Laser in der Displayherstellung: Laser-Lift-off

Wie tragen Laser heute dazu bei, Bildschirme so erstaunlich dünn und leicht zu machen? Denn jeder, der alt genug ist, um sich noch an die ersten Fernseher zu erinnern, weiß zu schätzen, welch enorme Fortschritte die Display-Technologieseit den sperrigen Röhrenbildschirmen gemacht hat. 

Die ersten Flachbildfernseher und Monitore basierten alle auf der Flüssigkristallanzeige (LCD). Diese Technologie stellte einen großen Fortschritt gegenüber den herkömmlichen Röhrenfernsehern dar.

Das Innere eines LCD-Bildschirms ist jedoch recht komplex aufgebaut. Da das LCD-Panel selbst kein Licht ausstrahlt, sind eine Hintergrundbeleuchtung, Polarisationsfolien sowie Farbfilter-Schichten erforderlich, um rote, grüne und blaue Pixel zu erzeugen. All dies schränkt die Möglichkeiten zur Miniaturisierung solcher Geräte ein, insbesondere die Fähigkeit, sie flexibler zu gestalten. 

Keine Panik. Es handelt sich ja um organisches Material.

Um noch dünnere und flexiblere Displays herzustellen, haben die Hersteller die OLED-Technologie (Organic Light-Emitting Diode) entwickelt. Jedes Pixel eines AMOLED-Displays enthält drei Leuchtdioden (rot, grün, blau), sodass keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist. Deshalb können AMOLED-Displays eine Dicke von weniger als 1 mm aufweisen. Und dies ist die Gesamtdicke, selbst wenn weitere Schichten für Touchscreen-Funktionen und zur Kontrastverstärkung hinzukommen. Da AMOLED-Displays sehr dünn hergestellt werden können, sind sie flexibel oder faltbar. 

Allerdings stellt die Herstellung derart dünner Displays die Hersteller vor Probleme. Man muss bedenken, dass auf einer einzigen Platte von etwa 1,5 m × 1,9 m zahlreiche Displays gleichzeitig hergestellt werden. Die Bearbeitung von Materialien, die nur 1 mm dick sind, ist in der Praxis äußerst schwierig. Große und dünne Teile sind nicht einfach zu handhaben. Außerdem müssen die Displayplatten sehr eben sein, und es ist äußerst wichtig, dass sie während des gesamten Herstellungsprozesses eben bleiben. Wie bereits erwähnt, ist die Herstellung großer und sehr dünner Bauteile eine schwierige Aufgabe.

Das Geheimnis hinter der Herstellung noch dünnerer Displays

Um diese Probleme zu lösen, wird das Display auf einem dickeren und festeren „Mutterglas“ aufgebaut. Der erste Produktionsschritt besteht darin, eine dünne Polymerschicht auf dieses Mutterglas aufzubringen. Diese Polymerschicht bildet die Unterseite des fertigen Displays. Anschließend wird Silizium auf dieses Polymersubstrat aufgedampft, gefolgt von einer Eximer-Laser-Anlassbehandlung (ELA), und schließlich werden die weiteren Display-Schichten aufgebracht. 

Gegen Ende dieses Vorgangs löst sich das Display vom Mother Glass. So erhält man ein Display, das so dünn wie eine Rasierklinge ist. 

Sobald das Display vom Motherglass getrennt ist, ist der Vorgang fast abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt sind bereits die meisten Kosten für das Display angefallen. Daher wäre es sehr kostspielig, die Bauteile in dieser Phase zu entsorgen. Das bedeutet, dass der Trennvorgang präzise und schonend erfolgen muss.

Zwei Dinge sollten Sie dabei besonders vermeiden. Erstens: Da das Display sehr empfindlich ist, darf beim Trennen keinerlei mechanische Kraft oder Belastung auf das Display ausgeübt werden. Zweitens: Da die elektronischen Bauteile beschädigt werden könnten, darf bei diesem Vorgang keine übermäßige Wärme auf das Display einwirken. 

Der Excimer-Laser fördert die OLED-Produktion.

Das derzeit von den führenden Herstellern von AMOLED-Displays verwendete Trennverfahren ist das LLO-Verfahren (Laser Lift-Off). Um den LLO-Prozess zu starten, wird das gesamte Panel umgedreht, sodass das Mutterglas oben liegt. Anschließend wird ein UV-Excimer-Laserstrahl mit hoher Pulsenergie in Form eines langen, schmalen Linienstrahls erzeugt. Dieser Linienstrahl wird direkt durch das Glas auf die Grenzfläche zwischen dem Mutterglas und dem dünnen Polymersubstrat, das die Display-Schaltkreise enthält, fokussiert. 

Der Strahl wird schnell über die gesamte Fläche des Mutterglases gescannt. Das ultraviolette Licht durchdringt das Glas, wird jedoch vom Klebstoff, der das Mutterglas mit dem Polymer verbindet, stark absorbiert. Dadurch wird der Klebstoff sofort fast vollständig verdampft und das Display so stark erhitzt, dass es sich vom Mutterglas löst. Wirklich wichtig ist jedoch, dass das Laserlicht kaum in die Polymer-Display-Substrate selbst eindringt und somit keine Erwärmung im Inneren des Geräts verursacht. Die Display-Schaltkreise werden durch den LLO-Prozess nicht beeinträchtigt.

Durch schnelles Abtasten des linearen Strahls eines Excimer-Lasers lassen sich feine Display-Schaltkreise sanft von der Mutterglasplatte trennen, auf der sie hergestellt wurden.

Der Excimer-Laser ist, ähnlich wie der ELA, ein ideales Verfahren zur Erzeugung von LLO-Strahlung. Dafür gibt es zwei wesentliche Gründe. Der erste Grund ist, dass der Excimer-Laser im UV-Bereich eine höhere Pulsenergie erzeugt als andere Laserverfahren. Dieses UV-Licht wird vom Klebstoff stark absorbiert, und bei hoher Laserleistung zersetzt sich der Klebstoff schnell. Dadurch kann sich das LLO mit der für die Displayproduktion erforderlichen Geschwindigkeit fortbewegen. Da große Displayhersteller täglich mehr als eine Million Telefone produzieren, ist Geschwindigkeit entscheidend!

Zudem eignet sich der Exima-Laserstrahl besonders gut zur Erzeugung langer, schmaler Linienstrahlen. Darüber hinaus lässt er sich so umwandeln, dass er ein gleichmäßiges (Flat-Top-)Strahlprofil aufweist, im Gegensatz zu der von den meisten Lasern erzeugten Gaußschen Intensitätsverteilung. Ein gleichmäßiges Strahlprofil ermöglicht die Nutzung eines deutlich größeren Prozessfensters als es bei einem Gaußstrahl möglich ist. Dadurch reagiert die Produktionslinie LLO nicht mehr so empfindlich auf geringfügige Abweichungen der genauen Fokusposition des Lasers oder auf kleine Änderungen der Mutterglasabmessungen und wird widerstandsfähiger gegenüber leichten Verformungen des Mutterglases.  

Coherent werden weltweit von Display-Herstellerneingesetzt. Diese Systeme ermöglichen die Kombination eines äußerst stabilen Excimer-Lasers mit dem einzigartigen UV-Blade-Optiksystem von Coherent, das den Endstrahl erzeugt. Coherent unterstützt alle derzeitigen Displaygrößen, von Einzelzellen bis hin zu großen Substraten. Darüber hinaus lassen sich die Coherent Optiken so skalieren, dass sie die Anforderungen für die Herstellung der nächsten Generation flexibler und faltbarer Displays erfüllen.

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