电区域，从而可以在去除AR膜层、露出ITO膜层的同时保留ITO膜层的导电能力，且不会影响ITO膜层下方的基材强度，不影响功能及使用。

(2)本发明提供的这种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法可以将光斑尺寸聚焦到微米级大小，尺寸精度高，且非接触式加工，激光通过与材料的热效应进行去除，环保无消耗，性价比更高。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明激光加工方法的工艺流程图；

图2是本发明中ITO膜层表面激光去除AR膜层的结构示意图；

图3是本发明实施例1中采用脉冲激光器整面去除AR膜层的微观效果图；

图4是本发明实施例1中采用本发明的激光加工方法去除AR膜层的金相显微镜的微观效果图；

图5是本发明实施例1中扫描电子显微镜放大1000倍显示脉冲激光去除过后的微孔结构图。

附图标记说明：1、激光光束；2、AR膜层；3、ITO膜层；4、基材。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，还可以是抵触连接或一体地连接；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；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法，包括如下步骤：

S1、清洁待加工件表面，其中，待加工件包括由下至上依次叠加布置的基材4、ITO膜层3和AR膜层2。而具体清洁待加工件表面的方式可采用但不限于酒精擦拭表面，保证其表面无脏污，避免影响加工效果。

S2、根据待加工件上所需导线/电极位置分布，设计待加工件表面需要去除AR膜层2的区域。

具体的，对于待加工件上需要去除AR膜层2区域可采用制图软件制作标刻图档，并通过激光控制系统设定导入需要加工的标刻图档，先进行内部填充，其填充方式是单向填充，不存在交叉，填充线间距30～45um，具体值由聚焦光斑尺寸决定，填充角度为0°或90°。

S3、通过运动控制系统将待加工件移动到指定的加工位置，调节外光路使激光光束1聚焦，再调节运动控制系统使待加工区域处于激光焦点的位置上。

具体的，运动控制系统包括标刻平台以及驱动标刻平台沿X/Y/Z三轴向移动的X/Y/Z三轴驱动组件，清洁后的待加工件放置于标刻平台上，X/Y/Z三轴驱动组件中x、y轴驱动，使标刻平台移动至指定的加工位置；X/Y/Z三轴驱动组件中的z轴驱动，使激光焦点的位置落于待加工区域表面。其中X/Y/Z三轴驱动组件的具体结构及工作原理为现有技术，此处不再赘述。

外光路上包括沿光路依次设置的反射镜、振镜及场镜，激光器发出的激光光束1依次经过反射镜、振镜及场镜后聚焦于所述待加工件表面，在此过程中，激光光束1进入振镜以后，振镜里面有两个镜片，振镜控制器控制两个镜片进行偏转，从而改变激光光束1作用的样品上的位置。优化的，在外光路上还设有扩束镜，扩束镜位于反射镜及振镜之间，通过改变扩束倍率改变激光光束的聚焦光斑大小；与前述的反射镜、振镜及场镜组合在一起，前后的位置顺序可以根据设计需要进行调整，扩束镜扩束倍数优选1～4倍，倍数越高，可将光斑聚焦更小，产生不同的工艺效果，以满足不同AR膜层厚度的去除需求。

进一步的，可以通过激光器弱光指示或红光定位等方式定位待加工件加工位置。

S4、调节激光加工参数，利用激光光束1聚焦于待加工件表面的AR膜层2设计位置，对待加工件按照标刻图档进行标刻加工形成若干微孔，使AR膜层2下层的ITO膜层3在微孔处裸露，且微孔边缘处在热影响下形成一圈ITO膜层暴露且未损伤的导电区域。

具体的，本实施例中激光器采用脉冲激光器，激光光束1为高斯光，或为经过DOE整形后的方形平顶光、圆形平顶光。激光波长为355nm，单脉冲能量为1.9～2.3μJ，点间距为30～45um，加工次数1次，从而在待加工件的AR膜层2表面形成密集的微孔，所述微孔的形状可以但不限于方形、圆形、椭圆形等，其尺寸大小为20～25um。其中，单脉冲能量通过改变激光频率和激光功率来调整，点间距通过改变填充线间距和加工速度来调整，且点间距＞3/2倍聚焦光束直径；根据加工精度、加工时间、去除AR膜层厚度的需求，选择不同的参数，提高加工效率和加工质量。

在本实施例中，脉冲激光器的脉冲激光通过外光路使其光斑尺寸聚焦到微米级大小，同时脉冲激光在很短时间内与表面AR膜层2相互作用，瞬时高能量将微孔中心的AR膜层2汽化，微孔边缘处由于热影响会形成一圈ITO膜层3暴露且未损伤的导电区域。

进一步的，在AR膜层2激光加工完成后，对激光加工后的待加工件进行退火，在AR膜层2表面形成微孔的区域丝印银浆，并进行阻值测试，测试去除AR膜层2后暴露的ITO膜层3导电能力是否恢复至与底部ITO膜层3导电能力相同的状态。由于AR膜层2的微孔区域加工有多个微孔1，因而AR膜层2的微孔区域表面则形成凹凸不平结构，此微孔区域表面相较于现有整面去除AR膜层2后平滑的导电膜层3表面粗糙度更大，在丝印银浆时，银浆能更为牢固地与ITO膜层3贴合，减小脱落可能性，且减小接触电阻。

下面通过具体实施例说明本发明的ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法的效果。

实施例1：

本实施例对两个同批次的待加工件A、B进行激光加工处理，其中，对待加工件A表面的AR膜层采用脉冲激光器整面去除，对待加工件B采用本发明的激光加工方法，即采用脉冲激光器通过标刻密集的微孔的方法对AR膜层进行处理。

激光加工处理后的待加工件A表面的微观效果如图3所示。由图3可以看出，其AR膜层整面去除后，ITO膜层已变色，且部分位置已露出基材(如图中标记圈出的I部)。由此表明，采用脉冲激光器整面去除AR膜层的方式损伤了下层的ITO膜层，甚至会损伤ITO膜层下方的基材，导致待加工件的强度变小。对激光加工处理后的待加工件A经过退火、去除区域丝印银浆后，测试其ITO膜层阻值，结果表明，其阻值较原来ITO膜层阻值偏高。

激光加工处理后的待加工件B表面金相显微镜的微观效果如图4所示，同时对待加工件B表面通过扫描电子显微镜放大1000倍的微观结构如图5所示。由图4和图5可以看出，激光微米级聚焦光束在很短时间内与表面AR膜层相互作用，瞬时高能量将微孔中心的AR膜层汽化后，微孔中心区域(即图4中a部分)的ITO膜层有一定损伤，但微孔边缘处由于热影响会形成一圈ITO膜层暴露且未损伤的导电区域(即图4中b部分)。对激光加工处理后的待加工件B经过退火、去除区域丝印银浆后，测试其ITO膜层阻值，结果表明，其具有与原来下层ITO膜层相同的导电能力，且未影响ITO膜层下方的基材强度，不影响功能及使用。

实施例2：

本实施例提供了一种ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法，具体操作过程如下：

1.待加工件预处理：酒精擦拭样品，保证其表面无脏污。

2.搭建测试平台：选取紫外纳秒激光器，设定波长355nm，开机预热；将预处理好的待加工件固定在标刻平台上，待加工面朝上，调节外光路和运动控制系统，使激光器发出的光束经反射镜、扩束镜、振镜、场镜后聚焦于待加工区域表面，正焦加工，调整扩束镜倍数为2倍，场镜的焦距为355mm。

3.编辑图档：制作标刻图档，通过激光控制系统设定导入需要加工的两条引线图形，先进行内部填充，填充方式是单向填充，填充线间距40um，填充角度90度。

4.设置激光器加工参数：依照填充线间距，频率40kHz，设置打标速度1600mm/s，场镜下功率82mW，即单脉冲能量2.1μJ、微孔点间距40um，标刻次数为1次。

5.定位：启动激光器弱光指示功能，定位到待加工位置。

6.标刻：激光标刻，标刻密集微孔。

7.设置引线：将样品经过退火(约300℃2小时)、银浆丝印、烘干后，使用万用表对两条引线间的阻值进行测试。共测试10片，测试结果如表1所示。

表1：

另外，本发明还提供了一种光学膜组结构，采用上述的ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法加工而成，具体包括ITO膜层3及覆盖于ITO膜层3表面的AR膜层2，根据导线/电极排布位置，所述AR膜层2具有完整区域和微孔区域，其中不需要铺设导线/设置电极的部分，由AR膜层2的完整区域完全覆盖ITO膜层3，利用AR膜层2的完整区域提供绝缘功能，而需要铺设导线/设置电极的部分，则由AR膜层2的微孔区域覆盖ITO膜层3的此部分，所述AR膜层2的微孔区域表面通过本发明中的激光加工方法加工形成若干间隔分布的微孔，所述微孔贯穿AR膜层2，位于所述AR膜层2的微孔区域的ITO膜层3通过微孔与外部电连接，利用AR膜层2的微孔区域提供导电功能。该光学膜组结构相较于现有将需要铺设导线/设置电极的部分整面去除AR膜层2而言，减小了对ITO膜层3的损伤。

综上所述，本发明提供的ITO膜层表面AR膜层的激光加工方法，通过激光器的选择、扩束镜的调整、透镜的选择及单脉冲能量、点间距、填充方式等参数的调配实现了ITO膜层表面AR膜层去除的加工，采用的脉冲激光器出射的脉冲激光在很短时间内与表面AR膜层相互作用，去除后在AR膜层表面形成密集的微孔，瞬时高能量将微孔中心的AR膜层汽化，微孔边缘处由于热影响会形成一圈ITO膜层暴露且未损伤的导电区域，经过退火、丝印后具有与原来下层ITO膜层相同的导电能力，且不会影响ITO膜层下方的基材强度，不影响功能及使用，有效解决了传统化学蚀刻加工存在的工序繁杂、尺寸精度差、不环保等问题，并且解决了激光整面去除加工存在的损伤ITO、阻值升高的问题。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。