Laser in der Displayherstellung: Laser-Lift-Off

Wie trägt der Laser dazu bei, dass die heute verwendeten Bildschirme so erstaunlich dünn und leicht sind? Wenn man an die ersten Fernseher denkt, wird deutlich, wie sehr sichdie Display-Technologieseit den riesigen Röhrenbildschirmen weiterentwickelt hat.

Die ersten Flachbildfernseher und Monitore basierten alle auf Flüssigkristallanzeigen (LCD). Diese Technologie stellt einen enormen Fortschritt gegenüber den früheren Röhrenfernsehern dar.

Allerdings ist der interne Aufbau eines LCD-Bildschirms in Wahrheit recht komplex. Da das LCD-Panel selbst kein Licht abgibt, ist eine Hintergrundbeleuchtung erforderlich; hinzu kommen Polarisationsfolien sowie Schichten aus Farbfiltern, die für die Darstellung der roten, grünen und blauen Pixel sorgen. Aus diesen Gründen stößt die Verkleinerung der Geräte, insbesondere ihre Flexibilisierung, an Grenzen. 

Das Aufkommen der OLED-Technologie

Um noch dünnere und flexiblere Displays zu realisieren, haben die Hersteller die OLED-Technologie entwickelt. Da jedes Pixel eines AMOLED-Displays drei Leuchtdioden (rot, grün, blau) enthält, ist keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich. Dadurch lassen sich AMOLED-Displays mit einer Dicke von weniger als 1 mm realisieren. Diese Dünne wird sogar unter Einbeziehung von Touchscreen-Funktionen und weiteren Schichten zur Kontraststeigerung erreicht.Da AMOLED-Displays sehr dünn gebaut werden können, sind auch flexible und faltbare Ausführungen möglich. 

Allerdings gibt es bei der Herstellung solcher Flachbildschirme Herausforderungen, die die Hersteller bewältigen müssen. Es geht darum, auf einer einzigen Leiterplatte von etwa 1,5 m × 1,9 m viele Bildschirme gleichzeitig herzustellen. Es ist nicht realistisch, ein Objekt dieser Größe mit einer Dicke von weniger als 1 mm zu fertigen. Denn bei dieser Größe und Dicke ist die Handhabung schwierig.Zudem ist es wichtig, dass die Display-Platine absolut eben ist. Sie muss während des gesamten Herstellungsprozesses eben bleiben. Auch dies wird schwierig, wenn es um große und extrem dünne Objekte geht.

Das Geheimnis hinter der Verringerung der Displaydicke

Um dieses Problem zu lösen, wird das Display auf einem dickeren und härteren „Mutterglas“ aufgebaut. Im ersten Schritt des Produktionsprozesses wird eine dünne Polymerschicht auf das Mutterglas geklebt. Diese Polymerschicht bildet die Unterseite des fertigen Displays. Anschließend wird Silizium auf diesen Polymersubstrat aufgebracht undeiner Excimer-Laser-Anlassbehandlung (ELA)unterzogen, um die elektronischen Schaltkreise herzustellen; zum Schluss werden die übrigen Display-Schichten aufgebracht.

In der letzten Phase des Herstellungsprozesses wird das Display vom Trägerglas getrennt. Auf diese Weise entsteht ein äußerst dünnes Display. 

Sobald das Display von der Mutterglasplatte getrennt ist, ist das Produkt fast fertiggestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist bereits der Großteil der Kosten aufgewendet worden. Eine Entsorgung der Bauteile in dieser Phase wäre kostspielig. Das bedeutet, dass der Trennvorgang Präzision und Sorgfalt erfordert.

Es gibt zwei Dinge, die unbedingt vermieden werden müssen. Zum einen darf beim Ausbau keine starke mechanische Kraft oder Belastung auf das Display ausgeübt werden, da dieses sehr empfindlich ist. Zum anderen darf das Display nicht erhitzt werden, da dies zu Schäden an den elektronischen Bauteilen führen kann. 

Vollständige Einführung der OLED-Produktion mit Excimer-Lasern

Das derzeit von den führenden AMOLED-Displayherstellern verwendete Trennverfahren wird als „Laser Lift-Off (LLO)“ bezeichnet. Zu Beginn des LLO-Prozesses wird das gesamte Panel umgedreht, sodass das Mutterglas oben liegt.Anschließend wirddas Licht eines Excimer-UV-Lasersmit hoher Pulsenergie zu einem schmalen Linienstrahl geformt. Dieser Linienstrahl durchdringt das Glas und wird an der Grenzfläche zwischen dem Mutterglas und dem dünnen Polymersubstrat (das die Display-Schaltkreise enthält) fokussiert. 

Dieser Strahl wird mit hoher Geschwindigkeit über die gesamte Fläche des Mutterglases geführt. Das ultraviolette Licht durchdringt zwar das Glas, wird jedoch vom Klebstoff, der das Mutterglas mit dem Polymer verbindet, sowie vom Polymer selbst stark absorbiert. Dadurch verdampft der Klebstoff augenblicklich, wodurch genügend Wärme entsteht, um das Display vom Mutterglas abzutrennen.Ein entscheidender Punkt ist jedoch, dass das Laserlicht kaum in die Polymer-Display-Substrate selbst eindringt, sodass im Inneren des Geräts kaum Wärme entsteht. Das bedeutet, dass die Display-Schaltkreise vom LLO-Prozess nicht beeinträchtigt werden.

Durch das schnelle Abtasten mit dem Linienstrahl eines Excimer-Lasers lassen sich empfindliche Display-Schaltkreise schonend vom Mutterglas-Panel trennen.

Genau wie der ELA stellt auch der Excimer-Laser eine ideale Lichtquelle für LLO dar. Dafür gibt es vor allem zwei Gründe.Erstens erzeugt der Excimer-Laser im UV-Bereich eine höhere Pulsenergie als jeder andere Lasertyp. Dieses UV-Licht wird vom Klebstoff stark absorbiert, sodass der Klebstoff durch den Hochleistungslaser schnell zersetzt werden kann. Dadurch kann der LLO mit der für die Displayproduktion erforderlichen Geschwindigkeit bewegt werden. Da führende Displayhersteller täglich mehr als eine Million Mobiltelefone produzieren, ist Geschwindigkeit von entscheidender Bedeutung.

Zudem eignet sich der Strahl eines Excimer-Lasers besonders gut zur Erzeugung schmaler, langgestreckter Linienstrahlen.Er lässt sich nicht wie bei vielen Lasern in eine Gaußsche Intensitätsverteilung umwandeln, sondern in ein gleichmäßiges (Flattop-)Strahlprofil. Ein Flattop-Strahlprofil bietet ein weitaus größeres Prozessfenster als ein Gaußstrahl. Dadurch ist die Produktionslinie LLO weniger anfällig für geringfügige Abweichungen der genauen Fokusposition des Lasers oder für Abweichungen in den Abmessungen des Mutterscheibenglases und kann auch leichte Verformungen des Mutterscheibenglases ausgleichen.

Coherent wirdvon führenden Display-Herstellern weltweiteingesetzt. Dieses System kombiniert einen äußerst stabilen Excimer-Laser mit unserem firmeneigenen UVblade-Optiksystem, das den endgültigen Linienstrahl erzeugt. Es eignet sich für alle derzeit verwendeten Displaygrößen, von Einzelzellen bis hin zu großen Substraten.Coherent lässt sich so erweitern, dass es die Produktionsanforderungen der nächsten Generation flexibler und faltbarer Displays erfüllt.

WeitereInformationen finden Sie unter„Coherent Excimer-UV-Lasersysteme“.

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