Laser in der Displayfertigung: Laser-Lift-Off

Wie tragen Laser dazu bei, dass heutige Bildschirme so unglaublich dünn und leicht sind? Denn jeder, der alt genug ist, um sich an die ersten Fernseher zu erinnern, weiß zu schätzen, wie weit sich die Display-Technologie seit jenen unglaublich klobigen Bildröhren entwickelt hat. 

Die ersten Flachbildfernseher und -monitore basierten alle auf Flüssigkristallanzeigen (LCDs). Diese Technologie stellte einen enormen leap den alten Bildröhren dar.

Tatsächlich ist der interne Aufbau von LCDs jedoch recht komplex. Da das LCD-Panel selbst kein Licht abgibt, benötigt es eine Hintergrundbeleuchtung sowie einen Polarisator und eine Schicht aus Farbfiltern, um die roten, grünen und blauen Pixel zu erzeugen. All dies schränkt die Möglichkeiten ein, diese Geräte zu verkleinern und vor allem flexibler zu gestalten. 

Keine Panik, es ist biologisch

Um noch dünnere und flexiblere Displays zu erhalten, haben die Hersteller die OLED-Technologie Diode Organic Light Emitting Diode ) entwickelt. Jedes Pixel in einem AMOLED-Display enthält drei Lichtemitter (rot, grün und blau), sodass keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist. Dadurch kann ein AMOLED-Display nur einen Bruchteil eines Millimeters dick sein. Und das ist die Gesamtdicke, selbst wenn man weitere Schichten für Touchscreen-Funktionalität und Kontrastverbesserung mit einbezieht. Da AMOLED-Displays so dünn hergestellt werden können, ist es sogar möglich, sie flexibel oder faltbar zu gestalten. 

Die Herstellung solch dünner Displays stellt die Hersteller jedoch vor ein Problem. Man muss bedenken, dass zahlreiche Displays gleichzeitig auf einem einzigen Substrat mit einer Größe von etwa 1,5 m × 1,9 m hergestellt werden. Es wäre unpraktisch, ein Objekt dieser Größe zu bearbeiten, das nur einen Bruchteil eines Millimeters dick ist. Etwas, das so groß und dünn ist, lässt sich nur schwer handhaben. Außerdem ist es entscheidend, dass das Display-Substrat während des gesamten Herstellungsprozesses sehr flach ist – und flach bleibt. Auch das ist bei einem so großen und sehr dünnen Objekt schwer zu bewerkstelligen.

Das Geheimnis hinter der Herstellung dünnerer Displays

Um dieses Problem zu lösen, werden Displays auf einem dickeren und steiferen „Mutterglas“ aufgebaut. Der erste Produktionsschritt besteht darin, eine dünne Polymerschicht auf dieses Mutterglas aufzubringen. Diese Polymerschicht bildet später die Unterseite des fertigen Displays. Anschließend wird Silizium auf dieses Polymersubstrat aufgebracht, gefolgt von Excimerlaser (ELA), der Herstellung der elektronischen Schaltkreise und schließlich dem Aufbringen der übrigen Displayschichten. 

Gegen Ende dieses Prozesses wird das Display vom Trägerglas getrennt. So entsteht ein hauchdünnes Display. 

Die Displays sind fast fertiggestellt, wenn sie vom Mutterglas getrennt werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die meisten Kosten bereits in sie eingeflossen. Daher ist es teuer, Teile in dieser Phase auszusortieren. Das bedeutet, dass der Trennungsprozess sowohl präzise als auch schonend sein muss.

Zwei Dinge müssen besonders vermieden werden. Erstens darf der Trennvorgang keine nennenswerten mechanischen Kräfte oder Belastungen ausüben, da die Displays zu empfindlich sind. Zweitens darf der Vorgang keine nennenswerte Wärme auf das Display übertragen, da dies die Elektronik beschädigen könnte. 

Excimer-Laser bringen die OLED-Produktion auf Kurs

Das Trennverfahren, das derzeit von den großen Herstellern von AMOLED-Displays verwendet wird, wird als Laser-Lift-off (LLO) bezeichnet. Zu Beginn des LLO-Prozesses wird das gesamte Panel umgedreht, sodass das Mutterglas nun oben liegt. Anschließend wird das Licht eines Pulsenergie, ultravioletten (UV) Excimerlaser in einen langen, dünnen Linienstrahl geformt. Dieser Linienstrahl wird durch das Glas hindurch genau 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 Trägerglases geführt. Das ultraviolette Licht durchdringt das Glas, wird jedoch stark von dem Klebstoff, der das Mutterglas mit dem Polymer verbindet, sowie vom Polymer selbst absorbiert. Dadurch wird alles so stark erhitzt, dass der Klebstoff praktisch augenblicklich verdampft und sich das Display vom Mutterglas löst. Aber – und das ist der entscheidende Punkt – das Laserlicht dringt kaum in das Polymer-Displaysubstrat selbst ein, sodass es innerhalb des Geräts kaum zu einer Erwärmung kommt. Die Display-Schaltkreise bleiben vom LLO-Prozess unberührt.

Durch schnelles Abtasten des Excimerlaser lassen sich die empfindlichen Display-Schaltkreise schonend von der Glasplatte trennen, auf der sie hergestellt wurden.

Genau wie bei ELA Excimerlaser der Excimerlaser die ideale Lichtquelle für LLO. Dafür gibt es zwei Hauptgründe. Erstens Excimerlaser der Excimerlaser im ultravioletten Bereich Pulsenergie höhere Pulsenergie als jeder andere Lasertyp. Dieses UV-Licht wird vom Klebstoff stark absorbiert, und die hohe Laserleistung bewirkt eine schnelle Zersetzung des Klebstoffs. Dies ermöglicht es LLO, mit der für die Displayproduktion erforderlichen Geschwindigkeit zu arbeiten. Geschwindigkeit ist wichtig, da die großen Displayhersteller täglich über eine Million Telefone produzieren!

Zudem Laserstrahl sich der Laserstrahl besonders gut für die Formung zu einem langen, schmalen Linienstrahl. Darüber hinaus lässt er sich so umwandeln, dass er ein gleichmäßiges (Flat-Top-)Strahlprofil aufweist, anstatt der Gaußschen Intensitätsverteilung, die die meisten Laser erzeugen. Das Flat-Top-Strahlprofil ermöglicht ein wesentlich größeres Prozessfenster als ein Gaußstrahl. Dadurch ist die LLO-Fertigungslinie weniger anfällig für geringfügige Abweichungen der genauen Fokusposition des Lasers und kleine Abweichungen bei den Abmessungen des Ausgangsglases und toleriert zudem gewisse Verformungen des Ausgangsglases.  

Coherent werden weltweit von führenden Display-Herstellern eingesetzt. Diese kombinieren einen hochstabilen Excimerlaser unserem einzigartigen UVblade-Optiksystem, das den endgültigen Linienstrahl erzeugt. Wir können alle gängigen Displaygrößen abdecken, von einer einzelnen Zelle bis hin zu großen Substraten. Darüber hinaus sind Coherent skalierbar, um den Produktionsanforderungen der nächsten Generation flexibler und faltbarer Displays gerecht zu werden.

Erfahren Sie mehr über dieCoherent -UV-LasersystemeCoherent .

Verwandte Ressourcen